JPH06508815A - 最小の粒子成長での窒化アルミニウム高密度化 - 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】 最小の粒子成長での窒化アルミニウム高密度化窒化アルミニウムは多くの構造的 及び電気的応用を有する。高密度及び高熱伝導率を有する窒化アルミニウム物品 は、一般的に、窒化アルミニウム粉末及び少なくとも一種の高密度化添加剤を含 む粉末成形体を高密度化することによって製造される。

窒化アルミニウム粉末を高密度化する一つの方法は、窒化アルミニウムと、Ｉｌ ａ族またはｍａ族元素の１以上の酸化物を含む高密度化添加剤との粉末成形体を 生成させることを含む。しかしながら、このような成形体は、典型的には、密で 高熱伝導率の窒化アルミニウム物品を生成させるためには１８００℃よりも高い 温度に加熱しなければならない。１８００℃よりも高い温度で高密度化された窒 化アルミニウムは、しばしば、粉末成形体中の窒化アルミニウムの粒度よりも顕 著に大きい粒度を有する。粒度は密な窒化アルミニウム物品の物理的特性に影響 を与える。

比較的大、きな粒度は、耐熱衝撃性、強さ及び破壊靭性のような特性に悪い影響 を与える可能性がある。

もう一つの方法においては、高密度化添加剤は、ｎａ族またはｍａ族元素の少な くとも一種のフッ化物を含む。これらの高密度化添加剤は、一般に、Ｉｌａ族及 びｍａ族酸化物よりも低い融点を有する。しかしながら、それらは、しばしば、 窒化アルミニウムの十分な高密度化を得るために必要とされるよりも低い温度で 揮発する。また、Ｉｌａ族及びｍａ族フッ化物は、典型的には、窒化アルミニウ ム粉末の乏しいぬれを示しそしてしばしば比較的吸湿性であり、それによって窒 化アルミニウム粉末の高密度化におけるそれらの使用を限定する。

かくして、上で述べた問題を克服または最小にする、窒化アルミニウムを高密度 化するための改善された方法に対するニーズが存在する。

本発明の一つの面は、理論的密度の少なくとも９０％に焼結することによる後続 の高密度化に有利である大気中でのバインダーの除去に続いて、バインダーとＡ 　］　Ｎ、　Ａ　Ｉ　、Ｏｓ、　’／Ｆ、及びＹ２Ｏ，の均一な粉末化された混 合物とから生成された粉末成形体を１５００℃〜１６５０℃の範囲内の焼結温度 に高密度化する量の高温オキシフッ化アルミニウムイツトリウム焼結液体を生成 させるのに十分な加熱速度で加熱すること、並びに窒化アルミニウム粉末のそれ よりも１水準（ｏｒｄｅｒ）末端の大きさだけ大きい粒度、理論的密度の９０％ より大きいかまたはそれと等しい密度及び１００Ｗ／ｍＫより大きいかまたはそ れと等しい熱伝導率を有しそして、冷却された時に、窒化アルミニウムとオキシ フッ化イツトリウム及びアルミン酸イツトリウムを含む粒子境界相とを含む焼結 された物体を生じるのに十分な時間の期間の間その温度を維持することを有して 成る（ここで前記混合物は、混合物重量を基にして、８８〜９９重量％の範囲内 の量でＡＩＮをそして、焼結添加剤として、１〜１２重量％の範囲内のＡ　］　 ２０３、ＹＦ３及びＹ２Ｏ３の合わせられた総量を含み、焼結添加剤は図１の領 域■及びＨによって規定されそして取り囲まれた組成を有し、図１においては、 すべての重量分率が合計で１．０である焼結添加剤の総重量を基にして、Ａｌ２ Ｏ，の重量分率は領域Ｉに関して０゜０４〜０．３６そして領域旧こ関して０． ７２〜０．８４の範囲であり、Ｙ２Ｏ，の重量分率は領域Ｉに関して０より大き く領　６８までそして領域■に関して０より大きく０．０６までの範囲であり、 そしてＹＦ３の重量分率は領域■に関して０．１８〜０．８８そして領域■に関 して０゜１６〜０．２８の範囲である）窒化アルミニウムの焼結された物体を生 成させる方法である。

本発明の第二の関連する面は、理論的密度の少なくとも９０％に焼結することに よる後続の高密度化に有利である大気中でのバインダーの除去に続いて、バイン ダーとＡＩＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＹＦ３及びＣａＦ２の均一な粉末化された混合物と から生成された粉末成形体を１５００°Ｃ〜１６５０℃の範囲内の焼結温度に高 密度化する量の高温オキシフッ化アルミニウムカルシウムイツトリウム焼結液体 を生成させるのに十分な加熱速度で加熱すること、並びにＡＩＮ粉末のそれより も１水準末端の大きさだけ大きい粒度、理論的密度の９０％より大きいかまたは それと等しい密度及び１００Ｗ／ｍＫより大きいかまたはそれと等しい熱伝導率 を有しそして、冷却された時に、窒化アルミニウムとオキシフッ化イツトリウム 及びアルミン酸イツトリウムまたはアルミン酸カルシウムまたは両者を含む粒子 境界相とを含む焼結された物体を生じるのに十分な時間の期間の間その温度を維 持することを有して成る（ここで前記混合物は、混合物重量を基にして、８８〜 ９９重量％の範囲内の員でＡＩＮをそして、焼結添加剤として、１２〜１重量％ の範囲内のＡ　’］　２０　ｓ、ＹＦ３及びＣａＦ２の合わせられた総量を含み 、焼結添加剤は図２の領域■及び■によって規定されそして取り囲まれた組成を 有し、図１においては、すべての重量分率が合計で１０である焼結添加剤の総重 量を基にして、Ａ　Ｉ　２０３の重量分率は領域Ｉに関して０．０８〜０．３０ そして領域■に関して００８〜０．６８の範囲であり、ＣａＦ２の重量分率は領 域工に関してＯより大きく０２４までそして領域■に関して０より大きく０６８ までの範囲であり、そしてＹＦ、の重量分率は領域Ｉに関して０，５７〜０，９ ２そして領域■に関して０．０１〜０．５６の範囲である）窒化アルミニウムの 焼結された物体を生成させる方法である。

本発明は多くの利点を有する。本発明は、窒化アルミニウム粒度を顕著に増すこ となく粉末成形体の高密度化を可能にする。高密度化の速度もまた、与えられた 焼結温度において増すことができる。加えて、本発明における使用のために適切 な焼結温度は、慣用のアルミナ焼結炉中の焼結を可能にする。また、高い熱伝導 率及び比較的小さい粒度の組み合わせは、多（の応用における、例えば高いワッ ト数の、高い回路密度の電子パッケージングにおける窒化アルミニウム物品の性 能を増す。

図１は、窒化アルミニウムのための焼結添加剤として使用される時に、１５００ °Ｃ〜１６５０℃、好ましくは１５２５°Ｃ〜１６２５℃の範囲内の焼結温度で 理論的密度の９０％より大きいかまたは等しい密度及び１００Ｗ／ｍＫより大き いかまたは等しい熱伝導率を与える、ＹＦ３、Ａｌ２Ｏ３及びＹ２Ｏ３の組み合 わせを示す三元組成グラフである。これらの組み合わせは、領域またはドメイン Ｉ及び■として確認される。

図２は、窒化アルミニウムのための焼結添加剤として使用される時に、１５００ °Ｃ〜１６５０°Ｃ１好ましくは１５２５℃〜１６２５°Ｃの範囲内の焼結温度 で理論的密度の９０％より大きいかまたは等しい密度及び１００Ｗ／ｍＫより大 きいかまたは等しい熱伝導率を与える、ＹＦ３、Ａ　Ｉ　２０３及びＣａＦ２の 組み合わせを示す三元組成グラフである。これらの組み合わせは、領域またはド メインＩ及び■として確認される。

本発明の上の特徴及びその他の詳細は、以下に更に詳細に説明されそして請求の 範囲において指摘される。本発明の特定の実施態様は例示のために示されそして 本発明の限定として示されるのではない。本発明の主な特徴は、本発明の範囲か ら逸脱することなく種々の実施態様において用いることができる。

本発明の目的のために適切な粉末化された混合物は、均一でありそしてＡＩＮ粉 末及び高密度化組成物または焼結添加剤の組み合わせを含む。

適切なＡＩＮ粉末は、適切な高密度化組成物と合わせられそしてＡＩＮ粉末を高 密度化するために十分な温度にそして十分な時間の期間加熱される時に粉末成形 体の平均粒度の顕著な増加なしで高密度化するであろうＡＩＮ粉末を含む。“顕 著な増加”は、本明細書中で使用される時には、１水準（ｏｒｄｅｒ）未満の大 きさを意味する。

ＡＩＮ粉末は、望ましくは、０．１〜２．５μｍ１好ましくは０１〜１．５μｍ の範囲内の粒径、１５〜７ｍ２／ｇ、好ましくは２０〜５．０ｍ２／ｇ、最も好 ましくは３．０〜５．０ｍ２／ｇの範囲内の比表面積及び０．　２〜２．５重量 ％、好ましくは０．８〜１．８重量％の範囲内の酸素含量を有する。酸素は、Ａ ＩＮ粉末の結晶格子内の不純物としてＡＩＮ粉末中に、またはＡＩＮ粉末粒子の 表面において金属酸化物、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）またはオキシ 窒化アルミニウム中に存在し得る。適切な窒化アルミニウム（Ａ　Ｉ　Ｎ）粉末 の例は、ダウ　ケミカル　カンパニーから商業的に入手できる電子グレードのＡ ＩＮ粉末、及び徳山曹達株式会社から商業的に人手できるグレードＦのＡＩＮ粉 末を含む。

本発明に関する使用のために適切な高密度化組成物は、３つの焼結助剤を含む。

これらの焼結助剤は、Ａｌ２Ｏ３、ＹＦ３及びＣａＦ、またはＹ２Ｏ３のどちら かである。各々の焼結助剤の相対的量は、図１及び２の領域Ｉ及び■中に示され ていて、これらの図中では第三の焼結助剤は、それぞれ、フッ化カルシウム及び 酸化イツトリウムである。量は重量分率で表されていて、そしてすべての重量分 率の和は１．　０に等しい。これらの組み合わせは、窒化アルミニウム粉末が、 窒化アルミニウム粒度を顕著に増すことなく高密度化しそして高密度化された窒 化アルミニウム物品または物体を形成することを可能にする。

ＣａＦ、をもう一つのアルカリ出金属フッ化物でまたはＹ２Ｏ３及びＹＦ３を、 それぞれ、希土類酸化物若しくは希土類フッ化物で置換することは、熱伝導率及 び密度に関して満足な結果を生じる幾つかの組み合わせを与えるはずである。し かしながら、これらの置換は、図１及び２のものとは異なる満足な熱伝導率及び 密度の領域またはドメインを有する三元組成図の発現を導くであろう。加えて、 かなりもっと大きな酸素含量を有する窒化アルミニウム粉末の使用は、図１及び ２中のドメインＩ及びＨの変更を導くであろう。

図１及び２中の領域またはドメイン■及び■として示された高密度化組成物は、 典型的には、それらが窒化アルミニウムと組み合わせられてそして２．５°Ｃ／ 分の速度で１６２５℃に加熱されそしてその温度で６時間維持される時に、理論 的密度の少なくとも９５％の密度及び少なくとも１００Ｗ／ｍ’Ｋ　（ワット／ （メートル）（ケルビン度））の熱伝導率を与える。温度が１５５０℃、または 更に１５００°Ｃに低下する時にも、少なくとも１０ＱＷ／ｍ’にの熱伝導率値 を達成することができるが、密度は理論的密度の少なくとも９０％に低下する。

温度の一層の低下は、熱伝導率及び密度の両方の減少を導きそして高い密度、高 い熱伝導率または両方を必要としない用途のために適切であろう物質を生成させ る。逆に、焼結温度の増加は、少なくとも１５０Ｗ／ｍ０にの熱伝導率値を達成 することができる領域を広げるであろう。類似の効果は、加熱速度及び焼結時間 の変化に関しても観察される。

適切なフッ化カルシウム（ＣａＦｚ）の例は、Ｆｉｓｈｅｒ　５ｃｉｅｎｔｉｆ ｉｃ　Ｃｏｍｐａｎｙから商業的に入手できる試薬グレードのＣａＦｚである。

適切な酸化アルミニウム（Ａ　Ｉ　ｚｏ３）の例は、ＪＯｈｎｓｏｎ　Ｍａｔｔ ｈｅｙ　Ａｌｆａ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓから商業的に入手できる試薬グレードのＡ ｌ２Ｏ，である。適切なフッ化イツトリウム（ＹＦ３）の例は、Ａｌｄｒｉｃｈ 　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ、から商業的に入手できる９９．９％純粋な粉末であ る。適切な酸化イ・ソトリウム（ＹｚＯｓ）の例は、Ｕｎｏｃａｌ−Ｍｏｌｙｃ ｏｒｐから商業的に入手できる９９．９９％純粋な粉末である。

焼結助剤組み合わせのＡｌ２Ｏ３部分は、窒化アルミニウム粉末表面の上に存在 する可能性がある酸素含有種に加わる。このような表面の高分解能透過型電子顕 微鏡法は、それらが典型的には無定形であることを示す。コーティング内部に局 限される集中された電子ビームを使用する分析透過型電子顕微鏡におけるエネル ギー分散分光学は、それらが典型的にはＡ　ｌ−０−ＮまたはＡＩ−０種または 両者を含むことを示す。

ＡＩＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＹＦ３及びＹ、０３またはＣａＦ２のどちらかの粉末化さ れた混合物は、適切には慣用の手順によって製造される。この混合物は、混合物 重量を基にして８８〜９９重量％の範囲内の量でＡＩＮを含む。この範囲は好ま しくは９１〜９７重量％である。同じ基準で、Ａｌ２Ｏ３、ＹＦ、及びＹ２Ｏ３ またはＣａＦ２のどちらかの合わせた総量は、約１２〜約１重量％の範囲内であ る。この範囲は好ましくは９〜３重量％である。

バインダーを、粉末成形体を生成させるのを助けるために粉末化された混合物と 合わせることができる。適切なバインダーの例は、ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌ　Ｃ ｏｍｐａｎｙから商業的に入手できるＣｉｍａｒｅｃ’″）バインダー（ＸＵＳ 　４０３０３．００）及びポリエチレングリコールの混合物である。バインダー を適切な溶媒と混合してバインダー溶液を生成させ、次にこれを粉末混合物と合 わせることができる。適切な溶媒の例はエタノール及びトリクロロエタンを含む 。バインダー溶液を生成させるために１より多いバインダーまたは溶媒を使用す ることができる。バインダーの量は、好ましくは、バインダー溶液の３〜１０重 量％の範囲内である。バインダー溶液の適切な量は、粉末混合物１ｇあたり１． ０ｍｌ〜２ｍｌの範囲内である。

バインダー溶液はまた、粉末化された混合物の集塊を減らすために適切である分 散剤を含んで良い。適切な分散剤の例は天然の魚油及び脂肪酸を含む。分散剤の 量は、好ましくは１ｍｌのバインダー溶液あたり０１〜領　００５ｇの範囲であ る。

粉末化された混合物及びバインダー溶液をブレンドするために、慣用の粉砕また は微粉砕媒体を使用して良い。Ｕ、Ｓ、ＳｔｏｎｅｗａｒｅＣｏｒｐ、から商業 的に入手できる高密度窒化アルミニウム粉砕媒体は満足な結果を与える。粉砕媒 体の適切な量は、１ｇの合わせられた粉末混合物及びバインダー溶液あたり１〜 ４ｇの範囲内である。

粉末化された混合物及びバインダー溶液は、慣用の装置及び手順を使用してブレ ンドしそして微粉砕することができる。微粉砕装置は、適切には、粉末化された 混合物成分またはバインダー溶液と反応しないであろうポリエチレンのような物 質から作られるかまたはこのような物質によって内張されている。微粉砕装置、 例えばボトルは、典型的には、１分あたり１０〜１００回転の速度で１〜１２時 間の期間の間回転させて、粉末化された混合物及びバインダー溶液を微粉砕され たスラリーに転化させる。微粉砕されたスラリーは、次に、微粉砕媒体から取り 出され、乾燥されそして慣用の手順例えば噴霧乾燥によって粉末に転化される。

次に、微粉砕された乾燥粉末は、慣用の技術によって適切な形を有する前駆体ペ レットに成形される。適切な形は、ディスク、直立円柱、球及びブロックを含む 。

所望の場合には、微粉砕された乾燥粉末を、それをある形に成形する前に、適切 な篩を通してふるい分けて、実質的に均一な一貫性の乾燥され微粉砕された混合 物を生成させることができる。適切な篩のメツシュサイズは、４０〜１２０　（ ４２５μｍ〜１２５μｍの篩の開き）の範囲である。メツシュサイズは好ましく は６０　（２５０μｍの篩の開き）である。適切な籐材料は、ステンレススチー ル、銅及び合成品例えばナイロンを含む。

前駆体ペレットまたは生素地は、ダイブレス、射出成形、テープキャスティング 、スリップキャスティングによって、または何らかのその他の慣用の方法によっ て成形することができる。ペレットは、それらからバインダー及び分散剤を除去 するのに十分な条件に曝される。一つの慣用的な手順においては、前駆体ペレッ トは、バインダー除去のための適切な炉中に入れられる。次に、炉中の温度を、 １〜６時間の期間、または少なくともかなりの部分のバインダーを除去するため に必要とされる長さの間５００°Ｃ〜７００℃に上げる。前駆１色ベレットは、 好ましくは、空気中で約１時間または窒素雰囲気中で約５時間約５５０°Ｃの温 度に曝される。バインダー及び分散剤の除去は各々の前駆体ペレットを粉末成形 体に転化させる。

バインダー完全燃焼としても知られているバインダーの除去は、Ａ１．０３の重 量分率がそれぞれ図１及び２に関してその上及び下限の間の中間にある時に空気 中かまたは窒素雰囲気中かのどちらかで起こり得る。Ａｌ５ｏ３の重量分率がそ の下限に近づ（時には、空気が好ましいバインダー完全燃焼雰囲気である。Ａ１ □０３の下限ではまたはその近くでは、窒素雰囲気は、所望よりも低い熱伝導率 または密度または両者を導く可能性がある。逆に、Ａｌ２Ｏ３重量分率がその上 限に近づく時には、窒素が好ましいバインダー完全燃焼雰囲気である。上限では またはその近くでは、空気は、下限での窒素と同じ結果をもたらす可能性がある 。

図１中に示した焼結補助組成物を使用する時には、完全燃焼雰囲気は、ＡＩ　２ ０３重量分率が領域Ｉに関しては０．０８〜０．３２そして領域Ｈに関しては０ ．７６〜０．８０である時には空気または窒素のどちらでも良い。ＡＩ、０３重 量分率が領域Ｉに関しては０．０４ないし０．０８未満そして領域Ｈに関しては ０．７２ないし０．７６未満である時には、雰囲気は空気である。Ａ１□０３重 量分率が領域Ｉに関しては０．３２より大きく０３６までそして領域■に関して は０．８０より太きく０゜８４までである時には、雰囲気は窒素である。図２中 に示した焼結補助組成物を使用する時には、完全燃焼雰囲気は、ＡＩｔｏ、重量 分率が領域■に関しては０．１２〜０．２６そして領域Ｈに関しては０，１２〜 ０゜６４である時には空気または窒素のどちらでも良い。Ａｌ２Ｏ３重量分率が 領域Ｉ及びＨに関して０．０８ないし０．１２未満である時には、雰囲気は空気 である。Ａｌ２Ｏ３重量分率が領域工に関しては１２６より太きく０．３０まで そして領域Ｈに関しては０．６４より大きり０．６８までである時には、雰囲気 は窒素である。

ある量の粉末成形体が適切なトレーの上に載せられ、そしてこのトレーが適切な 坩堝中に入れられる。適切なトレー及び坩堝の例は、窒化ホウ素で作られたもの である。坩堝は、好ましくは窒化ホウ素で作られた蓋を望ましくはかぶせられて いる。蓋をされた坩堝及びその内容物は、炉、例えばグラファイトまたはタング ステン加熱要素を有する耐火物タイプの炉中に入れられる。

蓋をされた坩堝及びその内容物は、窒化アルミニウム粉末の粒度を越えて窒化ア ルミニウムの粒度をかなり増すことなしに粉末成形体を高密度化されたまたは焼 結された窒化アルミニウム物品に転化するのに十分な条件に曝される。゛粒度の かなりの増加なしで”とは、この術語が本明細書中で使用される時には、約９０ ％の理論的密度への高密度化の間に、粉末成形体中のＡＩＮの平均粒度が１水準 の大きさより大きくは増加しないことを意味する。焼結された物品中の平均ＡＩ Ｎ粒度は、１〜５μｍの範囲である。

焼結された窒化アルミニウム物品は、窒化アルミニウムの理論的密度の望ましく は少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％である密度を有する。焼結さ れた物品は、望ましくは少なくとも］００、好ましくはνなくとも１５０Ｗ／ｍ ’にである熱伝導率を有する。

粉末成形体中の窒化アルミニウムを高密度化するのに十分な条件の例は、粉末成 形体を周囲温度から焼結温度まで１分あたり２〜３０°Ｃの速度で加熱すること を含む。加熱は、好ましくは、焼結添加剤がＹＦ３、Ａｌ２Ｏ３及び￥２０３で ある時には１２００’Ｃで、そして焼結添加剤がＹＦ３、Ａ　Ｉ　、０３及びＣ ａＦ、である時には１０００℃で始めて１分あたり２．５〜２５℃の速度で行わ れる。満足な加熱スケジュールは、２０℃から１０００℃まで１分あたり２４℃ で始まる。これに、１５７５℃までの１分あたり２０℃での加熱が続く。もっと 高い温度が使用される場合には、加熱速度は１分あたり１５℃に減らされる。加 熱は望ましくは大気圧で行われる。

粉末成形体は、粉末成形体の粒度のかなりの増加なしでＡＩＮを窒化アルミニウ ムの理論的密度の少なくとも９０％に高密度化せしめるのに十分な温度に加熱さ れる。ＡＩＮは、理論的密度の好ましくは少なくとも９５％まで、更に好ましく は９８％以上まで高密度化される。

焼結温度は、望ましくは１５００６Ｃ〜１６５０℃、好ましくは１５３０°Ｃ〜 １６２５℃、更に好ましくは１５５０℃〜１６００’Ｃの範囲内である。１５０ ０℃未満の温度は、典型的には、不経済な焼結時間のない場合には理論的密度の 少なくとも９０％の密度を導かない。１６５０℃を越える温度を使用しても良い が、１以上の成分を排除することを可能にするであろう、焼結補助組み合わせ物 におけるあり得るより大きな自由以外の実質的な利点をもたらさない。しかしな がら、このようなより高い温度は、慣用のアルミナ焼結炉よりはむしろ特別に設 計された焼結炉の使用を要求するであろう。

焼結温度は、理論的密度の少なくとも９０％の密度及び少なくとも」００Ｗ／ｍ ’にの熱伝導率を達成するのに十分な時間の期間維持される。

適切な時間は、２〜１６時間、望ましくは４〜１２時間、好ましくは６〜８時間 の範囲である。

このような時間の期間の間焼結温度を維持した後で、炉内の温度を望ましくは１ 分あたり１〜５０℃の速度で１２００℃の温度に低下させる。

温度は、好ましくは１分あたり５〜３０°Ｃの速度で低下させる。

周囲に冷却した後で、窒化アルミニウム及び粒子境界相を含む焼結された物体が 生じる。焼結添加剤がＹＦ３、Ｙ２Ｏ３及びＡｌ２Ｏ３である時には、粒子境界 相はオキシフッ化イツトリウム及びアルミン酸イツトリウムを含む。焼結添加剤 がＹＦ３、ＣａＦ、及びＡｌ２Ｏ５である時には、粒子境界相はオキシフッ化イ ツトリウム及びアルミン酸イツトリウムまたはアルミン酸カルシウムまたは両者 を含む。

本発明の機構は完全には理解されないけれども、高密度化組成物の成分が反応し て、焼結液体、例えば共晶または包晶液体を形成すると信じられる。焼結添加剤 がＹＦ３、Ｙ２Ｏ３及びＡ１．０３である時には、焼結液体はオキシフッ化アル ミニウムイツトリウムである。焼結添加剤がＹＦ３、ＣａＦ、及びＡＩｚｏ３で ある時には、焼結液体はオキシフッ化アルミニウムカルシウムイツトリウムであ る。

本発明を、以下の実施例によって更にそして詳細に以下に説明する。

特記しない限り、すべての部は重量により（ＰＢＷ）そしてすべてのパーセント も重量による。

実施例Ｉ ＡＩＮ粉末と、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３及びＡｌ２Ｏ３を含む高密度化組成物とを含む 一連の混合物を製造した。３つの異なる電子グレードの窒化アルミニウム粉末を 使用した。これらの粉末は、ＸＵＳ　３５５４４という名前でＴｈｅ　Ｄｏｗ　 Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｍｐａｎｙから商業的に入手できそして１．０７％の酸 素含量及び３．４２ｍ’／ｇの表面積を有する物質であるＡＩＮ’−１，１，０ ％の酸素含量及び４．ＯＯｍ”７ｇの表面積を有するＴｈｅ　Ｄｏｗ　Ｃｈｅｍ ｉｃａｌ　Ｃｏｍｐａｎｙによって開発された実験的物質であるＡｌＮ−２、並 びに１．７％の酸素含量及び４．３５ｍ２／ｇの表面積を有するＴｈｅ　Ｄｏｗ 　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｍｐａｎｙによって開発された実験的物質であるＡｌ Ｎ−３であった。各々の混合物中に含まれる窒化アルミニウム粉末及び高密度化 組成物を、空気または窒素（Ｎ２）のどちらかの完全燃焼雰囲気、理論的密度の ％及び熱伝導率と一緒に表Ｉ中に示す。

付加的な成分を混合物と合わせてスラリーを形成させた。すべてのスラリーは、 ＡＩＮ及び高密度化組み合わせ物の１００部の組み合わせ物、分散剤としての０ ．５部の魚油、２．３部のＣｉｍａｒｅｃ”’バインダー、４２部のポリエチレ ングリコール、並びにエタノール及びクロロテンの１００部の５０１５０ブレン ドを含んでいた。

これらのスラリーを、１部の窒化アルミニウム粉末あたり、Ｕ、Ｓ、Ｓｔｏｎｅ ｗａｒｅ　Ｃｏｒｐ、から商業的に入手できる１、５部の高密度ＡＩＮ微粉砕媒 体を使用して２時間微粉砕した。微粉砕されたスラリーを微粉砕媒体から回収し そして乾燥して、微粉砕された乾燥粉末を生成させた。次に、粉末を、１５．０ ００ｐｓ　ｉ　（１０３，４ＭＰａ）の圧力を有するダイセット及び油圧プレス を使用してペレットに乾燥プレスした。

ペレットを生成させる際に使用されたバインダーを、５５０℃の温度で１時間の 期間圧縮空気または窒素の流れの下でオーブン中でペレットを燃焼または加熱す ることによって除去した。冷却及び加熱の間の傾斜速度は２℃／分であった。

バインダーを除去されたペレットを耐火物坩堝中に配置しそして高温焼結炉中に 入れた。炉の中の坩堝及びそれらの内容物を、窒素ガスの流れの下で、３０℃／ 分の速度で１２００℃の温度に加熱し、引き続（１て２．５℃／分の速度で１６ ２５℃に加熱しそして約６時間の時間の期間その温度で維持することによってペ レツトを高密度化した。高密度化されたペレットを、次に、約５６Ｃ／分の速度 で周囲温度に冷却しｔこ。

実施例■ Ｙ２Ｏ３の代わりにＣａＦ２を使用しそして冷却速度を５０℃／分に増した以外 は、実施例Ｉ中で上で述べた方法によって第二の一連のサンプルを製造した。組 成、理論的密度及び熱伝導率を表■中に示す。

表■及び■中のデータは２つの点を例証する。第一に、完全燃焼雰囲気は、表■ のサンプル１１．１２及び１７〜２０並びに表■の３．４．７．８．１５及び１ ６中に示されたように密度におけるかなりの差を作り得る。第二に、それは、Ａ Ｉ　２０３の上及び下限の重要さを例証する。

実施例■ 実施例■の焼結助剤を使用して実施例Ｉ中で述べた方法の変更によって第三の一 連のサンプルを製造した。これらの変更は、１５３５°Ｃへの焼結温度の減少、 ２５８Ｃ／分への加熱速度の増加、及び５０℃／分への冷却速度の増加であった 。表工及びＨにおけるのと同じやり方で、結果を表組中に示す。

表組中のデータは、理論的密度の９０％の密度及び１００Ｗ／ｍ’にの熱伝導率 は、Ａｌ２Ｏ８、ＣａＦ、及びＹＦ３に関して特定された組成範囲内で達成でき ることを示す。同じ熱伝導率で理論的密度の９５％の密度を望む場合には、組成 限度は狭めなければならない。適切な結果は、０．２０〜０．４５のＡＩ、０３ 重量分率、０．０６〜０．３８のＣａＦ２重量分率及び０．４０〜０．６０のＹ Ｆ、重量分率によって達成できる焼結条件に２つの異なる変更を加えて、表Ｉか らのサンプル１１〜２０の組成を使用して一連のサンプルを製造した。１つの変 更は、同じ焼結温度を維持したが、加熱速度を２．５°Ｃ／分がら１５°Ｃ／分 に増したことであワた。もう一つの変更は、同じ加熱速度を維持したが、焼結温 度を１５５０°Ｃに低下させたことであった。冷却速度は実施例■及び■におけ るように５０°Ｃ／分であった。熱伝導率及び理論的密度の％の値を、表Ｉから の値と一緒に表■中に提示する。

実施例Ｖ 焼結条件に２つの異なる変更を加えて、表■からのサンプル７〜１２の組成を使 用して一連のサンプルを製造した。１つの変更は、同じ焼結温度を維持したが、 加熱速度を２５℃／分から１５°Ｃ／分に増したことであった。もう一つの変更 は、加熱速度を２．５°Ｃ／分がら１５℃／分に増しそして焼結温度を１６００ ℃に低下させたことであった。熱伝導率及び理論的密度の％の値を、表■がらの 値と一緒に表Ｖ中に提示する。

ベられた本発明の特定の実施態様の多くの等価物を認めるかまたは確認すること ができるであろう。このような等価物は、以下の請求の範囲の範囲中に含まれる ことが意図される。

Ｆ３ ＦＩＧＵＲＥ　１ Ｆ３ ＦＩＧＵＲＥ　２ 補正音の写しく翻訳文）提出書　（特許法第１８４条の８）平成５年１２月２７ 日ζ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．理論的密度の少なくとも９０％に焼結することによる後続の高密度化に有利 である雰囲気中でのバインダーの除去に続いて、バインダーとＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ ３、ＹＦ３及びＹ２Ｏ３の均一な粉末化された混合物とから生成された粉末成形 体を１５００℃〜１６５０℃の範囲内の焼結温度に高密度化する量の高温オキシ フッ化アルミニウムイットリウム焼結液体を生成させるのに十分な加熱速度で加 熱すること、並びに窒化アルミニウム粉末のそれよりも１水準未満の大きさだけ 大きい粒度、理論的密度の９０％より大きいかまたはそれと等しい密度及び１０ ０Ｗ／ｍＫより大きいかまたはそれと等しい熱伝導率を有しそして、冷却された 時に、窒化アルミニウムとオキシフッ化イットリウム及びアルミン酸イットリウ ムを含む粒子境界相とを含む焼結された物体を生じるのに十分な時間の期間の間 その温度を維持することを有して成る（ここで前記混合物は、混合物重量を基に して、８８〜９９重量％の範囲内の量でＡＩＮをそして、焼結添加剤として、１ 〜１２重量％の範囲内のＡｌ２Ｏ３、ＹＦ３及びＹ２Ｏ３の合わせられた総量を 含み、焼結添加剤は図１の領域Ｉ及びＩＩによって規定されそして取り囲まれた 組成を有し、図１においては、すべての重量分率が合計で１．０である焼結添加 剤の総重量を基にして、Ａｌ２Ｏ３の重量分率は領域Ｉに関して０．０４〜０． ３６そして領域ＩＩに関して０．７２〜０．８４の範囲であり、Ｙ２Ｏ３の重量 分率は領域Ｉに関して０より大きく０．６８までそして領域ＩＩに関して０より 大きく０．０６までの範囲であり、そしてＹＦ３の重量分率は領域Ｉに関して０ ．１８〜０．８８そして領域ＩＩに関して０．１６〜０．２８の範囲である）窒 化アルミニウムの焼結された物体を生成させる方法。 ２．熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫより大きいかまたは等しく、そして焼結添加剤が 図１の領域Ｉによって規定されそして取り囲まれた組成を有する、請求の範囲１ 記載の方法。 ３．燃焼雰囲気が、Ａｌ２Ｏ３重量分率が領域Ｉに関して０．０４ないし０．０ ８未満そして領域ＩＩに関して０．７２ないし０．７６未満である時には空気、 Ａｌ２Ｏ３重量分率が領域Ｉに関して０．３２より大きく０．３６までそして領 域ＩＩに関して０．８０より大きく０．８４までである時には窒素、そしてＡｌ ２Ｏ３重量分率が領域Ｉに関して０．０８〜０．３２そして領域ＩＩに関して０ ．７６〜０．８０である時には空気または窒素のどちらかである、請求の範囲５ 記載の方法。 ４．理論的密度の少なくとも９０％に焼結することによる後続の高密度化に有利 である雰囲気中でのバインダーの除去に続いて、バインダーとＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ ３、ＹＦ３及びＣａＦ２の均一な粉末化された混合物とから生成された粉末成形 体を１５００℃〜１６５０℃の範囲内の焼結温度に高密度化する量の高温オキシ フッ化アルミニウムカルシウムイットリウム焼結液体を生成させるのに十分な加 熱速度で加熱すること、並びに窒化アルミニウム粉末のそれよりも１水準未満の 大きさだけ大きい粒度、理論的密度の９０％より大きいかまたはそれと等しい密 度及び１００Ｗ／ｍＫより大きいかまたはそれと等しい熱伝導率を有しそして、 冷却された時に、窒化アルミニウムとオキシフッ化イットリウム及びアルミン酸 イットリウムまたはアルミン酸カルシウムまたは両者を含む粒子境界相とを含む 焼結された物体を生じるのに十分な時間の期間の間その温度を維持することを有 して成る（ここで前記混合物は、混合物重量を基にして、８８〜９９重量％の範 囲内の量でＡＩＮをそして、焼結添加剤として、１２〜１重量％の範囲内のＡｌ ２Ｏ３、ＹＦ３及びＣａＦ２の合わせられた総量を含み、焼結添加剤は図２の領 域Ｉ及びＩＩによって規定されそして取り囲まれた組成を有し、図２においては 、すべての重量分率が合計で１．０である焼結添加剤の総重量を基にして、Ａｌ ２Ｏ３の重量分率は領域Ｉに関して０．０８〜０．３０そして領域ＩＩに関して ０．０８〜０．６８の範囲であり、ＣａＦ２の重量分率は領域Ｉに関して０より 大きく０．２４までそして領域ＩＩに関して０より大きく０．６８までの範囲で あり、そしてＹＦ３の重量分率は領域Ｉに関して０．５７〜０．９２そして領域 口に関して０．０１〜０．５６の範囲である）窒化アルミニウムの焼結された物 体を生成させる方法。 ５．熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫより大きいかまたは等しく、そして焼結添加剤が 図２の領域Ｉによって規定されそして取り囲まれた組成を有する、請求の範囲４ 記載の方法。 ６．燃焼雰囲気が、Ａｌ２Ｏ３重量分率が領域Ｉ及びＩＩに関して０．０８ない し０．１２未満である時には空気、Ａｌ２Ｏ３重量分率が領域Ｉに関して０．２ ６より大きく０．３０までそして領域ＩＩに関して０．６４より大きく０．６８ までである時には窒素、そしてＡｌ２Ｏ３重量分率が領域１に関して０．１２〜 ０．２６そして領域ＩＩに関して０．１２〜０．６４である時には空気または窒 素のどちらかである、請求の範囲４記載の方法。 ７．加熱速度が周囲温度から焼結温度までの温度範囲にわたって２〜３０℃／分 である、請求の範囲１または４記載の方法。 ８．加熱速度が１２００から焼結温度までの温度範囲にわたって２．５〜２５℃ ／分である、請求の範囲１または４記載の方法。 ９．焼結された物体を１〜５０℃／分の速度で１２００℃の温度に冷却するステ ップを更に有して成る、請求の範囲１または４記載の方法。