JPS6270210A - 窒化アルミニウム−炭化けい素複合微粉末の製造法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は窒化アルミニウム−炭化けい素複合微粉末の製
造法に関する。窒化アルミニウム！炭化けい素の単独の
焼結体はいずれも耐熱性に優れ、熱伝導率も大きい。

窒化アルミニウム−炭化けい素複合微粉末は各単独の場
合よ抄も焼結が容易であり、煙結体は耐熱性に優れ、熱
伝導率も大きいので、耐熱性放熱基板や高温用熱交換器
用材料として有用である。

従来技術 従来の窒化アル、ミニラム−炭化けい素の粉末の製造法
としては、 １）窒化アルミニウム粉末と炭化けい素粉末とを混合す
る方法。

２）シリカフアルミナ及びカーボンの混合物を、窒素気
流中で１６５０℃に加熱する方法が知られている。

しかし、１）の方法は組成の制御が容易であるが、均一
な混合物が得られなく、そのため焼結助剤を用いホット
プレスしても、焼結には１９００〜２１００℃の高温を
必要とする欠点がある。

また、２）の方法は反応温度として１６００℃以上の高
温を必要とし、混合粉末としてよりも、窒化アルミニウ
ム−炭化けい素の固溶体となる。また緻密な焼結体を作
るには１９５０〜２１００℃の部製を必要とする欠点が
ある。

発明の目的 本発明は従来法における欠点をなくすべくなされたもの
で、その目的は１９００℃以下で焼結が可能である粒径
が１ミクロン以下の微細でかつ均一混合された窒化アル
ミニウム−炭化けい素の複合微粉末を製造する方法を提
供するにある。

発明の構成 本発明者らは前記目的を達成すぺ〈鋭意研究の結果、粒
径０．１ミクロン以下のカーボン粉末を分散させたアル
ミニウム化合物の溶液とけい素化合物の溶液を反応させ
ると、粒径０．１　ミクロン以下で、均一に混合された
沈殿が生じ、これを炭化けい素生成中はアルゴン雰囲気
下で、その後窒素中で１３５０〜１６００℃に加熱する
と窒化アルミニウムと炭化けい素の複合微粉末が得られ
ることを究明し得、この知見に基いて本発明を完成した
。

本発明の要旨は、粒径０．１　ミクロン以下のカーボン
粉末を分散させたアルミニウム化合物の溶液とけい素化
合物の溶液を反応させて得た沈殿を、炭化けい素生成中
はアルゴン雰囲気下で、その後窒素中で、１３５０〜１
６００℃に加熱することを特徴とする窒化アルミニウム
−炭化けい繁複合微粉末の製造法にある。

原料アルミニウム化合物としては、例えばアルミニウム
エトキシドラアルミニウムイソプロポキシド、アルミニ
ウム−ｎ−ブトキシド等のアルミニウムアルコキシド；
硝酸アルミニラムラ塩酸アルミニウム！硫酸アルミニウ
ム、アルミン酸ナトリウム、明ばん等が挙げられる。こ
れらを単独または２種以上の混合物として使用される。

けい素化合物としては、例えばけい酸メチル。

けい酸エチル、けい酸プロピル！けい酸ブチル等のけい
素アルコキシド；けい酸ナトリウムが挙げられる。

アルミニウム化合物とけい素化合物の比は、アルミニウ
ムが３０〜９８原子％、けい素が２〜７０原子％の範囲
であることが好ましい。アルミニウムが９８原子％を超
えると均一な複合微粉末が得難く、アルミニウムが３０
原子％未満では均一な複合微粉末は得られるが、焼結湿
炭が１９００℃以上となる。

原料はエタノールｔブタノール、プロパツール等のアル
コールに溶解するか、あるいは水溶液として用いる。ア
ルミニウム化合物の溶液に粒径０．１ミクロン以下のカ
ーボン粒子を分散させるに例えば超音波振動によって行
う。

原料が両方共有様溶媒の溶液の場合は、混合後原斜の３
〜４倍の蒸留水を加えて加水分解する。

原料・の一方または両方が水溶液の場合は、混合後酸ま
たは塩基を加え沈殿を完結させる。

このような操作により、カーボン粉末の上にシリカとア
ルミナの微粒子が均一に沈殿した均一に混合されたもの
となる。この操作中に、焼結助剤となろＣａ０１　Ｂａ
０１　Ｙ２０ｇ　＋ランタニド金属酸化物、または熱分
解によりこれらを生成する化合物を分散または溶解によ
って、原料中に均一に焼結助剤を混合させることができ
る。

生成した沈殿は容器を減圧・加熱することによ抄、液体
を蒸発させ、沈殿のみを採取し得られる。

得られる沈殿は０．０１〜０．１ミクロンの均一な粒子
からなり、非晶質でＳｉ／Ａノの原子比は±２％の範囲
内で原料原子比と一致する。

アルミニウム化合物は、Ａｌ００Ｈ−ｎＨ２ＯまたはＡ
ｌ（ＯＨ）　３に相当する化学組成として沈殿し、けい
素化合物は５ｉｎ２・ｎＨ２Ｏとして沈殿する。

沈殿は加熱すると４００〜７００℃の範囲内で水を放出
し、非晶質のアルミナ−シリカ−カーボン系の混合粉末
となる。還元またけ還元・窒化反応に要するカーボン量
は、原料の組成によって異々る。

反応式は ＡＪ　Ｏ＋　５ｉｎ２＋耐十Ｎ２ →２ＡＩＮ　＋　ＳｉＣ＋　５００　　　　　　　・・
・・・・・・・（１）ｋｌ　Ｏ＋　２８ｉ０２＋　４−
Ｇ　＋　Ｎ２−＋　２ＡＩＮ　＋２ＳｉＣ＋　７ＣＯ・
−−−−−−−−（２）＋５ Ａｊ！　Ｏ＋　４ＳｉＯ２＋→Ｇ　＋　Ｎ２→２Ａ／Ｎ
　＋４９ｉＯ＋　　ＩＩＧＯ・・・・・・・・・（３）
となり、原料酸化物の分子数の２倍以上必要である。従
って、カーボン量は上記式の１〜３倍が望ましい。１倍
より少ないと反応が完結せず、３倍を超えると残留カー
ボン量が多くなり、酸化除去に高温または長時間を要す
るため、窒化アルミニラムの酸化が起こる。

実際の還元・窒化反応中ではアルミニウム分の飛散は起
らないが、けい素分はＳｉＯとして原料の５〜１０モル
％が失われる。また、飛散量は合成条件でも異なるので
、最終的な窒化アルミニウムと炭化けい素の割合を制御
するためには、合成条件とＳｉＯの飛散量の関係を予め
求めておく必要がある。

アルミナ−シリカ−カーボンの混合粉末は、そのままま
たは加圧成形した後、例えばアルミナポートに入れ、先
ずアルゴン雰囲気下で１３５０〜１６００℃、好ましく
は１４００〜１５００℃に加熱する。１３５０℃未満で
は反応の進行がおそく長時間を要し、また、１６００℃
を超えるとＳｉＯの飛散が大きくなり、収率が低下する
。

その後は窒素中で１３５０〜１６００℃に加熱する。

最初から窒素雰囲気中で行なうとβ−３ｉ、Ｎ４の固溶
体であるβ−サイアロン粉末となり、窒化アルミニウム
−炭化けい素複合粉末は得られない。

前記のアルゴン雰囲気中で加熱する間に炭化けい素の生
成が起る。その後の窒素中での加熱によす窒化アルミニ
ウムが生成する。

得られる粉末は共に粒径０．１〜０．８ミクロンの微細
で均一に混合されたものであり、金属不純物０．３重量
％以下の高純度のものである。

実施例１゜ アルミニウムイソプロポキシド４０．８９を２００ＣＣ
のイソプロパツールに８０℃で溶解した。これにけい酸
エチル４１．６　ｆを加え、得られた混合溶液に粒径０
．０５ミクロンのカーボンブラック２１．６２を°加え
た後、超音波振動によって分散液を作つ（５０％）　２
０　ｃｃを滴下し、８０℃で５時間保持して加水分解を
完結させた。その後、容器内を２００　ａ　Ｈｆに減圧
し、徐々に９０℃まで加熱して液体を除去した。得られ
た粉末は粒径０．Ｏ１〜０．１ミクロンでＸ線的にも電
子線的にも非晶質であった。

粉末０．５２を直径１２簡の金型で３００　Ｋ９／ｃ＋
＋＋２に加圧しベレットを作った。ベレットをアルミナ
製ボートに置き、アルゴン中で３０℃／分の昇温速度で
１４５０℃まで昇温し、１時間その温度に保った。つい
で、雰囲気中に窒素を導入し、前記温度で８時間加熱し
た。

得られた粉末は平均粒径０．５ミクロンの微細なもので
あった。壕だ、Ｘ線回折による定量では窒化アルミニウ
ム５３１量％ツ炭化けい素４７重景％であった。

この粉末０．７　ｆ／に５重量％のイツトリアを混合し
、黒鉛型中で２５０　Ｋ１７ｃｍ２に加圧しながら窒素
気流中で１８５０℃で１時間ホットプレスした。この場
合、粉末と黒鉛型の反応を防止するため、黒鉛型の内面
に窒化はう素粉末を塗布した。得られた焼結体は気孔率
０．５％と高密度のものであった。

また、レーザーフラッシュ法で測定した室温における熱
伝導率は７３Ｗ／ｍ、にと高い値であった。

実施例２ アルミニウム源として硝酸アルミニウム（９水和物）ま
たは塩化アルミニウム（６水和物）を２００ｅｅのエタ
ノールに溶解し、実施例１と同様な手順で原料粉末を得
た。

この粉末を実施例１と同様な手順で窒化アルミニウム−
炭化けい素複合微粉末を得た。その焼成条件とその結果
は第１表の通りであった。

実施例３゜ けい酸ソーダ３６．８９を２００ｃｃの蒸留水に溶解し
、これに粒径０．０５ミクロンのカーボンブラックを超
音波振動によって分散させた。これに１規定の塩酸水溶
液３００ＣＣに溶解したアルミニウム化合物の溶液を滴
下した。生じた沈殿を遠心分離機によって沈降させ溶液
と分離した。

沈殿は乾燥稜、実施例１と同様に成形し、実施例１・と
同様にして窒化アルミニウム−炭化けい素複合粉末を得
た。その結果は第２表に示す通りであつ′た。

比較例１゜ 平均粒径０６６ミクロンのアルミナ２０７と平均粒径１
．５ミクロンのシリカ２４２および平均粒径０．０５ミ
クロンのカーボンブラック２２２を混合し、実施例１と
同様に成形した。成形体を実施例１と同じ炉を用い窒素
急流中１４５０℃に８時間加熱した。生成物は窒化ケイ
素の固溶体であるβ−上 サイアロンが÷成分で窒化アルミニウム−炭化ケイ素複
合粉末は得られなかった。

比較例２゜ 比較例１と同じ原料を同様な手順で１６５０℃に４時間
加熱した。主成分は窒化アルミニウムと炭化ケイ素の固
溶体であった。この固溶体粉末に５重量％のイツトリア
を混合し、実施例１．と同様にして１９５０℃に１時間
ホットプレスした。得られた焼結体の室温における熱伝
導率は１２　Ｗ／’　ｍ−にと低い価であった。

発明の効果 本発明の方法によると粒径１ミクロン以下の微細で、か
つ均一に混合された窒化アルミニウム−炭化けい素の複
合微粉末が得られる。従って従来法のものでは焼成でき
なかった１９００℃以下で焼成が可能であり、得られる
焼結体は熱伝導率の優れたものとなる優れた効果を奏し
得られる。

特許出願人　　科学技術庁無機材質研究所長後　　藤　
　　　　　優

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）粒径０．１ミクロン以下のカーボン粉末を分散させ
   たアルミニウム化合物の溶液とけい素化合物の溶液を反
   応させて得た沈殿を、炭化けい素生成反応中はアルゴン
   雰囲気中で、その後窒素気流中で、１３５０〜１６００
   ℃で加熱することを特徴とする窒化アルミニウム−炭化
   けい素複合微粉末の製造法。