NL8400796A - FINE ALUMINUM NITRIDE POWDER, A COMPOSITION AND SINTERED ARTICLE THEREOF, AND METHODS FOR ITS FORMATION. - Google Patents
FINE ALUMINUM NITRIDE POWDER, A COMPOSITION AND SINTERED ARTICLE THEREOF, AND METHODS FOR ITS FORMATION. Download PDFInfo
- Publication number
- NL8400796A NL8400796A NL8400796A NL8400796A NL8400796A NL 8400796 A NL8400796 A NL 8400796A NL 8400796 A NL8400796 A NL 8400796A NL 8400796 A NL8400796 A NL 8400796A NL 8400796 A NL8400796 A NL 8400796A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- metal
- aluminum nitride
- powder
- weight
- fine
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/581—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on aluminium nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
- C01B21/072—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with aluminium
- C01B21/0726—Preparation by carboreductive nitridation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/10—Solid density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/32—Thermal properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
9 V 5 VO 6006 ‘ 19 V 5 VO 6006 "1
Fijn aluminiumnitridepoeder, een samenstelling en gesinterd voorwerp daarvan, alsmede werkwijzen voor de vorming daarvan.Fine aluminum nitride powder, a composition and sintered article thereof, as well as methods for their formation.
Deze uitvinding heeft betrekking op een fijn poeder van zeer zuiver aluminiumnitride, een samenstelling en een gesinterd voorwerp daarvan, alsmede op werkwijzen voor het vormen daarvan.This invention relates to a fine powder of high purity aluminum nitride, a composition and a sintered article thereof, as well as methods for forming it.
Gesinterd aluminiumnitride heeft steeds de aandacht 5 getrokken als. een hoge-temperatuurmateriaal met uitstekende eigenschappen, zoals een hoge thermische geleidbaarheid, corrosieweerstand en -sterkte. Aluminiumnitridepoeders voor gesinterd aluminiumnitride omvatten, afhankelijk van hun produktiemethoden, onvermijdelijk verschillende onzuiverheden, waardoor het niet voldoende sinterbaar is en men moeilijk com-10 pacte, gesinterde voorwerpen met hoge zuiverheid, die de inherente uitstekende eigenschappen van aluminiumnitride bezitten, kan verkrijgen.Sintered aluminum nitride has always attracted attention as. a high-temperature material with excellent properties, such as high thermal conductivity, corrosion resistance and strength. Aluminum nitride powders for sintered aluminum nitride, depending on their production methods, inevitably include various impurities, making it insufficiently sinterable and difficult to obtain compact, sintered articles of high purity possessing the inherent excellent properties of aluminum nitride.
De volgende twee methoden zijn reeds toegepast voor de bereiding van aluminiumnitridepoeders.The following two methods have already been used for the preparation of aluminum nitride powders.
De eerste methode wordt de directe nitridevormingsmetho-15 de genoemd en omvat het nitrideren van metallisch aluminiumpoeder bij hoge temperatuur in een stikstof atmosfeer of · ammoniakgas en het verpulveren van het verkregen nitride.The first method is called the direct nitride-forming method-15 and involves nitriding high temperature metallic aluminum powder in a nitrogen atmosphere or ammonia gas and pulverizing the resulting nitride.
De tweede methode wordt de alumina-reductiemethode genoemd en omvat het branden van alumina en koolstofpoeder in stikstof- of 20 ammoniakgas, waarna het vèrkregen nitride wordt verpulverd.The second method is called the alumina reduction method and involves burning alumina and carbon powder in nitrogen or ammonia gas, after which the resulting nitride is pulverized.
Aangezien metallisch aluminium in de eerste directe ni-tridevormingsmethode als uitgangsmateriaal wordt toegepast, moet uiteraard het metallisch aluminium worden verpulverd.teneinde de nitridevor-mingssnelheid te verbeteren. Ter verhoging van de sinterbaarheid van 25 het verkregen nitride is het verder nodig het nitride te verpulveren tot een deeltjesafmeting kleiner dan verschillende micrometers. Bij de directe nitridevormingsmethode kan men aldus stellen dat het onmogelijk is de insluiting van metalen of metaalverbindingen als onzuiverheden, afkomstig van een maalmolen, zoals een kogelmolen, die bij de verpulvering 30 wordt toegepast, te vermijden. Aangezien verder de directe nitridevormingsmethode aluminiumnitridepoeder geeft, dat onvermijdelijk niet-omge-zet metallisch aluminium als onzuiverheid bevat, is het bijzonder moeilijk aluminiumnitride te produceren, dat minder dan verschillende gewichtspro- 8400796 » * 2 centen onzuiverheden bevat, met inbegrip van die, welke binnentreden bij de verpulveringstrappen. In de verpulveringstrap van de directe ni-tridevormingsmethode is het moeilijk een aluminiumnitridepoeder te verkrijgen met een voldoende kleine en uniforme deeltjesafmeting, terwijl 5 bovendien door de onvermijdelijke oxydatie van het oppervlak van het aluminiumnitridepoeder bij verpulvering het door de directe nitridevor-mingsmethode verkregen aluminiumnitridepoeder gewoonlijk 2-5 gew.% of zelfs meer zuurstof bevat.Since metallic aluminum is used as the starting material in the first direct nitride forming method, the metallic aluminum must of course be pulverized in order to improve the nitride formation rate. To increase the sinterability of the resulting nitride, it is further necessary to pulverize the nitride to a particle size smaller than several micrometers. Thus, in the direct nitride formation method, it can be said that it is impossible to avoid the inclusion of metals or metal compounds as impurities from a grinding mill, such as a ball mill, used in pulverization. Furthermore, since the direct nitride formation method gives aluminum nitride powder, which inevitably contains unreacted metallic aluminum as an impurity, it is particularly difficult to produce aluminum nitride, which contains less than several percent by weight impurities, including those entering. at the pulverization steps. In the pulverizing step of the direct nitride-forming method, it is difficult to obtain an aluminum nitride powder with a sufficiently small and uniform particle size, while, moreover, due to the inevitable oxidation of the surface of the aluminum nitride powder, the aluminum nitride powder obtained by the direct nitride-forming method is usually 2 -5 wt% or even more oxygen.
De tweede alumina-reductiemethode wordt in het alge-10 meen als beter dan de directe nitridevormingsmethode beschouwd, aangezien men aluminiumnitridepoeder met een betrekkelijk uniforme deel-tjesafmeting verkrijgt. Om echter een afmeting kleiner dan verschillende micrometers te verkrijgen, moet men een verpulveringstrap toepassen.The second alumina reduction method is generally considered to be better than the direct nitride formation method, since aluminum nitride powder having a relatively uniform particle size is obtained. However, to obtain a size smaller than several micrometers, a pulverization step must be used.
Verder kan' het gehalte aan niet-omgezet alumina niet tot een zeer lage 1 5 waarde worden verminderd. Zoals bij de directe nitridevormingsmethode heeft bijgevolg de tweede methode tevens het nadeel, dat men een aluminiumnitridepoeder met lage zuiverheid verkrijgt. Volgens deze methoden geproduceerde aluminiumnitridepoeders hebben niet voldoende zuiverheid en nemen in het algemeen een zwarte tot grijze kleur aan. Uit deze poe-20 ders verkregen gesinterde voorwerpen hebben derhalve geen lichtdoor-latende eigenschappen.Furthermore, the content of unreacted alumina cannot be reduced to a very low value. As with the direct nitride formation method, therefore, the second method also has the disadvantage that an aluminum nitride powder of low purity is obtained. Aluminum nitride powders produced by these methods do not have sufficient purity and generally take on a black to gray color. Sintered articles obtained from these powders therefore have no light-transmitting properties.
Het is een doel van deze uitvinding te voorzien in een fijn poeder van aluminiumnitride met een hoge zuiverheid.It is an object of this invention to provide a fine powder of aluminum nitride of high purity.
Het is een ander doel van deze uitvinding te voorzien in ;25 een fijn poeder van aluminiumnitride met een hoge zuiverheid, dat is samengesteld uit zeer fijne deeltjes met een gemiddelde deeltjesdiameter van niet groter dan 2 micrometer en met een zeer laag gehalte aan onzuiverheden, .zoals metallische verbindingen en een zeer laag gehalte aan gebonden zuurstof..It is another object of this invention to provide a high purity aluminum nitride fine powder composed of very fine particles having an average particle diameter of not more than 2 microns and having a very low impurity content. such as metallic compounds and a very low content of bound oxygen.
30 Het is nog een ander doel van de uitvinding te voorzien in een fijn aluminiumnitridepoeder met hoge zuiverheid, dat uitstekend kan worden gesinterd en dat een gesinterd voorwerp van aluminiumnitride met hoge zuiverheid en hoge dichtheid geeft.It is yet another object of the invention to provide a high purity fine aluminum nitride powder which is excellent for sintering and provides a high purity, high density sintered aluminum nitride article.
Het is nog een ander doel van deze uitvinding te voor-35 zien in een industrieel voordelige werkwijze voor het produceren van zeer zuiver aluminiumnitride.It is yet another object of this invention to provide an industrially advantageous process for producing high purity aluminum nitride.
Het is een verder doel van de uitvinding te voorzienIt is a further object of the invention to provide
Si Λ Λ Λ “ï V V i 3 υ 3 in een werkwijze voor het produceren van een fijn poeder van aluminium-nitride met hoge zuiverheid volgens de z.g. alumina-reductiemethode/ maar waarbij een fijn poeder van aluminiumnitride wordt verkregen met een gemiddelde deeltj esdiameter, die niet groter is dan 2 micrometer zonder 5 dat men het verkregen nitride aan een verpulveringstrap behoeft te onderwerpen.Si Λ Λ Λ “ï VV i 3 υ 3 in a process for producing a fine powder of aluminum nitride of high purity by the so-called alumina reduction method / but obtaining a fine powder of aluminum nitride with an average particle diameter, which does not exceed 2 micrometers without having to subject the nitride obtained to a pulverization step.
Een verder onderwerp van deze uitvinding is te voorzien in een compacte aluminiumnitridesamenstelling, die het zeer. zuivere aluminiumnitride van deze uitvinding alsmede een sinterhulpmiddel omvat, 10 alsmede een werkwijze voor de produktie daarvan.A further subject of this invention is to provide a compact aluminum nitride composition which is very strong. pure aluminum nitride of this invention as well as a sintering aid and a process for its production.
Het is een verder doel van deze uitvinding te voorzien in een gesinterd aluminiumnitridevoorwerp met hoge zuiverheid en hoge dichtheid.It is a further object of this invention to provide a high purity, high density sintered aluminum nitride article.
Het is een volgend doel van deze uitvinding te voorzien 15 in een gesinterd aluminiumnitridevoorwerp met hoge zuiverheid en hoge dichtheid, dat zeer lage gehaltes aan metaalverbindingen als onzuiverheid en gebonden zuurstof bezit en waarvan de dichtheid ten minste 90% van de theoretische waarde is.It is a further object of this invention to provide a high purity, high density sintered aluminum nitride article having very low levels of metal compounds such as impurity and bound oxygen, the density of which is at least 90% of theoretical value.
* Het is een ander doel van de uitvinding te voorzien 20 in een gesinterd aluminiumnitridevoorwerp met hoge zuiverheid en hoge dichtheid dat lichtdoorlatende eigenschappen heeft.It is another object of the invention to provide a high purity, high density sintered aluminum nitride article having translucent properties.
Het is nog een volgend doel van deze uitvinding te voorzien in een werkwijze voor het produceren van een gesinterd voorwerp van aluminiumnitride met zeer hoge zuiverheid en hoge dichtheid uit het fijne 25 aiuminiumnitridepoeder volgens de uitvinding dat een hoge zuiverheid heeft of de aluminiumnitridesamenstelling van de uitvinding.It is yet a further object of this invention to provide a method for producing a sintered article of very high purity and high density aluminum nitride from the high purity fine aluminum nitride powder of the invention or the aluminum nitride composition of the invention.
Andere doeleinden en voordelen van de uitvinding zullen uit de nu volgende beschrijving duidelijk worden.Other objects and advantages of the invention will become apparent from the following description.
Volgens deze uitvinding worden genoemde doeleinden en 30 voordelen bereikt door middel van een fijn poeder van aluminiumnitride, dat een gemiddelde deeltjesdiameter heeft van niet groter dan 2 micrometer en dat ten minste 94 gew.% aluminiumnitride (AlNj, ten hoogste 3 gew.% gebonden zuurstof en ten hoogste 0,5% metaal of metaalverbindingen ais onzuiverheden omvat.According to this invention, said objects and advantages are achieved by means of a fine powder of aluminum nitride, which has an average particle diameter of not more than 2 micrometers and which contains at least 94 wt.% Aluminum nitride (AlNj, at most 3 wt.% Bound oxygen and at most 0.5% metal or metal compounds as impurities.
35 Het fijne poeder van aluminiumnitride met de gemiddelde deeltjesdiameter van niet groter dan 2 micrometer volgens deze uitvin- 8400796 435 The fine powder of aluminum nitride with the average particle diameter of not more than 2 micrometers according to this invention 8400796 4
* V* V
ding bestaat in de vorm van bolvormige deeltjes of secundaire agglomeraten daarvan.it exists in the form of spherical particles or secondary agglomerates thereof.
Fig. 1 toont de afhankelijkheid van de luchtdoorlatendheid van het gesinterde lichaam van de uitvinding van de golflengte van 5 het licht.Fig. 1 shows the dependence of the air permeability of the sintered body of the invention on the wavelength of the light.
Pig. 2 is een foto van een voorbeeld van het gesinterde lichaam volgens de uitvinding.Pig. 2 is a photograph of an example of the sintered body according to the invention.
Fig. 3 is een aftast-electronenmicrofoto van het mechanisch gebroken oppervlak van een voorbeeld van een met een hete pers ge- 10 sinterd lichaam van de uitvinding.Fig. 3 is a scanning electron micrograph of the mechanically broken surface of an example of a hot press sintered body of the invention.
Fig. 4 is een aftastelectronenmicrofoto van het mechanisch gebroken oppervlak van hetzelfde met een hete pers gesinterde lichaam van de uitvinding volgens fig. 3, die werd genomen nadat het gebroken oppervlak was behandeld met een waterige oplossing van fosforzuur.' 15 Fig. 5 is een aftastelectronenmicrofoto van een mecha nisch gebroken oppervlak van een voorbeeld van het drukloos gesinterde lichaam van de uitvinding.Fig. 4 is a scanning electron micrograph of the mechanically broken surface of the same hot-press sintered body of the invention of FIG. 3 taken after the broken surface was treated with an aqueous solution of phosphoric acid. FIG. 5 is a scanning electron micrograph of a mechanically broken surface of an example of the pressureless sintered body of the invention.
Fig. 6 is een aftastelectronenmicrofoto van een mechanisch gebroken oppervlak van een ander voorbeeld van het drukloos ge- 20 sinterde lichaam van de uitvinding.Fig. 6 is a scanning electron micrograph of a mechanically broken surface of another example of the pressureless sintered body of the invention.
Fig. 7 is een aftastelectronenmicrofoto van het mechanisch gebroken oppervlak van hetzelfde drukloos gesinterde lichaam van:· de uitvinding volgens fig. 6, die werd genomen nadat het gebroken oppervlak was behandeld met de waterige oplossing van fosforzuur.Fig. 7 is a scanning electron micrograph of the mechanically broken surface of the same pressureless sintered body of the invention of FIG. 6 taken after the broken surface was treated with the aqueous solution of phosphoric acid.
25 Volgens deze uitvinding kan het fijne aluminiumnitride- poeder worden bereid volgens een werkwijze welke omvat: (1) het grondig mengen van een fijn aluminapoeder met een gemiddelde deeltj esdiameter van niet groter dan 2 micrometer met een fijn koolstofpoeder met een asgehalte van ten hoogste 0,2% en een gemid- 30 delde deeltjesdiameter van niet groter dan 1 micrometer in een vloeibaar dispersiemedium, waarbij de gewichtsverhouding van het fijne aluminapoeder tot het fijne koolstofpoeder 1 : 0,36-1 :1 is; (2) het branden van het verkregen grondige mengsel bij een temperatuur van 1400 - 1700°C in een atmosfeer van stikstof of ammo- 35 niak na eventueel drogen daarvan en (3) het daarna verhitten van het verkregen fijne poeder tot een temperatuur van 600 - 900°C ter verwijdering van de niet-omge- ύ Λ fi p 7 0 ^ 5 *? v O / 5 y Λ * 5 zette koolstof, waardoor een fijn aluminiumnitridepoeder wordt gevormd met een gemiddelde deeltjesdiameter van niet groter dan 2 micrometer, dat ten minste 94 gew.% aluminiumnitride, ten hoogste 3 gew.% gebonden zuurstof en ten hoogste 0,5 gew.%, berekend als metaal, metaalverbindin- 5- gen als onzuiverheden bevat.According to this invention, the fine aluminum nitride powder can be prepared by a method comprising: (1) thoroughly mixing a fine alumina powder having an average particle diameter of no greater than 2 microns with a fine carbon powder having an ash content of at most 0 2% and an average particle diameter of no greater than 1 micron in a liquid dispersion medium, the weight ratio of the fine alumina powder to the fine carbon powder being 1: 0.36-1: 1; (2) burning the obtained thorough mixture at a temperature of 1400-1700 ° C in an atmosphere of nitrogen or ammonia after optionally drying thereof and (3) subsequently heating the obtained fine powder to a temperature of 600 - 900 ° C to remove the non-converted 7 0 ^ 5 *? v O / 5 y Λ * 5 carbon, forming a fine aluminum nitride powder with an average particle diameter of no greater than 2 microns, containing at least 94% by weight aluminum nitride, at most 3% by weight of bound oxygen and at most 0, 5% by weight, calculated as metal, contains metal compounds as impurities.
Volgens de bovengenoemde werkwijze kan een verpulve-ringstrap van aluminiumnitride, verkregen door het branden van het uitgangsmateriaal worden vermeden. Aldus worden geen onzuiverheden via de verpulveringstrap in het verkregen aluminiumnitride opgenomen, terwijl 10 tevens cxydatie van het oppervlak van aluminiumnitride, dat bij de bekende verpulvering optreedt, kan worden vermeden. Aldus is het voordeel van het kunnen weglaten van de verpulveringstrap van het aluminiumnitride onverwacht groot. Voor het weglaten van de verpulveringstrap en voor het verkrijgen van aluminiumnitride met goede eigenschappen is het belang-15 rijk de z.g. natte-mengmethode toe te passen, waarbij het mengen van het aluminapoeder en het koolstofpoeder in de voornoemde trao (1) in seen vloeibaar dispersiemedium wordt uitgevoerd. Volgens de natte mengmethode kunnen niet alleen de materialen grondig worden gemengd, maar kan tevens verrassenderwijze de neiging van de fijnverdeelde uitgangsmateria-20 len tot agglomeratie en klontvorming worden vermeden. Set branden van het verkregen grondige mengsel leidt tot aluminiumnitridedeeltj es met een fijne uniforme grootte. Tevens kan volgens de werkwijze van de uitvinding het insluiten van onzuiverheden in de verpulveringstrap, enz. volledig worden vermeden, terwijl tevens de oxydatie van het aluminium-25 nitride-oppervlak kan worden vermeden, zodat men een fijn aluminiumnitridepoeder verkrijgt met beter sintervermogen dan bij gebruikelijke methoden; hierdoor verkrijgt men een gesinterd voorwerp met hoge zuiverheid en lichtdoorlatende eigenschappen. Het in de natte mengtrap toegepaste, vloeibare dispersiemedium is niet bepaald kritisch en elk 30 bekend medium voor nat mengen kan worden toegepast. In het algemeen worden water, koolwaterstoffen, alifatische alcoholen en mengsels daarvan voor industriële toepassingen gebruikt. De koolwaterstoffen omvatten b.v. ligroine, petroleumether, hexaan, benzeen en tolueen, terwijl de alifatische alcoholen, b.v. methanol, ethanol en isopropanol omvatten.According to the above method, an aluminum nitride pulverization step obtained by burning the starting material can be avoided. Thus, no impurities are incorporated into the obtained aluminum nitride via the pulverizing step, while it is also possible to avoid oxidation of the surface of aluminum nitride which occurs in the known pulverizing. Thus, the advantage of being able to omit the aluminum nitride pulverization step is unexpectedly great. For the omission of the pulverization step and for obtaining aluminum nitride with good properties it is important to use the so-called wet mixing method, wherein the mixing of the alumina powder and the carbon powder in the aforementioned stage (1) in a liquid dispersion medium is carried out. According to the wet mixing method, not only can the materials be thoroughly mixed, but surprisingly the tendency of the finely divided starting materials to agglomeration and lump formation can be avoided. Burning of the obtained thorough mixture results in aluminum nitride particles of fine uniform size. Also, according to the method of the invention, the inclusion of impurities in the pulverizing step, etc., can be completely avoided, while also the oxidation of the aluminum nitride surface can be avoided, so that a fine aluminum nitride powder is obtained with better sintering capacity than with conventional sintering power. methods; this gives a sintered object with high purity and translucent properties. The liquid dispersion medium used in the wet mixing step is not particularly critical and any known wet mixing medium can be used. In general, water, hydrocarbons, aliphatic alcohols and mixtures thereof are used for industrial applications. The hydrocarbons include, e.g. ligroin, petroleum ether, hexane, benzene and toluene, while the aliphatic alcohols, e.g. methanol, ethanol and isopropanol.
35 Het bovengenoemde natte mengen wordt bij voorkeur uit gevoerd in een inrichting die is gemaakt van een materiaal dat geen in-Q Λ Λ ' T Λ £The above wet mixing is preferably performed in a device made of a material which is not in-Q Λ Λ 'T Λ £
Γ* ^ 7 JΓ * ^ 7 J
* » 6 sluiting van onzuiverheden in het gebrande aluminiumnitride veroorzaakt.* »6 Closure of impurities in the burned aluminum nitride.
In het algemeen kan het natte mengen bij kamertemperatuur en bij atmosferische druk worden uitgevoerd en wordt dit niet nadelig beïnvloed door de temperatuur en druk. Men kan bekende menginrichtingen toepassen, 5 zolang daardoor geen onzuiverheden worden gevormd die na het branden in het produkt achterblijven. In het algemeen wordt een molen, die bol-vormige of staaf achtige materialen bevat als menginrichting toegepast.Generally, the wet mixing can be performed at room temperature and at atmospheric pressure and is not adversely affected by the temperature and pressure. Known mixers can be used as long as they do not form impurities which remain in the product after burning. Generally, a mill containing spherical or rod-like materials is used as a mixer.
De inwendige wand van de molen en de bolvormige of staaf vormige materialen zijn gemaakt van aluminiumnitride zelf of van een zeer zuiver 10 alumina met een zuiverheid van ten minste 99,9 gew.%, teneinde het opnemen van onzuiverheden, die in het gebrande aluminiumnitride achterblijven, te vermijden. Het oppervlak van de menginrichting, die in aanraking komt met de uitgangsmaterialen, kan zijn gemaakt uit of bekleed met kunststof. De voor dit doel toegepaste kunststoffen zijn niet bij-15 zonder kritisch en men kan b.v. polyetheen, polypropeen, polyamiden, polyesters en polyurethaan toepassen. Aangezien verschillende metallische stabilisatoren in kunststoffen worden toegepast dient men deze tevoren te controleren. Verder is het belangrijk ter vermijding van de verpulveren gstrap en het verkrijgen van een sterk zuiver fijn poeder van 20 aluminiumnitride met een gemiddelde deeltj esafmeting van niet groter dan 2 micrometer en een goed sintervermogen, alumina en koolstof met gespecificeerde eigenschappen te gebruiken. Het toegepaste, fijne aluminapoe-der moet een gemiddelde deeltjesdiameter van niet groter dan 2 micrometer en een zuiverheid van ten minste 99,0 gew.%, bij voorkeur ten minste 25 99,8 gew.% bezitten. Het fijne koolstofpoeder moet een asgehalte van ten hoogste 0,2 gew.%, bij voorkeur 0,1 gew.% bezitten. Aangezien de gemiddelde deeltjesdiameter van de koolstof invloed heeft op de deeltjesdiameter van het verkregen aluminiumnitride, dient de koolstof een fijn poeder met submicroafmeting te zijn, nl. met een gemiddelde deeltjesdiame-30 ter van niet groter dan 1 micrometer. Roet en gegrafitiseerd carbon kunnen worden toegepast, maar roet heeft algemeen de voorkeur.The interior wall of the mill and the spherical or rod-shaped materials are made of aluminum nitride itself or of a high purity alumina with a purity of at least 99.9 wt%, to absorb impurities remaining in the burned aluminum nitride , to avoid. The surface of the mixer, which comes into contact with the starting materials, can be made of or coated with plastic. The plastics used for this purpose are not particularly critical, and one can e.g. use polyethylene, polypropylene, polyamides, polyesters and polyurethane. Since various metallic stabilizers are used in plastics, these must be checked beforehand. Furthermore, in order to avoid the pulverizing stage and obtain a highly pure fine powder of aluminum nitride having an average particle size of not more than 2 micrometers and good sintering power, use alumina and carbon with specified properties. The fine alumina powder used must have an average particle diameter of no greater than 2 micrometers and a purity of at least 99.0 wt%, preferably at least 99.8 wt%. The fine carbon powder must have an ash content of at most 0.2% by weight, preferably 0.1% by weight. Since the average particle diameter of the carbon affects the particle diameter of the aluminum nitride obtained, the carbon should be a fine micro-sized powder, i.e., having an average particle diameter of no greater than 1 micron. Carbon black and graphitized carbon can be used, but carbon black is generally preferred.
Aangezien de verhouding van alumina en koolstof afhankelijk is van de zuiverheid, de deeltjesafmeting enz. van het alumina en ' de koolstof, dient deze bij voorkeur door voorafgaande proeven te worden 35 bepaald. Gewoonlijk worden alumina en koolstof in een gewichtsverhouding van 1 : .0,36 - 1 : 1, 'bij voorkeur 1 :0,4-1 : 1 nat gemengd. Het meng- 8400796 Λ « 7 sel wordt zo nodig gedroogd en gebrand bij een temperatuur van 1400 -1700°C in een stikstofatmosfeer. Wanneer de brandtemperatuur beneden de bovengenoemde vastgelegde grens ligt, verloopt de reductieve nitride-vormingsreactie industrieel niet op bevredigende wijze. Indien de 5 brandtemperatuur boven de genoemde vastgelegde bovengrens ligt, ondergaat het verkregen aluminiumnitride ten dele sintering onder vorming van geagglomereerde deeltjes. Aldus is het moeilijk aluminiumnitride met de gewenste deeltjesdiameter te verkrijgen.Since the ratio of alumina and carbon depends on the purity, particle size, etc. of the alumina and the carbon, it should preferably be determined by preliminary tests. Usually, alumina and carbon are mixed wet in a weight ratio of 1: 0.36-1: 1, preferably 1: 0.4-1: 1. The mixture is dried if necessary and fired at a temperature of 1400 -1700 ° C in a nitrogen atmosphere, if necessary. When the burning temperature is below the above-stated limit, the reductive nitride formation reaction does not proceed satisfactorily industrially. If the firing temperature is above the specified upper limit, the aluminum nitride obtained is partially sintered to form agglomerated particles. Thus, it is difficult to obtain aluminum nitride with the desired particle diameter.
Volgens de uitvinding worden de fijne deeltjes alumini-10 umnitride, die zijn verkregen door het branden, in een zuurstof-bevat-tende atmosfeer verhit tot een temperatuur van 600 - 900°C om de niet-omgezette koolstof te oxyderen en te verwijderen. Aldus voorziet de uitvinding in een fijn poeder van zeer zuiver aluminiumnitride met een aluminiumnitridegehalte van ten minste 94%, een gebonden zuurstofgehalte 15 van ten hoogste 3 gew.% en een onzuiverheidsgehalte van ten hoogste 0,5 gew.% (als metaal).According to the invention, the fine particles of aluminum nitride obtained by burning are heated in an oxygen-containing atmosphere to a temperature of 600-900 ° C to oxidize and remove the unreacted carbon. Thus, the invention provides a fine powder of high purity aluminum nitride having an aluminum nitride content of at least 94%, a bound oxygen content of up to 3% by weight and an impurity content of up to 0.5% by weight (as metal).
Het zeer zuivere fijne poeder van aluminiumnitride volgens deze uitvinding heeft een aluminiumnitridegehalte van ten minste 94%. Een voorkeurspoeder met ten minste 97 gew.% aluminiumnitride geeft 20 een gesinterd voorwerp met bijzonder goede lichtdoorlaateigenschappen.The high purity fine aluminum nitride powder of this invention has an aluminum nitride content of at least 94%. A preferred powder with at least 97 wt% aluminum nitride gives a sintered article with particularly good light transmission properties.
Het fijne aluminiumnitridepoeder van de uitvinding heeft een gebonden zuurstofgehalte van ten hoogste 3 gew.% en een onzuiverheidsgehalte van ten hoogste 0,5 gew.% (als metaal). Aangenomen wordt dat gebonden zuurstof aanwezig is in een vorm gebonden aan metalen, inge-25 sloten als onzuiverheden of in de vorm van aluminiumoxyde.The fine aluminum nitride powder of the invention has a bound oxygen content of up to 3% by weight and an impurity content of up to 0.5% by weight (as metal). Bound oxygen is believed to be present in a form bound to metals, included as impurities or in the form of aluminum oxide.
Het gebonden zuurstofgehalte en het onzuiverheidsgehalte hebben een grote invloed op het sintervermogen van aluminiumnitride en de lichtdoorlaateigenschappen van het verkregen gesinterde voorwerp. Het gebonden zuurstofgehalte is bij voorkeur ten hoogste 1,5 gew.% en het on-30 zuiverheidsgehalte is ten hoogste 0,3 gew.% (als metaal).The bound oxygen content and the impurity content have a great influence on the sintering capacity of aluminum nitride and the light transmission properties of the obtained sintered article. The bound oxygen content is preferably at most 1.5 wt% and the impurity content is at most 0.3 wt% (as metal).
etaalverbindingen als onzuiverheden kunnen afkomstig zijn van onzuiverheden die in het alumina en koolstof als uitgangsmaterialen bij de produktie van aluminiumnitride aanwezig zijn of uit oplosmiddelen, mengers, pijpleiding, enz. gedurende de bereiding. Zij zijn 35 verbindingen van koolstof, silicium, mangaan, ijzer, chroom, nikkel, kobalt, koper, zink en titaan.etal compounds as impurities may come from impurities present in the alumina and carbon as starting materials in the production of aluminum nitride or from solvents, mixers, pipeline, etc., during the preparation. They are compounds of carbon, silicon, manganese, iron, chromium, nickel, cobalt, copper, zinc and titanium.
3/ rt Λ Λ 4 0 / * o 83 / rt Λ Λ 4 0 / * o 8
Het gejalte van dergelijke metaalverbindingen in het fijne aluminiumnitridepoeder is bij voorkeur ten hoogste 0,1 gew.% (als metaal). Onder deze onzuiverheden hebben het niet-omgezette alumina en koolstof alsmede aluminiumoxyde gevormd door oxydatie van het oppervlak 5 van aluminiumnitride geen bijzonder slechte invloed op de eigenschappen van het aluminiumnitride van deze uitvinding. Het ingesloten zijn van kationische onzuiverheden, zoals alumina, koolstof en silica in een hoeveelheid van ongeveer 0,3 - 0,5 gew.% heeft b.v. geen nadelige invloed op het sintervermogen van aluminiumnitride bij atmosferische druk. Aan-10 gezien echter ijzer, chroom, nikkel, kobalt, koper en titaan als onzuiverheden een nadelige invloed hebben op de lichtdoorlaateigenschappen van het gesinterde aluminiumnitridevoorwerp, dient het ingesloten zijn van deze componenten zoveel mogelijk te worden geminiseerd. Teneinde voldoende lichtdoorlaateigenschappen aan het gesinterde aluminiumnitride te 15 verlenen, dient het fijne aluminiumnitridepoeder van de uitvinding bij voorkeur minder dan 0,1 gew.% in totaal ijzer, chroom, nikkel, kobalt, 'koper en titaan te bevatten.Preferably, the metal of such metal compounds in the fine aluminum nitride powder is at most 0.1% by weight (as metal). Among these impurities, the unreacted alumina and carbon as well as aluminum oxide formed by oxidation of the surface of aluminum nitride do not have a particularly bad effect on the properties of the aluminum nitride of this invention. The inclusion of cationic impurities such as alumina, carbon and silica in an amount of about 0.3-0.5 wt% has e.g. does not adversely affect the sintering power of aluminum nitride at atmospheric pressure. However, since iron, chromium, nickel, cobalt, copper, and titanium as impurities adversely affect the light transmission properties of the sintered aluminum nitride article, the entrapment of these components should be minimized as much as possible. In order to impart sufficient light transmission properties to the sintered aluminum nitride, the fine aluminum nitride powder of the invention should preferably contain less than 0.1% by weight in total iron, chromium, nickel, cobalt, copper and titanium.
Het fijne aluminiumnitridepoeder van deze uitvinding heeft een gemiddelde deeltjesdiameter niet groter dan 2 micrometer. Indien 20 de gemiddelde diameter groter is dan deze bovengrens, gaat het sintervermogen aanzienlijk achteruit. Het fijne aluminiumnitridepoeder heeft bij voorkeur een gemiddelde deeltj esdiameter van niet groter dan 2 micrometer en bevat ten minste 70 vol.% deeltjes met een deeltjesdiameter niet groter dan 3 micrometer.The fine aluminum nitride powder of this invention has an average particle diameter no greater than 2 microns. If the average diameter is greater than this upper limit, the sintering power deteriorates considerably. The fine aluminum nitride powder preferably has an average particle diameter of no greater than 2 microns and contains at least 70% by volume of particles with a particle diameter no greater than 3 microns.
25 Het aluminiumnitride van deze uitvinding is als boven vermeld zeer zuiver en het gebonden zuurstofgehalte is bij voorkeur ten hoogste 1,5 gew.%. Men had tot dusver aangenomen dat een fijn poeder van aluminiumnitride met een gebonden zuurstofgehalte van minder dan 2 gew.% geen voldoende sintervermogen heeft en dat om dit te verkrij-30 gen een gebonden zuurstofgehalte van ten minste 2 gew.% noodzakelijk was. Met het oog op deze stand van de techniek is het bijzonder verrassend dat het fijne aluminiumnitridepoeder met een hoge dichtheid een uitstekend sintervermogen heeft.The aluminum nitride of this invention is, as mentioned above, very pure and the bound oxygen content is preferably at most 1.5% by weight. It had previously been believed that a fine aluminum nitride powder with a bound oxygen content of less than 2 wt% does not have sufficient sintering power and that to achieve this a bound oxygen content of at least 2 wt% was necessary. In view of this prior art, it is particularly surprising that the high density fine aluminum nitride powder has excellent sintering ability.
Volgens deze uitvinding kan een gesinterd voorwerp van 35 aluminiumnitride met hoge zuiverheid en hoge dichtheid uit het fijne aluminiumnitridepoeder met hoge zuiverheid worden verkregen. Het gesinterde 8400795 9 voorwerp kan worden gemaakt door het fijne aluminiumnitridepoeder van deze uitvinding te vormen,· het gevormde voorwerp bij een temperatuur van 1700 - 2100°C in een inerte atmosfeer te sinteren tot een gesinterd voorwerp van aluminiumnitride met een dichtheid van ten minste 5 2,9 g/cm3, dat ten minste 94 gew.% aluminiumnitride, ten hoogste 1,5 gew.% gebonden zuurstof en ten hoogste 0,5 gew.% metaalverbindingen als onzuiverheden bevat.According to the present invention, a high-purity, high-density aluminum nitride sintered article can be obtained from the high-purity fine aluminum nitride powder. The sintered 8400795 9 article can be made by forming the fine aluminum nitride powder of this invention, sintering the formed article at an temperature of 1700 - 2100 ° C in an inert atmosphere to a sintered aluminum nitride article having a density of at least 5 2.9 g / cm3 containing at least 94 wt% aluminum nitride, at most 1.5 wt% bound oxygen and at most 0.5 wt% metal compounds as impurities.
Verder kan volgens deze uitvinding het gesinterde voorwerp van aluminiumnitride met een hoge dichtheid en hoge zuiverheid ook 10 worden verkregen door de sintertrap in de bovengenoemde methode in aanwezigheid van een sinterhulpmiddel uit te voeren. Een dergelijke methode kan worden uitgevoerd door een fijn poeder van aluminiumnitride, bevattende ten minste 90 gew.% aluminiumnitride, ten hoogste 4,5 gew.% gebonden zuurstof, 0,02 - 5,0 gew.%, als een oxyde met de hoogste atoomva-15 lentie, van ten minste één metaalelement gekozen uit alkalimetalen, lanthaangroep-metalen en yttrium of een verbinding daarvan en ten hoogste 0,5 gew.%, als metaal, van metallische verbindingen als onzuiverheden anders dan verbindingen van de bovengenoemde metalen, het verkregen gevormde voorwerp bij een temperatuur van 1600 - 2100°C te sinteren in een 20 inerte atmosfeer, waardoor een gesinterd voorwerp van .aluminiumnitride wordt gevormd met een aluminiumnitridegehalte van ten minste 90 gew.%, een gebonden zuurstofgehalte van ten hoogste 3,5 gew.% en een dichtheid van ten minste 3,0 g/cm3, dat 0,02 - 5,0 gew.% als oxyde met de hoogste atoomvalentie van 0,02 - 5,0 gew.% van ten minste één metaal, gekozen 2 5 uit aardalkalimetalen, lanthaangroepmetalen en yttrium of een verbinding daarvan en ten hoogste 0,5 gew.%- als metaal van een metallische verbinding als onzuiverheden anders dan verbindingen van de bovengenoemde metalen bevat.Furthermore, according to this invention, the sintered aluminum nitride article of high density and high purity can also be obtained by performing the sintering step in the above method in the presence of a sintering aid. Such a method can be performed by a fine powder of aluminum nitride containing at least 90 wt% aluminum nitride, at most 4.5 wt% bound oxygen, 0.02-5.0 wt%, as an oxide having the highest atomic valency, of at least one metal element selected from alkali metals, lanthanum group metals and yttrium or a compound thereof and up to 0.5% by weight, as metal, of metallic compounds as impurities other than compounds of the above metals, the sintering the resultant molded article at a temperature of 1600 DEG-2100 DEG C. in an inert atmosphere, thereby forming a sintered aluminum nitride article having an aluminum nitride content of at least 90 wt%, a bound oxygen content of at most 3.5 wt .% and a density of at least 3.0 g / cm3, which is 0.02-5.0 wt% as the oxide having the highest atomic valence of 0.02-5.0 wt% of at least one metal selected 2 5 from alkaline earth metals, lanthanum group metals e n yttrium or a compound thereof and contains not more than 0.5% by weight - as metal of a metallic compound as impurities other than compounds of the above metals.
In de bovengenoemde twee methoden voor de vervaardiging 30 van het gesinterde voorwerp van aluminiumnitride volgens deze uitvinding met hoge zuiverheid en hoge dichtheid, wordt het sinteren uitgevoerd door het verkregen gevormde uitgangsvoorwerp op een hoge temperatuur te verhitten in een inerte atmosfeer. In elk van deze methoden kan het sinteren hetzij een hete perssintering of een drukloze sintering 35 zijn. Bij heteperssintering vormt de sterkte van een drukvorm een grens-druk en gewoonlijk worden drukken van niet hoger dan 350 kg/cm2 gekozen.In the above two methods of manufacturing the high purity, high density aluminum nitride sintered article of this invention, the sintering is performed by heating the resulting molded blank at a high temperature in an inert atmosphere. In either of these methods, the sintering can be either a hot press sintering or a pressureless sintering. In hot sintering, the strength of a printing form forms a boundary pressure, and pressures of no greater than 350 kg / cm 2 are usually selected.
Mi m* ** gMi m * ** g
"' .. ƒ v' V"" .. ƒ v 'V
1010
In de industrie worden drukken van ten minste 20 kg/cm*, bij voorkeur 50 - 300 kg/cm2 toegepast. Drukloos sinteren wordt nagenoeg in afwezigheid van druk uitgevoerd zonder uitoefening van mechanische druk op het gevormde voorwerp. Bij uitvoering van drukloze sintering wordt het 5 ruwe gevormde voorwerp vervaardigd bij een druk van ben minste 200 kg/ cm2, bij voorkeur 500 - 2000 kg/cm2. Het sinteren wordt uitgevoerd in een inerte atmosfeer, in het bijzonder een niet-oxyderende atmosfeer, bij voorbeeld in een stikstofatmosfeer.Pressures of at least 20 kg / cm *, preferably 50-300 kg / cm2, are used in industry. Pressureless sintering is performed virtually in the absence of pressure without applying mechanical pressure to the formed article. When performing pressureless sintering, the raw molded article is manufactured at a pressure of at least 200 kg / cm2, preferably 500-2000 kg / cm2. Sintering is carried out in an inert atmosphere, in particular a non-oxidizing atmosphere, for example in a nitrogen atmosphere.
De sintertemperatuur is 1700 - 2100°C, bij voorkeur 10 1800 - 2000°C, in de eerste methode waarbij geen sinterhulpmiddel wordt toegepast. In de tweede methode onder toepassing van een sinterhulpmiddel wordt de sintering bij een lagere temperatuur uitgevoerd, in het bijzonder 1500 - 2100°C, bij voorkeur 1650 - 2000°C.The sintering temperature is 1700-2100 ° C, preferably 1800-2000 ° C, in the first method where no sintering aid is used. In the second method using a sintering aid, the sintering is carried out at a lower temperature, in particular 1500 - 2100 ° C, preferably 1650 - 2000 ° C.
Aldus wordt er volgens deze uitvinding voorzien in een 15 gesinterd voorwerp van aluminiumnitride met hoge zuiverheid en hoge dichtheid met een onzuiverheidsgehalte van ten hoogste 0,5 gew.%, als metaal en een dichtheid van ten minste 3,0 g/cm2 (ongeveer 92% van de theoretische waarde).Thus, according to this invention, there is provided a sintered article of high purity, high density aluminum nitride having an impurity content of up to 0.5 wt%, as metal and a density of at least 3.0 g / cm2 (about 92 % of the theoretical value).
Aldus is het gesinterde voorwerp van aluminiumnitride 20 met een hoge zuiverheid en een hoge dichtheid, dat door deze uitvinding wordt geleverd, eerst een fijn poeder van aluminiumnitride met een dichtheid van ten minste 2,9 g/cm3, bij voorkeur ten minste .3,0 g/cm3 (overeenkomende met ongeveer 92% van de theoretische waarde) , met de meeste voorkeur ten minste 3,16 g/cm3 (overeenkomende met ongeveer 25 97% van de theoretische waarde), dat ten minste 94 gew.%, bij voorkeur ten minste 97 gew.% aluminiumnitride, ten hoogste 1,5 gew.%, bij voorkeur ten hoogste 0,75 gew.% gebonden zuurstof en ten hoogste -0,5 gew.% bij voorkeur 0,3 gew.%, als metaal van metaalverbindingen als onzuiverheid be-• vat.Thus, the high purity, high density aluminum nitride sintered article provided by this invention is first a fine powder of aluminum nitride having a density of at least 2.9 g / cm3, preferably at least .3, 0 g / cm3 (corresponding to about 92% of the theoretical value), most preferably at least 3.16 g / cm3 (corresponding to about 97% of the theoretical value), which is at least 94 wt%, at preferably at least 97 wt% aluminum nitride, at most 1.5 wt%, preferably at most 0.75 wt% bound oxygen and at most -0.5 wt%, preferably 0.3 wt%, as metal of metal compounds as impurity.
30 In de tweede plaats kan uit een uitgangsmateriaalcharge, die een sinterhulpmiddel bevat, een poeder van aluminiumnitride worden verkregen met een dichtheid van ten minste 3,0 g/cm3, bij voorkeur ten minste 3,16 g/cm3, dat ten minste 90 gew.%, bij. voorkeur ten minste 93 gew.%, aluminiumnitride, ten hoogste 3,5 gew.%, bij voorkeur ten hoog-35 ste 2,5 gew.% gebonden zuurstof, 0,02 - 5 gew.%, bij voorkeur 0,05 - 3,0 gew.%, als een oxyde met de hoogste atoomvalentie, van ten minste één 8400796 > > 11 metaalelement, gekozen uit de groep bestaande uit aardalkalimetalen/ lanthaangroepmetalen en yttrium afgeleid van het sinterhulpmiddel of een verbinding daarvan en ten hoogste 0,5 gew.%, bij voorkeur ten hoogste 0,3 gew.%, als metaal of metallische verbinding als onzuiverheden, 5 anders dan verbindingen van de bovengenoemde metalen bevat.Secondly, from a starting material batch containing a sintering aid, an aluminum nitride powder having a density of at least 3.0 g / cm3, preferably at least 3.16 g / cm3, containing at least 90 wt. .%, Bee. preferably at least 93 wt%, aluminum nitride, at most 3.5 wt%, preferably at most 2.5 wt%, bound oxygen, 0.02 - 5 wt%, preferably 0.05 - 3.0 wt%, as an oxide with the highest atomic valency, of at least one 8400796>> 11 metal element selected from the group consisting of alkaline earth metals / lanthanum group metals and yttrium derived from the sintering aid or a compound thereof and at most 0.5 wt%, preferably not more than 0.3 wt%, as metal or metallic compound as impurities, other than compounds of the above metals.
In het gesinterde voorwerp van deze uitvinding kunnen de onzuiverheden verbindingen van metalen zijn, zoals koolstof, silicium, mangaan, ijzer, chroom, nikkel, kobalt, koper en zink, afkomstig van de onzuiverheden in het fijne aluminiumnitridepoeder van deze uit-10 vinding.In the sintered article of this invention, the impurities may be metal compounds, such as carbon, silicon, manganese, iron, chromium, nickel, cobalt, copper and zinc, from the impurities in the fine aluminum nitride powder of this invention.
Het gesinterde voorwerp van deze uitvinding bevat in zijn het meest de voorkeur hebbende vorm ten hoogste 0,1 gew.% in totaal, als metaal, onzuiverheden, wanneer de onzuiverheden ijzer, chroom, nikkel, kobalt, koper, zink en titaan zijn.The sintered article of this invention, in its most preferred form, contains at most 0.1 wt% in total, as metal, impurities, when the impurities are iron, chromium, nickel, cobalt, copper, zinc and titanium.
15 Het gesinterde lichaam van deze uitvinding wordt ge kenmerkt door het feit dat de toestand van zijn mechanisch gebroken oppervlak veel verschilt van die van een gebroken oppervlak van een gebruikelijk gesinterd lichaam.The sintered body of this invention is characterized in that the state of its mechanically broken surface is much different from that of a broken surface of a conventional sintered body.
Het mechanisch gebroken oppervlak van het gesinterde 20 lichaam van de uitvinding van hoge dichtheid-aluminiumnitride wordt gevormd van dichtgepakte fijne kristalkiemen, die door heldere contouren van elkaar verschillen. De heldere contouren van de fijne kristalkiemen bij het gebroken oppervlak zijn veelhoekig. Tenminste 70% van de fijne kristalkiemen bestaat uit kristalkiemen met een gemiddelde deeltjesdia-25 meter bij het gebroken oppervlak gedefinieerd door de heldere contouren, D (micrometer) van 0,5 5 tot 1,5 5. Een gesinterd lichaam van aluminium-nitride dat een gebroken oppervlak geeft waarvan ten minste 70% van de kristalkiemen een deeltjesafmeting heeft in het gebied van 0,5 5 tot 1,5 D, d.w.z. een aluminiumnitride gesinterd lichaam met deeltjes met be-30 trekkelijk uniforme afmeting aan het gebroken oppervlak, was tot dusver niet bekend.The mechanically fractured surface of the high density aluminum nitride sintered body of the invention is formed from densely packed fine crystal seeds which differ from each other by clear contours. The clear contours of the fine crystal germs at the fractured surface are polygonal. At least 70% of the fine crystal seeds consist of crystal seeds with an average particle diameter of 25 meters at the fractured surface defined by the clear contours, D (micrometer) from 0.5 5 to 1.5 5. A sintered aluminum nitride body which gives a fractured surface of which at least 70% of the crystal seeds have a particle size in the range of 0.5 to 1.5 D, ie an aluminum nitride sintered body with particles of relatively uniform size at the fractured surface was up to not known so far.
Het gesinterde lichaam van deze uitvinding dat bijvoorbeeld de microfoto van fig. 3 geeft heeft een gemiddelde deeltjesdiameter (5) van 6,9 micron, waarbij de hoeveelheden deeltjes met een gemid-35 delde deeltjesdiameter van 0,5 D tot 1,5 D, d.w.z. 3,5 micron tot 10,4 micron, 83% is. Een andere eigenschap van het uiterlijk van het gesinter- $ V Λ " * -¾ 12 de lichaam van deze uitvinding bij zijn mechanisch gebroken oppervlak is dat een kristaloppervlak dat aan het gebroken oppervlak van de individuele deeltjes verschijnt een betrekkelijk glad vlak oppervlak vormt.For example, the sintered body of this invention which provides the micrograph of Figure 3 has an average particle diameter (5) of 6.9 microns, with the amounts of particles having an average particle diameter of 0.5 D to 1.5 D, ie, 3.5 microns to 10.4 microns, is 83%. Another property of the appearance of the sintered body of this invention in its mechanically broken surface is that a crystal surface appearing on the broken surface of the individual particles forms a relatively smooth flat surface.
Dit toont aan dat het gesinterde lichaam van deze uitvinding vrijwel 5 geen vreemde fase bevat (die gewoonlijk verschint als een cirkelvormige indrukking op het gebroken oppervlak) die wordt gevormd door het opnemen v van onzuiverheden of een gasfase.This shows that the sintered body of this invention contains virtually no foreign phase (which usually appears as a circular indentation on the fractured surface) formed by the incorporation of impurities or a gas phase.
Nog een andere eigenschap van het gesinterde lichaam van deze uitvinding wordt waargenomen bij een behandeld gebroken opper-10 vlak dat wordt verkregen door een mechanisch gebroken oppervlak te behandelen met een waterige oplossing van fosforzuur voor het onderzoeken van een textuur van het gesinterde lichaam of de bestaanstoestand van een secundaire fase. Zelfs wanneer het gesinterde lichaam van deze uitvinding is behandeld onder de meest typerende behandelingsomstandig-15 heden, d.w.z. behandeld met een 35%'s waterige oplossing van fosfor bij 62,5 ± 2,5°C gedurende 20 minuten heeft dit nog steeds specifiek kristal-kiemen met veelhoekige contouren. Wanneer de behandelingsomstandigheden strenger worden gemaakt en het heet geperste gesinterde lichaam van deze uitvinding wordt behandeld met 50%1s waterige oplossing van fosforzuur 20 bij dezelfde temperatuur als boven gedurende 30 minuten, vertoont dit nog steeds hetzelfde behandelde gebroken oppervlak als boven. Wanneer echter het gesinterde lichaam van de uitvinding verkregen door drukloos sinteren wordt onderworpen aan deze behandelingsomstandigheden blijkt dat een deel in het kiemgrensvlakoppervlak van de kristalkiemen is ver-25 dwenen, hetgeen het resultaat van oplossen blijkt te zijn. Meer in het bijzonder hebben de meeste kristalkiemen een hoekvormige contour, maar sommige van de kristalkiemen hebben ietwat gedeformeerde contour die niet voor de behandeling wordt waargenomen.Yet another property of the sintered body of this invention is observed in a treated fractured surface obtained by treating a mechanically fractured surface with an aqueous solution of phosphoric acid to examine a texture of the sintered body or its condition of a secondary phase. Even when the sintered body of this invention has been treated under the most typical treatment conditions, ie treated with a 35% aqueous solution of phosphorus at 62.5 ± 2.5 ° C for 20 minutes, it still has specific crystal germs with polygonal contours. When the treatment conditions are made more stringent and the hot pressed sintered body of this invention is treated with 50% aqueous solution of phosphoric acid 20 at the same temperature as above for 30 minutes, it still shows the same treated broken surface as above. However, when the sintered body of the invention obtained by pressureless sintering is subjected to these treatment conditions, it is found that a part has disappeared in the seed interface of the crystal seeds, which appears to be the result of dissolution. More specifically, most crystal germs have an angular contour, but some of the crystal germs have a slightly deformed contour that is not observed before treatment.
Het voornoemde gedrag van het gesinterde lichaam van 30 deze uitvinding dat bestendig is tegen behandeling met een waterige oplossing van fosforzuur is zeer kenmerkend met het oog op het feit dat wanneer een gebruikelijk.aluminiumnitride gesinterd lichaam wordt behandeld met een waterige oplossing van fosforzuur, een secundaire fase in hoofdzaak uit een oxyde bestaat gemakkelijk wordt opgelost en derhalve 35 de kristalkorrels een rondachtige contour hebben die sterk verschilt van de contour van de kristalkiemen vóór de behandeling. Met het oog op het feit dat tot dusver weinig berichten zijn gegeven over het met 8 4 0 0 7 S δ 13 succes drukloos sinteren van aluminiumnitride, is het inderdaad verrassend dat het gesinterde lichaam van deze uitvinding dat door drukloos sinteren is gevormd een.uitstekende weerstand heeft een wate rige oplossing van fosforzuur als boven vermeld.The aforementioned behavior of the sintered body of this invention which is resistant to treatment with an aqueous solution of phosphoric acid is very characteristic in view of the fact that when a conventional aluminum nitride sintered body is treated with an aqueous solution of phosphoric acid, a secondary phase consisting mainly of an oxide is easily dissolved and therefore the crystal grains have a round-like contour which is very different from the contour of the crystal seeds before the treatment. In view of the fact that few reports have so far been reported on the successful pressureless sintering of aluminum nitride with 8 4 0 0 7 S δ 13, it is indeed surprising that the sintered body of this invention formed by pressureless sintering has an excellent resistance has an aqueous solution of phosphoric acid as mentioned above.
5 Een röntgendiffractiepatroon van het gesinterde lichaam van deze uitvinding toont zes heldere diffractielijnen toegekend aan hexagonale aluminiumnitridekristallen met een diffractiehoek (2Θ) tussen 30 en 70°, d.w.z. bij diffractiéhoeken van 33,3° ± 0,5°, 36,2° ± 0,5°, 38,1° ± 0,5·, 49,8° ± 0,5°, 59,6° ± 0,5° en 66,3° ± 0,5°. Deze diffrac-An X-ray diffraction pattern of the sintered body of this invention shows six clear diffraction lines assigned to hexagonal aluminum nitride crystals with a diffraction angle (2Θ) between 30 and 70 °, ie at diffraction angles of 33.3 ° ± 0.5 °, 36.2 ° ± 0 , 5 °, 38.1 ° ± 0.5 °, 49.8 ° ± 0.5 °, 59.6 ° ± 0.5 ° and 66.3 ° ± 0.5 °. This diffrac-
OO
10 tièhoeken komen overeen met de interplanaire afstanden van Bragg (d, A) van 3,69 ± 0,04 £, 2,48 ± 0,03 £, 1,36 ± 0,03 £, 1,83 ± 0,02 £, 1,55 ± 0,01 £ en 1,41 ± 0,01 £.10 angle angles correspond to Bragg (d, A) interplanar distances of 3.69 ± 0.04 £, 2.48 ± 0.03 £, 1.36 ± 0.03 £, 1.83 ± 0.02 £, 1.55 ± 0.01 £ and 1.41 ± 0.01 £.
Er is vermeld dat gebruikelijke gesinterde lichamen van aluminiumnitride diffractielijnen hebben die bijvoorbeeld zijn toegekend 15 aan CaO AljOCaO.ZAl^O^ of 3Y20^-5^1^0^ kristallen naast die toegekend aan de hexagonale aluminiumnitride-kristallen, vanwege de grote hoeveelheden sinterhulpmiddelen (zoals CaCO^ of toegevoegd voor een verbeterde sinterbaarheid, en het hoge zuurstofgehalte van het uit-gangs-aluminiumnitride. Zelfs wanneer dergelijke sinterhulpmiddelen in 20 de sinterwerkwijze worden toegepast kan de onderhavige uitvinding voorzien in een gesinterd lichaam van aluminiumnitride met hoge zuiverheid -en hoge dichtheid dat nagenoeg geen diffractielijnen van de . . genoemde kristallen afgeleid van de sinterhulpmiddelen vertoont.It has been reported that conventional aluminum nitride sintered bodies have diffraction lines assigned, for example, to CaO AljOCaO.ZAl ^ O ^ or 3Y20 ^ -5 ^ 1 ^ 0 ^ crystals in addition to those assigned to the hexagonal aluminum nitride crystals, due to the large amounts of sintering aids (such as CaCO 2 or added for improved sinterability, and the high oxygen content of the starting aluminum nitride. Even when such sintering aids are used in the sintering process, the present invention can provide a sintered body of high purity and high strength aluminum nitride. density that shows substantially no diffraction lines of the said crystals derived from the sintering aids.
Het fijne aluminiumnitridepoeder of het grondige meng-25 sel daarvan met een sinterhulpmiddel dat in de voornoemde tweede sinter-methode wordt toegepast kan volgens deze uitvinding worden verkregen volgens een werkwijze, waarbij het fijne aluminiumnitridepoeder van deze . uitvinding met een hoge .zuiverheid grondig wordt gemengd met een verbinding van ten minste één metaal, gekozen uit aardalkalimetalen, lanthaan-30 groep metalen en yttrium in dergelijke hoeveelheden, dat de hoeveelheid van de metaalverbinding 0,02 - 5,0 gew.% als metaaloxyde met de hoogste atoomvalentie, gebaseerd op het totale gewicht van de resulterende samenstelling, wordt; alsmede door een werkwijze, welke omvat (1) het grondig mengen van een fijn aluminapoeder met 35 een gemiddelde deeltjesdiameter niet groter dan 2 micrometer, een fijn koolstofpoeder met een asgehalte van ten hoogste 0,2 gew.% en een gemid- 8400796 t 14 delde deeltjesdiameter van meer dan 1 micrometer en een verbinding van een metaal, gekozen uit aardalkalimetalen, lanthaan-groep metalen en yttrium, in een vloeibaar medium, waarbij de gewi'chtshoeveelheid van het fijne aluminapoeder tot het fijne koolstofpoeder 1 : 0,36-1 : 1 is 5 -.-en de hoeveelheid van de metaalverbinding 0,02 — 5,0 gew.% als metaal-oxyde met de hoogste atoomvalentie is, (2) het branden van het verkregen grondige mengsel bij een temperatuur van 1400 - 1700°C in een atmosfeer van stikstof en ammoniak, nadat dit naar keuze is gedroogd en 10 (3) het daarna verhitten van het mengsel op een tempera- * tuur van 600 - 900°C in een zuurstof bevattende atmosfeer, ter verwijdering van niet-omgezette koolstof.The fine aluminum nitride powder or the thorough mixture thereof with a sintering aid used in the aforementioned second sintering method can be obtained according to this invention according to a method, wherein the fine aluminum nitride powder of this. high purity invention is thoroughly mixed with a compound of at least one metal selected from alkaline earth metals, lanthanum-group metals and yttrium in such amounts that the amount of the metal compound is 0.02-5.0 wt% as metal oxide with the highest atomic valence, based on the total weight of the resulting composition, is; as well as by a method comprising (1) thoroughly mixing a fine alumina powder having an average particle diameter not greater than 2 microns, a fine carbon powder having an ash content of at most 0.2% by weight and an average of 8400796 t 14 particle diameter of more than 1 micron and a compound of a metal selected from alkaline earth metals, lanthanum group metals and yttrium in a liquid medium, the weight of the fine alumina powder to the fine carbon powder 1: 0.36-1 : 1 is 5 -.- and the amount of the metal compound is 0.02-5.0 wt% as metal oxide with the highest atomic valence, (2) firing the resulting thorough mixture at a temperature of 1400-1700 ° C in an atmosphere of nitrogen and ammonia, after it has been optionally dried and then (3) subsequently heating the mixture at a temperature of 600-900 ° C in an oxygen-containing atmosphere to remove non- converted carbon.
De eerste werkwijze kan worden uitgevoerd door het fijne aluminiumnitridepoeder van de uitvinding te mengen met een sinterhulp-15 middel, onder toepassing van een menger van het type als boven vermeld voor het mengen van alumina en koolstof. De tweede werkwijze kan worden uitgevoerd door alumina, koolstof en het sinterhulpmiddel te mengen met dezelfde menginrichting (trap 1) en daarna de trappen (2) en (3) op dezelfde wij ze als in de voornoemde werkwijze uit te voeren ter vorming .20 van het fijne aluminiumnitridepoeder van de uitvinding. De tweede werkwijze is zeer effectief omdat in vele gevallen onverwacht weinig van het sinterhulpmiddel wordt verbruikt, ongeacht de hoge brand temp era tuur van 1400 - 1700°C.The first method can be performed by mixing the fine aluminum nitride powder of the invention with a sintering aid using a mixer of the type mentioned above for mixing alumina and carbon. The second process can be carried out by mixing alumina, carbon and the sintering aid with the same mixer (step 1) and then performing steps (2) and (3) in the same manner as in the aforementioned process to form. the fine aluminum nitride powder of the invention. The second method is very effective because in many cases unexpectedly little of the sintering aid is consumed, regardless of the high fire temperature of 1400 - 1700 ° C.
Het in de bovengenoemde werkwijze toegepaste sinter-25 hulpmiddel is een verbinding van ten minste één metaal gekozen uit aardalkalimetalen, lanthaangroepmetalen en yttrium. Het was reeds bekend dat deze metaaloxyden voor aluminiumnitride effectieve sinterhulpmiddelen zijn. Onderzoek van de uitvinders heeft aangetoond dat deze metaalverbindingen niet alleen als sinterhulpmiddel fungeren, maar tevens als 30 middel dat de lichtdoorlaateigenschappen verbetert en aldus de luchtdoorlatendheid van het gesinterde voorwerp van aluminiumnitride in samenhang met de hoge zuiverheid van het fijne aluminiumnitridepoeder van deze uitvinding verbetert.The sinter-25 auxiliary used in the above method is a compound of at least one metal selected from alkaline earth metals, lanthanum group metals and yttrium. These metal oxides for aluminum nitride were already known to be effective sintering aids. Research by the inventors has shown that these metal compounds function not only as a sintering aid, but also as an agent that improves the light transmitting properties and thus improves the air permeability of the sintered aluminum nitride article in conjunction with the high purity of the fine aluminum nitride powder of this invention.
De aardalkalimetalen kunnen beryllium, magnesium, cal-* 35 cium, strontium en barium omvatten. Hiervan zijn in het bijzonder calcium, strontium en barium als metalen die de lichtdoorlaateigenschappen 8400798 15 verbeteren, van belang.The alkaline earth metals may include beryllium, magnesium, calcium, strontium and barium. Of these, in particular calcium, strontium and barium as metals which improve the light transmission properties 8400798 are important.
Voorbeelden van de lanthaangroep-metalen omvatten lan-thaan, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium 5 en lutetium. Hiervan hebben lanthaan, neodymium en cerium de voorkeur.Examples of the lanthanum group metals include lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium. Of these, lanthanum, neodymium and cerium are preferred.
Het sinterhulpmiddel of het lichtdooriaatvermogen-verbe-terende middel wordt toegepast in een hoeveelheid van 0,02 - 5,0 gew.%, bij voorkeur 0,03 - 3,0 gew.%.The sintering aid or the light transmittance improving agent is used in an amount of 0.02-5.0 wt%, preferably 0.03-3.0 wt%.
aldus wordt volgens de uitvinding voorzien in een gron-10 dig gemengde samenstelling van een fijn poeder van aluminiumnitride, dat ten minste 90 gew.% bij voorkeur ten minste 93 gew.% aluminiumnitride, ten hoogste 4,5 gew.%, bij voorkeur ten hoogste 3,0 gew.% gebonden zuurstof, 0,02 - 5 gew.%, bij voorkeur 0,03 - 3,0 gew.% als een oxyde met de hoogste atoomvalentie van ten minste één metaal-element gekozen uit aard-15 alkalimetalen, lanthaangroep-metalen en yttrium of een verbinding daarvan bevat en ten hoogste 0,5 gew.% bij voorkeur ten hoogste 0,3 gew.% van metaalverbindingen als onzuiverheden anders dan verbindingen van voornoemde metalen. In deze samenstelling kunnen de onzuiverheden verbindingen van metalen zijn, zoals koolstof, silicium, mangaan, ijzer, chroom, 20 nikkel, kobalt, koper of zink, die afkomstig zijn uit de onzuiverheden aanwezig in het fijne aluminiumnitridepoeder- van de uitvinding. Wanneer de metalen van de metaalverbindingen als onzuiverheden ijzer, chroom, nikkel, kobalt, koper, zink en titaan zijn, is het gehalte van deze onzuiverheden bij voorkeur ten hoogste 0,1 gew.%, betrokken op de totale 25 hoeveelheid van deze metalen.thus, according to the invention, a thoroughly mixed composition of a fine powder of aluminum nitride is provided, which comprises at least 90% by weight, preferably at least 93% by weight, aluminum nitride, at most 4.5% by weight, preferably highest 3.0 wt% bound oxygen, 0.02-5 wt%, preferably 0.03-3.0 wt% as an oxide having the highest atomic valency of at least one metal element selected from nature-15 alkali metals, lanthanum group metals and yttrium or a compound thereof and contains up to 0.5% by weight, preferably up to 0.3% by weight, of metal compounds as impurities other than compounds of said metals. In this composition, the impurities may be metal compounds, such as carbon, silicon, manganese, iron, chromium, nickel, cobalt, copper or zinc, which are derived from the impurities contained in the fine aluminum nitride powder of the invention. When the metals of the metal compounds such as impurities are iron, chromium, nickel, cobalt, copper, zinc and titanium, the content of these impurities is preferably at most 0.1% by weight, based on the total amount of these metals.
Als boven in detail vermeld voorziet de onderhavige uitvinding in een fijn aluminiumnitridepoeder met een hoge zuiverheid en een gemiddelde deeltj esdiameter van niet groter dan 2 micrometer alsmede een gesinterd voorwerp van aluminiumnitride met een hoge zuiver-30 heid en een hoge dichtheid.As noted in detail above, the present invention provides a high purity fine aluminum nitride powder having an average particle diameter of no greater than 2 microns as well as a high purity, high density sintered aluminum nitride article.
Het gesinterde voorwerp van aluminiumnitride volgens deze uitvinding wordt b.v. gebruikt als een sterk warmtegeleidende keramische stof in warmte-afgevende platen, materialen voor warmtewisselaars, substraten van stereofonische systemen of videoversterkers en 35 substraten van voor geïntegreerde schakelingen. Door gebruik te maken van zijn uitstekende lichtdoorlatende eigenschappen kan het worden toe- 8400736 16 gepast als een venstermateriaal voor sensors onder toepassing van UV-licht en infraroodlicht en lichtuitzendende buizen van lampen. Het kan tevens worden toegepast als een venstermateriaal voor radar onder toepassing van zijn elektrische golfdoorlaateigenschappen en ais een 5 speciaal venstermateriaal/ waarbij lichtdoorlatende eigenschappen bij hoge temperaturen gewenst zijn.For example, the sintered aluminum nitride article of this invention is used as a highly thermally conductive ceramic in heat-emitting plates, heat exchanger materials, stereophonic system substrates or video amplifiers, and integrated circuit substrates. Utilizing its excellent translucent properties, it can be used as a window material for sensors using UV light and infrared light and light emitting tubes of lamps. It can also be used as a radar window material using its electric wave transmission properties and as a special window material where translucent properties at high temperatures are desired.
Het fijne aluminiumnitridepoeder van deze uitvinding is bijzonder geschikt als uitgangsmateriaal voor Sialon-type 'materialen en wanneer toegepast als een uitgangsmateriaal voor a-sialon, β-sialon 10 en AlN-polytypen, verkrijgt men sialonverbindingen met hoge zuiverheid en uitstekende eigenschappen die men niet met gebruikelijke AlN-poeders kan verkrijgen. Wanneer het verder wordt toegepast als een uitgangsmateriaal voor β-sialon, Al^O^-AlN-spinel en siliciumoxynitrideglas, geeft het produkten met verbeterde lichtdoorlaateigenschappen.The fine aluminum nitride powder of this invention is particularly suitable as a starting material for Sialon type materials and when used as a starting material for α-sialon, β-sialon 10 and AlN polytypes, high purity sialon compounds having excellent properties are not obtained. conventional AlN powders. When further used as a starting material for β-sialon, Al 2 O 4 AlN spinel and silicon oxynitride glass, it gives products with improved light transmission properties.
15 Aangezien het fijne aluminiumnitridepoeder van deze uitvinding uniform is en een goed dispergeervermogen heeft, kan het tevens effectief worden toegepast als hulpmiddel voor verschillende keramische stoffen, zoals siliciumcarbide of als poeder voor het maken van een combinatie met een polymeer, zoals een siliconrubber.Since the fine aluminum nitride powder of this invention is uniform and has good dispersibility, it can also be effectively used as an auxiliary for various ceramics, such as silicon carbide, or as a powder for making a combination with a polymer, such as a silicone rubber.
.20 De volgende voorbeelden illustreren in meer bijzonder heden de onderhavige uitvinding..20 The following examples more particularly illustrate the present invention.
De volgende verschillende analysemethoden en inrichtingen werden in deze voorbeelden toegepast:The following different analysis methods and devices were used in these examples:
Kationanalyse 25 XPC-emissiespectroanalysator (ICP-AES, van Daini Seikosha Co. Ltd.Cation analysis 25 XPC emission spectroanalyzer (ICP-AES, from Daini Seikosha Co. Ltd.
KoolstofanalyseCarbon analysis
Koolstofanalysator in metaal (EMIA 3200, van Horiba Seisakusho Co. r.Carbon analyzer in metal (EMIA 3200, from Horiba Seisakusho Co. r.
Ltd.)Ltd.)
Zuurstofanalyse 30 Zuurstofanalysator in metaal (EMGA-1300 van Horiba Seisakusho Co.Oxygen Analysis 30 Metal Oxygen Analyzer (EMGA-1300 from Horiba Seisakusho Co.
Ltd.)Ltd.)
StikstofanalyseNitrogen analysis
Neutralisatietitratie van ammoniak ontwikkeld door alkalismelt- ontleding 35 Röntgendif fractie-inrichting Röntgendiffractiemeter (JRX-12 VB van Nippon Denshi Co. Ltd.) 84 0 0 7 9 8 17Neutralization titration of ammonia developed by alkali melt decomposition 35 X-ray diffraction device X-ray diffraction meter (JRX-12 VB from Nippon Denshi Co. Ltd.) 84 0 0 7 9 8 17
Scanning elektronenmicroscoop JSM-T200 (van Nippon Denshi Co. Ltd.)Scanning electron microscope JSM-T200 (from Nippon Denshi Co. Ltd.)
Specifiek oppervlak BET-methode (specifiek oppervlak meetapparaat (SA-100 van Shibata 5 Chemical Machinery, Co. Ltd.)Specific surface BET method (specific surface measuring device (SA-100 from Shibata 5 Chemical Machinery, Co. Ltd.)
Inrichting voor het meten van de gemiddelde deeltjesafmeting en deeltjesgrootteverdelingDevice for measuring the average particle size and particle size distribution
Centrifugale automatische deeltjesanalysator (CAPA-500 van Horiba Seisakusho Co. Ltd.) 10 Tehermlsche geleidbaarheldsmeetinrichting thermische constante meetanalysator door laser (PS-7 van Rigaku Denki Co., Ltd.)Centrifugal Automatic Particle Analyzer (CAPA-500 from Horiba Seisakusho Co. Ltd.) 10 Thermal Conductivity Hero Measuring Device Thermal Constant Measuring Analyzer by Laser (PS-7 from Rigaku Denki Co., Ltd.)
LichttransmissiemeetinrichtiagenLight transmission measuring devices
Hitachi 200-10 üV-VIS-spectrofotometer (330-type) en Hitachi 260-15 30 infraroodspectrofotometer 260-30-type)Hitachi 200-10 µV-VIS spectrophotometer (330 type) and Hitachi 260-15 30 infrared spectrophotometer 260-30 type)
Buigsterktemeter Instron-meetmachine (model 1123)Flexural Strength Meter Instron Measuring Machine (Model 1123)
De lichtdoorlaatbaarheid van een gesinterd lichaam van aluminiumnitride werd berekend uit de volgende vergelijking.The light transmittance of an aluminum nitride sintered body was calculated from the following equation.
20 1-(1- R)2 ”/Ut ..... U) Σ0 e waarin:20 1- (1- R) 2 ”/ Ut ..... U) Σ0 e where:
Iq = intensiteit van invallend licht, I = intensiteit van doorgelaten licht, R = reflectie, 25 t = dikte van het gesinterde voorwerp en ju. = absorptie-coëfficiënt R wordt bepaald afhankelijk van de brekingsindex van het gesinterde voorwerp. Wanneer de brekingsindex n is, wordt R gegeven door de volgende vergelijking bij meting in lucht.Iq = intensity of incident light, I = intensity of transmitted light, R = reflection, 25 t = thickness of the sintered object and ju. = absorption coefficient R is determined depending on the refractive index of the sintered object. When the refractive index is n, R is given by the following equation when measured in air.
30 ..... (2) ^u in vergelijking (1) is een maat van de lichtdoorlaat-eigenschappen van het gesinterde voorwerp en de waarden in de volgende voorbeelden werden berekend volgens vergelijking (1).30 ..... (2) ^ u in equation (1) is a measure of the light transmission properties of the sintered article and the values in the following examples were calculated according to equation (1).
8400798 188 400 798 18
Gemiddelde diameter (D) bij een mechanisch gebroken oppervlakAverage diameter (D) with a mechanically broken surface
Een monster van een aluminiumnitride gesinterd lichaam werd mechanisch gebroken en het gebroken oppervlak werd gefotografeerd door een aftastelektronenmicroscoop bij een vergroting van 2.000 maal.A sample of an aluminum nitride sintered body was mechanically broken, and the broken surface was photographed by a scanning electron microscope at 2,000 times magnification.
5 De equivalente diameters (d) van de individuele kristalkiemen waargenomen in een foto met een afmeting van ongeveer 7 cm x ongeveer 10 cm werden gemeten. De diameter d kan worden bepaald door de maximale lengte (d ) en de minimale lengte (d . ) van elk van de kristalkiemen die zijn heldere contour in het oppervlak van de foto kruisen te meten 10 en het rekenkundig gemiddelde te berekenen uit de gemeten maximale en minimale lengtes.The equivalent diameters (d) of the individual crystal seeds observed in a photo with a size of about 7 cm x about 10 cm were measured. The diameter d can be determined by measuring the maximum length (d) and the minimum length (d.) Of each of the crystal seeds crossing its clear contour in the surface of the photograph 10 and calculating the arithmetic mean from the measured maximum and minimum lengths.
Uit n cl waarden van ja kristalkiemen, kan de gemiddelde deeltjesdiameter D worden berekend volgens de nu volgende vergelij- , . n king.From ncl values of yes crystal seeds, the mean particle diameter D can be calculated according to the following equation. n king.
» η»Η
Voorbeeld IExample I
20 g Alumina met een zuiverheid vain 99,99% (tabel A geeft de geanalyseerde waarden van de onzuiverheden) en een gemiddelde deeltjesdiameter van 0,52 micrometer, waarbij de hoeveelheid deeltjes 20 met een deelt jesdiameter niet hoger dan 3 micrometer 95 gew.'% was en 10 g roet met een asgehalte van 0,008 gew.% en een gemiddelde deeltjesdiameter van 0,45 micrometer, werden uniform in ethanol als dispergeer-medium gemengd in een kogelmolen, bestaande uit een nylonbak en nylon-beklede kogels. Het verkregen mengsel werd gedroogd, op een vlakke 25 schotel van zeer zuiver grafiet aangebracht en gedurende 6 uur in een elektrische oven op 1600°C verhit onder continue toevoer van stikstof-gas in de oven met een snelheid van 3 1/minuut. Het verkregen xeactie-mengsel werd gedurende 4 uur op 750°C in lucht verhit ter verwijdering van het niet-omgezette koolstof door oxydatie.20 g Alumina with a purity of 99.99% (Table A gives the analyzed impurity values) and an average particle diameter of 0.52 micrometers, the amount of particles 20 having a particle diameter not exceeding 3 micrometers 95 wt. % and 10 g of carbon black with an ash content of 0.008 wt% and an average particle diameter of 0.45 micrometers, were uniformly mixed in ethanol as a dispersing medium in a ball mill consisting of a nylon tub and nylon-coated balls. The resulting mixture was dried, placed on a high-purity graphite flat tray and heated in an electric oven at 1600 ° C for 6 hours with continuous addition of nitrogen gas into the oven at a rate of 3 1 / minute. The resulting reaction mixture was heated in air at 750 ° C for 4 hours to remove the unreacted carbon by oxidation.
30 Röntgendiffractieanalyse van het verkregen witte poeder toonde aan dat het enkele-fase AlN is zonder zonder diffractiepiek van alumina. Het verkregen poeder had een gemiddelde deeltjesdiameter van 1,31 micrometer, waarbij de hoeveelheid deeltjes met een deeltjesdiameter van niet groter dan 3 micrometer 90 vol.% was. Onderzoek volgens 35 een scanning elektronenmicroscoop toonde aan dat dit poeder bestond uit 8 4 (f 0 7 9 5 19 uniforme deeltjes met een gemiddelde deeltjesdiameter van 0,7 micrometer. Het had een specifiek oppervlak van 4,0 m2/g.X-ray diffraction analysis of the obtained white powder showed that it is single phase AlN without without diffraction peak of alumina. The powder obtained had an average particle diameter of 1.31 micrometers, the amount of particles with a particle diameter of not more than 3 micrometers being 90% by volume. Examination by a scanning electron microscope showed that this powder consisted of 8 4 (f 0 7 9 5 19 uniform particles with an average particle diameter of 0.7 micrometers. It had a specific surface area of 4.0 m2 / g.
De analysewaarden van dit poeder worden in tabel B aangegeven.The analysis values of this powder are shown in Table B.
5 TABEL A5 TABLE A
Analysewaarden van Al-poeder Al^-gehalte: 99,99%Analysis values of Al powder Al ^ content: 99.99%
Element Gehalte (dpm)Element Content (ppm)
Mg <5 10 Cr <10Mg <5 10 Cr <10
Si 30Si 30
Zn <5Zn <5
Fe 22Fe 22
Cu <5 15 Ca < 20Cu <5 15 Ca <20
Ni 15Ni 15
Ti 5Ti 5
TABEL BTABLE B
Analysewaarden van AlN-poeder 20 AlN-gehalte: 97,8%Analysis values of AlN powder 20 AlN content: 97.8%
Element GehalteElement Content
Mg < 5 (dpm)Mg <5 (ppm)
Cr 21 (")Cr 21 (")
Si 125 (") 25 Zn 9 (")Si 125 (") 25 Zn 9 (")
Fe 20 (")Fe 20 (")
Cu <5 (")Cu <5 (")
Mn 5 ('*)Mn 5 ('*)
Ni 27 (") 30 Ti <5 (")Ni 27 (") 30 Ti <5 (")
Co <5 (”)Co <5 (”)
Al 64,8 (gew.%9 N 33,4 (") O 1,1 (") 35 C 0,11 (") 84 0 0 7 7-¾ 20Al 64.8 (wt% 9 N 33.4 (") O 1.1 (") 35 C 0.11 (") 84 0 0 7 7-¾ 20
Voorbeeld IIExample II
Aluminiumnitridepoeder (1,0 g) op dezelfde wijze verkregen als in voorbeeld I, werd in een BN-beklede grafietmatrijs met een diameter van 20 mm gebracht en bij een temperatuur van 2000°C gedurende 5 2 uur onder een druk van 100 kg/cm2 in stikstofgas onder 1 atmosfeer in een hoogfrequent inductieoven heet geperst. Bet verkregen gesinterde voorwerp was enigszins geel, dicht en halfdoorlatend. Het gesinterde voorwerp had een dichtheid van 3,26 g/cm3. Röntgendiffractieanalyse toonde aan dat de enkele fase AlN was. De analysewaarden van het gesin-10 terde voorwerp worden in tabel C aangegeven. Het gesinterde voorwerp had een thermische geleidbaarheid van 75 W/m-K. Bij polijsten van dit gesinterde voorwerp tot een dikte van 0,5 mm was zijn lichtdoorlatend-heid voor licht met een golflengte van 6 micrometer 16% (absorptiecoëfficiënt ^u = 34 cm *).Aluminum nitride powder (1.0 g) obtained in the same manner as in Example I, was placed in a BN-coated graphite die with a diameter of 20 mm and at a temperature of 2000 ° C for 2 hours under a pressure of 100 kg / cm2 in nitrogen gas under 1 atmosphere in a high-frequency induction furnace hot pressed. The sintered article obtained was slightly yellow, dense and semipermeable. The sintered article had a density of 3.26 g / cm3. X-ray diffraction analysis showed that the single phase was AlN. The analytical values of the sintered object are shown in Table C. The sintered article had a thermal conductivity of 75 W / m-K. When polishing this sintered object to a thickness of 0.5 mm, its light transmittance for light with a wavelength of 6 µm was 16% (absorption coefficient ^ u = 34 cm *).
15 Een schijf met een diameter van 40 mm en een dikte van ongeveer 3 mm verkregen door heet persen onder dezelfde omstandigheden als boven vermeld, werd doorgesneden ter vorming van een rechthoekige . staaf met een afmeting van 3m8 x 3 x 35 mm. De driepuntbuigsterkte van dit monster werd gemeten bij een kruiskopsnelheid van 0,5 mm/minuut en · 20 een temperatuur van 1200°C met een spanwijdte van 30 mm. Deze was gemiddeld 41,5 kg/mm2.A disk with a diameter of 40 mm and a thickness of about 3 mm obtained by hot pressing under the same conditions as mentioned above was cut to form a rectangle. rod with a size of 3m8 x 3 x 35 mm. The three-point bending strength of this sample was measured at a crosshead speed of 0.5 mm / minute and a temperature of 1200 ° C with a wingspan of 30 mm. This averaged 41.5 kg / mm2.
TABEE CTABEE C
Analysewaarden van gesinterd AlN AlN-gehalte: 98,1% 25 Element GehalteAnalysis values of sintered AlN AlN content: 98.1% Element Content
Mg < 5 (dpm)Mg <5 (ppm)
Cr 15 (")Cr 15 (")
Si 100 ('")Si 100 ('")
Zn 16 (") 30 Fe 18 (")Zn 16 (") 30 Fe 18 (")
Cu <5 (’’)Cu <5 (’’)
Mn 5 (”)Mn 5 (”)
Ni 30 (”)Ni 30 (”)
Ti <5 (’*) 35 Co <5 (”)Ti <5 ("*) 35 Co <5 (")
Al 65,0 (gew.%) 8400796 21 TABEL C (Vervolg)Al 65.0 (wt.%) 8400796 21 TABLE C (Continued)
Element Gehalte N 33,5 (dpm) O 0,6 (") C 0,13 (”)Element Content N 33.5 (ppm) O 0.6 (") C 0.13 (")
5 Voorbeeld IIIExample III
Aluminiumnitridepoeder (10 g) op dezelfde wijze verkregen als in voorbeeld I werd gemengd met 0,2 gew.% als CaO, Ca(NO^)onder toepassing van ethanol als vloeibaar medium in een polyetheenvijzel met behulp van een stamper van polyetheen. Het mengsel werd gedroogd 10 en daarna onder dezelfde omstandigheden als in voorbeeld XI heet samengeperst onder vorming van een gesinterd voorwerp met een diameter van 20 mm. Het gesinterde voorwerp had een dichtheid van 3,28 g/cm^ en bleek volgens röntgendiffractieanalyse enkele-fase-AIN te zijn. Het gesinterde voorwerp had een AlN-gehalte van 97,8 gew.%, een zuurstof-15 gehalte van 0,7 gew.% en een thermische geleidbaarheid van 79 W/m-K.Aluminum nitride powder (10 g) obtained in the same manner as in Example 1 was mixed with 0.2 wt% as CaO, Ca (NO 2) using ethanol as a liquid medium in a polyethylene mortar using a polyethylene pestle. The mixture was dried and then hot pressed under the same conditions as in Example XI to form a sintered article of 20 mm diameter. The sintered article had a density of 3.28 g / cm 2 and was found to be single phase AIN by X-ray diffraction analysis. The sintered article had an AlN content of 97.8 wt%, an oxygen content of 0.7 wt%, and a thermal conductivity of 79 W / m-K.
Bij het polijsten van het gesinterde voorwerp tot een dikte van 0,5 mm had het een lichtdoorlatendheid voor licht met een golflengte van 6 micrometer van 33% (absorptiecoëfficiënt yU = 19 cm . Figuur 1 toont de afhankelijkheid van de lichtdoorlatendheid van dit gesinterde voorwerp 20 van de lichtgolflengte terwijl fig. 2 een foto geeft van het uiterlijk van het gesinterde voorwerp.When polishing the sintered object to a thickness of 0.5 mm, it had a light transmittance for light with a wavelength of 6 micrometers of 33% (absorption coefficient yU = 19 cm. Figure 1 shows the dependence of the light transmittance of this sintered object. of the light wavelength while Fig. 2 shows a photograph of the appearance of the sintered object.
Het gemengde AlN-poeder werd volgens dezelfde procedure als in voorbeeld II gesinterd en de driepuntbuigsterkte daarvan gemeten.The mixed AlN powder was sintered according to the same procedure as in Example II and its three-point flexural strength measured.
Deze was bij 1200°C gemiddeld 45,1 kg/mm2.This was on average 45.1 kg / mm2 at 1200 ° C.
25 Voorbeeld IVExample IV
Aluminiumnitridepoeder (10 g) verkregen volgens dezelfde methode als in voorbeeld I werd gemengd met elk van de verschillende toevoegsels van tabel D. De verkregen mengsels werden elk volgens dezelfde methode als in voorbeeld III heet geperst tot gesinterde voor-30 werpen. De resultaten worden in tabel D aangegeven, 84007"' 22 iAluminum nitride powder (10 g) obtained by the same method as in Example I was mixed with each of the various additives in Table D. The resulting mixtures were each hot pressed to sintered articles by the same method as in Example III. The results are shown in Table D, 84007-22
α fj rocMroomf'-'^Oα fj rocMroomf '-' ^ O
\ c. NCMNCNCMCSCMm Ό ' Φη·.Γ^ΙΓ)νθνθνθνθΟθΓ**\ c. NCMNCNCMCSCMm Ό 'Φη · .Γ ^ ΙΓ) νθνθνθνθΟθΓ **
£j S CN CM CM CM <N fM CM CM£ j S CN CM CM CM <N fM CM CM
tSD' m en m m m m · m m •H “tSD 'm and m m m m · m m • H “
| ’ 1 1 1 1,1 - — m o Φ p -p — r- tn vo m inr*· co r- Ö3 dP -*** **, w *«» φ~ . ·*«.| 1 1 1 1,1 - - m o Φ p -p - r- tn vo m inr * · co r- Ö3 dP - *** **, w * «» φ ~. · * «.
bj JS o o o o o o o o 0 Φ N C7> “ 0) +> q h — in m η «h m ·η m m HJ dfi «_ ·,. -·_> ·_ ♦—. ·—·—*- 3 ·£ ^ ' r» oo eo oo co oo r- ω ^ σ>σισισισ\«ησ^σ\ w (0 —” "" 11 ............. ~~~~~~~ ~- ——— 1 Φ 00 05 ΐφ’ω^-Έι Ο o m in.m in o in 1H φ Ό φ x ·» ·ν ·«- ·~ *- *--·-* Ο Ο Ο Ο Ο -Ρ οbj JS o o o o o o o o 0 Φ N C7> “0) +> q h - in m η« h m · η m m HJ dfi «_ · ,. - · _> · _ ♦ -. · - · - * - 3 · £ ^ 'r »oo eo oo co oo r- ω ^ σ> σισισισ \« ησ ^ σ \ w (0 - ”" "11 ........... .. ~~~~~~~ ~ - ——— 1 Φ 00 05 ΐφ'ω ^ -Έι Ο to in.m in o in 1H φ Ό φ x · »· ν ·« - ~ * - * - - · - * Ο Ο Ο Ο Ο -Ρ ο
φ φ Φ -Wφ φ Φ -W
ο ο ο φ ω fri > Λ Λ Η «J. _____ _____ _____ _ ______ . _____ _____ Ο Ο Ο Ν Ν Ν Η CM CM Ε Ε 33 Φ ^ νθ 10 Μ μ Ο mm· · · Ο Ο S’ mOO mmmejd) g 022---00 > — —> m m mο ο ο φ ω fri> Λ Λ Η «J. _____ _____ _____ _ ______. _____ _____ Ο Ο Ο Ν Ν Ν Η CM CM Ε Ε 33 Φ ^ νθ 10 Μ μ Ο mm · · · Ο Ο S "mOO mmmejd) g 022 --- 00> - -> m m m
ω m k O O Ok m k O O O
g CQ CO 2 Z 2 > m Ό J 2 <W · '"—1— ...........-............ --_____ Φ ° ^ rHCMm^inior-oog CQ CO 2 Z 2> m Ό Y 2 <W · '"—1— ...........-............ --_____ Φ ° ^ rHCMm ^ inior-oo
Λ CΛ C
i ..... I.. —.1-....-1.- 8.4 0 0 7 9 5 23i ..... I .. —.1 -....- 1.- 8.4 0 0 7 9 5 23
Voorbeeld VExample V
Ongeveer 1 g aluminiumnitridepoeder, verkregen volgens dezelfde methode als in voorbeeld I werd uniaxiaal samengeperst in een matrijs met een diameter van 20 mm en isotactisch samengeperst onder 5 een druk van 1000 mg/cm2 ter vorming van een voorwerp met een dichtheid van 1,56 g/cm3. Het voorwerp werd in een boriumnitridesmeltkroes gebracht en gedurende 3 uur in stikstof gas onder 1 atmosfeer in een hoogfrequent inductieoven met een grafiet-warmtegenerator tot 1900°C verhit. Het door het drukloos sinteren verkregen voorwerp was grijsachtig wit en 10 had een dichtheid van 2,93 g/cm3. Door röntgendiffractieanalyse werd aangetoond dat het enkele-fase-AIN was. Door analyse van het gesinterde voorwerp werd aangetoond dat het een AlN-gehalte van 98,3 gew.% en een zuurstofgehalte van 0,4 gew.% had. De thermische geleidbaarheid qas 48 W/m-iC. Voorbeeld VIAbout 1 g of aluminum nitride powder obtained by the same method as in Example 1 was uniaxially compressed in a 20 mm diameter die and isotactically compressed under a pressure of 1000 mg / cm 2 to form an article with a density of 1.56 g / cm3. The article was placed in a boron nitride crucible and heated to 1900 ° C in nitrogen gas under 1 atmosphere in a high frequency induction furnace with a graphite heat generator for 3 hours. The article obtained by the pressureless sintering was grayish-white and had a density of 2.93 g / cm3. X-ray diffraction analysis showed that it was single phase AIN. Analysis of the sintered article showed that it had an AlN content of 98.3 wt% and an oxygen content of 0.4 wt%. The thermal conductivity qas 48 W / m-iC. Example VI
15 10 g Aluminiumnitridepoeder, verkregen volgens dezelfde methode als in voorbeeld I, werd uniform gemengd met 3,0 gew.%, als CaO, Ca (NO^) 2*4^0 in ethanol als een dispergeermedium. Het mengsel werd gedroogd, geperst en gesinterd op dezelfde wijze als in voorbeeld V. Vddr het sinteren had het geperste voorwerp een dichtheid van 1,73 g/ 20 cm3. Het gesinterde lichaam was geelachtig en halfdoorlatend en had een dichtheid van 3,23 g/cm3. Het gesinterde lichaam had een AlN-gehalte van 96,0 gew.%, een zuurstofgehalte van 1,5 gew.% en een thermische geleidbaarheid van 64 w/m-K. Bij polijsten tot een dikte van 0,5 mm had het een lichtdoorlatendheid voor licht met een golflengte van 6 microme-25 ter van 28% (^,u = 23 cm ).10 g of aluminum nitride powder, obtained by the same method as in Example 1, was uniformly mixed with 3.0 wt%, as CaO, Ca (NO ^) 2 * 4 ^ 0 in ethanol as a dispersing medium. The mixture was dried, pressed and sintered in the same manner as in Example V. Before sintering, the pressed article had a density of 1.73 g / 20 cm 3. The sintered body was yellowish and semipermeable and had a density of 3.23 g / cm3. The sintered body had an AlN content of 96.0 wt%, an oxygen content of 1.5 wt%, and a thermal conductivity of 64 w / m-K. When polished to a thickness of 0.5 mm, it had a light transmittance for light with a wavelength of 6 micrometres of 28% (µm = 23 cm).
Voorbeeld VIIExample VII
10 g Aluminiumnitridepoeder, verkregen volgens dezelfde methode als in voorbeeld I werd met elk van de verschillende toevoegsels als aangegeven in tabel E gemengd op dezelfde wijze als in voorbeeld VI.10 g of aluminum nitride powder obtained by the same method as in Example I was mixed with each of the various additives indicated in Table E in the same manner as in Example VI.
30 De mengsels werden elk aan drukloos sinteren onderworpen op de aijze als beschreven in voorbeeld V. De resultaten worden in tabel E aangegeven.The mixtures were each subjected to pressureless sintering in the manner described in Example V. The results are shown in Table E.
«4 0 3 7 3*5 24 Γ* το οο α Ο wo 3 1 τί νο ^ «« \ ε ο ___ __^____ _________ ,-> © © Η ω rr I r> CM ιΗ ιΗ 'CM ΓΜ -ρ ε κ» *. —. — -ν y 2 'ν: ΤΟ m m m m ΒιΉ ui. © Ρ Q Λ w φ • S ----- Μ 0 > φ ΙΓ> © Γ- Ο Ο 4J ν». ·— ·* Ό I I Η Η © ο Η Η Ρ Ρ »Μ (β dP Φ 3 0 Λ « +j 3 +J 0) G Ν 03 © _______ Ή 0) Φ σ _2 © το © ιη © 63 rH ^ *— >- *— *- ' ! ιο dp tn \ο © in uo 2iw σ% © © © © Η φ Ρ! *? © Η . —— ——— £0 — I ο ^ ο ο ο ο ο p-ι ο)Φ ο m ο ο © Ρ ft Μ © . 00 Ο © © C £ 2 ιΗ ’ Η CM «Η -Ή •Ρ φ 3 03 ·Ρ -Ρ Λ----- I Η © Φ 0 > Ο Ο Ο Ο Ο > φ 03 »- ». t_ ·*- ΦΟΗΦ rr cm Η το το © Λ ιΰ φ φ >1 0 Φ dP ««4 0 3 7 3 * 5 24 Γ * το οο α Ο Wed 3 1 τί νο ^« «\ ε ο ___ __ ^ ____ _________, -> © © Η ω rr I r> CM ιΗ ιΗ 'CM ΓΜ -ρ ε κ »*. -. - -ν y 2 'ν: ΤΟ m m m m ΒιΉ onion. © Ρ Q Λ w φ • S ----- Μ 0> φ ΙΓ> © Γ- Ο Ο 4J ν ». · - · * Ό II Η Η © ο Η Η Ρ Ρ »Μ (β dP Φ 3 0 Λ« + j 3 + J 0) G Ν 03 © _______ Ή 0) Φ σ _2 © το © ιη © 63 rH ^ * -> - * - * - '! ιο dp tn \ ο © in uo 2iw σ% © © © © Η φ Ρ! *? © Η. —— ——— £ 0 - I ο ^ ο ο ο ο ο p-ι ο) Φ ο m ο ο © Ρ ft Μ ©. 00 Ο © © C £ 2 ιΗ ’Η CM« Η -Ή • Ρ φ 3 03 · Ρ -Ρ Λ ----- I Η © Φ 0> Ο Ο Ο Ο Ο> φ 03 »-». t_ · * - ΦΟΗΦ rr cm Η το το © Λ ιΰ φ φ> 1 0 Φ dP «
Ed *0 ~ 0 _________ Ο ΟEd * 0 ~ 0 _________ Ο Ο
CM CMCM CM
το s sτο s s
rH CO *“» VO VOrH CO * VO VO
φ o TO · · CMφ o TO · CM
53. ο ο το ro . O53. ο ο το ro. O
S' «I 3 ~ —‘ 0>S '«I 3 ~ -" 0>
S U ^ to to US U ^ to to U
> rt Ο O> rt Ο O
Φ -ffl 3 2 ^ >< rtFf -ffl 3 2 ^> <rt
PJPJ
Ή Φ ^ cm to rr uo • 0Ή Φ ^ cm to rr uo • 0
p Pp P
g 0, ----L- 1400798 ig 0, ---- L- 1400798 i
Voorbeeld VIIIExample VIII
2525
Hetzelfde alumina (20 g) en koolstof (8 g) als toegepast in voorbeeld I werden uniform in water als dispergeermedium gemengd in een kogelmolen, samengesteld uit een nylonbak en kogels. Het mengsel 5 werd gedroogd, op een vlakke schotel gemaakt van zeer zuiver grafiet gebracht, en gedurende 6 uur in een oven op 1550°C verhit, waarbij continu stikstof gas met een snelheid van 3 1/minuut werd ingevoerd. Het reactie-mengsel werd gedurende 4 uur in lucht op 800°C verhit ter verwijdering van niet-omgezette koolstof. Het verkregen poeder had een AlN-géhalte 10 van 95,8 gew.% en een zuurstofgehalte van 2,1 gew.%. De hoeveelheid katio-nische onzuiverheden in het AlN-poeder was bijna gelijk aan die aange-•geven in tabel B, voorbeeld I. Het verkregen poeder had een gemiddelde deeltjesdiameter van 1,22 micrometer en bevatte 92 vol.% deeltjes met een deeltjesdiameter niet groter dan 3 micrometer.The same alumina (20 g) and carbon (8 g) as used in Example I were uniformly mixed in water as a dispersing medium in a ball mill composed of a nylon tub and balls. The mixture was dried, placed on a flat tray made of high-purity graphite, and heated in an oven at 1550 ° C for 6 hours, continuously introducing nitrogen gas at a rate of 3 1 / minute. The reaction mixture was heated in air at 800 ° C for 4 hours to remove unreacted carbon. The resulting powder had an AlN content of 95.8 wt% and an oxygen content of 2.1 wt%. The amount of cationic impurities in the AlN powder was almost equal to that indicated in Table B, Example I. The powder obtained had an average particle diameter of 1.22 micrometers and did not contain 92% by volume of particles with a particle diameter greater than 3 micrometers.
15 Voorbeeld IXExample IX
1 g AlN-poeder, verkregen volgens dezelfde werkwijze als in voorbeeld VIII werd in dezelfde inrichting en onder dezelfde omstandigheden als toegepast in voorbeeld II heet geperst. Het verkregen gesinterde voorwerp was iets geelachtig en halfdoorlatend en had een 20 dichtheid van 3,25 g/cm3, een AlN-gehalte van 96,8 gew.% en een zuurstofgehalte van 1,3 gew.%. Het gesinterde voorwerp had een thermische geleidbaarheid van 52 W/m-K. Bij polijsten van het gesinterde voorwerp tot een dikte van 0,5 mm had het een luchtdoorlatendheid voor licht met een golflengte van 6 micrometer van 11% (^u = 41 cm 1). De buigsterkte van 25 het gesinterde voorwerp, gemeten onder dezelfde omstandigheden als in voorbeeld II, was bij 1200°C gemiddeld 35,5 kg/mm2 .1 g of AlN powder obtained by the same method as in Example VIII was hot pressed in the same apparatus and under the same conditions as used in Example II. The sintered article obtained was slightly yellowish and semipermeable and had a density of 3.25 g / cm3, an AlN content of 96.8 wt% and an oxygen content of 1.3 wt%. The sintered article had a thermal conductivity of 52 W / m-K. Upon polishing the sintered object to a thickness of 0.5 mm, it had an air transmittance to light with a wavelength of 6 µm of 11% (µ h = 41 cm 1). The flexural strength of the sintered article, measured under the same conditions as in Example II, at 1200 ° C averaged 35.5 kg / mm 2.
Voorbeeld XExample X.
10 g AlN-poeder, verkregen op dezelfde wijze als in voorbeeld VIII, werd gemengd met 0,5 gew.% als , Y(NO^)^.βΕ^Ο in 30 ethanol als vloeibaar medium. Het mengsel (1 g) werd gedroogd en daarna bij 1400°C en 200 kg/'cm2 gedurende 2 uren in vacuum heet geperst onder toepassing vein dezelfde inrichting als toegepast in voorbeeld II. Het verkregen gesinterde voorwerp was halfdoorlatend en had een dichtheid van 3,27 g/cm3, een AlN-gehalte van 96,5 gew.%, een zuurstofgehalte van 1,5 35 gew.% en een thermische geleidbaarheid van 56 W/m-K. Bij polijsting van het gesinterde voorwerp tot een dikte van 0,5 mm had het een lichtdoorla- S 4 0 : 7 ' 26 tendheid voor licht met een golflengte van 6 micrometer van 20% ( ,u = 29 -1, 7 cm }.10 g of AlN powder, obtained in the same manner as in Example VIII, was mixed with 0.5 wt.% As, Y (NO 2) 3 .beta. In ethanol as liquid medium. The mixture (1 g) was dried and then hot pressed in vacuo at 1400 ° C and 200 kg / cm 2 for 2 hours using the same equipment as used in Example II. The resulting sintered article was semipermeable and had a density of 3.27 g / cm3, an AlN content of 96.5 wt%, an oxygen content of 1.5 wt% and a thermal conductivity of 56 W / m-K. Upon polishing the sintered object to a thickness of 0.5 mm, it had a light transmittance to light with a wavelength of 6 micrometers of 20% (, u = 29 -1.7 cm}.
Voorbeeld XXExample XX
10 g AlN-poeder, verkregen volgens dezelfde werkwijze 5 als in voorbeeld VIII, werd uniform gemengd met 4,0 gew.%, als CaO,10 g of AlN powder, obtained by the same method as in Example VIII, was uniformly mixed with 4.0% by weight, as CaO,
Ca (NO^) in ethanol als vloeibaar dispergeermedium. Het mengsel (1 g) werd gedroogd en daarna aan drukloos sinteren onderworpen bij dezelfde sinteramstandigheden en in dezelfde inrichting als toegepast in voorbeeld V. Het verkregen gesinterde lichaam was geelachtig en haf-.10 doorlatend en had een dichtheid van· 3,20 g/cm3 , een AlN-gehalte van 94,2 gew.%, een zuurstofgehalte van 2,5 gew.% en een thermische geleidbaarheid van 42 W/m-K. Bij polij sting van het gesinterde voorwerp tot een dikte van 0,5 mm had het een lichtdoorlatendheid voor licht met een golflengte van 6 micrometer van 10% (yU = 43 cm ^).Ca (NO ^) in ethanol as a liquid dispersing medium. The mixture (1 g) was dried and then subjected to pressureless sintering at the same sintering conditions and in the same apparatus as used in Example V. The sintered body obtained was yellowish and half-.10 permeable and had a density of · 3.20 g / cm 3, an AlN content of 94.2 wt%, an oxygen content of 2.5 wt% and a thermal conductivity of 42 W / mK. On polishing the sintered object to a thickness of 0.5 mm, it had a light transmittance for light with a wavelength of 6 micrometers of 10% (yU = 43 cm ^).
15 Voorbeeld XIIExample XII
20 g Alumina met een zuiverheid van 99,3% en een gemiddelde deeltjesdiameter van 0,58 micrometer, alsmede 16 g roet met een asgehalte van 0,15 gew.% en een gemiddelde deeltjesdiameter van 0,45 micrometer werden in hexaan als dispergeermiddel uniform gemengd onder 20 -toepassing van een nylon bak met kogels. Het mengsel werd gedroogd, op een vlakke schaal gemaakt van zeer zuiver grafiet gebracht en in een oven gedurende 6 uur op 1650°C verhit, waarbij continu ammoniakgas met een snelheid van 1 1/minuut in de oven werd gevoerd. Het verkregen reac-tiemengsel werd in lucht bij 750°C gedurende 6 uur verhit ter verwijde-25 ring van de niet-omgezette koolstof door oxydatie. Het verkregen poeder had een gemiddelde deeltjesdiameter van 1,42 micrometer, waarbij de hoeveelheid deeltjes met een deeltjesdiameter van niet groter dan 3 microme--ter'-84 vol.% was..20 g of Alumina with a purity of 99.3% and an average particle diameter of 0.58 micrometers, as well as 16 g of carbon black with an ash content of 0.15 wt% and an average particle diameter of 0.45 micrometers were uniformly dispersed in hexane as a dispersant mixed under 20 application of a nylon ball box. The mixture was dried, placed on a flat scale made of high purity graphite and heated in an oven at 1650 ° C for 6 hours, continuously feeding ammonia gas at a rate of 1 1 / minute. The resulting reaction mixture was heated in air at 750 ° C for 6 hours to remove the unreacted carbon by oxidation. The powder obtained had an average particle diameter of 1.42 micrometers, the amount of particles having a particle diameter of not more than 3 micrometers-84% by volume.
Het poeder werd geanalyseerd, waarvan de resultaten wor-30 den weergegeven in tabel F.The powder was analyzed, the results of which are shown in Table F.
3400798 27 . ·3400798 27. ·
TABEL FTABLE F
Analvs ewaarden van AlN-poeder AlN-gehalte: 96,9 gew.%Analv e values of AlN powder AlN content: 96.9 wt%
Element GehalteElement Content
Mg 48 (dpm) 5 Cr 110 (")Mg 48 (ppm) 5 Cr 110 (")
Si 2500 (")Si 2500 (")
Zn 20 (")Zn 20 (")
Fe " 370 (") - Cu <5 n 10 Mn 40 (-)Fe "370 (") - Cu <5 n 10 Mn 40 (-)
Ni 120 (")Ni 120 (")
Ti 25 (»)Ti 25 (»)
Co 5 (”)Co 5 (”)
Al 64,9 (gew.%) 15 N 33,1 (") 0 1,3 (") C 0,16 (")Al 64.9 (wt%) 15 N 33.1 (") 0 1.3 (") C 0.16 (")
Voorbeeld XIIIExample XIII
1 g AlN-poeder op dezelfde wijze verkregen als in voorbeeld 20 XIX werd onder dezelfde sinteromstandigheden en in dezelfde inrichting als toegepast in voorbeeld II heet geperst. Het verkregen gesinterde voorwerp was grijsachtig en half-transparant en had een dichtheid van 3,26 g/cm3, een AlN-gehalte van 97,9 gew.%, een zuurstofgehalte van 0,8 gew.% en een thermische geleidbaarheid van 50 W/m-K. Bij polijsting van 25 ait gesinterde voorwerp tot een dikte van 0,5 mm had het een lichtdoorla-tendheid voor licht met een golflengte van 6 micrometer van 6% (.u = 53 cm'1)..1 g of AlN powder obtained in the same manner as in Example 20 XIX was hot pressed under the same sintering conditions and in the same apparatus as used in Example II. The sintered article obtained was grayish and semi-transparent and had a density of 3.26 g / cm3, an AlN content of 97.9 wt%, an oxygen content of 0.8 wt%, and a thermal conductivity of 50 W / mK. When polished from a sintered object to a thickness of 0.5 mm, it had a light transmittance for light with a wavelength of 6 micrometers of 6% (.u = 53 cm -1).
Voorbeeld XIVExample XIV
10 g AlN-poeder, verkregen volgens dezelfde werkwijze als in 30 voorbeeld XII werd uniform gemengd met 0,2 gew.%, als BaO, van 3a(NO^)^ in ethanol als een vloeibaar medium. Het gemengde poeder (1 g) werd gedroogd en daarna heet geperst onder dezelfde sinteromstandigheden en in dezelfde inrichting als toegepast in voorbeeld II. Het verkregen gesinterde lichaam was grijsachtig en half-transparant en had een dichtheid 35 van 3,27 g/cm3, een AlN-gehalte van 97,9 gew.%, een zuurstofgehalte van 84 0 0 7-i i * 28- 0,9 gew.% en een thermische geleidbaarheid van 55 W/m-K.10 g of AlN powder obtained by the same method as in Example XII was uniformly mixed with 0.2% by weight, as BaO, of 3a (NO2) ^ in ethanol as a liquid medium. The mixed powder (1 g) was dried and then hot pressed under the same sintering conditions and in the same apparatus as used in Example II. The sintered body obtained was grayish and semi-transparent and had a density of 3.27 g / cm 3, an AlN content of 97.9 wt%, an oxygen content of 84 0 0 7-ii * 28-0.9 wt% and a thermal conductivity of 55 W / mK.
Bij polijsting tot een dikte van 0,5 mm had het een lichtdoor-latendheid voor licht met een golflengte van 6 micrometer van 8% (^u = 48 cm"1).When polished to a thickness of 0.5 mm, it had a light transmittance for light with a wavelength of 6 µm of 8% (µh = 48 cm -1).
5 Voorbeeld XVExample XV
Hetzelfde alumina (130 g; zuiverheid 99,99 gew.%) en roet (65 g; asgehalte 0,08 gew.%) als toegepast in voorbeeld I en 1.,.0 g cal-ciumcarbonaat met een gemiddelde deeltj esdiameter van 3 micrometer werden uniform in ethanol als dispergeermedium gemengd in een kogelmolen, be-10 staande uit een bak met kogels bekleed met polyurethaanhars. Het mengsel werd gedroogd en daarna omgezet en geoxydeerd onder dezelfde omstandigheden als in voorbeeld I onder vorming van een AlN-poeder. Het verkregen poeder had een gemiddelde deeltjesdiameter van 1,44 micrometer en bevatte 86 vol.% deeltjes met een deeltjesdiameter niet groter dan 3 15 micrometer. De analysewaarden van het poeder worden in tabel G aangegeven.The same alumina (130 g; purity 99.99 wt%) and carbon black (65 g; ash content 0.08 wt%) as used in Example 1 and 1.0 g calcium carbonate with an average particle diameter of 3 micrometers were uniformly mixed in ethanol as a dispersing medium in a ball mill consisting of a ball box lined with polyurethane resin. The mixture was dried and then reacted and oxidized under the same conditions as in Example 1 to form an AlN powder. The resulting powder had an average particle diameter of 1.44 micrometers and contained 86% by volume of particles with a particle diameter no greater than 3 micrometers. The analysis values of the powder are shown in Table G.
TABEL· GTABLE · G
Analysewaarden van AlN-poeder AlN-gehalte: 96,9 gew.%Analysis values of AlN powder AlN content: 96.9 wt%
Element GehalteElement Content
Ca 920 (dpm) 20 Mg <5 ("jCa 920 (ppm) 20 Mg <5 ("j
Cr 17 Γ) •Si 86 (")Cr 17 Γ) • Si 86 (")
Zn 12 (")Zn 12 (")
Fe 25 (") 25 Cu ^5 (")Fe 25 (") 25 Cu ^ 5 (")
Mn Λ Γ)Mn Λ Γ)
Ni 27 (")Ni 27 (")
Ti ^5 (") CO <5 (") 30 Al 65,0 (gew.%) N 33,1 (") O 1,5 (") C 0,15 (")Ti ^ 5 (") CO <5 (") 30 Al 65.0 (wt%) N 33.1 (") O 1.5 (") C 0.15 (")
84 0 0 7 9 S84 0 0 7 9 S
2929
Voorbeeld XVIExample XVI
Eén gram AlN-poeder, verkregen volgens dezelfde methode als in voorbeeld XV werd onder dezelfde omstandigheden en in dezelfde inrichting als toegepast in voorbeeld II heet geperst. Eet verkregen ge-5 sinterde voorwerp was compact en half-transparant en had een dichtheid van 3,26 g/cm3, een AlN-gehalte van 98,1%, een zuurstofgehalte van 0,7% en een thermische geleidbaarheid van 60 W/m-K. Bij po lij sting van het gesinterde lichaam tot een dikte van 0,5 mm had het een lichtdoorlatend-heid voor licht met een golflengte van 6 micrometer van 28% (^u = 23 cm 10 Voorbeeld XVIIOne gram of AlN powder obtained by the same method as in Example XV was hot pressed under the same conditions and in the same apparatus as used in Example II. The sintered article obtained was compact and semi-transparent and had a density of 3.26 g / cm3, an AlN content of 98.1%, an oxygen content of 0.7% and a thermal conductivity of 60 W / mK. When polished, the sintered body to a thickness of 0.5 mm had a light transmittance for light with a wavelength of 6 micrometers of 28% (µh = 23 cm) Example XVII
Hetzelfde alumina (130 g; zuiverheid 99,99 gew.%) en roet (65 g; asgehalte 0,08 gew.%) als toegepast in voorbeeld I werden uniform gemengd met 0,52 g ^2°3 met een gemiddelde deeltjesdiameter van 1 micrometer, in ethanol als dispergeezmedium in een kogelmolen samen-15 gesteld uit een bak met kogels, bekleed met polyurethaanhars. Het mengsel werd gedroogd en daarna onder dezelfde omstandigheden als in voorbeeld I omgezet en geoxideerd tot een AlN-poeder. Het poeder had een gemiddelde deeltjesdiameter van 1,50 micrometer en bevatte 83 vol.% deeltjes met een deeltjesdiameter van niet groter dan 3 micrometer. De analysewaarden 20 van dit poeder worden aangegeven in tabel H.The same alumina (130 g; purity 99.99 wt%) and carbon black (65 g; ash content 0.08 wt%) as used in Example I were uniformly mixed with 0.52 g ^ 2 ° 3 with an average particle diameter of 1 micron, in ethanol as a dispersion medium in a ball mill, composed of a ball box coated with polyurethane resin. The mixture was dried and then converted under the same conditions as in Example 1 and oxidized to an AlN powder. The powder had an average particle diameter of 1.50 micrometers and contained 83% by volume of particles with a particle diameter of no greater than 3 micrometers. The analysis values of this powder are shown in Table H.
T A B E l HT A B E l H
Analysewaarden anAlN-poeder AlN-gehalte: 96,9%Analysis values anAlN powder AlN content: 96.9%
Element - Gehalte Y 3360 (dpm) 25 Mg 6 (")Element - Assay Y 3360 (ppm) 25 Mg 6 (")
Cr 11 OCr 11 O
Si 123 0')Si 123 0 ')
Zn 16 (")Zn 16 (")
Pe 36 (") 30 Cu 16 ('*)Pe 36 (") 30 Cu 16 ('*)
Mn 5 (")Mn 5 (")
Ni 7 (")Ni 7 (")
Ti 10 (”)Ti 10 (”)
Co < 5 (”) 840070a 30 TABEL H (Vervolg)Co <5 (”) 840070a 30 TABLE H (Continued)
Element GehalteElement Content
Al 64,9 (gew.%) N 33,1 (") O 1,5 (") 5 C 0,18 (")Al 64.9 (wt%) N 33.1 (") O 1.5 (") 5 C 0.18 (")
Voorbeeld XVIIIExample XVIII
1 g AlN-poeder, verkregen op dezelfde wijze als in voorbeeld XVII, werd onder dezelfde omstandigheden en in dezelfde inrichting als toegepast in voorbeeld II heet geperst. Het verkregen gesinterde voor-10 werp had een dichtheid van 3,28 g/cm3, een AlN-gehalte van 98,1 gew.%, een zuurstofgehalte van 0,8 gew.% en een thermische geleidbaarheid van 63 W/m-K. Bij polijsten tot een dikte van 0,5 mm had het een doorlatend-heid voor licht met een golflengte van 6 micrometer van 30% (^u = 21 cm *). Vergelijkend voorbeeld 1 15 Hetzelfde alumina (100 g, zuiverheid 99,99 gew.%) en roet (100 g; asgehalte 0,08 gew.%) als toegepast in·voorbeeld I werden in droge toestand gemengd in een kogelmolen samengesteld uit een bak met kogels bekleed met polyurethaanhars. Het mengsel werd onder dezelfde omstandigheden als in voorbeeld I omgezet en geoxydeerd tot een AlN-poeder.1 g of AlN powder, obtained in the same manner as in Example XVII, was hot pressed under the same conditions and in the same apparatus as used in Example II. The resulting sintered article had a density of 3.28 g / cm3, an AlN content of 98.1 wt%, an oxygen content of 0.8 wt%, and a thermal conductivity of 63 W / m-K. When polished to a thickness of 0.5 mm, it had a transmittance to light with a wavelength of 6 micrometers of 30% (µm = 21 cm *). Comparative Example 1 The same alumina (100 g, purity 99.99 wt.%) And carbon black (100 g; ash content 0.08 wt.%) As used in Example 1 were mixed in a ball mill composed of a tray in the dry state with balls coated with polyurethane resin. The mixture was converted under the same conditions as in Example 1 and oxidized to an AlN powder.
20 Het verkregen poeder was wit en had een gemiddelde deeltj esdiameter van 1,8 micrometer, waarbij de hoeveelheid deeltjes met een deeltjesdiameter niet groter dan 3 micrometer 62 vol.% was. De analysewaarden van het poeder worden weergegeven in tabel J.The powder obtained was white and had an average particle diameter of 1.8 micrometers, the amount of particles with a particle diameter not exceeding 3 micrometers being 62% by volume. The analysis values of the powder are shown in Table J.
Het poeder-werd in dezelfde inrichting en onder dezelfde om-25 standigheden als toegepast in voorbeeld II heet geperst. Het gesinterde voorwerp was grijsachtig wit en niet transparant en had een dichtheid van 3,12 g/cm3 bij een thermische geleidbaarheid van 28 W/m-K-K. De drie-puntsbuigproef van het gesinterde lichaam bij 1200°C· gaf gemiddeld 20,3 kg/mm2.The powder was hot pressed in the same device and under the same conditions as used in Example II. The sintered article was greyish white and not transparent and had a density of 3.12 g / cm3 at a thermal conductivity of 28 W / m-K-K. The three-point bending test of the sintered body at 1200 ° C gave an average of 20.3 kg / mm2.
8400790 30 318 400 790 30 31
T A Β Ε L JT A Β Ε L J
Analysewaarden van AlN-poeder AlN-gehalte; 92,0 gew.%Analysis values of AlN powder AlN content; 92.0 wt%
Element GehalteElement Content
Mg 8 (dpm) 5 Cr 15 (")Mg 8 (ppm) 5 Cr 15 (")
Si 110 (")Si 110 (")
Zn ' 10 (")Zn '10 (")
Fe 40 Γ)Fe 40 Γ)
Cu 15 (") 10 Mn 5 (")Cu 15 (") 10 Mn 5 (")
Ni 12 (”)Ni 12 (”)
Ti 10 (w)Ti 10 (w)
Co 5 (")Co 5 (")
Al 64,4 (gew.%) 15 N 31,4 (") 0 3,8 (") C 0,16 (")Al 64.4 (wt%) 15 N 31.4 (") 0 3.8 (") C 0.16 (")
Vergelijkend voorbeeld 2 20 g Alumina met een zuiverheid van 99,6 gew.% en een gemid-20 delde deeltjesdiameter van 3,6 micron en 10 g roet met een asgehalte van 0,08 gew.% werden in ethanol als dispergeermedium gemengd in een kogel-molen, samengesteld uit een bak met kogels bekleed met nylon. Het mengsel werd omgezet en geoxydeerd zoals in voorbeeld I. Het verkregen poeder was wit en had een AlN-gehalte van 26,1 gew.%, een zuurstofgehalte van 1,9 25 gew.% en een gemiddelde deeltjesdiameter van 3,9 micrometer, waarbij de hoeveelheid deeltjes met een deeltjesdiameter niet groter dan 3 micrometer 33 vol.% was.Comparative Example 2 20 g of Alumina with a purity of 99.6 wt.% And an average particle diameter of 3.6 microns and 10 g of carbon black with an ash content of 0.08 wt.% Were mixed in ethanol as a dispersing medium in a ball mill, composed of a box of balls lined with nylon. The mixture was reacted and oxidized as in Example 1. The resulting powder was white and had an AlN content of 26.1 wt%, an oxygen content of 1.9 wt%, and an average particle diameter of 3.9 microns, wherein the amount of particles with a particle diameter no greater than 3 micrometers was 33% by volume.
Het poeder werd in dezelfde inrichting en onder dezelfde sin-teromstandigheden als toegepast in voorbeeld II heet geperst. Het verkre-30 gen sintervoorwerp was grijsachtig van kleur en niet transparant en had een dichtheid van 2,98 g/cm3 met een driepuntbuigsterkte bij 1200°C Vein gemiddeld 24,9 kg/mm2 .The powder was hot pressed in the same device and under the same sintering conditions as used in Example II. The resulting sintered article was greyish in color and not transparent and had a density of 2.98 g / cm 3 with a three-point flexural strength at 1200 ° C. Vein averaged 24.9 kg / mm 2.
Vergelijkend voorbeeld 3 10 g AlN-poeder, verkregen op dezelfde wijze als in vergelij-35 kend voorbeeld 2, werd gemengd met 0,2 gew.%, als CaO, van CaiNO^)2*4E2° 8400796 * % 32 in ethanol als een vloeibaar medium. Het gemengde poeder (1 g) werd gedroogd en daarna in dezelfde inrichting en onder dezelfde omstandigheden als toegepast in voorbeeld II heet geperst. Het gesinterde voorwerp was grijs en niet-transparant en had een dichtheid van 3,11 g/cm3, een ther-5 mische geleidbaarheid van 35 W/m-K, met een driepuntsbuigsterkte bij 1200°C ®n gemiddeld 25,6 kg/mm2.Comparative Example 3 10 g of AlN powder, obtained in the same manner as in Comparative Example 2, was mixed with 0.2 wt%, as CaO, of CaiNO2) 2 * 4E2 ° 8400796 *% 32 in ethanol as a liquid medium. The mixed powder (1 g) was dried and then hot pressed in the same device and under the same conditions as used in Example II. The sintered article was gray and non-transparent and had a density of 3.11 g / cm3, a thermal conductivity of 35 W / m-K, with a three-point bending strength at 1200 ° C and an average of 25.6 kg / mm2.
Vergelijkend voorbeeld 4 20 g Alumina met een zuiverheid van 98,5 gew.% en een gemiddelde deeltjesdiameter van 1,0 micron en 16 g roet met een asgehalte 10 van 0,15 gew.% en een gemiddelde deeltjesdiameter van 0,44 micrometer werden uniform gemengd in ethanol in een kogelmolen, samengesteld uit een -bak van nylon en nylon-beklede kogels. Het mengsel werd omgezet en ge-oxydeerd onder dezelfde omstandigheden als in voorbeeld I ter verkrijging van AlN-poeder. Het verkregen poeder was grijsachtig wit en had een 15 gemiddelde deeltjesdiameter van 1,8 micrometer, waarbij de hoeveelheid deeltjes met een deeltjesdiameter niet groter dan 3 micrometer 75 vol.% was o De analysewaarden van het poeder worden aangegeven' in tabel K.Comparative Example 4 20 g of Alumina with a purity of 98.5 wt% and an average particle diameter of 1.0 micron and 16 g of carbon black with an ash content of 0.15 wt% and an average particle diameter of 0.44 micron were uniformly mixed in ethanol in a ball mill, composed of a bucket of nylon and nylon-coated balls. The mixture was reacted and oxidized under the same conditions as in Example 1 to obtain AlN powder. The powder obtained was grayish-white and had a mean particle diameter of 1.8 micrometers, the amount of particles with a particle diameter no greater than 3 micrometers being 75% by volume. The analysis values of the powder are shown in Table K.
1 g van dit poeder werd in dezelfde inrichting en onder dezelfde sinteromstandigheden, als toegepast in voorbeeld II heet geperst. 20 Het verkregen gesinterde lichaam was grijsachtig zwart en niet-transpa-rant en had een dichtheid van 3,22 g/cm3, een thermische geleidbaarheid van 33 W/m-K en een driepuntsbuigsterkte bij 1200°C van gemiddeld 27,4 kg/ mm2.1 g of this powder was hot pressed in the same apparatus and under the same sintering conditions as used in Example II. The sintered body obtained was grayish-black and non-transparent and had a density of 3.22 g / cm3, a thermal conductivity of 33 W / m-K and a three-point bending strength at 1200 ° C averaging 27.4 kg / mm2.
TABEL KTABLE K
Analysewaarde van AlN-poeder 25 AlN-gehalte: 96,4%Analysis value of AlN powder 25 AlN content: 96.4%
Element GehalteElement Content
Mg 130 (dpm)Mg 130 (ppm)
Cr 260 (")Cr 260 (")
Si 3600 (") 30 Zr 50 (")Si 3600 (") 30 Zr 50 (")
Fe 2100 (")Fe 2100 (")
Cu 10 (”)Cu 10 (”)
Mn 50 (")Mn 50 (")
Ni 310 (") 35 Ti 180 (") 8400796 > i 33 TABEL K (Vervolg)Ni 310 (") 35 Ti 180 (") 8400796> i 33 TABLE K (Continued)
Element GehalteElement Content
Co 60 (dpm)Co 60 (ppm)
Al 64/6 (gew.%) N 32/9 (") 5 0 1,8 (") C 0/13 (")Al 64/6 (wt.%) N 32/9 (") 5 0 1.8 (") C 0/13 (")
Voorbeeld XIXExample XIX
Aan 10 g van een aluminiumnitride-poeder op dezelfde wijze verkregen als in voorbeeld I werd 3 gew.%, als CaO, Ca(NO^)2·-H20 toege-10 voegd. Deze werden gemengd en gesinterd op dezelfde wijze als in voorbeeld III. Het verkregen gesinterde lichaam had een dichtheid van 3,27 g/cm3, een AlN-gehalte van 97,5 gew.% en een zuurstofgehalte van 1,2 gew.%.To 10 g of an aluminum nitride powder obtained in the same manner as in Example 1, 3 wt.% Was added as CaO, Ca (NO2) 2 · -H 2 O. These were mixed and sintered in the same manner as in Example III. The sintered body obtained had a density of 3.27 g / cm3, an AlN content of 97.5 wt% and an oxygen content of 1.2 wt%.
Een 2 mm dik monster van het gesinterde lichaam werd gevormd en de thermische geleidbaarheid ervan werd op dezelfde wijze geme-15 ten als in de ·voornoemde voorbeelden. In het bijzonder werd colloïdale koolstof door versproeien bekleed op beide oppervlakken van het monster van een gesinterde lichaam en bestraald met een robijnlaser. Gevonden werd dat dit een thermische geleidbaarheid had van 72 W/m-k gemeten ^volgens de zogenaamde contactmethode waarbij de temperatuurstijging van 20 het rugoppervlak van het monster wordt gemeten door een thermokoppel dat door middel van een zilverpasta aan het achteroppervlak is bevestigd.A 2 mm thick sample of the sintered body was formed and its thermal conductivity was measured in the same manner as in the aforementioned examples. In particular, colloidal carbon was spray-coated on both surfaces of the sample of a sintered body and irradiated with a ruby laser. It was found to have a thermal conductivity of 72 W / m-k measured by the so-called contact method in which the temperature rise of the back surface of the sample is measured by a thermocouple attached to the back surface by means of a silver paste.
Bij vacuum-depositie van een dunne goudfilm op het met de laser bestraalde oppervlak van hetzelfde monster teneinde het doordringen van het laserlicht te voorkomen en bij meting van de temperatuurstijging van het 25 rugoppervlak van het monster volgens zogenaamde niet-contactmethode door toepassing van een indium-antimoonsensor, was de thermische geleidbaarheid daarvan 91 W/m-k.When vacuum depositing a thin gold film on the laser-irradiated surface of the same sample to prevent the penetration of the laser light and when measuring the temperature rise of the back surface of the sample by so-called non-contact method, using an indium- antimony sensor, its thermal conductivity was 91 W / mk.
Er werd verder een monster gevormd door het bovengenoemde ' gesinterde lichaam te malen tot een dikte van 0,5 mm. Dit monster bleek 30 een lineaire transmissie ten opzichte van licht met de golflengte van 6 micrometer te bezitten van 35% (micrometer = 18 cm *). De totale lichttransmissie voor licht met een golflengte van 1 micrometer werd gemeten door toepassing van een geïntegreerde bol met een diameter van 60 mm en deze bleek 73% te zijn.A sample was further formed by grinding the above-mentioned sintered body to a thickness of 0.5 mm. This sample was found to have a linear transmission to light with a wavelength of 6 µm of 35% (µm = 18 cm *). The total light transmission for light with a wavelength of 1 µm was measured using an integrated sphere with a diameter of 60 mm and was found to be 73%.
? 4 0 0 7 9 1 34? 4 0 0 7 9 1 34
Een microfoto van het gebroken oppervlak van het gesinterde lichaam wordt weergegeven in fig. 3.A micrograph of the broken surface of the sintered body is shown in Figure 3.
Het gebroken oppervlak werd geëtst door dit te behandelen met een 50%'s waterige oplossing van fosforzuur bij een temperatuur van -5 62,5 ± 2,5°C gedurende 30 minuten. Een microfoto van het geëtste oppervlak wordt weergegeven in fig. 4.The fractured surface was etched by treating it with a 50% aqueous solution of phosphoric acid at a temperature of -62.5 ± 2.5 ° C for 30 minutes. A micrograph of the etched surface is shown in Figure 4.
Voorbeeld XXExample XX
- Aan 10 g van een aluminiumnitride-poeder op dezelfde wijze verkregen als in voorbeeld I werd 2 gew.%, als CaO, Ca (NO^) 2 · toege-10 voegd. Deze werden op dezelfde wijze als in voorbeeld VI gemengd en gesinterd. De eigenschappen van het verkregen gesinterde aluminiumnitride-lichaam worden hieronder samengevat. Een microfoto van het gebroken oppervlak van het verkregen gesinterde lichaam van aluminiumnitride wordt in fig. 5 weergegeven.To 10 g of an aluminum nitride powder obtained in the same manner as in Example 1, 2 wt.% Was added as CaO, Ca (NO2) 2 ·. These were mixed and sintered in the same manner as in Example VI. The properties of the obtained sintered aluminum nitride body are summarized below. A micrograph of the fractured surface of the obtained sintered aluminum nitride body is shown in Fig. 5.
15 Dichtheid 3,24 g/cm115 Density 3.24 g / cm1
AlN-gehalte 97,0 gew.% 02~gehalte 1,3 gew.% thermische geleidbaarheid 73 W/m-k (contactmethode) 95 W/m-k (niet-contactmethode) 20 lichttransmissie 33 % (^u =19 cm S (lineair) 68% (totaal)AlN content 97.0 wt% 02 ~ content 1.3 wt% thermal conductivity 73 W / mk (contact method) 95 W / mk (non-contact method) 20 light transmission 33% (^ h = 19 cm S (linear) 68% (total)
Voorbeeld XXIExample XXI
Voorbeeld II werd herhaald met uitzondering dat 0,5%, alsExample II was repeated except that 0.5%, if
CaO, van Ca (NO^) 2-4^0 werd toegepast. Het verkregen gesinterde alumi- 25 niumnitride-lichaam had de hierna vermelde eigenschappen.CaO of Ca (NO ^) 2-4 ^ 0 was used. The resulting sintered aluminum nitride body had the following properties.
Een microfoto van het gewone oppervlak van het verkregen gesinterde aluminiumnitride-lichaam wordt in fig. 6 weergegeven. Een icrofoto van hetzelfde gebroken .oppervlak genomen nadat dit was behandeld met een 50%'s waterige oplossing van fosforzuur bij 62,5 ± 2,5°C gedurende 30 30 minuten wordt in fig. 7 weergegeven.A micrograph of the ordinary surface of the obtained sintered aluminum nitride body is shown in Fig. 6. An icrograph of the same fractured surface taken after it was treated with a 50% aqueous solution of phosphoric acid at 62.5 ± 2.5 ° C for 30 minutes is shown in Figure 7.
Dichtheid 3,22 g/cm1Density 3.22 g / cm1
AlN-gehalte 97,3 gew.% 02-gehalte 1,0 gew.% thermische geleidbaarheid 75 W/m-k (contactmethode) 35 98 W/m-K (niet-contactmethode) -1AlN content 97.3 wt% 02 content 1.0 wt% thermal conductivity 75 W / m-k (contact method) 35 98 W / m-K (non-contact method) -1
Lichttransmissie 31% (^u = 21 cm ) (lineair) 4 0 0 7 9 5 65% (totaal)Light transmission 31% (^ h = 21 cm) (linear) 4 0 0 7 9 5 65% (total)
Claims (52)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8253683 | 1983-05-13 | ||
JP58082536A JPS59207814A (en) | 1983-05-13 | 1983-05-13 | Aluminum nitride powder |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NL8400796A true NL8400796A (en) | 1984-12-03 |
NL188280B NL188280B (en) | 1991-12-16 |
NL188280C NL188280C (en) | 1992-05-18 |
Family
ID=13777224
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NLAANVRAGE8400796,A NL188280C (en) | 1983-05-13 | 1984-03-13 | Fine high purity aluminum nitride powder and process for its preparation and formed sintered article. |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59207814A (en) |
KR (3) | KR880002226B1 (en) |
CA (1) | CA1223114A (en) |
FR (2) | FR2545810B1 (en) |
NL (1) | NL188280C (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61178470A (en) * | 1985-02-04 | 1986-08-11 | イビデン株式会社 | Manufacture of high size-precision nitride sintered body andsame sintered body for heat-resistant tools |
JPH0617214B2 (en) * | 1989-12-29 | 1994-03-09 | ナショナル サイエンス カウンシル | Method for producing ultrafine aluminum nitride powder |
KR101409182B1 (en) * | 2012-04-02 | 2014-06-19 | 한국세라믹기술원 | Manufacturing method of high purity aluminium nitride |
KR101884979B1 (en) | 2016-03-10 | 2018-08-02 | 이건배 | A manufacturing method of aluminum nitride and an aluminum nitride prepared by the same |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE284531C (en) * | ||||
JPS5023411A (en) * | 1973-06-30 | 1975-03-13 | ||
JPS54126697A (en) * | 1978-03-10 | 1979-10-02 | Toshiba Corp | Production of aluminum nitride powder |
EP0075857A2 (en) * | 1981-09-28 | 1983-04-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Sintered bodies of aluminum nitride |
-
1983
- 1983-05-13 JP JP58082536A patent/JPS59207814A/en active Pending
-
1984
- 1984-03-13 NL NLAANVRAGE8400796,A patent/NL188280C/en not_active IP Right Cessation
- 1984-03-15 FR FR848403993A patent/FR2545810B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1984-03-15 CA CA000449661A patent/CA1223114A/en not_active Expired
- 1984-03-16 KR KR1019840001357A patent/KR880002226B1/en not_active IP Right Cessation
- 1984-09-17 FR FR848414188A patent/FR2549822B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1987
- 1987-05-16 KR KR1019870004864A patent/KR890002053B1/en not_active IP Right Cessation
- 1987-05-16 KR KR1019870004865A patent/KR890002054B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE284531C (en) * | ||||
JPS5023411A (en) * | 1973-06-30 | 1975-03-13 | ||
JPS54126697A (en) * | 1978-03-10 | 1979-10-02 | Toshiba Corp | Production of aluminum nitride powder |
EP0075857A2 (en) * | 1981-09-28 | 1983-04-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Sintered bodies of aluminum nitride |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
CHEMICAL ABSTRACTS, vol. 83, no. 18, november 1975, blz. 269, samenvatting 151373p, Columbus, Ohio, US; & JP - A - 50 023 411 (TOKYO SHIBAURA ELECTRIC CO.) 13-03-1975 * |
CHEMICAL ABSTRACTS, vol. 92, no. 12, maart 1980, blz. 266, samenvatting 98425q, Columbus, Ohio, US; & JP - A - 54 126 697 (TOKYO SHIBAURA ELECTRIC CO.) 02-10-1979 * |
CHEMICAL ABSTRACTS, vol. 95, no. 1, juli 1981, blz. 267, samenvatting 11386t, Columbus, Ohio, US; K. RYATSEV et al.: "Effect of some additives on the fritting and microstructure on aluminum nitride ceramics", * |
CHEMICAL ABSTRACTS, vol. 97, no. 10, september 1982, blz. 318, samenvatting 77356f, Columbus, Ohio, US; V.K. PROKUDINA et al.: "Production of aluminum nitride of the self-propagating high-temperature synthesis type and high density ceramics based on it", & PROBL. TEKHNOL. GORENIYA. MATERIALY 3-I VSES. KONF. PO TEKHNOL. GORENIYU, 17-20 NOYAB., 1982, CHERNOGOLOVKA 1981, (2), 5-8 * |
JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY, vol. 66, no. 3, maart 1983, blz. 217-220, Columbus, Ohio, US; I.C. HUSEBY: "Synthesis and characterization of a high-purity AIN powder" * |
MATERIALS SCIENCE MONOGRAPHS, 16, (CERAMIC POWDERS), 21 april 1983, blz. 403-412, Elsevier Scientific Publishing Co., Amsterdam, NL; W.L. LI et al.: "Preparation of some high purity ultrafine non-oxide powders" * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA1223114A (en) | 1987-06-23 |
KR880002226B1 (en) | 1988-10-20 |
KR870011832A (en) | 1987-12-26 |
FR2545810A1 (en) | 1984-11-16 |
KR880014859A (en) | 1988-12-24 |
FR2549822B1 (en) | 1991-02-08 |
NL188280B (en) | 1991-12-16 |
FR2545810B1 (en) | 1990-07-13 |
KR840008789A (en) | 1984-12-19 |
NL188280C (en) | 1992-05-18 |
FR2549822A1 (en) | 1985-02-01 |
KR890002053B1 (en) | 1989-06-15 |
JPS59207814A (en) | 1984-11-26 |
KR890002054B1 (en) | 1989-06-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4618592A (en) | Fine powder of aluminum nitride, composition and sintered body thereof and processes for their production | |
US4755492A (en) | Yttrium oxide ceramic body | |
JPH0474302B2 (en) | ||
JPH0428645B2 (en) | ||
JP5707667B2 (en) | Translucent zirconia sintered body, method for producing the same, and use thereof | |
NL8400796A (en) | FINE ALUMINUM NITRIDE POWDER, A COMPOSITION AND SINTERED ARTICLE THEREOF, AND METHODS FOR ITS FORMATION. | |
JPS6065768A (en) | Aluminum nitrogen composition and manufacture | |
JPH0362643B2 (en) | ||
JPH0223496B2 (en) | ||
EP0271353B1 (en) | Aluminum nitride products and processes for the production thereof | |
JPS6060910A (en) | Manufacture of aluminum nitride | |
JPH0454612B2 (en) | ||
JPH0617214B2 (en) | Method for producing ultrafine aluminum nitride powder | |
JPH0251841B2 (en) | ||
EP0487728B1 (en) | Process for manufacturing powdery aluminum nitride coated on the surface with oxide, oxynitride or nitride of yttrium. | |
WO1992007805A1 (en) | Aluminum nitride sinter and production thereof | |
JPH0429627B2 (en) | ||
JPS6222952B2 (en) | ||
JPH0512299B2 (en) | ||
JPH05117039A (en) | Aluminum nitride-based powder and its production | |
FR2637887A1 (en) | Fine aluminium nitride powder | |
JPH0543209A (en) | Aluminum nitride powder for sintering and production thereof | |
DE3348237C2 (en) | Fine aluminum nitride powder and composition containing it | |
JPH10139532A (en) | Alumina ceramics for low temperature process and its production | |
JPH0657604B2 (en) | Method for producing aluminum nitride powder |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A1A | A request for search or an international-type search has been filed | ||
A85 | Still pending on 85-01-01 | ||
BB | A search report has been drawn up | ||
BC | A request for examination has been filed | ||
V4 | Discontinued because of reaching the maximum lifetime of a patent |
Effective date: 20040313 |