JPH01167279A - 窒化アルミニウムを主成分とする多結晶焼結体とその製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウムを主成分とする多結晶焼結体とその製造方法Info
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- JPH01167279A JPH01167279A JP63289000A JP28900088A JPH01167279A JP H01167279 A JPH01167279 A JP H01167279A JP 63289000 A JP63289000 A JP 63289000A JP 28900088 A JP28900088 A JP 28900088A JP H01167279 A JPH01167279 A JP H01167279A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped 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
- C04B35/58—Shaped 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
- C04B35/581—Shaped 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 aluminium nitride
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
窒化アルミニウムを主成分とする多結晶焼結体は公知で
ある。これらの焼結体は例えば高強度、耐熱衝撃性、高
い熱伝導性、低い導電性及び溶融金属に対する耐食性の
ような貴重な性質の組合せを特徴とする。このような性
質の組合せを有するために、これらは非常に多くの用途
分野に用いられることができ、冶金分野における耐食性
材料及び高性能エレクトロニクスにおける支持材料とし
ての使用がますます重要視されている。
ある。これらの焼結体は例えば高強度、耐熱衝撃性、高
い熱伝導性、低い導電性及び溶融金属に対する耐食性の
ような貴重な性質の組合せを特徴とする。このような性
質の組合せを有するために、これらは非常に多くの用途
分野に用いられることができ、冶金分野における耐食性
材料及び高性能エレクトロニクスにおける支持材料とし
ての使用がますます重要視されている。
しかし、今までに公知の窒化アルミニウム主成分多結晶
焼結体の一部は純粋な窒化アルミニウムよりもかなり劣
った性質を有する、これは多結晶焼結体の性質が存在す
る不純物に高度に依存するからである;この不純物は粒
界相として結合形でまたは窒化アルミニウム・格子中に
溶融形で存在する、酸素と金属による汚染物として特に
理解すべきである。
焼結体の一部は純粋な窒化アルミニウムよりもかなり劣
った性質を有する、これは多結晶焼結体の性質が存在す
る不純物に高度に依存するからである;この不純物は粒
界相として結合形でまたは窒化アルミニウム・格子中に
溶融形で存在する、酸素と金属による汚染物として特に
理解すべきである。
しかし、純粋な窒化アルミニウムは主として共有結合で
あるために、焼結性が非常に悪いことも知られている。
あるために、焼結性が非常に悪いことも知られている。
特にいわゆる加圧なし焼結方法で高い焼結密度を得るた
めには、付加的に焼結助剤の使用が絶対に必要である。
めには、付加的に焼結助剤の使用が絶対に必要である。
多くの化合物が窒化アルミニウムに対するその焼結促進
作用に関して研究されており、ランタニドを含めた周期
律表第2a族と第3a族からの元素の酸化物に基づく化
合物が特に適切であることが分っている〔ケイ・コメヤ
(K、 Komeya)等の窯業協会誌、89巻(6)
、330−336頁、ケミカル・アブストラクト(C,
A)95巻(1981)、135号、257Zに要約〕
。窒化アルミニウムが不純物に対して、特に酸素不純物
に対して敏感であることは周知であるため、焼結助剤自
体によって導入される酸素を最少にするために少量の焼
結助剤を用いること、及び窒化アルミニウム粉末中に存
在する酸素を焼結助剤に結合させることを試みることが
必要である。
作用に関して研究されており、ランタニドを含めた周期
律表第2a族と第3a族からの元素の酸化物に基づく化
合物が特に適切であることが分っている〔ケイ・コメヤ
(K、 Komeya)等の窯業協会誌、89巻(6)
、330−336頁、ケミカル・アブストラクト(C,
A)95巻(1981)、135号、257Zに要約〕
。窒化アルミニウムが不純物に対して、特に酸素不純物
に対して敏感であることは周知であるため、焼結助剤自
体によって導入される酸素を最少にするために少量の焼
結助剤を用いること、及び窒化アルミニウム粉末中に存
在する酸素を焼結助剤に結合させることを試みることが
必要である。
ヨーロッパ特許公開第147.101号明細書から公知
の方法によると、これは酸素0.001〜7重量%を希
土類金属の酸化物0.01〜15重量%と共に含む窒化
アルミニウム粉末を焼結することによって、例えば加圧
なし焼結することによって達成される。
の方法によると、これは酸素0.001〜7重量%を希
土類金属の酸化物0.01〜15重量%と共に含む窒化
アルミニウム粉末を焼結することによって、例えば加圧
なし焼結することによって達成される。
窒化アルミニウム出発粉末中に存在する酸素を希土類金
属の酸化物(例えばY2o3)と反応させて、ガーネッ
ト型構造またはペロブスキー型構造を有する化合物(相
)を形成させるので、過剰な酸素が窒化アルミニウム格
子中に拡散して固溶体を形成するまたはオキシ窒化アル
ミニウム相(AnNポリタイプ)を形成することはあり
えない。
属の酸化物(例えばY2o3)と反応させて、ガーネッ
ト型構造またはペロブスキー型構造を有する化合物(相
)を形成させるので、過剰な酸素が窒化アルミニウム格
子中に拡散して固溶体を形成するまたはオキシ窒化アル
ミニウム相(AnNポリタイプ)を形成することはあり
えない。
これらのガーネット型相またはベロブスキー型相は比較
的低温(1000°〜1300℃)における焼結プロセ
ス中に形成され、高温(1600°〜1950℃)にお
いて溶融し、いわゆる液相焼結を行って、高度な緻密な
成形体を形成する。実施例から分るように、熱伝導性に
関して最も良い結果は酸素含量0.3〜1.0重量%を
有する窒化アルミニウム粉末にY2O30,1〜3.0
重量%を加えて、18oo°cニおいて加圧なし焼結す
ることによって製造した窒化アルミニウム体によって得
られた。これらの焼結体中にはX線回折によって、主要
な窒化アルミニウム相の他に少量のAff−Yガーネッ
ト型組オキシ窒化アルミニウム相とが検出された。この
ことは最初に用いた酸化物から酸素を結合してのガーネ
ット型組への転化が不完全に進行しているにすぎないこ
とを意味する。
的低温(1000°〜1300℃)における焼結プロセ
ス中に形成され、高温(1600°〜1950℃)にお
いて溶融し、いわゆる液相焼結を行って、高度な緻密な
成形体を形成する。実施例から分るように、熱伝導性に
関して最も良い結果は酸素含量0.3〜1.0重量%を
有する窒化アルミニウム粉末にY2O30,1〜3.0
重量%を加えて、18oo°cニおいて加圧なし焼結す
ることによって製造した窒化アルミニウム体によって得
られた。これらの焼結体中にはX線回折によって、主要
な窒化アルミニウム相の他に少量のAff−Yガーネッ
ト型組オキシ窒化アルミニウム相とが検出された。この
ことは最初に用いた酸化物から酸素を結合してのガーネ
ット型組への転化が不完全に進行しているにすぎないこ
とを意味する。
ヨーロッパ特許公開第180,724号明細書から公知
の方法では、窒化アルミニウム粉末を希土類金属とアル
カリ土金属の酸化物またはフッ化物(その都度、少なく
とも2種類の前記化合物が存在しなければならない)を
加えて加圧なしに焼結する。
の方法では、窒化アルミニウム粉末を希土類金属とアル
カリ土金属の酸化物またはフッ化物(その都度、少なく
とも2種類の前記化合物が存在しなければならない)を
加えて加圧なしに焼結する。
このようにして製造された焼結体中には、X線回折によ
って主要な窒化アルミニウム相の他に、アルミナを含む
希土類金属酸化物とアルミナを含むアルカリ土金属酸化
物とから成る混合相及び若干の場合にはオキシ窒化アル
ミニウム化が検出されヨーロッパ特許公開第207.4
65号明細書から公知の方法によると、窒化アルミニウ
ム粉末を希土類金属及び/またはアルカリ土金属の化合
物及び付加的に遷移金属またはこの化合物から成る他の
添加剤と共に加圧なし焼結する。このようにして製造し
た焼結体の顕微鏡検査によると、窒化アルミニウム粒子
の間の粒界に適当な酸化物及び/またはオキシフッ化物
としても存在し、付加的にその都度用いた遷移金属をも
含む、希土類金属及び/またはアルカリ土金属とアルミ
ニウム化合物とからの適当な混合相が存在した。
って主要な窒化アルミニウム相の他に、アルミナを含む
希土類金属酸化物とアルミナを含むアルカリ土金属酸化
物とから成る混合相及び若干の場合にはオキシ窒化アル
ミニウム化が検出されヨーロッパ特許公開第207.4
65号明細書から公知の方法によると、窒化アルミニウ
ム粉末を希土類金属及び/またはアルカリ土金属の化合
物及び付加的に遷移金属またはこの化合物から成る他の
添加剤と共に加圧なし焼結する。このようにして製造し
た焼結体の顕微鏡検査によると、窒化アルミニウム粒子
の間の粒界に適当な酸化物及び/またはオキシフッ化物
としても存在し、付加的にその都度用いた遷移金属をも
含む、希土類金属及び/またはアルカリ土金属とアルミ
ニウム化合物とからの適当な混合相が存在した。
最後に、西ドイツ特許公告第3,627,317号公報
から公知の方法によると、窒化アルミニウム粉末をアル
カリ土金属、ランタン族金属及びイツトリウムの少なく
とも1種類のハロゲン化合物と、アルカリ土金属、ラン
タン族金属及びイツトリウムの少なくとも1種類のハロ
ゲンを含まない化合物と共に加圧なし焼結する。ハロゲ
ンを含まない化合物の例として、特に上記金属のアルミ
ネートも挙げられている。完成した窒化アルミニウム焼
結体の性質はハロゲン化合物とハロゲンを含まない化合
物の選択によって変化する。従って、例えば高い熱伝導
性はハロゲン化合物とハロゲンを含まない成分としての
酸化物との組合せによって得られ、容易な焼結性と高い
機械的強度はハロゲン化合物とアルミネートとの組合せ
によって得られると述べられている。実施例から分るよ
うに、高い熱伝導性はフッ化イツトリウムとアルミン酸
カルシウムとの組合せによって得られたが、アルミン酸
カルシウムのみを用い、すなわちフッ化イツトリウムを
用いなかった場合には、比較実験がら確認されるように
、この値が1/2に低下した。
から公知の方法によると、窒化アルミニウム粉末をアル
カリ土金属、ランタン族金属及びイツトリウムの少なく
とも1種類のハロゲン化合物と、アルカリ土金属、ラン
タン族金属及びイツトリウムの少なくとも1種類のハロ
ゲンを含まない化合物と共に加圧なし焼結する。ハロゲ
ンを含まない化合物の例として、特に上記金属のアルミ
ネートも挙げられている。完成した窒化アルミニウム焼
結体の性質はハロゲン化合物とハロゲンを含まない化合
物の選択によって変化する。従って、例えば高い熱伝導
性はハロゲン化合物とハロゲンを含まない成分としての
酸化物との組合せによって得られ、容易な焼結性と高い
機械的強度はハロゲン化合物とアルミネートとの組合せ
によって得られると述べられている。実施例から分るよ
うに、高い熱伝導性はフッ化イツトリウムとアルミン酸
カルシウムとの組合せによって得られたが、アルミン酸
カルシウムのみを用い、すなわちフッ化イツトリウムを
用いなかった場合には、比較実験がら確認されるように
、この値が1/2に低下した。
広範囲な先行技術から明らかであるように、充分に高い
密度を有し、窒化アルミニウム結晶中の格子パラメータ
ーを変えることによって及び/または窒化アルミニウム
結晶の粒界に酸化物相またはオキシ窒化物相が存在する
ことによって熱伝導性に不利な影響を与える、酸素及び
/または金属による汚染を殆ど含まない多結晶窒化アル
ミニラム焼結体を簡単な方法で製造することは、今まで
は不可能であるとされていた。
密度を有し、窒化アルミニウム結晶中の格子パラメータ
ーを変えることによって及び/または窒化アルミニウム
結晶の粒界に酸化物相またはオキシ窒化物相が存在する
ことによって熱伝導性に不利な影響を与える、酸素及び
/または金属による汚染を殆ど含まない多結晶窒化アル
ミニラム焼結体を簡単な方法で製造することは、今まで
は不可能であるとされていた。
従って、充分に高い密度と良好な熱的、機械的性質とを
有し、例えば冶金分野に耐食性材料として及び高性能エ
レクトロニクスに支持材料として用いられる、窒化アル
ミニウムを主成分とする多結晶焼結体を提供するという
目的が生ずる。さらに、望ましい性質を有するこのよう
な焼結体をハロゲンを含まない焼結助剤を併用し、非腐
食性雰囲気中において装置と環境とを保護するやり方で
加圧なし焼結する方法を提供すべきである。
有し、例えば冶金分野に耐食性材料として及び高性能エ
レクトロニクスに支持材料として用いられる、窒化アル
ミニウムを主成分とする多結晶焼結体を提供するという
目的が生ずる。さらに、望ましい性質を有するこのよう
な焼結体をハロゲンを含まない焼結助剤を併用し、非腐
食性雰囲気中において装置と環境とを保護するやり方で
加圧なし焼結する方法を提供すべきである。
本発明によると、理論的に可能で密度の少なくとも95
%の密度を有し、少なくとも90重量%の窒化アルミニ
ウム主結晶相と少なくとも1種類の結合酸素含有アルミ
ニウム化合物からの結晶粒界相とから成る窒化アルミニ
ウム主成分多結晶焼結体を得るというこの目的は、粒界
相が主として少なくとも1種類のアルミネート結晶相か
ら成り、前記アルミネート結晶相においてアルミネート
形成元素が個々にまたは混合物としてランタン及びうン
タニドの3価陽イオンから成る群から選択された元素で
あり、前記アルミネート結晶相が追加的に窒化アルミニ
ウム出発物質からの木質的に全ての酸素を結合して含む
ことによって達成される。
%の密度を有し、少なくとも90重量%の窒化アルミニ
ウム主結晶相と少なくとも1種類の結合酸素含有アルミ
ニウム化合物からの結晶粒界相とから成る窒化アルミニ
ウム主成分多結晶焼結体を得るというこの目的は、粒界
相が主として少なくとも1種類のアルミネート結晶相か
ら成り、前記アルミネート結晶相においてアルミネート
形成元素が個々にまたは混合物としてランタン及びうン
タニドの3価陽イオンから成る群から選択された元素で
あり、前記アルミネート結晶相が追加的に窒化アルミニ
ウム出発物質からの木質的に全ての酸素を結合して含む
ことによって達成される。
本発明の窒化アルミニウム主成分焼結体は定義によると
少なくとも95%の密度を有する: この密とは焼結体
全体の理論的に可能な密度、すなわち窒化アルミニウム
と、最初に用いた焼結助剤と最初から存在する不純物と
の焼結プロセス後も存在する残渣との全重量を基準にし
た密度と理解すべきである(以下では%TDと略記する
)。本発明による焼結体は少なくとも99%TD特に9
9%TDより大きい密度を有することが好ましい。
少なくとも95%の密度を有する: この密とは焼結体
全体の理論的に可能な密度、すなわち窒化アルミニウム
と、最初に用いた焼結助剤と最初から存在する不純物と
の焼結プロセス後も存在する残渣との全重量を基準にし
た密度と理解すべきである(以下では%TDと略記する
)。本発明による焼結体は少なくとも99%TD特に9
9%TDより大きい密度を有することが好ましい。
最初に用いた焼結助剤及び最初に存在する不純物から生
ずるセラミック夾雑物の割合が大きくなることによって
、窒化アルミニウムの性質が劣化または変化しないこと
を保証するために、本発明による窒化アルミニウム主成
分焼結体は定義によると少なくとも90重量%の主要窒
化アルミニウム結晶相から成る;これは全焼結体の少な
くとも90重量%が窒化アルミニウムから成ることを意
味すると理解すべきである。
ずるセラミック夾雑物の割合が大きくなることによって
、窒化アルミニウムの性質が劣化または変化しないこと
を保証するために、本発明による窒化アルミニウム主成
分焼結体は定義によると少なくとも90重量%の主要窒
化アルミニウム結晶相から成る;これは全焼結体の少な
くとも90重量%が窒化アルミニウムから成ることを意
味すると理解すべきである。
本発明による焼結体は少なくとも95重量%、特に97
重量%より多い窒化アルミニウムから成ることが好まし
い。
重量%より多い窒化アルミニウムから成ることが好まし
い。
本発明による窒化アルミニウム焼結体の顕著な特徴は、
粒界相が定義によって専ら少なくとも1種類のアルミネ
ート結晶相から成り、前記アルミネートがランタン及び
ランタニドの3価陽イオンから形成されることである。
粒界相が定義によって専ら少なくとも1種類のアルミネ
ート結晶相から成り、前記アルミネートがランタン及び
ランタニドの3価陽イオンから形成されることである。
「専ら」とは、本発明の窒化アルミニウム焼結体中にア
ルミネート相以外の相が検出されないことである、すな
わちX線回折スベク1−ルに酸化物またはオキシ窒化物
のピークが存在しないことである。アルミネート相自体
はこの場合、混合結晶または化学量論的組成の化合物か
ら成る。
ルミネート相以外の相が検出されないことである、すな
わちX線回折スベク1−ルに酸化物またはオキシ窒化物
のピークが存在しないことである。アルミネート相自体
はこの場合、混合結晶または化学量論的組成の化合物か
ら成る。
定義によると3価の陽イオンとしてのランタン及びラン
タニドと理解すべきである、アルミネート相中のアルミ
ネート形成元素としては、これらの元素の陽イオン半径
が類似しているため代替可能に異種同形であるので、同
一または異なる元素が存在しうる。
タニドと理解すべきである、アルミネート相中のアルミ
ネート形成元素としては、これらの元素の陽イオン半径
が類似しているため代替可能に異種同形であるので、同
一または異なる元素が存在しうる。
本発明による窒化アルミニウム焼結体中にアルミネート
結晶相のみが存在する場合には、このアルミネート結晶
相は定義によると、追加的に窒化アルミニウム出発物質
からの本質的に全ての酸素を結合して含み、一般式: %式% 〔式中M e = L aまたはランタニド、m−少な
くとも1、n=mまたはmより大きい数〕で示されるア
ルミネート和から成る。
結晶相のみが存在する場合には、このアルミネート結晶
相は定義によると、追加的に窒化アルミニウム出発物質
からの本質的に全ての酸素を結合して含み、一般式: %式% 〔式中M e = L aまたはランタニド、m−少な
くとも1、n=mまたはmより大きい数〕で示されるア
ルミネート和から成る。
化学量論的組成を有する化合物の中のこのようなアルミ
ネートの例は、m=l、n−1である化合物(M e
z O3X A p 203);m=3、n−5である
化合物(3Me20z X5Aj!z Oi );m−
1、n−11である化合物(Me203 X11Aβ2
03)である。本発明による窒化アルミニウム焼結体は
、アルミナを多く含むアルミネート結晶相の他に、上記
の一般式によってMeが定義した通りでありm−少なく
とも1、n=mより小さい数であるよう−な、他のアル
ミネート結晶相も含みうる。
ネートの例は、m=l、n−1である化合物(M e
z O3X A p 203);m=3、n−5である
化合物(3Me20z X5Aj!z Oi );m−
1、n−11である化合物(Me203 X11Aβ2
03)である。本発明による窒化アルミニウム焼結体は
、アルミナを多く含むアルミネート結晶相の他に、上記
の一般式によってMeが定義した通りでありm−少なく
とも1、n=mより小さい数であるよう−な、他のアル
ミネート結晶相も含みうる。
化学量論的組成の化合物の中のこのようなアルミネート
の例は、m = 2、n−1である化合物(2M e)
403 X A Ilz O3)である。
の例は、m = 2、n−1である化合物(2M e)
403 X A Ilz O3)である。
本発明による窒化アルミニウム主成分多結晶焼結体はそ
れ自体公知の方法で、窒化アルミニウムと酸化物を主成
分とする焼結添加剤とから成る粒状混合物を1900°
Cまでの温度において無加圧焼結することによって製造
される;但し使用する焼結添加剤は、他の成分と混合し
て焼結する前に、2:1から1:1までのモル比での酸
化ランタンまたは酸化ランタニドとアルミナとから17
00 ’〜1900°Cの温度に加熱することによって
製造した、一般式: %式% 〔式中、M e = L aまたはランタニド、m−2
または1、n−1〕で示される化合物のアルミネート結
晶粉末である。
れ自体公知の方法で、窒化アルミニウムと酸化物を主成
分とする焼結添加剤とから成る粒状混合物を1900°
Cまでの温度において無加圧焼結することによって製造
される;但し使用する焼結添加剤は、他の成分と混合し
て焼結する前に、2:1から1:1までのモル比での酸
化ランタンまたは酸化ランタニドとアルミナとから17
00 ’〜1900°Cの温度に加熱することによって
製造した、一般式: %式% 〔式中、M e = L aまたはランタニド、m−2
または1、n−1〕で示される化合物のアルミネート結
晶粉末である。
本発明による窒化アルミニウム焼結体の製造に焼結添加
剤として既製のアルミネート粉末を用いると、製造時か
ら窒化アルミニウム出発粉末中に存在し、主な不純物と
して殆どA203の形状である酸素がアルミネートとの
反応によって捕捉され、AA、03に冨んだアルミネー
ト相を形成するため、窒化アルミネート格子中に混入し
て固溶体の形成に用いられるということはもはや確実に
生じない。過剰なアルミネート焼結助剤を添加する場合
には、これが最初のアルミネート粉末の組成に応じて、
A 12203含量の少ない追加的なアルミネート相と
して粒界に存在することになる。
剤として既製のアルミネート粉末を用いると、製造時か
ら窒化アルミニウム出発粉末中に存在し、主な不純物と
して殆どA203の形状である酸素がアルミネートとの
反応によって捕捉され、AA、03に冨んだアルミネー
ト相を形成するため、窒化アルミネート格子中に混入し
て固溶体の形成に用いられるということはもはや確実に
生じない。過剰なアルミネート焼結助剤を添加する場合
には、これが最初のアルミネート粉末の組成に応じて、
A 12203含量の少ない追加的なアルミネート相と
して粒界に存在することになる。
これに反して、今までに公知の方法ではこの酸素の「捕
捉」が酸化物または酸化物形成化合物との反応によって
行われ、これから焼結段階中に初めてアルミネートが形
成されるが、一定条件の無加圧焼結下で平衡に達するた
め、このアルミネートの形成は必然的に不完全であった
。従って、存在する酸素は完全には結合されていないか
、または酸化物焼結助剤が過剰である場合にはこれが粒
界に酸化物相として追加的に存在することが起り得た。
捉」が酸化物または酸化物形成化合物との反応によって
行われ、これから焼結段階中に初めてアルミネートが形
成されるが、一定条件の無加圧焼結下で平衡に達するた
め、このアルミネートの形成は必然的に不完全であった
。従って、存在する酸素は完全には結合されていないか
、または酸化物焼結助剤が過剰である場合にはこれが粒
界に酸化物相として追加的に存在することが起り得た。
焼結助剤として既製アルミネート粉末を使用すると、A
A203吸収の増加に伴ってランタンまたはランタニド
のアルミン酸塩の溶融段階が低温度方向に移るので、窒
化アルミニうム粉末の無加圧焼結を今までよりも低温で
実施できるという利点がさらに生ずる。
A203吸収の増加に伴ってランタンまたはランタニド
のアルミン酸塩の溶融段階が低温度方向に移るので、窒
化アルミニうム粉末の無加圧焼結を今までよりも低温で
実施できるという利点がさらに生ずる。
本発明による窒化アルミニウム多結晶焼結体の製造には
、平均粒度〈2μm1好ましくはく0.8μmであり、
金属富士物+Cに対して少なくとも99.5重量%の純
度を有する窒化アルミニウム出発粉末を出発物質として
選択することが望ましい。
、平均粒度〈2μm1好ましくはく0.8μmであり、
金属富士物+Cに対して少なくとも99.5重量%の純
度を有する窒化アルミニウム出発粉末を出発物質として
選択することが望ましい。
金属不純物とは、炭素のように専ら製造時から市販Af
fN粉末中に存在し、結合した形で存在する、A!を除
いた全ての金属元素(本質的にFe、Si、Ca及びM
g)と理解すべきである。
fN粉末中に存在し、結合した形で存在する、A!を除
いた全ての金属元素(本質的にFe、Si、Ca及びM
g)と理解すべきである。
これらの金属不純物+Cは窒化アルミニウム粉末中に多
くとも0.5重量%まで許容される。微粒状窒化アルミ
ニウム粉末の周知のような加水分解傾向のために主な不
純物として存在する酸素は多くとも2重量%までが許容
される。
くとも0.5重量%まで許容される。微粒状窒化アルミ
ニウム粉末の周知のような加水分解傾向のために主な不
純物として存在する酸素は多くとも2重量%までが許容
される。
表示通りに製造された焼結助剤としてのLaまたはラン
タニドのアルミネート結晶粉末はく1μm、好ましくは
く0.5 μmの粒度と少なくとも99.0%の純度を
有することが好ましい。同様に、酸化物の製造から存在
しろる上記種類の金属不純物+Cは多くとも1重量%ま
で許容されうる。
タニドのアルミネート結晶粉末はく1μm、好ましくは
く0.5 μmの粒度と少なくとも99.0%の純度を
有することが好ましい。同様に、酸化物の製造から存在
しろる上記種類の金属不純物+Cは多くとも1重量%ま
で許容されうる。
出発混合仏中の焼結助剤としてのアルミネート粉未使用
量を決定するためには、窒化アルミニウム出発粉末中に
存在する酸素を考慮に入れなければならない。完成した
窒化アルミニウム焼結体中にアルミナに冨んだ相を形成
して酸素を捕捉するために化学量論的に必要である量と
全体的にほぼ等しいかまたは幾らか多い量のアルミネー
トを用いるならば、良い結果が得られる。
量を決定するためには、窒化アルミニウム出発粉末中に
存在する酸素を考慮に入れなければならない。完成した
窒化アルミニウム焼結体中にアルミナに冨んだ相を形成
して酸素を捕捉するために化学量論的に必要である量と
全体的にほぼ等しいかまたは幾らか多い量のアルミネー
トを用いるならば、良い結果が得られる。
しかし、窒化アルミニウム粉末中の酸素は一般に必ずし
もAN20.とじて存在せず、一部はAffi(OH)
s として、また物理的もしくは化学的に吸収された水
として、またはAIN格子中に溶解した酸素しても存在
するので、アルミネート粉*it、!:L4″″01′
”巴F b t: (IE &;!: 1if1 *
4170・それ故、アルミネート粉末量が窒化アルミニ
ウム焼結体中の酸素含量を低下させるためばかりでなく
、同時に可能な最低温度において窒化アルミニウムの最
大限の圧縮下での焼結を可能にする溶融相を形成するた
めにも充分であるように、アルミネート粉末添加量−を
定めることが有利である。
もAN20.とじて存在せず、一部はAffi(OH)
s として、また物理的もしくは化学的に吸収された水
として、またはAIN格子中に溶解した酸素しても存在
するので、アルミネート粉*it、!:L4″″01′
”巴F b t: (IE &;!: 1if1 *
4170・それ故、アルミネート粉末量が窒化アルミニ
ウム焼結体中の酸素含量を低下させるためばかりでなく
、同時に可能な最低温度において窒化アルミニウムの最
大限の圧縮下での焼結を可能にする溶融相を形成するた
めにも充分であるように、アルミネート粉末添加量−を
定めることが有利である。
出発粉状混合物(AAN→−焼結助剤)の全重量をそれ
ぞれ基準にして0.01〜5.00重量%、好ましくは
0.05〜2.00重量%の量でのアルミネート粉末の
添加がこの目的のために適切であると分っている。
ぞれ基準にして0.01〜5.00重量%、好ましくは
0.05〜2.00重量%の量でのアルミネート粉末の
添加がこの目的のために適切であると分っている。
本発明による多結晶窒化アルミニウム焼結体の製造プロ
セスの実施方法を以下で説明する:最初に、窒化アルミ
ニウム粉末をアルミネート粉末添加剤と均質に混合する
が、この混合は無水有機溶媒中に窒化アルミニウム粉末
をアルミネート粉末と共に分散させることによって有利
に行われる。使用可能な有機溶媒の例はアセトンまたは
炭素数1〜6の低級脂肪族アルコールである。分散は可
動な懸濁液をプラスチック容器中でスターラーを用いて
機械的に攪拌することによって、または混練機中で粘稠
な懸濁液を混練することによって実施される。次に、溶
媒を可動な懸濁液の場合には噴霧乾燥によって、または
粘稠な懸濁液の場合には混練段階中の蒸発によって除去
し、凝集塊を破壊し、アルミネート含有添加剤の均質な
分散を保証するために、この後にジェットミル、ビンミ
ルまたはボールミル中の乾燥粉砕を行う。
セスの実施方法を以下で説明する:最初に、窒化アルミ
ニウム粉末をアルミネート粉末添加剤と均質に混合する
が、この混合は無水有機溶媒中に窒化アルミニウム粉末
をアルミネート粉末と共に分散させることによって有利
に行われる。使用可能な有機溶媒の例はアセトンまたは
炭素数1〜6の低級脂肪族アルコールである。分散は可
動な懸濁液をプラスチック容器中でスターラーを用いて
機械的に攪拌することによって、または混練機中で粘稠
な懸濁液を混練することによって実施される。次に、溶
媒を可動な懸濁液の場合には噴霧乾燥によって、または
粘稠な懸濁液の場合には混練段階中の蒸発によって除去
し、凝集塊を破壊し、アルミネート含有添加剤の均質な
分散を保証するために、この後にジェットミル、ビンミ
ルまたはボールミル中の乾燥粉砕を行う。
これらの出発粉状混合物を圧縮成形して、生の予成形体
を形成する。成形は例えばダイプレス成形、アイソスタ
チックプレス成形またはスリップ成形による慣習的な公
知の方法によって実施することができる。型の中でのダ
イ−プレス成形またはアイソスタチック・プレス成形で
は、30〜200MPa、好ましくは50〜100MP
aの圧力が通常用いられる。
を形成する。成形は例えばダイプレス成形、アイソスタ
チックプレス成形またはスリップ成形による慣習的な公
知の方法によって実施することができる。型の中でのダ
イ−プレス成形またはアイソスタチック・プレス成形で
は、30〜200MPa、好ましくは50〜100MP
aの圧力が通常用いられる。
これらの生予成形体を次に、定義通りに無加圧焼結する
。焼結は窒化アルミニウム粉末床において0.5〜5M
Pa、好ましくは1〜3 M P aの窒素圧下、また
は窒素、水素またはアルゴンのような1希ガス中での常
圧もしくは0.OIMPaまでの減圧下で1600°〜
1950°C1好ましくは1650°〜1900°Cの
範囲内の温度において実施される。焼結が終了した後に
、窒化アルミニウム焼結体が少なくとも95%TDの密
度を有するならば、これを転圧媒質として不活性ガスを
用いて好ましくは150〜250MPaのガス圧下、約
1500°〜1800℃の温度における熱間アイソスタ
チック・プレス成形によって窒化アルミニウム焼結体を
再圧縮することができ、実際に100%TDの焼結密度
を得ることが可能である。
。焼結は窒化アルミニウム粉末床において0.5〜5M
Pa、好ましくは1〜3 M P aの窒素圧下、また
は窒素、水素またはアルゴンのような1希ガス中での常
圧もしくは0.OIMPaまでの減圧下で1600°〜
1950°C1好ましくは1650°〜1900°Cの
範囲内の温度において実施される。焼結が終了した後に
、窒化アルミニウム焼結体が少なくとも95%TDの密
度を有するならば、これを転圧媒質として不活性ガスを
用いて好ましくは150〜250MPaのガス圧下、約
1500°〜1800℃の温度における熱間アイソスタ
チック・プレス成形によって窒化アルミニウム焼結体を
再圧縮することができ、実際に100%TDの焼結密度
を得ることが可能である。
実施例1
次の化学分析値(重量%)のAβNミクロン以下微粒子
を用いた: A42 64.4 N233.4 0□ 1.9 Fe O,05 T i <0.05 CO,15 残部 <0.1 平均粒度約0.5μm 実験式La20:1XAj!203のアルミン酸ランタ
ン0.3重量%をA/N粉末に加え、高速スターラーを
用いてアセトン中で粉末を混合し、次に回転蒸発器中で
乾燥させ、200MPaにおいて常温アイソスタチック
・プレス成形して、直径25鰭高さ30龍のシリンダー
を得る。焼結は2.OM P aのN2圧下、1860
℃の温度の加圧焼結炉において実施した。最終温度にお
ける保持時間は1時間であった。焼結密度3.24g/
cJ (=A ll Hの99.4%TD)が得られた
。室温度における熱伝導率−105W / m k 0 曲げ強度(4点法により測定) 室温において−290N / 111121300℃に
おいて一251N/鰭2 室温における比電気抵抗は<11015oh Xcmと
測定された。
を用いた: A42 64.4 N233.4 0□ 1.9 Fe O,05 T i <0.05 CO,15 残部 <0.1 平均粒度約0.5μm 実験式La20:1XAj!203のアルミン酸ランタ
ン0.3重量%をA/N粉末に加え、高速スターラーを
用いてアセトン中で粉末を混合し、次に回転蒸発器中で
乾燥させ、200MPaにおいて常温アイソスタチック
・プレス成形して、直径25鰭高さ30龍のシリンダー
を得る。焼結は2.OM P aのN2圧下、1860
℃の温度の加圧焼結炉において実施した。最終温度にお
ける保持時間は1時間であった。焼結密度3.24g/
cJ (=A ll Hの99.4%TD)が得られた
。室温度における熱伝導率−105W / m k 0 曲げ強度(4点法により測定) 室温において−290N / 111121300℃に
おいて一251N/鰭2 室温における比電気抵抗は<11015oh Xcmと
測定された。
X線回折法によると、酸化物相としてアルミン酸ランタ
ンのみが存在した。
ンのみが存在した。
主要相’ L az 03 XIIA A203NZ圧
100MPa、最終温度1600℃及び保持時間30分
における熱間アイソスタチック再圧縮によって、密度を
3.26 g / aa (= 100%TD)に高め
ることが可能であった。熱伝導度は室温において121
W / m kに上昇した。酸化物相に変化はなかっ
た。
100MPa、最終温度1600℃及び保持時間30分
における熱間アイソスタチック再圧縮によって、密度を
3.26 g / aa (= 100%TD)に高め
ることが可能であった。熱伝導度は室温において121
W / m kに上昇した。酸化物相に変化はなかっ
た。
熱伝導率の測定は基準材料としてアームコ(Armco
)鉄を用いた、927°Cにおける定常条件下での比較
法によって実施した。
)鉄を用いた、927°Cにおける定常条件下での比較
法によって実施した。
1■皇1
次の化学分析値(重量%)を有するAβNミクロン以下
粉末を用いた: AA 65.5 N2 34.0 0□ 0.4 Fe <0.01 T i <0.01 c O,10 残部 < 0.01 平均粒度 約0.6μm 実験式Laz03XAβ203のアルミン酸ランタン0
.7重量%を焼結助剤として加えた。混合、常温圧縮及
び熱間圧縮は実施例1に述べた条件と同じ条件下で実施
した。
粉末を用いた: AA 65.5 N2 34.0 0□ 0.4 Fe <0.01 T i <0.01 c O,10 残部 < 0.01 平均粒度 約0.6μm 実験式Laz03XAβ203のアルミン酸ランタン0
.7重量%を焼結助剤として加えた。混合、常温圧縮及
び熱間圧縮は実施例1に述べた条件と同じ条件下で実施
した。
焼結密度3.21 g / ca (A 12 Nの9
8.5%TD)が得られた。
8.5%TD)が得られた。
室温における熱伝導率−136W / m k。
曲げ強度(4点法)
室温において−265N / mn 21300°Cに
おいて一253N/關2室温における比電気抵抗< 1
1015oh x cm。
おいて一253N/關2室温における比電気抵抗< 1
1015oh x cm。
酸化物相:
主要相: La203xllAj!203N2ガス圧1
00MPa、最終温度1650’C及び保持時間30分
間における熱間アイソスタチック再圧縮によって密度を
3.26 g / ca (100%TD)まで高める
ことが可能であった。室温における熱伝導率は157W
/mkに上昇した。酸化物相の変化はなかった。
00MPa、最終温度1650’C及び保持時間30分
間における熱間アイソスタチック再圧縮によって密度を
3.26 g / ca (100%TD)まで高める
ことが可能であった。室温における熱伝導率は157W
/mkに上昇した。酸化物相の変化はなかった。
実施例3
L a 203 X A l 203 の代りに2G
dz03×Aβ2030.3重量%を用いた点以外は、
実施例1をくり返した。混合、常温圧縮及び熱間圧縮を
実施例1に述べた条件と同じ条件下で実施した;しかじ
、焼結温度は1680℃であった。
dz03×Aβ2030.3重量%を用いた点以外は、
実施例1をくり返した。混合、常温圧縮及び熱間圧縮を
実施例1に述べた条件と同じ条件下で実施した;しかじ
、焼結温度は1680℃であった。
焼結密度3.22 g / ca−98,8%TD室温
における熱伝導率−114W/mk曲げ強度(4点法)
: 室温において−286N / m 2 1300°Cにおいて一238N/璽12室温における
比電気抵抗: < 110l5oh x cm酸化物層
: 主要相: G dz 03 X A j2z 03実施
例1に述べたように熱間アイソスタチック再圧縮した後
: 密度−3,26g / cl−100%TD室温におけ
る熱伝導率−131W / m kXAn2030.7
重量%を用いた点以外は、実施例2をくり返した。混合
、常温圧縮及び熱間圧縮を実施例1に述べた条件と同じ
条件下で実施した;しかじ、焼結温度は1700℃であ
った。
における熱伝導率−114W/mk曲げ強度(4点法)
: 室温において−286N / m 2 1300°Cにおいて一238N/璽12室温における
比電気抵抗: < 110l5oh x cm酸化物層
: 主要相: G dz 03 X A j2z 03実施
例1に述べたように熱間アイソスタチック再圧縮した後
: 密度−3,26g / cl−100%TD室温におけ
る熱伝導率−131W / m kXAn2030.7
重量%を用いた点以外は、実施例2をくり返した。混合
、常温圧縮及び熱間圧縮を実施例1に述べた条件と同じ
条件下で実施した;しかじ、焼結温度は1700℃であ
った。
焼結密度: 3.21 g / ad = 98.5%
TD室温における熱伝導率−137W / m k曲げ
強度(4点法): 室温において−263N / xm 21300°Cに
おいて−244N / *曹2室温における比電気抵抗
< 10” ohm x cm酸化物相: 主要相’ G d z 03 X Aβ203実施例1
に述べたように熱間アイソスタチック再圧縮した後:
TD室温における熱伝導率−137W / m k曲げ
強度(4点法): 室温において−263N / xm 21300°Cに
おいて−244N / *曹2室温における比電気抵抗
< 10” ohm x cm酸化物相: 主要相’ G d z 03 X Aβ203実施例1
に述べたように熱間アイソスタチック再圧縮した後:
Claims (4)
- (1)理論的に可能な密度の少なくとも95%の密度を
有し、少なくとも90重量%のAlN主結晶相と少なく
とも1種類の結合酸素含有アルミニウム化合物の結晶粒
界相とから成る、窒化アルミニウムを主成分とする多結
晶焼結体において、 粒界相が専ら少なくとも1種類のアルミネート結晶相か
ら成り、アルミネート形成元素がランタン及びランタニ
ドの3価陽イオンから成る群から個々にまたは混合物と
して選択された元素であり、これらのアルミネート結晶
相の少なくとも1つが窒化アルミニウム出発物質からの
実質的に全ての酸素を追加的に結合含有していることを
特徴とする多結晶焼結体。 - (2)粒界相が一般式: mMe_2O_3×nAl_2O_3 〔式中、Me=Laまたはランタニド、m=少なくとも
1、n=mまたはmより大きい数〕によって示されるア
ルミネート結晶相、および場合により、前記一般式にお
いてMeが上記の意味を有し、m=少なくとも1であり
、nはmより小さい数である他のアルミネート結晶相か
ら成ることを特徴とする請求項1記載の窒化アルミニウ
ムを主成分とする多結晶焼結体。 - (3)AlNと、酸化物を主成分とする焼結添加剤とか
ら成る粉末状混合物の1900℃までの温度における無
加圧焼結、および場合により、熱間アイソスタチック再
圧縮とによる、請求項1または2記載の窒化アルミニウ
ムを主成分とする多結晶焼結体の製造方法において、 焼結添加剤として、一般式: mMe_2O_3×nAl_2O_3 〔式中Me=Laまたはランタニド、m=2または1、
n=1〕で示される化合物から成るアルミネート結晶粉
末を用いること、及び前記アルミネート結晶粉末が、他
の成分と混合して焼結する前に、モル比2:1から1:
1までの酸化ランタンまたはランタニドの酸化物と酸化
アルミニウムとから1700℃〜1900℃の温度に加
熱することによって製造されることを特徴とする製造方
法。 - (4)出発物質として、平均粒度<2μmを有し、酸素
含量が多くとも2重量%、金属不純物(Fe、Si、C
a、Mg)+Cの含量が多くとも0.5重量%である窒
化アルミニウム95.00〜99.99重量%と、一般
式: mMe_2O_3×nAl_2O_3 〔式中、Me=Laまたはランタニド、m=2または1
、n=1〕 で示される化合物から成り、粒度<1μmを有し、金属
不純物(Fe、Si、Ca、Mg)+C含量が多くとも
1重量%であるアルミネート0.01〜5.00重量%
とから成る均質な粒状混合物を出発物質として用い、前
記粒状混合物を圧縮成形して生成形体を得、次に160
0〜1950℃の範囲内の温度において無加圧焼結し、
そして場合により、圧力伝達媒質として不活性ガスを用
いて150〜250MPaのガス圧下で1500〜18
00℃の範囲内の温度において熱間アイソスタチック再
圧縮することを特徴とする請求項3記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873743663 DE3743663A1 (de) | 1987-12-22 | 1987-12-22 | Polykristalline sinterkoerper auf basis von aluminiumnitrid und verfahren zu ihrer herstellung |
DE37439663.5 | 1987-12-22 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01167279A true JPH01167279A (ja) | 1989-06-30 |
Family
ID=6343330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63289000A Pending JPH01167279A (ja) | 1987-12-22 | 1988-11-17 | 窒化アルミニウムを主成分とする多結晶焼結体とその製造方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0321975A1 (ja) |
JP (1) | JPH01167279A (ja) |
DE (1) | DE3743663A1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01224269A (ja) * | 1988-03-04 | 1989-09-07 | Fujitsu Ltd | 窒化アルミニウム焼結体の製法 |
JPH01239067A (ja) * | 1988-03-19 | 1989-09-25 | Fujitsu Ltd | 窒化アルミニウム基板の製造方法 |
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---|---|---|---|---|
JPH0492864A (ja) * | 1990-08-06 | 1992-03-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化アルミニウム粉末および焼結体およびその製造法 |
DE69635908T2 (de) * | 1995-08-03 | 2006-11-23 | Ngk Insulators, Ltd., Nagoya | Gesinterte Aluminiumnitridkörper und deren Verwendung als Subtrat in einer Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern |
US6284021B1 (en) | 1999-09-02 | 2001-09-04 | The Boc Group, Inc. | Composite adsorbent beads for adsorption process |
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JPS6065768A (ja) * | 1983-09-19 | 1985-04-15 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム組成物およびその製造方法 |
JPS61201671A (ja) * | 1985-03-01 | 1986-09-06 | 電気化学工業株式会社 | 高熱伝導体及びその製造方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60127267A (ja) * | 1983-12-12 | 1985-07-06 | 株式会社東芝 | 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
US4746637A (en) * | 1984-11-08 | 1988-05-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Aluminum nitride sintered body and process for producing the same |
DE3627317A1 (de) * | 1985-08-13 | 1987-02-19 | Tokuyama Soda Kk | Sinterbare aluminiumnitridzusammensetzung, sinterkoerper aus dieser zusammensetzung und verfahren zu seiner herstellung |
JPH0717455B2 (ja) * | 1986-07-18 | 1995-03-01 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
-
1987
- 1987-12-22 DE DE19873743663 patent/DE3743663A1/de not_active Withdrawn
-
1988
- 1988-11-17 JP JP63289000A patent/JPH01167279A/ja active Pending
- 1988-12-22 EP EP88121490A patent/EP0321975A1/de not_active Ceased
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6065768A (ja) * | 1983-09-19 | 1985-04-15 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム組成物およびその製造方法 |
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JPH01224269A (ja) * | 1988-03-04 | 1989-09-07 | Fujitsu Ltd | 窒化アルミニウム焼結体の製法 |
JPH01239067A (ja) * | 1988-03-19 | 1989-09-25 | Fujitsu Ltd | 窒化アルミニウム基板の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0321975A1 (de) | 1989-06-28 |
DE3743663A1 (de) | 1989-07-06 |
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