TWI749132B - 透明ＡｌＮ燒結體及其製法 - Google Patents

透明ＡｌＮ燒結體及其製法 Download PDF

Info

Publication number
TWI749132B
TWI749132B TW106145028A TW106145028A TWI749132B TW I749132 B TWI749132 B TW I749132B TW 106145028 A TW106145028 A TW 106145028A TW 106145028 A TW106145028 A TW 106145028A TW I749132 B TWI749132 B TW I749132B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
aln
sintered body
aln sintered
transparent
plate
Prior art date
Application number
TW106145028A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201840513A (zh
Inventor
小林義政
小林博治
飯田和希
大和田巌
Original Assignee
日商日本碍子股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商日本碍子股份有限公司 filed Critical 日商日本碍子股份有限公司
Publication of TW201840513A publication Critical patent/TW201840513A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI749132B publication Critical patent/TWI749132B/zh

Links

Images

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
    • 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
    • C01B21/0728—After-treatment, e.g. grinding, purification
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F7/00—Compounds of aluminium
    • C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
    • C01F7/16—Preparation of alkaline-earth metal aluminates or magnesium aluminates; Aluminium oxide or hydroxide therefrom
    • C01F7/164—Calcium aluminates
    • 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
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62685—Treating the starting powders individually or as mixtures characterised by the order of addition of constituents or additives
    • 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
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/84—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by UV- or VIS- data
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/20—Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like
    • 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
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C04B2235/3222—Aluminates other than alumino-silicates, e.g. spinel (MgAl2O4)
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/3865—Aluminium nitrides
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/528—Spheres
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5292—Flakes, platelets or plates
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5296—Constituents or additives characterised by their shapes with a defined aspect ratio, e.g. indicating sphericity
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5463—Particle size distributions
    • C04B2235/5472—Bimodal, multi-modal or multi-fraction
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/661—Multi-step sintering
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C04B2235/723—Oxygen content
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/786—Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/787—Oriented grains
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
    • C04B2235/85—Intergranular or grain boundary phases
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646—Optical properties
    • C04B2235/9653—Translucent or transparent ceramics other than alumina

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本發明使用透明AlN燒結體製法獲得透明AlN燒結體。第1步驟，首先，將含板面為c面，長寬比為3以上之板狀AlN粉末的AlN原料粉末與燒結助劑混合，形成混合物，以製作成型體。此時，板狀AlN粉末的板面沿著成型體的表面形成混合物。在第2步驟，一邊加壓成型體的表面，一邊在非氧化環境下，熱壓成型體，以獲得配向AlN燒結體。在第3步驟，於非氧化環境下，常壓燒成配向AlN燒結體，以去除燒結助劑的成分，獲得透明AlN燒結體。

Description

透明AlN燒結體及其製法
本發明係有關於透明AlN燒結體及其製法。
已知透明樹脂、玻璃、石英、透明YAG燒結體、透明ALON燒結體、透明尖晶石等可作為透明材料。然而，這些材料的熱傳導率皆為30W/mK以下，尚無具高熱傳導率且透明的材料。另外，雖然AlN具有高熱傳導率，可作為放熱基板等使用，但燒結體通常不透明。對於AlN燒結體來說，不透明的原因包括(1)具有氣孔、異相、固溶體雜質等存在，(2)AlN晶體結構為Wurtz礦型構造，具有光學結晶異向性，結晶方位隨機的燒結體在晶界會形成雙折射產生散亂。
近年來，業界開發具透光性的AlN燒結體。例如，專利文獻1中，藉由控制金屬雜質量、氧濃度及密度，可獲得總透光率為約70%，波長600nm之直線穿透率為約13.5%的AlN燒結體。此外，非專利文獻1揭示，在迴轉磁場中進行成型、燒結，以製作配向AlN燒結體。此配向AlN燒結體之Lotgering法的c軸配向性為0.7，波長600nm的總透光率為60%。
【先前技術文獻】
【專利文獻】
專利文獻1：日本特許第5366811號公報
【非專利文獻】
非專利文獻1：第29界秋季研討會預稿集，日本陶瓷協會發行，2016年，演講號3B17
然而，專利文獻1及非專利文獻1的AlN燒結體的透光率仍不足。因此，亟需開發更透明的AlN燒結體。
本發明為解決上述問題，提供比先前更透明的AlN燒結體。
本發明的透明AlN燒結體的製法包括：將含板面為c面之板狀AlN粉末的AlN原料粉末與燒結助劑混合，形成混合物，以製作成型體，將板狀AlN粉末的板面沿著上述成型體的表面形成混合物的第1步驟；一邊加壓上述成型體的表面，一邊在非氧化環境下，熱壓上述成型體，以獲得配向AlN燒結體的第2步驟；在非氧化環境下，常壓燒成上述配向AlN燒結體，以去除源自燒結助劑的成分，獲得透明AlN燒結體的第3步驟。
此透明AlN燒結體的製法為板狀AlN粉末的板面(c面)沿著上述成型體的表面形成成型體。此成型體含有燒結助劑。此成型體在熱壓燒成時，一邊對成型體的表面加壓，即同時對與成型體表面略呈垂直的方向對成型體加壓，在非氧化環境下熱壓燒成成型體。如此一來，燒結助劑可促進含有板狀AlN粉末之AlN原料粉末的燒結。此外，為了使板狀AlN粉末 的板面(c面)沿著成型體的表面並排，將板狀AlN粉末燒結成模板。因此，可獲得c面配向度高的配向AlN燒結體。然而，此配向AlN燒結體因在AlN燒結粒子之間含有源自燒結助劑的成分，導致透明度低。因此，將此配向AlN燒結體在非氧化環境下進行常溫燒成，以去除源自燒結助劑的成分。由此所獲得的AlN燒結體比先前的燒結體更透明。
本發明之透明AlN燒結體為使用Lotgering法之c面配向度70%以上，波長450nm之直線穿透率為48%以上的多結晶結構。
此透明AlN燒結體因c面配向度高，所以具有良好的電漿性或壓電效應。此外，因為直線穿透率比先前的燒結體高，所以更透明。再著，AlN燒結體仍可維持此高熱傳導率、高折射率、高結晶性的固有特性。此透明AlN燒結體較佳以上述透明AlN燒結體的製法進行製造。
10‧‧‧板狀AlN粉末
10a‧‧‧板面(c面)
12‧‧‧球狀AlN粉末
14‧‧‧燒結助劑
20‧‧‧成型體
20a‧‧‧表面
30‧‧‧配向AlN燒結體
32‧‧‧AlN燒結粒子
34‧‧‧晶界相
40‧‧‧透明AlN燒結體
第1圖為以TGG法製造AlN燒結體之步驟說明圖之一例。
第2圖為板狀AlN粉末的單一粒子影像。
第3圖為板狀AlN粉末的凝集粒子影像。
第4圖為附著微細粒子之板狀AlN粉末的單一粒子影像。
第5圖為1次燒成後之AlN燒結體剖面的反射式電子顯微鏡影像
第6圖為2次燒成後之AlN燒結體剖面的反射式電子顯微鏡影像。
以下對本發明的較佳實施形態進行說明。
本發明實施樣態之AlN燒結體的製法包括：將含板面為c面之板狀AlN粉末的AlN原料粉末與燒結助劑混合，形成混合物，以製作成型體，將板狀AlN粉末的板面沿著上述成型體的表面形成混合物的第1步驟；一邊加壓上述成型體的表面，一邊在非氧化環境下，熱壓上述成型體，以獲得配向AlN燒結體的第2步驟；在非氧化環境下，常壓燒成上述配向AlN燒結體，以去除源自燒結助劑的成分，獲得透明AlN燒結體的第3步驟。
板狀AlN粉末為板面為c面的AlN粉末。板狀AlN粉末的長寬比較佳為3以上。長寬比為平均粒徑/平度厚度。在本發明中，平均粒徑為板面長軸方向的平均值，平均厚度為粒子短軸長度的平均值。藉由使用含有長寬比3以上之板狀AlN粉末的AlN原料粉末，最終可獲得c面配向度高的AlN燒結體。長寬比較佳為5以上。以高配向性的觀點來看，板狀AlN粉末的平均粒徑愈大愈好，較佳為2μm以上，較佳為5μm以上，更佳為7μm以上。然而，以緻密化的觀點來看，愈小愈好，較佳為20μm以下，更佳為10μm以下。因此，為了同時具高配向性及緻密化，平均粒徑較佳為2~20μm。由容易製作板狀AIN粉末的觀點來看，平均厚度較佳為0.05μm以上，較佳為0.07μm以上，更佳為0.1μm以上，更佳為0.3μm以上，更佳為0.5μm以上，更佳為0.8μm以上。此外，由板狀AlN粉末容易配向的觀點來看，較佳為1.8μm以下，更佳為1.5μm以下，更佳為1μm 以下，更佳為0.5μm以下。板狀AlN粉末的平均厚度過大時，例如，使用Doctor Blade法等調整成型體燒成前的厚度時，會增加用刀片對板狀AlN粒子的粒子側面(厚度方向的平行面)施加斷應力的比例，造成板狀AlN粒子的配向失序。因此，平均厚度較佳為0.05μm~1.8μm，以容易製作且容易配向板狀AlN粉末。構成板狀AlN粉末的粒子較佳為非凝集，而是分離的單一粒子。構成板狀AlN粉末的粒子，較佳至少進行分級處理、解碎處理、淘洗處理其中一個處理，以成為單一粒子。分級處理可為氣流分級處理。解碎處理可為鍋爐粉碎、濕式微粒化等方式。淘洗處理較佳在混入微粒粉時進行。構成板狀AlN粉末的粒子是否為單一粒子，可根據由濕式流式粒徑.形狀分析裝置(Sysmex公司製，型號FPIA-3000S)所獲得的影像進行判斷。板狀AlN粉末較佳使用高純度的粉末。板狀AlN粉末的純度較佳為98質量%以上，更佳為99質量%以上。特別是，金屬雜質濃度(Al以外的金屬濃度)為50質量ppm以下，且氧濃度為1質量%以下，更佳為0.8質量%以下。然而，可包含燒結助劑的同成分，或燒成中揮發消失的雜質。
AlN原料粉末可為板狀AlN粉末，也可為混合板狀AlN粉末與球狀AlN粉末的混合AlN粉末。球狀AlN粉末的平均粒徑較佳比板狀AlN粉末的平均粒徑小，較佳為1.5μm以下。在使用混和AlN粉末作為AlN原料粉末燒成時，板狀AlN粉末為種晶(模板)，球狀AlN粉末為基質(matrix)，模板一邊納入基質，一邊進行同質外延成長。此製法又稱為TGG(Templated Grain Growth)法。板狀AlN粉末對於球狀AlN 粉末的質量比可根據板狀AlN粉末的長寬比或平均粒徑進行適當地設定。例如，板狀AlN粉末的平均粒徑越大，板狀AlN粉末相對於球狀AlN粉末的質量比例可越小。
燒結助劑扮演促進AlN燒結的角色。AlN比氧化鋁等難燒結，較佳添加燒結助劑進行熱壓燒成。燒結助劑較佳為揮發性燒結助劑。若為揮發性，在熱壓燒成後的常壓燒成時可容易氣化去除。揮發性燒結助劑較佳為Ca與Al的複合氧化物，或氧化釔等稀土類氧化物。Ca與Al的複合氧化物可為例如，C2A、C3A、C4A等含適當比例之CaO與Al2O3的複合氧化物。相對於板狀AlN粉末、球狀AlN粉末與燒結助劑的總質量，燒結助劑較佳為1~10質量%，更佳為2~8質量%。
第1步驟為，以混合AlN原料粉末與燒結助劑的混合物經成形製作成型體，板狀AlN粉末的板面沿著成型體的表面形成混合物。因此，板狀AlN粉末的c軸與成型體的表面容易以正交方向排列，使AlN燒結體的c面配向度上升。本發明的成型法並無特別限制，例如流延成型、押出成型、吹塑成型、射出成型、一軸加壓成型等。此外，也可利用以這些成型法所獲得的成型體進行複數個層積，形成積層成型體。
第2步驟為，一邊對第1步驟所獲得之成型體的表面加壓，一邊對成型體進行熱壓燒成，以獲得配向AlN燒結體。熱壓燒成之前，較佳進行脫脂。熱壓燒成的環境較佳為氮氣環境、氬氣環境、真空等非氧化環境。熱壓燒成的壓力(表面壓力)較佳為50kgf/cm2以上，較佳為200kgf/cm2以上。熱壓燒成的溫度(最高到達溫度)較佳為1800~1950℃，更佳為1880 ~1920℃。熱壓燒成的時間並無特別限制，例如，可設定在2~10小時的範圍內。熱壓燒成鍋爐並無特別限制，可使用石墨製等的鍋爐。
第3步驟為，常壓燒成第2步驟所獲得之配向AlN燒結體以去除源自燒結助劑的成分，獲得透明AlN燒結體。第2步驟所獲得之配向AlN燒結體使用Lotgering法測得高c面配向度，但因AlN燒結粒子之間存在含有源自燒結助劑之成分之晶界相會導致低直線穿透率。所以在本發明中，第3步驟藉由去除存在於AlN燒結粒子之間的晶界相(源自燒結助劑之成分)，以提升配向AlN燒結體的直線穿透率。常壓燒成的環境較佳為氮氣環境、氬氣環境等非氧化環境。常壓燒成的溫度(最高到達溫度)為1750~1950℃，更佳為1800~1920℃。常壓燒成的時間並無特別限制，例如可設定在20~100小時的範圍內。熱壓燒成鍋爐並無特別限制，可使用AlN製等耐熱爐。
本發明之透明AlN燒結體為Lotgering法之c面配向度為70%以上，波長450nm的直線穿透率為48%以上的多結晶結構體。本發明透明AlN燒結體較佳以上述透明AlN燒結體的製法製造。本發明透明AlN燒結體的波長600nm直線穿透率通常比波長450nm的直線穿透率高。
本發明之透明AlN燒結體因高c面配向度，具有良好的耐電漿性與壓電效應。因此，可使用於半導體製造裝置用材料等需要耐電漿性的材料或高溫用感應器等需要高壓電效應的材料。此外，因具高直線穿透率，所以比先前的燒結體更透明。再者，AlN仍然維持其高熱傳導率、高折射率、高結晶性 的原本特性。因此，可作為透明高熱傳導率材料、透明高折射率材料、透明高結晶性材料。透明高熱傳導率材料包括超高亮度LED螢光基板、固態雷射結晶用散熱器、LED透明基板等。使用於超高亮度LED螢光基板，可抑制螢光體因高溫所造成的發光效率下降。使用於固態雷射結晶用散熱器，可抑制雷射結晶因高溫所造成的振動效率下降。使用於LED透明基板，可抑制LED因高溫所造成的發光效率下降。透明高折射率材料可為紫外線用高折射率雷射等。這些使用的雷射具有高光強度、短焦點化、高解析度。透明高結晶性材料可為形成紫外AlN-LED的基礎基板等。使用於基礎基板可完成高品質化、低缺陷化、高放熱化的機能層。
本發明之透明AlN燒結體相對密度較佳為99.1%以上，更佳為99.8%以上，更佳為100%。相對密度高的話，可提升透明度及耐電漿性。含氧量較佳為600質量ppm以下。金屬雜質較佳為40質量ppm以下。金屬雜質低的話，可提升透明度。除了Al及所添加的燒結助劑以外，金屬雜質可為在非固溶晶界造成偏析的物質。c面配向度較佳為95%以上，更佳為97%以上，更佳為100%。波長450nm的直線穿透率為60%以上，更佳為65%以上。
在本發明中，以TGG法製造AlN燒結體之步驟的一例如第1圖所示。首先，準備板狀AlN粉末10(參照第1a圖)。板狀AlN粉末10的板面10a為c面。接著，使用混合板狀AlN粉末10、球狀AlN粉末12及燒結助劑14之混合AlN粉末來製作成型體20(第1步驟，參照第1b圖)。此時，板狀AlN粉 末10的板面10a(c面)沿著成型體20的表面20a並排。接著，對成型體20以與表面20a略為垂直的方向加壓，並進行熱壓燒成(第2步驟，參照第1c圖)。然後，利用燒結助劑14促進板狀AlN粉末10或球狀AlN粉末12的燒結。此外，因板狀AlN粉末10的板面10a(c面)沿著成型體20的表面20a並排，板狀AlN粉末10成為模板進行燒結。結果可獲得高c面配向度的配向AlN燒結體30。配向AlN燒結體30之中，AlN燒結粒子32之間存在含有源自燒結助劑14成分的晶界相34。因此，在非氧化環境下，利用常壓燒成配向AlN燒結體30，以去除源自燒結助劑14的成分，獲得透明AlN燒結體40(第3步驟，參照第1d圖)。因此，可獲得高c面配向度且高直線穿透率的透明AlN燒結體40。
【實驗例】
Figure 106145028-A0202-12-0009-1
Figure 106145028-A0202-12-0010-2
Figure 106145028-A0202-12-0011-3
Figure 106145028-A0202-12-0012-4
實驗例1~35。
1.高配向AlN燒結體的製法
(1)板狀AlN粉末的合成
分別秤量100g的板狀氧化鋁(kinsei matec股份公司製)、50g的碳黑(三菱化學股份公司)、1000g的
Figure 106145028-A0305-02-0015-1
2mm的氧化鋁石、350mL的IPA(德山股份公司製、TOKUSO IPA)，並置入聚乙烯容器中，以30rpm進行粉碎‧混合240分鐘。此外，板狀氧化鋁平均粒徑可為2μm、5μm、7μm。平均粒徑為2μm時，平均厚度為0.08μm，長寬比為25。平均粒徑為5μm時，平均厚度為0.07μm，長寬比為70。平均粒徑為7μm時，平均厚度為0.1μm，長寬比為70。之後，以減壓迴轉濃縮器進行乾燥。乾燥的板狀氧化鋁-碳混合物以研缽輕輕地粉碎，分別充填100g至碳製坩堝，置於高溫環境爐中。一邊以3L/min通入氮氣，一邊以200℃/hr的加熱速度加熱至1600℃。在此溫度下維持20小時。反應結束後，自然冷卻，由坩堝取出樣本。另外，為了去除殘存的碳，使用耐熱爐，在氧化環境下，以650℃熱處理10小時，獲得板狀AlN粉末。
此外，在實驗例1~35中，使用各種平均粒徑、平均厚度、長寬比的板狀AlN粉末，製作不同形狀的板狀氧化鋁粉末，再進行氮化處理，以製作板狀AlN粉末。不同形狀的板狀氧化鋁粉末可利用下述方法進行製作。首先，利用濕式粉碎將三水鋁石型之氫氧化鋁的平均粒徑調整在0.4~3μm，對1莫耳的氫氧化鋁添加1.0×10-5~1.0×10-2正磷酸，形成漿料。氫氧化鋁的平均粒徑越大，則氧化鋁的平均粒徑越大，增加正磷酸的添加量，則長寬比變高。使用漿料乾燥機(大川原化工機股份公司，FL-12型)，將所獲得的漿料以140℃乾燥造粒，使原料中的水份未滿1wt%。將所獲得的粉末變為50%的水系漿料後，以600℃的合成溫度、15MPa的壓力進行水熱合成。在水熱合成後，進行清洗、乾燥，獲得白色氧化鋁粒子。此外，在形成漿料時，不添加一部分的正磷酸，而是將其添加至進行水熱合成時的水，不會改變長寬比，且可縮小氧化鋁的粒徑。
由於所獲得之板狀AlN粉末包括單一粒子與凝集粒子，因此進行解碎處理及分級處理以篩選出單一粒子。具體來說，將100g所獲得的板狀AlN粉末、300g的
Figure 106145028-A0202-12-0014-12
15mm氧化鋁石、60mL的IPA(德山股份公司製、TOKUSO-IPA)置於聚乙烯容器中，以30rpm解碎240分鐘。之後，利用減壓迴轉濃縮器進行乾燥。使用日清TECHNOPRO Engineering公司製的精密空氣分級機(型號TC-15NSC)將乾燥的板狀AlN粉末進行分級。以與平均粒徑相同大小的粒徑為分級條件，分級後的微粒作為原料。最終所獲得的板狀AlN粉末以濕式流式粒徑.形狀分析裝置(Sysmex公司製，型號FPIA-3000S)，觀察AlN粉末影像，以確認單一粒子。此裝置所獲得的AlN粉末影像如第2~4圖所示。第2圖為單一粒子影像，第3圖為凝集粒子影像，第4圖為附著微細粒子之單一粒子的影像。這些影像的下方數值為板面長軸方向的長即粒徑(μm)。在本發明中，附著微細粒子之單一粒子也視為單一粒子。此外，板狀AlN粉末的平均粒徑或平均厚度與所使用的板狀氧化鋁粉末相同。
(2)燒結助劑(Ca-Al-O類助劑)的合成
C3A以下述方式進行合成。首先，將56g的碳酸鈣(白石股份公司製，Shilver-W)、19g的γ-氧化鋁(大明化學工業股份公司製，TM-300D)、1000g的
Figure 106145028-A0305-02-0017-2
15mm氧化鋁石、125mL的IPA(德山股份公司製、TOKUSO-IPA)置於聚乙烯容器中，以110rpm解碎‧混合120分鐘。之後，利用減壓迴轉濃縮器進行乾燥，以製備混合粉末。將70g混合粉末充填至鋁製坩堝，置於大氣鍋爐中。以200℃/hr的速度加熱至1250℃，並在此溫度下保持3小時。反應結束後，自然冷卻，由坩堝中取出樣本。C2A為使用47g的碳酸鈣及24g的氧化鋁，以上述方式進行合成，由C3A與C12A7所形成的助劑。此外，利用混合40g的C3A與15g的CaCO3合成C4A。另外，C3A、C2A、C4A的CaO/Al2O3(莫耳比)分別為3、2、4。
(3)混合粉末的調配
將上述(1)所獲得的板狀AIN粉末、市售球狀AlN粉末(德山股份公司製，F級，平均粒徑為1.2μm)、與上述(2)所獲得的Ca-Al-O類助劑分別依照表1、2所示質量比例秤量，合計20g。將上述成分與300g的
Figure 106145028-A0305-02-0017-3
15mm氧化鋁石及60mL的IPA(德山股份公司製、TOKUSO-IPA)共同置於聚乙烯容器中，以30rpm解碎‧混合240分鐘。之後，利用減壓迴轉濃縮器進行乾燥，以製備混合粉末。
(4)積層成型體的製作
於上述(3)所調配的100質量部混和粉末中，添加7.8質量部作為黏著劑的聚乙烯醇縮丁醛(產品編號BM-2，積水化學工業製)、3.9質量部作為可塑劑的二(2-乙基己基)鄰苯二甲酸酯(黑金化成製)、2質量部作為分散劑的山梨糖醇三油酸酯(RHEODOL SP-O30，花王製)、作為分散劑的2-乙基己醇，並進行混合。可將分散劑的量調整至漿料黏度為20000cP的量。使用此漿料製作流延成型體。亦言之，板狀AlN粉末的板表面(c面)沿著流延成型體的表面，以Doctor Blade法將漿料置於PET膜上乾燥後形成厚度100μm的片狀流延成型體。將所獲得的流延成型體切割成直徑20mm的圓形後，層積40層，並將其裝載於厚度10mm的Al板上，然後放入封裝中並使內部真空，以成為真空封裝。將此真空封裝置於85℃的溫水中，以100kgf/cm2的壓力進行靜水加壓，以獲得圓板狀積層成型體。
(5)1次燒成
將上述(4)所獲得的積層成型體配置於脫脂爐中，以600℃、10小時的條件進行脫脂。實驗例1~15、17~35分別以表3、4的1次燒成條件進行1次燒成，以獲得1次燒成後的AlN燒結體。亦言之，對脫脂體使用石墨製的模具，藉由在氮氣中熱壓，以1800℃~1900℃的燒成溫度(最高到達溫度)，表面壓力200kgf/cm2的條件燒成2~10小時，以獲得1次燒成後的AlN燒結體。此外，熱壓時的加壓方向為積層成型體的積層方向(與流延成型體表面略為垂直的方向)。再者，由燒成溫度降溫時，維持加壓直到降至室溫為止。實驗例16依表3所示將所獲得的脫脂體在常壓，氮氣中，以1880℃的燒成溫度(最高到達溫度)燒成5小時，以獲得1次燒成的AlN燒結體。
(6)2次燒成
實驗例1~15、17~35依表3、4所示的2次燒成條件，對1次燒成後的AlN燒結體進行燒成，以獲得2次燒成後的AlN燒結體。亦言之，研磨切削由上述(5)所獲得的1次燒成AlN燒結體表面，以製作
Figure 106145028-A0202-12-0017-15
20mm、厚度1.5mm的樣本。將樣本充填至氮化鋁製的耐熱爐中，在氮氣環境中，以1900℃的燒成溫度(最高到達溫度)燒成75小時，獲得2次燒成後的AlN燒結體。實驗例16依表3所示，研磨切削1次燒成後的AlN燒結體，以製作
Figure 106145028-A0202-12-0017-16
20mm、厚度1.5mm的樣本。將樣本充填至氮化鋁製的耐熱爐中，在氮氣環境中，以1880℃的燒成溫度(最高到達溫度)燒成50小時，以獲得2次燒成後的AlN燒結體。
2.評價方法
(1)成型體的c面配向度
為了確認所獲得AlN燒結體的配向度，將圓板狀的AlN積層成型體上表面平行設置於XRD裝置，以X光照射來測定c面配向度。使用XRD裝置(理科公司製，RINT-TTR III)偵測2 θ=20~70°範圍的XRD圖譜。具體來說，使用CuK α線以50kV電壓，300mA電流的條件進行偵測。使用Lotgering法計算出c面配向度f(%)。具體來說，利用下列方程式計算。在方程式中，P為由所獲得AlN燒結體之XRD所計算出的數值，P0為標準AlN(JCPDS card No.076-05101)所計算出的數值。此外，(hk1)可使用(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)。
f={(P-P0)/(1-P0)}×100
P0=Σ I0(002)/Σ I0(hk1)
P=Σ I(002)/Σ I(hk1)
(2)第1次及第2次燒成後AIN燒結體的金屬雜質量及含氧量
依據JIS R1649規範之加壓硫酸分解法，使用ICP(感應耦合電漿)發光分析裝置(日立high-tech science公司製，PS3520UV-DD)進行分析金屬雜質量。在本發明中，測定Si、Fe、Ti、Ca、Mg、K、Na、P、Cr、Mn、Ni、Zn、Ga、Y、Zr金屬雜質。含氧量依據JIS R1675(陶瓷材料用之AlN微粉末的科學分析法)，使用惰性氣體熔融-紅外線吸收法進行測定，以質量ppm為單位。
(3)1次及2次燒成後AlN燒結體相對密度的測定
依據JIS R1634規範(精緻陶瓷的燒結體密度‧開氣孔率的測定方法)測定體積密度，理論密度為3.260，計算相對密度。
(4)1次及2次燒成後AlN燒結體的c面配向度
為了確認所獲得AlN燒結體的配向度，將圓板狀的AlN燒結體上表面以平行研磨加工後，利用X光照射此研磨面來測定c面配向度。使用XRD裝置(理科公司製，RINT-TTR III)，偵測2 θ=20~70°範圍的XRD圖譜。具體來說，使用CuK α線以50kV電壓，300mA電流的條件進行偵測。使用Lotgering法計算出c面配向度f(%)。具體來說，利用下列方程式計算。在方程式中，P為由所獲得AlN燒結體之XRD計算出的數值，P0為標準AIN(JCPDS card No.076-0566)所計算出的數值。此外，(hk1)可使用(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)。
f={(P-P0)/(1-P0)}×100
P0=Σ I0(002)/Σ I0(hk1)
P=Σ I(002)/Σ I(hk1)
(5)2次燒成後AlN燒結體的粒徑測定
將所獲得的AlN燒結體切割出10mm×10mm的樣本，於
Figure 106145028-A0202-12-0019-17
68mm的金屬製平台的最外周邊間隔90°的位置固定4個，利用滴有含9μm及3μm粒徑之鑽石研磨粒漿料的銅製研磨盤進行研磨，再以滴下含有矽溶膠之漿料的拋光盤研磨300分鐘。之後，將研磨後10mm×10mm×0.5mm厚的樣本分別依序以丙酮、乙醇、去離子水清洗3分鐘。以掃描式電子顯微鏡(日本電子公司製，JSM-6390)拍攝表面。具體來說，以1000倍的觀察倍率拍攝影像，並利用切片法進行測定，求得AlN燒結粒子的平均粒徑。
(6)1次及2次燒成後AlN燒結體的剖面觀察
使用鑽石研磨粒預先研磨所獲得AlN燒結體的任意剖面後，以橫截面拋光機(CP)(日本電子公司製，SM-09010)進行研磨。CP屬於離子研磨。使用掃描式電子顯微鏡(日本電子公司製，JSM-6390)，以2000倍的倍率拍攝所獲得剖面的反射式電子顯微鏡影像。
(7)2次燒成後AlN燒結體的直線穿透率
將所獲得的AlN燒結體切割出10mm×10mm的樣本，於
Figure 106145028-A0202-12-0019-18
68mm的金屬製平台的最外周邊間隔90°的位置固定4個，利用滴有含9μm及3μm粒徑之鑽石研磨粒漿料的銅製研磨盤進行研磨，以滴下含有矽溶膠之漿料的拋光盤研磨300分鐘。之後，將研磨後10mm×10mm×0.6mm厚的樣本分別依序以丙酮、乙醇、去離子水清洗3分鐘後，以分光光度計(Perkin Elmer製，Lambda900)，偵測波長450nm的直線穿透率。此外，在一部分的實驗例中，偵測波長600nm的直線穿透率。
3.結果與評價
1次燒成後AlN燒結體與2次燒成後AlN燒結體的評估結果如表3、4所示。在實驗例1~15、17~19、21、23~25中，2次燒成後AlN燒結體的c面配向度為70%以上，波長450nm的直線穿透率為48%以上。另一方面，實驗例16在燒成成型體時，並非採用熱壓燒成，而是使用常壓燒成，所以2次燒成後AlN燒結體的c面配向度為44%，直線穿透率僅為1%。此外，實驗例20、22中所使用之板狀AlN粉末的長寬比未滿3，c面配向度分別僅為13%、42%。
實驗例1~15、17~19、21、23~25所獲得之2次燒成後AlN燒結體的c面配向度為70%以上，所以具有良好的耐電漿性或壓電效應。因此，可作為需要具耐電漿性之半導體製造裝置等材料或需要具高壓電效應之高溫感應器等材料。此外，波長450nm的直線穿透率為48%以上，比起先前的燒結體更透明。再者，AlN仍然維持其高熱傳導率、高折射率、高結晶性的原本特性。因此，可作為透明高熱傳導率材料、透明高折射率材料、及透明高結晶性材料。此外，實驗例1~15、17~19、21、23~25並非利用非專利文獻1所述之迴轉磁場，而是使用熱壓燒成，比起利用迴轉磁場，可以更低成本製造高c面配向度之AlN燒結體。
實驗例3的1次燒成後AlN燒結體的反射式電子顯微鏡的影像如第5圖所示。在第5圖中，黑色部分為AlN， 在AlN燒結粒子之間的晶界相含有呈現白色斑點(2個)的Ca-Al類氧化物(Ca為燒結助劑成分)。因為Ca-Al類氧化物的平均原子量比AlN大，所以比AlN透明。因此，可以輕易用目視區分。同樣地，實驗例3的2次燒成後AlN燒結體的反射式電子顯微鏡的影像如第6圖所示。Ca-Al類氧化物之白色斑點消失，全部為AlN。其他的實驗例(實驗例16除外)也可獲得相同的反射式電子顯微鏡影像。
另外，實驗例1~15、17~19、21、23~25為本發明實驗例，實驗例16、20、22為比較例。這些實驗例不可用於限定本發明。
本發明說明包括2016年12月21日申請之2016-247874號的日本專利申請案，及其所主張優先權之2017年7月10日申請之PCT/JP2017/025085號的國際專利申請案中所有內容。
【產業利用性】
本發明的配向AlN燒結體可作為例如耐電漿性材料或壓電效應材料。
10‧‧‧板狀AlN粉末
10a‧‧‧板面(c面)
12‧‧‧球狀AlN粉末
14‧‧‧燒結助劑
20‧‧‧成型體
20a‧‧‧表面
30‧‧‧配向AlN燒結體
32‧‧‧AlN燒結粒子
34‧‧‧晶界相
40‧‧‧透明AlN燒結體

Claims (11)

  1. 一種透明AlN燒結體的製法，包括：將含板面為c面，長寬比3以上之板狀AlN粉末的AlN原料粉末與燒結助劑混合，形成混合物，以製作成型體，其中該板狀AlN粉末的板面沿著該成型體的表面形成該混合物的第1步驟；一邊加壓該成型體的表面，一邊在無氧化環境下，熱壓該成型體，以獲得配向AlN燒結體的第2步驟；在非氧化環境下，常壓燒成該配向AlN燒結體，以去除源自該燒結助劑的成分，獲得透明AlN燒結體的第3步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之透明AlN燒結體的製法，其中該第1步驟中，該板狀AlN粉末中所含有的粒子不凝集，而是分離。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之透明AlN燒結體的製法，其中該第1步驟中，該混合物形成板狀流延成型體，並進行複數個層積形成積層成型體，且該第2步驟中，以熱壓燒成該積層成型體。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之透明AlN燒結體的製法，其中該AlN原料粉末除了該板狀AlN粉末外，含有球狀AlN粉末。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之透明AlN燒結體的製法，其中該燒結助劑為Ca及Al的複合氧化物或稀土類氧化物。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之透明AlN燒結體的製 法，其中該板狀AlN粉末的平均厚度為0.05~1.8μm。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之透明AlN燒結體的製法，其中該板狀AlN粉末的平均粒徑為2~20μm。
  8. 一種多晶結構的透明AlN燒結體，其Lotgering法的c面配向度為70%以上，波長450nm之直線穿透率為48%以上。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之透明AlN燒結體，其中該c面配向度為95%以上，直線穿透率為60%以上。
  10. 如申請專利範圍第8或9項所述之透明AlN燒結體，其相對密度為99.1%以上。
  11. 如申請專利範圍第8或9項所述之透明AlN燒結體，其中該Al及燒結助劑以外之非固溶晶界造成偏析的金屬雜質濃度為40質量ppm以下。
TW106145028A 2016-12-21 2017-12-21 透明ＡｌＮ燒結體及其製法 TWI749132B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-247874 2016-12-21
JP2016247874 2016-12-21
??PCT/JP2017/025085 2017-07-10
JP2017025085 2017-07-10
WOPCT/JP2017/025085 2017-07-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201840513A TW201840513A (zh) 2018-11-16
TWI749132B true TWI749132B (zh) 2021-12-11

Family

ID=62627398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106145028A TWI749132B (zh) 2016-12-21 2017-12-21 透明ＡｌＮ燒結體及其製法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11014855B2 (zh)
EP (1) EP3560905B1 (zh)
JP (1) JP7027338B2 (zh)
KR (1) KR102557205B1 (zh)
CN (1) CN110072826B (zh)
TW (1) TWI749132B (zh)
WO (1) WO2018117162A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6346718B1 (ja) 2017-03-22 2018-06-20 日本碍子株式会社 窒化アルミニウム粒子
CN113460981B (zh) * 2021-07-09 2022-11-18 南充三环电子有限公司 一种氮化铝粉体及其制备方法与应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4847221A (en) * 1987-01-13 1989-07-11 Kabushiki Kaisha Toshiba AlN sintered body having high thermal conductivity and a method of fabricating the same
EP1518843A2 (en) * 2003-09-25 2005-03-30 Tokuyama Corporation Aluminum nitride sintered body and method of producing the same
US20050215415A1 (en) * 2004-03-29 2005-09-29 Ngk Insulators, Ltd. Aluminum nitride substrate and production method
TW201202170A (en) * 2010-06-08 2012-01-16 Denki Kagaku Kogyo Kk Aluminum nitride substrate for circuit board and method for producing the same
TW201446642A (zh) * 2013-02-08 2014-12-16 Tokuyama Corp 氮化鋁粉末

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2565305B2 (ja) * 1985-10-31 1996-12-18 京セラ株式会社 高熱伝導性窒化アルミニウム質焼結体及びその製造法
JPS6321511A (ja) * 1986-07-15 1988-01-29 Mitsubishi Electric Corp 試験用パルス発振装置
JPH0735302B2 (ja) * 1987-02-20 1995-04-19 住友電気工業株式会社 窒化アルミニウム焼結体の製造方法
JP4783560B2 (ja) * 2003-09-25 2011-09-28 株式会社トクヤマ 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法
CN101033139A (zh) * 2007-02-07 2007-09-12 山东理工大学 透明氮氧化铝陶瓷的制备工艺
JP5366811B2 (ja) 2007-09-03 2013-12-11 株式会社トクヤマ 改質窒化アルミニウム焼結体
JP5721095B2 (ja) * 2010-07-02 2015-05-20 国立大学法人静岡大学 窒化アルミニウム結晶粒子の製造装置、及び、窒化アルミニウム結晶粒子の製造方法
KR20120098118A (ko) * 2011-02-28 2012-09-05 영남대학교 산학협력단 투명도가 향상된 다결정 산질화알루미늄의 제조방법
CN103011830A (zh) * 2012-12-31 2013-04-03 河南理工大学 一种透明氮化铝陶瓷的超高压低温烧结制备方法
JP6346718B1 (ja) * 2017-03-22 2018-06-20 日本碍子株式会社 窒化アルミニウム粒子

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4847221A (en) * 1987-01-13 1989-07-11 Kabushiki Kaisha Toshiba AlN sintered body having high thermal conductivity and a method of fabricating the same
EP1518843A2 (en) * 2003-09-25 2005-03-30 Tokuyama Corporation Aluminum nitride sintered body and method of producing the same
US20050215415A1 (en) * 2004-03-29 2005-09-29 Ngk Insulators, Ltd. Aluminum nitride substrate and production method
TW201202170A (en) * 2010-06-08 2012-01-16 Denki Kagaku Kogyo Kk Aluminum nitride substrate for circuit board and method for producing the same
TW201446642A (zh) * 2013-02-08 2014-12-16 Tokuyama Corp 氮化鋁粉末

Also Published As

Publication number Publication date
EP3560905B1 (en) 2022-05-04
WO2018117162A1 (ja) 2018-06-28
CN110072826A (zh) 2019-07-30
EP3560905A4 (en) 2020-06-17
CN110072826B (zh) 2022-03-01
US20190270676A1 (en) 2019-09-05
JP7027338B2 (ja) 2022-03-01
KR20190098133A (ko) 2019-08-21
US11014855B2 (en) 2021-05-25
KR102557205B1 (ko) 2023-07-18
JPWO2018117162A1 (ja) 2019-10-31
EP3560905A1 (en) 2019-10-30
TW201840513A (zh) 2018-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10138166B2 (en) Alumina sintered body and base substrate for optical device
TWI670251B (zh) 透明氧化鋁燒結體的製法
TWI705951B (zh) 透明氧化鋁燒結體的製法
JPWO2017057551A1 (ja) アルミナ焼結体及び光学素子用下地基板
TWI749132B (zh) 透明ＡｌＮ燒結體及其製法
US11059753B2 (en) Oriented ALN sintered body and method for producing the same
JP6626500B2 (ja) アルミナ焼結体及び光学素子用下地基板
JP7201103B2 (ja) 板状の窒化ケイ素質焼結体およびその製造方法
Xiang et al. Transparent AlN ceramics sintered from nanopowders produced by the wet chemical method
JP2856734B2 (ja) 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体
JP4564257B2 (ja) 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体
WO2019021919A1 (ja) 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法