JPH06506905A - 制御された燃焼窒化によって窒化アルミニウム粉末を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 制御された燃焼窒化によって窒化アルミニウム粉末を製造するための方法 本発明は、全体として、窒化アルミニウム粉末を製造するための方法に関する。

本発明は、更に特別には、アルミニウム金属の直接燃焼窒化によって窒化アルミ ニウム粉末を製造することに関する。

窒化アルミニウム合成は、一般的には、４つの既知の方法の１つ：こよって行わ れる。１つの慣用的な方法は、アルミニウム金属を窒素と直接反応させる（２Ａ １＋Ｎｒ”２ＡＩＮ）。第二の慣用的な方法は、アルミナを炭素熱的に（ｃａｒ ｂｏｔｈｅｒｍａｌｌｙ）還元しそして窒化することを含む（Ａ１．ｏ、＋３Ｃ 十Ｎｚ→２ＡＩＮ＋３ＣＯ）。より一般的ではない方法は、蒸気相中で塩化アル ミニウム及びアンモニアを反応させる（ＡＩ　Ｃ１ｓ＋４ＮＨ３→ＡＩＮ＋３Ｎ Ｈ４Ｃ１）。Ｕ、Ｓ、−Ａ３．１２８，１５３は、リン化アルミニウムがアンモ ニアと反応するなおより一般的ではない方法を開示して０る（Ａ　Ｉ　Ｐ　＋Ｎ Ｈｓ→ＡＩＮ＋１／４Ｐ４＋３／２Ｈ１）。

窒化アルミニウム部品の特性は、それからそれら力く製造される窒イしアルミニ ウム粉末の純度に大幅に依存する。従って、本来室イヒアルミニウム粉末と混合 した不純物を残す方法は、回避されるべきである。

塩化アルミニウム及びアンモニアの蒸気相反応１ま、ｉｌｌ生成物として塩化ア ンモニウムを生成させる。加えて、商業的１こ入手できる塩化アルミニウムはか なりのレベルの不純物を含む。それ故、塩化アルミニウム１ま、アンモニアとの 反応に先立って精製しなければならない。

リン化アルミニウムのアンモニアとの反応は、蒸気相合成と問題を分は合う。商 業的に入手できるリン化アルミニウムは、一般的に受け入れられないレベルの不 純物を含む。加えて、リンは、高価で毒性でそして非常に燃焼性である。

炭素熱的還元方法は、残留炭素を含む生成物を生じる。この炭素は、空気中の高 温焼き尽くしによって酸化しそして引き続いて除去することができる。この焼き 尽くしはまた、幾らかの窒化アルミニウム生成物をアルミナに酸化することを引 き起こす。このアルミナは、生成物純度を　−減らしそして生成物から製造され る物品の熱伝導性に悪い影響を与える。

アルミニウム金属の窒化アルミニウムへの直接の反応は、２つの理由のためにそ の他の方法よりもきれいな生成物を生成させる。第一に、高純度アルミニウムが 商業的に入手できる。第二に、この方法は副生成物を生成させない。

この直接の反応は、発熱的でありそして１８００にで１ｇモルの窒化アルミニウ ムあたり約３２８キロジユールを発生する。アルミニウム金属は約９３３にで溶 融する。アルミニウムと窒素の反応１ま約１０７３にでスタートしそして、一度 開始されると、制御されなＬ１場合番二ｉ！自己増殖する。未制御の反応は約２ ８００にの断熱的温度に達する。時間の延長された長さの間ＡＩＮの焼結温度に 到達し、そしてそこで留まる未制御の反応は、焼結された窒化アルミニウム集塊 を生成させる。これらの集塊は、圧力無しの焼結技術による、理論的密度番二近 Ｌ）密度への一層の焼結を容易には受けない。

直接窒化方法の１つの変形例は、１０．ｏｏｏＫｌこ近し″Ｉ温度でアルミニウ ム金属を蒸発させるためにプラズマ反応器を用いる。蒸発された金属は、次に、 窒素、アンモニア、または窒素とアンモニア若しくは窒素と水素の混合物と反応 する。生成する窒化アルミニウム粒子は、０．１マイクロメ一ター未満の平均粒 径及び１ｇあたり約３０平方メートルの表面積を有する。空気に暴露された粉末 の表面の上に見い出される酸素は、焼結の間に窒化アルミニウムと反応してオキ シ窒化アルミニウムを形成し、そして生成する焼結された生成物の熱伝導度を減 らす。

Ｕ、Ｓ、−Ａ　４，６１２．０４５は、加熱された窒素ガスの窒化雰囲気中に溶 融されたアルミニウムを原子化する。このガスは１０７３に以上の温度でなけれ ばならない。生成する生成物は、ある量の未反応アルミニウム金属を含むと報告 されている。

直接窒化方法のもう一つの変形例は、浮遊（ｆｌｏａｔｉｎｇ）窒化方法として 知られている。原子化されたアルミニウム粉末をガス状窒素の流れ中に組み入れ そして加熱された反応区分を通して上向きに移動させる。アルミニウム粉末は反 応区分中のガス状窒素と反応する。生成する生成物を頭上で収集する。典型的な 反応温度は１６２３〜１８２３にの範囲である。

Ｎ、Ｈｏｔｔａらは、“Ｎ２ガス中の浮遊Ａ１粒子の窒化によるＡＩＮの合成” 、窯業協会誌、旦（２Ｌ２７４〜２７７頁（１９８７）中で、１３５０〜１５５ ０℃の温度で行われる浮遊窒化方法を述べてＩｌｌる。それらは、５秒程度の反 応時間によって１１〜０．２マイクロメートルの平均サイズを有する非常に細か な窒化アルミニウム粒子を製造する。

日本特許出願０１　２７５４７２　（１９８６年９月１１日）は、２スチツプの 浮遊窒化方法を述べている。ステップ１においては、浮遊状態中のアルミニウム 金属を、１４７３に未満の温度で短い時間の期間の間高温窒素ガスと反応させて 、アルミニウム金属粒子の表面の上だけに硬い窒化アルミニウム層を生成させる 。ステップ２においては、これらの中間粒子を、もっと長い時間の期間の間１４ ７３〜２０７３にの温度で窒素ガスと反応させる。生成する窒化アルミニウムは 、１ｇあたり２平方メートル未満の表面積を有すると報告されている。

本発明の１つの面は、粒子状アルミニウム金属及び窒素源を、１８７３に〜２３ ７３にの温度範囲内の温度に１秒あたり少なくとも１００にの加熱速度で実質的 にすべてのアルミニウム金属粒子を個別に加熱するのに十分な温度で維持されて いる加熱された反応ゾーンを通して、実質的にすべてのアルミニウム金属粒子を ０．　２〜１０秒の時間の間該温度範囲内に維持するのに十分な流れの速度で通 過させて、粒子状アルミニウム金属を生成物重量を基にして少なくとも７５重量 ％の窒化アルミニウム含量を有する生成物に転化することを有して成る、１ｇあ たり２〜８平方メートルの範囲内の表面積及び０より大きり１，２重量％未満の 範囲内の酸素含量を有する、窒化アルミニウムの粉末を製造するための方法であ る。

関連した面においては、前記生成物は、加熱された反応ゾーンから、実質的にす べての生成物粒子を１秒あたり少なくとも１００にの冷却速度で１０７３に未満 の温度に個別に冷却するのに十分な温度で維持されている冷却ゾーン中へと通過 する。

本発明の第二の面は、粉末化された除去可能なまたは相溶性固体物質及び粒子状 アルミニウム金属及び窒素源の混合物（ここでこの除去可能なまたは相溶性固体 物質は反応ゾーンを規定する壁またはその他の表面の上の窒化アルミニウム生成 物の堆積を減らすのに十分な量で存在する）を、１８７３に〜２３７３にの温度 範囲内の温度に１秒あたり少なくとも１００にの加熱速度で実質的にすべてのア ルミニウム金属粒子を個別に加熱するのに十分な温度で維持されている加熱され た反応ゾーンを通して、実質的にすべてのアルミニウム金属粒子を０．２〜１０ 秒の時間の間該湿度範囲内に維持するのに十分な流れの速度で通過させて、粒子 状アルミニウム金属を生成物重量を基にして少なくとも７５重量％の窒化アルミ ニウム含量を有する生成物に転化することを有して成る、１ｇあたり０．　５〜 ６平方メートルの範囲内の表面積及び０より大きく１重量％未満の範囲内の酸素 含量を有する、窒化アルミニウムの粉末を製造するための方法である。前記方法 が窒化アルミニウム生成物を製造し始めた後で、生成物の一部を必要に応じて相 溶性物質の源として使用する。

前記生成物は、有益には、生成物重量を基にして少なくとも９０重量％の窒化ア ルミニウム含量を有する。

関連した面においては、前記生成物は、加熱された反応ゾーンから、実質的にす べての生成物粒子を１秒あたり少なくとも１００にの冷却速度で１０７３に未満 の温度に個別に冷却するのに十分な温度で維持されている冷却ゾーン中へと通過 する。

第−及び第二の面の両方に関連する本発明の第三の面は、生成物をまず粉砕して 未反応アルミニウム金属表面を暴露しそして次に、ガス状窒素の存在下で、実質 的にすべての暴露された未反応アルミニウム金属表面を窒化アルミニウムに転化 するのに十分な時間の間約１１７３に〜１８７３にの範囲内の温度に加熱する二 次的な、または一層の反応のステップである。１３７３に〜１８７３にの範囲内 の温度はまた、二次的な反応ステップ無しで製造された生成物のものよりも低い 生成物表面積を生じさせる。この生成物表面積の減少は、１０％または更にそれ より多い可能性がある。

関連した面においては、粉砕及び加熱が同時に起きる。

本発明の第四の面は、ａ）前に製造された窒化アルミニウム粉末及び粒子状アル ミニウム金属及び窒素源の混合物（ここでこの不活性固体物質は反応ゾーン内の 表面の上の窒化アルミニウム生成物の堆積を減らすのに十分な量で存在する）を 、１８７３に〜２３７３にの温度範囲内の温度に１秒あたり少なくとも１００に の加熱速度で実質的にすべてのアルミニウム金属粒子を個別に加熱するのに十分 な温度で維持されている加熱された反応ゾーンを通して、実質的にすべてのアル ミニウム金属粒子を０．２〜１０秒の時間の間該温度範囲内に維持するのに十分 な流れの速度で通過させること（ここで窒化アルミニウムは粒子状アルミニウム 金属を生成物重量を基にして少なくとも７５重量％の窒化アルミニウム含量を有 する生成物に転化することを有して成る、１ｇあたり０．５〜６平方メートルの 範囲内の表面積及び０より大きく１重量％未満の範囲内の酸素含量を有する）、 ｂ）実質的にすべての未反応アルミニウム金属表面を暴露するのに十分な時間の 間生成物を粉砕すること、 Ｃ）粉末化されたアルミニウム金属との混合物のために粉砕された生成物の一部 をリサイクルすること、 ｄ）リサイクルされた部分より少ない粉砕された生成物を、ガス状窒素の存在下 で、実質的にすべての暴露された未反応アルミニウム金属表面を窒化アルミニウ ムに転化するのに十分な時間の間１１７３に〜１８７３にの範囲内の温度に加熱 すること を有して成る、窒化アルミニウム粉末を製造するための多ステ・ツブ方法である 。生成物表面積に対する温度の効果は、第三の面のために詳細に説明したものと 同じである。

図面は、実施例１において製造された窒化アルミニウム生成物の走査型電子顕微 鏡写真である。

本発明の方法は、Ｗｏ　８９１０７０１１の１０頁３３行〜１１頁１７行で開示 されたものと類似の装置中で適切に実施される。その中に述べられた装置は４つ の主な構成要素から成る：冷却された反応物輸送部材；反応器室：加熱手段：及 び冷却室。ノ（−ジガスは、反応器室を取り囲むスペース中に導入して良い。

ガス流れスペース内に配置された導管に連結されて良（′１、望ましく（マ環状 の輸送部材は、適切には、粉末化されたアルミニウム金属力（溶融する温度未満 の温度で維持される。この温度は、有益には、輸送部材内部またはその出口の近 くのどちらかで溶融及び合着から粉末化されたアルミニウム金属を実質的に防止 するのに十分である。アルミニウム金属の合着は、本発明の方法によるアルミニ ウムの窒化アルミニウムへの転イヒを効果的に終結すると信じられる。ガス状窒 素は、生成する反応生成物が望ましいサブミクロンの窒化アルミニウム粉末より もむしろ大きな１１１合の未反応アルミニウム金属を含むであろうほどゆっくり と溶融されたアルミニウムを通って拡散する。加えて、溶融されたアルミニウム 表面の窒化は、ガス状窒素の溶融されたアルミニウムへのそしてそれを通しての 拡散を更に限定する窒化アルミニウムシェルを形成する。従って、前記温度は、 望ましくは、実質的にすべての粉末化されたアルミニウム金属が別々の粒子とし て反応器室に入ることを可能にするのに十分である。アルミニウムの融点（約９ ３３Ｋ）未満の温度は満足な結果を生じる。温度は、有益には２７５〜３７３に 、望ましくは２７５〜３２３Ｋ。

そして好ましくは２７５〜２９８にである。

粉末化されたアルミニウム金属、または粉末化されたアルミニウム金属及び粉末 化された不活性物質の混合物は、適切には、粉末供給機構によって輸送区分中に 供給される。この粉末供給機構は、粉末化されたアルミニウム金属または粉末化 された混合物の輸送区分への計量されたまたは制御された流れを与える任意の慣 用の供給装置で良い。慣用の供給装置は、単軸スクリュー供給装置、二軸スクリ ュー供給装置、振動供給装置または回転バルブ供給装置を含む。

粉末化されたアルミニウム金属は、９７％より大きい純度を有するべきである。

この純度は、有益には９９％より大きい、望ましくは９９゜９５％より大きい。

９７％未満のアルミニウム純度は、商業的に受け入れられない純度及び特性を有 する窒化アルミニウム生成物を結果としてもたらす可能性がある。

前記アルミニウム粉末は、有益には５００マイクロメートル未満、望ましくは５ 〜２００マイクロメートルの範囲内である重みつき平均粒径を有する。この範囲 は、好ましくは５〜５０マイクロメートル、更に好ましくは５〜２５マイクロメ −トルである。５００マイクロメートルを越える重みつき平均粉末サイズは、最 適ではない熱移動速度を与える。

５マイクロメートル未満の重みつき平均粉末サイズは、生成する窒化アルミニウ ム粉末中の過剰の酸素含量を結果としてもたらす可能性がある。

前記の除去可能なまたは相溶性固体物質は、適切には窒化アルミニウム、炭素ま たはこれらの混合物である。窒化アルミニウムは、相溶性物質として使用される 時には、有益には７５％より大きい、望ましくは９０％より大きい純度、１ｇあ たり１〜８平方メートルの表面積、及び０゜１〜２マイクロメートルの範囲内の 粒径を有する。この窒化アルミニウムは、何ら特別なソースから得られる必要は 無い。しかしながら、このソースが窒化アルミニウム生成物のリサイクルされた 部分である時には、望ましい結果が従う。後者の部分は、相溶性物質としての使 用に先立って二次的な反応ステップを施す必要は無い。除去可能な物質として使 用される炭素は、有益には、９８％より大きい純度、１ｇあたり１０〜２００平 方メートルの表面積及び０．０１〜１．０マイクロメートルの範囲内の粒径を有 する。除去可能なまたは相溶性固体物質は有益には炭素よりもむしろ窒化アルミ ニウムである。何故ならば炭素の使用は、一般的に、生成する生成物から過剰の 炭素を除去するための付加的なプロセスステップを要求するからである。前記方 法において酸素と反応する炭素はまた、生成物中にオキシ炭化物またはその他の 不純物を導入する可能性がある。

前記相溶性固体物質はまた、窒化アルミニウム以外の細かなセラミック粉末で良 い。この粉末は、ＡＩＮ生成物と混合する時には、望ましい複合生成物粉末を形 成する。その複合粉末は、ＡＩＮ単独のものを越えた改善された特性を有する密 な部品に製造することができる。適切な粉末は、炭化ケイ素、窒化ホウ素、炭化 ホウ素、ニホウ化チタン、窒化ケイ素、窒化チタン、炭化チタンまたは窒化タン タルを含む。相溶性物質として使用される細かなセラミック粉末は、有益には、 ９８％より太きい純度、１〜３０ｍ”／ｇの表面積及び０．０５〜２マイクロメ ートルの範囲内の粒径を有する。

粉末化された除去可能なまたは相溶性物質と粉末化されたアルミニウム金属の混 合物は、適切には、反応器壁表面または加熱された反応ゾーン内の表面の上への 窒化アルミニウム生成物の堆積を顕著に減らすのに十分な量の除去可能なまたは 相溶性物質を含む。このような除去可能なまたは相溶性物質の非存在下では、６ ０重量％はどの多い窒化アルミニウム生成物が、反応ゾーンを規定する壁または 表面に向かって移動する傾向があることが見い出された。何故ならば、これらの 表面は反応粒子よりも冷たいからである。これは中庸の長さの製造実験に関して は問題を課さないけれども、もっと長い製造実験に関しては、それは結果として 問題例えば反応器閉塞、生成物粒径分布の増加及び可変の生成物表面積をもたら す可能性がある。適切な量の相溶性、除去可能なまたは不活性物質の組み入れは 、十分な類スルーブツトまたは生産性を維持しながら、全生成物の２〜３重量％ 、またはもっと低いほど低く壁堆積を減らすことができる。

溶融されたアルミニウムは、ある種の物質例えば窒化ホウ素には接着しないであ ろう。幾らかのアルミニウム金属が壁で反応する場合には、反応器壁表面の上の 窒化アルミニウム堆積を減らすもう一つの手段は、前記表面に窒化ホウ素コーテ ィングを付与することまたは反応器壁を窒化ホウ素から製造することのどちらか を含む３混合物重量の２０〜９５重量％の相溶性、除去可能なまたは不活性物質 含量を有する混合物は、有益な結果を生じる。混合物の不活性物質含量は、望ま しくは２８〜９１重量％そして好ましくは３３〜６７重量％である。

前記混合物は、多数の慣用の混合装置の任意の１つを使用することによって製造 することができる。例示の装置は、リボンブレンダー、ローラーミル、垂直スク リューミキサー、■−ブレンダー及び流動化ゾーンミキサーを含む。

粉末供給速度は、反応器のデザイン及び容量によって変わる。例示のために、受 は入れられる供給速度は、２．１６立方フイート（０，０６立方メートル）の反 応ゾーン容積を有する反応器に関して１分あたり０゜０２〜０．５ｋｇである。

もっと大きな反応ゾーン容積を有する反応器に関する受け入れられる供給速度は 、不当な実験無しで容易に決定される。

ガス状窒素は、反応器室への金属の進入に先立って粉末化されたアルミニウム金 属を伴出するのに十分な量で、そして流れの速度で輸送区分中に供給される。ガ ス状窒素の流れ速度は、アルミニウム粉末の流れ速度に関連し、そして少なくと も化学量論的、または式２ＡＩ＋Ｎ、→２ＡＩＮを満足するのに十分でなければ ならない。この流れ速度は、適切には化学量論的の少な（とも１．５倍である。

この流れ速度は、有益には化学量論的の１．５〜４倍、望ましくは化学量論的の １．５〜３倍である。過剰に高い流れ速度は、反応ゾーン内の粉末化されたアル ミニウムの滞留時間をそして、今度は、反応器容量を減らす。流れ速度は、好ま しくは化学量論的の１．５〜２倍である。

反応の化学量論パラメーターを満足させるのに十分な速度で供給されることに加 えて、ガス状窒素の流れは、望ましくは反応器室内で効果的に固体反応物物質を 伴出しそして分散させるのに十分である＠このような流れの速度を表す１つの手 段は、ガスが反応物輸送部材を出てそして反応器室に入る時のガスの速度に関す る。本明細書中では以後“先端（ｔｉｐ）スピード”と呼ぶこの速度は、伴出ガ スの容量的な流れ及び反応物輸送部材のその出口に近い内側径によって変わる。

特に有益な結果が１０メ一トル／秒を越える先端スピードによって得られる。違 えて述べれば、これらの結果は、伴出された粉末化されたアルミニウム反応物が １０メ一トル／秒を越えるスピードで反応室に入る時に得られる。

しかしながら、出口近くの内側径が固体閉塞が優勢になる点まで減らされるにち がいないような高い先端スピードを要求することを回避するために注意を払わね ばならない。

ガス状窒素はまた、ガス流れスペース中に供給される。このガスはガス流れスペ ースから反応器室中に流れる。そのようにすることで、それは、アルミニウム金 属と、輸送部材出口とのそれらの接合部近くの反応器室表面との接触を、実質的 に排除しないまでも、最小にするように作用する。これらの表面はアルミニウム 金属の合着を促進する温度になる傾向があるので、この接触は望ましくない。合 着は、今度は、反応器閉塞によって操作の中止を導く。

ガス状窒素はできる限り純粋でなければならない。水分及び残留酸素不純物は、 窒化アルミニウム生成物の品質に悪い影響を与える。窒素の露点は、有益には２ ３３に未満、そして望ましくは１９３に未満である。

酸素不純物レベルは、有益にはガスの５ｐｐｍ部未満・望ましくはｌｐｐｍ部未 満である。水分含量が高すぎる場合には、ガス状窒素を乾燥床または乾燥剤を通 して通過させることが必要であろう。このガス（よまた、残留酸素含量を減らす ためのその他の慣用の手段によって精製して良い。　窒素の流れ速度はまた、反 応ゾーン内のアルミニウム金属粉末の滞留時間を制御する。この滞留時間は、適 切には０．２秒〜１０秒、有益には２〜８秒、望ましくは４〜６秒の範囲内、好 ましくは５秒である。０．２秒未満の滞留時間は、未反応金属を含む不完全に転 化された生成物を生成させる傾向がある。１０秒を越える滞留時間は、転化率パ ーセントに関しては大きな利点を与えない。事実、実質的に１０秒を越える時間 は、粉末よりもむしろ望ましくない焼結された集塊を製造する可能性がある。

ガス状窒素の代わりに、またはそれに加えて、アンモニアを使用して良い。ガス 状窒素と水素の混合物もまた、純粋なガス状窒素の代わりに使用して良い。

アルミニウム金属粉末または粉末化された混合物の伴出された流れは、良（分散 されたほこり雲（ｄｕＳｊ　ｃｌｏｕｄ）の形に近い形で反応ゾーンに入る。単 独でまたは除去可能な若しくは相溶性物質との混合物としてのいずれかで添加さ れる粉末化されたアルミニウムは、ガスの対流性及び伝導性熱移動によってそし て加熱された反応ゾーンを規定する反応器の壁から放射される熱放射によって殆 ど直ちに加熱される。反応ゾーンは、有益には１８７３〜２４７３に、望ましく は１８７３〜２３７３にの範囲内の温度で維持される。１８７３に未満の温度は 、特に粉末化されたアルミニウム金属と不活性固体物質を混合しない場合には、 １ｇあたり８平方メートル以上の表面積を有する窒化アルミニウム生成物を導（ 。２４７３に以上の温度は、窒化アルミニウムの分解温度を越える。２４７３に 未満へ冷却すると蒸気相から生成される窒化アルミニウムは、高い表面積の極端 に細かい粒子の形である傾向がある。反応ゾーン内の実際の温度は、光学的高温 測定法またはその他の慣用の手段によって測定することができる。

反応器の壁は、それらの回りにスペースを置かれた加熱要素からの放射によって 間接的に、誘導コイルによって誘導的に、または電気抵抗によって直接的にのい ずれかで加熱することができる。粉末化されたアルミニウムは、１秒あたり１０ ０〜１０，０００．０ＯＯＫの範囲内の速度で加熱される。この範囲は、有益に は１秒あたり１０００〜１０，０００．０ＯＯＫ、望ましくは１秒あたり１０， ０００〜１０，０００゜０００にである。個別のアルミニウム金属粒子が加熱さ れる速度は、多数の因子、例えばそのサイズ、熱のソースへの近さ及びほこり雲 の密度に対応して変わる。しかしながら、この速度は、アルミニウム粒子の実質 的な合着が反応温度に到達するのに先立って溶融相の間に起き得るほど低くては いけない。

アルミニウム金属は、約１０７３にでガス状窒素と反応して窒化アルミニウムを 形成し始める。反応ゾーン内では、幾らかのアルミニウムは溶融されていて良（ 一方その他のアルミニウムはガス状で良い。両方の形とも窒素と急速に反応する 。この反応は発熱的でありそして、制御されない場合には、反応ゾーン内の温度 を約２８００にの断熱的反応温度に向かって駆り立てるのに十分な熱を寄与する であろう。反応温度が延ばされた反応時間の間室化アルミニウムの焼結温度と等 しいかまたはこれを越える場合には、生成する反応生成物は受け入れられないレ ベルの窒化アルミニウム集塊を含むことが避けられない。

反応器の壁はアルミニウム金属に熱を供給するばかりではなく、それらは反応に よって発生された熱のための熱溜として働く。細かな窒化アルミニウム粒子は小 量の実体のある（ｓｅｎｓｉｂｌｅ）熱しか含まない。加えて、それらの表面積 は、急速なガス対流及び伝導によってそしてより冷たい反応器室の壁への熱放射 によってそれらの小量の容品な除去に寄与する。

粉末化されたアルミニウムの反応ゾーン中への伴出された流れを与えるガス状窒 素の流れはまた、粉末化された窒化アルミニウムの反応ゾーンからの伴出された 流れを与える。窒化アルミニウム粉末の伴出された流れまたはほこり雲は、有益 には反応ゾーンを出てそして殆ど直ちに冷却ゾーンに入る。冷却ゾーンは、窒化 アルミニウム粉末をその反応温度未満に急冷または急速に冷却する。冷却ゾーン 内の冷却速度は、有益には反応ゾーン内の加熱速度に近い。冷却ゾーンの冷却さ れた壁及び冷却されたガスは、窒化アルミニウム粒子から知覚できる熱の残りの 量を急速に空にする傾向がある。急速な冷却の非存在下では、発熱反応は延ばさ れた時間の間継続して、それによって窒化アルミニウム生成物の望ましくない集 塊または大きな粒の生成を結果としてもたらす可能性がある。

実際の冷却時間は、要因例えば粒径、冷却ゾーンの構造及びガス流れ速度に依存 して変わる。冷却された窒化アルミニウム粒子は、適切に収集されそして慣用の 技術によって処理される。

窒化アルミニウム生成物は、有益には１ｇあたり０．５ないし８平方メートル未 満、望ましくは１ｇあたり２〜６平方メートルである表面積を有する。この生成 物はまた、有益には生成物重量を基にして１．２重量％未満の酸素含量を有する 。酸素含量は、望ましくは１．０重量％未満、好ましくは０．　８重量％未満で ある。過剰に高い酸素含量を有する窒化アルミニウム生成物は、結果として望ま しくなく低い熱伝導度を有する最後の製造された部品をもたらす。

冷却室または下流の収集システムまたは両方の中での未反応アルミニウム金属粉 末のあり得る潜在的反応を最小にし、好ましくは排除するために、不活性ガス例 えばアルゴンを冷却室中に導入する。この不活性ガスはパージガスとして使用す ることができ、その場合にはそれは有益には伴出物と混合しそしてガスを掃き反 応器室を出てそして冷却室に入る。

この不活性ガスはまた冷却室中に直接導入することができる。所望の場合には、 この不活性ガスは、パージガスとしてそして冷却室への直接添加剤としての両方 として導入して良い。この不活性ガスは窒化アルミニウムを形成する反応を効果 的に抑制し、それによって反応ゾーンから下流での未反応アルミニウム金属のあ り得る一層の燃焼窒化を妨げる。そういうものとして、それは窒化アルミニウム 生成物の望ましくない集塊の生成を減らす。それはまたあり得る一層の発熱を排 除することによって操作上の安全性を増す。

窒化アルミニウム生成物は、有益には粉砕されそしてアルミニウムの窒化アルミ ニウムへの転化を増す二次的な反応にかけられる。この二次的な反応は、２分〜 ３時間の範囲内の時間の期間の間窒素のソースの存在下で窒化アルミニウム生成 物を１１２３に〜１８７３にの範囲内の高められた温度にさらすことを有して成 る。窒素のソースは、例えばガス状窒素、窒素と水素のガス状混合物、またはア ンモニアで良い。前記温度は、有益には１１７３に〜１６７３に、望ましくは１ ２２３に〜１４７３にの範囲内、そして好ましくは約１２７３にである。時間の 期間は、有益には２〜１８０分、望ましくは３０〜１２０分そして好ましくは６ ０〜９０分である。１．１２３に〜１３７３にの温度で二次的な反応にかける場 合には、窒化アルミニウム生成物は表面積の減少を実質的に受＋１ない。１３７ ３により高＜１８７３Ｋまでの二次的な反応温度は、表面積の減少をもたらすで あろう。一般則として、２分という短い時間の期間の間維持される１３７３にと いう低い温度で最小の表面積減少が起きる。逆に、もワと大きな表面積減少は、 もっと高い温度、温度でのもっと長い時間または両方に従う。窒化アルミニウム 粉末のための最終用途の応用が望ましい表面積明細を決定する。

使用する場合には、粉砕は、多数の慣用の粉砕装置の任意の１つの助けによって 達成することができる。例示の装置はジェットミル及びボールミルを含み、後者 は適切な粉砕媒体を含む。窒化アルミニウム粉砕媒体が好ましい。粉砕時間が限 定されている場合には、アルミナ粉砕媒体を受け入れることができる。本明細書 中で使用する時には、“限定されている”という術語は、アルミナ粉砕媒体を使 用することによって導入される酸素不純物（アルミナとしての）が特定の最終用 途の応用のために必要とされるもの未満に生成物の熱伝導度を減らさないことを 意味する。

二次的な反応ステップは、多数の慣用の装置の任意の１つの中で実施することが できる。適切な装置は、回転か焼器、流動床、振動流動床、管炉及び押しくｐ　 ｕ　ｓ　ｈ　ｅ　ｒ）炉を含む。

所望の場合には、粉砕及び二次的な反応ステップを単一の操作に合わせることが できる。操作を合わせる１つの手段は、二次的な反応ステップの間、回転か焼器 中に粉砕媒体を入れることを含む。代わりの手段は、粉砕の間、回転するボール ミルを加熱することから成る。

以下の実施例は、例示の目的のためだけでありそして本発明の範囲を限定すると は考えられないものとする。特記しない限り、すべての部及びパーセントは重量 による。

実施例１ ６インチ（０，１５２メートル）内径で１１フイート（３，３５メートル）長さ の加熱されたゾーンの垂直なグラファイトの管（ｔ　ｕ　ｂ　ｅ）炉を、光学的 高温計によりて測定して１６００℃（１８７３Ｋ）の温度にしそしてその温度で 維持した。

アメリカのアルミニウム会社（アルコア）から商業名７１２３の下で商業的に入 手できる高純度アルミニウム金属粉末を、窒素ガスによってパージされた頭上供 給ホッパー中に装填した。公称９９．９７％純度のこのアルミニウム粉末は、１ ｇあたり０．４４９平方メートルの表面積、１２２３重量％の酸素含量、７５ｐ ｐｍ（百万分の１）のシリコン含量、１０ｐｐｍ未満のカルシウム含量、１０ｐ ｐｍ未満のクロム含量、４４ｐｐｍの鉄含量及び１８マイクロメートルの平均粒 径を有していた。

前記窒素ガスは一８０℃（１９３Ｋ）未満の露点及びｉｐｐｍ未満の酸素含量を 有していた。

粉末化されたアルミニウムを、１分あたり０．２ポンド（０，０９ｋｇ）の速度 で、Ｗｏ　８９１０７０１１中で１４頁１０〜３０行に述べられたもののような 反応物輸送部材に接続された重量減少二軸スクリューフィーダーによってホッパ ーから加熱ゾーン管炉のトップに輸送した。

この反応物輸送部材は２８３にの温度で維持した。窒素ガスは、１分あたり３標 準立方フイート（ＳＣＦＭ）（１分あたり８５標準リツトル（ＳＬＭ））の速度 で反応物輸送部材を通して流れて、かくしてそれと共にアルミニウム粉末を加熱 ゾーンのトップ中に掃いた。追加のＩＳＯＦＭ　（１分あたり２８．３標準リツ トル）の窒素ガスは、その内部に輸送部材が配設されたガス流れスペースを通っ てそして炉のトップ中に流れた。ガスの流れは、反応及びＡＩＮへの転化に起因 する窒素流れにおける減少を説明して、粉末に約５．４秒の加熱ゾーン中の平均 滞留時間を与えるのに十分であった。供給アルミニウム粒子のための特徴的加熱 時間は、約１０’に／秒の推定された加熱速度と同等に考えた。

サブミクロンの生成物粉末は、反応ゾーンを出る約３３ＣＦＭ（８５ＳＬＭ）の 未反応Ｎ２によって冷却ゾーンを通りで掃かれた。冷却ゾーン中の計算された滞 留時間は約３．２分であった。

反応器からの生成物粉末を下流で冷却ゾーンから収集しそして分析した。冷却ゾ ーンは、１８インチ（４５，７ｃｍ）の内径、６フイート（１，８メートル）の 長さ及び１０．６立方フイート（０，３立方メートル）の容積を有していた。２ ８３にの温度に維持されそして冷却ゾーンを取り巻くジャケットを通って流れる 冷却剤は、生成物粉末及びガスを約３０３にの測定された温度に冷却した。冷却 の速度は加熱の速度に近かった。生成物のＸ線回折パターンは、粉末が幾らかの 未反応金属を含んで実質的に窒化アルミニウムであることを示した。ＬＥＣＯ分 析計によって測定した酸素及び窒素含量は、それぞれ、０．６重量％及び３１． ６重量％であった。窒素含量は、約９３重量％の窒化アルミニウム含量と同等と 考えた。生成物の走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）（図面参照）は、粉末が大部分 ０４〜０−８マイクロメート・ルの径を有する均一な結晶として存在することを 示した。生成物は、Ｂｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅ　ｔ　ｔ−Ｔｅ　１．　Ｉ　ｅ 　ｒ　（ＢＥＴ）分析、窒素物理吸着（ｐｈｙｓｉｓｏｒｐｔｉｏｎ）分析によ って測定して１ｇあたり約２．６平方メートルの未粉砕の集合表面積を有してい た。

生成物粉末を、生成物の軽い集塊を破壊するためにＡＩＮ媒体を使用して２時間 の間乾燥ボールミルにかけた。“軽い集塊”という術語は、最小の圧力で親指と 指の間でこすった時に容易に分かれて破壊する集塊を述べる。ボールミルの後の ＢＥＴ表面積は１ｇあたり４．０平方メートルであった。１ｇあたり０．４４９ 平方メートルの推定された表面積を有する約７重量％の未反応アルミニウムを考 慮に入れると、窒化アルミニウムは１ｇあたり約４．２平方メートルの計算され た重みのついた平均表面積を有していた。

ボールミルされた生成物のサンプルを、石英管炉中に入れてそして流れる窒素ガ スの存在下で１時間の間９３０℃（１２０３Ｋ）に加熱した。

窒素の露点及び酸素含量は、反応器中で使用されたものと同じであった。

それを冷却した後で、加熱された粉末は、０．７６重量％の酸素含量及び３４． ２重量％の窒素含量を有していたが、これは窒化アルミニウムへの完全な転化を 示す。冷却された粉末は、１ｇあたり４．６平方メートルの表面積を有していた 。冷却された粉末中の金属不純物は、蛍光Ｘ線によって測定して、５ｐｐｍのカ ルシウム、２０ｐｐｍのシリコン、１４ｐｐｍのクロム及び３３ｐｐｍの鉄であ った。

この実施例は数個の観察を支持する。第一に、１８７３にで温度を制御すること は、大きな焼結された集塊を含まない生成物を与える。第二に、生成物は１重量 ％未渦の望ましい酸素含量を有する。低い酸素含量は、生成する形成された部品 における高い熱伝導度をもたらすと信じられる。第三に、簡単な反応後の粉砕及 び熱処理は、未反応金属の転化を完結しそして望ましい表面積を有する非常に純 粋な窒化アルミニウム生酸物を与える。

実施例２ 実施例１中で製造された冷却された窒化アルミニウム粉末の一部を、混合物重量 を基にして３重量％のイツトリア含量を有する混合物を与えるのに十分な量のイ ツトリア粉末及び有機バインダーとブレンドする。

これらの混合物を、焼結のために適切な２ｍｍの予備成形物に１５，０００ｐｓ ｉ　（１，０３ｘｌＱ”Ｐａ）でコールドプレスした。前記バインダーを、８２ ３にで１時間、流れる空気またはＮ２のどちらかの環境中で予備成形物から除去 した。各々の予備成形物を、以下の表Ｉ中に示すような焼結条件にかけた。生成 した焼結された部品の各々の厚さ、密度及び熱伝導度もまた表工中に示す。

表Ｉ中に提示されたデータは、１５０ワット／メートル−Ｋ（Ｗ／ｍ−Ｋ）を越 える熱伝導度を要求する電子工学の応用における使用のための、本発明に従って 製造された窒化アルミニウム粉末の適切性を示す。

類似の結果が、本発明に従って製造されたその他の窒化アルミニウム粉末に関し て予期される。

実施例３〜８ 実施例１の方法を、垂直反応器の加熱されたゾーンが維持される温度を変えるこ とを除いては複製した。表■は、各々の実施例に関する温度並びに各々の生成物 粉末に関するそれぞれの分析の結果及び表面積測定値を示す。表ｎは実施例１か らの対応する結果を含む。

この表中のデータは、約２０７３Ｋまでは、粒子成長に起因して窒化アルミニウ ム表面積は温度が増加するにつれて減少する。温度が増加することが続くにつれ て、ガス状アルミニウムとＮ！との反応からの窒化アルミニウムの小さな粒子の 増加するパーセントの形成に起因して表面積が増加する。このデータはまた、温 度を１８７３〜２３７３Ｋに制御することによって、表面積を１ｇあたり２〜６ 平方メートルの範囲内に制御することができることを示す。このデータは更に、 本発明の方法は一貫して低い酸素含量をもたらすことを示す。

実施例９ ５．９ｋｇの量のアルミニウム粉末によって実施例１の方法を複製した。８ポン ド（３，６ｋｇ）の生成物粉末を、下流で冷却ゾーンから収集した。この生成物 粉末は、ＬＥＣＯ分析計によって測定して２２．８％の原子状窒素含量を有して いた。この窒素含量は、実施例１におけるよりも低いアルミニウムから窒化アル ミニウムへの転化を示した。

反応室を周囲の温度に冷却し、そして反応器のトップを取り除いた。

反応室の目視検査は、かなりの量の粉末が反応室の壁に移動し、それによって室 の効果的容積を減らし、滞留時間を減らしそして外側の壁からの熱移動を覆って いたことを示した。全部で４．７ｋｇの粉末を、室の壁からかきとりそして分析 （ＬＥＣＯ分析計）すると実質的に窒化アルミニウムであった。

上述の手順を、全部で５２．１ｋｇのアルミニウム粉末が加熱された反応ゾーン を通って通過するまで複製した。実質的に純粋な窒化アルミニウムであるとして 分析された集積的に全部で４０．７ｋｇの粉末を、壁からかきとった。集積的に 全部で３４．９ｋｇの粉末を下流生成物として収集した。ＬＥＣＯ分析計による 下流生成物の分析は、幾らかの未反応アルミニウム金属の存在を示した。下流生 成物は、２６．４ｋｇの計算された窒化アルミニウム含量を有していた。言葉を 変えれば、粉末と生成した窒化アルミニウムの両方のかなりの部分が、反応器の 壁の表面からのかきとり物中に含まれていた。

反応器の壁からかきとられた粉末の走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）は、大量の高 いアスペクト比のウィスカーの存在を示した。これらのウィスカーは、例えば、 長さが８０マイクロメートル径が３マイクロメートルの寸法であった。

この実施例は、熱い反応する粒子がかなりの量でより冷たい表面に移動すること を示す。言葉を変えれば、満足な窒化アルミニウム生成物が得られるけれども、 反応器を清掃のために周期的に止めなければならないので連続的な操作を達成す ることができない。

実施例１０ 実施例９の粉末化されたアルミニウム金属原材料を粉末化されたアルミニウム金 属及び窒化アルミニウム粉末の５０１５０重量混合物の３０゜２ｋｇで置き換え た以外は、実施例９の手順を複製した。アルミニウム金属は各々の実施例におい て同じであった。窒化アルミニウム粉末は１ｇあたり２．８平方メートルの表面 積を有していた。前記混合物はローラーミル中で８時間ブレンドすることによっ て製造した。

３０．８重量％の原子状窒素含量を有する全部で３６．３ｋｇの粉末を、下流生 成物として収集した。これは、３２．７ｋｇの窒化アルミニウム含量と等しかっ た。実施例９におけるように反応室のトップを取り外した後で、目視検査は、反 応器の壁の表面の上の物質の顕著な集積が無いことを示した。全部で１ｋｇの粉 末を室の壁からかきとってそして分析したところ実質的に純粋な窒化アルミニウ ムであった。“実質的に純粋な窒化アルミニウム”という術語は、粉末が、純粋 な窒化アルミニウムに割り当てられる３４．１５％の理論的窒素含量に近い原子 状窒素含量を有していたことを意味する。

壁からかきとられた粉末は、２．７％の回収された粉末（（１／３７゜３）ｘｌ ｏｏ）の量であった。これは、３．０％（（１／３３．７）ｘｌｏ　０）　＋７ ）窒化アルミニウムパーセントと等しかった。下流生成物として収集された粉末 のＳＥＭは、認められる針状物質を含んでいなかった。

この実施例は、窒化に先立って不活性物質がアルミニウム金属と混合される時に は壁の堆積が顕著に減ることを示す。類似の結果が本発明に従って製造されたそ の他の物質に関しても得られる。

実施例１１ 実施例９の粉末化されたアルミニウム金属原材料を６６％の粉末化されたアルミ ニウム金属、２９％の窒化アルミニウム粉末及び５％のアセチレンカーボンブラ ックの混合物の１．６５ｋｇで置き換えた以外は、実施例９の手順を複製した。

窒化アルミニウム粉末は１ｇあたり２．５平方メートルの表面積を有していた。

前記混合物は実施例９におけるように製造した。反応器の壁からかきとられた粉 末は、全部の回収された粉末の３．４％の量に達した。

実施例１２ 実施例９の粉末化されたアルミニウム金属原材料を９％の粉末化されたアルミニ ウム金属及び９１％の窒化アルミニウム粉末の混合物の７７３ｋｇで置き換えた 以外は、実施例９の手順を複製した。窒化アルミニウム粉末は実施例１１におい て使用されたものと同じであった。前記混合物は実施例１０におけるように製造 した。反応器の壁からかきとられた粉末は、全部の回収された粉末の０．８％の 量に達した。

実施例９〜１２中に提示されたデータは、アルミニウム金属粉末と混合しである 量の不活性の粉末化された物質を含めることは反応器の壁の堆積を顕著に減らす ことを十分に示す。これは、延ばされた反応器操作時間を意味する。類似の結果 が、本明細書中で開示されているすべてのその他の混合物及び操作条件に関して 予期される。

実施例１３ 実施例９の粉末化されたアルミニウム金属原材料を６６％の粉末化されたアルミ ニウム金属及び３４％の窒化アルミニウム粉末の混合物の９゜７８ｋｇで置き換 えた以外は、実施例９の手順を複製した。窒化アルミニウム粉末は１ｇあたり２ ，６平方メートルの表面積を有していた。前記混合物は、０．０４％の炭素含量 、０，５％の酸素含量及び１１．６％の窒素含量を有していた。

冷却ゾーンから収集されたそのままの窒化アルミニウム生成物を、ＬＥＣＯ分析 計によって炭素、酸素及び窒素含量に関してモしてＢＥＴ表面積に関して評価し た。含量は以下の通りであった：０．０５％の炭素；０．５１％の酸素、及び３ ４．２％の窒素。ＢＥＴ表面積は１ｇあたり１．７平方メートルであった。その ままの生成物は、そのままの生成物のサンプルと塩酸との反応によって測定され るように小量の残留遊離アルミニウム金属を含んでいた。

実施例１におけるような後処理の後で、生成物は、００６％の炭素含量、０．７ ０％の酸素含量及び３３．６％の窒素含量を有していた。

後処理された生成物は、Ｉｇあたり２．　０平方メートルの表面積を有していた 。Ｘ線回折は、残留遊離アルミニウム金属を示さなかった。

実施例１４ 実施例９の粉末化されたアルミニウム金属原材料を７２％の粉末化されたアルミ ニウム金属及び２８％の窒化アルミニウム粉末の混合物の１３．３７ｋｇで置き 換えた以外は、実施例９の手順を複製した。窒化アルミニウム粉末は１ｇあたり ３．５平方メートルの表面積を有していた。

前記混合物は、０．０２％の炭素含量、０．６％の酸素含量及び９，６％の窒素 含量を有していた。

実施例１３におけるように収集されたそのままの窒化アルミニウム生成物は、０ ．０５％の残留炭素含量、０．７４％の酸素含量及び３３゜６％の窒素含量を有 していた。そのままの生成物はまた、１ｇあたり２゜６平方メートルのＢＥＴ表 面積を有していた。実施例１３におけるように、そのままの生成物は、小量の残 留遊離アルミニウム金属を含んでいた。

実施例１３におけるような後処理の後で、生成物は、０．０８％の炭素含量、１ ．０％の酸素含量及び３３．４％の窒素含量を有していた。

後処理された生成物は、１ｇあたり３．０平方メートルの表面積を有していた。

Ｘ線回折は、残留遊離アルミニウム金属を示さなかった。

実施例１３及び１４は、実施例１と比較した時に、不活性物質の使用は、アルミ ニウム金属から窒化アルミニウムへの増加した転化率及びより低い窒化アルミニ ウム生成物表面積を導くことを示す。類似の結果が、本明細書中で開示されてい るすべてのその他の混合物及び操作条件に関して予期される。

実施例１５ 窒素パッドまたは雰囲気下で維持された連続的リボンブレンダーを使用シテ、約 ２７．４ポンド／時間（ｌｂ／ｈｒ）（３，４６ｘｌＯ−”ｋ　’ｇ／５ｅｃ） の実施例１において使用したのと同じアルミニウム金属粉末を、１４．７　ｌｂ ／ｈｒ　（１，８５ｘｌＯ−”ｋｇ／５ｅｃ）の流れ重量を基にして９３．６重 量％の窒化アルミニウムの粉砕されたリサイクル流れとブレンドした。

このブレンドを、２８．５１ｂ／ｈｒ　（３，５９ｘｌＯ””ｋｇ／５ｅＣ）の 速度の窒素ガスの伴出する流れと一緒に４１．　４　ｌ　ｂ／ｈ　ｒ　（５゜２ ｘｌＯ−”ｋｇ／５ｅｅ）の速度で実施例１におけるのと同じ装置中に供給した 。このブレンドを、約５秒の加熱された反応ゾーン中の滞留時間で実施例１のア ルミニウム粉末と同じやり方で反応させた。９３．６％の窒化アルミニウム、４ ．８％の遊離アルミニウム及び１．６％のアルミナを含む約５５．１１ｂ／ｈｒ 　（６，９５ｘｌＯ−３ｋｇ／５ｅｅ）のそのままの生成物が冷却ゾーンを出た 。未反応アルミニウム金属を暴露するために、そのままの生成物をインラインジ ェットミルによって粉砕した。約１４．７１ｂ／ｈｒ　（１，８５ｘｌＯ−’ｋ ｇ／５ｅｅ）の粉砕された生成物を、粉末化されたアルミニウム金属とブレンド するためにリサイクルした。残りの４０．４１ｂ／ｈｒ　（５，０９ｘｌＯ−３ ｋｇ／５ｅｃ）の粉砕された生成物を、約１０３１０３ＣＦ分あたり２８０標準 リツトル）で流れる窒素ガス流れと一緒に１０００℃（１２７３Ｋ）の温度で操 作されそして約１時間の滞留時間を与える回転か焼器に連続的に供給した。か焼 された生成物は、４０．８１ｂ／ｈｒ　（５，１５ｘ１０−３ｋｇ／５ｅｃ）の 速度で回転か焼器を出た。か焼された生成物は、以下の不純物を含む実質的な窒 化アルミニウムであった＝０．１％未満の炭素；１．０％未満の酸素；３５１） ０ｍ未満の鉄；１１００ｐｐ未満のシリコン：及び２０ｐｐｍ未満のカルシウム 。生成物の表面積は６ｍ”７ｇ未満であった。

実施例１５は、不活性物質のソースとして本発明に従って製造された窒化アルミ ニウム生成物の一部を使用することの適切性を示す。

実施例１６〜１７及び比較例Ａ−Ｂ 加熱された反応ゾーン中の平均滞留時間を減らしそして反応物輸送部材の内径を 変えた以外は、実施例１の手順を複製した。内径及び先端スピードを、生成物の 窒素及び窒化アルミニウム含量と一緒に以下の表ｍ表■中に要約されたデータは 、一定の固体供給速度を与えれば、先端スピードは、供給アルミニウム粉末の分 散そしてそれ故、アルミニウムから窒化アルミニウムへの転化に対して顕著な効 果を有することを十分に示す。１秒あたり約１０メートルを越える先端スピード は、満足な転化率を与える。類似の結果は、本明細書中で開示されているすべて のその他の組成及びプロセス変動に関して得られる。

実施例１８〜２２ 混合物中のアルミニウム金属の割合、固体供給速度及び伴出する窒素ガスの流れ の速度を変えた以外は、実施例１ｏの手順を複製した。反応物輸送部材は、０． ５インチ（１，３８ｘｌＯ−”メートル）の公称の内径を有していた。窒素ガス の流れを、１０メ一トル／秒を越える先端スピードを維持するために調節した。

固体供給速度、アルミニウム金属含量及び先端スピードを、生成物の窒素及び窒 化アルミニウム含量と一緒に以下の表■中に示す。

表■中に提示されたデータは、固体供給速度は１０メ一トル／秒を越える先端ス ピードでは転化率に対して最小の効果しが持たないことを示す。類似の結果は、 本明細書中で開示されているすべてのその他の組成及びプロセス変動に関して予 期される。

実施例２３ ５インチ（１２，７ｃｍ）内径ｘ６”　（１５，２ｃｍ）深さのグラファイト坩 堝を製造し、そして加熱の間に坩堝を回転しそして傾けることができるように誘 導的に加熱された炉内部に装備した。この坩堝を、窒化アルミニウムプレートに よってそれをライニングし、内側ライナーを実質的に窒化アルミニウムに効果的 に為すことによって改造した。窒化アルミニウムライニングされた坩堝に１．６ ｋｇの３／８″　（０，９５ｃｍ）径の窒化アルミニウム球形粉砕媒体を装填し 、そして水平（地面）から２０度の角度で傾けた。窒化アルミニウム媒体の間の 空隙スペースを、実施例１４中で述べられたようにして合成されたそのままの窒 化アルミニウム粉末の約２００ｇによって充填した。窒素ガスは、約０．　５８ ＣＦＭ（１分あたり１４標準リツトル）の速度で坩堝中にそして坩堝から流れた 。ライニングされそして充填された坩堝を、１５ＲＰＭで回転しそして１３７３ にの温度に到達するまで約１５に７分の速度で誘導的に加熱した。温度を１３７ ３にで約２時間の間維持した。２時間の加熱／粉砕処理の後で、坩堝を冷却した 。後処理された粉末を、窒化アルミニウム含量及び表面積に関して分析した。Ｌ ＥＣＯ分析計による分析は、０．７８重量％の単原子酸素含量及び３４．２重量 ％の単原子窒素含量を示したが、かくしてこれは高度の窒化アルミニウム純度を 示す。

仕上げされた粉末のＸ線回折パターンは、遊離のアルミニウムが残っていないこ とを示した。後処理された粉末は３．０ｍ”／ｇのＢＥＴ表面積を有していた。

この実施例は、二次的な粉砕ステップ及び加熱ステップを合わせそして同時に実 施して、そのままの窒化アルミニウム粉末を望ましい表面積を有する高純度窒化 アルミニウムに効果的に転化することができることを示す。この粉末は、圧力無 しの焼結技術による部品製造のために適切であると信じられる。

実施例２４ 反応ゾーンから入るＡＩＮ及び３８ＣＦＭの残留プロセスＮ、と一緒に約３．５ ３ＣＦＭ（９９，２３ＬＭ）のアルゴンを周囲の温度で直接冷却ゾーン入口中に 導入したこと以外は、実施例１の方法を複製した。

冷却された粉末及び冷却ゾーンを出るガスの温度は、約３０１にであると測定さ れた。プロセスＮ！及びアルゴンによって冷却ゾーンを通して掃かれた生成物Ａ ＩＮ粉末の抵抗時間は約９０秒であった。

この実施例は、アルゴンガスを冷却ゾーン中に直接導入して反応を抑制しそして ＡＩＮ生成物を冷却することができることを示す。

、、ＰＣＴ／ＬＩＳ　９１１０９３７２フロントページの続き ド・シルパンレイン２１０１ ド・クレインコート１６０５

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．粒子状アルミニウム金属及び窒素源を、１８７３Ｋ〜２３７３Ｋの温度範囲 内の温度に１秒あたり１００Ｋ〜１０，０００，０００Ｋの加熱速度で実質的に すべてのアルミニウム金属粒子を個別に加熱するのに十分な温度で椎持されてい る加熱された反応ゾーンを通して、実質的にすべてのアルミニウム金属粒子を０ ．２〜１０秒の時間の間該温度範囲内に維持するのに十分な流れの速度で通過さ せて、粒子状アルミニウム金属を生成物重量を基にして少なくとも７５重量％の 窒化アルミニウム含量を有する生成物に転化することを有して成る、１ｇあたり ２〜８平方メートルの範囲内の表面積及び窒化アルミニウム重量を基にして０よ り大きく１．２重量％未満の範囲内の単原子酸素の酸素含量を有する、窒化アル ミニウムの粉末を製造するための方法。
2. ２．粉末化された相溶性または除去可能な固体物質及び粒子状アルミニウム金属 及び窒素源の混合物（ここでこの相溶性または除去可能な固体物質は反応ゾーン を規定する表面の上の窒化アルミニウム生成物の堆積を減らすのに十分な量で存 在する）を、１８７３Ｋ〜２３７３Ｋの温度範囲内の温度に１秒あたり１００Ｋ 〜１０，０００，０００Ｋの加熱速度で実質的にすべてのアルミニウム金属粒子 を個別に加熱するのに十分な温度で維持されている加熱された反応ゾーンを通し て、実質的にすべてのアルミニウム金属粒子を０．２〜１０秒の時間の間該温度 範囲内に維持するのに十分な流れの速度で通過させて、粒子状アルミニウム金属 を生成物重量を基にして少なくとも７５重量％の窒化アルミニウム含量を有する 生成物に転化することを有して成る、１ｇあたり０．５〜６平方メートルの範囲 内の表面積及び０より大きく１重量％未満の範囲内の酸素含量を有する、窒化ア ルミニウムの粉末を製造するための方法。
3. ３．相溶性または除去可能な物質が、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ 素、炭化ホウ素、二ホウ化チタン、窒化ケイ素、窒化チタン、炭化チタン、窒化 タンタルまたは炭素から選ばれる、請求の範囲２記載の方法。
4. ４．粒子状生成物を、それが加熱された反応ゾーンを出た後で、冷却ゾーン中を 通過させ、そして粒子状アルミニウム金属が窒化アルミニウムに転化する温度未 満の温度に冷却する引き続くステップを更に有して成る、先行する請求の範囲の いずれか一項に記載の方法。
5. ５．生成物を粉砕して未反応アルミニウム金属を暴露しそして次に、ガス状窒素 の存在下で、実質的にすべての暴露された未反応アルミニウム金属表面を窒化ア ルミニウムに転化するのに十分な時間の間約１１７３Ｋ〜１８７３Ｋの温度に加 熱する引き続くステップを更に有して成る、請求の範囲４記載の方法。
6. ６．ａ）前に製造された窒化アルミニウム粉末及び粒子状アルミニウム金属及び 窒素源の混合物（ここでこの前に製造された窒化アルミニウム粉末固体物質は反 応ゾーン内の表面の上の窒化アルミニウム生成物の堆積を減らすのに十分な量で 存在する）を、１８７３Ｋ〜２３７３Ｋの温度範囲内の温度に１秒あたり少なく とも１００Ｋの加熱速度で実質的にすべてのアルミニウム金属粒子を個別に加熱 するのに十分な温度で維持されている加熱された反応ゾーンを通して、実質的に すべてのアルミニウム金属粒子を０．２〜１０秒の時間の間該温度範囲内に維持 するのに十分な流れの速度で通過させること（ここで窒化アルミニウムは粒子状 アルミニウム金属を生成物重量を基にして少なくとも７５重量％の窒化アルミニ ウム含量を有する生成物に転化することを有して成る、１ｇあたり０．５〜６平 方メートルの範囲内の表面積及び０より大きく１重量％未満の範囲内の酸素含量 を有する）、ｂ）実質的にすべての未反応アルミニウム金属表面を暴露するのに 十分な時間の間生成物を粉砕すること、 ｃ）粉末化されたアルミニウム金属との混合物のために粉砕された生成物の一部 をリサイクルすること、 ｄ）リサイクルされた部分より少ない粉砕された生成物を、ガス状窒素の存在下 で、実質的にすべての暴露された未反応アルミニウム金属表面を窒化アルミニウ ムに転化するのに十分な時間の間１１７３Ｋ〜１８７３Ｋの温度に加熱すること を有して成る、窒化アルミニウム粉末を製造するための多ステップ方法。
7. ７．ステップａ）及びｂ）の間の中間に、生成物を冷却ゾーン中を通過させそし て粒子状アルミニウム金属が窒化アルミニウムに転化する湿度未満の温度に冷却 するステップを更に有して成る、請求の範囲６記載の方法。
8. ８．該生成物が加熱された反応ゾーンを出た後で、生成物を約０．１秒〜約４分 の時間内冷却する、請求の範囲４または請求の範囲７記載の方法。
9. ９．反応を抑制するためにアルゴンガスを冷却ゾーン中に供給する、請求の範囲 ４、請求の範囲７または請求の範囲８記載の方法。
10. １０．１秒あたり少なくとも１００Ｋの速度で生成物を冷却する、請求の範囲４ 、請求の範囲７、請求の範囲８または請求の範囲９記載の方法。
11. １１．粒子状アルミニウム金属、粉末化された相溶性若しくは除去可能な物質及 び粒子状アルミニウム金属の混合物、または前に製造された窒化アルミニウム粉 末及び粒子状アルミニウム金属の混合物が、それぞれ、１秒あたり少なくとも１ ０メートルの速度で加熱された反応ゾーンに入る、請求の範囲１、請求の範囲２ または請求の範囲６記載の方法。
12. １２．アルミニウム金属粒子、粉末化された相溶性若しくは除去可能な物質及び 粒子状アルミニウム金属の混合物、または前に製造された窒化アルミニウム粉末 及び粒子状アルミニウム金属の混合物が、それぞれ、２〜８秒の期間の間前記温 度範囲内に維持される、先行する請求の範囲のいずれか一項に記載の方法。