JP2010024079A - 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】窒化アルミニウム焼結体の耐プラズマ特性を向上させる。
【解決手段】加水分解型のアルミニウム化合物を含むアルミニウム含有原料と、炭素含有原料と、水とを混合して原料混合物を生成する工程Ｓ１と、工程Ｓ１で混合された原料混合物に含まれる前駆体を炭化及び窒化還元処理する工程Ｓ２と、工程Ｓ２で炭化及び窒化還元処理によって得られた窒化アルミニウム粉体に焼結助剤を分散させる工程Ｓ３と、焼結助剤が分散された窒化アルミニウム粉体を製品形状に成形し、焼成する工程Ｓ４とを有することにより、緻密化された窒化アルミニウム焼結体が生成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、前駆体を用いて製造された窒化アルミニウム粉体を用いて窒化アルミニウム焼結体を製造する製造方法に関する。

従来、水酸化アルミニウムと、残炭率の高い有機物質（例えば、フェノール樹脂）とを混合する工程を含む窒化アルミニウムの製造方法が知られている（例えば、特許文献１）。

具体的には、当該製造方法は、ローラー（三本ロール）を用いて水酸化アルミニウムとフェノール樹脂とを混合し、シート状の固体（前駆体）を生成する工程と、シート状の固体を窒素雰囲気下において加熱する工程とを有する。

窒化アルミニウム製品（例えば、ヒートシンク）などの窒化アルミニウムの焼結体を製造する製造方法は、上述の工程に加えて、シート状の固体として生成された窒化アルミニウムを粉体にする工程と、窒化アルミニウム粉体を焼成する工程とを有する。

窒化アルミニウム製品の製造方法では、窒化アルミニウム粉体の焼成の促進と、焼結体の緻密化を目的として、窒化アルミニウム粉体に焼結助剤が添加される。
特開昭６４−１８９７８号公報（第４−５頁）

しかしながら、上述した従来の窒化アルミニウムの焼結体の製造方法には、次のような問題がある。すなわち、シート状の窒化アルミニウムから粉体を生成する工数がかかる。

また、シート状の固体から生成された窒化アルミニウム粉体は、粒子間の相互作用（凝集）によって２次粒を形成し易く、焼結助剤が窒化アルミニウム粉体中に分散されにくい。そのため、焼結体の未焼結部分や、気孔等の欠陥部分が形成され易かった。焼結体に欠陥部分が形成されると、焼結体の耐プラズマ特性が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、窒化アルミニウム焼結体の耐プラズマ特性の向上に寄与する窒化アルミニウム焼結体の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴は、加水分解型のアルミニウム化合物を含有するアルミニウム含有原料と、炭素を含有する炭素含有原料と、水とが混合された混合物（原料混合物、前駆体）を生成するステップ（工程Ｓ１）と、前記混合物を窒素雰囲気下で加熱させることによって、窒化アルミニウム粉体を生成するステップ（工程Ｓ２）と、前記窒化アルミニウム粉体と、前記窒化アルミニウム粉体の焼成を促進させる焼結助剤とを混合するステップ（工程Ｓ３）と、前記焼結助剤が混合された前記窒化アルミニウム粉体を焼成して焼結体を生成するステップ（工程Ｓ４）とを含むことを要旨とする。

本発明の第１の特徴によれば、加水分解型のアルミニウム化合物を含有するアルミニウム含有原料と炭素含有原料と水とを混合すると、アルミニウム含有原料と炭素含有原料とが高度に均一に分散された混合物が生成される。このように、原料元素が均一に分散された混合物を用いることにより、炭化処理及び窒化還元処理の反応効率を向上することができる。ここで、高度に均一に分散された状態とは、アルミニウム含有原料と炭素含有原料とが分子レベルで均一に混合された状態をいう。

従来、窒化アルミニウムの製造では、窒化アルミニウムは、例えば、シート状のような塊状の固体として生成されていた。そのため、後に、窒化アルミニウム製品を製造する場合には、シート状の固体として生成された窒化アルミニウムを粉体にする必要があった。

これに対して、本発明の第１の特徴によれば、上述した混合物を窒素雰囲気下で加熱すると、窒化アルミニウムが微細化された粉体として取り出されるので、塊状の窒化アルミニウムを粉砕する工程が必要ない。更に、窒化アルミニウム粉体と焼結助剤とを混合するステップにおいて、窒化アルミニウム粉体に対する焼結助剤の分散性を向上させることができる。

焼成の際、焼結助剤は、窒化アルミニウムの粒子間で融解して液相を生じる。この液相によって、窒化アルミニウムの粒子間の空隙が埋められることにより、窒化アルミニウムの粒子同士が引き付けられる。

本発明の第１の特徴によれば、焼結助剤は、窒化アルミニウムの粒子間に良好に分散されるので、窒化アルミニウムの粒子間の空隙が確実に埋められ、窒化アルミニウムの焼結体が緻密に形成される。このため、焼成時に、窒化アルミニウムの焼結体に未焼結部分や欠陥部分が形成されることを防止することができる。

従って、本発明の第１の特徴によれば、窒化アルミニウムの焼結体の耐プラズマ特性を向上させることができる。

本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記混合物を生成するステップでは、液状のアルミニウム化合物が前記アルミニウム含有原料として用いられるとともに、前記液状のアルミニウム化合物が前記水により加水分解された加水分解物（水酸化アルミニウム）と前記炭素含有原料との混合物が生成されることを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、本発明の第２の特徴に係り、前記液状のアルミニウム化合物は、アルミニウムアルコキシドであることを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、本発明の第３の特徴に係り、前記混合物を生成するステップでは、化学反応の速度を速める触媒（有機酸、無機酸）を含む水溶液が添加され、前記加水分解は、前記水溶液に含まれる水によって行われることを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、本発明の第１乃至第４の何れか１つの特徴に係り、前記窒化アルミニウム粉体を生成するステップでは、前記混合物を１，６００℃に加熱することを要旨とする。

本発明の第６の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記混合物は、ゲル化合物であることを要旨とする。

本発明の特徴によれば、窒化アルミニウム焼結体の耐プラズマ特性の向上に寄与する窒化アルミニウム焼結体の製造方法を提供することができる。

次に、本発明に係る窒化アルミニウム焼結体の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。具体的には、（１）窒化アルミニウム粉体の製造方法の説明、（２）実施例、（３）焼結体の評価、（４）作用・効果、及び（５）その他の実施形態について説明する。

なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。

したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（１）窒化アルミニウム粉体の製造方法の説明
本実施形態に係る窒化アルミニウム焼結体の製造方法は、以下の方法により製造される窒化アルミニウム粉体に、窒化アルミニウム粉体の焼成を促進する焼結助剤を分散させた後、焼成するというものである。

窒化アルミニウム粉体の製造方法は、加水分解により水酸化アルミニウムが生成される加水分解型のアルミニウム化合物を含有するアルミニウム含有原料と、炭素を含有する炭素含有原料と、水とが混合された原料混合物を生成し、この原料混合物を窒素雰囲気下で加熱して、窒化アルミニウムを製造する方法である。この製造方法によれば、窒化アルミニウムを高純度の粉体として取り出すことができる。

（１−１）原料
アルミニウム含有原料は、加水分解型のアルミニウム化合物である。具体的には、加水分解型のアルミニウム化合物としては、液状のアルミニウムアルコキシドを使用することができる。

炭素含有原料は、有害元素を含まない触媒を用いて合成され、加熱、触媒、及び／又は架橋剤により、アルミニウム化合物と会合、重合又は架橋し得る任意の１種もしくは２種以上の有機化合物から構成されるモノマー、オリゴマー及びポリマーである。

炭素含有原料の好適な具体例としては、フェノール樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂などの硬化性樹脂が挙げられる。特に、残炭率が高く、作業性に優れているレゾール型またはノボラック型フェノール樹脂が好ましい。

本実施形態に有用なレゾール型フェノール樹脂は、有害元素を含まない触媒（具体的には、アンモニアまたは有機アミン）の存在下において、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、ビスフェノールＡなどの１価または２価のフェノール類と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド等のアルデヒド類とを反応させて製造する。

有害元素の一例としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｗ等の重金属元素、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属元素、並びにＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ等のアルカリ土類若しくは両性金属元素などが挙げられる。

一方、本実施形態に有用なノボラック型フェノール樹脂は、上記と同様の１価または２価フェノール類とアルデヒド類とを混合し、有害元素を含まない酸類（具体的には、塩酸、硫酸、ｐ−トルエンスルホン酸またはシュウ酸など）を触媒として反応させて製造することができる。

アルミニウム含有原料と炭素含有原料との混合系に含まれる水は、水として直接添加されてもよい。また、反応促進剤としての触媒を溶質とする水溶液における、溶媒としての水であってもよい。触媒としては、有機酸、無機酸の何れも用いることができる。

また、焼結助剤としては、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化カリウム（ＣａＯ）を用いることができる。焼結助剤は、窒化アルミニウム粉体の焼成の促進、焼結体の緻密化の目的で添加される。

（１−２）窒化アルミニウム粉体及び窒化アルミニウム焼結体の製造方法
次に、本実施形態の窒化アルミニウム焼結体の製造方法について説明する。図１は、窒化アルミニウム焼結体の製造方法を説明する流れ図である。窒化アルミニウム焼結体の製造方法は、工程Ｓ１〜Ｓ４を有する。図１に示す工程Ｓ１〜Ｓ４のうちＳ１〜Ｓ２は、窒化アルミニウム粉体の製造方法である。

工程Ｓ１は、加水分解型のアルミニウム化合物を含むアルミニウム含有原料と、炭素含有原料と、水とを混合して原料混合物を生成する工程である。本実施形態では、液状のアルミニウム化合物を用いる。具体的には、液状のアルミニウムアルコキシドを使用することができる。

工程Ｓ１において生成された原料混合物は、液状のアルミニウム化合物が加水分解されて生じた加水分解物と炭素含有原料との縮合反応により形成された中間体である。加水分解が効率的に進行すると、加水分解物が多く生成されるので、原料混合物中において、アルミニウムと炭素とを均一に分散させることができる。ここで、加水分解物は、水酸化アルミニウムである。

工程Ｓ１において、液状のアルミニウム化合物の加水分解を促進する触媒を添加してもよい。また、適切な触媒を溶質とする触媒水溶液を、アルミニウム含有原料と炭素含有原料との混合系に添加してもよい。この場合、加水分解は、触媒水溶液の溶媒としての水によって進行する。本実施形態では、中間体はゲル状を呈するゲル化合物である。以下、この中間体を前駆体という。

工程Ｓ１は発熱反応であるため、冷却しながら反応を進行させる。また、工程Ｓ１は、液状のアルミニウム化合物、炭素含有原料の溶液、水とを混合するので、ロール等の装置を使用しない。攪拌混合でよいため、原料を混合する工程を簡便にすることができる。

工程Ｓ２は、工程Ｓ１で生成された前駆体を炭化処理及び窒化還元処理する工程である。工程Ｓ２において、反応系に窒素導入するとともに、前駆体を加熱する。工程Ｓ１で生成された前駆体は、酸化アルミニウムを経て、以下の反応式により、窒化アルミニウムを生じる。

Ａｌ_２Ｏ_３＋３Ｃ＋Ｎ_２→２ＡｌＮ＋３ＣＯ ・・・（１）
従って、反応式（１）に基づいて、アルミニウム元素と炭素元素との配合比を決定することができる。すなわち、Ａｌ／Ｃ比は、０．６７となる。この比率に基づいて各原料を調整する。

工程Ｓ１で生成された前駆体に対して、工程Ｓ２の炭化処理及び窒化還元処理すると、窒化アルミニウムを粉体として取り出すことができる。加熱条件の一例として、加熱温度は、約１５００〜２０００℃とすることが好ましい。また、焼成時間は、約３０分〜１０時間とすることが好ましい
工程Ｓ３は、工程Ｓ２で炭化及び窒化還元処理によって得られた窒化アルミニウム粉体に焼結助剤を分散させる工程である。

焼結助剤としては、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化カリウム（ＣａＯ）など、周知の焼結助剤を用いることができる。窒化アルミニウム粉体と焼結助剤とをエタノール等の分散媒に入れて混合し、ボールミルで分散させる。

工程Ｓ４は、焼結助剤が分散された窒化アルミニウム粉体を製品形状に成形し、焼成する工程である。

工程Ｓ３において、分散が完了した窒化アルミニウム粉体と焼結助剤との混合物をプレス成形し、窒素導入下にて焼成する。ここでの焼成温度は、１８００度以上とすることが好ましい。

以上の製造方法により、窒化アルミニウムが微細化された粉体として生成される。更に、生成された窒化アルミニウム粉体に焼結助剤を分散させて焼成することにより、緻密化された窒化アルミニウム焼結体が生成される。

（２）実施例
（２−１）窒化アルミニウムの前駆体の生成
上述した製造方法に基づいて、出発物質である液状のアルミニウム化合物の種類を変えて２種類の前駆体を生成した。具体的に、液状のアルミニウム化合物として、アルミニウムジイソプロピレートモノセカンダリブチレート（ＡＭＤ；Ａｌ（Ｏ−ｉＣ_３Ｈ_７）_２（Ｏ−ｓｅｃＣ_４Ｈ_９）と、アルミニウムセカンダリブチレート（ＡＳＢＤ；Ａｌ（Ｏ−ｓｅｃＣ_４Ｈ_９））とを用いた。炭素含有原料としてフェノール樹脂（ＰＲ）を用いた。フェノール樹脂は、樹脂溶液中の炭素原子濃度を５０％とした。液状のアルミニウム化合物の加水分解を促進するための触媒としてマレイン酸（ＭＡ）水溶液（３３％水溶液）を混合した。

各原料の配合量を表１に示す。反応式（１）に基づいて、原料中のＡｌ／Ｃ比を０．６７とした。

表１に示す実施例１、実施例２ともに、液体のアルミニウム化合物（ＡＭＤ，ＡＳＢＤ）と、フェノール樹脂と、マレイン酸水溶液とを同時に混合した。混合系を水冷しながら攪拌し反応させた。反応後、薄黄色のゲル状化合物（前駆体）が得られた。

（２−２）前駆体の同定
実施例１で生成された前駆体Ａ（ＡＭＤ／ＰＲ＋Ｈ_２Ｏを混合して反応させて得た中間体）の同定を試みた。前駆体Ａをイソプロピルアルコールで抽出し、熱分解ＧＣ／ＭＳ分析を行ったところ、フェノール誘導体に由来する特徴ピークが確認された。また、フェノール誘導体は、３次元網目構造を有することが確認された。

次いで、飛行時間型二次イオン質量分析計（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）により、前駆体Ａの表面構造を観測した。ＴＯＦ−ＳＩＭＳで調べたところ、アルキル基が微量に存在することが判った。従って、ＡＭＤ由来のアルキル基が減少し、前駆体Ａ中には、アルミニウムアルコキシドが生成されることが確認された。

更に、示差走査熱量分析計（ＴＧ−ＤＳＣ）により、前駆体Ａの熱分解挙動を観測した。ＴＧ−ＤＳＣによれば、前駆体Ａは、１５０〜２５０度と４００〜６００度において重量減少が観測された。１５０〜２５０度における重量減少は、アルミニウムアルコキシドの脱水に伴うものと考えられる。４００〜６００度における重量減少は、フェノールの分解に伴うものと考えられる。従って、前駆体Ａには、アルミニウムアルコキシドとフェノール誘導体とが存在する。

前駆体Ａが単なる混合物である可能性も考えられるため、アルミニウムアルコキシドとフェノールとの混合物を窒化処理して得られた生成物のＸ線回折を行った。しかし、この結果からは、窒化アルミニウムの単一相が確認できなかった。

このように、アルミニウムアルコキシドとフェノールとの混合物を窒化処理したものから窒化アルミニウムの単一相が得られないことから、前駆体Ａは、単なる混合物でないことが確認できた。

以上の結果によると、前駆体Ａは、アルミニウムアルコキシドとフェノールとが会合した構造を有すると考えられる。前駆体Ａは、アルミニウムアルコキシドとフェノールとの混合物ではないと言える。

（２−３）窒化アルミニウム粉体の生成
実施例１で生成された前駆体Ａと、実施例２で生成された前駆体Ｂに対して、炭化及び窒化還元処理を行った。炭化処理と窒化還元処理とは、同一炉内で実施することができる。

図２は、炭化処理及び窒化還元処理のための温度及び窒素導入プロファイルの一例を示す。すなわち、室温（ＲＴ）から温度Ｔ１になるまで、所定の昇温速度で温度を上げる。続いて、温度Ｔ１から最高温度Ｔｍａｘになるまで昇温速度を変えて温度を上げる。温度Ｔ１（時刻ｔ１）から所定流量で窒素の導入を開始する。最高温度Ｔｍａｘで所定期間保持する（時刻ｔ２〜ｔ３）。時刻ｔ３以降、所定の降温速度で温度を下げる。温度がＴ２になったところで、ヒータの電源をオフにするとともに窒素の導入を停止した。自然冷却により室温ＲＴまで温度を下げる。

前駆体Ａ，Ｂに対して、図２のプロファイルに基づいて、表２に示す条件（条件１、条件２）で炭化処理と窒化還元処理とを行った。なお、時刻ｔ１〜ｔ４における窒素の導入量は、１０Ｌ／分であった。

前駆体Ａ，Ｂに対して、炭化処理と窒化還元処理とを行ったところ、黒色粉体を得た。生成物に炭素成分が残留していることが予想されたため、大気炉で７００度／１時間の熱処理（残留炭素成分の除去）を行った。熱処理後の粉体は、灰色に変わった。

得られた灰色粉体のＸ線回折を行った。測定されたピークチャートをＪＣＰＤＳカード２５−１１３３に記載されている窒化アルミニウムの回折線と比較した。結果を図３，図４に示す。

図３の線Ｌ１１は、前駆体Ａに対して、条件１の下で炭化処理及び窒化還元処理を行って得られた粉体のＸ線回折を測定した結果を示す。図３の線Ｌ１２は、前駆体Ａに対して、条件２の下で炭化処理及び窒化還元処理を行って得られた粉体のＸ線回折を測定した結果を示す。

図４の線Ｌ２１は、前駆体Ｂに対して、条件１の下で炭化処理及び窒化還元処理を行って得られた粉体のＸ線回折を測定した結果を示す。図４の線Ｌ２２は、前駆体Ｂに対して、条件２の下で炭化処理及び窒化還元処理を行って得られた粉体のＸ線回折を測定した結果を示す。

図３，図４に示すＰ１〜Ｐ５のピークは、窒化アルミニウムの特性ピーク（２θ）を示す。すなわち、Ｐ１＝５９．４°，Ｐ２＝４９．８°，Ｐ３＝３７．９°，Ｐ４＝３６．０°，Ｐ５＝３３．２°である。

図３，図４に示すように、前駆体Ａ，Ｂの両方とも、最高温度１６００℃で保持した場合に、窒化アルミニウムが生成されることが確認された。一方、最高温度１４００℃で保持した試料は、窒化アルミニウム以外の成分（未反応成分を含む）の存在が認められた。

前駆体Ａから条件１の下で炭化処理及び窒化還元処理を行って得られた窒化アルミニウム粉体の収率は、７２．７％であり、残留炭素元素の割合（残炭率という）は、１７．６％であった。また、前駆体Ｂから条件１の下で炭化処理及び窒化還元処理を行って得られた窒化アルミニウム粉体の収率は、５９．２％であり、残炭率は、１６．３％であった。

前駆体Ａから条件１の下で炭化処理及び窒化還元処理を行って得られた窒化アルミニウム粉体を粉体Ａという。また、前駆体Ｂから条件１の下で炭化処理及び窒化還元処理を行って得られた窒化アルミニウム粉体を粉体Ｂという。

粉体Ａ，Ｂの外観を走査電子顕微鏡にて観察した。粉体Ａ，Ｂともに１次粒が形成されていた。２次粒は確認されなかった。粉体Ａの平均粒径は、０．６μｍであった。粉体Ｂの平均粒径は、０．４μｍであった。すなわち、窒化アルミニウムの粉体である粉体Ａ，Ｂは、何れも粉砕、分級等の処理を必要とせず、サブミクロン単位の粒径であることが判った。

（２−４）窒化アルミニウム焼結体の製造
続いて、粉体Ａ，Ｂを用いて窒化アルミニウム焼結体を製造した。窒化アルミニウム焼結体の製造方法では、（２−３）で説明した窒化アルミニウム粉体の製造方法に基づいて生成された粉体Ａ，Ｂのそれぞれに、焼結助剤を分散させた。焼結助剤として、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）を使用した。

窒化アルミニウム粉体（粉体Ａ，Ｂ）９６重量部と、酸化イットリウム４重量部、分散媒としてのエタノール１００重量部とを混合し、ボールミルを用いて７２時間かけて分散させた。その後、プレス成形９００ｋｇ／ｃｍ^２を行い、製品形状に成形した。そして、窒素導入下にて、１８００度〜１９００度で３時間焼成することにより、窒化アルミニウム焼結体を生成した。

粉体Ａを用いて、上述の手順で製造された窒化アルミニウム焼結体を焼結体Ａという。また、粉体Ｂを用いて、製造された窒化アルミニウム焼結体を焼結体Ｂという。

（３）焼結体の特性評価
本発明の実施形態として示す窒化アルミニウム焼結体の製造方法によって製造された焼結体Ａ、Ｂの特性を評価した。焼結体Ａ，Ｂの特性を表３に示す。

窒化アルミニウムの理論密度は、３．２４ｇ／ｃｍ^３である。焼結体Ａ，Ｂにおいて、理論密度に近い「かさ密度」が得られたことから、焼結体Ａ，Ｂが良好に緻密化されている、すなわち、フル密度に近い状態になっていることが確認された。

更に、焼結体Ａ，Ｂのプラズマ耐性を評価した。結果を図５に示す。図５は、焼結体Ａ，Ｂにプラズマ処理を行ったときの損耗量（μｇ／ｃｍ^２）を示す。損耗量は、重量を測定し、減少した質量をプラズマ照射面の面積で除することにより算出した。

図５に示すように、焼結体Ａの損耗量は、１５μｇ／ｃｍ^２程度であった。また、焼結体Ｂの損耗量は、８２μｇ／ｃｍ^２程度であった。すなわち、前駆体Ｂから生成された焼結体Ｂは、前駆体Ａから生成された焼結体Ａよりも損耗量が大きいことが判った。

（４）作用・効果
本実施形態に係る窒化アルミニウム焼結体の製造方法によれば、加水分解型のアルミニウム化合物を含有するアルミニウム含有原料と炭素含有原料と水とを混合すると、アルミニウム含有原料と炭素含有原料とが高度に均一に分散された状態で縮合された混合物（前駆体Ａ，Ｂ）が生成される。このように、原料元素が均一に分散された混合物を用いることにより、炭化処理及び窒化還元処理の反応効率を向上することができる。

本実施形態に係る窒化アルミニウム焼結体の製造方法によれば、上述した混合物（前駆体Ａ，Ｂ）を窒素雰囲気下で加熱すると、窒化アルミニウムが微細化された粉体（粉体Ａ，Ｂ）として取り出されるので、塊状の窒化アルミニウムを粉砕する工程が必要ない。更に、窒化アルミニウム粉体（粉体Ａ，Ｂ）と焼結助剤とを混合するステップにおいて、窒化アルミニウム粉体に対する焼結助剤の分散性を向上させることができる。

焼成の際、焼結助剤は、窒化アルミニウムの粒子間で融解して液相を生じる。この液相によって、窒化アルミニウムの粒子間の空隙が埋められることにより、窒化アルミニウムの粒子同士が引き付けられる。

本実施形態に係る窒化アルミニウム焼結体の製造方法によれば、焼結助剤は、窒化アルミニウムの粒子間に良好に分散されるので、窒化アルミニウムの粒子間の空隙が確実に埋められ、窒化アルミニウムの焼結体が緻密に形成される。このため、焼成時に、窒化アルミニウムの焼結体に未焼結部分や欠陥部分が形成されることを防止することができる。

従って、本実施形態に係る窒化アルミニウム焼結体の製造方法によれば、窒化アルミニウムの焼結体の耐プラズマ特性を向上させることができる。

本実施形態の工程Ｓ１では、加水分解型の液状のアルミニウム化合物の加水分解反応を促進するための触媒を添加すると、液状のアルミニウム化合物から水酸化アルミニウムが効率よく生成されて、水酸化アルミニウムとフェノール樹脂とが高度に均一に分散された状態を形成しやすくなる。従って、炭化処理及び窒化還元処理の反応効率をより向上させることができる。これにより、窒化アルミニウム粉体の収率を向上させることができる。

本実施形態の工程Ｓ２では、混合物（前駆体Ａ，Ｂ）を１６００℃に加熱することが好ましい。これにより、炭化処理及び窒化還元処理の反応効率を向上させることができる。

（５）その他の実施形態
上述したように、本発明の一実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態が明らかとなろう。

実施形態では、アルミニウム含有原料として、ＡＭＤ、ＡＳＢＤを使用したが、加水分解型の有機アルミニウム化合物であればよい。例えば、粉体のアルミニウムイソプロピレート、液状のアルミニウムセカンダリブチレート、粉末のアルミニウムエチレートなどを使用することができる。

実施形態では、焼結助剤として、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化カリウム（ＣａＯ）を挙げた。しかし、酸化イットリウム、酸化カリウムに限定されない。窒化アルミニウムの融点よりも低い融点を有し、窒化アルミニウムと反応しない物質は、焼結助剤として使用できる。

実施形態では、マレイン酸水溶液中のマレイン酸を酸触媒とした。しかし、触媒は、マレイン酸に限定されない。有機酸、無機酸の何れも触媒として用いることができる。触媒の添加量を増量すると、液状のアルミニウム化合物の加水分解反応が促進されるので、窒化アルミニウム粉体の収率を向上させることができる。

但し、本実施形態の工程Ｓ２では、触媒（マレイン酸）中に含まれる炭素元素は、飛散しないで粉体に取り込まれると考えられる。そこで、触媒として炭素元素を含む有機酸を用いた場合には、窒化アルミニウム粉体に残留する炭素成分を除去処理を十分に行うとよい。このように、窒化アルミニウムの生成後に、窒化アルミニウムに残留する炭素成分を除去する処理を行うことを考慮すると、炭素元素を含まない無機酸を触媒として使用するとよい。

本実施形態の工程Ｓ２における炭化処理及び窒化還元処理の時間は、適宜選択可能である。炭化処理及び窒化還元処理を十分に行うとにより、窒化アルミニウム粉体の収率を向上させることができる。

工程Ｓ２の前段階において、前駆体を乾燥する乾燥工程を行ってもよい。乾燥方法としては、真空乾燥が挙げられる。前駆体の乾燥時間の経過に連れて、前駆体が配置された配置空間の真空度を段階的に低下させてもよい。

工程Ｓ１は発熱反応であるため、反応中は、系を冷却する必要がある。そこで、反応の終了時点で冷却を停止することにより、系の余熱によって生成後の前駆体を乾燥することもできる。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施形態に係る窒化アルミニウム焼結体の製造方法を説明する流れ図である。 炭化処理及び窒化還元処理のための温度及び窒素導入プロファイルを説明する説明図である。 炭化処理及び窒化還元処理後に得られた粉体ＡのＸ線回折結果を示す図である。 炭化処理及び窒化還元処理後に得られた粉体ＢのＸ線回折結果を示す図である。 焼結体Ａ，Ｂに対してプラズマ照射を行ったときの損耗量（μｇ／ｃｍ^２）を説明する説明図である。

Claims (6)

1. 加水分解型のアルミニウム化合物を含有するアルミニウム含有原料と、炭素を含有する炭素含有原料と、水とが混合された混合物を生成するステップと
   前記混合物を窒素雰囲気下で加熱させることによって、窒化アルミニウム粉体をを生成するステップと、
   前記窒化アルミニウム粉体と、前記窒化アルミニウム粉体の焼成を促進させる焼結助剤とを混合するステップと、
   前記焼結助剤が混合された前記窒化アルミニウム粉体を焼成して焼結体を生成するステップと
   を含む窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
2. 前記混合物を生成するステップでは、液状のアルミニウム化合物が前記アルミニウム含有原料として用いられるとともに、前記液状のアルミニウム化合物が前記水により加水分解された加水分解物と前記炭素含有原料との混合物が生成される請求項１に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
3. 前記液状のアルミニウム化合物は、アルミニウムアルコキシドである請求項２に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
4. 前記混合物を生成するステップでは、化学反応の速度を速める触媒を含む水溶液が添加され、
   前記加水分解は、前記水溶液に含まれる水によって行われる請求項３に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
5. 前記窒化アルミニウム粉体を生成するステップでは、前記混合物を１，６００℃に加熱する請求項１乃至４の何れか一項に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
6. 前記混合物は、ゲル化合物である請求項１に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。

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