JPH07252509A

JPH07252509A - 窒化物系セラミックスと金属との傾斜組成体の製造方法および基板用傾斜組成体ならびに構造材用傾斜組成体

Info

Publication number: JPH07252509A
Application number: JP6065685A
Authority: JP
Inventors: Seiji Toyoda; 誠司豊田; Yusuke Watarai; 祐介渡會; Hideaki Yoshida; 秀昭吉田; Kenji Morinaga; 健次森永
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1994-03-09
Filing date: 1994-03-09
Publication date: 1995-10-03

Abstract

(57)【要約】【目的】生産性を向上させたセラミックスと金属との
傾斜組成体およびその製造方法を提供する。【構成】ＡｌＮ粉末、Ｗ粉末、および、アルコールを
準備し、ＡｌＮ粉末およびＷ粉末をアルコール中に攪拌
・混合して懸濁液を作成し、この懸濁液を型に鋳込成形
し、この成形したものを脱脂、焼成する。この結果、セ
ラミックスと金属との傾斜組成体を製造することができ
る。この傾斜組成体は、窒化物系セラミックスと金属と
の組成比が１：０から０：１に連続的に変化する。この
ため、新たに、窒化物系セラミックス体を成形する必要
がない。また、金属ペーストを準備する必要がない。し
たがって、製造工程が単純である。さらに、懸濁液の沈
降速度が固化前のグリーンシートのものより速いので、
その製造時間も短くすることができる。よって、生産性
を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、窒化物系セラミックス
と金属との組成比を一方向に変化させた傾斜組成体の製
造方法および基板用傾斜組成体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子材料あるいは構造材料の分野
において、高熱伝導特性を有するＡｌＮ（窒化アルミニ
ウム）基板や高温強度に優れるＳｉ₃Ｎ₄（窒化ケイ素）
やＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）等の窒化物系セラミック
スが用いられている。また、これらのセラミックス表面
に金属層を形成したメタライズ材料が多くの用途に使わ
れている。このようなメタライズ材料においては、セラ
ミックスと金属との接合性が高いことが最も強く要求さ
れている。

【０００３】このような窒化物系セラミックスと金属と
の接合性の向上に対していくつかの提案が行われてい
る。例えば、Ｓｉ₃Ｎ₄またはＡｌＮまたは金属の表面に
窒素およびＩＩＩａ、ＩＩＩｂ、ＩＶａ、ＩＶｂ、Ｖ
ａ、ＶＩａ族の金属を介在させ、両者を加熱、加圧し接
合する方法が提案されている（特開昭６１−７７６８１
号公報）。また、窒化物セラミックスと金属との接合部
に、活性金属の窒化物層と、活性金属に富む遷移金属と
の合金層と、遷移金属に富む活性金属との合金層とを、
セラミックス側から順次配置し、接合する方法が提案さ
れている（特開昭６１−７７６８１号公報）。すなわ
ち、これらの方法は、窒化物系セラミックスと金属層と
の間に反応層あるいは中間層を設けることにより、高い
密着性を得るものである。

【０００４】しかし、これらの金属層は、反応層あるい
は中間層を介して窒化物系セラミックスと接合されてい
るため、熱サイクル試験を繰り返した場合、金属層と窒
化物系セラミックスとの熱膨張係数の差に起因した熱応
力により、接合界面にて剥離や割れが生じることが問題
となっている。

【０００５】一方、熱応力緩和を目的とした複合材料と
して、近年より傾斜機能材料が注目を集めている。この
材料は、異種材料の間に両者の組成あるいは組織を連続
的あるいは段階的に変化させた混合層を設けることによ
り、材料間に生じる熱応力を緩和するものである。した
がって、この傾斜混合層を応用することにより、接合強
度の高いセラミックス−金属複合材料が得られるものと
考えられる。

【０００６】このような傾斜組成層を利用した接合方法
として、ＡｌＮ基板に搭載された電子部品の放熱を行う
ことを目的として、ＡｌＮ基板にＷ（タングステン）層
を接合し、このＷ層を介在させてＣｕ（銅）板を接合す
る方法が提案されている（特開平３−１５７９８９号公
報）。すなわち、ＡｌＮ基板にＡｌＮ−Ｗ傾斜組成層を
同時焼成で接合し、熱応力によるＡｌＮ基板とＣｕ板と
の剥離を防止するものである。

【０００７】詳しくは、まず、ＡｌＮのグリーンシート
を成形し、乾燥、硬化させる。次に、ＡｌＮにＷを混合
したＡｌＮ−Ｗのグリーンシートを成形する。このＡｌ
Ｎ−Ｗのグリーンシートを、乾燥速度を遅くして乾燥、
硬化させる。このとき、乾燥速度を遅くすることによ
り、ＡｌＮ−Ｗのグリーンシートが硬化するまでの間
に、ＡｌＮ粒子より粒度の大きなＷ粒子が自重でその厚
さ方向に沈降する。この結果、硬化したＡｌＮ−Ｗのグ
リーンシートの下面側はＷリッチ（ＡｌＮよりもＷ過多
の組成）となり、その上面側はＡｌＮリッチ（Ｗよりも
ＡｌＮ過多の組成）となる。

【０００８】このＡｌＮリッチ側を上記ＡｌＮのグリー
ンシートと接触させるように、ＡｌＮ−Ｗのグリーンシ
ート上にＡｌＮのグリーンシートを積層する。この積層
体を加圧して、互いに圧着させる。この後、積層体の下
面、すなわち、ＡｌＮ−ＷのグリーンシートのＷリッチ
側に、Ｗペーストを塗布し、乾燥させる。この結果、積
層体の下面でＷの組成がほぼ１００％となる。この積層
体を、窒素雰囲気中で脱脂処理した後、同雰囲気中にて
一体焼成する。この結果、ＡｌＮ基板が焼成され、同時
に、このＡｌＮ基板の上面にＡｌＮ−Ｗ傾斜組成層が形
成される。

【０００９】なお、このＡｌＮ−Ｗ傾斜組成層とは、Ａ
ｌＮとＷがその厚さ方向に沿って両者の組成が傾斜組成
となっているものである。すなわち、一方の面ではＡｌ
Ｎリッチ、他方の面ではＷリッチとなり、その中間部に
おいてＷリッチ面に向かってＡｌＮの組成が徐々に減少
するものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなＡｌＮ基板にＡｌＮ−Ｗ傾斜組成層を接合する製造
方法にあっては、ＡｌＮ−Ｗ傾斜組成層はその厚さ方向
にＡｌＮの組成を１００％から０％に、Ｗの組成を０％
から１００％に変化させることができないために、その
複合化した基板の生産性が低いという課題を有してい
た。

【００１１】すなわち、従来方法では、基板と同一材料
（ＡｌＮ）のグリーンシートをも準備しなければならな
い。そして、このＡｌＮグリーンシートを、傾斜組成層
用のＡｌＮ−Ｗのグリーンシート上に積層し、加圧圧着
を行う必要がある。さらに、ＡｌＮ−Ｗのグリーンシー
トのＷリッチ面にＷペーストを塗布する必要がある。こ
れらの結果、複合化した基板の製造工程が複雑となって
いるのである。

【００１２】さらにまた、ＡｌＮ−Ｗ傾斜組成層を形成
するためには、ＡｌＮ−Ｗのグリーンシートの乾燥速度
を遅くする必要がある。この結果、ＡｌＮ−Ｗのグリー
ンシートの乾燥、硬化に要する時間が長くなり、それに
伴って、全体として製造時間も長くなっている。

【００１３】

【課題解決のための知見】そこで、本願発明者は、乾
燥、硬化前のＡｌＮ−Ｗのグリーンシートにおいて、グ
リーンシートの粘度が高く（１０Ｐａ・ｓ以上）、Ｗ粒
子の沈降速度が遅いために、ＡｌＮ−Ｗ傾斜組成層には
ＡｌＮリッチ部およびＷリッチ部しか形成することがで
きないという知見を得た。この結果、ＡｌＮ−Ｗ傾斜組
成層においては、Ｗを含まないＡｌＮ部およびＡｌＮを
含まないＷ部を形成することができない。よって、Ａｌ
Ｎ−Ｗ傾斜組成層のＡｌＮリッチ部はＷを含むので、Ａ
ｌＮ単体よりも電気絶縁性が低下する。また、Ｗリッチ
部ではＡｌＮを含むので、Ｗ単体よりもＣｕ板との接合
性に劣る。これらのことから、上述のように、ＡｌＮ−
Ｗ傾斜組成層の両面にＡｌＮグリーンシートの積層およ
びＷペーストの塗布が必要となるものである。

【００１４】一方、窒化物系セラミックス粒子と金属粒
子とを含む懸濁液の状態で金属粒子を沈降させた場合、
その沈降速度は乾燥、硬化前のグリーンシート中での金
属粒子のそれよりも速いために、窒化物系セラミックス
と金属との組成変化の範囲も大きくなるとの知見も得
た。すなわち、傾斜組成体の製造時間を短縮することが
でき、さらに傾斜組成層の厚さ方向に沿って、窒化物系
セラミックスの組成を０％から１００％に、金属の組成
を１００％から０％に変化させることができる。

【００１５】

【発明の目的】本発明の目的は、生産性を向上させた窒
化物系セラミックスと金属との傾斜組成体の製造方法、
および、基板用傾斜組成体を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した発明
は、図１に示すように、窒化物系セラミックスの粉末
と、窒化物系セラミックスの焼結助剤の粉末と、上記窒
化物系セラミックスおよび上記窒化物系セラミックスの
焼結助剤の各焼成温度より融点の高い金属の粉末と、上
記窒化物系セラミックス、上記窒化物系セラミックスの
焼結助剤および上記金属が不溶の分散媒体とを準備し、
上記窒化物系セラミックスの粉末と、上記窒化物系セラ
ミックスの焼結助剤の粉末と、上記金属の粉末とを上記
分散媒体中に混合した懸濁液を作製し、この懸濁液を、
分散媒体を吸収または透過する材質で形成された型中に
鋳込むことにより成形を行い、この成形したものを焼成
する窒化物系セラミックスと金属との傾斜組成体の製造
方法である。

【００１７】請求項２に記載の発明は、上記窒化物系セ
ラミックスの粉末および上記窒化物系セラミックスの焼
結助剤の粉末の各平均粒径が０．２〜４μｍであり、上
記金属の粉末の平均粒径が１〜１０μｍである請求項１
に記載の窒化物系セラミックスと金属との傾斜組成体の
製造方法である。

【００１８】請求項３に記載の発明は、窒化物系セラミ
ックスの粉末と、窒化物系セラミックスの焼結助剤の粉
末と、金属の粉末と、分散媒体とを混合した上記懸濁液
の粘度が５００ｍＰａ・ｓ以下である請求項１または請
求項２に記載の窒化物系セラミックスと金属との傾斜組
成体の製造方法である。

【００１９】請求項４に記載の発明は、上記窒化物系セ
ラミックスの粉末としては、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＡ
ｌＯＮのいずれかの粉末を用いるとともに、上記金属の
粉末としてはＷ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｎｉ基合金、Ｃｏ
基合金のいずれかの粉末を用いた請求項１〜請求項３の
いずれか１項に記載の窒化物系セラミックスと金属との
傾斜組成体の製造方法である。

【００２０】請求項５に記載の発明は、一方側表面は窒
化物系セラミックス１００％、他方側表面は金属１００
％であって、その中間部はこの窒化物系セラミックスと
金属との組成比が連続的に変化する窒化物系セラミック
ス−金属の傾斜組成である基板用傾斜組成体である。

【００２１】請求項６に記載の発明は、上記窒化物系セ
ラミックスとしてＡｌＮを用いた請求項５に記載の基板
用傾斜組成体である。

【００２２】請求項７に記載の発明は、一方側表面は窒
化物系セラミックス１００重量％（以下、％）、他方側
表面は金属１００％であって、その中間部はこの窒化物
系セラミックスと金属との組成比が連続的に変化する窒
化物系セラミックス−金属の傾斜組成である構造材用傾
斜組成体である。

【００２３】請求項８に記載した発明は、上記窒化物系
セラミックスとしてＳｉ₃Ｎ₄またはＳｉＡｌＯＮを用い
た請求項７に記載の構造材用傾斜組成体である。

【００２４】

【作用】請求項１に記載した発明に係る傾斜組成体の製
造方法にあっては、窒化物系セラミックスの焼成温度よ
り融点の高い金属の粉末を用いている。このため、焼成
時に金属が溶融することはない。この結果、鋳込成形を
行った後、窒化物系セラミックスと金属とを焼成するこ
とができる。

【００２５】また、分散媒体に窒化物系セラミックスお
よび金属が不溶である。このため、窒化物系セラミック
ス粉末および金属粉末を分散媒体中に混合すると、窒化
物系セラミックス粉末および金属粉末が媒体中に溶解す
ることなく、均一に分散した懸濁液を作製することがで
きる。

【００２６】この懸濁液を型に鋳込成形すると、分散媒
体が型中に吸収される。あるいは、分散媒体が型中を透
過するとともに、窒化物系セラミックス粉末よりも密度
の大きな金属粉末が先に沈降する。この結果、窒化物系
セラミックスの組成と金属の組成とが連続的に変化した
成形体を得ることができる。

【００２７】この成形体を焼成することにより、その一
方の側が金属を含まない窒化物系セラミックスであり、
他方の側が窒化物系セラミックスを含まない金属である
窒化物系セラミックス−金属傾斜組成体を製造すること
ができる。すなわち、図２に示すように、窒化物系セラ
ミックス１１から金属１２までその組成が連続的に変化
する窒化物系セラミックス−金属傾斜組成体を得ること
ができる。

【００２８】基板と傾斜組成体との接合のために、新た
に窒化物系セラミックス体（グリーンシート）を成形、
準備する必要がなく、したがって、この窒化物系セラミ
ックス体と窒化物系セラミックス−金属傾斜組成体とを
積層し加圧して互いに圧着させる必要もない。また、金
属ペーストを準備する必要もなく、この金属ペーストを
窒化物系セラミックス−金属傾斜組成体に塗布する必要
もない。

【００２９】以上の結果、この窒化物系セラミックスと
金属との傾斜組成体の製造方法においては、その製造工
程が少なくなる。さらに、懸濁液中での金属粒子の沈降
速度が硬化前のグリーンシート中でのそれよりも速いた
め、その製造時間も短縮することができる。よって、生
産性を向上させることができる。

【００３０】請求項２に記載した発明に係る製造方法で
は、平均粒径が０．２〜４μｍの窒化物系セラミックス
粉末および窒化物系セラミックスの焼結助剤粉末と、平
均粒径が１〜１０μｍの金属粉末とを用いている。この
ため、窒化物系セラミックス粉末および金属粉末を分散
媒体中に混合した場合、均一に分散した懸濁液が得られ
る。

【００３１】また、請求項３に記載の発明に係る窒化物
系セラミックスと金属との傾斜組成体の製造方法にあっ
ては、窒化物系セラミックスの粉末と、その焼結助剤の
粉末と、金属の粉末と、分散媒体とを混合した懸濁液に
おいて、その粘度が５００ｍＰａ・ｓ以下の懸濁液を用
いている。懸濁液の粘度をこの値以下とすることによ
り、その懸濁液を型中に鋳込んだ後でも、液中で金属粒
子の沈降が容易に起こり、分散媒体が型中に吸収、ある
いは透過する過程において、型表面側に金属層が形成さ
れ、成形体厚さ方向に沿って窒化物系セラミックスの組
成を連続的に変化させることができる。

【００３２】また、請求項４に記載の発明では、上記窒
化物系セラミックスの粉末としては、ＡｌＮ、Ｓｉ
₃Ｎ₄、ＳｉＡｌＯＮのいずれかの粉末を用いる。ＡｌＮ
またはＳｉＡｌＯＮを用いた場合は、金属の粉末として
Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等を用いることがで
きる。また、Ｓｉ₃Ｎ₄の粉末は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金のいずれかの粉末と同時に
用いることができる。

【００３３】また、請求項５に記載の発明は、基板用傾
斜組成体にあって窒化物系セラミックス−金属の傾斜組
成の中間部にて熱応力を緩和することができる。ととも
に、窒化物系セラミックス１００％、金属１００％の両
側面には、それぞれ窒化物系セラミックスと金属とを強
固に接合することができる。さらに、このようにして接
合したセラミックスを例えば電子部品等の基板として用
いることもできる。

【００３４】また、請求項６に記載の発明では、基板用
の傾斜組成体には、窒化物系セラミックスとしてＡｌＮ
が好適である。ＡｌＮは放熱性が高く、基板に搭載した
電子部品からの放熱を高めることができるからである。

【００３５】また、請求項７に記載の発明では、構造材
用傾斜組成体として使用した場合その窒化物系セラミッ
クスと金属との傾斜組成である中間部にあって熱応力の
緩和を行うことができる。同時に、セラミックス１００
％、金属１００％の両側面はそれぞれセラミックス、金
属に強固に接合することができ、構造材としての機械的
強度を高めることができる。したがって、高耐熱性の構
造材として特に有用である。

【００３６】さらに、請求項８に記載した発明では、上
記窒化物系セラミックスとしてＳｉ₃Ｎ₄またはＳｉＡｌ
ＯＮを用いている結果、構造材用の傾斜組成体として最
適である。すなわち、高耐熱性、高強度の構造材を得る
ことができる。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を詳述する。

【００３８】まず、分散媒体として蒸留水、あるいはエ
タノール等の有機溶媒、セラミックス粉末としてＡｌ
Ｎ、Ｓｉ₃Ｎ₄、サイアロン等の窒化物系セラミックス粉
末、金属粉末としてＷ、Ｍｏ（モリブデン）、Ｆｅ
（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）等の高融点の金属粉末、焼結
助剤粉末としてＹ₂Ｏ₃（イットリア）、ＣａＯ（カルシ
ア）、Ａｌ₂Ｏ₃（アルミナ）等、分散剤および結合剤と
して有機系ポリマーを準備する。これらの分散媒体中
に、窒化物系セラミックス粉末、金属粉末、焼結助剤粉
末、分散剤および結合剤を所定の割合で添加し、混合攪
拌を行うことにより、窒化物系セラミックス粉末、金属
粉末、および焼結助剤粉末が分散媒体中に均一に分散し
た懸濁液が得られる。

【００３９】そして、図３に示すように、上記懸濁液１
の一部を型２内に流し込む。この型２は、懸濁液中の分
散媒体を吸収する部分２Ａと、分散媒体を吸収しない部
分２Ｂとを有する。例えば、石膏型の板２Ａ上にポリ塩
化ビニル製の円筒２Ｂを固着したものである。このた
め、懸濁液中の分散媒体は石膏製の板２Ａに吸収される
が、円筒２Ｂには吸収されない。

【００４０】懸濁液１中の窒化物系セラミックス粒子お
よび焼結助剤粒子に比べて金属粒子の方が密度が大き
い。このため、図４に示すように、懸濁液１を流し込ん
だ直後では、懸濁液１中の金属粒子のうち粗大なものが
自重で、窒化物系セラミックス粒子および焼結助剤粒子
より先に沈降する。この結果、石膏製の板２Ａ上におい
て、懸濁液１の下側に、窒化物系セラミックス粒子およ
び焼結助剤粒子を含まない金属部３が形成される。

【００４１】その後、懸濁液１中の窒化物系セラミック
ス粒子および焼結助剤粒子のうち粗大なものが自重でそ
れぞれ沈降し始めると共に、懸濁液１の分散媒体が石膏
製の板２Ａの毛管力により吸収され始める。このため、
図５に示すように、窒化物系セラミックス粒子、金属粒
子および焼結助剤粒子からなる混合部４が上記金属部３
上に形成される。この混合部４が形成される初期の段階
において、この混合部４は、密度の大きな金属粒子の量
が多いために、金属リッチに形成される。さらに時間の
経過と共に、混合部４が形成される終期の段階におい
て、この混合部４の上部は、金属粒子の量が減少する一
方、密度の小さな窒化物系セラミックス粒子および焼結
助剤粒子の量が増加し、窒化物系セラミックスリッチに
形成される。すなわち、混合部４は、その厚さ方向に沿
って両材料の組成が傾斜組成となっており、窒化物系セ
ラミックス−金属傾斜組成体の上部では窒化物系セラミ
ックスリッチとなり、その下部では金属リッチとなり、
その中間部では上方向に沿って金属の割合が徐々に減少
するものである。

【００４２】その後、懸濁液１の流し込みから長時間経
過すると、懸濁液１中の全ての金属粒子が沈降する。こ
の後、懸濁液１中の窒化物系セラミックス粒子および焼
結助剤粒子が沈降するとともに、懸濁液１中の分散媒体
が全て石膏製の板２Ａ内に吸収される。この結果、図６
に示すように、金属粒子を含まない窒化物系セラミック
ス部５が混合部４上に形成され、窒化物系セラミックス
と金属との組成が連続的に変化するものが一体成形され
る。この成形体にあっては、金属部３、混合部４、窒化
物系セラミックス部５の明確な界面は存在しない。

【００４３】なお、窒化物系セラミックス粉末およびそ
の焼結助剤粉末の平均粒径を０．２μｍより小さくする
と、懸濁液中での上記両粉末粒子の沈降速度が遅くな
り、その大部分が金属粒子の沈降が終了後も懸濁液中に
残存する。したがって、懸濁液中の分散媒体が石膏製の
板中に吸収された後に得られる成形体において、窒化物
系セラミックスと金属との混合部が形成されない。ま
た、懸濁液中の窒化物系セラミックス粒子およびその焼
結助剤粒子の平均粒径を４μｍより大きくすると、窒化
物系セラミックス粒子およびその焼結助剤粒子が懸濁液
中に均一に分散しない。したがって、懸濁液を石膏製の
板上に流し込んだ直後から、金属粒子の沈降とともに、
窒化物系セラミックス粒子およびその焼結助剤粒子の沈
降が始まる。そのため、得られる成形体では、金属部お
よび窒化物系セラミックス部が形成されない。

【００４４】また、金属粉末の平均粒径を１μｍより小
さくすると、懸濁液中での金属粉末粒子の沈降速度が遅
くなり、懸濁液を石膏製の板上に流し込んだ直後での、
金属粒子の優先的な沈降が起こらない。すなわち、窒化
物系セラミックス粒子およびその焼結助剤粒子の沈降と
ともに、金属粒子が沈降するため、得られる成形体では
金属部および窒化物系セラミックス部が形成されない。
また、金属粉末の平均粒径を１０μｍより大きくする
と、懸濁液中で金属粒子が十分に分散しない。そのた
め、懸濁液を石膏製の板上に流し込んだ直後より、きわ
めて短時間のうちに全ての金属粒子が沈降する。したが
って、得られる成形体において、窒化物系セラミックス
と金属との混合部が形成されないこととなる。

【００４５】なお、上記懸濁液の粘度を５００ｍＰａ・
ｓより高くすると、懸濁液を石膏製の板上に流し込んだ
直後から、懸濁液中の分散媒体が全て石膏製の板中に吸
収されるまでの間に、金属粒子が十分に沈降しない。し
たがって、石膏製の板直上の金属層中に窒化物系セラミ
ックス粒子およびその焼結助剤粒子が混入し、窒化物系
セラミックス粒子およびその焼結助剤粒子を含まない金
属部を得ることができない。また、懸濁液中の分散媒体
が全て石膏製の板中に吸収された後の成形体上部に、金
属粒子が存在するため、金属粒子を含まない窒化物系セ
ラミックス部を得ることができない。

【００４６】また、懸濁液中の分散媒体を吸収する部分
２Ａとしては、上記石膏製に限られることなく、セラミ
ックス製、あるいは樹脂製、あるいは紙製でもよい。ま
た、上記石膏製の板２Ａから分散媒体を通過させてもよ
い。すなわち、石膏製の板２Ａ内で分散媒体を必ずしも
保持する必要はなく、石膏製の板２Ａの下方から分散媒
体を真空ポンプで吸引することも可能である。

【００４７】このようにして得られた成形体を、非酸化
性雰囲気にて焼成する。このことにより、窒化物系セラ
ミックスおよび金属を酸化することなく、焼結すること
ができる。また、その焼成温度を１４００〜１９００℃
の範囲にする。このことにより、焼結性が高く、緻密な
組織を有する窒化物系セラミックスと金属との傾斜組成
体を製造することができる。

【００４８】次に、本実施例の第１具体例を説明する。
この具体例は、まず、表１に示される各種の粉末を用意
する。次に、ＡｌＮ粉末１００重量部に対して、各種粉
末、分散剤および結合剤を表中に表した割合で混合した
ものに、エタノール７０重量部添加し、混合攪拌を行
い、スリップ（懸濁液）を調整する。なお、表中の金属
粉末、焼結助剤粉末、分散剤および結合剤の添加量は、
いずれもＡｌＮ粉末１００重量部に対する割合である。
これらのスリップを、石膏型上に搭載した内径２０ｍｍ
×高さ５０ｍｍのポリ塩化ビニル製の円筒内に流し込
み、１〜８時間静置する。静置後に得られた成形体を、
Ｎ₂（窒素ガス）雰囲気中、１７００℃で４時間焼成
し、焼結体を作製する。

【００４９】また、比較用試料として、ＡｌＮ粉末１０
０重量部に対して、Ｗ粉末、Ｙ₂Ｏ₃粉末および結合剤を
表中に表した割合で混合したものに、アゼオトロープ
（有機溶媒）４０重量部添加し、混合攪拌を行う。得ら
れたスリップを用いて厚さ３ｍｍのグリーンシートを作
製し、２４時間静置する。静置後に得られたグリーンシ
ートを、Ｎ₂雰囲気中、１７００℃で４時間焼成し、焼
結体を作製する。

【００５０】

【表１】

【００５１】上記方法により調整したスリップについて
は、Ｂ型粘度計を用いて粘度を測定した。また、焼成後
に得られた焼結体については、その断面のＥＰＭＡ（ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｐｒｏｂｅｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓ
ｅｒ）分析を行い、ＡｌＮ−金属傾斜組成層の有無およ
び同層中の金属濃度の測定を行った。

【００５２】その結果、試料２、試料３、試料４、試料
７、試料８、試料１０、試料１３、試料１４、試料１
５、試料１８、試料１９、試料２１では、試料中にＡｌ
Ｎ−金属傾斜組成層が存在し、かつ層中での金属の割合
が０〜１００％まで次第に変化していることが認められ
た。また、比較試料１については、ＡｌＮ−Ｗ傾斜組成
層が存在するものの、ＡｌＮのみの層およびＷのみの層
は得られなかった。

【００５３】次に、本実施例の第２具体例を説明する。
この具体例は、まず、表２および表３に示される各種の
粉末を用意する。次に、Ｓｉ₃Ｎ₄粉末１００重量部に対
して、各種粉末、分散剤および結合剤を表中に表した割
合で混合したものに、蒸留水７０重量部添加し、混合攪
拌を行い、スリップを調整する。なお、表中の金属粉
末、焼結助剤粉末、分散剤および結合剤の添加量は、い
ずれもＳｉ₃Ｎ₄粉末１００重量部に対する割合である。
これらのスリップを、石膏型上に搭載した内径２０ｍｍ
×高さ５０ｍｍのポリ塩化ビニル製の円筒内に流し込
み、１〜８時間静置する。静置後に得られた成形体を、
Ｎ₂雰囲気中、１６００℃で４時間焼成し、焼結体を作
製する。

【００５４】また、比較用試料として、Ｓｉ₃Ｎ₄粉末１
００重量部に対して、Ｆｅ粉末、Ａｌ₂Ｏ₃粉末、Ｙ₂Ｏ₃
粉末および結合剤を表中に表した割合で混合したもの
に、アゼオトロープ（有機溶媒）４０重量部添加し、混
合攪拌を行う。得られたスリップを用いて厚さ３ｍｍの
グリーンシートを作製し、２４時間静置する。静置後に
得られたグリーンシートを、Ｎ₂雰囲気中、１６００℃
で４時間焼成し、焼結体を作製する。

【００５５】

【表２】

【００５６】

【表３】

【００５７】上記方法により調整したスリップについて
は、Ｂ型粘度計を用いて粘度を測定した。また、焼成後
に得られた焼結体については、その断面のＥＰＭＡ分析
を行い、Ｓｉ₃Ｎ₄−金属傾斜組成層の有無および同層中
の金属濃度の測定を行った。

【００５８】その結果、試料２４、試料２５、試料２
６、試料２９、試料３０、試料３３、試料３４では、試
料中にＳｉ₃Ｎ₄−金属傾斜組成層が存在し、かつ層中で
の金属の割合が０〜１００％まで次第に変化しているこ
とが認められた。また、比較試料１については、Ｓｉ₃
Ｎ₄−Ｆｅ傾斜組成層が存在するものの、同層内部での
金属の割合が５０〜７０％の範囲でのみ変化しており、
Ｓｉ₃Ｎ₄のみの層およびＦｅのみの層は得られなかっ
た。

【００５９】次に、本実施例の第３具体例を説明する。
この具体例は、まず、表４に示される各種の粉末を用意
する。次に、サイアロン粉末１００重量部に対して、各
種粉末、分散剤および結合剤を表中に表した割合で混合
したものに、蒸留水７０重量部添加し、混合攪拌を行
い、スリップを調整する。なお、表中の金属粉末、焼結
助剤粉末、分散剤および結合剤の添加量は、いずれもサ
イアロン粉末１００重量部に対する割合である。これら
のスリップを、石膏型上に搭載した内径２０ｍｍ×高さ
５０ｍｍのポリ塩化ビニル製の円筒内に流し込み、１〜
８時間静置する。静置後に得られた成形体を、Ｎ₂雰囲
気中、１７００℃で４時間焼成し、焼結体を作製する。

【００６０】また、比較用試料として、サイアロン粉末
１００重量部に対して、Ｗ粉末、Ｙ₂Ｏ₃粉末および結合
剤を表中に表した割合で混合したものに、アゼオトロー
プ（有機溶媒）４０重量部添加し、混合攪拌を行う。得
られたスリップを用いて厚さ３ｍｍのグリーンシートを
作製し、２４時間静置する。静置後に得られたグリーン
シートを、Ｎ₂雰囲気中、１７００℃で４時間焼成し、
焼結体を作製する。

【００６１】

【表４】

【００６２】上記方法により調整したスリップについて
は、Ｂ型粘度計を用いて粘度を測定した。また、焼成後
に得られた焼結体については、その断面のＥＰＭＡ分析
を行い、サイアロン−金属傾斜組成層の有無および同層
中の金属濃度の測定を行った。

【００６３】その結果、試料４８、試料４９、試料５
０、試料５３、試料５４、試料５７、試料５９、試料６
０、試料６１、試料６４、試料６５、試料６８では、試
料中にサイアロン−金属傾斜組成層が存在し、かつ層中
での金属の割合が０〜１００％まで次第に変化している
ことが認められた。また、比較試料１については、サイ
アロン−Ｗ傾斜組成層が存在するものの、同層内部での
金属の割合が５０〜７０％の範囲でのみ変化しており、
サイアロンのみの層およびＷのみの層は得られなかっ
た。

【００６４】以上の結果より、本発明の一実施例に係る
窒化物系セラミックスと金属との傾斜組成体の製造方法
によれば、窒化物系セラミックスおよび金属の組成を０
〜１００％に変化させた傾斜組成体を作製することがで
き、かつ短時間で製造することができるため、その生産
性も向上するものである。

【００６５】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、窒化物系
セラミックスの焼成温度より融点の高い金属の粉末を用
いているので、焼成時に金属が溶融することなく、窒化
物系セラミックスと金属とを同時に焼成することができ
る。また、窒化物系セラミックス、その焼結助剤および
金属が不溶の分散媒体を用いているので、窒化物系セラ
ミックス粉末、窒化物系セラミックスの焼結助剤の粉末
および金属粉末を分散媒体に混合すると、窒化物系セラ
ミックス粉末および金属粉末が分散媒体中に溶解するこ
となく、均一に分散した懸濁液を作製することができ
る。この懸濁液を型に鋳込成形すると、分散媒体が型中
に吸収され、あるいは、型を通過するとともに、窒化物
系セラミックス粉末よりも密度の大きな金属粉末が先に
沈降する。この結果、型において、窒化物系セラミック
スの組成と金属の組成とが連続的に変化した成形体を得
ることができる。この成形体を焼成することにより、そ
の一方の側が金属を含まない窒化物系セラミックスであ
り、他方の側が窒化物系セラミックスを含まない金属で
ある窒化物系セラミックス−金属傾斜組成体を製造する
ことができる。したがって、この窒化物系セラミックス
と金属との傾斜組成体の製造方法においては、その製造
工程が単純であり、その製造時間も短縮することができ
る。よって、生産性を向上させることができる。

【００６６】また、請求項２に係る発明によれば、窒化
物系セラミックス粉末、窒化物系セラミックスの焼結助
剤粉末および金属粉末が分散媒体中に均一に混合した懸
濁液を作製することができる。したがって、窒化物系セ
ラミックスと金属との傾斜組成体を製造する際に、好適
な懸濁液を供給することができる。よって、その生産性
を向上させることができる。

【００６７】また、請求項３に係る発明によれば、窒化
物系セラミックス粉末と窒化物系セラミックスの焼結助
剤粉末と金属粉末とを分散媒体に混合した懸濁液におい
て、その粘度が５００ｍＰａ・ｓ以下の懸濁液を用いて
いるので、その懸濁液を型中に鋳込んだ後でも、懸濁液
中で金属粒子の沈降が容易に起こる。そのため、分散媒
体が型中に吸収されあるいは型を透過する過程におい
て、型の底面側に金属層が形成され、成形体の厚さ方向
に沿って窒化物系セラミックスの組成を連続的に変化さ
せることができる。したがって、窒化物系セラミックス
と金属の組成が厚さ方向に連続的に変化した成形体を作
製することができる。よって、その生産性を向上させる
ことができる。

【００６８】請求項４に記載の発明では、上記効果に加
えて、電子部品搭載用基板に使用して好適な傾斜組成体
を得ることができる。すなわち、この傾斜組成体を用い
ることにより、放熱性に優れ、かつ、接合強度が高い基
板を得ることができる。

【００６９】請求項５，６に記載の基板用傾斜組成体
は、セラミックス基板と放熱用金属とを強固に接合する
ことができ、熱応力の緩和等の作用を有する。したがっ
て、電子部品搭載用として好適な基板を形成することも
できる。

【００７０】請求項７，８に記載の構造材用傾斜組成体
は、セラミックスと金属とを強固に接合することがで
き、熱応力の緩和等の作用を有する。したがって、高耐
熱性、高強度の構造材を構成することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る窒化物系セラミックスと金属との
傾斜組成体の製造方法を説明するためのフローチャート
である。

【図２】本発明に係る窒化物系セラミックスと金属との
傾斜組成体を示す断面図である。

【図３】本発明の一実施例に係る窒化物系セラミックス
と金属との傾斜組成体の製造方法の懸濁液の型への注入
工程を示す断面図である。

【図４】本発明の一実施例に係る窒化物系セラミックス
と金属との傾斜組成体の製造方法の沈降工程の初期状態
を示す断面図である。

【図５】本発明の一実施例に係る窒化物系セラミックス
と金属との傾斜組成体の製造方法の沈降工程の中期状態
を示す断面図である。

【図６】本発明の一実施例に係る窒化物系セラミックス
と金属との傾斜組成体の製造方法の沈降工程の終期状態
を示す断面図である。

【符号の説明】

１懸濁液２型３金属部４混合部５窒化物系セラミックス部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ３２Ｂ 15/04 ＢＣ０４Ｂ 35/622 35/00 35/58 １０１Ｚ 35/584 35/581 35/599 Ｃ０４Ｂ 35/00 Ｈ 35/58 １０２Ａ１０４Ａ３０２Ｚ (72)発明者森永健次福岡県筑紫郡那珂川町大字片縄1232−35

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化物系セラミックスの粉末と、窒化物
系セラミックスの焼結助剤の粉末と、上記窒化物系セラ
ミックスおよび上記窒化物系セラミックスの焼結助剤の
各焼成温度より融点の高い金属の粉末と、上記窒化物系
セラミックス、上記窒化物系セラミックスの焼結助剤お
よび上記金属が不溶の分散媒体とを準備し、上記窒化物系セラミックスの粉末と、上記窒化物系セラ
ミックスの焼結助剤の粉末と、上記金属の粉末とを上記
分散媒体中に混合した懸濁液を作製し、この懸濁液を、分散媒体を吸収または透過する材質で形
成された型中に鋳込むことにより成形を行い、この成形したものを焼成することを特徴とする窒化物系
セラミックスと金属との傾斜組成体の製造方法。
【請求項２】上記窒化物系セラミックスの粉末および
上記窒化物系セラミックスの焼結助剤の粉末の各平均粒
径が０．２〜４μｍであり、上記金属の粉末の平均粒径
が１〜１０μｍである請求項１に記載の窒化物系セラミ
ックスと金属との傾斜組成体の製造方法。
【請求項３】窒化物系セラミックスの粉末と、窒化物
系セラミックスの焼結助剤の粉末と、金属の粉末と、分
散媒体とを混合した上記懸濁液の粘度が５００ｍＰａ・
ｓ以下である請求項１または請求項２に記載の窒化物系
セラミックスと金属との傾斜組成体の製造方法。
【請求項４】上記窒化物系セラミックスの粉末として
は、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＡｌＯＮのいずれかの粉末
を用いるとともに、上記金属の粉末としてはＷ、Ｍｏ、
Ｎｉ、Ｆｅ、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金のいずれかの粉末
を用いた請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の窒
化物系セラミックスと金属との傾斜組成体の製造方法。
【請求項５】一方側表面は窒化物系セラミックス１０
０重量％（以下、％）、他方側表面は金属１００％であ
って、その中間部はこの窒化物系セラミックスと金属と
の組成比が連続的に変化する窒化物系セラミックス−金
属の傾斜組成である基板用傾斜組成体。
【請求項６】上記窒化物系セラミックスとしてＡｌＮ
を用いた請求項５に記載の基板用傾斜組成体。
【請求項７】一方側表面は窒化物系セラミックス１０
０重量％（以下、％）、他方側表面は金属１００％であ
って、その中間部はこの窒化物系セラミックスと金属と
の組成比が連続的に変化する窒化物系セラミックス−金
属の傾斜組成である構造材用傾斜組成体。
【請求項８】上記窒化物系セラミックスとしてＳｉ₃
Ｎ₄またはＳｉＡｌＯＮを用いた請求項７に記載の構造
材用傾斜組成体。