JPH0535109B2 - - Google Patents
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- JPH0535109B2 JPH0535109B2 JP60248797A JP24879785A JPH0535109B2 JP H0535109 B2 JPH0535109 B2 JP H0535109B2 JP 60248797 A JP60248797 A JP 60248797A JP 24879785 A JP24879785 A JP 24879785A JP H0535109 B2 JPH0535109 B2 JP H0535109B2
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Description
〔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、焼結剤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、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％以下且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) アルカリ土類金属の含酸素化合物 及び (B) アルカリ土類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。 本発明の最大の特徴は焼結助剤として、 (A) アルカリ土類金属の含酸素化合物（以下、焼
結助剤(A)という） 及び (B) アルカリ土類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)及び(B)を共
存させた場合には、焼結助剤(A)及び(B)が共に揮散
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)の含酸素化合物に於いて、アル
カリ土類金属は特に限定されず使用出来る。例え
ばベリリウム（Be）、マグネシウム（Mg）、カル
シウムム（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、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、アルカ
リ土類金属のハロゲン化物である。上記アルカリ
土類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Ca，Ba，Sr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アルカリ土類金属の
ハロゲン化物を具体的に例示すると、例えばフツ
化ウルシウム、フツ化バリウム、フツ化ストロン
チウム、シユウ化カルシウム、シユウ化バリウ
ム、シユウ化ストロンチウム、ヨウ化カルシウ
ム、ヨウ化バリウム、ヨウ化ストロンチウム等が
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、乾式混合であ
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／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
化性雰囲気の場合は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
の全温度領領にわたつて、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)それぞれ金属と
して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、焼結助剤の他
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
が少ないために、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
6μmの波長の光に対する吸収係数が60cm-1以下の
焼結体が得られる。 勿論、本発明の方法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、いろいろな種類の焼結助剤(A)を酸化物換算
で１重量％、焼結助剤(B)としてCaF2を２重量％
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の金型を用いて
200Kg／cm2の圧力で一軸プレス、次いで1500Kg／
cm2の圧力でラバープレスし、密度が1.60g／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15℃／minの昇温速
度で昇温し、1800℃で６時間保持した。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。またこの焼結体の酸素含有
率は放射化分析法で測定した。これらの結果を表
２に示す。No.５は比較例である。 表 １ 窒化アルミニウム粉末分析値 AlN含有量 98.0％ 元 素 含有量 Ｍ ｇ ＜5ppm Ｃ ｒ ＜10 〃 Ｓ ｉ 38 〃 Ｚ ｎ ＜10 〃 Ｆ ｅ 15 〃 Ｃ ｕ ＜５ 〃 Ｍ ｎ ＜５ 〃 Ｎ ｉ ＜10 〃 Ｔ ｉ ＜５ 〃 Ｃ ｏ ＜５ 〃 Ａ ｌ 64.8（wt％） Ｎ 33.5 〃 Ｏ 1.0 〃 Ｃ 0.04 〃
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、焼結剤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、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％以下且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) アルカリ土類金属の含酸素化合物 及び (B) アルカリ土類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。 本発明の最大の特徴は焼結助剤として、 (A) アルカリ土類金属の含酸素化合物（以下、焼
結助剤(A)という） 及び (B) アルカリ土類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)及び(B)を共
存させた場合には、焼結助剤(A)及び(B)が共に揮散
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)の含酸素化合物に於いて、アル
カリ土類金属は特に限定されず使用出来る。例え
ばベリリウム（Be）、マグネシウム（Mg）、カル
シウムム（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、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、アルカ
リ土類金属のハロゲン化物である。上記アルカリ
土類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Ca，Ba，Sr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アルカリ土類金属の
ハロゲン化物を具体的に例示すると、例えばフツ
化ウルシウム、フツ化バリウム、フツ化ストロン
チウム、シユウ化カルシウム、シユウ化バリウ
ム、シユウ化ストロンチウム、ヨウ化カルシウ
ム、ヨウ化バリウム、ヨウ化ストロンチウム等が
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、乾式混合であ
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／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
化性雰囲気の場合は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
の全温度領領にわたつて、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)それぞれ金属と
して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、焼結助剤の他
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
が少ないために、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
6μmの波長の光に対する吸収係数が60cm-1以下の
焼結体が得られる。 勿論、本発明の方法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、いろいろな種類の焼結助剤(A)を酸化物換算
で１重量％、焼結助剤(B)としてCaF2を２重量％
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の金型を用いて
200Kg／cm2の圧力で一軸プレス、次いで1500Kg／
cm2の圧力でラバープレスし、密度が1.60g／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15℃／minの昇温速
度で昇温し、1800℃で６時間保持した。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。またこの焼結体の酸素含有
率は放射化分析法で測定した。これらの結果を表
２に示す。No.５は比較例である。 表 １ 窒化アルミニウム粉末分析値 AlN含有量 98.0％ 元 素 含有量 Ｍ ｇ ＜5ppm Ｃ ｒ ＜10 〃 Ｓ ｉ 38 〃 Ｚ ｎ ＜10 〃 Ｆ ｅ 15 〃 Ｃ ｕ ＜５ 〃 Ｍ ｎ ＜５ 〃 Ｎ ｉ ＜10 〃 Ｔ ｉ ＜５ 〃 Ｃ ｏ ＜５ 〃 Ａ ｌ 64.8（wt％） Ｎ 33.5 〃 Ｏ 1.0 〃 Ｃ 0.04 〃
【表】
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CaOおよびCaF2を添加混合したものにつ
いて、昇温速度をいろいろかえ実施例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。
粉末にCaOおよびCaF2を添加混合したものにつ
いて、昇温速度をいろいろかえ実施例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。
【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
粉末に種々の焼結助剤(A)および(B)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。
粉末に種々の焼結助剤(A)および(B)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。
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、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％以下且
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) アルカリ土類金属の含酸素化合物 及び (B) アルカリ土類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。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60248797A JPS62108774A (ja) | 1985-11-08 | 1985-11-08 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
| 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 |
| DE19863627317 DE3627317A1 (de) | 1985-08-13 | 1986-08-12 | Sinterbare aluminiumnitridzusammensetzung, sinterkoerper aus dieser zusammensetzung und verfahren zu seiner herstellung |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP60248797A JPS62108774A (ja) | 1985-11-08 | 1985-11-08 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62108774A JPS62108774A (ja) | 1987-05-20 |
| JPH0535109B2 true JPH0535109B2 (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=17183536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60248797A Granted JPS62108774A (ja) | 1985-08-13 | 1985-11-08 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62108774A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4641569B2 (ja) * | 1998-07-24 | 2011-03-02 | 日本碍子株式会社 | 窒化アルミニウム質焼結体、耐蝕性部材、金属埋設および半導体保持装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0627032B2 (ja) * | 1985-08-03 | 1994-04-13 | 住友電気工業株式会社 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
-
1985
- 1985-11-08 JP JP60248797A patent/JPS62108774A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62108774A (ja) | 1987-05-20 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |