JPH0617223B2 - 均質なオキシ窒化アルミニウムの製造方法 - Google Patents
均質なオキシ窒化アルミニウムの製造方法Info
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- JPH0617223B2 JPH0617223B2 JP3105230A JP10523091A JPH0617223B2 JP H0617223 B2 JPH0617223 B2 JP H0617223B2 JP 3105230 A JP3105230 A JP 3105230A JP 10523091 A JP10523091 A JP 10523091A JP H0617223 B2 JPH0617223 B2 JP H0617223B2
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Description
【０００１】本発明は、耐久性の透明なセラミック化合
物に関する。可視範囲および赤外範囲において実質的な
透過性および像映能力を要する用途に、これらの化合物
が要求される。これらの要求は軍事的および商業的用途
において見い出すことができる。たとえば、赤外線に透
明なドームはミサイルに必要であり、そして透明なエン
ベロプは種々の型の蒸気ランプに必要である。多くの透
明な材料はこれらの用途において適当に耐久性がなく、
こうして、研究は透明なセラミックの開発に向けられて
きた。多くのセラミック化合物は耐久性の要件を満足す
るが、これらの用途に十分な程度に透明ではない。たと
えば、アルミナは十分にかたい材料であるが、主な問題
はそれが十分に透明でなく、そして光を過度に散乱する
ことである。候補材料についての追加の考慮は製造のコ
ストであり、こうして、これらの窓は個々の処理を要す
る方法はコストの観点から実施不能な代替法のままであ
る。この面から、段造法およびホットプレス法は望まし
くない。これはバッチ処理法を望ましい実施可能な代替
法として残し、そして焼結は単一の実験において複数の
単位の製造に適する。しかしながら、透明セラミックの
焼結は広く知られておらずまた実施されていない。
物に関する。可視範囲および赤外範囲において実質的な
透過性および像映能力を要する用途に、これらの化合物
が要求される。これらの要求は軍事的および商業的用途
において見い出すことができる。たとえば、赤外線に透
明なドームはミサイルに必要であり、そして透明なエン
ベロプは種々の型の蒸気ランプに必要である。多くの透
明な材料はこれらの用途において適当に耐久性がなく、
こうして、研究は透明なセラミックの開発に向けられて
きた。多くのセラミック化合物は耐久性の要件を満足す
るが、これらの用途に十分な程度に透明ではない。たと
えば、アルミナは十分にかたい材料であるが、主な問題
はそれが十分に透明でなく、そして光を過度に散乱する
ことである。候補材料についての追加の考慮は製造のコ
ストであり、こうして、これらの窓は個々の処理を要す
る方法はコストの観点から実施不能な代替法のままであ
る。この面から、段造法およびホットプレス法は望まし
くない。これはバッチ処理法を望ましい実施可能な代替
法として残し、そして焼結は単一の実験において複数の
単位の製造に適する。しかしながら、透明セラミックの
焼結は広く知られておらずまた実施されていない。
【０００２】オキシ窒化アルミニウムは、多スペクトル
透過能力を要する用途のための有望な候補材料である。
焼結したオキシ窒化アルミニウム物体の製造を試みる唯
一の既知の先行技術は、米国特許第４，２４１，０００
号に記載されており、ここで先駆物質の粉末を混合し、
そして焼結工程を用いて先駆物質の粉末を反応させかつ
焼結して、オキシ窒化アルミニウム物体を製造する。問
題は、得られる材料が前述の用途に十分に透明でないと
いうことである。
透過能力を要する用途のための有望な候補材料である。
焼結したオキシ窒化アルミニウム物体の製造を試みる唯
一の既知の先行技術は、米国特許第４，２４１，０００
号に記載されており、ここで先駆物質の粉末を混合し、
そして焼結工程を用いて先駆物質の粉末を反応させかつ
焼結して、オキシ窒化アルミニウム物体を製造する。問
題は、得られる材料が前述の用途に十分に透明でないと
いうことである。
【０００３】これらおよび他の問題は、焼結して耐久性
の透明なセラミック窓を製造するためにとくに有用な、
実質的に均質な立方体のオキシ窒化アルミニウム粉末を
製造する方法を提供する本発明によって解決される。
の透明なセラミック窓を製造するためにとくに有用な、
実質的に均質な立方体のオキシ窒化アルミニウム粉末を
製造する方法を提供する本発明によって解決される。
【０００４】本発明によって製造されるオキシ窒化アル
ミニウムの実質的に均質な粉末を特別の添加剤とともに
焼結すると、可視および赤外の範囲において適度に透明
な窓が得られることを発見した。
ミニウムの実質的に均質な粉末を特別の添加剤とともに
焼結すると、可視および赤外の範囲において適度に透明
な窓が得られることを発見した。
【０００５】本発明によれば、酸化アルミニウム粉末と
カーボンブラックを反応室に入れ、前記室に窒素を供給
し、そして前記室を加熱して前記粉末とガスを反応させ
て、オキシ窒化アルミニウムから実質的になる反応した
粉末を生成する工程からなる、均質なオキシ窒化アルミ
ニウムの製造法が提供される。反応した粉末は、酸化ア
ルミニウム対窒化アルミニウムの比が立方体のオキシ窒
化アルミニウムの組成の範囲内であるように、１５重量
％までの酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムを含
むこともできる。
カーボンブラックを反応室に入れ、前記室に窒素を供給
し、そして前記室を加熱して前記粉末とガスを反応させ
て、オキシ窒化アルミニウムから実質的になる反応した
粉末を生成する工程からなる、均質なオキシ窒化アルミ
ニウムの製造法が提供される。反応した粉末は、酸化ア
ルミニウム対窒化アルミニウムの比が立方体のオキシ窒
化アルミニウムの組成の範囲内であるように、１５重量
％までの酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムを含
むこともできる。
【０００６】酸化アルミニウムとカーボンブラックとの
混合物を調製し、この混合物を窒素の存在下に１５５０
〜２１４０、好ましくは１５５０〜１８５０℃の範囲の
温度において反応させて得られた本発明のオキシ窒化ア
ルミニウムの混合物から前もって決定した形状のプレス
した生の物体を形状し、前記生の物体を焼結室に入れ、
前記室にドーピング添加剤を供給し、前記添加剤はイッ
トリウムおよびランタンの群より選ばれた１種またはそ
れ以上の元素、またはそれらの化合物からなり、そして
前記生の物体を１９００℃より高いが、オキシ窒化アル
ミニウムの固相線温度よりも低い温度において焼結する
ことによって透明な焼結したオキシ窒化アルミニウム物
体を製造することができる。好ましくは、ドーピング剤
は、前記焼結工程の一部分の間蒸気相であり、そして蒸
気は前記物体へ移行しかつその中に全体にわたって拡散
する。ドーピング添加剤は、生の物体の０．５重量％以
下を構成する。好ましい出発混合物は、５．４〜７．１
重量％の範囲の炭素含量を有する。好ましくは、反応し
た混合物を０．５〜５ミクロンの範囲の大きさの粒子に
破砕し、そして反応した混合物を空気または酸素中で加
熱して、存在するかも知れない有機の汚染物質を除去す
る。
混合物を調製し、この混合物を窒素の存在下に１５５０
〜２１４０、好ましくは１５５０〜１８５０℃の範囲の
温度において反応させて得られた本発明のオキシ窒化ア
ルミニウムの混合物から前もって決定した形状のプレス
した生の物体を形状し、前記生の物体を焼結室に入れ、
前記室にドーピング添加剤を供給し、前記添加剤はイッ
トリウムおよびランタンの群より選ばれた１種またはそ
れ以上の元素、またはそれらの化合物からなり、そして
前記生の物体を１９００℃より高いが、オキシ窒化アル
ミニウムの固相線温度よりも低い温度において焼結する
ことによって透明な焼結したオキシ窒化アルミニウム物
体を製造することができる。好ましくは、ドーピング剤
は、前記焼結工程の一部分の間蒸気相であり、そして蒸
気は前記物体へ移行しかつその中に全体にわたって拡散
する。ドーピング添加剤は、生の物体の０．５重量％以
下を構成する。好ましい出発混合物は、５．４〜７．１
重量％の範囲の炭素含量を有する。好ましくは、反応し
た混合物を０．５〜５ミクロンの範囲の大きさの粒子に
破砕し、そして反応した混合物を空気または酸素中で加
熱して、存在するかも知れない有機の汚染物質を除去す
る。
【０００７】上記のオキシ窒化アルミウム物体の製造に
よって、理論密度の少なくとも９９％の密度を有し、
１．４５ｍｍの厚さの試料が０．３〜５ミクロンの波長
範囲において少なくとも５０％のインライン透過率を有
することを特徴とする多結晶質のドープされた立方体の
オキシ窒化アルミニウム物体が提供される。
よって、理論密度の少なくとも９９％の密度を有し、
１．４５ｍｍの厚さの試料が０．３〜５ミクロンの波長
範囲において少なくとも５０％のインライン透過率を有
することを特徴とする多結晶質のドープされた立方体の
オキシ窒化アルミニウム物体が提供される。
【０００８】本発明は、ガンマ−酸化アルミニウムと炭
素とを窒素雰囲気中で反応させることにより、実質的に
均質な立方体のオキシ窒化アルミニウム粉末を製造す
る。さらに詳しくは、酸化アルミニウム（アルミナ）と
カーボンブラックを、たとえば、パターソン−ケリーツ
イン−シェルブレンダー中で、２時間まで乾式混合す
る。好ましくは、酸化アルミニウムは少なくとも９９．
９８％の純度と０．０６ミクロンの平均粒子大きさを有
し、そしてカーボンブラックは９７．６％以上の純度お
よび２．４％の揮発分と０．０２７ミクロンの平均粒子
大きさを有する。この混合物の炭素含量は、５．４〜
７．１重量％の範囲であることができる。好ましい混合
物は、５．６重量％のカーボンブラックと９４．４重量
％の酸化アルミニウムからなる。酸化アルミニウム／炭
素混合物をアルミナるつぼに入れ、流れる窒素の雰囲気
中で１５５０℃〜２１４０℃、好ましくは１５５０〜１
８５０℃の温度において２時間まで最高温度で反応させ
る。好ましい熱処理は２工程である。第１工程におい
て、ほぼ１５５０℃の温度をほぼ１時間使用し、これに
よって、アルミナ対炭素の比を適当にするため、温度に
不安定なガンマ−酸化アルミニウムを炭素および窒素と
部分的にのみ反応させて、アルファ−酸化アルミニウム
および窒化アルミニウムの両者を生成する。１５５０℃
における１時間のソーキングは、Ａｌ２Ｏ３の適切な量
をＡｌＮに転化するために十分である。第２工程におい
て、１７５０℃ないしオキシ窒化アルミニウムの固相線
温度（２１４０℃）までの温度をほぼ４０分間用い、こ
れによってアルファ−酸化アルミニウムおよび窒化アル
ミニウムを結合して、立方体のオキシ窒化アルミニウム
を形成する。
素とを窒素雰囲気中で反応させることにより、実質的に
均質な立方体のオキシ窒化アルミニウム粉末を製造す
る。さらに詳しくは、酸化アルミニウム（アルミナ）と
カーボンブラックを、たとえば、パターソン−ケリーツ
イン−シェルブレンダー中で、２時間まで乾式混合す
る。好ましくは、酸化アルミニウムは少なくとも９９．
９８％の純度と０．０６ミクロンの平均粒子大きさを有
し、そしてカーボンブラックは９７．６％以上の純度お
よび２．４％の揮発分と０．０２７ミクロンの平均粒子
大きさを有する。この混合物の炭素含量は、５．４〜
７．１重量％の範囲であることができる。好ましい混合
物は、５．６重量％のカーボンブラックと９４．４重量
％の酸化アルミニウムからなる。酸化アルミニウム／炭
素混合物をアルミナるつぼに入れ、流れる窒素の雰囲気
中で１５５０℃〜２１４０℃、好ましくは１５５０〜１
８５０℃の温度において２時間まで最高温度で反応させ
る。好ましい熱処理は２工程である。第１工程におい
て、ほぼ１５５０℃の温度をほぼ１時間使用し、これに
よって、アルミナ対炭素の比を適当にするため、温度に
不安定なガンマ−酸化アルミニウムを炭素および窒素と
部分的にのみ反応させて、アルファ−酸化アルミニウム
および窒化アルミニウムの両者を生成する。１５５０℃
における１時間のソーキングは、Ａｌ２Ｏ３の適切な量
をＡｌＮに転化するために十分である。第２工程におい
て、１７５０℃ないしオキシ窒化アルミニウムの固相線
温度（２１４０℃）までの温度をほぼ４０分間用い、こ
れによってアルファ−酸化アルミニウムおよび窒化アル
ミニウムを結合して、立方体のオキシ窒化アルミニウム
を形成する。
【０００９】この熱処理から得られる反応した物質は、
立方体のオキシ窒化アルミニウムから主として構成され
るが、酸化アルミニウム対窒化アルミニウムの比が立方
体のオキシ窒化アルミニウムの組成範囲内であるよう
に、１５重量％までの量でアルミナおよび／または窒化
アルミニウムを含有する。アルミナおよび窒化アルミニ
ウムの量は、熱処理および第１加熱工程において生成す
る窒化アルミニウムの量によってコントロールすること
ができ、窒化アルミニウムの量は出発混合物中の炭素の
量に依存する。
立方体のオキシ窒化アルミニウムから主として構成され
るが、酸化アルミニウム対窒化アルミニウムの比が立方
体のオキシ窒化アルミニウムの組成範囲内であるよう
に、１５重量％までの量でアルミナおよび／または窒化
アルミニウムを含有する。アルミナおよび窒化アルミニ
ウムの量は、熱処理および第１加熱工程において生成す
る窒化アルミニウムの量によってコントロールすること
ができ、窒化アルミニウムの量は出発混合物中の炭素の
量に依存する。
【００１０】１６２０℃で処理した試料５を除いて、１
５５０℃における好ましい１時間のソーキングを用いる
第１工程のため、表１に、出発混合物中の炭素の種々の
量および熱処理の第２工程の間に種々の温度を用いた効
果を示す。
５５０℃における好ましい１時間のソーキングを用いる
第１工程のため、表１に、出発混合物中の炭素の種々の
量および熱処理の第２工程の間に種々の温度を用いた効
果を示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】好ましい熱処理は、実質的に１００％のオ
キシ窒化アルミニウムからなる組成物を生成し、これは
試料５に相当する。別の好ましい得られる組成物は試料
１のそれである。得られるオキシ窒化アルミニウム粉末
は、凝集した粒子から成り、これらの粒子はボールミリ
ングの間容易に破壊されて、０．５〜５ミクロンの大き
さの粒子となる。
キシ窒化アルミニウムからなる組成物を生成し、これは
試料５に相当する。別の好ましい得られる組成物は試料
１のそれである。得られるオキシ窒化アルミニウム粉末
は、凝集した粒子から成り、これらの粒子はボールミリ
ングの間容易に破壊されて、０．５〜５ミクロンの大き
さの粒子となる。
【００１３】反応した物質を、ミリング流体としてメタ
ノールおよび高アルミナ粉砕球を用いて、ポリウレタン
またはゴムライニングしたミル中で、ボールミリングす
る。ミリング時間は１６時間である。ミリングした粉末
を４００メッシュのふるいに通し、６５℃で２４時間ま
で乾燥する。乾燥後、粉末を空気中で６００℃に２時間
加熱して、有機汚染物質を除去する。
ノールおよび高アルミナ粉砕球を用いて、ポリウレタン
またはゴムライニングしたミル中で、ボールミリングす
る。ミリング時間は１６時間である。ミリングした粉末
を４００メッシュのふるいに通し、６５℃で２４時間ま
で乾燥する。乾燥後、粉末を空気中で６００℃に２時間
加熱して、有機汚染物質を除去する。
【００１４】焼結助剤を、ここで、予備選択したドーピ
ング添加剤のオキシ窒化アルミニウム粉末の０．５重量
％までの少量の形で加える。また、添加剤はイットリウ
ムおよびランタンの群より選ばれた元素、またはその化
合物からなることができる。ランタニド系列の他の元素
を同様に使用できると信じられる。好ましくは、選択し
た元素の酸化物を使用する。ドーピング添加剤の組み合
わせは、添加剤の合計量が０．５０重量％を超えないか
ぎり、使用することもできる。好ましい組み合わせは、
０．０８重量％の酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）および
０．０２重量％の酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）からな
る。あるいは、ドーピング剤は、オキシ窒化アルミニウ
ム粉末のボールミリングの間加えることができる。
ング添加剤のオキシ窒化アルミニウム粉末の０．５重量
％までの少量の形で加える。また、添加剤はイットリウ
ムおよびランタンの群より選ばれた元素、またはその化
合物からなることができる。ランタニド系列の他の元素
を同様に使用できると信じられる。好ましくは、選択し
た元素の酸化物を使用する。ドーピング添加剤の組み合
わせは、添加剤の合計量が０．５０重量％を超えないか
ぎり、使用することもできる。好ましい組み合わせは、
０．０８重量％の酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）および
０．０２重量％の酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）からな
る。あるいは、ドーピング剤は、オキシ窒化アルミニウ
ム粉末のボールミリングの間加えることができる。
【００１５】添加剤含有オキシ窒化アルミニウム粉末
を、前もって決定した形状のゴムの型に入れ、１５，０
００ｐｓｉより大きい圧力で均衡にプレスして、焼結に
使用する生の物体を製造する。製作した生の物体を、焼
結室内の容器中で固化する。容器は窒化ホウ素から完全
になるか、あるいは一部分の窒化ホウ素と一部分のモリ
ブデン金属とから構成されている。焼結は、次いで、０
〜５ｐｓｉｇにおいて窒素の流れない雰囲気中で実施す
る。実質的に透明な材料を得るためには、焼結温度は１
９００℃より高いが、ほぼ２１４０℃であるオキシ窒化
アルミニウムの固相線温度よりも低い。焼結は最短２４
時間から４８時間までの間実施する。
を、前もって決定した形状のゴムの型に入れ、１５，０
００ｐｓｉより大きい圧力で均衡にプレスして、焼結に
使用する生の物体を製造する。製作した生の物体を、焼
結室内の容器中で固化する。容器は窒化ホウ素から完全
になるか、あるいは一部分の窒化ホウ素と一部分のモリ
ブデン金属とから構成されている。焼結は、次いで、０
〜５ｐｓｉｇにおいて窒素の流れない雰囲気中で実施す
る。実質的に透明な材料を得るためには、焼結温度は１
９００℃より高いが、ほぼ２１４０℃であるオキシ窒化
アルミニウムの固相線温度よりも低い。焼結は最短２４
時間から４８時間までの間実施する。
【００１６】
【表２】
【００１７】表２は、オキシ窒化アルミニウムの生ずる
透明度の添加剤、時間および温度の効果をある程度示
す。密度はアルキメデス法により測定し、インライン透
過率はパーキン−エルマー４５７格子赤外分光光度計に
より測定し、そして分解角は標準ＵＳＡＦ１９５１分解
角試験パターンを用いることにより測定した。温度は精
確に１０℃以内である。１９００℃の温度はＹ２Ｏ３お
よび／またはＬａ２Ｏ３の適切な量を与えた透明材料を
絶えず生成することがわかった最小温度である。添加剤
の最適な量は、初め存在しないが焼結後第２相として存
在する、粒界において液相を生成するために必要な最小
量である。０．１重量％は最良の結果を生ずるが、０．
０５重量％程度により微量は適切であることが期待され
る。すなわち、液相は急速な高密化および孔の除去を促
進する１９００℃付近において形成する。この液相は、
ＹおよびＬａがオキシ窒化アルミニウムと固溶体になる
につれて消失する。この液相の焼結過程は、焼結過程に
おいて早い時期の焼結温度において存在すると考えられ
る。この後、固体状態の拡散は、残留する多孔性が排除
されかつ実質的な透明性が達成される手段である。固体
状態の拡散による多孔性の排除は、より長い時間を必要
とする非常に遅い孔排除手段であり、２４時間は最小の
好ましい期間である。これは試料２および６により確認
され、ここで、適切な量の添加剤を使用した場合でさ
え、焼結期間が、それぞれ、１時間および８時間に制限
されたため、試料は半透明のままである。
透明度の添加剤、時間および温度の効果をある程度示
す。密度はアルキメデス法により測定し、インライン透
過率はパーキン−エルマー４５７格子赤外分光光度計に
より測定し、そして分解角は標準ＵＳＡＦ１９５１分解
角試験パターンを用いることにより測定した。温度は精
確に１０℃以内である。１９００℃の温度はＹ２Ｏ３お
よび／またはＬａ２Ｏ３の適切な量を与えた透明材料を
絶えず生成することがわかった最小温度である。添加剤
の最適な量は、初め存在しないが焼結後第２相として存
在する、粒界において液相を生成するために必要な最小
量である。０．１重量％は最良の結果を生ずるが、０．
０５重量％程度により微量は適切であることが期待され
る。すなわち、液相は急速な高密化および孔の除去を促
進する１９００℃付近において形成する。この液相は、
ＹおよびＬａがオキシ窒化アルミニウムと固溶体になる
につれて消失する。この液相の焼結過程は、焼結過程に
おいて早い時期の焼結温度において存在すると考えられ
る。この後、固体状態の拡散は、残留する多孔性が排除
されかつ実質的な透明性が達成される手段である。固体
状態の拡散による多孔性の排除は、より長い時間を必要
とする非常に遅い孔排除手段であり、２４時間は最小の
好ましい期間である。これは試料２および６により確認
され、ここで、適切な量の添加剤を使用した場合でさ
え、焼結期間が、それぞれ、１時間および８時間に制限
されたため、試料は半透明のままである。
【００１８】上に考察した添加剤は、焼結前オキシ窒化
粉末と混合する必要はなく、また生の物体と直接に接触
して配置することは不必要であることを、理解すべきで
ある。再び、オキシ窒化アルミニウムのドーピングのた
め、選択した添加剤は焼結室内に存在することで十分で
ある。事実、オキシ窒化アルミニウム粉末から厳密に構
成された生の物体を、窒化ホウ素のプラットホーム上
で、酸化イットリウムを含有する隣接する生の物体と一
緒に、焼結した後、焼結したオキシ窒化アルミニウムの
透明性が予期されないほどに改良することが、発見され
た。したがって、添加剤を焼結室内に導入して、オキシ
窒化アルミニウムの圧縮体の現場の蒸気ドーピングを生
成することもできる。
粉末と混合する必要はなく、また生の物体と直接に接触
して配置することは不必要であることを、理解すべきで
ある。再び、オキシ窒化アルミニウムのドーピングのた
め、選択した添加剤は焼結室内に存在することで十分で
ある。事実、オキシ窒化アルミニウム粉末から厳密に構
成された生の物体を、窒化ホウ素のプラットホーム上
で、酸化イットリウムを含有する隣接する生の物体と一
緒に、焼結した後、焼結したオキシ窒化アルミニウムの
透明性が予期されないほどに改良することが、発見され
た。したがって、添加剤を焼結室内に導入して、オキシ
窒化アルミニウムの圧縮体の現場の蒸気ドーピングを生
成することもできる。
【００１９】焼結を増進するための別の添加剤の存在に
よる、現場の蒸気のドーピングの説明は、次のとおりで
あると信じられる。焼結温度において、オキシ窒化アル
ミニウムの混合物は、ＡｌｘＯｙガス種の有意に高い蒸
気圧を有する。このＡｌｘＯｙガスは容器中に存在する
近くの窒化ホウ素と反応して、Ｂ２Ｏ３ガスおよび／ま
たはＡｌＢＯ２ガス＋ＡｌＮ固体を生成する。Ｂ２Ｏ３
および／またはＡｌＢＯ２の蒸気はオキシ窒化アルミニ
ウムへ行き、それと反応して、粒界に液相を生成し、こ
れは焼結の初期の状態を高める。酸化イットリウムを添
加剤として使用する場合、Ｂ２Ｏ３もイットリウムドー
プしたオキシ窒化アルミニウムまたは純粋なＹ２Ｏ３と
反応して、ＹＢＯ２ガスを生成する。ＹＢＯ２蒸気はオ
キシ窒化アルミニウムへ移行し、そしてそれをホウ素お
よびイットリウムでドーピングする。他の元素を添加剤
として使用する場合、Ｂ２Ｏ３は同様に反応して、オキ
シ窒化アルミニウムの対応する蒸気のドーピングを提供
する。この添加剤のドーピングは、溶質を制動するか、
あるいは第２相の沈殿を粒界に刺し通し、こうして、そ
うでなければ粒子内孔を捕捉しうる過度の粒子生長を防
止することによって、焼結の最終段階を促進すると、信
じられる。
よる、現場の蒸気のドーピングの説明は、次のとおりで
あると信じられる。焼結温度において、オキシ窒化アル
ミニウムの混合物は、ＡｌｘＯｙガス種の有意に高い蒸
気圧を有する。このＡｌｘＯｙガスは容器中に存在する
近くの窒化ホウ素と反応して、Ｂ２Ｏ３ガスおよび／ま
たはＡｌＢＯ２ガス＋ＡｌＮ固体を生成する。Ｂ２Ｏ３
および／またはＡｌＢＯ２の蒸気はオキシ窒化アルミニ
ウムへ行き、それと反応して、粒界に液相を生成し、こ
れは焼結の初期の状態を高める。酸化イットリウムを添
加剤として使用する場合、Ｂ２Ｏ３もイットリウムドー
プしたオキシ窒化アルミニウムまたは純粋なＹ２Ｏ３と
反応して、ＹＢＯ２ガスを生成する。ＹＢＯ２蒸気はオ
キシ窒化アルミニウムへ移行し、そしてそれをホウ素お
よびイットリウムでドーピングする。他の元素を添加剤
として使用する場合、Ｂ２Ｏ３は同様に反応して、オキ
シ窒化アルミニウムの対応する蒸気のドーピングを提供
する。この添加剤のドーピングは、溶質を制動するか、
あるいは第２相の沈殿を粒界に刺し通し、こうして、そ
うでなければ粒子内孔を捕捉しうる過度の粒子生長を防
止することによって、焼結の最終段階を促進すると、信
じられる。
【００２０】別の説明によれば、イットリウム、または
その成分は、液相を形成する。この液相は焼結の早い段
階において急速な高密化および有意の孔除去を促進し、
その結果、焼結の最終段階において、排除すべき孔はよ
り少なく、そして高い密度および透明度が達成される。
この機構において、ホウ素はイットリウムをオキシ窒化
アルミニウムへ移行させるためのみ必要である。
その成分は、液相を形成する。この液相は焼結の早い段
階において急速な高密化および有意の孔除去を促進し、
その結果、焼結の最終段階において、排除すべき孔はよ
り少なく、そして高い密度および透明度が達成される。
この機構において、ホウ素はイットリウムをオキシ窒化
アルミニウムへ移行させるためのみ必要である。
【００２１】本発明の方法は、酸化アルミニウムと窒化
アルミニウムとを混合し、そしてそれらを反応させるこ
とによってオキシ窒化アルミニウムを製造する場合、通
常直面する多くの問題、たとえば、純度の変動、商業的
に入手できる窒化アルミニウムの大きい粒子大きさおよ
び広い大きさ分布、オキシ窒化アルミニウムの生成に要
する長い時間、および粒子の大きさを減少するために要
する長いミリング時間、それを原因とするオキシ窒化ア
ルミニウムの無機不純物含量の増加、を排除する。さら
に、本発明の方法は、出発成分としてより高価な窒化ア
ルミニウムの使用を回避し、オキシ窒化アルミニウムの
形成により短かい時間を必要とし、そして適当な粒子大
きさの均質な焼結可能な粉末を得るためにより少ないミ
リング時間を必要とすることによって、製造コストを減
少する。また、本発明の方法によって製造されたオキシ
窒化アルミニウム粉末は、焼結法の再現性を改良し、そ
して焼結製品の透明性を改良する。
アルミニウムとを混合し、そしてそれらを反応させるこ
とによってオキシ窒化アルミニウムを製造する場合、通
常直面する多くの問題、たとえば、純度の変動、商業的
に入手できる窒化アルミニウムの大きい粒子大きさおよ
び広い大きさ分布、オキシ窒化アルミニウムの生成に要
する長い時間、および粒子の大きさを減少するために要
する長いミリング時間、それを原因とするオキシ窒化ア
ルミニウムの無機不純物含量の増加、を排除する。さら
に、本発明の方法は、出発成分としてより高価な窒化ア
ルミニウムの使用を回避し、オキシ窒化アルミニウムの
形成により短かい時間を必要とし、そして適当な粒子大
きさの均質な焼結可能な粉末を得るためにより少ないミ
リング時間を必要とすることによって、製造コストを減
少する。また、本発明の方法によって製造されたオキシ
窒化アルミニウム粉末は、焼結法の再現性を改良し、そ
して焼結製品の透明性を改良する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エドワード・エイ・マガイア アメリカ合衆国マサチューセッツ州アシュ ランド，パイン・ヒル・ロード 113 (56)参考文献 米国特許第4241000（ＵＳ，Ａ)
Claims (13)
- 【請求項１】 酸化アルミニウム粉末及びカーボンブラ
ックを、カーボンブラックの含有率５．４〜７．１重量
％で反応室に導入し、窒素を前記室内に供給し、そして
前記室を約１５５０〜２１４０℃の範囲の温度に加熱し
て前記粉末とガスを反応させてオキシ窒化アルミニウム
を含む反応した粉末を生成する工程を含む均質な窒化ア
ルミニウムの製造方法。 - 【請求項２】 前記反応した粉末は、酸化アルミニウム
対窒化アルミニウムの比が立方体のオキシ窒化アルミニ
ウムの組成の範囲内であるように、１５重量％以下の酸
化アルミニウムと窒化アルミニウムを含むことができる
請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記加熱工程を、１５５０〜１８５０℃
の範囲の温度で行う請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 前記加熱工程は、前記酸化アルミニウム
粉末、カーボンブラック及び窒素を、約１５５０〜１６
２０℃の範囲の温度に第１の所定時間加熱して、前記酸
化アルミニウム、カーボンブラック及び窒素を酸化アル
ミニウム及び窒化アルミニウムに転化させ、前記酸化ア
ルミニウム及び窒化アルミニウムを、約１７５０〜２１
４０℃の範囲の温度に第２の所定時間加熱して、前記酸
化アルミニウム及び窒化アルミニウムを均質なオキシ窒
化アルミニウムに転化させる工程を更に含む請求項１記
載の方法。 - 【請求項５】 前記酸化アルミニウムは９９．９８％の
純度と約０．０６ミクロンの平均粒子大きさを有し、そ
して前記カーボンブラックは９７．６％の純度と約０．
０２７ミクロンの平均粒子大きさを有する請求項４記載
の方法。 - 【請求項６】 前記第２の加熱工程の間に、前記室を１
７５０〜１８２０℃の範囲の温度に加熱する請求項４記
載の方法。 - 【請求項７】 前記第１の加熱工程を約１５５０℃で約
１時間行い、前記第２の加熱工程を約１７５０℃で約４
０分行う請求項５記載の方法。 - 【請求項８】 前記第１の加熱工程を約１６２０℃で約
１時間行い、前記第２の加熱工程を約１８２０℃で約４
０分行う請求項５記載の方法。 - 【請求項９】 前記第１の加熱工程は、混合物中に存在
する温度に不安定なガンマ酸化アルミニウムを温度に安
定なアルファ酸化アルミニウムに転化する工程を更に含
み、前記第２の加熱工程は、前記の転化されたアルファ
酸化アルミニウム混合物と窒化アルミニウムを反応させ
てオキシ窒化アルミニウムを生成させる工程を含む請求
項６記載の方法。 - 【請求項１０】 前記反応した粉末をミリングして０．
５〜５ミクロンの範囲の大きさの粒子を製造する工程を
更に含む請求項２記載の方法。 - 【請求項１１】 前記粉末を、空気中で約６００℃未満
の温度に、混合物中に存在するすべての有機汚染物質が
実質的に除去されるまで加熱する工程を更に含む請求項
１０記載の方法。 - 【請求項１２】 酸化アルミニウムとカーボンブラック
との混合物を調製し、前記混合物の炭素含量は５．４〜
７．１重量％の範囲であり、流れる窒素雰囲気中で、前
記混合物をまず約１５５０℃の温度で１時間、次に少な
くとも１７５０℃の温度で４０分反応させ、反応した混
合物をボールミリングして約０．５〜５ミクロンの範囲
の粒子大きさを有する粉末を製造する工程を含む均質な
オキシ窒化アルミニウムの製造方法。 - 【請求項１３】 前記粉末を乾燥し、そして前記粉末
を、空気中で、約６００℃の温度で加熱して存在するか
もしれない全ての有機汚染物質を除去する工程を更に含
む請求項１２記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US29789781A | 1981-08-31 | 1981-08-31 | |
| US297897 | 1981-08-31 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57151659A Division JPS5874514A (ja) | 1981-08-31 | 1982-08-31 | 改良された光学特性を有するオキシ窒化アルミニウムおよびその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05294737A JPH05294737A (ja) | 1993-11-09 |
| JPH0617223B2 true JPH0617223B2 (ja) | 1994-03-09 |
Family
ID=23148182
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57151659A Granted JPS5874514A (ja) | 1981-08-31 | 1982-08-31 | 改良された光学特性を有するオキシ窒化アルミニウムおよびその製造法 |
| JP3105230A Expired - Lifetime JPH0617223B2 (ja) | 1981-08-31 | 1991-01-31 | 均質なオキシ窒化アルミニウムの製造方法 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57151659A Granted JPS5874514A (ja) | 1981-08-31 | 1982-08-31 | 改良された光学特性を有するオキシ窒化アルミニウムおよびその製造法 |
Country Status (5)
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|---|---|
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| DE (2) | DE3232069A1 (ja) |
| FR (1) | FR2512003B1 (ja) |
| GB (2) | GB2108945B (ja) |
| IT (2) | IT1149069B (ja) |
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| ZA877802B (en) * | 1986-11-20 | 1989-06-28 | Minnesota Mining & Mfg | Aluminum oxide/aluminum oxynitride/group ivb metal nitride abrasive particles derived from a sol-gel process |
| US4788167A (en) * | 1986-11-20 | 1988-11-29 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Aluminum nitride/aluminum oxynitride/group IVB metal nitride abrasive particles derived from a sol-gel process |
| FR2621574B1 (fr) * | 1987-10-13 | 1990-11-09 | Innomat | Procede de preparation d'oxynitrure d'aluminium et son application a la realisation de fenetres infra-rouges |
| US5096862A (en) * | 1990-08-09 | 1992-03-17 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Transparent ceramic composite article comprising aluminum oxide and aluminum magnesium oxynitride |
| FR2703348B1 (fr) * | 1993-03-30 | 1995-05-12 | Atochem Elf Sa | Procédé de préparation de poudre pour céramique en oxynitrure d'aluminium gamma optiquement transparente et la poudre ainsi obtenue. |
| EP0704880A3 (en) * | 1994-09-28 | 1998-09-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High-pressure discharge lamp, method for manufacturing a discharge tube body for high-pressure discharge lamps and method for manufacturing a hollow tube body |
| CH688297B5 (fr) * | 1994-12-16 | 1998-01-30 | Rado Montres Sa | Elément de fermeture transparent et inrayable d'une boîte de montre et boîte de montre munie d'un tel élément. |
| US8211356B1 (en) * | 2000-07-18 | 2012-07-03 | Surmet Corporation | Method of making aluminum oxynitride |
| DE102004001176A1 (de) * | 2004-01-05 | 2005-08-04 | Schott Ag | Verwendungen von Glaskeramiken |
| KR101374215B1 (ko) * | 2012-11-30 | 2014-03-13 | 한국해양대학교 산학협력단 | 알루미늄 분말을 이용한 산질화알루미늄 파우더의 합성방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4241000A (en) | 1978-08-24 | 1980-12-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Process for producing polycrystalline cubic aluminum oxynitride |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3904736A (en) * | 1966-06-01 | 1975-09-09 | Grace W R & Co | Preparing microspheres of actinide nitrides from carbon containing oxide sols |
| US3572992A (en) * | 1967-07-05 | 1971-03-30 | Tokyo Shibaura Electric Co | Preparation of moulded and sintered aluminum nitride |
| DE1906522B2 (de) * | 1968-02-10 | 1972-01-13 | Tokyo Shibaura Electric Co. Ltd., Kawasaki, Kanagawa (Japan) | Verfahren zur herstellung eines gesinterten aluminiumnitrid yttriumoxid gegenstands |
| GB1310362A (en) * | 1969-12-16 | 1973-03-21 | United States Borax Chem | Process for purification of refractory metal nitrides |
| GB1377487A (en) * | 1970-12-23 | 1974-12-18 | Tokyo Shibaura Electric Co | Heat resistant composite materials |
-
1982
- 1982-08-23 FR FR8214449A patent/FR2512003B1/fr not_active Expired
- 1982-08-28 DE DE19823232069 patent/DE3232069A1/de active Granted
- 1982-08-28 DE DE3249969A patent/DE3249969C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1982-08-30 IT IT49045/82A patent/IT1149069B/it active
- 1982-08-31 GB GB08224835A patent/GB2108945B/en not_active Expired
- 1982-08-31 IT IT68058/82A patent/IT1156502B/it active
- 1982-08-31 JP JP57151659A patent/JPS5874514A/ja active Granted
-
1984
- 1984-11-26 GB GB08429791A patent/GB2169270B/en not_active Expired
-
1991
- 1991-01-31 JP JP3105230A patent/JPH0617223B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4241000A (en) | 1978-08-24 | 1980-12-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Process for producing polycrystalline cubic aluminum oxynitride |
Also Published As
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|---|---|
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| GB8429791D0 (en) | 1985-01-03 |
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| GB2169270B (en) | 1986-12-17 |
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