JPS62270468A

JPS62270468A - 窒化アルミニウム質焼結体

Info

Publication number: JPS62270468A
Application number: JP62017517A
Authority: JP
Inventors: 健一郎宮原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1985-10-31
Filing date: 1987-01-28
Publication date: 1987-11-24
Anticipated expiration: 2011-08-14
Also published as: JPS62270466A; JP2525167B2; JP2528300B2; JP2525166B2; JPS62270467A

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】３、発明の詳細な説明（産業上の利用分野）本発明は、窒化アルミニウム質焼結体、特に金属アルミ
ニウムの直接窒化法により得られた窒化アルミニウム原
料粉末から製造された、熱伝導性の高い窒化アルミニウ
ム質焼結体に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする問題点）近年
、ＬＳＩの発達に伴い、高集積回路、パワートランジス
タ、レーザーダイオードなどの発熱量の大きい半導体素
子を実装するために熱伝導率の高い絶縁材料が必要とさ
れてきている。

このような熱伝導率の高いセラミック材料としては、従
来酸化ベリリウム（Ｂｅｄ）系焼結体が用いられてきた
が、その毒性のために使用範囲が限定されている。

そこで酸化ベリリウムに変わる高熱伝導性基板材料とし
て、熱伝導率が高く、しかも安定で、高温強度も高く、
電気絶縁性のよい窒化アルミニウム（ＡＩＮ）が使用さ
れるようになってきている。

窒化アルミニウムは、上記のように半導体基板に適した
特性を有し、その熱伝導率の理論値は約３００Ｗ／ｌＩ
ｌ°ｋと非常に高いものの、現状では、熱伝導率が一般
に約１００　Ｗ　／　ｍ″に以下と低い窒化アルミニウ
ム質焼結体しか得られておらず、窒化アルミニウム質焼
結体の熱伝導率の向」−が待望されている。

窒化アルミニウム粉末は難焼結性であって、単味では焼
結し難いため、窒化アルミニウム原料粉末に焼結助剤を
添加して焼結体を製造することが行なわれており、適当
な焼結助剤としては、周期率表の■ａ族金属（アルカリ
土類金属）もしくはｌｌａ族金属（Ｙ及び希土類金属）
の化合物、例えばＹ２Ｏ３、Ｃａｂ、ＣａＣ２などが提
案されている。（特開昭５９−２０７８１４号公報、特
開昭６０−６０９１０号公報、特開閉６０−７１．５７
５号公報、参照）窒化アルミニウム粉末の代表的な製造
法としては、（１）金属アルミニウム粉末を窒素又はア
ンモニアガスで直接窒化する方法（直接窒化法）と、（
２）アルミナ粉末を炭素粉末と混合し、窒素又はアンモ
ニアガス中で焼成して、炭素によりアルミナを還元する
方法（炭素還元法）とが知られている。

このうち、直接窒化法においては、窒化効率を上げるた
めに原料の金属アルミニウムを粉砕する工程や、生成し
た窒化アルミニウム粉末を焼結原料に適した粒度まで微
粉砕する工程において、粉砕容器や粉砕メディアから通
常数重量％の陽イオン不純物が不可避的に混入し、さら
に上記の微粉砕工程において粉末表面が酸化を受けて、
直接窒化法による窒化アルミニウム原料粉末中の酸素含
有量は２重量％以上、通常は３重量％以上に達する。こ
うした酸素及び陽イオン不純物を多量に含有する窒化ア
ルミニウム粉末は、高品質の窒化アルミニウム質焼結体
を得るための原料として適当ではなく、事実、従来は直
接窒化法により得られた原料粉末から焼結助剤を使用し
て高熱伝導率を有する焼結体を製造することは、一般に
行なわれていなかった。

一方、炭素還元法においては、予めアルミナを所望の粒
度まで粉砕してから炭素還元と窒化を行なうため、生成
した窒化アルミニウム粉末中の陽イオン不純物含有量は
０６５重量％以下と少なく、また酸素含有量も通常約３
％以下と比較的少なく、しかも平均粒子径２μ随以下の
高純度の微粉末が容易に得られる。この微粉末は、更に
粉砕処理することなく焼結用の原料として使用すること
ができるため、窒化アルミニウム質焼結体の製造におい
ては、炭素還元法により得られた窒化アルミニウム微粉
末を用いて焼結助剤と共に焼結する方法が普及している
。

しかし、かかる微粉末を用いても、得られた窒化アルミ
ニウム質焼結体の熱伝導率はやはり１００　Ｗ　／　＋
ａ″に以下がほとんどであり、理論値の約３００　Ｗ　
／　Ｉｌｌ”　ｋと比べて著しく低かった。

なお、イツトリウム化合物を焼結助剤として１００　Ｗ
　／　ｍ″に以」−の高い熱伝導率を有する窒化アルミ
ニウム質焼結体を製造する方法が特開昭６０−１７８６
８８号公報及び同６１．−９１０６８号公報に開示され
ているが、いずれの方法においても直接窒化法により得
た原料粉末を使用することは示唆されておらず、また特
開昭６１−９１０６８号公報記載の方法は、焼結体の酸
素含有量を低下させて熱伝導性を向上させるなめに、焼
結時に窒化アルミニウム原料粉末と焼結助剤の他に遊離
炭素もしくは炭素質物質を存在させて脱酸を図るという
、面倒な製造方法を採用している。

直接窒化法と炭素還元法の窒化アルミニウム、製造工程
を比較すると、直接窒化法の製造工程は単純で、金属ア
ルミニウム粉末を窒素又はアンモニアガス中で加熱する
だけの工程であるのに対し、炭素還元法は、（１）アル
ミナ粉末と炭素粉末との混合、（２）混合粉末の窒素又
はアンモニアガス中ての加熱、（３）残留している未反
応炭素の酸化による除去という多数工程が必要である。

その結果、製造コストが、直接窒化法による窒化アルミ
ニウム粉末の製造の方が、炭素還元法に比べて１／４〜
１７７６程度と非常に低くなる。

したがって、直接窒化法により得られた窒化アルミニウ
ム原料粉末を使用して高熱伝導性でかつ高強度の窒化ア
ルミニウム質焼結体が製造できれば、窒化アルミニウム
質焼結体のコスト低減に大きく寄与することとなる。し
かし、−１−述したように、直接窒化法により製造され
た微細な窒化アルミニウム原料粉末は純度が悪いなめに
、従来高熱伝導性焼結体の製造には利用されていないの
が実情であった。なお、第２図には炭素還元法により得
られた窒化アルミニウム粉末の電子顕微鏡写真を、第３
図には直接窒化法により得られた窒化アルミニウム粉末
の電子顕微鏡写真を、各々示した。

（問題点を解決するための手段）本発明の目的は、直接窒化法により得た窒化アルミニウ
ム原料粉末から低コストで製造された、熱伝導性の高い
窒化アルミニウム質焼結体を提供することである。

本発明の別の目的は、熱伝導率が少なくとも１００Ｗ／
ｍ°ｋ以上、好ましくは１２０Ｗ／輸°ｋ、更に好よし
は１４０Ｗ／ｍ°ｋ以」二、最も好ましは１６０Ｗ／ｍ
°ｋ以」二であって、高密度かつ高強度の窒化アルミニ
ウム質焼結体を提供することである。

本発明の才な別の目的は、直接窒化法により得た窒化ア
ルミニウノ＼原料粉末から、高熱伝導性及び高密度の窒
化アルミニウム質焼結体を製造する方法を提供すること
である。

本発明者は、直接窒化法による窒化アルミニウム微粉末
の製造において、純度低下の大きな原因は、原料金属ア
ルミニウムの純度のほかに、製造後の窒化アルミニウム
の微粉砕中における粉砕容器及びメディアの摩損による
不純物の混入が大きな原料の一つであるあることに着目
し、これらの原因による不純物混入を排除することによ
って高純度の窒化アルミニウム微粉末を低コストで製造
でき、これを原料粉末として使用して熱伝導性の高い窒
化アルミニウム質焼結体が製造てきることを見出だした
。

直接窒化法による高純度、すなわち陽イオン不純物及び
酸素含有量の少ない窒化アルミニウム微粉末を製造する
には、原料として高純度の金属アルミニウム粉末を使用
し、得られた窒化アルミニウム粉末の微粉砕を、酸素の
存在を排除するように非酸化性雰囲気中、特に有機溶剤
中において行うことにより、容易に実施できることが判
った。

また、かかる高純度窒化アルミニウム原料粉末から高熱
伝導性窒化アルミニウム質焼結体を製造するには、陽イ
オン不純物に対してバランスを取った一定範囲の量の酸
化イツトリウム（Ｙ　２０３）もしくはその前躯物質を
焼結助剤として混合して焼結することが重要であること
を知見した。

本発明は、その１！様において、金属アルミニウムの直
接窒化により得られた窒化アルミニウム原ＩＩ粉末を用
いて、遊離炭素を存在させずに焼成することにより製造
された、ＡＩＮ結晶相と、Ｙを金属元素成分として含有
する粒界相とからなる窒化アルミニウム質焼結体であっ
て、熱伝導率１００Ｗ／’ｍ°ｋ以上、相対密度９５％
以上であることを特徴とする、窒化アルミニウム質焼結
体を提供する。

別の態様において、本発明は、金属アルミニウムの直接
窒化により得られた、酸素含有量１．８重量％未満、Ｓ
ｉ含有量０．７重量％以下、純度９９％以上の窒化アル
ミニウム原料粉末にＹ　２０３もしくはその前躯物質を
添加して、Ｙ元素成分をＹ２Ｏ，として２〜１２重量％
含有する混合粉末とし、この混合粉末を成形後、非酸化
性雰囲気中１５００〜２１００°Ｃの温度で焼成するこ
とを特徴とする、熱伝導率１００　Ｗ　／　ｍ″に以上
、相対密度９５％以上の窒化アルミニウム質焼結体の製
造法を提供する。

すなわち本発明は、窒化アルミニウム原料粉末にＹ２Ｏ
，ｌ又はその前躯物質からなる焼結助剤が添加された混
合粉末を成形後焼成して得られた窒化アルミニウム質焼
結体において、焼結体が、焼結体のＹ含有量をＹ２Ｏ，
として換算した換算Ｙ２０゜含有量（重量％）に対して
、焼結体の全酸素含有量から前記換算Ｙ２０　、含有量
中の酸素量を差し引いた残りの酸素量（重量％）をプロ
ットした点が、第１図の線分Ｑ　−Ｒ−Ｓ　−Ｔ　−Ｑ
て囲まれる範囲内（たたし線上は含まず）にあり、さら
にＳ１元素合イ１量（重量％）のＹ元素含有Ｊｔ（重量
％）に対する比（Ｓｉ、／Ｙ）、並びにＳｉ及びＹの各
元素含有量が、下記の関係を満足し、ＩＱＱＷ／＋Ｉｌ
°ｋ以上の熱伝導率を有し、相対密度が９５％以上であ
ることを特徴とする窒化アルミニウム質焼結体Ｓ　ｉ　／　Ｙ≦１．．３２（重量比）Ｓ１≦１．３（
重量％）１．６・くＹ＜９．４（重量％）である。

以下、本発明を更に詳しく説明する。

本発明による窒化アルミニウム質焼結体は、−１−述の
ように、直接窒化法により得られた窒化アルミニウム原
料粉末から、Ｙ２Ｏ３もしくはその前躯物質を焼結助剤
として使用して製造されたものであって、ＡｌＮ相とＹ
含有粒界相とから構成され、熱伝導率が少なくとも１０
０　Ｗ　／　＋１１″ｋ、好ましくは１２０Ｗ／ｌＩｌ
″に以−Ｆ、さらに好ましくは１．４０Ｗ　、／　＋ａ
″に以」−５最も好ましくは１．６０　Ｗ　／　ｍ″に
以」−であり、相対密度が９０％以上、好ましくは９５
％以」二、更に好ましくは９７％以」−５特に好ましく
は９８．５％以」二であることを特徴とする。

焼成助剤はＩｌａ族（アルカリ土類金属）、Ｉｌａ族（
希土類）、Ｔ［Ｉｂ（アルミニウム類）の金属化合物の
うちから選ばれる。イツトリウム化合物を使用した場合
は、Ｙ２Ｏ，とじて換算された量が焼結体全体の約２〜
１２重量％、好ましくは約３．９〜９．０重量％、より
好ましくは約３．９〜７．０重量％、特に好ましくは約
４，５〜６．０重量％を占めるような範囲内がよい。

焼結助剤を使用して製造した窒化アルミニウム焼結体の
相組織は、ＡＩＮ粒子とこの粒子相を結合している粒界
相とからなる。

粒界相に存在する結晶相の組成は、焼結助剤の種類のみ
ならず、原料粉末の純度や、焼成温度および雰囲気のよ
うな製造条件によっても変動するが、窒化アルミニウム
質焼結体の熱伝導性はこの粒界相の組成に大きく依存す
る。Ｙ　２０　Ｃ１を焼結助剤として添加した場合、そ
の粒界生成相は、ＹＡ（ｔ　（Ｙ　：＋　Ａ　Ｉ　ｓ　
Ｏ＋□）、ＹＡ、ＩＯ２、Ｙ、ＡＩ□Ｏ５、Ｙ２Ｏ９、
ＡｌＮ−Ａｌ□０３スピネル、ＹＮ、不明相、および２
７Ｒ−ポリタイプ（ＳＩＡＩ−ＯＮの一種）等となる。

本発明者は、実験の結果、これらの粒界生成相のうち、
ＹＡｌＯ３とＹ、ＡＩ□０９の一方もしくは両方、特に
Ｙ、Ａ、＋２０ｓが粒界に主な相として存在している場
合に、窒化アルミニウム質焼結体の熱伝導率が非常に高
くなることを見出だしな。その理ｒｈ　ｌま十分に解明
されていないが、恐ら＜ＹＡＩＯ。

及び／又はＹ　４　Ａ　！　２０　ｓが主に存在してい
ると、窒化アルミニウム粒子間の辺の平滑性または整合
性が高まることに加えて、これらＶ）粒界生成相自体の
熱伝導性が良いこともあって、粒界を通る熱拡散が促進
され、高い熱伝導性が得られるのではないかと考えられ
る。その他の結晶相が多く粒界に生成すると、窒化アル
ミニウノ＼粒子間の辺の平滑性または整合性が得られに
＜＜、例えばＹ　Ａ　Ｇ　（ＹＪＡｌｓｏ＋２＞は熱伝
導率が約１２Ｗ／＋ｎ″に、　Ｙ２Ｏ３は熱伝導率が約
２７Ｗ／ｍ″にとそれぞれ低いため、粒界での熱拡散性
が悪化する。

上記の好ましい粒界生成相であるＹＡｌＯ３どＹ４Ａｌ
２Ｏ９は、焼成中にＡＩＮと焼結助剤のＹ２Ｏ１、その
前躯物質もしくは、窒化アルミニウム原料粉末中に不純
物として不可避的に存在する酸素とが反応して生成する
ものであるが、粒界生成相が主にこのような結晶相から
構成されるためには、焼結体の粒界相においてＹ原子と
ＡＩ原子との比率がある一定範囲内にあればよい。

焼結体中において、イツトリウムはほとんどの場合酸化
物として存在しているなめ、測定されたイツトリウム量
はそれに１．２７倍してＹ　２０　’ｓ量に変換、換算
できる。

また、窒化アルミニウム質焼結体において、焼結体中の
全酸素のほとんどが粒界において酸化物として存在して
おり、その他はＡＩＮ格子中に固溶しているものもある
と考えられる。前記粒界に存在する酸素の一部は焼結助
剤のＹ２Ｏ３もしくはその前躯物質からできたものであ
り、残りは窒化アルミニウム原料粉末中もしくは製造工
程で混入してきた陽イオン不純物に結合して存在してい
る酸素である。本発明においては焼結体中の全酸素量と
Ｙ含有量を測定し、測定されたＹ含有量をＹ２Ｏ３とし
て換算した電を求め、全酸素量からＹ含有量をＹ　２０
３として換算した量中の酸素量を差し引いた残りを残り
の酸素量としている。ずなわち、残りの酸素量−全酸素
量一く換算Ｙ２Ｏ３量）×０゜２１２　となる。

本発明者は、直接窒化法により得られた窒化アルミニウ
ノ＼原刺粉末を使用して多数の窒化アルミニウム質焼結
体の試料を調製し、上記のようにして焼結体のＹ含有量
をＹ２Ｏ３として換算した値（換算Ｙ　２０３含有量と
いう）と焼結体の全酸素量からこの換算Ｙ２Ｏ３含有量
中の酸素量を差し引いた残りの量（残りの酸素量という
）との関係として熱伝導性の傾向を調べたところ、熱伝
導性の高い焼結体を得るにはこれらの値が一定の範囲内
にあることが必要であることを見出だした。

すなわち、第１図は、横軸に窒化アルミニウム質焼結体
の換算Ｙ　２０　、含有量（重量％）を、縦軸に＝１５
− −１−記残りの酸素量〈重量％）をとった組成図である
が、熱伝導率が１．ＯＯＷ／ｍ”ｋ以」二の窒化アルミ
ニウム質焼結体は、焼結体の換算Ｙ２Ｏ３１に対して残
りの酸素量をプロットした点が、この図において破線で
示した線分Ｑ−Ｒ−８−Ｔ−Ｑで囲まれる範囲内にある
（但し、線上は含まず）場合に得られる。

本発明の好ましい態様において、」二記の換算Ｙ２Ｏ３
１と残りの酸素量とをプロットした点は線分Ａ　−Ｂ　
−Ｃ−Ｄ　−Ｅ　　Ｆ　−Ｇ−トＴ−Ａで囲まれる範囲
内（線上を含む、ただし点Ｃは含まず）にあり、この場
合には１．２０　Ｗ　／　＋ｎ°に以」二の熱伝導率を
示す焼結体を得ることができる。またこのプロットが線
分Ｉ−Ｊ−に−Ｎ−Ｉで囲まれる範囲内（線」二を含む
）にある場合には、焼結体は１４０　Ｗ　／　ｍｏに以
」二の熱伝導率を示すことができる。さらに、本発明の
最も好ましい態様において、上記のプロットは線分０−
　Ｐ　−Ｌ　−Ｍ　−０で囲まれる範囲内（線上を含む
）にあり、この場合には焼結体は１６０Ｗ　／　ｍ’　
ｋ以」二という非常に高い熱伝導率を示すことかできる
。第１図において、実線で示した線分は線」−を含むこ
とを、破線は線」−を含まないことを意味する。

なお、第１図において、点Ａ−Ｔの横軸（換算Ｙ２Ｏ３
含有量、重量％）と縦軸（残りの酸素量、重量％）の値
は次の通りである。

点　横軸縦軸　点　横軸縦軸　点　横軸　縦軸へ９．０
４．９２１１９．０１．０２０６．０３．１５Ｂ　　３
．９　３．８３　１　７．０　３．６７　　Ｐ　　４．
５　２．８５Ｃ３，９０，３８Ｊ　　３．９　３．０１
　　Ｑ　　１２．０　６．６９ｎ　　４．６　１．３９
　　Ｋ　　３．９　１．２８　　Ｒ２，０４，５６Ｅ　
　５．０　　＋、、４８　１．４．４１゜４１．　　Ｓ
　　２．０　０．３８Ｆ　　６．２　１．２５　　Ｍ　
　６．０　１．７２　　Ｔ　　１２．ＯＱ、３８Ｇ７□
０　　］、、５０　　Ｎ　　７．０　１．９２本発明の
別の好適態様において、高い熱伝導性に加え高い抗折強
度を示す窒化アルミニウム質焼結体が提供される。抗折
強度の高い焼結体は、上記残りの酸素量（すなわち、全
酸素量から換算Ｙ２（−）３量中の酸素量を差し引いた
酸素量）をＡ１□０３として換算した量（重量％）（以
下、換算Ａ　Ｉ　２０３量という）と換算Ｙ　２０　、
量の各位、およびこれらの比率がそれぞれ一定範囲内に
ある場合に得ることができることを見出だしな。すなわ
ち、」−記換算Ａ　ｌ　２０３量と換算Ｙ　２０３量く
いずれも重量％）が、０．２≦Ａ　Ｉ　２０３／　Ｙ　
２０３≦２．４　（重量比）１．１≦Ａ　Ｉ　２０３≦
１２．０２．０＜Ｙ２Ｏ，＜１２．０の関係を満足すると、熱伝導率が１００　Ｗ　／　＋１
１°に以上で、抗折強度〈３点曲げ試験、以下同じ）が
３０　Ｋ　ｇ／　１１１１１１２以上の窒化アルミニウ
ム質焼結体を得ることができる。

より好ましくは、」〕記換算Ａ１□Ｏ４量と換算Ｙ２０
、量が、０．２　≦Ａ　Ｉ２０３／　Ｙ　２０３≦１．７　（重
量比）１．１≦Ａ　Ｉ　２０３≦１１，０３．９≦Ｙ２Ｏ３≦９．０の関係を満足し、この場合には窒化アルミニウム質焼結
体は１２０Ｗ／ｍ°ｋ以上の熱伝導率と、３５Ｋｇ／ｍ
ｍ２以」二の抗折強度を示すことができる。

さらに好ましくは、上記換算Ａ　Ｉ　２０　ｓ量の換算
）’　２ｏ　、量が、０．６≦Ａ１□０３／　Ｙ　２０３≦１．４　（重量比
）３、２≦Ａｌ２Ｏ３≦７，０３、９≦Ｙ２Ｏ３≦７．０の関係を満足し、この場合には焼結体は１４０Ｗ／１＾
°に以上の熱伝導率と、４０Ｋｇ／ｌｌｌ１１１２以上
の抗折強度を示すことができる。

特に好ましくは、上記換算Ａ１□０３量と換算Ｙ。

０３量が、０．６≦Ａ、１２０３／Ｙ２０＋≦１．２　（重量比）
３２≦Ａ　Ｉ２０３≦６．０４．５≦Ｙ２Ｏ３≦６．０の関係を満足し、この場合には焼結体の熱伝導率は１．
６０Ｗ／ｍ°ｋ以上、抗折強度は４０Ｋｇ／ｌｌ１１１
１２以−にといずれも非常に高い値を示すことができる
。

粒界相は、上述のように主にＹおよびＡ１が焼成時の高
温加熱を受けて生成した結晶相からなるか、窒化アルミ
ニウム質焼結体に存在し得る不可避的陽イオン不純物と
して次いで多量に存在するのは一般的に珪素（Ｓｌ）で
ある。珪素は、不可避的に混入するが、窒化アルミニウ
ム質焼結体中においてＹに対するＳｉの割合が高ずぎる
と、酸素量を低く抑えても、熱伝導率の向」−が得られ
にくい。後述のようにＳｉはＡＩＮ粒子粒子面溶もしく
はＡＩＮと反応して焼結体の熱伝導率の劣化を招くが、
焼結助剤として存在させたＹ成分はこのＳｉの固溶もし
くはＡＩＮとの反応を抑制すると考えられる。しかし、
Ｙに対するＳｉの割合が大きすぎると、Ｙのこの効果が
十分に発揮されず、そのため熱伝導率の向」二が得られ
ないと考えられる。

本発明の窒化アルミニウム質焼結体の好適態様において
、焼結体中に含まれるＹ原子とＳｉ原子の含有量（重量
％）が、Ｓ　ｉ　／　’ｌ’≦１．３２（重量比）Ｓｉ≦１．３１．６（Ｙ＜９．４〈最後の式はＹ２Ｏ，として表すと、２．０＜Ｙ２Ｏ３＜１−２．０に相当する）を満足する
と、焼結体は１．００Ｗ／ｍ°ｋ以」二の熱伝導率を示
すことができる。

また、好ましくはＹ原子とＳｉ原子の含有量（重量２〉
がＳｉ、／Ｙ≦０．２］、（重量比）Ｓ１≦０，９３．１≦）ｌ≦７□　１（Ｒ後の式はＹ２Ｏ３として表すと、３０≦Ｙ　２０３≦９．０に相当する）を満足すると、
焼結体は１２０Ｗ／＋ｎ”ｋ以上の熱伝導率を示す。

さらに、より好ましくはＹ原子とＳｉ原子の含有量（重
量２）か、Ｓ　ｉ　／　Ｙ≦ｏ、１．２（重量比）Ｓ１≦０．５３．１≦Ｙ≦５．５（最後の式はＹ２Ｏ，として表すと、３．９≦Ｙ２Ｏ３≦７．０に相当する）を満足すると、
焼結体は１４０Ｗ／ｍ°に以」−の熱伝導率を示す。

そして最も好ましくは、本発明の焼結体に含まれるＹ原
子とＳｉ原子の含有量（重量％）が、Ｓｉ／Ｙ≦０．０
５（重量比）Ｓｉ≦屹２３　、５　≦Ｙ≦４　、７（４，５≦Ｙ２０．≦０．６に相当）を満足すると、焼結体は１．６０　Ｗ　／　＋ａ”　ｋ
以」二と非常に高い熱伝導率を示すことができる。

粒界相の組成を金属元素成分の組成割合として検討する
と、高い熱伝導性を示す窒化アルミニウム質焼結体は、
特定範囲内の金属元素成分の組成割合を有していること
が判明した。すなわち、本発明の窒化アルミニウム質焼
結体の好適態様において、粒界相に存在する金属元素成
分は、金属元素の合計重量に基づいて、Ｙ：６０〜９１
重量％、Ａに８〜３５重量％、Ｓｉ：１０重量％以下か
らなる。かかる焼結体は、１４０Ｗ／Ｉ＋１°に以」二
の高い熱伝導率を示すことができる。また、この金属元
素成分割合が、Ｙニア０〜９１重量％、ＡＩ＝８〜２５
重量％、Ｓｉ：３重量％以下からなる焼結体が特に好ま
しく、かかる焼結体は１．６０　Ｗ　／　ｍｏに以上と
非常に高い熱伝導率を示すことができる。）ｌか６０重
１％に達しないと、熱伝導率の低下の他に、抗折強度も
低下する傾向がある。Ａ１が８重量％より少ないと、焼
結体の抗折強度が低下し、３５重量％を越えると、熱伝
導率と抗折強度が共ニ低下し、粒界相Ｇ；１ｍハＡ、Ｌ
ＯＮ（ＡＩＮ　−ＡＩＺＯ３スピネル）が生成する。

一方、Ｓｌか１０重量％を越えると、熱伝導率の低下が
著しく、この場合には粒界相にはＳ　Ｉ　Ａ、　Ｌ　Ｏ
Ｎや不明徴結晶か生成している。

本発明の窒化アルミニウム質焼結体の理論密度に対する
相対密度は、少なくとも９５％であり、好ましくは少な
くとも９７％、特に好ましくは少なくとも９８．５％で
ある。

本発明の窒化アルミニウム質焼結体は、直接窒１ヒ法に
より得られた原料粉末から製造される。使用する窒化ア
ルミニウム原料粉末は、酸素含有量ｈ・１．８重量％以
下、Ｓｉ含有量０．７重量％以下、純度９９％以」二の
ものである。

ここて、窒化アルミニウム原料粉末の「酸素含有量」は
、酸化物などの化合物として、または酸索として原ｆ）
粉末中に含まれる酸素原子の合計量である。

また、原料粉末の「純度」と（ｊ、窒化アルミニウム原
料粉末から、ＡＩ、Ｎ、Ｏ２および吸着水分を差し引い
た残りを陽イオン不純物の合計量く重量％）と見なし、
１０Ｃ〕％からこの陽イオン不純物音計量を差し引くこ
とにより得た値である。すなわち、純度９９％以上とは
、このような陽イオン不純物合計量が１重量％以下であ
ることを意味する。かかる不純物としては、Ｆｅ、Ｃ，
Ｓｉ、１゛ｉ、■、Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ｃａ、Ｍｇ、　Ｃ
ｏ、　Ｎｉ、なとが挙けられる。これら陽イオン不純物
か１ｃＰ（プラズマ発光分析）、原子吸光分析法により
測定される。好ましくは、かかる各不純物の含有量（重
量％）（」それぞれ次の範囲内である。

Ｆｅ：０．ＯＯｌ”０．０８％Ｃ：Ｏ、Ｏ］〜０，０７％Ｓｉ：０．００１〜０，７％、より好ましくは０．４％
以下、特に好ましくはｏ　　２％１″Ｊ下、’Ｉ”　ｉ
、Ｖ　−Ｃｒ、Ｍ　ｎ、（−：　ａ−Ｍ　ｇ：各ｏ、ｏ
１？ｇ以−ト、（”：ｏ、Ｎｉ：各０００１％以下。

本発明の窒化アルミニウム質焼結体の製造において使用
する原料粉末の純度は好ましくは９９゜５％１゛↓」二
、より女子ましくは９９．７％以」−である。

原料粉末の純度が９９％未満であると、原料粉末中の主
な不純物はＳｌてあり、これが多くなるど熱伝導率が劣
化する。

−に記陽イオン不純物のうち、Ｓｉは焼成中にＡＩＮ中
に固溶するかもしくはＡＩＮと反応して、ＡＩＮポリタ
イプ（Ｓ　Ｉ　Ａ　Ｌ　ＯＮ　、　Ａ　Ｉ−８ｉ−〇−
Ｎ　）を生成すると考えられる。このＡＩＮポリタイプ
は、焼結時に粒成長を助長するため、繊維状組成を形成
し易く、熱伝導性の劣化を招くことか知られているので
、原料粉末中のＳｉり〕含有量を上記ａ）ように０．７
％以下、より好ましくは０．４％以下、特に好ましくは
０．２％に制限することは本発明の窒化アルミニウム質
焼結体の熱伝導率の一層の向上にとって重要である。

＋ｔｙ料粉米粉末素含有量か１８重壁％以上であると、
一般にＹ２Ｏ３と混合し、て焼成した焼結体の酸素含有
量が高くなりすぎ、目的とするような高い熱伝導率を示
す焼結体を得ることが困難となる。

したがって、このような高純度の窒化アルミニウム原料
粉末は、高純度の金属アルミニウム〈好ましくは純度９
８．５％以−に）粉末をアンモニアもしくは窒素中で加
熱する直接窒化法を用いて行なわれる、そして得られた
窒化アルミニウムの粉末を、非酸化性雰囲気（例、窒素
、アルコン、）＼リウム、−酸化炭素、水素ガス雰囲気
）中、あるいは有機溶媒中で所望の粒度まで微粉砕する
ことにより得られる。高純度金属アルミニウムの直接窒
化により製造された窒化アルミニウム粉末は市販品も利
用できる。

窒化アルミニウム粉末の微粉末の微粉砕は、有機溶媒中
で行う方が、陽イオン不純物の混入がより少なくなる傾
向があるので好ましい。使用できる有機溶媒は、極性、
非極性を問わず、任意のものでよく、例えばアルコール
類、ケトン類、アルデヒド類、芳香族炭化水素類、パラ
フィン系炭化水素類などが使用できる。なお、微粉砕工
程は、焼結助剤と混合した後、すなわち混合粉末に対し
て行うこともできる。

原ｆ’ｌ粉末ジ）平均粒径は、約５μｍの以下が適当で
ある。これより平均粒径が大きくなると、得られた焼結
体グ）熱伝導率、相対密度、および抗折強度がいずれも
低下する。原料粉末の平均粒径は、好ましくは１〜３　
Ｉｔ　Ｉｎの範囲内である。

本発明の窒化アルミニウム質焼結体は、上記原料粉末に
適量の焼結助剤を混合し、この混合粉末を常法により成
形および焼成することにより製造される。

焼結助剤は、１ｌａ（アルカリ土類）族、ｌ１ｌａ（希
土類）族および／またはｌ１ｌ１３（アルミニウム類）
族から選択され、その酸化物、炭化物、窒化物、ホウ素
化物および／またはフッ化物、もしくはそれら前躯物質
の形態で使用される。

このような焼結助剤には、例えば、ｙ、ｏ、、Ｃａｏ、
Ｂｅｄ、Ｈｏ、０３、ＹＣ２、Ｂ、Ｃ，ＹＮ、ＢＮ、Ｙ
Ｆ、、ＣａＦ２、ＢａＦ、Ｈｏ　Ｆ　３、Ｄ　ｙ　Ｆ　
３、ＮｄＦ３等のほか、ＹＡＩ３、Ｙ　Ａ、　ｌ、　Ｙ
３Ａ　１２、Ｙ　２　Ａ、　ｌ、−２７＝Ｙ　ｓ　Ａ、　Ｉ等のＡ１とＹの金属間化合物がある。

このとき焼成温度において前記各種焼結助剤に分解され
るような前躯物質であってもよい。好ましくは、前記焼
結助剤が主としてｌｌａ、ｌｅａ、ｍｂ族の非還元性化
合物からなることである。

焼結助剤がＹ、Ｏ，またはその前躯物質のみからなるも
のか、または主としてＹ２Ｏ３またはその前躯物質と他
の焼結助剤からなる混合物がより好ましいが、場合によ
っては他の焼結助剤などをさらに添加してもよい。’１
’　２０３の前躯物質は、焼成温度においてＹ２Ｏ，ｌ
に熱分解するものであればよく、例示すれば炭酸イツト
リウム［Ｙ２ＣＯ３］、酢酸イッＩ・リウム［Ｙ　（Ｃ
Ｈ３Ｃ０２）３］、硝酸イツトリウム［Ｙ（ＮＯ３）３
１、修酸イツトリウム［Ｙ　（Ｃ２０４）３］などであ
る。

焼結助剤がＹ　ａ　Ｏ３もしくはその前躯物質からなる
とき、焼結体中の換Ｋ　Ｙ　２０３量が第１図の所定の
範囲内になるようにして添加すべき配合量を選択する。

すなわちＹ原子は焼成中に成形体から実質的に逃散しな
いと考えられるので、窒化アルミニラ広原宿粉末と焼結
助剤との混合粉末の重量に対するＹ２Ｏ３の重量割合が
第１図に規定する範囲内になるようにすればよい。具体
的には、混合粉末に対する換算）’２０３が２〜１２重
１％（第１図グ）Ｓ点〜Ｔ点）、好ましくは３．９〜９
．０重量％（Ｃ点〜Ｈ点）、より好ましくは３．９〜７
．０重量％（Ｋ点〜Ｎ点）、最も好ましくは４．５〜６
゜０重量％（Ｌ点〜Ｍ点）となる配合量にｙ　２ｏ　、
もしくはその前躯物質を調整して使用する。

また、窒化アルミニウム原料粉末および焼結助剤の酸素
含有量を考慮して、焼結体中の上記「残りの酸素含有量
」も第１図に規定の範囲内に入るように焼結助剤の種類
および配合量を選択する。

焼成は後述のように非酸化性雰囲気中（真空中も含む）
で行うので、窒化アルミニウム原料粉末と焼結助剤の混
合粉末中の酸素含有量は、はとんど増大ぜず、焼結体中
の酸素含有量と実質的にほぼ同じと考えることができる
。したがって、混合粉末中の全酸素含有量から配合した
Ｙ、０３量（もしくはその前躯物質）中の酸素量を差し
引いた残りの酸素含有量が第１図で規定した範囲内に入
るようにすればよい。具体的には、残りの酸素含有量の
範囲はＹ２Ｏ３の配合量によっても変動するが、０．３
８〜６．６９重量％（第１図のＳ点〜Ｑ点）、好ましく
は０．３８〜４．９２重量％（Ｃ点〜へ点）、より好ま
しくは１．２８〜３．６７重量％（Ｋ点〜１点）、最も
好ましくは１，４１〜３．１５重量％（Ｉ一点一〇点）
である。

−１−記の残りの酸素含有量の範囲は、残りの不純！を
勿がすべてＡ１□０．であると（反定して、Ａｌ２Ｏ，
の呈に換算すると（すなわち、換算Ａ　Ｉ　２０３含有
量で表すと）、０．８１〜１４．２重量％、好ましくは
０．８１〜１０．５重量％、より好ましくは２゜７２〜
７．８０重１％、最も好ましくは３．００〜６．６９重
量％に相当する。

なお、焼結体の高い抗折強度を確保するには、」一連し
たように、その換算Ａ　Ｉ　２０　ｓ含有量／換算Ｙ２
Ｏ３含有量の比、ならびにＡ１□０３およびＹ２゜３の
各換算含有量が一定範囲にあることが好ましいので、そ
の場合には原料粉末と焼結助剤との混合粉末中において
、換算Ａ１□Ｏ１含有量／換算Ｙ２０、含有量の比、な
らびにＡｌ２Ｏ３およびＹ、０．の各換算含有量が所定
範囲内となるように原料粉末純度および焼結助剤の配合
量を選択する。

さらに、前述したように、混合粉末中のＳｉ量も焼結体
の熱伝導率に大きく影響するので、混き粉末中のＳｉ原
子／Ｙ原子の重量比、ならびにこれらの原子の各含有量
が先に焼結体について述べた範囲内になるようにするこ
とが好ましい。

焼結助剤は、平均粒径０．５〜３μ亀程度のものを使用
するのが好ましい。

一般に、熱伝導率１００Ｗ／ｗｌ”ｋ以上の焼結体を確
実に得るには、混合粉末の平均粒度は２．５μＩ１１以
下であるのが好ましく、また混合粉末中の８１含有量は
１．０重量％以下、酸素含有量は約６重量％以下である
ことが好ましい。

窒１ヒアルミニウム原料粉末と焼結助剤との混合は、非
酸化性雰囲気中での乾式混合、あるいは有機溶媒を使用
した湿式混合により行う。芳香族炭化水素、ケトン、ア
ルコール類などの有機溶媒を使用した湿式混合が好まし
い。また、混合粉末の平均粒径が大きすぎる場合には、
上述のように、この混合中に混合粉末の微粉砕を同時に
行うこともできる。　混合粉末の焼成は、混合粉末に更
に少量の適当なバインダー（例えば、パラフィンワック
ス、ステアリン酸、ポリビニールブチラール、エチルセ
ルロース、メチルメタアクリレ＝１・とエチルアクリレ
−１〜との共重合体などの１種以」二）を添加して、適
当な成形手段、例えば乾式プレス法、ラバープレス法、
押出法、射出法、ドクターブレードシート成形法などに
よって所定の形状に成形した後、これを真空下で、ある
いは大気圧ないし加圧下の非酸化性雰囲気（例えば、窒
素、アルゴン、ヘリウムガスなどの不活性雰囲気、ある
いはさらに水素を含有する不活性雰囲気）中において高
温で焼成することにより実施できる。または、成形と焼
成とをホットプレス法により同時に行うことができる。

焼成温度は、焼成法によって異なるが、一般に１５００
〜２１００℃の範囲内が好ましく、１５００℃より低温
であると十分な緻密化が達成されず、２１００℃を越え
ると窒化アルミニウムの昇華分解が生じ易くなる。常圧
焼成を採用する場合に好ましい焼成温度は１７５０〜１
９５０℃、より好ましくは１８６０℃以下、最も好まし
くは１８４０℃である。

ホットプレスによる焼成は、１６００〜１８００℃で行
うことが好ましい。また加圧下（すなわち、１気圧以上
のカス圧）で焼成を行う場合には、焼成温度は１８８０
〜１９７０℃の範囲内が好ましい。熱間静水圧プレス０
−１　Ｉ　Ｐ　）の焼成は、１５００〜２０００℃の範
囲内の温度で行うことが好ましい。

（実施例）実施例１：焼結体を製造するための原料粉末として、金属アルミニ
ウムの直接窒化法により得られた窒化アルミニウム粉末
で各種の窒化アルミニウム原料粉末を調製した。得られ
た窒化アルミニウム原料粉末グ）酸素含有量、Ｓ１含有
量、純度、及び平均粒径を次の第１表に示す。

これらの窒化アルミニウム原料粉末に、下記第２表（Ａ
−ＩＬ（Ａ−２）に示す割合でＹ２Ｏ，粉末く平均粒径
］、、３ｚｚ＋ｎ）を焼結助剤として添加し、さらに場
合によりＡ、＋２０３粉末（平均粒径］、５μＭ）又は
Ｓ　ｉ、Ｎ　、（平均粒径０，９μ…）を添加し、この
混合物を、メタノール又はトルエン中で湿式ボールミル
粉砕することにより混合及び微粉砕して、最大粒径が２
．５１ｔｍ、　Ｓｉ含有量１．３重量％以下、酸素含有
量６重量％以下の混合粉末を得た。

窒化アルミニウム原料粉末と添加成分の組成は第２表（
Ａ　−１，）、（Ａ、　−２）に示ず。

Ｎｏ１〜１３．８″、１４〜５０の各試料の混合粉末に
バインダとしてパラフィンワックス６重量％とステアリ
ン酸１３重量％とを加えた混合物を、成形圧１０００　
ｋｇ／　ｃＩＩ＋２でプレスして、直径１２ｍｍの圧粉
体を形成した。この圧粉体を、窒素雰囲気中において温
度１６００〜１８００℃で０゜５時間焼成して、窒化ア
ルミニウム質焼結体の試料を得た。

−１−記混合粉末にＡ１□Ｏ５又はＳｉ３Ｎ４粉末を添
加したものがあるけれどもその理由は、これらは不純物
として原料粉末からあるいは微粉砕工程などの製造工程
中で混入してくる成分であるが、これらの不純物の存在
が熱伝導率に及ぼす影響を評価するなめに意図的に添加
したものである。

かくして得られた試ｔ１について、熱伝導率（レーザー
フラッシュ法）、相対密度（アルキメデス法）、及び抗
折強度（３点曲げ抗折試験、ＪＴＳＲＩ６０１）を測定
し、第２表（Ｂ−１）、（Ｂ−２）に示す試験結果を得
た。

第２表（Ａ−１＞、（Ａ−２＞にはまた、混合粉末中に
おける窒化アルミニウム原料粉末及び粉末混合物の調製
に用いられた添加物、混合粉末中の算出されたＡ１□Ｏ
ｓ／　Ｙ　２０３の重量比及び混合粉末の平均粒径、成
形体の焼成温度、そして第２表（Ｂ−１，）、（Ｂ−２
）には得られた焼結体におけるＹ元素含有量およびこれ
をＹ２Ｏ３として換算した換算Ｙ　２０　ｙ含有量、焼
結体の全酸素含有量から換算したＹ２Ｏ，含有量の酸素
量を差し引いた残りの酸素含有量、およびこれをＡ１□
Ｏ２として換算した換算Ａ１□０．含有量、焼結体のＳ
ｉ元素含有量（以下、いずれも重量２）、換算Ａｌ２Ｏ
３／換算Ｙ２Ｏ３ノ重量比、Ｓｉ／Ｙの元素重量比も併
せて示ず。

なお、窒化アルミニウム原料粉末および焼結体試料の酸
素含有量は、赤外吸収分析（Ｌ　Ｅ　ＣＯ社製ゴＣ−１
３６）により、またＳｉ含有量はＩＣＰ（発光分光分析
、セイコー電子工業製）によりそれぞれ測定した。

第４図は、第２表（Ｂ−１）、（Ｂ−２）の各焼結体試
料における換算Ｙ２Ｏ３１と、残りの酸素量とを第１図
と同じ組成図」二にプロワ）・シたものであり、試料Ｎ
ｏ、の横のカッコの数値は焼結体試料の熱伝導率（単位
、Ｗ／ｍ”Ｋ）である。第４図から、線分Ｑ−Ｒ−８−
Ｔ−Ｑで成形される四辺形の線上では熱伝導率が１．０
０　Ｗ　／　ｍ″Ｋに達しないが、こび）四辺形の内部
では１００Ｗ／ｍ’　Ｋ以上になること、また線分Ａ−
Ｂ−Ｃ−Ｄ−１兄−ＦＧ−Ａで囲まれる範囲内（線分を
含む）では、焼結体の熱伝導率が１．２０Ｗ／ｍ°ｋ以
上どなり、線分Ｉ−Ｊ　−Ｋ　−Ｎ　−１で囲まれる範
囲内（線」二を含む）では熱伝導率が１００Ｗ／ｖａ”
Ｋ以」−１さらに線分０−　Ｆ’　−Ｌ　−Ｍ　−０で
囲まれる範囲内（線上を含む）では１６０　Ｗ／ａａ”
　Ｋ以−Ｆの非常に高い熱伝導率が得られることがわか
る。

第４図において、試１；ｌＮｏ、７．１２．１３は残り
の酸素量が不明であるためプロワ＋−していない。試′
＃ｌＮｏ、８〜１１および３０〜３４は、他の試Ｉｔと
非常に近い点にプロットされるため省略したが、これら
はいずれも線分０−　Ｐ　−Ｌ　−Ｍ　−０で囲まれる
範囲内にあり、１．６　（’Ｊ　Ｗ　／　ｍ　’　Ｋ以
上の熱伝導率を示している。

ま／ご、第２表（Ｂ　−１＞、（Ｂ−２＞の結果から、
換算ＡＩ□ＯＳ／換算Ｙ　２０　ｓの比率および各換算
Ａｌ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３量が、先に述べたように一定
範囲内にあると、熱伝導率の向上とともに抗折強度の向
上も得られることも理解される。

さらに、第２表（Ｂ−１，）、（Ｉ３−２＞の試料Ｎｏ
、１および２と試料Ｎｏ、８〜１１を比較すると、Ｙ含
有量が同じで、また残りの酸素含有量が試料Ｎｏ。

１および２では１．９３〜２．３０重量％、試ｉ’４１
Ｎｏ。

８〜１１では１゜９５〜１，０９重量％と略同等かそれ
より低いにもかかわらず、試料Ｎｏ、８〜１１の焼結体
はＳ；含有量が多いため熱伝導率が低下することがわか
る。試料Ｎｏ、３０〜３４からも、熱１云導率は酸素含
有量のほかにＳｉ含有量によっても影響を受け、酸素含
有量のみならずＳｉ含有りも低くすることが熱伝導率の
向上に有効であることがわかる。

また、第２表（Ｂ−１）、（Ｂ　−２＞の結果から、Ｓ
　ｉ　／　’ｌ’の元素重量比、およびこれらの各元素
の重量％が、先に述べたように一定範囲内にあると、熱
伝導率の向上が得られることも判る。

試料Ｎｏ、４９．５０は第１表に示すごとく、原ｔ１粉
末中の酸素含有量が１．８％以」−であるが、これらは
焼結体の熱伝導率が１．００　Ｗ　／　ＩＩｌ″に以下
を示している。

実施例２：実施例１で得た試料Ｎ０１１〜３４について、粒界に生
成した粒界結晶相を粉末Ｘ線回折法により確認した。結
果は次の第３表に示すとおりであった。第３表における
数値はＸ線強度のピーク高さが一番高い結晶相を１００
％とし他の結晶相をそれに対する比率で調べた。

第２表（Ｂ−１）、（Ｂ−２）、第３表の結果からみて
Ａ、１２Ｙ４０．を主相とするものは、試ｆｌＮｏ、］
０のＳｉ量の多いものを除き、１．６７　Ｗ　／　Ｔｆ
ｌ”　Ｋ以−Ｉ＝、ＡＩＹＯ，、を主相とするものは約
１３８　’Ｗ　／　＋。

°１（以」−１Ａ、　ｌ　ｓ　Ｙ　３０１□を主相とす
るものは、試十ミｌＮｏ、７の酸素量グ）多いものを除
き、１０２　Ｗ　／　＋自°に以上の熱伝導率を存する
ことが判る。

実施例３金属アルミニウムの直接窒化により得た窒化アルミニウ
ム粉末を、焼結助剤のＹ、Ｏ，、ならびに場合により組
成調整のためにＡ、　１２０３（Ａ、　＋２０　、）も
しくは窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ＋）と混合し、この混合物を
メタノール又はトルエン中で湿式微粉砕して混合粉末を
得た。この混合粉末に、バインダーとしてパラフィンワ
ックス６重量％とステアリン酸１市量％とを加えた混合
物を、成形圧１０００にｇ／ｃＩｌ１２でプレス成形し
て、直径１．２　＋ｎ＋ｎの圧粉体を成形した。一部の
混合粉末は、バインダーとしてポリヒニルブチラールを
用いてドクターブレードによりシー）・状に成形し、常法に３
１：り乾燥および脱バインダーしてり゛リーンシー１・
を形成した。

かくして得られた生の成形体試料を、窒素雰気中におい
て温度１６００〜１．９００　℃で、ホットプレス焼成
、非加圧焼成、カス圧プレス焼成、熱間静水圧ブレス処
理、あるいは非加圧焼成後に熱間静水圧プレス処理する
ことによって、窒化アルミニウム質焼結体の試料を得た
。各紙１’Ｅ＋について混合粉末の元素組成（重量％）
、平均粒径及び成形方法、並びに成形体の焼成法および
焼成条件を第４表にまとめて示ず。

得られた窒化アルミニウム質焼結体の試ｒ１について、
その粒界相の金属成分を分析し、粒界相の金属元素組成
（金属元素の合計含有量に対する重量％）を求めた。こ
の測定は、まず窒化アルミニウム質焼結体試料の粒界を
Ｓ　Ｅ　Ｍ　（ｓｃａｎｎｉｎｇ　　ｅｌｅｃＬｒｏｎ
　　ｍ１ｃｒｏｓｃｏｒｐｅ）により確認し、こうして
確認、した明瞭な粒界部をいくつかランダムに選択し、
Ｘ　Ｍ　Ａ　（Ｘ　−ｒａｙ　　ｍ１ｃｒｏａｎａｌｙ
ｚｅｒ）によりその部分の金属成分を定量し、平均値を
求めることにより行った。ＸＭＡの加速電圧は］、　５
　Ｋ　Ｖであった。

また、焼結体試料の熱伝導率、抗折強度（３点曲げ抗折
強度）、および相対密度を実施例１と同様に測定した。

これらの測定結果を第５表にまとめて示す。

第５表に示した結果から、いずれの試料も１２０　Ｗ　
／　ｍ’　ｋ以」−の高い熱伝導率を示すことが判る。

ただし、粒界相の金属元素成分の組成が、Ｙ：６０〜９
１重量％、ＡＩ・８〜３５重量％、及びＳｌ：１００重
量％未満条件を満たす場合には、熱伝導率の測定値が１
．４．０　Ｗ　／　ｍ″に以上に向上し、特にこれがＹ
ニア０重量％重里％、ＡＩ＝８〜２５重量％、及びＳｉ
：３重量％未満であると、１６０Ｗ／＋ｎ°ｋ以上の熱
伝導率が得られている。

これに対し、＊印の比較例は粒界相のＹ、ＡＩ又はＳｉ
含有量が」−記範囲内に含まれず、熱伝導率が１．２０
Ｗ／随°ｋを越えるが１．４０Ｗ／ｍ’ｋに達しない。

−５１一実施例４：各種窒化アルミニウム粉末を用いて成形体を得な後、焼
成してＡＩＮｗ焼結体とし、種々の試験を行った。

第６表は各種原料の分析値、微粉砕条件、焼結体の特性
値等を記載したものである。

第６表記載の各種窒化アルミニウム粉末を大気中、有機
溶媒中等種々の雰囲気中で微粉砕したものに、各種焼結
助剤を添加し、それらに更にバインターとしてパラフィ
ンワックス６重量％を加えて混合したものを、成形圧１
０００　ｋｇ／　ｅｍ２でプレス成形した。

次に、得られた成形体を常法により脱バインダーした後
、窒素雰囲気中（１気圧）で１８６０℃、３０分加熱焼
成して窒化アルミニウノ、焼結体をえた。各種試験、測
定法については、焼結体の密度はアルキメデス法で、熱
伝導率はレーザフラッシュ法で、また酸素鼠はインパル
ス炉抽出法で測定を行った。

実施例５：粒径分布２〜４０　Ａｔ　ｍのＡＩＮ粉末に、ＣａＣＯ
３粉末（特級試薬）及び粒径ＩＪ１ｍ純度９９．９％Ｙ
２Ｏ３粉末を後述第７表に示す組成範囲になるよう添加
、配合し、これをボールミルでメタノール中で充分湿式
混合し、これにパラフィンワックス、ステアリン酸若干
量のバインダーを加えて混合したものを成形圧１０００
　Ｋｇ／ｃｍ２でプレス成形した。

次に得られた成形体を常法により３００℃２ｈｒ真空脱
バインダー処理した後、窒素中（１気圧）で１８６０°
Ｃ１３０分間焼成して窒化アルミニウム焼結体を得た。

更に、−Ｆ記と同様の窒化アルミニウム粉末の主成分に
第７表に示す量比で添加、混合し、」１記本発明実施例
の比較例とした。これらの焼結体の力ザ密度をアルキメ
デス法で、熱伝導率をレーザフラッシュ法で測定したと
ころを第７表に示した。

また、前記表に記載の多数試料を第５図に試？４番号を
付して図示した。

第　　　７　　　表これらのデータより第５図点Ａ　、Ｂ　、Ｃ、Ｄ　、Ｅ
を結ぶ線分で囲まれる範囲内において焼結性も良好で高
密度且つ熱伝導率の向上が認められ、ＣａＯ１Ｙ２０３
それぞれ単独含有の場合に比して、また該範囲外に比し
て焼結性、熱伝導率、高密度の点で優れた物性を有して
いることが認められた。そして、該範囲内の中の点更に
Ａ　、Ｆ　、Ｇ　、Ｈ、Ｉ　、Ｊを結ぶ線分で囲まれる
範囲においては一層熱伝導率の向」二が認められ、高熱
伝導性窒化アルミニウム焼結体を提供することができた
。

以上の焼結体は常圧法によったが、ホットプレス法によ
っても同様の傾向の試験結果が得られ、焼結体の密度が
一層高められるので熱伝導性も」−昇する。

更に、その成形はプレス成形のほか、テープ成形、鋳込
成形によっても行いうる。また、Ｃａ化音物、Ｙ化合物
は上述原料調整において用いたＣａ、　Ｙ成分原料以外
にＣａＣ２、Ｃａ−ＣａＢ６、ＣａＣＮ２、Ｃａ３Ｎ２
、Ｃａ０−Ａ＋２０３系化合物、Ｙ、Ｙ　Ｎ　、Ｙ　２
０３　　Ａ　＋２０３系化合物、ＹＢ６、ｙｃ等の化音
物を使用することができる。

（発明の効果）」二記のとおり、従来高純度な窒化アルミニウム粉末原
′＃］や種々の焼結助剤を使用しても高熱伝導性窒化ア
ルミニウム質焼結体が得られなかったところ、本発明に
おいては、従来品よりも非常に高い熱伝導率を有する窒
化アルミニウム質焼結体が提供できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の窒化アルミニウム質焼結体における換
算Ｙ　２０３量と残りの酸素量の好適範囲を示す組成図
、第２図はアルミナの炭素還元法により得られた窒化ア
ルミニウム原料粉末の電子顕微鏡写真、第３図は、金属
アルミニウムの直接窒化法により得られた窒化アルミニ
ウム原料粉末の電子顕微鏡写真、及び第４図は、実施例
で得られた窒化アルミニウム質焼結体試料の換算Ｙ２Ｏ
５呈と残りの酸素量を、第１図の組成図上にプロットし
ノ：：図面、第５図はＣａ　Ｏ−Ｙ　０３含有窒化アル
ミニラム質焼結体の好適量比範囲を示す組成図である。

Claims

【特許請求の範囲】（１）窒化アルミニウム原料粉末にＹ＿２Ｏ＿３又はそ
の前躯物質からなる焼結助剤が添加された混合粉末を成
形後焼成して得られた窒化アルミニウム質焼結体におい
て、焼結体が、焼結体のＹ含有量をＹ＿２Ｏ＿３として
換算した換算Ｙ＿２Ｏ＿３含有量（重量％）に対して、
焼結体の全酸素含有量から前記換算Ｙ＿２Ｏ＿３含有量
中の酸素量を差し引いた残りの酸素量（重量％）をプロ
ットした点が、第１図の線分Ｑ−Ｒ−Ｓ−Ｔ−Ｑで囲ま
れる範囲内（ただし線上は含まず）にあり、さらにＳｉ
元素含有量（重量％）のＹ元素含有量（重量％）に対す
る比（Ｓｉ／Ｙ）、並びにＳｉ及びＹの各元素含有量が
、下記の関係を満足し、１００Ｗ／ｍ°ｋ以上の熱伝導
率を有し、相対密度が９５％以上であることを特徴とす
る窒化アルミニウム質焼結体。Ｓｉ／Ｙ≦１．３２（重量比）Ｓｉ≦１．３（重量％）１．６＜Ｙ＜９．４（重量％）（２）Ｓｉ元素量とＹ元素量とが、Ｓｉ／Ｙ≦０．２１（重量比）Ｓｉ≦０．９（重量％）３．１≦Ｙ≦７．１（重量％）の関係を満足し、熱伝導率１２０Ｗ／ｍ°ｋ以上である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の窒化アル
ミニウム質焼結体。（３）Ｓｉ元素量とＹ元素量とが、Ｓｉ／Ｙ≦０．１２（重量比）Ｓｉ≦０．５（重量％）３．１≦Ｙ≦５．５（重量％）の関係を満足し、熱伝導率１４０Ｗ／ｍ°ｋ以上である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の窒化アル
ミニム質焼結体。（４）Ｓｉ元素量とＹ元素量とが、Ｓｉ／Ｙ≦０．０５（重量比）Ｓｉ≦０．２（重量％）３．５≦Ｙ≦４．７（重量％）の関係を満足し、熱伝導率１６０Ｗ／ｍ°ｋ以上である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の窒化アル
ミニウム質焼結体。