KR102371925B1 - Aluminium nitride sintered body having excellent thermophysical properties and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 다결정 AlN이 주 결정상을 이루고 YAG(Y3Al5O12)와 SmAlO3가 이차상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 소결체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 열물리적 특성이 개선되고 기계적 안정성이 우수한 AlN 소결체를 얻을 수 있다.The present invention relates to an aluminum nitride sintered body characterized in that polycrystalline AlN constitutes a main crystalline phase and YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) and SmAlO 3 constitute a secondary phase, and a method for manufacturing the same. According to the present invention, an AlN sintered body having improved thermophysical properties and excellent mechanical stability can be obtained.

Description

열물리적 특성이 개선된 질화알루미늄 소결체 및 그 제조방법{Aluminium nitride sintered body having excellent thermophysical properties and manufacturing method of the same}An aluminum nitride sintered body having excellent thermophysical properties and manufacturing method of the same

본 발명은 질화알루미늄 소결체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열물리적 특성이 개선되고 기계적 안정성이 우수한 질화알루미늄 소결체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an aluminum nitride sintered body and a manufacturing method thereof, and more particularly, to an aluminum nitride sintered body having improved thermophysical properties and excellent mechanical stability, and a manufacturing method thereof.

질화알루미늄(Aluminum nitride)은 우수한 내열성, 내식성, 높은 열전도 특성을 갖는 소재로, 방열기판, 반도체 공정용 부품, 방열 필러, 세라믹 히트싱크 등에 폭넓게 적용되고 있다. 또한, 실리콘(Si) 소재와의 유사한 열팽창계수(4.6×10-6 /K)를 갖기 때문에 호환성이 좋을 뿐만 아니라, 우수한 절연 특성으로 IC(Integrated circuit), LSIC(Large Scale Integrated Circuit) 기판, 패키지 소재 등으로 적용될 수 있다. Aluminum nitride is a material with excellent heat resistance, corrosion resistance, and high thermal conductivity, and is widely applied to heat dissipation substrates, semiconductor process components, heat dissipation fillers, and ceramic heat sinks. In addition, it has good compatibility as it has a similar coefficient of thermal expansion (4.6×10 -6 /K) to silicon (Si) materials, and has excellent insulation properties for IC (Integrated circuit), LSIC (Large Scale Integrated Circuit) substrates and packages. It can be applied to materials, etc.

또한, AlN은 가시광선 영역에서의 투과성이 높아 광학 재료로 사용되며, 내플라즈마 특성이 우수하여 반도체 공정용 소재, 챔버(chamber) 부품 등으로의 사용이 기대되고 있다. In addition, AlN is used as an optical material due to its high transmittance in the visible ray region, and its excellent plasma resistance is expected to be used as a material for a semiconductor process, a chamber component, and the like.

최근 전자통신, 반도체, 디스플레이 산업의 성장과 함께, 질화알루미늄 관련 시장도 꾸준하게 성장하고 있으며, 향후 자동차 전력반도체용 기판, 태양광, 풍력발전 등 환경 에너지 관련 방열 기판으로의 수요 증가도 예측되고 있다.With the recent growth of the electronic communication, semiconductor, and display industries, the aluminum nitride-related market is also growing steadily, and the demand for environmental energy-related heat dissipation substrates such as automotive power semiconductor substrates, solar power, and wind power generation is expected to increase in the future.

대한민국 특허등록공보 제10-1516990호Korean Patent Registration Publication No. 10-1516990

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열물리적 특성이 개선되고 기계적 안정성이 우수한 질화알루미늄 소결체 및 그 제조방법을 제공함에 있다. An object of the present invention is to provide an aluminum nitride sintered body having improved thermophysical properties and excellent mechanical stability, and a method for manufacturing the same.

본 발명은, 다결정 AlN이 주 결정상을 이루고 YAG(Y3Al5O12)와 SmAlO3가 이차상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 소결체를 제공한다. The present invention provides an aluminum nitride sintered body characterized in that polycrystalline AlN constitutes a main crystalline phase and YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) and SmAlO 3 constitute a secondary phase.

상기 질화알루미늄 소결체는 97%보다 높은 상대밀도를 나타낼 수 있다.The aluminum nitride sintered body may exhibit a relative density higher than 97%.

상기 질화알루미늄 소결체는 130 W/mK보다 높은 열전도도를 나타낼 수 있다.The aluminum nitride sintered body may exhibit higher thermal conductivity than 130 W/mK.

상기 질화알루미늄 소결체는 9.5 GPa보다 높은 비커스 경도를 나타낼 수 있다.The aluminum nitride sintered body may exhibit a Vickers hardness higher than 9.5 GPa.

또한, 본 발명은, AlN 분말, Y2O3 분말 및 Sm2O3 분말을 혼합하는 단계와, 상기 AlN 분말, 상기 Y2O3 분말 및 상기 Sm2O3 분말의 혼합 분말을 성형하는 단계 및 성형된 결과물을 소결하여 AlN 소결체를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 혼합 분말은 상기 Y2O3 분말 0.1∼5중량% 및 상기 Sm2O3 분말 0.1∼5중량%를 함유하고, 상기 AlN 소결체는 다결정 AlN이 주 결정상을 이루고 YAG(Y3Al5O12)와 SmAlO3가 이차상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 소결체의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention, the step of mixing the AlN powder, Y 2 O 3 powder and Sm 2 O 3 powder, and molding the mixed powder of the AlN powder, the Y 2 O 3 powder and the Sm 2 O 3 powder and sintering the molded product to form an AlN sintered body, wherein the mixed powder contains 0.1 to 5 wt% of the Y 2 O 3 powder and 0.1 to 5 wt% of the Sm 2 O 3 powder, and the AlN The sintered body provides a method of manufacturing an aluminum nitride sintered body, characterized in that polycrystalline AlN forms a main crystal phase and YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) and SmAlO 3 form a secondary phase.

상기 질화알루미늄 소결체는 97%보다 높은 상대밀도를 나타낼 수 있다.The aluminum nitride sintered body may exhibit a relative density higher than 97%.

상기 질화알루미늄 소결체는 130 W/mK보다 높은 열전도도를 나타낼 수 있다.The aluminum nitride sintered body may exhibit higher thermal conductivity than 130 W/mK.

상기 질화알루미늄 소결체는 9.5 GPa보다 높은 비커스 경도를 나타낼 수 있다.The aluminum nitride sintered body may exhibit a Vickers hardness higher than 9.5 GPa.

상기 성형은, 혼합 분말을 가압 성형하는 단계 및 가압 성형된 결과물을 냉간정수압성형하는 단계를 포함할 수 있다.The molding may include pressure molding the mixed powder and cold hydrostatic pressure molding the pressure-molded result.

상기 가압 성형은 30∼50 MPa의 압력으로 수행하는 것이 바람직하고, 상기 냉간정수압성형은 150∼250 MPa의 압력으로 수행하는 것이 바람직하다.The press molding is preferably performed at a pressure of 30 to 50 MPa, and the cold hydrostatic pressing is preferably performed at a pressure of 150 to 250 MPa.

상기 소결은 1700∼1900℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. The sintering is preferably performed at a temperature of 1700 to 1900 °C.

상기 소결은 비활성 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. The sintering is preferably performed in an inert gas atmosphere.

본 발명에 의하면, 열물리적 특성이 개선되고 기계적 안정성이 우수한 AlN 소결체를 얻을 수 있다. 본 발명의 AlN 소결체는 열전효율이 개선된 소재로의 활용이 가능하고, 기계적 안정성도 기존 소재에 비해 우수하여 기존 소재를 대체할 수 있다. According to the present invention, an AlN sintered body having improved thermophysical properties and excellent mechanical stability can be obtained. The AlN sintered compact of the present invention can be used as a material with improved thermoelectric efficiency, and has excellent mechanical stability compared to existing materials, so it can replace existing materials.

또한, 본 발명에 의하면, AlN을 상압소결로 제조하고 Sm2O3와 Y2O3를 동시에 소결조제로 첨가하여 열물리적 특성이 개선되고 기계적 안정성이 우수한 AlN 소결체를 제조할 수 있다.In addition, according to the present invention, AlN is manufactured by atmospheric sintering and Sm 2 O 3 and Y 2 O 3 are simultaneously added as sintering aids, whereby an AlN sintered body having improved thermophysical properties and excellent mechanical stability can be manufactured.

도 1a는 실험예 1 내지 실험예 6에 따라 제조된 소결체의 X-선회절(XRD; X-ray diffraction) 분석 결과를 보여주는 도면이고, 도 1b는 실험예 7 내지 실험예 12에 따라 제조된 소결체의 X-선회절(XRD) 분석 결과를 보여주는 도면이며, 도 1c는 실험예 13 내지 실험예 15에 따라 제조된 소결체의 X-선회절(XRD) 분석 결과를 보여주는 도면이다.
도 2a는 실험예 1 내지 실험예 12에 따라 제조된 소결체의 열전도도를 보여주는 도면이고, 도 2b는 실험예 13 내지 실험예 15에 따라 제조된 소결체의 열전도도를 보여주는 도면이다.
도 3a는 실험예 1에 따라 제조된 소결체를 보여주는 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope) 사진이고, 도 3b는 실험예 2에 따라 제조된 소결체를 보여주는 주사전자현미경(SEM;) 사진이며, 도 3c는 실험예 3에 따라 제조된 소결체를 보여주는 주사전자현미경(SEM;) 사진이고, 도 3d는 실험예 4에 따라 제조된 소결체를 보여주는 주사전자현미경(SEM;) 사진이며, 도 3e는 실험예 5에 따라 제조된 소결체를 보여주는 주사전자현미경(SEM;) 사진이고, 도 3f는 실험예 6에 따라 제조된 소결체를 보여주는 주사전자현미경(SEM;) 사진이다.
도 4a는 실험예 7에 따라 제조된 소결체를 보여주는 주사전자현미경(SEM;) 사진이고, 도 4b는 실험예 8에 따라 제조된 소결체를 보여주는 주사전자현미경(SEM;) 사진이며, 도 4c는 실험예 9에 따라 제조된 소결체를 보여주는 주사전자현미경(SEM;) 사진이고, 도 4d는 실험예 10에 따라 제조된 소결체를 보여주는 주사전자현미경(SEM;) 사진이며, 도 4e는 실험예 11에 따라 제조된 소결체를 보여주는 주사전자현미경(SEM;) 사진이고, 도 4f는 실험예 12에 따라 제조된 소결체를 보여주는 주사전자현미경(SEM;) 사진이다.
도 5a는 실험예 13에 따라 제조된 소결체를 보여주는 주사전자현미경(SEM;) 사진이고, 도 5b는 실험예 14에 따라 제조된 소결체를 보여주는 주사전자현미경(SEM;) 사진이며, 도 5c는 실험예 15에 따라 제조된 소결체를 보여주는 주사전자현미경(SEM;) 사진이다.
도 6a는 실험예 1 내지 실험예 12에 따라 제조된 소결체의 비커스 경도를 보여주는 도면이고, 도 6b는 실험예 13 내지 실험예 15에 따라 제조된 소결체의 비커스 경도를 보여주는 도면이다.
도 7a는 실험예 1 내지 실험예 12에 따라 제조된 소결체의 굽힘강도를 보여주는 도면이고, 도 7b는 실험예 13 내지 실험예 15에 따라 제조된 소결체의 굽힘강도를 보여주는 도면이다.
Figure 1a is a view showing the X-ray diffraction (XRD; X-ray diffraction) analysis results of the sintered body prepared according to Experimental Examples 1 to 6, Figure 1b is a sintered body prepared according to Experimental Examples 7 to 12 It is a view showing the X-ray diffraction (XRD) analysis results of, Figure 1c is a view showing the X-ray diffraction (XRD) analysis results of the sintered body prepared according to Experimental Examples 13 to 15.
Figure 2a is a view showing the thermal conductivity of the sintered body prepared according to Experimental Examples 1 to 12, Figure 2b is a view showing the thermal conductivity of the sintered body prepared according to Experimental Examples 13 to 15.
3a is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing the sintered body prepared according to Experimental Example 1, and FIG. 3b is a scanning electron microscope (SEM;) photograph showing the sintered body prepared according to Experimental Example 2; FIG. 3c is a scanning electron microscope (SEM;) photograph showing the sintered body prepared according to Experimental Example 3, FIG. 3d is a scanning electron microscope (SEM;) photograph showing the sintered body prepared according to Experimental Example 4, and FIG. 3e is an experimental example It is a scanning electron microscope (SEM;) photograph showing the sintered body prepared according to 5, and FIG. 3f is a scanning electron microscope (SEM;) photograph showing the sintered body prepared according to Experimental Example 6.
4a is a scanning electron microscope (SEM;) photograph showing the sintered body prepared according to Experimental Example 7, FIG. 4b is a scanning electron microscope (SEM;) photograph showing the sintered body prepared according to Experimental Example 8, and FIG. 4c is an experiment It is a scanning electron microscope (SEM;) photograph showing the sintered body prepared according to Example 9, FIG. 4d is a scanning electron microscope (SEM;) photograph showing the sintered body prepared according to Experimental Example 10, and FIG. 4e is a photograph according to Experimental Example 11 It is a scanning electron microscope (SEM;) photograph showing the prepared sintered body, and FIG. 4f is a scanning electron microscope (SEM;) photograph showing the sintered body prepared according to Experimental Example 12.
5a is a scanning electron microscope (SEM;) photograph showing a sintered body prepared according to Experimental Example 13, FIG. 5b is a scanning electron microscope (SEM;) photograph showing a sintered body prepared according to Experimental Example 14, and FIG. 5c is an experiment It is a scanning electron microscope (SEM;) photograph showing the sintered body prepared according to Example 15.
Figure 6a is a view showing the Vickers hardness of the sintered body prepared according to Experimental Examples 1 to 12, Figure 6b is a view showing the Vickers hardness of the sintered body prepared according to Experimental Examples 13 to 15.
7A is a view showing the bending strength of the sintered body prepared according to Experimental Examples 1 to 12, and FIG. 7B is a view showing the bending strength of the sintered body prepared according to Experimental Examples 13 to 15. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following examples are provided so that those of ordinary skill in the art can fully understand the present invention, and can be modified in various other forms, and the scope of the present invention is limited to the examples described below it is not going to be

발명의 상세한 설명 또는 청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.In the detailed description or claims of the invention, when it is said that any one component "includes" another component, it is not construed as being limited to only the component unless otherwise stated, and other components are further added. It should be understood as being able to include

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질화알루미늄 소결체는, 다결정 AlN이 주 결정상을 이루고 YAG(Y3Al5O12)와 SmAlO3가 이차상을 이루고 있다. In the aluminum nitride sintered body according to a preferred embodiment of the present invention, polycrystalline AlN forms a main crystalline phase, and YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) and SmAlO 3 form a secondary phase.

상기 질화알루미늄 소결체는 97%보다 높은 상대밀도를 나타낼 수 있다.The aluminum nitride sintered body may exhibit a relative density higher than 97%.

상기 질화알루미늄 소결체는 130 W/mK보다 높은 열전도도를 나타낼 수 있다.The aluminum nitride sintered body may exhibit higher thermal conductivity than 130 W/mK.

상기 질화알루미늄 소결체는 9.5 GPa보다 높은 비커스 경도를 나타낼 수 있다.The aluminum nitride sintered body may exhibit a Vickers hardness higher than 9.5 GPa.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질화알루미늄 소결체의 제조방법은, AlN 분말, Y2O3 분말 및 Sm2O3 분말을 혼합하는 단계와, 상기 AlN 분말, 상기 Y2O3 분말 및 상기 Sm2O3 분말의 혼합 분말을 성형하는 단계 및 성형된 결과물을 소결하여 AlN 소결체를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 혼합 분말은 상기 Y2O3 분말 0.1∼5중량% 및 상기 Sm2O3 분말 0.1∼5중량%를 함유하고, 상기 AlN 소결체는 다결정 AlN이 주 결정상을 이루고 YAG(Y3Al5O12)와 SmAlO3가 이차상을 이루고 있다. The method of manufacturing an aluminum nitride sintered body according to a preferred embodiment of the present invention comprises the steps of mixing AlN powder, Y 2 O 3 powder and Sm 2 O 3 powder, the AlN powder, the Y 2 O 3 powder, and the Sm 2 Forming a mixed powder of O 3 powder and sintering the molded product to form an AlN sintered body, wherein the mixed powder is 0.1 to 5 wt% of the Y 2 O 3 powder and 0.1 to 0.1 wt% of the Sm 2 O 3 powder ∼5 wt%, and in the AlN sintered body, polycrystalline AlN forms a main crystalline phase and YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) and SmAlO 3 form a secondary phase.

상기 질화알루미늄 소결체는 97%보다 높은 상대밀도를 나타낼 수 있다.The aluminum nitride sintered body may exhibit a relative density higher than 97%.

상기 질화알루미늄 소결체는 130 W/mK보다 높은 열전도도를 나타낼 수 있다.The aluminum nitride sintered body may exhibit higher thermal conductivity than 130 W/mK.

상기 질화알루미늄 소결체는 9.5 GPa보다 높은 비커스 경도를 나타낼 수 있다.The aluminum nitride sintered body may exhibit a Vickers hardness higher than 9.5 GPa.

상기 성형은, 혼합 분말을 가압 성형하는 단계 및 가압 성형된 결과물을 냉간정수압성형하는 단계를 포함할 수 있다.The molding may include pressure molding the mixed powder and cold hydrostatic pressure molding the pressure-molded result.

상기 가압 성형은 30∼50 MPa의 압력으로 수행하는 것이 바람직하고, 상기 냉간정수압성형은 150∼250 MPa의 압력으로 수행하는 것이 바람직하다.The press molding is preferably performed at a pressure of 30 to 50 MPa, and the cold hydrostatic pressing is preferably performed at a pressure of 150 to 250 MPa.

상기 소결은 1700∼1900℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. The sintering is preferably performed at a temperature of 1700 to 1900 °C.

상기 소결은 비활성 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. The sintering is preferably performed in an inert gas atmosphere.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질화알루미늄 소결체를 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, an aluminum nitride sintered body according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질화알루미늄 소결체는, 다결정 AlN이 주 결정상을 이루고 YAG(Y3Al5O12)와 SmAlO3가 이차상을 이루고 있다. 상기 질화알루미늄 소결체는 97%보다 높은 상대밀도를 나타낼 수 있다. 상기 질화알루미늄 소결체는 130 W/mK보다 높은 열전도도를 나타낼 수 있다. 상기 질화알루미늄 소결체는 9.5 GPa보다 높은 비커스 경도를 나타낼 수 있다. 본 발명의 질화알루미늄 소결체는, 열물리적 특성이 개선되고 기계적 안정성이 우수다. 본 발명의 AlN 소결체는 열전도효율이 개선된 소재로의 활용이 가능하고, 기계적 안정성도 기존 소재에 비해 우수하여 기존 소재를 대체할 수 있다. In the aluminum nitride sintered body according to a preferred embodiment of the present invention, polycrystalline AlN forms a main crystalline phase, and YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) and SmAlO 3 form a secondary phase. The aluminum nitride sintered body may exhibit a relative density higher than 97%. The aluminum nitride sintered body may exhibit higher thermal conductivity than 130 W/mK. The aluminum nitride sintered body may exhibit a Vickers hardness higher than 9.5 GPa. The aluminum nitride sintered body of the present invention has improved thermophysical properties and excellent mechanical stability. The AlN sintered compact of the present invention can be used as a material with improved thermal conductivity, and its mechanical stability is also superior to that of the existing material, so it can replace the existing material.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질화알루미늄 소결체의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing an aluminum nitride sintered body according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.

AlN은 강한 공유결합과 낮은 자기 확산계수로 인하여 소결이 어려운 소재로 보고되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 희토류 원소(rare earth elements)나 알칼리토 원소(alkaline earth elements) 관련 산화물을 소결조제로 첨가하여 치밀한 소결체와 높은 열전도도를 얻을 수 있다. AlN is reported to be a difficult material for sintering due to its strong covalent bonding and low self-diffusion coefficient. To solve this problem, a dense sintered body and high thermal conductivity can be obtained by adding oxides related to rare earth elements or alkaline earth elements as a sintering aid.

AlN에 적용되는 소결조제로 Y2O3가 있으며, AlN 표면의 Al2O3 층과 반응하여 YAG(Y3Al5O12), YAM(Y4Al2O9), YAP(YAlO3) 등과 같은 이트륨 알루미네이트(yttrium aluminate) 상을 형성하여, 이러한 반응으로부터 액상소결을 유도하여 소결성을 높이고 소결온도를 낮추며, 열전도도를 향상시킨다. Y 2 O 3 is a sintering aid applied to AlN, and it reacts with the Al 2 O 3 layer on the AlN surface to react with YAG(Y 3 Al 5 O 12 ), YAM(Y 4 Al 2 O 9 ), YAP(YAlO 3 ) By forming a yttrium aluminate phase such as, etc., liquid phase sintering is induced from this reaction to increase sinterability, lower the sintering temperature, and improve thermal conductivity.

AlN의 열전도도 향상뿐만 아니라, 기계적 특성을 향상시키기 위하여 소결조제, 소결온도, 소결시간 등 공정 조건을 제어하여 특성을 개선할 수 있다. In order to improve not only the thermal conductivity of AlN, but also the mechanical properties, the properties can be improved by controlling the process conditions such as a sintering aid, sintering temperature, and sintering time.

AlN의 열전도도 향상에 효과적인 소결조제로 Sm2O3가 있으며, Sm2O3를 소결조제로 적용한 경우에 비교적 높은 열전도도를 유지하며, 우수한 기계적 특성을 갖는다. Sm 2 O 3 is an effective sintering aid for improving the thermal conductivity of AlN, and when Sm 2 O 3 is applied as a sintering aid, it maintains relatively high thermal conductivity and has excellent mechanical properties.

이러한 점들을 고려하여 출발원료로 AlN 분말, Y2O3 분말 및 Sm2O3 분말을 준비하고 혼합한다. 상기 AlN 분말, 상기 Y2O3 분말 및 상기 Sm2O3 분말의 혼합 분말은 상기 Y2O3 분말 0.1∼5중량% 및 상기 Sm2O3 분말 0.1∼5중량%를 함유하는 것이 바람직하다. In consideration of these points, AlN powder, Y 2 O 3 powder, and Sm 2 O 3 powder are prepared and mixed as starting materials. The mixed powder of the AlN powder, the Y 2 O 3 powder and the Sm 2 O 3 powder preferably contains 0.1 to 5 wt% of the Y 2 O 3 powder and 0.1 to 5 wt% of the Sm 2 O 3 powder .

상기 혼합은 볼밀(ball mill), 유성밀(planetary mill), 어트리션밀(attrition mill) 등과 같은 다양한 방법을 사용할 수 있다. 이하, 볼밀법에 의한 혼합 공정을 구체적으로 설명한다. 상기 출발원료와 용매를 볼밀링기(ball milling machine)에 장입하여 혼합한다. 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 상기 출발원료를 균일하게 혼합한다. 볼 밀에 사용되는 볼은 알루미나, 지르코니아와 같은 세라믹으로 이루어진 볼을 사용할 수 있으며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다. 볼의 크기, 밀링 시간, 볼 밀링기의 분당 회전속도 등을 조절한다. 예를 들면, 입자의 크기를 고려하여 볼의 크기는 1㎜∼50㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 100∼1000rpm 정도의 범위로 설정할 수 있다. 볼 밀은 목표하는 입자의 크기 등을 고려하여 1∼24시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 볼 밀에 의해 출발원료는 균일하게 혼합되게 된다. 이렇게 혼합된 결과물을 슬러리를 이루고 있을 수 있다. 상기 슬러리를 건조기에서 건조시키고, 알루미나 유발이나 분쇄기 등을 이용하여 분쇄할 수도 있다. 분쇄된 혼합 분말은 100 mesh의 체(sieve) 등으로 분급하여 분말의 입도를 고르게 할 수도 있다. 상기 용매는 증류수, 에탄올 등의 알코오류일 수 있다.For the mixing, various methods such as a ball mill, a planetary mill, and an attrition mill may be used. Hereinafter, the mixing process by the ball mill method is demonstrated concretely. The starting material and the solvent are charged and mixed in a ball milling machine. The starting materials are uniformly mixed by rotating at a constant speed using a ball mill. The balls used in the ball mill may be made of ceramics such as alumina or zirconia, and all of the balls may have the same size, or balls having two or more sizes may be used together. Adjust the size of the ball, the milling time, and the rotation speed per minute of the ball mill. For example, in consideration of the size of the particles, the size of the ball may be set in the range of about 1 mm to 50 mm, and the rotation speed of the ball mill may be set in the range of about 100 to 1000 rpm. The ball mill is preferably performed for 1 to 24 hours in consideration of the size of the target particles. The starting materials are uniformly mixed by the ball mill. The resultant mixture in this way may form a slurry. The slurry may be dried in a dryer and pulverized using an alumina mortar or a pulverizer. The pulverized mixed powder may be classified using a 100 mesh sieve, etc. to make the particle size of the powder even. The solvent may be distilled water or alcohol such as ethanol.

상기 AlN 분말, 상기 Y2O3 분말 및 상기 Sm2O3 분말의 혼합 분말을 성형한다. 상기 성형은 가압 성형, 냉간정수압성형(CIP; cold isostatic pressing) 등의 방법을 이용할 수 있다. 또한, 상기 성형은 가압 성형과 냉간정수압성형을 순차적으로 수행하는 등의 방법 등을 이용할 수도 있다. 상기 가압 성형은 30∼50 MPa의 압력으로 수행하는 것이 바람직하고, 상기 냉간정수압성형은 150∼250 MPa의 압력으로 수행하는 것이 바람직하다.A mixed powder of the AlN powder, the Y 2 O 3 powder, and the Sm 2 O 3 powder is molded. For the molding, a method such as press molding or cold isostatic pressing (CIP) may be used. In addition, the molding may use a method such as sequentially performing press molding and cold hydrostatic pressing. The press molding is preferably performed at a pressure of 30 to 50 MPa, and the cold hydrostatic pressing is preferably performed at a pressure of 150 to 250 MPa.

성형된 결과물을 소결하여 AlN 소결체를 형성한다. 상기 소결은 질소(N2), 아르곤(Ar)과 같은 비활성 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 소결은 1700∼1900℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 소결 온도가 1700℃ 미만인 경우에는 불완전한 소결로 인해 소결체의 열적 또는 기계적 특성이 좋지 않을 수 있고, 1900℃를 초과하는 경우에는 에너지의 소모가 많아 비경제적일 뿐만 아니라 과도한 입자성장을 가져와 소결체의 기계적 특성이 좋지 않을 수 있다. 상기 소결 온도까지는 1∼50℃/min의 승온속도로 상승시키는 것이 바람직한데, 승온 속도가 너무 느린 경우에는 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지고 승온 속도가 너무 빠른 경우에는 급격한 온도 상승에 의해 열적 스트레스가 가해질 수 있으므로 상기 범위의 승온 속도로 온도를 올리는 것이 바람직하다. 또한, 상기 소결은 소결 온도에서 10분∼24시간 동안 유지하는 것이 바람직하다. 소결 시간이 너무 긴 경우에는 에너지의 소모가 많으므로 비경제적일 뿐만 아니라 더 이상의 소결 효과를 기대하기 어려우며, 소결 시간이 작은 경우에는 불완전한 소결로 인해 소결체의 물성이 좋지 않을 수 있다. The formed product is sintered to form an AlN sintered body. The sintering is preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen (N 2 ) and argon (Ar). The sintering is preferably performed at a temperature of 1700 to 1900 °C. If the sintering temperature is less than 1700 ℃, the thermal or mechanical properties of the sintered body may be poor due to incomplete sintering. This may not be good. It is preferable to increase the temperature up to the sintering temperature at a temperature increase rate of 1 to 50 ° C./min. If the temperature increase rate is too slow, it takes a long time to decrease productivity. Therefore, it is preferable to raise the temperature at a temperature increase rate in the above range. In addition, the sintering is preferably maintained at the sintering temperature for 10 minutes to 24 hours. If the sintering time is too long, energy consumption is high, so it is uneconomical and it is difficult to expect any further sintering effect.

이렇제 제조된 AlN 소결체는 다결정 AlN이 주 결정상을 이루고 YAG(Y3Al5O12)와 SmAlO3가 이차상을 이루고 있다. 상기 질화알루미늄 소결체는 97%보다 높은 상대밀도를 나타낼 수 있다. 상기 질화알루미늄 소결체는 130 W/mK보다 높은 열전도도를 나타낼 수 있다. 상기 질화알루미늄 소결체는 9.5 GPa보다 높은 비커스 경도를 나타낼 수 있다.In the thus-prepared AlN sintered body, polycrystalline AlN forms a main crystalline phase, and YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) and SmAlO 3 form a secondary phase. The aluminum nitride sintered body may exhibit a relative density higher than 97%. The aluminum nitride sintered body may exhibit higher thermal conductivity than 130 W/mK. The aluminum nitride sintered body may exhibit a Vickers hardness higher than 9.5 GPa.

AlN을 상압소결로 제조하고 Sm2O3와 Y2O3를 동시에 소결조제로 첨가하여 열물리적 특성이 개선되고 기계적 안정성이 우수한 AlN 소결체를 얻을 수 있다. AlN is prepared by atmospheric sintering and Sm 2 O 3 and Y 2 O 3 are simultaneously added as sintering aids to obtain an AlN sintered body with improved thermophysical properties and excellent mechanical stability.

본 발명의 AlN 소결체는 열전도효율이 개선된 소재로의 활용이 가능하다고 판단된다. 또한, 기계적 안정성도 기존 소재에 비해 매우 우수할 것으로 판단하여 기존 소재를 대체할 수 있을 것으로 판단된다. It is judged that the AlN sintered compact of the present invention can be used as a material with improved thermal conductivity. In addition, it is judged that the mechanical stability is also very excellent compared to the existing material, so it is judged that it can replace the existing material.

이하에서, 본 발명에 따른 실험예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, experimental examples according to the present invention are specifically presented, and the present invention is not limited to the experimental examples presented below.

<실험예 1><Experimental Example 1>

출발원료로 AlN 분말(순도 99.9%, Kojundo Chem., Japan, 평균 입경 2.4 ㎛)과 Y2O3 분말(순도 99.9% HWY, Korea)을 사용하였다. As starting materials, AlN powder (purity 99.9%, Kojundo Chem., Japan, average particle diameter of 2.4 μm) and Y 2 O 3 powder (purity 99.9% HWY, Korea) were used.

상기 AlN 분말에 소결조제로 Y2O3 분말을 1 wt%의 함량(AlN 99 wt%, Y2O3 1wt%)으로 혼합하여 출발원료를 준비하였다. 상기 혼합은 볼밀(ball-milling)을 이용한 습식혼합 방법을 사용하였다. 출발원료를 에탄올과 함께 볼 밀링기(ball milling machine)에 장입하고, 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 기계적으로 혼합하였다. 상기 볼 밀링에 사용되는 볼은 알루미나 재질의 볼을 사용하였으며, 볼의 크기는 3∼5 ㎜ 정도 였고, 볼 밀링기의 회전속도는 100∼150 rpm 정도로 설정하였으며, 볼 밀링은 균일한 혼합 등을 위해 24시간 동안 실시하였다. 상기와 같이 습식 혼합 공정을 거친 혼합물은 고형분이 60∼70 %인 슬러리(slurry)를 이루었다. A starting material was prepared by mixing the AlN powder with Y 2 O 3 powder as a sintering aid in a content of 1 wt% (AlN 99 wt%, Y 2 O 3 1wt%). For the mixing, a wet mixing method using a ball-milling was used. The starting material was charged into a ball milling machine together with ethanol, and mechanically mixed by rotating at a constant speed using a ball milling machine. The ball used for the ball milling was an alumina ball, the size of the ball was about 3 to 5 mm, the rotation speed of the ball mill was set to about 100 to 150 rpm, and the ball milling was performed for uniform mixing, etc. This was carried out for 24 hours. The mixture subjected to the wet mixing process as described above constituted a slurry having a solid content of 60 to 70%.

상기 슬러리를 건조기에서 80℃의 온도에서 24시간 동안 완전 건조시킨 후, 알루미나 유발에서 분쇄하였다. The slurry was completely dried at a temperature of 80° C. in a dryer for 24 hours, and then pulverized in an alumina mortar.

분쇄된 분말은 100 mesh의 체(sieve)로 분급하여 분말의 입도를 고르게 유지하였다. The pulverized powder was classified with a sieve of 100 mesh to keep the particle size of the powder uniform.

분급된 혼합 분말은 ø 20 mm인 몰드와 20×40 mm 몰드를 사용하여 30 MPa의 압력으로 일축 가압성형하였다. 일축 가압된 성형체는 냉간 정수압 성형장비(HCIP-150, Sinhanft, Korea)를 이용하여 200 MPa의 압력으로 30초 동안 냉간 정수압 성형을 실시하였다. The classified mixed powder was uniaxially press-molded at a pressure of 30 MPa using a ø 20 mm mold and a 20×40 mm mold. The uniaxially pressed compact was subjected to cold isostatic forming for 30 seconds at a pressure of 200 MPa using cold isostatic forming equipment (HCIP-150, Sinhanft, Korea).

성형된 시편을 고온 진공 소결로에 장입하고, N2 가스를 흘려주며 1850℃에서 2시간 동안 소결한 후, 로냉하여 소결체를 수득하였다. 이렇게 AlN 분말에 Y2O3 분말 1 wt%를 첨가하여 제조된 소결체를 'AY1'이라 명명한다.The molded specimen was charged into a high-temperature vacuum sintering furnace, sintered at 1850° C. for 2 hours while flowing N 2 gas, and then a sintered body was obtained by furnace cooling. Thus, the sintered body prepared by adding 1 wt% of Y 2 O 3 powder to the AlN powder is named 'AY1'.

<실험예 2><Experimental Example 2>

AlN 분말에 Y2O3 분말 2 wt%(AlN 98 wt%, Y2O3 2wt%)를 혼합하여 출발원료를 준비한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 공정을 적용하여 소결체를 수득하였다. 이렇게 AlN 분말에 Y2O3 분말 2 wt%를 첨가하여 제조된 소결체를 'AY2'라 명명한다.A sintered body was obtained by applying the same process as in Experimental Example 1 except that the starting material was prepared by mixing 2 wt% of Y 2 O 3 powder (AlN 98 wt%, Y 2 O 3 2 wt%) with AlN powder. Thus, the sintered body prepared by adding 2 wt% of Y 2 O 3 powder to the AlN powder is called 'AY2'.

<실험예 3><Experimental Example 3>

AlN 분말에 Y2O3 분말 3 wt%(AlN 97 wt%, Y2O3 3wt%)를 혼합하여 출발원료를 준비한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 공정을 적용하여 소결체를 수득하였다. 이렇게 AlN 분말에 Y2O3 분말 3 wt%를 첨가하여 제조된 소결체를 'AY3'라 명명한다.A sintered body was obtained by applying the same process as in Experimental Example 1, except that the starting material was prepared by mixing 3 wt% of Y 2 O 3 powder with AlN powder (97 wt% of AlN, Y 2 O 3 3 wt%). Thus, the sintered body prepared by adding 3 wt% of Y 2 O 3 powder to the AlN powder is named 'AY3'.

<실험예 4><Experimental Example 4>

AlN 분말에 Y2O3 분말 4 wt%(AlN 96 wt%, Y2O3 4wt%)를 혼합하여 출발원료를 준비한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 공정을 적용하여 소결체를 수득하였다. 이렇게 AlN 분말에 Y2O3 분말 4 wt%를 첨가하여 제조된 소결체를 'AY4'라 명명한다.A sintered body was obtained by applying the same process as in Experimental Example 1, except that the starting material was prepared by mixing 4 wt% of Y 2 O 3 powder with AlN powder (AlN 96 wt%, Y 2 O 3 4 wt%). Thus, the sintered body prepared by adding 4 wt% of Y 2 O 3 powder to the AlN powder is named 'AY4'.

<실험예 5><Experimental Example 5>

AlN 분말에 Y2O3 분말 5 wt%(AlN 95 wt%, Y2O3 5wt%)를 혼합하여 출발원료를 준비한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 공정을 적용하여 소결체를 수득하였다. 이렇게 AlN 분말에 Y2O3 분말 5 wt%를 첨가하여 제조된 소결체를 'AY5'라 명명한다.A sintered body was obtained by applying the same process as in Experimental Example 1 except that the starting material was prepared by mixing 5 wt% of Y 2 O 3 powder (AlN 95 wt%, Y 2 O 3 5 wt%) with AlN powder. Thus, the sintered body prepared by adding 5 wt% of Y 2 O 3 powder to the AlN powder is named 'AY5'.

<실험예 6><Experimental Example 6>

AlN 분말에 Y2O3 분말 6 wt%(AlN 94 wt%, Y2O3 6wt%)를 혼합하여 출발원료를 준비한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 공정을 적용하여 소결체를 수득하였다. 이렇게 AlN 분말에 Y2O3 분말 6 wt%를 첨가하여 제조된 소결체를 'AY6'라 명명한다.A sintered body was obtained by applying the same process as in Experimental Example 1, except that the starting material was prepared by mixing 6 wt% of Y 2 O 3 powder (AlN 94 wt%, Y 2 O 3 6 wt%) with AlN powder. Thus, the sintered body prepared by adding 6 wt% of Y 2 O 3 powder to the AlN powder is called 'AY6'.

<실험예 7><Experimental Example 7>

출발원료로 AlN 분말(순도 99.9%, Kojundo Chem., Japan, 평균 입경 2.4 ㎛)과 Sm2O3 분말(순도 99.9%, Alfa Aesar, USA)을 사용하였다. As starting materials, AlN powder (purity 99.9%, Kojundo Chem., Japan, average particle diameter of 2.4 μm) and Sm 2 O 3 powder (purity 99.9%, Alfa Aesar, USA) were used.

AlN 분말에 Sm2O3 분말 1 wt%(AlN 99 wt%, Sm2O3 1wt%)를 혼합하여 출발원료를 준비한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 공정을 적용하여 소결체를 수득하였다. 이렇게 AlN 분말에 Sm2O3 분말 1 wt%를 첨가하여 제조된 소결체를 'AS1'라 명명한다.A sintered body was obtained by applying the same process as in Experimental Example 1 except that the starting material was prepared by mixing 1 wt% of Sm 2 O 3 powder (AlN 99 wt%, Sm 2 O 3 1 wt%) with AlN powder. Thus, the sintered body prepared by adding 1 wt% of Sm 2 O 3 powder to the AlN powder is called 'AS1'.

<실험예 8><Experimental Example 8>

AlN 분말에 Sm2O3 분말 2 wt%(AlN 98 wt%, Sm2O3 2wt%)를 혼합하여 출발원료를 준비한 것을 제외하고는 실험예 7과 동일한 공정을 적용하여 소결체를 수득하였다. 이렇게 AlN 분말에 Sm2O3 분말 2 wt%를 첨가하여 제조된 소결체를 'AS2'라 명명한다.A sintered body was obtained by applying the same process as in Experimental Example 7 except that the starting material was prepared by mixing 2 wt% of Sm 2 O 3 powder (AlN 98 wt%, Sm 2 O 3 2 wt%) with the AlN powder. In this way, the sintered body prepared by adding 2 wt% of Sm 2 O 3 powder to the AlN powder is called 'AS2'.

<실험예 9><Experimental Example 9>

AlN 분말에 Sm2O3 분말 3 wt%(AlN 97 wt%, Sm2O3 3wt%)를 혼합하여 출발원료를 준비한 것을 제외하고는 실험예 7과 동일한 공정을 적용하여 소결체를 수득하였다. 이렇게 AlN 분말에 Sm2O3 분말 3 wt%를 첨가하여 제조된 소결체를 'AS3'라 명명한다.A sintered body was obtained by applying the same process as in Experimental Example 7 except that the starting material was prepared by mixing 3 wt% of Sm 2 O 3 powder (AlN 97 wt%, Sm 2 O 3 3 wt%) with the AlN powder. Thus, the sintered body prepared by adding 3 wt% of Sm 2 O 3 powder to the AlN powder is called 'AS3'.

<실험예 10><Experimental Example 10>

AlN 분말에 Sm2O3 분말 4 wt%(AlN 96 wt%, Sm2O3 4wt%)를 혼합하여 출발원료를 준비한 것을 제외하고는 실험예 7과 동일한 공정을 적용하여 소결체를 수득하였다. 이렇게 AlN 분말에 Sm2O3 분말 4 wt%를 첨가하여 제조된 소결체를 'AS4'라 명명한다.A sintered body was obtained by applying the same process as in Experimental Example 7 except that the starting material was prepared by mixing 4 wt% of Sm 2 O 3 powder (AlN 96 wt%, Sm 2 O 3 4 wt%) with the AlN powder. Thus, the sintered body prepared by adding 4 wt% of Sm 2 O 3 powder to the AlN powder is named 'AS4'.

<실험예 11><Experimental Example 11>

AlN 분말에 Sm2O3 분말 5 wt%(AlN 95 wt%, Sm2O3 5wt%)를 혼합하여 출발원료를 준비한 것을 제외하고는 실험예 7과 동일한 공정을 적용하여 소결체를 수득하였다. 이렇게 AlN 분말에 Sm2O3 분말 5 wt%를 첨가하여 제조된 소결체를 'AS5'라 명명한다.A sintered body was obtained by applying the same process as in Experimental Example 7 except that the starting material was prepared by mixing 5 wt% of Sm 2 O 3 powder (AlN 95 wt%, Sm 2 O 3 5 wt%) with the AlN powder. Thus, the sintered body prepared by adding 5 wt% of Sm 2 O 3 powder to the AlN powder is named 'AS5'.

<실험예 12><Experimental Example 12>

AlN 분말에 Sm2O3 분말 3 wt%(AlN 94 wt%, Sm2O3 6 wt%)를 혼합하여 출발원료를 준비한 것을 제외하고는 실험예 7과 동일한 공정을 적용하여 소결체를 수득하였다. 이렇게 AlN 분말에 Sm2O3 분말 6 wt%를 첨가하여 제조된 소결체를 'AS6'라 명명한다.A sintered body was obtained by applying the same process as in Experimental Example 7 except that the starting material was prepared by mixing 3 wt% of Sm 2 O 3 powder (AlN 94 wt%, Sm 2 O 3 6 wt%) with the AlN powder. Thus, the sintered body prepared by adding 6 wt% of Sm 2 O 3 powder to the AlN powder is called 'AS6'.

<실험예 13><Experimental Example 13>

출발원료로 AlN 분말(순도 99.9%, Kojundo Chem., Japan, 평균 입경 2.4 ㎛), Y2O3 분말(순도 99.9% HWY, Korea) 및 Sm2O3 분말(순도 99.9%, Alfa Aesar, USA)을 사용하였다. As starting materials, AlN powder (purity 99.9%, Kojundo Chem., Japan, average particle diameter 2.4 μm), Y 2 O 3 powder (purity 99.9% HWY, Korea) and Sm 2 O 3 powder (purity 99.9%, Alfa Aesar, USA) ) was used.

AlN 분말에 Sm2O3 분말 2.5wt%와 Y2O3 분말 2.5 wt%(AlN 95wt%, Sm2O3 2.5wt%, Y2O3 2.5wt%)를 혼합하여 출발원료를 준비한 것을 제외하고는 실험예 7과 동일한 공정을 적용하여 소결체를 수득하였다. 이렇게 AlN 분말에 Sm2O3 분말 2.5 wt%와 Y2O3 분말 2.5 wt%를 첨가하여 제조된 소결체를 'ASY2.5'라 명명한다.Except for preparing the starting material by mixing 2.5 wt% of Sm 2 O 3 powder and 2.5 wt% of Y 2 O 3 powder (AlN 95 wt%, Sm 2 O 3 2.5 wt%, Y 2 O 3 2.5 wt%) to AlN powder Then, the same process as in Experimental Example 7 was applied to obtain a sintered body. Thus, the sintered body prepared by adding 2.5 wt% of Sm 2 O 3 powder and 2.5 wt% of Y 2 O 3 powder to AlN powder is named 'ASY2.5'.

<실험예 14><Experimental Example 14>

AlN 분말에 Sm2O3 분말 2wt%와 Y2O3 분말 3 wt%(AlN 95wt%, Sm2O3 2wt%, Y2O3 3wt%)를 혼합하여 출발원료를 준비한 것을 제외하고는 실험예 13과 동일한 공정을 적용하여 소결체를 수득하였다. 이렇게 AlN 분말에 Sm2O3 분말 2wt%와 Y2O3 분말 3 wt%를 첨가하여 제조된 소결체를 'ASY23'라 명명한다.Experiment except that the starting material was prepared by mixing 2wt% of Sm 2 O 3 powder and 3 wt% of Y 2 O 3 powder (AlN 95wt%, Sm 2 O 3 2wt%, Y 2 O 3 3wt%) to AlN powder. A sintered body was obtained by applying the same process as in Example 13. Thus, the sintered body prepared by adding 2 wt% of Sm 2 O 3 powder and 3 wt% of Y 2 O 3 powder to the AlN powder is named 'ASY23'.

<실험예 15><Experimental Example 15>

출발원료로 AlN 분말(순도 99.9%, Kojundo Chem., Japan, 평균 입경 2.4 ㎛), Y2O3 분말(순도 99.9% HWY, Korea) 및 Sm2O3 분말(순도 99.9%, Alfa Aesar, USA)을 사용하였다. As starting materials, AlN powder (purity 99.9%, Kojundo Chem., Japan, average particle diameter 2.4 μm), Y 2 O 3 powder (purity 99.9% HWY, Korea) and Sm 2 O 3 powder (purity 99.9%, Alfa Aesar, USA) ) was used.

AlN 분말에 Sm2O3 분말 3wt%와 Y2O3 분말 2 wt%(AlN 95wt%, Sm2O3 3wt%, Y2O3 2 wt%)를 혼합하여 출발원료를 준비한 것을 제외하고는 실험예 7과 동일한 공정을 적용하여 소결체를 수득하였다. 이렇게 AlN 분말에 Sm2O3 분말 3wt%와 Y2O3 분말 2 wt%를 첨가하여 제조된 소결체를 'ASY32'라 명명한다.Except for preparing the starting material by mixing 3 wt% of Sm 2 O 3 powder and 2 wt% of Y 2 O 3 powder (AlN 95 wt%, Sm 2 O 3 3 wt%, Y 2 O 3 2 wt%) to AlN powder A sintered body was obtained by applying the same process as in Experimental Example 7. Thus, the sintered body prepared by adding 3 wt% of Sm 2 O 3 powder and 2 wt% of Y 2 O 3 powder to the AlN powder is named 'ASY32'.

실험예 1 내지 실험예 15에 따라 제조된 소결체의 결정상을 분석하기 위하여 X선 분석법(SMARTLAB, Rigaku, Japan)를 이용하여 회절각은 15o ~ 90o, 10 o/min 속도로 스캔(scan) 하였다. In order to analyze the crystalline phase of the sintered body prepared according to Experimental Examples 1 to 15, the diffraction angle was 15 o ~ 90 o , 10 o /min using an X-ray analysis method (SMARTLAB, Rigaku, Japan) scan at a speed of 10 o /min. did

실험예 1 내지 실험예 15에 따라 제조된 소결체의 미세구조를 분석하기 위하여 주사전자현미경(JSM-7100F, JEOLL, Japan)을 사용하였다. A scanning electron microscope (JSM-7100F, JEOLL, Japan) was used to analyze the microstructure of the sintered body prepared according to Experimental Examples 1 to 15.

실험예 1 내지 실험예 15에 따라 제조된 소결체의 밀도는 Archimedes법을 이용하여 측정하였다. The density of the sintered body prepared according to Experimental Examples 1 to 15 was measured using the Archimedes method.

실험예 1 내지 실험예 15에 따라 제조된 소결체의 열전도도는 레이저플래쉬(laser flash)법(LFA 457, NETZSCH, Germany)를 이용하여 분석하였다. The thermal conductivity of the sintered bodies prepared according to Experimental Examples 1 to 15 was analyzed using a laser flash method (LFA 457, NETZSCH, Germany).

실험예 1 내지 실험예 15에 따라 제조된 소결체의 굽힘강도는 KS L1594의 규격에 따라 UTM(RB 301, R&B INC, Korea)를 이용하여 측정하였다. The bending strength of the sintered body prepared according to Experimental Examples 1 to 15 was measured using UTM (RB 301, R&B INC, Korea) according to the standard of KS L1594.

실험예 1 내지 실험예 15에 따라 제조된 소결체의 표면은 래핑(lapping) 후 15, 9, 6, 3, 1 ㎛ 의 다이아몬드 페이스트(diamond paste)를 사용하여 연마(polishing)한 후, 비커스 경도계(ZHU 2.5, Zwick-Roell, Germany)를 사용하여 98 N의 하중으로 경도를 측정하였다. The surfaces of the sintered bodies prepared according to Experimental Examples 1 to 15 were polished using 15, 9, 6, 3, and 1 μm diamond paste after lapping, followed by a Vickers hardness tester ( The hardness was measured using a ZHU 2.5, Zwick-Roell, Germany) under a load of 98 N.

도 1a는 실험예 1 내지 실험예 6에 따라 제조된 소결체의 X-선회절(XRD; X-ray diffraction) 분석 결과를 보여주는 도면이고, 도 1b는 실험예 7 내지 실험예 12에 따라 제조된 소결체의 X-선회절(XRD) 분석 결과를 보여주는 도면이며, 도 1c는 실험예 13 내지 실험예 15에 따라 제조된 소결체의 X-선회절(XRD) 분석 결과를 보여주는 도면이다. Figure 1a is a view showing the X-ray diffraction (XRD; X-ray diffraction) analysis results of the sintered body prepared according to Experimental Examples 1 to 6, Figure 1b is a sintered body prepared according to Experimental Examples 7 to 12 It is a view showing the X-ray diffraction (XRD) analysis results of, Figure 1c is a view showing the X-ray diffraction (XRD) analysis results of the sintered body prepared according to Experimental Examples 13 to 15.

도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 모든 시편에서 AlN의 주 결정상이 형성된 것으로 판단하였다. 실험예 1 내지 실험예 6에 따라 제조된 소결체의 경우 Y2O3 첨가량이 증가함에 따라 상대적으로 이차상 피크(peaks)가 뚜렷해지는 것으로 확인되었으며, YAG(Y3Al5O12), YAM(Y4Al2O9) 및 YAP(YAlO3)이 모두 형성된 것으로 분석되었다. 이러한 이차상은 Y2O3와 AlN 표면의 Al2O3의 반응으로 형성되었으며, 이차상의 형성과 종류는 Y2O3의 첨가량과 산소의 함량 및 소결 온도 등에 의해 결정된다. 1A to 1C , it was determined that the main crystalline phase of AlN was formed in all specimens. In the case of the sintered body prepared according to Experimental Examples 1 to 6, it was confirmed that the secondary phase peaks were relatively clear as the amount of Y 2 O 3 added increased, and YAG (Y 3 Al 5 O 12 ), YAM ( Y 4 Al 2 O 9 ) and YAP (YAlO 3 ) were both analyzed to be formed. This secondary phase was formed by the reaction of Y 2 O 3 and Al 2 O 3 on the AlN surface, and the formation and type of the secondary phase is determined by the amount of Y 2 O 3 added, the oxygen content, the sintering temperature, and the like.

실험예 7 내지 실험예 12에 따라 제조된 소결체에서 생성 가능한 이차상으로는 SmAlO3, Sm4Al2O9 등이 있는데, SmAlO3 이차상만 형성된 것으로 분석되었다. SmAlO3 상은 Sm2O와 Al2O3가 반응하여 생성되며, SmAlO3와 Sm2O3가 반응하여 Sm4Al2O9이 생성된다. Secondary phases that can be generated in the sintered body prepared according to Experimental Examples 7 to 12 include SmAlO 3 , Sm 4 Al 2 O 9 and the like, and it was analyzed that only the SmAlO 3 secondary phase was formed. The SmAlO 3 phase is generated by reacting Sm 2 O and Al 2 O 3 , and SmAlO 3 and Sm 2 O 3 reacting to form Sm 4 Al 2 O 9 .

실험예 13 내지 실험예 15에 따라 제조된 소결체(Y2O3와 Sm2O3를 동시에 첨가하여 제조된 ASY32, ASY23, ASY2.5)에서 Al2O3가 더 많이 첨가된 ASY23(실험예 14 에 따라 Sm2O3 분말 2 wt%와 Y2O3 분말 3 wt%를 첨가하여 제조된 소결체)에서는 YAG(Y3Al5O12) 상이 형성되었으며, Sm2O3가 더 많이 첨가된 ASY32(실험예 15 에 따라 Sm2O3 분말 3wt%와 Y2O3 분말 2 wt%를 첨가하여 제조된 소결체)에서는 SmAlO3 상이 주로 형성된 것으로 분석되었다.In the sintered body prepared according to Experimental Examples 13 to 15 (ASY32, ASY23, ASY2.5 prepared by simultaneously adding Y 2 O 3 and Sm 2 O 3 ), ASY23 with more Al 2 O 3 added (Experimental Example) According to 14, in the sintered body prepared by adding 2 wt% of Sm 2 O 3 powder and 3 wt% of Y 2 O 3 powder), a YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) phase was formed, and when more Sm 2 O 3 was added It was analyzed that the SmAlO 3 phase was mainly formed in ASY32 (a sintered body prepared by adding 3 wt% of Sm 2 O 3 powder and 2 wt% of Y 2 O 3 powder according to Experimental Example 15).

소결조제의 첨가량에 따른 열전도도 변화를 도 2a 및 도 2b에 나타냈다. Changes in thermal conductivity according to the amount of the sintering aid added are shown in FIGS. 2A and 2B.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 열전도도는 아래의 수식에 의해 계산된다.2A and 2B , the thermal conductivity is calculated by the following equation.

[수식][formula]

κ=α×ρ×Cp κ=α×ρ×C p

여기서 α는 소재의 열확산도, ρ는 소재의 밀도, 그리고 Cp는 열용량을 나타낸다. 모든 시편은 동일한 두께(10×10×2 mm)로 가공하여 측정하였다. 실험예 1 내지 실험예 6에 따라 제조된 소결체중에서 Y2O3의 첨가량이 5 wt%인 AY5 시편이 175 W/mK으로 가장 높은 열전도도 값을 나타냈으며, 실험예 7 내지 실험예 12에 따라 제조된 소결체 중에서 Sm2O3 첨가량이 5 wt%인 AS5 시편이 149 W/mK를 나타냈다. 실험예 13 내지 실험예 15에 따라 제조된 소결체의 경우, Sm2O3 첨가량이 3 wt%, Y2O3 첨가량이 2 wt%인 ASY32 시편에서 상대적으로 높은 154 W/mK의 열전도도를 나타냈다. Here, α is the thermal diffusivity of the material, ρ is the density of the material, and C p is the heat capacity. All specimens were processed and measured to have the same thickness (10×10×2 mm). Among the sintered compacts prepared according to Experimental Examples 1 to 6, the AY5 specimen in which the addition amount of Y 2 O 3 was 5 wt% was 175 W/mK, showing the highest thermal conductivity value, and according to Experimental Examples 7 to 12, Among the prepared sintered bodies, the AS5 specimen in which the addition amount of Sm 2 O 3 was 5 wt% exhibited 149 W/mK. In the case of the sintered compacts prepared according to Experimental Examples 13 to 15, the ASY32 specimen in which the amount of Sm 2 O 3 added was 3 wt% and Y 2 O 3 added was 2 wt%, which exhibited a relatively high thermal conductivity of 154 W/mK. .

반면, 실험예 6 및 실험예 12에 따라 제조된 소결체(소결조제를 6wt% 첨가한 경우) 모두에서 열전도도가 감소하는 경향을 나타냈는데, 이는 X-선회절 분석에서 그 이유를 확인할 수 있다. 각 소결조제를 5 wt%보다 과량으로 첨가시 이차상의 결정성이 더욱 커진 것으로 분석되어, 산화물 이차상으로부터 발생 가능한 포논 산란으로 인하여 열전도도가 감소한 것으로 분석하였다. 이차상의 형성 비율이 증가할 경우, AlN의 결정립들이 연결이 낮아지며 열전도도를 낮추는 효과를 발생시킬 수 있으며, 미세구조 분석에서 AlN의 결정립들이 연결 비율과 결정립의 크기를 확인할 수 있다. On the other hand, both of the sintered compacts prepared according to Experimental Example 6 and Experimental Example 12 (when 6wt% of a sintering aid was added) showed a tendency to decrease, which can be confirmed by X-ray diffraction analysis. When each sintering aid was added in an excess of 5 wt%, it was analyzed that the crystallinity of the secondary phase was increased, and the thermal conductivity was decreased due to phonon scattering that could occur from the oxide secondary phase. When the formation rate of the secondary phase increases, the AlN crystal grains become less connected, which can have an effect of lowering the thermal conductivity, and in the microstructure analysis, the AlN grains can confirm the connection rate and the grain size.

주사전자현미경(SEM)을 이용한 미세구조 분석을 도 3a 내지 도 5c에 나타내었다. 도 3a는 실험예 1에 따라 제조된 소결체에 대한 것이고, 도 3b는 실험예 2에 따라 제조된 소결체에 대한 것이며, 도 3c는 실험예 3에 따라 제조된 소결체에 대한 것이고, 도 3d는 실험예 4에 따라 제조된 소결체에 대한 것이며, 도 3e는 실험예 5에 따라 제조된 소결체에 대한 것이고, 도 3f는 실험예 6에 따라 제조된 소결체에 대한 것이며, 도 4a는 실험예 7에 따라 제조된 소결체에 대한 것이고, 도 4b는 실험예 8에 따라 제조된 소결체에 대한 것이며, 도 4c는 실험예 9에 따라 제조된 소결체에 대한 것이고, 도 4d는 실험예 10에 따라 제조된 소결체에 대한 것이며, 도 4e는 실험예 11에 따라 제조된 소결체에 대한 것이고, 도 4f는 실험예 12에 따라 제조된 소결체에 대한 것이며, 도 5a는 실험예 13에 따라 제조된 소결체에 대한 것이고, 도 5b는 실험예 14에 따라 제조된 소결체에 대한 것이며, 도 5c는 실험예 15에 따라 제조된 소결체에 대한 것이다.The microstructure analysis using a scanning electron microscope (SEM) is shown in FIGS. 3A to 5C. Figure 3a is for the sintered body prepared according to Experimental Example 1, Figure 3b is for the sintered body prepared according to Experimental Example 2, Figure 3c is for the sintered body prepared according to Experimental Example 3, Figure 3d is for the experimental example For the sintered body prepared according to 4, Figure 3e is for the sintered body prepared according to Experimental Example 5, Figure 3f is for the sintered body prepared according to Experimental Example 6, Figure 4a is prepared according to Experimental Example 7 For the sintered body, Figure 4b is for the sintered body prepared according to Experimental Example 8, Figure 4c is for the sintered body prepared according to Experimental Example 9, Figure 4d is for the sintered body prepared according to Experimental Example 10, 4e is for the sintered body prepared according to Experimental Example 11, FIG. 4f is for the sintered body prepared according to Experimental Example 12, FIG. 5a is for the sintered body prepared according to Experimental Example 13, and FIG. 5b is the experimental example For the sintered body prepared according to 14, Figure 5c is for the sintered body prepared according to Experimental Example 15.

도 3a 내지 도 5c를 참조하면, 실험예 1 내지 실험예 3에 따라 제조된 소결체의 경우(Y2O3 1∼3 wt%를 첨가하여 제조된 시편) 상대적으로 이차상이 적게 형성되는 것으로 분석되었으며, 전체적으로 조밀하지 않고 기공이 많은 것으로 분석되었다. 3A to 5C, in the case of the sintered body prepared according to Experimental Examples 1 to 3 (the specimen prepared by adding 1 to 3 wt% of Y 2 O 3 ), it was analyzed that a relatively small amount of secondary phase was formed. , it was analyzed that overall it was not dense and had many pores.

실험예 7 내지 실험예 9에 따라 제조된 소결체의 경우(Sm2O3 1 ~ 3 wt%를 첨가하여 제조된 시편)은 이차상이 결정립계에 존재하는 것으로 분석된 반면, 실험예 10 내지 실험예 12에 따라 제조된 소결체의 경우(Sm2O3 4 ~ 6 wt%를 첨가하여 제조된 시편) 석출되어 있는 것으로 분석되었다. 실험예 1 내지 실험예 6에 따라 제조된 소결체에 비하여 실험예 7 내지 실험예 12에 따라 제조된 소결체가 결정립의 크기와 모양이 일정하고 고르게 형성되었으며, 이차상들이 대체로 AlN 결정립 사이에 존재하여, 액상 소결이 더 원활하게 진행된 것으로 판단하였다. In the case of the sintered body prepared according to Experimental Examples 7 to 9 (specimen prepared by adding 1 to 3 wt% of Sm 2 O 3 ), the secondary phase was analyzed to exist at the grain boundary, whereas Experimental Examples 10 to 12 In the case of the sintered compact prepared according to the method (specimen prepared by adding 4 to 6 wt% of Sm 2 O 3 ), it was analyzed that it was precipitated. Compared to the sintered body prepared according to Experimental Examples 1 to 6, the sintered body prepared according to Experimental Examples 7 to 12 was formed uniformly and uniformly in size and shape of the crystal grains, and secondary phases were generally present between the AlN crystal grains, It was determined that the liquid phase sintering proceeded more smoothly.

실험예 13 내지 실험예 14에 따라 제조된 소결체의 경우 소결조제 첨가량 변화에 따른 이차상의 분포나 형태의 차이는 없는 것으로 분석되었으나, YSA32의 경우 AS5의 미세 구조와 유사한 형태를 나타냈으며 실험예 13 내지 실험예 14에 따라 제조된 소결체 중에서 가장 우수한 열전도 특성을 나타냈다.In the case of the sintered compact prepared according to Experimental Examples 13 to 14, it was analyzed that there was no difference in the distribution or shape of the secondary phase according to the change in the amount of sintering aid added, but in the case of YSA32, it showed a form similar to that of AS5, and Experimental Examples 13 to Among the sintered bodies prepared according to Experimental Example 14, the best thermal conductivity properties were exhibited.

실험예 1 내지 실험예 12에 따라 제조된 소결체의 비커스 경도를 도 6a에 나타내었고, 실험예 13 내지 실험예 15에 따라 제조된 소결체의 비커스 경도를 도 6b에 나타내었다.The Vickers hardness of the sintered body prepared according to Experimental Examples 1 to 12 is shown in FIG. 6A, and the Vickers hardness of the sintered body prepared according to Experimental Examples 13 to 15 is shown in FIG. 6B.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 실험예 7 내지 실험예 12에 따라 제조된 소결체들은 10 ~ 11 GPa의 경도값을 나타내며 Sm2O3의 첨가량 변화에 따른 차이는 거의 나타나지 않는 것으로 분석되었다. 실험예 7 내지 실험예 12에 따라 제조된 소결체의 경우 상대밀도와 SEM 표면 분석으로부터 치밀화한 소결 시편이 형성되어 경도값이 일정하게 나타난 것으로 판단하였다. 6A and 6B , the sintered compacts prepared according to Experimental Examples 7 to 12 exhibit hardness values of 10 to 11 GPa, and it was analyzed that there was hardly any difference according to the change in the amount of Sm 2 O 3 added. In the case of the sintered body prepared according to Experimental Examples 7 to 12, it was determined that a densified sintered specimen was formed from the relative density and SEM surface analysis, and thus the hardness value was uniformly displayed.

반면, 실험예 1 내지 실험예 6에 따라 제조된 소결체의 경우 SEM 분석과 밀도 분석의 결과로부터 AY2 및 AY4의 경우 다른 시편에 비하여 기공이 많고 상대 밀도도 떨어져 상대적으로 낮은 경도 값을 나타냈다. On the other hand, in the case of the sintered body prepared according to Experimental Examples 1 to 6, from the results of SEM analysis and density analysis, AY2 and AY4 had more pores and lower relative density compared to other specimens, indicating a relatively low hardness value.

실험예 13 내지 실험예 15에 따라 제조된 소결체의 경우, ASY32 시편에서 약 10.79 MPa로 가장 높은 경도값을 나타냈다. 일반적으로 AlN의 경도는 9 ~ 10 GPa 를 나타내며, Sm2O3를 첨가하였을 때 평균적으로 증가한 것으로 판단하였다. In the case of the sintered body prepared according to Experimental Examples 13 to 15, the ASY32 specimen showed the highest hardness value of about 10.79 MPa. In general, the hardness of AlN is 9 to 10 GPa, and it was determined that the average increase was when Sm 2 O 3 was added.

실험예 1 내지 실험예 12에 따라 제조된 소결체의 굽힘강도를 도 7a에 나타내었고, 실험예 13 내지 실험예 15에 따라 제조된 소결체의 굽힘강도를 도 7b에 나타내었다.The bending strength of the sintered body prepared according to Experimental Examples 1 to 12 is shown in FIG. 7A, and the bending strength of the sintered body prepared according to Experimental Examples 13 to 15 is shown in FIG. 7B.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 소결조제의 첨가량이 증가함에 따라 일반적으로 강도 값은 증가하는 것으로 분석되었다. Referring to FIGS. 7A and 7B , it was analyzed that the strength value generally increased as the amount of the sintering aid was increased.

실험예 7 내지 실험예 12에 따라 제조된 소결체는 평균 329 MPa, 실험예 1 내지 실험예 6에 따라 제조된 소결체는 평균 266 MPa의 강도 값을 나타냈다. AS5의 경우 380 MPa로 모든 그룹에서 가장 큰 값을 나타났다. SEM 분석 결과, Sm2O3의 첨가량이 증가함에 따라 결정립 사이에 형성되었던 이차상들이 석출되어 모이며, 결정립의 조밀도가 증가하여, 굽힘강도를 향상시킨 것으로 판단하였다. 따라서, 첨가된 소결조제로부터 형성되는 이차상으로 발생하는 결정립의 조밀도와 이차상의 분포가 강도값에 영향을 주는 것으로 판단하였다.The sintered compacts prepared according to Experimental Examples 7 to 12 showed an average strength value of 329 MPa, and the sintered compacts prepared according to Experimental Examples 1 to 6 had an average strength value of 266 MPa. In the case of AS5, 380 MPa was the largest value in all groups. As a result of SEM analysis, as the amount of Sm 2 O 3 added increased, secondary phases formed between grains were precipitated and gathered, and the density of grains increased, indicating that the bending strength was improved. Therefore, it was determined that the density of the grains generated as the secondary phase formed from the added sintering aid and the distribution of the secondary phase affect the strength value.

AlN 분말과 Y2O3 및 Sm2O3 분말을 소결조제로 각각 합하여 소결한 시편들의 분석 결과를 비교해 보면 각 시편들은 약 98% 이상의 소결 밀도를 나타내어 소결조제의 소결성이 우수한 것으로 판단하였다. 특히, 각 소결조제를 5 wt%를 첨가한 AY5 및 AS5 시편은 상대밀도가 가장 높은 것으로 분석되었다. 한편 XRD 분석결과, 소결조제의 첨가량이 증가함에 따라 각각의 이차상인 YAG(Y3Al5O12), YAM(Y4Al2O9), YAP(YAlO3) 및 SmAlO3 등이 형성된 것으로 분석되었다. AlN 표면에 존재하는 Al2O3와 소결조제가 반응하여 AlN 입자 내부로 이동하려는 산소(oxygen)를 포집하고 결정립계에 이차상의 형태로 존재하는 것으로 분석되었으며, 미세구조 분석을 통해 이차상의 형태와 분포를 확인하였다. 소결조제의 첨가량이 증가함에 따라서 이차상의 상대적 형성 비율이 증가하며, Sm2O3 소결조제를 첨가한 시편의 경우, Y2O3 소결조제를 첨가한 시편에 비하여 결정립의 크기와 모양이 고르게 형성된 것으로 분석되었다. AY 그룹(AY1 내지 AY6)에서는 열적 특성이 AS 그룹(AS1 내지 AS6)에서는 기계적 특성이 상대적으로 더 우수한 것으로 비교 분석되었다. ASY 그룹(ASY2.5, ASY23, ASY32)의 경우 단일 소결조제를 첨가한 경우와 비교하여 평균 이상의 특성을 나타냈다. Y2O3와 Sm2O3의 적절한 혼합 비율에 관한 연구를 진행할 경우 열전도도 특성을 일정 수준 이상으로 유지하면서 기계적 특성을 향상시킨 AlN 소재의 개발이 가능할 것으로 판단된다. 실험예들에서는 AlN 소재의 열적 기계적 특성 향상을 위하여 Y2O3와 Sm2O3 분말을 소결조제를 첨가하고 상압 소결법을 이용하여 소결체를 제조하였다. 각각의 소결조제를 첨가한 시편들 모두 97 % 이상의 상대밀도를 나타냈으며, 주 결정상은 다결정 AlN이 형성된 것으로 분석되었다. AY 그룹(AY1 내지 AY6)의 이차상은 YAG(Y3Al5O12), YAM(Y4Al2O9), YAP(YAlO3) 이었으며, AS 그룹(AS1 내지 AS6)의 이차상은 SmAlO3가 형성되었으며, ASY 그룹(ASY2.5, ASY23, ASY32)의 이차상은 YAG(Y3Al5O12)와 SmAlO3 상으로 분석되었다. 열전도도는 AY5가 175 W/mK, AS5가 149 W/mK, 그리고 ASY32가 154 W/mK으로, Y2O3의 소결조제가 열전도도 향상에 적합한 것으로 판단하였다. AS 그룹(AS1 내지 AS6)의 기계적 특성은 AY 그룹(AY1 내지 AY6)과 비교하여 평균적으로 우수한 성능을 보였으며, 이는 미세구조 분석결과 조밀한 결정립과 이차상의 분포에 의해 결정된 것으로 판단하였다. ASY 그룹(ASY2.5, ASY23, ASY32)은 단일 첨가제 특성보다는 평균적 이상의 특성을 나타냈다. 이와 같은 결과로부터 우수한 열전도도 및 기계적 특성을 갖는 AlN 소결체를 얻기 위해서는 AlN에 포함된 Al2O3의 산소량을 고려하여 적절한 비율의 Y2O3의 첨가와 함께 기계적 특성의 유지 및 향상을 위해 Sm2O3를 첨가하는 것이 바람직하다고 판단된다. 소결 시간의 제어 등을 통해서도 AlN의 열적, 기계적 특성 향상이 가능할 것으로 판단된다. When comparing the analysis results of specimens sintered by combining AlN powder with Y 2 O 3 and Sm 2 O 3 powder as a sintering aid, each specimen exhibited a sintering density of about 98% or more, indicating that the sintering aid was excellent in sintering properties. In particular, AY5 and AS5 specimens in which 5 wt% of each sintering aid was added were analyzed to have the highest relative density. On the other hand, as a result of XRD analysis, it was analyzed that each secondary phase, YAG(Y 3 Al 5 O 12 ), YAM(Y 4 Al 2 O 9 ), YAP(YAlO 3 ) and SmAlO 3 , was formed as the amount of sintering aid was increased. became It was analyzed that the Al 2 O 3 present on the AlN surface and the sintering aid reacted to collect oxygen to move into the AlN particles and existed in the form of a secondary phase at the grain boundary. The shape and distribution of the secondary phase through microstructure analysis was confirmed. As the addition amount of the sintering aid increases, the relative formation rate of the secondary phase increases, and in the case of the specimen with the Sm 2 O 3 sintering aid added, the size and shape of the crystal grains are more uniformly formed compared to the specimen with the Y 2 O 3 sintering aid added. was analyzed as In the AY group (AY1 to AY6), the thermal properties were compared and analyzed to be relatively superior in the AS groups (AS1 to AS6) in the mechanical properties. The ASY group (ASY2.5, ASY23, ASY32) showed above-average characteristics compared to the case where a single sintering aid was added. If a study on the proper mixing ratio of Y 2 O 3 and Sm 2 O 3 is conducted, it is considered that it is possible to develop an AlN material with improved mechanical properties while maintaining thermal conductivity at a certain level or higher. In the experimental examples, Y 2 O 3 and Sm 2 O 3 powder was added to a sintering aid in order to improve the thermal and mechanical properties of the AlN material, and a sintered body was prepared using the atmospheric pressure sintering method. All of the specimens to which each sintering aid was added showed a relative density of 97% or more, and it was analyzed that polycrystalline AlN was formed as the main crystalline phase. The secondary phase of the AY group (AY1 to AY6) was YAG(Y 3 Al 5 O 12 ), YAM(Y 4 Al 2 O 9 ), and YAP(YAlO 3 ), and the secondary phase of the AS group (AS1 to AS6) was SmAlO 3 was formed, and the secondary phases of the ASY group (ASY2.5, ASY23, ASY32) were analyzed as YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) and SmAlO 3 phases. The thermal conductivity of AY5 was 175 W/mK, AS5 was 149 W/mK, and ASY32 was 154 W/mK, and it was determined that the sintering aid of Y 2 O 3 was suitable for improving the thermal conductivity. The mechanical properties of the AS group (AS1 to AS6) showed superior performance on average compared to the AY group (AY1 to AY6), which was determined by the distribution of dense grains and secondary phases as a result of microstructure analysis. ASY group (ASY2.5, ASY23, ASY32) showed above-average characteristics rather than single additive characteristics. From these results, in order to obtain an AlN sintered body having excellent thermal conductivity and mechanical properties, considering the oxygen content of Al 2 O 3 contained in AlN, the addition of Y 2 O 3 in an appropriate ratio and Sm to maintain and improve mechanical properties It is judged that it is preferable to add 2 O 3 . It is judged that the thermal and mechanical properties of AlN can be improved by controlling the sintering time.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.As mentioned above, although preferred embodiments of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible by those skilled in the art.

Claims (12)

다결정 AlN이 주 결정상을 이루고 YAG(Y3Al5O12)와 SmAlO3가 이차상을 이루고 있는 질화알루미늄 소결체로서,
상기 질화알루미늄 소결체는 97%보다 높은 상대밀도를 나타내고,
상기 질화알루미늄 소결체는 130 W/mK보다 높은 열전도도를 나타내며,
상기 질화알루미늄 소결체는 9.5 GPa보다 높은 비커스 경도를 나타내는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 소결체.
As an aluminum nitride sintered body in which polycrystalline AlN forms a main crystalline phase and YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) and SmAlO 3 form a secondary phase,
The aluminum nitride sintered body exhibits a relative density higher than 97%,
The aluminum nitride sintered body exhibits thermal conductivity higher than 130 W/mK,
The aluminum nitride sintered body is an aluminum nitride sintered body, characterized in that it exhibits a Vickers hardness higher than 9.5 GPa.
삭제delete 삭제delete 삭제delete AlN 분말, Y2O3 분말 및 Sm2O3 분말을 혼합하는 단계;
상기 AlN 분말, 상기 Y2O3 분말 및 상기 Sm2O3 분말의 혼합 분말을 성형하는 단계; 및
성형된 결과물을 소결하여 AlN 소결체를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 혼합 분말은 상기 Y2O3 분말 0.1∼5중량% 및 상기 Sm2O3 분말 0.1∼5중량%를 함유하고,
상기 AlN 소결체는 다결정 AlN이 주 결정상을 이루고 YAG(Y3Al5O12)와 SmAlO3가 이차상을 이루고 있는 질화알루미늄 소결체로서,
상기 질화알루미늄 소결체는 97%보다 높은 상대밀도를 나타내고,
상기 질화알루미늄 소결체는 130 W/mK보다 높은 열전도도를 나타내며,
상기 질화알루미늄 소결체는 9.5 GPa보다 높은 비커스 경도를 나타내는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 소결체의 제조방법.
mixing AlN powder, Y 2 O 3 powder and Sm 2 O 3 powder;
forming a mixed powder of the AlN powder, the Y 2 O 3 powder, and the Sm 2 O 3 powder; and
sintering the molded product to form an AlN sintered body,
The mixed powder contains 0.1 to 5% by weight of the Y 2 O 3 powder and 0.1 to 5% by weight of the Sm 2 O 3 powder,
The AlN sintered body is an aluminum nitride sintered body in which polycrystalline AlN forms a main crystalline phase and YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) and SmAlO 3 form a secondary phase,
The aluminum nitride sintered body exhibits a relative density higher than 97%,
The aluminum nitride sintered body exhibits thermal conductivity higher than 130 W/mK,
The aluminum nitride sintered body is a method of manufacturing an aluminum nitride sintered body, characterized in that it exhibits a Vickers hardness higher than 9.5 GPa.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제5항에 있어서, 상기 성형은,
혼합 분말을 가압 성형하는 단계; 및
가압 성형된 결과물을 냉간정수압성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 소결체의 제조방법.
According to claim 5, wherein the molding,
pressure molding the mixed powder; and
A method for producing an aluminum nitride sintered body comprising the step of cold isostatic forming the resultant press-molded.
제9항에 있어서, 상기 가압 성형은 30∼50 MPa의 압력으로 수행하고,
상기 냉간정수압성형은 150∼250 MPa의 압력으로 수행하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 소결체의 제조방법.
10. The method of claim 9, wherein the pressure molding is performed at a pressure of 30-50 MPa,
The cold hydrostatic pressure forming is a method of manufacturing an aluminum nitride sintered body, characterized in that performed at a pressure of 150 to 250 MPa.
제5항에 있어서, 상기 소결은 1700∼1900℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 소결체의 제조방법.
The method of claim 5, wherein the sintering is performed at a temperature of 1700 to 1900°C.
제5항에 있어서, 상기 소결은 비활성 가스 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 소결체의 제조방법.The method of claim 5, wherein the sintering is performed in an inert gas atmosphere.
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