JPH10139407A - 高熱伝導性窒化アルミニウム固形体の製造方法 - Google Patents
高熱伝導性窒化アルミニウム固形体の製造方法Info
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- JPH10139407A JPH10139407A JP8308754A JP30875496A JPH10139407A JP H10139407 A JPH10139407 A JP H10139407A JP 8308754 A JP8308754 A JP 8308754A JP 30875496 A JP30875496 A JP 30875496A JP H10139407 A JPH10139407 A JP H10139407A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アルミナ原料から窒化処理して得られる窒化
アルミニウムの熱伝導性を向上させる。 【解決手段】 γ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物と、該γ−Ａｌ
2 Ｏ3 系化合物のＡｌ2Ｏ3 換算重量に対して周期律表
ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属化合物の酸化物換算で１
〜３０重量％との混合物から形成される固形体を、酸素
含有ガス雰囲気下で約６００〜１０００℃で加熱処理し
た後、アンモニアと炭化水素の混合ガス雰囲気下、１４
００〜１７００℃で加熱処理して窒化することを特徴と
する高熱伝導性窒化アルミニウム固形物の製造方法。γ
−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物は、γ−Ａｌ2 Ｏ3 質前駆体を含
有する溶液が好ましく、ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属
化合物は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、イ
ットリウム、ランタンまたはセリウムの塩化物、炭酸
塩、硝酸塩またはアルコキシドが好ましい。
アルミニウムの熱伝導性を向上させる。 【解決手段】 γ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物と、該γ−Ａｌ
2 Ｏ3 系化合物のＡｌ2Ｏ3 換算重量に対して周期律表
ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属化合物の酸化物換算で１
〜３０重量％との混合物から形成される固形体を、酸素
含有ガス雰囲気下で約６００〜１０００℃で加熱処理し
た後、アンモニアと炭化水素の混合ガス雰囲気下、１４
００〜１７００℃で加熱処理して窒化することを特徴と
する高熱伝導性窒化アルミニウム固形物の製造方法。γ
−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物は、γ−Ａｌ2 Ｏ3 質前駆体を含
有する溶液が好ましく、ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属
化合物は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、イ
ットリウム、ランタンまたはセリウムの塩化物、炭酸
塩、硝酸塩またはアルコキシドが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高熱伝導性窒化アル
ミニウム固形体の製造方法に関し、詳しくはアルミナを
出発原料として窒化処理して得られる窒化アルミニウム
の繊維状、粒子状、フレーク状またはこれらの各集合体
で、従来のものよりより熱伝導性が向上した高熱伝導性
窒化アルミニウム固形体の製造方法に関する。
ミニウム固形体の製造方法に関し、詳しくはアルミナを
出発原料として窒化処理して得られる窒化アルミニウム
の繊維状、粒子状、フレーク状またはこれらの各集合体
で、従来のものよりより熱伝導性が向上した高熱伝導性
窒化アルミニウム固形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の半導体関連産業の進展は著しく、
材料関係においても半導体用の新部材の開発が急務とな
っている。特に、半導体においては、製造、出荷時の性
能を長期間維持して需要者の使用に適合させる必要があ
り、厳しい品質管理や品質保証が要求されている。一
方、半導体性能は、保管される環境変化、例えば温度や
電磁波等の影響を受け易いため、それらを緩和できる絶
縁性で、熱伝導性に優れるパッケージ用部材が求められ
ている。このような要請を受け、従来、各種用途に開発
されている複合材料を半導体に適用することが種々試み
られている。例えば、半導体の封止用材料として、従来
から成形の容易さと高強度から建材、自動車、スポーツ
用品等幅広く使用されているプラスチックと無機質また
は有機質の繊維との複合材料であるＦＲＰ（Fiber Rein
forced Plastics)を適用するための研究開発も行われて
いる。出願人は上記の半導体の輸送及び保管用として適
合する絶縁性で且つ高熱伝導性を有する材料の開発を進
めた結果、先に特開平２−３００３１９号公報及び特願
平７−２０６０２７号にて熱伝導性に優れ、半導体用の
封止材やパッケージ用品材に適する窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）繊維の製造方法を提案した。
材料関係においても半導体用の新部材の開発が急務とな
っている。特に、半導体においては、製造、出荷時の性
能を長期間維持して需要者の使用に適合させる必要があ
り、厳しい品質管理や品質保証が要求されている。一
方、半導体性能は、保管される環境変化、例えば温度や
電磁波等の影響を受け易いため、それらを緩和できる絶
縁性で、熱伝導性に優れるパッケージ用部材が求められ
ている。このような要請を受け、従来、各種用途に開発
されている複合材料を半導体に適用することが種々試み
られている。例えば、半導体の封止用材料として、従来
から成形の容易さと高強度から建材、自動車、スポーツ
用品等幅広く使用されているプラスチックと無機質また
は有機質の繊維との複合材料であるＦＲＰ（Fiber Rein
forced Plastics)を適用するための研究開発も行われて
いる。出願人は上記の半導体の輸送及び保管用として適
合する絶縁性で且つ高熱伝導性を有する材料の開発を進
めた結果、先に特開平２−３００３１９号公報及び特願
平７−２０６０２７号にて熱伝導性に優れ、半導体用の
封止材やパッケージ用品材に適する窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）繊維の製造方法を提案した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記方法は、α−Ａｌ
2 Ｏ3 とδ−Ａｌ2 Ｏ3 とを主成分とするアルミナ又は
γ−Ａｌ2 Ｏ3 等のアルミナ質を出発原料として加熱窒
化処理してＡｌＮ繊維や粒状物を容易に、且つ、簡便に
製造でき、ＡｌＮ繊維等の製造方法としては工業的に優
れたものである。しかしながら、発明者らによれば、製
造されるＡｌＮの熱伝導率が約５０〜６０Ｗ／ｍ・Ｋ
で、他のセラミックス材料に比較して大きいものの、Ａ
ｌＮ粉末から成形、焼成して得られるＡｌＮ焼結体の熱
伝導率約１００〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋに比較すると大幅に
低く、熱伝導性は必ずしも十分満足できるものでないこ
とが確認された。そのため発明者らは上記方法によるＡ
ｌＮの熱伝導率の劣性の原因について検討した。
2 Ｏ3 とδ−Ａｌ2 Ｏ3 とを主成分とするアルミナ又は
γ−Ａｌ2 Ｏ3 等のアルミナ質を出発原料として加熱窒
化処理してＡｌＮ繊維や粒状物を容易に、且つ、簡便に
製造でき、ＡｌＮ繊維等の製造方法としては工業的に優
れたものである。しかしながら、発明者らによれば、製
造されるＡｌＮの熱伝導率が約５０〜６０Ｗ／ｍ・Ｋ
で、他のセラミックス材料に比較して大きいものの、Ａ
ｌＮ粉末から成形、焼成して得られるＡｌＮ焼結体の熱
伝導率約１００〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋに比較すると大幅に
低く、熱伝導性は必ずしも十分満足できるものでないこ
とが確認された。そのため発明者らは上記方法によるＡ
ｌＮの熱伝導率の劣性の原因について検討した。
【０００４】先ず、熱伝導率の低下の原因を検討するた
め、原料アルミナを窒化処理して得られるＡｌＮについ
て各種分析した。その結果、ＡｌＮ中に約５重量％の酸
素量の存在が確認された。この酸素量の存在は窒化処理
の際、ＡｌＯＮ相が生成され、このため熱伝導率が引き
下げられるものと推定された。また、同時に、原料アル
ミナ中の不純物や焼結時に添加される珪素（Ｓｉ）化合
物やジルコニウム（Ｚｒ）化合物の影響を考察し、Ｓｉ
成分やＺｒ成分が熱伝導率に悪影響を与えていることも
推定された。
め、原料アルミナを窒化処理して得られるＡｌＮについ
て各種分析した。その結果、ＡｌＮ中に約５重量％の酸
素量の存在が確認された。この酸素量の存在は窒化処理
の際、ＡｌＯＮ相が生成され、このため熱伝導率が引き
下げられるものと推定された。また、同時に、原料アル
ミナ中の不純物や焼結時に添加される珪素（Ｓｉ）化合
物やジルコニウム（Ｚｒ）化合物の影響を考察し、Ｓｉ
成分やＺｒ成分が熱伝導率に悪影響を与えていることも
推定された。
【０００５】そのため、当初は、得られるＡｌＮ中の酸
素分を消滅させ、また、原料アルミナ中の不純物や添加
物をゼロとしてＡｌ2 Ｏ3 成分１００％の超高純度のア
ルミナとして用いることが考えられた。しかしながら、
原料Ａｌ2 Ｏ3 を完全に窒化することは難しく、実際、
Ａｌ2 Ｏ3 を窒化して酸素含有率がゼロであるような窒
化アルミニウムは得ることは不可能に近いことも確認さ
れた。従って、Ａｌ2Ｏ3 を窒化処理原料とする限り、
従来と同様の窒化処理ではいかにしても酸素分の残存を
避けることができないこと、そのため得られるＡｌＮ繊
維等の熱伝導率がＡｌＮ粉を出発原料とする焼結体に比
して低くなるという知見を踏まえ、発想を変え他の観点
からアルミナを窒化処理して従来より高熱伝導性のＡｌ
Ｎとする方法について検討を進めた。その結果、所定の
化合物と共に加熱して窒化処理することにより、得られ
るＡｌＮの熱伝導性が向上することを見出し本発明を完
成した。
素分を消滅させ、また、原料アルミナ中の不純物や添加
物をゼロとしてＡｌ2 Ｏ3 成分１００％の超高純度のア
ルミナとして用いることが考えられた。しかしながら、
原料Ａｌ2 Ｏ3 を完全に窒化することは難しく、実際、
Ａｌ2 Ｏ3 を窒化して酸素含有率がゼロであるような窒
化アルミニウムは得ることは不可能に近いことも確認さ
れた。従って、Ａｌ2Ｏ3 を窒化処理原料とする限り、
従来と同様の窒化処理ではいかにしても酸素分の残存を
避けることができないこと、そのため得られるＡｌＮ繊
維等の熱伝導率がＡｌＮ粉を出発原料とする焼結体に比
して低くなるという知見を踏まえ、発想を変え他の観点
からアルミナを窒化処理して従来より高熱伝導性のＡｌ
Ｎとする方法について検討を進めた。その結果、所定の
化合物と共に加熱して窒化処理することにより、得られ
るＡｌＮの熱伝導性が向上することを見出し本発明を完
成した。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、γ−Ａ
ｌ2 Ｏ3 系化合物と、該γ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物のＡｌ
2 Ｏ3 換算重量に対して周期律表ＩＩａ族またはＩＩＩ
ａ族金属化合物の酸化物換算で１〜３０重量％との混合
物から形成される固形体を、酸素含有ガス雰囲気下で約
６００〜１０００℃で加熱処理した後、アンモニアと炭
化水素の混合ガス雰囲気下、１４００〜１７００℃で加
熱処理して窒化することを特徴とする高熱伝導性窒化ア
ルミニウム固形体の製造方法が提供される。本発明の高
熱伝導性窒化アルミニウム固形体の製造方法において、
γ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物が、γ−Ａｌ2 Ｏ3 質前駆体を
含有する溶液であることが好ましい。また、周期律表Ｉ
Ｉａ族またはＩＩＩａ族金属化合物が、カルシウム、ス
トロンチウム、バリウム、イットリウム、ランタンまた
はセリウムの塩化物、炭酸塩、硝酸塩またはアルコキシ
ドであることが好ましい。なお、本発明において、窒化
アルミニウム固形体とは、窒化アルミニウムの繊維状、
粒子状のもの、フレーム状のもの及びそれらの集合体を
いう。
ｌ2 Ｏ3 系化合物と、該γ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物のＡｌ
2 Ｏ3 換算重量に対して周期律表ＩＩａ族またはＩＩＩ
ａ族金属化合物の酸化物換算で１〜３０重量％との混合
物から形成される固形体を、酸素含有ガス雰囲気下で約
６００〜１０００℃で加熱処理した後、アンモニアと炭
化水素の混合ガス雰囲気下、１４００〜１７００℃で加
熱処理して窒化することを特徴とする高熱伝導性窒化ア
ルミニウム固形体の製造方法が提供される。本発明の高
熱伝導性窒化アルミニウム固形体の製造方法において、
γ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物が、γ−Ａｌ2 Ｏ3 質前駆体を
含有する溶液であることが好ましい。また、周期律表Ｉ
Ｉａ族またはＩＩＩａ族金属化合物が、カルシウム、ス
トロンチウム、バリウム、イットリウム、ランタンまた
はセリウムの塩化物、炭酸塩、硝酸塩またはアルコキシ
ドであることが好ましい。なお、本発明において、窒化
アルミニウム固形体とは、窒化アルミニウムの繊維状、
粒子状のもの、フレーム状のもの及びそれらの集合体を
いう。
【０００７】本発明は上記のように構成され、出発原料
のアルミナ系化合物中にカルシウムやイットリウム等の
周期律表ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属化合物を添加し
均一な混合物として所定の固形形状に成形し、加熱処理
して熱分解により揮発分を飛散させ、その後窒化処理す
ることにより、従来のアルミナだけを窒化処理して得ら
れるＡｌＮに比し、熱伝導性の向上したＡｌＮ固形体を
得ることができる。この熱伝導率の向上の理由は明らか
でないが、得られる繊維状等の窒化アルミニウム固形体
中で、添加した周期律表ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属
含有化合物と原料アルミナ質が窒化処理され生成するＡ
ｌＮとが均一な複合構造を形成するため、また、ＡｌＮ
と周期律表ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属酸化物とが、
ＡｌＮ中に残存する酸素分をトラップして高熱伝導性の
ガーネット型化合物を形成しＡｌＯＮ相等の低熱伝導性
の酸化物を形成させないためと推定される。従来、窒化
アルミニウム粉末を用いてＡｌＮ焼結体を得る場合に、
本発明で用いる周期律表ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属
の酸化物を焼結助剤として用いているが、ＡｌＮに変換
する前のアルミナ系化合物に、周期律表ＩＩａ族または
ＩＩＩａ族金属化合物を添加して酸化処理及び窒化処理
を行い、熱伝導率を向上させる得ることは本発明により
初めて明らかにされたものである。
のアルミナ系化合物中にカルシウムやイットリウム等の
周期律表ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属化合物を添加し
均一な混合物として所定の固形形状に成形し、加熱処理
して熱分解により揮発分を飛散させ、その後窒化処理す
ることにより、従来のアルミナだけを窒化処理して得ら
れるＡｌＮに比し、熱伝導性の向上したＡｌＮ固形体を
得ることができる。この熱伝導率の向上の理由は明らか
でないが、得られる繊維状等の窒化アルミニウム固形体
中で、添加した周期律表ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属
含有化合物と原料アルミナ質が窒化処理され生成するＡ
ｌＮとが均一な複合構造を形成するため、また、ＡｌＮ
と周期律表ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属酸化物とが、
ＡｌＮ中に残存する酸素分をトラップして高熱伝導性の
ガーネット型化合物を形成しＡｌＯＮ相等の低熱伝導性
の酸化物を形成させないためと推定される。従来、窒化
アルミニウム粉末を用いてＡｌＮ焼結体を得る場合に、
本発明で用いる周期律表ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属
の酸化物を焼結助剤として用いているが、ＡｌＮに変換
する前のアルミナ系化合物に、周期律表ＩＩａ族または
ＩＩＩａ族金属化合物を添加して酸化処理及び窒化処理
を行い、熱伝導率を向上させる得ることは本発明により
初めて明らかにされたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明のＡｌＮ固形体において、主成分のＡｌＮ
は出発物質アルミナまたはアルミナ前駆体を酸化して得
られるアルミナ系化合物から窒化処理して生成されたも
のである。また、この主成分のＡｌＮ中に含有される周
期律表ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属含有化合物は、例
えば、Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12（ＹＡＧ）やＹ4 Ａｌ2Ｏ9 等の
ＩＩａ族及びＩＩＩａ族金属の１種とアルミニウムとの
ガーネット型複酸化物である。これら複酸化物は、下記
するようにＩＩａ族及びＩＩＩａ族金属含有化合物が、
γ−Ａｌ2 Ｏ3 の熱分解時に酸化物となった後、主成分
ＡｌＮの原料アルミナ系化合物と共に窒化処理され、主
成分ＡｌＮと均一な複合構造を形成して存在する。上記
ガーネット型複酸化物は、その生成時にＡｌＮ中から酸
素を吸収するために、ＡｌＮ中の酸素含有率を低下さ
せ、結果的にＡｌＮ固形体としての熱伝導率を高く保持
するものと推定される。ＩＩａ族及びＩＩＩａ族金属と
しては、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、イッ
トリウム、ランタンまたはセリウムが好ましく、通常、
カルシウムまたはイットリウムからなる。本発明のＡｌ
Ｎ中の上記ガーネット型複酸化物は、ＩＩａ族及びＩＩ
Ｉａ族金属の酸化物として換算して１〜３０重量％含有
するようにする。この含有量が１重量％未満であると十
分な酸素吸収が得られない。一方、３０重量％を超える
と過剰な酸化物の存在により熱伝導率の低下をきたすた
めである。
する。本発明のＡｌＮ固形体において、主成分のＡｌＮ
は出発物質アルミナまたはアルミナ前駆体を酸化して得
られるアルミナ系化合物から窒化処理して生成されたも
のである。また、この主成分のＡｌＮ中に含有される周
期律表ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属含有化合物は、例
えば、Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12（ＹＡＧ）やＹ4 Ａｌ2Ｏ9 等の
ＩＩａ族及びＩＩＩａ族金属の１種とアルミニウムとの
ガーネット型複酸化物である。これら複酸化物は、下記
するようにＩＩａ族及びＩＩＩａ族金属含有化合物が、
γ−Ａｌ2 Ｏ3 の熱分解時に酸化物となった後、主成分
ＡｌＮの原料アルミナ系化合物と共に窒化処理され、主
成分ＡｌＮと均一な複合構造を形成して存在する。上記
ガーネット型複酸化物は、その生成時にＡｌＮ中から酸
素を吸収するために、ＡｌＮ中の酸素含有率を低下さ
せ、結果的にＡｌＮ固形体としての熱伝導率を高く保持
するものと推定される。ＩＩａ族及びＩＩＩａ族金属と
しては、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、イッ
トリウム、ランタンまたはセリウムが好ましく、通常、
カルシウムまたはイットリウムからなる。本発明のＡｌ
Ｎ中の上記ガーネット型複酸化物は、ＩＩａ族及びＩＩ
Ｉａ族金属の酸化物として換算して１〜３０重量％含有
するようにする。この含有量が１重量％未満であると十
分な酸素吸収が得られない。一方、３０重量％を超える
と過剰な酸化物の存在により熱伝導率の低下をきたすた
めである。
【０００９】本発明の高熱伝導性ＡｌＮ固形体の製造方
法について説明する。本発明のＡｌＮは、上記のように
出発原料をアルミナとするものである。出発原料として
は、特にγ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物が用いられる。アルミ
ナのなかでγ−Ａｌ2 Ｏ3 は多孔質で反応性に優れるた
めである。他のα−Ａｌ2 Ｏ3 、δ−Ａｌ2 Ｏ3 、θ−
Ａｌ2 Ｏ3 等は完全なＡｌＮを得ることが難しいため好
ましくない。出発原料のγ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物として
は、好ましくはγ−Ａｌ2 Ｏ3 質前駆体を含有する水溶
液等の溶液が用いられる。例えば、成形性のよい硝酸ア
ルミニウム溶液や塩基性塩化アルミニウム（Ａｌ2(Ｏ
Ｈ)5Ｃｌ・２〜９Ｈ2 Ｏ）溶液を好適に用いることがで
きる。本発明において、ＡｌＮ固形体は上記γ−Ａｌ2
Ｏ3 系化合物と上記ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属の化
合物とから、予め繊維状、粒子状、またはフレーク状に
成形するため、上記のようなγ−Ａｌ2 Ｏ3 質前駆体は
水等の溶媒に対し分散性がよく均質なスラリー等の溶液
が形成できるため好ましい。
法について説明する。本発明のＡｌＮは、上記のように
出発原料をアルミナとするものである。出発原料として
は、特にγ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物が用いられる。アルミ
ナのなかでγ−Ａｌ2 Ｏ3 は多孔質で反応性に優れるた
めである。他のα−Ａｌ2 Ｏ3 、δ−Ａｌ2 Ｏ3 、θ−
Ａｌ2 Ｏ3 等は完全なＡｌＮを得ることが難しいため好
ましくない。出発原料のγ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物として
は、好ましくはγ−Ａｌ2 Ｏ3 質前駆体を含有する水溶
液等の溶液が用いられる。例えば、成形性のよい硝酸ア
ルミニウム溶液や塩基性塩化アルミニウム（Ａｌ2(Ｏ
Ｈ)5Ｃｌ・２〜９Ｈ2 Ｏ）溶液を好適に用いることがで
きる。本発明において、ＡｌＮ固形体は上記γ−Ａｌ2
Ｏ3 系化合物と上記ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属の化
合物とから、予め繊維状、粒子状、またはフレーク状に
成形するため、上記のようなγ−Ａｌ2 Ｏ3 質前駆体は
水等の溶媒に対し分散性がよく均質なスラリー等の溶液
が形成できるため好ましい。
【００１０】本発明の高熱伝導性ＡｌＮ固形体の製造方
法において、上記γ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物に添加して用
いるＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属化合物としては、例
えばＹ2 Ｏ3 微粉末等の酸化物粉末を用いγ−Ａｌ2 Ｏ
3 系化合物と均一に混合して用いることができる。好ま
しくは、上記のようにγ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物とスラリ
ーを形成するため、その塩類を用いる。上記γ−Ａｌ2
Ｏ3 系化合物とスラリーを形成するためである。ＩＩａ
族またはＩＩＩａ族金属として、通常、カル１シウム、
ストロンチウム、バリウム、イットリウム、ランタンま
たはセリウムが選択され、塩類として例えばＹＣｌ3 等
の塩化物や、炭酸塩、硝酸塩、アルコキシドが好まし
い。ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属化合物のγ−Ａｌ2
Ｏ3 系化合物への添加量は、γ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物を
酸化物換算した量に対し、ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金
属の酸化物換算で約１〜３０重量％である。この範囲
は、上記のようにγ−Ａｌ2 Ｏ3 を完全なＡｌＮとする
ためである。また、得られるＡｌＮ固形体中のＩＩａ族
またはＩＩＩａ族金属含有化合物量が前記した範囲であ
り、その範囲となるように上記範囲で適宜選択すること
ができる。
法において、上記γ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物に添加して用
いるＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属化合物としては、例
えばＹ2 Ｏ3 微粉末等の酸化物粉末を用いγ−Ａｌ2 Ｏ
3 系化合物と均一に混合して用いることができる。好ま
しくは、上記のようにγ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物とスラリ
ーを形成するため、その塩類を用いる。上記γ−Ａｌ2
Ｏ3 系化合物とスラリーを形成するためである。ＩＩａ
族またはＩＩＩａ族金属として、通常、カル１シウム、
ストロンチウム、バリウム、イットリウム、ランタンま
たはセリウムが選択され、塩類として例えばＹＣｌ3 等
の塩化物や、炭酸塩、硝酸塩、アルコキシドが好まし
い。ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属化合物のγ−Ａｌ2
Ｏ3 系化合物への添加量は、γ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物を
酸化物換算した量に対し、ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金
属の酸化物換算で約１〜３０重量％である。この範囲
は、上記のようにγ−Ａｌ2 Ｏ3 を完全なＡｌＮとする
ためである。また、得られるＡｌＮ固形体中のＩＩａ族
またはＩＩＩａ族金属含有化合物量が前記した範囲であ
り、その範囲となるように上記範囲で適宜選択すること
ができる。
【００１１】本発明の製造方法において、上記γ−Ａｌ
2 Ｏ3 系化合物とＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属化合物
とを上記の所定の比率で均一に混合する。塩基性塩化ア
ルミニウム等のγ−Ａｌ2 Ｏ3 質前駆体を含有する溶液
とＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属の塩類とを用いる場合
は、前駆体の水溶液中に塩類を添加し均一に撹拌混合し
て均質なゲルやスラリーを形成して用いることが好まし
い。ゲルやスラリー濃度は従来の固形体成形に用いられ
るものと同様に形成すればよい。
2 Ｏ3 系化合物とＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属化合物
とを上記の所定の比率で均一に混合する。塩基性塩化ア
ルミニウム等のγ−Ａｌ2 Ｏ3 質前駆体を含有する溶液
とＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属の塩類とを用いる場合
は、前駆体の水溶液中に塩類を添加し均一に撹拌混合し
て均質なゲルやスラリーを形成して用いることが好まし
い。ゲルやスラリー濃度は従来の固形体成形に用いられ
るものと同様に形成すればよい。
【００１２】上記のようにして得られたγ−Ａｌ2 Ｏ3
系化合物とＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属化合物との所
定の混合物を、繊維状、粒子状またはフレーク状の所定
の固形体に成形する。成形は、特に制限されるものでな
く従来公知の固形体の成形法と同様に行うことができ
る。例えば、繊維状であれば所定径のノズルを有する遠
心紡糸機を用いることができる。また、粒子状であれ
ば、スプレードライヤー法を用いることができ、フレー
ク状ではドロップオンディスク法を用いる。本発明の固
形体は、その長さや径は特に制限されるものでなく使用
条件に応じて適宜選択すればよい。通常、繊維は平均直
径約２〜４μｍ、平均長さ約５０〜４００μｍに、粒子
は平均直径約１〜５０μｍに、また、フレークは平均長
径約２０〜５０μｍで、短径約１０〜３０μｍである。
系化合物とＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属化合物との所
定の混合物を、繊維状、粒子状またはフレーク状の所定
の固形体に成形する。成形は、特に制限されるものでな
く従来公知の固形体の成形法と同様に行うことができ
る。例えば、繊維状であれば所定径のノズルを有する遠
心紡糸機を用いることができる。また、粒子状であれ
ば、スプレードライヤー法を用いることができ、フレー
ク状ではドロップオンディスク法を用いる。本発明の固
形体は、その長さや径は特に制限されるものでなく使用
条件に応じて適宜選択すればよい。通常、繊維は平均直
径約２〜４μｍ、平均長さ約５０〜４００μｍに、粒子
は平均直径約１〜５０μｍに、また、フレークは平均長
径約２０〜５０μｍで、短径約１０〜３０μｍである。
【００１３】γ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物とＩＩａ族または
ＩＩＩａ族金属化合物との混合物から所定形状に成形さ
れた固形成形体は、次いで、空気等酸素含有ガス雰囲気
中、６００〜１０００℃、好ましくは８００〜９００℃
で仮焼して脱水及び脱ガスする。この仮焼温度がが６０
０℃未満であると多くの水分（Ｈ2 Ｏ）や塩素（Ｃｌ）
が残留するため、後の窒化処理工程においてこれらのガ
スが放出され反応を妨害するため好ましくない。また、
１０００℃を超えるとα−Ａｌ2 Ｏ3 が生成する場合が
あり、この時は完全な窒化アルミニウムは得られないた
めである。通常、８００〜９００℃の仮焼温度範囲であ
れば、窒化処理工程でのガスの放出もなく、α−Ａｌ2
Ｏ3 相も生成されることもなく好適である。仮焼により
脱水及び脱ガスされた成形体は、通常、非晶質またはγ
−Ａｌ2 Ｏ3 とＹ2 Ｏ3 の均一な複合物となる。
ＩＩＩａ族金属化合物との混合物から所定形状に成形さ
れた固形成形体は、次いで、空気等酸素含有ガス雰囲気
中、６００〜１０００℃、好ましくは８００〜９００℃
で仮焼して脱水及び脱ガスする。この仮焼温度がが６０
０℃未満であると多くの水分（Ｈ2 Ｏ）や塩素（Ｃｌ）
が残留するため、後の窒化処理工程においてこれらのガ
スが放出され反応を妨害するため好ましくない。また、
１０００℃を超えるとα−Ａｌ2 Ｏ3 が生成する場合が
あり、この時は完全な窒化アルミニウムは得られないた
めである。通常、８００〜９００℃の仮焼温度範囲であ
れば、窒化処理工程でのガスの放出もなく、α−Ａｌ2
Ｏ3 相も生成されることもなく好適である。仮焼により
脱水及び脱ガスされた成形体は、通常、非晶質またはγ
−Ａｌ2 Ｏ3 とＹ2 Ｏ3 の均一な複合物となる。
【００１４】次いで、上記仮焼で得られた複合物を、プ
ロパンガス、ＬＮＧ等の炭化水素を０．５容量％以上、
通常１〜５容量％含むアンモニアガス雰囲気中で１４０
０〜１７００℃、好ましくは１４００〜１６００℃で約
３０分以上加熱して窒化処理する。本発明の製造方法に
おいて、窒化処理工程は２つのステップに分けることが
できる。第１ステップは、前記特願平７−２０６０２７
号に示したようなγ−Ａｌ2 Ｏ3 をＡｌＮに変換する工
程である。この第１ステップにおけるＡｌＮ変換反応
は、約１２００℃から進行する。その後、それ以上の高
温の第２ステップにおいて、添加したＩＩａ族またはＩ
ＩＩａ族金属化合物が酸化されて生成した酸化物、例え
ばＹ2 Ｏ3 とＡｌＮ中のＡｌと残留酸素とが反応してＹ
ＡＧやＹ4Ａｌ2 Ｏ9 等のガーネット型複酸化物が生成
する。従って、本発明の窒化処理工程は約１２００〜１
３００℃で約６０分間保持したり、昇温速度を比較的緩
やかとし、その後、約１４００℃以上に保持するのが好
ましい。窒化処理後、要すれば酸素含有ガス雰囲気下、
約６００〜７５０℃で加熱して酸化脱炭処理する。上記
γ−Ａｌ2 Ｏ3 をＡｌＮへの変換する窒化処理において
生成されるガーネット型複酸化物は、安定で窒化物に変
換されることはない。これら複酸化物は熱伝導率が高い
上、従来のアルミナ質を窒化処理して生成するＡｌＮ中
に残存する酸素がこの複酸化物にトラップされることに
なる。このため、本発明の方法により得られる窒化アル
ミニウム固形体は、ＡｌＮとＹＡＧ等の高熱伝導性の複
酸化物とが均一に複合した構造をとり、ＡｌＮ中の残留
酸素分は小さくなり、従来のものに比し熱伝導率が著し
く向上する。
ロパンガス、ＬＮＧ等の炭化水素を０．５容量％以上、
通常１〜５容量％含むアンモニアガス雰囲気中で１４０
０〜１７００℃、好ましくは１４００〜１６００℃で約
３０分以上加熱して窒化処理する。本発明の製造方法に
おいて、窒化処理工程は２つのステップに分けることが
できる。第１ステップは、前記特願平７−２０６０２７
号に示したようなγ−Ａｌ2 Ｏ3 をＡｌＮに変換する工
程である。この第１ステップにおけるＡｌＮ変換反応
は、約１２００℃から進行する。その後、それ以上の高
温の第２ステップにおいて、添加したＩＩａ族またはＩ
ＩＩａ族金属化合物が酸化されて生成した酸化物、例え
ばＹ2 Ｏ3 とＡｌＮ中のＡｌと残留酸素とが反応してＹ
ＡＧやＹ4Ａｌ2 Ｏ9 等のガーネット型複酸化物が生成
する。従って、本発明の窒化処理工程は約１２００〜１
３００℃で約６０分間保持したり、昇温速度を比較的緩
やかとし、その後、約１４００℃以上に保持するのが好
ましい。窒化処理後、要すれば酸素含有ガス雰囲気下、
約６００〜７５０℃で加熱して酸化脱炭処理する。上記
γ−Ａｌ2 Ｏ3 をＡｌＮへの変換する窒化処理において
生成されるガーネット型複酸化物は、安定で窒化物に変
換されることはない。これら複酸化物は熱伝導率が高い
上、従来のアルミナ質を窒化処理して生成するＡｌＮ中
に残存する酸素がこの複酸化物にトラップされることに
なる。このため、本発明の方法により得られる窒化アル
ミニウム固形体は、ＡｌＮとＹＡＧ等の高熱伝導性の複
酸化物とが均一に複合した構造をとり、ＡｌＮ中の残留
酸素分は小さくなり、従来のものに比し熱伝導率が著し
く向上する。
【００１５】
【実施例】本発明について実施例に基づき、更に詳細に
説明する。但し、本発明は、下記の実施例に制限される
ものでない。 実施例１ Ａｌ含有量がＡｌ2 Ｏ3 換算で２３．５重量％の塩基性
塩化アルミニウム溶液３２００ｇに、１０重量％濃度の
ポリビニルアルコール溶液６９７ｇとＹ2 Ｏ3換算で２
０重量％のＹＣｌ3 ・６Ｈ2 Ｏを添加してよく撹拌して
混合し混合物を得た。得られた混合物をロータリーエバ
ポレータで濃縮し、粘度を２０℃で３５ポイズのゲル状
液とした。得られた粘調なゲル状液を、外周に直径０．
５ｍｍの孔を有する、径２００ｍｍの遠心紡糸機に導入
し、乾燥空気を充満した部屋内で２０００ｒｐｍの回転
速度で回転して紡糸した。紡糸して得られた平均長さ２
００μｍ、平均直径４μｍの繊維状成形体を厚さ２５ｍ
ｍのマット状集合体とした。
説明する。但し、本発明は、下記の実施例に制限される
ものでない。 実施例１ Ａｌ含有量がＡｌ2 Ｏ3 換算で２３．５重量％の塩基性
塩化アルミニウム溶液３２００ｇに、１０重量％濃度の
ポリビニルアルコール溶液６９７ｇとＹ2 Ｏ3換算で２
０重量％のＹＣｌ3 ・６Ｈ2 Ｏを添加してよく撹拌して
混合し混合物を得た。得られた混合物をロータリーエバ
ポレータで濃縮し、粘度を２０℃で３５ポイズのゲル状
液とした。得られた粘調なゲル状液を、外周に直径０．
５ｍｍの孔を有する、径２００ｍｍの遠心紡糸機に導入
し、乾燥空気を充満した部屋内で２０００ｒｐｍの回転
速度で回転して紡糸した。紡糸して得られた平均長さ２
００μｍ、平均直径４μｍの繊維状成形体を厚さ２５ｍ
ｍのマット状集合体とした。
【００１６】次いで、上記のようにして紡糸した繊維状
成形体を集合して形成したマット状集合体を、空気中で
９００℃で２時間加熱仮焼処理した。加熱仮焼処理後、
得られた仮焼体の結晶相をＸ線回折にて分析した結果、
結晶相は弱いγ−Ａｌ2 Ｏ3相とＹ2 Ｏ3 相であった。
上記の仮焼体を、更に、ＬＰＧを約３容量％含むアンモ
ニアガス雰囲気下、１５００℃で３時間加熱して窒化処
理した。窒化処理後、更に、雰囲気ガスを大気として６
００℃で３時間加熱処理し酸化脱炭した。得られた窒化
処理、酸化脱炭処理で得られた窒化マット状集合体の結
晶相をＸ線回折にて分析した結果、結晶相としてＡｌ
Ｎ、ＹＡＧ及びＹ4 Ａｌ2 Ｏ9 が観察された。
成形体を集合して形成したマット状集合体を、空気中で
９００℃で２時間加熱仮焼処理した。加熱仮焼処理後、
得られた仮焼体の結晶相をＸ線回折にて分析した結果、
結晶相は弱いγ−Ａｌ2 Ｏ3相とＹ2 Ｏ3 相であった。
上記の仮焼体を、更に、ＬＰＧを約３容量％含むアンモ
ニアガス雰囲気下、１５００℃で３時間加熱して窒化処
理した。窒化処理後、更に、雰囲気ガスを大気として６
００℃で３時間加熱処理し酸化脱炭した。得られた窒化
処理、酸化脱炭処理で得られた窒化マット状集合体の結
晶相をＸ線回折にて分析した結果、結晶相としてＡｌ
Ｎ、ＹＡＧ及びＹ4 Ａｌ2 Ｏ9 が観察された。
【００１７】上記のようにして得た窒化マット状集合体
をシランカップリング処理剤を用いシランカップリング
処理した後、エポキシ樹脂中に分散させて硬化させ繊維
強化エポキシ樹脂複合材を作製した。得られた複合体を
アルキメデス法で比重を測定した結果、複合材中に約２
７重量％の窒化アルミニウム繊維を含むことが確認され
た。また、この複合材料の熱伝導率をレーザーフラッシ
ュ法で測定した結果、１．３７Ｗ／ｍ・Ｋであった。エ
ポキシ樹脂単体の熱伝導率は０．１５Ｗ／ｍ・Ｋである
ことから約５．５倍の熱伝導率が向上することが確認さ
れた。
をシランカップリング処理剤を用いシランカップリング
処理した後、エポキシ樹脂中に分散させて硬化させ繊維
強化エポキシ樹脂複合材を作製した。得られた複合体を
アルキメデス法で比重を測定した結果、複合材中に約２
７重量％の窒化アルミニウム繊維を含むことが確認され
た。また、この複合材料の熱伝導率をレーザーフラッシ
ュ法で測定した結果、１．３７Ｗ／ｍ・Ｋであった。エ
ポキシ樹脂単体の熱伝導率は０．１５Ｗ／ｍ・Ｋである
ことから約５．５倍の熱伝導率が向上することが確認さ
れた。
【００１８】実施例２ ＹＣｌ3 ・６Ｈ2 Ｏの代わりに、水酸化カルシウム（Ｃ
ａ（ＯＨ）2 ）を用いた以外は実施例１と全く同様にし
て繊維強化エポキシ樹脂複合材を作製した。得られた複
合材料の熱伝導率を同様に測定した結果、１．２７Ｗ／
ｍ・Ｋであった。
ａ（ＯＨ）2 ）を用いた以外は実施例１と全く同様にし
て繊維強化エポキシ樹脂複合材を作製した。得られた複
合材料の熱伝導率を同様に測定した結果、１．２７Ｗ／
ｍ・Ｋであった。
【００１９】比較例１ ＹＣｌ3 ・６Ｈ2 Ｏの代わりにコロイダルシリカを添加
した以外は、実施例と全く同様にして、最終的に窒化繊
維マット集合体を得た。この窒化繊維マット集合体のＸ
線回析結果からはＡｌＮのみが観察された。更に、窒化
繊維マット集合体を実施例と同様にエポキシと複合化し
て繊維強化エポキシ樹脂複合材を作製し、同様に熱伝導
率を測定した結果０．８２Ｗ／ｍ・Ｋであった。
した以外は、実施例と全く同様にして、最終的に窒化繊
維マット集合体を得た。この窒化繊維マット集合体のＸ
線回析結果からはＡｌＮのみが観察された。更に、窒化
繊維マット集合体を実施例と同様にエポキシと複合化し
て繊維強化エポキシ樹脂複合材を作製し、同様に熱伝導
率を測定した結果０．８２Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００２０】上記実施例及び比較例より明らかに、本発
明のγ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物に周期律表ＩＩａ族または
ＩＩＩａ族金属化合物を添加して加熱処理し、更に窒化
処理してＡｌＮ化した場合に、ＡｌＮ中にＹＡＧ等のガ
ーネット型複酸化物が生成され、熱伝導率が従来のシリ
カ等の添加剤を含有するγ−Ａｌ2 Ｏ3 から得られるも
のより向上することが分かる。
明のγ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物に周期律表ＩＩａ族または
ＩＩＩａ族金属化合物を添加して加熱処理し、更に窒化
処理してＡｌＮ化した場合に、ＡｌＮ中にＹＡＧ等のガ
ーネット型複酸化物が生成され、熱伝導率が従来のシリ
カ等の添加剤を含有するγ−Ａｌ2 Ｏ3 から得られるも
のより向上することが分かる。
【００２１】
【発明の効果】本発明のアルミナ質を原料として窒化処
理して得られる窒化アルミニウム固形体は、ＩＩａ族ま
たはＩＩＩａ族金属含有化合物との均一な複合構造をと
り、残存酸素量が低下することから、熱伝導率が従来の
ものに比し向上する。また、アルミナ質原料にＩＩａ族
またはＩＩＩａ族金属化合物を添加して、従来法と同様
に酸化、窒化処理な方法で所望の繊維状、粒子状、フレ
ーク状またはそれらの集合体の高熱伝導性の窒化アルミ
ニウム固形体を簡便に製造することができる。
理して得られる窒化アルミニウム固形体は、ＩＩａ族ま
たはＩＩＩａ族金属含有化合物との均一な複合構造をと
り、残存酸素量が低下することから、熱伝導率が従来の
ものに比し向上する。また、アルミナ質原料にＩＩａ族
またはＩＩＩａ族金属化合物を添加して、従来法と同様
に酸化、窒化処理な方法で所望の繊維状、粒子状、フレ
ーク状またはそれらの集合体の高熱伝導性の窒化アルミ
ニウム固形体を簡便に製造することができる。
Claims (3)
- 【請求項１】 γ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物と、該γ−Ａｌ
2 Ｏ3 系化合物のＡｌ2 Ｏ3 換算重量に対して周期律表
ＩＩａ族またはＩＩＩａ族金属化合物の酸化物換算で１
〜３０重量％との混合物から形成される固形体を、酸素
含有ガス雰囲気下で約６００〜１０００℃で加熱処理し
た後、アンモニアと炭化水素の混合ガス雰囲気下、１４
００〜１７００℃で加熱処理して窒化することを特徴と
する高熱伝導性窒化アルミニウム固形体の製造方法。 - 【請求項２】 前記γ−Ａｌ2 Ｏ3 系化合物が、γ−Ａ
ｌ2 Ｏ3 質前駆体を含有する溶液である請求項１記載の
高熱伝導性窒化アルミニウム固形体の製造方法。 - 【請求項３】 前記周期律表ＩＩａ族またはＩＩＩａ族
金属化合物が、カルシウム、ストロンチウム、バリウ
ム、イットリウム、ランタンまたはセリウムの塩化物、
炭酸塩、硝酸塩またはアルコキシドである請求項１また
は２記載の高熱伝導性窒化アルミニウム固形体の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8308754A JPH10139407A (ja) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | 高熱伝導性窒化アルミニウム固形体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8308754A JPH10139407A (ja) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | 高熱伝導性窒化アルミニウム固形体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10139407A true JPH10139407A (ja) | 1998-05-26 |
Family
ID=17984896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8308754A Pending JPH10139407A (ja) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | 高熱伝導性窒化アルミニウム固形体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10139407A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002097006A (ja) * | 2000-09-20 | 2002-04-02 | Fine Ceramics Research Association | 窒化アルミニウムの製法 |
-
1996
- 1996-11-05 JP JP8308754A patent/JPH10139407A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002097006A (ja) * | 2000-09-20 | 2002-04-02 | Fine Ceramics Research Association | 窒化アルミニウムの製法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060725 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060807 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061201 |
|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20070711 |
|
| A072 | Dismissal of procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A072 Effective date: 20071106 |