(57)【要約】【課題】ＡｌＮファイバーを高効率で製造することが可能なＡｌＮファイバーの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のＡｌＮファイバーの製造方法は窒素雰囲気下にて、Ａｌ原料に、Ｍｇの添加剤を加えて、ＡｌＮファイバーを、燃焼合成反応により生成することを特徴とする。本発明では、燃焼合成時の昇温速度を、５０℃／ｍｉｎ以上１５０℃／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。また、本発明では、燃焼合成時の窒素圧を、０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下とすることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素雰囲気下にて、Ａｌ原料に、Ｍｇの添加剤を加えて、ＡｌＮファイバーを、燃焼合成反応により生成することを特徴とするＡｌＮファイバーの製造方法。
【請求項２】
燃焼合成時の昇温速度を、５０℃／ｍｉｎ以上１５０℃／ｍｉｎ以下とすることを特徴とする請求項１に記載のＡｌＮファイバーの製造方法。
【請求項３】
燃焼合成時の窒素圧を、０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＡｌＮファイバーの製造方法。
【請求項４】
Ｍｇは、ＡｌとＭｇとの合計質量に対して、１質量％以上１０質量％以下、含まれることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のＡｌＮファイバーの製造方法。
【請求項５】
ＡｌＮファイバーのアスペクト比は、２００以上４００以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のＡｌＮファイバーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼合成法によるＡｌＮファイバーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＮファイバーは、高熱伝導性フィラーとして魅力的な素材である。その合成法としては、下記非特許文献１に示す化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）や、下記非特許文献２に示す燃焼合成法が、既に報告されている。
【０００３】
このうち、燃焼合成法は、投入エネルギーが少なく、また、単純操作・短時間で合成可能であり、量産性にも優れる。
【０００４】
非特許文献２では、燃焼合成法によるＡｌＮ合成に関する記載がある。非特許文献２では、添加剤として、ＮＨ４Ｆ及びＮＨ４Ｃｌを加えている。これら添加材は、窒素源、希釈効果、及び触媒性の観点から重要な役割を果たしている。
【０００５】
非特許文献２によれば、得られたＡｌＮは、直径が７０から５００ｎｍで、最長約２ｍｍのファイバー状であると記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Catalyst-free synthesis, morphology evolution and optical property ofone-dimensional aluminum nitride nanostructure arrays, HaibingLi et al., Journal of Alloys and Compounds 503 (2010) L34-L39
【非特許文献２】Formation ofAlN nano-fiber, Hong Chen et al., Journal of Crystal Growth 224 (2001) 187-189.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＡｌＮファイバーを高効率で製造できる製造法は、まだ確立されていない。
【０００８】
そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、特に、ＡｌＮファイバーを高効率で製造することが可能なＡｌＮファイバーの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のＡｌＮファイバーの製造方法は、窒素雰囲気下にて、Ａｌ原料に、Ｍｇの添加剤を加えて、ＡｌＮファイバーを、燃焼合成反応により生成することを特徴とする。
【００１０】
本発明では、燃焼合成時の昇温速度を、５０℃／ｍｉｎ以上１５０℃／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。
【００１１】
本発明では、燃焼合成時の窒素圧を、０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下とすることが好ましい。
【００１２】
本発明では、Ｍｇは、ＡｌとＭｇとの合計質量に対して、１質量％以上１０質量％以下、含まれることが好ましい。
【００１３】
本発明では、ＡｌＮファイバーのアスペクト比は、２００以上４００以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＡｌＮファイバーを高効率で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】５％Ｍｇ＋Ａｌ試料に対するＴＧ−ＤＴＡプロファイルである。
【図２】昇温速度を変えて生成されたＡｌＮのＳＥＭ写真である。
【図３】窒素圧を変えて生成されたＡｌＮのＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
【００１７】
ＡｌＮファイバーは、高熱伝導率が高く、絶縁性に優れた特性を有しており、且つその高いアスペクト比から、ヒートシンク等に好適に使用される。特に、ＡｌＮファイバーは、絶縁基板の樹脂の熱伝導率を高める放熱フィラーとして注目されている。
【００１８】
本発明の実施の形態における、ＡｌＮファイバーの製造方法は、燃焼合成法に基づく。燃焼合成法は、物質の化学反応時に生じる生成熱を利用して、化合物を生成する方法であり、外部加熱を必要としない省エネルギープロセスである。また、高温高速反応と急冷作用を有しており、短時間での化合物の生成が可能である。本実施の形態では、固体（Ａｌ）−気体（窒素ガス）間での燃焼合成であるため、直接窒化法に属する。
【００１９】
ところで、ＡｌＮファイバーを生成するためには、Ａｌを含む気体を発生させる必要があるが、その制御は困難であった。
【００２０】
そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、Ｍｇを添加して燃焼合成することで、高効率でＡｌＮファイバーを生成することができることに着目し、本発明に至った。高効率で、ＡｌＮファイバーを生成できるメカニズムとしては、Ｍｇを添加して燃焼合成することで、蒸気圧の高いＭｇが、Ａｌより先に窒化し、これにより、ＡｌＮの生成が促進されたものと推測される。
【００２１】
本実施形態では、Ｍｇを塩化物等で加えるのではなく、Ａｌ原料に固体として加える。このように、Ｍｇの固体を加えることで、後述する実験結果によれば、ファイバー生成速度の改善が確認されるとともに、針状のＡｌＮファイバーを得ることができるとわかった。例えば、Ｓｉを添加した場合には、ＡｌＮの先端にＳｉが残り、純粋な針状にならないことがわかっている。
【００２２】
本実施形態では、ＡｌＮファイバーの製造時、Ｍｇを、ＡｌとＭｇとの合計質量に対して、１質量％以上１０質量％以下含むことが好ましく、２質量％以上９質量％以下含むことがより好ましく、３質量％以上８質量％以下であることが更に好ましく、４質量％以上６質量％以下であることが更により好ましい。
【００２３】
上記のように、Ｍｇ量を制限することで、高効率且つ容易に、ＡｌＮファイバーを得ることができる。
【００２４】
また、本実施形態では、燃焼合成時の昇温速度を、５０℃／ｍｉｎ以上１５０℃／ｍｉｎ以下に設定することが好ましい。また、昇温速度は、６０℃／ｍｉｎ以上１４０℃／ｍｉｎ以下であることがより好ましく、７０℃／ｍｉｎ以上１３０℃／ｍｉｎ以下であることが更に好ましく、８０℃／ｍｉｎ以上１２０℃／ｍｉｎ以下であることが更により好ましい。このように、昇温速度を制御することで、アスペクト比の大きいＡｌＮファイバーを生成することができる。また、ＡｌＮファイバーを針状に生成できる。なお、昇温速度は大きいほうがアスペクト比を大きくするうえで好ましく、後述する実験では、昇温速度を５０℃／ｍｉｎとするよりも、１００℃／ｍｉｎとするほうが、ＡｌＮファイバーのアスペクト比を大きくできることがわかっている。
【００２５】
また、本実施形態では、燃焼合成時の窒素圧を、０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下とすることが好ましい。また、窒素圧を、０．２ＭＰａ以上０．４ＭＰａ以下とすることがより好ましい。このように、窒素圧を制御することで、ＡｌＮファイバーのアスペクト比を大きくできる。
【００２６】
本実施形態では、得られたＡｌＮファイバーのアスペクト比を、２００以上４００以下に制御することができる。また、本実施形態では、アスペクト比を、２５０以上３５０以下に制御することができる。また、本実施形態では、アスペクト比を、２６０以上３３０以下に制御することができる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の効果を明確にするために実施した実施例及び比較例により本発明を詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２８】
（燃焼合成法及び分析方法）
実験では、原料としてＡｌ（純度：９９．９％、平均粒径：３０μｍ）、Ｍｇ（純度：９９．９％、平均粒径：１０６μｍ）を用いた。
【００２９】
試料としては、上記原料を総量３０ｇとし、このうち、Ｍｇを５．０質量％に秤量し乳鉢で１０分間、混合した。
【００３０】
試料は、φ４４ｍｍのステンレスるつぼに充填した。そして、０．１０ＭＰａ〜０．４０ＭＰａのＮ２ガス（純度：９９．９９％）を流しながら、試料に接触させたカーボンフォイルに、電圧４０Ｖ、電流６０Ａの条件下で、１０秒間通電して着火した。
【００３１】
燃焼合成時の試料中温度は、Ｗ−Ｒｅ熱電対で測定した。また、Ｘ線回折（ＸＲＤ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、及び、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、燃焼合成後の試料の結晶構造解析や、表面観察を行った。また、ＴＧ−ＤＳＣで混合後の試料を、１００ｍｌ／ｍｉｎのＮ２ガス流通下で昇温し、燃焼合成中の反応を分析した。
【００３２】
（ＴＧ−ＤＳＣ結果）
図１は、５％Ｍｇ＋Ａｌ試料（実施例）に対するＴＧ−ＤＴＡプロファイルである。なお、実験では昇温速度を、１００℃／ｍｉｎとした。また、Ａｌ単体の試料を用いた比較例の実験も行った。
【００３３】
図１に示すように、Ａｌ単体では、Ａｌは、融解しただけで約１３００℃まで昇温しても窒化しなかった。これに対して、Ｍｇを５質量％添加した実施例の試料では、１０００℃付近で温度・重量が増加し、ＡｌＮが生成されたことがわかった。固体状のＭｇを添加することで、Ｍｇ（沸点：約１０９５℃）が、Ａｌより先に窒化することで、ＡｌＮの生成が促進されたものと推測される。
【００３４】
（昇温速度の考察）
図２は、昇温速度を変えて生成されたＡｌＮのＳＥＭ写真である。なお、実験では、５％Ｍｇ＋Ａｌ試料（実施例）を用いた。図２の左図は、昇温速度１００℃／ｍｉｎでのＴＧ後における試料のＳＥＭ写真であり、図２の右図は、昇温速度５０℃／ｍｉｎでのＴＧ後における試料のＳＥＭ写真である。
【００３５】
図２に示すように、昇温速度が速い１００℃／ｍｉｎのほうが、５０℃／ｍｉｎよりも、生成されたＡｌＮファイバーを５倍程度長くできることがわかった。このため、ＡｌＮファイバーのアスペクト比を大きくするには、昇温速度が速いほうが好ましいことがわかった。以上により、燃焼合成法での昇温速度を速くすることで、アスペクト比の大きいＡｌＮファイバーを高効率で生成することができる。
【００３６】
（窒素圧の考察）
窒素圧を増加させると、燃焼時の最高到達温度は上昇することがわかった。これにより、窒素圧を増加させることで、ＡｌＮ純度が向上することがわかった。
【００３７】
また、図３は、窒素圧を変えて燃焼合成されたＡｌＮのＳＥＭ写真である。図３の左上図では、窒素圧を０．４ＭＰａとし、図３の右上図では、窒素圧を０．３ＭＰａとし、図３の左下図では、窒素圧を０．２ＭＰａとし、図３の右下図では、窒素圧を０．１０ＭＰａとした。
【００３８】
図３に示すように、窒素圧が大きくなると、ＡｌＮファイバーのアスペクト比が大きくあることがわかった。これは、窒素圧が大きくなることで、燃焼合成中の反応温度が上昇し、これに伴い、成長速度が上昇したためと考えられる。
【００３９】
図３の右上図に示す窒素圧が０．３ＭＰａのときのアスペクト比は、約２７０であった。なお、Ｎｉｅｌｓｅｎの式から、窒素圧を０．３ＭＰａとして生成されたＡｌＮファイバーが複合材のフィラーとして最適なアスペクト比であると評価した。
【００４０】
以上のように、昇温速度や窒素圧を制御することで、ＡｌＮファイバーのアスペクト比を制御でき、すなわち、昇温速度や窒素圧の制御により、ＡｌＮファイバーの形状制御が可能であることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明では、高効率でＡｌＮファイバーを製造することができる。したがって、ＡｌＮファイバー製造の歩留まりを向上させることができる。また、昇温速度や窒素圧の制御により、ＡｌＮファイバーの形状制御が可能であり、昇温速度や窒素圧の調整により、ＡｌＮファイバーのアスペクト比を適宜調整できる。本発明のＡｌＮファイバーは、例えば、ヒートシンクに用いることができるが、ヒートシンクとして必要なアスペクト比に適切に調整でき、ヒートシンクの放熱特性を効果的に向上させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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