(57)【要約】      （修正有）【課題】窒化アルミニウム粉末の製造装置、製造方法及びそれにより製造された窒化アルミニウム粉末を提供。【解決手段】アルミニウム原料を供給するためのアルミニウム原料供給部１０と窒素原料を供給するための窒素原料供給部２０とを備え、供給されたアルミニウム原料と窒素原料とを化学気相反応させるための垂直型反応器１００；前記反応による生成物を通過させるための隔膜部を備えたトラップ装置２００；及びトラップ装置２００を通過した生成物を捕集するためのバブリング装置３００を含む窒化アルミニウム粉末の製造装置、製造方法及びそれにより製造された窒化アルミニウム粉末。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム原料を供給するためのアルミニウム原料供給部と窒素原料を供給するための窒素原料供給部とを備え、前記供給されたアルミニウム原料と窒素原料とを化学気相反応させるための垂直型反応器；
前記反応による生成物を通過させるための隔膜部を備えたトラップ装置；及び
前記トラップ装置を通過した生成物を捕集するためのバブリング装置を含む
窒化アルミニウム粉末の製造装置。
【請求項２】
前記アルミニウム原料供給部は、前記窒素原料供給部よりも前記垂直型反応器の下部に位置する、請求項１に記載の窒化アルミニウム粉末の製造装置。
【請求項３】
前記アルミニウム原料供給部は、バブルノズルに接続した、請求項１に記載の窒化アルミニウム粉末の製造装置。
【請求項４】
前記ダブルノズルは、キャリアガスを供給するための外部ノズル及び前記アルミニウム原料を供給するための内部ノズルを含む、請求項３に記載の窒化アルミニウム粉末の製造装置。
【請求項５】
前記外部ノズルと前記内部ノズルとの内部直径比は１．５：１乃至２：１である、請求項４に記載の窒化アルミニウム粉末の製造装置。
【請求項６】
前記アルミニウム原料供給部は、前記垂直型反応器の加熱区間内に位置する、請求項１に記載の窒化アルミニウム粉末の製造装置。
【請求項７】
前記アルミニウム原料供給部は、前記垂直型反応器の最上部から１／６乃至１／２の間に位置する、請求項１に記載の窒化アルミニウム粉末の製造装置。
【請求項８】
前記窒素原料供給部は、前記垂直型反応器の最上部に位置する、請求項１に記載の窒化アルミニウム粉末の製造装置。
【請求項９】
前記垂直型反応器の前端に、前記アルミニウム原料を気化された状態で供給するためのキャニスタ（ｃａｎｉｓｔｅｒ）をさらに含む、請求項１に記載の窒化アルミニウム粉末の製造装置。
【請求項１０】
前記バブリング装置の後端に、前記捕集された生成物を再結晶するための反応器をさらに含む、請求項１に記載の窒化アルミニウム粉末の製造装置。
【請求項１１】
（ａ）アルミニウム原料をアルミニウム原料供給部から垂直型反応器に供給し、窒素原料を窒素原料供給部から前記垂直型反応器に供給した後、化学気相反応させる段階；
（ｂ）前記反応による生成物が隔膜部を備えたトラップ装置を通過する段階；及び
（ｃ）前記トラップ装置を通過した生成物をバブリング装置を介して捕集する段階を含む窒化アルミニウム粉末の製造方法。
【請求項１２】
前記（ａ）段階でアルミニウム原料供給部は、前記窒素原料供給部よりも前記垂直型反応器の下部に位置する、請求項１１に記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。
【請求項１３】
前記（ａ）段階でアルミニウム原料供給部は、ダブルノズルに接続した、請求項１１に記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。
【請求項１４】
前記ダブルノズルは、キャリアガスを供給するための外部ノズル及び前記アルミニウム原料を供給するための内部ノズルを含む、請求項１３に記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。
【請求項１５】
前記外部ノズル内のキャリアガスの流量は、前記内部ノズル内のアルミニウム原料の流量の１．１倍ないし３倍である、請求項１４に記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。
【請求項１６】
前記外部ノズル内のキャリアガスの線速度は、前記内部ノズル内のアルミニウム原料の線速度の１．１倍ないし３倍である、請求項１４に記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。
【請求項１７】
前記（ａ）段階で反応は、常圧及び８００℃ないし１４００℃で行われる、請求項１１に記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。
【請求項１８】
前記（ａ）段階でアルミニウム原料は、キャニスタ（ｃａｎｉｓｔｅｒ）から気化された状態で供給される、請求項１１に記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。
【請求項１９】
（ｄ）前記捕集された生成物を５００℃ないし１５００℃で再結晶する段階をさらに含む、請求項１１に記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。
【請求項２０】
請求項１１ないし請求項１８のいずれか１項による方法で製造された窒化アルミニウム粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウム粉末の製造装置、製造方法及びそれにより製造された窒化アルミニウム粉末に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウムは
ｗｕｒｚｉｔｅ結晶構造を有する白色粉末のセラミックス素材であって、常圧及び２５００℃でアルミニウムガスと窒素ガスへの分解が行われる。純粋な窒化アルミニウム粉末は白みを帯びるが、カーボン不純物を含有する場合には灰白色になることもある。
【０００３】
窒化アルミニウムの理論上の熱伝導度は３１９Ｗ/ｍＫであり、アルミナよりも１０倍以上高い高熱伝導率のセラミックス素材である。通常、焼結体は７０〜２１０Ｗ/ｍＫ、単結晶は２８５Ｗ/ｍＫ程度の熱伝導率をみせ、優秀な電気絶縁性（１０１４Ωｍ）、安定的な熱膨張係数（４×１０−６/Ｋ）、優秀な機械的強度（４３０ＭＰａ）などの特徴を有する。特に熱膨張係数は、アルミナよりも小さく、Ｓｉ半導体と類似しているため、半導体産業に適用可能である。このような特徴を基に１９８０年代後半からは高熱伝導セラミックスが適用される半導体用基板や部品、モジュールに広く応用されている。
【０００４】
上記のような窒化アルミニウム粉末の製造方法には、大きく熱炭素還元法、直接窒化法、化学気相合成法、プラズマ合成法などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】なし
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、アルミニウム原料を供給するためのアルミニウム原料供給部と窒素原料を供給するための窒素原料供給部とを備え、前記供給されたアルミニウム原料と窒素原料とを化学気相反応させるための垂直型反応器；前記反応による生成物を通過させるための隔膜部を備えたトラップ装置；及び前記トラップ装置を通過した生成物を捕集するためのバブリング装置を含む窒化アルミニウム粉末の製造装置などを提供することを目的とする。
【０００７】
しかし、本発明が目的とする技術的課題は、上述の課題に制限されず、言及されていない他の課題は、以下の記載から当業者が明確に理解することができると思われる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するための本発明は、アルミニウム原料を供給するためのアルミニウム原料供給部と窒素原料を供給するための窒素原料供給部とを備え、前記供給されたアルミニウム原料と窒素原料とを化学気相反応させるための垂直型反応器；前記反応による生成物を通過させるための隔膜部を備えたトラップ装置；及び前記トラップ装置を通過した生成物を捕集するためのバブリング装置を含む窒化アルミニウム粉末の製造装置を提供することを特徴とする。
【０００９】
前記アルミニウム原料供給部は、前記窒素原料供給部よりも前記垂直型反応器の下部に位置することができる。
前記アルミニウム原料供給部は、バブルノズルに接続することができる。
【００１０】
前記ダブルノズルは、キャリアガスを供給するための外部ノズル及び前記アルミニウム原料を供給するための内部ノズルを含むことができる。
前記外部ノズルと前記内部ノズルとの内部直径比は４：１乃至２０：１とすることができる。
【００１１】
前記アルミニウム原料供給部は、前記垂直型反応器の加熱区間内に位置することができる。
前記アルミニウム原料供給部は、前記垂直型反応器の最上部から１/６乃至１/２の間に位置することができる。
【００１２】
前記窒素原料供給部は、前記垂直型反応器の最上部に位置することができる。
【００１３】
前記垂直型反応器の前端に、前記アルミニウム原料を気化された状態で供給するためのキャニスタ（ｃａｎｉｓｔｅｒ）をさらに含むことができる。
【００１４】
前記バブリング装置の後端に、前記捕集された生成物を再結晶するための反応器をさらに含むことができる。
【００１５】
本発明の一具現例として、（ａ）アルミニウム原料をアルミニウム原料供給部から垂直型反応器に供給し、窒素原料を窒素原料供給部から前記垂直型反応器に供給した後、化学気相反応させる段階；（ｂ）前記反応による生成物が隔膜部を備えたトラップ装置を通過する段階；及び（ｃ）前記トラップ装置を通過した生成物をバブリング装置を介して捕集する段階を含む窒化アルミニウム粉末の製造方法を提供する。
【００１６】
前記（ａ）段階でアルミニウム原料供給部は、前記窒素原料供給部よりも前記垂直型反応器の下部に位置することができる。
前記（ａ）段階でアルミニウム原料供給部は、ダブルノズルに接続することができる。
【００１７】
前記ダブルノズルは、キャリアガスを供給するための外部ノズル及び前記アルミニウム原料を供給するための内部ノズルを含むことができる。
【００１８】
前記外部ノズル内のキャリアガスの流量は、前記内部ノズル内のアルミニウム原料の流量の１．１倍ないし３倍とすることができる。
前記外部ノズル内のキャリアガスの線速度は、前記内部ノズル内のアルミニウム原料の線速度の１．１倍ないし３倍とすることができる。
【００１９】
前記（ａ）段階で反応は、常圧及び８００℃ないし１４００℃で行われることができる。
【００２０】
前記（ａ）段階でアルミニウム原料は、キャニスタ（ｃａｎｉｓｔｅｒ）から気化された状態で供給されることができる。
【００２１】
（ｄ）前記捕集された生成物を５００℃ないし１５００℃で再結晶する段階をさらに含むことができる。
【００２２】
本発明の他の具現例として、上記の方法で製造された窒化アルミニウム粉末を提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、粒径分布が均一であり、１００％六方晶系結晶構造を有するナノサイズの窒化アルミニウム粉末を高純度及び高収率で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一具現例に係る窒化アルミニウム粉末の製造装置を説明するための断面概略図である。
【図２】本発明の一具現例に係るダブルノズルの横方向断面図である。
【図３】本発明の多様な具現例に係るダブルノズルの縦方向断面図である。
【図４】実施例１に係る窒化アルミニウム粉末を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した写真（（ａ）：２００，０００倍拡大、（ｂ）：１００，０００倍拡大）である。
【図５】実施例１に係る窒化アルミニウム粉末をＸ−線回折分析器（ＸＲＤ）で分析したグラフである。
【図６】実施例１に係る窒化アルミニウム粉末を粒度分析器（ＰＳＡ）で分析したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例を、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。本発明は、互いに異なる多様な形態に具現されることができ、ここで説明する実施例に限定されるものではない。
以下に本発明を詳細に説明する。
【００２６】
＜窒化アルミニウム粉末の製造装置＞
本発明は、アルミニウム原料を供給するためのアルミニウム原料供給部と、窒素原料を供給するための窒素原料供給部とを備え、前記供給されたアルミニウム原料と窒素原料とを化学気相反応させるための垂直型反応器;前記反応による生成物を通過させるための隔膜部を備えたトラップ装置;前記トラップ装置を通過した生成物を捕集するためのバブリング装置を含む窒化アルミニウム粉末の製造装置を提供する。前記アルミニウム原料供給部はダブルノズルに接続することができる。
【００２７】
また、前記垂直型反応器の前端に、前記アルミニウム原料を気化された状態で供給するためのキャニスタ（ｃａｎｉｓｔｅｒ）をさらに含むことができ、前記バブリング装置の後端に、前記捕集された生成物を再結晶するための反応器をさらに含むことができる。
【００２８】
図１は、本発明の一具現例に係る窒化アルミニウム粉末の製造装置を説明するための断面概略図である。
【００２９】
図１を参照すると、本発明の一具現例に係る窒化アルミニウム粉末の製造装置は、アルミニウム原料を供給するためのアルミニウム原料供給部１０と窒素原料を供給するための窒素原料供給部２０とを備え、前記供給されたアルミニウム原料と窒素原料とを化学気相反応させるための垂直型反応器１００;前記反応による生成物を通過させるための隔膜部を備えたトラップ装置２００;前記トラップ装置を通過した生成物を捕集するためのバブリング装置３００を含んで構成され、前記アルミニウム原料供給部１０は、ダブルノズル１５に接続することができる。
【００３０】
また、前記垂直型反応器１００の前端に、前記アルミニウム原料を気化された状態で供給するためのキャニスタ（ｃａｎｉｓｔｅｒ）４００をさらに含むことができ、前記バブリング装置３００の後端に、前記捕集された生成物を再結晶するための反応器（図示せず）をさらに含むことができる。
【００３１】
まず、本発明に係る窒化アルミニウム粉末の製造装置は、アルミニウム原料を供給するためのアルミニウム原料供給部１０と窒素原料を供給するための窒素原料供給部２０とを備え、前記供給されたアルミニウム原料と窒素原料とを化学気相反応させるための垂直型反応器１００を含む。
前記垂直型反応器１００は、前記供給されたアルミニウム原料と窒素原料とを化学気相反応させるためのものである。
【００３２】
このとき、前記化学気相反応のための反応式は以下の通りである。
ＡｌＣｌ３ ＋ ＮＨ３
→ ＡｌＮ ＋ ３ＨＣｌ(＋ ＮＨ４Ｃｌ)。
【００３３】
前記化学気相反応は、従来の他の方法とは違って、粒径分布が均一なナノサイズの窒化アルミニウム粉末を高純度で得ることができる。また、化学気相反応は、熱炭素還元法に比べて反応速度が非常に速く、連続工程を通じて高い生産性を得ることができるという長所がある。
【００３４】
しかし、化学気相反応を通じて、ナノサイズの窒化アルミニウム粉末を最終的に製造することは容易ではない。強いガス流量（または線速度）により生成されたナノサイズの窒化アルミニウム粉末は、ガス流量（または線速度）と一緒に流されてしまうため、このようなナノサイズの窒化アルミニウム粉末を扱うことは容易ではない。また、前記化学気相反応による副産物として生成されるＮＨ４Ｃｌの除去も容易ではないという問題がある。
【００３５】
一般的な水平型反応器の場合、水平型反応器の加熱区間内に生成物が滞留する時間が反応時間によって異なるため、窒化アルミニウム粉末の粒径分布が不均一であり、結晶化度分布が不均一であるという問題がある。
【００３６】
そこで、本発明では、必ず垂直型反応器１００を使用したことを特徴とし、垂直型反応器１００を適用することにより、均一な滞留時間を得ることができる。これにより、最終的に製造された窒化アルミニウム粉末の粒径分布が均一であり、結晶化度分布が均一である特徴を有する。
【００３７】
具体的には、前記垂直型反応器１００は、反応物が前記垂直型反応器１００の上部から供給され、前記垂直型反応器１００内の加熱区間で反応した後、生成物が前記垂直型反応器１００の下部に生成され得るものであって、クォーツからなることができ、チューブ状、円筒状など公知の多様な形状を有することができる。
【００３８】
前記垂直型反応器１００の垂直方向を基準として、前記アルミニウム原料供給部１０は、前記窒素原料供給部２０より前記垂直型反応器１００の下部に位置することができる。
【００３９】
前記アルミニウム原料供給部１０は、アルミニウム原料を供給するためのものであって、前記アルミニウム原料はアルミニウムを含み、好ましくＡｌＣｌ３である。
【００４０】
具体的には、前記アルミニウム原料供給部１０は、前記垂直型反応器１００の加熱区間（斜線部分）内に位置することができる。前記垂直型反応器１００の加熱区間とは、供給されたアルミニウム原料と窒素原料との化学気相反応がなされる区間であって、８００℃ないし１４００℃の温度が維持される区間をいう。
【００４１】
より具体的には、前記アルミニウム原料供給部１０は、前記垂直型反応器１００の最上部から１／６ないし１／２の間に位置することが好ましいが、これに限定されない。
【００４２】
これにより、モノマーに分解されたアルミニウム原料が供給されることができ、前記垂直型反応器１００の上部側、例えば、上記垂直型反応器１００の最上部から１/６の間に窒化アルミニウムが前記垂直型反応器１００の内面にコーティングされ、窒化アルミニウムとクォーツとの間の熱膨張率の差によって前記垂直型反応器１００のクォーツが簡単に割れる現象が発生することを防止することができるという利点がある。
【００４３】
もし、アルミニウム原料が窒素原料と同様に、ダブルノズルなしで垂直型反応器１００の最上部から直接供給される場合、アルミニウム原料と窒素原料とが前記垂直型反応器１００の加熱区間内で化学気相反応を行うのではなく、６００℃以下で不完全な化学気相反応を行うことになるだろう。すなわち、アルミニウム原料はモノマーにきちんと分解されないまま窒素原料と反応をすることになるだろうし、前記垂直型反応器１００の上部側に窒化アルミニウムが前記垂直型反応器１００の内面にコーティングされ、窒化アルミニウムとクォーツ間の熱膨張率の差により前記垂直型反応器１００のクォーツが簡単に割れる現象が発生してしまう。
【００４４】
前記アルミニウム原料供給部１０は、ダブルノズル１５に接続することができ、前記ダブルノズル１５は、キャリアガスを供給するための外部ノズル及び前記アルミニウム原料を供給するための内部ノズルを含むことができる。
【００４５】
前記ダブルノズル１５の外部ノズルは、キャリアガスを供給するためのものであって、前記キャリアガスは、好ましくはＮ２である。キャリアガスにより前記反応による生成物がダブルノズル１５の先端に生成されることを防止することができ、窒化アルミニウム粉末の収率を効果的に高めることができる。また、前記ダブルノズル１５の内部ノズルは、アルミニウム原料を供給するためのものである。
【００４６】
図２は、本発明の一具現例に係るダブルノズルの横方向断面図である。
図２を参照すると、前記外部ノズルの内部直径はＤと表示され、前記内部ノズルの内部直径はｄと表示される。
【００４７】
具体的には、前記外部ノズルと前記内部ノズルの内部直径比は１．５：１ないし２０：１であることが好ましいが、これに限定されない。この時、前記外部ノズルと前記内部ノズルが上記範囲の内部直径比を維持することにより、前記反応による生成物がダブルノズルの先端に生成されることを防止することができ、窒化アルミニウム粉末の収率を効果的に高めることができる。
【００４８】
具体的には、前記外部ノズルの内部直径は１．５ｍｍ乃至２０ｍｍであり、前記内部ノズルの内部直径は１ｍｍないし１０ｍｍであり得る。
【００４９】
また、前記アルミニウム原料供給部１０（またはダブルノズル１５の先端）は、前記垂直型反応器１００の壁面と少なくとも５ｃｍ以上離れて位置することが好ましく、前記垂直型反応器１００の内部直径の中央に位置することがより好ましい。これにより、窒化アルミニウムが前記垂直型反応器１００の内面にコーティングされることを防止することができ、窒化アルミニウムとクォーツ間の熱膨張率の差によって前記垂直型反応器１００のクォーツが簡単に割れる現象を防止することができるという利点がある。
【００５０】
図３は、本発明の多様な具現例に係るダブルノズルの縦方向断面図である。図３を参照すると、（ａ）前記外部ノズル及び前記内部ノズルの先端の両方とも一直線方向に切断されて形成されることができ、（ｂ）前記外部ノズル及び前記内部ノズルの先端の両方とも内部に向けて斜め方向に切断されて形成されてもよく、（ｃ）前記外部ノズル及び前記内部ノズルの先端の両方とも外部に向けて斜め方向に切断されて形成されてもよい。
【００５１】
前記窒素原料供給部２０は、窒素原料を供給するためのものであって、前記窒素原料は窒素を含み、好ましくはＮＨ３である。このとき、前記窒素原料は、当量よりも過量に、好ましくは当量の２〜１０倍、より好ましくは当量の８〜１０倍供給されることにより、窒化アルミニウム粉末の収率を高めることができる。
【００５２】
前記窒素原料供給部２０は、前記垂直型反応器１００の最上部に位置することができる。
すなわち、前記窒素原料の供給は、前記アルミニウム原料の供給とは違って、ダブルノズルを別途使用せずに前記垂直型反応器１００の最上部から直接供給されることができる。
【００５３】
もし、窒素原料がアルミニウム原料と同様に、ダブルノズルを使用して垂直型反応器１００の内部に供給される場合、ダブルノズルの先端で窒素原料であるＮＨ３がＮ２とＨ２に既に分解が進み、化学気相反応に必要な窒素原料であるＮＨ３当量が足りなくなってしまい、収率が著しく低下する。
【００５４】
次に、本発明に係る窒化アルミニウム粉末の製造装置は、前記反応による生成物を通過させるための隔膜部を備えたトラップ装置２００を含む。
前記トラップ装置２００は、前記垂直型反応器１００の後端に備えられることができ、前記反応による窒化アルミニウムを含む生成物は通過させ、前記反応による塩化アンモニウムを含む生成物を連続的に捕集して除去することができる。
【００５５】
前記トラップ装置２００は、1段隔膜部を備えることにより、塩化アンモニウムを含む生成物を捕集して除去することができるが、塩化アンモニウムを含む生成物のより効果的な捕集及び除去のためには、前記トラップ装置２００は多段隔膜部を備えてもよい。このような捕集を通じて塩化アンモニウムを含む生成物を副産物として除去することにより、粒径分布がナノサイズで均一であり、１００％六方晶系結晶構造を有する窒化アルミニウム粉末を高純度および高収率で製造することができる。
【００５６】
その次に、本発明に係る窒化アルミニウム粉末の製造装置は、前記トラップ装置２００を通過した生成物を捕集するためのバブリング装置３００を含む。
【００５７】
前記トラップ装置２００を通過した生成物はバブリング装置３００に供給され、窒化アルミニウムを含む生成物を捕集し、副産物に該当する塩化アンモニウムを含む生成物は大気中に気化させて、窒化アルミニウムを含む生成物の捕集効果を最大限にすることができる。それにもかかわらず、前記バブリング装置３００を介して捕集された窒化アルミニウムを含む生成物に一部不純物が含まれることがある。この時、バブリングのためにエタノールを使用することができ、無水エタノールを使用することが好ましいが、これに限定されない。
【００５８】
前記バブリング装置３００の後端に、フィルタおよび真空ポンプを順番に備えることにより、前記垂直型反応器１００の内部圧力を約０．５気圧に減少させることができ、窒化アルミニウムを含む生成物捕集を円滑に行うことができる。したがって、窒化アルミニウムを含む生成物捕集の損失を最大限に防いで収率をさらに高めることができる。
【００５９】
必要に応じて、本発明に係る窒化アルミニウム粉末の製造装置は、前記垂直型反応器１００の前端に、前記アルミニウム原料を気化された状態で供給するためのキャニスタ（ｃａｎｉｓｔｅｒ）４００をさらに含むことができる。
【００６０】
上記アルミニウム原料は、キャニスタ（ｃａｎｉｓｔｅｒ）４００から気化された状態でダブルノズル１５に供給されることができる。具体的には、前記アルミニウム原料は、アルミニウムを含むものであって、好ましくはＡｌＣｌ３である。例えば、ＡｌＣｌ３の場合、気化温度が約１７８℃であるため、グローブボックス内のＡｌＣｌ３をキャニスタ４００に注入し、キャニスタ４００の外部を囲む加熱用マントルによってＡｌＣｌ３の気化温度よりも高い温度である約１８０〜２００℃でＡｌＣｌ３を気化させることができる。この時、気化されたＡｌＣｌ３の量はキャニスタ４００に取り付けられたロードセルによって計算されることができる。
【００６１】
このとき、前記アルミニウム原料は、グローブボックス内で作業することにより、大気中の水分に晒されないように注意しなければならない。
【００６２】
また、上記本発明に係る窒化アルミニウム粉末の製造装置は、前記バブリング装置３００の後端に、前記捕集された生成物を再結晶するための反応器（図示せず）をさらに含むことができる。前記捕集された窒化アルミニウムを含む生成物を５００℃〜１５００℃で再結晶する段階をさらに含むことができる。上記のような温度で再結晶段階を追加することにより、結晶化度を高めることができる。
【００６３】
このとき、前記再結晶のために捕集された生成物は、グローブボックス内で作業することにより、窒化アルミニウム粉末が大気中の水分に晒されないように注意しなければならない。
【００６４】
＜窒化アルミニウム粉末の製造方法＞
本発明は、（ａ）アルミニウム原料をアルミニウム原料供給部から垂直型反応器に供給し、窒素原料を窒素原料供給部から前記垂直型反応器に供給した後、化学気相反応させる段階;（ｂ）前記反応による生成物が隔膜部を備えたトラップ装置を通過する段階;及び（ｃ）前記トラップ装置を通過した生成物をバブリング装置を介して捕集する段階を含む窒化アルミニウム粉末の製造方法を提供する。
【００６５】
上記の窒化アルミニウム粉末の製造方法に使用される製造装置についての具体的な説明は前述した通りである。
【００６６】
本発明に係る窒化アルミニウム粉末の製造方法は、アルミニウム原料をアルミニウム原料供給部から垂直型反応器に供給し、窒素原料を窒素原料供給部から前記垂直型反応器に供給した後、化学気相反応させる段階[（ａ）段階]を含む。
【００６７】
前記垂直型反応器の垂直方向を基準として、前記アルミニウム原料供給部は前記窒素原料供給部よりも前記垂直型反応器の下部に位置することができる。
【００６８】
前記アルミニウム原料供給部ダブルノズルに接続することができ、前記ダブルノズルは、キャリアガスを供給するための外部ノズル及び前記アルミニウム原料を供給するための内部ノズルを含むことができる。
【００６９】
具体的には、前記外部ノズル内のキャリアガスの流量は、前記内部ノズル内のアルミニウム原料の流量の１．１倍ないし３倍が好ましいが、これに限定されない。前記外部ノズル内のキャリアガスの線速度も前記内部ノズル内のアルミニウム原料の線速度の１．１倍ないし３倍が好ましいが、これに限定されない。この時、外部ノズル内のキャリアガスの流量又は線速度が内部ノズル内のアルミニウム原料の流量または線速度の１．１倍未満の場合、内部ノズルでアルミニウム原料と窒素原料とが直接会って、生成物がダブルノズルの先端で生成されてダブルノズルが詰まってしまう現象が発生するという問題があり、外部ノズル内のキャリアガスの流量または線速度が内部ノズル内のアルミニウム原料の流量または線速度の２倍を超える場合、前記垂直型反応器内の全体のガス流量が大きくなって、前記垂直型反応器の後端に位置するトラップ装置への損失が増え、全体の収率が低下するという問題がある。
【００７０】
上記の反応は、常圧および８００℃ないし１４００℃で行われることが好ましいが、これに限定されない。上記反応が常圧で行われることにより、前記垂直型反応器は真空を維持する必要がないという利点があり、上記の化学気相反応が上記範囲の温度で行われることにより、粒径分布が均一なナノサイズの窒化アルミニウム粉末を高純度及び高収率で製造することができる。
【００７１】
前記アルミニウム原料は、キャニスタ（ｃａｎｉｓｔｅｒ）から気化された状態で供給されることができる。
【００７２】
次に、本発明に係る窒化アルミニウム粉末の製造方法は、前記反応による生成物が隔膜部を備えたトラップ装置を通過する段階[（ｂ）段階]及び前記トラップ装置を通過した生成物をバブリング装置を介して捕集する段階[（ｃ）段階]を含む。
【００７３】
必要に応じて、本発明に係る窒化アルミニウム粉末の製造方法は、前記捕集された生成物を５００℃ないし１５００℃で再結晶する段階[（ｄ）段階]をさらに含むことができる。
【００７４】
上記のような温度で再結晶段階を追加することにより、結晶化度を高めることができる。この時、前記再結晶段階は、グローブボックス内で作業することにより、窒化アルミニウム粉末が大気中の水分に晒されないように注意しなければならない。
【００７５】
＜窒化アルミニウム粉末＞
また、本発明は上記の方法で製造された窒化アルミニウム粉末を提供する。
前記窒化アルミニウム粉末は、１次粒子と、１次粒子の一部が互いに固まって塊をなしている２次粒子とに区分されることができ、１次粒子の平均粒径は１０〜２０ｎｍ、２次粒子の平均粒径は１００〜３００ｎｍとすることができる。
【００７６】
すなわち、前記窒化アルミニウム粉末の平均粒径は１０ｎｍ乃至３００ｎｍであることが好ましいが、これに限定されない。
【００７７】
本明細書において「平均粒径」とは、粒子の重心を通る直線が粒子の表面に会することにより定義される２つの地点間の距離を意味することができる。
【００７８】
前記平均粒径または平均粒子厚さは、公知の方法によって多様な方法で測定されることができ、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した写真を使用して分析されることができる。
【００７９】
もし、前記窒化アルミニウム粉末を粒度分析器（ＰＳＡ）で分析する場合、前記窒化アルミニウム粉末の粒子分布で累積質量５０％の粒径分布径をＤ５０としたときに、１０ｎｍ＜Ｄ５０＜３００ｎｍであることが好ましく、１００ｎｍ＜Ｄ５０＜３００ｎｍであることがより好ましいが、これに限定されない。
【００８０】
上記のように粒径分布が均一でナノサイズの窒化アルミニウム粉末は、垂直型反応器を適用して均一な滞留時間を持つように化学気相反応させた結果によるものである。
【００８１】
また、上記窒化アルミニウム粉末は、六方晶系結晶構造を有することができ、１００％六方晶系結晶構造を有することが好ましいが、これに限定されない。
【００８２】
本発明によれば、粒径分布が均一であり、１００％六方晶系結晶構造を有するナノサイズの窒化アルミニウム粉末を高純度および高収率で製造することができる。
【００８３】
以下、本発明の理解を容易にするため、好ましい実施例を提示する。しかし、下記の実施例は本発明をより容易に理解するために提供されるものであり、下記の実施例により本発明の内容が限定されるものではない。
【００８４】
[実施例]
（実施例１）
ＡｌＣｌ３（純度９９．９２％、Ｎｅｏｉｎｄｕｓ社）１６０ｇをＳＵＳ材質のキャニスタ（ｃａｎｉｓｔｅｒ）に注入して加熱用マントルによって２００℃で気化させた後、ＳＵＳ材質のダブルノズルを使用して垂直型クォーツ反応器（内径：１５０ｍｍ、高さ１０００ｍｍ）内のアルミニウム原料供給部（垂直型クォーツ反応器の最上部から１／３に位置する）から供給するとともに、過量の６Ｎ
ＮＨ３を窒素原料供給部（垂直型クォーツ反応器の最上部に位置する）から４８０ｍｌ／ｍｉｎで直接供給した。その後、１０００℃および常圧で化学気相反応させた。
【００８５】
この時、ダブルノズルの外部ノズル（内径：１０mm）は、キャリアガスとして、６Ｎ Ｎ２を６．６Ｌ／ｍｉｎ及び４ｍ／ｓで供給し、内部ノズル（内径：６ｍｍ、外径：８ｍｍ）は、ＡｌＣｌ３を３．３Ｌ／ｍｉｎ及び２ｍ／ｓで供給した。
【００８６】
続いて、２段隔膜部を備えた２段トラップ装置を介して反応によるＮＨ４Ｃｌを含む生成物を捕集し、ＮＨ４Ｃｌを含む生成物は２段トラップ装置を通過して２段エタノールバブリング装置に供給した。
２段エタノールバブリング装置を介してＡｌＮを含む生成物を捕集し、ＮＨ４Ｃｌを含む生成物は大気中に気化させた。その後、さらに１０００℃で再加熱することにより、窒化アルミニウム粉末を最終的に製造した。この時、窒化アルミニウム粉末の最終収率は８０．８％である。
【００８７】
（実施例２）
ダブルノズルの外部ノズル（内径：１０ｍｍ）は、キャリアガスとして、６Ｎ
Ｎ２を９．９Ｌ／ｍｉｎ及び６ｍ/ｓで供給し、内部ノズル（内径：６ｍｍ、外径：８ｍｍ）は、ＡｌＣｌ３を４．９５Ｌ／ｍｉｎと３ｍ／ｓで供給したことを除いては、実施例１と同じ方法で窒化アルミニウム粉末を最終的に製造した。この時、窒化アルミニウム粉末の最終収率は６２．０％である。
【００８８】
（比較例１）
ＡｌＣｌ３をＮＨ３と同様にダブルノズルなしで垂直型クォーツ反応器の最上部から直接供給したことを除いては、実施例１と同じ方法で窒化アルミニウム粉末を最終的に製造した。この時、窒化アルミニウム粉末の最終収率は≦１０．０％である。
【００８９】
（比較例２）
ＮＨ３をＡｌＣｌ３と同様に垂直型クォーツ反応器の最上部から１／３の位置でダブルノズルを使用して供給したことを除いては、実施例１と同じ方法で窒化アルミニウム粉末を最終的に製造した。この時、窒化アルミニウム粉末の最終収率は≦５０．０％である。
【００９０】
（比較例３）
ＡｌＣｌ３をダブルノズルなしで垂直型クォーツ反応器の最上部から直接供給し、ＮＨ３を垂直型クォーツ反応器の最上部から１／３の位置でダブルノズルを使用して供給したことを除いては、実施例１と同じ方法で窒化アルミニウム粉末を最終的に製造した。この時、窒化アルミニウム粉末の最終収率は≦４０．０％である。
【００９１】
[実験例]
（１）走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による分析
実施例１による方法で最終的に製造された窒化アルミニウム粉末を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、観察結果は図４に示している。
【００９２】
図４に示すように、
窒化アルミニウム粉末は、１次粒子と、１次粒子の一部が互いに固まって塊をなしている２次粒子とに区分されるが、１次粒子の平均粒径は１０〜２０ｎｍであり、２次粒子の平均粒径は１００〜３００ｎｍであることが確認された。
【００９３】
すなわち、窒化アルミニウム粉末の平均粒径は１０〜３００ｎｍであって、粒径分布が均一でナノサイズを維持することが確認でき、これは垂直型反応器を適用して均一な滞留時間を持つように化学気相反応させた結果によるものである。
【００９４】
（２）Ｘ−線回折分析器（ＸＲＤ）による分析
実施例１による方法で最終的に製造された窒化アルミニウム粉末をＸ−線回折分析（ＸＲＤ）で分析し、観察結果は図５に示している。
図５に示すように、窒化アルミニウム粉末は、１００％六方晶系結晶構造を有することが確認された。
【００９５】
（３）粒度分析器（ＰＳＡ）による分析
実施例１による方法で最終的に製造された窒化アルミニウム粉末を粒度分析器（ＰＳＡ）で４回繰り返して分析し、観察結果は図６に示している。
図６に示すように、窒化アルミニウム粉末の粒子分布で累積質量５０％の粒径分布径をＤ５０としたときに、Ｄ５０＝１８２．５ｎｍであることが確認され、これは走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による２次粒子の分析結果と類似した水準であると見られる。
【００９６】
（４）金属不純物の分析
実施例１による方法で最終的に製造された窒化アルミニウム粉末内に含まれる金属不純物の含有量をＩＣＰ−ＭＳ装置（７５００ｃｓ、Ａｇｉｌｅｎｔ社）を使用して分析し、観察結果は表１に示している。
【００９７】
【表１】
2016175830.tif 000003
【００９８】
表１に示すように、窒化アルミニウム粉末内の他の金属不純物はそれほど検出されなかったが、Ｆｅの場合、７１ｐｐｍで、相対的に高く検出されたことが確認された。これは、ＡｌＣｌ３自体に含まれている約２０ｐｐｍのＦｅ、及びスパチュラなどで窒化アルミニウムを回収する過程での汚染によるものと見られる。
【００９９】
（５）Ｃｌ分析
実施例１による方法で最終的に製造された窒化アルミニウム粉末に含まれたＣｌ含有量を分析するために、Ｉｎｔｅｒｔｅｋ社に依頼してＣｌ分析装備（ＩＣＳ２０００、Ｄｉｏｎｅｘ社）（検出限界：３０ｐｐｍ）で分析した。
分析の結果、ＲＴ１５Ｒ−Ｓ０４１２−００２テストレポートによると、窒化アルミニウム粉末内のＣｌは全く検出されなかったため、ＮＨ４Ｃｌが完全に除去されたことが確認された。
【０１００】
（６）Ｎ／Ｏ分析
実施例１による方法で最終的に製造された窒化アルミニウム粉末に含まれたＮ／Ｏ含有量をＮ／Ｏ分析装備（ＯＮＨ
８３６,ＬＥＣＯ社）で分析した。
【０１０１】
分析の結果、Ｎは２９．６％検出され、Ｏは３．２５％検出された。最終的に製造された窒化アルミニウム粉末がナノサイズであるため、大気中に露出されたとき、一部の酸化が避けられないものと見られる。
【０１０２】
実施例１〜２のようにＡｌＣｌ３を垂直型クォーツ反応器の最上部から１／３の位置からダブルノズルを使用して供給し、ＮＨ３をダブルノズルなしで垂直型クォーツ反応器の最上部から直接供給した場合、最終的に製造された窒化アルミニウム粉末の収率が著しく高いことが確認された。
【０１０３】
特に、実施例１による方法で最終的に製造された窒化アルミニウム粉末は、粒径分布が均一でナノサイズを維持し、１００％六方晶系結晶構造を有するものであって、高純度および高収率で製造されることができることが確認された。
【０１０４】
前述した本発明の説明は例示のためであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって、本発明の技術的思想や必須的特徴を変更しない範囲内で他の具体的な形態に容易に変形可能であることが理解できるだろう。そのため、前述した実施例は全ての面で例示的なものであって、限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図４】
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