JP7186930B1 - Ceramic sintered plate and method for manufacturing ceramic sintered plate - Google Patents

Ceramic sintered plate and method for manufacturing ceramic sintered plate Download PDF

Info

Publication number
JP7186930B1
JP7186930B1 JP2022535196A JP2022535196A JP7186930B1 JP 7186930 B1 JP7186930 B1 JP 7186930B1 JP 2022535196 A JP2022535196 A JP 2022535196A JP 2022535196 A JP2022535196 A JP 2022535196A JP 7186930 B1 JP7186930 B1 JP 7186930B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
ceramic sintered
hours
sintered body
ceramic
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
Application number
JP2022535196A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2022201925A1 (en
JPWO2022201925A5 (en
Inventor
優太 津川
江 尹
清治 矢野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denka Co Ltd
Original Assignee
Denka Co Ltd
Denki Kagaku Kogyo KK
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=83395510&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP7186930(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Denka Co Ltd, Denki Kagaku Kogyo KK filed Critical Denka Co Ltd
Publication of JPWO2022201925A1 publication Critical patent/JPWO2022201925A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7186930B1 publication Critical patent/JP7186930B1/en
Publication of JPWO2022201925A5 publication Critical patent/JPWO2022201925A5/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C04B35/587Fine ceramics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本開示の一側面は、800Hz~1MHzの間で周波数を連続的に変化させながら1Vの交流電圧を印加したときに生じる誘電損失ε”の最大値が1×10-2以下である、セラミック焼結体を提供する。One aspect of the present disclosure is a sintered ceramic having a maximum dielectric loss ε″ of 1×10 or less when an AC voltage of 1 V is applied while continuously changing the frequency between 800 Hz and 1 MHz. provide a body.

Description

本開示は、セラミック焼結体、及びセラミック焼結体の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a ceramic sintered body and a method for manufacturing a ceramic sintered body.

自動車、電鉄、産業用機器、及び発電関係等の分野には、大電流を制御するパワーモジュールが用いられている。パワーモジュールに搭載される回路基板には、絶縁性のセラミック板が用いられる。セラミック板の製造方法としては、例えば、特許文献1に記載されるような以下の製造方法が知られている。すなわち、セラミックの粉末を焼結助剤等と混合・混練した後に連続シートの形状に押出成形する工程と、当該連続シートを所要形状に打抜加工してグリーンシートを形成する工程と、グリーンシートを焼成する工程とが行われることで、セラミックス基板が製造される。グリーンシートの焼成工程では、10~20枚程度の所要枚数のグリーンシートが積み重ねられた状態でグリーンシートの焼成が行われる。 Power modules that control large currents are used in fields such as automobiles, electric railways, industrial equipment, and power generation. An insulating ceramic plate is used for the circuit board mounted on the power module. As a method for manufacturing a ceramic plate, for example, the following manufacturing method described in Patent Document 1 is known. That is, a step of mixing and kneading ceramic powder with a sintering aid or the like and then extrusion molding into a continuous sheet shape, a step of punching the continuous sheet into a desired shape to form a green sheet, and a green sheet A ceramic substrate is manufactured by performing the step of firing. In the green sheet firing process, the green sheets are fired in a state in which a required number of green sheets of about 10 to 20 are stacked.

また、パワーモジュール等のように使用時に熱の変化に曝される用途の場合、パワーモジュールを構成する部材の熱膨張率の違いによって、部材ごとの変形量が異なる。このような変形に耐えるためにセラミック板には優れた抗折強度を有することが求められる。例えば、特許文献2には、焼結助剤として特定の硼化物を用いて調製された窒化ケイ素焼結体が開示されている。 In addition, in the case of applications such as power modules that are exposed to thermal changes during use, the amount of deformation of each member differs due to the difference in coefficient of thermal expansion of the members that make up the power module. In order to withstand such deformation, the ceramic plate is required to have excellent bending strength. For example, Patent Document 2 discloses a silicon nitride sintered body prepared using a specific boride as a sintering aid.

特開平3-060469号公報JP-A-3-060469 特開平7-172925号公報JP-A-7-172925

本開示は、抗折強度に優れるセラミック焼結体を提供することを目的とする。本開示はまた、上述のようなセラミック焼結体を製造する方法を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a ceramic sintered body having excellent bending strength. Another object of the present disclosure is to provide a method of manufacturing a ceramic sintered body as described above.

セラミック焼結体中に、ボイド、欠陥、又は組織の不均一な部分等が存在する場合、セラミック焼結体の抗折強度に影響すると考えられるが、本発明者らは検討によって、上述のボイド等が存在する場合、セラミック焼結体に高周波で交流電圧を印加するとわずかに放電を起こし、誘電損失ε”が大きくなること、さらには、特定の周波数帯域における誘電損失が抗折強度とよく対応することを見出した。本開示は、上述の知見に基づいてなされたものである。 If there are voids, defects, uneven portions of the structure, etc. in the ceramic sintered body, it is considered that the bending strength of the ceramic sintered body is affected. When a high-frequency AC voltage is applied to a ceramic sintered body, a slight discharge occurs and the dielectric loss ε” increases. Furthermore, the dielectric loss in a specific frequency band corresponds well to the bending strength. The present disclosure has been made based on the above findings.

本開示の一側面は、800Hz~1MHzの間で周波数を連続的に変化させながら、1Vの交流電圧を印加したときに生じる誘電損失ε”の最大値が1×10-2以下である、セラミック焼結体を提供する。One aspect of the present disclosure is a ceramic having a maximum value of dielectric loss ε″ that occurs when an alternating voltage of 1 V is applied while continuously changing the frequency between 800 Hz and 1 MHz is 1×10 −2 or less A sintered body is provided.

上記セラミック焼結体は、交流電圧を印加した際に、特定の周波数帯域における誘電損失が上記範囲内となっており、優れた抗折強度を発揮し得る。 The ceramic sintered body has a dielectric loss within the above range in a specific frequency band when an AC voltage is applied, and can exhibit excellent bending strength.

上述のセラミック焼結体は窒化ケイ素で構成されてよい。窒化ケイ素焼結体は、耐熱性と高い強度を兼ね備えることから、セラミック焼結体の抗折強度により優れる。 The ceramic sintered body described above may be composed of silicon nitride. Since the silicon nitride sintered body has both heat resistance and high strength, it is superior to the ceramic sintered body in bending strength.

本開示の一側面は、セラミック、焼結助剤、バインダ及び分散剤を含むグリーンシートの積層体を加熱して脱脂する脱脂工程と、脱脂された上記積層体を所定の焼成温度で加熱して加熱処理物を得る焼成工程と、上記加熱処理物を上記焼成温度から室温まで冷却してセラミック焼結体を得る降温工程と、を有し、上記降温工程は、900~1200℃の温度で0.5~2.0時間保持する第一工程と、1400~1600℃の温度で1.5~4.0時間保持する第二工程と、を含む、セラミック焼結体の製造方法を提供する。 One aspect of the present disclosure includes a degreasing step of heating and degreasing a laminate of green sheets containing a ceramic, a sintering aid, a binder, and a dispersant, and heating the degreased laminate at a predetermined firing temperature. a firing step of obtaining a heat-treated product; and a temperature-lowering step of cooling the heat-treated product from the firing temperature to room temperature to obtain a ceramic sintered body. A method for producing a ceramic sintered body is provided, comprising a first step of holding for 5 to 2.0 hours and a second step of holding at a temperature of 1400 to 1600° C. for 1.5 to 4.0 hours.

上記セラミック焼結体の製造方法は、上述のような降温工程を有することから、抗折強度に優れるセラミック焼結体を製造することができる。 Since the above method for producing a ceramic sintered body includes the temperature lowering step as described above, it is possible to produce a ceramic sintered body having excellent bending strength.

本開示によれば、抗折強度に優れるセラミック焼結体を提供できる。本開示によればまた、上述のようなセラミック焼結体を製造する方法を提供できる。 According to the present disclosure, a ceramic sintered body having excellent bending strength can be provided. The present disclosure can also provide a method of manufacturing a ceramic sintered body as described above.

図1は、誘電損失ε”の測定方法を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a method for measuring dielectric loss ε″.

以下、本開示の実施形態を説明する。ただし、以下の実施形態は、本開示を説明するための例示であり、本開示を以下の内容に限定する趣旨ではない。 Embodiments of the present disclosure will be described below. However, the following embodiments are examples for explaining the present disclosure, and are not intended to limit the present disclosure to the following contents.

本明細書において例示する材料は特に断らない限り、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。組成物中の各成分の含有量は、組成物中の各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。 The materials exemplified in this specification can be used singly or in combination of two or more unless otherwise specified. The content of each component in the composition means the total amount of the multiple substances present in the composition unless otherwise specified when there are multiple substances corresponding to each component in the composition. .

セラミック焼結体の一実施形態は、800Hz~1MHzの間で周波数を連続的に変化させながら1Vの交流電圧を印加したときに生じる誘電損失ε”の最大値が1×10-2以下である。高周波数帯域における誘電損失が上記範囲内となるセラミック焼結体は、空隙等の欠陥が少なく、優れた抗折強度を発揮し得る。In one embodiment of the ceramic sintered body, the maximum value of dielectric loss ε″ that occurs when an alternating voltage of 1 V is applied while continuously changing the frequency between 800 Hz and 1 MHz is 1×10 −2 or less. A ceramic sintered body having a dielectric loss within the above range in a high frequency band has few defects such as voids and can exhibit excellent bending strength.

上述の誘電損失ε”の最大値は、例えば、1×10-2以下、9×10-3以下、8×10-3以下、又は6×10-3以下であってよい。上述の誘電損失ε”の最大値は、一般的には、1×10-3以上、又は2×10-3以上である。上述の誘電損失ε”の最大値は上述の範囲内で調整してよく、例えば、1×10-3~1×10-2、1×10-3~9×10-3、又は1×10-3~6×10-3であってよい。The maximum value of the dielectric loss ε″ mentioned above may be, for example, 1×10 −2 or less, 9×10 −3 or less, 8×10 −3 or less, or 6×10 −3 or less. The maximum value of ε″ is generally 1×10 −3 or more, or 2×10 −3 or more. The maximum value of the dielectric loss ε″ described above may be adjusted within the ranges described above, for example, 1×10 −3 to 1×10 −2 , 1×10 −3 to 9×10 −3 , or 1×10 −3 to 6×10 −3 .

本明細書における誘電損失ε”は、以下の方法によって測定される値を意味する。すなわち、セラミック焼結体上に円形電極を形成し、実効値1Vの交流電圧を印加しながら、交流電圧の周波数を50Hzから1MHzまで連続的に変化させて、800Hz~1MHzの間での誘電率εとtanδを測定し、測定された数値を用い下記式(1)に基づいて誘電損失ε”を算出することができる。測定は25℃で行う。上記測定には、例えば、ヒューレットパッカード社製のLCRメータ(製品名:4284A プレシジョンLCRメータ)等を用いることができる。なお、参考のため、図1に、誘電損失ε”を測定するための評価用サンプルの模式図を示す。図1の(a)は評価用サンプルの上面図であり、(b)は(a)の1b-1b’線に沿った断面図である。図1に示すように、評価用サンプルは、セラミック焼結体100の一方の主面上に円形の主電極10(円形電極)と、主電極10を囲うように設けられたガード電極20を設け、セラミック焼結体100のもう一方の主面上に対向電極30を設けたものである。
誘電損失ε”=27.3×f/C×ε×tanδ …式(1)
なお、式(1)においてfは測定周波数を意味し、Cは光速(299792458ms-1)を意味する。
The dielectric loss ε″ in this specification means a value measured by the following method. The frequency is continuously changed from 50 Hz to 1 MHz, the dielectric constant ε and tan δ are measured between 800 Hz and 1 MHz, and the measured values are used to calculate the dielectric loss ε” based on the following formula (1). be able to. Measurements are made at 25°C. For the above measurement, for example, an LCR meter manufactured by Hewlett-Packard (product name: 4284A Precision LCR meter) can be used. For reference, FIG. 1 shows a schematic diagram of an evaluation sample for measuring the dielectric loss ε″. FIG. ) is a cross-sectional view along the line 1b-1b' As shown in FIG. A guard electrode 20 is provided so as to surround the main electrode 10 , and a counter electrode 30 is provided on the other main surface of the ceramic sintered body 100 .
Dielectric loss ε″=27.3×f/C×ε×tan δ Equation (1)
In equation (1), f means the measurement frequency, and C means the speed of light (299792458 ms -1 ).

セラミック焼結体は窒化ケイ素で構成されてよい。セラミック焼結体が窒化ケイ素で構成される場合であっても、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、その他の成分を含んでもよい。例えば、セラミック焼結体を製造する際に用いられる焼結助剤に由来する結晶相及びガラス相等を含んでもよい。 The ceramic sintered body may be composed of silicon nitride. Even when the ceramic sintered body is composed of silicon nitride, it may contain other components within the scope of the present disclosure. For example, it may contain a crystal phase, a glass phase, etc. derived from a sintering aid used when producing a ceramic sintered body.

セラミック焼結体の密度は、例えば、3.24g/cm 以上、3.25g/cm以上、又は3.26g/cm以上であってよい。セラミック焼結体の密度の上限値は、通常、3.35g/cm以下であり、3.30g/cm以下、又は3.28g/cm以下であってよい。セラミック焼結体の密度は上述の範囲内で調整してよく、例えば、3.24~3.35g/cm 、又は3.25~3.28g/cm であってよい。セラミック焼結体の密度はアルキメデス法に基づき測定される値を意味する。 The density of the ceramic sintered body may be, for example, 3.24 g/cm 3 or higher, 3.25 g/cm 3 or higher, or 3.26 g/cm 3 or higher. The upper limit of the density of the ceramic sintered body is usually 3.35 g/cm 3 or less, and may be 3.30 g/cm 3 or less, or 3.28 g/cm 3 or less. The density of the ceramic sintered body may be adjusted within the range described above, and may be, for example, 3.24-3.35 g/cm 3 , or 3.25-3.28 g/cm 3 . The density of the ceramic sintered body means a value measured based on the Archimedes method.

セラミック焼結体の主面における表面粗さRaは、例えば、0.28μm以下、0.27μm以下、又は0.25μm以下であってよい。セラミック焼結体の主面における表面粗さRaの下限値は、例えば、0.10μm以上、0.13μm以上、0.18μm以上、0.20μm以上、又は0.22μm以上であってよい。セラミック焼結体の主面における表面粗さRaは上述の範囲内で調整してよく、例えば、0.10~0.28μm、又は0.22~0.27μmであってよい。本明細書における表面粗さRaは、JIS B 0601:2013「製品の幾何特性仕様(GPS)-表面性状:輪郭曲線方式-用語,定義及び表面性状パラメータ」に記載の方法に準拠して測定される算術平均粗さを意味する。 The surface roughness Ra of the main surface of the ceramic sintered body may be, for example, 0.28 μm or less, 0.27 μm or less, or 0.25 μm or less. The lower limit of the surface roughness Ra on the main surface of the ceramic sintered body may be, for example, 0.10 μm or more, 0.13 μm or more, 0.18 μm or more, 0.20 μm or more, or 0.22 μm or more. The surface roughness Ra of the main surface of the ceramic sintered body may be adjusted within the range described above, and may be, for example, 0.10-0.28 μm, or 0.22-0.27 μm. The surface roughness Ra in this specification is measured according to the method described in JIS B 0601: 2013 "Product Geometric Characteristic Specification (GPS)-Surface Texture: Contour Curve Method-Terms, Definitions and Surface Texture Parameters". means the arithmetic mean roughness.

セラミック焼結体の形状は、例えば、板状であってよい。すなわち、セラミック焼結体は、セラミック焼結板であってよい。板状のセラミック焼結体の厚さは、例えば、0.20mm以上、又は0.25mm以上であってよい。板状のセラミック焼結体の厚さの上限値は、例えば、0.50mm以下、0.40mm以下、又は0.35mm以下であってよい。セラミック焼結板の厚さは上述の範囲内で調整してよく、例えば、0.20~0.50mm、0.25~0.40mm、又は0.25~0.35mmであってよい。 The shape of the ceramic sintered body may be plate-like, for example. That is, the ceramic sintered body may be a ceramic sintered plate. The thickness of the plate-shaped ceramic sintered body may be, for example, 0.20 mm or more, or 0.25 mm or more. The upper limit of the thickness of the plate-shaped ceramic sintered body may be, for example, 0.50 mm or less, 0.40 mm or less, or 0.35 mm or less. The thickness of the ceramic sintered plate may be adjusted within the ranges mentioned above, and may be, for example, 0.20-0.50 mm, 0.25-0.40 mm, or 0.25-0.35 mm.

上述のセラミック焼結体は抗折強度に優れる。セラミック焼結体の抗折強度は、780MPa以上、800MPa以上、810MPa以上、820MPa以上、又は830MPa以上とすることができる。セラミック焼結体の抗折強度は、JIS R 1601:2008「ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法」の記載に準拠して3点曲げ試験によって測定される値を意味する。 The ceramic sintered body described above has excellent bending strength. The bending strength of the ceramic sintered body can be 780 MPa or more, 800 MPa or more, 810 MPa or more, 820 MPa or more, or 830 MPa or more. The bending strength of a ceramic sintered body means a value measured by a three-point bending test in accordance with the description of JIS R 1601:2008 "Room temperature bending strength test method for fine ceramics".

上述のセラミック焼結体は優れた熱伝導率を発揮し得る。セラミック焼結体の熱伝導率は、例えば、89W/m・K以上、又は90W/m・K以上とすることができる。セラミック焼結体の熱伝導率は、レーザーフラッシュ法によって測定することができる。 The ceramic sintered body described above can exhibit excellent thermal conductivity. The thermal conductivity of the ceramic sintered body can be, for example, 89 W/m·K or more, or 90 W/m·K or more. The thermal conductivity of a ceramic sintered body can be measured by a laser flash method.

セラミック焼結体の製造方法の一実施形態は、セラミック、焼結助剤、バインダ及び分散剤を含むグリーンシートを調製する工程と、上記グリーンシートの積層体を加熱して脱脂する脱脂工程と、脱脂された積層体を所定の焼成温度で加熱して加熱処理物を得る焼成工程と、上記加熱処理物を上記焼成温度から室温まで冷却してセラミック焼結体を得る降温工程と、を有する。上記降温工程は、900~1200℃の温度で0.5~2.0時間保持する第一工程(以下、第一保持工程ともいう)と、1400~1600℃の温度で1.5~4.0時間保持する第二工程(以下、第二保持工程ともいう)と、を含む。 One embodiment of the method for producing a ceramic sintered body includes the steps of preparing a green sheet containing a ceramic, a sintering aid, a binder and a dispersant, a degreasing step of heating and degreasing the laminate of the green sheets, A firing step of heating the degreased laminate at a predetermined firing temperature to obtain a heat-treated product, and a cooling step of cooling the heat-treated product from the firing temperature to room temperature to obtain a ceramic sintered body. The temperature lowering step includes a first step (hereinafter also referred to as a first holding step) of holding at a temperature of 900 to 1200° C. for 0.5 to 2.0 hours, and a temperature of 1400 to 1600° C. for 1.5 to 4 hours. and a second step of holding for 0 hours (hereinafter also referred to as a second holding step).

グリーンシートは、例えば、以下の手順で作製する。まず、セラミック、焼結助剤、バインダ及び分散剤を含む原料スラリーを調製する。セラミックとしては、特に制限されず、例えば、窒化物、酸化物及び炭化物等が挙げられる。セラミックは具体的には、窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム及び窒化ホウ素等であってよく、好ましくは窒化ケイ素を含む。バインダは有機成分を含むものが挙げられる。バインダは、例えば、アクリル系共重合物であってよい。分散剤は、例えば、不飽和脂肪酸であってよい。 A green sheet is produced, for example, by the following procedures. First, a raw material slurry containing a ceramic, a sintering aid, a binder and a dispersant is prepared. Ceramics are not particularly limited, and include, for example, nitrides, oxides and carbides. The ceramic may specifically be silicon nitride, silicon carbide, alumina, aluminum nitride, boron nitride and the like, preferably silicon nitride. Binders include those containing organic components. The binder may be, for example, an acrylic copolymer. Dispersants can be, for example, unsaturated fatty acids.

焼結助剤としては、例えば、酸化マグネシウム及び酸化カルシウム等のアルカリ土類金属の酸化物、酸化イットリウム等の希土類酸化物、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、並びに、スピネル等の複合酸化物が挙げられる。焼結助剤は、好ましくは複数組み合わせて用いる。焼結助剤は、好ましくは、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、及び二酸化ケイ素からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが望ましい。 Examples of sintering aids include oxides of alkaline earth metals such as magnesium oxide and calcium oxide, rare earth oxides such as yttrium oxide, aluminum oxide, silicon dioxide, and complex oxides such as spinel. A plurality of sintering aids are preferably used in combination. The sintering aid preferably contains at least one selected from the group consisting of yttrium oxide, magnesium oxide, and silicon dioxide.

焼結助剤の配合は、セラミック及び焼結助剤の合計量を基準として、例えば、1~10質量%の酸化イットリウム、0.5~7質量%の酸化マグネシウム、及び5質量%以下の二酸化ケイ素を含んでよく、2~7質量%の酸化イットリウム、0.5~5質量%の酸化マグネシウム、及び3質量%以下の二酸化ケイ素を含んでよく、5~7質量%の酸化イットリウム、0.5~2質量%の酸化マグネシウム、及び0.5~2質量%以下の二酸化ケイ素を含んでよい。 The composition of the sintering aid is based on the total amount of the ceramic and sintering aid, for example, 1 to 10% by weight of yttrium oxide, 0.5 to 7% by weight of magnesium oxide, and 5% by weight or less of dioxide. may contain silicon, may contain 2-7% by weight yttrium oxide, 0.5-5% by weight magnesium oxide, and up to 3% by weight silicon dioxide, 5-7% by weight yttrium oxide; It may contain 5-2% by weight of magnesium oxide and 0.5-2% by weight or less of silicon dioxide.

上述の原料スラリーを、例えば、ドクターブレード法、カレンダー法、又は押し出し法等によって離型フィルム上に所定の厚みで塗布する。その後、塗布された原料スラリーを乾燥させて離型フィルムから剥がすことによって、グリーンシートが得られる。グリーンシートは、例えば、切断等することによって所望の形状に加工してよい。複数のグリーンシートの材質及び形状は、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。 The raw material slurry described above is applied to a release film in a predetermined thickness by, for example, a doctor blade method, a calendar method, or an extrusion method. After that, the applied raw material slurry is dried and peeled off from the release film to obtain a green sheet. The green sheet may be processed into a desired shape by, for example, cutting. The material and shape of the plurality of green sheets may be the same or different.

グリーンシートは平板形状を有してよい。グリーンシートのサイズは特に限定されるものではないが、例えば、対角線の長さで、170~300mm、又は170~200mmであってよい。グリーンシートの厚みは、例えば、0.2~2mm、0.2~1mm、0.2~0.5mm、又は0.2~0.4mmであってよい。 A green sheet may have a flat plate shape. The size of the green sheet is not particularly limited, but may be, for example, 170 to 300 mm or 170 to 200 mm in diagonal length. The thickness of the green sheet may be, for example, 0.2-2 mm, 0.2-1 mm, 0.2-0.5 mm, or 0.2-0.4 mm.

脱脂工程では上述のように調製されたグリーンシートを複数枚積層させた積層体を加熱し、各グリーンシートにおけるバインダ成分の含有量が低減する。積層体を構成するグリーンシートの枚数は、例えば、20~150枚、又は50~100枚であってよい。積層体を構成するグリーンシートの枚数が上記範囲内であることで、グリーンシートの重量によってグリーンシート自体が変形することをより一層抑制することができ、かつ生産性を向上できる。 In the degreasing step, a laminate obtained by laminating a plurality of green sheets prepared as described above is heated to reduce the content of the binder component in each green sheet. The number of green sheets constituting the laminate may be, for example, 20 to 150 or 50 to 100. When the number of green sheets constituting the laminate is within the above range, deformation of the green sheets themselves due to the weight of the green sheets can be further suppressed, and productivity can be improved.

上記積層体は複数のグリーンシートの主面同士が互いに接触するように積層されたものであってよく、グリーンシート同士が接着することを抑制するため、各グリーンシートの主面上に離型材が塗布されてもよい。離型材は、例えば、窒化ホウ素等のセラミック粉末、及び黒鉛粉末等であってよい。 The laminate may be one in which a plurality of green sheets are laminated such that the main surfaces thereof are in contact with each other. In order to prevent the green sheets from adhering to each other, a release material is provided on the main surface of each green sheet. may be applied. The release material may be, for example, ceramic powder such as boron nitride, graphite powder, and the like.

脱脂工程では、上記積層体を脱脂炉に収容し、例えば、300℃~700℃に加熱する。これによって、グリーンシートに含まれるバインダ及び分散剤が揮散し、グリーンシートにおける有機成分の含有量が低減される。 In the degreasing step, the laminate is placed in a degreasing furnace and heated to 300° C. to 700° C., for example. As a result, the binder and dispersant contained in the green sheet volatilize, and the content of organic components in the green sheet is reduced.

焼成工程では、脱脂されたグリーンシートの積層体を焼成炉に収容して、所定の焼成温度で加熱する。焼成工程によって、グリーンシートが焼成され、平板状のセラミック焼結体が得られる。脱脂で用いる脱脂炉と焼成で用いる焼成炉は同一炉であってもよいし、異なる炉であってもよい。焼成温度は、例えば、1600℃~2000℃であってよい。 In the firing step, the degreased laminate of green sheets is placed in a firing furnace and heated at a predetermined firing temperature. In the firing step, the green sheet is fired to obtain a flat ceramic sintered body. The degreasing furnace used for degreasing and the firing furnace used for firing may be the same furnace or may be different furnaces. The firing temperature may be, for example, 1600°C to 2000°C.

焼成工程における加熱時間は、例えば、8~20時間、又は8~12時間であってよい。上記加熱時間は、炉内温度が所定の焼成温度に達してから焼成温度内に保持する時間を意味する。特に断りがない場合には、上記所定の焼成温度とは、上記焼成温度の範囲内での最大到達温度を意味する。 The heating time in the firing step may be, for example, 8 to 20 hours, or 8 to 12 hours. The heating time means the time during which the temperature inside the furnace reaches a predetermined firing temperature and is maintained within the firing temperature. Unless otherwise specified, the predetermined firing temperature means the maximum attainable temperature within the firing temperature range.

焼成工程は、加熱温度の異なる複数の工程を含んでもよい。このような複数の工程で加熱処理を行うことによって、セラミック焼結体の組織をより一層均質化することができる。上記焼成工程は、例えば、1600℃以上1800℃未満の温度で加熱処理を行う第一焼成工程と、1800℃以上2000℃以下(好ましくは1800℃以上1850℃以下、より好ましくは1800℃以上1830℃以下)の温度で加熱処理を行う第二焼成工程と、を含んでよい。 The baking step may include a plurality of steps with different heating temperatures. By performing the heat treatment in a plurality of steps, the structure of the ceramic sintered body can be further homogenized. The firing step includes, for example, a first firing step in which heat treatment is performed at a temperature of 1600 ° C. or higher and lower than 1800 ° C., and a and a second firing step in which heat treatment is performed at a temperature of ) below.

焼成工程における加熱時間のうち、1600℃以上1800℃未満の温度で加熱処理する時間(例えば第一焼成工程における加熱処理する時間)を長め(例えば、数時間)に確保することが望ましい。そこで、炉内温度を1600℃以上1800℃未満に保持する時間は、例えば、4時間以上、5時間以上、6時間以上、7時間以上、8時間以上、又は9時間以上であってよく、15時間以下、又は12時間以下であってよい。炉内温度を1600℃以上1800℃未満に保持する時間は、例えば、4~15時間、又は5~8時間であってよい。1600℃以上1800℃未満の温度域では、焼結助剤が液相を形成するため、この温度で保持する時間を十分に確保することによってセラミックを粒成長させる環境をより均質化でき、結果としてセラミック焼結体の抗折強度をより向上できる。 Of the heating time in the firing step, it is desirable to secure a longer time (eg, several hours) for heat treatment at a temperature of 1600° C. or more and less than 1800° C. (for example, the time for heat treatment in the first firing step). Therefore, the time for holding the temperature in the furnace at 1600 ° C. or more and less than 1800 ° C. may be, for example, 4 hours or more, 5 hours or more, 6 hours or more, 7 hours or more, 8 hours or more, or 9 hours or more. hours or less, or 12 hours or less. The time for which the temperature inside the furnace is maintained at 1600° C. or more and less than 1800° C. may be, for example, 4 to 15 hours, or 5 to 8 hours. In the temperature range of 1600° C. or more and less than 1800° C., the sintering aid forms a liquid phase, so by securing a sufficient time to hold at this temperature, the environment for grain growth of the ceramic can be made more homogeneous. The bending strength of the ceramic sintered body can be further improved.

また1800℃以上の温度で加熱処理する時間を長めに確保することが好ましく、炉内温度を1800~2000℃の温度に保持する時間(例えば第二焼成工程における加熱処理する時間)は、例えば、3時間以上、又は4時間以上であってよく、7時間以下、又は6時間であってよい。炉内温度を1800~2000℃の温度に保持する時間は、例えば、3~7時間、又は4~6時間であってよい。1800~2000℃の温度域では、焼結助剤に由来する液相にセラミック粉末が溶解し、熱力学的により安定な結晶相の成長が促進されるため、この温度で保持する時間を確保することでセラミックの粒成長を促進させ、得られるセラミック焼結体の熱伝導率を向上させることができる。また1800~2000℃の温度に保持する時間を上記範囲内とすることで、セラミック及び焼結助剤の分解を抑制し、セラミック焼結体の緻密化が阻害されることをより十分に抑制できる。 In addition, it is preferable to secure a longer time for heat treatment at a temperature of 1800 ° C. or higher, and the time for holding the temperature in the furnace at a temperature of 1800 to 2000 ° C. (for example, the time for heat treatment in the second firing step) is, for example, It may be 3 hours or more, or 4 hours or more, and may be 7 hours or less, or 6 hours. The time for which the temperature in the furnace is maintained at a temperature of 1800-2000° C. may be, for example, 3-7 hours or 4-6 hours. In the temperature range of 1800 to 2000 ° C., the ceramic powder dissolves in the liquid phase derived from the sintering aid, and the growth of a thermodynamically more stable crystal phase is promoted, so the time to hold at this temperature is secured. This promotes the grain growth of the ceramic and improves the thermal conductivity of the obtained ceramic sintered body. In addition, by setting the time for holding at a temperature of 1800 to 2000° C. within the above range, decomposition of the ceramic and the sintering aid can be suppressed, and inhibition of densification of the ceramic sintered body can be suppressed more sufficiently. .

焼成工程は、より具体的には例えば、1600℃以上1800℃未満の温度で1~2時間、加熱処理を行う第一焼成工程と、1800℃以上2000℃以下(好ましくは1800℃以上1850℃以下、より好ましくは1800℃以上1830℃以下)の温度で4~5時間、加熱処理を行う第二焼成工程を含む工程であってよい。 More specifically, the firing step includes, for example, a first firing step of performing heat treatment at a temperature of 1600 ° C. or higher and lower than 1800 ° C. for 1 to 2 hours, and a 1800 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower (preferably 1800 ° C. or higher and 1850 ° C. or lower , more preferably 1800° C. or higher and 1830° C. or lower) for 4 to 5 hours.

降温工程は、上記焼成温度より低く、900~1200℃の温度で0.5~2.0時間保持する第一工程(以下、第一保持工程ともいう)と、1400~1600℃の温度で1.5~4.0時間保持する第二工程(以下、第二保持工程ともいう)と、を含む。第二保持工程は、第一保持工程以降の工程であり、好ましくは第一保持工程の直後に実施される工程である。降温工程として温度の異なる少なくとも2段階の保持工程を設け、焼成体を室温まで冷却することによって、焼成工程において焼結助剤が分解され、焼成体の表層から抜けていくことで、セラミック焼結体の表層に欠陥等が生じることを抑制することができる。 The temperature lowering step includes a first step (hereinafter also referred to as a first holding step) in which the temperature is lower than the firing temperature and is held at a temperature of 900 to 1200 ° C. for 0.5 to 2.0 hours, and a temperature of 1400 to 1600 ° C. and a second step of holding for 5 to 4.0 hours (hereinafter also referred to as a second holding step). The second holding step is a step subsequent to the first holding step, preferably a step performed immediately after the first holding step. By providing at least two stages of holding steps with different temperatures as a temperature-lowering step and cooling the fired body to room temperature, the sintering aid is decomposed in the firing process and escapes from the surface layer of the fired body, thereby sintering the ceramic. It is possible to suppress the occurrence of defects and the like on the surface layer of the body.

第一保持工程において焼成体を保持する温度(第一温度)は、例えば、1200℃以下、又は1100℃以下であってよい。第一温度を上記範囲内にすることによって、焼結助剤の固化を促進することができ、焼結助剤が表層から抜けることをより一層抑制することができる。第一温度の下限値は特に限定されるものではないが、例えば、900℃以上、又は1000℃以上であってよい。第一温度の下限値を上記範囲内にすることによって、セラミック焼結体の生産性をより向上できる。第一温度は上述の範囲内で調整してよく、例えば、900~1200℃、又は1000~1200℃であってよい。 The temperature (first temperature) at which the fired body is held in the first holding step may be, for example, 1200° C. or lower, or 1100° C. or lower. By setting the first temperature within the above range, the solidification of the sintering aid can be promoted, and the removal of the sintering aid from the surface layer can be further suppressed. Although the lower limit of the first temperature is not particularly limited, it may be, for example, 900° C. or higher, or 1000° C. or higher. By setting the lower limit of the first temperature within the above range, the productivity of the ceramic sintered body can be further improved. The first temperature may be adjusted within the ranges described above, eg, 900-1200°C, or 1000-1200°C.

第一保持工程において、第一温度に保持する時間(保持時間)は、例えば、0.5~2.0時間であってよい。第一保持工程の上記保持時間は、例えば、0.8時間以上、0.9時間以上、又は1.0時間以上であってよい。第一保持工程の上記保持時間は、例えば、1.8時間以下、又は1.6時間以下であってよい。 In the first holding step, the time for holding at the first temperature (holding time) may be, for example, 0.5 to 2.0 hours. The holding time in the first holding step may be, for example, 0.8 hours or longer, 0.9 hours or longer, or 1.0 hours or longer. The holding time of the first holding step may be, for example, 1.8 hours or less, or 1.6 hours or less.

降温工程では、上記焼成温度から室温まで上記加熱処理物を冷却してセラミック焼結体を得る。焼成温度付近では、セラミック焼結体表層における焼結助剤が分解され、助剤濃度が低下する傾向にあるため、焼成工程の直後から急冷を開始する場合、セラミック焼結体の表層に欠陥が生じ得る。焼成工程の直後から急冷を開始する場合はまた、セラミック焼結体の表層と内部とで焼結助剤に由来する結晶相又はガラス相に分布ができ、その分布の広がりによって抗折強度がより低下し得る。さらに、焼結助剤によって固化する温度が異なることから、複数の焼結助剤を併用する場合には、焼結助剤ごとに結晶相又はガラス相を形成し、粒界の形成を促進することから、抗折強度がより低下し得る。そこで、降温工程における降温速度を調整することが望ましい。降温速度を緩やかにすることによって、上述のような焼結助剤の抜けによるセラミック焼結体の表層における欠陥の発生をさらに抑制し、またセラミック焼結体の表層と内部とにおける結晶相及びガラス相の分布、並びに結晶相及びガラス相における粒界の形成を抑制し得、これによって抗折強度により優れるセラミック焼結体を製造できる。焼成温度から第一温度への降温速度は、例えば、8℃/分以下、7℃/分以下、又は6℃/分以下であってよい。 In the temperature lowering step, the heat-treated material is cooled from the firing temperature to room temperature to obtain a ceramic sintered body. Around the firing temperature, the sintering aid in the surface layer of the ceramic sintered body tends to decompose and the concentration of the aid tends to decrease. can occur. When quenching is started immediately after the firing process, the crystalline phase or glass phase derived from the sintering aid is distributed on the surface and inside of the ceramic sintered body, and the spread of the distribution increases the bending strength. can decline. Furthermore, since the solidification temperature differs depending on the sintering aid, when using multiple sintering aids together, each sintering aid forms a crystal phase or glass phase, promoting the formation of grain boundaries. Therefore, the bending strength can be further reduced. Therefore, it is desirable to adjust the temperature drop rate in the temperature drop step. By slowing down the temperature drop rate, the occurrence of defects in the surface layer of the ceramic sintered body due to the removal of the sintering aid as described above can be further suppressed, and the crystal phase and glass in the surface layer and inside of the ceramic sintered body can be suppressed. It is possible to suppress the distribution of phases and the formation of grain boundaries in the crystal phase and the glass phase, thereby producing a ceramic sintered body with superior bending strength. The rate of temperature drop from the firing temperature to the first temperature may be, for example, 8° C./min or less, 7° C./min or less, or 6° C./min or less.

第二保持工程において焼成体を保持する温度(第二温度)は第一温度よりも高く設定される。第二温度が第一温度よりも高い温度に設定されることで、第一保持工程において焼結助剤の抜けを抑制し、その後僅かに加熱することで焼成体中に保持された焼結助剤を再び溶融液相化させることによって、表層の欠陥を修復し、より平滑度を向上させ、抗折強度を更に向上し得る。 The temperature (second temperature) at which the fired body is held in the second holding step is set higher than the first temperature. By setting the second temperature to a temperature higher than the first temperature, the sintering aid held in the fired body is suppressed by suppressing the escape of the sintering aid in the first holding step, and then slightly heated. By making the agent melt again, defects in the surface layer can be repaired, the smoothness can be further improved, and the bending strength can be further improved.

第二保持工程における第二温度は、例えば、1600℃以下、又は1550℃以下であってよい。第二温度を上記範囲内とすることによって、焼結助剤の更なる分解を十分に抑制することができ、セラミック焼結体における欠陥の発生を更に抑制できる。第二温度の下限値は、例えば、1400℃以上、又は1450℃以上であってよい。第二温度の下限値を上記範囲内とすることによって、焼結助剤の溶融による液相形成を促進すると共に当該液相の分散性を向上させることができ、セラミック焼結体の主面における平滑性をより高めることができる。第二保持工程における第二温度は上述の範囲内で調整してよく、例えば、1400~1600℃、又は1450~1550℃であってよい。 The second temperature in the second holding step may be, for example, 1600°C or lower, or 1550°C or lower. By setting the second temperature within the above range, the further decomposition of the sintering aid can be sufficiently suppressed, and the occurrence of defects in the ceramic sintered body can be further suppressed. The lower limit of the second temperature may be, for example, 1400° C. or higher, or 1450° C. or higher. By setting the lower limit of the second temperature within the above range, it is possible to promote the formation of the liquid phase by melting the sintering aid and improve the dispersibility of the liquid phase. Smoothness can be further enhanced. The second temperature in the second holding step may be adjusted within the ranges described above, and may be, for example, 1400-1600°C, or 1450-1550°C.

第二保持工程において、第二温度に保持する時間(保持時間)は、例えば、1.5~4.0時間であってよい。第二保持工程の上記保持時間は、例えば、1.8時間以上、1.9時間以上、又は2.0時間以上であってよい。第二保持工程の上記保持時間は、例えば、3.5時間以下、3.0時間以下、又は2.5時間以下であってよい。 In the second holding step, the holding time at the second temperature (holding time) may be, for example, 1.5 to 4.0 hours. The holding time in the second holding step may be, for example, 1.8 hours or longer, 1.9 hours or longer, or 2.0 hours or longer. The holding time in the second holding step may be, for example, 3.5 hours or less, 3.0 hours or less, or 2.5 hours or less.

第二温度から室温への降温速度は特に制限されるものではないが、例えば、10℃/分以上、又は20℃/分以上であってもよい。 The rate of temperature drop from the second temperature to room temperature is not particularly limited, but may be, for example, 10° C./min or more, or 20° C./min or more.

以上、幾つかの実施形態について説明したが、共通する構成については互いの説明を適用することができる。また本開示は、上記実施形態に何ら限定されるものではない。 Although several embodiments have been described above, the mutual descriptions can be applied to common configurations. Moreover, the present disclosure is not limited to the above embodiments.

実施例及び比較例を参照して本開示の内容をより詳細に説明するが、本開示は下記の実施例に限定されるものではない。 The contents of the present disclosure will be described in more detail with reference to examples and comparative examples, but the present disclosure is not limited to the following examples.

(実施例1)
<セラミック板の作製>
窒化ケイ素粉末と、焼結助剤として、酸化イットリウム粉末、酸化マグネシウム粉末及び二酸化珪素を準備した。これらを、Si:Y:MgO:SiO=91:5:2:2(質量比)で配合して原料粉末を得た。この原料粉末に、バインダ、分散剤、及び分散媒を加えて、原料スラリーを調製した。次に、離型フィルム上にドクターブレード法によって、上述の原料スラリーを塗布し、塗布厚が0.4mmとなるように調整し、グリーンシートを作製した。
(Example 1)
<Production of ceramic plate>
Silicon nitride powder and yttrium oxide powder, magnesium oxide powder and silicon dioxide as sintering aids were prepared. These were blended in Si 3 N 4 :Y 2 O 3 :MgO:SiO 2 =91:5:2:2 (mass ratio) to obtain raw material powder. A binder, a dispersant, and a dispersion medium were added to this raw material powder to prepare a raw material slurry. Next, the raw material slurry was applied onto a release film by a doctor blade method, and the coating thickness was adjusted to 0.4 mm to produce a green sheet.

作製したセラミックグリーンシートを縦:250mm×横:180mmとなるように切断し、70枚積層させることで積層体を調製した。上記積層体を、カーボンヒータを備える電気炉中に配置し、空気中、500℃で20時間加熱して脱脂し、脱脂体を得た。 The produced ceramic green sheet was cut into a length of 250 mm×width of 180 mm, and 70 sheets were laminated to prepare a laminate. The laminate was placed in an electric furnace equipped with a carbon heater and heated in the air at 500° C. for 20 hours for degreasing to obtain a degreased body.

次に、焼成炉内を100Pa以下に減圧させ、温度を上昇させ900℃まで真空下で上記脱脂体を加熱処理した。その後、焼成炉内に窒素ガスを導入し、約0.9MPaの加圧下で1500℃まで昇温し、上記脱脂体を加熱し、均熱を図るため1500℃で4時間保持した(第一焼成工程)。保持後、1830℃で3.5時間かけて昇温し、上記脱脂体を加熱し、1830℃で5.5時間保持することによって焼成体を得た(第二焼成工程)Next, the pressure in the firing furnace was reduced to 100 Pa or less, the temperature was raised to 900° C., and the degreased body was heat-treated under vacuum. After that, nitrogen gas was introduced into the firing furnace, the temperature was raised to 1500 ° C. under a pressure of about 0.9 MPa, the above degreased body was heated, and it was held at 1500 ° C. for 4 hours in order to soak the heat (first firing process) . After holding, the temperature was raised at 1830°C over 3.5 hours to heat the degreased body, and the temperature was increased to 1830°C for 5 hours . A sintered body was obtained by holding for 5 hours (second sintering step) .

上述の焼成体を、以下の降温工程によって最終的に冷却し、セラミック焼結体を調製した。すなわち、降温工程における焼成炉の温度に関し、1830℃から1100℃まで120分かけて冷却し、1100℃の温度(第一温度)で2時間保持した。その後、1500℃まで240分かけて加熱し、1500℃(第二温度)で2時間保持した。さらに1100℃まで80分かけて冷却し、その後、焼成炉のヒーター電源を切り、自然冷却させた。 The sintered body described above was finally cooled by the following temperature-lowering step to prepare a ceramic sintered body. That is, regarding the temperature of the firing furnace in the cooling step, it was cooled from 1830° C. to 1100° C. over 120 minutes and held at a temperature of 1100° C. (first temperature) for 2 hours. Then, it was heated to 1500° C. over 240 minutes and held at 1500° C. (second temperature) for 2 hours. After further cooling to 1100° C. over 80 minutes, the heater power source of the kiln was turned off and allowed to cool naturally.

(実施例2)
第二温度を1600℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、セラミック板を得た。
(Example 2)
A ceramic plate was obtained in the same manner as in Example 1, except that the second temperature was changed to 1600°C.

(実施例3)
第一温度を1200℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、セラミック板を得た。
(Example 3)
A ceramic plate was obtained in the same manner as in Example 1, except that the first temperature was changed to 1200°C.

(実施例4)
セラミックグリーンシートの厚みを23%薄く調整したこと以外は、実施例1と同様にして、セラミック板を得た。得られたセラミック板の厚さは0.25mmであった。
(Example 4)
A ceramic plate was obtained in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the ceramic green sheet was adjusted to be 23% thinner. The thickness of the obtained ceramic plate was 0.25 mm.

(実施例5)
焼結助剤の配合量を表1に記載した様に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、セラミック板を得た。
(Example 5)
A ceramic plate was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of the sintering aid was changed as shown in Table 1.

(比較例1)
焼成工程における1830℃での加熱時間を10.0時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、セラミック板を得た。
(Comparative example 1)
A ceramic plate was obtained in the same manner as in Example 1, except that the heating time at 1830° C. in the firing step was changed to 10.0 hours.

(比較例2)
降温工程を自然冷却に変更し、第一保持工程及び第二保持工程を設けなかったこと以外は、実施例1と同様にして、セラミック板を得た。
(Comparative example 2)
A ceramic plate was obtained in the same manner as in Example 1, except that the temperature lowering step was changed to natural cooling and the first holding step and the second holding step were not provided.

(比較例3)
降温工程を1500℃まで6℃/分で冷却した後に1500℃で2時間保持し、その後自然冷却した(降温工程における保持工程を一段階に変更した)こと以外は、実施例1と同様にして、セラミック板を得た。
(Comparative Example 3)
In the same manner as in Example 1, except that the temperature lowering step was cooled to 1500° C. at 6° C./min, held at 1500° C. for 2 hours, and then naturally cooled (the holding step in the temperature lowering step was changed to one step). , to obtain a ceramic plate.

<セラミック板の評価>
実施例1~5、及び比較例1~3で調製したセラミック板に対して、厚さ、誘電損失、密度、表面粗さ、熱伝導率及び抗折強度の測定を行った。誘電損失、密度、表面粗さ、熱伝導率及び抗折強度の測定は、セラミック板は上述のセラミック板を50mm×50mmサイズに加工したサンプルを用いて、後述する方法で行った。結果を表1に示す。
<Evaluation of ceramic plate>
The thickness, dielectric loss, density, surface roughness, thermal conductivity and bending strength of the ceramic plates prepared in Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3 were measured. Dielectric loss, density, surface roughness, thermal conductivity and bending strength were measured by the method described later using a sample obtained by processing the above ceramic plate into a size of 50 mm×50 mm. Table 1 shows the results.

[セラミック板の誘電損失の測定]
セラミック板上に円形電極を形成し、実効値1Vの交流電圧を印加しながら、25℃で、交流電圧の周波数を50Hzから1MHzまで連続的に変化させて、800Hz~1MHzの間での誘電率εとtanδを測定し、誘電損失ε”を算出した。測定には、ヒューレットパッカード社製のLCRメータ(製品名:4284A プレシジョンLCRメータ)を用いた。
[Measurement of dielectric loss of ceramic plate]
A circular electrode is formed on a ceramic plate, and an alternating voltage with an effective value of 1 V is applied at 25 ° C., and the frequency of the alternating voltage is continuously changed from 50 Hz to 1 MHz to change the dielectric constant between 800 Hz and 1 MHz. ε and tan δ were measured to calculate the dielectric loss ε″. For the measurement, an LCR meter manufactured by Hewlett-Packard (product name: 4284A Precision LCR meter) was used.

[セラミック板の密度の測定]
セラミック板の密度は、アルキメデス法に基づき測定した。
[Measurement of Density of Ceramic Plate]
The density of the ceramic plate was measured based on the Archimedes method.

[セラミック板の表面粗さ(算術平均粗さ)の測定]
表面粗さRaは、JIS B 0601:2013「製品の幾何特性仕様(GPS)-表面性状:輪郭曲線方式-用語,定義及び表面性状パラメータ」に記載の方法に準拠して測定した。
[Measurement of surface roughness (arithmetic mean roughness) of ceramic plate]
The surface roughness Ra was measured in accordance with the method described in JIS B 0601:2013 "Product Geometric Characteristic Specification (GPS)-Surface Texture: Contour Curve Method-Terms, Definitions and Surface Texture Parameters".

[セラミック板の熱伝導率の測定]
セラミック板の熱伝導率は、レーザーフラッシュ法によって測定した。
[Measurement of thermal conductivity of ceramic plate]
The thermal conductivity of the ceramic plate was measured by the laser flash method.

[セラミック板の抗折強度の測定]
実施例1~5、及び比較例1~3で調製したセラミック板のそれぞれについて、JIS R 1601:2008「ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法」の記載に準拠して3点曲げ試験によって抗折強度を測定した。
[Measurement of bending strength of ceramic plate]
For each of the ceramic plates prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, transverse bending was performed by a three-point bending test in accordance with the description of JIS R 1601:2008 "Testing method for room temperature bending strength of fine ceramics". Strength was measured.

Figure 0007186930000001
Figure 0007186930000001

本開示によれば、抗折強度に優れるセラミック焼結体を提供できる。本開示によればまた、上述のようなセラミック焼結体を製造する方法を提供できる。 According to the present disclosure, a ceramic sintered body having excellent bending strength can be provided. The present disclosure can also provide a method of manufacturing a ceramic sintered body as described above.

10…主電極、20…ガード電極、30…対向電極、100…セラミック焼結体。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Main electrode, 20... Guard electrode, 30... Counter electrode, 100... Ceramic sintered body.

Claims (2)

窒化ケイ素で構成され、 密度が3.24~3.35g/cm であり、
主面における表面粗さRaが0.28μm以下であり、
800Hz~1MHzの間で周波数を連続的に変化させながら1Vの交流電圧を印加したときに生じる誘電損失ε”の最大値が1×10-2以下である、セラミック焼結
Composed of silicon nitride, Density 3.24-3.35g/cm 3 and
The surface roughness Ra on the main surface is 0.28 μm or less,
The maximum value of dielectric loss ε” that occurs when an AC voltage of 1 V is applied while continuously changing the frequency between 800 Hz and 1 MHz is 1 × 10-2Ceramic sintered, which is belowboard.
窒化ケイ素 、焼結助剤、バインダ及び分散剤を含むグリーンシートの積層体を加熱して脱脂する脱脂工程と、
脱脂された前記積層体を所定の焼成温度で加熱して加熱処理物を得る焼成工程と、
前記加熱処理物を前記焼成温度から室温まで冷却してセラミック焼結体を得る降温工程と、を有し、
前記焼成工程は、
1600℃以上1800℃未満の温度で加熱処理を行う第一焼成工程と、
1800℃以上2000℃以下の温度で3~7時間、加熱処理を行う第二焼成工程と、
を含み、
前記降温工程は、
900~1200℃の温度で0.5~2.0時間保持する第一工程と、
1400~1600℃の温度で1.5~4.0時間保持する第二工程と、
を含む、セラミック焼結の製造方法。
silicon nitride , a degreasing step of heating and degreasing a laminate of green sheets containing a sintering aid, a binder and a dispersant;
a firing step of heating the degreased laminate at a predetermined firing temperature to obtain a heat-treated product;
a cooling step of cooling the heat-treated product from the firing temperature to room temperature to obtain a ceramic sintered body,
The firing step includes
A first firing step of performing heat treatment at a temperature of 1600 ° C. or more and less than 1800 ° C.;
A second firing step of performing heat treatment at a temperature of 1800 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower for 3 to 7 hours;
including
The temperature lowering step includes
A first step of holding at a temperature of 900 to 1200 ° C. for 0.5 to 2.0 hours;
a second step of holding at a temperature of 1400 to 1600° C. for 1.5 to 4.0 hours;
ceramic sintering, includingboardmanufacturing method.
JP2022535196A 2021-03-26 2022-02-08 Ceramic sintered plate and method for manufacturing ceramic sintered plate Active JP7186930B1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021053256 2021-03-26
JP2021053256 2021-03-26
PCT/JP2022/004896 WO2022201925A1 (en) 2021-03-26 2022-02-08 Ceramic sintered body and method for producing ceramic sintered body

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JPWO2022201925A1 JPWO2022201925A1 (en) 2022-09-29
JP7186930B1 true JP7186930B1 (en) 2022-12-09
JPWO2022201925A5 JPWO2022201925A5 (en) 2023-02-20

Family

ID=83395510

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022535196A Active JP7186930B1 (en) 2021-03-26 2022-02-08 Ceramic sintered plate and method for manufacturing ceramic sintered plate

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7186930B1 (en)
WO (1) WO2022201925A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000335974A (en) * 1999-05-31 2000-12-05 Toshiba Ceramics Co Ltd High-frequency transmitter and its production
JP2002201075A (en) * 2000-10-27 2002-07-16 Toshiba Corp Silicon nitride ceramic substrate and silicon nitride ceramic circuit substrate using it and its manufacturing method
JP2006008493A (en) * 2004-05-26 2006-01-12 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Plasma corrosion-resistant material, manufacturing method therefor, and component using the same
JP2009179557A (en) * 1998-05-12 2009-08-13 Toshiba Corp Method of producing high thermal conductive silicon nitride sintered body
JP2018020929A (en) * 2016-08-03 2018-02-08 日立金属株式会社 Silicon nitride sintered substrate and production method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009179557A (en) * 1998-05-12 2009-08-13 Toshiba Corp Method of producing high thermal conductive silicon nitride sintered body
JP2000335974A (en) * 1999-05-31 2000-12-05 Toshiba Ceramics Co Ltd High-frequency transmitter and its production
JP2002201075A (en) * 2000-10-27 2002-07-16 Toshiba Corp Silicon nitride ceramic substrate and silicon nitride ceramic circuit substrate using it and its manufacturing method
JP2006008493A (en) * 2004-05-26 2006-01-12 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Plasma corrosion-resistant material, manufacturing method therefor, and component using the same
JP2018020929A (en) * 2016-08-03 2018-02-08 日立金属株式会社 Silicon nitride sintered substrate and production method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022201925A1 (en) 2022-09-29
JPWO2022201925A1 (en) 2022-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114380603B (en) Method for producing silicon nitride sintered substrate
JP6822362B2 (en) Manufacturing method of silicon nitride substrate and silicon nitride substrate
TWI445682B (en) Alumina sintered body, and its manufacturing method and semiconductor manufacturing device parts
US9938444B2 (en) Method for producing silicon nitride substrate
JP6697363B2 (en) Semiconductor manufacturing equipment member, manufacturing method thereof, and heater with shaft
CN105683129B (en) Silicon nitride board and use its silicon nitride circuit substrate
JP7062229B2 (en) Plate-shaped silicon nitride sintered body and its manufacturing method
Kume et al. Dielectric and thermal properties of AlN ceramics
JP7062230B2 (en) Plate-shaped silicon nitride sintered body and its manufacturing method
KR102657287B1 (en) Ceramic structure, method for manufacturing the same, and member for semiconductor manufacturing apparatus
JP2024015261A (en) Method for manufacturing sintered silicon nitride substrate
JP2002293642A (en) Silicon nitride-based sintered compact having high thermal conductivity, method of producing the same, and circuit board
JP7186930B1 (en) Ceramic sintered plate and method for manufacturing ceramic sintered plate
WO2005049525A1 (en) High thermally conductive aluminum nitride sintered product
JP2011111341A (en) Aluminum nitride substrate having oxidized layer, method for producing the substrate, circuit board obtained by using the substrate, and led module
JP7330416B2 (en) Aluminum nitride sintered plate, circuit board, and laminated board
JP4529102B2 (en) High thermal conductivity silicon nitride sintered body and manufacturing method thereof
Kume et al. Annealing effect on dielectric property of AlN ceramics
TWI764320B (en) Composite sintered body and method of manufacturing composite sintered body
JP2018070436A (en) Production method of silicon nitride sintered body
JP7408884B1 (en) Silicon nitride sintered body and sintering aid powder
JP4348659B2 (en) High thermal conductivity silicon nitride sintered body, substrate using the same, circuit board for semiconductor device
WO2023171511A1 (en) Sintered ceramic object, production method therefor, and sintering-aid powder
WO2024190346A1 (en) Aluminum nitride sintered body, and method for manufacturing aluminum nitride sintered body
WO2021193762A1 (en) Ceramic plate and method for producing same

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220609

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220609

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20220609

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220802

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220926

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: 20221122

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221129

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7186930

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150