JPH06135771A - 高熱伝導性窒化けい素焼結体およびその製造方法 - Google Patents
高熱伝導性窒化けい素焼結体およびその製造方法Info
- Publication number
- JPH06135771A JPH06135771A JP5192561A JP19256193A JPH06135771A JP H06135771 A JPH06135771 A JP H06135771A JP 5192561 A JP5192561 A JP 5192561A JP 19256193 A JP19256193 A JP 19256193A JP H06135771 A JPH06135771 A JP H06135771A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon nitride
- less
- sintered body
- weight
- thermal conductivity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
(57)【要約】
【目的】窒化けい素焼結体が本来備える高強度特性に加
えて、熱伝導率が高く放熱性に優れた窒化けい素焼結体
およびその製造方法を提供する。 【構成】希土類元素を酸化物に換算して２．０〜７．５
重量％、窒化アルミニウムおよびアルミナの少なくとも
一方を２．０重量％以下、その他Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆ
ｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂなどの不純物陽
イオン元素を０．３重量％以下含有し、β相型窒化けい
素結晶および粒界相から成ることを特徴とする。また、
粒界相中における結晶化合物相の粒界相全体に対する面
積比を２０％以上に設定し、さらに気孔率を容量比で
１．５％以下、熱伝導率を６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、三点曲
げ強度を室温で８０kg／mm2 以上に設定する。
えて、熱伝導率が高く放熱性に優れた窒化けい素焼結体
およびその製造方法を提供する。 【構成】希土類元素を酸化物に換算して２．０〜７．５
重量％、窒化アルミニウムおよびアルミナの少なくとも
一方を２．０重量％以下、その他Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆ
ｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂなどの不純物陽
イオン元素を０．３重量％以下含有し、β相型窒化けい
素結晶および粒界相から成ることを特徴とする。また、
粒界相中における結晶化合物相の粒界相全体に対する面
積比を２０％以上に設定し、さらに気孔率を容量比で
１．５％以下、熱伝導率を６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、三点曲
げ強度を室温で８０kg／mm2 以上に設定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高熱伝導性窒化けい素焼
結体およびその製造方法に係り、特に窒化けい素本来の
高強度特性に加えて、熱伝導率が高く放熱性に優れてお
り、半導体用基板や各種放熱板として好適な高熱伝導性
窒化けい素焼結体およびその製造方法に関する。
結体およびその製造方法に係り、特に窒化けい素本来の
高強度特性に加えて、熱伝導率が高く放熱性に優れてお
り、半導体用基板や各種放熱板として好適な高熱伝導性
窒化けい素焼結体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化けい素を主成分とするセラミックス
焼結体は、１０００℃以上の高温度環境下でも優れた耐
熱性を有し、かつ低熱膨張係数のため耐熱衝撃性も優れ
ている等の諸特性を持つことから、従来の耐熱性超合金
に代わる高温構造材料としてガスタービン用部品、エン
ジン用部品、製鋼用機械部品等の各種高強度耐熱部品へ
の応用が試みられている。また、金属に対する耐食性が
優れていることから溶融金属の耐溶材料としての応用も
試みられ、さらに耐摩耗性も優れていることから、軸受
等の摺動部材、切削工具への実用化も図られている。
焼結体は、１０００℃以上の高温度環境下でも優れた耐
熱性を有し、かつ低熱膨張係数のため耐熱衝撃性も優れ
ている等の諸特性を持つことから、従来の耐熱性超合金
に代わる高温構造材料としてガスタービン用部品、エン
ジン用部品、製鋼用機械部品等の各種高強度耐熱部品へ
の応用が試みられている。また、金属に対する耐食性が
優れていることから溶融金属の耐溶材料としての応用も
試みられ、さらに耐摩耗性も優れていることから、軸受
等の摺動部材、切削工具への実用化も図られている。
【０００３】従来より窒化けい素セラミックス焼結体の
焼結組成としては窒化けい素−酸化イットリウム−酸化
アルミニウム系、窒化けい素−酸化イットリウム−酸化
アルミニウム−窒化アルミニウム系、窒化けい素−酸化
イットリウム−酸化アルミニウム−チタニウム、マグネ
シウムまたはジルコニウムの酸化物系等が知られてい
る。
焼結組成としては窒化けい素−酸化イットリウム−酸化
アルミニウム系、窒化けい素−酸化イットリウム−酸化
アルミニウム−窒化アルミニウム系、窒化けい素−酸化
イットリウム−酸化アルミニウム−チタニウム、マグネ
シウムまたはジルコニウムの酸化物系等が知られてい
る。
【０００４】上記焼結組成における酸化イットリウム
（Ｙ2 Ｏ3 ）などの希土類元素の酸化物は、従来から焼
結助剤として一般に使用されており、焼結性を高めて焼
結体を緻密化し高強度化をするために添加されている。
（Ｙ2 Ｏ3 ）などの希土類元素の酸化物は、従来から焼
結助剤として一般に使用されており、焼結性を高めて焼
結体を緻密化し高強度化をするために添加されている。
【０００５】従来の窒化けい素焼結体は、窒化けい素粉
末に上記のような焼結助剤を添加物として加えて成形
し、得られた成形体を１６００〜１８５０℃程度の高温
度の焼成炉で所定時間焼成した後に炉冷する製法で量産
されている。
末に上記のような焼結助剤を添加物として加えて成形
し、得られた成形体を１６００〜１８５０℃程度の高温
度の焼成炉で所定時間焼成した後に炉冷する製法で量産
されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来方法によって製造された窒化けい素焼結体では、靭性
値などの機能的強度は優れているものの、熱伝導特性の
点では、他の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、酸化
ベリリウム（ＢｅＯ）焼結体や炭化けい素(SiC)焼結体
などと比較して著しく低いため、特に放熱性を要求され
る半導体用基板などの電子用材料としては実用化されて
おらず、用途範囲が狭い難点があった。
来方法によって製造された窒化けい素焼結体では、靭性
値などの機能的強度は優れているものの、熱伝導特性の
点では、他の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、酸化
ベリリウム（ＢｅＯ）焼結体や炭化けい素(SiC)焼結体
などと比較して著しく低いため、特に放熱性を要求され
る半導体用基板などの電子用材料としては実用化されて
おらず、用途範囲が狭い難点があった。
【０００７】一方上記窒化アルミニウム焼結体は他のセ
ラミックス焼結体と比較して高い熱伝導率と低熱膨張係
数の特長を有するため、高速化、高出力化、多機能化、
大型化が進展する半導体チップの回路基板材料やパッケ
ージ材料として普及しているが、機械的強度の点で充分
に満足できるものは得られていない。そこで高強度を有
するとともに高い熱伝導率も併せ持ったセラミックス焼
結体の開発が要請されている。
ラミックス焼結体と比較して高い熱伝導率と低熱膨張係
数の特長を有するため、高速化、高出力化、多機能化、
大型化が進展する半導体チップの回路基板材料やパッケ
ージ材料として普及しているが、機械的強度の点で充分
に満足できるものは得られていない。そこで高強度を有
するとともに高い熱伝導率も併せ持ったセラミックス焼
結体の開発が要請されている。
【０００８】本発明は上記のような課題要請に対処する
ためになされたものであり、窒化けい素焼結体が本来備
える高強度特性に加えて、特に熱伝導率が高く放熱性に
優れた窒化けい素焼結体およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。
ためになされたものであり、窒化けい素焼結体が本来備
える高強度特性に加えて、特に熱伝導率が高く放熱性に
優れた窒化けい素焼結体およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段と作用】本発明者は上記目
的を達成するため、従来の窒化けい素焼結体を製造する
際に、一般的に使用されていた窒化けい素粉末の種類、
焼結助剤や添加物の種類および添加量、焼結条件等を種
々変えて、それらの要素が最終製品としての焼結体の特
性に及ぼす影響を実験により確認した。
的を達成するため、従来の窒化けい素焼結体を製造する
際に、一般的に使用されていた窒化けい素粉末の種類、
焼結助剤や添加物の種類および添加量、焼結条件等を種
々変えて、それらの要素が最終製品としての焼結体の特
性に及ぼす影響を実験により確認した。
【００１０】その結果、微細で高純度を有する窒化けい
素粉末に希土類元素、および窒化アルミニウム、アルミ
ナなどのアルミニウム成分を所定量ずつ添加した原料混
合体を成形脱脂し、得られた成形体を所定温度で一定時
間加熱保持して緻密化焼結を実施した後、所定の冷却速
度で徐冷したときに熱伝導率が大きく向上し、かつ高強
度を有する窒化けい素焼結体が得られることが判明し
た。
素粉末に希土類元素、および窒化アルミニウム、アルミ
ナなどのアルミニウム成分を所定量ずつ添加した原料混
合体を成形脱脂し、得られた成形体を所定温度で一定時
間加熱保持して緻密化焼結を実施した後、所定の冷却速
度で徐冷したときに熱伝導率が大きく向上し、かつ高強
度を有する窒化けい素焼結体が得られることが判明し
た。
【００１１】また酸素や不純物陽イオン元素含有量を低
減した高純度の窒化けい素原料粉末を使用し、窒化けい
素成形体の厚さを小さく設定して焼結することにより、
粒界相におけるガラス相（非晶質相）の生成が効果的に
防止でき、希土類元素酸化物のみを原料粉末に添加した
場合においても６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率を有す
る窒化けい素焼結体が得られるという知見を得た。
減した高純度の窒化けい素原料粉末を使用し、窒化けい
素成形体の厚さを小さく設定して焼結することにより、
粒界相におけるガラス相（非晶質相）の生成が効果的に
防止でき、希土類元素酸化物のみを原料粉末に添加した
場合においても６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率を有す
る窒化けい素焼結体が得られるという知見を得た。
【００１２】また、従来、焼結操作終了後に焼成炉の加
熱用電源をＯＦＦとして焼結体を炉冷していた場合に
は、冷却速度が毎時４００〜８００℃と急速であった
が、本発明者の実験によれば、特に冷却速度を毎時１０
０℃以下に緩速に制御することにより、窒化けい素焼結
体組織の粒界相が非結晶質状態から結晶相を含む相に変
化し、高強度特性と高伝熱特性とが同時に達成されるこ
とが判明した。
熱用電源をＯＦＦとして焼結体を炉冷していた場合に
は、冷却速度が毎時４００〜８００℃と急速であった
が、本発明者の実験によれば、特に冷却速度を毎時１０
０℃以下に緩速に制御することにより、窒化けい素焼結
体組織の粒界相が非結晶質状態から結晶相を含む相に変
化し、高強度特性と高伝熱特性とが同時に達成されるこ
とが判明した。
【００１３】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のである。すなわち本発明に係る高熱伝導性窒化けい素
焼結体は、希土類元素を酸化物に換算して２．０〜７．
５重量％、不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，
Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを０．３
重量％以下含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であ
ることを特徴とする。
のである。すなわち本発明に係る高熱伝導性窒化けい素
焼結体は、希土類元素を酸化物に換算して２．０〜７．
５重量％、不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，
Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを０．３
重量％以下含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であ
ることを特徴とする。
【００１４】また他の態様として希土類元素を酸化物に
換算して２．０〜７．５重量％、アルミニウムをアルミ
ナに換算して２．０重量％以下、その他不純物陽イオン
元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓ
ｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを０．３重量％以下含有し、窒化け
い素結晶および粒界相から成ることを特徴とする。
換算して２．０〜７．５重量％、アルミニウムをアルミ
ナに換算して２．０重量％以下、その他不純物陽イオン
元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓ
ｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを０．３重量％以下含有し、窒化け
い素結晶および粒界相から成ることを特徴とする。
【００１５】また、アルミニウム成分として、窒化アル
ミニウムを２．０重量％以下添加して構成してもよい。
さらにアルミニウム成分としてアルミナを２．０重量％
以下と窒化アルミニウムを２．０重量％以下とを併用し
てもよい。
ミニウムを２．０重量％以下添加して構成してもよい。
さらにアルミニウム成分としてアルミナを２．０重量％
以下と窒化アルミニウムを２．０重量％以下とを併用し
てもよい。
【００１６】また粒界相中における結晶化合物相の粒界
相全体に対する面積比が２０％以上に設定するとよい。
相全体に対する面積比が２０％以上に設定するとよい。
【００１７】さらに本発明に係る高熱伝導性窒化けい素
焼結体の製造方法は、酸素を１．７重量％以下、不純物
陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍ
ｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを０．３重量％以下、α相型
窒化けい素を９０重量％以上含有し、平均粒径０．８μ
ｍ以下の窒化けい素粉末に、希土類元素を酸化物に換算
して２．０〜７．５重量％と、アルミナおよび窒化アル
ミニウムの少なくとも一方を２．０重量％以下添加した
原料混合体を成形して成形体を調製し、得られた成形体
を脱脂後、温度１８００〜２０００℃で雰囲気加圧焼結
し、上記焼結温度から、上記希土類元素により焼結時に
形成された液相が凝固する温度までに至る焼結体の冷却
速度を毎時１００℃以下に設定したことを特徴とする。
焼結体の製造方法は、酸素を１．７重量％以下、不純物
陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍ
ｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを０．３重量％以下、α相型
窒化けい素を９０重量％以上含有し、平均粒径０．８μ
ｍ以下の窒化けい素粉末に、希土類元素を酸化物に換算
して２．０〜７．５重量％と、アルミナおよび窒化アル
ミニウムの少なくとも一方を２．０重量％以下添加した
原料混合体を成形して成形体を調製し、得られた成形体
を脱脂後、温度１８００〜２０００℃で雰囲気加圧焼結
し、上記焼結温度から、上記希土類元素により焼結時に
形成された液相が凝固する温度までに至る焼結体の冷却
速度を毎時１００℃以下に設定したことを特徴とする。
【００１８】上記製造方法によれば、窒化けい素結晶組
織中に希土類元素等を含む粒界相が形成され、気孔率が
１．５％以下、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、三点曲
げ強度が室温で８０kg／mm2 以上の機械的特性および熱
伝導特性が共に優れた窒化けい素焼結体が得られる。
織中に希土類元素等を含む粒界相が形成され、気孔率が
１．５％以下、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、三点曲
げ強度が室温で８０kg／mm2 以上の機械的特性および熱
伝導特性が共に優れた窒化けい素焼結体が得られる。
【００１９】本発明方法において使用され、焼結体の主
成分となる窒化けい素粉末としては、焼結性、強度およ
び熱伝導率を考慮して、酸素含有量が１．７重量％以
下、好ましくは０．５〜１．５重量％、Ｌｉ，Ｎａ，
Ｋ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ba，Ｍｎ，Ｂなどの不純
物陽イオン元素含有量が合計で０．３重量％以下、好ま
しくは０．２重量％以下に抑制され、焼結性が優れたα
相型窒化けい素を９０重量％以上、好ましくは９３重量
％以上含有し、平均粒径が０．８μｍ以下、好ましくは
０．４〜０．６μｍ程度の微細な窒化けい素粉末を使用
する。
成分となる窒化けい素粉末としては、焼結性、強度およ
び熱伝導率を考慮して、酸素含有量が１．７重量％以
下、好ましくは０．５〜１．５重量％、Ｌｉ，Ｎａ，
Ｋ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ba，Ｍｎ，Ｂなどの不純
物陽イオン元素含有量が合計で０．３重量％以下、好ま
しくは０．２重量％以下に抑制され、焼結性が優れたα
相型窒化けい素を９０重量％以上、好ましくは９３重量
％以上含有し、平均粒径が０．８μｍ以下、好ましくは
０．４〜０．６μｍ程度の微細な窒化けい素粉末を使用
する。
【００２０】平均粒径が０．８μｍ以下の微細な原料粉
末を使用することにより、少量の焼結助剤であっても気
孔率が１．５％以下の緻密な焼結体を形成することが可
能であり、また焼結助剤が熱伝導特性を阻害するおそれ
も減少する。
末を使用することにより、少量の焼結助剤であっても気
孔率が１．５％以下の緻密な焼結体を形成することが可
能であり、また焼結助剤が熱伝導特性を阻害するおそれ
も減少する。
【００２１】またＦｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍ
ｎ，Ｂ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋなどの不純物陽イオン元素も熱
伝導性を阻害する物質となるため、６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上
の熱伝導率を確保するためには、上記不純物陽イオン元
素の含有量は合計で０．３重量％以下に設定される。特
にβ相型と比較して焼結性に優れたα相型窒化けい素を
９０重量％以上含有する窒化けい素原料粉末を使用する
ことにより、高密度の焼結体を製造することができる。
ｎ，Ｂ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋなどの不純物陽イオン元素も熱
伝導性を阻害する物質となるため、６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上
の熱伝導率を確保するためには、上記不純物陽イオン元
素の含有量は合計で０．３重量％以下に設定される。特
にβ相型と比較して焼結性に優れたα相型窒化けい素を
９０重量％以上含有する窒化けい素原料粉末を使用する
ことにより、高密度の焼結体を製造することができる。
【００２２】また窒化けい素原料粉末に焼結助剤として
添加する希土類元素としてはＹ，Ｌａ，Ｓｃ，Ｐｒ，Ｃ
ｅ，Ｎｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｇｄなどの酸化物もしくは焼結
操作により、これらの酸化物となる物質が単独で、また
は２種以上の酸化物を組み合せたものを含んでもよい
が、特に酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）が好ましい。こ
れらの焼結助剤は、窒化けい素原料粉末と反応して液相
を生成し、焼結促進剤として機能する。
添加する希土類元素としてはＹ，Ｌａ，Ｓｃ，Ｐｒ，Ｃ
ｅ，Ｎｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｇｄなどの酸化物もしくは焼結
操作により、これらの酸化物となる物質が単独で、また
は２種以上の酸化物を組み合せたものを含んでもよい
が、特に酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）が好ましい。こ
れらの焼結助剤は、窒化けい素原料粉末と反応して液相
を生成し、焼結促進剤として機能する。
【００２３】上記焼結助剤の添加量は、酸化物換算で原
料粉末に対して２．０〜７．５重量％の範囲に設定され
る。この添加量が２．０重量％未満と過少の場合は、焼
結体が緻密化されず低強度で低熱伝導率の焼結体が形成
される。一方、添加量が７．５重量％を超える過量とな
ると、過量の粒界相が生成し、熱伝導率の低下や強度が
低下し始めるので上記範囲に設定される。特に好ましく
は３〜６重量％に設定することが望ましい。
料粉末に対して２．０〜７．５重量％の範囲に設定され
る。この添加量が２．０重量％未満と過少の場合は、焼
結体が緻密化されず低強度で低熱伝導率の焼結体が形成
される。一方、添加量が７．５重量％を超える過量とな
ると、過量の粒界相が生成し、熱伝導率の低下や強度が
低下し始めるので上記範囲に設定される。特に好ましく
は３〜６重量％に設定することが望ましい。
【００２４】さらに本発明において、他の添加成分とし
てのアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）は、上記希土類元素の焼結
促進剤の機能を助長する役目を果すものであり、特に加
圧焼結を行なう場合に著しい効果を発揮するものであ
る。Ａｌ2 Ｏ3 の添加量が０．１重量％未満の場合にお
いては緻密化が不充分である一方、２．０重量％を超え
る過量となる場合には過量の粒界相を生成したり、また
は窒化けい素に固溶し始め、熱伝導の低下が起こるた
め、添加量は２重量％以下、好ましくは０．１〜２．０
重量％の範囲に設定される。特に強度、熱伝導率共に良
好な性能を確保するためには添加量を０．２〜１．５重
量％の範囲に設定することが望ましい。
てのアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）は、上記希土類元素の焼結
促進剤の機能を助長する役目を果すものであり、特に加
圧焼結を行なう場合に著しい効果を発揮するものであ
る。Ａｌ2 Ｏ3 の添加量が０．１重量％未満の場合にお
いては緻密化が不充分である一方、２．０重量％を超え
る過量となる場合には過量の粒界相を生成したり、また
は窒化けい素に固溶し始め、熱伝導の低下が起こるた
め、添加量は２重量％以下、好ましくは０．１〜２．０
重量％の範囲に設定される。特に強度、熱伝導率共に良
好な性能を確保するためには添加量を０．２〜１．５重
量％の範囲に設定することが望ましい。
【００２５】また、後述するＡｌＮと併用する場合に
は、その合計添加量は２．０重量％以下に設定すること
が望ましい。
は、その合計添加量は２．０重量％以下に設定すること
が望ましい。
【００２６】さらに他の添加成分としての窒化アルミニ
ウム（ＡｌＮ）は焼結過程における窒化けい素の蒸発な
どを抑制するとともに、上記希土類元素の焼結促進剤と
しての機能をさらに助長する役目を果すものである。
ウム（ＡｌＮ）は焼結過程における窒化けい素の蒸発な
どを抑制するとともに、上記希土類元素の焼結促進剤と
しての機能をさらに助長する役目を果すものである。
【００２７】ＡｌＮの添加量が０．３重量％未満（アル
ミナと併用する場合では０．１重量％未満）の場合にお
いては緻密化が不充分である一方、２．０重量％を超え
る過量となる場合には過量の粒界相を生成したり、また
は窒化けい素に固溶し始め、熱伝導率の低下が起こるた
め、添加量は０．３〜２．０重量％の範囲に設定され
る。特に強度、熱伝導率共に良好な性能を確保するため
には添加量を０．５〜１．５重量％の範囲に設定するこ
とが望ましい。なお前記Ａｌ2 Ｏ3 と併用する場合に
は、ＡｌＮの添加量は０．１〜２．０重量％の範囲が好
ましい。
ミナと併用する場合では０．１重量％未満）の場合にお
いては緻密化が不充分である一方、２．０重量％を超え
る過量となる場合には過量の粒界相を生成したり、また
は窒化けい素に固溶し始め、熱伝導率の低下が起こるた
め、添加量は０．３〜２．０重量％の範囲に設定され
る。特に強度、熱伝導率共に良好な性能を確保するため
には添加量を０．５〜１．５重量％の範囲に設定するこ
とが望ましい。なお前記Ａｌ2 Ｏ3 と併用する場合に
は、ＡｌＮの添加量は０．１〜２．０重量％の範囲が好
ましい。
【００２８】また焼結体の気孔率は熱伝導率および強度
に大きく影響するため１．５％以下に設定される。気孔
率が１．５％を超えると熱伝導の妨げとなり、焼結体の
熱伝導率が低下するとともに、焼結体の強度低下が起こ
る。
に大きく影響するため１．５％以下に設定される。気孔
率が１．５％を超えると熱伝導の妨げとなり、焼結体の
熱伝導率が低下するとともに、焼結体の強度低下が起こ
る。
【００２９】また、窒化けい素結晶組織に形成される粒
界相は焼結体の熱伝導率に大きく影響するため、本発明
に係る焼結体においては粒界相の２０％以上が結晶相で
占めるように設定される。結晶相が２０％未満では熱伝
導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上となるような放熱特性に優
れ、かつ高温強度に優れた焼結体が得られないからであ
る。
界相は焼結体の熱伝導率に大きく影響するため、本発明
に係る焼結体においては粒界相の２０％以上が結晶相で
占めるように設定される。結晶相が２０％未満では熱伝
導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上となるような放熱特性に優
れ、かつ高温強度に優れた焼結体が得られないからであ
る。
【００３０】さらに上記のように窒化けい素焼結体の気
孔率を１．５％以下にし、また窒化けい素結晶組織に形
成される粒界相の２０％以上が結晶相で占めるようにす
るためには、窒化けい素成形体を温度１８００〜２００
０℃で０．５〜１０時間程度、加圧焼結し、かつ焼結操
作完了直後における焼結体の冷却速度を毎時１００℃以
下に調整制御することが必要である。
孔率を１．５％以下にし、また窒化けい素結晶組織に形
成される粒界相の２０％以上が結晶相で占めるようにす
るためには、窒化けい素成形体を温度１８００〜２００
０℃で０．５〜１０時間程度、加圧焼結し、かつ焼結操
作完了直後における焼結体の冷却速度を毎時１００℃以
下に調整制御することが必要である。
【００３１】焼結温度を１８００℃未満に設定した場合
には、焼結体の緻密化が不充分で気孔率が１．５vol%以
上になり機械的強度および熱伝導性が共に低下してしま
う。一方焼結温度が２０００℃を超えると窒化けい素成
分自体が蒸発分解し易くなる。特に加圧焼結ではなく、
常圧焼結を実施した場合には、１８００℃付近より窒化
けい素の分解蒸発が始まる。
には、焼結体の緻密化が不充分で気孔率が１．５vol%以
上になり機械的強度および熱伝導性が共に低下してしま
う。一方焼結温度が２０００℃を超えると窒化けい素成
分自体が蒸発分解し易くなる。特に加圧焼結ではなく、
常圧焼結を実施した場合には、１８００℃付近より窒化
けい素の分解蒸発が始まる。
【００３２】上記焼結操作完了直後における焼結体の冷
却速度は粒界相を結晶化させるために重要な制御因子で
あり、冷却速度が毎時１００℃を超えるような急速冷却
を実施した場合には、焼結体組織の粒界相が非結晶質
（ガラス相）となり、焼結体に生成した液相が結晶相と
して粒界相に占める面積割合が２０％未満となり、強度
および熱伝導性が共に低下してしまう。
却速度は粒界相を結晶化させるために重要な制御因子で
あり、冷却速度が毎時１００℃を超えるような急速冷却
を実施した場合には、焼結体組織の粒界相が非結晶質
（ガラス相）となり、焼結体に生成した液相が結晶相と
して粒界相に占める面積割合が２０％未満となり、強度
および熱伝導性が共に低下してしまう。
【００３３】上記冷却速度を厳密に調整すべき温度範囲
は、所定の焼結温度（１８００〜２０００℃）から、前
記の焼結助剤の反応によって生成する液相が凝固するま
での温度範囲で充分である。ちなみに前記のような焼結
助剤を使用した場合の液相凝固点は概略１６００〜１５
００℃程度である。そして少なくとも焼結温度から上記
液相凝固温度に至るまでの焼結体の冷却速度を毎時１０
０℃以下、好ましくは５０℃以下、さらに好ましくは２
５℃以下に制御することにより、粒界相の大部分が結晶
相になり、熱伝導率および機械的強度が共に優れた焼結
体が得られる。
は、所定の焼結温度（１８００〜２０００℃）から、前
記の焼結助剤の反応によって生成する液相が凝固するま
での温度範囲で充分である。ちなみに前記のような焼結
助剤を使用した場合の液相凝固点は概略１６００〜１５
００℃程度である。そして少なくとも焼結温度から上記
液相凝固温度に至るまでの焼結体の冷却速度を毎時１０
０℃以下、好ましくは５０℃以下、さらに好ましくは２
５℃以下に制御することにより、粒界相の大部分が結晶
相になり、熱伝導率および機械的強度が共に優れた焼結
体が得られる。
【００３４】本発明に係る窒化けい素焼結体は、例えば
以下のようなプロセスを経て製造される。すなわち前記
所定の微細粒径を有し、また不純物含有量が少ない微細
な窒化けい素粉末に対して所定量の焼結助剤、有機バイ
ンダ等の必要な添加剤およびＡｌ2 Ｏ3 やＡｌＮを加え
て原料混合体を調整し、次に得られた原料混合体を成形
して所定形状の成形体を得る。原料混合体の成形法とし
ては、汎用の金型プレス法、ドクターブレード法のよう
なシート成形法などが適用できる。上記成形操作に引き
続いて、成形体を非酸化性雰囲気中で温度６００〜８０
０℃で１〜２時間加熱して、予め添加していた有機バイ
ンダ成分を充分に除去し、脱脂する。次に脱脂処理され
た成形体を窒素ガス、水素ガスやアルゴンガスなどの不
活性ガス雰囲気中で１８００〜２０００℃の温度で所定
時間雰囲気加圧焼結を行う。
以下のようなプロセスを経て製造される。すなわち前記
所定の微細粒径を有し、また不純物含有量が少ない微細
な窒化けい素粉末に対して所定量の焼結助剤、有機バイ
ンダ等の必要な添加剤およびＡｌ2 Ｏ3 やＡｌＮを加え
て原料混合体を調整し、次に得られた原料混合体を成形
して所定形状の成形体を得る。原料混合体の成形法とし
ては、汎用の金型プレス法、ドクターブレード法のよう
なシート成形法などが適用できる。上記成形操作に引き
続いて、成形体を非酸化性雰囲気中で温度６００〜８０
０℃で１〜２時間加熱して、予め添加していた有機バイ
ンダ成分を充分に除去し、脱脂する。次に脱脂処理され
た成形体を窒素ガス、水素ガスやアルゴンガスなどの不
活性ガス雰囲気中で１８００〜２０００℃の温度で所定
時間雰囲気加圧焼結を行う。
【００３５】上記製法によって製造された窒化けい素焼
結体は気孔率１．５％以下、６０Ｗ／ｍ・Ｋ（２５℃）
以上の熱伝導率を有し、また三点曲げ強度が常温で８０
kg／mm2 以上と機械的特性にも優れている。
結体は気孔率１．５％以下、６０Ｗ／ｍ・Ｋ（２５℃）
以上の熱伝導率を有し、また三点曲げ強度が常温で８０
kg／mm2 以上と機械的特性にも優れている。
【００３６】
【実施例】次に本発明を以下に示す実施例を参照して具
体的に説明する。
体的に説明する。
【００３７】実施例１〜３ 酸素を１．３重量％、不純物陽イオン元素を０．１５重
量％含有し、α相型窒化けい素９７％を含む平均粒径
０．５５μｍの窒化けい素原料粉末に対して、焼結助剤
として平均粒径０．７μｍのＹ2 Ｏ3 （酸化イットリウ
ム）粉末５重量％、平均粒径０．５μｍのＡｌ2 Ｏ
3 （アルミナ）粉末１．５重量％を添加し、エチルアル
コール中で２４時間湿式混合した後に乾燥して原料粉末
混合体を調整した。次に得られた原料粉末混合体に有機
バインダを所定量添加して均一に混合した後に、１００
０kg／cm2 の成形圧力でプレス成形し、長さ５０mm×幅
５０mm×厚さ５mmの成形体を多数製作した。次に得られ
た成形体を７００℃の雰囲気ガス中において２時間脱脂
した後に、この脱脂体を窒素ガス雰囲気中７．５気圧に
て１９００℃で６時間保持し、緻密化焼結を実施した後
に、焼結炉に付設した加熱装置への通電量を制御して焼
結炉内温度が１５００℃まで降下するまでの間における
焼結体の冷却速度がそれぞれ１００℃／hr（実施例
１）、５０℃／hr（実施例２）、２５℃／hr（実施例
３）となるように調整して焼結体を冷却し、それぞれ実
施例１〜３に係る窒化けい素セラミックス焼結体を調製
した。
量％含有し、α相型窒化けい素９７％を含む平均粒径
０．５５μｍの窒化けい素原料粉末に対して、焼結助剤
として平均粒径０．７μｍのＹ2 Ｏ3 （酸化イットリウ
ム）粉末５重量％、平均粒径０．５μｍのＡｌ2 Ｏ
3 （アルミナ）粉末１．５重量％を添加し、エチルアル
コール中で２４時間湿式混合した後に乾燥して原料粉末
混合体を調整した。次に得られた原料粉末混合体に有機
バインダを所定量添加して均一に混合した後に、１００
０kg／cm2 の成形圧力でプレス成形し、長さ５０mm×幅
５０mm×厚さ５mmの成形体を多数製作した。次に得られ
た成形体を７００℃の雰囲気ガス中において２時間脱脂
した後に、この脱脂体を窒素ガス雰囲気中７．５気圧に
て１９００℃で６時間保持し、緻密化焼結を実施した後
に、焼結炉に付設した加熱装置への通電量を制御して焼
結炉内温度が１５００℃まで降下するまでの間における
焼結体の冷却速度がそれぞれ１００℃／hr（実施例
１）、５０℃／hr（実施例２）、２５℃／hr（実施例
３）となるように調整して焼結体を冷却し、それぞれ実
施例１〜３に係る窒化けい素セラミックス焼結体を調製
した。
【００３８】比較例１ 一方、緻密化焼結完了直後に、加熱装置電源をＯＦＦに
し、従来の炉冷による冷却速度（約５００℃／hr）で焼
結体を冷却した点以外は実施例１と同一条件で焼結処理
して比較例１に係る窒化けい素焼結体を調製した。
し、従来の炉冷による冷却速度（約５００℃／hr）で焼
結体を冷却した点以外は実施例１と同一条件で焼結処理
して比較例１に係る窒化けい素焼結体を調製した。
【００３９】比較例２ 酸素を１．５重量％、不純物陽イオン元素を０．６重量
％含有し、α相型窒化けい素９３％を含む平均粒径０．
６０μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例
１と同一条件で処理し、比較例２に係る窒化けい素セラ
ミックス焼結体を調製した。
％含有し、α相型窒化けい素９３％を含む平均粒径０．
６０μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例
１と同一条件で処理し、比較例２に係る窒化けい素セラ
ミックス焼結体を調製した。
【００４０】比較例３ 酸素を１．７重量％、不純物陽イオン元素を０．７重量
％含有し、α相型窒化けい素９１％を含む平均粒径１．
１μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例１
と同一条件で処理し、比較例３に係る窒化けい素焼結体
を調製した。
％含有し、α相型窒化けい素９１％を含む平均粒径１．
１μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例１
と同一条件で処理し、比較例３に係る窒化けい素焼結体
を調製した。
【００４１】こうして得た実施例１〜３および比較例１
〜３に係る窒化けい素焼結体について気孔率、熱伝導率
（２５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値を測定し
た。さらに、各焼結体をＸ線回折法によって粒界相に占
める結晶相の割合（面積比）を測定し、下記表１に示す
結果を得た。
〜３に係る窒化けい素焼結体について気孔率、熱伝導率
（２５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値を測定し
た。さらに、各焼結体をＸ線回折法によって粒界相に占
める結晶相の割合（面積比）を測定し、下記表１に示す
結果を得た。
【００４２】
【表１】
【００４３】表１に示す結果から明らかなように実施例
１〜３に係る窒化けい素セラミックス焼結体において
は、比較例１と比較して緻密化焼結完了直後における焼
結体の冷却速度を従来より低く設定しているため、粒界
相に結晶相を含み、結晶相の占める割合が高い程、高熱
伝導率を有する放熱性の高い高強度焼結体が得られた。
１〜３に係る窒化けい素セラミックス焼結体において
は、比較例１と比較して緻密化焼結完了直後における焼
結体の冷却速度を従来より低く設定しているため、粒界
相に結晶相を含み、結晶相の占める割合が高い程、高熱
伝導率を有する放熱性の高い高強度焼結体が得られた。
【００４４】一方、比較例１のように焼結体の冷却速度
を大きく設定し、急激に冷却した場合は粒界相が全て非
結晶質で形成され熱伝導率が低下した。また、比較例２
のように不純物陽イオン元素を０．６重量％と多く含有
した窒化けい素粉末を用いた場合は焼結体の冷却速度を
実施例１と同一にしても粒界相が全て非結晶質で形成さ
れ熱伝導率が低下した。
を大きく設定し、急激に冷却した場合は粒界相が全て非
結晶質で形成され熱伝導率が低下した。また、比較例２
のように不純物陽イオン元素を０．６重量％と多く含有
した窒化けい素粉末を用いた場合は焼結体の冷却速度を
実施例１と同一にしても粒界相が全て非結晶質で形成さ
れ熱伝導率が低下した。
【００４５】さらに比較例３のように平均粒径が１．１
μｍと粗い窒化けい素粉末を用いた場合は、焼結におい
て緻密化が不充分で強度、熱伝導率とも低下した。
μｍと粗い窒化けい素粉末を用いた場合は、焼結におい
て緻密化が不充分で強度、熱伝導率とも低下した。
【００４６】実施例４〜１２および比較例４〜７ 実施例４〜１２として実施例１において使用した窒化け
い素粉末とＹ2 Ｏ3粉末とＡｌ2 Ｏ3 粉末とを表２に示
す組成比となるように調合して原料混合体をそれぞれ調
製した。
い素粉末とＹ2 Ｏ3粉末とＡｌ2 Ｏ3 粉末とを表２に示
す組成比となるように調合して原料混合体をそれぞれ調
製した。
【００４７】次に得られた各原料混合体を実施例１と同
一条件で成形脱脂処理した後、表２に示す条件で焼結処
理してそれぞれ実施例４〜１２に係る窒化けい素セラミ
ックス焼結体を製造した。
一条件で成形脱脂処理した後、表２に示す条件で焼結処
理してそれぞれ実施例４〜１２に係る窒化けい素セラミ
ックス焼結体を製造した。
【００４８】一方比較例４〜７として表２に示すように
Ｙ2 Ｏ3 を過量に添加したもの（比較例４）、Ｙ2 Ｏ3
を過少量に添加したもの（比較例５）、Ａｌ2 Ｏ3 を過
量に添加したもの（比較例６）、Ｙ2 Ｏ3 を過量に添加
したもの（比較例７）の原料混合体をそれぞれ調製し、
実施例１と同一条件で原料混合から焼結操作を実施して
それぞれ比較例４〜７に係る焼結体を製造した。
Ｙ2 Ｏ3 を過量に添加したもの（比較例４）、Ｙ2 Ｏ3
を過少量に添加したもの（比較例５）、Ａｌ2 Ｏ3 を過
量に添加したもの（比較例６）、Ｙ2 Ｏ3 を過量に添加
したもの（比較例７）の原料混合体をそれぞれ調製し、
実施例１と同一条件で原料混合から焼結操作を実施して
それぞれ比較例４〜７に係る焼結体を製造した。
【００４９】こうして製造した実施例４〜１２および比
較例４〜７に係る各窒化けい素セラミックス焼結体につ
いて実施例１と同一条件で気孔率、熱伝導率（２５
℃）、室温での三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折法によ
る粒界相に占める結晶相の割合を測定し、下記表２に示
す結果を得た。
較例４〜７に係る各窒化けい素セラミックス焼結体につ
いて実施例１と同一条件で気孔率、熱伝導率（２５
℃）、室温での三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折法によ
る粒界相に占める結晶相の割合を測定し、下記表２に示
す結果を得た。
【００５０】
【表２】
【００５１】表２に示す結果から明らかなように、Ｙ2
Ｏ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 を所定量含有し、焼結後の冷却速度を
所定に設定した実施例４〜１２に係る焼結体は、いずれ
も高熱伝導率で高強度値を有している。一方、比較例４
〜７に示すように、Ｙ2 Ｏ3，Ａｌ2 Ｏ3 の少なくとも
１種の成分が過少量、あるいは過量添加された場合は、
緻密化が不充分であったり、粒界相が過量あるいは粒界
相に占める結晶相の割合が低過ぎるために、曲げ強度が
低下、または熱伝導率が劣ることが確認された。
Ｏ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 を所定量含有し、焼結後の冷却速度を
所定に設定した実施例４〜１２に係る焼結体は、いずれ
も高熱伝導率で高強度値を有している。一方、比較例４
〜７に示すように、Ｙ2 Ｏ3，Ａｌ2 Ｏ3 の少なくとも
１種の成分が過少量、あるいは過量添加された場合は、
緻密化が不充分であったり、粒界相が過量あるいは粒界
相に占める結晶相の割合が低過ぎるために、曲げ強度が
低下、または熱伝導率が劣ることが確認された。
【００５２】実施例１３〜１６ 実施例１３〜１６として実施例１において使用したＹ2
Ｏ3 粉末に置き換えて表３に示す希土類酸化物を使用し
た以外は実施例１と同一条件で実施例１３〜１６に係る
窒化けい素セラミックス焼結体を製造した。
Ｏ3 粉末に置き換えて表３に示す希土類酸化物を使用し
た以外は実施例１と同一条件で実施例１３〜１６に係る
窒化けい素セラミックス焼結体を製造した。
【００５３】こうして得た実施例１３〜１６に係る焼結
体について実施例１と同一条件で気孔率、熱伝導率（２
５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折によ
る粒界相に占める結晶相の割合を測定し下記表３に示す
結果を得た。
体について実施例１と同一条件で気孔率、熱伝導率（２
５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折によ
る粒界相に占める結晶相の割合を測定し下記表３に示す
結果を得た。
【００５４】
【表３】
【００５５】表３に示す結果から明らかなようにＹ2 Ｏ
3 に置き換えて他の希土類元素を使用した実施例１３〜
１６に係る焼結体はＹ2 Ｏ3 添加のものと同等の性能を
有することが確認された。
3 に置き換えて他の希土類元素を使用した実施例１３〜
１６に係る焼結体はＹ2 Ｏ3 添加のものと同等の性能を
有することが確認された。
【００５６】次に添加剤として窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）を使用した場合について以下に示す実施例を参照し
て具体的に説明する。
Ｎ）を使用した場合について以下に示す実施例を参照し
て具体的に説明する。
【００５７】実施例１７〜１９ 酸素を１．３重量％、不純物陽イオン元素を０．１５重
量％含有し、α相型窒化けい素９７％を含む平均粒径
０．５５μｍの窒化けい素原料粉末に対して、焼結助剤
として平均粒径０．７μｍのＹ2 Ｏ3 （酸化イットリウ
ム）粉末５重量％、平均粒径０．８μｍのＡｌＮ（窒化
アルミニウム）粉末１重量％を添加し、エチルアルコー
ル中で２４時間湿式混合した後に乾燥して原料粉末混合
体を調整した。次に得られた原料粉末混合体に有機バイ
ンダを所定量添加して均一に混合した後に、１０００kg
／cm2 の成形圧力でプレス成形し、長さ５０mm×幅５０
mm×厚さ５mmの成形体を多数製作した。次に得られた成
形体を７００℃の雰囲気ガス中において２時間脱脂した
後に、この脱脂体を窒素ガス雰囲気中７．５気圧にて１
９００℃で６時間保持し、緻密化焼結を実施した後に、
焼結炉に付設した加熱装置への通電量を制御して焼結炉
内温度が１５００℃まで降下するまでの間における焼結
体の冷却速度がそれぞれ１００℃／hr（実施例１７）、
５０℃／hr（実施例１８）、２５℃／hr（実施例１９）
となるように調整して焼結体を冷却し、それぞれ実施例
１７〜１９に係る窒化けい素セラミックス焼結体を調製
した。
量％含有し、α相型窒化けい素９７％を含む平均粒径
０．５５μｍの窒化けい素原料粉末に対して、焼結助剤
として平均粒径０．７μｍのＹ2 Ｏ3 （酸化イットリウ
ム）粉末５重量％、平均粒径０．８μｍのＡｌＮ（窒化
アルミニウム）粉末１重量％を添加し、エチルアルコー
ル中で２４時間湿式混合した後に乾燥して原料粉末混合
体を調整した。次に得られた原料粉末混合体に有機バイ
ンダを所定量添加して均一に混合した後に、１０００kg
／cm2 の成形圧力でプレス成形し、長さ５０mm×幅５０
mm×厚さ５mmの成形体を多数製作した。次に得られた成
形体を７００℃の雰囲気ガス中において２時間脱脂した
後に、この脱脂体を窒素ガス雰囲気中７．５気圧にて１
９００℃で６時間保持し、緻密化焼結を実施した後に、
焼結炉に付設した加熱装置への通電量を制御して焼結炉
内温度が１５００℃まで降下するまでの間における焼結
体の冷却速度がそれぞれ１００℃／hr（実施例１７）、
５０℃／hr（実施例１８）、２５℃／hr（実施例１９）
となるように調整して焼結体を冷却し、それぞれ実施例
１７〜１９に係る窒化けい素セラミックス焼結体を調製
した。
【００５８】比較例８ 一方、緻密化焼結完了直後に、加熱装置電源をＯＦＦに
し、従来の炉冷による冷却速度（約５００℃／hr）で焼
結体を冷却した点以外は実施例１７と同一条件で焼結処
理して比較例８に係る窒化けい素焼結体を調製した。
し、従来の炉冷による冷却速度（約５００℃／hr）で焼
結体を冷却した点以外は実施例１７と同一条件で焼結処
理して比較例８に係る窒化けい素焼結体を調製した。
【００５９】比較例９ 酸素を１．５重量％、不純物陽イオン元素を０．６重量
％含有し、α相型窒化けい素９３％を含む平均粒径０．
６０μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例
１７と同一条件で処理し、比較例９に係る窒化けい素セ
ラミックス焼結体を調製した。
％含有し、α相型窒化けい素９３％を含む平均粒径０．
６０μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例
１７と同一条件で処理し、比較例９に係る窒化けい素セ
ラミックス焼結体を調製した。
【００６０】比較例１０ 酸素を１．７重量％、不純物陽イオン元素を０．７重量
％含有し、α相型窒化けい素９１％を含む平均粒径１．
１μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例１
７と同一条件で処理し、比較例１０に係る窒化けい素焼
結体を調製した。
％含有し、α相型窒化けい素９１％を含む平均粒径１．
１μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例１
７と同一条件で処理し、比較例１０に係る窒化けい素焼
結体を調製した。
【００６１】こうして得た実施例１７〜１９および比較
例８〜１０に係る窒化けい素焼結体について気孔率、熱
伝導率（２５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値を測
定した。さらに、各焼結体をＸ線回折法によって粒界相
に占める結晶相の割合（面積比）を測定し、下記表４に
示す結果を得た。
例８〜１０に係る窒化けい素焼結体について気孔率、熱
伝導率（２５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値を測
定した。さらに、各焼結体をＸ線回折法によって粒界相
に占める結晶相の割合（面積比）を測定し、下記表４に
示す結果を得た。
【００６２】
【表４】
【００６３】表４に示す結果から明らかなように実施例
１７〜１９に係る窒化けい素セラミックス焼結体におい
ては、比較例８と比較して緻密化焼結完了直後における
焼結体の冷却速度を従来より低く設定しているため、粒
界相に結晶相を含み、結晶相の占める割合が高い程、高
熱伝導率を有する放熱性の高い高強度焼結体が得られ
た。
１７〜１９に係る窒化けい素セラミックス焼結体におい
ては、比較例８と比較して緻密化焼結完了直後における
焼結体の冷却速度を従来より低く設定しているため、粒
界相に結晶相を含み、結晶相の占める割合が高い程、高
熱伝導率を有する放熱性の高い高強度焼結体が得られ
た。
【００６４】一方、比較例８のように焼結体の冷却速度
を大きく設定し、急激に冷却した場合は粒界相が全て非
結晶質で形成され熱伝導率が低下した。また、比較例９
のように不純物陽イオン元素を０．６重量％と多く含有
した窒化けい素粉末を用いた場合は焼結体の冷却速度を
実施例１７と同一にしても粒界相が全て非結晶質で形成
され熱伝導率が低下した。
を大きく設定し、急激に冷却した場合は粒界相が全て非
結晶質で形成され熱伝導率が低下した。また、比較例９
のように不純物陽イオン元素を０．６重量％と多く含有
した窒化けい素粉末を用いた場合は焼結体の冷却速度を
実施例１７と同一にしても粒界相が全て非結晶質で形成
され熱伝導率が低下した。
【００６５】さらに比較例１０のように平均粒径が１．
１μｍと粗い窒化けい素粉末を用いた場合は、焼結にお
いて緻密化が不充分で強度、熱伝導率とも低下した。
１μｍと粗い窒化けい素粉末を用いた場合は、焼結にお
いて緻密化が不充分で強度、熱伝導率とも低下した。
【００６６】実施例２０〜３１および比較例１１〜１７ 実施例２０〜３１として実施例１７において使用した窒
化けい素粉末とＹ2 Ｏ3 粉末とＡｌＮ粉末と平均粒径
０．５μｍのＡｌ2 Ｏ3 粉末とを表５に示す組成比とな
るように調合して原料混合体をそれぞれ調製した。
化けい素粉末とＹ2 Ｏ3 粉末とＡｌＮ粉末と平均粒径
０．５μｍのＡｌ2 Ｏ3 粉末とを表５に示す組成比とな
るように調合して原料混合体をそれぞれ調製した。
【００６７】次に得られた各原料混合体を実施例１７と
同一条件で成形脱脂処理した後、表５に示す条件で焼結
処理してそれぞれ実施例２０〜３１に係る窒化けい素セ
ラミックス焼結体を製造した。
同一条件で成形脱脂処理した後、表５に示す条件で焼結
処理してそれぞれ実施例２０〜３１に係る窒化けい素セ
ラミックス焼結体を製造した。
【００６８】一方比較例１１〜１７として表５に示すよ
うにＹ2 Ｏ3 を過量に添加したもの（比較例１１）、Ｙ
2 Ｏ3 を過少量に添加したもの（比較例１２）、ＡｌＮ
を過量に添加したもの（比較例１３）、Ｙ2 Ｏ3 を過量
に添加したもの（比較例１４），ＡｌＮとＡｌ2 Ｏ3 と
の合計添加量を過量に設定したもの（比較例１５および
１６），上記合計添加量を過少に設定したも（比較例１
７）の原料混合体をそれぞれ調製し、実施例１７と同一
条件で原料混合から焼結操作を実施してそれぞれ比較例
１１〜１７に係る焼結体を製造した。
うにＹ2 Ｏ3 を過量に添加したもの（比較例１１）、Ｙ
2 Ｏ3 を過少量に添加したもの（比較例１２）、ＡｌＮ
を過量に添加したもの（比較例１３）、Ｙ2 Ｏ3 を過量
に添加したもの（比較例１４），ＡｌＮとＡｌ2 Ｏ3 と
の合計添加量を過量に設定したもの（比較例１５および
１６），上記合計添加量を過少に設定したも（比較例１
７）の原料混合体をそれぞれ調製し、実施例１７と同一
条件で原料混合から焼結操作を実施してそれぞれ比較例
１１〜１７に係る焼結体を製造した。
【００６９】こうして製造した実施例２０〜３１および
比較例１１〜１７に係る各窒化けい素セラミックス焼結
体について実施例１７と同一条件で気孔率、熱伝導率
（２５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折
法による粒界相に占める結晶相の割合を測定し、下記表
５に示す結果を得た。
比較例１１〜１７に係る各窒化けい素セラミックス焼結
体について実施例１７と同一条件で気孔率、熱伝導率
（２５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折
法による粒界相に占める結晶相の割合を測定し、下記表
５に示す結果を得た。
【００７０】
【表５】
【００７１】表５に示す結果から明らかなように、Ｙ2
Ｏ3 ，ＡｌＮ，必要に応じてＡｌ2 Ｏ3 を所定量含有
し、焼結後の冷却速度を所定の低速度に設定した実施例
２０〜３１に係る焼結体は、いずれも高熱伝導率で高強
度値を有している。一方、比較例１１〜１７に示すよう
に、Ｙ2 Ｏ3 ，ＡｌＮの少なくとも１種の成分またはＡ
ｌＮとＡｌ2 Ｏ3 成分の合計量が過少量、あるいは過量
添加された場合は、緻密化が不充分であったり、粒界相
が過量あるいは粒界相に占める結晶相の割合が低過ぎる
ために、曲げ強度が低下、または熱伝導率が劣ることが
確認された。
Ｏ3 ，ＡｌＮ，必要に応じてＡｌ2 Ｏ3 を所定量含有
し、焼結後の冷却速度を所定の低速度に設定した実施例
２０〜３１に係る焼結体は、いずれも高熱伝導率で高強
度値を有している。一方、比較例１１〜１７に示すよう
に、Ｙ2 Ｏ3 ，ＡｌＮの少なくとも１種の成分またはＡ
ｌＮとＡｌ2 Ｏ3 成分の合計量が過少量、あるいは過量
添加された場合は、緻密化が不充分であったり、粒界相
が過量あるいは粒界相に占める結晶相の割合が低過ぎる
ために、曲げ強度が低下、または熱伝導率が劣ることが
確認された。
【００７２】実施例３２〜３５ 実施例３２〜３５として実施例１７において使用したＹ
2 Ｏ3 粉末に置き換えて表６に示す希土類酸化物を使用
した以外は実施例１７と同一条件で実施例３２〜３５に
係る窒化けい素セラミックス焼結体を製造した。
2 Ｏ3 粉末に置き換えて表６に示す希土類酸化物を使用
した以外は実施例１７と同一条件で実施例３２〜３５に
係る窒化けい素セラミックス焼結体を製造した。
【００７３】こうして得た実施例３２〜３５に係る焼結
体について実施例１７と同一条件で気孔率、熱伝導率
（２５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折
による粒界相に占める結晶相の割合を測定し下記表６に
示す結果を得た。
体について実施例１７と同一条件で気孔率、熱伝導率
（２５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折
による粒界相に占める結晶相の割合を測定し下記表６に
示す結果を得た。
【００７４】
【表６】
【００７５】表６に示す結果から明らかなようにＹ2 Ｏ
3 に置き換えて他の希土類元素を使用した実施例３２〜
３５に係る焼結体はＹ2 Ｏ3 添加のものと同等の性能を
有することが確認された。
3 に置き換えて他の希土類元素を使用した実施例３２〜
３５に係る焼結体はＹ2 Ｏ3 添加のものと同等の性能を
有することが確認された。
【００７６】
【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る高熱伝導
性窒化けい素焼結体およびその製造方法によれば、所定
の純度および粒径を有する微細な窒化けい素粉末に希土
類元素，窒化アルミニウムおよび／またはアルミナを所
定量添加して成形焼結し、焼結処理完了直後における焼
結体の冷却速度を毎時１００℃以下と小さく設定してい
るため、従来の炉冷のような急速冷却を実施した場合と
異なり、粒界相が非晶質から結晶相を含むものに変化
し、緻密で高強度かつ高い熱伝導率が得られる。したが
って、半導体用基板ならびに放熱板などの電子用部材と
して極めて有用である。
性窒化けい素焼結体およびその製造方法によれば、所定
の純度および粒径を有する微細な窒化けい素粉末に希土
類元素，窒化アルミニウムおよび／またはアルミナを所
定量添加して成形焼結し、焼結処理完了直後における焼
結体の冷却速度を毎時１００℃以下と小さく設定してい
るため、従来の炉冷のような急速冷却を実施した場合と
異なり、粒界相が非晶質から結晶相を含むものに変化
し、緻密で高強度かつ高い熱伝導率が得られる。したが
って、半導体用基板ならびに放熱板などの電子用部材と
して極めて有用である。
Claims (7)
- 【請求項１】 希土類元素を酸化物に換算して２．０〜
７．５重量％、不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎ
ａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを
０．３重量％以下含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以
上であることを特徴とする高熱伝導性窒化けい素焼結
体。 - 【請求項２】 希土類元素を酸化物に換算して２．０〜
７．５重量％、アルミニウムをアルミナに換算して２．
０重量％以下、その他不純物陽イオン元素としてのＬ
ｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，
Ｂを０．３重量％以下含有し、窒化けい素結晶および粒
界相から成ることを特徴とする高熱伝導性窒化けい素焼
結体。 - 【請求項３】 希土類元素を酸化物に換算して２．０〜
７．５重量％、窒化アルミニウムを２．０重量％以下、
その他不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Na，Ｋ，Ｆ
ｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを０．３重量％
以下含有し、窒化けい素結晶および粒界相から成ること
を特徴とする高熱伝導性窒化けい素焼結体。 - 【請求項４】 希土類元素を酸化物に換算して２．０〜
７．５重量％、アルミニウムをアルミナに換算して２．
０重量％以下、窒化アルミニウムを２．０重量％以下、
その他不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆ
ｅ，Ｃａ，Mg，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを０．３重量％以
下含有し、窒化けい素結晶および粒界相から成ることを
特徴とする高熱伝導性窒化けい素焼結体。 - 【請求項５】 粒界相中における結晶化合物相の粒界相
全体に対する面積比が２０％以上であることを特徴とす
る請求項２，３または４記載の高熱伝導性窒化けい素焼
結体。 - 【請求項６】 気孔率が容量比で１．５％以下、熱伝導
率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、三点曲げ強度が室温で８０kg
／mm2 以上である請求項２，３または４記載の高熱伝導
性窒化けい素焼結体。 - 【請求項７】 酸素を１．７重量％以下、不純物陽イオ
ン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓ
ｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを０．３重量％以下、α相型窒化け
い素を９０重量％以上含有し、平均粒径０．８μｍ以下
の窒化けい素粉末に、希土類元素を酸化物に換算して
２．０〜７．５重量％と、アルミナおよび窒化アルミニ
ウムの少なくとも一方を２．０重量％以下とを添加した
原料混合体を成形して成形体を調製し、得られた成形体
を脱脂後、温度１８００〜２０００℃で雰囲気加圧焼結
し、上記焼結温度から、上記希土類元素により焼結時に
形成された液相が凝固する温度までに至る焼結体の冷却
速度を毎時１００℃以下に設定したことを特徴とする高
熱伝導性窒化けい素焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5192561A JP2871410B2 (ja) | 1992-09-08 | 1993-08-03 | 高熱伝導性窒化けい素焼結体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23976992 | 1992-09-08 | ||
| JP4-239769 | 1992-09-08 | ||
| JP5192561A JP2871410B2 (ja) | 1992-09-08 | 1993-08-03 | 高熱伝導性窒化けい素焼結体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06135771A true JPH06135771A (ja) | 1994-05-17 |
| JP2871410B2 JP2871410B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=26507391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5192561A Expired - Lifetime JP2871410B2 (ja) | 1992-09-08 | 1993-08-03 | 高熱伝導性窒化けい素焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2871410B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07187795A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-07-25 | Honda Motor Co Ltd | 窒化珪素セラミックス材料 |
| WO1997000837A1 (en) * | 1995-06-23 | 1997-01-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Highly heat-conductive silicon nitride sinter, process for producing the same, and pressure-welded structure |
| JPH0969594A (ja) * | 1995-06-23 | 1997-03-11 | Toshiba Corp | 圧接用窒化けい素放熱板およびそれを用いた圧接構造部品 |
| JPH11100276A (ja) * | 1997-09-29 | 1999-04-13 | Kyocera Corp | 電子部品搭載用窒化ケイ素質基板及びその製造方法 |
| EP0963965A1 (en) * | 1997-09-03 | 1999-12-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon nitride sinter having high thermal conductivity and process for preparing the same |
| JP2000034172A (ja) * | 1998-05-12 | 2000-02-02 | Toshiba Corp | 高熱伝導性窒化けい素焼結体およびその製造方法 |
| WO2005030674A1 (ja) * | 2003-09-25 | 2005-04-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | 窒化けい素製耐摩耗性部材およびその製造方法 |
| US7192899B2 (en) | 2004-05-20 | 2007-03-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Silicon nitride sintered body having high heat conductivity and silicon nitride structural element |
| WO2008032427A1 (fr) | 2006-09-13 | 2008-03-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Élément coulissant et palier utilisant celui-ci |
| JP2017202949A (ja) * | 2016-05-10 | 2017-11-16 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミック焼結体、セラミックヒータおよびグロープラグ |
| CN115073186A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-09-20 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种氮化硅陶瓷烧结体及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03218975A (ja) * | 1990-01-23 | 1991-09-26 | Ngk Insulators Ltd | 窒化珪素体 |
-
1993
- 1993-08-03 JP JP5192561A patent/JP2871410B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03218975A (ja) * | 1990-01-23 | 1991-09-26 | Ngk Insulators Ltd | 窒化珪素体 |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07187795A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-07-25 | Honda Motor Co Ltd | 窒化珪素セラミックス材料 |
| WO1997000837A1 (en) * | 1995-06-23 | 1997-01-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Highly heat-conductive silicon nitride sinter, process for producing the same, and pressure-welded structure |
| JPH0969594A (ja) * | 1995-06-23 | 1997-03-11 | Toshiba Corp | 圧接用窒化けい素放熱板およびそれを用いた圧接構造部品 |
| US5744410A (en) * | 1995-06-23 | 1998-04-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High thermal conductive silicon nitride sintered body, method of producing the same and press-contacted body |
| JP2975882B2 (ja) * | 1995-06-23 | 1999-11-10 | 株式会社東芝 | 圧接用窒化けい素放熱板およびそれを用いた圧接構造部品 |
| US6143677A (en) * | 1997-09-03 | 2000-11-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon nitride sinter having high thermal conductivity and process for preparing the same |
| EP0963965A1 (en) * | 1997-09-03 | 1999-12-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon nitride sinter having high thermal conductivity and process for preparing the same |
| JPH11100276A (ja) * | 1997-09-29 | 1999-04-13 | Kyocera Corp | 電子部品搭載用窒化ケイ素質基板及びその製造方法 |
| JP2000034172A (ja) * | 1998-05-12 | 2000-02-02 | Toshiba Corp | 高熱伝導性窒化けい素焼結体およびその製造方法 |
| US6242374B1 (en) | 1998-05-12 | 2001-06-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High thermal conductive silicon nitride sintered body and method of producing the same |
| WO2005030674A1 (ja) * | 2003-09-25 | 2005-04-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | 窒化けい素製耐摩耗性部材およびその製造方法 |
| US7521388B2 (en) | 2003-09-25 | 2009-04-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Wear resistant member comprised of silicon nitride and process for producing the same |
| JP5002155B2 (ja) * | 2003-09-25 | 2012-08-15 | 株式会社東芝 | 窒化けい素製耐摩耗性部材およびその製造方法 |
| US7192899B2 (en) | 2004-05-20 | 2007-03-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Silicon nitride sintered body having high heat conductivity and silicon nitride structural element |
| WO2008032427A1 (fr) | 2006-09-13 | 2008-03-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Élément coulissant et palier utilisant celui-ci |
| US8579513B2 (en) | 2006-09-13 | 2013-11-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Slide member and bearing utilizing the same |
| JP2017202949A (ja) * | 2016-05-10 | 2017-11-16 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミック焼結体、セラミックヒータおよびグロープラグ |
| CN115073186A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-09-20 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种氮化硅陶瓷烧结体及其制备方法 |
| CN115073186B (zh) * | 2022-07-22 | 2023-05-23 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种氮化硅陶瓷烧结体及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2871410B2 (ja) | 1999-03-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4346151B2 (ja) | 高熱伝導性窒化けい素焼結体およびそれを用いた回路基板並びに集積回路 | |
| KR960006250B1 (ko) | 고열전도성 질화규소 소결체 및 그 제조방법 | |
| JP3100871B2 (ja) | 窒化アルミニウム焼結体 | |
| JP2871410B2 (ja) | 高熱伝導性窒化けい素焼結体およびその製造方法 | |
| JP3472585B2 (ja) | 窒化アルミニウム焼結体 | |
| WO2005049525A1 (ja) | 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体 | |
| JP3100892B2 (ja) | 高熱伝導性窒化けい素焼結体およびその製造方法 | |
| US6143677A (en) | Silicon nitride sinter having high thermal conductivity and process for preparing the same | |
| JP2774761B2 (ja) | 高熱伝導性窒化けい素焼結体およびその製造方法 | |
| JPH07172921A (ja) | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 | |
| JP5289184B2 (ja) | 高熱伝導性窒化けい素焼結体の製造方法 | |
| JPH09157030A (ja) | 窒化珪素焼結体の製造方法 | |
| JP3152790B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体の製造方法 | |
| JP2938153B2 (ja) | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 | |
| JP2000095569A (ja) | 高熱伝導性窒化けい素焼結体およびその製造方法 | |
| JPH01252584A (ja) | 複合セラミックス焼結体およびその製造方法 | |
| JPH03177361A (ja) | β―サイアロン―窒化硼素系複合焼結体の製造方法 | |
| JP2541150B2 (ja) | 窒化アルミニウム焼結体 | |
| JP2000044351A (ja) | 窒化珪素質放熱部材及びその製造方法 | |
| JPH02233560A (ja) | 高強度サイアロン基焼結体 | |
| JP4702978B2 (ja) | 窒化アルミニウム焼結体 | |
| JP2000191376A (ja) | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 | |
| JPH0559074B2 (ja) | ||
| JPH0678195B2 (ja) | 窒化アルミニウム焼結体 | |
| JP2536448B2 (ja) | 窒化アルミニウム焼結体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080108 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090108 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100108 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100108 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110108 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120108 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130108 Year of fee payment: 14 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140108 Year of fee payment: 15 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |