JPH06219842A - Composite ceramics - Google Patents

Composite ceramics

Info

Publication number
JPH06219842A
JPH06219842A JP5013082A JP1308293A JPH06219842A JP H06219842 A JPH06219842 A JP H06219842A JP 5013082 A JP5013082 A JP 5013082A JP 1308293 A JP1308293 A JP 1308293A JP H06219842 A JPH06219842 A JP H06219842A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
boron
aluminum nitride
boron compound
composite ceramic
grain boundary
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.)
Pending
Application number
JP5013082A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideko Fukushima
英子 福島
Katsuhiko Kojo
勝彦 古城
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
Priority to JP5013082A priority Critical patent/JPH06219842A/en
Publication of JPH06219842A publication Critical patent/JPH06219842A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To reduce the porosity of composite ceramics consisting of aluminum nitride and a boron compd. and to enhance the heat conductivity and mechanical strength. CONSTITUTION:This composite ceramics constitute 5-40% of area of a grain boundary phase based on at least one of compds. of groups IIa and IIIa metals of the periodic table and contg. aluminum nitride and a boron compd. in a dispersed state.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はICパッケージ材料、I
C基板材料、耐熱衝撃性材料、溶融金属用耐食性材料に
利用可能な複合セラミックスに関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an IC package material, I
The present invention relates to a composite ceramic that can be used as a C substrate material, a thermal shock resistant material, and a corrosion resistant material for molten metal.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒化アルミニウム焼結体は、高い熱伝導
率、優れた電気絶縁性を有しているため従来絶縁・放熱
基板への応用、実用化が盛んに行われていたが高い熱伝
導率を有する以外にも、低比重、低熱膨張係数、高耐熱
性、さらにはAlなどの溶融金属に対する濡れにくさな
ど高温・構造材料としても有用な特性を具備しており、
種々検討がなされている。その一つとしてホウ素化合物
との複合化が検討されており、特に窒化ホウ素との複合
化において多くの提案がされている(特開昭60−19
5059号、特開昭61−215264号、特開昭62
−56377号、特開平1−246178号、特開平1
−25284号、特開平3−252367号、特開平4
−275979号公報参照)。窒化ホウ素と複合化され
た窒化アルミニウム焼結体は、耐熱衝撃性が向上すると
ともに、機械加工を容易とするという特徴を有する。
2. Description of the Related Art Sintered aluminum nitride has a high thermal conductivity and excellent electrical insulation properties, so it has been widely applied and put to practical use as an insulating / radiating substrate. In addition to having a high rate, it has properties such as low specific gravity, low coefficient of thermal expansion, high heat resistance, and resistance to molten metal such as Al that are useful as a high temperature / structural material.
Various studies have been made. As one of them, compounding with a boron compound has been studied, and many proposals have been made particularly for compounding with boron nitride (JP-A-60-19).
5059, JP 61-215264, JP 62
-56377, JP-A-1-246178, JP-A-1
No. 25284, JP-A-3-252367, and JP-A-4
-275979). The aluminum nitride sintered body compounded with boron nitride has the characteristics that the thermal shock resistance is improved and the machining is facilitated.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、窒化アルミニ
ウムと窒化ホウ素を複合したセラミックスは、窒化ホウ
素の添加量増加とともに焼結体中の気孔率が増加してし
まい、窒化ホウ素を10wt%添加した場合には気孔率
が10%にも達するという報告がある。このように気孔
率が増加すると機械的強度が低下するとともに窒化アル
ミニウムの特徴である熱伝導率をも低下させる。したが
って、高温・構造材料としての使用が制限される。そこ
で本発明は、窒化アルミニウムとホウ素化合物からなる
複合セラミックスの熱伝導性と機械的強度を向上するこ
とを課題とする。
However, in the case of ceramics composed of aluminum nitride and boron nitride, the porosity in the sintered body increases with an increase in the addition amount of boron nitride, and when 10 wt% of boron nitride is added. Reports that the porosity can reach 10%. When the porosity is increased in this way, the mechanical strength is lowered and the thermal conductivity, which is a characteristic of aluminum nitride, is also lowered. Therefore, its use as a high temperature / structural material is limited. Therefore, it is an object of the present invention to improve the thermal conductivity and mechanical strength of a composite ceramic composed of aluminum nitride and a boron compound.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明者等は鋭意検討を
重ねた結果、従来の窒化アルミニウムと窒化ホウ素とか
らなる複合セラミックスよりも焼結助剤を多量に添加す
ることにより気孔率の増加を抑制し、高熱伝導性、機械
的強度の劣化を防止することができることを知見した。
本発明はこの知見に基づきなされたものであり、周期律
表第〓a族および第〓a族の化合物の少なくとも1種以
上を主体とする粒界相が面積率で5〜40%を占有し、
粒界相中に窒化アルミニウム及びホウ素化合物が分散し
ていることを特徴とする複合セラミックスである。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies made by the present inventors, the porosity is increased by adding a sintering aid in a larger amount than in the conventional composite ceramic made of aluminum nitride and boron nitride. It was found that it is possible to suppress the deterioration of high thermal conductivity and mechanical strength.
The present invention has been made on the basis of this finding, and the grain boundary phase mainly composed of at least one of the compounds of groups a and a of the periodic table occupies 5 to 40% in area ratio. ,
The composite ceramic is characterized in that aluminum nitride and a boron compound are dispersed in the grain boundary phase.

【0005】以下本発明を詳述する。従来の複合セラミ
ックスは、窒化アルミニウム、窒化ホウ素とともに周期
律表第2a族、第3a族より選ばれた少なくとも一種の
酸化物等の化合物を焼結助剤として添加していた。な
お、この焼結助剤は焼結後にはセラミックスの粒界相を
形成するものであり、従来は10wt%以下の範囲で添
加されていた。例えば前記特開昭60−195059号
には、窒化アルミニウムと窒化ホウ素との混合物に対し
て前記焼結助剤を0.01〜10wt%、望ましくは
0.05〜5wt%添加すべきであることが記載されて
いる。本発明はこの焼結助剤を20wt%以上と従来と
比べて多量に添加する点に特徴がある。このように焼結
助剤を多量に添加して得られた本発明複合セラミックス
の組織を図1、図2に基づき説明する。図1、2は本発
明複合セラミックスの組織を模式的に示した図である。
図3は従来の複合セラミックスの組織を模式的に示した
図である。図1、2に示した本発明の複合セラミックス
は粒界相1中に窒化アルミニウム粒子2およびホウ素化
合物粒子3が分散して存在する組織となっている。な
お、図1はホウ素化合物粒子が球状の場合を、また図2
はホウ素化合物粒子3が針状の場合を示している。一
方、図3に示した従来の複合セラミックスは窒化アルミ
ニウム2、ホウ素化合物3の微小な隙間に粒界相1が存
在する組織となっている。
The present invention will be described in detail below. In conventional composite ceramics, a compound such as aluminum nitride and boron nitride, such as at least one oxide selected from Group 2a and Group 3a of the Periodic Table, is added as a sintering aid. The sintering aid forms a grain boundary phase of ceramics after sintering, and has been conventionally added in the range of 10 wt% or less. For example, in JP-A-60-195059, 0.01 to 10% by weight, preferably 0.05 to 5% by weight, of the sintering aid should be added to the mixture of aluminum nitride and boron nitride. Is listed. The present invention is characterized in that the sintering additive is added in an amount of 20 wt% or more, which is larger than the conventional amount. The structure of the composite ceramic of the present invention obtained by adding a large amount of the sintering aid in this manner will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 1 and 2 are diagrams schematically showing the structure of the composite ceramic of the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing the structure of a conventional composite ceramic. The composite ceramics of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 have a structure in which aluminum nitride particles 2 and boron compound particles 3 are present in a grain boundary phase 1. In addition, FIG. 1 shows the case where the boron compound particles are spherical, and FIG.
Indicates that the boron compound particles 3 are needle-shaped. On the other hand, the conventional composite ceramic shown in FIG. 3 has a structure in which the grain boundary phase 1 exists in a minute gap between the aluminum nitride 2 and the boron compound 3.

【0006】本発明複合セラミックスは、焼結助剤を多
量に添加したため気孔率を面積率で5%以下にすること
がてきる。本発明の複合セラミックスで気孔率を面積率
で5%以下と従来より大幅に減少できたのは、焼結の
際、液化した多量の粒界相が窒化アルミニウムとホウ素
化合物との空隙を十分に埋め尽くしたためと考えられ
る。そのため、本発明では、粒界相が面積率で5〜40
%を占有する構造になっている。粒界相が面積率で5%
未満では複合セラミックス中の気孔率低減が十分でな
く、また40%を超えると窒化アルミニウム、ホウ素化
合物の特性が発揮されない。
Since the composite ceramic of the present invention contains a large amount of a sintering aid, the porosity can be reduced to 5% or less in area ratio. In the composite ceramics of the present invention, the porosity was able to be greatly reduced to 5% or less in area ratio as compared with the conventional one, because a large amount of the liquefied grain boundary phase caused sufficient voids between the aluminum nitride and the boron compound during sintering. Probably because it was filled up. Therefore, in the present invention, the grain boundary phase has an area ratio of 5 to 40.
It has a structure that occupies%. Area ratio of grain boundary phase is 5%
If it is less than 40%, the porosity in the composite ceramic is not sufficiently reduced, and if it exceeds 40%, the characteristics of the aluminum nitride and boron compounds are not exhibited.

【0007】本発明複合セラミックスは、Ca,Sr等
の周期律表第2a族、Y,Dy等の第〓a族の酸化物、
炭化物、および窒化物の少なくとも1種を20〜50w
t%、ホウ素化合物を0.5〜30wt%、残部が窒化
アルミニウムである混合物を焼結することにより製造す
ることができる。
The composite ceramics of the present invention are oxides of Group 2a of the periodic table such as Ca and Sr and Group a of Y and Dy.
20-50w of at least one kind of carbide and nitride
It can be manufactured by sintering a mixture of t%, a boron compound of 0.5 to 30 wt% and the balance of aluminum nitride.

【0008】本発明複合セラミックスにおいて、ホウ素
化合物は耐熱衝撃性向上の効果をもたらす。ホウ素化合
物の添加量が0.5wt%未満では耐熱衝撃性向上の効
果が十分でなく、また30wt%を越えると焼結助剤を
本発明のように多量に添加しても空孔率を低減すること
ができなくなる。よって、0.5〜30wt%の範囲で
添加する。ホウ素化合物としては、炭化ホウ素、窒化ホ
ウ素、ホウ化ジルコニウムの少なくとも1種とするのが
好ましい。ホウ素化合物は、複合セラミックスの組織内
で粒状、柱状、針状、板状等の形状をとる。ホウ化ジル
コニウム等は粒状になり複合セラミックスの硬度を高く
するのに寄与する。炭化ホウ素等は柱状、針状、板状に
なり靱性を高めるのに寄与する。
In the composite ceramic of the present invention, the boron compound brings about the effect of improving the thermal shock resistance. If the amount of the boron compound added is less than 0.5 wt%, the effect of improving the thermal shock resistance is not sufficient, and if it exceeds 30 wt%, the porosity is reduced even if a large amount of the sintering additive is added as in the present invention. Can not do. Therefore, it is added in the range of 0.5 to 30 wt%. The boron compound is preferably at least one selected from boron carbide, boron nitride and zirconium boride. The boron compound takes a shape such as a granular shape, a columnar shape, a needle shape, or a plate shape within the structure of the composite ceramics. Zirconium boride or the like becomes granular and contributes to increasing the hardness of the composite ceramic. Boron carbide or the like has a columnar shape, a needle shape, or a plate shape, and contributes to increase the toughness.

【0009】周期律表第2a族、第3a族の酸化物、炭
化物、および窒化物の少なくとも1種は焼結後粒界相を
形成するものであり、20〜50wt%の範囲で加え
る。20wt%より少ないと複合セラミックス内に空孔
率低減効果が十分でなく、一方50wt%を越えると窒
化アルミニウム、ホウ素化合物の特性が発揮されなくな
るからである。焼結助剤の添加量がホウ素化合物の添加
量より多ければ気孔率を0%にすることができる。また
焼結助剤の添加量がホウ素化合物の添加量より少ない場
合でも焼結温度の制御により0%にすることも可能であ
る。
At least one of oxides, carbides, and nitrides of Groups 2a and 3a of the Periodic Table forms a grain boundary phase after sintering and is added in the range of 20 to 50 wt%. This is because if it is less than 20 wt%, the effect of reducing porosity in the composite ceramics is not sufficient, and if it exceeds 50 wt%, the characteristics of the aluminum nitride and boron compound are not exhibited. If the addition amount of the sintering aid is larger than the addition amount of the boron compound, the porosity can be made 0%. Further, even when the addition amount of the sintering aid is less than the addition amount of the boron compound, it is possible to make it 0% by controlling the sintering temperature.

【0010】本発明の複合セラミックスはHIP等の加
圧焼結でも製造可能であるが常圧焼結でも容易に製造す
ることが可能であり、安価な製造コストで得ることがで
きる。
The composite ceramics of the present invention can be produced by pressure sintering such as HIP, but can also be easily produced by atmospheric pressure sintering and can be obtained at a low production cost.

【0011】[0011]

【実施例】本発明を実施例と比較例をあげてさらに具体
的に説明する。周期律表第2a族、3a族から選ばれて
成る少なくとも1種以上の平均粒径0.5μmの化合物
粉末を20〜50wt%、平均粒径0.5μmの窒化ア
ルミニウム粉末を20〜80wt%、及び平均粒径3μ
mのホウ素化合物粉末を0.5〜30wt%の範囲内に
おいて配合した粉末を用い、エタノールを分散媒として
ボールミルで混合した。この混合粉を成形し窒素雰囲気
中にて1800℃で1時間焼結した。このようにして、
表1〜6に示す複合セラミックスを作製した。また、比
較のために前記範囲外にある配合比をもつセラミックス
を作製した。表1〜6には得られたセラミックスの粒界
相量および気孔率を並記した。なお、粒界相量および気
孔率はSEM(×5000)による組織写真を用いて求
めた面積率で表している。また、表3のDi23はNd
23:75wt%、Pr23:25wt%からなる酸化
物を示す。表1〜6の結果から、本発明の複合セラミッ
クスは気孔率の低い緻密な焼結体であることが確認され
た。
EXAMPLES The present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples. 20 to 50 wt% of at least one or more kinds of compound powder having an average particle size of 0.5 μm selected from Groups 2a and 3a of the periodic table, 20 to 80 wt% of an aluminum nitride powder having an average particle size of 0.5 μm, And average particle size 3μ
Using a powder prepared by mixing the boron compound powder of m in the range of 0.5 to 30 wt%, ethanol was used as a dispersion medium and mixed by a ball mill. This mixed powder was molded and sintered at 1800 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. In this way
The composite ceramics shown in Tables 1 to 6 were produced. For comparison, ceramics having a compounding ratio outside the above range were produced. In Tables 1 to 6, the grain boundary phase amount and porosity of the obtained ceramics are shown in parallel. The grain boundary phase amount and the porosity are represented by the area ratio obtained by using a structure photograph by SEM (× 5000). Further, Di 2 O 3 in Table 3 is Nd
An oxide composed of 2 O 3 : 75 wt% and Pr 2 O 3 : 25 wt% is shown. From the results of Tables 1 to 6, it was confirmed that the composite ceramic of the present invention is a dense sintered body having a low porosity.

【0012】表1〜6に示したセラミックスのうち数種
を選択し、ホウ素化合物と熱伝導率および破壊靱性値の
関係を調査した。その結果を図4〜図8に示すが、ホウ
素化合物量が増加しても熱伝導率はほぼ一定に維持さ
れ、また破壊靱性値は向上していることがわかる。な
お、周期律表第2a族および第3a族の化合物として、
図4はDy23、図5はY23、図6はDy23、図7
はCeO2、図8はY23を用い、それぞれ25wt%
添加した。
Several kinds of ceramics shown in Tables 1 to 6 were selected, and the relationship between the boron compound and thermal conductivity and fracture toughness was investigated. The results are shown in FIGS. 4 to 8, and it can be seen that the thermal conductivity is maintained substantially constant and the fracture toughness value is improved even if the amount of the boron compound is increased. In addition, as compounds of Group 2a and Group 3a of the Periodic Table,
FIG. 4 shows Dy 2 O 3 , FIG. 5 shows Y 2 O 3 , FIG. 6 shows Dy 2 O 3 , and FIG.
Is CeO 2 and FIG. 8 is Y 2 O 3 , each 25 wt%
Was added.

【0013】[0013]

【表1】 [Table 1]

【0014】[0014]

【表2】 [Table 2]

【0015】[0015]

【表3】 [Table 3]

【0016】[0016]

【表4】 [Table 4]

【0017】[0017]

【表5】 [Table 5]

【0018】[0018]

【表6】 [Table 6]

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明によれば、窒化アルミニウムとホ
ウ素化合物からなる複合セラミックスの気孔率を低減
し、熱伝導率および機械的強度を向上することができ
る。
According to the present invention, the porosity of the composite ceramic composed of aluminum nitride and a boron compound can be reduced, and the thermal conductivity and mechanical strength can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の複合セラミックスの構造を模式的に示
し、ホウ素化合物が粒状の場合の図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of a composite ceramic of the present invention, in which the boron compound is in the form of particles.

【図2】本発明の複合セラミックスの構造を模式的に示
し、ホウ素化合物が柱状、針状、板状の場合の図であ
る。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the structure of the composite ceramic of the present invention, in which the boron compound is columnar, needle-shaped, or plate-shaped.

【図3】従来の複合セラミックスの構造を模式的に示し
た図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the structure of a conventional composite ceramic.

【図4】B4C量と熱伝導率および破壊靱性値の関係を
示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the amount of B 4 C and the thermal conductivity and fracture toughness value.

【図5】BN量と熱伝導率および破壊靱性値の関係を示
すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of BN, thermal conductivity, and fracture toughness value.

【図6】TiB2量と熱伝導率および破壊靱性値の関係
を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the amount of TiB 2 and thermal conductivity and fracture toughness value.

【図7】ZrB2量と熱伝導率および破壊靱性値の関係
を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the amount of ZrB 2 and thermal conductivity and fracture toughness value.

【図8】TaB2量と熱伝導率および破壊靱性値の関係
を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the amount of TaB 2 and thermal conductivity and fracture toughness value.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 粒界相、 2 窒化アルミニウム、 3 ホウ素化
合物
1 grain boundary phase, 2 aluminum nitride, 3 boron compound

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 周期律表第2a族および第3a族の化合
物の少なくとも1種を主体とする粒界相が面積率で5〜
40%を占有し、粒界相中に窒化アルミニウム及びホウ
素化合物が分散していることを特徴とする複合セラミッ
クス。
1. A grain boundary phase mainly composed of at least one compound of Group 2a and Group 3a of the Periodic Table has an area ratio of 5 to 5.
A composite ceramic, which occupies 40% and has aluminum nitride and a boron compound dispersed in the grain boundary phase.
【請求項2】 ホウ素化合物が炭化ホウ素、窒化ホウ
素、およびホウ化ジルコニウムのうちの少なくとも1種
である請求項1に記載の複合セラミックス。
2. The composite ceramic according to claim 1, wherein the boron compound is at least one of boron carbide, boron nitride, and zirconium boride.
【請求項3】 周期律表第2a族および第3a族の酸化
物、炭化物、および窒化物の少なくとも1種の粉末を2
0〜50wt%、ホウ素化合物粉末を0.5〜30wt
%、残部が窒化アルミニウム粉末からなる混合粉末を成
形、焼結することを特徴とする複合セラミックスの製造
方法。
3. A powder of at least one oxide of oxides, carbides and nitrides of Groups 2a and 3a of the Periodic Table.
0 to 50 wt%, boron compound powder 0.5 to 30 wt
%, And a mixed powder of which the balance is aluminum nitride powder is molded and sintered, which is a method for producing a composite ceramics.
【請求項4】 ホウ素化合物が炭化ホウ素、窒化ホウ
素、およびホウ化ジルコニウムのうちの少なくとも1種
である請求項3に記載の複合セラミックスの製造方法。
4. The method for producing a composite ceramic according to claim 3, wherein the boron compound is at least one of boron carbide, boron nitride, and zirconium boride.
JP5013082A 1993-01-29 1993-01-29 Composite ceramics Pending JPH06219842A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5013082A JPH06219842A (en) 1993-01-29 1993-01-29 Composite ceramics

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5013082A JPH06219842A (en) 1993-01-29 1993-01-29 Composite ceramics

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06219842A true JPH06219842A (en) 1994-08-09

Family

ID=11823252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5013082A Pending JPH06219842A (en) 1993-01-29 1993-01-29 Composite ceramics

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06219842A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2001328869A (en) Abrasion-resistant member and method for producing the same
WO1997003031A1 (en) Aluminum nitride sinter and process for the production thereof
US5635431A (en) Silicon nitride-based sinter
JPS5849510B2 (en) Chitsuka Aluminum Shouketsutaino
US3205080A (en) Beryllia-silicon carbide ceramic bodies
JP6354621B2 (en) Silicon nitride ceramic sintered body and method for producing the same
JP2011132126A (en) Wear-resistant member
US5403792A (en) Low thermal conductivity ceramic and process for producing the same
JPH06219842A (en) Composite ceramics
JPS63295479A (en) Sintered aluminum nitride body and its production
JP2519076B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide whisker-reinforced ceramics
JP3426823B2 (en) Silicon nitride sintered body and method for producing the same
JPH09157028A (en) Silicon nitride sintered compact and its production
JP2535139B2 (en) Heat dissipation board
JP4702978B2 (en) Aluminum nitride sintered body
JP2541150B2 (en) Aluminum nitride sintered body
JP2916934B2 (en) Method for producing sialon-based sintered body
JPS6126566A (en) Method of sintering sic composite body
JPH0656532A (en) Production of silicon nitride-based sintered compact
JPH01219062A (en) Production of silicon nitride sintered body
JP2000191376A (en) Aluminum nitride sintered body and its production
JPS63295478A (en) Sintered aluminum nitride body and its production
JP2536448B2 (en) Aluminum nitride sintered body
JPH11139877A (en) Heat insulating silicon nitride-base sintered compact and its production
CN109485422A (en) A kind of in-situ preparation SiC lath activeness and quietness tantalum carbide hafnium diphase ceramic material and preparation method thereof