JPH07503695A - 防湿性窒化アルミニウム粉末及びその製造方法及び使用方法 - Google Patents

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】 防湿性窒化アルミニウム粉末及びその製造方法及び使用方法技術背景 本発明は、一般に、処理された窒化アルミニウム粉末、窒化アルミニウム粉末を 処理する方法及びこのような粉末を使用する方法に関する。

発明の背景 セラミック材料は、今日、耐久性の、強靭な耐熱性材料を必要とする多くの用途 に使用されている。セラミック物品を製造する際に、セラミック複合粉末は、最 初にセラミック粉末、例えば窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、セラミック複合成分 、例えば結合剤、滑剤、焼結助剤及び他の加工助剤を溶媒中で湿式混合すること により、しばしば製造される。

従来は、セラミック粉末としてＡＩＮ粉末を使用する場合には、湿式混合は、混 合を助けるために溶媒としてアルコール又は成る他の非水性液体を使用して行わ れていた。ＡＩＮは加水分解に対して非常に鋭敏であるため、水は一般にＡＩＮ 粉末の湿式混合には好適な溶媒ではない。

加水分解は副生物としてアンモニアを放出する。

環境的な懸念からは、水はＡＩＮ粉末を湿式混合するための理想的な溶媒であろ う。水が溶媒として使用されることになるとすれば、湿式混合操作中溶媒に！露 されるのを避けるためになんら予防措置を講じる必要はないであろう。更に、溶 媒を含有すること及び混合中及び混合後燃焼性液体の危険を回避するための予防 措置を講じることは、水の場合には必要ｔｏであろう。

ｐｃＴ４許出願〜Ｖ０９０１０６９０６は、金属水酸化物又は金属酸化物の実質 的に均一な表面層コーティングを付着させた無機窒化物又は炭化物粒子を製造す る方法を開示している。この方法は、（ｉ）水及び水より早い速度で窒化物又は 炭化物粒子と反応する界面活性剤を含有して成る溶液中に窒化物又は炭化物粒子 を入れ、（ｉｆ）それに金属水酸化物又は酸化物を形成する金属のイオンを含有 する水性溶液を加え、（＃ｎ）上記金属及び窒化物もしくは炭化物粒子の溶液の ｐＨを増加させて窒化物又は炭化物粒子の表面に金属水酸化物を付着させること を含む。窒化物は、ＡＩＮであることができそして金属水酸化物又は酸化物は硝 酸イツトリウムのような塩から発生させることができる。

ＰＣＴ特許出願に開示された方法は、いくつかの理由で理想的なものではない。

第一に、この方法は、本発明に従って必要であることが見いだされた量よりも多 量の金属化合物を使用する。第二に、この方法は、処理工程中溶媒として水又は 主として水を使用する。水は、ＡＩＮ粉末の加水分解の可能性のため好ましくな い。第三に、この方法は、ＡＩＮ粉末をコーティングするために界面活性剤を使 用する。これは、セラミック中に望ましくない不純物を残すことがある。挙げら れた界面活性剤のいくらかは、ジルコニウム及びアルミニウム化合物から成る。

ＡＩＮ粉末への酸化ジルコニウム及び酸化アルミニウムの添加は、該粉末から焼 結された部品の熱伝導度にマイナスの影響を与えることが知られている。

本発明の開示 本発明の第１の観点は、（ａ）ＡＩＮ粉末、イツトリウム含ａ化合物該イツトリ ウム含有化合物で均一にコーティングされた乾燥した防湿性（ｍｏｉｓｔｕｒｅ −ｒｅｓｉｓｔａｎｔ）ＡＩＮ粉末を形成し、（ｃ）乾燥した防湿性ＡＩＮ粉末 及びセラミック複合成分を水性媒体中に分散させることより成り、該水性媒体は 、２０〜８０重量％の量で使用されそして該乾燥した防湿性ＡＩＮ粉末及びセラ ミック複合成分は、合わせて２０〜８０重量％の量で使用され、両画分率は該水 性媒体、ＡＩＮ粉末及びセラミック複合成分を合わせた重量を基準としておりそ して合計で１００％となることを特徴とする、防湿性窒化アルミニウム粉末を含 有する水性スリップ（ａｑｕｅｏｕｓ　ｓ　Ｉ　ｉｐ）を製造する方法である。

イツトリウム含有化合物は、酸化イツトリウムとして計算して、ＡＩＮの０．　 １〜１０重量％の量で存在している。

本発明の第２の観点は、前記方法の工程（ａ）及び（ｂ）から生じるイツトリウ ム含有化合物で均一にコーティングされた乾燥した防湿性窒化アルミニウム粉末 である。イツトリウム含有化合物は、酸化イツトリウムとして計算して、ＡＩＮ 粉末の０１〜１０重量％の量で存在している。

第１の観点に従って製造した水性スリップは、セラミック物品を製造するのに使 用することができる。このスリップは、セラミック生素地（ｇｒｅｅｎｗａｒｅ ）に好適に転換されそして慣用の方法により焼結イツトリウム含有化合物は、酸 化イツトリウム（Ｙ　２０　ｓ　）として計算として計算して、０．１〜０４重 量％である。実質的量のイツトリウム含有化合物がＡＩＮ粉末をコーティングす ると考えられる。イツトリウム含有化合物は、硝酸イツトリウム、硫酸イツトリ ウム、炭酸イツトリウム、イツトリウムアルコキシド、例えば、インドリウムエ トキシド及びイツトリウムイソプロポキシド及びそれらの混合物であることがで きる。コーティング中のイツトリウム含有化合物は、次いでＹ２Ｏ３に転化させ ることができる。

イツトリウム含有化合物は、２段階法によりＡＩＮ粉末上にコーティングされる 。第１段階は、ＡＩＮ粉末、イツトリウム含有化合物及びイツトリウム含有化合 物のための溶媒を含むスラリーを界面活性剤の不存在下に完全に混合することを 含む。イツトリウム含有化合物は実質的に溶媒に可溶性でなければならない。ス ラリーは、結合剤、可塑剤及び滑剤のような他の添加剤を含まないことが有利で ある。第２段階は、スラリーから溶媒を除去して、イツトリウム含有化合物で均 一にコーティングされている防湿性ＡＩＮ粉末を形成することを含む。

溶媒は、好適には、極性有機溶媒又はこのような溶媒の混合物である。

好適な極性有機溶媒には、メタノール、エタノール及びイソプロパツールが包含 される。非水性溶媒は通常水性溶媒より好ましい。その理由は、非水性溶媒はＡ ＩＮ粉末を加水分解する可能性が少ないからである。スラリーに使用される溶媒 の量は、一般に成分の混合を促進するのに十分なものであることが好ましい。

溶媒、イツトリウム含有化合物及びＡＩＮ粉末は、いがなる順序ででスラリーか らの溶媒の除去は、回転蒸発器、真空オーブン、噴霧乾燥機又は蒸発皿のような 慣用の装置を使用して達成することができる。一般に、乾燥処理した粉末を粉砕 する（ｇｒｉｎｄ）か又は砕＜（ｂｒｅａｋ　ｕｐ）必要はない。乾燥した防湿 性ＡＩＮ粉末が製造されて後、それを水性媒体に分散させてセラミック複合成分 と共に粉砕しくｍ１１１）、それによりスリップを形成することができる。本発 明の乾燥した防湿性ＡＩＮ粉末は、有意な加水分解が始まる前に、少な（とも４ ６時間、場合によっては２５０時間まで水に浸漬及び水中で撹拌することができ ることが見いだされた。一度有意な加水分解が始まると、それは未処理ＡＩＮ粉 末の場合よりも遅い速度で進行する傾向がある。

セラミ、り複合成分は、結合剤、滑剤、焼結助剤、分散剤、可塑剤、及び他の加 工助剤を包含する。結合剤の例としては、ポリエチレングリコール及びポリエチ レンオキシドが挙げられる。結合剤は、単独で又は溶媒と組み合わせて加えるこ とができる。結合剤は、複合粉末から形成した生素地物品に、普通の取り扱い及 び加工の間その形状を保持するのに十分な強度を与えるのに十分な量で使用され るのが好ましい。この量は、ＡＩＮ粉末の重量を基準として、典型的には１〜２ ０重量％、更に典型的には２〜１０重量％である。

好適な滑剤は、オレイン酸、ステアリン酸及び鉱油である。これらの滑剤は、Ａ ＩＮ粉末の重量を基準として０．１〜２重量％の量で使用することができる。

好適な焼結助剤としては、酸化カルシウム、Ｙ２Ｏ３及び他の希土類及好適な分 散剤としては、メンヘーデン魚油及びコネクチカット、ノルウオークのアール・ ティ・バンダービットカンパニーの商標、“ダーバン”　（ＤＡＲＶＡＮ）とい う名称で市販されて入る高分子電解質アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ　ｐｏｌ ｙｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）が挙げられる。分散剤は、粉砕を促進しそして高い 固体対液体比を維持するのを助けるのに十分な量で加えられる。分散剤が使用さ れるならば、それは、ＡＩＮ粉末の重量を基準として０．１〜１重量％の量であ ることが好ましい。

例示的可塑剤としては、プロピレングリコール、ジブロピレ：／　’；ｆ　ＩＪ 　：１−ル、トリプロピレングリコール及びグリセリンが挙げられる。可塑剤を 使用するならば、Ａｌ１末の重量を基準として１〜２０重量％の量で使用するの が好ましく、更に好ましくは２〜１０重量％である。

スリップは、典型的には２０〜８０重量％、更に典型的には４０〜７０重量％の ”固体”含有率を有する。“固体”とは、ＡＩＮ粉末及び使用されるセラミック 複合成分を指す。対応して、水性媒体は、８０〜２０重量％、更に典型的には３ ０〜６０重量％の量でスリップ中に存在する。固体と水性媒体の量を合わせると １００％となる。

スリップを粉砕する（ｍｉｌｌｉｎｇ）プロセスは、成分を混合する作用をしそ して凝集体を減少させるか又はなくする作用をする。慣用の粉砕方法としては、 ボールミリング、超音波処理及び高剪断混合が挙げられる。粉砕は、一般に２〜 ２４時間の期間行われる。粉砕されたスリラス成形（ｃｏｌｄ　１ｓｏｔａｃｔ ｉｃ　ｐｒｅｓｓｉｎｇ）のような慣用の方法により生素地物品（ｇｒｅｅｎｗ ａｒｅ　ａｒｔｉｃｌｅ）に転換することができる。スリップを乾燥の前にろ過 して凝集体を除去することができる。

スリップが一度キャスト、成形又は圧縮されて物品になると、この物品を通常加 熱して結合剤、滑剤、分散剤、可塑剤及び他の有機加工助剤のような有機成分を 除去するか又は焼きつくす（ｂｕｒｎ　ｏｕｔ）。

焼きつくす操作は、不活性ガス（Ｎ　２、Ｈ２／Ｎ２又はＡｒ）雰囲気又は空気 中で行うことができる。３８０℃〜５５０℃の温度で有機成分を焼きつくすのが 望ましい。

有機添加剤を焼きつくした後、次いで物品を一般に１６００℃〜１９５０℃の温 度で焼結する。焼結は、窒素のような不活性雰囲気又は水素もしくは水素−窒素 混合物のような還元雰囲気で行うことができる。

本発明は、焼結助剤として作用するイツトリウム含有化合物が複合粉末中に非常 によく分散して、一般に焼結助剤の有効性を最適にするという利点を有する。よ く分布した焼結助剤は、改良された微細構造均一性も与えることができ、これは 、改良された機械的、熱的及び電気的性質をもたらすとともに均一な表面化学を 与え、焼結されたセラミックのその後の金属化を容易にする。

以下の実施例は説明のためのものであって本発明を限定するものと見なすべきで はない。

実施例Ｉ Ｙ　（ＮＯ３）　３・５Ｈｚ０８，５ｇをエタノール７００ｍ１に溶解しての表 面積を有するＡｒＮ粉末５００ｇを溶液にゆっくりと加えて、スラリーを形成し た。ＡＩＮ粉末の量に対して上記の量の硝酸イツトリウムが使用された結果とし て、Ｙ２Ｏ３として計算してＡＩＮの０．５重量％のレベルでイツトリウムが存 在する。スラリーを約１時間高剪断下に混合した後、それを真空下に回転蒸発乾 固させ、更に真空オーブン内で１２０℃で１６時間乾燥及び焼成して（ｃａ　Ｉ 　ｃ　１ｎｅ）　、乾燥した防湿性ＡＩＮ粉末を形成させた。

この乾燥ＡＩＮ粉末を水に混合することにより、その耐加水分解性を試験した。

特に、８ｇの粉末を６０ｍ１の脱イオン水に混合した。粉末−水混合物のｐＨを 、該混合物を連続的に撹拌しながら所定の時間にわたり測定した。ｐＨは６．５ から７２未満の安定なｐＨに上昇し、この７．２未満のｐＨは８日にわたり維持 され、その点で極めて徐々にｐＨの上昇が見られた。

比較のため、未処理ＡＩＮ粉末を処理した粉末に関して述べた如（して水に混合 することにより、その耐加水分解性を試験した。粉末−水混合物のｐＨは６．５ から１０以上に上昇しそして２４時間以内に、粉末と水との激しい沸騰する反応 が起こった。

実施例２ 溶媒としてエタノールを使用して、ＡＩＮ粉末を、Ｙ２Ｏ３として計算して、０ ５重量％レベルのイツトリウムエトキシドで実施例１に記載の如くして処理した 。処理した粉末は、実施例１のｐＨ安定性と同様なｐＨ安定性を示した。

して、０．５重量％レベルの硫酸イツトリウムで実施例１に記載の如くして処理 した。処理した粉末は、実施例１及び２の処理粉末と同じように挙動した。

実施例１−３は、３種の異なるイツトリウム化合物の好適性を示す。

本明細書で開示される他のイツトリウム化合物でも同様な結果が予想される。

実施例４ 溶媒としてエタノールを使用し、Ｙ２Ｏ３として計算して０．５重量％のレベル の硝酸イツトリウムにより本発明に従ってＡＩＮ粉末を処理した。処理したＡＩ Ｎ粉末９２ｇを、プロピレングリコール１ｇ１グリセリン３ｇ、コネクチカット 、ノルウオークのアール・ティ・バンダービット・カンパニーの商標、“ダーバ ンＣ”という名称で市販されている高分子電解質アンモニウム０．２３ｇ、Ｙ２ Ｏ３２，７６ｇ及び脱イオン水６０ｍ１と混合した。混合物を、閉じた容器内で ＡＩＮメディア（ｍｅｄｉａ）中で２１時間ボールミルで粉砕した。約８０ｍ１ の水に分散させたミシガン州、ミドランドのザ・ダウ・ケミカル・カンパニーの 商標“メトセル（ＭＥＴＨＯＣＥＬＬ）”の名称で市販されているメチルセルロ ース４ｇを、上記のボールミルで粉砕した混合物に加えた。約２５ｍ１の水を混 合物に加えて、１つの容器から他の容器に混合物を移す間のすすぎを容易にした 。次いで、混合物を手で撹拌しそして遠心分離して気泡を除去した。混合物を０ ．１２５ｃｍの厚さにテープキャスチングしくｔａｐｅ　ｃａｓｔ）そして強制 空気の下に乾燥した。乾燥した厚さは約０．０１５ｃｍの厚さであった。乾燥し たキャスチングした材きつくした材料を１８６０°Ｃで１時間焼結させた。焼結 の後、酸素含有率は２５重量％であった。

本実施例は、処理したＡＩＮ粉末は、閉じた容器内で、長時間水をベースとする 配合物において首尾良く加工することができることを示す。

本発明を特定の態様について説明してきたが、当業者は他の態様を容易に適合さ せることができることは理解されるであろう。従って、本発明の範囲は、請求の 範囲によってのみ限定されるべきである。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．防湿性窒化アルミニウム粉末を含有する水性スリップを製造する方法であっ て、 （ａ）窒化アルミニウム粉末、イットリウム含有化合物及び該イットリウム含有 化合物のための溶媒を含有するスラリーを界面活性剤の不存在下に完全に混合し 、 （ｂ）該スラリーから溶媒を除去してイットリウム含有化合物で均一にコーティ ングされた乾燥した防湿性窒化アルミニウム粉末を形成し、（ｃ）乾燥した防湿 性窒化アルミニウム粉末及びセラミック複合成分を水性媒体中に分散させること より成り、該水性媒体は、２０〜８０重量％の量で使用されそして乾燥した防湿 性窒化アルミニウム粉末及びセラミック複合成分は、合わせて２０〜８０重量％ の量で使用され、両百分率は、水性媒体、窒化アルミニウム粉末及びセラミック 複合成分を合わせた重量を基準としておりそして合計で１００％となる、ことを 特徴とする方法。
2. ２．イットリウム含有化合物は、酸化イットリウムとして０．１〜１０重量％の 量で存在している、請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．イットリウム含有化合物が、硝酸イットリウム、硫酸イットリウム、炭酸イ ットリウム、イットリウムアルコキシド及びそれらの混合物から選ばれる、請求 の範囲第１項又は２項記載の方法。
4. ４．該溶媒が、極性有機液体及びそれらの混合物から選ばれる、請求の範囲第１ 項又は３項記載の方法。
5. ５．防湿性窒化アルミニウム粉末を含有する水性スリップを製造する方法であっ て、 （ａ）本質的に、窒化アルミニウム粉末、イットリウム含有化合物、該イットリ ウム含有化合物は硝酸イットリウム、硫酸イットリウム、炭酸イットリウム、イ ットリウムアルコキシド及びそれらの混合物から成る群より選ばれる、及び該イ ットリウム含有化合物のための溶媒から成るスラリーを界面活性剤の不存在下に 完全に混合し、その際、該イットリウム含有化合物は酸化イットリウムとして窒 化アルミニウム粉末の０．１〜１０重量％の量でしようされ、該溶媒は極性有機 液体及びそれらの混合物から成る群より選ばれ、 （ｂ）該スラリーから溶媒を除去して該イットリウム含有化合物で均一にコーテ ィングされた乾燥した防湿性窒化アルミニウム粉末を形成し、（ｃ）乾燥した防 湿性窒化アルミニウム粉末及び或る種のセラミック複合成分を水性媒体中に分散 させることより成り、該水性媒体は、２０〜８０重量％の量で使用されそして乾 燥した防湿性窒化アルミニウム粉末及びセラミック複合成分は、合わせて２０〜 ８０重量％の量で使用され、両百分率は、水性媒体、窒化アルミニウム粉末及び セラミック複合成分を合わせた重量を基準としておりそして合計で１００％とな る、ことを特徴とする方法。
6. ６．請求の範囲第１項乃至５項のいずれかに記載の方法により製造した乾燥した 防湿性のコーティングされた窒化アルミニウム粉末。