JPH0517190B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0517190B2
JPH0517190B2 JP60241348A JP24134885A JPH0517190B2 JP H0517190 B2 JPH0517190 B2 JP H0517190B2 JP 60241348 A JP60241348 A JP 60241348A JP 24134885 A JP24134885 A JP 24134885A JP H0517190 B2 JPH0517190 B2 JP H0517190B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum nitride
sintered body
sintering
sintering aid
powder
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 - Fee Related
Application number
JP60241348A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS62105960A (en
Inventor
Hitofumi Taniguchi
Nobuyuki Kuramoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokuyama Corp
Original Assignee
Tokuyama Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokuyama Corp filed Critical Tokuyama Corp
Priority to JP60241348A priority Critical patent/JPS62105960A/en
Priority to DE19863627317 priority patent/DE3627317A1/en
Priority to CA000515762A priority patent/CA1262149A/en
Priority to GB8619705A priority patent/GB2179677B/en
Publication of JPS62105960A publication Critical patent/JPS62105960A/en
Priority to GB8904805A priority patent/GB2213500B/en
Priority to US07/569,369 priority patent/US5063183A/en
Publication of JPH0517190B2 publication Critical patent/JPH0517190B2/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]

〔産業上の利用分野〕 本発明は高純度、高密度でかつ特に熱伝導性に
優れた窒化アルミニウム焼結体の製造方法に関す
る。 〔従来の技術及び発明の解決しようとする問題
点〕 窒化アルミニウム焼結体は、その耐熱性、耐食
性あるいは強度などの優れた物性の他に高熱伝導
性を有する絶縁体として最近特に注目されている
物質である。 窒化アルミニウム焼結体は、常圧焼結させる場
合、通常は窒化アルミニウム粉末と焼結助剤との
混合粉末を焼成することにより得られる。しかし
ながら、このようにして得られた窒化アルミニウ
ム焼結体の中には、焼結助剤に由来する不純物が
数%程度含まれている。従つて、これらの不純物
の影響、特に焼結体組織の結晶粒内への不純物の
拡散固溶が大なり小なり存在し、窒化アルミニウ
ム焼結体本来の優れた性質、例えば高い熱伝導性
を具備した窒化アルミニウム焼結体を得ることは
困難であつた。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者らは、上記の問題点に鑑み、窒化アル
ミニウム焼結体本来の優れた性質、特に高い熱伝
導性を有する窒化アルミニウム焼結体を得ること
を目的として鋭意研究を行なつてきた。その結
果、窒化アルミニウム粉末の焼結に必要な比較的
多量の焼結助剤を用いて窒化アルミニウム粉末の
焼結を行なう際に、特定の2種の焼結助剤を組合
わせて用いることによつて焼結体中に含まれる焼
結助剤の量が極めて少なくなると共に焼結体中の
酸素含有量も極めて少なくなることが判明した。
このように焼結助剤の量と酸素含有量が少ないた
めに、窒化アルミニウム焼結体の有する優れた特
性、特に高い熱伝導性を具備した窒化アルミニウ
ム焼結体が得られることを見い出し、本発明を完
成させるに至つた。 即ち、本発明は窒化アルミニウム粉末と焼結助
剤との混合粉末を焼結して窒化アルミニウム焼結
体を製造する方法に於いて、該窒化アルミニウム
粉末として平均粒子径3μm以下で5μm以下の粒
子を80容量%以上の割合で含有し、酸素含有量が
3重量%以下かつ陽イオン不純物含有量が0.5重
量%以下含まれている窒化アルミニウム粉末を用
い且つ焼結助剤として、 (A) イツトリウム、ランタン族金属及びアルカリ
土類金属からなる群より選ばれた少くとも1種
の金属の含酸素化合物 及び (B) イツトリウム、及びランタン族金属からなる
群より選ばれた少くとも1種の金属のハロゲン
化物 を用いることを特徴とする窒化アルミニウム焼結
体の製造方法である。 本発明で使用する窒化アルミニウム粉末は焼結
の際の緻密化を良好に行ない、高い熱伝導率の焼
結体を得ることを勘案すると、平均粒子径3μm
以下で5μm以下の粒子を80容量%以上の割合で
含有し、酸素含有量が3重量%以下、かつ陽イオ
ン不純物含有量が0.5重量%以下含まれている窒
化アルミニウム粉末を用いることが好ましい。こ
こで言う平均粒子径とは、粉末の走査型電子顕微
鏡の写真などから計算される一次粒子の粒子径の
平均値ではなく、沈降式の粒度分布測定器によつ
て実測されるような二次凝集粒子の大きさの平均
値を言う。 本発明の特徴の1つは焼結助剤として、 (A) イツトリウム、ランタン族金属及びアルカリ
土類金属からなる群より選ばれた少くとも1種
の金属の含酸素化合物(以下、焼結助剤(A)とい
う) 及び (B) イツトリウム、及びランタン族金属からなる
群より選ばれた少くとも1種の金属のハロゲン
化物(以下、焼結助剤(B)という) を用いる点にある。上記の焼結助剤(A)のうちイツ
トリウム及びランタン族金属よりなる焼結助剤
は、これ単独で窒化アルミニウム粉末と混合して
焼成したときには、揮散せずに窒化アルミニウム
焼結体中にそのまま残存する。しかし上記の焼結
助剤(B)を共存させた場合には、焼結助剤(A)のみな
らず焼結助剤(B)も揮散し、その結果得られる窒化
アルミニウム焼結体中の焼結助剤残存量は、焼成
前に添加された焼結助剤(A)及び(B)の量よりも極め
て少ない量となつている。通常、焼結体中の焼結
助剤の残存量は、添加量の1/2以下であり、場合
によつては1/5以下、さらには1/10以下となる。
また焼結助剤(A)及び(B)をこれ単独で窒化アルミニ
ウム粉末と混合して焼成したときと比べて、驚く
べき事には、焼結助剤(A)と(B)を同時に窒化アルミ
ニウム粉末と混合して焼成して得た焼結体の熱伝
導率は著しく高いものとなつている。 上記焼結助剤(A)の金属含酸素化合物に於いて、
イツトリウム、ランタン族金属及びアルカリ土類
金属は特に限定されず使用出来る。例えばイツト
リウム(Y)、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)、ベリリウム(Be)、マ
グネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロン
チウム(Sr)及びバリウム(Ba)が、いずれも
使用出来る。特に工業的には、Y、La、Ce、
Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ca、Sr、Ba、等
が好適に使用される。またこれらの含酸素化合物
としては、化合物中に酸素原子が結合して含まれ
ている化合物が何ら制限なく採用される。また、
窒化アルミニウム粉末と焼結助剤との混合粉末を
焼結する際、その焼結条件下において酸化物とな
る化合物も、上記の含酸素化合物に含まれる。本
発明で用いられる含酸素化合物としては、酸化物
は勿論のこと、硝酸塩、炭酸塩、シユウ酸塩、硫
酸塩、水酸化物、などが好適に用いられる。 又、本発明で用いる他の焼結助剤(B)は、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種の金属のハロゲン化物である。上
記イツトリウム及びランタン族金属は特に限定さ
れず、前述の金属元素が用いられる。特に工業的
にはY、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy
等が好適に使用される。またこれらのハロゲン化
物としては、フツ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化
物等が何ら制限されずに使用される。特に、工業
的には、フツ化物、臭化物、ヨウ化物等が好適に
使用される。 本発明で好適に使用されるイツトリウム及びラ
ンタン族金属のハロゲン化物を具体的に例示する
と、例えばフツ化イツトリウム、フツ化ランタ
ン、フツ化セリウム、フツ化プラセオジム、フツ
化ネオジム、フツ化サマリウム、フツ化ユーロピ
ウム、フツ化ガドリニウム、フツ化ジスプロシウ
ム、臭化イツトリウム、臭化ランタン、臭化セリ
ウム、臭化プラセオジム、臭化ネオジム、臭化サ
マリウム、臭化ユーロピウム、臭化ガドリニウ
ム、臭化ジスプロシウム、ヨウ化イツトリウム、
ヨウ化ランタン、ヨウ化セリウム、ヨウ化プラセ
オジム、ヨウ化ネオジム、ヨウ化サマリウム、ヨ
ウ化ユーロピウム、ヨウ化ガドリニウム、ヨウ化
ジスプロシウム等が挙げられる。就中、フツ素化
物は得られる窒化アルミニウム焼結体の熱伝導性
がより優れたものとなるために好適に使用され
る。 本発明に於ける上記焼結助剤(A)及び(B)の使用量
は、焼結体に要求される性状に応じて異なり一概
に限定できないが、一般には窒化アルミニウム粉
末、焼結助剤(A)及び焼結助剤(B)の混合粉末中に含
まれる量が、焼結助剤(A)の場合は酸化物に換算し
て0.02〜5重量%、焼結助剤(B)の場合は0.02〜10
重量%の範囲となるよう選べば好適である。焼結
助剤(A)と(B)の添加量は上記の範囲であれば、これ
らの量比は何ら制限されらないが、焼結後に残留
する焼結助剤の量や焼結体中の酸素含有率を少な
くするためには、焼結助剤(A)(酸化物換算重
量)/焼結助剤(B)の重量比が1/10〜5、好まし
くは1/5〜3の範囲であることが好適である。 本発明における前記窒化アルミニウム粉末と焼
結助剤との混合は特に限定されず、乾式場合であ
つても湿式混合であつてもよい。特に好適な実施
態様は湿式混合すなわち液体分散媒体を使用する
湿式状態での混合である。該液体分散媒体は特に
限定されず、一般に使用される水、アルコール類
炭化水素類またはこれらの混合物が好適に使用さ
れる。特に工業的に最も好適に採用されるのは、
メタノール、エタノール、ブタノールなどの炭素
原子数4以下の低級アルコール類である。 また、前記原料の混合に使用する湿式混合装置
としては、特に限定されず公知のものが使用され
るが、材質に基因する不純物成分を生じないもの
を選ぶのが好ましい。例えば、材質としては窒化
アルミニウム自身あるいはポリエチレン、ポリウ
レタン、ナイロンなどのプラスチツク材料あるい
はこれらで被覆された材質などを選定すればよ
い。 また更に、窒化アルミニウム粉末、焼結助剤(A)
及び焼結助剤(B)の混合順序は特に限定されるもの
ではなく、3成分を調合し一度で混合する方法
や、いずれか2成分をまず調合、混合し、しかる
後に該混合物と残りの1成分を調合、混合する方
法などが採用される。しかしながら主成分である
窒化アルミニウム粉末中に、微量な2種の粉末を
均一に分散混合するためには、先づ焼結助剤(A)と
焼結助剤(B)を調合混合し、しかる後に該混合物と
窒化アルミニウム粉末とを調合、混合する方法が
好適に採用される。 本発明における焼成の具体的な態様としては、
前記窒化アルミニウム粉末に焼結助剤(A)及び焼結
助剤(B)を添加した混合粉末を適当な成形手段、例
えば乾式プレス法、ラバープレス、押出し法、射
出法、ドクターブレードシート成形法などによつ
て目的の形状に成形した後これを適当なるつぼ、
サヤ材などの上に設置して真空又は大気圧の非酸
化性雰囲気下、例えば、窒素ガス、ヘリウムガ
ス、アルゴンガス等の雰囲気下又は2〜100気圧
程度の窒素ガス加圧下に高温で焼成する方法が挙
げられる。あるいは前記混合粉末を直接、20〜
500Kg/cm2程度の機械的圧力を加えつつ真空又は
大気圧の非酸化性雰囲気下あるいは2〜100気圧
程度の窒素ガス加圧下、高温で焼成する方法が採
用される。焼成温度としては真空又は大気圧の非
酸化雰囲気の場合は1700〜2100℃、好ましくは
1750〜2050℃の温度が好適に採用され、2〜100
気圧の窒素ガス加圧下では1700〜2400℃、好まし
くは1750〜2300℃の温度が好適に採用される。
尚、本発明に於ける温度は、混合粉末を入れた黒
鉛るつぼの表面を放射温度計により測定し、黒鉛
るつぼ内のガス温度を示すように補償した値であ
る。 本発明に於いては、得られる窒化アルミニウム
焼結体を高熱伝導性でち密なものとするために
は、焼成時に於いて、少なくとも1300〜1700℃の
温度範囲の平均昇温速度を1℃/min〜40℃/
minの範囲とすることが好ましい。さらに5〜30
℃/minの範囲で昇温することがより好ましい。 上記の平均昇温速度は、添加される焼結助剤(A)
及び(B)の種類及び量によつて最適な範囲があるた
め、焼結助剤に応じて適宜決定すれば良い。 昇温速度の決定に於いて肝要な事は昇温の過程
で焼結助剤の過度の蒸発がなく、又焼結後にはで
きるだけ焼結助剤成分が残存しないような昇温条
件を選定する事である。前記昇温の方法としては
1300〜1700℃の範囲で単一に昇温速度を設定する
ことが工業的には好ましいが、その他にも2段あ
るいは3段の速度勾配をもつ昇温プログラムを選
ぶことも可能である。 1300℃に達する迄の昇温速度、及び1700℃から
焼成温度に昇温する必要のある場合の昇温速度
は、特に限定されず、どのような昇温速度であつ
ても良い。しかし、得られる焼結体の密度及び熱
伝導性を勘案すると1200〜1300℃の温度領域に於
いても、前記した平均昇温速度が維持されている
ことが好ましい。また、工業的には焼成温度まで
の全温度領域にわたつて、単一の平均昇温速度を
とることが好ましい。 このようにして昇温された後引き続き、好まし
くは1700〜2400℃の焼成温度で焼成される。焼成
時間は、焼成温度、焼結助剤の種類と量、及び平
均昇温速度によつて異なるが、通常は、10分〜20
時間の範囲から選択される。 (効果) 本発明の方法で得られた窒化アルミニウム焼結
体は、窒化アルミニウム粉末の焼結に必要な数重
量%の焼結助剤を添加したにもかかわらず、焼結
後に含まれる焼結助剤の量が添加量の1/2以下又
好ましくは1/5以下更に好ましくは1/10以下とい
う著しく少ない量となつている。 即ち、窒化アルミニウム焼結体中に残存する焼
結助剤の量は、焼結助剤(A)及び(B)それぞれ0.5重
量%以下、場合によつては0.3重量%以下、さら
には0.1重量%以下である。 さらに、本発明の方法によれば、焼成助剤の他
に焼結体の酸素含有量も減少する。即ち、窒化ア
ルミニウム粉末及び焼結助剤に由来する酸素量の
合計よりも、焼結体中の酸素含有量は、1/2以下、
さらに1/5以下に減少し、0.5重量%以下、さらに
0.2重量%以下となつている。 このように、本発明の方法によつて得られた窒
化アルミニウム焼結体は、焼結助剤や酸素含有量
が少ないなめに、熱伝導性が極めて良好である。
通常は150w/m・k以上のものが得られ、好ま
しくは160w/m・k以上の高い熱伝導性の焼結
体が得られる。さらに、焼成条件によつては
170w/m・k以上という極めて優れた熱伝導性
の焼結体を得る事ができる。しかも、優れた透光
性を有する窒化アルミニウム焼結体とすることも
できる。即ち、Lambert−Beerの式において6μ
mの波長の光に対する呼吸係数が60cm-1以下の焼
結体が得られる。 勿論、本発明の方法により得られる窒化アルミ
ニウム焼結体は、焼結密度が3.2g/cm3以上の緻
密な焼結体である。 以上のように優れた性状を示す窒化アルミニウ
ム焼結体の製造方法を提供する本発明は、新素材
を提供する方法として工業的にも極めて重要であ
り、また高い価値を有するものである。 実施例 1 平均粒子径が1.42μmで3μm以下が87重量%を
占め、且つ表1に示す組成の窒化アルミニウム粉
末に、CaO粉末1.0重量%YF3粉末2.0重量%を添
加し、エタノール中で均一に混合した。混合物を
乾燥後その約1.0gを内径15mmの全型を用いて200
Kg/cm2の圧力で一軸プレス、次いで1500Kg/cm2
圧力でラバープレスし、密度が1.62g/cm3の粉末
成形体を作成した。この成形体を窒化ホウ素粉末
でコーテイングした黒鉛船製るつぼ中に設置し、
1気圧の窒素中で1100℃まで40分で昇温し、次い
で1100℃から1800℃まで10℃/minの昇温速度で
昇温し、1800℃で10時間保持した。得られた焼結
体は密度が3.25g/cm3であつた。この焼結体を厚
さ3mmに研削してレーザーフラツシユ法によりIn
−Sb赤外線センサーを用いた非接触法で熱伝導
率を測定したところ室温で230W/m・k、100℃
で205W/m・k、200℃で180W/m・kの値を
得た。 この焼結体の酸素含有率を放射化分析法で測定
したところ0.08重量%であつた。 更に該焼結体をアルカリ溶融し、溶融物中の
Ca、Y、Mg、Cr、Si、Zn、Fe、Cu、Mn、Ni、
Ti、Coの各含有率を誘導結合プラズマ発光分光
分析法で測定したところ焼結体中の濃度に換算し
て、Ca=510ppm、Y=590ppm、Mg<5ppm、
Cr<10ppm、Si=97ppm、Zn<10ppm、Fe<
10ppm、Cu<10ppm、Mn<5ppm、Ni=19ppm、
Ti<10ppm、Co<10ppmであり、焼結助剤とし
て添加したCa、Yを除く10元素の含有率を合計
すると186ppm以下であつた。 上記と同様にして焼結した別の焼結体を0.5mm
の厚さまで研削し、両面を鏡面研磨したものにつ
いて光透過率を測定したところ5.5μmの波長に対
して34%の直線透過率が得られた。 表1 窒化アムミニウム粉末分析値 AlN含有量 98.0%元素 含有量 Mg <5ppm Cr <10〃 Si 27〃 Zn <10〃 Fe 13〃 Cu <5〃 Mn <5〃 Ni <10〃 Ti <5〃 Co <5〃 64.8% N 33.5〃 O 1.0〃 C 0.05〃 実施例 2 実施例1で用いたものと同じ窒化アルミニウム
粉末に種々の種類の焼結助剤(A)、および焼結助剤
(B)としてYF3を添加混合したものについて、実施
例1と同様の方法で常圧焼結した結果を表2に示
す。熱伝導率測定は3mm厚さに研削したものにつ
いて、実施例1と同様の方法で行つた。No.9、No.
10は比較例である。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for producing an aluminum nitride sintered body having high purity, high density, and particularly excellent thermal conductivity. [Prior art and problems to be solved by the invention] Aluminum nitride sintered bodies have recently attracted particular attention as an insulator that has excellent physical properties such as heat resistance, corrosion resistance, and strength, as well as high thermal conductivity. It is a substance. In the case of pressureless sintering, the aluminum nitride sintered body is usually obtained by firing a mixed powder of aluminum nitride powder and a sintering aid. However, the aluminum nitride sintered body thus obtained contains about several percent of impurities derived from the sintering aid. Therefore, the influence of these impurities, especially the diffusion and solid solution of impurities into the crystal grains of the sintered body structure, exists to a greater or lesser extent, and the inherent excellent properties of aluminum nitride sintered bodies, such as high thermal conductivity, are It was difficult to obtain an aluminum nitride sintered body having the above-mentioned properties. [Means for Solving the Problems] In view of the above-mentioned problems, the present inventors have attempted to obtain an aluminum nitride sintered body that has the inherent excellent properties of an aluminum nitride sintered body, particularly high thermal conductivity. We have been conducting intensive research to achieve this goal. As a result, when sintering aluminum nitride powder using a relatively large amount of sintering aid required for sintering aluminum nitride powder, it has become possible to use a combination of two specific sintering aids. It has thus been found that the amount of sintering aid contained in the sintered body becomes extremely small, and the oxygen content in the sintered body also becomes extremely small.
We discovered that because the amount of sintering aid and oxygen content are small, an aluminum nitride sintered body with excellent properties, especially high thermal conductivity, can be obtained, and this book is based on this research. The invention was completed. That is, the present invention provides a method for producing an aluminum nitride sintered body by sintering a mixed powder of aluminum nitride powder and a sintering aid, in which particles having an average particle size of 3 μm or less and 5 μm or less are used as the aluminum nitride powder. (A) using aluminum nitride powder containing 80% by volume or more, an oxygen content of 3% by weight or less, and a cationic impurity content of 0.5% by weight or less, and as a sintering aid, (A) yttrium; , an oxygen-containing compound of at least one metal selected from the group consisting of lanthanum group metals and alkaline earth metals; and (B) an oxygen-containing compound of at least one metal selected from the group consisting of yttrium and lanthanum group metals. This is a method for producing an aluminum nitride sintered body characterized by using a halide. Considering that the aluminum nitride powder used in the present invention can be densified well during sintering and obtain a sintered body with high thermal conductivity, the average particle size is 3 μm.
It is preferable to use an aluminum nitride powder containing particles of 5 μm or less at a ratio of 80% by volume or more, an oxygen content of 3% by weight or less, and a cationic impurity content of 0.5% by weight or less. The average particle size referred to here is not the average value of the particle size of primary particles calculated from photographs taken with a scanning electron microscope of powder, but rather the average particle size of secondary particles as measured by a sedimentation-type particle size distribution analyzer. Refers to the average size of aggregated particles. One of the features of the present invention is that, as a sintering aid, (A) an oxygen-containing compound (hereinafter referred to as a sintering aid) of at least one metal selected from the group consisting of yttrium, lanthanum group metals, and alkaline earth metals; (A) and (B) a halide of at least one metal selected from the group consisting of yttrium and lanthanum group metals (hereinafter referred to as sintering aid (B)). Among the above sintering aids (A), when the sintering aids made of yttrium and lanthanum group metals are mixed with aluminum nitride powder and fired alone, they do not volatilize and remain in the aluminum nitride sintered body. remain. However, when the above-mentioned sintering aid (B) is coexisting, not only the sintering aid (A) but also the sintering aid (B) is volatilized, and the resultant aluminum nitride sintered body is The amount of sintering aid remaining is extremely smaller than the amount of sintering aids (A) and (B) added before firing. Usually, the amount of the sintering aid remaining in the sintered body is 1/2 or less of the added amount, sometimes 1/5 or less, and even 1/10 or less.
Additionally, compared to when sintering aids (A) and (B) were mixed with aluminum nitride powder alone and fired, surprisingly, sintering aids (A) and (B) were simultaneously nitrided. The thermal conductivity of the sintered body obtained by mixing it with aluminum powder and firing it is extremely high. In the metal oxygen-containing compound of the sintering aid (A),
Yttrium, lanthanum group metals, and alkaline earth metals can be used without particular limitation. For example, yttrium (Y), 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), Lutetium (Lu), Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr) and barium (Ba) can both be used. Especially for industrial purposes, Y, La, Ce,
Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ca, Sr, Ba, etc. are preferably used. Moreover, as these oxygen-containing compounds, compounds in which oxygen atoms are bonded and contained are employed without any restrictions. Also,
The above-mentioned oxygen-containing compounds also include compounds that become oxides under the sintering conditions when a mixed powder of aluminum nitride powder and a sintering aid is sintered. As the oxygen-containing compound used in the present invention, not only oxides but also nitrates, carbonates, oxalates, sulfates, hydroxides, and the like are preferably used. Further, the other sintering aid (B) used in the present invention is a halide of at least one metal selected from the group consisting of yttrium and lanthanum group metals. The above-mentioned yttrium and lanthanum group metals are not particularly limited, and the above-mentioned metal elements can be used. Especially industrially Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy
etc. are preferably used. Further, as these halides, fluoride, chloride, bromide, iodide, etc. can be used without any restriction. In particular, fluorides, bromides, iodides, etc. are preferably used industrially. Specific examples of yttrium and lanthanum group metal halides that are preferably used in the present invention include yttrium fluoride, lanthanum fluoride, cerium fluoride, praseodymium fluoride, neodymium fluoride, samarium fluoride, and fluoride. Europium, gadolinium fluoride, dysprosium fluoride, yttrium bromide, lanthanum bromide, cerium bromide, praseodymium bromide, neodymium bromide, samarium bromide, europium bromide, gadolinium bromide, dysprosium bromide, yttrium iodide,
Examples include lanthanum iodide, cerium iodide, praseodymium iodide, neodymium iodide, samarium iodide, europium iodide, gadolinium iodide, and dysprosium iodide. Among these, fluorides are preferably used because the resulting aluminum nitride sintered body has better thermal conductivity. The amounts of the sintering aids (A) and (B) used in the present invention vary depending on the properties required of the sintered body and cannot be absolutely limited, but generally aluminum nitride powder, sintering aids The amount contained in the mixed powder of (A) and sintering aid (B) is 0.02 to 5% by weight in terms of oxide in the case of sintering aid (A), and 0.02 to 5% by weight in terms of oxide for sintering aid (B). 0.02~10 for
It is preferable to select the amount within a range of % by weight. As long as the amounts of sintering aids (A) and (B) added are within the above range, the ratio of these amounts is not limited at all, but the amount of sintering aids remaining after sintering and the content of the sintered body may In order to reduce the oxygen content of Preferably, the range is within the range. The mixing of the aluminum nitride powder and the sintering aid in the present invention is not particularly limited, and may be dry or wet mixing. A particularly preferred embodiment is wet mixing, ie mixing in the wet state using a liquid dispersion medium. The liquid dispersion medium is not particularly limited, and commonly used water, alcoholic hydrocarbons, or a mixture thereof is preferably used. In particular, the most suitable method for industrial use is
These are lower alcohols having 4 or less carbon atoms, such as methanol, ethanol, butanol. Further, the wet mixing device used for mixing the raw materials is not particularly limited and any known device may be used, but it is preferable to select one that does not generate impurity components due to the materials. For example, the material may be aluminum nitride itself, a plastic material such as polyethylene, polyurethane, nylon, or a material coated with these materials. Furthermore, aluminum nitride powder, sintering aid (A)
The mixing order of the sintering aid (B) and the sintering aid (B) is not particularly limited. A method of preparing and mixing one component is adopted. However, in order to uniformly disperse and mix small amounts of two types of powder into the aluminum nitride powder, which is the main component, first mix the sintering aid (A) and the sintering aid (B). A method of later preparing and mixing the mixture and aluminum nitride powder is preferably employed. Specific aspects of firing in the present invention include:
The mixed powder obtained by adding the sintering aid (A) and the sintering aid (B) to the aluminum nitride powder is formed by an appropriate molding method, such as a dry press method, a rubber press, an extrusion method, an injection method, a doctor blade sheet molding method. After molding it into the desired shape, use a suitable crucible,
Place on top of pod wood, etc., and fire at high temperature under a non-oxidizing atmosphere of vacuum or atmospheric pressure, such as an atmosphere of nitrogen gas, helium gas, argon gas, etc., or under nitrogen gas pressure of about 2 to 100 atmospheres. There are several methods. Alternatively, directly add the mixed powder to
A method of firing at high temperature under a non-oxidizing atmosphere of vacuum or atmospheric pressure, or under nitrogen gas pressure of about 2 to 100 atmospheres while applying a mechanical pressure of about 500 kg/cm 2 is adopted. The firing temperature is 1700 to 2100°C in a non-oxidizing atmosphere at vacuum or atmospheric pressure, preferably
A temperature of 1750~2050℃ is preferably adopted, and a temperature of 2~100℃ is preferably adopted.
Under atmospheric pressure of nitrogen gas, a temperature of 1700 to 2400°C, preferably 1750 to 2300°C is suitably employed.
Note that the temperature in the present invention is a value that is compensated to indicate the gas temperature within the graphite crucible by measuring the surface of the graphite crucible containing the mixed powder with a radiation thermometer. In the present invention, in order to make the resulting aluminum nitride sintered body highly thermally conductive and dense, the average heating rate in the temperature range of at least 1300 to 1700°C is set at 1°C/1°C during firing. min~40℃/
It is preferable to set it in the range of min. 5 to 30 more
It is more preferable to raise the temperature within a range of °C/min. The above average temperature increase rate is based on the added sintering aid (A)
There is an optimal range depending on the type and amount of (B) and (B), so it may be determined appropriately depending on the sintering aid. In determining the heating rate, it is important to select heating conditions that will not cause excessive evaporation of the sintering aid during the heating process, and will ensure that as little of the sintering aid component remains after sintering. That's a thing. As for the method of raising the temperature,
Although it is industrially preferable to set a single temperature increase rate in the range of 1300 to 1700°C, it is also possible to select a temperature increase program with a two-stage or three-stage rate gradient. The rate of temperature increase until reaching 1300°C and the rate of temperature increase when it is necessary to increase the temperature from 1700°C to the firing temperature are not particularly limited, and any rate of temperature increase may be used. However, in consideration of the density and thermal conductivity of the obtained sintered body, it is preferable that the average temperature increase rate described above is maintained even in the temperature range of 1200 to 1300°C. Further, industrially, it is preferable to maintain a single average heating rate over the entire temperature range up to the firing temperature. After the temperature has been raised in this manner, it is then preferably fired at a firing temperature of 1700 to 2400°C. Firing time varies depending on firing temperature, type and amount of sintering aid, and average heating rate, but is usually 10 minutes to 20 minutes.
Selected from a time range. (Effect) The aluminum nitride sintered body obtained by the method of the present invention does not contain any sintered material after sintering, despite the addition of several weight percent of sintering aid necessary for sintering aluminum nitride powder. The amount of the auxiliary agent is extremely small, being 1/2 or less, preferably 1/5 or less, and more preferably 1/10 or less of the added amount. That is, the amount of the sintering aid remaining in the aluminum nitride sintered body is 0.5% by weight or less for each of the sintering aids (A) and (B), in some cases 0.3% by weight or less, and even 0.1% by weight. % or less. Furthermore, according to the method of the present invention, in addition to the sintering aid, the oxygen content of the sintered body is also reduced. That is, the oxygen content in the sintered body is less than 1/2 of the total amount of oxygen derived from the aluminum nitride powder and the sintering aid.
It further decreased to less than 1/5, and further decreased to less than 0.5% by weight.
It is 0.2% by weight or less. As described above, the aluminum nitride sintered body obtained by the method of the present invention has extremely good thermal conductivity because it contains a small amount of sintering aid and oxygen.
Usually, a sintered body with high thermal conductivity of 150 w/m·k or more, preferably 160 w/m·k or more, can be obtained. Furthermore, depending on the firing conditions,
It is possible to obtain a sintered body with extremely excellent thermal conductivity of 170w/m・k or more. Furthermore, an aluminum nitride sintered body having excellent translucency can also be obtained. That is, in the Lambert-Beer equation, 6μ
A sintered body having a respiration coefficient of 60 cm -1 or less for light with a wavelength of m can be obtained. Of course, the aluminum nitride sintered body obtained by the method of the present invention is a dense sintered body with a sintered density of 3.2 g/cm 3 or more. The present invention, which provides a method for manufacturing an aluminum nitride sintered body exhibiting excellent properties as described above, is extremely important industrially as a method for providing a new material, and has high value. Example 1 1.0% by weight of CaO powder and 2.0% by weight of YF 3 powder were added to aluminum nitride powder with an average particle size of 1.42 μm and 87% by weight of 3 μm or less and the composition shown in Table 1, and the powder was homogenized in ethanol. mixed with. After drying the mixture, about 1.0g of it was heated using a mold with an inner diameter of 15mm.
A powder compact having a density of 1.62 g/cm 3 was produced by uniaxial pressing at a pressure of Kg/cm 2 and then rubber pressing at a pressure of 1500 Kg/cm 2 . This compact was placed in a graphite crucible coated with boron nitride powder,
The temperature was raised to 1100°C in 40 minutes in nitrogen at 1 atm, then the temperature was raised from 1100°C to 1800°C at a rate of 10°C/min, and held at 1800°C for 10 hours. The density of the obtained sintered body was 3.25 g/cm 3 . This sintered body was ground to a thickness of 3 mm and then injected using the laser flashing method.
-Thermal conductivity measured by non-contact method using Sb infrared sensor was 230W/m・k at room temperature, 100℃
At 205W/m・k, we obtained a value of 180W/m・k at 200℃. The oxygen content of this sintered body was measured by activation analysis and was found to be 0.08% by weight. Furthermore, the sintered body is melted with an alkali, and the sintered body is melted with an alkali.
Ca, Y, Mg, Cr, Si, Zn, Fe, Cu, Mn, Ni,
The contents of Ti and Co were measured using inductively coupled plasma emission spectroscopy and were converted into concentrations in the sintered body: Ca=510ppm, Y=590ppm, Mg<5ppm,
Cr<10ppm, Si=97ppm, Zn<10ppm, Fe<
10ppm, Cu<10ppm, Mn<5ppm, Ni=19ppm,
Ti < 10 ppm, Co < 10 ppm, and the total content of 10 elements other than Ca and Y added as sintering aids was 186 ppm or less. Another sintered body sintered in the same manner as above is 0.5mm
When we measured the light transmittance of a material that had been ground to a thickness of 100 μm and mirror-polished on both sides, we obtained a linear transmittance of 34% for a wavelength of 5.5 μm. Table 1 Amminium nitride powder analysis values AlN content 98.0% Element Content Mg <5ppm Cr <10〃 Si 27〃 Zn <10〃 Fe 13〃 Cu <5〃 Mn <5〃 Ni <10〃 Ti <5〃 Co < 5 64.8% N 33.5 O 1.0 C 0.05 Example 2 The same aluminum nitride powder used in Example 1, various types of sintering aids (A), and sintering aids
Table 2 shows the results of pressureless sintering of (B) in which YF 3 was added and mixed in the same manner as in Example 1. Thermal conductivity measurements were carried out in the same manner as in Example 1 on a sample ground to a thickness of 3 mm. No.9, No.
10 is a comparative example.

【表】 実施例 3 実施例1で用いたものと同じ窒化アルミニウム
粉末に焼結助剤(A)としてCaOを、焼結助剤(B)とし
てYF3を添加混合したものについて、昇温速度だ
けをいろいろ変え、他の条件は実施例1と同様の
操作で常圧焼結した結果を表3に示す。熱伝導率
測定は3mm厚さに研削したものについて、実施例
1と同様の方法で行つた。
[Table] Example 3 The heating rate of the same aluminum nitride powder used in Example 1 with CaO as the sintering aid (A) and YF 3 as the sintering aid (B) added and mixed. Table 3 shows the results of pressureless sintering performed in the same manner as in Example 1, except for various changes. Thermal conductivity measurements were carried out in the same manner as in Example 1 on a sample ground to a thickness of 3 mm.

【表】 実施例 4 実施例1で用いたものと同じ窒化アルミニウム
粉末に様々な種類の焼結助剤(A)と焼結助剤(B)とを
添加混合したものについて、実施例1と同様の操
作で常圧焼結した結果を表4に示す。 熱伝導率測定は3mm厚さに研削したものについ
て、実施例1と同様の方法で行つた。
[Table] Example 4 The same aluminum nitride powder used in Example 1 was mixed with various types of sintering aids (A) and sintering aids (B). Table 4 shows the results of pressureless sintering in the same manner. Thermal conductivity measurements were carried out in the same manner as in Example 1 on a sample ground to a thickness of 3 mm.

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 窒化アルミニウム粉末と焼結助剤との混合粉
末を焼結して窒化アルミニウム焼結体を製造する
方法に於いて、該窒化アルミニウム粉末として平
均粒子径3μm以下で5μm以下の粒子を80容量%
以上の割合で含有し、酸素含有量が3重量%以下
かつ陽イオン不純物含有量が0.5重量%以下含ま
れている窒化アルミニウム粉末を用い且つ焼結助
剤として、 (A) イツトリウム、ランタン族金属及びアルカリ
土類金属からなる群より選ばれた少くとも1種
の金属の含酸素化合物 及び (B) イツトリウム、及びランタン族金属からなる
群より選ばれた少くとも1種の金属のハロゲン
化物 を用いることを特徴とする窒化アルミニウム焼結
体の製造方法。
[Claims] 1. In a method for producing an aluminum nitride sintered body by sintering a mixed powder of aluminum nitride powder and a sintering aid, the aluminum nitride powder has an average particle size of 3 μm or less and 5 μm or less. particles of 80% by volume
(A) Yttrium, a lanthanum group metal; and (B) a halide of at least one metal selected from the group consisting of yttrium and lanthanum group metals. A method for producing an aluminum nitride sintered body, characterized by:
JP60241348A 1985-08-13 1985-10-30 Manufacture of aluminum nitride sintered body Granted JPS62105960A (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60241348A JPS62105960A (en) 1985-10-30 1985-10-30 Manufacture of aluminum nitride sintered body
DE19863627317 DE3627317A1 (en) 1985-08-13 1986-08-12 SINTERABLE ALUMINUM NITRIDE COMPOSITION, SINTER BODY FROM THIS COMPOSITION AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
CA000515762A CA1262149A (en) 1985-08-13 1986-08-12 Sinterable aluminum nitride composition, sintered body from this composition and process for producing the sintered body
GB8619705A GB2179677B (en) 1985-08-13 1986-08-13 Sinterable aluminum nitride composition
GB8904805A GB2213500B (en) 1985-08-13 1989-03-02 Sinterable aluminum nitride composition
US07/569,369 US5063183A (en) 1985-08-13 1990-08-14 Sinterable aluminum nitride composition, sintered body from this composition and process for producing the sintered body

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60241348A JPS62105960A (en) 1985-10-30 1985-10-30 Manufacture of aluminum nitride sintered body

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62105960A JPS62105960A (en) 1987-05-16
JPH0517190B2 true JPH0517190B2 (en) 1993-03-08

Family

ID=17072959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60241348A Granted JPS62105960A (en) 1985-08-13 1985-10-30 Manufacture of aluminum nitride sintered body

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS62105960A (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63190761A (en) * 1987-01-30 1988-08-08 京セラ株式会社 Aluminum nitride-base sintered body
JP2856734B2 (en) * 1987-01-13 1999-02-10 株式会社東芝 High thermal conductive aluminum nitride sintered body
JPS6428280A (en) * 1987-07-23 1989-01-30 Sumitomo Electric Industries Sintered aluminum nitride and production thereof
JP2620260B2 (en) * 1987-10-27 1997-06-11 住友電気工業株式会社 Manufacturing method of aluminum nitride sintered body
JPH01183466A (en) * 1988-01-12 1989-07-21 Nec Corp Production of sintered aluminum nitride
JPH0717457B2 (en) * 1988-09-12 1995-03-01 京セラ株式会社 Aluminum nitride sintered body
JPH02271968A (en) * 1989-04-12 1990-11-06 Toshiba Ceramics Co Ltd Aln-based sintered body
JP5043260B2 (en) * 2001-07-05 2012-10-10 電気化学工業株式会社 Aluminum nitride sintered body, manufacturing method and use thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0712981B2 (en) * 1985-03-13 1995-02-15 株式会社東芝 Method for manufacturing aluminum nitride sintered body

Also Published As

Publication number Publication date
JPS62105960A (en) 1987-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0075857B1 (en) Sintered bodies of aluminum nitride
US5063183A (en) Sinterable aluminum nitride composition, sintered body from this composition and process for producing the sintered body
JPS6241766A (en) Aluminum nitride sintered body and its manufacturing method
US4950435A (en) Process for producing aluminum nitride sintered body
JPH0517190B2 (en)
Zhu et al. Post-densification behavior of reaction-bonded silicon nitride (RBSN): Effect of various characteristics of RBSN
CN104684867A (en) Method for producing conductive mayenite compound having high-electron-density
US5242872A (en) Process for producing aluminum nitride sintered body
JPH1192229A (en) Method for producing high thermal conductive aluminum nitride sintered body
US4810679A (en) Rare earth fluoride additive for sintering aluminum nitride
JPH0460078B2 (en)
JPH0474301B2 (en)
JPH0468262B2 (en)
WO2005031027A2 (en) Container for evaporation of emtal and method for manufacture thereof
Chun et al. Abnormal grain growth occurring at the surface of a sintered BaTiO3 specimen
JP3561153B2 (en) Silicon nitride heat dissipation member and method of manufacturing the same
JP2501786B2 (en) Aluminum nitride sintered body
JPS62108774A (en) Manufacture of aluminum nitride sintered body
JPH0825799B2 (en) Method for manufacturing high thermal conductivity aluminum nitride sintered body
JP2002526374A (en) Manufacturing method of composite material and representative material of this composite material
JPS6121978A (en) Manufacturing method of aluminum nitride sintered body
Wasanapiarnpong Effect of post-sintering heat-treatment on thermal conductivity of Si3N4 ceramics containing different additives
JPH07121829B2 (en) High thermal conductivity aluminum nitride sintered body
JP3350378B2 (en) Radio wave absorber
JP3618036B2 (en) Alumina sintered body manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees