JP6906222B2 - 焼結体とその製造方法 - Google Patents
焼結体とその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6906222B2 JP6906222B2 JP2017053622A JP2017053622A JP6906222B2 JP 6906222 B2 JP6906222 B2 JP 6906222B2 JP 2017053622 A JP2017053622 A JP 2017053622A JP 2017053622 A JP2017053622 A JP 2017053622A JP 6906222 B2 JP6906222 B2 JP 6906222B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintered body
- aln
- oxygen atom
- single crystal
- zro
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 49
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 claims description 67
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 64
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 58
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 55
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 44
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 43
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 34
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 32
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 claims description 26
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 16
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 14
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 29
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017109 AlON Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 1
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000010446 mirabilite Substances 0.000 description 1
- 239000011802 pulverized particle Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
本明細書の技術分野は、熱伝導性に優れた焼結体とその製造方法に関する。
電子機器類は、一般に使用すると発熱する。このような熱は電子機器の性能に影響を及ぼすおそれがある。そのため、電子機器類には、放熱部材が設けられることが多い。また、放熱部材には絶縁性が求められることがある。そのため、絶縁基板が電子機器に用いられることがある。
絶縁基板として例えば、ＡｌＮ基板が用いられることがある。ＡｌＮは、高い熱伝導性と高い絶縁性とを兼ね備えている。しかし、用途によってはＡｌＮ基板の靱性は十分ではない。そのため、十分な脆性破壊強度を要求される用途に対して、高い熱伝導性と高い絶縁性とを兼ね備える材料は非常に稀である。
そのため、本発明者らの一部は、ＡｌＮウィスカーを製造する方法を研究開発した（特許文献１）。ＡｌＮウィスカーは、繊維状の材料である。また、ＡｌＮウィスカーは、高い熱伝導性と高い絶縁性とを備えている。
そのため、ＡｌＮウィスカーを一つの原材料として複合材料を適宜設計することができる。しかし、ＡｌＮウィスカーの性能を活かした複合材料についてはそれほど提案されてきていない。
本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。その課題とは、ＡｌＮウィスカーの性能を活かしつつ所望の熱伝導性および機械的強度を備える焼結体とその製造方法を提供することである。
第１の態様における焼結体は、繊維状のＡｌＮ単結晶とＡｌＮ単結晶を覆う酸素原子含有層とを有するＡｌＮウィスカーと、ＡｌＮウィスカーを覆う１種類以上の絶縁粒子と、を有する。酸素原子含有層は、ＡｌＮ単結晶が少なくとも酸素原子を取り込むことにより生成された層であるとともに、Ａｌ 2 Ｏ 3 とＡｌＯＮとＡｌ（ＯＨ） 3 とのうちの少なくとも一種類を含有する。酸素原子含有層の膜厚は、７ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
この焼結体は、ＡｌＮウィスカーを有する。そのため、この焼結体の熱伝導性は、従来の焼結体の熱伝導性よりも高い。そのため、この焼結体の温度分布はほぼ均一である。また、ＡｌＮウィスカーは高い靱性を備えている。そのため、この焼結体の機械的強度は、従来の焼結体の機械的強度よりも高い。また、酸素原子含有層は、ＡｌＮ単結晶が少なくとも酸素原子を取り込むことにより生成された層である。そのため、酸素原子含有層の結晶性は、ＡｌＮ単結晶の結晶性をある程度引き継いでいる。つまり、酸素原子含有層の結晶性は、緻密である。ゆえに、酸素原子が酸素原子含有層の奥深くまで到達しにくい。その結果、酸素原子含有層の膜厚は、ＡｌＮに酸化処理した場合の膜厚に比べて十分に薄い。ＡｌＮに酸化処理した場合には、酸素原子を含む層の厚みは１μｍ以上である。
第２の態様における焼結体においては、１種類以上の絶縁粒子は、ＡｌＮ多結晶粒子を含む。
第３の態様における焼結体は、ＺｒＯ2 センサーである。１種類以上の絶縁粒子は、ＺｒＯ2 を含む。
第４の態様における焼結体は、触媒コンバーターである。１種類以上の絶縁粒子は、コージェライトを含む。
第５の態様における焼結体は、自動車用窓ガラスである。１種類以上の絶縁粒子は、ガラスを含む。
第６の態様における焼結体の製造方法は、次の処理を実施する。まず、第１室の内部でＡｌ含有材料を加熱してＡｌガスを発生させる。また、第１の導入口から第２室にＡｌガスを導入するとともに第２の導入口から第２室に窒素ガスを導入する。次に、第２室の内部に配置された絶縁性基材の表面から繊維状のＡｌＮ単結晶を成長させる。そして、ＡｌＮ単結晶の表面に酸素原子含有層を形成する。次に、ＡｌＮ単結晶と１種類以上の絶縁粒子とを混合して混合物とする。そして、混合物を焼成することにより焼結体を製造する。酸素原子含有層は、ＡｌＮ単結晶が少なくとも酸素原子を取り込むことにより生成された層であるとともに、Ａｌ 2 Ｏ 3 とＡｌＯＮとＡｌ（ＯＨ） 3 とのうちの少なくとも一種類を含有する。酸素原子含有層の膜厚は、７ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
第７の態様における焼結体の製造方法において、混合物を焼成する際に窒素を含む雰囲気下で焼成する。
第８の態様における焼結体の製造方法において、焼結体は、ＺｒＯ2 センサーである。１種類以上の絶縁粒子は、ＺｒＯ2 を含む。
第９の態様における焼結体の製造方法において、焼結体は、触媒コンバーターである。１種類以上の絶縁粒子は、コージェライトを含む。
第１０の態様における焼結体の製造方法において、焼結体は、自動車用窓ガラスである。１種類以上の絶縁粒子は、ガラスを含む。
本明細書では、ＡｌＮウィスカーの性能を活かしつつ所望の熱伝導性および機械的強度を備える焼結体とその製造方法が提供されている。
以下、具体的な実施形態について、ＡｌＮウィスカーを有する焼結体とその製造方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。なお、図面中の各層の厚みの比率は、必ずしも実際の比率を反映したものではない。
（第１の実施形態）
第１の実施形態について説明する。
第１の実施形態について説明する。
１．ＺｒＯ2 センサー（焼結体）
図１は、第１の実施形態のＺｒＯ2 センサーＡ１０の構造を示す概略構成図である。図１に示すように、ＺｒＯ2 センサーＡ１０は、ＡｌＮウィスカー１００と、ＺｒＯ2 粒子２００と、を有する焼結体である。ＺｒＯ2 粒子２００は、ＡｌＮウィスカー１００を覆う絶縁粒子である。また、ＺｒＯ2 センサーＡ１０は、後述するようにＹ2 Ｏ3 を含有する。そのため、Ｙ2 Ｏ3 は、ＺｒＯ2 粒子２００同士の隙間と、ＡｌＮウィスカー１００同士の隙間と、ＺｒＯ2 粒子２００とＡｌＮウィスカー１００との間の隙間と、に位置している。
図１は、第１の実施形態のＺｒＯ2 センサーＡ１０の構造を示す概略構成図である。図１に示すように、ＺｒＯ2 センサーＡ１０は、ＡｌＮウィスカー１００と、ＺｒＯ2 粒子２００と、を有する焼結体である。ＺｒＯ2 粒子２００は、ＡｌＮウィスカー１００を覆う絶縁粒子である。また、ＺｒＯ2 センサーＡ１０は、後述するようにＹ2 Ｏ3 を含有する。そのため、Ｙ2 Ｏ3 は、ＺｒＯ2 粒子２００同士の隙間と、ＡｌＮウィスカー１００同士の隙間と、ＺｒＯ2 粒子２００とＡｌＮウィスカー１００との間の隙間と、に位置している。
ＺｒＯ2 粒子２００の平均粒子径は、１μｍ以上１００μｍ以下である。
２．ＡｌＮウィスカー
２−１．ＡｌＮウィスカーの構造
図２は、本実施形態のＡｌＮウィスカー１００の構造を示す部分断面図である。図２に示すように、ＡｌＮウィスカー１００は、繊維状の材料である。ＡｌＮウィスカー１００は、ＡｌＮ単結晶１１０と酸素原子含有層１２０とを有する。ＡｌＮ単結晶１１０は、繊維状である。ＡｌＮウィスカー１００の長さは、１μｍ以上５ｃｍ以下である。ＡｌＮウィスカー１００の直径は、０．１μｍ以上５０μｍ以下である。これらの数値範囲は目安であり、必ずしも上記の数値範囲に限るものではない。
２−１．ＡｌＮウィスカーの構造
図２は、本実施形態のＡｌＮウィスカー１００の構造を示す部分断面図である。図２に示すように、ＡｌＮウィスカー１００は、繊維状の材料である。ＡｌＮウィスカー１００は、ＡｌＮ単結晶１１０と酸素原子含有層１２０とを有する。ＡｌＮ単結晶１１０は、繊維状である。ＡｌＮウィスカー１００の長さは、１μｍ以上５ｃｍ以下である。ＡｌＮウィスカー１００の直径は、０．１μｍ以上５０μｍ以下である。これらの数値範囲は目安であり、必ずしも上記の数値範囲に限るものではない。
２−２．酸素原子含有層
酸素原子含有層１２０は、ＡｌＮ単結晶１１０が少なくとも酸素原子を取り込むことにより生成された第１の層である。酸素原子含有層１２０はＡｌＮ単結晶１１０の表面を筒状に覆っている。酸素原子含有層１２０の形状は筒形状である。酸素原子含有層１２０の膜厚は７ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。前述のように、酸素原子含有層１２０は、ＡｌＮ単結晶１１０に由来する。そのため、ＡｌＮ単結晶１１０が十分に緻密な結晶性を備えていれば、酸素原子含有層１２０の膜厚は７ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。上記の数値範囲は目安であり、必ずしも上記の数値範囲に限るものではない。
酸素原子含有層１２０は、ＡｌＮ単結晶１１０が少なくとも酸素原子を取り込むことにより生成された第１の層である。酸素原子含有層１２０はＡｌＮ単結晶１１０の表面を筒状に覆っている。酸素原子含有層１２０の形状は筒形状である。酸素原子含有層１２０の膜厚は７ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。前述のように、酸素原子含有層１２０は、ＡｌＮ単結晶１１０に由来する。そのため、ＡｌＮ単結晶１１０が十分に緻密な結晶性を備えていれば、酸素原子含有層１２０の膜厚は７ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。上記の数値範囲は目安であり、必ずしも上記の数値範囲に限るものではない。
酸素原子含有層１２０は、ＡｌＮ単結晶１１０の表面が大気中の酸素分子もしくは水分と反応したものである。つまり、酸素原子含有層１２０は、製造過程においてＡｌＮ単結晶１１０であったものである。ＡｌＮが酸素分子もしくは水分子と反応すると、Ａｌ2 Ｏ3 と、ＡｌＯＮと、Ａｌ（ＯＨ）3 とのうちの少なくとも一つが発生する可能性がある。したがって、酸素原子含有層１２０は、Ａｌ2 Ｏ3 とＡｌＯＮとＡｌ（ＯＨ）3 とのうちの少なくとも一種類を含有する。また、これらの材料の複合材料である可能性がある。Ａｌ2 Ｏ3 と、ＡｌＯＮと、Ａｌ（ＯＨ）3 とは、いずれもＡｌ原子と酸素原子とを含む。酸素原子含有層１２０は絶縁性である。そして、酸素原子含有層１２０の熱伝導率はＡｌＮ単結晶１１０の熱伝導率よりも低い。
２−３．本実施形態のＡｌＮウィスカーの性質
ＡｌＮウィスカー１００は、高い熱伝導性と高い絶縁性とを備えている。また、十分な脆性破壊強度を備えている。
ＡｌＮウィスカー１００は、高い熱伝導性と高い絶縁性とを備えている。また、十分な脆性破壊強度を備えている。
酸素原子含有層１２０は、前述のように、製造過程においてＡｌＮ単結晶１１０であったものである。そのため、酸素原子含有層１２０は、緻密な結晶構造を備えている。酸素原子含有層１２０が一旦生成された後には、酸素原子含有層１２０が酸素分子および水分子の侵入を防止する。そのため、酸素原子含有層１２０の膜厚は、例えば、７ｎｍ以上１０ｎｍ以下と十分に薄いままである。したがって、ＡｌＮウィスカー１００におけるＡｌＮ単結晶１１０の体積比は十分に大きい。つまり、ＡｌＮウィスカー１００の熱伝導性は非常に高い。
従来のＡｌＮ材料においては、このような緻密な酸素原子含有層を形成することが困難である。そのため、従来のＡｌＮ材料は、比較的厚い酸化層もしくは水酸化物層を有している。本実施形態では熱伝導性の低い酸素原子含有層１２０が薄いため、本実施形態のＡｌＮウィスカー１００は、従来のＡｌＮ材料より熱伝導性に優れている。
３．ＡｌＮウィスカーの製造装置
３−１．ＡｌＮウィスカーの製造装置の構造
図３は、本実施形態のＡｌＮウィスカー１００を製造するための製造装置１０００を示す概略構成図である。製造装置１０００は、炉本体１１００と、ヒーター１４００と、窒素ガス供給部１５００と、アルゴンガス供給部１６００と、を有する。炉本体１１００は、材料収容部１２００と、反応室１３００と、を内部に収容している。炉本体１１００の材質は、例えば、カーボンまたは石英である。
３−１．ＡｌＮウィスカーの製造装置の構造
図３は、本実施形態のＡｌＮウィスカー１００を製造するための製造装置１０００を示す概略構成図である。製造装置１０００は、炉本体１１００と、ヒーター１４００と、窒素ガス供給部１５００と、アルゴンガス供給部１６００と、を有する。炉本体１１００は、材料収容部１２００と、反応室１３００と、を内部に収容している。炉本体１１００の材質は、例えば、カーボンまたは石英である。
材料収容部１２００は、Ａｌ材料を収容するとともにＡｌを気化させることによりＡｌガスを発生させるための第１室である。材料収容部１２００の材質は、例えば、カーボンまたは石英である。材料収容部１２００は、容器１２１０と、１以上の連通部１２２０と、ガス導入口１２３０と、を有する。容器１２１０は、Ａｌ材料を収容するためのものである。容器１２１０の材質は、例えば、アルミナである。ガス導入口１２３０は、アルゴンガス等の希ガスを材料収容部１２００に導入するための希ガス導入口である。
連通部１２２０は、材料収容部１２００と反応室１３００とを連通する。連通部１２２０は、材料収容部１２００と反応室１３００との間に配置されている。連通部１２２０は、材料収容部１２００側に開口している開口部１２２０ａと、反応室１３００側に開口している開口部１２２０ｂと、を有する。連通部１２２０の開口部１２２０ｂは、材料収容部１２００で発生させたＡｌガスを反応室１３００に供給するための第１の導入口である。
反応室１３００は、Ａｌガスと窒素ガスとを反応させてＡｌＮウィスカー１００を成長させるための第２室である。反応室１３００は、Ａｌ2 Ｏ3 基板１３１０と、ガス導入口１３２０、１３３０と、排気口１３４０と、を有する。Ａｌ2 Ｏ3 基板１３１０は、アルミナ基板である。ここでＡｌ2 Ｏ3 基板１３１０は、絶縁性基材の一種である。反応室１３００の内部には、多数のＡｌ2 Ｏ3 基板１３１０が並んで配列されている。Ａｌ2 Ｏ3 基板１３１０は、その表面にＡｌＮウィスカー１００を成長させるためのものである。Ａｌ2 Ｏ3 基板１３１０は、基板の板面が水平面に交差するように並んで配置されている。ガス導入口１３２０は、窒素ガスを反応室１３００の内部に導入するための第２の導入口である。ガス導入口１３３０は、アルゴンガスを反応室１３００の内部に導入するためのものである。排気口１３４０は、反応室１３００の内部のガスを製造装置１０００の外部に排出するためのものである。
ヒーター１４００は、炉本体１１００の内部を加熱するためのものである。ヒーター１４００は、材料収容部１２００を加熱する第１の加熱部である。そのため、ヒーター１４００は、材料収容部１２００のＡｌ材料を加熱するとともに蒸発させる。また、ヒーター１４００は、反応室１３００をも加熱する。ヒーター１４００は、反応室１３００の内部の炉内温度を上昇させる。
窒素ガス供給部１５００は、ガス導入口１３２０から反応室１３００の内部に窒素ガスを供給するためのものである。アルゴンガス供給部１６００は、ガス導入口１３３０から反応室１３００の内部にアルゴンガスを供給するためのものである。
３−２．ＡｌＮウィスカーの製造装置の効果および製造条件
反応室１３００は、材料収容部１２００の上部に配置されている。つまり、材料収容部１２００は、反応室１３００からみて鉛直下方側の位置に配置されている。そのため、材料収容部１２００の内部で発生したＡｌガスは、材料収容部１２００から上部の反応室１３００に向かって流入しやすい。
反応室１３００は、材料収容部１２００の上部に配置されている。つまり、材料収容部１２００は、反応室１３００からみて鉛直下方側の位置に配置されている。そのため、材料収容部１２００の内部で発生したＡｌガスは、材料収容部１２００から上部の反応室１３００に向かって流入しやすい。
また、ヒーター１４００は、材料収容部１２００と反応室１３００とを同時に加熱するため、材料収容部１２００と反応室１３００とで温度差はほとんどない。ＡｌＮウィスカー１００を成長させる成長温度は、１５００℃以上１８００℃以下である。また、基板温度は、炉内の雰囲気温度とほぼ同じである。また、材料収容部１２００と反応室１３００との内圧は、ほぼ大気圧である。ただし、材料収容部１２００の内圧は、反応室１３００の内圧よりわずかに高いとよい。その場合、反応室１３００の窒素ガスが材料収容部１２００に入るおそれはほとんどない。つまり、溶融状態のＡｌ材料の表面が窒化されることはほとんどない。
４．ＡｌＮウィスカーの製造方法
４−１．材料準備工程
まず、製造装置１０００の容器１２１０の内部にＡｌ材料を収容する。このＡｌ材料は、工業的に製錬されたアルミニウムである。この段階ではＡｌ材料は固体の金属である。
４−１．材料準備工程
まず、製造装置１０００の容器１２１０の内部にＡｌ材料を収容する。このＡｌ材料は、工業的に製錬されたアルミニウムである。この段階ではＡｌ材料は固体の金属である。
４−２．気化工程（Ａｌガス発生工程）
次に、材料収容部１２００の内部でＡｌ材料を加熱してＡｌガスを発生させる。そのために、ヒーター１４００により炉本体１１００を加熱する。これにより、材料収容部１２００および反応室１３００の内部の温度が上昇する。この材料収容部１２００を加熱する際に、アルゴンガス供給部１６００が材料収容部１２００の内部にアルゴンガスを供給する。そして、Ａｌの融点に達したときにＡｌが溶融し始める。そして、その後、Ａｌの沸点には達しないもののＡｌの一部が蒸発し始める。つまり、Ａｌ材料を気化させてＡｌガスとする。これにより、材料収容部１２００の内部にはアルゴンガスとＡｌガスとの混合ガスが充満する。
次に、材料収容部１２００の内部でＡｌ材料を加熱してＡｌガスを発生させる。そのために、ヒーター１４００により炉本体１１００を加熱する。これにより、材料収容部１２００および反応室１３００の内部の温度が上昇する。この材料収容部１２００を加熱する際に、アルゴンガス供給部１６００が材料収容部１２００の内部にアルゴンガスを供給する。そして、Ａｌの融点に達したときにＡｌが溶融し始める。そして、その後、Ａｌの沸点には達しないもののＡｌの一部が蒸発し始める。つまり、Ａｌ材料を気化させてＡｌガスとする。これにより、材料収容部１２００の内部にはアルゴンガスとＡｌガスとの混合ガスが充満する。
４−３．ＡｌＮ単結晶形成工程（ガス供給工程）
続いて、材料収容部１２００の内部に発生したアルゴンガスとＡｌガスとの混合ガスを、連通部１２２０の開口部１２２０ｂから反応室１３００の内部に流入させる。この際に、Ａｌガスとアルゴンガスとの混合ガスは、Ａｌ2 Ｏ3 基板１３１０の板面にほぼ平行な向きに反応室１３００の内部に供給される。一方、アルゴンガス供給部１６００は、ガス導入口１３３０から反応室１３００の内部にアルゴンガスを供給する。ここで、Ａｌ2 Ｏ3 基板１３１０の周囲をＡｒガスで満たした後にＡｌガスをＡｌ2 Ｏ3 基板に供給するとよい。また、窒素ガス供給部１５００は、ガス導入口１３２０から反応室１３００の内部に窒素ガスを供給する。そして、反応室１３００の内部では、アルゴンガスとＡｌガスと窒素ガスとが混合する。そして、Ａｌ2 Ｏ3 基板１３１０の表面では、Ａｌガスと窒素ガスとが反応して繊維状のＡｌＮ単結晶１１０が成長する。
続いて、材料収容部１２００の内部に発生したアルゴンガスとＡｌガスとの混合ガスを、連通部１２２０の開口部１２２０ｂから反応室１３００の内部に流入させる。この際に、Ａｌガスとアルゴンガスとの混合ガスは、Ａｌ2 Ｏ3 基板１３１０の板面にほぼ平行な向きに反応室１３００の内部に供給される。一方、アルゴンガス供給部１６００は、ガス導入口１３３０から反応室１３００の内部にアルゴンガスを供給する。ここで、Ａｌ2 Ｏ3 基板１３１０の周囲をＡｒガスで満たした後にＡｌガスをＡｌ2 Ｏ3 基板に供給するとよい。また、窒素ガス供給部１５００は、ガス導入口１３２０から反応室１３００の内部に窒素ガスを供給する。そして、反応室１３００の内部では、アルゴンガスとＡｌガスと窒素ガスとが混合する。そして、Ａｌ2 Ｏ3 基板１３１０の表面では、Ａｌガスと窒素ガスとが反応して繊維状のＡｌＮ単結晶１１０が成長する。
ＡｌＮ単結晶１１０の成長温度は、１５００℃以上１８００℃以下である。そのため、ＡｌＮ単結晶１１０を成長させる際の反応室１３００の内部の雰囲気温度を１５００℃以上１８００℃以下とする。また、ＡｌＮ単結晶１１０の製造時間は十分に長いため、基板温度は雰囲気温度とほとんど等しいと考えられる。つまり、Ａｌ2 Ｏ3 基板１３１０の温度も１５００℃以上１８００℃以下である。反応室１３００の内圧はほぼ１気圧である。つまり、０．９ａｔｍ以上１．１ａｔｍ以下である。
４−４．酸素原子含有層形成工程
この後、製造装置１０００の炉内温度を室温に降下する。そして、ＡｌＮ単結晶１１０を製造装置１０００から取り出す。このＡｌＮ単結晶１１０の取り出し時にＡｌＮ単結晶１１０の表面が酸素分子もしくは水分子と反応して酸素原子含有層１２０が形成されると考えられる。このように、製造装置１０００から取り出したＡｌＮ単結晶１１０の表面には薄い酸素原子含有層１２０が形成されている。
この後、製造装置１０００の炉内温度を室温に降下する。そして、ＡｌＮ単結晶１１０を製造装置１０００から取り出す。このＡｌＮ単結晶１１０の取り出し時にＡｌＮ単結晶１１０の表面が酸素分子もしくは水分子と反応して酸素原子含有層１２０が形成されると考えられる。このように、製造装置１０００から取り出したＡｌＮ単結晶１１０の表面には薄い酸素原子含有層１２０が形成されている。
５．ＺｒＯ2 センサーの製造方法（焼結体の製造方法）
５−１．ＡｌＮウィスカー製造工程
前述したように、ＡｌＮウィスカー１００を製造する。
５−１．ＡｌＮウィスカー製造工程
前述したように、ＡｌＮウィスカー１００を製造する。
５−２．混合物準備工程
ＺｒＯ2 粒子２００とＹ2 Ｏ3 粒子との混合物を準備する。具体的には、９５ｗｔ％以上９８ｗｔ％以下のＺｒＯ2 粒子２００と２ｗｔ％以上５ｗｔ％以下のＹ2 Ｏ3 粒子とをボールミル等を用いて混合する。ＺｒＯ2 粒子２００の純度は９５％以上である。ＺｒＯ2 粒子２００の平均粒子径は１μｍ以上１００μｍ以下である。Ｙ2 Ｏ3 粒子の純度は９５％以上である。Ｙ2 Ｏ3 粒子の平均粒子径は１μｍ以上１００μｍ以下である。
ＺｒＯ2 粒子２００とＹ2 Ｏ3 粒子との混合物を準備する。具体的には、９５ｗｔ％以上９８ｗｔ％以下のＺｒＯ2 粒子２００と２ｗｔ％以上５ｗｔ％以下のＹ2 Ｏ3 粒子とをボールミル等を用いて混合する。ＺｒＯ2 粒子２００の純度は９５％以上である。ＺｒＯ2 粒子２００の平均粒子径は１μｍ以上１００μｍ以下である。Ｙ2 Ｏ3 粒子の純度は９５％以上である。Ｙ2 Ｏ3 粒子の平均粒子径は１μｍ以上１００μｍ以下である。
５−３．ＡｌＮウィスカー混合工程
ＺｒＯ2 粒子２００とＹ2 Ｏ3 粒子との混合物を１００ｗｔ％に対して、０．５ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下のＡｌＮウィスカー１００を混合させる。その際に、混合擂潰機や乳鉢等の一般的な混合攪拌器で混合させる。これにより、ＡｌＮウィスカー１００を含む混合物が得られる。
ＺｒＯ2 粒子２００とＹ2 Ｏ3 粒子との混合物を１００ｗｔ％に対して、０．５ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下のＡｌＮウィスカー１００を混合させる。その際に、混合擂潰機や乳鉢等の一般的な混合攪拌器で混合させる。これにより、ＡｌＮウィスカー１００を含む混合物が得られる。
５−４．混練工程
１００ｗｔ％のＡｌＮウィスカー１００を含む混合物に０．５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下のエチルアルコールを混合する。そして、攪拌機でスラリー状にする。これにより、スラリー状の混合物が得られる。また、エチルアルコールの他に、水またはその他のアルコールを用いてもよい。
１００ｗｔ％のＡｌＮウィスカー１００を含む混合物に０．５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下のエチルアルコールを混合する。そして、攪拌機でスラリー状にする。これにより、スラリー状の混合物が得られる。また、エチルアルコールの他に、水またはその他のアルコールを用いてもよい。
５−５．成形工程
次に、スラリー状の混合物を型に流し込む。これにより、第１の成形体が得られる。
次に、スラリー状の混合物を型に流し込む。これにより、第１の成形体が得られる。
５−６．乾燥工程
次に、第１の成形体を乾燥する。乾燥温度は６０℃以上３５０℃以下である。乾燥時間は１時間以上３時間以下である。これらの数値範囲は一例である。そのため、これら以外の数値を用いてもよい。これにより、第１の成形体からエチルアルコールまたは水分を蒸発させる。また、１時間あたり１〜１０℃の割合で第１の成形体の雰囲気温度を上昇させてもよい。また、この工程において、電子レンジを用いてもよい。
次に、第１の成形体を乾燥する。乾燥温度は６０℃以上３５０℃以下である。乾燥時間は１時間以上３時間以下である。これらの数値範囲は一例である。そのため、これら以外の数値を用いてもよい。これにより、第１の成形体からエチルアルコールまたは水分を蒸発させる。また、１時間あたり１〜１０℃の割合で第１の成形体の雰囲気温度を上昇させてもよい。また、この工程において、電子レンジを用いてもよい。
５−７．焼成工程
次に、第１の成形体を焼成する。そのために真空引き可能な焼成装置を用いる。まずは、第１の成形体を焼成装置の内部に配置する。そして、焼成装置を真空引きする。その後、窒素ガスを供給する。焼成装置の雰囲気は窒素雰囲気である。そして焼成装置の内部の雰囲気を加熱する。例えば、１時間ほどで３５０℃から１１００℃程度まで雰囲気温度を上昇させる。そして、雰囲気温度の上昇にともなって、Ｙ2 Ｏ3 粒子は液相になる。炉内の雰囲気温度が１１００℃に達したら第１の成形体をそのまま焼成する。焼成温度は１１００℃以上１６００℃以下である。焼成時間は１０分以上１０時間以下である。そして焼成時間が経過した後に、焼成装置を冷却する。例えば、１時間あたり１００℃の割合で焼成装置を冷却するとよい。そして、炉内温度が十分に下がった後、第１の成形体を取り出す。
次に、第１の成形体を焼成する。そのために真空引き可能な焼成装置を用いる。まずは、第１の成形体を焼成装置の内部に配置する。そして、焼成装置を真空引きする。その後、窒素ガスを供給する。焼成装置の雰囲気は窒素雰囲気である。そして焼成装置の内部の雰囲気を加熱する。例えば、１時間ほどで３５０℃から１１００℃程度まで雰囲気温度を上昇させる。そして、雰囲気温度の上昇にともなって、Ｙ2 Ｏ3 粒子は液相になる。炉内の雰囲気温度が１１００℃に達したら第１の成形体をそのまま焼成する。焼成温度は１１００℃以上１６００℃以下である。焼成時間は１０分以上１０時間以下である。そして焼成時間が経過した後に、焼成装置を冷却する。例えば、１時間あたり１００℃の割合で焼成装置を冷却するとよい。そして、炉内温度が十分に下がった後、第１の成形体を取り出す。
５−８．溶射工程
次に、第１の成形体の表面にγ−Ａｌ2 Ｏ3 を溶射する。γ−Ａｌ2 Ｏ3 の比表面積は３００ｍ2 以上であるとよい。好ましくは、γ−Ａｌ2 Ｏ3 の比表面積は１０００ｍ2 以上である。これにより、第１の成形体の表面にγ−Ａｌ2 Ｏ3 の溶射層が形成された第２の成形体が得られる。
次に、第１の成形体の表面にγ−Ａｌ2 Ｏ3 を溶射する。γ−Ａｌ2 Ｏ3 の比表面積は３００ｍ2 以上であるとよい。好ましくは、γ−Ａｌ2 Ｏ3 の比表面積は１０００ｍ2 以上である。これにより、第１の成形体の表面にγ−Ａｌ2 Ｏ3 の溶射層が形成された第２の成形体が得られる。
５−９．触媒金属付着工程
次に、第２の成形体を触媒金属を含む水溶液または有機溶液中に浸漬する。触媒金属として例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｄ、Ｒｈ等が挙げられる。そして、第２の成形体を３００℃程度の温度で乾燥させる。以上により、ＺｒＯ2 センサーＡ１０が得られる。
次に、第２の成形体を触媒金属を含む水溶液または有機溶液中に浸漬する。触媒金属として例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｄ、Ｒｈ等が挙げられる。そして、第２の成形体を３００℃程度の温度で乾燥させる。以上により、ＺｒＯ2 センサーＡ１０が得られる。
６．本実施形態の効果
６−１．熱伝導性
本実施形態におけるＺｒＯ2 センサーＡ１０は、ＡｌＮウィスカー１００と、ＺｒＯ2 粒子２００と、を有する。ＡｌＮウィスカー１００を有するため、ＺｒＯ2 センサーＡ１０の熱伝導性は、従来のセンサーの熱伝導性よりも高い。したがって、本実施形態のＺｒＯ2 センサーＡ１０は高速動作性を備えている。また、ＺｒＯ2 センサーＡ１０の内部の温度分布はより均一である。そして、ＺｒＯ2 センサーＡ１０を加熱する際に、内部の温度が上昇するまでの時間が従来より短い。これらの特徴があるため、酸素を高精度で測定することができる。
６−１．熱伝導性
本実施形態におけるＺｒＯ2 センサーＡ１０は、ＡｌＮウィスカー１００と、ＺｒＯ2 粒子２００と、を有する。ＡｌＮウィスカー１００を有するため、ＺｒＯ2 センサーＡ１０の熱伝導性は、従来のセンサーの熱伝導性よりも高い。したがって、本実施形態のＺｒＯ2 センサーＡ１０は高速動作性を備えている。また、ＺｒＯ2 センサーＡ１０の内部の温度分布はより均一である。そして、ＺｒＯ2 センサーＡ１０を加熱する際に、内部の温度が上昇するまでの時間が従来より短い。これらの特徴があるため、酸素を高精度で測定することができる。
６−２．機械的強度
本実施形態のＺｒＯ2 センサーＡ１０は、繊維状のＡｌＮウィスカー１００を含有している。繊維状のＡｌＮウィスカー１００は、複合材料の機械的強度を向上させる。そのため、本実施形態のＺｒＯ2 センサーＡ１０の機械的強度は、従来のＺｒＯ2 センサーの機械的強度に比べて高い。
本実施形態のＺｒＯ2 センサーＡ１０は、繊維状のＡｌＮウィスカー１００を含有している。繊維状のＡｌＮウィスカー１００は、複合材料の機械的強度を向上させる。そのため、本実施形態のＺｒＯ2 センサーＡ１０の機械的強度は、従来のＺｒＯ2 センサーの機械的強度に比べて高い。
ＡｌＮウィスカー１００は、表面に酸素原子を含む酸素原子含有層１２０を有する。
一方、焼結時にはＹ2 Ｏ3 は液相となっている。この液相のＹ2 Ｏ3 は、ＡｌＮウィスカー１００の酸素原子含有層１２０の酸素原子またはＺｒＯ2 粒子２００の酸素原子と結合しやすい。そのため、ＺｒＯ2 センサーＡ１０の機械的強度は高い。
一方、焼結時にはＹ2 Ｏ3 は液相となっている。この液相のＹ2 Ｏ3 は、ＡｌＮウィスカー１００の酸素原子含有層１２０の酸素原子またはＺｒＯ2 粒子２００の酸素原子と結合しやすい。そのため、ＺｒＯ2 センサーＡ１０の機械的強度は高い。
６−３．緻密性
ＡｌＮウィスカー１００とＺｒＯ2 粒子２００とＹ2 Ｏ3 とは、ＺｒＯ2 センサーＡ１０の内部でそれぞれ独立して存在する。そして、これらの材料は互いに強固に結合している。そのため、これらの材料の界面にガスがほとんど流入できない。
ＡｌＮウィスカー１００とＺｒＯ2 粒子２００とＹ2 Ｏ3 とは、ＺｒＯ2 センサーＡ１０の内部でそれぞれ独立して存在する。そして、これらの材料は互いに強固に結合している。そのため、これらの材料の界面にガスがほとんど流入できない。
７．実験Ａ（ＡｌＮウィスカー）
７−１．ＡｌＮウィスカーの形状
図４は、ＡｌＮウィスカー１００の外観を示す走査型顕微鏡写真である。図５は、ＡｌＮウィスカー１００を拡大した走査型顕微鏡写真である。図５に示すように、六方晶の単結晶が成長していることが分かる。
７−１．ＡｌＮウィスカーの形状
図４は、ＡｌＮウィスカー１００の外観を示す走査型顕微鏡写真である。図５は、ＡｌＮウィスカー１００を拡大した走査型顕微鏡写真である。図５に示すように、六方晶の単結晶が成長していることが分かる。
７−２．ＡｌＮ単結晶
図６は、ＡｌＮウィスカー１００の透過型顕微鏡写真である。図６から、ＡｌＮ単結晶１１０が、確かに単結晶であることが分かる。
図６は、ＡｌＮウィスカー１００の透過型顕微鏡写真である。図６から、ＡｌＮ単結晶１１０が、確かに単結晶であることが分かる。
７−３．酸素原子含有層
図７は、ＡｌＮウィスカー１００の酸素原子マッピング像である。白い点は、酸素原子を示している。図７から、ＡｌＮ単結晶１１０の表面に７ｎｍ以上１０ｎｍ以下の酸素原子含有層が存在していることが分かる。
図７は、ＡｌＮウィスカー１００の酸素原子マッピング像である。白い点は、酸素原子を示している。図７から、ＡｌＮ単結晶１１０の表面に７ｎｍ以上１０ｎｍ以下の酸素原子含有層が存在していることが分かる。
８．実験Ｂ（ＺｒＯ2 センサー）
８−１．サンプル
ＡｌＮウィスカー１００を有するＺｒＯ2 センサー（サンプルＡ１：実施形態のセンサー）と、ＡｌＮウィスカー１００を有さないＺｒＯ2 センサー（サンプルＡ２：従来のセンサー）と、を作製した。サンプルＡ１におけるＡｌＮウィスカー１００の混合量は１ｗｔ％であった。
８−１．サンプル
ＡｌＮウィスカー１００を有するＺｒＯ2 センサー（サンプルＡ１：実施形態のセンサー）と、ＡｌＮウィスカー１００を有さないＺｒＯ2 センサー（サンプルＡ２：従来のセンサー）と、を作製した。サンプルＡ１におけるＡｌＮウィスカー１００の混合量は１ｗｔ％であった。
８−２．水中試験
２種類のサンプルを加熱した後に水中に入れた。そして、クラックの有無を調べた。サンプルＡ１では４５０℃から５００℃程度に加熱したサンプルにクラックが発生した。サンプルＡ２では４００℃に加熱したサンプルにクラックが発生した。つまり、本実施形態のサンプルＡ１の耐熱性は、従来のサンプルＡ２の耐熱性よりも高い。
２種類のサンプルを加熱した後に水中に入れた。そして、クラックの有無を調べた。サンプルＡ１では４５０℃から５００℃程度に加熱したサンプルにクラックが発生した。サンプルＡ２では４００℃に加熱したサンプルにクラックが発生した。つまり、本実施形態のサンプルＡ１の耐熱性は、従来のサンプルＡ２の耐熱性よりも高い。
８−３．加熱時間
２種類のサンプルを６００℃まで加熱した。そして、その内部が６００℃に到達するまでの経過時間を測定した。サンプルＡ１の経過時間は約１０分であった。サンプルＡ２の経過時間は２０分であった。つまり、本実施形態のサンプルＡ１の熱伝導性は、従来のサンプルＡ２の熱伝導性よりも十分に高い。
２種類のサンプルを６００℃まで加熱した。そして、その内部が６００℃に到達するまでの経過時間を測定した。サンプルＡ１の経過時間は約１０分であった。サンプルＡ２の経過時間は２０分であった。つまり、本実施形態のサンプルＡ１の熱伝導性は、従来のサンプルＡ２の熱伝導性よりも十分に高い。
８−４．空燃比
２種類のサンプルを用いて自動車のエンジンの空燃比を測定した。サンプルＡ１の空燃比とサンプルＡ２の空燃比とで同様の特性が得られた。
２種類のサンプルを用いて自動車のエンジンの空燃比を測定した。サンプルＡ１の空燃比とサンプルＡ２の空燃比とで同様の特性が得られた。
９．変形例
９−１．絶縁粒子
ＺｒＯ2 センサーＡ１０は、ＺｒＯ2 粒子２００以外の絶縁粒子を含んでもよい。つまり、ＺｒＯ2 センサーＡ１０は、１種類以上の絶縁粒子を有する。例えば、ＺｒＯ2 センサーＡ１０は、ＡｌＮ多結晶粒子を含んでもよい。ＺｒＯ2 センサーＡ１０がＡｌＮウィスカー１００に加えてＡｌＮ多結晶粒子を含有することにより、ＺｒＯ2 センサーＡ１０の熱伝導性は向上する。
９−１．絶縁粒子
ＺｒＯ2 センサーＡ１０は、ＺｒＯ2 粒子２００以外の絶縁粒子を含んでもよい。つまり、ＺｒＯ2 センサーＡ１０は、１種類以上の絶縁粒子を有する。例えば、ＺｒＯ2 センサーＡ１０は、ＡｌＮ多結晶粒子を含んでもよい。ＺｒＯ2 センサーＡ１０がＡｌＮウィスカー１００に加えてＡｌＮ多結晶粒子を含有することにより、ＺｒＯ2 センサーＡ１０の熱伝導性は向上する。
９−２．焼結助剤
ＺｒＯ2 センサーＡ１０は、絶縁粒子としてその他の焼結助剤を有していてもよい。例えば、焼結助剤としてＹ2 Ｏ3 に加えてＣａＯとＬａＢ6 とを用いてもよい。また、焼結助剤としてＹ2 Ｏ3 に加えてＣａＯとＢ2 Ｏとを用いてもよい。これらの焼結助剤を用いた場合であっても、焼結体を製造することができる。
ＺｒＯ2 センサーＡ１０は、絶縁粒子としてその他の焼結助剤を有していてもよい。例えば、焼結助剤としてＹ2 Ｏ3 に加えてＣａＯとＬａＢ6 とを用いてもよい。また、焼結助剤としてＹ2 Ｏ3 に加えてＣａＯとＢ2 Ｏとを用いてもよい。これらの焼結助剤を用いた場合であっても、焼結体を製造することができる。
９−３．焼成装置の雰囲気
ＺｒＯ2 センサーＡ１０を焼成する際の雰囲気は窒素雰囲気である。しかし、窒素ガスに少量の酸素ガスを混合してもよい場合がある。そのため、焼成装置の雰囲気は、窒素を含む雰囲気である。
ＺｒＯ2 センサーＡ１０を焼成する際の雰囲気は窒素雰囲気である。しかし、窒素ガスに少量の酸素ガスを混合してもよい場合がある。そのため、焼成装置の雰囲気は、窒素を含む雰囲気である。
９−４．Ａｌ含有材料
本実施形態では、工業的に製錬されたアルミニウムであるＡｌ材料を用いる。しかし、このような純度の高いＡｌ材料の代わりにＡｌ合金を用いてもよい。このようにＡｌ原子を含むＡｌ含有材料を用いてもＡｌＮウィスカー１００を製造することができる。ただし、工業的に製錬されたアルミニウムを用いたほうが、製造されるＡｌＮウィスカー１００に不純物が混じりにくい。
本実施形態では、工業的に製錬されたアルミニウムであるＡｌ材料を用いる。しかし、このような純度の高いＡｌ材料の代わりにＡｌ合金を用いてもよい。このようにＡｌ原子を含むＡｌ含有材料を用いてもＡｌＮウィスカー１００を製造することができる。ただし、工業的に製錬されたアルミニウムを用いたほうが、製造されるＡｌＮウィスカー１００に不純物が混じりにくい。
９−５．酸素原子含有層
酸素原子含有層１２０は、Ａｌ2 Ｏ3 とＡｌＯＮとＡｌ（ＯＨ）3 とのうちの少なくとも一種類を含有する。しかし、酸素原子含有層１２０は、上記以外のＡｌ化合物であって酸素原子を含むものであってもよい。すなわち、酸素原子含有層１２０は、Ａｌ原子と酸素原子とを含む層である。
酸素原子含有層１２０は、Ａｌ2 Ｏ3 とＡｌＯＮとＡｌ（ＯＨ）3 とのうちの少なくとも一種類を含有する。しかし、酸素原子含有層１２０は、上記以外のＡｌ化合物であって酸素原子を含むものであってもよい。すなわち、酸素原子含有層１２０は、Ａｌ原子と酸素原子とを含む層である。
９−６．ホットプレス工程
本実施形態の乾燥工程および焼成工程の代わりに、ホットプレス工程を用いてもよい。ホットプレス工程における雰囲気は窒素雰囲気であるとよい。
本実施形態の乾燥工程および焼成工程の代わりに、ホットプレス工程を用いてもよい。ホットプレス工程における雰囲気は窒素雰囲気であるとよい。
９−７．絶縁性基材
本実施形態のＡｌ2 Ｏ3 基板１３１０はアルミナ基板である。Ａｌ2 Ｏ3 基板１３１０は、サファイア基板であってもよい。そのため、Ａｌ2 Ｏ3 基板はアルミナ基板とサファイア基板とを含む。また、絶縁性基材は、ＡｌＮ粒子やＡｌＮ多結晶基板であってもよい。
本実施形態のＡｌ2 Ｏ3 基板１３１０はアルミナ基板である。Ａｌ2 Ｏ3 基板１３１０は、サファイア基板であってもよい。そのため、Ａｌ2 Ｏ3 基板はアルミナ基板とサファイア基板とを含む。また、絶縁性基材は、ＡｌＮ粒子やＡｌＮ多結晶基板であってもよい。
９−８．開口部のシャッター
連通部１２２０は、材料収容部１２００と反応室１３００との間に位置している。連通部１２２０の開口部１２２０ａまたは開口部１２２０ｂに開閉可能なシャッターを設けてもよい。シャッターは、開口部１２２０ａまたは開口部１２２０ｂを開いた状態と閉じた状態とのいずれかの状態にする開閉部である。これにより、Ａｌガスが反応室１３００の内部に流入する時期を調整することができる。
連通部１２２０は、材料収容部１２００と反応室１３００との間に位置している。連通部１２２０の開口部１２２０ａまたは開口部１２２０ｂに開閉可能なシャッターを設けてもよい。シャッターは、開口部１２２０ａまたは開口部１２２０ｂを開いた状態と閉じた状態とのいずれかの状態にする開閉部である。これにより、Ａｌガスが反応室１３００の内部に流入する時期を調整することができる。
９−９．加熱部
材料収容部１２００は、炉本体１１００の内部に配置されている。しかし、材料収容部１２００と反応室１３００とを別体としてもよい。この場合には、製造装置１０００は、材料収容部１２００を加熱する第１の加熱部と、反応室１３００を加熱する第２の加熱部と、を有する。これにより、材料収容部１２００と反応室１３００とを別々に加熱することができる。つまり、Ａｌガスの蒸発させる温度と、反応室１３００の炉内温度と、を別々に設定することができる。
材料収容部１２００は、炉本体１１００の内部に配置されている。しかし、材料収容部１２００と反応室１３００とを別体としてもよい。この場合には、製造装置１０００は、材料収容部１２００を加熱する第１の加熱部と、反応室１３００を加熱する第２の加熱部と、を有する。これにより、材料収容部１２００と反応室１３００とを別々に加熱することができる。つまり、Ａｌガスの蒸発させる温度と、反応室１３００の炉内温度と、を別々に設定することができる。
９−１０．組み合わせ
上記の変形例について、自由に組み合わせてもよい。
上記の変形例について、自由に組み合わせてもよい。
１０．本実施形態のまとめ
本実施形態におけるＺｒＯ2 センサーＡ１０は、ＡｌＮウィスカー１００と、ＺｒＯ2 粒子２００と、を有する。ＡｌＮウィスカー１００を有するため、ＺｒＯ2 センサーＡ１０の熱伝導性は、従来のセンサーの熱伝導性よりも高い。したがって、本実施形態のＺｒＯ2 センサーＡ１０は高速動作性を備えている。
本実施形態におけるＺｒＯ2 センサーＡ１０は、ＡｌＮウィスカー１００と、ＺｒＯ2 粒子２００と、を有する。ＡｌＮウィスカー１００を有するため、ＺｒＯ2 センサーＡ１０の熱伝導性は、従来のセンサーの熱伝導性よりも高い。したがって、本実施形態のＺｒＯ2 センサーＡ１０は高速動作性を備えている。
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態について説明する。
１．触媒コンバーター（焼結体）
図８は、第２の実施形態における触媒コンバーターＡ２０の外観を示す斜視図である。触媒コンバーターＡ２０は、自動車用触媒コンバーターである。触媒コンバーターＡ２０は、後述するように、ＡｌＮウィスカー１００と、コージェライトと、を含む焼結体である。触媒コンバーターＡ２０は、エンジンの排気ガスからＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを除去するための装置である。触媒コンバーターＡ２０は、表面Ａ２１を有している。
図８は、第２の実施形態における触媒コンバーターＡ２０の外観を示す斜視図である。触媒コンバーターＡ２０は、自動車用触媒コンバーターである。触媒コンバーターＡ２０は、後述するように、ＡｌＮウィスカー１００と、コージェライトと、を含む焼結体である。触媒コンバーターＡ２０は、エンジンの排気ガスからＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを除去するための装置である。触媒コンバーターＡ２０は、表面Ａ２１を有している。
図９は、触媒コンバーターＡ２０の表面Ａ２１を示す拡大図である。図９に示すように、触媒コンバーターＡ２０の表面Ａ２１は、多数の貫通孔Ａ２１ｂを有している。多数の貫通孔Ａ２１ｂの断面形状は四角形である。貫通孔Ａ２１ｂは壁Ａ２１ａにより仕切られている。なお、貫通孔Ａ２１ｂの断面形状は六角形であってもよい。
図１０は、触媒コンバーターＡ２０の壁Ａ２１ａを拡大した拡大図である。触媒コンバーターＡ２０は、ＡｌＮウィスカー１００と、コージェライト３００と、を有する。ＡｌＮウィスカー１００は、コージェライト３００に覆われている。コージェライト３００は、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 の組成を有する。
２．触媒コンバーターの製造方法（焼結体の製造方法）
２−１．ＡｌＮウィスカー製造工程
第１の実施形態で説明したようにＡｌＮウィスカー１００を製造する。
２−１．ＡｌＮウィスカー製造工程
第１の実施形態で説明したようにＡｌＮウィスカー１００を製造する。
２−２．混合物準備工程
コージェライト３００の組成となるような原材料の混合物を準備する。例えば、タルク（３ＭｇＯ・４ＳｉＯ2 ・Ｈ2 Ｏ）、カオリン（Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ・２Ｈ2 Ｏ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を準備する。そしてこれらの材料をコージェライト３００の組成となるような比で混合して混合物とする。
コージェライト３００の組成となるような原材料の混合物を準備する。例えば、タルク（３ＭｇＯ・４ＳｉＯ2 ・Ｈ2 Ｏ）、カオリン（Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ・２Ｈ2 Ｏ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を準備する。そしてこれらの材料をコージェライト３００の組成となるような比で混合して混合物とする。
２−３．ＡｌＮウィスカー混合工程
１００ｗｔ％の上記の混合物（コージェライト３００の組成となる混合物）に対して、０．５ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下のＡｌＮウィスカー１００を混合させる。その際に、混合擂潰機や乳鉢等の一般的な混合攪拌器で混合させる。これにより、ＡｌＮウィスカー１００を含む混合物が得られる。
１００ｗｔ％の上記の混合物（コージェライト３００の組成となる混合物）に対して、０．５ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下のＡｌＮウィスカー１００を混合させる。その際に、混合擂潰機や乳鉢等の一般的な混合攪拌器で混合させる。これにより、ＡｌＮウィスカー１００を含む混合物が得られる。
２−４．混練工程
１００ｗｔ％の上記の混合物（ＡｌＮウィスカー１００を含む混合物）に０．５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下の水を混合する。そして、攪拌機でスラリー状にする。これにより、スラリー状の混合物が得られる。
１００ｗｔ％の上記の混合物（ＡｌＮウィスカー１００を含む混合物）に０．５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下の水を混合する。そして、攪拌機でスラリー状にする。これにより、スラリー状の混合物が得られる。
２−５．成形工程
次に、スラリー状の混合物を真空押し出し機にセットする。この真空押し出し機は、スラリー状の混合物をハニカム形状、四角形状、三角形状などに成形することができる。この真空押し出し機を用いた成形により、第１の成形体が得られる。
次に、スラリー状の混合物を真空押し出し機にセットする。この真空押し出し機は、スラリー状の混合物をハニカム形状、四角形状、三角形状などに成形することができる。この真空押し出し機を用いた成形により、第１の成形体が得られる。
２−６．乾燥工程
次に、第１の成形体を乾燥する。乾燥温度は１５℃以上１００℃以下である。乾燥時間は１時間以上３時間以下である。これらの数値範囲は一例である。そのため、これら以外の数値を用いてもよい。これにより、第１の成形体から水分を蒸発させる。また、この工程において、電子レンジを用いてもよい。
次に、第１の成形体を乾燥する。乾燥温度は１５℃以上１００℃以下である。乾燥時間は１時間以上３時間以下である。これらの数値範囲は一例である。そのため、これら以外の数値を用いてもよい。これにより、第１の成形体から水分を蒸発させる。また、この工程において、電子レンジを用いてもよい。
２−７．焼成工程
次に、第１の成形体を焼成する。そのために真空引き可能な焼成装置を用いる。まずは、第１の成形体を焼成装置の内部に配置する。そして、焼成装置を真空引きする。その後、窒素ガスを供給する。また、窒素ガスに少量の酸素ガスを混合してもよい場合がある。そして焼成装置の内部の雰囲気を加熱する。例えば、２４時間ほどかけて２０℃から１１００℃程度まで雰囲気温度を上昇させる。炉内の雰囲気温度が１１００℃に達したら第１の成形体をそのまま焼成する。焼成温度は１１００℃以上１５００℃以下である。焼成時間は２４時間以上７２時間以下である。そして焼成時間が経過した後に、焼成装置を冷却する。例えば、１時間あたり５０℃〜３００℃の割合で焼成装置を冷却するとよい。そして、炉内温度が十分に下がった後、第１の成形体を取り出す。
次に、第１の成形体を焼成する。そのために真空引き可能な焼成装置を用いる。まずは、第１の成形体を焼成装置の内部に配置する。そして、焼成装置を真空引きする。その後、窒素ガスを供給する。また、窒素ガスに少量の酸素ガスを混合してもよい場合がある。そして焼成装置の内部の雰囲気を加熱する。例えば、２４時間ほどかけて２０℃から１１００℃程度まで雰囲気温度を上昇させる。炉内の雰囲気温度が１１００℃に達したら第１の成形体をそのまま焼成する。焼成温度は１１００℃以上１５００℃以下である。焼成時間は２４時間以上７２時間以下である。そして焼成時間が経過した後に、焼成装置を冷却する。例えば、１時間あたり５０℃〜３００℃の割合で焼成装置を冷却するとよい。そして、炉内温度が十分に下がった後、第１の成形体を取り出す。
２−８．浸漬工程
次に、第１の成形体をγ−Ａｌ2 Ｏ3 水溶液に浸漬する。γ−Ａｌ2 Ｏ3 の比表面積は３００ｍ2 以上であるとよい。好ましくは、γ−Ａｌ2 Ｏ3 の比表面積は１０００ｍ2 以上である。そして、第１の成形体の表面にγ−Ａｌ2 Ｏ3 を付着させる。γ−Ａｌ2 Ｏ3 を乾燥させることにより、第２の成形体が得られる。次に、第２の成形体を５００℃以上７００℃以下の温度で乾燥させる。
次に、第１の成形体をγ−Ａｌ2 Ｏ3 水溶液に浸漬する。γ−Ａｌ2 Ｏ3 の比表面積は３００ｍ2 以上であるとよい。好ましくは、γ−Ａｌ2 Ｏ3 の比表面積は１０００ｍ2 以上である。そして、第１の成形体の表面にγ−Ａｌ2 Ｏ3 を付着させる。γ−Ａｌ2 Ｏ3 を乾燥させることにより、第２の成形体が得られる。次に、第２の成形体を５００℃以上７００℃以下の温度で乾燥させる。
２−９．触媒金属付着工程
次に、第２の成形体を触媒金属を含む水溶液または有機溶液中に浸漬する。触媒金属として例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｄ、Ｒｈ等が挙げられる。そして、第２の成形体を３００℃程度の温度で乾燥させる。以上により、触媒コンバーターＡ２０が得られる。
次に、第２の成形体を触媒金属を含む水溶液または有機溶液中に浸漬する。触媒金属として例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｄ、Ｒｈ等が挙げられる。そして、第２の成形体を３００℃程度の温度で乾燥させる。以上により、触媒コンバーターＡ２０が得られる。
３．本実施形態の効果
３−１．熱伝導性
本実施形態における触媒コンバーターＡ２０は、ＡｌＮウィスカー１００と、コージェライト３００と、を有する。ＡｌＮウィスカー１００を有するため、触媒コンバーターＡ２０の熱伝導性は従来の触媒コンバーターの熱伝導性よりも高い。そして、触媒コンバーターＡ２０の内部の温度分布はより均一である。
３−１．熱伝導性
本実施形態における触媒コンバーターＡ２０は、ＡｌＮウィスカー１００と、コージェライト３００と、を有する。ＡｌＮウィスカー１００を有するため、触媒コンバーターＡ２０の熱伝導性は従来の触媒コンバーターの熱伝導性よりも高い。そして、触媒コンバーターＡ２０の内部の温度分布はより均一である。
３−２．機械的強度
本実施形態の触媒コンバーターＡ２０は、繊維状のＡｌＮウィスカー１００を含有している。繊維状のＡｌＮウィスカー１００は、靱性を有する。そのため、繊維状のＡｌＮウィスカー１００は、複合材料の機械的強度を向上させる。したがって、本実施形態の触媒コンバーターＡ２０の機械的強度は、従来の触媒コンバーターの機械的強度に比べて高い。
本実施形態の触媒コンバーターＡ２０は、繊維状のＡｌＮウィスカー１００を含有している。繊維状のＡｌＮウィスカー１００は、靱性を有する。そのため、繊維状のＡｌＮウィスカー１００は、複合材料の機械的強度を向上させる。したがって、本実施形態の触媒コンバーターＡ２０の機械的強度は、従来の触媒コンバーターの機械的強度に比べて高い。
このため、触媒コンバーターＡ２０の壁Ａ２１ａを薄く設計することができる。したがって、排気ガスの圧力損失を従来より低下させることができる。
４．実験Ｃ（触媒コンバーター）
４−１．サンプル
ＡｌＮウィスカー１００を有する触媒コンバーター（サンプルＢ１：実施形態の触媒コンバーター）と、ＡｌＮウィスカー１００を有さない触媒コンバーター（サンプルＢ２：従来の触媒コンバーター）と、を作製した。サンプルＢ１におけるＡｌＮウィスカー１００の混合量は５ｗｔ％であった。
４−１．サンプル
ＡｌＮウィスカー１００を有する触媒コンバーター（サンプルＢ１：実施形態の触媒コンバーター）と、ＡｌＮウィスカー１００を有さない触媒コンバーター（サンプルＢ２：従来の触媒コンバーター）と、を作製した。サンプルＢ１におけるＡｌＮウィスカー１００の混合量は５ｗｔ％であった。
４−２．水中試験
２種類のサンプルを加熱した後に水中に入れた。そして、クラックの有無を調べた。サンプルＢ１では７００℃程度に加熱したサンプルにクラックが発生した。サンプルＢ２では６００℃に加熱したサンプルにクラックが発生した。つまり、本実施形態のサンプルＢ１の耐熱性は、従来のサンプルＢ２の耐熱性よりも高い。また、本実施形態のサンプルＢ１の機械的強度は、従来のサンプルＢ２の機械的強度よりも高い。
２種類のサンプルを加熱した後に水中に入れた。そして、クラックの有無を調べた。サンプルＢ１では７００℃程度に加熱したサンプルにクラックが発生した。サンプルＢ２では６００℃に加熱したサンプルにクラックが発生した。つまり、本実施形態のサンプルＢ１の耐熱性は、従来のサンプルＢ２の耐熱性よりも高い。また、本実施形態のサンプルＢ１の機械的強度は、従来のサンプルＢ２の機械的強度よりも高い。
４−３．加熱時間
２種類のサンプルを６００℃まで加熱した。そして、その内部が６００℃に到達するまでの経過時間を測定した。サンプルＢ１の経過時間は約１０分であった。サンプルＢ２の経過時間は２０分であった。つまり、本実施形態のサンプルＢ１の熱伝導性は、従来のサンプルＢ２の熱伝導性よりも十分に高い。
２種類のサンプルを６００℃まで加熱した。そして、その内部が６００℃に到達するまでの経過時間を測定した。サンプルＢ１の経過時間は約１０分であった。サンプルＢ２の経過時間は２０分であった。つまり、本実施形態のサンプルＢ１の熱伝導性は、従来のサンプルＢ２の熱伝導性よりも十分に高い。
５．触媒コンバーターの設計
ＡｌＮウィスカー１００を有する触媒コンバーターの機械的強度は高い。そのため、本実施形態の触媒コンバーターのメッシュ数を１０００ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ2 以上３０００ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ2 以下とすることができる。また、壁Ａ２１ａの厚みを１００μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。なお、従来の触媒コンバーターのメッシュ数は６００ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ2 以上１０００ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ2 以下である。また、壁の厚みは２００μｍ以上５００μｍ以下である。
ＡｌＮウィスカー１００を有する触媒コンバーターの機械的強度は高い。そのため、本実施形態の触媒コンバーターのメッシュ数を１０００ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ2 以上３０００ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ2 以下とすることができる。また、壁Ａ２１ａの厚みを１００μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。なお、従来の触媒コンバーターのメッシュ数は６００ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ2 以上１０００ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ2 以下である。また、壁の厚みは２００μｍ以上５００μｍ以下である。
６．変形例
第１の実施形態で説明した各変形例を第２の実施形態に適用することができる。
第１の実施形態で説明した各変形例を第２の実施形態に適用することができる。
７．本実施形態のまとめ
本実施形態における触媒コンバーターＡ２０は、ＡｌＮウィスカー１００と、コージェライト３００と、を有する。ＡｌＮウィスカー１００を有するため、触媒コンバーターＡ２０の熱伝導性は、従来の触媒コンバーターの熱伝導性よりも高い。また、触媒コンバーターＡ２０の機械的強度は、従来の触媒コンバーターの機械的強度よりも高い。
本実施形態における触媒コンバーターＡ２０は、ＡｌＮウィスカー１００と、コージェライト３００と、を有する。ＡｌＮウィスカー１００を有するため、触媒コンバーターＡ２０の熱伝導性は、従来の触媒コンバーターの熱伝導性よりも高い。また、触媒コンバーターＡ２０の機械的強度は、従来の触媒コンバーターの機械的強度よりも高い。
（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態について説明する。
１．自動車用窓ガラス（焼結体）
図１１は、第３の実施形態における自動車用窓ガラスＡ３０の外観を示す斜視図である。自動車用窓ガラスＡ３０は、後述するように、ＡｌＮウィスカー１００と、ガラスと、を含む焼結体である。
図１１は、第３の実施形態における自動車用窓ガラスＡ３０の外観を示す斜視図である。自動車用窓ガラスＡ３０は、後述するように、ＡｌＮウィスカー１００と、ガラスと、を含む焼結体である。
図１２は、自動車用窓ガラスＡ３０の内部構造を示す図である。自動車用窓ガラスＡ３０は、ＡｌＮウィスカー１００と、ガラス４００と、を有する。ＡｌＮウィスカー１００は、ガラス４００に覆われている。
２．自動車用窓ガラスの製造方法（焼結体の製造方法）
２−１．ＡｌＮウィスカー製造工程
第１の実施形態で説明したようにＡｌＮウィスカー１００を製造する。
２−１．ＡｌＮウィスカー製造工程
第１の実施形態で説明したようにＡｌＮウィスカー１００を製造する。
２−２．ガラス粒子準備工程
まず、ガラス粒子を作製する。例えば、珪砂と、ソーダ灰と、芒硝と、長石と、石灰石と、苦灰石と、を約１６００℃の酸素雰囲気中で焼成する。そして、その焼成品を約１００μｍの粒子に粉砕する。
まず、ガラス粒子を作製する。例えば、珪砂と、ソーダ灰と、芒硝と、長石と、石灰石と、苦灰石と、を約１６００℃の酸素雰囲気中で焼成する。そして、その焼成品を約１００μｍの粒子に粉砕する。
２−３．ＡｌＮウィスカー混合工程
９５ｗｔ％の粉砕粒子に、５ｗｔ％のＡｌＮウィスカー１００を混合させる。これにより、ＡｌＮウィスカー１００を含む混合物が得られる。ＡｌＮウィスカー１００の混合量は、これ以外の数値であってもよい。
９５ｗｔ％の粉砕粒子に、５ｗｔ％のＡｌＮウィスカー１００を混合させる。これにより、ＡｌＮウィスカー１００を含む混合物が得られる。ＡｌＮウィスカー１００の混合量は、これ以外の数値であってもよい。
２−４．成形工程
次に、ＡｌＮウィスカー１００を含む混合物を成形する。この成形により、第１の成形体が得られる。
次に、ＡｌＮウィスカー１００を含む混合物を成形する。この成形により、第１の成形体が得られる。
２−５．焼成工程
次に、第１の成形体を焼成する。そのために真空引き可能な焼成装置を用いる。まずは、第１の成形体を焼成装置の内部に配置する。そして、焼成装置を真空引きする。その後、窒素ガスを供給する。また、窒素ガスに少量の酸素ガスを混合してもよい場合がある。そして焼成装置の内部の雰囲気を加熱する。例えば、２４時間ほどかけて１５℃から１１００℃程度まで雰囲気温度を上昇させる。炉内の雰囲気温度が１０００℃に達したら第１の成形体をそのまま焼成する。焼成温度は１０００℃以上１６００℃以下である。焼成時間は１時間以上７２時間以下である。そして焼成時間が経過した後に、焼成装置を冷却する。そして、炉内温度が十分に下がった後、第１の成形体を取り出す。以上により、自動車用窓ガラスＡ３０が得られる。
次に、第１の成形体を焼成する。そのために真空引き可能な焼成装置を用いる。まずは、第１の成形体を焼成装置の内部に配置する。そして、焼成装置を真空引きする。その後、窒素ガスを供給する。また、窒素ガスに少量の酸素ガスを混合してもよい場合がある。そして焼成装置の内部の雰囲気を加熱する。例えば、２４時間ほどかけて１５℃から１１００℃程度まで雰囲気温度を上昇させる。炉内の雰囲気温度が１０００℃に達したら第１の成形体をそのまま焼成する。焼成温度は１０００℃以上１６００℃以下である。焼成時間は１時間以上７２時間以下である。そして焼成時間が経過した後に、焼成装置を冷却する。そして、炉内温度が十分に下がった後、第１の成形体を取り出す。以上により、自動車用窓ガラスＡ３０が得られる。
３．本実施形態の効果
３−１．熱伝導性
本実施形態における自動車用窓ガラスＡ３０は、ＡｌＮウィスカー１００と、ガラス４００と、を有する。ＡｌＮウィスカー１００を有するため、自動車用窓ガラスＡ３０の熱伝導性は従来の自動車用窓ガラスの熱伝導性よりも高い。そして、自動車用窓ガラスＡ３０の内部の温度分布はより均一である。
３−１．熱伝導性
本実施形態における自動車用窓ガラスＡ３０は、ＡｌＮウィスカー１００と、ガラス４００と、を有する。ＡｌＮウィスカー１００を有するため、自動車用窓ガラスＡ３０の熱伝導性は従来の自動車用窓ガラスの熱伝導性よりも高い。そして、自動車用窓ガラスＡ３０の内部の温度分布はより均一である。
３−２．機械的強度
本実施形態の自動車用窓ガラスＡ３０は、繊維状のＡｌＮウィスカー１００を含有している。繊維状のＡｌＮウィスカー１００は、靱性を有する。そのため、繊維状のＡｌＮウィスカー１００は、複合材料の機械的強度を向上させる。したがって、本実施形態の自動車用窓ガラスＡ３０の機械的強度は、従来の自動車用窓ガラスの機械的強度に比べて高い。
本実施形態の自動車用窓ガラスＡ３０は、繊維状のＡｌＮウィスカー１００を含有している。繊維状のＡｌＮウィスカー１００は、靱性を有する。そのため、繊維状のＡｌＮウィスカー１００は、複合材料の機械的強度を向上させる。したがって、本実施形態の自動車用窓ガラスＡ３０の機械的強度は、従来の自動車用窓ガラスの機械的強度に比べて高い。
４．変形例
４−１．ガラス粒子の原材料
ガラス粒子を作製する原材料は、上記以外の材料および組み合わせであってもよい。
４−１．ガラス粒子の原材料
ガラス粒子を作製する原材料は、上記以外の材料および組み合わせであってもよい。
４−２．組み合わせ
第１の実施形態で説明した各変形例を第３の実施形態およびその変形例に適用することができる。
第１の実施形態で説明した各変形例を第３の実施形態およびその変形例に適用することができる。
５．本実施形態のまとめ
本実施形態における自動車用窓ガラスＡ３０は、ＡｌＮウィスカー１００と、ガラス４００と、を有する。ＡｌＮウィスカー１００を有するため、自動車用窓ガラスＡ３０の熱伝導性は、従来の自動車用窓ガラスの熱伝導性よりも高い。また、自動車用窓ガラスＡ３０の機械的強度は、従来の自動車用窓ガラスの機械的強度よりも高い。
本実施形態における自動車用窓ガラスＡ３０は、ＡｌＮウィスカー１００と、ガラス４００と、を有する。ＡｌＮウィスカー１００を有するため、自動車用窓ガラスＡ３０の熱伝導性は、従来の自動車用窓ガラスの熱伝導性よりも高い。また、自動車用窓ガラスＡ３０の機械的強度は、従来の自動車用窓ガラスの機械的強度よりも高い。
Ａ１０…ＺｒＯ2 センサー
Ａ２０…触媒コンバーター
Ａ３０…自動車用窓ガラス
１００…ＡｌＮウィスカー
１００ａ…第１の端部
１００ｂ…第２の端部
１１０…ＡｌＮ単結晶
１２０…酸素原子含有層
２００…ＺｒＯ2 粒子
３００…コージェライト
４００…ガラス
１０００…製造装置
１１００…炉本体
１２００…材料収容部
１２１０…容器
１２２０…連通孔
１２３０…ガス導入口
１３００…反応室
１３１０…Ａｌ2 Ｏ3 基板
１３２０、１３３０…ガス導入口
１３４０…排気口
１４００…ヒーター
１５００…窒素ガス供給部
１６００…アルゴンガス供給部
Ａ２０…触媒コンバーター
Ａ３０…自動車用窓ガラス
１００…ＡｌＮウィスカー
１００ａ…第１の端部
１００ｂ…第２の端部
１１０…ＡｌＮ単結晶
１２０…酸素原子含有層
２００…ＺｒＯ2 粒子
３００…コージェライト
４００…ガラス
１０００…製造装置
１１００…炉本体
１２００…材料収容部
１２１０…容器
１２２０…連通孔
１２３０…ガス導入口
１３００…反応室
１３１０…Ａｌ2 Ｏ3 基板
１３２０、１３３０…ガス導入口
１３４０…排気口
１４００…ヒーター
１５００…窒素ガス供給部
１６００…アルゴンガス供給部
Claims (10)
- 繊維状のＡｌＮ単結晶と前記ＡｌＮ単結晶を覆う酸素原子含有層とを有するＡｌＮウィスカーと、
前記ＡｌＮウィスカーを覆う１種類以上の絶縁粒子と、
を有し、
前記酸素原子含有層は、
前記ＡｌＮ単結晶が少なくとも酸素原子を取り込むことにより生成された層であるとともに、
Ａｌ 2 Ｏ 3 とＡｌＯＮとＡｌ（ＯＨ） 3 とのうちの少なくとも一種類を含有し、
前記酸素原子含有層の膜厚は、
７ｎｍ以上５００ｎｍ以下であること
を特徴とする焼結体。 - 請求項１に記載の焼結体において、
前記１種類以上の絶縁粒子は、
ＡｌＮ多結晶粒子を含むこと
を特徴とする焼結体。 - 請求項１または請求項２に記載の焼結体において、
前記焼結体は、
ＺｒＯ2 センサーであり、
前記１種類以上の絶縁粒子は、
ＺｒＯ2 を含むこと
を特徴とする焼結体。 - 請求項１または請求項２に記載の焼結体において、
前記焼結体は、
触媒コンバーターであり、
前記１種類以上の絶縁粒子は、
コージェライトを含むこと
を特徴とする焼結体。 - 請求項１または請求項２に記載の焼結体において、
前記焼結体は、
自動車用窓ガラスであり、
前記１種類以上の絶縁粒子は、
ガラスを含むこと
を特徴とする焼結体。 - 第１室の内部でＡｌ含有材料を加熱してＡｌガスを発生させ、
第１の導入口から第２室に前記Ａｌガスを導入するとともに第２の導入口から前記第２室に窒素ガスを導入し、
前記第２室の内部に配置された絶縁性基材の表面から繊維状のＡｌＮ単結晶を成長させ、
前記ＡｌＮ単結晶の表面に酸素原子含有層を形成し、
前記ＡｌＮ単結晶と１種類以上の絶縁粒子とを混合して混合物とし、
前記混合物を焼成することにより焼結体を製造し、
前記酸素原子含有層は、
前記ＡｌＮ単結晶が少なくとも酸素原子を取り込むことにより生成された層であるとともに、
Ａｌ 2 Ｏ 3 とＡｌＯＮとＡｌ（ＯＨ） 3 とのうちの少なくとも一種類を含有し、
前記酸素原子含有層の膜厚は、
７ｎｍ以上５００ｎｍ以下であること
を特徴とする焼結体の製造方法。 - 請求項６に記載の焼結体の製造方法において、
前記混合物を焼成する際に窒素を含む雰囲気下で焼成すること
を特徴とする焼結体の製造方法。 - 請求項６または請求項７に記載の焼結体の製造方法において、
前記焼結体は、
ＺｒＯ2 センサーであり、
前記１種類以上の絶縁粒子は、
ＺｒＯ2 を含むこと
を特徴とする焼結体の製造方法。 - 請求項６または請求項７に記載の焼結体の製造方法において、
前記焼結体は、
触媒コンバーターであり、
前記１種類以上の絶縁粒子は、
コージェライトを含むこと
を特徴とする焼結体の製造方法。 - 請求項６または請求項７に記載の焼結体の製造方法において、
前記焼結体は、
自動車用窓ガラスであり、
前記１種類以上の絶縁粒子は、
ガラスを含むこと
を特徴とする焼結体の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017053622A JP6906222B2 (ja) | 2017-03-17 | 2017-03-17 | 焼結体とその製造方法 |
| PCT/JP2018/010588 WO2018169073A1 (ja) | 2017-03-17 | 2018-03-16 | ＡｌＮウィスカーの製造方法および製造装置およびＡｌＮウィスカー構造体およびＡｌＮウィスカーならびに樹脂成形体とその製造方法 |
| CN201880018464.1A CN110431259B (zh) | 2017-03-17 | 2018-03-16 | AlN晶须的制造方法和制造装置、AlN晶须结构体和AlN晶须以及树脂成型体和其制造方法 |
| US16/494,928 US11345640B2 (en) | 2017-03-17 | 2018-03-16 | Method and apparatus for producing AlN whiskers, AlN whisker bodies, AlN whiskers, resin molded body, and method for producing resin molded body |
| US17/734,416 US11939267B2 (en) | 2017-03-17 | 2022-05-02 | Method and apparatus for producing AlN whiskers, AlN whisker bodies, AlN whiskers, resin molded body, and method for producing resin molded body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017053622A JP6906222B2 (ja) | 2017-03-17 | 2017-03-17 | 焼結体とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018154533A JP2018154533A (ja) | 2018-10-04 |
| JP6906222B2 true JP6906222B2 (ja) | 2021-07-21 |
Family
ID=63716041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017053622A Active JP6906222B2 (ja) | 2017-03-17 | 2017-03-17 | 焼結体とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6906222B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7346366B2 (ja) * | 2020-08-13 | 2023-09-19 | 古河電子株式会社 | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
| CN115010487B (zh) * | 2022-07-01 | 2023-12-08 | 江苏锡沂高新材料产业技术研究院有限公司 | 一种晶须增韧氧化锆陶瓷的制备方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0649640B2 (ja) * | 1986-09-18 | 1994-06-29 | トヨタ自動車株式会社 | 窒化アルミニウムイスカの製造方法 |
| JPS6465100A (en) * | 1987-04-01 | 1989-03-10 | Showa Aluminum Corp | Production of aluminum nitride whisker |
| JP3512519B2 (ja) * | 1995-04-10 | 2004-03-29 | 大塚化学ホールディングス株式会社 | 高熱伝導性樹脂組成物及びそのフィルム |
| JP4434384B2 (ja) * | 1999-10-22 | 2010-03-17 | 株式会社東芝 | 窒化アルミニウム焼結体とそれを用いた半導体装置 |
| EP3150749B1 (en) * | 2014-05-30 | 2020-04-15 | National University Corporation Nagoya University | Aln crystal preparation method, aln crystals, and organic compound including aln crystals |
| JP2016145120A (ja) * | 2015-02-06 | 2016-08-12 | 株式会社フジクラ | 窒化アルミニウムウィスカー、樹脂組成物、及び、窒化アルミニウムウィスカーの製造方法 |
-
2017
- 2017-03-17 JP JP2017053622A patent/JP6906222B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2018154533A (ja) | 2018-10-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100244822B1 (ko) | 고열전도성 질화규소회로기판 및 그를 이용한 반도체장치 | |
| US9079798B2 (en) | Method for making porous mullite-containing composites | |
| TW201113235A (en) | Ceramic carbon composite and method for producing the same, and ceramic-coated ceramic carbon composite and method for producing the same | |
| WO2005105704A1 (ja) | チタン酸アルミニウムマグネシウム結晶構造物及びその製造方法 | |
| PL209724B1 (pl) | Materiał porowaty na bazie węglika krzemu oraz sposób wytwarzania materiału porowatego na bazie węglika krzemu | |
| JP6906222B2 (ja) | 焼結体とその製造方法 | |
| US11939267B2 (en) | Method and apparatus for producing AlN whiskers, AlN whisker bodies, AlN whiskers, resin molded body, and method for producing resin molded body | |
| US20120276365A1 (en) | Refractory Porous Ceramics | |
| CN1821168A (zh) | 一种氮化硅多孔陶瓷及其制备方法 | |
| CN101602616A (zh) | 基于熔盐法的陶瓷基复合材料构件表面金属化工艺 | |
| KR20140011508A (ko) | 콜로이드 입자 안정화 세라믹 폼을 코팅한 세라믹 소재 및 이의 제조방법 | |
| JP5217097B2 (ja) | 球状炭化ケイ素質微粒子の製造方法 | |
| WO2011145387A1 (ja) | Ｓｉ－ＳｉＣ系複合材料及びその製造方法、ハニカム構造体、熱伝導体ならびに熱交換器 | |
| Chen et al. | Dense and crack-free mullite films obtained from a hybrid sol–gel/dip-coating approach | |
| US5498580A (en) | Ceramic substrate and a method for producing the same | |
| JPH1017367A (ja) | 窒化アルミニウム質焼結体およびその製造方法 | |
| Lu et al. | Preparation and characterization of BaTiO 3 long fibers by sol-gel process using catechol-complexed alkoxide | |
| CN207995499U (zh) | 一种多孔陶瓷电子线路 | |
| Okuyama et al. | Effects of seeding on phase transformation and mechanical properties in complex-alkoxide-derived cordierite gel powder | |
| Zhang et al. | Preparation of silicon carbide reticulated porous ceramics by organic foam impregnation | |
| JP2005060126A (ja) | 多孔質セラミック材の製造方法 | |
| CN2856899Y (zh) | 一种钛及钛合金熔炼坩埚 | |
| JP6942331B2 (ja) | ＡｌＮウィスカーの製造方法および製造装置ならびにＡｌＮウィスカー構造体 | |
| JPH0524106B2 (ja) | ||
| Horváth et al. | Microstructural characterization of the oxide scale on nitride bonded SiC-ceramics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200116 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210302 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210405 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210608 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210622 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6906222 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |