JPH09169507A - 窒化アルミニウムの製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウムの製造方法Info
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- JPH09169507A JPH09169507A JP33484995A JP33484995A JPH09169507A JP H09169507 A JPH09169507 A JP H09169507A JP 33484995 A JP33484995 A JP 33484995A JP 33484995 A JP33484995 A JP 33484995A JP H09169507 A JPH09169507 A JP H09169507A
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Abstract
を必要としないで炭素含有量の低い窒化アルミニウムを
製造する。 【解決手段】有機アルミニウム化合物とアンモニアを気
相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、有機アルミニウムの蒸発を沸点以下で行い、且つ
蒸発した有機アルミニウムは温度を沸点+20 ℃以下、
反応器迄の到達時間を100 秒以下で輸送させる。更に反
応器内の200 〜600 ℃のゾーンに供給しアンモニアと気
相反応せしめ生成した窒化アルミニウム前駆体を、不活
性ガス中において1100〜1900℃で焼成脱炭素処理を行
う。 【効果】生成した窒化アルミニウム前駆体を不活性ガス
雰囲気中で焼成することにより、容易にしかも極めて有
効的に脱炭処理を行うことができ、従来の酸化性雰囲気
またはアンモニア雰囲気での処理に対し、高純度で酸
素、炭素含有濃度も極めて低く熱伝導率の高い半導体基
板用として優れた窒化アルミニウムを容易に得ることが
できる。更にプロセスおよび装置面で低コストであり工
業的に有利である。
Description
末の製法に関する。詳しくは、半導体周辺材料及び耐熱
・耐蝕性セラミックスとして好適に用いられる窒化アル
ミニウム焼結体を得るための炭素含有量の少ない窒化ア
ルミニウム粉末の製法に関する。
として次の2つの方法が工業化されていた。ひとつは金
属アルミニウム粉末を窒素またはアンモニアガスで窒化
する直接窒化法であり、もうひとつはアルミナとカーボ
ンの粉末混合物を還元雰囲気下で焼成するアルミナ還元
法である。これに対して最近有機アルミニウム法が原料
として蒸留等により精製可能な有機アルミを用いるた
め、製品の高純度化が容易というメリットを有しており
注目されている。
アルミニウム法は得られる製品中に原料のアルキル基に
起因する不純物を炭素として3 wt%前後含有するという
問題点を有していた。しかし、上記焼結用の原料粉末と
しては酸素含有量もさることながら炭素含有量の少ない
ものが求められており、一般的にその上限は0.1 wt%程
度とされている。したがって、この炭素を除去するため
に有機アルミニウムとアンモニアの反応で生成した窒化
アルミニウム前駆体を酸化性ガス雰囲気下(空気中な
ど)での焼成や、特開平2-199009で開示されているよう
に、NH3 中での焼成を行って炭素含有量を減少する必要
があった。
化されて酸素を数%含有することになって、製品を焼結
した際の熱伝導率悪化の原因となっていた。また、NH3
中での焼成は前駆体中の炭素の除去には大変有効な方法
であるものの、NH3 および電力原単位の悪化等、経済的
な問題、さらに高温下NH3 雰囲気に耐える材質が無いと
いうこともあり、安全性の点からも問題点を有してい
る。例えば特公平4-8364には有機アルミニウムとアンモ
ニアガスとを反応させて窒化アルミニウム粉末を製造す
る方法が公開されている。この方法はこれらの化合物を
200 ℃以下で混合した後に600 〜1300℃で反応をせしめ
るものであるが、200 ℃以下でこれらの化合物を混合し
た場合、混合部での閉塞が起きて長時間の運転が困難と
なる。さらに反応温度が600 〜1300℃と高く不経済であ
ること、高温下でアンモニア雰囲気に耐えうる素材がな
い事から安全性の面で問題がある。など、工業化するに
は問題点がある。
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
が特開平2-141408(窒化アルミニウムの製造方法)、特
開平2-217311(有機アルミニウムを二重管で供給するこ
とによる長時間運転)、特開平2-239109(有機アルミニ
ウムとアンモニアおよび系内全ガス比による生成粒子の
均一化)に開示され、蒸発温度および輸送温度を記載し
ているものもあるが蒸発後、反応器に至る迄の輸送時間
が100 秒以上であれば有機アルミニウムが一部分解し、
得られる窒化アルミニウム前駆体中の分解種としての炭
素含有量が増加する、この分解種は焼成中に揮散し難
く、得られる窒化アルミニウム中の炭素含有量までもが
増大する。
点を解決するため、高純度の窒化アルミニウム粉末を安
価に製造する方法について鋭意研究を行ってきた。その
結果、炭素含有量を低く抑えた窒化アルミニウム粉末を
酸化処理やアンモニア中での焼成処理なしに製造する方
法を開発することができ、本発明を完成した。
は、蒸発させた有機アルミニウムとアンモニアを気相反
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、有機アルミニウムの蒸発を同伴ガスにより沸点以下
で行い、且つ反応器に到るまでの間の温度を沸点+20
℃以下に保持し、さらに蒸発後反応器に到るまでの到達
時間を100 秒以下で輸送して反応器内の200 〜600 ℃の
ゾーンに供給し、300 〜600 ℃においてアンモニアと気
相反応せしめ、得られた窒化アルミニウム前駆体を不活
性ガス中において1100〜1900℃で焼成することを特徴と
するものである。従来、有機アルミニウム法で得られる
窒化アルミニウム粉末は、残存する炭素を除去するため
に酸化ガス雰囲気中で700 ℃以上の温度で焼成する必要
があり、結果として過剰に酸化されて酸素を数%含有
し、この酸素原子が熱伝導率に悪影響を及ぼしていた。
本発明ではこの問題点を簡単なプロセスで解決でき、工
業的に極めて有利である。
機アルミニウムはAlR1R2R3(R1、R2、R3はCH3、C2H5、n-C3H
7、i-C3H7などのC1〜C4のアルキル基のひとつ以上の組み
合わせ)で示されるものであり、代表的な有機アルミニ
ウムとしてトリメチルアルミニウム、トリエチルアルミ
ニウムがあげられる。これらはそれぞれ融点は15.3℃、
−45.5℃、沸点は127.1 ℃、186.6 ℃、という物性を有
し、いずれも常温で液体であるため、蒸留精製などの簡
単な手段で高純度化が容易で、得られる窒化アルミニウ
ム粉末は電子材料として好適に用いられるレベル迄の超
高純度化が可能である。また、工業的に生産する際の入
手の容易さも特徴のひとつとしてあげることができる。
を、水素、ヘリウム、窒素、アルゴンなどの不活性キャ
リアガスにより沸点以下で蒸発を行う。蒸発した有機ア
ルミニウムおよび不活性キャリアガスは、反応器迄の温
度を沸点+20 ℃以下、到達時間を100 秒以下で輸送
し、反応器内の200 〜600 ℃のゾーンに供給する。反応
後得られる窒化アルミニウム前駆体は炭素を2.0 wt%以
下含有するものの、この種の炭素種は熱分解によってガ
ス化揮散し易く、この窒化アルミニウム前駆体を不活性
ガス雰囲気中において1100〜1900℃の温度で焼成するこ
とによって容易に揮散脱炭しうる。得られる窒化アルミ
ニウム粉末は、炭素の含有量が0.1 wt%以下とする事は
容易である。
沸点以下で蒸発させるのがよい。蒸発温度が沸点以上で
は有機アルミニウムの分解が起こり一部揮散脱炭の非常
に困難な分解種として生成物中に残留するため好ましく
ない。蒸発した有機アルミニウムの輸送は温度を沸点+
20 ℃以下に保ち、反応器迄の到達時間を100 秒以下で
輸送するのがよい。好ましくは到達時間を10秒以下で輸
送するのがよい。100秒以上では有機アルミニウムが一
部前述の揮散脱炭の非常に困難な分解種として生成物中
に残留するため好ましくない。沸点+20 ℃以上でも同
様に分解が起こり一部分解種として生成物中に残留する
ため好ましくない。
の温度ゾーンに吹き込むのがよい。200 ℃以下では品質
上問題ないもののアンモニアとの混合および反応過程で
粘着性物質を生成し、反応器内の閉塞が起こり長時間運
転が困難である。また600 ℃以上では有機アルミニウム
の分解が促進され分解種として生成物中に残存する炭素
分が増加し、更に分解物が供給口で閉塞し長時間運転が
困難となるなど好ましくない。反応は300〜600℃で行
う。
は、不活性ガス中で1100〜1900℃の温度で行う。不活性
ガスとしては、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン等から
選ぶことが可能であるが、経済的な面から考えると窒素
ガスが好ましい。温度は1100℃でも十分であるが、残留
有機物の揮散は1400℃以上でさらに良くなる。しかし、
1900℃を越えると部分的なシンタリングが発生し製品の
歩留まりを悪化させる。炭素濃度の分析にはセラミック
ス中炭素・水素・窒素分析装置(LECO社製)を用いて容
易に定量することができる。
するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。
エチルアルミニウムを毎時2.5 Kgフィードし170 ℃で蒸
発させた。蒸発したトリエチルアルミニウムは反応器ま
での温度を200 ℃、到達時間を1.2 秒で輸送した。反応
器(空塔反応器、内径8cm 、長さ6m)を外部加熱により
480 ℃に制御して反応器内に挿入された反応器内吹き出
し部は300 ℃であった。反応器内でアンモニアと反応さ
せてフューム状の反応生成物をSUS316製の焼結金属フィ
ルターにより補集したところ毎時約0.8Kg の生成物(窒
化アルミニウム前駆体)を得た。この結果得られた生成
物をカーボン製坩堝にいれて、窒素ガス雰囲気下で1600
℃に昇温し、同温度で3時間保持した後室温まで降温
し、窒化アルミニウム粉末を得た。評価結果を表1に示
す。
間を3.7 秒で行った他は実施例1と同様にして窒化アル
ミニウム粉末を得た。ただし蒸発させたトリエチルアル
ミニウムの滞留時間は蒸発器から反応器までの配管径お
よび長さを変える事で行った。評価結果を表1に示す。
間を8.6 秒で行った他は実施例1と同様にして窒化アル
ミニウム粉末を得た。評価結果を表1に示す。
間を53.2秒で行った他は実施例1と同様にして窒化アル
ミニウム粉末を得た。評価結果を表1に示す。
応器内吹き出し部の温度を300 ℃で行った他は実施例1
と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。評価結果を
表1に示す。
をカーボン製坩堝にいれて、窒素ガス雰囲気下で1200℃
に昇温し、同温度で3時間保持した後室温まで降温し、
窒化アルミニウム粉末を得た。評価結果を表1に示す。
は実施例1と同様にして、窒化アルミニウム粉末を得
た。評価結果を表1に示す。
は実施例1と同様にして、窒化アルミニウム粉末を得
た。評価結果を表1に示す。
240 ℃で行った他は実施例1と同様にして窒化アルミニ
ウム粉末を得た。評価結果を表1に示す。
間を112 秒で行った他は実施例1と同様にして窒化アル
ミニウム粉末を得た。評価結果を表1に示す。
160 ℃で行った他は実施例1と同様にして行った。ただ
し反応器内吹き出し部の温度は反応器の温度分布を利用
して吹き出し位置を変えることでおこなった。運転結
果、13時間後供給ラインの圧力上昇が起こり運転を中止
した、装置を解体し点検を行ったところ供給部から反応
器内部にかけて灰白色の固形物が固着しており反応器が
閉塞していた。
応器内吹き出し部の温度を630 ℃で行った他は実施例1
と同様にして行った結果、7 時間後供給ラインの圧力上
昇が起こり運転を中止した、装置を解体し点検を行った
ところ供給部に白銀色の固形物が固着しており供給口が
閉塞していた。得られた窒化アルミニウム粉末の評価結
果を表1に示す。
た窒化アルミニウム前駆体中の炭素は、不活性ガス雰囲
気中で焼成することによりガス化、揮散しやすく有効に
脱炭素処理を行うことができる。これは、プロセスおよ
び装置面において極めて容易でありコスト的にも有利で
ある。また、品質でも優れた窒化アルミニウム粉末を工
業的に得ることができる。
Claims (2)
- 【請求項1】蒸発させた有機アルミニウムとアンモニア
を気相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、有機アルミニウムの蒸発を同伴ガスにより沸
点以下で行い、且つ反応器に到るまでの間の温度を沸点
+20 ℃以下に保持し、さらに蒸発後反応器に到るまで
の到達時間を100 秒以下で輸送して反応器内の200 〜60
0 ℃のゾーンに供給し、300 〜600 ℃においてアンモニ
アと気相反応せしめ、得られた窒化アルミニウム前駆体
を不活性ガス中において1100〜1900℃で焼成することを
特徴とする窒化アルミニウムの製造方法。 - 【請求項2】有機アルミニウムがトリアルキルアルミニ
ウムである請求項1記載の窒化アルミニウムの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33484995A JP3585302B2 (ja) | 1995-12-22 | 1995-12-22 | 窒化アルミニウムの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33484995A JP3585302B2 (ja) | 1995-12-22 | 1995-12-22 | 窒化アルミニウムの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09169507A true JPH09169507A (ja) | 1997-06-30 |
| JP3585302B2 JP3585302B2 (ja) | 2004-11-04 |
Family
ID=18281915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33484995A Expired - Fee Related JP3585302B2 (ja) | 1995-12-22 | 1995-12-22 | 窒化アルミニウムの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3585302B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014094880A (ja) * | 2012-10-11 | 2014-05-22 | Ube Ind Ltd | Al−N−H系化合物粉末及びその製造方法 |
| JP6271665B1 (ja) * | 2016-09-20 | 2018-01-31 | 國家中山科學研究院 | 球状窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
-
1995
- 1995-12-22 JP JP33484995A patent/JP3585302B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014094880A (ja) * | 2012-10-11 | 2014-05-22 | Ube Ind Ltd | Al−N−H系化合物粉末及びその製造方法 |
| JP6271665B1 (ja) * | 2016-09-20 | 2018-01-31 | 國家中山科學研究院 | 球状窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
| JP2018048033A (ja) * | 2016-09-20 | 2018-03-29 | 國家中山科學研究院 | 球状窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3585302B2 (ja) | 2004-11-04 |
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