DE3333406A1

DE3333406A1 - Feines aluminiumnitridpulver, verfahren zu seiner herstellung und es enthaltendes mittel

Info

Publication number: DE3333406A1
Application number: DE19833333406
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Sagamihara Kanagawa Kuramoto; Hitofumi Chigasaki Kanagawa Taniguchi
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 1982-09-17
Filing date: 1983-09-15
Publication date: 1984-03-22
Also published as: DE3347862A1; DE3333406C2; GB8325030D0; GB2127390B; GB2127390A; DE3347862C2; US4618592A

Description

Die Erfindung betrifft ein feines, hoch reines Aluminiumnitridpulver, eine Zusammensetzung daraus und einen Sinterkörper daraus sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

Gesintertes Aluminiumnitrid hat fortschreitendes Interesse als Hochtemperaturmaterial gefunden, da es ausgezeichnete Eigenschaften, wie hohe thermische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit, aufweist. Da Aluminiumnitridpulver für gesintertes Aluminiumnitrid unvermeidlich verschiedene Verunreinigungen in Abhängigkeit von den Verfahren zu seiner Herstellung enthält, ist seine Sinterfähigkeit nicht ausreichend, und es ist schwierig, kompakte Sinterkörper und hoch reine Sinterkörper mit den inhärenten, ausgezeichneten Eigenschaften von Aluminiumnitrid herzustellen.

In der Vergangenheit wurden die folgenden beiden Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitridpulvern verwendet. Das erste Verfahren wird als direktes Nitrierungsverfahren bezeichnet und besteht darin, daß man metallisches Aluminiumpulver bei hohen Temperaturen in einer Stickstoff- oder Ammoniakgasatmosphäre nitriert, und das entstehende Nitrid pulverisiert. Das zweite Verfahren wird als Aluminiumoxid-Reduktionsverfahren bezeichnet und besteht darin, daß man Aluminiumoxid und Kohlenstoffpulver in Stickstoff oder Ammoniakgas brennt

30 und das entstehende Nitrid pulverisiert.

Da bei dem ersten direkten Nitrierverfahren metallisches Aluminium als Ausgangsmaterial verwendet wird, ist . natürlich eine Stufe erforderlich, bei der das metallisehe Aluminium pulverisiert wird, um die Nitrierungs-

geschwindigkeit zu erhöhen. Zur Erhöhung der Sinterfähigkeit des entstehenden Nitrids ist eine Stufe der Pulverisierung des Nitrids zu einer Teilchengröße unter mehreren Mikron erforderlich. Es ist nicht übertrieben, wenn man behauptet, daß bei dem direkten Nitrierverfahren es unmöglich ist, den Einschluß von Metallen oder Metallverbindungen als Verunreinigungen aus den Pulverisierungseinrichtungen, wie der Kugelmühle, die bei den Pulverisierungsstufen verwendet wird, zu vermeiden. Bei dem direkten Nitrierverfahren erhält man Aluminiumnitridpulver, welches unvermeidlich nichtumgesetztes, metallisches Aluminium als Verunreinigung enhält. Es ist extrem schwierig, Aluminiumnitrid herzustellen, welches weniger als mehrere Gew.% Verunreini-

!5 gungen einschließlich derjenigen, die bei der Pulverisierungsstufe eingeführt werden, enthält. Bei der Pulverisierungsstufe des direkten Nitrierverfahrens ist es schwierig, Aluminiumnitridpulver mit einer ausreichend kleinen und einheitlichen Teilchengröße herzustellen.

Da die Oxidation der Oberfläche des Aluminiumnitridpulvers während der Pulverisierung nicht vermieden werden kann, enthält das mittels des direkten Nitrierverfahrens erhaltene Aluminiumnitridpulver gewöhnlich 2 bis 5 Gew.% oder gar noch mehr Sauerstoff.

Das zweite Aluminiumoxid-Reduktionsverfahren wird im allgemeinen als besseres Verfahren als das direkte Nitrierverfahren angesehen, da man ein Aluminiumnitridpulver mit einer relativ einheitlichen Teilchengröße erhält. Zur Herstellung von Teilchen mit einer Größe unter mehreren Mikron kann man jedoch nicht auf die Durchführung einer Pulverisierungsstufe verzichten. Weiterhin kann der Gehalt an nichtumgesetztem Aluminium-• oxid nicht extrem reduziert werden. Demzufolge besitzt

35 das zweite Verfahren, ähnlich wie das direkte Nitrier-

verfahren, den Nachteil, daß man ein Aluminiumnitridpulver geringer Reinheit erhält. Aluminiumnitridpulver, die nach diesen Verfahren hergestellt wurden, besitzen keine zufriedenstellende Reinheit und besitzen im allgemeinen eine schwarze oder graue Farbe. Gewöhnlich weisen daher aus diesen Pulvern erhaltene Sinterkörper keine Lichtdurchlässigkeitseigenschaften auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugründe, ein feines Aluminiumnitridpulver mit hoher Reinheit zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß soll ein feines Pulver aus Aluminiumnitrid mit hoher Reinheit zur Verfügung gestellt werden, welches sehr feine Teilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser nicht über 2/um enthält und einen sehr niedrigen Gehalt an Verunreinigungen, wie Metallverbindungen, und einen sehr niedrigen Gehalt an gebundenem Sauerstoff aufweist.

Erfindungsgemäß soll ein feines Aluminiumnitridpulver mit hoher Reinheit zur Verfügung gestellt werden, das eine ausgezeichnete Sinterfähigkeit aufweist und einen Sinterkörper aus Aluminiumnitrid mit hoher Reinheit und

25 hoher Dichte ergibt.

Erfindungsgemäß soll ein industriell vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung von hoch reinem, erfindungsgemäßem Aluminiumnitrid zur Verfügung gestellt werden. 30

Erfindungsgemäß soll weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines feinen Aluminiumnitridpulvers mit hoher Reinheit geschaffen werden, welches dem sog. Aluminium-. oxid-Reduktionsverfahren entspricht, bei dem man jedoch ein feines Aluminiumnitridpulver mit einem durchschnitt-

lichen Teilchendurchmesser nicht über 2 Mikron erhält, ohne daß das entstehende Nitrid einer Pulverisierungsstufe unterworfen werden muß.

Erfindungsgemäß soll eine kompakte Aluminiumnitrid-Zusammensetzung zur Verfügung gestellt werden, die hoch reines Aluminiumnitrid gemäß der Erfindung ein Sinterhilf smittel enthält. Weiterhin soll ein Verfahren zu ihrer Herstellung geschaffen werden. 10

Erfindungsgemäß soll weiterhin ein Sinterkörper aus Aluminiumnitrid mit hoher Reinheit und hoher Dichte zur Verfügung gestellt werden.

Erfindungsgemäß soll außerdem ein Sinterkörper aus Aluminiumnitrid mit hoher Reinheit und hoher Dichte zur Verfügung gestellt werden, der einen sehr niedrigen Gehalt an Metallverbindungen als Verunreinigungen und gebundenem Sauerstoff aufweist und dessen Dichte mindestens etwa 90% der Theorie beträgt.

Erfindungsgemäß soll ein Sinterkörper aus Aluminiumnitrid mit hoher Reinheit und hoher Dichte zur Verfügung gestellt werden, der lichtdurchlässig ist.

Erfindungsgemäß soll schließlich ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers aus Aluminiumnitrid mit hoher Reinheit und hoher Dichte aus dem erfindungsgemäßen feinen Aluminiumnitridpulver mit hoher Reinheit oder der erfindungsgemäßen Aluminiumnitridzusammensetzung zur Verfügung gestellt werden.

Die Erfindung betrifft somit ein feines Aluminiumnitrid-. pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser
35 nicht über 2/um , welches mindestens 9k Gew.% Aluminium-

nitrid (AlN), höchstens 3 Gevr.% gebundenen Sauerstoff und höchstens 0,5 Gew.% Metall in Form von Metallverbindungen als Verunreinigungen enthält.

Erfindungsgemäß kann das feine Aluminiumnitridpulver gemäß einem Verfahren hergestellt werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man

(1) ein feines Aluminiumoxidpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser nicht über 2/um mit einem feinen Kohlenstoffpulver mit einem Aschegehalt von höchstens 0,2% und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht mehr als 1 /um in einem flüssigen Dispersionsmediuin innigst vermischt, wobei das Gewichtsverhältnis von feinem Aluminiumoxidpulver

15 zu feinem Kohlenstoffpulver 1:0,36 bis 1:1 beträgt;

(2) das entstehende, innige Gemisch bei einer Temperatur von 1400 bis 1700⁰C in einer Atmosphäre von Stickstoff oder Ammoniak, nachdem es gegebenenfalls getrocknet wurde, brennt; und

(3) anschließend das entstehende, feine Pulver bei einer Temperatur von 600 bis 900⁰C zur Entfernung von nichtumgesetztem Kohlenstoff erhitzt, wobei ein feines Aluminiumnitridpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser nicht über 2/um und einem Gehalt von mindestens 94 Gev.% Aluminiumnitrid, höchstens 3 Gew.Sä gebundenem Sauerstoff und höchstens 0,5 Gew.^, berechnet als Metall, Metallverbindungen als Verunreinigungen gebildet wird.

Gemäß dem obigen Verfahren kann man auf die Pulverisierungsstufe des Aluminiumnitrids, welches durch Brennen der Rohmaterialien erhalten wird, verzichten. Nachher ist in dem entstehenden Aluminiumnitrid keine Verunrei-. nigung, die der Pulverisierungsstufe zuzuschreiben ist, vorhanden, und die Oxidation der Aluminiumnitrid-Ober-

fläche, welche während der Pulverisierung bei den bekannten Verfahren stattfindet, kann verhindert werden. Daher ist der Vorteil der Weglassung der Pulverisierungsstufe von Aluminiumnitrid unerwartet groß. Um auf die Pulverisierungsstufe verzichten zu können und Aluminiumnitrid mit guten Eigenschaften herstellen zu können, ist es wichtig, ein sog. Naßmichverfahren zu verwenden, bei dem das Mischen des Aluminiumoxidpulvers und des Kohlenstoffpulvers bei der obigen Stufe (1) in einem flüssigen Dispersionsmedium durchgeführt wird. Gemäß dem Naßmischverfahren können nicht nur die Materialien innigst vermischt werden, sondern unerwarteterweise wird weiterhin die Neigung der teilchenförmigen Ausgangsmaterialien, zu agglomerieren und gröber zu werden, verhindert. Das Brennen des entstehenden, innigen Gemisches ergibt ein Aluminiumnitrid mit Teilchen feiner und einheitlicher Größe. Da weiterhin bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Einschluß von Verunreinigungen bei der Pulverisierungsstufe etc. vollständig vermieden wird und die Oxidation der Aluminiumnitrid-Oberfläche ebenfalls verhindert werden kann, erhält man ein feines Pulver aus Aluminiumnitrid mit besserer Sinterfähigkeit als bei den bekannten Verfahren, und man erhält einen Sinterkörper mit hoher Reinheit und Lichtdurchlässigkeitseigenschaft.

Hinsichtlich des bei der nassen Mischstufe verwendeten, flüssigen Dispersionsmediums gibt es keine besondere Beschränkung, und man kann jedes bekannte Medium für das nasse Vermischen verwenden. Im allgemeinen werden Wasser, Kohlenwasserstoffe, aliphatische Alkohole und Mischungen

30 von diesen zweckdienlich bei der industriellen Durchführung verwendet werden. Beispiele für Kohlenwasserstoffe sind Ligroin, Petrolether, Hexan, Benzol und Toluol, und Beispiele für aliphatische Alkohole sind Methanol, Ethanol und Isopropanol.

Vorzugsweise erfolgt das obige Naßvermischen in einer Vorrichtung, welche aus einem Material hergestellt ist, das keinen Einschluß von Verunreinigungen in dem gebrannten Aluminiumnitrid bewirkt. Im allgemeinen kann das nasse Vermischen bei Zimmertemperatur und Atmosphärendruck durchgeführt werden und wird durch die Temperatur und den Druck nicht nachteilig beeinflußt. Bekannte Mischvorrichtungen können verwendet werden, solange sie keine Verunreinigungen erzeugen, welche in dem Produkt nach dem Brennen verbleiben. Im allgemeinen wird als Mischvorrichtung eine Mühle verwendet, welche kugel- oder stabellenförmige Materialien enthält. Bevorzugt bestehen die Innenwand der Mühle und die kugel- oder stäbchenförmigen Materialien aus Aluminiumnitrid selbst oder hoch reinem Aluminiumoxid mit einer Reinheit von mindestens 99,9 Gew.%, um den Einschluß von Verunreinigungen zu vermeiden, welche in dem gebrannten Aluminiumnitrid verbleiben. Diejenige Oberfläche der Mischvorrichtung, welche mit den Ausgangsmaterialien in Berührung kommt, kann aus Kunststoffen hergestellt oder damit überzogen sein. Hinsichtlich der für diesen Zweck verwendeten Kunststoffe gibt es keinerlei Beschränkung, und man kann beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyamide, Polyester und Polyurethan verwenden. Da verschiedene Metallstabilisatoren in den Kunststoffen verwendet werden, müssen diese vor ihrer Verwendung geprüft werden. Um auf die Pulverisierungsstufe verzichten zu können und ein hoch reines, feines Aluminiumnitridpulver zu erhalten, welches eine durchschnittliche Teilchengröße nicht über 2/um und eine gute Sinterfähigkeit aufweist, ist es wichtig, Aluminiumoxid und Kohlenstoff mit den spezifizierten Eigenschaften zu verwenden. Das verwendete, feine Aluminiumoxidpulver sollte einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser nicht über 2 /um und eine Reinheit

35 von mindestens 99,0 Gew.%, bevorzugt mindestens

99»8 Gew.#, aufweisen. Das feine Kohlenstoffpulver sollte einen Aschegehalt von höchstens 0,2 Gew.^, bevorzugt höchstens 0,1 Gev,%_t besitzen. Da der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Kohlenstoffs den Teilchendurchmesser des herzustellenden Aluminiumnitrids beeinflußt, sollte der Kohlenstoff als feines Pulver mit Submikrongröße vorliegen, nämlich mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser nicht über 1 /van. Ruß (carbon black) und graphitierter Ruß (graphitized carbon black) können verwendet werden, im allgemeinen ist jedoch Ruß (carbon black) bevorzugt.

Da das Verhältnis von Aluminiumoxid und Kohlenstoff in Abhängigkeit von den Reinheiten, Teilchengrößen etc.

des Aluminiumoxids und des Kohlenstoffs variiert, wird es bevorzugt bestimmt, indem man Vorversuche durchführt. Normalerweise werden Aluminiumoxid und Kohlenstoff in einem Gewichtsverhältnis von 1:0,36 bis 1:1, vorzugsweise von 1:0,4 bis 1:1, naß vermischt. Das Gemisch wird je nach Bedarf getrocknet und bei einer Temperatur von 1400 bis 1700⁰C in einer Stickstoffatmosphäre gebrannt. Wenn die Brenntemperatur unterhalb der oben angegebenen Grenze liegt, findet die reduktive Nitrierungsreaktion nicht industriell zufriedenstellend statt.

25 Wenn die Brenntemperatur die oben angegebene, obere

Grenze überschreitet, sintert das entstehende Aluminiumnitrid teilweise und bildet agglomerierte Teilchen. Es ist dann Schwierig, Aluminiumnitrid mit dem gewünschten

Teilchendurchmesser 2u erhalten. 30

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die durch Brennen erhaltenen, feinen Aluminiumnitridteilchen bei einer Temperatur von 600 bis 900⁰C in einer Sauerstoff enthal-. tenden Atmosphäre zur Oxidation des nichtumgesetzten Kohlenstoffs und zu. seiner Entfernung erhitzt.

Die Erfindung betrifft somit ein feines Pulver aus hoch reinem Aluminiumnitrid, welches einen Aluminiumnitrid-Gehalt von mindestens 94 Gew.%, einen Gehalt an gebundenem Sauerstoff von höchstens 3 Gew.?o und einen Gehalt an Verunreinigungen von höchstens 0,5 Gew.% (als Metall) aufweist.

Das erfindungsgemäße hoch reine, feine Aluminiumnitridpulver besitzt einen Aluminiumnitrid-Gehalt von mindestens 9k%. Ein bevorzugtes feines Aluminiumnitridpulver mit mindestens 97 Gew.?6 Aluminiumnitrid ergibt einen Sinterkörper mit besonders guten Lichtdurchlässigkeitseigenschaften.

Das erfindungsgemäße feine Aluminiumnitridpulver besitzt einen Gehalt an gebundenem Sauerstoff von höchstens 3 Gew.% und einen Gehalt an Verunreinigungen von höchstens 0,5 Gew.?6 (als Metall). Man nimmt an, daß der gebundene Sauerstoff an die als Verunreinigungen vorhandenen Metalle gebunden ist oder in Form von Aluminiumoxid vorliegt.

Der Gehalt an gebundenem Sauerstoff und der Gehalt an Verunreinigungen beeinflussen stark die Sinterfähigkeit des Aluminiumnitrids und die Lichtdurchlässigkeitseigenschaft des entstehenden Sinterkörpers. Bevorzugt beträgt der Gehalt an gebundenem Sauerstoff höchstens 1,5 Gew.% und der Gehalt an Verunreinigungen höchstens 0,3 Gew.# (als Metall).

Die Metallverbindungen als Verunreinigungen können aus Verunreinigungen stammen, die in dem Aluminiumoxid und Kohlenstoff vorhanden sind, die als Rohmaterialien für . die Herstellung von Aluminiumnitrid verwendet werden, oder sie können aus Lösungsmitteln, Mischvorrichtungen,

Leitungen etc. stammen, die während des Herstellungsverfahrens eingesetzt werden. Sie sind Verbindungen von Kohlenstoff, Silicium, Mangan, Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer, Zink und Titan.

Der Gehalt solcher Metallverbindungen in dem feinen Aluminiumnitridpulver beträgt besonders bevorzugt höchstens 0,1 Gew*% (als Metall).

Unter diesen Verunreinigungen beeinflussen das nichtumgesetzte Aluminiumoxid und Kohlenstoff sowie das durch Oxidation der Oberfläche von Aluminiumnitrid gebildete Aluminiumoxid nicht wesentlich die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Alüminiumnitrids. Beispielsweise beeinflußt der Einschluß kationischer Verunreinigungen, wie Aluminiumoxid, Kohlenstoff und Siliciumdioxid, in einer Menge von etwa 0,3 bis 0,5 Gew.$ die Sinterfähigkeit des Aluminiumnitrids bei Atmosphärendruck nicht nachteilig. Da andererseits Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer und Titan als Verunreinigungen die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften eines Sinterkörpers aus Aluminiumnitrid nachteilig beeinflussen, sollte der Einschluß dieser Komponenten minimal gehalten werden. Um dem gesinterten Aluminiumnitrid eine ausreichende Licht-

25 durchlässigkeitseigenschaft zu verleihen, enthält das

erfindungsgemäße feine Aluminiumnitridpulver vorzugsweise nur weniger" als 0,1 Gew.^, bezogen auf die Gesamtmenge an Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer und Titan.

Das erfindüngsgemäße feine Aluminiumnitridpulver besitzt einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser nicht über 2/um. Wenn sein durchschnittlicher Durchmesser diese Grenze überschreitet, nimmt seine Sinterfähigkeit stark . ab. Bevorzugt besitzt das feine Aluminiumnitridpulver einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser nicht über

2 /um und enthält mindestens 70 Vol-% Teilchen mit einem Teilchendurchmesser nicht über 3/um.

Das erfindungsgemäße Aluminiumnitrid ist, wie oben angegeben, sehr rein und sein Gehalt an gebundenem Sauerstoff beträgt höchstens 1,5 Gew.?S. Man hat bisher angenommen, daß ein feines Aluminiumnitridpulver mit einem Gehalt an gebundenem Sauerstoff unter 2 Gew.% keine ausreichende Sinterfähigkeit besitzt, und um eine gute Sinterfähigkeit zu erhalten, sei ein Gehalt an gebundenem Sauerstoff von mindestens 2 Gew.% erforderlich. Aufgrund dieses Standes der Technik ist es in der Tat unerwartet, daß das feine Aluminiumnitridpulver mit hoher Dichte eine ausgezeichnete Sinterfähigkeit aufweist.

Erfindungsgemäß wird ein Sinterkörper aus Aluminiumnitrid mit hoher Reinheit und hoher Dichte aus dem feinen Aluminiumnitridpulver mit hoher Reinheit erhalten. Der Sinterkörper kann durch Verformen des erfindungsgemäßen feinen Aluminiumnitridpulvers, Sintern des geformten Gegenstands bei einer Temperatur von 1700 bis 2100⁰C in einer Inertatmosphäre unter Bildung eines Sinterkörpers aus Aluminiumnitrid mit einer Dichte von mindestens 2,9 g/cnr und mit einem Gehalt von mindestens 94 Gew.% Aluminiumnitrid, höchstens 1,5 Gew.% gebundenem Sauerstoff und höchstens 0,5 Gew.% Metallverbindungen als Verunreinigungen hergestellt werden.

Weiterhin kann erfindungsgemäß der Sinterkörper aus 30 Aluminiumnitrid mit hoher Dichte und hoher Reinheit

ebenfalls hergestellt werden, indem man die Sinterstufe bei dem obigen Verfahren in Anwesenheit eines Sinterhilf smittels durchführt. Ein solches Verfahren kann . durchgeführt werden, indem man ein feines Aluminiumnitridpulver mit einem Gehalt von mindestens 90 Gew.%

Aluminiumnitrid, höchstens 4,5 Gew.% gebundenem Sauerstoff, 0,02 bis 5,0 Gew.% als Oxid mit der höchsten Atomwertigkeit mindestens eines Metallelements, ausgewählt unter Erdalkalimetallen, Metallen der Lanthangruppe und Yttrium oder einer Verbindung derselben, und höchstens 0,5 Gevr.% (als Metall) metallischen Verbindungen als Verunreinigungen mit Ausnahme der Verbindungen der obigen Metalle formt, den entstehenden, geformten Gegenstand bei einer Temperatur von 1600 bis 2100⁰C in einer inerten Atmosphäre unter Bildung eines Sinterkörpers aus Aluminiumnitrid mit einem Gehalt an Aluminiumnitrid von mindestens 90 Gew.%, einem Gehalt an gebundenem Sauerstoff von höchstens 3,5 Gew.% und einer Dichte von mindestens 3,0 g/cm , welcher 0,02

15 bis 5,0 Gew.#> als Oxid mit der höchstens Atomwertigkeit von 0,02 bis 5,0 Gew.% von mindestens einem Metall aus der Gruppe Erdalkalimetalle, Metalle der Lanthangruppe und Yttrium oder einer Verbindung davon und höchstens 0,5 Gew.% (als Metall) von metallischen Verbindungen

als Verunreinigungen mit Ausnahme der Verbindungen der obigen Metalle enthält, sintert.

Bei den obigen beiden Verfahren zur Herstellung des Sinterkörpers aus Aluminiumnitrid gemäß der Erfindung

25 mit hoher Reinheit und hoher Dichte erfolgt das Sintern durch Erhitzen des entstehenden, rohen, geformten Gegenstandes bei einer hohen Temperatur in einer inerten Atmosphäre. Bei jedem dieser Verfahren kann das Sintern als Heißpfeßeintern oder als druckloses Sintern durch-

30 geführt werden. Bei dem Heißpreßsintern ist die Festigkeit der Druckform ein begrenzender Druck, und norma- !erweise werden Drücke nicht über 350 kg/cm ausgewählt. Industriell werden Drücke von mindestens 20 kg/cm , . bevorzugt von 50 bis 300 kg/cm , verwendet. Das druck-

35 lose Sintern erfolgt im wesentlichen ohne Anwendung von

Druck, d.h. ohne Anwendung eines mechanischen Drucks auf den geformten Gegenstand. Wenn das drucklose Sintern durchgeführt wird, wird der rohe, geformte Gegenstand

bei einem Druck von mindestens 200 kg/cm , vorzugsweise 500 bis 2000 kg/cm , hergestellt. Das Sintern erfolgt in einer inerten Atmosphäre, insbesondere einer nichtoxidierenden Atmosphäre, beispielsweise in einer Stickstof fatmosphäre.

Die Sintertemperatur beträgt 1700 bis 2100⁰C, vorzugsweise 1800 bis 2000⁰C, bei dem ersten Verfahren, bei dem kein Sinterhilfsmittel verwendet wird. Bei dem zweiten Verfahren, bei dem ein Sinterhilfsmittel eingesetzt wird, kann das Sintern bei niedrigeren Temperatüren, insbesondere bei 1600 bis 2100⁰C, bevorzugt bei 1650 bis 2000⁰C, durchgeführt werden.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Sinterkörper aus Aluminiumnitrid mit hoher Reinheit und hoher Dichte und einem Gehalt an Verunreinigungen von höchstens 0,5 Gew.% als Metall und einer Dichte von mindestens

3,0 g/cm (etwa 92?6 der Theorie.

Somit ist der erfindungsgemäße Sinterkörper aus Aluminiumnitrid mit hoher Reinheit und hoher Dichte zuerst ein feines Pulver aus Aluminiumnitrid mit einer Dichte von mindestens 2,9 g/cnr, vorzugsweise mindestens 3,0 g/cm (entsprechend etwa 92?o der Theorie), bevorzugter mindestens 3,16 g/cnr (entsprechend etwa 97$) der Theorie), und mit einem Gehalt von mindestens 94 Gew.%, vorzugsweise mindestens 97 Gew.90, Aluminiumnitrid, höchstens 1,5 Gew.9&, vorzugsweise höchstens 0,75 Gew.%, gebundenem Sauerstoff und höchstens 0,5 Gew. 96, vorzugs-• weise höchstens 0,3 Gew.%, (als Metall) Metallverbindüngen als Verunreinigungen. Zweitens kann man aus dem

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ein Sinterhilfsmittel enthaltenden Ansatz des Ausgangsmaterials ein Pulver aus Aluminiumnitrid mit einer Dichte von mindestens 3,0 g/cm , vorzugsweise mindestens 3,16 g/cnr und einem Gehalt an mindestens 90 Gew.%, vorzugsweise mindestens 93 Gew.%, Aluminiumnitrid, höchstens 3,5 Gew.%_t vorzugsweise höchstens 2,5 Gew.%, gebundenem Sauerstoff, 0,02 bis 5 Gew.%, vorzugsweise 0,05 bis 3,0 Gew.?S, als Oxid mit der höchsten Atomwertigkeit von mindestens einem Metallelement aus der Gruppe Erdalkalimetalle, Metalle der Lanthangruppe und Yttrium, die von dem Sinterhilfsmittel oder einer Verbindung davon stammen, und höchstens 0,5 Gew.%, vorzugsweise höchstens 0,3 Gew.%, (als Metall) metallischen Verbindungen als Verunreinigungen mit Ausnahme der Verbindungen der

15 obigen Metalle herstellen.

In dem erfindungsgemäßen Sinterkörper können die Verunreinigungen Verbindungen von Metallen, wie Kohlenstoff, Silicium, Mangan, Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer und Zink, sein, die aus den Verunreinigungen in dem erfindungsgemäßen feinen Aluminiumnitridpulver stammen.

Der erfindungsgemäße Sinterkörper enthält in seiner besonders bevorzugten Form höchstens 0,1 Gew.% insgesamt als Metallverunreinigungen, wenn die Verunreinigungen Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer, Zink und Titan sind.

Das feine Aluminiumnitridpulver oder seine innige Mischung, welche ein Sinterhilfsmittel enthält, das bei der vorerwähnten zweiten Sintermethode verwendet wird, bei der das Sinterhilfsmittel verwendet, kann erfindungsgemäß hergestellt werden, und zwar zuerst gemäß . einem Verfahren, bei dem man das erfindungsgemäße feine Aluminiumnitridpulver mit hoher Reinheit mit einer

Verbindung von mindestens einem Metall aus der Gruppe Erdalkalimetalle, Metalle der Lanthangruppe und Yttrium in solchen Verhältnissen vermischt, daß die Menge · an Metallverbindung 0,02 bis 5,0 Gew.% als Metalloxid mit der höchsten Atomwertigkeit, bezogen auf das Gesamtgewicht der entstehenden Zusammensetzung, beträgt; und zweitens gemäß einem Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

(1) innigst ein feines Pulver aus Aluminiumoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser nicht über 2/um, ein feines Pulver aus Kohlenstoff mit einem Aschegehalt von höchstens 0,2 Gew.?6 und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser nicht über 1/um sowie eine Metallverbindung aus der Gruppe Erdalkalimetalle, Metalle der Lanthangruppe und Yttrium in einem flüssigen Medium vermischt, wobei das Gewichtsverhältnis von feinem Aluminiumoxidpulver zu feinem Kohlenstoffpulver 1:0,36 bis 1:1 beträgt und die Menge an Metallverbindung 0,02 bis 5,0 Gew.% als Metalloxid mit der höchsten

20 Atomwertigkeit ausmacht;

(2) das entstehende, innige Gemisch bei einer Temperatur von 1400 bis 1700⁰C in einer Stickstoff- oder Ammoniakatmosphäre, nachdem es gegebenenfalls getrocknet wurde, brennt; und

(3) anschließend das Gemisch bei einer Temperatur von 600 bis 90O⁰C in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre zur Entfernung von nichtumgesetztem Kohlenstoff erhitzt.

Das erste Verfahren kann durchgeführt werden, indem man das erfindungsgemäße feine Aluminiumnitridpulver mit dem Sinterhilfsmittel unter Verwendung einer Mischvorrichtung des Typs vermischt, wie er oben für das . Mischen von Aluminiumoxids und Kohlenstoff beschrieben wurde. Das zweite Verfahren kann durchgeführt werden,

1 indem man Aluminiumoxid, Kohlenstoff und das Sinterhilfsmittel unter Verwendung der gleichen Mischvorrichtung [Stufe (1)] vermischt und dann die Stufen (2) und (3) auf gleiche Weise wie "bei dem zuvor beschriebenen Ver-5 fahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen feinen Aluminiumnitridpulvers durchführt. Das zweite Verfahren ist besonders wirksam, da in vielen Fällen die Dissipation des Sinterhilfsmittels trotz der hohen Brenntemperatur von 1400 bis 1700⁰C unerwartet gering ist.

Das bei dem obigen Verfahren verwendete Sinterhilfsmittel ist eine Verbindung von mindestens einem Metall aus der Gruppe Erdalkalimetalle, Metalle der Lanthangruppe und Yttrium. Es ist bereits bekannt, daß diese Metalloxide wirksame Sinterhilfsmittel für Aluminiumnitrid sind. Untersuchungen der Anmelderin haben geezigt, daß diese Metallverbindungen nicht nur als Sinterhilfsmittel, sondern ebenfalls als Mittel zur Verbesserung der Lichtdurchlässigkeitseigenschaften wirken und dadurch die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften des Sinterkörpers aus Aluminiumnitrid verbessern, verbunden mit der hohen Reinheit des erfindungsgemäßen feinen Aluminiumnitridpulvers.

Die Erdalkalimetalle umfassen Beryllium, Magnesium,

Calcium, Strontium und Barium. Von diesen sind Calcium, Strontium und Barium besonders gute Verbesserer für die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften.

30 Beispiele für Metalle der Lanthangruppe sind Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium,Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium. Von diesen sind Lanthan, . Neodym und Cer bevorzugt.

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28

Das Sinterhilfsmittel oder das Mittel zur Verbesserung der Lichtdurchlässigkeitseigenschaften wird in einer Menge von 0,02 bis 5,0 Gew.%, bevorzugt 0,03 bis 3,0 Gew.%, verwendet.
5

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine innige Zusammensetzung aus einem feinen Aluminiumnitridpulver, welches mindestens 90 Gew.%, bevorzugt mindestens 93 Gew.%, Aluminiumnitrid, höchstens 4,5 Gew.%, bevorzugt höchstens 3,0 Gew.?o, gebundenen Sauerstoff, 0,02 bis 5,0 Gew.%, bevorzugt 0,03 bis 3,0 Gew.JO, als Oxid mit der höchsten Atomwertigkeit von mindestens einem Metallelement aus der Gruppe Erdalkalimetalle, Metalle der Lanthangruppe und Yttrium oder einer Verbindung derselben und höchstens 0,5 Gew.%, bevorzugt höchstens 0,3 Gew.%, Metallverbindungen als Verunreinigungen mit Ausnahme der Verbindungen der zuvor erwähnten Metalle enthält.

In dieser Zusammensetzung können die Verunreinigungen Verbindungen von Metallen sein, wie Kohlenstoff, Silicium, Mangan, Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer oder Zink, die von den Verunreinigungen stammen, die in dem erfindungsgemäßen feinen Aluminiumnitridpulver vor-

25 liegen.

¥enn die Metalle der Metallverbindungen als Verunreinigungen Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer, Zink und Titan sind, beträgt der Gehalt an diesen Verunreinigungen vorzugsweise höchstens 0,1 Gew.^, bezogen auf die Gesamtmenge dieser Metalle.

¥ie oben im einzelnen angegeben, wird mit der vorlie-. genden Erfindung ein feines Pulver aus Aluminiumnitrid mit hoher Reinheit und einem durchschnittlichen Teilchen-

¹ durchmesser nicht über 2 /um sowie ein Sinterkörper aus Aluminiumnitrid mit hoher Reinheit und hoher Dichte geschaffen.

5 Der erfindungsgemäße Sinterkörper aus Aluminiumnitrid wird beispielsweise als keramisches Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit in Hitze freisetzenden Platten, Materialien für Wärmeaustauscher, Substraten für stereophone Systeme oder Videoverstärker und Substraten

10 für IC verwendet. Durch Ausnutzung seiner ausgezeichneten 'Lichtdurchlässigkeitseigenschaft kann er als Fenstermaterial für Sensoren unter Verwendung von ultraviolettem Licht und infrarotem Licht und lichtemittierende Röhren von Lampen verwendet werden. Er kann wei-

15 terhin als Fenstermaterial für Radareinrichtungen verwendet werden, wobei seine Eigenschaft, elektrische Wellen zu transmittieren, ausgenutzt wird, sowie als Spezialfenstermaterial, das Lichtdurchlässigkeitseigenschaften bei hohen Temperaturen erfordert.

Das erfindungsgemäße feine Aluminiumnitridpulver wird gewöhnlich als Rohmaterial für Materialien des Sialon-Typs verwendet, und wenn es als Rohmaterial für alpha-Sialon, beta-Sialon und AlN-PoIytypen eingesetzt wird, ergibt es Sialonverbindungen mit hoher Reinheit und ausgezeichneten Eigenschaften, die mit den bekannten AlN-PuIvern nicht erhalten werden können. Weiterhin liefert es, wenn es als Rohmaterial für beta-Sialon, AlpCU-AlN-Spinell und Siliciumoxynitridglas verwendet wird, Produkte mit verbesserter Lichtdurchlässigkeitseigenschaft.

Da das erfindungsgemäße feine Aluminiumnitridpulver • einheitlich ist und eine gute Dispersionsfähigkeit besitzt, kann es wirksam als Additionshilfsmittel bei

verschiedenen Keramika, wie Siliciumcarbid, oder als Pulver zur Herstellung eines Verbundmaterials mit einem Polymeren, wie Silikonkautschuk, verwendet werden.

5 Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Die folgenden, verschiedenen Analyseverfahren und -vorrichtungen werden in diesen Beispielen verwendet.

10 Kationenanalyse

IPC-Emissions-Spektroanalysator (ICP-AES, hergestellt von Daini Seikosha Co., Ltd.).

Kohlens toffanalys e

Kohlenstoffanalysator für Metalle (EMIA-3200, hergestellt von Horiba Seisakusho Co., Ltd.).

Sauerstoffanalyse

Sauerstoffanalysator für Metalle (EMGA-1300, hergestellt von Horiba Seisakusho Co., Ltd.).

Stickstoffanalyse

Neutralisationstitration von Ammoniak, welches durch Alkalischmelzzersetzung gebildet wurde. 25

Röntgenbeugiingsvorrichtung

Röntgen-Diffraktometer (JRX-12VB, hergestellt von Nippon

Denshi Co., Ltd.)..

30 Abtas telektronenmikrο skop

JSM-T200, hergestellt von Nippon Denshi Co., Ltd..

Spezifische Oberfläche

• BET-Verfahren (Rapid Surface Area Measuring Device, SA-100, hergestellt von Shibata Chemical Machinery Co., Ltd.).

Vorrichtung zur Bestimmung der durchschnittlichen Teilchengröße und der Teilchengrößenverteilung ,

Zentrifugaler, automatischer Teilchenanalysator (CAPA-500, hergestellt von Horiba Seisakusho Co., Ltd.).

Vorrichtung zur Messung der thermischen Leitfähigkeit Analysator für die Bestimmung der thermischen Konstanten durch Laser (PS-7, hergestellt von Rigaku Denki Co., Ltd.).
10

Lichttransmissions-Meßvorrichtungen

Hitachi 200-10 UV-VIS Spektrophotometer (330 Typ) und

Hitachi 260-30 Infrarot-Spektrophotometer (260-30 Typ).

15 Biegefestigkeits-Testgerät

Instron Testvorrichtung (Modell 1123).

Die Lichtdurchlässigkeit eines Sinterkörpers aus Aluminiumnitrid wird aus der folgenden Gleichung berechnet: 20

f-= (1 - R)² e -/^Ut (D

worin I die Intensität des einfallenden Lichts, I die Intensität des durchgegangenen Lichts, R die Re-

flexionsfähigkeit, t die Dicke des Sinterkörpers und/U den Absorptionskoeffizienten bedeuten. R wird in Abhängigkeit von dem Brechungsindex des Sinterkörpers bestimmt. Wenn der Brechungsindex η ist, wird R durch die folgende Gleichung im Falle der Messung in Luft gege-

30 ben:

/u in der Gleichung (1) ist ein Maß für die Lichtdurch-. lässigkeitseigenschaft des Sinterkörpers, und die folgenden beispielhaften Werte von R wurden entsprechend Gleichung (1) bestimmt.

32 1 Beispiel 1

20 g Aluminiumoxid mit einer Reinheit von 99,99# (Tabelle 1 zeigt die analysierten Werte der Verunreinigungen) und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,52/um, wobei der Anteil an Teilchen mit einem Teilchendurchmesser nicht über 3/um 95 Gew.% beträgt, und 10g Ruß mit einem Aschegehalt von 0,08 Gew.?o und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,45 /um werden einheitlich in Ethanol als Dispersionsmedium in einer Kugelmühle vermischt, welche aus einem Nylontopf und mit Nylon beschichteten Kugeln besteht. Das entstehende Gemisch wird getrocknet, in ein flaches Tablett gegeben, welches aus hoch reinem Graphit besteht, und 6h bei 160O⁰C in einem elektrischen Ofen erhitzt, während Stickstoffgas kontinuierlich in den Ofen mit einer Geschwindigkeit von 3 l/min eingeleitet wird. Das erhaltene Reaktionsgemisch wird 4 h bei 75O⁰C in Luft zur Entfernung des nichtumgesetzten Kohlenstoffs durch

20 Oxidation erhitzt.

Die Röntgenbeugungsanalyse des entstehenden, weißen Pulvers zeigt, daß es eine einzige Phase von AlN ohne Beugungspeak von Aluminiumoxid ist. Das entstehende Pulver besitzt einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1,31/um, und der Anteil an Teilchen mit einem Teilchendurchmesser nicht über 3/um beträgt 90 Vol-%. Die Beobachtung durch ein Abtas,telektronenmikroskop zeigt, daß dieses Pulver aus einheitlichen Teilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,7/um besteht. Es besitzt eine spezifische Oberfläche von 4,0m²/g.

. Die Analysenwerte dieses Pulvers sind in Tabelle 2 35 angegeben.

Tabelle

Analysenwerte von Al₂O₃-Pulver Al₂O₃-GeIIaIt: 99,99%

Element	Tabelle 2	Gehalt (ppm)
Mg	Analysenwerte von AlN-PuIver	<5
Cr	AIN-Gehalt: 97,8%	<10
Si	Element	30
Zn	Mg	<5
Fe	Cr	22
Cu	Si	5
Ca	Zn	<20
Ni	Fe	15
Ti	Cu	5
Mn
Ni
Ti
Co	Gehalt
Al	< 5 ppm
N	21 »
0	125 "
C	9 "
20 »
<5 »
5 "
27 "
<5 "
<5 "
64,8 Gew.%
33,4 «
1,1 »
0,11 »

34 1 Beispiel 2

1,0 g Aluminiumnitridpulver, erhalten gemäß Beispiel 1, wird in eine mit BN beschichtete Graphitform mit einem Durchmesser von 20 mm gegeben und 2 h bei 2000⁰C unter einem Druck von 100 kg/cm in Stickstoffgas unter 1 at in einem Hochfrequenz-Induktionsofen heiß verpreßt. Der entstehende Sinterkörper ist leicht gelblich, dicht und semi-transparent. Der Sinterkörper besitzt eine Dichte von 3,26 g/cm . Die Röntgenbeugungsanalyse zeigt, daß es sich um eine einzige Phase von AlN handelt. Die Analysenwerte des Sinterkörpers sind in Tabelle 3 gezeigt. Der Sinterkörper besitzt eine thermische Leitfähigkeit von 75 W/m-K. Wird dieser Sinterkörper auf eine

!5 Dicke von 0,5 mm poliert, so beträgt seine Lichtdurchlässigkeit gegenüber Licht mit einer Wellenlänge von 6/um 16% (Absorptionskoeffizient/U = 34 cm ). .

Eine Scheibe mit einem Durchmesser von 40 mm und einer Dicke von etwa 3 mm, erhalten durch Heißverpressen unter den gleichen Bedingungen wie oben, wird unter Bildung eines rechteckigen Stabs mit einer Größe von 3,8 χ 3 χ 35 mm zerschnitten. Die Drei-Punkt-Biegefestigkeit dieser Probe wird bei einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von o,5 mm/min und bei einer Temperatur von 1200⁰C mit einer Spannweite von 30 mm bestimmt. Sie beträgt 41,5 kg/cm im Durchschnitt.

	*■■-: : 3;**
35	... ^w'
Tabelle 3
Analysenwerte von gesintertem AlN
AIN-Gehalt: 98,1%
Element	Gehalt
Mg	< 5 ppm
Cr	15 "
Si	110 »
Zn	16 "
Fe	18 »
Cu	<5 "
Mn	5 "
Ni	30 "
Ti	■(.3 ti
Co	<5 »
Al	65,0 Ge¹
N	33,5
0	0,6
C	0,13
Beispiel 3

10 g Aluminiumnitridpulver, erhalten gemäß Beispiel 1, werden mit 0,2 Gew.% (als CaO) von Ca(NO^)₂-4H₂O unter Verwendung von Ethanol als flüssigem Medium in einem Polyethylen-Mörser unter Verwendung eines Pistills aus Polyethylen vermischt. Das Gemisch wird getrocknet und dann unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2 unter Bildung eines Sinterkörpers mit einem Durchmesser von 20 mm heiß verpreßt. Der Sinterkörper besitzt eine Dichte von 3,28 g/cnr und mittels Röntgenbeugungsanalyse wird gefunden, daß er eine einzige Phase von AlN darstellt. Der Sinterkörper hat einen AIN-Gehalt von 97,8 Gew.%, einen Sauerstoffgehalt von 0,7 Gew.% und eine thermische Leitfähigkeit von 79 W/m-K. Wird der Sinterkörper auf eine Dicke von

0,5 mm poliert, so besitzt er eine Lichtdurchlässigkeit gegenüber Licht mit einer Wellenlänge von 6/um von

—1 ' 33% (Absorptionskoeffizient/u = 19 cm ). Fig. 1 zeigt die Abhängigkeit der Lichtdurchlässigkeit dieses Sinterkörpers gegenüber Wellenlängen von Licht, und Fig. 2 zeigt eine Photographie des Aussehens des Sinter körpers .

Das gemischte AIN-Pulver wird mittels des Verfahrens von Beispiel 2 gesintert und seine 3-Punkt-Biegefestigkeit bestimmt. Sie beträgt im Durchschnitt 45,1 kg/mm bei 1200⁰C.

Beispiel 4

10 g Aluminiumnitridpulver, erhalten nach dem Verfahren des Beispiels 1, werden mit jedem der verschiedenen, in Tabelle 4 gezeigten Additive vermischt. Die entstehenden Gemische werden jeweils gemäß dem Verfahren des Beispiels 3 unter Bildung von Sinterkörpern heiß verpreßt. Die Ergebnisse sind in Tab. 4 aufgeführt.

00

bO

σι

to ο

σι

Tabelle 4

Versuch
Nr. Additiv

Zugesetz-

Sinterkörper

te Menge AlN-Sauerstoff- Dichte7ü
(% als Gehalt gehalt _ '
Oxid) (Ji) (Ji) (g/cm³) (cm*¹)

1	CaÖ~	1.0	97.5	0.7	3.27	23
2	Ba(NO₃)₂	0.08	98.3	0.5	3.25	22
3	Sr(NO^)₂	0.5	98.1	0.6	3.26	23
4	Y(NO₃J₃.6H₂O	0.5 .	98.1	0.5	3.26	20
5	La(NO₃J₃.6H₂O	0.5	98.3	0.5	3.26	25
6	Nd (NO₃J₃-6H₂O	0.5	98.1	0.7	3.26	27
7	CeO₂	1.0	97.3	0.8	3.28	24
8	BeO	0.5	98.3	0.7	3.27	30

1 Beispiel 5

Etwa 1 g Aluminiumnitridpulver, erhalten gemäß dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1, wird uniaxial in einer Form mit einem Durchmesser von 20 mm verpreßt und isotaktisch unter einem Druck von 1000 kg/cm unter Bildung eines Formgegenstandes mit einer Dichte von 1>56 g/cnr verpreßt. Der geformte Gegenstand wird in einen Bornitrid-Schmelztiegel gegeben und 3 h bei 1900⁰C in Stickstoffgas bei 1 at in einem Hochfrequenz-Induktionsofen unter Verwendung eines Graphit-Warmegenerators erhitzt. Der entstehende Sinterkörper, der beim drucklosen Sintern erhalten wird, ist gräulich-weiß und besitzt eine Dichte von 2,93 g/cnr. Die Röntgenbeugungsanalyse zeigt, daß er aus einer einzigen Phase AlN besteht. Die Analyse des Sinterkörpers zeigt, daß er einen AIN-Gehalt von 98,3 Gew.?o und einen Sauerstoffgehalt von 0,4 Gew.% besitzt. Seine thermische Leitfähigkeit beträgt 48 V/m-K.

Beispiel 6

10 g Aluminiumnitridpulver, erhalten nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1, werden einheitlich mit 3,0 Gew.% (als CaO) Ca(NO^)₂.4H₂O in Ethanol als Dispersionsmedium vermischt. Das Gemisch wird getrocknet und auf gleiche ¥eise wie in Beispiel 5 geformt und gesintert. Vor dem Sintern besitzt der geformte Gegen-stand eine Dichte von 1,73 g/cm . Der Sinterkörper ist gelblich und semi-transparent und besitzt eine Dichte von 3»23 g/cnr. Der Sinterkörper hat einen AIN-Gehalt von 96,0 Gew.%, einen Sauerstoffgehalt von 1,5 Gew.% und eine thermische Leitfähigkeit von 64 W/m-K. Wird er . auf eine Dicke von 0,5 mm poliert, so besitzt er eine Lichtdurchlässigkeit gegenüber Licht mit einer Wellenlänge von 6/um von 28% ( ai = 23 cm ).

39 1 Beispiel 7

10 g Aluminiumnitridpulver, erhalten nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1, werden mit jedem der verschiedenen, in Tabelle 5 aufgeführten Additive gemäß Beispiel 6 vermischt. Die Gemische werden jeweils einem drucklosen Sintern unter den gleichen Sinterbedingungen und mit der gleichen Sintervorrichtung wie in Beisp iel 5 unterworfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 aufgeführt. 10

co ο

to cn

cn

Tabelle 5

Ver

Zugesetz- SinterSinterkörper

Nr.	Additiv	xe nenge (% als Oxid)	tempera tur	AHM- Gehalt	sauerstoff gehalt (%)	Dichte (κ/cnr	)	/^U (cm"¹)
1	CaCO₃	4.0	1900		1.5	3.20		43
2	Ba(NO₃)₃	2.0	1850		0.8	3.19		68
3	Υ(Ν0,),·6Η,0	1.0	2000'		0.7	3.11		48
4	La(NO₃)J-SH₂O	3.0	1900		1.0	3.26		40
5	CeO,	3.0	1900		1.0	3.24		45
95.0
96.3
96.9
95.5
95.6

Beispiel 8

Das gleiche Aluminiumoxid (20 g) und Kohlenstoff (8 g), wie in Beispiel 1 verwendet), werden einheitlich in Wasser als Dispersionsmedium in einer Kugelmühle vermischt, die aus einem Nylontopf und Kugeln zusammengesetzt ist. Das Gemisch wird getrocknet, in eine flache Schale aus hoch reinem Graphit gegeben und 6 h bei 155O⁰C in einem Ofen erhitzt, während Stickstoffgas kontinuierlich in den Ofen mit einer Geschwindigkeit von 3 l/min eingeleitet wird. Das Reaktionsgemisch wird 4 h bei 800⁰C in Luft zur Entfernung nichtumgesetzten Kohlen-

ffs erhitzt. Das entstehende Pulver besitzt einen AIN-Gehalt von 95 _f 8 Gew.% und einen Sauerstoffgehalt

von 2,1 Gew.%. Die Menge an kationischen Verunreinigungen in dem AIN-Pulver ist fast gleich wie von denjenigen, die in Tabelle 2 in Beispiel 1 aufgeführt wurden. Das entstehende Pulver besitzt einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1,22/um und enthält 92 Vol-% Teilchen mit einem Teilchendurchmesser nicht über 3 /um.

Beispiel 9

1 g AIN-Pulver, erhalten nach dem gleichen Verfahren

wie in Beispiel 8, wird in der gleichen Vorrichtung und unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2 heiß verpreßt. Der entstehende Sinterkörper ist Deicht gelblich und semi-transparent und besitzt eine Dichte von 3,25 g/cm , einen AIN-Gehalt von 96,8 Gew.% und einen Sauerstoffgehalt von 1,3 Gew.#. Der Sinterkörper weist eine thermische Leitfähigkeit von 52 W/m-k auf. Wird der Sinterkörper auf eine . Dicke von 0,55 mm poliert, so beträgt seine Lichtdurchlässigkeit gegenüber Licht mit einer Wellenlänge von 6/um 11% ( /U = 41 cm ). Die Bie-. gefestigkeit des Sinterkörpers, bestimmt gemäß Beispiel

35 2, beträgt 35,5 kg/mm , bezogen auf einen Durchschnitt bei 1200⁰C.

42 1 Beispiel 10

10 g AlN-PuIver, erhalten gemäß Beispiel 8, werden mit 0,5 Gew.% (als Y₂O₃) Y(NO₃)^oH₂O in Ethanol als flüssigem Medium vermischt. 1 g des Gemisches wird getrocknet und dann 2 h bei 140O⁰C und 200 kg/cm² im Vakuum unter Verwendung der gleichen Vorrichtung wie in Beispiel 2 heiß verpreßt. Der entstehende Sinterkörper ist semitransparent und besitzt eine Dichte von 3»27 g/cnr, einen AIN-Gehalt von 96,5 Gew.%, einen Sauerstoffgehalt von 1,5 Gew.% und eine thermische Leitfähigkeit von 56 W/m-k. Wird der Sinterkörper auf eine Dicke von 0,5 mm poliert, so beträgt seine Lichtdurchlässigkeit gegenüber Licht mit einer Wellenlänge von 6/um 20$>

15 (/u = 29 cm"¹).

Beispiel 11

10 g AIN-Pulver, erhalten gemäß Beispiel 8, werden einheitlich mit 4,0 Gew.% (als CaO) Ca(NO₃)^H₂O in Ethanol als flüssigem Dispersionsmedium vermischt. 1 g des Gemisches wird getrocknet und dann einem drucklosen Sintern unter den gleichen Sinterbedingungen und in der gleichen Vorrichtung wie in Beispiel 5 unterworfen. Der erhaltene Sinterkörper ist gelblich und semitransparent und besitzt eine Dichte von 3»20 g/cm , einen AIN-Gehalt von 94,2 Gew.#, einen Sauerstoffgehalt von 2,5 Gew.% und eine thermische Leitfähigkeit von 42 W/m-k. Wenn der Sinterkörper auf eine Dicke von 0,5 mm poliert wird, besitzt er eine Lichtdurchlässigkeit gegenüber Licht mit einer Wellenlänge von 6 /um von 10# (/U = 43 cm"¹).

43

Beispiel

20 g Aluminiumoxid mit einer Reinheit von 99,3% und
einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von
5 0,58/um und 16 g Ruß (carbon black) mit einem Aschegehalt von 0,15 Gew.% und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,44/um werden einheitlich in Hexan als Dispersionsmedium unter Verwendung eines Nylontopfs und -kugeln vermischt. Das Gemisch wird getrock-

10 net, in eine flache Schale aus hoch reinem Graphit gegeben und 6 h in einem Ofen bei 165O⁰C erhitzt, während Ammoniakgas kontinuierlich in den Ofen mit einer Geschwindigkeit von 1 l/min eingeführt wird. Das entstehende Reaktionsgemisch wird 6 h in Luft bei 750⁰C zur

Entfernung nichtumgesetzten Kohlenstoffs durch Oxidation erhitzt. Das entstehende Pulver besitzt einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1,42/um, wobei der Anteil an Teilchen mit einem Teilchendurchmesser nicht über 3/um 84 Vol-% beträgt.

Das Pulver wird analysiert, und die Ergebnisse sind in Tabelle 6 aufgeführt.

44

Tabelle 6

Analysenwerte von AIN-Pulver AIN-Gehalt: 96,9 Gew.%

Element Gehalt

Mg	48 ppm
Cr	110 »
Si	2500 »
Zn	20 »
Fe	370 »
Cu	<5 »
Mn	40 "
Ni	120 »
Ti	25 η
Co	<5 "
Al	64,9 Gew.%
N	33,1 »
0	1,3 "
C	0,16 »
Beispiel 13

1 g AIN-Pulver, erhalten gemäß Beispiel 12, wird unter den gleichen Sinterbedingungen und in der gleichen Vorrichtung wie in Beispiel 2 heiß verpreßt. Der entstehende Sinterkörper ist gräulich und semi-transparent und besitzt eine Dichte von 3,26 g/cnr, einen AIN-Gehalt von 97,9 Gew.%, einen Sauerstoffgehalt von 0,8 Gew.% und eine thermische Leitfähigkeit von 50 W/m-k. Wenn der Sinterkörper auf ' eine Dicke von 0,5 mm poliert

30 wird, beträgt seine Lichtdurchlässigkeit gegenüber

Licht mit einer Wellenlänge von 6/um 6%) ( /u = 53 cm ).

Bei sp i e 1 14

1Og AIN-Pulver, erhalten gemäß Beispiel 12, werden einheitlich mit 0,2 Gew.# (als BaO) Ba(NO^)₂ in Ethanol als flüssigem Medium vermischt. Das gemischte Pulver (1 g) wird getrocknet und dann unter den gleichen Sinterbedingungen und in der gleichen Vorrichtung wie in Beispiel 2 heiß verpreßt. Der entstehende Sinterkörper ist gräulich und semi-transparent und besitzt

10 eine Dichte von 3_f27 g/cm, einen AIN-Gehalt von 97,9 Gew.#, einen Sauerstoffgehalt von 0,9 Gew.% und eine thermische Leitfähigkeit von 55 W/m-k. Wenn er auf eine Dicke von 0,5 mm poliert wird, beträgt seine: Lichtdurchlässigkeit 8% gegenüber Licht mit einer WeI-

15 lenlänge von 6/um (/U = 48 cm" ).

Beispiel 15

Das gleiche Aluminiumoxid (130 g; Reinheit 99_f99 Gew.) und Ruß (65 g; Aschegehalt 0,08 Gew.^), wie in Beispiel 1 verwendet, sowie 1,0 g Calciumcarbonat mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 3 /um werden einheitlich in Ethanol als Dispersionsmedium in einer Kugelmühle vermischt, die aus einem Topf und mit PoIyurethanharz beschichteten Kugeln besteht. Das Gemisch wird getrocknet und dann unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 unter Bildung eines AIN-Pulvers umgesetzt und oxidiert. Das entstehende Pulver besitzt einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1,44/um und enthält 86 Vol-% Teilchen mit einem Teilchendurchmesser nicht über 3 /um. Die Analysenwerte des Pulvers sind in Tabelle 7 aufgeführt.

46 Tabelle 7

Analysenwerte von AIN-Pulver	Gehalt
AIN-Gehalt: 96,9 Gew.%	920 ppm
Element	/5 it
Ca	17 "
Mg	86 »
Cr	12 «
Si	25 "
Zn	<5 »
Fe	4 «
Cu	27 "
Mn	< 5 »
Ni	< 5 "
Ti	65,0 Gew.%
Co	33,1 »
Al	1,5 »
N	0,15 "
O
C
Beispiel 16

1 g AIN-Pulver, erhalten gemäß Beispiel 15, wird unter den gleichen Bedingungen und in der gleichen Vorrich-

tung wie in Beispiel 2 heiß verpreßt. Der entstehende
Sinterkörper ist kompakt und semi-transparent und besitzt eine Dichte von 3,26 g/cnr\ einen AIN-Gehalt von 98,1%, einen Sauerstoffgehalt von 0,7% und eine thermi sche Leitfähigkeit von 60 W/m-k. Wenn der Sinterkörper auf eine Dicke von 0,5 mm poliert wird, beträgt seine
Lichtdurchlässigkeit gegenüber Licht mit einer Wellenlänge von 6/um 28% (/u = 23 cm ).

47

Beispiel 17

Das gleiche Aluminiumoxid (130 g; Reinheit 99,99 Gew.%) und Ruß (carbon Black) (65 g; Aschegehalt 0,08 Gew.%), wie in Beispiel 1. verwendet, werden einheitlich mit 0,52 g Y₂°3 ^mi"k ^einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 /um in Ethanol als Dispersionsmedium in einer Kugelmühle vermischt, welche einen Topf und mit Polyurethanharz beschichtete Kugeln umfaßt. Das Gemisch wird getrocknet und dann unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 unter Bildung eines AIN-Pulvers umgesetzt und oxidiert. Das Pulver besitzt einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1,50/um und enthält 83 Vo1-96 Teilchen mit einem Teilchendurchmesser

15 nicht über 3/um. Die Analysenwerte dieses Pulvers sind in Tabelle 8 aufgeführt.

Tabelle 8

Anatysenwerte von AIN-Pulver	Gehalt
AIN-Gehalt: 96,9%	3360 ppm
Element	6 »
Y	11 »
Mg	123 "
Cr	16 »
Si	36 »
Zn	16 "
Fe	5 "
Cu	7 "
Mn	10 »
Ni	<5 "
Ti	64,9 Gew.96
Co	33,1 "
Al	1,5 »
N	0,18 w
0
C

48 l Beispiel 18

1 g AIN-Pulver, erhalten gemäß Beispiel 17, wird unter den gleichen Bedingungen und in der gleichen Vorrichtung wie in Beispiel 2 heiß verpreßt. Der entstehende Sinterkörper besitzt eine Dichte von 3,28 g/cnr, einen AIN-Gehalt von 98,1 -Gew.^, einen Sauerstoffgehalt von 0,8 Gew.% und eine thermische Leitfähigkeit von 63 W/m-k. Wenn er auf eine Dicke von 0,5 mm poliert wird, beträgt seine Durchlässigkeit gegenüber Licht mit einer Wellenlänge von 6/um 30% (yu = 21 cm~¹).

Vergleichsbeispiel 1

Das gleiche Aluminiumoxid (100 g; Reinheit 99,99%) und Ruß (100 g; Aschegehalt 0,08 Gew.%), wie in Beispiel 1 verwendet, werden in trockenem Zustand in einer Kugelmühle vermischt, welche aus einem Topf und Kugeln, beschichtet mit Polyurethanharz, besteht. Das Gemisch wird unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 unter Bildung eines AIN-Pulvers umgesetzt und oxidiert. Das entstehende Pulver ist weiß und besitzt einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1,8 /um, wobei der Anteil an Teilchen mit einem Teilchendurchmesser unter 3/um 62 Vol-% beträgt. Die Analysenwerte des Pulvers sind in Tabelle 9 zusammengestellt.

Das Pulver wird in der gleichen Vorrichtung und unter den gleichen Sinterbedingungen wie in Beispiel 2 heiß verpreßt. Der Sinterkörper ist gräulich-weiß und nichttransparent und besitzt eine Dichte von 3,12 g/cnr und eine thermische Leitfähigkeit von 28 W/m-k. Die 3-Punkt-

Biegefestigkeit des Sinterkörpers beträgt 20,3 kg/mm , . bezogen auf einen Durchschnitt bei 1200⁰C. 35

49

Tabelle 9

Analysenwerte von AIN-Pulver AIN-Gehalt: 92,0 Gew.^ Element

Gehalt

Mg	8 ppm
Cr	15 "
Si	110 »
Zn	10 »
Fe	40 »
Cu	15 "
Mn	5 "
Ni	12 «
Ti	10 "
Co	<5 "
Al	64,4 Gew.%
W	31,4 »
0	3,8 »
C	0,16 »
Vergleichsbeispiel 2

20 g Aluminiumoxid mit einer Reinheit von 99,6% und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 3,6/um sowie 10 g Ruß mit einem Aschegehalt von 0,08 Gev.% werden in Ethanol als Dispersionsmedium in einer Kugelmühle vermischt, welche aus einem Topf und Kugeln, mit Nylon beschichtet, besteht. Das Gemisch wird in der gleichen Vorrichtung und unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 umgesetzt und oxidiert. Das entstehende Pulver ist weiß und besitzt einen AIN-Gehalt von 96,1 Gew.%, einen Sauerstoffgehalt von 1,9 Gew.# und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 3,9 /um, wobei der Anteil an Teilchen mit einem Teilchendurchmesser unter 3 /um 33 Vol-9o beträgt.

Das Pulver wird in der gleichen Vorrichtung und unter den gleichen Sinterbedingungen wie in Beispiel 2 heiß verpreßt. Der entstehende Sinterkörper ist gräulich und nicht-transparent und besitzt eine Dichte von

2,98 g/cm⁵ und eine 3-Punkt-Biegefestigkeit bei 1200⁰C

von durchschnittlich 24,9 kg/mm . Vergleichsbeispiel 3

10 g AIN-Pulver, erhalten gemäß Vergleichsbeispiel 2, v/erden mit 0,2 Gew.% (als CaO) Ca(NO^)₂.4H₂O in Ethanol als flüssigem Medium vermischt. Das gemischte Pulver (1 g) wird getrocknet und in der gleichen Vorrichtung und unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2 heiß verpreßt. Der Sinterkörper ist gräulich und nichttransparent und besitzt eine Dichte von 3>11 g/cm , eine thermische Leitfähigkeit von 35 W/m-k und eine 3-Punkt-Biegefestigkeit bei 1200⁰C von durchschnittlich 25,6 kg/mm².

Vergleichsbeispiel 4

20 g Aluminiumoxid mit einer Reinheit von 98,5?6 und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1,0/um und 16 g Ruß mit einem Aschgehalt von 0,15 Gew.% und einem durchschnittliehen Teilchendurchmesser von 0,44/um werden einheitlich in Ethanol in einer Kugelmühle vermischt, welche aus einem Topf aus Nylon und mit Nylon beschichteten Kugeln besteht. Das Gemisch wird unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 unter Bildung von AIN-Pulver umgesetzt und oxidiert. Das entstehende Pulver ist gräulich-weiß und besitzt einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1,8/um, wobei . der Anteil an Teilchen mit einem Teilchendurchmesser nicht über 3/um 75 VoI-^ beträgt. Die Analysenwerte des Pulvers sind in Tabelle 10 zusammengestellt«

1 g dieses Pulvers wird in der gleichen Vorrichtung und unter den gleichen Sinterbedingungen wie in Beispiel 2 heiß verpreßt. Der entstehende Sinterkörper ist gräulich-schwarz und nicht-transparent und besitzt eine Dichte von 3_f22 g/cm , eine thermische Leitfähigkeit von 33 W/m-k und eine 3-Punkt-Biegefestigkeit bei 1200⁰C von durchschnittlich 27,4 kg/mm².

Tabelle

Analysenwerte von AlN-PuIver	Gehalt
AIN-Gehalt: 96,4%	130 ppm
Element	260 "
Mg	3600 »
Cr	50 ·'
Si	2100 "
Zr	10 ".
Fe	50 »
Cu	310 "
Mn	180 »
Ni	60 »
Ti	64,6 Gew.#
Co	32,9 "
Al	1,8 «
N	0,13 "
0
C

30 Ende der Beschreibung.

Claims

KRAUS&" WEISERT PATENTANWÄLTE UND ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT WALTER KRAUS DIPLO M C H EM I K ER · DR.-I NG. AN NEKÄTE WEISERT DlPL-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE GARDSTRASSE 15 · D-SOOO MÜNCHEN 71 · TELEFON O8 9/79 7O 77-79 7O 78 · TELEX 05-212156 kpetd TELEGRAMM KRAUSPATENT 3962 AW/My TOKUYAMA SODA KABUSHIKI KAISHA Tokoyama, Japan Feines Aluminiumnitridpulver, Verfahren zu seiner Herstellung und es enthaltendes Mittel Patentansprüche

1. Feines Aluminiumnitridpulver, dadurch gekennzeichnet, daß es einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser nicht über 2/um aufweist und mindestens 94 Gew.% Aluminiumnitrid, höchstens 3 Gew.% gebundenen Sauerstoff und höchstens 0,5 Gew.^o Metall von· Metallverbindungen als Verunreinigungen enthält.

2. Feines Aluminiumnitridpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an gebundenem Sauerstoff höchstens 1,5 Gew.% beträgt.

3. Feines Aluminiumnitridpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Metallverbindungen als Verunreinigungen höchstens 0,3 Gew.$ beträgt.

4. Feines Aluminiumnitridpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Metallverbindungen Kohlenstoff, Silicium, Mangan, Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer, Zink oder Titan ist.

5. Feines Aluminiumnitridpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Metallverbindungen Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer, Zink oder Titan ist und daß der Gesamtgehalt dieser Metallverbindungen höchstens 0,1 Gew.% als Metall beträgt.

6. Feines Aluminiumnitridpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Aluminiumnitrid mindestens 97 Gew.% beträgt.

7. Feines Aluminiumnitridpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens 70 Vol-% Teilchen mit einem Teilchendurchmesser nicht über 3/um enthält.

8. Verfahren zur Herstellung eines feinen Aluminiumnitridpulvers, dadurch gekennzeichnet, daß man

(1) ein feines Aluminiumoxidpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser nicht über 2/um . mit einem feinen Kohlenstoff pulver mit einem Aschegehalt von höchstens 0,2?έ und einem durchschnittlichen

33334Q6

¹ Teilchendurchmesser nicht über 1 /um in einem flüssigen Dispersionsmedium innigst vermischt, wobei das Gewi chtsverhältnis von feinem Aluminiumoxidpulver zu feinem Kohlenstoff pulver 1:0,36 bis 1:1 beträgt; 5 (2) das entstehende, gut vermischte Gemisch bei einer Temperatur von 1400 bis 1700°C in einer Stickstoff- oder Ammoniakatmosphäre, gegebenenfalls nach dem Trocknen, brennt; und

(3) anschließend das entstehende, feine Pulver bei einer Temperatur von 600 bis 900⁰C zur Entfernung von nichtumgesetztem Kohlenstoff unter Bildung eines feinen Aluminiumnitridpulvers mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser nicht über 2/um und einem Gehalt von mindestens 94 Gew.% Aluminiumnitrid, höchstens 3 Gew.<K> gebundenem Sauerstoff und höchstens 0,5 Gew.?£ Metallverbindungen, berechnet als Metall, als Verunreinigungen erhitzt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich-20 net, daß das feine Aluminiumoxidpulver eine Reinheit

von mindestens 99,0 Gew.% aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das 'Gewichtsverhältnis von feinem Aluminium-

oxidpulver zu feinem Kohlenstoffpulver 1:0,4 bis 1:1 beträgt.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als flüssiges Dispersionsmedium Wasser,

einen Kohlenwasserstoff, einen aliphatischen Alkohol oder ein Gemisch dieser Verbindungen verwendet.

12. Innige Zusammensetzung aus einem feinen Alumi-. niumnitridpulver, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 90 Gew.% Aluminiumnitrid, höchstens 4,5 Gew.%

1 gebundenen Sauerstoff, 0,02 bis 5,0 Gew.% eines

Oxids mit der höchsten Atomwertigkeit von mindestens einem Metallelement aus der Gruppe Erdalkalimetalle, Metalle der Lanthangruppe und Yttrium oder eine ihrer Verbindungen und höchstens 0,5 Ge\f.% als Metall von Metallverbindungen als Verunreinigungen mit Ausnahme der Verbindungen von Metallen enthält.

13· Zusammensetzung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an gebundenem Sauerstoff höchstens 3 Gew.% beträgt.

14. Zusammensetzung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Metallverbindungen als

15 Verunreinigungen höchstens 0,3 Gew.% beträgt.

15. Zusammensetzung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Metallverbindungen als Verunreinigungen Kohlenstoff, Silicium, Mangan, Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer, Zink oder Titan ist.

16. Zusammensetzung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Metallverbindungen als Verunreinigungen Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer, Zink oder Titan ist und daß der Gesamtgehalt dieser Verunreinigungen als Metalle höchstens 0,1 Gew.% beträgt.

17. Zusammensetzung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdalkalimetalle Calcium, Strontium und Barium sind.

l 18, Zusammensetzung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle der Lanthangruppe Lanthan, Neodym und Cer sind.

19. Zusammensetzung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Aluminiumnitrid mindestens 93 Gew.% beträgt.

20. Verfahren zur Herstellung einer innigen Zusammensetzung aus einem feinen Aluminiumnitridpulver, dadurch gekennzeichnet, daß man

(1) ein feines Aluminiumoxidpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht mehr als 2/um, ein feines Kohlenstoffpulver mit einem Aschegehalt von höchstens 0,2 Gew.% und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser nicht über 1 /um und eine Metallverbindung aus der Gruppe Erdalkalimetalle, Metalle der Lanthangruppe und Yttrium in einem flüssigen Medium innigst vermischt, wobei das Gewichtsverhältnis von feinem Aluminiumoxidpulver zu feinem Kohlenstoffpulver 1:0,36 bis 1:1 beträgt und die Menge an Metallverbindung 0,02 bis 5,0 Gew.% als Metalloxid mit der höchsten Atomwertigkeit, bezogen auf die entstehende Zusammensetzung, beträgt;

25 (2) gegebenenfalls nach dem Trocknen das entstehende, innige Gemisch bei einer Temperatur von 1400 bis 1700⁰C in einer Stickstoff- oder Ammoniakatmosphäre brenntj und

(3) das entsthende, feine Pulver anschließend bei einer Temperatur von 600 bis 90O⁰C in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre zur Entfernung von nichtumgesetztem Kohlenstoff erhitzt, wobei eine innige Zusammensetzung erhalten wird, welche mindestens - 90 Ge^-W.% Aluminiumnitrid, höchstens 4,5 Gew.% gebundenen Sauerstoff, 0,02 bis 5,0 Gew.% als Oxid mit der

höchsten Atomwertigkeit von mindestens einem Metallelement, ausgewählt aus der Gruppe Erdalkalimetalle, Metallen der Lanthangruppe und Yttrium oder einer Verbindung davon, und höchstens 0,5 Gew.%_f berechnet als Metall, von Metallverbindungen als Verunreinigungen mit Ausnahme der Verbindungen der Metalle enthält.

21. Verfahren zur Herstellung einer innigen Zusammensetzung aus einem feinen Aluminiumnitridpulver, dadurch gekennzeichnet, daß man ein feines Aluminiumnitridpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser nicht über 2 /um und einem Gehalt von mindestens 94 Gew.% Aluminiumnitrid, höchstens 3 Gew.% gebundenem Sauerstoff und höchstens 0,5 Gevr.% als Metall von Metallverbindungen als Verunreinigungen mit einer Verbindung von mindestens einem Metall aus der Gruppe Erdalkalimetalle, Metalle der Lanthangruppe und Yttrium in solchen Verhältnissen innigst vermischt, daß der Gehalt an Metallverbindung 0,02 bis 5,0 Gew.% als Metalloxid mit der höchsten Atomwertigkeit in der entstehenden Zusammensetzung beträgt, wobei eine innige Zusammensetzung gebildet wird, die mindestens 90 Gew.% Aluminiumnitrid, höchstens 4,5 Gew.?a gebundenen Sauerstoff, 0,02 bis 5,0 Gew.?6 als Oxid mit der höchsten Atomwertigkeit von mindestens einem Metallelement aus der Gruppe Erdalkalimetalle, Metalle der Lanthangruppe und Yttrium oder einer Verbindung davon und höchstens 0,5 Gew.% als Metall von Metallverbindungen als Verunreinigung mit Ausnahme der Verbindungen der Metalle enthält.

22. Gesinterter Körper als Aluminiumnitrid, dadurch gekennzeichnet, daß er eine hohe Reinheit und eine Dichte von mindestens 2,9 g/cwr aufweist und daß er

. mindestens 94 Gew.% Aluminiumnitrid, höchstens 1,5 Gew.$o gebundenen Sauerstoff und höchstens 0,5 Gew..% als Me-

tall von Metallverbindungen als Verunreinigungen enthält.

23. Gesinterter Körper nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an gebundenem Sauerstoff höchstens 0,75 Gew.% beträgt.

24. Gesinterter Körper nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Metallverbindungen als Verunreinigungen höchstens 0,3 Gew.96, berechnet als Metall, beträgt.

25. Gesinterter Körper nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Metallverbindungen als Verunreinigungen Kohlenstoff, Silicium, Mangan, Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer, Zink oder Titan ist.

26. Gesinterter Körper nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Metallverbindungen

als Verunreinigungen Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer, Zink oder Titan ist und daß die Gesamtmenge der Verunreinigungen höchstens 0,1 Gew.#, berechnet als Metall, beträgt.
25

27. Gesinterter Körper nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Aluminiumnitrid mindestens 97 Gew.% beträgt.

28.■ Gesinterter Körper nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Dichte von mindestens 3,16 g/cnr aufweist.

.

29. Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Körpers aus Aluminiumnitrid mit hoher Reinheit und

hoher Dichte, dadurch gekennzeichnet, daß man ein feines Aluminiumnitridpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht mehr als 2/um und einem Gehalt an mindestens 94 Gev.% Aluminiumnitrid, höchstens 3,0 Gew.96 gebundenem Sauerstoff und höchstens 0,5 Gew.#, berechnet als Metall, Metallverbindungen als Verunreinigungen formt und den geformten Gegenstand bei einer Temperatur von 1700 bis 2100⁰C in einer inerten Atmosphäre unter Bildung eines Sinterkörpers aus Aluminiumnitrid mit einer Dichte von mindestens 2,9 g/cm und einem Gehalt an mindestens 94 Gew.9a Aluminiumnitrid, höchstens 1,5 Gew.% gebundenem Sauerstoff und höchstens 0,5 Gew.%, berechnet als Metall, Metallverbindungen als Verunreinigungen brennt.

30. Verfahren nach Anspruch 29» dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern bei einem Druck von mindestens 20 kg/cm durchgeführt wird.

31. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt wird.

32. . Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern im wesentlichen ohne Anwendung von Druck erfolgt.

33· Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt wird.

34. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern im Vakuum durchgeführt wird.

35. Gesinterter Körper jprff'Aluminiumnitrid mit hoher Dichte und Reinheit, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Körper eine Dichte von mindestens 3,0 g/cm aufweist und mindestens 90 Gew.% Aluminiumnitrid, höchstens 3,5 Gew.% gebundenen Sauerstoff,

0,02 Ms 5,0 Gew.%, berechnet als Oxid mit der höchsten Atomwertigkeit, mindestens eines Metallelements, ausgewählt aus der Gruppe Erdalkalimetalle, Metalle der Lanthangruppe und Yttrium oder eine ihrer Verbindungen, 10 und höchstens 0,5 Gew.% als Metall von Metallverbindungen als Verunreinigungen mit Ausnahme der Verbindungen der Metalle enthält.

36. Gesinterter Körper nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an gebundenem Sauerstoff höchstens 2,0 Gew.% beträgt.

37. Gesinterter Körper nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Metallverbindungen als Verunreinigungen höchstens 0,3 Gew.%, berechnet als Metall, beträgt.

38. Gesinterter Körper nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Metallverbindungen als Verunreinigungen Kohlenstoff, Silicium, Mangan, Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer, Zink oder Titan ist.

39. Gesinterer Körper nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall von Metallverbindungen

als Verunreinigungen Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer, Zink oder Titan ist und daß der Gesamtgehalt an diesen Verunreinigungen höchstens 0,1 Gew.% be-• trägt.
35

40. Gesinterer Körper nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Aluminiumnitrid mindestens 93 Gew.% beträgt.

41. Gesinterter Körper nach Anspruch 35_f dadurch gekennzeichnet, daß er eine Dichte von mindestens 3,16 g/cm·⁵ aufweist.

42. Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Körpers mit hoher Reinheit und Dichte, dadurch gekennzeichnet, daß man ein feines Aluminiumnitridpulver, das mindestens 90 Gew.% Aluminiumnitrid, höchstens 4,5 Gew.% gebundenen Sauerstoff, 0,02 bis 5,0 Gew.?6 eines Oxids mit der höchsten Atomwertigkeit von mindestens einem Metallelement, ausgewählt aus der Gruppe Erdalkalimetalle, Metalle der Lanthangruppe und Yttrium oder einer Verbindung davon, und höchstens 0,5 Gew.$£, berechnet als Metall, von Metallverbindungen als Verunreinigungen mit Ausnahme der Verbindungen der Metalle enthält, formt und den geformten Gegenstand bei einer Temperatur von 16OO bis 2100⁰C in einer Inertatmosphäre unter Bildung eines gesinterten Körpers mit einer Dichte von mindestens 3,0 g/cnr und einem Gehalt von mindestens 90 Gew.% Aluminiumnitrid, höchstens 3,5 Gew.% gebundenem Sauerstoff, 0,02 bis 5,0 Gew.% eines Oxids mit der höchsten Atomwertigkeit von mindestens einem Metallelement, ausgewählt aus der Gruppe Erdalkalimetalle, Metalle der Lanthangruppe und Yttrium oder einer Verbindung davon, und höchstens 0,5 Gew.%, berechnet als Metall, Metallverbindungen als Verunreinigungen mit Ausnahme von Verbindungen der Metalle brennt.

43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeich-. net, daß das Sintern bei einem Druck von mindestens 20 kg/cm² erfolgt.

44. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt wird.

45. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern im wesentlichen ohne Anwendung von Druck durchgeführt wird.

46. Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern in einer Stickstoffatmosphäre

durchgeführt wird.

47. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern im Vakuum durchgeführt wird.