(57)【要約】【課題】新規な窒化アルミニウムの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】不活性ガスで充填させた密閉系容器内で、塩化アルミニウムと金属アミドとを、前記金属アミドの融点以上の温度で反応させて、窒化アルミニウムを得る、反応工程を有する、窒化アルミニウムの製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガスで充填させた密閉系容器内で、塩化アルミニウムと金属アミドとを、前記金属アミドの融点以上の温度で反応させて、窒化アルミニウムを得る、反応工程を有する、
窒化アルミニウムの製造方法。
【請求項２】
前記金属アミドが、アルカリ金属アミドを含む、
請求項１に記載の窒化アルミニウムの製造方法。
【請求項３】
前記アルカリ金属アミドが、リチウムアミド、ナトリウムアミド、及びカリウムアミドからなる群より選ばれる少なくとも１種を含む、
請求項２に記載の窒化アルミニウムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属窒化物は、光触媒、半導体、磁気材料、耐摩耗材料等の様々な機能材料として注目されている。特に、窒化アルミニウムは、電気絶縁性に優れ、かつ高熱伝導性を有することから、高い熱伝導性を有する放熱部材の原料として期待されている。
【０００３】
窒化アルミニウムの製造方法としては、アルミニウム、アルミナ、又は有機アルミニウム化合物を、アンモニア又は窒素ガス雰囲気下で、１３５０℃以上の高温で加熱することにより窒化アルミニウムを得る方法（以下、「乾式法」ともいう。）が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。しかしながら、乾式法において必要とされる高温処理には、多量のエネルギーが必要であるため製造コスト上の問題がある。また、乾式法においては、多量のアンモニアを用いることによる環境負荷も問題となる。そのため、乾式法は工業的な観点から十分な方法とは言えない。
【０００４】
これに対し、アンモニアを用いずに、より低温で、金属酸化物を金属窒化物とする製造方法が知られている。例えば、特許文献４では、金属酸化物とアルカリ金属アミドと水素化物とを混合し、不活性ガス雰囲気の容器内で、アルカリ金属アミドの融点以上の温度で加熱する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８４９１６号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２４２０２号公報
【特許文献３】特開平０３−１３７００９号公報
【特許文献４】特開２０１３−２５６４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献４には金属酸化物種として、アルミナを含む多数の金属酸化物が例示されている。しかしながら、本発明者らの検討の結果、特許文献４に記載の方法では、アルミナから窒化アルミニウムを得ることができないことが分かった。したがって、低温でかつアンモニアなどを用いずに窒化アルミニウムを製造する方法が充分に達成されたとはいえない。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、新規な窒化アルミニウム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】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した。その結果、塩化アルミニウムと金属アミドとを所定の条件下で反応させることにより、上記課題が達成できることを見出し、本発明を完成するに行った。
【０００９】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
〔１〕
不活性ガスで充填させた密閉系容器内で、塩化アルミニウムと金属アミドとを、前記金属アミドの融点以上の温度で反応させて、窒化アルミニウムを得る、反応工程を有する、
窒化アルミニウムの製造方法。
〔２〕
前記金属アミドが、アルカリ金属アミドを含む、
〔１〕に記載の窒化アルミニウムの製造方法。
〔３〕
前記アルカリ金属アミドが、リチウムアミド、ナトリウムアミド、及びカリウムアミドからなる群より選ばれる少なくとも１種を含む、
〔２〕に記載の窒化アルミニウムの製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、新規な窒化アルミニウムの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１及び２で得られた生成物のＸＲＤパターン（Ｘ線回折測定パターン）を示す図である。
【図２】比較例１で得られた生成物のＸＲＤパターン（Ｘ線回折測定パターン）を示す図である。
【図３】比較例２で得られた生成物のＸＲＤパターン（Ｘ線回折測定パターン）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という。）について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００１３】
〔窒化アルミニウムの製造方法〕
本実施形態の窒化アルミニウムの製造方法は、不活性ガスで充填させた密閉系容器内で、塩化アルミニウムと金属アミドとを、前記金属アミドの融点以上の温度で反応させて、窒化アルミニウムを得る、反応工程を有する。
【００１４】
塩化アルミニウムと金属アミドとを出発物質とする上記反応工程を有することにより、アンモニアなどを用いることなく、比較的に低温かつ短時間で窒化アルミニウムを得ることが可能となる。
【００１５】
〔反応工程〕
反応工程は、不活性ガスで充填させた密閉系容器内で、塩化アルミニウムと金属アミドとを、前記金属アミドの融点以上の温度で反応させる工程である。密閉系容器内の雰囲気は、不活性ガス雰囲気であれば特に限定されない。不活性ガスとしては、特に限定されないが、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等が挙げられる。密閉系容器としては、特に限定されないが、例えば、オートクレーブ等を用いることができる。密閉系容器は中の原料を振とう等により混合可能なように構成されていることが好ましい。
【００１６】
（塩化アルミニウム）
塩化アルミニウムとしては、特に限定されないが、例えば、塩化アルミニウム無水物（ＡｌＣｌ3）、塩化アルミニウム水和物（ＡｌＣｌ3・６Ｈ2Ｏ）、及びポリ塩化アルミニウムが挙げられる。このなかでも、塩化アルミニウム無水物が好ましい。このような塩化アルミニウムを用いることにより、反応効率がより向上する傾向にある。塩化アルミニウムは、１種単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
【００１７】
（金属アミド）
金属アミドとしては、特に限定されないが、例えば、アルカリ金属アミド、アルカリ土類金属アミド、遷移金属アミド等が挙げられる。このなかでも、アルカリ金属アミドが好ましく、リチウムアミド、ナトリウムアミド、及びカリウムアミドからなる群より選ばれる少なくとも１種がより好ましい。このような金属アミドを用いることにより、得られる窒化アルミニウムの純度がより向上する傾向にある。金属アミドは、１種単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
【００１８】
金属アミドの使用量（モル比）は、塩化アルミニウムの使用量１モルに対して、好ましくは１以上であり、より好ましくは１〜１０であり、さらに好ましくは１．５〜５であり、特に好ましくは２．５〜３．５である。金属アミドの使用量が上記範囲内であることにより、得られる窒化アルミニウムの量がより向上する傾向にある。
【００１９】
（反応温度）
反応工程の反応温度は、金属アミドの融点以上の温度であれば特に制限されない。金属アミドの融点以上の温度で反応させることにより、金属アミドが溶融した状態で塩化アルミニウムとの反応が進行し、これにより窒化アルミニウムが得られる。なお、反応工程の反応温度は、用いる金属アミド種によりその下限が変動するが、具体的には、好ましくは２１０〜８００℃であり、より好ましくは２５０〜７００℃であり、さらに好ましくは３００〜６００℃であり、特に好ましくは３５０〜５５０℃である。反応工程の反応温度が上記範囲内であることにより、反応効率がより向上し、反応工程に要するエネルギー量を低減できる傾向にある。
【００２０】
（反応時間）
反応工程の反応時間は、特に限定されないが、好ましくは１時間以上であり、より好ましくは１〜１５時間であり、さらに好ましくは２〜１０時間であり、特に好ましくは３〜７．５時間である。反応工程の反応時間が上記範囲内であることにより、反応工程に要するエネルギー量を低減できる傾向にある。
【００２１】
〔精製工程〕
本実施形態の窒化アルミニウムの製造方法は、反応工程後、生成物を精製する精製工程を有していてもよい。精製工程としては、特に限定されないが、例えば、密閉系容器内の生成物に対して有機溶剤を加え、有機溶剤に溶解する副生成物を濾過により除くろ過工程、ろ過工程後の濾物を水及び／又は有機溶剤により洗浄する洗浄工程、洗浄工程後の濾物を乾燥させる乾燥工程などが挙げられる。
【００２２】
精製工程において用いる有機溶剤としては、特に限定されないが、例えば、エタノールなどのアルコールが挙げられる。
【００２３】
上記のようにして得られる窒化アルミニウムは、光触媒、半導体、磁気材料、耐摩耗材料等の様々な機能材料、特に、電気絶縁性と高熱伝導性が必要とされる放熱部材の原料として好適に用いることができる。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を実施例及び比較例を用いてより具体的に説明する。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。
【００２５】
〔実施例１〕
窒素置換を行ったグローブボックス中で、ＡｌＣｌ3及びＮａＮＨ2を、モル比（ＡｌＣｌ3／ＮａＮＨ2）が１／３となるようにオートクレーブ中に加えた。そして、ＡｌＣｌ3及びＮａＮＨ2を４５０℃で６時間反応させた。反応後、オートクレーブ内を常温に冷却した。そして、オートクレーブ内の生成物に対してエタノールを加え、副生成物を溶解させて吸引濾過後、濾物を水及びエタノールで洗浄し、乾燥させた。
【００２６】
得られた生成物のＸ線回折パターンを、ＢＲＵＫＥＲ  ＡＮＡＬＹＴＩＫ  社製  卓上型Ｘ線回折装置  Ｄ２  ＰＨＡＳＥＲを用いて測定し、生成物を同定した。測定条件を以下に示す。また、Ｘ線回折測定パターンを、図１に示す。図１に示されるとおり、生成物としては、六方晶窒化アルミニウムが得られていた。なお、図１中のＰＤＦ８９−３４４６は、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｅｔｒｅ  ｆｏｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｄａｔａ，  ＰＤＦ−２  Ｄａｔａ  Ｂａｓｅ上の登録番号であり、六方晶窒化アルミニウムのＸ線回折パターンを示す。
（測定条件）
分析条件：３０ｋＶ，１０ｍＡ
Ｘ線種  ：ＣｕＫα線
【００２７】
〔実施例２〕
ＮａＮＨ2に代えて、金属アミドとしてＬｉＮＨ2を用いたこと以外は、実施例１と同様の操作により、生成物を得て、Ｘ線回折測定により生成物を同定した。その結果を、図１に示す。図１に示されるとおり、生成物としては、六方晶窒化アルミニウムが得られていた。また、金属アミドとしてＬｉＮＨ2を用いた方が得られる窒化アルミニウムの結晶性が高く、不純物（Al等）も少ないことが分かった。
【００２８】
〔比較例１〕
ＡｌＣｌ3に代えて、アルミニウム化合物としてＡｌ2Ｏ3を用いたこと以外は、実施例１と同様の操作により、生成物を得て、Ｘ線回折測定により生成物を同定した。その結果を、図２に示す。図２に示されるとおり、生成物としては、ＮａＡｌＯ2が得られていた。なお、図２中のＰＤＦ３３−１２００は、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｅｔｒｅ  ｆｏｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｄａｔａ，  ＰＤＦ−２  Ｄａｔａ  Ｂａｓｅ上の登録番号であり、ＮａＡｌＯ2のＸ線回折パターンを示す。
【００２９】
〔比較例２〕
ＡｌＣｌ3に代えて、アルミニウム化合物としてＡｌＯＯＨを用いたこと以外は、実施例１と同様の操作により、生成物を得て、Ｘ線回折測定により生成物を同定した。その結果を、図３に示す。図３に示されるとおり、生成物としては、ＮａＡｌＯ2が得られていた。なお、図３中のＰＤＦ３３−１２００は、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｅｔｒｅ  ｆｏｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｄａｔａ，  ＰＤＦ−２  Ｄａｔａ  Ｂａｓｅ上の登録番号であり、ＮａＡｌＯ2のＸ線回折パターンを示す。
【００３０】
〔比較例３〕
反応温度を金属アミドの融点未満（１００℃）としたこと以外は、実施例１と同様の操作を行った。しかしながら、明らかに反応が進行していなかった。
【００３１】
【表１】
2017145182.tif 000002
【００３２】
塩化アルミニウム以外のアルミニウム化合物を用いた比較例１及び２では、反応時間を３６時間としたとしても窒化アルミニウムを得ることはできなかった。また、反応温度が金属アミドの融点未満（１００℃）である場合にも、反応が進行せず、窒化アルミニウムを得ることはできなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、様々な機能材料として用いることのできる窒化アルミニウムを製造する方法として、産業上の利用可能性を有する。
【図１】
2017145182.tif 000003
【図２】
2017145182.tif 000004
【図３】
2017145182.tif 000005