KR101253426B1 - Preparation method of aluminum nitride powder - Google Patents
Preparation method of aluminum nitride powder Download PDFInfo
- Publication number
- KR101253426B1 KR101253426B1 KR1020110015094A KR20110015094A KR101253426B1 KR 101253426 B1 KR101253426 B1 KR 101253426B1 KR 1020110015094 A KR1020110015094 A KR 1020110015094A KR 20110015094 A KR20110015094 A KR 20110015094A KR 101253426 B1 KR101253426 B1 KR 101253426B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- powder
- aluminum nitride
- carbon
- nitrogen
- alumina
- Prior art date
Links
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
- 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
- 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
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
본 발명은 질화알루미늄 분말의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미나 튜브 내에서 탄소 분말 및 알루미나 분말을 담은 각각의 제공조에 질소-수소 혼합기체를 순차적으로 흐르게 함으로써 순수한 질화알루미늄 분말을 제조할 수 있다. 본 제조 방법을 이용하면, 현재 상업적으로 많이 이용되고 있는 열탄소환원질화법과는 달리 알루미나 분말에 탄소를 섞지 않아 탄소 혼합에 따른 금속 불순물의 유입 가능성이 없어지고, 또한 반응 후 과잉의 탄소를 제거시켜야 하는 공정을 필요로 하지 않아 산소의 유입 가능성도 없으므로 기존의 열탄소환원질화법에서보다 순도가 더 높은 질화알루미늄 분말을 저비용으로 제조할 수 있다. The present invention relates to a method for producing aluminum nitride powder, and more particularly, pure aluminum nitride powder can be produced by sequentially flowing a nitrogen-hydrogen mixed gas into a respective bath containing carbon powder and alumina powder in an alumina tube. have. When using this production method, unlike the thermal carbon reduction nitriding method that is currently widely used commercially do not mix the carbon into the alumina powder to eliminate the possibility of metal impurities due to the carbon mixing, and also to remove excess carbon after the reaction Since there is no possibility of oxygen inflow, it is possible to produce aluminum nitride powder of higher purity than conventional thermocarbon reduction nitriding method at low cost.
Description
본 발명은 탄소 분말과 알루미나 분말을 담은 각각의 제공조를 알루미나 튜브 속에 놓고 질소-수소 혼합기체를 순차적으로 흐르게 함으로써 질화알루미늄 분말을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 제조방법의 특징은 현재 상업적으로 많이 이용되고 있는 열탄소환원질화법에서와 같이 알루미나 분말에 탄소 분말을 섞고, 또한 반응 후 과잉의 탄소를 제거해야 하는 공정을 필요로 하지 않는다는 것이다.The present invention relates to a method for producing aluminum nitride powder by placing each feed bath containing carbon powder and alumina powder in an alumina tube and sequentially flowing a nitrogen-hydrogen mixture gas. As in the thermal carbon reduction nitriding method that is used, it is necessary to mix the carbon powder with the alumina powder and also eliminate the need to remove the excess carbon after the reaction.
최근에 들어, 반도체소자의 고집적화에 따라 반도체소자의 안정성 및 내구성을 확보하기 위한 패키징(Packaging) 기술 개발에 대한 요구가 증폭되고 있다. 특히, 반도체소자의 작동시 반도체소자의 발열량 증대로 인하여 차세대 반도체 소자에 적용할 패키징용 절연 소재는 구조적 측면에서의 비강도 뿐만 아니라 기능적 측면에서 충분한 열방출 및 접합부의 열피로는 각각 열전달 계수 및 열팽창 계수와 직결되므로 패키지용 절연 소재의 선택시 높은 열전달 계수 및 실리콘과 유사한 열팽창 계수가 우선적으로 고려되어야 한다. In recent years, with the high integration of semiconductor devices, the demand for the development of packaging technology for securing the stability and durability of semiconductor devices has been amplified. In particular, due to an increase in the heat generation of semiconductor devices during operation of the semiconductor device, the insulation material for packaging to be applied to the next-generation semiconductor device has not only a specific strength in terms of structure but also a sufficient heat release in terms of function and thermal fatigue of the junction, respectively. As it is directly related to the modulus, high heat transfer coefficients and similar thermal expansion coefficients to silicon should be considered first when selecting insulating materials for packages.
현재, 패키징용 절연 소재, 예를 들어 세라믹 기판으로 적용되고 있는 알루미나(Al2O3) 또는 이산화실리콘(SiO2) 등의 물질은 낮은 열전달 계수 및 실리콘에 대한 열팽창 계수의 차이로 반도체소자의 고집적화 및 발열량 증가에 따른 적용 한계를 드러낼 것으로 예측되며, 이의 대체용 소재로서 상대적으로 양호한 열적 특성을 나타내는 질화알루미늄(AlN)이 가장 적합한 것으로 기대되고 있다.Currently, materials for packaging insulation, such as alumina (Al 2 O 3 ) or silicon dioxide (SiO 2 ), which are used as ceramic substrates, have high integration of semiconductor devices due to low heat transfer coefficients and thermal expansion coefficients to silicon. And it is expected to reveal the application limit as the heat generation increases, aluminum nitride (AlN) showing a relatively good thermal properties as the replacement material is expected to be the most suitable.
상기 질화알루미늄은 높은 비강도를 가지므로 반도체소자의 내구성 확보에 적합할 뿐만 아니라 알루미늄(Al) 등의 금속 소재에 비근하는 320 watt/mK의 높은 열전도도를 나타내며, 실리콘과 유사한 4.3 X 10-6 /K의 상온 열팽창 계수를 가지므로 패키지용 절연 소재로서 최적의 특성을 보유한 것으로 평가된다.Since the aluminum nitride has a high specific strength, it is not only suitable for securing durability of semiconductor devices but also has a high thermal conductivity of 320 watt / mK that is close to a metal material such as aluminum (Al), and is 4.3 X 10 -6 similar to that of silicon. It has an optimum coefficient of thermal expansion coefficient of / K as an insulating material for packaging.
상기 질화알루미늄의 합성에는 직접 질화법, 기상 반응법, 열탄소환원질화법 (carbothermal reduction and nitridation) 등이 대표적으로 사용되어 왔다. 상기 직접 질화법은 알루미늄 분말을 순수 질소(N2) 기체나 암모니아(NH3) 기체 분위기에서 약 1200～1500℃의 온도로 가열하여 질화시키는 제조법으로서, 상기 방법은 반응장치가 간단하고 공정이 용이하지만, 완전한 질화 반응이 어렵기 때문에 균질화처리 등의 후처리 공정이 필요하다. 상기 기상반응법은 염화알루미늄을 암모니아 기체 분위기에서 질화 반응시키는 제조법이다. 그리고, 상기 열탄소환원질화법는 알루미나 분말과 과잉의 탄소 분말을 혼합하여 질소 기체 분위기에서 1700～1800℃의 온도로 수시간 동안 가열하여 질화알루미늄 분말을 합성하는 제조법이다. 현재 대부분의 질화알루미늄 분말은 이러한 열탄소환원질화법에 의해 생산되고 있으나, 그 제조 방법은 다음과 같은 문제점을 안고 있다. 즉, 질화알루미늄 입자 내에 금속 불순물과 산소가 유입되면 그것의 열전도도가 낮아지는데, 알루미나 분말에 혼합되는 탄소에 의해 금속 불순물이 유입될 수 있고, 반응 후 과잉의 탄소를 태우는 과정에서 산소가 유입될 수가 있다는 것이다. In the synthesis of the aluminum nitride, a direct nitriding method, a gas phase reaction method, a thermal carbon reduction and nitriding method, and the like have been typically used. The direct nitriding method is a method of nitriding aluminum powder by heating it at a temperature of about 1200 to 1500 ° C. in a pure nitrogen (N 2 ) gas or ammonia (NH 3 ) gas atmosphere, and the method is simple and easy to process. However, since complete nitriding reaction is difficult, a post-treatment process such as homogenization treatment is required. The gas phase reaction method is a method of nitriding aluminum chloride in an ammonia gas atmosphere. In addition, the thermal carbon reduction nitriding method is a manufacturing method for synthesizing aluminum nitride powder by mixing alumina powder and excess carbon powder and heating at a temperature of 1700 ~ 1800 ℃ for several hours in a nitrogen gas atmosphere. Currently, most aluminum nitride powders are produced by the thermal carbon reduction nitriding method, but the manufacturing method has the following problems. That is, when metallic impurities and oxygen are introduced into the aluminum nitride particles, their thermal conductivity is lowered. The metallic impurities may be introduced by the carbon mixed in the alumina powder, and oxygen may be introduced in the process of burning excess carbon after the reaction. There is a number.
따라서, 현재 상업적으로 많이 이용되고 있는 열탄소환원질화법과는 달리 열전도도를 저하시키는 공정이 없이 분말 특성이 뛰어난 고순도의 질화알루미늄 분말을 저비용으로 양산할 수 있는 제조공정의 개발이 시급한 실정이다.Therefore, it is urgently needed to develop a manufacturing process capable of mass-producing high purity aluminum nitride powder having excellent powder characteristics at low cost, unlike a thermal carbon reduction nitriding method, which is currently widely used commercially.
상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자는 질화알루미늄 분말의 새로운 제조공정을 연구개발한 결과, 탄소 분말과 알루미나 분말을 담은 각각의 제공조를 알루미나 튜브 속에 놓고 질소-수소 혼합기체를 순차적으로 흐르게 함으로써 고순도의 질화알루미늄 분말을 제조할 수 있다는 점을 밝혀내어 본 발명을 완성하였다.In order to solve the problems of the prior art, the present inventors researched and developed a new manufacturing process of aluminum nitride powder, and as a result, each nitrogen-containing mixed gas containing carbon powder and alumina powder was placed in an alumina tube, and the nitrogen-hydrogen mixed gas was sequentially The present invention was found to be capable of producing high purity aluminum nitride powder by flowing.
이에, 본 발명의 목적은 질화알루미늄의 열전도도를 저하시키지 않고 저비용으로 양산 문제를 해결할 수 있는 질화알루미늄 분말의 새로운 제조방법을 제공하는 데에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a new method for producing aluminum nitride powder that can solve the mass production problem at low cost without lowering the thermal conductivity of aluminum nitride.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탄소 분말을 담은 탄소 분말 제공조를 준비하는 단계; 상기 탄소 분말 제공조 후단에 위치하여 δ-Al2O3 나노분말을 담은 알루미나 분말 제공조를 준비하는 단계; 및 알루미나 튜브 속에서 질소-수소 혼합기체가 순차적으로 상기 탄소 분말 제공조 및 상기 알루미나 분말 제공조를 흘러가며 반응함으로써 알루미나 분말이 질화알루미늄 분말로 소성되는 단계를 포함하는 질화알루미늄 분말의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of preparing a carbon powder providing tank containing the carbon powder; Preparing an alumina powder providing tank including δ-Al 2 O 3 nanopowder at a rear end of the carbon powder providing tank; And reacting the nitrogen-hydrogen mixed gas in the alumina tube with the carbon powder providing tank and the alumina powder providing tank sequentially to sinter the alumina powder to aluminum nitride powder. do.
상기 질소-수소 혼합기체는 질소 기체 70 내지 95 부피% 및 수소 기체 5 내지 30 부피%를 포함하는 것이 바람직하다. 만약, 혼합가스의 조성이 상기 범위를 벗어나면 순수한 질화알루미늄 분말이 제조되지 않거나 반응시간이 길어지는 문제가 야기될 수 있다.The nitrogen-hydrogen mixed gas preferably contains 70 to 95% by volume of nitrogen gas and 5 to 30% by volume of hydrogen gas. If the composition of the mixed gas is out of the above range, pure aluminum nitride powder may not be manufactured or a reaction time may be long.
상기 소성 단계에서는 알루미나 튜브 속에서 질소-수소 혼합기체 분위기 하 1400 내지 1700℃의 온도 범위에서 3 내지 7 시간 동안 소성시키는 것이 바람직하다. 만약, 상기 온도 범위와 시간 범위를 벗어나 소성공정을 수행하게 되면 순수한 질화알루미늄 분말이 제조되지 않거나 제조 비용이 높아지는 문제가 야기될 수 있다.In the firing step, it is preferable to bake for 3 to 7 hours in a temperature range of 1400 to 1700 ℃ in a nitrogen-hydrogen mixed gas atmosphere in the alumina tube. If the firing process is performed out of the temperature range and the time range, the pure aluminum nitride powder may not be manufactured or the manufacturing cost may increase.
상기 질소-수소 혼합기체의 유속은 100 내지 300 ml/min인 것이 바람직하다. 만약, 질소-수소 혼합기체의 유속이 상기 범위를 벗어나면 순수한 질화알루미늄 분말이 제조되지 않거나 제조 비용이 높아지는 문제가 야기될 수 있다.The flow rate of the nitrogen-hydrogen mixed gas is preferably 100 to 300 ml / min. If the flow rate of the nitrogen-hydrogen mixed gas is out of the above range, the pure aluminum nitride powder may not be manufactured or the manufacturing cost may increase.
또한, 상기 온도 증가 속도(ramping rate)는 10 내지 30 ℃/min인 것이 바람직하다. 만약, 온도 증가 속도가 상기 범위를 벗어나면 제조시간이 길어지거나 반응로의 수명을 단축시키는 문제가 야기될 수 있다.In addition, the temperature ramping rate (ramping rate) is preferably 10 to 30 ℃ / min. If the temperature increase rate is out of the above range, the production time may be long, or the life of the reactor may be shortened.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
1. 원료 제공조 준비1. Preparing raw material supply tank
원료로서 사용되는 카본 블랙을 담은 탄소 분말 제공조와, δ-Al2O3 나노분말을 담은 알루미나 분말 제공조를 각각 준비하되, 상기 알루미나분말 제공조는 탄소분말 제공조 후단에 위치하여 배치한다. 만약, 탄소 분말 제공조와 알루미나 분말 제공조의 배치 순서가 바뀌면 질화반응이 일어나지 않는 문제가 야기될 수 있다.A carbon powder providing tank containing carbon black used as a raw material and an alumina powder providing tank containing δ-Al 2 O 3 nanopowders are prepared, respectively, and the alumina powder providing tank is disposed at the rear end of the carbon powder providing tank. If the arrangement order of the carbon powder providing tank and the alumina powder providing tank is changed, a problem that nitriding reaction does not occur may occur.
2. 원료 제공조 세정2. Cleaning of raw material supply tank
알루미나 튜브 내를 질소 기체로 3～4번 씻어내어(flushing) 반응기 내의 산소를 제거한다. 만약, 반응기내에 잔류 산소가 존재하면 순수한 질화알루미늄 분말이 제조되지 않는 문제가 야기될 수 있다.The oxygen in the reactor is removed by flushing the alumina tube with nitrogen gas three or four times. If residual oxygen is present in the reactor, it may cause a problem that pure aluminum nitride powder is not produced.
3. 질소-수소 혼합기체의 순차적 도입 및 소성3. Sequential introduction and firing of nitrogen-hydrogen mixed gas
알루미나 튜브에 넣은 탄소 분말 제공조 및 알루미나 분말 제공조에 순차적으로 질소-수소 혼합기체를 흘려보내며, 이때 소성조건은 1400 내지 1700℃의 온도 범위에서 3 내지 7 시간 동안 소성시키는 것이 바람직하다. The nitrogen-hydrogen mixed gas is sequentially flowed into the carbon powder providing tank and the alumina powder providing tank placed in the alumina tube, and the firing conditions are preferably calcined for 3 to 7 hours at a temperature range of 1400 to 1700 ° C.
본 발명에 따르면, 현재 상업적으로 많이 이용되고 있는 열탄소환원질화법과는 달리 알루미나 분말에 탄소를 섞지 않아 탄소 혼합에 따른 금속 불순물의 유입 가능성이 없어지고, 또한 반응 후 과잉의 탄소를 제거시켜야 하는 공정을 필요로 하지 않아 산소의 유입 가능성도 없으므로 기존의 열탄소환원질화법에서보다 순도가 더 높은 질화알루미늄 분말을 저비용으로 제조할 수 있다. According to the present invention, unlike the thermal carbon reduction nitriding method which is widely used at present, there is no possibility of inflow of metal impurities due to carbon mixing because carbon is not mixed in the alumina powder, and the process of removing excess carbon after the reaction Since it does not require oxygen, there is no possibility of introducing oxygen, and thus, aluminum nitride powder having higher purity than that of the conventional thermal carbon reduction nitriding method can be produced at low cost.
도 1은 본 발명에 따른 알루미나 분말의 다양한 소성온도에 따른 XRD 패턴을 나타낸 것이고(a: δ-Al2O3의 XRD 패턴에 부합하는 XRD 패턴, b: 1200℃, c: 1300℃, d: 1400℃, e: 1500℃, f: 1600℃; ●: AlN, ■: α-Al2O3, ○: δ-Al2O3),
도 2는 본 발명에 따른 알루미나 분말의 다양한 소성온도에 따른 고체 NMR 스펙트럼을 나타낸 것이고(a: δ-Al2O3의 NMR 분석, b: 1200℃, c: 1300℃, d: 1400℃, e: 1500℃, f: 1600℃),
도 3은 본 발명에 따른 알루미나 분말의 다양한 소성온도에 따른 IR 스펙트럼을 나타낸 것이고(a: 1000℃, b: 1100℃, c: 1200℃, d: 1300℃, e: 1500℃, f: 1600℃),
도 4는 1600℃의 소성온도에서 제조된 본 발명에 따른 질화알루미늄 분말의 TEM 이미지를 나타낸 것이다(a: δ-Al2O3 전구체, b: AlN 분말). 1 shows an XRD pattern according to various firing temperatures of the alumina powder according to the present invention (a: XRD pattern corresponding to the XRD pattern of δ-Al 2 O 3 , b: 1200 ℃, c: 1300 ℃, d: 1400 ° C., e: 1500 ° C., f: 1600 ° C .: ● AlN, ■: α-Al 2 O 3 , ○: δ-Al 2 O 3 ),
Figure 2 shows a solid NMR spectrum of the alumina powder according to the various firing temperature (a: δ-Al 2 O 3 NMR analysis, b: 1200 ℃, c: 1300 ℃, d: 1400 ℃, e : 1500 ° C, f: 1600 ° C),
Figure 3 shows the IR spectrum according to various firing temperature of the alumina powder according to the present invention (a: 1000 ℃, b: 1100 ℃, c: 1200 ℃, d: 1300 ℃, e: 1500 ℃, f: 1600 ℃ ),
Figure 4 shows a TEM image of the aluminum nitride powder prepared according to the present invention at a firing temperature of 1600 ℃ (a: δ-Al 2 O 3 precursor, b: AlN powder).
이하, 하기 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 내용을 구체화하기 위한 설명일 뿐 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are intended only to illustrate the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
<실시예 1> 질화알루미늄 분말의 제조Example 1 Preparation of Aluminum Nitride Powder
δ-Al2O3 나노분말(<50 nm, Sigma-Aldrich)을 전구체로 사용하여 질화알루미늄 분말을 제조하였다. 흑연 제공조에 담은 상기 δ-Al2O3 나노분말을 34 mm의 내경을 갖는 알루미나 튜브에 놓고 1200 내지 1600℃의 온도 범위에서 N2 및 H2 혼합가스(5 부피% H2/N2) 분위기 하에서 5시간 동안 소성시켰다. 카본블랙-함유 도가니를 상기 δ-Al2O3 나노분말 함유 흑연 제공조의 앞쪽 가까이에 배치하였다. 반응이 끝난 후 반응기를 식혀 실온이 되었을 때 샘플을 반응기로부터 꺼내었다. 이때, 혼합기체 유속 및 온도 증가 속도(ramping rate)는 각각 200 ml/min 및 10 ℃/min이었다.Aluminum nitride powders were prepared using? -Al 2 O 3 nanopowders (<50 nm, Sigma-Aldrich) as precursors. The δ-Al 2 O 3 nanopowder contained in the graphite feed bath was placed in an alumina tube having an inner diameter of 34 mm and mixed with N 2 and H 2 gas (5% by volume H 2 / N 2 ) in a temperature range of 1200 to 1600 ° C. Under fire for 5 hours. A carbon black-containing crucible was placed near the front of the δ-Al 2 O 3 nanopowder containing graphite feed bath. After the reaction, the reactor was cooled down and the sample was taken out of the reactor when it reached room temperature. At this time, the mixed gas flow rate and temperature ramping rate were 200 ml / min and 10 ° C./min, respectively.
<실험예 1> 질화알루미늄 분말의 물성 평가Experimental Example 1 Evaluation of Physical Properties of Aluminum Nitride Powder
앞선 실시예에서 제조된 질화알루미늄 분말의 물성을 다음과 같이 평가하였다.The physical properties of the aluminum nitride powders prepared in the previous examples were evaluated as follows.
1. XRD 패턴 분석1. XRD Pattern Analysis
질화알루미늄 분말의 XRD 분석을 위하여, Cu-Kα 방사선을 갖는 PANalytical X''Pert PRO MPD X-선 회절분석기(40 kV 및 30 mA)를 사용하였다.For XRD analysis of aluminum nitride powders, a PANalytical X''Pert PRO MPD X-ray diffractometer (40 kV and 30 mA) with Cu-Kα radiation was used.
도 1a는 δ-Al2O3 표준 시료(JCPDS No. 46-1131)에 해당하는 피크를 나타낸 것이고, 도 1b는 1200℃에서 소성하여 얻어진 샘플의 XRD 패턴으로서, 대부분의 δ-Al2O3가 α-Al2O3 (JCPDS No. 46-1212)로 상전이 되었으며, AlN으로의 질화는 관찰되지 않았다. 도 1c와 같이 1300℃에서 소성하여 얻어진 샘플은 AlN 표준 시료 (JCPDS No. 25-1133)에 해당하는 약한 회절피크가 δ-Al2O3 회절 피크와 함께 관찰되었다. 이러한 AlN 회절피크의 강도는 1300℃에서 1600℃로 소성온도를 증가시킴에 따라 증가되었다. 도 1f와 같이 1600℃에서 소성하여 얻어진 샘플은 AlN에 해당되는 피크 외 어떠한 다른 피크도 검출되지 않았다. Figure 1a shows the peak corresponding to the δ-Al 2 O 3 standard sample (JCPDS No. 46-1131), Figure 1b is an XRD pattern of the sample obtained by firing at 1200 ℃, most δ-Al 2 O 3 Phase shifted to α-Al 2 O 3 (JCPDS No. 46-1212), and no nitriding to AlN was observed. As shown in FIG. 1C, a weak diffraction peak corresponding to an AlN standard sample (JCPDS No. 25-1133) was observed together with the δ-Al 2 O 3 diffraction peak. The intensity of this AlN diffraction peak increased with increasing firing temperature from 1300 ° C to 1600 ° C. As shown in FIG. 1F, the sample obtained by firing at 1600 ° C. did not detect any peak other than the peak corresponding to AlN.
2. 고체 NMR 스펙트럼 분석2. Solid NMR Spectrum Analysis
질화알루미늄 분말의 고체 NMR 스펙트럼 분석을 위하여, 고성능 27Al MAS NMR 분광분석기(Unity INOVA 600 spectrometer, Varian Inc.)를 사용하였으며, 156.3 MHz의 공명주파수로 해서 실온 온도에서 측정하였다. 이때, 샘플은 14 kHz에서 회전시켰고, 여기 펄스길이(excitation pulse length)는 0.5 μs, 펄스 지연시간(pulse delay time)은 3초이었다. 화학적 이동값(δ)는 1M AlCl3 수용액을 기준으로 하였다.For solid NMR spectral analysis of the aluminum nitride powder, a high performance 27 Al MAS NMR spectrometer (Unity INOVA 600 spectrometer, Varian Inc.) was used and measured at room temperature with a resonance frequency of 156.3 MHz. At this time, the sample was rotated at 14 kHz, the excitation pulse length was 0.5 s, and the pulse delay time was 3 seconds. Chemical shift values (δ) were based on 1M aqueous solution of AlCl 3 .
그 결과, 도 2a와 같이 전구체인 δ-Al2O3은 δ68 및 9 ppm에서 2개의 피크를 관찰할 수 있었고, 이러한 피크는 δ-Al2O3에서 각각 AlO4 및 AlO6 유니트에 해당하는 것이었다. 도 2b와 같이 1200℃에서 소성하여 얻어진 샘플은 AlN에 해당하는 약한 피크(δ114 ppm)와 함께 반응하지 않은 α-Al2O3에 해당하는 피크도 관찰되었다. 소성온도가 1300℃에서 1600℃로 증가함에 따라 AlN 피크의 강도가 증가하였다. 도 2f와 같이 1600℃에서 소성하여 얻어진 샘플은 AlN에 해당되는 피크만이 검출되었다. As a result, as shown in FIG. 2A, the precursor δ-Al 2 O 3 was able to observe two peaks at δ68 and 9 ppm, and these peaks correspond to AlO 4 and AlO 6 units at δ-Al 2 O 3 , respectively. Was. As shown in FIG. 2B, the sample obtained by calcining at 1200 ° C. also had a weak peak (δ114 ppm) corresponding to AlN and a peak corresponding to α-Al 2 O 3 that did not react. As the firing temperature increased from 1300 ° C. to 1600 ° C., the intensity of the AlN peak increased. As shown in FIG. 2F, only the peak corresponding to AlN was detected in the sample obtained by firing at 1600 ° C.
3. IR 스펙트럼 분석3. IR Spectrum Analysis
질화반응 도중에 발생되는 기체를 분석하기 위하여, Bio-Rad FTS-3000 MX Fourier transform IR 분광분석기를 사용하여, IR 스펙트럼을 측정하였는데, 그 결과는 도 3과 같다:In order to analyze the gas generated during the nitriding reaction, the IR spectrum was measured using a Bio-Rad FTS-3000 MX Fourier transform IR spectrometer, the result of which is shown in FIG. 3:
CH4 (ν3, 3016 cm-1; ν4, 1303 cm-1), CO (2118 및 2173 cm-1), HCN (ν3, 3339 및 3293 cm-1 ;ν2, 712 cm-1).CH 4 (ν 3 , 3016 cm -1 ; ν 4 , 1303 cm -1 ), CO (2118 and 2173 cm -1 ), HCN (ν 3 , 3339 and 3293 cm -1 ; ν 2 , 712 cm -1 ) .
4. 원소 함량 분석4. Element Content Analysis
질화알루미늄 분말에 함유된 원소의 함량 분석을 위하여, CHN 원소분석기 (Flash 1112, Thermo Fischer Scientific)를 사용하였다.For the content analysis of the elements contained in the aluminum nitride powder, a CHN elemental analyzer (Flash 1112, Thermo Fischer Scientific) was used.
1600℃에서 소성하여 얻어진 AlN 분말은 흰색으로, 아주 순수한 것으로 확인되었으며, 질소의 함량이 30.26 중량%로서 AlN에 대한 이론치(34.15 중량%)보다 약간 낮았으며, 탄소의 함량은 0.03 중량%로 확인되었다.The AlN powder obtained by calcining at 1600 ° C. was white and found to be very pure. The nitrogen content was 30.26 wt%, slightly lower than the theoretical value (34.15 wt%) for AlN, and the carbon content was 0.03 wt%. .
5. 형상 분석5. Shape Analysis
질화알루미늄 분말의 형상 분석을 위하여, 투사전자현미경(TEM, Philips CM 200 STEM)을 사용하였다.For shape analysis of the aluminum nitride powder, a projection electron microscope (TEM,
도 4와 같이 1600℃에서 소성하여 얻어진 샘플에서는 평균입자크기가 220 내지 340 nm인 거의 구형 형상의 AlN 분말을 확인할 수 있었으며, 고온 소성으로 인하여 δ-Al2O3 나노분말의 형상과는 전혀 다른 형상의 AlN 분말을 나타내었다.In the sample obtained by firing at 1600 ° C. as shown in FIG. 4, the AlN powder having an almost spherical shape having an average particle size of 220 to 340 nm was confirmed, and was completely different from the shape of the δ-Al 2 O 3 nanopowder due to high temperature firing. The AlN powder of the shape was shown.
Claims (6)
상기 탄소 분말 제공조 후단에 위치하여 δ-Al2O3 나노분말을 담은 알루미나 분말 제공조를 준비하는 단계; 및
알루미나 튜브 내로 질소-수소 혼합기체가 순차적으로 상기 탄소 분말 제공조 및 상기 알루미나 분말 제공조를 흘러가며 반응함으로써 알루미나 분말이 나노크기의 질화알루미늄 분말로 소성되는 단계를 포함하며,
상기 소성 단계는 질소-수소 혼합기체 분위기 하 1400 내지 1700℃의 온도 범위에서 3 내지 7 시간 동안 소성시키는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 분말의 제조방법.Preparing a carbon powder providing tank containing carbon powder;
Preparing an alumina powder providing tank including δ-Al 2 O 3 nanopowder at a rear end of the carbon powder providing tank; And
Reacting the nitrogen-hydrogen mixed gas into the alumina tube sequentially by flowing through the carbon powder providing bath and the alumina powder providing bath, thereby calcining the alumina powder into nano-sized aluminum nitride powder,
The firing step is a method for producing aluminum nitride powder, characterized in that the firing for 3 to 7 hours at a temperature range of 1400 to 1700 ℃ in a nitrogen-hydrogen mixed gas atmosphere.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110015094A KR101253426B1 (en) | 2011-02-21 | 2011-02-21 | Preparation method of aluminum nitride powder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110015094A KR101253426B1 (en) | 2011-02-21 | 2011-02-21 | Preparation method of aluminum nitride powder |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120095648A KR20120095648A (en) | 2012-08-29 |
| KR101253426B1 true KR101253426B1 (en) | 2013-04-11 |
Family
ID=46886043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110015094A KR101253426B1 (en) | 2011-02-21 | 2011-02-21 | Preparation method of aluminum nitride powder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101253426B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102339563B1 (en) * | 2014-06-02 | 2021-12-16 | 주식회사 미코세라믹스 | Baffle structure applying plasma chemical vapor deposition apparatus and method for manufacturing the same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002097006A (en) * | 2000-09-20 | 2002-04-02 | Fine Ceramics Research Association | Method for manufacturing aluminum nitride |
| JP2010180126A (en) * | 2004-07-08 | 2010-08-19 | Ngk Insulators Ltd | Method for producing aluminum nitride single crystal |
-
2011
- 2011-02-21 KR KR1020110015094A patent/KR101253426B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002097006A (en) * | 2000-09-20 | 2002-04-02 | Fine Ceramics Research Association | Method for manufacturing aluminum nitride |
| JP2010180126A (en) * | 2004-07-08 | 2010-08-19 | Ngk Insulators Ltd | Method for producing aluminum nitride single crystal |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| J.AM.CERAM.SOC.,2006 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20120095648A (en) | 2012-08-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Qiu et al. | Metal‐urea complex—a precursor to metal nitrides | |
| KR100898478B1 (en) | Improved systems and methods for synthesis of gallium nitride powders | |
| Zhao et al. | Facile route to metal nitrides through melamine and metal oxides | |
| KR20160086648A (en) | Manufacturing method for aluminum nitride whisker | |
| JPS6112844B2 (en) | ||
| Liang et al. | Low temperature synthesis of LiSi 2 N 3 nanobelts via molten salt nitridation and their photoluminescence properties | |
| KR100972992B1 (en) | Manufacturing method of aluminum nitride powder and apparatus for chemical vapor synthesis of aluminum nitride powder | |
| JP5651493B2 (en) | Method for producing various alkaline earth metal nitride composites | |
| JP5618302B2 (en) | Production method and production apparatus for fine silicon carbide powder | |
| JP7027196B2 (en) | Manufacturing method of aluminum nitride powder | |
| KR101253426B1 (en) | Preparation method of aluminum nitride powder | |
| KR101728517B1 (en) | Preparation of aluminum nitride using wet-mixed boehmite slurry | |
| CN107021463A (en) | High-quality boron nitride nano-tube and preparation method thereof | |
| CN106187203B (en) | A kind of method and products thereof that aluminium nitride powder is prepared based on aluminium carbide | |
| KR101284476B1 (en) | Preparation method of nano-sized aluminum nitride powder | |
| KR101399694B1 (en) | Process for preparing aluminum nitride powder | |
| KR101446842B1 (en) | Process for Preparing Gallium Nitride Powder | |
| JP2009173489A (en) | Method for producing nitride | |
| KR100872832B1 (en) | Aluminum nitride nanopowders prepared by using melamine and the fabrication method thereof | |
| Jung | Use of melamine in the nitridation of aluminum oxide to aluminum nitride | |
| Jung | Preparation of nanosized aluminum nitride powders by the cyanonitridation method | |
| TWI543935B (en) | Method for manufacturing bn | |
| JP5352909B2 (en) | Sialon synthesis method and sialon | |
| Rodríguez-García et al. | Synthesis by a solid state reaction of the Sr4Al6O12SO4 compound | |
| JP6354326B2 (en) | Method for producing sialon powder |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160404 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170403 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180405 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190402 Year of fee payment: 7 |