JPH02296709A

JPH02296709A - 窒化アルミニウム粉末およびその製造法

Info

Publication number: JPH02296709A
Application number: JP11511689A
Authority: JP
Inventors: Yasunoshin Fukuma; 福間　康之臣
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1989-05-10
Filing date: 1989-05-10
Publication date: 1990-12-07

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］本発明は高純度の窒化アルミニウム粉末およびその製造
法に関するものである。

［従来の技術］窒化アルミニウム焼結体はその高伝熱性、高絶縁性、高
機械的強度から、半導体用基板材料として注目されてい
る。この焼結体の原料となる窒化アルミニウム粉末の合
成法として以下の方法が知られている。

ｌ）アルミニウムを窒素中で加熱する直接窒化法。

２）アルミナとカーボンの混合物を窒素雰囲気下で窒化
する還元窒化法。

３）アルミニウムの化合物（気体）を窒素あるいはアン
モニアと気相で反応させる気相合成法。

窒化アルミニウム焼結体が上記の高伝熱性、高強度等の
優れた特性を発揮するためには、原料の窒化アルミニウ
ム粉末は高純度で微細な粒径であることが要求される。

上記ｌ）の方法は安価ではあるが、反応が表面から進行
するため、中心部が未反応で残り易く、生成した窒化ア
ルミニウムも塊状となり、粉砕の必要があり、微細で粒
径の揃った粉末は得られ難い。３）の方法は非常に微細
な粉末は得られるのであるが、表面積が大きいため、表
面酸化を受は易く、酸素の吸着量も多い。また、工業的
生産性が悪い。２）の方法は比較的微細な粒径の窒化ア
ルミニウム粉末が得られるのであるが、まだ満足のいく
純度のものは得られていない。

この理由として、一つはアルミナの酸素がカーボンによ
り還元され、−酸化炭素として脱離していく反応機構上
、アルミナとカーボンの混合を良くすることが反応完結
上重要であるが、これがなかなか難しいことが挙げられ
る。これを解決する方法として、特開昭８１−１８３１
０８に、カーボンを分散させたアルミニウムアルコキシ
ドのアルコール溶液を加水分解する方法が開示されてい
る。

この場合できるだけ過剰のカーボンが残らないよう、カ
ーボン／アルミナ比を低く押さえているが、やはり　１
％前後カーボンが残留している。また、特開昭６１−８
１０４でも、同様の手法でアルミナとカーボンの分散性
向上を目的にしている。この場合、カーボン／アルミナ
比をかなり高くし、過剰のカーボンは空気中で加熱して
除去している。従って残留カーボン量は０．１％以下に
なっているが、酸素量は１％前後になっている。

このようにもう一つの問題点はこの反応を完結するには
どうしても過剰量のカーボンが必要であるが、反応後こ
のカーボンが残留したり、残留したカーボンを除去する
ため、空気中で加熱すると、どうしても窒化アルミニウ
ムの酸化が起ってしまうことである。また、１６００℃
以上の高温で窒化を行えば、酸素含有量は減らせるが、
窒化時に窒化アルミニウムの粒成長が起こり、結果とし
て得られた粒子の粒径が大きくなる欠点がある。

すなわち未だ、カーボンおよび酸素含有量が低く、かつ
微細な粒径の窒化アルミニウム粉末は得られていないの
が現状である。

［発明が解決しようとする課題］本発明は焼結性、伝熱特性に優れた窒化アルミニウム焼
結体を得る上で問題となる、原料の窒化アルミニウム粉
末の純度の低さと、粒度の大きさの問題の両者を解決し
ようとするものである。

［課題を解決するための手段］本発明者らは、これらの問題点を解決すべく鋭意研究を
行った結果、従来の窒化アルミニウム粉末に比べ、酸素
含有量及び炭素含有量が共に極めて低く、かつ一次粒子
径が小さい窒化アルミニウム粉末を見出し、本発明に至
った。

すなわち、上記目的を達成した本発明とは、一次粒子径
が０．５μ以下、酸素含有量が０．６ｆｆＩ量％以下、
炭素含有量が０．１重量％以下であることを特徴とする
窒化アルミニウム粉末である。

また、本発明の窒化アルミニウム粉末の製造法は有機ア
ルミニウム化合物の有機溶媒溶液にカーボンを分散させ
た後、加水分解して得られた水酸化アルミニウムとカー
ボンの混合物を、まず、窒素雰囲気下で焼成し、次いで
水素と窒素を同時に含む雰囲気下で焼成することからな
る。

上記有機アルミニウム化合物としてはアルミニウムアル
コキシドを用い、カーボンの混合比はアルミナ換算でア
ルミナ対カーボンの重量比で１：０．５〜１．５であり
、水素と窒素を同時に含む雰囲気はアンモニアの加熱か
らなる雰囲気であり、窒素雰囲気下及び水素と窒素を同
時に含む雰囲気下での焼成は１３００℃〜１６００℃で
行なうのが好ましい。

更に詳しく本発明を説明すると、本発明でいう窒化アル
ミニウム粉末とは一次粒子径が０．５μ以下、酸素含有
量が０．６重量％以下、炭素含有量が０．１重量％以下
の各条件を全て満足する粉末であり、この条件を満足す
る粉末は焼結性、伝熱性が著しく向上する。

不純物である酸素は特に伝熱特性に悪影響をＩテえ、炭
素は焼結性に悪影響を与えると考えられる。これらの量
は低ければ、低い方が望ましい。また、一次粒子径は焼
結性と関連しており、ある適当な範囲があり、小さけれ
ば小さい方が良いとは限らない。この範囲は粒子の耐酸
化性、ハンドリング性等から０．１μ〜０．４μがより
好ましい。

次に本発明の窒化アルミニウム粉末の製造法について説
明する。原料の有機アルミニウム化合物としては例えば
、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、
ジエチル七ノへロアルミニウム等のアルキルアルミニウ
ム、まだアルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプ
ロポキシド、アルミニウムブトキシド、アルミニウムモ
ノブトキシジイソプロポキシド等のアルミニウムアルコ
キシド、更にはジイソプロポキシアルミニウムエチルア
セトアセテート等のアルミニウムキレート化合物が挙げ
られる。この中では加水分解性、得られる粒子の形状等
から特にアルミニウムアルコキシドが好適である。

この有機アルミニウム化合物を溶解させる有機溶媒は有
機アルミニウム化合物が溶解するものであれば特に限定
はされないが、メタノール、エタノール、ｎ−プロパツ
ール、イソプロパツール、ブタノール等のアルコール類
が後の加水分解工程を考えると好適である。

アルミニウムアルコキシドをアルコールに溶解させる場
合、その濃度は５〜２０重量％が適当である。また有機
溶媒溶液に分散させるカーボンはカーボンブラック、ア
セチレンブラックのように高純度で粒径が０．１μ以下
であることが好ましい。粒径が０．１μを超えると均一
微細な混合物が得難く、反応が完結しない。

有機アルミニウム化合物とカーボンの混合比はアルミナ
換算でアルミナ対カーボンのｆｆ１ｆｆｉ比で１７０．
５〜１．５であることが望ましい。この比が０．５未満
だと反応が完結せず、酸素含有量が増す。逆に１．５を
超えるとカーボンが残留し、好ましくない。本発明のア
ルミナ対カーボンの重量比の範囲は従来技術の通常範囲
に比べるとカーボンの比率が高い領域になっている。従
来技術では空気中で脱カーボン処理を行うため、あまり
温度が上げられずカーボンの添加量はあまり多くできな
い。本発明では、後述するように、焼成を２段階で行い
、特に２段目を水素と窒素を同時に含む雰囲気下で行う
ため、従来よりカーボンの添加量を増しても十分脱カー
ボンが可能となっている。次にカーボンを分散させた有
機アルミニウム化合物の有機溶媒溶液にモル比で有機ア
ルミニウム化合物の２〜２０倍量の水を添加し、加水分
解を行う。この分解は室温でも加熱下でも良い。撹拌し
ながら、水を添加するとなお好ましい。このようにする
と有機アルミニウム化合物の加水分解物である水酸化ア
ルミニウムの粒径は０．５μ以下になる。

該水酸化アルミニウムとカーボンの混合物を通常の方法
で、必要ならば濾別し、乾燥または加熱脱水に処した後
、−段目の焼成に入る。−段目の焼成は窒素雰囲気下で
１３００℃〜１６００℃の温度で１〜１０時間行う。１
３００℃未満では反応がなかなか進まないし、１８００
℃を超えると窒化アルミニウムの粒成長が起こり、粒子
径が０．５μを超えるようになる。引き続き二段目の焼
成を水素と窒素を同時に含む雰囲気下、１３００℃〜１
６００℃の温度で１〜１０時間行う。水素と窒素を同時
に含む雰囲気とは窒素ガスに水素ガスを混入してもよい
し、より好ましくはアンモニアガスをそのまま使用する
のが良い。アンモニアは１０００℃以上で水素と窒素に
分解する。二段目の焼成では、窒化と脱カーボンが同時
に進行する。

１３００℃未満では脱カーボンの進行が遅く、１６００
℃を超えると一段目と同様、粒成長が起こり好ましくな
い。−段目と二段目の焼成は雰囲気のガス種類を変える
だけで、連続的に行っても、別々におこなってもよい。

ただ順序は窒素雰囲気下の焼成が先行する。最初からア
ンモニア雰囲気下で焼成するとカーボンがなくなってし
まい、窒化が十分進行しない。

［実施例］以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１アルミニウムイソプロポキシド４８ｇをイソプロパツー
ル４００ｇに溶解させ、これに粒径０．０４μのアセチ
レンブラックを９ｇ分散させた。次いで蒸留水５０ｇを
室温で溶液を撹拌しながら１時間で添加し加水分解を行
った。後ボールミルで６時間粉砕し、ボールミル終了後
濾過し　ＩＩ）０℃で３時間空気中で乾燥した。この固
形物を黒鉛製平皿に乗せ、管状電気炉で窒素ガスを１５
Ｉ／分流しながら、１５００℃で６時間加熱保持した。

電気炉が室温まで冷却後、黒鉛製平皿を取り出し内容物
をアルミナ製ボートに移し、再度管状電気炉でアンモニ
アガスをｌｉ／分流しながら、１５００℃で３時間加熱
保持し、白色の粉末を得た。

この粉末の酸素含有量は０．４重量％、炭素含有量は０
．０６％、電顕観察による一次粒子径は０．３μであっ
た。またＸ線回折からは窒化アルミニウム以外のピーク
は検出されなかった。

実施例２アセチレンブラックの添加量を１２ｇにする以外実施例
１と同様の操作で白色の粉末を得た。

この粉末の酸素含有量は０．４５重量％、炭素含有量は
０．０９％、電顕観察による一次粒子径は０．３μであ
った。またＸ線回折からは窒化アルミニウム以外のピー
クは検出されなかった。

実施例３アセチレンブラックの添加量を７．５ｇにする以外は実
施例１と同様の操作で白色の粉末を得た。

この粉末の酸素含有量は０．５重量％、炭素含有量は０
．０５％、電顕観察による一次粒子径は０．３μであっ
た。またＸ線回折からは窒化アルミニウム以外のピーク
は検出されなかった。

比較例１アセレンブラックの添加−を５ｇにする以外は実施例１
と同様の操作で白色の粉末を得た。この粉末の酸素含有
量は１．０重量％、炭素含有量は０．０４％、電顕観察
による一次粒子径は０．３μであった。またＸ線回折か
らは窒化アルミニウム以外のピークは検出されなかった
。

比較例２アセチレンブラックの添加量を２０ｇにする以外実施例
１と同様の操作」ごて白色の粉末を得た。

この粉末の酸素含有量は０．５重量％、炭素含有量は０
．４％、電顕観察による一次粒子径は０，３μであった
。またＸ線回折からは窒化アルミニウム以外のピークは
検出されなかった。

［発明の効果］本発明により、高純度と粒径が小さいという２つのこと
を同時に満足させる窒化アルミニウム粉末の取得が可能
となり、この粉末を用いれば、焼結性の良さと高伝熱性
が期待できる。

特許出願人　旭化成工業株式会社代理人　弁理士　小　松　秀　岳

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一次粒子径が０．５μ以下、酸素含有量が０．６
重量％以下、炭素含有量が０．１重量％以下であること
を特徴とする窒化アルミニウム粉末。
（２）有機アルミニウム化合物の有機溶媒溶液にカーボ
ンを分散させた後、加水分解して得られた水酸化アルミ
ニウムとカーボンの混合物を、まず、窒素雰囲気下で焼
成し、次いで水素と窒素を同時に含む雰囲気下で焼成す
ることを特徴とする請求項（１）記載の窒化アルミニウ
ム粉末の製造法。