NL8400796A - Fijn aluminiumnitridepoeder, een samenstelling en gesinterd voorwerp daarvan, alsmede werkwijzen voor de vorming daarvan. - Google Patents

Description

9 V 5 VO 6006 ‘ 1

Fijn aluminiumnitridepoeder, een samenstelling en gesinterd voorwerp daarvan, alsmede werkwijzen voor de vorming daarvan.

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.

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.

De volgende twee methoden zijn reeds toegepast voor de bereiding van aluminiumnitridepoeders.

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.

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.

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.

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.

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.

Het is een doel van deze uitvinding te voorzien in een fijn poeder van aluminiumnitride met een hoge zuiverheid.

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..

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.

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.

Het is een verder doel van de uitvinding te voorzien

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.

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.

Het is een verder doel van deze uitvinding te voorzien in een gesinterd aluminiumnitridevoorwerp met hoge zuiverheid en hoge dichtheid.

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.

* 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.

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.

Andere doeleinden en voordelen van de uitvinding zullen uit de nu volgende beschrijving duidelijk worden.

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.

35 Het fijne poeder van aluminiumnitride met de gemiddelde deeltjesdiameter van niet groter dan 2 micrometer volgens deze uitvin- 8400796 4

* V

ding bestaat in de vorm van bolvormige deeltjes of secundaire agglomeraten daarvan.

Fig. 1 toont de afhankelijkheid van de luchtdoorlatendheid van het gesinterde lichaam van de uitvinding van de golflengte van 5 het licht.

Pig. 2 is een foto van een voorbeeld van het gesinterde lichaam volgens de uitvinding.

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. 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. 6 is een aftastelectronenmicrofoto van een mechanisch gebroken oppervlak van een ander voorbeeld van het drukloos ge- 20 sinterde lichaam van de uitvinding.

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.

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.

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.

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 £

Γ* ^ 7 J

* » 6 sluiting van onzuiverheden in het gebrande aluminiumnitride veroorzaakt.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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).

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.

3/ 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.

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.

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.

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.

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.

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.

Mi m* ** g

"' .. ƒ v' V

10

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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-

O

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 £.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.%.

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.

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.

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.

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.

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.

.20 De volgende voorbeelden illustreren in meer bijzonder heden de onderhavige uitvinding.

De volgende verschillende analysemethoden en inrichtingen werden in deze voorbeelden toegepast:

Kationanalyse 25 XPC-emissiespectroanalysator (ICP-AES, van Daini Seikosha Co. Ltd.

Koolstofanalyse

Koolstofanalysator in metaal (EMIA 3200, van Horiba Seisakusho Co. r.

Ltd.)

Zuurstofanalyse 30 Zuurstofanalysator in metaal (EMGA-1300 van Horiba Seisakusho Co.

Ltd.)

Stikstofanalyse

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 17

Scanning elektronenmicroscoop JSM-T200 (van Nippon Denshi Co. Ltd.)

Specifiek oppervlak BET-methode (specifiek oppervlak meetapparaat (SA-100 van Shibata 5 Chemical Machinery, Co. Ltd.)

Inrichting voor het meten van de gemiddelde deeltjesafmeting en deeltjesgrootteverdeling

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.)

Lichttransmissiemeetinrichtiagen

Hitachi 200-10 üV-VIS-spectrofotometer (330-type) en Hitachi 260-15 30 infraroodspectrofotometer 260-30-type)

Buigsterktemeter Instron-meetmachine (model 1123)

De lichtdoorlaatbaarheid van een gesinterd lichaam van aluminiumnitride werd berekend uit de volgende vergelijking.

20 1-(1- R)2 ”/Ut ..... U) Σ0 e waarin:

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.

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).

8400798 18

Gemiddelde diameter (D) bij een mechanisch gebroken oppervlak

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.

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.

Uit n cl waarden van ja kristalkiemen, kan de gemiddelde deeltjesdiameter D worden berekend volgens de nu volgende vergelij- , . n king.

» η

Voorbeeld 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.

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.

De analysewaarden van dit poeder worden in tabel B aangegeven.

5 TABEL A

Analysewaarden van Al-poeder Al^-gehalte: 99,99%

Element Gehalte (dpm)

Mg <5 10 Cr <10

Si 30

Zn <5

Fe 22

Cu <5 15 Ca < 20

Ni 15

Ti 5

TABEL B

Analysewaarden van AlN-poeder 20 AlN-gehalte: 97,8%

Element Gehalte

Mg < 5 (dpm)

Cr 21 (")

Si 125 (") 25 Zn 9 (")

Fe 20 (")

Cu <5 (")

Mn 5 ('*)

Ni 27 (") 30 Ti <5 (")

Co <5 (”)

Al 64,8 (gew.%9 N 33,4 (") O 1,1 (") 35 C 0,11 (") 84 0 0 7 7-¾ 20

Voorbeeld 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 *).

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.

TABEE C

Analysewaarden van gesinterd AlN AlN-gehalte: 98,1% 25 Element Gehalte

Mg < 5 (dpm)

Cr 15 (")

Si 100 ('")

Zn 16 (") 30 Fe 18 (")

Cu <5 (’’)

Mn 5 (”)

Ni 30 (”)

Ti <5 (’*) 35 Co <5 (”)

Al 65,0 (gew.%) 8400796 21 TABEL C (Vervolg)

Element Gehalte N 33,5 (dpm) O 0,6 (") C 0,13 (”)

5 Voorbeeld 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.

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.

Het gemengde AlN-poeder werd volgens dezelfde procedure als in voorbeeld II gesinterd en de driepuntbuigsterkte daarvan gemeten.

Deze was bij 1200°C gemiddeld 45,1 kg/mm2.

25 Voorbeeld 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 i

α fj rocMroomf'-'^O

\ c. NCMNCNCMCSCMm Ό ' Φη·.Γ^ΙΓ)νθνθνθνθΟθΓ**

£j S CN CM CM CM <N fM CM CM

tSD' m en m m m m · m m •H “

Q

| ’ 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 ο

φ 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 m

ω m k O O O

g CQ CO 2 Z 2 > m Ό J 2 <W · '"—1— ...........-............ --_____ Φ ° ^ rHCMm^inior-oo

Λ C

i ..... I.. —.1-....-1.- 8.4 0 0 7 9 5 23

Voorbeeld 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 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 ).

Voorbeeld 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.

30 De mengsels werden elk aan drukloos sinteren onderworpen op de aijze als beschreven in voorbeeld V. De resultaten worden in tabel E aangegeven.

«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 «

Ed *0 ~ 0 _________ Ο Ο

CM CM

το s s

rH CO *“» VO VO

φ o TO · · CM

53. ο ο το ro . O

S' «I 3 ~ —‘ 0>

S U ^ to to U

> rt Ο O

Φ -ffl 3 2 ^ >< rt

PJ

Ή Φ ^ cm to rr uo • 0

p P

g 0, ----L- 1400798 i

Voorbeeld VIII

25

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.

15 Voorbeeld 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 .

Voorbeeld 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 }.

Voorbeeld XX

10 g AlN-poeder, verkregen volgens dezelfde werkwijze 5 als in voorbeeld VIII, werd uniform gemengd met 4,0 gew.%, als 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 ^).

15 Voorbeeld 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..

Het poeder werd geanalyseerd, waarvan de resultaten wor-30 den weergegeven in tabel F.

3400798 27 . ·

TABEL F

Analvs ewaarden van AlN-poeder AlN-gehalte: 96,9 gew.%

Element Gehalte

Mg 48 (dpm) 5 Cr 110 (")

Si 2500 (")

Zn 20 (")

Fe " 370 (") - Cu <5 n 10 Mn 40 (-)

Ni 120 (")

Ti 25 (»)

Co 5 (”)

Al 64,9 (gew.%) 15 N 33,1 (") 0 1,3 (") C 0,16 (")

Voorbeeld 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)..

Voorbeeld 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.

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).

5 Voorbeeld 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.

TABEL· G

Analysewaarden van AlN-poeder AlN-gehalte: 96,9 gew.%

Element Gehalte

Ca 920 (dpm) 20 Mg <5 ("j

Cr 17 Γ) •Si 86 (")

Zn 12 (")

Fe 25 (") 25 Cu ^5 (")

Mn Λ Γ)

Ni 27 (")

Ti ^5 (") CO <5 (") 30 Al 65,0 (gew.%) N 33,1 (") O 1,5 (") C 0,15 (")

84 0 0 7 9 S

29

Voorbeeld 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 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.

T A B E l H

Analysewaarden anAlN-poeder AlN-gehalte: 96,9%

Element - Gehalte Y 3360 (dpm) 25 Mg 6 (")

Cr 11 O

Si 123 0')

Zn 16 (")

Pe 36 (") 30 Cu 16 ('*)

Mn 5 (")

Ni 7 (")

Ti 10 (”)

Co < 5 (”) 840070a 30 TABEL H (Vervolg)

Element Gehalte

Al 64,9 (gew.%) N 33,1 (") O 1,5 (") 5 C 0,18 (")

Voorbeeld 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.

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.

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.

8400790 30 31

T A Β Ε L J

Analysewaarden van AlN-poeder AlN-gehalte; 92,0 gew.%

Element Gehalte

Mg 8 (dpm) 5 Cr 15 (")

Si 110 (")

Zn ' 10 (")

Fe 40 Γ)

Cu 15 (") 10 Mn 5 (")

Ni 12 (”)

Ti 10 (w)

Co 5 (")

Al 64,4 (gew.%) 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.

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 .

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.

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.

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.

TABEL K

Analysewaarde van AlN-poeder 25 AlN-gehalte: 96,4%

Element Gehalte

Mg 130 (dpm)

Cr 260 (")

Si 3600 (") 30 Zr 50 (")

Fe 2100 (")

Cu 10 (”)

Mn 50 (")

Ni 310 (") 35 Ti 180 (") 8400796 > i 33 TABEL K (Vervolg)

Element Gehalte

Co 60 (dpm)

Al 64/6 (gew.%) N 32/9 (") 5 0 1,8 (") C 0/13 (")

Voorbeeld 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.%.

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.

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.

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.

? 4 0 0 7 9 1 34

Een microfoto van het gebroken oppervlak van het gesinterde lichaam wordt weergegeven in fig. 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.

Voorbeeld 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.

15 Dichtheid 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)

Voorbeeld XXI

Voorbeeld II werd herhaald met uitzondering dat 0,5%, als

CaO, van Ca (NO^) 2-4^0 werd toegepast. Het verkregen gesinterde alumi- 25 niumnitride-lichaam had de hierna vermelde eigenschappen.

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.

Dichtheid 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) -1

Lichttransmissie 31% (^u = 21 cm ) (lineair) 4 0 0 7 9 5 65% (totaal)

Claims (52)

1. 3-5
2. 1. Pijn aluminiumnitride-poeder met een gemiddelde deeltjes- diameter van niet groter dan 2 micrometer, omvattende ten minste 94 gew.% aluminiumnitride, ten hoogste 3 gew.% gebonden zuurstof en ten hoogste 0,5 gew.%, als metaal, van metaalverbindingen als onzuiverheden.
3. 2. Poeder volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het gehalte aan gebonden zuurstof ten hoogste 1,5 gew.% is.
4. 3. Poeder volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het gehalte van de metaalverbindingen als onzuiverheid ten hoogste 0,3 gew.%, als metaal, is.
5. 4. Poeder, volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het metaal van de metaalverbindingen koolstof, silicium, mangaan, ijzer, chroom, nikkel, kobalt, koper, zink of titaan is.
6. 5. Poeder volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het metaal van de metaalverbindingen ijzer, chroom, nikkel, kobalt, koper, 15 zink of titaan is en het totale gehalte van deze metaalverbindingen ten hoogste 0,1 gew.%, als metaal, is.
7. 6. Poeder volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het gehalte aan aluminiumnitride ten minste 97 gew.% is.
8. 7. Poeder volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat dit 20 ten minste 70 vol.% deeltjes bevat met een deeltjesdiameter niet groter dan 3 micrometer.
9. 8. Poeder volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat dit is samengesteld uit bolvozmige deeltjes met een gemiddelde deeltjesdiameter van groter dan 2 micrometer of ‘secundaire agglomeraten daarvan.
10. 9. Werkwijze ter bereiding van een fijn poeder van alumi niumnitride, omvattende (i) het grondig mengen van een fijn poeder van alumina met een gemiddelde deeltjesdiameter niet groter dan 2 micrometer met een fijn poeder van koolstof met een asgehalte van ten hoogste 0,2% en een 30 gemiddelde deeltjesdiameter van niet meer dan 1 micrometer in een vloeibaar dispergeermedium, waarbij de gewichtsverhouding van het fijne alu-minapoeöer tot het fijne koolstofpoeder 1 : 0,36 - 1 : 1 is, (ii) het branden van het verkregen grondige mengsel 84 0 0 7 00 V bij een temperatuur van 1400 - 1700°C in een atmosfeer van stikstof en ammoniak, nadat dit naar keuze is gedroogd en (iii) het daarna verhitten van het verkregen fijne poeder tot een temperatuur van 600 - 900°C ter verwijdering van niet-omge-5 zette koolstof, waarbij een fijn aluminiumnitride-poeder wordt gevormd met een gemiddelde deeltjesdiameter van niet meer dan 2 micrometer, dat ten minste 94 gew.% aluminiumnitride, ten hoogste 3 gew.% gebonden zuurstof en ten hoogste 0.,5 gew.%, berekend als metaal, van metaalverbindingen als onzuiverheid bevat. 10 10. .Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het fijne alüminapoeder een zuiverheid geeft van ten minste 99,0 gew.%.
11. 11. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de gewichtsverhouding van het fijne alüminapoeder tot het fijne koolstof-poeder 1 : 0,4-1 : 1 is.
12. 12. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het vloeibare dispergeermedium water, een koolwaterstof, een alifatische alcohol of een mengsel daarvan is.
13. 13. Grondig gemengde samenstelling van een fijn poeder van aluminiumnitride, omvattende tenminste 90 gew.% aluminiumnitride, ten 20 hoogste 4,5 gew.% gebonden zuurstof, 0,02 - 5,0 gew.% als een oxyde met de hoogste atooravalentie van ten minste één metaalelement, gekozen uit aardalkalimetalen, lanthaangroep-metalen en yttrium of een verbinding daarvan en ten hoogste 0,5 gew.%, als metaal, van metaalverbindingen als onzuiverheid anders dan verbindingen van genoemde metalen.
14. 14. Samenstelling volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het gehalte aan gebonden zuurstof ten hoogste 3 gew.% is.
15. 15. Samenstelling volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het gehalte van de metaalverbindingen als onzuiverheid ten hoogste 0,3 gew.% is.
16. 16. Samenstelling volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het metaal van de metaalverbindingen als onzuiverheid koolstof, silicium, mangaan, ijzer, chroom, nikkel, kobalt, koper, zink of titaan is.
17. 17. Samenstelling volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het metaal van genoemde metaalverbindingen als onzuiverheid ijzer, chroom, 35 nikkel, kobalt, koper, zink, of titaan is en het totale gehalte van deze onzuiverheden als metaal ten hoogste 0,1 gew.% is. 8400798 V
18. 18. Samenstelling volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat aardalkalimetalen calcium, strontium en barium zijn.
19. 19. Samenstelling volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de lanthaangroep-metalen lanthaan, neodymium en cerium zijn. 5-20. Samenstelling volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het gehalte aan aluminiumnitride ten minste 93 gew.% is.
20. 21. Werkwijze voor het vormen van een grondig gemengde samenstelling van een fijn aluminiumnitride-poeder omvattende (1) het grondig mengen van een fijn aluminapoeder 10 met een gemiddelde deeltjesdiameter van niet groter dan 2 micrometer, een fijn poeder van koolstof met een asgehalte van ten hoogste 0,2 gew.% en een gemiddelde deelt jesdiameter van niet meer dan 1 micrometer en een verbinding van een metaal gekozen uit aardalkalimetalen, lanthaangroep-metalen en yttrium in een vloeibaar medium, waarbij de gewichts-15 verhouding van het fijne aluminapoeder tot het fijne koolstofpoeder 1 : 0,36 - 1 : 1 is ende hoeveelheid van de verbinding van het metaal 0,02 - 5,0 gew.%, als metaaloxyde met de hoogste atoomvalentie gebaseerd op de resulterende samenstelling is; (2} het daarna naar keuze drogen van het resulterende 20 grondige mengsel, het branden daarvan bij een temperatuur van 1400 — 1700 ®C in een atmosfeer van stikstof of ammoniak en (3) het daarna verhitten van het verkregen fijne poeder tot een temperatuur van 600 - 900°C in een zuurstof bevattende atmosfeer ter verwijdering van de niet-omgezette koolstof, waarbij een gron-25 dige gemengde samenstelling wordt gevormd, die ten minste 90 gew.% aluminiumnitride, ten hoogste 4,5 gew.% gebonden zuurstof, 0,02 - 5,0 gew.%, als een oxyde met de hoogste atocmvalentie, van ten minste één me taalelement gekozen uit de groep, bestaande uit aardalkalimetalen, lanthaangroep-metalen en yttrium of een verbinding daarvan en ten hoogste 30 0,5 gew.%, berekend als metaal, van metaalverbindingen als onzuiverheid anders dan verbindingen van genoemde metalen omvat,
21. 22. Werkwijze voor het vormen van een grondig gemengde sa menstelling van een fijn aluminiumnitride-poeder, omvattende het grondig mengen van een fijn aluminiumnitride-poeder met een gemiddelde deeltjes-35 diameter van niet groter dan 2 micrometer dat ten minste 94 gew,% aluminiumnitride, ten hoogste 3 gew.% gebonden zuurstof en ten hoogste 0,5 gew.%, 8400773 als metaal, van metaalverbindingen, als onzuiverheid omvat met een verbinding van ten minste één metaal, gekozen uit aardalkalimetalen, lanthaan-groep-metalen en yttrium in zodanige verhoudingen, dat het gehalte van de verbinding van genoemd metaal in de resulterende samenstelling 0,02 -5 5,0 gew.%, als het metaaloxyde met de hoogste atoomvalentie is, waarbij een grondig gemengde samenstelling wordt gevormd, die ten minste 90 gew.% aluminiumnitride, ten hoogste 4,5 gew.% gebonden zuurstof, 0,02 - 5,0 gew.%, als een oxyde met de hoogste atoomvalentie, van ten minste één metaalelement, gekozen uit de groep bestaande uit aardalkalimetalen, 10 lanthaangroep-metalen en yttrium of een verbinding daarvan en ten hoogste 0,5 gew.%, als metaal, van metaalverbindingen als onzuiverheid anders dan verbindingen van genoemd metaal omvat.
22. 23. Gesinterd voorwerp van aluminiumnitride, welk gesinterd voorwerp een hoge zuiverheid en dichtheid van ten minste 2,0 g/cm3 heeft 15 en welke ten minste 94 gew.% aluminiumnitride, ten hoogste 1,5 gew.% gebonden zuurstof en ten hoogste 0,5 gew.%, als metaal, metaalverbindingen als onzuiverheid bevat.
23. 24. Voorwerp volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat het gehalte van gebonden zuurstof ten hoogste 0,75 gew.% is.
24. 25. Voorwerp volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat het gehalte van de metaalverbinding als onzuiverheid ten hoogste 0,3 gew.% als metaal is.
25. 26. Voorwerp volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat het metaal van de metaalverbindingen als onzuiverheden koolstof, sili- 25 cium, mangaan, ijzer, chroom, nikkel, kobalt, koper, zink of titaan is.
26. 27. Voorwerp volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat het metaal van de metaalverbindingen als onzuiverheden ijzer, chroom, nikkel, kobalt, koper, zink of titaan is en de totale 'hoeveelheid van deze onzuiverheden ten hoogste 0,1 gew.%-, als metaal, is.
27. 28. Voorwerp volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat de hoeveelheid aluminiumnitride ten minste 97 gew.% is.
28. 29. Voorwerp volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat dit een dichtheid van ten minste 3,16 g/cm3 heeft.
29. 30. Werkwijze voor het vormen van een gesinterd voorwerp van 35 aluminiumnitride met een hoge zuiverheid en een hoge dichtheid, omvattende het vormgeven van een fijn poeder van aluminiumnitride met een ge- 8400736 » *> middelde deeltjesdiameter van niet hóger dan 2 micrometer dat ten minste 94 gew.% aluminiumnitride, ten hoogste 3,0 gew.% gebonden zuurstof en ten hoogste 0,5 gew.%, berekend als metaal, van metaalverbindingen als onzuiverheden bevat en het sinteren van het gevormde voorwerp bij een 5 temperatuur van 1700 - 2100°C in een inerte atmosfeer, waardoor een gesinterd lichaam van aluminiumnitride wordt gevormd met een dichtheid van ten minste 2,9 g/cm3, dat ten minste 94 gew.% aluminiumnitride, ten hoogste 1,5 gew.% gebonden zuurstof en ten hoogste 0,5 gew-% als metaal, van metallische verbindingen als onzuiverheid bevat.
30. 31. Werkwijze volgens conclusie 30, met het kenmerk, dat de sintering wordt uitgevoerd onder toepassing van ten minste 20 kg/cm3.
31. 32. Werkwijze volgens conclusie 30, met het kenmerk, dat het sinteren wordt uitgevoerd in een atmosfeer van stikstof.
32. 33. Werkwijze volgens conclusie 30, met het kenmerk, dat 15 het sinteren nagenoeg in afwezigheid van druk wordt uitgevoerd.
33. 34. Werkwijze volgens conclusie 33, met het kenmerk, dat het sinteren wordt uitgevoerd in een atmosfeer van stikstof.
34. 35. Werkwijze volgens conclusie 30, met het kenmerk, dat het sinteren in vacuum wordt uitgevoerd.
35. 36. Gesinterd voorwerp van aluminiumnitride met hoge dicht heid en zuiverheid welk gesinterd lichaam een dichtheid heeft van ten minste 3,0 g/cm3 en ten minste 90 gew.% aluminiumnitride, ten hoogste 3,5 gew.% gebonden zuurstof, 0,02 - 5,0 gew.%, als oxyde net de hoogste atoomvalentie, van ten minste één metaalelement gekozen uit de groep, be-25 staande uit aardalkalimetalen, lanthaangroep-metalen en yttrium of een verbinding daarvan en ten hoogste 0,5 gew.% als metaal van metaalverbindingen als onzuiverheid anders dan verbindingen van genoemd-metaal bevat. .
36. 37. Voorwerp volgens conclusie 36, met het kenmerk, dat de hoeveelheid gebonden zuurstof ten hoogste 2,0 gew.% is.
37. 38. Voorwerp volgens conclusie 36, met het kenmerk, dat het gehalte van de metaalverbindingen als onzuiverheid ten hoogste 0,3 gew.% als metaal is.
38. 39. Gesinterd voorwerp volgens conclusie 36, met het kenmerk, dat het metaal van de metaalverbindingen als onzuiverheden koolstof, sili- 35 cium, mangaan, ijzer, chroom, nikkel, kobalt, koper, zink of titaan is.
39. 40. Gesinterd voorwerp volgens conclusie 36, met het kenmerk, dat het metaal van de metaalverbindingen als onzuiverheden ijzer, chroom, V . v v / V » 3 nikkel, kobalt, koper, zink of titaan is en het totale gehalte van deze onzuiverheden ten hoogste 0,1 gew.% als metaal is.
40. 41. Voorwerp volgens conclusie 36, met het kenmerk, dat het gehalte van aluminiumnitride ten minste 93 gew.% is.
41. 42. Voorwerp volgens conclusie 36, met het kenmerk, dat dit een dichtheid heeft van ten minste 3,16 g/cm3.
42. 43. Werkwijze voor het vormen van een gesinterd voorwerp van aluminiumnitride met hoge zuiverheid en dichtheid, omvattende het persvormen van een fijn poeder van aluminiumnitride, omvattende ten min-10 ste 90 gew.% aluminiumnitride, ten hoogste 4,5 gew.% gebonden zuurstof, 0,02 - 5,0 gew.% als een oxyde met de hoogste atoomvalentie van ten minste één metaalelement, gekozen uit de groep, bestaande uit aardalkali-metalen, lanthaangroep-metalen en yttrium of een verbinding daarvan en ten hoogste 0,5 gew.% berekend als metaal, van metaalverbindingen als 15 onzuiverheden anders dan verbindingen van genoemd metaal, en het sinteren van het gevormde voorwerp bij een temperatuur van 1600 - 2100°C in een inerte atmosfeer, waardoor een gesinterd voorwerp wordt gevormd met een dichtheid van ten minste 3,0 g/cm3 dat ten minste 90 gew.% aluminiumnitride, ten hoogste 3,5 gew.% gebonden zuurstof, 0,02 - 5,0 gew.% 20 als een oxyde met de hoogste atoomvalentie van ten minste één metaalelement bevat, gekozen uit de groep bestaande uit aardalkalimetalen, lan-thaangroep-mëtalen en yttrium of een verbinding daarvan, en ten hoogste 0,5 gew.%, als metaal, metaalverbindingen als onzuiverheid anders dan verbindingen van genoemd metaal.
43. 44. Werkwijze volgens conclusie 43, met het kenmerk, dat het sinteren wordt uitgevoerd bij een druk van ten minste 20 kg/cm2.
44. 45. Werkwijze volgens conclusie 43, met het kenmerk, dat het sinteren wordt uitgevoerd in een atmosfeer van stikstof.
45. 46. Werkwijze volgens conclusie 43, met het kenmerk, dat het 30 sinteren nagenoeg in afwezigheid van druk wordt uitgevoerd.
46. 47. Werkwijze volgens conclusie 46, met het kenmerk, dat het sinteren in een stikstofatmosfeer wordt uitgevoerd.
47. 48. Werkwijze volgens conclusie 43, met het kenmerk, dat het sinteren in vacuum wordt uitgevoerd.
48. 49. Gesinterd lichaam van aluminiumnitride met hoge dicht heid, waarvan een mechanisch gebroken oppervlak van genoemd gesinterd 8 4 0 0 7 S S * lichaam is gevormd door dicht gepakte fijne kristalkiemen die van elkaar zijn onderscheiden door heldere contouren, welke heldere contouren van de fijne kristalkiemen bij het gebroken oppervlak veelhoekig zijn, en ten minste 70% van genoemde kristalkiemen een deeltj esdiameter in het ge-5 bied van 0,5 D tot 1,5 D is, waarin S in micrometer de gemiddelde deeltjesdiameter van de fijne kristalkiemen bij genoemd gebroken oppervlak vastgelegd door de heldere contouren is,
49. 50. Gesinterd lichaam volgens conclusie 49, met het kenmerk, dat nadat het gebroken oppervlak is behandeld met een 35%'s wateroplos- 10 sing van fosforzuur bij 62,5 ±.2,5eC gedurende 20 minuten, kristalkiemen met hoekvormige contouren bij het behandelde oppervlak bestaan.
50. 51. Gesinterd lichaam volgens conclusie 49, met het kenmerk, dat dit in zijn rdntgendiffractiepatroon zes heldere diffractielijnen vertoont toegekend aan hexagonale aluminiumnitride-kristallen bij een 15 diffractiehoek (2Θ) tussen 30 en 70°, maar nagenoeg geen andere diffrac-tielijn vertoont.
51. 52. Gesinterd lichaam volgens conclusies 49 - 51, met het kenmerk, dat dit door druksinteren wordt gevormd.
52. 53. Gesinterd lichaam volgens een van de conclusies 49 -20 51, met het kenmerk, dat dit door drukloos sinteren wordt gevormd. 8400796