JPH02141410A - 窒化アルミニウム粉末の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、窒化アルミニウム粉末の表面処理方法に関す
る。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点窒化アル
ミニウムが高熱伝導性を有していることは公知であり、
その焼結体は高熱伝導性セラミックスとして利用されて
いる。また、その粉末をＩＣ用封止材や接着剤を含めた
樹脂混線材用のフィラーとして使用することも提案され
ている。

しかしながら、窒化アルミニウムは水との反応性が強く
、水と接触すると加水分解を受け、アンモニアを発生し
なから水和アルミナに分解される性質を有している。こ
のため、下記のような問題が生ずる。

ａ）　窒化アルミニウム粉末を成形、焼結して窒化アル
ミニウム焼結体を作成する場合、成形媒体として水を使
用することができない。従って、水スラリーを使用する
鋳込成形やデープ成形が利用できず、成形方法を限定せ
ざるを得ない問題がある。

加えて、成形媒体として水を使用することができないの
で、従来は成形媒体として水の代りに有機溶剤が使用さ
れてきたが、有機溶剤使用のためにコスト高になり、爆
発の危険性もある。

仮に成形媒体として水を使用したとしても、窒化アルミ
ニウム粉末中の酸素含量が水との反応によって増大する
ため所望の熱伝導度を有する焼結体が得られない。

ｂ）窒化アルミニウムは人気中の水分によっても加水分
解が進行するため、保管状況が悪ければ、貯蔵・取扱い
中にアンモニア臭が発生する他、酸素含量が増大する。

従って、窒化アルミニウム粉末をフィラーとして使用し
た場合にはフィラーの品質が経時的に著しく変化する恐
れがある。

上記した問題を解消すべく、窒化アルミニウムを約６０
０〜８００℃で加熱して表面に酸化アルミの皮膜を形成
することにより窒化アルミニウムの耐水性を改善する方
法が提案されているが、この方法でも窒化アルミニウム
の耐水性を長期間安定に維持することができない。

本発明の目的は、長期間に亘り安定な耐水性を有づる窒
化アルミニウム粉末を提供することにある。

本発明の他の目的は、窒化アルミニウム焼結体の製造原
料として及びＩＣ用封止材や樹脂混線材用フィラーどし
て適当に使用され得る耐水性に優れた窒化アルミニウム
粉末を提供することにある。

本発明の目的は、耐水性の優れた窒化アルミニウム粉末
を得るための表面処理方法を提供することにある。

題　を解決するだめの手段 今回、窒化アルミニウム粉末に特定量の有機リン酸化合
物を添加して処理した後加熱処理して得られた窒化アル
ミニウム粉末が優れた耐水性をイ１することが知見され
た。

従って、本発明により提供される耐水性の優れた窒化ア
ルミニウム粉末は、窒化アルミニウム粉末に対して窒化
アルミニウム粉末１００重量部当り０．１〜１０重量部
の有機リン酸化合物を添枦して処理した後、約１５０〜
８００℃の温度で加熱処理することにより表面処理され
ていることを特徴とするものである。

本発明の耐水性の優れた窒化アルミニウム粉末を得るた
めには、まず窒化アルミニウム粉末を溶剤に分散させ、
攪拌下の分散液に有機リン酸化合物を滴下して所定量の
有機リン酸化合物を窒化アルミニウムと反応させる。窒
化アルミニウムと有機リン酸化合物とを反応させる温度
は特に限定されないが、通常室温〜８０℃の範囲で選択
され、好ましくは４０〜６０℃である。

また、窒化アルミニウム粉末を有機リン酸化合物の共存
下室温で乾式混合後約１５０〜８００℃の温度で加熱処
理することにより、本発明の耐水性の優れた窒化アルミ
ニウム粉末を得ることができる。

有機リン酸化合物で処理される窒化アルミニウム粉末は
特に限定されず、粉末アルミニウムを窒素中で加熱する
直接窒化法、アルミナと炭素の混合物を窒素中で加熱す
るアルミブ還元法等の方法で製造した窒化アルミニウム
粉末であり得る。通常、平均粒径が約０．１μｓ〜約１
ｍの窒化アルミニウム粉末を使用する。

有機リン酸化合物としては、 （ＲＯ）　　Ｐ（０）叶又はＲＯＰ（０）（叶）２　［
式中、Ｒは炭素数１〜１８のアルキル、アルケニル若し
くはアリール基である］で表わされる酸性リン酸エステ
ル類、例えばメチルアシッドボスフェート、エチルアシ
ッドホスフェート、ブヂルアシッドボスフエート、２−
エチルヘキシルアシッドホスフェート。

ラウリルアシッドホスフェート、パルミチルアシッドホ
スフェート、ステアリルアシッドボスフェート、オレイ
ルアシッドホスフェート、フェニルアシッドホスフェー
ト、ノニルフェニルアシッドホスフェ−１・等； ピロリン酸又はポリリン酸のモノ−若しくはジアルキル
、アルケニル又はアリールエステル類、例えばジー２−
エチルへキシルビロホスノエート等；ボスホン酸類及び
そのエステル類、例えばメチレンホスボン酸、アミノメ
チレンボスホン酸、　１−ブチルニトリロビスメチレン
ホスホン酸、ｎ−ブチルニトリロビスメチレンホスホン
酸、ニトリロトリスメチレンホスホン酸、エチレンジア
ミンテトラメチレンボスホン酸、１−ヒドロキシエチリ
デン１１−ジホスホン酸、ブチルハイドロジエンホスフ
ァイト、２−エチルへキシルハイドロジエンホスファイ
１〜．ラウリルハイドロジエンホスファイト。

ジブデルヒドロキシメチルホスボネート等；及びこれら
の混合物が例示される。

有機リン酸化合物としてアルカリ金属塩を使用すること
は避けるべきである。何故ならば、該金属塩は溶剤に不
溶であり且つ金属が残留する問題が生ずるからである。

有機リン酸化合物の量は重要であり、窒化アルミニウム
粉末１００重量部に対して０．１重石部未満では所期の
効果が得られず、一方１０重量部を越えるときには窒化
アルミニウム粉末中の酸素含量が増大するので好ましく
ない。好ましくは、有機リン酸化合物を窒化アルミニウ
ム粉末１００重量部に対して０．２〜３重量部使用する
。

窒化アルミニウム粉末を分散ざ眩る溶剤としては、低沸
点溶剤が好ましく、エタノール、イソプロピルアルコー
ル、ブタノール等の炭素数１〜４の低級アルコールを使
用するか、又は前記低級アルコールと混和性のある中低
級アルカン（例えばｎ−ヘキサン、ｎ−オクタン又はｎ
−デカン）又はアセトンを併用してもよい。溶剤をドラ
イにする必要はないが、溶剤中に水を混入させることは
避けるべきである。

前記した溶剤は、窒化アルミニウム粉末の分散溶剤と同
時に有機リン酸化合物の溶剤としても作用する。従って
、有機リン酸化合物を滴下させる際有機リン酸化合物を
窒化アルミニウム粉末を分散させたと同一の溶剤に溶解
させた状態で滴下させることが好ましい。

本発明において目的とする耐水性の優れた窒化アルミニ
ウム粉末を得るためには、上記した如く窒化アルミニウ
ム粉末に特定量の有機リン酸化合物を添加して処理した
後更に加熱処理しなければならない。この加熱処理によ
り、有機リン酸化合物は熱分解され、窒化アルミニウム
粉末の表面に親水性の皮膜が形成される。加熱処理温度
は約１５０〜８００℃であり、好ましくは約３５０〜６
００℃である。加熱処理温度が１５０℃未満では有機リ
ン酸化合物の熱分解が不十分であり、一方８００℃を越
えるとぎには窒化アルミニウム粉末の酸化や凝集が生じ
易くなるので好ましくない。加熱処理雰囲気は通常大気
、真空もしくは不活性ガス雰囲気である。加熱処理時間
は有機リン酸化合物の種類や加熱処理温度に応じて約３
０分〜２４時間の範囲から選択される。

実施例 以下、本発明の非限定的実施例を示す。

友直璽ユ 容量１ρの容器にイソプロピルアルコール／ｎ−ヘキサ
ン（１：１）２５０＠９を導入後、窒化アルミニウム粉
末（平均粒径４．３μｓ、酸素含量０．６６％）１００
ｇを添加し、攪拌して窒化アルミニウム分散液を作成し
た。容器を湯浴上で振動させることにより、分散液を攪
拌しながら約６０℃に加温した。

次いでブチルアシッドホスフェート３ｇをイソプロピル
アルコール／ｎ−ヘキサン（１：１）５０−に溶解させ
たものを滴下し、ゆるやかに反応させた。

反応中に水分が系内に入らないように乾燥不活性気体を
容器に小流量で流し続けた。

十分に反応させた後、大気中、５００℃で５時間加熱処
理した。

ブチルアシッドホスフェートに代えて他の有機リン酸化
合物或いはイソプロピルアルコール又はｎ−ヘキサンに
可溶性の各種表面処理剤を使用する以外は上記と同様に
処理して、表面処理した窒化アルミニウム粉末を得た。

但し、有機リン酸化合物以外の表面処理剤を使用したと
きには加熱処理を行なわなかった。

こうして表面処理した窒化アルミニウム粉末の耐水性を
次のようにして試験した。

窒化アルミニウム粉末４．１ｇを８０℃に加熱した純水
（ｐＨ＃５．６）　５４ｇに添加し、攪拌混合して窒化
アルミニウム分散液を作成し、窒化アルミニウム分散液
の経時的ｐＨ（８０℃）変化をｐＨ試験紙を用いて調べ
た。

結果を以下の表に示す。

表から明らかな通り、有機リン酸化合物で処理後加熱処
理した窒化アルミニウム粉末の場合には分散液を作成し
てから少なくとも２時間後でもｐＨの変化が全く乃至殆
んど認められないが、それ以外の表面処理剤で処理した
窒化アルミニウム粉末の場合には分散液を作成してから
１０〜３０分後にｐｌ＋は９．６以上に達し、アンモニ
ア臭も検知された。

なお、ブチルアシッドホスフェートで処理するが後続の
加熱処理を行なわなかった場合には分散液を作成してか
ら３０分後のｐＨが既に９．６以上に達し、またβ（３
，４−エポキシシクロヘキシル）エヂルトリメトキシシ
ランで処理後本発明と同様に大気中、５００℃で５時間
加熱処理したとしても水溶液を作成してから　１時間後
にｐＨが９．６以上に達した。このことから、本発明に
おいて有機リン酸化合物による処理と加熱処理との組合
せが非常に重要であることが明らかである。

実施例２ 容量１ｐのエバポレータ用フラスコにイソプロピルアル
コール２００ｄを導入後、窒化アルミニウム粉末（平均
粒径１．１μｓ、酸素含量１．３９％）１００びを添加
し、攪拌して窒化アルミニウム分散液を作成した。次い
でブチルアシッドホスフェ−１−０，５ｇをイソプロピ
ルアルコール５０Ｉｄに溶解したものを添加し、フラス
コを湯浴上で回転させることにより、分散液を攪拌しな
がら約６０℃の加温下でゆるやかに反応させた。

十分反応させた後、ｐＨ試験紙でｐｌ＋　４．５以上に
なっているのを確認し、真空ポンプによってイソプロピ
ルアルコールを揮発させた。十分に揮発させた後、大気
中４５０℃で１時間加熱処押した。

こうして得られた窒化アルミニウム粉末の耐水性を実施
例１の方法に従って試験したところ、分散液を作成して
から１２時間後にｐＨは９．６以上に達し、未処理の窒
化アルミニウム粉末の場合には上記の如くして得られた
窒化アルミニウムの耐水性を別の方法で試験すべく、窒
化アルミニウム粉末の加熱処理直後及び４０℃の水に５
時間浸漬させた後の酸素含量の変化を■堀場製作所製セ
ラミック中酸素窒素分析計ＥＨＧＡ−２８００を用いて
測定した。加熱直後の窒化アルミニウム粉末の酸素含量
は１．７７％であり、４０℃の水に５時間浸漬させた後
の酸素含量は１，７４％であり、ブチルアシッドホスフ
ェートで表面処理後加熱処理された窒化アルミニウム粉
末を４０℃の水に浸漬させても酸素含量の変化は認めら
れなかった。一方、未処理の窒化アルミニウム粉末を同
一条件で水に浸漬させたところ、酸素含量は２０．４％
に増大した。

上記の表面処理後加熱処理した窒化アルミニウム粉末に
焼結助剤として５％の酸化イツトリウム、水溶性アクリ
ルバインダー（中央理化工業■製、ＥＳＺ−１３１１、
固型分４２％）を固型分として３％、解膠剤として１％
のアクリル系オリゴマーのアンモニウム塩（アロンＡ−
６１１４＞及び適量の水をボールミル中で１時間半混合
し、混合物を真空脱泡して固型分７０％の水スラリーを
調製した。得られたスラリーをドクターブレード法を用
いてシート状に成形し、４８時間乾燥して厚さ０．８膿
の窒化アルミニウムグリーンシートを得た。ついで、得
られたシートを脱脂して、１８５０℃で３時間常圧焼結
した板は、レーザーフラッシュ法熱定数測定装＠（理学
電機■製、ＬＦ／ＴＣＨ−８５１０）で測定したところ
、窒化アルミニウム粉末中の酸素含量がかなり多いにも
かかわらず、高い熱伝導率（１５４Ｗ／ｍに）を示した
。この値は未処理の窒化アルミニウム粉末を同一条件下
で焼結した板の熱伝導率（１４７Ｗ／ｍＫ）とほぼ同じ
値であり、処理被膜の熱伝導率への影響が小さいことが
確認された。

なお、焼結板のＰ含量を調べるため、少量の焼結板を濃
塩酸中で加圧加熱分解させ、溶出液を１ＣＰ　（Ｉｎｄ
ｕｃｔｉｖｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ　、高周
波誘導結合）発光分析したところ、Ｐ含量は殆んど無い
（５０ｐｐｍ以下）ことが判明した。

実施例３ 容量２ｆｌのアルミナ製ポットに１０＃φ高純度アルミ
ナボール３．７５に９　（８５容量％）を導入後、窒化
アルミニウム粉末（平均粒径４．３μｓ、酸素含量０．
６６％）　　３９０ｇを添加し、次いでブチルアシッド
ホスフェート２ｇを添加し、中央化工機■製バッチ式振
動ミルで５時間粉砕し、粉砕によって細かくなった窒化
アルミニウム粉末を大気中４５０℃で１時間加熱処理し
た。

こうして得られた窒化アルミニウム粉末（平均粒径１．
２ＩＪ！ＩＩ、酸素含量０．６６％）の耐水性を次のよ
うにして試験した。

窒化アルミニウム粉末４．１ｇを４０℃に加熱した純水
（Ｆ）Ｈ！＝；　５．６）　５４ｇに添加し、攪拌混合
して窒化アルミニウム分散液を作成し、実施例１と同様
にして経時的ｐＨ（４０℃）変化をｐＨ試験紙を用いて
調べた。この結果ｐＨは９．６以上に達し、アンモニア
臭が検知されるまでに１２時間経過した。これに対して
、加熱処理を行なっていない窒化アルミニウム粉末の場
合は１．５時間後にｐＨが９．６以上に達し、アンモニ
ア臭も検知された。

発明の効果 本発明の有機リン酸化合物で処理後加熱処理された窒化
アルミニウム粉末は優れた耐水性を有しているので、貯
蔵・取扱い中にアンモニアが発生したり、酸素含量が増
大する恐れはない。また、本発明の窒化アルミニウム粉
末は殆んど凝集することもないので、ＩＣ用封止材や樹
脂混線用フィラーとして好適に使用され得る。

本発明の窒化アルミニウム粉末は耐水性に優れているの
で焼結体を製造する際に成形媒体として水を使用するこ
とが可能であることに加えて、表面に親水性の皮膜が形
成されているので水分散性の点でも優れているので、窒
化アルミニウム焼結体を製造するとき各種成形方法を利
用できる。また、成形媒体として水を使用しても原料の
窒化アルミニウム粉末の酸素含量が増大することがない
ので、所望の熱伝導度を有する焼結体を製造することが
できる。従って、本発明の窒化アルミニウム粉末は窒化
アルミニウム焼結体の製造原料として好適である。

更に、本発明の窒化アルミニウム粉末は特別の製造工程
を必要としないので安価に得ることがで２、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　窒化アルミニウム粉末に対して窒化アルミニウ
   ム粉末１００重量部当り０．１〜１０重量部の有機リン
   酸化合物を添加して処理した後、約１５０〜８００℃の
   温度で加熱処理することを特徴とする窒化アルミニウム
   粉末の表面処理方法。