JPH013075A - 窒化アルミニウム質焼結体の製造方法 - Google Patents

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４１１用分野） 本発明は、窒化アルミニウム質焼結体、特に金属アルミ
ニウムの直接窒化法により得られた窒化アルミニウム原
料粉末から製造された、熱伝導性の高い窒化アルミニウ
ム質焼結体及びその製造法に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする問題点）近年
、ＬＳＩの発達に伴い、高集積回路、パワートランジス
タ、レーザーダイオードなどの発熱量の大きい半導体素
子を実装するために熱伝導率の高い絶縁材料か必要とさ
れてきている。

このような熱１云導率の高いセラミック材料としては、
１に未酸化ｌ＼リリウム（Ｂｅ○）系焼結体が用いられ
てきたが、その毒性のために使用範囲が限定されている
。

そこで酸化ベリリウムに変わる高熱伝導性基板材［）と
して、熱伝導率が高く、しかも安定で、高温強度も高く
、電気絶縁性のよい窒化アルミニラｂ（）＼ＩＮ）が１
史川されるようになってきている。

窒化アルミニウムは、上記のように半導体基板に適した
特性を有し、その熱伝導率の理論値は約３００Ｗ／ｍ°
ｋと非常に高いものの、現状では、熱伝導率が一般に約
１００Ｗ／ｍ°ｋ以下と低い窒化アルミニウム質焼結体
しか得られておらず、窒化アルミニウム買焼結体の熱伝
導率の向上が待望されている。

窒化アルミニウム粉末は難焼結性であって、単味では焼
結し難いため、窒化アルミニウム原＄１　？’、）末に
焼結助剤を添加して焼結体を製造することが行なわれて
おり、適当な焼結助剤としては、周期率表のＩＩа族、
ＩＩＩа族金属（アルカリ土類金属〉もしくはｌ１ｌａ
族金属（Ｙ及び希土類金属）の化合物、例えばＹ２Ｏ１
、ＣａＯ，ＣＢＯ２などが提案されている。（特開昭５
９−２Ｏ７Ｓｉ４号公報、特開昭６０−６０９１０号公
報、特開昭６０−７１５７５号公報、う照）窒化アルミ
ニウム粉末の代表的な製造法としては、（１）金属アル
ミニウム粉末を窒素又はアンモニアガスで直接窒化する
方法（直接窒化法）と、（２）アルミナ粉末を炭素粉末
と混合し、窒素又はアンモニアガス中で焼成して、炭素
によりアルミナを還元する方法（炭素還元法）とが知ら
れている。

このうち、直接窒化法においては、窒化効率を上げるた
めに原ｆＸ１の金属アルミニウムを粉砕する工程や、生
成した窒化アルミニウノ＼粉末を焼結原１′−１に適し
た粒度まで微粉砕する工程において、粉砕容器や粉砕メ
ディアから通常数重菫％の陽イオン不ｌｌ１１物が不可
避的に混入し、さらに上記の微粉もや工程において粉末
表面か酸化を受けて、直接窒化法による窒化アルミニラ
１１原料粉末中の酸素含有量は２１【量２６以上、通常
は３重量％以上に達する。こうした酸素及び陽イオン不
純物を多量に含有する窒化アルミニウム粉末は、高品質
の窒化アルミニウム質焼結体を得るための原料として適
当ではなく、事実、従来は直接窒化法により得られた原
料粉末から焼結助剤を使用して高熱伝導率をｔＦする焼
結体を製造することは、一般に行なわれていなかった。

一方、炭素還元法においては、予めアルミナを所望の粒
度まで粉砕してから炭素還元と窒化を行なうため、生成
した窒化アルミニウム粉末中の１・ｑイオン不純物含有
量は０．５重量？６以下と少なく、また酸素含有量も通
常約３％以下と比較的少なく、しかも平均粒子径２μ輪
以下の高純度の微粉末が容易に得られる。この微粉末は
、更に粉砕処理することなく焼結用の原料として使用す
ることができるため、窒化アルミニウム質焼結体の製造
においては、炭素還元法により得られた窒化アルミニウ
ム微粉末を用いて焼結助剤と共に焼結する方法が廿及し
ている。

しかし、かかる微粉末を用いても、得られた窒化アルミ
ニウム質焼結体の熱伝導率はやはり１００　Ｗ　／　ｍ
°ｋ以下がほとんどであり、ｆｌ論（直の約３００　Ｗ
　／　ｔａ°ｋと比べて著しく低かった。

なお、イツトリウム化合物を焼結助剤として１００Ｗ／
ｍ°ｋ以上の高い熱伝導率を有する窒化γルミニウム質
焼結体を製造する方法が特開昭６０−１７８６８８号公
報及び同６１−９１０６８号公報に開示されているが、
いずれの方法においても直接窒化法により得た原料粉末
を使用することは示唆されておらず、また特開昭６１−
９１０６８号公報記載の方法は、焼結体の酸素含有量を
低下させて熱伝導性を向上させるために、焼結時に窒化
アルミニウム原料粉末と焼結助剤の他に遊離炭素もしく
は炭素質物質を存在させて脱酸を図るという、面倒な製
造方法を採用している。

直接窒化法と炭素還元法の窒化アルミニウム製造工程を
比較すると、直接窒化法の製造工程は単純で、金属アル
ミニウム粉末を窒素又はアンモニアガス中で加熱するだ
けの工程であるのに対し、炭素還元法は、（１）アルミ
ナ粉末と炭素粉末との混き、（２）混会粉末の窒素又は
アンモニアガス中での加熱、（３）残留している未反応
炭素の酸化による除去という多数工程が必要である。そ
の結果、製造コストか、直接窒化法による窒化アルミニ
ウム粉末の製造の方が、炭素還元法に比べて１／４〜１
／６程度と非常に低くなる。

したがって、直接窒化法により得られた窒化アルミニウ
ム原料粉末を使用して高熱伝導性でかつ高強度の窒化ア
ルミニラ１．質焼結体が製造できれば、窒化アルミニウ
ム質焼結体のコスト低減に大きく寄与することとなる。

しかし、上述したように、直接窒化法により製造された
微細な窒化アルミニウム原料粉末は純度が悪いために、
従来高熱伝導性焼結体の製造には利用されていないのが
実情であった。

（問題点を解決するための手段） 本発明の目的は、直接窒化法により得た窒化アルミニウ
ム原料粉末から低コストで製造された、熱伝導性の高い
窒化アルミニウム質焼結体を提供することである。

本発明の別の目的は、熱伝導率が少なくとも１００Ｗ／
輪°に以上、好ましくは１２ＯＷ／’納°ｋ、更に好ま
しは１４０Ｗ／ａ＋°ｋ以上、最も好ユしは１６０Ｗ／
ｍ°ｋ以上であって、高密度かつ高強度の窒化アルミニ
ウム質焼結体を提供することである。

本発明のまた別の目的は、直接窒化法により得た窒化ア
ルミニウム原料粉末から、高熱伝導性及び高密度の窒化
アルミニウムｒｉ焼枯体ｔ！−製造する方法を提供する
ことである。

本発明者は、直接窒化法による窒化アルミニウム微粉末
の製造において、純度低下の大きな原因は、原料金属ア
ルミニウムの純度のほかに、製造後の窒化アルミニウム
の微粉砕中における粉砕容器及びメディアの摩損による
不純物の混入が大きな原料の−っであるあることに着目
し、これらの原因による不純物混入を排除することによ
って高純度の窒化アルミニウム微粉末を低コストで製造
でき、これを原料粉末として使用して熱伝導性の高い窒
化アルミニウム質焼結体が製造できることを見出だした
。

直接窒化法による高純度、すなわち陽イオン不純物及び
酸素合有量の少ない窒化アルミニウム微粉末と製造する
には、原料として高純度の金属アルミニウム粉末を使用
し、得られた窒化アルミニウム粉末の微粉砕を、酸素の
存在を排除するように非酸化性雰囲気中、特に有機溶剤
中において行うことにより、容易に実施できることが判
った。

また、かかる高純度窒化アルミニウム原料粉末から高熱
伝導性窒化アルミニウム質焼結体を製造するには、陽イ
オン不純物に対してバランスを取った一定範囲の量の酸
化イツトリウム（Ｙ　２Ｏ　、）もしくはその前駆物質
を焼結助剤として混合して焼結することが重要であるこ
とを知見した。

本発明は、その１態様において、金属アルミニウムの直
接窒化により得られた窒化アルミニウノ、原ｆ＋粉末を
用いて、遊離炭素を存在させずに焼成することにより製
造された、ＡｌＮ結晶相と、Ｙを金属元素成分として含
有する粒界相とからなる窒化アルミニウム質焼結体であ
って、熱伝導率１００Ｗ／ｍ°ｋ以上、相対密度９５％
以上であることを特徴とする、窒化アルミニウム質焼結
体を提１共する。

別の態様において、本発明は、金属アルミニウムの直接
窒化により得られた、酸素含有Ｍ１，８重量％未満、Ｓ
ｉ含有量０．７重量％以下、純度９９％以上の窒化アル
ミニウム原料粉末にＹ２Ｏ３もしくはその前駆物質を添
加して、Ｙ元素成分をＹ２Ｏｆｆとして２〜１２重量％
含有する混合粉末とし、この混合粉末を成形後、非酸化
性雰囲気中１５００〜２１００℃の温度で焼成すること
を特徴とする、熱伝導率１００Ｗ／＊°ｋ以上、相対密
度９５％以上の窒化アルミニウム質焼結体の製造法を提
供する。

以下、本発明を更に詳しく説明する。

本発明による窒化アルミニウム質焼結体は、上述のよう
に、直接窒化法により得られた窒化アルミニウム原料粉
末から、Ｙ２Ｏ，もしくはその前駆物質を焼結助剤とし
て使用して製造されたものであって、ＡｌＮ相とＹ含在
粒界相とから構成され、熱伝導率が少なくとも１００Ｗ
／ｍ″ｋ、好ましくは１２ＯＷ／ａ＋°ｋ以上、さらに
好ましくは１４０Ｗ／ｍ°ｋ以上、最も好ましくは１６
０Ｗ／鋼°に以上であり、相対密度が９０％以上、好ま
しくは９７％以上、特に好ましくは９８．５％以上であ
ることを特徴とする。

焼成助剤はｊｌａ族（アルカリ土類金属）、［［а族（
希土類）ｌｌｌｂ（アルミニウム類）の金属化合物のう
ちがら泗ばれる。イツトリウム化き物を使用した場きは
、Ｙ　２Ｏ３として換算された量が焼結全体の約２〜１
２重量％、好ましくは約３，９〜９．０重量％、より好
ましくは約３，９〜７．０重量％、特に好ましくは約４
．５〜６．０重量％を占めるような範囲内がよい。

焼結助剤を使用して製造した窒化アルミニウム焼結体の
相組織は、ＡｌＮ粒子とこの粒子相を結きしている粒界
相とからなる。

粒界相に存在する結晶相の組成は、焼結助剤の種類のみ
ならず、原料粉末の純度や、焼成温度および雰囲気のよ
うな製造条件によっても変動するが、窒化アルミニウム
質焼結体の熱伝導性はこの粒界相の組成に大きく依存す
る。Ｙ　２　Ｏｆｆを焼結助剤として添加した場合、そ
の粒界生成相は、ＹＡＧ　（Ｙ　３Ａ　ｌｓｏ　ｌ□）
、ＹＡＩＯ，、ｙ　４Ａ　Ｉ２Ｏ９、Ｙ２Ｏ１、ＡｌＮ
　−Ａｔ□○、スピネル、ＹＮ、不明相、および２７Ｒ
−ポリタイプ（ＳＩＡＬＯＮの一種）等となる。

本発明者は、実験の結果、これらの粒界生成相のうち、
Ｙ　Ａ　１０３とＹ、ＡＩ□Ｏ９の一方もしくは両方、
特にＹ、Ａｌ□Ｏ９が粒界に主な相として存在している
場合に、窒化アルミニウム質焼結体の熱伝導率が非常に
高くなることを見出だした。その理由は十分に解明され
ていないが、恐ら＜ＹＡｌＯ３及び／又はＹ、ＡＩ□０
．が主に存在していると、窒化アルミニウム粒子間の辺
の平滑性または整合性が高まることに加えて、これらの
粒界生成相自体の熱ｆ云導性か良いこともあって、粒界
を通る熱拡散が促進され、高い熱伝導性が得られるので
はないかと考えられる。その池の結晶相が多く粒界に生
成すると、窒化アルミニウノ、粒子間の辺の平滑性また
は整合性が得られに＜＜、例えばＹ　Ａ　Ｇ　（Ｙ３Ａ
　＋ｓ０　＋２）は熱伝導率が約１２　Ｗ　／　ｍ”　
ｋ　、　Ｙ　２Ｏ３は熱伝導率が約２７Ｗ／ｍ°ｋとそ
れぞれ低いため、粒界での熱拡散性が悪化する。

上記の好ましい粒界生成相であるＹ　Ａ　１０３とＹ、
Ａ　Ｉ　２Ｏ　ｔは、焼成中にＡｌＮと焼結助剤のＹ　
ｚ　Ｏｓ、その前駆物質もしくは、窒化アルミニウム原
料粉末中に不純物として不可避的に存在する酸素とが反
応して生成するものであるが、粒界生成相が主にこのよ
うな結晶相から構成されるためには、焼結体の粒界相に
おいてＹ原子とＡ１原子との比率がある一定範囲内にあ
ればよい。

焼結体中において、イツトリウムはほとんどの場合酸化
物として存在しているなめ、測定されたイツトリウム量
はそれに１．２７倍してＹ　２Ｏ　ｚ　Ｉｔに変換、換
算できる。

また、窒化アルミニウム質焼結体において、焼結体中の
全酸素のほとんどが粒界において酸化物として存在して
おり、その他はＡｌＮ格子中に固溶しているものもある
と考えられる。前記粒界に存在する酸素の一部は焼結助
剤のＹ　２Ｏ３もしくはその前駆物質からできたもので
あり、残りは窒化アルミニウム原料粉末中もしくは製造
工程で混入してきた陽イオン不純物に結合して存在して
いる酸素である。本発明においては焼結体中の全酸素量
とＹ含有量を測定し、測定されたＹ含有量をＹ２Ｏ、と
して換算した量を求め、全酸素量からＹ含有量をＹ２Ｏ
，として換算した量中の酸素量を差し引いた残りを残り
の酸素量としている。すなわち、残りの酸素量＝全酸素
量−（換１ＬＹ　２Ｏ２量）×０゜２１２　　となる。

本発明者は、直接窒化法により得られた窒化アルミニウ
ム原料粉末を使用して多数の窒化アルミニウム質焼結体
の試料を調製し、上記のようにして焼結体のＹ含有量を
Ｙ　２Ｏ　）として換算した値（換算Ｙ２Ｏ３含有量と
いう）と焼結体の全酸素量からこの換算Ｙ２Ｏ．含有量
中の酸素量を差し引いた残りの量（残りの酸素量という
）との関係として熱伝導性の傾向を調べたところ、熱伝
導性の高い焼結体を得るにはこれらの値が一定の範囲内
にあることが必要であることを見出だした。

すなわち、第１図は、横軸に窒化アルミニウム質焼結体
の換算Ｙ２Ｏ３含有量（重量％）を、縦軸に上記残りの
酸素ＪＬ（Ｉ量％）をとった組成図であるが、熱伝導率
が１００　Ｗ／＋ｍ°ｋ以上の窒化アルミニウノ、質焼
結体は、焼結体の換算Ｙ２Ｏ５量に対して残りの酸素量
をプロットした点が、この図において破線で示した線分
Ｑ　−ｎ　−Ｓ　−Ｔ　−Ｑで囲まれる範囲内にある（
但し、線上は含まず）場合に得られる９ 本発明の好ましい態様において、上記の換算Ｙ２ｏ）ｊ
Ｌと残りの酸素量とをプロットした点は線分Ａ　−Ｂ　
−Ｃ−Ｄ　−Ｅ　−Ｆ　−Ｇ　−Ｈ−Ａで囲まれる範囲
内（線上を含む、ただし点Ｃは含まず）にあり、この場
合には１２ＯＷ／ｓ°ｋ以上の熱伝導率を示す焼結体を
得ることができる。またこのプロットが線分Ｉ−Ｊ−に
−Ｎ−Ｉで囲まれる範囲内（線上を含む）にある場合に
は１、焼結体は１４０　Ｗ　／　ＩＩｌｏに以上の！Ａ
　ｆｍ導車を示すことができる。さらに、本発明の最も
好ましい態様において、上記のプロットは線分０−Ｐ−
Ｌ−Ｍ−０で囲まれる範囲内（線上を含む）にあり、こ
の場合には焼結体は１６０Ｗ　／　ｓｅ°ｋ以上という
非常に高い熱伝導率を示すことができる。第１図におい
て、実線で示した線分は線上を含むことを、破線は線上
を含まないことを意味する。

なお、第１図において、点Ａ〜Ｔの横軸（換算Ｙ２Ｏ３
含右址、重量％）と縦軸（残りの酸素量、重量％）の値
は次の通りである。

点　横軸縦軸　点　横軸縦軸　点　横軸　縦軸＾　９．
０　４．９２　　　Ｈ９，０１，０２Ｏ６，０３，１５
［１３，９３，８３１７，０３，６７Ｐ　　　４．５　
２．８５Ｃ３，９０，３８Ｊ　　３．９　３．０１　　
　Ｑ　　１２．０　６．６９Ｄ　　４．６　１．３９　
　　Ｋ　　３．９　１．２８　　　Ｒ２，０４，５６Ｅ
　　５．０　１．４８　　　Ｌ　　４．４　１．４１　
　　Ｓ　　　２．０　０．３８Ｆ　　６．２　１．２５
　　　Ｍ　　６．０　１．７２　　　Ｔ　　１２．０　
０．３８Ｇ　　７．０　　１．５０　　　Ｎ　　７．０
　　１．９２本発明の別の好Ｎｇ様において、高い熱伝
導性に加え高い抗折強度を示す窒化アルミニウム質焼結
体が提供される。抗折強度の高い焼結体は、上記残りの
酸素ｆｆ１（ｔなわち、全酸素菫から換算Ｙｔ０３量中
の酸素量を差し引いた酸素量）をＡ　Ｉ　２Ｏ３として
換算したＪｉ（重ｉ％）（以下、換算Ａ　Ｉ　２Ｏ３量
という）と換算Ｙ２Ｏ５量の各位、およびこれらの比率
がそれぞれ一定範囲内にある場合に得ることができるこ
とを見出だした。すなわち、上記換算Ａ１□０．量と換
算ｙ　２Ｏ　Ｊｔ　（いずれも重量％）が、０．２≦Ａ
　Ｉ　２Ｏ３　／　Ｙ　２Ｏ３≦２，４　（重量比）１
．１≦Ａ　Ｉ２Ｏ３≦１２．０ ２．０＜Ｙ２Ｏｚ＜１２．０ の関１系を満足すると、熱伝導率が１００　Ｗ　／ａａ
°ｋ以上で、抗折強度（３点曲げ試験、以下同じ）が３
０Ｋｇ／ａｍ２以上の窒化アルミニウム質焼結体を得る
ことができる。

より好ましくは、上記換算Ａｌ２Ｏ３量と換算Ｙ２Ｏ、
菫が、 ０．２≦Ａ　＋２Ｏ３／　Ｙ　２Ｏ３≦１．７　（重量
比）１．１≦Ａ　Ｉ２Ｏ１≦１１．０ ３．９≦Ｙ２Ｏ３≦９．０ の関係を満足し、この場合には窒化アルミニウム質焼結
体は１２ＯＷ／ｍ°ｋ以上の熱伝導率と、３５Ｋｇ／ｌ
ｌｌＩ２以上の抗折強度を示すことができる。

さらに好ましくは、上記換算Ａｌ２Ｏ３量のｆｊＪｆ算
Ｙ２Ｏ３ｆｆ１が、 Ｑ、６≦Ａｌ２Ｏ１／Ｙ２Ｏ３≦１．４　　（重量比）
３．２≦Ａ　Ｉ２Ｏ　、≦７．０ ３．９≦Ｙ２Ｏ．≦７．０ の関係を満足し、この場合には焼結体は１−１０　’Ｉ
ＩＶ／ｙａ°ｋ以上の熱伝導率と、４０　Ｋ　ｇ／　Ｉ
２以上の抗折強度を示すことができる。

特に好ましくは、上記換ＩＡ＋□０３ＪＬと換算Ｙ２Ｏ
、Ｊｌが、 ０．６≦Ａ　Ｉ　２Ｏ　ｙ　／　Ｙ　２Ｏコ≦１．２　
（重量比）３．２≦Ａ１□０．≦６．０ ４．５≦Ｙ　２Ｏ３≦６、Ｏ の関係を満足し、この場合には焼結体の熱伝導率は１６
０　Ｗ７’＋ａ°に以上、抗折強度は４０　Ｋ　ｇ／　
ｕａｍ２以上といずれも非常に高い値を示すことができ
る。

拉界相は、上述のように主にＹおよびＡ１が焼成時の高
温加熱を受けて生成した結晶相からなるが、窒化アルミ
ニウノ、質焼結体に存在し得る不可避的陽イオン不純物
として次いで多量に存在するのは一般的に珪素（Ｓ　ｉ
）である。珪素は、不可避的に混入するが、窒化アルミ
ニウム質焼結体中においてＹに対するＳｉの割合が高す
ぎると、酸素量を低く抑えても、熱伝導率の向上が得ら
れにくい。後述のようにＳｉはＡｌＮ粒子中に固溶もし
くはＡｌＮと反応して焼結体の熱伝導率の劣化を招くが
、焼結助剤として存在させたＹ成分はこのＳｉの固溶も
しくはＡｌＮとの反応を抑制すると考えられる。しかし
、Ｙに対するＳｉの割合が大きすぎると、Ｙのこの効果
が十分に発揮されず、そグ）ため熱伝導率の向上が得ら
れないと考えられる。

本発明の窒化アルミニウム質焼結体の好適態様において
、焼結体中に含まれるＹ原子とＳｉ原子の含有ｊｔ（重
量％）が、 Ｓｉ／Ｙ≦１．３２（重電比） Ｓ１≦１．３ １．６＜Ｙ＜９．４ （最後の式はＹ２Ｏ３として表すと、 ２　、０　＜　ＹＺＯ：ｌ＜　１２　、０に相当する）
を満足すると、焼結体は１００　Ｗ　７’＋°ｋ以上の
熱伝導率を示すことができる。

また、好ましくはＹ原子とＳｉ原子の含有量（重量２）
が Ｓ　＋　／　Ｙ≦０．２１（重量比） ＳｉＳ２．９ ３．１≦Ｙ≦７．１ （最後の式はＹ２Ｏ，として表すと、 ３．９≦Ｙ２Ｏ３≦９．０に相当する）と満足ずると、
焼結体は］　２Ｏ　Ｗ／ｍ°ｋ以上の熱１云導率を示す
。

さらに、より好ましくはＹ原子とＳｉ原子の含有量（重
、１）が、 Ｓｉ／Ｙ≦０．１２（重量比） Ｓｉ≦　０．５ ３．１≦Ｙ≦５，５ （最？蛯の式はＹ２Ｏ３として表すと、３．９≦Ｙ　２
Ｏ３≦７．０に相当する）を満足すると、焼結体は１４
ＱＷ、／ｍ°ｋ以上の熱伝導率を示す。

そして最も好ましくは、本発明の焼結体に含まれるＹ原
子とＳｉ原子の含有量（重量％）が、Ｓｉ／Ｙ≦０．０
５（重量比） Ｓ　１≦　０　、２ ３．５≦Ｙ≦４，７ く４．５≦Ｙ２Ｏｊ≦０．６に相当） を満足すると、焼結体は１６０Ｗ／ｍ°ｋ以上と非。

常に高い熱伝導率を示すことができる。

粒界相の組成を金属元素成分の組成割きとじてｊ９＋討
すると、高い熱伝導性と示ず窒化アルミニラ１、τ１焼
結体は、特定範囲内の金属元素成分の組成割合を有して
いることが判明した。すなわち、本発明の窒化アルミニ
ウムＮ焼結体の好適態様において、粒界相に存在する金
属元素成分は、金属元素の合計重量に基づいて、Ｙ：６
０〜９１重ｊｔ　％、Ａ１：８〜３５重量％、Ｓｉ：１
０重量％以下からなる。かかる焼結体は、１４０Ｗ／ｍ
°ｋ以上の高い熱伝導率を示すことができる。また、こ
の金属元素成分割きが、Ｙニア０〜９１重量％、Ａ１：
８〜２５重址％重量ｉ：３重量％以下からなる焼結体が
特に好ましく、かかる焼結体は１６０Ｗ／ｍ°ｋ以上と
非常に高い熱伝導率を示すことができる。Ｙが６０重量
％に達しないと、熱伝導率の低下の池に、抗折強度も低
下する傾向がある。Ａ１が８重１％より少ないと、焼結
体の抗折強度が低下し、３５重量％を越えると、熱伝導
率と抗折強度か共に低下し、粒界相にはＡＬＯＮ（Ａｌ
Ｎ　−Ａｌ□Ｏ。

スピネル）が生成する。

一方、Ｓｉが１０重量％を越えると、熱伝導率の低下が
著しく、この場合には粒界相にはＳ　Ｉ　ＡＬＯＮや不
明徴結晶が生成している。

本発明の窒化アルミニウム質焼結体の理論密度に対する
相対密度は、少なくとも９５％であり、好ましくは少な
くとも９７％、特に好ましくは少なくとも９８．５％で
ある。

本発明の窒化アルミニウム質焼結体は、直接窒化法によ
り得られた原料粉末から製造される。使用する窒化アル
ミニウノ、原料粉末は、酸素含有量が１．８重！ｔ：゛
≦以下、５ｉ８−有量０．７重量％以下、純度９９　Ｑ
、、；以上のものである。

ここで、窒化アルミニウム原ｔ１粉末の「酸素含有量」
は、酸化物などの化合物として、または酸素として原料
粉末中に含まれる酸素原子のき計量である。

また、原料粉末の「純度」とは、窒１ヒアルミニウム原
料粉末から、Ａ１、Ｎ、Ｏ５および吸着水分を寝し引い
た残りを陽イオン不純物のき計量（重ｉｔ　：’Ｇ　）
と見なし、ｌ　Ｏ（Ｊ　９６からこの陽イオン不純物会
計量を差し引くことにより得た値である。すなわち、純
度９９％以上とは、このような陽イオン不純物会計量が
１重量９≦以下であることを意味する。かかる不＃４ｉ
物としては、Ｆｅ、Ｃ，Ｓｉ、Ｔｉ、　Ｖ、　Ｃｒ、Ｍ
ｕ、Ｃａ、　Ｍｇ、Ｃｏ、　Ｎｉ、などが挙げられる。

これら陽イオン不純物がＩ　ＣＰ　（プラズマ発光分析
）、原子吸光分析法により測定される。好ましくは、か
かる各不純物の禽有Ｍ（重量％）はそれぞれ次の範囲内
である。

Ｆｅ：０．００１〜０．０８％ Ｃ：０．０１〜０．０７％ Ｓｉ：Ｏ，ＯＯ１〜０．７２も、より好ましくは０．４
％以下、特に好才しくは０．２５！、、；以下、１”ｉ
、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ＝Ｃａ、Ｍｇ：各０．０１％以下、Ｃ
ｏ、Ｎｉ：各０．００１％以下。

本発明の窒化アルミニウム質焼結体の製造において使用
する原料粉末の純度は好ましくはり９゜５？６以上、よ
り好ましくは９９．７：％以上である。

原料粉末の純度が９９％未満であると、原料粉末中の主
な不純物はＳｉであり、これが多くなると熱伝導率が劣
化する。

上記陽イオン不純物のうち、Ｓｌは焼成中にＡｌＮ中に
固溶するかもしくはＡｌＮと反応して、ＡｌＮポリタイ
プ（Ｓ　ＩＡＬＯＮ、Ａｌ−３ｉ−０−Ｎ）を生成する
と考えられる。このＡｌＮポリタイプは、焼結時に粒成
長を助長するため、繊維状組成を形成し易く、熱伝導性
の劣１ヒを招くことが知られているので、原［１粉末中
のＳｌの含有量を上記のように０．７シ５以下、より好
ましくは０．４％以Ｆ、特に好ましくは０．２％に制限
することは本発明の窒化アルミニウム質焼結体の熱伝導
率の一層の向上にとって重要である。

原料粉末の酸素含有量が１．８重量％以上であると、一
般にＹ　２Ｏ　：＋と混合して焼成した焼結体の酸素大
有量が高くなりすぎ、目的とするような高い熱伝導率を
示す焼結体を得ることが困難となる。

したがって、このような高純度の窒化アルミニウム原料
粉末は、高純度の金属アルミニウム（好ましくは純度９
８．５％以上）粉末をアンモニアもしくは窒素中で加熱
する直接窒化法を用いて行なわれる、そして得られた窒
化アルミニウムの粉末を、非酸化性雰囲気〈例、窒素、
アルゴン、ヘリウム、−酸化炭素、水素ガス雰囲気）中
、あるいは有機溶媒中で所望の粒度まで微粉砕すること
により得られる。高純度金属アルミニウム、の直接窒化
により製造された窒化アルミニウム粉末は市販品も利用
できる。

窒化アルミニウム粉末の微粉末の微粉砕は、有機溶媒中
で行う方が、陽イオン不純物の混入がより少なくなる傾
向があるので好ましい。使用できる有機溶媒は、極性、
非極性を問わず、任意のものでよく、例えばアルコール
類、ケトン類、アルデヒド類、芳香族炭化水素類、パラ
フィン系炭化水素類などが使用できる。なお、微粉砕工
程は、焼結助剤と混合した後、すなわち混合粉末に対し
て行うこともできる。

原料粉末の平均粒径は、約５μ面の以下が適当である。

これより平均粒径が大きくなると、得られた焼結体の熱
伝導率、相対密度、および抗折強度がいずれも低下する
。原料粉末の平均粒径は、好ましくは１〜３μ蹟の範囲
内である。

本発明の窒化アルミニウム質焼結体は、上記原料粉末に
適量の焼結助剤を混合し、この混合粉末を常法により成
形および焼成することにより製造される。

焼結助剤は、［а（アルカリ土類）族、ｎ１ａ（希土類
）族および／＝Ｊ、たはｌ１ｂ（アルミニウム類）族か
ら選択され、その酸化物、炭化物、窒化物、ホウ素化物
および／またはフッ化物、もしくはそれら前駆物質の形
態で使用される。

このような焼結助剤には、例えば、Ｙ　２Ｏ３、Ｃａｏ
、Ｂｅ０１Ｈｏ２Ｏｉ、ＹＯ２、Ｂ４Ｃ，ＹＮ、ＢＮ、
ＹＦ、、ＣａＦ２、ＢａＦ、ＢａＦ３、ＤｙＦ、、Ｎｄ
Ｆｉ等のほか、ＹＡＩ、、ＹＡＩ、Ｙ、ＡＩ□、Ｙ２Ａ
ｌ、Ｙ　）　Ａ　１等のＡＩとＹの金属間化合物がある
。このとき焼成温度において前記各種焼結助剤に分解さ
れるような前駆物質であってもよい。好ましくは、萌記
焼結助剤が主としてＩа、ＩＴｌａ、ｍｂ族の非還元性
化り物からなることである。

焼結助剤がＹ２Ｏ，またはその前駆物質のみからなるも
のか、または主としてＹ２Ｏ，またはその前駆！ｌ１ｌ
ｌＪ′！１と他の焼結助剤からなる混合物がより好まし
いが２場合によっては他の焼結助剤などをさらに添加し
てもよい。Ｙ　２Ｏ　ｓの前駆物質は、焼成温度におい
てＹ２Ｏ，に熱分解するものであればよく、例示すれば
炭酸イツトリウム［Ｙ２ＣＯ３］、酢酸イツトリウム［
Ｙ　（ＣＨ、ＣＯＯＨ）３］、修酸イッ１〜リウム［Ｙ
　（Ｃ２Ｏ４）３］などである。

焼結助剤がＹ２Ｏ，もしくはその前駆物質からなるとき
、焼結体中の換算ｙｚｏｉＮｔが第１図の所定の範囲内
になるようにして添加すべき配合量を選択する。すなわ
ちＹ原子は焼成中に成形体から実質的に逃散しないと考
えられるので、窒化アルミニウム原Ｆ’）粉末と焼結助
剤との混合粉末の重量に対するＹ２Ｏ，の重量割合が第
１図に規定する範囲内になるようにすればよい。具体的
には、混合粉末に対する換算Ｙ２Ｏ３が２〜１２重１％
（第１図（７）　Ｓ点〜Ｔ点）、好ましくハ３．９〜９
．０ｆｆｉｌｔ％（Ｃ点〜Ｈ点）、より好ましくは３．
９〜７．０重量％（Ｋ点〜Ｎ点）、最も好ましくは４．
５〜６゜０重量：’ｔ　（Ｌ点〜Ｍ点）となる配合量に
Ｙ２Ｏ３６しくはそのｎ丁ｑ区杓Ｔ１を調整して１重用
する。

また、窒化アルミニウム原料粉末および焼結助剤の酸素
含有量を考慮して、焼結体中の上記「残りの酸素含有量
」も第１図に規定の範囲内に入るように焼結助剤の種類
および配合量を選択する。

填ｉ友は後述のように非酸化性雰囲気中（真空中もｒや
む）て゛行うυ）”ζ、窒（ヒアルミニラム原料粉末と
１、”ｊ結助剤力混り粉末中の酸素含有量は、はとんど
増人氾−Ｊ′、焼結体中の酸素Ｎ有量と実質的にほぼｂ
ｌｉ　シＩｌ：考んることかできる。したがって、混き
粉末中の全酸素含有ｆから配合したＹ２Ｏ，量（もしく
はその萌躯Ｔ勿質）中の酸素量を差し引いた残りの酸素
含有量が第１図で規定した範囲内に入るよ−〕にすれは
よい。具体的には、残りの酸素含有量Ｊ＋　範囲はＹ　
２Ｏ３の配合量によっても変動するが、０３８〜６．６
９重量２６（第１図のＳ点〜Ｑ点〉、好ましくは０．３
８〜４，９２重置型（Ｃ点〜Ａ点）、より好ましくは１
．２８＞３．６７重量％（Ｋ点〜■点〉、最も好ましく
は１．４１〜３．１５重に０≦（Ｌ点〜０点）である。

Ｌ’記の残りの酸素含有量の範囲は、残りの不純物がす
べてＡｌ２Ｏ３であると仮定して、Ａ１□Ｏ１の畦に換
算すると（すなわち、ＩＱ算Ａ　１２Ｏ３含有址で人ず
と）、０．Ｓｉ〜１４．２重量％、好ましくは０．Ｓｉ
〜１０．５重量％、より好ましくは２７２〜７．８０重
量％、最も好ましくは３．００〜６．６９重量？６に相
当する。

なお、焼結体の高い抗折強度を確保するには、上述した
ように、その換算Ａｌ２Ｏ３含有址／換算Ｙ２Ｏ３含有
量の比、ならびにＡ１□Ｏ０およびＹ、Ｏｌの各換算含
有量が一定範囲にあることが好ましいので、その場合に
は原料粉末と焼結助剤との混合粉末中において、換算Ａ
　Ｉ　２Ｏ　：ｌ含有量／換算Ｙ２Ｏ、含有量の比、な
らびにＡ　Ｉ　２Ｏ３および￥２Ｏ．の各換算含有量が
所定範囲内となるように原料粉末純度および焼結助剤の
配合量を選択する。

さらに、前述したように、混合粉末中のＳｉ量も焼結体
の熱伝導率に大きく影響するので、混合粉本中のＳｉ原
子／Ｙ原子の重量比、ならびにこれらの原子の各含有量
が先に焼結体について述べた範囲内になるようにするこ
とが好ましい。

焼結助剤は、平均粒径０．５〜３μ−程度のものを使用
するのが好ましい。

一般に、熱伝導率ＬＯＯＷ／ｍ°ｋ以上の焼結体を確実
に得るには、混合粉末の平均粒度は２，５ミ以下である
のが好ましく、また混き粉末中の５ｉａＨ量は１．０市
量２６以下、酸素含有量は約６重址゛号。以下であるこ
とが好ましい。

窒１ヒアルミニウム原料粉末と焼結助剤との混合は、非
酸化性雰囲気中での乾式混合、あるいは有機溶媒を１重
用した湿式混合により行う。芳香族炭化ノＫｆ、、ケト
ン、アルコール類などの有機溶媒を使用した湿式混合が
好ましい。また、混合粉末の一−Ｆ均拉径か大きずぎる
場合には、上述のように、この混り中に混合粉本の微粉
砕を同時に行うこともて・きる。　混合粉末の焼成は、
混き粉末に更に少量の適デｊなバインダー（例えば、パ
ラフィンワックス、ステアリン酸、ポリビニールブチラ
ール、エチルセルロース、メチルメタアクリレートとエ
チルアクリレートとの共重合体などの１種以上）を添加
して、適当な成形手段、例えば乾式プレス法、ラバープ
レス法、押出法、射出法、ドクターブレードシート成形
法などによって所定の形状に成形した後、これを真空下
で、あるいは大気圧ないし加圧下の非酸化性雰囲気（例
えば、窒素、アルゴン、ヘリウムガスなどの不活性雰囲
気、あるいはさらに水素を含有する不活性雰囲気）中に
おいて高温で焼成することにより実施できる。または、
成形と焼成とをホットプレス法により同時に行うことが
できる。

焼成温度は、焼成法によって異なるが、一般に１５００
〜２１００℃の範囲内が好ましく、１５００℃より低温
であると十分な緻密化が達成されす′、２１００℃を越
えると窒化アルミニウムの昇華分解が生じ易くなる。常
圧焼成を採用する場きに好ましい焼成温度は１７５０〜
１９５０’ｃ、より好ましくは１８６０℃以下、最も好
ましくは１８４０℃である。

ホットプレスによる焼成は、１６００〜１８００゛Ｃで
行うことが好ましい、また加圧下（すなわち、１気圧以
上のガス圧）で焼成を行う場合には、焼成温度は１８８
０〜１９７０℃の範囲内が好ましい。熱間静水圧プレス
（ｌＩＩｆ）ｒ）　）の焼成は、１５００〜２Ｏ００℃
の範囲内の温度で行うことが好ましい。

（実施例） 実施例１ 焼結体を製造するための原料粉末として、金属アルミニ
ウムの直接窒化法により得られた窒化アルミニウノ、粉
末で各種の窒化アルミニウノ＼原料扮末を調製した。得
られた窒化アルミニウム原ｆ１粉末の酸素含有量、Ｓｉ
含有量、純度、及び平均粒径を次の第１表に示す。

こｔＬらの窒化アルミニウム原料粉末に、下記第２表に
示す割合でＹ２Ｏ３粉末（平均粒径１．３μ糟）を焼結
助剤として添加し、さらに場合によりＡ１□Ｏつ粉末（
平均粒径１．５μ−）又はＳ　ｉ　）　Ｎ　−（平均粒
子１０．９μ梢）を添加し、この混合物を、メタノール
又はトリエン中で湿式ボールミル粉砕することにより混
き及び微粉砕して、最大粒径が２．５μｍ、Ｓｉ９有量
１，３重Ｂ　５７．ｙ、以下、酸素大有敗り！Ｒ量ｉ′
６以下の混合粉末を得た。

窒１ヒアルミニウム原料粉末と添加成分の組成は第２人
に示す。

Ｎｏ１〜１３．８″、３５〜５０の各３式１′二＋の、
昆６粉木にバインダとしてパラフィンフック’−６！Ｉ
ｊ、ｆｉ１５°、−とステアリン酸１３重量％とを加え
た混３杓を、成形圧１０００　ｋｇ、／　ｃｍ２でプレ
スして、直ＩＹ１２「＾信の圧粉体を形成しな。この圧
粉１本を、窒讃＾メ囲気中において温度１６００〜１８
００　’Ｃで０゜５時間焼成して、窒化アルミニウム質
焼結体のシ１コ１１を得た。

上記混合粉末にＡ　Ｉ　２Ｏ　ｓ又はＳ　ｉ、Ｎ　、粉
末を添加し々理由は、これらは不純物としてＪＱ’　？
ｌ　Ｉｓ）末からあるいは微粉砕工程などの製造工程中
で混入してくる成分であるが、これらの不純物の存在か
熱伝導率に及ぼす影響を評価するために意図的にイ、ト
加したものである。

かくして得られた試料について、熱伝導率（レーザーフ
ラッシュ法）、相対密度（アルキメデス法）、及び抗折
強度（３点曲は抗折試験、Ｊ　Ｉ　Ｓ　Ｒ１６０１）を
測定し、第２表（２）に示す試験結果を得た。

第２　Ｎ（１）にはまた、／ｉ！、ｉ粉末中における窒
化アルミニウム原料粉末及び粉末混合物の調製に用いら
れた添加物、五き粉末中の算出されたＡ１□０３／　Ｙ
　、０３の重量比及び混合粉末の゛ヒ均粒径、成形体の
焼成温度、そして表２のＰａｒｔＢには得られた焼結体
におけるＹ元素含有畦およびこれをＹ２Ｏ、として換算
した換算Ｙ　２Ｏ　ｙ含有量、焼結体の全酸素含有量か
ら換算したＹ　ｚ　Ｏｓ含有量の酸素量を差し引いた残
りの酸素含有量、およびこれをＡｌ２Ｏ、として換算し
た換算Ａｌ２Ｏ：ｌ含有量、焼結体のＳｉ元素含有量（
以下、いずれも重ｆｉ％）、換ＨＡｌ２Ｏ：ｌ／換算Ｙ
２Ｏｙノ重呈比、Ｓｉ／Ｙの元素重呈比も併せて示す。

なお、窒化アルミニウノ、原料粉末および焼結体試ｉｔ
の酸素含有量は、赤外吸収分析（Ｌ　Ｅ　ＣＯ社製Ｔ　
Ｃ−１３６）により、またＳｉ大有川用Ｔ　ＣＩ）　（
発光分光分析、セイコー電子工業製）によりそれぞ７ｔ
ＪＩＩＩ定した。

第４表は、第２表の各焼結体試料における換算Ｙ２Ｏ３
量と、残りの酸素量とを第１ＵＡと同じ組成］４上にプ
ロットしたものであり、試ｉ’ＥＩ　Ｎ　ｏ　、の横の
カッコの数値は焼結体試料の熱伝導率（輌位　Ｗ／′講
’Ｋ）である。第４図から、線分Ｑ−Ｒ−８−１゛−Ｑ
で成形される四辺形の線上では熱伝導率が１００　Ｗ／
ｍ’　Ｋに達しないが、この四辺形の内部では１００　
Ｗ／ｍ°に以上になること、また線分Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−
Ｅ−Ｆ−Ｑ−Ａで囲まれる範囲内（線分を含む）では、
焼結体の熱伝導率が１２ＯＷ／ｎ°ｋ以上となり、線分
１−　Ｊ　−Ｋ　−Ｎ　−１で囲まれる範囲内（線上を
含む）では熱伝導率が１００　Ｗ／ｍ’　Ｋ以上、さら
に線分０−　Ｐ　＝　Ｌ　−Ｍ−０で囲まれる範囲内（
線上を３む）ではｌ　６１）Ｗ　／′ｒｅ　°に以上の
非電に高い熱伝導率が得らｈることかわかる。

第４図において、試１’ｆｌＮｏ、７．１２．１３は残
りの酸素量が不明であるためプロットしていない。試１
−ＩＮｏ、８〜１１および３０〜３４は、池の試料と非
常に近い点にプロットされるため省略したが、これらは
いずれも線分○−１−’　−Ｌ　−Ｍ　−０で囲まれる
範囲内にあり、１６０　Ｗ／ｍ’　Ｋ以上の熱伝導率を
示している。

また、第２表の結果から、換算、Ａｌ２Ｏ３／換算Ｙｉ
Ｏ−，１＞比率および各換ｎ　Ａ　ｌ　２Ｏ　：ｌおよ
びＹ２Ｏ。

畦が、先に述べたように一定範囲内にあると、熱（云導
率の向上とともに抗折強度の向上も得られることも１里
解される。

さらに、第２表の試事−目４０．１および２と試料Ｎｏ
。

８〜１１を比較すると、Ｙ含有量が同じで、また残りの
酸素含有量が試↑ｊｌＮｏ、ｌおよび２では１，９３〜
２．３０重Ｍ　：！５、試ｆ′ｌＮｏ、８〜１１テハ１
．９５〜１．０９重量％と略同等かそれより低いにもか
かわらず、Ｓｉ含有量が多いため熱伝導率が低下するこ
とがわかる。試料Ｎｏ、３０−３４からも、熱伝導率は
酸素含有量のほかにＳｉ含有量によっても影響を受４＋
　、酸素含有量のみならずＳｉ含有量も低くすることが
熱伝導率の向上に有効であることがわかる。

また、第２表の結果から、Ｓｉ／Ｙグ）元素４ｕＩｔｈ
比、およびこれらの各元素の重量％が、先に述ｌ＼たよ
うに一定範囲内にあると、熱伝導率の向上がＩ＋）られ
ることも判る。

試料Ｎｏ、４９．５０は原料粉末中の酸素含有量がｔ、
８９５以上であるが、これらは熱伝導率が１（Ｊ　ＯＷ
　／　＋＊　’　Ｋ以下と示している。

実施例２ 実施例１で得た試料Ｎｏ、１〜３４について、粒界に生
成した粒界結晶層を粉末Ｘ線回折法により確認した。結
果は次の第３表に示すとおりであった。第３表における
数値はＸ線強度のピーク高さが一番高い結晶層を１００
％とし他の結晶層をそれに対する比率で調べた。

（第３表加入〉 第２表、第３表の結果からみてＡ１□Ｙ４０９を主相と
するものは、試料Ｎｏ、１０のＳｉ量の多いものを除き
、１６７Ｗ／ｍ’　Ｋ以上Ａ　Ｉ　Ｙ　Ｏ３を主用とす
るものは約１３８Ｗ／ｍ’　Ｋ以上、Ａ　Ｉ　ｓ　Ｙ　
３０　＋□３主用とするものは、試料Ｎ０９７の酸素量
の多いものを除き、Ｉ　Ｏ２Ｗ　／　ｍ°ｋ以上の熱伝
導率を存することかｔ’４する。

実施例３ 金属アルミニウムの直接窒化により得た窒化アルミニウ
ム杓末３、焼結助剤のＹ２Ｏ３、ならびに場合により１
１１成：Ａ囚のためにＡ１□０３（Ａｌ２Ｏ３）もしく
は窒化珪素（ｓｉａＮ＋）と混合し、この（１１合物を
メタノール又は１−ルエン中で湿式微粉砕して混合粉末
を得た。この混合粉末に、バインダーとしてパラフィン
ワックス６重量％とステアリン酸１置型′！６とを加え
た混ａ物を、成形圧１０００Ｋｇ／ｃＩ０２でブレス成
形して、直径１２＋ａｍの圧粉体を成形した。一部の混
な粉末は、バインダーとしてポリビニル７チラールと用
いて ドクターブレードによりシート状に成形し、常法により
乾燥および脱バインダーしてクリーンシートを形成した
。

かくして得られた生の成形体試料を、窒素雰気中におい
てン晶度１６００〜１９００°Ｃで、ポットブレス焼成
、非加圧焼成、ガス圧プレス焼成、熱間静水圧ブレス処
理、あるいは非加圧焼成後に熱間静水圧プレス処理する
ことによって、窒化アルミニウム質焼結体の試料を得た
。各試料について混合粉末の元素組成（重量％）、平均
粒径及び成形方法、並びに成形体の焼成法および焼成条
件を第４ｋにまとめて示す。

得られた窒化アルミニウム質焼結体の試料に−）いて、
その粒界相の金属成分を分析し、粒界相の金属元素組成
（金属元素の合計含有量に対する重量％）を求めた。こ
の測定は、まず窒化アルミニウム質焼結体試料の粒界を
Ｓ　Ｅ　Ｍ　（ｓｃａｒ＋ｎｉｎｇｅｌｅＣｐｒｏｎ　
　ｍ１ｃｒｏｓｃｏｒｐｅ）により確認し、こうして確
認した明瞭な粒界部をいくつかランダムに選択し、Ｘ　
Ｍ　Ａ　（Ｘ　−ｒａｙ　　ｍ１ｃｒｏａｎａｌｙｚｅ
ｒ）によりその部分の金属成分を定量し、平均値を求め
ることにより行った。ＸＭＡの加速電圧は１５　Ｋ　Ｖ
であった。

また、焼結体試料の熱伝導率、抗折強度（３点曲げ抗折
強度）、および相対密度を実施例１と同様にｒｌ！ｌ定
した。これらの測定結果を第５表に求めて示す。

第５表に示した結果から、いずれの試ｔｉも１２Ｏ　Ｗ
　、、−’　ｍ’　ｋ以上の高い熱伝導率を示すことが
判る。

ただし、粒界相の金属元素成分の組成が、Ｙ：６０〜９
１重量％、Ａ１：８〜３５重量％、及びＳｉ：１０重量
％未満の条件を満たす渇きには、熱伝導′ｒの氾す定値
が１４０　Ｗ／ｍ°ｋ以上に向上し、特にこれがＹニア
０〜９１置型％、Ａ１：８〜２５重量り６、及びＳｉ：
３重量％未満であると、１６０Ｗ／ｍ°ｋ以上の熱伝導
率が得られている。

これに対し、＊印の比較例は粒界相のＹ、ＡＩ又はＳｉ
含有量が上記範囲内に含まれず、熱伝導率か１２ＯＷ／
輪°ｋを越えるが１４０　Ｗ　／　ｍ″ｋに達しない。

実施例４： 粒径分布２〜４０μｍのＡｌＮ５）末に、ＣａＣＯｓ粉
末（特級試薬）及び粒径ｌμ論線純度９．９％Ｙ２Ｏ、
粉末を後述第７宍に示す組成範囲になるよう添加、配合
し、これをボールミルでメタノール中で充分湿式混合し
、これにバラフィンワ・リクス、ステアリン酸若干量の
バインダーを加えて混合したものを成形圧１０００　Ｋ
ｇ／ｃｍ２でプレス成形した。

次に得られた成形体を常法により３００°Ｃ２１＋ｒ４
’ε空脱バインダー処理した後、窒素中（１気圧）で１
８６０′″０．３０分間焼成して窒化アルミニウム焼結
体を１′）な。

更に、上記と同様の窒化アルミニウム粉末の主成分に第
２表に示す量比で添加、混合し、上記本発明実施例の比
較例とした。これらの焼結体の力す密度をアルキメデス
法で、熱伝導率をレーザフラッシュ法で測定したところ
表１、表２に示した。

また、前記表に記載の多試料を第５図に試料各号を付し
て図示した。

これらのデータより第５図点Ａ　、Ｂ　、Ｃ、Ｄ　、Ｅ
を結ぶ線分で囲まれる範囲内において焼結性も良好で高
密度且つ熱伝導率の向上が認められ、ＣａＯ１Ｙ２Ｏ３
それぞれ単独含有の場きに比して、また該範囲外に比し
て焼結性、熱伝導率、高密度の点て滑れた物性を有して
いる゛ことが認められた。そして、該範囲内の中の点更
にＡ、Ｆ、Ｇ、Ｈ，Ｉ　、Ｊを結ぶ線分で囲まれる範囲
においては一層熱伝導率の向上が認められ、高熱伝導性
窒化アルミニウム焼結体を提供することができた。

以上の焼結体は常圧法によったが、ホットプレス法によ
っても同様の傾向の試験結果が得られ。

焼結体の密度が一層高められるので熱伝導性も上昇する
。

更に、その成形はプレス成形のほか、テープ成形、鋳込
成形によっても行いうる。また、Ｃａ化α物、Ｙ化き物
は上述原料調整において用いたＣａ、Ｙ成分原ｒ１以外
にＣａＣ２、Ｃａ、ＣａＢ　ｓ、ＣａＯＮ２、Ｃａ、Ｎ
、、Ｃａｏ　　Ａ　＋２Ｏ３県北合物、Ｙ、Ｙ　Ｎ　、
Ｙ　２Ｏ　＊　　Ａ　＋　２Ｏ３県北合物、ＹＩ３．、
ｙ　ｃ等の１ヒ自１勿を使用することができる。

（発明の効果） 上述のごとく、本発明においては直接窒化法により得ら
れた安価な窒化アルミニラｌ、原料粉末を使用した高い
熱伝導性を有する窒化アルミニウノ、質焼結体及びその
製法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の窒化アルミニウム質焼結体における換
算ｙ２ｏ３Ｊｌと残りの酸素量の好適範囲を示す組成図
、第２図はアルミナの炭素還元法により得られた窒化ア
ルミナ原料粉末の電子顕微鏡写真、第３図は、金属アル
ミナの直接窒化法により得られた窒化アルミニウム原料
粉末の電子顕微鏡写真、及び第４図は、実施例で得られ
た窒化アルミニウム質焼結体試料の換算Ｙ２Ｏ５量と残
りの酸素量を、第１図の組成図上にプロットした図面で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）窒化アルミニウム原料粉末に周期率表のIIа族、
   IIIа族、及びIIIｂ族金属群の化合物から選択された焼
   結助剤が添加された混合粉末を成形後焼成して得られた
   窒化アルミニウム質焼結体において、前記窒化アルミニ
   ウ原料粉末は金属アルミニウムの直接窒化により得られ
   たものであり、前記窒化アルミニウム質焼結体の熱伝導
   率が１００Ｗ／ｍ°ｋ以上で、相対密度が９５％以上で
   あることを特徴とする窒化アルミニウム質焼結体。 （２）焼結助剤が、Ｙ＿２Ｏ＿３又はその前躯物質であ
   る特許請求の範囲第１項記載の窒化アルミニウム質焼結
   体。 （３）焼結体が、ＡｌＮ粒子と、イットリウムを金属元
   素の主成分として含有する粒界相とからなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の窒化アル
   ミニウム質焼結体。 （４）焼結体が、焼結体のＹ含有量をＹ＿２Ｏ＿３とし
   て換算した換算Ｙ＿２Ｏ＿３含有量（重量％）に対して
   、焼結体の全酸素含有量から前記換算Ｙ＿２Ｏ＿３含有
   量中の酸素量を差し引いた残りの酸素量（重量％）をプ
   ロットした点が、第１図の線分Ｑ−Ｒ−Ｓ−Ｔ−Ｑで囲
   まれる範囲内（ただし線上は含まず）にあり、１００Ｗ
   ／ｍ°ｋ以上の熱伝導率を有することを特徴とする特許
   請求の範囲第２項又は第３項に記載の窒化アルミニウム
   質焼結体。 （５）焼結体が、残りの酸素含有量をＡｌ＿２Ｏ＿３と
   して換算した換算Ａｌ＿２Ｏ＿３含有量（Ａｌ＿２Ｏ＿
   ３重量％）の換算Ｙ＿２Ｏ＿３含有量（Ｙ＿２Ｏ＿３重
   量％）に対する重量比（Ａｌ＿２Ｏ＿３／Ｙ＿２Ｏ＿３
   ）、並びに換算Ａｌ＿２Ｏ＿３及び換算Ｙ＿２Ｏ＿３含
   有量が次の関係を満足する、熱伝導率１００Ｗ／ｍ°ｋ
   以上、３点曲げ抗折強度３０ｋｇ／ｍｍ＾２以上である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の窒化アル
   ミニウム質焼結体。 ０．２≦Ａｌ＿２Ｏ＿３／Ｙ＿２Ｏ＿３≦２．４１．１
   ≦Ａｌ＿２Ｏ＿３≦１２．０（重量％）２．０＜Ｙ＿２
   Ｏ＿３＜１２．０（重量％） （６）焼結体が、Ｓｉ元素含有量（重量％）のＹ元素含
   有量（重量％）に対する比（Ｓｉ／Ｙ）、並びにＳｉ及
   びＹの各元素含有量が、次の関係を満足し、１００Ｗ／
   ｍ°ｋ以上の熱伝導率を示すことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の窒化アルミニウム質焼結体。 Ｓｉ／Ｙ≦１．３２ Ｓｉ≦１．３（重量％） １．６＜Ｙ＜９．４（重量％） （７）焼結体が、粒界相の金属元素組成は、その金属元
   素含有量の合計に基づいて、Ｙ：６０〜９１重量％、Ａ
   ｌ：８〜３５重量％、Ｓｉ：１０重量％以下を含有する
   ものであり、１４０Ｗ／ｍ°ｋ以上の熱伝導率を示すこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の窒化アルミ
   ニウム質焼結体。 （８）周期率表のIIа族、IIIа族、及びIIIｂ族金属群
   の化合物から選択された焼結助剤の少量と、金属アルミ
   ニウムの直接窒化により得られた酸素含有量１．８重量
   ％未満、Ｓｉ含有量０．７重量％以下、純度９９％以上
   の窒化アルミニウム原料粉末とからなる混合粉末を成形
   した後、その成形体を非酸化性雰囲気中１５００〜２１
   ００℃で焼成して、熱伝導率１００Ｗ／ｍ°ｋ以上、相
   対密度９５％以上の窒化アルミニウム質焼結体を製造す
   ることを特徴とする窒化アルミニウム質焼結体の製造法
   。 （９）焼結助剤が、Ｙ＿２Ｏ＿３もしくはその前躯物質
   であって、その量がＹ元素成分をＹ＿２Ｏ＿３換算で混
   合粉末量の２〜１２重量％であることを特徴とする特許
   請求の範囲第８項記載の窒化アルミニウム質焼結体の製
   造法。 （１０）混合粉末が、混合粉末の全酸素含有量から、こ
   の混合粉末中に存在するＹにＹ＿２Ｏ＿３として結合す
   る量の酸素量を差し引いた残りの酸素量が０．３８〜６
   ．６９重量％であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ９項記載の窒化アルミニウム質焼結体の製造法。