JPH013075A - Method for manufacturing aluminum nitride sintered body - Google Patents
Method for manufacturing aluminum nitride sintered bodyInfo
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の４１１用分野）
本発明は、窒化アルミニウム質焼結体、特に金属アルミ
ニウムの直接窒化法により得られた窒化アルミニウム原
料粉末から製造された、熱伝導性の高い窒化アルミニウ
ム質焼結体及びその製造法に関する。Detailed Description of the Invention (Industrial Field of 411) The present invention provides a thermally conductive sintered body made of aluminum nitride, particularly a thermally conductive aluminum nitride raw material powder obtained by direct nitriding of metal aluminum. This invention relates to a high quality aluminum nitride sintered body and its manufacturing method.
（従来の技術及び発明が解決しようとする問題点）近年
、ＬＳＩの発達に伴い、高集積回路、パワートランジス
タ、レーザーダイオードなどの発熱量の大きい半導体素
子を実装するために熱伝導率の高い絶縁材料か必要とさ
れてきている。(Prior art and problems to be solved by the invention) In recent years, with the development of LSI, insulators with high thermal conductivity are needed to mount semiconductor elements that generate a large amount of heat, such as highly integrated circuits, power transistors, and laser diodes. Materials are being needed.
このような熱１云導率の高いセラミック材料としては、
１に未酸化ｌ＼リリウム（Ｂｅ○）系焼結体が用いられ
てきたが、その毒性のために使用範囲が限定されている
。Ceramic materials with high thermal conductivity include:
Unoxidized 1\lillium (Be○)-based sintered bodies have been used for No. 1, but their range of use is limited due to their toxicity.
そこで酸化ベリリウムに変わる高熱伝導性基板材［）と
して、熱伝導率が高く、しかも安定で、高温強度も高く
、電気絶縁性のよい窒化アルミニラｂ（）＼ＩＮ）が１
史川されるようになってきている。Therefore, as a highly thermally conductive substrate material [) to replace beryllium oxide, aluminum nitride b()\IN), which has high thermal conductivity, is stable, has high high temperature strength, and has good electrical insulation properties, is used.
Fumikawa is becoming popular.
窒化アルミニウムは、上記のように半導体基板に適した
特性を有し、その熱伝導率の理論値は約３００Ｗ／ｍ°
ｋと非常に高いものの、現状では、熱伝導率が一般に約
１００Ｗ／ｍ°ｋ以下と低い窒化アルミニウム質焼結体
しか得られておらず、窒化アルミニウム買焼結体の熱伝
導率の向上が待望されている。As mentioned above, aluminum nitride has properties suitable for semiconductor substrates, and its theoretical thermal conductivity is approximately 300 W/m°.
However, at present, only aluminum nitride sintered bodies with a low thermal conductivity of approximately 100 W/m°k or less have been obtained, and it is difficult to improve the thermal conductivity of aluminum nitride purchased sintered bodies. It's long awaited.
窒化アルミニウム粉末は難焼結性であって、単味では焼
結し難いため、窒化アルミニウム原＄１ ？’、）末に
焼結助剤を添加して焼結体を製造することが行なわれて
おり、適当な焼結助剤としては、周期率表のＩＩа族、
ＩＩＩа族金属（アルカリ土類金属〉もしくはｌ１ｌａ
族金属（Ｙ及び希土類金属）の化合物、例えばＹ２Ｏ１
、ＣａＯ，ＣＢＯ２などが提案されている。（特開昭５
９−２Ｏ７Ｓｉ４号公報、特開昭６０−６０９１０号公
報、特開昭６０−７１５７５号公報、う照）窒化アルミ
ニウム粉末の代表的な製造法としては、（１）金属アル
ミニウム粉末を窒素又はアンモニアガスで直接窒化する
方法（直接窒化法）と、（２）アルミナ粉末を炭素粉末
と混合し、窒素又はアンモニアガス中で焼成して、炭素
によりアルミナを還元する方法（炭素還元法）とが知ら
れている。Aluminum nitride powder is difficult to sinter, and it is difficult to sinter it alone, so aluminum nitride raw material $1? Sintered bodies are manufactured by adding a sintering aid to the end of the process.
Group IIIa metals (alkaline earth metals) or l1la
Compounds of group metals (Y and rare earth metals), e.g. Y2O1
, CaO, CBO2, etc. have been proposed. (Unexamined Japanese Patent Publication No. 5
9-2O7Si4, JP-A-60-60910, JP-A-60-71575, see) Typical manufacturing methods for aluminum nitride powder include (1) injecting metal aluminum powder into nitrogen or ammonia gas; Two methods are known: (2) a method in which alumina powder is mixed with carbon powder and fired in nitrogen or ammonia gas to reduce the alumina with carbon (carbon reduction method). ing.
このうち、直接窒化法においては、窒化効率を上げるた
めに原ｆＸ１の金属アルミニウムを粉砕する工程や、生
成した窒化アルミニウノ＼粉末を焼結原１′−１に適し
た粒度まで微粉砕する工程において、粉砕容器や粉砕メ
ディアから通常数重菫％の陽イオン不ｌｌ１１物が不可
避的に混入し、さらに上記の微粉もや工程において粉末
表面か酸化を受けて、直接窒化法による窒化アルミニラ
１１原料粉末中の酸素含有量は２１【量２６以上、通常
は３重量％以上に達する。こうした酸素及び陽イオン不
純物を多量に含有する窒化アルミニウム粉末は、高品質
の窒化アルミニウム質焼結体を得るための原料として適
当ではなく、事実、従来は直接窒化法により得られた原
料粉末から焼結助剤を使用して高熱伝導率をｔＦする焼
結体を製造することは、一般に行なわれていなかった。Among these, in the direct nitriding method, in order to increase the nitriding efficiency, there is a process of pulverizing the metal aluminum of the raw material fX1, and a process of finely pulverizing the generated aluminum nitride Uno\ powder to a particle size suitable for the sintering raw material 1'-1. In addition, several percent of cationic substances are inevitably mixed in from the grinding container and the grinding media, and the powder surface undergoes oxidation in the above-mentioned fine powder mist process, resulting in the nitrided aluminum 11 raw material powder produced by the direct nitriding method. The oxygen content therein reaches more than 21% by weight, usually more than 3% by weight. Aluminum nitride powder containing large amounts of oxygen and cationic impurities is not suitable as a raw material for obtaining high-quality aluminum nitride sintered bodies. It has not generally been practiced to produce a sintered body having a high thermal conductivity of tF using a binder.
一方、炭素還元法においては、予めアルミナを所望の粒
度まで粉砕してから炭素還元と窒化を行なうため、生成
した窒化アルミニウム粉末中の１・ｑイオン不純物含有
量は０．５重量？６以下と少なく、また酸素含有量も通
常約３％以下と比較的少なく、しかも平均粒子径２μ輪
以下の高純度の微粉末が容易に得られる。この微粉末は
、更に粉砕処理することなく焼結用の原料として使用す
ることができるため、窒化アルミニウム質焼結体の製造
においては、炭素還元法により得られた窒化アルミニウ
ム微粉末を用いて焼結助剤と共に焼結する方法が廿及し
ている。On the other hand, in the carbon reduction method, carbon reduction and nitridation are performed after alumina is ground to the desired particle size, so the content of 1·q ion impurities in the produced aluminum nitride powder is 0.5% by weight? 6 or less, and the oxygen content is relatively low, usually about 3% or less, and high purity fine powder with an average particle size of 2 μm or less can be easily obtained. This fine powder can be used as a raw material for sintering without further pulverization, so in the production of aluminum nitride sintered bodies, aluminum nitride fine powder obtained by the carbon reduction method is used for sintering. Methods of sintering with binders have been widely used.
しかし、かかる微粉末を用いても、得られた窒化アルミ
ニウム質焼結体の熱伝導率はやはり１００ Ｗ ／ ｍ
°ｋ以下がほとんどであり、ｆｌ論（直の約３００ Ｗ
／ ｔａ°ｋと比べて著しく低かった。However, even if such fine powder is used, the thermal conductivity of the obtained aluminum nitride sintered body is still 100 W/m.
In most cases, it is less than °k, and the FL theory (about 300 W
/ ta°k was significantly lower.
なお、イツトリウム化合物を焼結助剤として１００Ｗ／
ｍ°ｋ以上の高い熱伝導率を有する窒化γルミニウム質
焼結体を製造する方法が特開昭６０−１７８６８８号公
報及び同６１−９１０６８号公報に開示されているが、
いずれの方法においても直接窒化法により得た原料粉末
を使用することは示唆されておらず、また特開昭６１−
９１０６８号公報記載の方法は、焼結体の酸素含有量を
低下させて熱伝導性を向上させるために、焼結時に窒化
アルミニウム原料粉末と焼結助剤の他に遊離炭素もしく
は炭素質物質を存在させて脱酸を図るという、面倒な製
造方法を採用している。In addition, 100 W/
A method for producing a γ-luminium nitride sintered body having a high thermal conductivity of m°k or higher is disclosed in Japanese Patent Application Laid-open Nos. 178688-1988 and 91068-1981,
None of the methods suggests the use of raw material powder obtained by direct nitriding, and
In the method described in Publication No. 91068, in order to reduce the oxygen content of the sintered body and improve the thermal conductivity, free carbon or carbonaceous material is added in addition to the aluminum nitride raw material powder and the sintering aid during sintering. The company uses a cumbersome manufacturing method in which it deoxidizes by allowing it to exist.
直接窒化法と炭素還元法の窒化アルミニウム製造工程を
比較すると、直接窒化法の製造工程は単純で、金属アル
ミニウム粉末を窒素又はアンモニアガス中で加熱するだ
けの工程であるのに対し、炭素還元法は、（１）アルミ
ナ粉末と炭素粉末との混き、（２）混会粉末の窒素又は
アンモニアガス中での加熱、（３）残留している未反応
炭素の酸化による除去という多数工程が必要である。そ
の結果、製造コストか、直接窒化法による窒化アルミニ
ウム粉末の製造の方が、炭素還元法に比べて１／４〜１
／６程度と非常に低くなる。Comparing the aluminum nitride manufacturing processes of the direct nitriding method and the carbon reduction method, the manufacturing process of the direct nitriding method is simple and involves simply heating metal aluminum powder in nitrogen or ammonia gas, whereas the carbon reduction method requires multiple steps: (1) mixing alumina powder and carbon powder, (2) heating the mixed powder in nitrogen or ammonia gas, and (3) removing remaining unreacted carbon by oxidation. It is. As a result, the production cost of aluminum nitride powder by the direct nitriding method is 1/4 to 1/2 that of the carbon reduction method.
/6, which is very low.
したがって、直接窒化法により得られた窒化アルミニウ
ム原料粉末を使用して高熱伝導性でかつ高強度の窒化ア
ルミニラ１．質焼結体が製造できれば、窒化アルミニウ
ム質焼結体のコスト低減に大きく寄与することとなる。Therefore, using aluminum nitride raw material powder obtained by the direct nitriding method, aluminum nitride with high thermal conductivity and high strength 1. If a high-quality sintered body can be manufactured, it will greatly contribute to cost reduction of aluminum nitride-based sintered bodies.
しかし、上述したように、直接窒化法により製造された
微細な窒化アルミニウム原料粉末は純度が悪いために、
従来高熱伝導性焼結体の製造には利用されていないのが
実情であった。However, as mentioned above, the fine aluminum nitride raw material powder produced by the direct nitriding method has poor purity.
The reality is that it has not been used to manufacture highly thermally conductive sintered bodies.
（問題点を解決するための手段）
本発明の目的は、直接窒化法により得た窒化アルミニウ
ム原料粉末から低コストで製造された、熱伝導性の高い
窒化アルミニウム質焼結体を提供することである。(Means for Solving the Problems) An object of the present invention is to provide a highly thermally conductive aluminum nitride sintered body manufactured at low cost from aluminum nitride raw material powder obtained by a direct nitriding method. be.
本発明の別の目的は、熱伝導率が少なくとも１００Ｗ／
輪°に以上、好ましくは１２ＯＷ／’納°ｋ、更に好ま
しは１４０Ｗ／ａ＋°ｋ以上、最も好ユしは１６０Ｗ／
ｍ°ｋ以上であって、高密度かつ高強度の窒化アルミニ
ウム質焼結体を提供することである。Another object of the invention is to have a thermal conductivity of at least 100 W/
more than 12 OW/'k, more preferably 140 W/a+°k, most preferably 160 W/'k or more.
It is an object of the present invention to provide an aluminum nitride sintered body having a high density and high strength with a hardness of at least m°k.
本発明のまた別の目的は、直接窒化法により得た窒化ア
ルミニウム原料粉末から、高熱伝導性及び高密度の窒化
アルミニウムｒｉ焼枯体ｔ！−製造する方法を提供する
ことである。Another object of the present invention is to produce aluminum nitride burnt bodies with high thermal conductivity and high density from aluminum nitride raw material powder obtained by a direct nitriding method! - To provide a method for manufacturing.
本発明者は、直接窒化法による窒化アルミニウム微粉末
の製造において、純度低下の大きな原因は、原料金属ア
ルミニウムの純度のほかに、製造後の窒化アルミニウム
の微粉砕中における粉砕容器及びメディアの摩損による
不純物の混入が大きな原料の−っであるあることに着目
し、これらの原因による不純物混入を排除することによ
って高純度の窒化アルミニウム微粉末を低コストで製造
でき、これを原料粉末として使用して熱伝導性の高い窒
化アルミニウム質焼結体が製造できることを見出だした
。In the production of aluminum nitride fine powder by the direct nitriding method, the present inventors have discovered that the main cause of the decrease in purity is not only the purity of the raw metal aluminum but also the abrasion of the grinding container and media during the pulverization of aluminum nitride after production. Focusing on the fact that contamination with impurities is a major problem in raw materials, by eliminating contamination with impurities due to these causes, it is possible to produce high-purity aluminum nitride fine powder at low cost, and this can be used as a raw material powder. It has been discovered that an aluminum nitride sintered body with high thermal conductivity can be produced.
直接窒化法による高純度、すなわち陽イオン不純物及び
酸素合有量の少ない窒化アルミニウム微粉末と製造する
には、原料として高純度の金属アルミニウム粉末を使用
し、得られた窒化アルミニウム粉末の微粉砕を、酸素の
存在を排除するように非酸化性雰囲気中、特に有機溶剤
中において行うことにより、容易に実施できることが判
った。In order to produce high-purity aluminum nitride fine powder with low cation impurities and low oxygen content by direct nitriding, high-purity metallic aluminum powder is used as the raw material, and the resulting aluminum nitride powder is finely pulverized. It has been found that this can be easily carried out by carrying out the process in a non-oxidizing atmosphere, especially in an organic solvent, so as to exclude the presence of oxygen.
また、かかる高純度窒化アルミニウム原料粉末から高熱
伝導性窒化アルミニウム質焼結体を製造するには、陽イ
オン不純物に対してバランスを取った一定範囲の量の酸
化イツトリウム（Ｙ ２Ｏ 、）もしくはその前駆物質
を焼結助剤として混合して焼結することが重要であるこ
とを知見した。In addition, in order to produce a highly thermally conductive aluminum nitride sintered body from such high-purity aluminum nitride raw material powder, it is necessary to use yttrium oxide (Y2O) or its precursor in a certain amount balanced against cationic impurities. It has been found that it is important to mix materials as sintering aids during sintering.
本発明は、その１態様において、金属アルミニウムの直
接窒化により得られた窒化アルミニウノ、原ｆ＋粉末を
用いて、遊離炭素を存在させずに焼成することにより製
造された、ＡｌＮ結晶相と、Ｙを金属元素成分として含
有する粒界相とからなる窒化アルミニウム質焼結体であ
って、熱伝導率１００Ｗ／ｍ°ｋ以上、相対密度９５％
以上であることを特徴とする、窒化アルミニウム質焼結
体を提１共する。In one embodiment of the present invention, an AlN crystal phase produced by firing in the absence of free carbon using aluminum nitride UNO, raw f+ powder obtained by direct nitriding of metal aluminum, and Y. An aluminum nitride sintered body consisting of a grain boundary phase contained as a metallic element component, with a thermal conductivity of 100 W/m°k or more and a relative density of 95%.
We provide an aluminum nitride sintered body characterized by the above characteristics.
別の態様において、本発明は、金属アルミニウムの直接
窒化により得られた、酸素含有Ｍ１，８重量％未満、Ｓ
ｉ含有量０．７重量％以下、純度９９％以上の窒化アル
ミニウム原料粉末にＹ２Ｏ３もしくはその前駆物質を添
加して、Ｙ元素成分をＹ２Ｏｆｆとして２〜１２重量％
含有する混合粉末とし、この混合粉末を成形後、非酸化
性雰囲気中１５００〜２１００℃の温度で焼成すること
を特徴とする、熱伝導率１００Ｗ／＊°ｋ以上、相対密
度９５％以上の窒化アルミニウム質焼結体の製造法を提
供する。In another aspect, the present invention provides oxygen-containing M1.8% by weight S obtained by direct nitriding of metallic aluminum.
Y2O3 or its precursor is added to aluminum nitride raw material powder with an i content of 0.7% by weight or less and a purity of 99% or more to produce a Y element component of 2 to 12% by weight as Y2Off.
A nitrided powder with a thermal conductivity of 100 W/*°k or more and a relative density of 95% or more, characterized by forming a mixed powder containing the powder and firing it at a temperature of 1500 to 2100°C in a non-oxidizing atmosphere. A method for producing an aluminum sintered body is provided.
以下、本発明を更に詳しく説明する。The present invention will be explained in more detail below.
本発明による窒化アルミニウム質焼結体は、上述のよう
に、直接窒化法により得られた窒化アルミニウム原料粉
末から、Ｙ２Ｏ，もしくはその前駆物質を焼結助剤とし
て使用して製造されたものであって、ＡｌＮ相とＹ含在
粒界相とから構成され、熱伝導率が少なくとも１００Ｗ
／ｍ″ｋ、好ましくは１２ＯＷ／ａ＋°ｋ以上、さらに
好ましくは１４０Ｗ／ｍ°ｋ以上、最も好ましくは１６
０Ｗ／鋼°に以上であり、相対密度が９０％以上、好ま
しくは９７％以上、特に好ましくは９８．５％以上であ
ることを特徴とする。As mentioned above, the aluminum nitride sintered body of the present invention is manufactured from aluminum nitride raw material powder obtained by a direct nitriding method using Y2O or its precursor as a sintering aid. is composed of an AlN phase and a Y-containing grain boundary phase, and has a thermal conductivity of at least 100 W.
/m″k, preferably 12OW/a+°k or more, more preferably 140W/m″k or more, most preferably 16
0 W/° of steel, and a relative density of 90% or more, preferably 97% or more, particularly preferably 98.5% or more.
焼成助剤はｊｌａ族（アルカリ土類金属）、［［а族（
希土類）ｌｌｌｂ（アルミニウム類）の金属化合物のう
ちがら泗ばれる。イツトリウム化き物を使用した場きは
、Ｙ ２Ｏ３として換算された量が焼結全体の約２〜１
２重量％、好ましくは約３，９〜９．０重量％、より好
ましくは約３，９〜７．０重量％、特に好ましくは約４
．５〜６．０重量％を占めるような範囲内がよい。Firing aids include JLA group (alkaline earth metals), [[а group (
Rare earths) lllb (aluminums) metal compounds are filtered out. When using yttrium compound, the amount converted as Y2O3 is approximately 2 to 1% of the total sintering.
2% by weight, preferably about 3.9-9.0% by weight, more preferably about 3.9-7.0% by weight, particularly preferably about 4.
．． It is preferable that the amount is in the range of 5 to 6.0% by weight.
焼結助剤を使用して製造した窒化アルミニウム焼結体の
相組織は、ＡｌＮ粒子とこの粒子相を結きしている粒界
相とからなる。The phase structure of an aluminum nitride sintered body produced using a sintering aid consists of AlN particles and a grain boundary phase connecting these particle phases.
粒界相に存在する結晶相の組成は、焼結助剤の種類のみ
ならず、原料粉末の純度や、焼成温度および雰囲気のよ
うな製造条件によっても変動するが、窒化アルミニウム
質焼結体の熱伝導性はこの粒界相の組成に大きく依存す
る。Ｙ ２ Ｏｆｆを焼結助剤として添加した場合、そ
の粒界生成相は、ＹＡＧ （Ｙ ３Ａ ｌｓｏ ｌ□）
、ＹＡＩＯ，、ｙ ４Ａ Ｉ２Ｏ９、Ｙ２Ｏ１、ＡｌＮ
−Ａｔ□○、スピネル、ＹＮ、不明相、および２７Ｒ
−ポリタイプ（ＳＩＡＬＯＮの一種）等となる。The composition of the crystalline phase existing in the grain boundary phase varies depending not only on the type of sintering aid but also on the purity of the raw material powder and manufacturing conditions such as firing temperature and atmosphere. Thermal conductivity largely depends on the composition of this grain boundary phase. When Y 2 Off is added as a sintering aid, the grain boundary generation phase is YAG (Y 3A lso l□)
,YAIO,,y 4A I2O9, Y2O1, AlN
-At□○, spinel, YN, unknown phase, and 27R
-Polytype (a type of SIALON), etc.
本発明者は、実験の結果、これらの粒界生成相のうち、
Ｙ Ａ １０３とＹ、ＡＩ□Ｏ９の一方もしくは両方、
特にＹ、Ａｌ□Ｏ９が粒界に主な相として存在している
場合に、窒化アルミニウム質焼結体の熱伝導率が非常に
高くなることを見出だした。その理由は十分に解明され
ていないが、恐ら＜ＹＡｌＯ３及び／又はＹ、ＡＩ□０
．が主に存在していると、窒化アルミニウム粒子間の辺
の平滑性または整合性が高まることに加えて、これらの
粒界生成相自体の熱ｆ云導性か良いこともあって、粒界
を通る熱拡散が促進され、高い熱伝導性が得られるので
はないかと考えられる。その池の結晶相が多く粒界に生
成すると、窒化アルミニウノ、粒子間の辺の平滑性また
は整合性が得られに＜＜、例えばＹ Ａ Ｇ （Ｙ３Ａ
＋ｓ０ ＋２）は熱伝導率が約１２ Ｗ ／ ｍ”
ｋ 、 Ｙ ２Ｏ３は熱伝導率が約２７Ｗ／ｍ°ｋとそ
れぞれ低いため、粒界での熱拡散性が悪化する。As a result of experiments, the present inventor found that among these grain boundary formation phases,
Y A 103 and Y, one or both of AI□O9,
It has been found that the thermal conductivity of an aluminum nitride sintered body is particularly high when Y and Al□O9 are present as main phases at the grain boundaries. The reason is not fully elucidated, but perhaps <YAlO3 and/or Y, AI□0
．． In addition to increasing the smoothness or consistency of the edges between aluminum nitride grains, the presence of mainly It is thought that heat diffusion through the material is promoted, resulting in high thermal conductivity. When a large number of crystalline phases are generated at the grain boundaries, smoothness or consistency of the edges between the grains of aluminum nitride cannot be obtained.
+s0 +2) has a thermal conductivity of approximately 12 W/m”
k and Y2O3 have low thermal conductivities of approximately 27 W/m°k, so thermal diffusivity at grain boundaries deteriorates.
上記の好ましい粒界生成相であるＹ Ａ １０３とＹ、
Ａ Ｉ ２Ｏ ｔは、焼成中にＡｌＮと焼結助剤のＹ
ｚ Ｏｓ、その前駆物質もしくは、窒化アルミニウム原
料粉末中に不純物として不可避的に存在する酸素とが反
応して生成するものであるが、粒界生成相が主にこのよ
うな結晶相から構成されるためには、焼結体の粒界相に
おいてＹ原子とＡ１原子との比率がある一定範囲内にあ
ればよい。Y A 103 and Y, which are the above preferred grain boundary forming phases,
A I 2 O t is AlN and sintering aid Y during firing.
z It is produced by the reaction of Os, its precursor, or oxygen that is inevitably present as an impurity in the aluminum nitride raw material powder, but the grain boundary generation phase is mainly composed of such crystal phases. In order to achieve this, it is sufficient that the ratio of Y atoms to A1 atoms in the grain boundary phase of the sintered body is within a certain range.
焼結体中において、イツトリウムはほとんどの場合酸化
物として存在しているなめ、測定されたイツトリウム量
はそれに１．２７倍してＹ ２Ｏ ｚ Ｉｔに変換、換
算できる。In the sintered body, yttrium exists in the form of an oxide in most cases, so the measured amount of yttrium can be converted into Y 2 O z It by multiplying it by 1.27.
また、窒化アルミニウム質焼結体において、焼結体中の
全酸素のほとんどが粒界において酸化物として存在して
おり、その他はＡｌＮ格子中に固溶しているものもある
と考えられる。前記粒界に存在する酸素の一部は焼結助
剤のＹ ２Ｏ３もしくはその前駆物質からできたもので
あり、残りは窒化アルミニウム原料粉末中もしくは製造
工程で混入してきた陽イオン不純物に結合して存在して
いる酸素である。本発明においては焼結体中の全酸素量
とＹ含有量を測定し、測定されたＹ含有量をＹ２Ｏ、と
して換算した量を求め、全酸素量からＹ含有量をＹ２Ｏ
，として換算した量中の酸素量を差し引いた残りを残り
の酸素量としている。すなわち、残りの酸素量＝全酸素
量−（換１ＬＹ ２Ｏ２量）×０゜２１２ となる。Furthermore, in the aluminum nitride sintered body, most of the total oxygen in the sintered body exists as an oxide at the grain boundaries, and it is thought that some of the other oxygen exists as a solid solution in the AlN lattice. A part of the oxygen present in the grain boundaries is generated from the sintering aid Y2O3 or its precursor, and the rest is bound to cationic impurities mixed into the aluminum nitride raw powder or during the manufacturing process. The oxygen that is present. In the present invention, the total oxygen amount and Y content in the sintered body are measured, the measured Y content is converted into Y2O, and the Y content is calculated from the total oxygen amount as Y2O.
, the amount of oxygen in the amount converted as , is subtracted and the remaining amount of oxygen is taken as the remaining amount of oxygen. That is, the remaining oxygen amount=total oxygen amount-(converted 1LY2O2 amount)×0°212.
本発明者は、直接窒化法により得られた窒化アルミニウ
ム原料粉末を使用して多数の窒化アルミニウム質焼結体
の試料を調製し、上記のようにして焼結体のＹ含有量を
Ｙ ２Ｏ ）として換算した値（換算Ｙ２Ｏ３含有量と
いう）と焼結体の全酸素量からこの換算Ｙ２Ｏ．含有量
中の酸素量を差し引いた残りの量（残りの酸素量という
）との関係として熱伝導性の傾向を調べたところ、熱伝
導性の高い焼結体を得るにはこれらの値が一定の範囲内
にあることが必要であることを見出だした。The present inventor prepared a large number of samples of aluminum nitride sintered bodies using aluminum nitride raw material powder obtained by the direct nitriding method, and determined the Y content of the sintered bodies as Y 2O ) as described above. This converted Y2O. When we investigated the tendency of thermal conductivity in relation to the amount remaining after subtracting the amount of oxygen in the content (referred to as the amount of remaining oxygen), we found that these values are constant in order to obtain a sintered body with high thermal conductivity. It was found that it is necessary to be within the range of .
すなわち、第１図は、横軸に窒化アルミニウム質焼結体
の換算Ｙ２Ｏ３含有量（重量％）を、縦軸に上記残りの
酸素ＪＬ（Ｉ量％）をとった組成図であるが、熱伝導率
が１００ Ｗ／＋ｍ°ｋ以上の窒化アルミニウノ、質焼
結体は、焼結体の換算Ｙ２Ｏ５量に対して残りの酸素量
をプロットした点が、この図において破線で示した線分
Ｑ −ｎ −Ｓ −Ｔ −Ｑで囲まれる範囲内にある（
但し、線上は含まず）場合に得られる９
本発明の好ましい態様において、上記の換算Ｙ２ｏ）ｊ
Ｌと残りの酸素量とをプロットした点は線分Ａ −Ｂ
−Ｃ−Ｄ −Ｅ −Ｆ −Ｇ −Ｈ−Ａで囲まれる範囲
内（線上を含む、ただし点Ｃは含まず）にあり、この場
合には１２ＯＷ／ｓ°ｋ以上の熱伝導率を示す焼結体を
得ることができる。またこのプロットが線分Ｉ−Ｊ−に
−Ｎ−Ｉで囲まれる範囲内（線上を含む）にある場合に
は１、焼結体は１４０ Ｗ ／ ＩＩｌｏに以上の！Ａ
ｆｍ導車を示すことができる。さらに、本発明の最も
好ましい態様において、上記のプロットは線分０−Ｐ−
Ｌ−Ｍ−０で囲まれる範囲内（線上を含む）にあり、こ
の場合には焼結体は１６０Ｗ ／ ｓｅ°ｋ以上という
非常に高い熱伝導率を示すことができる。第１図におい
て、実線で示した線分は線上を含むことを、破線は線上
を含まないことを意味する。That is, Fig. 1 is a composition diagram in which the horizontal axis shows the converted Y2O3 content (weight %) of the aluminum nitride sintered body, and the vertical axis shows the remaining oxygen JL (I amount %). For aluminum nitride sintered bodies with a conductivity of 100 W/+m°k or more, the point where the remaining oxygen amount is plotted against the converted Y2O5 amount of the sintered body is the broken line Q in this figure. -n -S -T - is within the range surrounded by Q (
However, in a preferred embodiment of the present invention, the above conversion Y2o)j
The point where L and the remaining amount of oxygen are plotted is the line segment A-B
-C-D -E -F -G -H-A (including on the line, but not including point C), and in this case exhibits a thermal conductivity of 12 OW/s°k or more A sintered body can be obtained. Also, if this plot is within the range surrounded by the line segment I-J- by -N-I (including on the line), the sintered body has a power of 140 W/IIlo or more! A
FM guide car can be shown. Furthermore, in the most preferred embodiment of the invention, the above plot is a line segment 0-P-
It is within the range surrounded by L-M-0 (including on the line), and in this case, the sintered body can exhibit a very high thermal conductivity of 160 W/se°k or more. In FIG. 1, a solid line indicates that the line segment is included, and a broken line indicates that the line segment is not included.
なお、第１図において、点Ａ〜Ｔの横軸（換算Ｙ２Ｏ３
含右址、重量％）と縦軸（残りの酸素量、重量％）の値
は次の通りである。In addition, in Fig. 1, the horizontal axis of points A to T (converted Y2O3
The values on the vertical axis (remaining oxygen content, weight %) and the vertical axis (remaining oxygen content, weight %) are as follows.
点 横軸縦軸 点 横軸縦軸 点 横軸 縦軸＾ ９．
０ ４．９２ Ｈ９，０１，０２Ｏ６，０３，１５
［１３，９３，８３１７，０３，６７Ｐ ４．５
２．８５Ｃ３，９０，３８Ｊ ３．９ ３．０１
Ｑ １２．０ ６．６９Ｄ ４．６ １．３９
Ｋ ３．９ １．２８ Ｒ２，０４，５６Ｅ
５．０ １．４８ Ｌ ４．４ １．４１
Ｓ ２．０ ０．３８Ｆ ６．２ １．２５
Ｍ ６．０ １．７２ Ｔ １２．０
０．３８Ｇ ７．０ １．５０ Ｎ ７．０
１．９２本発明の別の好Ｎｇ様において、高い熱伝
導性に加え高い抗折強度を示す窒化アルミニウム質焼結
体が提供される。抗折強度の高い焼結体は、上記残りの
酸素ｆｆ１（ｔなわち、全酸素菫から換算Ｙｔ０３量中
の酸素量を差し引いた酸素量）をＡ Ｉ ２Ｏ３として
換算したＪｉ（重ｉ％）（以下、換算Ａ Ｉ ２Ｏ３量
という）と換算Ｙ２Ｏ５量の各位、およびこれらの比率
がそれぞれ一定範囲内にある場合に得ることができるこ
とを見出だした。すなわち、上記換算Ａ１□０．量と換
算ｙ ２Ｏ Ｊｔ （いずれも重量％）が、０．２≦Ａ
Ｉ ２Ｏ３ ／ Ｙ ２Ｏ３≦２，４ （重量比）１
．１≦Ａ Ｉ２Ｏ３≦１２．０
２．０＜Ｙ２Ｏｚ＜１２．０
の関１系を満足すると、熱伝導率が１００ Ｗ ／ａａ
°ｋ以上で、抗折強度（３点曲げ試験、以下同じ）が３
０Ｋｇ／ａｍ２以上の窒化アルミニウム質焼結体を得る
ことができる。Point Horizontal axis Vertical axis Point Horizontal axis Vertical axis Point Horizontal axis Vertical axis ＾ 9.
0 4.92 H9,01,02O6,03,15
[13,93,8317,03,67P 4.5
2.85C3,90,38J 3.9 3.01
Q 12.0 6.69D 4.6 1.39
K 3.9 1.28 R2,04,56E
5.0 1.48 L 4.4 1.41
S 2.0 0.38F 6.2 1.25
M 6.0 1.72 T 12.0
0.38G 7.0 1.50 N 7.0
1.92 In another Ng-friendly aspect of the present invention, an aluminum nitride sintered body is provided that exhibits high flexural strength in addition to high thermal conductivity. A sintered body with high bending strength is obtained by converting the remaining oxygen ff1 (t, the amount of oxygen obtained by subtracting the amount of oxygen in the converted Yt03 amount from the total oxygen violet) into A I 2O3 (JI (weight i%)). (hereinafter referred to as converted A I 2 O 3 amount) and converted Y 2 O 5 amount, and it has been found that this can be obtained when the ratios thereof are each within a certain range. That is, the above conversion A1□0. The amount and conversion y 2O Jt (both weight%) are 0.2≦A
I 2O3 / Y 2O3≦2,4 (weight ratio) 1
．． 1≦A I2O3≦12.0 2.0<Y2Oz<12.0 If the following equations are satisfied, the thermal conductivity is 100 W/aa
°k or more, the bending strength (3-point bending test, the same applies hereinafter) is 3
An aluminum nitride sintered body having a weight of 0 kg/am2 or more can be obtained.
より好ましくは、上記換算Ａｌ２Ｏ３量と換算Ｙ２Ｏ、
菫が、
０．２≦Ａ ＋２Ｏ３／ Ｙ ２Ｏ３≦１．７ （重量
比）１．１≦Ａ Ｉ２Ｏ１≦１１．０
３．９≦Ｙ２Ｏ３≦９．０
の関係を満足し、この場合には窒化アルミニウム質焼結
体は１２ＯＷ／ｍ°ｋ以上の熱伝導率と、３５Ｋｇ／ｌ
ｌｌＩ２以上の抗折強度を示すことができる。More preferably, the above converted Al2O3 amount and converted Y2O,
Violet satisfies the following relationships: 0.2≦A +2O3/ Y2O3≦1.7 (weight ratio) 1.1≦A I2O1≦11.0 3.9≦Y2O3≦9.0, and in this case, nitriding The aluminum sintered body has a thermal conductivity of 12OW/m°k or more and 35Kg/l.
It can exhibit a bending strength of llI2 or higher.
さらに好ましくは、上記換算Ａｌ２Ｏ３量のｆｊＪｆ算
Ｙ２Ｏ３ｆｆ１が、
Ｑ、６≦Ａｌ２Ｏ１／Ｙ２Ｏ３≦１．４ （重量比）
３．２≦Ａ Ｉ２Ｏ 、≦７．０
３．９≦Ｙ２Ｏ．≦７．０
の関係を満足し、この場合には焼結体は１−１０ ’Ｉ
ＩＶ／ｙａ°ｋ以上の熱伝導率と、４０ Ｋ ｇ／ Ｉ
２以上の抗折強度を示すことができる。More preferably, the fjJf calculated Y2O3ff1 of the converted Al2O3 amount is Q, 6≦Al2O1/Y2O3≦1.4 (weight ratio)
3.2≦A I2O , ≦7.0 3.9≦Y2O. ≦7.0, and in this case, the sintered body has 1-10'I
Thermal conductivity greater than IV/ya°k and 40 K g/I
It can exhibit a bending strength of 2 or more.
特に好ましくは、上記換ＩＡ＋□０３ＪＬと換算Ｙ２Ｏ
、Ｊｌが、
０．６≦Ａ Ｉ ２Ｏ ｙ ／ Ｙ ２Ｏコ≦１．２
（重量比）３．２≦Ａ１□０．≦６．０
４．５≦Ｙ ２Ｏ３≦６、Ｏ
の関係を満足し、この場合には焼結体の熱伝導率は１６
０ Ｗ７’＋ａ°に以上、抗折強度は４０ Ｋ ｇ／
ｕａｍ２以上といずれも非常に高い値を示すことができ
る。Particularly preferably, the above conversion IA+□03JL and conversion Y2O
, Jl is 0.6≦AI2Oy/Y2Oko≦1.2
(Weight ratio) 3.2≦A1□0. ≦6.0 4.5≦Y 2O3≦6, O In this case, the thermal conductivity of the sintered body is 16
Above 0 W7'+a°, the bending strength is 40 K g/
Both can exhibit very high values of uam2 or higher.
拉界相は、上述のように主にＹおよびＡ１が焼成時の高
温加熱を受けて生成した結晶相からなるが、窒化アルミ
ニウノ、質焼結体に存在し得る不可避的陽イオン不純物
として次いで多量に存在するのは一般的に珪素（Ｓ ｉ
）である。珪素は、不可避的に混入するが、窒化アルミ
ニウム質焼結体中においてＹに対するＳｉの割合が高す
ぎると、酸素量を低く抑えても、熱伝導率の向上が得ら
れにくい。後述のようにＳｉはＡｌＮ粒子中に固溶もし
くはＡｌＮと反応して焼結体の熱伝導率の劣化を招くが
、焼結助剤として存在させたＹ成分はこのＳｉの固溶も
しくはＡｌＮとの反応を抑制すると考えられる。しかし
、Ｙに対するＳｉの割合が大きすぎると、Ｙのこの効果
が十分に発揮されず、そグ）ため熱伝導率の向上が得ら
れないと考えられる。As mentioned above, the lattice phase is mainly composed of the crystalline phase generated by Y and A1 being heated at high temperatures during firing, but aluminum nitride is the second most abundant cationic impurity that can exist in the sintered body. Silicon (S i
). Silicon is inevitably mixed in, but if the ratio of Si to Y in the aluminum nitride sintered body is too high, it is difficult to improve the thermal conductivity even if the amount of oxygen is kept low. As described later, Si dissolves in solid solution in AlN particles or reacts with AlN, leading to deterioration of the thermal conductivity of the sintered body. It is thought to suppress the reaction of However, if the ratio of Si to Y is too large, this effect of Y will not be fully exerted, and it is thought that an improvement in thermal conductivity will not be obtained.
本発明の窒化アルミニウム質焼結体の好適態様において
、焼結体中に含まれるＹ原子とＳｉ原子の含有ｊｔ（重
量％）が、
Ｓｉ／Ｙ≦１．３２（重電比）
Ｓ１≦１．３
１．６＜Ｙ＜９．４
（最後の式はＹ２Ｏ３として表すと、
２ 、０ ＜ ＹＺＯ：ｌ＜ １２ 、０に相当する）
を満足すると、焼結体は１００ Ｗ ７’＋°ｋ以上の
熱伝導率を示すことができる。In a preferred embodiment of the aluminum nitride sintered body of the present invention, the content jt (wt%) of Y atoms and Si atoms contained in the sintered body is such that Si/Y≦1.32 (heavy electric ratio) S1≦1 .3 1.6<Y<9.4 (When the last formula is expressed as Y2O3, it corresponds to 2,0<YZO:l<12,0)
When the following is satisfied, the sintered body can exhibit a thermal conductivity of 100 W 7'+°k or more.
また、好ましくはＹ原子とＳｉ原子の含有量（重量２）
が
Ｓ ＋ ／ Ｙ≦０．２１（重量比）
ＳｉＳ２．９
３．１≦Ｙ≦７．１
（最後の式はＹ２Ｏ，として表すと、
３．９≦Ｙ２Ｏ３≦９．０に相当する）と満足ずると、
焼結体は］ ２Ｏ Ｗ／ｍ°ｋ以上の熱１云導率を示す
。Also, preferably the content of Y atoms and Si atoms (weight 2)
is S + / Y≦0.21 (weight ratio) SiS2.9 3.1≦Y≦7.1 (When the last equation is expressed as Y2O, it corresponds to 3.9≦Y2O3≦9.0) When you are satisfied,
The sintered body exhibits a thermal conductivity of >20 W/m°k.
さらに、より好ましくはＹ原子とＳｉ原子の含有量（重
、１）が、
Ｓｉ／Ｙ≦０．１２（重量比）
Ｓｉ≦ ０．５
３．１≦Ｙ≦５，５
（最？蛯の式はＹ２Ｏ３として表すと、３．９≦Ｙ ２
Ｏ３≦７．０に相当する）を満足すると、焼結体は１４
ＱＷ、／ｍ°ｋ以上の熱伝導率を示す。More preferably, the content (weight, 1) of Y atoms and Si atoms is as follows: Si/Y≦0.12 (weight ratio) Si≦0.5 3.1≦Y≦5,5 (most? The formula is expressed as Y2O3, 3.9≦Y 2
(corresponding to O3≦7.0), the sintered body becomes 14
It exhibits a thermal conductivity of QW,/m°k or higher.
そして最も好ましくは、本発明の焼結体に含まれるＹ原
子とＳｉ原子の含有量（重量％）が、Ｓｉ／Ｙ≦０．０
５（重量比）
Ｓ １≦ ０ 、２
３．５≦Ｙ≦４，７
く４．５≦Ｙ２Ｏｊ≦０．６に相当）
を満足すると、焼結体は１６０Ｗ／ｍ°ｋ以上と非。Most preferably, the content (wt%) of Y atoms and Si atoms contained in the sintered body of the present invention is Si/Y≦0.0.
5 (weight ratio) S 1≦0, 23.5≦Y≦4,7 (corresponding to 4.5≦Y2Oj≦0.6), the sintered body has a power of 160 W/m°k or more.
常に高い熱伝導率を示すことができる。It can always show high thermal conductivity.
粒界相の組成を金属元素成分の組成割きとじてｊ９＋討
すると、高い熱伝導性と示ず窒化アルミニラ１、τ１焼
結体は、特定範囲内の金属元素成分の組成割合を有して
いることが判明した。すなわち、本発明の窒化アルミニ
ウムＮ焼結体の好適態様において、粒界相に存在する金
属元素成分は、金属元素の合計重量に基づいて、Ｙ：６
０〜９１重ｊｔ ％、Ａ１：８〜３５重量％、Ｓｉ：１
０重量％以下からなる。かかる焼結体は、１４０Ｗ／ｍ
°ｋ以上の高い熱伝導率を示すことができる。また、こ
の金属元素成分割きが、Ｙニア０〜９１重量％、Ａ１：
８〜２５重址％重量ｉ：３重量％以下からなる焼結体が
特に好ましく、かかる焼結体は１６０Ｗ／ｍ°ｋ以上と
非常に高い熱伝導率を示すことができる。Ｙが６０重量
％に達しないと、熱伝導率の低下の池に、抗折強度も低
下する傾向がある。Ａ１が８重１％より少ないと、焼結
体の抗折強度が低下し、３５重量％を越えると、熱伝導
率と抗折強度か共に低下し、粒界相にはＡＬＯＮ（Ａｌ
Ｎ −Ａｌ□Ｏ。When dividing the composition of the grain boundary phase into the composition of metal element components and dividing it into J9+, it is found that the sintered body of aluminum nitride 1 and τ1 has high thermal conductivity and has a composition ratio of metal element components within a specific range. It has been found. That is, in a preferred embodiment of the aluminum nitride N sintered body of the present invention, the metal element component present in the grain boundary phase is Y:6 based on the total weight of the metal elements.
0 to 91 wt%, A1: 8 to 35 wt%, Si: 1
It consists of 0% by weight or less. Such a sintered body has a power of 140W/m
It can exhibit high thermal conductivity of more than °k. In addition, the metal element composition ratio is Yia 0 to 91% by weight, A1:
Particularly preferred is a sintered body comprising 8 to 25% weight i: 3% by weight or less, and such a sintered body can exhibit a very high thermal conductivity of 160 W/m°k or more. If Y does not reach 60% by weight, the thermal conductivity tends to decrease and the bending strength also tends to decrease. When A1 is less than 1% by weight, the flexural strength of the sintered body decreases, and when it exceeds 35% by weight, both the thermal conductivity and the flexural strength decrease, and the grain boundary phase contains ALON (Al
N-Al□O.
スピネル）が生成する。Spinel) is generated.
一方、Ｓｉが１０重量％を越えると、熱伝導率の低下が
著しく、この場合には粒界相にはＳ Ｉ ＡＬＯＮや不
明徴結晶が生成している。On the other hand, when Si exceeds 10% by weight, the thermal conductivity decreases significantly, and in this case, S I ALON and unknown crystals are formed in the grain boundary phase.
本発明の窒化アルミニウム質焼結体の理論密度に対する
相対密度は、少なくとも９５％であり、好ましくは少な
くとも９７％、特に好ましくは少なくとも９８．５％で
ある。The relative density of the aluminum nitride sintered body of the present invention to the theoretical density is at least 95%, preferably at least 97%, particularly preferably at least 98.5%.
本発明の窒化アルミニウム質焼結体は、直接窒化法によ
り得られた原料粉末から製造される。使用する窒化アル
ミニウノ、原料粉末は、酸素含有量が１．８重！ｔ：゛
≦以下、５ｉ８−有量０．７重量％以下、純度９９ Ｑ
、、；以上のものである。The aluminum nitride sintered body of the present invention is manufactured from raw material powder obtained by a direct nitriding method. The aluminum nitride UNO and raw material powder used have an oxygen content of 1.8%! t: ゛≦ or less, 5i8-content 0.7% by weight or less, purity 99 Q
That's all.
ここで、窒化アルミニウム原ｔ１粉末の「酸素含有量」
は、酸化物などの化合物として、または酸素として原料
粉末中に含まれる酸素原子のき計量である。Here, "oxygen content" of aluminum nitride raw T1 powder
is a measurement of oxygen atoms contained in the raw material powder as compounds such as oxides or as oxygen.
また、原料粉末の「純度」とは、窒１ヒアルミニウム原
料粉末から、Ａ１、Ｎ、Ｏ５および吸着水分を寝し引い
た残りを陽イオン不純物のき計量（重ｉｔ ：’Ｇ ）
と見なし、ｌ Ｏ（Ｊ ９６からこの陽イオン不純物会
計量を差し引くことにより得た値である。すなわち、純
度９９％以上とは、このような陽イオン不純物会計量が
１重量９≦以下であることを意味する。かかる不＃４ｉ
物としては、Ｆｅ、Ｃ，Ｓｉ、Ｔｉ、 Ｖ、 Ｃｒ、Ｍ
ｕ、Ｃａ、 Ｍｇ、Ｃｏ、 Ｎｉ、などが挙げられる。In addition, the "purity" of the raw material powder refers to the amount of cationic impurities remaining after A1, N, O5, and adsorbed moisture are removed from the Nitrogen-1-Hyaluminum raw material powder (weight it:'G).
It is the value obtained by subtracting this cationic impurity accounting amount from l O (J 96. In other words, purity of 99% or more means that such cationic impurity accounting amount is 1 wt 9 ≦ or less. This means that such non-#4i
Materials include Fe, C, Si, Ti, V, Cr, M
u, Ca, Mg, Co, Ni, etc.
これら陽イオン不純物がＩ ＣＰ （プラズマ発光分析
）、原子吸光分析法により測定される。好ましくは、か
かる各不純物の禽有Ｍ（重量％）はそれぞれ次の範囲内
である。These cationic impurities are measured by ICP (plasma emission spectrometry) and atomic absorption spectrometry. Preferably, the weight ratio (% by weight) of each impurity is within the following range.
Ｆｅ：０．００１〜０．０８％
Ｃ：０．０１〜０．０７％
Ｓｉ：Ｏ，ＯＯ１〜０．７２も、より好ましくは０．４
％以下、特に好才しくは０．２５！、、；以下、１”ｉ
、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ＝Ｃａ、Ｍｇ：各０．０１％以下、Ｃ
ｏ、Ｎｉ：各０．００１％以下。Fe: 0.001-0.08% C: 0.01-0.07% Si: O, OO1-0.72, more preferably 0.4
% or less, especially 0.25! ,,;Hereinafter, 1"i
, V, Cr, Mn=Ca, Mg: each 0.01% or less, C
o, Ni: 0.001% or less each.
本発明の窒化アルミニウム質焼結体の製造において使用
する原料粉末の純度は好ましくはり９゜５？６以上、よ
り好ましくは９９．７：％以上である。The purity of the raw material powder used in the production of the aluminum nitride sintered body of the present invention is preferably 9.5% or higher, more preferably 99.7% or higher.
原料粉末の純度が９９％未満であると、原料粉末中の主
な不純物はＳｉであり、これが多くなると熱伝導率が劣
化する。When the purity of the raw material powder is less than 99%, the main impurity in the raw material powder is Si, and when this increases, the thermal conductivity deteriorates.
上記陽イオン不純物のうち、Ｓｌは焼成中にＡｌＮ中に
固溶するかもしくはＡｌＮと反応して、ＡｌＮポリタイ
プ（Ｓ ＩＡＬＯＮ、Ａｌ−３ｉ−０−Ｎ）を生成する
と考えられる。このＡｌＮポリタイプは、焼結時に粒成
長を助長するため、繊維状組成を形成し易く、熱伝導性
の劣１ヒを招くことが知られているので、原［１粉末中
のＳｌの含有量を上記のように０．７シ５以下、より好
ましくは０．４％以Ｆ、特に好ましくは０．２％に制限
することは本発明の窒化アルミニウム質焼結体の熱伝導
率の一層の向上にとって重要である。Among the above-mentioned cationic impurities, Sl is considered to form a solid solution in AlN or react with AlN during firing to generate an AlN polytype (SIALON, Al-3i-0-N). This AlN polytype promotes grain growth during sintering and is known to easily form a fibrous composition, leading to poor thermal conductivity. As mentioned above, limiting the amount to 0.7% or less, more preferably 0.4% or more, particularly preferably 0.2%, will further improve the thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body of the present invention. It is important for the improvement of
原料粉末の酸素含有量が１．８重量％以上であると、一
般にＹ ２Ｏ ：＋と混合して焼成した焼結体の酸素大
有量が高くなりすぎ、目的とするような高い熱伝導率を
示す焼結体を得ることが困難となる。If the oxygen content of the raw material powder is 1.8% by weight or more, the oxygen content of the sintered body mixed with Y2O:+ will generally be too high, and the desired high thermal conductivity will not be achieved. It becomes difficult to obtain a sintered body that exhibits
したがって、このような高純度の窒化アルミニウム原料
粉末は、高純度の金属アルミニウム（好ましくは純度９
８．５％以上）粉末をアンモニアもしくは窒素中で加熱
する直接窒化法を用いて行なわれる、そして得られた窒
化アルミニウムの粉末を、非酸化性雰囲気〈例、窒素、
アルゴン、ヘリウム、−酸化炭素、水素ガス雰囲気）中
、あるいは有機溶媒中で所望の粒度まで微粉砕すること
により得られる。高純度金属アルミニウム、の直接窒化
により製造された窒化アルミニウム粉末は市販品も利用
できる。Therefore, such high-purity aluminum nitride raw material powder is made of high-purity metallic aluminum (preferably purity 9
8.5% or more) using a direct nitriding method in which the powder is heated in ammonia or nitrogen, and the resulting aluminum nitride powder is heated in a non-oxidizing atmosphere (e.g. nitrogen,
It can be obtained by pulverizing to a desired particle size in an argon, helium, carbon oxide, or hydrogen gas atmosphere or in an organic solvent. Aluminum nitride powder produced by direct nitriding of high-purity metallic aluminum is also available commercially.
窒化アルミニウム粉末の微粉末の微粉砕は、有機溶媒中
で行う方が、陽イオン不純物の混入がより少なくなる傾
向があるので好ましい。使用できる有機溶媒は、極性、
非極性を問わず、任意のものでよく、例えばアルコール
類、ケトン類、アルデヒド類、芳香族炭化水素類、パラ
フィン系炭化水素類などが使用できる。なお、微粉砕工
程は、焼結助剤と混合した後、すなわち混合粉末に対し
て行うこともできる。It is preferable to pulverize the fine powder of aluminum nitride powder in an organic solvent because this tends to reduce the amount of cationic impurities. Organic solvents that can be used include polar,
Any material may be used, regardless of its non-polar nature, such as alcohols, ketones, aldehydes, aromatic hydrocarbons, paraffin hydrocarbons, and the like. Note that the pulverization step can also be performed on the mixed powder after mixing it with the sintering aid, that is, on the mixed powder.
原料粉末の平均粒径は、約５μ面の以下が適当である。The average particle size of the raw material powder is suitably about 5 μm or less.
これより平均粒径が大きくなると、得られた焼結体の熱
伝導率、相対密度、および抗折強度がいずれも低下する
。原料粉末の平均粒径は、好ましくは１〜３μ蹟の範囲
内である。When the average particle size becomes larger than this, the thermal conductivity, relative density, and bending strength of the obtained sintered body all decrease. The average particle size of the raw material powder is preferably within the range of 1 to 3 microns.
本発明の窒化アルミニウム質焼結体は、上記原料粉末に
適量の焼結助剤を混合し、この混合粉末を常法により成
形および焼成することにより製造される。The aluminum nitride sintered body of the present invention is produced by mixing an appropriate amount of sintering aid with the raw material powder, and molding and firing the mixed powder by a conventional method.
焼結助剤は、［а（アルカリ土類）族、ｎ１ａ（希土類
）族および／＝Ｊ、たはｌ１ｂ（アルミニウム類）族か
ら選択され、その酸化物、炭化物、窒化物、ホウ素化物
および／またはフッ化物、もしくはそれら前駆物質の形
態で使用される。The sintering aid is selected from the [а (alkaline earth) group, n1a (rare earth) group and/=J, or l1b (aluminums) group, including oxides, carbides, nitrides, borides and/or or in the form of fluorides or their precursors.
このような焼結助剤には、例えば、Ｙ ２Ｏ３、Ｃａｏ
、Ｂｅ０１Ｈｏ２Ｏｉ、ＹＯ２、Ｂ４Ｃ，ＹＮ、ＢＮ、
ＹＦ、、ＣａＦ２、ＢａＦ、ＢａＦ３、ＤｙＦ、、Ｎｄ
Ｆｉ等のほか、ＹＡＩ、、ＹＡＩ、Ｙ、ＡＩ□、Ｙ２Ａ
ｌ、Ｙ ） Ａ １等のＡＩとＹの金属間化合物がある
。このとき焼成温度において前記各種焼結助剤に分解さ
れるような前駆物質であってもよい。好ましくは、萌記
焼結助剤が主としてＩа、ＩＴｌａ、ｍｂ族の非還元性
化り物からなることである。Such sintering aids include, for example, Y2O3, Cao
, Be01Ho2Oi, YO2, B4C, YN, BN,
YF, , CaF2, BaF, BaF3, DyF, , Nd
In addition to Fi, YAI, , YAI, Y, AI□, Y2A
There are intermetallic compounds of AI and Y such as A1. At this time, it may be a precursor that is decomposed into the various sintering aids at the firing temperature. Preferably, the Moeki sintering aid mainly consists of non-reducible compounds of the Ia, ITla, and mb groups.
焼結助剤がＹ２Ｏ，またはその前駆物質のみからなるも
のか、または主としてＹ２Ｏ，またはその前駆！ｌ１ｌ
ｌＪ′！１と他の焼結助剤からなる混合物がより好まし
いが２場合によっては他の焼結助剤などをさらに添加し
てもよい。Ｙ ２Ｏ ｓの前駆物質は、焼成温度におい
てＹ２Ｏ，に熱分解するものであればよく、例示すれば
炭酸イツトリウム［Ｙ２ＣＯ３］、酢酸イツトリウム［
Ｙ （ＣＨ、ＣＯＯＨ）３］、修酸イッ１〜リウム［Ｙ
（Ｃ２Ｏ４）３］などである。Does the sintering aid consist only of Y2O or its precursor, or is it mainly Y2O or its precursor? l1l
lJ′! A mixture consisting of 1 and other sintering aids is more preferred, but 2. other sintering aids may be further added depending on the case. The precursor of Y 2 O s may be one that thermally decomposes to Y 2 O at the calcination temperature, and examples thereof include yttrium carbonate [Y 2 CO 3 ], yttrium acetate [
Y (CH, COOH)3], oxalic acid 1~lium [Y
(C2O4)3].
焼結助剤がＹ２Ｏ，もしくはその前駆物質からなるとき
、焼結体中の換算ｙｚｏｉＮｔが第１図の所定の範囲内
になるようにして添加すべき配合量を選択する。すなわ
ちＹ原子は焼成中に成形体から実質的に逃散しないと考
えられるので、窒化アルミニウム原Ｆ’）粉末と焼結助
剤との混合粉末の重量に対するＹ２Ｏ，の重量割合が第
１図に規定する範囲内になるようにすればよい。具体的
には、混合粉末に対する換算Ｙ２Ｏ３が２〜１２重１％
（第１図（７） Ｓ点〜Ｔ点）、好ましくハ３．９〜９
．０ｆｆｉｌｔ％（Ｃ点〜Ｈ点）、より好ましくは３．
９〜７．０重量％（Ｋ点〜Ｎ点）、最も好ましくは４．
５〜６゜０重量：’ｔ （Ｌ点〜Ｍ点）となる配合量に
Ｙ２Ｏ３６しくはそのｎ丁ｑ区杓Ｔ１を調整して１重用
する。When the sintering aid consists of Y2O or its precursor, the amount to be added is selected so that the converted yzoiNt in the sintered body falls within the predetermined range shown in FIG. In other words, since it is considered that Y atoms do not substantially escape from the compact during firing, the weight ratio of Y2O to the weight of the mixed powder of aluminum nitride raw F') powder and sintering aid is as specified in Figure 1. You just have to keep it within the range. Specifically, the converted Y2O3 for the mixed powder is 2 to 12% by weight.
(Figure 1 (7) S point to T point), preferably C 3.9 to 9
．． 0ffilt% (point C to point H), more preferably 3.
9 to 7.0% by weight (K point to N point), most preferably 4.
Adjust the amount of Y2O36 or its n-dq-section ladle T1 to a blending amount of 5 to 6°0 weight:'t (L point to M point) and use it once.
また、窒化アルミニウム原料粉末および焼結助剤の酸素
含有量を考慮して、焼結体中の上記「残りの酸素含有量
」も第１図に規定の範囲内に入るように焼結助剤の種類
および配合量を選択する。In addition, considering the oxygen content of the aluminum nitride raw material powder and the sintering aid, the sintering aid should be added so that the above-mentioned "remaining oxygen content" in the sintered body falls within the range specified in Figure 1. Select the type and amount.
填ｉ友は後述のように非酸化性雰囲気中（真空中もｒや
む）て゛行うυ）”ζ、窒（ヒアルミニラム原料粉末と
１、”ｊ結助剤力混り粉末中の酸素含有量は、はとんど
増人氾−Ｊ′、焼結体中の酸素Ｎ有量と実質的にほぼｂ
ｌｉ シＩｌ：考んることかできる。したがって、混き
粉末中の全酸素含有ｆから配合したＹ２Ｏ，量（もしく
はその萌躯Ｔ勿質）中の酸素量を差し引いた残りの酸素
含有量が第１図で規定した範囲内に入るよ−〕にすれは
よい。具体的には、残りの酸素含有量Ｊ＋ 範囲はＹ
２Ｏ３の配合量によっても変動するが、０３８〜６．６
９重量２６（第１図のＳ点〜Ｑ点〉、好ましくは０．３
８〜４，９２重置型（Ｃ点〜Ａ点）、より好ましくは１
．２８＞３．６７重量％（Ｋ点〜■点〉、最も好ましく
は１．４１〜３．１５重に０≦（Ｌ点〜０点）である。The filling is carried out in a non-oxidizing atmosphere (not even in a vacuum) as described below. , the number of people increases - J', the amount of oxygen and N in the sintered body is substantially approximately b
li: able to think. Therefore, the remaining oxygen content after subtracting the amount of oxygen in the blended Y2O (or its mass) from the total oxygen content f in the mixed powder will fall within the range specified in Figure 1. −] is good. Specifically, the remaining oxygen content J+ range is Y
Although it varies depending on the amount of 2O3 blended, it is 038 to 6.6
9 Weight 26 (points S to Q in Figure 1), preferably 0.3
8 to 4,92 overlapping type (point C to point A), more preferably 1
．． 28>3.67% by weight (K point to ■ point), most preferably 1.41 to 3.15% by weight and 0≦(L point to 0 point).
Ｌ’記の残りの酸素含有量の範囲は、残りの不純物がす
べてＡｌ２Ｏ３であると仮定して、Ａ１□Ｏ１の畦に換
算すると（すなわち、ＩＱ算Ａ １２Ｏ３含有址で人ず
と）、０．Ｓｉ〜１４．２重量％、好ましくは０．Ｓｉ
〜１０．５重量％、より好ましくは２７２〜７．８０重
量％、最も好ましくは３．００〜６．６９重量？６に相
当する。The range of the remaining oxygen content in L' is, assuming that all remaining impurities are Al2O3, when converted into a ridge of A1□O1 (i.e., IQ calculation A 12O3 containing area), 0 ．． Si ~ 14.2% by weight, preferably 0. Si
-10.5% by weight, more preferably 272-7.80% by weight, most preferably 3.00-6.69% by weight. Corresponds to 6.
なお、焼結体の高い抗折強度を確保するには、上述した
ように、その換算Ａｌ２Ｏ３含有址／換算Ｙ２Ｏ３含有
量の比、ならびにＡ１□Ｏ０およびＹ、Ｏｌの各換算含
有量が一定範囲にあることが好ましいので、その場合に
は原料粉末と焼結助剤との混合粉末中において、換算Ａ
Ｉ ２Ｏ ：ｌ含有量／換算Ｙ２Ｏ、含有量の比、な
らびにＡ Ｉ ２Ｏ３および￥２Ｏ．の各換算含有量が
所定範囲内となるように原料粉末純度および焼結助剤の
配合量を選択する。In addition, in order to ensure high bending strength of the sintered body, as mentioned above, the ratio of the converted Al2O3 content/converted Y2O3 content and the converted contents of A1□O0, Y, and Ol must be within a certain range. In that case, in the mixed powder of the raw material powder and the sintering aid, the converted A
I 2O:l content/converted Y2O, content ratio, and A I 2O3 and ¥2O. The raw material powder purity and the blending amount of the sintering aid are selected so that each converted content falls within a predetermined range.
さらに、前述したように、混合粉末中のＳｉ量も焼結体
の熱伝導率に大きく影響するので、混合粉本中のＳｉ原
子／Ｙ原子の重量比、ならびにこれらの原子の各含有量
が先に焼結体について述べた範囲内になるようにするこ
とが好ましい。Furthermore, as mentioned above, the amount of Si in the mixed powder also greatly affects the thermal conductivity of the sintered body, so the weight ratio of Si atoms/Y atoms in the mixed powder and the content of each of these atoms are It is preferable to keep it within the range mentioned above for the sintered body.
焼結助剤は、平均粒径０．５〜３μ−程度のものを使用
するのが好ましい。It is preferable to use a sintering aid having an average particle size of about 0.5 to 3 μm.
一般に、熱伝導率ＬＯＯＷ／ｍ°ｋ以上の焼結体を確実
に得るには、混合粉末の平均粒度は２，５ミ以下である
のが好ましく、また混き粉末中の５ｉａＨ量は１．０市
量２６以下、酸素含有量は約６重址゛号。以下であるこ
とが好ましい。Generally, in order to reliably obtain a sintered body with a thermal conductivity of LOOW/m°k or more, it is preferable that the average particle size of the mixed powder is 2.5 mm or less, and the amount of 5iaH in the mixed powder is 1.5 mm or less. 0 market weight is less than 26, and the oxygen content is approximately 6. It is preferable that it is below.
窒１ヒアルミニウム原料粉末と焼結助剤との混合は、非
酸化性雰囲気中での乾式混合、あるいは有機溶媒を１重
用した湿式混合により行う。芳香族炭化ノＫｆ、、ケト
ン、アルコール類などの有機溶媒を使用した湿式混合が
好ましい。また、混合粉末の一−Ｆ均拉径か大きずぎる
場合には、上述のように、この混り中に混合粉本の微粉
砕を同時に行うこともて・きる。 混合粉末の焼成は、
混き粉末に更に少量の適デｊなバインダー（例えば、パ
ラフィンワックス、ステアリン酸、ポリビニールブチラ
ール、エチルセルロース、メチルメタアクリレートとエ
チルアクリレートとの共重合体などの１種以上）を添加
して、適当な成形手段、例えば乾式プレス法、ラバープ
レス法、押出法、射出法、ドクターブレードシート成形
法などによって所定の形状に成形した後、これを真空下
で、あるいは大気圧ないし加圧下の非酸化性雰囲気（例
えば、窒素、アルゴン、ヘリウムガスなどの不活性雰囲
気、あるいはさらに水素を含有する不活性雰囲気）中に
おいて高温で焼成することにより実施できる。または、
成形と焼成とをホットプレス法により同時に行うことが
できる。The nitride-hyalium raw material powder and the sintering aid are mixed by dry mixing in a non-oxidizing atmosphere or by wet mixing using a single organic solvent. Wet mixing using an organic solvent such as aromatic carbon, ketone, or alcohol is preferred. If the 1-F uniform diameter of the mixed powder is too large, the mixed powder can be pulverized at the same time during mixing, as described above. The firing of mixed powder is
A small amount of a suitable binder (for example, one or more of paraffin wax, stearic acid, polyvinyl butyral, ethyl cellulose, a copolymer of methyl methacrylate and ethyl acrylate, etc.) is further added to the mixed powder to form a suitable binder. After molding into a predetermined shape by a suitable molding method, such as a dry press method, a rubber press method, an extrusion method, an injection method, a doctor blade sheet molding method, etc., the molded material is molded into a predetermined shape under vacuum or at atmospheric pressure or under pressure. This can be carried out by firing at a high temperature in an atmosphere (for example, an inert atmosphere such as nitrogen, argon, or helium gas, or an inert atmosphere further containing hydrogen). or
Molding and firing can be performed simultaneously by hot pressing.
焼成温度は、焼成法によって異なるが、一般に１５００
〜２１００℃の範囲内が好ましく、１５００℃より低温
であると十分な緻密化が達成されす′、２１００℃を越
えると窒化アルミニウムの昇華分解が生じ易くなる。常
圧焼成を採用する場きに好ましい焼成温度は１７５０〜
１９５０’ｃ、より好ましくは１８６０℃以下、最も好
ましくは１８４０℃である。The firing temperature varies depending on the firing method, but is generally 1500
The temperature is preferably within the range of ~2100°C, sufficient densification is achieved at temperatures lower than 1500°C, and sublimation and decomposition of aluminum nitride tends to occur when the temperature exceeds 2100°C. When using normal pressure firing, the preferred firing temperature is 1750~
1950'c, more preferably 1860°C or less, most preferably 1840°C.
ホットプレスによる焼成は、１６００〜１８００゛Ｃで
行うことが好ましい、また加圧下（すなわち、１気圧以
上のガス圧）で焼成を行う場合には、焼成温度は１８８
０〜１９７０℃の範囲内が好ましい。熱間静水圧プレス
（ｌＩＩｆ）ｒ） ）の焼成は、１５００〜２Ｏ００℃
の範囲内の温度で行うことが好ましい。Firing by hot press is preferably carried out at 1,600 to 1,800°C, and when firing under pressure (i.e., gas pressure of 1 atmosphere or more), the firing temperature is 188°C.
The temperature is preferably within the range of 0 to 1970°C. Firing of hot isostatic press (lIIf)) is performed at 1500-2000°C.
It is preferable to carry out the reaction at a temperature within the range of .
（実施例）
実施例１
焼結体を製造するための原料粉末として、金属アルミニ
ウムの直接窒化法により得られた窒化アルミニウノ、粉
末で各種の窒化アルミニウノ＼原料扮末を調製した。得
られた窒化アルミニウム原ｆ１粉末の酸素含有量、Ｓｉ
含有量、純度、及び平均粒径を次の第１表に示す。(Examples) Example 1 As a raw material powder for producing a sintered body, various aluminum nitride UNO/raw material powders were prepared using aluminum nitride UNO powder obtained by direct nitriding of metal aluminum. Oxygen content of the obtained aluminum nitride raw f1 powder, Si
The content, purity, and average particle size are shown in Table 1 below.
こｔＬらの窒化アルミニウム原料粉末に、下記第２表に
示す割合でＹ２Ｏ３粉末（平均粒径１．３μ糟）を焼結
助剤として添加し、さらに場合によりＡ１□Ｏつ粉末（
平均粒径１．５μ−）又はＳ ｉ ） Ｎ −（平均粒
子１０．９μ梢）を添加し、この混合物を、メタノール
又はトリエン中で湿式ボールミル粉砕することにより混
き及び微粉砕して、最大粒径が２．５μｍ、Ｓｉ９有量
１，３重Ｂ ５７．ｙ、以下、酸素大有敗り！Ｒ量ｉ′
６以下の混合粉末を得た。Y2O3 powder (average particle size: 1.3 μm) was added as a sintering aid to the aluminum nitride raw material powders shown in Table 2 below, and if necessary, A1□O powder (
(average particle size 1.5 μ-) or S i Particle size is 2.5 μm, Si9 content is 1,3 B 57. y, hereafter, oxygen is a great success! R amount i'
A mixed powder of 6 or less was obtained.
窒１ヒアルミニウム原料粉末と添加成分の組成は第２人
に示す。The composition of the nitride-1-hyalium raw material powder and additive components is shown to the second person.
Ｎｏ１〜１３．８″、３５〜５０の各３式１′二＋の、
昆６粉木にバインダとしてパラフィンフック’−６！Ｉ
ｊ、ｆｉ１５°、−とステアリン酸１３重量％とを加え
た混３杓を、成形圧１０００ ｋｇ、／ ｃｍ２でプレ
スして、直ＩＹ１２「＾信の圧粉体を形成しな。この圧
粉１本を、窒讃＾メ囲気中において温度１６００〜１８
００ ’Ｃで０゜５時間焼成して、窒化アルミニウム質
焼結体のシ１コ１１を得た。No.1~13.8'', 35~50 each 3 types 1'2+,
Paraffin hook '-6 as a binder to Kon6 powder wood! I
3 ladles of a mixture containing J, fi 15°, - and 13% by weight of stearic acid were pressed at a molding pressure of 1000 kg/cm2 to form a compact powder of direct IY12 "^. This compacted powder One piece was placed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 1600 to 18.
The product was fired at 00'C for 5 hours to obtain Si 11, an aluminum nitride sintered body.
上記混合粉末にＡ Ｉ ２Ｏ ｓ又はＳ ｉ、Ｎ 、粉
末を添加し々理由は、これらは不純物としてＪＱ’ ？
ｌ Ｉｓ）末からあるいは微粉砕工程などの製造工程中
で混入してくる成分であるが、これらの不純物の存在か
熱伝導率に及ぼす影響を評価するために意図的にイ、ト
加したものである。The reason why A I 2 O s or Si, N powder is added to the above mixed powder is that these are JQ' as impurities?
l Is) Ingredients that are mixed in from the powder or during the manufacturing process such as the pulverization process, but are intentionally added to evaluate the presence of these impurities and their effect on thermal conductivity. It is.
かくして得られた試料について、熱伝導率（レーザーフ
ラッシュ法）、相対密度（アルキメデス法）、及び抗折
強度（３点曲は抗折試験、Ｊ Ｉ Ｓ Ｒ１６０１）を
測定し、第２表（２）に示す試験結果を得た。Thermal conductivity (laser flash method), relative density (Archimedes method), and bending strength (3-point bending test, JIS R1601) were measured for the sample thus obtained, and the results are shown in Table 2 (2). The test results shown in ) were obtained.
第２ Ｎ（１）にはまた、／ｉ！、ｉ粉末中における窒
化アルミニウム原料粉末及び粉末混合物の調製に用いら
れた添加物、五き粉末中の算出されたＡ１□０３／ Ｙ
、０３の重量比及び混合粉末の゛ヒ均粒径、成形体の
焼成温度、そして表２のＰａｒｔＢには得られた焼結体
におけるＹ元素含有畦およびこれをＹ２Ｏ、として換算
した換算Ｙ ２Ｏ ｙ含有量、焼結体の全酸素含有量か
ら換算したＹ ｚ Ｏｓ含有量の酸素量を差し引いた残
りの酸素含有量、およびこれをＡｌ２Ｏ、として換算し
た換算Ａｌ２Ｏ：ｌ含有量、焼結体のＳｉ元素含有量（
以下、いずれも重ｆｉ％）、換ＨＡｌ２Ｏ：ｌ／換算Ｙ
２Ｏｙノ重呈比、Ｓｉ／Ｙの元素重呈比も併せて示す。The second N(1) also includes /i! , the aluminum nitride raw powder in the i powder and the additives used in the preparation of the powder mixture, the calculated A1□03/Y in the i powder,
, 03, the average particle size of the mixed powder, the firing temperature of the molded body, and Part B of Table 2 shows the Y element-containing ridges in the obtained sintered body and the converted Y2O when converted as Y2O. y content, the remaining oxygen content after subtracting the oxygen amount of the Y z Os content converted from the total oxygen content of the sintered body, and the converted Al2O that is converted as Al2O:l content, the sintered body Si element content (
Below, all are weight fi%), converted HAl2O:l/converted Y
The weight ratio of 2Oy and the element weight ratio of Si/Y are also shown.
なお、窒化アルミニウノ、原料粉末および焼結体試ｉｔ
の酸素含有量は、赤外吸収分析（Ｌ Ｅ ＣＯ社製Ｔ
Ｃ−１３６）により、またＳｉ大有川用Ｔ ＣＩ） （
発光分光分析、セイコー電子工業製）によりそれぞ７ｔ
ＪＩＩＩ定した。In addition, aluminum nitride UNO, raw material powder and sintered body trial
The oxygen content was determined by infrared absorption analysis (T
C-136), and Si Oarikawa TCI) (
7t each according to emission spectroscopic analysis (manufactured by Seiko Electronics Industries).
JIII was established.
第４表は、第２表の各焼結体試料における換算Ｙ２Ｏ３
量と、残りの酸素量とを第１ＵＡと同じ組成］４上にプ
ロットしたものであり、試ｉ’ＥＩ Ｎ ｏ 、の横の
カッコの数値は焼結体試料の熱伝導率（輌位 Ｗ／′講
’Ｋ）である。第４図から、線分Ｑ−Ｒ−８−１゛−Ｑ
で成形される四辺形の線上では熱伝導率が１００ Ｗ／
ｍ’ Ｋに達しないが、この四辺形の内部では１００
Ｗ／ｍ°に以上になること、また線分Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−
Ｅ−Ｆ−Ｑ−Ａで囲まれる範囲内（線分を含む）では、
焼結体の熱伝導率が１２ＯＷ／ｎ°ｋ以上となり、線分
１− Ｊ −Ｋ −Ｎ −１で囲まれる範囲内（線上を
含む）では熱伝導率が１００ Ｗ／ｍ’ Ｋ以上、さら
に線分０− Ｐ ＝ Ｌ −Ｍ−０で囲まれる範囲内（
線上を３む）ではｌ ６１）Ｗ ／′ｒｅ °に以上の
非電に高い熱伝導率が得らｈることかわかる。Table 4 shows the converted Y2O3 of each sintered body sample in Table 2.
The amount of oxygen and the remaining amount of oxygen are plotted on the same composition as the first UA]4, and the value in parentheses next to the sample is the thermal conductivity of the sintered body sample (the same composition as the first UA). /'Ko'K). From Figure 4, line segment Q-R-8-1゛-Q
The thermal conductivity is 100 W/ on the line of the quadrilateral formed by
Although it does not reach m' K, it is 100 inside this quadrilateral.
W/m° or more, and the line segment A-B-C-D-
Within the range surrounded by E-F-Q-A (including line segments),
The thermal conductivity of the sintered body is 12 OW/n°k or more, and within the range surrounded by the line segment 1-J-K-N-1 (including on the line), the thermal conductivity is 100 W/m'K or more, Furthermore, within the range surrounded by the line segment 0-P = L-M-0 (
It can be seen that a non-electrically high thermal conductivity of more than 161) W /'re ° can be obtained at 3) on the line.
第４図において、試１’ｆｌＮｏ、７．１２．１３は残
りの酸素量が不明であるためプロットしていない。試１
−ＩＮｏ、８〜１１および３０〜３４は、池の試料と非
常に近い点にプロットされるため省略したが、これらは
いずれも線分○−１−’ −Ｌ −Ｍ −０で囲まれる
範囲内にあり、１６０ Ｗ／ｍ’ Ｋ以上の熱伝導率を
示している。In FIG. 4, trial 1'flNo. 7.12.13 is not plotted because the remaining oxygen amount is unknown. Trial 1
-I No. 8 to 11 and 30 to 34 have been omitted because they are plotted at points very close to the pond sample, but these are all within the range surrounded by the line segment ○-1-' -L -M -0 It has a thermal conductivity of 160 W/m'K or more.
また、第２表の結果から、換算、Ａｌ２Ｏ３／換算Ｙｉ
Ｏ−，１＞比率および各換ｎ Ａ ｌ ２Ｏ ：ｌおよ
びＹ２Ｏ。Also, from the results in Table 2, conversion, Al2O3/conversion Yi
O-, 1> ratio and each conversion n A l 2O :l and Y2O.
畦が、先に述べたように一定範囲内にあると、熱（云導
率の向上とともに抗折強度の向上も得られることも１里
解される。It is also clear that when the ridges are within a certain range as mentioned above, not only the heat conductivity but also the bending strength can be improved.
さらに、第２表の試事−目４０．１および２と試料Ｎｏ
。Furthermore, trial-items 40.1 and 2 in Table 2 and sample No.
.
８〜１１を比較すると、Ｙ含有量が同じで、また残りの
酸素含有量が試↑ｊｌＮｏ、ｌおよび２では１，９３〜
２．３０重Ｍ ：！５、試ｆ′ｌＮｏ、８〜１１テハ１
．９５〜１．０９重量％と略同等かそれより低いにもか
かわらず、Ｓｉ含有量が多いため熱伝導率が低下するこ
とがわかる。試料Ｎｏ、３０−３４からも、熱伝導率は
酸素含有量のほかにＳｉ含有量によっても影響を受４＋
、酸素含有量のみならずＳｉ含有量も低くすることが
熱伝導率の向上に有効であることがわかる。Comparing 8 to 11, the Y content is the same, and the remaining oxygen content is 1,93 ~
2.30 weight M:! 5. Test f'l No. 8-11 Teha 1
．． Although it is approximately equal to or lower than 95 to 1.09% by weight, it can be seen that the thermal conductivity decreases due to the high Si content. Sample No. 30-34 also shows that thermal conductivity is affected not only by oxygen content but also by Si content.
It can be seen that lowering not only the oxygen content but also the Si content is effective in improving the thermal conductivity.
また、第２表の結果から、Ｓｉ／Ｙグ）元素４ｕＩｔｈ
比、およびこれらの各元素の重量％が、先に述ｌ＼たよ
うに一定範囲内にあると、熱伝導率の向上がＩ＋）られ
ることも判る。Also, from the results in Table 2, Si/Yg) element 4uIth
It can also be seen that when the ratio and the weight % of each of these elements are within a certain range as described above, the thermal conductivity can be improved (I+).
試料Ｎｏ、４９．５０は原料粉末中の酸素含有量がｔ、
８９５以上であるが、これらは熱伝導率が１（Ｊ ＯＷ
／ ＋＊ ’ Ｋ以下と示している。Sample No. 49.50 has an oxygen content of t in the raw material powder.
895 or higher, but these have a thermal conductivity of 1 (J OW
/ +* ' K or less is shown.
実施例２
実施例１で得た試料Ｎｏ、１〜３４について、粒界に生
成した粒界結晶層を粉末Ｘ線回折法により確認した。結
果は次の第３表に示すとおりであった。第３表における
数値はＸ線強度のピーク高さが一番高い結晶層を１００
％とし他の結晶層をそれに対する比率で調べた。Example 2 Regarding sample Nos. 1 to 34 obtained in Example 1, grain boundary crystal layers generated at grain boundaries were confirmed by powder X-ray diffraction. The results were as shown in Table 3 below. The values in Table 3 indicate the crystal layer with the highest peak height of X-ray intensity as 100.
%, and other crystal layers were investigated in terms of their ratios to that.
（第３表加入〉
第２表、第３表の結果からみてＡ１□Ｙ４０９を主相と
するものは、試料Ｎｏ、１０のＳｉ量の多いものを除き
、１６７Ｗ／ｍ’ Ｋ以上Ａ Ｉ Ｙ Ｏ３を主用とす
るものは約１３８Ｗ／ｍ’ Ｋ以上、Ａ Ｉ ｓ Ｙ
３０ ＋□３主用とするものは、試料Ｎ０９７の酸素量
の多いものを除き、Ｉ Ｏ２Ｗ ／ ｍ°ｋ以上の熱伝
導率を存することかｔ’４する。(Added to Table 3) From the results in Tables 2 and 3, samples with A1□Y409 as the main phase have a power of 167 W/m' K or more, except for sample No. 10 with a large amount of Si. Those that mainly use O3 are approximately 138W/m'K or more, A I s Y
30+□3 Those mainly used have a thermal conductivity of IO2W/m°k or more, except for sample N097, which has a large amount of oxygen.
実施例３
金属アルミニウムの直接窒化により得た窒化アルミニウ
ム杓末３、焼結助剤のＹ２Ｏ３、ならびに場合により１
１１成：Ａ囚のためにＡ１□０３（Ａｌ２Ｏ３）もしく
は窒化珪素（ｓｉａＮ＋）と混合し、この（１１合物を
メタノール又は１−ルエン中で湿式微粉砕して混合粉末
を得た。この混合粉末に、バインダーとしてパラフィン
ワックス６重量％とステアリン酸１置型′！６とを加え
た混ａ物を、成形圧１０００Ｋｇ／ｃＩ０２でブレス成
形して、直径１２＋ａｍの圧粉体を成形した。一部の混
な粉末は、バインダーとしてポリビニル７チラールと用
いて
ドクターブレードによりシート状に成形し、常法により
乾燥および脱バインダーしてクリーンシートを形成した
。Example 3 Aluminum nitride powder 3 obtained by direct nitriding of metallic aluminum, sintering aid Y2O3, and optionally 1
Compound 11: For A prisoner, A1□03 (Al2O3) or silicon nitride (siaN+) was mixed, and this compound (11) was wet-pulverized in methanol or 1-toluene to obtain a mixed powder. A mixture of powder with 6% by weight of paraffin wax as a binder and stearic acid 1-place type '!6 was press molded at a molding pressure of 1000 kg/cI02 to form a green compact with a diameter of 12+ am. The mixed powder was formed into a sheet using a doctor blade using polyvinyl 7-tyral as a binder, and dried and binder removed by a conventional method to form a clean sheet.
かくして得られた生の成形体試料を、窒素雰気中におい
てン晶度１６００〜１９００°Ｃで、ポットブレス焼成
、非加圧焼成、ガス圧プレス焼成、熱間静水圧ブレス処
理、あるいは非加圧焼成後に熱間静水圧プレス処理する
ことによって、窒化アルミニウム質焼結体の試料を得た
。各試料について混合粉末の元素組成（重量％）、平均
粒径及び成形方法、並びに成形体の焼成法および焼成条
件を第４ｋにまとめて示す。The green compact sample thus obtained was subjected to pot press firing, non-pressure firing, gas press firing, hot isostatic pressing, or non-pressure firing at a crystallinity of 1600 to 1900°C in a nitrogen atmosphere. A sample of an aluminum nitride sintered body was obtained by hot isostatic pressing after pressure firing. For each sample, the elemental composition (wt%), average particle size and molding method of the mixed powder, as well as the firing method and firing conditions of the molded body are summarized in Section 4k.
得られた窒化アルミニウム質焼結体の試料に−）いて、
その粒界相の金属成分を分析し、粒界相の金属元素組成
（金属元素の合計含有量に対する重量％）を求めた。こ
の測定は、まず窒化アルミニウム質焼結体試料の粒界を
Ｓ Ｅ Ｍ （ｓｃａｒ＋ｎｉｎｇｅｌｅＣｐｒｏｎ
ｍ１ｃｒｏｓｃｏｒｐｅ）により確認し、こうして確
認した明瞭な粒界部をいくつかランダムに選択し、Ｘ
Ｍ Ａ （Ｘ −ｒａｙ ｍ１ｃｒｏａｎａｌｙｚｅ
ｒ）によりその部分の金属成分を定量し、平均値を求め
ることにより行った。ＸＭＡの加速電圧は１５ Ｋ Ｖ
であった。In the sample of the obtained aluminum nitride sintered body -),
The metal components of the grain boundary phase were analyzed, and the metal element composition (weight % relative to the total content of metal elements) of the grain boundary phase was determined. In this measurement, first, the grain boundaries of the aluminum nitride sintered body sample were measured using SEM (scar+ningeleCpron).
m1croscope), some of the clearly confirmed grain boundaries were randomly selected, and
M A (X-ray m1croanalyze
The determination was made by quantifying the metal component in that part using r) and finding the average value. The accelerating voltage of XMA is 15 KV
Met.
また、焼結体試料の熱伝導率、抗折強度（３点曲げ抗折
強度）、および相対密度を実施例１と同様にｒｌ！ｌ定
した。これらの測定結果を第５表に求めて示す。In addition, the thermal conductivity, bending strength (three-point bending bending strength), and relative density of the sintered body sample were measured at rl! as in Example 1. I decided. The results of these measurements are shown in Table 5.
第５表に示した結果から、いずれの試ｔｉも１２Ｏ Ｗ
、、−’ ｍ’ ｋ以上の高い熱伝導率を示すことが
判る。From the results shown in Table 5, all test ti are 12O W
, , -'m' k or higher thermal conductivity.
ただし、粒界相の金属元素成分の組成が、Ｙ：６０〜９
１重量％、Ａ１：８〜３５重量％、及びＳｉ：１０重量
％未満の条件を満たす渇きには、熱伝導′ｒの氾す定値
が１４０ Ｗ／ｍ°ｋ以上に向上し、特にこれがＹニア
０〜９１置型％、Ａ１：８〜２５重量り６、及びＳｉ：
３重量％未満であると、１６０Ｗ／ｍ°ｋ以上の熱伝導
率が得られている。However, the composition of the metal element component of the grain boundary phase is Y: 60-9
1% by weight, A1: 8-35% by weight, and Si: less than 10% by weight. Near 0-91%, A1: 8-25 weight 6, and Si:
When the amount is less than 3% by weight, a thermal conductivity of 160 W/m°k or more is obtained.
これに対し、＊印の比較例は粒界相のＹ、ＡＩ又はＳｉ
含有量が上記範囲内に含まれず、熱伝導率か１２ＯＷ／
輪°ｋを越えるが１４０ Ｗ ／ ｍ″ｋに達しない。On the other hand, in the comparative examples marked with *, the grain boundary phase is Y, AI, or Si.
If the content is not within the above range, the thermal conductivity is 12OW/
exceeds 140 W/m″k but does not reach 140 W/m″k.
実施例４：
粒径分布２〜４０μｍのＡｌＮ５）末に、ＣａＣＯｓ粉
末（特級試薬）及び粒径ｌμ論線純度９．９％Ｙ２Ｏ、
粉末を後述第７宍に示す組成範囲になるよう添加、配合
し、これをボールミルでメタノール中で充分湿式混合し
、これにバラフィンワ・リクス、ステアリン酸若干量の
バインダーを加えて混合したものを成形圧１０００ Ｋ
ｇ／ｃｍ２でプレス成形した。Example 4: CaCOs powder (special grade reagent) and particle size lμ theoretical purity 9.9% Y2O were added to AlN5) powder with a particle size distribution of 2 to 40 μm,
Powders are added and blended so as to have the composition range shown in Section 7 below, thoroughly wet-mixed in methanol using a ball mill, and mixed with paraffin wax and a small amount of stearic acid as a binder. pressure 1000K
Press molding was performed at g/cm2.
次に得られた成形体を常法により３００°Ｃ２１＋ｒ４
’ε空脱バインダー処理した後、窒素中（１気圧）で１
８６０′″０．３０分間焼成して窒化アルミニウム焼結
体を１′）な。Next, the obtained molded body was heated to 300°C21+r4 using a conventional method.
'ε After air binder removal treatment, 1
The aluminum nitride sintered body was produced by firing for 860'''0.30 minutes.
更に、上記と同様の窒化アルミニウム粉末の主成分に第
２表に示す量比で添加、混合し、上記本発明実施例の比
較例とした。これらの焼結体の力す密度をアルキメデス
法で、熱伝導率をレーザフラッシュ法で測定したところ
表１、表２に示した。Further, it was added to the main component of the same aluminum nitride powder as above and mixed in the amount ratio shown in Table 2 to prepare a comparative example of the above-mentioned example of the present invention. The force density of these sintered bodies was measured by the Archimedes method, and the thermal conductivity was measured by the laser flash method, and the results are shown in Tables 1 and 2.
また、前記表に記載の多試料を第５図に試料各号を付し
て図示した。In addition, the multiple samples listed in the table above are illustrated in FIG. 5 with each sample name attached.
これらのデータより第５図点Ａ 、Ｂ 、Ｃ、Ｄ 、Ｅ
を結ぶ線分で囲まれる範囲内において焼結性も良好で高
密度且つ熱伝導率の向上が認められ、ＣａＯ１Ｙ２Ｏ３
それぞれ単独含有の場きに比して、また該範囲外に比し
て焼結性、熱伝導率、高密度の点て滑れた物性を有して
いる゛ことが認められた。そして、該範囲内の中の点更
にＡ、Ｆ、Ｇ、Ｈ，Ｉ 、Ｊを結ぶ線分で囲まれる範囲
においては一層熱伝導率の向上が認められ、高熱伝導性
窒化アルミニウム焼結体を提供することができた。From these data, Figure 5 points A, B, C, D, E
Good sinterability, high density, and improved thermal conductivity were observed within the range surrounded by the line segment connecting CaO1Y2O3.
It was found that these materials had superior physical properties in terms of sinterability, thermal conductivity, and high density compared to the case where each of them was contained alone, and compared to those outside the range. Further improvement in thermal conductivity was observed in the range surrounded by the line segments connecting points A, F, G, H, I, and J within this range, making it possible to improve the thermal conductivity of the highly thermally conductive aluminum nitride sintered body. I was able to provide it.
以上の焼結体は常圧法によったが、ホットプレス法によ
っても同様の傾向の試験結果が得られ。Although the above sintered bodies were produced using the normal pressure method, similar test results were obtained using the hot press method.
焼結体の密度が一層高められるので熱伝導性も上昇する
。Since the density of the sintered body is further increased, the thermal conductivity is also increased.
更に、その成形はプレス成形のほか、テープ成形、鋳込
成形によっても行いうる。また、Ｃａ化α物、Ｙ化き物
は上述原料調整において用いたＣａ、Ｙ成分原ｒ１以外
にＣａＣ２、Ｃａ、ＣａＢ ｓ、ＣａＯＮ２、Ｃａ、Ｎ
、、Ｃａｏ Ａ ＋２Ｏ３県北合物、Ｙ、Ｙ Ｎ 、
Ｙ ２Ｏ ＊ Ａ ＋ ２Ｏ３県北合物、ＹＩ３．、
ｙ ｃ等の１ヒ自１勿を使用することができる。Further, the molding can be performed by tape molding or cast molding in addition to press molding. In addition to the Ca and Y component raw materials r1 used in the above-mentioned raw material preparation, the Ca and Y compounds include CaC2, Ca, CaBs, CaON2, Ca, and N.
,,Cao A +2O3 Prefecture Kitaai Mono, Y, Y N,
Y 2O * A + 2O3 Prefecture Kitaaimono, YI3. ,
It is possible to use 1, 1, and 1, such as y and c.
（発明の効果）
上述のごとく、本発明においては直接窒化法により得ら
れた安価な窒化アルミニラｌ、原料粉末を使用した高い
熱伝導性を有する窒化アルミニウノ、質焼結体及びその
製法を提供することができる。(Effects of the Invention) As described above, the present invention provides inexpensive aluminum nitride obtained by direct nitriding, aluminum nitride UNO having high thermal conductivity using raw material powder, quality sintered body, and method for manufacturing the same. be able to.
第１図は本発明の窒化アルミニウム質焼結体における換
算ｙ２ｏ３Ｊｌと残りの酸素量の好適範囲を示す組成図
、第２図はアルミナの炭素還元法により得られた窒化ア
ルミナ原料粉末の電子顕微鏡写真、第３図は、金属アル
ミナの直接窒化法により得られた窒化アルミニウム原料
粉末の電子顕微鏡写真、及び第４図は、実施例で得られ
た窒化アルミニウム質焼結体試料の換算Ｙ２Ｏ５量と残
りの酸素量を、第１図の組成図上にプロットした図面で
ある。Figure 1 is a composition diagram showing the preferred range of converted y2o3Jl and remaining oxygen content in the aluminum nitride sintered body of the present invention, and Figure 2 is an electron micrograph of alumina nitride raw material powder obtained by the carbon reduction method of alumina. , Fig. 3 is an electron micrograph of aluminum nitride raw material powder obtained by direct nitriding of metal alumina, and Fig. 4 shows the converted Y2O5 amount and remaining amount of the aluminum nitride sintered body sample obtained in the example. 2 is a drawing in which the amount of oxygen in the sample is plotted on the composition diagram of FIG. 1.
Claims (1)
IIIа族、及びIIIｂ族金属群の化合物から選択された焼
結助剤が添加された混合粉末を成形後焼成して得られた
窒化アルミニウム質焼結体において、前記窒化アルミニ
ウ原料粉末は金属アルミニウムの直接窒化により得られ
たものであり、前記窒化アルミニウム質焼結体の熱伝導
率が１００Ｗ／ｍ°ｋ以上で、相対密度が９５％以上で
あることを特徴とする窒化アルミニウム質焼結体。 （２）焼結助剤が、Ｙ＿２Ｏ＿３又はその前躯物質であ
る特許請求の範囲第１項記載の窒化アルミニウム質焼結
体。 （３）焼結体が、ＡｌＮ粒子と、イットリウムを金属元
素の主成分として含有する粒界相とからなることを特徴
とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の窒化アル
ミニウム質焼結体。 （４）焼結体が、焼結体のＹ含有量をＹ＿２Ｏ＿３とし
て換算した換算Ｙ＿２Ｏ＿３含有量（重量％）に対して
、焼結体の全酸素含有量から前記換算Ｙ＿２Ｏ＿３含有
量中の酸素量を差し引いた残りの酸素量（重量％）をプ
ロットした点が、第１図の線分Ｑ−Ｒ−Ｓ−Ｔ−Ｑで囲
まれる範囲内（ただし線上は含まず）にあり、１００Ｗ
／ｍ°ｋ以上の熱伝導率を有することを特徴とする特許
請求の範囲第２項又は第３項に記載の窒化アルミニウム
質焼結体。 （５）焼結体が、残りの酸素含有量をＡｌ＿２Ｏ＿３と
して換算した換算Ａｌ＿２Ｏ＿３含有量（Ａｌ＿２Ｏ＿
３重量％）の換算Ｙ＿２Ｏ＿３含有量（Ｙ＿２Ｏ＿３重
量％）に対する重量比（Ａｌ＿２Ｏ＿３／Ｙ＿２Ｏ＿３
）、並びに換算Ａｌ＿２Ｏ＿３及び換算Ｙ＿２Ｏ＿３含
有量が次の関係を満足する、熱伝導率１００Ｗ／ｍ°ｋ
以上、３点曲げ抗折強度３０ｋｇ／ｍｍ＾２以上である
ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の窒化アル
ミニウム質焼結体。 ０．２≦Ａｌ＿２Ｏ＿３／Ｙ＿２Ｏ＿３≦２．４１．１
≦Ａｌ＿２Ｏ＿３≦１２．０（重量％）２．０＜Ｙ＿２
Ｏ＿３＜１２．０（重量％） （６）焼結体が、Ｓｉ元素含有量（重量％）のＹ元素含
有量（重量％）に対する比（Ｓｉ／Ｙ）、並びにＳｉ及
びＹの各元素含有量が、次の関係を満足し、１００Ｗ／
ｍ°ｋ以上の熱伝導率を示すことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の窒化アルミニウム質焼結体。 Ｓｉ／Ｙ≦１．３２ Ｓｉ≦１．３（重量％） １．６＜Ｙ＜９．４（重量％） （７）焼結体が、粒界相の金属元素組成は、その金属元
素含有量の合計に基づいて、Ｙ：６０〜９１重量％、Ａ
ｌ：８〜３５重量％、Ｓｉ：１０重量％以下を含有する
ものであり、１４０Ｗ／ｍ°ｋ以上の熱伝導率を示すこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の窒化アルミ
ニウム質焼結体。 （８）周期率表のIIа族、IIIа族、及びIIIｂ族金属群
の化合物から選択された焼結助剤の少量と、金属アルミ
ニウムの直接窒化により得られた酸素含有量１．８重量
％未満、Ｓｉ含有量０．７重量％以下、純度９９％以上
の窒化アルミニウム原料粉末とからなる混合粉末を成形
した後、その成形体を非酸化性雰囲気中１５００〜２１
００℃で焼成して、熱伝導率１００Ｗ／ｍ°ｋ以上、相
対密度９５％以上の窒化アルミニウム質焼結体を製造す
ることを特徴とする窒化アルミニウム質焼結体の製造法
。 （９）焼結助剤が、Ｙ＿２Ｏ＿３もしくはその前躯物質
であって、その量がＹ元素成分をＹ＿２Ｏ＿３換算で混
合粉末量の２〜１２重量％であることを特徴とする特許
請求の範囲第８項記載の窒化アルミニウム質焼結体の製
造法。 （１０）混合粉末が、混合粉末の全酸素含有量から、こ
の混合粉末中に存在するＹにＹ＿２Ｏ＿３として結合す
る量の酸素量を差し引いた残りの酸素量が０．３８〜６
．６９重量％であることを特徴とする特許請求の範囲第
９項記載の窒化アルミニウム質焼結体の製造法。[Scope of Claims] (1) Group IIа of the periodic table in the aluminum nitride raw material powder,
In the aluminum nitride sintered body obtained by molding and firing a mixed powder to which a sintering aid selected from the group IIIa and group IIIb metal group compounds, the aluminum nitride raw material powder is made of metal aluminum. An aluminum nitride sintered body obtained by direct nitriding, characterized in that the aluminum nitride sintered body has a thermal conductivity of 100 W/m°k or more and a relative density of 95% or more. (2) The aluminum nitride sintered body according to claim 1, wherein the sintering aid is Y_2O_3 or a precursor thereof. (3) The aluminum nitride sintered body according to claim 1 or 2, wherein the sintered body consists of AlN particles and a grain boundary phase containing yttrium as a main component of the metal element. Body. (4) The amount of oxygen in the converted Y_2O_3 content is calculated from the total oxygen content of the sintered body with respect to the converted Y_2O_3 content (wt%) obtained by converting the Y content of the sintered body as Y_2O_3. The point where the remaining oxygen amount (wt%) after subtracting is within the range surrounded by the line segment Q-R-S-T-Q in Figure 1 (but does not include the line), and 100 W
The aluminum nitride sintered body according to claim 2 or 3, characterized in that the aluminum nitride sintered body has a thermal conductivity of /m°k or more. (5) The sintered body has a converted Al_2O_3 content (Al_2O_
3% by weight) to the converted Y_2O_3 content (Y_2O_3% by weight) (Al_2O_3/Y_2O_3
), and the converted Al_2O_3 and converted Y_2O_3 contents satisfy the following relationships, and the thermal conductivity is 100 W/m°k.
The aluminum nitride sintered body according to claim 4, wherein the aluminum nitride sintered body has a three-point bending bending strength of 30 kg/mm^2 or more. 0.2≦Al_2O_3/Y_2O_3≦2.41.1
≦Al_2O_3≦12.0 (weight%) 2.0<Y_2
O_3<12.0 (wt%) (6) The sintered body has a ratio (Si/Y) of the Si element content (wt%) to the Y element content (wt%), and the content of each element of Si and Y. The amount satisfies the following relationship and is 100W/
The aluminum nitride sintered body according to claim 1, which exhibits a thermal conductivity of m°k or more. Si/Y≦1.32 Si≦1.3 (wt%) 1.6<Y<9.4 (wt%) (7) The metal element composition of the grain boundary phase of the sintered body is determined by the metal element content of the grain boundary phase. Based on the total amount, Y: 60-91% by weight, A
The aluminum nitride material according to claim 1, which contains 8 to 35% by weight of L and 10% by weight or less of Si, and exhibits a thermal conductivity of 140 W/m°k or more. Sintered body. (8) a small amount of a sintering aid selected from compounds of metal groups IIа, IIIа and IIIb of the periodic table and an oxygen content of less than 1.8% by weight obtained by direct nitriding of metallic aluminum; After molding a mixed powder consisting of aluminum nitride raw material powder with a Si content of 0.7% by weight or less and a purity of 99% or more, the molded body was heated to 1500 to 21
1. A method for producing an aluminum nitride sintered body, which comprises firing at 00°C to produce an aluminum nitride sintered body having a thermal conductivity of 100 W/m°k or more and a relative density of 95% or more. (9) The sintering aid is Y_2O_3 or its precursor, and the amount thereof is 2 to 12% by weight of the mixed powder amount in terms of Y_2O_3. A method for producing an aluminum nitride sintered body according to item 8. (10) The mixed powder has a residual oxygen content of 0.38 to 6 after subtracting the amount of oxygen that binds to Y in the mixed powder as Y_2O_3 from the total oxygen content of the mixed powder.
．． The method for producing an aluminum nitride sintered body according to claim 9, wherein the content is 69% by weight.
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1986
- 1986-10-31 JP JP61260288A patent/JP2525160B2/en not_active Expired - Lifetime
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