JPH03141181A - 表面改質アルミナセラミックスの製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、表面改質アルミナセラミックスの製造方法に
関し、とくにその表面の比表面積を増大させて、半導体
集積回路基板やエンジニアリングセラミックスとして要
求される金属等との接着性の改善、あるいは新規な触媒
組体を得ることに関するものである。

〔従来の技術〕

アルミナセラミックスは機械的強度、熱特性、電気的特
性等に優れているために各種の工業分野で広く用いられ
ている。とくに半導体集積回路用の基板として需要が増
大しているが、基（屋上に接続用のＴｉ極や電気回路を
形成するためにアルミナセラミックス上に金属等の所望
の界雷性材料を印刷あるいは接着の後に焼成している。

ところが、アルミナセラミックスの表面が平滑であると
表面に形成した金属等が剥離しやすいことから、アルミ
ナセラミックスと金属等との密着性を良くするために、
アルミナセラミックスの表面をサンドブラスト等の機械
的な方法またはフン化水素酸、燐酸、水酸化す１−リウ
ム等の酸、アルカリで結晶粒界を溶出する化学的エツチ
ングによって粗面化することが行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

アルミナセラミックスの機械的な方法や化学的な方法に
よる粗面化は表面組織構造の荒れ方が不均一であり、微
細な溝や突起が得られにくいために金属等との密着性が
低下しやすいのみではなく、８１１面化に長時間を要し
ていた。

〔課題を解決するための手段〕

ト：２明者らは、アルミナセラミックスの表面粗１２１
ｉ構造の荒れ方を均一化し、比表面積を増大させると共
に表面に形成する金属等との密着性を高めるために、従
来のように表面の一部を機械的あるいは化学的方法によ
って取り除くのではなく、逆に該セラミックス表面に極
めて強度が大きく比表１７ｉ７　債の大きな層を形成す
ることによっても目的が達せられることに着目した。そ
こでアルミナセラミックス上に形成する層について鋭意
検討をしたところアルミナセラミックスの主成分である
アルミナを含みアルミナの焼結温度と針状結晶の成長す
る）二度がほぼ一部するムライトの結晶を３次元的に成
長させて密生させることにより比表面積および接合力が
大きな層が得られることを見いだした。

すなわち、酸化アルミニウムと二酸化ケイ素を主成分と
する粘土鉱物、酸化アルミニウム粉末もしくは水酸化ア
ルミニウム粉末と二酸化ケイ素粉末もしくはケイ酸塩ガ
ラス粉末との混合物またはそれらの水性スラリーから選
ばれる少なくとも一種の物質をアルミナ成形体またはア
ルミナセラミックスの表面に塗布後に１２００ないし１
７００℃で焼成し、得られたアルミナセラミックスの表
面に残存するガラス成分を溶出することにより針状ムラ
イトをアルミナセラミックスの表面に形成させるもので
ある。

なお、本発明におけるアルミナ成形体はセラミックス成
分としてアルミナのみからなる成形体のみではなくアル
ミナ以外のシリカ、マグネシア等の成分も含むアルミナ
を主成分とする成形体を包含し、同様にアルミナセラミ
ックスにもアルミナのみからなるセラミックス以外にア
ルミナを主成分とじシリカ、マグネシア等を含むセラミ
ックスを包含する。また、本発明は未焼結のアルミナ成
形体、また焼結した一１ルミナセラミノクスの何れにつ
いても用いろことが可能である。

以ｒ、に焼結のアルミナ成形体を用いる場合について説
明する。

アルミナとしては、粒径が０．１ないし１０μｍの実ｎ
的に池の成分を含まないわ）末、例えば平均粒径０．５
μｍのアルミナ粉末（α型アルミナ、住人化学［株］製
、商品名ＡＢＳ−１２、不純物ＦｅｚＯ３：　０．０１
．５ｉＯｚ：０．０２　、ＮａｚＯ：０．０３含有、単
位はいずれも重量％）、平均粒径５μｍのアルミナ粉末
（α型アルミナ、住人化学［株］製、商品名ΔＭ２５、
不純物ＦｅｚＯ３：　０．０１、ＳｉＯ２：０．０２　
、ＮａｚＯ：００３含有、単位はいずれも重量％）、平
均粒径１０μｍのアルミナ粉末（α型アルミナ、住人化
学・［株］製、商品名ＡＭ−２８、不純物ＰｅｚＯｚ　
：　０．０１．５ｉＯｚ：０．０２　、ＮａｚＯ：０．
２７含有、単位はいずれも重量％）等を用い、結着剤と
してメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ワック
ス、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等を２〜３０重世％加
えて押出成形、鋳込み成形等によりペレット状、ハニカ
ム状、薄板状に成形した後に充分に乾燥させてアルミナ
成形体を得る。

続いて成形体の表面に、ムライトを形成する物質を塗布
あるいは浸漬して表面にムライト形成物質を付着させる
が、ムライト形成物質としてはカオリンや陶磁器用の陶
土等の粘土鉱物が挙げられ、また石英粉末、クリストバ
ライト粉末、トリジマイト粉末、仮ガラス粉末、コロイ
ド状シリカまたは水ガラスなどのケイ酸塩ガラスあるい
は酸化アルミニウム粉末もしくは水酸化アルミニウム粉
末と二酸化ケイ素粉末との粉末状混合物等を用いること
ができる。二酸化ケイ素と水酸化アルミニウム、酸化ア
ルミニウム等との粉末状混合物を原料をとする場合には
０．１〜１００μｍの範囲で選ばれるが、酸化アルミニ
ウムや水酸化アルミニウムではＯ，１−１０μｍ、二酸
化ケイ素ではＯ１５〜５０μｍ程度が好ましい。

ケイ酸塩ガラスの粉末や二酸化ケイ素と酸化アルミニウ
ムないしは水酸化アルミニウムとの混合粉末を用いる場
合にはＢ）末のままあるいは重量比で原料粉末ｌ〜ＩＯ
１水が９９〜９０の割合の原料粉末が分散したスラリー
を用いる。

ムライト形成物質を付着したアルミナ成形体あるいはア
ルミナセラミックスは、１２００〜１７ｏＯ℃の温度で
０．１−１０時間、好ましくは１〜３時間焼成した後に
、焼成体に残存するガラス成分あるいはガラス相を、酸
またはアルカリで）容出する。酸としてフン化水素酸を
用いる場合には、２〜２０％の濃度の酸に２０〜５０℃
の温度で１０分ないし３時間浸漬する。また水酸化ナト
リウムや水酸化カリウム等のアルカリを用いる場合には
０．１〜２規定の濃度のものを用いてオートクレーブ中
で１００〜２００℃の温度で３０分〜１０時間浸漬する
。これらの溶出処理の後には水洗などの常用の方法によ
り後処理する。

このような方法により、アルミナセラミックスの表面に
密着して微細な針状ムライトが３次元的に成長し、針１
火結晶が交錯して密生した表面改質アルミナセラミック
スが得られる。得られた針状ムライトは、通常長径１〜
３０μｍ、短径０．　１ないし２μｍのウィスカー状結
晶の形態を示し、約１７５０℃まで熱安定性を有し変形
しにくい。

得られた表面改質アルミナセラミックスは、孔径が０．
１〜１μｍの気孔が形成された多孔質のものでその気孔
率は針状ムライト層の厚さに比例し、５〜４０％の範囲
で調整することが可能である。また、針状ムライトは下
地のアルミナセラミックスと強く密着しているので、４
００ないし５００℃で加熱後急冷しても剥離しにくい。

以上、アルミナ成型体を用いる場合について説明してき
たが、アルミナ成型体に代えて、１２００゛Ｃ〜１４０
０℃では溶融−変形しにくいガラス、例えば石英ガラス
等を使用し、その表面に、アルミナ粉末、水酸化アルミ
ニウム粉末に酸化ナトリウム、酸化カリウム等のアルカ
リ成分を数％添加して混練したものを塗布し、焼成した
後、弗化水素酸で処理することにより石英ガラスの表面
に針状ムライトの密生は可能である。

（作用） 本発明の方法により、簡単で効率よくアルミナセラミッ
クスの表面組織構造の荒れ方を均一化すると共に比表面
積を増大させることができるので、金属等の密着性、イ
オン等の吸着性、ハンダ等の浸透性を高めうろことが可
能となる。

以下に、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

〔実施例１〕 平均粒径０．５μｍ゛のアルミナ粉末（α型アルミナ、
住人化学［株］製、商品名ＡＨ３−１２、不純物Ｆｅｚ
Ｏｚ　：　０．０１．５ｉＯｚ：０．０２　、Ｎａ２Ｏ
：０．０３含有、屯位はいずれも重量％）に対して、結
着剤としてメチルセルロースを１０重量％加えて混練後
薄板状に押出成形した。得られた成形体を充分に乾燥し
、重ｆｆ１５０ｇのアルミナ成形体（厚さ２ＩｆｆｉＩ
１１、幅５０ｍ５、長さ１６０ｍｍ）を得た。

ムライト形成物質として、平均粒径１μｍの粘土鉱物粉
末１０重世部に対して水９０重量部を加えてムライト形
成物質が分散したスラリーを調整した。このスラリー１
００ｍｊ！中に該アルミナ成形体を浸漬して含浸した後
、アルミナ成形体を１６５０℃で２時間焼成した。得ら
れたアルミナセラミックスに残存するガラス成分あるい
はガラス相を４．６％のフン化水素酸で１時間溶出し、
水洗して針状ムライトが表面に密生した表面改質アルミ
ナセラミックスを得た。

得られた表面改質アルミナセラミ、クスの表面に密生し
た針状ムライト結晶の３５００倍の電子顕微鏡写真を第
１図に、また該セラミックスの断面構造の１５００倍の
電子顕微鏡写真を第２図にそれぞれ示す。

薄板状の表面改質アルミナセラミックスを濃度０．１モ
ル／Ｌの硝酸第２鉄溶液中に２時間浸漬して含浸した後
に該セラミックス中に担持された鉄を塩酸で溶出して吸
光分析で求めたところ該セラミックス１ｇ当り２．７ｍ
ｇであった。

また、真空蒸着法によりニッケルを１ｏ分間蒸着した後
に１規定の塩酸でニッケルを溶出し７吸光分析によりニ
ッケルの付着〒を求めたところ３４ｒｎ　ｇであった。

ニッケルを蒸着した該セラミックスに溶融したハンダを
つけて濡れ性を調べたところハンダがよく浸透した。

一方機械的強度については、を５０ｍｍ、横１０１、厚
さ１ｍｌ１１の薄板状の該セラミックスをソアノγクリ
レート系樹脂で接着し、曲げ強度を調べたところ２０　
、　５　Ｋ　ｇ　／　ｍ　ｍであ−２た。

３実施例２〕 実施例１と同様の方法で直径０，５ないし１１曹の表面
改質したアルミナセラミックスのペレットを製造し、（
２度０，１モル／Ｌの硝酸第２鉄溶液中に２時間浸漬し
て含浸した後に該セラミックス中に担持された鉄を塩酸
で溶出して吸光分析で求めたところ該セラミックスＩｇ
当り６．５ｍｇであった。

〔実施例３〕 壁の厚み０．２ｍｍハニカム状の触媒担体用のアルミナ
セラミックスを実施例１と同様の方法で製造し、濃度０
．１モル／Ｌの硝酸第２鉄溶液中に２時間浸漬して含浸
した後に該セラミックス中に担持された鉄を塩酸で溶出
して吸光分析で求めたところ該セラミックス１ｇ当り３
．５ｍｇであった。

〔比較例〕

ムライトの針状結晶で表面を改質する前のアルミナセラ
ミックスの金属の担持量を実施例１．２．３と同様の方
法で測定したところ薄板、ペレット、ハニカム状触媒担
体の場合にはそれぞれアルミナセラミックスＩｇ当り０
．８ｍｇ、２．２ｍｇおよび１．２ｍｇであった。

また、表面を改質していない薄板状アル諷ナセラミノク
スを実施例１と同様の方法で曲げ強度を調べたところ１
１．４Ｋｇ／ｍｍであった。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明の方法によればアルミナセラ
ミックスの表面Ｍ１織構造の荒れを均一かし、比表面積
を増大させることができるので、各種の金属等の密着性
やイオン等の喚着性、ハンダ等の浸透性を高めた表面改
質アルミナセラミックスを容易に製造することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の表面改質アルミナセラミックスの表面
に密生した針状ムライト結晶の構造を説明する図面に代
える電子顕微鏡写真、第２図は第１図のアルミナセラミ
ックスの断面の構造を説明ずろ図面にかえる電子顕微鏡
写真、第３図は非改質アルミナセラミックスの表面の結
晶構造を説明する図面にかえる電子顕微鏡写真である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミナの成形体もしくはアルミナセラミックス
   の表面に二酸化ケイ素を含有する物質を塗布後に焼成し
   、得られた該セラミックスの表面に残存するガラス成分
   を溶出することにより針状ムライトをアルミナセラミッ
   クスの表面に形成させることを特徴とする表面改質アル
   ミナセラミックスの製造方法。
2. （２）二酸化ケイ素含有物質が酸化アルミニウムと二酸
   化ケイ素を主成分とする粘土鉱物、酸化アルミニウム粉
   末もしくは水酸化アルミニウム粉末と、二酸化ケイ素粉
   末もしくはケイ酸塩ガラス粉末との混合物、またはそれ
   らの水性スラリーから選ばれる少なくとも一種の物質で
   あることを特徴とする請求項１記載の表面改質アルミナ
   セラミックスの製造方法。