JPH0867567A - セラミック焼結体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱伝導度と強度の両方共に優れているセラミ
ック焼結体を提供する。 【構成】 窒化ケイ素多結晶から構成される窒化ケイ素
粒子群３の領域と、窒化アルミニウムから構成される窒
化アルミニウム粒子群２の領域を有する複合構造を持
ち、２次元断面より求めた等価円直径で表わされる平均
径が１０μｍ以上２００μｍ以下の窒化ケイ素粒子群３
が窒化アルミニウム粒子群２のマトリックス中に分散し
た微構造を有し、焼結体の切断面において、窒化ケイ素
粒子群３の面積が全断面積の２０面積％以上６０面積％
以下である窒化ケイ素・窒化アルミニウム質セラミック
焼結体１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強度に優れる軽量なセ
ラミック焼結体およびその製造方法に関するものであ
り、特に、熱伝導度と強度の両方共に優れていることが
要求される部材に好適に利用される窒化ケイ素・窒化ア
ルミニウム質セラミック焼結体およびその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】窒化アルミニウム焼結体は絶縁性であり
ながら良好な熱伝導性を有し、かつ酸化ベリリウムのよ
うな毒性もないことから、半導体基板の放熱材料等の用
途に前途が嘱望されている。

【０００３】従来の窒化アルミニウム焼結体の製造技術
としては、例えば、特開昭６２−１５３１７３号公報に
開示されたものがあり、熱伝導性に優れかつ緻密な焼結
体を得る方法が示されている。

【０００４】また、窒化アルミニウム焼結体は、セラミ
ック材料の本質的特性である耐熱性・軽量性といった特
長も持つことから、内燃機関等の構造材料用途への使用
も考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
窒化アルミニウム焼結体は、その強度が室温３点曲げで
３００〜４００ＭＰａと低く、現在広く用いられている
窒化ケイ素焼結体に比べてかなり劣る。従って、構造材
料として用いる場合、強度確保のために重量増加を招く
などの問題点を有することから、熱伝導性に優れている
と共に強度にも優れているセラミック焼結体の開発が望
まれていた。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、上記した従来の課題にかんが
みてなされたものであって、窒化アルミニウムのマトリ
ックス中に、窒化ケイ素多結晶から構成される第２相
（粒子群）を分散させて強化し、窒化アルミニウム焼結
体が持つ良好な熱伝導性を犠牲にすることなく強度にも
優れた高熱伝導・高強度のセラミック焼結体を提供する
ことを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる窒化ケイ
素・窒化アルミニウム質セラミック焼結体は、請求項１
に記載しているように、窒化アルミニウムと窒化ケイ素
の複合構造を持つセラミック焼結体であって、窒化ケイ
素多結晶から構成される窒化ケイ素粒子群の領域と、窒
化アルミニウムから構成される窒化アルミニウム粒子群
の領域を有する複合構造を持ち、２次元断面より求めた
等価円直径で表わされる平均径が１０μｍ以上２００μ
ｍ以下の窒化ケイ素粒子群が窒化アルミニウム粒子群の
マトリックス中に分散した微構造を有する構成としたこ
とを特徴としている。

【０００８】そして、本発明に係わる窒化ケイ素・窒化
アルミニウム質セラミック焼結体の実施態様では、請求
項２に記載しているように、焼結体の切断面において、
窒化ケイ素粒子群の面積が全断面積の２０面積％以上６
０面積％以下であるものとすることができる。

【０００９】本発明に係わる窒化ケイ素・窒化アルミニ
ウム質セラミック焼結体の製造方法は、請求項３に記載
しているように、窒化ケイ素粉末に焼結助剤を添加・混
合した後、平均粒径１５μｍ以上３００μｍ以下の顆粒
状にした窒化ケイ素原料造粒体と、窒化アルミニウム粉
末に焼結助剤を添加・混合した窒化アルミニウム原料粉
末、もしくはこの窒化アルミニウム原料粉末を平均粒径
２００μｍ以下の顆粒状にした窒化アルミニウム原料造
粒体を混合し、請求項１または２のいずれかの組織が発
現するまで焼成する構成としたことを特徴としている。

【００１０】そして、本発明に係わる窒化ケイ素・窒化
アルミニウム質セラミック焼結体の製造方法の実施態様
においては、請求項４に記載しているように、窒化ケイ
素に添加する焼結助剤が、周期律表第ＩＩＩａ族元素の
酸化物，酸化アルミニウム，酸化マグネシウム，酸化カ
ルシウム，酸化ジルコニウム，窒化アルミニウムのうち
から選ばれる１種または２種以上の酸化物または窒化物
であるものとすることができ、請求項５に記載している
ように、窒化アルミニウムに添加する焼結助剤が、酸化
イットリウムまたは酸化カルシウムであるものとするこ
とができ、請求項６に記載しているように、焼成温度が
１７００℃以上２０００℃以下であるようにすることが
でき、請求項７に記載しているように、焼成方法がホッ
トプレスであり、１気圧以上１００気圧以下の窒素雰囲
気中で５ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下の加圧力で一軸加圧
するようになすことができ、請求項８に記載しているよ
うに、焼成方法がガス圧焼成であり、１気圧以上５００
気圧以下の窒素ガス下で焼成するようになすことがで
き、請求項９に記載しているように、焼成方法が熱間静
水圧プレスであり、１００気圧以上２０００気圧以下の
ガス圧下で焼成するようになすことができる。

【００１１】

【発明の作用】本発明に係わる窒化ケイ素・窒化アルミ
ニウム質セラミック焼結体は、請求項１に記載している
ように、窒化アルミニウムと窒化ケイ素の複合構造を持
つセラミック焼結体であって、窒化ケイ素多結晶から構
成される領域（窒化ケイ素粒子群と呼ぶ）と、窒化アル
ミニウムから構成される領域（窒化アルミニウム粒子群
と呼ぶ）を有する複合構造を持ち、２次元断面より求め
た等価円直径で表わされる平均径が１０μｍ以上２００
μｍ以下の窒化ケイ素粒子群が窒化アルミニウム粒子群
のマトリックス中に分散した微構造を有する構成とした
ものであり、図１に模式的に示すように、この窒化ケイ
素・窒化アルミニウム質セラミック焼結体１は、窒化ア
ルミニウムから構成される窒化アルミニウム粒子群２の
マトリックス中に窒化ケイ素粒子の集まりからなる窒化
ケイ素粒子群３をその平均径で１０μｍ以上２００μｍ
以下で分散させたものであるから、十分良好な熱伝導性
を確保しつつ強度の向上がもたらされる。

【００１２】ところで、これまでに、単一の粒子を強化
相として分散させて強度の向上を図る試みは多くなされ
ているが、当然のことながら、単一の粒子は焼成時に粒
成長しない。

【００１３】一方、単体の窒化ケイ素焼結体では焼成中
に柱状晶が発達し、この粒成長に伴なって靭性・強度が
大きく向上することが知られている。したがって、分散
相中においても粒成長が進むようにすれば機械的特性の
向上が期待できる。

【００１４】本発明では、分散相として単一の粒子を用
いるのではなく、粒子の集まり（粒子群）を用いること
により、焼成中に粒子群中で柱状晶を成長させ、焼結体
の機械的特性の向上を図っている。また、窒化ケイ素−
窒化アルミニウムは焼成中に反応してサイアロンを生成
するが、分散させる窒化ケイ素相の径を大きくすれば、
表面反応相の割合が相対的に低下し、サイアロン生成の
影響を抑えることができる。

【００１５】このような粒子群分散材料の製造方法とし
ては、分散相である窒化ケイ素粒子群の原料を予め顆粒
状に造粒し、これをマトリックス相である窒化アルミニ
ウム粒子群の原料と混合して焼成する方法が簡便である
すなわち、請求項３に記載しているように、窒化ケイ素
粉末に焼結助剤を添加・混合した後、平均粒径１５μｍ
以上３００μｍ以下の顆粒状にした窒化ケイ素原料造粒
体と、窒化アルミニウム粉末に焼結助剤を添加・混合し
た窒化アルミニウム原料粉末、もしくはこの窒化アルミ
ニウム原料粉末を平均粒径２００μｍ以下の顆粒状にし
た窒化アルミニウム原料造粒体を混合し、請求項１また
は２のいずれかの組織が発現するまで焼成する方法が簡
便である。

【００１６】顆粒を製造する方法としては、凝集してい
る原料粉末をほぐしてふるいで分級する方法を用いるこ
とができるが、スプレードライヤーなどによって造粒し
てもよい。

【００１７】窒化ケイ素原料造粒体の大きさは１５μｍ
以上３００μｍ以下とするのが適当で、小さすぎると強
化の作用・効果が十分でなくなる可能性があり、大きす
ぎるとマトリックス中に均一に分散させることが難しく
なる可能性がある。

【００１８】マトリックス相となる窒化アルミニウム原
料は、分散相と同様に造粒して窒化アルミニウム原料造
粒体としてから加えてもよく、また、粉末の状態で窒化
アルミニウム原料粉末として加えてもよいが、窒化アル
ミニウム原料造粒体で加える場合には、その大きさは２
００μｍ以下に留めるのがよく、あまり大きい造粒体で
は窒化ケイ素粒子群の分散が不均一となって強度が低下
する可能性がある。

【００１９】窒化ケイ素原料造粒体と窒化アルミニウム
原料粉末または窒化アルミニウム原料造粒体の混合割合
は、重量比で、２：８ないし６：４程度とするのが適当
である。

【００２０】さらに詳しくは、請求項２に記載している
ように、焼結体の切断面において、窒化ケイ素粒子群の
占める面積が全断面積に対して２０面積％以上６０面積
％以下にするのがよい。この理由は、窒化ケイ素粒子群
の割合が低いと、焼結体の強度が上がらない可能性があ
り、窒化ケイ素粒子群の割合が高いと熱伝導性が悪くな
る可能性があるためである。実施態様において、熱伝導
性の確保に主眼を置く場合には、窒化ケイ素粒子群の割
合を低めにし、また、強度が要求される場合には、窒化
ケイ素粒子群の割合を高くするとよい。

【００２１】焼結を容昜にするために、原料となる窒化
ケイ素、窒化アルミニウムそれぞれの粉末に焼結助剤を
添加する。窒化ケイ素に添加する結助剤としては、請求
項４に記載しているように、周期律表第ＩＩＩａ族元素
の酸化物，酸化アルミニウム，酸化マグネシウム，酸化
カルシウム，酸化ジルコニウム，窒化アルミニウムのう
ちから選ばれる１種または２種以上の酸化物または窒化
物を用いることができる。また、窒化アルミニウムに添
加する焼結助剤としては、請求項５に記載しているよう
に、酸化イットリウムおよび酸化カルシウムの少なくと
もいずれかまたは両方を用いることができる。

【００２２】原料造粒体の混合粉末を所期の形状に成形
する方法としては、従来の窒化ケイ素セラミック焼結体
の製造に際して用いられている方法と同様の方法をその
まま適用できる。また、焼成は、製品に要求される特性
に応じてホットプレス法のほか、ガス圧焼成法、熱間静
水圧プレス等を用いることができる。

【００２３】単純形状品の場合は、請求項７に記載して
いるように、ホットプレス法が比較的適している。この
場合は、原料混合体を黒鉛型に入れ、１気圧以上１００
気圧以下の窒素雰囲気中で、５ＭＰａ以上５０ＭＰａ以
下の加圧力で一軸加圧する方法とすることができる。こ
のとき、雰囲気圧力が１気圧未満では原料の熱分解が起
こる可能性があり、１００気圧超過では焼結体中に気孔
が残る可能性がでてくる。また、加圧力が５ＭＰａ未満
では緻密化促進の作用・効果が小さくなる可能性があ
り、５０ＭＰａ超過では黒鉛型との反応が起こって製品
の取り出しが難しくなる可能性もありうる。

【００２４】複雑形状品の場合、あるいは大量生産品の
場合には、請求項８に記載しているように、ガス圧焼成
法が適している。この場合、焼成は１気圧以上５００気
圧以下の窒素ガス雰囲気中で行うのがよく、１気圧未満
では原料の熱分解が起こる可能性があり、５００気圧超
過では高圧のガス焼結体中に閉じ込められて焼結性が低
下する可能性がある。

【００２５】請求項９に記載している熱間静水圧プレス
（熱間等方圧プレスと称することもある）は、製造コス
トが高くなるものの、複雑形状品にも対応でき、かつま
た、得られる製品が特性に優れたものになるという特長
がある。この熱間静水圧プレスには、成形体をガラスな
どのガスを通さず熱で軟化するカプセルに封入し、雰囲
気ガスで加圧して焼成する方法と、相対密度９５％以上
になるまで予備焼成しその後加圧して焼成する方法があ
り、いずれの方法を用いてもよい。この場合、圧力媒体
となる雰囲気の圧力は１００気圧以上２０００気圧以下
とするのが適当であり、１００気圧未満では緻密化促進
の作用・効果が小さくなる可能性があり、２０００気圧
超過では装置の取り扱いが煩雑となるおそれがある。ま
た、予備焼成での到達密度が９５％未満であると、プレ
ス中に雰囲気ガスが進入して緻密化が阻害されることが
あるので、相対密度が９５％以上となるまで予備焼成す
るのがよい。

【００２６】焼成温度は、請求項６に記載しているよう
に、１７００℃以上２０００℃以下、より望ましくは１
８００℃以上１９００℃以下とするのが適当である。こ
の場合、温度が１７００℃よりも低いときには焼成が進
まない可能性があり、２０００℃よりも高いときには焼
結体中に鬆やクラックが入ったり、必要以上に粗大な粒
子に成長して強度の低下を招く可能性がある。

【００２７】

【実施例】以下に実施例および比較例により本発明を詳
細に説明する。また、実施例１〜４０，比較例１〜１８
について表にまとめて示す。なお、本発明はこれらの実
施例に限定されるものではない。

【００２８】実施例１ 平均粒径約１．５μｍの窒化ケイ素粉末に、２重量％の
酸化ネオジム（Ｎｄ_２Ｏ_３）と３重量％の酸化イットリ
ウム（Ｙ_２Ｏ_３）を添加し、エタノールを用いた湿式ボ
ールミルによって約１００時間混合した後、ロータリー
エバポレータによって乾燥した。この乾燥粉末を適宜ほ
ぐした後、ふるいによる分級によって直径５０μｍ以上
１２０μｍ以下の範囲の窒化ケイ素原料造粒体を取り出
した。この窒化ケイ素原料造粒体の平均粒径を乾式レー
ザ回折法で測定したところ８８μｍであった。

【００２９】一方、平均粒径３μｍの窒化アルミニウム
粉末に、５重量％の酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）を添
加し、同様にエタノールを用いた湿式ボールミルによっ
て約１００時間混合した後、ロータリーエバポレータに
よって乾燥した。この乾燥粉末についても適宜ほぐした
後、ふるいによる分級によって直径３８μｍ以上９０μ
ｍ以下の範囲の窒化アルミニウム原料造粒体を取り出し
た。この窒化アルミニウム原料造粒体の平均粒径は５５
μｍであった。

【００３０】次に、これら２種の造粒粉末を、窒化ケイ
素原料造粒体と窒化アルミニウム原料造粒体が重量比で
約４：６となるように調合し、粒を破壊しないようにし
てＶ型混合器で十分に混合した。

【００３１】次いで、断面寸法が４０×５０ｍｍの黒鉛
型に入れ、加圧圧力２０ＭＰａのホットプレスにより１
８００℃で２時間の焼成を行ったのち、これにより得ら
れた焼結体から３×４×約４０ｍｍの直方体を切り出
し、表面を研磨して曲げ強度試験用の供試片とした。そ
して、この供試片につき、日本工業規格Ｒ １６０１に
規定される方法に基づいて室温３点曲げ試験を実施し
た。

【００３２】また、焼結体から直径１０ｍｍ，厚さ１．
０ｍｍの円盤状の試料を切り出し、レーザーフラッシュ
法によって焼結体の熱伝導度を測定した。

【００３３】さらに、焼結体から一辺約３ｍｍの立方体
を切り出し、表面をラッピングとポリッシングにより鏡
面に研磨した後、酸素を７％含有した四弗化炭素ガスに
よるプラズマエッチングを施し、走査型電子顕微鏡によ
って焼結体の組織を観察した。

【００３４】さらにまた、研磨面を微分干渉顕微鏡で観
察し、窒化ケイ素粒子群の形状を球と仮定して２次元断
面から等価直径を決定した。この等価直径は、断面にお
ける当該粒子群の占める領域と等面積の円の直径であ
る。すなわち、断面での当該粒子群の面積Ｓ（μｍ^２）
を円周率πで除したものの平行が等価半径なり、等価直
径はその倍の値である（すなわち、ｄ（μｍ）＝２（Ｓ
／π）^１／２）。

【００３５】この焼結体の特性は表の実施例１の欄にお
いて示したとおりであった。なお、以下の実施例におい
ては、本焼結体の使用環境を鑑み、強度として５００Ｍ
Ｐａ以上、熱伝導率として８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が要
求されるものとして適用の可否を判断した。

【００３６】また、以下の実施例および比較例におい
て、特に断った部分の他は実施例１と同様にして行っ
た。そして、表中の焼成方法の欄で、ＨＰはホットプレ
ス法、ＧＰＳはガス圧焼成法、ＨＩＰは熱間静水圧プレ
ス法を採用したことをそれぞれ表している。

【００３７】実施例２〜５ 実施例２から実施例５までは、粉末分級時にふるいの目
を変えて窒化ケイ素原料造粒体の大きさを調整し、焼結
体組織中の窒化ケイ素粒子群の大きさを変えたものであ
る。以下、特に断らないかぎり、各実施例および比較例
において、造粒体の粒径の調整はふるいによる分級の目
を変えて行っている。

【００３８】実施例６〜９ 実施例６から実施例９までは、原料粉末の窒化ケイ素と
窒化アルミニウムの割合を変えることによって、焼結体
の切断面での窒化ケイ素粒子群の面積割合を変えたもの
である。

【００３９】実施例１０〜１３ 実施例１０から実施例１３までは、窒化アルミニウム原
料造粒体の大きさを変えたもの、もしくは造粒せずに粉
末をそのまま用いたものである。

【００４０】実施例１４〜１９ 実施例１４から実施例１９までは、窒化ケイ素原料造粒
体中の添加焼結助剤成分を変えたものである。

【００４１】実施例２０，２１ 実施例２０および実施例２１は、窒化アルミニウムに添
加する焼結助剤の量を変えたものである。

【００４２】実施例２２，２３ 実施例２２および実施例２３は、焼成温度を変えたもの
である。

【００４３】実施例２４〜２８ 実施例２４から実施例２８までは、焼成をガス圧焼成法
によったもので、それぞれ焼成温度を変えている。ま
た、焼結助剤もガス圧焼成に適したものとして酸化アル
ミニウム−酸化イットリウムの組み合わせとしている。
そして、実施例２４から２８までにおいては、原料粉末
造粒体の混合物を準備するまでは実施例１と同様に行っ
た後、この混合物を金型で圧粉成形して約５×５×６０
ｍｍの直方体に成形し、圧力４００ＭＰａで冷間静水圧
プレスを施してグリーン体を得たのち、このグリーン体
を１０ＭＰａの窒素雰囲気中において１７５０〜１９５
０℃で６時間焼成して焼結体を得た。

【００４４】実施例２９，３０ 実施例２９および実施例３０は、熱間静水圧プレス法に
よって焼成したものである。この場合、実施例２４と同
様の方法でグリーン体を作製した後、ガス圧焼成法によ
って１８００℃で２時間の予備焼成を行い、これを圧力
５００気圧の窒素雰囲気中において１８００℃，１９０
０℃で２時間焼成して焼結体を得た。

【００４５】実施例３１〜３３ 実施例３１から実施例３３までは、窒化アルミニウム原
料造粒体に添加する焼結助剤として、酸化イットリウム
に代えて酸化カルシウムを用いた例である。酸化カルシ
ウムを用いても良好な特性の焼結体が得られる。

【００４６】実施例３４，３５ 実施例３４および実施例３５は、雰囲気圧力を変えてホ
ットプレスを行ったものである。

【００４７】実施例３６ 実施例３６は、ホットプレスの加圧圧力を４０ＭＰａと
高くしたものである。

【００４８】実施例３７，３８ 実施例３７および実施例３８は、ガス圧焼結における雰
囲気圧力を変えたものである。

【００４９】実施例３９，４０ 実施例３９および実施例４０は、熱間静水圧プレスにお
いて雰囲気圧力を変えたものである。

【００５０】実施例のまとめ 表に示す結果より明らかなように、実施例１〜４０のセ
ラミック焼結体は、いずれも、強度が５００ＭＰａ以
上、熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、強度と
熱伝導度の両方共が優れているセラミック焼結体であ
る。

【００５１】比較例１ 比較例１は、窒化ケイ素原料造粒体を加えずに窒化アル
ミニウム造粒体のみを単独でホットプレスにより焼成し
たものである。この窒化ケイ素質焼結体では熱伝導性に
は格段に優れるが、強度が低いものとなっている。

【００５２】比較例２ 比較例２は、窒化ケイ素原料造粒体の平均粒径が小さす
ぎるために、焼結体中の窒化ケイ素粒子群の平均径が小
さすぎ、このため、強度の向上効果が十分に発揮されて
いないものとなっている。

【００５３】比較例３，４ 比較例３および比較例４では、窒化ケイ素原料造粒体の
平均粒径が大きすぎたために、焼結体中の窒化ケイ素粒
子群の平均径が大きすぎて熱伝導率が低下したものとな
っており、比較例３では強度が高いものの比較例４では
強度も低下したものとなっている。

【００５４】比較例５，６ 比較例５，６は、窒化ケイ素原料造粒体の配合割合が少
ないため、焼結体中の窒化ケイ素粒子群の断面面積比率
が小さく、熱伝導性は十分良好であるものの、窒化ケイ
素粒子群による強度向上効果は働いていない。

【００５５】比較例７ 比較例７は、窒化ケイ素原料造粒体の配合割合が多いた
め、焼結体中の窒化ケイ素粒子群の面積比率が大きいも
のであり、このため、強度は十分良好であるものの、熱
伝導率の低下が見られる。

【００５６】比較例８，９ 比較例８および比較例９は、添加した窒化アルミニウム
原料造粒体の平均粒径が大きすぎるものであり、このた
め、窒化ケイ素粒子群の分散が十分でなく強度が低下し
たものとなっている。

【００５７】比較例１０，１１，１３，１５ 比較例１０，比較例１１，比較例１３および比較例１５
では、焼成温度が低いため焼結が不十分となり、強度お
よび熱伝導率がともに良くないものとなっている。

【００５８】比較例１２，１４，１６ 比較例１２，比較例１４および比較例１６では、焼成温
度が高すぎるため、大型のポア（空孔）が焼結体中に導
入されると共に必要以上に粗大な粒子へと成長すること
により、熱伝導率および強度の低下が見られる。なお、
焼結体の作製は、比較例１３および比較例１４は、焼成
温度を除いて実施例２５に、比較例１５および比較例１
６は焼成温度を除いて実施例２９に、それぞれ準じた手
順で行った。

【００５９】比較例１７ 比較例１７は、ホットプレス時の加圧圧力が小さいた
め、緻密化の進行が遅く、強度および熱伝導率がともに
低下したものとなっている。

【００６０】比較例１８ 比較例１８は、加圧雰囲気の圧力が小さいため、原料の
熱分解が起こったことから、強度および熱伝導率が低い
ものとなっている。なお、比較例１８は、実施例２５に
準じた手順で行っている。

【００６１】比較例のまとめ 表に示す結果より明らかなように、比較例１〜１８のセ
ラミック焼結体では、強度が５００ＭＰａ以上でかつ熱
伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるという両方の条
件を同時に満足することはできないものであった。

【００６２】

【表１】

【００６３】

【表２】

【００６４】

【表３】

【００６５】

【表４】

【００６６】

【表５】

【００６７】

【表６】

【００６８】

【表７】

【００６９】

【表８】

【００７０】

【表９】

【００７１】

【表１０】

【００７２】

【表１１】

【００７３】

【表１２】

【００７４】

【発明の効果】本発明に係わる窒化ケイ素・窒化アルミ
ニウム質セラミック焼結体は、請求項１に記載している
ように、窒化アルミニウムと窒化ケイ素の複合構造を持
つセラミック焼結体であって、窒化ケイ素多結晶から構
成される窒化ケイ素粒子群の領域と、窒化アルミニウム
から構成される窒化アルミニウム粒子群の領域を有する
複合構造を持ち、２次元断面より求めた等価円直径で表
わされる平均径が１０μｍ以上２００μｍ以下の窒化ケ
イ素粒子群が窒化アルミニウム粒子群のマトリックス中
に分散した微構造を有する構成としたものであるから、
熱伝導性の良い窒化アルミニウム中に強化相として窒化
ケイ素が粒子群の形で分散したものとなっているので、
窒化アルミニウムの持つ高熱伝導性を犠牲にすることな
く、強度の向上を実現することが可能であり、熱伝導度
と強度の両方共に優れているセラミック焼結体を提供す
ることが可能であるという著大なる効果がもたらされ
る。

【００７５】そして、請求項２に記載しているように、
焼結体の切断面において、窒化ケイ素粒子群の面積が全
断面積の２０面積％以上６０面積％以下であるものとす
ることによって、窒化アルミニウムの持つ良好な熱伝導
性と、窒化ケイ素の持つ良好な機械的特性を活かした高
品質のセラミック焼結体とすることが可能である。

【００７６】本発明に係わるセラミック焼結体の製造方
法は、請求項３に記載しているように、窒化ケイ素粉末
に焼結助剤を添加・混合した後、平均粒径１５μｍ以上
３００μｍ以下の顆粒状にした窒化ケイ素原料造粒体
と、窒化アルミニウム粉末に焼結助剤を添加・混合した
窒化アルミニウム原料粉末、もしくはこの窒化アルミニ
ウム原料粉末を平均粒径２００μｍ以下の顆粒状にした
窒化アルミニウム原料造粒体を混合し、請求項１または
２のいずれかの組織が発現するまで焼成する構成とした
ものであるから、熱伝導度と強度の両方共に優れている
請求項１または２に記載のセラミック焼結体を製造する
ことが可能であるという著大なる効果がもたらされる。

【００７７】そして、請求項４に記載しているように、
窒化ケイ素に添加する焼結助剤が、周期律表第ＩＩＩａ
族元素の酸化物，酸化アルミニウム，酸化マグネシウ
ム，酸化カルシウム，酸化ジルコニウム，窒化アルミニ
ウムのうちから選ばれる１種または２種以上の酸化物ま
たは窒化物であるものとすることによって、窒化ケイ素
の焼結がより一層良好に行われることとなり、請求項５
に記載しているように、窒化アルミニウムに添加する焼
結助剤が、酸化イットリウムまたは酸化カルシウムであ
るものとすることによって、窒化アルミニウムの焼結が
より一層良好に行われることとなる。

【００７８】さらに請求項６に記載しているように、焼
成温度が１７００℃以上２０００℃以下であるようにす
ることによって、必要以上に粗大な粒子に成長して強度
の低下をもたらすことなく焼結を十分良好に進行させる
ことが可能であり、請求項７に記載しているように、焼
成方法がホットプレスであり、１気圧以上１００気圧以
下の窒素雰囲気中で５ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下の加圧
力で一軸加圧することによって、単純形状品のセラミッ
ク焼結体の製造を低コストで行うことが可能であり、請
求項８に記載しているように、焼成方法がガス圧焼成で
あり、１気圧以上５００気圧以下の窒素ガス下で焼成す
ることによって、複雑形状品のセラミック焼結体や大量
生産品のセラミック焼結体を生産性良く製造することが
可能であり、請求項９に記載しているように、焼成方法
が熱間静水圧プレスであり、１００気圧以上２０００気
圧以下のガス圧下で焼成することによって、複雑形状品
にも対応することができ、特性がさらに良好なセラミッ
ク焼結体を製造することが可能であるという著しく優れ
た効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる窒化ケイ素・窒化アルミニウム
質セラミック焼結体の組織を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 窒化ケイ素・窒化アルミニウム質セラミック焼結体 ２ 窒化アルミニウム粒子群 ３ 窒化ケイ素粒子群

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｃ０４Ｂ 35/581 Ｃ０４Ｂ 35/58 １０２ Ｒ １０２ Ｕ １０４ Ｊ １０４ Ｓ １０４ Ｕ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化アルミニウムと窒化ケイ素の複合構
   造を持つセラミック焼結体において、窒化ケイ素多結晶
   から構成される窒化ケイ素粒子群の領域と、窒化アルミ
   ニウムから構成される窒化アルミニウム粒子群の領域を
   有する複合構造を持ち、２次元断面より求めた等価円直
   径で表わされる平均径が１０μｍ以上２００μｍ以下の
   窒化ケイ素粒子群が窒化アルミニウム粒子群のマトリッ
   クス中に分散した微構造を有することを特徴とする窒化
   ケイ素・窒化アルミニウム質セラミック焼結体。
2. 【請求項２】 焼結体の切断面において、窒化ケイ素粒
   子群の面積が全断面積の２０面積％以上６０面積％以下
   であることを特徴とする請求項１に記載の窒化ケイ素・
   窒化アルミニウム質セラミック焼結体。
3. 【請求項３】 窒化ケイ素粉末に焼結助剤を添加・混合
   した後、平均粒径１５μｍ以上３００μｍ以下の顆粒状
   にした窒化ケイ素原料造粒体と、窒化アルミニウム粉末
   に焼結助剤を添加・混合した窒化アルミニウム原料粉
   末、もしくはこの窒化アルミニウム原料粉末を平均粒径
   ２００μｍ以下の顆粒状にした窒化アルミニウム原料造
   粒体を混合し、請求項１または２のいずれかの組織が発
   現するまで焼成することを特徴とする窒化ケイ素・窒化
   アルミニウム質セラミック焼結体の製造方法。
4. 【請求項４】 窒化ケイ素に添加する焼結助剤が、周期
   律表第ＩＩＩａ族元素の酸化物，酸化アルミニウム，酸
   化マグネシウム，酸化カルシウム，酸化ジルコニウム，
   窒化アルミニウムのうちから選ばれる１種または２種以
   上の酸化物または窒化物であることを特徴とする請求項
   ３に記載の窒化ケイ素・窒化アルミニウム質セラミック
   焼結体の製造方法。
5. 【請求項５】 窒化アルミニウムに添加する焼結助剤
   が、酸化イットリウムまたは酸化カルシウムであること
   を特徴とする請求項３または４に記載の窒化ケイ素・窒
   化アルミニウム質セラミック焼結体の製造方法。
6. 【請求項６】 焼成温度が１７００℃以上２０００℃以
   下であることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか
   に記載の窒化ケイ素・窒化アルミニウム質セラミック焼
   結体の製造方法。
7. 【請求項７】 焼成方法がホットプレスであり、１気圧
   以上１００気圧以下の窒素雰囲気中で５ＭＰａ以上５０
   ＭＰａ以下の加圧力で一軸加圧することを特徴とする請
   求項３ないし６のいずれかに記載の窒化ケイ素・窒化ア
   ルミニウム質セラミック焼結体の製造方法。
8. 【請求項８】 焼成方法がガス圧焼成であり、１気圧以
   上５００気圧以下の窒素ガス下で焼成することを特徴と
   する請求項３ないし６のいずれかに記載の窒化ケイ素・
   窒化アルミニウム質セラミック焼結体の製造方法。
9. 【請求項９】 焼成方法が熱間静水圧プレスであり、１
   ００気圧以上２０００気圧以下のガス圧下で焼成するこ
   とを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の窒
   化ケイ素・窒化アルミニウム質セラミック焼結体の製造
   方法。