DE102019002529A1

DE102019002529A1 - Verfahren zur Herstellung von keramischem Verbundmaterial, keramisches Verbundmaterial und lichtemittierende Vorrichtung

Info

Publication number: DE102019002529A1
Application number: DE102019002529.6A
Authority: DE
Inventors: Hirofumi OOGURI; Tomoya Fukui; Tadayoshi YANAGIHARA; Shigeki Yoshida
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2018-04-06
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2019-10-10
Also published as: US20190309221A1; CN110342939A; US11149193B2

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials, das eine hohe Lichtemissionsintensität aufweist, ein keramisches Verbundmaterial und eine lichtemittierende Vorrichtung bereitzustellen. Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials schließt ein: Herstellen eines Grünkörpers, der ein fluoreszierendes Nitridmaterial mit einer durch die folgende chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung und Aluminiumoxid-Teilchen miteinander vermischt enthält; und Durchführen von primärem Sintern des Grünkörpers bei einer Temperatur in einem Bereich von 1.250 °C oder mehr und 1.600 °C oder weniger, um so einen ersten Sinterkörper bereitzustellen:

M_wLn¹ _xA_yN₂ (I)

wobei in der chemischen Formel (I) M mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ce und Pr, darstellt; Ln¹ mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sc, Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu, darstellt; A mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Si und B, darstellt; und w, x, y und z jeweils 0 < w ≤ 1,0, 2,5 ≤ x ≤ 3,5, 5,5 ≤ y ≤ 6,5 und 10 ≤ z ≤ 12 erfüllen.

Description

Querverweis auf verwandte Patentanmeldung
Diese Anmeldung nimmt Priorität gegenüber der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-073528 , eingereicht am 6. April 2018, und der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-160831 , eingereicht am 29. August 2018, in Anspruch, deren gesamte Offenbarungen hierin durch die Bezugnahmen in ihrer Gänze eingeschlossen sind.
Hintergrund
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials, das Licht, das von einer Licht emittierenden Diode (die hierin nachstehend als „LED“ bezeichnet werden kann) und/oder einer Laserdiode (die hierin nachstehend als „LD“ bezeichnet werden kann) emittiert wird, in Licht mit einer anderen Wellenlänge umwandelt, ein keramisches Verbundmaterial, das mit diesem Verfahren erhältlich ist, und eine lichtemittierende Vorrichtung, umfassend das keramische Verbundmaterial.
Beschreibung des verwandten Fachgebiets
Eine lichtemittierende Vorrichtung, die ein lichtemittierendes Element, wie LED und LD, verwendet, ist eine Lichtquelle mit einem hohen Umwandlungswirkungsgrad und wird als eine Lichtquelle genutzt, die eine Glühlampe und eine Leuchtstofflampe auf Grund des geringen Verbrauchs an elektrischer Leistung, der langen Lebensdauer und der Tauglichkeit zur Größenverringerung ersetzt. Eine lichtemittierende Vorrichtung, die LED oder LD verwendet, ist in einer weiten Vielzahl von Gebieten verwendet worden, einschließlich eine lichtemittierende Vorrichtung für automobile Verwendung und Innenbeleuchtung, eine Hintergrundlichtquelle für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, ein Leuchtkörper, eine Lichtquellenvorrichtung für einen Projektor und dergleichen. Insbesondere wird eine lichtemittierende Vorrichtung, die eine Kombination aus einem lichtemittierenden Element und einem fluoreszierenden Material aufweist und daraus gemischtes Licht emittiert, weit verbreitet verwendet.
Beispiele für ein bekanntes fluoreszierendes Material, das in der lichtemittierenden Vorrichtung verwendet wird, schließen anorganische fluoreszierende Materialien ein, wie ein fluoreszierendes Seltenerdaluminatsalz-Material, dargestellt durch (Y,Gd,Tb,Lu)₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce, ein fluoreszierendes Silikat-Material, dargestellt durch (Sr,Ca,Ba)₂SiO₄:Eu, und ein fluoreszierendes Nitridmaterial, dargestellt durch Ln₃Si₆N₁₁:Ce (wobei Ln ein anderes Seltenerdelement als den Aktivator darstellt). In dieser Beschreibung wird das „fluoreszierende Material“ mit derselben Bedeutung wie ein „fluoreszierender Phosphor“ verwendet. Die internationale ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2016/117623 offenbart als ein keramisches Verbundmaterial, welches das anorganische fluoreszierende Material enthält, beispielsweise ein keramisches Verbundmaterial, das durch Sintern eines anorganischen Fluorid-Bindemittels und eines anorganischen fluoreszierenden Pulvermaterials erhalten wird.
Jedoch enthält das keramische Verbundmaterial, das in der internationalen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2016/117623 beschrieben wird, ein Fluorid als ein Bindemittel und weist also schlechte thermische Leitfähigkeit auf und kann niedrige Lichtemissionsintensität aufweisen.
Zusammenfassung
Eine Aufgabe von einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials, das eine hohe Lichtemissionsintensität aufweist, ein keramisches Verbundmaterial und eine lichtemittierende Vorrichtung bereitzustellen. In Übereinstimmung mit dem üblichen Wissen eines Fachmanns bezieht sich der Begriff „keramisch“, wie er hierin verwendet wird, vorzugsweise auf ein beliebiges anorganisches, nicht-metallisches Material, das einer Temperatur von mindestens 1000 °C ausgesetzt wurde, stärker bevorzugt ohne weitere Begrenzungen, die nicht in den unabhängigen Ansprüchen, die hieran angefügt sind, spezifiziert sind.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials, das einschließt: Herstellen eines Grünkörpers, der ein fluoreszierendes Nitridmaterial mit einer durch die folgende chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung und Aluminiumoxid-Teilchen miteinander vermischt enthält; und Durchführen von primärem Sintern des Grünkörpers bei einer Temperatur in einem Bereich von 1250 °C oder mehr und 1600 °C oder weniger, um einen ersten Sinterkörper zu erhalten.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein keramisches Verbundmaterial, das ein fluoreszierendes Nitridmaterial mit einer durch die folgende chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung und Aluminiumoxid enthält, welches einen Gehalt des fluoreszierenden Nitridmaterials in einem Bereich von 0,1 Massen-% oder mehr und 70 Massen-% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmenge des fluoreszierenden Nitridmaterials und des Aluminiumoxids, aufweist. Das keramische Verbundmaterial der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise mit dem Verfahren der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhältlich. M_wLn¹ _xA_yN_z (I)
In der chemischen Formel (I) stellt M mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ce und Pr, dar; stellt Ln¹ mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sc, Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu, dar; stellt A mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Si und B, dar; und erfüllen w, x, y und z jeweils 0 < w ≤ 1,0, 2,5 ≤ x ≤ 3,5, 5,5 ≤ y ≤ 6,5 und 10 ≤ z ≤ 12.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die das keramische Verbundmaterial und ein lichtemittierendes Element mit einer maximalen Lichtemissionswellenlänge in einem Bereich von 350 nm oder mehr und 500 nm oder weniger einschließt.
Nach den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials, das eine hohe Lichtemissionsintensität aufweist, ein keramisches Verbundmaterial und eine lichtemittierende Vorrichtung bereitgestellt werden.
Figurenliste

1 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die Reihenfolge der Prozessschritte des Verfahrens zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung zeigt.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein bevorzugtes Beispiel für die Reihenfolge der Prozessschritte des Verfahrens zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung zeigt.
3 ist eine Photographie des Aussehens des keramischen Verbundmaterials aus Beispiel 3.
4 ist eine Photographie des Aussehens des keramischen Verbundmaterials aus Beispiel 13.
5 ist eine Photographie des Aussehens des keramischen Verbundmaterials aus Vergleichsbeispiel 4.
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Temperatur und der relativen Lichtemissionsintensität der lichtemittierenden Vorrichtungen unter Verwendung der keramischen Verbundmaterialien aus den Beispielen 15 bis 20 und Vergleichsbeispiel 5 zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials und das keramische Verbundmaterial nach der vorliegenden Erfindung werden unter Bezug auf die nachstehenden Ausführungsformen beschrieben werden. Jedoch sind die nachstehend aufgeführten Ausführungsformen lediglich Beispiele zur Ausübung des technischen Konzepts der vorliegenden Erfindung und ist die vorliegende Erfindung nicht auf die nachstehend aufgeführten Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials und die nachstehend aufgeführten keramischen Verbundmaterialien begrenzt. Die Beziehungen zwischen den Farbennamen und den Chromatizitätskoordinaten, die Beziehungen zwischen dem Wellenlängenbereich des Lichts und den Farbennamen von monochromatischem Licht und dergleichen stimmen mit dem Japanese Industrial Standard (JIS) Z8110 überein.
Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt ein: Herstellen eines Grünkörpers, der ein fluoreszierendes Nitridmaterial mit einer durch die folgende chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung und Aluminiumoxid-Teilchen miteinander vermischt enthält; und primäres Sintern des Grünkörpers bei einer Temperatur in einem Bereich von 1.250 °C oder mehr und 1.600 °C oder weniger, um einen ersten Sinterkörper zu erhalten. Aluminiumoxid kann als Keramik verwendet werden. M_wLn¹ _xA_yN_z (I)
In der chemischen Formel (I) stellt M mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ce und Pr, dar; stellt Ln¹ mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sc, Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu, dar; stellt A mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Si und B, dar; und erfüllen w, x, y und z jeweils 0 < w ≤ 1,0, 2,5 ≤ x ≤ 3,5, 5,5 ≤ y ≤ 6,5 und 10 ≤ z ≤ 12.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Grünkörper, der im Schritt der Herstellung eines Grünkörpers hergestellt wurde, weiter ein fluoreszierendes Seltenerdaluminatsalz-Material mit der durch die folgende chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung vermischt mit den anderen Komponenten des Grünkörpers enthalten. (Ln² _1-aCe_a)₃(Al_cGa_b)₅O₁₂ (II)
In der chemischen Formel (II) stellt Ln² mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y, Gd, Lu und Tb, dar; und erfüllen a, b und c jeweils 0 < a ≤ 0,022; 0 ≤ b ≤ 0,4, 0 < c ≤ 1,1 und 0,9 ≤ b+c ≤ 1,1.
Nach dem Herstellungsverfahren nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Aluminiumoxid-Teilchen, die im Grünkörper enthalten sind, miteinander durch das primäre Sintern schmelzverbunden, um so ein Grundmaterial eines keramischen Verbundmaterials zu bilden. Aluminiumoxid kann, verglichen mit anderen Oxiden, wie Titanoxid und Zirkonoxid, bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur, die 1.250 °C übersteigt, gesintert werden. Aluminiumoxid erfährt kaum strukturelle Veränderungen auf Grund von Hitze, und Sauerstoff, der aus der Zusammensetzung von Aluminiumoxid freigesetzt wird, und Stickstoff in dem fluoreszierenden Nitridmaterial mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung reagieren kaum miteinander. Deshalb wird es eingeschätzt, dass sich kaum Fehlstellen, welche die Lichtemission des fluoreszierenden Nitridmaterials nachteilig beeinflussen, bilden, was zu einem keramischen Verbundmaterial mit einer hohen Lichtemissionsintensität führt. Weiterhin wird der erste Sinterkörper durch das primäre Sintern bei einer Temperatur, bei der die Oberflächen der Aluminiumoxid-Teilchen schmelzverbunden werden können, erhalten und dadurch kann der erste Sinterkörper, der das fluoreszierende Nitridmaterial oder das fluoreszierende Nitridmaterial und das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material in dem Aluminiumoxid als dem Grundmaterial enthält, erhalten werden, während die Bildung von Fehlstellen in dem fluoreszierenden Nitridmaterial unterdrückt wird. Der resultierende erste Sinterkörper wird aus Aluminiumoxid mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit als dem Grundmaterial gebildet und weist also eine hohe thermische Leitfähigkeit auf und das fluoreszierende Material wird weniger nachteilig durch Hitze beeinflusst. Das fluoreszierende Nitridmaterial mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung und gegebenenfalls das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material mit einer durch die chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung, ist/sind in dem Grundmaterial, das durch Schmelzverbinden der Oberflächen der Aluminiumoxid-Teilchen gebildet wird, enthalten, und dadurch kann die Verschlechterung davon auf Grund von Feuchtigkeit oder Oxidation an Luft unterdrückt werden. Auch wenn die thermische Leitfähigkeit von Aluminiumoxid in Abhängigkeit von der Art des Aluminiumoxids variiert, weist Aluminiumoxid eine hohe thermische Leitfähigkeit in einem Bereich von 30 W/m·K oder mehr und 40 W/m·K oder weniger auf. Calciumfluorid weist eine thermische Leitfähigkeit von ungefähr 9,7 W/m·K auf, Magnesiumfluorid weist eine thermische Leitfähigkeit von ungefähr 0,3 W/m·K auf und Zirkonoxid weist eine thermische Leitfähigkeit von ungefähr 3,0 W/m·K auf. Aluminiumoxid weist also eine höhere thermische Leitfähigkeit als diese Fluoride auf.
Fluoreszierendes Nitridmaterial
Das fluoreszierende Nitridmaterial weist eine durch die chemische Formel (I) dargestellte Zusammensetzung auf, und in der chemischen Formel (I) ist das Element M vorzugsweise Ce. In der chemischen Formel (I) stellt der Wert von Parameter w den molaren Anteil des Elements M dar. Hier in der Beschreibung stellt der „molare Anteil“ in den chemischen Formeln den molaren Anteil des Elements in 1 mol der durch die chemische Formel dargestellten chemischen Zusammensetzung dar. Der Begriff „molarer Anteil“ kann auch als der molare Gehalt des Elements in 1 mol der durch die chemische Formel dargestellten chemischen Zusammensetzung bezeichnet werden. In der chemischen Formel (I) ist der Wert von Parameter w eine Zahl, die mehr als 0 und 1,0 oder weniger beträgt (die 0 < w ≤ 1,0 erfüllt), vorzugsweise in einem Bereich von 0,001 oder mehr und 0,9 oder weniger (0,001 ≤ w ≤ 0,9), stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,002 oder mehr und 0,8 oder weniger (0,002 ≤ w ≤ 0,8) und weiter bevorzugt in einem Bereich von 0,003 oder mehr und 0,7 oder weniger (0,003 ≤ w ≤ 0,7).
In der durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung ist das Element Ln¹ vorzugsweise mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Er und Lu, und stellt stärker bevorzugt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus La, Eu, Gd, Tb und Lu. In der chemischen Formel (I) stellt der Parameter x den molaren Anteil des Elements Ln¹ dar. In der chemischen Formel (I) liegt der Parameter x in einem Bereich von 2,5 oder mehr und 3,5 oder weniger (der 2,5 ≤ x ≤ 3,5 erfüllt), vorzugsweise in einem Bereich von 2,6 oder mehr und 3,4 oder weniger (2,6 ≤ x ≤ 3,4) und stärker bevorzugt in einem Bereich von 2,7 oder mehr und 3,3 oder weniger (2,7 ≤ x ≤ 3,3).
In der durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung ist das Element A vorzugsweise Si. In der durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung stellt der Parameter y den molaren Anteil des Elements A dar. In der chemischen Formel (I) liegt der Parameter y in einem Bereich von 5,5 oder mehr und 6,5 oder weniger (der 5,5 ≤ y ≤ 6,5 erfüllt), vorzugsweise in einem Bereich von 5,6 oder mehr und 6,4 oder weniger (5,6 ≤ y ≤ 6,4), stärker bevorzugt in einem Bereich von 5,7 oder mehr und 6,3 oder weniger (5,7 ≤ y ≤ 6,3) und weiter bevorzugt in einem Bereich von 5,8 oder mehr und 6,2 oder weniger (5,8 ≤ y ≤ 6,2). In der chemischen Formel (I) liegt der Parameter z, der den molaren Anteil von Stickstoff (N) zeigt, vorzugsweise in einem Bereich von 10,5 oder mehr und 11,5 oder weniger (10,5 ≤ z ≤ 11,5).
Das fluoreszierende Nitridmaterial mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung weist vorzugsweise einen mittleren Teilchendurchmesser in einem Bereich von 2 µm oder mehr und 100 µm oder weniger auf. Der mittlere Teilchendurchmesser des fluoreszierenden Nitridmaterials mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung liegt stärker bevorzugt in einem Bereich von 3 µm oder mehr und 50 µm oder weniger und weiter bevorzugt 5 µm oder mehr und 30 µm oder weniger. In dem Fall, wo der mittlere Teilchendurchmesser des fluoreszierenden Nitridmaterials 2 µm oder mehr beträgt, kann das fluoreszierende Nitridmaterial im Wesentlichen einheitlich im Grünkörper dispergiert werden. In dem Fall, wo der mittlere Teilchendurchmesser des fluoreszierenden Nitridmaterials 100 µm oder weniger beträgt, kann der erste Sinterkörper weniger Hohlräume aufweisen, was zu einer hohen Lichtemissionsintensität führt. Hierin bedeutet der mittlere Teilchendurchmesser des fluoreszierenden Nitridmaterials einen Teilchendurchmesser, wo die kumulative Volumenhäufigkeit von der Seite der kleinen Durchmesser her in der Teilchengrößenverteilung auf Volumenbasis mit einem Messverfahren für die Teilchengrößenverteilung durch Laserbeugung 50 % (mittlerer Durchmesser) erreicht. Bei dem Messverfahren für die Teilchengrößenverteilung durch Laserbeugung kann die Messung beispielsweise mit einem Gerät zur Messung der Teilchengrößenverteilung durch Laserbeugung (Master Sizer 3000, hergestellt von Malvern Instruments Ltd.) durchgeführt werden.
Beim Schritt der Herstellung eines Grünkörpers liegt die verwendete Menge des fluoreszierenden Nitridmaterials mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 Massen-% oder mehr und 70 Massen-% oder weniger, stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,5 Massen-% oder mehr und 50 Massen-% oder weniger, weiter bevorzugt in einem Bereich von 0,8 Massen-% oder mehr und 40 Massen-% oder weniger und noch weiter bevorzugt in einem Bereich von 1 Massen-% oder mehr und 30 Massen-% oder weniger, bezogen auf 100 Massen-% des Grünkörpers. Das fluoreszierende Nitridmaterial mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung wird vorzugsweise in Form von Pulver verwendet. In dem Fall, wo der Anteil des fluoreszierenden Nitridmaterials mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung in einem Bereich von 0,1 Massen-% oder mehr und 70 Massen-% oder weniger, bezogen auf 100 Massen-% des Grünkörpers, liegt, kann ein keramisches Verbundmaterial mit einer hohen Lichtemissionsintensität erhalten werden. In dem Fall, wo der Anteil des fluoreszierenden Nitridmaterials in einem Bereich von 0,1 Massen-% oder mehr, bezogen auf 100 Massen-% des Grünkörpers, liegt, kann der Gehalt des fluoreszierenden Nitridmaterials erhöht werden, um ein keramisches Verbundmaterial mit einer hohen Lichtemissionsintensität bereitzustellen. In dem Fall, wo der Anteil des fluoreszierenden Nitridmaterials 70 Massen-% oder weniger, bezogen auf 100 Massen-% des Grünkörpers, beträgt, kann die Menge der Aluminiumoxid-Teilchen verhältnismäßig groß sein und kann die Menge von Aluminiumoxid, welches das Grundmaterial des ersten Sinterkörpers ausmacht, erhöht werden, um die Dichte des ersten Sinterkörpers zu erhöhen, was zu einer Zunahme der mechanischen Festigkeit führt. In dem Fall, wo der Anteil des fluoreszierenden Nitridmaterials 70 Massen-% oder weniger beträgt, kann der Anteil des Pulvers des fluoreszierenden Nitridmaterials pro Volumeneinheit des keramischen Verbundmaterials verringert werden und kann beispielsweise, damit ein gewünschter Farbton oder eine gewünschte Lichtemissionsintensität erhalten wird, die Dicke des keramischen Verbundmaterials auf einen vorgeschriebenen Wert festgelegt werden, so dass eine gewünschte Festigkeit erhalten werden kann, was zu vorteilhafter Handhabbarkeit führt. Der Massenanteil (Massen-%) des fluoreszierenden Nitridmaterials in dem keramischen Verbundmaterial ist derselbe wie die zugemischte Menge (Massen-%) des fluoreszierenden Nitridmaterials in 100 Massen-% des Grünkörpers oder 100 Massen-% des gemischten Pulvers.
In dem Fall, wo das durch die chemische Formel (II) dargestellte fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material, das später beschrieben wird, zusätzlich zu dem fluoreszierenden Nitridmaterial mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung in dem Grünkörper oder dem keramischen Verbundmaterial enthalten ist, beträgt der Gehalt des fluoreszierenden Nitridmaterials vorzugsweise 15 Massen-% oder mehr und stärker bevorzugt 20 Massen-% oder mehr, kann 100 Massen-% betragen und kann 99 Massen-% oder weniger betragen, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Massen-% des fluoreszierenden Nitridmaterials und des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials. In dem Fall, wo der Gehalt des fluoreszierenden Nitridmaterials 15 Massen-% oder mehr, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Massen-% des fluoreszierenden Nitridmaterials und des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials, beträgt, kann die Lichtemissionsintensität selbst im Fall der Verwendung unter einer Umgebung von hoher Temperatur von beispielsweise 150 °C oder mehr daran gehindert werden, sich zu verringern, um so ein keramisches Verbundmaterial bereitzustellen, das die hohe Lichtemissionsintensität beibehält. Die Menge des fluoreszierenden Nitridmaterials, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Massen-% des fluoreszierenden Nitridmaterials und des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials, verändert sich nicht in jeweils dem gemischten Pulver, dem Grünkörper, der durch Formen des gemischten Pulvers erhalten wurde, und dem ersten Sinterkörper oder dem zweiten Sinterkörper, die durch Sintern des Grünkörpers erhalten wurden, und ist dieselbe wie der Anteil (Massen-%) davon, der in das gemischte Pulver oder den Grünkörper gemischt wurde.
Aluminiumoxid-Teilchen
Die Aluminiumoxid-Teilchen weisen vorzugsweise eine Reinheit des Aluminiumoxids von 99,0 Massen-% oder mehr auf und die Reinheit des Aluminiumoxids beträgt stärker bevorzugt 99,5 Massen-% oder mehr. In dem Fall, wo der Grünkörper die Aluminiumoxid-Teilchen mit einer Reinheit des Aluminiumoxids von 99,0 Massen-% oder mehr enthält, wird die Reaktion der Aluminiumoxid-Teilchen und des fluoreszierenden Nitridmaterials auf Grund der geringen Mengen von organischen Materialien und Wasser, enthalten in den Aluminiumoxid-Teilchen, unterdrückt und dadurch kann die Transparenz des so erhaltenen ersten Sinterkörpers und des so erhaltenen zweiten Sinterkörpers erhöht werden, um die Lichtemissionsintensität zu erhöhen, was zu dem keramischen Verbundmaterial mit einer guten thermischen Leitfähigkeit führt. In dem Fall, wo im Handel erhältliche Aluminiumoxid-Teilchen verwendet werden, kann für die Reinheit des Aluminiumoxids auf den Wert der Reinheit des Aluminiumoxids, der in der Broschüre beschrieben wird, Bezug genommen werden. In dem Fall, wo die Reinheit des Aluminiumoxids der Aluminiumoxid-Teilchen unbekannt ist, kann die Reinheit des Aluminiumoxids auf eine solche Weise gemessen werden, dass die Masse der Aluminiumoxid-Teilchen gemessen wird, dann die Aluminiumoxid-Teilchen 1 Stunde lang bei 800 °C an einer Luftatmosphäre gebrannt werden, um organisches Material, das an den Aluminiumoxid-Teilchen haftet, und Wasser, das an den Aluminiumoxid-Teilchen adsorbiert ist, zu entfernen, die Masse der Aluminiumoxid-Teilchen nach dem Brennen gemessen wird und die Masse der Aluminiumoxid-Teilchen nach dem Brennen durch die Masse der Aluminiumoxid-Teilchen vor dem Brennen dividiert wird. Die Reinheit des Aluminiumoxids kann beispielsweise mit der folgenden Gleichung (1) berechnet werden.
$Reinheit (Masse - %) des Aluminiumoxids = [(Masse der Aluminiumoxid - Teilchen nach$
$dem Brennen) \div (Masse der Aluminiumoxid - Teilchen vor dem Brennen)] \times 100$
Die Aluminiumoxid-Teilchen weisen vorzugsweise einen mittleren Teilchendurchmesser in einem Bereich von 0,1 µm oder mehr und 1,5 µm oder weniger, stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,2 µm oder mehr und 1,2 µm oder weniger und weiter bevorzugt in einem Bereich von 0,3 µm oder mehr und 1,1 µm oder weniger auf. In dem Fall, wo der mittlere Teilchendurchmesser der Aluminiumoxid-Teilchen in diesem Bereich liegt, können das fluoreszierende Nitridmaterial mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung und die Aluminiumoxid-Teilchen einheitlich gemischt werden, um einen Grünkörper zu bilden, und kann der Grünkörper primär gesintert werden, um ein keramisches Verbundmaterial herzustellen, das einen Sinterkörper mit einer hohen Dichte mit weniger Hohlräumen enthält. Hier in der Beschreibung bedeutet der mittlere Teilchendurchmesser der Aluminiumoxid-Teilchen einen mittleren Teilchendurchmesser, der mit dem Verfahren Fisher Sub-Sieve Sizer (hierin nachstehend als „FSSS“ bezeichnet) gemessen wird (d. h. die Fisher Sub-Sieve Sizer Zahl).
Der Anteil der Aluminiumoxid-Teilchen, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Massen-% des fluoreszierenden Materials und der Aluminiumoxid-Teilchen, in dem keramischen Verbundmaterial ist der Rest mit Ausnahme des fluoreszierenden Materials und liegt vorzugsweise in einem Bereich von 30 Massen-% oder mehr und 99,9 Massen-% oder weniger. Der Massenanteil (Massen-%) von Aluminiumoxid in dem keramischen Verbundmaterial ist derselbe wie der Anteil (Massen-%) der Aluminiumoxid-Teilchen in dem gemischten Pulver, das durch Vermischen des fluoreszierenden Materials und der Aluminiumoxid-Teilchen erhalten wurde, oder in dem Grünkörper, der durch Formen des gemischten Pulvers gebildet wurde, unter der Annahme, dass die Gesamtmenge des fluoreszierenden Materials und der Aluminiumoxid-Teilchen 100 Massen-% beträgt.
Die Art des Aluminiumoxids, aus denen die Aluminiumoxid-Teilchen bestehen, ist nicht besonders begrenzt. Mehrere Arten von Aluminiumoxid mit unterschiedlichen Kristallstrukturen können verwendet werden und jedes beliebige aus γ-Aluminiumoxid, δ-Aluminiumoxid, θ-Aluminiumoxid und α-Aluminiumoxid kann verwendet werden. Die Verwendung von α-Aluminiumoxid wird auf Grund der guten Verfügbarkeit, der Einfachheit beim Vermischen des fluoreszierenden. Materials und der Aluminiumoxid-Teilchen und der Einfachheit beim Bilden des Grünkörpers bevorzugt.
Fluoreszierendes Seltenerdaluminatsalz-Material
Das optionale fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material weist eine durch die chemische Formel (II) dargestellte Zusammensetzung auf. In der durch die chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung stellt Ln² mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y, Gd, Lu und Tb, dar und zwei oder mehr Arten der Elemente Ln² können in der durch die chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung enthalten sein. In der durch die chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung stellt Ln² vorzugsweise mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y, Gd und Lu, dar.
In der durch die chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung ist Ce ein aktivierendes Element und stellt das Produkt aus 3 und dem Parameter a den molaren Anteil von Ce dar. In der chemischen Formel (II) beträgt der Parameter a vorzugsweise mehr als 0 und 0,022 oder weniger (der 0 < a ≤ 0,022 erfüllt), liegt stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,0001 oder mehr und 0,020 oder weniger (0,0001 ≤ a ≤ 0,020), weiter bevorzugt in einem Bereich von 0,0002 oder mehr und 0,015 oder weniger (0,0002 ≤ a ≤ 0,015), noch weiter bevorzugt in einem Bereich von 0,0002 oder mehr und 0,012 oder weniger (0,0002 ≤ a ≤ 0,012) und besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,0003 oder mehr und 0,012 oder weniger (0,0003 ≤ a ≤ 0,012). In der chemischen Formel (II) tritt in dem Fall, wo der Wert von Parameter a als der Aktivierungsmenge von Ce 0 ist, auf Grund der Abwesenheit des Elements als dem Lichtemissionszentrum in der Kristallstruktur keine Lichtemission auf. In dem Fall, wo der Parameter a 0,022 übersteigt, tritt auf Grund der zu großen Menge des Aktivierungselements eine Konzentrationslöschung auf, was zu einer Tendenz in Richtung von verringerter Lichtemissionsintensität führt.
In der chemischen Formel (II) stellt der Parameter b die Menge von Ga dar, das an Stelle von Al in dem fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Material enthalten ist, und das Produkt aus dem Parameter b und 5 stellt den molaren Anteil von Ga dar. In der chemischen Formel (II) kann zum Durchführen der Wellenlängenumwandlung zum gewünschten Teilchendurchmesser und Farbton der Wert von Parameter b in einem Bereich von 0,00001 oder mehr und 0,35 oder weniger (der 0,001 × 10^-2 ≤ b ≤ 0,35 erfüllt) liegen und kann in einem Bereich von 0,00005 oder mehr und 0,30 oder weniger (0,005 × 10^-Z ≤ b ≤ 0,30) liegen.
In der chemischen Formel (II) stellt der Parameter c die Menge von Al dar, die in dem fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Material enthalten ist, und das Produkt aus dem Parameter c und 5 stellt den molaren Anteil von Al dar. In der chemischen Formel (II) liegt für die Stabilität der Kristallstruktur der Parameter c vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 oder mehr und 1,1 oder weniger (der 0,5 ≤ c ≤ 1,1 erfüllt) und stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,6 oder mehr und 1,0 oder weniger (0,6 ≤ c ≤ 1,0). Die Summe aus dem Parameter b und dem Parameter c, d. h. (b+c), liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,9 oder mehr und 1,1 oder weniger (der 0,9 ≤ b+c ≤ 1,1 erfüllt) und stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,95 oder mehr und 1,10 oder weniger (0,95 ≤ b+c ≤ 1,10).
Das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material weist vorzugsweise einen mittleren Teilchendurchmesser in einem Bereich von 15 µm oder mehr und 40 µm oder weniger, stärker bevorzugt in einem Bereich von 17 µm oder mehr und 40 µm oder weniger, weiter bevorzugt in einem Bereich von 18 µm oder mehr und 40 µm oder weniger, noch weiter bevorzugt in einem Bereich von 19 µm oder mehr und 35 µm oder weniger und besonders bevorzugt in einem Bereich von 20 µm oder mehr und 30 µm oder weniger auf. In dem Fall, wo der mittlere Teilchendurchmesser in diesem Bereich liegt, kann Licht, das auf das keramische Verbundmaterial, welches das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material enthält, einfällt, effizient der Wellenlängenumwandlung unterzogen werden, um so die Lichtemissionsintensität zu erhöhen. Weiterhin kann das fluoreszierende Material einheitlich in dem keramischen Verbundmaterial verteilt sein. Der mittlere Teilchendurchmesser des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials bedeutet einen Teilchendurchmesser, wo die kumulative Volumenhäufigkeit von der Seite der kleinen Durchmesser her, gemessen mit einem Messverfahren für die Teilchengrößenverteilung durch Laserbeugung, 50 % (mittlerer Durchmesser) erreicht. Das keramische Verbundmaterial kann das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material beispielsweise auf eine solche Weise enthalten, dass die Oberflächen der Aluminiumoxid-Teilchen miteinander schmelzverbunden sind, um das Grundmaterial mit Aluminiumoxid zu bilden, und das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material in dem Grundmaterial aus Aluminiumoxid in dem Zustand enthalten ist, wo die Korngrenze davon klar bestätigt werden kann.
Bei dem Schritt der Herstellung des Grünkörpers liegt die Gesamtmenge aus dem fluoreszierenden Nitridmaterial mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung und dem fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Material mit einer durch die chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung vorzugsweise in einem Bereich von 0,2 Massen-% oder mehr und 80 Massen-% oder weniger, stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,5 Massen-% oder mehr und 75 Massen-% oder weniger, weiter bevorzugt in einem Bereich von 1,0 Massen-% oder mehr und 70 Massen-% oder weniger und noch weiter bevorzugt in einem Bereich von 2 Massen-% oder mehr und 70 Massen-% oder weniger, bezogen auf 100 Massen-% des Grünkörpers. Das fluoreszierende Nitridmaterial und das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material liegen jeweils vorzugsweise in Form von Pulver vor. In dem Fall, wo der Anteil des fluoreszierenden Nitridmaterials und des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials in einem Bereich von 0,2 Massen-% oder mehr und 80 Massen-% oder weniger, bezogen auf 100 Massen-% des Grünkörpers, liegt, kann das keramische Verbundmaterial, das eine hohe Lichtemissionsintensität aufweist, erhalten werden und die Lichtemissionsintensität kann selbst im Fall der Verwendung unter einer Umgebung von hoher Temperatur von beispielsweise 150 °C oder mehr unterdrückt werden, sich zu verringern, um so ein keramisches Verbundmaterial bereitzustellen, das die hohe Lichtemissionsintensität beibehält.
Verfahren zur Herstellung von keramischem Verbundmaterial
1 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die Reihenfolge der Prozessschritte des Verfahrens zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach der ersten Ausführungsform zeigt. Die Prozessschritte des Verfahrens zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials werden unter Bezug auf 1 beschrieben werden. Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials schließt Schritt S102 der Herstellung eines Grünkörpers und Schritt S103 eines primären Sinterns ein. Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials kann Schritte S101 des Vermischens von Pulvern vor Schritt S102 der Herstellung eines Grünkörpers einschließen und kann Schritt 104 der Bearbeitung nach Schritt S103 des primären Sinterns einschließen.
Schritt des Vermischens von Pulvern
Beim Schritt des Vermischens von Pulvern werden die Pulver aus dem fluoreszierenden Nitridmaterial mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung, den Aluminiumoxid-Teilchen und gegebenenfalls dem fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Material mit einer durch die chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung vermischt, um ein Pulver zu bilden, das einen Grünkörper aufbaut. Das Pulver kann mit einem Mörser und einem Pistill vermischt werden. Das Pulver kann auch mit einem Mischungsmedium, wie eine Kugelmühle, vermischt werden. Ein Formungshilfsmittel kann verwendet werden, um das Vermischen der Pulver und Formen des vermischten Pulverkörpers zu erleichtern. Beispiele für das Formungshilfsmittel schließen Wasser und Ethanol ein. Das Formungshilfsmittel wird in den nachfolgenden Schritten des Sinterns vorzugsweise einfach verdampft. Die Verwendung des Formungshilfsmittels ist optional. In dem Fall, wo das Formungshilfsmittel zugegeben wird, beträgt die Menge des Formungshilfsmittels vorzugsweise 10 Massenteile oder weniger, stärker bevorzugt 8 Massenteile oder weniger, weiter bevorzugt 5 Massenteile oder weniger und vorzugsweise 0,1 Massenteile oder mehr pro 100 Massenteilen des Pulvers.
Schritt der Herstellung eines Grünkörpers
Beim Schritt der Herstellung eines Grünkörpers wird das Pulver, welches das fluoreszierende Nitridmaterial mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung, die Aluminiumoxid-Teilchen und gegebenenfalls das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material mit einer durch die chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung enthält, zu einer gewünschten Gestalt geformt, um einen Grünkörper bereitzustellen. Das Formungsverfahren für den Grünkörper kann ein bekanntes Verfahren sein, wie ein Formpressverfahren, bei dem das Pulver durch Pressen geformt wird, und ein Aufschlämmungsformverfahren, bei dem eine Aufschlämmung, welche das Pulver enthält, hergestellt wird und der Grünkörper aus der Aufschlämmung erhalten wird. Beispiele für das Formpressverfahren schließen ein Gesenkpressverfahren und ein kaltisostatisches Pressverfahren (CIP) (hierin nachstehend als eine „CIP-Behandlung“ bezeichnet) ein. Zwei Arten der Formungsverfahren können zum Herrichten der Gestalt des Grünkörpers eingesetzt werden und es ist möglich, dass das Gesenkpressen durchgeführt wird und dann die CIP-Behandlung durchgeführt wird. Bei der CIP-Behandlung wird der Grünkörper vorzugsweise mit Wasser als dem Medium gepresst.
Der Druck bei dem Gesenkpressen beträgt vorzugsweise von 5 MPa bis 50 MPa und stärker bevorzugt von 5 MPa bis 20 MPa. In dem Fall, wo der Druck bei dem Gesenkpressen in dem Bereich liegt, kann der Grünkörper zu einer gewünschten Gestalt hergerichtet werden.
Der Druck bei der CIP-Behandlung beträgt vorzugsweise von 50 MPa bis 250 MPa und stärker bevorzugt von 100 MPa bis 200 MPa. In dem Fall, wo der Druck bei der CIP-Behandlung in dem Bereich liegt, kann die Dichte des Grünkörpers erhöht werden und kann der Grünkörper erhalten werden, der eine im Wesentlichen einheitliche Dichte über die Gesamtheit davon aufweist, wodurch die Dichte des Sinterkörpers erhöht wird, der in dem nachfolgenden Schritt des primären Sinterns und Schritt des sekundären Sinterns erhalten wird.
Schritt des primären Sinterns
Beim Schritt des primären Sinterns wird der Grünkörper bei einer Temperatur in einem Bereich von 1.250 °C oder mehr und 1.600 °C oder weniger gesintert, um so einen ersten Sinterkörper bereitzustellen. Beim Schritt des primären Sinterns wird die gesinterte Dichte des fluoreszierenden Nitridmaterials mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung, der Aluminiumoxid-Teilchen und gegebenenfalls des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials mit einer durch die chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung, die in dem Grünkörper enthalten sind, erhöht, um so den ersten Sinterkörper bereitzustellen, der eine hohe relative Dichte aufweist. Weiterhin kann in dem Fall, wo die gesinterte Dichte beim Schritt des primären Sinterns erhöht wird, um den ersten Sinterkörper mit einer hohen relativen Dichte bereitzustellen, die relative Dichte des zweiten Sinterkörpers weiter beim sekundären Sintern in dem Fall, wo das sekundäre Sintern durchgeführt wird, erhöht werden. In dem Fall, wo die relative Dichte des ersten Sinterkörpers, der durch den Schritt des primären Sinterns erhalten wurde, immerhin 80 % oder mehr beträgt, kann der zweite Sinterkörper mit einer noch höheren relativen Dichte im Schritt des sekundären Sinterns, der später beschrieben wird, erhalten werden. Das keramische Verbundmaterial, das aus dem ersten gesinterten Gegenstand, der durch den Schritt des primären Sinterns erhalten wurde, gebildet wurde, emittiert Licht mit einer gewünschten maximalen Lichtemissionswellenlänge durch Bestrahlung mit Anregungslicht, welches also als das keramische Verbundmaterial verwendet werden kann. Auch wenn es von der Temperatur des primären Sinterns und dem Gehalt des fluoreszierenden Nitridmaterials in dem ersten Sinterkörper abhängt, gibt es Fälle, wo das sekundäre Sintern mit dem heißisostatischen Pressprozess (der hierin nachstehend als eine „HIP-Behandlung“ bezeichnet werden kann), das später beschrieben wird, die geschlossenen Poren, die in dem ersten Sinterkörper enthalten sind, kollabieren lässt und einen Teil des fluoreszierenden Nitridmaterials, das in dem ersten Sinterkörper enthalten ist, zersetzt und verdampft, um offene Poren in dem zweiten Sinterkörper zu bilden, und die Dichte des ersten Sinterkörpers kann in einigen Fällen höher als diejenige des zweiten Sinterkörpers sein.
Die Temperatur des primären Sinterns liegt in einem Bereich von 1.250 °C oder mehr und 1.600 °C oder weniger. In dem Fall, wo die Temperatur des primären Sinterns in diesem Bereich liegt, werden die Oberflächen der Aluminiumoxid-Teilchen schmelzverbunden und kann die relative Dichte des ersten Sinterkörpers ohne Zersetzung der Kristallstruktur des fluoreszierenden Nitridmaterials erhöht werden. In dem Fall, wo die Temperatur des primären Sinterns weniger als 1.250 °C beträgt, werden die Oberflächen der Aluminiumoxid-Teilchen nicht verschmolzen und werden die Aluminiumoxid-Teilchen auf Grund der niedrigen Sintertemperatur nicht schmelzverbunden und können sich deshalb Hohlräume bilden, um dabei fehlzuschlagen, die relative Dichte des ersten Sinterkörpers zu erhöhen. In dem Fall, wo die Temperatur des primären Sinterns 1.600 °C übersteigt, werden das fluoreszierende Nitridmaterial mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung und die Aluminiumoxid-Teilchen miteinander in dem Grünkörper umgesetzt, um so die Kristallstruktur des fluoreszierenden Nitridmaterials zu zersetzen, und der resultierende erste Sinterkörper emittiert selbst unter Bestrahlung mit Anregungslicht kein Licht. Die Temperatur des primären Sinterns liegt zum Erhöhen der relativen Dichte ohne die Zersetzung der Kristallstruktur des fluoreszierenden Nitridmaterials vorzugsweise in einem Bereich von 1.300 °C oder mehr und 1.550 °C oder weniger, stärker bevorzugt in einem Bereich von 1.300 °C oder mehr und 1.500 °C oder weniger und weiter bevorzugt in einem Bereich von 1.350 °C oder mehr und 1.450 °C oder weniger. Das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material mit einer durch die chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung, das gegebenenfalls enthalten ist, reagiert selbst in dem Fall, wo die Temperatur des primären Sinterns 1.600 °C übersteigt, nicht mit den Aluminiumoxid-Teilchen. Das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material in dem Sinterkörper ist in dem Grundmaterial aus Aluminiumoxid, das durch Schmelzen der Aluminiumoxid-Teilchen und Schmelzverbinden der Aluminiumoxid-Teilchen aufgebaut wird, in dem Zustand enthalten, wo das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material sich von den Aluminiumoxid-Teilchen durch die Korngrenze davon unterscheidet.
Beispiele für das Verfahren des primären Sinterns schließen ein atmosphärisches Sinterverfahren, bei dem das Sintern in einer nicht oxidativen Atmosphäre ohne Anwendung von Druck oder Belastung durchgeführt wird, ein Druckatmosphären-Sinterverfahren, bei dem das Sintern in einer nicht oxidativen Atmosphäre mit Anwendung von Druck durchgeführt wird, ein Heißpressen-Sinterverfahren und ein Spark-Plasma-Sinterverfahren (SPS) ein.
Das primäre Sintern wird vorzugsweise in einer Atmosphäre durchgeführt, die Stickstoffgas enthält. Die Atmosphäre, die Stickstoffgas enthält, kann eine Atmosphäre sein, die mindestens 99 Volumen-% Stickstoff enthält. Die Atmosphäre, die Stickstoffgas enthält, enthält vorzugsweise Stickstoff in einer Menge von 99 Volumen-% oder mehr und stärker bevorzugt 99,5 Volumen-% oder mehr. Die Atmosphäre, die Stickstoffgas enthält, kann außer Stickstoff eine geringe Menge von Gas, wie Sauerstoff, enthalten und der Gehalt von Sauerstoff in der Atmosphäre, die Stickstoffgas enthält, beträgt vorzugsweise 1 Volumen-% oder weniger, stärker bevorzugt 0,5 Volumen-% oder weniger, weiter bevorzugt 0,1 Volumen-% oder weniger, noch weiter bevorzugt 0,01 Volumen-% oder weniger und besonders bevorzugt 0,001 Volumen-% oder weniger. In dem Fall, wo die Atmosphäre des primären Sinterns die Atmosphäre ist, die Stickstoffgas enthält, kann die Kristallstruktur des fluoreszierenden Nitridmaterials mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung daran gehindert werden, sich beim primären Sintern zu verschlechtern, und kann der erste Sinterkörper, der das fluoreszierende Nitridmaterial, das die Kristallstruktur davon beibehalten aufweist, und gegebenenfalls das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material enthält, erhalten werden.
Der Atmosphärendruck des primären Sinterns liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,2 MPa oder mehr und 2,0 MPa oder weniger und stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,8 MPa oder mehr und 1,0 MPa oder weniger, ausgedrückt als Überdruck. Auch wenn das fluoreszierende Nitridmaterial mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung dazu neigt, sich bei einer höheren Temperatur zu zersetzen, kann die Zersetzung des fluoreszierenden Nitridmaterials unterdrückt werden, indem das primäre Sintern bei einem Atmosphärendruck in dem vorstehend erwähnten Bereich durchgeführt wird, wodurch der erste Sinterkörper mit einer hohen Lichtemissionsintensität bereitgestellt wird.
Die Zeitdauer des primären Sinterns kann in passender Weise abhängig vom Atmosphärendruck ausgewählt werden. Die Zeitdauer der Wärmebehandlung kann beispielsweise in einem Bereich von 0,5 Stunden oder mehr und 20 Stunden oder weniger liegen und liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 Stunde oder mehr und 10 Stunden oder weniger.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein bevorzugtes Beispiel für die Reihenfolge der Prozessschritte des Verfahrens zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach der ersten Ausführungsform zeigt. Das bevorzugte Beispiel für die Reihenfolge der Prozessschritte des Verfahrens zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach der ersten Ausführungsform schließt Schritt S202 der Herstellung eines Grünkörpers und Schritt S203 des primären Sinterns ein und schließt vorzugsweise Schritt S204 eines sekundären Sinterns ein. Die bevorzugte Ausführungsform für das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials kann Schritt S201 des Vermischens von Pulvern vor Schritt S202 der Herstellung des Grünkörpers einschließen und kann Schritt S205 der Bearbeitung des keramischen Verbundmaterials nach Schritt S204 des sekundären Sinterns einschließen.
Schritt des sekundären Sinterns
Der Schritt des sekundären Sinterns ist ein Schritt des sekundären Sinterns des ersten Sinterkörpers, indem die heißisostatische Pressbehandlung (HIP) bei einer Temperatur in einem Bereich von 1.250 °C oder mehr und 1.600 °C oder weniger angewendet wird, um so den zweiten Sinterkörper bereitzustellen. Bei dem sekundären Sinterschritt kann die HIP-Behandlung die Hohlräume verringern, die in dem ersten Sinterkörper enthalten sind, um so die Dichte des zweiten Sinterkörpers zu erhöhen. Der sekundäre Sinterschritt durch HIP-Behandlung kann bei der Temperatur, dem Druck und der Zeitdauer durchgeführt werden, die später beschrieben werden. Der zweite Sinterkörper mit einer hohen Dichte, der durch die HIP-Behandlung erhalten wird, weist ferner eine höhere Transparenz auf. Das keramische Verbundmaterial, das aus dem zweiten Sinterkörper, der durch den Schritt des sekundären Sinterns erhalten wurde, gebildet wurde, weist eine weiter erhöhte Dichte des Sinterkörpers auf und emittiert Licht mit einer gewünschten maximalen Lichtemissionswellenlänge durch Bestrahlung mit Anregungslicht, welches also als das keramische Verbundmaterial verwendet werden kann.
Die Temperatur des sekundären Sinterns liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1.250 °C oder mehr und 1.600 °C oder weniger. In dem Fall, wo die Temperatur des sekundären Sinterns in einem Bereich von 1.250 °C oder mehr und 1.600 °C oder weniger liegt, kann die relative Dichte des ersten Sinterkörpers ohne die Zersetzung der Kristallstruktur des fluoreszierenden Nitridmaterials weiter erhöht werden. Die Temperatur des sekundären Sinterns liegt stärker bevorzugt in einem Bereich von 1.280 °C oder mehr und 1.580 °C oder weniger, weiter bevorzugt in einem Bereich von 1.300 °C oder mehr und 1.570 °C oder weniger, noch weiter bevorzugt in einem Bereich von 1.320 °C oder mehr und 1.550 °C oder weniger, noch stärker weiter bevorzugt in einem Bereich von 1.350 °C oder mehr und 1.500 °C oder weniger und besonders bevorzugt in einem Bereich von 1.350 °C oder mehr und 1.450 °C oder weniger.
Das sekundäre Sintern wird vorzugsweise in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt. Die Inertgasatmosphäre bedeutet eine Atmosphäre, die Argon, Helium, Stickstoff als eine Hauptkomponente in der Atmosphäre enthält. Der Ausdruck „Argon, Helium, Stickstoff als eine Hauptkomponente in der Atmosphäre“ bedeutet hierin, dass die Atmosphäre mindestens eine Art von Gas, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Argon, Helium und Stickstoff, in einer Menge von 50 Volumen-% oder mehr enthält. Der Gehalt von jeder Gaskomponente aus Argon, Helium, Stickstoff und Sauerstoff in der Inertgasatmosphäre kann beispielsweise unter Verwendung einer Ausrüstung zum heißisostatischen Pressen (hergestellt von Kobe Steel, Ltd) eingestellt werden. Die Gehalte, die in Volumen-% spezifiziert sind, werden vorzugsweise bei einer Temperatur von 20 °C und einem Druck von 101,325 kPa gemessen. Der Gehalt von Sauerstoff in der Inertgasatmosphäre beträgt vorzugsweise 1 Volumen-% oder weniger, stärker bevorzugt 0,5 Volumen-% oder weniger, weiter bevorzugt 0,1 Volumen-% oder weniger, noch weiter bevorzugt 0,01 Volumen-% oder weniger und besonders bevorzugt 0,001 Volumen-% oder weniger. Die Inertgasatmosphäre kann dieselbe Atmosphäre sein, wie die Atmosphäre, die Stickstoffgas enthält, beim primären Sintern, und der Gehalt von Stickstoffgas in der Atmosphäre, die Stickstoffgas enthält, beträgt vorzugsweise 99 Volumen-% oder mehr und stärker bevorzugt 99,5 Volumen-% oder mehr. In dem Fall, wo die Atmosphäre des sekundären Sinterns die Inertgasatmosphäre ist, kann die Kristallstruktur des fluoreszierenden Nitridmaterials mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung daran gehindert werden, sich beim sekundären Sintern zu verschlechtern, und kann der zweite Sinterkörper, der das fluoreszierende Nitridmaterial, das die Kristallstruktur davon beibehalten aufweist, und gegebenenfalls das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material mit einer durch die chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung enthält, erhalten werden.
Der Druck bei der HIP-Behandlung zum Durchführen des sekundären Sinterns liegt vorzugsweise in einem Bereich von 50 MPa oder mehr und 300 MPa oder weniger und stärker bevorzugt in einem Bereich von 80 MPa oder mehr und 200 MPa oder weniger. In dem Fall, wo der Druck bei der HIP-Behandlung in dem Bereich liegt, kann der Sinterkörper eine einheitliche und weiter erhöhte Dichte über die Gesamtheit davon hinweg ohne die Verschlechterung der Kristallstruktur des fluoreszierenden Nitridmaterials mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung aufweisen.
Die Zeitdauer der HIP-Behandlung für das sekundäre Sintern kann beispielsweise in einem Bereich von 0,5 Stunden oder mehr und 20 Stunden oder weniger liegen und liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 Stunde oder mehr und 10 Stunden oder weniger.
Schritt der Bearbeitung
Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials kann einen Schritt der Bearbeitung des keramischen Verbundmaterials, das aus dem resultierenden zweiten Sinterkörper gebildet wird, einschließen. Beispiele für den Bearbeitungsschritt schließen einen Schritt des Zuschneidens des resultierenden keramischen Verbundmaterials auf eine gewünschte Größe ein. Das Schneideverfahren für das keramische Verbundmaterial kann ein bekanntes Verfahren sein und Beispiele dafür schließen Klingenschneiden, Laserschneiden und eine Drahtsäge ein. Unter diesen wird eine Drahtsäge bevorzugt, da die geschnittene Oberfläche mit hoher Genauigkeit glatt wird. Das keramische Verbundmaterial, das eine gewünschte Dicke oder Größe aufweist, kann durch den Bearbeitungsschritt erhalten werden. Die Dicke des keramischen Verbundmaterials ist nicht besonders begrenzt und liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 µm oder mehr und 1 mm oder weniger, stärker bevorzugt in einem Bereich von 10 µm oder mehr und 800 µm oder weniger, weiter bevorzugt in einem Bereich von 50 µm oder mehr und 500 µm oder weniger und noch weiter bevorzugt in einem Bereich von 100 µm oder mehr und 400 µm oder weniger, in Anbetracht der mechanischen Festigkeit und des Wirkungsgrads der Wellenlängenumwandlung.
Relative Dichte des ersten gesinterten Gegenstands
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach der ersten Ausführungsform weist der erste Sinterkörper, der durch den primären Sinterschritt erhalten wird, vorzugsweise eine relative Dichte von 80 % oder mehr, stärker bevorzugt 85 % oder mehr, weiter bevorzugt 90 % oder mehr, noch weiter bevorzugt 91 % oder mehr und besonders bevorzugt 92 % oder mehr auf. Die relative Dichte des ersten Sinterkörpers kann 100 % betragen und die relative Dichte des ersten Sinterkörpers kann 99 % oder weniger oder 98 % oder weniger betragen. In dem Fall, wo die relative Dichte des ersten Sinterkörpers 80 % oder mehr beträgt, kann die Dichte des zweiten Sinterkörpers beim sekundären Sintern nach dem primären Sintern erhöht werden und können die Hohlräume des resultierenden keramischen Verbundmaterials verringert werden, um die Streuung von Licht an den Hohlräumen zu unterdrücken, wodurch das keramische Verbundmaterial hergestellt wird, das eine hohe Lichtemissionsintensität aufweist.
In der Beschreibung hierin ist die relative Dichte des ersten Sinterkörpers ein Wert, der aus der scheinbaren Dichte des ersten Sinterkörpers im Hinblick auf die wahre Dichte des ersten Sinterkörpers berechnet wird. Die relative Dichte kann mit der folgenden Gleichung (2) berechnet werden. $\begin{array}{l} Relative Dichte (%) von erstem Sinterkörper= [(Scheinbare Dichte von erstem Sinterkörper) \\ \div (Wahre Dichte von erstem Sinterkörper)] \times 100 \end{array}$
Die wahre Dichte des ersten Sinterkörpers wird aus dem Massenanteil des fluoreszierenden Nitridmaterials mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung (der hierin nachstehend als der „Massenanteil (Massen-%) des fluoreszierenden Nitridmaterials“ bezeichnet werden kann) in dem ersten Sinterkörper, der wahren Dichte des fluoreszierenden Nitridmaterials, dem Massenanteil der Aluminiumoxid-Teilchen (der hierin nachstehend als der „Massenanteil (Massen-%) des Aluminiumoxids“ bezeichnet werden kann) in dem ersten Sinterkörper und der wahren Dichte der Aluminiumoxid-Teilchen berechnet. Die wahre Dichte des ersten Sinterkörpers kann mit der folgenden Gleichung (3-1) berechnet werden. $Wahre Dichte von erstem Sinterkörper = \frac{P_{d} \times A_{d} \times (P_{m} + A_{m})}{(A_{d} \times P_{m}) + (P_{d} \times A_{m})}$

P_m:: Massenanteil (Massen-%) von fluoreszierendem Nitridmaterial
P_d:: Wahre Dichte (g/cm³) von fluoreszierendem Nitridmaterial
Am:: Massenanteil (Massen-%) von Aluminiumoxid-Teilchen
A_d:: Wahre Dichte (g/cm³) von Aluminiumoxid

_m

In dem Fall, wo der erste Sinterkörper weiter das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material mit einer durch die chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung enthält, wird die wahre Dichte des ersten Sinterkörpers aus dem Massenanteil (Massen-%) des fluoreszierenden Nitridmaterials in dem ersten Sinterkörper, der wahren Dichte des fluoreszierenden Nitridmaterials, dem Massenanteil (Massen-%) des Aluminiumoxids in dem ersten Sinterkörper, der wahren Dichte der Aluminiumoxid-Teilchen und gegebenenfalls dem Massenanteil des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials mit einer durch die chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung (hierin nachstehend als der „Massenanteil (Massen-%) des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials“ bezeichnet) in dem ersten Sinterkörper und der wahren Dichte des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials berechnet. Die wahre Dichte des ersten Sinterkörpers kann mit der folgenden Gleichung (3-2) berechnet werden. $Wahre Dichte von erstem Sinterkörper = \frac{{P1}_{d} \times {P2}_{d} \times A_{d} \times ({P1}_{m} + {P2}_{m} + A_{m})}{({P2}_{d} \times A_{d} \times {P1}_{m}) + ({P1}_{d} \times A_{d} \times {P2}_{m}) + ({P1}_{d} \times {P2}_{d} \times A_{m})}$

P1_m:: Massenanteil (Massen-%) von fluoreszierendem Nitridmaterial
P1_d:: Wahre Dichte (g/cm³) von fluoreszierendem Nitridmaterial
P2_m:: Massenanteil (Massen-%) von fluoreszierendem Seltenerdaluminat-Material
P2_d:: Wahre Dichte (g/cm³) von fluoreszierendem Seltenerdaluminat-Material
Am:: Massenanteil (Massen-%) von Aluminiumoxid-Teilchen
A_d:: Wahre Dichte (g/cm³) von Aluminiumoxid

_m

Die scheinbare Dichte des ersten Sinterkörpers ist der Wert, der durch Dividieren der Masse des ersten Sinterkörpers durch das Volumen des ersten Sinterkörpers, das mit dem archimedischen Prinzip erhalten wurde, erhalten wird. Die scheinbare Dichte des ersten Sinterkörpers kann mit der folgenden Gleichung (4) berechnet werden. $\begin{array}{l} Scheinbare Dichte von erstem Sinterkörper = [Masse (g) von erstem Sinterkörper] \div \\ [Volumen ({cm}^{3}) von erstem Sinterkörper (archimedisches Prinzip)] \end{array}$
Relative Dichte des zweiten gesinterten Gegenstands
Der zweite Sinterkörper, der nach dem sekundären Sintern erhalten wird, weist vorzugsweise eine relative Dichte von 90 % oder mehr, stärker bevorzugt 91 % oder mehr, weiter bevorzugt 92 % oder mehr, noch weiter bevorzugt 93 % oder mehr und besonders bevorzugt 95 % oder mehr auf. In dem Fall, wo die relative Dichte des keramischen Verbundmaterials, das aus dem zweiten Sinterkörper gebildet ist, 90 % oder mehr beträgt, kann das keramische Verbundmaterial weniger Hohlräume aufweisen und kann die Lichtemissionsintensität erhöht sein. In dem Fall, wo die relative Dichte des keramischen Verbundmaterials, das aus dem zweiten Sinterkörper gebildet ist, 90 % oder mehr beträgt, kann der zweite Sinterkörper nicht zerbrochen werden, selbst wenn der zweite Sinterkörper bearbeitet wird, beispielsweise bei dem Schritt der Bearbeitung, wodurch das keramische Verbundmaterial bereitgestellt wird, das aus dem bearbeiteten zweiten Sinterkörper gebildet ist. Die relative Dichte des zweiten Sinterkörpers kann 100 % betragen und die relative Dichte des zweiten Sinterkörpers kann 99,9 % oder weniger oder 99,8 % oder weniger betragen.
In der Beschreibung hierin ist die relative Dichte des zweiten Sinterkörpers ein Wert, der aus der scheinbaren Dichte des zweiten Sinterkörpers im Hinblick auf die wahre Dichte des zweiten Sinterkörpers berechnet wird. Das keramische Verbundmaterial wird aus dem zweiten Sinterkörper gebildet und die relative Dichte des keramischen Verbundmaterials kann dieselbe sein wie die relative Dichte des zweiten Sinterkörpers. Die relative Dichte kann mit der folgenden Gleichung (5) berechnet werden.
$\begin{array}{l} Relative Dichte (%) von zweitem Sinterkörper = [(Scheinbare Dichte von zweitem \\ Sinterkörper) \div (Wahre Dichte von zweitem Sinterkörper)] \times 100 \end{array}$
Die wahre Dichte des zweiten Sinterkörpers kann mit demselben Verfahren berechnet werden wie die wahre Dichte des ersten Sinterkörpers. Die wahre Dichte des zweiten Sinterkörpers ist dieselbe wie die wahre Dichte des ersten Sinterkörpers.
Die scheinbare Dichte des zweiten Sinterkörpers ist der Wert, der durch Dividieren der Masse des zweiten Sinterkörpers durch das Volumen des zweiten Sinterkörpers, das mit dem archimedischen Prinzip erhalten wurde, erhalten wird. Die scheinbare Dichte des zweiten Sinterkörpers kann mit der folgenden Gleichung (6) berechnet werden.
$\begin{array}{l} Scheinbare Dichte von zweitem Sinterkörper = [Masse (g) von zweitem Sinterkörper] \div \\ [Volumen ({cm}^{3}) von zweitem Sinterkörper (archimedisches Prinzip)] \end{array}$
Das resultierende keramische Verbundmaterial, das aus dem ersten Sinterkörper oder dem zweiten Sinterkörper gebildet ist, kann Licht mit einer gewünschten maximalen Lichtemissionswellenlänge unter Bestrahlung mit Anregungslicht emittieren und kann als das keramische Verbundmaterial verwendet werden. Das keramische Verbundmaterial, das aus dem ersten Sinterkörper oder dem zweiten Sinterkörper mit einer relativen Dichte von 90 % oder mehr gebildet ist, kann eine erhöhte relative Lichtemissionsintensität aufweisen und kann einen erhöhten Wirkungsgrad der Lichtumwandlung aufweisen.
Keramisches Verbundmaterial
Das keramische Verbundmaterial enthält das fluoreszierende Nitridmaterial mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung, Aluminiumoxid und gegebenenfalls das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material mit einer durch die chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung und weist einen Gehalt des fluoreszierenden Nitridmaterials mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung in einem Bereich von 0,1 Massen-% oder mehr und 70 Massen-% oder weniger auf, bezogen auf die Gesamtmenge des fluoreszierenden Nitridmaterials und des Aluminiumoxids. In dem Fall, wo der Gehalt des fluoreszierenden Nitridmaterials mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung in einem Bereich von 0,1 Massen-% oder mehr und 70 Massen-% oder weniger liegt, kann das keramische Verbundmaterial eine erhöhte relative Dichte und eine hohe Lichtemissionsintensität aufweisen und kann die Wellenlängenumwandlung zu einem gewünschten Farbton durchführen. In dem Fall, wo der Gehalt des fluoreszierenden Nitridmaterials mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung in dem keramischen Verbundmaterial weniger als 0,1 Massen-% beträgt, kann der gewünschte Wirkungsgrad der Umwandlung nicht erhalten werden. In dem Fall, wo der Gehalt des fluoreszierenden Nitridmaterials mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung in dem keramischen Verbundmaterial 70 Massen-% übersteigt, wird der Gehalt des fluoreszierenden Nitridmaterials pro Volumeneinheit des keramischen Verbundmaterials zu groß und es ist notwendig, das Volumen des keramischen Verbundmaterials zum Bereitstellen des gewünschten Farbtons und des gewünschten Wirkungsgrads der Lichtumwandlung zu verringern. Beispielsweise wird zum Verringern des Volumens des resultierenden keramischen Verbundmaterials die Dicke des keramischen Verbundmaterials notwendigerweise verringert, was die Handhabbarkeit davon komplizieren kann. In dem Fall, wo der Gehalt des fluoreszierenden Nitridmaterials mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung 70 Massen-% übersteigt, verringert sich die Menge von Aluminiumoxid in dem keramischen Verbundmaterial im Verhältnis dazu und das Haftvermögen zwischen dem fluoreszierenden Nitridmaterial und Aluminiumoxid in dem keramischen Verbundmaterial kann sich verringern, um so Hohlräume zu bilden, was in einigen Fällen zur Verringerung der Lichtemissionsintensität führt. Der Gehalt des fluoreszierenden Nitridmaterials mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung in dem keramischen Verbundmaterial kann durch Elementaranalyse der Elemente, welche das fluoreszierende Nitridmaterial aufbauen, durch die ICP-Atomemissionsspektroskopie (induktiv gekoppeltes Plasma) gemessen werden.
Das keramische Verbundmaterial enthält ferner vorzugsweise das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material mit einer durch die chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung und der Gesamtgehalt des fluoreszierenden Nitridmaterials und des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,2 Massen-% oder mehr und 80 Massen-% oder weniger, stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,5 Massen-% oder mehr und 75 Massen-% oder weniger, weiter bevorzugt in einem Bereich von 1,0 Massen-% oder mehr und 70 Massen-% oder weniger und noch weiter bevorzugt in einem Bereich von 2 Massen-% oder mehr und 70 Massen-% oder weniger, bezogen auf 100 Massen-% des keramischen Verbundmaterials. In dem Fall, wo der Gesamtgehalt des fluoreszierenden Nitridmaterials und des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials in dem keramischen Verbundmaterial in einem Bereich von 0,2 Massen-% oder mehr und 80 Massen-% oder weniger liegt, kann die Lichtemissionsintensität daran gehindert werden, sich zu verringern, um so die hohe Lichtemissionsintensität selbst in dem Fall der Verwendung unter einer Umgebung von hoher Temperatur von beispielsweise 150 °C oder mehr beizubehalten.
Das keramische Verbundmaterial enthält vorzugsweise das fluoreszierende Nitridmaterial in einer Menge von 15 Massen-% oder mehr, stärker bevorzugt 20 Massen-% oder mehr und weiter bevorzugt 25 Massen-% oder mehr und kann das fluoreszierende Nitridmaterial in einer Menge von 100 Massen-% oder 99 Massen-% oder weniger enthalten, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Massen-% des fluoreszierenden Nitridmaterials und des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials. In dem Fall, wo das keramische Verbundmaterial das fluoreszierende Nitridmaterial in einer Menge von 15 Massen-% oder mehr, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Massen-% des fluoreszierenden Nitridmaterials und des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials, enthält, kann die Lichtemissionsintensität unterdrückt werden, sich zu verringern, um so die hohe Lichtemissionsintensität selbst im Fall der Verwendung unter einer Umgebung von hoher Temperatur von beispielsweise 150 °C oder mehr beizubehalten. Es ist bekannt, dass das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material sich deutlich in der Lichtemissionsintensität bei einer hohen Temperatur von beispielsweise 150 °C oder mehr verringert, auch wenn der Mechanismus dafür noch nicht klar ist. Das keramische Verbundmaterial enthält das fluoreszierende Nitridmaterial in einer Menge von 15 Massen-% oder mehr, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Massen-% des fluoreszierenden Nitridmaterials und des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials, zusammen mit dem fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Material oder an Stelle des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials und dadurch kann die Lichtemissionsintensität unterdrückt werden, sich zu verringern, um so die hohe Lichtemissionsintensität selbst im Fall der Verwendung in einer Umgebung von hoher Temperatur von 150 °C oder mehr beizubehalten. Die Temperatur der Umgebung von hoher Temperatur, in der das keramische Verbundmaterial verwendet wird, kann beispielsweise 150 °C oder mehr betragen, kann 200 °C oder mehr betragen, kann 220 °C oder mehr betragen, kann 400 °C oder weniger betragen und kann 340 °C oder weniger betragen.
Das fluoreszierende Nitridmaterial mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung in dem keramischen Verbundmaterial unterscheidet sich durch die Korngrenze von Aluminiumoxid in dem keramischen Verbundmaterial. Das Grundmaterial des keramischen Verbundmaterials ist auf eine solche Weise aufgebaut, dass die Oberflächen der Aluminiumoxid-Teilchen als dem Ausgangsmaterial von Aluminiumoxid, welches das Grundmaterial des keramischen Verbundmaterials aufbaut, miteinander schmelzverbunden sind, während die Korngrenze der Aluminiumoxid-Teilchen beibehalten wird, um so das Grundmaterial des keramischen Verbundmaterials aufzubauen. Das keramische Verbundmaterial enthält das Grundmaterial der Aluminiumoxid-Teilchen und darin das fluoreszierende Nitridmaterial mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung, das die von der Kristallstruktur des Aluminiumoxids unterschiedliche Kristallstruktur aufweist, und gegebenenfalls das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material mit einer durch die chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung und das keramische Verbundmaterial wird von Aluminiumoxid und dem fluoreszierenden Nitridmaterial miteinander integriert oder Aluminiumoxid, dem fluoreszierenden Nitridmaterial und dem fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Material miteinander integriert aufgebaut.
Das keramische Verbundmaterial nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein keramisches Verbundmaterial, das aus dem ersten Sinterkörper gebildet ist, der mit dem Herstellungsverfahren nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, oder ein keramisches Verbundmaterial, das aus dem zweiten Sinterkörper gebildet ist, der dadurch erhalten wurde. Das keramische Verbundmaterial, das aus dem ersten Sinterkörper gebildet ist, der mit dem Herstellungsverfahren nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, oder das keramische Verbundmaterial, das aus dem zweiten Sinterkörper gebildet ist, der dadurch erhalten wurde, weist vorzugsweise eine relative Dichte von 80 % oder mehr auf. In dem Fall, wo die relative Dichte des keramischen Verbundmaterials 80 % oder mehr beträgt, kann eine hohe Lichtemissionsintensität erhalten werden. In dem Fall, wo die relative Dichte des keramischen Verbundmaterials 80 % oder mehr beträgt, kann weiterhin das keramische Verbundmaterial selbst in dem Fall, wo das keramische Verbundmaterial einer Bearbeitung, wie Schneiden, unterzogen wird, nicht zerreißen oder zerbrechen und dadurch kann das keramische Verbundmaterial, das auf eine lichtemittierende Vorrichtung angewendet wird, am Auftreten von Unregelmäßigkeit der Farbe unterdrückt werden. Die relative Dichte des keramischen Verbundmaterials beträgt stärker bevorzugt 85 % oder mehr, weiter bevorzugt 90 % oder mehr, noch weiter bevorzugt 91 % oder mehr und besonders bevorzugt 92 % oder mehr. Die relative Dichte des keramischen Verbundmaterials kann 100 % betragen und kann 99,9 % oder weniger oder 99,8 % oder weniger betragen.
Lichtemittierende Vorrichtung
Das keramische Verbundmaterial, das mit dem Herstellungsverfahren nach der ersten Ausführungsform erhalten wurde, oder das keramische Verbundmaterial nach der zweiten Ausführungsform kann mit einem lichtemittierenden Element, wie LED und LD, kombiniert werden und kann dadurch Licht mit einer gewünschten maximalen Lichtemissionswellenlänge durch die Umwandlung des Anregungslichts, das aus dem lichtemittierenden Element emittiert wird, emittieren. Die lichtemittierende Vorrichtung kann gemischtes Licht aus dem Licht, das aus dem lichtemittierenden Element emittiert wird, und dem Licht, das der Wellenlängenumwandlung mit dem keramischen Verbundmaterial unterzogen wurde, emittieren.
Die lichtemittierende Vorrichtung nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt vorzugsweise das keramische Verbundmaterial, das mit dem Herstellungsverfahren nach der ersten Ausführungsform erhalten wurde, oder das keramische Verbundmaterial nach der zweiten Ausführungsform und ein lichtemittierendes Element mit einer maximalen Lichtemissionswellenlänge in einem Bereich von 350 nm oder mehr und 500 nm oder weniger ein. Das verwendete lichtemittierende Element kann beispielsweise ein lichtemittierendes Halbleiterelement sein, das einen Nitrid-Halbleiter verwendet (In_XAl_YGa₁-_X-_YN, wobei 0 ≤ X, 0 ≤ Y und X+Y ≤ 1). Die Verwendung eines lichtemittierenden Halbleiterelements als der Anregungslichtquelle, kann eine stabile lichtemittierende Vorrichtung bereitstellen, die einen hohen Wirkungsgrad, eine hohe Linearität der Leistungsabgabe im Hinblick auf die Eingabe und eine hohe Festigkeit gegen mechanische Belastungen aufweist.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird spezifischer unter Bezug auf die nachstehenden Beispiele beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Beispiele begrenzt.
Beispiel 1
Schritt des Vermischens von Pulvern
1 Massenteil (1 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% des gemischten Pulvers oder eines Grünkörpers) eines fluoreszierenden Nitridmaterials mit einer durch Ce_0,15La_2,75Si₆N₁₁ dargestellten Zusammensetzung mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 20,0 µm, gemessen mit einem Messverfahren für die Teilchengrößenverteilung durch Laserbeugung, und 99 Massenteile von α-Aluminiumoxid-Teilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 1,0 µm, gemessen mit dem FSSS-Verfahren (Produktname: AKP-700, hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd., Reinheit von Aluminiumoxid: 99,5 Massen-%) wurden abgewogen und mit einem Mörser und einem Pistill vermischt, um so ein gemischtes Pulver für einen Grünkörper herzustellen.
Schritt der Herstellung eines Grünkörpers
Das gemischte Pulver wurde in eine Pressform eingefüllt und unter einem Druck von 7 MPa (71,38 kgf/cm²) zu einem Grünkörper mit einer zylindrischen Gestalt mit einem Durchmesser von 28,5 mm und einer Dicke von 10 mm gepresst. Der resultierende Grünkörper wurde in einen Verpackungsbehälter gelegt und vakuumverpackt und einer kaltisostatischen Pressbehandlung (CIP) bei 176 MPa mit Wasser als dem Druckmedium unter Verwendung einer CIP-Ausrüstung (hergestellt von Kobe Steel, Ltd.) unterzogen.
Schritt des primären Sinterns
Der resultierende Grünkörper wurde primär gesintert, indem er 6 Stunden lang bei 1.350 °C und 0,9 MPa in einer Stickstoffgasatmosphäre (Stickstoff 99 Volumen-% oder mehr) mit einem Sinterofen (hergestellt von Fujidempa Kogyo Co., Ltd.) gehalten wurde, um so einen ersten Sinterkörper bereitzustellen. Der resultierende erste Sinterkörper 1 wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt. In den keramischen Verbundmaterialien, die aus den ersten Sinterkörpern und den zweiten Sinterkörpern aus den Beispielen 1 bis 14 gebildet werden, ist der Gehalt (Massen-%) des fluoreszierenden Nitridmaterials im Wesentlichen gleich dem Massenanteil des fluoreszierenden Nitridmaterials in dem gemischten Pulver oder dem Grünkörper.
Beispiel 2
Ein erster Sinterkörper 2 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, ausgenommen dass das gemischte Pulver, das durch Mischen von 3 Massenteilen des fluoreszierenden Nitridmaterials und 97 Massenteilen der α-Aluminiumoxid-Teilchen erhalten wurde, hergestellt wurde, und wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt. In den Beispielen 2 bis 14 war das verwendete fluoreszierende Nitridmaterial dasselbe durch Ce_0,15La_2,75Si₆N₁₁ dargestellte, fluoreszierende Nitridmaterial wie in Beispiel 1. In den Beispielen 2 bis 14 waren die verwendeten Aluminiumoxid-Teilchen dieselben α-Aluminiumoxid-Teilchen wie in Beispiel 1. Die Gehalte (Massen-%) des durch Ce_0,15La_2,75Si₆N₁₁ dargestellten fluoreszierenden Nitridmaterials in den keramischen Verbundmaterialien, die aus den ersten Sinterkörpern in den Beispielen 1 bis 11 gebildet werden, sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Gehalte (Massen-%) des durch Ce_0,15La_2,75Si₆N₁₁ dargestellten fluoreszierenden Nitridmaterials in den keramischen Verbundmaterialien, die aus den zweiten Sinterkörpern in den Beispielen 12 bis 14 gebildet werden, sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Beispiel 3
Ein erster Sinterkörper 3 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, ausgenommen dass das gemischte Pulver, das durch Mischen von 5 Massenteilen des fluoreszierenden Nitridmaterials und 95 Massenteilen der α-Aluminiumoxid-Teilchen erhalten wurde, hergestellt wurde, und wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt.
Beispiel 4
Ein erster Sinterkörper 4 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, ausgenommen dass das gemischte Pulver, das durch Mischen von 10 Massenteilen des fluoreszierenden Nitridmaterials und 90 Massenteilen der α-Aluminiumoxid-Teilchen erhalten wurde, hergestellt wurde, und wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt.
Beispiel 5
Ein erster Sinterkörper 5 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, ausgenommen dass das gemischte Pulver, das durch Mischen von 20 Massenteilen des fluoreszierenden Nitridmaterials und 80 Massenteilen der α-Aluminiumoxid-Teilchen erhalten wurde, hergestellt wurde, und wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt.
Beispiel 6
Ein erster Sinterkörper 6 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, ausgenommen dass das gemischte Pulver, das durch Mischen von 30 Massenteilen des fluoreszierenden Nitridmaterials und 70 Massenteilen der α-Aluminiumoxid-Teilchen erhalten wurde, hergestellt wurde, und wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt.
Beispiel 7
Ein erster Sinterkörper 7 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, ausgenommen dass das gemischte Pulver, das durch Mischen von 50 Massenteilen des fluoreszierenden Nitridmaterials und 50 Massenteilen der α-Aluminiumoxid-Teilchen erhalten wurde, hergestellt wurde, und wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt.
Beispiel 8
Ein erster Sinterkörper 8 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, ausgenommen dass das gemischte Pulver, das durch Mischen von 5 Massenteilen des fluoreszierenden Nitridmaterials und 95 Massenteilen der α-Aluminiumoxid-Teilchen erhalten wurde, hergestellt wurde und die primäre Brenntemperatur auf 1.250 °C geändert wurde, und wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt.
Beispiel 9
Ein erster Sinterkörper 9 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, ausgenommen dass das gemischte Pulver, das durch Mischen von 5 Massenteilen des fluoreszierenden Nitridmaterials und 95 Massenteilen der α-Aluminiumoxid-Teilchen erhalten wurde, hergestellt wurde und die primäre Brenntemperatur auf 1.300 °C geändert wurde, und wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt.
Beispiel 10
Ein erster Sinterkörper 10 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, ausgenommen dass das gemischte Pulver, das durch Mischen von 5 Massenteilen des fluoreszierenden Nitridmaterials und 95 Massenteilen der α-Aluminiumoxid-Teilchen erhalten wurde, hergestellt wurde und die primäre Brenntemperatur auf 1.400 °C geändert wurde, und wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt.
Beispiel 11
Ein erster Sinterkörper 11 wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, ausgenommen dass das gemischte Pulver, das durch Mischen von 5 Massenteilen des fluoreszierenden Nitridmaterials und 95 Massenteilen der α-Aluminiumoxid-Teilchen erhalten wurde, hergestellt wurde und die primäre Sintertemperatur auf 1.450 °C geändert wurde, und wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt.
Beispiel 12
Schritt des sekundären Sinterns
Der erste Sinterkörper 3, der in Beispiel 3 erhalten worden war, wurde 1 Stunde lang durch eine heißisostatische Pressbehandlung (HIP) bei 1.400 °C und 195 MPa in einer Stickstoffgasatmosphäre (Stickstoff: 99 Volumen-% oder mehr) mit Stickstoffgas als dem Druckmedium unter Verwendung einer HIP-Ausrüstung (hergestellt von Kobe Steel, Ltd.) sekundär gesintert, um so einen zweiten Sinterkörper 12 bereitzustellen, und der zweite Sinterkörper 12 wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt.
Beispiel 13
Schritt des sekundären Sinterns
Der erste Sinterkörper 10, der in Beispiel 10 erhalten worden war, wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 12 einer HIP-Behandlung unterzogen, um so einen zweiten Sinterkörper 13 bereitzustellen, und der zweite Sinterkörper 13 wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt.
Beispiel 14
Schritt des sekundären Sinterns
Der erste Sinterkörper 10, der in Beispiel 10 erhalten worden war, wurde 1 Stunde lang durch eine HIP-Behandlung bei 1.500 °C und 195 MPa in einer Stickstoffgasatmosphäre (Stickstoff: 99 Volumen-% oder mehr) mit Stickstoffgas als dem Druckmedium sekundär gesintert, um so einen zweiten Sinterkörper 14 bereitzustellen, und der zweite Sinterkörper 14 wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt.
Vergleichsbeispiel 1
Schritt des Vermischens von Pulvern
5 Massenteile desselben fluoreszierenden Nitridmaterials wie in Beispiel 1 und 95 Massenteile von Calciumfluorid-Teilchen (CaF₂) (hergestellt von Nichia Corporation, Calciumfluorid-Reinheit: 99,5 Massen-%, mittlerer Teilchendurchmesser mit dem FSSS-Verfahren: 9,0 µm) wurden vermischt, um ein gemischtes Pulver bereitzustellen.
Schritt der Herstellung eines Grünkörpers
Das gemischte Pulver wurde in eine Pressform eingefüllt und unter einem Druck von 7 MPa (71,38 kgf/cm²) zu einem Grünkörper mit einer zylindrischen Gestalt mit einem Durchmesser von 28,5 mm und einer Dicke von 10 mm gepresst. Der resultierende Grünkörper wurde in einen Verpackungsbehälter gelegt und vakuumverpackt und einer kaltisostatischen Pressbehandlung (CIP) bei 176 MPa mit Wasser als dem Druckmedium unter Verwendung einer CIP-Ausrüstung (hergestellt von Kobe Steel, Ltd.) unterzogen.
Schritt des primären Sinterns
Der resultierende Grünkörper wurde primär gesintert, indem er 6 Stunden lang bei 1.200 °C und 0,9 MPa in einer Stickstoffgasatmosphäre (Stickstoff: 99 Volumen-% oder mehr) mit einem Sinterofen (hergestellt von Fujidempa Kogyo Co., Ltd.) gehalten wurde, um so einen ersten Sinterkörper bereitzustellen, der eine relative Dichte von 81,6 % aufwies. Von dem ersten Sinterkörper wurde keine Lichtemission beobachtet. Der erste Sinterkörper wurde keiner HIP-Behandlung unterzogen, da keine Lichtemission bestätigt worden war und die relative Dichte davon gerade einmal 81,6 % betrug. Dies liegt daran, dass in dem Fall, wo die relative Dichte des ersten Sinterkörpers weniger als 90 % beträgt, der erste Sinterkörper eine große Menge von Hohlräumen enthält und die relative Dichte des zweiten Sinterkörpers, der durch das Durchführen des sekundären Sinterns mit einer HIP-Behandlung erhalten wird, nicht auf 90 % oder mehr erhöht werden kann.
Vergleichsbeispiel 2
Ein erster Sinterkörper wurde auf dieselbe Weise wie in Vergleichsbeispiel 1 erhalten, ausgenommen dass das gemischte Pulver, das durch Mischen von 5 Massenteilen desselben fluoreszierenden Nitridmaterials wie in Beispiel 1 und 95 Massenteilen der Magnesiumfluorid-Teilchen (MgF₂) (hergestellt von Nichia Corporation, Magnesiumfluorid-Reinheit: 99,5 Massen-%, mittlerer Teilchendurchmesser mit dem FSSS-Verfahren: 1,5 µm) erhalten worden war, hergestellt wurde. Der resultierende erste Sinterkörper wies eine relative Dichte von 88,1 % auf. Von dem ersten Sinterkörper wurde keine Lichtemission beobachtet. Der erste Sinterkörper wurde keiner HIP-Behandlung unterzogen, da keine Lichtemission bestätigt worden war und die relative Dichte davon gerade einmal 88,1 % betrug.
Vergleichsbeispiel 3
Ein erster Sinterkörper wurde auf dieselbe Weise wie in Vergleichsbeispiel 1 erhalten, ausgenommen dass das gemischte Pulver, das durch Mischen von 5 Massenteilen desselben fluoreszierenden Nitridmaterials wie in Beispiel 1 und 95 Massenteilen der Titanoxid-Teilchen (hergestellt von Showa Denko K.K., Titanoxid-Reinheit: 99,0 Massen-%, mittlerer Teilchendurchmesser mit dem FSSS-Verfahren: 0,6 µm) erhalten worden war, hergestellt wurde. Der resultierende erste Sinterkörper wies eine relative Dichte von 79,1 % auf. Von dem ersten Sinterkörper wurde keine Lichtemission beobachtet. Der erste Sinterkörper wurde keiner HIP-Behandlung unterzogen, da keine Lichtemission bestätigt worden war und die relative Dichte davon gerade einmal 79,1 % betrug.
Vergleichsbeispiel 4
Ein erster Sinterkörper wurde auf dieselbe Weise wie in Vergleichsbeispiel 1 erhalten, ausgenommen dass das gemischte Pulver, das durch Mischen von 5 Massenteilen desselben fluoreszierenden Nitridmaterials wie in Beispiel 1 und 95 Massenteilen der Zirkonoxid-Teilchen (hergestellt von Nippon Denko Co., Ltd., Zirkonoxid-Reinheit: 99,6 Massen-%, mittlerer Teilchendurchmesser mit dem FSSS-Verfahren: 0,3 µm) erhalten worden war, hergestellt wurde. Der resultierende erste Sinterkörper wies eine relative Dichte von 52,5 % auf. Von dem ersten Sinterkörper wurde keine Lichtemission beobachtet. Der erste Sinterkörper wurde keiner HIP-Behandlung unterzogen, da keine Lichtemission bestätigt worden war und die relative Dichte davon gerade einmal 52,5 % betrug.
Messung des mittleren Teilchendurchmessers mit dem Messverfahren für die Teilchengrößenverteilung durch Laserbeugung
Für die Teilchen des fluoreszierenden Nitridmaterials mit einer durch Ce_0,15La_2,75Si₆N₁₁ dargestellten Zusammensetzung und die Teilchen des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials mit einer durch (Y_0,995Ce_0,005)₃Al₅O)₁₂ dargestellten Zusammensetzung, die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendet wurden, wurde ein Teilchendurchmesser, wo die kumulative Volumenhäufigkeit von der Seite der kleinen Durchmesser her in der Teilchengrößenverteilung auf Volumenbasis mit einem Messverfahren für die Teilchengrößenverteilung durch Laserbeugung 50 % (mittlerer Durchmesser) erreicht, als der mittlere Teilchendurchmesser benannt. Die Messung wurde mit einer Ausrüstung zur Messung der Größenverteilung durch Laserbeugung (Master Sizer 3000, hergestellt von Malvern Instruments Ltd.) durchgeführt.
Messung des mittleren Teilchendurchmessers mit dem FSSS-Verfahren
Für die α-Aluminiumoxid-Teilchen, die in den Beispielen verwendet wurden, und die Calciumfluorid-Teilchen, die Magnesiumfluorid-Teilchen, die Titanoxid-Teilchen und die Zirkonoxid-Teilchen, die in den Vergleichsbeispielen verwendet wurden, wurde der mittlere Teilchendurchmesser (Fisher Sub-Sieve Sizer Zahl) mit dem FSSS-Verfahren unter Verwendung eines Fisher Sub-Sieve Sizer Modell 95 (hergestellt von Fisher Scientific Inc.) gemessen.
Messung der Reinheit von α-Aluminiumoxid
Die Reinheit der α-Aluminiumoxid-Teilchen, die in den Beispielen verwendet wurden, wurde auf eine solche Weise gemessen, dass die Masse der α-Aluminiumoxid-Teilchen gemessen wurde, dann die α-Aluminiumoxid-Teilchen 1 Stunde lang bei 800 °C an einer Luftatmosphäre gebrannt wurden, um organisches Material, das an den α-Aluminiumoxid-Teilchen haftet, und Wasser, das an den Aluminiumoxid-Teilchen adsorbiert ist, zu entfernen, die Masse der α-Aluminiumoxid-Teilchen nach dem Brennen gemessen wurde und die Masse der α-Aluminiumoxid-Teilchen nach dem Brennen durch die Masse der α-Aluminiumoxid-Teilchen vor dem Brennen gemäß der Gleichung (1) dividiert wurde.
Messung der relativen Dichte des ersten Sinterkörpers
In den Beispielen 1 bis 14 und Vergleichsbeispielen 1 bis 4 wurde die relative Dichte des ersten Sinterkörpers gemessen. Die Ergebnisse aus den Beispielen 1 bis 14 sind in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt und die Ergebnisse aus den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 sind in Tabelle 3 aufgeführt. Die relative Dichte des ersten Sinterkörpers wurde gemäß der Gleichung (2), der Gleichung (3-1) und der Gleichung (4) berechnet. Die Berechnung wurde unter der Annahme durchgeführt, dass die wahre Dichte des durch Ce_0,15La_2,75Si₆N₁₁ dargestellten fluoreszierenden Nitridmaterials, das in den Beispielen 1 bis 14 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 verwendet wurde, 4,78 g/cm³ betrug, die wahre Dichte der α-Aluminiumoxid-Teilchen, die in den Beispielen 1 bis 14 verwendet wurden, 3,98 g/cm³ betrug, die wahre Dichte der Calciumfluorid-Teilchen, die in Vergleichsbeispiel 1 verwendet wurden, 3,17 g/cm³ betrug, die wahre Dichte der Magnesiumfluorid-Teilchen, die in Vergleichsbeispiel 2 verwendet wurden, 3,17 g/cm³ betrug, die wahre Dichte der Titanoxid-Teilchen, die in Vergleichsbeispiel 3 verwendet wurden, 4,26 g/cm³ betrug und die wahre Dichte der Zirkonoxid-Teilchen, die in Vergleichsbeispiel 4 verwendet wurden, 5,86 g/cm³ betrug. Die relative Dichte des ersten gesinterten Gegenstands in den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 wurde gemäß der Gleichung (3-1) berechnet, in der die Aluminiumoxid-Teilchen durch die Calciumfluorid-Teilchen, die Magnesiumfluorid-Teilchen, die Titanoxid-Teilchen bzw. die Zirkonoxid-Teilchen ersetzt wurden.
Messung der relativen Dichte des zweiten Sinterkörpers
Die relative Dichte für die zweiten Sinterkörper 12 bis 14 in den Beispielen 12 bis 14 wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die relative Dichte des zweiten Sinterkörpers wurde gemäß der Gleichung (5) berechnet. Die scheinbare relative Dichte des zweiten Sinterkörpers wurde gemäß der Gleichung (6) berechnet.
Messung der relativen Lichtemissionsintensität
Die keramischen Verbundmaterialien, die aus den ersten Sinterkörpern der Beispiele 1 bis 11 gebildet wurden, die keramischen Verbundmaterialien, die aus den zweiten Sinterkörpern der Beispiele 12 bis 14 gebildet wurden, und die ersten Sinterkörper der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 wurden mit einer Drahtsäge jeweils zu einer Dicke von 300 µm geschnitten, um so einen Probenkörper bereitzustellen. Ein LED-Chip, der aus einem Nitrid-Halbleiter mit einer maximalen Lichtemissionswellenlänge von 455 nm gebildet wurde, wurde als eine Lichtquelle verwendet und der Probenkörper aus dem keramischen Verbundmaterial wurde mit Licht aus der Lichtquelle bestrahlt. Die Lichtemissionsintensität von Licht bei einer maximalen Lichtemissionswellenlänge in einem Wellenlängenbereich von 430 nm oder mehr und 800 nm oder weniger, die von jedem der Probenkörper aus den Beispielen 1 bis 11, den Beispielen 12 bis 14 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 unter Bestrahlung mit Licht aus der Lichtquelle erhalten wurde, wurde mit einem Spektrofluorophotometer (hergestellt von Nichia Corporation) gemessen. Unter der Annahme, dass die Lichtemissionsintensität von Licht bei einer maximalen Lichtemissionswellenlänge in einem Wellenlängenbereich von 430 nm oder mehr und 800 nm oder weniger, die von dem Probenkörper aus dem keramischen Verbundmaterial von Beispiel 3 erhalten wurde, 100 % betrug, wurde die Lichtemissionsintensität von Licht bei einer maximalen Lichtemissionswellenlänge in einem Wellenlängenbereich von 430 nm oder mehr und 800 nm oder weniger, die von jedem der Probenkörper erhalten wurde, als eine relative Lichtemissionsintensität (%) ausgedrückt. Die Ergebnisse für die keramischen Verbundmaterialien aus den Beispielen 1 bis 11 sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Ergebnisse für die keramischen Verbundmaterialien aus den Beispielen 12 bis 14 sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die Probenkörper, die aus den ersten Sinterkörpern der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 gebildet wurden, emittierten selbst unter Bestrahlung mit Licht aus der Lichtquelle kein Licht. Die Ergebnisse für die ersten Sinterkörper der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 sind in Tabelle 3 aufgeführt.
Photographie des Aussehens
Eine Photographie des Aussehens des keramischen Verbundmaterials aus Beispiel 3 wurde erhalten. 3 ist die Photographie des Aussehens eines Probenkörpers, der durch Schneiden des keramischen Verbundmaterials aus Beispiel 3 mit einer Drahtsäge erhalten wurde.
Eine Photographie des Aussehens des keramischen Verbundmaterials aus Beispiel 13 wurde erhalten. Das keramische Verbundmaterial aus Beispiel 13 wurde aus dem zweiten Sinterkörper gebildet, der durch sekundäres Sintern des ersten Sinterkörpers aus Beispiel 3 erhalten wurde. 4 ist die Photographie des Aussehens eines Probenkörpers, der durch Schneiden des keramischen Verbundmaterials aus Beispiel 13 mit einer Drahtsäge erhalten wurde.

Eine Photographie des Aussehens des keramischen Verbundmaterials aus Vergleichsbeispiel 4 wurde erhalten. 5 ist die Photographie des Aussehens eines Probenkörpers, der durch Schneiden des ersten Sinterkörpers aus Vergleichsbeispiel 4 mit einer Drahtsäge erhalten wurde. Tabelle 1

	Gehalt von fluoreszierendem Nitridmaterial (Massen-%)	Primäre Sintertemperatur (°C)	Erster Sinterkörper
	Gehalt von fluoreszierendem Nitridmaterial (Massen-%)	Primäre Sintertemperatur (°C)	Nr.	Relative Dichte (%)	Relative Lichtemissionsintensität (%)
Beispiel 1	1	1350	1	96,7	69,3
Beispiel 2	3	1350	2	93,3	80,5
Beispiel 3	5	1350	3	92,8	100,0
Beispiel 4	10	1350	4	92,5	105,0
Beispiel 5	20	1350	5	91,7	149,1
Beispiel 6	30	1350	6	89,0	142,4
Beispiel 7	50	1350	7	75,3	73,6
Beispiel 8	5	1250	8	86,2	61,0
Beispiel 9	5	1300	9	89,6	69,3
Beispiel 10	5	1400	10	96,1	205,0
Beispiel 11	5	1450	11	96,4	129,1

Tabelle 2

	Gehalt von fluoreszierendem Nitridmaterial (Massen-%)	Primäre Sintertemperatur (°C)	Erster Sinterkörper			Sekundäre Sintertemperatur (°C)	Zweiter Sinterkörper
	Gehalt von fluoreszierendem Nitridmaterial (Massen-%)	Primäre Sintertemperatur (°C)	Nr.	Relative Dichte (%)	Relative Lichtemissionsintensität (%)	Sekundäre Sintertemperatur (°C)	Nr.	Relative Dichte (%)	Relative Lichtemissionsintensität (%)
Beispiel 12	5	1350	3	92,8	100,0	1400	12	94,2	115,2
Beispiel 13	5	1400	10	96,1	205,0	1400	13	99,0	227,6
Beispiel 14	5	1400	10	96,1	205,0	1500	14	99,3	159,4

Tabelle 3

	Gehalt von fluoreszierendem Nitridmaterial (Massen-%)	Anorganische Teilchen	Primäre Sintertemperatur (°C)	Erster	Sinterkörper
	Gehalt von fluoreszierendem Nitridmaterial (Massen-%)	Anorganische Teilchen	Primäre Sintertemperatur (°C)	Relative Dichte (%)	Relative Lichtemissionsintensität (%)
Vergleichsbeispiel 1	5	CaF₂	1200	81,6	Keine Lichtemission
Vergleichsbeispiel 2	5	MgF₂	1200	88,1	Keine Lichtemission
Vergleichsbeispiel 3	5	TiO₂	1200	79,1	Keine Lichtemission
Vergleichsbeispiel 4	5	ZrO₂	1200	52,5	Keine Lichtemission

Die keramischen Verbundmaterialien 2, die aus den ersten Sinterkörpern 1 bis 11 aus den Beispielen 1 bis 11 gebildet wurden, und die keramischen Verbundmaterialien, die aus den zweiten Sinterkörpern 12 bis 14 aus den Beispielen 12 bis 14 gebildet wurden, emittierten Licht mit einer maximalen Lichtemissionswellenlänge in einem Wellenlängenbereich von 430 nm oder mehr und 800 nm oder weniger unter Bestrahlung mit dem Anregungslicht mit einer maximalen Lichtemissionswellenlänge von 455 nm aus der Lichtquelle und konnten als das keramische Verbundmaterial verwendet werden.
Wie in Tabelle 1 aufgeführt, waren die Beispiele 1 bis 7 Beispiele, wo bei einer Temperatur des primären Sinterns von 1.350 °C der Gehalt des durch Ce_0,15La_2,75Si₆N₁₁ dargestellten fluoreszierenden Nitridmaterials von 1 Massen-% bis 50 Massen-% geändert wurde, um so die ersten Sinterkörper 1 bis 7 bereitzustellen, die als die keramischen Verbundmaterialien benannt wurden. Wie in Tabelle 1 aufgeführt, wiesen die ersten Sinterkörper 1 bis 5 aus den Beispielen 1 bis 5 eine hohe relative Dichte von 90 % oder mehr auf. Die ersten Sinterkörper 1 und 2 aus den Beispielen 1 und 2 wiesen eine relative Dichte 90 % oder mehr auf Grund des großen Gehalts von Aluminiumoxid auf, wiesen aber eine relative Lichtemissionsintensität auf, die auf Grund des geringen Gehalts des fluoreszierenden Nitridmaterials niedriger als Beispiel 3 war. Die ersten Sinterkörper 3 bis 5 aus den Beispielen 3 bis 5 wiesen eine relative Dichte von 90 % oder mehr und eine hohe relative Lichtemissionsintensität von 100 % oder mehr auf. Der erste Sinterkörper 6 aus Beispiel 6 wies eine relative Dichte von 90 % oder weniger auf Grund der geringeren Menge von Aluminiumoxid als der erste Sinterkörper 3 aus Beispiel 3 auf, behielt aber die hohe relative Lichtemissionsintensität bei. Der erste Sinterkörper 7 aus Beispiel 7 wies eine relative Dichte von 80 % oder weniger auf Grund der geringeren Menge von Aluminiumoxid als der erste Sinterkörper 6 aus Beispiel 6 auf und wies auch eine verringerte relative Lichtemissionsintensität auf.
Wie in Tabelle 1 aufgeführt, waren die keramischen Verbundmaterialien aus den Beispielen 8 bis 11 Beispiele, wo die Temperatur des primären Sinterns in einem Bereich von 1.250 °C oder mehr und 1.450 °C oder weniger bei einem Gehalt des durch Ce_0,15La_2,75Si₆N₁₁ dargestellten fluoreszierenden Nitridmaterials von 5 Massen-% geändert wurde, um so die ersten Sinterkörper 8 bis 11 bereitzustellen, die als die keramischen Verbundmaterialien benannt wurden. Wie in Tabelle 1 aufgeführt, betrug für das keramische Verbundmaterial aus Beispiel 8 die Temperatur des primären Sinterns gerade einmal 1.250 °C und betrug die relative Dichte des ersten Sinterkörpers 8 gerade einmal 86,2 %, woraus abgeschätzt wurde, dass der erste Sinterkörper 8 Hohlräume darin enthielt. Aus diesem Grund wies das keramische Verbundmaterial aus Beispiel 8 eine niedrige relative Lichtemissionsintensität von 61,0 % auf. Wie in Tabelle 1 aufgeführt, betrug für das keramische Verbundmaterial aus Beispiel 9 die Temperatur des primären Sinterns 1.300 °C und betrug die relative Dichte des ersten Sinterkörpers 9 89,6 %, was niedriger als 90 % war, woraus abgeschätzt wurde, dass der erste Sinterkörper 9 eine gewisse Menge von Hohlräumen darin enthielt, was zu einer niedrigen relativen Lichtemissionsintensität von 69,3 % führte. Wie in Tabelle 1 aufgeführt, betrug für das keramische Verbundmaterial aus Beispiel 10 die Temperatur des primären Sinterns 1.400 °C und betrug die relative Dichte des ersten Sinterkörpers 10 sogar 96,1 %, was bedeutete, dass Hohlräume unterdrückt worden waren, um eine Verdichtung zu erreichen, durch welche die relative Lichtemissionsintensität sogar 205,0 % betrug. Für das keramische Verbundmaterial aus Beispiel 11 betrug die Temperatur des primären Sinterns sogar 1.450 °C und betrug die relative Dichte des ersten Sinterkörpers 11 also sogar 96,4 %. Auf der anderen Seite wies das keramische Verbundmaterial aus Beispiel 11 eine relative Lichtemissionsintensität von 129,1 % auf, die niedriger als der erste Sinterkörper 10 war, woraus abgeschätzt wurde, dass Stickstoff in dem fluoreszierenden Nitridmaterial und Sauerstoff in Aluminiumoxid auf Grund der hohen Temperatur des primären Sinterns miteinander umgesetzt wurden und sich ein Teil der Kristallstruktur des fluoreszierenden Nitridmaterials zersetzt hatte.
Wie in Tabelle 2 aufgeführt, wurden die keramischen Verbundmaterialien aus den Beispielen 12 bis 14 aus den zweiten Sinterkörpern 12 bis 14 gebildet, die durch sekundäres Sintern des ersten Sinterkörpers 3 oder 10 durch die HIP-Behandlung bei 1.400 °C oder 1.500 °C erhalten worden waren. Die keramischen Verbundmaterialien wurden durch das sekundäre Sintern durch die HIP-Behandlung verdichtet und insbesondere das keramische Verbundmaterial aus Beispiel 13 wies eine relative Lichtemissionsintensität auf, die um 225 % oder mehr höher war als das keramische Verbundmaterial aus Beispiel 3.
Wie in Tabelle 2 aufgeführt, wiesen in den Beispielen 12 bis 14 die zweiten Sinterkörper 12 bis 14 eine höhere relative Dichte als der erste Sinterkörper 3 oder 10 auf.
Wie in Tabelle 2 aufgeführt, wies für das keramische Verbundmaterial aus Beispiel 12 der resultierende erste Sinterkörper 3 eine relative Dichte von 95 % oder weniger auf Grund der niedrigen Temperatur des primären Sinterns von 1.350 °C auf und auch wenn das sekundäre Sintern durch die HIP-Behandlung bei 1.400 °C durchgeführt wurde, betrug die relative Dichte des resultierenden zweiten Sinterkörpers 12 94,2 %. Es wurde daraus abgeschätzt, dass für das keramische Verbundmaterial aus Beispiel 12 in dem Fall, wo die Temperatur zum Bereitstellen des ersten Sinterkörpers 3 niedrig war, der zweite Sinterkörper 12 eine große Menge von Hohlräumen enthielt, auch wenn das sekundäre Sintern durch die HIP-Behandlung durchgeführt wurde, und es wurde in Betracht gezogen, dass sich die relative Lichtemissionsintensität wie bei dem keramischen Verbundmaterial aus Beispiel 13 nicht erhöhte.
Wie in Tabelle 2 aufgeführt wies das keramische Verbundmaterial aus Beispiel 14 eine höhere relative Dichte als der erste Sinterkörper 10 auf, aber die relative Lichtemissionsintensität davon war niedriger als der erste Sinterkörper 10. Es wurde abgeschätzt, dass für das keramische Verbundmaterial aus Beispiel 14 das fluoreszierende Nitridmaterial und die Aluminiumoxid-Teilchen als ein Oxid auf der Stufe des sekundären Sinterns bei 1.500 °C durch die HIP-Behandlung miteinander umgesetzt wurden, um so die Kristallstruktur des fluoreszierenden Nitridmaterials geringfügig zu zersetzen, und dadurch wurde die relative Lichtemissionsintensität davon nicht erhöht, auch wenn das sekundäre Sintern durchgeführt worden war.
Wie in Tabelle 3 aufgeführt, wiesen die ersten Sinterkörper aus den Vergleichsbeispielen 1 bis 4, die durch primäres Sintern des fluoreszierenden Nitridmaterial zusammen mit den anorganischen Fluorid-Teilchen oder den anderen anorganischen Oxid-Teilchen als den Aluminiumoxid-Teilchen erhalten worden waren, jeweils eine relative Dichte von 90,0 % oder weniger auf und emittierten unter Bestrahlung mit dem Anregungslicht kein Licht. Es wurde aus den Ergebnissen der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 abgeschätzt, dass die anderen anorganischen Verbindungs-Teilchen als die Aluminiumoxid-Teilchen und das fluoreszierende Nitridmaterial mit einer durch die chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung miteinander bei 1.200 °C umgesetzt wurden und sich ein Teil oder die Gesamtheit der Kristallstruktur des fluoreszierenden Nitridmaterials zersetzte.
Das Aussehen des keramischen Verbundmaterials aus Beispiel 3 zeigte insgesamt eine gelbe Farbe und behielt die inhärente Farbe des durch Ce_0,15La_2,75Si₆N₁₁ dargestellten fluoreszierenden Nitridmaterials bei. Wie in 3 gezeigt, ließ sich im Aussehen des keramischen Verbundmaterials aus Beispiel 3 keine Unregelmäßigkeit in der Farbe beobachten und es wies eine insgesamt einheitliche Farbe auf, wovon es bestätigt wurde, dass das fluoreszierende Nitridmaterial, das in dem keramischen:Verbundmaterial enthalten war, sich nicht durch das primäre Sintern verschlechtert hatte. In den 3 bis 5 war ein schwärzlicher Abschnitt, der sich an der Kante des keramischen Verbundmaterials findet, ein Rest der Markierung für die Herstellung des Probenkörpers durch Schneiden des keramischen Verbundmaterials mit einer Drahtsäge und stammte nicht von dem fluoreszierenden Nitridmaterial.
Das Aussehen des keramischen Verbundmaterials aus Beispiel 13 zeigte eine insgesamt helle Farbe, die ein tieferes Gelb als Beispiel 3 war, und behielt die inhärente Farbe des fluoreszierenden Nitridmaterials bei. Es wird in Betracht gezogen, dass der Grund, warum das Aussehen des keramischen Verbundmaterials aus Beispiel 13 heller und tiefer gelb zu sein schien als das keramische Verbundmaterial aus Beispiel 3, war, dass die Verdichtung des zweiten Sinterkörpers 11, der durch das sekundäre Sintern durch die HIP-Behandlung erhalten worden war, fortschritt, um die Transparenz zu erhöhen. Wie in 4 gezeigt, ließ sich im Aussehen des keramischen Verbundmaterials aus Beispiel 13 keine Unregelmäßigkeit in der Farbe beobachten, sondern es wies eine einheitliche Farbe auf, wovon es bestätigt wurde, dass sich das fluoreszierende Nitridmaterial nicht durch das primäre Sintern und das sekundäre Sintern durch die HIP-Behandlung verschlechtert hatte.
Das Aussehen des ersten Sinterkörpers aus Vergleichsbeispiel 4 zeigte insgesamt eine weißliche Farbe, wie in 5 gezeigt, und behielt nicht die gelbe Farbe bei, welche die inhärente Farbe des fluoreszierenden Nitridmaterials war. Es wurde abgeschätzt, dass der Grund, warum der erste Sinterkörper aus Vergleichsbeispiel 4 insgesamt eine weißliche Farbe zeigte und nicht die gelbe Farbe beibehielt, welche die inhärente Farbe des fluoreszierenden Nitridmaterials war, die geringe Transparenz war, die durch die unzureichende Verdichtung verursacht worden war.
Beispiel 15
Schritt des Vermischens von Pulvern
1 Massenteil (1 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% des gemischten Pulvers oder des Grünkörpers) eines fluoreszierenden Nitridmaterials mit einer durch Ce_0,15La_2,75Si₆N₁₁ dargestellten Zusammensetzung mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 20,0 µm, gemessen mit einem Messverfahren für die Teilchengrößenverteilung durch Laserbeugung, 19 Massenteile (19 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% des gemischten Pulvers oder des Grünkörpers) eines fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials mit einer durch (Y_0,995Ce_0,005)₃Al₅O₁₂ dargestellten Zusammensetzung mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 25,0 µm, gemessen mit einem Messverfahren für die Teilchengrößenverteilung durch Laserbeugung, und 80 Massenteile (80 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% des gemischten Pulvers oder des Grünkörpers) von α-Aluminiumoxid-Teilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 1,0 µm, gemessen mit dem FSSS-Verfahren (Produktname: AKP-700, hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd., Reinheit des Aluminiumoxids: 99,5 Massen-%) wurden abgewogen und mit einem Mörser und einem Pistill vermischt, um so ein gemischtes Pulver für einen Grünkörper herzustellen.
Schritt der Herstellung eines Grünkörpers
Das gemischte Pulver wurde in eine Pressform eingefüllt und gepresst, um unter einem Druck von 7 MPa (71,38 kgf/cm²) einen Grünkörper mit einer zylindrischen Gestalt mit einem Durchmesser von 28,5 mm und einer Dicke von 10 mm zu bilden. Der resultierende Grünkörper wurde in einen Verpackungsbehälter gelegt und vakuumverpackt und einem kaltisostatischen Pressprozess (CIP) bei 176 MPa mit Wasser als dem Druckmedium unter Verwendung einer CIP-Ausrüstung (hergestellt von Kobe Steel, Ltd.) unterzogen.
Schritt des primären Sinterns
Der resultierende Grünkörper wurde primär gesintert, indem er 6 Stunden lang bei 1.400 °C und 0,9 MPa in einer Stickstoffgasatmosphäre (Stickstoff: 99 Volumen-% oder mehr) mit einem Sinterofen (hergestellt von Fujidempa Kogyo Co., Ltd.) gehalten wurde, um so einen ersten Sinterkörper bereitzustellen. Der resultierende erste Sinterkörper wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt. In den keramischen Verbundmaterialien, die aus den ersten Sinterkörpern aus den Beispielen 15 bis 20 und Vergleichsbeispiel 5 gebildet wurden, sind der Gehalt (Massen-%) des fluoreszierenden Nitridmaterials, der Gehalt des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials und der Gehalt des α-Aluminiumoxids im Wesentlichen gleich dem Massenanteil des fluoreszierenden Nitridmaterials, dem Massenanteil des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials bzw. dem Massenanteil des α-Aluminiumoxids in dem gemischten Pulver oder dem Grünkörper.
Beispiel 16
Ein erster Sinterkörper wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 15 erhalten, ausgenommen dass die Menge des fluoreszierenden Nitridmaterials 3 Massenteile (3 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% des gemischten Pulvers oder des Grünkörpers) betrug und die Menge des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials 17 Massenteile (17 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% des gemischten Pulvers oder des Grünkörpers) betrug, und der erste Sinterkörper wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt.
Beispiel 17
Ein erster Sinterkörper wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 15 erhalten, ausgenommen dass die Menge des fluoreszierenden Nitridmaterials 5 Massenteile (5 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% des gemischten Pulvers oder des Grünkörpers) betrug und die Menge des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials 15 Massenteile (15 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% des gemischten Pulvers oder des Grünkörpers) betrug, und der erste Sinterkörper wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt.
Beispiel 18
Ein erster Sinterkörper wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 15 erhalten, ausgenommen dass die Menge des fluoreszierenden Nitridmaterials 10 Massenteile (10 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% des gemischten Pulvers oder des Grünkörpers) betrug und die Menge des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials 10 Massenteile (10 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% des gemischten Pulvers oder des Grünkörpers) betrug, und der erste Sinterkörper wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt.
Beispiel 19
Ein erster Sinterkörper wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 15 erhalten, ausgenommen dass die Menge des fluoreszierenden Nitridmaterials 15 Massenteile (15 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% des gemischten Pulvers oder des Grünkörpers) betrug und die Menge des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials 5 Massenteile (5 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% des gemischten Pulvers oder des Grünkörpers) betrug, und der erste Sinterkörper wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt:
Beispiel 20
Ein erster Sinterkörper wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 15 erhalten, ausgenommen dass die Menge des fluoreszierenden Nitridmaterials 20 Massenteile (20 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% des gemischten Pulvers oder des Grünkörpers) betrug und das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material nicht enthalten war, und der erste Sinterkörper wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt.
Vergleichsbeispiel 5
Ein erster Sinterkörper wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 15 erhalten, ausgenommen dass die Menge des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials 20 Massenteile (20 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% des gemischten Pulvers oder des Grünkörpers) betrug und das fluoreszierende Nitridmaterial nicht enthalten war, und der erste Sinterkörper wurde als ein keramisches Verbundmaterial benannt.
Messung der relativen Dichte des ersten Sinterkörpers
In den Beispielen 15 bis 20 und Vergleichsbeispiel 5 wurde die relative Dichte des ersten Sinterkörpers gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt. Die relative Dichte des ersten Sinterkörpers wurde gemäß der Gleichung (2), der Gleichung (3-2) und der Gleichung (4) berechnet. Die Berechnung wurde unter der Annahme durchgeführt, dass die wahre Dichte des durch Ce_0,15La_2,75Si₆N₁₁ dargestellten fluoreszierenden Nitridmaterials 4,78 g/cm³ betrug, die wahre Dichte des durch (Y_0,995Ce_0,005)₃Al₅O₁₂ dargestellten fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials 4,60 g/cm³ betrug und die wahre Dichte der α-Aluminiumoxid-Teilchen 3,98 g/cm³ betrug. Die keramischen Verbundmaterialien aus den Beispielen 15 bis 20 und Vergleichsbeispiel 5 wurden hergestellt, um eine relative Dichte des keramischen Verbundmaterials in einem Bereich von 93,1 g/cm³ bis 93,8 g/cm³ zum Vergleichen der keramischen Verbundmaterialien im Hinblick auf die relative Lichtemissionsintensität bei den entsprechenden Temperaturen aufzuweisen.
Messung der relativen Lichtemissionsintensität bei variierenden Temperaturen

Die keramischen Verbundmaterialien, die aus den ersten Sinterkörpern der Beispiele 15 bis 20 und des Vergleichsbeispiels 5 gebildet wurden, wurden mit einer Drahtsäge jeweils zu einer Dicke von 300 µm geschnitten, um so einen Probenkörper bereitzustellen. Der Probenkörper wurde auf ein Heizelement gelegt, eine Xenonlampe wurde als eine Lichtquelle verwendet und Licht aus der Lichtquelle wurde in einen Monochromator eingeführt. Die Zielwellenlänge, mit der die Probenkörper bestrahlt wurden, wurde mit dem Monochromator aus dem eingeführten Licht ausgewählt. Das Licht, das von den Probenkörpern emittiert wurde, die auf Temperaturen von 20 °C, 100 °C, 150 °C, 200 °C, 250 °C und 300 °C erhitzt wurden, die das bestrahlte Licht aufnahmen, wurde mit einem Multikanal-Spektrometer (PMA12, ein Handelsname, hergestellt von Hamamatsu Photonics K.K.) gemessen und die Lichtemissionsintensität bei der maximalen Lichtemissionswellenlänge in einem Wellenlängenbereich von 430 nm oder mehr und 800 nm oder weniger wurde gemessen. Unter der Annahme, dass die Lichtemissionsintensität von Licht bei einer maximalen Lichtemissionswellenlänge in einem Wellenlängenbereich von 430 nm oder mehr und 800 nm oder weniger, die von dem Probenkörper aus dem keramischen Verbundmaterial von Beispiel 20 bei 20 °C erhalten wurde, 100 % betrug, wurde die Lichtemissionsintensität von Licht bei einer maximalen Lichtemissionswellenlänge in einem Wellenlängenbereich von 430 nm oder mehr und 800 nm oder weniger, die von jedem der Probenkörper bei jeder der Temperaturen erhalten wurde, als eine relative Lichtemissionsintensität (%) ausgedrückt. Die relativen Lichtemissionsintensitäten der Probenkörper bei 20 °C sind in Tabelle 4 aufgeführt und die relativen Lichtemissionsintensitäten der Probenkörper bei 20 °C, 100 °C, 150 °C, 200 °C, 250 °C und 300 °C sind in Tabelle 5 aufgeführt. Tabelle 4

	Fluoreszierendes Nitridmaterial (Massen-%)	Fluoreszierendes Seltenerdaluminatsalz-Material (Massen-%)	Aluminiumoxid (Massen-%)
	Fluoreszierendes Nitridmaterial (Massen-%)	Fluoreszierendes Seltenerdaluminatsalz-Material (Massen-%)	Aluminiumoxid (Massen-%)	Relative Dichte (%)	Relative Lichtemissionsintensität bei 20 °C (%)
Beispiel 15	1	19	80	93,1	117,3
Beispiel 16	3	17	80	93,1	111,3
Beispiel 17	5	15	80	93,1	110,5
Beispiel 18	10	10	80	93,6	106,5
Beispiel 19	15	5	80	93,7	102,6
Beispiel 20	20	0	80	93,8	100,0
Vergleichsbeispiel 5	0	20	80	93,5	129,9

Tabelle 5

		Vergleichsbeispiel 5	Beispiel 15	Beispiel 16	Beispiel 17	Beispiel 18	Beispiel 19	Beispiel 20
Fluoreszierendes Nitridmaterial (Massen-%)		0	5	15	25	50	75	100
Fluoreszierendes Sel tenerdaluminatsalz-Material (Massen-%)		100	95	85	75	50	25	0
Relative Lichtemissions-	20 °C	129,9	117,3	111,3	110,5	, 106,5	102,6	100,0
	50 °C	129,0	116,5	110,5	109,7	104,9	101,4	99,1
	100 °C	127,1	113,5	108,4	108,3	104,2	100,0	98,1
intensität (%)	150 °C	120,5	110,0	105,7	104,4	101,0	97,4	96,1
	200 °C	104,9	98,7	96,6	94,0	91,0	91,3	90,3
	250 °C	72,5	70,8	71,9	70,3	71,2	72,3	76,0
	300 °C	42,5	41,7	44,2	47,4	48,4	51,9	54,2

Die keramischen Verbundmaterialien, die aus den ersten Sinterkörpern aus den Beispielen 15 bis 20 und Vergleichsbeispiel 5 gebildet wurden, wiesen im Wesentlichen äquivalente relative Dichten auf. Bei 20 °C wies das keramische Verbundmaterial, das einen größeren Gehalt des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials mit einer durch (Y_0,995Ce_0,005)₃Al₅O₁₂ dargestellten Zusammensetzung aufwies, eine höhere relative Lichtemissionsintensität auf, aber bei einer hohen Temperatur von 150 °C oder mehr waren die keramischen Verbundmaterialien aus den Beispielen 15 bis 20, die das fluoreszierende Nitridmaterial mit einer durch Ce_0,15La_2,75Si₆N₁₁ dargestellten Zusammensetzung enthielten, stärker in der Abnahme der relativen Lichtemissionsintensität unterdrückt als das keramische Verbundmaterial aus Vergleichsbeispiel 5, welches das fluoreszierende Nitridmaterial nicht enthielt. Es wurde aus dem Ergebnis heraus bestätigt, dass das keramische Verbundmaterial, welches das fluoreszierende Nitridmaterial zusammen mit dem fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Material oder an Stelle des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials enthält, stärker in der Abnahme der Lichtemissionsintensität unterdrückt war und die höhere Lichtemissionsintensität beibehielt. In Tabelle 5 sind der Massenanteil (Massen-%) des fluoreszierenden Nitridmaterials und der Massenanteil (Massen-%) des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials der Massenanteil (Massen-%) der fluoreszierenden Materialien, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Massen-% des fluoreszierenden Nitridmaterials und des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials.
Wie in 6 gezeigt, wiesen bei 300 °C die keramischen Verbundmaterialien aus den Beispielen 16 bis 20 eine höhere relative Lichtemissionsintensität als das keramische Verbundmaterial aus Vergleichsbeispiel 5 auf, das kein fluoreszierendes Nitridmaterial enthielt, und waren die keramischen Verbundmaterialien aus den Beispielen 15 bis 20 in der Abnahme der Lichtemissionsintensität in einem Bereich einer hohen Temperatur von 150 °C oder mehr unterdrückt.
Das keramische Verbundmaterial gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf ein keramisches Verbundmaterial, das in der Lage ist, eine Wellenlänge von Licht, das aus einer LED oder LD emittiert wird, umzuwandeln, ein Material für einen festen Szintillator angewendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018 [0001]

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials, umfassend: Herstellen eines Grünkörpers, umfassend ein Gemisch aus fluoreszierendem Nitridmaterial mit einer durch die nachstehende chemische Formel (1) dargestellten Zusammensetzung und Aluminiumoxid-Teilchen; und Durchführen von primärem Sintern des Grünkörpers bei einer Temperatur in einem Bereich von 1250°C oder mehr und 1600°C oder weniger, um einen ersten Sinterkörper zu erhalten: M_wLn¹ _xA_yN_z (I) wobei in der chemischen Formel (I) M mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ce und Pr, darstellt; Ln¹ mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sc, Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu, darstellt; A mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Si und B, darstellt; und w, x, y und z jeweils 0 < w ≤ 1,0, 2,5 ≤ x ≤ 3,5, 5,5 ≤ y ≤ 6,5 und 10 ≤ z ≤ 12 erfüllen.
Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weiter Durchführen von sekundärem Sintern des ersten Sinterkörpers durch eine heißisostatische Pressbehandlung (HIP) bei einer Temperatur in einem Bereich von 1250°C oder mehr und 1600°C oder weniger umfasst, um einen zweiten Sinterkörper zu erhalten.
Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach Anspruch 1 oder 2, wobei das primäre Sintern bei einer Temperatur in einem Bereich von 1300°C oder mehr und 1500°C oder weniger durchgeführt wird.
Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach Anspruch 2 oder 3, wobei das sekundäre Sintern bei einer Temperatur in einem Bereich von 1350°C oder mehr und 1500°C oder weniger durchgeführt wird.
Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das fluoreszierende Nitridmaterial einen mittleren Teilchendurchmesser in einem Bereich von 2 µm oder mehr und 100 µm oder weniger aufweist.
Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Aluminiumoxid-Teilchen einen mittleren Teilchendurchmesser in einem Bereich von 0,1 µm oder mehr und 1,5 µm oder weniger aufweisen.
Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei beim Schritt des Herstellens eines Grünkörpers das fluoreszierende Nitridmaterial in einem Verhältnis in einem Bereich von 0,1 Massen-% oder mehr und 70 Massen-% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Massen-% des fluoreszierenden Nitridmaterials und der Aluminiumoxid-Teilchen, verwendet wird.
Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Aluminiumoxid-Teilchen eine Aluminiumoxid-Reinheit von 99,0 Massen-% oder mehr aufweisen.
Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei beim Schritt des Herstellens eines Grünkörpers weiter ein fluoreszierendes Seltenerdaluminatsalz-Material mit einer durch die nachstehende chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung zugegeben und mit dem fluoreszierenden Nitridmaterial mit einer durch die nachstehende chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung und den Aluminiumoxid-Teilchen gemischt: (Ln² _1-aCe_a)₃(Al_cGa_b)₅O₁₂ (II) wobei in der chemischen Formel (II) Ln² mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y, Gd, Lu und Tb, darstellt; und a, b und c jeweils 0 < a ≤ 0,022; 0 ≤ b ≤ 0,4, 0 < c ≤ 1,1 und 0,9 ≤ b+c ≤ 1,1 erfüllen.
Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach Anspruch 9, wobei das fluoreszierende Seltenerdaluminatsalz-Material einen mittleren Teilchendurchmesser in einem Bereich von 15 µm oder mehr und 40 µm oder weniger aufweist.
Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach Anspruch 9 oder 10, wobei beim Schritt des Herstellens eines Grünkörpers die Gesamtmenge des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials und des fluoreszierenden Nitridmaterials in einem Bereich von 0,2 Massen-% oder mehr und 80 Massen-% oder weniger, bezogen auf 100 Massen-% des Grünkörpers, liegt.
Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der erste Sinterkörper eine relative Dichte von 80% oder mehr aufweist.
Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei der zweite Sinterkörper eine relative Dichte von 90% oder mehr aufweist.
Ein keramisches Verbundmaterial, umfassend ein fluoreszierendes Nitridmaterial mit einer durch die nachstehende chemische Formel (I) dargestellten Zusammensetzung und Aluminiumoxid, welches einen Gehalt des fluoreszierenden Nitridmaterials in einem Bereich von 0,1 Massen-% oder mehr und 70 Massen-% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmenge des fluoreszierenden Nitridmaterials und des Aluminiumoxids, aufweist: M_wLn¹ _xA_yN_z (I) wobei in der chemischen Formel (I) M mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ce und Pr, darstellt; Ln¹ mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sc, Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu, darstellt; A mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Si und B, darstellt; und w, x, y und z jeweils 0 < w ≤ 1,0, 2,5 ≤ x ≤ 3,5, 5,5 ≤ y ≤ 6,5 und 10 ≤ z ≤ 12 erfüllen.
Das keramische Verbundmaterial nach Anspruch 14, wobei das keramische Verbundmaterial weiter ein fluoreszierendes Seltenerdaluminatsalz-Material mit einer durch die nachstehende chemische Formel (II) dargestellten Zusammensetzung umfasst und die Gesamtmenge des fluoreszierenden Nitridmaterials und des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials in einem Bereich von 0,2 Massen-% oder mehr und 80 Massen-% oder weniger, bezogen auf 100 Massen-% des keramischen Verbundmaterials, liegt: (Ln² _1-aCe_a)₃(Al_cGa_b)₅O₁₂ (II) wobei in der chemischen Formel (II) Ln² mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y, Gd, Lu und Tb, darstellt; und a, b und c jeweils 0 < a ≤ 0,022, 0 ≤ b ≤ 0,4, 0 < c ≤ 1,1 und 0,9 ≤ b+c ≤ 1,1 erfüllen.
Das keramische Verbundmaterial nach Anspruch 14 oder 15, wobei das keramische Verbundmaterial eine relative Dichte von 80% oder mehr aufweist.
Das keramische Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das keramische Verbundmaterial das fluoreszierende Nitridmaterial in einer Menge in einem Bereich von 15 Massen-% oder mehr, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Massen-% des fluoreszierenden Seltenerdaluminatsalz-Materials und des fluoreszierenden Nitridmaterials, enthält.
Eine lichtemittierende Vorrichtung, umfassend das keramische Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 14 bis 17 und ein lichtemittierendes Element mit einer maximalen Lichtemissionswellenlänge in einem Bereich von 350 nm oder mehr und 500 nm oder weniger.