JPH01133983A

JPH01133983A - 窒化アルミニウム焼結体の製造方法

Info

Publication number: JPH01133983A
Application number: JP62289567A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sugawara; 憲次菅原; Kazuyuki Yokoo; 横尾　和之
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1987-11-18
Filing date: 1987-11-18
Publication date: 1989-05-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、炭素を用いる還元性窒化アルミニウム粉体製
造工程において、過剰に発生する炭素の除去を、成形後
の有機バインダーの除去と同一工程にて実施する新規な
窒化アルミニウム焼結体の製造方法に関する。

（従来の技術）窒化アルミニウムの焼結体は、高熱伝導性、耐食性、高
強度等の特性を有している為、半導体用のセラミック基
板等の電子材料や各種高温材料として注目されている。

焼結体の原料となる窒化アルミニウム粉末の製造法とし
ては、純度・焼結性等の点より、５ｅｒｐｅｋの方法（
１９０３）を基とするアルミナまたは焼成過程でアルミ
ナを生成する化合物と含炭素物質とを混合し、窒素又は
アンモニア雰囲気中高温で窒化反応させる還元窒化法が
ある。

また、この粉末を用いて焼結体を得る方法には、特公昭
３７−１８６５５号等で示されたＹ２Ｏ，やＣａＯ等を
含む物質を焼結助剤として添加し、有機バインダーを加
え、スラリーを作成し、テープ成形によりシートを得る
とか、プレス成形を行なう等で成形体を得、非酸化性雰
囲気中で焼結する方法等がある。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、従来の技術では、 ■　粉末合成時に窒化を充分に行なうため、過剰のカー
ボンを添加し、反応後含酸素雰囲気中約６００℃〜８０
０℃で残留カーボンを燃焼させる時に、同時に粉末表面
に酸化層ができる。

■　助剤混合時に、窒化アルミニウム粉末が凝集しやす
く、また均質化をはかるためにミル混合を行なうので、
この時に活性な表面が現われ、それ以後の処理中、加水
分解による酸化が生じ易い。

■　成形体作製後、添加した有機バインダーを除去する
ため、酸化雰囲気中で、脱脂処理を行なう時に、■で生
じた活性表面をバインダー等を工夫し保護していても、
この時に酸化が進むことにより、焼結体の高熱伝導性を
そこなう酸素含有量の増大を生じる処理が多（含まれて
いる。

良好な焼結体を得るための適度な窒化アルミニウムの酸
素含有量は、高温焼結時に、前記助剤と液相を生じる上
で重要であるが、■〜■の様な処理により、現状の方法
では、必要以上の酸素含有量が含まれ、またその量を定
量的に知ることもできない。従って焼結に必要な量に比
べて、極端に多量の助剤を添加しており、その結果、焼
きムラを生じたり、あるいは焼結体表面が液相骨で覆わ
れたりすることが生じ、できあがった製品の均質性、品
質安定性が失なわれる。これまでの製造法は、以上の様
に多くの工程を含みコスト高となっている。

（問題点を解決するための手段）本発明者は、上記還元窒化法による窒化アルミニウムの
製造方法及び焼結体の製造方法の各工程について鋭意研
究を行ない本発明を完成した。

即ち、本発明の要旨は、窒化アルミニウム焼結体の製造
方法において、アルミナ粉末または焼成過程でアルミナ
粉末を生成する化合物と窒化アルミニウム生成に対して
過剰な含炭素化合物とを混合し、窒素又はアンモニア雰
囲気中で高温にて反応させて窒化アルミニウムを生成さ
せ、含炭素物質の過剰添加のために発生する炭素を残し
た状態で、助剤ならびに有機バインダーを配合し、成形
体としたのちに、含酸素雰囲気中で、６００〜８００℃
に加熱することにより、過剰の炭素と配合した有機バイ
ンダーを除去し、しかるのちに非酸化性雰囲気中で焼結
を行なうことを特徴とする窒化アルミニウム質焼結体の
製造方法である。

本発明における窒化アルミニウム粉末の合成法は、前述
の５ｅｒｐｅｋの方法に基づくものであればよい。ただ
し、炭素質物質の混合する量は、反応を充分に行なう為
に、化学量論組成（重量比で、アルミナ：炭素＝１０：
３．３５）に比べ、過剰に添加する必要がある。

いわゆるアルミナ源としては、アルミナ粉末又は、例え
ば水酸化アルミニウム、明ばん等の焼成過程でアルミナ
粉末を生成する化合物を使用する。

又、含炭素化合物としては、通常の炭素粉末のほか、カ
ーボンブランク、コールタールピッチなどが使用できる
。

アルミナ質粉体及びカーボン質粉体を原料として、窒化
アルミニウムを合成後、残留したカーボンを含む窒化ア
ルミニウム粉末を脱カーボンを行なわずに過剰のカーボ
ンを分離するのみで、この窒化アルミニウム粉末とカー
ボン粉末の混合粉末を焼結体製造用原料とする。この混
合粉末は、粉末の凝集を抑える効果があり、焼結助剤添
加時の混合を筒略化する。この助剤を添加した混合粉末
でスラリーを作製することで、成形体中の不要な酸素含
有量の増大を防ぐことができる。その後、含酸素雰囲気
中６００℃〜８００℃の温度で脱脂処理と脱カーボン処
理を同時に行ない、非酸化性雰囲気中で焼結し、焼結体
中の不要な不純物酸素の増加を除いて、焼結体を製造す
ることができる。

尚、窒化アルミニウム合成後残留している炭素分のうち
、窒化アルミニウム粉末表面に付着しているものは、粉
末の凝集を防ぐ効果がある。これ以上に残留している炭
素分は、焼成時の成形体の収縮率の均質化・安定化のた
め、分離するのが好ましい。分離方法としては、浮遊選
別・遠心分離など一般に行なわれている分離方法でよい
。この分離で、除去する炭素分の量は、特に限定されな
いが、好ましくは、−ａに行なわれている分離方法で、
残留炭素分は、２０重量％以下に抑えるのが好ましい。

尚、この混合粉末は、吸湿分解性に冨むため、上記処理
及び運搬・保存の場合、乾燥空気、不活性ガスあるいは
水酸基の少ない有機溶剤を用いるのが好ましい。また、
この粉末は、凝集が少ないので助剤の添加は容易であり
、溶剤中での攪拌あるいは、プラスチックのポール・ミ
ル、好ましくはポリアミド樹脂製のポール・ミルを用い
て、長くて２時間程度の混合でかまわない。助剤として
は、Ｙ２Ｏ，、ＣａＯ等のＩＩａ族・ｍａ族金属酸化物
含有の物質が好適である。

分散剤・可塑剤・バインダーは、親油性のもので良く、
通常用いられている公知のもので構わない。具体的な例
として、分散剤としてＣＣｌ４等、可塑剤としてフタル
酸エステル等、バインダーとしては、ＰＶＢ　、パラフ
ィン等が挙げられるが、特にバインダーとしては、好ま
しくは、ピンチ・タールあるいはフェノール樹脂等、分
解時にカーボン分が残存することで、成形性を維持し、
脱カーボン時に同時に燃焼するものを添加するのがよい
。

尚バインダーの添加量は、残留カーボン分との計が３５
重量％以下に抑えることが望ましい。これにより、焼結
体の収縮率を安定させ、また脱カーボン後の成形性維持
ができる。

また、成形体の脱脂（脱カーボンを兼ねる）処理は、大
気中、望ましくは乾燥空気中で行なうのが良く温度は、
６００℃〜８００℃の範囲が良い。

８００℃以上の温度では、窒化アルミニウムの酸化分解
が激しくなり、６００°Ｃ以下の温度では脱脂及び脱炭
素の速度が極端に遅くなる。乾燥空気は例えばシリカゲ
ル・モルキュラーシーブ等で水分を除去したものでよい
。また、昇温速度は、バインダー分がカーボン分を残し
て除去されるように、蒸発速度より早く昇温し、分解さ
せるのが良い。

焼結は、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気など非酸化性雰囲
気が好適で、常圧でかまわない。温度は、１７００℃か
ら２０００℃の間で行なうのが良い。

真空は、窒化アルミニウム及び焼結助剤の揮散を増大さ
せるので、特に高温においては好ましくない。１７００
　’Ｃ以下の温度では焼結の時間がかかりすぎ、また２
０００℃以上の温度では焼結体成分の揮散が激しくなる
。

以下に実施例で具体的に本発明を説明するが、本発明は
これに限定されるものではない。

（実施例）酸化アルミニウムと、含炭素質物質としてカーボンブラ
ックを、酸化アルミニウム二カーボンプラック＝１０：
１０で混合し、還元窒化法で窒化アルミニウムを合成し
た。できた窒化アルミニウム混合粉末のＸ線回折ピーク
にＡ　１　ｚｏｚのものは認められなかった。この混合
粉末をｎ−ブタノール中で攪拌し、沈降速度差から液中
に浮遊するカーボン分を除去した。残った粉末中のカー
ボン分を調べたところ１８重世％であった。

この粉末に、Ｙ２Ｏ３を０．５重量％添加し、バインダ
ーとして、ピッチ：ＰＶＢ＝８０：２０の重量比のもの
を混合粉末の５重量％をＣＣＸ、に溶かしたものと混合
粉末とをポリアミド系樹脂製ボニル・ミル中で１時間混
合し、乾燥空気中で乾かした後、プレス成形し、薄板上
試料とし、乾燥空気中７５０℃まで加熱し、脱脂した。

この試料は、成形直後黒色のものが、加熱後は白色とな
り、冷却後大気中で吸湿分解によるアンモニア臭はしな
かった。

この試料を窒素雰囲気中、高温で焼結を行なったところ
緑青色の均質な焼結体となり、アルキメデス法による真
密度は３．２７ｇ／ａ＋！であった。

（効　果）本発明により、窒化アルミニウム粉末の製造及びこれを
用いた焼結体を製造する一貫工程における無駄な工程を
省くとともに不要な不純物酸素量の増大を防ぐことがで
きる。

本発明は、窒化アルミニウム粉末を用いる焼結体の製造
については、全で応用が可能であり、薄肉な焼結体製造
には、脱脂及び脱炭素同時工程の高効率が最大限に発揮
でき、いわゆるテープ成形法への適用は好適なものであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

窒化アルミニウム焼結体の製造方法において、アルミナ
粉末または焼成過程でアルミナ粉末を生成する化合物と
窒化アルミニウム生成に対して過剰な含炭素化合物とを
混合し、窒素又はアンモニア雰囲気中で高温にて反応さ
せて、窒化アルミニウムを生成させ、含炭素物質の過剰
添加のために発生する炭素を残した状態で、助剤ならび
に有機バインダーを配合し、成形体としたのちに、含酸
素雰囲気中で、６００〜８００℃に加熱することにより
、過剰の炭素と配合した有機バインダーを除去し、しか
るのちに非酸化性雰囲気中で焼結を行なうことを特徴と
する窒化アルミニウム質焼結体の製造方法。