(57)【要約】【課題】疎水化処理された窒化アルミニウム粉末を工業的規模で製造する。【解決手段】金属アルミニウム粉末を窒化性ガスに同伴させて窒化炉に噴射して窒化させ、得られた窒化アルミニウム粉末を含む生成粉末を排ガスに同伴させながら窒化炉の下部に接続された捕集装置に導いて捕集する際に、上記窒化炉の下部から上記捕集装置の間において生成粉末を疎水化処理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。この場合において、金属アルミニウム粉末の平均粒子径が１０〜４０μｍ、金属アルミニウム粉末の噴射量が窒化性ガス１Ｎｍ３あたり１〜３ｋｇ、窒化性ガスのガス流速が５０〜１００ｍ／ｓでその噴射圧力が０．２〜０．６ＭＰａ、窒化炉の内温が１９００〜２２００℃であること、などが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属アルミニウム粉末を窒化性ガスに同伴させて窒化炉に噴射して窒化させ、得られた窒化アルミニウム粉末を含む生成粉末を排ガスに同伴させながら窒化炉の下部に接続された捕集装置に導いて捕集する際に、上記窒化炉の下部から上記捕集装置の間において上記生成粉末を疎水化処理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。
【請求項２】
金属アルミニウム粉末の平均粒子径が１０〜４０μｍ、金属アルミニウム粉末の噴射量が窒化性ガス１Ｎｍ３あたり１〜３ｋｇ、窒化性ガスのガス流速が５０〜１００ｍ／ｓでその噴射圧力が０．２〜０．６ＭＰａ、窒化炉の内温が１９００〜２２００℃であることを特徴とする請求項１記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。
【請求項３】
疎水化処理を、温度５００〜５０℃の箇所で行うことを特徴とする請求項１又は２記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、疎水化処理された窒化アルミニウム粉末の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウム粉末は加水分解性を有するので、その水性スラリーを用いて成形体とするには、窒化アルミニウム粉末をあらかじめ疎水化処理することが行われている。疎水化処理方法としては、一般に、例えばシランカップリング剤、シリケート処理剤、無機リン化合物等の疎水化処理剤と窒化アルミニウム粉末とを乾式混合するか、又は疎水化処理剤を含有する有機溶液と窒化アルミニウム粉末とを混合した後溶剤を乾燥除去することによって行われている。しかし、これらの方法では、工業的規模で処理することができないか、又は処理粉末を樹脂に高い充填率で配合することが困難であるので、窒化アルミニウム粉末、シリケート処理剤及びシランカップリング剤を含む混合物を調製し、得られた混合物を熱処理することが提案されてしている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−０８３３３４号公報
【０００３】
しかし、特許文献１によれば、窒化アルミニウム粉末の耐水性は改善されるが、この処理方法は、その実施例に示されるように、エタノール等の有機媒体中で窒化アルミニウム粉末を攪拌混合し、その後に焼成を行うことを基本操作とするので、必ずしも工業的規模による処理法であるとは言えなかった。
【０００４】
一方、窒化アルミニウム粉末は、金属アルミニウム粉末を窒化して窒化アルミニウムインゴットを製造しそれを粉砕する直接窒化法、アルミナ粉末とカーボンとの混合粉末を還元窒化するアルミナ還元窒化法、金属アルミニウム粉末を気化させ窒化する気相法などによって製造されている。これらのうち、気相法は、反応管に金属アルミニウム粉末を窒素ガス等の窒化性ガスに同伴させて噴射してアルミニウム蒸気にすると共に、必要に応じて反応管内壁にそって別途窒素ガスを供給して、窒化反応を起こさせて窒化アルミニウム粉末となし、それを反応管の下部に接続された捕集装置に、反応管からの排ガスを用いて導く間に冷却し、捕集装置で捕集する方法である（特許文献２）。この気相法によれば、窒化アルミニウム粉末は、捕集装置に導かれる間は必然的に高温の排ガスによって浮遊状態を形成している。
【特許文献２】特開２００３−３４５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、疎水化処理された窒化アルミニウム粉末を工業的規模で製造することである。本発明は、窒化アルミニウム粉末が高温の排ガスによって浮遊状態を形成していることを利用して所期の目的を達成しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明は、金属アルミニウム粉末を窒化性ガスに同伴させて窒化炉に噴射して窒化させ、得られた窒化アルミニウム粉末を含む生成粉末を排ガスに同伴させながら窒化炉の下部に接続された捕集装置に導いて捕集する際に、上記窒化炉の下部から上記捕集装置の間において生成粉末を疎水化処理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である。
【０００７】
本発明において、金属アルミニウム粉末の平均粒子径が１０〜４０μｍ、金属アルミニウム粉末の噴射量が窒化性ガス１Ｎｍ３あたり１〜３ｋｇ、窒化性ガスのガス流速が５０〜１００ｍ／ｓでその噴射圧力が０．２〜０．６ＭＰａ、窒化炉の内温が１９００〜２２００℃であることが好ましい。また、疎水化処理は温度５００〜５０℃特に２００〜１００℃の箇所で行うことが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、耐水性（耐加水分解性）に優れた窒化アルミニウム粉末を工業的規模で製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に用いられる金属アルミニウム粉末は平均粒子径が１０〜４０μｍであることが好ましい。中でも、爆発の危険性が小さいアトマイズ粉がより好ましい。平均粒子径が４０μｍよりも著しく粗大であるとアルミニウムの蒸発が抑えられ、また１０μｍよりも著しく細かいと粗大液滴となりやすくなり、いずれの場合も十分な濃度のアルミニウム蒸気を窒化炉内で得られなくなる恐れがある。
【００１０】
金属アルミニウムは低融点材料であるので、窒化炉に噴射されるとすぐに液滴となるので蒸発が遅れ、十分な濃度のアルミニウム蒸気を得ることができなくなる。そこで、本発明ではこの現象を緩和するために、金属アルミニウム粉末の噴射量を窒化性ガス１Ｎｍ３あたり１〜３ｋｇ、窒化性ガスのガス流速を５０〜１００ｍ／ｓで、その噴射圧力を０．２〜０．６ＭＰａとすることが好ましい。ここで、窒化性ガスのガス流速は、単位時間あたりの窒化性ガス量（Ｎｍ３／ｈ）を噴射部の断面積（例えば後述するフィード管の断面積）（ｍ２）で除することによって求めることができる。
【００１１】
このような条件で金属アルミニウム粉末を噴射すると、リートベルト法により測定された不均一歪みが０．０５％以下という極めて均質な窒化アルミニウム粉末を製造することができる利点もある。ここで、リートベルト法による不均一歪みは、Ｘ線回折装置、例えば日本電子社製商品名「ＪＤＸ３５００」を用いて回折パターン測定し、データを「粉末Ｘ線解析の実際」（第１６４〜１６７ページ、２００２年２月朝倉書店発行参照）によって処理（精密化）することによって求めることができる。
【００１２】
リートベルト法による不均一歪みが０．０５％以下である窒化アルミニウム粉末は、その均質性によって、樹脂等のフィラ−として使用したときには熱伝導性付与能力が高まり、また焼結用原料に用いたときには窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率が大きくなる。
【００１３】
金属アルミニウム粉末を窒化炉に噴射するには、テーブルフィーダー、スクリューフィーダー等の供給機によって金属アルミニウム粉末を定量的に混合器に供給する一方、そこで窒化性ガスと混合しながらノズルまで搬送し、ノズルの出口付近で別の窒化性ガスと合流させ噴射することによって行うことができる。この別途添加される窒化性ガスの速度・圧力によって、窒化炉に噴射される窒化性ガスのガス流速と噴射圧力が調節される。
【００１４】
ノズルとしては、例えばオリフィス、二流体ノズル、リングノズル等が用いられる。リングノズルの一例を図１に示した。図１に示されるものは、テーパー連接構造の供給管１４と排出管１５とからなり、お互いのテーパー面同士の距離（間隔）によってスリット１８の幅が調節できるようになっており、通常、排出管１５は固定で、供給管１４の移動距離によってスリット幅が調整される。窒化性ガス室１６には所定圧の窒化性ガスが充填されており、スリット幅によって流量が調整される。金属アルミニウム紛末は、窒化性ガスに伴って供給管１４に導入され、スリットから噴出した別の窒化性ガスと合流して更に分散させ、排出管１５から噴射される。１７は圧力計である。
【００１５】
なお、金属アルミニウム粉末は、４００〜６００℃のゾーンを通過させて噴射されることが好ましく、これによって金属アルミニウムの溶融を抑え、速やかに加熱・蒸発をさせることができる。
【００１６】
本発明に用いられる窒化性ガスとは、アルミニウム蒸気を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）にするための窒素を含んだガスであり、窒素ガス単独、窒素ガスと水素、ＣＯ、アンモニア等のガスとの混合ガスを例示することができる。
【００１７】
本発明において、窒化炉は１９００℃〜２２００℃に保持されていることが好ましい。１９００℃よりも低温であると、金属アルミニウム粉末を蒸発させることが難しく、また２２００℃よりも高温では不均一歪みが０．０５以下の窒化アルミニウム粉末を製造することができなくなる恐れがある。
【００１８】
本発明で用いられる窒化アルミニウム粉末の製造装置の一例を図２に示す。窒化炉は、高周波誘導加熱方式であり、反応管６とその周囲に配設された発熱体８を有し、それを断熱体９で覆った石英外壁１０から構成されている。反応管６の材質は等方性黒鉛、窒化ホウ素等が好ましい。４は金属アルミニウムの供給温度を調節するための抵抗加熱源、５はフィード管、７は高周波誘導加熱源、１３は測温体である。窒化炉の頂部には、金属アルミニウム粉末の供給機１、混合器２及びノズル３からなる金属アルミニウム粉末の噴射手段が設置されており、また下部は捕集装置１１に接続されている。生成した窒化アルミニウム粉末を含む生成粉末は、窒化炉の下部から排ガスに同伴されて捕集装置１１に導かれるが、それはブロワー１２によって行われる。捕集装置１１としては、例えばバッグフィルター、電気集塵機等が用いられる。
【００１９】
窒化アルミニウム粉末を含む生成粉末の疎水化処理は、窒化炉の下部から捕集装置に至る間の任意の箇所で行われる。たとえば、窒化炉の下部から捕集装置に至る間の任意の箇所に疎水化処理剤の添加装置１９を設置して疎水化処理剤を添加すれば、捕集装置から処理粉末が捕集されるまでの時間内、浮遊状態にある窒化アルミニウム粉末を含む生成粉末は疎水化処理剤と接触が保たれて疎水化処理が行われることになる。疎水化処理剤の添加装置としては、普通のスプレー噴霧装置で十分である。
【００２０】
本発明に用いられる疎水化処理剤を例示すれば、シランカップリング剤、シリケート処理剤、無機リン酸化合物、有機リン酸化合物等である。これらは、例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、トルエン、メチルエチルケトン等の有機媒体に分散又は溶解させて用いることが好ましい。これらの中でもシランカップリング剤、シリケート処理剤が特に好ましく、それらを例示すれば、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドアミノシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメトルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、などである。
【００２１】
疎水化処理剤の添加位置は、上記のように、窒化炉の下部から捕集装置に至る間の任意の箇所でよいが、好ましくは温度が３００〜５０℃となっている箇所、特に好ましくは１５０〜８０℃となっている箇所である。疎水化処理剤の使用量は、窒化アルミニウム粉末を含む生成粉末１００質量部あたり０．１〜２質量部であることが好ましい。
【実施例】
【００２２】
図２に示される装置を用いて疎水化処理された窒化アルミニウム粉末を製造した。窒化炉の容量は１７０ｋＶＡ、出力は１００ｋＷである。炉の中央内部には反応管６（窒化ホウ素製：内径２００ｍｍ、全長３０００ｍｍ）が設置され、その周囲に発熱体８（黒鉛製）が配置され、高周波誘導加熱源７により加熱されて反応官が所定温度に保たれている。反応温度は、発熱体中央部に設置した測温体１３（グラッシーカーボン管）を光温度計により測温して行われる。発熱体８は、断熱材９（多孔質カーボンビーズ）により保温され、石英外壁１０（内径４５０ｍｍ、全長３０００ｍｍ）で保持されている。得られた窒化アルミニウム粉末を含む生成粉末は、炉底部から、ブロワー１２によって排ガスに同伴されて捕集装置１１（バッグフィルター）に導かれて捕集されるが、その際、窒化炉の下部から捕集装置に至る間の、温度１８０℃付近に疎水化処理剤の添加装置１９（スプレー噴霧装置）を設置し、そこからエタノールに分散させた疎水化処理剤を噴霧し、捕集装置１１に到達する時間内、疎水化処理が施されて捕集される。
【００２３】
金属アルミニウム粉末の供給機（スクリューフィーダー）１より所定量の金属アルミニウム粉末を混合器２に搬送し、そこで窒化性ガス（窒素ガス）と混合しながらノズル３（図１に示されるリングノズル）に導入し、スリット１８から噴出した別の窒化性ガス（窒素ガス）と合流させ、窒化炉に噴射した。その際、スリット１８の幅を調節して窒化性ガスのガス量とその噴射圧力を調節し、ノズル下部に設置された抵抗加熱源４の出力を調整して金属アルミニウム粉末の通過ゾーンの温度を調節した。抵抗加熱源４の中央部にはフィード管５が設けられており、リングノズルで分散された金属アルミニウム粉末が所定の温度、所定の流速で通過させて反応管６内に噴射される。
【００２４】
実施例１〜９
純度９９．９７質量％の金属アルミニウム粉末を、表１に示す条件で窒化して窒化アルミニウム粉末を含む生成粉末を製造しそれを疎水化処理した。各実施例で用いたフィード管の直径は、実施例１〜６及び９が８ｍｍ、実施例７が５ｍｍ、実施例が４．３ｍｍである。また、金属アルミニウム粉末の通過ゾーンの温度は、実施例９が４００℃、それ以外が２５℃である。
【００２５】
疎水化剤の添加は、エタノール１０００ｍｌあたり表１に示される疎水化処理剤を３５０ｇを混合した溶液を調整し、それを、窒化アルミニウム粉末を含む生成粉末の通過量がわかっているので、その生成粉末１００質量部あたり表１に示される質量部となるように連続噴霧することによって行った。
【００２６】
窒化アルミニウム粉末を含む生成粉末中の窒化アルミニウム粉末の含有率をＸ線回折分析と元素分析により求めたところ、いずれの実施例においてもほぼ１００質量％であった。また、捕集装置（バッグフィルター）からの回収率は金属アルミニウム換算で９０質量％以上であり、残部は炉底から回収された。
【００２７】
疎水化処理された窒化アルミニウム粉末の耐水性を測定した。耐水性は、秤量した試料を温度６０℃、湿度９０％ＲＨの恒温恒湿器で２４時間保持してから質量を測定し、その質量増加分を試験前の試料質量に対する百分率を求めることによって行った。また、別途、疎水化処理をしなかったこと以外は実施例と同様な条件で製造した窒化アルミニウム粉末について、リートベルト法による不均一歪みを測定した。それらの結果を表１に示す。
【００２８】
比較例１〜３
疎水化処理を行わなかったこと以外は、実施例１、５又は９と同様な条件で窒化アルミニウム粉末を含む粉末を製造し、耐水性を試験した。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１から、本発明の実施例によれば、耐水性に優れた窒化アルミニウム粉末を工業的規模で製造することができた。また、得られた窒化アルミニウム粉末はリートベルト法により測定された不均一歪みが０．０５５％以下であり、均質性が高いものであった。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明によって製造された窒化アルミニウム粉末は、樹脂等のフィラ−や、窒化アルミニウム焼結体の焼結用原料として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】リングノズルの一例を示す説明図
【図２】窒化アルミニウム粉末の製造装置の一例を示す説明図
【符号の説明】
【００３３】
１  金属アルミニウム粉末の供給機
２  混合器
３  ノズル
４  抵抗加熱源
５  フィード管
６  反応管
７  高周波誘導加熱源
８  発熱体
９  断熱体
１０  石英外壁
１１  捕集装置
１２  ブロワー
１３  測温体
１４  ノズルの供給管
１５  ノズルの排出管
１６  窒化性ガス室
１７  圧力計
１８  スリット
１９  疎水化処理剤の添加装置
【図１】
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【図２】
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