JP7832035B2 - Boron nitride powder - Google Patents
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Description
本開示は、窒化ホウ素粉末に関する。 This disclosure relates to boron nitride powder.
パワーデバイス、トランジスタ、サイリスタ、及びCPU等の電子部品においては、使用時に発生する熱を効率的に放熱することが課題となっている。この課題に対して、従来、電子部品を実装するプリント配線板の絶縁層の高熱伝導化や、電子部品又はプリント配線板を電気絶縁性の熱インターフェース材(Thermal Interface Materials)を介してヒートシンクに取り付けることが行われてきた。このような絶縁層及び熱インターフェース材には、熱伝導率が高いセラミックス粉末が用いられる。 In electronic components such as power devices, transistors, thyristors, and CPUs, efficiently dissipating the heat generated during use is a challenge. Conventionally, this challenge has been addressed by increasing the thermal conductivity of the insulating layer of the printed circuit board on which the electronic components are mounted, or by attaching the electronic components or printed circuit board to a heatsink via an electrically insulating thermal interface material. Such insulating layers and thermal interface materials utilize ceramic powders with high thermal conductivity.
セラミックス粉末としては、高熱伝導率、高絶縁性、低比誘電率等の特性を有している窒化ホウ素粉末が注目されている。六方晶窒化ホウ素粒子は、面内方向(a軸方向)の熱伝導率が400W/(m・K)であるのに対して、厚み方向(c軸方向)の熱伝導率が2W/(m・K)であり、結晶構造と鱗片状に由来する熱伝導率の異方性が大きい。さらに、六方晶窒化ホウ素粉末を樹脂に充填すると、粒子同士が同一方向に揃って配向する。そのため、例えば、熱インターフェース材の製造時に、六方晶窒化ホウ素粒子の面内方向(a軸方向)と熱インターフェース材の厚み方向が垂直になり、六方晶窒化ホウ素粒子の面内方向(a軸方向)の高熱伝導率を十分に活かすことができなかった。 As a ceramic powder, boron nitride powder, which possesses properties such as high thermal conductivity, high insulation, and low dielectric constant, is attracting attention. Hexagonal boron nitride particles have a thermal conductivity of 400 W/(m·K) in the in-plane direction (a-axis direction), while their thermal conductivity in the thickness direction (c-axis direction) is 2 W/(m·K), indicating significant anisotropy in thermal conductivity due to their crystal structure and flaky appearance. Furthermore, when hexagonal boron nitride powder is filled into resin, the particles align in the same direction. Therefore, for example, during the manufacturing of thermal interface materials, the in-plane direction (a-axis direction) of the hexagonal boron nitride particles and the thickness direction of the thermal interface material become perpendicular, preventing the full utilization of the high thermal conductivity of the hexagonal boron nitride particles in the in-plane direction (a-axis direction).
上述のような形状に基づく異方性を低減する観点から、一次粒子を凝集させた凝集粒子を形成する方法が検討されている。特許文献1では、窒化ホウ素一次粒子が凝集してなる窒化ホウ素凝集粒子が開示されており、所定の成形圧力を加えた場合でも凝集粒子の崩壊が抑制できる程度に上記凝集粒子の強度を高めることによって、窒化ホウ素一次粒子が同一方向に揃って配向することを抑制する旨が記載されている。 From the viewpoint of reducing the anisotropy based on the shape described above, methods for forming aggregated particles by aggregating primary particles have been investigated. Patent Document 1 discloses boron nitride aggregated particles formed by the aggregation of boron nitride primary particles. It describes how increasing the strength of the aggregated particles to the extent that the collapse of the aggregated particles can be suppressed even when a predetermined molding pressure is applied suppresses the alignment and orientation of the boron nitride primary particles in the same direction.
また特許文献2では、窒化ホウ素の一次粒子が凝集してなり、体積基準の粒度分布において5μm以上30μm未満の領域に最頻径を有する窒化ホウ素粉末Aと、窒化ホウ素の一次粒子が凝集してなり、体積基準の粒度分布において50μm以上100μm未満の領域に最頻径を有する窒化ホウ素粉末Bと、を混合する工程を備える、窒化ホウ素粉末の製造方法が開示されている。かかる製造方法によって得られる窒化ホウ素粉末は耐電圧性の点で優れるものであるものの、より高い絶縁性が求められる用途においては改善の余地がある。 Furthermore, Patent Document 2 discloses a method for producing boron nitride powder, comprising the step of mixing boron nitride powder A, which is composed of aggregated primary boron nitride particles and has a most frequent diameter in the region of 5 μm to less than 30 μm in its volume-based particle size distribution, and boron nitride powder B, which is composed of aggregated primary boron nitride particles and has a most frequent diameter in the region of 50 μm to less than 100 μm in its volume-based particle size distribution. While the boron nitride powder obtained by this method has excellent dielectric strength, there is room for improvement in applications requiring higher insulation performance.
上述の凝集粒子は、樹脂との混練の際に一部が崩壊し得ることから、凝集粒子と一次粒子とが混在することとなるが、崩壊の程度によって、放熱性と絶縁性とのバランスを欠き、得られる樹脂シートが期待するような性能を発揮しない場合が生じ得る。 The aggregated particles mentioned above may partially disintegrate during mixing with the resin, resulting in a mixture of aggregated and primary particles. Depending on the degree of disintegration, this can lead to an imbalance between heat dissipation and insulation properties, potentially preventing the resulting resin sheet from exhibiting the expected performance.
本開示は、樹脂への充填性に優れ、樹脂に充填した際に優れた放熱性及び絶縁性を発揮し得る樹脂シートを調製可能な窒化ホウ素粉末を提供することを目的とする。 This disclosure aims to provide a boron nitride powder that exhibits excellent fillability into resins and can be used to prepare resin sheets that provide excellent heat dissipation and insulation properties when filled into resins.
本開示の一側面は、窒化ホウ素の一次粒子と、窒化ホウ素の一次粒子が凝集してなる、圧壊強さが5MPa以上である凝集粒子と、を含み、配向性指数が15以下であり、タップ密度が0.75g/cm3以上であり、体積基準の累積粒度分布曲線において2以上のピークを有し、上記ピークの最大頻度の値Xに対する上記ピーク間における最小頻度の値Yの割合が15%以上であり、体積基準の累積粒度分布曲線における10%累積径が10μm以下であり、50%累積径が20~60μmであり、90%累積径が50~100μmであり、且つ99%累積径が135μm以下である、窒化ホウ素粉末を提供する。 One aspect of this disclosure provides boron nitride powder comprising primary boron nitride particles and aggregated particles formed by aggregation of primary boron nitride particles, having a crushing strength of 5 MPa or more, having an orientation index of 15 or less, a tap density of 0.75 g/ cm³ or more, having two or more peaks in a volume-based cumulative particle size distribution curve, having a ratio of the minimum frequency value Y between the peaks to the maximum frequency value X of the peaks of 15% or more, having a 10% cumulative diameter of 10 μm or less, a 50% cumulative diameter of 20 to 60 μm, a 90% cumulative diameter of 50 to 100 μm, and a 99% cumulative diameter of 135 μm or less in a volume-based cumulative particle size distribution curve.
上記窒化ホウ素粉末は、一次粒子が凝集してなる、圧壊強さに優れる凝集粒子と、凝集粒子を構成しない一次粒子とを含み、上述のような所定の粒度分布を有する混合物となっている。また、累積粒度分布曲線において2以上のピークを有し、上記ピークの最大頻度の値Xに対する上記ピーク間における最小頻度の値Yの割合が上記範囲内となっていることは、比較的広い範囲に亘って、粒子径の異なる一次粒子及び凝集粒子が含まれていることの指標とみることができる。上述の分布に加えて、凝集粒子と一次粒子との配合割合、配向性指数及びタップ密度がそれぞれ所定の範囲となるように、また各累積径が上述の範囲となるように調整されていることによって、樹脂への充填性に優れることに加えて、放熱性と絶縁性との双方に優れる樹脂シートを調製することが可能となっている。なお、上記凝集粒子は十分な圧壊強さを有し、樹脂との混練の際に崩壊することが抑制されている。 The boron nitride powder described above is a mixture containing aggregated particles, which have excellent crushing strength and are formed by the aggregation of primary particles, and primary particles that do not constitute aggregated particles, and has the predetermined particle size distribution described above. Furthermore, the presence of two or more peaks in the cumulative particle size distribution curve, and the ratio of the minimum frequency value Y between the peaks to the maximum frequency value X being within the specified range, can be seen as an indicator that primary particles and aggregated particles of different particle sizes are included over a relatively wide range. In addition to the distribution described above, by adjusting the blending ratio of aggregated particles to primary particles, the orientation index, and the tap density to be within the specified ranges, and by adjusting each cumulative diameter to be within the specified ranges, it is possible to prepare a resin sheet that not only has excellent filling properties for resins but also excellent heat dissipation and insulation properties. The aggregated particles have sufficient crushing strength, and their collapse during kneading with the resin is suppressed.
上記窒化ホウ素粉末は、比表面積が3.5m2/g以下であってよい。 The boron nitride powder described above may have a specific surface area of 3.5 m² /g or less.
上記窒化ホウ素粉末は、上記一次粒子の平均厚さが0.5μm以上であってよい。 The boron nitride powder described above may have an average thickness of 0.5 μm or more for the primary particles.
本開示によれば、樹脂への充填性に優れ、樹脂に充填した際に優れた放熱性及び絶縁性を発揮し得る樹脂シートを調製可能な窒化ホウ素粉末を提供できる。 According to this disclosure, a boron nitride powder can be provided that exhibits excellent fillability into resins and can be used to prepare resin sheets that exhibit excellent heat dissipation and insulation properties when filled into resins.
以下、本開示の実施形態を説明する。ただし、以下の実施形態は、本開示を説明するための例示であり、本開示を以下の内容に限定する趣旨ではない。 The following describes embodiments of this disclosure. However, these embodiments are illustrative examples for illustrating this disclosure and are not intended to limit this disclosure to the following.
本明細書において例示する材料は特に断らない限り、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。組成物中の各成分の含有量は、組成物中の各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。 Unless otherwise specified, the materials exemplified herein may be used individually or in combination of two or more. The content of each component in a composition refers to the total amount of any multiple substances present in the composition, unless otherwise specified, if multiple substances corresponding to each component exist in the composition.
窒化ホウ素粉末の一実施形態は、窒化ホウ素の一次粒子と、窒化ホウ素の一次粒子が凝集してなる、圧壊強さが5MPa以上である凝集粒子と、を含む。上記窒化ホウ素粉末は、配向性指数が15以下であり、タップ密度が0.75g/cm3以上である。また上記窒化ホウ素粉末は、体積基準の累積粒度分布曲線において2以上のピークを有し、上記ピークの最大頻度の値Xに対する上記ピーク間における最小頻度の値Yの割合が15%以上である。また、上記窒化ホウ素粉末は、体積基準の累積粒度分布曲線における10%累積径が10μm以下であり、50%累積径が20~60μmであり、90%累積径が50~100μmであり、且つ99%累積径が135μm以下である。 One embodiment of boron nitride powder comprises primary boron nitride particles and aggregated particles formed by the aggregation of primary boron nitride particles, having a crushing strength of 5 MPa or more. The boron nitride powder has an orientation index of 15 or less and a tap density of 0.75 g/ cm³ or more. The boron nitride powder also has two or more peaks in the volume-based cumulative particle size distribution curve, and the ratio of the minimum frequency value Y between the peaks to the maximum frequency value X is 15% or more. Furthermore, the boron nitride powder has a 10% cumulative diameter of 10 μm or less, a 50% cumulative diameter of 20 to 60 μm, a 90% cumulative diameter of 50 to 100 μm, and a 99% cumulative diameter of 135 μm or less in the volume-based cumulative particle size distribution curve.
凝集粒子の圧壊強さの下限値は、5MPa以上であるが、例えば、6MPa以上、7MPa以上、8MPa以上、9MPa以上、10MPa以上、11MPa以上、12MPa以上、又は13MPa以上であってよい。圧壊強さの下限値が上記範囲内であることで、樹脂との混練による凝集粒子の崩壊がより抑制され、得られる樹脂組成物及び成形体の放熱性をより向上させることができる。凝集粒子の圧壊強さの上限値は、例えば、30MPa以下、25MPa以下、23MPa以下、又は20MPa以下であってよい。圧壊強さの上限値が上記範囲内であることで、樹脂との混練の際にボイドの発生を抑制することができ、得られる樹脂組成物及び成形体の絶縁性をより向上させることができる。凝集粒子の圧壊強さは上述の範囲内で調整してよく、例えば、5~30MPa、7~30MPa、10~30MPa、11~25MPa、又は12~20MPaであってよい。 The lower limit of the crushing strength of the aggregated particles is 5 MPa or higher, but may be, for example, 6 MPa or higher, 7 MPa or higher, 8 MPa or higher, 9 MPa or higher, 10 MPa or higher, 11 MPa or higher, 12 MPa or higher, or 13 MPa or higher. Having the lower limit of the crushing strength within the above range further suppresses the collapse of aggregated particles during kneading with the resin, thereby improving the heat dissipation properties of the resulting resin composition and molded article. The upper limit of the crushing strength of the aggregated particles may be, for example, 30 MPa or lower, 25 MPa or lower, 23 MPa or lower, or 20 MPa or lower. Having the upper limit of the crushing strength within the above range suppresses the generation of voids during kneading with the resin, thereby improving the insulation properties of the resulting resin composition and molded article. The crushing strength of the aggregated particles may be adjusted within the above range, for example, 5 to 30 MPa, 7 to 30 MPa, 10 to 30 MPa, 11 to 25 MPa, or 12 to 20 MPa.
本明細書における圧壊強さは、JIS R 1639-5:2007「ファインセラミックス-か(顆)粒特性の測定方法-第5部:単一か粒圧壊強さ」の記載に準拠して測定される値を意味する。凝集粒子1個の圧壊強さσ(単位:MPa)は、凝集粒子内の位置によって変化する無次元数α(α=2.48)、圧壊試験力P(単位:N)及び粒子径d(単位:μm)の値から、σ=α×P/(π×d2)という式を用いて算出される。測定は、20個以上の凝集粒子に対して行い、累積破壊率63.2%時点の値を算出するものとする。測定には、微小圧縮試験器を用いることができる。微小圧縮試験器としては、例えば、株式会社島津製作所製の「MCT-210」(商品名)等を使用することができる。 In this specification, crush strength refers to the value measured in accordance with JIS R 1639-5:2007 "Fine Ceramics - Method for Measuring Granular Properties - Part 5: Single Granular Crushing Strength". The crush strength σ (unit: MPa) of a single agglomerated particle is calculated using the formula σ = α × P / (π × d² ) from the values of the dimensionless number α (α = 2.48), which changes depending on the position within the agglomerated particle, the crush test force P (unit: N), and the particle diameter d (unit: μm). The measurement shall be performed on 20 or more agglomerated particles, and the value at the point of cumulative fracture rate of 63.2% shall be calculated. A microcompression tester can be used for the measurement. For example, the "MCT-210" (product name) manufactured by Shimadzu Corporation can be used as a microcompression tester.
窒化ホウ素粉末に含まれる窒化ホウ素の一次粒子の平均厚さは、窒化ホウ素粉末を使用する際の要求特性に応じて調整してよい。窒化ホウ素の一次粒子の平均厚さの下限値は、例えば、0.5μm以上、0.6μm以上、又は0.7μm以上であってよい。上記平均厚さの下限値が上記範囲内であることで、得られる窒化ホウ素粉末は充填性により優れたものとなり得る。窒化ホウ素の一次粒子の平均厚さの上限値は、例えば、1.3μm以下、1.2μm以下、又は1.1μm以下であってよい。上記平均厚さの上限値が上記範囲内であることで、得られる窒化ホウ素粉末は配向性、放熱性、及び充填性のバランスにより優れたものとなり得る。窒化ホウ素の一次粒子の平均厚さは上述の範囲内で調整してよく、例えば、0.5~1.3μm、又は0.6~1.1μmであってよい。 The average thickness of the primary boron nitride particles in the boron nitride powder may be adjusted according to the required characteristics when using the boron nitride powder. The lower limit of the average thickness of the primary boron nitride particles may be, for example, 0.5 μm or more, 0.6 μm or more, or 0.7 μm or more. Having the lower limit of the average thickness within this range can result in a boron nitride powder with superior packing properties. The upper limit of the average thickness of the primary boron nitride particles may be, for example, 1.3 μm or less, 1.2 μm or less, or 1.1 μm or less. Having the upper limit of the average thickness within this range can result in a boron nitride powder with a superior balance of orientation, heat dissipation, and packing properties. The average thickness of the primary boron nitride particles may be adjusted within the above range, for example, 0.5 to 1.3 μm, or 0.6 to 1.1 μm.
本明細書における平均厚さは、後述する方法に沿って測定される値を意味する。プレス成型機を用いて、3gの窒化ホウ素粉末を5MPaの圧力で円盤状(直径:30mmφ)に成型して成型体を得る。そして、樹脂(GATAN社製、商品名:G2エポキシ)を用いて、得られた成型体を包埋する。次に、圧力をかけた方向と並行方向に断面ミリング加工を行うことによって、窒化ホウ素の一次粒子の断面が露出した試料を調製する。この断面を走査型電子顕微鏡によって撮影する。得られた粒子像を画像解析ソフトウェアに取り込み、得られた写真から矩形粒子の短辺(粒子厚み、粒子短径に相当)を測定する。測定は、任意に選択した100個の一次粒子に対して行うものとする。観測対象とする一次粒子には、凝集粒子を構成する一次粒子も含める。測定値の算術平均値を計算し、これを一次粒子の平均厚みを決定する。プレス成型機としては、例えば、株式会社リガク製の「BRE-32」(商品名)等を使用できる。走査型電子顕微鏡としては、例えば、日本電子株式会社製の「JSM-6010LA」(商品名)等を使用できる。画像解析ソフトウェアとしては、例えば、株式会社マウンテック製の「Mac-View」(商品名)等を使用できる。 In this specification, the average thickness refers to the value measured according to the method described later. Using a press molding machine, 3 g of boron nitride powder is molded into a disc shape (diameter: 30 mmφ) at a pressure of 5 MPa to obtain a molded body. The obtained molded body is then embedded in resin (GATAN Corporation, product name: G2 epoxy). Next, a sample is prepared in which the cross-section of the primary boron nitride particles is exposed by performing cross-sectional milling in a direction parallel to the direction in which the pressure was applied. This cross-section is photographed using a scanning electron microscope. The obtained particle image is imported into image analysis software, and the short side of the rectangular particle (corresponding to particle thickness, particle short axis) is measured from the obtained photograph. The measurement shall be performed on 100 arbitrarily selected primary particles. The primary particles to be observed include primary particles that constitute aggregated particles. The arithmetic mean of the measured values is calculated, and this is used to determine the average thickness of the primary particles. As a press molding machine, for example, the "BRE-32" (product name) manufactured by Rigaku Corporation can be used. For scanning electron microscopes, for example, the "JSM-6010LA" (product name) manufactured by JEOL Ltd. can be used. For image analysis software, for example, "Mac-View" (product name) manufactured by Mountec Co., Ltd. can be used.
上記窒化ホウ素粉末に含まれる窒化ホウ素の一次粒子の平均厚さは比較的大きなものとなっており、粉末全体の比表面積が低く抑制されたものとなり得る。窒化ホウ素粉末の比表面積の上限値は、例えば、3.5m2/g以下、3.3m2/g以下、3.0m2/g以下、又は2.9m2/g以下であってよい。上記比表面積の上限値が上記範囲内であることで、得られる窒化ホウ素粉末は充填性により優れたものとなり得る。窒化ホウ素粉末の比表面積の下限値は、例えば、1.0m2/g以上、1.2m2/g以上、1.4m2/g以上、又は1.6m2/g以上であってよい。上記比表面積の下限値が上記範囲内であることは、得られる窒化ホウ素粉末は配向性及び放熱性により優れたものとなり得る。窒化ホウ素粉末の比表面積は上述の範囲内で調整してよく、例えば、1.0~3.5m2/g、1.2~3.3m2/g、又は1.4~3.0m2/gであってよい。 The average thickness of the primary boron nitride particles contained in the boron nitride powder is relatively large, which can result in a low and suppressed specific surface area of the powder as a whole. The upper limit of the specific surface area of the boron nitride powder may be, for example, 3.5 m² /g or less, 3.3 m² /g or less, 3.0 m² /g or less, or 2.9 m² /g or less. By having the upper limit of the specific surface area within the above range, the resulting boron nitride powder may have superior packing properties. The lower limit of the specific surface area of the boron nitride powder may be, for example, 1.0 m² /g or more, 1.2 m² /g or more, 1.4 m² /g or more, or 1.6 m² /g or more. By having the lower limit of the specific surface area within the above range, the resulting boron nitride powder may have superior orientation and heat dissipation properties. The specific surface area of the boron nitride powder may be adjusted within the above range, for example, 1.0 to 3.5 m² /g, 1.2 to 3.3 m² /g, or 1.4 to 3.0 m² /g.
本明細書における比表面積は、JIS Z 8830:2013「ガス吸着による粉体(固体)の比表面積測定方法」の記載に準拠し、比表面積測定装置を用い測定される値を意味し、窒素ガスを使用したBET一点法を適用して算出される値である。比表面積測定装置としては、例えば、QUANTACHROME社製の「MONOSORB MS-22型」(商品名)等を使用することができる。 In this specification, the specific surface area refers to the value measured using a specific surface area measuring device in accordance with JIS Z 8830:2013 "Method for Measuring the Specific Surface Area of Powders (Solids) by Gas Adsorption," and is calculated by applying the BET single-point method using nitrogen gas. As a specific surface area measuring device, for example, the "MONOSORB MS-22" (product name) manufactured by QUANTACHROME can be used.
上記窒化ホウ素粉末は一次粒子の配向が十分に抑制されたものとなっている。上記窒化ホウ素粉末の配向性指数の上限値は15以下であるが、例えば、14以下、13以下、12以下、11以下、又は10以下であってよい。配向性指数の上限値が上記範囲内であることで、樹脂組成物及び成形体として実用上より十分な放熱性を発揮することができる。上記窒化ホウ素粉末の配向性指数の下限値は限定されるものではないが、6未満とすることは容易ではなく、例えば、6以上、7以上、又は8以上であってよい。窒化ホウ素粉末の配向性指数は上述の範囲内で調整してよく、例えば、6~15、6~13、6~10、又は7~10であってよい。 The boron nitride powder described above has sufficiently suppressed primary particle orientation. The upper limit of the orientation index of the boron nitride powder is 15 or less, but it may be, for example, 14 or less, 13 or less, 12 or less, 11 or less, or 10 or less. By keeping the upper limit of the orientation index within the above range, the resin composition and molded article can exhibit sufficiently sufficient heat dissipation for practical use. The lower limit of the orientation index of the boron nitride powder is not limited, but it is not easy to set it below 6; for example, it may be 6 or more, 7 or more, or 8 or more. The orientation index of the boron nitride powder may be adjusted within the above range, for example, 6 to 15, 6 to 13, 6 to 10, or 7 to 10.
本明細書における配向性指数は、以下の方法に沿って測定される値を意味する。窒化ホウ素粉末に対するX線回折測定を行うことによって、窒化ホウ素粉末のX線回折スペクトルを取得し、当該X線回折スペクトルから、(002)面及び(100)面に対応するピーク強度I(002)及びI(100)を取得する。得られたピーク強度を用いて、窒化ホウ素粉末の配向性指数[I(002)/I(100)]を算出する。配向性指数の測定対象は粉末であることから、粉末における、実質的に一次粒子が配向していない塊状粒子(凝集粒子)の存在割合が大きい場合、配向性指数の値は小さくなる傾向にある。一方で、凝集粒子を構成していない一次粒子の存在割合が大きくなると、配向性指数の値は大きくなる傾向にある。X線回折装置としては、例えば、株式会社リガク製の「ULTIMA-IV」(商品名)等を使用することができる。 In this specification, the orientation index refers to a value measured according to the following method: An X-ray diffraction spectrum of boron nitride powder is obtained by performing X-ray diffraction measurements on the boron nitride powder. From this X-ray diffraction spectrum, peak intensities I(002) and I(100) corresponding to the (002) and (100) planes are obtained. The orientation index [I(002)/I(100)] of the boron nitride powder is calculated using the obtained peak intensities. Since the orientation index is measured on a powder, the value of the orientation index tends to be small when the proportion of aggregated particles (substantially unoriented primary particles) in the powder is large. Conversely, the value of the orientation index tends to be large when the proportion of primary particles that do not constitute aggregated particles is large. As an X-ray diffractometer, for example, the "ULTIMA-IV" (product name) manufactured by Rigaku Corporation can be used.
上記窒化ホウ素粉末は比較的広い粒度分布を有し、且つ平均厚さの大きな一次粒子を含むことから比較的大きなタップ密度を有している。上記窒化ホウ素粉末のタップ密度の下限値は0.75g/cm3以上であるが、例えば、0.80g/cm3以上、0.81g/cm3以上、又は0.83g/cm3以上であってよい。上記タップ密度の下限値が上記範囲内であることで、樹脂への充填性をより向上させることができる。上記窒化ホウ素粉末のタップ密度の上限値は、特に制限されるものではないが、窒化ホウ素の理論密度(2.26g/cm3)から考えて、例えば、1.50g/cm3程度の値であってよく、1.30g/cm3以下、又は1.00g/cm3以下であってよい。上記窒化ホウ素粉末のタップ密度は上述の範囲内で調整してよく、例えば、0.75~1.50g/cm3であってよい。 The boron nitride powder described above has a relatively broad particle size distribution and contains primary particles with a large average thickness, resulting in a relatively high tap density. The lower limit of the tap density of the boron nitride powder is 0.75 g/ cm³ or higher, but it may be, for example, 0.80 g/ cm³ or higher, 0.81 g/ cm³ or higher, or 0.83 g/ cm³ or higher. Having the lower limit of the tap density within the above range can further improve the packing properties into the resin. The upper limit of the tap density of the boron nitride powder is not particularly limited, but considering the theoretical density of boron nitride (2.26 g/ cm³ ), it may be, for example, around 1.50 g/ cm³ , and may be 1.30 g/ cm³ or less, or 1.00 g/ cm³ or less. The tap density of the boron nitride powder may be adjusted within the above range, for example, 0.75 to 1.50 g/ cm³ .
本明細書におけるタップ密度は、JIS R 1628:1997「ファインセラミックス粉末の嵩密度測定方法」に記載の方法に準拠して求められる値を意味し、具体的には、実施例に記載の方法で決定される。 In this specification, tap density refers to the value obtained in accordance with the method described in JIS R 1628:1997 "Method for Measuring the Bulk Density of Fine Ceramic Powders," and specifically, it is determined by the method described in the Examples.
上記窒化ホウ素粉末は比較的広い粒度分布を有し、その範囲に亘って、粒子径の異なる一次粒子が適度に存在するものとなっている。上記窒化ホウ素粉末は、体積基準の累積粒度分布曲線において2以上のピークを有する。上記累積粒度分布曲線におけるピークの数は2以上であればよく、例えば、2~5、又は2~3であってよいが、2であってもよい。ここで、累積粒度分布曲線におけるピークとは、粒子径に沿って当該分布曲線をみたときに、極大値を与える位置のことを意味する。粉末によっては、粒度分布曲線においてそのままではピークが確認できない場合もある。このように、複数のピークが確認できない場合であっても、横軸を対数スケールとしたときの分布曲線が左右非対称であり、ショルダーピークを確認できる場合には、上記分布曲線を対数スケール上の標準偏差幅の粒子径に対応する対数正規分布曲線の和であると近似して、波形分離を行うことで、対象となる累積分布曲線におけるピークを検出し、その数を算出するものとする。 The boron nitride powder described above has a relatively broad particle size distribution, with a moderate amount of primary particles of different sizes present throughout that range. The boron nitride powder exhibits two or more peaks in its volume-based cumulative particle size distribution curve. The number of peaks in the cumulative particle size distribution curve only needs to be two or more; for example, it may be 2 to 5, or 2 to 3, but it may also be 2. Here, a peak in the cumulative particle size distribution curve refers to the position that yields a maximum value when the distribution curve is viewed along the particle size. In some cases, peaks may not be directly visible in the particle size distribution curve. Even in such cases where multiple peaks cannot be observed, if the distribution curve is asymmetrical when the horizontal axis is on a logarithmic scale and shoulder peaks can be observed, the distribution curve is approximated as the sum of log-normal distribution curves corresponding to particle sizes within a standard deviation range on the logarithmic scale. By performing waveform separation, the peaks in the target cumulative distribution curve are detected, and their number is calculated.
上述の累積粒度分布曲線において、上記ピークの最大頻度の値Xに対する上記ピーク間における最小頻度の値Yの割合(100×Y/Xの値)が15%以上である。上記ピークの最大頻度の値Xに対する上記ピーク間における最小頻度の値Yの割合の下限値は、例えば、20%以上、25%以上、28%以上、または30%以上であってよい。上記割合の下限値が上記範囲内であることで、得られる窒化ホウ素粉末は充填性により優れたものとなり得る。上記ピークの最大頻度の値Xに対する上記ピーク間における最小頻度の値Yの割合の上限値は、特に限定されるものではないが、例えば、50%以下、45%以下、42%以下、又は40%以下であってよい。上記割合の上限値が上記範囲内であることで、得られる窒化ホウ素粉末は放熱性により優れたものとなり得る。上記ピークの最大頻度の値Xに対する上記ピーク間における最小頻度の値Yの割合は上述の範囲内で調整してよく、例えば、15~50%、20~45%、又は25~42%であってよい。なお、ピークが3つ以上ある場合はピーク間において頻度が低下する箇所も複数箇所となるが、この場合、複数あるもののうちの最小頻度の値をYとする。 In the cumulative particle size distribution curve described above, the ratio of the minimum frequency value Y between the peaks (value of 100 × Y/X) to the maximum frequency value X of the peaks is 15% or more. The lower limit of the ratio of the minimum frequency value Y between the peaks to the maximum frequency value X may be, for example, 20% or more, 25% or more, 28% or more, or 30% or more. By having the lower limit of the ratio within the above range, the resulting boron nitride powder may have superior packing properties. The upper limit of the ratio of the minimum frequency value Y between the peaks to the maximum frequency value X of the peaks is not particularly limited, but may be, for example, 50% or less, 45% or less, 42% or less, or 40% or less. By having the upper limit of the ratio within the above range, the resulting boron nitride powder may have superior heat dissipation properties. The ratio of the minimum frequency value Y between the peaks to the maximum frequency value X of the peaks may be adjusted within the above range, for example, 15-50%, 20-45%, or 25-42%. If there are three or more peaks, there will be multiple points between the peaks where the frequency decreases. In this case, the value of the lowest frequency among these multiple points will be denoted as Y.
上記窒化ホウ素粉末の体積基準の累積粒度分布曲線における10%累積径(D10)の上限値は、10μm以下であるが、例えば、9μm以下、8μm以下、7μm以下、又は6μm以下であってよい。上記D10の上限値が上記範囲内であることで、得られる窒化ホウ素粉末は充填性及び放熱性により優れたものとなり得る。上記D10の下限値は、例えば、1μm以上、2μm以上、又は3μm以上であってよい。D10の下限値が上記範囲内であることで、得られる窒化ホウ素粉末は充填性及び絶縁性により優れたものとなり得る。 The upper limit of the 10% cumulative diameter (D10) in the volume-based cumulative particle size distribution curve of the boron nitride powder described above is 10 μm or less, but may be, for example, 9 μm or less, 8 μm or less, 7 μm or less, or 6 μm or less. Having the upper limit of D10 within this range can result in a boron nitride powder with superior packing and heat dissipation properties. The lower limit of D10 may be, for example, 1 μm or more, 2 μm or more, or 3 μm or more. Having the lower limit of D10 within this range can result in a boron nitride powder with superior packing and insulation properties.
上記窒化ホウ素粉末の体積基準の累積粒度分布曲線における50%累積径(D50、平均粒子径)は20~60μmである。上記D50の上限値は、例えば、50μm以下、45μm以下、40μm以下、38μm以下、又は36μm以下であってよい。上記D50の上限値が上記範囲内であることで、得られる窒化ホウ素粉末は絶縁性により優れたものとなり得る。上記D50の下限値は、例えば、22μm以上、24μm以上、又は26μm以上であってよい。上記D50の下限値が上記範囲内であることで、得られる窒化ホウ素粉末は放熱性により優れたものとなり得る。 The 50% cumulative particle size (D50, average particle size) in the volume-based cumulative particle size distribution curve of the boron nitride powder described above is 20 to 60 μm. The upper limit of D50 may be, for example, 50 μm or less, 45 μm or less, 40 μm or less, 38 μm or less, or 36 μm or less. Having the upper limit of D50 within this range can result in a boron nitride powder with superior insulating properties. The lower limit of D50 may be, for example, 22 μm or more, 24 μm or more, or 26 μm or more. Having the lower limit of D50 within this range can result in a boron nitride powder with superior heat dissipation properties.
上記窒化ホウ素粉末の体積基準の累積粒度分布曲線における90%累積径(D90)は50~100μmである。上記D90の上限値は、例えば、95μm以下、90μm以下、85μm以下、又は80μm以下であってよい。上記D90の上限値が上記範囲内であることで、得られる窒化ホウ素粉末は絶縁性により優れたものとなり得る。上記D90の下限値は、例えば、60μm以上、63μm以上、66μm以上、又は69μm以上であってよい。上記D90の下限値が上記範囲内であることで、得られる窒化ホウ素粉末は放熱性により優れたものとなり得る。 The 90% cumulative diameter (D90) in the volume-based cumulative particle size distribution curve of the boron nitride powder described above is 50 to 100 μm. The upper limit of D90 may be, for example, 95 μm or less, 90 μm or less, 85 μm or less, or 80 μm or less. Having the upper limit of D90 within this range can result in a boron nitride powder with superior insulating properties. The lower limit of D90 may be, for example, 60 μm or more, 63 μm or more, 66 μm or more, or 69 μm or more. Having the lower limit of D90 within this range can result in a boron nitride powder with superior heat dissipation properties.
上記窒化ホウ素粉末の体積基準の累積粒度分布曲線における99%累積径(D99)は、135μm以下である。上記D99の上限値は、例えば、132μm以下、130μm以下、128μm以下、又は126μm以下であってよい。上記D99の上限値が上記範囲内であることで、得られる窒化ホウ素粉末は絶縁性により優れたものとなり得る。上記D99の下限値は、特に限定されるものではないが、例えば、80μm以上、85μm以上、90μm以上、又は100μm以上であってよい。 The 99% cumulative particle size (D99) in the volume-based cumulative particle size distribution curve of the boron nitride powder described above is 135 μm or less. The upper limit of D99 may be, for example, 132 μm or less, 130 μm or less, 128 μm or less, or 126 μm or less. Having the upper limit of D99 within this range can result in a boron nitride powder with superior insulating properties. The lower limit of D99 is not particularly limited, but may be, for example, 80 μm or more, 85 μm or more, 90 μm or more, or 100 μm or more.
本明細書における窒化ホウ素粉末についての、D10、D50、D90、及びD99は、JIS Z 8825:2013「粒子径解析-レーザー回折・散乱法」に記載の方法に準拠して測定した値を意味する。測定には、レーザー回折散乱法粒度分布測定装置を使用する。なお、測定の際はホモジナイザーによる処理を行わずに、凝集粒子が存在する状況で測定を行うものとする。レーザー回折散乱法粒度分布測定装置としては、例えば、ベックマンコールター社製の「LS-13 320」(商品名)、及びマイクロトラック・ベル社製のマイクロトラック「MT-3300EXII」(商品名)等を使用できる。 In this specification, D10, D50, D90, and D99 for boron nitride powder refer to values measured in accordance with the method described in JIS Z 8825:2013 "Particle Size Analysis - Laser Diffraction and Scattering Method". A laser diffraction scattering particle size analyzer is used for measurement. Furthermore, the measurement should be performed without homogenizing, in the presence of aggregated particles. Examples of laser diffraction scattering particle size analyzers that can be used include the "LS-13 320" (product name) from Beckman Coulter and the "MT-3300EXII" (product name) from Microtrac-Bell.
上述の窒化ホウ素粉末は、樹脂への充填性に優れることから充填材として好適に使用できる。樹脂組成物の一実施形態は、上述の窒化ホウ素粉末と樹脂とを含む。当該樹脂組成物は、放熱性及び絶縁性に優れる樹脂シートを調製するために好適に使用できる。 The boron nitride powder described above is suitable for use as a filler due to its excellent ability to fill resins. One embodiment of the resin composition comprises the boron nitride powder described above and a resin. This resin composition is suitable for use in preparing a resin sheet with excellent heat dissipation and insulation properties.
窒化ホウ素粉末の含有量の下限値は、樹脂組成物の全体積を基準として、例えば、30体積%以上、40体積%以上、50体積%以上であってよい。窒化ホウ素粉末の含有量の下限値が上記範囲内であることで、樹脂組成物を成形して得られる樹脂シートの放熱性を向上させ、優れた放熱シートが得られ得る。窒化ホウ素粉末の含有量の上限値は、樹脂組成物の全体積を基準として、例えば、85体積%以下、80体積%以下、又は70体積%以下であってよい。窒化ホウ素粉末の含有量の上限値が上記範囲内であることで、樹脂組成物の成形時に内部に空隙が発生することをより抑制することができ、また絶縁性及び機械強度の低下を抑制することができる。 The lower limit of the boron nitride powder content may be, for example, 30% by volume or more, 40% by volume or more, or 50% by volume or more, based on the total volume of the resin composition. By keeping the lower limit of the boron nitride powder content within the above range, the heat dissipation of the resin sheet obtained by molding the resin composition is improved, and an excellent heat dissipation sheet can be obtained. The upper limit of the boron nitride powder content may be, for example, 85% by volume or less, 80% by volume or less, or 70% by volume or less, based on the total volume of the resin composition. By keeping the upper limit of the boron nitride powder content within the above range, the occurrence of internal voids during molding of the resin composition can be further suppressed, and a decrease in insulation properties and mechanical strength can be suppressed.
樹脂は、例えば、液晶ポリマー、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、アクリル樹脂、ポリオレフィン(ポリエチレン等)、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、全芳香族ポリエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、マレイミド変性樹脂、ABS(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン)樹脂、AAS(アクリロニトリル-アクリルゴム・スチレン)樹脂、及びAES(アクリロニトリル・エチレン・プロピレン・ジエンゴム-スチレン)樹脂が挙げられる。 Examples of resins include liquid crystal polymers, fluororesins, silicone resins, silicone rubber, acrylic resins, polyolefins (such as polyethylene), epoxy resins, phenolic resins, melamine resins, urea resins, unsaturated polyesters, polyimides, polyamide-imides, polyetherimides, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyphenylene ether, polyphenylene sulfide, fully aromatic polyesters, polysulfones, polyethersulfones, polycarbonates, maleimide-modified resins, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) resins, AAS (acrylonitrile-acrylic rubber/styrene) resins, and AES (acrylonitrile-ethylene-propylene-diene rubber/styrene) resins.
樹脂の含有量は、樹脂組成物の全体積を基準として、例えば、15体積%以上、20体積%以上、又は30体積%以上であってよく、70体積%以下、60体積%以下、又は50体積%以下であってよい。 The resin content may be, for example, 15% or more by volume, 20% or more by volume, or 30% or more by volume, and may be 70% or less by volume, 60% or less by volume, or 50% or less by volume, based on the total volume of the resin composition.
樹脂組成物は、樹脂を硬化させる硬化剤を更に含有していてよい。硬化剤は、樹脂の種類によって適宜選択してよい。例えば、樹脂がエポキシ樹脂である場合、硬化剤としては、例えば、フェノールノボラック化合物、酸無水物、アミノ化合物、及びイミダゾール化合物等が挙げられる。硬化剤の含有量は、樹脂100質量部に対して、例えば、0.5質量部以上又は1.0質量部以上であってよく、15.0質量部以下又は10.0質量部以下であってよい。 The resin composition may further contain a curing agent for curing the resin. The curing agent may be appropriately selected depending on the type of resin. For example, if the resin is an epoxy resin, examples of curing agents include phenol novolac compounds, acid anhydrides, amino compounds, and imidazole compounds. The curing agent content may be, for example, 0.5 parts by mass or more, or 1.0 part by mass or more, and 15.0 parts by mass or less, or 10.0 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the resin.
上述の窒化ホウ素粉末は、例えば、以下のような方法で製造することができる。窒化ホウ素粉末の製造方法の一実施形態は、窒化ホウ素の一次粒子が凝集してなる凝集体を含む第一粉末と、平均厚さが1.0μm以上である窒化ホウ素の一次粒子を含む第二粉末とを混合する工程を含む。上記窒化ホウ素粉末の製造方法において、上記第一粉末及び上記第二粉末は、それぞれが、別々に調製された窒化ホウ素粉末の混合粉末であってもよい。 The boron nitride powder described above can be manufactured, for example, by the following method. One embodiment of the method for manufacturing boron nitride powder includes a step of mixing a first powder containing aggregates formed by the aggregation of primary boron nitride particles with a second powder containing primary boron nitride particles having an average thickness of 1.0 μm or more. In the above method for manufacturing boron nitride powder, the first powder and the second powder may each be a mixed powder of separately prepared boron nitride powders.
窒化ホウ素の一次粒子が凝集してなる凝集体を含む第一粉末は、例えば、いわゆるB4C法を応用した製造方法によって調製されたものであってもよい。B4C法を応用した製造方法の一例は、炭化ホウ素粉末を、窒素加圧雰囲気下で焼成して、炭窒化ホウ素を含む焼成物を得る工程(窒化工程)と、上記焼成物の粗大粒子の少なくとも一部を除去して平均粒子径が45μm以下に調整する工程(粒度調整工程)と、当該焼成物と、ホウ酸を含むホウ素含有化合物とを含む混合粉末を加熱して鱗片状である窒化ホウ素の一次粒子を生成し、一次粒子が凝集して構成される塊状粒子を含む第一粉末を得る工程(結晶化工程)と、を有する。上記製造方法において、ホウ素含有化合物の含有量は、炭窒化ホウ素粉末100質量部に対して、50質量部以上である。 The first powder containing aggregates formed by the aggregation of primary boron nitride particles may be prepared, for example, by a manufacturing method that applies the so-called B4C method. An example of a manufacturing method that applies the B4C method includes the steps of: firing boron carbide powder under a nitrogen pressurized atmosphere to obtain a calcined product containing boron carbonitride (nitriding step); removing at least a portion of the coarse particles of the calcined product to adjust the average particle size to 45 μm or less (particle size adjustment step); and heating a mixed powder containing the calcined product and a boron-containing compound containing boric acid to generate flaky primary boron nitride particles, and obtaining a first powder containing lumpy particles formed by the aggregation of primary particles (crystallization step). In the above manufacturing method, the content of the boron-containing compound is 50 parts by mass or more per 100 parts by mass of boron carbonitride powder.
炭化ホウ素粉末は、例えば、以下の手順で調製することができる。ホウ酸とアセチレンブラックとを混合したのち、不活性ガス雰囲気中、1800~2400℃にて、1~10時間加熱し、炭化ホウ素塊を得る。この炭化ホウ素塊を、粉砕後、篩分けし、洗浄、不純物除去、乾燥等を適宜行い、炭化ホウ素粉末を調製することができる。ここで、炭化ホウ素粉末は、例えば、比較的緩やかな条件で粉砕を行った後、振動篩による分級と気流分級とを組み合わせて行うことによって得ることができる。具体的には、振動篩で所定サイズ以上の粒子を排除し、気流分級で所定サイズ以下の粒子を排除することによって得てもよい。 Boron carbide powder can be prepared, for example, by the following procedure. Boric acid and acetylene black are mixed, and then heated in an inert gas atmosphere at 1800-2400°C for 1-10 hours to obtain boron carbide lumps. These boron carbide lumps are then crushed, sieved, washed, impurity removed, dried, etc., as appropriate to prepare boron carbide powder. Here, boron carbide powder can be obtained, for example, by crushing under relatively mild conditions, followed by a combination of classification using a vibrating sieve and airflow classification. Specifically, it may be obtained by removing particles larger than a predetermined size using a vibrating sieve and removing particles smaller than a predetermined size using airflow classification.
窒化工程では、炭化ホウ素粉末を、窒素加圧雰囲気下で焼成して炭窒化ホウ素(B4CN4)を含む焼成物を得る。窒化工程における焼成温度は、例えば、1800~2400℃、1900~2400℃、1800~2200℃、又は1900~2200℃であってよい。 In the nitriding process, boron carbide powder is calcined under a nitrogen pressurized atmosphere to obtain a calcined product containing boron carbonitride ( B4CN4 ). The calcination temperature in the nitriding process may be, for example, 1800-2400°C, 1900-2400°C, 1800-2200°C, or 1900-2200°C.
窒化工程における圧力は、0.6~1.0MPa、0.7~1.0MPa、0.6~0.9MPa、又は0.7~0.9MPaであってよい。当該圧力の下限値を上記範囲内とすることで、炭化ホウ素の窒化をより十分に進行させることができる。一方、当該圧力が高すぎると、製造コストが上昇する傾向にある。 The pressure in the nitriding process may be 0.6–1.0 MPa, 0.7–1.0 MPa, 0.6–0.9 MPa, or 0.7–0.9 MPa. By setting the lower limit of the pressure within these ranges, the nitriding of boron carbide can be carried out more sufficiently. On the other hand, if the pressure is too high, manufacturing costs tend to increase.
窒化工程における窒素加圧雰囲気の窒素ガス濃度は95.0体積%以上、又は99.9体積%以上であってよい。窒化工程における焼成時間は、窒化が十分進む範囲であれば特に限定されず、例えば6~30時間であってよく、8~20時間であってもよい。 The nitrogen gas concentration in the nitrogen pressurized atmosphere during the nitriding process may be 95.0% by volume or higher, or 99.9% by volume or higher. The firing time during the nitriding process is not particularly limited as long as sufficient nitriding is achieved; for example, it may be 6 to 30 hours, or 8 to 20 hours.
粒度調整工程は、上記焼成物の粗大粒子の少なくとも一部を除去して平均粒子径が45μm以下に調整する。 The particle size adjustment process involves removing at least a portion of the coarse particles from the above-mentioned calcined material to adjust the average particle size to 45 μm or less.
結晶化工程では、窒化工程で得られた炭窒化ホウ素を含む焼成物とホウ素含有化合物とを含む配合物を加熱して、鱗片状である窒化ホウ素の一次粒子を生成し、一次粒子が凝集して構成される塊状粒子を含む窒化ホウ素粉末を得る。すなわち、結晶化工程では、炭窒化ホウ素を脱炭化させるとともに、所定の大きさの鱗片状の一次粒子を生成させつつ、これらを凝集させて塊状粒子を含む窒化ホウ素粉末を得る。 In the crystallization process, a mixture containing the calcined product with boron carbonitride obtained in the nitriding process and a boron-containing compound is heated to generate flaky primary particles of boron nitride. Boron nitride powder containing lumpy particles formed by the aggregation of these primary particles is then obtained. In other words, the crystallization process decarburizes the boron carbonitride while simultaneously generating flaky primary particles of a predetermined size. These particles are then aggregated to obtain boron nitride powder containing lumpy particles.
ホウ素含有化合物としては、ホウ酸に加えて、酸化ホウ素等が挙げられる。結晶化工程で加熱する混合粉末は、公知の添加物を含有してもよい。 Examples of boron-containing compounds include boric acid and boron oxide. The mixed powder heated during the crystallization process may contain known additives.
混合粉末において、炭窒化ホウ素とホウ素含有化合物との配合割合は、モル比に応じて適切に設定可能である。混合粉末におけるホウ素含有化合物の含有量は、炭窒化ホウ素100質量部に対して、例えば、50~300質量部、100~300質量部、100~250質量部、又は150~250質量であってよい。ホウ素含有化合物を炭窒化ホウ素に対して過剰量となるように含有させ、加熱処理することで炭化ホウ素の未反応物及び炭窒化ホウ素を十分に反応させて、上記未反応物等の含有量をより低減することができる。 In the mixed powder, the mixing ratio of boron carbonitride and boron-containing compound can be appropriately set according to the molar ratio. The content of the boron-containing compound in the mixed powder may be, for example, 50 to 300 parts by mass, 100 to 300 parts by mass, 100 to 250 parts by mass, or 150 to 250 parts by mass, per 100 parts by mass of boron carbonitride. By including the boron-containing compound in excess of the boron carbonitride and then heat-treating the mixture, the unreacted boron carbide and the boron carbonitride can be sufficiently reacted, further reducing the content of unreacted substances.
結晶化工程において混合粉末を加熱する加熱温度は、例えば、1800~2200℃、2000~2200℃、又は2000~2100℃であってよい。加熱温度を上記範囲内とすることで、粒成長をより十分に進行させることができる。結晶化工程は、常圧(大気圧)の雰囲気下で加熱してもよく、加圧して大気圧を超える圧力で加熱してもよい。加圧する場合には、例えば0.5MPa以下、又は0.3MPa以下であってよい。 The heating temperature for the mixed powder in the crystallization process may be, for example, 1800-2200°C, 2000-2200°C, or 2000-2100°C. By setting the heating temperature within these ranges, grain growth can be more sufficiently advanced. The crystallization process may be carried out under normal pressure (atmospheric pressure), or it may be carried out under pressure exceeding atmospheric pressure. If pressurization is used, the pressure may be, for example, 0.5 MPa or less, or 0.3 MPa or less.
結晶化工程における加熱時間は、例えば、0.5~40.0時間、0.5~35.0時間、又は1.0~30.0時間であってよい。加熱時間が短すぎると粒成長が十分に進行しない傾向にある。一方、加熱時間が長すぎると工業的に不利になる傾向にある。 The heating time in the crystallization process may be, for example, 0.5 to 40.0 hours, 0.5 to 35.0 hours, or 1.0 to 30.0 hours. If the heating time is too short, grain growth tends not to proceed sufficiently. On the other hand, if the heating time is too long, it tends to be industrially disadvantageous.
以上の工程によって、窒化ホウ素の一次粒子の凝集粒子を含む第一粉末を得ることができる。結晶化工程の後に、粉砕工程を行ってもよい。粉砕工程においては、一般的な粉砕機又は解砕機を用いることができる。例えば、ボールミル、振動ミル、ジェットミル等を用いることができる。なお、本開示においては、「粉砕」には「解砕」も含まれる。粉砕及び分級によって、第一粉末の平均粒径を15~200μmに調整してもよい。 Through the above process, a first powder containing aggregated primary boron nitride particles can be obtained. A grinding step may be performed after the crystallization step. A general grinder or crusher can be used in the grinding step. For example, a ball mill, vibration mill, jet mill, etc., can be used. In this disclosure, "grinding" also includes "crushing." The average particle size of the first powder may be adjusted to 15 to 200 μm by grinding and classification.
平均厚さが1.0μm以上である窒化ホウ素の一次粒子を含む第二粉末は、例えば、いわゆる炭素還元法を応用した製造方法によって調製されたものであってもよい。炭素還元法を応用した第二粉末の製造方法の一例は、ホウ酸を含むホウ素含有化合物と、炭素含有化合物とを含む原料組成物を、窒素含有化合物を含むガス雰囲気、且つ0.25MPa以上5.0MPa未満の圧力下において、1600℃以上の温度で加熱処理して第一の加熱処理物を得る低温焼成工程と、上記低温焼成工程よりも高く、1850℃未満の温度で第一の加熱処理物を加熱処理して第二の加熱処理物を得る焼成工程と、上記焼成工程よりも高い温度で、上記第二の加熱処理物を焼成して第二粉末を得る高温焼成工程と、を有する。上記製造方法において、ホウ素含有化合物の含有量は、炭素含有化合物100質量部に対して、350質量部以上であってよい。 The second powder, containing primary boron nitride particles with an average thickness of 1.0 μm or more, may be prepared, for example, by a manufacturing method applying the so-called carbon reduction method. An example of a manufacturing method for the second powder using the carbon reduction method includes: a low-temperature firing step to obtain a first heat-treated product by heating a raw material composition containing a boron-containing compound and a carbon-containing compound at a temperature of 1600°C or higher in a gas atmosphere containing a nitrogen-containing compound and under a pressure of 0.25 MPa or more and less than 5.0 MPa; a firing step to obtain a second heat-treated product by heating the first heat-treated product at a temperature higher than the low-temperature firing step but less than 1850°C; and a high-temperature firing step to obtain a second powder by firing the second heat-treated product at a temperature higher than the firing step. In the above manufacturing method, the content of the boron-containing compound may be 350 parts by mass or more per 100 parts by mass of the carbon-containing compound.
低温焼成工程は、原料組成物を、窒素含有化合物の存在下で、加圧及び加熱することで窒化ホウ素を生成させる工程である。原料組成物は、ホウ素含有化合物及び炭素含有化合物を含む。 The low-temperature firing process is a process in which boron nitride is produced by pressurizing and heating the raw material composition in the presence of a nitrogen-containing compound. The raw material composition includes a boron-containing compound and a carbon-containing compound.
ホウ素含有化合物は構成元素としてホウ素を有する化合物である。ホウ素含有化合物は、炭素含有化合物及び窒素含有化合物と反応して窒化ホウ素を形成する化合物である。ホウ素含有化合物としては、純度が高く比較的安価な原料を用いることができる。このようなホウ素含有化合物としては、ホウ酸の他、例えば、酸化ホウ素などが挙げられる。ホウ素含有化合物はホウ酸を含むが、ホウ酸は加熱によって脱水し酸化ホウ素となり、原料組成物の加熱処理中に液相を形成すると共に粒成長を促す助剤としても働くことができる。またホウ酸は、低圧環境下で加熱することによって、容易に系外に除去することができる。 Boron-containing compounds are compounds that have boron as a constituent element. Boron-containing compounds react with carbon-containing compounds and nitrogen-containing compounds to form boron nitride. High-purity and relatively inexpensive raw materials can be used as boron-containing compounds. Examples of such boron-containing compounds include boric acid and, for example, boron oxide. Boron-containing compounds contain boric acid, which dehydrates upon heating to form boron oxide. This boron oxide forms a liquid phase during the heat treatment of the raw material composition and also acts as an aid to promote grain growth. Furthermore, boric acid can be easily removed from the system by heating under low pressure.
炭素含有化合物は構成元素として炭素原子を有する化合物である。炭素含有化合物は、ホウ素含有化合物及び窒素含有化合物と反応して窒化ホウ素を形成する。炭素含有化合物としては、純度が高く比較的安価な原料を用いることができる。このような炭素含有化合物としては、例えば、カーボンブラック及びアセチレンブラック等が挙げられる。 Carbon-containing compounds are compounds that have carbon atoms as constituent elements. Carbon-containing compounds react with boron-containing compounds and nitrogen-containing compounds to form boron nitride. High-purity and relatively inexpensive raw materials can be used as carbon-containing compounds. Examples of such carbon-containing compounds include carbon black and acetylene black.
原料組成物において、ホウ素含有化合物を炭素含有化合物に対して過剰量となるように配合する。原料組成物におけるホウ素含有化合物の含有量は、炭素含有化合物100質量部に対して、例えば、350~1000質量部、400~800質量部、450~700質量部、又は450~600質量部であってよい。原料組成物にホウ素含有化合物を過剰量で含有させ、加熱処理することで炭素含有化合物を十分に反応させて、その含有量を低減することによって、得られる第二粉末の純度をより向上させることができる。 In the raw material composition, the boron-containing compound is blended in excess of the carbon-containing compound. The content of the boron-containing compound in the raw material composition may be, for example, 350 to 1000 parts by mass, 400 to 800 parts by mass, 450 to 700 parts by mass, or 450 to 600 parts by mass per 100 parts by mass of the carbon-containing compound. By including an excess amount of the boron-containing compound in the raw material composition and then heat-treating it to thoroughly react with the carbon-containing compound, thereby reducing its content, the purity of the resulting second powder can be further improved.
上述の第二粉末の製造方法は、例えば、原料組成物の調製工程を備えてもよい。当該原料組成物の調製工程は、ホウ素含有化合物を脱水する工程を含んでいてもよい。ホウ素含有化合物を脱水する工程を有することで、低温焼成工程で得られる窒化ホウ素の収量を向上させることができる。また原料組成物の調製工程は、原料をより一層均一に混合し、原料組成物の加熱による反応をより均質な環境で行う観点から、衝撃式粉砕機(パルぺライザー)等を用いた粉砕混合処理を行ってもよい。 The above-described method for producing the second powder may, for example, include a step for preparing the raw material composition. This raw material composition preparation step may include a step for dehydrating the boron-containing compound. Including a step for dehydrating the boron-containing compound can improve the yield of boron nitride obtained in the low-temperature calcination step. Furthermore, the raw material composition preparation step may involve a pulverizing and mixing process using an impact pulverizer or the like, from the viewpoint of further homogeneously mixing the raw materials and carrying out the heating reaction of the raw material composition in a more homogeneous environment.
原料組成物は、炭素含有化合物及びホウ素含有化合物に加えて、その他の化合物を含有してもよい。その他の化合物としては、例えば、核剤としての窒化ホウ素等が挙げられる。原料組成物が核剤としての窒化ホウ素を含有することで、合成される第二粉末の平均粒径をより容易に制御することができる。原料組成物は、好ましくは核剤を含む。原料組成物が核剤を含む場合、比表面積の小さな第二粉末の製造がより容易となる。 The raw material composition may contain other compounds in addition to carbon-containing and boron-containing compounds. Examples of other compounds include boron nitride as a nucleating agent. Including boron nitride as a nucleating agent in the raw material composition makes it easier to control the average particle size of the synthesized second powder. The raw material composition preferably contains a nucleating agent. When the raw material composition contains a nucleating agent, it becomes easier to produce a second powder with a small specific surface area.
核剤としての窒化ホウ素の粉末を使用する場合には、上記核剤の含有量は、原料組成物100質量部を基準として、例えば、0.05~8.00質量部であってよい。上記核剤の含有量の下限値を0.05質量部以上とすることで、核剤を含むことの効果をより向上させることができる。上記核剤の含有量の上限値を8.00質量部以下とすることで、第二粉末の収量を向上させることができる。 When using boron nitride powder as a nucleating agent, the content of the nucleating agent may be, for example, 0.05 to 8.00 parts by mass per 100 parts by mass of the raw material composition. Setting the lower limit of the nucleating agent content to 0.05 parts by mass or more can further enhance the effect of including the nucleating agent. Setting the upper limit of the nucleating agent content to 8.00 parts by mass or less can improve the yield of the second powder.
窒素含有化合物は構成元素として窒素原子を有する化合物であり、炭素含有化合物及びホウ素含有化合物と反応して窒化ホウ素を形成する化合物である。窒素含有化合物としては、例えば、窒素及びアンモニア等が挙げられる。窒素含有化合物は、ガスの形で供給されてよく、この場合、窒素含有化合物は窒素含有ガスともいう。窒素含有ガスは、窒化反応による窒化ホウ素の形成を促進する観点、及びコストを低減する観点から、好ましくは窒素ガスを含み、より好ましくは窒素ガスである。窒素含有ガスとして複数の気体の混合ガスを用いる場合、混合ガス中における窒素ガスの割合が、好ましくは95体積/体積%以上であってよい。なお、上記窒素ガスの割合は、標準状態における体積で定められる値を意味する。 Nitrogen-containing compounds are compounds that have nitrogen atoms as constituent elements and react with carbon-containing compounds and boron-containing compounds to form boron nitride. Examples of nitrogen-containing compounds include nitrogen and ammonia. Nitrogen-containing compounds may be supplied in gaseous form; in this case, the nitrogen-containing compound is also called a nitrogen-containing gas. From the viewpoint of promoting the formation of boron nitride through the nitriding reaction and reducing costs, the nitrogen-containing gas preferably contains nitrogen gas, and more preferably nitrogen gas. When a mixture of multiple gases is used as the nitrogen-containing gas, the proportion of nitrogen gas in the mixture may preferably be 95% by volume. Note that the above proportion of nitrogen gas refers to the value determined by volume under standard conditions.
低温焼成工程は加圧下で行われる。低温焼成工程における圧力は、例えば、0.25MPa以上5.00MPa未満、0.25~3.00MPa、0.25~2.00MPa、0.25~1.00MPa、0.25MPa以上1.00MPa未満、0.30~2.00MPa、又は0.50~2.00MPaであってよい。低温焼成工程における圧力を高くすることで、ホウ素含有化合物等の原料の揮発をより抑制し、副生成物である炭化ホウ素の生成を抑制することができる。また低温焼成工程における圧力を高くすることで、窒化ホウ素粉末の比表面積の増加を抑制することができる。低温焼成工程の圧力の上限値を上記範囲内とすることで、窒化ホウ素の一次粒子の成長をより促進することができる。 The low-temperature firing process is carried out under pressure. The pressure during the low-temperature firing process may be, for example, 0.25 MPa or more but less than 5.00 MPa, 0.25 to 3.00 MPa, 0.25 to 2.00 MPa, 0.25 to 1.00 MPa, 0.25 MPa or more but less than 1.00 MPa, 0.30 to 2.00 MPa, or 0.50 to 2.00 MPa. Increasing the pressure during the low-temperature firing process further suppresses the volatilization of raw materials such as boron-containing compounds, thereby suppressing the formation of boron carbide, a by-product. Furthermore, increasing the pressure during the low-temperature firing process can suppress the increase in the specific surface area of the boron nitride powder. By setting the upper limit of the pressure during the low-temperature firing process within the above range, the growth of primary boron nitride particles can be further promoted.
低温焼成工程は加熱下で行われる。低温焼成工程における加熱温度は、例えば、1650℃以上1800℃未満、1650~1750℃、又は1650~1700℃であってよい。低温焼成工程における加熱温度の下限値を上記範囲内とすることで、反応を促進させ、低温焼成工程で得られる窒化ホウ素の収量を向上させることができる。低温焼成工程における加熱温度の上限値を上記範囲内とすることで、副生成物の生成を十分に抑制することができる。低温焼成工程において、昇温速度は特に制限されるものでは無いが、例えば、0.5℃/分以上であってよい。 The low-temperature firing process is carried out under heating. The heating temperature in the low-temperature firing process may be, for example, 1650°C or higher but less than 1800°C, 1650°C to 1750°C, or 1650°C to 1700°C. By setting the lower limit of the heating temperature in the low-temperature firing process within the above range, the reaction can be promoted, and the yield of boron nitride obtained in the low-temperature firing process can be improved. By setting the upper limit of the heating temperature in the low-temperature firing process within the above range, the formation of by-products can be sufficiently suppressed. While there are no particular restrictions on the heating rate in the low-temperature firing process, it may be, for example, 0.5°C/min or higher.
低温焼成工程における加熱時間は、例えば、1~10時間、1~5時間、又は2~4時間であってよい。窒化ホウ素を合成する反応の序盤である低温焼成工程において、比較的低温で所定時間の間、維持することで、反応系をより均質化することができ、ひいては低温焼成工程で形成される窒化ホウ素をより均質化できる。 The heating time in the low-temperature firing process may be, for example, 1 to 10 hours, 1 to 5 hours, or 2 to 4 hours. By maintaining a relatively low temperature for a predetermined period during the low-temperature firing process, which is the initial stage of the reaction for synthesizing boron nitride, the reaction system can be made more homogenized, and consequently, the boron nitride formed in the low-temperature firing process can be made more homogenized.
焼成工程は、低温焼成工程で得られた第一の加熱処理物を、低温焼成工程よりも高い温度で更に加熱処理して第二の加熱処理物を得る工程である。本工程において、結晶粒の成長を促すと共に、反応系における助剤をより十分に消費させることができる。 The firing process involves further heating the first heat-treated product obtained in the low-temperature firing process at a higher temperature than that of the low-temperature firing process to obtain a second heat-treated product. This process promotes crystal grain growth and allows for more efficient consumption of the additives in the reaction system.
焼成工程における加熱温度は、低温焼成工程よりも高く、1850℃未満の温度である。焼成工程は、低温焼成工程に連続して行ってもよく、低温焼成工程における温度以外の条件は維持したままであってよい。すなわち、低温焼成工程も窒素含有ガス等を含む加圧環境下で第一の加熱処理物を加熱する工程であってよい。 The heating temperature in the firing process is higher than that of the low-temperature firing process, and is below 1850°C. The firing process may be performed immediately after the low-temperature firing process, and all conditions other than the temperature in the low-temperature firing process may be maintained. That is, the low-temperature firing process may also be a process of heating the first heat-treated material under a pressurized environment containing nitrogen-containing gas, etc.
焼成工程における加熱時間は、例えば、3~15時間、5~10時間、又は6~9時間であってよい。 The heating time in the firing process may be, for example, 3 to 15 hours, 5 to 10 hours, or 6 to 9 hours.
高温焼成工程は、焼成工程で得られた第二の加熱処理物を、更に高温で焼成して第二粉末を得る工程である。高温焼成工程において、窒化ホウ素の結晶性をより向上させた窒化ホウ素の一次粒子が得られる。得られる窒化ホウ素の一次粒子は、鱗片状の形状を有する。さらに本工程における加熱温度を高く設定することによって、助剤等の残存量を低減し、純度をより向上させることで、得られる窒化ホウ素粉末を焼結体の原料としてより好適なものとすることができる。 The high-temperature firing process involves further firing the second heat-treated material obtained in the firing process at a higher temperature to obtain a second powder. In the high-temperature firing process, primary boron nitride particles with improved crystallinity are obtained. These primary boron nitride particles have a flaky shape. Furthermore, by setting a higher heating temperature in this process, the amount of residual additives is reduced, and the purity is further improved, making the resulting boron nitride powder more suitable as a raw material for sintered bodies.
高温焼成工程における圧力は低温焼成工程及び焼成工程と同じであっても、異なってもよい。高温焼成工程における圧力が低温焼成工程及び焼成工程と異なる場合、高温焼成工程の圧力は、低温焼成工程及び焼成工程における圧力よりも低くてよい。 The pressure in the high-temperature firing process may be the same as or different from that in the low-temperature firing and firing processes. If the pressure in the high-temperature firing process differs from that in the low-temperature firing and firing processes, the pressure in the high-temperature firing process may be lower than that in the low-temperature firing and firing processes.
高温焼成工程の圧力は、例えば、0.25MPa以上5.00MPa未満、0.25~3.00MPa、0.25~2.00MPa、0.25~1.00MPa、0.25MPa以上1.00MPa未満、0.30~2.00MPa、又は0.50~2.00MPaであってよい。高温焼成工程における圧力を高くすることで、得られる第二粉末における純度をより向上させることができる。高温焼成工程における圧力の上限値を上記範囲内とすることで、第二粉末の製造コストをより低減することができ、工業的に優位である。 The pressure during the high-temperature firing process may be, for example, 0.25 MPa or more and less than 5.00 MPa, 0.25 to 3.00 MPa, 0.25 to 2.00 MPa, 0.25 to 1.00 MPa, 0.25 MPa or more and less than 1.00 MPa, 0.30 to 2.00 MPa, or 0.50 to 2.00 MPa. Increasing the pressure during the high-temperature firing process can further improve the purity of the resulting second powder. By setting the upper limit of the pressure during the high-temperature firing process within the above range, the manufacturing cost of the second powder can be further reduced, which is industrially advantageous.
高温焼成工程における焼成温度は上記焼成工程における加熱温度よりも高い温度に設定する。高温焼成工程における焼成温度は、例えば、1850~2100℃、1850~2050℃、又は1900~2025℃であってよい。高温焼成工程における焼成温度を高くすることで、第二粉末の純度をより向上させると共に、一次粒子の成長を促進して、第二粉末の比表面積をより小さなものとすることができる。高温焼成工程における焼成温度の上限値を上記範囲内とすることで、窒化ホウ素の黄変化を抑制することができる。 The firing temperature in the high-temperature firing process is set higher than the heating temperature in the firing process described above. The firing temperature in the high-temperature firing process may be, for example, 1850-2100°C, 1850-2050°C, or 1900-2025°C. By increasing the firing temperature in the high-temperature firing process, the purity of the secondary powder can be further improved, and the growth of primary particles can be promoted, resulting in a smaller specific surface area of the secondary powder. By setting the upper limit of the firing temperature in the high-temperature firing process within the above range, the yellowing of boron nitride can be suppressed.
高温焼成工程における焼成時間(高温での加熱時間)は、例えば、0.5~30時間、1~25時間、又は3~10時間であってよい。高温焼成工程における焼成時間を上記範囲内とすることで、第二粉末の純度をより向上させると共に、一次粒子の成長をより十分なものとすることができる。高温焼成工程における焼成時間を上記範囲内に収めることで、より安価に第二粉末を製造することができる。 The firing time (heating time at high temperature) in the high-temperature firing process may be, for example, 0.5 to 30 hours, 1 to 25 hours, or 3 to 10 hours. By setting the firing time in the high-temperature firing process within the above ranges, the purity of the secondary powder can be further improved, and the growth of the primary particles can be more sufficient. By keeping the firing time in the high-temperature firing process within the above ranges, the secondary powder can be manufactured at a lower cost.
上述の第二粉末の製造方法は、低温焼成工程、焼成工程及び高温焼成工程の他に、その他の工程を有していてもよい。その他の工程としては、例えば、上述の原料組成物の調製工程、原料組成物の脱水工程、原料組成物の加圧成型工程、第一及び第二の加熱処理物の粉砕工程、並びに、窒化ホウ素の粉砕工程等が挙げられる。上述の製造方法が原料組成物の加圧成型工程を有する場合、原料組成物が高密度に存在する環境で焼成を行うことができ、低温焼成工程及び焼成工程で得られる窒化ホウ素の収量をより向上させることができる。なお、本明細書における粉砕工程には、粉砕の他、解砕も含まれるものとする。 The above-described method for producing the second powder may include other steps in addition to the low-temperature calcination step, calcination step, and high-temperature calcination step. Examples of these other steps include the preparation step of the raw material composition, the dehydration step of the raw material composition, the pressure molding step of the raw material composition, the pulverization steps of the first and second heat-treated materials, and the pulverization step of boron nitride. If the above-described method includes a pressure molding step of the raw material composition, calcination can be performed in an environment where the raw material composition is present at high density, thereby further improving the yield of boron nitride obtained in the low-temperature calcination step and the calcination step. Note that the pulverization step in this specification includes not only pulverization but also crushing.
粉砕は、例えば、粉砕装置を用いてもよい。粉砕装置としては、例えば、衝撃式粉砕機(パルぺライザー)等を用いてもよい。衝撃式粉砕機は、例えば、衝撃型スクリーン式微粉砕機等のスクリーンによって粉砕物の粒度調整が可能なものを好適に用いることができる。スクリーンの目開きは、例えば、0.1~1.0mm、又は1.0~3.0mmであってよい。 Grinding may be carried out using, for example, a grinding device. As a grinding device, for example, an impact-type grinder (pulperizer) may be used. For impact-type grinders, those that allow for particle size adjustment of the ground material using a screen, such as an impact-type screen-type fine grinder, are preferably used. The screen opening may be, for example, 0.1 to 1.0 mm, or 1.0 to 3.0 mm.
以上、幾つかの実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に何ら限定されるものではない。また、上述した実施形態についての説明内容は、互いに適用することができる。 Although several embodiments have been described above, this disclosure is not limited in any way to the embodiments described above. Furthermore, the descriptions of the embodiments described above are applicable to each other.
以下、本開示について、実施例及び比較例を用いてより詳細に説明する。なお、本開示は以下の実施例に限定されるものではない。 The present disclosure will be described in more detail below using examples and comparative examples. However, this disclosure is not limited to the following examples.
(実施例1)
[凝集粒子を含む第一粉末の調製]
オルトホウ酸(日本電工株式会社製、以下、単に「ホウ酸」という。)100質量部と、アセチレンブラック(HS100、デンカ株式会社製)35質量部とをヘンシェルミキサーを用いて混合した後、黒鉛ルツボ中に充填した。この黒鉛ルツボをアーク炉に入れ、アルゴン雰囲気で、2200℃にて5時間加熱し、塊状の炭化ホウ素(B4C)粉末を合成した。合成した塊状の炭化ホウ素粉末を振動ミルで1時間粉砕し、106μmの篩で通篩することによって平均粒子径が20μmの炭化ホウ素粉末(B4C粉末)を作製した。
(Example 1)
[Preparation of the first powder containing aggregated particles]
100 parts by mass of orthoboric acid (manufactured by Nippon Denko Co., Ltd., hereinafter simply referred to as "boric acid") and 35 parts by mass of acetylene black (HS100, manufactured by Denka Co., Ltd.) were mixed using a Henschel mixer and then packed into a graphite crucible. This graphite crucible was placed in an arc furnace and heated at 2200°C for 5 hours in an argon atmosphere to synthesize a lump of boron carbide ( B4C ) powder. The synthesized lump of boron carbide powder was pulverized in a vibratory mill for 1 hour and then sieved through a 106 μm sieve to produce boron carbide powder ( B4C powder) with an average particle size of 20 μm.
作製した炭化ホウ素粉末を窒化ホウ素ルツボに充填した。当該ルツボを抵抗加熱炉内に静置し、0.85MPaの窒素ガスの雰囲気下で、2100℃で25時間加熱することによって、炭窒化ホウ素(B4CN4)粉末を含む焼成物を得た(加圧窒化工程)。得られた焼成物を、マッフル炉内に静置し、大気雰囲気下で、700℃で5時間加熱すること(酸化工程)によって加熱処理物を得た。 The prepared boron carbide powder was packed into a boron nitride crucible. The crucible was placed in a resistance heating furnace and heated at 2100°C for 25 hours under a nitrogen gas atmosphere of 0.85 MPa to obtain a calcined product containing boron carbonitride ( B4CN4 ) powder (pressure nitriding step). The obtained calcined product was placed in a muffle furnace and heated at 700 ° C for 5 hours under an atmospheric atmosphere (oxidation step) to obtain a heat-treated product.
上記加熱処理物とホウ酸(ホウ素源)の混合物100質量部に対して、ホウ素源であるホウ酸の配合量が36質量部となるようにホウ酸を添加し、ヘンシェルミキサーによって混合して、混合物を得た。混合物を窒化ホウ素ルツボに充填し、抵抗加熱炉を用いて加熱することによって脱炭して、一次粒子が凝集した凝集粒子を有する窒化ホウ素粉末を合成した(結晶化工程)。結晶化工程における条件としては、圧力5kPaの窒素ガスの雰囲気で、室温から2000℃まで昇温し、2000℃において5時間保持した。合成した窒化ホウ素粉末をヘンシェルミキサーで解砕した後、篩目75μmのナイロン篩にて分級を行った。このようにして、窒化ホウ素の一次粒子が凝集した凝集粒子を含む粉末1Aを得た。 To 100 parts by mass of the mixture of the above heat-treated material and boric acid (boron source), boric acid was added so that its proportion as the boron source was 36 parts by mass. The mixture was then mixed using a Henschel mixer to obtain a mixture. The mixture was packed into a boron nitride crucible and decarburized by heating in a resistance heating furnace to synthesize boron nitride powder containing aggregated particles formed by the aggregation of primary particles (crystallization step). The crystallization conditions were a nitrogen gas atmosphere at a pressure of 5 kPa, with the temperature raised from room temperature to 2000°C and held at 2000°C for 5 hours. After crushing the synthesized boron nitride powder using a Henschel mixer, classification was performed using a nylon sieve with a mesh size of 75 μm. In this way, powder 1A containing aggregated particles formed by the aggregation of primary particles of boron nitride was obtained.
次に、オルトホウ酸(日本電工株式会社製)100質量部と、アセチレンブラック(HS100、デンカ株式会社製)35質量部とをヘンシェルミキサーを用いて混合した後、黒鉛ルツボ中に充填した。この黒鉛ルツボをアーク炉に入れ、アルゴン雰囲気で、2200℃にて5時間加熱し、塊状の炭化ホウ素(B4C)粉末を合成した。合成した塊状の炭化ホウ素粉末を振動ミルで30分粉砕した後、63μmの篩で通篩することにより平均粒子径が35μmの炭化ホウ素粉末(B4C粉末)を作製した。 Next, 100 parts by mass of orthoboric acid (manufactured by Nippon Denko Co., Ltd.) and 35 parts by mass of acetylene black (HS100, manufactured by Denka Co., Ltd.) were mixed using a Henschel mixer and then packed into a graphite crucible. This graphite crucible was placed in an arc furnace and heated at 2200°C for 5 hours in an argon atmosphere to synthesize a lump of boron carbide ( B4C ) powder. The synthesized lump of boron carbide powder was pulverized in a vibratory mill for 30 minutes and then sieved through a 63 μm sieve to produce boron carbide powder ( B4C powder) with an average particle size of 35 μm.
作製した炭化ホウ素粉末を窒化ホウ素ルツボに充填した。当該ルツボを抵抗加熱炉内に静置し、0.85MPaの窒素ガスの雰囲気下で、2100℃で25時間加熱することによって、炭窒化ホウ素(B4CN4)粉末を含む焼成物を得た(加圧窒化工程)。得られた焼成物を、マッフル炉内に静置し、大気雰囲気下で、700℃で5時間加熱すること(酸化工程)によって加熱処理物を得た。 The prepared boron carbide powder was packed into a boron nitride crucible. The crucible was placed in a resistance heating furnace and heated at 2100°C for 25 hours under a nitrogen gas atmosphere of 0.85 MPa to obtain a calcined product containing boron carbonitride ( B4CN4 ) powder (pressure nitriding step). The obtained calcined product was placed in a muffle furnace and heated at 700 ° C for 5 hours under an atmospheric atmosphere (oxidation step) to obtain a heat-treated product.
上記加熱処理物とホウ酸(ホウ素源)の混合物100質量部に対して、ホウ素源であるホウ酸の配合量が36質量部となるようにホウ酸を添加し、ヘンシェルミキサーによって混合して、混合物を得た。混合物を窒化ホウ素ルツボに充填し、抵抗加熱炉を用いて加熱することによって脱炭して、一次粒子が凝集した凝集粒子を有する窒化ホウ素粉末を合成した(結晶化工程)。結晶化工程における条件としては、圧力5kPaの窒素ガスの雰囲気で、室温から2000℃まで昇温し、2000℃において5時間保持した。合成した窒化ホウ素粉末をヘンシェルミキサーで解砕した後、篩目106μmのナイロン篩にて分級を行った。このようにして、窒化ホウ素の一次粒子が凝集した凝集粒子を含む粉末1Bを得た。 To 100 parts by mass of the mixture of the above heat-treated material and boric acid (boron source), boric acid was added so that its proportion as the boron source was 36 parts by mass. The mixture was then mixed using a Henschel mixer to obtain a mixture. The mixture was packed into a boron nitride crucible and decarburized by heating in a resistance heating furnace to synthesize boron nitride powder containing aggregated particles formed by the aggregation of primary particles (crystallization step). The crystallization conditions were a nitrogen gas atmosphere at a pressure of 5 kPa, with the temperature raised from room temperature to 2000°C and held at 2000°C for 5 hours. After crushing the synthesized boron nitride powder using a Henschel mixer, classification was performed using a nylon sieve with a mesh size of 106 μm. In this way, powder 1B containing aggregated particles formed by the aggregation of primary particles of boron nitride was obtained.
上述のようにして調製した粉末1Aと、粉末1Bと、を質量比で50:30となるように混合することで、第一粉末を調製した。 The first powder was prepared by mixing powder 1A and powder 1B, prepared as described above, in a mass ratio of 50:30.
[厚さの大きな一次粒子を含む第二粉末の調製]
ホウ酸(株式会社高純度化学研究所製)100質量部と、アセチレンブラック(デンカ株式会社製、グレード名:FX-35、比表面積:130m2/g)22質量部と、炭酸ナトリウム(純度:99.5質量%以上)1質量部とをヘンシェルミキサーを用いて混合して混合粉末を得た。得られた混合粉末を250℃の乾燥機に入れ、3時間保持することでホウ酸の脱水を行った。脱水後の混合粉末をプレス成型機の直径100Φの型に入れ、加熱温度:200℃及びプレス圧:30MPaの条件にて成型を行った。このようにして得られた混合粉末のペレットを以降の加熱処理に供した。
[Preparation of a second powder containing thick primary particles]
A mixed powder was obtained by mixing 100 parts by mass of boric acid (manufactured by Kojun Chemical Laboratory Co., Ltd.), 22 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denka Co., Ltd., grade name: FX-35, specific surface area: 130 m² /g), and 1 part by mass of sodium carbonate (purity: 99.5% by mass or higher) using a Henschel mixer. The resulting mixed powder was placed in a 250°C dryer and held for 3 hours to dehydrate the boric acid. The dehydrated mixed powder was placed in a 100Φ diameter mold of a press molding machine and molded under the conditions of heating temperature: 200°C and pressing pressure: 30 MPa. The pellets of the mixed powder obtained in this way were subjected to subsequent heat treatments.
まず、上記ペレットをカーボン雰囲気炉内に静置し、0.65MPaに加圧された窒素雰囲気において昇温速度:5℃/分で1750℃まで昇温し、1750℃にて3時間保持して上記ペレットの加熱処理を行い、第一の加熱処理物を得た(低温焼成工程)。次に、カーボン雰囲気炉内を昇温速度:2℃/分で1800℃まで更に昇温し、1800℃にて3時間保持して第一の加熱処理物を加熱処理し、第二の加熱処理物を得た(焼成工程)。その後、カーボン雰囲気炉内を昇温速度:2℃/分で2050℃まで更に昇温し、2050℃にて7時間保持して第二の加熱処理物を高温で焼成した(高温焼成工程)。焼成後の緩く集合した窒化ホウ素をヘンシェルミキサーで解砕し、真空乾燥機を用いて解砕後の粉末を250℃で5時間乾燥した後、目開き:63μmの篩を通し、篩を通過した粉末を得た。このようにして、窒化ホウ素粉末の一次粒子を含む粉末2Aを調製した。上記粉末2Aを第二粉末とした。 First, the pellets were placed in a carbon atmosphere furnace and heated to 1750°C at a rate of 5°C/min in a nitrogen atmosphere pressurized to 0.65 MPa. The temperature was then maintained at 1750°C for 3 hours to heat-treat the pellets and obtain the first heat-treated product (low-temperature firing process). Next, the temperature inside the carbon atmosphere furnace was further increased to 1800°C at a rate of 2°C/min, and the temperature was maintained at 1800°C for 3 hours to heat-treat the first heat-treated product and obtain the second heat-treated product (firing process). Subsequently, the temperature inside the carbon atmosphere furnace was further increased to 2050°C at a rate of 2°C/min, and the temperature was maintained at 2050°C for 7 hours to fire the second heat-treated product at a high temperature (high-temperature firing process). The loosely aggregated boron nitride after calcination was crushed using a Henschel mixer. The resulting powder was dried at 250°C for 5 hours using a vacuum dryer, and then passed through a sieve with a mesh size of 63 μm to obtain the powder that passed through the sieve. In this way, powder 2A containing primary particles of boron nitride powder was prepared. Powder 2A was designated as the second powder.
[窒化ホウ素粉末の調製]
上述のようにして得られた、窒化ホウ素の第一粉末(粉末1A及び粉末1Bの混合粉末)及び第二粉末(粉末2A)を、質量比で80:20となるように混合して、窒化ホウ素粉末を得た。混合には、株式会社セイシン企業製のV型混合機「SVM-10」(商品名)を用い、20rpmで30分間混合を行った。
[Preparation of boron nitride powder]
As described above, the first boron nitride powder (a mixed powder of powder 1A and powder 1B) and the second powder (powder 2A) were mixed in a mass ratio of 80:20 to obtain boron nitride powder. For mixing, a V-type mixer "SVM-10" (product name) manufactured by Seishin Corporation was used, and mixing was carried out at 20 rpm for 30 minutes.
<窒化ホウ素粉末の性状評価>
得られた窒化ホウ素粉末について、後述する方法に沿って、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表1に示す。参考のため図1に、実施例1で得られた窒化ホウ素粉末の粒度分布のグラフを示す。
<Evaluation of the properties of boron nitride powder>
The crushing strength of aggregated particles, orientation index of boron nitride powder, tap density, particle size distribution, area, and average thickness of primary particles of the obtained boron nitride powder were measured according to the method described later. The results are shown in Table 1. For reference, Figure 1 shows a graph of the particle size distribution of the boron nitride powder obtained in Example 1.
[圧壊強さ]
凝集粒子の圧壊強さは、JIS R 1639-5:2007「ファインセラミックス-か(顆)粒特性の測定方法-第5部:単一か粒圧壊強さ」の記載に準拠して測定した。測定には、微小圧縮試験器(株式会社島津製作所製、商品名「MCT-210」)を用いた。なお、測定は、20個以上の凝集粒子に対して行い、累積破壊率63.2%時点の値を算出した。
[Crushing strength]
The crushing strength of the aggregated particles was measured in accordance with JIS R 1639-5:2007 "Fine Ceramics - Method for Measuring Granular Properties - Part 5: Single Granular Crushing Strength". A microcompression tester (manufactured by Shimadzu Corporation, product name "MCT-210") was used for the measurement. The measurement was performed on 20 or more aggregated particles, and the value was calculated at a cumulative fracture rate of 63.2%.
[配向性指数]
窒化ホウ素粉末の配向性指数は、以下の方法に沿って測定した。測定には、X線回折装置(株式会社リガク製、商品名:「ULTIMA-IV」)を用いた。まず、X線回折装置に付属している深さ0.2mmの凹部を有するガラスセルの凹部に窒化ホウ素粉末を充填し固めることで測定試料を作製した。測定試料にX線を照射して、ベースライン補正を行った後の、測定資料の(002)面と(100)面とのピーク強度を決定し、この比[I(002)/I(100)]を配向性指数とした。
[Orientation Index]
The orientation index of boron nitride powder was measured according to the following method. An X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Corporation, product name: "ULTIMA-IV") was used for the measurement. First, a measurement sample was prepared by filling a recess with boron nitride powder into a glass cell with a depth of 0.2 mm, which is attached to the X-ray diffractometer, and allowing it to solidify. After irradiating the measurement sample with X-rays and performing baseline correction, the peak intensities of the (002) plane and the (100) plane of the measurement sample were determined, and the ratio [I(002)/I(100)] was taken as the orientation index.
[タップ密度]
窒化ホウ素粉末のタップ密度は、JIS R 1628:1997「ファインセラミックス粉末の嵩密度測定方法」に記載の方法に準拠して測定した。具体的には、窒化ホウ素粉末を100cm3の専用容器に充填し、タッピングタイム180秒、タッピング回数180回、及びタップリフト18mmの条件でタッピングを行った後のかさ密度を、ホソカワミクロン製の「パウダテスタ」によって測定し、得られた値をタップ密度とした。
[Tap density]
The tap density of boron nitride powder was measured in accordance with the method described in JIS R 1628:1997 "Method for Measuring the Bulk Density of Fine Ceramic Powders". Specifically, boron nitride powder was filled into a 100 cm³ dedicated container, and after tapping under the conditions of a tapping time of 180 seconds, 180 tapping cycles, and a tap lift of 18 mm, the bulk density was measured using a "powder tester" manufactured by Hosokawa Micron, and the obtained value was defined as the tap density.
[粒度分布(D10、D50、D90、D99の決定)]
窒化ホウ素粉末の平均粒子径は、JIS Z 8825:2013「粒子径解析-レーザー回折・散乱法」に記載の方法に準拠して測定した。測定には、レーザー回折散乱法粒度分布測定装置(マイクロトラック・ベル社製、商品名:「マイクロトラックMT-3300EXII」)を使用した。なお、測定の際は300mLビーカーに、ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液2mL及び水200mLを入れ、窒化ホウ素粉末60mgを投入し、ホモジナイザーによる処理を行わずに、スターラーによって100rpmで1分間撹拌を行い、凝集粒子が存在する状況で測定を行った。分散剤は水で屈折率は1.33とした。チャンネル区分は129区分で、1408μmから0.021μmまでとした。得られた粒度分布曲線において、ピークを検出し、ピークの最大頻度の値X及び上記ピーク間における最小頻度の値Yを決定し、ピークの最大頻度の値Xに対する上記ピーク間における最小頻度の値Yの割合(100×Y/Xの値)を算出した。
[Particle size distribution (determination of D10, D50, D90, D99)]
The average particle size of the boron nitride powder was measured in accordance with the method described in JIS Z 8825:2013 "Particle size analysis - Laser diffraction and scattering method". A laser diffraction scattering particle size distribution analyzer (Microtrac-Bell, product name: "Microtrac MT-3300EXII") was used for the measurement. For the measurement, 2 mL of sodium hexametaphosphate aqueous solution and 200 mL of water were placed in a 300 mL beaker, 60 mg of boron nitride powder was added, and the mixture was stirred at 100 rpm for 1 minute using a stirrer without homogenization, and the measurement was performed in the presence of aggregated particles. Water was used as the dispersant with a refractive index of 1.33. The channel divisions were 129 divisions, ranging from 1408 μm to 0.021 μm. In the obtained particle size distribution curve, peaks were detected, the value of the maximum peak frequency X and the value of the minimum peak frequency Y were determined, and the ratio of the value of the minimum peak frequency Y to the value of the maximum peak frequency X (value of 100 × Y/X) was calculated.
[一次粒子の平均厚さ]
窒化ホウ素粉末における一次粒子の平均厚さは、後述する方法に沿って測定した。プレス成型機(株式会社リガク製、商品名:BRE-32)を用いて、3gの窒化ホウ素粉末を5MPaの圧力で円盤状(直径:30mmφ)に成型した。樹脂(GATAN社製、商品名:G2エポキシ)を用いて、得られた成型体を包埋した。次に、圧力をかけた方向と並行方向に断面ミリング加工を行うことによって、窒化ホウ素の一次粒子の断面が露出した試料を調製した。この断面を走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製、商品名:JSM-6010LA)によって撮影した。得られた粒子像を画像解析ソフトウェア(株式会社マウンテック製、商品名:Mac-View)に取り込み、得られた写真から矩形粒子の短辺(粒子厚み、粒子短径に相当)を測定した。測定は、任意に選択した100個の一次粒子に対して行った。観測対象とする一次粒子には、凝集粒子を構成する一次粒子も含めた。測定値の算術平均値を計算し、これを一次粒子の平均厚さとした。
[Average thickness of primary particles]
The average thickness of primary particles in boron nitride powder was measured according to the method described below. Using a press molding machine (manufactured by Rigaku Corporation, product name: BRE-32), 3 g of boron nitride powder was molded into a disc shape (diameter: 30 mmφ) at a pressure of 5 MPa. The resulting molded body was embedded in resin (manufactured by GATAN Corporation, product name: G2 epoxy). Next, a sample in which the cross-section of the primary particles of boron nitride was exposed was prepared by performing cross-sectional milling in a direction parallel to the direction in which pressure was applied. This cross-section was photographed using a scanning electron microscope (manufactured by JEOL Ltd., product name: JSM-6010LA). The obtained particle images were imported into image analysis software (manufactured by Mountec Co., Ltd., product name: Mac-View), and the short side (corresponding to particle thickness, particle short axis) of the rectangular particles was measured from the obtained photographs. The measurement was performed on 100 arbitrarily selected primary particles. The primary particles to be observed included primary particles that constitute aggregated particles. The arithmetic mean of the measured values was calculated and used as the average thickness of the primary particles.
<窒化ホウ素粉末の充填材としての評価>
得られた窒化ホウ素粉末について、樹脂に充填して使用する充填材としての性能を後述する方法に沿って評価した。結果を表1に示す。
<Evaluation of boron nitride powder as a filler>
The performance of the obtained boron nitride powder as a filler for use in resin was evaluated according to the method described later. The results are shown in Table 1.
[充填性]
窒化ホウ素粉末を充填材として用いた際の充填性の評価を行った。具体的には、シリコーンオイル(信越化学工業株式会社製、商品名:KF96-100)に対して、樹脂組成物全量を基準として20体積%となるように上記窒化ホウ素粉末を配合し、自転・公転ミキサー(シンキー社製、商品名:あわとり廉太郎RE-310)を使用し、2000rpmで3分間撹拌することによってスラリーを調製した。レオメーター(日本シグナルヘグナー社製、商品名:MCR300、円形平板(直径:25mmφ)、ギャップ:1m)を用いて、上記スラリーの粘度を測定し、得られた結果から、下記の基準に基づいて充填性を評価した。なお、粉末を配合した場合の樹脂組成物の粘度が高いと取扱い性や成形性に劣ることから、粉末の配合量を減少させる必要が生じ、成形体中に充填可能な粉末の量を増加させることが困難になる傾向にある。そのため、本評価によって得られるせん断粘度は低い方が充填性の観点から望ましい。
A:せん断速度20rpmのときの粘度が2000mPa・s以下である。
B:せん断速度20rpmのときの粘度が2000mPa・s超4000mPa・s以下である。
C:せん断速度20rpmのときの粘度が4000mPa・s超8000mPa・s以下である。
D:せん断速度20rpmのときの粘度が8000mPa・s超である。
[Fillability]
The packing performance when boron nitride powder is used as a filler was evaluated. Specifically, boron nitride powder was added to silicone oil (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name: KF96-100) at a concentration of 20% by volume relative to the total amount of the resin composition. A slurry was prepared by stirring the mixture at 2000 rpm for 3 minutes using a rotation/revolution mixer (Sinky Co., Ltd., product name: Awatori Rentaro RE-310). The viscosity of the slurry was measured using a rheometer (Signal Hegner Japan Co., Ltd., product name: MCR300, circular plate (diameter: 25 mmφ), gap: 1 m), and the packing performance was evaluated based on the results obtained according to the following criteria. Note that if the viscosity of the resin composition is high when powder is added, handling and moldability will be poor, requiring a reduction in the amount of powder added, and making it difficult to increase the amount of powder that can be packed into the molded body. Therefore, a lower shear viscosity obtained by this evaluation is desirable from the viewpoint of packing performance.
A: The viscosity at a shear rate of 20 rpm is 2000 mPa·s or less.
B: The viscosity at a shear rate of 20 rpm is greater than 2000 mPa·s and less than or equal to 4000 mPa·s.
C: The viscosity at a shear rate of 20 rpm is greater than 4000 mPa·s and less than or equal to 8000 mPa·s.
D: The viscosity at a shear rate of 20 rpm is greater than 8000 mPa·s.
[放熱性]
窒化ホウ素粉末を充填材とする樹脂組成物から樹脂シートを調製し、樹脂シートを対象として、放熱性の評価を行った。まず、ナフタレン型エポキシ樹脂(DIC社製、HP4032)100質量部と、硬化剤としてイミダゾール化合物(四国化成社製、2E4MZ-CN)10質量部との混合物に対し、窒化ホウ素粉末が60体積%となるように、窒化ホウ素粉末を混合して樹脂組成物を得た。樹脂との混練には株式会社シンキー製の「あわとり練太郎」(商品名)を用いた。混練の条件は、1600rpmで5分間とした。得られた混合物をポリエチレンテレフタレート(PET)製シートの上に塗布した後、500Paの減圧条件で、脱泡を10分間行った。次に、エポキシ樹脂組成物を、厚さ0.05mmのPET製フィルム上に、硬化後の厚さが0.10mmになるように塗布し、100℃で15分間加熱し乾燥させた。上述のPET製シートの混合物の塗布面と、上記PET製フィルムのエポキシ樹脂組成物の塗布面とが向かい合うように積層して、プレス機によって面圧160kgf/cm2をかけながら180℃で180分間加熱し、硬化することで、厚さ0.1mmの放熱シートを得た。
[Heat dissipation]
A resin sheet was prepared from a resin composition using boron nitride powder as a filler, and the heat dissipation properties of the resin sheet were evaluated. First, a resin composition was obtained by mixing 100 parts by mass of naphthalene-type epoxy resin (DIC Corporation, HP4032) and 10 parts by mass of imidazole compound (Shikoku Chemicals Co., Ltd., 2E4MZ-CN) as a curing agent, and then adding boron nitride powder so that the boron nitride powder content was 60% by volume. A product called "Awatori Rentaro" (product name) manufactured by Thinky Co., Ltd. was used for kneading with the resin. The kneading conditions were 1600 rpm for 5 minutes. After applying the obtained mixture onto a polyethylene terephthalate (PET) sheet, degassing was performed for 10 minutes under reduced pressure conditions of 500 Pa. Next, the epoxy resin composition was applied onto a PET film with a thickness of 0.05 mm so that the thickness after curing would be 0.10 mm, and it was heated at 100°C for 15 minutes to dry. The PET sheet coated with the aforementioned mixture and the PET film coated with the epoxy resin composition were laminated facing each other, and the sheets were heated at 180°C for 180 minutes while applying a surface pressure of 160 kgf/ cm² using a press machine to cure them, thereby obtaining a heat dissipation sheet with a thickness of 0.1 mm.
上述の放熱シートを対象として、熱伝導率の評価を行った。熱伝導率H(単位:W/(m・K))は、熱拡散率A(単位:m2/秒)、密度B(単位:kg/m3)、及び比熱容量C(単位:J/(kg・K))の値から、H=A×B×Cの式に基づいて算出した。熱拡散率Aは、放熱シートを縦:10mm、横:10mm、厚さ:0.3mmになるように作製し、レーザーフラッシュ法によって求めた。測定装置は、キセノンフラッシュアナライザ(NETZSCH社製、商品名:LFA447NanoFlash)を用いた。密度Bは、アルキメデス法を用いて求めた。比熱容量Cは、DSC(株式会社リガク製、商品名:ThermoPlusEvoDSC8230)を用いて求めた。得られた熱伝導率の値に基づき、下記の基準で評価した。
A:熱伝導率が、15W/mK以上である。
B:熱伝導率が、13W/mK以上15W/mK未満である。
C:熱伝導率が、11W/mK以上13W/mK未満である。
D:熱伝導率が、11W/mK未満である。
The thermal conductivity of the heat dissipation sheet described above was evaluated. The thermal conductivity H (unit: W/(m·K)) was calculated from the values of thermal diffusivity A (unit: m² /sec), density B (unit: kg/ m³ ), and specific heat capacity C (unit: J/(kg·K)) based on the formula H = A × B × C. The thermal diffusivity A was determined by the laser flash method after fabricating a heat dissipation sheet with dimensions of 10 mm (length) x 10 mm (width) x 0.3 mm (thickness). The measurement device used was a xenon flash analyzer (NETZSCH, product name: LFA447NanoFlash). Density B was determined using the Archimedes method. Specific heat capacity C was determined using a DSC (Rigaku Corporation, product name: ThermoPlusEvoDSC8230). Based on the obtained thermal conductivity values, evaluation was performed according to the following criteria.
A: The thermal conductivity is 15 W/mK or higher.
B: The thermal conductivity is 13 W/mK or more and less than 15 W/mK.
C: The thermal conductivity is 11 W/mK or higher and less than 13 W/mK.
D: The thermal conductivity is less than 11 W/mK.
[絶縁性]
上述の放熱性の評価の際に調製したものと同様の樹脂シートを用いて、絶縁性の評価を行った。具体的には、樹脂シートの絶縁破壊電圧の測定は、JIS C 6481:1996「プリント配線板用銅張積層板試験方法」の記載に準拠して行った。測定には、菊水電子工業株式会社製の耐圧・絶縁試験機(商品名:TOS 8650)を用い、100サンプル測定を行い、その算術平均値を絶縁破壊電圧とした。得られた絶縁破壊電圧の値に基づき、下記の基準で評価した。
A:絶縁破壊電圧が、85kV/mm以上である。
B:絶縁破壊電圧が、75kV/mm以上85kV/mm未満である。
C:絶縁破壊電圧が、65kV/mm以上75kV/mm未満である。
D:絶縁破壊電圧が、65kV/mm未満である。
[Insulating properties]
The insulating properties were evaluated using the same resin sheet prepared for the heat dissipation evaluation described above. Specifically, the dielectric breakdown voltage of the resin sheet was measured in accordance with JIS C 6481:1996 "Test Method for Copper-Clad Laminates for Printed Wiring Boards". A withstand voltage and insulation tester (product name: TOS 8650) manufactured by Kikusui Electronics Co., Ltd. was used for the measurement, and 100 samples were measured, with the arithmetic mean value being taken as the dielectric breakdown voltage. Based on the obtained dielectric breakdown voltage values, the following criteria were used for evaluation.
A: The dielectric breakdown voltage is 85 kV/mm or higher.
B: The dielectric breakdown voltage is 75 kV/mm or more and less than 85 kV/mm.
C: The dielectric breakdown voltage is 65 kV/mm or more and less than 75 kV/mm.
D: The dielectric breakdown voltage is less than 65 kV/mm.
(実施例2)
[凝集粒子を含む第一粉末の調製]
オルトホウ酸(日本電工株式会社製)100質量部と、アセチレンブラック(HS100、デンカ株式会社製)35質量部とをヘンシェルミキサーを用いて混合した後、黒鉛ルツボ中に充填した。この黒鉛ルツボをアーク炉に入れ、アルゴン雰囲気で、2200℃にて5時間加熱し、塊状の炭化ホウ素(B4C)粉末を作製した。
(Example 2)
[Preparation of the first powder containing aggregated particles]
100 parts by mass of orthoboric acid (manufactured by Nippon Denko Co., Ltd.) and 35 parts by mass of acetylene black (HS100, manufactured by Denka Co., Ltd.) were mixed using a Henschel mixer and then packed into a graphite crucible. This graphite crucible was placed in an arc furnace and heated at 2200°C for 5 hours in an argon atmosphere to produce a lump of boron carbide ( B4C ) powder.
作製した塊状の炭化ホウ素粉末を振動ミルで200分間粉砕した後、45μmの篩で通篩することによって平均粒子径が10μmの炭化ホウ素粉末(B4C粉末)を作製し、作製した炭化ホウ素粉末を窒化ホウ素ルツボに充填した。当該ルツボを抵抗加熱炉内に静置し、0.85MPaの窒素ガスの雰囲気下で、2100℃で25時間加熱することによって、炭窒化ホウ素(B4CN4)粉末を含む焼成物を得た(加圧窒化工程)。得られた焼成物を、マッフル炉内に静置し、大気雰囲気下で、700℃で5時間加熱すること(酸化工程)によって加熱処理物を得た。 The prepared boron carbide powder was pulverized in a vibratory mill for 200 minutes, and then sieved through a 45 μm sieve to produce boron carbide powder ( B4C powder) with an average particle size of 10 μm. The prepared boron carbide powder was then packed into a boron nitride crucible. The crucible was placed in a resistance heating furnace and heated at 2100°C for 25 hours under a nitrogen gas atmosphere of 0.85 MPa to obtain a calcined product containing boron carbonitride ( B4CN4 ) powder (pressure nitriding step). The obtained calcined product was placed in a muffle furnace and heated at 700°C for 5 hours under an atmospheric atmosphere (oxidation step) to obtain a heat-treated product.
上記加熱処理物とホウ酸(ホウ素源)の混合物100質量部に対して、ホウ素源であるホウ酸の配合量が36質量部となるようにホウ酸を添加し、ヘンシェルミキサーによって混合して、混合物を得た。混合物を窒化ホウ素ルツボに充填し、抵抗加熱炉を用いて加熱することによって脱炭して、一次粒子が凝集した凝集粒子を有する窒化ホウ素粉末を合成した(結晶化工程)。結晶化工程における条件としては、圧力5kPaの窒素ガスの雰囲気で、室温から2000℃まで昇温し、2000℃において5時間保持した。合成した窒化ホウ素粉末を乳鉢によって10分間解砕した後、篩目45μmのナイロン篩にて分級を行った。このようにして、窒化ホウ素の一次粒子が凝集した凝集粒子を含む粉末1Cを得た。 To 100 parts by mass of the mixture of the above heat-treated material and boric acid (boron source), boric acid was added so that its proportion as the boron source was 36 parts by mass. The mixture was then mixed using a Henschel mixer to obtain a mixture. The mixture was packed into a boron nitride crucible and decarburized by heating in a resistance heating furnace to synthesize boron nitride powder containing aggregated particles formed by the aggregation of primary particles (crystallization step). The crystallization conditions were a nitrogen gas atmosphere at a pressure of 5 kPa, with the temperature raised from room temperature to 2000°C and held at 2000°C for 5 hours. The synthesized boron nitride powder was crushed in a mortar for 10 minutes, and then classified using a nylon sieve with a mesh size of 45 μm. In this way, powder 1C containing aggregated particles formed by the aggregation of primary particles of boron nitride was obtained.
実施例1と同様にして調製した粉末1Aと、粉末1Bと、上記粉末1Cと、を質量比で20:40:20となるように混合することで、第一粉末を調製した。 Powder 1A, powder 1B, and powder 1C, prepared in the same manner as in Example 1, were mixed in a mass ratio of 20:40:20 to prepare the first powder.
[窒化ホウ素粉末の調製]
上述のようにして得られた、窒化ホウ素の第一粉末(粉末1A、粉末1B及び粉末1Cの混合粉末)及び第二粉末(粉末2A)を、質量比で80:20となるように混合して、窒化ホウ素粉末を得た。混合の条件は実施例1と同様にして行った。得られた窒化ホウ素粉末について、実施例1と同様にして、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表1に示す。
[Preparation of boron nitride powder]
The first boron nitride powder (a mixed powder of powders 1A, 1B, and 1C) and the second powder (powder 2A), obtained as described above, were mixed in a mass ratio of 80:20 to obtain boron nitride powder. The mixing conditions were the same as in Example 1. The crushing strength of the aggregated particles, the orientation index of the boron nitride powder, the tap density, the particle size distribution, the area, and the average thickness of the primary particles of the obtained boron nitride powder were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
(実施例3)
第一粉末として、粉末1Aと、粉末1Bと、を質量比で70:20となるように混合した混合粉末を用い、第一粉末(粉末1A及び粉末1Bの混合粉末)と第二粉末(粉末2A)とを質量比で90:10となるように混合して窒化ホウ素付末を得た。混合の条件は実施例1と同様にして行った。得られた窒化ホウ素粉末について、実施例1と同様にして、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表1に示す。
(Example 3)
As the first powder, a mixed powder was used, which consisted of powder 1A and powder 1B mixed in a mass ratio of 70:20. The first powder (mixed powder of powder 1A and powder 1B) and the second powder (powder 2A) were then mixed in a mass ratio of 90:10 to obtain boron nitride powder. The mixing conditions were the same as in Example 1. For the obtained boron nitride powder, the crushing strength of aggregated particles, the orientation index of the boron nitride powder, tap density, particle size distribution, area, and the average thickness of primary particles were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
(実施例4)
[厚さの大きな一次粒子を含む第二粉末の調製]
ホウ酸(株式会社高純度化学研究所製)100質量部と、アセチレンブラック(デンカ株式会社製、グレード名:50%プレス、比表面積:67m2/g)27質量部と、炭酸ナトリウム(純度:99.5質量%以上)1質量部とをヘンシェルミキサーを用いて混合して混合粉末を得た。得られた混合粉末を250℃の乾燥機に入れ、3時間保持することでホウ酸の脱水を行った。脱水後の混合粉末をプレス成型機の直径100Φの型に入れ、加熱温度:200℃及びプレス圧:30MPaの条件にて成型を行った。このようにして得られた混合粉末のペレットを以降の加熱処理に供した。
(Example 4)
[Preparation of a second powder containing thick primary particles]
A mixed powder was obtained by mixing 100 parts by mass of boric acid (manufactured by Kojun Chemical Laboratory Co., Ltd.), 27 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denka Co., Ltd., grade name: 50% pressed, specific surface area: 67 m² /g), and 1 part by mass of sodium carbonate (purity: 99.5% by mass or higher) using a Henschel mixer. The resulting mixed powder was placed in a 250°C dryer and held for 3 hours to dehydrate the boric acid. The dehydrated mixed powder was placed in a 100Φ diameter mold of a press molding machine and molded under the conditions of heating temperature: 200°C and pressing pressure: 30 MPa. The pellets of the mixed powder obtained in this way were subjected to subsequent heat treatments.
まず、上記ペレットをカーボン雰囲気炉内に静置し、0.65MPaに加圧された窒素雰囲気において昇温速度:5℃/分で1750℃まで昇温し、1750℃にて3時間保持して上記ペレットの加熱処理を行い、第一の加熱処理物を得た(低温焼成工程)。次に、カーボン雰囲気炉内を昇温速度:2℃/分で1800℃まで更に昇温し、1800℃にて3時間保持して第一の加熱処理物を加熱処理し、第二の加熱処理物を得た(焼成工程)。その後、カーボン雰囲気炉内を昇温速度:2℃/分で2050℃まで更に昇温し、2050℃にて7時間保持して第二の加熱処理物を高温で焼成した(高温焼成工程)。焼成後の緩く集合した窒化ホウ素をヘンシェルミキサーで解砕し、真空乾燥機を用いて解砕後の粉末を250℃で5時間乾燥した後、目開き:45μmの篩を通し、篩を通過した粉末を得た。このようにして、窒化ホウ素粉末の一次粒子を含む粉末2Bを得た。上記粉末2Bを第二粉末とした。 First, the pellets were placed in a carbon atmosphere furnace and heated to 1750°C at a rate of 5°C/min in a nitrogen atmosphere pressurized to 0.65 MPa. The temperature was then maintained at 1750°C for 3 hours to heat-treat the pellets and obtain the first heat-treated product (low-temperature firing process). Next, the temperature inside the carbon atmosphere furnace was further increased to 1800°C at a rate of 2°C/min, and the temperature was maintained at 1800°C for 3 hours to heat-treat the first heat-treated product and obtain the second heat-treated product (firing process). Subsequently, the temperature inside the carbon atmosphere furnace was further increased to 2050°C at a rate of 2°C/min, and the temperature was maintained at 2050°C for 7 hours to fire the second heat-treated product at a high temperature (high-temperature firing process). The loosely aggregated boron nitride after calcination was crushed using a Henschel mixer. The resulting powder was dried at 250°C for 5 hours using a vacuum dryer, and then passed through a sieve with a mesh size of 45 μm to obtain the powder that passed through the sieve. In this way, powder 2B containing primary particles of boron nitride powder was obtained. Powder 2B was designated as the second powder.
実施例1と同様にして調製した粉末1Aと、粉末1Bと、を質量比で、50:30となるように混合することで、第一粉末を調製した。 Powder 1A and powder 1B, prepared in the same manner as in Example 1, were mixed in a mass ratio of 50:30 to prepare the first powder.
[窒化ホウ素粉末の調製]
上述のようにして得られた、窒化ホウ素の第一粉末(粉末1A及び粉末1Bの混合粉末)及び第二粉末(粉末2B)を、質量比で80:20となるように混合して、窒化ホウ素粉末を得た。混合の条件は実施例1と同様にして行った。得られた窒化ホウ素粉末について、実施例1と同様にして、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表1に示す。
[Preparation of boron nitride powder]
The first boron nitride powder (a mixed powder of powder 1A and powder 1B) and the second powder (powder 2B), obtained as described above, were mixed in a mass ratio of 80:20 to obtain boron nitride powder. The mixing conditions were the same as in Example 1. For the obtained boron nitride powder, the crushing strength of aggregated particles, the orientation index of the boron nitride powder, tap density, particle size distribution, area, and the average thickness of primary particles were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
(実施例5)
第一粉末として、粉末1Aと、粉末1Bと、を20:70となるように混合した混合粉末を用い、第一粉末(粉末1A及び粉末1Bの混合粉末)と第二粉末(粉末2A)とを質量比で90:10となるように混合して窒化ホウ素粉末を得た。混合の条件は実施例1と同様にして行った。得られた窒化ホウ素粉末について、実施例1と同様にして、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表1に示す。
(Example 5)
As the first powder, a mixed powder was obtained by mixing powder 1A and powder 1B in a ratio of 20:70. The first powder (mixed powder of powder 1A and powder 1B) and the second powder (powder 2A) were mixed in a mass ratio of 90:10 to obtain boron nitride powder. The mixing conditions were the same as in Example 1. For the obtained boron nitride powder, the crushing strength of aggregated particles, the orientation index of the boron nitride powder, tap density, particle size distribution, area, and the average thickness of primary particles were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
(実施例6)
第一粉末として、粉末1Aと、粉末1Cと、を質量比で40:50となるように混合した混合粉末を用い、第一粉末(粉末1A及び粉末1Cの混合粉末)と第二粉末(粉末2A)とを質量比で90:10となるように混合して窒化ホウ素付末を得た。混合の条件は実施例1と同様にして行った。得られた窒化ホウ素粉末について、実施例1と同様にして、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表1に示す。
(Example 6)
As the first powder, a mixed powder was used, which consisted of powder 1A and powder 1C mixed in a mass ratio of 40:50. The first powder (mixed powder of powder 1A and powder 1C) and the second powder (powder 2A) were mixed in a mass ratio of 90:10 to obtain boron nitride powder. The mixing conditions were the same as in Example 1. For the obtained boron nitride powder, the crushing strength of aggregated particles, the orientation index of the boron nitride powder, tap density, particle size distribution, area, and the average thickness of primary particles were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
(実施例7)
[凝集粒子を含む第一粉末の調製]
オルトホウ酸(日本電工株式会社製)100質量部と、アセチレンブラック(HS100、デンカ株式会社製)35質量部とをヘンシェルミキサーを用いて混合した後、黒鉛ルツボ中に充填した。この黒鉛ルツボをアーク炉に入れ、アルゴン雰囲気で、2200℃にて5時間加熱し、塊状の炭化ホウ素(B4C)粉末を調製した。
(Example 7)
[Preparation of the first powder containing aggregated particles]
100 parts by mass of orthoboric acid (manufactured by Nippon Denko Co., Ltd.) and 35 parts by mass of acetylene black (HS100, manufactured by Denka Co., Ltd.) were mixed using a Henschel mixer and then packed into a graphite crucible. This graphite crucible was placed in an arc furnace and heated at 2200°C for 5 hours in an argon atmosphere to prepare a lump of boron carbide ( B4C ) powder.
調製した塊状の炭化ホウ素粉末を振動ミルで20分間粉砕した後、75μmの篩で通篩することにより平均粒子径が45μmの炭化ホウ素粉末(B4C粉末)を作製し、作製した炭化ホウ素粉末を窒化ホウ素ルツボに充填した。当該ルツボを抵抗加熱炉内に静置し、0.85MPaの窒素ガスの雰囲気下で、2100℃で25時間加熱することによって、炭窒化ホウ素(B4CN4)粉末を含む焼成物を得た(加圧窒化工程)。得られた焼成物を、マッフル炉内に静置し、大気雰囲気下で、700℃で5時間加熱すること(酸化工程)によって加熱処理物を得た。 The prepared lump of boron carbide powder was pulverized in a vibratory mill for 20 minutes, and then sieved through a 75 μm sieve to produce boron carbide powder ( B4C powder) with an average particle size of 45 μm. The prepared boron carbide powder was then packed into a boron nitride crucible. The crucible was placed in a resistance heating furnace and heated at 2100°C for 25 hours under a nitrogen gas atmosphere of 0.85 MPa to obtain a calcined product containing boron carbonitride ( B4CN4 ) powder (pressure nitriding step). The obtained calcined product was placed in a muffle furnace and heated at 700°C for 5 hours under an atmospheric atmosphere (oxidation step) to obtain a heat-treated product.
上記加熱処理物とホウ酸(ホウ素源)の混合物100質量部に対して、ホウ素源であるホウ酸の配合量が36質量部となるようにホウ酸を添加し、ヘンシェルミキサーによって混合して、混合物を得た。混合物を窒化ホウ素ルツボに充填し、抵抗加熱炉を用いて加熱することによって脱炭して、一次粒子が凝集した凝集粒子を有する窒化ホウ素粉末を合成した(結晶化工程)。結晶化工程における条件としては、圧力5kPaの窒素ガスの雰囲気で、室温から2000℃まで昇温し、2000℃において5時間保持した。合成した窒化ホウ素粉末を乳鉢によって10分間解砕した後、篩目125μmのナイロン篩にて分級を行った。このようにして、窒化ホウ素の一次粒子が凝集した凝集粒子を含む粉末1Dを得た。 To 100 parts by mass of the mixture of the above heat-treated material and boric acid (boron source), boric acid was added so that its proportion as the boron source was 36 parts by mass. The mixture was then mixed using a Henschel mixer to obtain a mixture. The mixture was packed into a boron nitride crucible and decarburized by heating in a resistance heating furnace to synthesize boron nitride powder containing aggregated particles formed by the aggregation of primary particles (crystallization step). The crystallization conditions were a nitrogen gas atmosphere at a pressure of 5 kPa, with the temperature raised from room temperature to 2000°C and held at 2000°C for 5 hours. The synthesized boron nitride powder was crushed in a mortar for 10 minutes, and then classified using a nylon sieve with a mesh size of 125 μm. In this way, powder 1D containing aggregated particles formed by the aggregation of primary particles of boron nitride was obtained.
実施例1と同様にして調製した粉末1Aと、粉末1Dと、を質量比で60:20となるように混合することで、第一粉末を調製した。 Powder 1A and powder 1D, prepared in the same manner as in Example 1, were mixed in a mass ratio of 60:20 to prepare the first powder.
[窒化ホウ素粉末の調製]
上述のようにして得られた、窒化ホウ素の第一粉末(粉末1A及び粉末1Dの混合粉末)及び第二粉末(粉末2A)を、質量比で80:20となるように混合して、窒化ホウ素粉末を得た。混合の条件は実施例1と同様にして行った。得られた窒化ホウ素粉末について、実施例1と同様にして、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表1に示す。
[Preparation of boron nitride powder]
The first boron nitride powder (a mixed powder of powder 1A and powder 1D) and the second powder (powder 2A), obtained as described above, were mixed in a mass ratio of 80:20 to obtain boron nitride powder. The mixing conditions were the same as in Example 1. The crushing strength of the aggregated particles, the orientation index of the boron nitride powder, the tap density, the particle size distribution, the area, and the average thickness of the primary particles of the obtained boron nitride powder were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
(実施例8)
[厚さの大きな一次粒子を含む第二粉末の調製]
ホウ酸(株式会社高純度化学研究所製)100質量部と、アセチレンブラック(デンカ株式会社製、グレード名:FX-35、比表面積:130m2/g)22質量部と、炭酸ナトリウム(純度:99.5質量%以上)1質量部とをヘンシェルミキサーを用いて混合して混合粉末を得た。得られた混合粉末を250℃の乾燥機に入れ、3時間保持することでホウ酸の脱水を行った。脱水後の混合粉末をプレス成型機の直径100Φの型に入れ、加熱温度:200℃及びプレス圧:30MPaの条件にて成型を行った。このようにして得られた混合粉末のペレットを以降の加熱処理に供した。
(Example 8)
[Preparation of a second powder containing thick primary particles]
A mixed powder was obtained by mixing 100 parts by mass of boric acid (manufactured by Kojun Chemical Laboratory Co., Ltd.), 22 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denka Co., Ltd., grade name: FX-35, specific surface area: 130 m² /g), and 1 part by mass of sodium carbonate (purity: 99.5% by mass or higher) using a Henschel mixer. The resulting mixed powder was placed in a 250°C dryer and held for 3 hours to dehydrate the boric acid. The dehydrated mixed powder was placed in a 100Φ diameter mold of a press molding machine and molded under the conditions of heating temperature: 200°C and pressing pressure: 30 MPa. The pellets of the mixed powder obtained in this way were subjected to subsequent heat treatments.
まず、上記ペレットをカーボン雰囲気炉内に静置し、0.65MPaに加圧された窒素雰囲気において昇温速度:5℃/分で1750℃まで昇温し、1750℃にて3時間保持して上記ペレットの加熱処理を行い、第一の加熱処理物を得た(低温焼成工程)。次に、カーボン雰囲気炉内を昇温速度:2℃/分で1800℃まで更に昇温し、1800℃にて3時間保持して第一の加熱処理物を加熱処理し、第二の加熱処理物を得た(焼成工程)。その後、カーボン雰囲気炉内を昇温速度:2℃/分で2050℃まで更に昇温し、2050℃にて7時間保持して第二の加熱処理物を高温で焼成した(高温焼成工程)。焼成後の緩く集合した窒化ホウ素をパルペライザで解砕した後、0.1Nの希硝酸水溶液で二時間撹拌し、純水で十分洗浄しながら吸引濾過した後、真空乾燥機を用いて解砕後の粉末を250℃で5時間乾燥した後、目開き:63μmの篩を通し、篩を通過した粉末を得た。このようにして、窒化ホウ素粉末の一次粒子を含む粉末2Cを調製した。上記粉末2Cを第二粉末とした。 First, the pellets were placed in a carbon atmosphere furnace and heated to 1750°C at a rate of 5°C/min in a nitrogen atmosphere pressurized to 0.65 MPa. The temperature was then maintained at 1750°C for 3 hours to heat-treat the pellets and obtain the first heat-treated product (low-temperature firing process). Next, the temperature inside the carbon atmosphere furnace was further increased to 1800°C at a rate of 2°C/min, and the temperature was maintained at 1800°C for 3 hours to heat-treat the first heat-treated product and obtain the second heat-treated product (firing process). Subsequently, the temperature inside the carbon atmosphere furnace was further increased to 2050°C at a rate of 2°C/min, and the temperature was maintained at 2050°C for 7 hours to fire the second heat-treated product at a high temperature (high-temperature firing process). After calcination, the loosely aggregated boron nitride was pulverized using a pulperizer. The mixture was then stirred in a 0.1 N dilute nitric acid aqueous solution for two hours, thoroughly washed with pure water, and filtered by suction. The resulting powder was then dried at 250°C for five hours using a vacuum dryer. Finally, it was passed through a sieve with a mesh size of 63 μm to obtain the powder that passed through the sieve. In this way, powder 2C, containing primary particles of boron nitride powder, was prepared. Powder 2C was designated as the second powder.
[窒化ホウ素粉末の調製]
第二粉末(粉末2A)に変えて、第二粉末(粉末2C)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、窒化ホウ素粉末を調製した。得られた窒化ホウ素粉末について、実施例1と同様にして、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表2に示す。
[Preparation of boron nitride powder]
Boron nitride powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that second powder (powder 2C) was used instead of second powder (powder 2A). The crushing strength of aggregated particles, orientation index of boron nitride powder, tap density, particle size distribution, area, and average thickness of primary particles of the obtained boron nitride powder were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
(実施例9)
[凝集粒子を含む第一粉末の調製]
粉末1A、及び粉末1Bの調製に関し、炭化ホウ素原料の調製後の加熱処理工程において、窒素ガス雰囲気下で、焼成温度2150℃、且つ圧力0.90MPaの条件で12時間加熱し、焼成の際、窒素ガス量を化学両論量よりも過剰となるように窒素ガスを供給し、必要量に対して30当量分となるように窒素ガスを供給して、結晶化工程時に窒素ガス雰囲気とする前に100Paの真空雰囲気中にて420℃で一時間保持を行う処理を行うことによって、粉末1E及び粉末1Fを調製した。
(Example 9)
[Preparation of the first powder containing aggregated particles]
Regarding the preparation of powders 1A and 1B, in the heat treatment process after the preparation of the boron carbide raw material, the material was heated for 12 hours under conditions of a nitrogen gas atmosphere, a calcination temperature of 2150°C, and a pressure of 0.90 MPa. During calcination, nitrogen gas was supplied in excess of the chemically equivalent amount, and 30 equivalents of nitrogen gas were supplied relative to the required amount. Before creating a nitrogen gas atmosphere during the crystallization process, the material was held at 420°C for one hour in a vacuum atmosphere of 100 Pa, thereby preparing powders 1E and 1F.
上述のようにして調製した粉末1Eと、粉末1Fと、を質量比で50:30となるように混合することで、第一粉末を調製した。 The first powder was prepared by mixing powder 1E and powder 1F, prepared as described above, in a mass ratio of 50:30.
[窒化ホウ素粉末の調製]
第一粉末(粉末1A及び粉末1Bの混合粉末)に変えて、第一粉末(粉末1E及び粉末1Fの混合粉末)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、窒化ホウ素粉末を調製した。得られた窒化ホウ素粉末について、実施例1と同様にして、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表2に示す。
[Preparation of boron nitride powder]
Boron nitride powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that a first powder (a mixed powder of powders 1E and 1F) was used instead of the first powder (a mixed powder of powders 1A and 1B). The crushing strength of the aggregated particles, the orientation index of the boron nitride powder, the tap density, the particle size distribution, the area, and the average thickness of the primary particles of the obtained boron nitride powder were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
(実施例10)
[凝集粒子を含む第一粉末の調製]
粉末1A、及び粉末1Bの調製に関し、結晶化工程における配合をホウ酸の配合量を39質量部とし、炭酸ナトリウムを上記混合物100質量%に対して1質量%となるように添加し、圧力を50kPaに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、粉末1G及び粉末1Hを調製した。
(Example 10)
[Preparation of the first powder containing aggregated particles]
Regarding the preparation of powder 1A and powder 1B, powder 1G and powder 1H were prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount of boric acid added in the crystallization process was 39 parts by mass, sodium carbonate was added in an amount of 1% by mass relative to 100% by mass of the above mixture, and the pressure was changed to 50 kPa.
上述のようにして調製した粉末1Gと、粉末1Hと、を質量比で50:30となるように混合することで、第一粉末を調製した。 The first powder was prepared by mixing powder 1G and powder 1H, prepared as described above, in a mass ratio of 50:30.
[窒化ホウ素粉末の調製]
第一粉末(粉末1A及び粉末1Bの混合粉末)に変えて、第一粉末(粉末1G及び粉末1Hの混合粉末)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、窒化ホウ素粉末を得た。混合の条件は実施例1と同様にして行った。得られた窒化ホウ素粉末について、実施例1と同様にして、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表2に示す。
[Preparation of boron nitride powder]
Boron nitride powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that a first powder (a mixed powder of powders 1G and 1H) was used instead of the first powder (a mixed powder of powders 1A and 1B). The mixing conditions were the same as in Example 1. The crushing strength of aggregated particles, orientation index of the boron nitride powder, tap density, particle size distribution, area, and average thickness of primary particles of the obtained boron nitride powder were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
(実施例11)
[厚さの大きな一次粒子を含む第二粉末の調製]
ホウ酸(株式会社高純度化学研究所製)100質量部と、アセチレンブラック(デンカ株式会社製、グレード名:FX-35、比表面積:130m2/g)22質量部と、炭酸ナトリウム(純度:99.5質量%以上)1質量部とをヘンシェルミキサーを用いて混合して混合粉末を得た。得られた混合粉末を250℃の乾燥機に入れ、3時間保持することでホウ酸の脱水を行った。脱水後の混合粉末をプレス成型機の直径100Φの型に入れ、加熱温度:200℃及びプレス圧:30MPaの条件にて成型を行った。このようにして得られた混合粉末のペレットを以降の加熱処理に供した。
(Example 11)
[Preparation of a second powder containing thick primary particles]
A mixed powder was obtained by mixing 100 parts by mass of boric acid (manufactured by Kojun Chemical Laboratory Co., Ltd.), 22 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denka Co., Ltd., grade name: FX-35, specific surface area: 130 m² /g), and 1 part by mass of sodium carbonate (purity: 99.5% by mass or higher) using a Henschel mixer. The resulting mixed powder was placed in a 250°C dryer and held for 3 hours to dehydrate the boric acid. The dehydrated mixed powder was placed in a 100Φ diameter mold of a press molding machine and molded under the conditions of heating temperature: 200°C and pressing pressure: 30 MPa. The pellets of the mixed powder obtained in this way were subjected to subsequent heat treatments.
まず、上記ペレットをカーボン雰囲気炉内に静置し、0.65MPaに加圧された窒素雰囲気において昇温速度:5℃/分で1750℃まで昇温し、1750℃にて3時間保持して上記ペレットの加熱処理を行い、第一の加熱処理物を得た(低温焼成工程)。次に、カーボン雰囲気炉内を昇温速度:2℃/分で1800℃まで更に昇温し、1800℃にて3時間保持して第一の加熱処理物を加熱処理し、第二の加熱処理物を得た(焼成工程)。その後、カーボン雰囲気炉内を昇温速度:2℃/分で2050℃まで更に昇温し、2050℃にて7時間保持して第二の加熱処理物を高温で焼成した(高温焼成工程)。焼成後の緩く集合した窒化ホウ素を乳鉢で十分間解砕し、真空乾燥機を用いて解砕後の粉末を250℃で5時間乾燥した後、目開き:63μmの篩を通し、篩を通過した粉末を得た。このようにして、窒化ホウ素粉末の一次粒子を含む粉末2Dを調製した。上記粉末2Dを第二粉末とした。 First, the pellets were placed in a carbon atmosphere furnace and heated to 1750°C at a rate of 5°C/min in a nitrogen atmosphere pressurized to 0.65 MPa. The temperature was then maintained at 1750°C for 3 hours to heat-treat the pellets and obtain the first heat-treated product (low-temperature firing process). Next, the temperature inside the carbon atmosphere furnace was further increased to 1800°C at a rate of 2°C/min, and the temperature was maintained at 1800°C for 3 hours to heat-treat the first heat-treated product and obtain the second heat-treated product (firing process). Subsequently, the temperature inside the carbon atmosphere furnace was further increased to 2050°C at a rate of 2°C/min, and the temperature was maintained at 2050°C for 7 hours to fire the second heat-treated product at a high temperature (high-temperature firing process). The loosely aggregated boron nitride after calcination was crushed in a mortar for 10 minutes. The resulting powder was then dried in a vacuum dryer at 250°C for 5 hours. The powder was then passed through a sieve with a mesh size of 63 μm to obtain the remaining powder. In this way, powder 2D, containing primary particles of boron nitride powder, was prepared. This powder 2D was designated as the second powder.
第二粉末(2A)に変えて、第二粉末(2D)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、窒化ホウ素粉末を調製した。得られた窒化ホウ素粉末について、実施例1と同様にして、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表2に示す。 Boron nitride powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that second powder (2D) was used instead of second powder (2A). The crushing strength of aggregated particles, orientation index of the boron nitride powder, tap density, particle size distribution, area, and average thickness of primary particles were measured for the obtained boron nitride powder in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
(実施例12)
[厚さの大きな一次粒子を含む第二粉末の調製]
ホウ酸(株式会社高純度化学研究所製)100質量部と、アセチレンブラック(デンカ株式会社製、グレード名:FX-35、比表面積:130m2/g)22質量部と、炭酸ナトリウム(純度:99.5質量%以上)1質量部とをヘンシェルミキサーを用いて混合して混合粉末を得た。得られた混合粉末を250℃の乾燥機に入れ、3時間保持することでホウ酸の脱水を行った。脱水後の混合粉末をプレス成型機の直径100Φの型に入れ、加熱温度:200℃及びプレス圧:30MPaの条件にて成型を行った。このようにして得られた混合粉末のペレットを以降の加熱処理に供した。
(Example 12)
[Preparation of a second powder containing thick primary particles]
A mixed powder was obtained by mixing 100 parts by mass of boric acid (manufactured by Kojun Chemical Laboratory Co., Ltd.), 22 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denka Co., Ltd., grade name: FX-35, specific surface area: 130 m² /g), and 1 part by mass of sodium carbonate (purity: 99.5% by mass or higher) using a Henschel mixer. The resulting mixed powder was placed in a 250°C dryer and held for 3 hours to dehydrate the boric acid. The dehydrated mixed powder was placed in a 100Φ diameter mold of a press molding machine and molded under the conditions of heating temperature: 200°C and pressing pressure: 30 MPa. The pellets of the mixed powder obtained in this way were subjected to subsequent heat treatments.
まず、上記ペレットをカーボン雰囲気炉内に静置し、0.65MPaに加圧された窒素雰囲気において昇温速度:5℃/分で1750℃まで昇温し、1750℃にて3時間保持して上記ペレットの加熱処理を行い、第一の加熱処理物を得た(低温焼成工程)。次に、カーボン雰囲気炉内を昇温速度:2℃/分で1800℃まで更に昇温し、1800℃にて3時間保持して第一の加熱処理物を加熱処理し、第二の加熱処理物を得た(焼成工程)。その後、カーボン雰囲気炉内を昇温速度:2℃/分で2050℃まで更に昇温し、2050℃にて7時間保持して第二の加熱処理物を高温で焼成した(高温焼成工程)。焼成後の緩く集合した窒化ホウ素をパルペライザで解砕した後、目開き:63μmの篩を通し、篩を通過した粉末を得た。このようにして、窒化ホウ素粉末の一次粒子を含む粉末2Eを調製した。上記粉末2Eを第二粉末とした。 First, the pellets were placed in a carbon atmosphere furnace and heated to 1750°C at a rate of 5°C/min in a nitrogen atmosphere pressurized to 0.65 MPa. The pellets were then heated at 1750°C for 3 hours to obtain the first heat-treated product (low-temperature firing process). Next, the carbon atmosphere furnace was further heated to 1800°C at a rate of 2°C/min and held at 1800°C for 3 hours to heat-treat the first heat-treated product and obtain the second heat-treated product (firing process). Subsequently, the carbon atmosphere furnace was further heated to 2050°C at a rate of 2°C/min and held at 2050°C for 7 hours to fire the second heat-treated product at a high temperature (high-temperature firing process). After firing, the loosely aggregated boron nitride was crushed in a pulperizer and then passed through a sieve with a mesh size of 63 μm to obtain the powder that passed through the sieve. In this way, powder 2E containing primary particles of boron nitride powder was prepared. Powder 2E was designated as the second powder.
[窒化ホウ素粉末の調製]
第二粉末(2A)に変えて、第二粉末(2E)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、窒化ホウ素粉末を調製した。得られた窒化ホウ素粉末について、実施例1と同様にして、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表2に示す。
[Preparation of boron nitride powder]
Boron nitride powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that second powder (2E) was used instead of second powder (2A). The crushing strength of aggregated particles, orientation index of boron nitride powder, tap density, particle size distribution, area, and average thickness of primary particles of the obtained boron nitride powder were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
(実施例13)
[厚さの大きな一次粒子を含む第二粉末の調製]
厚さの大きな一次粒子を含む第二粉末(粉末1A)の調製に関し、加熱処理時のカーボン雰囲気炉の圧力を0.90MPaとし、1800℃における保持時間を15時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、粉末2Fを調製した。上記粉末2Fを第二粉末とした。
(Example 13)
[Preparation of a second powder containing thick primary particles]
Regarding the preparation of a second powder (powder 1A) containing thick primary particles, powder 2F was prepared in the same manner as in Example 1, except that the pressure of the carbon atmosphere furnace during heat treatment was set to 0.90 MPa and the holding time at 1800°C was changed to 15 hours. Powder 2F was used as the second powder.
[窒化ホウ素粉末の調製]
第一粉末(粉末1A及び粉末1Bの混合粉末)と、第二粉末(粉末2F)を、質量比で45:55となるように混合して、窒化ホウ素粉末を得た。混合の条件は実施例1と同様にして行った。得られた窒化ホウ素粉末について、実施例1と同様にして、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表2に示す。
[Preparation of boron nitride powder]
Boron nitride powder was obtained by mixing the first powder (a mixture of powder 1A and powder 1B) and the second powder (powder 2F) in a mass ratio of 45:55. The mixing conditions were the same as in Example 1. The crushing strength of the aggregated particles, the orientation index of the boron nitride powder, the tap density, the particle size distribution, the area, and the average thickness of the primary particles of the obtained boron nitride powder were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
(比較例1)
[窒化ホウ素粉末の調製]
第一粉末(粉末1A及び粉末1Bの混合粉末)に変えて、第一粉末(粉末1A)を用い、第一粉末(粉末1A)と、第二粉末(粉末2A)と、を質量比で96:4となるように混合したこと以外は、実施例1と同様にして、窒化ホウ素粉末を調製した。得られた窒化ホウ素粉末について、実施例1と同様にして、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表3に示す。
(Comparative Example 1)
[Preparation of boron nitride powder]
Boron nitride powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that the first powder (powder 1A) was used instead of the first powder (a mixed powder of powder 1A and powder 1B), and the first powder (powder 1A) and the second powder (powder 2A) were mixed in a mass ratio of 96:4. The crushing strength of the aggregated particles, the orientation index of the boron nitride powder, the tap density, the particle size distribution, the area, and the average thickness of the primary particles of the obtained boron nitride powder were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
(比較例2)
[厚さの小さな一次粒子を含む第三粉末の調製]
ホウ酸粉末(純度99.8質量%以上、関東化学株式会社製)量100質量部、メラミン粉末(純度99.0質量%以上、富士フイルム和光純薬社製)80質量部、助剤として炭酸ナトリウム(純度99.5質量%以上)1質量部を添加し、乳鉢を用い10分間混合して、混合粉末を得た。乾燥後の混合粉末を、六方晶窒化ホウ素製の容器に入れ、電気炉内に配置した。電気炉内に窒素ガスを流通させながら、10℃/分の昇温速度で室温から1000℃に昇温した。1000℃で2時間保持した後、加熱を止めて自然冷却した。温度が100℃以下になった時点で電気炉を開放した。このようにして、低結晶性の六方晶窒化ホウ素を含む仮焼物を得た。
(Comparative Example 2)
[Preparation of a third powder containing primary particles with a small thickness]
100 parts by mass of boric acid powder (purity 99.8% by mass or higher, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), 80 parts by mass of melamine powder (purity 99.0% by mass or higher, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and 1 part by mass of sodium carbonate (purity 99.5% by mass or higher) as an auxiliary agent were added and mixed in a mortar for 10 minutes to obtain a mixed powder. After drying, the mixed powder was placed in a container made of hexagonal boron nitride and placed in an electric furnace. Nitrogen gas was circulated in the electric furnace and the temperature was raised from room temperature to 1000°C at a heating rate of 10°C/min. After holding at 1000°C for 2 hours, heating was stopped and it was allowed to cool naturally. The electric furnace was opened when the temperature fell below 100°C. In this way, a calcined material containing low-crystallinity hexagonal boron nitride was obtained.
上記仮焼物100gを上述の電気炉内に配置した。電気炉内に窒素ガスを流通させながら、10℃/分の速度で室温から1750℃に昇温した。1750℃の焼成温度で4時間保持した後、加熱を止めて自然冷却した。温度が100℃以下になった時点で電気炉を開放した。得られた焼成物を回収し、パルペライザで粉砕して、六方晶窒化ホウ素を含む粉末を得た。次に、上記粉末中に含まれる不純物を除くため、0.1N希硝酸に、上記粗粉を投入し、室温で60分間攪拌した。攪拌後、吸引ろ過によって固液分離し、ろ液が中性になるまで、水を入れ替えて洗浄した。洗浄後、乾燥機を用いて120℃で3時間乾燥させることによって乾燥粉末を得た。乾燥後、篩目200μmの篩で通篩し、得られた粉末3Aを第三粉末とした。 100g of the above calcined material was placed in the electric furnace described above. While circulating nitrogen gas through the electric furnace, the temperature was increased from room temperature to 1750°C at a rate of 10°C/min. After maintaining the firing temperature of 1750°C for 4 hours, heating was stopped and natural cooling was allowed. The electric furnace was opened when the temperature fell below 100°C. The resulting calcined material was collected and pulverized in a pulperizer to obtain a powder containing hexagonal boron nitride. Next, to remove impurities from the powder, the coarse powder was added to 0.1N dilute nitric acid and stirred at room temperature for 60 minutes. After stirring, solid-liquid separation was performed by suction filtration, and the filtrate was washed by changing the water until it became neutral. After washing, a dried powder was obtained by drying in a dryer at 120°C for 3 hours. After drying, the powder was sieved through a 200 μm sieve, and the resulting powder 3A was designated as the third powder.
[窒化ホウ素粉末の調製]
第一粉末(粉末1A及び粉末1Bの混合粉末)に変えて第一粉末(粉末1A)を用い、第二粉末(2A)に変えて第三粉末(粉末3A)を用いて、第一粉末(粉末1A)と、第三粉末(粉末3A)と、を質量比で70:30となるように混合したこと以外は、実施例1と同様にして、窒化ホウ素粉末を調製した。得られた窒化ホウ素粉末について、実施例1と同様にして、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表3に示す。
[Preparation of boron nitride powder]
Boron nitride powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that the first powder (powder 1A) was used instead of the first powder (a mixture of powders 1A and 1B), and the third powder (powder 3A) was used instead of the second powder (2A), and the first powder (powder 1A) and the third powder (powder 3A) were mixed in a mass ratio of 70:30. The crushing strength of the aggregated particles, the orientation index of the boron nitride powder, the tap density, the particle size distribution, the area, and the average thickness of the primary particles were measured for the obtained boron nitride powder in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
(比較例3)
[凝集粒子を含む第一粉末の調製]
実施例1と同様にして調製した粉末1Bと、実施例7と同様にして調製した粉末1Dと、を質量比で40:40となるように混合することで、第一粉末を調製した。
(Comparative Example 3)
[Preparation of the first powder containing aggregated particles]
The first powder was prepared by mixing powder 1B, prepared in the same manner as in Example 1, and powder 1D, prepared in the same manner as in Example 7, in a mass ratio of 40:40.
[窒化ホウ素粉末の調製]
上述のようにして得られた、窒化ホウ素の第一粉末(粉末1B及び粉末1Dの混合粉末)及び第二粉末(粉末2A)を、質量比で80:20となるように混合して、窒化ホウ素粉末を得た。混合の条件は実施例1と同様にして行った。得られた窒化ホウ素粉末について、実施例1と同様にして、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表3に示す。
[Preparation of boron nitride powder]
The first boron nitride powder (a mixed powder of powder 1B and powder 1D) and the second powder (powder 2A), obtained as described above, were mixed in a mass ratio of 80:20 to obtain boron nitride powder. The mixing conditions were the same as in Example 1. The crushing strength of the aggregated particles, the orientation index of the boron nitride powder, the tap density, the particle size distribution, the area, and the average thickness of the primary particles of the obtained boron nitride powder were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
(比較例4)
[窒化ホウ素粉末の調製]
第一粉末(粉末1A及び粉末1Bの混合粉末)に変えて第一粉末(粉末1C)を用いて、第一粉末(粉末1C)と、第二粉末(粉末2A)と、を質量比で80:20となるように混合したこと以外は、実施例1と同様にして、窒化ホウ素粉末を調製した。得られた窒化ホウ素粉末について、実施例1と同様にして、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表3に示す。
(Comparative Example 4)
[Preparation of boron nitride powder]
Boron nitride powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that the first powder (powder 1C) was used instead of the first powder (a mixed powder of powder 1A and powder 1B), and the first powder (powder 1C) and the second powder (powder 2A) were mixed in a mass ratio of 80:20. The crushing strength of the aggregated particles, the orientation index of the boron nitride powder, the tap density, the particle size distribution, the area, and the average thickness of the primary particles of the obtained boron nitride powder were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
(比較例5)
[凝集粒子を含む第一粉末の調製]
オルトホウ酸(日本電工株式会社製)100質量部と、アセチレンブラック(HS100、デンカ株式会社製)35質量部とをヘンシェルミキサーを用いて混合した後、黒鉛ルツボ中に充填した。この黒鉛ルツボをアーク炉に入れ、アルゴン雰囲気で、2200℃にて5時間加熱し、塊状の炭化ホウ素(B4C)粉末を調製した。
(Comparative Example 5)
[Preparation of the first powder containing aggregated particles]
100 parts by mass of orthoboric acid (manufactured by Nippon Denko Co., Ltd.) and 35 parts by mass of acetylene black (HS100, manufactured by Denka Co., Ltd.) were mixed using a Henschel mixer and then packed into a graphite crucible. This graphite crucible was placed in an arc furnace and heated at 2200°C for 5 hours in an argon atmosphere to prepare a lump of boron carbide ( B4C ) powder.
調製した塊状の炭化ホウ素粉末を振動ミルで15分粉砕した後、106μmの篩で通篩することにより平均粒子径が60μmの炭化ホウ素粉末(B4C粉末)を調製した。調製した炭化ホウ素粉末を窒化ホウ素ルツボに充填した。当該ルツボを抵抗加熱炉内に静置し、0.85MPaの窒素ガスの雰囲気下で、2100℃で30時間加熱することによって、炭窒化ホウ素(B4CN4)粉末を含む焼成物を得た(加圧窒化工程)。得られた焼成物を、マッフル炉内に静置し、大気雰囲気下で、700℃で5時間加熱すること(酸化工程)によって加熱処理物を得た。 The prepared lump of boron carbide powder was pulverized in a vibratory mill for 15 minutes, and then sieved through a 106 μm sieve to prepare boron carbide powder ( B4C powder) with an average particle size of 60 μm. The prepared boron carbide powder was packed into a boron nitride crucible. The crucible was placed in a resistance heating furnace and heated at 2100°C for 30 hours under a nitrogen gas atmosphere of 0.85 MPa to obtain a calcined product containing boron carbonitride ( B4CN4 ) powder (pressure nitriding step). The obtained calcined product was placed in a muffle furnace and heated at 700°C for 5 hours under an atmospheric atmosphere (oxidation step) to obtain a heat-treated product.
上記加熱処理物とホウ酸(ホウ素源)の混合物100質量部に対して、ホウ素源であるホウ酸の配合量が36質量部となるようにホウ酸を添加し、ヘンシェルミキサーによって混合して、混合物を得た。混合物を窒化ホウ素ルツボに充填し、抵抗加熱炉を用いて加熱することによって脱炭して、一次粒子が凝集した凝集粒子を有する窒化ホウ素粉末を合成した(結晶化工程)。結晶化工程における条件としては、圧力5kPaの窒素ガスの雰囲気で、室温から2000℃まで昇温し、2000℃において5時間保持した。合成した窒化ホウ素粉末を乳鉢によって10分間解砕した後、篩目180μmのナイロン篩にて分級を行った。このようにして、窒化ホウ素の一次粒子が凝集した凝集粒子を含む粉末1Iを得た。 To 100 parts by mass of the mixture of the above heat-treated material and boric acid (boron source), boric acid was added so that its proportion as the boron source was 36 parts by mass. The mixture was then mixed using a Henschel mixer to obtain a mixture. The mixture was packed into a boron nitride crucible and decarburized by heating in a resistance heating furnace to synthesize boron nitride powder containing aggregated particles formed by the aggregation of primary particles (crystallization step). The crystallization conditions were a nitrogen gas atmosphere at a pressure of 5 kPa, with the temperature raised from room temperature to 2000°C and held at 2000°C for 5 hours. The synthesized boron nitride powder was crushed in a mortar for 10 minutes, and then classified using a nylon sieve with a mesh size of 180 μm. In this way, powder 1I containing aggregated particles formed by the aggregation of primary particles of boron nitride was obtained.
実施例1と同様にして調製した粉末1Aと、粉末1Bと、粉末1Iと、を質量比で55:20:5となるように混合することで、第一粉末を調製した。 Powder 1A, powder 1B, and powder 1I, prepared in the same manner as in Example 1, were mixed in a mass ratio of 55:20:5 to prepare the first powder.
[窒化ホウ素粉末の調製]
上述のようにして得られた、窒化ホウ素の第一粉末(粉末1A、粉末1B及び粉末1Iの混合粉末)及び第二粉末(粉末2A)を、質量比で80:20となるように混合して、窒化ホウ素粉末を得た。混合の条件は実施例1と同様にして行った。得られた窒化ホウ素粉末について、実施例1と同様にして、凝集粒子の圧壊強さ、窒化ホウ素粉末の配向性指数、タップ密度、粒度分布、及び面積、並びに一次粒子の平均厚さを測定した。結果を表3に示す。
[Preparation of boron nitride powder]
The first boron nitride powder (a mixed powder of powders 1A, 1B, and 1I) and the second powder (powder 2A), obtained as described above, were mixed in a mass ratio of 80:20 to obtain boron nitride powder. The mixing conditions were the same as in Example 1. For the obtained boron nitride powder, the crushing strength of aggregated particles, the orientation index of the boron nitride powder, the tap density, the particle size distribution, the area, and the average thickness of the primary particles were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
本開示によれば、樹脂への充填性に優れ、樹脂に充填した際に優れた放熱性及び絶縁性を発揮し得る樹脂シートを調製可能な窒化ホウ素粉末を提供できる。 According to this disclosure, a boron nitride powder can be provided that exhibits excellent fillability into resins and can be used to prepare resin sheets that exhibit excellent heat dissipation and insulation properties when filled into resins.
Claims (1)
配向性指数が15以下であり、
タップ密度が0.75g/cm3以上であり、
体積基準の累積粒度分布曲線において2以上のピークを有し、前記ピークの最大頻度の値Xに対する前記ピーク間における最小頻度の値Yの割合が15%以上であり、
体積基準の累積粒度分布曲線における10%累積径が10μm以下であり、50%累積径が20~60μmであり、90%累積径が50~100μmであり、且つ99%累積径が135μm以下であり、
比表面積が3.5m 2 /g以下であり、
前記一次粒子の平均厚さが0.5μm以上である、窒化ホウ素粉末。
It comprises primary boron nitride particles and aggregated particles formed by the aggregation of primary boron nitride particles, having a crushing strength of 5 MPa or more.
The orientation index is 15 or less.
The tap density is 0.75 g/ cm³ or higher.
The volume-based cumulative particle size distribution curve has two or more peaks, and the ratio of the minimum frequency value Y between the peaks to the maximum frequency value X is 15% or more.
In the volume-based cumulative particle size distribution curve, the 10% cumulative diameter is 10 μm or less, the 50% cumulative diameter is 20 to 60 μm, the 90% cumulative diameter is 50 to 100 μm, and the 99% cumulative diameter is 135 μm or less .
The specific surface area is 3.5 m² /g or less.
Boron nitride powder having an average thickness of 0.5 μm or more of the primary particles .
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