JPH0621016B2 - 窒化アルミニウム粉末の製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウム粉末の製造方法Info
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- JPH0621016B2 JPH0621016B2 JP9767286A JP9767286A JPH0621016B2 JP H0621016 B2 JPH0621016 B2 JP H0621016B2 JP 9767286 A JP9767286 A JP 9767286A JP 9767286 A JP9767286 A JP 9767286A JP H0621016 B2 JPH0621016 B2 JP H0621016B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は不純物としての酸素の含有量が少ない高純度窒
化アルミニウム粉末の製造方法に関するものである。
化アルミニウム粉末の製造方法に関するものである。
＜従来の技術及びその問題点＞ 窒化アルミニウムは、高い熱伝導性，電気絶縁性，耐食
性を有しており、その焼結体は機械的強度も大であると
ころから高温耐熱材料や電子機器材料等多くの分野で用
いられている。ところで窒化アルミニウム粉末の製造法
としては従来から金属アルミ粉の直接窒化法とアルミナ
粉の還元窒化法は良く知られている。この中で金属アル
ミ粉の直接窒化法は原料としてのアルミ粉が微細でなけ
れば窒化反応に伴なう発熱でアルミ粉が溶湯となり凝集
し完全な窒化が出来ない為に粉砕により得られるフレー
ク状のアルミ粉末が用いられ、それよりも粒が大なるア
トマイズアルミ粉やアルミ繊維は殆んど用いられていな
い。フレーク状アルミ粉は微細で窒化反応が進行し易い
という点では優れているが、比表面積が大である為に表
面酸化物を多く含有し、この表面酸化物は熱化学的に安
定で窒化反応後もそのまゝ残存し製品である窒化アルミ
ニウム中の酸素含有量が多くなると共に、フレーク状と
する為の粉砕工程からも不純物の混入は避けられず、高
純度の窒化アルミニウム粉末は得難いという問題があっ
た。又もう一つの代表的な方法であるアルミナ粉の還元
窒化法は、良好な窒化率を得る為には1700℃位の高温を
必要とする為に設備的にも必要なエネルギーの面からも
高価となり、更には過剰の炭素を除去する為の燃焼工程
も必要となり、結果として製品である窒化アルミニウム
粉末が高価となる問題がある。
性を有しており、その焼結体は機械的強度も大であると
ころから高温耐熱材料や電子機器材料等多くの分野で用
いられている。ところで窒化アルミニウム粉末の製造法
としては従来から金属アルミ粉の直接窒化法とアルミナ
粉の還元窒化法は良く知られている。この中で金属アル
ミ粉の直接窒化法は原料としてのアルミ粉が微細でなけ
れば窒化反応に伴なう発熱でアルミ粉が溶湯となり凝集
し完全な窒化が出来ない為に粉砕により得られるフレー
ク状のアルミ粉末が用いられ、それよりも粒が大なるア
トマイズアルミ粉やアルミ繊維は殆んど用いられていな
い。フレーク状アルミ粉は微細で窒化反応が進行し易い
という点では優れているが、比表面積が大である為に表
面酸化物を多く含有し、この表面酸化物は熱化学的に安
定で窒化反応後もそのまゝ残存し製品である窒化アルミ
ニウム中の酸素含有量が多くなると共に、フレーク状と
する為の粉砕工程からも不純物の混入は避けられず、高
純度の窒化アルミニウム粉末は得難いという問題があっ
た。又もう一つの代表的な方法であるアルミナ粉の還元
窒化法は、良好な窒化率を得る為には1700℃位の高温を
必要とする為に設備的にも必要なエネルギーの面からも
高価となり、更には過剰の炭素を除去する為の燃焼工程
も必要となり、結果として製品である窒化アルミニウム
粉末が高価となる問題がある。
＜問題点を解決する為の手段） 本発明は上記諸問題を解消し、高純度の窒化アルミニウ
ム粉末を安価に製造する方法を提供せんとするものであ
り、その要旨は粒径200μｍ以下のアトマイズアルミ粉
末若しくは直径100μｍ以下のアルミ繊維を出発原料と
し、該出発原料を600〜800℃の温度域で窒素ガスあるい
はアンモニアガスを含む窒化ガスのガス分圧を0.5気圧
以下として３時間以上保持し、次いで窒化ガス分圧を0.
5気圧以上となし800℃以上に加熱保持することを特徴と
する窒化アルミニウム粉末の製造方法である。
ム粉末を安価に製造する方法を提供せんとするものであ
り、その要旨は粒径200μｍ以下のアトマイズアルミ粉
末若しくは直径100μｍ以下のアルミ繊維を出発原料と
し、該出発原料を600〜800℃の温度域で窒素ガスあるい
はアンモニアガスを含む窒化ガスのガス分圧を0.5気圧
以下として３時間以上保持し、次いで窒化ガス分圧を0.
5気圧以上となし800℃以上に加熱保持することを特徴と
する窒化アルミニウム粉末の製造方法である。
なお本発明方法にあっても、アルミニウムを窒素ガス雰
囲気中で直接窒化する際に用いられる従来から公知の触
媒を併用する事もあり、例えばNaFやLiF等のアルカリ金
属フッ化物やCaF2の如きアルカリ土類金属フッ化物、更
には希土類元素の酸化物やフッ化物等を上記出発原料中
へ１〜３重量％の範囲で添加混同して用いる場合もあ
る。
囲気中で直接窒化する際に用いられる従来から公知の触
媒を併用する事もあり、例えばNaFやLiF等のアルカリ金
属フッ化物やCaF2の如きアルカリ土類金属フッ化物、更
には希土類元素の酸化物やフッ化物等を上記出発原料中
へ１〜３重量％の範囲で添加混同して用いる場合もあ
る。
＜作用＞ 本発明では上記出発原料を、まず600〜800の温度域で窒
化ガスの分圧を0.5気圧以下で保持するが、この温度域
では出発原料の表面に酸化皮膜が形成されている為に未
だ溶湯とはならず固体形状を保持したまゝその表面から
徐々に窒化され始める。実験によるとこの温度が600℃
未満だと殆んど窒化が起こらず、又800を越えると一部
溶湯が出現し出発原料同志が凝集を始める事が確認出来
た。この間の窒化ガスの分圧も温度と深い関係があり、
窒化ガスの分圧を0.5気圧よりも高くすれば窒化反応が
急速に進行しその際の発熱で反応系の温度が高くなり過
ぎ出発原料が溶け始めるので表面にある厚さの窒化アル
ミニウム層が形成され、該窒化アルミニウム層が内層の
金属アルミニウムの保護層となる迄は窒化ガスの分圧は
0.5気圧以下とする。本発明の窒化ガスとしては、窒素
ガスを所定の減圧状態で用いる方法、アルゴンガスや水
素ガスと混ぜ所定の分圧状態で用いる方法、更にはアン
モニアガスをそれ単独やアルゴンガスとの混合ガスとし
て用いる方法等がある。次にこの600〜800℃の温度域で
の保持時間についてであるが、触媒を何ら用いない場合
については窒化ガス圧が0.2気圧の条件で５時間以上、
同0.5気圧の条件で３時間以上が好ましく、上述した各
種の触媒を用いればこの保持時間は幾分短縮は出来る
が、窒化反応促進に伴なう温度上昇には十分注意を要す
る。この600〜800℃に於ける温度管理は、その中途の温
度に所定時間保持してもよいが、実操作上は600℃に保
持した反応炉を例えば0.5℃／min.の割合で上昇せしめ
るという方法を採用する。
化ガスの分圧を0.5気圧以下で保持するが、この温度域
では出発原料の表面に酸化皮膜が形成されている為に未
だ溶湯とはならず固体形状を保持したまゝその表面から
徐々に窒化され始める。実験によるとこの温度が600℃
未満だと殆んど窒化が起こらず、又800を越えると一部
溶湯が出現し出発原料同志が凝集を始める事が確認出来
た。この間の窒化ガスの分圧も温度と深い関係があり、
窒化ガスの分圧を0.5気圧よりも高くすれば窒化反応が
急速に進行しその際の発熱で反応系の温度が高くなり過
ぎ出発原料が溶け始めるので表面にある厚さの窒化アル
ミニウム層が形成され、該窒化アルミニウム層が内層の
金属アルミニウムの保護層となる迄は窒化ガスの分圧は
0.5気圧以下とする。本発明の窒化ガスとしては、窒素
ガスを所定の減圧状態で用いる方法、アルゴンガスや水
素ガスと混ぜ所定の分圧状態で用いる方法、更にはアン
モニアガスをそれ単独やアルゴンガスとの混合ガスとし
て用いる方法等がある。次にこの600〜800℃の温度域で
の保持時間についてであるが、触媒を何ら用いない場合
については窒化ガス圧が0.2気圧の条件で５時間以上、
同0.5気圧の条件で３時間以上が好ましく、上述した各
種の触媒を用いればこの保持時間は幾分短縮は出来る
が、窒化反応促進に伴なう温度上昇には十分注意を要す
る。この600〜800℃に於ける温度管理は、その中途の温
度に所定時間保持してもよいが、実操作上は600℃に保
持した反応炉を例えば0.5℃／min.の割合で上昇せしめ
るという方法を採用する。
この様にまず出発原料の表面層に必要厚さの窒化アルミ
ニウム層を形成せしめた後、それに引続き窒化ガス分圧
を0.5気圧以上に高め800℃以上、好ましくは1200℃位迄
昇温せしめて原料全体を窒化させる、即ち窒化ガス分圧
の増大及び温度の上昇により窒化反応がより促進され、
該反応によって発生する反応熱で更に反応が加速され原
料はその芯部に至る迄全てが窒化されるのである。
ニウム層を形成せしめた後、それに引続き窒化ガス分圧
を0.5気圧以上に高め800℃以上、好ましくは1200℃位迄
昇温せしめて原料全体を窒化させる、即ち窒化ガス分圧
の増大及び温度の上昇により窒化反応がより促進され、
該反応によって発生する反応熱で更に反応が加速され原
料はその芯部に至る迄全てが窒化されるのである。
ここで本発明の出発原料として用いるアトマイズアルミ
粉末、若しくはアルミ繊維は表面酸化物の混入を避ける
という点からはある程度粗粒物が望ましいが、逆にあま
り粗大物では窒化反応が十分に行なわれないので200μ
ｍ以下、好ましくは10μｍ位迄とするのが好ましい。又
これらの出発原料の反応容器内への充填厚さも重要であ
る、即ち充填厚さが５cmを越えるとその自重の為に、出
発原料表面の酸化膜あるいは窒化膜厚が破壊され金属ア
ルミの凝集が生起し窒化反応が十分に進行しないので反
応容器内への充填厚さは５cm以下となす事が望ましい。
粉末、若しくはアルミ繊維は表面酸化物の混入を避ける
という点からはある程度粗粒物が望ましいが、逆にあま
り粗大物では窒化反応が十分に行なわれないので200μ
ｍ以下、好ましくは10μｍ位迄とするのが好ましい。又
これらの出発原料の反応容器内への充填厚さも重要であ
る、即ち充填厚さが５cmを越えるとその自重の為に、出
発原料表面の酸化膜あるいは窒化膜厚が破壊され金属ア
ルミの凝集が生起し窒化反応が十分に進行しないので反
応容器内への充填厚さは５cm以下となす事が望ましい。
＜実施例＞ 以下本発明の実施例及び比較例を示す。
実施例１ 粒径100μｍ以下，純度99.99％のアトマイズアルミ粉末
300ｇを、直径10cmの黒鉛るつぼに充填厚さ３cmとなる
様に充填し、これを密閉容器内へ装入し、0.2気圧の窒
素雰囲気中、650℃で３時間の後、750℃で２時間保持
し、次いで窒素ガスの圧力を１気圧に高め昇温を続けた
ところ、850℃位に達した時に急激な反応が起こり密閉
容器内の窒素ガス圧が急激に低下した。この時点で密閉
容器内へ窒素ガスを補充してその圧力を１気圧に保ち乍
ら更に1000℃迄昇温し３時間保持した。冷却後試料を取
出すと灰白色の固まりとなっており、この試料を粉砕後
化学分析を行ったところ、純度が98.6％の窒化アルミニ
ウムであり、金属アルミは0.1％未満，酸素含有量は0.7
％であった。
300ｇを、直径10cmの黒鉛るつぼに充填厚さ３cmとなる
様に充填し、これを密閉容器内へ装入し、0.2気圧の窒
素雰囲気中、650℃で３時間の後、750℃で２時間保持
し、次いで窒素ガスの圧力を１気圧に高め昇温を続けた
ところ、850℃位に達した時に急激な反応が起こり密閉
容器内の窒素ガス圧が急激に低下した。この時点で密閉
容器内へ窒素ガスを補充してその圧力を１気圧に保ち乍
ら更に1000℃迄昇温し３時間保持した。冷却後試料を取
出すと灰白色の固まりとなっており、この試料を粉砕後
化学分析を行ったところ、純度が98.6％の窒化アルミニ
ウムであり、金属アルミは0.1％未満，酸素含有量は0.7
％であった。
比較例 粒径100μｍ以下，純度99.99％のアトマイズアルミ粉末
300ｇを、直径10cmの黒鉛るつぼに充填厚さ３cmとなる
様に充填し、これを密閉容器内へ装入し、１気圧の窒素
雰囲気中で５℃／min.の昇温速度で1000℃迄昇温し、10
00℃で３時間保持した。冷却後試料を取出すと、表面は
灰白色の窒化アルミニウムであったが、内部は金属アル
ミニウムのまゝであった。
300ｇを、直径10cmの黒鉛るつぼに充填厚さ３cmとなる
様に充填し、これを密閉容器内へ装入し、１気圧の窒素
雰囲気中で５℃／min.の昇温速度で1000℃迄昇温し、10
00℃で３時間保持した。冷却後試料を取出すと、表面は
灰白色の窒化アルミニウムであったが、内部は金属アル
ミニウムのまゝであった。
実施例２ 直径100μｍ以下，純度99.99％のアルミ短短繊維（長さ
１cm以下）400ｇを、直径10cmの黒鉛るつぼに充填厚さ
５cmとなる様に充填し、これを密閉容器内へ装入し、0.
5気圧の窒素雰囲気中、600℃迄急昇温し、その後800℃
迄を0.5℃／min.の昇温速度で昇温した。その後窒素ガ
ス圧を１気圧とし更に昇温したところ850℃位で急激な
反応が起こり、密閉容器内の窒素ガス圧が急激に低下し
たので、外部より窒素ガスを補充し密閉容器内の窒素ガ
ス圧を１気圧に保ち乍ら1200℃迄昇温し、その温度で３
時間保持した。冷却後試料を取出すと灰白色の固まりと
なっており、この試料を粉砕後化学分析を行ったとこ
ろ、純度が99.0％の窒化アルミニウムであり、金属アル
ミは0.1％未満，酸素含有量は0.5％であった。
１cm以下）400ｇを、直径10cmの黒鉛るつぼに充填厚さ
５cmとなる様に充填し、これを密閉容器内へ装入し、0.
5気圧の窒素雰囲気中、600℃迄急昇温し、その後800℃
迄を0.5℃／min.の昇温速度で昇温した。その後窒素ガ
ス圧を１気圧とし更に昇温したところ850℃位で急激な
反応が起こり、密閉容器内の窒素ガス圧が急激に低下し
たので、外部より窒素ガスを補充し密閉容器内の窒素ガ
ス圧を１気圧に保ち乍ら1200℃迄昇温し、その温度で３
時間保持した。冷却後試料を取出すと灰白色の固まりと
なっており、この試料を粉砕後化学分析を行ったとこ
ろ、純度が99.0％の窒化アルミニウムであり、金属アル
ミは0.1％未満，酸素含有量は0.5％であった。
実施例３ 粒径200μｍ以下，純度99.99％のアトマイズアルミ粉末
300ｇに、触媒としてNaF粉末３ｇを乾式混合した混合粉
末を、直径を10cmの黒鉛るつぼに充填厚さ３cmとなる様
に充填し、これを密閉容器内へ装入し、0.2気圧の窒素
雰囲気中、600℃で１時間、650℃，700℃，750℃，800
℃で各々30分間ずつ保持した後、窒素ガス圧を１気圧と
し昇温を続けたところ、850℃付近で急激な反応が起こ
り密閉容器内の窒素ガス圧が急激に低下したので外部よ
り窒素ガスを補充し密閉容器内の窒素ガス圧を１気圧に
保ち乍ら1000℃迄昇温し、この温度に３時間保持した。
冷却後試料を取出すと周囲がベージュ色で内部が白色の
柔らかい固まりとなっており、この試料を粉砕後化学分
析を行ったところ、純度が99.2％の窒化アルミニウムで
あり、触媒として添加したNaFは100p.p.m.以下であっ
た。これは窒化反応の際の発熱によりNaFが蒸発したも
のと思われる。又得られた窒化アルミニウム中の酸素含
有量は0.4％であった。
300ｇに、触媒としてNaF粉末３ｇを乾式混合した混合粉
末を、直径を10cmの黒鉛るつぼに充填厚さ３cmとなる様
に充填し、これを密閉容器内へ装入し、0.2気圧の窒素
雰囲気中、600℃で１時間、650℃，700℃，750℃，800
℃で各々30分間ずつ保持した後、窒素ガス圧を１気圧と
し昇温を続けたところ、850℃付近で急激な反応が起こ
り密閉容器内の窒素ガス圧が急激に低下したので外部よ
り窒素ガスを補充し密閉容器内の窒素ガス圧を１気圧に
保ち乍ら1000℃迄昇温し、この温度に３時間保持した。
冷却後試料を取出すと周囲がベージュ色で内部が白色の
柔らかい固まりとなっており、この試料を粉砕後化学分
析を行ったところ、純度が99.2％の窒化アルミニウムで
あり、触媒として添加したNaFは100p.p.m.以下であっ
た。これは窒化反応の際の発熱によりNaFが蒸発したも
のと思われる。又得られた窒化アルミニウム中の酸素含
有量は0.4％であった。
窒化アルミニウムの分析は、アルカリ水溶液溶解窒素蒸
留法で行い、窒素と結合していないアルミニウムは不純
物と見なしている。
留法で行い、窒素と結合していないアルミニウムは不純
物と見なしている。
又酸素含有量は、LECO製酸素窒素分析計で測定した。
＜発明の効果＞ 以上述べて来た如く、本発明方法によれば窒化反応の初
期の段階に於ける反応度合を抑制、即ち温度及び窒化ガ
ス分圧をある限度以下に抑え、まず原料表面のみを窒化
アルミニウム化し、その後全体を窒化させるという２段
階反応とせしめている為に、ある程度粗粒あるいは径の
大きな繊維であるアトマイズアルミ粉末やアルミ繊維を
原料とする事が出来、その為に製品たる窒化アルミニウ
ム中への酸素をはじめとする不純物の侵入を１％以下に
抑える事が可能である 更に本発明方法での出発原料は、従来からのフレーク状
アルミ粉と比べ安価であるという経済的利点がある他、
生産に際し反応容器内へ充填した場合同じ充填厚さでも
フレーク状アルミ粉の場合よりも充填密度を大とする事
が出来るので生産効率を向上せしめる事が出来、この点
からも製品はより安価となるものでその実社会的価値は
大きい。
期の段階に於ける反応度合を抑制、即ち温度及び窒化ガ
ス分圧をある限度以下に抑え、まず原料表面のみを窒化
アルミニウム化し、その後全体を窒化させるという２段
階反応とせしめている為に、ある程度粗粒あるいは径の
大きな繊維であるアトマイズアルミ粉末やアルミ繊維を
原料とする事が出来、その為に製品たる窒化アルミニウ
ム中への酸素をはじめとする不純物の侵入を１％以下に
抑える事が可能である 更に本発明方法での出発原料は、従来からのフレーク状
アルミ粉と比べ安価であるという経済的利点がある他、
生産に際し反応容器内へ充填した場合同じ充填厚さでも
フレーク状アルミ粉の場合よりも充填密度を大とする事
が出来るので生産効率を向上せしめる事が出来、この点
からも製品はより安価となるものでその実社会的価値は
大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤木 秀信 福岡県大牟田市大字岬2891番地の２ (72)発明者 田中 辰弘 福岡県大川市中白町91番地 (72)発明者 内田 元治 福岡県大牟田市天領町２丁目28番地
Claims (2)
- 【請求項１】粒径200μｍ以下のアトマイズアルミ粉末
若しくは直径100μｍ以下のアルミ繊維を出発原料と
し、該出発原料を600〜800℃の温度域で窒素ガスあるい
はアンモニアガスを含む窒化ガスのガス分圧を0.5気圧
以下として３時間以上保持し、次いで窒化ガス分圧を0.
5気圧以上となし800℃以上に加熱保持することを特徴と
する窒化アルミニウム粉末の製造方法。 - 【請求項２】出発原料の反応容器への充填厚さを５cm以
下とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
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 |
|---|---|---|---|
| JP9767286A JPH0621016B2 (ja) | 1986-04-26 | 1986-04-26 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP9767286A JPH0621016B2 (ja) | 1986-04-26 | 1986-04-26 | 窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62256703A JPS62256703A (ja) | 1987-11-09 |
| JPH0621016B2 true JPH0621016B2 (ja) | 1994-03-23 |
Family
ID=14198510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9767286A Expired - Lifetime JPH0621016B2 (ja) | 1986-04-26 | 1986-04-26 | 窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0621016B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4729180B2 (ja) * | 2001-02-02 | 2011-07-20 | 株式会社茨木研究所 | 窒化アルミニウムの製造方法 |
| JP4664229B2 (ja) * | 2006-04-19 | 2011-04-06 | 電気化学工業株式会社 | 窒化アルミニウム粉末および樹脂組成物 |
-
1986
- 1986-04-26 JP JP9767286A patent/JPH0621016B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62256703A (ja) | 1987-11-09 |
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