JPH0446889B2 - - Google Patents
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- JPH0446889B2 JPH0446889B2 JP24851486A JP24851486A JPH0446889B2 JP H0446889 B2 JPH0446889 B2 JP H0446889B2 JP 24851486 A JP24851486 A JP 24851486A JP 24851486 A JP24851486 A JP 24851486A JP H0446889 B2 JPH0446889 B2 JP H0446889B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alumina
- pressure
- aluminum nitride
- nitrogen
- mixture
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
- C01B21/072—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with aluminium
- C01B21/0726—Preparation by carboreductive nitridation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は、新規な窒化アルミニウム製造方法に
関し、詳しくは未反応アルミナ含有率が極めて少
ない窒化アルミニウム粉末の製造方法に関するも
のである。 従来の技術 従来の窒化アルミニウム粉末の製造方法として
は、例えば特開昭59−50008号に開示されている
ようなアルミナ粉末とカーボン粉末との混合組成
物を窒素を含む雰囲気中で焼成する方法や、例え
ば特開昭60−161314号に開示されているようなア
ルミニウムと窒素ガスとを接触させて窒化反応を
行わせる方法等が知られている。 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、製造した窒化アルミニウム中に、前者では未
反応のアルミナが、後者では未反応のアルミニウ
ムが残存し易く、かくして得られた窒化アルミニ
ウム粉末は、放熱性基板のような高純度を要する
製品の原料として使用するためには、純度上の問
題点を有する。本発明者らは、前記問題点を解決
するため、アルミナとカーボンとの混合物と窒素
ガスとを反応させて窒化アルミニウム粉末を製造
する方法において、製造された窒化アルミニウム
粉末の未反応アルミナ含有量が極めて少なくなる
ような方法を鋭意研究し、本発明を完成するに至
つた。 問題点を解決するための手段 すなわち、本発明は、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
粉末を製造する方法において、前記混合物に窒素
含有不活性ガスを1250℃以上の温度で、常圧より
も高い圧力下で接触せしめる工程と、ついで、か
く処理された混合物を1250℃以上の温度で、常圧
よりも低い圧力の窒素含有不活性雰囲気中で保持
する工程とから成る二段処理をすることを特徴と
する窒化アルミニウム粉末の製造方法を提供する
ものである。 本発明において使用するアルミナおよびカーボ
ンは、それぞれの粉末若しくは両者の粉末の混合
物を例えば粒状に成形したものでもよいが、通常
はそれぞれの微粉末が使用される。 本発明において使用する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である。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。 さて、アルミナとカーボンとの混合物は、窒素
含有不活性ガス雰囲気中で高温に加熱された場
合、式(1)により窒化アルミニウムと一酸化炭素に
変換することが知られている。 Al2O3＋3C＋N2＝2AlN＋3CO (1) ただし、反応の初期段階においては、式(1)の反
応と並行して未反応のアルミナの粒子成長が起こ
る。かかるアルミナの粒子成長が著しい場合に
は、その後の長時間の反応によつても式(1)による
変換が十分に進行せず、製造された窒化アルミニ
ウム中に未反応のアルミナが、通常はアルフア・
アルミナの形態で残留することとなる。又アルミ
ナの粒子成長が発生すると生成する窒化アルミニ
ウム粉末の粒径が大きなものとなつてしまうので
好ましくない。 まず、本発明者らは、上記式(1)の反応初期段階
において、アルミナ粒子の成長速度を小さくする
方法を研究した結果、1250℃以上の温度域におい
ては、窒素含有不活性ガスの圧力が高い程アルミ
ナの粒子の成長速度は小さくなり、前記のアルミ
ナの粒子の成長を効果的に抑制できることが判明
した。本発明で言う常圧よりも高い圧力とは、１
気圧を超える圧力ならばよいが、好ましくは1.1
〜10気圧，最も好ましくは1.2〜2.0気圧の圧力範
囲である。10気圧を超えると、反応炉の気密性の
保持や耐圧に問題を生ずる場合がある。なお、
1250℃未満の温度域においては、アルミナの粒子
成長は何れにしても顕著でないので、窒素含有不
活性ガスの圧力は製造された窒化アルミニウムの
品質に殆ど影響を及ぼさない。また、窒素含有不
活性ガスを常圧よりも高く保持する時間は、アル
ミナ粒子の表面が実質的に窒化アルミニウムに変
化する時間であればよく、保持温度にも依存する
が、例えば1550℃の温度で保持する場合１〜５時
間程度が好適である。 しかしながら、上記の如き常圧よりも高い圧力
下で窒素含有不活性ガスをアルミナとカーボンと
の混合物に接触せしめる工程を終了した段階で
は、アルミナ粒の表面が窒化アルミニウム化し、
その粒内では、まだ多量の未反応のアルミナが残
存しているので、更に式(1)の反応を効率よく継続
する必要がある。 そこで、本発明者らは、上記式(1)の反応の終期
段階において未反応アルミナの残留量をできるだ
け少なくする方法を研究した結果、製造された窒
化アルミニウム粉末中の未反応アルミナが実質的
に無くなるか、または極めて少なくなるために
は、前記雰囲気の圧力は常圧よりも低いことが必
要であり、特に0.2〜0.4気圧が好ましいことが判
明した。0.2気圧未満では製造された窒化アルミ
ニウム粉末の粒径が若干大きくなる恐れがある。
また、窒素含有不活性ガスを常圧よりも低く保持
する時間は、保持温度などのその他の反応条件に
も依存するが、通常は５〜100時間程度が好適で
ある。 雰囲気の圧力を常圧よりも低くすると上記の如
き好ましい効果が得られる理由は明確ではない
が、前記式(1)の反応の自由エネルギーが下記式(2)
で示されることから判るように、雰囲気の全圧を
低下させると、化学平衡が前記式(1)の反応が進み
易い方向に移行するためとも考えられる。 ΔG＝ΔG0＋RTln（Pco）3／PPN2 (2) 上記の如く、本発明の特徴は、(イ)アルミナとカ
ーボンとの混合物に窒素含有不活性ガスを常圧よ
りも高い圧力下で接触せしめる工程と、(ロ)つい
で、かく処理された混合物を常圧よりも低い圧力
の窒素含有不活性ガス雰囲気中で保持する工程と
を組合わせることにあるが、前記(イ)および(ロ)の工
程を通じて温度は1250℃以上、好ましくは1250〜
1700℃の範囲である。1250未満では前記式(1)の反
応が遅過ぎて不適当であり、一方、1700℃を超え
ると製造される窒化アルミニウム粉末の粒径が大
きくなる恐れがある。 なお、アルミナとカーボンとの混合物と窒素含
有不活性ガスを1250℃以上の温度で反応させる場
合には、前記ガスの圧力を終始常圧以上に保つと
か、または終始常圧以下に保つとかの圧力条件を
採用しても窒化アルミニウム粉末の製造は可能で
あるが、かかる反応条件においては、前記の如き
理由により、製造された窒化アルミニウム中の未
反応アルミナ残留量を、本発明の製造方法による
ほどには減少できない。 実施例 以下に、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 実施例 １〜３ 電子顕微鏡で測定した平均粒径1.0μmのアルミ
ナ粉末100ｇと同平均粒径0.05μmのカーボン粉末
40ｇとをボールミルで混合・粉砕した後、カーボ
ン製トレー（縦210mm，横210mm，高さ40mm）に充
填した。このときの原料混合物の厚さは30mmであ
つた。このトレーを、有効寸法が縦230mm，横250
mm，高さ220mmの電気炉内に配置し、窒素ガスを
流通させながら、還元窒化反応を行わせた。この
際の温度条件としては、昇温速度100℃／hrで
1550℃になるまで加熱し、その後1550℃で24時間
維持した。その間の電気炉内の圧力は、常温から
1250℃までは常圧とし、(イ)1250℃を超え1550℃ま
での昇温過程および1550℃の温度維持の最初の２
時間において常圧よりも高い種々の圧力に保ち、
(ロ)1550℃の温度維持の残りの時間を常圧よりも低
い種々の圧力に維持した。反応終了後、生成した
窒化アルミニウム粉末中のα−Al2O3（アルフ
ア・アルミナ）残留量をＸ線回折により定量し
た。結果を第１表に示す。 比較例 １ 電気炉中の圧力を常に常圧に維持したこと以外
は実施例と同様に行なつた。結果を併せて第１表
に示す。
関し、詳しくは未反応アルミナ含有率が極めて少
ない窒化アルミニウム粉末の製造方法に関するも
のである。 従来の技術 従来の窒化アルミニウム粉末の製造方法として
は、例えば特開昭59−50008号に開示されている
ようなアルミナ粉末とカーボン粉末との混合組成
物を窒素を含む雰囲気中で焼成する方法や、例え
ば特開昭60−161314号に開示されているようなア
ルミニウムと窒素ガスとを接触させて窒化反応を
行わせる方法等が知られている。 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、製造した窒化アルミニウム中に、前者では未
反応のアルミナが、後者では未反応のアルミニウ
ムが残存し易く、かくして得られた窒化アルミニ
ウム粉末は、放熱性基板のような高純度を要する
製品の原料として使用するためには、純度上の問
題点を有する。本発明者らは、前記問題点を解決
するため、アルミナとカーボンとの混合物と窒素
ガスとを反応させて窒化アルミニウム粉末を製造
する方法において、製造された窒化アルミニウム
粉末の未反応アルミナ含有量が極めて少なくなる
ような方法を鋭意研究し、本発明を完成するに至
つた。 問題点を解決するための手段 すなわち、本発明は、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
粉末を製造する方法において、前記混合物に窒素
含有不活性ガスを1250℃以上の温度で、常圧より
も高い圧力下で接触せしめる工程と、ついで、か
く処理された混合物を1250℃以上の温度で、常圧
よりも低い圧力の窒素含有不活性雰囲気中で保持
する工程とから成る二段処理をすることを特徴と
する窒化アルミニウム粉末の製造方法を提供する
ものである。 本発明において使用するアルミナおよびカーボ
ンは、それぞれの粉末若しくは両者の粉末の混合
物を例えば粒状に成形したものでもよいが、通常
はそれぞれの微粉末が使用される。 本発明において使用する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である。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。 さて、アルミナとカーボンとの混合物は、窒素
含有不活性ガス雰囲気中で高温に加熱された場
合、式(1)により窒化アルミニウムと一酸化炭素に
変換することが知られている。 Al2O3＋3C＋N2＝2AlN＋3CO (1) ただし、反応の初期段階においては、式(1)の反
応と並行して未反応のアルミナの粒子成長が起こ
る。かかるアルミナの粒子成長が著しい場合に
は、その後の長時間の反応によつても式(1)による
変換が十分に進行せず、製造された窒化アルミニ
ウム中に未反応のアルミナが、通常はアルフア・
アルミナの形態で残留することとなる。又アルミ
ナの粒子成長が発生すると生成する窒化アルミニ
ウム粉末の粒径が大きなものとなつてしまうので
好ましくない。 まず、本発明者らは、上記式(1)の反応初期段階
において、アルミナ粒子の成長速度を小さくする
方法を研究した結果、1250℃以上の温度域におい
ては、窒素含有不活性ガスの圧力が高い程アルミ
ナの粒子の成長速度は小さくなり、前記のアルミ
ナの粒子の成長を効果的に抑制できることが判明
した。本発明で言う常圧よりも高い圧力とは、１
気圧を超える圧力ならばよいが、好ましくは1.1
〜10気圧，最も好ましくは1.2〜2.0気圧の圧力範
囲である。10気圧を超えると、反応炉の気密性の
保持や耐圧に問題を生ずる場合がある。なお、
1250℃未満の温度域においては、アルミナの粒子
成長は何れにしても顕著でないので、窒素含有不
活性ガスの圧力は製造された窒化アルミニウムの
品質に殆ど影響を及ぼさない。また、窒素含有不
活性ガスを常圧よりも高く保持する時間は、アル
ミナ粒子の表面が実質的に窒化アルミニウムに変
化する時間であればよく、保持温度にも依存する
が、例えば1550℃の温度で保持する場合１〜５時
間程度が好適である。 しかしながら、上記の如き常圧よりも高い圧力
下で窒素含有不活性ガスをアルミナとカーボンと
の混合物に接触せしめる工程を終了した段階で
は、アルミナ粒の表面が窒化アルミニウム化し、
その粒内では、まだ多量の未反応のアルミナが残
存しているので、更に式(1)の反応を効率よく継続
する必要がある。 そこで、本発明者らは、上記式(1)の反応の終期
段階において未反応アルミナの残留量をできるだ
け少なくする方法を研究した結果、製造された窒
化アルミニウム粉末中の未反応アルミナが実質的
に無くなるか、または極めて少なくなるために
は、前記雰囲気の圧力は常圧よりも低いことが必
要であり、特に0.2〜0.4気圧が好ましいことが判
明した。0.2気圧未満では製造された窒化アルミ
ニウム粉末の粒径が若干大きくなる恐れがある。
また、窒素含有不活性ガスを常圧よりも低く保持
する時間は、保持温度などのその他の反応条件に
も依存するが、通常は５〜100時間程度が好適で
ある。 雰囲気の圧力を常圧よりも低くすると上記の如
き好ましい効果が得られる理由は明確ではない
が、前記式(1)の反応の自由エネルギーが下記式(2)
で示されることから判るように、雰囲気の全圧を
低下させると、化学平衡が前記式(1)の反応が進み
易い方向に移行するためとも考えられる。 ΔG＝ΔG0＋RTln（Pco）3／PPN2 (2) 上記の如く、本発明の特徴は、(イ)アルミナとカ
ーボンとの混合物に窒素含有不活性ガスを常圧よ
りも高い圧力下で接触せしめる工程と、(ロ)つい
で、かく処理された混合物を常圧よりも低い圧力
の窒素含有不活性ガス雰囲気中で保持する工程と
を組合わせることにあるが、前記(イ)および(ロ)の工
程を通じて温度は1250℃以上、好ましくは1250〜
1700℃の範囲である。1250未満では前記式(1)の反
応が遅過ぎて不適当であり、一方、1700℃を超え
ると製造される窒化アルミニウム粉末の粒径が大
きくなる恐れがある。 なお、アルミナとカーボンとの混合物と窒素含
有不活性ガスを1250℃以上の温度で反応させる場
合には、前記ガスの圧力を終始常圧以上に保つと
か、または終始常圧以下に保つとかの圧力条件を
採用しても窒化アルミニウム粉末の製造は可能で
あるが、かかる反応条件においては、前記の如き
理由により、製造された窒化アルミニウム中の未
反応アルミナ残留量を、本発明の製造方法による
ほどには減少できない。 実施例 以下に、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 実施例 １〜３ 電子顕微鏡で測定した平均粒径1.0μmのアルミ
ナ粉末100ｇと同平均粒径0.05μmのカーボン粉末
40ｇとをボールミルで混合・粉砕した後、カーボ
ン製トレー（縦210mm，横210mm，高さ40mm）に充
填した。このときの原料混合物の厚さは30mmであ
つた。このトレーを、有効寸法が縦230mm，横250
mm，高さ220mmの電気炉内に配置し、窒素ガスを
流通させながら、還元窒化反応を行わせた。この
際の温度条件としては、昇温速度100℃／hrで
1550℃になるまで加熱し、その後1550℃で24時間
維持した。その間の電気炉内の圧力は、常温から
1250℃までは常圧とし、(イ)1250℃を超え1550℃ま
での昇温過程および1550℃の温度維持の最初の２
時間において常圧よりも高い種々の圧力に保ち、
(ロ)1550℃の温度維持の残りの時間を常圧よりも低
い種々の圧力に維持した。反応終了後、生成した
窒化アルミニウム粉末中のα−Al2O3（アルフ
ア・アルミナ）残留量をＸ線回折により定量し
た。結果を第１表に示す。 比較例 １ 電気炉中の圧力を常に常圧に維持したこと以外
は実施例と同様に行なつた。結果を併せて第１表
に示す。
【表】
発明の効果
上記実施例から判るように、本発明の製造方法
によれば、従来の技術に比べて、未反応のアルミ
ナを実質的に含まないか、または極めて少量しか
含まない窒化アルミニウム粉末を製造することが
できる。かかる窒化アルミニウム粉末は、放熱性
基板等の高純度を要求する製品の原料として好適
であるから、本発明は産業の発展のため極めて有
用である。
によれば、従来の技術に比べて、未反応のアルミ
ナを実質的に含まないか、または極めて少量しか
含まない窒化アルミニウム粉末を製造することが
できる。かかる窒化アルミニウム粉末は、放熱性
基板等の高純度を要求する製品の原料として好適
であるから、本発明は産業の発展のため極めて有
用である。
Claims (1)
- １ 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末を製造する方法
において、前記混合物に窒素含有不活性ガスを
1250℃以上の温度で、常圧よりも高い圧力下で接
触せしめる工程と、ついで、かく処理された混合
物を1250℃以上の温度で、常圧よりも低い圧力の
窒素含有不活性雰囲気中で保持する工程とから成
る二段処理をすることを特徴とする窒化アルミニ
ウム粉末の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24851486A JPS63103806A (ja) | 1986-10-21 | 1986-10-21 | 窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24851486A JPS63103806A (ja) | 1986-10-21 | 1986-10-21 | 窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63103806A JPS63103806A (ja) | 1988-05-09 |
| JPH0446889B2 true JPH0446889B2 (ja) | 1992-07-31 |
Family
ID=17179315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24851486A Granted JPS63103806A (ja) | 1986-10-21 | 1986-10-21 | 窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63103806A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63151605A (ja) * | 1986-12-16 | 1988-06-24 | Nippon Light Metal Co Ltd | 窒化アルミニウム粉体の製造方法 |
| JPS63151606A (ja) * | 1986-12-16 | 1988-06-24 | Nippon Light Metal Co Ltd | 窒化アルミニウム粉体の製造法 |
-
1986
- 1986-10-21 JP JP24851486A patent/JPS63103806A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63103806A (ja) | 1988-05-09 |
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