KR20140072301A - High strength Aluminum Nitride ceramics and the method of low temperature sintering thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an aluminum nitride sintered body and a manufacturing method thereof, wherein the aluminum nitride sintered body is obtained by sintering a sintered material including: a transition metal oxide; a lithium source which can be converted to lithium oxide by sintering; and an alkaline earth metal oxide or rare earth metal oxide and aluminum nitride (AlN). The aluminum nitride (AlN) obtained by the present invention can be sintered at low temperatures, thereby providing improved mechanical characteristics.

Description

고강도 질화알루미늄(AlN) 소결체 및 이의 저온 소결방법{High strength Aluminum Nitride ceramics and the method of low temperature sintering thereof}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high strength aluminum nitride (AlN) sintered body and a low temperature sintering method thereof,

본 발명은 저온소결이 가능하며, 고열전도성 및 고강도 질화알루미늄(AlN) 소결체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 특히 기계적 특성이 우수하며 고열전도성을 가짐으로써 PCB 기판소재, 방열판, 기계부품 등 다양한 용도에 적용이 가능한 질화알루미늄(AlN) 소결체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-temperature and high-strength aluminum nitride (AlN) sintered body capable of low-temperature sintering, and a method of manufacturing the same. Especially, it has excellent mechanical properties and high thermal conductivity. (AlN) sintered body and a method of manufacturing the same.

세라믹스 소결체는 종래의 금속재료와 비교하여 강도, 내열성, 내식성, 내마모성, 경량성 등의 제반 특성이 우수하여 반도체 기판, 전자 기기 재료, 고속 절삭 공구용 재료, 노즐, 베아링 등의 높은 온도, 응력, 마모조건 하에서 사용되는 기계 부품, 기능 부품, 구조재나 장식품 재료로서 널리 이용 되고 있다.Ceramics sintered bodies are superior to conventional metal materials in terms of strength, heat resistance, corrosion resistance, abrasion resistance, light weight, and the like, and can be used for high temperature, stress, It is widely used as a mechanical part, a functional part, a structural material or a decorative material used under wear conditions.

일반적으로 사용되고 있는 세라믹스 소결체용 세라믹 소재로는 질화알루미늄(AIN), 산화알루미늄(Al2O3), 산화 베릴륨(BeO), 탄화 규소(SiC), 질화 규소(Si3N4) 등이 있으며, 낮은 생산원가로 인해 산화알루미늄이 산업적으로 많이 생산되고 있다. Examples of ceramics for ceramics sintered ceramics generally used include aluminum nitride (AIN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), beryllium oxide (BeO), silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ) Due to low production costs, aluminum oxide is being produced industrially.

한편, 질화알루미늄(AlN)은 양호한 열전도성을 갖는 절연체로서, 낮은 유전상수와 유전 손실, 실리콘(Si)과 유사한 열팽창 계수의 특성을 포함하여 고집적화시킨 반도체 장치의 방열판이나 기판으로서 그의 용도를 넓히고 있다. On the other hand, aluminum nitride (AlN) is an insulator having good thermal conductivity, and its use as a heat sink or substrate of a highly integrated semiconductor device including characteristics of low dielectric constant, dielectric loss, and thermal expansion coefficient similar to silicon .

상기 질화알루미늄(AlN)은 난소결성(sinter-resisting) 세라믹으로 고밀도의 소결체 제조와 소결 온도를 낮추기 위하여 산화이트륨(Y2O3) 산화칼슘(CaO) 등과 같은 희토류 금속 산화물, 알칼리 토금속 등을 소결조제로서 사용하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다. 그러나 일반적으로 질화알루미늄(AlN)의 소결온도는 1800 ℃ 이상의 고온으로 알루미나에 비해 소결하기 어렵고, 이에 따른 많은 소결에너지가 필요하며, 가격이 비싸다는 문제점을 가지고 있다. The above-described aluminum nitride (AlN) is sinter-resisting ceramics, and sintered rare earth metal oxides such as yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and calcium oxide (CaO), alkaline earth metals and the like in order to manufacture a high- A method for use as a preparation is generally used. However, in general, the sintering temperature of aluminum nitride (AlN) is higher than 1800 ° C., and thus it is difficult to sinter the alumina as compared with alumina. Accordingly, a large amount of sintering energy is required and the cost is high.

상기 질화알루미늄(AlN) 소결체에 관한 종래 기술로서, 등록특허공보 제 10-1996-0703766호에서는 희토류 금속 산화물로 이루어진 소결조제와 유리프릿트 및 B, Na, K, Ca, Mn, W 등의 산화물을 첨가제로 하는 소결체의 제조방법에 대해 기재되어 있고, 또한 공개특허공보 제 10-2010-0112712호에서는 내부에 다수의 나노 기공이 형성되어있는 질화알루미늄(AlN) 원료 분말과 이트륨 알콕사이드, 염화이트륨, 질화이트룸, 황화이트룸 및 칼슘 알콕사이드 등을 포함하는 소결 조제를 소결함으로써 얻어지는 질화알루미늄(AlN) 소결체에 관한 기술이 기재되어 있다. As a conventional art relating to the aluminum nitride (AlN) sintered body, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-1996-0703766 discloses a sintering aid composed of a rare earth metal oxide, a glass frit and an oxide such as B, Na, K, Ca, Discloses a method of producing a sintered body using an aluminum nitride (AlN) raw material powder in which a plurality of nano pores are formed, a yttrium alkoxide, a yttrium chloride, (AlN) sintered body obtained by sintering a sintering auxiliary including a vagina white room, a sulfur white room, and a calcium alkoxide.

또한 공개특허공보 제 10-2010-0088479호에서는 산화이트륨과 산화크롬의 소결 조제와 질화알루미늄(AlN) 원료 분말을 1700 ~ 1800 ℃의 소결 온도에서 소결함으로써 얻어지는, 높은 열전도성을 나타내는 질화알루미늄(AlN) 소결체에 관한 기술이 기재되어 있다. Also, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2010-0088479, aluminum nitride (AlN) exhibiting high thermal conductivity, which is obtained by sintering a sintering aid of yttrium oxide and chromium oxide and an aluminum nitride (AlN) raw material powder at a sintering temperature of 1700 to 1800 ° C, ) Discloses a technique relating to a sintered body.

그러나 현재까지 상기와 같은 종래기술을 포함하여, 질화알루미늄(AlN) 소결체 제조과정에서 저온 소결을 위한 방안으로서 희토류 금속 산화물이나 알칼리 토금속 산화물을 소결조제로서 사용하는 다양한 방법들이 제시되었지만, 산업계에서 요구하는 물성을 충족시키기 위해 저온에서 소결이 가능하며 기계적 강도가 우수한 질화알루미늄(AlN) 소결체 제조를 위한 연구의 필요성은 지속적으로 증대되고 있는 실정이다. However, various methods of using a rare earth metal oxide or an alkaline earth metal oxide as a sintering assistant as a method for low temperature sintering in the process of manufacturing an aluminum nitride (AlN) sintered body including the above-described conventional techniques have been proposed to date, In order to satisfy the physical properties, the necessity of research for manufacturing aluminum nitride (AlN) sintered body capable of sintering at low temperature and having excellent mechanical strength is continuously increasing.

등록특허공보 제 10-1996-0703766호(1999.05.25)Patent Registration No. 10-1996-0703766 (May 25, 1999) 공개특허공보 제 10-2010-0112712호(2010.10.20)Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2010-0112712 (Oct. 20, 2010) 공개특허공보 제 10-2010-0088479호(2010.08.09)Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2010-0088479 (Aug.

이에, 본 발명은 저온에서 소결이 가능하며 보다 향상된 기계적 특성을 가지는 질화알루미늄 소결체를 제공하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the present invention provides an aluminum nitride sintered body capable of sintering at a low temperature and having improved mechanical properties.

또한 본 발명은 우수한 기계적 특성을 가지며 저온 소결 가능한 상기 질화알루미늄(AIN) 소결체를 제조하기 위한 신규한 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 발명의 특징으로 한다. It is another feature of the present invention to provide a novel manufacturing method for producing the aluminum nitride (AIN) sintered body having excellent mechanical properties and capable of low temperature sintering.

본 발명은 a) 전이금속 산화물; b) 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스; 및 c) 알칼리 토금속 산화물 또는 희토류 금속 산화물;을 포함하는 소결 조제와 질화알루미늄(AlN) 원료 분말을 포함하는 조성물을 소결함으로써 얻어지는 질화알루미늄(AlN) 소결체를 제공한다. A) a transition metal oxide; b) a lithium source which can be sintered and converted to lithium oxide; (AlN) sintered body obtained by sintering a composition comprising a sintering assistant and an aluminum nitride (AlN) raw material powder, which comprises c) an alkaline earth metal oxide or a rare earth metal oxide.

또한 본 발명은 a) 전이 금속 산화물; b) 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스; 및 c) 알칼리 토금속 산화물 또는 희토류 금속 산화물;을 포함하는 소결 조제, 질화알루미늄(AlN) 원료 분말 및 바인더를 포함하는 조성물로 이루어지는 시트를 소결함으로써 얻어지는 질화알루미늄(AlN) 소결체를 제공한다.The present invention also relates to a process for the preparation of a) a transition metal oxide; b) a lithium source which can be sintered and converted to lithium oxide; (AlN) sintered body obtained by sintering a sheet composed of a composition including a cobalt sintering aid, a sintering aid, an aluminum nitride (AlN) raw material powder and a binder, and c) an alkaline earth metal oxide or a rare earth metal oxide.

또한 본 발명은 질화알루미늄(AlN) 소결체의 열전도율이 50 W/mk 이상이고, 굽힘 강도는 300 MPa 이상의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄(AlN) 소결체를 제공한다. The present invention also provides an aluminum nitride (AlN) sintered body, wherein the aluminum nitride (AlN) sintered body has a thermal conductivity of 50 W / mk or more and a bending strength of 300 MPa or more.

또한 본 발명은 a) 질화알루미늄(AlN)의 원료 분말과 전이금속 산화물; 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스; 및 알칼리 토금속 산화물 또는 희토류 금속 산화물;로 이루어지는 원료물질을 준비하는 단계; b) 상기 원료물질을 용매와 함께 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계; c) 상기 슬러리를 건조하고 이를 성형하여 얻어진 분말을 소결 반응기에 투입하는 단계; 및 d) 상기 반응기의 온도를 승온하여 1600 ℃ 이하에서 소결시키는 단계;를 포함하는 질화알루미늄(AlN) 소결체의 제조방법을 제공한다. The present invention also relates to a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a) a raw material powder of aluminum nitride (AlN) and a transition metal oxide; A lithium source that can be sintered and converted to lithium oxide; And an alkaline earth metal oxide or a rare earth metal oxide; b) mixing the raw material with a solvent to form a slurry; c) drying the slurry, molding the slurry, and introducing the powder into a sintering reactor; And d) sintering the reactor at a temperature of 1600 ° C or less by raising the temperature of the reactor. The present invention also provides a method of manufacturing an aluminum nitride (AlN) sintered body.

또한 본 발명은 a) 질화알루미늄(AlN)의 원료 분말과 전이금속 산화물; 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스; 및 알칼리 토금속 산화물 또는 희토류 금속 산화물;로 이루어지는 원료물질을 준비하는 단계; b) 상기 원료물질을 바인더와 함께 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계; c) 상기 슬러리를 주입성형(slip casting)하여 시트를 제작하고 이에 의해 얻어지는 성형체 시트(Green sheet)를 소결 반응기에 투입하는 단계; 및 d) 상기 반응기의 온도를 승온하여 소결시키는 단계;를 포함하는 질화알루미늄(AlN) 소결체의 또 다른 제조방법을 제공한다. The present invention also relates to a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a) a raw material powder of aluminum nitride (AlN) and a transition metal oxide; A lithium source that can be sintered and converted to lithium oxide; And an alkaline earth metal oxide or a rare earth metal oxide; b) mixing the raw material with a binder to form a slurry; c) slip casting the slurry to prepare a sheet, and injecting a green sheet into the sintering reactor; And d) heating and sintering the temperature of the reactor. The present invention also provides another method for producing an aluminum nitride (AlN) sintered body.

상기 본 발명에서 얻어지는 질화알루미늄(AlN) 소결체는 전이금속 산화물과 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스를, 희토류 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물과 혼합하여 소결 조제로 사용함으로써, 소결 중 이차상이 형성되는 온도를 낮추어 종래 기술로 제조된 질화알루미늄(AlN) 소결체와 대비하여 저온 소결이 가능하다. The aluminum nitride (AlN) sintered body obtained in the present invention can be obtained by mixing a lithium source, which can be converted into lithium oxide by sintering with a transition metal oxide, with a rare earth metal oxide or an alkaline earth metal oxide to form a secondary phase during sintering The sintered body can be sintered at a low temperature in comparison with the aluminum nitride (AlN) sintered body manufactured by the prior art.

또한 본 발명에 의해 제조되는 질화알루미늄(AlN) 소결체는 보다 향상된 기계적 특성 및 고열전도성의 특징을 가질 수 있다. In addition, the aluminum nitride (AlN) sintered body produced by the present invention can have further improved mechanical properties and high thermal conductivity characteristics.

도 1은 본 발명에 따른 질화알루미늄(AlN) 소결체의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 질화알루미늄(AlN) 소결체의 소결온도 변화에 따른 질화알루미늄(AlN) 소결체의 상대밀도 평가를 나타낸 그래프를 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예의 질화알루미늄(AlN) 소결체의 소결온도 변화에 따른 질화알루미늄(AlN) 소결체의 열전도도 평가를 나타낸 그래프를 도시한 그림이다.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 질화알루미늄(AlN) 소결체의 소결온도 변화에 따른 질화알루미늄(AlN) 소결체의 굽힘 강도 평가를 나타낸 그래프를 도시한 그림이다.
도 5는 본 발명에 따른 또 다른 일 실시예에 의해 얻어지는 질화알루미늄(AlN) 소결체의 소결온도 변화에 따른 질화알루미늄(AlN) 소결체의 상대밀도 평가를 나타낸 그래프를 도시한 그림이다.
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 일 실시예에 의해 얻어지는 질화알루미늄(AlN) 소결체의 소결온도 변화에 따른 질화알루미늄(AlN) 소결체의 열전도도 평가를 나타낸 그래프를 도시한 그림이다.
도 7은 본 발명에 따른 또 다른 일 실시예에 의해 얻어지는 질화알루미늄(AlN) 소결체의 소결온도 변화에 따른 질화알루미늄(AlN) 소결체의 굽힘 강도 평가를 나타낸 그래프를 도시한 그림이다.
도 8은 본 발명에 따른 또 다른 일 실시예에 의해 얻어지는 질화알루미늄(AlN) 소결체의 소결온도 변화에 따른 질화알루미늄(AlN) 소결체의 상대밀도 평가를 나타낸 그래프를 도시한 그림이다.
도 9는 본 발명에 따른 또 다른 일 실시예에 의해 얻어지는 질화알루미늄(AlN) 소결체의 소결 조제의 변화에 따른 질화알루미늄(AlN) 소결체의 주사전자현미경 사진이다.
도 10은 본 발명에 따른 또 다른 일 실시예에 의해 얻어지는 질화알루미늄(AlN) 소결체의 소결 조제의 변화에 따른 질화알루미늄(AlN) 소결체의 굽힘 강도 평가를 나타낸 그래프를 도시한 그림이다.
1 is a flowchart schematically showing a method of producing an aluminum nitride (AlN) sintered body according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relative density evaluation of an aluminum nitride (AlN) sintered body according to a sintering temperature change of an aluminum nitride (AlN) sintered body according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a thermal conductivity evaluation of an aluminum nitride (AlN) sintered body according to a sintering temperature change of an aluminum nitride (AlN) sintered body according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the evaluation of bending strength of an aluminum nitride (AlN) sintered body according to a sintering temperature change of an aluminum nitride (AlN) sintered body according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the relative density evaluation of an aluminum nitride (AlN) sintered body according to a sintering temperature change of an aluminum nitride (AlN) sintered body obtained according to another embodiment of the present invention.
6 is a graph showing a thermal conductivity evaluation of an aluminum nitride (AlN) sintered body according to a sintering temperature change of an aluminum nitride (AlN) sintered body obtained according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the evaluation of bending strength of an aluminum nitride (AlN) sintered body according to a sintering temperature change of an aluminum nitride (AlN) sintered body obtained according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the relative density evaluation of an aluminum nitride (AlN) sintered body according to a sintering temperature change of an aluminum nitride (AlN) sintered body obtained according to another embodiment of the present invention.
9 is a scanning electron microscope (SEM) image of an aluminum nitride (AlN) sintered body according to a change in sintering aid of an aluminum nitride (AlN) sintered body obtained by another embodiment according to the present invention.
10 is a graph showing the evaluation of bending strength of an aluminum nitride (AlN) sintered body according to changes in sintering aids of an aluminum nitride (AlN) sintered body obtained by another embodiment according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 사이즈나 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이고, 특징적 구성이 드러나도록 공지의 구성들은 생략하여 도시하였으므로 도면으로 한정하지는 아니한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings of the present invention, the sizes and dimensions of the structures are enlarged or reduced from the actual size in order to clarify the present invention, and the known structures are omitted so as to reveal the characteristic features, and the present invention is not limited to the drawings . DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid obscuring the subject matter of the present invention.

본 발명은, 종래의 질화알루미늄(AlN) 소결체보다 기계적 특성이 우수하며 고열전도성을 가지고 저온 소결이 가능한 질화알루미늄(AlN) 소결체를 제공하기 위해, a) 전이금속 산화물; b) 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스; 및 c) 알칼리 토금속 산화물 또는 희토류 금속 산화물;을 포함하는 소결 조제와 질화알루미늄(AlN) 원료 분말을 포함하는 조성물을 소결함으로써 얻어지는 질화알루미늄(AlN) 소결체를 제공한다. In order to provide an aluminum nitride (AlN) sintered body having superior mechanical properties and high thermal conductivity and being capable of low temperature sintering compared to a conventional sintered aluminum nitride (AlN) sintered body, b) a lithium source which can be sintered and converted to lithium oxide; (AlN) sintered body obtained by sintering a composition comprising a sintering assistant and an aluminum nitride (AlN) raw material powder, which comprises c) an alkaline earth metal oxide or a rare earth metal oxide.

또한 본 발명은 a) 전이 금속 산화물; b) 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스; 및 c) 알칼리 토금속 산화물 또는 희토류 금속 산화물;을 포함하는 소결 조제, 질화알루미늄(AlN) 원료 분말 및 바인더를 포함하는 조성물로 이루어지는 시트를 소결함으로써 얻어지는 질화알루미늄(AlN) 소결체를 제공한다.The present invention also relates to a process for the preparation of a) a transition metal oxide; b) a lithium source which can be sintered and converted to lithium oxide; (AlN) sintered body obtained by sintering a sheet composed of a composition including a cobalt sintering aid, a sintering aid, an aluminum nitride (AlN) raw material powder and a binder, and c) an alkaline earth metal oxide or a rare earth metal oxide.

본 발명에서 상기 a) 전이금속 산화물은 화학식 MxOy 로 표시되는 것을 특징으로 하며, 상기 전이금속 M은 주기율표상의 전이금속에 해당하면 주기 또는 족에 상관없이 적용가능하나, 상기 전이금속 M은 바람직하게는 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg, 및 Cn 으로부터 선택되는 어느 하나의 전이금속일 수 있다. 단, 상기 X 및 Y는 각각 0 < X < 4 및 0 < Y < 6을 만족하는 실수일 수 있다. In the present invention, the transition metal oxide (a) is represented by the formula M x O y , wherein the transition metal M is applicable to the transition metal on the periodic table irrespective of the period or group, Preferably, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Lu, Hf, Ta, , Ir, Pt, Au, Hg, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg and Cn. However, X and Y may be real numbers satisfying 0 < X < 4 and 0 < Y <

또한, 본 발명에서 상기 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스는 탄산리튬, 수산화리튬, 할로겐화 리튬, 유기산 리튬, Li2O 및 LiAlO2 로부터 선택되는 어느 하나가 사용될 수 있다. In the present invention, the lithium source which can be converted into lithium oxide by sintering may be selected from lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium halide, lithium organic acid, Li 2 O and LiAlO 2 .

상기 할로겐화 리튬으로서는 LiCl, LiBr, LiI 및 LiF 중 어느 하나가 될 수 있고, 상기 유기산 리튬으로서는 리튬아세테이트, 리튬 프로피오네이트와 같은 리튬 카르복실산 염이 가능하다. The lithium halide may be any one of LiCl, LiBr, LiI and LiF, and the organic acid lithium may be a lithium carboxylate such as lithium acetate or lithium propionate.

이밖에도 소결반응에 의해 산소와 리튬이 결합됨으로써 리튬 산화물을 형성할 수 있는 물질이면 종류에 상관없이 사용할 수 있다. In addition, any material that can form lithium oxide by bonding oxygen and lithium by sintering reaction can be used regardless of the kind.

또한 본 발명에서 상기 알칼리 토금속 산화물은 주기율표의 2족 원소인 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.In the present invention, the alkaline earth metal oxide may be any one selected from the group consisting of Be, Mg, Ca, Sr, Ba and Ra, which are Group 2 elements of the periodic table.

또한 본 발명에서 상기 희토류 금속 산화물은 화학식 ZxOy으로 표시되며, Z는 Sc, Y, La, Ce, Sm, Pr, Nd, Pm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, 및 Lu 로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 여기서 상기 X 및 Y는 각각 0 < X < 4 및 0 < Y < 6을 만족하는 실수일 수 있다. In the present invention, the rare earth metal oxide is represented by the formula Z x O y , where Z is at least one element selected from Sc, Y, La, Ce, Sm, Pr, Nd, Pm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Yb, and Lu, wherein X and Y may be real numbers satisfying 0 <X <4 and 0 <Y <6, respectively.

본 발명에서 상기 전이금속 산화물과 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스 대신에, 화학식 LiMwOz 로 표시되는 리튬-전이금속 복합 산화물이 소결조제로서 사용될 수 있으며, 여기서 상기 W 및 Z는 각각 0 < W < 4, 0 < Z < 6을 만족하는 실수일 수 있다. In the present invention, a lithium-transition metal composite oxide represented by the formula LiM w O z may be used as a sintering aid instead of a lithium source which can be converted to lithium oxide by sintering with the transition metal oxide, wherein W and Z are May be a real number satisfying 0 < W < 4 and 0 < Z <

본 발명의 상기 질화알루미늄(AlN)의 원료 분말의 함량은 전체 함량의 80 내지 99 wt%이고, 바람직하게는 85 내지 98 wt%이다. The content of the raw material powder of aluminum nitride (AlN) of the present invention is 80 to 99 wt%, preferably 85 to 98 wt% of the total content.

상기 질화알루미늄(AlN)의 원료 분말의 함량이 80 wt% 보다 낮은 경우에는 소결 조제의 함량이 높아져서 소결온도가 높아질 수 있는 단점이 있고, 원료 분말의 함량이 99 wt% 보다 높은 경우에는 소결 조제가 거의 첨가가 되지 않은 상태로 저온 소결을 이루기가 어렵고, 질화알루미늄(AlN) 소결체의 제조과정시 소결온도가 1900℃ 이상의 고온 소결에서 가능하거나 또는 핫 프레스(hot press)에서 압력을 주어서 고온에서 소결)을 하는 식의 방법을 이용해야 하는 단점이 있어 상기와 같은 범위의 조성을 갖는 것이 바람직하다. If the content of the raw material powder of aluminum nitride (AlN) is lower than 80 wt%, the content of the sintering assistant becomes high and the sintering temperature becomes high. When the content of the raw material powder is higher than 99 wt% It is difficult to achieve low-temperature sintering in a state of almost no addition, and it is possible to sinter at a high temperature by sintering at a sintering temperature of 1900 ° C or higher during the manufacturing process of the aluminum nitride (AlN) sintered body or by applying pressure in a hot press. It is preferable to use the method of the above-mentioned formula.

또한 본 발명에서 상기 전이금속 산화물의 함유량은 전체 조성물 총 함량의 0.1 내지 10 wt% 이고, 바람직하게는 0.3 내지 3 wt% 가 바람직하다. In the present invention, the content of the transition metal oxide is preferably 0.1 to 10 wt%, more preferably 0.3 to 3 wt% of the total composition.

또한 본 발명에서 상기 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스 함량은 소결되어 얻어지는 리튬 산화물(Li2O)을 기준으로 전체 함량의 0.1 내지 10 wt%이고, 바람직하게는 0.3 내지 5 wt% 가 바람직하다. 상기 리튬소스는 리튬 산화물을 기준으로 상기 범위이상을 첨가하는 경우에 액상 소결시 생성되는 액상의 양이 많아져서 오히려 소결성을 떨어뜨릴 수 있고 소결체 표면으로 액상이 넘치는 현상이 일어 날 수 있다.In the present invention, the content of the lithium source which can be converted into lithium oxide by sintering is 0.1 to 10 wt%, preferably 0.3 to 5 wt%, based on the total amount of lithium oxide (Li 2 O) obtained by sintering . When the lithium source is added in an amount exceeding the above range on the basis of lithium oxide, the amount of the liquid phase produced during the liquid phase sintering increases, and the sinterability may be lowered, and the liquid phase may overflow on the surface of the sintered body.

또한, 본 발명에서 상기 알칼리 토금속 산화물; 또는 희토류 금속 산화물; 에서 선택되는 어느 하나의 성분의 함량은 전체 함량의 0.5 내지 10 wt%이며, 바람직하게는 1 내지 8 wt% 가 바람직하다. 여기에서 전체 함량은 질화알루미늄(AlN)의 원료 분말 및 소결 조제로 사용되는 산화물의 총 함량을 의미한다. Further, in the present invention, the alkaline earth metal oxide; Or rare earth metal oxides; Is 0.5 to 10 wt%, preferably 1 to 8 wt%, of the total content. Here, the total content means the total content of the raw material powder of aluminum nitride (AlN) and the oxide used as the sintering aid.

본 발명의 상기 소결조제로서 사용되는 성분인 전이금속 산화물;과 리튬 소스; 및 알칼리 토금속 산화물 또는 희토류 금속 산화물;의 과도한 사용은 질화알루미늄(AlN) 결정입자의 열전도도는 높아지질 수 있지만 낮은 열전도도를 갖는 이차상이 많이 형성됨으로 소결조제의 양에 따라 열전도도가 증가하였다가 감소하는 경향이 나타날 수 있다. 따라서 상기 소결 조제의 함량이 상기 범위일 때 소결 시 활성이 우수할 수 있다. A transition metal oxide, which is a component used as the sintering aid of the present invention; and a lithium source; And excessive use of an alkaline earth metal oxide or a rare earth metal oxide may increase the thermal conductivity of the aluminum nitride (AlN) crystal grains, but the secondary phase having a low thermal conductivity is formed in a large amount, thereby increasing the thermal conductivity according to the amount of the sintering aid A decrease tendency may appear. Therefore, when the content of the sintering aid is within the above range, the activity during sintering may be excellent.

본 발명에 의해 얻어지는 질화알루미늄(AlN) 소결체는 열전도율이 50 W/mk이며, 바람직하게는 60 W/mk이상이고, 굽힘 강도는 300 MPa 이상이며, 바람직하게는 400 MPa 이상의 값을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.The sintered aluminum nitride (AlN) sintered body obtained by the present invention has a thermal conductivity of 50 W / mk, preferably 60 W / mk or more, a bending strength of 300 MPa or more, and preferably 400 MPa or more can do.

또한 본 발명에서 질화알루미늄(AlN) 소결체의 제조방법은 도 1에 기재된 바와 같은 방법으로 질화알루미늄(AlN) 소결체를 제조할 수 있다.In the present invention, the aluminum nitride (AlN) sintered body can be produced by a method as described in FIG.

상기 본 발명에서, 질화알루미늄(AlN) 소결체의 제조방법은, a) 질화알루미늄(AlN)의 원료 분말과 전이금속 산화물; 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스; 및 알칼리 토금속 산화물 또는 희토류 금속 산화물; 로 이루어지는 원료물질을 준비하는 단계; b) 상기 원료물질을 용매와 함께 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계; c) 상기 슬러리를 건조하고 이를 성형하여 얻어진 분말을 소결 반응기에 투입하는 단계; 및 d) 상기 반응기의 온도를 승온하여 소결시키는 단계;를 포함할 수 있다. In the present invention, a method for producing an aluminum nitride (AlN) sintered body comprises: a) a step of preparing a raw material powder of aluminum nitride (AlN) and a transition metal oxide; A lithium source that can be sintered and converted to lithium oxide; And alkaline earth metal oxides or rare earth metal oxides; Preparing a raw material comprising b) mixing the raw material with a solvent to form a slurry; c) drying the slurry, molding the slurry, and introducing the powder into a sintering reactor; And d) heating and sintering the temperature of the reactor.

본 발명의 원료물질 준비단계 a)에서 질화알루미늄(AlN) 원료 분말, 전이금속 산화물; 과 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스; 및 알칼리 토금속 산화물 또는 희토류 금속 산화물은 앞서 기재한 바와 같이, 상기 질화알루미늄(AlN)의 원료 분말의 함유량은 전체 함량의 85 내지 98 wt%이고, 상기 전이금속 산화물의 함유량은 전체 함량의 0.1 내지 10 wt%이며, 상기 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스 함유량은 소결되어 얻어지는 리튬 산화물(Li2O)을 기준으로 전체 함량의 0.1 내지 10 wt%이며, 상기 알칼리 토금속 산화물; 또는 희토류 금속 산화물; 에서 선택되는 어느 하나의 함량은 전체 함량의 0.5 내지 10 wt% 의 함량을 가질 수 있다.In the raw material preparation step a) of the present invention, an aluminum nitride (AlN) raw material powder, a transition metal oxide; A lithium source that can be converted to lithium oxide by sintering; And the alkaline earth metal oxide or the rare earth metal oxide, as described above, the content of the raw material powder of aluminum nitride (AlN) is 85 to 98 wt% of the total content, and the content of the transition metal oxide is 0.1 to 10 wt.%, and the content of the lithium source which can be converted into lithium oxide by sintering is 0.1 to 10 wt% based on the total amount of lithium oxide (Li 2 O) obtained by sintering, and the alkaline earth metal oxide; Or rare earth metal oxides; May have an amount of 0.5 to 10 wt% of the total content.

본 발명의 슬러리 형성단계인 b) 단계에서, 상기 슬러리를 형성하는 단계는 원료물질과 용매를 혼합하고 이를 포함하는 전체 혼합물을 볼밀을 통해 분쇄하여 슬러리가 형성되도록 할 수 있다. In the step b) of forming the slurry of the present invention, the slurry may be formed by mixing a raw material and a solvent and pulverizing the entire mixture containing the raw material and the slurry through a ball mill.

보다 자세하게는, 상기 용매로는 증류수, 에탄올, 메탄올, 이소프로판올 등의 알코올, 탄화수소, 아세톤, 메틸에틸케톤 등의 케톤류 등을 사용할 수 있으며, 증류수를 사용할 경우 소결체의 특성이 낮아지게 되고 소결성도 떨이지는 단점이 있어, 바람직하게는 이소프로판올 등의 알코올 류를 사용할 수 있다. 경우에 따라 본 발명에서 사용되는 용매에 포함되는 수분의 함량을 줄일 수 있는 것이 바람직 할 수 있다.More specifically, examples of the solvent include distilled water, alcohols such as ethanol, methanol and isopropanol, ketones such as hydrocarbon, acetone, and methyl ethyl ketone, etc. When distilled water is used, the characteristics of the sintered body are lowered, It is preferable to use alcohols such as isopropanol. In some cases, it may be desirable to reduce the amount of water contained in the solvent used in the present invention.

이때, 사용되는 용매의 함량은 질화알루미늄의(AlN) 원료 분말이 수화 혹은 산화되는 것을 방지할 수 있을 정도이면 함량에 구애받지 않으나, 바람직하게는 질화알루미늄 소결체 원료 : 용매 = 3 : 1 내지 1 : 3의 비율일 수 있다. At this time, the content of the solvent used is not limited so long as it can prevent hydration or oxidation of the (AlN) raw material powder of aluminum nitride, but preferably the content of the aluminum nitride sintered material: solvent = 3: 1 to 1: 3 &lt; / RTI &gt;

또한, 상기 슬러리를 형성하기 위해 볼밀을 이용하여 배합 원료를 균일하게 혼합하며 분쇄한다. 볼 밀링에 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 조절하여 목표하는 입자의 크기로 분쇄한다. 상기 볼밀과정은 목표하는 입자의 크기 등을 고려하여 1 내지 24 시간 동안 실시한다. 볼 밀링에 의해 배합 원료는 미세한 크기의 입자로 분쇄되고, 균일한 입자 크기 분포를 갖게 되어 평균입자가 0.6 ㎛ 내지 2.0 ㎛ 이며 바람직하게는 0.9 ㎛ 내지 1.2 ㎛를 갖는 슬러리가 형성될 수 있다. In order to form the slurry, the blending ingredients are uniformly mixed and pulverized using a ball mill. The ball used for ball milling may be a ball made of ceramics such as alumina or zirconia, and the balls may be all the same size or may be used together with balls having two or more sizes. The size of the balls, the milling time, and the rotation speed per minute of the ball miller are adjusted so as to be crushed to the target particle size. The ball milling process is performed for 1 to 24 hours in consideration of the size of the target particles and the like. By means of ball milling, the blending raw material is pulverized into fine-sized particles and has a uniform particle size distribution, so that a slurry having an average particle size of 0.6 mu m to 2.0 mu m and preferably 0.9 mu m to 1.2 mu m can be formed.

본 발명에서, c) 단계의 슬러리 건조 및 성형단계에서, 얻어진 슬러리는 교반기를 이용하여 침전되지 않도록 100 내지 120 ℃에서 40분 내지 1시간 30 분 동안 열판(hot plate)에서 교반시키며 건조할 수 있으며, 이를 60 ℃ 진공 오븐에서 30분 내지 1 시간 동안 건조하여 균질성을 갖는 분말을 제조할 수 있다. In the present invention, in the slurry drying and molding step of step c), the obtained slurry can be dried by stirring on a hot plate at 100 to 120 ° C for 40 minutes to 1 hour and 30 minutes so as not to precipitate using a stirrer , And this is dried in a 60 DEG C vacuum oven for 30 minutes to 1 hour to prepare a homogeneous powder.

또는 건조과정에서 회전증발기(rotary evaporator)를 이용하여 80 내지 90 ℃의 온도에서 중탕시키며, 진공 분위기에서 1시간 30분 내지 2시간 동안 건조할 수 있다. 본 발명은 상기 건조된 분말을 소결 반응기에 투입하기 전에 냉간 등방압 가압법(CIP)에 의해 분말을 성형하여, 지름 30 ㎜, 두께 2.5 ㎜ 원반형 성형체로 만드는 과정을 포함할 수 있다. 상기 냉간 등방압 가압법의 압력은 100∼1000 기압의 범위 내에서 처리할 수 있고, 바람직하게는 100 내지 500 MPa의 압력 조건에서 수행할 수 있다. Or in a drying process using a rotary evaporator at a temperature of 80 to 90 DEG C and drying in a vacuum atmosphere for 1 hour and 30 minutes to 2 hours. The present invention may include a step of forming a powder by a cold isostatic pressing (CIP) method before putting the dried powder into a sintering reactor to form a disk-shaped molded body having a diameter of 30 mm and a thickness of 2.5 mm. The pressure of the cold isostatic pressing method may be in the range of 100 to 1000 atm, preferably 100 to 500 MPa.

냉간 등방압 가압법(CIP)은 물 등의 액체를 압력 매체로 하여 재료를 물속에 재료를 넣고, 높은 등방압으로 압력을 주는 방법으로, 박막을 갖는 기판의 전체면을 가압하므로, 고밀도로 균일성이 있는 성형체를 형성할 수 있다.The cold isostatic pressing (CIP) is a method in which a material such as water is used as a pressure medium, a material is put into water, and a pressure is applied at a high isostatic pressure, so that the entire surface of the substrate having a thin film is pressed. A molded article having good properties can be formed.

또한 본 발명의 질화알루미늄(AlN) 소결체의 또 다른 제조방법으로서, a) 질화알루미늄(AlN)의 원료 분말과 전이금속 산화물; 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스; 및 알칼리 토금속 산화물 또는 희토류 금속 산화물;로 이루어지는 원료물질을 준비하는 단계; b) 상기 원료물질을 바인더와 함께 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계; c) 상기 슬러리를 주입성형(slip casting)하여 시트를 제작하고 이에 의해 얻어지는 성형체(Green sheet)를 소결 반응기에 투입하는 단계; 및 d) 상기 반응기의 온도를 승온하여 소결시키는 단계;를 포함할 수 있다. Further, another manufacturing method of the aluminum nitride (AlN) sintered body of the present invention is a method for manufacturing a sintered aluminum nitride (AlN) sintered body, comprising: a) a raw material powder of aluminum nitride (AlN) and a transition metal oxide; A lithium source that can be sintered and converted to lithium oxide; And an alkaline earth metal oxide or a rare earth metal oxide; b) mixing the raw material with a binder to form a slurry; c) slip casting the slurry to prepare a sheet, and injecting a green sheet into the sintering reactor; And d) heating and sintering the temperature of the reactor.

본 발명의 원료물질 준비단계 a)에서 질화알루미늄(AlN) 원료 분말, 전이금속 산화물;과 리튬 소스; 및 알칼리 토금속 산화물 또는 희토류 금속 산화물은 앞서 기재한 바와 동일한 함량을 가질 수 있다.In the raw material preparation step a) of the present invention, the aluminum nitride (AlN) raw material powder, the transition metal oxide, and the lithium source; And the alkaline earth metal oxide or rare earth metal oxide may have the same content as described above.

본 발명의 슬러리 형성단계인 b) 단계에서, 상기 슬러리를 형성하는 단계는 원료물질과 바인더 및 용매를 혼합하고 이를 포함하는 전체 혼합물을 볼밀을 통해 분쇄하여 슬러리가 형성되도록 할 수 있다. In the step b) of forming the slurry of the present invention, the slurry may be formed by mixing a raw material, a binder and a solvent and pulverizing the entire mixture including the raw material with a ball mill to form a slurry.

보다 자세하게는, 상기 바인더로는 폴리비닐 부티랄 수지(polyvinyl butyral resin), 셀룰로스 수지, 아크릴수지(acrylic resin), 비닐 아세테이트 수지, 폴리비닐 알코올 수지 등이 주로 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.More specifically, as the binder, polyvinyl butyral resin, cellulose resin, acrylic resin, vinyl acetate resin, polyvinyl alcohol resin and the like can be mainly used, but the present invention is not limited thereto.

본 발명에서의 상기 바인더의 함량은 총 혼합액을 기준으로 3 내지 20 wt%일 수 있고, 바람직하게는 5 내지 15 wt%일 수 있다. The content of the binder in the present invention may be 3 to 20 wt%, preferably 5 to 15 wt%, based on the total mixed solution.

또한 본 발명에서 분산제로서 상기에 언급된 바인더의 저분자 화합물을 추가적으로 사용할 수 있고, 추가적으로 용매를 사용할 수 있다. 이경우에 사용되는 용매는 톨루엔, 자일렌, 벤젠, 시클로헥산 등의 탄화수소가 사용되거나 또는 에탄올, 이소프로필알콜, 부탄올 등의 알코올이 사용될 수 있고, 이들의 혼합액이 사용될 수 있다. Further, in the present invention, a low molecular weight compound of the above-mentioned binder may be additionally used as a dispersant, and further, a solvent may be used. In this case, hydrocarbons such as toluene, xylene, benzene, and cyclohexane may be used, or alcohols such as ethanol, isopropyl alcohol, and butanol may be used, or a mixture thereof may be used.

또한 상기 슬러리를 형성하기 위해 가소제를 추가적으로 사용할 수 있다. 이 경우 사용되는 가소제는 프탈레이트 계열이 바람직하나, 이에 국한되지는 않는다. Further, a plasticizer may be additionally used to form the slurry. The plasticizer used in this case is preferably phthalate-based, but not limited thereto.

또한, 상기 슬러리를 형성하기 위해 볼밀을 이용하여 배합 원료를 균일하게 혼합하며 분쇄하는데 1차 볼 밀링으로 3 시간 내지 3일 정도 진행할 수 있다. Further, in order to form the slurry, the blending materials may be uniformly mixed and pulverized using a ball mill, and may be performed for about three to three days by primary ball milling.

또한 상기 바인더는 볼 밀링 과정이후에 추가로 투입될 수 있고, 이 경우 볼밀 가공은 6시간 내지 24시간 동안 2차 볼 밀링을 진행할 수 있다. Further, the binder may be further added after the ball milling process. In this case, the ball milling may be performed for 6 to 24 hours.

본 발명에서, c) 단계의 얻어진 슬러리를 주입성형(slip casting)하여 시트를 제작하여 성형체 시트(green sheet)로 만드는 방법은 아래의 과정을 포함할 수 있다. In the present invention, a method of slip casting the slurry obtained in step c) to prepare a sheet to form a green sheet may include the following steps.

주입성형(slip casting)은 몰드 안에서 고형물체로 만들어 성형하기 위하여, 주입될 슬러리를 만든 후, 일정형상의 형틀(몰드)내에 부어서 성형체를 형성할 수 있으며, 상기 본 발명에서 주입성형 후 바인더 제거를 위해 상온에서 600℃ 까지 12시간 내지 48시간 동안 서서히 승온 후 600 ℃에서 2 시간 내지 8시간 유지하면서 바인더가 충분히 제거되는 과정을 포함할 수 있으며, 이후 다시 상온으로 4시간 내지 24시간 동안 서서히 온도를 감소하여 바인더가 완전히 제거된 성형체를 얻을 수 있다. The slip casting can be performed by forming a slurry to be injected into a mold and pouring it into a mold having a predetermined shape in order to form a solid body in a mold. In the present invention, And then gradually raising the temperature from room temperature to 600 ° C for 12 to 48 hours, followed by sufficiently removing the binder while maintaining the temperature at 600 ° C for 2 hours to 8 hours, and then gradually lowering the temperature to room temperature for 4 to 24 hours Thereby obtaining a molded article from which the binder has been completely removed.

또한, 본 발명의 질화알루미늄(AlN) 소결체의 또 다른 제조방법의 상기 a) 단계에서, 상기 리튬 소스와 전이금속 산화물을 각각 준비하는 대신에 화학식 LiMwOz 로 표시되는 리튬-전이금속 복합 산화물을 준비하는 질화알루미늄(AlN) 소결체의 제조방법을 제공할 수 있다. 여기서 상기 W 및 Z는 각각 0 < W < 4, 0 < Z < 6을 만족하는 실수이다. Further, in the above step a) of the method for producing another aluminum nitride (AlN) sintered body of the present invention, instead of preparing the lithium source and the transition metal oxide, a lithium-transition metal composite oxide represented by the formula LiM w O z (AlN) sintered body prepared by the method of the present invention. Where W and Z are real numbers satisfying 0 < W < 4 and 0 < Z <

상기 리튬-전이금속 복합 산화물은 리튬산화물과 전이금속 산화물로부터 제조할 수 있으며, 상업적으로 입수 가능할 수 있다. 또한 상기 리튬-전이금속 복합 산화물의 함량은 리튬 소스와 전이금속 산화물을 각각 사용할 때의 각각의 리튬 산화물로 변환된 함량과 전이금속 산화물을 함량을 기준으로 각각의 성분과 동등하거나 또는 적어도 하나의 성분은 동등한 범위 내에서 사용할 수 있다. The lithium-transition metal composite oxide may be prepared from lithium oxide and transition metal oxide, and may be commercially available. Further, the content of the lithium-transition metal composite oxide may be the same as or different from that of each component based on the content converted to lithium oxide and the content of the transition metal oxide when each of the lithium source and the transition metal oxide is used, Can be used within the same range.

바람직하게는 상기 리튬-전이금속 복합 산화물은 질화알루미늄(AlN) 원료분말 및 소결 조제의 총 함량을 기준으로 1 내지 10 wt% 일수 있다. Preferably, the lithium-transition metal composite oxide may be 1 to 10 wt% based on the total amount of the aluminum nitride (AlN) raw material powder and the sintering auxiliary agent.

본 발명의 질화알루미늄(AlN) 소결체의 제조방법에서 상기 d) 단계에서 소결온도 1600 ℃ 이하에서 소결할 수 있다. In the method for producing an aluminum nitride (AlN) sintered body according to the present invention, the sintering can be performed at a sintering temperature of 1600 ° C or lower in the step d).

이때 사용되는 승온 조건은 첫 번째 제조방법의 경우 분당 20 ℃ 에서 40 ℃ 범위에서 승온될 수 있고, 바람직하게는 분당 10 ℃ 범위로 승온할 수 있으며, 두 번째 제조방법의 경우 분당 1.0 ℃에서 3.0 ℃가 바람직하다. 또한 소결 온도 유지 시간은 두 가지 제조방법 모두 1시간 내지 10시간, 바람직하게는 1시간 내지 5시간으로 이루어질 수 있다. In this case, the temperature can be raised from 20 ° C. to 40 ° C. per minute, preferably from 10 ° C. per minute, and from 1.0 ° C. to 3.0 ° C. per minute for the second production method, . In addition, the sintering temperature holding time can be from 1 hour to 10 hours, preferably from 1 hour to 5 hours in both of the two production methods.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for illustrating the present invention and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.

<실시예> <Examples>

실시예 1Example 1

이하 본 발명의 질화알루미늄(AlN) 소결체를 제조하기 위한 첫 번째 단계인, 초기 분말준비단계로서 두 가지 형태의 소결조제를 준비하였다. Two types of sintering auxiliary agents were prepared as the initial powder preparation step, which is the first step for producing the aluminum nitride (AlN) sintered body of the present invention.

초기 분말준비 A : CaO + FeInitial powder preparation A: CaO + Fe 22 OO 3 3 + Li+ Li 22 O (이하 LFC라 한다.)O (hereinafter referred to as LFC)

질화알루미늄(AlN) 원료 분말(산소 함유랑 0.85 wt%, 평균 입자 직경 0.9~1.0 ㎛) 5.73 g 과 소결 조제로 전이금속 산화물 Fe2O3 0.12 g (순도 99% 이상, 평균 입자 직경 약 0.6 ㎛) 2 wt% 와 알칼리 토금속 산화물 CaO 0.12 g (순도 99% 이상, 평균 입자 직경 약 3.0 ㎛) 2 wt%, 그리고 리튬 산화물 Li2O 0.03 g (0.5 wt%)을 준비한다. Aluminum nitride (AlN) material powder (the oxygen-containing ditch 0.85 wt%, an average particle diameter of 0.9 ~ 1.0 ㎛) 5.73 g and a sintering aid transition metal oxide is Fe 2 O 3 0.12 g (purity of 99% or more, average particle diameter of about 0.6 ㎛ ), 2 wt% of alkaline earth metal oxide CaO (purity: 99% or more, average particle diameter: about 3.0 탆), and 0.03 g (0.5 wt%) of lithium oxide Li 2 O are prepared.

초기 분말준비 B: CaO + LiFeOInitial powder preparation B: CaO + LiFeO 2 2 (이하 CLF라 한다.)(Hereinafter referred to as CLF)

상기 초기 분말준비 A 과정의 전이금속 산화물 및 리튬 산화물을 각각 준비하는 대신에 전이금속-리튬 복합 산화물로서 LiFeO2 0.12 g (2.0 wt%, 순도 99% 이상, 평균 입자 직경 약 2.0 ㎛)을 준비한다. Instead of preparing each of the transition metal oxide and lithium oxide in the initial powder preparation A process Transition metal-as a lithium compound oxide is prepared LiFeO 2 0.12 g (2.0 wt% , a purity of 99% or more, average particle diameter of about 2.0 ㎛).

두 번째 단계로서, 준비된 초기 분말 LFC 와 CLF를 각각 용매인 이소프로판올 100 ml 에 혼합하여 지르코니아 볼을 이용하여 상온에서 400 rpm 으로 24시간 동안 볼 밀링을 통해 원료를 혼합 및 분산시켜 슬러리를 제조한다. As a second step, the prepared initial powders LFC and CLF are mixed with 100 ml of isopropanol as a solvent, and the raw materials are mixed and dispersed by ball milling at room temperature and 400 rpm for 24 hours using zirconia balls to prepare a slurry.

이때 얻어진 분말의 평균입도는 0.85um이었다.The average particle size of the obtained powder was 0.85 μm.

세 번째 단계로서, 얻어진 슬러리는 마그네틱바를 이용하여 침전되지 않도록 교반시키며 120 ℃에서 1.5 시간 동안 건조하였으며 이를 진공오븐에서 60℃, 1시간 동안 완전 건조시켰다. 건조된 분말 중 1.4 g을 취하여, 200 MPa의 압력 조건의 냉간 등방압 가압법(CIP)에 의해 지름 20 mm, 두께 2.5 ㎜ 의 원반형 성형체로 만든다. As a third step, the obtained slurry was stirred at 120 ° C for 1.5 hours with stirring so as not to precipitate using a magnetic bar, and it was completely dried in a vacuum oven at 60 ° C for 1 hour. 1.4 g of the dried powder was taken and formed into a disk-shaped article having a diameter of 20 mm and a thickness of 2.5 mm by a cold isostatic pressing method (CIP) under a pressure of 200 MPa.

네 번째 단계는 소결단계로서, 얻어진 성형체를 그래파이트 도가니(Graphite crucible)에 담은 후, 소결 반응기로서 그래파이트 퍼니스(Graphite furnace) 안에 넣어준다. 소결 반응기에서 분당 10℃로 단계적으로 승온하여, 소결온도에 도달하도록 하며 원료분말의 소결을 진행하였다. The fourth step is a sintering step. The obtained compact is placed in a graphite crucible and then placed in a graphite furnace as a sintering reactor. In the sintering reactor, the temperature was gradually raised to 10 ° C per minute to reach the sintering temperature, and the sintering of the raw powder was proceeded.

상기 소결반응시 질소분위기를 유지함으로써, 소결 중 산화를 방지하도록 하였다. 질소분위기 하에서 1500 ℃, 1550 ℃, 1600℃, 1700 ℃ 로 소결온도를 달리하여 소결한 것을 실시예 1-1, 실시예 1-2, 실시예 1-3, 실시예 1-4로 구분하여 이들을 각각 3시간 동안 소결하였다.During the sintering reaction, a nitrogen atmosphere was maintained to prevent oxidation during sintering. Examples 1-1, 1-2, 1-3, and 1-4 were sintered at different sintering temperatures at 1500 ° C, 1550 ° C, 1600 ° C, and 1700 ° C in a nitrogen atmosphere. And sintered for 3 hours each.

마지막 단계로서 소결되어 얻어진 질화알루미늄 소결체를 회수하였고, CIP 후 소결 전의 성형체의 질량과 소결후의 질량 변화를 측정하였으며, 최종적으로 질화알루미늄 소결체는 각각 실시예 1-1 1.4 g, 실시예 1-2 1.4 g, 실시예 1-3 1.4 g, 실시예 1-4 1.4 g 을 얻었으며, 이때 약 0.02 ~ 0.04 g의 오차범위를 갖는다. 소결 전과 소결 후의 비교 사항으로 약 15~ 20 %의 수축률을 갖는 것을 확인하였다. As a final step, the aluminum nitride sintered body obtained by sintering was recovered, and the mass of the molded body before sintering after CIP and the change in mass after sintering were measured. Finally, the aluminum nitride sintered bodies were respectively 1.4 g of Example 1-1, 1.4 g of Example 1-3, 1.4 g of Example 1-4, with an error range of about 0.02 to 0.04 g. It was confirmed that the shrinkage ratio of about 15 to 20% was obtained as a comparison between before and after sintering.

질화알루미늄(AlN) 소결체의 특성평가Characterization of aluminum nitride (AlN) sintered body

본 발명에서 얻어진 질화알루미늄(AlN) 소결체의 특성평가로서, 소결체의 열전도도의 측정 방법으로는 레이져 플레쉬법(Laser Flash Method)을 이용하여 평가하였다. 고체 재료의 열전도율은 레이저 플래시 법으로 측정한 열확산율과 별도로 구한 비열 용량, 밀도의 곱으로 계산하였다. 레이저 플래시 법은 평판 모양 시료의 두께(d) 방향의 열확산율(α)을 레이저광에 의한 펄스 가열 후 시료 표면의 온도가 상승하여 시료 전체의 온도가 균일하게 될 때까지의 시간(τ)을 방사 온도계로 측정하여 구한다.As a property evaluation of the aluminum nitride (AlN) sintered body obtained in the present invention, the thermal conductivity of the sintered body was evaluated by a laser flash method. The thermal conductivity of the solid material was calculated by multiplying the thermal diffusivity measured by the laser flash method and the specific heat capacity and density obtained separately. In the laser flash method, the thermal diffusivity (α) in the thickness (d) direction of the flat plate specimen is measured by pulse heating of the laser beam to the time (τ) until the temperature of the sample surface rises and the temperature of the whole sample becomes uniform Measured with a radiation thermometer.

(소결체의 상대밀도 측정)(Measurement of Relative Density of Sintered Body)

도 2에서는 CaO 2 wt%, Fe2O3 2 wt%, Li2O 0.5 wt% 가 함유된 LFC 와 CaO 2 wt%, LiFeO2 2 wt% 가 함유된 CLF 형태의 성형체를 3시간 동안 상압 소결 상태에서 실시예 1-1, 실시예 1-2, 실시예 1-3, 실시예 1-4에 따른 질화알루미늄(AlN) 소결체의 상대밀도 그래프를 도시하였다. 상기 도 2에서, 질화알루미늄(AlN) 소결체의 상대 밀도가 1550 ℃ 부근에서 이론밀도에 도달하였음을 확인할 수 있다. In FIG. 2, the CLF type molded body containing 2% by weight of CaO, 2% by weight of Fe2O3 and 0.5% by weight of Li 2 O and 2 % by weight of CaO and 2% by weight of LiFeO 2 is sintered at atmospheric pressure for 3 hours A relative density graph of the aluminum nitride (AlN) sintered body according to Example 1-1, Example 1-2, Example 1-3, and Example 1-4 is shown. In FIG. 2, it can be seen that the relative density of the aluminum nitride (AlN) sintered body reached the theoretical density at around 1550 ° C.

(소결체의 열전도도 평가)(Evaluation of thermal conductivity of sintered body)

도 3에서는 상기 실시예에서 제조한 LFC, CLF 형태의 성형체를 실시예 1-1, 실시예 1-2, 실시예 1-3, 실시예 1-4에 따른 열전도도 그래프를 도시하였으며, 1500 ℃ 저온에서 75 W/mk 이상의 열전도도 값을 갖는 것을 나타내고 있다. 3 is a graph of the thermal conductivity according to Example 1-1, Example 1-2, Example 1-3, and Example 1-4 of the LFC and CLF molded products manufactured in the above example, And has a thermal conductivity value of 75 W / mk or higher at a low temperature.

일반적으로 질화알루미늄(AlN) 소재의 열전도도는 크게 두 가지 요소에 의해 결정될 수 있다. 하나는 높은 열전도도를 가지는 질화알루미늄(AlN)) 결정입자이며, 다른 하나는 소결조제와 반응하여 생성된 낮은 열전도를 가지는 이차상에 의한 요소이다. 상기 질화알루미늄(AlN)의 소결과정에서 소결조제는 질화알루미늄(AlN) 입자의 Al2O3 와 결합하여 산화물계 이차상을 형성함으로써 질화알루미늄(AlN) 격자내의 산소에 기인한 결함을 줄이고 질화알루미늄(AlN) 입자의 열전도도를 향상시킨다. 그러나 입계에 형성된 이차상은 그 자체로서 낮은 열전도도를 가지고 있기 때문에 소결체 전체의 열전도도를 낮추는 역할 또한 할 수 있다. 따라서 고열전도도를 달성하기 위해 질화알루미늄(AlN) 결정립의 열전도도를 높이면서도, 낮은 열전도도를 갖는 이차상을 줄이기 위해 저온 소결온도 및 소결 조건을 설정하는 것은 중요다. 질화알루미늄(AIN) 소결체의 밀도와 열전도도를 보다 구체적으로 하기 표 1에 나타내었다. 이를 살펴보면 소결온도가 상승함에 따라 열전도도가 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 리튬 산화물이 소결 조제로 포함되어 질화알루미늄(AlN)과 소결되어 제조된 질화알루미늄(AlN) 소결체에 있어서 1500 ℃의 저온 소결에 의해서 제조하여도, 결정 조직이 치밀하여 미세하므로 밀도 및 열전도율이 함께 우수해지는 것을 확인할 수 있다. In general, the thermal conductivity of aluminum nitride (AlN) materials can be largely determined by two factors. One is high-thermal-conductivity aluminum nitride (AlN) crystal grains, and the other is a secondary phase element with low thermal conductivity produced by reaction with sintering aids. In the sintering process of aluminum nitride (AlN), the sintering assistant bonds with Al 2 O 3 of aluminum nitride (AlN) particles to form an oxide-based secondary phase, thereby reducing defects due to oxygen in the aluminum nitride (AlN) lattice, (AlN) particles. However, since the secondary phase formed at grain boundaries has a low thermal conductivity as such, it can also lower the thermal conductivity of the entire sintered body. Therefore, it is important to set the low temperature sintering temperature and sintering conditions to reduce the secondary phase with low thermal conductivity while increasing the thermal conductivity of aluminum nitride (AlN) grains to achieve high thermal conductivity. The density and the thermal conductivity of the aluminum nitride (AIN) sintered body are shown in Table 1 in more detail. As the sintering temperature increases, the thermal conductivity increases. The sintered body of aluminum nitride (AlN) prepared by sintering aluminum oxide (AlN) with lithium oxide as a sintering aid, It can be confirmed that both the density and the thermal conductivity are excellent because the crystal structure is dense and fine.

또한 질화알루미늄(AlN) 소결체의 밀도가 증가할수록 열전도도 역시 높아지는 것을 확인할 수 있다. Also, it can be seen that as the density of the aluminum nitride (AlN) sintered body increases, the thermal conductivity also increases.

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Figure pat00001

(소결체의 기계적 강도 측정)(Measurement of mechanical strength of sintered body)

또한, 본 발명에 사용하는 질화알루미늄(AlN) 소결체의 은 3점 굽힘법(3-point bending test)을 통해 평가하였다. In addition, the sintered aluminum nitride (AlN) sintered body used in the present invention was evaluated by a 3-point bending test.

상기 실시예에서 제조한 LFC과 CLF 형태의 질화알루미늄(AlN) 소결체의 기계적 강도 측정을 위해 3점 굽힘법(3-point bending test)을 통해 질화알루미늄(AlN) 소결체의 굽힘 강도를 평가하였다. The bending strength of the aluminum nitride (AlN) sintered body was evaluated by means of a 3-point bending test in order to measure the mechanical strength of the aluminum nitride (AlN) sintered body of LFC and CLF type prepared in the above example.

상기 질화알루미늄(AlN) 소결체의 소결온도는 1500 ℃ 내지 1700 ℃의 범위에 따라 상기 기계적 강도의 측정을 평가하여, 그 결과는 도 4 에 나타내었다. The sintering temperature of the aluminum nitride (AlN) sintered body was evaluated by measuring the mechanical strength in the range of 1500 캜 to 1700 캜, and the results are shown in Fig.

상기 도 4를 보다 구체적으로 살펴보면, 1550 ℃에서 LFC과 CLF 형태의 질화알루미늄(AlN) 소결체 모두 기계적 강도가 400 MPa 이상으로 높게 평가되었으며, 저온 소결 시에도 기계적 강도가 유지되는 것을 알 수 있다.4, the mechanical strength of the sintered body of aluminum nitride (LNF) and the aluminum nitride (CLF) type at 1550 ° C. was evaluated to be higher than 400 MPa, and mechanical strength was maintained even at low temperature sintering.

실시예Example 2 2

상기, 실시예 1과 동일하게 실시하되, 전이금속 산화물로 Mn2O3 1 wt% 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실험하였다. 최종적으로 각각 1.4 g의 소결체가 제조되었다. The procedure of Example 1 was repeated except that 1 wt% of Mn 2 O 3 was used as a transition metal oxide. Finally, 1.4 g of each sintered body was produced.

질화알루미늄(AlN) 소결체의 특성평가Characterization of aluminum nitride (AlN) sintered body

(소결체의 상대밀도 측정)(Measurement of Relative Density of Sintered Body)

도 5 는 실시예 1에 따른 방법에 의해 수행되며, CaO 1 wt%, Mn2O3 1 wt%, Li2O 0.5 wt% 가 함유된 원료물질(이하 LMC라 한다.)의 성형체와 CaO 2 wt%, LiMn2O2 2 wt% 가 함유된 원료물질(이하 CLM이라 한다.)의 성형체를 3시간 동안 상압 소결 상태에서 소결함으로써 얻어지는 질화알루미늄(AlN) 소결체(실시예 2-1, 실시예 2-2, 실시예 2-3, 실시예 2-4)의 상대밀도 그래프를 도시하였다.Fig. 5 is a graph showing the relationship between a molded product of a raw material (hereinafter referred to as LMC) containing CaO 1 wt%, Mn 2 O 3 1 wt% and Li 2 O 0.5 wt% and CaO 2 (AlN) sintered body obtained by sintering a formed body of raw material (hereinafter referred to as CLM) containing 3 wt% of LiMn 2 O 2 and 2 wt% of LiMn 2 O 2 for 3 hours under atmospheric pressure sintering (Example 2-1, Example 2-2, Example 2-3, and Example 2-4).

(소결체의 열전도도 평가)(Evaluation of thermal conductivity of sintered body)

도 6 은 상기 실시예에서 제조한 LMC, CLM 형태의 성형체를 실시예 2-1, 실시예 2-2, 실시예 2-3, 실시예 2-4에 따른 열전도도 그래프를 도시하였으며, 1500℃ 저온에서 64 W/mk 이상의 열전도도 값을 갖는 것을 나타내고 있다. 6 is a graph of thermal conductivity according to Example 2-1, Example 2-2, Example 2-3, and Example 2-4 of the molded article of the LMC and CLM type manufactured in the above example, And has a thermal conductivity value of 64 W / mk or more at a low temperature.

전이금속 산화물로 Mn2O3를 포함하는 질화알루미늄(AIN) 소결체의 밀도와 열전도도를 보다 구체적으로 하기 표 2에 나타내었다.The density and the thermal conductivity of aluminum nitride (AIN) sintered body containing Mn 2 O 3 as a transition metal oxide are shown in Table 2 in more detail.

Figure pat00002
Figure pat00002

이를 살펴보면 소결온도가 상승함에 따라 열전도도가 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 전이금속 산화물로 Mn2O3가 포함된 질화알루미늄(AlN)과 소결되어 제조된 질화알루미늄(AlN) 소결체에 있어서 1500 ℃의 저온 소결에 의해서 제조하여도, 밀도 및 열전도율의 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다. As a result, it can be seen that the thermal conductivity increases as the sintering temperature rises. In the sintered aluminum nitride (AlN) sintered body obtained by sintering aluminum nitride (AlN) containing Mn 2 O 3 as a transition metal oxide, It can be confirmed that even if it is produced by low temperature sintering, it has characteristics of density and thermal conductivity.

(소결체의 기계적 강도 측정)(Measurement of mechanical strength of sintered body)

도 7에서는 상기 실시예에서 제조한 LMC, CLM 형태의 질화알루미늄(AlN) 소결체의 소결온도 1500 ℃ 내지 1700 ℃의 범위에서 굽힘 강도를 평가하였다. 보다 구체적으로 LMC 형태의 질화알루미늄(AIN) 소결체의 경우 소결온도 1500℃에서 250 MPa 범위의 굽힘 강도가 측정되었으며, CLM 형태의 질화알루미늄(AlN) 소결체의 경우 150 MPa 범위의 굽힘 강도가 측정되었다. In FIG. 7, the bending strength was evaluated at a sintering temperature of 1500 占 폚 to 1700 占 폚 of the aluminum nitride (AlN) sintered body of the LMC and CLM type manufactured in the above example. More specifically, the bending strength in the range of 1500 MPa to 250 MPa was measured in the case of the aluminum nitride (AIN) sintered body of the LMC type, and the bending strength in the range of 150 MPa was measured in the aluminum nitride (AlN) sintered body of the CLM type.

실시예 3Example 3

상기, 실시예 1과 동일하게 실시하되, 전이금속 산화물 및 리튬 산화물의 함량을 변화시키고, 또한 알카리 토금속인 CaO대신에 희토류 금속 산화물로서 Y2O3을 1 wt% 및 2 wt% 사용하였다. Except that the content of transition metal oxide and lithium oxide was changed, and in place of CaO as an alkaline earth metal, 1 wt% of Y 2 O 3 was used as a rare earth metal oxide, 2 wt%.

최종적으로 1.4 g의 소결체가 제조되었다. Finally, 1.4 g of the sintered body was produced.

질화알루미늄(AlN) 소결체의 특성평가Characterization of aluminum nitride (AlN) sintered body

(소결체의 상대밀도 측정)(Measurement of Relative Density of Sintered Body)

도 8 은 실시예 3에 따른 방법에 의해 수행되며, Li2O 1 wt%, Fe2O3 1 wt%, Y2O3 1 wt% 가 함유된 원료물질(이하 LFY_1라 한다.)의 성형체와 Li2O 1 wt%, Fe2O3 2 wt%, Y2O3 2 wt%(이하 LFY_2라 한다.) 및 Li2O 2 wt%, Fe2O3 2 wt%, Y2O3 2 wt%(이하 LFY_3라 한다.)의 성형체를 3시간 동안 상압 소결 상태에서 소결함으로써 얻어지는 질화알루미늄(AlN) 소결체의 상대밀도 그래프를 도시하였다. 이를 살펴보면 희토류 금속 산화물로 Y2O3가 포함된 질화알루미늄(AIN) 소결체의 경우 소결온도 1500℃에서 80% 이상의 상대밀도를 나타내며, 희토류 금속 산화물로 Y2O3의 함량의 증가에 따라 상대밀도가 증가하며, 또한 전이금속 산화물의 함량과 리튬 산화물의 함량의 증가에 따라서도 질화알루미늄(AIN) 소결체의 상대밀도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 8 is a graph showing the relationship between the amount of a raw material (hereinafter, referred to as &quot; LFY &quot;) containing Li 1 O 1 wt%, Fe 2 O 3 1 wt% and Y 2 O 3 1 wt% And Li 2 O 1 wt%, Fe 2 O 3 2 wt%, Y 2 O 3 2 wt% (hereinafter referred to as LFY_2), and Li 2 O 2 wt%, Fe 2 O 3 2 wt%, Y 2 O 3 (AlN) sintered body obtained by sintering a formed body of 2 wt% (hereinafter referred to as LFY_3) for 3 hours under normal pressure sintering conditions. This look at the case of the sintered aluminum nitride (AIN) that contains Y 2 O 3 as a rare earth metal oxide represents a relative density of 80% or more in the sintering temperature 1500 ℃, a rare earth metal oxide relative density with an increase in the content of Y 2 O 3 And the relative density of the aluminum nitride (AIN) sintered body increases with the increase of the content of transition metal oxide and the content of lithium oxide.

실시예 4-1Example 4-1

이하 질화알루미늄(AIN) 소결체 제조를 위한 첫 번째 단계로, 질화알루미늄(AlN) 원료 분말(산소 함유랑 0.85 wt%, 평균 입자 직경 0.9~1.0 ㎛) 96 wt% 와 소결 조제로 전이금속 산화물 Fe2O3 (순도 99% 이상, 평균 입자 직경 약 0.6 ㎛) 2 wt% 와 알카리 토금속 산화물 CaO (순도 99% 이상, 평균 입자 직경 약 3.0 ㎛) 2 wt% 원료물질(이하 FC라 한다.)을 준비한다. (AlN) raw material powder (oxygen content 0.85 wt%, average particle diameter 0.9-1.0 mu m) 96 wt% and a transition metal oxide Fe 2 2 wt% of an alkaline earth metal oxide CaO (purity: 99% or more, average particle diameter: about 3.0 μm) 2 wt% O 3 (having a purity of 99% or more and an average particle diameter of about 0.6 μm) do.

두 번째 단계로서, 준비된 초기 분말 FC 73 wt% 와 분산제 2 wt%, 톨루엔과 부탄올 2:1 혼합물 25 wt%를 혼합하여 Nylon 볼을 이용하여 상온에서 91 rpm 으로 24시간 동안 1차 볼 밀링 후에 바인더로서 폴리비닐 부티랄계 수지와 가소제로서 디옥틸프탈레이트를 각각 1차 볼밀링의 혼합조성물의 총 함량 대비 8wt%, 4wt% 를 추가로 투입하고, 이후 12시간 추가 볼 밀링을 통해 원료를 혼합 및 분산시켜 슬러리를 제조한다. As a second step, 73 wt% of the prepared initial powder FC, 2 wt% of a dispersant and 25 wt% of a 2: 1 mixture of toluene and butanol were mixed and then subjected to primary ball milling at 91 rpm at room temperature for 24 hours using a Nylon ball, 8 wt% and 4 wt% of polyvinyl butyral resin and dioctyl phthalate as a plasticizer were added to the total amount of the mixed composition of the first ball milling, respectively, and then the raw materials were mixed and dispersed through additional ball milling for 12 hours To prepare a slurry.

세 번째 단계로서, 얻어진 슬러리는 주입성형(slip casting)하여 시트 제작 후 바인더를 제거하였다. 바인더를 제거를 위해 상온에서 600 ℃까지 29 시간동안 서서히 승온하였으며, 600 ℃에서 5시간 유지 후 8시간 동안 다시 상온으로 온도를 감소하여 가로 80 mm, 세로 100 mm, 두께 1 mm의 시트 형태의 성형체로 만든다. As a third step, the obtained slurry was subjected to slip casting to remove the binder after sheet production. For removing the binder, the temperature was gradually raised from room temperature to 600 ° C for 29 hours. After maintaining at 600 ° C for 5 hours, the temperature was decreased to room temperature again for 8 hours to form a sheet-shaped molded article having a width of 80 mm, a length of 100 mm and a thickness of 1 mm .

네 번째 단계는 소결단계로서, 얻어진 성형체를 4장 적층하여 소결 반응기에 넣어준다. 소결반응기에서 상온에서부터 2.5 ℃/min 로 1170 ℃ 승온 후 1.0 ℃/min 으로 1270 ℃, 2.0 ℃/min 으로 1650 ℃까지 서서히 승온 후 1650 ℃에서 3시간 동안 소결하였다. The fourth step is a sintering step, in which four pieces of the obtained molded articles are laminated and placed in a sintering reactor. After elevating 1170 ℃ from room temperature at 2.5 ℃ / min in sintering reactor, it was gradually heated to 1650 ℃ at 1270 ℃ and 2.0 ℃ / min at 1.0 ℃ / min and sintered at 1650 ℃ for 3 hours.

소결 후 1650 ℃에서 1.0 ℃/min 으로 1200 ℃까지, 2.0 ℃/min 으로 상온까지 온도를 내린 후 소결되어 얻어진 질화알루미늄(AIN) 소결체를 회수하였고, 소결 전의 성형체의 질량과 소결후의 질량 변화를 측정하였다.After sintering, the sintered aluminum nitride (AIN) sintered body obtained by sintering was cooled to room temperature at a rate of 1.0 ° C / min up to 1200 ° C at a rate of 1.0 ° C / min, and the mass of the compact before sintering and the mass change Respectively.

실시예 4-2Example 4-2

상기, 실시예 4-1과 동일하게 실시하되, 질화알루미늄(AlN) 원료 분말(산소 함유랑 0.85 wt%, 평균 입자 직경 0.9~1.0 ㎛) 95.5 wt% 와 소결 조제로 전이금속 산화물 Fe2O3 (순도 99% 이상, 평균 입자 직경 약 0.6 ㎛) 2 wt% 와 알카리 토금속 산화물 CaO (순도 99% 이상, 평균 입자 직경 약 3.0 ㎛) 2 wt% 그리고 리튬 산화물 LiAl2O (0.5 wt%)을 원료물질(이하 LFC-2라 한다.)로 사용한 것을 제외하고는 실시예 4-1과 동일하게 실험하였다. The procedure of Example 4-1 was repeated except that 95.5 wt% of aluminum nitride (AlN) raw material powder (oxygen content 0.85 wt%, average particle diameter 0.9-1.0 mu m) and transition metal oxide Fe 2 O 3 2 wt% of alkaline earth metal oxide CaO (purity of 99% or more, average particle diameter of about 3.0 탆) 2 wt% and lithium oxide LiAl 2 O (0.5 wt%) as raw materials (purity of 99% or more and average particle diameter of about 0.6 탆) (Hereinafter referred to as &quot; LFC-2 &quot;).

실시예 4-3Example 4-3

상기, 실시예 4-1과 동일하게 실시하되, 질화알루미늄(AlN) 원료 분말(산소 함유랑 0.85 wt%, 평균 입자 직경 0.9~1.0 ㎛) 96 wt% 와 소결 조제로 리튬-전이금속 복합 산화물 LiMn2O4 (순도 99% 이상, 평균 입자 직경 약 0.6 ㎛) 2 wt% 와 알카리 토금속 산화물 CaO(순도 99% 이상, 평균 입자 직경 약 3.0 ㎛) 2 wt%을 원료물질(이하 C(LM)이라 한다.)로 사용한 것을 제외하고는 실시예 4-1과 동일하게 실험하였다. (AlN) raw material powder (oxygen content: 0.85 wt%, average particle diameter: 0.9 to 1.0 mu m) (96 wt%) and a sintering auxiliary agent were mixed in the same manner as in Example 4-1, and a lithium-transition metal composite oxide LiMn 2 O 4 (Hereinafter referred to as C (LM)) of 2 wt% of an alkaline earth metal oxide (purity of 99% or more and an average particle diameter of about 0.6 탆) and 2 wt% of an alkaline earth metal oxide CaO (purity of 99% or more and average particle diameter of about 3.0 탆) Was used in the same manner as in Example 4-1.

실시예 4에 의해 제조된 질화알루미늄(AlN) 소결체의 특성평가Evaluation of the characteristics of the aluminum nitride (AlN) sintered body manufactured in Example 4

(소결체의 상대밀도 측정)(Measurement of Relative Density of Sintered Body)

실시예 1에 따른 방법에 의해 수행되며, 실시예 4-1은 93.77 %, 실시예 4-2 는 92.51 %, 실시예 4-3은 92.06 %의 상대밀도를 확인 할 수 있다. The relative density is 93.77% for Example 4-1, 92.51% for Example 4-2, and 92.06% for Example 4-3.

도 9는 실시예 4-1 내지 실시예 4-3의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 사진이다. 9 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of Examples 4-1 to 4-3.

(소결체의 기계적 강도 측정)(Measurement of mechanical strength of sintered body)

도 10 은 상기 실시예 4-1 내지 실시예 4-3에서 제조한 질화알루미늄(AlN) 소결체의 소결온도 1600 ℃ 범위에서 굽힘 강도를 평가하였다. 보다 구체적으로, 실시예 4-1 내지 실시예 4-3에서 동일한 조건의 질화알루미늄(AlN) 소결체를 각각 5개(샘플 1 내지 5)씩 제조하였으며, 모두 400 MPa 이상의 굽힘 강도가 측정되었다.
10 is a graph showing the bending strengths of sintered aluminum nitride (AlN) sintered bodies prepared in Examples 4-1 to 4-3 at a sintering temperature of 1600 캜. More specifically, five (samples 1 to 5) sintered aluminum nitride (AlN) sintered bodies having the same conditions as in Examples 4-1 to 4-3 were prepared, and bending strengths of 400 MPa or more were all measured.

Claims (18)

a) 전이 금속 산화물; b) 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스; 및 c) 알칼리 토금속 산화물 또는 희토류 금속 산화물;을 포함하는 소결 조제와 질화알루미늄(AlN) 원료 분말을 포함하는 조성물을 소결함으로써 얻어지는 질화알루미늄(AlN) 소결체. a) a transition metal oxide; b) a lithium source which can be sintered and converted to lithium oxide; And (c) a sintering aid comprising an alkaline earth metal oxide or a rare earth metal oxide, and an aluminum nitride (AlN) raw material powder to obtain a sintered aluminum nitride (AlN) sintered body. a) 전이 금속 산화물; b) 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스; 및
c) 알칼리 토금속 산화물 또는 희토류 금속 산화물;을 포함하는 소결 조제, 질화알루미늄(AlN) 원료 분말 및 바인더를 포함하는 조성물로 이루어지는 시트를 소결함으로써 얻어지는 질화알루미늄(AlN) 소결체.
a) a transition metal oxide; b) a lithium source which can be sintered and converted to lithium oxide; And
c) an aluminum nitride (AlN) sintered body obtained by sintering a sheet composed of a composition comprising a sintering auxiliary containing an alkaline earth metal oxide or a rare earth metal oxide, an aluminum nitride (AlN) raw material powder and a binder.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전이금속 산화물은 화학식 MxOy 로 표시되는 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄(AlN) 소결체.
단, M은 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg, 및 Cn 으로부터 선택되는 어느 하나의 전이금속이며, X 및 Y는 각각 0 < X < 4 및 0 < Y < 6를 만족하는 실수이다.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the transition metal oxide is represented by the formula M x O y .
M is at least one element selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Lu, Hf, X, and Y are each a transition metal selected from the group consisting of Os, Ir, Pt, Au, Hg, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg, &Lt; Y < 6.
제 1항 또는 제2항에 있어서,
상기 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스는 탄산리튬, 수산화리튬, 할로겐화 리튬, 유기산 리튬, Li2O 및 LiAlO2 로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄(AIN) 소결체.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the lithium source that can be converted into lithium oxide by sintering is any one selected from lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium halide, lithium organic acid, Li 2 O, and LiAlO 2 .
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 알카리 토금속은 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄(AlN) 소결체.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the alkaline earth metal is any one selected from the group consisting of Be, Mg, Ca, Sr, Ba and Ra.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 희토류 금속 산화물은 화학식 ZxOy 으로 표시되는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄(AlN) 소결체.
단, 상기 Z는 Sc, Y, La, Ce, Sm, Pr, Nd, Pm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, 및 Lu 로부터 선택되는 어느 하나이며, X 및 Y는 각각 0 < X < 4 및 0 < Y < 6를 만족하는 실수이다.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the rare-earth metal oxide is represented by the formula Z x O y .
Wherein Z is any one selected from Sc, Y, La, Ce, Sm, Pr, Nd, Pm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, Are real numbers satisfying 0 < X < 4 and 0 < Y <
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전이금속 산화물과 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스 대신에 화학식 LiMwOz 로 표시되는 리튬-전이금속 복합 산화물이 소결조제로서 포함되는 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄(AlN) 소결체.
단, 여기서 W 및 Z는 각각 0 < W < 4, 0 < Z < 6을 만족하는 실수이다.
3. The method according to claim 1 or 2,
(AlN) sintered body comprising a lithium-transition metal composite oxide represented by the formula LiMwOz instead of a lithium source which can be converted into lithium oxide by sintering with the transition metal oxide as a sintering auxiliary agent.
Here, W and Z are real numbers satisfying 0 < W < 4 and 0 < Z <
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 질화알루미늄(AlN)의 원료 분말의 함유량은 전체 함량의 85 내지 98 wt%이고,
상기 전이금속 산화물의 함유량은 전체 함량의 1 내지 10 wt%이며,
상기 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스 함유량은 소결되어 얻어지는 리튬 산화물(Li2O)을 기준으로 전체 함량의 0.3 내지 5 wt%이며,
상기 알칼리 토금속 산화물; 또는 희토류 금속 산화물; 에서 선택되는 어느 하나의 함량은 전체 함량의 1 내지 8 wt% 인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄(AlN) 소결체.
3. The method according to claim 1 or 2,
The content of the raw material powder of aluminum nitride (AlN) is 85 to 98 wt%
The content of the transition metal oxide is 1 to 10 wt% of the total content,
The content of the lithium source which can be converted into lithium oxide by sintering is 0.3 to 5 wt% of the total content based on the lithium oxide (Li 2 O) obtained by sintering,
An alkaline earth metal oxide; Or rare earth metal oxides; (AlN) sintered body according to the present invention is characterized in that the content of any one selected from AlN is 1 to 8 wt% of the total content.
열전도율이 50 W/mk 이상이고, 굽힘 강도는 300 MPa 이상의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄(AlN) 소결체. (AlN) sintered body having a thermal conductivity of 50 W / mk or more and a bending strength of 300 MPa or more. a) 질화알루미늄(AlN)의 원료 분말과 전이금속 산화물; 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스; 및 알칼리 토금속 산화물 또는 희토류 금속 산화물; 로 이루어지는 원료물질을 준비하는 단계;
b) 상기 원료물질을 용매와 함께 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;
c) 상기 슬러리를 건조하고 이를 성형하여 얻어진 분말을 소결 반응기에 투입하는 단계; 및
d) 상기 반응기의 온도를 승온하여 소결시키는 단계;를 포함하는 질화알루미늄(AlN) 소결체의 제조방법.
a) a raw material powder of aluminum nitride (AlN) and a transition metal oxide; A lithium source that can be sintered and converted to lithium oxide; And alkaline earth metal oxides or rare earth metal oxides; Preparing a raw material comprising
b) mixing the raw material with a solvent to form a slurry;
c) drying the slurry, molding the slurry, and introducing the powder into a sintering reactor; And
and d) heating and sintering the temperature of the reactor.
a) 질화알루미늄(AlN)의 원료 분말과 전이금속 산화물; 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스; 및 알칼리 토금속 산화물 또는 희토류 금속 산화물;로 이루어지는 원료물질을 준비하는 단계;
b) 상기 원료물질을 바인더와 함께 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;
c) 상기 슬러리를 주입성형(slip casting)하여 시트를 제작하고 이에 의해 얻어지는 성형체 시트(Green sheet)를 소결 반응기에 투입하는 단계; 및
d) 상기 반응기의 온도를 승온하여 소결시키는 단계;를 포함하는 질화알루미늄(AlN) 소결체의 제조방법.
a) a raw material powder of aluminum nitride (AlN) and a transition metal oxide; A lithium source that can be sintered and converted to lithium oxide; And an alkaline earth metal oxide or a rare earth metal oxide;
b) mixing the raw material with a binder to form a slurry;
c) slip casting the slurry to prepare a sheet, and injecting a green sheet into the sintering reactor; And
and d) heating and sintering the temperature of the reactor.
제10항에 있어서,
상기 b) 단계의 상기 슬러리를 형성하는 단계는 원료물질과 용매를 혼합하고 이를 포함하는 전체 혼합물을 볼밀을 통해 분쇄하여 슬러리가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는, 질화알루미늄(AlN) 소결체의 제조방법
11. The method of claim 10,
Wherein the step of forming the slurry in step b) comprises mixing a raw material and a solvent, and pulverizing the entire mixture including the raw material and the slurry through a ball mill to form a slurry.
제10항에 있어서,
상기 c) 단계에서, 얻어진 슬러리를 건조 후 소결 반응기에 투입하기 전에 냉간 등방압 가압법(CIP)에 의해 분말을 성형하는 단계가 추가되는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄(AlN) 소결체의 제조방법.
11. The method of claim 10,
The method for manufacturing an aluminum nitride (AlN) sintered body according to claim 1, wherein in step (c), a powder is formed by cold isostatic pressing (CIP) before the slurry is dried and then introduced into a sintering reactor.
제11항에 있어서,
상기 b) 단계의 상기 슬러리를 형성하는 단계는 원료물질과 바인더 및 용매를 혼합하고 이를 포함하는 전체 혼합물을 볼밀을 통해 분쇄하여 슬러리가 형성되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화알루미늄(AlN) 소결체의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The step of forming the slurry in the step b) includes mixing the raw material, the binder and the solvent, and pulverizing the entire mixture including the raw material with a ball mill to form a slurry. (Method for manufacturing sintered body).
제11항에 있어서,
상기 c) 단계에서, 얻어진 슬러리를 주입성형(slip casting)하여 시트 제작후에 바인더를 제거하는 단계가 추가되는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄(AlN) 소결체의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the step (c) further comprises a step of slip casting the obtained slurry to remove the binder after the production of the sheet.
제12항 또는 제14항에 있어서,
상기 볼밀을 통해 형성된 입자는 0.1 내지 10 ㎛이내의 입도 범위를 갖는 것을 특징으로 하는, 질화알루미늄(AlN) 소결체의 제조방법.
15. The method according to claim 12 or 14,
Wherein the particles formed through the ball mill have a particle size range of 0.1 to 10 占 퐉 or less.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 a) 단계에서, 소결하여 리튬 산화물로 변환될 수 있는 리튬 소스과 전이금속 산화물을 각각 준비하는 대신에 화학식 LiMwOz 로 표시되는 리튬-전이금속 복합 산화물을 준비함으로써 질화알루미늄(AlN) 소결체를 제조하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄(AlN) 소결체의 제조방법
단, 여기서 W 및 Z는 각각 0 < W < 4, 0 < Z < 6을 만족하는 실수이다.
The method according to claim 10 or 11,
In step (a), an aluminum nitride (AlN) sintered body is prepared by preparing a lithium-transition metal composite oxide represented by the formula LiMwOz instead of preparing a lithium source and a transition metal oxide which can be converted into lithium oxides by sintering (AlN) sintered body according to the present invention
Here, W and Z are real numbers satisfying 0 < W < 4 and 0 < Z <
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 d) 단계의 소결 시키는 단계는 1600 ℃ 이하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄(AlN) 소결체의 제조방법.
The method according to claim 10 or 11,
Wherein the step of sintering in step d) is performed at a temperature of 1600 ° C or less.
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