JPH0748174A - 高熱伝導性窒化けい素焼結体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】窒化けい素焼結体が本来備える高強度特性に加
えて、熱伝導率が高く放熱性に優れた窒化けい素焼結体
およびその製造方法を提供する。 【構成】希土類元素を酸化物に換算して２．０〜７．５
重量％、Ｔｉ，Ｚｒ，Hf，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍ
ｏ，Ｗの酸化物，炭化物、窒化物、けい化物、硼化物か
らなる群より選択される少なくとも１種を０．２〜３．
０重量％、必要に応じてアルミナおよび窒化アルミニウ
ムの少なくとも一方を０．１〜２．０重量％、その他不
純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃ
ａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを０．３重量％以下含
有し、β相型窒化けい素結晶および粒界相から成ること
を特徴とする。また、粒界相中における結晶化合物相の
粒界相全体に対する面積比を２０％以上に設定し、さら
に気孔率を容量比で１．５％以下、熱伝導率を６０Ｗ／
ｍ・Ｋ以上、三点曲げ強度を室温で８０kg／mm² 以上に
設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高熱伝導性窒化けい素焼
結体およびその製造方法に係り、特に窒化けい素本来の
高強度特性に加えて、熱伝導率が高く放熱性に優れてお
り、半導体用基板や各種放熱板として好適な高熱伝導性
窒化けい素焼結体およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化けい素を主成分とするセラミックス
焼結体は、１０００℃以上の高温度環境下でも優れた耐
熱性を有し、かつ低熱膨張係数のため耐熱衝撃性も優れ
ている等の諸特性を持つことから、従来の耐熱性超合金
に代わる高温構造材料としてガスタービン用部品、エン
ジン用部品、製鋼用機械部品等の各種高強度耐熱部品へ
の応用が試みられている。また、金属に対する耐食性が
優れていることから溶融金属の耐溶材料としての応用も
試みられ、さらに耐摩耗性も優れていることから、軸受
等の摺動部材、切削工具への実用化も図られている。

【０００３】従来より窒化けい素セラミックス焼結体の
焼結組成としては窒化けい素−酸化イットリウム−酸化
アルミニウム系、窒化けい素−酸化イットリウム−酸化
アルミニウム−窒化アルミニウム系、窒化けい素−酸化
イットリウム−酸化アルミニウム−チタニウム、マグネ
シウムまたはジルコニウムの酸化物系等が知られてい
る。

【０００４】上記焼結組成における酸化イットリウム
（Ｙ₂ Ｏ₃ ）などの希土類元素の酸化物は、従来から焼
結助剤として一般に使用されており、焼結性を高めて焼
結体を緻密化し高強度化をするために添加されている。

【０００５】従来の窒化けい素焼結体は、窒化けい素粉
末に上記のような焼結助剤を添加物として加えて成形
し、得られた成形体を１６００〜１８５０℃程度の高温
度の焼成炉で所定時間焼成した後に炉冷する製法で量産
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来方法によって製造された窒化けい素焼結体では、靭性
値などの機能的強度は優れているものの、熱伝導特性の
点では、他の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、酸化
ベリリウム（ＢｅＯ）焼結体や炭化けい素（SiC）焼結
体などと比較して著しく低いため、特に放熱性を要求さ
れる半導体用基板などの電子用材料としては実用化され
ておらず、用途範囲が狭い難点があった。

【０００７】一方上記窒化アルミニウム焼結体は他のセ
ラミックス焼結体と比較して高い熱伝導率と低熱膨張係
数の特長を有するため、高速化、高出力化、多機能化、
大型化を展開する半導体チップの回路基板材料やパッケ
ージ材料として普及しているが、機械的強度の点で充分
に満足できるものは得られていない。そこで高強度を有
するとともに高い熱伝導率も併せ持ったセラミックス焼
結体の開発が要請されている。

【０００８】本発明は上記のような課題要請に対処する
ためになされたものであり、窒化けい素焼結体が本来備
える高強度特性に加えて、熱伝導率が高く放熱性に優れ
た窒化けい素焼結体およびその製造方法を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段と作用】本発明者は上記目
的を達成するため、従来の窒化けい素焼結体を製造する
際に、一般的に使用されていた窒化けい素粉末の種類、
焼結助剤や添加物の種類および添加量、焼結条件等を種
々変えて、それらの要素が最終製品としての焼結体の特
性に及ぼす影響を実験により確認した。

【００１０】その結果、微細で高純度を有する窒化けい
素粉末に希土類元素と、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，
Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物，炭化物、窒化物、けい
化物、硼化物から選択される少なくとも１種と、必要に
応じてアルミナおよび窒化アルミニウムの少なくとも一
方とを所定量ずつ添加した原料混合体を成形脱脂し、得
られた成形体を所定温度で一定時間加熱保持して緻密化
焼結を実施した後、所定の冷却速度で徐冷したときに熱
伝導率が大きく向上し、かつ高強度を有する窒化けい素
焼結体が得られることが判明した。

【００１１】従来、焼結操作終了後に焼成炉の加熱用電
源をＯＦＦとして焼結体を炉冷していた場合には、冷却
速度が毎時４００〜８００℃と急速であったが、本発明
者の実験によれば、特に冷却速度を毎時１００℃以下に
緩速に制御することにより、窒化けい素焼結体組織の粒
界相が非結晶質状態から結晶相を含む相に変化し、高強
度特性と高伝熱特性とが同時に達成されることが判明し
た。

【００１２】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のである。すなわち本発明に係る高熱伝導性窒化けい素
焼結体は、希土類元素を酸化物に換算して２．０〜７．
５重量％、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，
Ｍｏ，Ｗの酸化物，炭化物、窒化物、けい化物、硼化物
からなる群より選択される少なくとも一方を０．２〜
３．０重量％、必要に応じてアルミナおよび窒化アルミ
ニウムの少なくとも１種を０．１〜２．０重量％、その
他不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，
Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを０．３重量％以下
含有し、窒化けい素結晶および粒界相から成ることを特
徴とする。

【００１３】また粒界相中における結晶化合物相の粒界
相全体に対する面積比が２０％以上に設定するとよい。

【００１４】さらに本発明に係る高熱伝導性窒化けい素
焼結体の製造方法は、酸素を１．７重量％以下、不純物
陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍ
ｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを０．３重量％以下、α相型
窒化けい素を９０重量％以上含有し、平均粒径０．８μ
ｍ以下の窒化けい素粉末に、希土類元素を酸化物に換算
して２．０〜７．５重量％と、Ｔｉ，Ｚｒ，Hf，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物，炭化物、窒化物、
けい化物、硼化物からなる群より選択される少なくとも
１種を０．２〜３．０重量％、必要に応じてアルミナお
よび窒化アルミニウムの少なくとも一方を０．１〜２．
０重量％添加した原料混合体を成形して成形体を調製
し、得られた成形体を脱脂後、温度１８００〜２０００
℃で雰囲気加圧焼結し、上記焼結温度から、上記希土類
元素により焼結時に形成された液相が凝固する温度まで
に至る焼結体の冷却速度を毎時１００℃以下に設定した
ことを特徴とする。

【００１５】上記製造方法によれば、窒化けい素結晶組
織中に希土類元素等を含む粒界相が形成され、気孔率が
１．５％以下、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、三点曲
げ強度が室温で８０kg／mm² 以上の機械的特性および熱
伝導特性が共に優れた窒化けい素焼結体が得られる。

【００１６】本発明方法において使用され、焼結体の主
成分となる窒化けい素粉末としては、焼結性、強度およ
び熱伝導率を考慮して、酸素含有量が１．７重量％以
下、好ましくは０．５〜１．５重量％、不純物陽イオン
元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓ
ｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂの含有量が合計で０．３重量％以
下、好ましくは０．２重量％以下に抑制され、焼結性が
優れたα相型窒化けい素を９０重量％以上、好ましくは
９３重量％以上含有し、平均粒径が０．８μｍ以下、好
ましくは０．４〜０．６μｍ程度の微細な窒化けい素粉
末を使用する。

【００１７】平均粒径が０．８μｍ以下の微細な原料粉
末を使用することにより、少量の焼結助剤であっても気
孔率が１．５％以下の緻密な焼結体を形成することが可
能であり、また焼結助剤が熱伝導特性を阻害するおそれ
も減少する。またＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｃａ，
Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂなどの不純物陽イオン元素も熱伝
導性を阻害する物質となるため、６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の
熱伝導率を確保するためには、上記不純物陽イオン元素
の合計含有量は０．３重量％以下に設定される。特にβ
相型と比較して焼結性に優れたα相型窒化けい素を９０
重量％以上含有する窒化けい素原料粉末を使用すること
により、高密度の焼結体を製造することができる。

【００１８】また窒化けい素原料粉末に焼結助剤として
添加する希土類元素としてはＹ，Ｌａ，Ｓｃ，Ｐｒ，Ｃ
ｅ，Ｎｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｇｄなどの酸化物もしくは焼結
操作により、これらの酸化物となる物質が単独で、また
は２種以上の酸化物を組み合せたものを含んでもよい
が、特に酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ）が好ましい。こ
れらの焼結助剤は、窒化けい素原料粉末と反応して液相
を生成し、焼結促進剤として機能する。

【００１９】上記焼結助剤の添加量は、酸化物換算で原
料粉末に対して２．０〜７．５重量％の範囲に設定され
る。この添加量が２．０重量％未満と過少の場合は、焼
結体が緻密化されず低強度で低熱伝導率の焼結体が形成
される。一方、添加量が７．５重量％を超える過量とな
ると、過量の粒界相が生成し、熱伝導率の低下や強度が
低下し始めるので上記範囲に設定される。特に好ましく
は３〜６重量％に設定することが望ましい。

【００２０】また本発明において他の添加成分として使
用するＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍ
ｏ，Ｗの酸化物，炭化物、窒化物、けい化物、硼化物
は、上記希土類元素の焼結促進剤の機能を促進すると共
に、結晶組織において分散強化の機能を果しＳｉ₃ Ｎ₄
焼結体の機械的強度を向上させるものである。これらの
化合物の添加量が０．２重量％未満の場合においては焼
結体の緻密化が不充分である一方、３．０重量％を超え
る過量となる場合には熱伝導率および機械的強度や電気
絶縁破壊強度の低下が起こるため、添加量は０．２〜
３．０重量％の範囲に設定される。特に好ましくは０．
３〜２重量％に設定することが望ましい。

【００２１】また上記Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ等の化合物は窒
化けい素焼結体を着色し不透明性を付与する遮光剤とし
ても機能する。そのため、特に光によって誤動作を生じ
易い集積回路等を搭載する回路基板を製造する場合に
は、上記Ｔｉ等の化合物を適正に添加し、遮光性に優れ
た窒化けい素基板とすることが望ましい。

【００２２】さらに本発明において、必要に応じて添加
されるアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）は、上記の焼結促進剤の
機能をさらに助長する役目を果すものであり、特に加圧
焼結を行なう場合に著しい効果を発揮するものである。

【００２３】また窒化アルミニウム(AlN) は焼結過程に
おける窒化けい素の蒸発などを抑制する一方、上記焼結
促進剤の機能をさらに助長し、アルミナと同様に上記Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗなど
の酸化物の添加量を相対的に軽減する役目を果す。これ
らアルミナや窒化アルミニウムなどのアルミニウム化合
物の添加量はＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物などの添加量と密接な関係があ
る。すなわち上記Ｔｉ化合物等の添加量が０．２重量％
未満であり、かつＡｌ₂ Ｏ₃ およびＡｌＮ等のアルミニ
ウム化合物が単独または併用して添加され、その添加量
が０．１重量％未満の場合においては緻密化が不充分で
ある一方、アルミニウム化合物の添加量が２．０重量％
を超える過量となる場合には過量の粒界相を生成した
り、または窒化けい素に固溶し始め、熱伝導の低下が起
こるため、添加量は０．１〜２．０重量％の範囲に設定
される。特に強度、熱伝導率共に良好な性能を確保する
ためには添加量を０．２〜１．５重量％の範囲に設定す
ることが望ましい。

【００２４】また焼結体の気孔率は熱伝導率および強度
に大きく影響するため１．５％以下に設定される。気孔
率が１．５％を超えると熱伝導の妨げとなり、焼結体の
熱伝導率が低下するとともに、焼結体の強度低下が起こ
る。

【００２５】また、窒化けい素結晶組織に形成される粒
界相は焼結体の熱伝導率に大きく影響するため、本発明
に係る焼結体においては粒界相の２０％以上が結晶相で
占めるように設定される。結晶相が２０％未満では熱伝
導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上となるような放熱特性に優
れ、かつ高温強度に優れた焼結体が得られないからであ
る。

【００２６】さらに上記のように窒化けい素焼結体の気
孔率を１．５％以下にし、また窒化けい素結晶組織に形
成される粒界相の２０％以上が結晶相で占めるようにす
るためには、窒化けい素成形体を温度１８００〜２００
０℃で０．５〜１０時間程度、加圧焼結し、かつ焼結操
作完了直後における焼結体の冷却速度を毎時１００℃以
下に調整制御することが必要である。

【００２７】焼結温度を１８００℃未満に設定した場合
には、焼結体の緻密化が不充分で気孔率が１．５vol%以
上になり機械的強度および熱伝導性が共に低下してしま
う。一方焼結温度が２０００℃を超えると窒化けい素成
分自体が蒸発分解し易くなる。特に加圧焼結ではなく、
常圧焼結を実施した場合には、１８００℃付近より窒化
けい素の分解蒸発が始まる。

【００２８】上記焼結操作完了直後における焼結体の冷
却速度は粒界相を結晶化させるために重要な制御因子で
あり、冷却速度が毎時１００℃を超えるような急速冷却
を実施した場合には、焼結体組織の粒界相が非結晶質
（ガラス相）となり、焼結体に生成した液相が結晶相と
して粒界相に占める面積割合が２０％未満となり、強度
および熱伝導性が共に低下してしまう。

【００２９】上記冷却速度を厳密に調整すべき温度範囲
は、所定の焼結温度（１８００〜２０００℃）から、前
記の焼結助剤の反応によって生成する液相が凝固するま
での温度範囲で充分である。ちなみに前記のような焼結
助剤を使用した場合の液相凝固点は概略１６００〜１５
００℃程度である。そして少なくとも焼結温度から上記
液相凝固温度に至るまでの焼結体の冷却速度を毎時１０
０℃以下、好ましくは５０℃以下，さらに好ましくは２
５℃以下に制御することにより、粒界相の大部分が結晶
相になり、熱伝導率および機械的強度が共に優れた焼結
体が得られる。

【００３０】本発明に係る窒化けい素焼結体は、例えば
以下のようなプロセスを経て製造される。すなわち前記
所定の粒径、および不純物含有量の微細な窒化けい素粉
末に対して所定量の焼結助剤、有機バインダ等の必要な
添加剤を加えて原料混合体を調整し、次に得られた原料
混合体を成形して所定形状の成形体を得る。原料混合体
の成形法としては、汎用の金型プレス法、ドクターブレ
ード法のようなシート成形法などが適用できる。上記成
形操作に引き続いて、成形体を非酸化性雰囲気中で温度
６００〜８００℃で１〜２時間加熱して、予め添加して
いた有機バインダを充分に除去し、脱脂する。次に脱脂
処理された成形体を窒素ガス、水素ガスやアルゴンガス
などの不活性ガス雰囲気中で１８００〜２０００℃の温
度で所定時間雰囲気加圧焼結を行なう。

【００３１】上記製法によって製造された窒化けい素焼
結体は気孔率１．５％以下、６０Ｗ／ｍ・Ｋ（２５℃）
以上の熱伝導率を有し、また三点曲げ強度が常温で８０
kg／mm² 以上と機械的特性にも優れている。

【００３２】

【実施例】次に本発明を以下に示す実施例を参照して具
体的に説明する。

【００３３】実施例１〜３ 酸素を１．３重量％、不純物陽イオン元素を０．１５重
量％含有し、α相型窒化けい素９７％を含む平均粒径
０．５５μｍの窒化けい素原料粉末に対して、焼結助剤
として平均粒径０．７μｍのＹ₂ Ｏ₃ （酸化イットリウ
ム）粉末５重量％、平均粒径１μｍのＨｆＯ₂ （酸化ハ
フニウム）粉末１．５重量％を添加し、エチルアルコー
ル中で２４時間湿式混合した後に乾燥して原料粉末混合
体を調整した。次に得られた原料粉末混合体に有機バイ
ンダを所定量添加して均一に混合した後に、１０００kg
／cm² の成形圧力でプレス成形し、長さ５０mm×幅５０
mm×厚さ５mmの成形体を多数製作した。次に得られた成
形体を７００℃の雰囲気ガス中において２時間脱脂した
後に、この脱脂体を窒素ガス雰囲気中７．５気圧にて１
９００℃で６時間保持し、緻密化焼結を実施した後に、
焼結炉に付設した加熱装置への通電量を制御して焼結炉
内温度が１５００℃まで降下するまでの間における焼結
体の冷却速度がそれぞれ１００℃／hr（実施例１）、５
０℃／hr（実施例２）、２５℃／hr（実施例３）となる
ように調整して焼結体を冷却し、それぞれ実施例１〜３
に係る窒化けい素セラミックス焼結体を調製した。

【００３４】比較例１ 一方、緻密化焼結完了直後に、加熱装置電源をＯＦＦに
し、従来の炉冷による冷却速度（約５００℃／hr）で焼
結体を冷却した点以外は実施例１と同一条件で焼結処理
して比較例１に係る窒化けい素焼結体を調製した。

【００３５】比較例２ 酸素を１．５重量％、不純物陽イオン元素を０．６重量
％含有し、α相型窒化けい素９３％を含む平均粒径０．
６０μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例
１と同一条件で処理し、比較例２に係る窒化けい素セラ
ミックス焼結体を調製した。

【００３６】比較例３ 酸素を１．７重量％、不純物陽イオン元素を０．７重量
％含有し、α相型窒化けい素９１％を含む平均粒径１．
１μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例１
と同一条件で処理し、比較例３に係る窒化けい素焼結体
を調製した。

【００３７】こうして得た実施例１〜３および比較例１
〜３に係る窒化けい素焼結体について気孔率、熱伝導率
（２５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値を測定し
た。さらに、各焼結体をＸ線回折法によって粒界相に占
める結晶相の割合（面積比）を測定し、下記表１に示す
結果を得た。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１に示す結果から明らかなように実施例
１〜３に係る窒化けい素セラミックス焼結体において
は、比較例１と比較して緻密化焼結完了直後における焼
結体の冷却速度を従来より低く設定しているため、粒界
相に結晶相を含み、結晶相の占める割合が高い程、高熱
伝導率を有する放熱性の高い高強度焼結体が得られた。

【００４０】一方、比較例１のように焼結体の冷却速度
を大きく設定し、急激に冷却した場合は粒界相が全て非
結晶質で形成され熱伝導率が低下した。また、比較例２
のように不純物陽イオン元素を０．６重量％と多く含有
した窒化けい素粉末を用いた場合は焼結体の冷却速度を
実施例１と同一にしても粒界相が全て非結晶質で形成さ
れ熱伝導率が低下した。

【００４１】さらに比較例３のように平均粒径が１．１
μｍと粗い窒化けい素粉末を用いた場合は、焼結におい
て緻密化が不充分で強度、熱伝導率とも低下した。

【００４２】実施例４〜３４および比較例４〜１０ 実施例４〜３４として実施例１において使用した窒化け
い素粉末と、Ｙ₂ Ｏ₃ 粉末と、ＨｆＯ₂ 粉末の他に表２
および表３に示す各種金属化合物粉末と、さらにＡｌ₂
Ｏ₃ 粉末と、ＡｌＮ粉末とを表２および表３に示す組成
比となるように調合して原料混合体をそれぞれ調製し
た。

【００４３】次に得られた各原料混合体を実施例１と同
一条件で成形脱脂処理した後、表２および表３に示す条
件で焼結処理してそれぞれ実施例４〜３４に係る窒化け
い素セラミックス焼結体を製造した。

【００４４】一方比較例４〜１０として表３に示すよう
にＨｆＯ₂ を過少量に添加したもの（比較例４）、Ｙ₂
Ｏ₃ を過少量に添加したもの（比較例５）、ＨｆＯ₂ を
過量に添加したもの（比較例６）、Ｙ₂ Ｏ₃ を過量に添
加したもの（比較例７），ＴｉＯ₂ を過量に添加したも
の（比較例８）、ＡｌＮを過量に添加したもの（比較例
９）、アルミナを過量に添加したもの（比較例１０）の
原料混合体をそれぞれ調製し、実施例１と同一条件で原
料混合から焼結操作を実施してそれぞれ比較例４〜１０
に係る焼結体を製造した。

【００４５】こうして製造した実施例４〜３４および比
較例４〜１０に係る各窒化けい素セラミックス焼結体に
ついて実施例１と同一条件で気孔率、熱伝導率（２５
℃）、室温での三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折法によ
る粒界相に占める結晶相の割合を測定し、下記表２およ
び表３に示す結果を得た。

【００４６】

【表２】

【００４７】

【表３】

【００４８】表２および表３に示す結果から明らかなよ
うに、Ｙ₂ Ｏ₃ ，ＨｆＯ₂ 等の各種金属化合物、必要に
応じてＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＡｌＮを所定量含有し、焼結後の冷
却速度を所定に設定した実施例４〜３４に係る焼結体
は、いずれも高熱伝導率で高強度値を有している。一
方、比較例４〜１０に示すように、Ｙ₂ Ｏ₃ ，Ｈｆ
Ｏ₂ ，ＴｉＯ₂ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＡｌＮの少なくとも１種
の成分が過少量、あるいは過量添加された場合は、緻密
化が不充分であったり、粒界相が過量あるいは粒界相に
占める結晶相の割合が低過ぎるために、曲げ強度が低
下、または熱伝導率が劣ることが確認された。

【００４９】実施例３５〜３８ 実施例３５〜３８として実施例１において使用したＹ₂
Ｏ₃ 粉末に置き換えて表４に示す希土類酸化物を使用し
た以外は実施例１と同一条件で処理して実施例３５〜３
８に係る窒化けい素セラミックス焼結体を製造した。

【００５０】こうして得た実施例３５〜３８に係る焼結
体について実施例１と同一条件で気孔率、熱伝導率（２
５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折によ
る粒界相に占める結晶相の割合を測定し下記表４に示す
結果を得た。

【００５１】

【表４】

【００５２】表４に示す結果から明らかなようにＹ₂ Ｏ
₃ に置き換えて他の希土類元素を使用した実施例３５〜
３８に係る焼結体はＹ₂ Ｏ₃ 添加のものと同等の性能を
有することが確認された。

【００５３】また、上記実施例の他に、窒化けい素粉末
にＹ₂ Ｏ₃ 粉末５重量％と、ＺｒＣ，ＶＣ，ＮｂＣ，Ｔ
ａＣ，Ｃｒ₃ Ｃ₂ ，Ｍｏ₂ Ｃ，ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＶＮ，
TaN，ＣｒＮ，Ｍｏ₂ Ｎ，Ｗ₂ Ｎ，ＴｉＳｉ₂ ，ＺｒＳ
ｉ₂ ，ＶＳｉ₂ ，ＮｂＳｉ₂，ＴａＳｉ₂ ，ＣｒＳ
ｉ₂ ，ＭｏＳｉ₂ ，ＷＳｉ₂ ，ＺｒＢ₂ ，ＶＢ₂ ， NbB
₂，ＴａＢ₂ ，ＣｒＢ₂ ，ＭｏＢ₂ ，ＷＢ₂ からなる群
より選択された少なくとも１種を１重量％添加した組成
の原料混合体を実施例１と同一条件で処理して各種Ｓｉ
₃ Ｎ₄ 焼結体を製造した。これら焼結体について実施例
１と同一条件で気孔率、熱伝導率（２５℃）、室温での
三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折による粒界相に占める
結晶相の割合を測定したところ、実施例１〜３８とぼ同
様な結果が得られた。

【００５４】

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る高熱伝導
性窒化けい素焼結体およびその製造方法によれば、所定
の純度および粒径を有する微細な窒化けい素粉末に希土
類元素と、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，
Ｍｏ，Ｗの酸化物，炭化物、窒化物、けい化物、硼化物
からなる群より選択される少なくとも１種と、必要に応
じてアルミナおよび窒化アルミニウムの少なくとも一方
とを所定量添加し、焼結処理完了直後における焼結体の
冷却速度を毎時１００℃以下と小さく設定しているた
め、従来の炉冷のような急速冷却を実施した場合と異な
り、粒界相が非晶質から結晶相を含むものに変化し、緻
密で高強度かつ高い熱伝導率が得られる。したがって、
半導体用基板ならびに放熱板などの電子用部材として極
めて有用である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 希土類元素を酸化物に換算して２．０〜
   ７．５重量％、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃ
   ｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物，炭化物、窒化物、けい化物、硼
   化物から選択される少なくとも１種を０．２〜３．０重
   量％、その他不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，
   Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Mn，Ｂを０．３重
   量％以下含有し、窒化けい素結晶および粒界相から成る
   ことを特徴とする高熱伝導性窒化けい素焼結体。
2. 【請求項２】 希土類元素を酸化物に換算して２．０〜
   ７．５重量％、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃ
   ｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物，炭化物、窒化物、けい化物、硼
   化物からなる群より選択される少なくとも１種を０．２
   〜３．０重量％、アルミナおよび窒化アルミニウムの少
   なくとも一方を０．１〜２．０重量％、その他不純物陽
   イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍ
   ｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを０．３重量％以下含有し、
   窒化けい素結晶および粒界相から成ることを特徴とする
   高熱伝導性窒化けい素焼結体。
3. 【請求項３】 粒界相中における結晶化合物相の粒界相
   全体に対する面積比が２０％以上であることを特徴とす
   る請求項１または２記載の高熱伝導性窒化けい素焼結
   体。
4. 【請求項４】 気孔率が容量比で１．５％以下、熱伝導
   率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、三点曲げ強度が室温で８０kg
   ／mm² 以上である請求項１または２記載の高熱伝導性窒
   化けい素焼結体。
5. 【請求項５】 酸素を１．７重量％以下、不純物陽イオ
   ン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓ
   ｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを０．３重量％以下、α相型窒化け
   い素を９０重量％以上含有し、平均粒径０．８μｍ以下
   の窒化けい素粉末に、希土類元素を酸化物に換算して
   ２．０〜７．５重量％と、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎ
   ｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物，炭化物、窒化物、
   けい化物、硼化物から選択される少なくとも１種を０．
   ２〜３．０重量％添加した原料混合体を成形して成形体
   を調製し、得られた成形体を脱脂後、温度１８００〜２
   ０００℃で雰囲気加圧焼結し、上記焼結温度から、上記
   希土類元素により焼結時に形成された液相が凝固する温
   度までに至る焼結体の冷却速度を毎時１００℃以下に設
   定したことを特徴とする高熱伝導性窒化けい素焼結体の
   製造方法。
6. 【請求項６】 酸素を１．７重量％以下、不純物陽イオ
   ン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓ
   ｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを０．３重量％以下、α相型窒化け
   い素を９０重量％以上含有し、平均粒径０．８μｍ以下
   の窒化けい素粉末に、希土類元素を酸化物に換算して
   ２．０〜７．５重量％と、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎ
   ｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物，炭化物、窒化物、
   けい化物、硼化物からなる群より選択される少なくとも
   １種を０．２〜３．０重量％と、アルミナおよび窒化ア
   ルミニウムの少なくとも一方を０．１〜２．０重量％と
   を添加した原料混合体を成形して成形体を調製し、得ら
   れた成形体を脱脂後、温度１８００〜２０００℃で雰囲
   気加圧焼結し、上記焼結温度から、上記希土類元素によ
   り焼結時に形成された液相が凝固する温度までに至る焼
   結体の冷却速度を毎時１００℃以下に設定したことを特
   徴とする高熱伝導性窒化けい素焼結体の製造方法。