JPS63277570A - 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の製造方法 - Google Patents
高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の製造方法Info
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- JPS63277570A JPS63277570A JP62110814A JP11081487A JPS63277570A JP S63277570 A JPS63277570 A JP S63277570A JP 62110814 A JP62110814 A JP 62110814A JP 11081487 A JP11081487 A JP 11081487A JP S63277570 A JPS63277570 A JP S63277570A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
本発明は、窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法
に関し、さらに詳しくは、緻密で高熱伝導性を有する窒
化アルミニウム単相からなる窒化アルミニウム焼結体お
よびその製造方法に関する。
に関し、さらに詳しくは、緻密で高熱伝導性を有する窒
化アルミニウム単相からなる窒化アルミニウム焼結体お
よびその製造方法に関する。
(従来技術)
窒化アルミニウム(A八)は高温まで強度低下が少なく
、化学的耐性にも優れているため、耐熱材料として用い
られる一方、その高温伝導性、高電気絶縁性を利用して
半導体装置の放熱板材料。
、化学的耐性にも優れているため、耐熱材料として用い
られる一方、その高温伝導性、高電気絶縁性を利用して
半導体装置の放熱板材料。
回路基板用絶縁体材料としても有望視されている。
こうした値化アルミニウムは常圧下では融点を持たず、
2500℃以上の高温で分解するため、薄膜などの用途
を除いては焼結体として用いられる。
2500℃以上の高温で分解するため、薄膜などの用途
を除いては焼結体として用いられる。
かかる窒化アルミニウム焼結体は通常1.窒化アルミニ
ウム粉末を成形、焼結して得られる。超微粉(0,3μ
m以下程度)のAM粉末を用いた場合には単独でも緻密
彦焼結体が得られるが、原料粉末表面の酸化層中の酸素
が焼結時にAlN格子中に固溶したJ、AJ−0−N化
合物を生成し、その結果無添加焼結体の熱伝導率はたか
だか100w/mK程度である。′また粒径0.5μm
以上のんA粉末を用いた場合は焼結性が良好でないため
に、ホットプレス法による以外には無添加では緻密な焼
結体を得ることは困難である。そこで常圧で焼結体を得
ようとした場合、焼結体の高密度化およびAlN原料粉
末の不純物酸素のMN粒内への固溶を防止するために、
焼結助剤として希土類酸化物、アルカリ土類金属酸化物
等を添加することが一般に行なわれている(特開昭60
−127267号、特開昭61−10071号、特開昭
60−71575号等)にれらの焼結助剤はAM原料粉
末の不純物酸素と反応し液相を生成し焼結体の緻密化を
達成すると共に、この不純物酸素を粒界相として固定(
酸素トラップ)し、高熱伝導率化を達成すると考えられ
ている。
ウム粉末を成形、焼結して得られる。超微粉(0,3μ
m以下程度)のAM粉末を用いた場合には単独でも緻密
彦焼結体が得られるが、原料粉末表面の酸化層中の酸素
が焼結時にAlN格子中に固溶したJ、AJ−0−N化
合物を生成し、その結果無添加焼結体の熱伝導率はたか
だか100w/mK程度である。′また粒径0.5μm
以上のんA粉末を用いた場合は焼結性が良好でないため
に、ホットプレス法による以外には無添加では緻密な焼
結体を得ることは困難である。そこで常圧で焼結体を得
ようとした場合、焼結体の高密度化およびAlN原料粉
末の不純物酸素のMN粒内への固溶を防止するために、
焼結助剤として希土類酸化物、アルカリ土類金属酸化物
等を添加することが一般に行なわれている(特開昭60
−127267号、特開昭61−10071号、特開昭
60−71575号等)にれらの焼結助剤はAM原料粉
末の不純物酸素と反応し液相を生成し焼結体の緻密化を
達成すると共に、この不純物酸素を粒界相として固定(
酸素トラップ)し、高熱伝導率化を達成すると考えられ
ている。
町、別置の浄心(内容に変更な1)
このように焼結助剤を添加することによシ確かに焼結体
は緻密化、高熱伝導率化するが、他方で。
は緻密化、高熱伝導率化するが、他方で。
結果的に残存する粒界相(主相であるAM相に対し副相
)の存在、完全にドラッグしきれなかった酸素等の存在
により、窒化アルミニウム焼結体のそれは高々190w
/mK程度と、Aムの理論熱伝導率320w/mKに対
しかなり低いものであった。
)の存在、完全にドラッグしきれなかった酸素等の存在
により、窒化アルミニウム焼結体のそれは高々190w
/mK程度と、Aムの理論熱伝導率320w/mKに対
しかなり低いものであった。
そのため%窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率の向上を
目的として種々の試みがなされているが、未だ十分満足
すべきものは得られていない。
目的として種々の試みがなされているが、未だ十分満足
すべきものは得られていない。
(発明が解決しようとした問題点)
現在半導体搭載用の回路基板、放熱基板等ではより高い
熱伝導率を有する材料が望まれている。
熱伝導率を有する材料が望まれている。
しかしながら酸素その他の不純物特に、助剤添加の結果
として粒界に生成する粒界相の存在によ九窒化アルミニ
ウム焼結体の高熱伝導度化には限界があった。
として粒界に生成する粒界相の存在によ九窒化アルミニ
ウム焼結体の高熱伝導度化には限界があった。
本発明は、以上の点を考慮してな芒れたもので、熱伝導
性に優れ九窒化アルミニウム焼結体を提供することを目
的とした。
性に優れ九窒化アルミニウム焼結体を提供することを目
的とした。
叩、1lTl書・′・)胎−(iりj賓に′が釘な!ゝ
〔発明の構成〕 (問題点を解決するための手段及び作用)本発明者等は
上記目的を達成すべく窒化アルミニウム粉末に添加する
焼結助剤や焼結条件、焼結体組成、焼結体微細構造等と
熱伝導率の関係について実験・検討を進めた結果、以下
に示す新規事項を発見し、本発明を完成するに至った。
〔発明の構成〕 (問題点を解決するための手段及び作用)本発明者等は
上記目的を達成すべく窒化アルミニウム粉末に添加する
焼結助剤や焼結条件、焼結体組成、焼結体微細構造等と
熱伝導率の関係について実験・検討を進めた結果、以下
に示す新規事項を発見し、本発明を完成するに至った。
すなわち、添加物としてアルカリ土類金属化合物および
希土類化合物をA7N粉末に添加し、窒素を含む還元雰
囲気中で長時間焼成したところ、粒界相(例えばY−A
l−0化合物、Ca−AJ−0化合物など)の存在量が
従来の窒化アルミニウム焼結体に比べて減少するという
ことがわかった。そして十分長時間焼結すると実質的に
副相がなくMN単相からなシ、多結晶体として非常に高
い熱伝導率を有する窒化アルミニウム焼結体が得られる
という事実をみいだした。
希土類化合物をA7N粉末に添加し、窒素を含む還元雰
囲気中で長時間焼成したところ、粒界相(例えばY−A
l−0化合物、Ca−AJ−0化合物など)の存在量が
従来の窒化アルミニウム焼結体に比べて減少するという
ことがわかった。そして十分長時間焼結すると実質的に
副相がなくMN単相からなシ、多結晶体として非常に高
い熱伝導率を有する窒化アルミニウム焼結体が得られる
という事実をみいだした。
この事実に基づいて高熱伝導率化を達成する最適条件を
種々検討した結果が本発明であり、&)窒化アルミニウ
ムを生成分とし、これにアルカリ土類金属化合物および
希土類化合物からなる添加物を、各々の元素重量換算で
0.05〜25チ添加した成形体もしくはこの成形体を
、1550〜2050’0.4時間未満で焼成し、AM
以外の構成相を含む焼結体を。
種々検討した結果が本発明であり、&)窒化アルミニウ
ムを生成分とし、これにアルカリ土類金属化合物および
希土類化合物からなる添加物を、各々の元素重量換算で
0.05〜25チ添加した成形体もしくはこの成形体を
、1550〜2050’0.4時間未満で焼成し、AM
以外の構成相を含む焼結体を。
b)窒素ガスを含む還元雰囲気中で
e) 1550〜2050℃で4時間以上焼成し、AM
以外の構成相を含まず、密度が3.120〜a、zss
g/d125″0における熱伝導率が200w/m−に
以上であることを具体化した高熱伝導性窒化アルきニク
ム焼結体の製造方法である。この様な方法で得られた窒
化アルミニウム焼結体は、X線回折及び電子顕微鏡を用
いて構成相を観察してもALN結晶粒のみ紹められ、他
の相は観察されない、また成分分析を行なったところA
LNが生成分で、希土類元素そしてアルカリ土類元素の
合計量lO〜3000ppmb不純物酸素2000 p
pmを含有し、その他の不純物陽イオン元素は1100
0pp以下という新規な窒化アルミニウム焼結体であっ
た。
以外の構成相を含まず、密度が3.120〜a、zss
g/d125″0における熱伝導率が200w/m−に
以上であることを具体化した高熱伝導性窒化アルきニク
ム焼結体の製造方法である。この様な方法で得られた窒
化アルミニウム焼結体は、X線回折及び電子顕微鏡を用
いて構成相を観察してもALN結晶粒のみ紹められ、他
の相は観察されない、また成分分析を行なったところA
LNが生成分で、希土類元素そしてアルカリ土類元素の
合計量lO〜3000ppmb不純物酸素2000 p
pmを含有し、その他の不純物陽イオン元素は1100
0pp以下という新規な窒化アルミニウム焼結体であっ
た。
ζ日=1社1本発明の高熱伝導性窒化アルミニウム焼結
体の製造方法は、窒化アルミニウム原料粉、添加物の種
類とその添加t、焼成雰囲気、そして焼成温度とその時
間を骨子としたものである。
体の製造方法は、窒化アルミニウム原料粉、添加物の種
類とその添加t、焼成雰囲気、そして焼成温度とその時
間を骨子としたものである。
生成分である窒化アルミニウム原料粉末としては、焼結
性、熱伝導性を考慮して酸素を7重fli:%以下、実
用上は0.01〜7重量%含有し、sfL均粒径が0.
05〜51rrr1のものを使用する。
性、熱伝導性を考慮して酸素を7重fli:%以下、実
用上は0.01〜7重量%含有し、sfL均粒径が0.
05〜51rrr1のものを使用する。
添加物としてはアルカリ土類金属化合物および希土類化
合物を用いる。これら元素の化合物としては、酸化物%
窒化物、フッ化物、酸フッ化物、酸窒化物、もしくは焼
成によシこれらの化合物となる物質が最適である。焼成
によって例えば酸化物となる物質としては、これら元素
の炭酸塩、硝酸塩、シェラ酸塩、水酸化物などをあげる
ことができる。
合物を用いる。これら元素の化合物としては、酸化物%
窒化物、フッ化物、酸フッ化物、酸窒化物、もしくは焼
成によシこれらの化合物となる物質が最適である。焼成
によって例えば酸化物となる物質としては、これら元素
の炭酸塩、硝酸塩、シェラ酸塩、水酸化物などをあげる
ことができる。
これら添加物の添加蓋は、アルカリ土類金属および希土
類光重の重量換算でO,OS〜25チの範囲で添加する
。添加量が0.05重量%未満であると添加物の効果が
十分に発揮されず、焼結体が緻密化さ引例♂の浄1(内
容に変更なし) れなかったり、Aへ結晶中に酸素が固溶し高熱伝導性焼
結体が得られない。また、添加量が過度に多いと1粒界
相が焼結体中に残存し、この結果。
類光重の重量換算でO,OS〜25チの範囲で添加する
。添加量が0.05重量%未満であると添加物の効果が
十分に発揮されず、焼結体が緻密化さ引例♂の浄1(内
容に変更なし) れなかったり、Aへ結晶中に酸素が固溶し高熱伝導性焼
結体が得られない。また、添加量が過度に多いと1粒界
相が焼結体中に残存し、この結果。
忠
本発明方法においては前述の様にAJN粉と添加物の混
合された成形体を後述の条件で焼成しても良いし、又、
従来の方法(例えば特開昭61−117160等)で製
造場れたAJN以外の構成相として(アルカリ土類金属
元素)−AJ−0化合物、および(希土類元素)−Al
−0化合物などを含櫟結体を上述した成形体の代シに用
いてもよい。焼成雰囲気に関しては、窒素ガスを含む還
元性雰囲気中で行なう、還元性雰囲気は%Co、H2ガ
スおよびカーボン(気相および又は固相)などを少なく
とも1種以上存在嘔せることによって作ることができる
。
合された成形体を後述の条件で焼成しても良いし、又、
従来の方法(例えば特開昭61−117160等)で製
造場れたAJN以外の構成相として(アルカリ土類金属
元素)−AJ−0化合物、および(希土類元素)−Al
−0化合物などを含櫟結体を上述した成形体の代シに用
いてもよい。焼成雰囲気に関しては、窒素ガスを含む還
元性雰囲気中で行なう、還元性雰囲気は%Co、H2ガ
スおよびカーボン(気相および又は固相)などを少なく
とも1種以上存在嘔せることによって作ることができる
。
このうち、最も簡便なのは焼成容器:と1して力、−7
、ボン裂容器を用いることである。焼成容器に関しては
、単に焼結体に得1、ることか目的であれば窒化アルミ
ニウム、アルミナ、 Mo !!等でも十分である明I
TI書、の浄sj(内容に一寛史なし)(特開昭61−
146769号等)、シかし、これらの容器を用いたも
のでは、焼結体中に、(添加物元素)−Al−0化合物
相などが存在したままの状態となシ、高熱伝導率な焼結
体は得られない。本発明では、焼成中にカーボンガス雰
囲気をっくシ出す容器を用いる。この様な焼成容器とし
ては容器全体がカーボン製の物、容器全体がカーボン製
で試料を設置する箇所にMN板、 BN板、W板等を敷
いたもの、窒化アルミニウム製の容器で上部蓋がカーボ
ン製の物等を用いることができる。本発明でいうカーボ
ンガス雰囲気とは、 1550〜2050℃の焼結温
度範囲で蒸気圧がl X 10−’〜5X10〜2Pa
程度生成するガスをさす。このカーボンガス〃ζ焼成中
のAm焼結体を還元するという作用が得られ、さらに具
体的には(添加物元素) −Al−0三元系化合物等の
粒界相を焼結体中よシ除去する作用が働らき、窒化アル
ミニウム焼結体はklN単相となシ、高熱伝導性の焼結
体に変化していく。
、ボン裂容器を用いることである。焼成容器に関しては
、単に焼結体に得1、ることか目的であれば窒化アルミ
ニウム、アルミナ、 Mo !!等でも十分である明I
TI書、の浄sj(内容に一寛史なし)(特開昭61−
146769号等)、シかし、これらの容器を用いたも
のでは、焼結体中に、(添加物元素)−Al−0化合物
相などが存在したままの状態となシ、高熱伝導率な焼結
体は得られない。本発明では、焼成中にカーボンガス雰
囲気をっくシ出す容器を用いる。この様な焼成容器とし
ては容器全体がカーボン製の物、容器全体がカーボン製
で試料を設置する箇所にMN板、 BN板、W板等を敷
いたもの、窒化アルミニウム製の容器で上部蓋がカーボ
ン製の物等を用いることができる。本発明でいうカーボ
ンガス雰囲気とは、 1550〜2050℃の焼結温
度範囲で蒸気圧がl X 10−’〜5X10〜2Pa
程度生成するガスをさす。このカーボンガス〃ζ焼成中
のAm焼結体を還元するという作用が得られ、さらに具
体的には(添加物元素) −Al−0三元系化合物等の
粒界相を焼結体中よシ除去する作用が働らき、窒化アル
ミニウム焼結体はklN単相となシ、高熱伝導性の焼結
体に変化していく。
この容器の内容積は、その内容積と窒化アA/ミニウム
成形体との体積、の比、(内容積/成形体の体積)が1
×10〜1×100が良い、これ以上大きな容積を用い
た場合、試料近傍におけるカーボン蒸気圧が低く、カー
ボンによる粒界相除去効果が小さくなる。
成形体との体積、の比、(内容積/成形体の体積)が1
×10〜1×100が良い、これ以上大きな容積を用い
た場合、試料近傍におけるカーボン蒸気圧が低く、カー
ボンによる粒界相除去効果が小さくなる。
焼結時間については、従来種々の助剤を用い1〜3時間
の短時間で行なわれているが、この程度の時間では、上
記焼成容器中で焼成したとしても、窒化アルミニウム焼
結体の緻密化、そして原料粉末表面の酸素を粒界相に固
定することは可能であるが、AλN粒間の陵および三重
点に粒界相が存在し。
の短時間で行なわれているが、この程度の時間では、上
記焼成容器中で焼成したとしても、窒化アルミニウム焼
結体の緻密化、そして原料粉末表面の酸素を粒界相に固
定することは可能であるが、AλN粒間の陵および三重
点に粒界相が存在し。
AKIN単相の焼結体は得られない、また前述の如くの
カーボンガス雰囲気が得られない焼成容器を用いた場合
は、長時間の焼成によっても粒界相の除去の効果は現わ
れない、 AuN単相にするためには焼結温度および助
剤添加量にもよるが、4時間以上が必要である。よシ好
ましくは6時間以上で。
カーボンガス雰囲気が得られない焼成容器を用いた場合
は、長時間の焼成によっても粒界相の除去の効果は現わ
れない、 AuN単相にするためには焼結温度および助
剤添加量にもよるが、4時間以上が必要である。よシ好
ましくは6時間以上で。
嘔らに好ましくは12時間以上である。
焼成温度については、1550〜2050℃が好ましい
。1550″Oより低温で焼成すると、原料粉末の粒径
、酸素量にもよるが緻密な焼結体が得られない。また焼
成容器からのカーボンガスの発生が少なくなシ1粒界相
を残したままとなる。また2050℃よシ高温で焼成す
ると、 A11N自体の蒸気圧が高くなシ、緻密化が困
難になると共に、焼結体中に添加元素の鼠化物と推定さ
れる副相が残存し、結果として熱伝導率が低下する場合
がある。
。1550″Oより低温で焼成すると、原料粉末の粒径
、酸素量にもよるが緻密な焼結体が得られない。また焼
成容器からのカーボンガスの発生が少なくなシ1粒界相
を残したままとなる。また2050℃よシ高温で焼成す
ると、 A11N自体の蒸気圧が高くなシ、緻密化が困
難になると共に、焼結体中に添加元素の鼠化物と推定さ
れる副相が残存し、結果として熱伝導率が低下する場合
がある。
次いで本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法の一
例を以下に述べる。
例を以下に述べる。
まず、MN粉末に添加物を所定量添加したのちボールは
ル等を用いて混合する。焼結には常圧焼結法を使用する
。この場合、混合粉末にバインダーを加え、混練、造粒
、整粒を行なったのち成形する。成形法としては、金型
プレス、静水圧プレス或いはシート成形などが適用でき
る。続いて、成形体を非酸化性雰囲気中、例えば窒素ガ
ス気流中で加熱してバインダーを除去したのち常圧焼結
する。この時用いる焼成容器は、焼成中カーボンガス雰
囲気をつくシ出す、例えばカーボン製容器で、容器内容
積と成形体体積の比が、XXl0’〜lX10 のもの
を用いる。焼結温度は1550〜2050’Cに、焼結
時間は4時間以上に設定する。
ル等を用いて混合する。焼結には常圧焼結法を使用する
。この場合、混合粉末にバインダーを加え、混練、造粒
、整粒を行なったのち成形する。成形法としては、金型
プレス、静水圧プレス或いはシート成形などが適用でき
る。続いて、成形体を非酸化性雰囲気中、例えば窒素ガ
ス気流中で加熱してバインダーを除去したのち常圧焼結
する。この時用いる焼成容器は、焼成中カーボンガス雰
囲気をつくシ出す、例えばカーボン製容器で、容器内容
積と成形体体積の比が、XXl0’〜lX10 のもの
を用いる。焼結温度は1550〜2050’Cに、焼結
時間は4時間以上に設定する。
この様な方法により本発明焼結体を得ることができる。
次に本発明の窒化アルミニウム焼結体の熱伝導の向上効
果および(添加物元素)−Af!−〇系化合物相等の粒
界の除去による窒化アルミニウム焼結体の純化作用につ
いて説明する。厳密なメカニズムは現在のところ完全に
解明されているわけではないが、本発明者らの研究によ
れば高熱伝導率、化の要因として次のように推定される
。
果および(添加物元素)−Af!−〇系化合物相等の粒
界の除去による窒化アルミニウム焼結体の純化作用につ
いて説明する。厳密なメカニズムは現在のところ完全に
解明されているわけではないが、本発明者らの研究によ
れば高熱伝導率、化の要因として次のように推定される
。
まず、添加物によるAQN原料粉末の不純物酸素のトラ
ップ効果である。すなわちアルカリ土類金属および希土
類元素化合物を添加することによシ、不純物酸素を(添
加物元素)−AP−0化合物等の形でAIIN粒界の稜
および三重点に固定するため、AflN格子中への酸素
の固溶が防止きれ、 A1の酸窒化物(AQON)、そ
してA<INのポリタイプ(27R型)の生成を防止す
る。発明者らの研究結果によれば、AfiONそして2
7Rが生成した焼結体は、いずれも熱伝導率が低いこと
がわかっている。この様な低羽JIJFの浄書(内容に
変更なし) 熱伝導率化の原因を抑制することが高熱伝導度化の一因
として挙げられる。
ップ効果である。すなわちアルカリ土類金属および希土
類元素化合物を添加することによシ、不純物酸素を(添
加物元素)−AP−0化合物等の形でAIIN粒界の稜
および三重点に固定するため、AflN格子中への酸素
の固溶が防止きれ、 A1の酸窒化物(AQON)、そ
してA<INのポリタイプ(27R型)の生成を防止す
る。発明者らの研究結果によれば、AfiONそして2
7Rが生成した焼結体は、いずれも熱伝導率が低いこと
がわかっている。この様な低羽JIJFの浄書(内容に
変更なし) 熱伝導率化の原因を抑制することが高熱伝導度化の一因
として挙げられる。
例えば、添加元素としてYを選んだ場合は原料粉末の不
純物酸素が、3Y203・5AA’203 、Y2O3
・Al2O3゜2Y203 eAl 203 、Y2O
3などの化合物としてトラップされる。この状態は、焼
結初期、すなわち、焼結時間00〜3時間で起こり、熱
伝導率が最高190w/mK程度に達する。
純物酸素が、3Y203・5AA’203 、Y2O3
・Al2O3゜2Y203 eAl 203 、Y2O
3などの化合物としてトラップされる。この状態は、焼
結初期、すなわち、焼結時間00〜3時間で起こり、熱
伝導率が最高190w/mK程度に達する。
これ以降の焼結過程でカーボン雰囲気が粒界相を還元し
、さらに粒界相を除去し始める。次第に粒界相は窒化ア
ルミニウム焼結体中には存在しなくなシ、焼結体の系外
へと移動する。そして最終的に焼結体は他の相を実質的
に含有しないA/N単相となシ、熱伝導率は大巾に上昇
する。これは熱伝導率が小さく熱抵抗として働いていた
粒界相が除去されるためである。また長時間の焼成によ
シ焼結体の粒子が成長する。MN粒子が成長すると熱抵
抗となる粒界の数が結果的に少なくなることを意味し%
7オノンの散乱が小さな焼結体になる。
、さらに粒界相を除去し始める。次第に粒界相は窒化ア
ルミニウム焼結体中には存在しなくなシ、焼結体の系外
へと移動する。そして最終的に焼結体は他の相を実質的
に含有しないA/N単相となシ、熱伝導率は大巾に上昇
する。これは熱伝導率が小さく熱抵抗として働いていた
粒界相が除去されるためである。また長時間の焼成によ
シ焼結体の粒子が成長する。MN粒子が成長すると熱抵
抗となる粒界の数が結果的に少なくなることを意味し%
7オノンの散乱が小さな焼結体になる。
又、上述のよう、な副相の除去、そして粒成長以外に、
還元雰囲気下で長時間焼成することによシ、AM結晶粒
の純化、例えば格子欠陥の減少による熱伝導率上昇効果
も考えられる。
還元雰囲気下で長時間焼成することによシ、AM結晶粒
の純化、例えば格子欠陥の減少による熱伝導率上昇効果
も考えられる。
次に1本発明の詳細な説明する。
実施何重
不純物として酸素を0.86重量%含有し、平均粒径が
1.72μm(遠心沈降径、堀場製作所製CAPA −
500使用1分散媒n−ブチルアルコール)のMN粉末
に添加物として平均粒径0.9μmのY2O3を5重量
%(Y換算で3.9重itチ)そして平均粒径2.0μ
mのCaCO3を1重量% (Ca換算で0.40m1
チ)添加し、ボ°−ルミルを用いて混合を行ない原料を
調整した。ついで、この原料に有機系バインダーを4重
量%添加して造粒したのち500kg/♂の圧力でプレ
ス成形して38X38X10m1mの圧粉体とした。
1.72μm(遠心沈降径、堀場製作所製CAPA −
500使用1分散媒n−ブチルアルコール)のMN粉末
に添加物として平均粒径0.9μmのY2O3を5重量
%(Y換算で3.9重itチ)そして平均粒径2.0μ
mのCaCO3を1重量% (Ca換算で0.40m1
チ)添加し、ボ°−ルミルを用いて混合を行ない原料を
調整した。ついで、この原料に有機系バインダーを4重
量%添加して造粒したのち500kg/♂の圧力でプレ
ス成形して38X38X10m1mの圧粉体とした。
この圧粉体を窒素ガス雰囲気中で700υまで加熱して
バインダーを除去した。更に、BN粉末を塗布したA<
IN板を底板としてひいたカーボン製容器(焼成用容器
A)に脱脂体を収容した。このとき容器Aのの形状およ
び太き埒は、120ψX6.41で内容積が72 oc
Ii程度である。すなわちこの容器Aの内容積とA31
N成形体の体積の比が約5X10’程度となっている。
バインダーを除去した。更に、BN粉末を塗布したA<
IN板を底板としてひいたカーボン製容器(焼成用容器
A)に脱脂体を収容した。このとき容器Aのの形状およ
び太き埒は、120ψX6.41で内容積が72 oc
Ii程度である。すなわちこの容器Aの内容積とA31
N成形体の体積の比が約5X10’程度となっている。
この容器を用い窒素ガス雰囲気中(l気圧)1900’
0.96時間の条件で常圧焼結した。
0.96時間の条件で常圧焼結した。
得られたAIN焼結体の密度鉢≠≠≠噛を測定しfc、
S’また焼結体から、直径101m、厚さ3.3.屏
菖の円板を研削し、これを試験片としてレーザーフラッ
シュ法によシ熱伝導軍を測定した(真空理工製TC−3
000使用)、測定温度は25℃である。
S’また焼結体から、直径101m、厚さ3.3.屏
菖の円板を研削し、これを試験片としてレーザーフラッ
シュ法によシ熱伝導軍を測定した(真空理工製TC−3
000使用)、測定温度は25℃である。
上記焼結条件から得られた焼結体の特性を第1表に示し
た。また、この焼結体のX線回折(理学電機製ロータフ
レックスRU−200,ゴニオメータCN2173D5
、線源Cu 50kV、100mA使用)を行なった
結果を81図に、焼結体破面の81M写真を第2図に示
した(日本電子表JSM−T20使用)。
た。また、この焼結体のX線回折(理学電機製ロータフ
レックスRU−200,ゴニオメータCN2173D5
、線源Cu 50kV、100mA使用)を行なった
結果を81図に、焼結体破面の81M写真を第2図に示
した(日本電子表JSM−T20使用)。
実施例2〜29
実施例−1で用いたAM粉に各種の添加物を加えて、又
、焼成の温度時間を変化させて実施例−1と同様の方法
で各種の焼結体を得た。その評価結果を表−1に合わせ
て示した。
、焼成の温度時間を変化させて実施例−1と同様の方法
で各種の焼結体を得た。その評価結果を表−1に合わせ
て示した。
実施例30〜39
焼成雰囲気の組成および圧力を変化させて実施例−1と
同様な方法で各種の焼結体を得た。その焼結体の評価結
果を表−1に合わせて示した。
同様な方法で各種の焼結体を得た。その焼結体の評価結
果を表−1に合わせて示した。
実施例40〜51
各種のMN@を用いて、焼成条件、添加物の組成とその
量を変えて、実施例−1と同様な方法によシ各遣焼結体
を得た。その焼結体の評価結果を表−1に合わせて示し
た。
量を変えて、実施例−1と同様な方法によシ各遣焼結体
を得た。その焼結体の評価結果を表−1に合わせて示し
た。
実施例52〜58
実施例−1と同様な方法で得た成形体を容器と成形体の
容積比が異なる他は、実施例−1と同様な方法によシ各
種の焼結体を得た。その焼結体の評価結果を表−2に示
した。
容積比が異なる他は、実施例−1と同様な方法によシ各
種の焼結体を得た。その焼結体の評価結果を表−2に示
した。
実施例56
BN板を底板としてひいたカーボン製容器(焼成容器B
)を用いたことを除いて、実施例1と同様にして、 A
JN焼結体を製造した。同様の評価を行ない、結果を表
−2に示した。
)を用いたことを除いて、実施例1と同様にして、 A
JN焼結体を製造した。同様の評価を行ない、結果を表
−2に示した。
明6書の1・ζ!(内存kJE更なし)実施例57・
内側の全体がカーボン製の容器(焼成容器C)を用いた
ことを除いて、実施例1と同様にしてAM焼結体を製造
した。同様の評価を行ない結果を表−2に示した。
ことを除いて、実施例1と同様にしてAM焼結体を製造
した。同様の評価を行ない結果を表−2に示した。
実施例58
実施例54で用いたカーボン製容器(43X44X15
fl)内に、平均粒径0602μmのカーボン粉末をつ
め、その中に実施例−1と同様な成形体を入れ1900
°C296時間で焼成した。得られた焼結体を実施例1
と同様に評価し、結果を表−2に示した。
fl)内に、平均粒径0602μmのカーボン粉末をつ
め、その中に実施例−1と同様な成形体を入れ1900
°C296時間で焼成した。得られた焼結体を実施例1
と同様に評価し、結果を表−2に示した。
比較例1〜3
A/N粉末そして添加物の種類および量が異なる他は実
施例1と同様な方法によシ得たAΔ脱脂体を焼結用容器
A、BおよびCに種々セットし%1900’0゜2hr
、N2雰囲気中で常圧焼結し、焼結体を得た。これらの
焼結体の特性を表−3に示した。さらに。
施例1と同様な方法によシ得たAΔ脱脂体を焼結用容器
A、BおよびCに種々セットし%1900’0゜2hr
、N2雰囲気中で常圧焼結し、焼結体を得た。これらの
焼結体の特性を表−3に示した。さらに。
比較例1の焼結体を用い、X線回折を行なった結果を第
3図に、焼結体の破面のSEX写真を第4図に示した。
3図に、焼結体の破面のSEX写真を第4図に示した。
これらの結果および同様の評価の結果より、副相として
イツトリウムを含む化合物が観察きれ、 AIN単相で
ないことがわかシ、その結果として熱伝導率も170
w/mk以下の低い値である。
イツトリウムを含む化合物が観察きれ、 AIN単相で
ないことがわかシ、その結果として熱伝導率も170
w/mk以下の低い値である。
このように焼結時間が4時間未満と短い場合、カーボン
製容器を用いることに、よる粒界相の除去が十分でない
ことがわかり、高熱伝導率を有するAIIN焼結体を得
るためには長時間(4時間以上)の焼結が必蚤であるこ
とがわかる。
製容器を用いることに、よる粒界相の除去が十分でない
ことがわかり、高熱伝導率を有するAIIN焼結体を得
るためには長時間(4時間以上)の焼結が必蚤であるこ
とがわかる。
比較例4〜6
実施例1と同様な方法によシ得たA久N脱脂体を。
比較例4では内側の全体がMN製の容器(焼結容器D)
、比較例5では内側の全体がアルミナ製の容器(fs結
容器E)、比較例6では内側の全体がタングステン製の
容器(焼結容器F)を用い、1900’0.96hr、
Nz気流中で常圧焼結し、焼結体を得た。これらの焼結
体の特性を表−3に示す。
、比較例5では内側の全体がアルミナ製の容器(fs結
容器E)、比較例6では内側の全体がタングステン製の
容器(焼結容器F)を用い、1900’0.96hr、
Nz気流中で常圧焼結し、焼結体を得た。これらの焼結
体の特性を表−3に示す。
さらに、比較例4の焼結体を用い、X線回折を行なった
結果を第5図に示した。これらの結果および、評価の結
果より、副相としてイツトリウムを含む化合物が観察さ
れ、んA単相でないことがわかった。その結果熱伝導率
も168w/mK以下の比較的低い値である。
結果を第5図に示した。これらの結果および、評価の結
果より、副相としてイツトリウムを含む化合物が観察さ
れ、んA単相でないことがわかった。その結果熱伝導率
も168w/mK以下の比較的低い値である。
この様に少なくとも内部の一部が、カーボンよりなる焼
結容器を用いない場合も高熱伝導率を有するMぎ焼結体
が得られず、カーボン雰囲気の有効さがわかる。
結容器を用いない場合も高熱伝導率を有するMぎ焼結体
が得られず、カーボン雰囲気の有効さがわかる。
比較例7
実施例1で用いたAIN粉末を、 5 Q Qkg/
am3の圧力でプレス成形して、30X30X1011
1の圧粉体と−この圧靜体をカーボン型中に入れ窒素ガ
ス雰囲気中、温度1900℃、400にν揖3の圧力下
で1時間ホットプレス焼結し、焼結体を得た。この焼結
体の特性を表−3に示した。さらにX線回折を行なった
結果を第6図に示した。この結果よシ副相としてAJ−
0−N系化合物が観察され、へへ単相ではないことがわ
かった。結果として熱伝導率も80W/mKという低い
値でおった。
am3の圧力でプレス成形して、30X30X1011
1の圧粉体と−この圧靜体をカーボン型中に入れ窒素ガ
ス雰囲気中、温度1900℃、400にν揖3の圧力下
で1時間ホットプレス焼結し、焼結体を得た。この焼結
体の特性を表−3に示した。さらにX線回折を行なった
結果を第6図に示した。この結果よシ副相としてAJ−
0−N系化合物が観察され、へへ単相ではないことがわ
かった。結果として熱伝導率も80W/mKという低い
値でおった。
この様に希土類およびアルカリ土類金属元素化合物を添
加し力いと、A□原料粉末表面の不純物明:!IIS&
の111以内容に変更なし)酸素とAj7Nが反応し、
熱伝導をさまたげるAl−0−N化合物が生成してしま
うことから、添加物のを効さがわかる。
加し力いと、A□原料粉末表面の不純物明:!IIS&
の111以内容に変更なし)酸素とAj7Nが反応し、
熱伝導をさまたげるAl−0−N化合物が生成してしま
うことから、添加物のを効さがわかる。
[発明の効果]
以上のべた如く、本発明の窒化アルミニウム焼結体は、
実質的にAfIN単相からなるもので、高純度かつ、高
熱伝導率を示すなど、優れた性質ををするものであり、
その工業的価値は極めて大きいものである。
実質的にAfIN単相からなるもので、高純度かつ、高
熱伝導率を示すなど、優れた性質ををするものであり、
その工業的価値は極めて大きいものである。
第1図、第3図、第5図および第6図は焼結体のX線回
折パターン図、第2図および第4図は焼結体破面の結晶
構造を(SEM写真により)表した図である。 1・・・ANNの回折ピーク 2・・・Y−AI−0化合物の回折ピーク3・・・Aj
!−0−N化合物のピーク4・・・AgN粒 5・・・Y−AI7−0化合物(粒界相)(以下余白) 、i 、pff1 第4図
折パターン図、第2図および第4図は焼結体破面の結晶
構造を(SEM写真により)表した図である。 1・・・ANNの回折ピーク 2・・・Y−AI−0化合物の回折ピーク3・・・Aj
!−0−N化合物のピーク4・・・AgN粒 5・・・Y−AI7−0化合物(粒界相)(以下余白) 、i 、pff1 第4図
Claims (7)
- (1)a)窒化アルミニウムを生成分とし、これにアル
カリ土類金属化合物および希土類化合物から成る添加物
を、各々の元素の重量換算で0.05〜25%添加した
成形体、もしくはこの成形体を、1550〜2050℃
、4時間未満で焼成し、AlN以外の構成相を含む焼結
体を b)窒素ガスを含む還元雰囲気中で c)1550〜2050℃で4時間以上焼成し、実質的
にAlN以外の構成相を含まない焼結体を得ることを特
徴とした高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の製造方法
。 - (2)アルカリ土類金属元素がCa、Sr、Baのうち
少なくとも1種であり、希土類元素がY、Sc、Dy、
Ceのうち少なくとも1種である特許請求の範囲第1項
記載の高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の製造方法。 - (3)焼成雰囲気が窒素ガスおよび水素、一酸化炭素、
カーボンガス、カーボン固相から選ばれた少なくとも一
種から成る特許請求の範囲第2項記載の高熱伝導性窒化
アルミニウム焼結体の製造方法。 - (4)カーボンガスを生成する焼成容器および/又は焼
成時にカーボンガスを生成する物質を焼成容容内に含む
ことで還元雰囲気を具体化する特許請求の範囲第3項記
載の高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の製造方法。 - (5)成形体もしくは焼結体を配置する試料台として窒
化アルミニウム板、BN板、タングステン板を敷いたカ
ーボン容器中で焼成することを特徴とした特許請求の範
囲第4項記載の高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の製
造方法。 - (6)焼成容器の内容積と、前記成形体または焼結体と
の体積比が1×10^0〜1×10^7であることを特
徴とした特許請求の範囲第5項記載の高熱伝導性窒化ア
ルミニウム焼結体の製造方法。 - (7)焼結体の密度が3.120−3.285g/cm
^3、25℃における熱伝導率が200W/mK以上で
あることを特徴とした特許請求の範囲第1項記載の高熱
伝導性窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62110814A JP2578114B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62110814A JP2578114B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63277570A true JPS63277570A (ja) | 1988-11-15 |
JP2578114B2 JP2578114B2 (ja) | 1997-02-05 |
Family
ID=14545333
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62110814A Expired - Lifetime JP2578114B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2578114B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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