JPS63225505A - 高純度窒化アルミニウム粉の製造方法 - Google Patents

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〕 本発明は高純度窒化アルミニウム粉末の製造方法に関し
、とくに不純物としての酸素およびＦｅ、Ｓｔ、Ｃａ、
Ｔｉなどの金属元素の除去。

すなわち高純化を窒化アルミニウム粉製造中の加熱工程
中に実施する改善された技術を提供するものである。

〔従来の技術〕

窒化アルミニウム（以下ＡＩＮと記す）焼結体は、熱伝
導性が良好であり、また熱膨張係数が半導体シリコンに
近いために、ＩＣ基板などの高放熱性ヒートシンクとし
て用いられるようになってきた。

このような電子材料用途に供する際に、焼結体としての
ＡｉＮに要求される特性は熱伝導率を阻害するところの
酸素やＦｅ、Ｓｔなどの金属元素の含有量が少ないこと
である。従って原料粉末もこれと同様に不純物含有量が
少ないことが要求される。特に酸素については製造後の
解砕などの粉末ハンドリング中にもＡｆＬＮの分解によ
り、ＡｌＩ３０３．Ａ見（ＯＨ）ａなどに変質すること
により増加するので、製造直後のＡｉＮの性状はできる
だけ短時間に解砕容易なように軟質度の大きいものにし
ておく必要がある。

従来、こうしたＡＩＮ粉末を窒素ガス雰囲気下で加熱し
窒化する方法がある。

しかし、このような方法においては、原料の金属アルミ
ニウム中に既にＦｅ、Ｓｔなどの金属元素が含有されて
いること、またその表面がアルミニウム酸化物や水和物
などにも変質しているために、そしてその後の加熱窒化
中にも、これらの不純物は系外に分離されにくいので、
どうしても製品粉末に残留するのが普通である。

特に金属アルミニウムの粒子を微細にするほどアルミニ
ウム酸化物などが多量に含有されるので、ＡＪＩＮの微
粉を得るために、その原料として微粉のアルミニウムを
用いることが必ずしも品質の向上にはつながらなかった
。

さて、このようなアルミニウム酸化物などの酸素源およ
びＦｅ、Ｓｉなどの金属元素を除去する方法は、従来、
原料の金属アルミニウムを純度の高いものを用いること
、または生成後のＡＩＬＮ粉を乾燥した不活性ガス中１
粉砕またはその他のＩ＼ンドリングを行うことというよ
うな消極的な、結果的には不十分な方法に頼っていた。

さらに、合ｊ＆後のＡＩＮ粉を、真空下またはＮ２．Ａ
ｒ、Ｃｏガス中で改めて加熱して酸素を除去する方法も
開発されているが、Ａ見Ｎ粉製造時の窒化反応を進行せ
しめる加熱プロセスの中で、その途上において、窒化反
応とはやや時期をずらせた形で上記不純物を除去すると
言うような、いわゆる高純度化プロセスを付加する方策
は採られた例がない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

金属アルミニウム粉を窒化して得られたＡｆｆｉＮ粉末
中の不純物（アルミニウムの酸化物、水和物などの酸素
源、Ｆｅ、Ｓｉ　、Ｔｉ　、Ｃａなどの金属元素）を低
減するために、従来は製造工程とは切り離して行なわれ
てきたＡＩＬＮの高純化工程を、製造工程のプロセス中
に組み入れることにより品質の向上と効率化を図った。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は金属アルミニウム粉末と弗素含有アンモニウム
化合物および窒化アルミニウム粉末とからなる混合物を
窒化性ガス雰囲気中で加熱し、窒化アルミニウム粉末を
製造する方法において。

（ａ）窒化反応終了後に、該雰囲気中にアンモニア分解
ガスおよびまたは水素ガスなどの還元性ガスを導入する
工程、および （ｂ）雰囲気を真空に保持する工程 を付与したことを特徴とする高純度窒化アルミニウム粉
末の製造方法である。

〔作用〕

本発明者らは、研究を進めた結果、ＩＷＮ解決のための
次のような重要なヒントを得た。

（１）金属アルミニウム原料粉の表面を覆っているアル
ミニウム水和物および酸化アルミニウムの膜は、窒素ガ
ス雰囲気下での窒化処理中にアンモニアガスもしくはそ
の分解ガスまたは水素ガスを一部用いることにより、減
少することができる。

しかし、そのガス濃度、ガス導入時期が適切でない場合
は、除去効果が小さい上に、逆に窒化反応が著しく進行
してしまい、その結果、粒径が大きくなったり、軟質度
が低下したりすることがある。

（２）真空下での高温処理をすれば、窒化反応後の塊状
のＡ見Ｎにおいても酸素は勿論のこと、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃ
ａ、Ｍｇのような金属元素も低減することができる。

本発明は上記知見に基づいて完成したもので、以下課題
解決手段の具体的方法を説明する。

まず主原料の金属アルミニウム粉に担体として添加する
ＡＩＮ粉および弗素含有アンモニウム化合物（弗化アン
モニウム、弗化水素アンモニウム等）を加えて出発原料
を得る。この原料を黒鉛質その他耐火度の大きい材質の
容器に詰めて、まず３００〜５５０℃の低温にて数時間
、窒素ガス中またはアルゴンガスで希釈した窒素ガス中
で保持し、金属アルミニウム粒子の表面を均一に窒化す
る。

続いて、上記の雰囲気中でアルミニウムの融点以上（９
００〜１３００℃）の温度域において完全に反応させる
。

この温度における保持時間は１〜５時間が適している。

この処理により出発原料中の金属アルミニウムは完全に
ＡｕＮとなり、その粒径は低温焼成および弗化アンモニ
ウムの反応促進剤の添加効果により、１ｐＬｍ以下に抑
えられている。

しかしながら、上記出発原料に含まれている不純物のた
めに酸素値や金属元素は、 醜素値二０．７〜１．５　ｗ　ｔ％ Ｆｅ　　：０．００５〜０．０１ｗｔ％Ｓｉ　　：０．
００４〜０．００９　ｗ　ｔ％と高い。

そこで本発明は、上記の条件で窒化を完了した後に、雰
囲気ガス中にアンモニアガスおよび／または水素ガスを
ある濃度で供給しつつ一定時間保持しく主として脱酸素
が行われる）、続いて雰囲気ガスを除去して減圧状態に
し、同時に上記条件よりも炉内を昇温しで一定時間保持
する（主として脱Ｆｅ、Ｓｉが行われる）のである。

これにより生成物中の酸素含有量や金属元素は、 酸素値：０．３〜．０．８　ｗ　ｔ％ Ｆｅ　　：０．００３〜０．００８ｗｔ％Ｓｉ：０．０
０２〜０．００６　ｗ　ｔ％にそれぞれ減少することが
分った。

ここで雰囲気中にアンモニアガスを導入する時期は窒化
反応が終了してからが良く、もし早期に行えば、窒化反
応が増大するために粒子の粗大化と生成物の軟質度の減
少といった弊害が起こる。

水素ガスを導入する場合も同様で、窒化反応終了後が好
ましい。

上記アンモニアガスなどの濃度はＮ２とＡｒの混合ガス
に対して２５ｖｏ１％、１０ｖｏ　１％、５ｖｏ　１％
を添加し、いずれも低酸素化に効果が見られたが、上記
濃度を外れた範囲においても十分に効果があると見られ
る。

次に金属元素を除去する真空加熱処理については、１３
００〜１７００℃の範囲が良く、１３００℃未満では長
時間を必要とし、また１７００℃を越えると粉末が焼結
してしまう、好ましくは１４００−１５５０℃の範囲に
ある。

この際、金属元素は真空度が大きくなるほど。

除去され易＜、　　１０−３Ｔｏ　ｒ　ｒ以上の真空が
望ましいが、１Ｏ−ＩＴｏｒｒ以上の真空でも十分効果
は見られる。

これら２つの不純物除去過程は、その実施順序を一義的
に決めるものではなく、どちらが先でも後でも構わない
。

本発明の特徴はＡ見Ｎ粉末の高純化を、その製造工程の
一時期を利用して行った点にある。従来は製造と高純化
は別の工程として取り扱わざるを得ない状態であったが
、 ■　アンモニアガス等を反応過程の極く限られた一時期
にのみ導入することに着眼したこと、 ■　製造後のＡｉＮを粉末状にしなくても十分に金属元
素が減少すること、すなわち窒化反応終了後の塊状のＡ
ｆＬＮのままでも真空処理により高純化が達成され得る
こと、 という知見に基づいて本発明を構成したことにより、窒
化反応と高純化を同じ加熱時期に実施することができる
ようになった。

〔実施例〕

金属アルミニウム粉末として、粒径が１０ＪＬｍ以下の
構成率が８０ｗｔ％のものを選び、これを７３ｇ、粒径
が１．２ＩＬｍ以下のＡ９．Ｎ粉末を２７ｇ、弗化水素
アンモニウムを１８ｇをとり、これらをブタノール中で
混合し、乾燥後、黒鉛るつぼに入れた。

これをＮ２ガスとＡｒガスとの比が６５ｖｏ　１％対３
５ｖｏ　１％になるように雰囲気調整した炉内に置き、
３７０℃で３時間保持した後、１２００℃に昇温し３時
間保持した。

その後、上記ガスに対してアンモニアガスを２５ｖｏ　
１％、１Ｏｖｏ１％、５ｖｏ　１％の３種類の濃度で別
々に導入するテストをし、いずれも１２００℃で１時間
保持した。続いて炉内を真空状態（１０−２Ｔ　ｏ　ｒ
　ｒ）にし、１５００℃に昇温しで３時間保持した。

これらの３回のテストによって得られたへ〇ＬＮ生成物
の特性は第１表に見られる如く、粒径や軟質度に悪影響
を与えることなく、比較例に比べて不純物含有量を低減
させることができた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、得られたＡ交Ｎ粉末の酸素含右縫は０
．６　ｗ　ｔ％以下、金属元素全量が０．００６ｗｔ％
以下と低く、粒径は０．７５ｇｍ程度で従来と比べて遜
色がない。

従ってこのような粉末を出発原料として得られたＡｉＮ
焼結体の熱伝導度は非常に高く、電子材料用途の放熱基
板として好適である。

本発明はＡＩＮ粉末のその他の製造方法にも適用可能で
あり、アルミニウムのカーボンブラックによる還元窒化
法などにも、その焼成過程の途中または終了近くで適用
し得るものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　金属アルミニウム粉末と弗素含有アンモニウム化合
   物および窒化アルミニウム粉末とからなる混合物を窒化
   性ガス雰囲気中で加熱 し、窒化アルミニウム粉末を製造する方法において、 窒化反応終了後に、該雰囲気中にアンモニ ア分解ガスおよびまたは水素ガスなどの還元性ガスを導
   入する工程および雰囲気を真空に保持する工程を付加し
   たことを特徴とする高純度窒化アルミニウム粉末の製造
   方法。