KR102529239B1 - Spherical fine particulate material for heat dissipation, and preparing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 평균 직경(D50)이 5 내지 800 nm인 초미립 분말을 포함하는 슬러리를 초음파 분무 열분해법으로 응집시켜 미립자 분말을 제조하는 단계; 및 상기 미립자 분말을 열플라즈마 처리하는 단계;를 포함하는, 미립 구상 방열 소재의 제조방법, 및 이로부터 제조된 미립 구상 방열 소재에 관한 것이다.The present invention comprises preparing a fine particle powder by aggregating a slurry containing ultrafine powder having an average diameter (D 50 ) of 5 to 800 nm by ultrasonic spray pyrolysis; It relates to a method for producing a fine-grained spherical heat-dissipating material, including, and a fine-grained spherical heat-dissipating material produced therefrom.

Description

미립 구상 방열 소재 및 이의 제조방법{SPHERICAL FINE PARTICULATE MATERIAL FOR HEAT DISSIPATION, AND PREPARING METHOD THEREOF}Particulate spherical heat dissipation material and its manufacturing method {SPHERICAL FINE PARTICULATE MATERIAL FOR HEAT DISSIPATION, AND PREPARING METHOD THEREOF}

본 발명은 공정 시간이 상대적으로 짧고 공정 조건 제어가 용이하여 제조 비용을 절감할 수 있는 제조방법 및 이로부터 제조된 미립 구상 발열 소재에 관한 것이다.The present invention relates to a manufacturing method capable of reducing manufacturing cost due to a relatively short process time and easy control of process conditions, and a particulate spherical heating material manufactured therefrom.

알루미나 및 실리카를 구상으로 제조하는 방법은 분무 건조(Spray dry)법, 분무 열분해(Spray pyrolysis)법, 졸-겔 공정(Sol-gel process), 플라즈마(Plasma)를 이용한 방법 등이 있다. 또한, 플라즈마를 이용한 방법으로는 방전 플라즈마 소결법을 이용하여 다공성 알루미나 세라믹스를 제조하는 방법, 알루미나 분말의 수화 반응과 스파크 플라즈마 열처리법으로 알루미나 성형체를 제조하는 방법 등이 있으며, 이러한 방법은 제조 시간이 짧고 다량을 만들 수 있다는 장점이 있다. Methods for producing alumina and silica in a spherical shape include a spray drying method, a spray pyrolysis method, a sol-gel process, a method using plasma, and the like. In addition, as a method using plasma, there are a method of manufacturing porous alumina ceramics using a discharge plasma sintering method, a method of manufacturing an alumina molded body by a hydration reaction of alumina powder and a spark plasma heat treatment method, etc. These methods have a short manufacturing time and It has the advantage of being able to produce in large quantities.

구체적으로, 한국 등록특허 제1731665호(특허문헌 1)에는 조립된 실리카 분말을 소성하고, 소성한 실리카 분말을 열 플라즈마에 의한 구상화 장치에서 구상화하고, 구상화한 실리카 분말을 세정 및 건조시켜 얻어진 합성 비정질 실리카 분말이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1의 방법으로 제조한 실리카는 진구도가 낮은 형상을 갖고, 구상화율도 낮은 문제가 있었다(특허문헌 1의 도 1 참고).Specifically, Korean Patent Registration No. 1731665 (Patent Document 1) discloses a synthetic amorphous obtained by calcining the granulated silica powder, spheroidizing the calcined silica powder in a spheroidizer by thermal plasma, and washing and drying the spheroidized silica powder. Silica powder is disclosed. However, the silica produced by the method of Patent Document 1 has a shape with a low sphericity and has a problem of low spheroidization rate (see FIG. 1 of Patent Document 1).

또한, 일본 등록특허 제4214074호(특허문헌 2)에는 알루미나 분말 원료를 물로 세척하여 평균 구형도가 높고 불순물의 합계가 낮은 고순도 구상 알루미나 분말의 제조방법이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 2의 방법은 별도의 공정을 거쳐야 하기 때문에 제품의 오염 또는 생산비 증가의 원인이 되고, 세정 공정에서도 정제되지 않는 불순물인 Si, Fe 등이 잔존하는 문제가 있었다.In addition, Japanese Patent Registration No. 4214074 (Patent Document 2) discloses a method for producing high-purity spherical alumina powder having a high average sphericity and a low total amount of impurities by washing an alumina powder raw material with water. However, since the method of Patent Document 2 needs to go through a separate process, it causes contamination of the product or increases production cost, and there is a problem that Si, Fe, etc., which are impurities that are not purified even in the cleaning process, remain.

한편, 최근 전자 부품들은 디바이스의 고성능화에 따라 발열량이 증대하고 있어, 높은 효율의 냉각 모듈과 이에 부합하는 방열 기능을 보유한 재료가 요구되고 있다. 즉, 고밀도, 고집적화 되어가고 있는 전자 기기에서 열적 안정성이 우수하여 냉각 문제를 해결할 수 있는 소재에 대한 요구가 증가하고 있다. 이에 대한 대안으로 알루미나, 질화알루미늄 등이 제안되었으며, 이들은 열전도 특성이 우수하여 다양한 분야, 특히 전자기기의 방열 소재로 널리 적용되고 있다. 구체적으로, 방열 수지 또는 기타 방열 재료에 충진재(Filler)로 알루미나, 질화알루미늄 등을 혼합하여 사용할 경우, 알루미나, 질화알루미늄 등의 순도 뿐만아니라 충진율을 높여 높은 밀도를 유지해야 방열 특성이 우수한 방열 소재를 얻을 수 있게 된다. 따라서, 방열 소재에 적용되는 알루미나, 질화알루미늄 등은 고순도이며 입자 크기가 충진재(Filler)로 사용하기 적당하고 높은 구상율을 갖는 것이 요구된다.On the other hand, in recent years, electronic components have increased their calorific value according to the high performance of devices, and thus, a high-efficiency cooling module and a material having a heat dissipation function corresponding thereto are required. That is, there is an increasing demand for materials capable of solving cooling problems with excellent thermal stability in electronic devices that are becoming highly integrated and highly dense. As an alternative to this, alumina, aluminum nitride, etc. have been proposed, and they are widely applied as heat dissipation materials in various fields, especially electronic devices, due to their excellent thermal conductivity. Specifically, when alumina, aluminum nitride, etc. are mixed and used as a filler in heat dissipation resin or other heat dissipation materials, high density must be maintained by increasing the filling rate as well as the purity of alumina, aluminum nitride, etc. to obtain a heat dissipation material with excellent heat dissipation characteristics. be able to get Therefore, alumina, aluminum nitride, etc. applied to the heat dissipation material are required to be of high purity, have a particle size suitable for use as a filler, and have a high sphericity.

이에, 공정 시간이 상대적으로 짧고 공정 조건 제어가 용이하여 제조 비용을 절감할 수 있는 제조방법, 및 이로부터 제조되고 고순도이며 입자 크기가 충진재로 사용하기 적당하고 높은 구상율을 가져 방열 소재로 적합한 미립 구상 발열 소재에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.Accordingly, a manufacturing method capable of reducing manufacturing cost due to a relatively short process time and easy control of process conditions, and fine particles produced therefrom, of high purity, suitable for use as a filler, suitable for use as a filler, and having a high spheroid rate, suitable for heat dissipation materials There is a need for research and development on spherical heating materials.

한국 등록특허 제1731665호 (공개일: 2012.11.14.)Korean Patent Registration No. 1731665 (published date: 2012.11.14.) 일본 등록특허 제4214074호 (공개일: 2005.10.13.)Japanese Patent Registration No. 4214074 (Publication date: 2005.10.13.)

본 발명은 공정 시간이 상대적으로 짧고 공정 조건 제어가 용이하여 제조 비용을 절감할 수 있는 제조방법, 및 이로부터 제조되고 고순도이며 입자 크기가 충진재로 사용하기 적당하고 높은 구상율을 가져 방열 소재로 적합한 미립 구상 발열 소재를 제공한다.The present invention provides a manufacturing method capable of reducing manufacturing cost due to a relatively short process time and easy control of process conditions, and a manufacturing method prepared therefrom, which is of high purity, suitable for use as a filler in particle size, and suitable for use as a heat dissipation material due to its high sphericity ratio. A particulate spherical heating material is provided.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 평균 직경(D50)이 5 내지 800 nm인 초미립 분말을 포함하는 슬러리를 초음파 분무 열분해법으로 응집시켜 미립자 분말을 제조하는 단계; 및In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of aggregating a slurry containing ultrafine powder having an average diameter (D 50 ) of 5 to 800 nm by ultrasonic spray pyrolysis to produce fine particle powder; and

상기 미립자 분말을 열플라즈마 처리하는 단계;를 포함하는, 미립 구상 방열 소재의 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 방법으로 제조되고, 평균 직경(D50)이 1 내지 10 ㎛이며 평균 진구도가 95% 이상인, 미립 구상 방열 소재를 제공한다.It provides a method for producing a fine-grained spherical heat dissipation material comprising a; thermal plasma treatment of the fine particle powder. In addition, the present invention provides a particulate spherical heat dissipation material produced by the method, having an average diameter (D 50 ) of 1 to 10 μm and an average sphericity of 95% or more.

본 발명에 따른 미립 구상 방열 소재의 제조방법은 공정 시간이 상대적으로 짧고 공정 조건 제어가 용이하여 제조 비용을 절감할 수 있고, 구상율이 높은 소재를 제조할 수 있다.The manufacturing method of the particulate spherical heat dissipation material according to the present invention has a relatively short process time and easy control of process conditions, so that manufacturing costs can be reduced and a material with a high spherical rate can be manufactured.

또한, 본 발명에 따른 미립 구상 방열 소재는 순도가 높으며 입자 크기가 충진재로 사용하기 적절하고 높은 구상율을 가져 방열 소재로 매우 적합하다.In addition, the particulate spherical heat dissipation material according to the present invention has high purity, is suitable for use as a filler in particle size, and has a high spherical ratio, making it very suitable as a heat dissipation material.

도 1은 본 발명에 따른 미립 구상 방열 소재의 일실험예의 SEM 사진이다.1 is a SEM picture of an experimental example of a spherical fine-grain heat dissipation material according to the present invention.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

미립 구상 방열 소재의 제조방법Manufacturing method of particulate spherical heat dissipation material

본 발명에 따른 미립 구상 방열 소재의 제조방법은 초음파 분무 열분해법으로 미립자 분말을 제조하는 단계; 및 열플라즈마 처리하는 단계;를 포함한다.The manufacturing method of the particulate spherical heat dissipation material according to the present invention comprises the steps of preparing a particulate powder by ultrasonic spray pyrolysis; and thermal plasma treatment.

상기 제조방법은 상술한 바와 같이 나노 단위의 초미립 분말을 초음파 분무 열분해법으로 마이크로 단위의 미립자 분말로 제조한 후 열플라즈마 처리함으로써, 다양한 입자와 소재를 마이크로 크기로 분말화함과 동시에 효과적으로 구상화하는 효과가 있다.As described above, in the manufacturing method, nano-sized ultra-fine powder is prepared into micro-sized fine particle powder by ultrasonic spray pyrolysis and then treated with thermal plasma, thereby effectively spheroidizing various particles and materials into micro-sized powders at the same time. there is

초음파 분무 열분해법으로 미립자 분말을 제조하는 단계Preparing a fine particle powder by ultrasonic spray pyrolysis

본 단계에서는 평균 직경(D50)이 나노미터 크기인 초미립 분말을 포함하는 슬러리를 초음파 분무 열분해법으로 응집시켜 미립자 분말을 제조한다.In this step, fine particle powder is prepared by aggregating the slurry including ultrafine powder having an average diameter (D 50 ) of nanometer size by ultrasonic spray pyrolysis.

상기 초미립 분말은 평균 직경(D50)이 나노미터 크기이고, 구체적으로, 5 내지 800 nm, 또는 15 내지 800 nm일 수 있다. 본 발명의 제조방법은 원료로 평균 직경(D50)이 나노미터 크기인 초미립 분말을 사용함으로써, 이를 포함하는 슬러리를 고온의 열분해로 내로 분무 이송 또는 직접 분사하여, 연속적으로 미세 분말을 제조 가능함으로써 생산성이 우수하다. The ultrafine powder may have an average diameter (D 50 ) of nanometer size, specifically, 5 to 800 nm, or 15 to 800 nm. In the manufacturing method of the present invention, by using ultra-fine powder having an average diameter (D 50 ) of nanometer size as a raw material, the slurry containing the slurry is spray-transferred or directly sprayed into a high-temperature pyrolysis furnace, thereby continuously producing fine powder. As a result, productivity is excellent.

또한, 상기 초미립 분말은 알루미나, 질화 알루미늄 및 실리카로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the ultra-fine powder may include at least one selected from the group consisting of alumina, aluminum nitride, and silica.

상기 슬러리는 상기 초미립 분말 및 용매를 포함할 수 있다. 이때, 상기 용매는 통상적으로 방열 소재의 제조시 적용 가능한 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 물일 수 있으며, 바람직하게는 유기 용매는 포함하지 않는다.The slurry may include the ultrafine powder and a solvent. In this case, the solvent may be used without particular limitation as long as it is generally applicable to the manufacture of the heat dissipation material, and may be, for example, water, and preferably does not include an organic solvent.

또한, 상기 슬러리는 슬러리 총 중량에 대하여 0.1 내지 10 중량% 또는 1 내지 5 중량%의 초미립 분말을 포함할 수 있다. 슬러리 내 초미립 분말의 함량이 상기 범위 미만인 경우, 슬러리 내 용질의 수가 적어 미립자 분말의 생성량이 적은 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 슬러리 내 침전물이 생성되며 분무가 용이하지 않아 작업성이 부족해지는 문제가 발생할 수 있다.In addition, the slurry may include 0.1 to 10% by weight or 1 to 5% by weight of ultrafine powder based on the total weight of the slurry. When the content of the ultrafine powder in the slurry is less than the above range, the number of solutes in the slurry is small, resulting in a small amount of fine particle powder. Shortage problems can arise.

상기 초음파 분무 열분해법은 600 내지 900 ℃, 또는 700 내지 900 ℃에서 수행될 수 있다. 초음파 분무 열분해법 시 온도가 상기 범위 미만인 경우, 제조된 분말의 진구도가 낮거나 마이크로 크기로 입자 크기를 키우기 어려운 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 반응로 내에서 분말이 용융되어 분무가 안되는 문제가 발생할 수 있다. The ultrasonic spray pyrolysis may be performed at 600 to 900 °C or 700 to 900 °C. When the temperature is less than the above range during the ultrasonic spray pyrolysis method, the sphericity of the prepared powder is low or it is difficult to increase the particle size to the micro size. Unexpected problems may arise.

또한, 상기 초음파 분무 열분해법으로 응집된 미립자 분말은 평균 직경(D50)이 1 내지 10 ㎛ 일 수 있다. 미립자 분말의 평균 직경이 상기 범위 미만인 경우, 다음 공정인 열플라즈마 처리시 구형화가 아닌 나노화가 발생할 수 있는 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 열처리에 의한 구형화율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. In addition, the fine particle powder agglomerated by the ultrasonic spray pyrolysis method may have an average diameter (D 50 ) of 1 to 10 μm. If the average diameter of the fine particle powder is less than the above range, a problem may occur that nanoization rather than spheroidization may occur during the next process, thermal plasma treatment, and if it exceeds the above range, a problem that the sphericization rate by heat treatment may be lowered may occur. .

열플라즈마 처리하는 단계Thermal plasma treatment steps

본 단계에서는 초음파 분무 열분해법으로 응집된 미립자 분말을 구상화시키기 위해 열플라즈마 처리한다. 이때, 본 단계는 열플라즈마 처리를 통해 미립자 분말을 열분해시키지 않고 미립자 분말의 표면을 용융시켜 구상화율을 높인다.In this step, thermal plasma treatment is performed to spheroidize the fine particle powder agglomerated by the ultrasonic spray pyrolysis method. At this time, this step increases the spheroidization rate by melting the surface of the fine particle powder without thermal decomposition through thermal plasma treatment.

상기 열플라즈마 처리에서는 온도 6,000 K 이상 또는 6,000 내지 8,000 K의 플라즈마 가스를 100 내지 250 L/분 또는 150 내지 210 L/분의 유량으로 공급할 수 있다. 열플라즈마 처리시 온도가 상기 범위 미만인 경우, 미립자 분말의 구상화율이 저하되는 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 미립자 분말의 열분해로 나노 크기의 입자들만 생성되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 플라즈마 가스의 유량이 상기 범위 미만인 경우, 구형화를 위한 온도에 도달하기 힘든 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 가스의 과량 투입으로 원료인 미립자 분말의 주입이 불가능하거나, 화재, 폭발 등이 발생할 수 있다.In the thermal plasma treatment, a plasma gas having a temperature of 6,000 K or more or 6,000 to 8,000 K may be supplied at a flow rate of 100 to 250 L/min or 150 to 210 L/min. When the temperature during the thermal plasma treatment is less than the above range, a problem in that the spheroidization rate of the fine particle powder is lowered, and when it exceeds the above range, only nano-sized particles may be generated due to thermal decomposition of the fine particle powder. In addition, when the flow rate of the plasma gas is less than the above range, it is difficult to reach the temperature for spheronization, and when it exceeds the above range, it is impossible to inject fine particle powder as a raw material due to excessive gas input, or fire or explosion etc. may occur.

또한, 상기 플라즈마 가스는 통상적으로 열플라즈마 공정에 사용할 수 있는 가스라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 아르곤 가스, 및 질소 가스(N2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.In addition, the plasma gas may be used without particular limitation as long as it is a gas that can be used in a conventional thermal plasma process, and may be, for example, at least one selected from the group consisting of argon gas and nitrogen gas (N 2 ).

상기 열플라즈마 처리에서는 캐리어 가스(carrier gas)로 열플라즈마 공정에 사용할 수 있는 가스라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 질소 가스, 및 아르곤 가스로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.In the thermal plasma treatment, any gas that can be used in the thermal plasma process as a carrier gas may be used without particular limitation, and may be, for example, at least one selected from the group consisting of nitrogen gas and argon gas.

열플라즈마 처리시 압력은 200 내지 600 torr 또는 300 내지 500 torr일 수 있다. 열플라즈마 처리시 압력이 상기 범위 미만인 경우, 플라즈마 토치에서 발생된 플라즈마에 미립자 분말의 접촉 빈도가 떨여져서 구상화율이 낮아지는 문제가 발생하고, 상기 범위 초과인 경우, 미립자 분말이 나노화되는 문제가 발생할 수 있다. During the thermal plasma treatment, the pressure may be 200 to 600 torr or 300 to 500 torr. When the pressure during the thermal plasma treatment is less than the above range, the contact frequency of the fine particle powder with the plasma generated by the plasma torch decreases, resulting in a low spheroidization rate, and when it exceeds the above range, the problem of nanoparticle powder occurs can

열플라즈마 처리된 미립자 분말은 냉각 후 초음파 처리하여 열분해된 미세 입자를 탈착시켜 미립 구상 방열 소재를 제조하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.The thermal plasma-treated fine particle powder is cooled and then treated with ultrasonic waves to detach the thermally decomposed fine particles to prepare a fine spherical heat dissipation material; may further include.

냉각 후 초음파 처리하는 단계Sonication after cooling

상기 냉각은 상온에서 수행할 수 있다. 즉, 열플라즈마 처리된 미립자 분말은 상온으로 냉각 후 초음파 처리될 수 있다. 이때, 상기 상온은 15 내지 30 ℃ 또는 20 내지 25 ℃일 수 있다.The cooling may be performed at room temperature. That is, the thermal plasma-treated fine particle powder may be cooled to room temperature and then subjected to ultrasonic treatment. At this time, the room temperature may be 15 to 30 ℃ or 20 to 25 ℃.

냉각된 미립자 분말은 초음파 처리하여 열분해된 미세 입자를 미립자 분말의 표면으로부터 탈착시킬 수 있다. 이때, 상기 미세 입자의 탈착을 통해 입도가 균일하고 표면이 매끄러운 구상의 방열 소재를 제조할 수 있다.The cooled particulate powder can be treated with ultrasonic waves to desorb the pyrolyzed fine particles from the surface of the particulate powder. At this time, it is possible to manufacture a spherical heat dissipation material having a uniform particle size and a smooth surface through the desorption of the fine particles.

상기 초음파 처리에서는 통상적으로 사용되는 초음파 파장을 사용할 수 있다.In the ultrasonic treatment, a commonly used ultrasonic wavelength may be used.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 미립 구상 방열 소재의 제조방법은 공정 시간이 상대적으로 짧고 공정 조건 제어가 용이하여 제조 비용을 절감할 수 있고, 구상율이 높은 소재를 제조할 수 있다.As described above, the manufacturing method of the particulate spherical heat dissipation material according to the present invention has a relatively short process time and easy control of process conditions, so that manufacturing costs can be reduced and a material with a high spherical rate can be manufactured.

미립 구상 방열 소재Particulate spherical heat dissipation material

본 발명에 따른 미립 구상 방열 소재는 상술한 바와 같은 제조방법으로 제조되고, 평균 직경(D50)이 1 내지 10 ㎛이며 평균 진구도가 95% 이상이다. The particulate spherical heat dissipation material according to the present invention is manufactured by the manufacturing method as described above, and has an average diameter (D 50 ) of 1 to 10 μm and an average sphericity of 95% or more.

이때, 상기 평균 진구도는 주사 전자 현미경(SEM)의 사진상으로부터 임의의 입자 100개를 선택하고 각각의 입자에 대해서 구해진 짧은 직경(DS)과 긴 직경(DL)의 비(DS/DL)의 평균값을 나타낸다. At this time, the average sphericity is the average value of the ratio (DS/DL) of the minor diameter (DS) to the major diameter (DL) obtained for each particle by selecting 100 random particles from a photograph of a scanning electron microscope (SEM). indicates

상기 미립 구상 방열 소재는 평균 직경(D50)이 1 내지 10 ㎛ 또는 1.0 내지 5.0 ㎛일 수 있고, 평균 진구도가 95% 이상 또는 95% 내지 100%일 수 있다. The particulate spherical heat dissipation material may have an average diameter (D 50 ) of 1 to 10 μm or 1.0 to 5.0 μm, and an average sphericity of 95% or more or 95% to 100%.

상술한 바와 같은 본 발명의 미립 구상 방열 소재는 순도가 높으며 입자 크기가 충진재로 사용하기 적절하고 높은 구상율을 가져 방열 소재로 매우 적합하다.The particulate spherical heat dissipation material of the present invention as described above has a high purity, is suitable for use as a filler in particle size, and has a high spherical ratio, so it is very suitable as a heat dissipation material.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, these examples are only for helping the understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples in any sense.

[실시예][Example]

실험예 1. Experimental example 1.

평균 직경(D50)이 800nm인 질화알루미늄(AlN)에 5중량%가 되도록 초순수를 첨가하여 슬러리-1을 제조하였다. 이후 슬러리-1을 초음파 분무 열분해법으로 파장 1.7 MHz의 진동자 초음파를 이용하여 응집시켜 액적을 제조한 후, 900℃의 반응기 내에서 액적으로부터 용매를 증발시켜 전구체를 분해하여 최종적으로 평균 직경(D50)이 8㎛인 미립자 분말을 제조하였다. Slurry-1 was prepared by adding ultrapure water to 5% by weight of aluminum nitride (AlN) having an average diameter (D 50 ) of 800 nm. Thereafter, the slurry-1 was agglomerated by ultrasonic spray pyrolysis using ultrasonic waves having a wavelength of 1.7 MHz to prepare droplets, and then the solvent was evaporated from the droplets in a reactor at 900 ° C. to decompose the precursor, and finally the average diameter (D 50 ) of 8 μm was prepared.

이후 미립자 분말을 캐리어 가스로 질소 가스를 10L/분의 유량으로, 플라즈마 가스로 질소 가스를 180L/분의 유량으로, 압력 300torr에서 열플라즈마 처리를 수행하였다. 이후 열플라즈마 처리된 미립자 분말을 상온(22±2℃)으로 냉각한 후 초음파를 10분 동안 처리하여 미립자 분말의 표면으로부터 열분해된 미세 입자를 탈착시켜 미립 구상 방열 소재를 제조하였다.Thereafter, thermal plasma treatment was performed on the fine particle powder at a flow rate of 10 L/min using nitrogen gas as a carrier gas and at a flow rate of 180 L/min using nitrogen gas as a plasma gas at a pressure of 300 torr. Thereafter, the thermal plasma-treated microparticle powder was cooled to room temperature (22±2° C.), and ultrasonic waves were treated for 10 minutes to desorb the pyrolyzed microparticles from the surface of the microparticle powder, thereby preparing a microsphere spherical heat dissipation material.

제조된 미립 구상 방열 소재는 순도 99%이고, 평균 직경(D50)이 2.2㎛이며 평균 진구도가 96.3%이었다.The prepared fine grain spherical heat dissipation material had a purity of 99%, an average diameter (D 50 ) of 2.2 μm, and an average sphericity of 96.3%.

실험예 2 내지 16.Experimental Examples 2 to 16.

표 1에 기재된 바와 같이 사용한 원료의 종류, 및 처리 조건을 조절한 것을 제외하고는, 실험예 1과 동일한 방법으로 미립 구상 방열 소재를 제조하였다.As shown in Table 1, a particulate spherical heat dissipation material was prepared in the same manner as in Experimental Example 1, except that the type of raw material used and the processing conditions were adjusted.

원료Raw material 초음파 분무 열분해법Ultrasonic Spray Pyrolysis 열플라즈마 처리Thermal plasma treatment 평균 직경(D50)Average diameter (D 50 ) 종류type 온도(℃)Temperature (℃) 압력(torr)pressure (torr) 플라즈마 가스 유량(L/분)Plasma gas flow (L/min) 실험예 1Experimental Example 1 800 nm800 nm AlNAlN 900900 300300 180180 실험예 2Experimental Example 2 15 nm15 nm SiO2 SiO 2 900900 300300 180180 실험예 3Experimental Example 3 800 nm800 nm AlNAlN 600600 300300 180180 실험예 4Experimental Example 4 800 nm800 nm AlNAlN 750750 300300 180180 실험예 5Experimental Example 5 800 nm800 nm AlNAlN 900900 200200 180180 실험예 6Experimental Example 6 800 nm800 nm AlNAlN 900900 600600 180180 실험예 7Experimental Example 7 800 nm800 nm AlNAlN 900900 200200 100100 실험예 8Experimental Example 8 800 nm800 nm AlNAlN 900900 600600 250250 실험예 9Experimental Example 9 800 nm800 nm AlNAlN 550550 300300 180180 실험예 10Experimental Example 10 800 nm800 nm AlNAlN 10001000 300300 180180 실험예 11Experimental Example 11 800 nm800 nm AlNAlN 900900 100100 180180 실험예 12Experimental Example 12 800 nm800 nm AlNAlN 900900 700700 180180 실험예 13Experimental Example 13 800 nm800 nm AlNAlN 900900 300300 8080 실험예 14Experimental Example 14 800 nm800 nm AlNAlN 900900 300300 300300 실험예 15Experimental Example 15 800 nm800 nm AlNAlN 900900 -- -- 실험예 16Experimental Example 16 2 ㎛2 μm AlNAlN 900900 300300 180180

시험예 1. 특성 평가Test Example 1. Evaluation of characteristics

실험예에서 소재의 물성을 하기와 같은 방법으로 평가하였으며, 그 결과는 표 2에 나타냈다. 또한, 실시예 및 비교예의 소재의 SEM 사진을 도 1에 나타냈다.In the experimental example, the physical properties of the material were evaluated in the following manner, and the results are shown in Table 2. In addition, SEM pictures of the materials of Examples and Comparative Examples are shown in FIG. 1 .

이때, 평균 진구도는 주사 전자 현미경(SEM)의 사진상으로부터 임의의 입자 100개를 선택하고 각각의 입자에 대해서 구해진 짧은 직경(DS)과 긴 직경(DL)의 비(DS/DL)의 평균값(%)을 사용했다.At this time, the average sphericity is the average value of the ratio (DS/DL) of the short diameter (DS) and the long diameter (DL) obtained for each particle by selecting 100 random particles from the image of the scanning electron microscope (SEM) ( %) was used.

  순도water 평균 직경(D50)Average diameter (D 50 ) 평균 진구도(%)Average sphericity (%) 실험예 1Experimental Example 1 99.93%99.93% 2.2㎛2.2㎛ 96.396.3 실험예 2Experimental Example 2 99.99%99.99% 4.7㎛4.7㎛ 96.596.5 실험예 3Experimental Example 3 99.93%99.93% 1.3㎛1.3㎛ 97.697.6 실험예 4Experimental Example 4 99.93%99.93% 1.8㎛1.8㎛ 96.996.9 실험예 5Experimental Example 5 99.93%99.93% 2.8㎛2.8㎛ 95.295.2 실험예 6Experimental Example 6 99.93%99.93% 1.1㎛1.1㎛ 97.197.1 실험예 7Experimental Example 7 99.93%99.93% 3.2㎛3.2㎛ 95.895.8 실험예 8Experimental Example 8 99.93%99.93% 1.1㎛1.1㎛ 95.195.1 실험예 9Experimental Example 9 99.93%99.93% 0.2㎛ 0.2㎛ 62.362.3 실험예 10Experimental Example 10 99.93%99.93% 8.2㎛8.2㎛ 12.912.9 실험예 11Experimental Example 11 99.93%99.93% 8.2㎛8.2㎛ 12.912.9 실험예 12Experimental Example 12 99.93%99.93% 2.7㎛2.7㎛ 34.134.1 실험예 13Experimental Example 13 99.93%99.93% 5.4㎛5.4㎛ 24.824.8 실험예 14Experimental Example 14 99.93%99.93% 0.1㎛0.1㎛ 64.164.1 실험예 15Experimental Example 15 99.93%99.93% 2.4㎛2.4㎛ 6.66.6 실험예 16Experimental Example 16 99.93%99.93% 6.9㎛6.9㎛ 70.470.4

표 2에서 보는 바와 같이, 실험예 1 내지 8의 미립 구상 방열 소재는 99.9% 이상으로 순도가 높고 평균 직경(D50)이 1 내지 5㎛로 적절하고, 평균 진구도가 95% 이상으로 구상율이 높아 방열 소재로 매우 적합했다.As shown in Table 2, the particulate spherical heat dissipation materials of Experimental Examples 1 to 8 have a high purity of 99.9% or more, an average diameter (D 50 ) of 1 to 5 μm, and an average sphericity of 95% or more and a spherical rate. This makes it very suitable as a heat dissipation material.

반면, 초음파 분무 열분해법시 온도가 낮은 실험예 9 및 열플라즈마 처리시 유량이 많은 실험예 14는 평균 직경이 1㎛ 미만으로 작고 평균 진구도도 65% 미만으로 구상율이 낮았다.On the other hand, Experimental Example 9 having a low temperature during ultrasonic spray pyrolysis and Experimental Example 14 having a large flow rate during thermal plasma treatment had a small average diameter of less than 1 μm and an average sphericity of less than 65%, resulting in a low sphericity.

또한, 초음파 분무 열분해법시 온도가 높은 실험예 10, 열플라즈마 처리시 압력이 부족한 실험예 11, 압력이 높은 실험예 12, 플라즈마 가스의 유량이 부족한 실험예 13, 및 열플라즈마 처리를 실시하지 않은 실험예 15는 평균 진구도가 35% 미만으로 구상율이 낮았다.In addition, Experimental Example 10 with high temperature during ultrasonic spray pyrolysis, Experimental Example 11 with insufficient pressure during thermal plasma treatment, Experimental Example 12 with high pressure, Experimental Example 13 with insufficient flow rate of plasma gas, and Experimental Example 13 without thermal plasma treatment In Experimental Example 15, the average sphericity was less than 35% and the sphericity was low.

원료로 평균 직경(D50)이 2㎛로 큰 질화 알루미늄을 사용한 실험예 16은 평균 진구도가 95% 미만으로 구상율이 낮았다.Experimental Example 16 using aluminum nitride having a large average diameter (D 50 ) of 2 μm as a raw material had an average sphericity of less than 95% and a low sphericity.

Claims (4)

평균 직경(D50)이 5 내지 800 nm인 초미립 분말을 포함하는 슬러리를 초음파 분무 열분해법으로 응집시켜 미립자 분말을 제조하는 단계; 및
상기 미립자 분말을 열플라즈마 처리하는 단계;를 포함하고,
상기 열플라즈마 처리 시 압력은 200 내지 600 torr이며,
플라즈마 가스를 100 내지 250 L/분의 유량으로 공급하는 것인, 미립 구상 방열 소재의 제조방법.
preparing fine particle powder by aggregating a slurry containing ultrafine powder having an average diameter (D 50 ) of 5 to 800 nm by ultrasonic spray pyrolysis; and
Including; thermal plasma treatment of the fine particle powder,
The pressure during the thermal plasma treatment is 200 to 600 torr,
To supply a plasma gas at a flow rate of 100 to 250 L / min, a method for producing a fine-grained spherical heat dissipation material.
청구항 1에 있어서,
상기 초음파 분무 열처리법은 600 내지 900 ℃에서 수행되고,
상기 초미립 분말은 알루미나, 질화 알루미늄 및 실리카로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 미립 구상 방열 소재의 제조방법.
The method of claim 1,
The ultrasonic spray heat treatment is carried out at 600 to 900 ° C,
The ultra-fine powder is a method for producing a fine-grained spherical heat dissipation material comprising at least one selected from the group consisting of alumina, aluminum nitride and silica.
삭제delete 청구항 1 또는 청구항 2의 방법으로 제조되고,
평균 직경(D50)이 1 내지 10 ㎛이며 평균 진구도가 95% 이상인, 미립 구상 방열 소재.
It is prepared by the method of claim 1 or claim 2,
A particulate spherical heat dissipation material having an average diameter (D 50 ) of 1 to 10 μm and an average sphericity of 95% or more.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006087965A (en) 2004-09-21 2006-04-06 Univ Of Yamanashi Production method for particulate catalyst, alloy particulate catalyst or composite oxide particulate catalyst, its apparatus and its usage
JP2019108236A (en) * 2017-12-18 2019-07-04 株式会社トクヤマ Aluminum nitride granular powder

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4214074B2 (en) 2004-03-30 2009-01-28 電気化学工業株式会社 Method for producing high purity spherical alumina powder
JP2011157260A (en) 2010-01-07 2011-08-18 Mitsubishi Materials Corp Synthetic amorphous silica powder and method for producing same
EP2530049B1 (en) * 2010-01-29 2016-07-20 Tokuyama Corporation Process for production of spherical aluminum nitride powder, and spherical aluminum nitride powder produced by the process
KR102175711B1 (en) * 2017-08-11 2020-11-06 주식회사 엘지화학 Method of Preparing the Spherical Shape Aluminum Nitride Powder
KR20200082581A (en) * 2018-12-31 2020-07-08 한국세라믹기술원 Manufacturing method of spherical solid electrolyte powder

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006087965A (en) 2004-09-21 2006-04-06 Univ Of Yamanashi Production method for particulate catalyst, alloy particulate catalyst or composite oxide particulate catalyst, its apparatus and its usage
JP2019108236A (en) * 2017-12-18 2019-07-04 株式会社トクヤマ Aluminum nitride granular powder

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
초음파 분무 열분해법으로 제조한 텅스텐 미세분말의 미세조직과 소결 거동, Korean J. Met. Mater., Vol. 59, No. 5 (2021), 2021.04.06(Electronic publication date) pp.289-294*

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