(57)【要約】【課題】窒化アルミニウム超微粒子を高純度に製造する。【解決手段】窒化アルミニウムが生成し始める温度と当該生成が完了する温度との間の温度域にある窒素とアルミニウム蒸気とから成る混合ガスに、アルミニウムの凝縮温度よりも高い状態のままで窒化アルミニウムの生成が完了する温度まで下がるように、アンモニアガスを吹き込み、これより得られた生成粒子をエタノールに通過させて、超高純度の窒化アルミニウム超微粒子を製造する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素とアルミニウム蒸気とから成る混合ガスに対して、アンモニアガスを吹き込むことを特徴とする窒化アルミニウム粒子の製造方法。
【請求項２】
上記混合ガス中の窒素とアルミニウムとが反応して窒化アルミニウムが生成し始める温度と当該生成が完了する温度との間の温度域にある上記混合ガスに、上記アンモニアガスを吹き込むことを特徴とする請求項１記載の窒化アルミニウム粒子の製造方法。
【請求項３】
上記混合ガスの温度が、上記混合ガス中の未反応アルミニウムの凝縮温度よりも高い状態のままで窒化アルミニウムの生成が完了する温度まで下がるように、上記アンモニアガスを吹き込むようにしたことを特徴とする請求項２記載の窒化アルミニウム粒子の製造方法。
【請求項４】
窒化アルミニウム粒子と金属アルミニウム粒子が混在した粒子をエタノールに通過させることを特徴とする窒化アルミニウム粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化アルミニウム粒子の製造方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、窒化アルミニウムの超微粒子を高純度に製造するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化アルミニウム（ＡｌＮとも表記する。）は、高熱伝導性や高電気絶縁性などの特長を有し、電子機器内の高放熱性制御基板の材料やエネルギー変換機器内の電気絶縁材料などに利用される。特に窒化アルミニウムの超微粒子（一般にはおよそ粒径１００ｎｍ以下の粒子を指す。）は、表面積が大きいため活性が高く、ＡｌＮ焼結体の製造時の焼結温度を低減できるため焼結装置の簡易化や焼結性の向上が期待でき、また、ＡｌＮ超微粒子をエポキシ樹脂などの有機材料に充填する（いわゆる「ナノコンポジット化」する）場合に集中応力の緩和効果などによる機械強度や熱特性の向上が期待できる等、有用性が高い。
【０００３】
従来、アークプラズマ反応装置を用いて金属アルミニウム粉末から窒化アルミニウム超微粒子を製造する方法が提案されている（非特許文献１）。この従来技術では、プラズマガスにアルゴン（Ａｒ）をベースとして水素（Ｈ２）および窒素（Ｎ２）を混合したガス（Ａｒ：２００Ｌ（リットル）／ｍｉｎ（分）程度，Ｈ２：５Ｌ／ｍｉｎ程度，Ｎ２：５Ｌ／ｍｉｎ程度）を用いて、移行形アークプラズマを発生させ、当該プラズマを加熱源として金属アルミニウム粉末（０．９〜１．６ｇ／ｍｉｎ）を加熱蒸発させ、プラズマ下流部のアルミニウム蒸気とプラズマガスとの混合ガスに、急冷ガスとして水素（Ｈ２）をベースとしてアンモニア（ＮＨ３）を混合したガス（Ｈ２：８０〜１００Ｌ／ｍｉｎ程度，ＮＨ３：０〜２０Ｌ／ｍｉｎ程度，Ｈ２とＮＨ３の合計は１００Ｌ／ｍｉｎ）を吹き付けて、ＡｌＮ超微粒子を得るようにしている。
【０００４】
また、特許文献１には、原料としてアルゴン、窒素、水素およびアンモニアの混合ガス並びにアルミニウム粉末を用いる高周波誘導熱プラズマ法による窒化アルミニウムの合成法が開示されている。この特許文献１の実施例には、プラズマガスとしてアルゴン（４０Ｌ／ｍｉｎ）および窒素（１０Ｌ／ｍｉｎ）の混合ガスを、粒径制御ガスとして水素（５Ｌ／ｍｉｎ以下）を、反応ガスとしてアンモニア（２０Ｌ／ｍｉｎ以下）および水素（２０Ｌ／ｍｉｎ以下）の混合ガスを、それぞれ使用し、プラズマにアルミニウム粉（１００ｇ／ｍｉｎ）を導入し、上記反応ガス中のアンモニア／水素の流量比が０．１〜７０の範囲で１００％の窒化率が得られる旨が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２，３には、窒化アルミニウムとアルミニウムの混合粉を窒素あるいは窒素と不活性ガスの混合ガス中において熱処理して、アルミニウムの表面を窒化させて、窒化アルミニウムの純度を高める方法が開示されている。
【０００６】
【非特許文献１】
菊川、牧野：「二次陽極をもつアークプラズマ反応装置による材料合成（第２報）―Ａｌ金属粉末からのＡｌＮ超微粒子の合成―」、公害資源研究所彙報、Ｖｏｌ．２０、Ｎｏ．１、１９（１９９０）
【特許文献１】
特公平６−４９５６６号
【特許文献２】
特開昭６２−２８２６３５号
【特許文献３】
特開平２−１０２１１０号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非特許文献１ではＡｌＮ純度が定量化されていないが、同文献中のＴａｂｌｅ１で示されたＸＲＤ結果から判断すると、窒化アルミニウムの純度は高い場合でも７０質量％程度と思われる。これは非特許文献１の製造法では、プラズマガスや反応・急冷ガスの種類または反応・急冷ガスを吹き込む温度条件が適切でないため、ＡｌＮの生成反応が充分に行なわれないまま未反応のアルミニウムが凝縮して製造粒子中に相当量のアルミニウムが混入してしまい、結果、窒化アルミニウムの純度が実産業での利用（例えば高放熱性制御基板の材料や電気絶縁材料など）に必要な純度（製造粒子中の窒化アルミニウム粒子量が９６質量％程度）を大きく下回ってしまっていると思われる。
【０００８】
また、特許文献１には反応・急冷ガスを吹き込む温度条件が示されていない。複数種のガスが混在したプラズマの中では複雑な反応が起き、窒化アルミニウムの生成の開始温度や完了温度およびアルミニウムの凝縮温度は、設定条件（ガス種、Ａｌとガスのモル比、圧力）によって変化する。従って、製造装置を大容量化して上記設定条件が変化した場合、ＡｌＮの生成反応が充分に行なわれないまま未反応のアルミニウムが凝縮して製造粒子中に相当量のアルミニウムが混入してしまうことが予想され、高純度の窒化アルミニウム粒子を得ることは困難と思われる。
【０００９】
さらに、特許文献１で使用している高周波誘導熱プラズマは、電源を含めた装置の大容量化が困難であり、また、プラズマ中に原材料が注入された場合にプラズマが不安定になり易く連続運転が困難である、という問題点がある。
【００１０】
また、非特許文献１や特許文献１でのプラズマガスのベースとして使用されているアルゴンガスは高価であり、運転コストが高くなる問題がある。さらに、非特許文献１や特許文献１での急冷ガスには水素が用いられているが、含有水素濃度が４体積％以上のガスは爆発・可燃性ガスとして取り扱う必要がある。このため、プラズマ炉自身およびその周辺機器を防爆仕様にするとともに水素検知器を多数箇所に設置する必要があり、設備コストが高くなる問題がある。
【００１１】
また、特許文献２，３のいずれの技術もアルミニウム粉の表面だけを窒化させる方法であるため、アルミニウム粉の内部までは窒化できず、金属アルミニウムが残存してしまい、やはり窒化アルミニウムの純度は実産業での利用に必要な純度を満足しない。さらに、以上のように高純度窒化アルミニウム超微粒子の生産性が低いため、その製造コストが極めて高くなっている問題もある。
【００１２】
そこで本発明は、窒化アルミニウム超微粒子を高純度に製造できる方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本願発明者等が種々実験並びに鋭意検討した結果、窒化アルミニウム製造に使用するガスの種類やガスを吹き込む温度条件の選択によって、従来法よりも高純度の窒化アルミニウム超微粒子を製造できることを知見するに至った。請求項１記載の窒化アルミニウム粒子の製造方法は、かかる知見に基づくものであり、窒素とアルミニウム蒸気とから成る混合ガスに対して、アンモニアガスを吹き込むようにしている。
【００１４】
したがって、窒素とアルミニウム蒸気とから成る混合ガスを用いることにより、より高温の状態から窒化アルミニウムの生成反応が開始するので、アルミニウムから窒化アルミニウムへの転換率を高めることができる。そして、窒化アルミニウムの生成反応を促進する反応ガス（窒素源）として、および窒化アルミニウムの超微粒子を得るための急冷ガスとして、アンモニアを用いることにより、アルミニウムの凝縮温度を低下させることができる。これにより、未反応アルミニウムの凝縮を防止でき、金属アルミニウムの混入を防止できる。換言すれば、窒素とアルミニウム蒸気とから成る混合ガスを用い、尚且つこの混合ガスに対して吹き込む反応・急冷ガスにアンモニアを用いることで、「アルミニウムから窒化アルミニウムを生成するために必要な温度領域」を拡大することができる。これにより、高純度（例えば製造粒子中の窒化アルミニウム粒子量が９０質量％以上）の窒化アルミニウム超微粒子を得ることができる。
【００１５】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の窒化アルミニウム粒子の製造方法において、上記混合ガス中の窒素とアルミニウムとが反応して窒化アルミニウムが生成し始める温度と当該生成が完了する温度との間の温度域にある上記混合ガスに、上記アンモニアガスを吹き込むようにしている。
【００１６】
窒化アルミニウムの生成開始温度と生成完了温度との間の温度域は、窒化アルミニウムの生成反応が活発に進行する温度領域であり、この温度領域に窒素源であるアンモニアを吹き込むことによりアンモニアが容易に分解して窒素原子（Ｎ）を生成し、アルミニウムから窒化アルミニウムへの転換率を高くでき、この結果、高純度の窒化アルミニウム超微粒子を得ることができる。ここで、窒化アルミニウムの生成開始温度と生成完了温度は、例えば窒素ガスの雰囲気にアルミニウムが混在した場の化学平衡計算により算出することが可能であり、反応場の圧力が５０ｋＰａ、アルミニウムと窒素ガスのモル比が１：５０である場合は、ＡｌＮ生成開始温度は２１００℃程度であり、ＡｌＮ生成完了温度は１７００℃程度である。尚、圧力１０〜１００ｋＰａ、アルミニウム１ｍｏｌに対する窒素ガスのモル数１０〜１００ｍｏｌの場合、ＡｌＮ生成開始温度の上限値は２２００℃程度、ＡｌＮ生成完了温度の下限値は１５００℃程度である。
【００１７】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の窒化アルミニウム粒子の製造方法において、上記混合ガスの温度が、上記混合ガス中の未反応アルミニウムの凝縮温度よりも高い状態のままで窒化アルミニウムの生成が完了する温度まで下がるように、上記アンモニアガスを吹き込むようにしている。
【００１８】
アルミニウムから窒化アルミニウムへの転換率を１００％とするためには、ＡｌＮ生成開始温度からＡｌＮ生成完了温度まで温度を下げていく必要がある。一方、ＡｌＮ生成反応が充分に進んでいない状態で急な冷却が行なわれ、未反応のアルミニウム蒸気が残った状態でアルミニウムの凝縮温度以下となってしまうと、金属アルミニウムの固体が生じ、生成粒子にＡｌ粉が混ざりＡｌＮの純度が低下してしまう。このアルミニウムの凝縮温度は、未反応アルミニウムの割合（Ａｌ未反応率）によって大きく変わる。そこで、ＡｌＮ生成開始温度とＡｌＮ生成完了温度の間の温度域にある窒素とアルミニウム蒸気の混合ガスに反応・急冷ガスであるアンモニアガスを吹き込み、アルミニウムと窒素を反応させつつ、混合ガスの温度が、この時のＡｌ未反応率に対応するアルミニウムの凝縮温度以下とならないようにしながら、ＡｌＮ生成完了温度まで温度を下げていく。これは、例えばアンモニアガスを吹き込む位置、吹き込むアンモニアガスの流量や温度等を調整することにより実現できる。これにより、未反応アルミニウム蒸気の凝縮を防止でき、製造粒子に金属アルミニウムが混入してしまうことを防止できる。尚、ＡｌＮ超微粒子を得るために、アルミニウムから窒化アルミニウムへの転換率がほぼ１００％となった直後に急速に冷却するようにして、ＡｌＮ粒子の粒成長を防止することが好ましい。
【００１９】
また、請求項４記載の窒化アルミニウム粒子の製造方法は、窒化アルミニウム粒子と金属アルミニウム粒子が混在した粒子をエタノールに通過させるようにしている。したがって、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とエタノールとの間では化学反応は起きないが、金属アルミニウム（Ａｌ）とエタノールとの間では化学反応が起こり、その結果、エトキシドが生成される。即ち、金属アルミニウムだけがエタノールに捕捉され、エタノールを通過した粒子は窒化アルミニウム粒子のみとなる。これにより、製造粒子中の金属アルミニウム粉が除去され、更に高純度（例えば製造粒子中の窒化アルミニウム粒子量が９９質量％以上）の窒化アルミニウム超微粒子を製造できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１から図３に本発明の窒化アルミニウム粒子の製造方法の実施の一形態を示す。この窒化アルミニウム粒子の製造方法は、窒素とアルミニウム蒸気とから成る混合ガスに対して、アンモニアガスを吹き込むようにしている。
【００２２】
「アルミニウム（Ａｌとも表記する。）から窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を生成するために必要な温度領域」は、窒化アルミニウムが生成される温度領域であることと、未反応アルミニウムの凝縮温度以上であること、が必要である。そこで、本願発明者等は、窒素ガス（Ｎ２とも表記する。）またはアンモニアガス（ＮＨ３とも表記する。）の雰囲気にアルミニウムが混在した場の化学平衡計算を行い、窒化アルミニウムの生成温度と未反応アルミニウム（金属アルミニウム）の凝縮温度とを算出した。図１に上記化学平衡計算により算出した結果の一例を示す。尚、圧力は５０ｋＰａ、Ａｌと雰囲気ガス（Ｎ２またはＮＨ３）のモル比は１：５０とした。
【００２３】
図１中の左上りの曲線Ａ，Ａ’が、窒化アルミニウムの生成温度を表し、左側縦軸（ＡｌからＡｌＮへの転換率［％］）に対応している。また、同図中の右上りの曲線Ｂ，Ｂ’が、未反応アルミニウムの凝縮温度を表し、右側縦軸（Ａｌ未反応率［％］）に対応している。また、同図中の実線の曲線Ａ，Ｂは雰囲気ガスがＮ２の場合を示し、破線の曲線Ａ’，Ｂ’は雰囲気ガスがＮＨ３の場合を示している。
【００２４】
図１中の曲線Ａ，Ａ’は、温度とその温度に基づいた化学平衡計算により求まるＡｌＮ転換率との関係を示している。図１の結果から、ガス種を窒素（Ｎ２）とする方が、ガス種をアンモニア（ＮＨ３）とする場合よりも、ＡｌＮ生成開始温度（左上りの曲線Ａ，Ａ’においてＡｌからＡｌＮへの転換率が０％から上昇し始める温度）が高くなる、即ちより高温の状態からＡｌＮ生成反応が生じることが分かる。また、図１の結果から、ガス種をアンモニア（ＮＨ３）とする方が、ガス種を窒素（Ｎ２）とする場合よりも、未反応アルミニウムの凝縮温度が低くなることが分かる。ガス種がＮＨ３の場合に、ＡｌＮ生成開始温度および未反応アルミニウムの凝縮温度が低下した理由については、ＮＨ３の分解によってＮ２，Ｈ２が生成し、Ａｌの分圧が相対的に低くなったためと考えられる。
【００２５】
従って、窒素とアルミニウム蒸気とから成る混合ガスを用いることにより、より高温域からＡｌＮ生成反応を起こすことができ、ＡｌからＡｌＮへの転換率を高めることができる。そして、ＡｌＮ生成反応を促進する反応ガス（窒素源）として、および窒化アルミニウムの超微粒子を得るための急冷ガスとして、アンモニアを用いることにより、アルミニウムの凝縮温度が低下し、これにより未反応アルミニウムの凝縮を防止でき、金属アルミニウムの混入を防止できる。換言すれば、窒素とアルミニウム蒸気とから成る混合ガスを用い、尚且つこの混合ガスに対して吹き込む反応・急冷ガスにアンモニアを用いることで、「アルミニウムから窒化アルミニウムを生成するために必要な温度領域」を拡大することができる。これにより、高純度（例えば製造粒子中の窒化アルミニウム粒子量が９０質量％以上）の窒化アルミニウム超微粒子を得ることができる。
【００２６】
ここで、窒化アルミニウム粒子の製造には、アークプラズマの利用が好ましい。アークプラズマは超高温（例えば１００００℃程度）で且つ高温領域を長くできる特長を持ち、窒化アルミニウム超微粒子を大量且つ連続的に製造することが可能となり、ひいては従来極めて高価であった窒化アルミニウム超微粒子のコストダウンも期待できるからである。また、高周波誘導熱プラズマ法とは異なり、電源を含めた装置の大容量化が容易であり、さらに、プラズマ中に原材料が注入された場合もプラズマは安定であり連続運転が容易である、という利点もある。例えば本実施形態では、プラズマガス（トーチガス、Ａｌ搬送ガスとも呼ぶ。）に窒素ガス（Ｎ２）を用いて、アークプラズマを発生させ、プラズマの上流もしくは上方側より金属アルミニウム（アルミニウム粉）を注入し、プラズマを加熱源として金属アルミニウムを加熱蒸発させ、窒素とアルミニウム蒸気とから成る混合ガスを発生させ、プラズマの下流もしくは下方側にてこの混合ガスに冷却・反応ガスとしてアンモニアガスを吹き付けて、窒化アルミニウムの超微粒子を製造するようにする。
【００２７】
ここで、窒素とアルミニウム蒸気とから成る混合ガスに対して、アンモニアガスを吹き込むタイミングとしては、混合ガスの温度が、「窒素原子（Ｎとも表記する。）とアルミニウム（Ａｌ）が反応して窒化アルミニウムが生成し始める温度（ＡｌＮ生成開始温度）と当該生成が完了する温度（ＡｌＮ生成完了温度）との間の温度域」にあることが好ましい。ガス種がＮ２、反応場の圧力が５０ｋＰａ、ＡｌとＮ２ガスのモル比が１：５０である図１の例では、ＡｌＮ生成開始温度は２１００℃程度であり、ＡｌＮ生成完了温度は１７００℃程度である。つまり図１の例においては、窒素とアルミニウム蒸気とから成る混合ガスの１７００℃〜２１００℃の箇所にアンモニアガスを吹き込むことが好ましい。
【００２８】
ＡｌＮの生成開始温度と生成完了温度との間の温度域は、窒化アルミニウムの生成反応が活発に進行する温度領域であり、この温度領域に窒素源であるアンモニアを吹き込むことにより、アルミニウムの凝縮温度が低下して未反応アルミニウムの凝縮が防止されるとともに、当該吹き込んだアンモニアが容易に分解して窒素原子（Ｎ）を生成し、ＡｌからＡｌＮへの転換率を更に高く（ほぼ１００％に）できる。尚、ＡｌＮの生成開始温度と生成完了温度は、反応場の圧力やＡｌと雰囲気ガスのモル比によって変化するが、化学平衡計算によって理論値を算出することが可能である。例えば、圧力を１０〜１００ｋＰａ、アルミニウム１ｍｏｌに対する雰囲気ガスのモル数を１０〜１００ｍｏｌと変えて計算ところ、ＡｌＮ生成開始温度の上限値は２２００℃程度、ＡｌＮ生成完了温度の下限値は１５００℃程度であった。
【００２９】
ここで、ＡｌＮへの転換率を１００％とするためには、ＡｌＮ生成開始温度からＡｌＮ生成完了温度まで温度を下げていく必要があるが、ＡｌＮ生成反応に必要な時間と冷却速度との関係から、ＡｌＮ生成反応が充分に進んでいない状態で急な冷却が行なわれると、未反応のＡｌ蒸気が残った状態でＡｌの凝縮温度以下となってしまう場合がある。この場合、金属Ａｌの固体（粉）が生じ、アンモニアガスを吹き込んでも固体のＡｌ粉は反応せず、生成粒子にＡｌ粉が混ざりＡｌＮの純度が低下してしまう。このためＡｌＮ純度を高めるためには、Ａｌ蒸気とＮが充分に反応するまではゆっくりと冷却して充分なＡｌＮ生成反応時間（滞留時間）を確保し、未反応のＡｌ蒸気を残さないようにする必要がある。例えば図１の条件に該当する場合では、アンモニアガスを吹き込むことにより、１７００℃〜２１００℃の温度域から徐々に温度を下げて、例えば１２００〜１６００℃の温度領域を保持するようにする。これは、ＡｌＮ生成反応が順調に進みＡｌＮ純度が例えば９０質量％程度と高い状態であったとしても、１２００〜１６００℃ではまだ未反応Ａｌが凝縮する温度領域であるので、慎重に反応を進める必要があるためである。一方、そのまま徐冷を続けると、ＡｌＮ粒子が衝突を頻繁に繰り返して大きく成長してしまい、超微粒子が得られない。このためＡｌＮ超微粒子を得るためには、ＡｌからＡｌＮへの転換率がほぼ１００％となった直後に急速に冷却する必要がある。
【００３０】
図１に示すように、Ａｌの凝縮温度は未反応のＡｌの割合によって大きく変わる。以上のことから、Ａｌ蒸気から高純度のＡｌＮを得るためには、ＡｌＮ生成開始温度（例えば２１００℃程度）とＡｌＮ生成完了温度（例えば１７００℃程度）の間の温度域にあるＮ２・Ａｌ蒸気混合ガスに反応・急冷ガスであるＮＨ３を吹き込み、ＡｌとＮを反応させつつ、混合ガスの温度が、この時のＡｌ未反応率に対応するＡｌの凝縮温度以下とならないようにしながら、ＡｌＮ生成完了温度まで温度を下げていくことが重要である。このため例えば本実施形態では、窒素とアルミニウム蒸気の混合ガスの温度が、この混合ガスに含まれる未反応アルミニウムの凝縮温度よりも高い状態のままで窒化アルミニウムの生成が完了する温度まで下がるように、アンモニアガスを吹き込むようにしている。これは、例えばアンモニアガスを吹き込む位置、吹き込むアンモニアガスの流量や温度等を調整することにより実現できる。尚、ＡｌＮ超微粒子を得るために、アルミニウムから窒化アルミニウムへの転換率がほぼ１００％となった直後に急速に冷却するようにして、ＡｌＮ粒子の粒成長を防止することが好ましい。
【００３１】
図２に、アークプラズマを利用した窒化アルミニウム粒子の製造装置の一例を示す。この製造装置１は、内部に陰極２を備えるとともにプラズマガスが供給されるプラズマトーチ３と、陰極２との間で移行形直流アークプラズマ４を発生させる陽極５と、陰極２と陽極５との間で生ずるアークプラズマ４の下流に設けられるとともに反応・急冷ガスの吹き出し口６を備える回収筒７と、プラズマトーチ３および陽極５および回収筒７を支持するとともに閉塞された室を形成するチャンバ９と、回収筒７とガス流通管８で接続される真空ポンプ１０を備えている。さらに、例えば本実施形態の製造装置１は、回収筒７と真空ポンプ１０の間にエタノール入りタンク１１およびフィルタ１２を介在させるようにしている。
【００３２】
陰極２は、例えばパイプ状の酸化ランタン入りタングステン製としている。また、陽極５は、例えば棒状のグラファイト製としている。また、プラズマトーチ３は例えば可動式として（図２中の矢印Ｃ参照）、陰極２と陽極５との間の距離を調整できるようにしている。原材料となる金属アルミニウム粉はプラズマガス（窒素）に搬送されてパイプ状陰極２の内部に導入される。図２中の符号１３はプラズマガスの流れを表し、符号１４は金属アルミニウム粉の流れを表している。これにより、陰極２と陽極５の間で発生するアークプラズマ４の軸方向に金属アルミニウム粉が注入される。アークプラズマ４の電流や長さ等は、プラズマ４中でＡｌ粉が全量蒸発するように設定する。超高温（例えば１００００℃程度）のプラズマ４中でＡｌ粉が全量蒸発することにより、プラズマ４の下流部（陽極５付近）ではＮ２とＡｌ蒸気の混合ガスが生成される。当該陽極５付近はプラズマ４の終端部であるので、Ｎ２・Ａｌ蒸気混合ガスの温度は５０００℃程度となっている。Ｎ２・Ａｌ蒸気混合ガスは更に下流域に進むにつれて、その場の温度が５０００℃から１０００℃程度まで低下していく。回収筒７の先端部分の内周には反応・急冷ガス（アンモニア）の円環状吹き出し口６が設けられている。図２中の符号１５は反応・急冷ガスの流れを表している。回収筒７は例えば可動式として（図２中の矢印Ｄ参照）、回収筒７の先端部（反応・急冷ガス吹き出し口６）と陽極５との間の距離を調整できるようにしている。回収筒７の位置を変えることによって、反応・急冷ガスの吹き込み箇所の温度や、ＡｌＮ生成反応時間（ＡｌとＮとの反応時間）等を制御できる。回収筒７を陽極５に近づけるほど、反応・急冷ガスを吹き込む箇所の温度は高くなり、ＡｌＮ生成反応時間は短くなる。一方、回収筒７を陽極５から遠ざけるほど、反応・急冷ガスの吹き込み箇所の温度は低くなり、ＡｌＮ生成反応時間は長くなる。
【００３３】
以上の構成によって、窒素とアルミニウム蒸気とから成る混合ガスに対して、アンモニアガスが吹き込まれて、高純度（例えば製造粒子中の窒化アルミニウム粒子量が９０質量％以上）の窒化アルミニウム超微粒子が製造される。さらに、回収筒７を通過したガスはエタノール入りタンク１１およびフィルタ１２を経て、真空ポンプ１０より排気される。図２中の符号１６は排ガスの流れを表している。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とエタノールとの間では化学反応は起きないが、金属アルミニウム（Ａｌ）とエタノールとの間では化学反応が起こり、その結果、エトキシドが生成される。即ち、金属アルミニウムだけがエタノールに捕捉され、エタノールを通過した粒子は窒化アルミニウム粒子のみとなる。これにより、製造粒子をエタノールに通過させることで、製造粒子中の金属アルミニウム粉が除去され、更に高純度（例えば製造粒子中の窒化アルミニウム粒子量が９９質量％以上）の窒化アルミニウム超微粒子を製造できる。尚、図示は省略するが排ガス浄化装置として水入りタンクを更に設けても良い。水はアンモニアを非常に良く吸収するので、ここに排ガスをバブリングさせることにより排ガスからアンモニアを除去できる。尚、ガス中の不純物は製造粒子中の不純物となるおそれがあるので、窒素及びアンモニアガスの純度は高い方が望ましい。
【００３４】
【実施例】
＜実施例１＞
図２に示す装置１を用いて、窒化アルミニウム超微粒子を実際に製造した。原材料となる金属アルミニウム粉は、福田金属箔粉工業製の粉（Ａｌ−Ａｔ−３５０、平均粒径２０μｍ前後、形状：紡錘状）を用いた。アーク電流は１４０Ａ一定、プラズマ長は７５ｍｍ一定とした。陽極５と回収筒７先端との間の距離は７５ｍｍ一定として、ＡｌとＮとの反応時間を確保するようにした。反応・急冷ガスの吹き込み箇所の温度は１３００℃程度であった。プラズマガスは窒素（Ｎ２，純度９９．９体積％以上）とし、流量はパイプ状陰極２の内部で１０Ｌ／ｍｉｎ、パイプ状陰極２の周囲で１０Ｌ／ｍｉｎとした。反応・急冷ガスは室温（２０℃前後）のアンモニア（ＮＨ３，純度９９．９体積％以上）とし、流量は２０Ｌ／ｍｉｎとした。Ａｌ粉はパイプ状陰極２の内部に供給し、供給量は０．５ｇ／ｍｉｎ一定とした。チャンバ９内の圧力は概ね３０〜５０ｋＰａであった。
【００３５】
回収筒７の先端部分（図２の符号１７参照）に付着した粉（粒子）を回収したところ、純度９０質量％程度の窒化アルミニウム超微粒子（平均粒径３０ｎｍ程度）であることが確認された。さらに、エタノール入りタンク１１を通過してフィルタ１２に付着した粉（粒子）を回収したところ、純度９９質量％以上の窒化アルミニウム超微粒子（平均粒径３０ｎｍ程度）であることが確認された。
【００３６】
本実施例の反応・急冷ガスの吹き込み箇所の温度は１３００℃程度と低めであったが、ＡｌＮ純度は９０質量％程度と比較的高純度であった。これは、回収筒７よりも上流位置である陽極５と回収筒７先端との間の高温空間（１５００〜５０００℃程度）においてＡｌとＮとの反応が進み、また、回収筒７先端の直上で一部ＮＨ３が存在したためにＡｌの凝縮温度が低下し、ＡｌＮ純度が高くなったものと考えられる。回収筒７の位置を陽極５に更に近づければ、反応・急冷ガスの吹き込み箇所の温度を、ＡｌＮ生成開始温度（２１００℃程度）とＡｌＮ生成完了温度（１７００℃程度）の間の温度域に設定できるので、更に高純度のＡｌＮ超微粒子が得られる可能性がある。
【００３７】
＜実施例２＞
図２に示す装置１を用い、プラズマガスまたは反応・急冷ガスを１００％窒素ガス、１００％アンモニアガス、窒素５０体積％とアンモニア５０体積％の混合ガスと変化させて窒化アルミニウム超微粒子を製造し、各場合で製造された粒子のＡｌＮ純度を調べた。尚、他の条件は実施例１と同様とした。結果を図３に示す。同図中の△印のプロットおよび符号Ｅで示す曲線がプラズマガスを表し、同図中の○印のプロットおよび符号Ｆで示す曲線が反応・急冷ガスを表す。図３から、プラズマガスは、アンモニアを含まず窒素のみである方がＡｌＮ純度が高くなることが確認できる。また、反応・急冷ガスは、窒素を含まずアンモニアのみである方がＡｌＮ純度が高くなることが確認できる。
【００３８】
以上のように、本発明によれば、高熱伝導性や高電気絶縁性などの特長を持つ高機能材料である窒化アルミニウム超微粒子を極めて高純度に製造できる。窒化アルミニウム超微粒子は高放熱性制御基板の材料やエネルギー変換機器内の電気絶縁材料に利用でき、電子機器やエネルギー変換機器のコンパクト化および高効率化に大いに貢献できる。
【００３９】
また、プラズマガスを窒素ガスのみとすることで、比較的高価なアルゴンガスをベースとした従来のプラズマガスを用いた場合よりも運転コストが安価になる。また、反応・急冷ガスをアンモニアガスのみとすることで、水素をベースとした従来の急冷ガスを用いた場合よりも設備コストを安価にできる。水素は分子量が小さいため漏洩しやすく、また、含有水素の濃度が４体積％以上のガスは爆発・可燃性ガスとして取り扱う必要があるので、水素をベースとした急冷ガスを採用する場合、プラズマ炉自身およびその周辺機器を防爆仕様にするとともに水素検知器を多数箇所に設置する必要があるが、アンモニアガスを用いる場合はそのような措置は必要はない。尚、ＮＨ３の熱伝導率はＨ２のそれと同等であり、ＮＨ３だけでも急冷効果は充分にあると考えられる。
【００４０】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、未反応Ａｌが残存しないようにＡｌＮ生成反応時間を充分に確保し、且つＡｌからＡｌＮへの転換率がほぼ１００％となった直後に急速に冷却するための構成として、アンモニアガスの吹き込みを多段階で行なったり（例えば上段では反応ガス（窒素源）として比較的高温のアンモニアガスを吹き込み、下段では冷却ガスとして比較的低温のアンモニアガスを吹き込む）、Ａｌ蒸気含有ガスをほぼ一定温度に保持するための加熱装置をアークプラズマ４の下流側に別途設ける等しても良い。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１記載の窒化アルミニウム粒子の製造方法によれば、窒素とアルミニウム蒸気とから成る混合ガスに対して、アンモニアガスを吹き込むので、アルミニウムから窒化アルミニウムを生成するために必要な温度領域を拡大でき、高純度（例えば製造粒子中の窒化アルミニウム粒子量が９０質量％以上）の窒化アルミニウム超微粒子を得ることができる。
【００４２】
さらに、請求項２記載の窒化アルミニウム粒子の製造方法によれば、窒化アルミニウムの生成反応が活発に進行する温度領域にある混合ガスにアンモニアガスを吹き込むので、ＡｌからＡｌＮへの転換率を高くでき、この結果、高純度の窒化アルミニウム超微粒子を得ることができる。
【００４３】
さらに、請求項３記載の窒化アルミニウム粒子の製造方法によれば、混合ガスの温度が、未反応アルミニウムの凝縮温度よりも高い状態のままで窒化アルミニウムの生成が完了する温度まで下がるように、アンモニアガスを吹き込むので、未反応のＡｌ蒸気が凝縮して製造粒子に金属アルミニウムが混入してしまうことを防止できる。
【００４４】
さらに、請求項４記載の窒化アルミニウム粒子の製造方法によれば、製造粒子をエタノールに通過させるので、製造粒子中の金属アルミニウム粉が除去され、更に高純度（例えば製造粒子中の窒化アルミニウム粒子量が９９質量％以上）の窒化アルミニウム超微粒子を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】窒化アルミニウムの生成温度と未反応アルミニウムの凝縮温度の一例を示すグラフである。
【図２】窒化アルミニウム粒子の製造装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】プラズマガスおよび反応・冷却ガスの成分を変化させた場合の窒化アルミニウム純度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  窒化アルミニウム粒子の製造装置
２  陰極
３  プラズマトーチ
４  アークプラズマ
５  陽極
６  反応・冷却ガスの吹き出し口
７  回収筒
８  ガス流通管
９  チャンバ
１０  真空ポンプ
１１  エタノール入りタンク
１２  フィルタ
１３  窒素ガスの流れ
１４  金属アルミニウム粉の流れ
１５  アンモニアガスの流れ
１６  排ガスの流れ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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