JPWO2014123247A1 - 窒化アルミニウム粉末 - Google Patents
窒化アルミニウム粉末 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2014123247A1 JPWO2014123247A1 JP2014560833A JP2014560833A JPWO2014123247A1 JP WO2014123247 A1 JPWO2014123247 A1 JP WO2014123247A1 JP 2014560833 A JP2014560833 A JP 2014560833A JP 2014560833 A JP2014560833 A JP 2014560833A JP WO2014123247 A1 JPWO2014123247 A1 JP WO2014123247A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- aluminum nitride
- crystal particles
- particles
- nitride crystal
- sintered body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 title claims abstract description 417
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 144
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 348
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 213
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 57
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 claims abstract description 55
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 77
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 58
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 35
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 25
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 24
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 21
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 21
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 19
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims description 18
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 12
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 7
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 claims description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 34
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 28
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 description 24
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 22
- -1 aluminum nitrides Chemical class 0.000 description 20
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 17
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 15
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 13
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 11
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 11
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 9
- 235000019241 carbon black Nutrition 0.000 description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 9
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 9
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 9
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 7
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 5
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 5
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 5
- 229920001955 polyphenylene ether Polymers 0.000 description 5
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 4
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 4
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 description 4
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 3
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 3
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007088 Archimedes method Methods 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 2
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 2
- 229920001328 Polyvinylidene chloride Polymers 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910001593 boehmite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 2
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 description 2
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 2
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 2
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 2
- FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M hydroxidooxidoaluminium Chemical compound O[Al]=O FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 2
- 239000006082 mold release agent Substances 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 2
- 229920002742 polystyrene-block-poly(ethylene/propylene) -block-polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 239000005033 polyvinylidene chloride Substances 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 2
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 2
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 2
- FQENQNTWSFEDLI-UHFFFAOYSA-J sodium diphosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O FQENQNTWSFEDLI-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 2
- 229940048086 sodium pyrophosphate Drugs 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 2
- 235000019818 tetrasodium diphosphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004953 Aliphatic polyamide Substances 0.000 description 1
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004438 BET method Methods 0.000 description 1
- 239000004412 Bulk moulding compound Substances 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229920000181 Ethylene propylene rubber Polymers 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000106 Liquid crystal polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004977 Liquid-crystal polymers (LCPs) Substances 0.000 description 1
- 239000004640 Melamine resin Substances 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 229920002845 Poly(methacrylic acid) Polymers 0.000 description 1
- 229930182556 Polyacetal Natural products 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 1
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 229920006397 acrylic thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 238000007259 addition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002313 adhesive film Substances 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 125000002723 alicyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 229920003231 aliphatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 125000005234 alkyl aluminium group Chemical group 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 229910001680 bayerite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- UBAZGMLMVVQSCD-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide;molecular oxygen Chemical compound O=O.O=C=O UBAZGMLMVVQSCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 238000003181 co-melting Methods 0.000 description 1
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910001648 diaspore Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 1
- NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N dysprosium(III) oxide Inorganic materials O=[Dy]O[Dy]=O NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- BXOUVIIITJXIKB-UHFFFAOYSA-N ethene;styrene Chemical group C=C.C=CC1=CC=CC=C1 BXOUVIIITJXIKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002573 ethenylidene group Chemical group [*]=C=C([H])[H] 0.000 description 1
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- ZOXWHYCFEIIAIL-UHFFFAOYSA-N furan phenol Chemical compound C1(=CC=CC=C1)O.O1C=CC=C1.C1(=CC=CC=C1)O ZOXWHYCFEIIAIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001679 gibbsite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 229920000554 ionomer Polymers 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007561 laser diffraction method Methods 0.000 description 1
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 125000005487 naphthalate group Chemical group 0.000 description 1
- PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N neodymium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Nd+3].[Nd+3] PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- KTUFCUMIWABKDW-UHFFFAOYSA-N oxo(oxolanthaniooxy)lanthanum Chemical compound O=[La]O[La]=O KTUFCUMIWABKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 description 1
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 1
- 229920002285 poly(styrene-co-acrylonitrile) Polymers 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 1
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 229920001470 polyketone Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000193 polymethacrylate Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920000306 polymethylpentene Polymers 0.000 description 1
- 239000011116 polymethylpentene Substances 0.000 description 1
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 description 1
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000010734 process oil Substances 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000010334 sieve classification Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 239000011269 tar Substances 0.000 description 1
- ISXSCDLOGDJUNJ-UHFFFAOYSA-N tert-butyl prop-2-enoate Chemical compound CC(C)(C)OC(=O)C=C ISXSCDLOGDJUNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 238000001721 transfer moulding Methods 0.000 description 1
- 229920000428 triblock copolymer Polymers 0.000 description 1
- 150000003673 urethanes Chemical class 0.000 description 1
- 239000004034 viscosity adjusting agent Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary 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
- C01B21/072—Binary 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/28—Nitrogen-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary 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
- C01B21/072—Binary 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
- C01B21/0726—Preparation by carboreductive nitridation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/581—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on aluminium nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
- C04B35/6265—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering involving reduction or oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
- C04B35/6268—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering characterised by the applied pressure or type of atmosphere, e.g. in vacuum, hydrogen or a specific oxygen pressure
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
- C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
- C09K5/14—Solid materials, e.g. powdery or granular
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
- C01P2004/40—Particle morphology extending in three dimensions prism-like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
- C01P2004/42—(bi)pyramid-like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/51—Particles with a specific particle size distribution
- C01P2004/52—Particles with a specific particle size distribution highly monodisperse size distribution
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/54—Particles characterised by their aspect ratio, i.e. the ratio of sizes in the longest to the shortest dimension
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/10—Solid density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/32—Thermal properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
- C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
- C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
- C04B2235/3865—Aluminium nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
- C04B2235/3895—Non-oxides with a defined oxygen content, e.g. SiOC, TiON
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5409—Particle size related information expressed by specific surface values
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5463—Particle size distributions
- C04B2235/5481—Monomodal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
- C04B2235/666—Applying a current during sintering, e.g. plasma sintering [SPS], electrical resistance heating or pulse electric current sintering [PECS]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
- C04B2235/668—Pressureless sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
- C04B2235/787—Oriented grains
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
- C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
- Y10T428/2982—Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
対向する六角形状面2面と長方形状面6面から構成される、六角形状面の対向する方向に扁平な8面体形状を有し、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離Dは3〜110μmの範囲にあり、長方形状面の短辺の長さLは2〜45μmの範囲にあり且つL/Dが0.05〜0.8の間にあり、六角形状面と長方形状面とは1本の稜を形成せずに曲面を形成して交差しており、そして真密度が3.20〜3.26g/cm3の範囲にある、窒化アルミニウム結晶粒子、それを含有する窒化アルミニウム粉末、それらの製造法、上記窒化アルミニウム結晶粒子を含む有機高分子組成物および焼結体が提供される。
Description
本発明は、窒化アルミニウム結晶粒子、それを含有する窒化アルミニウム粉末、それらの製造方法および上記窒化アルミニウム結晶粒子を含む有機高分子組成物ならびに焼結体に関する。
窒化アルミニウムは高い熱伝導性と優れた電気絶縁性を有するため、高熱伝導性基板、放熱部品をはじめ、絶縁放熱用フィラーとしての応用が期待されている。放熱用フィラーは樹脂やゴムなどのマトリックスに分散させることにより、熱伝導率を向上させるもので、放熱シートやフィルム状スペーサー、放熱グリース、放熱性接着剤といった用途に利用される。
放熱材料の熱伝導率を向上させるためには、フィラーがマトリックス中で相互に接触し、熱伝導パスを形成する必要がある。その為、一般にフィラーを使用する場合、大粒径と少粒径のフィラーを併用し、充填率が上がるように粒度の最適化を行う。
ところで、窒化アルミニウム粉末の製造方法には、アルミナとカーボンを窒素雰囲気にて焼成する還元窒化法、金属アルミニウムと窒素を直接反応させる直接窒化法、アルキルアルミニウムとアンモニアを反応させた後、加熱する気相法が知られている。
しかしながら、上記還元窒化法及び気相法で得られる窒化アルミニウム粉末の粒径はサブミクロン程度であり、前記大粒径のフィラーとして要求される数μm〜数十μmの比較的大きな窒化アルミニウム粒子を得ることが困難である。
一方、直接窒化法では粉砕・分級を行うため、粒径制御は比較的容易であり、数μm〜数十μmの窒化アルミニウム粒子を得ることができるが、粉砕工程を必須とし、そのため、得られる窒化アルミニウム粉末の粒子は角張った形状であり、また、粒径もバラツキがみられるため、樹脂への充填性やそれを添加して得られる熱伝導性樹脂の性能の安定性において改良の余地があった。
前記方法に対して、大粒径で所望の平均粒径を有した窒化アルミニウム粉末を得る方法として窒化アルミニウム粉末に焼結助剤、結合剤及び溶剤を加えて噴霧乾燥し、得られた球状造粒粉を焼結するというものがある(特開平3−295853号公報)。しかしながら、得られる造粒粉の焼結体は、焼結により粒子同士が結合した多結晶の構造を有するものであり、熱伝導性において改良の余地があり、また、粒子形状も一定のものが得られ難く、樹脂への充填性やそれを添加して得られる熱伝導性樹脂の性能の安定性において問題を有する。また、樹脂に充填された粒子は、球状であることにより、熱伝導パスを形成し難い。更に、原料として窒化アルミニウム粉末を使用することにより、原料が高価であり、経済上の問題を有する。
また、大粒径の単結晶を得る方法として、窒化アルミニウムを昇華させ、種結晶上に柱状に成長させて、これを切断することにより柱状窒化アルミニウム結晶粒子を得る方法がある(W02009/066663号公報)。この方法にて得られた窒化アルミニウム結晶粒子は単結晶であることから多結晶体に比べ熱伝導率が高く、粒子形状も均一であるという特徴を有する。しかしながら、得られた窒化アルミニウム結晶粒子は、角張った稜部を有する柱状であり、フィラーとして用いた場合に混練性が低下するという問題を有する。しかも、原料として窒化アルミニウムを使用するため高価となるという課題があった。
一方、冒頭に記載したとおり、近年、半導体デバイスのパワー密度上昇に伴い、デバイスの搭載に使用される材料には、より高度な放熱特性が求められている。このような材料として、サーマルインターフェースマテリアルと呼ばれる一連の材料があり、その使用量は急速に拡大している。ここで、サーマルインターフェースマテリアルとは、半導体素子から発生する熱をヒートシンクまたは筐体等に逃がす経路の熱抵抗を緩和するための材料であり、シート、ゲル、グリースなど多様な形態で用いられている。
一般に、サーマルインターフェースマテリアルは、熱伝導性のフィラーを有機高分子成分に充填した複合材料であり、フィラーとしてはシリカやアルミナが多く用いられている。しかし、シリカの熱伝導率は1W/m・K程度、アルミナの熱伝導率は36W/m・K程度であり、アルミナを用いた複合材料でも、その熱伝導率は1〜5W/m・K程度に留まるものであり、より高い熱伝導率の複合材料が求められている。
このため、近年では、有機高分子成分にシリカ、アルミナより高い熱伝導率を有する窒化アルミニウムを充填する提案がなされている。
窒化アルミニウムを有機高分子に充填することにより有機高分子組成物に熱伝導性を付与する場合、窒化アルミニウムを高充填させやすい球状粒子にして、高濃度充填させることにより、窒化アルミニウム同士の接触面積を増加させ、熱伝導経路を確保させる必要がある。このため、通常、有機高分子組成物中に60体積%以上の窒化アルミニウムを含有させている。しかしながら、有機高分子組成物中に多量の窒化アルミニウムを含有させると、材料コストが増大する上に、粘度上昇により成形加工性が低下してしまうという問題があった。
一方、繊維径が1μm以下で長さが5〜500μmの窒化アルミニウムウィスカーも知られている(電気化学, vol.10, p743, 1972及び日本セラミック協会学術論文誌, vol.97, p864, 1989参照)。しかしながら、これらのウィスカーは、アスベスト様であることから作業性が悪く、人体への影響なども懸念されている。
また、これらのウィスカーは、昇華再結晶法(電気化学, vol.10, p743, 1972参照)又は気相合成法(日本セラミック協会学術論文誌, vol.97, p874, 1989参照)により製造されるが、前者の方法は、操作温度が1800〜2000℃と非常に高いために工業化に不向きな方法であり、また、後者の方法も量産化には不向きな方法である。
さらに、 窒化アルミニウム焼結体は、高熱伝導性、高耐プラズマ性、電気絶縁性などの優れた特性を有している。そのため、高熱伝導性と電気絶縁性を利用した絶縁放熱基板として産業用ロボット分野や電気鉄道車両、自動車分野、LED照明分野など様々な分野で用いられている。
中でも、発熱量が大きいパワートランジスタのような高出力型半導体素子やレーザー素子を搭載する基板には、高熱伝導率を有する窒化アルミニウム焼結体が多用されている。
このような窒化アルミニウム焼結体を実装基板や回路基板として使用する場合、その表面に素子搭載部や回路部などを構成する金属層を形成することが不可欠である。また、上記金属層の形成方法として、窒化アルミニウム焼結体と金属基板とを、ロウ材を介して接合して接合体を構成する方法が行われている。
しかしながら、上記金属基板との接合体を構成する場合、窒化アルミニウム焼結体はその機械的特性、特に破壊靱性やビッカース硬さが十分ではなく、更なる向上が求められている。即ち、破壊靱性やビッカース硬さが小さいと、窒化アルミニウム焼結体の表面上に形成された金属回路層に半導体素子を実装する際の応力や熱などにより窒化アルミニウム焼結体が破損したり、半導体素子の作動に伴う熱サイクルの繰り返しによって、前記金属回路層の接合部付近の窒化アルミニウム焼結体にクラックが発生し易くなったりし、耐熱サイクル特性及び信頼性が低下するという問題が生じる。
特に、最近のパワーモジュール用セラミックス基板においては、従来以上に厳しい熱サイクル下における使用が多くなってきており、耐熱衝撃性ひいては破壊靱性やビッカース硬さの向上が一層強く求められる状況である。
従来、上記課題に対して、窒化アルミニウム焼結体を構成する結晶粒子として、大粒径の結晶粒子と小粒径の結晶粒子とが併存するように構成された焼結体が提案されている(特開2001−2474号公報参照)。
上記窒化アルミニウム焼結体は、前記課題に対して、ある程度の効果を発揮するものの、更なる改良が望まれていた。
放熱材料の熱伝導率を向上させるためには、フィラーがマトリックス中で相互に接触し、熱伝導パスを形成する必要がある。その為、一般にフィラーを使用する場合、大粒径と少粒径のフィラーを併用し、充填率が上がるように粒度の最適化を行う。
ところで、窒化アルミニウム粉末の製造方法には、アルミナとカーボンを窒素雰囲気にて焼成する還元窒化法、金属アルミニウムと窒素を直接反応させる直接窒化法、アルキルアルミニウムとアンモニアを反応させた後、加熱する気相法が知られている。
しかしながら、上記還元窒化法及び気相法で得られる窒化アルミニウム粉末の粒径はサブミクロン程度であり、前記大粒径のフィラーとして要求される数μm〜数十μmの比較的大きな窒化アルミニウム粒子を得ることが困難である。
一方、直接窒化法では粉砕・分級を行うため、粒径制御は比較的容易であり、数μm〜数十μmの窒化アルミニウム粒子を得ることができるが、粉砕工程を必須とし、そのため、得られる窒化アルミニウム粉末の粒子は角張った形状であり、また、粒径もバラツキがみられるため、樹脂への充填性やそれを添加して得られる熱伝導性樹脂の性能の安定性において改良の余地があった。
前記方法に対して、大粒径で所望の平均粒径を有した窒化アルミニウム粉末を得る方法として窒化アルミニウム粉末に焼結助剤、結合剤及び溶剤を加えて噴霧乾燥し、得られた球状造粒粉を焼結するというものがある(特開平3−295853号公報)。しかしながら、得られる造粒粉の焼結体は、焼結により粒子同士が結合した多結晶の構造を有するものであり、熱伝導性において改良の余地があり、また、粒子形状も一定のものが得られ難く、樹脂への充填性やそれを添加して得られる熱伝導性樹脂の性能の安定性において問題を有する。また、樹脂に充填された粒子は、球状であることにより、熱伝導パスを形成し難い。更に、原料として窒化アルミニウム粉末を使用することにより、原料が高価であり、経済上の問題を有する。
また、大粒径の単結晶を得る方法として、窒化アルミニウムを昇華させ、種結晶上に柱状に成長させて、これを切断することにより柱状窒化アルミニウム結晶粒子を得る方法がある(W02009/066663号公報)。この方法にて得られた窒化アルミニウム結晶粒子は単結晶であることから多結晶体に比べ熱伝導率が高く、粒子形状も均一であるという特徴を有する。しかしながら、得られた窒化アルミニウム結晶粒子は、角張った稜部を有する柱状であり、フィラーとして用いた場合に混練性が低下するという問題を有する。しかも、原料として窒化アルミニウムを使用するため高価となるという課題があった。
一方、冒頭に記載したとおり、近年、半導体デバイスのパワー密度上昇に伴い、デバイスの搭載に使用される材料には、より高度な放熱特性が求められている。このような材料として、サーマルインターフェースマテリアルと呼ばれる一連の材料があり、その使用量は急速に拡大している。ここで、サーマルインターフェースマテリアルとは、半導体素子から発生する熱をヒートシンクまたは筐体等に逃がす経路の熱抵抗を緩和するための材料であり、シート、ゲル、グリースなど多様な形態で用いられている。
一般に、サーマルインターフェースマテリアルは、熱伝導性のフィラーを有機高分子成分に充填した複合材料であり、フィラーとしてはシリカやアルミナが多く用いられている。しかし、シリカの熱伝導率は1W/m・K程度、アルミナの熱伝導率は36W/m・K程度であり、アルミナを用いた複合材料でも、その熱伝導率は1〜5W/m・K程度に留まるものであり、より高い熱伝導率の複合材料が求められている。
このため、近年では、有機高分子成分にシリカ、アルミナより高い熱伝導率を有する窒化アルミニウムを充填する提案がなされている。
窒化アルミニウムを有機高分子に充填することにより有機高分子組成物に熱伝導性を付与する場合、窒化アルミニウムを高充填させやすい球状粒子にして、高濃度充填させることにより、窒化アルミニウム同士の接触面積を増加させ、熱伝導経路を確保させる必要がある。このため、通常、有機高分子組成物中に60体積%以上の窒化アルミニウムを含有させている。しかしながら、有機高分子組成物中に多量の窒化アルミニウムを含有させると、材料コストが増大する上に、粘度上昇により成形加工性が低下してしまうという問題があった。
一方、繊維径が1μm以下で長さが5〜500μmの窒化アルミニウムウィスカーも知られている(電気化学, vol.10, p743, 1972及び日本セラミック協会学術論文誌, vol.97, p864, 1989参照)。しかしながら、これらのウィスカーは、アスベスト様であることから作業性が悪く、人体への影響なども懸念されている。
また、これらのウィスカーは、昇華再結晶法(電気化学, vol.10, p743, 1972参照)又は気相合成法(日本セラミック協会学術論文誌, vol.97, p874, 1989参照)により製造されるが、前者の方法は、操作温度が1800〜2000℃と非常に高いために工業化に不向きな方法であり、また、後者の方法も量産化には不向きな方法である。
さらに、 窒化アルミニウム焼結体は、高熱伝導性、高耐プラズマ性、電気絶縁性などの優れた特性を有している。そのため、高熱伝導性と電気絶縁性を利用した絶縁放熱基板として産業用ロボット分野や電気鉄道車両、自動車分野、LED照明分野など様々な分野で用いられている。
中でも、発熱量が大きいパワートランジスタのような高出力型半導体素子やレーザー素子を搭載する基板には、高熱伝導率を有する窒化アルミニウム焼結体が多用されている。
このような窒化アルミニウム焼結体を実装基板や回路基板として使用する場合、その表面に素子搭載部や回路部などを構成する金属層を形成することが不可欠である。また、上記金属層の形成方法として、窒化アルミニウム焼結体と金属基板とを、ロウ材を介して接合して接合体を構成する方法が行われている。
しかしながら、上記金属基板との接合体を構成する場合、窒化アルミニウム焼結体はその機械的特性、特に破壊靱性やビッカース硬さが十分ではなく、更なる向上が求められている。即ち、破壊靱性やビッカース硬さが小さいと、窒化アルミニウム焼結体の表面上に形成された金属回路層に半導体素子を実装する際の応力や熱などにより窒化アルミニウム焼結体が破損したり、半導体素子の作動に伴う熱サイクルの繰り返しによって、前記金属回路層の接合部付近の窒化アルミニウム焼結体にクラックが発生し易くなったりし、耐熱サイクル特性及び信頼性が低下するという問題が生じる。
特に、最近のパワーモジュール用セラミックス基板においては、従来以上に厳しい熱サイクル下における使用が多くなってきており、耐熱衝撃性ひいては破壊靱性やビッカース硬さの向上が一層強く求められる状況である。
従来、上記課題に対して、窒化アルミニウム焼結体を構成する結晶粒子として、大粒径の結晶粒子と小粒径の結晶粒子とが併存するように構成された焼結体が提案されている(特開2001−2474号公報参照)。
上記窒化アルミニウム焼結体は、前記課題に対して、ある程度の効果を発揮するものの、更なる改良が望まれていた。
本発明の目的は、比較的大きな粒子径を有し、形状に特異性を持つ新規な窒化アルミニウム結晶粒子を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記窒化アルミニウム結晶粒子を含有し、熱伝導性フィラーとして樹脂に添加する場合において良好な混練性を発揮すると共に、得られる樹脂組成物に対して、優れた熱伝導性を付与することが可能な窒化アルミニウム粉末を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記窒化アルミニウム結晶粒子の製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記窒化アルミニウム結晶粒子を含有する有機高分子組成物を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記窒化アルミニウム結晶をフィラーとして有機高分子成分に充填することにより、熱伝導性と成形加工性とを兼ね備えた有機高分子組成物を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記窒化アルミニウム結晶粒子の焼結体およびその製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、高い熱伝導率を有し、破壊靱性やビッカース硬さなどの機械的強度に優れる窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的および利点は以下の説明から明らかになろう。
本発明の他の目的は、上記窒化アルミニウム結晶粒子を含有し、熱伝導性フィラーとして樹脂に添加する場合において良好な混練性を発揮すると共に、得られる樹脂組成物に対して、優れた熱伝導性を付与することが可能な窒化アルミニウム粉末を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記窒化アルミニウム結晶粒子の製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記窒化アルミニウム結晶粒子を含有する有機高分子組成物を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記窒化アルミニウム結晶をフィラーとして有機高分子成分に充填することにより、熱伝導性と成形加工性とを兼ね備えた有機高分子組成物を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記窒化アルミニウム結晶粒子の焼結体およびその製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、高い熱伝導率を有し、破壊靱性やビッカース硬さなどの機械的強度に優れる窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的および利点は以下の説明から明らかになろう。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、
第1に、対向する六角形状面2面と長方形状面6面から構成される、六角形状面の対向する方向に扁平な8面体形状を有し、
六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離Dは3〜110μmの範囲にあり、長方形状面の短辺の長さLは2〜45μmの範囲にあり且つL/Dが0.05〜0.8の間にあり、
六角形状面と長方形状面とは1本の稜を形成せずに曲面を形成して交差しており、そして
真密度が3.20〜3.26g/cm3の範囲にある、
ことを特徴とする窒化アルミニウム結晶粒子(以下、特定AlN結晶粒子ということがある)によって達成される。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、
第2に、平均粒子径0.1〜3μmのアルミナ粒子が凝集した、平均粒子径5〜100μmのアルミナ凝集粒子を、下記濃度
(1)一酸化炭素ガス濃度20〜50容量% および/または
(2)窒素ガス濃度10〜80容量%
を満足する反応雰囲気中で、液相形成剤の存在下にて、還元窒化することを特徴とする、上記窒化アルミニウム結晶粒子を製造する方法によって達成される。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、
第3に、上記窒化アルミニウム結晶粒子100〜600質量部およびそれが分散されている有機高分子100質量部からなる、有機高分子組成物によって達成される。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、
第4に、上記窒化アルミニウム結晶粒子の焼結体であって、該窒化アルミニウム結晶粒子の少なくとも一部の六角形状面は、焼結体の平坦な平面とほぼ同方向に配向しており、破壊靭性が5MPa・m1/2以上、熱伝導率が150〜230W/m・kそしてビッカース硬さが11〜16GPaである、ことを特徴とする窒化アルミニウム焼結体によって達成される。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、
第5に、上記窒化アルミニウム結晶粒子60〜98質量%と平均粒子径0.5〜3μmの窒化アルミニウム粒子2〜40質量%とからなる窒化アルミニウム粉末を、当該窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状面が得られる焼結体の平坦な表面とほぼ同方向に配向するように成形せしめて成形体を形成し、次いで該成形体を焼結せしめる、ことを特徴とする、上記焼結体を製造する方法によって達成される。
第1に、対向する六角形状面2面と長方形状面6面から構成される、六角形状面の対向する方向に扁平な8面体形状を有し、
六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離Dは3〜110μmの範囲にあり、長方形状面の短辺の長さLは2〜45μmの範囲にあり且つL/Dが0.05〜0.8の間にあり、
六角形状面と長方形状面とは1本の稜を形成せずに曲面を形成して交差しており、そして
真密度が3.20〜3.26g/cm3の範囲にある、
ことを特徴とする窒化アルミニウム結晶粒子(以下、特定AlN結晶粒子ということがある)によって達成される。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、
第2に、平均粒子径0.1〜3μmのアルミナ粒子が凝集した、平均粒子径5〜100μmのアルミナ凝集粒子を、下記濃度
(1)一酸化炭素ガス濃度20〜50容量% および/または
(2)窒素ガス濃度10〜80容量%
を満足する反応雰囲気中で、液相形成剤の存在下にて、還元窒化することを特徴とする、上記窒化アルミニウム結晶粒子を製造する方法によって達成される。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、
第3に、上記窒化アルミニウム結晶粒子100〜600質量部およびそれが分散されている有機高分子100質量部からなる、有機高分子組成物によって達成される。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、
第4に、上記窒化アルミニウム結晶粒子の焼結体であって、該窒化アルミニウム結晶粒子の少なくとも一部の六角形状面は、焼結体の平坦な平面とほぼ同方向に配向しており、破壊靭性が5MPa・m1/2以上、熱伝導率が150〜230W/m・kそしてビッカース硬さが11〜16GPaである、ことを特徴とする窒化アルミニウム焼結体によって達成される。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、
第5に、上記窒化アルミニウム結晶粒子60〜98質量%と平均粒子径0.5〜3μmの窒化アルミニウム粒子2〜40質量%とからなる窒化アルミニウム粉末を、当該窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状面が得られる焼結体の平坦な表面とほぼ同方向に配向するように成形せしめて成形体を形成し、次いで該成形体を焼結せしめる、ことを特徴とする、上記焼結体を製造する方法によって達成される。
図1は、実施例2で得られた窒化アルミニウム粉末の粒子構造を示す顕微鏡写真である。
図2は、実施例2で得られた窒化アルミニウム粉末の粒度分布を示すグラフである。
図3は、比較例1で得られた窒化アルミニウム粉末の粒子構造を示す顕微鏡写真である。
図4は、窒化アルミニウム結晶粒子のAlN結晶粒子の六角形状面に直角方向の断面において、六角形状面と長方形状面とが交差する曲面の程度を測定する方法を示す概念図である。
図2は、実施例2で得られた窒化アルミニウム粉末の粒度分布を示すグラフである。
図3は、比較例1で得られた窒化アルミニウム粉末の粒子構造を示す顕微鏡写真である。
図4は、窒化アルミニウム結晶粒子のAlN結晶粒子の六角形状面に直角方向の断面において、六角形状面と長方形状面とが交差する曲面の程度を測定する方法を示す概念図である。
<窒化アルミニウム結晶粒子>
本発明の特定AlN結晶粒子は、六角形状面2面と長方形面6面から構成される、扁平な8面状形状を有し、六角形状面と長方形状面とは1本の稜を形成せずに曲面を形成して交差している。このような形状は倍率1,000倍の顕微鏡写真により確認できる。
上記曲面は、好ましくは、図4に示すように、六角形状面と長方形状面とが1本の稜を形成して交差していると仮定した場合の該1本の稜と上記曲面との間の距離tが0<t<0.1μmの関係を満足するように形成されている。距離tは、上記仮想の稜から曲面へ下した垂線の長さとして定義される。距離tは、特定AlN結晶粒子の六角形状面に直角方向の断面の1,000倍の顕微鏡写真から求めることができる。
なお、特定AlN結晶粒子の形状は、六角形状面および長方形状面に実際に顕微鏡写真で観察される、欠損部または凹部、あるいは凸部や他の付着粒子等(図1参照)の形状については無視したものとする。
本発明の特定AlN結晶粒子は、六角形状面の対向する2つの角の間の距離D(以下、長径D)が3〜110μmの範囲にあり、長方形状面の短辺の長さLが2〜45μmの範囲にあり且つL/D(以下、アスペクト比)が0.05〜0.8、好ましくは0.1〜0.7の範囲にある。
図1は、実施例2に記載の方法により得られた、本発明の特定AlN結晶粒子の一態様を示す顕微鏡写真である。上記図1に示されるように、本発明の特定AlN結晶粒子の平面の形状は、正六角形に近い形状をしており、窒化アルミニウム単結晶であるかそれに近い特性を有する。また、前記対向する平面は、一般に平行である。
また、上記特定AlN結晶粒子は、その断面の倍率1,000倍の顕微鏡写真により確認される全ての稜部において鋭利な角が無く、所謂、面取りをした状態の角が丸い稜部を有する。上記稜部の角が丸いことは、後述する製造方法により、アルミナ凝集体の還元窒化による窒化アルミニウムの生成、粒成長により、特定AlN結晶粒子が生成することにより達成されるものである。従って窒化アルミニウム単結晶を成長させ、切断する方法により得られる、切断面などにおいて鋭利な角が存在する結晶粒子とは明確に区別される。本発明の特定AlN結晶粒子は角が丸い稜部を有するため、鋭利な角を有する結晶粒に比べ良好な流動性を有する。
また、本発明の特定AlN結晶粒子は、L/Dが0.8より小さく、平滑で大きな六角形状の平面を有するが特徴の一つである。これにより、粒子の平面方向に熱伝導パスが形成され易く、また結晶粒子は相互に六角形平面で接触するため、一般的な球状粒子に比べ粒子同士の接触面積が大幅に増加する。更には、前記単結晶ライクの品質などにより、少量の使用でも、樹脂成形体に高い熱伝導性を付与することができる。本発明の板状AlN結晶粒子は、3.20〜3.26g/cm3と高い密度を有する。
本発明の特定AlN結晶粒子の長径で示すことができる大きさは、後述の製造方法におけるアルミナ微粉末の凝集体の大きさにより、調整することが可能であり、本発明の特定AlN結晶粒子は、実施例2で得られた窒化アルミニウム粉末の粒度分布を示す図2より理解されるように、シャープな分布を有することも可能であり、また、広い分布を持たせることも可能である。しかし、窒化アルミニウム粉末を組成する際、他の粒径、例えば、小粒径の窒化アルミニウム結晶粒子と混合する場合、全体の粒度分布を調整し易くするため、シャープな分布のものが好ましい。
本発明によれば、本発明の上記特定AlN結晶粒子を含有する窒化アルミニウム粉末、好ましくは特定AlN結晶粒子を少なくとも60容量%、さらに好ましくは少なくとも70容量%、より好ましくは少なくとも80容量%、特に好ましくは少なくとも90容量%含有する、窒化アルミニウム粉末を提供できる。
上記特定AlN結晶粒子以外の窒化アルミニウム粒子は、例えば、原料のアルミナ微粉由来の窒化アルミニウム微粒子を主とする窒化アルミニウム粒子であることが多い。
本発明の窒化アルミニウム粉末の用途においては、後述するように、公知の窒化アルミニウム粉末と併用することも可能であり、上記特定AlN結晶粒子以外の窒化アルミニウム粒子をかかる窒化アルミニウム粉末の一部又は全部として使用することも可能である。
しかし、製造工程において生成する特定AlN結晶粒子以外の窒化アルミニウム粒子は、用途によっては、そのまま使用して特定AlN結晶粒子による効果を発揮できる場合もあるが、ある用途においては、特定AlN結晶粒子による効果を低下させたり、また、他の窒化アルミニウム粉末を併用する用途において、特定AlN結晶粒子による効果を不安定にさせたりする場合があるため、その割合は可及的に高い方が好ましい。
従って、本発明の窒化アルミニウム粉末は、特定AlN結晶粒子を、特に90容量%以上、就中、95容量%以上の割合で含有することが好ましく、全ての粒子を特定AlN結晶粒子により構成することが最も好ましい。
勿論、本発明の窒化アルミニウム粉末は、その用途において、必要に応じて公知の窒化アルミニウム粉末と混合して使用することが可能であり、かかる用途において、特定AlN結晶粒子の割合を上記範囲に調整された窒化アルミニウムは、特定AlN結晶粒子を正確に配合することができ、安定した性能を発揮する組成物を構成することができる。
前記特定AlN結晶粒子を含む本発明の窒化アルミニウム粉末は、平均粒径が3〜110μm、好ましくは5〜90μm、比表面積が、好ましくは0.01〜2m2/g、より好ましくは0.05〜2m2/g、特に好ましくは0.1〜1m2/gに調整される。
<窒化アルミニウム結晶粒子の製造方法>
本発明の特定AlN結晶粒子は、それを含む窒化アルミニウム粉末として製造される。その製造方法は、特に制限されるものではないが、代表的な製造方法として、平均粒子径0.1〜3μmのアルミナ粒子が凝集した、平均粒径5〜100μmのアルミナ凝集粒子を、以下の少なくとも一方を満足する雰囲気中で、液相形成剤の存在下にて、還元窒化する方法が挙げられる。
(1)反応雰囲気中の一酸化炭素濃度を20〜50容量%に調整する
(2)反応雰囲気中の窒素濃度を10〜80容量%に調整する
アルミナ粉末
本発明の特定AlN結晶粒子の製造方法において、出発原料として用いられるアルミナ等は、α、γ、θ、δ、η、κ、χ等の結晶構造を持つアルミナやベーマイトやダイアスポア、ギブサイト、バイヤライト、トーダナイトなど加熱により脱水転移して最終的に全部又は一部がα−アルミナに転移するものが全て使用可能である。これらは単独あるいは種類の異なるものが混合して用いても良いが、特に反応性が高く、制御が容易なα−アルミナ、γ−アルミナ、ベーマイトが好適に用いられる。
本発明に用いられるアルミナ等は平均粒径0.1〜3μmのアルミナ粒子が凝集した平均粒径3〜110μmのアルミナ凝集粒子として使用する。平均粒径0.1〜3μmのアルミナ粒子の好ましい平均粒径は0.5〜2μmである。平均粒径が0.1μm未満であると、大粒径化せず、微細な窒化アルミニウム粉末が多く生成する場合があり、上記平均粒径が3μm以上であると窒化アルミニウム粉末内部にアルミナが残存したり、単結晶化が起こりにくく多結晶となる場合がある。
前記アルミナ凝集粒子の平均粒径に応じて、得られる特定AlN結晶粒子の粒径を調整できる。
カーボン粉末
本発明で用いられる還元剤としてのカーボン粉末としては、カーボンブラック、黒鉛粉末等が使用できる。カーボンブラックとしては、ファーネス法、チャンネル法などにより得られるカーボンブラック及び、アセチレンブラックが好適に使用できる。これらのカーボンブラックの比表面積は好ましくは0.01m2/g〜500m2/gである。
本発明の効果を損なわない範囲で、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、フランフェノール樹脂等の合成樹脂縮合物やピッチ、タール等の炭化水素化合物や、セルロース、ショ糖、ポリ塩化ビニリデン、ポリフェニレン等の有機化合物などをカーボン源として利用してもよい。
液相形成剤
本発明で用いられる液相形成剤は、アルミナと共融解し得る元素及び化合物であり、具体的には、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、フッ素、珪素、リン、硫黄、塩素及びその化合物からなり、1,000℃〜1,900℃の温度でアルミナと共融解し得るものが、好適に用いられる。液相形成剤として、アルミナと共融解し得る温度が1,000℃未満の化合物を用いた場合、還元窒化反応が進行するような温度域では揮発してしまい、液相形成剤としての効果が低減することがある。また、上記温度が1,900℃を超える化合物を用いた場合、液相が生成する前に還元窒化反応が進行してしまうため、物質移動しにくくなることに加え、液相の生成量が減少するため、粒子成長、結晶化が十分進行しない虞がある。これら液相形成剤は、アルミナ凝集体の還元窒化時に存在しておけばよい。
具体的には、液相形成剤として原料に添加しても、液相形成剤を含有するアルミナ、カーボンブラックを用いてもよい。
原料混合
本発明において、アルミナ粉末、カーボン粉末及び液相形成剤は、前記アルミナ粉末100重量部に対して、カーボン粉末を、好ましくは30〜70重量部、より好ましくは40〜60重量部の割合となるように混合する。
また、前記アルミナ粉末100重量部に対して、液相形成剤は、好ましくは0.05〜5重量部、より好ましくは0.1〜2重量部の割合となるように存在させる。
尚、前記アルミナ粉末が水和物である場合、その使用量は、アルミナに換算した値で決定される。
前記カーボン粉末の割合が70重量部を超えると上記カーボン粉末がアルミナ粒子同士の接触を抑制してしまい、粒成長が妨げられ、得られる窒化アルミニウム粉末の平均粒径も微小化する傾向がある。また、カーボン粉末の比率が30重量部未満の場合アルミナ粒子同士の接触が多すぎて凝集が起こることに加え、還元窒化反応が完了した後に残存カーボン粉末が少ないことから、窒化アルミニウム同士が接合してしまい、凝集粉が増加する傾向がある。
また、前記液相形成剤の割合が0.05重量部より少ない場合、液相生成量が少なくなり、粒成長、結晶化に対して十分な効果が得られない場合がある。また、液相形成剤の割合が5重量部より多い場合、該液相形成剤が窒化アルミニウム粉末中に多く残存することとなり、フィラーとして充填した場合、熱伝導率が低下する傾向がある。
本発明において、アルミナ粉末、カーボン粉末、液相形成剤を混合する方法としては、アルミナ粉末、カーボン粉末、液相形成剤が均一になるような方法であれば何れの方法でもよいが、混合手段としては、ブレンダー、ミキサー、ボールミルによる混合が好適である。
還元窒化
本発明の特定AlN結晶粒子の製造方法は、前記アルミナ粉末、カーボン粉末、液相生成剤の混合物を、CO割合が20〜50容量%の範囲となる雰囲気に維持しながら、1,200℃〜1,900℃の温度で焼成して還元窒化を行うことが好ましい。
上記CO割合が範囲を外れると、例えば、CO割合が20%未満となると、還元窒化反応が速くなり、十分粒成長及び単結晶化しないまま窒化アルミニウム粒子を形成し、所望の大粒径の特定AlN結晶粒子を得ることができ難い。また、CO割合が、50容量%を超えると、窒化反応の抑制効果が強過ぎ、窒化反応が長時間掛かり工業的ではなく、場合によっては、未反応のアルミナが残存したり、酸窒化物等の副生成物が生成することがある。
本発明において、反応雰囲気のCO割合の調整は、雰囲気ガスの成分分析を行い、前記範囲となるように窒素ガスとCOガスの供給量を調整することによって行うことが推奨されるが、窒素ガスの供給量を絞ることによって行うことも可能である。
また、窒素ガス以外の不活性がス、具体的にはアルゴンガスを併せて供給し、N2割合を下げることによってもCO割合を調整するのと同様の効果を得ることができる。
その場合のN2割合は10〜80容量%の範囲とするとよい。
本発明において、上記雰囲気ガスの成分は、焼成炉の排ガスの成分を分析したものである。
本発明の特定AlN結晶粒子の製造方法において、還元窒化反応は、上述した反応雰囲気の調整を行いながら、好ましくは1,200℃〜1,900℃、より好ましくは1,500℃〜1,800℃の温度で、好ましくは3〜20時間、より好ましくは5〜15時間で行われる。
また、液相形成剤を添加した場合は還元窒化反応時に融解すると共に、反応中に完全に揮発することのない時間と温度を選択すればよい。
上記還元窒化の時間が3時間未満では、窒化反応が完結せず、アルミナが残存し熱伝導率が低下したり、窒化アルミニウム粒子の粒成長、単結晶化が十分進まず、微細粒子や多結晶粒子になる場合があり、一方、焼成時間が20時間を超えると、窒化アルミニウム粒子同士が接合し、粗粒が発生し易くなり、樹脂への充填性が悪くなる。
また、反応において、昇温速度、昇温途中における保持時間などの条件は、公知の条件を特に制限無く採用することができる。
酸化
本発明において、反応後の窒化アルミニウム粉末は余剰のカーボン粉末を含んでいるため、必要に応じて、酸化処理により余剰カーボン粉末を除去するのが好ましい。酸化処理を行う際の酸化性ガスとしては、空気、酸素、二酸化炭素、など炭素を除去できるガスならば制限なく採用できる。経済性や得られる窒化アルミニウムの酸素濃度を考慮して、空気が好適である。また、処理温度は好ましくは500℃〜900℃がよく、600℃〜750℃とするのがより好ましい。
酸化温度が高すぎると窒化アルミニウムの表面が過剰に酸化され、窒化アルミニウムの熱伝導率が低下してしまい、酸化温度が低すぎると余剰カーボンを完全に除去できず、余剰カーボン粉末が不純物として残存してしまう。そのため、適当な酸化温度と時間を選択するのが好ましい。
分級
本発明の上述した製造方法によって、特定AlN結晶粒子を60容量%以上、好ましくは70容量%以上、さらに好ましくは80容量%以上、特に90容量%以上含有する窒化アルミニウム粉末を得ることができる。上記特定AlN結晶粒子以外の窒化アルミニウム粒子は、例えば、原料のアルミナ粒子由来の窒化アルミニウム微粒子を主とする窒化アルミニウム粒子である場合が多い。
ここで、前記したように、本発明の窒化アルミニウム粉末は、特定AlN結晶粒子の割合は可及的に高い方が好ましく、特定AlN結晶粒子を90容量%以上、特に、95容量%以上の割合で含有することが好ましい。
従って、前記方法によって得られた窒化アルミニウム粉末の特定AlN結晶粒子の割合が60容量%未満である場合は、分級により、特定AlN結晶粒子の割合を高めることが好ましい。
上記分級は公知の方法によって行うことが可能である。例えば、篩分級、気流分級等が挙げられる。
用途
本発明の窒化アルミニウム粉末は、含有される特定AlN結晶粒子の性質を生かした種々の用途、特に放熱シート、放熱グリース、放熱接着剤、塗料、熱伝導性樹脂などの放熱材料用フィラーとして広く用いることができる。
ここで放熱材料のマトリックスとなる樹脂、グリースは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂、またシリコーンゴム、EPR、SBR等のゴム類、シリコーンオイルが挙げられる。
これらのうち、放熱材料のマトリックスとしては、例えばエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂が好適であり、高柔軟性放熱部材とするには付加反応型シリコーンゴムが望ましい。
放熱材料の熱伝導性を向上させるため、樹脂、ゴム又はオイル100重量部あたり、フィラーを150〜1,000重量部添加するのがよい。このような放熱材料には、本発明の窒化アルミニウム粉末以外に、公知の窒化アルミニウム粉末、アルミナ、窒化ホウ素、酸化亜鉛、炭化窒素、グラファイト等のフィラーを一種、あるいは数種類充填してもよく、放熱材料の特性や用途に応じて、本発明の窒化アルミニウム粉末とそれ以外のフィラーの形状、平均粒径を選択すればよい。これらのフィラーは、例えばシランカップリング剤やリン酸又はリン酸塩などで表面処理したものを用いてもよい。また、放熱材料における窒化アルミニウム粉末とそれ以外のフィラーの混合比は1:99〜99:1の範囲で適宣調整できる。また、放熱材料には、可塑剤、加硫剤、効果促進剤、離形剤等の添加剤をさらに添加してもよい。
上記の樹脂組成物は、ブレンダーやミキサーで混合することによって製造することができ、また放熱材料は、プレス成形法、押出し成型法、ドクターブレード法によって樹脂組成物を成形し、それを加熱硬化することによって製造できる。
また、本発明の特定AlN結晶粒子がマトリックス中で熱伝導パスを形成し易いよう、上記成形法において粒子配向を制御してもよい。
また、本発明の窒化アルミニウム粉末は含有される特定AlN結晶粒子を生かして、焼結用原料粉末として用いることもできる。
即ち、本発明の特定AlN結晶粒子はアスペクト比の高い板状の形状を有するため、該板状の特定AlN結晶粒子の六角形状の平面が、得られる焼結体の平面と同方向に配向するように焼結することにより、高い熱伝導率を有し、ビッカース硬さと破壊靱性に優れる窒化アルミニウム焼結体を得ることができる。
該焼結用原料粉末は特定AlN結晶粒子の含有割合が高く、具体的には、60容量%以上のものを用いるのが好ましいが、個々の粒が比較的大きいため、平均粒子径が好ましくは0.5〜3μm、より好ましくは0.8〜1.5μmの小粒径窒化アルミニウム粒子を併用し、焼結性を高めて用いてもよい。この場合、前記板状AlN結晶粉末の製造時に副生する微粉状の窒化アルミニウム粉末を上記小粒径窒化アルミニウム粉末の一部又は全部として使用することも可能である。
前記板状の特定AlN結晶粒子を含む焼結用粉末を成形する方法は、公知の手法が広く適用でき、特に制限されない。一般的な成形方法としては、金型プレス、CIP、振動成形等の乾式成形や押出、ドクターブレード、射出等の湿式成形が挙げられる。成形性を向上させる目的で、焼結用原料粉末に結合剤や分散剤、滑剤、可塑剤、溶剤等の各種添加剤を用いてもよく、一般的なものが特に制限なく使用できる。但し、本発明の趣旨である破壊靱性とビッカース硬さに優れる窒化アルミニウム焼結体を得るためには、該板状の特定AlN結晶粒子の平面が、前記焼結体の表面と同方向に配向していることが好ましいため、そのような配向性を達成し得る公知の成形方法が適宜選択される。具体的な成形方法としては、乾式成形では金型プレスが好ましく、湿式成形では押出成形法が挙げられる。
以下、本発明の有機高分子組成物および焼結体についてさらに詳しく説明する。
<有機高分子組成物>
本発明の有機高分子組成物は、特定AlN結晶粒子100〜600質量部およびそれが分散されている有機高分子100質量部からなる。本発明の有機高分子組成物は、好ましくは、特定AlN結晶粒子以外の他の窒化アルミニウム粒子を、該窒化アルミニウム結晶粒子に対し20容量%以下でさらに含有する。
有機高分子
本発明で使用される有機高分子は熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、高分子ゲルまたは有機高分子液体である。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、フッ素樹脂(ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等)、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン2,6ナフタレート、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ABS樹脂、ポリフェニレンエーテル(PPE)樹脂、変性PPE樹脂、脂肪族ポリアミド類、芳香族ポリアミド類、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリメタクリル酸類(ポリメタクリル酸メチル等のポリメタクリル酸エステル)、ポリアクリル酸類、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリケトン、液晶ポリマー、アイオノマーなどの熱可塑性樹脂、エポキシ類、アクリル類、ウレタン類、シリコーン類、フェノール類、イミド類、熱硬化型変性PPE類、および熱硬化型PPE類などの熱硬化性樹脂、シリコーンゲル、ウレタンゲル、アクリルゲルなどの高分子ゲル、また、シリコーンオイルなどの有機高分子液体を挙げることができる。
その他成分
本発明の有機高分子組成物には、本発明の優れた効果を著しく損ねない範囲で、特定AlN結晶粒子及び有機高分子以外の成分が含まれていてもよい。本発明の有機高分子組成物に含まれていてもよい成分としては、例えば、アルミナ、窒化ホウ素、酸化亜鉛、炭化ケイ素、グラファイトなどのフィラーを一種、あるいは数種類充填してもよい。本発明の有機高分子組成物からなる放熱材料の特性や用途に応じて、本発明の特定AlN結晶粒子とそれ以外のフィラーの形状、平均粒径を選択すればよい。また、各種安定剤、着色剤、可塑剤、滑材、離型剤、酸化防止剤、硬化剤、難燃剤、粘度調整剤等の添加剤などが挙げられる。
組成
本発明の有機高分子組成物において、特定AlN結晶粒子の割合は、得られる有機高分子組成物の熱伝導性を向上させる点では多い方が好ましいが、フィラーの分散性、及び得られる有機高分子組成物の成形加工性の点を考慮して決定される。具体的には、有機高分子100質量部に対して、特定AlN結晶粒子は、100〜600質量部の範囲で決定される。上記特定AlN結晶粒子が100重量部未満の場合は複合材料での熱伝導率が低くなり、放熱材料として十分な特性を得ることができない。また、600重量部を超える場合には、混合時の粘度が著しく上昇し、作業性が極めて悪くなり、更には、混合不良が発生し、熱伝導性低下を招く等の問題が起こる。
有機高分子組成物の製造方法
本発明の有機高分子組成物は、上記した成分の所定量を、有機高分子の種類に応じて、公知の混合装置により均一に混合し、有機高分子中に特定AlN結晶粒子を分散して存在せしめることによって得られる。上記混合装置としては、例えば、ロール、ニーダ、バンバリーミキサー、自転・公転ミキサー等の通常の混練機が一般に使用される。
成形体
本発明の成形体は、有機高分子として上述の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂組成物を使用する場合に得ることができる。上記成形体においては、有機高分子組成物中の特定窒化アルミニウム結晶粒子の50%以上、好ましくは、70%以上が、その六角形状平面が前記成形体の表面に対してほぼ平行、具体的には、水平面に対して±10°以内となるように配向しているものが高熱伝導性であるので好ましい。このように、特定窒化アルミニウム結晶粒子を配向させることにより特定窒化アルミニウム結晶粒子同士間の接触面積が増大し、熱伝導率を一層向上させることができる。
本発明の成形体を成形する成形方法としては、特に制限は無く、有機高分子の種類に応じて、射出成形、トランスファ成形、押出成形、バルクモールディングコンパウンド成形、圧縮成形、溶剤等を用いたキャスティングによる成形法などの従来公知の成形方法が適宜採用される。
前記成形体の製造方法において、特定窒化アルミニウム結晶粒子の配向のさせ方は、公知の方法が特に制限無く採用される。例えば、有機高分子を柔軟化させた状態で、延伸、圧縮等を行うことにより、有機高分子組成物中に含まれる特定窒化アルミニウム結晶粒子を配向させることができる。
本発明の成形体の形状は、本発明の効果を著しく損なわない限り制限はない。具体的には、具体的には、シート状、フィルム状、円盤状、矩形状等が挙げられる。本発明に係る特定AlN結晶粒子は、熱伝導性と強度のバランス及び成形加工性に優れることから、本発明の有機高分子組成物を圧縮成形したシート及びフィルムは、各種用途に特に好適に用いられる。
用途
本発明の有機高分子組成物の用途としては、家電製品、自動車、ノート型パーソナルコンピュータなどに搭載される半導体部品からの発熱を効率よく放熱するための放熱部材の材料があり、それらの使用形態は有機高分子組成物の種類によって異なる。例として、放熱シートにはシリコーン樹脂組成物、フッ素樹脂組成物、プリブタジエン組成物、アクリル樹脂組成物などが、放熱スペーサーにはシリコーンゲル組成物などが、高熱伝導絶縁接着フィルムにはエポキシ樹脂組成物、イミド系樹脂組成物などが、熱伝導性接着剤にはエポキシ樹脂組成物、フェノール樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物などが、熱伝導性ゲルにはシリコーンゲル組成物、ウレタンゲル組成物、アクリルゲル組成物などが、熱伝導性グリースにはシリコーンオイル組成物などが、フェーズチェンジマテリアルには低分子ポリエチレン組成物、低分子ポリプロピレン組成物などが、高熱伝導性封止剤にはエポキシ樹脂などが使用できる。
<焼結体>
本発明の窒化アルミニウム焼結体は、窒化アルミニウム結晶粒子の少なくとも一部の六角形状面が焼結体の平坦な平面とほぼ同方向に配向している。その物性として、破壊靭性が5MPa・m1/2以上、熱伝導率が150〜230W/m・kそしてビッカース硬さが11〜16GPaである。
上記窒化アルミニウム焼結体は、その断面において、焼結体を構成する窒化アルミニウム結晶粒子のうち、特定窒化アルミニウム粒子の占める面積割合が、50〜90%であることが好ましい。
本発明の窒化アルミニウム焼結体において、特定アルミニウム結晶粒子の六角形状平面が、前記焼結体の表面とほぼ同方向に配向している状態は、焼結体中の特定窒化アルミニウム結晶粒子の大部分の六角形状表面が、該焼結体の表面とほぼ平行となるように存在していればよい。
特定窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状平面が、焼結体表面と同方向に配向している割合は、特定窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状の平面が(hkl)=(002)面と平行な面であるため、X線回折測定によって得られる(hkl)=(100)面のピーク強度と(hkl)=(002)面のピーク強度の合計に対する(hkl)=(002)面のピーク強度の比を算出することによって求めることができる。
即ち、窒化アルミニウム焼結体中に含まれる窒化アルミニウム結晶粒子の(002)面が、前記焼結体の表面と同方向に配向している割合(以下、「配向の割合」)は以下の測定方法によって算出される。
リガク製「SmartLab」(商品名)を用いてX線回折測定を行なった。試料の測定面は、焼結体の表面とした。
X線源:Cu−Kα 40kV−200mA
2θ走査範囲:10°〜90°
2θ走査速度:40°/分
2θ走査ステップ幅:0.02°
測定回数:1回/試料
得られた回折ピークは窒化アルミニウムに同定されるピークと焼結助剤から生成した1種あるいは数種類の粒界相に同定されるピークである。これらのうち、窒化アルミニウムに同定された回折ピーク(hkl)=(002)面のピーク強度をI(002)、(hkl)=(100)面のピーク強度をI(100)とした場合、配向の割合(R)は以下で表される。
R(%)=[I(002)/{I(002)+I(100)}]×100
本発明の窒化アルミニウム焼結体において、特定窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状平面が、前記焼結体の表面と同方向に配向している状態は、上記の方法で求められる配向の割合が、70%以上、特に、75%以上であることが好ましい。
本発明の窒化アルミニウム焼結体は、上記特定窒化アルミニウム結晶粒子の配向により、機械強度、特に、破壊靱性を著しく向上することができると共に、熱伝導性をも向上することが可能となる。
即ち、本発明の焼結体は、上記特定窒化アルミニウム結晶粒子の配向と特定窒化アルミニウム結晶粒子の存在量を適宜調整することによって、破壊靱性が5MPa・m1/2以上、熱伝導率が150〜230W/m・K、特に、160〜190W/m・K、ビッカース硬さが11〜16GPa、特に、12〜15GPaという従来の窒化アルミニウム焼結体に無い、優れた特性を有するものとすることができる。
窒化アルミニウム焼結体の製造方法
本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法は、特に制限されるものではないが、代表的な製造方法を示せば、特定窒化アルミニウム結晶粒子を60〜98質量%、平均粒子径0.5〜3μmの小粒径窒化アルミニウム粒子を2〜40質量%の割合で含む窒化アルミニウム粉末を使用し、特定窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状平面が、得られる焼結体の平坦な表面と同方向に配向するように成形した後、焼結することによって得ることができる。
本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法において、特定窒化アルミニウム結晶粒子は、使用する窒化アルミニウム粉末中に60〜98質量%、好ましくは、70〜95質量%存在することが、本発明の目的を達成するために好ましい。
また、特定窒化アルミニウム結晶粒子は、前記したように個々の粒が比較的大きいため、通常、焼結を行う場合、平均粒子径0.5〜3μm、好ましくは、0.8〜1.5μmの「小粒径窒化アルミニウム粒子」を2〜40質量%、特に、5〜40質量%の割合で併用して焼結用の窒化アルミニウム粉末とする。上記小粒径窒化アルミニウム粒子の平均粒子径が0.5μmよりも小さい場合、不純物酸素濃度が増加し易くなり、焼結性が低下するため、高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム焼結体が得られなくなる。一方、小粒径窒化アルミニウム粒子の平均粒子径が3μmよりも大きい場合、成形体における窒化アルミニウム粉末の充填性が低下し易くなり、焼結性が低下するため、高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム焼結体が得られなくなる。
尚、焼結に供する窒化アルミニウム粉末において、上記小粒径窒化アルミニウム粒子の割合の上限は、特定窒化アルミニウム結晶粒子の製造方法において、目的の特定窒化アルミニウム結晶粒子以外の粒子を勘案して、窒化アルミニウム粒子の全量が100質量%となるように適宜決定すればよい。
本発明に用いる小粒径窒化アルミニウム粒子の不純物酸素濃度は0.6〜1.2%、比表面積は2.4〜3.6m2/gの範囲であることが良好な焼結性及び焼結体物性を達成する上で好ましい。
本発明の窒化アルミニウム焼結体を製造するにあたっては、焼結用の窒化アルミニウム粉末に焼結助剤を添加することが望ましい。使用される焼結助剤としてはCaOやY2O3が好ましいが、それ以外の焼結助剤も使用可能である。例えば、SrO、BaOなどの酸化物や各種塩類などのアルカリ土類化合物、あるいはLa2O3、CeO2、Nd2O3、Gd2O3、Dy2O3といった希土類化合物のような熱伝導率を阻害しないものが挙げられる。該アルカリ土類化合物、あるいは希土類化合物は、特定窒化アルミニウム結晶粒子と小粒径窒化アルミニウム粒子の合計質量に対し3〜7質量%添加することが好ましい。該アルカリ土類化合物、あるいは該希土類化合物の添加量が3質量%よりも少ない場合は、液相が十分に生成せず緻密化が不十分な個所が発生し易くなる。また、熱伝導率の向上が不十分となり窒化アルミニウム焼結体の特性を十分に発揮できなくなる。一方、7質量%よりも多い場合は余剰の液相が生成することによって、焼結体外部へ助剤が移動しやすくなり、この助剤の排出に伴って色調むらが発生することがある。また、半導体素子の絶縁放熱基板として使用する際には、金属等との接合性や密着性が低下する要因となり得る。
上記特定窒化アルミニウム結晶粒子と特定の割合で含有させられる小粒径窒化アルミニウム粒子、及び、特定の割合で添加させられる焼結助剤を混合する方法は、公知の手法によって実施すれば良く、特に制限されない。一般的な混合方法としては、ボールミル、振動ミル、ミキサー、アトライター等が挙げられる。
本発明の焼結体の製造方法において、特定窒化アルミニウム結晶粒子を含む、焼結用の窒化アルミニウム粉末は、特定窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状平面が、得られる焼結体の表面と同方向に配向するように成形することが望ましく、重要である。
特定窒化アルミニウム結晶粒子を含む焼結用の窒化アルミニウム粉末を成形する方法は、公知の手法が広く適用でき、特に制限されない。一般的な成形方法としては、金型プレス、CIP、振動成形等の乾式成形や押出、ドクターブレード、射出等の湿式成形が挙げられる。成形性を向上させる目的で、焼結用の窒化アルミニウム粉末に結合剤や分散剤、滑剤、可塑剤、溶剤等の各種添加剤を用いてもよく、一般的なものが特に制限なく使用できる。但し、本発明の趣旨である破壊靱性とビッカース硬さに優れる窒化アルミニウム焼結体を得るためには、特定窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状平面が、前記焼結体の平坦な表面と同方向に配向していることが必要であるため、そのような配向性を達成し得る成形方法を適宜選択する必要がある。前記の理由から、本発明の効果を十分に得る為に適した成形方法としては、乾式成形では金型プレスが好ましく、湿式成形では押出成形法が好ましい。
本発明の焼結体の製造方法において、特定窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状平面が、得られる焼結体の表面と同方向に配向するように焼成することにより、窒化アルミニウム焼結体を得る。
この場合、前記成形体の成形性を向上させる等の目的で結合剤や分散剤、滑剤、可塑剤、溶剤等に有機化合物を用いた場合には、焼成に先立ち、脱脂処理を行ってもよい。上記脱脂処理の条件は、公知の条件が特に制限なく採用される。例えば、酸化性雰囲気下或いは非酸化性雰囲気下で、温度300〜1,000℃で1〜10時間処理する方法が一般的である。この際、得られる脱脂体は炭素が極力残存していないことが好ましい。炭素が余剰に残存した場合、窒化アルミニウム粒子表面に存在する酸素が炭素によって還元されてしまうため、適量の液相が生成せず焼結性を悪化させ、熱伝導率低下の原因となりうる。
本発明において、焼結方法は、公知の手法が広く適用でき、特に制限されない。一般的な焼結方法としては常圧焼結、及び、ホットプレスやHIP(Hot Isostatic Pressing)等の加圧焼結の他、SPS(Spark Plasma Sintering)等のプラズマ焼結が挙げられる。
本発明において、焼結方法としてSPSを選択した場合、焼成は、1,300℃を超え、1,600℃以下の温度で行うことが好ましい。焼成温度が1,300℃以下では十分な緻密化ができず、一方、1,600℃よりも高い温度で焼成した場合は、焼結助剤が焼結体外へ染み出しやすくなり、前述したように色調むらに繋がるとともにメタライズの密着性が低下しやすくなる。また、焼成時間は1〜30分とすればよい。
焼結方法として常圧焼結を選択した場合、焼成は、1,700℃を超え、1,900℃以下の温度とすればよく、焼成時間は、2〜10時間が適用できる。一般に長時間焼成すると、助剤の粒成長と助剤の焼結体外移動に伴って色調むらが発生しやすくなることがあるため2〜7時間とすることが好ましい。
また、本発明において、焼成における雰囲気は、公知の条件が特に制限なく採用されるが、特に、窒素などの非酸化性雰囲気下、あるいは、真空中で行うことが好ましい。
また、焼成工程においては適宜重石を載せてもよい。
以上説明した本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法によれば、高い熱伝導率と高い機械的強度を有する、新規な窒化アルミニウム焼結体が安定的に得られる。
本発明の特定AlN結晶粒子は、六角形状面2面と長方形面6面から構成される、扁平な8面状形状を有し、六角形状面と長方形状面とは1本の稜を形成せずに曲面を形成して交差している。このような形状は倍率1,000倍の顕微鏡写真により確認できる。
上記曲面は、好ましくは、図4に示すように、六角形状面と長方形状面とが1本の稜を形成して交差していると仮定した場合の該1本の稜と上記曲面との間の距離tが0<t<0.1μmの関係を満足するように形成されている。距離tは、上記仮想の稜から曲面へ下した垂線の長さとして定義される。距離tは、特定AlN結晶粒子の六角形状面に直角方向の断面の1,000倍の顕微鏡写真から求めることができる。
なお、特定AlN結晶粒子の形状は、六角形状面および長方形状面に実際に顕微鏡写真で観察される、欠損部または凹部、あるいは凸部や他の付着粒子等(図1参照)の形状については無視したものとする。
本発明の特定AlN結晶粒子は、六角形状面の対向する2つの角の間の距離D(以下、長径D)が3〜110μmの範囲にあり、長方形状面の短辺の長さLが2〜45μmの範囲にあり且つL/D(以下、アスペクト比)が0.05〜0.8、好ましくは0.1〜0.7の範囲にある。
図1は、実施例2に記載の方法により得られた、本発明の特定AlN結晶粒子の一態様を示す顕微鏡写真である。上記図1に示されるように、本発明の特定AlN結晶粒子の平面の形状は、正六角形に近い形状をしており、窒化アルミニウム単結晶であるかそれに近い特性を有する。また、前記対向する平面は、一般に平行である。
また、上記特定AlN結晶粒子は、その断面の倍率1,000倍の顕微鏡写真により確認される全ての稜部において鋭利な角が無く、所謂、面取りをした状態の角が丸い稜部を有する。上記稜部の角が丸いことは、後述する製造方法により、アルミナ凝集体の還元窒化による窒化アルミニウムの生成、粒成長により、特定AlN結晶粒子が生成することにより達成されるものである。従って窒化アルミニウム単結晶を成長させ、切断する方法により得られる、切断面などにおいて鋭利な角が存在する結晶粒子とは明確に区別される。本発明の特定AlN結晶粒子は角が丸い稜部を有するため、鋭利な角を有する結晶粒に比べ良好な流動性を有する。
また、本発明の特定AlN結晶粒子は、L/Dが0.8より小さく、平滑で大きな六角形状の平面を有するが特徴の一つである。これにより、粒子の平面方向に熱伝導パスが形成され易く、また結晶粒子は相互に六角形平面で接触するため、一般的な球状粒子に比べ粒子同士の接触面積が大幅に増加する。更には、前記単結晶ライクの品質などにより、少量の使用でも、樹脂成形体に高い熱伝導性を付与することができる。本発明の板状AlN結晶粒子は、3.20〜3.26g/cm3と高い密度を有する。
本発明の特定AlN結晶粒子の長径で示すことができる大きさは、後述の製造方法におけるアルミナ微粉末の凝集体の大きさにより、調整することが可能であり、本発明の特定AlN結晶粒子は、実施例2で得られた窒化アルミニウム粉末の粒度分布を示す図2より理解されるように、シャープな分布を有することも可能であり、また、広い分布を持たせることも可能である。しかし、窒化アルミニウム粉末を組成する際、他の粒径、例えば、小粒径の窒化アルミニウム結晶粒子と混合する場合、全体の粒度分布を調整し易くするため、シャープな分布のものが好ましい。
本発明によれば、本発明の上記特定AlN結晶粒子を含有する窒化アルミニウム粉末、好ましくは特定AlN結晶粒子を少なくとも60容量%、さらに好ましくは少なくとも70容量%、より好ましくは少なくとも80容量%、特に好ましくは少なくとも90容量%含有する、窒化アルミニウム粉末を提供できる。
上記特定AlN結晶粒子以外の窒化アルミニウム粒子は、例えば、原料のアルミナ微粉由来の窒化アルミニウム微粒子を主とする窒化アルミニウム粒子であることが多い。
本発明の窒化アルミニウム粉末の用途においては、後述するように、公知の窒化アルミニウム粉末と併用することも可能であり、上記特定AlN結晶粒子以外の窒化アルミニウム粒子をかかる窒化アルミニウム粉末の一部又は全部として使用することも可能である。
しかし、製造工程において生成する特定AlN結晶粒子以外の窒化アルミニウム粒子は、用途によっては、そのまま使用して特定AlN結晶粒子による効果を発揮できる場合もあるが、ある用途においては、特定AlN結晶粒子による効果を低下させたり、また、他の窒化アルミニウム粉末を併用する用途において、特定AlN結晶粒子による効果を不安定にさせたりする場合があるため、その割合は可及的に高い方が好ましい。
従って、本発明の窒化アルミニウム粉末は、特定AlN結晶粒子を、特に90容量%以上、就中、95容量%以上の割合で含有することが好ましく、全ての粒子を特定AlN結晶粒子により構成することが最も好ましい。
勿論、本発明の窒化アルミニウム粉末は、その用途において、必要に応じて公知の窒化アルミニウム粉末と混合して使用することが可能であり、かかる用途において、特定AlN結晶粒子の割合を上記範囲に調整された窒化アルミニウムは、特定AlN結晶粒子を正確に配合することができ、安定した性能を発揮する組成物を構成することができる。
前記特定AlN結晶粒子を含む本発明の窒化アルミニウム粉末は、平均粒径が3〜110μm、好ましくは5〜90μm、比表面積が、好ましくは0.01〜2m2/g、より好ましくは0.05〜2m2/g、特に好ましくは0.1〜1m2/gに調整される。
<窒化アルミニウム結晶粒子の製造方法>
本発明の特定AlN結晶粒子は、それを含む窒化アルミニウム粉末として製造される。その製造方法は、特に制限されるものではないが、代表的な製造方法として、平均粒子径0.1〜3μmのアルミナ粒子が凝集した、平均粒径5〜100μmのアルミナ凝集粒子を、以下の少なくとも一方を満足する雰囲気中で、液相形成剤の存在下にて、還元窒化する方法が挙げられる。
(1)反応雰囲気中の一酸化炭素濃度を20〜50容量%に調整する
(2)反応雰囲気中の窒素濃度を10〜80容量%に調整する
アルミナ粉末
本発明の特定AlN結晶粒子の製造方法において、出発原料として用いられるアルミナ等は、α、γ、θ、δ、η、κ、χ等の結晶構造を持つアルミナやベーマイトやダイアスポア、ギブサイト、バイヤライト、トーダナイトなど加熱により脱水転移して最終的に全部又は一部がα−アルミナに転移するものが全て使用可能である。これらは単独あるいは種類の異なるものが混合して用いても良いが、特に反応性が高く、制御が容易なα−アルミナ、γ−アルミナ、ベーマイトが好適に用いられる。
本発明に用いられるアルミナ等は平均粒径0.1〜3μmのアルミナ粒子が凝集した平均粒径3〜110μmのアルミナ凝集粒子として使用する。平均粒径0.1〜3μmのアルミナ粒子の好ましい平均粒径は0.5〜2μmである。平均粒径が0.1μm未満であると、大粒径化せず、微細な窒化アルミニウム粉末が多く生成する場合があり、上記平均粒径が3μm以上であると窒化アルミニウム粉末内部にアルミナが残存したり、単結晶化が起こりにくく多結晶となる場合がある。
前記アルミナ凝集粒子の平均粒径に応じて、得られる特定AlN結晶粒子の粒径を調整できる。
カーボン粉末
本発明で用いられる還元剤としてのカーボン粉末としては、カーボンブラック、黒鉛粉末等が使用できる。カーボンブラックとしては、ファーネス法、チャンネル法などにより得られるカーボンブラック及び、アセチレンブラックが好適に使用できる。これらのカーボンブラックの比表面積は好ましくは0.01m2/g〜500m2/gである。
本発明の効果を損なわない範囲で、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、フランフェノール樹脂等の合成樹脂縮合物やピッチ、タール等の炭化水素化合物や、セルロース、ショ糖、ポリ塩化ビニリデン、ポリフェニレン等の有機化合物などをカーボン源として利用してもよい。
液相形成剤
本発明で用いられる液相形成剤は、アルミナと共融解し得る元素及び化合物であり、具体的には、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、フッ素、珪素、リン、硫黄、塩素及びその化合物からなり、1,000℃〜1,900℃の温度でアルミナと共融解し得るものが、好適に用いられる。液相形成剤として、アルミナと共融解し得る温度が1,000℃未満の化合物を用いた場合、還元窒化反応が進行するような温度域では揮発してしまい、液相形成剤としての効果が低減することがある。また、上記温度が1,900℃を超える化合物を用いた場合、液相が生成する前に還元窒化反応が進行してしまうため、物質移動しにくくなることに加え、液相の生成量が減少するため、粒子成長、結晶化が十分進行しない虞がある。これら液相形成剤は、アルミナ凝集体の還元窒化時に存在しておけばよい。
具体的には、液相形成剤として原料に添加しても、液相形成剤を含有するアルミナ、カーボンブラックを用いてもよい。
原料混合
本発明において、アルミナ粉末、カーボン粉末及び液相形成剤は、前記アルミナ粉末100重量部に対して、カーボン粉末を、好ましくは30〜70重量部、より好ましくは40〜60重量部の割合となるように混合する。
また、前記アルミナ粉末100重量部に対して、液相形成剤は、好ましくは0.05〜5重量部、より好ましくは0.1〜2重量部の割合となるように存在させる。
尚、前記アルミナ粉末が水和物である場合、その使用量は、アルミナに換算した値で決定される。
前記カーボン粉末の割合が70重量部を超えると上記カーボン粉末がアルミナ粒子同士の接触を抑制してしまい、粒成長が妨げられ、得られる窒化アルミニウム粉末の平均粒径も微小化する傾向がある。また、カーボン粉末の比率が30重量部未満の場合アルミナ粒子同士の接触が多すぎて凝集が起こることに加え、還元窒化反応が完了した後に残存カーボン粉末が少ないことから、窒化アルミニウム同士が接合してしまい、凝集粉が増加する傾向がある。
また、前記液相形成剤の割合が0.05重量部より少ない場合、液相生成量が少なくなり、粒成長、結晶化に対して十分な効果が得られない場合がある。また、液相形成剤の割合が5重量部より多い場合、該液相形成剤が窒化アルミニウム粉末中に多く残存することとなり、フィラーとして充填した場合、熱伝導率が低下する傾向がある。
本発明において、アルミナ粉末、カーボン粉末、液相形成剤を混合する方法としては、アルミナ粉末、カーボン粉末、液相形成剤が均一になるような方法であれば何れの方法でもよいが、混合手段としては、ブレンダー、ミキサー、ボールミルによる混合が好適である。
還元窒化
本発明の特定AlN結晶粒子の製造方法は、前記アルミナ粉末、カーボン粉末、液相生成剤の混合物を、CO割合が20〜50容量%の範囲となる雰囲気に維持しながら、1,200℃〜1,900℃の温度で焼成して還元窒化を行うことが好ましい。
上記CO割合が範囲を外れると、例えば、CO割合が20%未満となると、還元窒化反応が速くなり、十分粒成長及び単結晶化しないまま窒化アルミニウム粒子を形成し、所望の大粒径の特定AlN結晶粒子を得ることができ難い。また、CO割合が、50容量%を超えると、窒化反応の抑制効果が強過ぎ、窒化反応が長時間掛かり工業的ではなく、場合によっては、未反応のアルミナが残存したり、酸窒化物等の副生成物が生成することがある。
本発明において、反応雰囲気のCO割合の調整は、雰囲気ガスの成分分析を行い、前記範囲となるように窒素ガスとCOガスの供給量を調整することによって行うことが推奨されるが、窒素ガスの供給量を絞ることによって行うことも可能である。
また、窒素ガス以外の不活性がス、具体的にはアルゴンガスを併せて供給し、N2割合を下げることによってもCO割合を調整するのと同様の効果を得ることができる。
その場合のN2割合は10〜80容量%の範囲とするとよい。
本発明において、上記雰囲気ガスの成分は、焼成炉の排ガスの成分を分析したものである。
本発明の特定AlN結晶粒子の製造方法において、還元窒化反応は、上述した反応雰囲気の調整を行いながら、好ましくは1,200℃〜1,900℃、より好ましくは1,500℃〜1,800℃の温度で、好ましくは3〜20時間、より好ましくは5〜15時間で行われる。
また、液相形成剤を添加した場合は還元窒化反応時に融解すると共に、反応中に完全に揮発することのない時間と温度を選択すればよい。
上記還元窒化の時間が3時間未満では、窒化反応が完結せず、アルミナが残存し熱伝導率が低下したり、窒化アルミニウム粒子の粒成長、単結晶化が十分進まず、微細粒子や多結晶粒子になる場合があり、一方、焼成時間が20時間を超えると、窒化アルミニウム粒子同士が接合し、粗粒が発生し易くなり、樹脂への充填性が悪くなる。
また、反応において、昇温速度、昇温途中における保持時間などの条件は、公知の条件を特に制限無く採用することができる。
酸化
本発明において、反応後の窒化アルミニウム粉末は余剰のカーボン粉末を含んでいるため、必要に応じて、酸化処理により余剰カーボン粉末を除去するのが好ましい。酸化処理を行う際の酸化性ガスとしては、空気、酸素、二酸化炭素、など炭素を除去できるガスならば制限なく採用できる。経済性や得られる窒化アルミニウムの酸素濃度を考慮して、空気が好適である。また、処理温度は好ましくは500℃〜900℃がよく、600℃〜750℃とするのがより好ましい。
酸化温度が高すぎると窒化アルミニウムの表面が過剰に酸化され、窒化アルミニウムの熱伝導率が低下してしまい、酸化温度が低すぎると余剰カーボンを完全に除去できず、余剰カーボン粉末が不純物として残存してしまう。そのため、適当な酸化温度と時間を選択するのが好ましい。
分級
本発明の上述した製造方法によって、特定AlN結晶粒子を60容量%以上、好ましくは70容量%以上、さらに好ましくは80容量%以上、特に90容量%以上含有する窒化アルミニウム粉末を得ることができる。上記特定AlN結晶粒子以外の窒化アルミニウム粒子は、例えば、原料のアルミナ粒子由来の窒化アルミニウム微粒子を主とする窒化アルミニウム粒子である場合が多い。
ここで、前記したように、本発明の窒化アルミニウム粉末は、特定AlN結晶粒子の割合は可及的に高い方が好ましく、特定AlN結晶粒子を90容量%以上、特に、95容量%以上の割合で含有することが好ましい。
従って、前記方法によって得られた窒化アルミニウム粉末の特定AlN結晶粒子の割合が60容量%未満である場合は、分級により、特定AlN結晶粒子の割合を高めることが好ましい。
上記分級は公知の方法によって行うことが可能である。例えば、篩分級、気流分級等が挙げられる。
用途
本発明の窒化アルミニウム粉末は、含有される特定AlN結晶粒子の性質を生かした種々の用途、特に放熱シート、放熱グリース、放熱接着剤、塗料、熱伝導性樹脂などの放熱材料用フィラーとして広く用いることができる。
ここで放熱材料のマトリックスとなる樹脂、グリースは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂、またシリコーンゴム、EPR、SBR等のゴム類、シリコーンオイルが挙げられる。
これらのうち、放熱材料のマトリックスとしては、例えばエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂が好適であり、高柔軟性放熱部材とするには付加反応型シリコーンゴムが望ましい。
放熱材料の熱伝導性を向上させるため、樹脂、ゴム又はオイル100重量部あたり、フィラーを150〜1,000重量部添加するのがよい。このような放熱材料には、本発明の窒化アルミニウム粉末以外に、公知の窒化アルミニウム粉末、アルミナ、窒化ホウ素、酸化亜鉛、炭化窒素、グラファイト等のフィラーを一種、あるいは数種類充填してもよく、放熱材料の特性や用途に応じて、本発明の窒化アルミニウム粉末とそれ以外のフィラーの形状、平均粒径を選択すればよい。これらのフィラーは、例えばシランカップリング剤やリン酸又はリン酸塩などで表面処理したものを用いてもよい。また、放熱材料における窒化アルミニウム粉末とそれ以外のフィラーの混合比は1:99〜99:1の範囲で適宣調整できる。また、放熱材料には、可塑剤、加硫剤、効果促進剤、離形剤等の添加剤をさらに添加してもよい。
上記の樹脂組成物は、ブレンダーやミキサーで混合することによって製造することができ、また放熱材料は、プレス成形法、押出し成型法、ドクターブレード法によって樹脂組成物を成形し、それを加熱硬化することによって製造できる。
また、本発明の特定AlN結晶粒子がマトリックス中で熱伝導パスを形成し易いよう、上記成形法において粒子配向を制御してもよい。
また、本発明の窒化アルミニウム粉末は含有される特定AlN結晶粒子を生かして、焼結用原料粉末として用いることもできる。
即ち、本発明の特定AlN結晶粒子はアスペクト比の高い板状の形状を有するため、該板状の特定AlN結晶粒子の六角形状の平面が、得られる焼結体の平面と同方向に配向するように焼結することにより、高い熱伝導率を有し、ビッカース硬さと破壊靱性に優れる窒化アルミニウム焼結体を得ることができる。
該焼結用原料粉末は特定AlN結晶粒子の含有割合が高く、具体的には、60容量%以上のものを用いるのが好ましいが、個々の粒が比較的大きいため、平均粒子径が好ましくは0.5〜3μm、より好ましくは0.8〜1.5μmの小粒径窒化アルミニウム粒子を併用し、焼結性を高めて用いてもよい。この場合、前記板状AlN結晶粉末の製造時に副生する微粉状の窒化アルミニウム粉末を上記小粒径窒化アルミニウム粉末の一部又は全部として使用することも可能である。
前記板状の特定AlN結晶粒子を含む焼結用粉末を成形する方法は、公知の手法が広く適用でき、特に制限されない。一般的な成形方法としては、金型プレス、CIP、振動成形等の乾式成形や押出、ドクターブレード、射出等の湿式成形が挙げられる。成形性を向上させる目的で、焼結用原料粉末に結合剤や分散剤、滑剤、可塑剤、溶剤等の各種添加剤を用いてもよく、一般的なものが特に制限なく使用できる。但し、本発明の趣旨である破壊靱性とビッカース硬さに優れる窒化アルミニウム焼結体を得るためには、該板状の特定AlN結晶粒子の平面が、前記焼結体の表面と同方向に配向していることが好ましいため、そのような配向性を達成し得る公知の成形方法が適宜選択される。具体的な成形方法としては、乾式成形では金型プレスが好ましく、湿式成形では押出成形法が挙げられる。
以下、本発明の有機高分子組成物および焼結体についてさらに詳しく説明する。
<有機高分子組成物>
本発明の有機高分子組成物は、特定AlN結晶粒子100〜600質量部およびそれが分散されている有機高分子100質量部からなる。本発明の有機高分子組成物は、好ましくは、特定AlN結晶粒子以外の他の窒化アルミニウム粒子を、該窒化アルミニウム結晶粒子に対し20容量%以下でさらに含有する。
有機高分子
本発明で使用される有機高分子は熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、高分子ゲルまたは有機高分子液体である。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、フッ素樹脂(ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等)、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン2,6ナフタレート、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ABS樹脂、ポリフェニレンエーテル(PPE)樹脂、変性PPE樹脂、脂肪族ポリアミド類、芳香族ポリアミド類、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリメタクリル酸類(ポリメタクリル酸メチル等のポリメタクリル酸エステル)、ポリアクリル酸類、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリケトン、液晶ポリマー、アイオノマーなどの熱可塑性樹脂、エポキシ類、アクリル類、ウレタン類、シリコーン類、フェノール類、イミド類、熱硬化型変性PPE類、および熱硬化型PPE類などの熱硬化性樹脂、シリコーンゲル、ウレタンゲル、アクリルゲルなどの高分子ゲル、また、シリコーンオイルなどの有機高分子液体を挙げることができる。
その他成分
本発明の有機高分子組成物には、本発明の優れた効果を著しく損ねない範囲で、特定AlN結晶粒子及び有機高分子以外の成分が含まれていてもよい。本発明の有機高分子組成物に含まれていてもよい成分としては、例えば、アルミナ、窒化ホウ素、酸化亜鉛、炭化ケイ素、グラファイトなどのフィラーを一種、あるいは数種類充填してもよい。本発明の有機高分子組成物からなる放熱材料の特性や用途に応じて、本発明の特定AlN結晶粒子とそれ以外のフィラーの形状、平均粒径を選択すればよい。また、各種安定剤、着色剤、可塑剤、滑材、離型剤、酸化防止剤、硬化剤、難燃剤、粘度調整剤等の添加剤などが挙げられる。
組成
本発明の有機高分子組成物において、特定AlN結晶粒子の割合は、得られる有機高分子組成物の熱伝導性を向上させる点では多い方が好ましいが、フィラーの分散性、及び得られる有機高分子組成物の成形加工性の点を考慮して決定される。具体的には、有機高分子100質量部に対して、特定AlN結晶粒子は、100〜600質量部の範囲で決定される。上記特定AlN結晶粒子が100重量部未満の場合は複合材料での熱伝導率が低くなり、放熱材料として十分な特性を得ることができない。また、600重量部を超える場合には、混合時の粘度が著しく上昇し、作業性が極めて悪くなり、更には、混合不良が発生し、熱伝導性低下を招く等の問題が起こる。
有機高分子組成物の製造方法
本発明の有機高分子組成物は、上記した成分の所定量を、有機高分子の種類に応じて、公知の混合装置により均一に混合し、有機高分子中に特定AlN結晶粒子を分散して存在せしめることによって得られる。上記混合装置としては、例えば、ロール、ニーダ、バンバリーミキサー、自転・公転ミキサー等の通常の混練機が一般に使用される。
成形体
本発明の成形体は、有機高分子として上述の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂組成物を使用する場合に得ることができる。上記成形体においては、有機高分子組成物中の特定窒化アルミニウム結晶粒子の50%以上、好ましくは、70%以上が、その六角形状平面が前記成形体の表面に対してほぼ平行、具体的には、水平面に対して±10°以内となるように配向しているものが高熱伝導性であるので好ましい。このように、特定窒化アルミニウム結晶粒子を配向させることにより特定窒化アルミニウム結晶粒子同士間の接触面積が増大し、熱伝導率を一層向上させることができる。
本発明の成形体を成形する成形方法としては、特に制限は無く、有機高分子の種類に応じて、射出成形、トランスファ成形、押出成形、バルクモールディングコンパウンド成形、圧縮成形、溶剤等を用いたキャスティングによる成形法などの従来公知の成形方法が適宜採用される。
前記成形体の製造方法において、特定窒化アルミニウム結晶粒子の配向のさせ方は、公知の方法が特に制限無く採用される。例えば、有機高分子を柔軟化させた状態で、延伸、圧縮等を行うことにより、有機高分子組成物中に含まれる特定窒化アルミニウム結晶粒子を配向させることができる。
本発明の成形体の形状は、本発明の効果を著しく損なわない限り制限はない。具体的には、具体的には、シート状、フィルム状、円盤状、矩形状等が挙げられる。本発明に係る特定AlN結晶粒子は、熱伝導性と強度のバランス及び成形加工性に優れることから、本発明の有機高分子組成物を圧縮成形したシート及びフィルムは、各種用途に特に好適に用いられる。
用途
本発明の有機高分子組成物の用途としては、家電製品、自動車、ノート型パーソナルコンピュータなどに搭載される半導体部品からの発熱を効率よく放熱するための放熱部材の材料があり、それらの使用形態は有機高分子組成物の種類によって異なる。例として、放熱シートにはシリコーン樹脂組成物、フッ素樹脂組成物、プリブタジエン組成物、アクリル樹脂組成物などが、放熱スペーサーにはシリコーンゲル組成物などが、高熱伝導絶縁接着フィルムにはエポキシ樹脂組成物、イミド系樹脂組成物などが、熱伝導性接着剤にはエポキシ樹脂組成物、フェノール樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物などが、熱伝導性ゲルにはシリコーンゲル組成物、ウレタンゲル組成物、アクリルゲル組成物などが、熱伝導性グリースにはシリコーンオイル組成物などが、フェーズチェンジマテリアルには低分子ポリエチレン組成物、低分子ポリプロピレン組成物などが、高熱伝導性封止剤にはエポキシ樹脂などが使用できる。
<焼結体>
本発明の窒化アルミニウム焼結体は、窒化アルミニウム結晶粒子の少なくとも一部の六角形状面が焼結体の平坦な平面とほぼ同方向に配向している。その物性として、破壊靭性が5MPa・m1/2以上、熱伝導率が150〜230W/m・kそしてビッカース硬さが11〜16GPaである。
上記窒化アルミニウム焼結体は、その断面において、焼結体を構成する窒化アルミニウム結晶粒子のうち、特定窒化アルミニウム粒子の占める面積割合が、50〜90%であることが好ましい。
本発明の窒化アルミニウム焼結体において、特定アルミニウム結晶粒子の六角形状平面が、前記焼結体の表面とほぼ同方向に配向している状態は、焼結体中の特定窒化アルミニウム結晶粒子の大部分の六角形状表面が、該焼結体の表面とほぼ平行となるように存在していればよい。
特定窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状平面が、焼結体表面と同方向に配向している割合は、特定窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状の平面が(hkl)=(002)面と平行な面であるため、X線回折測定によって得られる(hkl)=(100)面のピーク強度と(hkl)=(002)面のピーク強度の合計に対する(hkl)=(002)面のピーク強度の比を算出することによって求めることができる。
即ち、窒化アルミニウム焼結体中に含まれる窒化アルミニウム結晶粒子の(002)面が、前記焼結体の表面と同方向に配向している割合(以下、「配向の割合」)は以下の測定方法によって算出される。
リガク製「SmartLab」(商品名)を用いてX線回折測定を行なった。試料の測定面は、焼結体の表面とした。
X線源:Cu−Kα 40kV−200mA
2θ走査範囲:10°〜90°
2θ走査速度:40°/分
2θ走査ステップ幅:0.02°
測定回数:1回/試料
得られた回折ピークは窒化アルミニウムに同定されるピークと焼結助剤から生成した1種あるいは数種類の粒界相に同定されるピークである。これらのうち、窒化アルミニウムに同定された回折ピーク(hkl)=(002)面のピーク強度をI(002)、(hkl)=(100)面のピーク強度をI(100)とした場合、配向の割合(R)は以下で表される。
R(%)=[I(002)/{I(002)+I(100)}]×100
本発明の窒化アルミニウム焼結体において、特定窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状平面が、前記焼結体の表面と同方向に配向している状態は、上記の方法で求められる配向の割合が、70%以上、特に、75%以上であることが好ましい。
本発明の窒化アルミニウム焼結体は、上記特定窒化アルミニウム結晶粒子の配向により、機械強度、特に、破壊靱性を著しく向上することができると共に、熱伝導性をも向上することが可能となる。
即ち、本発明の焼結体は、上記特定窒化アルミニウム結晶粒子の配向と特定窒化アルミニウム結晶粒子の存在量を適宜調整することによって、破壊靱性が5MPa・m1/2以上、熱伝導率が150〜230W/m・K、特に、160〜190W/m・K、ビッカース硬さが11〜16GPa、特に、12〜15GPaという従来の窒化アルミニウム焼結体に無い、優れた特性を有するものとすることができる。
窒化アルミニウム焼結体の製造方法
本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法は、特に制限されるものではないが、代表的な製造方法を示せば、特定窒化アルミニウム結晶粒子を60〜98質量%、平均粒子径0.5〜3μmの小粒径窒化アルミニウム粒子を2〜40質量%の割合で含む窒化アルミニウム粉末を使用し、特定窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状平面が、得られる焼結体の平坦な表面と同方向に配向するように成形した後、焼結することによって得ることができる。
本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法において、特定窒化アルミニウム結晶粒子は、使用する窒化アルミニウム粉末中に60〜98質量%、好ましくは、70〜95質量%存在することが、本発明の目的を達成するために好ましい。
また、特定窒化アルミニウム結晶粒子は、前記したように個々の粒が比較的大きいため、通常、焼結を行う場合、平均粒子径0.5〜3μm、好ましくは、0.8〜1.5μmの「小粒径窒化アルミニウム粒子」を2〜40質量%、特に、5〜40質量%の割合で併用して焼結用の窒化アルミニウム粉末とする。上記小粒径窒化アルミニウム粒子の平均粒子径が0.5μmよりも小さい場合、不純物酸素濃度が増加し易くなり、焼結性が低下するため、高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム焼結体が得られなくなる。一方、小粒径窒化アルミニウム粒子の平均粒子径が3μmよりも大きい場合、成形体における窒化アルミニウム粉末の充填性が低下し易くなり、焼結性が低下するため、高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム焼結体が得られなくなる。
尚、焼結に供する窒化アルミニウム粉末において、上記小粒径窒化アルミニウム粒子の割合の上限は、特定窒化アルミニウム結晶粒子の製造方法において、目的の特定窒化アルミニウム結晶粒子以外の粒子を勘案して、窒化アルミニウム粒子の全量が100質量%となるように適宜決定すればよい。
本発明に用いる小粒径窒化アルミニウム粒子の不純物酸素濃度は0.6〜1.2%、比表面積は2.4〜3.6m2/gの範囲であることが良好な焼結性及び焼結体物性を達成する上で好ましい。
本発明の窒化アルミニウム焼結体を製造するにあたっては、焼結用の窒化アルミニウム粉末に焼結助剤を添加することが望ましい。使用される焼結助剤としてはCaOやY2O3が好ましいが、それ以外の焼結助剤も使用可能である。例えば、SrO、BaOなどの酸化物や各種塩類などのアルカリ土類化合物、あるいはLa2O3、CeO2、Nd2O3、Gd2O3、Dy2O3といった希土類化合物のような熱伝導率を阻害しないものが挙げられる。該アルカリ土類化合物、あるいは希土類化合物は、特定窒化アルミニウム結晶粒子と小粒径窒化アルミニウム粒子の合計質量に対し3〜7質量%添加することが好ましい。該アルカリ土類化合物、あるいは該希土類化合物の添加量が3質量%よりも少ない場合は、液相が十分に生成せず緻密化が不十分な個所が発生し易くなる。また、熱伝導率の向上が不十分となり窒化アルミニウム焼結体の特性を十分に発揮できなくなる。一方、7質量%よりも多い場合は余剰の液相が生成することによって、焼結体外部へ助剤が移動しやすくなり、この助剤の排出に伴って色調むらが発生することがある。また、半導体素子の絶縁放熱基板として使用する際には、金属等との接合性や密着性が低下する要因となり得る。
上記特定窒化アルミニウム結晶粒子と特定の割合で含有させられる小粒径窒化アルミニウム粒子、及び、特定の割合で添加させられる焼結助剤を混合する方法は、公知の手法によって実施すれば良く、特に制限されない。一般的な混合方法としては、ボールミル、振動ミル、ミキサー、アトライター等が挙げられる。
本発明の焼結体の製造方法において、特定窒化アルミニウム結晶粒子を含む、焼結用の窒化アルミニウム粉末は、特定窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状平面が、得られる焼結体の表面と同方向に配向するように成形することが望ましく、重要である。
特定窒化アルミニウム結晶粒子を含む焼結用の窒化アルミニウム粉末を成形する方法は、公知の手法が広く適用でき、特に制限されない。一般的な成形方法としては、金型プレス、CIP、振動成形等の乾式成形や押出、ドクターブレード、射出等の湿式成形が挙げられる。成形性を向上させる目的で、焼結用の窒化アルミニウム粉末に結合剤や分散剤、滑剤、可塑剤、溶剤等の各種添加剤を用いてもよく、一般的なものが特に制限なく使用できる。但し、本発明の趣旨である破壊靱性とビッカース硬さに優れる窒化アルミニウム焼結体を得るためには、特定窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状平面が、前記焼結体の平坦な表面と同方向に配向していることが必要であるため、そのような配向性を達成し得る成形方法を適宜選択する必要がある。前記の理由から、本発明の効果を十分に得る為に適した成形方法としては、乾式成形では金型プレスが好ましく、湿式成形では押出成形法が好ましい。
本発明の焼結体の製造方法において、特定窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状平面が、得られる焼結体の表面と同方向に配向するように焼成することにより、窒化アルミニウム焼結体を得る。
この場合、前記成形体の成形性を向上させる等の目的で結合剤や分散剤、滑剤、可塑剤、溶剤等に有機化合物を用いた場合には、焼成に先立ち、脱脂処理を行ってもよい。上記脱脂処理の条件は、公知の条件が特に制限なく採用される。例えば、酸化性雰囲気下或いは非酸化性雰囲気下で、温度300〜1,000℃で1〜10時間処理する方法が一般的である。この際、得られる脱脂体は炭素が極力残存していないことが好ましい。炭素が余剰に残存した場合、窒化アルミニウム粒子表面に存在する酸素が炭素によって還元されてしまうため、適量の液相が生成せず焼結性を悪化させ、熱伝導率低下の原因となりうる。
本発明において、焼結方法は、公知の手法が広く適用でき、特に制限されない。一般的な焼結方法としては常圧焼結、及び、ホットプレスやHIP(Hot Isostatic Pressing)等の加圧焼結の他、SPS(Spark Plasma Sintering)等のプラズマ焼結が挙げられる。
本発明において、焼結方法としてSPSを選択した場合、焼成は、1,300℃を超え、1,600℃以下の温度で行うことが好ましい。焼成温度が1,300℃以下では十分な緻密化ができず、一方、1,600℃よりも高い温度で焼成した場合は、焼結助剤が焼結体外へ染み出しやすくなり、前述したように色調むらに繋がるとともにメタライズの密着性が低下しやすくなる。また、焼成時間は1〜30分とすればよい。
焼結方法として常圧焼結を選択した場合、焼成は、1,700℃を超え、1,900℃以下の温度とすればよく、焼成時間は、2〜10時間が適用できる。一般に長時間焼成すると、助剤の粒成長と助剤の焼結体外移動に伴って色調むらが発生しやすくなることがあるため2〜7時間とすることが好ましい。
また、本発明において、焼成における雰囲気は、公知の条件が特に制限なく採用されるが、特に、窒素などの非酸化性雰囲気下、あるいは、真空中で行うことが好ましい。
また、焼成工程においては適宜重石を載せてもよい。
以上説明した本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法によれば、高い熱伝導率と高い機械的強度を有する、新規な窒化アルミニウム焼結体が安定的に得られる。
以下、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例および比較例における各種物性は、下記の方法により測定した。実施例1〜14、比較例1〜7については、下記(1)〜(8)の測定方法を用い、実施例15〜20、比較例8〜12については下記(9)〜(18)の測定方法を用いた。
(1)比表面積
比表面積は、BET一点法にて測定を行った。
(2)平均粒径
試料をホモジナイザーにて5%ピロリン酸ソーダ水溶液中に分散させ、レーザー回折粒度分布装置(日機装株式会社製MICROTRAC HRA)にて平均粒径(D50)を測定した。
(3)窒化アルミニウム転化率
X線回折(CuKα)にて、窒化アルミニウム(AlN)のピーク(32.2°)とアルミナ成分(α−アルミナ)のピーク(43.5°)のピークの比より検量線法を用いて求めた(下記式(1))。その他の成分が含まれる場合は、その成分の主要ピークを選択し、下記式(1)の分母に加えた。
窒化アルミニウム転化率(%)=AlNピーク強度/(AlNピーク強度+アルミナピーク強度)×100 ・・・・・・・(1)
(4)結晶粒子の稜部観察、L/D比測定、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%の測定。
走査型電子顕微鏡(日立製作所製 S−2600)にて結晶粒子の観察を行った。得られた1種の窒化アルミニウム粉末について、任意の箇所より20サンプルを採取し、各サンプルについて、倍率1,000倍にて10視野の撮影を行い、撮影視野内の結晶粒子について稜部に丸みを有するかどうか確認した。また、同様にして、視野内の結晶粒子について、その六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離D及び平面間の距離Lを計測し、アスペクト比(L/D)を求めた。尚、各値は、全測定データの平均値として示した。また、特定窒化アルミニウム結晶粒子の存在割合(容量%)については、前記サンプルの測定において、特定窒化アルミニウム結晶粒子は正六角形状、窒化アルミニウム微粉は球状と形状を近似し、撮影視野内の粒子についての測定値より体積を求め、全粒子の体積に対する特定窒化アルミニウム結晶粒子の体積の割合を算出し、全データの平均値として示した。
(5) 真密度
特定窒化アルミニウム結晶粒子の真密度は、窒化アルミニウム粉末を篩分級し、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%が99%以上としたものを、乾式自動密度計(島津製作所製AccuPyc1330)にて測定して求めた。
(6) 結晶性
全自動水平型多目的X線回折装置(Rigaku製SmartLab)を用い、特定窒化アルミニウム結晶粒子、一粒子に対してX線を照射し、回折パターンから結晶性を評価した。
(7)熱伝導率(W/m・K)
熱伝導率=熱拡散率×密度×比熱
熱拡散率(cm2/s)は、レーザーフラッシュ法にて測定を行なった。
密度(g/cm3)は、アルキメデス法にて測定を行なった。
比熱(J/g・K)は、DSC法にて測定を行なった。
(8)特定窒化アルミニウム結晶粒子の配向割合
シート状成形体の断面撮影を行い、視野内の任意の200個の特定窒化アルミニウム結晶粒子について、六角形状の板状面がシート状成形体のシート面にほぼ同方向に並んでいる個数を数え、200個に対するその個数割合を求めて配向割合とした。
(9)平均粒径
日機装製 MICROTRACK−HRA(商品名)を用いて、レーザー回折法により求めた。水90mlに対し、5%ピロリン酸ソーダ水溶液を加えた溶液の中に窒化アルミニウム粉末を加え、これをホモジナイザーにて出力200mA,3分間分散させた分散液について測定した。前記方法から平均粒子径(D50)を求めた。
(10)酸素濃度
(株)堀場製作所製酸素・窒素同時分析装置(EMGA−620W/C)(商品名)を用いて、不活性ガス中でインパルス加熱融解法により窒化アルミニウム粉末を融解して抽出された酸素を一酸化炭素の形態として、この一酸化炭素を非分散赤外線検出器にて測定した。キャリアガスとしてHeガス(純度:99.995%以上)を用いた。
(11)比表面積
島津製作所製流動式表面積自動測定装置フローソーブ2300形を用いてN2吸着によるBET法により求めた。
(12)特定窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、平面間の平均距離(L)
走査型電子顕微鏡(日立製作所製 S−2600)(商品名)にて結晶粒子の観察を行った。任意に選択した粒子の全体が視野内に納まる倍率にて10視野の撮影を行い、撮影視野内の結晶粒子について稜部に丸みを有するかどうか確認した。また、任意に選択した粒子の全体が視野内に納まる倍率にて、10粒子分の撮影を行い、その長径(d)及び平面間の距離(l)を計測し、それぞれ10粒子分の平均値をとることにより平均長径(D)及び平面間の平均距離(L)を求めた。次に求めた平均長径(D)及び平面間の平均距離(L)からアスペクト比(L/D)を求めた。
(13)真密度
特定窒化アルミニウム結晶粒子の真密度は乾式自動密度計(島津製作所製AccuPyc1330)にて測定した。
(14)焼結体密度
窒化アルミニウム焼結体の密度はアルキメデス法により測定した。
(15)破壊靱性
JIS R 1607:1995に記載された測定方法により、株式会社アカシ製ビッカース硬さ試験機 AVK−CO(商品名)にて測定されたビッカース硬さからIF法により算出した。
(16)熱伝導率
作製した窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率は、JIS R1611に記載された測定方法により、京都電子工業製 LFA−502(商品名)を用いてレーザーフラッシュ法により測定した。
(17)ビッカース硬さ
JIS R 1610:1991に記載された測定方法により、株式会社アカシ製ビッカース硬さ試験機 AVK−CO(商品名)にて測定した。
(18)窒化アルミニウム焼結体の断面における特定窒化アルミニウム結晶粒子の面積占有率
窒化アルミニウム焼結体の断面を走査電子顕微鏡(株式会社日立製作所製 S−2600)(商品名)にて倍率1.0K倍で10視野観察し、その視野面積(S2)に対する10μm2以上の結晶粒子の占める面積(S1)の割合を画像解析システム(旭化成工業製 IP−1000PC)(商品名)によって解析し、下記式(2)より特定窒化アルミニウム結晶粒子の面積占有率(r)を算出した。
r(%)=S1/S2×100・・・・・・(2)
実施例1
平均粒径1.5μmの微粉が凝集した平均粒径5.6μmのアルミナ微粉凝集体と比表面積125m2/gのカーボンブラックを混合した。このときのアルミナ粉末に対するカーボンブラックの質量比はC/Al2O3=0.50とした。
上記混合粉末を焼成温度1,750℃、焼成時間10時間の条件で焼成した。焼成時は雰囲気のN2割合を70容量%、CO割合を30容量%とした。尚、CO割合は焼成炉の排ガスを測定したものであり、比率は焼成炉へ導入するN2、COの流量の調節により制御した。
窒化後の粉末を空気雰囲気中において700℃で10時間酸化処理し、窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、および平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒の容量%、特定AlN結晶粉末について、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、L/Dの平均値、真密度、を測定した。結果を表1に示す。
得られた窒化アルミニウム粉末をエポキシ樹脂に充填し樹脂組成物を作製し、熱伝導率の評価を行った。具体的には、エポキシ樹脂(三菱化学株式会社製JER807)100重量部と硬化剤(脂環式ポリアミン系硬化剤、三菱化学株式会社製JERキュア113)32重量部との混合物を準備した。次に、基材樹脂20重量%と、前記特定AlN結晶粒子80重量%とを自転・公転ミキサー(株式会社シンキー製ARE−500)にて混合して樹脂組成物を得た。
これを金型体に注型し、熱プレスを使用し、温度:120℃、圧力:5MPa、保持時間:1時間の条件で硬化させ、直径10mm、厚さ1mmのシートを作製した。レーザーフラッシュ法にて熱伝導率を測定したところ熱伝導率は8.0W/mKであった。
実施例2
実施例1における原料混合粉末中に酸化マグネシウムを1重量部添加した以外は実施例1と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%、平均長径(D)、L/Dの平均値および真密度を測定した。結果を表1に示す。
また、本実施例で得た窒化アルミニウム粉末について、電子顕微鏡写真(SEM写真)を図1に、レーザー回折粒度分布装置により測定した粒度分布曲線を図2に示す。
更に、得られた窒化アルミニウム粉末を使用し、実施例1と同様にしてシートを作成し、熱伝導率を測定した。結果を表1に併せて示す。
実施例3
実施例1における原料混合粉末中に硫黄を1重量部添加した以外は実施例1と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、L/Dの平均値および真密度を測定した。結果を表1に示す。
また、得られた窒化アルミニウム粉末を使用し、実施例1と同様にしてシートを作成し、熱伝導率を測定した。結果を表1に併せて示す。
実施例4
実施例1における原料混合粉末中に硫黄を2重量部添加した以外は実施例1と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、L/Dの平均値および真密度を測定した。結果を表1に示す。
また、得られた窒化アルミニウム粉末を使用し、実施例1と同様にしてシートを作成し、熱伝導率を測定した。結果を表1に併せて示す。
実施例5
実施例2におけるアルミナ微粉凝集体の平均粒径を3.6μmとした以外は実施例2と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、L/Dの平均値および真密度を測定した。結果を表1に示す。
また、得られた窒化アルミニウム粉末を使用し、実施例1と同様にしてシートを作成し、熱伝導率を測定した。結果を表1に併せて示す。
実施例6
実施例2におけるアルミナ微粉凝集体の平均粒径を10.8μmとした以外は実施例2と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、L/Dの平均値および真密度を測定した。結果を表1に示す。
また、得られた窒化アルミニウム粉末を使用し、実施例1と同様にしてシートを作成し、熱伝導率を測定した。結果を表1に併せて示す。
実施例7
実施例1におけるアルミナ微粉凝集体の平均粒径を10.8μmとし、原料混合粉末中に酸化マグネシウムを2重量部添加した以外は実施例1と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、L/Dの平均値および真密度を測定した。結果を表1に示す。
また、得られた窒化アルミニウム粉末を使用し、実施例1と同様にしてシートを作成し、熱伝導率を測定した。結果を表1に併せて示す。
実施例8
実施例2における雰囲気のN2割合を80%、CO割合を20%とした以外は実施例2と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、L/Dの平均値および真密度を測定した。結果を表1に示す。
また、得られた窒化アルミニウム粉末を使用し、実施例1と同様にしてシートを作成し、熱伝導率を測定した。結果を表1に併せて示す。
実施例9
実施例8にて作製した窒化アルミニウム粉末を目開き20μmの篩を用いて篩分級し、窒化アルミニウム粉末中の微粉量を低減した。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、L/Dの平均値および真密度を測定した。結果を表1に示す。
また、得られた窒化アルミニウム粉末を使用し、実施例1と同様にしてシートを作成し、熱伝導率を測定した。結果を表1に併せて示す。
比較例1
焼成時の雰囲気のN2割合を90%、CO割合を10%とした以外は実施例2と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率を測定した。結果を表2に示す。
また、得られた粉末を電子顕微鏡にて観察した結果、粒子は六角形状化しておらず、窒化アルミニウム微粉の凝集体であった。また、本比較例で得た窒化アルミニウム粉末のSEM写真を図3に示す。
更に、得られた窒化アルミニウム粉末について、実施例1と同様にしてシートを作製し、レーザーフラッシュ法にて熱伝導率を測定したところ熱伝導率は4.0W/mKであった。
比較例2
平均粒径10.1μm、比表面積0.26m2/gの溶射法で得られた球状アルミナを用いた以外には、実施例1と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率を測定した。結果を表2に示す。
また、得られた粉末を電子顕微鏡にて観察した結果、粒子は六角形状化しておらず、原料の形状を維持した多結晶体であった。
実施例10
平均粒径1.5μmの微粉が凝集した平均粒径5.6μmのアルミナ微粉凝集体と比表面積125m2/gのカーボンブラックを混合した。このときのアルミナ粉末に対するカーボンブラックの質量比はC/Al2O3=0.50とした。
上記混合粉末を焼成温度1,750℃、焼成時間10時間の条件で焼成した。焼成時は雰囲気のN2割合を70容量%、CO割合を30容量%とした。尚、CO割合は焼成炉の排ガスを測定したものであり、比率は焼成炉へ導入するN2、COの流量の調節により制御した。
窒化後の粉末を空気雰囲気中において700℃で10時間酸化処理し、特定AlN結晶粒子を含む窒化アルミニウム粉末を得た。
上記方法により得られた窒化アルミニウム粉末中の特定AlN結晶粒子は、単結晶であり、平均長径(D)が10μm、平面間の平均距離(L)が5.6μm、L/Dの平均値が、0.56、真密度が3.23g/cm3であった。また、得られた窒化アルミニウム粉末中の特定AlN結晶粒子の割合は、93容量%(特定AlN結晶粒子に対する特定AlN結晶以外のAlN粒子の比率(容積)が7.5容量%)であった。
上記特定AlN結晶粒子を含む窒化アルミニウム粉末をフィラーとして使用し、有機高分子成分としてエポキシ樹脂を用いて高熱伝導性成形体を作製した。
具体的には、有機高分子成分としてエポキシ樹脂(三菱化学株式会社製JER807)100重量部と硬化剤(脂環式ポリアミン系硬化剤、三菱化学株式会社製JERキュア113)32重量部との混合物を準備した。次に、上記の有機高分子成分100重量部と、上記方法により得られた窒化アルミニウム粉末を特定AlN結晶粒子が117重量部となるように、自転・公転ミキサー(株式会社シンキー製ARE−500)にて混合して樹脂混合物を得た。
上記樹脂混合物を金型体に注型し、熱プレスを使用し、温度:120℃、圧力:5MPa、保持時間:1時間の条件で硬化させ、直径10mm、厚さ1mmのシートを作製した。得られたシートの熱伝導率及び状窒化アルミニウム結晶粒子の配向割合を測定した結果を表3に示した。
実施例11
実施例10における原料混合粉末中に酸化マグネシウムを1重量部添加した以外は実施例10と同様にして特定AlN結晶粒子を得た。
上記方法により得られた窒化アルミニウム粉末中の特定AlN結晶粒子は、単結晶であり、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)が28μm、平面間の平均距離(L)が6.4μm、L/Dの平均値が、0.23、真密度が3.24g/cm3であった。また、得られた窒化アルミニウム粉末中の特定AlN結晶粒子の割合は、96容量%(特定AlN結晶粒子に対する特定AlN結晶以外のAlN粒子の比率(容積)が4.2容量%)であった。
上記特定AlN結晶粒子をフィラーとして使用し、有機高分子成分としてエポキシ樹脂を用いて高熱伝導性成形体を作製した。
表3に示すエポキシ樹脂、特定AlN結晶粒子の量を使用し、それ以外は実施例10と同様にして、得られたシートの熱伝導率及び特定窒化アルミニウム結晶粒子の配向割合を測定した結果を表3に示した。
実施例12
実施例10におけるアルミナ微粉凝集体の平均粒径を10.8μmとし、原料混合粉末中に酸化マグネシウムを2重量部添加した以外は実施例10と同様にして特定AlN結晶粒子を得た。
上記方法により得られた特定AlN結晶粒子は、単結晶であり、平均長径(D)が110μm、平面間の平均距離(L)が11μm、L/Dの平均値が、0.1、真密度が3.22g/cm3であった。また、得られた窒化アルミニウム粉末中の特定AlN結晶粒子の割合は、92容量%(特定AlN結晶粒子に対する特定AlN結晶以外のAlN粒子の比率(容積)が8.7容量%)であった。
上記特定AlN結晶粒子をフィラーとして使用し、有機高分子成分としてエポキシ樹脂を用いて高熱伝導性成形体を作製した。
表3に示すエポキシ樹脂、特定AlN結晶粒子の量を使用し、それ以外は実施例10と同様にして、得られたシートの熱伝導率及び特定窒化アルミニウム結晶粒子の配向割合を測定した結果を表3に示した。
実施例13
シリコーンオイル(信越シリコーン(株)製 KF−96−1000CS)100重量部と、実施例10と同様に得られた窒化アルミニウム粉末を特定AlN結晶粒子が140重量部となるように撹拌装置付き加熱釜に仕込み、加熱混練りして均質化した。この混合物を放冷して常温に戻し、ペイントロールで混合してグリースを調製した。得られたグリースの熱伝導率を測定した結果を表3に示した。
実施例14
下記に示す配合成分をロールを用いて、150℃にて混練りし、ストランドに押し出した後に、ペレット状にカットした。なお、実施例10と同様に得られた特定AlN結晶粒子の配合量は、下記成分(1)〜(4)からなるマトリックス100重量部に対して140重量部となるように、窒化アルミニウム粉末を配合した。
配合成分
(1)スチレン−エチレン/プロピレン−スチレンのトリブロック共重合体〔SEPS、クラレ(株)製、商品名:セプトン〕(数平均分子量12万でスチレン量が30重量%のSEPS) 100重量部
(2)メタロセン触媒重合のポリプロピレン〔エクソン化学(株)製、商品名:アチーブ〕(Mw/Mn=2.0) 10重量部
(3)40℃における動粘度が380mm2/秒であるパラフィン系オイル〔出光興産(株)製、商品名:ダイアナプロセスオイルPW380〕(重量平均分子量750) 100重量部
(4)無水マレイン酸変性ポリプロピレン〔三洋化成(株)製、商品名:ユーメックス1010〕 5重量部
このようにして得られた放熱性エラストマー組成物を、射出成形機として、日精樹脂工業(株)製のDC60E5ASE機を用い、成形温度180℃にて厚さ1mmのシートを作製した。
比較例3〜5
表3に示す平均粒径20μmの球状窒化アルミニウム(株式会社トクヤマ製)を使用し、それ以外は実施例10と同様にして、得られたシートの熱伝導率を測定した結果を表3に示した。
比較例6
表3に示す平均粒径5μm球状窒化アルミニウム(株式会社トクヤマ製)を使用し、それ以外は実施例13と同様にして、得られたグリースの熱伝導率を測定した結果を表3に示した。
比較例7
表3に示す平均粒径5μmの球状窒化アルミニウム(株式会社トクヤマ製)を使用し、それ以外は実施例14と同様にして、得られたシートの熱伝導率を測定した結果を表3に示した。
実施例15
内容積が2.4Lのナイロン製ポットに、鉄芯をナイロンで被覆した、直径15mmのナイロンボール(表面硬度100kgf/mm2以下、密度3.5g/cm3)を入れ、次いで、対向する2面が六角形状の平面であり、上記平面における六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)に対する上記平面間の平均距離(L)の比(L/D)が0.23であり、且つ、真密度が3.23g/cm3である特定窒化アルミニウム結晶粒子95重量部、平均粒径が1.2μm、比表面積2.6m2/g、酸素濃度0.8質量%の小粒径窒化アルミニウム粒子を5重量部、酸化イットリウム粉末を5重量部および溶媒としてのエタノール40重量部を湿式混合した。このとき、前記ナイロンボールはポットの内容積の40%(見かけの体積)充填した。混合はポットの回転数70rpmで3時間行った。さらに得られたスラリーを乾燥して焼結用の窒化アルミニウム粉末を得た。
次に、得られた焼結用混合粉末をSPS焼結法により、プレス圧力0.4tf/cm2、真空中で昇温速度100℃/分、焼結温度1450℃ 、保持時間10分で焼結し、相対密度95%以上の直径30mmで厚みが3mmの焼結体を得た。
実施例16
特定窒化アルミニウム結晶粒子90重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を10重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
実施例17
特定窒化アルミニウム結晶粒子80重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を20重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
実施例18
特定窒化アルミニウム結晶粒子70重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を30重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
実施例19
特定窒化アルミニウム結晶粒子60重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を40重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
実施例20
特定窒化アルミニウム結晶粒子60重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を40重量部としたこと以外は、実施例15と同様にして、焼結用の窒化アルミニウム粉末を得た。次に、この焼結用の窒化アルミニウム粉末を室温で約80MPaで加圧して成形体とした。その後、この成形体を窒素ガス雰囲気下、常圧にて1,800℃で5時間焼成して窒化アルミニウム焼結体を得た。
比較例8
特定窒化アルミニウム結晶粒子を0重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を100重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
比較例9
特定室化アルミニウム結晶粒子を100重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を0重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
比較例10
特定窒化アルミニウム結晶粒子を50重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を50重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
比較例11
特定窒化アルミニウム結晶粒子を30重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を70重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
比較例12
特定窒化アルミニウム結晶粒子を10重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を90重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表4に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表5にそれぞれ示した。
(1)比表面積
比表面積は、BET一点法にて測定を行った。
(2)平均粒径
試料をホモジナイザーにて5%ピロリン酸ソーダ水溶液中に分散させ、レーザー回折粒度分布装置(日機装株式会社製MICROTRAC HRA)にて平均粒径(D50)を測定した。
(3)窒化アルミニウム転化率
X線回折(CuKα)にて、窒化アルミニウム(AlN)のピーク(32.2°)とアルミナ成分(α−アルミナ)のピーク(43.5°)のピークの比より検量線法を用いて求めた(下記式(1))。その他の成分が含まれる場合は、その成分の主要ピークを選択し、下記式(1)の分母に加えた。
窒化アルミニウム転化率(%)=AlNピーク強度/(AlNピーク強度+アルミナピーク強度)×100 ・・・・・・・(1)
(4)結晶粒子の稜部観察、L/D比測定、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%の測定。
走査型電子顕微鏡(日立製作所製 S−2600)にて結晶粒子の観察を行った。得られた1種の窒化アルミニウム粉末について、任意の箇所より20サンプルを採取し、各サンプルについて、倍率1,000倍にて10視野の撮影を行い、撮影視野内の結晶粒子について稜部に丸みを有するかどうか確認した。また、同様にして、視野内の結晶粒子について、その六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離D及び平面間の距離Lを計測し、アスペクト比(L/D)を求めた。尚、各値は、全測定データの平均値として示した。また、特定窒化アルミニウム結晶粒子の存在割合(容量%)については、前記サンプルの測定において、特定窒化アルミニウム結晶粒子は正六角形状、窒化アルミニウム微粉は球状と形状を近似し、撮影視野内の粒子についての測定値より体積を求め、全粒子の体積に対する特定窒化アルミニウム結晶粒子の体積の割合を算出し、全データの平均値として示した。
(5) 真密度
特定窒化アルミニウム結晶粒子の真密度は、窒化アルミニウム粉末を篩分級し、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%が99%以上としたものを、乾式自動密度計(島津製作所製AccuPyc1330)にて測定して求めた。
(6) 結晶性
全自動水平型多目的X線回折装置(Rigaku製SmartLab)を用い、特定窒化アルミニウム結晶粒子、一粒子に対してX線を照射し、回折パターンから結晶性を評価した。
(7)熱伝導率(W/m・K)
熱伝導率=熱拡散率×密度×比熱
熱拡散率(cm2/s)は、レーザーフラッシュ法にて測定を行なった。
密度(g/cm3)は、アルキメデス法にて測定を行なった。
比熱(J/g・K)は、DSC法にて測定を行なった。
(8)特定窒化アルミニウム結晶粒子の配向割合
シート状成形体の断面撮影を行い、視野内の任意の200個の特定窒化アルミニウム結晶粒子について、六角形状の板状面がシート状成形体のシート面にほぼ同方向に並んでいる個数を数え、200個に対するその個数割合を求めて配向割合とした。
(9)平均粒径
日機装製 MICROTRACK−HRA(商品名)を用いて、レーザー回折法により求めた。水90mlに対し、5%ピロリン酸ソーダ水溶液を加えた溶液の中に窒化アルミニウム粉末を加え、これをホモジナイザーにて出力200mA,3分間分散させた分散液について測定した。前記方法から平均粒子径(D50)を求めた。
(10)酸素濃度
(株)堀場製作所製酸素・窒素同時分析装置(EMGA−620W/C)(商品名)を用いて、不活性ガス中でインパルス加熱融解法により窒化アルミニウム粉末を融解して抽出された酸素を一酸化炭素の形態として、この一酸化炭素を非分散赤外線検出器にて測定した。キャリアガスとしてHeガス(純度:99.995%以上)を用いた。
(11)比表面積
島津製作所製流動式表面積自動測定装置フローソーブ2300形を用いてN2吸着によるBET法により求めた。
(12)特定窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、平面間の平均距離(L)
走査型電子顕微鏡(日立製作所製 S−2600)(商品名)にて結晶粒子の観察を行った。任意に選択した粒子の全体が視野内に納まる倍率にて10視野の撮影を行い、撮影視野内の結晶粒子について稜部に丸みを有するかどうか確認した。また、任意に選択した粒子の全体が視野内に納まる倍率にて、10粒子分の撮影を行い、その長径(d)及び平面間の距離(l)を計測し、それぞれ10粒子分の平均値をとることにより平均長径(D)及び平面間の平均距離(L)を求めた。次に求めた平均長径(D)及び平面間の平均距離(L)からアスペクト比(L/D)を求めた。
(13)真密度
特定窒化アルミニウム結晶粒子の真密度は乾式自動密度計(島津製作所製AccuPyc1330)にて測定した。
(14)焼結体密度
窒化アルミニウム焼結体の密度はアルキメデス法により測定した。
(15)破壊靱性
JIS R 1607:1995に記載された測定方法により、株式会社アカシ製ビッカース硬さ試験機 AVK−CO(商品名)にて測定されたビッカース硬さからIF法により算出した。
(16)熱伝導率
作製した窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率は、JIS R1611に記載された測定方法により、京都電子工業製 LFA−502(商品名)を用いてレーザーフラッシュ法により測定した。
(17)ビッカース硬さ
JIS R 1610:1991に記載された測定方法により、株式会社アカシ製ビッカース硬さ試験機 AVK−CO(商品名)にて測定した。
(18)窒化アルミニウム焼結体の断面における特定窒化アルミニウム結晶粒子の面積占有率
窒化アルミニウム焼結体の断面を走査電子顕微鏡(株式会社日立製作所製 S−2600)(商品名)にて倍率1.0K倍で10視野観察し、その視野面積(S2)に対する10μm2以上の結晶粒子の占める面積(S1)の割合を画像解析システム(旭化成工業製 IP−1000PC)(商品名)によって解析し、下記式(2)より特定窒化アルミニウム結晶粒子の面積占有率(r)を算出した。
r(%)=S1/S2×100・・・・・・(2)
実施例1
平均粒径1.5μmの微粉が凝集した平均粒径5.6μmのアルミナ微粉凝集体と比表面積125m2/gのカーボンブラックを混合した。このときのアルミナ粉末に対するカーボンブラックの質量比はC/Al2O3=0.50とした。
上記混合粉末を焼成温度1,750℃、焼成時間10時間の条件で焼成した。焼成時は雰囲気のN2割合を70容量%、CO割合を30容量%とした。尚、CO割合は焼成炉の排ガスを測定したものであり、比率は焼成炉へ導入するN2、COの流量の調節により制御した。
窒化後の粉末を空気雰囲気中において700℃で10時間酸化処理し、窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、および平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒の容量%、特定AlN結晶粉末について、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、L/Dの平均値、真密度、を測定した。結果を表1に示す。
得られた窒化アルミニウム粉末をエポキシ樹脂に充填し樹脂組成物を作製し、熱伝導率の評価を行った。具体的には、エポキシ樹脂(三菱化学株式会社製JER807)100重量部と硬化剤(脂環式ポリアミン系硬化剤、三菱化学株式会社製JERキュア113)32重量部との混合物を準備した。次に、基材樹脂20重量%と、前記特定AlN結晶粒子80重量%とを自転・公転ミキサー(株式会社シンキー製ARE−500)にて混合して樹脂組成物を得た。
これを金型体に注型し、熱プレスを使用し、温度:120℃、圧力:5MPa、保持時間:1時間の条件で硬化させ、直径10mm、厚さ1mmのシートを作製した。レーザーフラッシュ法にて熱伝導率を測定したところ熱伝導率は8.0W/mKであった。
実施例2
実施例1における原料混合粉末中に酸化マグネシウムを1重量部添加した以外は実施例1と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%、平均長径(D)、L/Dの平均値および真密度を測定した。結果を表1に示す。
また、本実施例で得た窒化アルミニウム粉末について、電子顕微鏡写真(SEM写真)を図1に、レーザー回折粒度分布装置により測定した粒度分布曲線を図2に示す。
更に、得られた窒化アルミニウム粉末を使用し、実施例1と同様にしてシートを作成し、熱伝導率を測定した。結果を表1に併せて示す。
実施例3
実施例1における原料混合粉末中に硫黄を1重量部添加した以外は実施例1と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、L/Dの平均値および真密度を測定した。結果を表1に示す。
また、得られた窒化アルミニウム粉末を使用し、実施例1と同様にしてシートを作成し、熱伝導率を測定した。結果を表1に併せて示す。
実施例4
実施例1における原料混合粉末中に硫黄を2重量部添加した以外は実施例1と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、L/Dの平均値および真密度を測定した。結果を表1に示す。
また、得られた窒化アルミニウム粉末を使用し、実施例1と同様にしてシートを作成し、熱伝導率を測定した。結果を表1に併せて示す。
実施例5
実施例2におけるアルミナ微粉凝集体の平均粒径を3.6μmとした以外は実施例2と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、L/Dの平均値および真密度を測定した。結果を表1に示す。
また、得られた窒化アルミニウム粉末を使用し、実施例1と同様にしてシートを作成し、熱伝導率を測定した。結果を表1に併せて示す。
実施例6
実施例2におけるアルミナ微粉凝集体の平均粒径を10.8μmとした以外は実施例2と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、L/Dの平均値および真密度を測定した。結果を表1に示す。
また、得られた窒化アルミニウム粉末を使用し、実施例1と同様にしてシートを作成し、熱伝導率を測定した。結果を表1に併せて示す。
実施例7
実施例1におけるアルミナ微粉凝集体の平均粒径を10.8μmとし、原料混合粉末中に酸化マグネシウムを2重量部添加した以外は実施例1と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、L/Dの平均値および真密度を測定した。結果を表1に示す。
また、得られた窒化アルミニウム粉末を使用し、実施例1と同様にしてシートを作成し、熱伝導率を測定した。結果を表1に併せて示す。
実施例8
実施例2における雰囲気のN2割合を80%、CO割合を20%とした以外は実施例2と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、L/Dの平均値および真密度を測定した。結果を表1に示す。
また、得られた窒化アルミニウム粉末を使用し、実施例1と同様にしてシートを作成し、熱伝導率を測定した。結果を表1に併せて示す。
実施例9
実施例8にて作製した窒化アルミニウム粉末を目開き20μmの篩を用いて篩分級し、窒化アルミニウム粉末中の微粉量を低減した。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率、特定窒化アルミニウム結晶粒子の容量%、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)、L/Dの平均値および真密度を測定した。結果を表1に示す。
また、得られた窒化アルミニウム粉末を使用し、実施例1と同様にしてシートを作成し、熱伝導率を測定した。結果を表1に併せて示す。
焼成時の雰囲気のN2割合を90%、CO割合を10%とした以外は実施例2と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率を測定した。結果を表2に示す。
また、得られた粉末を電子顕微鏡にて観察した結果、粒子は六角形状化しておらず、窒化アルミニウム微粉の凝集体であった。また、本比較例で得た窒化アルミニウム粉末のSEM写真を図3に示す。
更に、得られた窒化アルミニウム粉末について、実施例1と同様にしてシートを作製し、レーザーフラッシュ法にて熱伝導率を測定したところ熱伝導率は4.0W/mKであった。
比較例2
平均粒径10.1μm、比表面積0.26m2/gの溶射法で得られた球状アルミナを用いた以外には、実施例1と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた窒化アルミニウム粉末について、比表面積、平均粒径、窒化アルミニウム転化率を測定した。結果を表2に示す。
また、得られた粉末を電子顕微鏡にて観察した結果、粒子は六角形状化しておらず、原料の形状を維持した多結晶体であった。
平均粒径1.5μmの微粉が凝集した平均粒径5.6μmのアルミナ微粉凝集体と比表面積125m2/gのカーボンブラックを混合した。このときのアルミナ粉末に対するカーボンブラックの質量比はC/Al2O3=0.50とした。
上記混合粉末を焼成温度1,750℃、焼成時間10時間の条件で焼成した。焼成時は雰囲気のN2割合を70容量%、CO割合を30容量%とした。尚、CO割合は焼成炉の排ガスを測定したものであり、比率は焼成炉へ導入するN2、COの流量の調節により制御した。
窒化後の粉末を空気雰囲気中において700℃で10時間酸化処理し、特定AlN結晶粒子を含む窒化アルミニウム粉末を得た。
上記方法により得られた窒化アルミニウム粉末中の特定AlN結晶粒子は、単結晶であり、平均長径(D)が10μm、平面間の平均距離(L)が5.6μm、L/Dの平均値が、0.56、真密度が3.23g/cm3であった。また、得られた窒化アルミニウム粉末中の特定AlN結晶粒子の割合は、93容量%(特定AlN結晶粒子に対する特定AlN結晶以外のAlN粒子の比率(容積)が7.5容量%)であった。
上記特定AlN結晶粒子を含む窒化アルミニウム粉末をフィラーとして使用し、有機高分子成分としてエポキシ樹脂を用いて高熱伝導性成形体を作製した。
具体的には、有機高分子成分としてエポキシ樹脂(三菱化学株式会社製JER807)100重量部と硬化剤(脂環式ポリアミン系硬化剤、三菱化学株式会社製JERキュア113)32重量部との混合物を準備した。次に、上記の有機高分子成分100重量部と、上記方法により得られた窒化アルミニウム粉末を特定AlN結晶粒子が117重量部となるように、自転・公転ミキサー(株式会社シンキー製ARE−500)にて混合して樹脂混合物を得た。
上記樹脂混合物を金型体に注型し、熱プレスを使用し、温度:120℃、圧力:5MPa、保持時間:1時間の条件で硬化させ、直径10mm、厚さ1mmのシートを作製した。得られたシートの熱伝導率及び状窒化アルミニウム結晶粒子の配向割合を測定した結果を表3に示した。
実施例11
実施例10における原料混合粉末中に酸化マグネシウムを1重量部添加した以外は実施例10と同様にして特定AlN結晶粒子を得た。
上記方法により得られた窒化アルミニウム粉末中の特定AlN結晶粒子は、単結晶であり、六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)が28μm、平面間の平均距離(L)が6.4μm、L/Dの平均値が、0.23、真密度が3.24g/cm3であった。また、得られた窒化アルミニウム粉末中の特定AlN結晶粒子の割合は、96容量%(特定AlN結晶粒子に対する特定AlN結晶以外のAlN粒子の比率(容積)が4.2容量%)であった。
上記特定AlN結晶粒子をフィラーとして使用し、有機高分子成分としてエポキシ樹脂を用いて高熱伝導性成形体を作製した。
表3に示すエポキシ樹脂、特定AlN結晶粒子の量を使用し、それ以外は実施例10と同様にして、得られたシートの熱伝導率及び特定窒化アルミニウム結晶粒子の配向割合を測定した結果を表3に示した。
実施例12
実施例10におけるアルミナ微粉凝集体の平均粒径を10.8μmとし、原料混合粉末中に酸化マグネシウムを2重量部添加した以外は実施例10と同様にして特定AlN結晶粒子を得た。
上記方法により得られた特定AlN結晶粒子は、単結晶であり、平均長径(D)が110μm、平面間の平均距離(L)が11μm、L/Dの平均値が、0.1、真密度が3.22g/cm3であった。また、得られた窒化アルミニウム粉末中の特定AlN結晶粒子の割合は、92容量%(特定AlN結晶粒子に対する特定AlN結晶以外のAlN粒子の比率(容積)が8.7容量%)であった。
上記特定AlN結晶粒子をフィラーとして使用し、有機高分子成分としてエポキシ樹脂を用いて高熱伝導性成形体を作製した。
表3に示すエポキシ樹脂、特定AlN結晶粒子の量を使用し、それ以外は実施例10と同様にして、得られたシートの熱伝導率及び特定窒化アルミニウム結晶粒子の配向割合を測定した結果を表3に示した。
実施例13
シリコーンオイル(信越シリコーン(株)製 KF−96−1000CS)100重量部と、実施例10と同様に得られた窒化アルミニウム粉末を特定AlN結晶粒子が140重量部となるように撹拌装置付き加熱釜に仕込み、加熱混練りして均質化した。この混合物を放冷して常温に戻し、ペイントロールで混合してグリースを調製した。得られたグリースの熱伝導率を測定した結果を表3に示した。
実施例14
下記に示す配合成分をロールを用いて、150℃にて混練りし、ストランドに押し出した後に、ペレット状にカットした。なお、実施例10と同様に得られた特定AlN結晶粒子の配合量は、下記成分(1)〜(4)からなるマトリックス100重量部に対して140重量部となるように、窒化アルミニウム粉末を配合した。
配合成分
(1)スチレン−エチレン/プロピレン−スチレンのトリブロック共重合体〔SEPS、クラレ(株)製、商品名:セプトン〕(数平均分子量12万でスチレン量が30重量%のSEPS) 100重量部
(2)メタロセン触媒重合のポリプロピレン〔エクソン化学(株)製、商品名:アチーブ〕(Mw/Mn=2.0) 10重量部
(3)40℃における動粘度が380mm2/秒であるパラフィン系オイル〔出光興産(株)製、商品名:ダイアナプロセスオイルPW380〕(重量平均分子量750) 100重量部
(4)無水マレイン酸変性ポリプロピレン〔三洋化成(株)製、商品名:ユーメックス1010〕 5重量部
このようにして得られた放熱性エラストマー組成物を、射出成形機として、日精樹脂工業(株)製のDC60E5ASE機を用い、成形温度180℃にて厚さ1mmのシートを作製した。
比較例3〜5
表3に示す平均粒径20μmの球状窒化アルミニウム(株式会社トクヤマ製)を使用し、それ以外は実施例10と同様にして、得られたシートの熱伝導率を測定した結果を表3に示した。
比較例6
表3に示す平均粒径5μm球状窒化アルミニウム(株式会社トクヤマ製)を使用し、それ以外は実施例13と同様にして、得られたグリースの熱伝導率を測定した結果を表3に示した。
比較例7
表3に示す平均粒径5μmの球状窒化アルミニウム(株式会社トクヤマ製)を使用し、それ以外は実施例14と同様にして、得られたシートの熱伝導率を測定した結果を表3に示した。
内容積が2.4Lのナイロン製ポットに、鉄芯をナイロンで被覆した、直径15mmのナイロンボール(表面硬度100kgf/mm2以下、密度3.5g/cm3)を入れ、次いで、対向する2面が六角形状の平面であり、上記平面における六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離(D)に対する上記平面間の平均距離(L)の比(L/D)が0.23であり、且つ、真密度が3.23g/cm3である特定窒化アルミニウム結晶粒子95重量部、平均粒径が1.2μm、比表面積2.6m2/g、酸素濃度0.8質量%の小粒径窒化アルミニウム粒子を5重量部、酸化イットリウム粉末を5重量部および溶媒としてのエタノール40重量部を湿式混合した。このとき、前記ナイロンボールはポットの内容積の40%(見かけの体積)充填した。混合はポットの回転数70rpmで3時間行った。さらに得られたスラリーを乾燥して焼結用の窒化アルミニウム粉末を得た。
次に、得られた焼結用混合粉末をSPS焼結法により、プレス圧力0.4tf/cm2、真空中で昇温速度100℃/分、焼結温度1450℃ 、保持時間10分で焼結し、相対密度95%以上の直径30mmで厚みが3mmの焼結体を得た。
実施例16
特定窒化アルミニウム結晶粒子90重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を10重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
実施例17
特定窒化アルミニウム結晶粒子80重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を20重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
実施例18
特定窒化アルミニウム結晶粒子70重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を30重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
実施例19
特定窒化アルミニウム結晶粒子60重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を40重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
実施例20
特定窒化アルミニウム結晶粒子60重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を40重量部としたこと以外は、実施例15と同様にして、焼結用の窒化アルミニウム粉末を得た。次に、この焼結用の窒化アルミニウム粉末を室温で約80MPaで加圧して成形体とした。その後、この成形体を窒素ガス雰囲気下、常圧にて1,800℃で5時間焼成して窒化アルミニウム焼結体を得た。
比較例8
特定窒化アルミニウム結晶粒子を0重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を100重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
比較例9
特定室化アルミニウム結晶粒子を100重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を0重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
比較例10
特定窒化アルミニウム結晶粒子を50重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を50重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
比較例11
特定窒化アルミニウム結晶粒子を30重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を70重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
比較例12
特定窒化アルミニウム結晶粒子を10重量部、小粒径窒化アルミニウム粒子を90重量部としたこと以外は、実施例15と同様の操作を行った。
窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表4に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表5にそれぞれ示した。
Claims (20)
- 対向する六角形状面2面と長方形状面6面から構成される、六角形状面の対向する方向に扁平な8面体形状を有し、
六角形状面内の対向する2つの角の間の平均距離Dは3〜110μmの範囲にあり、長方形状面の短辺の長さLは2〜45μmの範囲にあり且つL/Dが0.05〜0.8の間にあり、
六角形状面と長方形状面とは1本の稜を形成せずに曲面を形成して交差しており、そして
真密度が3.20〜3.26g/cm3の範囲にある、
ことを特徴とする窒化アルミニウム結晶粒子。 - 六角形状面と長方形状面とが1本の稜を形成して交差していると仮定した場合の該1本の稜と上記曲面との間の距離tが0<t<0.1μmの関係を満足するように、上記曲面が形成されている請求項1に記載の窒化アルミニウム結晶粒子。
- 平均粒子径0.1〜3μmのアルミナ粒子が凝集した、平均粒子径5〜100μmのアルミナ凝集粒子を、下記濃度
(1)一酸化炭素ガス濃度20〜50容量% および/または
(2)窒素ガス濃度10〜80容量%
を満足する反応雰囲気中で、液相形成剤の存在下にて、還元窒化することを特徴とする、
請求項1記載の窒化アルミニウム結晶粒子を製造する方法。 - 一酸化炭素ガス濃度を、反応雰囲気への
(1)−1 一酸化炭素ガスの供給量と窒素ガスの供給量、
(1)−2 窒素ガスの供給量 または
(1)−3 一酸化炭素ガスと窒素ガス以外の不活性ガスの供給量
を調節して、20〜50容量%に維持する請求項3に記載の方法。 - 窒素ガス濃度を、反応雰囲気への
(2)−1 一酸化炭素ガスの供給量と窒素ガスの供給量、
(2)−2 窒素ガスの供給量 または
(2)−3 一酸化炭素ガスと窒素ガス以外の不活性ガスの供給量
を調節して、10〜80容量%に維持する請求項3に記載の方法。 - 還元窒化を、1,200〜1,900℃の範囲の反応温度で行う請求項3に記載の方法。
- 還元窒化を3〜20時間の範囲の反応時間で行う請求項3に記載の方法。
- 請求項1に記載の窒化アルミニウム結晶粒子を含有する窒化アルミニウム粉末。
- 上記窒化アルミニウム結晶粒子を少なくとも90容量%で含有する請求項8に記載の窒化アルミニウム粉末。
- 平均粒径が3〜110μmの範囲にあり且つ比表面積が0.01〜2m2/gの範囲にある請求項8に記載の窒化アルミニウム粉末。
- 請求項1に記載の窒化アルミニウム結晶粒子100〜600質量部およびそれが分散されている有機高分子100質量部からなる有機高分子組成物。
- 請求項1に記載の窒化アルミニウム結晶粒子以外の他の窒化アルミニウム粒子が、該窒化アルミニウム結晶粒子に対し20容量%以下でさらに含有される、請求項11に記載の有機高分子組成物。
- 有機高分子が熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂または高分子ゲルである請求項11に記載の有機高分子組成物。
- 有機高分子が液体である請求項11に記載の有機高分子組成物。
- 請求項11に記載の有機高分子組成物からなる成型体。
- 請求項1に記載の窒化アルミニウム結晶粒子の50%以上が、その六角形状面を、成形体の表面にほぼ平行にして含有されている請求項15に記載の成形体。
- 請求項1に記載の窒化アルミニウム結晶粒子の焼結体であって、該窒化アルミニウム結晶粒子の少なくとも一部の六角形状面は、焼結体の平坦な平面とほぼ同方向に配向しており、破壊靭性が5MPa・m1/2以上、熱伝導率が150〜230W/m・kそしてビッカース硬さが11〜16GPaである、ことを特徴とする窒化アルミニウム粉末。
- 請求項1に記載の窒化アルミニウム結晶粒子とそれ以外の他の窒化アルミニウム粒子との焼結体である請求項17に記載の窒化アルミニウム焼結体。
- 焼結体の断面が断面における窒化アルミニウム結晶粒子の占める面積割合として50〜90%を示す請求項18に記載の窒化アルミニウム焼結体。
- 請求項1に記載の窒化アルミニウム結晶粒子60〜98質量%と平均粒子径0.5〜3μmの窒化アルミニウム粒子2〜40質量%とからなる窒化アルミニウム粉末を、当該窒化アルミニウム結晶粒子の六角形状面が得られる焼結体の平坦な表面とほぼ同方向に配向するように成形せしめて成形体を形成し、次いで該成形体を焼結せしめることを特徴とする、請求項17〜19のいずれかに記載の焼結体を製造する方法。
Applications Claiming Priority (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013023829 | 2013-02-08 | ||
JP2013023829 | 2013-02-08 | ||
JP2013118223 | 2013-06-04 | ||
JP2013118115 | 2013-06-04 | ||
JP2013118115 | 2013-06-04 | ||
JP2013118223 | 2013-06-04 | ||
JP2013201810 | 2013-09-27 | ||
JP2013201810 | 2013-09-27 | ||
PCT/JP2014/053389 WO2014123247A1 (ja) | 2013-02-08 | 2014-02-06 | 窒化アルミニウム粉末 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2014123247A1 true JPWO2014123247A1 (ja) | 2017-02-02 |
JP6261050B2 JP6261050B2 (ja) | 2018-01-17 |
Family
ID=51299836
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014560833A Active JP6261050B2 (ja) | 2013-02-08 | 2014-02-06 | 窒化アルミニウム粉末 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10508035B2 (ja) |
EP (1) | EP2955156A4 (ja) |
JP (1) | JP6261050B2 (ja) |
KR (1) | KR102185730B1 (ja) |
CN (1) | CN104955769B (ja) |
TW (1) | TWI610884B (ja) |
WO (1) | WO2014123247A1 (ja) |
Families Citing this family (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015163249A1 (ja) * | 2014-04-23 | 2015-10-29 | 日本碍子株式会社 | 多孔質板状フィラー、その製造方法、及び断熱膜 |
KR101734831B1 (ko) * | 2015-03-12 | 2017-05-12 | 한국세라믹기술원 | (002) 우선 배향의 판상 질화알루미늄 분말의 제조방법 |
JP6737819B2 (ja) * | 2016-01-29 | 2020-08-12 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム粒子 |
JP6627125B2 (ja) * | 2016-03-30 | 2020-01-08 | 日鉄ケミカル&マテリアル株式会社 | 球状窒化アルミニウム粒子の製造方法及び球状窒化アルミニウム粒子製造装置 |
JP6725107B2 (ja) * | 2016-03-30 | 2020-07-15 | 日鉄ケミカル&マテリアル株式会社 | 球状窒化アルミニウム粒子製造装置 |
JP7027338B2 (ja) * | 2016-12-21 | 2022-03-01 | 日本碍子株式会社 | 透明AlN焼結体及びその製法 |
WO2018117161A1 (ja) * | 2016-12-21 | 2018-06-28 | 日本碍子株式会社 | 配向AlN焼結体及びその製法 |
CN110402234B (zh) * | 2017-03-22 | 2022-10-14 | 日本碍子株式会社 | 氮化铝粒子 |
WO2018199322A1 (ja) * | 2017-04-27 | 2018-11-01 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム粒子 |
KR102431063B1 (ko) | 2017-05-22 | 2022-08-09 | 도요 알루미늄 가부시키가이샤 | 질화알루미늄계 분말 및 그 제조방법 |
JP6921671B2 (ja) * | 2017-07-21 | 2021-08-18 | 東洋アルミニウム株式会社 | 窒化アルミニウム系粉末及びその製造方法 |
CN108395255A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-08-14 | 牧星航空传感器技术(太仓)有限公司 | 一种氮化铝复合材料及其制备方法以及在汽车尾气温度传感器中的应用 |
JP7033191B2 (ja) * | 2018-03-23 | 2022-03-09 | 日本碍子株式会社 | 窒化アルミニウム粒子 |
WO2019189378A1 (ja) * | 2018-03-27 | 2019-10-03 | 日本碍子株式会社 | 窒化アルミニウム板 |
WO2020195776A1 (ja) * | 2019-03-22 | 2020-10-01 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム粒子 |
JP7308636B2 (ja) * | 2019-03-27 | 2023-07-14 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウムからなる複合構造体 |
JP7292941B2 (ja) * | 2019-04-19 | 2023-06-19 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム複合フィラー |
JP7257866B2 (ja) * | 2019-04-25 | 2023-04-14 | 株式会社トクヤマ | 複合フィラー |
JP7335840B2 (ja) * | 2019-05-31 | 2023-08-30 | 京セラ株式会社 | 熱伝導性グリース組成物およびそれを用いた物品 |
CN110790244B (zh) * | 2019-10-30 | 2022-07-15 | 大连海事大学 | 一种碳热还原氮化法制备AlN陶瓷粉体的方法 |
KR102474898B1 (ko) | 2019-12-19 | 2022-12-05 | 정장윤 | 마이크로 웨이브 가열장치 및 이를 이용한 질화알루미늄의 제조방법 |
CN110963800A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-07 | 广东华科新材料研究院有限公司 | 一种氮化铝陶瓷基片及其制备方法 |
CN115353081B (zh) * | 2022-08-24 | 2024-03-19 | 中铝郑州有色金属研究院有限公司 | 一种氮化铝粉体及其制备方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06191807A (ja) * | 1992-12-28 | 1994-07-12 | Tokuyama Soda Co Ltd | 窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
JPH06321511A (ja) * | 1993-03-16 | 1994-11-22 | Takeshi Masumoto | 窒化アルミニウム超微粒子及びその製造方法と超微粒子焼結体 |
WO2012029868A1 (ja) * | 2010-09-03 | 2012-03-08 | 株式会社トクヤマ | 球状窒化アルミニウム粉末 |
Family Cites Families (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3333406A1 (de) * | 1982-09-17 | 1984-03-22 | Tokuyama Soda K.K., Tokuyama, Yamaguchi | Feines aluminiumnitridpulver, verfahren zu seiner herstellung und es enthaltendes mittel |
US5154907A (en) * | 1986-10-15 | 1992-10-13 | The Carborundum Company | Process for the continuous production of high purity, ultra-fine, aluminum nitride powder by the carbo-nitridization of alumina |
US5049367A (en) * | 1988-10-05 | 1991-09-17 | Sumitomo Chemical Co., Limited | Aluminum nitride powder and process for preparation of the same |
US4983553A (en) | 1989-12-07 | 1991-01-08 | The Dow Chemical Company | Continuous carbothermal reactor |
JP2962423B2 (ja) | 1990-04-12 | 1999-10-12 | 住友金属鉱山株式会社 | 施釉用成形体並びに施釉用成形体の製造方法及び施釉成形体の製造方法 |
EP0615952B1 (en) | 1993-03-16 | 1999-07-28 | Ykk Corporation | Method for preparing composite ultrafine particles of aluminum nitride and rare earth nitride |
FR2710047B1 (fr) * | 1993-09-17 | 1995-10-13 | Atochem Elf Sa | Procédé de préparation en continu de nitrure d'aluminium par carbonitruration d'alumine dans un réacteur à lit coulant. |
FR2715169B1 (fr) | 1994-01-14 | 1996-04-05 | Atochem Elf Sa | Macrocristaux renfermant du nitrure d'aluminium sous forme de plaquettes, leur procédé de préparation et leurs utilisations. |
JP2967094B2 (ja) * | 1995-11-02 | 1999-10-25 | 工業技術院長 | 窒化アルミニウム焼結体、及び窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
CA2268859C (en) * | 1999-04-13 | 2001-01-23 | Steve Lohnes | Polymer concrete structures |
JP2001002474A (ja) | 1999-06-17 | 2001-01-09 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 窒化アルミニウム焼結体とその製造方法、及び用途 |
JP4089398B2 (ja) | 2002-03-14 | 2008-05-28 | 住友金属工業株式会社 | AlN単結晶の製造方法 |
CN100372639C (zh) * | 2004-07-08 | 2008-03-05 | 三井化学株式会社 | 氮化铝粉末及其制造方法和用途 |
JP4753851B2 (ja) * | 2005-12-19 | 2011-08-24 | 日本碍子株式会社 | 窒化アルミニウム粉末、窒化アルミニウム質セラミックス焼結体、半導体製造装置用部材、窒化アルミニウム発光材料、及び窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
JP5159625B2 (ja) * | 2006-08-07 | 2013-03-06 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
WO2009066663A1 (ja) | 2007-11-22 | 2009-05-28 | Meijo University | 窒化アルミニウム単結晶多角柱状体及びそれを使用した板状の窒化アルミニウム単結晶の製造方法 |
JP5560528B2 (ja) * | 2008-01-28 | 2014-07-30 | 住友電気工業株式会社 | Iii族窒化物単結晶インゴットの製造方法、及びiii族窒化物単結晶基板の製造方法 |
JP2010042980A (ja) * | 2008-07-17 | 2010-02-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Iii族窒化物結晶の製造方法およびiii族窒化物結晶 |
WO2011093488A1 (ja) | 2010-01-29 | 2011-08-04 | 株式会社トクヤマ | 球状窒化アルミニウム粉末の製造方法及び該方法により得られた球状窒化アルミニウム粉末 |
JP2012087392A (ja) * | 2010-10-22 | 2012-05-10 | Shin-Etsu Chemical Co Ltd | 窒化アルミニウム膜の成膜方法 |
KR101816954B1 (ko) | 2010-12-06 | 2018-01-09 | 가부시끼가이샤 도꾸야마 | 질화알루미늄 분말 및 그의 제조 방법 |
-
2014
- 2014-02-06 KR KR1020157018381A patent/KR102185730B1/ko active IP Right Grant
- 2014-02-06 JP JP2014560833A patent/JP6261050B2/ja active Active
- 2014-02-06 CN CN201480006112.6A patent/CN104955769B/zh active Active
- 2014-02-06 US US14/759,998 patent/US10508035B2/en active Active
- 2014-02-06 EP EP14749001.5A patent/EP2955156A4/en active Pending
- 2014-02-06 WO PCT/JP2014/053389 patent/WO2014123247A1/ja active Application Filing
- 2014-02-07 TW TW103104096A patent/TWI610884B/zh active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06191807A (ja) * | 1992-12-28 | 1994-07-12 | Tokuyama Soda Co Ltd | 窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
JPH06321511A (ja) * | 1993-03-16 | 1994-11-22 | Takeshi Masumoto | 窒化アルミニウム超微粒子及びその製造方法と超微粒子焼結体 |
WO2012029868A1 (ja) * | 2010-09-03 | 2012-03-08 | 株式会社トクヤマ | 球状窒化アルミニウム粉末 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
加藤昭夫,友田勝彦: "気相反応による窒化アルミニウム・ウイスカーの成長", 日本化学会誌, vol. 1972巻,12号, JPN6017046676, December 1972 (1972-12-01), JP, pages 2344-2348頁 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20150114468A (ko) | 2015-10-12 |
US20150353355A1 (en) | 2015-12-10 |
US10508035B2 (en) | 2019-12-17 |
EP2955156A1 (en) | 2015-12-16 |
EP2955156A4 (en) | 2016-09-21 |
TW201446642A (zh) | 2014-12-16 |
CN104955769B (zh) | 2018-07-20 |
WO2014123247A1 (ja) | 2014-08-14 |
CN104955769A (zh) | 2015-09-30 |
TWI610884B (zh) | 2018-01-11 |
JP6261050B2 (ja) | 2018-01-17 |
KR102185730B1 (ko) | 2020-12-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6261050B2 (ja) | 窒化アルミニウム粉末 | |
JP7207384B2 (ja) | 窒化ホウ素凝集粒子、窒化ホウ素凝集粒子の製造方法、該窒化ホウ素凝集粒子含有樹脂組成物、成形体、及びシート | |
TWI715729B (zh) | 六方晶氮化硼粉末、其製造方法、樹脂組成物及樹脂薄片 | |
TWI507351B (zh) | 氮化鋁粉末及其製造方法 | |
JP7334763B2 (ja) | 窒化アルミニウム-窒化ホウ素複合凝集粒子およびその製造方法 | |
JP2019116401A (ja) | 六方晶窒化ホウ素粉末及びその製造方法、並びにそれを用いた組成物及び放熱材 | |
TW201722848A (zh) | 六方晶體氮化硼粉末、其製造方法、樹脂組成物及樹脂薄片 | |
TW201829300A (zh) | 六方晶氮化硼粉末、其之製造方法、樹脂組成物及樹脂片 | |
JP6262522B2 (ja) | 樹脂含浸窒化ホウ素焼結体およびその用途 | |
WO2014196496A1 (ja) | 樹脂含浸窒化ホウ素焼結体およびその用途 | |
JP6826544B2 (ja) | 熱伝導性フィラー組成物、その利用および製法 | |
KR102010867B1 (ko) | 질화 알루미늄 분말의 제조 방법 | |
JP2012072013A (ja) | 球状窒化アルミニウム粉末 | |
TWI832978B (zh) | 氮化硼凝集粉末、散熱片及半導體裝置 | |
JP2017036190A (ja) | 窒化ホウ素凝集粒子組成物、bn凝集粒子含有樹脂組成物及びそれらの成形体、並びに窒化ホウ素凝集粒子の製造方法、 | |
JP3685629B2 (ja) | ホウ酸塩粒子、その粒子を含む無機粉末の製法及び用途 | |
JP2013147403A (ja) | 金属化合物含有窒化ホウ素、及びそれを含有する複合材組成物 | |
KR20230139295A (ko) | 육방정계 질화붕소를 이용한 열전도성 복합소재 | |
JP5987322B2 (ja) | 金属酸化物含有窒化ホウ素の製造方法 | |
JP7438442B1 (ja) | 窒化ホウ素凝集粒子、シート部材および窒化ホウ素凝集粒子の製造方法 | |
JP7438443B1 (ja) | 窒化ホウ素凝集粒子、シート部材および窒化ホウ素凝集粒子の製造方法 | |
CN113226983B (zh) | 氮化铝粒子 | |
JPH0678195B2 (ja) | 窒化アルミニウム焼結体 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20161117 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20171206 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20171207 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6261050 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |