DE3541398C2

DE3541398C2 - Verfahren zur Herstellung eines gesinterten polykristallinen Aluminiumnitrid-Keramikkörpers und polykristalliner Aluminiumnitridkörper

Info

Publication number: DE3541398C2
Application number: DE3541398A
Authority: DE
Inventors: Irvin Charles Huseby; Carl Francis Bobik
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1984-11-26
Filing date: 1985-11-22
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2005-11-23
Also published as: GB2167771B; US4578365A; CA1235146A; GB2167771A; DE3541398A1; JPH075374B2; GB8526830D0; JPS61219763A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten polykristallinen Aluminiumnitrid-Keramikkörpers mit einer Wärmeleitfähigkeit von höher als 1,00 W/cm · K bei 25°C und vorzugsweise von zumindest etwa 1,50 W/cm · K bei 25°C sowie einen polykristallinen Aluminiumnitridkörper.

Ein geeignet reiner Aluminiumnitrid-Einkristall mit einem Gehalt von 300 ppm an gelöstem Sauerstoff hat nach Messung eine Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur von 2,8 W/cm · K, die beinahe so hoch wie diejenige von einem BeO-Einkristall, welche 3,7 W/cm · K beträgt, ist und einen viel höheren Wert als den für einen α-Al₂O₃-Einkristall darstellt, der 0,44 W/cm · K beträgt. Die Wärmeleitfähigkeit eines Aluminiumnitrid- Einkristalls ist eine eindeutige Funktion von gelöstem Sauerstoff, und sie nimmt mit einem Anstieg im Gehalt an gelöstem Sauerstoff ab. Beispielsweise beträgt die Wärmeleitfähigkeit eines Aluminiumnitrid-Einkristalls mit 0,8 Gew.-% gelöstem Sauerstoff etwa 0,8 W/cm · K.

Aluminiumnitridpulver hat eine Affinität für Sauerstoff, insbesondere dann, wenn seine Oberfläche nicht durch ein Oxid bedeckt ist. Die Einführung von Sauerstoff in das Aluminiumnitrid- Gitter in Aluminiumnitridpulver führt zu der Bildung von Al-Leerstellen über die nachfolgende Gleichung I:

Demzufolge wird der Einbau von 3 Sauerstoffatomen auf 3 Stickstoffplätzen eine Leerstelle an einem Aluminiumplatz ausbilden. Die Anwesenheit von Sauerstoffatomen an Stickstoffplätzen wird wahrscheinlich einen geringen Einfluß auf die Wärmeleitfähigkeit von AlN haben. Jedoch hat die Anwesenheit von Leerstellen an Aluminiumplätzen infolge des großen Massenunterschiedes zwischen einem Aluminiumatom und einer Leerstelle einen starken Einfluß auf die Wärmeleitfähigkeit von AlN und ist wahrscheinlich, für alle praktischen Zwecke, für den gesamten Abfall der Wärmeleitfähigkeit von AlN verantwortlich.

Es sind gewöhnlich drei verschiedene Sauerstoffquellen im nominell reinen AlN-Pulver vorhanden. Quelle 1 sind diskrete Teilchen von Al₂O₃. Quelle 2 ist eine Oxidschicht, vielleicht Al₂O₃, welche die AlN-Pulverteilchen bedeckt. Quelle 3 ist Sauerstoff in Lösung in dem AlN-Gitter. Die Menge an vorhandenem Sauerstoff in dem AlN-Gitter in AlN-Pulver wird von dem Herstellungsverfahren des AlN-Pulvers abhängen. Zusätzlicher Sauerstoff kann in das AlN-Gitter durch Erhitzen des AlN-Pulvers bei erhöhten Temperaturen eingeführt werden. Messungen zeigen, daß bei ∼1900°C das AlN-Gitter ∼1,2 Gew.-% Sauerstoff auflösen kann. In der vorliegenden Erfindung wird unter einem Sauerstoffgehalt von AlN-Pulver verstanden, daß dieses den vorhandenen Sauerstoff in Form der Quellen 1, 2 und 3 enthält. Ebenfalls kann in der vorliegenden Erfindung der in dem AlN-Pulver in Form der Quellen 1, 2 und 3 vorhandene Sauerstoff durch Verwendung von freiem Kohlenstoff entfernt werden, und der Grad der Entfernung des Sauerstoffes durch Kohlenstoff hängt zum großen Teil von der gewünschten Zusammensetzung des resultierenden Sinterkörpers ab.

In der nachveröffentlichten, aber prioritätsälteren EP-A1-0 152 545 mit Benennung für Deutschland ist ein Verfahren zum Herstellen eines Keramikkörpers aus polykristallinen Aluminiumnitrid, mit einer Zusammensetzung, definiert und umfaßt durch die Linie ABCDEF, jedoch nicht einschließend die Linien CD und EF, der dort beschriebenen Fig. 1 (die auch in der vorliegenden Anmeldung als Fig. 1 bezeichnet wird und Stand der Technik ist), einer Porosität von weniger als etwa 10 Volumprozent des Körpers und einer Wärmeleitfähigkeit von größer als 1,0 W/cm · K bei 22°C, beschrieben, welches die Herstellung einer Mischung, bestehend aus Aluminiumnitridpulver und einem Yttrium-Additiv, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Yttrium, Yttriumhydrid, Yttriumnitrid und Mischungen daraus, wobei das Aluminiumnitrid und das Yttrium-Additiv einen vorherbestimmten Sauerstoffgehalt aufweisen, die Mischung eine Zusammensetzung aufweist, worin der Äquivalentprozent-Wert von Yttrium, Aluminium, Stickstoff und Sauerstoff von der Linie ABCDEF, jedoch nicht einschließend die Linien CD und EF, in Fig. 1 definiert und umfaßt wird, Formen der Mischung zu einem Preßling und Sintern des Preßlings bei einer Temperatur im Bereich von etwa 1850°C bis etwa 2170°C in einer Atmosphäre, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stickstoff, Argon, Wasserstoff und Mischungen daraus, zur Herstellung des polykristallinen Körpers, umfaßt.

Die EP-A1-0 152 545 offenbart auch einen polykristallinen Körper mit einer Zusammensetzung von mehr als etwa 1,6 Äquivalentprozent Yttrium bis etwa 19,75 Äquivalentprozent Yttrium, von etwa 80,25 Äquivalentprozent Aluminium bis zu etwa 98,4 Äquivalentprozent Aluminium, von mehr als etwa 4,0 Äquivalentprozent Sauerstoff bis etwa 15,25 Äquivalentprozent Sauerstoff und von etwa 84,75 Äquivalentprozent Stickstoff bis zu etwa 96 Äquivalentprozent Stickstoff.

Die EP-A1-0 152 545 offenbart auch einen polykristallinen Körper mit einer Phasen-Zusammensetzung, bestehend aus AlN und einer zweiten, Y und O enthaltenden Phase, worin die Gesamtmenge der zweiten Phase im Bereich von mehr als etwa 4,2 Volumprozent bis etwa 27,3 Volumprozent des Gesamtvolumens des Körpers liegt, wobei der Körper eine Porosität von weniger als etwa 10 Volumprozent des Körpers und eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 1,0 W/cm · K bei 22°C aufweist.

Zu der US-PS 4 478 785 ist ein Verfahren beschrieben, bestehend aus dem Herstellen einer Mischung aus Aluminiumnitridpulver und freiem Kohlenstoff, worin das Aluminiumnitrid einen vorherbestimmten Sauerstoffgehalt von höher als etwa 0,8 Gew.-% hat und worin die Menge an freiem Kohlenstoff mit diesem Sauerstoffgehalt reagiert unter Bildung eines desoxidierten Pulvers oder Preßlings mit einem Sauerstoffgehalt im Bereich von größer als etwa 0,35 Gew.-% bis etwa 1,1 Gew.-% und welcher zumindest 20 Gewichtsprozent niedriger als der vorherbestimmte Sauerstoffgehalt ist, dem Erhitzen der Mischung oder eines Preßlings daraus zur Umsetzung des Kohlenstoffs und des Sauerstoffs unter Bildung des desoxidierten Aluminiumnitrids, und Sintern eines Preßlings des desoxidierten Aluminiumnitrids unter Bildung eines Keramikkörpers mit einer Dichte von größer als 85% der theoretischen Dichte.

Die US-PS 4 097 293 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen hitzebeständiger, verstärkter Verbundmaterialien mit faserförmiger Struktur.

Die EP-A1-0 114 193 bezieht sich auf einen Keramikträger hoher Wärmeleitfähigkeit für Halbleiterbauelemente oder elektronische Schaltungen. Nach Anspruch 1 besteht der Träger entweder aus polykristallinem Aluminiumnitrid hoher Dichte oder aus Aluminiumnitrid mit einem Zusatz aus Bornitrid oder einem Oxid. Im Falle des Einsatzes von Bornitrid ist dieses in einer Menge von 0,1 bis 3 Gew.-% vorhanden. Ein etwaiger Oxidzusatz liegt zwischen 0,1 und 5 Gew.-%. Der Oxidzusatz kann aus Calcium-, Magnesium-, Aluminium-, Titan-, Zirkonium-, Chrom-, Silicium- oder Seltenerdmetalloxiden bestehen, wobei von den letzteren im Anspruch 6 Yttriumoxid genannt ist.

Die DE-A1-33 33 406 betrifft ein feines Aluminiumnitridpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht mehr als 2 µm und mindestens 94 Gew.-% Aluminiumnitrid, höchstens 3 Gew.-% gebundenem Sauerstoff und höchstens 0,5 Gew.-% Metall von Metallverbindungen als Verunreinigungen. Diese DE-A1 betrifft auch einen aus diesem Aluminiumnitridpulver gesinterten Körper.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten, polykristallinen Aluminiumnitrid- Keramikkörpers einer bestimmten Zusammensetzung zu schaffen, der eine Porosität von weniger als 10 Vol.-%, vorzugsweise weniger als 4 Vol.-% und eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1,00 W/cm×K bei 25°C und vorzugsweise mehr als 1,25 W/cm×K bei 25°C aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.

Gemäß einem anderen Aspekt liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen polykristallinen Aluminiumnitridkörper mit einer Porosität von weniger als 10 Vol.-% und einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1,00 W/cm · K bei 25°C zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch den Körper gemäß Anspruch 11 gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann Aluminiumnitridpulver an der Luft verarbeitet worden sein und dennoch einen Keramikkörper mit einer Wärmeleitfähigkeit von größer als 1,00 W/cm · K bei 25°C, und vorzugsweise von zumindest 1,50 W/cm · K bei 25°C, liefern.

Der auf diesem Gebiete tätige Fachmann wird die vorliegende Erfindung nach Kenntnisnahme der detaillierten nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, welche ein Teil der Beschreibung bilden, verstehen.

Fig. 1 ist ein Mischungsdiagramm (das ebenfalls als Fig. 1 in der EP-A1-0 152 545 gezeigt wird), welches die Subsolidus-Phasengleichgewichte in dem reziproken ternären System, bestehend aus AlN, YN, Y₂O₃ und Al₂O₃, wiedergibt. Die Werte in Fig. 1 sind in Äquivalentprozenten aufgetragen und entlang jeder Ordinatenachse sind die Äquivalentprozente Sauerstoff gezeigt (der Äquivalentprozent-Wert von Stickstoff ist 100% minus dem Äquivalentprozent-Wert von Sauerstoff). Entlang der Abszissenachse wird der Äquivalentprozent-Wert von Yttrium gezeigt (der Äquivalentprozent-Wert von Aluminium ist 100% minus dem Äquivalentprozent-Wert von Yttrium). In Fig. 1 definiert und umfaßt die Linie ABCDEF, jedoch nicht die Linien CD und EF, die Zusammensetzung des Sinterkörpers der EP-A1-0 152 545. Fig. 1 zeigt ferner auch ein Beispiel einer, die Ordinaten verbindenden geraden Linie ZZ′, welche die Sauerstoffgehalte eines YN-Additivs und eines Aluminiumnitridpulvers verbindet. Aus dem gegebenen Äquivalentprozent- Wert von Yttrium und Al an irgendeinem Punkt an einer die Ordinaten verbindenden Linie, die durch das Polygon ABCDEF führt, können die erforderlichen Mengen an Yttrium- Additiv und AlN zur Herstellung der Zusammensetzung dieses Punktes an der die Ordinaten verbindenden Linie berechnet werden;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts der Fig. 1 und zeigt die Zusammensetzung des polykristallinen Körpers der EP-A1-0 152 545;

Fig. 3 ist ein Mischungsdiagramm, welches die Subsolidus- Phasengleichgewichte in dem reziproken ternären System aus AlN, YN, Y₂O₃ und Al₂O₃ zeigt. Fig. 3 ist in Äquivalentprozenten angegeben und entlang jeder Ordinatenachse ist der Äquivalentprozent-Wert von Sauerstoff angegeben (der Äquivalentprozent-Wert von Stickstoff ist 100% minus dem Äquivalentprozent-Wert von Sauerstoff). Entlang der Abszissenachse ist der Äquivalentprozent-Wert von Yttrium angegebene (der Äquivalentprozent-Wert von Aluminium ist 100% minus dem Äquivalentprozent-Wert von Yttrium). In Fig. 3 umfaßt und definiert die Linie, d. h. das Polygon PlNlKJ, jedoch nicht die Linien KJ und PlJ, die Zusammensetzung des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Sinterkörpers; und

Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts von Fig. 3 und zeigt das Polygon PlNlKJ und ebenso auch das Polygon QTXJ.

Die Fig. 1 und 3 zeigen das gleiche Mischdiagramm, welches die Subsolidus-Phasengleichgewichte in dem reziproken ternären System aus AlN, YN, Y₂O₃ und Al₂O₃ wiedergibt und unterscheiden sich lediglich insofern, als Fig. 1 das Polygon ABCDEF der EP-A1-0 152 545 und die Linie ZZ′ zeigt, wohingegen Fig. 3 das Polygon PlNlKJ angibt. Die durch das Polygon ABCDEF definierte und umfaßte Zusammensetzung schließt die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung nicht ein.

Die Fig. 1 und 2 wurden algebraisch auf der Basis von Versuchsergebnissen entwickelt, erhalten durch Herstellung einer teilchenförmigen Mischung von YN mit vorherbestimmtem Sauerstoffgehalt, und von AlN-Pulver mit vorherbestimmtem Sauerstoffgehalt, und in einigen wenigen Fällen einer Mischung von AlN-, YN- und Y₂O₃-Pulvern, unter gasförmigem Stickstoff, Formen der Mischung zu einem Preßling unter gasförmigem Stickstoff und Sintern des Preßlings während Zeiten im Bereich von 1 bis 1,5 Stunden bei Sintertemperaturen im Bereich von etwa 1860°C bis etwa 2050°C in gasförmigem Stickstoff bei Normaldruck. Genauer gesagt wurde das gesamte Verfahren vom Mischen der Pulver bis zum Sintern des daraus hergestellten Preßlings in einer nichtoxidierenden Stickstoffatmosphäre durchgeführt.

Die Polygone PlNlKJ und QTXJ der Fig. 3 und 4 wurden ebenfalls algebraisch auf der Basis von Versuchsergebnissen entwickelt, die durch die weiter unten angegebenen Beispiele als auch durch andere Versuche erhalten wurden, die Versuchsreihen umfassen, welche in einer ähnlichen Weise wie in den vorliegenden Beispielen durchgeführt wurden.

Die beste Methode zur Darstellung von Phasengleichgewichten, welche Oxynitride und zwei verschiedene Metallatome einbeziehen, wobei die Metallatome ihre Valenz nicht ändern, besteht darin, die Zusammensetzungen als reziprokes ternäres System aufzutragen, wie dies in den Fig. 1 und 3 durchgeführt wurde. In dem besonderen System der Fig. 1 und 3 sind zwei Typen von Nichtmetall-Atomen (Sauerstoff und Stickstoff) und zwei Typen von Metall-Atomen (Yttrium und Aluminium) enthalten. Von Al, Y, Sauerstoff und Stickstoff wird angenommen, daß sie die Valenz +3, +3, -2 bzw. -3 besitzen. Von allen Atomen Al, Y, Sauerstoff und Stickstoff wird angenommen, daß sie in Form von Oxiden, Nitriden oder Oxynitriden vorhanden sind und sich so verhalten, als wenn sie die vorerwähnten Valenzen besitzen.

Die Phasendiagramme der Fig. 1 bis 4 sind in Äquivalentprozent aufgetragen. Die Anzahl der Äquivalente von jedem dieser Elemente ist gleich der Anzahl der Mole des besonderen Elements, multipliziert mit seiner Valenz. Entlang der Ordinate ist die Anzahl der Sauerstoffäquivalente, multipliziert mit 100% und dividiert durch die Summe der Sauerstoffäquivalente und der Stickstoffäquivalente aufgetragen. Auf der Abszisse ist die Anzahl der Yttriumäquivalente, multipliziert mit 100% und dividiert durch die Summe der Yttriumäquivalente und der Aluminiumäquivalente, aufgetragen. Alle Zusammensetzungen der Fig. 1 bis 4 sind in dieser Weise aufgetragen.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Zusammensetzung des desoxidierten Preßlings in Äquivalentprozenten die gleiche wie diejenige des resultierenden Sinterkörpers in Äquivalentprozent, oder nicht signifikant davon verschieden.

In der vorliegenden Erfindung kann der Sauerstoffgehalt durch Neutronenaktivierungsanalyse bestimmt werden.

Wenn in dieser Beschreibung eine Komponente in "Gewichtsprozent" angegeben wird, ist dies so zu verstehen, daß die Gewichtsprozente von allen Komponenten zusammengezählt gleich 100 Gew.-% sind.

Unter der Angabe "Normaldruck" wird atmosphärischer oder ungefähr atmosphärischer Druck verstanden.

Unter spezifischer oder innerer Oberfläche eines Pulvers wird in dieser Beschreibung eine spezifische Oberfläche verstanden, wie sie nach der BET-Methode gemessen wird.

Die berechneten Zusammensetzungen der besonderen Punkte in den Fig. 3 oder 4 in dem Polygon PlNlKJ werden in der nachfolgenden Tabelle I gezeigt:

Tabelle I

Der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte polykristalline Aluminiumnitridkörper hat eine Zusammensetzung, definiert und umfaßt durch das Polygon, d. h. die Linie PlNlKJ, jedoch nicht einschließend die Linien KJ und PlJ, der Fig. 3 oder 4. Der gesinterte polykristalline Körper, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, hat eine Zusammensetzung, bestehend aus einem Wert von größer als 0,35 Äquivalentprozent Yttrium bis weniger als 4,4 Äquivalentprozent Yttrium, von größer als 95,6 Äquivalentprozent Aluminium bis weniger als 99,65 Äquivalentprozent Aluminium, von größer als 0,85 Äquivalentprozent Sauerstoff bis weniger als 4,4 Äquivalentprozent Sauerstoff und von größer als 95,6 Äquivalentprozent Stickstoff bis wenger als 99,15 Äquivalentprozent Stickstoff.

Auch der polykristalline Körper besteht aus einer AlN-Phase und einer zweiten Phase, die im Bereich von größer als 0,8 Volumprozent bei einer Zusammensetzung nahe bei dem Punkt P1 bis weniger als 7,6 Volumprozent bei einer Zusammensetzung angrenzend an Punkt K, bezogen auf das Gesamtvolumen des Sinterkörpers, liegt, und eine derartige zweite Phase kann aus Y₂O₃ und gegebenenfalls Y₄Al₂O₉ bestehen. Wenn die zweite Phase aus Y₂O₃ besteht, d. h. bei der Linie NlK, liegt sie im Bereich einer Menge von 3,3 Vol.-% bis weniger als 7,6 Volumprozent des Sinterkörpers. Wenn jedoch die zweite Phase aus einer Mischung aus Y₂O₃ und Y₄Al₂O₉ besteht, d. h., wenn der polykristalline Körper durch das Polygon PlNlKJ, ausschließend die Linien KJ, PlJ und NlK, definiert und umfaßt wird, liegt eine derartige Phasenmischung im Bereich einer Menge von größer als 0,8 Volumprozent bis weniger als 7,6 Volumprozent des Sinterkörpers. Kennzeichnenderweise sind beide Stoffe stets in zumindest einer Spurenmenge vorhanden, d. h. in einer zumindest durch Röntgenbeugungsanalyse nachweisbaren Menge, und es kann in einer derartigen Mischung Y₂O₃ im Bereich von weniger als 7,6 Volumprozent des Sinterkörpers und Y₄Al₂O₉ im Bereich von weniger als 6,0 Volumprozent des Gesamtvolumens des Sinterkörpers liegen. Die Menge an Y₄Al₂O₉ nimmt ab und die Menge an Y₂O₃ zu, wenn sich die Zusammensetzung von der Linie PIJ gegen die Linie NlK in Fig. 4 bewegt.

Der nach einer bevorzugten Ausführungsform hergestellte gesinterte polykristalline Körper des Polygons PONKJ, jedoch nicht einschließend die Linien KJ und PJ, der Fig. 3 oder 4, hat eine Zusammensetzung von größer als 0,55 Äquivalentprozent Yttrium bis weniger als 4,4 Äquivalentprozent Yttrium, von größer als 95,6 Äquivalentprozent Aluminium bis weniger als 99,45 Äquivalentprozent Aluminium, von 1,1 Äquivalentprozent Sauerstoff bis weniger als 4,4 Äquivalentprozent Sauerstoff und von größer als 95,6 Äquivalentprozent Stickstoff bis 98,9 Äquivalentprozent Stickstoff.

Ebenso besteht der letztgenannte polykristalline Körper aus einer AlN-Phase und einer zweiten Phase, die in einer Menge im Bereich von 1,3 Volumprozent bei Linie PO bis weniger als 7,6 Volumprozent bei einer Zusammensetzung nahe dem Punkt K, bezogen auf das Gesamtvolumen des Sinterkörpers, liegt, und eine derartige zweite Phase kann aus Y₂O₃ oder einer Mischung von Y₄Al₂O₉ und Y₂O₃, bestehen. Wenn die zweite Phase aus Y₂O₃, d. h. bei der Linie NK, besteht, liegt sie im Bereich einer Menge von 5,1 Volumprozent bis weniger als 7,6 Volumprozent des Sinterkörpers. Wenn die zweite Phase jedoch eine Mischung aus Y₂O₃ und Y₄Al₂O₉ ist, kann Y₂O₃ im Bereich bis weniger als 7,6 Volumprozent des Sinterkörpers, und Y₄Al₂O₉ im Bereich bis weniger als 6,0 Volumprozent des Gesamtvolumens des Sinterkörpers, liegen. Die Menge an Y₄Al₂O₉ nimmt ab und die Menge an Y₂O₃ zu, wenn sich die Zusammensetzung von der Linie PJ weg gegen die Linie NK in Fig. 4 bewegt.

Wie aus der Tabelle I zu ersehen ist, würde der polykristalline Körper der Zusammensetzung beim Punkt K die größte Menge an zweiter Phase aufweisen, die am Punkt K Y₂O₃ sein würde.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform hat der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte polykristalline Aluminiumnitridkörper eine Zusammensetzung, definiert und umfaßt von dem Polygon PlNlNOP, jedoch nicht einschließend die Linie PlP, der Fig. 3 oder 4. Der gesinterte polykristalline Körper hat eine Zusammensetzung, bestehend aus mehr als 0,35 Äquivalentprozent Yttrium bis 2,9 Äquivalentprozent Yttrium, von 97,1 Äquivalentprozent Aluminium bis zu 99,65 Äquivalentprozent Aluminium, von mehr als 0,85 Äquivalentprozent Sauerstoff bis 2,9 Äquivalentprozent Sauerstoff und von 97,1 Äquivalentprozent Stickstoff bis wenger als 99,15 Äquivalentprozent Stickstoff.

Ebenso besteht der vorgenannte polykristalline Körper aus einer AlN-Phase und einer zweiten Phase, die in einer Menge von mehr als 0,8 Volumprozent bei einer Zusammensetzung nahe bei dem Punkt Pl bis 5,1 Volumprozent am Punkt N des Gesamtvolumens des Sinterkörpers vorliegt, und eine derartige zweite Phase kann aus Y₂O₃ und gegebenenfalls Y₄Al₂O₉ bestehen. Wenn die zweite Phase aus Y₂O₃, d. h. bei Linie NlN, besteht, liegt sie im Bereich einer Menge von 3,3 Volumprozent bis 5,1 Volumprozent des Sinterkörpers. Wenn jedoch die zweite Phase eine Mischung aus Y₂O₃ und Y₄Al₂O₉, ist, d. h. wenn der polykristalline Körper durch das Polygon PlNlNOP, ausschließend die Linien PlP und NlN, definiert und umfaßt wird, liegt eine derartige Phasenmischung im Bereich einer Menge von größer als 0,8 Volumprozent bis weniger als 5,1 Volumprozent des Sinterkörpers. In einer derartigen Mischung kann die Y₂O₃ im Bereich von weniger als 5,1 Volumprozent des Sinterkörpers und Y₄Al₂O₉ im Bereich von weniger als 1,3 Volumprozent des Gesamtvolumens des Sinterkörpers liegen. Wenn eine Mischung von Y₄Al₂O₉ und Y₂O₃ vorhanden ist, nimmt die Menge an Y₄Al₂O₉ ab und die Menge an Y₂O₃ zu, wenn sich die Zusammensetzung von der Linie PlP weg gegen die Linie NlN, in Fig. 4, bewegt. Die Linie mit den Punkten P, P1 und J in Fig. 4 besteht aus einer AlN-Phase und einer zweiten Phase aus Y₄Al₂O₉.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform hat der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte polykristalline Aluminiumnitridkörper eine Zusammensetzung, definiert und umfaßt durch das Polygon, d. h. die Linie QTXJ, jedoch nicht einschließend die Linien QJ und XJ, der Fig. 3 oder 4. Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte gesinterte polykristalline Körper hat eine Zusammensetzung von mehr als 0,8 Äquivalentprozent Yttrium bis 3,2 Äquivalentprozent Yttrium, von 96,8 Äquivalentprozent Aluminium bis zu 99,2 Äquivalentprozent Aluminium, von mehr als 1,55 Äquivalentprozent Sauerstoff bis 4,2 Äquivalentprozent Sauerstoff und von 95,8 Äquivalentprozent Stickstoff bis weniger als 98,45 Äquivalentprozent Stickstoff.

Ebenso besteht der letztgenannte polykristalline Körper aus einer AlN-Phase und einer zweiten Phase, die in einer Menge im Bereich von mehr als 1,9 Volumprozent bis weniger als 6,6 Volumprozent des Gesamtvolumens des Sinterkörpers vorliegt, und eine derartige zweite Phase besteht aus einer Mischung von Y₄Al₂O₉ und Y₂O₃. Y₂O₃ liegt im Bereich bis zu weniger als 2,8 Volumprozent des Sinterkörpers, und Y₄Al₂O₉ liegt im Bereich von 1,5 Volumprozent bis weniger als 6,0 Volumprozent des Sinterkörpers. Die Menge an Y₄Al₂O₉ nimmt ab und ie Menge der Y₂O₃ zu, wenn sich die Zusammensetzung von der Linie QJ weg gegen die Linie TX in Fig. 4 bewegt.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform liefert das erfindungsgemäße Verfahren einen Sinterkörper, definiert durch die Linie N1K, jedoch nicht einschließend den Punkt K, von Fig. 4, der eine Phasenzusammensetzung, bestehend aus AlN und Y₂O₃, aufweist, worin die Y₂O₃-Phase im Bereich von 3,3 Volumprozent bis weniger als 7,6 Volumprozent des Körpers liegt. Die Linie N1K, jedoch nicht einschließend den Punkt K, von Fig. 4, hat eine Zusammensetzung, bestehend aus einer Menge von 1,9 Äquivalentprozent bis weniger als 9,4 Äquivalentprozent Yttrium, von mehr als 95,6 Äquivalentprozent bis 98,1 Äquivalentprozent Aluminium, von 1,9 Äquivalentprozent bis weniger als 4,4 Äquivalentprozent Sauerstoff und von mehr als 95,6 Äquivalentprozent bis 98,1 Äquivalentprozent Stickstoff.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform liefert das erfindungsgemäße Verfahren einen Sinterkörper, definiert durch das Polygon QTY1Y2, jedoch ausschließend die Linie QY2, von Fig. 4, der eine Phasenzusammensetzung aufweist, bestehend aus AlN und einer zweiten Phasenmischung von Y₂O₃ und Y₄Al₂O₉, worin die Gesamtmenge dieser zweiten Phasenmischung im Bereich von mehr als 1,9 Volumprozent bis weniger als 4,5 Volumprozent des Gesamtvolumens des Körpers liegt. Die Y₂O₃- Phase kann kennzeichnenderweise im Bereich von einer Spurenmenge, d. h. einer durch Röntgenbeugungsanalyse zumindest nachweisbaren Menge, bis zu 1,5 Volumprozent des Gesamtvolumens des Sinterkörpers liegen, und die Y₄Al₂O₉-Phase liegt im Bereich von 1,5 Volumprozent bis weniger als 4,5 Volumprozent des Körpers. Das Polygon QTY1Y2 der Fig. 4 hat eine Zusammensetzung, bestehend aus mehr als 0,8 Äquivalentprozent bis 2,0 Äquivalentprozent Yttrium, von 98,0 Äquivalentprozent bis weniger als 99,2 Äquivalentprozent Aluminium, von mehr als 1,55 Äquivalentprozent bis weniger als 3,15 Äquivalentprozent Sauerstoff und von mehr als 96,85 Äquivalentprozent bis weniger als 98,45 Äquivalentprozent Stickstoff.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Aluminiumnitridpulver von handelsgängiger oder technischer Qualität sein. Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren am Anfang eingesetzte Aluminiumnitridpulver enthält Sauerstoff in einer Menge im Bereich von bis zu 4,5 Gew.-% und im Bereich von mehr als 0,6 Gew.-% bis vorzugsweise weniger als 4,0 Gew.-%, und in einer Ausführungsform im Bereich von mehr als etwa 1,00 Gew.-%. Typischerweise enthält ein im Handel verfügbares Aluminiumnitridpulver von 1,5 Gew.-% (2,6 Äquivalentprozent) bis 3 Gew.-% (5,2 Äquivalentprozent) Sauerstoff und derartiger Pulver werden besonders wegen ihres wesentlich niedrigeren Preises bevorzugt.

Gewöhnlich hat das in der vorliegenden Erfindung als Ausgangsmaterial eingesetzte Aluminiumnitridpulver eine spezifische Oberfläche, die in einem weiten Bereich liegen kann und gewöhnlich bis zu 10 m²/g beträgt. Häufig hat es eine spezifische Oberfläche von größer als 1,0 m²/g, und besonders häufig von zumindest 3,0 m²/g, üblicherweise größer als 3,2 m²/g, und bevorzugt von zumindest 3,4 m²/g.

Im allgemeinen hat das vorhandene Aluminiumnitridpulver in der vorliegenden Mischung, d. h. nachdem die Komponenten, gewöhnlich durch Mahlen, gemischt worden sind, eine spezifische Oberfläche, die in weitem Bereich liegen kann und die gewöhnlich bis zu 10 m²/g beträgt. Häufig liegt sie höher als 1,0 m²/g bis 10 m²/g, und besonders häufig im Bereich von 3,2 m²/g bis 10 m²/g, und bevorzugt von 1,5 m²/g bis 5 m²/g, und in einer Ausführungsform von 3,4 m²/g bis 5 m²/g. Kennzeichnenderweise steigt die minimale Sintertemperatur einer gegebenen Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung mit ansteigender Teilchengröße des Aluminiumnitrids an.

Im allgemeinen hat das Yttriumoxid-(Y₂O₃)-Additiv in der vorliegenden Mischung eine spezifische Oberfläche, die in weitem Bereich liegen kann. Sie ist gewöhnlich größer als 0,4 m²/g und im allgemeinen größer als 0,4 m²/g bis zu 6,0 m²/g, gewöhnlich im Bereich von 0,6 m²/g bis 5,0 m²/g, üblicherweise im Bereich von 1,0 m²/g bis 5,0 m²/g, und in einer Ausführungsform ist sie größer als 2,0 m²/g.

Bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung wird der Kohlenstoff zur Desoxidation von Aluminiumnitridpulver in Form von freiem Kohlenstoff vorgesehen, welcher zu der Mischung als elementarer Kohlenstoff oder in Form eines kohlenstoffhaltigen Additivs, beispielsweise einer organischen Verbindung, die man unter Bildung von freiem Kohlenstoff thermisch zersetzen kann, zugegeben werden kann.

Das vorhandene kohlenstoffhaltige Additiv ist aus der Gruppe bestehend aus freiem Kohlenstoff, einem kohlenstoffhaltigen organischen Material, und Mischungen davon, ausgewählt. Das kohlenstoffhaltige organische Material pyrolysiert, d. h. zersetzt sich thermisch vollständig bei einer Temperatur im Bereich von 50°C bis 1000°C zu freiem Kohlenstoff und gasförmigem Zersetzungsprodukt, welches verdampft. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das kohlenstoffhaltige Additiv freier Kohlenstoff, und bevorzugt ist es Graphit.

Verbindungen oder Materialien mit hohem Molekulargewicht sind die bevorzugten kohlenstoffhaltigen organischen Materialien zur Durchführung der Zugabe von freiem Kohlenstoff, da sie bei Pyrolyse gewöhnlich die erforderliche Ausbeute an teilchenförmigem freiem Kohlenstoff von Submikron-Größe liefern. Beispiele derartiger aromatischer Materialien sind ein Phenolformaldehyd-Kondensatharz, bekannt als Novolak, das in Aceton oder höheren Alkoholen, wie Butylalkohol, löslich ist, als auch viele der verwandten Kondensationspolymeren oder -harze, wie diejenigen von Resorcin-Formaldehyd, Anilin-Formaldehyd und Kresol-Formaldehyd. Eine andere zufriedenstellende Gruppe von Materialien sind Derivate von mehrkernigen aromatischen Kohlenwasserstoffen, die im Steinkohlenteer enthalten sind, wie Dibenzanthracen und Chrysen. Eine bevorzugte Gruppe sind Polymere von aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie Polyphenylen oder Polymethylphenylen, die in aromatischen Kohlenwasserstoffen löslich sind.

Der vorhandene freie Kohlenstoff hat eine spezifische Oberfläche, die in einem weiten Bereich liegen kann und lediglich zumindest ausreichend sein muß, um die Desoxidation des vorliegenden Verfahrens zu bewirken. Im allgemeinen hat der freie Kohlenstoff eine spezifische Oberfläche von größer als 10 m²/g, vorzugsweise größer als 20 m²/g, bevorzugter größer als 100 m²/g, und besonders bevorzugt größer als 150 m²/g, um einen innigen Kontakt mit dem AlN-Pulver für die Durchführung der Desoxidation desselben sicherzustellen.

Besonders bevorzugt hat der vorliegende freie Kohlenstoff eine spezifische Oberfläche, die so hoch wie möglich ist. Je feiner die Teilchengröße des freien Kohlenstoffs, d. h. je größer die spezifische Oberfläche ist, desto kleiner sind die Löcher oder Poren, die er in dem desoxidierten Preßling zurückläßt. Im allgemeinen ist die Menge der Flüssigphase, welche bei der Sintertemperatur zur Herstellung eines Sinterkörpers mit einer Porosität von weniger als 1 Volumprozent des Körpers erzeugt werden muß, um so niedriger, je kleiner die Poren eines gegebenen desoxidierten Preßlings sind.

Die Verarbeitung des Aluminiumnitridpulvers zu einem Preßling für die Desoxidation durch freien Kohlenstoff schließt das gesamte Mischen des Aluminiumnitridpulvers zur Herstellung der vorliegenden Mischung, die gesamte Formgebung der erhaltenen Mischung zur Herstellung des Preßlings, als auch die Handhabung und Lagerung des Preßlings vor seiner Desoxiation durch Kohlenstoff, ein. Die Verarbeitung des Aluminiumnitridpulvers zu einem Preßling für die Desoxidation durch freien Kohlenstoff wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest teilweise an der Luft durchgeführt, und das Aluminiumnitridpulver nimmt während eines derartigen Verarbeitens gewöhnlich Sauerstoff aus der Luft in einer Menge größer als 0,03 Gew.-% des Aluminiumnitrids auf, und irgendeine derartige Sauerstoffaufnahme ist steuerbar und reproduzierbar oder weicht nicht in signifikanter Weise ab, wenn sie unter den gleichen Bedingungen durchgeführt wird. Falls gewünscht, kann die Verarbeitung des Aluminiumnitridpulvers zu einem Preßling für die Desoxidation durch freien Kohlenstoff an der Luft durchgeführt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verarbeiten von Aluminiumnitrid kann der Sauerstoff, den es aufnimmt, in irgendeiner beliebigen Form sein, d. h. er kann anfänglich Sauerstoff oder anfänglich in irgendeiner anderen Form sein, wie beispielsweise Wasser. Die Gesamtmenge an von dem Aluminiumnitrid aus der Luft oder aus anderen Medien aufgenommenen Sauerstoff beträgt weniger als 3,00 Gew.-% und ist gewöhnlich größer als 0,03 Gew.-% bis weniger als 3,00 Gew.-%, und liegt üblicherweise im Bereich von 0,10 Gew.-% bis 1,00 Gew.-% und vorzugsweise im Bereich von 0,15 Gew.-% bis 0,70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Aluminiumnitrids. Das Aluminiumnitrid hat in der vorliegenden Mischung und der Preßling vor der Desoxidation des Preßlings einen Sauerstoffgehalt von größer als 0,6 Gew.-%, vorzugsweise größer als 1,40 Gew.-% bis weniger als 4,50 Gew.-%, und üblicherweise liegt er im Bereich von 2,00 Gew.-% bis 4,00 Gew.-% und besonders üblich liegt er im Bereich von 2,20 Gew.-% bis 3,50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Aluminiumnitrids.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine gleichmäßige Mischung oder Dispersion des Aluminiumnitridpulvers, des Yttriumoxidpulvers und des kohlenstoffhaltigen Additivs, gewöhnlich in der Form eines freien Kohlenstoffpulvers, hergestellt und es kann eine derartige Mischung durch eine Anzahl von Arbeitsweisen erhalten werden. Vorzugsweise werden die Pulver in einer Kugelmühle, vorzugsweise in einem flüssigen Medium, bei Normaldruck und Umgebungstemperatur zur Herstellung einer gleichmäßigen Dispersion gemahlen. Die Mahlkörper, welche gewöhnlich die Form von Zylindern oder Kugeln aufweisen, bestehen vorzugsweise aus Stahl oder polykristallinem Aluminiumnitrid, hergestellt vorzugsweise durch Sintern eines Preßlings aus Aluminiumnitridpulver von Mahlmedium-Größe und Y₂O₃-Sinteradditiv. Im allgemeinen haben die Mahlkörper einen Durchmesser von zumindest 6,35 mm und gewöhnlich liegt der Durchmesser im Bereich von 6,35 mm bis 12,7 mm. Das flüssige Medium ist vorzugsweise nicht-wässerig. Bevorzugterweise kann das flüssige Misch- oder Mahlmedium vollständig bei einer Temperatur im Bereich von oberhalb Raum- oder Umgebungstemperatur bis unterhalb 300°C unter Zurücklassung der vorliegenden Mischung abgedampft werden. Es wird bevorzugt, daß das flüssige Mischmedium eine organische Flüssigkeit, wie Heptan oder Hexan, ist. Ebenso wird bevorzugt, daß das flüssige Mahlmedium ein Dispergiermittel für das Aluminiumnitridpulver enthält, wodurch eine gleichmäßige Mischung in einer wesentlich kürzeren Mahlzeit erhalten wird. Ein derartiges Dispergiermittel sollte in einer für das Dispergieren erforderlichen Menge angewandt werden und es sollte sich vollständig verdampfen oder zersetzen oder abdampfen lassen, ohne daß ein signifikanter Rückstand zurückbleibt, d. h. kein Rückstand, der in dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einer erhöhten Temperatur von unterhalb 1000°C einen signifikanten Einfluß hat. Im allgemeinen liegt die Menge eines derartigen Dispergiermittels zwischen 0,1 Gew.-% bis weniger als 3 Gew.-% des Aluminiumnitridpulvers, und im allgemeinen ist es eine organische Flüssigkeit, vorzugsweise Ölsäure.

Bei der Verwendung von Mahlkörpern aus Stahl bleibt in der getrockneten Dispersion oder Mischung ein Rückstand von Stahl oder Eisen zurück, der im Bereich einer nachweisbaren Menge bis zu 3,0 Gew.-% der Mischung liegen kann.

Dieser Rückstand von Stahl oder Eisen in der Mischung hat keine signifikante Wirkung auf das erfindungsgemäße Verfahren oder auf die Wärmeleitfähigkeit des erhaltenen Sinterkörpers.

Die flüssige Dispersion kann zur Herstellung der vorliegenden teilchenförmigen Mischung z. B. getrocknet werden. Falls gewünscht, kann das Trocknen an der Luft durchgeführt werden. Das Trocknen einer gemahlenen flüssigen Dispersion an der Luft bewirkt, daß das Aluminiumnitrid Sauerstoff aufnimmt und eine derartige Sauerstoffaufnahme ist, falls sie unter den gleichen Bedingungen durchgeführt wird, reproduzierbar. Die Dispersion kann auch sprühgetrocknet werden.

Ein kohlenstoffhaltiges organisches Material wird vorzugsweise in Form einer Lösung zur Beschichtung der Aluminiumnitridteilchen zugemischt. Das Lösungsmittel ist vorzugweise nicht-wässerig. Die feuchte Mischung kann dann zur Entfernung des Lösungsmittels unter Bildung der vorliegenden Mischung behandelt werden. Das Lösungsmittel kann beispielsweise durch Verdampfen oder durch Gefriertrocknung entfernt werden. Auf diese Weise wird ein im wesentlichen gleichmäßiger Überzug des organischen Materials auf dem Aluminiumnitridpulver erzielt, der bei der Pyrolyse eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung von freiem Kohlenstoff liegt.

Die vorliegende Mischung wird an der Luft zu einem Preßling geformt. Das Formen der vorliegenden Mischung zu einem Preßling kann z. B. durch Extrusion, Spritzen, Formstanzen, isostatisches Pressen, Schlickerguß, Walzverdichtung oder -formen oder Bandgießen erfolgen. Schmiermittel, Bindemittel oder ähnliche Hilfsmaterialien für die Formgebung können zur Unterstützung des Formens der Mischung verwendet werden. Derartige Hilfsmaterialien für die Formgebung sind bevorzugterweise solche des Typs, der beim Erhitzen auf relativ niedrige Temperaturen, vorzugsweise auf Temperaturen von unterhalb 400°C, abgedampft und keinen signifikanten Reste zurückläßt. Vorzugsweise hat der Preßling nach dem Entfernen der Hilfsmaterialien für die Formgebung ein Porosität von weniger als 60%, und besonders bevorzugt von weniger als 50%, um die Verdichtung während des Sinterns zu fördern.

Die thermische Zersetzung des kohlenstoffhaltigen organischen Materials wird in einem Vakuum oder bei Normaldruck in einer nichtoxidierenden Atmosphäre durchgeführt. Vorzugsweise ist die nichtoxidierende Atmosphäre, in welcher die thermische Zersetzung durchgeführt wird, aus der Gruppe bestehend aus Stickstoff, Wasserstoff, einem Edelgas, wie Argon, und Mischungen daraus, ausgewählt, und besonders bevorzugt ist sie eine Mischung von zumindest 25 Volumprozent Stickstoff und einem Gas, ausgewählt aus der vorgenannten Gruppe. In einer Ausführungsform ist die nichtoxidierende Atmosphäre eine Mischung von Stickstoff und 1 Volumprozent bis 5 Volumprozent Wasserstoff.

Vorzugsweise wird die thermische Zersetzung des organischen Materials in dem vorliegenden Preßling in dem Sinterofen durchgeführt, wenn die Temperatur auf die Desoxidationstemperatur ansteigt.

Wechselweise kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren Yttriumoxid über eine Yttriumoxid-Vorstufe vorgesehen werden. Der Ausdruck Yttriumoxid-Vorstufe bedeutet irgendeine organische oder anorganische Verbindung, welche sich bei einer Temperatur von unterhalb 1200°C unter Bildung von Yttriumoxid und Gas als Nebenprodukt vollständig zersetzt, wobei das Gas, ohne Verunreinigungen in dem Sinterkörper zurücklassen, was für die Wärmeleitfähigkeit schädlich wäre, verdampft. In dem erfindungsgemäßen Verfahren brauchbare repräsentative Vertreter der Vorstufen von Yttriumoxid sind Yttriumacetat, Yttriumcarbonat, Yttriumoxalat, Yttriumnitrat, Yttriumsulfat und Yttriumhydroxid.

Wenn der Preßling eine Vorstufe für Yttriumoxid enthält, wird er bis auf eine Temperatur von etwa 1200°C erhitzt, um die Vorstufe thermisch zu zersetzen und hierdurch Yttriumoxid zu erhalten. Im übrigen kann die Bildung von Yttriumoxid unter den gleichen atmosphärischen Bedingungen erfolgen, wie die Pyrolyse der kohlenstoffhaltigen Verbindung.

Die gemäß Erfindung durchgeführte Desoxidation von Aluminiumnitrid mit Kohlenstoff, d. h. die Kohlenstoff-Desoxidation, umfaßt das Erhitzen des Preßlings, bestehend aus Aluminiumnitrid, freiem Kohlenstoff und Yttriumoxid auf Desoxidationstemperatur, um den freien Kohlenstoff mit zumindest einer ausreichenden Menge des in dem Aluminiumnitrid enthaltenen Sauerstoff zur Bildung eines desoxidierten Preßlings umzusetzen, der eine Zusammensetzung aufweist, definiert und umfaßt durch das Polygon PlNlKJ, jedoch nicht einschließend die Linien KJ und PlJ, der Fig. 3 oder 4. Diese Desoxidation mit Kohlenstoff wird bei einer Temperatur im Bereich von 1350°C bis zu einer Temperatur durchgeführt, bei welcher die Poren des Preßlings offenbleiben, d. h. gewöhnlich bis zu 1800°C, und vorzugsweise wird sie bei einer Temperatur von 1600°C bis 1650°C durchgeführt.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist Stickstoff eine erforderliche Komponente für die Durchführung der Desoxidation des Preßlings. Die Desoxidation wird in einer Atmosphäre aus zumindest 25 Volumprozent Stickstoff und einem Gas, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, einem Edelgas, wie Argon, und Mischungen daraus ausgeführt. Es ist bevorzugt, daß die stickstoffenthaltende Atmosphäre bis zu etwa 5 Volumprozent Wasserstoff enthält.

Die Kohlenstoff-Desoxidation kann durchgeführt werden, wenn der Preßling auf Sintertemperatur erhitzt wird, vorausgesetzt, daß es die Heizgeschwindigkeit erlaubt, die Desoxidation zu beenden, während die Poren des Preßlings offen sind. Ebenso hängt bis zu einem gewissen Ausmaß die Kohlenstoff-Desoxidationszeit von der Desoxidationstemperatur, der Teilchengröße und der Gleichmäßigkeit der teilchenförmigen Mischung des Preßlings ab, d. h., die Desoxidationszeit ist um so kürzer, je höher die Desoxidationstemperatur, je kleiner die Teilchengröße und je einheitlicher die Mischung ist. Ebenso hängt bis zu einem gewissen Ausmaß die Desoxidationszeit von der Endlage auf dem Phasendiagramm aber, d. h. die Desoxidationszeit wird größer, wenn man sich der Linie NlK nähert. Typischerweise liegt die Kohlenstoff- Desoxidationszeit im Bereich von 1/4 bis 1,5 Stunden.

Vorzugsweise wird der Preßling in dem Sinterofen desoxidiert. Die Desoxidation des Preßlings muß beendet sein, bevor das Sintern die Poren in dem Preßling verschließt und verhindert, daß gasförmiges Produkt daraus verdampft und hierdurch die Herstellung des erfindungsgemäßen Sinterkörpers verhindert.

Bei der erfindungsgemäßen Desoxidation mit Kohlenstoff reagiert der freie Kohlenstoff mit dem Sauerstoff des Aluminiumnitrids unter Bildung von gasförmigem Kohlenmonoxid, welches verdampft.

Al₂O₃+3 C+N₂ → 3 CO_(g)+2 AlN (II)

Wenn der Preßling vor der Desoxidation mit einer zu großen Heizgeschwindigkeit durch den Bereich der Kohlenstoff-Desoxidationstemperatur bis zur Sintertemperatur geführt wird, wobei eine derartige zu große Geschwindigkeit in hohem Maße von der Zusammensetzung des Preßlings und der Menge an Kohlenstoff, den dieser enthält, abhängen würde, tritt die erfindungsgemäße Kohlenstoff-Desoxidation nicht ein, d. h. es erfolgt eine Desoxidation in unzureichendem Ausmaß, und es geht durch die nachfolgenden Reaktion III und/oder IIIA

C+AlN → AlCN_(g) (III)

C+1/2 N₂ → CN_(g) (IIIA)

eine signifikante Menge an Kohlenstoff verloren.

Die zur Herstellung des erfindungsgemäß desoxidierten Preßlings erforderliche spezifische Menge an freiem Kohlenstoff kann empirisch bestimmt werden. Vorzugsweise wird eine angenäherte Ausgangsmenge an Kohlenstoff aus Gleichung II berechnet. Kennzeichnenderweise kann dies durch Bestimmen der Porosität des Sinterkörpers und durch Analysieren desselben auf Kohlenstoff und durch Röntgenbeugungsanalyse, erfolgen. Wenn der Preßling zuviel Kohlenstoff enthält, wird der resultierende desoxidierte Preßling schwierig zu sintern und wird nicht zur Bildung des erfindungsgemäßen Sinterkörpers mit einer Porosität von weniger als 10 Volumprozent und vorzugsweise von weniger als 4 Volumprozent des Sinterkörpers führen. Wenn der Preßling zuwenig Kohlenstoff enthält, wird die Röntgenbeugungsanalyse des resultierenden Sinterkörpers keine Y₂O₃-Phase zeigen und seine Zusammensetzung ist nicht durch das Polygon PlNlKJ, nicht einschließend die Linien KJ und PlJ, von Fig. 4, definiert oder umfaßt.

Die zur Durchführung der erfindungsgemäßen Desoxidation verwendete Menge an freiem Kohlenstoff sollte den erfindungsgemäßen desoxidierten Preßling bilden, wobei keine signifikante Menge Kohlenstoff zurückbleibt. Der Kohlenstoffgehalt in dem Sinterkörper sollte niedrig genug sein, so daß der Sinterkörper eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 1,00 W/cm · K bei 25°C aufweist. Im allgemeinen kann der erfindungsgemäße Sinterkörper Kohlenstoff in irgendwelcher Form in einer Spurenmenge enthalten, d. h. gewöhnlich weniger als 0,08 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von weniger als 0,065 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,04 Gew.-%, und ganz besonders bevorzugt weniger als 0,03 Gew.-% des Gesamtgewichts des Sinterkörpers.

Der erfindungsgemäß desoxidierte Preßling wird flüssigphasen-gesintert bei einer Temperatur von zumindest 1860°C und gewöhnlich im Bereich von 1860°C bis 2050°C, wobei die minimale Sintertemperatur im allgemeinen von 1860°C für eine Zubereitung, repräsentiert durch einen Punkt nahe oder sehr nahe dem Punkt J, bis im allgemeinen 1960°C für eine Zubereitung, repräsentiert durch einen Punkt nahe dem Punkt K bis 1980°C am Punkt Nl ansteigt und weniger als 2000°C für eine Zubereitung nahe dem Punkt Pl von Fig. 4 beträgt. Die minimale Sintertemperatur hängt sehr stark von der Zusammensetzung und weniger stark von der Teilchengröße ab.

Genauer gesagt, liegt die minimale Sintertemperatur für den erfindungsgemäßen desoxidierten Preßling mit einer konstanten Teilchengröße gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Zusammensetzung, die durch einen Punkt nahe dem Punkt J innerhalb des Polygons PlNlKJ repräsentiert wird.

Kennzeichnenderweise ist die minimale Sintertemperatur in hohem Maße von der Zusammensetzung (d. h. der Lage in dem Phasendiagramm von Fig. 4), der Gründichte des Preßlings, d. h. der Porosität des Preßlings nach Entfernung der Hilfsmaterialien für die Formgebung, jedoch vor der Desoxidation, der Teilchengröße des Aluminiumnitrids, und in einem viel geringeren Ausmaß von der Teilchengröße des Yttriumoxids und des Kohlenstoffs, abhängig. Die minimale Sintertemperatur steigt innerhalb des Polygons PlNlKJ an, wenn sich die Zusammensetzung von nahe oder nahebei dem Punkt J bis zur Linie KNlPl bewegt, wenn die Gründichte des Preßlings abnimmt, und wenn die Teilchengröße von Aluminiumnitrid, und in einem viel geringeren Ausmaß, von Yttriumoxid und Kohlenstoff ansteigt. Beispielsweise variiert für eine Zusammensetzung, repräsentiert durch einen Punkt innerhalb des Polygons PlNlKJ von Fig. 4 und dem Punkt J am nächsten liegend, die minimale Sintertemperatur von 1860°C für die Teilchengrößenkombination von Aluminiumnitrid, Yttriumoxid und Kohlenstoff von etwa 5,0 m²/g, 2,8 m²/g bzw. 200 m²/g bis 1890°C für die Teilchengrößenkombination von Aluminiumnitrid, Yttriumoxid und Kohlenstoff von etwa 0,5 m²/g, 0,5 m²/g bzw. 20 m²/g. Ebenso variiert auch die minimale Sintertemperatur am Punkt K, oder einer, durch einen dem Punkt K innerhalb des Polygons PlNlKJ am nächsten liegenden Punkt repräsentierten Zusammensetzung von 1960°C für die Teilchengrößenkombination von AlN, Y₂O₃ und Kohlenstoff von etwa 5,0 m²/g, 2,8 m²/g bzw. 200 m²/g, bis 2000°C für die Teilchengrößenkombination von AlN, Y₂O₃ und Kohlenstoff von etwa 1,2 m²/g, 0,6 m²/g bzw. 20 m²/g. Beispielsweise ist auch am Punkt Nl die minimale Sintertemperatur für die Teilchengrößenkombination von AlN, Y₂O₃ und Kohlenstoff von etwa 5,0 m²/g, 2,8 m²/g bzw. 200 m²/g etwa 1980°C.

Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Flüssigphasen-Sinterung enthält der vorliegende desoxidierte Preßling ausreichend Äquivalentprozente von Y und O zur Bildung einer ausreichenden Menge von Flüsigphase bei Sintertemperatur zur Verdichtung des Kohlenstoff-desoxidierten Preßlings zur Bildung des erfindungsgemäßen Sinterkörpers. Die vorliegende minimale Verdichtung, d. h. Sinterungstemperatur, hängt von der Zusammensetzung des desoxidierten Preßlings, d. h. der Menge an Flüssigphase, die erzeugt wird, ab. Für eine in der vorliegenden Erfindung verwendbare Sintertemperatur muß kennzeichnenderweise in der besonderen Zusammensetzung des desoxidierten Preßlings zumindest ausreichend Flüssigphase erzeugt sein, um die erfindungsgemäße Flüssigphasen-Sinterung unter Bildung des erfindungsgemäßen Produkts durchzuführen. Für eine gegebene Zusammensetzung ist die Sintertemperatur um so niedriger, je kleiner die gebildete Menge an Flüssigphase ist, d. h. die Verdichtung wird mit abnehmender Sintertemperatur schwieriger. Jedoch liefert eine Sintertemperatur von höher als etwa 2050°C keinen signifikanten Vorteil.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt die Sintertemperatur für die Bildung des erfindungsgemäßen polykristallinen Körpers im Bereich von 1910°C bis 2050°C, und in einer anderen Ausführungsform von 1965°C bis 2050°C, und in einer anderen Ausführungsform von 1970°C bis 2050°C, und in noch einer anderen Ausführungsform von 1950°C bis 2000°C, und in noch einer weiteren Ausführungsform von 1910°C bis 1950°C.

Für durch das Polygon QTXJ, ausschließend die Linien QJ und XJ, der Fig. 4, definierten und umfaßten Zusammensetzungen liegt die Sintertemperatur im Bereich von 1910°C bis 2000°C, und die minimale Sintertemperatur zur Bildung des erfindungsgemäßen Sinterkörpers mit einer Porosität von weniger als 2 Volumprozent des Körpers beträgt etwa 1910°C.

Der desoxidierte Preßling wird gesintert, vorzugsweise bei Normaldruck, in einer gasförmigen, stickstoffenthaltenden, nichtoxidierenden Atmosphäre, welche zumindest ausreichend Stickstoff enthält, um einen signifikanten Gewichtsverlust an Aluminiumnitrid zu verhindern. Der Gewichtsverlust des Aluminiumnitrids variiert in Abhängigkeit seines Verhältnisses von spezifischer Oberfläche zu Volumen. Als Ergebnis liegt der Gewichtsverlust von Aluminiumnitrid im allgemeinen im Bereich von über 5 Gew.-% bis über 10 Gew.-% des Aluminiumnitrids. Die zum Sintern benutzte Atmosphäre ist die gleiche wie beim Pyrolysieren.

Sinterungszeiten liegen typischerweise im Bereich von 40 Minuten bis 90 Minuten.

In einer Ausführungsform, d. h. der Linie NlK, jedoch ausschließend Punkt K, von Fig. 4, hat der erhaltene Sinterkörper eine Phasen-Zusammensetzung, bestehend aus AlN und Y₂O₃.

Der erfindungsgemäß gesinterte polykristalline Körper ist ein drucklos gesinterter Keramikkörper. Unter drucklosem Sintern ist hier das Verdichten des desoxidierten Preßlings ohne die Anwendung von mechanischem Druck zu einem Keramikkörper mit einer Porosität von weniger als 10 Volumprozent, und vorzugsweise von weniger als 4 Volumprozent, zu verstehen.

In dem erfindungsgemäßen polykristallinen Körper haben die Aluminiumkörner etwa die gleichen Dimensionen in allen Richtungen, und sind nicht länglich oder scheibenförmig geformt. Im allgemeinen hat das AlN in dem erfindungsgemäßen polykristallinen Körper eine durchschnittliche Korngröße im Bereich von 1 µm bis 20 µm. Eine intergranulare zweite Phase von Y₂O₃, oder eine Mischung von Y₂O₃ und Y₄Al₂O₉ ist entlang der AlN-Korngrenzen zugegen. Die Morphologie der Mikrostruktur des erfindungsgemäßen Sinterkörpers zeigt an, daß diese intergranulare zweite Phase bei der Sintertemperatur eine Flüssigkeit war. Wenn sich die Zusammensetzung der Linie KJ in Fig. 4 nähert, steigt die Menge der Flüssigphase an und die AlN-Körner in dem erfindungsgemäßen Sinterkörper werden stärker abgerundet und haben eine glattere Oberfläche. Wenn sich die Zusammensetzung von der Linie KJ in Fig. 4 wegbewegt und den Punkt Pl erreicht, nimmt die Menge der Flüssigphase ab und die AlN-Körner in dem erfindungsgemäßen Sinterkörper werden weniger abgerundet und die Ecken der Körner werden schärfer.

Vorzugsweise hat der erfindungsgemäße Sinterkörper eine Porosität von weniger als 2% und besonders bevorzugt von weniger als 1 Volumprozent des Sinterkörpers. Poren in dem Sinterkörper sind von feiner Größe, und im allgemeinen sind sie kleiner als etwa 1 µm im Durchmmesser.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren nimmt Yttriumoxid, im Gegensatz zu Yttrium, Yttriumnitrid und Yttriumhydrid, keine wesentliche Menge Sauerstoff auf.

Beispiele für die Berechnungen von Äquivalentprozenten sind nachfolgend angegeben:

Für ein AlN-Ausgangspulver im Gewicht von 89,0 g, für das 2,3 Gew.-% Sauerstoff als Gehalt gemessen worden waren, wird angenommen, daß der gesamte Sauerstoff an AlN als Al₂O₃ gebunden ist und daß die gemessenen 2,3 Gew.-% Sauerstoff als 4,89 Gew.-% Al₂O₃ vorliegen, so daß für das AlN-Pulver angenommen wird, daß es aus 84,65 g AlN und 4,35 g Al₂O₃ besteht.

Eine Mischung wird gebildet, bestehend aus 89,0 g des AlN- Ausgangspulvers, 4,72 g Y₂O₃ und 1,4 g freiem Kohlenstoff.

Während der Verarbeitung nimmt dieses AlN-Pulver weiteren Sauerstoff infolge von Reaktionen, ähnlich der nachfolgenden Reaktionsgleichung IV

2 AlN+3H₂O→Al₂O₃+2 NH₃ (IV)

auf und enthält nun 2,6 Gew.-% Sauerstoff.

Der nun erhaltene Preßling hat die nachfolgende Zusammensetzung:
89,11 g AlN-Pulver, enthaltend 2,6 Gew.-% Sauerstoff (84,19 g AlN+4,92 g Al₂O₃), 4,72 g Y₂O₃ und 1,4 g Kohlenstoff.

Es wird angenommen, daß der gesamte Kohlenstoff während der Desoxidation des Preßlings mit Al₂O₃ nach der obigen Gleichung II reagiert.

Nachdem die Reaktion II beendet ist, hat der desoxidierte Preßling nun die nachfolgende Zusammensetzung, die auf Basis der Reaktionsgleichung II berechnet wurde:
88,34 g AlN-Pulver mit einem Gehalt von 0,5 Gew.-% Sauerstoff (87,38 g AlN+0,96 g Al₂O₃) und 4,72 g Y₂O₃.

Aus dieser gewichtsmäßigen Zusammensetzung kann die Zusammensetzung in Äquivalentprozent wie folgt berechnet werden:

Dieser desoxidierte Preßling als auch der Sinterkörper enthalten etwa 1,91 Äquivalentprozent Y und etwa 2,76 Äquivalentprozent Sauerstoff.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Sinterkörpers mit einem Gehalt von 2,0 Äquivalentprozent Y und 2,8 Äquivalentprozent O, d. h. bestehend aus 2 Äquivalentprozent Y, 98 Äquivalentprozent Al, 2,8 Äquivalentprozent O und 97,2 Äquivalentprozent N, unter Verwendung eines AlN-Pulvers, gemessen mit einem Gehalt von 2,3 Gew.-% Sauerstoff (4,89 Gew.-% Al₂O₃), können die folgenden Berechnungen für Gewichtsprozent aus Äquivalentprozent gemacht werden:
100 g = Gewicht des AlN-Pulvers,
x g = Gewicht des Y₂O₃-Pulvers,
z g = Gewicht des Kohlenstoff-Pulvers.

Nach der Verarbeitung kann angenommen werden, daß der Preßling die nachfolgende Zusammensetzung aufweist:

Nach der Desoxidation wird der gesamte Kohlenstoff umgesetzt sein und man kann annehmen, daß der Preßling die nachfolgende Zusammensetzung aufweist:

Auflösen der Gleichungen VIII und IX nach x und z:
x = 5,57 g Y₂O₃-Pulver,
z = 1,60 g freier Kohlenstoff.

Ein Körper in Form eines flachen dünnen Stückes von gleichmäßiger Dicke kann sich während des Sinterns verziehen und eine Wärmebehandlung zur Glättung erfordern, um ihn als Substrat brauchbar zu machen. Dieses Verziehen tritt wahrscheinlich beim Sintern eines Körpers mit einer Dicke von weniger als etwa 1778 µm auf und kann durch eine Glättungsbehandlung eleminiert werden, d. h. durch Erhitzen des Sinterkörpers unter einem angewandten ausreichenden Druck bei einer Temperatur in dem vorliegenden Sintertemperaturbereich und Abkühlenlassen unter Druck.

Hierbei wird der Körper zwischen zwei Platten gelegt und von diesen Platten durch eine dünne Schicht AlN-Pulver getrennt, der Sandwich-Körper bis auf seine Sintertemperatur, d. h. eine Temperatur, welche eine Sintertemperatur für den in Sandwich-Form gesinterten Körper ist, erhitzt, vorzugsweise in der gleichen Atmosphäre, wie sie für das Sintern eingesetzt wird, unter einem angewandten Druck, der zumindest ausreicht, den Körper zu glätten, im allgemeinen zumindest etwa 2,07 mbar.

Die Platten bestehen vorteilhaft aus Molybdän oder Wolfram, oder einer Legierung, welche zumindest etwa 80 Gew.-% Wolfram oder Molybdän enthält. Der angewandte Glättungdruck liegt im Bereich bis 68,9 mbar, vorzugsweise von 4,14 mbar bis 34,5 mbar, und besonders bevorzugt von 6,9 mbar bis 20,7 mbar. Der erhaltene flache Körper ist insbesondere als Trägersubstrat für einen Halbleiter, wie beispielsweise ein Silicium-Chip, brauchbar.

Die vorliegende Erfindung macht es möglich, auf direktem Wege einfache, komplexe und/oder hohlgeformte polykristalline Aluminiumnitrid- Keramikartikel herzustellen. Kennzeichnenderweise kann der erfindungsgemäße Sinterkörper in Form eines brauchbaren, geformten Artikels hergestellt werden, ohne mechanische oder irgendwelche signifikante maschinelle Bearbeitung, wie beispielsweise ein hohlgeformter Gegenstand für eine Verwendung als Behälter, ein dünnwandiges Rohr, ein Schmelztiegel, ein langer Stab, ein sphärischer Körper, ein Band, Substrat oder ein Träger. Der geformte Artikel kann ferner als Umhüllung für Temperaturfühler sowie als Verpackung für integrierte Schaltungen brauchbar sein.

Die Erfindung wird weiter durch die nachfolgenden Beispiele erläutert, in welchen das Verfahren wie folgt durchgeführt wird, es sei denn, daß irgendetwas anderes gesagt wird.

Das als Ausgangsmaterial eingesetzte Aluminiumnitridpulver enthielt Sauerstoff in einer Menge von weniger als 4 Gew.-%.

Das als Ausgangsmaterial verwendete Aluminiumnitridpulver war abgesehen von Sauerstoff über 99% reines AlN.

In den Beispielen 8a, 8b, 9a und 9b der Tabelle II und 30a und 30b der Tabelle III hatte das als Ausgangsmaterial verwendete Aluminiumnitridpulver eine spezifische Oberfläche von 3,84 m²/g (0,479 µm) und es hatte einen Gehalt von etwa 2,10 Gew.-% Sauerstoff.

In den restlichen Beispielen der Tabelle II hatte das als Ausgangsmaterial eingesetzte Aluminiumnitridpulver eine spezifische Oberfläche von 4,96 m²/g (0,371 µm) und enthielt 2,25 Gew.-% Sauerstoff.

In allen Beispielen der Tabelle II und den Beispielen 30a und 30b der Tabelle III hatte das Y₂O₃-Pulver vor irgendeinem Mischvorgang, d. h. im Anlieferungszustand, eine spezifische Oberfläche von etwa 2,75 m²/g.

Der in den Beispielen der Tabellen II und III verwendete Kohlenstoff war Graphit, und er hatte, mit Ausnahme der Angaben in Tabelle III, vor irgendeinem Mischvorgang, gemäß Angaben der Lieferfirma eine spezifische Oberfläche von 200 m²/g (0,017 µm).

Zur Durchführung des Mischens, d. h. des Mahlens der Pulver in allen Beispielen der Tabellen II und III wurde nicht-wässeriges Heptan eingesetzt.

In allen Beispielen der Tabellen II und III war das Mahlmedium warmgepreßtes Aluminiumnitrid in angenäherter Form von Würfeln oder Quadern mit einer Dichte von etwa 100%.

In den Beispielen 8 bis 9, 11 und 15 der Tabelle II und in allen Beispielen der Tabelle III wurden die AlN-, Y₂O₃- oder Yttriumcarbonat- und Kohlenstoffpulver in einem Kunststoffgefäß in nicht-wässeriges, Ölsäure in einer Menge von etwa 0,7 Gew.-% des Aluminiumnitridpulvers enthaltendes Heptan eingetaucht und in dem geschlossenen Gefäß bei Raumtemperatur während eines Zeitraums, der von etwa 15 Stunden bis etwa 21 Stunden variierte, in einer Schwingmühle gemahlen und lieferten die gegebene Pulvermischung. In den restlichen Beispielen der Tabelle II wurde keine Ölsäure verwendet und die AlN-, Y₂O₃- und Kohlenstoffpulver wurden in einem Kunststoffgefäß in nicht-wässeriges Heptan eingetaucht und in dem geschlossenen Gefäß bei Raumtemperatur während eines Zeitraums, der in Abhängigkeit von der Mischung von etwa 18 Stunden bis etwa 68 Stunden variierte, unter Bildung der angegebenen Pulvermischung in einer Schwingmühle gemischt.

In allen Beispielen der Tabellen II und III wurde die gemahlene flüssige Dispersion der gegebenen Pulvermischung an der Luft bei Normaldruck etwa 20 Minuten lang unter einer Wärmelampe getrocknet und während dieses Trocknens nahm die Mischung aus der Luft Sauerstoff auf.

In allen Beispielen der Tabellen II und III wurde getrocknete gemahlene Pulvermischung an der Luft bei Raumtemperatur unter einem Druck von 344,7 bar in einer Form zur Herstellung eines Preßlings mit einer Dichte von ungefähr 55% seiner theoretischen Dichte gepreßt.

In allen Beispielen der Tabellen II und III, ausgenommen die Beispiele 17 bis 20, hatte die gegebene Pulvermischung, als auch der daraus hergestellte Preßling eine Zusammensetzung, in welcher die Äquivalentprozente von Yttrium und Aluminium im Bereich zwischen den Punkten K und Pl der Fig. 4 lagen.

In den Beispielen 17 bis 20 der Tabelle II hatte die angegebene Pulvermischung, als auch der daraus hergestellte Preßling, eine Zusammensetzung, bei welcher die Äquivalentprozente von Yttrium und Aluminium außerhalb des Bereichs von Punkt K bis Punkt Pl der Fig. 4 lagen.

Die Äquivalentprozent-Zusammensetzung von Y, Al, O und N der Preßlinge von allen Beispielen der Tabellen II und III, d. h. vor der Desoxidation, lag außerhalb der durch das Polygon PlNlKJ von Fig. 4 begrenzten und umfaßten Zusammensetzung.

In allen Beispielen der Tabellen II und III enthielt das Aluminiumnitrid in dem Preßling vor der Desoxidation Sauerstoff in einer Menge im Bereich von mehr als 1,40 Gew.-% bis weniger als 4,50 Gew.-% des Aluminiumnitrids.

In jedem der Beispiele der Tabellen II und III wurde aus der angegebenen Pulvermischung ein Preßling hergestellt und der in den Tabellen II und III angegebenen Wärmebehandlung unterzogen. Ferner haben die Beispiele in den Tabellen II und III die gleiche Nummer, jedoch enthalten sie die Buchstaben a oder b, was anzeigt, daß sie in identischer Weise durchgeführt wurden. Diese mit einem Buchstaben a oder b numerierten Beispiele können hier durch ihre Nummer allein bezeichnet sein.

In allen Beispielen der Tabellen II und III wurde zur Durchführung der Desoxidation der Preßlinge die gleiche Atmosphäre verwendet, wie sie zur Durchführung der Sinterung des desoxidierten Preßlings eingesetzt worden war, mit der Ausnahme, daß die Atmosphäre zur Durchführung der Desoxidation in den Ofen mit einer Geschwindigkeit von 28,32 dm³/h zur Förderung der Entfernung der durch die Desoxidation gebildeten Gase eingespeist wurde und die Strömungsgeschwindigkeit während der Sinterung kleiner als etwa 2,832 dm³/h war.

Die Atmosphäre während der gesamten Wärmebehandlung in allen Beispielen der Tabellen II und III hatte Normaldruck, was etwa atmosphärischem Druck entspricht.

Der Ofen war ein Molybdänheizelement-Ofen.

Die Preßlinge wurden in dem Ofen bis zu der gegebenen Desoxidationstemperatur mit einer Geschwindigkeit von etwa 100°C pro Minute und anschließend bis zu der gegebenen Sintertemperatur mit einer Geschwindigkeit von etwa 50°C pro Minute erhitzt.

Die Sinterungsatmosphäre war bei Normaldruck, d. h. bei etwa atmosphärischem Druck.

Nach der Beendigung der Wärmebehandlung wurden die Proben im Ofen auf etwa Raumtemperatur abgekühlt.

Alle Beispiele der Tabellen II und III wurden in im wesentlichen der gleichen Weise durchgeführt, mit Ausnahme der in den Tabellen II und III angegebenen Ausnahmen, und den Ausnahmen, wie sie hier angegeben werden.

Der Kohlenstoffgehalt des Sinterkörpers wurde mittels einer chemischen Standardanalysentechnik bestimmt.

Auf Basis des vorherbestimmten Sauerstoffgehalts der als Ausgangsmaterial eingesetzten AlN-Pulver und der gemessenen Zusammensetzungen der erhaltenen Sinterkörper, als auch aufgrund anderer Versuche, wurde berechnet, daß in jedem Beispiel in Tabelle II das Aluminiumnitrid in dem Preßling vor der Desoxidation einen Sauerstoffgehalt von etwa 0,3 Gew.-% höher als derjenige des als Ausgangsmaterial eingesetzten Aluminiumnitridpulvers hatte.

Der gemessene Sauerstoffgehalt ist in Gew.-% des Sinterkörpers angegeben.

In denjenigen Beispielen der Tabellen II und III, in denen der Sauerstoffgehalt des Sinterkörpers gemessen wurde, wurde die Äquivalentprozent-Zusammensetzung des Sinterkörpers aus der Zusammensetzung des als Ausgangsmaterial eingesetzten Pulvers und aus dem angegebenen gemessenen Sauerstoffgehalt des Sinterkörpers berechnet. Es wird angenommen, daß Y, Al, N und O ihre üblichen Wertigkeiten von +3, +3, -3 bzw. -2 aufweisen. Es wird angenommen, daß die Menge an Y und Al in den Sinterkörpern die gleiche ist, wie die in dem als Ausgangsmaterial eingesetzten Pulvers.

Der Stickstoffgehalt des Sinterkörpers wurde aufgrund der Kenntnis des anfänglichen Sauerstoffgehalts des als Ausgangsmaterial eingesetzten Aluminiumnitridpulvers und Messen des Sauerstoffgehaltes des Sinterkörpers bestimmt.

In den Tabellen II und III wird in der Spalte "Äquivalentprozent Sauerstoff" vor der zugehörigen Zahl das Zeichen für "angenähert" (=∼) bei Sinterkörpern gesetzt, deren Sauerstoffgehalt nicht gemessen, sondern errechnet worden ist. Weil die Beispiele mit den gleichen Nummern, jedoch mit der Bezeichnung a oder b unter den gleichen Bedingungen zur Herstellung des angegebenen Paars von Sinterkörpern gleichzeitig durchgeführt wurden, wird dieses Sinterkörper-Paar den gleichen Sauerstoffgehalt aufweisen und es ist daher anzunehmen, daß der Sauerstoffgehalt von einem solchen Sinterkörper der gleiche ist, wie der gemessene Sauerstoffgehalt des anderen Sinterkörpers.

Der Äquivalentprozent Sauerstoff-Gehalt des Sinterkörpers von Beispiel 8b und von Beispiel 9b wurde aus der nachfolgenden Gleichung berechnet:

worin
O = Äquivalentprozent Sauerstoff
Y = Äquivalentprozent Yttrium

Der Äquivalentprozent-Sauerstoffgehalt der Sinterkörper der Beispiele 22 bis 25, 27, 29B und 26B wurde aus der nachfolgenden Gleichung berechnet:

Der Äquivalentprozent-Sauerstoffgehalt der Sinterkörper in den Beispielen 29 und 31 wurde aus den Werten der Röntgenbeugungsanalyse abgeschätzt.

Der Gewichtsverlust in den Tabellen II und III ist der Unterschied zwischen dem Gewicht des Preßlings nach dem Formpressen und dem Gewicht des erhaltenen Sinterkörpers.

Die Dichte des Sinterkörpers wurde nach der Archimedes-Methode bestimmt.

Die Porosität in Volumprozent des Sinterkörpers wurde nach der folgenden Gleichung bestimmt:

Die Phasen-Zusammensetzung des Sinterkörpers wurde durch optische Mikroskopie und Röntgenbeugungsanalyse bestimmt und bei jedem Sinterkörper wurden die Volumprozente des Sinterkörpers der Aluminiumnitrid-Phase und die gegebenen Volumprozente der gegebenen zweiten Phasen angegeben. Die Röntgenbeugungsanalyse für Volumprozente von jeder zweiten Phase hat einen Fehler von ±20% des gegebenen Wertes.

Die Wärmeleitfähigkeit des Sinterkörpers der Beispiele wurde bei 25°C durch eine Methode des Wärmeflusses im stationären Zustand unter Verwendung einer aus dem Sinterkörper herausgeschnittenen stabförmigen Probe mit den Abmessungen von ∼0,4 cm × 0,4 cm × 2,2 cm gemessen. Diese Methode wurde ursprünglich von A. Berget im Jahre 1888 entwickelt und ist in einem Artikel von G. A. Slack in "Encyclopaedic Dictionary of Physics", herausgegeben von J. Thewlis, Pergamon, Oxford, 1961, beschrieben. Bei dieser Arbeitsweise wird die Probe innerhalb einer Hochvakuumkammer placiert, durch eine elektrische Heizvorrichtung Wärme an einem Ende zugeführt und die Temperaturen mit Feindraht-Thermoelementen gemessen. Die Probe ist von einem Schutzzylinder umgeben. Die absolute Genauigkeit beträgt ±3% und die Wiederholbarkeit liegt bei ±1%. Als Vergleich wurde die Wärmeleitfähigkeit eines Al₂O₃-Einkristalls mit einer ähnlichen Vorrichtung gemessen und ein Wert von 0,44 W/cm · K bei etwa 22°C erhalten.

In den Tabellen II und III wird die Größe des erhaltenen Sinterkörpers mit den Buchstaben A, C oder D bezeichnet. Der Körper der Größe A hatte die Form einer Scheibe mit einer Dicke von 4,32 mm und einem Durchmesser von 8,13 mm. Der Körper der Größe C hatte die Form eines Stabes mit den Abmessungen von 4,06 mm × 4,06 mm × 43,18 mm. Der Körper der Größe D hatte die Form eines Stückes von gleichmäßiger Dicke mit einem Durchmesser von 38,1 mm und einer Dicke von 1,12 mm.

In allen Beispielen der Tabellen II und III wurden die Preßlinge auf einer Molybdän-Platte placiert und anschließend der in den Tabellen III und III angegebenen Wärmebehandlung unterzogen.

In allen Beispielen der Tabellen II und III, bei welchen der Sinterkörper die Größe C oder die Größe D hatte, wurde der Preßling zu Beginn von der Molybdän-Platte durch eine dünne diskontinuierliche Schicht von AlN-Pulver getrennt.

Der Sinterkörper des Beispiels 21 zeigte ein gewisses Verwerfen, und er wurde der oben angegebenen Glättungsbehandlung bei einem Druck von 7,6 mbar, einer Temperatur bis 1900°C 1 h lang unterworfen.

Beispiel 1

Zu 18 g Aluminiumnitridpulver wurden 1,98 g Y₂O₃-Pulver und 0,443 g Graphitpulver zugegeben und die Mischung, zusammen mit Aluminiumnitrid-Mahlmedium in nicht-wässeriges Heptan in einem Kunststoffbehälter eingetaucht und in dem geschlossenen Behälter bei Raumtemperatur während eines Zeitraums von etwa 68 Stunden in einer Schwingmühle gemahlen. Die erhaltene Dispersion wurde an der Luft unter einer Wärmelampe während eines Zeitraums von etwa 20 Minuten getrocknet, wobei das Aluminiumnitrid während des Trocknens aus der Luft Sauerstoff aufnahm. Während des Mahlens nahm die Mischung 0,370 g AlN infolge des Verschleißes des AlN-Mahlmediums auf.

Äquivalente Teile der erhaltenen getrockneten Mischung wurden zur Herstellung von Preßlingen formgepreßt.

Zwei der Preßlinge wurden nebeneinander auf einer Molybdän- Platte placiert.

Die Preßlinge wurden in Stickstoff auf 1600°C erhitzt, bei dieser Temperatur ½ Stunde lang gehalten, anschließend wurde die Temperatur auf 1750°C angehoben, wiederum ½ Stunde lang bei dieser Temperatur gehalten und schließlich die Temperatur auf 2000°C erhöht und bei dieser Temperatur 1 Stunde lang gehalten.

Beispiele 2 bis 21

Die in den Beispielen 2a, 2b und 3 verwendeten Preßlinge wurden in Beispiel 1 hergestellt. In den Beispielen 2a und 2b wurden die zwei Preßlinge mit einer Geschwindigkeit von etwa 190°C pro Minute direkt auf die Sintertemperatur von 2000°C erhitzt, bei der sie 1 Stunde lang gehalten wurden.

Im Beispiel 3 wurde ein Preßling auf 1600°C erhitzt, auf dieser Temperatur 1 Stunde lang gehalten und anschließend wurde die Temperatur auf 1940°C erhöht, auf welcher wiederum 1 Stunde lang gehalten wurde.

Im Beispiel 5, d. h. 5a und 5b, wurden die zwei Preßlinge auf 1600°C erhitzt, auf dieser Temperatur 1 Stunde lang gehalten und anschließend auf 1900°C gebracht, bei welcher Temperatur sie 1 Stunde lang gehalten wurden.

Im Beispiel 6 wurde ein Preßling auf 1600°C erhitzt, bei dieser Temperatur 1 Stunde lang gehalten und anschließend wurde die Temperatur auf 1900°C erhöht und auf dieser Temperatur 1 Stunde lang gehalten.

Die Beispiele 4a und 4b sowie 10a und 10b wurden in der gleichen Weise wie die Beispiele 1a und 1b durchgeführt, mit Ausnahme der Angaben in dieser Beschreibung und mit Ausnahme der Angaben in der Tabelle II.

Im Beispiel 8, d. h. 8a und 8b, wurden die zwei Preßlinge auf 1500°C erhitzt, auf dieser Temperatur ½ Stunde lang gehalten, anschließend wurde die Temperatur auf 1600°C erhöht, bei dieser Temperatur 1 Stunde lang gehalten und dann wurde die Temperatur auf 1900°C gesteigert, auf welcher Temperatur der Preßling wiederum 1 Stunde lang gehalten wurde.

Im Beispiel 9, d. h. 9a und 9b, wurden die zwei Preßlinge auf 1500°C erhitzt, bei dieser Temperatur ½ lang gehalten, anschließend wurde die Temperatur auf 1600°C erhöht, auf dieser Temperatur wiederum 1 Stunde lang gehalten und dann wurde die Temperatur auf 1950°C gesteigert, bei welcher Temperatur der Preßling 1 Stunde lang gehalten wurde.

Die Beispiele 7, 11 und 21 wurden in der gleichen Weise wie Beispiel 6 durchgeführt, mit den hier angegebenen sowie in der Tabelle II gezeigten Ausnahmen.

Die Beispiele 13 bis 20, d. h. 13a und b bis 20a und b wurden in der gleichen Weise wie Beispiel 5, d. h. 5a und 5b durchgeführt, mit den hier angegebenen und in der Tabelle II gezeigten Ausnahmen.

Tabelle II

Linker Teil

Tabelle II

Mittlerer Teil

Tabelle II

Rechter Teil

Tabelle II

Linker Teil (Fortsetzung)

Tabelle II

Mittlerer Teil (Fortsetzung)

Tabelle II

Rechter Teil (Fortsetzung)

Die Beispiele 5a, 5b, 6, 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b, 11, 12a, 12b, 14a, 14b und 21 erläutern die vorliegende Erfindung.

In den Beispielen 1a, 1b und 3 wurde zuviel freier Kohlenstoff zu der Pulvermischung zugesetzt, was eine zu starke Desoxidation des die Sinterkörper liefernden Aluminiumnitrids bewirkte, wobei die Zusammensetzungen leicht außerhalb des Polygons PlNlKJ von Fig. 4 und leicht unterhalb der Linie NK lagen. Jedoch erläutert Beispiel 3 die Verwendbarkeit von 1940°C als Sintertemperatur in diesem Zusammensetzungsbereich für Aluminiumnitridpulver mit einer spezifischen Oberfläche von 4,96 m²/g.

In den Beispielen 2a und 2b war die Geschwindigkeit, mit welcher die Preßlinge auf 2000°C erhitzt wurden, nicht ausreichend, um die Preßlinge vor dem Sintern zu desoxidieren, wie dies durch die große Menge an zurückgebliebenem Kohlenstoff in dem Sinterkörper des Beispiels 2b gezeigt wird.

Ein Vergleich der Beispiele 4a und 4b mit den Beispielen 1a und 1b zeigt, daß die erhaltenen Sinterkörper beinahe die gleiche Zusammensetzung aufwiesen, obwohl zu der Pulvermischung der Beispiele 4a und 4b mehr freier Kohlenstoff zugesetzt worden war. Dies zeigt, daß mit steigenden Mengen an freiem Kohlenstoff in der Pulvermischung die Zusammensetzungen der erhaltenen Sinterkörper nicht wesentlich unterhalb der Linie NK von Fig. 4 liegen.

Die Sinterkörper der Beispiele 5a und 5b haben die gleiche Zusammensetzung, die gleiche Porosität und die gleiche Wärmeleitfähigkeit. Basierend auf einem Vergleich der Beispiele 5a und 5b mit dem Beispiel 8a, das eine sehr ähnliche Zusammensetzung aufweist, und basierend auf anderen Arbeiten, ist es bekannt, daß die Sinterkörper der Beispiele 5a und 5b eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 1,50 W/cm · K bei 25°C besitzen, d. h. angenähert 1,68 W/cm · K bei 25°C.

Basierend auf einem Vergleich der Beispiele 6 und 8a bzw. 12a und 12b bzw. 21 ist es bekannt, daß die Sinterkörper der Beispiele 6, 12a, 12b und 21 eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 1,50 W/cm · K bei 25°C, d. h. angenähert 1,72 W/cm · K bei 25°C, aufweisen.

Beispiel 7 erläutert, daß die Verwendung der Wasserstoffatmosphäre während der Desoxidation und des Sinterns zu einem Sinterkörper führt, der eine überschüssige Menge an Kohlenstoff enthält, obwohl eine umfassende Desoxidationsstufe durchgeführt wurde, und es ist auf Basis von anderen Arbeiten bekannt, daß dieser 0,3% Kohlenstoff enthaltende Sinterkörper eine Wärmeleitfähigkeit von niedriger als 1,00 W/cm · K bei 25°C besitzt. Auch die Wasserstoffatmosphäre in Beispiel 7 führte zu einem übermäßigen Betrag an Gewichtsverlust.

Auf Basis von anderen Arbeiten und einem Vergleich der Beispiele 10a, 10b und 11 und 14a, 14b mit den Beispielen 8a und 9a ist es bekannt, daß die Sinterkörper der Beispiele 10a und b und 11 und 14a, 14b eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 1,00 W/cm · K bei 25°C aufweisen würden.

Die Beispiele 10a und 11 der Tabelle II und die Beispiele 29 der Tabelle III erläutern die vorliegende Erfindung, obwohl in dem Sinterkörper eine kleine Menge an YN-Phase gebildet war. Die Querteilung des Sinterkörpers dieser Beispiele zeigte kennzeichnenderweise daß diese YN-Phase lediglich in der Mitte des Körpers angeordnet war, d. h. die YN-Phase war schwarz und von der erfindungsgemäßen Zusammensetzung, die gelbbraun gefärbt war, umgeben. Die Bildung dieser YN-Phase war der Dicke des Sinterkörpers und seiner Zusammensetzung zuzuschreiben und ist durch einen Sauerstoffgradienten verursacht. Von der Mitte des Sinterkörpers steigt kennzeichnenderweise die Konzentration an Sauerstoff um einen kleinen Betrag an und die Konzentration des Stickstoffs nimmt um einen kleinen Betrag ab, was dann und wann zu einer Bildung einer kleinen Menge YN-Phase in der Mitte des Körpers führt, wenn er eine Zusammensetzung in dem Polygon PlNlKJ von Fig. 4, aufweist, die nahe bei der Linie NlK oder an der Linie NlK ist.

In den Beispielen 13a und 13b wurde zuviel freier Kohlenstoff zu der Pulvermischung zugegeben, was eine zu große Desoxidation des Sinterkörper liefernden Aluminiumnitrids bewirkte, mit einer Zusammensetzung, außerhalb des Polygons PlNlKJ unterhalb der Linie NlPl in Fig. 4, was ein Zusammensetzungsbereich ist, der schwierig zu sintern ist, wie dies durch die erhaltene hohe Porosität dieser Sinterkörper erläutert wird.

Die Zusammensetzung der Sinterkörper der Beispiele 14a und b liegt innerhalb der experimentellen Fehler innerhalb des Polygons PlNlKJ.

Die Äquivalent-Zusammensetzung der Sinterkörper der Beispiele 15 bis 20 fällt außerhalb des Polygons PlNlKJ der Fig. 4 und kennzeichnenderweise fällt sie unterhalb der Linie NlPl der Fig. 4 ab. Die Sinterkörper der Beispiele 15 bis 20 hatten eine Porosität von höher als 10 Volumprozent des Körpers, was die Schwierigkeit des Sinterns in diesem Zusammensetzungsbereich unterhalb der Linie NlPl der Fig. 4 erläutert.

Die Tabelle III zeigt weitere Beispiele. Kennzeichnenderweise zeigt die Tabelle III die Zusammensetzung der Pulvermischung, d. h. der zugesetzten Pulver, in jedem Beispiel, als auch die spezifischen Oberflächen von einigen der zugesetzten Pulver.

Die Beispiele in Tabelle III wurden im wesentlichen in der gleichen Weise durchgeführt, wie dies für das Beispiel 6 beschrieben wurde oder für das Beispiel 8a und b, mit den in der Tabelle III oder in dieser Beschreibung gezeigten Ausnahmen.

Tabelle III

Linker Teil

Tabelle III

Mittlerer Teil

Tabelle III

Rechter Teil

Das Beispiel 29 der Tabelle III erläutert die vorliegende Erfindung. Auf Basis von anderen Arbeiten und insbesondere eines Vergleichs der Beispiele 29 und 30a ist es bekannt, daß der Sinterkörper des Beispiels 29 eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 1,00 W/cm · K bei 25°C haben würde.

In jedem der Beispiele der Tabelle III, mit Ausnahme des Beispiels 29, wurde zu der Pulvermischung Kohlenstoff in nicht ausreichender Menge zugegeben, was zu einem desoxidierten Preßling und einem Sinterkörper mit einer Zusammensetzung außerhalb des Polygons PlNlKJ von Fig. 4 führt. Jedoch erläutern die Beispiele 22 bis 25 die Betriebsfähigkeit von relativ groben Pulvern für diese Zusammensetzungen zur Herstellung von Sinterkörpern mit einer Porosität von weniger als 10 Volumprozent. Die Beispiele 26 und 27 erläutern, daß für diese Zusammensetzung und Pulver von relativ grober Teilchengröße ein Anstieg der Sintertemperatur die Porosität des erhaltenen Sinterkörpers in signifikanter Weise erniedrigt. Das Beispiel 28 erläutert die Verwendung von Yttriumcarbonat als eine Vorstufe für Yttriumoxid zur Herstellung eines Sinterkörpers mit geringer Porosität. Die Beispiele 30a und b erläutern die Betriebsfähigkeit einer aus einer Mischung von Wasserstoff und 25 Volumprozent Stickstoff bestehenden Atmosphäre. Die Beispiele 31 und 32 erläutern, daß für diese Zusammensetzung und Teilchengrößenkombination ein Sintern zur Herstellung eines Sinterkörpers mit einer Porosität von weniger als etwa 10 Volumprozent nicht bewerkstelligt werden konnte.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines gesinterten, polykristallinen Aluminiumnitrid-Keramikkörpers mit einer Zusammensetzung, definiert und umfaßt durch das Polygon P1N1KJ, jedoch nicht einschließend die Linien KJ und P1J, von Fig. 4, worin die Punkte P1, N1, K und J die Bedeutung haben: einer Porosität von weniger als etwa 10 Vol.-% des Körpers und einer Wärmeleitfähigkeit von größer als 1,00 W/cm · K bei 25°C, dadurch gekennzeichnet, daß es die nachfolgenden Stufen umfaßt, wobei man

(a) eine Mischung, bestehend aus Aluminiumnitridpulver mit mehr als 0,6 Gew.-% bis weniger als 4,5 Gew.-% Sauerstoff, Yttriumoxid oder einer Vorstufe davon und einem kohlenstoffhaltigen Additiv, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus freiem Kohlenstoff, einem kohlenstoffhaltigen organischen Material und Mischungen daraus, herstellt, das kohlenstoffhaltige organische Material bei einer Temperatur im Bereich von 50°C bis 1000°C zu freiem Kohlenstoff und gasförmigen Zersetzungsprodukt, welches verdampft, thermisch zersetzt, die Mischung zu einem Preßling formt, wobei die Mischung und der Preßling eine Zusammensetzung aufweisen, bei der der Yttriumgehalt im Bereich von größer als 0,35 Äquivalentprozent bis weniger als 4,4 Äquivalentprozent, der Aluminiumgehalt im Bereich von größer als 95,6 Äquivalentprozent bis weniger als 95,65 Äquivalentprozent Aluminium liegt, und der freie Kohlenstoff in einer Menge vorhanden ist, die einen desoxidierten Preßling liefert, wobei der Preßling eine Äquivalentprozent-Zusammensetzung von Y, Al, O und N außerhalb der Zusammensetzung aufweist, wie sie durch das Polygon P1N1KJ, von Fig. 4, definiert und umfaßt wird,
(b) den Preßling gegebenenfalls in einer nichtoxidierenden Atmosphäre auf eine Temperatur bis zu etwa 1200°C erhitzt, wodurch Yttriumoxid und freier Kohlenstoff bereitgestellt werden, wenn ein Vorläufer für Yttriumoxid und/oder ein kohlenstoffhaltiges Material in der obigen Stufe (a) eingesetzt wurde,
(c) den Preßling in einer mindestens 25 Vol.-% Stickstoff enthaltenden, nichtoxidierenden Atmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von 1350°C bis auf eine zur Desoxidation des Preßlings ausreichende, jedoch unterhalb seiner Porenschließtemperatur liegende Temperatur erhitzt, den freien Kohlenstoff mit dem im Aluminiumnitrid enthaltenden Sauerstoff unter Bildung eines desoxidierten Preßlings umsetzt, wobei der desoxidierte Preßling eine Zusammensetzung aufweist, bei welcher die Äquivalentprozente von Al, Y, O, und N durch das Polygon P1N1KJ, jedoch nicht einschließend die Linien KJ und P1J, von Fig. 4, definiert und umfaßt werden, und
(d) den desoxidierten Preßling in einer mindestens 25 Vol.-% Stickstoff enthaltenden, nichtoxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von zumindest 1860°C unter Bildung des polykristallinen Körpers sintert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren bei Normaldruck durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumnitrid in Stufe (a) eine spezifische Oberfläche im Bereich von bis zu 10 m²/g und der freie Kohlenstoff eine spezifische Oberfläche von größer als 10 m²/g aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung und der Preßling eine Zusammensetzung aufweisen, bei der der Yttriumgehalt im Bereich von größer als 0,55 Äquivalentprozent liegt, und wobei der gesinterte Körper und der desoxidierte Preßling eine Zusammensetzung besitzen, bei welcher die Äquivalentprozente von Al, Y, O und N durch das Polygon PONKJ definiert und umfaßt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung und der Preßling eine Zusammensetzung aufweisen, bei der der Yttriumgehalt im Bereich bis 2,9 Äquivalentprozent liegt, und wobei der gesinterte Körper und der desoxidierte Preßling eine Zusammensetzung besitzen, bei welcher die Äquivalentprozente von Al, Y, O und N durch das Polygon P1N1NOP, jedoch nicht einschließend die Linie P1P, definiert und umfaßt werden, und die Sintertemperatur zumindest 1900°C beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Sinterkörpers mit einer Porosität von weniger als 2 Vol.-% des Körpers und einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1,67 W/cm · K bei 25°C, der freie Kohlenstoff eine spezifische Oberfläche von größer als 100 m²/g, das Aluminiumnitridpulver in der Mischung eine spezifische Oberfläche im Bereich von 3,4 m²/g bis 6,0 m²/g aufweist, die Sinteratmosphäre Stickstoff ist, die Sintertemperatur im Bereich von 1965°C bis 2050°C liegt, der Sinterkörper und der desoxidierte Preßling eine Zusammensetzung aufweisen, die die Linie NK nicht einschließt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung und der Preßling eine Zusammensetzung aufweisen, bei der der Yttriumgehalt im Bereich von mindestens 1,9 Äquivalentprozent liegt, und wobei der gesinterte Körper und der desoxidierte Preßling eine Zusammensetzung besitzen, bei welcher die Äquivalentprozente von Al, Y, O und N durch die Linie N1K, jedoch nicht einschließend Punkt K, definiert sind, und die Sintertemperatur zumindest 1960°C beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines gesinterten, polykristallinen Aluminiumnitrid-Keramikkörpers mit einer Zusammensetzung, definiert und umfaßt durch das Polygon QTXJ, jedoch nicht einschließend die Linien QJ und XJ, von Fig. 4, worin die Punkte Q, T, X und J die Bedeutungen haben: einer Porosität von weniger als etwa 10 Vol.-% des Körpers und einer Wärmeleitfähigkeit von größer als 1,50 W/cm · K bei 25°C, wobei in

(a) der freie Kohlenstoff eine spezifische Oberfläche von größer als etwa 100 m²/g, das Aluminiumnitridpulver in dieser Mischung eine spezifische Oberfläche im Bereich von 3,4 m²/g bis 6,0 m²/g besitzt, wobei die Mischung und der Preßling eine Zusammensetzung aufweisen, bei der der Yttriumgehalt im Bereich von größer als 0,8 Äquivalentprozent bis 3,2 Äquivalentprozent liegt, das Aluminiumnitrid in dem Preßling Sauerstoff in einer Menge im Bereich von größer als 1,40 Gew.-% des Aluminiumnitrids enthält,
(c) das Erhitzen bei Normaldruck ausgeführt wird und
(d) das Sintern des Preßlings bei Normaldruck bei einer Temperatur von 1910°C bis 2000°C unter Bildung des polykristallinen Körpers ausgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Sinterkörpers mit einer Porosität von weniger als 1 Vol.-% des Körpers die Sintertemperatur im Bereich von 1910°C bis 1950°C liegt, und das Aluminiumnitridpulver in der Mischung eine spezifische Oberfläche im Bereich von 3,7 m²/g oder mehr aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Sinterkörpers mit einer Porosität von weniger als 1 Vol.-% des Körpers und einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1,67 W/cm · K bei 25°C die Sintertemperatur im Bereich von 1950°C liegt.

11. Polykristalliner Aluminiumnitridkörper, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Zusammensetzung, definiert und umfaßt durch das Polygon P1N1KJ, jedoch nicht einschließend die Linien KJ und P1J, von Fig. 4, hat, wobei das Polygon die folgenden Punkte auf seinem Umfang und innerhalb aufweist, und diese Punkte die folgenden Bedeutungen haben: und der Körper eine Porosität von weniger als 10 Vol.-% und eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1,00 W/cm · K bei 25°C aufweist.