JPS6340772A - 窒化アルミニウム焼結体の製造法 - Google Patents

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】 「産業上の利用分野」 本発明は窒化アルミニウム（ＡＩＭ）焼結体の製造法に
関する。

「従来の技術」 ＡＩＭ成形体をホットプレス焼結、反応焼結（窒化焼結
）、または通常焼結してＡＩＭ焼結体を製造することは
公知である。

特開昭４９−７４７０７号には、ＡＩＭ系圧粉成形体の
周囲を炭化ケイ素、窒化ホウ素または黒鉛の粉末で充填
包囲しつつホットプレス焼結してＡＩＭ焼結体を得るこ
とが記載されている。しかしホットプレス焼結では大型
や複雑形状の焼結体はほとんど得かたく、量産性も劣る
。さらに上側の如く、成形体周囲にこれとは異質の粉末
を配してホットプレス焼結すると、得られる焼結体の表
層部分が変質して、組成や物性が部位によって不均一と
なる恐れも多い。

特公昭４Ｂ−２５８５１号には、ＡＩＮ粉末とアルミニ
ウム（ＡＩ）粉末の混合物を主成分とする成形体を大気
圧下で窒化焼結してＡＩＮ焼結体を製造するにあたり、
焼結工程の一部において被焼結体をＡＩＭ粉末詰粉内に
埋めて焼結することが記載されている。

特開昭４８−３２１０７号には、酸化トリウム粉末を配
合されたＡＩＮ粉末の成形体をカーボン製マツフル中に
収納し、　ＡＩＭ粉末を詰粉として充填して窒素気流中
で焼結してＡＩＮ焼結体を得ることが記載されている。

特開昭５９−２０７８８３号および特公昭８１−２８８
２９号には、一種または二種以上の易蒸発性焼結助剤を
添加されたＡＩＮ粉末成形体を、同組成または焼結助剤
過剰の組成からなる粉末詰粉内に埋めて常圧焼結するこ
とが記載されている。

このようにＡＩＮ焼結体を反応焼結や通常焼結などによ
って得るにあたってＡＩＮ粉末詰粉な採用する方法では
、焼結のたびに多量の詰粉を使用するために製造コスト
が高く、かつ、作業性の点でも難があり、また詰粉の一
部が焼結体に固く付着して焼結体の肌が荒れることもあ
り、これまた大型品や複雑形状品の量産には対応しえな
い。

特開昭５９−２０７８８２号には、易蒸発性焼結助剤を
添加されたＡＩＮ粉末成形体を、同組成または焼結助剤
過剰の組成からなる容器に収納して密封した後、常圧焼
結することが記載されており、その−変形としてカーボ
ン製容器の内面に上記組成の被膜をＣＶＤ法によって形
成した容器も採用しうる旨記載されている。しかし被焼
結体よりも大型のＡＩＮ質容器を、もともと焼結しにく
いＡＩＭ粉末から焼結してつくるのは極めて困難であり
、カーボン製容器の内面をＣＶＤ処理するのもまた困難
であり、さらには蒸発特性の異なる焼結助剤とＡＩＮと
を用いて形成される被膜が所定組成となるように制御し
つつＣＶＤ処理するのも至難のわざである。

「発明の解決しようとする問題点」 本発明は従来技術のこのような難点を解決した新しいＡ
ＩＮ焼結体の製造法を提供しようとするものである。す
なわち本発明は反応焼結法や通常焼結法に好適に採用で
き、コスト、作業性、肌荒れなどの問題のある詰粉法に
よることなく、かつ、大型のＡＩＮ製容器や特殊なＡＩ
Ｍ内面被膜を形成された容器を用いることなく、高密度
のＡＩＮ焼結体を製造することを目的とし、さらには大
型または複雑形状の高密度ＡＩＮ焼結体を容易に量産で
きる製造法を提供することを目的とし、さらには従来技
術によっては発生しやすかった変形やクラックのないＡ
ＩＭ焼結体の製造法を提供することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」 本発明のＡＩＭ焼結体の製造法は、ＡＩＮ　！形体を匣
内に収容しながら窒素含有雰囲気中で焼結するＡＩＭ焼
結体の製造法において、焼結中にＡＩＭに変化するアル
ミニウム化合物を含有する被覆材で内面を被覆された該
匣を用いることをも含有する。

本発明では内面を特定の被覆材で被覆した匣を用いる。

匣の本体は、この技術分野で公知の各種セラミックス質
のものが採用でき、たとえば活性炭焼結体、黒鉛焼結体
といった炭素単体を主成分とするものが好適である。こ
れは大型品、複雑形状品が簡便容易に得られ、軽量安価
である上に、後述するように、酸素含有Ａ１化合物を含
有する被覆材を用いる場合には、このＡＩ化合物が焼結
条件下でＡＩＭに変化する反応を促進する働きがあるも
のと考えられる。［！！本体はこの他に、アルミナ質、
マグネシア質、ジルコニア質、シャモツト質などの酸化
物系セラミックス、あるいは炭化ケイ素質、窒化ケイ素
質、サイアロン質、さらにはＡＩＭ質、　ＢＮ質といっ
た非酸化物系セラミックスであってもよい。

被覆材は焼結中にＡＩＮに変化するＡＩ化合物を含有す
るものとされる。したがってこのＡＩ化合物は匣を焼結
に使用する前にあってはＡＩＭではなく、焼結中にＡＩ
Ｎに変化し、したがって焼結中の匣内面はフレッシュな
ＡＩＮで被覆されていることとなる。すなわち、このよ
うにして形成されたフレッシュなＡＩＮで内面被覆され
た厘を用いると、焼結に供する前からＡＩＮとなってい
た内面を有する匣を用いる場合に比べて、得られる焼結
体は、密度が高い、変形度が小さい、表面分解層が認め
られないなどの利点を有する。

このようなＡＩ化合物として好適なものは酸素含有Ａｔ
化合物およびハロゲン含有Ａ１化合物が挙げられる。し
かし上記以外のＡ１化合物でも条件によっては採用可能
である。

ハロゲン含有ＡＩ化合物としては塩化アルミニウムまた
はツー、化アルミニウムが好ましい例である。

酸素含有ＡＩ化合物のうちでは酸化アルミニウムＡｌ２
Ｏ３またはその水和物が取扱い容易な点などで特に好適
である。なお酸化アルミニウムの水和物としては水酸化
アルミニウムＡｌ（ＯＨ）３のみならず、Ａ１００Ｈの
ような部分水和物、あるいはさらに一般式Ａｌ２Ｏ３φ
！Ｈ２０（ここで！は０〜３の任意の正ａ）で表現でき
るものを包含する。上記以外の酸素含有ＡＩ化合物とし
ては硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウムに代表される
無機酸のＡＩ基塩類シュウ酸アルミニウム、二酢酸水酸
化アルミニウム、ステアリン酸アルミニウムに代表され
る有機酸のＡ１塩類、アルミニウムインプロポキシドに
代表されるアルミニウムアルコキシド類なども好ましい
例である。

このような酸素含有Ａ１化合物を採用する場合には、炭
素単体を主成分とする匣を用いるか、被覆材はさらに炭
素粉末などの炭素単体をも含有することが大切である。

このようにしてＡＩ化合物と炭素単体とが緊密に共存し
ていると、焼結中にＡＩ化合物が雰囲気中の窒素と反応
してＡＩＭに変化する反応を促進しているものと考えて
おり、かかる効果はＡＩ化合物が酸素含有Ａ１化合物で
あるときに特に顕著であると考えている。

一方、被覆材中に上記したＡＩ化合物とＡＩＭとを共存
させておくことも好ましい、これにより上記したＡＩ化
合物のみでは焼結中にこれが流れ落ちたすするのを防ぐ
とともに、上記したＡＩ化合物のみでは焼結中に形成さ
れるＡ１８層がまだらになったりするのを防ぐ。

被覆材はさらに匣内面との密着性をよくするために適宜
の粘着性バインダが添加されていてもよいし、ＡＩＭ被
焼結体の焼結助剤として用いられるＭｇ、　Ｃａ、　Ｓ
ｒ、　Ｂａ、　Ｙ、希土類元素の化合物などが添加され
ていてもよい。

被覆方法としては、好適には、上記した被覆材成分を適
宜の液状分散媒を用いてスラリー状とし、これを匣の内
面にハケ塗り、スプレーなどにより塗布する。こうする
ことにより、ひとたび焼結に供して内面にＡ１８層が形
成された匣に、再び上記被覆をほどこして再度焼結に供
することが容易に可能となり、工業的にはきわめて有利
な方法となる。なお被覆方法としては、スラリーの塗布
に限定されるものではなく、粉末状の被覆材をそのまま
吹きつけるなどしてもよいし、あるいは板状、箔状に形
成した被覆材を内張すするなどしてもよい。

なお本発明において被覆材中の上記Ａ１化合物のすべて
が焼結中にＡＩＮに変化する必要はなく、被覆材にある
程度の厚みがある場合には、その最内面のみが相当程度
ＡＩＭに変化していれば充分である。

本発明によって焼結されるべ声Ａｇｓ成形体は、Ｍｇ、
　Ｃａ、　Ｓｒ、　Ｂａ、　Ｙ、希土類元素の化合物に
代表される公知の焼結助剤を含有していてよいのみなら
ず、こうした焼結助剤を添加されていない場合にも好適
である。焼結方法としては均等圧下焼結法が好適であり
、１気圧の窒素雰囲気下での焼結はもとより、減圧窒素
雰囲気下、あるいは加圧窒素雰囲気下でもよい、また焼
結されるべきＡＩＮ成形体中には一部に金属ＡＩが含有
されていてもよい、さらに焼結時の雰囲気は実質的に窒
素のみからなるのが好ましいが、窒素以外の不活性ある
いは還元性のガスが含まれていてもよく、たとえば窒素
と水素との混合雰囲気も採用できる。

「実施例」 以下、本発明を実施例をもって具体的に説明するが、本
発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。

実施例！ 純度９８．５％、平均粒径１．６μ重のＡＩＮ粉末を焼
結助剤を添加することなく、金型により２００ｋｇ／ｃ
ｍ２の圧力で一軸プレス成形し、さらに２０００ｋｇ／
ｃｍ２の圧力で静水圧加圧して１５Ｘ　４０Ｘ　８０ｍ
ｍの成形体を得た。

エタノールとＡｌ２Ｏ３粉末との混合スラリーを内面に
塗布して厚さ約１　ｒａｍの被覆層を形成した黒鉛容器
内にこの成形体を収容し、同様に内面被覆層を形成した
黒鉛製の蓋で容器を閉じ、窒素１気圧の雰囲気下で１５
５０℃で１時間保持し、ついで同じ雰囲気下で１８５０
℃に昇温し、そこで３時間保持してＡＩＭ焼結体を得た
。焼結体の密度（理論密度に対する比、以下同じ）は９
８．５％であり、外観は良好であった・ 実施例２ Ａｌ２Ｏ３粉末に代えてＡｌ２Ｏ３粉末８０重量％と炭
素粉末２０重量％の混合粉末を用いた他は実施例１と同
様にしてＡＩＮ焼結体を得た。焼結体の密度は９８．７
％であり、外観は良好であった。

実施例３ Ａ１２０３粉末に代えてＡｌ２Ｏ３粉末４０重量％とＡ
ＩＮ粉末６０重量％の混合粉末を用いた他は実施例１と
同様にしてＡＩＮ焼結体を得た。焼結体の密度は９８．
７％であり、外観は良好であった。

実施例４ エタノールとアルミニウムイソプロポキシドとの混合物
を内面に塗布した黒鉛容器内に実施例１と同様の成形体
を収容し、同じくエタノールとアルミニウムイソプロポ
キシドとの混合物を内面に塗布した黒鉛製の蓋で容器を
閉じ、窒素１気圧の雰囲気下で１９００℃で２時間焼結
してＡＩＮ焼結体を得た。焼結体の密度は９８．６％で
あり、外観は良好であった。

実施例５ 容器および蓋の材質を黒鉛に代えて窒化ホウ素製とした
他は実施例２と同様にしてＡＩＭ焼結体を得た。焼結体
の密度は９８．８％であり、外観は良好であった・ 実施例６ アルミニウムイソプロポキシドに代えて塩化アルミニウ
ムを用いた他は実施例４と同様にしてＡＩＮ焼結体を得
た。焼結体の密度は９８，０％であり、外観は良好であ
った。

実施例７ アルミニウムイソプロポキシドに代えて硝酸アルミニウ
ムを用いた他は実施例４と同様にしてＡＩＮ焼結体を得
た。焼結体の密度は９８．２％であり、外観は良好であ
った。

実施例８ アルミニウムイソプロポキシドに代えてステアリン酸ア
ルミニウムを用いた他は実施例４と同様にしてＡＩＭ焼
結体を得た。焼結体の密度は３８．９％であり、外観は
良好であった。

実施例９ Ａｌ２Ｏ３粉末に代えてＡｌ（ＯＨ）３粉末を用いた他
は実施例１と同様にしてＡＩＮ焼結体を得た。焼結体の
密度は９８．８％であり、外観は良好であった。

実施例１０ 焼結助剤としてＣａＣＯ３を１重量％添加混合されたＡ
ＩＭ粉末の成形体を用いた点、およびＡｌ２Ｏ３粉末に
代えてＡｌ（ＯＨ）３粉末８０重量％と炭素粉末２０重
量％との混合粉末を用いた点の他は実施例１と同様にし
てＡＩＭ焼結体を得た。焼結体の密度は８８．６％であ
り、外観は良好であった。

実施例１１ 実施例２の焼結に供した後の容器および蓋の内面に、再
度、Ａｌ２Ｏ３粉末８０重量％と炭素粉末２０重量％と
の混合粉末とエタノールとの混合スラリーを塗布した。

実施例１と同様の成形体をこの容器に収容し、窒素１気
圧の雰囲気下で１５５０℃で１時間保持し、ついで同じ
雰囲気下で１８５０℃に昇温し、そこで３時間保持して
ＡＩＭ焼結体を得た。焼結体の密度は８３．１％であり
、外観は良好であった。

比較例１ アルミニウムイソプロポキシドに代えてＡＩＮを用いた
他は実施例４と同様にしてＡＩＮ焼結体を得た、焼結体
の密度は９２．０％であり、焼結体にはへこみができて
いた。

比較例２ アルミニウムイソプロポキシドに代えてＡＩＮ　８０重
量％と酸化カルシウム２０重量％との混合粉末を用いた
他は実施例４と同様にしてＡＩＭ焼結体を得た。焼結体
の密度は９２．８％であり、焼結体の表面は分解して白
色を呈していた。

比較例３ 格別の内面処理をしていない黒鉛容器内にＡＩＮ粉末を
詰粉として充填し、詰粉内に実施例１と同様の成形体を
埋めたのち、同じく格別の内面処理をしていない黒鉛製
の蓋で容器を閉じ、窒素１気圧の雰囲気下で１９００℃
で２時間焼結してＡＩＮ焼結体を得た。焼結体の密度は
９３．０％であり、焼結体の表面の肌荒れは顕著であっ
た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、窒化アルミニウム成形体を匣内に収容しながら窒素
   含有雰囲気中で焼結する窒化アルミニウム焼結体の製造
   法において、焼結中に窒化アルミニウムに変化するアル
   ミニウム化合物を含有する被覆材で内面を被覆された該
   匣を用いることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体の
   製造法。 ２、前記被覆材は、さらに窒化アルミニウムをも含有す
   る特許請求の範囲第１項の製造法。 ３、前記アルミニウム化合物はハロゲン含有アルミニウ
   ム化合物である特許請求の範囲第１項または第２項の製
   造法。 ４、前記アルミニウム化合物は酸素含有アルミニウム化
   合物であり、前記被覆材はさらに炭素単体をも含有する
   特許請求の範囲第１項または第２項の製造法。 ５、前記アルミニウム化合物は酸素含有アルミニウム化
   合物であり、前記匣は炭素単体を主成分とするものであ
   る特許請求の範囲第１項、第２項または第４項の製造法
   。 ６、前記酸素含有アルミニウム化合物は酸化アルミニウ
   ムまたはその水和物である特許請求の範囲第４項または
   第５項の製造法。