JPH0466806B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、高純度、微細で易焼結性の窒化アル
ミニウム粉末の製造方法に関するもので、さらに
詳しくは窒化アルミニウム粉末の粒径の制御が可
能で粒度分布を狭くすることができると共に、再
現性がよく、窒化アルミニウム粉末中に残存する
炭素も少なくし得る方法に関するものである。 〔従来の技術〕 窒化アルミニウム（以下AlNと記す）は、そ
の優れた機械的特性、化学的耐用性の故に耐熱材
料として用いられるだけでなく、その高熱伝導
性、高電気絶縁性、低誘電率等の故に半導体関係
の放熱材料としても期待されている。AlNは一
部薄膜の形態で利用される場合もあるが、多くの
場合焼結体で用いられている。 このようなAlN焼結体の焼結性および特性は、
出発原料であるAlN粉末の特性および焼結助剤
に強く影響されることが知られている。すなわ
ち、AlN粉末としては、高純度で、粒径が均一
かつ微細であり、適当な焼結助剤をAlN粉末中
に均一に分散し得ることが望ましい。 AlN粉末は、従来、金属アルミニウムの直接
窒化法またはアルミナの還元窒化法で製造されて
いる。還元窒化法では微細で均一な粒径の高純度
アルミナを出発原料とすることにより直接窒化法
より若干優れたAlN粉末が得られやすいが、所
望の粉末とは言い難い。 上記方法を改良し、高純度で、微細、均一粒径
のAlN粉末を得る方法として、アルミニウムア
ルコキシドと炭素との分散液に水を加え、アルコ
キシドの加水分解を行わせ水酸化アルミニウムと
炭素との混合物を得る方法、および水溶性アルミ
ニウム塩と炭素とを含む水溶液にアルカリを加
え、中和沈殿法により水酸化アルミニウムと炭素
との混合物を得る方法が提案されている（特開昭
61−6105、特公昭61−26485）。 これらの方法によつて得た混合物は、前記した
アルミナと炭素との混合物に比べ均一に混合され
ているため、これを窒素を含む非酸化性雰囲気中
で焼成することにより、従来より均一で、微細な
AlN粉を得ることができるようになつた。しか
し、この改良法においても加水分解または中和沈
殿のために水またはアルカリを滴下すると、局所
的に沈殿が生成し、直ちに凝集してしまう。この
ため、炭素微粉を含まない水酸化アルミニウムの
1μm以上の凝集塊が多数生成し、得られる水酸化
アルミニウムと炭素との混合物は均一性が不十分
なものである。このような不均一な混合物を窒素
を含む非酸化性雰囲気中で焼成して得られる
AlN粉末の粒径は不揃いなものになり易く、焼
成後もアルミナが窒化されずに残つたり１〜5μm
の粗粒のAlNとなりがちであつた。 以上の問題点を解決するために、本発明者らは
特願昭61−283206（特開昭63−139008号公報参照）
において、分散性、分散液の安定性に優れるベー
マイト（AlOOH）または凝ベーマイト粉を用
い、炭素源物質との均一な分散液を作製し、この
均一分散状態を保つたまま固化させ、これを乾
燥、焼成することによつて微細な粒度分布範囲の
狭いAlN粉末を得る方法を開示した。しかし、
この方法においても、固体炭素を炭素源物質とし
て用いる場合には、その粒径および分散状態によ
つて、得られるAlN粉末の粒径分布が変動し易
く、例えば粒径が1μmを超える大きさとなつた
り、また分散が不十分な場合には1μm以上の凝結
したAlN粉末が多数認められたり、極端な場合
には窒化が不十分でアルミナが残存する場合もあ
つた。 特願昭61−283206に開示された方法の問題点を
解決するために、本発明者らは特願昭62−036633
（特開昭63−206306号公報参照）において、水溶
性の有機炭素源物質と固体炭素粉を所定の割合で
配合した炭素源物質を用いることにより、特願昭
61−283206に開示された方法によつて得られる
AlN粉末よりさらに微細で粒度分布範囲の狭い
良質のAlN粉末を安定に得る方法を開示した。
しかし、この方法においても、炭素源物質として
水溶性有機炭素源物質を固体炭素粉と併用するこ
とにより、さらに良質のAlN粉末を得ることが
できたが、下記の問題点が残されていた。 すなわち、ベーマイト粉は昇温時に一旦α−ア
ルミナ（α−Al₂O₃）相に転移し、この転移の際
に粒径の異常成長が起こる。このため、例え超微
粉のベーマイトを出発原料として用いても粗大な
α−アルミナとなつてしまう場合があり、還元窒
化後のAlN粉末にも1μm以上の粗大なものが認め
られたり、AlN粉末の粒度分布が変動する場合
も見られ、微細で粒度分布範囲の狭い良質の
AlN粉末を再現性よく製造する際の問題点の１
つとして残されていた。さらに上記の相転移の際
に粒成長が極めて急速に起こるために、共存する
炭素源物質がアルミナ粒内に多数トラツプされ、
還元窒化反応後も多量に残留することが分つた。
この粒内残留炭素は還元窒化反応後の酸化脱炭工
程でも酸化除去するのが難しく、最終的に得られ
るAlN粉末中の残留炭素が比較的高い場合が多
いという問題がある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は高純度で微細な、焼結性にすぐれた
AlN粉末の製造法に関する上記開示をさらに発
展させ、粒度分布範囲が狭く、微細で、残留炭素
の少ないAlN粉末を再現性よく製造する方法を
提供しようとするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者らは上記従来技術の問題点を解決する
ため種々研究の結果、ベーマイト粉の昇温時にお
けるα−アルミナ相への転移に際する粒径の異常
成長は、ベーマイトゾルと炭素源物質との混合物
にα−アルミナ粉末を含有させることにより、防
止し得ることを発見し本発明に到達したもので、
下記の技術手段からなるものである。 すなわち、本発明は、特願昭61−283206および
特願昭62−036633に開示された技術を発展させた
もので、これ等に開示された方法において、ベー
マイトゾルと炭素源物質との混合物に、ベーマイ
ト粉に対して0.01〜50重量％のα−アルミナ粉末
を含有させることを特徴とするものである。 ベーマイトゾルと炭素源物質との混合物にα−
アルミナ粉末を含有させる方法としては、粉末の
まま、あるいは水に加えてアルミナスラリーとし
てベーマイトゾルまたは前記混合物に添加しても
良いが、PHを1.2〜4.5に調整したアルミナスラリ
ーとして添加すると、α−アルミナ粉末の分散が
良好となり好ましい。 本発明に用いられるベーマイト粉としては凝ベ
ーマイト粉も使用できる。凝ベーマイトは、ベー
マイト結晶と同位置にＸ線回折ピークが現れるが
ベーマイト結晶に比べてピーク幅が広く、結晶性
の不十分なベーマイトであるが、水中の分散性は
ベーマイト結晶と大差はない。 水にベーマイト粉を加えたベーマイトスラリー
のPHを1.2〜4.5に調整しベーマイトゾルを作成す
るには、例えば適量の硝酸が用いられる。 α−アルミナ粉末を含有しているベーマイトゾ
ルと炭素源物質との混合物を乾燥するには、この
混合物を、 (1) 長時間混練する、 (2) 混練しながら加熱等により水を蒸発させる、 (3) 酸、アルカリ、種々なイオン、高分子凝集剤
を添加する、 等の方法によりゲル化し、ベーマイト粉と炭素源
物質とα−アルミナ粉末との均一混合状態をその
まま保持して固化し、適宜な方法で乾燥する。 このようにして得られた乾燥物を、窒素を含む
非酸化性雰囲気中で1350〜1800℃で焼成すること
によりAlN粉末が得られる。 〔作用〕 ベーマイト粉は焼成における昇温時に、一旦α
−アルミナ相に転移し、この転移の際に粒子の異
常成長が起こるが、微粉のα−アルミナ粉末を添
加しておくと、添加したα−アルミナ粉末はベー
マイトからα−アルミナへの転移に際し核生成サ
イトとして作用し、粒子の異常成長を防ぐことが
できる。 アルミナにはα−アルミナの他に、γ−アルミ
ナ等の準安定相があるが、準安定相のアルミナに
は上記の核生成サイトとしての作用が認められな
いばかりでなく、昇温時にα−アルミナ相に転移
する時にベーマイト粉と同様に粒子が異常成長
し、その結果AlNの粗粒を生じ、本発明の効果
を挙げることはできない。 ベーマイトゾルと炭素源物質との混合物に含有
させるα−アルミナ粉末の量は、ベーマイト粉に
対し0.01〜50重量％とする。0.01重量％未満では
核生成サイト数が不十分で、前記転移に伴う急激
な粒成長を抑制できず、50重量％を越えると、分
散性が良く、かつ微細な粒径を有するベーマイト
を用いる利点が殆どなく、α−アルミナ粉末を出
発原料とする従来の技術と実質的に同じものにな
る。 本発明に用いられるα−アルミナ粉末の粒度は
特に限定されるものではないが、ベーマイトから
α−アルミナへの転移に際し、核生成サイトとな
るものであるので、多数の核生成サイトを持ち込
んで微粉のAlN粉末を生じさせるため、また、
添加したα−アルミナ粉末も炭素源物質と窒素と
によつて還元窒化されてAlN粉末を生じるので
なるべく微粉であることが好ましく、製造しよう
とするAlN粉末より粒径の小さいものが望まし
く、α−アルミニウム粉末の粒度を選択すること
により、任意の粒度を有し、粒度分布の狭い
AlN粉末を製造することができる。 また、本発明においては、ベーマイトからα−
アルミナへの相転移において粒の異常成長を生じ
ないので、炭素源物質がα−アルミナ粒内に多数
トラツプされることがなくなり、酸化脱炭工程に
おける炭素の酸化除去が容易となり、AlN粉末
製品中の残留炭素を減少させることができる。 〔実施例〕 第１表に示した〜の配合でAlN粉末製造
用の混合物を作製し、窒素雰囲気中で1600℃、５
時間焼成したのち、650℃で３時間脱炭処理し、
AlN粉末を得た。第１表中、、、、
は本発明の製造条件に適合する実施例であり、
、、、は比較例である。これらの混合物
は全て以下の手順で作成した。 これ等の混合物は、全て以下の手順で作製し
た。 PH＝3.0で水中に分散させた濃度20重量％のベ
ーマイトゾルと、固体炭素数に分散剤と水を加え
ポツトミルで10時間混練して得た炭素濃度15重量
％の分散体とを予め作成した。 両者を炭素／ベーマイト重量比＝１となるよう
に混合したのち、PH＝3.0で水中に分散させた濃
度10重量％のα−アルミナ粉末（平均粒径
0.3μm）を所定量添加混合し、加熱によつて水を
除去し、ゲル化させた後乾燥した。 試験は各条件でそれぞれ５回行つた。

【表】 上記〜の９種類のAlN粉末の粒度分布の
平均値を第１図に示す。第１図および走査型電子
顕微鏡による観察から以下のことを確認できた。 比較例、、、では粒径分布が広く、平
均粒径も大きいだけでなく、5μm以上まで異常成
長した粒が散見された。 実施例、、、、では比較例、、
、に比べ、粒径が小さく、粒度分布が狭く、
異常成長した粒は認められず、かつ５回の試験の
間の粒径のばらつきも小さい。 〔発明の効果〕 本発明によつて、微細で、均一粒径のAlN粉
末を極めて再現性よく製造することが可能になつ
た。 このAlN粉末を用いることにより、高純度で、
高熱伝導性、高強度のAlN焼結体を製造するこ
とが容易となり、高温構造材料、IC（集積回路）
基板等への利用に貢献するところが大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は種々の方法で作製したAlN粉末の粒
度分布を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水にベーマイト粉を加え、PHを1.2〜4.5に調
   整して該ベーマイト粉を分散させたベーマイトゾ
   ルを作製し、該ベーマイトゾルと炭素源物質とを
   混合し、該混合物を乾燥した後、窒素を含む非酸
   化性雰囲気中で焼成する窒化アルミニウム粉末の
   製造方法において、該ベーマイトゾルと該炭素源
   物質との混合物に、該ベーマイト粉に対して0.01
   〜50重量％のα−アルミナ粉末を含有させること
   を特徴とする窒化アルミニウム粉末の製造方法。