JP5033948B2 - Method for producing aluminum nitride powder and method for producing aluminum nitride sintered body - Google Patents

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Description

本発明は、窒化アルミニウム粉末の製造方法ならびに窒化アルミニウム焼結体の製造方法に関する。 The present invention relates to a manufacturing method of preparation and the aluminum nitride sintered body at the end of the aluminum nitride powder.

近年、電子材料の高集積化、高出力化に伴い、これまで使用されてきたアルミナ基板に代わる高放熱性(高熱伝導性)基板に対するニーズが高まりつつある。このような現状において、炭化珪素、窒化アルミニウムなどに、ベリリアなどの焼結助剤を添加し、焼結してなる焼結体は上記ニーズに適合する材料と言われている。とりわけ窒化アルミニウム焼結体は、低毒性、高絶縁性などの特徴を有するため、高熱伝導性基板材料として最も注目を集めている。   In recent years, with the high integration and high output of electronic materials, there is an increasing need for a high heat dissipation (high thermal conductivity) substrate that replaces the alumina substrate used so far. Under such circumstances, a sintered body obtained by adding a sintering aid such as beryllia to silicon carbide, aluminum nitride, etc. and sintering is said to be a material meeting the above needs. In particular, an aluminum nitride sintered body has been attracting the most attention as a highly thermally conductive substrate material because it has characteristics such as low toxicity and high insulation.

窒化アルミニウム焼結体は、通常、窒化アルミニウム粉末を焼結することにより製造される。原料である窒化アルミニウム粉末の物理的特性および化学的特性は、得られる焼結体を高熱伝導性基板材料として用いる上で非常に重要になる特性(密度、熱伝導度など)を左右するものである。したがって、焼結体の原料になる窒化アルミニウム粉末の製造方法について、様々な研究がなされ、種々の方法が提案されている。   The aluminum nitride sintered body is usually produced by sintering aluminum nitride powder. The physical and chemical properties of the raw material aluminum nitride powder affect the properties (density, thermal conductivity, etc.) that are very important in using the obtained sintered body as a high thermal conductive substrate material. is there. Therefore, various researches have been made on the production method of aluminum nitride powder as a raw material of the sintered body, and various methods have been proposed.

たとえば、金属アルミニウムを窒素またはアンモニア雰囲気中で加熱する方法が挙げられる。しかしながら、この方法では、窒化アルミニウム粉末は、固結が著しく進んだ大粒径の塊状物として得られるので、そのまま焼結用原料として使用できない。しかも、固結が著しく進んでいるため、機械的な解砕も困難である。   For example, the method of heating metal aluminum in nitrogen or ammonia atmosphere is mentioned. However, in this method, since the aluminum nitride powder is obtained as a large particle having a large solidification, it cannot be used as it is as a raw material for sintering. Moreover, since the consolidation is remarkably advanced, mechanical crushing is also difficult.

また、アルミナ粉末とカーボン粉末とを混合し、窒素またはアンモニア雰囲気中で加熱する方法が挙げられる。しかしながら、この方法では、原料であるアルミナ粉末の粒径、不純物含量などが生成する窒化アルミニウム粉末の特性に大きな影響を及ぼすので、高純度で、粒子径の微細なアルミナ粉末の使用が不可欠になり、コストアップを招く。   Moreover, the method of mixing alumina powder and carbon powder, and heating in nitrogen or ammonia atmosphere is mentioned. However, in this method, the particle size and impurity content of the alumina powder, which is the raw material, have a great influence on the characteristics of the aluminum nitride powder produced, so it is essential to use alumina powder with high purity and fine particle size. Incurs an increase in cost.

また、有機アルミニウム化合物とアミン類との反応生成物を加熱処理する方法が挙げられる。しかしながら、この方法では、得られる窒化アルミニウム粉末中に炭素が残留しやすく、炭素は最終的に得られる焼結体の特性に悪影響を及ぼす。   Moreover, the method of heat-processing the reaction product of an organoaluminum compound and amines is mentioned. However, in this method, carbon tends to remain in the obtained aluminum nitride powder, and the carbon adversely affects the properties of the finally obtained sintered body.

また、塩化アルミニウムおよび/または臭化アルミニウムガスとアンモニアガスとを気相反応させる方法が挙げられる。しかしながら、この方法では、副生物としてハロゲン化水素ガスが生成し、製造装置を腐食させるとともに、該ガスを反応系外へ排出するための処理装置が必要になる。   Further, there is a method in which aluminum chloride and / or aluminum bromide gas and ammonia gas are reacted in a gas phase. However, in this method, a hydrogen halide gas is generated as a by-product, which corrodes the manufacturing apparatus and requires a processing apparatus for discharging the gas out of the reaction system.

さらに、トリアルキルアルミニウム、ジアルキルアルミニウムモノハイドライドなどの有機アルミニウム化合物とアンモニアガスとを200℃以下で混合したのち、600〜1300℃で気相反応させて窒化アルミニウム粉末を製造する方法が挙げられる(たとえば、特許文献1参照)。   Furthermore, an organic aluminum compound such as trialkylaluminum or dialkylaluminum monohydride and ammonia gas are mixed at 200 ° C. or lower, and then subjected to a gas phase reaction at 600 to 1300 ° C. to produce aluminum nitride powder (for example, , See Patent Document 1).

しかしながら、特許文献1に記載の方法も含めた上記の製造方法により得られる窒化アルミニウム粉末は、窒化アミルニウムという物質が本来有する難焼結性をそのまま有し、2000℃程度の焼成温度が必要になるので、特殊な焼成炉が必要になって製造設備が高価になり、製造に使用するエネルギー量が増大するという欠点がある。   However, the aluminum nitride powder obtained by the above-described manufacturing method including the method described in Patent Document 1 has the inherently difficult sintering property of a substance called amylnium nitride, and a firing temperature of about 2000 ° C. is required. Therefore, there is a disadvantage that a special firing furnace is required, manufacturing equipment becomes expensive, and the amount of energy used for manufacturing increases.

このため、窒化アルミニウムの焼結に際しては、焼結助剤を添加する方法が一般的に採用される。この方法は、焼結助剤に含まれる成分とアルミニウムとの複合酸化物の融点が、窒化アルミニウムの融点(2000℃以上)よりも低いことを利用するものである。すなわち、焼成中に生成する焼結助剤とアルミニウムとの複合酸化物は、融解して液相を形成し、この液相を介して物質移動(焼結現象)が進行する。したがって、たとえば、焼結助剤としてYを用いると、イットリウムとアルミニウムとの複合酸化物の融点である1780℃が焼結温度の下限になる。 For this reason, a method of adding a sintering aid is generally employed for sintering aluminum nitride. This method utilizes the fact that the melting point of the composite oxide of the component and the aluminum contained in the sintering aid is lower than the melting point of aluminum nitride (2000 ° C. or higher). That is, the composite oxide of the sintering aid and aluminum produced during firing melts to form a liquid phase, and mass transfer (sintering phenomenon) proceeds through this liquid phase. Therefore, for example, when Y 2 O 3 is used as a sintering aid, 1780 ° C., which is the melting point of the composite oxide of yttrium and aluminum, becomes the lower limit of the sintering temperature.

また、焼結助剤として、LiO−Y−CaOを用いることにより、窒化アルミニウムの焼成温度を1600℃まで下げ得ることが報告されている(たとえば、非特許文献1参照)。しかしながら、得られる焼結体の用途によっては焼結助剤の種類が限定される場合があり、焼結助剤を用いないで、または焼結助剤を用いてもその化学種を狭い範囲に限定することなく焼結温度を低下させることが可能になれば、窒化アルミニウム焼結体の用途適合性の幅が広がるため、そのような技術が望まれている。 It has also been reported that the firing temperature of aluminum nitride can be lowered to 1600 ° C. by using LiO 2 —Y 2 O 3 —CaO as a sintering aid (see, for example, Non-Patent Document 1). However, depending on the use of the obtained sintered body, the kind of sintering aid may be limited. Even if a sintering aid is not used or the sintering aid is used, the chemical species is kept within a narrow range. If the sintering temperature can be lowered without limitation, the range of application suitability of the aluminum nitride sintered body is widened, and thus such a technique is desired.

また、比表面積から換算した平均粒径が0.06μmの窒化アルミニウム超微粒子に、低融点の焼結助剤であるフッ化イットリウム(YF)を添加したものを窒素雰囲気中にて1500℃で焼結する方法が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。しかしながら、フッ化イットリウムは焼結の際に焼成炉を傷めるため、工業的にはほとんど使用されていない。こういった窒化アルミニウムを低温で焼結させる助剤としては、フッ化イットリウム以外にもアルカリ金属化合物(LiOなど)やフッ化物(NaF)などが知られるが、前者は電気配線を腐食させる原因となり、後者はフッ化イットリウムと同様に焼結の際に焼成炉を傷めるため、工業的な使用には適しない。 In addition, a material obtained by adding yttrium fluoride (YF 3 ), which is a low melting point sintering aid, to aluminum nitride ultrafine particles having an average particle size of 0.06 μm converted from a specific surface area at 1500 ° C. in a nitrogen atmosphere. A method of sintering has been proposed (see, for example, Patent Document 2). However, yttrium fluoride is rarely used industrially because it damages the firing furnace during sintering. In addition to yttrium fluoride, alkali metal compounds (such as LiO 2 ) and fluorides (NaF) are known as auxiliary agents for sintering such aluminum nitride at low temperatures, but the former causes corrosion of electrical wiring. The latter, like yttrium fluoride, is not suitable for industrial use because it damages the firing furnace during sintering.

一方、当業者であれば、無機粒子の焼結性を高めるために、粒子径を小さくすることは当然想到し得ることである。確かに、粒子径が小さくなるほど焼結性は高まるものの、その一方で凝集力が高まるため、一次粒子径がサブミクロン以下でありかつ凝集の少ない窒化アルミニウム粉末を製造するのは困難であった。   On the other hand, those skilled in the art can naturally conceive of reducing the particle diameter in order to increase the sinterability of the inorganic particles. Certainly, the smaller the particle size, the higher the sinterability. On the other hand, the cohesive force increases, so it was difficult to produce an aluminum nitride powder having a primary particle size of submicron or less and little aggregation.

このような課題に鑑み、平均粒子径1〜20μm、含有酸素量2重量%以下、アルミニウムを除く金属不純物の含有量が0.1重量%以下である窒化アルミニウム粗粉末を、解砕メディアおよび該粗粉末と接触する部分が高純度アルミナ、高純度窒化アルミニウムおよび合成樹脂から選ばれる1種または2種以上で形成される解砕機を用いて非酸化性雰囲気下で乾式解砕することを特徴とする、一次粒子の平均粒子径が1μmよりも小さく、1600〜1700℃の焼成温度で焼結体になり得る窒化アルミニウム粉末の製造方法が提案されている(たとえば、特許文献3参照)。しかしながら、特許文献3には、窒化アルミニウム焼結体の密度、熱伝導度などの特性に関する具体的な記載はなく、該焼結体が実際に基板材料として好適に使用できるか否かは不明である。加えて、ここで使用される解砕機は非常に特殊で高価なものであり、工業的規模での量産には対応できない。   In view of such a problem, an aluminum nitride coarse powder having an average particle diameter of 1 to 20 μm, an oxygen content of 2% by weight or less, and a metal impurity content excluding aluminum of 0.1% by weight or less is obtained by using a pulverization medium and the It is characterized by dry crushing in a non-oxidizing atmosphere using a crusher in which the part in contact with the coarse powder is formed of one or more selected from high-purity alumina, high-purity aluminum nitride and synthetic resin There has been proposed a method for producing an aluminum nitride powder in which the average particle diameter of primary particles is smaller than 1 μm and can be a sintered body at a firing temperature of 1600 to 1700 ° C. (see, for example, Patent Document 3). However, Patent Document 3 does not specifically describe the characteristics such as the density and thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body, and it is unclear whether the sintered body can actually be used suitably as a substrate material. is there. In addition, the crusher used here is very special and expensive, and cannot cope with mass production on an industrial scale.

このように、実験室レベルでは1600℃でも窒化アルミニウム焼結体を得ることができるが、実用的な窒化アルミニウム焼結体を工業的規模で量産するには、従来技術では少なくとも1800℃程度の焼成温度が必要である。しかしながら、1800℃の焼成には特殊な焼成炉(カーボン抵抗炉などの電気炉)の使用が必須であり、これが窒化アルミニウム焼結体の製造コストを高騰させ、生産効率を低下させる。したがって、特殊な焼成炉を用いなくてもよい1600℃を下回る温度領域でも充分な焼結性を有し、窒化アルミニウム焼結体を工業的規模で安価に製造できる窒化アルミニウム粉末が求められる。   As described above, an aluminum nitride sintered body can be obtained even at 1600 ° C. at the laboratory level. However, in order to mass-produce a practical aluminum nitride sintered body on an industrial scale, the prior art requires firing at least about 1800 ° C. Temperature is needed. However, the use of a special firing furnace (an electric furnace such as a carbon resistance furnace) is essential for firing at 1800 ° C., which raises the manufacturing cost of the aluminum nitride sintered body and lowers the production efficiency. Accordingly, there is a demand for an aluminum nitride powder that has sufficient sinterability even in a temperature range below 1600 ° C., which does not require a special firing furnace, and can produce an aluminum nitride sintered body at an industrial scale at low cost.

特開昭63−60102号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-60102 特開平6−211577号公報JP-A-6-211577 特公平6−15404号公報Japanese Examined Patent Publication No. 6-15404 セラミックス誌(32)No.6(1997)、日本セラミックス協会発行Ceramics Magazine (32) No. 6 (1997), published by the Ceramic Society of Japan

本発明の目的は、高密度、高熱伝導性の窒化アルミニウム焼結体の製造に適した窒化アルミニウム粉末の製造方法、ならびに該窒化アルミニウム粉末を用いる窒化アルミニウム焼結体の製造方法を提供することである。 An object of the present invention, high density, to provide a production method of the high thermal conductivity of the method of producing an aluminum nitride powder powder suitable for the production of aluminum nitride sintered bodies, and aluminum nitride using aluminum nitride sintered compacts It is.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、1600℃以下の焼成温度でも焼結体になり得る、窒化アルミニウム粉末を得ることに成功し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor succeeded in obtaining an aluminum nitride powder that can be a sintered body even at a firing temperature of 1600 ° C. or lower, and completed the present invention.

発明は、低温焼結補助剤の不存在下に、焼成温度1400〜1600℃で焼成することにより、理論密度の98%以上の密度を有する窒化アルミニウム焼結体を製造できる一次粒子径が0.012μm〜0.06μmであり、かつ、二次粒子径と一次粒子径との比率(二次粒子径/一次粒子径)が1〜10である窒化アルミニウム粉末の製造方法であて、有機アルミニウム化合物とアンモニアとを300℃〜600℃の温度で気相反応させて窒化アルミニウム凝集粉末Aを得る合成工程と、合成工程で得られる窒化アルミニウム凝集粉末Aを還元性ガス雰囲気および/または不活性ガス雰囲気中で、1100℃〜1500℃の温度で1〜6時間熱処理して窒化アルミニウム凝集粉末Bを得る結晶化工程と、結晶化工程で得られる窒化アルミニウム凝集粉末Bに、3mmφ以下の小径ボールメディアを用いる湿式ミル解砕処理を施す解砕処理工程とを含む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。
The present invention has a primary particle size of 0, which can produce an aluminum nitride sintered body having a density of 98% or more of the theoretical density by firing at a firing temperature of 1400-1600 ° C. in the absence of a low-temperature sintering aid. a .012Myuemu~0.06Myuemu, and, in the manufacturing method Tsu der aluminum nitride powder is a secondary particle diameter and the ratio of primary particle size (secondary particle diameter / primary particle diameter) of 1 to 10, organic A synthesizing step in which an aluminum compound and ammonia are reacted in a gas phase at a temperature of 300 ° C. to 600 ° C. to obtain an aluminum nitride aggregated powder A, and the aluminum nitride aggregated powder A obtained in the synthesizing step is reduced to a reducing gas atmosphere and / or inert. A crystallization process for obtaining an aluminum nitride agglomerated powder B by heat treatment in a gas atmosphere at a temperature of 1100 ° C. to 1500 ° C. for 1 to 6 hours, and aluminum nitride obtained by the crystallization process And a pulverizing treatment step of performing a wet mill pulverizing treatment using a small-diameter ball medium of 3 mmφ or less on the flocculated powder B.

さらに本発明の窒化アルミニウム粉末の製造方法は、結晶化工程で得られる窒化アルミニウム凝集粉末Bの比表面積値が5m/g以上であることを特徴とする。 Furthermore, the method for producing an aluminum nitride powder of the present invention is characterized in that the specific surface area value of the aluminum nitride aggregated powder B obtained in the crystallization step is 5 m 2 / g or more.

さらに本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法は、有機アルミニウム化合物とアンモニアとを300℃〜600℃の温度で気相反応させて窒化アルミニウム凝集粉末Aを得る合成工程と、合成工程で得られる窒化アルミニウム凝集粉末Aを還元性ガス雰囲気および/または不活性ガス雰囲気中で、1100℃〜1500℃の温度で1〜6時間熱処理して窒化アルミニウム凝集粉末Bを得る結晶化工程と、結晶化工程で得られる窒化アルミニウム凝集粉末Bに、3mmφ以下の小径ボールメディアを用いる湿式ミル解砕処理を施す解砕処理工程によって得られる一次粒子径が0.012μm〜0.06μmであり、かつ、二次粒子径と一次粒子径との比率(二次粒子径/一次粒子径)が1〜10である窒化アルミニウム粉末を、低温焼結補助剤の不存在下に、焼成温度が1400〜1600℃で焼成することを特徴とする。 Furthermore, the method for producing an aluminum nitride sintered body of the present invention is obtained by a synthesis process in which an organoaluminum compound and ammonia are reacted in a gas phase at a temperature of 300 ° C. to 600 ° C. to obtain an aluminum nitride aggregated powder A, and the synthesis process. A crystallization process for obtaining an aluminum nitride aggregated powder B by heat-treating the aluminum nitride aggregated powder A in a reducing gas atmosphere and / or an inert gas atmosphere at a temperature of 1100 ° C. to 1500 ° C. for 1 to 6 hours, and a crystallization step The primary particle diameter obtained by the crushing treatment step of subjecting the aluminum nitride agglomerated powder B obtained in 1 to a wet mill crushing treatment using a small-diameter ball media of 3 mmφ or less to 0.012 μm to 0.06 μm, and secondary the aluminum nitride powder ratio (secondary particle diameter / primary particle diameter) of 1 to 10 between the particle diameter and the primary particle diameter, low-temperature sintering auxiliary Absence in the firing temperature and firing at 1400 to 1600 ° C..

本発明によれば、従来の窒化アルミニウムの最低焼成温度である1600℃よりも100〜200℃低い温度での焼成により、焼結助剤を用いなくても、窒化アルミニウムの焼結体が得られる窒化アルミニウム粉末が得られる。したがって、カーボン抵抗炉などの特殊な電気炉を使用する必要がなくなり、窒化アルミニウムの焼成に要するエネルギー量も低減化できるので、工業的に非常に有利に窒化アルミニウムの焼結体を製造できる。さらに、得られる窒化アルミニウム焼結体は、たとえば、基板材料などとして非常に好適に使用できる。   According to the present invention, a sintered body of aluminum nitride can be obtained without using a sintering aid by firing at a temperature 100 to 200 ° C. lower than 1600 ° C. which is the lowest firing temperature of conventional aluminum nitride. An aluminum nitride powder is obtained. Therefore, it is not necessary to use a special electric furnace such as a carbon resistance furnace, and the amount of energy required for firing aluminum nitride can be reduced, so that a sintered body of aluminum nitride can be manufactured very advantageously industrially. Furthermore, the obtained aluminum nitride sintered body can be used very suitably as, for example, a substrate material.

[窒化アルミニウム粉末]
本発明の窒化アルミニウム粉末は、一次粒子径が0.012μm〜0.06μmである。一次粒子径が0.06μmを超えると、焼結可能温度が1600℃を超えるおそれがある。ここで、一次粒子径とは、本発明の窒化アルミニウム粉末のBET比表面積値から下記式(1)にしたがって算出される値である。BET比表面積値は、ガス吸着法により測定される。具体的には、たとえば、流動式比表面積測定装置(フローソープII2300型、(株)島津製作所製)を用いて測定される値である。なお、本発明の窒化アルミニウム粉末のBET比表面積値は、前記測定装置によらずとも、他の各種測定方法によっても精度良く分析および測定できる。因みに、本発明の窒化アルミニウム粉末は、BET比表面積値が30m/g以上、好ましくは30〜150m/gである。一次粒子径は、「比表面積換算粒子径」とも呼ばれる。
一次粒子径(μm)=6÷[比表面積値(m/g)]÷3.26 …(1)
[Aluminum nitride powder]
The aluminum nitride powder of the present invention has a primary particle size of 0 . 012 μm to 0.06 μm. When the primary particle diameter exceeds 0.06 μm, the sinterable temperature may exceed 1600 ° C. Here, the primary particle diameter is a value calculated according to the following formula (1) from the BET specific surface area value of the aluminum nitride powder of the present invention. The BET specific surface area value is measured by a gas adsorption method. Specifically, it is a value measured using, for example, a flow-type specific surface area measuring device (Flow Soap II 2300 type, manufactured by Shimadzu Corporation). In addition, the BET specific surface area value of the aluminum nitride powder of the present invention can be analyzed and measured with high accuracy not only by the measuring apparatus but also by other various measuring methods. Incidentally, the aluminum nitride powder of the present invention, BET specific surface area of 30 m 2 / g or more, preferably 30 to 150 m 2 / g. The primary particle diameter is also referred to as “specific surface area converted particle diameter”.
Primary particle diameter (μm) = 6 ÷ [specific surface area value (m 2 /g)]÷3.26 (1)

また、本発明の窒化アルミニウム粉末は、二次粒子径と一次粒子径との比率(二次粒子径/一次粒子径)が1〜10である。この比率が10を超えると、低温焼結性が損なわれ、焼結に1600℃を超える温度が必要になるおそれがある。ここで、二次粒子径(μm)は、レーザー回折法により測定される。具体的には、たとえば、レーザー回折法式粉体測定機(商品名:SALDA2000、(株)島津製作所製)を用いて測定される値である。 The ratio of the secondary particle diameter to the primary particle diameter (secondary particle diameter / primary particle diameter) of the aluminum nitride powder of the present invention is 1-10 . When this ratio exceeds 10, low temperature sinterability may be impaired, and a temperature exceeding 1600 ° C. may be required for sintering. Here, the secondary particle diameter (μm) is measured by a laser diffraction method. Specifically, it is a value measured using, for example, a laser diffraction method powder measuring machine (trade name: SALDA2000, manufactured by Shimadzu Corporation).

このような特性を持つ窒化アルミニウムは、常圧下および1400〜1600℃の温度での焼結により、理論密度の98%以上の密度を有する焼結体になる。   Aluminum nitride having such characteristics becomes a sintered body having a density of 98% or more of the theoretical density by sintering at normal pressure and at a temperature of 1400 to 1600 ° C.

[窒化アルミニウム粉末の製造方法]
本発明の窒化アルミニウム粉末は、たとえば、有機アルミニウム化合物とアンモニアとを300〜600℃の温度下に気相反応させて窒化アルミニウム凝集粉末Aを得る合成工程と、合成工程で得られる窒化アルミニウム凝集粉末Aを還元性ガス雰囲気および/または不活性ガス雰囲気中で、1100〜1500℃の温度下に1〜6時間熱処理して窒化アルミニウム凝集粉末Bを得る結晶化工程と、結晶化工程で得られる窒化アルミニウム凝集粉末Bに機械的処理を施す機械的処理工程とを含む製造方法により製造できる。
[Method for producing aluminum nitride powder]
The aluminum nitride powder of the present invention includes, for example, a synthesis step in which an organoaluminum compound and ammonia are reacted in a gas phase at a temperature of 300 to 600 ° C. to obtain an aluminum nitride agglomerated powder A, and an aluminum nitride agglomerated powder obtained in the synthesis step A crystallization process in which A is heat-treated in a reducing gas atmosphere and / or an inert gas atmosphere at a temperature of 1100 to 1500 ° C. for 1 to 6 hours to obtain aluminum nitride agglomerated powder B, and nitridation obtained in the crystallization process The aluminum agglomerated powder B can be manufactured by a manufacturing method including a mechanical processing step of performing a mechanical processing.

(合成工程)
合成工程は、原料として有機アルミニウム化合物とアンモニアとを用い、これらを300〜600℃で気相反応させることにより、窒化アルミニウム凝集粉末Aを得る工程である。
(Synthesis process)
The synthesis step is a step of obtaining aluminum nitride agglomerated powder A by using an organoaluminum compound and ammonia as raw materials and performing a gas phase reaction at 300 to 600 ° C.

有機アルミニウム化合物としてはガス状または液状を呈し得るものであれば特に制限なく使用できるが、その中でも、トリアルキルアルミニウムおよびジアルキルアルミニウムハライドが好ましい。より具体的には、たとえば、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムハライド、ジエチルアルミニウムハライド、ジイソブチルアルミニウムハライドなどが挙げられる。有機アルミニウム化合物は1種を単独で使用できまたは2種以上を併用できる。これらの有機アルミニウム化合物はガス状または液状で反応系に供給される。液状で供給する場合には、該化合物の蒸発潜熱のために反応の安定性が損なわれることがあるので、ガス状で供給することが好ましい。ガス状で供給する方法としては、有機アルミニウム化合物を加熱気化させる方法、窒素、水素、アルゴン、ヘリウムなどの非酸化性ガスに同伴させて供給する方法などが挙げられる。   The organoaluminum compound can be used without particular limitation as long as it can exhibit a gaseous state or a liquid state. Among them, trialkylaluminum and dialkylaluminum halides are preferable. More specifically, for example, trimethylaluminum, triethylaluminum, triisobutylaluminum, dimethylaluminum halide, diethylaluminum halide, diisobutylaluminum halide and the like can be mentioned. An organoaluminum compound can be used individually by 1 type, or can use 2 or more types together. These organoaluminum compounds are supplied to the reaction system in gaseous or liquid form. When supplying in a liquid state, the stability of the reaction may be impaired due to the latent heat of vaporization of the compound, so it is preferable to supply in a gaseous state. Examples of the method for supplying in a gaseous state include a method in which an organoaluminum compound is vaporized by heating, a method in which the organoaluminum compound is supplied accompanied with a non-oxidizing gas such as nitrogen, hydrogen, argon, and helium.

アンモニアも液状またはガス状で反応系に供給できるが、上記と同じ理由で、ガス状で供給するのが好ましい。   Ammonia can also be supplied to the reaction system in liquid or gaseous form, but is preferably supplied in gaseous form for the same reason as described above.

有機アルミニウム化合物とアンモニアとの使用割合は特に制限されず、好ましくは、有機アルミニウム化合物1モルに対して、アンモニア1モル以上という範囲内で、得られる窒化アルミニウム凝集粉末Aの粒子径を考慮しながら適宜選択すればよい。   The use ratio of the organoaluminum compound and ammonia is not particularly limited, and preferably within the range of 1 mol or more of ammonia with respect to 1 mol of the organoaluminum compound while considering the particle diameter of the obtained aluminum nitride aggregated powder A. What is necessary is just to select suitably.

有機アルミニウム化合物とアンモニアとの反応温度が300℃未満では、窒化アルミニウム凝集粉末A中に未反応の有機アルミニウム化合物が残存し、最終的に得られる焼結体の物性に悪影響を及ぼす場合がある。また、600℃を超えると、有機アルミニウム化合物由来のアルキル基がグラファイト化し、最終的に得られる焼結体の物性に悪影響を及ぼす場合がある。   When the reaction temperature between the organoaluminum compound and ammonia is less than 300 ° C., the unreacted organoaluminum compound remains in the aluminum nitride aggregated powder A, which may adversely affect the physical properties of the finally obtained sintered body. Moreover, when it exceeds 600 degreeC, the alkyl group derived from an organoaluminum compound will graphitize and may have a bad influence on the physical property of the sintered compact finally obtained.

合成工程の気相反応に用いられる反応器としては公知の気相反応用容器を使用でき、たとえば、縦型管状反応器、横型管状反応器などが挙げられる。   As the reactor used for the gas phase reaction in the synthesis step, a known gas phase reaction vessel can be used, and examples thereof include a vertical tubular reactor and a horizontal tubular reactor.

(結晶化工程)
結晶化工程は、合成工程で得られる窒化アルミニウム凝集粉末Aを還元性ガス雰囲気および/または不活性ガス雰囲気中で、1100℃〜1500℃の温度下に1〜6時間熱処理して窒化アルミニウム凝集粉末Bを得る工程である。
(Crystallization process)
In the crystallization step, the aluminum nitride aggregated powder A obtained in the synthesis step is heat-treated at a temperature of 1100 ° C. to 1500 ° C. for 1 to 6 hours in a reducing gas atmosphere and / or an inert gas atmosphere. This is a step of obtaining B.

還元性ガス雰囲気および不活性ガス雰囲気としては公知のものを使用でき、その中でも窒化アルミニウムを実質的に酸化することがない雰囲気が好ましい。このような雰囲気の具体例としては、たとえば、アンモニア、水素、一酸化炭素、窒素、アルゴン、ヘリウムなどが挙げられる。これらの雰囲気は1種を単独で使用できまたは2種以上を併用できる。なお、ここで、「窒化アルミニウムを実質的に酸化することがない雰囲気」とは、窒化アルミニウム凝集粉末Aを酸化することがあっても、その酸化の度合が最終生成物である窒化アルミニウム焼結体の物性を損なうような悪影響を及ぼさない程度である雰囲気を意味する。   As the reducing gas atmosphere and the inert gas atmosphere, known ones can be used, and among them, an atmosphere in which aluminum nitride is not substantially oxidized is preferable. Specific examples of such an atmosphere include ammonia, hydrogen, carbon monoxide, nitrogen, argon, helium, and the like. These atmospheres can be used alone or in combination of two or more. Here, the “atmosphere that does not substantially oxidize aluminum nitride” means that even if the aluminum nitride aggregated powder A is oxidized, the degree of oxidation is the final product of sintered aluminum nitride. It means an atmosphere that does not adversely affect the physical properties of the body.

熱処理温度は、熱処理によって得られる窒化アルミニウム凝集粉末Bの一次粒子径を決定するものであり、出来るだけ低い温度で熱処理することが好ましいが、気相合成で得られた窒化アルミニウム凝集粉末Aの炭素を除去するという副次効果との折り合いをとる必要がある。したがって、本発明では熱処理温度を1100〜1500℃とする。   The heat treatment temperature determines the primary particle diameter of the aluminum nitride agglomerated powder B obtained by the heat treatment, and it is preferable to perform the heat treatment at a temperature as low as possible, but the carbon of the aluminum nitride agglomerated powder A obtained by vapor phase synthesis is used. It is necessary to strike a balance with the secondary effect of removing Therefore, in this invention, heat processing temperature shall be 1100-1500 degreeC.

また、熱処理時間も1次粒子径を決定する因子であり、長時間の熱処理を行うと一次粒子径が大きくなり過ぎる。熱処理温度が1100〜1500℃の時は、1〜6時間の焼成で、好ましい一次粒子径を有する窒化アルミニウム凝集粉末Bを得ることができる。   Also, the heat treatment time is a factor that determines the primary particle size, and when the heat treatment is performed for a long time, the primary particle size becomes too large. When the heat treatment temperature is 1100 to 1500 ° C., aluminum nitride agglomerated powder B having a preferable primary particle size can be obtained by firing for 1 to 6 hours.

熱処理により得られる窒化アルミニウム凝集粉末は、比表面積値が5m/g以上であることが好ましい。これにより、機械的処理後の一次粒子径を好適な範囲とするために過大な粉砕エネルギーを必要としなくなる。 The aluminum nitride aggregated powder obtained by the heat treatment preferably has a specific surface area value of 5 m 2 / g or more. This eliminates the need for excessive pulverization energy in order to keep the primary particle diameter after mechanical treatment within a suitable range.

(機械的処理工程)
機械処理工程は、最終的に得られる窒化アルミニウム粉末の分散性を制御するために、結晶化工程で得られる窒化アルミニウム凝集粉末Bに解砕処理を施し、生成する窒化アルミニウム粒子の二次粒子径と一次粒子径との比が10以下になるように調整する工程である。
(Mechanical processing process)
In the mechanical treatment process, in order to control the dispersibility of the finally obtained aluminum nitride powder, the aluminum nitride agglomerated powder B obtained in the crystallization process is subjected to crushing treatment, and the secondary particle diameter of the aluminum nitride particles produced And the ratio of the primary particle diameter to 10 or less.

さらに、この工程には、粉末の凝集を低減し、成型性、焼結性を改善するという副次的な役割がある。   Further, this process has a secondary role of reducing powder aggregation and improving moldability and sinterability.

ここで、窒化アルミニウム凝集粉末Bの解砕処理には、3mmφ、好ましくは1mmφの小径ボールメディアを用いる湿式ミル解砕機が好ましい。また、解砕途中で窒化アルミニウムの酸化が実質的に起こらないように、不活性ガス雰囲気下で解砕処理を行うのが好ましい。解砕条件は、窒化アルミニウム凝集粉末Bの特性、解砕機の種類などに応じて適宜選択される。湿式解砕処理を行う場合には、分散媒としてはこの分野で常用されるものを使用でき、たとえば、エタノール、イソプロパノール、トルエンなどが挙げられる。また、湿式解砕処理の場合、処理時間は特に制限されないが、好ましくは30〜300分程度、さらに好ましくは45〜120分程度である。 Here, for the crushing treatment of the aluminum nitride agglomerated powder B, a wet mill crusher using a small diameter ball media of 3 mmφ, preferably 1 mmφ is preferable. Moreover, it is preferable to perform the crushing treatment in an inert gas atmosphere so that the oxidation of aluminum nitride does not substantially occur during the crushing. The crushing conditions are appropriately selected according to the characteristics of the aluminum nitride agglomerated powder B, the type of the crusher, and the like. When performing the wet crushing treatment, those commonly used in this field can be used as the dispersion medium, and examples thereof include ethanol, isopropanol, and toluene. In the case of wet crushing treatment, the treatment time is not particularly limited, but is preferably about 30 to 300 minutes, more preferably about 45 to 120 minutes.

本工程において、湿式解砕を行う場合には、窒化アルミニウム粉末のスラリーが得られる。該スラリーはそのまま焼結体の製造に利用でき、また該スラリーから窒化アルミニウム粉末を分離し、乾燥して、焼結体の製造に用いてもよい。   In this step, when wet crushing is performed, a slurry of aluminum nitride powder is obtained. The slurry can be used as it is for the production of a sintered body, or the aluminum nitride powder can be separated from the slurry, dried and used for the production of a sintered body.

この工程において得られる窒化アルミニウム粉末を用いれば、1600℃より低い焼成温度で、焼結助剤を添加することなしに、基板材料として好適に使用できる窒化アルミニウム焼結体を得ることができる。   If the aluminum nitride powder obtained in this step is used, an aluminum nitride sintered body that can be suitably used as a substrate material can be obtained at a firing temperature lower than 1600 ° C. without adding a sintering aid.

本発明の窒化アルミニウム粉末は良好な分散性を示し、最終的に得られる焼結体に好ましい影響を与えることができる。 Aluminum nitride powder of the present invention exhibit good dispersibility, it is possible to favorably influence sintered body obtained ultimately.

本発明において、このような焼結性を有する窒化アルミニウム粉末が得られる理由は充分明らかではないが、次のように考えられる。本発明では、有機アルミニウム化合物とアンモニアとの気相反応、結晶化および解砕処理を順次行うことにより、一次粒子径が微細で凝集の度合いが非常に少なく、表面エネルギーの高い窒化アルミニウム粉末が得られるものと推測される。粒子径を極限まで小さくすることで粉砕された粉末は表面エネルギーが高くなっていると推定している。また、焼結過程で残留しやすい凝集体の内部ポアが少ないために焼結の最終段階でのポアの残留がなくなったことも一因と考えられ、結果として焼結助剤を使用することなく1600℃以下の温度で焼結できるものと考えられる。   In the present invention, the reason why the aluminum nitride powder having such sinterability is obtained is not sufficiently clear, but is considered as follows. In the present invention, an aluminum nitride powder having a fine primary particle size, a very low degree of aggregation, and a high surface energy is obtained by sequentially performing a gas phase reaction, crystallization, and crushing treatment between an organoaluminum compound and ammonia. It is estimated that It is estimated that the surface energy of the powder pulverized by reducing the particle diameter to the limit is high. In addition, since there are few internal pores in the agglomerates that tend to remain in the sintering process, it is thought that there was no residual pores in the final stage of sintering, and as a result, without using a sintering aid. It is considered that sintering can be performed at a temperature of 1600 ° C. or lower.

(窒化アルミニウム焼結体)
本発明の窒化アルミニウム焼結体は、理論密度に対して98%以上の割合の密度を有し、高密度、高熱伝導性といった物性を有する。
(Sintered aluminum nitride)
The aluminum nitride sintered body of the present invention has a density of 98% or more with respect to the theoretical density, and has physical properties such as high density and high thermal conductivity.

本発明の窒化アルミニウム焼結体は、たとえば、上記で得られる本発明の窒化アルミニウム粉末または本発明の窒化アルミニウム粉末とそれ以外の窒化アルミニウム粉末(以後「焼結体用窒化アルミニウム粉末」と記す)とを1400〜1600℃の温度下に、好ましくは不活性雰囲気中で焼成することにより得ることができる。   The aluminum nitride sintered body of the present invention is, for example, the aluminum nitride powder of the present invention obtained above or the aluminum nitride powder of the present invention and other aluminum nitride powders (hereinafter referred to as “aluminum nitride powder for sintered body”). Can be obtained by firing at 1400 to 1600 ° C., preferably in an inert atmosphere.

本発明の窒化アルミニウム粉末と焼結体用窒化アルミニウム粉末とを併用する場合、本発明の窒化アルミニウム粉末は、焼結促進剤としての機能をも示す。焼結体用窒化アルミニウム粉末としては特に制限はなく、直接窒化法、還元窒化法などの公知の方法により製造されるものを使用できるが、焼結特性(低温での焼結性)、得られる焼結体の物性(特に熱伝導率)などの向上を考慮すると、平均粒子径が1〜5μmでありかつ酸素含有量が2重量%以下である窒化アルミニウム粉末が好ましい。ここで本発明の窒化アルミニウム粉末の使用量は特に制限されず、その比表面積値、比(二次粒子径/一次粒子径)、粒度分布または二次粒子径、純度、焼成温度、焼成時間などの各種条件に応じて広い範囲から適宜選択すればよいが、好ましくは焼結体用窒化アルミニウム粉末100重量部に対して0.1〜50重量部、さらに好ましくは0.1〜5重量部である。勿論、焼結体用窒化アルミニウム粉末よりも本発明の窒化アルミニウム粉末を多く用いてもよい。   When the aluminum nitride powder of the present invention and the aluminum nitride powder for a sintered body are used in combination, the aluminum nitride powder of the present invention also exhibits a function as a sintering accelerator. The aluminum nitride powder for the sintered body is not particularly limited, and those manufactured by a known method such as a direct nitridation method or a reduction nitridation method can be used, but sintering characteristics (sinterability at low temperature) can be obtained. In view of improvement of the physical properties (particularly thermal conductivity) of the sintered body, an aluminum nitride powder having an average particle diameter of 1 to 5 μm and an oxygen content of 2% by weight or less is preferable. Here, the amount of the aluminum nitride powder of the present invention used is not particularly limited, and its specific surface area value, ratio (secondary particle diameter / primary particle diameter), particle size distribution or secondary particle diameter, purity, firing temperature, firing time, etc. May be appropriately selected from a wide range according to the various conditions, but preferably 0.1 to 50 parts by weight, more preferably 0.1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aluminum nitride powder for a sintered body. is there. Of course, more aluminum nitride powder of the present invention may be used than aluminum nitride powder for sintered bodies.

焼成は、前述したように1400〜1600℃の温度下に行われ、好ましくは3〜10時間程度で終了する。焼成温度が1400℃未満では焼結体の密度が低くなりすぎ、基板材料として好適に使用できない場合がある。また、勿論1600℃を超える温度でも本発明の焼結体が得られるが、前述のように、工業的規模での製造におけるコスト上昇を考慮すると、1600℃以下での焼成が望ましい。また、焼成は、好ましくは不活性雰囲気中にておこなわれる。不活性雰囲気としては特に制限されず、たとえば、窒素、アルゴンなどが挙げられる。   As described above, the baking is performed at a temperature of 1400 to 1600 ° C., and is preferably completed in about 3 to 10 hours. When the firing temperature is less than 1400 ° C., the density of the sintered body becomes too low and may not be suitably used as a substrate material. Of course, the sintered body of the present invention can be obtained even at a temperature exceeding 1600 ° C. However, as described above, considering the increase in cost in production on an industrial scale, firing at 1600 ° C. or lower is desirable. Further, the firing is preferably performed in an inert atmosphere. The inert atmosphere is not particularly limited, and examples thereof include nitrogen and argon.

このようにして得られる本発明の窒化アルミニウム焼結体は、たとえば、基板材料として好適に使用できる。さらに、基板材料以外にも、たとえば、半導体製造装置部材、絶縁体、フィラーなどの用途にも好適に使用できる。   The aluminum nitride sintered body of the present invention thus obtained can be suitably used as a substrate material, for example. Furthermore, in addition to the substrate material, for example, it can be suitably used for applications such as semiconductor manufacturing apparatus members, insulators, and fillers.

以下に実施例および比較例を挙げ、本発明を具体的に説明する。ここで、比表面積は流動式比表面積測定装置(フローソープII2300型、(株)島津製作所製)を用いて測定した。また、二次粒子径は、レーザー回折法測定機(商品名:SALDA2000、(株)島津製作所製)で測定した。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. Here, the specific surface area was measured using a flow type specific surface area measuring apparatus (Flow Soap II 2300 type, manufactured by Shimadzu Corporation). The secondary particle diameter was measured with a laser diffraction measuring instrument (trade name: SALDA2000, manufactured by Shimadzu Corporation).

また、以下において、一次粒子径の値は計算値の小数点第4位を四捨五入した値であり、二次粒子径と一次粒子径との比率(以後「凝集度」と記す)は計算値の小数点第2位を四捨五入した値である。   In the following, the value of the primary particle diameter is a value obtained by rounding off the fourth decimal place of the calculated value, and the ratio of the secondary particle diameter to the primary particle diameter (hereinafter referred to as “aggregation degree”) is the decimal point of the calculated value. The value rounded off to the second place.

(実施例1)
図1に示す気相反応装置1を用い、加熱帯2により500℃に加熱保持した反応器3の下部より流量調節計4で調節しながら供給管6を通じてアンモニアガスを導入した。同時に流量調節計5で調節しながら供給管7を通じて窒素ガスに同伴させたトリエチルアルミニウムを導入した。流量調節計4,5の流量を調整することで、反応ガスの加熱帯域(反応帯域)での滞留時間を2秒とした。また、アンモニア/トリエチルアルミニウムのモル比を20とした。
Example 1
Using the gas phase reaction apparatus 1 shown in FIG. 1, ammonia gas was introduced through the supply pipe 6 while adjusting with the flow rate controller 4 from the lower part of the reactor 3 heated and held at 500 ° C. by the heating zone 2. At the same time, triethylaluminum entrained in nitrogen gas was introduced through the supply pipe 7 while being controlled by the flow rate controller 5. By adjusting the flow rate of the flow rate controllers 4 and 5, the residence time in the reaction gas heating zone (reaction zone) was set to 2 seconds. The molar ratio of ammonia / triethylaluminum was 20.

反応帯域で生成した窒化アルミニウム凝集粉末Aは反応器3の上部より未反応ガスなどとともに取り出され、フィルター8によりガスと分離された後、捕集器9に捕集された。捕集した窒化アルミニウム凝集粉末Aを黒鉛るつぼに入れ、電気炉中で窒素ガスを流通しながら1300℃で3時間熱処理し、白色微粉末の窒化アルミニウム凝集粉末Bを得た。該粉末の比表面積10.2m/gであり、酸素窒素同時分析装置(商品名:TC436、LECO社製)により測定した粉末中の酸素量は1.1重量%であった。 Aggregated aluminum nitride powder A produced in the reaction zone was taken out together with unreacted gas from the upper part of the reactor 3, separated from the gas by the filter 8, and collected in the collector 9. The collected aluminum nitride agglomerated powder A was placed in a graphite crucible and heat treated at 1300 ° C. for 3 hours while flowing nitrogen gas in an electric furnace to obtain a white fine powder of aluminum nitride agglomerated powder B. The specific surface area of the powder was 10.2 m 2 / g, and the oxygen content in the powder measured by an oxygen-nitrogen simultaneous analyzer (trade name: TC436, manufactured by LECO) was 1.1% by weight.

この窒化アルミニウム凝集粉末B100gに、エタノールを分散媒としかつボールミル(商品名:スーパーアペックスミル、(株)コトブキ技研製)を用いて1時間湿式混合し、解砕処理を施した。解砕メディアとしては1mmφ以下のジルコニア製ボールを用いた。得られたスラリーを乾燥し、窒化アルミニウム粉末を得た。この粉末の比表面積は70m/gであり、これから換算した一次粒子径は0.026μmであった。また二次粒子径は0.2μm、凝集度は7.7であった。 The aluminum nitride agglomerated powder B 100 g was wet-mixed for 1 hour using ethanol as a dispersion medium and using a ball mill (trade name: Super Apex Mill, manufactured by Kotobuki Giken Co., Ltd.) for pulverization treatment. As the crushing media, zirconia balls of 1 mmφ or less were used. The obtained slurry was dried to obtain aluminum nitride powder. The specific surface area of this powder was 70 m 2 / g, and the primary particle size calculated from this was 0.026 μm. The secondary particle size was 0.2 μm, and the degree of aggregation was 7.7.

上記で得られた窒化アルミニウム粉末を用いて約9.8×10Pa(1000kg/cm)の圧力で20mmφの円板に成型し、定法に従って黒鉛炉中、窒素気流下にて1500℃で3時間焼成した。得られた焼結体は、直径10mm、厚み3mmに研削加工し、アルキメデス法による密度測定、レーザーフラッシュ法による熱伝導率の測定を行った。焼結体の密度は3.22g/cm、理論密度に対する割合は98.8%、熱伝導率は75W/mKであった。 Using the aluminum nitride powder obtained above, it was molded into a 20 mmφ disc at a pressure of about 9.8 × 10 7 Pa (1000 kg / cm 2 ), and in a graphite furnace at 1500 ° C. in a nitrogen stream according to a conventional method. Baked for 3 hours. The obtained sintered body was ground to a diameter of 10 mm and a thickness of 3 mm, and the density was measured by the Archimedes method and the thermal conductivity was measured by the laser flash method. The density of the sintered body was 3.22 g / cm 3 , the ratio to the theoretical density was 98.8%, and the thermal conductivity was 75 W / mK.

参考
ボールミルによる解砕処理の後に焼結助剤としてYを窒化アルミニウム粉末100重量部に対して3重量部添加する以外は、実施例1と同様にして窒化アルミニウム粉末を焼結した。焼結体の密度は3.29/cm、理論密度(添加したY分を補正した値)に対する割合は99.4%、熱伝導率は110W/mKであった。
( Reference Example 1 )
The aluminum nitride powder was sintered in the same manner as in Example 1 except that 3 parts by weight of Y 2 O 3 was added as a sintering aid to 100 parts by weight of the aluminum nitride powder after the ball milling. The density of the sintered body was 3.29 / cm 3 , the ratio to the theoretical density (value corrected for added Y 2 O 3 minutes) was 99.4%, and the thermal conductivity was 110 W / mK.

(実施例
窒化アルミニウム凝集粉末Aの熱処理温度を1400℃とし、かつボールミルによる解砕処理における解砕メディアとして0.5mmφのジルコニア製ボールを用いる以外は、参考と同様にして本発明の窒化アルミニウム粉末を合成した。
(Example 2 )
The aluminum nitride powder of the present invention was treated in the same manner as in Reference Example 1 except that the heat treatment temperature of the aluminum nitride agglomerated powder A was 1400 ° C., and 0.5 mmφ zirconia balls were used as the crushing media in the crushing treatment by the ball mill. Synthesized.

熱処理後の窒化アルミニウム凝集粉末の比表面積は8.2m/gであった。また、解砕処理後にえられる本発明の窒化アルミニウム粉末の比表面積は33m/gであり、これから換算した一次粒子径は0.056μmであった。また、二次粒子径は0.5μmであった。これより、凝集度は8.9であった。
(参考例2)
得られた焼結体の密度は3.25であり、理論密度に対する割合は98.2%であった。また、熱伝導率は113W/mkであった。
The specific surface area of the aluminum nitride aggregated powder after the heat treatment was 8.2 m 2 / g. Moreover, the specific surface area of the aluminum nitride powder of the present invention obtained after the crushing treatment was 33 m 2 / g, and the primary particle diameter converted from this was 0.056 μm. The secondary particle size was 0.5 μm. From this, the degree of aggregation was 8.9.
(Reference Example 2)
The density of the obtained sintered body was 3.25, and the ratio to the theoretical density was 98.2%. The thermal conductivity was 113 W / mk.

(実施例
ボールミルによる解砕処理における解砕メディアとして3mmφのジルコニア製ボールを用いる以外は、参考と同様にして本発明の窒化アルミニウム粉末を合成した。該窒化アルミニウム粉末の比表面積は31m/gであり、これから換算した一次粒子径は0.059μmであった。また、二次粒子径は0.3μmであった。これより、凝集度は5.1であった。
(参考例3)
得られた焼結体の密度は3.26であり、理論密度に対する割合は98.5%であった。また、熱伝導率は115W/mkであった。
(Example 3 )
The aluminum nitride powder of the present invention was synthesized in the same manner as in Reference Example 1 except that 3 mmφ zirconia balls were used as the crushing media in the crushing treatment by the ball mill. The specific surface area of the aluminum nitride powder was 31 m 2 / g, and the primary particle size calculated from this was 0.059 μm. The secondary particle diameter was 0.3 μm. From this, the degree of aggregation was 5.1.
(Reference Example 3)
The density of the obtained sintered body was 3.26, and the ratio to the theoretical density was 98.5%. The thermal conductivity was 115 W / mk.

(比較例1)
窒化アルミニウム凝集粉末Aの熱処理温度を1700℃にする以外は実施例1と同様にして、窒化アルミニウム粉末を合成した。この粉末は、比表面積3.0m/gであり、これから換算した一次粒子径は0.613μmであった。二次粒子径は0.8μmであり、凝集度は1.3であった。酸素量0.4重量%であった。この粉末を用い、実施例1と同様にして製造した焼結体の密度は2.60g/cmであり、理論密度(3.26)に比べて低くとどまった。
(Comparative Example 1)
An aluminum nitride powder was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature of the aluminum nitride agglomerated powder A was 1700 ° C. This powder had a specific surface area of 3.0 m 2 / g, and the primary particle size converted from this was 0.613 μm. The secondary particle diameter was 0.8 μm, and the degree of aggregation was 1.3. The oxygen content was 0.4% by weight. The density of the sintered body produced using this powder in the same manner as in Example 1 was 2.60 g / cm 3 , which was lower than the theoretical density (3.26).

(比較例2)
実施例1と同様にして得られる窒化アルミニウム凝集粉末Bを、樹脂製ポット、鉄芯入ナイロンボール(10mmφ)を用い、エタノールを分散媒として40時間ボールミルで解砕処理した。得られた解砕粉末の比表面積は10.3m/gであり、これから換算した一次粒子径は0.179μmであった。二次粒子径は1.2μmであり、凝集度は6.7であった。この解砕粉末を用いて、実施例1と同様にして製造した焼結体の密度は2.73g/cmであった。
(Comparative Example 2)
The aluminum nitride agglomerated powder B obtained in the same manner as in Example 1 was pulverized by a ball mill for 40 hours using a resin pot and an iron-cored nylon ball (10 mmφ) using ethanol as a dispersion medium. The specific surface area of the obtained crushed powder was 10.3 m 2 / g, and the primary particle diameter converted from this was 0.179 μm. The secondary particle size was 1.2 μm and the degree of aggregation was 6.7. The density of the sintered body produced using this crushed powder in the same manner as in Example 1 was 2.73 g / cm 3 .

(比較例3)
窒化アルミニウム凝集粉末Aの熱処理温度を850℃とする以外は実施例1と同様にして、窒化アルミニウム粉末を合成した。この粉末は、比表面積68m/gであり、これから換算した一次粒子径は0.027μmであった。二次粒子径は1.2μmであり、凝集度は44.4であった。酸素量は1.3重量%であった。この粉末を用い、実施例1と同様にして製造した焼結体の密度は2.85g/cmであった。
(Comparative Example 3)
An aluminum nitride powder was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature of the aluminum nitride aggregated powder A was 850 ° C. This powder had a specific surface area of 68 m 2 / g, and the primary particle size converted from this was 0.027 μm. The secondary particle size was 1.2 μm and the degree of aggregation was 44.4. The amount of oxygen was 1.3% by weight. The density of the sintered body produced using this powder in the same manner as in Example 1 was 2.85 g / cm 3 .

(比較例4)
窒化アルミニウム凝集粉末Aの熱処理温度を1050℃とし、かつ湿式解砕処理時間を15分とする以外は実施例1と同様にして、窒化アルミニウム凝集粉末(比表面積30m/g)および窒化アルミニウム粉末を合成した。得られた窒化アルミニウム粉末は、比表面積49m/gであり、これから換算した一次粒子径は0.038μmであった。また、二次粒子径は0.56μmであり、凝集度は14.7であった。この粉末を用いて製造した焼結体の密度は2.94g/cmであった。
(Comparative Example 4)
Aluminum nitride agglomerated powder (specific surface area 30 m 2 / g) and aluminum nitride powder were the same as in Example 1 except that the heat treatment temperature of aluminum nitride agglomerated powder A was 1050 ° C. and the wet crushing time was 15 minutes. Was synthesized. The obtained aluminum nitride powder had a specific surface area of 49 m 2 / g, and the primary particle size calculated from this was 0.038 μm. The secondary particle size was 0.56 μm and the degree of aggregation was 14.7. The density of the sintered body produced using this powder was 2.94 g / cm 3 .

参考
[焼結体用窒化アルミニウム粉末の調製]
窒化アルミニウム粉末(商品名:MAN−2、平均粒子径1.8μm、三井化学(株)
製)100gに、焼結助剤としてYを3.53gおよびCaOを2.0g添加混合し、焼結体用窒化アルミニウム粉末を調製した。
( Reference Example 4 )
[Preparation of sintered aluminum nitride powder]
Aluminum nitride powder (trade name: MAN-2, average particle size 1.8 μm, Mitsui Chemicals, Inc.
(Product made) To 100 g, 3.53 g of Y 2 O 3 and 2.0 g of CaO were added and mixed as a sintering aid to prepare an aluminum nitride powder for a sintered body.

[窒化アルミニウム焼結体の製造]
上記で得られた焼結体用窒化アルミニウム粉末100gに、実施例1で得られた本発明の窒化アルミニウム粉末1.89gを添加混合し、この混合物を約9.8×10Pa(1000kg/cm)の圧力で20mmφの円板に成型し、黒鉛炉中にて、窒素気流下に1600℃で3時間焼結した。得られた窒化アルミニウム焼結体は、直径10mm、厚み3mmに研削加工し、アルキメデス法による密度測定、レーザーフラッシュ法による熱伝導率の測定を行った。焼結体の密度は3.28g/cm、熱伝導率は133W/m・kであった。
[Production of aluminum nitride sintered body]
To 100 g of the aluminum nitride powder for sintered body obtained above, 1.89 g of the aluminum nitride powder of the present invention obtained in Example 1 was added and mixed, and this mixture was mixed with about 9.8 × 10 7 Pa (1000 kg / It was molded into a 20 mmφ disc with a pressure of cm 2 ) and sintered in a graphite furnace at 1600 ° C. for 3 hours in a nitrogen stream. The obtained aluminum nitride sintered body was ground to a diameter of 10 mm and a thickness of 3 mm, and the density was measured by Archimedes method and the thermal conductivity was measured by laser flash method. The density of the sintered body was 3.28 g / cm 3 , and the thermal conductivity was 133 W / m · k.

参考
本発明の窒化アルミニウム粉末の添加量を50gに変更する以外は参考と同様にして、窒化アルミニウム焼結体を得た。この焼結体を直径10mm、厚み3mmに研削加工し、アルキメデス法による密度測定、レーザーフラッシュ法による熱伝導率の測定を行った。焼結体の密度は3.28g/cm、熱伝導率は87W/m・kであった。
( Reference Example 5 )
An aluminum nitride sintered body was obtained in the same manner as in Reference Example 4 except that the addition amount of the aluminum nitride powder of the present invention was changed to 50 g. The sintered body was ground to a diameter of 10 mm and a thickness of 3 mm, and the density was measured by Archimedes method and the thermal conductivity was measured by laser flash method. The density of the sintered body was 3.28 g / cm 3 and the thermal conductivity was 87 W / m · k.

(比較例5)
本発明の窒化アルミニウム粉末1.89gに代えて比較例2で得られた窒化アルミニウム粉末2.0gを用いる以外は、参考と同様にして、窒化アルミニウム焼結体を得た。この焼結体は、密度2.73g/cmおよび熱伝導率52W/m・kであった。
(Comparative Example 5)
An aluminum nitride sintered body was obtained in the same manner as in Reference Example 4 except that 2.0 g of the aluminum nitride powder obtained in Comparative Example 2 was used instead of 1.89 g of the aluminum nitride powder of the present invention. This sintered body had a density of 2.73 g / cm 3 and a thermal conductivity of 52 W / m · k.

(比較例6)
本発明の窒化アルミニウム粉末1.89gに代えて比較例3で得られた窒化アルミニウム粉末2.0gを用いる以外は、参考と同様にして、窒化アルミニウム焼結体を得た。この焼結体は、密度2.85g/cmであった。
(Comparative Example 6)
An aluminum nitride sintered body was obtained in the same manner as in Reference Example 4 except that 2.0 g of the aluminum nitride powder obtained in Comparative Example 3 was used instead of 1.89 g of the aluminum nitride powder of the present invention. This sintered body had a density of 2.85 g / cm 3 .

(比較例7)
参考の焼結体用窒化アルミニウム粉末のみを用いる以外は、参考と同様にして窒化アルミニウム焼結体を得た。この焼結体は、密度2.78g/cm、熱伝導率52W/m・kであった。
(Comparative Example 7)
An aluminum nitride sintered body was obtained in the same manner as in Reference Example 4 except that only the aluminum nitride powder for sintered body of Reference Example 4 was used. This sintered body had a density of 2.78 g / cm 3 and a thermal conductivity of 52 W / m · k.

本発明の窒化アルミニウム粉末の製造に用いる気相反応反応装置の構成を概略的に示すフロー図である。It is a flowchart which shows roughly the structure of the gas phase reaction reaction apparatus used for manufacture of the aluminum nitride powder of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 気相反応装置
2 加熱帯
3 反応器
4,5 流量調節計
6,7 供給管
8 フィルター
9 捕集器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas phase reactor 2 Heating zone 3 Reactor 4,5 Flow controller 6,7 Supply pipe 8 Filter 9 Collector

Claims (3)

低温焼結補助剤の不存在下に、焼成温度1400〜1600℃で焼成することにより、理論密度の98%以上の密度を有する窒化アルミニウム焼結体を製造できる一次粒子径が0.012μm〜0.06μmであり、かつ、二次粒子径と一次粒子径との比率(二次粒子径/一次粒子径)が1〜10である窒化アルミニウム粉末の製造方法であって、有機アルミニウム化合物とアンモニアとを300℃〜600℃の温度で気相反応させて窒化アルミニウム凝集粉末Aを得る合成工程と、合成工程で得られる窒化アルミニウム凝集粉末Aを還元性ガス雰囲気および/または不活性ガス雰囲気中で、1100℃〜1500℃の温度で1〜6時間熱処理して窒化アルミニウム凝集粉末Bを得る結晶化工程と、結晶化工程で得られる窒化アルミニウム凝集粉末Bに、3mmφ以下の小径ボールメディアを用いる湿式ミル解砕処理を施す解砕処理工程とを含むことを特徴とする窒化アルミニウム粉末の製造方法。 By firing at a firing temperature of 1400 to 1600 ° C. in the absence of a low-temperature sintering aid, the primary particle diameter capable of producing an aluminum nitride sintered body having a density of 98% or more of the theoretical density is 0.012 μm to 0 A method for producing an aluminum nitride powder having a ratio of secondary particle diameter to primary particle diameter (secondary particle diameter / primary particle diameter) of 1 to 10 and comprising an organoaluminum compound and ammonia In a reducing gas atmosphere and / or an inert gas atmosphere, and a synthesis step of obtaining an aluminum nitride agglomerated powder A by performing a gas phase reaction at a temperature of 300 ° C. to 600 ° C. A crystallization process for obtaining an aluminum nitride aggregate powder B by heat treatment at a temperature of 1100 ° C. to 1500 ° C. for 1 to 6 hours, and an aluminum nitride aggregate obtained in the crystallization process A method for producing an aluminum nitride powder, comprising: a powder B comprising a pulverizing treatment step of performing a wet mill pulverizing treatment using a small-diameter ball medium of 3 mmφ or less. 結晶化工程で得られる窒化アルミニウム凝集粉末Bの比表面積値が5m/g以上であることを特徴とする請求項記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。 Method for producing an aluminum nitride powder according to claim 1, wherein the specific surface area of the aluminum nitride agglomerated powder B obtained in the crystallization step is 5 m 2 / g or more. 請求項1の製造方法によって得られた窒化アルミニウム粉末を、低温焼結補助剤の不存在下に、焼成温度が1400〜1600℃で焼成することを特徴とする理論密度の98%以上の密度を有する窒化アルミニウム焼結体の製造方法。 The aluminum nitride powder obtained by the production method according to claim 1 is fired at a firing temperature of 1400 to 1600 ° C. in the absence of a low-temperature sintering aid, and has a density of 98% or more of the theoretical density. The manufacturing method of the aluminum nitride sintered compact which has.
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