JPH0416563A - セラミックス複合材料 - Google Patents
セラミックス複合材料Info
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- JPH0416563A JPH0416563A JP2119774A JP11977490A JPH0416563A JP H0416563 A JPH0416563 A JP H0416563A JP 2119774 A JP2119774 A JP 2119774A JP 11977490 A JP11977490 A JP 11977490A JP H0416563 A JPH0416563 A JP H0416563A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はセラミックス複合材料に関し、特にエレクトロ
ニクス用の進行波管支持体材料に用いられるセラミック
ス複合材料に関するものである。
ニクス用の進行波管支持体材料に用いられるセラミック
ス複合材料に関するものである。
［従来の技術］
エレクトロニクスにあける構造体としての用途である進
行波管のＷヤＭＯの金属らせんの支持体（サポートロフ
ト）としては、従来の技術として石英、ステアタイト、
サファイヤ、ベリリアが検討されてきた（丸首（株）出
版の日本電信電話公社電気通信研究新編で小山次部著「
進行波管」２０７ペーシ）。
行波管のＷヤＭＯの金属らせんの支持体（サポートロフ
ト）としては、従来の技術として石英、ステアタイト、
サファイヤ、ベリリアが検討されてきた（丸首（株）出
版の日本電信電話公社電気通信研究新編で小山次部著「
進行波管」２０７ペーシ）。
一方、近年では通信衛星や放送衛星用の進行波管におい
て、高周波数化のため支持体に対して従来材料よりも優
れた高周波特性としての低誘電率か重要になってきた。
て、高周波数化のため支持体に対して従来材料よりも優
れた高周波特性としての低誘電率か重要になってきた。
ざらに電子ビームの流入や加熱による高周波損失を防ぐ
ためには、支持体には熱放散のために高熱伝導性も要求
される。従来の支持体材料である石英ガラス、石英、ス
テアタイト、サファイヤ、ベリリアでは各々の空温の誘
電率はそれぞれ３．６． ４．３． ６．０． ９．６
． ６．９であり、また各々の熱伝導率は２，７，３．
４０゜２６゛ＯＷ／ ｍ −Ｋてあって、低誘電率を実
現しつつ高熱伝導性を保持することか困難であった。一
方、最近では六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）が低誘電率と
高熱伝導率を兼ね備えた材料として注目されつつある。
ためには、支持体には熱放散のために高熱伝導性も要求
される。従来の支持体材料である石英ガラス、石英、ス
テアタイト、サファイヤ、ベリリアでは各々の空温の誘
電率はそれぞれ３．６． ４．３． ６．０． ９．６
． ６．９であり、また各々の熱伝導率は２，７，３．
４０゜２６゛ＯＷ／ ｍ −Ｋてあって、低誘電率を実
現しつつ高熱伝導性を保持することか困難であった。一
方、最近では六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）が低誘電率と
高熱伝導率を兼ね備えた材料として注目されつつある。
［発明か解決しようとする課題］
六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ＞は、黒鉛と同じく六角網面
の積層構造を有し、層内のａ軸方向か共有結合性であり
、積層面に垂直なＣ軸方向はファンデエアワールス結合
による結晶構造のため誘電率や熱伝導率に顕著な異方性
を示す。すなわち、ｈＢＮのａ軸方向の誘電率と熱伝導
率は各々５．１と６２Ｗ／ｉ−にであり、Ｃ軸方向では
３．５と２Ｗ／１Ｉｌ−にとの報告がある。
の積層構造を有し、層内のａ軸方向か共有結合性であり
、積層面に垂直なＣ軸方向はファンデエアワールス結合
による結晶構造のため誘電率や熱伝導率に顕著な異方性
を示す。すなわち、ｈＢＮのａ軸方向の誘電率と熱伝導
率は各々５．１と６２Ｗ／ｉ−にであり、Ｃ軸方向では
３．５と２Ｗ／１Ｉｌ−にとの報告がある。
また現在、進行波管支持体材料として、例えば気相成長
法による熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）であるユニオン・
カーバイド（Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）社の商品名
ＢＯＲＡＬＬＯＹが検討され、一部実用もされている。
法による熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）であるユニオン・
カーバイド（Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）社の商品名
ＢＯＲＡＬＬＯＹが検討され、一部実用もされている。
しかしながらＢＯＲＡＬＬＯＹは、黒鉛などの基板上に
気相成長法により成膜するため配向性が高く、材料の面
内方向と厚み方向では前述したように誘電率や熱伝導率
か顕著に異なる高異方性を示すため、低誘電率と高熱伝
導率を同時に発揮できない。すなわち、低誘電率（３，
５）を利用するためにＣ軸方向を支持体の使用方向とし
た場合には熱伝導率は約２Ｗ／ｍ・にと従来の石英、ス
テアタイト、サファイヤ、ベリリアよりもかなり小ざく
、放熱性に問題があった。また熱放散のため熱伝導性の
良いａ軸方向（６２Ｗ、−’ ｍ・に）を支持体の使用
方向とした場合には、誘電率が５．１と高周波化のため
の低誘電率の要求としては十分ではなかった。またＢＯ
ＲＡＬＬＯＹは六方晶窒化ホウ素の本質的な性質である
積層構造に基づいたａ軸とａ軸の異方性を有する配向構
造のため、層間でしばしば剥離および亀裂を生ずるなど
構造体としての信頼性にも問題が多くあった。ざらに熱
分解窒化ホウ素は気相成長法による製造方法で作られて
いるため、大型で厚い製品が多量に生産できないうえ、
コストが高いなどの工業的問題点も存在していた。
気相成長法により成膜するため配向性が高く、材料の面
内方向と厚み方向では前述したように誘電率や熱伝導率
か顕著に異なる高異方性を示すため、低誘電率と高熱伝
導率を同時に発揮できない。すなわち、低誘電率（３，
５）を利用するためにＣ軸方向を支持体の使用方向とし
た場合には熱伝導率は約２Ｗ／ｍ・にと従来の石英、ス
テアタイト、サファイヤ、ベリリアよりもかなり小ざく
、放熱性に問題があった。また熱放散のため熱伝導性の
良いａ軸方向（６２Ｗ、−’ ｍ・に）を支持体の使用
方向とした場合には、誘電率が５．１と高周波化のため
の低誘電率の要求としては十分ではなかった。またＢＯ
ＲＡＬＬＯＹは六方晶窒化ホウ素の本質的な性質である
積層構造に基づいたａ軸とａ軸の異方性を有する配向構
造のため、層間でしばしば剥離および亀裂を生ずるなど
構造体としての信頼性にも問題が多くあった。ざらに熱
分解窒化ホウ素は気相成長法による製造方法で作られて
いるため、大型で厚い製品が多量に生産できないうえ、
コストが高いなどの工業的問題点も存在していた。
本発明者はこのような点に対処して鋭意研究を進めた結
果、六方晶窒化ホウ素と窒化アルミニウムから構成され
たセラミックス複合材料か低誘電率と高熱伝導率を兼ね
備え、構造上の信頼性にも優れるため進行波管の支持体
として最適であることを見い出し、本発明を完成するに
至った。
果、六方晶窒化ホウ素と窒化アルミニウムから構成され
たセラミックス複合材料か低誘電率と高熱伝導率を兼ね
備え、構造上の信頼性にも優れるため進行波管の支持体
として最適であることを見い出し、本発明を完成するに
至った。
［課題を解決するための手段］
本発明は、六方晶窒化ホウ素セラミックス内部に窒化ア
ルミニウム相が０．１〜５０重量％を分散され含有する
ことを特徴とするセラミックス複合材料である。
ルミニウム相が０．１〜５０重量％を分散され含有する
ことを特徴とするセラミックス複合材料である。
以下、本発明の詳細な説明する。
窒化アルミニウム（Ａｉ！Ｎ＞は室温では１５０〜３２
０Ｗ、／’ ｍ・にの高熱伝導性と８．９の誘電率を有
する優れた材料である。しかしながら、窒化アルミニウ
ムは一般的な六方晶窒化ホウ素の３〜６倍の高熱伝導率
を有する長所を示すか、誘電率は六方晶窒化ホウ素の２
〜３倍も大きく、高熱伝導率と低誘電率か両立すること
の要求には充分ではない。そこで本発明者は窒化ホウ素
の低誘電率と、窒化アルミニウムの高熱伝導率とを兼ね
備えたセラミックス複合材料を鋭意研究の結果、本発明
を完成するに至った。
０Ｗ、／’ ｍ・にの高熱伝導性と８．９の誘電率を有
する優れた材料である。しかしながら、窒化アルミニウ
ムは一般的な六方晶窒化ホウ素の３〜６倍の高熱伝導率
を有する長所を示すか、誘電率は六方晶窒化ホウ素の２
〜３倍も大きく、高熱伝導率と低誘電率か両立すること
の要求には充分ではない。そこで本発明者は窒化ホウ素
の低誘電率と、窒化アルミニウムの高熱伝導率とを兼ね
備えたセラミックス複合材料を鋭意研究の結果、本発明
を完成するに至った。
第１図は、本発明のセラミックス複合材料１の構造を模
式的に示したもので、六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）２を
主成分としたマトリックスの内部である多結晶粒子の粒
界や表面ヤ空孔部にｈＢＮよりも高熱伝導性を有する窒
化アルミニウム（ＡＲＮ＞３か存在して、空隙部を減少
させた構造を有することにより、高熱伝導性と低誘電率
を兼ね備えたものとなる。
式的に示したもので、六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）２を
主成分としたマトリックスの内部である多結晶粒子の粒
界や表面ヤ空孔部にｈＢＮよりも高熱伝導性を有する窒
化アルミニウム（ＡＲＮ＞３か存在して、空隙部を減少
させた構造を有することにより、高熱伝導性と低誘電率
を兼ね備えたものとなる。
一般的には窒化アルミニウムを０．１〜５０重墨％、好
ましくは１〜３０重量％の範囲で含有する。
ましくは１〜３０重量％の範囲で含有する。
本発明のセラミックス複合材料に含有される窒化アルミ
ニウムは０．１重量％未満では熱伝導率の増大は小さく
、また５０重量％を越えると誘電率か５以上に大きくな
る場合があり、不適当である。
ニウムは０．１重量％未満では熱伝導率の増大は小さく
、また５０重量％を越えると誘電率か５以上に大きくな
る場合があり、不適当である。
その結果、窒化アルミニウム量を０．１〜５０重量％、
好ましくは１〜３０重量％の範囲で含有することにより
高熱伝導率と低誘電率を実現できる。
好ましくは１〜３０重量％の範囲で含有することにより
高熱伝導率と低誘電率を実現できる。
また、気孔４を存在させることが高熱伝導率と低誘電率
の実現のために望ましい。特に、最大５０％程度の気孔
を含有することは誘電率を低下させるために有効である
が、気孔率が５０％を越えると、機械的強度や熱伝導率
の著しい低下となる問題がある。
の実現のために望ましい。特に、最大５０％程度の気孔
を含有することは誘電率を低下させるために有効である
が、気孔率が５０％を越えると、機械的強度や熱伝導率
の著しい低下となる問題がある。
また本発明のセラミックス複合材料を製造する方法は特
に限定されず、種々の方法か可能である。
に限定されず、種々の方法か可能である。
−例を示せば、次のような方法によって製造できる。
窒化ホウ素粉末と窒化アルミニウム粉末を所定の組成比
に配合した後、ホールミル等で混合し、成形した後、非
酸化性雰囲気において、１５００〜２２００℃程度の温
度で加熱しながら１０〜５００Ｋｇ／ｃｍ２の機械的圧
力下、もしくは無加圧の条件下で焼結することにより、
本発明のセラミックス複合材料を製造することかできる
。非酸化性雰囲気としては窒素、アルゴン、真空雰囲気
などが便利である。
に配合した後、ホールミル等で混合し、成形した後、非
酸化性雰囲気において、１５００〜２２００℃程度の温
度で加熱しながら１０〜５００Ｋｇ／ｃｍ２の機械的圧
力下、もしくは無加圧の条件下で焼結することにより、
本発明のセラミックス複合材料を製造することかできる
。非酸化性雰囲気としては窒素、アルゴン、真空雰囲気
などが便利である。
本発明の六方晶窒化ホウ素と窒化アルミニウムから構成
されるセラミック複合体は、室温での誘電率が３．５〜
５（周波数１ＭＨ２）で、熱伝導率か５０ Ｗ／ ｍ・
に以上であるという優れた特性以外に、従来の進行波管
支持体材料でおる熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ＞より優れ
た圧縮強度等の機械的特性を有する。すなわち、ＰＢＮ
の室温ての圧縮強度が２３４０ ＫＪ、／ｃｍ２である
のに対して、本発明のセラミック複合体は１０００〜７
０００ Ｎ！９／Ｃｍ２の優れた圧縮強度を有する。こ
のため、ＰＢＮのように剥離および亀裂を生ずるなどの
問題もない。
されるセラミック複合体は、室温での誘電率が３．５〜
５（周波数１ＭＨ２）で、熱伝導率か５０ Ｗ／ ｍ・
に以上であるという優れた特性以外に、従来の進行波管
支持体材料でおる熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ＞より優れ
た圧縮強度等の機械的特性を有する。すなわち、ＰＢＮ
の室温ての圧縮強度が２３４０ ＫＪ、／ｃｍ２である
のに対して、本発明のセラミック複合体は１０００〜７
０００ Ｎ！９／Ｃｍ２の優れた圧縮強度を有する。こ
のため、ＰＢＮのように剥離および亀裂を生ずるなどの
問題もない。
また普通工具で切削加工できる長所もある。さらに常圧
焼結法で製造した場合、大型で厚い製品を低コストで製
造できるなどの数多くの利点かある。
焼結法で製造した場合、大型で厚い製品を低コストで製
造できるなどの数多くの利点かある。
本発明を更に具体的に説明するため次に実施例を挙げて
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。
［実施例］
実施例１
平均粒径５即、純度９９％の窒化ホウ素粉末８０重量％
と、平均粒径０．２柳、純度９９％の窒化アルミニウム
粉末２０重量％とを配合した粉末を用い、エタノールを
液体分散媒としてボールミルで混合した。この混合粉末
を２０ＯＮｆｆ／ｃｍ２の機械的圧力でプレスしながら
、２０００ ’Ｃ１常圧窒素カス雰囲気、１時間の条件
でホットプレスした。
と、平均粒径０．２柳、純度９９％の窒化アルミニウム
粉末２０重量％とを配合した粉末を用い、エタノールを
液体分散媒としてボールミルで混合した。この混合粉末
を２０ＯＮｆｆ／ｃｍ２の機械的圧力でプレスしながら
、２０００ ’Ｃ１常圧窒素カス雰囲気、１時間の条件
でホットプレスした。
得られたセラミック複合体の気孔率は１０％でおり、室
温での誘電率は４．１（周波数ＩＭＨ７）、熱伝導率は
１５０Ｗ、−’ ｍ−に、圧縮強度は３０００Ｋｇ 、
／’ Ｃ…２てあり、進行波管支持体材料として優れた
特性を有していた。
温での誘電率は４．１（周波数ＩＭＨ７）、熱伝導率は
１５０Ｗ、−’ ｍ−に、圧縮強度は３０００Ｋｇ 、
／’ Ｃ…２てあり、進行波管支持体材料として優れた
特性を有していた。
このセラミック複合体を切断加工後、０．２５ ｘＯ，
５ｘ １００ｍｍの長い直方体状の進行波管支持体を作
製して進行波管に実装した。第２図（ａ）はその断面図
、第２図（ｂ）は（ａ）にあけるＡ−Ａ−による断面図
である。タングステンコイル６は３本の支持体５で３方
向からステンレス保護管９により圧縮保持されている。
５ｘ １００ｍｍの長い直方体状の進行波管支持体を作
製して進行波管に実装した。第２図（ａ）はその断面図
、第２図（ｂ）は（ａ）にあけるＡ−Ａ−による断面図
である。タングステンコイル６は３本の支持体５で３方
向からステンレス保護管９により圧縮保持されている。
７はカソード、８はコレクターである。支持体５はタン
グステンコイル６とステンレス保護管９の内壁の３点か
ら圧縮およびせん断の応力を受けているが、熱分解窒化
ホウ素で生じる剥離や亀裂は発生しなかった。
グステンコイル６とステンレス保護管９の内壁の３点か
ら圧縮およびせん断の応力を受けているが、熱分解窒化
ホウ素で生じる剥離や亀裂は発生しなかった。
実施例２
平均粒径２μｓ、純度９９．５％の窒化ホウ素粉末と、
平均粒径１卯、純度９９％の窒化アルミニウム粉末を第
１表に示す割合で配合して実施例１と同様に混合した粉
末を第１表に示す条件で加熱処理したところ、第１表に
示すような特性を有する低誘電率と高熱伝導率を共に備
えたセラミックス複合材料が実現された。これらの特性
は進行波管の支持体材料として良好な値である。
平均粒径１卯、純度９９％の窒化アルミニウム粉末を第
１表に示す割合で配合して実施例１と同様に混合した粉
末を第１表に示す条件で加熱処理したところ、第１表に
示すような特性を有する低誘電率と高熱伝導率を共に備
えたセラミックス複合材料が実現された。これらの特性
は進行波管の支持体材料として良好な値である。
比較例１
平均粒径５ＩＩＩｎ、純度９９％の窒化ホウ素粉末のみ
を実施例１と同様な条件である２００に’ｊ／Ｃｍ２の
機械的圧力でプレスしなから２０００℃、常圧窒素カス
雰囲気、１時間の条件でホットプレスした。
を実施例１と同様な条件である２００に’ｊ／Ｃｍ２の
機械的圧力でプレスしなから２０００℃、常圧窒素カス
雰囲気、１時間の条件でホットプレスした。
得られた窒化ホウ素セラミックスは気孔率２０％であり
、室温ての誘電率３．５、熱伝導率は５０Ｗ／ｍ−Ｋ、
圧縮強度は６０ＯＮｙ／ｃｍ２てあり、進行波管支持体
としては不十分な特性であった。
、室温ての誘電率３．５、熱伝導率は５０Ｗ／ｍ−Ｋ、
圧縮強度は６０ＯＮｙ／ｃｍ２てあり、進行波管支持体
としては不十分な特性であった。
（以下余白）
［発明の効果］
以上説明したように、本発明のセラミックス複合材料は
、進行波管支持体として従来の支持体材料である石英、
ステアタイト、サファイヤ、へりリア、熱分解窒化ホウ
素より優れた低誘電率と高熱伝導率を兼ね備えた材料で
あり、熱分解窒化ホウ素にみられるような特性の異方性
も少なく、しかも剥離や亀裂などの発生の問題もない。
、進行波管支持体として従来の支持体材料である石英、
ステアタイト、サファイヤ、へりリア、熱分解窒化ホウ
素より優れた低誘電率と高熱伝導率を兼ね備えた材料で
あり、熱分解窒化ホウ素にみられるような特性の異方性
も少なく、しかも剥離や亀裂などの発生の問題もない。
ざらに熱分解窒化ホウ素では困難な、大型で厚い製品を
多事に低コストで製造可能であることなど、工業的に多
くの利点を有するものである。
多事に低コストで製造可能であることなど、工業的に多
くの利点を有するものである。
また本発明の方法によるセラミックス複合材料は、進行
波管の支持体以外の用途である電子部品、絶縁基板、高
温炉治具などにも利用できる効果もある。
波管の支持体以外の用途である電子部品、絶縁基板、高
温炉治具などにも利用できる効果もある。
第１図は本発明のセラミックス複合材料の構造を模式的
に示す断面図、第２図は進行波管の断面図（ａ）および
（ａ）のＡ−Ａ−線による断面図（ｂ）である。 １・・・セラミックス複合材料 ２・・・六方晶窒化ホウ素 ３・・・窒化アルミニウム ４・・・気孔 ５−・・支持体 ６・・・タングステンコイル ７・・・カソード ８・・・コレクター ９・・・ステンレス保護管
に示す断面図、第２図は進行波管の断面図（ａ）および
（ａ）のＡ−Ａ−線による断面図（ｂ）である。 １・・・セラミックス複合材料 ２・・・六方晶窒化ホウ素 ３・・・窒化アルミニウム ４・・・気孔 ５−・・支持体 ６・・・タングステンコイル ７・・・カソード ８・・・コレクター ９・・・ステンレス保護管
Claims (1)
- （１）六方晶窒化ホウ素セラミックス内部に窒化アルミ
ニウム相が０．１〜５０重量％を分散され含有すること
を特徴とするセラミックス複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2119774A JPH0416563A (ja) | 1990-05-11 | 1990-05-11 | セラミックス複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2119774A JPH0416563A (ja) | 1990-05-11 | 1990-05-11 | セラミックス複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0416563A true JPH0416563A (ja) | 1992-01-21 |
Family
ID=14769883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2119774A Pending JPH0416563A (ja) | 1990-05-11 | 1990-05-11 | セラミックス複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0416563A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004250264A (ja) * | 2003-02-19 | 2004-09-09 | Rikogaku Shinkokai | 高強度窒化硼素焼結体とその製法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01131069A (ja) * | 1987-11-14 | 1989-05-23 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 複合常圧焼結成形体 |
| JPH01261279A (ja) * | 1988-04-08 | 1989-10-18 | Nippon Steel Corp | ＢＮ−ＡｌＮ系複合焼結体の製造方法 |
| JPH01305862A (ja) * | 1988-06-03 | 1989-12-11 | Nippon Steel Corp | 異方性を有するＢＮ−ＡｌＮ系焼結体およびその製造方法 |
| JPH02192467A (ja) * | 1989-01-19 | 1990-07-30 | Nippon Steel Corp | 窒化アルミニウム―六方晶窒化ほう素系焼結体の製造方法 |
| JPH03242377A (ja) * | 1990-02-16 | 1991-10-29 | Nippon Steel Corp | 異方性を有するＢＮ−ＡｌＮ系焼結体の製造方法 |
-
1990
- 1990-05-11 JP JP2119774A patent/JPH0416563A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01131069A (ja) * | 1987-11-14 | 1989-05-23 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 複合常圧焼結成形体 |
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| JPH02192467A (ja) * | 1989-01-19 | 1990-07-30 | Nippon Steel Corp | 窒化アルミニウム―六方晶窒化ほう素系焼結体の製造方法 |
| JPH03242377A (ja) * | 1990-02-16 | 1991-10-29 | Nippon Steel Corp | 異方性を有するＢＮ−ＡｌＮ系焼結体の製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004250264A (ja) * | 2003-02-19 | 2004-09-09 | Rikogaku Shinkokai | 高強度窒化硼素焼結体とその製法 |
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