(57)【要約】【課題】従来の耐水性窒化アルミニウム粉末を製造する方法は、有機溶剤を用いるため、乾燥後の引火性や毒性などの安全性に関する問題が生じるおそれがある。そこで本発明は、有機溶媒を使用せずに優れた耐水性を有する窒化アルミニウム粉末及び顆粒を提供することを目的とする。【解決手段】窒化アルミニウム粉末を、ジカルボン酸の水溶液で処理する工程を含む、耐水性窒化アルミニウム粉末又は耐水性窒化アルミニウムを含む顆粒の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム粉末をジカルボン酸の水溶液で処理する工程を含む、耐水性窒化アルミニウム粉末又は耐水性窒化アルミニウムを含む顆粒の製造方法。
【請求項２】
ジカルボン酸が、シュウ酸であることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
処理溶液に含まれるシュウ酸の量（ｍｏｌ）が、窒化アルミニウム粉末の表面積（ｍ２）に対して１×１０−６〜１×１０−４ｍｏｌ／ｍ２であることを特徴とする請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかの方法で製造され、酸化アルミニウムを０．１〜１０質量％含有する耐水性窒化アルミニウム粉末又は耐水性窒化アルミニウムを含む顆粒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐水性に優れた窒化アルミニウム粉末及びそれを含む顆粒の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウムは熱伝導性、機械的強度及び電気絶縁性に優れた特性を持った物質として知られており、構造用材料、機能用材料等多方面に使用されつつある。これらの用途に使用する場合、焼結助剤と混合された顆粒状のものが好まれる。しかし、同時に窒化アルミニウム粉末には、加水分解されやすいという問題点がある。
【０００３】
そこで従来から窒化アルミニウム粉末の耐水性を付与する検討がなされている。例えば、ドデカン２酸を表面処理剤として用いて窒化アルミニウムを表面処理することが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平６−３４５５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の方法では、ドデカン２酸と窒化アルミニウムを混合する際に有機溶媒であるイソプロピルアルコールを分散媒として用いている。しかし、有機溶剤を用いることで、例えば乾燥後の引火性や毒性などの安全性に関する問題が生じるおそれがある。
【０００５】
そこで本発明は、有機溶媒を使用せずに優れた耐水性を有する窒化アルミニウム粉末及び顆粒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】
【０００６】
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、分散媒として水を用いた場合であっても耐水性を有する窒化アルミニウム粉末が得られることを見いだし、本発明を完成した。すなわち、本発明は、窒化アルミニウム粉末をジカルボン酸の水溶液で処理する工程を含む、耐水性窒化アルミニウム粉末又は耐水性窒化アルミニウムを含む顆粒の製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、有機溶媒を使用せずに優れた耐水性を有する窒化アルミニウム粉末又はそれを含む顆粒を製造することができ、工業的にきわめて価値がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の製造方法は、窒化アルミニウム粉末をジカルボン酸の水溶液で処理する工程を含む。
【０００９】
本発明で用いる窒化アルミニウム粉末は、その製造方法によって限定されることはなく、通常用いられる窒化アルミニウム粉末が使用できる。例えば、アルキルアルミニウムとアンモニアを反応させた後、加熱するアルキルアルミ法、アルミナと炭素の混合物を窒素中で加熱するアルミナ還元法、アルミニウムと窒素で反応させる直接窒化法等で製造した窒化アルミニウム粉末がいずれも好適に使用可能である。
【００１０】
本発明の製造方法では、窒化アルミニウム粉末をジカルボン酸の水溶液で処理する。水溶液で処理することによって、有機溶剤による引火性、毒性といった安全性の問題が生じることなく、耐水性窒化アルミニウム粉末を得ることができる。ここで用いるジカルボン酸としては、水溶性であれば良い。好ましいジカルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸などの低級のジカルボン酸が挙げられ、シュウ酸が特に好ましい。
【００１１】
本発明者らは、本発明の製造方法によって窒化アルミニウムに対して、高温耐水性、長時間耐水性等の性能を付与できることを実験的に確認している。このメカニズムの詳細は不明であるが、ジカルボン酸の水溶液で処理することで、窒化アルミニウム粉末の表面に難溶性のジカルボン酸塩が形成され、これを乾燥することにより、ジカルボン酸塩が熱分解し同時に窒化アルミニウム粉末の表面に緻密な酸化アルミニウム層が形成されることためであると推測できる。
【００１２】
また、水溶液中に溶解しているシュウ酸の量は、窒化アルミニウム粉末の表面積当たり、１×１０−６〜１×１０−４ｍｏｌ／ｍ２の範囲であることが好ましい。２×１０−６〜５×１０−５ｍｏｌ／ｍ２の範囲であることが更に好ましく、３×１０−６〜８×１０−５ｍｏｌ／ｍ２の範囲であることが特に好ましい。窒化アルミニウム粉末の表面積当たりのシュウ酸量がこの範囲内にあることで、良好な耐水性を得ることができ、更に、窒化アルミニウム粉末中の酸素含有量が高くなりすぎないため、窒化アルミニウム本来の特性である熱伝導性も良好となり好ましい。
【００１３】
本発明によって得られる耐水性窒化アルミニウム粉末は、好ましくは酸化アルミニウムを０．１〜１０重量％の範囲で含有し、更に好ましくは０．２〜８重量％、特に好ましくは０．３〜５重量の範囲で含有する。耐水性窒化アルミニウム粉末の酸化アルミニウム含有量がこの範囲内にあることで、良好な耐水性を得ることができ、更に、窒化アルミニウム粉末中の酸素含有量が高くなりすぎないため、窒化アルミニウム本来の特性である熱伝導性も良好となり好ましい。
【００１４】
耐水性窒化アルミニウム中の酸化アルミニウムの含有量は、蛍光Ｘ線によって測定することが出来る。蛍光Ｘ線で酸素の定量分析を行い、求められた酸素量酸化アルミニウム量を求めることができる。
【００１５】
窒化アルミニウム粉末に対するシュウ酸溶液の使用量は特に制限はないが、窒化アルミニウム粉末１００質量部に対して２５〜２００質量部の範囲が好ましく、３０〜１００質量部であることが更に好ましい。この範囲とすることで、窒化アルミニウム粉末をシュウ酸水溶液を均一に混合することができ、好ましい。
【００１６】
窒化アルミニウム粉末をシュウ酸水溶液で処理する温度は、０〜７０℃の範囲が好ましく、１８〜５０℃の範囲が更に好ましい。この範囲内とすることで、窒化アルミニウム粉末とシュウ酸水溶液が速やかに反応し、更に、処理容器からの不純物の混入がなく、窒化アルミニウム本来の特性である熱伝導性も良好となり好ましい。
【００１７】
窒化アルミニウム粉末をシュウ酸水溶液で処理する時間は、シュウ酸の濃度、使用量、温度等により一概にはいえないが５〜１２０分が好ましく、１０〜６０分が更に好ましい。
【００１８】
ジカルボン酸水溶液で処理された窒化アルミニウムのスラリーは、そのまま乾燥することができる。乾燥には、スラリーをバットに移して、乾燥器にて乾燥する方法や、スプレードライヤーを用いて噴霧乾燥する方法等を用いることができる。乾燥器で乾燥する場合、スラリーを８０〜３００℃で３〜１５時間乾燥させることができる。用いる乾燥機には、熱風乾燥機、蒸気乾燥機等を用いることができる。乾燥したケーキは凝集している場合があるので、乾燥後に粉砕を行うこともできる。粉砕には、ジェットミル、サンプルミル、ボールミル等を用いることができる。なお、この粉砕は、二次粒子を一次粒子にすることであり、被覆表面を破壊しないことが好ましい。
【００１９】
また、顆粒状の乾燥粉を得るには、スプレードライヤーで乾燥することができる。スプレードライヤーは、アトマイザーと呼ばれる噴霧器で噴霧し気流乾燥することで、球状の顆粒をつくることができる。気流を発生する供給側のガス温度は、１５０〜２００℃に設定して瞬時に乾燥させることができる。
【００２０】
顆粒状の窒化アルミニウムの用途は、これを高温で焼結させて焼結板や、球状フィラーといった材料の原料として用いられる。この焼結を迅速かつ低エネルギーで行うために、焼結助剤が用いられる。従ってこれらの焼結助剤を予めスラリーに添加して、スプレードライヤーで乾燥させて、顆粒をつくることが出来る。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明を実施例によって説明する。
【００２２】
＜酸化アルミニウムの含有量の測定＞
本実施例において、酸化アルミニウムの含有量は以下のように求めた。株式会社リガク製の全自動蛍光Ｘ線回析装置３０７０型を用い、また分光結晶にはＲＸ−３５を使用した。酸素量の既知資料を用い、２θ＝５２．６１の酸素ピークを測定し検量線を作成した。その後、窒化アルミニウムのサンプルを測定し、この検量線から酸素量を求めた。
【００２３】
＜窒化アルミニウムの耐水性試験＞
窒化アルミニウム粉末又は窒化アルミニウムを含む顆粒１ｇを６０℃の純水１００ｇ中に分散させた。この分散液を６０℃に維持し、ｐＨ変化を経時的に測定した。
【００２４】
（実施例１）
容量５Ｌのガラス製容器に純水５００Ｌとシュウ酸二水和物１０ｇを混合し、シュウ酸水溶液を調製した後、このシュウ酸水溶液に比表面積１０ｍ２／ｇの窒化アルミニウム粉末１ｋｇを加えて水溶液中に分散させ、処理温度３０℃で３０分間撹拌処理を行った。
このときのシュウ酸量は、窒化アルミニウム粉末の表面積当たり、８×１０−６ｍｏｌ／ｍ２であった。次にこのスラリーを１２０℃で熱風乾燥乾燥器にて５時間乾燥し、乾燥後、ジェットミルで粉砕し、耐水性窒化アルミニウム粉末を得た。耐水性窒化アルミニウム粉末の耐水性試験結果を、表１に示す。
更に、この耐水性窒化アルミニウム粉末をプレス成形し、Ｎ２雰囲気炉で１７００℃にて焼結させ、熱伝導度を測定したところ、１７０Ｗ／ｋ・ｍであった。
【００２５】
（実施例２〜６）
使用した窒化アルミニウム粉末及びシュウ酸二水和物量を表１に示す量に変更した以外は、実施例１と同様に行った。その結果を表１に示す。
【００２６】
（実施例７）
容量５Ｌのガラス製容器に純水９００Ｌとシュウ酸二水和物１０ｇを混合し、シュウ酸水溶液を調製した後、このシュウ酸水溶液に平均粒径１μｍの窒化アルミニウム粉末１ｋｇを分散させ、処理温度３０℃で３０分間撹拌処理を行った。次にこのスラリーをスプレードライヤ−で噴霧乾燥した。尚、スプレードライヤーの供給側の熱風の温度は２００℃とした。その結果を表１に示す。
【００２７】
（実施例８）
容量５Ｌのガラス製容器に純水９００Ｌとシュウ酸二水和物１０ｇを混合し、シュウ酸水溶液を調製した後、このシュウ酸水溶液に平均粒径１μｍの窒化アルミニウム粉末１ｋｇ、を分散させ、処理温度３０℃で２０分間撹拌処理を行った。次に、このスラリーにＹ２Ｏ３（和光純薬１級試薬）３ｇ、ＣａＣＯ３（和光純薬１級試薬）３．５ｇを加え、更に１０分間撹拌処理を行った。このスラリーにポリビニルアルコールの１０％水溶液を１００ｇ加え、ゆっくりと１分間撹拌したのち、スプレードライヤ−で噴霧乾燥した。尚、スプレードライヤーの供給側の熱風の温度は２００℃とした。得られた窒化アルミニウムを含む顆粒の耐水性試験の結果を表１に示す。
得られた顆粒は、平均粒径５０μmで、この顆粒を原料として、1500〜2000℃で焼成すれば、球状の焼結フィラーを造ることが出来る。またこの顆粒を加圧成形して1500〜2000℃で焼成すれば、焼結板を造ることが出来る。
【００２８】
（比較例１）
実施例１で使用した窒化アルミニウム１ｇを用い、実施例１と同様に耐水性試験を行った。結果は、表１に示す通り５分後にはpH値は９を越える結果であった。また、同時にアンモニア臭が発生した。これは、窒化アルミニウムが加水分解していることを示すものである。
【００２９】
【表１】
2008120636.tif 000002