JPS63242909A - 窒化アルミニウム粉体の製造法 - 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、新規な窒化アルミニウムの製造方法に関し、
詳しくは陽イオン不純物の含有率が極めて少ない窒化ア
ルミニウム粉体の製造方法に関するものである。

〈従来の技術〉 従来の窒化アルミニウム粉体の製造方法とじては、例え
ば特開昭５９−５０００８号に開示されているようなア
ルミナ粉末とカーボン粉末との混合組成物を窒素を含む
雰囲気中で焼成する方法や、例えば特開昭６０−１６１
３１４号に開示されているようなアルミニウムと窒素ガ
スとを接触させて電化反応を行わせる方法等が知られて
いる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、前記引例のような方法においては、製造
した窒化アルミニウム中に、前者ではナトリウム、鉄、
ケイ素など、後者ではケイ素、鉄。

マグネシウムなどの陽イオン不純物が残存し易く、かく
して得られた窒化アルミニウム粉体は、放熱性基板のよ
うな高純度を要する製品の原料として使用するためには
、純度上の問題点を有する０本発明者らは、既にアルミ
ナとカーボンとの混合物と窒素ガスを反応させて、窒化
アルミニウムを製造する方法において、反応が開始する
１２５０℃以上の温度域において該混合物を常圧よりも
、高い圧力下で接触させる工程と、常圧よりも低い圧力
下で接触させる工程を含ませることで窒化アルミニウム
粉体に含有する未反応アルミナ量をゼロないしは極く少
量に抑制する製造方法、或いは同様に該混合物を常圧よ
り低い、好ましくは０．２〜０．８気圧の圧力で接触さ
せ窒化アルミニウム中の全酸素含有率が極めて少なくな
る製造方法等を発明し特許出願している。本発明者らは
、さらに製造された窒化アルミニウム粉体中の鉄、ケイ
素。

ナトリウム、マグネシウム、カルシウムなどの陽イオン
不純物含有量が極めて少なくなり、高熱伝導率焼結体製
造上好ましい高純度粉体が得られる方法を鋭意研究し、
本発明を完成するに至った。

〈問題点を解決するための手段および作用〉即ち、本発
明に係る窒化アルミニウム粉体の製造方法は、アルミナ
とカーボンとの混合物と窒素ガスを反応させて窒化アル
ミニウム粉体を製造する方法において、窒化アルミニウ
ムの生成反応の開始に先立ち前記混合物に窒素含有不活
性ガスを１０００℃以上１４００℃以下の温度、０．１
気圧以下の圧力下で接触せしめることを特徴とするもの
である。

本発明において使用するアルミナおよびカーボンは、そ
れぞれの粉体若しくは両者の粉体温合物を例えば粒状に
成形したものでもよいが、通常はそれぞれの微粒粉体が
使用される。

本発明において使用する窒素含有不活性ガスとは、窒素
ガスを含有し、かつ、例えば酸素、炭酸　　　　′ガス
、水蒸気等の高温で酸化性を有するガスを可及的に含ま
ないガスである。ただし、反応生成物である一酸化炭素
を不可避的に含むことは差支えない。

さて、アルミナとカーボンとの混合物は、窒素含有不活
性ガス雰囲気中で１４００℃以上の高温に加熱された場
合、式（１）により窒化アルミニウムと一酸化炭素に変
換することが知られている。

Ａｌ２Ｏ３＋３　Ｃ＋　８２　　”　２　ＡＩＮ　＋　
３　ＣＯ（１）式（１）の反応と並行して原料のアルミ
ナないしはカーボンに含まれる陽イオン不純物、即ちナ
トリウム、ケイ素、鉄、マグネシウム、カルシウムなど
の不純物も窒化物、あるいは炭化物に変換し窒化アルミ
ニウム中に残留する。

本発明者らは、窒化アルミニウム粉体中の陽イオン不純
物の含有率をできるだけ少なくする方法を研究した結果
、かかる目的を達成するためには、温度が１０００〜１
４００℃、圧力が０．１気圧より低い窒素含有不活性ガ
スを窒化アルミニウム生成反応に先立って、原料混合物
に接触させる工程を含ませることが必要であることを見
出した。

本発明でいう０．１気圧よりも低い圧カニ程のときの雰
囲気温度は１０００℃〜１４００℃の範囲である。また
窒素含有不活性ガスの圧力を０．１気圧より低、く保持
する時間は前記温度域でアルミナないしはカーボン混合
物中の陽イオン不純物が実質的に除去される時間であれ
ばよ＜　、０．５時間以上行えばよい。

このように窒素含有不活性ガスの圧力を０．１気圧より
も低くすると、上記の如く窒化アルミニウム粉体の陽イ
オン不純物含有率が極めて少なくなる理由は明確ではな
いが、原料のアルミナないしはカーボンに含有される陽
イオン不純物は通常、酸化物の状態で存在しており、高
温に加熱されることで熱解離することが知られている。

例えば、ナトリウム、ケイ素、マグネシウムは以下の式
（２）から（４）に示すような反応式に従い解離する。

Ｎａ２０（ｓ）＝２　Ｎａ（ｇ）＋１／２０２（ｇ）　
　　　（２）Ｓｉ０２（ｓ）＝　　ＳｉＯ（ｇ）＋１／
２０２（ｇ）　　　（３）ＭｇＯ（ｓ）＝　　Ｍｇ（ｇ
）＋１／２０２ｃｇ）　　　　（４）各蒸気種の平衡分
圧は温度と密接に関係するものの、アルミナとの比較に
おいて、 Ｎａ２Ｏ＞５ｉ０２＞ＭｇＯ＞Ａｌ２Ｏ３の順序で蒸気
圧は低くなっている。鉄はＦｅ２０３の形で存在し、蒸
気圧はＳｉＯ２よりも高く、またカルシウムはＣａＯで
存在し、ＭｇＯより低く、Ａｌ２Ｏ３よりも高いと思わ
れる。窒素含有不活性ガスの圧力を０．１気圧よりも低
くするとともに、アルミナないしはカーボン原料に含有
される陽イオン不純物が上記の如くそれぞれの陽イオン
不純物の持つ蒸気圧に従って蒸発し、系外に除去される
ものとも考えられる。

本発明において、陽イオン不純物除去のために、０．１
気圧よりも低い圧力に保持するときの温度は１０００℃
〜１４００℃の範囲で、１０００℃未満では陽イオン不
純物の蒸気圧が極めて低く、殆ど効果が認められない。

一方、１４００℃を超える温度では陽イオン不純物の蒸
気圧は高くなるものの、製造された窒化アルミニウム粉
体の粒径が大きくなる問題を生ずる場合がある。

また、窒素含有不活性ガスの圧力を０．１気圧よりも低
く、かつ１０００〜１４００℃に保持する時間は、式（
１）の反応の始まる前であることが必要である。式（１
）の反応が始まりた後の時間は陽イオン不純物の除去効
果に対し、あまり寄与しない。

これは、アルミナとカーボン混合物中の陽イオン不純物
は、例えば５ｉ０２を例にとると、次の式（５）。

（６）のように、 ＳｉＯ２＋３　Ｃ＝ＳｉＣ＋２　Ｃｏ　　　　　　（５
）３５ｉ０２＋６　Ｃ＋２　Ｎ２：＝Ｓｉ３Ｎ４＋６　
ｃｏ　　（６）原料のカーボン、窒素と反応し、式（１
）の反応に先行ないしは並行して酸化物のときより、逼
かに高温で安定な炭化物、あるいは窒化物に変化するた
め、これら陽イオン不純物の窒化アルミニウム粉体から
の蒸発除去が著しく困難になるためとも考えられる。

前記のように原料混合物を０．１気圧以下、１０００〜
１４００℃の範囲で加熱処理した後、窒素含有不活性ガ
ス雰囲気中で行なう窒化反応処理方法は公知の方法で行
なえばよい。

しかし、１２５０℃以上、０．２気圧以上で加熱処理す
れば窒化反応が容易に進行するので好ましい。なお、本
発明方法で処理した前記原料混合物を、本発明者等が既
に特許出願した方法である、常圧よりも高い圧力下で原
料のアルミナの反応率が少なくとも５％になるまで接触
せしめる工程を、また本発明方法で処理した前記原料混
合物を常圧より低い、好ましくは０．２〜０．４気圧の
圧力下で前記窒素ガスき有事活性ガスに接触させる工程
を、それぞれ組み合わせることによって陽イオン不純物
が極めて少ない上に、更にそれぞれの特性が加わった全
酸素量や未反応アルミナ量の少ない高純度窒化アルミニ
ウム粉体を得ることもできる。

〈実施例〉 以下に、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例　１〜１０ 第１表に示す各種不純物を含むアルミナ粉体１００ｇと
カーボン粉体４０ｇとをボールミルで混合・粉砕した後
、カーボン製トレー（縦２１０＋＋ｎ。

横２１０ｍｍ、高さ４０＋ｕ＋）に充填した。このとき
の原料混合物の厚さは３０ｍｍであった。このトレーを
、有効寸法が縦２３０ｍｍ、横２５０ｍａｔ、高さ２２
０■の電気炉内に配置し、窒素ガスを流通させながら、
還元窒化反応を行わせた。この際、常温から１０００℃
までは、常圧に保ちつつ１００”Ｃ／　Ｈｒの昇温速度
で加熱した。

（イ）１０００℃を超えてから所定温度に達するまでの
間は０．１気圧より低い種々の圧力に維持しながら、昇
温加熱した（以下、工程（イ）という）。

（ロ）その後、種々の圧力に保ちつつ、所定温度まて昇
温・加熱した。この際、１５５０℃に達した場合は、以
降、温度を一定に保持したく以下、工程（ロ）という）
。

（ハ）（ロ）において１５５０℃に達しないものは炉内
を種々の圧力に保持し１５６０℃まで昇温し、１５５０
℃に達したら以降、温度を一定に保持した（以下、工程
（ハ）という）。

（イ）ｔ（ｎ）ｊ（７１）の昇温速度は何れも１００℃
／Ｈｒとした。

反応終了後、生成した窒化アルミニウム粉体の陽イオン
不純物および全酸素含有量を蛍光Ｘ線分析（理化電機工
業（株）！！システム３０７０）で、うち、Ｎａのみは
原子吸光分析（島津製作所（株）ｉｉｌ　ＡＡ−６４６
）で、それぞれ定量した。

結果を前記（イ）、（０）ｌ（ハ）の各工程別の圧力２
時間および温度の各条件とともに第２表に示す。

表中に、（０）、（ハ）の工程に影響される窒化アルミ
ニウムに含まれる未反応アルミナ量（α−ＡＩ２０３）
および粒子形状の大きさく平均粒径）、全酸素量をそれ
ぞれ記載した。未反応アルミナ（α−ＡＩ２０３）の測
定はＸ線回折で、平均粒径は光透過式粒径分布測定器（
セイシン企業（株’）Ｎ　ＳＫＮ　１０００型）で、全
酸素量は陽イオン不純物の測定と同様、蛍光Ｘ線分析で
行なった。結果を第２表に示す。

比較例 電気炉内の圧力を常に常圧に維持したこと以外は実施例
と同様に行なった。結果を併せて第２表に示す。

第　　１　　表 〈発明の効果〉 前記実施例から判るように、本発明方法によれば、従来
の技術に比べて、陽イオン不純物含有量が極めて少ない
窒化アルミ′ニウム粉体を製造することができる。

かかる窒化アルミニウム粉体は、放熱性基板等の高純度
を要求する製品の原料として好適であるから、本発明は
産業の発展のため極めて有用である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、アルミナとカーボンとの混合物と窒素ガスを反応さ
   せて窒化アルミニウム粉体を製造する方法において、窒
   化アルミニウムの生成反応の開始に先立ち前記混合物に
   窒素含有不活性ガスを１０００℃以上１４００℃以下の
   温度、０．１気圧以下の圧力下で接触せしめることを特
   徴とする窒化アルミニウム粉体の製造法。