JPH02293309A - 窒化アルミニウム粉体およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱伝導度の高い窒化アルミニウムの焼結体を
うるに好適な窒化アルミニウム粉体及びその製造法に関
する。

〔従来の技術〕

窒化アルミニウムは優れた熱伝導性のため、高熱伝導性
基板、放熱部品などとして注目されている材料である．
このような窒化アルミニウムは焼結体として使われるが
、優れた焼結体をうるために、例えば特開昭６３−１８
２２０７号では窒化アルミニウム粉体を２０００℃もの
高い温度でホットプレスしてはじめて緻密な焼結体が得
られるものである。

従来、窒化アルミニウム粉体の製造方法としてはいくつ
か知られているが、工業的な方法として次の２つが代表
的である。即ち、前述の特開昭６３１８２２０７号に開
示されているようなアルミナ粉体とカーボン粉体との混
合組成物を窒素を含む雰囲気中で焼成する方法及び特開
昭６２−　１７１６１号に開示されているようなアルミ
ニウム粉体を窒素ガスないしはアンモニアガス雰囲気中
で窒化する方法である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記引例のような方法においては、前者
では得られた窒化アルミニウム粉はナトリウム、鉄、ケ
イ素などの陽イオン不純物が残存し易く、また比較的粒
度は細かく、かつ揃っているが、粉の充填性などが劣る
ため高い焼結温度を必要とするなどの問題点を有する。

後者では窒化アルミニウム粉はケイ素、鉄、マグネシウ
ムなどの陽イオン不純物が残存し易く、また酸素濃度も
高いなどの問題点を有する。

従って、これらの窒化アルミニウム粉体を原料とする場
合には、高温高圧の焼結条件を必要としたり、あるいは
高い熱伝導率を要求される放熱性基板のような焼結体は
得られ難いなどの問題点があった０ 本発明者らは、既にアルミナとカーボンとの混合物と窒
素ガスを反応させて窒化アルミニウム粉体を製造する方
法において、窒化アルミニウムの生成反応の開始に先立
ち前記混合物に窒素含有不活性ガスを１０００℃以上１
　４００℃以下の温度、０．１気圧以下の圧力下で接触
せしめることで、窒化アルミニウム粉体中の陽イオン不
純物の含有率をできるだけ少なく、酸素濃度も低くでき
る方法等を発明し特許出願した（特開昭６３　−　２４
２９０９号）。

さらに、本発明者らは粉の充填性に優れ、焼結温度は低
く、少ない溶剤量、助剤量で高熱伝導率焼結体かえられ
る粉体およびその製造法について鋭意研究し、本発明を
完成するに至った。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は吸
油量Ｇ（％）とカサ密度Ｄ　（ｇ／ｕｄ）の比Ｇ／Ｄが
１８以上３８以下である窒化アルミニウム粉体および窒
化アルミニウム粉とカーボン粉の混合物を粉砕する工程
、得られた粉砕混合物を窒素含有不活性ガスと１０００
℃から１４００℃の温度で接触せしめる工程、および余
剰カーボンを乾燥空気中で酸化除去する工程、とからな
る窒化アルミニウム粉体の製造法にかかわるものである
。

本発明の窒化アルミニウム粉体は、吸油量Ｇ（χ）とカ
サ密度Ｄ　（ｇ／ｃｄ）の比Ｇ／Ｄが１８以上、３８以
下、好ましくは２０〜３２の粉体である。このような窒
化アルミニウム粉体は粉の充填性に優れ、焼結温度は低
くかつ少い溶剤量、助剤量の添加で高い熱伝導率を示す
焼結体が得られることを特徴とし、これらの従来の窒化
アルミニウム粉体にない優れた特徴は、Ｇ／Ｄが前記し
た値であるときに初めて達成されるものである． 本発明の窒化アルミニウム粉体が前記のような好ましい
効果を発現する理由は必ずしも明確ではないが、粉体粒
子間隙が非常にせまくかつ均一にコントロールされるた
めと考えられる。

比Ｇ／Ｄが１８より小さいと粉の充填性はよいが、焼結
温度が高《なり好ましい粉体とはいえず、一方３８をこ
えると粉の充填性が低下し、かつ、バインダー、溶剤の
使用量が増大して好ましくない。なお、吸油量Ｇ（χ）
は２１〜３８、カサ密度Ｄ軸／ｃｄ）は０．９　〜１．
４であるのが好ましい。

Ｇが３８をこえると、バインダーと溶剤の使用量が増大
して好ましくなく、また２１より小さいと焼結温度が高
くなるので好ましくない。一方、Ｄが１．４をこえた場
合も焼結温度が高くなり、また０．９より小さくなると
バインダー、溶剤の使用量が増大するなど好ましくない
。

次に、本発明における窒化アルミニウム粉体の製造法に
ついて説明する。

先ず、本発明において使用する窒化アルミニウムおよび
カーボンはそれぞれの微粒粉体が使用される。特に該窒
化アルミニウム粉は、粉砕効果を発現しやすくするため
に光透過沈降法で測定した平均粒子径（５０重量％に対
応する粒子径）が２．０〜５．　０μ−であるものが好
ましい。該窒化アルミニウム粉体とカーボン粉体を混合
するが、混合割合はカーボンで窒化アルミニウム粉体の
表面を均一に覆うことができれば十分で重量比で窒化ア
ルミニウム粉体とカーボン粉体とが１；０．０２〜１：
０．１であるのが好ましい。該混合物の粉砕は通常の方
法、例えば回転式ボールミルあるいは振動式ボールミル
などで数時間〜数１０時間行なえばよい。

粉砕後の窒化アルミニウム粉体の平均粒子径（５０重量
％に対応する粒子径）は３．０μｍ以下であるのが好ま
しい．３．０μ剛以上であると本発明法によって得られ
る窒化アルミニウム粉体の平均粒子径が大きくなり過ぎ
てしまうことがあるので好ましくない。

なお、平均粒子径の測定は、粉砕後の混合物中のカーボ
ン分を５４０℃〜７００℃の温度で酸化除去したのち光
透過沈降法によって行えばよい。

次いで、該粉砕混合物を窒素含有不活性ガスと１０００
℃〜１４００℃の温度で接触させる。ここでいう窒素含
有不活性ガスとは窒素ガスを含有し、かつ、例えば酸素
、炭酸ガス、水蒸気等の高温で酸化性を有するガスを可
及的に含まないガスをいう。ただし、反応生成物である
一酸化炭素を不可避的に含むことは差支えない。該工程
は粉砕工程で避け得なかった窒化アルミニウム表面の酸
化によって上昇した窒化アルミニウム粉体中の酸素濃度
を低減させることを主な目的とするもので、１０００℃
〜１４００℃、好ましくは１２００℃以上、１３５０℃
以下の温度で加熱処理をするものである。

窒化アルミニウム焼結体中に存在する酸素が熱伝導性に
悪影響を与えることは、例えば、ジーエー、スラフク，
ジャーナルオブフィジックスアンド　ケミストリー　オ
ブ　ソリソズ（　Ｓ　ｌ　ａ　ｃ　ｋ　＊Ｇ．Ａ．，　
Ｊ．　Ｐｈｙｓ．　Ｃｈｅｎ＋．　Ｓｏｌｉｄｓ），　
Ｖｏｌ．３４，　ｐｐ．３２１３５　（１９７３）の第
３２８〜３２９ページ，あるいは酒井利和，他、窯業協
会誌，　Ｖｏｌ．８６＋　ｐｐ．１７４−１７９（１９
７８）の第１７７ページ，図４に記載の如く周知である
。このため、窒化アルミニウム粉体の酸素濃度レベルを
低くすることも高熱伝導性の窒化アルミニウム焼結体を
製造する上で重要である。該接触工程の温度が１０００
ｔ’以下では、窒化アルミニウム表面の酸化層が還元窒
化反応によって除去されることは殆ど認められず、一方
、１４００℃を超える温度では窒化アルミニウム粉体が
粒成長して粒径が太き《なるという問題を生ずる。

該接触工程は、粉砕工程の方法によっては酸素濃度の増
加の他に粉砕機の内壁ないしは粉砕媒体から汚染を受け
る場合もあり、本発明者らが既に特許出願した方法（特
開昭６３　−　２４２９０９号）を組み合せたり、さら
には窒化アルミニウムの粒成長を抑制するために本発明
者らが特開昭６３−１０３８０６号、特開昭６３　−　
１５１６０６号で開示した、常圧より高い圧力で窒素含
有不活性ガスと接触せしめる方法などと組み合せたりす
ることで酸素濃度が低い上に、更に陽イオン汚染がなく
、粒成長もない窒化アルミニウム粉体を得ることもでき
る。

次いで、前記の接触工程をへた窒化アルミニウムとカー
ボンの混合粉を乾燥空気中、５４０℃〜７００℃の温度
で加熱処理して、余剰カーボンを酸化除去する。この酸
化除去の工程は乾燥空気、好ましくは露点−２０℃以下
の水分を殆んど含まない乾燥空気中で実施するのがよい
。この際温度が５４０℃以下ではカーボン除去が不完全
となり、７００℃以上ではカーボンの除去は速やかに進
むものの、窒化アルミニウムの酸化が無視できない程度
に進行する恐れがある。

本発明による窒化アルミニウム粉体を焼結体製造の原料
とするとき、粉としての充填性に優れ、低い温度で、か
つ少ない溶剤量、助剤量で高い熱伝導率を示す焼結体が
得られるという従来にない優れた特徴を有している。

〔実施例〕

以下実施例によって本発明を具体的に説明する。

実施例１ 第１表に示す品質特性を有する窒化アルミニウム（日本
軽金属製：ＳＴグレード）１０００ｇとカーボン（新日
鉄化学側、ニテロン＃２００）５０ｇを振動ボールミル
で３時間粉砕した．粉砕混合物をカーボン製トレー（縦
２　１　０ｍ、横２１０鶴、高さ４０鶴）に充填した．
このときの粉砕混合物の厚さは２３ｍｍであった。この
トレーを、有効寸法が縦２３０ｍ、横２５０１ａ、高さ
２２０ｍの電気炉内に配置し、窒素ガスと接触させなが
ら１３５０℃の温度で３時間加熱した．冷却後、電気炉
内から取り出した粉体は、次いで露点−２５℃の乾燥空
気を流しつつ６５０℃で２時間加熱し、余剰のカーボン
を酸化除去し窒化アルミニウム粉体を得た。この粉体の
吸油量Ｇは２９（％）、カサ密度ＤはＯ。９　Ｂ　（ｇ
／ｃｄ）であり、Ｇ／Ｄは３０であった． ここでいう吸油量とカサ密度はそれぞれ次の測定法で求
めた。

吸油量Ｇ（％）はＪＩＳＫ５１０１の方法で測定した。

即ち窒化アルミニウム１〜５ｇをガラス板（約２５０Ｘ
２５０Ｘ５ｌＩ１）にとり、試薬級アマ二油（ＪＩＳＫ
５４２１で規定されたもの）をビュレットから少量ずつ
窒化アルミニウム粉の中央に滴下し、その都度全体をへ
らで十分に練り合わせる。滴下、練り合せの操作を繰り
返し、全体が初めて硬いパテ状の一つの塊となり、調べ
らでらせん形に巻き起こされる程度になったときを終点
とし、使用したアマ二油の量を求め、次式で吸油量Ｇ（
％）を算出する． カサ密度Ｄ　（ｇ／ａＪ）はホソカワミクロン特製のパ
ウダーテスターＰＴ−Ｄ型で、キャンプ付カップ（１　
０　０ｍｌ）に上面まで均一に窒化アルミニウム粉を入
れ、高低差１８日でタフピングを１秒１回の頻度で１８
０回行なう．タッピング終了後キャップを外しカップを
取出し、カップの上にある余分な粉をブレードですりき
り、粉の重量を秤って求める。なお、これはパウダーテ
スターで固め見掛比重と呼ばれているものであるが、本
発明ではカサ密度Ｄ　（ｇ／ｃｊ）とした。

第２表は、吸油量Ｇ（％）、カサ密度Ｄ（ｇ／ｃＪ）、
比Ｇ／Ｄとともに、得られた窒化アルミニウム粉体の酸
素濃度、ＢＥＴ比表面積、平均粒子径の測定結果をそれ
ぞれ示し、酸素濃度は速中性子放射化分析法（東芝、Ｎ
ＡＴ２００型）で、ＢＥＴ比表面積は島津一マイクロメ
リティクス製比表面積自動測定装置２２００型で求めた
。平均粒子径は光透過弐粒径分布測定器（セイシン企業
■、ＳＫＮＩＯＯＯ型）において５０重量％に対応する
粒子径を示す。

前記３つの工程を経て得た窒化アルミニウム粉体１００
ｇとバインダー（ポリビニルブチラール二ＰＶＢ）　、
溶剤（プタノール）、焼結助剤（酸化イントリウム）２
ｇを添加し、ボールミルで２４時間混合した。混合後の
スラリーの粘度が２０℃で５０〜９０ポイズの範囲とな
るバインダーと溶荊の量を第２表に示した．粘度の測定
はＢ型粘度計（一東京計器製造所）で行なった。

次いで、脱泡後、テープ成形し、乾燥脱脂処理後の寸法
と重量を測定し密度を求めグリーン密度とした． グリーンの成形体を１８００℃の窒素雰囲気中で３時間
維持し焼結体を得た。得られた焼結体の密度と熱伝導率
を第２表に示す。なお、熱伝導率は直径１０ｆｌ、厚さ
３ｆｌに加工したものをレーザーフラッシュ熱定数測定
装置（真空理工■、ＴＣ３　０　０　０ＨＮＣ）により
測定した。

実施例２〜５ 各種窒化アルミニウムとカーボンを実施例１と同様な工
程で処理し窒化アルミニウム粉体を得た。

実施例１と同様な方法でこれら粉体の吸油量Ｇ（％）、
カサ密度Ｄ　（ｇ／ｃｄ）および比Ｇ／Ｄを求めた。

次いで、実施例１と同様な方法でシート成形体、焼結体
を得、その特性を測定した。結果を第２表に示した。

比較例１ 実施例１で使用した窒化アルミニウム粉を、カーボンと
の粉砕工程およびそれに続く２つの工程を経ることなく
焼結した。実施例ｌと同様な方法で窒化アルミニウム粉
体の物性およびシート成形、焼結体の物性を求めた。結
果を第２表に示す。

比較例２、３ 第２表に示す物性を有す各種の窒化アルミニウムを用い
、比較例１と同様な方法で焼結した。結果を第２表に示
す。

Ｃ発明の効果〕 本発明の窒化アルミニウム粉体は従来の技術による粉体
に比較して、焼結体を製造する原料とするとき粉の充填
性に優れ、低い温度で、かつ少ない溶剤量、助剤量で高
い熱伝導率を示す焼結体が得られ、高熱伝導性基板、放
熱部分などに用いて著しい性能の向上が期待でき、産業
上きわめて有用である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸油量Ｇ（％）とカサ密度Ｄ（ｇ／ｃｍ＾３）の
   比Ｇ／Ｄが１８以上３８以下である窒化アルミニウム粉
   体。
2. （２）窒化アルミニウム粉とカーボン粉の混合物を粉砕
   する工程、得られた粉砕混合物を窒素含有不活性ガスと
   １０００〜１４００℃の温度で接触せしめる工程、及び
   余剰カーボンを乾燥空気中で酸化除去する工程とからな
   る窒化アルミニウム粉体の製造法。