DE4325345A1

DE4325345A1 - Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumnitrid-Sinterprodukts

Info

Publication number: DE4325345A1
Application number: DE4325345A
Authority: DE
Inventors: Noboru Hashimoto; Kyoji Tanaka; Susumu Kajita; Hiroyoshi Yoden
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1993-07-28
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2013-07-29
Also published as: US5330692A; DE4325345C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumnitrid-Sinterprodukts mit hoher thermischer Leit fähigkeit bei relativ niedriger Sintertemperatur.

Aluminiumnitrid (AlN) ist ein ausgezeichnetes Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, gutem Isoliervermögen und geringem thermischem Ausdehnungskoeffizienten usw. Da Alu miniumnitrid jedoch eine Verbindung mit kovalenter Bindung ist, ist es sehr schwierig, ein Sinterprodukt aus reinem Aluminiumnitrid herzustellen, ohne Sinterhilfen oder ein Heißpreßsinterverfahren zu verwenden.

Das US-Patent 4,746,637 offenbart, daß eine Kombination von Y₂O₃ und CaO als Sinterhilfen verwendet wird. D. h., daß eine Mischung aus AlN-Pulver und den Sinterhilfen bei einer Temperatur von 1650°C oder höher dicht gesintert wird, um ein AlN-Sinterprodukt zu erhalten. Jedoch beträgt die ther mische Leitfähigkeit des AlN-Sinterprodukts nur 100 W/m·k oder weniger. Zur Verwendung als Substrat in einem Leis tungsbauteil usw. ist ein AlN-Sinterprodukt mit hoher ther mischer Leitfähigkeit von 120 W/m·k oder mehr erwünscht.

Die japanische vorläufige Veröffentlichung (Kokai) 03-146471 offenbart, daß eine Kombination von Y₂O₃ und LaB₆ als Sin terhilfen verwendet wird. Zusätzlich offenbart die japani sche vorläufige Veröffentlichung (Kokai) 03-197366, daß eine Kombination von CaO und LaB₆ als Sinterhilfen verwendet wird. Obwohl AlN-Sinterprodukte, die unter Verwendung dieser Kombinationen von Sinterhilfen erhalten werden, hohe thermi sche Leitfähigkeit aufweisen, ist eine hohe Sintertemperatur von 1900°C oder höher erforderlich, so daß ein teurer Hoch temperatursinterofen und teure Montageteile wie ein Ofenein satz erforderlich sind, die bei der hohen Temperatur verwen det werden können. Zusätzlich stellten die hohen Energiekos ten zum Herstellen von AlN-Sinterprodukten ein Problem dar.

Wenn ein Heißpreßsinterverfahren zum Herstellen eines AlN- Sinterprodukts verwendet wird, kann zwar die Sintertempera tur erniedrigt werden, jedoch ist die Größe oder Form des AlN-Sinterprodukts begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Prozeß zum Herstellen eines Aluminiumnitrid(AlN)-Sinterprodukts mit ho her thermischer Leitfähigkeit bei relativ niedriger Sinter temperatur anzugeben.

Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben. Bei der Erfindung wird ein AlN-Pulver mit einer spezifischen Oberfläche im Bereich von etwa 3,5 bis 8 m²/g, vorzugsweise 4,5 bis 7,5 m²/g und einem Sauerstoffgehalt zwischen 0,5 und 1,8 Gew.-% verwendet. Optimale Mengen an Sinterhilfen werden in das AlN-Pulver eingebaut. Die Sinterhilfen bestehen im wesentlichen aus drei Sinterhilfen (I), (II) und (III). Die Sinterhilfe (I) ist mindestens eine, die aus der Gruppe von Seltenerdverbindungen, insbesondere Seltenerdoxiden, ausge wählt ist. Die Seltenerdverbindungen werden durch das Sin tern in entsprechende Seltenerdverbindungen umgewandelt. Die Sinterhilfe (I) wird in solcher Weise eingebaut, daß die dem entsprechenden Seltenerdoxid entsprechende Menge im Bereich von 0,5 bis 10 Gew.-% bezogen auf das AlN-Sinterprodukt liegt. Die Sinterhilfe (II) ist mindestens eine solche, die aus der Gruppe von Erdalkaliverbindungen, insbesondere Erd alkalioxiden, ausgewählt ist. Die Erdalkaliverbindungen wer den durch das Sintern in die entsprechenden Erdalkalioxide umgewandelt. Die Sinterhilfe (II) wird in solcher Menge ein gebaut, daß das entsprechende Erdalkalioxid im Bereich von 0,1 bis 5 Gew.-% bezogen auf das AlN-Sinterprodukt liegt. Die Sinterhilfe (III) ist mindestens eine aus der Gruppe mit LaB₆, NbC und WB. Die Zusatzmenge an LaB₆ befindet sich im Bereich von 0,05 bis 3 Gew.-% des AlN-Sinterprodukts. Ande rerseits liegen die Zusatzmengen an WB und NbC jeweils im Bereich von 0,05 bis 5 Gew.-% des AlN-Sinterprodukts. Die sich ergebende Mischung wird zu gewünschter Form verdichtet und dann in nichtoxidierender Atmosphäre bei einer Sinter temperatur von etwa 1650°C oder darunter gesintert. Gemäß dem erfindungsgemäßen Prozeß kann ein AlN-Sinterprodukt mit hoher thermischer Leitfähigkeit von 120 W/m·k oder mehr her gestellt werden.

Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor.

Fig. 1 ist ein Diagramm, das Beziehungen zwischen der rela tiven Dichte und der Sintertemperatur für AlN-Sinterprodukte gemäß Beispielen 14 bis 25 der Erfindung sowie Vergleichs beispielen 10 bis 20 zeigt; und

Fig. 2 ist ein Diagramm, das Beziehungen zwischen der ther mischen Leitfähigkeit und der Sintertemperatur für die AlN- Sinterprodukte gemäß Fig. 1 zeigt.

Auf dem Gebiet der Pulvermetallurgie ist es bereits bekannt, daß die Sintertemperatur mit abnehmender mittlerer Teilchen größe des zum Erzielen des zugehörigen Sinterprodukts ver wendeten Pulvers im allgemeinen verringert werden kann. Zum Beispiel wird ein AlN-Pulver mit einer spezifischen Oberflä che im Bereich von etwa 10 bis 14 m²/g bei einer Temperatur von etwa 1600°C oder darunter dicht gesintert. Wenn das AlN- Pulver fein wird, d. h., wenn seine spezifische Oberfläche zunimmt, steigt jedoch auch der Sauerstoffgehalt des AlN- Pulvers an. Wenn ein solches AlN-Pulver mit hohem Sauer stoffgehalt gesintert wird, zeigt das Sinterprodukt demgemäß geringe thermische Leitfähigkeit. Im Fall, daß das durch ein übliches thermisches Reduktionsverfahren mit Kohle herge stelltes AlN-Pulver eine spezifische Oberfläche von mehr als 10 m²/g hat, ist z. B. der Sauerstoffgehalt des AlN-Pulvers mehr als 1,8 Gew.-%. Daher sollte ein AlN-Pulver mit niedri gem Sauerstoffanteil zum Herstellen eines AlN-Sinterprodukts mit hoher thermischer Leitfähigkeit verwendet werden. Dar über hinaus ist gefordert, daß das AlN-Pulver eine optimale spezifische Oberfläche aufweist, damit es bei einer Sinter temperatur von etwa 1500°C oder darunter unter Verwendung von Sinterhilfen gesintert werden kann. Insbesondere dann, wenn die Sintertemperatur auf etwa 1650°C oder darunter, vorzugsweise auf weniger als 1625°C, abgesenkt wird, besteht ein beträchtlicher Kostenvorteil, da eine billige Keramik, z. B. Aluminiumoxid, für Montageteile wie einen im Ofen wäh rend des Sinterns angeordneten Einsatzbehälter verwendet werden kann, anstatt daß teures hexagonales Bornitrid (h-BN) erforderlich ist, und es wird auch Energie zum Erzeugen des AlN-Sinterprodukts eingespart.

Bei der Erfindung wird bevorzugt, daß das AlN-Pulver einen Sauerstoffgehalt zwischen 0,5 bis 1,8 Gew.-% und eine spezi fische Oberfläche im Bereich von etwa 3,5 bis 8 m²/g, bevor zugter 4,5 bis 7,5 m²/g, verwendet wird, um Sintern bei ge ringer Temperatur zu fördern und um die thermische Leitfä higkeit des sich ergebenden AlN-Sinterprodukts zu verbes sern. Wenn der Sauerstoffgehalt des AlN-Pulvers mehr als 1,8 Gew.-% beträgt, wird es schwierig, ein AlN-Sinterprodukt mit hoher thermischer Leitfähigkeit durch Sintern des AlN- Pulvers bei einer Sintertemperatur von etwa 1650°C oder dar unter herzustellen. Andererseits ist es teuer und schwierig, ein AlN-Pulver mit einem Sauerstoffgehalt unter 0,5 Gew.-% herzustellen. Wenn die spezifische Oberfläche des AlN-Pul vers unter 3,5 m²/g liegt, wird das AlN-Pulver bei einer Sintertemperatur von etwa 1650°C oder darunter nicht dicht gesintert. Die mittlere Teilchengröße des bei der Erfindung verwendeten AlN-Pulvers, die abhängig vom obigen Bereich der spezifischen Oberfläche berechnet wird, liegt im Bereich von 0,2 µm bis 0,46 µm. Es ist auch bevorzugt, daß ein durch das übliche thermische Reduktionsverfahren mit Kohle hergestell tes AlN-Pulver bei der Erfindung verwendet wird, da ein AlN- Pulver, das durch ein übliches direktes Nitrierverfahren hergestellt wird, eine instabile Aluminiumoxidschicht auf weist, so daß es möglich ist, daß sich der Sauerstoffgehalt des AlN-Pulvers während des Prozesses zum Herstellen des AlN-Sinterprodukts erhöht.

Die Sinterhilfen bei der Erfindung werden in das AlN-Pulver eingebaut. Die Sinterhilfen bestehen im wesentlichen aus drei Sinterhilfen (I), (II) und (III). Die Sinterhilfe (I) ist mindestens eine, die aus der Gruppe von Seltenerdverbin dungen, insbesondere Seltenerdoxiden, ausgewählt ist. Die Seltenerdverbindungen werden durch das Sintern in die ent sprechenden Seltenerdoxide umgewandelt. Das Seltenerdelement in der Sinterhilfe (I) kann Y, La, Dy, Er, Ce, Sm, Nd, Gd, Pr, Ho und Yb, vorzugsweise Y und/oder La sein. Die Selten erdverbindungen können Carbonate, Nitrate, Hydride und Oxa late dieser Seltenerdelemente sein. Es kann auch eine Kombi nation der Seltenerdverbindungen, speziell der Seltenerd oxide, als Sinterhilfe (I) verwendet werden. Die Sinterhilfe (I) wird in solcher Weise eingebaut, daß die entsprechende Seltenerdoxidmenge im Bereich von 0,5 bis 10 Gew.-% bezogen auf das AlN-Sinterprodukt liegt.

Die Sinterhilfe (II) ist mindestens eine, die aus der Gruppe der Erdalkaliverbindungen, insbesondere der Erdalkalioxide, ausgewählt ist. Die Erdalkaliverbindungen werden durch das Sintern in die entsprechenden Erdalkalioxide umgewandelt. Erdalkalielemente in der Sinterhilfe (II) können Mg, Ca, Sr und Ba, vorzugsweise Ca sein. Die Erdalkaliverbindungen kön nen Carbonate, Nitrate, Hydride und Oxalate dieser Erdalka lielemente sein. Es können auch Kombinationen der Erdalkali verbindungen, speziell der Erdalkalioxide, als Sinterhilfe (II) verwendet werden. Die Sinterhilfe (II) wird in solcher Weise eingebaut, daß die entsprechende Erdalkalioxidmenge im Bereich von 0,1 bis 5 Gew.-% bezogen auf das AlN-Sinterpro dukt liegt.

Die Sinterhilfe (III) ist mindestens eine aus der Gruppe mit LaB₆₁ NbC und WB, vorzugsweise LaB₆. Die Sinterhilfe (III) ist dazu in der Lage, Tieftemperatursintern des AlN-Pulvers zu fördern und auch die thermische Leitfähigkeit des AlN- Sinterprodukts zu verbessern. Die optimale Zusatzmenge an LaB₆ liegt im Bereich von 0,05 bis 3 Gew.-% bezogen auf das AlN-Sinterprodukt. Wenn die Zusatzmenge an LaB₆ innerhalb des Bereichs erhöht wird, wird die thermische Leitfähigkeit des AlN-Sinterprodukts merklich verbessert. Jedoch hindert eine übermäßige Zusatzmenge an LaB₆ von mehr als 3 Gew.-% den Sintervorgang. Andererseits liegt die optimale Zusatz menge an NbC oder WB im Bereich von 0,05 bis 5 Gew.-% des AlN-Sinterprodukts. Auch hier gilt, daß bei ansteigender Zu satzmenge an WB oder NbC innerhalb des Bereichs die thermi sche Leitfähigkeit des AlN-Sinterprodukts verbessert wird.

Jedoch behindert eine überschüssige Zusatzmenge an NbC oder WB mit mehr als 5 Gew.-% den Sintervorgang. Zusätzlich hängt die Zusatzmenge der Sinterhilfe (III) eng mit der spezifi schen Oberfläche und dem Sauerstoffgehalt des AlN-Pulvers zusammen. Wenn ein AlN-Pulver mit relativ kleiner spezifi scher Oberfläche und geringem Sauerstoffgehalt verwendet wird, ist, da zu erwarten ist, daß ein AlN-Sinterprodukt mit hoher thermischer Leitfähigkeit durch Sintern des AlN-Pul vers erhalten wird, eine kleine Zusatzmenge der Sinterhilfe (III) innerhalb des entsprechenden Bereichs ausreichend, um den Sintervorgang des AlN-Pulvers zu fördern. Wenn dagegen ein AlN-Pulver mit relativ großer spezifischer Oberfläche und hohem Sauerstoffgehalt verwendet wird, ist eine große Zusatzmenge der Sinterhilfe (III) innerhalb des entsprechen den Bereichs erforderlich, um die thermische Leitfähigkeit des AlN-Sinterprodukts zu verbessern. Es ist auch bevorzugt, daß jede Verbindung in der Sinterhilfe (III) eine Reinheit von 99,9% oder mehr aufweist und daß die mittlere Teilchen größe unter 10 µm liegt, um gleichförmigen Einbau in das AlN-Pulver zu erzielen.

Eine Mischung aus dem AlN-Pulver und den Sinterhilfen (I) bis (III) wird zur gewünschten Form verdichtet und dann für etwa 2 bis 10 Stunden in nichtoxidierender Atmosphäre bei einer Sintertemperatur von etwa 1650°C oder darunter gesin tert. Wenn LaB₆ als Sinterhilfe (III) verwendet wird, ist es bevorzugt, daß die Sintertemperatur im Bereich von 1500°C bis 1600°C bevorzugter von 1500°C bis 1625°C liegt. Wenn da gegen WB oder NbC als Sinterhilfe (III) verwendet werden, ist es bevorzugt, daß die Sintertemperatur im Bereich von 1550°C bis 1650°C liegt. Wenn die Sintertemperatur etwa 1625°C oder weniger ist, verschafft daher das erfindungsge mäße Verfahren zum Herstellen des AlN-Sinterprodukts auch den oben angegebenen Kostenvorteil. Die nichtoxidierende At mosphäre kann eine Inertatmosphäre sein, wie eine solche mit N₂, Ar usw., oder eine reduzierende Atmosphäre, wie eine solche mit H₂ usw., wie auch eine Atmosphäre aus einem Ge misch dieser Gase. Während des Sinterns in nichtoxidierender Atmosphäre reagieren die Sinterhilfen (I) bis (III) mit einer Aluminiumoxidschicht an der Oberfläche des AlN-Pul vers, um ein komplexes Oxid mit relativ niedrigem Schmelz punkt zu bilden. Es wird angenommen, daß das komplexe Oxid dazu in der Lage ist, Sauerstoffatome von Korngrenzen des AlN-Sinterprodukts zu entfernen, so daß die thermische Leit fähigkeit des AlN-Sinterprodukts merklich verbessert wird. Jedoch ist das komplexe Oxid wegen Analyseschwierigkeiten bisher nicht identifiziert. Gemäß dem oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Herstellverfahren kann ein AlN-Sinterpro dukt mit hoher thermischer Leitfähigkeit von 120 W/m·k oder mehr erhalten werden.

Beispiel 1

Das AlN-Sinterprodukt gemäß dem Beispiel 1 wurde durch das folgende Verfahren hergestellt. Ein AlN-Pulver mit 1,25 Gew.-% Sauerstoff und mit einer spezifischen Oberfläche von 5,0 m²/g, Sinterhilfen und Isopropyl-Alkohol als Lösungsmit tel wurden mit einer Kugelmühle vermischt, um eine Pulvermi schung zu erhalten. Die Sinterhilfen bestanden aus Y₂O₃ als Sinterhilfe (I), CaCO₃ als Sinterhilfe (II) und LaB₆ als Sinterhilfe (III). Die Zusatzmengen an Y₂O₃, CaCO₃ und LaB₆ betrugen 2,0 Gew.-%, 0,89 Gew.-% bzw. 0,1 Gew.-%. Die dieser CaCO₃-Menge entsprechende CaO-Menge ist 0,5 Gew.-%. Die Pul vermischung wurde bei einem Druck von 1,5 t/cm² mit einer Gummipresse zu einer Scheibe mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Höhe von 10 mm verdichtet. Die Scheibe wurde in einen Einsatzbehälter aus Bornitrid gesetzt und dann für 4 Stunden bei einer Sintertemperatur von 1600°C in nichtoxi dierender Atmosphäre mit N₂-Gas gesintert, um das AlN-Sin terprodukt des Beispiels 1 zu erhalten.

AlN-Sinterprodukte gemäß Beispielen 2 bis 25 und Vergleichs beispielen 1 bis 20 wurden mit im wesentlichen demselben Verfahren wie beim Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die in Tabelle 1 aufgelisteten Bedingungen verwendet wurden.

Was die Beispiele 1 bis 25 und die Vergleichsbeispiele 1 bis 20 betrifft, wurde jedes AlN-Sinterprodukt geschliffen und zu einer AlN-Sinterscheibe mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Dicke von 3 mm poliert, und dann wurden die rela tive Dichte und die thermische Leitfähigkeit jeder AlN-Sin terscheibe gemessen. Ein Laserschwallverfahren wurde zum Messen der thermischen Leitfähigkeit verwendet. Die Meßer gebnisse sind in der Tabelle 1 aufgelistet.

Zum Beispiel ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt, daß das Pulvergemisch mit einem AlN-Pulver mit einer spezifischen Oberfläche von 7,5 m²/g und einem Sauerstoffgehalt von 1,6 Gew.-% und mit Sinterhilfen aus 0,89 Gew.-% CaCO₃, 2 Gew.-% Y₂O₃ und 0,5 Gew.-% LaB₆ bei einer Sintertemperatur von 1600°C zu einer relativen Dichte von 99,5% gesintert wird, weswegen das Sinterprodukt des Beispiels 23 hohe ther mische Leitfähigkeit von 135 W/m·k zeigt. Andererseits ist beim Sinterprodukt des Vergleichsbeispiels 18, das durch Sintern eines Pulvergemischs mit AlN-Pulver mit einer spezi fischen Oberfläche von 10 m²/g und einem Sauerstoffgehalt von 2,20 Gew.-% und denselben Mengen an Sinterhilfen erhal ten wurde, die thermische Leitfähigkeit nicht ausreichend, d. h. ungefähr 100 W/m·k, obwohl die relative Dichte des selben 99,5% beträgt. Dieses Ergebnis zeigt an, daß selbst dann, wenn optimale Mengen an Sinterhilfen mit dem AlN-Pul ver vermischt werden, die Verwendung eines AlN-Pulvers mit einer spezifischen Oberfläche im Bereich von etwa 3,5 bis 8 m²/g und einem Sauerstoffgehalt im Bereich von 0,5 Gew.-% bis 1,8 Gew.-% sehr wichtig ist, um ein AlN-Sinterprodukt mit hoher thermischer Leitfähigkeit zu erhalten.

Im Beispiel 19 und im Vergleichsbeispiel 11 wurden beide Sinterprodukte bei einer Sintertemperatur von 1650°C erhal ten, und auch die Gesamtmenge an Sinterhilfen beim Beispiel 19 stimmt fast mit derjenigen der Sinterhilfen beim Ver gleichsbeispiel 11 überein. Jedoch ist die thermische Leit fähigkeit beim Beispiel 19 viel höher als beim Vergleichs beispiel 11. Dieses Ergebnis legt nahe, daß das Hinzufügen von LaB₆ zu den Sinterhilfen sehr wirkungsvoll ist, um die thermische Leitfähigkeit des AlN-Sinterprodukts zu verbes sern.

Zusätzlich zeigen die Ergebnisse in Tabelle 1 an, daß Pul vergemische mit AlN-Pulver mit einer spezifischen Oberfläche im Bereich von 3,5 bis 8 m²/g und einem Sauerstoffgehalt zwischen 0,5 und 1,8 Gew.-% und mit optimalen Zusatzmengen an Sinterhilfen gemäß der Erfindung bei Sintertemperaturen zwischen 1600°C und 1650°C dicht mit einer relativen Dichte von 98% oder mehr gesintert werden können, und daß diese Sinterprodukte auch eine hohe thermische Leitfähigkeit von 120 W/m·k oder mehr zeigen.

Da es zulässig ist, einen billigen Einsatzkörper aus Alumi niumoxid statt des teuren Einsatzkörpers aus BN zu verwen den, wenn Sintertemperaturen von etwa 1625°C oder weniger verwendet werden, hat das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines AlN-Sinterprodukts auch einen bedeutenden Kostenvorteil.

Beispiel 26

Das AlN-Sinterprodukt gemäß dem Beispiel 26 wurde mit dem folgenden Verfahren hergestellt. Ein AlN-Pulver mit 1,29 Gew.-% Sauerstoff und einer spezifischen Oberfläche von 5,3 m²/g Sinterhilfen und Isopropyl-Alkohol als Lösungsmit tel wurden mit einer Kugelmühle vermischt, um eine Pulver mischung zu erhalten. Die Sinterhilfen bestanden aus Y₂O₃ als Sinterhilfe (I), CaCO₃ als Sinterhilfe (II) und NbC als Sinterhilfe (III). Die Zusatzmengen an Y₂O₃, CaCO₃ und NbC betrugen 2,0 Gew.-%, 1,79 Gew.-% bzw. 0,5 Gew.-%. Die dieser Menge an CaCO₃ entsprechende Menge an CaO beträgt 1,0 Gew.-%. Das Pulvergemisch wurde unter einem Druck unter 1,5 t/cm² mit einer Gummipresse zu einer Scheibe mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Höhe von 10 mm verdichtet. Die Scheibe wurde in einen Einsatzkörper aus Bornitrid eingesetzt und dann bei einer Sintertemperatur von 1600°C in nichtoxidie render Atmosphäre mit N₂-Gas für 6 Stunden gesintert, um das AlN-Sinterprodukt gemäß dem Beispiel 26 zu erhalten.

Die AlN-Sinterprodukte der Beispiele 27 bis 30 und der Ver gleichsbeispiele 21 bis 30 wurden im wesentlichen gemäß demselben Verfahren wie das Beispiel 26 hergestellt, mit Ausnahme der Herstellbedingungen, wie sie in Tabelle 2 auf gelistet sind.

Was die Beispiele 26 bis 30 und die Vergleichsbeispiele 21 bis 30 betrifft, wurde jedes AlN-Sinterprodukt geschliffen und zu einer AlN-Sinterscheibe mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Dicke von 3 mm poliert, und dann wurden die relative Dichte und die thermische Leitfähigkeit jeder AlN- Sinterscheibe gemessen. Ein Laserschwallverfahren wurde zum Messen der thermischen Leitfähigkeit verwendet. Die Meßer gebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.

Die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen, daß die Pulvergemische mit einem AlN-Pulver mit einer spezifischen Oberfläche im Bereich von 3,5 bis 8 m²/g und einem Sauerstoffgehalt im Be reich von 0,5 bis 1,8 Gew.-% und mit optimalen Zusatzmengen an Sinterhilfen gemäß der Erfindung bei etwa 1600°C zu einer relativen Dichte von mehr als 98% dicht gesintert werden konnten, und daß die Sinterprodukte hohe thermische Leitfä higkeit von 120 W/m·k oder mehr zeigten.

Beispiel 31

Das AlN-Sinterprodukt gemäß dem Beispiel 31 wurde mit dem folgenden Verfahren hergestellt. Ein AlN-Pulver mit 1,29 Gew.-% Sauerstoff und einer spezifischen Oberfläche von 5,3 m²/g, Sinterhilfen und Isopropylalkohol wurden mit einer Kugelmühle vermischt, um ein Pulvergemisch zu erhalten. Die Sinterhilfen bestanden aus Y₂O₃ als Sinterhilfe (I), CaCO₃ als Sinterhilfe (II) und WB als Sinterhilfe (III). Die Zu satzmengen an Y₂O₃, CaCO₃ und WB betrugen 2,0 Gew.-%, 1,79 Gew.-% bzw. 0,5 Gew.-%. Die dieser Menge an CaCO₃ entspre chende Menge an CaO ist 1,0 Gew.-%. Das Pulvergemisch wurde bei einem Druck von 1,5 t/cm² mit einer Gummipresse zu einer Scheibe mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Höhe von 10 mm verdichtet. Die Scheibe wurde in einen Einsatzkörper aus Bornitrid eingesetzt und dann bei einer Sintertemperatur von 1600°C in nichtoxidierender Atmosphäre mit N₂-Gas für 6 Stunden gesintert, um das AlN-Sinterprodukt gemäß dem Bei spiel 31 zu erhalten.

AlN-Sinterprodukte gemäß Beispielen 32 bis 35 sowie Ver gleichsbeispielen 31 bis 40 wurden im wesentlichen gemäß demselben Verfahren wie das Produkt gemäß dem Beispiel 31 hergestellt, mit Ausnahme der in Tabelle 3 aufgelisteten Herstellbedingungen.

Was die Beispiele 31 bis 35 und die Vergleichsbeispiele 31 bis 40 betrifft, wurde jedes AlN-Sinterprodukt geschliffen und zu einer AlN-Sinterscheibe mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Dicke von 3 mm poliert, und die relative Dichte und die thermische Leitfähigkeit jeder AlN-Sinter scheibe wurden gemessen. Ein Laserschwallverfahren wurde zum Messen der thermischen Leitfähigkeit verwendet. Die Meßer gebnisse sind in Tabelle 3 aufgelistet.

Die Ergebnisse in Tabelle 3 zeigen, daß Pulvergemische mit AlN-Pulver mit einer spezifischen Oberfläche im Bereich von 3,5 bis 8 m²/g und einem Sauerstoffgehalt zwischen 0,5 und 1,8 Gew.-% und optimalen Zusatzmengen an Sinterhilfen gemäß der Erfindung bei etwa 1600°C zu einer relativen Dichte von mehr als 98% dicht gesintert werden können, und daß die Sinterprodukte auch eine hohe thermische Leitfähigkeit von 120 W/m·k zeigen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumnitrid(AlN)- Sinterprodukts, bei dem Sinterhilfen zu AlN-Pulver hinzuge mischt werden, das sich ergebende Gemisch verdichtet wird und dann das so verdichtete Gemisch bei einer vorgegebenen Sintertemperatur in nichtoxidierender Atmosphäre gesintert wird; dadurch gekennzeichnet, daß

- das AlN-Pulver eine spezifische Oberfläche im Bereich von etwa 3,5 bis 8 m²/g und einen Sauerstoffgehalt zwischen 0,5 und 1,8 Gew.-% aufweist;
- zu den Sinterhilfen folgendes gehört:
- - eine erste Sinterhilfe mit mindestens einem Material, das aus der Gruppe von Seltenerdoxiden und Seltenerdverbindun gen, die durch das Sintern in die entsprechenden Seltenerd oxide umgewandelt werden, ausgewählt wird, wobei die erste Sinterhilfe mit solcher Menge eingebaut wird, daß die zuge hörige Seltenerdoxidmenge im Bereich von 0,5 bis 10 Gew.-% bezogen auf das AlN-Sinterprodukt liegt;
- - eine zweite Sinterhilfe mit mindestens einem Material, das aus der Gruppe von Erdalkalioxiden und Erdalkaliverbin dungen, die durch das Sintern in die entsprechenden Erdalka lioxide umgewandelt werden, ausgewählt wird, wobei die erste Sinterhilfe mit solcher Menge eingebaut wird, daß die zuge hörige Erdalakalioxidmenge im Bereich von 0,1 bis 5 Gew.-% bezogen auf das AlN-Sinterprodukt liegt; und
- - eine dritte Sinterhilfe, zu der mindestens ein Material gehört, das aus der Gruppe mit LaB₆, NbC und WB ausgewählt wird, wobei die Zusatzmenge an LaB₆ im Bereich von 0,05 bis 3 Gew.-% bezogen auf das AlN-Sinterprodukt liegt, und die Zusatzmengen an WB und NbC jeweils im Bereich von 0,05 bis 5 Gew.-% bezogen auf das AlN-Sinterprodukt liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Sintertemperatur etwa 1650°C oder weniger beträgt.

3. Prozeß nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die spezifische Oberfläche des AlN-Pulvers im Bereich von 4,5 bis 7,0 m²/g liegt.