(57)【要約】      （修正有）【課題】窒化アルミニウム粒子に酸化層を形成するにあたって、０．５μｍ以上の比較的厚い酸化層を均一に形成できる製造方法を提供する。【解決手段】窒化アルミニウム粉末の表面に酸化アルミニウム層を被覆する方法であって、炉内に置いた窒化アルミニウム粉末を撹拌しながら窒素ガスを導入し１１００℃以上に加熱する昇温過程と、保持温度に到達した後に前記窒素ガスの導入を停止する過程と、前記窒化アルミニウム粉末を撹拌しながら酸化性ガスを導入し、１１００℃〜１３００℃で１時間〜１０時間保持し、前記窒化アルミニウム粉末の表面に酸化アルミニウム層を被覆する皮膜形成過程と、少なくとも８００℃以下までは、前記酸化アルミニウム層を被覆した窒化アルミニウム粉末を撹拌しながら窒素ガスを導入し冷却する降温過程とを有するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に酸化アルミニウム層を被覆した窒化アルミニウム粉末の製造方法であって、
炉内に置いた窒化アルミニウム粉末を撹拌しながら不活性ガスを導入し１１００℃以上に加熱する昇温過程と、保持温度に到達した後に前記不活性ガスの導入を停止する過程と、
前記窒化アルミニウム粉末を撹拌しながら酸化性ガスを導入し、１１００℃〜１３００℃で１時間〜１０時間保持し、前記窒化アルミニウム粉末の表面に酸化アルミニウム層を被覆する皮膜形成過程と、
少なくとも８００℃以下までは、前記酸化アルミニウム層を被覆した窒化アルミニウム粉末を撹拌しながら不活性ガスを導入し冷却する降温過程と、
を有することを特徴とする酸化アルミニウム層を被覆した窒化アルミニウム粉末の製造方法。
【請求項２】
前記炉は回転軸方向の両端側に入口と出口とを有するロータリキルンであって、ロータリキルンが回転することによって前記窒化アルミニウム粉末を撹拌し、前記不活性ガスおよび酸化性ガスは回転軸方向の前記入口から流入し、前記撹拌する窒化アルミニウム粉末に接触しながら前記出口から流出させることを特徴とする請求項1に記載の酸化アルミニウム層を被覆した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、高熱伝導基板を実現するために用いる窒化アルミニウム粉末の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、モジュールやチップのサイズが小型化し、単位面積当たりの発熱量が大きくなっている。このため、セラミックスの絶縁基板には、より高い放熱性が求められている。また、LED搭載基板の場合では、LEDは温度が過度に上昇すると素子の寿命が短くなってしまうため、放熱性の高い基板が望まれている。その他、自動車のECUなど、高熱部に搭載される部品については、耐熱性・高放熱性が望まれている。このように、高い放熱性が望まれている部品には様々なものがあるが、窒化アルミニウムは高い熱伝導度を有する絶縁体であることから、これらの部品や基板の材料として用いられている。
【０００３】
しかしながら、窒化アルミニウムには水や水蒸気と反応してしまうという問題があるため、耐水性を向上させる表面改質方法が求められている。また、窒化アルミニウムを基板として用いる場合以外にも、熱伝導を向上させるためのフィラーとして用いる場合があるが、たとえば、低温焼成セラミックスのフィラーとして用いることを想定した場合、窒化物は酸化物の溶融物との濡れ性が悪く、焼結時の扱いが難しいという問題がある。また一方で、酸化物の溶融物との濡れ性が良好である場合には、粒子の表面層と前記溶融物の反応が生じやすく、酸化物の溶融物と窒化アルミニウムとの反応を抑制するためには、表面改質をする際に一定以上の厚さの被覆層を形成する必要があると考えられる。
【０００４】
窒化アルミニウムの表面改質に関しては、窒化アルミニウムの表面を酸化させて酸化アルミニウムからなる層を形成する方法（特許文献１、５、６）や、リン酸化合物からなる層を表面に形成した窒化アルミニウム粒子（特許文献２）、ガラス層を形成する方法（特許文献３）、酸化アルミニウム及び酸化珪素からなる層を形成する方法（特許文献４）等が知られている。
【０００５】
特許文献１では、酸化性雰囲気中で熱処理し、表面に酸化アルミニウム層を形成した窒化アルミニウム粉末とそれを製造する方法について述べている。
【０００６】
特許文献２では、リン酸アルミニウムで被覆して耐湿性を向上させた窒化アルミニウム粉末について述べている。
【０００７】
特許文献３では、ガラス層で被覆したセラミック粒子について述べており、適用可能なセラミック粒子の一つとして窒化アルミニウムを挙げている。
【０００８】
特許文献４では、窒化アルミニウム粉末の表面に酸化アルミニウム層と酸化ケイ素層を設けた窒化アルミニウム粉末について述べている。
【０００９】
特許文献５では、表面に酸化アルミニウム層を形成する際の雰囲気の制御について述べており、これによって厚さ０．１〜５μｍの緻密な酸化膜が得られるとしている。
【００１０】
特許文献６では、耐水性、耐薬品性に優れる無機フィラーおよびこのような無機フィラーを簡便かつ安価に製造する方法について述べている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１６２５５５号公報
【特許文献２】特開平９−２０２６０８号公報
【特許文献３】特開２００１−３４２０７４号公報
【特許文献４】特開平８−２６７０７号公報
【特許文献５】特開２００４−９１３１９号公報
【特許文献６】特開２００５−２２５９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、これらの多くは耐水性や耐湿性の向上を意図した被覆層の形成であり、特許文献１〜２は０．５μｍ以上の比較的厚い被覆層の形成を意図したものではなかった。また、本発明が目的とするのは０．５μｍ以上の比較的厚い被覆層の形成であるが、このように比較的厚い被覆層を形成する場合には熱伝導率の低下を可能な限り抑制するため、被覆層としては、酸化アルミニウムのように比較的熱伝導率の高い物質に限定する必要がある。特許文献３では、窒化アルミニウム粒子に０．５〜２μｍの被覆層を形成しているが、ここでの被覆層はガラスであった。特許文献４は、０．５〜５μｍの比較的厚い被覆層の形成に関するものであるが、酸化アルミニウム以外に酸化ケイ素の層を含む２層構造のものであった。また、特許文献５では１〜５μｍ程度の厚い酸化アルミニウム層を形成する方法を規定しているが、もともとこれは窒化アルミニウム基板を酸化させる方法について述べたものであり、基板を静置した状態で酸化させているが、粉末の場合には、るつぼ中で窒化アルミニウム粉末を静置した状態で熱処理を行うと、均一に酸化されず、酸化層の厚さのコントロールが難しいという問題がある。特許文献６では粉末を流動させながら酸化させる旨の記載があるが、降温時については言及していない。降温時は炉の冷却速度が遅いために所望のプログラムより高温になってしまう場合がある。結局、降温時も酸化が進むため酸化層の厚さのコントロールが難しいという問題がある。
【００１３】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、窒化アルミニウム粉末に酸化層を形成するにあたって、少なくとも０．５μｍの比較的厚い酸化層を均一に形成できる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】
【００１４】
本発明は、窒化アルミニウムの酸化処理において、各行程において攪拌しながら窒素ガスや酸化性ガスを導入することにより、窒化アルミニウム粉末の不均一な酸化が抑制できて、酸化層の厚さを０．５〜４μｍの範囲で均一にコントロールできることを見出した。
【００１５】
本発明の酸化アルミニウムを被覆した窒化アルミニウム粉末の製造方法は、炉内に置いた窒化アルミニウム粉末を撹拌しながら不活性ガスを導入し１１００℃以上に加熱する昇温過程と、保持温度に到達した後に前記不活性ガスの導入を停止する過程と、前記窒化アルミニウム粉末を撹拌しながら酸化性ガスを導入し、１１００℃〜１３００℃で１時間〜１０時間保持し、前記窒化アルミニウム粉末の表面に酸化アルミニウム層を被覆する皮膜形成過程と、少なくとも８００℃以下までは、前記酸化アルミニウム層を被覆した窒化アルミニウム粉末を撹拌しながら不活性ガスを導入し冷却する降温過程とを有するものである。
【００１６】
前記炉は回転軸方向の両端側に入口と出口とを有するロータリキルンであって、ロータリキルンが回転することによって前記窒化アルミニウム粉末を撹拌し、前記窒素不活性ガスおよび酸化性ガスは回転軸方向の前記入口から流入し、前記撹拌する窒化アルミニウム粉末に接触しながら前記出口から流出させるものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、攪拌しながら加熱昇温し、撹拌しながら皮膜を形成し、撹拌しながら冷却降温することにより窒化アルミニウム粉末を均一に被覆することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例（No.3）で得られた窒化アルミニウム粉末の断面のSEM像と元素マッピング像である。
【図２】比較例（No.5）で得られた窒化アルミニウム粉末の断面のSEM像と元素マッピング像である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の酸化アルミニウムを被覆した窒化アルミニウム粉末の製造方法を説明する。
まず、窒化アルミニウム粉末を用意する。形成する酸化層の厚さを０．５μｍ以上とするために、窒化アルミニウム粉末は粒径が０．５μｍよりも十分に大きいものを選定する必要がある。具体的には、粒径が１０μｍ以上であることが望ましい。熱処理工程においては、窒化アルミニウムが酸化される温度、１１００℃以上まで窒素ガスやアルゴン等の不活性ガスを流しながら且つ炉内で撹拌しながら昇温し、窒化アルミニウムの酸化反応を進行させる。そして１１００℃〜１３００℃の温度で１時間〜１０時間の範囲で保持する。このとき酸化性のガスを流しながら且つ炉内で撹拌しながら熱処理を行う。このようにして熱処理した粉末を、冷却するが、少なくとも８００℃以下になるまでの間は不活性ガスを流しながら且つ炉内で撹拌しながら冷却を行う。なお、酸化層が生成する温度における使用ガスは、所望の厚さの酸化層が形成されるのであれば大気や酸素などを用いて特に規定されないが、熱処理温度以外の温度域では不所望の酸化反応を抑制するために、非酸化性雰囲気にすることが望ましい。
以上により、十分に酸化されていない粉末がある一方、内部まで酸化されてしまう粉末が生じるという状態を防ぐことができ、一つの粉末における酸化層の厚さの均一性だけでなく、十分に酸化されていない粉末が存在する、という状態を抑制することができる。
【００２０】
本発明では、ヒーター、炉心管、炉心管の回転駆動機構、炉心管内へのガスの導入口と炉心管からのガスの排気口があり、炉心管を回転させた状態で気密性が保たれる構造のロータリーキルンを用いた。
【００２１】
次に、本発明の具体的な実施例とその評価結果を述べる。
平均粒径１７μｍの窒化アルミニウム粉末（実験的に２０ｇ）をロータリーキルン内に導入し、ロータリーキルンを６ｒｐｍで回転させながら、炉内に毎分１リットルの窒素ガスを流しながら１０５０℃〜１３００℃の所定の温度まで昇温した。そして炉内温度が所定の温度に達し、１時間保持した後に窒素ガスの導入を停止し、毎分１リットルの乾燥空気を流し、所定の温度で１時間保持して窒化アルミニウム粉末の表面を酸化させ、その後、乾燥空気の導入を停止し、窒素ガスを流し、室温まで冷却した。この間ロータリーキルンは連続回転を続けていた。以上により熱処理済の窒化アルミニウム粉末を得た。
【００２２】
前述の方法で作製した熱処理済の窒化アルミニウム粉末の断面をＳＥＭ(操作電子顕微鏡)付属のＥＤＸ(エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置)により複数の視野において元素マッピング像を得た。その結果、複数の視野のうちのいずれ粉末においても、厚さが０．５μｍ以上の酸化層が形成されていた。
【００２３】
つぎに、前記の熱処理後の窒化アルミニウム粉末をＸ線回折にて評価し、生成している相を同定した。その結果、α―アルミナと窒化アルミニウムが確認された。これらより、窒化アルミニウム粉末表面にα―アルミナが形成されていることが分かった。また、熱処理前後での窒化アルミニウム粉末の重量変化より酸化層の総重量を見積もり、さらに粒径が一定であると仮定した上で、酸化層の平均厚さを求めた。
【００２４】
以上の結果を表１に示す。また、比較例として攪拌しない例を行った。通常の炉内を酸素雰囲気となし、ここに同じ窒化アルミ粉末を静置した状態で１０００℃まで昇温し、炉内温度を１０００℃とし１時間保持した。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
実施例（Ｎｏ．２、３、４）と比較例（Ｎｏ．１、５）の比較検討を行うと、攪拌を行わない場合は酸化アルミニウム層が被覆されていない粒子の存在があり、また平均的な酸化層厚さが攪拌を実施した際と同程度であっても、粒子によっては酸化層が均一厚みにないものがあった。一方、攪拌を行った際には、表１に示した以外の粉末においても粒子表面に均一に酸化アルミニウム層が形成されていることが確認された。
【図１】
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【図２】
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