JP2002308678A - Porous ceramics and method for manufacturing the same - Google Patents

Porous ceramics and method for manufacturing the same

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JP2002308678A
JP2002308678A JP2002006820A JP2002006820A JP2002308678A JP 2002308678 A JP2002308678 A JP 2002308678A JP 2002006820 A JP2002006820 A JP 2002006820A JP 2002006820 A JP2002006820 A JP 2002006820A JP 2002308678 A JP2002308678 A JP 2002308678A
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ceramic
porous ceramic
porous
powder
pores
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JP2002006820A
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Japanese (ja)
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Tomomasa Miyanaga
倫正 宮永
Osamu Komura
修 小村
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain porous ceramics having uniform and fine closed pores and to provide a method for manufacturing the same. SOLUTION: The porous ceramics having uniform and fine closed pores are obtained by mixing metal powder as the precursor of the ceramics with a sintering aid, heat treating the mixture by microwave heating to nitride or oxidize the metal powder from its surfaces, and diffusing the metals into the nitrides or oxides formed as the shells of the metals. Because the porous ceramics obtained by this method have a high proportion of the closed pores and a uniform dispersion state, the ceramics show excellent characteristics when used for electronic circuit boards, or the like, requiring resistance against moisture absorption, a low dielectric constant, low dielectric loss and high mechanical strength.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、各種配線回路基板
等に用いられる電気絶縁材料や軽量で耐吸湿性の構造材
料である多孔質セラミックスおよびその製造方法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a porous ceramic which is an electric insulating material used for various printed circuit boards and the like and a lightweight and moisture-resistant structural material, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】セラミックスは、各種構造材料や電子部
品材料として用いられる材料であるが、近年さらなる軽
量かつ高強度化あるいは電気的特性の改善などその特性
の向上が求められている。例えば、半導体製造装置部品
として使用されるウェハー搬送ステージや描画用ステー
ジ等では、高精度、高速度駆動のためにステージ材のさ
らなる軽量化が求められている。また、電子機器に用い
られる回路基板や絶縁材料等においては、昨今の高周波
化に伴い、より低誘電率、低誘電損失の材料が強く求め
られるようになっている。
2. Description of the Related Art Ceramics are materials used as various structural materials and electronic component materials. In recent years, ceramics have been required to have further improved properties such as lighter weight, higher strength, and improved electrical properties. For example, in a wafer transfer stage or a drawing stage used as a part of a semiconductor manufacturing apparatus, further reduction in the weight of the stage material is required for high precision and high speed driving. In addition, as for the circuit board and the insulating material used for the electronic equipment, materials having lower dielectric constant and lower dielectric loss have been strongly demanded with the recent increase in the frequency.

【0003】そのために、セラミックスを多孔質にして
用いることが有効であると考えられる。例えば、セラミ
ックスの相対密度を50%に低減すれば、その重量を5
0%低減できる。また、空気は誘電率が約1であり、誘
電損失が0と優れた電気絶縁性を示すので、多孔質セラ
ミックスは、低誘電率、低誘電損失が求められる材料と
して望ましい特性が得られる。
[0003] For this purpose, it is considered effective to use ceramics in a porous state. For example, if the relative density of ceramics is reduced to 50%, the weight is reduced to 5%.
It can be reduced by 0%. In addition, since air has a dielectric constant of about 1 and a dielectric loss of 0, which indicates excellent electrical insulation, porous ceramics can have desirable characteristics as a material requiring a low dielectric constant and a low dielectric loss.

【0004】しかし、単にセラミックス焼結体の焼結工
程での制御によって微細な気孔が均一に分散された多孔
質焼結体を得ることは困難である。通常の場合は、粗大
気孔の発生による強度の低下や特性が不均一になるとい
った問題が生じる。また、得られた多孔質焼結体の気孔
はほとんどが開気孔であるので、セラミックス本来の耐
湿性が損なわれ、水分による電気的特性(誘電率、誘電
損失)の著しい悪化や各種特性のバラツキなど実用上望
まれる特性が得られないという問題もあった。
However, it is difficult to obtain a porous sintered body in which fine pores are uniformly dispersed simply by controlling the sintering process of the ceramic sintered body. In the normal case, problems such as a decrease in strength due to generation of coarse atmospheric pores and non-uniform characteristics occur. In addition, since most of the pores of the obtained porous sintered body are open pores, the inherent moisture resistance of the ceramic is impaired, and the electrical properties (dielectric constant and dielectric loss) due to moisture are remarkably deteriorated and variations in various properties are caused. For example, there is a problem that characteristics desired in practical use cannot be obtained.

【0005】そこで、微細な閉気孔からなる多孔質材料
を得る手法が種々考案されている。例えば、特開平3−
177372号公報には、靭性の向上を目的として、熱
膨張係数の異なる相を含有させることにより、閉気孔を
合計したときの体積比が0.07〜27.5%であるS
iC基多孔質焼結体が開示されている。しかし、この方
法では、27.5%以上の閉気孔を有するSiC基多孔
質焼結体を得ようとすれば、耐酸化性の低下や、気孔径
が増大するという問題がある。
[0005] Therefore, various techniques for obtaining a porous material having fine closed pores have been devised. For example, JP-A-3-
Japanese Patent No. 177372 discloses that S containing a phase having a different coefficient of thermal expansion to improve the toughness has a volume ratio of 0.07 to 27.5% when the closed pores are totalized.
An iC-based porous sintered body is disclosed. However, in this method, if an attempt is made to obtain a SiC-based porous sintered body having 27.5% or more closed pores, there is a problem that oxidation resistance decreases and pore diameter increases.

【0006】また、特開平5−310469号公報に
は、直径2〜10μmの閉気孔率が5〜15%である高
純度カルシア焼結体が示されている。この焼結体を得る
方法は、炭酸カルシウムと水との泥漿中にフェノールア
ルデヒドのような起泡剤あるいはカーボンブラックのよ
うな可燃性微粉を混合して焼成することによるとある。
しかしこの方法では、閉気孔内に起泡剤あるいは可燃性
微粉の残渣が存在し、また起泡剤を増すと形状の保持が
困難になるので、閉気孔率を大きくすることができない
という問題がある。
Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 5-310469 discloses a high-purity calcia sintered body having a diameter of 2 to 10 μm and a closed porosity of 5 to 15%. This sintered body is obtained by mixing a foaming agent such as phenol aldehyde or a combustible fine powder such as carbon black into a slurry of calcium carbonate and water, followed by firing.
However, in this method, there is a problem that a foaming agent or a residue of flammable fine powder is present in the closed pores, and it is difficult to maintain the shape when the foaming agent is increased, so that the closed porosity cannot be increased. is there.

【0007】さらに、特開平6−157157号公報に
は、セラミックス内部の閉気孔の圧力と焼成炉内の圧力
を平衡させることにより、閉気孔を形成した軽量かつ高
強度なセラミックスが示されている。しかし、この方法
では、気孔径を制御することが困難であるという問題が
ある。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-157157 discloses a lightweight and high-strength ceramic having closed pores formed by balancing the pressure of the closed pores inside the ceramic and the pressure in the firing furnace. . However, this method has a problem that it is difficult to control the pore diameter.

【0008】また、特開平11−116333号公報に
は、ホウケイ酸ガラスを熱処理で分相化し、可溶性相を
溶出させ、粉砕した後、表面のみを火炎で溶融させて閉
気孔化することにより、ナノメーターオーダーの閉気孔
を持つ多孔質ガラスを調整する。このガラスを結晶化熱
処理して得た多孔質骨材を使用して、ガラス/骨材/樹
脂球の混合物を調整し、グリーンシート積層法でセラミ
ックス回路基板を作製する方法が示されている。この方
法で得られるセラミックス回路基板の比誘電率は2以下
で、熱膨張係数は13〜17ppm/℃である。この方
法では、熱処理で分相化し、可溶性相を溶出する材料に
限定される。また、プロセスが複雑であるばかりでな
く、異なる相に複合化して用いる必要があるため、本来
の機械的、電気的特性が得られない。さらに、一旦開気
孔が雰囲気にさらされ、水分の吸着などが生じるとこれ
を完全に解離、制御することは困難であるという問題が
ある。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-116333 discloses that borosilicate glass is phase-separated by heat treatment, a soluble phase is eluted, pulverized, and then only the surface is melted with a flame to form closed pores. Prepare porous glass with closed pores on the order of nanometers. A method is disclosed in which a mixture of glass / aggregate / resin spheres is prepared using a porous aggregate obtained by subjecting the glass to crystallization heat treatment, and a ceramic circuit board is manufactured by a green sheet laminating method. The relative permittivity of the ceramic circuit board obtained by this method is 2 or less, and the coefficient of thermal expansion is 13 to 17 ppm / ° C. In this method, the material is phase-separated by heat treatment and is limited to a material that elutes a soluble phase. Further, not only is the process complicated, but also it is necessary to use the composite in different phases, so that the original mechanical and electrical characteristics cannot be obtained. Furthermore, once the open pores are exposed to the atmosphere and moisture is adsorbed, it is difficult to completely dissociate and control this.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記のように閉気孔を
形成させる従来の技術は、起泡剤や溶融物あるいは熱膨
張係数の異なる相等マトリックス相とは異なる第2相を
添加する必要があるため、第2相あるいは第2相の残渣
により電気的、機械的特性が大きく低下するという問題
がある。また、気孔率を大きくするとマトリックス骨格
が形成できなくなったり、気孔径が制御できなくなるな
ど、形成できる気孔率、気孔径に限界があった。そこ
で、本発明は、上記問題点を解決するためになされたも
のである。すなわち、本発明は、均一かつ微細な閉気孔
を有する多孔質セラミックスとその製造方法を提供する
ものである。
In the prior art for forming closed pores as described above, it is necessary to add a foaming agent, a melt, or a second phase different from a matrix phase such as a phase having a different coefficient of thermal expansion. Therefore, there is a problem that the electrical and mechanical properties are greatly reduced by the second phase or the residue of the second phase. In addition, when the porosity is increased, the porosity and the pore diameter that can be formed are limited, for example, the matrix skeleton cannot be formed or the pore diameter cannot be controlled. Therefore, the present invention has been made to solve the above problems. That is, the present invention provides a porous ceramic having uniform and fine closed pores and a method for producing the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の多孔質セラミッ
クスは、相対密度が70%未満であり、全気孔中の閉気
孔の割合が50%以上である。さらには、相対密度が5
0%未満であり、全気孔中の閉気孔の割合が90%以上
である。通常の多孔質セラミックスの場合図2に模式的
に示すように粒子間が気孔となっているのに対し、本発
明の多孔質セラミックスは、図1に模式的に示すように
粒子が中空状となった構造を有するので、緻密質部分
(骨格部)がネットワーク状に連続した構造となる。か
つ粗大な空孔を含まないので、従来の多孔質セラミック
スより優れた機械的強度を有する他、条件によっては高
熱伝導性が得られる。特に、粒子が中空化するため均一
な径の空孔が分散した構造を有する多孔質セラミックス
において、多孔質セラミックスの任意の断面において、
隣接する2つの空孔の半径r1、r2とセラミックス部
の幅bとが、(r1+r2)/b>1とすることができ
る。より好ましくは、(r1+r2)/b>2である。
また、構成相がセラミックスと酸窒化物相とから成る多
孔質セラミックスである。さらに、前記セラミックスが
窒化珪素、酸化珪素、窒化アルミニウムまたは酸化アル
ミニウムのいずれかである。
The porous ceramic of the present invention has a relative density of less than 70% and a ratio of closed pores among all the pores is 50% or more. Furthermore, when the relative density is 5
It is less than 0%, and the ratio of closed pores in all the pores is 90% or more. In the case of ordinary porous ceramics, pores are formed between the particles as schematically shown in FIG. 2, whereas the porous ceramics of the present invention have a hollow particle as schematically shown in FIG. Because of this structure, the dense portion (skeleton portion) has a network-like structure. In addition, since it does not contain coarse pores, it has better mechanical strength than conventional porous ceramics, and also has high thermal conductivity depending on conditions. In particular, in porous ceramics having a structure in which pores of uniform diameter are dispersed for hollowing out particles, in any cross section of the porous ceramics,
The radii r1 and r2 of two adjacent holes and the width b of the ceramic portion can be set to (r1 + r2) / b> 1. More preferably, (r1 + r2) / b> 2.
Further, the porous ceramic is composed of a ceramic and an oxynitride phase. Further, the ceramic is any one of silicon nitride, silicon oxide, aluminum nitride and aluminum oxide.

【0011】また、少なくとも一部の絶縁層が前記多孔
質セラミックス材料からなることを特徴とするセラミッ
クス回路基板である。
Further, there is provided a ceramic circuit board, wherein at least a part of the insulating layer is made of the porous ceramic material.

【0012】また、本発明の多孔質セラミックスは、多
孔質セラミックスの前駆体である金属粉末からなる成形
体を作製し、反応ガス中で熱処理する製造方法によって
得ることができる。さらに、前記成形体をマイクロ波照
射下で熱処理することにより、中空化したセラミックス
粒子からなる多孔質セラミックスを得ることができる。
また、金属粉末がシリコンであり、多孔質セラミックス
が窒化珪素または酸化珪素である。あるいは、金属粉末
がアルミニウムであり、多孔質セラミックスが窒化アル
ミニウムまたは酸化アルミニウムである。
Further, the porous ceramics of the present invention can be obtained by a manufacturing method in which a molded body made of a metal powder which is a precursor of the porous ceramics is prepared and heat-treated in a reaction gas. Further, a porous ceramic comprising hollow ceramic particles can be obtained by subjecting the molded body to heat treatment under microwave irradiation.
The metal powder is silicon, and the porous ceramic is silicon nitride or silicon oxide. Alternatively, the metal powder is aluminum, and the porous ceramic is aluminum nitride or aluminum oxide.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の多孔質セラミックスにつ
いて、その製造方法も絡めて以下詳述する。本発明の多
孔質セラミックスは、金属粉末と焼結助剤粉末とを準備
する工程と、これらの粉末を混合し混合粉末とする工程
と、同混合粉末を成形し成形体とする工程と、同成形体
を窒素または酸素の存在する雰囲気下で焼結し、金属窒
化物または金属酸化物の焼結体とする工程とを含む方法
によって得られる。閉気孔は、セラミックスの前駆体で
ある金属粉末を中空化することによって得られる。相対
密度と全気孔中の閉気孔の割合は、出発原料である金属
粉末の粒度によって制御することができる。金属粉末
は、市販の高純度金属粉末を用いることができる。しか
し、金属粉末の表面には、自然酸化膜やその後の熱処理
により熱酸化膜が形成される。酸化物セラミックス以外
の場合は、これらの酸化膜の量によって中空化の度合い
が著しく変化するので、金属粉末中の酸素量の制御は重
要である。酸素量は、金属酸化物に換算して、0.4m
ol%以上、1.5mol%以下の範囲のものを選択す
ることが望ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The porous ceramic of the present invention will be described in detail below, including its manufacturing method. The porous ceramic of the present invention comprises the steps of preparing a metal powder and a sintering aid powder, mixing these powders to form a mixed powder, and molding the mixed powder to form a compact. Sintering the compact in an atmosphere in which nitrogen or oxygen is present to form a sintered body of metal nitride or metal oxide. The closed pores are obtained by hollowing a metal powder which is a precursor of ceramics. The relative density and the ratio of closed pores in all pores can be controlled by the particle size of the starting metal powder. As the metal powder, a commercially available high-purity metal powder can be used. However, a natural oxide film or a thermal oxide film is formed on the surface of the metal powder by a subsequent heat treatment. In the case other than oxide ceramics, the degree of hollowing changes remarkably depending on the amount of these oxide films, and therefore, control of the amount of oxygen in the metal powder is important. The amount of oxygen is 0.4 m
It is desirable to select one having a range of not less than ol% and not more than 1.5 mol%.

【0014】金属粉末の平均粒径は、0.1μm以上1
5μm以下が好ましい。0.1μm未満になると比表面
積が大きいので、前記酸素量の制御が困難となり、また
15μm以上では、完全に中空化するための反応時間が
長くなるので経済的ではない。
The average particle size of the metal powder is 0.1 μm or more and 1 μm or more.
5 μm or less is preferable. If it is less than 0.1 μm, the specific surface area is large, so that it is difficult to control the amount of oxygen. If it is 15 μm or more, the reaction time for completely hollowing out becomes long, which is not economical.

【0015】前記金属粉末に焼結助剤として希土類酸化
物を添加する。希土類酸化物は、Yb23、Sm23
Er23、Gd23、Y23から選ばれる少なくとも一
種類を金属粉末に対して0.2mol%以上2.5mo
l%以下添加することが好ましい。0.2mol%未満
では、金属の拡散が促進されず中空化が十分に行われな
い。また、2.5mol%以上では、全気孔率が低下し
やすくなる。従来、セラミックスの焼結助剤として知ら
れているFe23やAl23などは、本発明の場合、中
空化が十分行われないので好ましくない。また、添加す
る焼結助剤の平均粒径は、0.1μm以上1μm以下が
好ましい。0.1μm未満では、凝集等が生じやすくな
るので取扱が困難となり、また1μm以上では、金属粉
末の窒化または酸化反応が進行しにくくなる。また、金
属粉末の表面の酸化膜が反応を妨げる場合は、上記焼結
助剤に加えて、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属
あるいはそれら金属の酸化物を第2の焼結助剤として添
加することが好ましい。第2の焼結助剤の添加量は0.
1mol%以上1.5mol%以下が好ましく、その平
均粒径は、0.1μm以上2μm以下が好ましい。
A rare earth oxide is added to the metal powder as a sintering aid. Rare earth oxides include Yb 2 O 3 , Sm 2 O 3 ,
At least one selected from Er 2 O 3 , Gd 2 O 3 , and Y 2 O 3 is 0.2 mol% or more to 2.5 mol% with respect to the metal powder.
It is preferable to add 1% or less. If it is less than 0.2 mol%, diffusion of metal is not promoted and hollowing is not sufficiently performed. When the content is 2.5 mol% or more, the total porosity tends to decrease. Conventionally, Fe 2 O 3 , Al 2 O 3, and the like, which are known as sintering aids for ceramics, are not preferable in the case of the present invention because hollowing is not sufficiently performed. Further, the average particle size of the sintering aid to be added is preferably 0.1 μm or more and 1 μm or less. If the thickness is less than 0.1 μm, it becomes difficult to handle because agglomeration or the like is likely to occur, and if it is 1 μm or more, the nitridation or oxidation reaction of the metal powder hardly proceeds. When the oxide film on the surface of the metal powder hinders the reaction, an alkali metal or an alkaline earth metal or an oxide of such a metal is added as a second sintering aid in addition to the sintering aid. Is preferred. The addition amount of the second sintering aid is 0.
1 mol% or more and 1.5 mol% or less are preferable, and the average particle diameter is preferably 0.1 μm or more and 2 μm or less.

【0016】金属粉末と焼結助剤および必要に応じて有
機バインダーを添加して、既存のボールミルや超音波混
合などの方法により、混合する。混合後、乾燥させる。
その後、所定の形状に成形し、成形体を得る。成形は、
通常の乾式プレス成形法、押し出し成形法、ドクターブ
レード成形法および射出成形法のような公知の成形法を
用いることができ、所望する形状に合わせて品質上・生
産上最も望ましい成形方法を選べばよい。なお成形に先
立ち混合後の混合粉末を顆粒状に造粒し、予めその嵩密
度を高め、成形性を高めることもできる。前記有機バイ
ンダーは、成形性をさらに向上させる場合に添加するも
のである。
The metal powder, a sintering aid and, if necessary, an organic binder are added and mixed by a conventional method such as ball milling or ultrasonic mixing. After mixing, dry.
Then, it is molded into a predetermined shape to obtain a molded body. Molding is
Known molding methods such as ordinary dry press molding, extrusion molding, doctor blade molding and injection molding can be used, and if the most desirable molding method in terms of quality and production is selected according to the desired shape, Good. It is also possible to granulate the mixed powder after mixing prior to molding to increase its bulk density in advance to enhance moldability. The organic binder is added when the moldability is further improved.

【0017】前記成形体を窒素または酸素を含有する雰
囲気ガス中で熱処理により、金属の窒化または酸化反応
を進行させることで、個々の金属粉末が中空化するとと
もに、反応した隣接する金属粉末の窒化物または酸化物
どうしが一体化し、微細な閉気孔を有する多孔質セラミ
ックスを得ることができる。図3、4に模式的に示すよ
うに、まず金属粉末の表面が窒化または酸化する。熱処
理を進めると、窒化あるいは酸化反応の際、金属が外周
の窒化物あるいは酸化物側へ拡散して窒化または酸化反
応が進行して中空化している模様である。このため、最
終的には金属粉末であった部分が空孔となる。中空化の
度合いは、出発原料である金属粉末中に含まれる酸素量
や、焼結助剤の種類あるいは熱処理方法によって異な
る。個々の閉気孔の大きさは、基本的には、出発原料で
ある金属粉末の粒度に依存する大きさとなるので、金属
粉末の粒径が均一であれば、閉気孔の大きさは均一であ
り、粗大な閉気孔が含まれることはない。
By heat-treating the compact in an atmosphere gas containing nitrogen or oxygen to promote the nitridation or oxidation reaction of the metal, the individual metal powders are hollowed and the reacted adjacent metal powders are nitrided. It is possible to obtain a porous ceramic having fine closed pores by integrating substances or oxides. As shown schematically in FIGS. 3 and 4, first, the surface of the metal powder is nitrided or oxidized. When the heat treatment is advanced, it appears that the metal diffuses toward the nitride or oxide on the outer periphery during the nitridation or oxidation reaction, and the nitridation or oxidation reaction proceeds, and the metal is hollowed out. For this reason, the portion which was finally the metal powder becomes a void. The degree of hollowing varies depending on the amount of oxygen contained in the starting metal powder, the type of sintering aid, or the heat treatment method. Since the size of each closed pore basically depends on the particle size of the metal powder as a starting material, if the particle size of the metal powder is uniform, the size of the closed pore is uniform. No coarse closed pores are included.

【0018】熱処理は、カーボンヒーター炉等で行うこ
とができる。金属粉末の拡散を促進し、粒成長による中
空構造の消失を抑制するために、マイクロ波を用いた熱
処理が好ましい。特に20GHz以上の周波数のマイク
ロ波を照射して加熱すると、金属粉末の外殻に形成され
る金属窒化物あるいは金属酸化物への金属の拡散をより
促進することができるので、金属粉末の中空化が容易に
なるので好ましい。
The heat treatment can be performed in a carbon heater furnace or the like. In order to promote diffusion of the metal powder and suppress disappearance of the hollow structure due to grain growth, heat treatment using microwaves is preferable. In particular, heating by irradiating a microwave having a frequency of 20 GHz or more can promote the diffusion of the metal into the metal nitride or metal oxide formed on the outer shell of the metal powder. This is preferable because it becomes easier.

【0019】熱処理温度は、出発原料の金属粉末によっ
て好ましい温度範囲が異なるので、以下に、Siを窒化
してSi34の多孔質セラミックスを得る場合を例に上
げて詳述する。Siを窒化する熱処理温度は、1200
℃以上が好ましい。1200℃未満では金属粉末の窒化
反応の進行が遅くなり、経済的ではない。また、カーボ
ンヒーター加熱では1500℃以下、マイクロ波加熱で
は1750℃以下の温度が好ましい。これ以上の温度で
は金属窒化物の相変態や粒成長が生じるので、中空化構
造が変化して本発明の多孔質セラミックスを得ることが
困難となる。
Since the preferable temperature range of the heat treatment varies depending on the starting metal powder, the case of obtaining a porous ceramic of Si 3 N 4 by nitriding Si will be described in detail below. The heat treatment temperature for nitriding Si is 1200
C. or higher is preferred. If the temperature is lower than 1200 ° C., the progress of the nitriding reaction of the metal powder becomes slow, which is not economical. Further, the temperature is preferably 1500 ° C. or less for carbon heater heating, and 1750 ° C. or less for microwave heating. At a temperature higher than this, phase transformation and grain growth of the metal nitride occur, so that the hollowed structure changes and it becomes difficult to obtain the porous ceramic of the present invention.

【0020】また、最高温度までの昇温は、2段階以上
に分けて階段状に昇温するのが好ましい。これは、金属
の窒化反応は発熱反応であるので、一度に最終焼結温度
まで昇温すると、自らの発熱によって温度が金属の融点
を超え、金属の溶融が発生するためである。金属の溶融
が発生すると、未反応の溶融塊となり粗大な空孔が発生
したり、成形体から溶出したりするので多孔質セラミッ
クスの機械的、電気的特性の劣化を引き起こす。他の金
属粉末を出発原料とする場合や酸化反応させる場合で
も、温度条件は変わるが、2段階以上に分けて階段状に
昇温することが好ましいことに変わりはない。
It is preferable that the temperature is raised to the maximum temperature in two or more steps and the temperature is raised stepwise. This is because the nitriding reaction of the metal is an exothermic reaction, and if the temperature is raised to the final sintering temperature at once, the temperature of the metal exceeds the melting point of the metal due to its own heat generation, and the melting of the metal occurs. When the melting of the metal occurs, it becomes an unreacted molten mass, and coarse pores are generated or eluted from the molded body, thereby deteriorating the mechanical and electrical properties of the porous ceramic. Even when other metal powders are used as a starting material or when an oxidation reaction is performed, the temperature condition changes, but it is still preferable that the temperature be increased stepwise in two or more stages.

【0021】熱処理時の雰囲気は、窒化物を得ようとす
る場合は、N2あるいはNH3を含む非酸化性雰囲気とす
る。酸化物を得ようとする場合は、O2を含む酸化性雰
囲気とする。いずれの場合も圧力に限定はないが、1気
圧(101kPa)以上5気圧(507kPa)以下が
好ましい。
The atmosphere during the heat treatment is a non-oxidizing atmosphere containing N 2 or NH 3 in order to obtain a nitride. When an oxide is to be obtained, an oxidizing atmosphere containing O 2 is used. In either case, the pressure is not limited, but is preferably 1 atm (101 kPa) or more and 5 atm (507 kPa) or less.

【0022】以上のようにして得られる本発明の多孔質
セラミックスは、金属粉末の個々の粒子が中空化するこ
とにより、均一な径の空孔が分散した組織となる。実質
的に無機セラミックス単一層の多孔質セラミックスであ
る。このため、耐吸湿性に優れ、低誘電率、低誘電損失
である多孔質セラミックスである。相対密度は70%未
満であり全気孔中の閉気孔の割合は50%以上となる。
さらに、原料金属粉末の平均粒径、表面の酸素量、焼結
助剤の種類、焼結条件を選べば、相対密度が50%未満
で全気孔中の閉気孔の割合が90%以上とすることがで
きる。
The porous ceramic of the present invention obtained as described above has a structure in which pores having a uniform diameter are dispersed by hollowing out individual particles of the metal powder. It is a porous ceramic having substantially a single layer of inorganic ceramics. Therefore, it is a porous ceramic having excellent moisture absorption resistance, low dielectric constant, and low dielectric loss. The relative density is less than 70%, and the proportion of closed pores in all the pores is 50% or more.
Furthermore, if the average particle size of the raw metal powder, the amount of oxygen on the surface, the type of sintering aid, and the sintering conditions are selected, the relative density is less than 50% and the ratio of closed pores in all pores is 90% or more. be able to.

【0023】本発明の多孔質セラミックスの任意の断面
において、図1に示すように隣接する空孔の半径をそれ
ぞれr1、r2とし、セラミックス部の厚みをbとする
と、(r1+r2)/b>1となるものができる。つま
り原料金属粉末の平均粒径、表面の酸素量、焼結助剤の
種類、焼結条件を選べば、空孔の直径がセラミックスの
厚みの2倍以上とすることができる。より好ましくは、
(r1+r2)/b>2である。
In an arbitrary cross section of the porous ceramic of the present invention, as shown in FIG. 1, if the radii of adjacent holes are r1 and r2 and the thickness of the ceramic portion is b, (r1 + r2) / b> 1 Can be made. That is, if the average particle size of the raw metal powder, the amount of oxygen on the surface, the type of sintering aid, and the sintering conditions are selected, the diameter of the pores can be made twice or more the thickness of the ceramic. More preferably,
(R1 + r2) / b> 2.

【0024】このような組織にすることによって、誘電
損失をより低減することができる。また、本発明の多孔
質セラミックスの誘電損失は、10-4程度以下となる。
機械的特性として、3点曲げによる抗折強度は、150
MPa以上であり、優れた電気的、機械的特性を有する
多孔質セラミックスである。
With such a structure, dielectric loss can be further reduced. The dielectric loss of the porous ceramic of the present invention is about 10 -4 or less.
As mechanical properties, the bending strength by three-point bending is 150
It is a porous ceramic having an electrical and mechanical property of not less than MPa.

【0025】本発明の多孔質セラミックスの材料系や製
造方法は、限定されるものではないが、特に、Si
34、SiO2、AlN、Al23等の材料において構
造材料や電子材料として有用である。セラミックスの前
駆体として、SiあるいはAlの金属粉末を出発原料と
して用い、この金属粉末を窒化あるいは酸化させる反応
過程で、金属元素の外殻への拡散を促進することによっ
て、均一な空孔が微細に分散した多孔質セラミックスを
容易に得ることができる。
Although the material system and manufacturing method of the porous ceramic of the present invention are not limited, in particular,
3 N 4, SiO 2, AlN , it is useful as structural materials or electronic materials in the material such as Al 2 O 3. As a precursor of ceramics, a metal powder of Si or Al is used as a starting material. In the reaction process of nitriding or oxidizing this metal powder, uniform metal particles are promoted to diffuse into the outer shell, so that uniform pores are formed. It is possible to easily obtain porous ceramics dispersed in the ceramics.

【0026】[0026]

【実施例】実施例1 平均粒径1μmのSi粉末と焼結助剤として、平均粒径
0.8μmの表1記載の希土類酸化物をSi粉末に対し
0.8mol%を準備した。各粉末はいずれも市販のも
のである。尚、Si粉末表面の酸素量は、不活性ガス融
解、赤外線検出法で測定し、SiO2換算で0.7mo
l%であることを予め確認したものを用意した。準備し
た各粉末を、エチルアルコールを溶媒として、24時間
ボールミル混合した。混合後、自然乾燥し、乾式プレス
を用いて、φ23x3mmと4.5x7x45mmのサ
イズに成形した。この成形体を大気圧の窒素雰囲気中で
周波数28GHzのマイクロ波加熱により、1200℃
で3時間保持した後1400℃に昇温し3時間保持し
た。2段階で昇温した理由は、シリコンの窒化反応が、
1400℃において発熱反応(Si+2/3N2=1/
3Si34+64kJ)であるので、一度に1400℃
まで昇温すると自らの発熱によって、温度が1400℃
以上になりSiの溶融などが発生したためである。自然
冷却後、φ20x1mmならびに3x4x40mmのサ
イズに外周研削盤と平面研削盤を用いて仕上げ加工し
た。仕上加工した焼結体を用いて、次のようにして各特
性を測定した。尚、焼結体は、X線回折によって、金属
Siは残存しておらず、すべてSi 34になっているこ
とを確認した。
Example 1 Example 1 Si powder having an average particle diameter of 1 μm and an average particle diameter as a sintering aid
0.8 μm of the rare earth oxides listed in Table 1 with respect to Si powder
0.8 mol% was prepared. Each powder is commercially available
It is. The amount of oxygen on the surface of the Si powder depends on the inert gas
Solution, measured by infrared detection method,Two0.7mo in conversion
What was previously confirmed to be 1% was prepared. Prepare
Each powder was dissolved in ethyl alcohol for 24 hours.
Ball mill mixed. After mixing, air dry and dry press
Using φ23 × 3mm and 4.5 × 7 × 45mm
It was molded into a size. This molded body is placed in a nitrogen atmosphere at atmospheric pressure.
1200 ° C. by microwave heating at a frequency of 28 GHz
And hold for 3 hours, then raise the temperature to 1400 ° C and hold for 3 hours
Was. The reason for the temperature rise in two stages is that the nitridation reaction of silicon
Exothermic reaction at 1400 ° C. (Si + 2 / 3NTwo= 1 /
3SiThreeNFour+64 kJ), so 1400 ° C at a time
When the temperature rises to 1400 ° C due to its own heat generation
This is because Si has been melted as described above. Nature
After cooling, a φ20x1mm and 3x4x40mm
Finishing using a peripheral grinding machine and a surface grinding machine
Was. Using the finished sintered body,
The properties were measured. Incidentally, the sintered body is made of metal by X-ray diffraction.
No Si remains, and all Si ThreeNFourIt has become
And confirmed.

【0027】全気孔率は、焼結体の寸法と重量から見か
けの密度を算出し、また理論密度を焼結助剤の添加量か
ら混合則により計算して求め、次の式から求めた。(1
−見かけ密度/理論密度)x100(%)。
The total porosity was obtained by calculating the apparent density from the size and weight of the sintered body, and calculating the theoretical density from the amount of the sintering additive added in accordance with the mixing rule. (1
-Apparent density / theoretical density) x 100 (%).

【0028】閉気孔比率は、水銀ポロシメーターによ
り、開気孔容積を測定し、次の式により算出した。(全
気孔容積−開気孔容積)/全気孔容積x100(%)
The closed pore ratio was calculated by the following equation by measuring the open pore volume with a mercury porosimeter. (Total pore volume−open pore volume) / total pore volume × 100 (%)

【0029】隣接する空孔の半径r1,r2及びセラミ
ックス部の厚みbは、焼結体を切断し、断面を研磨後、
SEM観察した。そのSEM写真により、空孔の中心点
を2次元で重心位置となる点として定め、図1に示すよ
うに、任意の隣接する空孔の中心点を結び、空孔の半径
r1,r2とセラミックス部の厚みbを測定した。50
箇所を測定した結果の平均値を表1に示す。
The radii r1 and r2 of the adjacent holes and the thickness b of the ceramic portion are determined by cutting the sintered body and polishing the cross section.
SEM observation was performed. Based on the SEM photograph, the center point of the hole is defined as a point which becomes the position of the center of gravity in two dimensions, and as shown in FIG. The thickness b of the part was measured. 50
Table 1 shows the average value of the results of measuring the locations.

【0030】電気的特性として、1GHzにおける誘電
損失(tanδ)をJIS C 2141に規定された
測定方法によって測定した。また機械的特性として、J
ISR1601に規定された強度試験片形状に仕上げ、
3点曲げ強度を同規定に基づいて測定した。これらの結
果を表1に示す。また、参考のためにSi34を原料と
する緻密な焼結体の特性を参1として、Si34を原料
として特開平9−249457号公報に示された方法に
より作製した多孔体の特性を参2として、SiO2多孔
体の特性を参3として表1にあわせて示す。尚、参1と
参2の参考例の焼結助剤であるY23の添加量は、5m
ol%であり、参1の緻密体にはY23の他にAl23
を3wt%含有させたものである。参3のSiO2は添
加剤を含有させず、ホウケイ酸ガラスから可溶性相を溶
出したものである。
As an electrical characteristic, a dielectric loss (tan δ) at 1 GHz was measured by a measuring method specified in JIS C2141. Also, as mechanical properties, J
Finished to the strength test piece shape specified in ISR1601,
The three-point bending strength was measured based on the same rules. Table 1 shows the results. Also, for reference, the characteristics of a dense sintered body using Si 3 N 4 as a raw material are referred to 1, and a porous body prepared by using a method disclosed in JP-A-9-249457 using Si 3 N 4 as a raw material. Table 2 shows the characteristics of the porous body of SiO 2 as Reference 3 with the characteristics of No. 2 as reference. In addition, the addition amount of Y 2 O 3 as a sintering aid of Reference Examples 1 and 2 was 5 m
was ol%, Al 2 O 3 in the dense body of the ginseng 1 in addition to Y 2 O 3
Is contained at 3 wt%. The SiO 2 of Reference No. 3 contains no additive and elutes a soluble phase from borosilicate glass.

【0031】[0031]

【表1】 *印は比較例[Table 1] * Marked comparative example

【0032】表1から判るように、本願発明の焼結助剤
を添加して得られる焼結体は、気孔率が50%以上すな
わち相対密度が50%以下であり、閉気孔の比率は、5
0%以上である。また誘電損失は、従来の多孔質セラミ
ックスに比べて、1x10-4以下と低く、抗折強度は1
50MPa以上と優れた電気的,機械的特性を有してい
ることがわかる。また、(r1+r2)/bの値は、焼
結助剤を選べば、1以上すなわち空孔の直径がセラミッ
クス部と同等以上である多孔質セラミックスとなってい
る。空孔の直径は、例えばNo3の試料で、0.7μm
であった。
As can be seen from Table 1, the sintered body obtained by adding the sintering aid of the present invention has a porosity of 50% or more, that is, a relative density of 50% or less, and the ratio of closed pores is 5
0% or more. Further, the dielectric loss is as low as 1 × 10 −4 or less as compared with the conventional porous ceramics, and the transverse rupture strength is 1 ×.
It can be seen that it has excellent electrical and mechanical properties of 50 MPa or more. In addition, the value of (r1 + r2) / b is a porous ceramic having a value of 1 or more, that is, a pore diameter equal to or more than that of the ceramic portion, if a sintering aid is selected. The diameter of the hole is, for example, 0.7 μm
Met.

【0033】実施例2 平均粒径1、10、15μmの3種類のSi粉末と焼結
助剤として、平均粒径0.8μmのSm23をSi粉末
に対し1.0mol%を準備した。各粉末はいずれも市
販のものである。実施例1と同様の方法で、混合、成
形、焼結、仕上加工を行った。Si粉末の表面酸素量な
らびに全気孔率、閉気孔比率及び誘電損失を実施例1と
同様に測定した結果を表2に示す。
Example 2 Three kinds of Si powder having an average particle diameter of 1, 10 and 15 μm and Sm 2 O 3 having an average particle diameter of 0.8 μm as a sintering aid were prepared in an amount of 1.0 mol% based on the Si powder. . Each powder is commercially available. Mixing, molding, sintering, and finishing were performed in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the results of measuring the surface oxygen content, total porosity, closed porosity, and dielectric loss of the Si powder in the same manner as in Example 1.

【0034】[0034]

【表2】 [Table 2]

【0035】表2からわかるように、Si粉末表面の酸
素量(SiO2換算)は、粉末の平均粒径が大きいほど
少なくなる。全気孔率、閉気孔比率および誘電損失は、
出発原料であるSi粉末の平均粒径によって異なること
が判る。
As can be seen from Table 2, the amount of oxygen (in terms of SiO 2 ) on the surface of the Si powder decreases as the average particle diameter of the powder increases. The total porosity, closed porosity and dielectric loss are
It can be seen that it differs depending on the average particle size of the starting material Si powder.

【0036】実施例3 平均粒径1μmのSi粉末と焼結助剤として、平均粒径
0.8μmのYb23をSi粉末に対し表3の割合で準
備した。Si粉末表面の酸素量は、SiO2換算で0.
7mol%のものとした。各粉末はいずれも市販のもの
である。これらの粉末を用いて、実施例1と同様の方法
で、混合、成形、焼結、仕上加工を行った。各焼結体の
全気孔率、閉気孔比率及び誘電損失を実施例1と同様に
測定した結果を表3に示す。
Example 3 A Si powder having an average particle diameter of 1 μm and Yb 2 O 3 having an average particle diameter of 0.8 μm as a sintering aid were prepared at a ratio shown in Table 3 with respect to the Si powder. The amount of oxygen on the surface of the Si powder is 0.1% in terms of SiO 2 .
7 mol%. Each powder is commercially available. Using these powders, mixing, molding, sintering, and finishing were performed in the same manner as in Example 1. Table 3 shows the results of measuring the total porosity, closed porosity, and dielectric loss of each sintered body in the same manner as in Example 1.

【0037】[0037]

【表3】 *印は比較例[Table 3] * Marked comparative example

【0038】表3からわかるように、焼結助剤の添加量
が0.2mol%未満の場合、全気孔率は、65%すな
わち相対密度が35%と50%未満であるが、閉気孔の
比率は30%と低くなっており、焼結工程でのSi粒子
の中空化が十分に行われていない。また、添加量が2.
5mol%を超えると全気孔率は、42%すなわち相対
密度は58%と70%未満であるが、閉気孔の比率は4
5%と低くなっており、粒成長により閉気孔の割合が少
なくなったことがわかる。
As can be seen from Table 3, when the added amount of the sintering aid is less than 0.2 mol%, the total porosity is 65%, that is, the relative density is less than 35% and less than 50%. The ratio is as low as 30%, and the hollowization of the Si particles in the sintering step is not sufficiently performed. In addition, the addition amount is 2.
If it exceeds 5 mol%, the total porosity is 42%, that is, the relative density is 58% and less than 70%, but the ratio of closed pores is 4%.
It is as low as 5%, which indicates that the ratio of closed pores was reduced by grain growth.

【0039】実施例4 平均粒径1μmのSi粉末と焼結助剤として、平均粒径
0.8μmのEr23をSi粉末に対し0.6mol%
を準備した。Si粉末表面の酸素量は、SiO 2換算で
表4に記載のものを使用した。これらの粉末を用いて、
実施例1と同様の方法で、混合、成形、焼結、仕上加工
を行った。各焼結体の全気孔率、閉気孔比率及び誘電損
失を実施例1と同様に測定した結果を表4に示す。
Example 4 Si powder having an average particle diameter of 1 μm and an average particle diameter
0.8 μm ErTwoOThree0.6 mol% with respect to Si powder
Was prepared. The amount of oxygen on the surface of the Si powder is SiO TwoIn conversion
Those described in Table 4 were used. Using these powders,
Mixing, molding, sintering and finishing in the same manner as in Example 1.
Was done. Total porosity, closed porosity and dielectric loss of each sintered body
Table 4 shows the measurement results of the loss in the same manner as in Example 1.

【0040】[0040]

【表4】 *印は比較例[Table 4] * Marked comparative example

【0041】表4からわかるように、出発原料であるS
i粉末の表面の酸素量によって、できる焼結体の特性が
異なる。すなわち、Si粉末の表面の酸素量が、SiO
2換算で、0.4mol%未満であると、全気孔率は6
7%すなわち相対密度は33%と50%未満であるが、
閉気孔の比率は48%と少なく、Si粒子の中空化が十
分に行われていない。また、1.5mol%を超える
と、閉気孔の比率が50%未満となっており、粒成長に
より中空化の構造が変化していることがわかる。
As can be seen from Table 4, the starting material S
The characteristics of the resulting sintered body differ depending on the amount of oxygen on the surface of the i-powder. That is, the amount of oxygen on the surface of the Si powder is
When converted to 2 and less than 0.4 mol%, the total porosity is 6
7% or relative density of 33% and less than 50%,
The ratio of closed pores is as small as 48%, and the hollowization of the Si particles is not sufficiently performed. Further, when it exceeds 1.5 mol%, the ratio of closed pores is less than 50%, and it can be seen that the structure of hollowing is changed by grain growth.

【0042】実施例5 平均粒径1μmのSi粉末と焼結助剤として、平均粒径
0.8μmのEr23をSi粉末に対し0.8mol%
を準備した。Si粉末表面の酸素量は、SiO 2換算で
0.7mol%のものを使用した。これらの粉末を用い
て、実施例1と同様の方法で、混合、成形を行った。成
形体を大気圧の窒素雰囲下で、28GHzのマイクロ波
加熱により、表5の条件で焼結した。ここで、1150
*6は1150℃で6時間保持したことであり、120
0*3+1400*3とは、1200℃で3時間保持し
た後、1400℃に昇温して3時間保持したことを示
す。焼結体の仕上加工を実施例1と同様に行った。各焼
結体の全気孔率、閉気孔比率、(r1+r2)/bの値
及び誘電損失を実施例1と同様に測定した結果を表5に
示す。尚、(r1+r2)/bの値は、50箇所を測定
した結果の平均値である。
Example 5 Si powder having an average particle diameter of 1 μm and a sintering aid as an average particle diameter
0.8 μm ErTwoOThree0.8 mol% based on Si powder
Was prepared. The amount of oxygen on the surface of the Si powder is SiO TwoIn conversion
The thing of 0.7 mol% was used. Using these powders
Then, mixing and molding were performed in the same manner as in Example 1. Success
In the atmosphere of nitrogen atmosphere at atmospheric pressure, 28GHz microwave
By heating, sintering was performed under the conditions shown in Table 5. Here, 1150
* 6 means holding at 1150 ° C for 6 hours.
0 * 3 + 1400 * 3 means hold at 1200 ℃ for 3 hours
Shows that the temperature was raised to 1400 ° C. and held for 3 hours.
You. Finishing of the sintered body was performed in the same manner as in Example 1. Each ware
Total porosity, closed porosity, value of (r1 + r2) / b
Table 5 shows the results of measuring the dielectric loss and the dielectric loss in the same manner as in Example 1.
Show. The value of (r1 + r2) / b is measured at 50 points.
This is the average of the results.

【0043】[0043]

【表5】 *印は比較例[Table 5] * Marked comparative example

【0044】表5からわかるように、焼結温度が120
0℃未満の場合、焼結時間が6時間程度ではSi粒子の
中空化が十分行われない。このため、閉気孔の比率が、
28%と低く、(r1+r2)/bの値は0.5すなわ
ち空孔の直径がセラミックス部の1/2という組織にな
っており、誘電損失は120x10-5と高いことが判
る。また、焼結温度が、1800℃の場合は、粒成長と
相変態により、中空化の構造が変化し緻密化したことが
わかる。焼結温度が、1200℃〜1750℃では、
(r1+r2)/bの値が2以上であり、誘電損失は、
12x10-5以下と優れていることがわかる。
As can be seen from Table 5, the sintering temperature was 120
When the temperature is lower than 0 ° C., the hollowing of the Si particles is not sufficiently performed when the sintering time is about 6 hours. Therefore, the ratio of closed pores is
28%, the value of (r1 + r2) / b is 0.5, that is, the structure is such that the diameter of the pores is 誘 電 of that of the ceramic part, and the dielectric loss is as high as 120 × 10 −5 . Also, when the sintering temperature is 1800 ° C., it can be seen that the hollow structure changes due to the grain growth and the phase transformation, and the structure becomes denser. When the sintering temperature is 1200 ° C to 1750 ° C,
The value of (r1 + r2) / b is 2 or more, and the dielectric loss is
It turns out that it is 12 * 10 < -5 > or less, and is excellent.

【0045】実施例6 実施例5と同様のSi粉末とEr23粉末を準備した。
これらの粉末を用いて、実施例1と同様の方法で、混
合、成形を行った。成形体を大気圧の窒素雰囲下で、カ
ーボンヒーター加熱により、表6の条件で焼結した。
尚、焼結条件は実施例5と同じ表記である。焼結体の仕
上加工を実施例1と同様に行った。各焼結体の全気孔
率、閉気孔比率、(r1+r2)/bの値及び誘電損失
を実施例1と同様に測定した結果を表6に示す。尚、
(r1+r2)/bの値は、50箇所を測定した結果の
平均値である。
Example 6 The same Si powder and Er 2 O 3 powder as in Example 5 were prepared.
Using these powders, mixing and molding were performed in the same manner as in Example 1. The molded body was sintered under a nitrogen atmosphere at atmospheric pressure by heating with a carbon heater under the conditions shown in Table 6.
The sintering conditions are the same as in Example 5. Finishing of the sintered body was performed in the same manner as in Example 1. Table 6 shows the results of measuring the total porosity, closed porosity, (r1 + r2) / b value, and dielectric loss of each sintered body in the same manner as in Example 1. still,
The value of (r1 + r2) / b is an average value of the results of measuring 50 points.

【0046】[0046]

【表6】 *印は比較例[Table 6] * Marked comparative example

【0047】表6からわかるように、焼結温度が120
0℃未満の場合、焼結時間が6時間程度ではSi粒子の
中空化が十分行われない。また、焼結温度が、1800
℃の場合は、粒成長と相変態により、中空化の構造が変
化し緻密化したことがわかる。また、表5と表6とを比
較すると、マイクロ波による加熱の方が、閉気孔の比率
が高くなり、誘電損失は低くなることがわかる。これ
は、マイクロ波の方が、効率よく加熱できるためシリコ
ンの外殻への拡散反応がより促進されるためであると考
えられる。
As can be seen from Table 6, the sintering temperature was 120
When the temperature is lower than 0 ° C., the hollowing of the Si particles is not sufficiently performed when the sintering time is about 6 hours. Further, the sintering temperature is 1800
In the case of ° C., it can be understood that the structure of hollowing was changed due to grain growth and phase transformation, and the structure was densified. In addition, comparing Tables 5 and 6, it can be seen that heating by microwaves has a higher ratio of closed pores and lower dielectric loss. This is presumably because microwaves can be more efficiently heated, so that the diffusion reaction of silicon into the outer shell is further promoted.

【0048】実施例7 平均粒径5μmのAl粉末と焼結助剤として、平均粒径
0.8μmのY23及び平均粒径0.5μmのMgOを
Al粉末に対し表7の割合で準備した。各粉末はいずれ
も市販のものである。尚、Al粉末表面の酸素量は、実
施例1の方法で測定し、Al23換算で表7に示すとお
りであった。準備した各粉末を、エチルアルコールを溶
媒として、24時間ボールミル混合した。混合後、自然
乾燥し、乾式プレスを用いて、φ23x3mmと4.5
x7x45mmのサイズに成形した。この成形体を大気
圧の窒素雰囲気中で周波数28GHzのマイクロ波加熱
により、900℃で3時間保持した後1250℃に昇温
し3時間保持した。得られた焼結体をX線回折で測定し
たところ、金属Alは残っておらずすべてAlNになっ
ていることを確認した。焼結体の仕上加工を実施例1と
同様に行った。各焼結体の全気孔率、閉気孔比率、(r
1+r2)/bの値及び誘電損失を実施例1と同様に測
定した結果を表7に示す。尚、(r1+r2)/bの値
は、50箇所を測定した結果の平均値である。
Example 7 Al powder having an average particle diameter of 5 μm and Y 2 O 3 having an average particle diameter of 0.8 μm and MgO having an average particle diameter of 0.5 μm were used as sintering aids in the ratio shown in Table 7 with respect to the Al powder. Got ready. Each powder is commercially available. The amount of oxygen on the surface of the Al powder was measured by the method of Example 1 and was as shown in Table 7 in terms of Al 2 O 3 . Each prepared powder was ball-milled for 24 hours using ethyl alcohol as a solvent. After mixing, the mixture was air-dried, and φ23 × 3 mm and 4.5 were dried using a dry press.
It was molded to a size of x7x45 mm. The molded body was maintained at 900 ° C. for 3 hours by microwave heating at a frequency of 28 GHz in a nitrogen atmosphere at atmospheric pressure, then heated to 1250 ° C. and maintained for 3 hours. When the obtained sintered body was measured by X-ray diffraction, it was confirmed that metallic Al did not remain and that all were AlN. Finishing of the sintered body was performed in the same manner as in Example 1. The total porosity, closed porosity, (r
Table 7 shows the result of measuring the value of 1 + r2) / b and the dielectric loss in the same manner as in Example 1. Note that the value of (r1 + r2) / b is an average value of the results of measuring 50 points.

【0049】[0049]

【表7】 [Table 7]

【0050】表7から判るように本発明のAlN多孔質
セラミックスであるNo32は、全気孔率が60%すな
わち相対密度が40%と70%未満であり、閉気孔の割
合は、70%と50%以上となっている。また、誘電損
失も低い優れた多孔質セラミックスである。
As can be seen from Table 7, No. 32, which is an AlN porous ceramic of the present invention, has a total porosity of 60%, that is, a relative density of 40% or less than 70%, and a ratio of closed pores of 70% or 50%. % Or more. Further, it is an excellent porous ceramic having a low dielectric loss.

【0051】実施例8 平均粒径5μmのAl粉末と焼結助剤として、平均粒径
0.8μmのSm23及び平均粒径0.5μmのLi2
OをAl粉末に対し表8の割合で準備した。各粉末はい
ずれも市販のものである。準備した各粉末を、エチルア
ルコールを溶媒として、24時間ボールミル混合した。
混合後、自然乾燥し、乾式プレスを用いて、φ23x3
mmと4.5x7x45mmのサイズに成形した。この
成形体を大気圧の酸素雰囲気中で周波数28GHzのマ
イクロ波加熱により、800℃で3時間保持した後12
00℃に昇温し3時間保持した。得られた焼結体をX線
回折で測定したところ、金属Alは残っておらず、すべ
てAl23になっていた。焼結体の仕上加工を実施例1
と同様に行った。各焼結体の全気孔率、閉気孔比率、
(r1+r2)/bの値及び誘電損失を実施例1と同様
に測定した結果を表8に示す。尚、(r1+r2)/b
の値は、50箇所を測定した結果の平均値である。
Example 8 Al powder having an average particle size of 5 μm and Sm 2 O 3 having an average particle size of 0.8 μm and Li 2 having an average particle size of 0.5 μm were used as sintering aids.
O was prepared at a ratio shown in Table 8 with respect to the Al powder. Each powder is commercially available. Each prepared powder was ball-milled for 24 hours using ethyl alcohol as a solvent.
After mixing, air dry, using a dry press, φ23x3
mm and a size of 4.5 × 7 × 45 mm. After holding this molded body at 800 ° C. for 3 hours by microwave heating at a frequency of 28 GHz in an oxygen atmosphere at atmospheric pressure,
The temperature was raised to 00 ° C. and maintained for 3 hours. When the obtained sintered body was measured by X-ray diffraction, metal Al did not remain, and all were Al 2 O 3 . Example 1 Finishing of sintered body
The same was done. Total porosity, closed porosity,
Table 8 shows the result of measuring the value of (r1 + r2) / b and the dielectric loss in the same manner as in Example 1. Note that (r1 + r2) / b
Is the average of the results of measuring 50 locations.

【0052】[0052]

【表8】 [Table 8]

【0053】表8から判るように、本発明のAl23
孔質セラミックスであるNo35は、全気孔率が55%
であり、閉気孔の割合は60%であり、誘電損失も低い
セラミックスである。。
As can be seen from Table 8, the Al 2 O 3 porous ceramic No. 35 of the present invention has a total porosity of 55%.
The ratio of closed pores is 60%, and the dielectric loss is low. .

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明によれば、他の材料に比べて、ま
た従来の方法と比べて、閉気孔の割合が高くかつ閉気孔
が均一に分散した多孔質セラミックスを得ることができ
る。本発明の多孔質セラミックスは閉気孔の割合が高
く、電気的機械的特性に優れているので、耐吸湿性と低
誘電率、低誘電損失が要求されまた機械的強度も必要で
ある電子回路基板などに用いれば優れた特性を発揮す
る。
According to the present invention, it is possible to obtain a porous ceramic in which the ratio of closed pores is high and the closed pores are uniformly dispersed as compared with other materials and the conventional method. Since the porous ceramics of the present invention has a high ratio of closed pores and excellent electrical and mechanical properties, an electronic circuit board that requires moisture absorption resistance, a low dielectric constant, a low dielectric loss, and mechanical strength is also required. When used for such purposes, it exhibits excellent properties.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本願発明の多孔質セラミックスの断面組織の模
式図である。
FIG. 1 is a schematic view of a cross-sectional structure of a porous ceramic of the present invention.

【図2】従来の多孔質セラミックスの断面組織の模式図
である。
FIG. 2 is a schematic view of a cross-sectional structure of a conventional porous ceramic.

【図3】本願発明の多孔質セラミックスの焼結過程を示
したもので、(a)は成形した状態、(b)は焼結初期
の状態、(c)は焼結が完了した状態を示す。
3A and 3B show a sintering process of the porous ceramic of the present invention, in which FIG. 3A shows a molded state, FIG. 3B shows an initial state of sintering, and FIG. .

【図4】本願発明の多孔質セラミックスの焼結過程にお
ける1つの金属粒子の変化を模式的に説明する図であっ
て、(a)は焼結前の状態、(b)は焼結初期の状態、
(c)は焼結が進行した状態、(d)は焼結が完了した
状態を示す。
4A and 4B are diagrams schematically illustrating a change of one metal particle in a sintering process of the porous ceramic of the present invention, wherein FIG. 4A shows a state before sintering, and FIG. Status,
(C) shows a state where sintering has progressed, and (d) shows a state where sintering has been completed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 金属粉末粒子 2 金属の窒化物または酸化物 3 空孔 1 metal powder particles 2 metal nitride or oxide 3 vacancy

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】相対密度が70%未満であり、全気孔中の
閉気孔の割合が50%以上であることを特徴とする多孔
質セラミックス。
1. A porous ceramic having a relative density of less than 70% and a proportion of closed pores in all pores of 50% or more.
【請求項2】相対密度が50%未満であり、全気孔中の
閉気孔の割合が90%以上であることを特徴とする多孔
質セラミックス。
2. A porous ceramic having a relative density of less than 50% and a proportion of closed pores in all pores of 90% or more.
【請求項3】任意の断面において、隣接する2つの空孔
の半径r1、r2とセラミックス部の幅bとが、(r1
+r2)/b>1であることを特徴とする請求項1また
は2記載の多孔質セラミックス。
3. In an arbitrary cross section, the radii r1 and r2 of two adjacent holes and the width b of the ceramic portion are (r1
3. The porous ceramic according to claim 1, wherein + r2) / b> 1.
【請求項4】構成相がセラミックスと酸窒化物相とから
成ることを特徴とする請求項1〜3記載の多孔質セラミ
ックス。
4. The porous ceramic according to claim 1, wherein the constituent phase comprises a ceramic and an oxynitride phase.
【請求項5】前記セラミックスが窒化珪素、酸化珪素、
窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムのいずれかで
あることを特徴とする請求項1〜4記載の多孔質セラミ
ックス。
5. The method according to claim 1, wherein the ceramic is silicon nitride, silicon oxide,
The porous ceramic according to any one of claims 1 to 4, wherein the porous ceramic is one of aluminum nitride and aluminum oxide.
【請求項6】少なくとも一部の絶縁層が請求項1〜5記
載のセラミックス材料からなることを特徴とするセラミ
ックス回路基板。
6. A ceramic circuit board, wherein at least a part of the insulating layer is made of the ceramic material according to claim 1.
【請求項7】多孔質セラミックスの前駆体である金属粉
末からなる成形体を作製し、反応ガス中で熱処理するこ
とにより多孔質セラミックスを得ることを特徴とする多
孔質セラミックスの製造方法。
7. A method for producing a porous ceramic, which comprises forming a molded body made of a metal powder which is a precursor of the porous ceramic, and heat-treating the molded body in a reaction gas to obtain the porous ceramic.
【請求項8】前記成形体をマイクロ波照射下で熱処理す
ることにより、中空化したセラミックス粒子からなる多
孔質セラミックスを得ることを特徴とする請求項7記載
の多孔質セラミックスの製造方法。
8. The method for producing porous ceramics according to claim 7, wherein said molded body is heat-treated under microwave irradiation to obtain porous ceramics comprising hollow ceramic particles.
【請求項9】金属粉末がシリコンであり、多孔質セラミ
ックスが窒化珪素または酸化珪素であることを特徴とす
る請求項7記載の多孔質セラミックスの製造方法。
9. The method according to claim 7, wherein the metal powder is silicon and the porous ceramic is silicon nitride or silicon oxide.
【請求項10】金属粉末がアルミニウムであり、多孔質
セラミックスが窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウ
ムであることを特徴とする請求項7記載の多孔質セラミ
ックスの製造方法。
10. The method according to claim 7, wherein the metal powder is aluminum and the porous ceramic is aluminum nitride or aluminum oxide.
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