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JP4874013B2 - Aluminum nitride manufacturing method and nitriding apparatus - Google Patents
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JP4874013B2 - Aluminum nitride manufacturing method and nitriding apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、窒化アルミニウムの製造方法に関し、詳しくは、球状の窒化アルミニウム粉末を製造できる製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing aluminum nitride, and more particularly to a method for producing spherical aluminum nitride powder.

天然には存在しない人造のセラミックスである窒化アルミニウムは、そのすぐれた電気特性、熱伝導特性により、半導体基板等の用途に使用されている。また、近年は、樹脂等の構造体に窒化アルミニウム粉末をフィラーとして充填するようになってきている。窒化アルミニウム粉末を充填することで、構造体の熱伝導性が改善される効果を発揮する。このような使用用途の増加により、窒化アルミニウムの需要が拡大している。   Aluminum nitride, a man-made ceramic that does not exist in nature, is used in applications such as semiconductor substrates due to its excellent electrical and thermal conductivity characteristics. In recent years, aluminum nitride powder has been filled as a filler in structures such as resins. By filling the aluminum nitride powder, the effect of improving the thermal conductivity of the structure is exhibited. Due to such an increase in usage, the demand for aluminum nitride is expanding.

しかしながら、これらの目的で従来の窒化アルミニウム粉末を使用した場合には、樹脂等への充填性が問題となっていた。従来の窒化アルミニウム粉末は、塊状の窒化アルミニウムを破砕することで製造されていた。破砕により粉末状とされた窒化アルミニウムの粒子は、角張った形状となっているため、充填性が悪く、充填量に限度が有るばかりか、充填金型を摩耗させるという欠点が有った。   However, when conventional aluminum nitride powder is used for these purposes, the filling property into a resin or the like has been a problem. Conventional aluminum nitride powder has been produced by crushing massive aluminum nitride. The aluminum nitride particles that have been pulverized by crushing have an angular shape, so that the filling property is poor, the filling amount is limited, and the filling die is worn out.

このため、充填性の高い窒化アルミニウム粉末である球状の粒子からなる窒化アルミニウム粉末が求められている。   For this reason, an aluminum nitride powder made of spherical particles, which is a highly filling aluminum nitride powder, is required.

窒化アルミニウムの製造方法には、アルミニウム(粉末)を窒素ガスで直接窒化する製造方法がある。アルミニウム粉末を窒素ガスで直接窒化する直接窒化法(2Al+N2=2AlN)は、1862年にBrieglebらが初合成させて以来使用されている製造方法である。この製造方法で進行する反応は発熱反応であるため、純アルミニウム粉末を窒素気流中に置くことで容易に窒化アルミニウムが合成出来る。 As a method for producing aluminum nitride, there is a production method in which aluminum (powder) is directly nitrided with nitrogen gas. The direct nitridation method (2Al + N 2 = 2AlN) in which aluminum powder is directly nitrided with nitrogen gas is a manufacturing method that has been used since Briegleb et al. Since the reaction that proceeds in this production method is an exothermic reaction, aluminum nitride can be easily synthesized by placing pure aluminum powder in a nitrogen stream.

しかしながら、このアルミニウムの直接窒化法は、アルミニウムの表面が窒化膜で覆われると、窒化膜によりアルミニウムの内部への窒素の供給が遮断されることとなる。窒素の供給が遮断されると、アルミニウムの窒化反応が停止する。このため、アルミニウムの直接窒化法は、100%の窒化物が得られない欠点を有していた。このことから、工業的には、900〜1400℃程度に加熱した状態で窒化が行われている。   However, in this direct nitriding method of aluminum, when the surface of aluminum is covered with a nitride film, the supply of nitrogen into the aluminum is blocked by the nitride film. When the supply of nitrogen is interrupted, the nitriding reaction of aluminum stops. For this reason, the direct nitriding method of aluminum has a defect that 100% nitride cannot be obtained. Therefore, industrially, nitriding is performed in a state heated to about 900 to 1400 ° C.

また、アルミニウムの直接窒化法は、反応効率を上昇させるために、窒化と破砕を繰返したり、AlF3、AlNを添加する等の処理を施すことで、反応の完結が図られている。窒化アルミニウム塊はかたいため、破砕にさまざまな工程が必要となり、この結果として製造コストが上昇し、得られるAlNが高価格となるという問題を有していた。 In the direct nitridation method of aluminum, the reaction is completed by repeating nitriding and crushing or adding AlF 3 or AlN to increase the reaction efficiency. Since the aluminum nitride lump is hard, various steps are required for crushing. As a result, the manufacturing cost increases, and the resulting AlN has a high price.

また、アルミニウム蒸気または液体を窒素気流中で窒化する試みも各種発表されているが、工業的には実用化されていない。多分、窒化率が低いためと思われる。   Various attempts to nitride aluminum vapor or liquid in a nitrogen stream have been published, but they have not been put into practical use industrially. Probably because the nitriding rate is low.

また、窒化アルミニウムの製造方法としては、特許文献1に開示された製造方法がある。特許文献1に記載の製造方法は、固体の純アルミニウムを500〜750℃の低温で直接窒化し、かつワークの最帯上昇温度も900℃以下にとどめる方法である。この製造方法によれば、粒子径が小さく、かつ破砕性に優れた窒化アルミニウムを得ることができる。   Moreover, as a manufacturing method of aluminum nitride, there is a manufacturing method disclosed in Patent Document 1. The manufacturing method described in Patent Document 1 is a method in which solid pure aluminum is directly nitrided at a low temperature of 500 to 750 ° C., and the maximum temperature rise of the workpiece is kept at 900 ° C. or less. According to this production method, aluminum nitride having a small particle size and excellent crushability can be obtained.

しかし、上記の製造方法も「電気炉中に四角いグラファイト製原料トレイを設置し、この中に純アルミニウム粉末と窒化アルミニウム粉末を入れ、窒素ガスで窒化する」という基本は同じであり、まだ破砕を必要とし、得られた窒化アルミニクムの粒子は丸くない。
特開2003−21251号公報
However, the basics of the above manufacturing method are the same as "Installing a square graphite raw material tray in an electric furnace, putting pure aluminum powder and aluminum nitride powder into this, and nitriding with nitrogen gas", and still crushing The required aluminum nitride particles are not round.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-21251

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、実質的に球状の粒子より構成され破砕を必要としない窒化アルミニウム粉末の製造方法及び窒化装置を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said actual condition, and makes it a subject to provide the manufacturing method and nitriding apparatus of the aluminum nitride powder which are comprised from a substantially spherical particle | grain and do not require crushing.

上記課題を解決するために本発明者らは窒化アルミニウムの製造方法及び窒化装置について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。 In order to solve the above-described problems, the present inventors have studied the aluminum nitride production method and the nitriding apparatus , and as a result, have come to make the present invention.

本発明の窒化アルミニウムの製造方法は、アルミニウム粉末を窒素ガス圧が103〜200KPaの窒素ガス雰囲気中に保持し、500〜1000℃で窒化反応を進行させる窒化アルミニウムの製造方法であって、アルミニウム粉末が浮遊した状態で窒化反応を進行させることを特徴とする。
また、本発明の窒化装置は、加熱されたアルミニウム粉末を保持する加熱部と、アルミニウム粉末が噴出され窒化反応が進行する反応室を有する反応部と、加熱部で加熱されたアルミニウム粉末を反応室内に噴出する噴出部と、を有し、窒素ガス圧が103〜200KPaの窒素ガス雰囲気中に保持し、500〜1000℃で窒化反応を進行させることを特徴とする。
The method for producing aluminum nitride of the present invention is a method for producing aluminum nitride in which an aluminum powder is held in a nitrogen gas atmosphere having a nitrogen gas pressure of 103 to 200 KPa, and a nitriding reaction proceeds at 500 to 1000 ° C. It is characterized in that the nitriding reaction is allowed to proceed in a floating state.
Further, the nitriding apparatus of the present invention includes a heating unit for holding heated aluminum powder, a reaction unit having a reaction chamber in which aluminum powder is ejected and a nitriding reaction proceeds, and aluminum powder heated in the heating unit is placed in the reaction chamber. have a, and ejection part for ejecting the nitrogen gas pressure is maintained in a nitrogen gas atmosphere 103~200KPa, characterized in that advancing the nitriding reaction at 500 to 1000 ° C..

本発明の窒化アルミニウムの製造方法は、アルミニウムが浮遊した状態で窒化反応が完結する。つまり、多大な体積膨張を伴う窒化反応が進行するときに、自由な膨張が可能な状態にある。これにより、球状粒子を形成できる。   In the method for producing aluminum nitride of the present invention, the nitriding reaction is completed in a state where aluminum is floating. In other words, when the nitriding reaction accompanied by a large volume expansion proceeds, it can be freely expanded. Thereby, spherical particles can be formed.

本発明の窒化アルミニウムの製造方法は、アルミニウム粉末を窒素ガス圧が103〜200KPaの窒素ガス雰囲気中に保持し、500〜1000℃で窒化反応を進行させる窒化アルミニウムの製造方法である。   The method for producing aluminum nitride of the present invention is a method for producing aluminum nitride in which an aluminum powder is held in a nitrogen gas atmosphere having a nitrogen gas pressure of 103 to 200 KPa, and a nitriding reaction proceeds at 500 to 1000 ° C.

本発明の窒化アルミニウムの製造方法は、アルミニウム粉末が所定の窒素ガス圧および加熱温度の雰囲気に保持されることでアルミニウムの窒化反応を進行させる。なお、一般的に、セラミックスの一次粒子径の大きさは反応開始温度で決まるが、その後の反応熱による温度上昇がある場合には結晶粒が焼結・成長し粗大化する。   In the method for producing aluminum nitride of the present invention, the aluminum powder is maintained in an atmosphere having a predetermined nitrogen gas pressure and a heating temperature, so that the nitriding reaction of aluminum proceeds. In general, the size of the primary particle diameter of ceramics is determined by the reaction start temperature, but if there is a subsequent temperature rise due to heat of reaction, the crystal grains sinter and grow and become coarse.

窒素ガス圧が103〜200KPaに保持されることで、窒化反応に十分な量の窒素ガスがアルミニウム粉末に供給されるようになる。すなわち、窒素ガス圧が103KPa未満となると、外部から空気が侵入し、アルミニウム粉末が酸化される危険性がある。また、窒素ガス圧が200KPaを超えると、窒化反応の反応効率の上昇もみられなくなり、製造に要するコストが上昇するようになる。   By maintaining the nitrogen gas pressure at 103 to 200 KPa, a sufficient amount of nitrogen gas for the nitriding reaction is supplied to the aluminum powder. That is, when the nitrogen gas pressure is less than 103 KPa, there is a risk that air enters from the outside and the aluminum powder is oxidized. On the other hand, when the nitrogen gas pressure exceeds 200 KPa, an increase in the reaction efficiency of the nitriding reaction is not observed, and the cost required for production increases.

また、窒化反応の温度が500℃未満では窒化反応の開始までに長時間を有するようになり、1000℃を超えると製造される窒化アルミニウム粒子の粒径が過剰に大きくなる。   Further, when the temperature of the nitriding reaction is less than 500 ° C., it takes a long time to start the nitriding reaction, and when it exceeds 1000 ° C., the particle size of the aluminum nitride particles produced becomes excessively large.

アルミニウム粉末の窒素ガスによる直接窒化法(2Al+N2=2AlN)の生成の自由エネルギー(free energy of Gibbs)は常にマイナスであり、例えば、温度が460℃未満でも長時間保持することで窒化アルミニウムが生成すると思われるが、長時間となることで製造に要するコストが上昇するようになる。また、アルミニウム粉末の窒化反応の反応速度は高温のほうが速いことから、工業的にはもう少し高温である500℃以上で窒化反応を生じさせる。窒化反応の温度を550℃以上とすることがより好ましい。 The free energy (free energy of Gibbs) of the direct nitriding method (2Al + N 2 = 2AlN) of aluminum powder with nitrogen gas is always negative, for example, aluminum nitride is generated by holding for a long time even at a temperature of less than 460 ° C. It seems that, however, the cost required for manufacturing increases due to the longer time. Moreover, since the reaction rate of the nitriding reaction of the aluminum powder is higher at a high temperature, the nitriding reaction is caused at a temperature of 500 ° C. or higher, which is a little higher from an industrial viewpoint. The temperature of the nitriding reaction is more preferably 550 ° C. or higher.

より詳しくは、アルミニウム粉末を520℃の窒素ガス雰囲気中に保持すると、3〜30時間後に窒化反応が開始し、窒化率92%前後で反応が停止することが実験により確認されている。窒化反応の開始までに長時間を有する理由は、アルミニウム表面に形成された酸化被膜が原因である。通常の低温での窒化反応は、反応初期において酸化被膜を窒素で還元することはできないため、時間をかけて窒素がアルミニウム粉末の内部に侵入し、ある時間後に急激に窒化反応が開始され、終了する。このため、通常は、低温での窒化処理では、100%の窒化は困難とされている。   More specifically, it has been experimentally confirmed that when the aluminum powder is kept in a nitrogen gas atmosphere at 520 ° C., the nitriding reaction starts after 3 to 30 hours and the reaction stops at a nitriding rate of about 92%. The reason for having a long time to start the nitriding reaction is due to the oxide film formed on the aluminum surface. In normal nitriding reaction at low temperature, the oxide film cannot be reduced with nitrogen at the beginning of the reaction, so nitrogen enters the inside of the aluminum powder over time, and after a certain time the nitriding reaction starts abruptly and ends. To do. For this reason, 100% nitriding is normally difficult in nitriding at low temperature.

本発明の窒化アルミニウムの製造方法は、アルミニウム粉末が浮遊した状態で窒化反応を進行させる。アルミニウム粉末が浮遊した状態で窒化反応が進行することで、球状の窒化アルミニウム粒子をもつ窒化アルミニウム粉末を製造できる。具体的には、アルミニウムから窒化アルミニウムへの変換は多大な体積膨張(16vol%)を伴う反応であり、従来のように原料トレー中で拘束された状態では、自由な体積膨張が阻害され、球状粒子の生成が困難であった。しかし、本発明の製造方法は、アルミニウムから窒化アルミニウムへの変換(窒化反応)がアルミニウム粉末が浮遊した状態で進行する。アルミニウム粉末が浮遊した状態にあることで、窒化により体積膨張を生じたときに、この体積膨張が阻害されない。これにより、自由な体積膨張が可能となり、結果として球状粒子となる。なお、本発明において、アルミニウム粉末が浮遊した状態で窒化反応が進行することは、窒化反応が開始から進行するときに、アルミニウム粉末が浮遊した状態にあることを示す。また、浮遊した状態とは、アルミニウム粉末粒子が隣接するアルミニウム粉末粒子により拘束されていない状態であればよく、たとえば、窒化反応が進行するための反応室内の空中に浮遊した状態をあげることができる。 In the method for producing aluminum nitride of the present invention, the nitriding reaction is allowed to proceed while the aluminum powder is in a suspended state. By proceeding the nitriding reaction with the aluminum powder floating, an aluminum nitride powder having spherical aluminum nitride particles can be produced. Specifically, the conversion from aluminum to aluminum nitride is a reaction involving a large volume expansion (16 vol%), and in the state of being restrained in the raw material tray as in the conventional case, the free volume expansion is hindered and spherical It was difficult to generate particles. However, in the production method of the present invention, the conversion from aluminum to aluminum nitride (nitriding reaction) proceeds with the aluminum powder floating. Since the aluminum powder is in a floating state, the volume expansion is not inhibited when the volume expansion is caused by nitriding. This allows free volume expansion, resulting in spherical particles. In the present invention, the fact that the nitriding reaction proceeds with the aluminum powder floating indicates that the aluminum powder is in a floating state when the nitriding reaction proceeds from the start. The floating state may be any state in which the aluminum powder particles are not constrained by the adjacent aluminum powder particles, and examples thereof include a state in which the aluminum powder particles are suspended in the air in the reaction chamber for the nitriding reaction to proceed. .

アルミニウム粉末を、窒化反応の反応温度まで加熱する工程と、窒化反応が開始する直前にアルミニウム粉末を反応室内に浮遊させ、窒化反応を進行させる工程と、を有することが好ましい。窒化反応開始直前までアルミニウム粉末を加熱し、その後、浮遊状態として窒化反応を進行させることで、アルミニウム粉末を効率よく加熱することができる。つまり、浮遊状態のアルミニウム粉末を反応温度まで加熱するより、エネルギーのロスを生じることなく加熱を行うことができる。 It is preferable to have a step of heating the aluminum powder to the reaction temperature of the nitriding reaction, and a step of allowing the aluminum powder to float in the reaction chamber immediately before the nitriding reaction is started to advance the nitriding reaction. The aluminum powder can be efficiently heated by heating the aluminum powder until just before the start of the nitriding reaction and then allowing the nitriding reaction to proceed in a floating state. That is, it is possible to perform heating without causing energy loss, rather than heating the floating aluminum powder to the reaction temperature.

窒化反応の前記反応温度が600℃より高いときに、アルミニウム粉末を、窒素ガス雰囲気下で600℃まで昇温させて加熱し、600℃から反応温度までは不活性ガス雰囲気下で加熱することが好ましい。窒素ガス雰囲気下で600℃まで昇温・加熱することで、アルミニウム粉末に窒素ガスを吸蔵させることができる。また、600℃から反応温度までを不活性ガス雰囲気下で昇温・加熱することで、窒化反応を開始させることなくアルミニウム粉末を昇温できる。 When the reaction temperature of the nitriding reaction is higher than 600 ° C., the aluminum powder is heated to 600 ° C. in a nitrogen gas atmosphere and heated from 600 ° C. to the reaction temperature in an inert gas atmosphere. preferable. By heating and heating to 600 ° C. in a nitrogen gas atmosphere, the nitrogen powder can be occluded in the aluminum powder. Moreover, the temperature of the aluminum powder can be raised without starting the nitriding reaction by raising the temperature and heating from 600 ° C. to the reaction temperature in an inert gas atmosphere.

窒化反応を進める前にアルミニウム粉末に窒素を吸蔵させることで、その後の窒化反応においてアルミニウム粉末と反応を生じる窒素がアルミニウム粉末の近傍に保持されることとなり、窒化反応において急速な反応を生じても窒化反応に要する窒素の量が不十分となることが抑えられる。   By occluding nitrogen in the aluminum powder before proceeding with the nitriding reaction, nitrogen that reacts with the aluminum powder in the subsequent nitriding reaction is held in the vicinity of the aluminum powder, and even if a rapid reaction occurs in the nitriding reaction An insufficient amount of nitrogen required for the nitriding reaction can be suppressed.

このアルミニウム粉末に窒素を吸蔵させる工程における昇温は、その昇温速度がゆっくりであることが好ましい。昇温速度が速くなると、アルミニウム粉末が十分な量の窒素を吸蔵できなくなる。   The temperature rise in the step of occluding nitrogen in the aluminum powder is preferably slow. When the rate of temperature increase is increased, the aluminum powder cannot occlude a sufficient amount of nitrogen.

本発明の製造方法において、600℃から反応温度までを不活性ガス雰囲気下で昇温・加熱することが好ましい。窒素ガス雰囲気下で600℃を超えると、窒化反応が開始するおそれがある。このため、反応温度までを不活性ガス雰囲気下で加熱を行うことで、窒化反応を開始させることなくアルミニウム粉末を反応温度(620〜800℃)に昇温できる。   In the production method of the present invention, it is preferable to raise the temperature and heat from 600 ° C. to the reaction temperature in an inert gas atmosphere. If it exceeds 600 ° C. in a nitrogen gas atmosphere, the nitriding reaction may start. For this reason, the aluminum powder can be heated to the reaction temperature (620 to 800 ° C.) without starting the nitriding reaction by heating up to the reaction temperature in an inert gas atmosphere.

本発明の製造方法において、窒素吸蔵処理後に窒化反応の反応温度まで加熱するときの不活性ガス雰囲気を構成する不活性ガスは、アルミニウムと反応を生じないガスであればよく、アルゴンガス、ネオンガス、ヘリウムガスをあげることができる。不活性ガスとして、アルゴンガスを用いることが好ましい。   In the production method of the present invention, the inert gas constituting the inert gas atmosphere when heated to the reaction temperature of the nitriding reaction after the nitrogen storage treatment may be any gas that does not react with aluminum, such as argon gas, neon gas, Helium gas can be raised. Argon gas is preferably used as the inert gas.

アルミニウム粉末は、加熱室で反応温度まで加熱した後に、窒化反応が進行する反応室の内部に放出されることが好ましい。反応室の内部にアルミニウム粉末を放出することで、反応室の内部でアルミニウム粉末が浮遊状態となり、窒化反応が進行する。ここで、反応室の内部には、少なくとも窒化反応の窒素源となる窒素ガスが存在することが好ましい。 The aluminum powder is preferably released into the reaction chamber where the nitriding reaction proceeds after heating to the reaction temperature in the heating chamber. By discharging the aluminum powder into the reaction chamber, the aluminum powder floats inside the reaction chamber, and the nitriding reaction proceeds. Here, it is preferable that at least nitrogen gas serving as a nitrogen source for the nitriding reaction is present in the reaction chamber.

反応室内にアルミニウム粉末を放出する手段については、放出されたアルミニウム粉末が反応室の内部で浮遊状態となる方法であれば特に限定されるものではない。たとえば、加圧された窒素ガスを用いてノズルを介して反応室の内部に噴出する方法や、反応室の上方からアルミニウム粉末をゆっくりと落下させる方法などの方法を用いることができる。   The means for discharging the aluminum powder into the reaction chamber is not particularly limited as long as the discharged aluminum powder is in a floating state inside the reaction chamber. For example, a method such as a method in which pressurized nitrogen gas is used to eject the inside of the reaction chamber through a nozzle, or a method in which aluminum powder is slowly dropped from above the reaction chamber can be used.

反応室内にアルミニウム粉末を放出する手段が、加圧された窒素ガスを用いてノズルを介して反応室の内部に噴出する手段であるときに、加圧された窒素ガスのガス圧は、0.2〜0.5MPaであることが好ましい。   When the means for discharging the aluminum powder into the reaction chamber is a means for jetting into the inside of the reaction chamber through a nozzle using pressurized nitrogen gas, the gas pressure of the pressurized nitrogen gas is 0. It is preferably 2 to 0.5 MPa.

反応室の内部でのアルミニウム粉末の浮遊時間は、反応室の容量や形状などの条件により異なるため、一概に決定できるものではない。製造される窒化アルミニウムの粒径は、窒化反応進行時のアルミニウム粉末同士の衝突回数と窒化反応の反応温度により決定される。このため、衝突回数に寄与する浮遊時間は一概に決定できるものではない。   The floating time of the aluminum powder inside the reaction chamber varies depending on the conditions such as the capacity and shape of the reaction chamber, and therefore cannot be determined in general. The particle size of the produced aluminum nitride is determined by the number of collisions between aluminum powders during the nitriding reaction and the reaction temperature of the nitriding reaction. For this reason, the floating time that contributes to the number of collisions cannot be determined unconditionally.

反応室の内部の温度は、特に限定されるものではなく、350〜1500℃の間の所定の温度とすることができる。本発明の製造方法において、反応室の温度を調節することで、製造される窒化アルミニウム粉末の粒径を調節することができる。反応室内の温度が高くなるほど、大きな粒径の窒化アルミニウム粉末を得られる。   The temperature inside the reaction chamber is not particularly limited, and can be a predetermined temperature between 350 and 1500 ° C. In the production method of the present invention, the particle size of the produced aluminum nitride powder can be adjusted by adjusting the temperature of the reaction chamber. As the temperature in the reaction chamber increases, an aluminum nitride powder having a larger particle size can be obtained.

本発明の製造方法において原料として用いられるアルミニウム粉末は、99.7%以上の純度をもつことが好ましい。99.7%以上の純度をもつアルミニウム粉末としては、たとえば、JIS H2102−1968に規定の第1種のアルミニウム地金より製造された粉末をあげることができる。   The aluminum powder used as a raw material in the production method of the present invention preferably has a purity of 99.7% or more. Examples of the aluminum powder having a purity of 99.7% or more include a powder produced from the first type aluminum ingot defined in JIS H2102-1968.

本発明の製造方法において原料として用いられるアルミニウム粉末は、その粒径は特に限定されるものではない。好ましいアルミニウム粉末は、平均粒径が5〜50μmである。   The particle size of the aluminum powder used as a raw material in the production method of the present invention is not particularly limited. A preferable aluminum powder has an average particle diameter of 5 to 50 μm.

また、本発明の製造方法において原料として用いられるアルミニウム粉末は、その粒子表面に酸化被膜を有していてもよい。アルミニウムは大気中においては、大気中に含まれる酸素と反応を生じてその表面に安定な酸化被膜を形成する特性を有する。そして、本発明の製造方法は、このような酸化被膜をもつアルミニウム粉末からも球状の粒子よりなる窒化アルミニウム粉末を製造できる。   Moreover, the aluminum powder used as a raw material in the manufacturing method of this invention may have an oxide film on the particle | grain surface. In the atmosphere, aluminum has a characteristic of causing a reaction with oxygen contained in the atmosphere to form a stable oxide film on the surface thereof. And the manufacturing method of this invention can manufacture the aluminum nitride powder which consists of spherical particle | grains also from the aluminum powder which has such an oxide film.

本発明の製造方法において原料として用いられるアルミニウム粉末は、窒化アルミニウム粉末が混合していてもよい。窒化アルミニウム粉末が混合することで、アルミニウム粉末の窒化率が向上する場合がある。アルミニウム粉末に混合される窒化アルミニウム粉末の平均粒径や混合割合については特に限定されるものではない。   The aluminum powder used as a raw material in the production method of the present invention may be mixed with an aluminum nitride powder. When the aluminum nitride powder is mixed, the nitriding rate of the aluminum powder may be improved. The average particle diameter and mixing ratio of the aluminum nitride powder mixed with the aluminum powder are not particularly limited.

上記したように、本発明の窒化アルミニウムの製造方法は、アルミニウム粉末を窒素ガス圧が103〜200KPaの窒素ガス雰囲気中に保持し、500〜1000℃で窒化反応を進行させる窒化アルミニウムの製造方法であって、アルミニウム粉末と窒化アルミニウム粉末との混合粉末を真空雰囲気下で400℃まで加熱する工程と、その後、混合粉末を窒素ガス雰囲気下で600℃まで加熱する工程と、その後、620〜800℃の間の所定の窒化温度まで不活性ガス雰囲気下で加熱する工程と、窒素ガス雰囲気の反応室内に混合粉末を放出して反応室内をゆっくりと落下させて窒化反応を進行させる工程と、を有することを特徴とする。
(窒化装置)
本発明の窒化装置は、加熱されたアルミニウム粉末を保持する加熱部と、アルミニウム粉末が噴出され窒化反応が進行する反応室を有する反応部と、加熱部で加熱されたアルミニウム粉末を反応室内に噴出する噴出部と、を有し、窒素ガス圧が103〜200KPaの窒素ガス雰囲気中に保持し、500〜1000℃で窒化反応を進行させることを特徴とする。
噴出部は、反応室内にアルミニウム粉末を落下させることが好ましい。
加熱部は、反応部の上方に配置されることが好ましい。
加熱部は、アルミニウム粉末を保持する保持部と、保持部を加熱するヒーターと、を有することが好ましい。
加熱部、反応室、噴出部の内部雰囲気を調節する雰囲気調節手段を有することが好ましい。
As described above, the method for producing aluminum nitride according to the present invention is a method for producing aluminum nitride in which aluminum powder is held in a nitrogen gas atmosphere having a nitrogen gas pressure of 103 to 200 KPa and the nitriding reaction proceeds at 500 to 1000 ° C. A step of heating a mixed powder of aluminum powder and aluminum nitride powder to 400 ° C. under a vacuum atmosphere, a step of heating the mixed powder to 600 ° C. under a nitrogen gas atmosphere, and a step of 620 to 800 ° C. and a step of heating in an inert gas atmosphere to a predetermined nitriding temperature between the step of releasing the powder mixture into the reaction chamber of a nitrogen gas atmosphere by slowly dropping the reaction chamber to advance the nitriding reaction, the It is characterized by that.
(Nitriding equipment)
The nitriding apparatus of the present invention includes a heating unit for holding heated aluminum powder, a reaction unit having a reaction chamber in which aluminum powder is ejected and a nitriding reaction proceeds, and aluminum powder heated in the heating unit is ejected into the reaction chamber. a jet unit for, have a nitrogen gas pressure is maintained in a nitrogen gas atmosphere 103~200KPa, characterized in that advancing the nitriding reaction at 500 to 1000 ° C..
The ejection part preferably drops aluminum powder into the reaction chamber.
The heating unit is preferably disposed above the reaction unit.
The heating unit preferably includes a holding unit that holds the aluminum powder and a heater that heats the holding unit.
It is preferable to have an atmosphere adjusting means for adjusting the internal atmosphere of the heating unit, the reaction chamber, and the ejection unit.

以下、実施例を用いて本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described using examples.

本発明の実施例として、窒化アルミニウムを製造した。   As an example of the present invention, aluminum nitride was manufactured.

(実施例1)
本発明の実施例として、窒化装置1を作製し、この窒化装置1を用いてアルミニウム粉末を窒化して窒化アルミニウムを製造した。窒化装置1の構成を図1に示した。
Example 1
As an example of the present invention, a nitriding apparatus 1 was manufactured, and aluminum nitride was manufactured by nitriding aluminum powder using the nitriding apparatus 1. The configuration of the nitriding apparatus 1 is shown in FIG.

図1に示したように、窒化装置1は、加熱部2と、反応部3と、噴出部4と、から構成される。   As shown in FIG. 1, the nitriding apparatus 1 includes a heating unit 2, a reaction unit 3, and an ejection unit 4.

加熱部2は、アルミニウム粉末を内部に保持する試料保持部20と、試料保持部20を加熱するヒーター21とをもつ。また、加熱部2は、試料保持部20の内部の雰囲気を調節する雰囲気調節手段(図示せず)をもつ。加熱部2は、試料保持部20の内部にアルミニウム粉末を保持した状態でヒーター21が発熱して、試料保持部20に保持されたアルミニウム粉末を加熱する。   The heating unit 2 includes a sample holding unit 20 that holds aluminum powder therein and a heater 21 that heats the sample holding unit 20. Further, the heating unit 2 has an atmosphere adjusting means (not shown) that adjusts the atmosphere inside the sample holding unit 20. In the heating unit 2, the heater 21 generates heat while the aluminum powder is held in the sample holding unit 20, and heats the aluminum powder held in the sample holding unit 20.

反応部3は、加熱部2から噴出部4を介して内部にアルミニウム粉末が放出される反応室部30と、反応室部30を加熱する試料加熱ヒーター31とをもつ。また、反応部3は、反応室部30の内部の雰囲気を調節する雰囲気調節手段(図示せず)をもつ。反応部3は、加熱部2において加熱したアルミニウム粉末が噴出部4を介して反応室部30の内部に放出され、反応室部30の内部で浮遊状態となり、この状態でアルミニウム粉末の窒化反応が進行する。また、ヒーター31が反応室部30を加熱することで、窒化反応が進行するときの雰囲気の温度を調節する。   The reaction unit 3 includes a reaction chamber unit 30 in which aluminum powder is discharged from the heating unit 2 through the ejection unit 4 and a sample heater 31 for heating the reaction chamber unit 30. The reaction unit 3 also has an atmosphere adjusting means (not shown) that adjusts the atmosphere inside the reaction chamber 30. In the reaction unit 3, the aluminum powder heated in the heating unit 2 is discharged into the reaction chamber 30 through the ejection unit 4 and is floated in the reaction chamber 30. In this state, the nitriding reaction of the aluminum powder is performed. proceed. The heater 31 heats the reaction chamber 30 to adjust the temperature of the atmosphere when the nitriding reaction proceeds.

噴出部4は、加熱部2の試料保持部20と反応部3の反応室部30とを接続し、試料保持部20に保持されたアルミニウム粉末を反応室部30の内部に噴出する。噴出部4は、垂直方向と水平方向とに伸びる略L字状の管路40と、管路40の折れ曲がった部分に水平方向に向かって窒素ガスを吹き出すガス吹き出し口410をもつ窒素ガス導入手段41と、をもつ。噴出部4は、管路40の上方から落下するアルミニウム粉末をガス吹き出し口410から吹き出す窒素ガスにより反応室部30の内部に噴出する。   The jetting unit 4 connects the sample holding unit 20 of the heating unit 2 and the reaction chamber unit 30 of the reaction unit 3, and jets the aluminum powder held in the sample holding unit 20 into the reaction chamber unit 30. The ejection part 4 has a substantially L-shaped pipe line 40 extending in the vertical direction and the horizontal direction, and a nitrogen gas introduction means having a gas outlet 410 for blowing out nitrogen gas in a horizontal direction at a bent part of the pipe line 40. 41. The jetting unit 4 jets aluminum powder falling from above the pipe line 40 into the reaction chamber 30 by nitrogen gas blown from the gas blowing port 410.

上記の構成の窒化装置1を用いて、窒化アルミニウムの製造を行った。   Aluminum nitride was manufactured using the nitriding apparatus 1 having the above configuration.

まず、試料保持部20に原料のアルミニウム粉末を窒化アルミニウム粉末とともに充填した。アルミニウム粉末は、東洋アルミニウム株式会社製の平均粒径が5μmの純アルミニウム(99.7%以上)のアルミニウム粉末である。窒化アルミニウム粉末は、平均粒径が2μmの東洋アルミニウム株式会社製の窒化アルミニウム粉末である。試料保持部20には、アルミニウム粉末と窒化アルミニウム粉末とを1:1の質量比で十分に混合した混合粉末を100g充填した。   First, the sample holder 20 was filled with the raw material aluminum powder together with the aluminum nitride powder. The aluminum powder is a pure aluminum (99.7% or more) aluminum powder having an average particle diameter of 5 μm manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd. The aluminum nitride powder is an aluminum nitride powder manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd. having an average particle size of 2 μm. The sample holder 20 was filled with 100 g of mixed powder in which aluminum powder and aluminum nitride powder were sufficiently mixed at a mass ratio of 1: 1.

試料保持部20にアルミニウム粉末を充填した後に、窒化装置1の反応系(試料保持部20,反応室部30および噴出部4)を真空引きした。そして、真空引きしているときに、同時にヒーター21を作動させ試料保持部20を加熱した。ヒーター21による加熱は、400℃までを80分で昇温させた。このときの昇温速度は、5℃/分であった。   After filling the sample holding unit 20 with aluminum powder, the reaction system (the sample holding unit 20, the reaction chamber 30 and the ejection unit 4) of the nitriding apparatus 1 was evacuated. Then, during vacuuming, the heater 21 was simultaneously operated to heat the sample holding unit 20. In the heating by the heater 21, the temperature was raised to 400 ° C. in 80 minutes. The heating rate at this time was 5 ° C./min.

試料保持部20の温度が400℃に到達したら、真空引きを停止し、試料保持部20の内部への窒素ガスの導入を開始した。窒素ガスは、4L/分の流量で導入された。窒素ガス雰囲気下での加熱は、600℃までを60分で昇温させた。このときの昇温速度は、およそ3.5℃/分であった。   When the temperature of the sample holding unit 20 reached 400 ° C., evacuation was stopped and introduction of nitrogen gas into the sample holding unit 20 was started. Nitrogen gas was introduced at a flow rate of 4 L / min. In the heating under the nitrogen gas atmosphere, the temperature was raised to 600 ° C. in 60 minutes. The temperature rising rate at this time was approximately 3.5 ° C./min.

試料保持部20の温度が600℃に到達したら、窒素ガスに替えてアルゴンガスを導入した。アルゴンガスは、4L/分の流量で導入された。アルゴンガス雰囲気下での加熱は、660℃までを20分で昇温させた。このときの昇温速度は、3℃/分であった。その後、660℃で15分間保持した。   When the temperature of the sample holder 20 reached 600 ° C., argon gas was introduced instead of nitrogen gas. Argon gas was introduced at a flow rate of 4 L / min. In the heating under the argon gas atmosphere, the temperature was raised to 660 ° C. in 20 minutes. The temperature rising rate at this time was 3 ° C./min. Then, it hold | maintained at 660 degreeC for 15 minutes.

ここで、試料保持室20の真空引きが終了した後に、反応室部30および噴出部4には、窒素ガスが導入された。また、反応室部30は、窒素ガスが導入された状態(窒素ガスが流入し続ける状態)でヒーター31により550℃または800℃に保持された。   Here, after the evacuation of the sample holding chamber 20 was completed, nitrogen gas was introduced into the reaction chamber 30 and the ejection portion 4. The reaction chamber 30 was held at 550 ° C. or 800 ° C. by the heater 31 in a state where nitrogen gas was introduced (a state where the nitrogen gas continued to flow).

その後、試料保持室20の管路40との接続部にもうけられているストッパー22を開放し、試料保持室20の内部に充填したアルミニウム粉末を落下させる。落下したアルミニウム粉末は、ガス吹き出し口410から吹き出す窒素ガスにより反応室部30の内部に噴出する。   Then, the stopper 22 provided in the connection part with the pipe line 40 of the sample holding chamber 20 is opened, and the aluminum powder filled in the sample holding chamber 20 is dropped. The dropped aluminum powder is jetted into the reaction chamber 30 by the nitrogen gas blown out from the gas blowing port 410.

反応室部30の内部に噴射されたアルミニウム粉末は、噴射時の勢いにより、反応室部30の内部に拡散し、その後、ゆっくりと落下した。本実施例においては、反応室部30の内部に噴射される前にアルミニウム粉末が窒化反応の反応温度まで加熱されており、反応室部30の内部に噴射されて雰囲気中の窒素と接触することにより窒化反応が開始した。そして、アルミニウム粉末の落下中に窒化反応が進行し完結した。また、本実施例においては、反応室部30の内容積が小さかったので、アルミニウム粉末の噴射は、数回に分けて行われた。   The aluminum powder injected into the reaction chamber 30 diffused into the reaction chamber 30 due to the momentum during the injection, and then slowly dropped. In this embodiment, before being injected into the reaction chamber 30, the aluminum powder is heated to the reaction temperature of the nitriding reaction, and is injected into the reaction chamber 30 to come into contact with nitrogen in the atmosphere. The nitriding reaction started. The nitriding reaction progressed and completed during the dropping of the aluminum powder. Further, in this example, since the internal volume of the reaction chamber 30 was small, the aluminum powder was sprayed in several times.

以上の方法により、本実施例の窒化アルミニウムが製造された。   The aluminum nitride of this example was manufactured by the above method.

(評価)
製造された窒化アルミニウム粉末(反応室部30に堆積した粉末)の分析を行った。
(Evaluation)
The manufactured aluminum nitride powder (powder deposited in the reaction chamber 30) was analyzed.

まず、製造された窒化アルミニウム粉末中の窒素量を測定した。反応室部30の温度を550℃に保持した状態で製造された窒化アルミニウム粉末(試料1)および反応室部30の温度を800℃に保持した状態で製造された窒化アルミニウム粉末(試料2)の顕微鏡写真(SEM写真)を撮影した。試料1のSEM写真を図2に、試料2のSEM写真を図3に示した。図2に示されたように、試料1は非常に細かい粒子からなる粉末であることがわかる。また、図3に示されたように、試料2は粒径が1〜2μmと細かいながらも球状の粒子よりなることがわかる。なお、図2および3においては、団子状に凝集した粒子が確認できるが、これは、原料のアルミニウム粉末に添加した窒化アルミニウム粉末である。   First, the amount of nitrogen in the produced aluminum nitride powder was measured. An aluminum nitride powder (sample 1) manufactured with the temperature of the reaction chamber 30 maintained at 550 ° C. and an aluminum nitride powder (sample 2) manufactured with the temperature of the reaction chamber 30 maintained at 800 ° C. A micrograph (SEM photograph) was taken. The SEM photograph of sample 1 is shown in FIG. 2, and the SEM photograph of sample 2 is shown in FIG. As shown in FIG. 2, it can be seen that Sample 1 is a powder composed of very fine particles. Further, as shown in FIG. 3, it can be seen that the sample 2 is composed of spherical particles although the particle diameter is as small as 1 to 2 μm. In FIGS. 2 and 3, particles aggregated in a dumpling shape can be confirmed, which is aluminum nitride powder added to the raw material aluminum powder.

つづいて、製造された窒化アルミニウム粉末中の窒素量を測定した。試料1中の窒素量は、29.3%であった。この数値は、窒化率に換算すると86%である。また、試料2中の窒素量は、32.2%であった。この数値は、窒化率に換算すると94%である。   Subsequently, the amount of nitrogen in the produced aluminum nitride powder was measured. The amount of nitrogen in Sample 1 was 29.3%. This value is 86% in terms of nitriding rate. Moreover, the nitrogen content in Sample 2 was 32.2%. This value is 94% in terms of nitriding rate.

本実施例の窒化アルミニウム粉末は、十分に高い窒化率をもつ球状の粒子により形成されていることがわかる。   It can be seen that the aluminum nitride powder of this example is formed of spherical particles having a sufficiently high nitriding rate.

参考例
本発明の参考例として、窒化装置1を作製し、この窒化装置1を用いてアルミニウム粉末を窒化して窒化アルミニウムを製造した。窒化装置1の構成を図4に示した。
( Reference example )
As a reference example of the present invention, a nitriding apparatus 1 was produced, and aluminum nitride was manufactured by nitriding aluminum powder using the nitriding apparatus 1. The configuration of the nitriding apparatus 1 is shown in FIG.

図4に示したように、窒化装置1は、丸形の実験用焼成炉5の上方に、実施例1において用いた加熱部2を配置した構成である。窒化装置1は、加熱部2、噴出部4および実験用焼成炉5をもつ。   As shown in FIG. 4, the nitriding apparatus 1 has a configuration in which the heating unit 2 used in Example 1 is disposed above a round experimental firing furnace 5. The nitriding apparatus 1 has a heating unit 2, an ejection unit 4, and an experimental firing furnace 5.

加熱部2は、実施例1の時の加熱部2と同様の構成をもつ。   The heating unit 2 has the same configuration as that of the heating unit 2 in the first embodiment.

噴出部4は、加熱部2の試料保持部20と実験用焼成炉5のグラファイト製反応室50とを接続し、試料保持部20に保持されたアルミニウム粉末を反応室50の内部に噴出する。噴出部4は、垂直方向にのびる管路42をもつ。   The ejection unit 4 connects the sample holding unit 20 of the heating unit 2 and the graphite reaction chamber 50 of the experimental firing furnace 5, and ejects the aluminum powder held in the sample holding unit 20 into the reaction chamber 50. The ejection part 4 has a pipe line 42 extending in the vertical direction.

実験用焼成炉5は、グラファイト製反応室50を内蔵している。反応室50は、外周面に配置された電極棒51に通電することで内部の温度を調節でき、3000℃までの使用に耐えることができる。   The experimental firing furnace 5 includes a graphite reaction chamber 50. The reaction chamber 50 can adjust the internal temperature by energizing the electrode rod 51 disposed on the outer peripheral surface, and can withstand use up to 3000 ° C.

上記の構成の窒化装置1を用いて、窒化アルミニウムの製造を行った。   Aluminum nitride was manufactured using the nitriding apparatus 1 having the above configuration.

まず、試料保持部20に原料のアルミニウム粉末を窒化アルミニウム粉末とともに充填した。アルミニウム粉末は、東洋アルミニウム株式会社製の平均粒径が20μmの高純度アルミニウム(99.97%)のアルミニウム粉末である。窒化アルミニウム粉末は、平均粒径が2μmの東洋アルミニウム株式会社製の窒化アルミニウム粉末である。試料保持部20には、アルミニウム粉末と窒化アルミニウム粉末とを3:5の質量比で十分に混合した混合粉末を120g充填した。   First, the sample holder 20 was filled with the raw material aluminum powder together with the aluminum nitride powder. The aluminum powder is an aluminum powder of high purity aluminum (99.97%) having an average particle diameter of 20 μm manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd. The aluminum nitride powder is an aluminum nitride powder manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd. having an average particle size of 2 μm. The sample holder 20 was filled with 120 g of mixed powder in which aluminum powder and aluminum nitride powder were sufficiently mixed at a mass ratio of 3: 5.

試料保持部20にアルミニウム粉末を充填した後に、窒化装置1の反応系(試料保持部20,噴出部4および反応室50)を真空引きした。そして、真空引きしているときに、同時にヒーター21を作動させ試料保持部20を加熱した。ヒーター21による加熱は、400℃までを80分で昇温させた。このときの昇温速度は、5℃/分であった。   After the sample holding unit 20 was filled with aluminum powder, the reaction system of the nitriding apparatus 1 (the sample holding unit 20, the ejection unit 4, and the reaction chamber 50) was evacuated. Then, during vacuuming, the heater 21 was simultaneously operated to heat the sample holding unit 20. In the heating by the heater 21, the temperature was raised to 400 ° C. in 80 minutes. The heating rate at this time was 5 ° C./min.

試料保持部20の温度が400℃に到達したら、真空引きを停止し、試料保持部20の内部への窒素ガスの導入を開始した。窒素ガスは、4L/分の流量で導入された。窒素ガス雰囲気下での加熱は、600℃までを60分で昇温させた。このときの昇温速度は、およそ3.5℃/分であった。   When the temperature of the sample holding unit 20 reached 400 ° C., evacuation was stopped and introduction of nitrogen gas into the sample holding unit 20 was started. Nitrogen gas was introduced at a flow rate of 4 L / min. In the heating under the nitrogen gas atmosphere, the temperature was raised to 600 ° C. in 60 minutes. The temperature rising rate at this time was approximately 3.5 ° C./min.

試料保持部20の温度が600℃に到達したら、窒素ガスに替えてアルゴンガスを導入した。アルゴンガスは、4L/分の流量で導入された。アルゴンガス雰囲気下での加熱は、730℃までを40分で昇温させた。このときの昇温速度は、3℃/分であった。その後、730℃で20分間保持した。   When the temperature of the sample holder 20 reached 600 ° C., argon gas was introduced instead of nitrogen gas. Argon gas was introduced at a flow rate of 4 L / min. The heating in the argon gas atmosphere was performed by heating up to 730 ° C. in 40 minutes. The temperature rising rate at this time was 3 ° C./min. Then, it hold | maintained at 730 degreeC for 20 minutes.

ここで、試料保持室20の真空引きが終了した後に、反応室50および噴出部4には、窒素ガスが導入された。また、反応室50は、電極棒51に通電して、窒素ガスが導入された状態(窒素ガスが流入し続ける状態)で1200℃に保持された。   Here, after the evacuation of the sample holding chamber 20 was completed, nitrogen gas was introduced into the reaction chamber 50 and the ejection unit 4. In addition, the reaction chamber 50 was kept at 1200 ° C. in a state where the electrode rod 51 was energized and nitrogen gas was introduced (a state where the nitrogen gas continued to flow).

その後、試料保持室20の管路42との接続部にもうけられているストッパー22を開放し、試料保持室20の内部に充填したアルミニウム粉末を落下させる。落下したアルミニウム粉末は、反応室50の内部に落下する。   Thereafter, the stopper 22 provided at the connection portion between the sample holding chamber 20 and the pipe line 42 is opened, and the aluminum powder filled in the sample holding chamber 20 is dropped. The dropped aluminum powder falls into the reaction chamber 50.

反応室50の内部に落下したアルミニウム粉末は、落下時の勢いにより、反応室50の内部に拡散し、その後、ゆっくりと落下した。本参考例においては、反応室50の内部に落下する直前までにアルミニウム粉末が窒化反応の反応温度まで加熱されており、反応室50の内部に侵入して雰囲気中の窒素と接触することにより窒化反応が開始した。そして、アルミニウム粉末の落下中に窒化反応が進行し完結した。本参考例においては、窒化反応の進行により、反応室50の内部温度の昇温がわずかに確認された。この温度の上昇は、発熱反応である窒化反応が進行したものによると考えられる。 The aluminum powder that dropped into the reaction chamber 50 diffused into the reaction chamber 50 due to the momentum of the dropping, and then slowly dropped. In this reference example , the aluminum powder is heated to the reaction temperature of the nitriding reaction just before dropping into the reaction chamber 50, and enters the reaction chamber 50 to come into contact with nitrogen in the atmosphere. The reaction started. The nitriding reaction progressed and completed during the dropping of the aluminum powder. In this reference example , a slight increase in the internal temperature of the reaction chamber 50 was confirmed as the nitriding reaction proceeded. This increase in temperature is thought to be due to the progress of the nitriding reaction, which is an exothermic reaction.

以上の方法により、本参考例の窒化アルミニウムが製造された。 The aluminum nitride of this reference example was manufactured by the above method.

(評価)
製造された窒化アルミニウム粉末(反応室50の内部に堆積した粉末)の分析を行った。
(Evaluation)
The manufactured aluminum nitride powder (powder deposited inside the reaction chamber 50) was analyzed.

まず、実施例1の時と同様に窒化アルミニウム粉末の顕微鏡写真(SEM写真)を撮影した。SEM写真を図5に示した。図5に示されたように、本参考例の窒化アルミニウム粉末は、粒径が10〜20μmの球状の粒子よりなることがわかる。なお、図5においては、楕円体状の粒子が確認できるが、これは、原料のアルミニウム粉末に添加した窒化アルミニウム粉末である。 First, a micrograph (SEM photograph) of the aluminum nitride powder was taken in the same manner as in Example 1. The SEM photograph is shown in FIG. As shown in FIG. 5, it can be seen that the aluminum nitride powder of this reference example is composed of spherical particles having a particle size of 10 to 20 μm. In FIG. 5, ellipsoidal particles can be confirmed, which is aluminum nitride powder added to the raw material aluminum powder.

つづいて、実施例1の時と同様に、製造された窒化アルミニウム粉末中の窒素量を測定した。製造された窒化アルミニウム粉末中の窒素量は、33.6%であった。この数値は、窒化率に換算すると98%である。本参考例の窒化アルミニウム粉末は、十分に高い窒化率であることがわかる。 Subsequently, in the same manner as in Example 1, the amount of nitrogen in the produced aluminum nitride powder was measured. The amount of nitrogen in the produced aluminum nitride powder was 33.6%. This value is 98% in terms of nitriding rate. It can be seen that the aluminum nitride powder of this reference example has a sufficiently high nitriding rate.

参考例の窒化アルミニウム粉末においても、実施例1の時と同様に、十分に高い窒化率をもつ球状の粒子により形成されていることがわかる。 It can be seen that the aluminum nitride powder of this reference example is formed of spherical particles having a sufficiently high nitriding rate as in the case of Example 1.

以上に説明したように、アルミニウムが拘束されていない状態である浮遊した状態で窒化反応が完結した各実施例は、球状の粒子よりなる窒化アルミニウム粉末が得られることがわかる。つまり、本発明の製造方法によれば、球状の粒子よりなる窒化アルミニウム粉末を製造することができる。   As described above, it can be seen that in each of the examples in which the nitriding reaction was completed in a floating state in which aluminum was not restrained, an aluminum nitride powder made of spherical particles was obtained. That is, according to the manufacturing method of the present invention, an aluminum nitride powder made of spherical particles can be manufactured.

実施例1の窒化装置の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the nitriding apparatus of Example 1. FIG. 実施例1で製造された窒化アルミニウム粉末のSEM写真である。2 is a SEM photograph of the aluminum nitride powder produced in Example 1. 実施例1で製造された窒化アルミニウム粉末のSEM写真である。2 is a SEM photograph of the aluminum nitride powder produced in Example 1. 参考例の窒化装置の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the nitriding apparatus of a reference example . 参考例で製造された窒化アルミニウム粉末のSEM写真である。It is a SEM photograph of the aluminum nitride powder manufactured by the reference example .

符号の説明Explanation of symbols

1:窒化装置
2:加熱部 20:試料保持部
21:ヒーター 22:ストッパー
3:反応部 30:反応室部
31:試料加熱ヒーター
4:噴出部 40:管路
41:窒素ガス導入手段 410:ガス吹き出し口
5:実験用焼成炉 50:グラファイト製反応室
51:電極棒
1: Nitriding device 2: Heating unit 20: Sample holding unit 21: Heater 22: Stopper 3: Reaction unit 30: Reaction chamber unit 31: Sample heating heater 4: Jetting unit 40: Pipe line 41: Nitrogen gas introducing means 410: Gas Outlet 5: Experimental furnace 50: Graphite reaction chamber 51: Electrode rod

Claims (9)

アルミニウム粉末を窒素ガス圧が103〜200KPaの窒素ガス雰囲気中に保持し、500〜1000℃で窒化反応を進行させる窒化アルミニウムの製造方法であって、
該アルミニウム粉末が浮遊した状態で窒化反応を進行させることを特徴とする窒化アルミニウムの製造方法。
A method for producing aluminum nitride in which an aluminum powder is held in a nitrogen gas atmosphere having a nitrogen gas pressure of 103 to 200 KPa, and a nitriding reaction proceeds at 500 to 1000 ° C.,
A method for producing aluminum nitride, characterized in that a nitriding reaction is allowed to proceed while the aluminum powder is floating.
前記アルミニウム粉末を、窒化反応の反応温度まで加熱する工程と、
該窒化反応が開始する直前に該アルミニウム粉末を反応室内に浮遊させ、該窒化反応を進行させる工程と、
を有する請求項1記載の窒化アルミニウムの製造方法。
Heating the aluminum powder to a nitriding reaction temperature;
Suspending the aluminum powder in a reaction chamber immediately before the nitriding reaction starts, and advancing the nitriding reaction;
The method for producing aluminum nitride according to claim 1, comprising:
窒化反応の前記反応温度が600℃より高いときに、窒素ガス雰囲気下で600℃まで昇温させて加熱し、600℃から該反応温度までは不活性ガス雰囲気下で加熱する請求項2記載の窒化アルミニウムの製造方法。 3. The heating according to claim 2 , wherein when the reaction temperature of the nitriding reaction is higher than 600 ° C., the temperature is raised to 600 ° C. in a nitrogen gas atmosphere and heated, and from 600 ° C. to the reaction temperature is heated in an inert gas atmosphere. A method for producing aluminum nitride. 前記アルミニウム粉末は、加熱室で前記反応温度まで加熱した後に、窒化反応が進行する反応室の内部に放出される請求項2記載の窒化アルミニウムの製造方法。   3. The method for producing aluminum nitride according to claim 2, wherein the aluminum powder is released into a reaction chamber in which a nitriding reaction proceeds after being heated to the reaction temperature in a heating chamber. 加熱されたアルミニウム粉末を保持する加熱部と、
該アルミニウム粉末が噴出され窒化反応が進行する反応室を有する反応部と、
該加熱部で加熱された該アルミニウム粉末を該反応室内に噴出する噴出部と、
を有し、
窒素ガス圧が103〜200KPaの窒素ガス雰囲気中に保持し、500〜1000℃で窒化反応を進行させることを特徴とする窒化装置。
A heating unit for holding heated aluminum powder;
A reaction section having a reaction chamber in which the aluminum powder is jetted and a nitriding reaction proceeds;
An ejection part for ejecting the aluminum powder heated in the heating part into the reaction chamber;
I have a,
A nitriding apparatus characterized by maintaining a nitrogen gas pressure in a nitrogen gas atmosphere having a nitrogen gas pressure of 103 to 200 KPa and causing a nitriding reaction to proceed at 500 to 1000 ° C.
前記噴出部は、前記反応室内に前記アルミニウム粉末を落下させる請求項5記載の窒化装置。   The nitriding apparatus according to claim 5, wherein the jetting part drops the aluminum powder into the reaction chamber. 前記加熱部は、前記反応部の上方に配置される請求項6記載の窒化装置。   The nitriding apparatus according to claim 6, wherein the heating unit is disposed above the reaction unit. 前記加熱部は、前記アルミニウム粉末を保持する保持部と、該保持部を加熱するヒーターと、を有する請求項5〜7のいずれか1項に記載の窒化装置。   The nitriding apparatus according to claim 5, wherein the heating unit includes a holding unit that holds the aluminum powder and a heater that heats the holding unit. 前記加熱部、前記反応室、前記噴出部の内部雰囲気を調節する雰囲気調節手段を有する請求項5〜8のいずれか1項に記載の窒化装置。   The nitriding apparatus according to claim 5, further comprising an atmosphere adjusting unit that adjusts an internal atmosphere of the heating unit, the reaction chamber, and the ejection unit.
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