DE2309385C3

DE2309385C3 - Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumoxydsubstrats

Info

Publication number: DE2309385C3
Application number: DE2309385A
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Dipl.-Ing. Yamamoto Anzai; Kaoru Dipl.-Ing. Kawasaki Hashimoto; Koichi Dipl.-Ing. Tama Tokio Niwa; Hiromi Dipl.-Ing. Tokio Yokoyama
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1972-03-03
Filing date: 1973-02-24
Publication date: 1980-04-30
Also published as: US3854965A; DE2309385A1; JPS4891599A; JPS53120B2; DE2309385B2

Description

Kurzfassung der Beschreibung

Ein Aluminiumoxydsubstrat mit verbesserter Oberflächenglätte und verbesserten elektrischen Eigenschaften kann gemäß der Erfindung durch Zusatz einer geringen Menge von Magnesiumoxyd und Chromoxyd zu Aluminiumoxydpulver, durch Gleitgießen und durch Brennen bei einer Temperatur von 1550 bis 1670⁰C erhalten werden.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumoxydsubstrats einer Art eines keramischen Substrats, das als Material für elektronische Einrichtungen verwendet wird, und insbesondere zur Herstellung eines Aluminiumoxydsub- _w strats mit sehr glatter Oberfläche und hervorragenden elektrischen Eigenschaften.

Stand der Technik

Ein Aluminiumoxydsubstrat wird bisher vielfach als _Y, isolierendes Substrat für eine integrierte Hybridschaltung, eine Dünnfilmschaltung, eine integrierte Mikrowellenschaltung usw. verwendet. Diese Schaltungen haben im allgemeinen ein Leitermuster oder einen Dünnfilmwiderstand, der durch Vakuumverdampfung _bn eines Leitermaterials oder eines Widerstnridsmateriais gebildet ist, und einen Dünnfilmkondensator, der durch Einbringen eines dielektrischen dünnen Filrns zwischen die dünnen Leiterfilme u. dgl. auf der Fläche des Substrats gebildet ist. _h->

Für eine Dickfilmschaltung verbessert die etwas rauhere Oberfläche des Substrats mehr die Adhäsionsstärke des Films und ergibt bessere Egcbnisse. Deshalb wird ein Substrat mit einer Oberflächenrauhheit von etwa 1 bis 2 μ im Mittelliniendurchschnitt oft für eine Dickfilmschaltung verwendet.

Für eine Dünnfilmschaltung ist jedoch, da diese einen Dünnfilmwiderstand oder einen Düniifilmkondensator guter Qualität u.dgl. erfordert, eine sehr geringe Oberflächenrauhheit des Substrats erwünscht Die Oberflächengüte ist bisher durch Bildeo einer Glasschicht auf der Fläche des Aluminiumoxydsubstrats oder durch Glasieren erhalten worden. Da jedoch Glas eine schlechtere thermische Leitfähigkeit hat, wird die Verwendung des Aluminiumoxydsubstrats unter der Bedingung, daß es für eine Dünnfilmschaltung u.dgl. gebrannt ist, in Erwägung gezogen, um die gute thermische Strahlung zu verstärken.

Andererseits ist ein Aluminiumoxydsubstrat mit hervorragenden elektrischen Eigenschaften und insbesondere mit geringem dielektrischen Verlast (tano) erwünscht und hierfür ist ein dichtes Aluminiumoxydsubstrat mit wenigen Poren notwendig. Das Aluminiumoxydsubstrat kann durch Formen und Erhitzen eines feinen Aluminiumoxydpulvers erhalten werden. Die Dichte und Oberflächenglätte des Aluminiumoxydsubstrats hängt von den Gießverfahren des feinen Aluminiumoxydpulvers, der Abmessung der Partikel und der Art des feinen Aluminiumoxydpulvers, den Brenntemperature!j und den Arten und Mengen der Zusätze ab.

Es gibt ein Gleitgießen und ein Trockenpressen bei dem Verfahren zum Bilden von Formen aus feinem Aluminiumoxydpulver, sogenannte grüne Platte. Gleitgießen macht Aluminiumpulver zu einem Gleitmittel und gießt dieses in eine Plattenform. Aluminiumoxydpulver, das zu einem Gleitmittel gemacht worden ist, wird im allgemeinen durch das sogenannte Arztklingenverfahren gegossen. Das Arztklingenverfahren ist ein Verfahren, bei dem das Gleitmittel in gleicher Stärke auf sich bewegenden Grundsubstanzen mit Oberflächenglätte, auf Glastafeln oder -filmer durch einen Spatel, eine sogenannte Arztklinge, zum Fließen gebracht und gegossen wird. Im allgemeinen kann die grüne Platte mit Oberflächenglätte durch Gleitgießen erhalten werden. Da jedoch Lösungsmittel, Bindemittel usw. zugegeben werden, um das Aluminiumoxydpulver zu einem Gleitmittel zu machen, ist es schwierig, eine dichte grüne Platte zu erhalten, und deshalb ist es schwierig, ein Aluminiumoxydsubstrat, das durch Brennen einer grünnen Platte erhalten worden ist, dicht zu bekommen. Trockenpressen ist ein Verfahren, bei dem Aluminiumoxydpulver durch mechanisches Pressen gegossen wird, und die Bildung einer grünen Platte mit hoher Dichte wird möglich gemacht. Ein Substrat aus feinem Aluminiumoxyd kann durch Brennen einer grünen Platte mit hoher Dichte erhalten werden, die durch Trockenpressen erhalten wird. Da jedoch die Glätte des Aluminiumoxydsubstrats durch Trockenpressen im allgemeinen stark durch die Glätte der Substanzfläche, auf welche die Pressung ausgeübt wird, beeinflußt wird, ist es schwierig, eine glatte Fläche wie bei einem Aluminiumoxydsubstrat duch Bandgießen zu erhalten.

Bei der Herstellung eines Aluminiumoxydsubstrats wird häufig Aluminiumoxydpiilvcr mit Partikeln von etwa 0,05 bis einigen μ Durchmesser verwendet. Es gibt Λ-Aluminiumoxyd und y-Aluniiniurnoxyd in einer Aliiminiumoxydkristallphiisc und )■ Aluminiiimoxyd hat eine höhere Aktivität als a-Aluminiumoxyd. Derzeit kann man nur y-Aluminiiimoxyd als Altiminiumoxydpul-

ver mit sehr feiner Korngröße erhalten und auf dem Markt befindliches «-Aluminiumoxyd hat eine vergleichsweise große Korngröße. Da y-Aluminiumoxyd bei einer Temperatur von 1100⁰C oder mehr in a-Aluminiumoxyd umgewandelt wird und zu dieser Zeit das Wachstum der sehr großen Partikel, d. h. das abnorme Kornwachstum, stattfindet, kann ein glattes Aluminiumoxydsubstrat auch nicht durch Gießen und Brennen vor y-Aluminiumoxydpulver erhalten werden.

Andererseits soll für die Herstellung eines dichten Aluminiumsubstrats mit feiner Körnung besser feines Aluininiumoxydpulver mit hoher Aktivität verwendet werden. Die Porenemission in einer grünen Platte und die feste Kombination zwischen den Partikeln kann bei vergleichsweise niedriger Energie oder bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen durch Brennen einer grünen Platte erhalten werden, die unter Verwendung von feinem Aluminiumoxydpulver mit hoher Aktivität verstärkt ist.

Bezüglich der Brenntemperaturen wird mit höheren Temperaturen das Kornwachstum größer und ein Aluminiumoxydsubstrat mit höherer Dichte wird erhalten und gleichzeitig geht die Oberflächenglätte verloren. Wenn zum Beispiel eine grüne Platte, von der ein Aluminiumoxydsubstrat mit einer Flächenrauhheit von 0,1 μ im Mittelliniendurchschnitt, kurz mit CLA bezeichnet, bei einem Brennen von 1600⁰C erhalten worden ist, bei 1700⁰C gebrannt wird, erreicht die folglich erhaltene Oberflächenrauhheit des Aluminiumoxydsubstrats 1,0 μΟΙΛ.

Viele Untersuchungen sind bisher mit Alurniniumoxyd mit hoher Reinheit durchgeführt worden. Es ist bekannt, daß das Wachstum der Aluminiumoxydpartikel eine lineare Änderung in gewisem Umfange für die Brenntemperaturen durch die Zugabe einer geringen Menge von Magnesiumoxyd (MgO) zeigt und daß die Steuerung des Kornwachstums in einem gewissen Umfange möglich wird. Die Zugabe von MgO ist z. B. im einzelnen in der amerikanischen Zeitschrift Ceramic Bulletin, Vol. 50, No. 6, Seiten 532 bis 535 beschrieben. Bei dieser Untersuchung wird jedoch die grüne Platte gebildet, um eine feine Aluminiumoxydkeramik durch Trockenpressen zu erhalten, und es wird keine Rücksicht auf die Oberflächenglätte genommen. Die Temperaturen von 1700 bis 1800° C sind zum Brennen in feuchtem Wasserstoff erforderlich, auch in dem Falle der Zugabe von 0,25 Gew.-% MgO, von dem berichtet wird, daß es am wirkungsvollsten für die Herstellung von feiner Aluminiumoxydkeramik ist. Deshalb findet das große Kornwachsiun bei dem Brennen der grünen Platte statt und das Aluminiumoxydsubstrat mit rauher Oberfläche wird nur wegen des großen Kornwachstums der Fläche erhalten. Es ist auch bekannt, daß eine harte Aluminiumoxydkeramik durch die Zugabe von etwa 10 Gew.-% Chromoxyd (Cr₂Oj) erhalten wird und eine solche Aluminiumoxydkeramik wird für Einspannvorrichtungen verwendet, die eine Verschleißfestigkeit erfordern. Bei dieser Aluminiumoxydkeramik wird jedoch keine Rücksicht auf die Oberflächenglätte genommen.

Unter Berücksichtigung des vorstehend Gesagten ist bisher ein Aluminiumoxydsubstrat mit feiner Körnung und Oberflächenglätte, das als Substrat einer Dünnfilmschaltung oder einer integrierten Mikrowellenschaltung usw. verwende' wird, in folgender Weise hergestellt worden. Dan rx-Aluminiumoxydpulver mit hoher Reinheit wird zi; einem Ci.'itmittel durch die Zugabe von Lösungsmitteln, ninclemittcln, Entflockungsmitteln und Weichmachern gemacht. Das Gleitmittel wird durch Bandgießen, und insbesondere durch ain Arztklingenverfahren, gegossen, getrocknet und eine grüne Platte wird gebildet. Die grüne Platte wird bei einer

■-, Temperatur von 1700 bis 1800°C gebrannt und das Aluminiumoxydsubstrat wird verstärkt. Wasserstoff ist häufig anwesend, wenn das Brennen ausgeführt wird. Hierauf werden die folgenden Substanzen im allgemeinen verwendet, wenn Aluminiumoxydpulver zu einem

iü Gleitmittel gemacht wird- Äthylzellulose, Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid, Polystyrolacrylat, Polyvinylbutyral oder ein Kopolymer von Vinylchlorid und Vinylazetat usw. werden als Bindemittel verwendet. Methyläthylketon (MEK)₁ n-Butylazetat usw. werden als Lösungsmittel

is verwendet. Stearinsäure, Polyoxyäthylen-Nonylphenyläther, Laurintrimethyl-Ammoniumchlorid usw. werden als Entflockungsmitte! verwende:. Diocthylphthalat, Butylbenzolphthalat usw. werden als Weichmacher verwendeL

Ein Aluminiumoxydsubstrat, da? dicht aber an der Oberfläche rauh ist, ist bisher wegen der Verwendung von «-Aluminiumoxydpulver, durch das die vergleichsweise große Körnung nur erhalten wird, und durch Brennen bei einer Temperatur von 1700⁰C oder mehr erhalten worden. Die Eigenschaften eines Aluminiumoxydsubstrats, das derzeit am Markt ist, sind im allgemeinen folgende. Der Glanz, der die Glätte einer Aluminiumoxydsubstratfläche angibt, beträgt 15 bis 20. Der dielektrische Verlust (tan O) beträgt etwa 3x 10⁴ (1 MHz). Der Te-Wert, der angibt, daß bei einer Temperatur, bei welcher der spezifische Volumenwiderstand der Keramik 10⁶ Ohm-cm wird, je höher er ist, je besser die Qualität eines Keramiksubstrats ist, beträgt etwa 950. Die spezifische Schwere beträgt etwa 3,9. Die Festigkeit (Biegefestigkeit) beträgt etwa 3500 kg/cm².

Wie oben erwähnt worden ist, steht die Dichte eines Aluminiumoxydsubstrats im Gegensatz zur Glätte der Fläche und es ist schwierig, ein Aluminiuiioxydsubstrat mit beiden Eigenschaften zu erhalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Zweck der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumoxydsubstrats zu schaffen, das dicht und glatt an der Oberfläche ist. Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumoxydsubstrats zu schaffen, das für die Verwendung eines Isoliersubstrats einer integrierten Hybridschaltung, einer integrierten Dünnfilmschaltung und einer integrierten Mikroweltenschaltung unter der Bedingung des Brennens geeignet ist.

Gemäß der Erfindung werden die vorstehenden Zwecke durch folgende Verfahren erreicht.

1. Verfahren unter Verwendung eines Aluminiumoxydpulvers, dem geringe Mengen von Magnesiumoxyd und Chromoxyd (CriOj) zugegeben und miteinander gemischt werden, und zum Bilden einer grünei. Platte durch Gleitgießen und Brennen

bo bei einer vergleichsweise niedrigeren Temperatur. Es hat sich gemäß der Erfindung erwiesen, daß Aluminiumoxydpulver, dem geringe Mengen von MgO und Cr₂Oj zugegeben und mit diesen gemischt sind, ein Aluminiumoxydsubstrat ergeben

b> kann, das dichter und glatter an der Oberfläche im

Vergleich mit Alurniniumoxydpulver ist, dem nur eines dieser Oxyde zugegeben und mit diesem gemischt ist. Auf der Basis der folgenden Gründe ist

zu berücksichtigen, daß die Zugabe von MgO und Cr^Oi wirksam ist, um ein Aluminiumoxydsubsirai mit hoher Dichte und Glätte der Oberfläche zu erhalten. Hin geringe Menge von MgO verhindert das anormale Kornwachstum von Aluminiumnxyd, wenn es gebrannt wird, und ergibt ein gleichförmiges Kornwachstum. Da andererseits COO) selbst eine schlechtere elektrische Isolation hat. ist die Zugabe einer großen Menge von Cr₂Oi /um Herstellen eines Aluminiumoxydsubstrats für ein Isoliersubstrat unerwünscht. Wenn jedoch Aluminiumoxydpulver, dem eine kleine Menge Cr.>O₍ zugegeben ist, bei einer vergleichsweise niedrigeren Temperatur gebrannt wird, wird Cr₂Oi geschmolzen, in die Aliiminiumoxydkorngren/e diffunidcrt und ergibt Poren zwischen den Alumi niiimoxydkörnern. Deshalb kann ein feines Alumi· niumoxydsubstrat durch Brennen bei einer vergleichsweise niedrigeren Temperatur erhalten werden. Wenn des weiteren die Brenntemperatur niedriger ist. ist das Aluminiiimoxyd-Kornwachslum vergleichsweise geringer und deshalb kann ein Aluminiumoxydsubstrat mit Oberflächengüte erhalten werden. Wenn die Brenntemperatur höher als etwa 1670"C ist, wird eine feste Lösung von Aliiminiumoxyd und Cr₂Oi hergestellt und die elektrischen Eigenschaften eines Aluminiumoxyd Substrats werden verschlechtert. Gemäß der Erfindung liegt die Brenntemperatur, bei der Cr₂Oi vollständig in die Aluminiiimoxyd-Korngrenze diffuniert wird und ein Aluminiumoxydsubstrat mit hoher Dichte und mit hervorragenden elektrischen Eigenschaften erhalten wird, innerhalb des Bereiches von 1550 bis I67O°C. Darüber hinaus ist die Zugabe von 0,1 bis 0,4 Gew.-% MgO und 0.001 bi, 0.05 Gew.ⁿ/n CnOi zu Aluminiumoxydpulver ausreichend. Das beste Aluminiumoxydsubstrat wird durch die Zugabe von etwa 0,25 Gew.-% MgO und 0,02 bis 0.03 Gew.-% Cr_:Oi und bei einem Brennen von etwa 1600⁰C erhalten.

2. Ein Verfahren, um Aiuminiumoxydpulver zu einem Gleitmittel zu machen, unter Verwendung der folgenden fviatenaiien und unier Verwendung des Gleitmittels. Die Materialien, die verwendet werden, um Aluminiumoxydpulver zu einem Gleitmittel zu machen, sind folgende: Polyvinylbutyral als Bindemittel. Solubitan-Trioleat als Entflockungsmittel, Dibutylphthalat als Weichmacher und Methyläthylketon (MEK), Methylalkohol und n-Butylalkohol als Lösungsmittel. Diese Materialien in Mengen innerhalb der folgenden Grenzen werden 100 Teilen Aluminiumoxydpulver zugegeben: Polyvinylbutyral 4,0 bis 6,0 Teile für einen durchschnittlichen Polymerisationsgrad von 250 bis 500 und 1,5 bis 3,5 Teile für einen Polymerisationsgrad von > 1000 bis 2000, Sorbitan-Trioleat 0,8 bis 1,5 Teile, Dibutylphthalat 0,5 bis 1,2 Teile, MEK 20 bis 30 Teile. Methylalkohol 10 bis 20 Teile und n-Butylalkohol 8 bis 12 Teile. Hierbei sind die Mischungsverhältnisse gewichtsmäßig angegeben. f

3. Ein Verfahren zum Verwenden eines Aluminiumoxydpulvers, bei dem 30 Gew.-% oder weniger y-Aluminiumoxydpulver dem «-Aiuminiumoxydpulver zugegeben wird. Es ist erwiesen, daß die Verwendung des gemischten Pulvers von <x-Aluminiumoxyd und y-Alurniniumoxyd die Glätte einer grünen Platte besser und ein Aluminiumoxydsubstrat dicht macht. Wenn 30 Gew.-% oder mehr }'-Alt]miniumoxvH zugegeben ist, ist es schwierig wegen des GleitgieBcns ein zufriedenstellende Gleiten zu erhalten, denn die gleichförmig Dispersion von Aluminiiimoxydpiilvcr kann nich erhalten werden. Die wirksamste Menge voi zugegebenem y-Aliiminiunioxydpulvcr betrag etwa 10Gew.%.

Das gemischte Pulver, bei dem geringe Mrnpci von MgO und Cr₂Oi dem gemischten Pulver voi Λ-Aluminiumoxyd und y-Aluminiumoxyd zugege ben sind, wird zu einem Gleitmittel durch di< Zugabe der obigen l.< ungsmittcl. Entflockungs mittel, Weichmacher ur.j Bindemittel gemacht. Da: Gleitmittel wird zu einer grünen flaue durcl Gleilgießen gemacht. Die grüne Plane wird ii Wasserstoff bei einer vergleichsweise niedrigerer Temperatur gebrannt und ein Aluminiumoxydsub strat wird erhalten. Das derart erhaltene Alumi niumoxydsubstrat ist sehr glatt an der Oberfläche und hat geringen dielektrischen Verlust. Bei dci Herstellung des Aluminiumox>Jsubstrats gcmaC der Erfindung ist das Brennen der grünen Platte ir Wasserstoff auch wie vorstehend erwünscht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispie len beschrieben.

Kurze Beschcibung der Zeichnung

F i g. I ist eine graphische Darstellung des Verlustfak tors (tan ft bei 10 MHz) eines Aluminiumoxydsubstrat! in Abhängigkeit vom Cr.Oj-Gehalt.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der spezifi-⁴^n Schwere eines Aluminiumoxydsubstrats in Ab ..u: , ' -'·' vom MgO-Gehait.

Fig. j ist . ie graphische Darstellung des Aluminiumoxyd-KornJurchmessers eines Aluminiumoxydsubstrats in Abhängigkeit von der Brenntemperatur.

Fig.4 ist eine graphische Darstellung der spezifischen Schwere eines Aluminiumoxydsubstrats nach dem Brennen in Abhängigkeit vom y-Aluminiumoxyd-Gehalt des Aluminiumoxydpulvers.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung des Glanzes der Fiac'ne der grünen Platte in ADnangigKeit vom •/-Aluminiumoxyd-Gehalt des Aluminiumoxydpulvers und des Schrumpfungskoeffizienten zur Brennzeit.

F i g. 6 ist eine graphische Darstellung des Verlustfaktors (tan 6 bei 1 MHz) eines Aluminiumoxydsubstrats in Abhängigkeit von der Brenntemperatur.

Fig. 7 zeigt eine mikroskopische Ansicht eines erfindungsgemäßen AI₂Oj-Substrats mit geraden Grenzflächenverlauf.

F i g. 8 zeigt eine mikroskopische Ansicht eines handelsüblichen ALOrSubstrats mit gekrümmten Grenzflächenverlauf.

Fig.9 zeigt Oberflächen-Topographien von AI2O3-Substraten. und zwar

(1) AIjOj-MgO-CrjOj-System,Glanz 77

(2) handelsübliches Substrat, Glanz 10,8.

Fig. 10 zeigt eine Oberflächen-Topographie eines handelsüblichen Substrats, Glanz 35 bis 40.

F i g. 11 zeigt elektronenmikroskopische Aufnahmen des Kornwachstums von AI2O3—MgO-Cr₂O₃-Substraten, und zwar

(1) 1 h bei 1300° C in Luft gebrannt

(2) 1.5 h bei 1500° C in H₂ gebrannt

(3) 1,5 h bei 1600° C in H₃ gebrannt.

Das gemäß der US-PS !5 77 17h nach dem Trockenpreßverfahren hergestellte Endprodukt hat bei einer Korngröße von 2 bis 5 μιη auch eine entsprechende Oberflächenraiihh'. il(CI.A-Werte).

Das erfindungsgemäß erhaltene Aluminiumoxidsubstrat hat zwar auch eine Korngröße von etwa 2 bis 5 μπι. aber die CLA Werte dieser Oberfläche liegen bei 0,05 μ f. oder darunter und sind damit um ' /ioo kleiner als die der Keramik gemäß der US-PS 33 77 176. Dies liegt an der Anordnung der Aliiminiumoxidteilchcn an der Oberfläche, die von großer Bedeutung i.M. um die erfindungsgemäß erstrebte Glätte auch tatsächlich zu erzielen. Fine notwendige Voraussetzung hierfür ist die Anwendung des Gleitgießverfahrens, jedoch nicht die alleinige Voraussetzung. Der erfindungsgemäß zu erzielende Effekt einer extrem glatten Oberfläche ergibt sich nur bei einer Brenntemperatur im Bereich von 1550 bis 1670" C, aber selbst dann schon wieder nicht mehr, wenn nicht das Gleilgießverfahren sondern rlns Trockenpreßverfahren angewandt wird. Bei Aluminiumoxidsubstratcn für Dünnfilmkreise jedoch ist eine noch glattere Oberfläche erforderlich.

Die Herstellung von Aluminiumoxidsiibstraten mit noch glatterer Oberfläche als gemäß der US-PS 33 77 176 ist auch bereits nach der US-PS 36 98 923 möglich. Hiernach wird als Kornwachstumshemmer Talk, neben Binder und Lösungsmittel und anderen Zusätzen, eingesetzt, worauf die grüne Platte durch Gleitgießen hergestellt werden kann. Die Brenntemperatur wird jedoch so gewählt, daß kein wesentliches Kornv achstum auftritt, d.h. im Bereich von 1425 bis 1550°C, bevorzugt unter 1500" C.

Auf diese Weise kann zwar das Kornwachstum verhindert und ein Oberflächen-CLA-Wert von 0,05 bis 0,08 μιη bei einer Brenntemperatur von 1425°C erzielt werden, dies beduetet aber unvollkommenes Brennen und damit das Verbleiben zahlreicher Poren und ein geringeres spezifisches Gewicht des Endprodukts. Daher hat ein solches Substrat eine geringe mechanische Festigkeit und einen großen Verlustfaktor.

Andererseits besitzt das Produkt der US-PS 33 77 176 zwar eine hohe Dichte, aber eine verhältnismäßig rauhe DDernacne, wanrend das Aluminiumoxidsubstrat der US-PS 36 98 923 eine geringe Dichte, aber eine glattere Oberfläche aufweist. Ein Aluminiumoxydsubstrat mit sehr glatter Oberfläche und zugleich hoher Dichte war bislang nicht herzustellen. Durch die Erfindung sind demgegenüber Bedingungen gefunden worden, die dieses Problem lösen, daß nämlich beim Brennen die durch das Gleitgießen zu erzielende glatte Oberfläche nicht beeinträchtigt oder verschlechtert wird.

Bei der erfindungsgemäß gewählten vergleichsweise hohen Temperatur von 1550 bis 1670° C ist zwar ein vier- bis fünfmal so großes Kornwachstum zu beobachten, eine Verschlechterung der Oberflächenglätte wird jedoch durch die besondere Wirkung der gewählten Zusätze verhindert Die Korngröße ist sehr gleichförmig, die Grenzlinien sind geradlinig und das Brennen ausreichend. Ein solches Aluminiumoxidsubstrat hat das spezifische Gewicht von 3,8 bis 3,99 und einen Oberflächenglanz von etwa 0,05 μπι CLA (die errechenbare Dichte von Aluminiumoxid ist 3,99 g/cm³).

Ein solches Ergebnis ist überraschend, ist aber möglicherweise wie folgt zu erklären.

Bekanntlich führt die Zugabe von Kornwachstumshemrnern zu einer Abnahme abnormen Kornwachstums beim Brennen. Hierunter wird die Erscheinung verstanden, daß bestimmte Aluminiumoxidkörner sich mit

benachbarten Körnern verbinden und vergleichsweise beträchtlich wachsen, während unter normalem Kornu achstum das etwa gleichförmige Wachstum eines jeden Korns oder Teilchens verstanden wird. Für die Gewinnung von Aluminiumoxid hoher Dichte ist es sehr wesentlich, das abnorme Kornwachstum zu hemmen. Dies tritt aber im allgemeinen beim Brennen von Aluminiumoxidteilchen auf. Bei zu schnellem Wachstum werden aber Poren zwischen den Grenzflächen eingeschlossen, was wiederum die Dichte des Produkts senkt. So war nach dem bisherigen Stand der Technik, wie oben bereits ausgeführt, die Alternative: Entweder ein glatteres Produkt mit geringerer Dichte und damit Festigkeit oder ein rauheres Produkt mit höherer Dichte und damit Festigkeit.

F i g. 8 ist eine mikroskopishe Ansicht einer Aluminiumoxidoberfläche nach dem Stand der Technik. Sie hat einen Cl.A-Wert von 0,3 μιη und einen Oberflächenplan? vnn IHR F i a K 7p\a\ Hart dip Mrhryahl Hi»r Aluminiuinoxidkörnchcn geradezu winzig und nicht genügend gewachsen ist. Andererseits ist ein Teil dieser Körnchen von beträchtlicher Größe. Dies zeigt deutlich das Auftreten von abnormem Kornwachstum.

Fig. 9 (2) zeigt eine Oberflächentopographie eines Aluminiumoxidsubstrats gemäß F i g. 8. Derzeit auf dem Markt verfügbare Aluminiumoxidsubstrate besitzen eine CLA-Wert von etwa 0,08 bis 0,1 μιη und einen Glanz von bestenfalls etwa 3,5, d. h. bei glattester Oberfläche. Die Oberflächentopographie eines solchen Substrats zeigt Fig. 10. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Einheit der Ordinate in Fig. 9 (2) von der Ordinate der F i g. 9 (1) verschieden ist.

Das Kornwachstum des Aluminiumoxidsubstrats gemäß dem Stand der Technik mit einer glatten Oberfläche ist im wesentlichen, wie in Fig.8 zu erkennen.

Bezüglich F i g. 8 ist insbesondere darauf hinzuweisen, daß die Korngrenzen gekrümmt sind. Dies gilt für alle vorhandenen Korngrenzen von Aluminiumoxidsubstraten mit glatter Oberfläche. Dies ist, wie nachfolgend beschrieben wird, ein Anzeichen dafür, daß das Aluminiumoxid nicht vollständig gebrannt worden ist und sich in einem instabilen Zustand mit vielen geschlossenen Poren befindet. Die Folge hiervon einer schlechte elektrische Eigenschaften und ein schlechter Einfluß auf die Zuverlässigkeit von auf der Oberfläche beispielsweise gebildeten dünnen Filmkondensatoren.

Die Wirkung der erfindungsgemäß gewählten Maßnahmen dufte folgende sein:

Das MgO in einer Menge von 0,1 bis 0,4 Gewichtsprozent mag als wohlbekannter Kornwachstumshemmer wirken. Das Cr₂Oj in einer Menge von 0,001 bis 0,05 Gewichtsprozent jedoch beschleunigt eher das Brennen bei niedriger Temperatur ais daß es das Kornwachstum hemmt, und wirkt als Stabilisator für die Korngrenzen. Mit anderen Worten wird bei den erfindungsgemäßen Aluminiumoxidsubstraten einerseits durch die Zugabe des MgO das abnorme Kornwachstum gebremst und zugleich ein vollständiges Brennen bei niedrigerer Temperatur durch Zugabe des Cr₂O₃ ermöglicht

Fig.9 (1) zeigt eine Oberflächentopographie des erfindungsgemäßen Aluminiumoxidsubstrats mit einem Gehalt von 0,25 Gewichtsprozent MgO und 0,025 Gewichtsprozent Cr₂Oj, bei einem CLA-Wert von 0,003 bis 0,005 μπι der Oberfläche und einem Glanz von etwa 75. Gebrannt wure bei 1600⁰C 1,5 Stunden lang in H₂. Wie F i g. 7 zeigt sind die Korngrenzen linear und die

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Aluminiumoxidkörncr groß.

Das Kornwachstum wird durch die Wechselwirkung der Grenzschichtdiffusion von Verunreinigungen, der Diffusion von AI₂Oj und der Oberflächenspannung von Korngren/flächen stark beeinfluß!. Ist die Korngren/.e -, linear, sind dL· Oberflächenspannungen dort ausgeglichen. Bei vollkommenem Ausgleich sollten alle Aliiminiumoxidkörn«r in Form regulärer Sechsecke bzw. in Bienenwaben-Form vorliegen.

Dies trifft, wie aus Fig. 7 ersichtlich, für das m erfindungsgemäße Aluminiiimoxidsiibstral weitcstge hend zu, woraus sich weiter ergibt, daß ein solches Substrat eine hohe Dichte aufweist und sich in einem stabilen Zustand befindet. So wird auch verständlich. daß ein solches Aluminiumoxidsubstrat keine größeren r, Vorsprünge aufweist und regelmäßig angeordnet ist. Vermutlich beruht dies auf einem erheblichen Einfluß der Grenzflächendiffusion oder Oberflächendiffusion iic5 Ci₂Oj, wci'iri gucii Eni/.ciiietieii hieiüuei iioi.ii nii/iii bekannt sind. 2»

Auf jeden Fall aber geht dieser Effekt verloren, wenn die Brenntemperatur 1670°C übersteigt, wobei eine räumliche Diffusion des Cr₂Oj eintritt. Dies bedeutet, daß eine feste Lösung des Cr₂Oj und des AI₂O₁ entsteht.

Der Effekt geht aber auch verloren, wenn die Menge y, an Cr₂O₃ 0,05 Gewichtsprozent übersteigt. So kann er bei einer Menge von 0,5 Gewichtsprozent überhaupt nicht mehr festgestellt werden. Bei einer solchen Menge wirkt das Cr₂O₁ lediglich als Kornwachstunishemmer. Die Wirkung einer Zugabe von 0,001 bis 0,05 jo Gewichtsprozent Cr₂Oj ist bislang nirgends beschrieben oder auch nur nahegelegt worden.

Die F i g. 11 (1) bis (3) zeigen elektronenmikroskopische Aufnahmen des Systems Al₂Oj-MgO-Cr₂Oj nach der Anwendung verschiedener Brenntemperatu- j:, ren. Der MgO-Gehalt ist 0,25 Gewichtsprozent, der Cr₂Oj-Gehalt 0,025 Gewichtsprozent. Dabei entspricht ein Aluminiumoxidsubstrat mit glatter Oberfläche gemäß dem Stand der Technik, also ein unvollständig gebranntes Substrat mit vielen geschlossenen Poren, der Fig. Il (2), ein erfindungsgemäß erhaltenes Substrat, rJQc 2Jc*-* rvrol^ic^h wrjlc.t/πΗϊσ CTi»hrnnnt ist iinH pinf» hnhp.

Dichte besitzt, der Fi g. 11 (3) mit einem CLA-Oberflächenwert von 0,005 μίτι oder weniger und einem Glanzwert von 70 oder darüber. Dies ist ohne den 4> erfindungsgemäßen Chromoxidzusatz nicht zu erzielen. Entgegen dem Ergebnis herkömmlicher Verfahren wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren das Aluminiumoxidsubstrat dichter und gleichzeitig bei fortschreitendem Brennen die Oberfläche glatter. Darauf weist nichts aus dem Stand der Technik hin.

Detailbeschreibung der Erfindung

Die Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Beispiel 1

Alumintumoxydpulver LINDE A und LINDE C, Warennamen der Union Carbide Co, USA, werden vorbereitet. Der durchschnittliche Korndurchmesser t>o von LINDE A beträgt 03 μ und der von LINDE C 1,0 μ. Diese Aluminiumoxidpulver enthalten a-Aluminiumoxyd mit einer Reinheit von 9959% oder mehr. LINDE A und LINDE C werden im Äquivalentgewicht dargestellt und zusammengebracht. Kleine Mengen von .·,; Magnesiumoxyd MgO (G.R.-Garantiertes Reagens) und Chromoxyd Cr₂O₃ (G.R.) werden 100 Teilen zusammengesetztem Aluminiumoxyd zugegeben und gemischt und mit den folgenden

die Pulver d"r Proben I bis 5
IJestandteilcn werden hergestellt.

Probe

Probe 2

Probe 3

Probe 4

•robe 5

Die obigen Zusammensetzungsverhältnisse der Proben sind alle gewichtsmäßig angegeben. Die Poben I bis 5 werden jeweils als Aluminiumoxydsubstrate in folgender Weise dargestellt.

Entflockungsmittel, Weichmacher, Lösungsmittel und Bindemittel werden beigegeben, um die gemischten Pulver der obigen Proben zu einem Gleitmittel zu machen. Das detailierte Verfahren zum Herstellen eines Gleitmittels ist wie folgt.

Das obige gemischte Pulver mit 100 Teilen wird in einen Mahltopf aus Polyäthylen gegeben und ein Entflockungsmittel, ein Weichmacher und Lösungsmittel werden in folgenden Gewichtsteilen zugegeben.

	C'icwichlsteilc
Aliiminiumoxyd	100
MgO	0,25
Cr₂O₁	0
Aluminiumoxyd	100
MgO	0,25
Cr₂O,	0,001
Aliiminiumoxyd	100
MgO	0,25
Cr₂O₁	0,005
Aluminiumoxyd	100
MgO	0,25
Cr₂O₁	0,01
Aluminiumoxyd	100
MgO	ft?!*
CnO₁	0,05

Entflockungsmittel:	1 Teil
Solubitan-Trioleat
Weichmacher:	10 Teile
Dibutylphthalat
Lösungsmittel:
Methylethylketon	25 Teile
(MEK)	15 Teile
Methylalkohol	iO Teile
ii-Buividiku'itol

Hierbei wird OP-85R, Warenname von Nippon Oils & Fats, Co, Ltd, Japan, als Solubitan-Trioleat für das Entflockungsmittel verwendet.

Aluminiumoxydkugeln werden in einen Mahltopf zusammen mit den obigen Materialien gegeben. Dieser Mahltopf aus Polyäthylen wird mit einer Geschwindigkeit von 100 bis 120 Umdrehungen pro Minut 24 Stunden lang gedreht und die obigen Materialien werden vollständig gemahlen und gemischt. Da eine Abnutzung der obigen Aluminiumoxydkugeln, die mit der Drehung des Mahltopfes verbunden ist, unvermeidbar ist, werden Aluminiumoxydkugeln mit einem Reinheitsgrad vom 99,5% oder mehr verwendet. Wenn etwa die Hälfte eines Mahltopfs mit Aluminiumoxydkugeln gefüllt ist, von denen jede einen Durchmesser von 1,5 bis 2 cm hat, wird das Rühren wirksam ausgeführt. Als nächstes wird das folgende Bindemittel in den obigen Mahltopf gegeben.
Bindemittel:

Polyvinylbutyral 5,5 Teile für einen durch

schnittlichen Polymerisationsgrad von 250 bis 550
3,0 Teile für einen durchschnittlichen Polymerisationsgrad von 1000 bis 2000.

Il

Der Mahltopf, in den dieses Bindemittel eingebracht wird, wird des weiteren 24 Stunden lang gedreht.

Des weiteren werden folgende Lösungsmittel zugegeben.
Lösungsmittel:

MEK 5 Teile

Methylalkohol 2 Teile

Der Mahltopf wird des weiteren 24 Stunden lang gedreht und das Gleitmittel wird erhalten. Dieses Gleitmittel wird von den Aluminiumoxydkugeln getrennt, zu einem anderen Kessel gebracht und dann durch ein Filter mit einem durchschnittlichen I'orendurchmcfser von 300 μ gefiltert. Darüber hinaus wird das Gleitmittel in Vakuum eingebracht, Blasen darin werden entfernt und gleichzeitig werden die Lösungsmittel verdampft so daß die festen Bestandteile darin etwa 63% betragen. Hiermit ist das Gleitmittel

VCrVGnSiäriuigi.

Das obige Gleitmittel wird in dem folgenden Verfahren gegossen.

Zuerst wird ein Polyesterfilm mit Oberflächenglätte, ein Mylar-Film S von DuPont Co., USA., vorbereitet. Das obige Gleitmittel wird in gleichförmiger Dicke auf diesem Polyesierfilm durch das Arztklingenverfahren gegossen. Der Film wird mit einer Geschwindigkeit von 2 m/min bewegt. Das fließende Gleitmittel ist 20 cm breit und 0,8 mm dick. Nachdem das in Plattenform gegossene Gleitmittel liegen gelassen und in einem Raum 24 Stunden lang getrocknet wurde, wird es von dem Polyesterfilm abgezogen. Hiermit ist eine grüne Platte vervollständigt.

Nachdem die obige grüne Platte in der Abmessung von 10 cm χ 10 cm abgeschnitten wurde, wird sie in Luft zum Entfernen eines Bindemittels in der grünen Platte erwärmt. Die Erwärmung zum Entfernen eines Bindemittels wird in folgender Weise ausgeführt. Nachdem die grüne Platte in einen Ofen gebracht wurde, wird die Temperatur des Ofens at.f 1300"C mit einem Gradient von 80³C pro Stu.ide erhöht und bei einer Temperatur von 1300⁰C eine Stunde lang gehalten. Danach wird die Erwärmung gestoppt und die grüne Platte wird in dem Ofen gelassen und langsam abgekühlt.

Das Brennen wird durch Anordnen der grünen Platte, aus der ein Bindemittel entfernt ist, in einer Wasserstoffatmosphäre zwei Stunden lang unter der Bedingung einer Temperatur von 163O°C ausgeführt und ein Aluminiumoxydsubstrat wird vervollständigt.

Das Aluminiumoxydsubstrat wird bezüglich der Oberflächenglätte, des Verlustfaktors (tan ö), des Wertes von Te, der spezifischen Schwere und der mechanischen Festigkeit gemessen. Die Überfiächenglätte wird durch den Glanz angegeben. Der Glanz ist dargestellt in dem Verhältnis (%) der Intensität des reflektierten Lichtes, wenn Licht auf die Fläche einer Glasplatte mit dem Brechungsindex 1,567 gestra'.ilt wird, zur Intensität des reflektierten Lichts, wenn das gleiche Licht auf eine Probe gestrahlt wird. Eine Meßvorrichtung hierfür ist z. B. der Glanzmesser GM-100 von Murakami Color Research Laboratory. Japan. Bei diesem Beispiel wird diese Meßvorrichtung verwendet. Der Verlustfaktor (tan ό) ist der Wert, der ι bei 10 MHz durch das bekannte Brückenverfahren gemessen wird, und die Biegungsfestigkeit wird als mechanische Festigkeit gemessen. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1	Glanz	uinri(IOMHz)	Te-Wert	Spezifische	Bicgungs-
Probe				Schwere	festigkcit
	42	7.5X10 ^;	1000	191
I	52	5.5X10 '	990	3,96	3240
2	61	1,0 X 10 '	1130	3,95	3080
3	63	1,2X10 '	1230	3,97	3470
4	58	6,9X10	1360	3,94	3280
5

Aus der vorstehenden Tabelle 1 ergibt sich, daß die Aluminiumoxydpulver (Proben 2 bis 5), bei denen sowohl MgO und Cr₂O₃ zugegeben und gemischt sind, ein Aluminiumoxydsubstrat mit glatterer Oberfläche im Vergleich mit dem Aluminiumoxydpulver (Probe 1), dem nur MgO zugegeben ist, ergeben. Außerdem sind tan ö, der Wert von Te, die spezifische Schwere und die Festigkeit der Proben 2 bis 5 den Werten der Probe 1 und somit bekannten Aluminiumoxydsubstraten äquivalent Wenn deshalb das Aluminiumoxydpulver, dem 0,001 bis 0,05 Gew.-% Cr₂O₃ zugegeben ist, verwendet wird, ergibt sich, daß ein Aluminiumoxydsubstrat erhalten wird, das eine glatte Oberfläche aufweist

Andererseits ist das Aluminiumoxydsubstrat, bei dem die Äquivalenz des gemischten Pulvers von LINDE A und LINDE C und 0,005 bis 0,05 Gew.-% Cr₂O₃ verwendet ist, auch hergestellt worden. Dieses Aluminiumoxydsubstrat ist aber viel schlechter bezüglich des Verlustfaktors, d. h. 3 χ 10-⁴ bis 10-² bei 10 MHz, und ungeeignet für ein Isoliersubstrat einer Dünnfilmschaltung usw. Die Änderung des Wertes des Verlustfaktors zur Änderung der zugegebenen Mengen Cr^Oj ist in Fig. 1 gezeigt. Es ist aus Fig. 1 ersichtlich, daß der durch die Kurve A gezeigte Verlustfaktor eines Aluminiumoxydsubstrats, dem sowohl MgO als auch Cr2O₃ zugegeben ist, viel besser als der durch die Kurve B gezeigte Verlustfaktor eines Aluminiumoxydsubstrats ist, dem nur Cr₂O₃ zugegeben ist. Deshalb ist es offensichtlich, daß das zugegebene MgO wirksam die Dichte eines Aluminiumsubstrats beeinflußt. Es ist bekannt, daß die zugegebene Menge MgO am wirksamsten bei 0,25 Gew.-°/o ist, jedoch ist sie innerhalb des Bereiches von 0,1 bis 0,4 Gew.-% wirksam genug.

Bei diesem Beispiel sind Aluminiumoxydsubstrate, für die verschiedene unterschiedliche Alurniniumoxydpulver innerhalb des Bereichs von 0 bis 0,6 Gew-% MgO-Gehalt verwendet sind, hergestellt worden und die spezifische Schwere ist untersucht worden. Das

Ergebnis isi in Fig.2 gezeigt Unter Bezugnahme auf F i g. 2 ist die Beziehung der spezifischen Schwere von zwei Arten von Aluminiumoxydsubstraten gezeigt, bei denen der Cr₂O₃-Gehalt 0 und der MgO-Gehalt 0,02 Gew.-°/o sind. E^f ist aus F i g. 2 ersichtlich, daß auch in dem Falle der Zugabe von Cr₂O₃ die Zugabe von MgO im Bereich von 0,1 bis 0,4 Gew.-% wirksam zum Herstellen eines dichten Aluminiumoxydsubstrats ist.

Für den Zweck der Erläuterung der Gründe, warum die Zugabe von CrJO₃ beim Herstellen eines glatten Aluminiumoxydsubstrats wirksam ist, ist das Aluminiumoxyd-Kornwachstum in folgender Weise untersucht worden.

Das Aluminiumoxydpulver, bei dem LINDE A und LINDE C äquivalent gemischt sind, wird vorbereitet. Der durchschnittliche Korndurchmesser dieses Aluminiumoxydpulvers beträgt 0,7 μ.

Die Probe des AbO₃- Mgo-Systems, bei dem 0,25 Gew.-% MgO diesem Aluminiumoxydpulver zugegeben ist, und die Probe des Al₂O₃-MgO-Cr₂O₃-SyStCmS, bei dem 0,25 Gew.-°/o MgO und 0,01 Gew.-% Cr₂O₃ diesem Aluminiumoxydpulver zugegeben sind, werden vorbereitet. Die grünen Platten dieser Proben werden in demselben Verfahren wie die obigen Beispiele zum Herstellen eines Gleitmittels, zum Gießen und Entfernen der Bindemittel hergestellt Diese grünen Platten werden jeweils zu Aluminiumoxydsubstraten gemacht, indem sie bei verschiedenen Temperaturen innerhalb des Bereiches von 1500⁰C bis 1750⁰C gebrannt werden. Das Brennen für jede Probe wird in den Fällen sowohl einer Luftatmosphäre als auch einer Wasserstoffatmosphäre ausgeführt. Der Aluminiumoxyd-Konidurchmesser des gebrannten Aluminiumoxydsubstrats wird gemessen. Das Ergebnis ist in F i g. 3 gezeigt.

Unter Bezugnahme auf Fig.3 wird beim Vergleirl. der Kurve A mit der Kurve B gefunden, daß das Aluminiumoxyd des AI₂O₃-MgO-Cr₂O₃-SyStCmS das charakteristische Kornwachstum erzeugt Das Aluminiumoxyd des AI₂O₃-MgO-Cr₂O₃-SyStCmS zeigt nämlich die Änderung im Verhältnis des Kornwachstums zur Brenntemperatur nahe 1670⁰C. Es wird in Betracht gezogen, daß dies auf dem Folgenden beruht. Cr₂O₃ diffundiert zwischen Aluminiumoxydpartikeln bei einer Temperatur von etwa 167O°C oder weniger, d.h. die Korngrenzendiffusion findet statt Außerdem wird bei einer Temperatur von etwa 1670"C oder mehr die feste Lösung von Cr₂O₃ und Aluminiumoxyd (AI₂O₃) erzeugt und eine Änderung im Kornwachstumsverhältnis findet statt Es wird in Betracht gezogen, daß die Korngrenzendiffusion i'iii die Glätte der Fläche des Aluminiumoxydsubstrats wirksam ist und daß die feste Lösung von Cr₂Oi und AI₂O₃ den Verlustfaktor des Aluminiumoxydsubstrats vergrößert Deshalb wird die Brenntemperatur von etwa 1670°C oder weniger als angemessen betrachtet.

Bei dem obigen Beispiel hat das Aluminiumoxydsubstrat des AI₂O₃-M|0—Cr₂O3-Systems, das bei der verschiedenartigen Änderung der Brenntemperatur erhalten wird, einen vergleichsweise kleineren Verlustfaktor und eine sehr glatte Oberfläche bei Brenntemperaturen innerhalb des Bereiches von 1550 bis 1650° C.

Es ist festgestellt, daß die Werte des Verlustfaktors und des Glanzes des Aluminiumoxydsubstrats, die von dem Aluminiumoxyd des AI₂O)- MgO-Systems oder der Probe I bei dem obigen Beispiel erhalten worden sind, besser als der Wert des Verlustfaktors von etwa 3 χ IO ' und der Wert des Glanzes von 15 bis 20 der derzeit auf dem Markt befindlichen AltiminiumoxyJsiibstrate sind. Dies ist auf die bessere Zusammensetzung der Eniflockungsmittel, der Weichmacher, der Lösungsmittel und der Bindemittel, um Aluminiumoxydpulver zu einem Gleitmittel bei dem obigen Beispiel zu machen, -, zurückzuführen. Der folgende Versuch ist ausgeführt worden, um die Überlegenheit dieser Zusammensetzung zu erläutern.

Versuch 1

LINDE A und LINDE C werden äquivalent vorbereitet und gemischt Der durchschnittliche Korndurchmesser des gemischten Aluminiumoxydpulvers beträgt 0,7 u. 0,25 Gew.-% MgO wird diesem Aluminiumoxydpulver zugegeben und gemischt Dieses Aluminiumoxydpulver des Al₂O₃-MgO-Systems wird gleich geteilt und zu den beiden folgenden Arten von Gleitmitteln gemacht Die Zusammensetzungsverhältnisse sind gewichtsmäßig angegeben.

Probe 6

Das folgende EntRockungsniittc! und die Lösungsmittel werden in 100 Teilen dem obigen Aluminiumoxydpulver des Al₂O₃- MgO-Systems zugegeben.

En tflockungsmi ttel:	1 Teil
Solubitan-Trioleat
Lösungsmittel:	30 Teile
MEK	20 Teile
Methylalkoh-i!	10 Teile
n-Butylalkohol

^J" Die hierbei erhaltene Mischung wird mit einer Kugelmühle 24 Stunden lang gemischt. Dann werden der folgende Weichmacher und das Bindemittel -'_; -"eben.

j-, Weichmachei

Dibutylphi..'at 10 Teile

Bindemittel:

Polyvinylbutyral 54 Teile für einen durchschnittlichen Polymerisationsgrad von 250 bis 500

3,0 Teile für einen durchschnittlichen Polymerisationsgrad von 1000 bis 2000.

Die hierdurch erhaltene Mischung wird weiter mit ' einer Kugelmühle 48 Stunden lang gemischt Das Gleitmittel der Probe 6 ist damit fertiggestellt.

Probe 7

Das folgende Entflockungsmittel und die Lösungsmittel werden 100 Teilen des obigen Aluminiumoxydpulvers des AIjO₃-MgO-Systems zugegeben.

Entflockungsmittel:

Stearinsäure 1,6 Teile

y, Lösungsmittel:

Toluol 20 Teile

MEK 30 Teile

Die hierdurch erhaltene Mischung wird mit einer Kugelmühle 24 Stunden lang gemischt. Als nächstes werden die folgenden Weichmacher und Bindemittel zugegeben.

Weichmacher:

Dibutylphthalat 5 Teile

Bindemittel:

Kopolymer eines

Vinylchlorid? und

Vinylacetat* 8.2 Teile

Die hierdurch erhaltene Mischung wird des weiteren in einer Kugelmühle 48 Stunden lang gemischt und das Gleitmittel der Probe 7 ist fertiggestellt.

Damit sind die Probe 6 zu einem Gleitmittel durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Probe 7 durch bekannte Verfahren gemacht.

Die Gleitmittel der Proben 6 und 7 werden jeweils von Blasen befreit, getrocknet und auf einen Mylarfilm durch das Arztklingenverfahren gegossen und eine grüne Platte wird in derselben Weise wie beim Beispiel

IO 1 hergestellt. Diese grünen Platten, von denen das Bindemittel entfernt wird, werden bei drei Temperaturen 1600⁰C, 1650⁰C und 1700° C in einer Wasserstoffatmosphäre zwei Stunden lang gebrannt und zu Aluminiumoxydsubstrat gemacht.

Der Glanz, tan <5, der Te-Wert, die spezifische Schwere und die Festigkeit (Biegungsfestigkeit) sind bei diesen Aluminiumoxydsubstraten in derselben Weise wie beim Beispiel 1 gemessen worden.

Das Ergebnis ist in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle	2	Brenn- Glanz temperatur (Q	44 40 29	tan (J(IMHz)	Te-Wert	Spezifische Schwere	Biegungs festigkeit (kg/cm¹)
		1600 3650 1700	31 25 22	UXIO ⁴ 5,2X10"' 8,5X10"'	970 1020 1070	3,90 3,95 3,97	3350 3540 3580
Probe 6	1600 1650 1700	2 ist ersichtlich, daß der	2,4XlO"⁴ 6,3X10 ' 8,6X10"'	940 1000 1060	3,89 3,94 3,97	3350 3530 3580
Probe 7		Glanz des		Polyvinylbutyral 4,0	bis 6,0 Teil
Tabelle

durch die Probe 6 erhaltenen Aluminiumoxydsubstrats besser als der Glanz des mit der Probe 7 erhaltenen jo Aluminiumoxydsubstrats ist Es ist auch ersichtlich, daß die Aluminiumoxydsubstrate der Proben 6 und 7 bezüpch des Verlustfaktors, des Te-Wertes, der spezifischen Schwere und der Festigkeit nahezu äquivalent sind. Deshalb ist es verständlich, daß das Aluminiumoxydpulver, das ein Gleitmittel unter Verwendung des Entflockungsmittels Solubitan-Trioleat, der Lösungsmittel MEK, Methylalkohol und n-Butylalkohol, des Weichmachers Dibutylphthalat und des Bindemittels Polyvinylbutyral ergibt, zu einem Aluminiumoxydsubstrat mit sehr glatter Oberfläche fahrt

Hierbei diffundiert Solubitan-Trioleat als Entflokkungsmittel gleichförmig Aluminiumoxydpartikel. Die Arten des Polyvinylbutyral werden üblicherweise entsprechend dem Polymerisationsgrad aufgeteilt Polyvinylbutyral, das als Bindemittel bei der Erfindung verwendet wird, ist ein Butyral mit Polymerisationsgraden, die einen weiten Bereich durch die Kombinatin mit höheren Polymerisationsgraden (1000 bis 2000) und niedrigeren Polymerisationsgraden (250 bis 500) Ober- v> decken, und ergibt eine grüne Platte mit starker Backkraft und Flexibilität. Dibtylphthalat ist ein Weichmacher, der zugegeben wird, um ungenügende Plastizität einer grünen Platte, die durch die Zugabe nur eines Bindemittels erhallen wird, auszugleichen, π-Bu- w tylalkohol verlangsamt eine schnelle Verdampfung der Lösungsmittel, wenn das Gleitmittel getrocknet wird. Der zulässige Bereich des Zusammensetzungsverhältnisses (gewichtsmäßig) für 100 Teile Aluminiumoxyd, in denen diese Materialien ausreichend als Entflockungs- m> mittel, Bindemittel, Weichmacher und Lösungsmittel jeweils wirken können, ist wie folgt.

Solubitan-Trioleat

MEK

Methylalkohol

n-Rutylalknhnl

Diallylphthalat

0,8 bis IJTeiie 20 bis 30 Teile 10 bis 20 Teile 8 bis 12 Teile 0,5 bis 1,2 Teile

durchschnittlichen Polymerisationsgrad von 250 bis 500

13 bis 3,5 Teile für einen durchschnittlichen Polymerisationsgrad von 1000 bis 2000

Eine hervorragende grüne Platte kann durch die Zusammensetzung in dem obigen Bereich gegossen werden.

Gemäß der Erfindung ist die Verwendung von Aluminiumoxydpulver, in dem «-Aluminiumoxyd und y-Aluminiumoxyd gemischt sind, wirksam bei der Herstellung eines dichten Aluminiumoxydsubstrats mit glatter Oberfläche. Der Versuch, der sich auf die Verwendung von y-Aluminiumoxyd bezieht, ist wie folgt.

Versuch 2

Das y-Aluminiumoxydpulver mit einer Reinheit von 9939% und einem mittleren Korndurchmesser von 0,05 μ oder weniger wird zubereitet. Dieses y-Aluminiumoxydpulfer wird in Luft bei einer Temperatur von 1300° C I Stunde lang erwärmt und ergibt «-Aluminiumoxyd. Die Erwärmung bei einer Temperatur von 1100 bis l200°C kann nicht das vollständige «-Aluminiumoxyd ergeben, wenn nicht ausreichend Zeit vorhanden ist. Wenn außerdem die Erwärmungstemperaturen zu hoch sind, findet ein abnormes Kornwachstum statt und deshalb sollen die Erwärmungstemperaturen l3ÖÖ^ee±lö⁸Csdn.

Der hierbei erhaltene Korndruchmesser des «-Aluminiumoxyds hat eine breite Verteilung von 0,1 bis 03 μ im Mittel. Das oben genannte y-Aluminiumoxydpulver wird in einer Menge von 0 bis 30 Gew.-% diesem «-Aluminiumoxydpulver zugegeben und 0,25 Gew.-% MgO wird hinzugegeben, um das normale Kornwachstum zu erhalten. Das hierbei erhaltene gemischte Pulver, dem als Entflockungsmittel Solubitan-Trioleat, als

IO

15

20

25

Lösungsmittel MEK, Methylalkohol und n-Butylalkohol, als Weichmacher Dibutylphthalat und als Bindemittel Polyvinylbutyral zugegeben sind, wird in einer Kugelmühle 72 Stunden lang gemischt und zu einem Gleitmittel gemacht. Dieses Gleitmittel wird in derselben Weise wie beim Beispiel 1 gegossen und eine grüne Platte wird hergestellt Hier ist der Glanz der Oberfläche der grünen Platte gemessen worden. Diese grüne Platte, aus der ein Bindemittel in demselben Erwärmungsprozeß wie beim Beispiel 1 entfernt worden ist, wird in nassem Wasserstoff bei 1600⁰C 1 Stunden lang gebrannt Von dem durch dieses Brennen erhaltenen Aluminiumoxydsubstrat werden die spezifische Schwere und der Schrumpfungskoeffizient oder das Verhältnis des durch das Brennen geschrumpften Volumens zum Volumen der grünen Platte gemessen. Die Ergebnisse sind in den F i g. 4 und 5 gezeigt F i g. 4 zeigt die spezifische Schwere eines Aluminiumoxydsubstrats gegen den y-Aluminiumoxydgehalt und Fig.5 zeigt den Glanz einer grünen Platte gegen den y-AIuminiumoxydgehalt und den Schrumpfungskoeffizienten, wenn das Brennen ausgeführt worden ist Es ist aus diesen Figuren ersichtlich, daß die Verwendung des gemischten Pulvers von a-Aiuminiumoxyd und y-Aluminiumoxyd wirksam zum Herstellen eines Aluminiumoxydsubstrats mit hoher Dichte und mit glatter Oberfläche ist. Der insbesondere wirksame y-Aluminiumoxydgehalt beträgt etwa 10 Gew.-%. Der Glanz der Oberfläche des Aluminiumoxydsubstrats mit einem y-Aluminiumcxydgehalt von 10 Gew.-% beträgt 49. Die Verwendung des Aluminiumoxydpulvers, dem y-Aluminiumoxydpulver mit 30 Gew.-^l70 oder mehr zugegeben ist kann nicht das hochwertige Gleitmittel ergeben. Dies ist auf die ungleichfö. mige Diffusion des Aluminiumoxydpulvers in das Gleitmittel zurückzuführen.

Als nächstes wird die Ausführungsform der Erfindung, mit der das hochwertigste Aluminiumoxydsubstrat erhalten wird, beschrieben.

Beispiel 2

Das y-Aluminiumoxydpulver mit dem durchschnittlichen Korndurchmesser von 0,05 μ oder weniger und einer Reinheit von 99,99% oder mehr wird zubereitet. Dieses y-Aluminiumoxydpulver wird in einen Kasten 4ί aus Aluminiumoxyd mit einer Reinheit von 95% oder mehr eingebracht, in einem Ofen unter Luftbedingungen bei 1300° C für eine Stunde lang angeordnet und zu Λ-Aluminiumoxydpulver umgewandelt. Der durchschnittliche Korndurchmesser dieses «-Aluminiumoxydpulvers beträgt 03 μ oder weniger. Das obige y-Aluminiumoxydpulver in einer Menge von 10 Gewichtsteilen wird diesem a-Aluminiumoxydpulver in einer Menge von 90 Gewichtsteilen zugegeben. 0,25 Gew.-% MgO (G.R.) und 0,02 Gew.-% Cr₂O, (G.R.) >, werden diesem gemischten Pulver zugegeben. Die folgenden Materialien werden 100 Gewichtsteilen dieses gemischten Pulvers zugegeben und diese werden in einer Kugelmühle 24 Stunden lang gemischt.

30

40 Aluminiumoxydkugeln mit einer Reinheit von 99,5% oder mehr werden in dieser Kugelmühle verwendet.

Entflockungsmittel:

Solubitan-Trioleat 1 Gewichtsteil

Weichmacher:

Dibutylphthalat 10 Gewichtsteile

Lösungsmittel:

MEK 15 Gewichtsteile

Methylalkohol 10 Gewichtsteile

n-Butylalkohol 10 Gewichtsteile

Das folgende Bindemittel wird der hierbei erhaltenen Mischung zugegeben und diese Mittel werden wieder in einer Kugelmühle 24 Stunden lang gemischt

Bindemittel:

Polyvinylbutyral 5,5 Gewichtsteile für einen

durchschnittlichen Polymerisationsgrad von 250 bis 500

2,0 Gewichtsteile für einen durchschnittlichen Polymerisationsgrad von 1000 bis 2000.

Als nächstes werden die folgenden Lösungsmittel dieser Mischung zugegeben und diese werden des weiteren in einer Kugelmühle 24 Stunden lang gemischt

Lösungsmittel:

MEK 5 Gewichtsteile

Methylalkohol 2 Gewichtsteile

Ein Gleitmittel wird hierdurch vervollständigt Als nächstes wird in demselben Verfahren wie beim Beispiel 1 dieses Gleitmittel zu einer grünen Platte gemacht und das Bindemittel wird aus der grünen Platte entfernt. Die grüne Platte wird zu einem Aluminiumoxydsubstrat gemacht, das in Wasserstoff bei 1600° C zwei Stunden lang gebrannt wird. Dieses Alunv'iiumoxydsubstrat hat einen Glanz von 68, tan ö von 5,3 χ 10—⁵(1 MHz), einen Te-Wert von 1280, eine spezifische Schwere von 3,98 und eine Biegefestigkeit von 5120 kg/cm² und ist hochwertiger als bekannte Aluminiumoxydsubstrate.

Bei diesem Beispiel sind verschiedene Aluminiumoxydsubstrate mit unterschiedlichem Gehalt von Cr₂O3 und MgO unter den verschiedenen Bedingungen hergestellt worden und die Eigenschaften der Aluminiumoxydsubstrate sind gemessen worden. Die Beziehung des Wertes des Verlustfaktors (tan δ bei 1 MHz) zur Brenntemperatur ist in Fig.6 gezeigt. Aus Fig.6 ist ersichtlich, daß das Aluminiumoxydpulver mit einem Gehalt von 0,02 bis 0,03 Gew.-% Cr₂Oj und einer geringen Menge MgO ein Aluminiumoxydsubstrat mit geringem Verlustfaktor durch das Brennen bei einer vergleichsweise niedrigeren Temperatur (etwa I600°C) ergibt Der Glanz, der Verlustfaktor (tan <5 bei I MHz), der Te-Wert, die spezifische Schwere und die Biegungsfestigkeit (kg/cm²) der Aluminiumoxydsubstrate (Proben 8 bis 11) gegen die Änderung der Brenntemperatur sind in Tabelle 3 gezeigt.

Tabelle 3	Brenn- lcmpcniltir ( < )	(ihm/	lan ii (	I MII/)	rc-Wcrl	Spezifische Schwere	liicgungs- lcsligkcil (kc/cm't
l'rohe	1570 IWX)	70 68	1.6 X I SlXl	0 ' 0 '	WO I 2H0	3,76 3.')H	2910 5120
X ')

19 Forlsetzung	Glanz	23 09	385	20	Biegungs festigkeit (kg/cnr¹)
Probe Brenn temperatur ( C)	62 60	tan «5(1 MHz)	Te-We rt	Spezifische Schwere	5790 4400
!0 1650 11 1700	2,1XlO"⁴	1480 1520	3,99 3,97

Hierbei verwende» die Aluminiumoxydsubstrate der Proben 8 bis 11 das Aluminiumoxydpulver mit 0,25 Gew.-% MgO und 0,02 G,*n.-°/o Cr₂O₃ und werden in einer WasserstoffatmosphVre gebrannt Die Aluminiumoxydsubstrate der Proben 8 bis 11 werden nämlich durch die Änderung der Brenntemperaturen nur bei dem Verfahren des Beispiels 4 hergestellt

Darüber hinaus hat das Aluminiumoxydsubstrat, das in einer Brennatmosphäre von Luft bei diesem Beispiel 2 erhalten wird, einen Glanz von 58, tan <5 (1 MHz) von 2J5 χ ΙΟ-⁴ einen Te-Wert von 1270, eine spezifische Schwere von 3,85 und eine Biegefestigkeit von 3060 kg/cm². Deshalb hat bekanntlich das in Wasserstoff gebrannte Aluminiumoxydsubstrat eine bessere Qualität als das in Luft gebrannte.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

10 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Magnesiumoxid und Chromoxid enthaltenden Aluminiumoxidsubstrats mit glatter Oberfläche unter Bildung und anschließendem Brennen einer grünen Platte, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesiumoxid in einer Menge von 0,1 bis 0,4 Gewichtsprozent und das Chromoxid in einer Menge von 0,001 bis 0,05 Gewichtsprozent dem Aluminiumoxidpulver zugesetzt werden, die grüne Platte in an sich bekannter Weise durch Gleitgießen gebildet wird, und daß die so gebildete grüne Platte bei einer Temperatur im Bereich von 1550 bis 1670⁰C ic gebrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die grüne Platte in Wasserstoff gebrannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. Jaß das Aluminiumoxydpulver zu einem Gleitmittel durch Verwendung von Solubitan-Trioleat als Entflockungsmittel, Methyläthylketon, Methylalkohol und n-Butylalkohol als Lösungsmittel, Dibutylphthalat als Weichmacher und Polyvinyl- butyral als Bindemittel gemacht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aluminiumoxydpulver bestehend aus 30 Gew.-% oder weniger y-AIuminiumoxydpuI-ver und dem Rest ot-Aluminiumoxydpulver verwendet wird.

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