JP4545357B2

JP4545357B2 - Method for producing aluminum nitride powder

Info

Publication number: JP4545357B2
Application number: JP2001221248A
Authority: JP
Inventors: 昭夫吉田; 晃小林; 正義桑原; 浩一郎村井
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2021-07-23
Also published as: JP2003034511A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化アルミニウム粉末の製造方法に関する。詳しくは、高熱伝導セラミック基板や静電チャック等半導体部材などに用いられる窒化アルミニウム焼結体の製造に好適な窒化アルミニウム粉末の工業的な製造プロセスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化アルミニウム粉末の製造プロセスを原料別に分類すると、１）金属アルミニウムを高温の窒素雰囲気化で窒化する直接窒化法、２）アルミナと炭素の混合粉末を高温の窒素雰囲気で還元窒化する還元窒化法、３）有機アルミニウムガスとアンモニアガス等の窒素含有ガスで気相反応させる気相反応法がある。その中で、金属アルミニウムの直接窒化法が最もシンプルで安価なプロセスであるが、粉砕を伴うため、粒度分布が広く、粉砕による酸素量や金属不純物の増大を招きやすいという問題がある。
【０００３】
そこで、直接窒化法の上記長所を活かし上記課題を解決する試みとして、アルミニウム粉を窒素ガス流で浮上させながら、窒素雰囲気中の高温反応部へ供給して窒化する浮上窒化法（特公平５−５７２０１号公報、特開平１−１４５３１０号公報等）が提案されている。この方法によれば、粉砕をしなくても微細な窒化アルミニウム粉末を製造することができるが、反応部まで浮遊上昇したアルミニウム粉は、その一部が融着・凝集などして粗大粒子となり、それが原料供給部に落下したり、更には炉壁に付着した窒化アルミニウムの塊状物等が落下したりなどして、アルミニウム粉の円滑な供給を阻害させてしまい、連続化が困難であるという問題がある。
【０００４】
これに対し、アルミニウム粉を窒素ガスの下向き気流中に落下させる方法として、液体状態のアルミニウムを窒化させる気−液窒化法（特開昭６１−２０５６０６号公報、特開昭６１−６８３１１号公報）があるが、このプロセスの最大の問題点は製品中にアルミニウムが残留し易くなることであり、それの解決には２段窒化等の処置が必要である。実際にパイロットスケールでプロセスを開発した報告例（Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，７７［１］３−１８（１９９４））では、３パスを施した反応でも完全に窒化できず、結局、粉砕と１時間程度の加熱処理が必要であることが記載されている。
【０００５】
アルミニウムの残留を解消させる窒化方式として、例えば特公平６−４９５６６公報では、高周波プラズマ法でアンモニアガスを用いることが開示されているが、プラズマ加熱をするには減圧状態にする必要があるので、金属アルミニウムの取り扱い性の他に、アンモニアガスの安全対策が必要となる。
【０００６】
一方、アルミニウム溶湯からアルミニウム蒸気を発生させ、それを窒化する気−気窒化法（特開平４−１５４６０６号公報）も提案されているが、アルミニウム溶湯からの蒸発では、蒸気圧が低いため生産性が極端に悪く、工業的プロセスとは言い難い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、粉砕をしなくても微粉であり、アルミニウムの残留があってもそれが著しく少ない高品位窒化アルミニウム粉末を、アルミニウム粉を原料として、安全かつ工業的規模で製造することができる連続プロセスを提供することである。本発明の目的は、アルミニウム粉を一定温度以上に保たれた電気炉の頂部から噴射してアルミニウム蒸気となし、それと炉壁の保護を兼ねて炉壁にそって供給された窒素ガスと反応させることによって、達成することができる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、１８５０℃以上に加熱された反応管の頂部から、アルミニウム粉を噴射させてアルミニウム蒸気となし、そのアルミニウム蒸気と反応管内壁にそって供給された窒素ガスとを反応させて窒化アルミニウム粉末を合成し、それを電気炉下部に接続された捕集系に導いて回収することを特徴とする窒化アルミニウム粉末の製造方法である。この場合において、非酸化性冷却ガスを捕集系接続部近傍の反応管内に供給し、合成された窒化アルミニウム粉末を強制冷却しながら捕集系に導くことが好ましく、またアルミニウム粉純度が９９．９９質量％以上で、窒化アルミニウム粉末の回収温度が２００℃以上であることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【００１０】
本発明に用いられるアルミニウム粉には特に制限はないが、粉塵爆発等の危険性が小さいアトマイズ粉が好ましい。平均粒径は１０〜５０μｍ程度が好ましく、特に１０〜２５μｍが好ましい。平均粒径が５０μｍを越えると、アルミニウムの蒸発が抑えられ、得られる窒化アルミニウム粉末にアルミニウムが残留し易くなる。平均粒径が１０μｍ未満では、粉塵爆発の恐れが高くなり、原料供給設備の安全対策を十分にする必要があると共に、均一な噴射が難しくなり、また凝集によってアルミニウムの蒸発が抑制される。アルミニウム粉の純度は、高いほどよく、９９．９５％以上、特に９９．９９％以上であることが好ましい。なお、アルミニウム粉の純度には、不純物酸素量を含まない値である。
【００１１】
アルミニウム粉の電気炉頂部への供給は、窒素ガス、アルゴンガス等の非酸化性ガスをキャリアに用いて、例えばバブリング方式、テーブルフィーダー方式、スクリューフィーダー方式で行う。バブリング方式は、アルミニウム粉の均一噴射が可能であるのでアルミニウムの蒸発がよりスムーズに行える特長がある。テーブルフィーダー及びスクリューフィーダー方式は定量供給の点で優れている。
アルミニウム粉の供給濃度は、１００〜１０００ｇ／Ｎｍ³、特に１００〜５００ｇ／Ｎｍ³であることが好ましい。これよりも低濃度ではアルミニウムの残留は起こりにくくなるが生産性が悪化し、また高濃度ではアルミニウム粉の分散が十分でなくなる。アルミニウム粉の供給量は電気炉のスケールによって決定される。
【００１２】
アルミニウム粉の噴射は、電気炉内部に設置された反応管の頂部中心部から下方に向けて行われる。これを上方に向けて噴射すると原料の連続安定供給が困難となる。反応管温度は、１８５０℃以上、好ましくは１９００℃以上である。１８５０℃よりも低温では、アルミニウム粉が急速に蒸発せず、アルミニウム粉の蒸発と窒化の連鎖反応が加速度的に起こりにくくなり、窒化アルミニウム粉末中にアルミニウムが残留するようになる。
【００１３】
電気炉は、炉内に反応管が設置され、それを高周波加熱方式で加熱できるものが望ましい。高周波加熱方式によれば、高温が比較的容易に得られやすく、また外部加熱方式よりも熱効率が良いという利点がある。アルミニウム粉が完全に窒化するには一定の窒化時間が必要であり、本発明における反応管温度１８５０℃以上では１秒以上であることが好ましい。この窒化に必要な時間を確保するには、反応管寸法、窒素ガス供給量等に応じた反応温度領域が必要であり、それに見合う電気炉容量が必要となる。
【００１４】
反応管は、その内径が１５０ｍｍ以上であるものが好ましい。これよりも小さいと、反応管内での付着が多くなり生産性が低下し、極端に多くなると閉塞が起こって操業が困難となる。反応管の材質は、熱的安定性、強度の観点から、等方性黒鉛が好ましい。
【００１５】
本発明においては、窒素ガスが反応管の内壁にそって供給され、アルミニウム蒸気と反応する。窒素ガスを反応管の内壁にそって供給する理由は、反応管内壁に十分な窒素ガスが存在しないと、キャリアガスによって反応管内壁方向に拡散したアルミニウム粉やアルミニウム蒸気が反応不十分なまま通過してしまうので、それを防止するためである。また、反応管内壁における堆積や反応管自体を保護するためである。
【００１６】
窒素ガスは、反応管の圧力が常に正圧になるように制御しながら供給される。
負圧になると空気が混入し、得られた窒化アルミニウム粉末の酸素量が増大すると共に、反応管が酸化劣化する。
【００１７】
本発明における窒化アルミニウム粉末の生成メカニズムについて説明すると、炉頂部より噴射されたアルミニウム粉は一次粒子状態で均一に分散するので、所定の温度以上で急速に蒸発し、近傍の窒素ガスと気−気反応による窒化反応を開始する。その発熱量により、アルミニウム粉の蒸発と窒化の連鎖反応が加速度的に起こり、短時間に微細な窒化アルミニウム粉末が合成される。
【００１８】
合成された窒化アルミニウム粉末は、電気炉下部に接続された捕集系に導かれ回収される。捕集器としては、パルスガスを用いた逆洗方式のバグフィルター、電気集塵機等の一般的な捕集器が利用できる。
【００１９】
窒化アルミニウム粉末を捕集系に導くには、ブロワー等による吸引によって行われる。その際、捕集系接続部近傍の反応管内部に、窒素ガス等の非酸化性冷却ガスを供給すると、その冷却と希釈の相乗作用によって窒化アルミニウム粒子の成長が抑制され、より微細な窒化アルミニウム粉末が得られるようになる。非酸化性冷却ガスの供給量は、特に制限はないが、１００〜５００l／ｍｉｎであることが好ましい。これよりも少なすぎると窒化アルミニウム粉末の微細化効果は小さくなり、また多すぎると、反応管温度１８５０℃以上の保持に問題が生ずる。
【００２０】
窒化アルミニウム粉末の回収温度は、２００℃以上であることが好ましい。２００℃未満であると、アルミニウム粉に含まれている酸素と窒素ガスとの反応によって生成した極微量のＮＯx系ガスが更に水蒸気の作用を受けて硝酸イオンを含んだガスとなり、これが窒化アルミニウム粉末に吸着して酸素量を増加させる恐れがある。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【００２２】
図１に示される窒化アルミニウム粉末の製造装置を用いて窒化アルミニウム粉末を製造した。電気炉２は高周波誘導加熱方式であり、その容量及び常用出力は１７０ＫＶＡ、１００ｋＷである。電気炉の中央内部には等方性黒鉛製反応管（内径２００ｍｍ、全長３０００ｍｍ）３が設置され、その周囲に黒鉛製発熱体４が配置されている。黒鉛製発熱体４が誘導加熱され、その熱伝導によって反応管３が所定温度に加熱される。反応温度は光温度計で測温される。アルミニウム粉は、窒素ガスキャリアによるバブリング方式の原料供給機１により、反応管３の頂部から噴射される。また、反応管上部には、リング状の窒素ガス供給配管６があり、反応管内壁にそって窒素ガスが反応管内に供給される。窒素ガスの供給はブロワー５によって行われる。
【００２３】
一方、電気炉下部８は捕集系に接続されており、その接続部近傍の反応管内に非酸化性冷却ガス供給管７が取り付けられている。合成された窒化アルミニウム粉末は、排気ブワロー１０によって吸引されて捕集系に導かれ、バグフィルター９から回収される。バグフィルター内には回収時の温度がモニタリングできるように温度計が設置されている。炉内圧力に応じて窒素ガス流量を調整できるＰＩＤシステムが採用されており、窒素ガス供給ブロワー５と排気ブロワー１０の開度が調節されて炉内が負圧にならないように操作されると共に、回収温度が制御されている。
【００２４】
実施例１〜５比較例１〜３
純度９９．９７質量％、平均粒径２５μｍのアルミニウム粉の供給量を３３ｇ／ｍｉｎ（２ｋｇ／ｈ）、キャリアの窒素ガス量を２００l／ｍｉｎとし、表１に示す条件で窒化アルミニウム粉末を製造した。
【００２５】
実施例６
純度９９．９９５質量％、平均粒径２５μｍアルミニウム粉を用いたこと以外は、実施例２と同様にして窒化アルミニウム粉末を製造した。
【００２６】
比較例４
アルミニウム粉をバブリング方式による噴射状態で供給する代わりに、原料タンクから窒素ガスの圧力でロータリーバルブより切り出し、アルミニウム粉集合体の状態で落下供給したこと以外は、実施例２と同様にして窒化アルミニウム粉末を製造した。
【００２７】
回収された窒化アルミニウム粉末について、以下に従い、平均粒子径Ｄ₅₀、酸素量、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃａ不純物の合計量及び残留アルミニウム量を測定した。それらの結果を表２に示す。
【００２８】
（１）平均粒子径Ｄ₅₀はマイクロトラック社製レーザー回折散乱法粒度分布測定装置を用いて測定した。
（２）酸素量はＬＥＣＯ社製酸素／窒素同時分析装置を用いて測定した。
（３）Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃａ不純物の合計量は原子吸光光度計を用いて測定した。
（４）残留アルミニウムはＸ線回折法により測定した。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
本発明の実施例で得られた窒化アルミニウム粉末は、アルミニウムの残留が全くなく、平均粒子径Ｄ₅₀は微細で、酸素量、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃａ不純物が共に少ない、高品位の窒化アルミニウム粉末であった。また、２４時間の操業でも特に問題もなく、その回収率は一部反応管や配管等への付着はあるが、８０％以上であった。一方、比較例では、いずれもアルミニウムの残留が数％レベルで確認され、特に反応管上部より窒素ガスを炉壁にそって供給しない比較例２と比較例３では、合成物が反応管内壁に付着し連続操業が困難であった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、金属アルミニウム直接窒化法の窒化アルミニウム粉末の製造方法において、その粉砕を行わなくても微粉末であり、しかもアルミニウムが殆ど残留しない高品位な窒化アルミニウム粉末を工業的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】窒化アルミニウム粉末製造装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１バブリング方式の原料供給機
２電気炉
３反応管
４発熱体
５窒素ガス供給ブロワー
６窒素ガス供給配管
７非酸化性冷却ガス供給管
８炉体下部
９バグフィルター
１０排気ブロワー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing aluminum nitride powder. Specifically, the present invention relates to an industrial manufacturing process of aluminum nitride powder suitable for manufacturing an aluminum nitride sintered body used for a semiconductor member such as a high thermal conductive ceramic substrate or an electrostatic chuck.
[0002]
[Prior art]
The production process of aluminum nitride powder is classified by raw materials: 1) direct nitriding method in which metal aluminum is nitrided in a high-temperature nitrogen atmosphere, 2) reduction nitriding method in which mixed powder of alumina and carbon is reduced and nitrided in a high-temperature nitrogen atmosphere, 3) There is a gas phase reaction method in which a gas phase reaction is performed with an organic aluminum gas and a nitrogen-containing gas such as ammonia gas. Among them, the direct nitridation method of metal aluminum is the simplest and cheapest process, but it involves pulverization, so there is a problem that the particle size distribution is wide and the amount of oxygen and metal impurities due to pulverization are likely to increase.
[0003]
Therefore, as an attempt to solve the above problems by taking advantage of the advantages of the direct nitridation method, a levitation nitridation method in which aluminum powder is supplied to a high-temperature reaction section in a nitrogen atmosphere while nitriding with a nitrogen gas flow (Japanese Patent Publication 5- No. 57201, JP-A-1-145310, etc.) have been proposed. According to this method, it is possible to produce a fine aluminum nitride powder without pulverization, but the aluminum powder floating up to the reaction part is partly fused and agglomerated to become coarse particles, It falls to the raw material supply section, and further, a lump of aluminum nitride adhered to the furnace wall, etc., impedes the smooth supply of aluminum powder and is difficult to continue. There's a problem.
[0004]
On the other hand, as a method for dropping aluminum powder into a downward flow of nitrogen gas, a gas-liquid nitriding method for nitriding liquid aluminum (Japanese Patent Laid-Open Nos. 61-205606 and 61-68311). However, the biggest problem with this process is that aluminum tends to remain in the product, and a solution such as two-stage nitriding is necessary to solve this problem. In a report example (J. Am. Ceram. Soc., 77 [1] 3-18 (1994)) where a process was actually developed on a pilot scale, it was not possible to complete nitridation even in a reaction with three passes, and eventually pulverization It is described that heat treatment for about 1 hour is necessary.
[0005]
As a nitriding method for eliminating aluminum residue, for example, Japanese Patent Publication No. 6-49566 discloses that ammonia gas is used in a high-frequency plasma method, but it is necessary to use a reduced pressure state for plasma heating. In addition to the handleability of metallic aluminum, safety measures for ammonia gas are required.
[0006]
On the other hand, a gas-gas nitriding method (Japanese Patent Laid-Open No. 4-154606) for generating aluminum vapor from a molten aluminum and nitriding it has also been proposed. Is extremely bad and difficult to say as an industrial process.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to produce a high-grade aluminum nitride powder that is fine powder without being pulverized and has a very small amount of aluminum residue even if it remains, on a safe and industrial scale using aluminum powder as a raw material. It is to provide a continuous process that can. The object of the present invention is to form aluminum vapor by injecting aluminum powder from the top of an electric furnace maintained at a certain temperature or higher, and react with nitrogen gas supplied along the furnace wall to protect the furnace wall. Can be achieved.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
That is, in the present invention, aluminum powder is injected from the top of a reaction tube heated to 1850 ° C. or more to form aluminum vapor, and the aluminum vapor reacts with nitrogen gas supplied along the inner wall of the reaction tube. An aluminum nitride powder is produced by synthesizing an aluminum nitride powder, and collecting the aluminum nitride powder through a collection system connected to a lower part of an electric furnace. In this case, it is preferable to supply a non-oxidizing cooling gas into the reaction tube in the vicinity of the collection system connecting portion and lead the synthesized aluminum nitride powder to the collection system while forcibly cooling the aluminum nitride powder. It is preferable that the recovery temperature of the aluminum nitride powder is 99% by mass or more and 200 ° C. or more.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
[0010]
Although there is no restriction | limiting in particular in the aluminum powder used for this invention, Atomized powder with small dangers, such as a dust explosion, is preferable. The average particle size is preferably about 10 to 50 μm, particularly preferably 10 to 25 μm. When the average particle diameter exceeds 50 μm, evaporation of aluminum is suppressed, and aluminum tends to remain in the obtained aluminum nitride powder. If the average particle size is less than 10 μm, there is a high risk of dust explosion, and it is necessary to take sufficient safety measures for the raw material supply equipment, and uniform injection becomes difficult, and evaporation of aluminum is suppressed by aggregation. The higher the purity of the aluminum powder, the better, and it is preferably 99.95% or more, particularly 99.99% or more. The purity of the aluminum powder is a value that does not include the amount of impurity oxygen.
[0011]
The supply of the aluminum powder to the top of the electric furnace is performed by, for example, a bubbling method, a table feeder method, or a screw feeder method using a non-oxidizing gas such as nitrogen gas or argon gas as a carrier. The bubbling method has the advantage that aluminum can be evaporated more smoothly because uniform injection of aluminum powder is possible. The table feeder and screw feeder system are excellent in terms of quantitative supply.
Feed concentration of aluminum powder, 100~1000g / Nm ^3, it is particularly preferably 100 to 500 g / Nm ^3. If the concentration is lower than this, aluminum remains less likely to be produced, but the productivity is deteriorated, and if the concentration is higher, the aluminum powder is not sufficiently dispersed. The amount of aluminum powder supplied is determined by the scale of the electric furnace.
[0012]
The aluminum powder is sprayed downward from the center of the top of the reaction tube installed inside the electric furnace. If this is injected upward, it will be difficult to continuously and stably supply the raw materials. The reaction tube temperature is 1850 ° C. or higher, preferably 1900 ° C. or higher. When the temperature is lower than 1850 ° C., the aluminum powder does not evaporate rapidly, and the chain reaction between evaporation and nitriding of the aluminum powder hardly occurs at an accelerated rate, and aluminum remains in the aluminum nitride powder.
[0013]
The electric furnace is preferably one in which a reaction tube is installed in the furnace and can be heated by a high-frequency heating method. According to the high-frequency heating method, there is an advantage that a high temperature can be obtained relatively easily and thermal efficiency is better than that of the external heating method. A certain nitriding time is required for complete nitriding of the aluminum powder, and it is preferably 1 second or longer at a reaction tube temperature of 1850 ° C. or higher in the present invention. In order to secure the time necessary for this nitriding, a reaction temperature region corresponding to the reaction tube dimensions, the amount of nitrogen gas supplied, etc. is required, and an electric furnace capacity corresponding to that is required.
[0014]
The reaction tube preferably has an inner diameter of 150 mm or more. If it is smaller than this, adhesion in the reaction tube will increase and productivity will decrease, and if it becomes extremely large, it will become clogged and operation will become difficult. The material of the reaction tube is preferably isotropic graphite from the viewpoint of thermal stability and strength.
[0015]
In the present invention, nitrogen gas is supplied along the inner wall of the reaction tube and reacts with aluminum vapor. The reason for supplying nitrogen gas along the inner wall of the reaction tube is that if there is not enough nitrogen gas on the inner wall of the reaction tube, aluminum powder or aluminum vapor diffused toward the inner wall of the reaction tube by the carrier gas will pass through with insufficient reaction This is to prevent it. Moreover, it is for protecting the deposition on the inner wall of the reaction tube and the reaction tube itself.
[0016]
Nitrogen gas is supplied while controlling so that the pressure in the reaction tube is always positive.
When a negative pressure is reached, air is mixed in, and the amount of oxygen in the obtained aluminum nitride powder increases and the reaction tube is oxidized and deteriorated.
[0017]
The production mechanism of the aluminum nitride powder in the present invention will be described. Since the aluminum powder injected from the top of the furnace is uniformly dispersed in a primary particle state, it rapidly evaporates at a predetermined temperature or more, and the nearby nitrogen gas and gas Nitriding reaction by reaction is started. Depending on the amount of heat generated, the chain reaction between the evaporation of aluminum powder and nitriding occurs at an accelerated rate, and fine aluminum nitride powder is synthesized in a short time.
[0018]
The synthesized aluminum nitride powder is guided and collected by a collection system connected to the lower part of the electric furnace. As the collector, a general collector such as a backwash type bag filter using a pulse gas or an electric dust collector can be used.
[0019]
In order to introduce the aluminum nitride powder to the collection system, suction is performed by a blower or the like. At that time, if a non-oxidizing cooling gas such as nitrogen gas is supplied into the reaction tube near the collection system connection part, the growth of aluminum nitride particles is suppressed by the synergistic action of the cooling and dilution, and finer aluminum nitride A powder is obtained. The supply amount of the non-oxidizing cooling gas is not particularly limited, but is preferably 100 to 500 l / min. If the amount is too small, the effect of refining the aluminum nitride powder becomes small. If the amount is too large, there is a problem in maintaining the reaction tube temperature of 1850 ° C. or more.
[0020]
The recovery temperature of the aluminum nitride powder is preferably 200 ° C. or higher. When the temperature is lower than 200 ° C., a very small amount of NOx-based gas generated by the reaction between oxygen and nitrogen gas contained in the aluminum powder is further subjected to the action of water vapor to become a gas containing nitrate ions. There is a risk of increasing the amount of oxygen by adsorption.
[0021]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
[0022]
Aluminum nitride powder was manufactured using the apparatus for manufacturing aluminum nitride powder shown in FIG. The electric furnace 2 is a high frequency induction heating system, and its capacity and normal output are 170 KVA and 100 kW. An isotropic graphite reaction tube (inner diameter 200 mm, total length 3000 mm) 3 is installed in the center of the electric furnace, and a graphite heating element 4 is arranged around the reaction tube. The graphite heating element 4 is induction-heated, and the reaction tube 3 is heated to a predetermined temperature by heat conduction. The reaction temperature is measured with an optical thermometer. Aluminum powder is sprayed from the top of the reaction tube 3 by a bubbling-type raw material supplier 1 using a nitrogen gas carrier. In addition, a ring-shaped nitrogen gas supply pipe 6 is provided above the reaction tube, and nitrogen gas is supplied into the reaction tube along the inner wall of the reaction tube. Nitrogen gas is supplied by the blower 5.
[0023]
On the other hand, the electric furnace lower part 8 is connected to a collection system, and a non-oxidizing cooling gas supply pipe 7 is attached in a reaction tube near the connection part. The synthesized aluminum nitride powder is sucked by the exhaust blower 10, guided to the collection system, and collected from the bag filter 9. A thermometer is installed in the bag filter so that the temperature at the time of recovery can be monitored. A PID system that can adjust the flow rate of nitrogen gas according to the pressure in the furnace is adopted, and the opening of the nitrogen gas supply blower 5 and the exhaust blower 10 is adjusted so that the inside of the furnace does not become negative pressure. The recovery temperature is controlled.
[0024]
Examples 1-5 Comparative Examples 1-3
Aluminum nitride powder was manufactured under the conditions shown in Table 1 with a purity of 99.97% by mass, an aluminum powder having an average particle size of 25 μm supplied at a rate of 33 g / min (2 kg / h), and a nitrogen gas content of the carrier of 200 l / min. .
[0025]
Example 6
Aluminum nitride powder was produced in the same manner as in Example 2 except that aluminum powder having a purity of 99.995% by mass and an average particle diameter of 25 μm was used.
[0026]
Comparative Example 4
Instead of supplying aluminum powder in the bubbling spray state, aluminum nitride was cut in the same manner as in Example 2 except that it was cut out of the raw material tank from the rotary valve with the pressure of nitrogen gas and dropped in the state of aluminum powder aggregate. A powder was produced.
[0027]
With respect to the recovered aluminum nitride powder, the average particle diameter D ₅₀ , the amount of oxygen, the total amount of Fe, Si, and Ca impurities and the amount of residual aluminum were measured according to the following. The results are shown in Table 2.
[0028]
(1) Average particle diameter D ₅₀ was determined using a Microtrac Inc. a laser diffraction scattering method particle size distribution measuring apparatus.
(2) The amount of oxygen was measured using an oxygen / nitrogen simultaneous analyzer manufactured by LECO.
(3) The total amount of Fe, Si, and Ca impurities was measured using an atomic absorption photometer.
(4) Residual aluminum was measured by an X-ray diffraction method.
[0029]
[Table 1]

[0030]
[Table 2]

[0031]
Aluminum nitride powder obtained in Example of the present invention, no residual aluminum at all, the average particle diameter D ₅₀ is a fine amount of oxygen, Fe, Si, both small Ca impurities, aluminum nitride powder of high quality there were. In addition, there was no particular problem even when the operation was performed for 24 hours, and the recovery rate was 80% or more although there was some adhesion to the reaction tubes and pipes. On the other hand, in the comparative examples, residual aluminum was confirmed at a level of several percent. In particular, in the comparative examples 2 and 3 in which nitrogen gas was not supplied along the furnace wall from the upper part of the reaction tube, the synthesized product was formed on the inner wall of the reaction tube. Adhering and continuous operation was difficult.
[0032]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the method for producing aluminum nitride powder by the direct metal aluminum nitriding method, a high-grade aluminum nitride powder that is fine powder and hardly retains aluminum without being pulverized is industrially produced. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing an example of an aluminum nitride powder production apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Bubbling material supply machine 2 Electric furnace 3 Reaction tube 4 Heating element 5 Nitrogen gas supply blower 6 Nitrogen gas supply pipe 7 Non-oxidizing cooling gas supply tube 8 Lower furnace body 9 Bag filter 10 Exhaust blower

Claims

１８５０℃以上に加熱された反応管の頂部から、アルミニウム粉を噴射させてアルミニウム蒸気となし、そのアルミニウム蒸気と反応管内壁にそって供給された窒素ガスとを反応させて窒化アルミニウム粉末を合成し、それを電気炉下部に接続された捕集系に導いて回収することを特徴とする窒化アルミニウム粉末の製造方法。Aluminum powder is injected from the top of the reaction tube heated to 1850 ° C. or more to form aluminum vapor, and the aluminum vapor reacts with nitrogen gas supplied along the inner wall of the reaction tube to synthesize aluminum nitride powder. A method for producing an aluminum nitride powder, characterized in that it is guided to a collection system connected to the lower part of an electric furnace and collected.

非酸化性冷却ガスを捕集系接続部近傍の反応管内に供給し、合成された窒化アルミニウム粉末を強制冷却しながら捕集系に導くことを特徴とする請求項１記載の窒化アルミニウム微粉末の製造方法。2. The aluminum nitride fine powder according to claim 1, wherein a non-oxidizing cooling gas is supplied into the reaction tube in the vicinity of the collection system connection portion, and the synthesized aluminum nitride powder is guided to the collection system while forcibly cooling. Production method.

アルミニウム粉純度が９９．９９質量％以上で、窒化アルミニウム粉末の回収温度が２００℃以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。The method for producing an aluminum nitride powder according to claim 1 or 2, wherein the aluminum powder purity is 99.99% by mass or more and the recovery temperature of the aluminum nitride powder is 200 ° C or more.