JPS623007A - 窒化アルミニウム粉末の製造方法 - Google Patents

窒化アルミニウム粉末の製造方法

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JPS623007A
JPS623007A JP13888585A JP13888585A JPS623007A JP S623007 A JPS623007 A JP S623007A JP 13888585 A JP13888585 A JP 13888585A JP 13888585 A JP13888585 A JP 13888585A JP S623007 A JPS623007 A JP S623007A
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裕 吉井
Ryoji Uchimura
良治 内村
Nobuaki Saito
斉藤 信昭
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/072Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with aluminium
    • C01B21/0722Preparation by direct nitridation of aluminium

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、窒化アルミニウム製造の分野に属し、特にそ
の微粉末を製造するに当って粉砕を必要とせずに1μm
以下の微粒で、かつ等軸(球状)に近い形の窒化アルミ
ニウム粉を工業的に量産する有利な方法を提供する。
(従来の技術) 窒化アルミニウムの製造に関しては、従来金属アルミニ
ウム粉末を窒素ガスあるいはアンモニアガス気流中で加
熱する直接金属窒化法が知られている(特公昭36−2
1164号、特開昭59−3012号、特公昭47−4
0640号、特公昭49−45479号)。ところで、
金属アルミニウムの窒化反応は急激な発熱を伴い約20
00℃の高温になる。このように高温になるとアルミニ
ウム粒は互いに凝集して大きくなり、窒化反応速度が著
しく低下する。さらには焼結化が進み非常に固い塊状と
なり、次工程での粉砕が必要となる。そこで上記各公報
に開示されている各発明は、いずれもこのような発熱を
抑制する方法を述べている。
すなわち、■発熱時に、アルミニウム粒の凝集を防止す
るために、担体として窒化アルミニウム粉末またはぶつ
化アルミニウムを添加する方法(特公昭36−2116
4号)や■同じ目的で窒化アルミニウム粉のみを添加す
る方法(特公昭47−40640号)、■原料アルミニ
ウムの反応性を小さくするためにけい素化合物でアルミ
ニウム粉の表面を被覆する方法、(特開昭59−301
2号)■窒素源として有機化合物を用いて窒化反応を促
進する方法(特公昭49−45479号)などがある。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、これらの方法は前記■や■においては、
ぶつ化アルミニウムや窒化アルミニウムの添加量が多い
ため、新しく生成する窒化アルミニウムの収率が悪く、
そして前記■の方法においては、有機化合物の添加量が
多いために同様に窒化アルミニウム粉の収率が悪くなる
。しかも、これらの粉末中の不純物含有量が多くなり、
前記■の方法ではぶつ化アルミニウム中のふっ素、前記
■の方法ではけい素、前記■の方法では炭素などが最終
製品中に残留する可能性があること、また、このように
多量の添加物を混合して焼成しても、前記■、■、■各
方法に合方法は主として700”C以上の高温焼成に転
るために、粒子が凝集して焼結しやすくなる。そのため
、1μm以下の超微粒粉末を得ようとするには、粉砕に
頼らざるを得ないのが実情である。さらに、前記■の方
法については、アルミニウムの融点以下で予備焼成する
が、このあと1000℃の高温で3時間保持するために
、前記■、■、■各方法と開方法高温域での反応を主眼
にしていることになる。
以上説明したように、従来の各方法では、アルミニウム
の窒化に際して起こる大きな発熱によるアルミニウム粒
子の凝集と焼結による固化を防止するために多量の添加
物を使用している。しかし多量の添加物を使用するにも
がかわらず、その効果が小さく、その上、逆に不純物含
有量を増加させる結果になっているところに問題点があ
った。
(問題点を解決するための手段) 上述したような従来技術が抱える各種の問題点に対し本
発明は、アルミニウム粉末を窒素ガス気流中にて加熱窒
化することによって窒化アルミニウム粉末を製造するに
際し、従来法の欠点である反応に伴う発熱を抑制し、そ
のことによって合成後に粉砕する必要のない軟質な超微
粉を経済的に量産する方法を提供する。
すなわち、本発明は金属アルミニウムに対し、0.5〜
8.0wt%のふっ素含有アンモニウム化合物と5〜3
0wt%の窒化アルミニウム粉末とを加えてなる混合物
を、窒化性雰囲気中において430〜650℃の温度範
囲に一定時間保持する加熱を行い、その後さらに同雰囲
気中にて900〜1300℃の温度域にて加熱すること
を特徴とする窒化アルミニウム粉末の製造方法にかかる
ものである。
(作 用) 本発明の着想の特徴は、アルミニウム粉末と窒素ガスと
の急激な反応による大きな発熱を抑えることによって、
■粉末合成原料中のアルミニウム純分を増加させ(収率
向上)、■粉砕工程を省略できる微粒の窒化アルミニウ
ム粉末を得るようにした点にある。
上述した急激な反応を防止するためには、アルミニウム
粉末と、窒素ガスとの反応をできるだけ低温で進める必
要がある。もしこの反応を700℃以上の高温で行うと
すれば、発熱反応が激しく起こり、上述したようにアル
ミニウム粒が凝集して粗大粒となり、同時に焼結が起こ
り固くなる(凝集と焼結を防ぐためには原料中の窒化ア
ルミニウム粉の添加量を従来法のように増加せねばなら
ない)。
さて、このような低温で反応させるためには、■窒化率
が低下しないような反応(窒化)促進剤を準備する必要
があり、■このような窒化促進剤によって、生成する窒
化アルミニウム粉の純度が低下しないようにすること、
■反応促進剤の使用量を微量でも窒化反応が進むように
しなければならない。
そこで本発明者らは、低温域でアルミニウムと窒素ガス
の反応を促進させる反応促進剤を選択すべく検討をした
結果、まず該促進剤は保持すべき特性として、以下の条
件を具備しなければならないことが判った。
(1)  アルミニウムの融点以下の温度で熱分解し含
窒素源となるもの。
(2)上記(1)と同様に低温で分解して、ガス化し粉
体を多孔質とし、雰囲気、窒素ガスの侵人を良くする組
成のもの。
(3)不純物元素を残留しない組成のもの(炭素。
酸素、けい素、鉄他) (4)金属アルミニウム粉と表面の酸化膜を除去し、窒
素との反応を促進しやすのするもの。
(5)アルミニウム粉と反応して、低温で窒化しやすい
性質のアルミニウム複合体を形成するもの。
結局、本発明に用いる反応促進剤は、基本的に窒素とふ
っ素と水素を同時に含むような成分であれば全て使用可
能である。一般的にはふっ素含有アンモニウム化合物で
あるぶつ化アンモニウム(NHtF)、ぶつ化水素アン
モニウム(NHaHFz)が使用できる。その他、NJ
6Fz、NH4H4F5INHnIIsFa、 NH3
Fなどの化合物も使用可能であると考えられる。
これらの化合物は、溶液中ではNO,”、NH3,IP
などに分離している。一方、原料になる微粒のアルミニ
ウム粉は、表面がアルミナ被膜で覆われていて窒素との
反応性が鈍くなっている。
そこで、このアルミニウム粉を前記化合物(例えばぶつ
化アンモニウム: N)1.F)の溶液に浸漬すると、
表面被膜は除去されて活性な面が現われ、同時に(NH
4) J I F&のアルミニウム複塩がアルミニウム
粒の表面に生成する。これを窒素気流中で加熱すると、
300〜400℃の比較的低温範囲で分解し、ぶつ化物
ガス(NH4HF2)を放出し、材料を多孔性にし、さ
らに窒素源(NHz)との反応時に担体となる分子状の
I’1lF3を提供するので、アルミニウム表面では低
い温度で活発な窒化反応が進行するようになる。
本発明は、上記反応(窒化)促進剤と粉末アルミニウム
の混合物を、窒素ガスもしくはアンモニアガスまたはこ
れらの混合物ガスなどの窒化性ガス気流中つまり窒化性
雰囲気中で、まず430〜650℃の低温度域で一定時
間加熱焼成する。本発明の場合、かかる低温域でも数時
間の保持により窒化反応を著しく進行させることができ
る。温度範囲の下限は、430℃より低くなると窒化率
が小さくなり長い反応時間が必要となる。一方上限の温
度二650℃を越えると窒化反応による発熱量が大きく
なり焼結するので合成物を粉砕しなければならなくなる
。好ましくは480℃〜560℃の温度範囲で行うのが
よい。
上記処理を経て窒化反応を行った後の合成物は、大部分
窒化アルミニウムに転化しているが、ごく一部には未反
応のアルミニウムが残留している。
そこで該合成物粉末の温度を先と同様の窒素ガス気流中
で900〜1300℃に温度域に約1時間保持すること
により、窒化反応を急激に進行させ、窒化反応を完全に
完了させる。この温度加熱により生成物中に残留するふ
っ素は分解され、ガス状となって除去される。この加熱
は未反応のアルミニウム粒にだけに寄与するのでアルミ
ニウム粒子間の凝集は生じず、得られた生成物は非常に
軟質となり、粉砕を必要とせず、解砕によI/)0.7
〜1.0μmの微粉末が得られる。なお、上限・下限に
ついては900℃未満では未反応アルミニウムが残留し
、1300℃以上では窒化アルミニウムの焼結がおこる
ので粉砕を要するようになる。
ふっ素含有アンモニウム化合物は原料アルミニウムに対
して0.5〜8.0vt%(0,004〜0.064モ
ル)に当る量の配合が適しており、0.5wt%以下で
は窒化反応が十分に進まないし、8.0wt%以上では
生成物に残留するふっ素が多くなり、除去に時間゛がか
かる。好ましくは2〜6wt%である。これらの反応促
進剤は、粉末添加および水、アルコール(有機溶媒)に
よる溶液添加が有効であるが、溶液添加が窒化率向上の
点から適している。その場合、溶液濃度は1〜20wt
%の範囲が適している。
もし1wt%以下の濃度溶液を用いると溶液の量が多く
なり、その蒸発に時間がかかり過ぎる。一方20w t
%より大きくなると、使用する溶液の量が少なくなるの
で原料全体に溶液が均一に混合しない。
本発明によれば原料中に配合する窒化アルミニウム粉は
、窒化反応を促進する担体となるので一定割合添加する
のが好ましい。添加量とじては、窒化率が高位に安定す
る5wt%以上から上限は製造コストの観点から問題に
ならない範囲の30wt%に決められる。
(実施例) 第1表は、本発明の効果を確めるために行った実験結果
(29列)について示している。実験魚1〜10は焼成
温度と合成粉の窒化率(粉の純度)、その他の特性値と
の対比を示している。実験結果磁11〜21はふっ素含
有アンモニウム化合物と粉の特性値の対比を示し、実験
Na22−29は焼成前に配合する原料中の窒化アルミ
ニウム粉の配合比と粉の特性値を示している。
本発明法につき第1表の実験隘5を用いて具体的に説明
する。まず原料のアルミニウム粉に対してN)14.F
の10%水溶液を、N)1.Fの量がアルミニウム粉に
対して3.8χになるように添加した。これを乾燥後さ
らに窒化アルミニウムを、全原料に対して15wt%に
なるように添加し、よく混合し、窒素気流中で525℃
に加熱し5時間保持した。その後混合物を同じく窒素気
流中で1150℃で1時間加熱し、残りのアルミニウム
粉の窒化反応を起こさせた。
その際に混合物中のフッ素は、ガス状で除去できた。こ
の反応により得られた合成物は非常に軟質で、解砕する
と0.5〜0.8μmの超微粉になった。
形状は等軸状で粒度分布も非常に狭い粉末が得ら。
れた。
(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、得られた窒化アル
ミニウム粉末について見ると、粒径は原料アルミニウム
粉末よりも細か< (0,7〜1.0μm)、その粒径
分布も狭くて異常粒(粗大粒)は全く見られず、いかも
、形状は等軸粒を示してした。しかも粉末の焼結性も良
く、緻密化し易いものが得られた。要するに本発明に従
うと、常圧焼結法によって比較的低い温度でしかも焼結
助剤の量も僅かで、密度の高い焼結磁器が得られるよう
になった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、金属アルミニウム粉末に対し、0.5〜8.0wt
    %のふっ素含有アンモニウム化合物と5〜30wt%の
    窒化アルミニウム粉末とを加えてなる混合物を、窒化性
    雰囲気中において430〜650℃の温度範囲に一定時
    間保持する加熱を行い、その後さらに同雰囲気中にて9
    00〜1300℃の温度域にて加熱することを特徴とす
    る窒化アルミニウム粉末の製造方法。
JP13888585A 1985-06-27 1985-06-27 窒化アルミニウム粉末の製造方法 Granted JPS623007A (ja)

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JPH0327481B2 JPH0327481B2 (ja) 1991-04-16

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6159439A (en) * 1996-12-26 2000-12-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Process for producing aluminum nitride
US7022301B2 (en) 2001-02-02 2006-04-04 Ibaragi Laboratory Co., Ltd. Process for producing aluminum nitride and aluminum nitride
CN107986246A (zh) * 2016-10-26 2018-05-04 河北正雍新材料科技有限公司 一种铝粉氮化法制备球形氮化铝粉体的方法
US10442692B2 (en) 2016-03-10 2019-10-15 Alcom Manufacturing method of aluminium nitride and aluminum nitride prepared by the same

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