JPH0474301B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0474301B2
JPH0474301B2 JP58171318A JP17131883A JPH0474301B2 JP H0474301 B2 JPH0474301 B2 JP H0474301B2 JP 58171318 A JP58171318 A JP 58171318A JP 17131883 A JP17131883 A JP 17131883A JP H0474301 B2 JPH0474301 B2 JP H0474301B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum nitride
weight
less
composition
mixed
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP58171318A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6065768A (en
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 filed Critical
Priority to JP58171318A priority Critical patent/JPS6065768A/en
Publication of JPS6065768A publication Critical patent/JPS6065768A/en
Publication of JPH0474301B2 publication Critical patent/JPH0474301B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は新規な窒化アルミニウム組成物及びそ
の製造方法に関する。 窒化アルミニウムの焼結体は高い熱伝導性、耐
食性、高強度などの特製を有しているため各種高
温材料として注目されている物質である。しかし
該焼結体の原料となる窒化アルミニウム粉末は従
来純度や粒子径などの点で十分満足されるものが
開発されておらず、焼結性にも難点があるため、
種々の添加剤を加えたり高温高圧で焼結しなけれ
ばならない等の欠点を有していた。またこのよう
にして焼結した焼結体も純度が低く、窒化アルミ
ニウム本来の性質を十分反映したものとはならな
かつた。従来、窒化アルミニウム粉末の合成法と
しては次の2つの代表的方法が知られている。即
ち金属アルミニウム粉末を窒素又はアンモニアガ
スで窒化する方法と、アルミナとカーボンの粉末
混合物を窒素又はアンモニアガス中で焼成する方
法である。前者の方法では窒化率を上げるため原
料である金属アルミニウムを粉砕する段階、およ
び生成したAlNを焼結用原料として最適な数μ
m以下の粒度に粉砕する段階の両工程で、混入す
る不純物を避けることが困難なため、或いは未反
応の金属アルミニウムが必然的に残存するため、
通常数重量%の陽イオン不純物を含有するものが
得られていた。また該粉末は粉砕の際に表面の酸
化をうけるため酸素を2重量%以上含有するのが
一般的であつた。また後者の方法によれば比較的
細かくて粒度の揃つた窒化アルミニウムを合成で
きるが、窒化反応を完全に行なうことは難しく、
未反応のアルミナが通常数重量%残存するものが
得られていた。またこの方法に依つても数μm以
下の細かい粉末を得るためには多くの場合粉砕を
必要とし、この際の陽イオン不純物および酸素の
混入を避けることができなかつた。その他の窒化
アルミニウム粉末の合成法として金属アルミニウ
ムを原料とするプラズマジエツト法やアーク放電
法によるものがあるが、いずれの方法も均質な微
粉末は得難く遊離アルミニウム不純物も避け難い
方法である。 従つて従来はこれらの陽イオン不純物或いは酸
素含有量の多い窒化アルミニウム粉末しか得られ
ず、これらの窒化アルミニウムを用いて製造され
る窒化アルミニウム焼結体は前記したように十分
な特性を発揮するに至つていなかつた。また前記
したようにしばしば焼結性を向上させるために、
含有酸素の多い窒化アルミニウムを用いたり添加
剤を加えたり、高温高圧の焼結条件を要したりし
ていた。そのために必ずしも工業的に満足のいく
方法とは言えなかつた。 本発明者等は、工業的な窒化アルミニウム粉体
の製造方法について鋭意研究して来た。その結
果、従来不可能とされていた超微粉体で且つ含有
酸素量が比較的少い高純度粉末を開発し、また該
粉末の焼結性を調べた結果、含有酸素量が比較的
少ないにも拘らず従来の窒化アルミニウム粉末で
は得られない優れた焼結性を有し、焼結条件によ
つて透光性を有する焼結体にもなることを見出
し、既に提案した。 本発明は更に窒化アルミニウム焼結体の焼結性
或いは透光性を改良するために特定の添加剤を配
合した窒化アルミニウム組成物及びその製造方法
を提供するものである。 即ち、本発明は、 () 窒化アルミニウム90重量%以上、 () アルカリ土類金属、ランタン族金属及びイ
ツトリウムよりなる群から選ばれる少なくとも
1種の金属、又は該金属化合物を、酸化物に換
算して0.02〜5.0重量% () 結合した酸素原子4.5重量%以下 () 不可避的に混入する陽イオン不純物が酸化
物に換算して0.5重量%以下 上記()〜()よりなり、平均粒径が2μ
m以下で且つ粒径3μm以下の粒子が70容量%以
上の窒化アルミニウム組成物である。特に透光性
の焼結体を得ることを目的とする組成物について
は、窒化アルミニウム93重量%以上、結合した酸
素原子3.0重量%以下、不可避的に混入する陽イ
オン不純物が酸化物に換算して0.3重量%以下で、
特に鉄、クロム、ニツケル、コバルト、銅及びチ
タンの含有量の合計が0.1重量%以下とすること
が好ましい。更に好ましい態様は、後述する実施
例からも理解されるように、(イ)窒化アルミニウム
成分96.9%重量%以上、酸素成分1.3重量%以下
及び不可避的に混入する陽イオン不純物が酸化物
に換算して0.5重量%以下よりなる平均粒径2μm
以下で、3μm以下の粒子が70容量%以上存在す
る窒化アルミニウム粉末99.98〜95重量%とアル
カリ土類金属、ランタン族金属及びイツトリウム
よりなる群から選ばれる少くとも1種の金属又は
該金属化合物を酸化物に換算して0.02〜5.0重量
%とよりなる均一に混合された窒化アルミニウム
組成物である。 また本発明は(イ)純度99.0重量%以上で、平均粒
子径が2μm以下のアルミナ、(ロ)灰分0.2重量%以
下で、平均粒子径が1μm以下のカーボン及び(ハ)
アルカリ土類金属、イツトリウム及びランタン族
金属よりなる群から選ばれた少くとも1種の金属
又は金属化合物とよりなる各成分が(イ)のアルミナ
と(ロ)のカーボンとを重量比で1:0.36〜1:1の
範囲で且つ該(ハ)の金属又は金属化合物は得られる
窒化アルミニウム組成物中に酸化物に換算して
0.02〜5.0重量%の範囲で含まれるように、液体
分散媒体中で混合し、該混合組成物を必要により
乾燥した後、窒素又はアンモニア雰囲気下に1400
〜1700℃の温度で焼成することを特徴とする窒化
アルミニウム組成物の製造方法をも提供する。 更にまた本発明は、(イ)純度99.0重量%以上で、
平均粒子径が2μm以下のアルミナと(ロ)灰分0.2重
量%以下で、平均粒子径が1μm以下のカーボン
とを重量比で1:0.36〜1:1の範囲で、液体分
散媒体中で混合し、該混合組成物を必要により乾
燥した後、窒素又はアンモニア雰囲気下に1400〜
1700℃の温度で焼成して窒化アルミニウムを得
て、該窒化アルミニウムに(ハ)アルカリ土類金属、
イツトリウム及びランタン族金属よりなる群から
選ばれた少くとも1種の金属又は金属化合物を酸
化物に換算して窒化アルミニウム組成物中に0.02
〜5.0重量%の範囲で含まれるように添加するこ
とを特徴とする窒化アルミニウム組成物の製造方
法をも提供する。 本発明で提供する窒化アルミニウム組成物は、
平均粒子径が2μm以下の粉末である。該窒化ア
ルミニウム組成物の平均粒子径が上記より大きい
粉末になると窒化アルミニウム組成物の焼結性が
低下するので好ましくない。 また、焼結体の透光性を十分なものとするため
には、粗粒が少ない方が好ましい。例えば3μm
以下の粒子が70容量%以上とすることが好まし
い。 また窒化アルミニウム組成物中の酸素含有量及
び不可避的に混入する陽イオン不純物の量は窒化
アルミニウム組成物の焼結性と透光性に大きな影
響を与える。即ち、窒化アルミニウム組成物中の
酸素含有量は4.5重量%以下、好ましくは3.0重量
%以下である必要がある。特に透光性のよい窒化
アルミニウム焼結体を得る場合は該酸素含有量を
3.0重量%以下に制御するのがよい。 また不可避的に混入する陽イオン不純物は種々
のものが考えられる。例えば未反応の原料、即ち
窒化アルミニウム中に残存するアルミナ及びカー
ボンもその1つであるし、製造工程中の溶媒、混
合器、配管等で混入する不純物成分等である。従
つて、本発明で云う上記不可避的に混入する陽イ
オン不純物は、得られる窒化アルミニウム組成物
中の窒化アルミニウム及び積極的に添加する添加
剤に起因する化合物以外の化合物の陽イオンと考
えることも出来る。前記窒化アルミニウム組成物
中の酸素含有量を基準に本発明で得られる窒化ア
ルミニウム組成物中の窒化アルミニウム含有量を
示せば一般に90重量%以上で、該窒化アルミニウ
ムを用いて製造する焼結体に特に透光性を要求す
る場合は93重量%以上とすれば好ましい。更に
は、実施例に示すようにAlN含有量96.9重量%以
上とするのが好ましい。 また、前記不可避的に混入する陽イオン不純物
の代表的なものを例示すると、鉄、クロム、ニツ
ケル、コバルト、銅、チタン、珪素等の原料、製
造装置に基因して混入するものと未反応のアルミ
ナ、カーボンとして含まれるものがある。これら
の不可避的に混入して来る陽イオン不純物のう
ち、未反応のアルミナ、カーボン或いは窒化アル
ミニウムの表面が酸化されて酸化アルミニウムに
変化したもの等は極端に本発明の窒化アルミニウ
ムの性状を悪化させるものではなく、例えばアル
ミナ、カーボン、シリカ等の陽イオン不純物が
0.3〜0.5weight%程度の混入でも、焼結性にはそ
れ程悪い影響を与えない。ただ、焼結体に透光性
を要求する場合は上記アルミナ、カーボン、シリ
カ等の陽イオン不純物の含有量を0.5重量%以下
に制御する必要がある。また、特に鉄、クロム、
ニツケル、コバルト、銅及びチタンの各成分は窒
化アルミニウムの焼結体の透光性に悪影響を与え
るので、これらの成分の混入を出来るだけ減少さ
せるのがよい。従つて本発明に於ける前記不可避
的に混入する陽イオン不純物の量は0.5重量%以
下、好ましくは0.3重量%以下に制御するのがよ
い。また、窒化アルミニウムの焼結体に十分な透
光性を与えるためには上記不可避的に混入する陽
イオン不純物のうち、鉄、クロム、ニツケル、コ
バルト、銅及びチタンの含有量合計が0.1重量%
を越えないように制御するのが好ましい。 本発明で使用する前記添加剤はアルカリ土類金
属、イツトリウム及びランタン族金属よりなる群
から選ばれた少くとも1種の金属又は金属化合物
よりなる添加剤である。該アルカリ土類金属は特
に限定されずベリリウム、マグネシウム、カルシ
ウム、ストロンチウム及びバリウムが使用出来
る。上記金属成分のうちベリリウム及びマグネシ
ウムは上記の他のアルカリ土類金属成分に比べる
と焼結体に透光性を付与する目的の性能が劣る場
合がある。従つて透光性付与目的の場合は工業的
にはカルシウム、ストロンチウム及びバリウムを
使用するのが好適である。また上記ランタン族金
属は特に限定されず使用出来る。例えばランタン
(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネ
オジム(Nd)、プロメシウム(Pm)、サマリウム
(Sm)、ユーロピウム(Eu)、ガドリニウム
(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム
(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツ
リウム(Tm)、イツテルビウム(Yb)、ルテチ
ウム(Lu)が好適に使用出来る。特に工業的に
はランタン、セリウム、ネオジム等が好適に使用
される。 前記添加剤の使用量は窒化アルミニウム組成物
中の酸素含有量、陽イオン不純物の含有量、窒化
アルミニウムの粒子径等によつて異なり一概に限
定出来ないが、一般には酸化物に換算して0.02〜
5.0重量%、好ましくは0.05〜3.0重量%の範囲か
ら選べば十分である。 窒化アルミニウム組成物中の前記陽イオン不純
物を前記含有量以下に制御する方法は特に限定さ
れず如何なる方法であつてもよいが、一般には高
純度の原料を用い、製造工程中で窒化アルミニウ
ム又は窒化アルミニウム組成物の粉砕工程を除
き、得られる窒化アルミニウム組成物の平均粒子
径が小さいものとすればよい。特に好適に採用さ
れる窒化アルミニウム組成物の製造方法として次
の2つの方法を例示することができる。 まず、第1番目の製造方法は、 (イ)純度99.0重量%以上で、平均粒子径が2μm以
下のアルミナ、(ロ)灰分0.2重量%以下で、平均粒
子径が1μm以下のカーボン及び(ハ)アルカリ土類
金属、イツトリウム及びランタン族金属よりなる
群から選ばれた少くとも1種の金属又は金属化合
物とよりなる各成分が(イ)のアルミナと(ロ)のカーボ
ンとを重量比で1:0.36〜1:1の範囲で且つ該
(ハ)の金属又は金属化合物は得られる窒化アルミニ
ウム組成物中に酸化物に換算して0.02〜5.0重量
%の範囲で含まれるように、液体分散媒体中で混
合し、該混合組成物を必要により乾燥した後、窒
素又はアンモニア雰囲気下に1400〜1700℃の温度
で焼成することを特徴とする窒化アルミニウム組
成物の製造方法である。 次に、第2番目の製造方法は、 (イ)純度99.0重量%以上で、平均粒子径が2μm以
下のアルミナと、(ロ)灰分0.2重量%以下で、平均
粒子径は1μm以下のカーボンとを重量比で1:
0.36〜1:1の範囲で、液体分散媒体中で混合
し、該混合組成物を必要により乾燥した後、窒素
又はアンモニア雰囲気下に1400〜1700℃の温度で
焼成して窒化アルミニウムを得て、該窒化アルミ
ニウムに(ハ)アルカリ土類金属、イツトリウム及び
ランタン族金属よりなる群から選ばれた少くとも
1種の金属又は金属化合物を酸化物に換算して窒
化アルミニウム組成物中に0.02〜5.0重量%の範
囲で含まれるように添加することを特徴とする窒
化アルミニウム組成物の製造方法である。 上記方法は原料を焼成して得られる窒化アルミ
ニウム又は窒化アルミニウム組成物を粉砕する工
程を必要としない。そのために粉砕工程で混入す
る不純物成分を無視出来るし、窒化アルミニウム
又は窒化アルミニウム組成物の表面が粉砕中に酸
化され、酸素含有量が増加することを防ぐことが
出来る。このように窒化アルミニウム又は窒化ア
ルミニウム組成物の粉砕工程を省くメリツトは大
きい。上記粉砕工程を省きしかも良好な性状の窒
化アルミニウム組成物を得るには前記製造工程に
於ける原料間の混合を特定の材質の装置を用い、
溶媒中で行う所謂湿式混合することが重要であ
る。該湿式混合は原料相互の混合を均一に実施出
来るだけでなく、意外にも原料粒子が凝集して粗
大化する傾向を防ぐことが出来、結果的に細粒子
で且つ粒子がそろつた窒化アルミニウムとなる。
しかも前記したように粉砕工程などで混入する不
純物成分を完全に防ぐことが出来、また窒化アル
ミニウム表面の酸化防止が出来るので、従来法に
比べれば焼結性にすぐれ、その焼結体も透光性と
なるすぐれた性状の窒化アルミニウム組成物とな
る。前記湿式混合で使用する溶媒は特に限定され
ず、湿式混合溶媒として公知のものが使用出来
る。一般に工業的には水、アルコール等が好適に
採用される。 また、上記湿式混合の条件及び装置は特に限定
されず、窒化アルミニウム組成物に不可避的に混
入する不純物成分を抑制出来るものであれば使用
出来る。一般に該湿式混合条件は常温、常圧下で
実施すればよく、温度及び圧力に影響をうけるこ
とはない。また混合装置は材質が不可避的に混入
する不純物成分とならないものを選ぶ限り、公知
の装置、手段が採用しうる。例えば、球状物又は
棒状物を内蔵したミルを使用するのが一般的であ
る。但し、上記混合装置、例えばミル内壁、球状
物又は棒状物等の材質は得られる窒化アルミニウ
ム組成物中に不可避的に混入する不純物成分を増
加させないために、窒化アルミニウム自身を使用
するか、99.9重量%以上の高純度アルミナを使用
するのが好ましい。またプラスチツクス製の材質
を用いることも出来る。即ち、原料と接する面を
全てプラスチツクス製とするかプラスチツクスで
コーテイングして使用する方法である。該プラス
チツクスとしては特に限定されず例えばポリエチ
レン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステ
ル、ポリウレタン等が使用出来るが、一般にプラ
スチツク中には安定剤として種々の金属成分を含
む場合があるので、予めチエツクして不可避的に
混入する不純物成分とならないようにするのがよ
い。 また、本発明で得られる窒化アルミニウム組成
物はその製造工程で粉砕工程を省き、且つ焼結性
のよい平均粒子径が2μm以下の細粒とするため
に、或いは高純度の窒化アルミニウム組成物とす
るために、使用するアルミナとカーボンは特定の
性状のものを使用するのが好ましい。即ち、原料
のアルミナは不可避的に混入する不純物成分を抑
制するため純度が99.0重量%以上、好ましくは
99.9重量%以上のものを用いる必要がある。また
得られる窒化アルミニウム組成物の粒子径を制御
するため該アルミナの平均粒子径は2μm以下の
ものを用いる必要がある。窒化アルミニウム組成
物の他の原料成分であるカーボンは窒化アルミニ
ウム組成物中の不可避的に混入する不純物成分を
抑制するため灰分の含有量は0.2重量%以下、好
ましくは0.1重量%以下の純度のカーボンを用い
る必要がある。また該カーボンの平均粒子径は得
られる窒化アルミニウム組成物の粒子径に影響を
与えるので、平均粒子径が1μm以下のカーボン
を用いる必要がある。該カーボンはカーボンブラ
ツク、黒鉛化カーボンブラツク等が使用されうる
が一般にはカーボンブラツクが好ましい。 前記アルミナとカーボンの原料使用割合は、ア
ルミナ、カーボンの純度、粒子径等の性状によつ
て異なるので、予め予備テストを行い決定すると
よいが、通常ではアルミナとカーボンとを重量比
で1:0.36〜1:1の範囲で湿式混合すればよ
い。該湿式混合された原料は必要により乾燥を経
て、窒素雰囲気下に1400〜1700℃の温度で焼成す
る。該焼成する温度が上記温度より低い場合は工
業的に十分な還元窒素化反応が進行しないので好
ましくない。また該焼成温度が前記温度より高く
なると得られる窒化アルミニウム組成物の一部が
焼結を起し、粒子間の凝集が起るため目的の粒子
径の窒化アルミニウム組成物が得られ難くなるの
で好ましくない。 本発明で使用する添加剤を窒化アルミニウム又
は窒化アルミニウム組成物に混合する方法は特に
限定されず、窒化アルミニウムを製造する原料と
共に混合し焼成することにより該添加剤を含む窒
化アルミニウム組成物を得るか、アルミナとカー
ボンとを前記方法で焼成し窒化アルミニウムを得
て、その後添加剤を加えるかのいずれかの方法が
採用される。前者即ち、アルミナ及びカーボンと
共に原料中に添加剤を混合する方法は該原料を焼
成する温度が高温であるため、添加剤が昇華した
り飛散し、その効果が発揮出来ないと考えられが
ちであるが、以外にも本発明に於いては効果的な
混合方法である。該アルミナ及びカーボンと添加
剤とを原料時に混合して窒化アルミニウム組成物
を得る場合に、該添加剤がどのように結合し或い
は混合されているのか現在なお明白ではないが、
本発明者等は酸化物又は窒化物の形で窒化アルミ
ニウム組成物中に存在するものと推定している。 本発明で用いる添加剤はその効果を十分に発揮
させる意味から一般に窒化アルミニウムと添加剤
とからなる窒化アルミニウム組成物中に酸化物に
換算して0.02〜5重量%の範囲で、好ましくは
0.05〜3.0重量%の範囲で含まれるように混合す
ればよい。即ち、本発明で用いるアルミナのアル
ミニウム成分はそのほとんどが窒化アルミニウム
となるし、添加剤の混合割合は窒化アルミニウム
組成物中に含まれる添加剤の割合とほとんど変わ
らないため、これらのアルミナ及び添加剤は添加
混合量から得られる窒化アルミニウム組成物を算
出すればよい。 前記方法で得られた窒化アルミニウム組成物は
焼結性がすぐれているので、ホツトプレス焼結は
勿論、常圧焼結も可能である。ホツトプレス焼
結、常圧焼結に使用する装置は公知のものが特に
限定されず用いうる。また、焼結条件は窒化アル
ミニウム組成物の性状、焼結形式等によつて異な
るが、一般には非酸化性雰囲気下、例えば窒素雰
囲気下、真空下に下記のような条件を選べば十分
である。例えば常圧焼結に際しては添加剤を混合
していない場合、理論密度の90%以上の焼結体を
得るためには、大気圧下で1850℃以上の温度を選
ぶ必要がある。しかし、添加剤を混合した本発明
の窒化アルミニウム組成物を常圧焼結する場合
は、該添加剤が焼結時の助剤の効果も発揮しうる
ので、上記より低温で焼結が可能である。例えば
約3重量%の添加剤を混合したものは1700℃以上
で理論密度の90%以上の焼結体を得ることが出来
る。 またホツトプレス焼結に際しては、加圧モール
ドの強度が限界圧力となり通常は350Kg/cm2以下
の圧力が選ばれる。工業的には一般に50〜300
Kg/cm2の圧力が最も好適に採用される。またホツ
トプレス温度については1600℃以上の温度で理論
密度の90%以上の焼結体を得ることが出来る。 上記で得られる焼結体は窒化アルミニウム組成
物の酸素含有量が3.0重量%以下及び不可避的に
混入する陽イオン不純物が0.3重量%以下特に鉄、
クロム、ニツケル、コバルト、銅及びチタンの含
有量合計が0.1重量%以下のものを用いる時は、
その焼結体がすぐれた透光性を有するものとな
る。そして、上記窒化アルミニウム組成物の酸素
含有量が3重量%或いは不可避的に混入する陽イ
オン不純物が特別のものを除き、0.5重量%程度
まではその焼結体に透光性を付与しうる。 本発明の窒化アルミニウム組成物は、前記焼結
体とする用途にとどまらず、サイアロンの原料と
してもすぐれたものとなる。そして前記焼結体に
透光性を付与する窒化アルミニウム組成物をサイ
アロン製造原料として用いるときは、透光性を有
するサイアロンを製造することが出来る。また本
発明の窒化アルミニウム組成物は、微細な粉体で
あるため各種セラミツクスの助剤としても使用出
来る。 なお、以下の実施例および比較例で用いた各種
の分析法又は分析装置は以下のものである。 陽イオン分析:プラズマ発光分光装置(第二精工
者製ICP−AES) 炭素分析:金属中炭素分析装置(堀場製作所製
EMIA−3200) 酸素分析:金属中酸素分析装置(堀場製作所製
EMGA−1300) 窒素分析:融解分離中和滴定法 X線回折装置:日本電子JRX−12VB 走査型電子顕微鏡:日本電子JSM−T200 比表面積測定装置:BET法(柴田化学機器SA−
1000 迅速表面積測定装置) 平均粒子径および粒度分布測定器:堀場製作所製
CAPA−500 熱伝導率測定装置:理学電機 レーザー法熱定数
測定装置 PS−7 光透過率測定装置:日立製作所製 自記分光光度計 330型 赤外分光光度計260−30型 また、焼結体の光透過率は次の式で算出した。 I/Ip=(1−R)2e-t ……(1) ここでIpは入射光の強さ、Iは透過光の強さ、
Rは反射率、tは焼結体の厚み、μは吸収係数で
ある。Rは焼結体の屈折率によつて決まるもので
屈折率をnとすれば空気中の測定ではRは次式で
表わされる。 R=(1−n)2/(1+n)2 ……(2) (1)式中のμが焼結体の透光性をを表わす指標と
なるもので、後述の実施例において示したμの値
は(1)式に従つて計算した。 実施例 1 純度99.99%(不純物分析値を表1に示す)で
平均粒子径が0.52μmで3μm以下で粒子の割合が
95vol%のアルミナ20gと、灰分0.08wt%で平均
粒子径が0.45μmのカーボンブラツク10gとを、
ナイロン製ポツトとナイロンコーテイングしたポ
ールを用い、エタノールを分散媒体として均一に
ボールミル混合した。得られた混合物を乾燥後、
高純度黒鉛製平皿に入れ、電気炉内に窒素ガスを
3/minで連続的に供給しながら1600℃の温度
で6時間加熱した。得られた反応混合物を空気中
で750℃の温度で4時間加熱し、未反応のカーボ
ンを酸化除去した。得られた白色の粉末はX線回
折分析(Xray diffraction analysis)の結果単
相(single phase)のAlNでありAl2O3の回折ピ
ークは無かつた。また該粉末の平均粒子径は
1.31μmであり、3μm以下が90容量%を占めた。
走査型電子顕微鏡による観察ではこの粉末は平均
0.7μm程度の均一な粒子であつた。また比表面積
の測定値は4.0m2/gであつた。この粉末の分析
値を表2に示す。
The present invention relates to a novel aluminum nitride composition and method for producing the same. Sintered aluminum nitride is a substance that is attracting attention as a variety of high-temperature materials because it has special characteristics such as high thermal conductivity, corrosion resistance, and high strength. However, aluminum nitride powder, which is the raw material for the sintered body, has not yet been developed with sufficient purity and particle size, and there are also difficulties in sinterability.
It has drawbacks such as the need to add various additives and to sinter at high temperature and high pressure. Further, the sintered body sintered in this manner also had low purity and did not sufficiently reflect the original properties of aluminum nitride. Conventionally, the following two typical methods are known as methods for synthesizing aluminum nitride powder. Specifically, there are two methods: nitriding metal aluminum powder in nitrogen or ammonia gas, and firing a powder mixture of alumina and carbon in nitrogen or ammonia gas. In the former method, the raw material aluminum metal is crushed to increase the nitriding rate, and the resulting AlN is used as the raw material for sintering to an optimal number of μm.
Because it is difficult to avoid contaminating impurities in both steps of pulverizing to a particle size of m or less, or because unreacted metallic aluminum inevitably remains,
Usually, those containing several weight percent of cationic impurities were obtained. Furthermore, since the powder undergoes surface oxidation during pulverization, it generally contains 2% by weight or more of oxygen. In addition, although the latter method allows the synthesis of aluminum nitride with relatively fine grain size, it is difficult to carry out the nitriding reaction completely.
Usually several weight percent of unreacted alumina remained. Furthermore, even with this method, pulverization is required in many cases to obtain fine powder of several μm or less, and contamination of cationic impurities and oxygen cannot be avoided at this time. Other methods for synthesizing aluminum nitride powder include the plasma jet method and the arc discharge method using metallic aluminum as a raw material, but with either method it is difficult to obtain a homogeneous fine powder and it is difficult to avoid free aluminum impurities. Therefore, in the past, only aluminum nitride powder with high content of these cationic impurities or oxygen could be obtained, and the aluminum nitride sintered body produced using these aluminum nitrides was not able to exhibit sufficient properties as described above. I wasn't quite there yet. In addition, as mentioned above, in order to improve sinterability,
This requires the use of aluminum nitride, which has a high oxygen content, the addition of additives, and high-temperature, high-pressure sintering conditions. For this reason, this method could not necessarily be said to be industrially satisfactory. The present inventors have been conducting extensive research on industrial methods for producing aluminum nitride powder. As a result, we developed a high-purity powder that is ultra-fine and has a relatively low oxygen content, which was previously considered impossible.As a result of examining the sinterability of this powder, we found that it has a relatively low oxygen content. Nevertheless, it has been found that it has excellent sinterability that cannot be obtained with conventional aluminum nitride powder, and that it can also be made into a sintered body that has translucency depending on the sintering conditions, and has already been proposed. The present invention further provides an aluminum nitride composition containing specific additives to improve the sinterability or translucency of the aluminum nitride sintered body, and a method for producing the same. That is, the present invention provides () at least 90% by weight of aluminum nitride, () at least one metal selected from the group consisting of alkaline earth metals, lanthanum group metals, and yttrium, or the metal compound, converted into an oxide. 0.02 to 5.0% by weight () 4.5% by weight or less of bonded oxygen atoms () 0.5% by weight or less of unavoidably mixed cationic impurities calculated as oxide Consisting of the above () to (), the average particle size is 2μ
The aluminum nitride composition contains 70% by volume or more of particles having a particle size of 3 μm or less and a particle size of 3 μm or less. In particular, for compositions intended to obtain a translucent sintered body, aluminum nitride must be at least 93% by weight, bonded oxygen atoms must be at most 3.0% by weight, and unavoidably mixed cationic impurities must be converted into oxides. less than 0.3% by weight,
In particular, the total content of iron, chromium, nickel, cobalt, copper and titanium is preferably 0.1% by weight or less. A more preferred embodiment is, as will be understood from the examples described later, that (a) the aluminum nitride component is 96.9% by weight or more, the oxygen component is 1.3% by weight or less, and the unavoidably mixed cation impurities are calculated in terms of oxides. Average particle size of 2μm consisting of 0.5% by weight or less
In the following, 99.98 to 95% by weight of aluminum nitride powder containing 70% by volume or more of particles of 3 μm or less and at least one metal or metal compound selected from the group consisting of alkaline earth metals, lanthanum group metals, and yttrium are used. It is a homogeneously mixed aluminum nitride composition consisting of 0.02 to 5.0% by weight in terms of oxide. The present invention also provides (a) alumina with a purity of 99.0% by weight or more and an average particle size of 2 μm or less, (b) carbon with an ash content of 0.2% by weight or less and an average particle size of 1 μm or less, and (c)
Each component consisting of at least one metal or metal compound selected from the group consisting of alkaline earth metals, yttrium, and lanthanum group metals is alumina (a) and carbon (b) in a weight ratio of 1: 0.36 to 1:1, and the metal or metal compound (c) is present in the resulting aluminum nitride composition in terms of oxide.
The mixed composition is mixed in a liquid dispersion medium so that it is contained in the range of 0.02 to 5.0% by weight, and the mixed composition is dried if necessary, and then heated at 1400 °C under a nitrogen or ammonia atmosphere.
Also provided is a method for producing an aluminum nitride composition, characterized in that it is fired at a temperature of ~1700°C. Furthermore, the present invention provides (a) a purity of 99.0% by weight or more,
Alumina with an average particle diameter of 2 μm or less and carbon with an ash content of 0.2% by weight or less and an average particle diameter of 1 μm or less are mixed in a liquid dispersion medium at a weight ratio of 1:0.36 to 1:1. , After drying the mixed composition if necessary, it is heated to 1400 to
Calcinate at a temperature of 1700°C to obtain aluminum nitride, and add (iii) an alkaline earth metal to the aluminum nitride.
At least one metal or metal compound selected from the group consisting of yttrium and lanthanum group metals is added in an amount of 0.02% in terms of oxide in the aluminum nitride composition.
Also provided is a method for producing an aluminum nitride composition, characterized in that the aluminum nitride composition is added in an amount of 5.0% by weight. The aluminum nitride composition provided by the present invention is
It is a powder with an average particle size of 2 μm or less. If the average particle size of the aluminum nitride composition becomes a powder larger than the above range, the sinterability of the aluminum nitride composition will deteriorate, which is not preferable. Further, in order to obtain sufficient light transmittance of the sintered body, it is preferable that the number of coarse particles is small. For example, 3μm
It is preferable that the following particles account for 70% by volume or more. Further, the oxygen content in the aluminum nitride composition and the amount of unavoidably mixed cationic impurities have a great influence on the sinterability and translucency of the aluminum nitride composition. That is, the oxygen content in the aluminum nitride composition needs to be 4.5% by weight or less, preferably 3.0% by weight or less. In particular, when obtaining an aluminum nitride sintered body with good translucency, the oxygen content should be
It is best to control the content to 3.0% by weight or less. Furthermore, various types of cationic impurities can be considered as unavoidable contamination. Examples include unreacted raw materials, ie, alumina and carbon remaining in aluminum nitride, and impurity components mixed in with solvents, mixers, piping, etc. during the manufacturing process. Therefore, the above-mentioned unavoidably mixed cationic impurities referred to in the present invention may be considered to be cations of compounds other than those caused by aluminum nitride and actively added additives in the resulting aluminum nitride composition. I can do it. The aluminum nitride content in the aluminum nitride composition obtained by the present invention is generally 90% by weight or more based on the oxygen content in the aluminum nitride composition, and the sintered body produced using the aluminum nitride has a content of 90% by weight or more. In particular, when translucency is required, the content is preferably 93% by weight or more. Furthermore, as shown in the examples, it is preferable that the AlN content is 96.9% by weight or more. Typical examples of cationic impurities that are unavoidably mixed include those that are mixed due to raw materials such as iron, chromium, nickel, cobalt, copper, titanium, silicon, manufacturing equipment, and unreacted impurities. Some are contained as alumina and carbon. Among these cationic impurities that are inevitably mixed in, unreacted alumina, carbon, or those in which the surface of aluminum nitride is oxidized and changed to aluminum oxide, etc., extremely deteriorate the properties of the aluminum nitride of the present invention. For example, cationic impurities such as alumina, carbon, and silica
Even if it is mixed in an amount of about 0.3 to 0.5% by weight, it does not have a bad effect on the sinterability. However, if the sintered body is required to have translucency, it is necessary to control the content of the cationic impurities such as alumina, carbon, silica, etc. to 0.5% by weight or less. Also, especially iron, chromium,
Since each component of nickel, cobalt, copper, and titanium has an adverse effect on the translucency of the sintered body of aluminum nitride, it is preferable to reduce the amount of these components mixed in as much as possible. Therefore, in the present invention, the amount of the unavoidably mixed cationic impurities is preferably controlled to 0.5% by weight or less, preferably 0.3% by weight or less. In addition, in order to provide sufficient translucency to the aluminum nitride sintered body, the total content of iron, chromium, nickel, cobalt, copper, and titanium must be 0.1% by weight among the unavoidably mixed cationic impurities mentioned above.
It is preferable to control the temperature so that it does not exceed . The additive used in the present invention is an additive made of at least one metal or metal compound selected from the group consisting of alkaline earth metals, yttrium, and lanthanum group metals. The alkaline earth metal is not particularly limited, and beryllium, magnesium, calcium, strontium, and barium can be used. Among the above-mentioned metal components, beryllium and magnesium may have inferior performance for imparting translucency to a sintered body compared to the other alkaline earth metal components mentioned above. Therefore, for the purpose of imparting translucency, calcium, strontium and barium are preferably used industrially. Further, the above-mentioned lanthanum group metals can be used without particular limitation. For example, lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy) , holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu) can be suitably used. In particular, lanthanum, cerium, neodymium, etc. are preferably used industrially. The amount of the additive used varies depending on the oxygen content in the aluminum nitride composition, the content of cationic impurities, the particle size of aluminum nitride, etc., and cannot be absolutely limited, but it is generally 0.02 in terms of oxide. ~
It is sufficient to choose from a range of 5.0% by weight, preferably from 0.05 to 3.0% by weight. The method for controlling the cationic impurities in the aluminum nitride composition to below the content is not particularly limited and may be any method, but generally high purity raw materials are used and aluminum nitride or nitride is Except for the step of pulverizing the aluminum composition, the resulting aluminum nitride composition may have a small average particle size. The following two methods can be exemplified as particularly preferably adopted methods for producing an aluminum nitride composition. First, the first manufacturing method consists of (a) alumina with a purity of 99.0% by weight or more and an average particle size of 2 μm or less, (b) carbon and (halogen) with an ash content of 0.2% by weight or less and an average particle size of 1 μm or less. ) Each component consists of at least one metal or metal compound selected from the group consisting of alkaline earth metals, yttrium, and lanthanum group metals, and the weight ratio of (a) alumina to (b) carbon is 1 : within the range of 0.36 to 1:1 and
The metal or metal compound (c) is mixed in a liquid dispersion medium so that the resulting aluminum nitride composition contains 0.02 to 5.0% by weight in terms of oxide, and the mixed composition is mixed as required. This is a method for producing an aluminum nitride composition, which is characterized in that the aluminum nitride composition is dried at a temperature of 1,400 to 1,700°C in a nitrogen or ammonia atmosphere. Next, the second manufacturing method uses (a) alumina with a purity of 99.0% by weight or more and an average particle size of 2 μm or less, and (b) carbon with an ash content of 0.2% by weight or less and an average particle size of 1 μm or less. The weight ratio is 1:
Mixing in a liquid dispersion medium at a ratio of 0.36 to 1:1, drying the mixed composition if necessary, and baking at a temperature of 1400 to 1700 ° C. in a nitrogen or ammonia atmosphere to obtain aluminum nitride, (c) At least one metal or metal compound selected from the group consisting of alkaline earth metals, yttrium, and lanthanum group metals is added to the aluminum nitride by weight of 0.02 to 5.0% in terms of oxide. % of the aluminum nitride composition. The above method does not require the step of pulverizing aluminum nitride or aluminum nitride composition obtained by firing raw materials. Therefore, impurity components mixed in during the grinding process can be ignored, and the surface of the aluminum nitride or aluminum nitride composition can be prevented from being oxidized during the grinding and increasing the oxygen content. As described above, there is a great advantage in omitting the step of pulverizing aluminum nitride or an aluminum nitride composition. In order to omit the above-mentioned pulverization process and obtain an aluminum nitride composition with good properties, the raw materials in the above-mentioned manufacturing process are mixed using a device made of a specific material.
It is important to carry out so-called wet mixing in a solvent. This wet mixing method not only allows the raw materials to be mixed uniformly, but also surprisingly prevents the raw material particles from agglomerating and becoming coarse, resulting in fine and uniform aluminum nitride particles. Become.
Moreover, as mentioned above, it is possible to completely prevent impurity components mixed in during the grinding process, etc., and it is also possible to prevent oxidation of the aluminum nitride surface, so it has superior sinterability compared to conventional methods, and the sintered body is also transparent. This results in an aluminum nitride composition with excellent properties. The solvent used in the wet mixing is not particularly limited, and any known wet mixed solvent can be used. Generally, water, alcohol, etc. are preferably used industrially. Further, the conditions and equipment for the wet mixing are not particularly limited, and any one can be used as long as it can suppress impurity components that inevitably mix into the aluminum nitride composition. Generally, the wet mixing conditions may be carried out at normal temperature and normal pressure, and are not affected by temperature and pressure. Further, as the mixing device, any known device or means may be used as long as the material is selected so that it does not become an unavoidable impurity component. For example, it is common to use a mill with built-in balls or rods. However, in order to avoid increasing the impurity components that inevitably mix into the resulting aluminum nitride composition, the material of the mixing device, such as the inner wall of the mill, spheres, rods, etc., must be made of aluminum nitride itself or 99.9% by weight. % or higher purity alumina is preferably used. It is also possible to use plastic material. In other words, the entire surface that comes into contact with the raw material is made of plastic or coated with plastic. The plastic is not particularly limited, and for example, polyethylene, polypropylene, nylon, polyester, polyurethane, etc. can be used, but generally, plastics may contain various metal components as stabilizers, so check in advance and avoid unavoidable It is best to prevent it from becoming an impurity component mixed in. In addition, the aluminum nitride composition obtained by the present invention can be used to omit the pulverization step in the manufacturing process and to form fine particles with an average particle size of 2 μm or less with good sinterability, or with a high-purity aluminum nitride composition. Therefore, it is preferable to use alumina and carbon with specific properties. In other words, the raw material alumina should have a purity of 99.0% by weight or more, preferably 99.0% by weight or more, in order to suppress the unavoidable impurity components.
It is necessary to use 99.9% by weight or more. Further, in order to control the particle size of the resulting aluminum nitride composition, it is necessary to use alumina having an average particle size of 2 μm or less. Carbon, which is another raw material component of the aluminum nitride composition, has an ash content of 0.2% by weight or less, preferably 0.1% by weight or less in order to suppress impurity components that inevitably enter the aluminum nitride composition. It is necessary to use Furthermore, since the average particle size of the carbon affects the particle size of the aluminum nitride composition obtained, it is necessary to use carbon with an average particle size of 1 μm or less. Carbon black, graphitized carbon black, etc. can be used as the carbon, but carbon black is generally preferred. The raw material usage ratio of alumina and carbon varies depending on the properties of the alumina and carbon, such as their purity and particle size, so it is best to perform a preliminary test to determine the ratio, but normally the weight ratio of alumina and carbon is 1:0.36. Wet mixing may be carried out in a ratio of 1:1 to 1:1. The wet mixed raw materials are dried if necessary and then fired at a temperature of 1400 to 1700°C under a nitrogen atmosphere. If the firing temperature is lower than the above temperature, the reduction and nitrogenation reaction will not proceed industrially sufficiently, which is not preferable. In addition, if the firing temperature is higher than the above temperature, a part of the aluminum nitride composition obtained will sinter and agglomeration between particles will occur, making it difficult to obtain an aluminum nitride composition with the desired particle size, which is preferable. do not have. The method of mixing the additive used in the present invention with aluminum nitride or an aluminum nitride composition is not particularly limited, and an aluminum nitride composition containing the additive may be obtained by mixing with raw materials for producing aluminum nitride and firing. Either of the following methods is adopted: alumina and carbon are fired by the method described above to obtain aluminum nitride, and then additives are added. In the former method, that is, mixing additives into raw materials along with alumina and carbon, the firing temperature of the raw materials is high, so the additives sublimate or scatter, and it is often thought that the effect cannot be achieved. However, it is also an effective mixing method in the present invention. When an aluminum nitride composition is obtained by mixing the alumina and carbon with additives as raw materials, it is currently not clear how the additives are combined or mixed.
The inventors assume that aluminum nitride is present in the aluminum nitride composition in the form of an oxide or nitride. The additive used in the present invention is generally contained in an aluminum nitride composition consisting of aluminum nitride and the additive in an amount of 0.02 to 5% by weight in terms of oxide, preferably in order to fully exhibit its effects.
What is necessary is just to mix so that it may be contained in the range of 0.05-3.0 weight%. That is, most of the aluminum component of the alumina used in the present invention is aluminum nitride, and the mixing ratio of additives is almost the same as the ratio of additives contained in the aluminum nitride composition. What is necessary is to calculate the aluminum nitride composition obtained from the added mixing amount. Since the aluminum nitride composition obtained by the above method has excellent sinterability, not only hot press sintering but also atmospheric pressure sintering is possible. The apparatus used for hot press sintering and pressureless sintering may be any known apparatus without particular limitation. Sintering conditions vary depending on the properties of the aluminum nitride composition, sintering method, etc., but generally it is sufficient to select the following conditions under a non-oxidizing atmosphere, such as a nitrogen atmosphere, or under vacuum. . For example, in pressureless sintering, if no additives are mixed, it is necessary to select a temperature of 1850° C. or higher under atmospheric pressure in order to obtain a sintered body with a theoretical density of 90% or higher. However, when the aluminum nitride composition of the present invention mixed with additives is sintered under normal pressure, the additives can also act as auxiliary agents during sintering, so sintering can be performed at lower temperatures than the above. be. For example, when about 3% by weight of additives are mixed, a sintered body with a theoretical density of 90% or more can be obtained at 1700°C or higher. Further, in hot press sintering, the strength of the pressure mold becomes the critical pressure, and a pressure of 350 kg/cm 2 or less is usually selected. Industrially generally 50 to 300
A pressure of Kg/cm 2 is most preferably employed. Regarding the hot press temperature, a sintered body with a theoretical density of 90% or more can be obtained at a temperature of 1600°C or higher. The sintered body obtained above has an aluminum nitride composition with an oxygen content of 3.0% by weight or less and unavoidably mixed cationic impurities of 0.3% by weight or less, especially iron,
When using a material with a total content of chromium, nickel, cobalt, copper and titanium of 0.1% by weight or less,
The sintered body has excellent translucency. Translucency can be imparted to the sintered body when the oxygen content of the aluminum nitride composition is 3% by weight or up to about 0.5% by weight of unavoidably mixed cationic impurities, excluding special cases. The aluminum nitride composition of the present invention is not only used as the above-mentioned sintered body, but is also excellent as a raw material for Sialon. When the aluminum nitride composition that imparts translucency to the sintered body is used as a raw material for producing sialon, it is possible to produce sialon having translucency. Furthermore, since the aluminum nitride composition of the present invention is a fine powder, it can be used as an auxiliary agent for various ceramics. The various analytical methods and analytical devices used in the following Examples and Comparative Examples are as follows. Cation analysis: Plasma emission spectrometer (Daini Seiko ICP-AES) Carbon analysis: Carbon in metal analyzer (Horiba, Ltd.)
EMIA-3200) Oxygen analysis: Metal oxygen analyzer (Horiba, Ltd.)
EMGA-1300) Nitrogen analysis: Melting separation neutralization titration method
1000 Rapid surface area measuring device) Average particle size and particle size distribution measuring device: Horiba, Ltd.
CAPA-500 Thermal conductivity measuring device: Rigaku Laser method thermal constant measuring device PS-7 Light transmittance measuring device: Hitachi self-recording spectrophotometer 330 type infrared spectrophotometer 260-30 type The light transmittance was calculated using the following formula. I/I p = (1-R) 2 e -t ...(1) Here, I p is the intensity of the incident light, I is the intensity of the transmitted light,
R is the reflectance, t is the thickness of the sintered body, and μ is the absorption coefficient. R is determined by the refractive index of the sintered body, and if the refractive index is n, R is expressed by the following equation when measured in air. R=(1-n) 2 /(1+n) 2 ...(2) μ in formula (1) is an index representing the translucency of the sintered body, and μ shown in the examples below. The value of was calculated according to equation (1). Example 1 The purity is 99.99% (impurity analysis values are shown in Table 1), the average particle diameter is 0.52 μm, and the proportion of particles is 3 μm or less.
20g of alumina of 95vol% and 10g of carbon black with an ash content of 0.08wt% and an average particle size of 0.45μm,
Using a nylon pot and a nylon-coated pole, the mixture was uniformly mixed in a ball mill using ethanol as a dispersion medium. After drying the resulting mixture,
It was placed in a flat plate made of high-purity graphite and heated at 1600° C. for 6 hours while continuously supplying nitrogen gas at 3/min into an electric furnace. The resulting reaction mixture was heated in air at a temperature of 750° C. for 4 hours to oxidize and remove unreacted carbon. As a result of X-ray diffraction analysis, the obtained white powder was found to be single-phase AlN, with no Al 2 O 3 diffraction peak. Also, the average particle size of the powder is
The diameter was 1.31 μm, and 90% of the volume was 3 μm or less.
When observed using a scanning electron microscope, this powder has an average
They were uniform particles of about 0.7 μm. Further, the measured value of the specific surface area was 4.0 m 2 /g. The analytical values of this powder are shown in Table 2.

【表】【table】

【表】 実施例 2 実施例1と同様な方法で得た窒化アルミニウム
粉末10gにCaOとして0.2wt%となるようCa
(NO32・4H2Oをエタノールを液体媒体として加
え、ポリエチレン製の乳鉢中でポリエチレン製の
乳棒を用い混合した。この混合物を乾燥後、1.0
gを直径20mmのBN(窒化ホウ素)でコーテイン
グした黒鉛ダイスに入れ高周波誘導加熱炉を用
い、1気圧の窒素ガス中100Kg/cm3の圧力下で、
2000℃の温度で2時間ホツトプレスして直径20mm
の焼結体を得た。この焼結体の密度は3.28g/cm3
であり、X線回折分析によれば単相のAlNであ
つた。この焼結体のAlN含有量は97.8wt%、酸素
含有量は0.7wt%で熱伝導率は79W/m・Kであ
つた。またこの焼結体を厚さ0.5mmに加工研摩し
たものの光透過率は6μmの波長の光に対して33
%(吸収係数19cm-1)であつた。また上記3点曲
げ強度を測定した結果、1200℃で平均45.1Kg/mm3
であつた。 実施例 3 実施例1と同様な方法で得た窒化アルミニウム
(10g)に表3に示す種々の添加物を実施例2と
同様の方法で添加したものをホツトプレスして焼
結体を得た。この結果を表3に示す。
[Table] Example 2 Ca was added to 10 g of aluminum nitride powder obtained in the same manner as in Example 1 to give a concentration of 0.2 wt% as CaO.
(NO 3 ) 2 ·4H 2 O and ethanol were added as a liquid medium and mixed using a polyethylene pestle in a polyethylene mortar. After drying this mixture, 1.0
g was placed in a graphite die coated with BN (boron nitride) with a diameter of 20 mm, and heated under a pressure of 100 kg/cm 3 in 1 atm nitrogen gas using a high frequency induction heating furnace.
Hot press at 2000℃ for 2 hours to create a diameter of 20mm.
A sintered body was obtained. The density of this sintered body is 3.28g/cm 3
According to X-ray diffraction analysis, it was single-phase AlN. This sintered body had an AlN content of 97.8 wt%, an oxygen content of 0.7 wt%, and a thermal conductivity of 79 W/m·K. Furthermore, the light transmittance of this sintered body processed and polished to a thickness of 0.5 mm is 33 for light with a wavelength of 6 μm.
% (absorption coefficient 19 cm -1 ). In addition, as a result of measuring the above three-point bending strength, the average was 45.1Kg/mm 3 at 1200℃.
It was hot. Example 3 Various additives shown in Table 3 were added to aluminum nitride (10 g) obtained in the same manner as in Example 1 and hot pressed to obtain a sintered body. The results are shown in Table 3.

【表】 実施例 4 実施例1と同様な方法で得た窒化アルミニウム
粉末(10g)にCaOとして3.0wt%となるようCa
(NO32・4H2Oをエタノールを溶媒として加え均
一に混合した。この混合物を乾燥後、直径20mmの
金型で一軸プレスし、次いでこの成形体を1000
Kg/cm3の圧力で静水圧プレスして密度1.56g/cm3
の成形体とした。この成形体を窒化ホウ素製るつ
ぼ(boron nitride crucible)に入れ、高周波誘
導加熱炉により黒鉛発熱体を用い、1気圧のN2
ガス中1900℃で3時間加熱した。焼結前の成形体
の密度は1.73g/cm3であつた。焼結体は黄味を帯
びた半透明体で密度は3.23g/cm3であつた。この
焼結体のAlN含有量は96.0wt%、酸素含有量は
1.5wt%であつた。またこの焼結体の熱伝導率は
64W/m・Kであり、0.5mmの厚みに加工研摩し
たものに対する6μmの光の透過率は28%(μ=
23cm-1)であつた。 実施例 5 実施例1と同様の方法で得られた窒化アルミニ
ウム粉末(10g)に表4に示す種々の添加物を実
施例4と同様の方法で添加した。該混合粉末を実
施例4で用いたのと同じ装置および焼結条件で常
圧焼結した。その結果を表4に示す。
[Table] Example 4 Ca was added to aluminum nitride powder (10 g) obtained in the same manner as in Example 1 to give a concentration of 3.0 wt% as CaO.
(NO 3 ) 2 ·4H 2 O was added to ethanol as a solvent and mixed uniformly. After drying this mixture, it was uniaxially pressed in a mold with a diameter of 20 mm, and then this molded body was
Isostatically pressed at a pressure of Kg/ cm3 , the density is 1.56g/ cm3.
It was made into a molded body. This compact was placed in a boron nitride crucible, and heated using a graphite heating element in a high-frequency induction heating furnace with 1 atm of N 2 .
Heated at 1900°C in gas for 3 hours. The density of the compact before sintering was 1.73 g/cm 3 . The sintered body was a yellowish translucent body with a density of 3.23 g/cm 3 . The AlN content of this sintered body is 96.0wt%, and the oxygen content is
It was 1.5wt%. Also, the thermal conductivity of this sintered body is
64W/m・K, and the transmittance of 6μm light is 28% (μ=
23cm -1 ). Example 5 Various additives shown in Table 4 were added to aluminum nitride powder (10 g) obtained in the same manner as in Example 1, in the same manner as in Example 4. The mixed powder was sintered under normal pressure using the same equipment and sintering conditions as used in Example 4. The results are shown in Table 4.

【表】 実施例 6 実施例1で用いたものと同じアルミナ20gとカ
ーボン8gをナイロン製ポツトとボールを用い水
を分散媒として均一に混合した。得られた混合物
を乾燥後、高純度黒鉛製平皿に入れ、炉内に窒素
ガスを3/minで連続的に供給しながら1550℃
の温度で6時間加熱した。得られた反応混合物を
空気中で800℃の温度で4時間加熱し未反応のカ
ーボンを除去した。得られた粉末のAlN含有量
は95.8wt%で酸素含有量は2.1wt%であつた。ま
た、該AlN粉末の陽イオン不純物量は実施例1
の表2に示したものとほぼ同レベルであつた。ま
たこの粉末の平均粒子径は1.22μで、3μm以下が
92容量%を占めた。 上記で得られたAlN粉末(10g)にY2O3とし
て0.5wt%となるようY(NO33・6H2Oをエタノ
ールを液体媒体として加え均一に混合した。この
混合物(1g)を乾燥後、実施例2で用いた装置
を用い、真空中200Kg/cm2の圧力、1900℃の条件
下で2時間ホツトプレスした。得られた焼結体は
密度3.27g/cm3の半透明体で、AlN含有量が
96.5wt%、酸素含量が1.5wt%であつた。該焼結
体の熱伝導率は56W/m・K、また焼結体を0.5
mmの厚みに加工研摩したものの6μmの光に対す
る透過率は20%(μ=29cm-1)であつた。 実施例 7 実施例6と同様な方法で得られたAlN粉末
(10g)にCaOとして4.0%となるようCa
(NO32・4H2Oをエタノールを液体媒体として加
え均一に混合した。この混合粉末(1g)を乾燥
後、実施例3で用いたと同じ装置および焼結条件
で常圧焼結した。得られた焼結体は黄味を帯びた
半透明体で、密度が3.20g/cm3、AlN含有量が
94.2wt%、酸素含量が2.5wt%であつた。また、
この焼結体の熱伝導率は42W/m・Kであり、
0.5mmの厚みに加工研摩したものの6μmの光の透
過率は10%(μ=43cm-1)であつた。 実施例 8 純度99.3%で平均粒子径が0.58μmのアルミナ
20gと灰分0.15wt%で平均粒子径が0.44μmのカ
ーボンブラツク16gとをナイロン製ポツトとボー
ルを用い、ヘキサンを分散媒として均一に混合し
た。得られた混合物を乾燥後、高純度黒鉛製平皿
に入れ炉内にアンモニアガスを1/minで連続
的に供給しながら1650℃の温度で4時間加熱し
た。得られた反応物を空気中で750℃の温度で6
時間加熱し、未反応のカーボンを酸化除去した。
該粉末の平均粒子径は1.42μmであり3μm以下が
84容量%を占めた。該粉末の分析結果を表5に示
す。
[Table] Example 6 20 g of the same alumina used in Example 1 and 8 g of carbon were uniformly mixed using a nylon pot and ball with water as a dispersion medium. After drying the resulting mixture, it was placed in a high-purity graphite flat plate and heated at 1550°C while continuously supplying nitrogen gas at 3/min into the furnace.
The mixture was heated at a temperature of 6 hours. The resulting reaction mixture was heated in air at a temperature of 800° C. for 4 hours to remove unreacted carbon. The AlN content of the obtained powder was 95.8 wt% and the oxygen content was 2.1 wt%. In addition, the amount of cation impurities in the AlN powder was determined in Example 1.
It was at almost the same level as shown in Table 2. The average particle size of this powder is 1.22μ, and 3μm or less is
It accounted for 92% capacity. Y(NO 3 ) 3 .6H 2 O was added to the AlN powder (10 g) obtained above to give a concentration of 0.5 wt% as Y 2 O 3 in ethanol as a liquid medium and mixed uniformly. After drying this mixture (1 g), it was hot pressed in vacuum using the apparatus used in Example 2 at a pressure of 200 kg/cm 2 and a temperature of 1900° C. for 2 hours. The obtained sintered body was a translucent body with a density of 3.27 g/cm 3 and an AlN content of
96.5wt%, and the oxygen content was 1.5wt%. The thermal conductivity of the sintered body is 56W/m・K, and the sintered body has a thermal conductivity of 0.5
Although processed and polished to a thickness of mm, the transmittance for light of 6 μm was 20% (μ = 29 cm −1 ). Example 7 Ca was added to AlN powder (10 g) obtained in the same manner as Example 6 to give a concentration of 4.0% as CaO.
(NO 3 ) 2 ·4H 2 O and ethanol were added as a liquid medium and mixed uniformly. After drying this mixed powder (1 g), it was sintered under normal pressure using the same apparatus and sintering conditions as used in Example 3. The obtained sintered body is a yellowish semi-transparent body with a density of 3.20 g/cm 3 and an AlN content.
The oxygen content was 94.2wt%, and the oxygen content was 2.5wt%. Also,
The thermal conductivity of this sintered body is 42W/m・K,
Although processed and polished to a thickness of 0.5 mm, the transmittance of light at 6 μm was 10% (μ = 43 cm −1 ). Example 8 Alumina with a purity of 99.3% and an average particle size of 0.58 μm
20 g and 16 g of carbon black having an ash content of 0.15 wt% and an average particle diameter of 0.44 μm were uniformly mixed using a nylon pot and ball using hexane as a dispersion medium. After drying the resulting mixture, it was placed in a flat plate made of high-purity graphite and heated at a temperature of 1650° C. for 4 hours while continuously supplying ammonia gas at 1/min into the furnace. The resulting reactant was heated in air at a temperature of 750°C for 6 hours.
The mixture was heated for a period of time to oxidize and remove unreacted carbon.
The average particle size of the powder is 1.42 μm, and 3 μm or less is
It accounted for 84% capacity. The analysis results of the powder are shown in Table 5.

【表】 上記で得られたAlN粉末(10g)にBaOとし
て0.2wt%となるようBa(NO32をエタノールを
液体媒体として加え均一に混合した。この混合粉
末(1g)を乾燥後実施例2で用いたのと同じ装
置および焼結条件でホツトプレスした。得られた
焼結体は灰色がかつた半透明体で密度は3.27g/
cm3、AlN含有量が97.9wt%、酸素含有量が0.9wt
%であつた。またこの焼結体の熱伝導率は55W/
m・Kであり、0.5mmの厚さに研摩したものの6μ
mの光に対する透過率は8%(μ=48cm-1)であ
つた。 実施例 9 実施例1で用いたのと同じ純度99.99wt%のア
ルミナ130gと灰分0.08wt%のカーボンブラツク
65gおよび平均粒子径3μmの炭酸カルシウム1.0
gをポリウレタン樹脂でコーテイングしたポツト
とボールを用いて、エタノールを分散媒として均
一にボールミル混合した。該混合物を乾燥後、実
施例1と同じ条件で反応、窒化しAlN粉末を得
た。得られた粉末の平均粒子径は1.44μmであり、
3μm以下が86容量%を占めた。この粉末の分析
値を表6に示す。
[Table] Ba(NO 3 ) 2 was added to the AlN powder (10 g) obtained above and ethanol was added as a liquid medium to give a concentration of 0.2 wt% as BaO and mixed uniformly. After drying, this mixed powder (1 g) was hot pressed using the same equipment and sintering conditions as used in Example 2. The obtained sintered body was a grayish semi-transparent body with a density of 3.27g/
cm3 , AlN content 97.9wt%, oxygen content 0.9wt
It was %. The thermal conductivity of this sintered body is 55W/
m・K, polished to a thickness of 0.5mm, but 6μ
The transmittance of m light was 8% (μ=48 cm −1 ). Example 9 130 g of alumina with a purity of 99.99 wt% and carbon black with an ash content of 0.08 wt% as used in Example 1
Calcium carbonate 1.0 with 65g and average particle size 3μm
Using a pot and ball coated with polyurethane resin, the mixture was uniformly mixed in a ball mill using ethanol as a dispersion medium. After drying the mixture, it was reacted and nitrided under the same conditions as in Example 1 to obtain AlN powder. The average particle size of the obtained powder was 1.44 μm,
3μm or less accounted for 86% of the capacity. Table 6 shows the analytical values of this powder.

【表】 上記で得られたAlN粉末(1g)を実施例2
で用いたのと同じ装置および条件でホツトプレス
した。得られた焼結体はち密な半透明体で密度は
3.26g/cm3、AlN含有量は98.1%、酸素含有量は
0.7%であつた。また該焼結体の熱伝導率は
60W/m.K、0.5mmの厚みに研摩したものの6μm
の光に対する透過率は28%(μ=23cm-1)であつ
た。 実施例 10 実施例1で用いたのと同じ純度99.99wt%のア
ルミナ130gと、灰分0.08wt%のカーボンブラツ
ク65gおよび平均粒子径1μmのY2O30.52gをポ
リウレタン樹脂でコーテイングしたポツトとボー
ルを用いてエタノールを分散媒体として均一にボ
ールミル混合した。この混合物を乾燥後、実施例
1と同じ条件で反応、窒化し、AlN粉末を得た。
得られた粉末の平均粒子径は1.50μmであり、3μ
m以下が83容量%を占めた。この粉末の分析値を
表7に示す。
[Table] The AlN powder (1 g) obtained above was used in Example 2.
Hot pressing was carried out using the same equipment and conditions as used in . The obtained sintered body is a dense semi-transparent body with a density of
3.26g/cm 3 , AlN content is 98.1%, oxygen content is
It was 0.7%. Also, the thermal conductivity of the sintered body is
60W/mK, 6μm polished to 0.5mm thickness
The transmittance for light was 28% (μ=23cm -1 ). Example 10 A pot and a ball made of polyurethane resin coated with 130 g of alumina with a purity of 99.99 wt%, the same as used in Example 1, 65 g of carbon black with an ash content of 0.08 wt%, and 0.52 g of Y 2 O 3 with an average particle size of 1 μm. The mixture was uniformly mixed in a ball mill using ethanol as a dispersion medium. After drying this mixture, it was reacted and nitrided under the same conditions as in Example 1 to obtain AlN powder.
The average particle size of the obtained powder was 1.50μm, and 3μm
m or less accounted for 83% of the capacity. Table 7 shows the analytical values of this powder.

【表】 上記で得られたAlN粉末(1g)を実施例2
で用いたのと同じ装置および条件でホツトプレス
した。得られた焼結体は密度3.28g/cm3、AlN含
有量98.1wt%、酸素含有量0.8wt%であつた。ま
た該焼結体の熱伝導率は63W/m・K、0.5mmに
研摩したものの6μmの光に対する透過率は30%
(μ=21cm-1)であつた。 実施例 11 実施例10のY2O3に代り、表8に示す添加物を
用いた以外は実施例10と同様に実施した。その結
果は表8に示す通りであつた。
[Table] The AlN powder (1 g) obtained above was used in Example 2.
Hot pressing was carried out using the same equipment and conditions as used in . The obtained sintered body had a density of 3.28 g/cm 3 , an AlN content of 98.1 wt%, and an oxygen content of 0.8 wt%. The thermal conductivity of the sintered body is 63 W/m・K, and the transmittance for light at 6 μm is 30% even though it is polished to 0.5 mm.
(μ=21cm -1 ). Example 11 The same procedure as in Example 10 was carried out except that the additives shown in Table 8 were used instead of Y 2 O 3 in Example 10. The results were as shown in Table 8.

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 () 窒化アルミニウム93重量%以上、 () アルカリ土類金属、ランタン族金属及びイ
ツトリウムよりなる群から選ばれる少なくとも
1種の金属、又は該金属化合物を、酸化物に換
算して0.02〜5.0重量% () 結合した酸素原子4.5重量%以下 () 不可避的に混入する陽イオン不純物が酸化
物に換算して0.5重量%以下で、特に鉄、クロ
ム、ニツケル、コバルト、銅及びチタンについ
ての合計が0.1重量%以下、 上記()〜()よりなり、平均粒径が2μ
m以下で且つ粒径3μm以下の粒子が70容量%以
上の窒化アルミニウム組成物。 2 (イ)純度99.0重量%以上で、平均粒子径が2μm
以下のアルミナ、(ロ)灰分0.2重量%以下で、平均
粒子径は1μm以下のカーボン及び(ハ)アルカリ土
類金属、イツトリウム及びランタン族金属よりな
る群から選ばれた少くとも1種の金属又は金属化
合物とよりなる各成分が(イ)のアルミナと(ロ)のカー
ボンとを重量比で1:0.36〜1:1の範囲で且つ
該(ハ)の金属又は金属化合物は得られる窒化アルミ
ニウム組成物中に酸化物に換算して0.02〜5.0重
量%の範囲で含まれるように、液体分散媒体中で
混合し、該混合組成物を必要により乾燥した後、
窒素又はアンモニア雰囲気下に1400〜1700℃の温
度で焼成することを特徴とする窒化アルミニウム
組成物の製造方法。 3 (イ)純度99.0重量%以上で、平均粒子径が2μm
以下のアルミナと、(ロ)灰分0.2重量%以下で、平
均粒子径は1μm以下のカーボンとを重量比で
1:0.36〜1:1の範囲で、液体分散媒体中で混
合し、該混合組成物を必要により乾燥した後、窒
素又はアンモニア雰囲気下に1400〜1700℃の温度
で焼成して窒化アルミニウムを得て、該窒化アル
ミニウムに(ハ)アルカリ土類金属、イツトリウム及
びランタン族金属よりなる群から選ばれた少くと
も1種の金属又は金属化合物を酸化物に換算して
窒化アルミニウム組成物中に0.02〜5.0重量%の
範囲で含まれるように添加することを特徴とする
窒化アルミニウム組成物の製造方法。
[Scope of Claims] 1 () 93% by weight or more of aluminum nitride, () at least one metal selected from the group consisting of alkaline earth metals, lanthanum group metals, and yttrium, or a compound of the metal, converted into an oxide. 0.02 to 5.0% by weight () 4.5% by weight or less of bonded oxygen atoms () 0.5% by weight or less of unavoidably mixed cationic impurities calculated as oxides, especially iron, chromium, nickel, cobalt, and copper. The total amount of titanium and titanium is 0.1% by weight or less, consisting of () to () above, and the average particle size is 2μ
An aluminum nitride composition containing 70% by volume or more of particles with a particle diameter of 3 μm or less. 2 (a) Purity of 99.0% by weight or more and average particle size of 2 μm
The following alumina, (b) carbon with an ash content of 0.2% by weight or less and an average particle size of 1 μm or less, and (c) at least one metal selected from the group consisting of alkaline earth metals, yttrium, and lanthanum group metals, or An aluminum nitride composition in which each component consisting of a metal compound contains (a) alumina and (b) carbon in a weight ratio of 1:0.36 to 1:1, and the metal or metal compound (c) is obtained. After mixing in a liquid dispersion medium so that the composition is contained in the range of 0.02 to 5.0% by weight in terms of oxide, and drying the mixed composition if necessary,
A method for producing an aluminum nitride composition, which comprises firing at a temperature of 1400 to 1700°C in a nitrogen or ammonia atmosphere. 3 (a) Purity of 99.0% by weight or more and average particle size of 2 μm
The following alumina and (b) carbon with an ash content of 0.2% by weight or less and an average particle diameter of 1 μm or less are mixed in a liquid dispersion medium at a weight ratio of 1:0.36 to 1:1, and the mixed composition is After drying the product as necessary, it is fired at a temperature of 1,400 to 1,700°C in a nitrogen or ammonia atmosphere to obtain aluminum nitride, and (c) a group consisting of alkaline earth metals, yttrium, and lanthanum group metals is added to the aluminum nitride. An aluminum nitride composition characterized in that at least one metal or metal compound selected from the following is added to the aluminum nitride composition in an amount of 0.02 to 5.0% by weight in terms of oxide. Production method.
JP58171318A 1983-09-19 1983-09-19 Aluminum nitride composition and method for producing the same Granted JPS6065768A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58171318A JPS6065768A (en) 1983-09-19 1983-09-19 Aluminum nitride composition and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58171318A JPS6065768A (en) 1983-09-19 1983-09-19 Aluminum nitride composition and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6065768A JPS6065768A (en) 1985-04-15
JPH0474301B2 true JPH0474301B2 (en) 1992-11-25

Family

ID=15921021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58171318A Granted JPS6065768A (en) 1983-09-19 1983-09-19 Aluminum nitride composition and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6065768A (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60127267A (en) * 1983-12-12 1985-07-06 株式会社東芝 High heat conductivity aluminum nitride sintered body
JPH0660059B2 (en) * 1984-12-17 1994-08-10 ティーディーケイ株式会社 Aluminum nitride sintered body and manufacturing method thereof
JPS61286266A (en) * 1985-06-13 1986-12-16 住友電気工業株式会社 Manufacturing method of aluminum nitride sintered body
JPS6241766A (en) * 1985-08-13 1987-02-23 株式会社トクヤマ Aluminum nitride sintered body and its manufacturing method
US5314850A (en) * 1985-10-31 1994-05-24 Kyocera Corporation Aluminum nitride sintered body and production thereof
DE3743663A1 (en) * 1987-12-22 1989-07-06 Kempten Elektroschmelz Gmbh POLYCRYSTALLINE SINTERING KOERPER BASED ON ALUMINUM NITRIDE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
JPH01219069A (en) * 1988-02-26 1989-09-01 Sumitomo Electric Ind Ltd Aluminum nitride manufacturing method
JP3461644B2 (en) * 1995-12-06 2003-10-27 電気化学工業株式会社 Aluminum nitride sintered body, its manufacturing method and circuit board
JP3457495B2 (en) * 1996-03-29 2003-10-20 日本碍子株式会社 Aluminum nitride sintered body, metal buried product, electronic functional material and electrostatic chuck
CN103140436B (en) * 2010-12-06 2015-06-10 株式会社德山 Aluminum nitride powder and process for manufacturing same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS495110A (en) * 1972-05-02 1974-01-17
JPS5855377A (en) * 1981-09-28 1983-04-01 株式会社東芝 Manufacture of aluminum nitride sintered body
JPH0474301A (en) * 1990-07-16 1992-03-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Digital magnetic recording/reproducing method

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6065768A (en) 1985-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1262149A (en) Sinterable aluminum nitride composition, sintered body from this composition and process for producing the sintered body
US4618592A (en) Fine powder of aluminum nitride, composition and sintered body thereof and processes for their production
JPH0474302B2 (en)
US4124402A (en) Hot pressing of silicon nitride using magnesium silicide
JPH0474301B2 (en)
EP0166073A2 (en) Aluminum nitride sintered body
US4950435A (en) Process for producing aluminum nitride sintered body
JPH0428645B2 (en)
JP4280914B2 (en) High purity aluminum nitride powder, method for producing the same, and high purity aluminum nitride sintered body
JPS6241766A (en) Aluminum nitride sintered body and its manufacturing method
US5242872A (en) Process for producing aluminum nitride sintered body
CN117098742A (en) Method for producing silicon nitride sintered body
JPH0348123B2 (en)
JPS60171270A (en) Raw material composition for producing translucent aluminum nitride sintered body
JPS62132776A (en) Aluminum nitride composition
KR890002053B1 (en) A method and composition for aluminium nitride
JPS62105960A (en) Manufacture of aluminum nitride sintered body
JPH0454612B2 (en)
JPH0251841B2 (en)
JPH01167279A (en) Sintered polycrystalline containing aluminium nitride as main component and method for its manufacture
JP2752227B2 (en) AlN-BN composite sintered body and method for producing the same
JPH0481521B2 (en)
JPH0429627B2 (en)
JPS62108775A (en) Method for manufacturing aluminum nitride sintered body
JPH11322438A (en) High thermal conductive silicon nitride sintered body and method for producing the same