TWI583622B - 耐水性氮化鋁粉末之製造方法 - Google Patents

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Description

耐水性氮化鋁粉末之製造方法
本發明係關於耐水性氮化鋁粉末之新穎的製造方法。
氮化鋁係具有導熱性、電絕緣性優良之特性的物質。作為適合作為散熱填料之氮化鋁粉末之製造方法，專利文獻1中揭示了將氧化鋁或氧化鋁水合物、碳粉末、與含有稀土類金屬元素之化合物的混合粉末，在含氮環境中、指定之溫度下燒成，藉以進行氧化鋁(或氧化鋁水合物)之還原氮化的方法。
依照專利文獻1記載之製造方法，藉由使用稀土類金屬化合物(共熔解劑)，可使所製造之氮化鋁粉末的粒徑增大，可得到具有有用於作為填料之大小的大致球狀之氮化鋁粒子。
另一方面，氮化鋁亦具有容易水解之性質。藉由以水解而生成氫氧化鋁，氮化鋁之優良特性會失去，因氨的生成，會產生操作上之問題或腐蝕等問題。
因而，為了賦予氮化鋁粉末耐水性，提出有使磷酸化合物與氮化鋁粉末接觸之磷酸化合物處理(專利文獻2、3)、或矽烷偶合處理(專利文獻4)等之各種方法。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開WO2012/043574號
[專利文獻2]日本特開2002-226207號公報
[專利文獻3]國際公開WO2012/147999號
[專利文獻4]日本特開2004-083334號公報
但是，專利文獻1記載之製造方法中，經本發明者等的試驗得知，使用氧化釔作為稀土類金屬化合物(共熔解劑)時，即使將所得之氮化鋁粉末以磷酸化合物處理，亦無法對氮化鋁粉末賦予充分的耐水性。本發明者等進一步調查的結果，獲致了於專利文獻1記載之製造方法中，在使用氧化釔作為共熔解劑時得到之氮化鋁粉末的表面，釔係以其氧化物之氧化釔的形式存在的見解。
本發明係以提供對於粒子表面存在有氧化釔的氮化鋁粉末可賦予良好的耐水性之耐水性氮化鋁粉末之 製造方法作為課題。
本發明者等探討的結果，發現了存在於氮化鋁粉末粒子表面的氧化釔，可藉由酸溶液有效地去除、以及藉由在使粒子表面存在之氧化釔充分地減少後進行以磷酸化合物之耐水化處理，可對氮化鋁粉末賦予良好的耐水性，而完成了本發明。
本發明係一種耐水性氮化鋁粉末之製造方法，其係藉由處理氮化鋁粉末之粒子表面來製造耐水性氮化鋁粉末之方法，其特徵為依下述順序具有(i)使至少於粒子表面存在有氧化釔之氮化鋁粉末、與酸溶液接觸之步驟；及(ii)使前述氮化鋁粉末與磷酸化合物接觸之步驟，且前述步驟(i)之後對經濾過、水洗、及乾燥之氮化鋁粉末進行以1mol/L鹽酸之萃取操作時所萃取之氧化釔的量，相對於前述經濾過、水洗、及乾燥之氮化鋁粉末100g，為1000mg以下。
此處，關於氮化鋁粉末，「至少於粒子表面存在有氧化釔」，可藉由(A)將該氮化鋁粉末之粒子以掃描電子顯微鏡(加速電壓1.0kV、反射電子檢測模式)觀察時，在粒子表面觀察到較其他部位對比更高(白色)的部位、且(B)於該氮化鋁粉末之粉末X射線繞射觀察 到氧化釔存在而得到確認。再者在粉末X射線繞射中氧化釔的存在可藉由在2θ=29°之位置觀察到波峰而得到確認。
上述「所萃取之氧化釔的量」，係藉由依序進行以下步驟(a)至(e)來決定。
(a)將上述經濾過、水洗、及乾燥之氮化鋁粉末10g，於25℃添加至50mL試樣瓶中之1mol/L鹽酸25mL中的步驟；(b)將試樣瓶保持於浸漬在超音波槽中之水中的狀態，於25℃施加43kHz之超音波30分鐘的步驟；(c)藉由將試樣瓶中的內容物過濾而得到濾液的步驟；(d)將濾液中之釔含量藉由ICP發光分光法定量的步驟；及(e)將濾液中之釔含量換算為作為氧化釔之含量的步驟。
此處步驟(b)中使用之超音波槽，較佳可採用BRANSON製BRANSONIC桌上型超音波洗淨器(槽內尺寸：寬度295×深度150×高度150mm、槽容量：6.0L、超音波輸出：120W)。又，將試樣瓶保持於超音波槽中時的深度，較佳可採用由試樣瓶之底部外表面至超音波槽之水面的距離成為40mm的深度。再者試樣瓶係使用本體為玻璃製者。
本申請案中，「磷酸化合物」，係指包含具 有以下述一般式(1)表示之基的全部酸性磷化合物及該等之鹽的概念。
本發明中之原料的氮化鋁粉末，可適合使用平均粒徑1~30μm、更佳為3~30μm之氮化鋁粉末。
再者本申請案中，「平均粒子徑」意指對應於藉由雷射繞射散射法測定之粒度分布(體積分布)的中間值之等球徑(sphere equivalent diameter)(直徑)。以雷射繞射散射法之粒度分布測定，可藉由市售之雷射繞射散射式粒度分布測定裝置(例如日機裝(股)製MT3300等)進行。
較佳為，上述步驟(i)中之酸溶液的溶劑為水、且該酸溶液之pH為4以下。酸溶液之pH更佳為3以下。
較佳為，上述步驟(ii)中之磷酸化合物，為由無機磷酸、無機磷酸之金屬鹽、及具有有機基之有機磷酸中選出之1種以上的化合物。
本申請案中，「無機磷酸」或單稱為「磷酸」，不僅指正磷酸H3PO4，亦包含焦磷酸H4P2O7及進一步高次之縮合磷酸Hn+2PnO3n+1、以及偏磷酸(多磷酸) (HPO3)n的概念。又，本申請案中之「有機磷酸」，意指具有有機基之磷酸化合物，不僅指磷酸之不完全酯，亦包含膦酸及其不完全酯的概念。
較佳為，上述步驟(ii)中，氮化鋁粉末之每單位表面積之磷酸化合物的附著量，以正磷酸離子(PO4 3-)換算為0.5~50mg/m2、更佳為1~10mg/m2。
此處，磷酸化合物對氮化鋁粉末之附著量，係基於上述步驟(ii)中使用之磷酸化合物之量(X)、及上述步驟(ii)中使用之磷酸化合物當中未附著於氮化鋁粉末之磷酸化合物之量(Y)，由式(X-Y)算出。例如藉由使氮化鋁粒子分散於磷酸化合物溶液中來進行步驟(ii)，步驟(ii)之後不經過其他固液分離處理(例如濾過、傾析等)，而藉由將混合物蒸發乾涸得到耐水性氮化鋁粉末時，磷酸化合物溶液中所含之磷酸化合物之量為X、Y=0。又，例如藉由使氮化鋁粒子分散於磷酸化合物溶液中來進行步驟(ii)，步驟(ii)之後藉由將氮化鋁粒子濾過及乾燥而得到耐水性氮化鋁粉末時，磷酸化合物溶液中所含之磷酸化合物之量為X、濾液中所含之磷酸化合物之量為Y。
將磷酸化合物之附著量換算為正磷酸離子(PO4 3-)之量時，磷酸化合物之磷原子1mol係對應於正磷酸離子(PO4 3-)1mol者。
「氮化鋁粉末之每單位表面積之磷酸化合物的附著量」，係基於原料氮化鋁粉末之以BET法而得之比表面 積(S)、及換算為正磷酸離子之量的磷酸化合物之附著量(Z)，藉由式(Z/S)算出。
依照本發明之耐水性氮化鋁粉末之製造方法，可對釔以氧化物之形態存在於粒子表面的氮化鋁粉末，賦予良好的耐水性。
[圖1]說明本發明之一實施形態之耐水性氮化鋁粉末之製造方法的流程圖。
[圖2]說明本發明之其他實施形態之耐水性氮化鋁粉末之製造方法的流程圖。
[圖3]實施例1中準備之原料氮化鋁粉末粒子的掃描電子顯微鏡(SEM)像。
[圖4]實施例1中準備之原料氮化鋁粉末的粉末X射線繞射之結果。
以下，一邊參照圖式，一邊說明本發明之實施形態。再者，以下所示形態為本發明之例示，本發明並不限定於該等形態。又，若無特別指明，關於數值範圍之「A~B」的表記為意指「A以上B以下」者。該表記中僅 數值B附有單位時，指該單位亦適用於數值A。
圖1係說明本發明之一實施形態之耐水性氮化鋁粉末之製造方法S1(以下亦有單稱為「製造方法S1」者)的流程圖。如圖1所示，製造方法S1係依序具有酸洗步驟S11、固液分離步驟S12、磷酸化合物處理步驟S13、與後處理步驟S14。以下對各步驟依序說明。
<酸洗步驟S1>
酸洗步驟S1(以下亦有略記為「S1」者)，係為使至少於粒子表面存在有氧化釔之氮化鋁粉、與酸溶液接觸之步驟。酸洗步驟S1中之氮化鋁粉末與酸溶液的接觸，例如，可藉由使氮化鋁粉末分散於酸溶液中的方法、或將使氮化鋁粉末分散於溶劑(例如水等)中之漿料與酸溶液混合的方法等來進行。
(原料氮化鋁粉末)
本發明中，原料之氮化鋁粉末，只要於粒子表面存在有氧化釔，則無特殊限制。
此處，「於粒子表面存在有氧化釔」，係包含全部之於氮化鋁粉末之粒子之表面存在有氧化釔之狀態。作為如此之狀態，可列舉例如氮化鋁粉末之粒子之一部分或全部被含有氧化釔之層所被覆之狀態；氧化釔之粒子附著於氮化鋁粉末之粒子表面的狀態；氮化鋁粉末之粒子係氮化鋁結晶粒子藉由隔著粒界相燒結而形成，於粒界 相含有氧化釔之狀態等。
於上述粒子表面存在有氧化釔之氮化鋁粉末，係以任何方法所得者均可。例如，可為藉由以往公知之製造方法即直接氮化法、還原氮化法、氣相合成法等而得者；或使氮化鋁粉末成形、燒成者。
其中，作為本發明中適合的氮化鋁粉末，尤可列舉如專利文獻1記載之藉由將含有氧化鋁或氧化鋁水合物、碳粉末、與氧化釔之混合粉末，在氮環境中燒成，以將氧化鋁(或氧化鋁水合物)還原氮化之方法所得之氮化鋁粉末。
具體而言，可舉例藉由將100質量份之氧化鋁或氧化鋁水合物、0.5至30質量份之氧化釔、與38至46質量份之碳粉末混合，將所得之混合物在含氮環境下，於1620~1900℃之溫度保持2小時以上，以使氧化鋁或氧化鋁水合物還原氮化藉以得到的氮化鋁粉末。如此方式所製造之氮化鋁粉末，作為其製造方法之結果，係成為粒子表面之一部分或全部被含有氧化釔之層所被覆的狀態。
原料之氮化鋁粉末的粒度，係依照用途而適當決定者，並無特殊限制。原料之氮化鋁粉末的平均粒徑(對應於藉由雷射繞射散射法測定之體積分布的中間值之等球徑)通常為0.1~500μm、較佳為1~100μm、更佳為1~30μm、又更佳為3~30μm。又，粉末之形狀亦無特殊限制，可為不定形、球狀等。惟較佳為球狀。
(酸溶液)
酸洗步驟S1中，與氮化鋁粉末接觸之酸溶液，可使用能夠溶解氧化釔之公知酸溶液，溶劑較佳為使用水。上述酸可使用後述磷酸化合物以外之酸，具體而言適合使用氯化氫、硝酸、硫酸、過氯酸、碘化氫、溴化氫、過錳酸、硫氰酸等強酸。
酸溶液之濃度並無特殊限定，較佳為0.1mol/L以上、更佳為1mol/L以上。酸溶液之濃度過低時氧化釔不易溶解。再者，藉由混合氮化鋁粉末分散於溶劑中之漿料與酸溶液，來進行氮化鋁粉末與酸溶液之接觸時，藉由該漿料所含有的溶劑稀釋酸溶液後之濃度較佳為上述範圍內。酸溶液之溶劑為水時，酸溶液之pH較佳為4以下、更佳為3以下。
(處理條件)
氮化鋁粉末與酸溶液接觸之溫度並無特殊限定，通常為5℃~100℃、較佳為20℃~40℃。溫度過低時氧化釔之溶解度下降，故效率不佳；溫度過高時則有促進氮化鋁水解之虞。
使氮化鋁粉末與酸溶液接觸時之氮化鋁粉末(固體成分)的濃度並無特殊限定，相對於氮化鋁粉末與酸溶液之混合物總量，較佳為10~50質量%、更佳為20~40質量%。氮化鋁粉末之濃度過高時，氧化釔不易溶 解；過低時則生產性降低。
使氮化鋁粉末與酸溶液接觸之時間雖隨著溫度、濃度等條件而相異，但通常為5分鐘~24小時、較佳為30分鐘~2小時接觸即可。接觸時間過短則氧化釔有不充分溶解之虞；過長時則有進行氮化鋁之水解之虞。
(殘存氧化釔量)
酸洗步驟S1後氮化鋁粉末之粒子表面的氧化釔量，只要減低至不妨礙後述磷酸化合物之表面處理的量即可。對於酸洗步驟S1之後經濾過及乾燥的氮化鋁粉末，進行以1mol/L鹽酸之萃取操作時所萃取之氧化釔的量，較佳為1000mg/100g(氮化鋁粉末)以下、更佳為250mg/100g(氮化鋁粉末)以下。
此處，上述「所萃取之氧化釔的量」，係藉由依序進行以下步驟(a)至(e)而決定之值。
(a)將上述經濾過及乾燥之氮化鋁粉末10g，於25℃添加至50mL試樣瓶中之1mol/L鹽酸25mL中的步驟；(b)將試樣瓶保持在浸漬於超音波槽中之水中的狀態，於25℃施加43kHz之超音波30分鐘的步驟；(c)藉由將試樣瓶中之內容物過濾而得到濾液之步驟；(d)藉由ICP發光分光法定量濾液中之釔含量的步驟；及 (e)將濾液中之釔含量換算為作為氧化釔之含量的步驟。
再者，專利文獻1記載之氮化鋁粉末之製造方法中，相對於使用氧化釔作為稀土類金屬化合物而得之氮化鋁粉末，進行上述步驟(a)至(f)時所萃取之氧化釔的量，為2000mg/100g(氮化鋁粉末)以上。
<固液分離步驟S12>
固液分離步驟S12(以下亦有略記為「S12」者)，係於S11之後，使酸溶液與氮化鋁粉末分離的步驟。S12中之分離的具體方法，可舉例過濾、傾析、離心分離、及該等之組合等。S12中，較佳為對由酸溶液分離之氮化鋁粉末進一步進行水等之洗淨處理，由氮化鋁粉末去除酸。
與酸溶液之接觸後的氮化鋁粉末，例如可在分散於水的狀態、或過濾後之含水狀態，供後段的處理。又，亦可使氮化鋁粉末乾燥後供後段的處理。惟，由可節約乾燥操作所必要之能源、及氮化鋁粉末對磷酸溶液中之分散性良好而言，較佳為於含有水的狀態供後段的處理(與磷酸化合物之接觸處理)。
<磷酸化合物處理步驟S13>
磷酸化合物處理步驟S13(以下亦有略記為「S13」者)，係使經過S12之氮化鋁粉末與磷酸化合物接觸的步驟。S13中使氮化鋁粉末與磷酸化合物接觸之方法，可無 特殊限制地採用公知之方法。可列舉例如將氮化鋁粉末分散於磷酸化合物溶液中之方法、或使氮化鋁粉末捏合於磷酸化合物溶液，成為糊狀之方法等。將氮化鋁粉末分散於磷酸化合物溶液中時，可使用分散器、均質機、超音波分散機等公知之裝置。
(磷酸化合物)
S13中之磷酸化合物，可無特殊限制地使用氮化鋁粉末之耐水化所使用之公知磷酸化合物。S13中可使用之磷酸化合物的例子，可列舉正磷酸、焦磷酸、偏磷酸等之無機磷酸；磷酸鋰、磷酸鉀、磷酸鈉、磷酸氫鋁、磷酸二氫鋁等之無機磷酸金屬鹽；磷酸銨、磷酸氫銨、磷酸二氫銨等之無機磷酸銨鹽；及具有有機基之有機磷酸。較佳之有機磷酸，可列舉以下述一般式(2)表示之有機磷酸。
(式(2)中、n為0或1；R1為碳數1~12之烴基；R2為氫或碳數1~12之烴基)。
上述以一般式(2)表示之有機磷酸的較佳具體例，可列舉甲基磷酸(磷酸單甲酯或磷酸二甲酯或該等之混合物)、乙基磷酸(磷酸單乙酯或磷酸二乙酯或該等之混合物)、丙基磷酸(磷酸單丙酯或磷酸二丙酯或該等 之混合物)、丁基磷酸(磷酸單丁酯或磷酸二丁酯或該等之混合物)、戊基磷酸(磷酸單戊酯或磷酸二戊酯或該等之混合物)、己基磷酸(磷酸單己酯或磷酸二己酯或該等之混合物)、辛基磷酸(磷酸單辛酯或磷酸二辛酯或該等之混合物)、十二烷基磷酸(磷酸單十二烷酯或磷酸二(十二烷酯)或該等之混合物)等之磷酸不完全酯；甲基膦酸、乙基膦酸、丙基膦酸、丁基膦酸、戊基膦酸、己基膦酸、辛基膦酸、乙烯基膦酸、苯基膦酸等之膦酸。膦酸亦可經不完全酯化。
上述之磷酸化合物可一種單獨使用、亦可組合二種以上使用。上述磷酸化合物之中，尤以使用由無機磷酸、無機磷酸之金屬鹽、及有機磷酸中選出之1種以上較佳。
上述磷酸化合物，係推測藉由與氮化鋁粉末之接觸，與表面之鋁反應而形成磷酸鋁鍵結(Al-O-P鍵結)，藉由以磷酸鋁層被覆氮化鋁粉末，而發揮耐水性。
(處理條件)
S13中，使氮化鋁粉末與磷酸化合物接觸時的條件，可無特殊限制地採用公知之條件。例如接觸時間通常可為1~120分鐘，又，接觸時之溫度通常可為0~90℃。
<後處理步驟S14>
後處理步驟S14(以下亦有略記為「S14」者)，係 由S13中所得之氮化鋁粉末與磷酸化合物溶液之混合物中作為耐水性氮化鋁粉末而取出之步驟。S14之具體態樣可列舉例如：(A)藉由使溶劑自混合物蒸發而使混合物乾涸之態樣；(B)由混合物濾過氮化鋁粉末，將濾過之氮化鋁粉末乾燥之態樣；及(C)由混合物濾過氮化鋁粉末，以適當之溶劑(例如水等)洗淨後乾燥之態樣等。
後處理步驟S14中，亦可對於上述所得之耐水性氮化鋁粉末，進一步進行於100~1000℃之加熱處理。藉由如此的加熱處理，可使耐水性氮化鋁粉末之耐水性進一步提高。
關於本發明之上述說明中，雖舉例將經過固液分離步驟S12之氮化鋁粉末直接供磷酸化合物處理步驟S13之形態的耐水性氮化鋁粉末之製造方法S1，但本發明不限定於該形態。例如，亦可為於經過固液分離步驟S12後，於磷酸化合物處理步驟S13之前，進行用以提高於S13之磷酸化合物處理的效率之處理的形態之耐水性氮化鋁粉末之製造方法。如此形態之耐水性氮化鋁粉末之製造方法係如以下說明。
圖2係說明本發明之其他實施形態之耐水性氮化鋁粉末之製造方法S2(以下亦有稱為「製造方法S2」者)的流程圖。如圖2所示，製造方法S2係依序具有酸洗步驟S11、固液分離步驟S12、氧化膜形成步驟S22、磷酸化合物處理步驟S13、與後處理步驟S14。關於氧化膜形成步驟S22以外之步驟係與製造方法S1中同名 之步驟相同。
<氧化膜形成步驟S22>
氧化膜形成步驟S22(以下亦有略記為「S22」者)，係為於經過酸洗步驟S11及固液分離步驟S12而降低了粒子表面之氧化釔的氮化鋁粉末之粒子表面，形成氧化膜之步驟。藉由經過S22，可提高與磷酸化合物之反應性。作為S22中形成氧化膜之方法，可採用公知之氧化膜形成方法。S22中所形成之氧化膜之量，較佳為原料氮化鋁粉末之每單位表面積(BET法)存在有以氧換算為0.001~0.1g/m2的氧化鋁程度之量。氮化鋁粉末之粒子表面的氧化膜量，可藉由使用氧．氮分析裝置(例如商品名：EMGA-620W、堀場製作所製)，且使用氦氣作為惰性氣體而以惰性氣體熔解-紅外線吸收檢測法來定量氮化鋁粉末之氧濃度，由該氧濃度藉以下之式決定。
氧化膜量=氧濃度(wt%)/(BET比表面積(m2/g)×100)
<用途>
藉由本發明所製造之耐水性氮化鋁粉末，可廣泛使用於作為活用氮化鋁性質之各種用途，特別是作為填充於散熱片、散熱膏、散熱接著劑、塗料、導熱性樹脂等之散熱材料的填料。
此處散熱材料之基質，可列舉環氧樹脂、酚樹脂等之熱硬化性樹脂，或聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚碳酸酯、聚醯亞胺、聚苯硫醚等之熱可塑性樹脂，又聚矽氧橡膠、EPR、SBR等之橡膠類，聚矽氧油。
該等之中，散熱材料之基質，適合者為例如環氧系樹脂、聚矽氧系樹脂，欲作為高柔軟性散熱構件，則期望為加成反應型液狀聚矽氧橡膠。
[實施例]
以下，基於實施例及比較例，更具體地說明本發明。惟本發明不受該等實施例限定。
實施例中，如下所述方式進行各種測定。
(平均粒子徑)
藉由雷射繞射散射式粒度分布測定裝置(日機裝(股)製MT3300)測定粒度分布(體積分布)，以對應於其中間值之等球徑(直徑)作為平均粒子徑。
(比表面積)
以BET一點法進行測定。
(藉由鹽酸萃取所萃取之氧化釔量)
藉由依序進行以下步驟(a)至(f)來決定。
(a)與酸溶液之接觸後，將經濾過、水洗、及乾燥 之氮化鋁粉末10g，於25℃添加至50mL試樣瓶(AS ONE製螺旋管瓶No.7、本體為硼矽酸玻璃製)中之1mol/L鹽酸25mL中。
(b)將試樣瓶保持於浸漬於超音波槽(BRANSON製BRANSONIC桌上型超音波洗淨器、槽內尺寸：寬度295×深度150×高度150mm、槽容量：6.0L、超音波輸出：43kHz、120W)中之水(5L)中的狀態，於25℃施加43kHz之超音波30分鐘。再者由超音波槽之水面至試樣瓶之底部外側表面的深度設為40mm。
(c)藉由將試樣瓶中之內容物過濾，得到濾液。
(d)藉由ICP發光分光法定量濾液中之釔含量。
(e)將濾液中之釔含量換算為作為氧化釔之含量。
(f)將換算過的氧化釔含量，換算為上述「與酸溶液接觸後，將經濾過、水洗、及乾燥之氮化鋁粉末」每100g之值。
(氧化膜量)
使用氧．氮分析裝置(商品名：EMGA-620W、堀場製作所製)，使用氦氣作為惰性氣體，以惰性氣體熔解-紅外線吸收檢測法定量氮化鋁粉末之氧濃度。由所得之氧濃度藉由下述式算出氧膜量。
氧化膜量=氧濃度(wt%)/(比表面積(m2/g)×100)
(耐水性試驗)
將經過磷酸處理步驟而得之耐水性氮化鋁粉末2g分散於室溫之純水100g中，以pH試紙測定分散液之pH後，將此分散液填充至壓力容器，加熱至120℃，保持24小時後，藉由水冷冷卻至室溫，以pH試紙再度測定分散液之pH，記錄加熱前與加熱後之2個pH值。加熱後之pH若較加熱前之pH上昇，則意指氮化鋁之水解進行。
<實施例1> (原料氮化鋁粉末之準備)
使用平均粒子徑1.2μm、比表面積10.7m2/g之α-氧化鋁作為Al源，使用比表面積125m2/g之碳黑作為碳粉末，使用平均粒子徑1.0μm、比表面積11.7m2/g之氧化釔作為稀土類金屬化合物(共熔解劑)。
將上述α-氧化鋁100質量份、碳黑42質量份、及氧化釔5.2質量份混合後，將混合物填充至石墨之承載板。
接著，在氮環境下，藉由以燒成溫度1700℃、燒成時間15小時之條件的燒成進行還原氮化後，空氣環境下於700℃進行12小時氧化處理(脫碳處理)，得到原料氮化鋁粉末。所得之原料氮化鋁粉末的平均粒徑為5μm。又，由所得之原料氮化鋁粉末藉由鹽酸萃 取所萃取之氧化釔的量，相對於原料氮化鋁粉末100g為5000mg。將所得之原料氮化鋁粉末的掃描電子顯微鏡(SEM)像(反射電子檢測、加速電壓1.0kV、倍率1萬倍)示於圖3。又，將所得之原料氮化鋁粉末之粉末X射線繞射的結果及波峰之特性分析示於圖4。由圖3及圖4，可確認於粒子表面存在有氧化釔。
(酸洗步驟)
將上述所得之原料氮化鋁粉末500g與1mol/L濃度之鹽酸1200mL置入5L燒杯，於室溫以攪拌器攪拌1小時，進行與酸溶液之接觸處理。
(固液分離步驟)
接著，藉由吸引過濾，由酸溶液濾過氮化鋁粉末，進行水洗淨後，回收氮化鋁粉末。上述藉由鹽酸萃取，由與酸溶液之接觸後的氮化鋁粉末所萃取之氧化釔的量，相對於乾燥之經酸洗過的氮化鋁粉末100g為200mg。
(磷酸化合物處理步驟及後處理步驟)
將上述與酸溶液之接觸後的氮化鋁粉末分散於0.5wt%濃度之正磷酸水溶液0.6L，進行30分鐘漿葉攪拌(使用攪拌翼攪拌)後，使分散液乾涸得到耐水性氮化鋁粉末。
對所得之耐水性氮化鋁粉末實施耐水性試驗 的結果，相對於加熱前之pH=6.5，加熱後之pH=6.5，得知未進行氮化鋁之水解。
<實施例2>
除了將酸溶液變更為1mol/L硝酸以外，係與實施例1同樣方式製造耐水性氮化鋁粉末。
藉由鹽酸萃取，由與酸溶液之接觸後的氮化鋁粉末所萃取之氧化釔的量，相對於乾燥之經酸洗過的氮化鋁粉末100g為200mg。又，與磷酸化合物之接觸後的氮化鋁粉末耐水性試驗之結果，相對於加熱前之pH=6.5，加熱後之pH=6.5，得知未進行氮化鋁之水解。
<實施例3> (酸洗步驟及固液分離步驟)
於5L燒杯中置入於實施例1準備之原料氮化鋁粉末500g與1mol/L鹽酸1200mL，於室溫以攪拌器攪拌1小時，藉由吸引過濾及水洗來回收粉末。藉由鹽酸萃取，由與酸溶液之接觸後的氮化鋁粉末所萃取之氧化釔的量，相對於乾燥之經酸洗過的氮化鋁粉末100g為200mg。
(氧化膜形成步驟)
將上述與酸溶液接觸後之氮化鋁粉末，在大氣環境中、1000℃進行5小時氧化處理。氧化處理後之氮化鋁粉末之粒子表面的氧化膜量為0.02g/m2。
(磷酸化合物處理步驟及後處理步驟)
將上述經過氧化處理之氮化鋁粉末分散於4wt%濃度之正磷酸水溶液0.6L中，30分鐘漿葉攪拌後，藉由使分散液乾涸，得到耐水性氮化鋁粉末。耐水性試驗之結果，相對於加熱前之pH=6.5，加熱後之pH=6.5，得知未進行氮化鋁粉末之水解。
<比較例1>
其係未進行酸洗步驟之比較例。於5L燒杯中，置入實施例1中準備之原料氮化鋁粉末500g及0.5wt%正磷酸水溶液0.6L，30分鐘漿葉攪拌後，藉由使分散液乾涸，嘗試耐水性氮化鋁粉末之製造。耐水性試驗之結果，相對於加熱前之pH=6.5，加熱後之pH=11，得知進行了氮化鋁之水解。
<比較例2>
除了使正磷酸水溶液之濃度為5wt%以外，係與比較例1同樣方式嘗試耐水性氮化鋁粉末之製造。耐水性試驗之結果，相對於加熱前之pH=6.5，加熱後之pH=11，得知進行了氮化鋁之水解。
上述實施例1~3及比較例1~2之結果示於表1。
<實施例4>
除了使酸洗步驟中之攪拌時間成為0.5小時以外，係與實施例1同樣方式製造耐水性氮化鋁粉末。藉由鹽酸萃取，由與酸溶液之接觸後的氮化鋁粉末所萃取之氧化釔的量，相對於乾燥之經酸洗過的氮化鋁粉末100g為918mg。所得之耐水性氮化鋁粉末之耐水性試驗結果示於表2。
<比較例3~5>
準備了藉由變更原料氮化鋁粉末及酸洗條件，酸洗步驟後藉由鹽酸萃取所萃取之氧化釔的量在本發明之範圍外(粉末每100g超過1000mg)之3種氮化鋁粉末。對該等3種氮化鋁粉末與實施例1同樣方式進行磷酸化合物處理，嘗試耐水性氮化鋁粉末之製造。各自之耐水性試驗的結果示於表2。
藉由鹽酸萃取由與酸溶液接觸後之氮化鋁粉末所萃取之氧化釔的量在本發明之規定範圍內的實施例4之耐水性氮化鋁粉末，於耐水性試驗中，相對於加熱前之pH=6.5，加熱後之pH=6.5，得知未進行氮化鋁之水解。
另一方面，對藉由鹽酸萃取所萃取之氧化釔的量超過本發明之規定範圍的氮化鋁粉末，施以磷酸化合物處理之比較例3~5之耐水性氮化鋁粉末，於耐水性試驗中，相對於加熱前之pH=6.5，加熱後之pH=11，得知進行了氮化鋁之水解。

Claims (5)

  1. 一種耐水性氮化鋁粉末之製造方法，其係藉由處理氮化鋁粉末之粒子表面來製造耐水性氮化鋁粉末之方法，其特徵為依下述順序具有(i)使至少於粒子表面存在有氧化釔之氮化鋁粉末、與酸溶液接觸之步驟；及(ii)使前述氮化鋁粉末與磷酸化合物接觸之步驟，且對前述步驟(i)之後經濾過、水洗、及乾燥之氮化鋁粉末進行1mol/L鹽酸之萃取操作時所萃取之氧化釔的量，相對於該經濾過、水洗、及乾燥之氮化鋁粉末100g，為1000mg以下，前述所萃取之氧化釔的量，係藉由依下述順序進行(a)將前述經濾過及乾燥之氮化鋁粉末10g，於25℃添加至50mL試樣瓶中之1mol/L鹽酸25mL中的步驟；(b)將前述試樣瓶保持於超音波槽中，於25℃施加43kHz之超音波30分鐘的步驟；(c)藉由過濾前述試樣瓶中之內容物，以得到濾液之步驟；(d)藉由ICP發光分光法來定量前述濾液中之釔含量的步驟；及(e)將前述濾液中之釔含量，換算為作為氧化釔之含量的步驟 來決定。
  2. 如申請專利範圍第1項之耐水性氮化鋁粉末之製造方法，其中前述氮化鋁粉末之平均粒子徑為1~30μm。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之耐水性氮化鋁粉末之製造方法，其中前述酸溶液之溶劑為水，前述酸溶液之pH為4以下。
  4. 如申請專利範圍第1項之耐水性氮化鋁粉末之製造方法，其中前述磷酸化合物，為由無機磷酸、無機磷酸之金屬鹽、及具有有機基之有機磷酸所構成群組中選出之1種以上的化合物。
  5. 如申請專利範圍第1項之耐水性氮化鋁粉末之製造方法，其中前述步驟(ii)中，前述氮化鋁粉末之每單位表面積之前述磷酸化合物的附著量，以正磷酸離子(PO4 3-)換算為0.5~50mg/m2。
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