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JPH0583482B2 - - Google Patents
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JPH0583482B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0583482B2
JPH0583482B2 JP61047435A JP4743586A JPH0583482B2 JP H0583482 B2 JPH0583482 B2 JP H0583482B2 JP 61047435 A JP61047435 A JP 61047435A JP 4743586 A JP4743586 A JP 4743586A JP H0583482 B2 JPH0583482 B2 JP H0583482B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum nitride
pellets
powder
firing
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP61047435A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS62207703A (en
Inventor
Moriji Myagi
Kikuo Shinoki
Yoshihiko Kajimoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokuyama Corp
Original Assignee
Tokuyama Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokuyama Corp filed Critical Tokuyama Corp
Priority to JP4743586A priority Critical patent/JPS62207703A/en
Publication of JPS62207703A publication Critical patent/JPS62207703A/en
Publication of JPH0583482B2 publication Critical patent/JPH0583482B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(発明の技術分野) 本発明は窒化アルミニウムの新規な製造方法に
関し、詳しくはその焼結体に高い熱伝導性、透光
性、耐食性等の性状を与える高純度の窒化アルミ
ニウム粉末を多量または連続的に製造するための
好適な方法を提供するものである。 (従来技術およびその問題点) 窒化アルミニウムは、焼結体が一般に高熱伝導
性、高絶縁性、高耐食性、高強度等の優れた工業
的特性を有するため、例えば高密度実装用基板、
高出力半導体素子のヒートシンク、高出力HIC基
板など各種工業材料のセラミツクス原料として注
目されている。また、特開昭59−50008号公報に
は、特定した超微粉体でかつ含有酸素量が極めて
少ない高純度の窒化アルミニウム粉末が、優れた
焼結性を有し焼結条件によつては高い透光性を有
する焼結体になることが示されている。 従来、窒化アルミニウム粉末の製造方法として
は、次の2つの代表的な方法が知られている。即
ち、金属アルミニウム粉末を窒素含有ガスの雰囲
気下に高温度で窒化するアルミニウムの直接窒化
法と、アルミナ粉末およびカーボン粉末の混合物
を窒素含有ガスの雰囲気下に高温度で焼成するア
ルミナの還元窒化法とがある。前者の直接窒化法
では、窒化率を上げるために原料である金属アル
ミニウムの粉砕、さらに生成した窒化アルミニウ
ムを焼結体に供するための粉砕が必要になるばか
りでなく、粉砕に伴う不純物の混入が避けられな
い。これに対して、後者のアルミナ還元窒化法で
は、比較的細かく粒度の揃つた高純度の窒化アル
ミニウム粉末を得ることが出来る。しかしなが
ら、このようなアルミナ還元窒化法により窒化ア
ルミニウム粉末を多量かつ連続的に製造しようと
する場合には、アルミナ粉末とカーボン粉末との
原料混合物を均一な高温度および窒素ガス濃度に
維持することが難しく、焼成による還元窒化の反
応が良好に達成されないため、良品質の窒化アル
ミニウム粉末を得ることが出来ない問題がある。
したがつて、窒化アルミニウム粉末の工業的な製
造方法は、一般に小規模な焼成炉において少量の
バツチ式反応であつた。 (問題点を解決するための手段) 本発明者らは、上記の問題に鑑みて高品質の窒
化アルミニウムを多量かつ連続的に製造する方法
について鋭意研究を重ねた。その結果、竪型焼成
炉に於いてアルミナ粉末とカーボン粉末との原料
混合物を供給し、窒素含有ガスの雰囲気下に高温
度で焼成して窒化アルミニウムを製造するにあた
り、該原料混合物を焼成後の圧壊強度が特定の範
囲となるようにバインダーにより予め造粒しペレ
ツトにして用いることにより、目的とする良品質
の窒化アルミニウムが容易に得られること、ま
た、焼成後のペレツトを特定の条件で酸化処理す
ることにより該ペレツトが崩壊して粉砕すること
なく粉末化することを見い出して、本発明を完成
するに至つたものである。即ち、本発明によれ
ば、アルミナ粉末とカーボン粉末との混合物を、
窒素含有ガスの雰囲気下で焼成後の圧壊強度が80
〜4000gとなるようにバインダーの存在下に造
粒、乾燥して得たペレツトを、竪型焼成炉におい
て窒素含有ガスの雰囲気下に1400〜1800℃の温度
で焼成し、次いで酸素含有ガスの雰囲気下に650
〜750℃で焼成することを特徴とする窒化アルミ
ニウム粉末の製造方法が提供される。 本発明の製造方法は、具体的には竪型焼成炉に
上部からアルミナ粉末とカーボン粉末との混合物
より造粒したペレツトを供給して充填し、窒素含
有ガスの雰囲気下に高温度で焼成し、該焼成炉の
下部から生成する窒化アルミニウムのペレツトを
順次に取り出す態様である。しかして、本発明に
おいては、上記のアルミナ粉末とカーボン粉末よ
りなる原料混合物を予め造粒しペレツトにして竪
型焼成炉に供給することが、目的とする窒化アル
ミニウムを良好に得るために極めて重要で、特に
造粒した原料ペレツト1個当りの圧壊強度を2〜
40Kgにして、竪型焼成炉に供給することが目的と
する窒化アルミニウムを良好に得るために好まし
い。即ち、かかる本発明の原料ペレツトは、竪型
焼成炉における供給時の機械的衝撃による破壊、
充填荷重による圧壊、高温度の焼成による崩壊な
どを殆んど伴わないため、該ペレツトの間隙を窒
素含有ガスが均一に流通しながら高温度の焼成が
良好に達成される。その結果、本発明によれば原
料ペレツトのアルミナが均質に還元窒化され、良
好な窒化アルミニウムのペレツトを得ることがで
きる。また本発明において、原料ペレツトの焼成
により生成する窒化アルミニウムのペレツトは、
1個当りの圧壊強度が一般に80〜4000gに維持さ
れるため、崩壊することがなく、そのまま次いで
酸素含有ガスの雰囲気下に焼成して均一な酸化反
応が達成される。かくして、酸化焼成後における
窒化アルミニウムのペレツトは、1個当りの圧壊
強度が0〜数10gに低下するため、未粉砕または
特別の粉砕手段を要することなく解砕され容易に
粉末状化することが出来る。したがつて、本発明
において竪型焼成炉に供給する原料ペレツト1個
当りの圧壊強度を2〜40Kgに特定するとともに、
得られる窒化アルミニウムペレツトの1個当りの
圧壊強度を一般に80〜4000gとなる程度に焼成す
ることも至つて重要である。 これに対して、原料ペレツト1個当りの圧壊強
度が2Kgより小さい場合には、該原料ペレツトの
竪型焼成炉における供給(投入)時の機械的衝撃
による破壊、充填荷重による圧壊、高温度の焼成
による崩壊などを生じるため、窒素含有ガスの均
一な流通が阻害され、高温度の焼成による還元窒
化の反応が均質に達成されず、ひいては良好な窒
化アルミニウムを得ることが出来ない結果を招
く。さらに上記した如き原料ペレツトの崩壊など
が激しく粉化した場合には、竪型焼成炉において
詰りを生じて、窒素含有ガスの流通および高温度
の焼成が不十分となり、還元窒化の反応に長時間
を要すばかりでなく、ついには反応が不可能に至
る。他方、原料ペレツト1個当りの圧壊強度が40
Kgより大きい場合には、竪型焼成炉において該原
料ペレツトの破壊、圧壊、崩壊などが殆んど生じ
ないため、窒素含有ガスの均一な流速により高温
度の焼成が連続的に達成される。しかしながら、
このような1個当りの圧壊強度が40Kgより大きい
原料ペレツトを用いた場合には、均質な窒化アル
ミニウムが得られ難い傾向にあり、均質な窒化ア
ルミニウムを得るためには長時間の焼成が必要で
ある。この理由は明確には出来ないが、原料ペレ
ツト1個当りの圧壊強度40Kgより大きい場合に
は、固締されているために、該ペレツトの内部ま
で焼成が十分に達成されず、アルミナの完全な還
元窒化反応に長時間を要するものと推測される。
また、かかる1個当りの圧壊強度が40Kgより大き
い原料ペレツトを用いた場合には、得られる窒化
アルミニウムのペレツトが一般に4000gより大き
い圧壊強度を有するため、次いで該窒化アルミニ
ウムペレツトを酸素含有ガスの雰囲気下に焼成し
ても、容易に圧壊強度が低下しない。したがつ
て、窒化アルミニウム粉末を得るためには、別途
に粉砕手段を必要とするばかりでなく、該粉砕に
よる不純物の混入する問題がある。 本発明において原料となるアルミナ粉末および
カーボン粉末は、それぞれ混合してペレツトが造
粒し易いような粉状物であれば特に制限されない
が、前記した特開昭59−50008号公報に記載のよ
うに高純度の窒化アルミニウムを得るためには、
次のようなアルミナ粉末およびカーボン粉末が好
適に使用される。即ち、アルミナ粉末は、純度
99.0重量%以上、好ましくは99.9重量%以上、平
均粒子径が2μm以下、好ましくは1μm以下のもの
が採用される。また、カーボン粉末は、灰分0.2
重量%以下の純度、平均粒子径1μm以下のものが
好ましく採用される。このようなアルミナ粉末と
カーボン粉末の粒子径が上記した範囲以外のもの
を使用する場合には、生成する窒化アルミニウム
の平均粒子径が2μm以下の窒化アルミニウムが得
られず、また未反応アルミナが通常3重量%以上
に残存するため、低酸素含有量の微粉末とはなら
ない傾向がある。さらに、アルミナ粉末とカーボ
ン粉末の純度が上記した範囲以外の場合には、こ
れらに含まれる陽イオン不純物が殆んどそのまま
窒化アルミニウム粉末中の不純物として残存する
ため陽イオン不純物量の少ない粉末を得ることが
できない。 上記したようなアルミナ粉末とカーボン粉末と
は、混合比を一般に重量比で1:0.4〜1:1,
特にカーボン灰分から混入する不純物を低減する
ために1:0.4〜1:0.7の範囲に混合して調合す
ることが好適である。また、アルミナ粉末とカー
ボン粉末との混合は、乾式あるいは湿式のどちら
でも良いが、該アルミナを均一に反応させて反応
率を上げるためには、充分に均一混合することが
好ましい。湿式混合で使用する液体分散媒体とし
ては、特に限定されず、一般に炭化水素、脂肪族
アルコール又はこれらの混合物が好適に使用され
る。例えば、脂肪族アルコールとしては、一般に
メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロ
ピルアルコール等が、また炭化水素としては一般
にリグロイン、石油エーテル、ヘキサン、ベンゼ
ン、トルエン等が好適に使用される。炭化水素、
脂肪族アルコールに混合してあるいは単独でエー
テル類、エステル類等も必要に応じて使用出来
る。なお、上記混合の条件および装置は特に限定
されず、窒化アルミニウムに不可避的に混入する
不純物を抑制出来れば良い。 本発明において、アルミナ粉末とカーボン粉末
との混合物をバインダーの存在下に造粒、乾燥し
て原料ペレツトを製造する方法は特に制限されな
いが、該原料ペレツト1個当りの圧壊強度が2〜
40Kgとなるように製造することが好ましく、一般
に公知の造粒方法および装置を採用して製造する
ことが出来る。 バインダーとしては、上記した1個当りの圧壊
強度が2〜40Kgの原料ペレツトを容易に造粒する
ことが出来、また焼成時に該原料ペレツトが融解
や焼結を起すことなく、さらに得られる窒化アル
ミニウムに不純物として残存しないようなバイン
ダーが好ましく用いられる。このようなバインダ
ーとしては、一般に有機系バインダーが好適であ
り、例えばポリビニールアルコールなどの水溶性
高分子体、ヒドロキシエチルセルロース、カルボ
キシメチルセルロース、糖蜜、また疎水性バイン
ダーである石油樹脂、フエノール樹脂などが挙げ
られるが、特に限定されるものではない。原料ペ
レツトの造粒は、アルミナ粉末とカーボン粉末と
の混合物にバインダーを添加して、例えば転動
型、押出型、圧縮型などの造粒機を用いて、一般
に球状、円柱状のペレツトを成形して得ることが
出来る。特に、1個当りの圧壊強度が2〜40Kgの
原料ペレツトを容易に得るためには、押出造粒が
好ましく採用される。また、押出造粒により円柱
ペレツトを予め造粒した後、該円柱ペレツトを球
状ペレツトに整粒する二段造粒でも良く、特に限
定されるものではない。なお造粒した原料ペレツ
トは、一般に100〜130℃の温度で乾燥することが
好ましい。このようにして得られる本発明の原料
ペレツトは平均粒径が一般に5〜20m/m、好ま
しくは8〜15m/mの粒度の揃つたペレツトであ
り、1個当りの圧壊強度が一般に2〜40Kg、好ま
しくは10〜30Kg、また空隙量が一般に0.1〜0.45
cm2/gである。 次に、本発明は上記した原料ペレツトを、竪型
焼成炉に供給して窒素含有ガスの雰囲気下に、
1400〜1800℃の温度で焼成する。竪型焼成炉とし
ては、円筒の形状で原料ペレツトの供給口および
生成した窒化アルミニウムの取出口を有する構造
であればよく、特に原料ペレツトが連続的に供給
(投入)し充填されかつ生成物が連続的に取り出
し可能な構造が好ましく、代表的には、上部に供
給口(投入口)、下部に取出口を有して、内部ま
たは外部に加熱機構を有する構造である。窒素含
有ガスとしては純窒素ガス、窒素を含有するガ
ス、またはアンモニアなど高温度の焼成において
窒素ガスに容易に変化し得るものであればよい。
このような窒素含有ガスは、竪型焼成炉の上部又
は下部から連続的または間欠的に導入した原料ペ
レツトと十分に接触させながら高温度の焼成に供
する。また竪型焼成炉における窒素含有ガスは、
原料ペレツトのアルミナが十分に還元窒化される
窒素濃度に維持すればよく、一般に生成する排ガ
ス中の一酸化炭素の分圧を10%、特に3%以下に
制御すればよい。他方、焼成条件は、焼成温度を
一般に1400〜1800℃、好ましくは1500〜1700℃に
維持して、一般に1〜10時間、好ましくは3〜6
時間の焼成により、アルミナが充分に還元窒化さ
れて目的とする良好な窒化アルミニウム粉末を得
ることができる。即ち、焼成温度が1400℃より低
い場合には、原料ペレツトにおけるアルミナの還
元窒化が充分に達成されず、長時間の焼成を要す
るばかりでなく、特に酸素含有量の小さい窒化ア
ルミニウムを得ることが出来ない。また、焼成温
度が1800℃より高い場合には、アルミナの還元窒
化反応は短時間に充分に達成されるが、生成する
窒化アルミニウムの粒子径が大きくなるため、所
望の窒化アルミニウム粉末を得ることが出来な
い。 本発明の原料ペレツトを窒素含有ガスの雰囲気
下に焼成して得られる窒化アルミニウムのペレツ
トは、一般に未反応のカーボンを含有しているた
め、次いで該ペレツトを空気または酸素の存在下
に一般に650〜750℃の温度で焼成して、該カーボ
ンを酸化して除去することが好ましい。なお、上
記した酸化焼成する温度が750℃より高い場合に
は窒化アルミニウムの表面が過剰に酸化されるた
め、目的とする窒化アルミニウム粉末の酸素含有
量が増大する傾向がある。 (発明の効果) 上記した本発明において、アルミナ粉末とカー
ボン粉末との混合物よりなる原料ペレツトを窒素
含有ガスの雰囲気下に焼成して、得られる窒化ア
ルミニウムのペレツトは、1個当りの圧壊強度が
一般に80〜4000gである。次いで、上記の窒化ア
ルミニウムのペレツトは、酸素含有ガスの雰囲気
下に焼成することにより、容易に解砕されて窒化
アルミニウムの粉末を得ることが出来る。 かくして得られる窒化アルミニウム粉末は、一
般に平均粒子径が2μm以下で、酸素含有量が1.5
重量%以下かつ陽イオン不純物が0.3重量%以下
である。このような窒化アルミニウム粉末は、何
ら助剤を用いることなく高純度かつ高密度の焼結
体を得ることが出来、また該焼結体は、高い透光
性を有する。また、このような窒化アルミニウム
の焼結体は、熱的性質、機械的性質においても優
れた特性を有する。さらに、本発明の窒化アルミ
ニウム粉末は、α−サイアロンやβ−サイアロン
など一連のサイアロン化合物の原料としても好適
に使用される。 (実施例) 以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれ
らの実施例に限定されるものではない。なお、本
発明における圧壊強度の測定は、木屋式硬度計お
よび粒体硬度計によつた。なお測定個数は20個と
し、その算術平均値で示した。また、平均粒子径
の測定は堀場製作所製自動粒度分布測定器CAPA
−500によつた。窒素の分析は、一の瀬等(窒素
協会誌83 465(1975))の方法によつた。 実施例 1 純度99.99重量%、平均粒子径0.52μmのアルミ
ナと灰分0.08重量%、平均粒子径0.45μmのカーボ
ンブラツクとを1対0.5の割合(重量比)で、エ
タノールを分散媒として湿式混合により原料を調
合した。次いでこの調合原料に7.0重量%のボリ
ビニールアルコール(PVA)水溶液を固体/液
体=1.14の割合(重量比)になるように添加し、
30分間混練して湿潤原料を調製した。 上記の湿潤原料を、ダイス径8.0m/mのスク
リユー式前押出型造粒機にて8.0m/mφ×8.0m/
mLの円柱ペレツトに成形した後、該円柱ペレツ
トを整球機にて調合原料の10重量%添加して造粒
し、平均粒子径8m/mの球状ペレツトを製造し
た。次いで、この球状ペレツトを乾燥機にて110
〜120℃の温度で、十分に脱水、乾燥した。得ら
れた球状ペレツト1個当りの圧壊強度は18Kgであ
つた。 内容積3.0の竪型焼成炉に上記の球状ペレツ
トを充填した後、窒素ガスを5/minの割合
で、焼成炉の下部から上部へ流通させながら、
1570℃の温度で120分間焼成を行つた。焼成後の
ペレツト1個当りの圧壊強度は1100gであつた。
次いで、同じ竪型焼成炉において、窒素ガスを代
りに空気を流通させながら、該ペレツトを700℃
の温度で180分間焼成して酸化処理した。 上記の酸化処理後に得られる窒化アルミニウム
のペレツトは容易に解砕し粉末化され、平均粒子
径が2μm以下、比表面積が4.5m2/gであつた。 また、この窒化アルミニウム粉末を分析した結
果、粉末X線回折では窒化アルミニウムの単一相
であり、窒素含有量は33.8重量%であつた。 実施例 2 実施例1の調合原料に対して、ポリビニールア
ルコールとフエノール樹脂の添加濃度を変化させ
て、それ以外は実施例1と同様にして球状ペレツ
トを調製した後、脱水・乾燥した。上記したバイ
ンダーの添加濃度と乾燥して得られた球状ペレツ
ト1個当りの圧壊強度とを第1表に示す。第1表
に示す球状ペレツトを実施例1と同様に窒素ガス
の雰囲気下に焼成した後、さらに空気の存在下に
焼成して、窒化アルミニウム粉末を得た。得られ
た窒化アルミニウム粉末の性質を第1表に示す。
(Technical Field of the Invention) The present invention relates to a novel method for producing aluminum nitride, and more specifically, a method for producing a sintered body of high-purity aluminum nitride powder in large quantities or continuously, which provides properties such as high thermal conductivity, translucency, and corrosion resistance. The present invention provides a suitable method for manufacturing the same. (Prior art and its problems) Aluminum nitride is used as a substrate for high-density mounting, for example, because its sintered body generally has excellent industrial properties such as high thermal conductivity, high insulation, high corrosion resistance, and high strength.
It is attracting attention as a ceramic raw material for various industrial materials such as heat sinks for high-power semiconductor devices and high-power HIC substrates. Furthermore, Japanese Patent Application Laid-open No. 59-50008 discloses that a specified ultrafine powder with high purity aluminum nitride powder containing extremely low oxygen content has excellent sinterability and It has been shown that this results in a sintered body with high translucency. Conventionally, the following two typical methods are known as methods for producing aluminum nitride powder. Specifically, there is a direct nitriding method for aluminum in which metallic aluminum powder is nitrided at high temperature in a nitrogen-containing gas atmosphere, and a reductive nitriding method for alumina in which a mixture of alumina powder and carbon powder is fired at high temperature in a nitrogen-containing gas atmosphere. There is. In the former direct nitriding method, not only is it necessary to crush the raw material aluminum metal in order to increase the nitriding rate, but also to crush the produced aluminum nitride to provide it as a sintered body. Inevitable. On the other hand, in the latter alumina reduction nitriding method, it is possible to obtain high purity aluminum nitride powder with relatively fine and uniform particle size. However, when attempting to continuously produce large quantities of aluminum nitride powder using such alumina reduction nitriding method, it is difficult to maintain the raw material mixture of alumina powder and carbon powder at a uniform high temperature and nitrogen gas concentration. This method is difficult and the reduction nitriding reaction by firing cannot be achieved satisfactorily, so there is a problem that it is not possible to obtain aluminum nitride powder of good quality.
Therefore, the industrial method for producing aluminum nitride powder has generally been a small batch reaction in a small-scale kiln. (Means for Solving the Problems) In view of the above-mentioned problems, the present inventors have conducted extensive research on a method for continuously producing large quantities of high-quality aluminum nitride. As a result, when producing aluminum nitride by supplying a raw material mixture of alumina powder and carbon powder in a vertical firing furnace and firing it at high temperature in an atmosphere of nitrogen-containing gas, the raw material mixture is By pre-granulating aluminum nitride with a binder and using it as pellets so that the crushing strength falls within a specific range, the target high-quality aluminum nitride can be easily obtained, and the pellets after firing can be oxidized under specific conditions. The present invention was completed based on the discovery that the pellets could be processed into powder without being crushed and crushed. That is, according to the present invention, a mixture of alumina powder and carbon powder,
The crushing strength after firing in a nitrogen-containing gas atmosphere is 80
The pellets obtained by granulation and drying in the presence of a binder to a weight of ~4000 g are fired in a vertical kiln at a temperature of 1400 to 1800°C in an atmosphere of nitrogen-containing gas, and then in an atmosphere of oxygen-containing gas. 650 below
Provided is a method for producing aluminum nitride powder, characterized by firing at ~750°C. Specifically, in the manufacturing method of the present invention, pellets granulated from a mixture of alumina powder and carbon powder are fed into a vertical firing furnace from the top, filled with pellets, and fired at high temperature in an atmosphere of nitrogen-containing gas. , the aluminum nitride pellets produced are sequentially taken out from the lower part of the firing furnace. Therefore, in the present invention, it is extremely important to granulate the raw material mixture consisting of the above-mentioned alumina powder and carbon powder in advance and supply it to the vertical firing furnace in the form of pellets in order to obtain the desired aluminum nitride in a satisfactory manner. In particular, the crushing strength per granulated raw material pellet should be 2 to 2.
It is preferable to feed the aluminum nitride to the vertical firing furnace at 40 kg in order to obtain the desired aluminum nitride in a good manner. That is, the raw material pellets of the present invention are not destroyed by mechanical impact during feeding in a vertical kiln,
Since there is almost no crushing due to the filling load or collapse due to high-temperature firing, high-temperature firing can be successfully achieved while nitrogen-containing gas uniformly flows through the gaps between the pellets. As a result, according to the present invention, the alumina in the raw material pellets is reduced and nitrided homogeneously, and good aluminum nitride pellets can be obtained. In addition, in the present invention, aluminum nitride pellets produced by firing raw material pellets are
Since the crushing strength per piece is generally maintained at 80 to 4000 g, it does not collapse, and is then fired as it is in an oxygen-containing gas atmosphere to achieve a uniform oxidation reaction. In this way, the crushing strength of aluminum nitride pellets after oxidation and firing is reduced to 0 to several tens of grams per pellet, so they can be easily crushed and powdered without the need for unpulverized or special crushing means. I can do it. Therefore, in the present invention, the crushing strength per raw material pellet supplied to the vertical kiln is specified to be 2 to 40 kg,
It is also very important to sinter the resulting aluminum nitride pellets to such an extent that the crushing strength per pellet is generally 80 to 4000 g. On the other hand, if the crushing strength per raw material pellet is less than 2 kg, the raw material pellet may be broken due to mechanical shock when fed into the vertical firing furnace, crushed due to filling load, or caused by high temperature. Since collapse occurs due to firing, the uniform distribution of nitrogen-containing gas is inhibited, and the reduction nitriding reaction due to high temperature firing is not achieved homogeneously, resulting in the inability to obtain good aluminum nitride. Furthermore, if the raw material pellets collapse and become powder as described above, the vertical firing furnace will become clogged, and the flow of nitrogen-containing gas and firing at high temperatures will become insufficient, resulting in a long period of time for the reductive nitriding reaction. Not only does it require a lot of time, but it also ends up being impossible to react. On the other hand, the crushing strength per raw material pellet is 40
If it is larger than Kg, the raw material pellets are hardly destroyed, crushed, or disintegrated in the vertical firing furnace, so that high-temperature firing can be continuously achieved due to the uniform flow rate of the nitrogen-containing gas. however,
When such raw material pellets with a crushing strength of more than 40 kg per piece are used, it tends to be difficult to obtain homogeneous aluminum nitride, and long-term firing is required to obtain homogeneous aluminum nitride. be. The reason for this cannot be clearly determined, but if the crushing strength per raw pellet is greater than 40 kg, the pellets will not be fully sintered to the inside of the pellet due to the compaction, and the alumina will not be completely burned. It is assumed that the reduction-nitridation reaction takes a long time.
In addition, when raw material pellets having a crushing strength of more than 40 kg per piece are used, the aluminum nitride pellets obtained generally have a crushing strength of more than 4000 g. Even when fired in an atmosphere, the crushing strength does not easily decrease. Therefore, in order to obtain aluminum nitride powder, not only a separate pulverizing means is required, but also there is a problem that impurities are mixed in due to the pulverization. The alumina powder and carbon powder used as raw materials in the present invention are not particularly limited as long as they are powders that can be easily mixed and granulated into pellets, but as described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-50008, In order to obtain high purity aluminum nitride,
The following alumina powder and carbon powder are preferably used. That is, the purity of alumina powder is
Those having an average particle size of 99.0% by weight or more, preferably 99.9% by weight or more, and an average particle size of 2 μm or less, preferably 1 μm or less are used. In addition, carbon powder has an ash content of 0.2
Those with a purity of % by weight or less and an average particle size of 1 μm or less are preferably employed. When using alumina powder and carbon powder with a particle size outside the above range, aluminum nitride with an average particle size of 2 μm or less cannot be obtained, and unreacted alumina is usually used. Since it remains in an amount of 3% by weight or more, it tends not to become a fine powder with a low oxygen content. Furthermore, if the purity of the alumina powder and carbon powder is outside the above range, most of the cationic impurities contained in them will remain as impurities in the aluminum nitride powder, resulting in a powder with a small amount of cationic impurities. I can't. The above-mentioned alumina powder and carbon powder are generally mixed at a mixing ratio of 1:0.4 to 1:1 by weight.
In particular, in order to reduce impurities mixed in from carbon ash, it is preferable to mix the carbon ash in a ratio of 1:0.4 to 1:0.7. Further, the alumina powder and the carbon powder may be mixed by either a dry method or a wet method, but in order to uniformly react the alumina and increase the reaction rate, it is preferable to mix the alumina powder and the carbon powder sufficiently uniformly. The liquid dispersion medium used in wet mixing is not particularly limited, and generally hydrocarbons, aliphatic alcohols, or mixtures thereof are preferably used. For example, as the aliphatic alcohol, methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, etc. are generally preferably used, and as the hydrocarbon, ligroin, petroleum ether, hexane, benzene, toluene, etc. are generally suitably used. hydrocarbon,
Ethers, esters, etc. can also be used as needed, mixed with aliphatic alcohol or alone. Note that the mixing conditions and equipment described above are not particularly limited, as long as they can suppress impurities that inevitably mix into aluminum nitride. In the present invention, the method of producing raw material pellets by granulating and drying a mixture of alumina powder and carbon powder in the presence of a binder is not particularly limited;
It is preferable to manufacture the pellet to a weight of 40 kg, and it can be produced by generally known granulation methods and equipment. As a binder, it is possible to easily granulate raw material pellets with a crushing strength of 2 to 40 kg per piece, and the raw material pellets do not melt or sinter during firing, and aluminum nitride can be obtained. A binder that does not remain as an impurity is preferably used. Generally, organic binders are suitable as such binders, such as water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, molasses, and hydrophobic binders such as petroleum resins and phenolic resins. However, there are no particular limitations. To granulate raw material pellets, a binder is added to a mixture of alumina powder and carbon powder, and pellets are generally formed into spherical or cylindrical shapes using a granulator such as a rolling type, extrusion type, or compression type. You can get it by doing this. In particular, in order to easily obtain raw material pellets having a crushing strength of 2 to 40 kg per piece, extrusion granulation is preferably employed. Alternatively, two-stage granulation may be used, in which cylindrical pellets are pre-granulated by extrusion granulation, and then the cylindrical pellets are sized into spherical pellets, and the method is not particularly limited. Note that the granulated raw material pellets are generally preferably dried at a temperature of 100 to 130°C. The raw material pellets of the present invention obtained in this way are uniformly grained pellets with an average particle diameter of generally 5 to 20 m/m, preferably 8 to 15 m/m, and a crushing strength of 2 to 40 kg per pellet. , preferably 10-30Kg, and the void volume is generally 0.1-0.45
cm 2 /g. Next, in the present invention, the raw material pellets described above are fed to a vertical firing furnace and placed in an atmosphere of nitrogen-containing gas.
Fire at a temperature of 1400-1800℃. The vertical kiln may have a cylindrical shape with a feed port for raw material pellets and an outlet for the produced aluminum nitride. A structure that allows continuous extraction is preferable, and typically has a supply inlet (inlet) at the top, an outlet at the bottom, and a heating mechanism inside or outside. The nitrogen-containing gas may be pure nitrogen gas, a nitrogen-containing gas, or any gas that can be easily converted into nitrogen gas during high-temperature firing, such as ammonia.
Such nitrogen-containing gas is subjected to high-temperature firing while being brought into sufficient contact with raw material pellets introduced continuously or intermittently from the upper or lower part of the vertical firing furnace. In addition, the nitrogen-containing gas in the vertical firing furnace is
It is sufficient to maintain the nitrogen concentration at which the alumina in the raw material pellets is sufficiently reduced and nitrided, and generally the partial pressure of carbon monoxide in the generated exhaust gas may be controlled to 10% or less, particularly 3% or less. On the other hand, the firing conditions are such that the firing temperature is generally maintained at 1400 to 1800°C, preferably 1500 to 1700°C, for generally 1 to 10 hours, preferably 3 to 6 hours.
By firing for a long time, the alumina is sufficiently reduced and nitrided, and the desired aluminum nitride powder can be obtained. That is, if the firing temperature is lower than 1400°C, the reductive nitridation of alumina in the raw material pellets will not be achieved sufficiently, and not only will a long firing time be required, but it will also be difficult to obtain aluminum nitride with a particularly low oxygen content. do not have. In addition, when the firing temperature is higher than 1800°C, the reduction nitriding reaction of alumina is sufficiently achieved in a short time, but the particle size of the aluminum nitride produced increases, making it difficult to obtain the desired aluminum nitride powder. Can not. Since the aluminum nitride pellets obtained by firing the raw material pellets of the present invention in a nitrogen-containing gas atmosphere generally contain unreacted carbon, the pellets are then heated in the presence of air or oxygen to a It is preferable to oxidize and remove the carbon by firing at a temperature of 750°C. Note that if the above-mentioned oxidation firing temperature is higher than 750° C., the surface of aluminum nitride is excessively oxidized, so that the oxygen content of the target aluminum nitride powder tends to increase. (Effects of the Invention) In the present invention described above, the aluminum nitride pellets obtained by firing raw material pellets made of a mixture of alumina powder and carbon powder in an atmosphere of nitrogen-containing gas have a crushing strength per piece. Generally 80-4000g. Next, the above aluminum nitride pellets are easily crushed by firing in an oxygen-containing gas atmosphere to obtain aluminum nitride powder. The aluminum nitride powder thus obtained generally has an average particle size of 2 μm or less and an oxygen content of 1.5
% by weight or less, and cationic impurities are 0.3% by weight or less. With such aluminum nitride powder, a sintered body of high purity and high density can be obtained without using any auxiliary agent, and the sintered body has high translucency. Further, such a sintered body of aluminum nitride has excellent thermal properties and mechanical properties. Furthermore, the aluminum nitride powder of the present invention is suitably used as a raw material for a series of sialon compounds such as α-sialon and β-sialon. (Example) Examples of the present invention are shown below, but the present invention is not limited to these Examples. The crushing strength in the present invention was measured using a Kiya hardness tester and a granular hardness tester. The number of measurements was 20, and the arithmetic mean value was shown. In addition, the average particle diameter can be measured using Horiba's automatic particle size distribution analyzer CAPA.
It reached -500. Nitrogen analysis was based on the method of Ichinose et al. (Nitrogen Association Journal 83 465 (1975)). Example 1 Alumina with a purity of 99.99% by weight and an average particle size of 0.52 μm and carbon black with an ash content of 0.08% by weight and an average particle size of 0.45 μm were wet mixed in a ratio (weight ratio) of 1:0.5 using ethanol as a dispersion medium. Mixed raw materials. Next, a 7.0% by weight polyvinyl alcohol (PVA) aqueous solution was added to this blended raw material at a ratio (weight ratio) of solid/liquid = 1.14.
A wet material was prepared by kneading for 30 minutes. The above wet raw materials were processed using a screw-type pre-extrusion granulator with a die diameter of 8.0m/m.
After forming into mL cylindrical pellets, the cylindrical pellets were granulated by adding 10% by weight of the prepared raw materials using a ball adjusting machine to produce spherical pellets with an average particle diameter of 8 m/m. Next, this spherical pellet is dried in a dryer at 110%
Thoroughly dehydrated and dried at a temperature of ~120°C. The crushing strength of each spherical pellet obtained was 18 kg. After filling a vertical kiln with an internal volume of 3.0 mm with the above spherical pellets, nitrogen gas was passed from the bottom to the top of the kiln at a rate of 5/min.
Firing was carried out at a temperature of 1570°C for 120 minutes. The crushing strength per pellet after firing was 1100 g.
Next, in the same vertical kiln, the pellets were heated to 700°C while flowing air instead of nitrogen gas.
It was oxidized by firing at a temperature of 180 minutes. The aluminum nitride pellets obtained after the above oxidation treatment were easily crushed and powdered, and had an average particle diameter of 2 μm or less and a specific surface area of 4.5 m 2 /g. Further, as a result of analyzing this aluminum nitride powder, powder X-ray diffraction showed that it was a single phase of aluminum nitride, and the nitrogen content was 33.8% by weight. Example 2 Spherical pellets were prepared in the same manner as in Example 1, except that the concentrations of polyvinyl alcohol and phenol resin added to the raw materials prepared in Example 1 were varied, and then dehydrated and dried. Table 1 shows the concentration of the above-mentioned binder added and the crushing strength per spherical pellet obtained by drying. The spherical pellets shown in Table 1 were fired in a nitrogen gas atmosphere in the same manner as in Example 1, and then further fired in the presence of air to obtain aluminum nitride powder. Table 1 shows the properties of the aluminum nitride powder obtained.

【表】 ※ No.1及び6は比較例を示す。
[Table] *Nos. 1 and 6 show comparative examples.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 アルミナ粉末とカーボン粉末との混合物を、
窒素含有ガスの雰囲気下で焼成後の圧壊強度が80
〜4000gとなるようにバインダーの存在下に造
粒、乾燥して得たペレツトを、竪型焼成炉におい
て窒素含有ガスの雰囲気下に1400〜1800℃の温度
で焼成し、次いで酸素含有ガスの雰囲気下に650
〜750℃で焼成することを特徴とする窒化アルミ
ニウム粉末の製造方法。
1 A mixture of alumina powder and carbon powder,
The crushing strength after firing in a nitrogen-containing gas atmosphere is 80
The pellets obtained by granulation and drying in the presence of a binder to a weight of ~4000 g are fired in a vertical kiln at a temperature of 1400 to 1800°C in an atmosphere of nitrogen-containing gas, and then in an atmosphere of oxygen-containing gas. 650 below
A method for producing aluminum nitride powder, characterized by firing at ~750°C.
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