KR20230051672A - 질화 붕소 입자, 수지 조성물, 및 수지 조성물의 제조 방법 - Google Patents

질화 붕소 입자, 수지 조성물, 및 수지 조성물의 제조 방법 Download PDF

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겐지 미야타
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덴카 주식회사
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Abstract

질화 붕소에 의해 형성되는 외각부와, 외각부에 둘러싸인 중공부를 갖고, 외각부의 내측에 있어서의 질화 붕소의 밀도가, 외각부의 외측에 있어서의 질화 붕소의 밀도보다 큰, 질화 붕소 입자. 당해 질화 붕소 입자와, 수지를 함유하는 수지 조성물. 당해 질화 붕소 입자를 준비하는 공정과, 당해 질화 붕소 입자를 수지와 혼합하는 공정을 구비하는, 수지 조성물의 제조 방법.

Description

질화 붕소 입자, 수지 조성물, 및 수지 조성물의 제조 방법
본 개시는 질화 붕소 입자, 수지 조성물, 및 수지 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.
질화 붕소는, 윤활성, 고열전도성, 및 절연성을 갖고 있어, 고체 윤활재, 이형재, 화장료의 원료, 방열(放熱)재, 및 내열성 및 절연성을 갖는 소결체 등의 여러 가지 용도에 이용되고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 수지에 충전하여 얻어지는 수지 조성물에 높은 열전도성과 높은 절연 내력을 부여하는 것이 가능한 육방정 질화 붕소 분말로서, 육방정 질화 붕소의 1차 입자로 이루어지는 응집 입자를 포함하고, BET 비표면적이 0.7∼1.3m2/g이고, 또한 JIS K 5101-13-1에 기초하여 측정되는 흡유량이 80g/100g 이하인 것을 특징으로 하는 육방정 질화 붕소 분말이 개시되어 있다.
일본 특허공개 2016-160134호 공보
본 발명의 주된 목적은, 신규한 질화 붕소 입자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 질화 붕소에 의해 형성되는 외각(外殼)부와, 외각부에 둘러싸인 중공부를 갖고, 상기 외각부의 내측에 있어서의 상기 질화 붕소의 밀도가, 상기 외각부의 외측에 있어서의 상기 질화 붕소의 밀도보다 큰, 질화 붕소 입자이다.
상기 외각부의 상기 외측에는, 복수의 질화 붕소편이 불규칙하게 배치되어 있어도 된다.
본 발명의 다른 일 측면은, 상기 질화 붕소 입자와, 수지를 함유하는 수지 조성물이다.
본 발명의 다른 일 측면은, 상기 질화 붕소 입자를 준비하는 공정과, 상기 질화 붕소 입자를 수지와 혼합하는 공정을 구비하는, 수지 조성물의 제조 방법이다. 이 수지 조성물의 제조 방법은, 상기 질화 붕소 입자를 분쇄하는 공정을 추가로 구비해도 된다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 신규한 질화 붕소 입자를 제공할 수 있다.
[도 1] 실시예 1의 질화 붕소 입자의 X선 회절 측정 결과의 그래프이다.
[도 2] 실시예 1의 질화 붕소 입자의 SEM 화상이다.
[도 3] 실시예 1의 질화 붕소 입자의 단면의 SEM 화상이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 일 실시형태는, 질화 붕소에 의해 형성되는 외각부와, 외각부에 둘러싸인 중공부를 갖는, 질화 붕소 입자이다. 바꾸어 말하면, 질화 붕소 입자는, 중공 형상을 갖고 있다.
일 실시형태에 따른 질화 붕소 입자는, 중공부를 갖는 것에 의해, 중실의 질화 붕소 입자(예를 들면, 질화 붕소의 1차 입자가 응집하여 이루어지는 종래의 질화 붕소 입자)에 비해, 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 예를 들면, 질화 붕소 입자는 수지와 혼합되어 방열재(방열 시트)로서 이용되지만, 이때에, 질화 붕소 입자가 중공부를 가짐으로써, 질화 붕소보다도 가벼운 수지가 중공부에 충전될 수 있기 때문에, 중실의 질화 붕소 입자(예를 들면, 질화 붕소의 1차 입자가 응집하여 이루어지는 종래의 질화 붕소 입자)를 이용한 경우에 비해, 방열재의 경량화를 기대할 수 있다. 또, 질화 붕소 입자의 외각부가 열전도의 역할을 하는 것에 의해, 방열재에 있어서의 적합한 열전도성도 달성할 수 있다. 한편, 질화 붕소 입자의 용도로서, 방열재를 예시했지만, 질화 붕소 입자는, 방열재에 한하지 않고 여러 가지 용도에 이용할 수 있다.
중공부는, 질화 붕소 입자의 외관 형상을 따라 형성되어 있어도 되고, 질화 붕소 입자의 외관 형상과 대략 상사형의 형상이어도 된다. 질화 붕소 입자가 상기와 같은 중공 형상을 갖는 것은, 질화 붕소 입자를 SEM으로 관찰하는 것에 의해 확인할 수 있다.
질화 붕소 입자는, 외각부 및 중공부의 합계 면적에서 차지하는 중공부의 면적 비율이 5% 이상인 단면을 가져도 된다. 질화 붕소 입자의 중공부의 면적 비율은, 질화 붕소 입자의 단면 화상(SEM 화상)을 화상 해석 소프트웨어(예를 들면, 주식회사 마운테크제의 「Mac-view」)에 도입하여 계산하는 것에 의해 구할 수 있다. 질화 붕소 입자는, 방열재에 이용되었을 때의 당해 방열재의 경량화의 관점에서, 상기 면적 비율이, 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 또는 50% 이상인 단면을 가져도 된다. 당해 면적 비율은, 90% 이하 또는 80% 이하여도 된다.
외각부의 두께는, 50μm 이하여도 되고, 질화 붕소 입자의 경량화가 더 도모되는 관점에서, 바람직하게는 30μm 이하이며, 보다 바람직하게는 15μm 이하이다. 외각부의 두께는, 예를 들면 질화 붕소 입자를 포함하는 시트상의 방열재를 성형할 때에, 질화 붕소 입자에 성형압이 가해진 경우라도, 질화 붕소 입자의 형상을 유지하기 쉬운 관점에서, 1μm 이상 또는 3μm 이상이어도 된다. 외각부의 두께는, 질화 붕소 입자의 외각부 및 중공부가 포함되는 단면 화상(SEM 화상)에 있어서, 질화 붕소 입자의 임의의 10개소의 외각부의 두께의 평균치로 정의된다.
질화 붕소 입자에서는, 외각부의 내측(중공부측)에 있어서의 질화 붕소의 밀도가, 외각부의 외측(질화 붕소 입자의 표면측)에 있어서의 질화 붕소의 밀도보다 크다. 외각부의 내측에 있어서의 질화 붕소의 밀도가 외각부의 외측에 있어서의 질화 붕소의 밀도보다 큰 것은, 질화 붕소 입자의 단면을 SEM으로 관찰하는 것에 의해 확인할 수 있다.
일 실시형태에 따른 질화 붕소 입자에서는, 질화 붕소 입자의 외각부의 외측에 있어서의 질화 붕소의 밀도가, 외각부의 내측에 있어서의 질화 붕소의 밀도보다 작은 것에 의해, 질화 붕소 입자에 외력이 가해진 경우에, 외각부의 외측이 외각부의 내측에 비해 우선적으로 변형되기 쉽기 때문에, 당해 외력이 외각부의 외측에서 완화되어, 외각부의 내측으로의 외력의 영향(외력에 의한 외각부의 내측의 변형)이 억제된다. 그 때문에, 예를 들면, 질화 붕소 입자를 수지와 혼합하여 시트상의 방열재를 성형할 때에, 질화 붕소 입자에 성형압이 가해지거나, 질화 붕소 입자끼리가 서로 밀거나 하더라도, 질화 붕소 입자(특히 외각부의 내측)의 형상을 유지한 채로 방열재를 성형할 수 있다. 따라서, 이 질화 붕소 입자를 이용하면, 시트상의 방열재에 있어서 질화 붕소 입자에 의한 전열 경로가 형성되기 쉬워, 적합한 열전도성이 달성될 수 있다고 생각된다.
일 실시형태에 있어서, 외각부는, 복수의 질화 붕소편으로 구성되어 있어도 된다. 질화 붕소편은, 질화 붕소에 의해 형성되어 있고, 예를 들면 인편(鱗片)상의 형상을 갖는 것이어도 된다. 이 경우, 질화 붕소편의 긴 방향의 길이는, 예를 들면, 1μm 이상이어도 되고, 10μm 이하여도 된다. 외각부의 내측에 있어서는, 복수의 질화 붕소편끼리가 서로 겹치도록 배치되어 있어도 된다. 외각부의 외측에 있어서는, 복수의 질화 붕소편이 불규칙하게 배치되어 있어도 된다. 외각부를 구성하는 복수의 질화 붕소편끼리는, 물리적으로 접촉하고 있어도 되고, 화학적으로 결합하고 있어도 된다.
외각부의 외측에 있어서는, 외각부의 내측에 비해, 복수의 질화 붕소편이 보다 불규칙하게 배치(외각부의 내측에 있어서는, 외각부의 외측에 비해, 복수의 질화 붕소편이 보다 규칙적으로 배치)되어 있어도 된다. 외각부의 외측에 있어서는, 외각부의 내측에 비해, 질화 붕소편끼리의 사이의 공극이 보다 많아(외각부의 내측에 있어서는, 외각부의 외측에 비해, 질화 붕소편끼리의 사이의 공극이 보다 적어)져 있어도 된다. 외각부의 외측에 있어서는, 외각부의 내측에 비해, 복수의 질화 붕소편끼리의 접촉 면적이 보다 작아(외각부의 내측에 있어서는, 외각부의 외측에 비해, 복수의 질화 붕소편끼리의 접촉 면적이 보다 커)져 있어도 된다.
외각부의 내측에 있어서, 질화 붕소의 밀도가 큰 것에 의해, 질화 붕소 입자의 강도가 향상될 수 있다. 그 때문에, 질화 붕소 입자를 예를 들면, 수지와 혼합하여 방열재로 했을 때에, 질화 붕소 입자끼리가 서로 겹치더라도 무너지기 어려워지기 때문에, 방열재의 열전도성을 향상시킬 수 있다고 생각된다.
외각부의 외측에 있어서, 질화 붕소의 밀도가 작으면(특히 질화 붕소편이 불규칙하게 배치되어 있으면), 질화 붕소 입자끼리의 접촉점이 많아진다. 그 때문에, 예를 들면, 질화 붕소 입자를 수지와 혼합하여 방열재로 했을 때에, 질화 붕소 입자끼리의 접촉점이 많기 때문에, 질화 붕소 입자간의 전열 경로를 보다 형성하기 쉬워지기 때문에, 방열재의 열전도성을 향상시킬 수 있다고 생각된다.
질화 붕소 입자는, 가늘고 긴 형상을 가져도 된다. 질화 붕소 입자의 어스펙트비는, 1.2 이상, 1.3 이상, 1.4 이상, 1.5 이상, 2.0 이상, 3.0 이상, 5.0 이상, 또는 7.0 이상이어도 되고, 10.0 이하, 9.5 이하, 9.0 이하, 또는 8.0 이하여도 된다.
어스펙트비는, 질화 붕소 입자의 최대 길이(긴 방향의 최대 길이) L1과, 당해 최대 길이 L1을 갖는 방향(긴 방향)에 수직한 방향(짧은 방향)에 있어서의 질화 붕소 입자의 최대 길이(짧은 방향의 최대 길이) L2의 비(L1/L2)로서 정의된다. 질화 붕소 입자의 최대 길이란, 질화 붕소 입자를 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰했을 때에, 1개의 질화 붕소 입자 상의 임의의 2점간의 직선 거리 중 최대가 되는 길이를 의미한다. 최대 길이의 측정은, 관찰 화상(SEM 화상)을 화상 해석 소프트웨어(예를 들면, 주식회사 마운테크제의 「Mac-view」)에 도입하여 행해도 된다.
질화 붕소 입자의 어스펙트비가 클수록, 질화 붕소 입자는 보다 가늘고 긴 형상을 갖는다. 그 때문에, 예를 들면, 질화 붕소 입자를 수지와 혼합하여 방열재로 했을 때에, 질화 붕소 입자의 긴 방향의 열전도율을 향상시킬 수 있다. 또한, 당해 방열재에 있어서, 질화 붕소 입자끼리가 겹치기 쉬워진다. 또, 질화 붕소 입자가 다른 질화 붕소 입자와 겹칠 때에, 가늘고 긴 형상을 갖는 질화 붕소 입자가 비스듬히 겹친다고 생각된다. 따라서, 방열재의 두께 방향으로 나열되는 질화 붕소 입자의 수가 적어져, 질화 붕소 입자간에서의 전열 로스가 적어지기 때문에, 방열재의 열전도성이 보다 우수하다고 생각된다.
질화 붕소 입자의 최대 길이(L1)는, 15μm 이상, 20μm 이상, 25μm 이상, 50μm 이상, 80μm 이상, 100μm 이상, 125μm 이상, 150μm 이상, 또는 200μm 이상이어도 되고, 500μm 이하, 400μm 이하, 300μm 이하, 200μm 이하, 100μm 이하, 50μm 이하, 45μm 이하, 40μm 이하, 35μm 이하, 또는 30μm 이하여도 된다.
질화 붕소 입자의 최대 길이가 큼으로써, 예를 들면, 질화 붕소 입자를 수지와 혼합하여 방열재로 했을 때에, 방열재의 두께 방향으로 나열되는 질화 붕소 입자의 수가 적어져, 질화 붕소 입자간에서의 전열 로스가 적어지기 때문에, 방열재의 열전도성이 보다 우수하다고 생각된다.
질화 붕소 입자가 개구부를 갖는 경우, 당해 개구부는 중공부와 연통하고 있어도 된다. 질화 붕소 입자가 이와 같은 개구부를 가짐으로써, 예를 들면, 질화 붕소 입자를 수지와 혼합하여 방열재로서 이용했을 때에, 질화 붕소 입자보다도 가벼운 수지가 중공부에 충전됨으로써, 열전도율을 가지면서 방열재의 경량화를 기대할 수 있다.
가늘고 긴 형상을 갖는 질화 붕소 입자의 외각부의 외측에 있어서는, 외각부의 내측에 비해, 복수의 질화 붕소편이 질화 붕소 입자의 긴 방향에 대해서 서도록(예를 들면, 질화 붕소편의 긴 방향이 질화 붕소 입자의 긴 방향에 대해서 대략 수직이 되도록) 배치되어 있어도 된다. 가늘고 긴 형상을 갖는 질화 붕소 입자의 외각부의 내측에 있어서는, 외각부의 외측에 비해, 복수의 질화 붕소편이 질화 붕소 입자의 긴 방향을 따라 눕도록(예를 들면, 질화 붕소편의 긴 방향이 질화 붕소 입자의 긴 방향과 대략 평행이 되도록) 배치되어 있어도 된다.
질화 붕소 입자는, 정형이어도 부정형이어도 된다. 질화 붕소 입자의 외관 형상은, 대략 회전 타원체상, 대략 기둥상(대략 원기둥상, 대략 각기둥상 등) 등을 들 수 있다. 질화 붕소 입자는, 예를 들면, 2 이상의 방향으로 분기하는 분기 구조를 갖고 있어도 된다.
질화 붕소 입자는, 실질적으로 질화 붕소만으로 이루어져도 된다. 질화 붕소 입자가 실질적으로 질화 붕소만으로 이루어지는 것은, X선 회절 측정에 있어서, 질화 붕소에서 유래하는 피크만이 검출되는 것에 의해 확인할 수 있다.
질화 붕소 입자는, 일 실시형태에 있어서, 대략 기둥상의 외관을 갖는 질화 붕소 입자(이하, 기둥상 질화 붕소 입자라고도 한다.)여도 된다. 본 명세서에 있어서, 기둥상 질화 붕소 입자의 일단으로부터 타단을 향하는 방향을 축 방향, 당해 축 방향에 대해서 수직한 방향을 직경 방향으로 하고, 질화 붕소 입자의 축 방향의 크기를 높이, 직경 방향의 크기(축 방향에 대한 질화 붕소 입자의 폭의 크기)를 직경으로 한다. 기둥상 질화 붕소 입자에 있어서는, 중공부가 질화 붕소 입자의 외관 형상과 대략 상사형의 형상(대략 기둥상의 형상)이면 되고, 축 방향의 양단이 모두 개구단이며, 당해 개구단이 중공부와 연통하고 있어도 된다.
기둥상 질화 붕소 입자는, 축 방향에 대해서 수직 방향의 단면에 있어서, 질화 붕소에 의해 형성되는 외각부와, 외각부에 둘러싸인 중공부를 갖고, 외각부의 내측에 있어서의 질화 붕소의 밀도가, 외각부의 외측에 있어서의 질화 붕소의 밀도보다 크다. 기둥상 질화 붕소 입자가 이와 같은 구성을 갖는 것은, 당해 단면을 SEM으로 관찰하는 것에 의해 확인할 수 있다.
기둥상 질화 붕소 입자의 축 방향에 대해서 수직 방향의 단면에 있어서, 외각부 및 중공부의 합계 면적에서 차지하는 중공부의 면적 비율, 및 외각부의 두께는 전술한 측정 방법에 의해 측정이 가능하고, 외각부 및 중공부의 합계 면적에서 차지하는 중공부의 면적 비율, 및 외각부의 두께의 크기는 전술한 범위 내여도 된다.
기둥상 질화 붕소 입자의 높이의 최대치는, 15μm 이상, 20μm 이상, 25μm 이상, 50μm 이상, 80μm 이상, 100μm 이상, 125μm 이상, 150μm 이상, 또는 200μm 이상이어도 되고, 500μm 이하, 400μm 이하, 300μm 이하, 200μm 이하, 100μm 이하, 50μm 이하, 45μm 이하, 40μm 이하, 35μm 이하, 또는 30μm 이하여도 된다.
기둥상 질화 붕소 입자의 직경의 최대치는, 1μm 이상, 2μm 이상, 5μm 이상, 10μm 이상, 15μm 이상, 20μm 이상, 25μm 이상, 30μm 이상, 40μm 이상, 또는 50μm 이상이어도 되고, 300μm 이하, 200μm 이하, 150μm 이하, 100μm 이하, 80μm 이하, 70μm 이하, 또는 60μm 이하여도 된다.
기둥상 질화 붕소 입자의 높이의 최대치와 직경의 최대치의 비(높이의 최대치/직경의 최대치)는, 0.3 이상, 0.5 이상, 0.7 이상, 1.0 이상, 1.2 이상, 1.3 이상, 1.4 이상, 1.5 이상, 2.0 이상, 3.0 이상, 5.0 이상, 또는 7.0 이상이어도 되고, 10.0 이하, 9.5 이하, 9.0 이하, 8.0 이하, 7.0 이하, 5.0 이하, 3.0 이하, 2.5 이하, 2.0 이하, 1.5 이하, 1.2 이하, 1.0 이하, 0.7 이하, 또는 0.5 이하여도 된다.
기둥상 질화 붕소 입자의 어스펙트비가 작음으로써, 예를 들면, 수지와 혼합하여 방열재로 했을 때에, 질화 붕소 입자의 충전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 질화 붕소 입자는, 외각부의 내측에 있어서, 질화 붕소의 밀도가 큰 것에 기인하여, 질화 붕소 입자의 강도가 우수하기 때문에, 질화 붕소 입자끼리가 서로 겹치더라도 무너지기 어렵다고 생각된다. 그 때문에, 방열재에 있어서 질화 붕소 입자의 충전성이 향상됨으로써 질화 붕소 입자간의 전열 경로를 보다 형성하기 쉬워지기 때문에, 방열재의 열전도성을 향상시킬 수 있다고 생각된다.
계속해서, 전술한 질화 붕소 입자의 제조 방법에 대하여 이하에 설명한다. 질화 붕소 입자는, 예를 들면, 탄소 재료로 형성된 용기 내에, 탄화 붕소 및 붕산을 함유하는 혼합물과, 탄소 재료로 형성된 기재를 배치하는 공정(배치 공정)과, 용기 내를 질소 분위기로 한 상태에서 가열 및 가압하는 것에 의해, 기재 상에 질화 붕소 입자를 생성시키는 공정(생성 공정)을 구비하는 질화 붕소 입자의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시형태는, 이와 같은 제조 방법이다.
탄소 재료로 형성된 용기는, 상기 혼합물 및 기재를 수용할 수 있는 용기이다. 당해 용기는, 예를 들면 카본 도가니여도 된다. 용기는, 바람직하게는, 개구부에 덮개를 하는 것에 의해, 기밀성을 높일 수 있는 용기이다. 배치 공정에서는, 예를 들면, 혼합물을 용기 내의 저부에 배치하고, 기재를 용기 내의 측벽면이나 덮개의 내측에 고정하도록 배치해도 된다. 탄소 재료로 형성된 기재는, 예를 들면, 시트상, 판상, 또는 봉상이어도 된다. 탄소 재료로 형성된 기재는, 예를 들면, 카본 시트(그래파이트 시트), 카본판, 또는 카본봉이어도 된다.
혼합물 중의 탄화 붕소는, 예를 들면 분말상(탄화 붕소 분말)이어도 된다. 혼합물 중의 붕산은, 예를 들면 분말상(붕산 분말)이어도 된다. 혼합물은, 예를 들면, 탄화 붕소 분말과 붕산 분말을 공지된 방법으로 혼합하는 것에 의해 얻어진다.
탄화 붕소 분말은, 공지된 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 탄화 붕소 분말의 제조 방법으로서는, 예를 들면, 붕산과 아세틸렌 블랙을 혼합한 후, 불활성 가스(예를 들면 질소 가스) 분위기 중에서, 1800∼2400℃에서, 1∼10시간 가열하여, 괴상의 탄화 붕소 입자를 얻는 방법을 들 수 있다. 이 방법에 의해 얻어진 괴상의 탄화 붕소 입자를, 분쇄, 체분리, 세정, 불순물 제거, 건조 등을 적절히 행함으로써 탄화 붕소 분말을 얻을 수 있다.
괴상의 탄소 붕소 입자의 분쇄 시간을 조정하는 것에 의해, 탄화 붕소 분말의 평균 입자경을 조정할 수 있다. 탄화 붕소 분말의 평균 입자경은, 5μm 이상, 7μm 이상, 또는 10μm 이상이어도 되고, 100μm 이하, 90μm 이하, 80μm 이하, 또는 70μm 이하여도 된다. 탄화 붕소 분말의 평균 입자경은, 레이저 회절 산란법에 의해 측정할 수 있다.
탄화 붕소와 붕산의 혼합 비율은, 적절히 선택할 수 있다. 혼합물 중의 붕산의 함유량은, 질화 붕소 입자가 커지기 쉬운 관점에서, 탄화 붕소 100질량부에 대해서, 바람직하게는 2질량부 이상이고, 보다 바람직하게는 5질량부 이상이고, 더 바람직하게는 8질량부 이상이며, 100질량부 이하, 90질량부 이하, 또는 80질량부 이하여도 된다.
탄화 붕소 및 붕산을 함유하는 혼합물은, 다른 성분을 추가로 함유해도 된다. 다른 성분으로서는, 탄화 규소, 탄소, 산화 철 등을 들 수 있다. 탄화 붕소 및 붕산을 함유하는 혼합물이 탄화 규소를 추가로 포함함으로써, 개구단을 갖지 않는 질화 붕소 입자를 얻기 쉬워진다.
용기 내는, 예를 들면 95체적% 이상의 질소 가스를 포함하는 질소 분위기로 되어 있다. 질소 분위기 중의 질소 가스의 함유량은, 바람직하게는 95체적% 이상이고, 보다 바람직하게는 99.9체적% 이상이며, 실질적으로 100체적%여도 된다. 질소 분위기 중에, 질소 가스에 더하여, 암모니아 가스 등이 포함되어도 된다.
가열 온도는, 질화 붕소 입자가 커지기 쉬운 관점에서, 바람직하게는 1450℃ 이상이고, 보다 바람직하게는 1600℃ 이상이며, 더 바람직하게는 1800℃ 이상이다. 가열 온도는, 2400℃ 이하, 2300℃ 이하, 또는 2200℃ 이하여도 된다.
가압할 때의 압력은, 질화 붕소 입자가 커지기 쉬운 관점에서, 바람직하게는 0.3MPa 이상이고, 보다 바람직하게는 0.6MPa 이상이다. 가압할 때의 압력은, 1.0MPa 이하, 또는 0.9MPa 이하여도 된다.
가열 및 가압을 행하는 시간은, 질화 붕소 입자가 커지기 쉬운 관점에서, 바람직하게는 3시간 이상이고, 보다 바람직하게는 5시간 이상이다. 가열 및 가압을 행하는 시간은, 40시간 이하, 또는 30시간 이하여도 된다.
이 제조 방법에 의하면, 전술한 질화 붕소 입자가 탄소 재료로 형성된 기재 상에 생성된다. 따라서, 기재 상의 질화 붕소 입자를 회수하는 것에 의해, 질화 붕소 입자가 얻어진다. 기재 상에 질화 붕소 입자가 생성된 것은, 기재 상에 생성된 입자를 회수하고, 회수한 입자에 대하여 X선 회절 측정을 행하여, 질화 붕소에서 유래하는 피크가 검출되는 것에 의해 확인할 수 있다.
이상과 같이 해서 얻어지는 질화 붕소 입자에 대해서, 특정 범위의 최대 길이를 갖는 질화 붕소 입자만이 얻어지도록 분급하는 공정(분급 공정)을 실시해도 된다.
이상과 같이 해서 얻어지는 질화 붕소 입자는, 수지와 혼합하여 수지 조성물로서 이용할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시형태는, 상기의 질화 붕소 입자와, 수지를 함유하는 수지 조성물이다.
수지로서는, 예를 들면, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 실리콘 고무, 아크릴 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 유레아 수지, 불포화 폴리에스터, 불소 수지, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리에터이미드, 폴리뷰틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 에터, 폴리페닐렌 설파이드, 전방향족 폴리에스터, 폴리설폰, 액정 폴리머, 폴리에터설폰, 폴리카보네이트, 말레이미드 변성 수지, ABS(아크릴로나이트릴-뷰타다이엔-스타이렌) 수지, AAS(아크릴로나이트릴-아크릴 고무·스타이렌) 수지, AES(아크릴로나이트릴·에틸렌·프로필렌·다이엔 고무-스타이렌) 수지 등을 들 수 있다.
질화 붕소 입자의 함유량은, 수지 조성물을 방열재로서 이용하는 경우, 방열재의 열전도율을 향상시켜, 우수한 방열 성능이 얻어지기 쉬운 관점에서, 수지 조성물의 전체 체적을 기준으로 해서, 30체적% 이상, 40체적% 이상, 50체적% 이상, 또는 60체적% 이상이어도 된다. 질화 붕소 입자의 함유량은, 수지 조성물을 시트상의 방열재로 성형할 때에 공극이 발생하는 것을 억제하여, 시트상의 방열재의 절연성 및 기계 강도의 저하를 억제할 수 있는 관점에서, 수지 조성물의 전체 체적을 기준으로 해서, 85체적% 이하, 80체적% 이하, 70체적% 이하, 60체적% 이하, 50체적% 이하, 또는 40체적% 이하여도 된다.
수지의 함유량은, 수지 조성물의 용도, 요구 특성 등에 따라서 적절히 조정해도 된다. 수지의 함유량은, 수지 조성물의 전체 체적을 기준으로 해서, 예를 들면, 15체적% 이상, 20체적% 이상, 30체적% 이상, 40체적% 이상, 50체적% 이상, 또는 60체적% 이상이어도 되고, 70체적% 이하, 60체적% 이하, 50체적% 이하, 또는 40체적% 이하여도 된다.
수지 조성물은, 수지를 경화시키는 경화제를 추가로 함유하고 있어도 된다. 경화제는, 수지의 종류에 따라서 적절히 선택된다. 예를 들면 에폭시 수지와 함께 이용되는 경화제로서는, 페놀 노볼락 화합물, 산 무수물, 아미노 화합물, 이미다졸 화합물 등을 들 수 있다. 경화제의 함유량은, 수지 100질량부에 대해서, 예를 들면, 0.5질량부 이상 또는 1.0질량부 이상이어도 되고, 15질량부 이하 또는 10질량부 이하여도 된다.
수지 조성물은, 그 밖의 성분을 추가로 함유해도 된다. 그 밖의 성분은, 경화 촉진제(경화 촉매), 커플링제, 습윤 분산제, 표면 조정제 등이어도 된다.
경화 촉진제(경화 촉매)로서는, 테트라페닐포스포늄 테트라페닐보레이트, 트라이페닐포스페이트 등의 인계 경화 촉진제, 2-페닐-4,5-다이하이드록시메틸이미다졸 등의 이미다졸계 경화 촉진제, 삼불화 붕소 모노에틸아민 등의 아민계 경화 촉진제 등을 들 수 있다.
커플링제로서는, 실레인계 커플링제, 타이타네이트계 커플링제, 및 알루미네이트계 커플링제 등을 들 수 있다. 이들 커플링제에 포함되는 화학 결합기로서는, 바이닐기, 에폭시기, 아미노기, 메타크릴기, 머캅토기 등을 들 수 있다.
습윤 분산제로서는, 인산 에스터염, 카복실산 에스터, 폴리에스터, 아크릴 공중합물, 블록 공중합물 등을 들 수 있다.
표면 조정제로서는, 아크릴계 표면 조정제, 실리콘계 표면 조정제, 바이닐계 표면 조정제, 불소계 표면 조정제 등을 들 수 있다.
수지 조성물은, 예를 들면, 일 실시형태에 따른 질화 붕소 입자를 준비하는 공정(준비 공정)과, 질화 붕소 입자를 수지와 혼합하는 공정(혼합 공정)을 구비하는, 수지 조성물의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시형태는, 이와 같은 수지 조성물의 제조 방법이다. 혼합 공정에서는, 질화 붕소 입자 및 수지에 더하여, 전술한 경화제나 그 밖의 성분을 추가로 혼합해도 된다.
일 실시형태에 따른 수지 조성물의 제조 방법은, 질화 붕소 입자를 분쇄하는 공정(분쇄 공정)을 추가로 구비해도 된다. 분쇄 공정은, 준비 공정과 혼합 공정 사이에 행해져도 되고, 혼합 공정과 동시에 행해져도 된다(질화 붕소 입자를 수지와 혼합함과 동시에, 질화 붕소 입자를 분쇄해도 된다).
상기의 수지 조성물은, 예를 들면 방열재로서 이용할 수 있다. 방열재는, 예를 들면, 수지 조성물을 경화시키는 것에 의해 제조할 수 있다. 수지 조성물을 경화시키는 방법은, 수지 조성물이 함유하는 수지(및 필요에 따라서 이용되는 경화제)의 종류에 따라서 적절히 선택된다. 예를 들면, 수지가 에폭시 수지이고, 전술한 경화제가 함께 이용되는 경우, 가열에 의해 수지를 경화시킬 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
괴상의 탄화 붕소 입자를 분쇄기에 의해 분쇄하여, 평균 입자경이 10μm인 탄화 붕소 분말을 얻었다. 얻어진 탄화 붕소 분말 100질량부와, 붕산 9질량부를 혼합하여, 카본 도가니에 충전하고, 카본 도가니의 개구부를 카본 시트(NeoGraf사제)로 덮고, 카본 도가니의 덮개와 카본 도가니로 카본 시트를 협지함으로써, 카본 시트를 고정했다. 덮개를 한 카본 도가니를 저항 가열로 내에서, 질소 가스 분위기하에서, 2000℃, 0.85MPa의 조건에서 20시간 가열함으로써, 카본 시트 상에 입자가 생성되었다.
카본 시트 상에 생성된 입자를 회수하고, 회수한 입자를 X선 회절 장치(주식회사 리가쿠제, 「ULTIMA-IV」)를 이용하여 측정한 바, 질화 붕소에서 유래하는 피크만이 검출되어, 질화 붕소 입자가 얻어진 것을 확인할 수 있었다. 얻어진 질화 붕소 입자의 X선 회절 측정 결과, 및 비교 대상으로서 덴카 주식회사제의 질화 붕소 분말(GP 그레이드)의 X선 회절 측정 결과를 각각 도 1에 나타낸다.
얻어진 질화 붕소 입자의 SEM 화상을 도 2에 나타낸다. 얻어진 중공 형상의 질화 붕소 입자 중 하나(도 2에 있어서 화살표로 나타낸 질화 붕소 입자)의 최대 길이는 218μm, 어스펙트비는 3.1이었다. 또한, 얻어진 질화 붕소 입자의 긴 방향에 수직한 단면을 SEM으로 관찰한 SEM 화상을 도 3에 나타낸다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 질화 붕소 입자가, 질화 붕소에 의해 형성되는 외각부와, 외각부에 둘러싸인 중공부를 갖는 것, 및 외각부의 내측에 있어서의 질화 붕소의 밀도가, 외각부의 외측에 있어서의 질화 붕소의 밀도보다 큰 것을 확인할 수 있었다. 단면을 SEM으로 관찰한 질화 붕소 입자에서는, 외각부 및 중공부의 합계 면적에서 차지하는 중공부의 면적 비율은 53%이고, 외각부의 두께는 3.2μm였다.

Claims (5)

  1. 질화 붕소에 의해 형성되는 외각(外殼)부와, 상기 외각부에 둘러싸인 중공부를 갖고,
    상기 외각부의 내측에 있어서의 상기 질화 붕소의 밀도가, 상기 외각부의 외측에 있어서의 상기 질화 붕소의 밀도보다 큰, 질화 붕소 입자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외각부의 상기 외측에는, 복수의 질화 붕소편이 불규칙하게 배치되어 있는, 질화 붕소 입자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 질화 붕소 입자와, 수지를 함유하는 수지 조성물.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 질화 붕소 입자를 준비하는 공정과,
    상기 질화 붕소 입자를 수지와 혼합하는 공정을 구비하는, 수지 조성물의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 질화 붕소 입자를 분쇄하는 공정을 추가로 구비하는, 수지 조성물의 제조 방법.
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