CN1701050A - 氮化铝烧结体 - Google Patents

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Abstract

一种氮化铝烧结体，该烧结体含有平均晶粒尺寸(D50)为0.1～2.5μm的晶粒，具有不大于1×10－7的孔隙面积比，其直径不小于1μm孔隙的孔隙密度不大于0.05孔/mm2，以及其Vicker硬度为14～17GPa。尽管该氮化铝烧结体具有比较小的晶粒尺寸，它具有很小的孔隙密度，其特征在于优异的强度和镜面机械加工性能，特别可用作在其上面形成精细布线图案的电路基底材料。

Description

氮化铝烧结体
发明背景
(发明领域)
本发明涉及新型氮化铝烧结体及其制造方法。本发明更具体涉及有比较小晶粒尺寸晶粒、含有很小量孔隙、特别适合于作为抛光镜面基底并具有高强度的氮化铝烧结体。
(相关技术说明)
由于其优异的导热性能、绝缘性能和无毒性，氮化铝烧结体已得到作为各种具有热辐射功能基底材料的实际应用。
迄今为止，在工业规模上生产氮化铝烧结体，一直是通过在高达1,700℃或更高的温度下，将在其中添加了烧结助剂的氮化铝粉末进行烧结(在后面称之为电阻加热烧结法)。
电阻加热烧结法是在加长的时间内进行烧结，在此过程中氮化铝的晶粒便生长而构成烧结体。因此，用上述方法得到的烧结体具有比较大的晶粒尺寸。另外，在原料氮化铝粉末中夹带的气体随着晶粒一起生长，产生形成比较大孔隙的现象。
因此，当试图对由上述电阻加热烧结法得到的烧结体表面像用其作为电路基底的镜面那样进行机械加工时，晶粒尺寸大以及有孔隙存在都使其难以形成高度精细的布线图案。又，大概由于晶粒尺寸和有孔隙存在所以该烧结体强度小，即使从强度的观点看也还有改善的余地。
另一方面，在制造陶瓷烧结体的时候，通过将加入了烧结助剂的氮化铝粉末暴露在等离子体中来降低所得到的烧结体晶粒尺寸的方法是已知的(专利文献1：JP-A-2-172,869)。
上述方法能够得到具有小晶粒尺寸的烧结体。然而，在进行烧结时，等离子体气体渗入内部是很关键的要求。另外，烧结要在短时间内完成，因此，此气体倾向于被俘获在烧结体中。结果，虽然专利文献1的方法能够达到多少有点儿高的烧结密度，可是在烧结体中还是不可避免地残留有孔隙。孔隙的存在使得难以将此烧结体作为要求形成高度精细布线图案电路的基底来使用。另外，此方法需要大型设备来产生和保持等离子体，这就涉及到难以将此方法在工业规模上实施的问题。
另一方面，近年来提出了利用通过在对陶瓷粉末压制的同时送入脉冲电流的所谓“放电等离子体”制造陶瓷烧结体的方法。具体说来，提出了在压模中烧结陶瓷粉末的方法，即在电极之间加压的状态下，用陶瓷粉末填充压模，通过送入脉冲电流加热压模，在陶瓷粉末中产生等离子体的方法(专利文献2：JP-A-2000-128,648)。
上述使用放电等离子体的烧结方法是通过加热压模，在提高温度的同时，使用简单的设备来进行的。因此，可以很容易地对温度进行控制，所以可以将此方法作为未来的技术予以关注。按照此方法，进一步将陶瓷粉末在短时间内加热到烧结温度，抑制了在烧结的过程中晶粒的生长，预期能够得到机械强度比用通常的电阻加热法所得到的更大的烧结体。
然而，当将上述放电等离子体方法用于烧结氮化铝粉末时发现，形成了大量的孔隙，虽然其尺寸都比由电阻加热烧结法得到的孔隙要小。这就是说，专利文献2公开了通过预处理密实地压制陶瓷粉末，比如液压处理，然后通过输入脉冲电流而升温至300～1,500℃，从而制造陶瓷烧结体的方法。然而，本发明人确认，尽管对氮化铝粉末压制使之具有足够大的密度，还是很难避免在烧结体中形成孔隙。因此，在由此方法得到的氮化铝烧结体上，难以形成具有高度平整度的镜面。
发明概要
因此，本发明的目的是提供一种有小晶粒尺寸晶粒的氮化铝烧结体，在其中含有很少量的孔隙，并具有大的强度和高的比热导，还提供该烧结体的制造方法。
为了实现上述目的，本发明人进行了锐意的研究并且发现，当达到对氮化铝粉末进行处理温度时，将送入的脉冲电流设定在高到氮化铝晶粒不会显著成长的值，在烧结的过程中就能够有效地除去粉末中的气泡，从而得到具有很小孔隙密度的氮化铝烧结体。进一步发现，通过送入脉冲电流进行烧结而得到的氮化铝烧结体，由于其烧结的方式和所达到的高温，显示出很大的硬度，并显示通常的氮化铝烧结体所不能达到的高硬度特性。
按照本发明，提供一种有晶粒的氮化铝烧结体，其平均晶粒尺寸(D50)为0.1～2.5μm，孔隙面积不大于1×10-7，直径不小于1μm孔隙的孔隙密度不大于0.05孔/mm2，而Vicker硬度则在14～17GPa的范围内。
按照本发明，进一步提供一种通过送入脉冲电流由烧结氮化铝粉末制造氮化铝烧结体的方法，其中在对加热到高于1,500℃但不高于1,800℃的氮化铝粉末进行压制的同时送入脉冲电流。
按照本发明，进一步通过对氮化铝烧结体进行镜面抛光提供一种用于电路的基底(电路基底)。
本发明的氮化铝烧结体包括小晶粒尺寸的晶粒，含有很少量不小于1μm的大孔隙，可以进行优异的镜面抛光。因此，通过镜面抛光，本发明的氮化铝烧结体便形成以优异的平整度为特征的镜面。因此，本发明的氮化铝烧结体作为在其上面形成精细电路图案的电路基底是非常有用的，提供了很高的工业价值。
再有，本发明的氮化铝烧结体具有诸如很高表面硬度的特性，在基底材料的应用中很容易处置，在作为要求导热性能滑动构件的其他应用中也是有用的。
按照本发明的氮化铝烧结体的制造方法，能够得到具有高表面硬度的氮化铝烧结体，此烧结体的特征在于超精细的结构、窄的烧结体晶粒尺寸分布、低的孔隙密度和高的表面硬度，而且不用由CIP制造压缩粉末，或者不用预先进行任何步骤，比如超细研磨粉末的步骤。
附图简述
图1是示意性地说明本发明制造方法中所使用设备的基本结构的视图。
发明详述
(氮化铝烧结体)
本发明的氮化铝烧结体，其特征在于小的晶粒尺寸，并含有很小量的不小于1μm的大孔隙。因此，当将表面进行镜面抛光时，本发明的氮化铝烧结体便获得了在传统的氮化铝烧结体中从未见到过的具有优异平整度的“超”镜面。
这就是说，本发明的氮化铝烧结体，其平均晶粒尺寸(D50)为0.1～2.5μm，孔隙面积比小到1×10-7或更小(理想的孔隙面积比实质上为0)，直径不小于1μm的孔隙的孔隙密度小到0.05孔/mm2或更小(理想的孔隙密度实质上为0)。
在本发明中，氮化铝烧结体的平均晶粒尺寸、孔隙面积比和直径不小于1μm的孔隙的密度假设为如下所述的值。
(1)平均晶粒尺寸(μm)：D50
在晶粒尺寸分布曲线上累积50％的直径(D50)，相当于在氮化铝烧结体任何剖面上的镜面抛光表面上发现的晶粒圆形物的直径。
(2)孔隙密度(孔/mm2)
表示在由镜面抛光氮化铝烧结体任何剖面所得到的表面上每单位面积的孔隙数的值。
(3)孔隙面积比
由在氮化铝烧结体镜面抛光表面上预先确定区的视野中存在的孔隙的直径(不小于1μm)计算出总孔隙面积除以被观察的总视野面积所得到的值。
在实施例中叙述测量方法的细节。
如果试图得到平均晶粒尺寸小于0.1μm的本发明氮化铝烧结体，于加料阶段氮化铝粉末便在很大程度上受到氧化，结果得到的氮化铝烧结体显示出降低的导热性。另一方面，平均晶粒尺寸超过2.5μm的氮化铝烧结体却显示出降低的强度。
当本发明的氮化铝烧结体的直径不小于1μm孔隙的孔隙密度大于0.05孔/mm2时，由于存在有孔隙使得镜面机械加工性能下降，难以得到高平整度的镜面，同时烧结体显示出降低的强度。
再有，当本发明的氮化铝烧结体具有大于1×10-7的孔隙面积比时，由于存在着孔隙，即使孔隙密度并不大，也使镜面机械加工性能降低，强度下降。
由传统的电阻加热烧结法得到的氮化铝烧结体，即使是使用小晶粒尺寸的氮化铝粉末作为原料，也使晶粒能够明显地生长。结果此晶粒的尺寸超过2.5μm，根据不同的情况经常超过5μm。即使在孔隙密度小的情况下，孔隙的直径也会随着晶粒的生长而增大，而在氮化铝烧结体的剖面上的孔隙面积比一般超过5×10-7。因此应该理解，通过传统的电阻加热烧结法不能得到具有小晶粒尺寸和含有少量孔隙的本发明氮化铝烧结体。
再有，本发明的氮化铝烧结体与通过传统的电阻加热烧结法所得到的氮化铝烧结体相比，其特征在于有很高的硬度。这就是说，本发明的氮化铝烧结体显示出14～17GPa，特别是14.5～16.5GPa的Vicker硬度。此值是上述传统的氮化铝烧结体Vicker硬度的1.4倍。
虽然使本发明的氮化铝烧结体含有少量孔隙和显示出如上所述的高硬度的机理还不甚明了，但据设想是氮化铝的晶粒在晶粒尺寸比较小的范围内生长到适当的程度而形成很致密的结构。
另外，本发明的氮化铝烧结体，由于其比由传统的电阻加热烧结法得到的氮化铝烧结体有更小的晶粒尺寸，因而显示出大的强度。比如，通过还使用烧结助剂进行烧结得到的本发明氮化铝烧结体显示出不小于500MPa的弯曲强度。
再有，当不使用烧结助剂时得到的本发明氮化铝烧结体显示出高达50～80W/mK的导热率，当还使用烧结助剂进行烧结时得到的氮化铝烧结体的导热率高达100W/mK。
在本发明中，从进一步改善镜面加工性能的观点出发还特别希望形成烧结体的晶粒具有如下的晶粒尺寸分布，使得在累积的90％晶粒尺寸和累积的10％晶粒尺寸之间的差值不大于1.5μm。在使用如下所述的脉冲电流的本发明制造方法中，晶粒在烧结的过程中几乎没有生长，因此所用氮化铝粉末的晶粒尺寸分布就直接地反映出来。所以，当调节所用氮化铝粉末的晶粒尺寸分布为上述晶粒的晶粒尺寸分布时，就能够容易地将该晶粒的晶粒尺寸分布调节在上述范围内。
本发明的氮化铝烧结体除了单由氮化铝构成以外，在晶粒表面上还可含有如上简述的用来降低熔点的烧结助剂。作为烧结助剂，最广泛地使用氧化钇(Y2O3)。然而，可以使用任何已知的烧结助剂，比如单独或组合使用碱土化合物，比如CaO和SrO，或者稀土化合物，比如CeO2、Ho2O3、Yb2O3、Gd2O3、Nb2O3、Sm2O3和Dy2O3。
再有，如将在下面叙述的通过送入脉冲电流进行制造时，本发明的氮化铝烧结体可以使在氮化铝粉末表面上的氧化层容易地汽化和分解，即得到具有降低了氧含量的烧结体。
(制造氮化铝烧结体)
下面叙述本发明的氮化铝烧结体的制造方法。
这就是说，按照本发明，通过送入脉冲电流在压制的同时烧结氮化铝粉末，使得其达到的温度高于1,500℃但不高于1,800℃，如此便制得具有上述性能的氮化铝烧结产物。
优选使用的氮化铝粉末具有的平均晶粒尺寸稍小于如上所述烧结体的平均晶粒尺寸。更具体说，希望使用的氮化铝粉末，其平均晶粒尺寸在0.05～2μm，特别在0.1～1μm的范围内。这就是说，当平均晶粒直径小于0.05μm时，在晶粒表面上氧化层的比值增大。而另一方面，当平均晶粒尺寸不大于5μm时，晶粒尺寸变得很大，得不到强度，孔隙密度压制不到一个低水平。换句话说，难以得到具有优异镜面加工性能的氮化铝烧结体。
希望氮化铝粉末的纯度不低于97wt％，特别是不低于99wt％。在市场中是有如此高纯度的氮化铝粉末的，可容易获得。
可以将如上所述的烧结助剂混入上述氮化铝粉末中使用。从下面将要叙述的在烧结之后得到更大热处理效果的观点出发，希望使用烧结助剂。每100重量份的氮化铝粉末，希望使用的烧结助剂的量是0.1～10重量份，尤其是1～5重量份。
按照本发明，在对氮化铝粉末(或AlN粉末与烧结助剂的混合粉末)压制的同时通过送入脉冲电流来烧结氮化铝。这就是说，送入脉冲电流，以将脉冲状的电能直接送到粉末晶粒之间的间隙中，由此将由于火花放电而瞬时产生的高温等离子体的高能量有效地施加于热扩散/电场扩散，有效地在晶粒中形成局部的缩颈连接，然后到达能够使缩颈连接成长为稳定连接的热平衡状态，从而在短的时间内就实现了烧结。按照此脉冲电流法(经常被称为放电等离子体烧结法)，可以在短时间内得到没有孔隙的高密度烧结体，同时保持高的质量，尽管有用来在晶粒表面上降低熔点的烧结助剂存在，在低温直至高温下都不会让结晶过度生长。
鉴于在加压的同时送入脉冲电流，便将氮化铝粉末装入到在由导电碳制造的压模和从顶侧和底侧插入到压模中的一对由导电碳制造的压制冲头之间的模具空间中。在由压制冲头从顶底两侧对如此加入的氮化铝粉末压制的同时，通过压制冲头送入直流脉冲电流。
脉冲电流的电流密度一般为150～500A/cm2，优选为300～400A/cm2，脉冲周期为30Hz～30kHz，优选为大约100Hz至大约10kHz。再有用电流间断时间(闭)与电流接通时间(开)之比表示的脉冲比(闭∶开)一般为大约1∶1～大约2∶24，优选为大约1∶6～大约2∶12，电压为1～10V，优选为2～6V。
进一步希望在真空中或在惰性气体气氛中通入脉冲电流。还允许在送入脉冲电流的同时，通过分开地送入加热压模电流来进行辅助加热。
在送入脉冲电流时，希望压制氮化铝粉末的压力为0.3～0.6ft/cm2，特别是0.35～0.45ft/cm2。当压力小于0.3ft/cm2时，氮化铝粉末不变得致密。这就是说，烧结密度不能增大，而同时孔隙密度和孔隙面积比倾向于增大。另一方面，当压力超过0.6ft/cm2时，烧结容易进行，但密度增大的效果则达到了极限，而且烧结的工具，比如压模和压制冲头损坏的可能性增加。
再有，很重要的是，送入脉冲电流所达到的温度为在高于1,500℃至不高于1,800℃的范围，优选地不低于1,550℃至不高于1,800℃。这就是说，当达到的温度低于1,500℃时，在烧结步骤中就不能充分除去夹带的气体。因此，孔隙的总量不减少，孔隙密度和孔隙面积比都不满足本发明的范围，这在后面的实施例中便会清楚地看出。再有，当达到的温度超过1,800℃时，在烧结体中的晶粒明显地生长，降低了镜面机械加工性能和强度。
所达到的温度表示在通过送入脉冲电流而建立放电等离子体时的最高温度。在所达到的温度，连续地送入脉冲电流或者连续地进行辅助加热，以维持上述温度直至结束烧结，由此得到具有维持稳定性的小孔隙密度和小孔隙面积比的氮化铝烧结体。虽然没有特别的限制，维持上述温度的时间一般是1～30min，优选为1～5min。可以通过调节脉冲电流的强度、脉冲之间的间隔和辅助加热电源的强度来调节所达到的温度。
另外还希望，以30～150℃/min，优选地为50～100℃/min的升温速度达到该温度。当升温速度缓慢时，温度曲线便变长。当升温速度太快时，就很难得到足够致密的烧结体。
在上述制造方法中，在将氮化铝粉末装入压模时，希望在氮化铝粉末与该设备接触的界面上插入一张碳片，以避免要得到的烧结体和压模之间发生烧结。
如此得到的氮化铝烧结体以优异的镜面机械加工性为特色，能够通过镜面抛光形成很平整的镜面(比如具有的最大表面粗糙度Rmax为0.04μm或更小)，而且显示出优异的强度。然而，由于晶粒尺寸小，在此的氮化铝烧结体倾向于显示出稍低的导热性。因此，按照本发明，在中断送入脉冲电流之后，希望将通过上述烧结步骤得到的烧结体在1,550～1,800℃，优选地在1,680～1,780的温度下进行热处理。通过上述热处理，氮化铝烧结体显示出显著改善的导热性而不会损害上述性能。当热处理温度低于1,550℃时，导热性改善不到足够的程度。当热处理温度超过1,800℃时，晶粒生长，烧结体显示出降低的弯曲强度。
通过上述热处理，晶粒继续生长，而同时烧结体的孔隙密度和孔隙面积比仍然保持几乎不变，镜面机械加工性不会降低。因此，热处理必须在烧结体的平均晶粒尺寸(D50)在上述范围内的条件下进行。为此目的，希望热处理时间(烧结体保持在热处理温度下的时间)为1～15h，特别在3～10h。当热处理时间短于1h时，未使导热性改善到足够的程度。当热处理时间超过15h时，晶粒生长使强度降低。
在不再送入脉冲电流之后，由对压模等的辅助加热来维持热处理温度。
正如已经叙述的，特别是当烧结助剂与氮化铝粉末一起使用时，还能通过热处理来提高导热率。当热处理将在短时间完成时，希望使用烧结助剂。
图1是示意性地说明实施本发明方法所优选使用设备的基本结构的视图。
参见图1，此设备装有由导电碳制造的压模，还装有一对装配到压模1内的由导电碳制造的压制冲头2。在压模1当中加入氮化铝粉末3，通过压制冲头2送入直流脉冲电流，以将温度升高到预定值(烧结温度)，同时使用冲头2a从顶底两侧压制加入其中的粉末，在达到烧结温度之后，维持此温度预定的时间，以形成烧结体。
使用未显示的控制机构，通过压制冲头2施加压力，以及通过压制冲头2送入脉冲电流。
按照要求，上述设备安装在室4中，使用真空泵5将室4内部抽真空。还允许在用比如氮气替代室4的内部时进行烧结。
在将氮化铝粉末装入压模1中时，希望在与粉末接触的压模1的内表面和在压制冲头2的表面上放置一张碳片(或碳膜)，以防止在氮化铝粉末和上述表面之间发生烧结。
实施例
下面叙述实施例，供具体说明本发明的方法，然而这只是说明本发明，不以任何方式对其构成限制。
在下面的实施例和比较例中，用如下所述的方法对各个物理性能进行测量。
1)测量孔隙密度
将烧结体的一个剖面进行镜面抛光。使用扫描电子显微镜(SEM)，在放大1,000倍下观察镜面抛光的表面，数出孔隙(直径不小于1μm的空洞)数。在放大1,000倍的视野上观察镜面抛光表面的不少于500个视野，而单位面积的直径不小于1μm的孔隙数就是孔隙密度。
2)孔隙面积比
由用如上所述方法数出的孔隙的直径计算出孔隙面积，求出所检测的孔隙的总面积。孔隙的总面积与观察到的总视野面积(在放大1,000倍下不少于500个视野)之比就是孔隙面积比。
3)测量氮化铝烧结体的松密度
按照Achemedes法进行测量，计算出相对密度。
4)氮化铝的晶粒尺寸
使用图像分析系统(朝日化成工业(株)制造的IP-1000PC)，用如下所述的方法，从烧结体的微结构照片求出晶粒尺寸。
首先，将待估算的任何剖面抛光为镜面，并在氮化铝晶粒不会生长的1,600～1,650℃下进行处理1h。通过此加工，晶粒边界的腐蚀速度变得比其他部分要大。因此，只有晶粒边界受到腐蚀，并得到在其上能够鉴别出各个氮化铝晶粒和晶粒边界相晶粒的表面。
然后，使用扫描电子显微镜(SEM)观察该表面，在一个视野中包含200～300个被观察晶粒的放大倍数下拍摄微结构照片，拍摄多张照片以覆盖1,000～2,000个被观察的晶粒。微结构照片显示氮化铝结晶颗粒为灰到黑色，并显示晶粒边界相的晶粒是白色，这样就使得晶粒能够容易地鉴别出来。
最后，使用计算机辅助的图像分析系统，从微结构照片上的图像得到与1,000～2,000个氮化铝晶粒圆形物相当的直径。进一步从与氮化铝晶粒相似的微结构照片求出相应于晶粒边界相晶粒圆形物的直径。氮化铝晶粒和晶粒边界相晶粒都是近于等轴的，可以用与该圆形物相应的直径表示晶粒尺寸。在进行分析时，在分析图像的末端被切开的晶粒不包括在估算的结果中。进一步，当两个或多个晶粒边界相晶粒接触，以及当此两个晶粒边界的长度大于晶粒的平均晶粒尺寸时，此两个晶粒就一起被当做单独的晶粒来处理。
基于所测量的晶粒直径分布曲线，求出10％累积值(D10)、50％累积值(D50)和90％累积值(D90)，并计算出D90和D10之间的差。
5)测量表面粗糙度(JIS B0601)
将待估算烧结体的剖面进行镜面抛光，使用表面粗糙度和形状测定仪(东京精密(株)制造的Surfcom478A)测量其最大表面粗糙度(Rmax)。测量条件包括切割0.8、探测速度0.06mm/sec、放大50,000倍、测量长度0.25mm，求出6个测量点的平均值。
6)测量导热率
测量基于使用Rigaku电气(株)制造的热常数测量设备PS-7的激光闪燃法。使用标定曲线对厚度进行校正。
7)测量弯曲强度
在0.5mm/min的十字头速度下，按照JIS R1601，但跨度改为20mm，测试件厚度改为2mm的条件下进行三点弯曲测试。测试件的宽度是4mm。将烧结体切割成6mm的宽度，两端割下1mm得到预定的宽度。切割出上下表面。
8)Vicker硬度
在室温下使用旭(株)制造的AVKCO Vicker硬度测试仪测量，负荷5kg，加载时间15sec。
9)氮化铝粉末的平均晶粒尺寸
使用Microtrack 11(LEED & NORTHRUP公司)，通过将氮化铝粉末分散在水中，基于激光衍射法进行测试。
(实施例1)
将用尼龙涂布铁芯得到的直径15mm的尼龙球(表面硬度不大于100kgf/mm2，密度3.5g/cm3)投入容积2.4L的尼龙罐中。在尼龙罐中再加入100重量份氮化铝粉末，其平均晶粒尺寸是1.3μm，比表面积3.39m2/g，氧含量0.8wt％，还加入40重量份乙醇作为溶剂，然后将它们一起进行湿混合。尼龙球的加入量占罐容积(表观容积)的40％。以70rpm的转速转动尼龙罐进行混合3h。将得到的浆液进行干燥，得到氮化铝粉末。
然后，使用在图1中表示其基本结构的设备烧结此氮化铝粉末。压模1和压制冲头2都是用石墨制造的。在加入氮化铝粉末3时，在压制冲头的冲压面上覆盖以通过均匀涂布氮化硼粉末得到的碳片，以避免压制冲头和粉末之间的粘结。使用真空泵5将室4的内部抽真空(减压条件)。进一步提供一个控制装置(未显示)来控制烧结电源的输出，使得位于压模中的温度传感器(未显示)检测出的粉末温度符合预先设定的温度特性曲线。还由该控制装置对驱动压机驱动机构和真空泵进行控制。
通过压模冲头送入脉冲电流，使温度升高到烧结温度，同时压机驱动机构动作，使压制冲头由顶底两侧对粉末进行压制。在达到烧结温度以后，保持此温度预定的时间，模压出烧结体。
通入的大部分电流流经顶冲头电极→顶冲头→压模→底冲头→底冲头电极，产生Joule热，用来从外测加热粉末。其余的电流流经粉末而在粉末晶粒的间隙内发生火花放电。火花放电产生的放电等离子体，使用其高能量来进行热扩散/电解扩散，粉末晶粒就按照预想牢固地结合在一起。
压制冲头2从顶底两侧压制，其压制力为0.4ft/cm2，施加脉冲电压(脉冲条件是开∶闭＝12∶2)来加热压模和压制冲头的表面。在真空中升温的速度是100℃/min，维持1,600℃的烧结温度(所达到的温度)5min进行烧结，以得到相对密度不小于95％，直径30mm，厚度3mm的烧结体。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(实施例2)
与实施例1同样进行操作，只是选择烧结温度(所达到的温度)为1,780℃。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(实施例3)
与实施例1同样进行操作，只是选择压制压力为0.35ft/cm2。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(实施例4)
与实施例1同样进行操作，只是选择压制压力为0.55ft/cm2。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(实施例5)
与实施例1同样进行操作，只是选择升温速度为30℃/min。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(实施例6)
与实施例1同样进行操作，只是选择升温速度为140℃/min。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(实施例7)
与实施例1同样进行操作，只是通过在100重量份的氮化铝粉末中添加纯度不低于99.99％、比表面为12.5m2/g的5重量分氧化钇粉末来制备浆液。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(实施例8)
与实施例7同样进行操作得到烧结体，只是添加3重量份的烧结助剂。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(实施例9)
与实施例7同样进行操作得到烧结体，只是选择烧结温度(所达到的温度)为1,780℃。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(实施例10)
与实施例7同样进行操作得到烧结体，只是选择压制压力为0.35ft/cm2。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(实施例11)
与实施例7同样进行操作得到烧结体，只是选择压制压力为0.55ft/cm2。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(实施例12)
与实施例7同样进行操作得到烧结体，只是选择升温速度为30℃/min。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(实施例13)
与实施例7同样进行操作得到烧结体，只是选择升温速度为140℃/min。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(实施例14)
在温度为1,750℃的条件下，将在实施例7中得到的烧结体进行2h的热处理。
得到的氮化铝烧结体具有近于同样的孔隙密度和孔隙面积比，但可使晶粒尺寸增大以及导热率提高到155W/mK(得到的氮化铝烧结体的性能显示在表2中)。
(比较例1)
与实施例1同样进行操作，只是选择达到的温度(烧结温度)为1,400℃。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(比较例2)
与实施例1同样进行操作，只是选择达到的温度(烧结温度)为1,200℃。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(比较例3)
与实施例7同样进行操作，只是选择达到的温度(烧结温度)为1,400℃。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(比较例4)
与实施例7同样进行操作，只是选择达到的温度(烧结温度)为1,200℃。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(比较例5)
在一个容积为10L的尼龙罐中加入尼龙球。在该尼龙罐中再加入100重量份的氮化铝粉末，其平均晶粒尺寸为1.5μm，比表面积为2.6m2/g，氧含量为0.8wt％，还加入5重量份的氧化钇粉末作为烧结助剂，其比表面积为12.5m2/g，还加入0.5重量分六甘油一油酸酯作为表面活性剂，还加入3重量分n-丁基异丁烯酸以及100重量份的甲苯，然后使用球磨机将它们混合24h使之混合在一起，得到白色的浆液。使用喷雾干燥法将如此得到的浆液造粒，得到直径70～100μm的氮化铝颗粒。
在1.0t/cm2的压制压力下对此颗粒进行模压，得到模压体。然后在600℃的空气中将此模压体脱蜡5h，并在氮化硼容器中在1,800℃的氮气气氛中烧结5h，得到相对密度不低于95％的烧结体。
表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
(比较例6)
与比较例5同样进行操作，只是不添加烧结助剂。表1显示出制造氮化铝烧结体的条件，表2显示出得到的氮化铝烧结体的性能。
表1
   烧结方法   烧结助剂量(份)   烧结温度(℃)   烧结时间(min)   压制压力(tf/cm2)   升温速度(℃/min)
  实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6实施例7实施例8实施例9实施例10实施例11实施例12实施例13比较例1比较例2比较例3比较例4比较例5比较例6   SPSSPSSPSSPSSPSSPSSPSSPSSPSSPSSPSSPSSPSSPSSPSSPSSPS加热烧结加热烧结   0000005355555005550   1600178016001600160016001600160017801600160016001600140012001400120018001800   55555555555555555300300   0.40.40.350.550.40.40.40.40.40.350.550.40.40.40.40.40.4--   10010010010030140100100100100100301401001001001001010
注)SPS：放电等离子体烧结
烧结温度＝达到的温度
表2
  相对密度(％)   孔隙密度孔/mm2   孔隙面积比×10-7   平均晶粒尺寸D50(μm)   晶粒尺寸分布(D90-D10)(μm)   表面粗糙度(Rmax)(μm)   弯曲强度(MPa)   导热率(W/mK)   硬度(GPa)
  实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6实施例7实施例8实施例9实施例10实施例11实施例12实施例13实施例14比较例1比较例2比较例3比较例4比较例5比较例6   100.0100.0100.0100.099.899.799.399.5100.099.999.9100.099.6100.094.179.993.575.099.399.6   0.0100.0390.0160.0100.0310.0150.0090.0150.0150.0140.0090.0100.0150.0100.330-0.380-0.1000.960   0.100.400.150.120.290.130.400.200.150.100.100.100.150.38106.6-150.5-5.2099.90   0.751.850.750.951.500.801.020.991.501.050.901.550.901.100.70-0.73-2.795.54   0.711.430.720.951.420.851.031.001.051.000.701.000.751.080.71-0.78-3.507.82   0.0330.0400.0350.0320.0310.0320.0360.0350.0380.0350.0300.0350.0300.0390.050-0.080-0.1230.068   375360350370371360543520520520540520530535250200230180391336   5765586569581101301301101201351151554520401517687   16.215.415.616.715.516.514.515.314.114.315.114.214.814.39.8-9.5-12.011.5
注)实施例14的烧结体是通过将实施例7的烧结体进行热处理而得到的。
本发明的氮化铝烧结体含有很少量的孔隙并具有高硬度，因此可用作通过表面镜面抛光制造高精度布线图案的基底材料。比如，将此烧结体进行镜面抛光而得到具有表面粗糙度Rmax小于0.04μm的很平整镜面的电路基底。另外，由于此氮化铝烧结体具有高硬度和高导热率，它可用作能够有效地辐射出摩擦热的滑动部件。

Claims (10)

1.一种氮化铝烧结体，该烧结体含有平均晶粒尺寸(D50)为0.1～2.5μm的晶粒，具有不大于1×10-7的孔隙面积比，其直径不小于1μm孔隙的孔隙密度不大于0.05孔/mm2，以及其Vicker硬度为14～17GPa。
2.按照权利要求1的氮化铝烧结体，其中所述晶粒的晶粒尺寸分布使得在累积90％的晶粒尺寸(D90)和累积10％的晶粒尺寸(D10)之间的差不大于1.5μm。
3.一种通过送入脉冲电流烧结氮化铝粉末而制造氮化铝烧结体的方法，其中在对氮化铝粉末压制的同时送入脉冲电流，使得达到的温度高于1,500℃，但不高于1,800℃。
4.按照权利要求3制造氮化铝烧结体的方法，其中对氮化铝粉末压制的压力不小于0.3tf/cm2，但小于0.6tf/cm2。
5.按照权利要求3制造氮化铝烧结体的方法，其中到达到的温度的升温速度为30～150℃/min。
6.按照权利要求3制造氮化铝烧结体的方法，其中氮化铝粉末的平均晶粒尺寸为0.05～5μm。
7.按照权利要求3制造氮化铝烧结体的方法，其中在真空下或在惰性气体气氛中进行烧结。
8.按照权利要求3制造氮化铝烧结体的方法，其中在中断送入脉冲电流之后，将得到的烧结体在1,550～1,800℃的温度下进行热处理。
9.按照权利要求3制造氮化铝烧结体的方法，其中将氮化铝粉末与烧结助剂混合，每100重量份的氮化铝粉末混合0.1～10重量份烧结助剂。
10.一种通过将权利要求1的氮化铝烧结体进行镜面抛光得到的基底。
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