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JPH062564B2 - Manufacturing method of aluminum nitride powder - Google Patents
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JPH062564B2 - Manufacturing method of aluminum nitride powder - Google Patents

Manufacturing method of aluminum nitride powder

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JPH062564B2
JPH062564B2 JP63243317A JP24331788A JPH062564B2 JP H062564 B2 JPH062564 B2 JP H062564B2 JP 63243317 A JP63243317 A JP 63243317A JP 24331788 A JP24331788 A JP 24331788A JP H062564 B2 JPH062564 B2 JP H062564B2
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aluminum
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firing
catalyst
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康志 沢田
登 橋本
高志 板東
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、たとえば高熱伝導性セラミック基板を製造
するために使用される窒化アルミニウム粉末の製法に関
する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing an aluminum nitride powder used for producing, for example, a ceramic substrate with high thermal conductivity.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

IC等に代表される半導体素子の高集積化や大電力化が
進み、これに伴って、放熱性の良い電気絶縁材料が要求
されるようになった。これに応えて各種の高熱伝導性基
板が提案されている。その中でも、特に、窒化アルミニ
ウムセラミック基板が、高熱伝導性、低熱膨張性、高電
気絶縁性等の点で優れていることから、実用化が進んで
いる。
With the progress of higher integration and higher power consumption of semiconductor elements represented by ICs and the like, along with this, electric insulating materials having good heat dissipation have been required. In response to this, various high thermal conductive substrates have been proposed. Among them, in particular, aluminum nitride ceramic substrates are being put to practical use because they are excellent in high thermal conductivity, low thermal expansion property, high electrical insulating property and the like.

ところが、この窒化アルミニウムセラミック基板には、
価格が高いという欠点がある。高価格になる原因として
は、特に、原料となる窒化アルミニウム粉末が高価格で
あること、焼結に高温を要することなどが挙げられる。
However, in this aluminum nitride ceramic substrate,
It has the drawback of being expensive. The reason for the high price is that aluminum nitride powder as a raw material is expensive and that sintering requires high temperature.

従来、窒化アルミニウム粉末は、酸化アルミニウムとカ
ーボン粉末の混合物を窒素雰囲気中で焼成する炭素還元
法、金属アルミニウムを窒素もしくはアンモニアガス気
流中で焼成する直接窒化法等により製造されていた。
Conventionally, aluminum nitride powder has been manufactured by a carbon reduction method in which a mixture of aluminum oxide and carbon powder is fired in a nitrogen atmosphere, a direct nitriding method in which metal aluminum is fired in a nitrogen or ammonia gas stream.

しかし、上記の金属アルミニウムの直接窒化法では、高
純度で粒径の小さい窒化アルミニウム粉末を得ることが
困難であり、他方、酸化アルミニウムの炭素還元法にお
いては、反応に高温を要すること、原料価格が高いこ
と、などから窒化アルミニウムが高価格になる等の問題
があった。
However, it is difficult to obtain a high-purity aluminum nitride powder having a small particle size by the above-mentioned direct nitriding method of metallic aluminum, while in the carbon reduction method of aluminum oxide, a high temperature is required for the reaction, and the raw material price is high. However, there is a problem that aluminum nitride becomes expensive because of its high price.

そこで、アルミナの炭素還元法の改良として、アルミニ
ウム源と炭素粉末とを含む懸濁液から得られた沈澱物を
焼成することによって、窒化アルミニウム粉末を製造す
る方法が提案されているが、(特公昭61-26485号公
報)、この方法は、アルミニウム源と炭素粉末とが懸濁
状態で混合されているだけで、分子オーダーでの混合が
なされないため、得られた沈澱物からの窒化アルミニウ
ム生成反応に高温を要し、焼成温度を高くしなければな
らないため、製造価格が高くなるなどの問題が残されて
いた。
Therefore, as an improvement of the carbon reduction method for alumina, a method of producing an aluminum nitride powder by firing a precipitate obtained from a suspension containing an aluminum source and carbon powder has been proposed. In this method, aluminum source and carbon powder are only mixed in a suspended state, and mixing on a molecular order is not performed, so that aluminum nitride is produced from the obtained precipitate. Since the reaction requires a high temperature and the firing temperature must be increased, there remains a problem that the manufacturing cost becomes high.

そのため、本願出願人は、アルミニウム源や炭素源、そ
の他の原料成分を水溶液として調製し、この水溶液から
水分を除去し、得られた粉末を窒素を含む非酸化雰囲気
中で焼成することにより窒化アルミニウム粉末を製造す
る方法を開発し、先に特願昭61-199742号等によって特
許出願をしている。
Therefore, the applicant has prepared an aluminum source, a carbon source, and other raw material components as an aqueous solution, removing water from the aqueous solution, and firing the obtained powder in a non-oxidizing atmosphere containing nitrogen to produce aluminum nitride. A method for producing powder has been developed, and a patent application has been filed in Japanese Patent Application No. 61-199742.

この製法によれば、各原料成分が水溶液中に分子オーダ
ーで混合されているため、この水溶液から水分を除去し
て得られる粉末には、各原料成分が均質に混合されてい
おり、焼成工程における窒化アルミニウムの生成反応が
良好に行われる。したがって、極めて高純度で微粒子の
窒化アルミニウム粉末を得ることができるとともに、焼
成温度も比較的低くてよいため製造コストを削減できる
等の優れた効果がある。
According to this manufacturing method, since the respective raw material components are mixed in the aqueous solution in a molecular order, the raw material components are homogeneously mixed in the powder obtained by removing water from the aqueous solution, and The production reaction of aluminum nitride is favorably performed. Therefore, it is possible to obtain fine-grained aluminum nitride powder with extremely high purity, and there is an excellent effect that the manufacturing cost can be reduced because the firing temperature can be relatively low.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

しかしながら、上記方法をさらに詳しく検討した結果、
同法により得られる窒化アルミニウムの純度について
は、さらに改善の余地が残されていることが判明した。
すなわち、この窒化アルミニウムの純度が、得られる窒
化アルミニウムセラミック基板の熱伝導性の良否等を左
右するため、窒化率がより高く、カーボン残留量がさら
に低減された高純度の窒化アルミニウム、ひいてはより
高度な熱伝導性を有する窒化アルミニウムセラミック基
板が求められているのである。
However, as a result of examining the above method in more detail,
It was found that there is still room for improvement in the purity of aluminum nitride obtained by this method.
That is, since the purity of this aluminum nitride affects the quality of the thermal conductivity of the obtained aluminum nitride ceramic substrate, the nitriding ratio is higher, and the carbon residue is further reduced. Therefore, there is a demand for an aluminum nitride ceramic substrate having excellent thermal conductivity.

以上の事情に鑑み、この発明は、より一層高純度の窒化
アルミニウム粉末を、低温で効率よく、安価に製造でき
る方法を提供することを課題とする。
In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a method capable of efficiently and inexpensively producing aluminum nitride powder of even higher purity.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

上記課題を解決するため、発明者は、窒化反応を促進さ
せる触媒成分の種類など様々な方向から検討を加え、窒
化アルミニウムの原料成分として水溶性化合物を用い、
焼成時の窒化反応を促進する触媒成分として水溶性カル
シウム塩を用いるようにすれば非常によい結果が得られ
るという知見を得て、この発明を完成させるに至った。
In order to solve the above problems, the inventor has studied from various directions such as the type of catalyst component that promotes the nitriding reaction, using a water-soluble compound as a raw material component of aluminum nitride,
The present invention has been completed based on the finding that very good results can be obtained by using a water-soluble calcium salt as a catalyst component that accelerates the nitriding reaction during firing.

したがって、この発明は、少なくともアルミニウム含有
化合物を含む窒化アルミニウムの原料成分を窒素を含む
非酸化性雰囲気中で焼成することによって窒化アルミニ
ウム粉末を製造するにあたり、前記窒化アルミニウムの
原料成分として水溶性化合物が用いられ、前記焼成時の
窒化反応を促進する触媒成分として水溶性カルシウム塩
が用いられ、これらを含む水溶液から水分を除去して得
られた粉末に対し前記焼成を行う構成をとるようにして
いる。
Therefore, in the present invention, in producing an aluminum nitride powder by firing a raw material component of aluminum nitride containing at least an aluminum-containing compound in a non-oxidizing atmosphere containing nitrogen, a water-soluble compound is used as a raw material component of the aluminum nitride. A water-soluble calcium salt is used as a catalyst component that accelerates the nitriding reaction during the calcination, and the calcination is performed on the powder obtained by removing water from an aqueous solution containing these. .

〔作用〕[Action]

焼成時の窒化反応を促進し、反応率を高める作用を有す
る触媒成分をあらかじめ原料成分に添加しておけば、窒
化率が向上して、より高純度の窒化アルミニウムを得る
ことができる。
If a catalyst component having the action of promoting the nitriding reaction during firing and increasing the reaction rate is added to the raw material component in advance, the nitriding rate is improved and higher purity aluminum nitride can be obtained.

こうした触媒成分の多くは、上記窒化反応の促進に加え
て、焼成後の窒化アルミニウムの脱カーボン反応を促進
する作用をも有している。この脱カーボン反応の促進と
は、焼成後の窒化アルミニウム粉末に残留炭素がある場
合に脱カーボン効率を高め(残存カーボン量を低下さ
せ)、あるいは脱カーボン温度を(約50〜100℃程
度)低下させることを意味している。そしてこの脱カー
ボン温度を低下させることは、脱カーボン処理時の窒化
アルミニウムの酸化を防止することになるため、得られ
る窒化アルミニウムの純度をさらに高め、最終的には窒
化アルミニウム(窒化アルミニウムセラミックス)の熱
伝導性を高める効果につながるのである。
Many of these catalyst components have a function of promoting the decarbonization reaction of aluminum nitride after firing, in addition to the promotion of the nitriding reaction. The acceleration of the decarbonization reaction means that the decarbonization efficiency is increased (the amount of the residual carbon is reduced) when the aluminum nitride powder after firing has residual carbon, or the decarbonization temperature is reduced (about 50 to 100 ° C.). It means to let. Since lowering the decarbonization temperature prevents the oxidation of aluminum nitride during the decarbonization process, the purity of the obtained aluminum nitride is further increased, and finally the aluminum nitride (aluminum nitride ceramics) This leads to the effect of increasing the thermal conductivity.

カルシウム塩は上記2触媒作用を十分に発揮する触媒成
分である。
Calcium salt is a catalyst component that sufficiently exhibits the above two catalytic actions.

また、焼結助剤としての性能をも有する触媒成分を選択
することより、触媒であると共に焼結助剤でもある成分
を含む高純度の窒化アルミニウム粉末が得られる。この
焼結助剤とは、窒化アルミニウム粉末を焼成して、絶縁
基板等となる窒化アルミニウムセラミックスを製造する
場合に、難焼結性である窒化アルミニウムの焼結を促進
し、緻密な焼結体を得るために必要とされる添加剤であ
る。すなわち、焼結助剤は、窒化アルミニウムと反応し
て液相を生じ、窒化アルミニウムの焼結を容易にすると
ともに、放熱性を阻害する酸素等を粒界にとどめる等の
役割を果たす。
Further, by selecting a catalyst component that also has a performance as a sintering aid, a high-purity aluminum nitride powder containing a component that is both a catalyst and a sintering aid can be obtained. This sintering aid promotes the sintering of aluminum nitride, which is difficult to sinter, when firing aluminum nitride powder to produce aluminum nitride ceramics that will serve as an insulating substrate, etc. Is an additive required for obtaining. That is, the sintering aid plays a role of reacting with aluminum nitride to generate a liquid phase, facilitating the sintering of aluminum nitride, and keeping oxygen and the like that hinder the heat dissipation at grain boundaries.

ここで、この焼結助剤としての性能をも有する触媒成分
として水溶性のものを選択し、窒化アルミニウムの原料
成分を含む水溶液中に添加しておけば、窒化アルミニウ
ムの原料成分と同触媒成分とは、分子オーダーで均等に
分散混合されることになる。したがって、この水溶液か
ら水分を除去して得られた混合粉末には、触媒成分が均
質に混合された状態で含有されており、同混合粉末を焼
成して得られる窒化アルミニウム粉末にも(触媒成分を
多量に用いた場合には特に)、触媒成分と同時に焼結助
剤成分が均質に含有されていることになる。その結果、
得られた窒化アルミニウム粉末は、従来のように焼結助
剤粉末を添加,混合する必要がなく、そのまま窒化アル
ミニウムセラミックスの焼結製造に用いることができる
という利点を備えており、下記の問題点をも解消できる
のである。
Here, if a water-soluble catalyst component having a performance as a sintering aid is selected and added to an aqueous solution containing a raw material component of aluminum nitride, the raw material component of aluminum nitride and the same catalyst component can be obtained. And will be uniformly dispersed and mixed in the molecular order. Therefore, the mixed powder obtained by removing water from this aqueous solution contains the catalyst components in a homogeneously mixed state, and the aluminum nitride powder obtained by firing the mixed powder also has (catalyst component Especially when a large amount of is used), the sintering aid component is homogeneously contained at the same time as the catalyst component. as a result,
The obtained aluminum nitride powder has the advantage that it can be used as it is for the sintering production of aluminum nitride ceramics without the need for adding and mixing a sintering aid powder as in the conventional case. Can be eliminated.

すなわち、従来は、窒化アルミニウム粉末から窒化アル
ミニウムセラミックスを製造する場合、焼結助剤として
固体粉末状態のY23,CaO等を用い、これらを窒化
アルミニウム粉末と攪拌混合したのち、適宜のプロセス
によって焼成していたのであるが、焼結助剤の粉末と窒
化アルミニウム粉末を攪拌混合するだけでは、両者を均
質に混合するのが難しいという問題があった。焼結助剤
と窒化アルミニウムとが均質に混合されていないと、焼
結助剤が有効に働かず、窒化アルミニウムの焼結が充分
に行えなかったり、製造された窒化アルミニウムセラミ
ックスの品質性能が低下したりすることになるため、こ
の混合作業が非常に面倒で、そのための混合装置も必要
であり、窒化アルミニウムセラミックスの製造コストを
上昇させる原因にもなっていたのである。
That is, conventionally, when manufacturing aluminum nitride ceramics from aluminum nitride powder, Y 2 O 3 , CaO or the like in a solid powder state is used as a sintering aid, and these are stirred and mixed with the aluminum nitride powder, followed by an appropriate process. However, there is a problem that it is difficult to uniformly mix the sintering aid powder and the aluminum nitride powder by stirring and mixing them. If the sintering aid and aluminum nitride are not mixed homogeneously, the sintering aid does not work effectively, the aluminum nitride cannot be sintered sufficiently, and the quality performance of the manufactured aluminum nitride ceramics deteriorates. Therefore, this mixing work is very troublesome, and a mixing device for that purpose is also required, which has been a cause of increasing the manufacturing cost of the aluminum nitride ceramics.

ただ、得られる窒化アルミニウム粉末中に過度の触媒の
残物が存在すると、回路用基板とする窒化アルミニウム
セラミックスの電気特性や配線パターン(電路)接着性
の面などに悪影響が出ることがある。しかし、触媒成分
がカルシウム塩の場合は触媒としての効き目が良くて、
添加量を少なくして焼成後に不純物となる触媒成分の残
量を少なくすることが出来る。カルシウム塩で焼結助剤
を兼用させる場合に添加量を少し多目にすることもある
が、イットリウム塩やランタニド族元素など塩を使って
焼結助剤を兼用させる場合に比べて添加量が少なくてす
み、触媒成分の残量を抑えることができる。
However, the presence of excessive catalyst residues in the obtained aluminum nitride powder may adversely affect the electrical characteristics of the aluminum nitride ceramics used as the circuit board, the wiring pattern (electric circuit) adhesion, and the like. However, when the catalyst component is a calcium salt, it works well as a catalyst,
By reducing the addition amount, it is possible to reduce the remaining amount of the catalyst component which becomes an impurity after firing. The addition amount may be increased a little when the calcium salt also serves as the sintering aid, but the addition amount is larger than when the salt is also used as the sintering aid, such as yttrium salt or lanthanide group element. The amount is small and the remaining amount of the catalyst component can be suppressed.

〔実施例〕〔Example〕

次に、この発明の実施例について、詳しく説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail.

まず、窒化アルミニウムの原料成分としては、水溶性ア
ルミニウム含有化合物と焼成時の窒化反応を促進する触
媒成分としての水溶性カルシウム塩が必須である他、必
要に応じては、炭素含有化合物および/または窒素含有
化合物等が用いられる。すなわち、アルミニウム含有化
合物中に炭素元素や窒素元素が含まれている場合には、
炭素含有化合物や窒素含有化合物を併用しなくてもよい
のである。
First, as a raw material component of aluminum nitride, a water-soluble aluminum-containing compound and a water-soluble calcium salt as a catalyst component that promotes a nitriding reaction during firing are indispensable, and if necessary, a carbon-containing compound and / or A nitrogen-containing compound or the like is used. That is, when the carbon element or the nitrogen element is contained in the aluminum-containing compound,
It is not necessary to use the carbon-containing compound and the nitrogen-containing compound together.

上記アルミニウム含有化合物は、窒化アルミニウムの主
体であるアルミニウムの供給源となるものである。した
がって、アルミニウムを含む化合物であれば、特に限定
されることはないが、たとえば、硝酸アルミニウム,硫
酸アルミニウム,塩化アルミニウム,乳酸アルミニウ
ム,アルミニウム多核錯体,アルミニウムアルコキシド
などが好例として挙げられる。アルミニウム多核錯体と
しては、塩基性塩化アルミニウム,塩基性乳酸アルミニ
ウム,塩基性硝酸アルミニウム等が例示できる。アルミ
ニウムアルコキシドとしては、アルミニウムメトキシ
ド,アルミニウムエトキシド,アルミニウムプロポキシ
ド,アルミニウムイソプロポキシド,アルミニウムブト
キシド等の炭素数10以下の脂肪族のアルコキシドが好
ましく用いられるが、その他のアルコキシドも同様に使
用できる。これらのアルミニウム含有化合物は、単独で
用いられる他、複数種が併用されてもよい。
The aluminum-containing compound serves as a supply source of aluminum which is a main component of aluminum nitride. Therefore, it is not particularly limited as long as it is a compound containing aluminum, but examples thereof include aluminum nitrate, aluminum sulfate, aluminum chloride, aluminum lactate, aluminum polynuclear complex, and aluminum alkoxide. Examples of the polynuclear aluminum complex include basic aluminum chloride, basic aluminum lactate, and basic aluminum nitrate. As the aluminum alkoxide, aliphatic alkoxides having 10 or less carbon atoms such as aluminum methoxide, aluminum ethoxide, aluminum propoxide, aluminum isopropoxide, and aluminum butoxide are preferably used, but other alkoxides can also be used. These aluminum-containing compounds may be used alone or in combination of two or more.

炭素含有化合物は、焼成工程での窒化アルミニウムの生
成反応において、上記アルミニウム含有化合物等からな
る混合粉末中に含まれる酸素元素を、CO,CO2の形
で除去する作用を果たす。したがって、アルミニウム含
有化合物が酸素元素を多く含む場合には、特に重要であ
る。この炭素含有化合物としては、炭素元素を多く含む
化合物であればよく、具体的には、グルコース(ブドウ
糖)等の糖類、メチルセルロース糖のセルロース誘導
体,リグニン,ポリエチレンオキシド,ポリビニルアル
コール,水溶性アクリル化合物,カーボンブラック等が
好適に使用できる。これらは、単独で、あるいは複数種
を併せて使用できる。
The carbon-containing compound has a function of removing the oxygen element contained in the mixed powder of the aluminum-containing compound and the like in the form of CO and CO 2 in the reaction for producing aluminum nitride in the firing step. Therefore, it is particularly important when the aluminum-containing compound contains a large amount of oxygen element. The carbon-containing compound may be a compound containing a large amount of carbon element, and specifically, sugars such as glucose (glucose), cellulose derivatives of methylcellulose sugar, lignin, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, water-soluble acrylic compounds, Carbon black and the like can be preferably used. These may be used alone or in combination of two or more.

窒素含有化合物は、焼成工程において、混合粉末中に窒
素源を含むことによって、混合粉末の内部に局所的に窒
素による還元雰囲気が形成され、混合粉末の内部からア
ルミニウムの窒化を促進するという作用を果たす。な
お、焼成雰囲気にも窒素が含まれているので、窒素含有
化合物がなくても窒化アルミニウムの生成は可能であ
る。この窒素含有化合物としては、窒素を含むものであ
ればよく、特に限定はされないが、たとえば、尿素,メ
ラミン,グリシン等の水溶性アミノ酸,カルボニルヒド
ラジド,エチレンジアミン等が好例として挙げられ、こ
れらは、単独で使用される他、複数種が併用されてもよ
い。
The nitrogen-containing compound has a function of forming a nitrogen source in the mixed powder in the firing step, thereby locally forming a reducing atmosphere with nitrogen inside the mixed powder, and promoting the nitriding of aluminum from the inside of the mixed powder. Fulfill Since the firing atmosphere also contains nitrogen, aluminum nitride can be produced without a nitrogen-containing compound. The nitrogen-containing compound is not particularly limited as long as it contains nitrogen, and examples thereof include water-soluble amino acids such as urea, melamine, and glycine, carbonylhydrazide, ethylenediamine, and the like. In addition to the above, a plurality of kinds may be used in combination.

触媒成分である水溶性カルシウム塩は焼成時のアルミニ
ウム含有化合物の窒化促進作用を有し、さらに、焼成後
の窒化アルミニウムの脱カーボン反応の促進作用も有し
ており、硝酸カルシウム、乳酸カルシウム、酢酸カルシ
ウム、塩化カルシウム等が例示される。これらの触媒成
分は、1種のみで用いられる他、複数種が併用されても
よい。
The water-soluble calcium salt which is a catalyst component has a nitriding promoting action on the aluminum-containing compound at the time of firing, and further has a promoting action on the decarbonization reaction of aluminum nitride after the firing, calcium nitrate, calcium lactate, acetic acid. Examples include calcium and calcium chloride. These catalyst components may be used alone or in combination of two or more.

この発明における触媒成分の中には、焼結助剤としての
性能をも有するものも含まれている。したがって、その
ような触媒成分を用いれば、焼結助剤成分を含む窒化ア
ルミニウム粉末を得ることができる。ただし、その場合
は、後述のように、触媒として用いる場合よりも多量に
添加するようにする。つまり、触媒として用いる場合
は、いわゆる触媒量を添加すれば足りるが、触媒と同時
に焼結助剤として用いて焼結助剤成分を窒化アルミニウ
ム粉末中に残すためには、焼成時に蒸発,消失する分も
含めて多量に設定する必要があるのである。
Some of the catalyst components in the present invention also have a performance as a sintering aid. Therefore, if such a catalyst component is used, an aluminum nitride powder containing a sintering additive component can be obtained. However, in that case, as described below, a larger amount is added than when it is used as a catalyst. That is, when used as a catalyst, it is sufficient to add a so-called catalytic amount, but in order to leave the sintering aid component in the aluminum nitride powder by using it as a sintering aid simultaneously with the catalyst, it evaporates and disappears during firing. It is necessary to set a large amount including the minutes.

以上の触媒成分の添加量は、それに触媒としての効果の
みを期待するか、あるいは、それが焼結助剤としての性
能も有するものであって、焼成後に同成分を積極的に残
すようにするか否か、等によっても異なってくるため、
使用場面に応じて、最も優れた効果が得られるように適
宜設定すればよい。具体的には、下限は触媒量、上限は
焼結助剤として残す場合の量として示すと、たとえば、
合成される窒化アルミニウム粉末を基準にして、焼成前
の各々の酸化物換算で、0.3〜7.0重量%程度であること
が好ましい。カルシウム塩の場合は、CaO換算で、合
成されるA1N粉末を基準にして、0.3〜4.0重量%の範
囲がより好ましく、この範囲はイットリウム塩やランタ
ニド族元素の塩の場合と比較すると少ないのである。な
お、これらの添加量は、原料と共に配合される量であっ
て、触媒成分の一部は焼成時に蒸発するため、実際に焼
成終了後の窒化アルミニウムと共に残存する量は、上記
添加量よりは少なくなる。
The above-mentioned addition amount of the catalyst component is expected only for its effect as a catalyst, or it also has the performance as a sintering aid, and the component is positively left after firing. It depends on whether or not,
It may be appropriately set depending on the use scene so that the best effect is obtained. Specifically, the lower limit is the amount of catalyst, and the upper limit is the amount when left as a sintering aid.
Based on the aluminum nitride powder to be synthesized, it is preferably about 0.3 to 7.0% by weight in terms of each oxide before firing. In the case of calcium salt, the range of 0.3 to 4.0% by weight is more preferable in terms of CaO based on the synthesized A1N powder, and this range is smaller than that in the case of yttrium salt or lanthanide group element salt. . Note that these addition amounts are amounts to be blended with the raw materials, and since some of the catalyst components evaporate during firing, the amount that remains with the aluminum nitride after the actual firing is less than the above addition amount. Become.

この発明では、以上の水溶性原料成分と水溶性触媒成分
を水溶液として混合し、その後、水分を除去して得られ
た混合粉末を焼成する。このように、水溶液で混合され
る場合は、分子オーダーで各成分が均質に混合されて、
その結果、各成分が均質に混合された混合粉末が得られ
るため、より一層触媒効果が高まって、窒化反応等に効
果的に働くのである。水分の除去手段は、従来のセラミ
ック材料の製法において用いられている、通常の水分除
去手段を適宜採用できる。
In the present invention, the water-soluble raw material component and the water-soluble catalyst component described above are mixed as an aqueous solution, and then the mixed powder obtained by removing the water content is fired. In this way, when mixed in an aqueous solution, each component is homogeneously mixed in the molecular order,
As a result, a mixed powder in which the respective components are homogeneously mixed is obtained, so that the catalytic effect is further enhanced and the nitriding reaction and the like are effectively worked. As the water removing means, a usual water removing means used in the conventional ceramic material manufacturing method can be appropriately adopted.

特に、この水溶液調製は、触媒成分が上述の焼結助剤と
しての性能をも有する水溶性化合物である場合に重要で
あり、これにより、焼結助剤成分が均質に混合されて焼
結性の良好な窒化アルミニウム粉末を得ることができ、
窒化アルミニウムセラミックスを製造するにあたって
は、一層好ましい原料となりうる。
In particular, the preparation of this aqueous solution is important when the catalyst component is a water-soluble compound that also has the above-mentioned performance as a sintering aid, which allows the sintering aid component to be mixed homogeneously and to have sinterability. It is possible to obtain a good aluminum nitride powder of
It can be a more preferable raw material for producing aluminum nitride ceramics.

焼成条件については、特に限定はされないが、たとえば
温度については、900℃以上、好ましくは1200〜
1800℃の範囲が選ばれる。また、非酸化性雰囲気と
しては、アルゴン,一酸化炭素,窒素ガスの他、アンモ
ニア等の窒素を含むガス,窒素と水素の混合ガス等を使
用することもできる。この焼成工程で、窒素とアルミニ
ウムが結合して窒化アルミニウムが生成されるととも
に、不純物である酸素元素等が燃焼除去される。
The firing conditions are not particularly limited, but for example, the temperature is 900 ° C. or higher, preferably 1200 to
A range of 1800 ° C is chosen. As the non-oxidizing atmosphere, a gas containing nitrogen such as ammonia, a mixed gas of nitrogen and hydrogen, or the like can be used in addition to argon, carbon monoxide, and nitrogen gas. In this firing step, nitrogen and aluminum are combined to produce aluminum nitride, and oxygen elements, which are impurities, are burned and removed.

上記焼成工程の後、窒化アルミニウム粉末に残留炭素が
ある場合には、500〜700℃の酸化性雰囲気で加熱
処理することによって、これを除去できる。
After the firing step, if residual carbon is present in the aluminum nitride powder, it can be removed by heat treatment in an oxidizing atmosphere at 500 to 700 ° C.

なお、この発明の製法は、上述した各工程のほか、必要
に応じて、通常のセラミック粉末の製法で用いられるそ
の他の工程を、適宜加えることもでき、上記例に限定さ
れることはない。
The manufacturing method of the present invention is not limited to the above-described example, and in addition to the above-described steps, other steps used in a normal ceramic powder manufacturing method can be appropriately added if necessary.

以下に、この発明のさらに詳しい実施例について、比較
例と併せて説明する。はじめに、触媒性能に着目した場
合の各例を記載するが、用いる触媒成分はいずれも、焼
結助剤としての性能をも有するものであって、その添加
量を調整することにより、焼結助剤の添加を受けずに焼
結可能な、易焼結性窒化アルミニウム粉末が得られる。
−実施例1− 硫酸アルミニウムにメチルセルロースを、C/A1(元
素配合モル比)が3.0になるように混合してなる水溶液
に、触媒成分として硝酸カルシウムを、合成されるA1
N粉末を基準にしてCaO換算で0.5重量%となるよう
に混合した。得られた水溶液から水を蒸発させて混合粉
末を得た後、窒素気流中、1600℃で5時間焼成して
窒化アルミニウム粉末を得た。さらに、得られた窒化ア
ルミニウム粉末に対し、空気中、600℃で6時間の加
熱処理を行って、未反応の残留カーボンを除去した。
Hereinafter, more detailed examples of the present invention will be described together with comparative examples. First, we will describe each example when paying attention to the catalyst performance, but all the catalyst components used also have the performance as a sintering aid, and the sintering aid can be adjusted by adjusting the addition amount. An easily sinterable aluminum nitride powder is obtained which can be sintered without the addition of an agent.
-Example 1-A1 to be synthesized with calcium nitrate as a catalyst component in an aqueous solution prepared by mixing aluminum sulfate with methylcellulose so as to have a C / A1 (element blending molar ratio) of 3.0
The N powder was mixed so as to be 0.5 wt% in terms of CaO. Water was evaporated from the obtained aqueous solution to obtain a mixed powder, which was then baked in a nitrogen stream at 1600 ° C. for 5 hours to obtain an aluminum nitride powder. Further, the obtained aluminum nitride powder was subjected to a heat treatment in air at 600 ° C. for 6 hours to remove unreacted residual carbon.

以上の窒化アルミニウム粉末を金型で成形したのち、1
700℃で6時間焼成して、窒化アルミニウム焼結体
(セラミックス)を得た。
After molding the above aluminum nitride powder with a mold, 1
Firing was performed at 700 ° C. for 6 hours to obtain an aluminum nitride sintered body (ceramics).

−実施例2− アルミニウムプロポキシドをイソプロピルアルコールに
分散させた溶液に、C/A1が0.3であるとともに合成
されるA1N粉末を基準にしてCaO換算で0.5重量%
となるように、グルコースと硝酸カルシウムの混合水溶
液を加え、充分に攪拌した。なお、アルミニウムプロポ
キシド中に含まれるカーボン量を除外して、グルコース
添加量を計算した。この混合溶液から水分を除去して混
合粉末を得たのち、上記実施例1と同様に焼成して窒化
アルミニウム粉末を得、さらに窒化アルミニウム焼結体
を製造した。
-Example 2-In a solution prepared by dispersing aluminum propoxide in isopropyl alcohol, C / A1 is 0.5 and 0.5% by weight in terms of CaO based on A1N powder synthesized.
A mixed aqueous solution of glucose and calcium nitrate was added so that The amount of glucose added was calculated excluding the amount of carbon contained in aluminum propoxide. Water was removed from this mixed solution to obtain a mixed powder, which was then fired in the same manner as in Example 1 to obtain an aluminum nitride powder, and an aluminum nitride sintered body was manufactured.

−実施例3〜5− 第1表に示す原料成分および触媒成分を用い、上記実施
例1と同様に、水溶液を調製したのち水分を除去し、焼
成するやり方で、窒化アルミニウム粉末を得た。さら
に、製造された窒化アルミニウム粉末が、焼結助剤とし
ての働きをも期待できる量の触媒成分を含んでいる場合
には、上記実施例1と同様にして窒化アルミニウム焼結
体を製造した。実施例4では、塩基性乳酸アルミニウム
中に含まれるカーボン量を考慮して、グルコース添加量
を計算するようにした。
-Examples 3 to 5 Using the raw material components and catalyst components shown in Table 1, an aqueous solution was prepared, water was removed, and the mixture was baked in the same manner as in Example 1 above to obtain an aluminum nitride powder. Furthermore, when the produced aluminum nitride powder contained the catalyst component in an amount that can also be expected to function as a sintering aid, an aluminum nitride sintered body was produced in the same manner as in Example 1 above. In Example 4, the glucose addition amount was calculated in consideration of the amount of carbon contained in the basic aluminum lactate.

−比較例− 触媒成分を加えないようにする他は、第1表に示した原
料成分を用い上記実施例1と同様にして窒化アルミニウ
ム粉末を製造した。
-Comparative Example- An aluminum nitride powder was produced in the same manner as in Example 1 except that the catalyst component was not added and the raw material components shown in Table 1 were used.

得られた実施例および比較例の窒化アルミニウム粉末に
ついて、窒化率およびカーボン残留量を求め、焼結体に
ついては、密度および熱伝導率を測定した。
With respect to the obtained aluminum nitride powders of Examples and Comparative Examples, the nitriding rate and the residual carbon amount were obtained, and the density and the thermal conductivity of the sintered body were measured.

以上の結果を、同じく第1表に示す。The above results are also shown in Table 1.

第1表にみるように、比較例に比べて実施例では、窒化
率を高くカーボン残留量の少ない、高純度の窒化アルミ
ニウム粉末が得られ、触媒成分の添加量は、いわゆる触
媒量とされる微量で、充分に効果が発揮されることが確
認できた。また、この窒化アルミニウム粉末が充分な量
の触媒成分、すなわち焼結助剤を含んでいる場合には、
同粉末から、非常に高い熱伝導率を有する窒化アルミニ
ウム焼結体が製造された。
As can be seen from Table 1, in the examples, as compared with the comparative examples, high-purity aluminum nitride powder having a high nitriding rate and a small carbon residual amount was obtained, and the addition amount of the catalyst component was a so-called catalyst amount. It was confirmed that the effect was sufficiently exhibited even with a small amount. When the aluminum nitride powder contains a sufficient amount of catalyst component, that is, a sintering aid,
An aluminum nitride sintered body having a very high thermal conductivity was produced from the powder.

つぎに、実施例6,7として、焼結助剤としての性能を
も触媒成分に積極的に期待した場合の具体的実施例を示
す。いずれの実施例も、第2表に表された各原料を用
い、水溶液を調製するやり方で行われ、焼成条件は、窒
素雰囲気中で焼成温度1600℃、焼成時間6時間であ
った。
Next, as Examples 6 and 7, specific examples will be shown in which the catalyst component is positively expected to have a performance as a sintering aid. In each of the examples, the raw materials shown in Table 2 were used to prepare an aqueous solution, and the firing conditions were a firing temperature of 1600 ° C. and a firing time of 6 hours in a nitrogen atmosphere.

同じく第2表に、製造された窒化アルミニウム粉末の窒
化率および粒径を示す。
Similarly, Table 2 shows the nitriding ratio and particle size of the manufactured aluminum nitride powder.

第2表にみるように、これらの実施例からも、窒化率の
高い窒化アルミニウム微粒子を得ることができ、同窒化
アルミニウム粉末はいずれも、従来のように焼結助剤の
混合工程を行うことなく、そのままで窒化アルミニウム
セラミックスの焼結製造に使用できる。
As shown in Table 2, aluminum nitride fine particles having a high nitriding rate can be obtained also from these examples, and the aluminum nitride powder is subjected to the mixing step of the sintering aid as in the conventional case. Instead, it can be used as it is for the sintering production of aluminum nitride ceramics.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上に説明した、この発明にかかる窒化アルミニウム粉
末の製法によれば、カルシウム塩という適切な触媒成分
の働きにより窒化反応が促進され、同触媒成分の種類に
よっては(多くの場合で)焼成後の脱カーボンも容易に
なるため、低温で高純度の窒化アルミニウム粉末を製造
することができる。
According to the method for producing an aluminum nitride powder according to the present invention described above, the nitriding reaction is promoted by the action of an appropriate catalyst component of calcium salt, and depending on the type of the catalyst component (in many cases), after calcination Since decarbonization is also facilitated, high-purity aluminum nitride powder can be manufactured at low temperatures.

さらに、触媒成分として、焼結助剤としての性能をも有
する水溶性化合物を用い、かつ、水溶液状態で窒化アル
ミニウムの原料成分と混合する、という工程を経ること
により、両者が分子オーダーで均質に混合されて、最終
的には、焼結助剤成分が均質に混合された高純度の窒化
アルミニウム粉末を得ることができる。したがって、従
来の窒化アルミニウムセラミックスの製法のように、焼
成された窒化アルミニウム粉末と固体粉末状の焼結助剤
とを、いちいち攪拌混合する工程が不要になる。しか
も、上記分子オーダーでの均質な分散混合の結果、窒化
アルミニウムセラミックスの焼結が良好に行われ、品質
性能に優れたセラミック製品を製造することができる。
Furthermore, by using a water-soluble compound that also has a performance as a sintering aid as a catalyst component, and mixing with a raw material component of aluminum nitride in an aqueous solution state, both are homogeneous in molecular order. By mixing, finally, a high-purity aluminum nitride powder in which the sintering additive components are homogeneously mixed can be obtained. Therefore, unlike the conventional method for manufacturing aluminum nitride ceramics, the step of stirring and mixing the fired aluminum nitride powder and the sintering aid in the form of a solid powder is not required. Moreover, as a result of the homogenous dispersion and mixing in the molecular order, the aluminum nitride ceramics is satisfactorily sintered, and a ceramic product excellent in quality performance can be manufactured.

それに、カルシウム塩からなる触媒は低廉で入手容易で
あり、生産面で都合がよく、結果的に安価な窒化アルミ
ニウム粉末が得やすくなる。イットリウム塩やランタニ
ド族元素など塩の場合、カルシウム塩に比べれば価格・
入手の面で不利である。
In addition, the catalyst made of calcium salt is inexpensive and easily available, which is convenient in terms of production, and as a result, inexpensive aluminum nitride powder can be easily obtained. In the case of yttrium salt and lanthanide group elements, the price is higher than that of calcium salt.
It is disadvantageous in terms of availability.

また、得られる窒化アルミニウム粉末中に過度の触媒の
残物を残さずにすむ。
In addition, the aluminum nitride powder obtained does not leave an excessive catalyst residue.

これは、カルシウム塩は少量で効き目が十分にあり、添
加量を少なくして焼成後の不純物となる触媒の残物量を
少なくすることが出来るからである。例えば、窒化アル
ミニウム粉末を使って回路用基板のための窒化アルミニ
ウムセラミックス焼結体を作製したりする場合、触媒の
残物量が余り多いと電気特性などの悪化を招くことにな
るが、カルシウム塩だと添加量を少なくして焼成後の不
純物となる触媒の残物量を抑えることが可能となるので
ある。
This is because a small amount of calcium salt has a sufficient effect and the amount of addition of the calcium salt can be reduced to reduce the residual amount of the catalyst which becomes an impurity after firing. For example, when an aluminum nitride ceramics sintered body for a circuit board is manufactured using aluminum nitride powder, if the residual amount of the catalyst is too large, the electrical characteristics will deteriorate. With this, it is possible to reduce the amount of addition of the catalyst and suppress the amount of the catalyst residue that becomes an impurity after firing.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 板東 高志 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−265106(JP,A) 特開 昭52−297205(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Takashi Bando 1048, Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Works, Ltd. (56) References JP-A-62-265106 (JP, A) JP-A-52-297205 ( JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくともアルミニウム含有化合物を含む
窒化アルミニウムの原料成分を窒素を含む非酸化性雰囲
気中で焼成することによって窒化アルミニウム粉末を製
造する方法において、前記窒化アルミニウムの原料成分
として水溶性化合物が用いられ、前記焼成時の窒化反応
を促進する触媒成分として水溶性カルシウム塩が用いら
れ、これらを含む水溶液から水分を除去して得られた粉
末に対し前記焼成を行うことを特徴とする窒化アルミニ
ウム粉末の製法。
1. A method for producing an aluminum nitride powder by firing a raw material component of aluminum nitride containing at least an aluminum-containing compound in a non-oxidizing atmosphere containing nitrogen, wherein a water-soluble compound is used as the raw material component of aluminum nitride. A water-soluble calcium salt is used as a catalyst component for accelerating the nitriding reaction during the calcination, and the calcination is performed on the powder obtained by removing water from an aqueous solution containing these. How to make powder.
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