JPH0733414A - 窒化アルミニウム粉末及びその製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウム粉末及びその製造方法Info
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- JPH0733414A JPH0733414A JP18517293A JP18517293A JPH0733414A JP H0733414 A JPH0733414 A JP H0733414A JP 18517293 A JP18517293 A JP 18517293A JP 18517293 A JP18517293 A JP 18517293A JP H0733414 A JPH0733414 A JP H0733414A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、易焼結性で熱伝導率等の焼結体特
性に優れた窒化アルミニウム焼結体を得ることができる
窒化アルミニウム粉末を提供する。 【構成】 固溶体の形態で存在する酸素量が０．６重量
％以下、水酸化物、酸化物もしくは酸窒化物の形態で存
在する酸素量が０．４〜２．０重量％であることを特徴
とする。
性に優れた窒化アルミニウム焼結体を得ることができる
窒化アルミニウム粉末を提供する。 【構成】 固溶体の形態で存在する酸素量が０．６重量
％以下、水酸化物、酸化物もしくは酸窒化物の形態で存
在する酸素量が０．４〜２．０重量％であることを特徴
とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱伝導性に優れた窒化
アルミニウム焼結体を与え得る易焼結性窒化アルミニウ
ム粉末に関する。
アルミニウム焼結体を与え得る易焼結性窒化アルミニウ
ム粉末に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】窒化アルミニウム焼結体は
熱伝導性耐腐食性に優れた素材であり、各種高温材料、
電子部品基板材料として幅広い用途が期待されている。
特に高い熱伝導性を有することにより、各種電子機器用
基板への応用が強く望まれている。窒化アルミニウム焼
結体は、通常窒化アルミニウム粉末に焼結助剤を混合
し、プレス成形、射出成形、押し出し成形、テープ成形
などによって成形体とし、この成形体を焼結することに
よって製造される。これら各手法において窒化アルミニ
ウム焼結体を製造する場合、原料となる窒化アルミニウ
ム粉末の粉体特性、特に酸素量が焼結性及び得られた焼
結体の特性に大きく影響することが知られている。即
ち、一般に酸素量の多い窒化アルミニウム粉末は易焼結
性であるが高い熱伝導性が得られない。また、酸素量の
少ない窒化アルミニウム粉末は難焼結性であり、十分緻
密化させることが難しい。セラミックトランザクション
第１２巻（１９９０年）８６５ページ及びセラミックス
レポート第５巻第８号（１９８７年）３０８ページに
は、窒化アルミニウム粉末の酸素量と焼結性、熱伝導率
との関係が記載されているが、固溶体の形態で存在する
酸素量が熱伝導率に及ぼす影響については開示がない。
熱伝導性耐腐食性に優れた素材であり、各種高温材料、
電子部品基板材料として幅広い用途が期待されている。
特に高い熱伝導性を有することにより、各種電子機器用
基板への応用が強く望まれている。窒化アルミニウム焼
結体は、通常窒化アルミニウム粉末に焼結助剤を混合
し、プレス成形、射出成形、押し出し成形、テープ成形
などによって成形体とし、この成形体を焼結することに
よって製造される。これら各手法において窒化アルミニ
ウム焼結体を製造する場合、原料となる窒化アルミニウ
ム粉末の粉体特性、特に酸素量が焼結性及び得られた焼
結体の特性に大きく影響することが知られている。即
ち、一般に酸素量の多い窒化アルミニウム粉末は易焼結
性であるが高い熱伝導性が得られない。また、酸素量の
少ない窒化アルミニウム粉末は難焼結性であり、十分緻
密化させることが難しい。セラミックトランザクション
第１２巻（１９９０年）８６５ページ及びセラミックス
レポート第５巻第８号（１９８７年）３０８ページに
は、窒化アルミニウム粉末の酸素量と焼結性、熱伝導率
との関係が記載されているが、固溶体の形態で存在する
酸素量が熱伝導率に及ぼす影響については開示がない。
【０００３】
【問題点を解決するための手段】本発明者らは、窒化ア
ルミニウム粉末における酸素量及び酸素の形態が、焼結
性及び焼結体特性特に熱伝導性に及ぼす影響について種
々検討した結果、易焼結性で熱伝導度等の焼結体特性に
優れた窒化アルミニウム焼結体を得ることができる窒化
アルミニウム粉末を見いだし、本発明を提案するに至っ
たものである。即ち、本発明は、固溶体の形態で存在す
る酸素量（以下内部酸素量という）が０．６重量％以
下、水酸化物、酸化物もしくは酸窒化物の形態で存在す
る酸素量（以下表面酸素量という）が０．４〜２．０重
量％であることを特徴とする窒化アルミニウム粉末に関
する。
ルミニウム粉末における酸素量及び酸素の形態が、焼結
性及び焼結体特性特に熱伝導性に及ぼす影響について種
々検討した結果、易焼結性で熱伝導度等の焼結体特性に
優れた窒化アルミニウム焼結体を得ることができる窒化
アルミニウム粉末を見いだし、本発明を提案するに至っ
たものである。即ち、本発明は、固溶体の形態で存在す
る酸素量（以下内部酸素量という）が０．６重量％以
下、水酸化物、酸化物もしくは酸窒化物の形態で存在す
る酸素量（以下表面酸素量という）が０．４〜２．０重
量％であることを特徴とする窒化アルミニウム粉末に関
する。
【０００４】本発明における窒化アルミニウム粉末の内
部酸素量は０．６重量％以下好ましくは０．４重量％以
下である。内部酸素量が０．６重量％を越えると、窒化
アルミニウムの焼結過程において、窒化アルミニウム粉
末中の酸化物と助剤から生成する粒界相の組成が酸素過
剰となるために、緻密化した焼結体は得られるものの焼
結体中に残留する酸素量が増大して焼結体特性、特に高
い熱伝導性が得られなくなる。窒化アルミニウム粉末の
焼結特に常圧焼結の場合、窒化アルミニウム粉末の酸素
量と熱伝導性には密接な関係があり、一般に酸素量が減
少するに従って熱伝導性は向上する。しかし、一方酸素
量が少なすぎると焼結中における液相の量が減少し、緻
密な焼結体が得られにくい。
部酸素量は０．６重量％以下好ましくは０．４重量％以
下である。内部酸素量が０．６重量％を越えると、窒化
アルミニウムの焼結過程において、窒化アルミニウム粉
末中の酸化物と助剤から生成する粒界相の組成が酸素過
剰となるために、緻密化した焼結体は得られるものの焼
結体中に残留する酸素量が増大して焼結体特性、特に高
い熱伝導性が得られなくなる。窒化アルミニウム粉末の
焼結特に常圧焼結の場合、窒化アルミニウム粉末の酸素
量と熱伝導性には密接な関係があり、一般に酸素量が減
少するに従って熱伝導性は向上する。しかし、一方酸素
量が少なすぎると焼結中における液相の量が減少し、緻
密な焼結体が得られにくい。
【０００５】本発明は窒化アルミニウム粉末の酸素量を
その存在形態より、内部酸素量と表面酸素量に分け、窒
化アルミニウム粉末の焼結時にどのように関与するかに
ついて種々検討を行った結果、窒化アルミニウム粉末の
焼結性には、主として表面酸素量が関与していることを
つきとめた。つまり、窒化アルミニウム粉末の初期焼結
過程に於いては、表面酸素量が増加するに伴い窒化アル
ミニウム粒子と焼結助剤からなる液相との濡れ性が向上
し、粒界相への窒化アルミニウム粒子の溶解・析出が促
進され焼結性が向上することを見いだしたものである。
更に焼結が進むと窒化アルミニウム粒子内の酸素も粒界
相にトラップされる。焼結助剤として使用されるＹ
2Ｏ3，ＣａＯ等の作用により窒化アルミニウム結晶粒子
への酸素の固溶が抑制され、熱伝導性が向上する。
その存在形態より、内部酸素量と表面酸素量に分け、窒
化アルミニウム粉末の焼結時にどのように関与するかに
ついて種々検討を行った結果、窒化アルミニウム粉末の
焼結性には、主として表面酸素量が関与していることを
つきとめた。つまり、窒化アルミニウム粉末の初期焼結
過程に於いては、表面酸素量が増加するに伴い窒化アル
ミニウム粒子と焼結助剤からなる液相との濡れ性が向上
し、粒界相への窒化アルミニウム粒子の溶解・析出が促
進され焼結性が向上することを見いだしたものである。
更に焼結が進むと窒化アルミニウム粒子内の酸素も粒界
相にトラップされる。焼結助剤として使用されるＹ
2Ｏ3，ＣａＯ等の作用により窒化アルミニウム結晶粒子
への酸素の固溶が抑制され、熱伝導性が向上する。
【０００６】すなわち、本発明における窒化アルミニウ
ム粉末の表面酸素量は０．４〜２．０重量％好ましくは
０．６〜１．２重量％の範囲である。表面酸素量が０．
４重量％未満では、焼結時における窒化アルミニウム粒
子と焼結助剤からなる液相との濡れ性が低下し、十分緻
密化した焼結体を得ることが難しくなる。一方、表面酸
素量が２．０重量％を越えると、緻密化した焼結体を得
ることはできるが、粒界相へ酸素がトラップされにくく
窒化アルミニウム結晶粒子内に酸素が固溶してしまい、
熱伝導性の低下が起こる。
ム粉末の表面酸素量は０．４〜２．０重量％好ましくは
０．６〜１．２重量％の範囲である。表面酸素量が０．
４重量％未満では、焼結時における窒化アルミニウム粒
子と焼結助剤からなる液相との濡れ性が低下し、十分緻
密化した焼結体を得ることが難しくなる。一方、表面酸
素量が２．０重量％を越えると、緻密化した焼結体を得
ることはできるが、粒界相へ酸素がトラップされにくく
窒化アルミニウム結晶粒子内に酸素が固溶してしまい、
熱伝導性の低下が起こる。
【０００７】表面酸素のうち、酸化物の形態で存在する
アルミニウム化合物は非晶質の酸化アルミニウムまたは
結晶相の酸化アルミニウムである。結晶相の酸化アルミ
ニウムとしては、α型、θ型、γ型、δ型、η型等の酸
化アルミニウムが挙げられる。また、酸窒化物の形態で
存在する化合物としては、Ａｌ22Ｏ30Ｎ2で代表される
立方晶スピネル型のオキシ窒化アルミニウムやＡｌ23Ｏ
27Ｎ5で代表されるγ型のＡｌＯＮ化合物が挙げられ
る。
アルミニウム化合物は非晶質の酸化アルミニウムまたは
結晶相の酸化アルミニウムである。結晶相の酸化アルミ
ニウムとしては、α型、θ型、γ型、δ型、η型等の酸
化アルミニウムが挙げられる。また、酸窒化物の形態で
存在する化合物としては、Ａｌ22Ｏ30Ｎ2で代表される
立方晶スピネル型のオキシ窒化アルミニウムやＡｌ23Ｏ
27Ｎ5で代表されるγ型のＡｌＯＮ化合物が挙げられ
る。
【０００８】以上の発明による表面酸素量と内部酸素量
は、以下の方法により測定することができる。まず窒化
アルミニウム粉末の全酸素量をＯ／Ｎ同時分析計（ＬＥ
ＣＯ社製ＴＣ−１３６）により測定する。次に、ＸＰＳ
分析により窒化アルミニウム粉末中のＡｌ，Ｏ，Ｎ組成
比のデプスプロファイルを測定する。粒子表層部のＡ
ｌ，Ｏ，Ｎ原子比より粒子表面の酸素濃度を求め、エッ
チング時間を十分に長く取り粒子内部のＡｌ，Ｎ，Ｏ原
子比より内部の酸素濃度を求める。内部酸素量、表面酸
素量の絶対量は、ＸＰＳ分析より得られた相対比に基づ
き、前記のＬＥＣＯ社製ＴＣ−１３６による分析値を全
酸素量として算出する。
は、以下の方法により測定することができる。まず窒化
アルミニウム粉末の全酸素量をＯ／Ｎ同時分析計（ＬＥ
ＣＯ社製ＴＣ−１３６）により測定する。次に、ＸＰＳ
分析により窒化アルミニウム粉末中のＡｌ，Ｏ，Ｎ組成
比のデプスプロファイルを測定する。粒子表層部のＡ
ｌ，Ｏ，Ｎ原子比より粒子表面の酸素濃度を求め、エッ
チング時間を十分に長く取り粒子内部のＡｌ，Ｎ，Ｏ原
子比より内部の酸素濃度を求める。内部酸素量、表面酸
素量の絶対量は、ＸＰＳ分析より得られた相対比に基づ
き、前記のＬＥＣＯ社製ＴＣ−１３６による分析値を全
酸素量として算出する。
【０００９】本発明の窒化アルミニウム粉末は、内部酸
素量０．６重量％以下の窒化アルミニウム粉末を合成し
た後、これを酸素含有雰囲気下で加熱処理することによ
り得られる。内部酸素量０．６重量％以下の窒化アルミ
ニウム粉末は、例えば、以下の製法により得られたもの
が用いられる。 （１）特開昭６２−１７１６１号公報に記載の金属アル
ミニウム法により、高純度な金属アルミニウム粉末を窒
素含有不活性ガス雰囲気下または窒素含有還元性ガス雰
囲気下に焼成して得られた窒化アルミニウム粉末を不活
性ガス雰囲気中で注意深く粉砕処理する方法。 （２）特開昭６０−６０９１０号公報及び特開昭６１−
６１０４号公報に記載されている方法により、酸化アル
ミニウム粉末と炭素質物質との混合粉末を窒素含有不活
性ガス雰囲気下または窒素含有還元性ガス雰囲気に焼成
する方法。 （３）特願平４−３５２３５３号公報記載のプレカーサ
ー法により、金属アルミニウム粉末とアニリンとの反応
により窒化アルミニウム前駆体となる付加化合物を合成
し、これを不活性ガスまたは還元性ガス雰囲気下に焼成
する方法。
素量０．６重量％以下の窒化アルミニウム粉末を合成し
た後、これを酸素含有雰囲気下で加熱処理することによ
り得られる。内部酸素量０．６重量％以下の窒化アルミ
ニウム粉末は、例えば、以下の製法により得られたもの
が用いられる。 （１）特開昭６２−１７１６１号公報に記載の金属アル
ミニウム法により、高純度な金属アルミニウム粉末を窒
素含有不活性ガス雰囲気下または窒素含有還元性ガス雰
囲気下に焼成して得られた窒化アルミニウム粉末を不活
性ガス雰囲気中で注意深く粉砕処理する方法。 （２）特開昭６０−６０９１０号公報及び特開昭６１−
６１０４号公報に記載されている方法により、酸化アル
ミニウム粉末と炭素質物質との混合粉末を窒素含有不活
性ガス雰囲気下または窒素含有還元性ガス雰囲気に焼成
する方法。 （３）特願平４−３５２３５３号公報記載のプレカーサ
ー法により、金属アルミニウム粉末とアニリンとの反応
により窒化アルミニウム前駆体となる付加化合物を合成
し、これを不活性ガスまたは還元性ガス雰囲気下に焼成
する方法。
【００１０】次いで、得られた酸素含有量０．６重量％
以下の窒化アルミニウム粉末を回転炉、スクリュー炉、
バッチ炉等によりＰO2０．０５〜０．８ａｔｍの雰囲気
中、６００〜１２００℃の温度で熱処理する事により本
発明の窒化アルミニウムを製造することができる。
以下の窒化アルミニウム粉末を回転炉、スクリュー炉、
バッチ炉等によりＰO2０．０５〜０．８ａｔｍの雰囲気
中、６００〜１２００℃の温度で熱処理する事により本
発明の窒化アルミニウムを製造することができる。
【００１１】
【実施例】以下、実施例と比較例を挙げて更に具体的に
本発明を説明するが、本発明はこれに限定されない。 実施例１〜６及び比較例１〜４ 表１に示す各種窒化アルミニウム粉末を原料として表２
に示す各種条件にて処理を行い同表に示す物性値を持っ
た窒化アルミニウム粉末を合成した。
本発明を説明するが、本発明はこれに限定されない。 実施例１〜６及び比較例１〜４ 表１に示す各種窒化アルミニウム粉末を原料として表２
に示す各種条件にて処理を行い同表に示す物性値を持っ
た窒化アルミニウム粉末を合成した。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】
【００１４】次に、この窒化アルミニウム粉末９５重量
部に焼結助剤として平均粒径１．５μｍのＹ2Ｏ3５重量
部を添加しエチルアルコールを加え２４時間ボールミル
で湿式混合し、乾燥後１００ｋｇ／ｃｍ2の成形圧で６
×１０×６０ｍｍ形状に金型成形し、それを２５００ｋ
ｇ／ｃｍ2の成形圧でＣＩＰした。これらの成形体をカ
ーボンルツボにセットし、窒素ガス雰囲気中、１９００
℃の温度で４時間焼成して焼結体を得た。得られた焼結
体は研削後、相対密度、熱伝導率を測定した。それらの
結果を表３に示す。表３に示した測定値は次の方法によ
った。 （１）相対密度（％） ：アルキメデス法に
よる。 （２）熱伝導率測定（Ｗ・ｍ／Ｋ）：理学電気社製，レ
ーザーフラッシュ法熱定数測定装置。
部に焼結助剤として平均粒径１．５μｍのＹ2Ｏ3５重量
部を添加しエチルアルコールを加え２４時間ボールミル
で湿式混合し、乾燥後１００ｋｇ／ｃｍ2の成形圧で６
×１０×６０ｍｍ形状に金型成形し、それを２５００ｋ
ｇ／ｃｍ2の成形圧でＣＩＰした。これらの成形体をカ
ーボンルツボにセットし、窒素ガス雰囲気中、１９００
℃の温度で４時間焼成して焼結体を得た。得られた焼結
体は研削後、相対密度、熱伝導率を測定した。それらの
結果を表３に示す。表３に示した測定値は次の方法によ
った。 （１）相対密度（％） ：アルキメデス法に
よる。 （２）熱伝導率測定（Ｗ・ｍ／Ｋ）：理学電気社製，レ
ーザーフラッシュ法熱定数測定装置。
【００１５】
【表３】
【００１６】実施例７〜１３ 実施例１で得られた窒化アルミニウム粉末をＡｒ−Ｈｅ
不活性雰囲気中で表４に示す各種条件にて処理を行い、
同表に示す窒化アルミニウム以外の結晶相を有する窒化
アルミニウム粉末を得た。尚、窒化アルミニウム以外の
結晶相の同定は、表面酸化相が非常に小さいため確認が
困難である。そのため実施例１で使用した窒化アルミニ
ウム粉末Ａを酸化性雰囲気で長時間処理した表面酸化相
の多い粉末を合成し、これを同一条件のＡｒ−Ｈｅ不活
性雰囲気で焼成した後、粉末Ｘ線回折、電子線回折及び
透過型電子顕微鏡による格子像観察を併用して同定した
結晶相を窒化アルミニウム以外の結晶相とみなした。次
に、この窒化アルミニウム粉末を用い実施例１と同様に
して焼結体を製造し、それらの焼結体特性を測定した。
それらの結果を表５に示す。
不活性雰囲気中で表４に示す各種条件にて処理を行い、
同表に示す窒化アルミニウム以外の結晶相を有する窒化
アルミニウム粉末を得た。尚、窒化アルミニウム以外の
結晶相の同定は、表面酸化相が非常に小さいため確認が
困難である。そのため実施例１で使用した窒化アルミニ
ウム粉末Ａを酸化性雰囲気で長時間処理した表面酸化相
の多い粉末を合成し、これを同一条件のＡｒ−Ｈｅ不活
性雰囲気で焼成した後、粉末Ｘ線回折、電子線回折及び
透過型電子顕微鏡による格子像観察を併用して同定した
結晶相を窒化アルミニウム以外の結晶相とみなした。次
に、この窒化アルミニウム粉末を用い実施例１と同様に
して焼結体を製造し、それらの焼結体特性を測定した。
それらの結果を表５に示す。
【００１７】
【表４】
【００１８】
【表５】
【００１９】
【発明の効果】本発明の窒化アルミニウム粉末は表面酸
素量が特定範囲内にあるため、焼結性が改善され、容易
に緻密化した焼結体をまた、内部酸素量が少ないため、
熱伝導性に優れた焼結体を得ることができる。
素量が特定範囲内にあるため、焼結性が改善され、容易
に緻密化した焼結体をまた、内部酸素量が少ないため、
熱伝導性に優れた焼結体を得ることができる。
Claims (3)
- 【請求項１】 固溶体の形態で存在する酸素量が０．６
重量％以下、水酸化物、酸化物もしくは酸窒化物の形態
で存在する酸素量が０．４〜２．０重量％であることを
特徴とする窒化アルミニウム粉末。 - 【請求項２】 固溶体の形態で存在する酸素量が０．６
重量％以下の窒化アルミニウム粉末を合成した後、これ
を酸素含有雰囲気下で加熱処理することを特徴とする請
求項１記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。 - 【請求項３】 酸化物の形態で存在するアルミニウム化
合物が結晶相の酸化アルミニウムであることを特徴とす
る請求項１の窒化アルミニウム粉末。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18517293A JPH0733414A (ja) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | 窒化アルミニウム粉末及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18517293A JPH0733414A (ja) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | 窒化アルミニウム粉末及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0733414A true JPH0733414A (ja) | 1995-02-03 |
Family
ID=16166098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18517293A Pending JPH0733414A (ja) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | 窒化アルミニウム粉末及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0733414A (ja) |
-
1993
- 1993-07-27 JP JP18517293A patent/JPH0733414A/ja active Pending
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