JPH075373B2 - 熱伝導率の高いセラミツク体の製法 - Google Patents
熱伝導率の高いセラミツク体の製法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、25℃で1.00W/cm・Ｋより大きい、好ましくは
25℃で1.25W/cm・Ｋより大きい熱伝導率を有する液相焼
結多結晶窒化アルミニウムの製造に関する。本発明の１
つの観点によれば、窒化アルミニウムを炭素である程度
まで脱酸し、次いで、酸化イットリウムを利用してさら
に脱酸および／または焼結して本発明のセラミック材料
を生成する。
25℃で1.25W/cm・Ｋより大きい熱伝導率を有する液相焼
結多結晶窒化アルミニウムの製造に関する。本発明の１
つの観点によれば、窒化アルミニウムを炭素である程度
まで脱酸し、次いで、酸化イットリウムを利用してさら
に脱酸および／または焼結して本発明のセラミック材料
を生成する。
1psi＝0.07031Kgw/cm2 1SCFH＝0.028315m3/hour １インチ（″）＝2.54cm 発明の背景 300ppmの溶存酸素を含有する十分に純粋な窒化アルミニ
ウム単結晶の熱伝導率を測定すると室温熱伝導率が2.8W
/cm・Ｋと測定され、この値はBeO単結晶の熱伝導率3.7W
/cm・Ｋとほとんど同じ位高く、α−Al2O3単結晶の熱伝
導率0.44W/cm・Ｋよりはるかに高い。窒化アルミニウム
単結晶の熱伝導率は溶存酸素の強い関数で溶存酸素含量
の増加につれて減少する。例えば、0.8wt％の溶存酸素
を含有する窒化アルミニウム単結晶の熱伝導率は約0.8W
/cm・Ｋである。
ウム単結晶の熱伝導率を測定すると室温熱伝導率が2.8W
/cm・Ｋと測定され、この値はBeO単結晶の熱伝導率3.7W
/cm・Ｋとほとんど同じ位高く、α−Al2O3単結晶の熱伝
導率0.44W/cm・Ｋよりはるかに高い。窒化アルミニウム
単結晶の熱伝導率は溶存酸素の強い関数で溶存酸素含量
の増加につれて減少する。例えば、0.8wt％の溶存酸素
を含有する窒化アルミニウム単結晶の熱伝導率は約0.8W
/cm・Ｋである。
窒化アルミニウム粉末は酸素親和性を有し、特にその表
面が酸化物で覆われていない場合にそうである。窒化ア
ルミニウム粉末の窒化アルミニウム格子中に酸素を導入
すると、次式に従ってAl空孔が形成される。
面が酸化物で覆われていない場合にそうである。窒化ア
ルミニウム粉末の窒化アルミニウム格子中に酸素を導入
すると、次式に従ってAl空孔が形成される。
従って３つの窒素位置に３つの酸素原子を入れるとアル
ミニウム位置に１つの空孔が形成される。窒素位置に酸
素が存在しても、AlNの熱伝導率に与える影響はおそら
く無視できる程度であろう。しかし、アルミニウム原子
と空孔とは質量が大きく相違するので、アルミニウム位
置での空孔の存在はAlNの熱伝導率に強い影響をもち、
すべての実用的目的において、おそらくAlNの熱伝導率
の減少のすべての原因である。
ミニウム位置に１つの空孔が形成される。窒素位置に酸
素が存在しても、AlNの熱伝導率に与える影響はおそら
く無視できる程度であろう。しかし、アルミニウム原子
と空孔とは質量が大きく相違するので、アルミニウム位
置での空孔の存在はAlNの熱伝導率に強い影響をもち、
すべての実用的目的において、おそらくAlNの熱伝導率
の減少のすべての原因である。
通常、純粋と称されるAlN粉末には３つの異なる酸素源
がある。酸素源の第１はAl2O3の個別粒子である。酸素
源の第２は、AlN粉末粒子を覆う、おそらくはAl2O3とし
ての酸化物被覆である。酸素源の第３はAlN格子に溶解
した酸素である。AlN粉末のAlN格子中に存在する酸素の
量は、AlN粉末を製造する方法に依存する。AlN粉末を高
温で加熱することにより、さらに酸素がAlN格子中に導
入され得る。測定値から、約1900℃でAlN格子が約1.2wt
％の酸素を溶解し得ることがわかる。本発明において、
AlN粉末の酸素含量とは、酸素源第１、第２および第３
として存在する酸素を包含するものである。また本発明
において、酸素源第１、第２および第３としてAlN粉末
に存在する酸素は、遊離炭素を利用することにより除去
でき、この炭素による酸素除去の程度は、得られる焼結
体に望まれる組成に大きく依存する。
がある。酸素源の第１はAl2O3の個別粒子である。酸素
源の第２は、AlN粉末粒子を覆う、おそらくはAl2O3とし
ての酸化物被覆である。酸素源の第３はAlN格子に溶解
した酸素である。AlN粉末のAlN格子中に存在する酸素の
量は、AlN粉末を製造する方法に依存する。AlN粉末を高
温で加熱することにより、さらに酸素がAlN格子中に導
入され得る。測定値から、約1900℃でAlN格子が約1.2wt
％の酸素を溶解し得ることがわかる。本発明において、
AlN粉末の酸素含量とは、酸素源第１、第２および第３
として存在する酸素を包含するものである。また本発明
において、酸素源第１、第２および第３としてAlN粉末
に存在する酸素は、遊離炭素を利用することにより除去
でき、この炭素による酸素除去の程度は、得られる焼結
体に望まれる組成に大きく依存する。
発明の開示 本発明によれば、窒化アルミニウム粉末を空気中で加工
することができ、それでも25℃で1.00W/cm・Ｋより大き
い、好ましくは25℃で1.25W/cm・Ｋより大きい熱伝導率
を有するセラミック体を生成することができる。
することができ、それでも25℃で1.00W/cm・Ｋより大き
い、好ましくは25℃で1.25W/cm・Ｋより大きい熱伝導率
を有するセラミック体を生成することができる。
本発明の１実施の態様においては、既知の酸素含量の粒
状窒化アルミニウム、遊離炭素および酸化イットリウム
よりなるコンパクト中の窒化アルミニウムを炭素で脱酸
してAl、Ｎ、ＹおよびＯの望ましい当量組成を生成し、
さらに脱酸コンパクトＹおよびＯの主成分とし少量のAl
およびＮを含有する液相によって焼結する。
状窒化アルミニウム、遊離炭素および酸化イットリウム
よりなるコンパクト中の窒化アルミニウムを炭素で脱酸
してAl、Ｎ、ＹおよびＯの望ましい当量組成を生成し、
さらに脱酸コンパクトＹおよびＯの主成分とし少量のAl
およびＮを含有する液相によって焼結する。
添付図面を参照しながら展開される以下の詳しい説明か
ら本発明を一層よく理解できるであろう。
ら本発明を一層よく理解できるであろう。
第１図は、AlN、YN、Y2O3およびAl2O3よりなる相互三元
系（reciprocal ternary system）におけるサブソリダ
ス（subsolidus）相平衡を示す組成図である（米国特許
出願第553,213号、1983年11月18日出願（特開昭60−18
0,965号）、即ち特願昭59−242535号の第１図にも示さ
れている）。第１図は当量％単位でプロットされてお
り、縦座標軸それぞれに沿って酸素の当量％が示されて
いる（窒素の当量％は100％−酸素の当量％である）。
横座標軸に沿ってイットリウムの当量％が示されている
（アルミニウムの当量％は、100％−イットリウムの当
量％である）。第１図において、線分CDおよびEFを含ま
ない線分ABCDEFが米国特許出願第553,213号の焼結体の
組成を画定し包囲している。第１図には、YN添加剤およ
び窒化アルミニウム粉末の酸素含量をつなぐ縦軸連結直
線ZZ′の１例も示されている。多角形ABCDEFを通る縦軸
連結直線上の任意の点で与えられるイットリウムおよび
Alの当量％から、縦軸連結直線上のその点の組成物を生
成するのに必要なイットリウム添加剤およびAlNの量を
計算することができる。
系（reciprocal ternary system）におけるサブソリダ
ス（subsolidus）相平衡を示す組成図である（米国特許
出願第553,213号、1983年11月18日出願（特開昭60−18
0,965号）、即ち特願昭59−242535号の第１図にも示さ
れている）。第１図は当量％単位でプロットされてお
り、縦座標軸それぞれに沿って酸素の当量％が示されて
いる（窒素の当量％は100％−酸素の当量％である）。
横座標軸に沿ってイットリウムの当量％が示されている
（アルミニウムの当量％は、100％−イットリウムの当
量％である）。第１図において、線分CDおよびEFを含ま
ない線分ABCDEFが米国特許出願第553,213号の焼結体の
組成を画定し包囲している。第１図には、YN添加剤およ
び窒化アルミニウム粉末の酸素含量をつなぐ縦軸連結直
線ZZ′の１例も示されている。多角形ABCDEFを通る縦軸
連結直線上の任意の点で与えられるイットリウムおよび
Alの当量％から、縦軸連結直線上のその点の組成物を生
成するのに必要なイットリウム添加剤およびAlNの量を
計算することができる。
第２図は米国特許出願第553,213号の多結晶体組成を示
す第１図の部分の拡大図である。
す第１図の部分の拡大図である。
第３図はAlN、YN、Y2O3およびAl2O3よりなる相互三元系
におけるサブソリダス相平衡を示す組成図である。第３
図は当量％単位でプロットされており、縦座標軸それぞ
れに沿って酸素の当量％が示されている（酸素の当量％
は、100％−酸素の当量％である）。横座標軸に沿って
イットリウムの当量％が示されている（アルミニウムの
当量％は、100％−イットリウムの当量％である）。第
３図において、線分RFを含まない線分、即ち多角形FJDS
Rが本発明の方法により生成した焼結体の組成を画定し
包囲している。
におけるサブソリダス相平衡を示す組成図である。第３
図は当量％単位でプロットされており、縦座標軸それぞ
れに沿って酸素の当量％が示されている（酸素の当量％
は、100％−酸素の当量％である）。横座標軸に沿って
イットリウムの当量％が示されている（アルミニウムの
当量％は、100％−イットリウムの当量％である）。第
３図において、線分RFを含まない線分、即ち多角形FJDS
Rが本発明の方法により生成した焼結体の組成を画定し
包囲している。
第４図は多角形FJDSRを示す第３図の部分の拡大図であ
る。
る。
第１図と第３図はAlN、YN、Y2O3およびAl2O3よりなる相
互三元系におけるサブソリダス相平衡を示す同じ組成図
であり、第１図が特願昭59−242535号の多角形ABCDEFお
よび線分ZZ′を示すのに対して、第３図が多角形FJDSR
を示す点が相違するだけである。多角形ABCDEFで画定さ
れた組成は多角形FJDSRで画定された組成を包含する。
互三元系におけるサブソリダス相平衡を示す同じ組成図
であり、第１図が特願昭59−242535号の多角形ABCDEFお
よび線分ZZ′を示すのに対して、第３図が多角形FJDSR
を示す点が相違するだけである。多角形ABCDEFで画定さ
れた組成は多角形FJDSRで画定された組成を包含する。
第１図および第２図は、下記のようにして得られたデー
タに基づいて代数的に展開された図である。即ち、所定
の酸素含量のYNおよび所定の酸素含量のAlN粉末の粒状
混合物、また数例ではAlN、YNおよびY2O3粉末の混合物
を窒素ガス中で形成し、この混合物を窒素ガス中でコン
パクトに成形し、コンパクトを窒素ガス中周囲圧力下約
1860℃−約2050℃の範囲の焼結温度で１−1.5時間の期
間焼結することによりデータを得た。さらに詳しくは、
粉末の混合からこれから形成したコンパクトの焼結まで
の全工程を窒素の非酸化性雰囲気中で行った。
タに基づいて代数的に展開された図である。即ち、所定
の酸素含量のYNおよび所定の酸素含量のAlN粉末の粒状
混合物、また数例ではAlN、YNおよびY2O3粉末の混合物
を窒素ガス中で形成し、この混合物を窒素ガス中でコン
パクトに成形し、コンパクトを窒素ガス中周囲圧力下約
1860℃−約2050℃の範囲の焼結温度で１−1.5時間の期
間焼結することによりデータを得た。さらに詳しくは、
粉末の混合からこれから形成したコンパクトの焼結まで
の全工程を窒素の非酸化性雰囲気中で行った。
第３図および第４図の多角形FJDSRも、以下に記載する
実施例ならびにこの実施例と類似のやり方で行った操作
例を含む他の実験により得られたデータに基づいて、代
数的に展開された図である。
実施例ならびにこの実施例と類似のやり方で行った操作
例を含む他の実験により得られたデータに基づいて、代
数的に展開された図である。
オキシ窒化物および２つの異なる金属原子を含み、その
金属原子が原子価を変えない相平衡をプロットする最善
の方法は、第１及び３図でそうしたように組成を相互三
元系としてプロットすることである。第１図および第３
図の特定の系には、２種の非金属原子（酸素と窒素）と
２種の金属原子（イットリウムとアルミニウム）とが存
在する。Al、Ｙ、酸素および窒素はそれぞれ原子価＋3,
＋3,−２および−３を有すると仮定する。Al、Ｙ、酸素
および窒素すべてが酸化物、窒化物またはオキシ窒化物
として存在し、あたかも上記原子価を有するかのように
ふるまうと仮定する。
金属原子が原子価を変えない相平衡をプロットする最善
の方法は、第１及び３図でそうしたように組成を相互三
元系としてプロットすることである。第１図および第３
図の特定の系には、２種の非金属原子（酸素と窒素）と
２種の金属原子（イットリウムとアルミニウム）とが存
在する。Al、Ｙ、酸素および窒素はそれぞれ原子価＋3,
＋3,−２および−３を有すると仮定する。Al、Ｙ、酸素
および窒素すべてが酸化物、窒化物またはオキシ窒化物
として存在し、あたかも上記原子価を有するかのように
ふるまうと仮定する。
第１−４図の状態図は当量％でプロットしてある。これ
らの元素それぞれの当量数は特定の元素のモル数にその
原子価を掛けた値に等しい。縦軸に沿って、酸素の当量
数に100％を掛けて、酸素当量数と窒素当量数の合計で
割った値がプロットされている。横軸に沿って、イット
リウムの当量数に100％を掛けてイットリウム当量数と
アルミニウム当量数の合計で割った値がプロットされて
いる。第１−４図のすべての組成をこのようにしてプロ
ットする。
らの元素それぞれの当量数は特定の元素のモル数にその
原子価を掛けた値に等しい。縦軸に沿って、酸素の当量
数に100％を掛けて、酸素当量数と窒素当量数の合計で
割った値がプロットされている。横軸に沿って、イット
リウムの当量数に100％を掛けてイットリウム当量数と
アルミニウム当量数の合計で割った値がプロットされて
いる。第１−４図のすべての組成をこのようにしてプロ
ットする。
第１−４図の状態図上の組成を用いて種々の相の重量％
および体積％を決めることができる。例えば、第３また
は第４の多角形FJDSR内の特定の１点を用いて、その点
での多結晶体の相組成を決めることができる。
および体積％を決めることができる。例えば、第３また
は第４の多角形FJDSR内の特定の１点を用いて、その点
での多結晶体の相組成を決めることができる。
第１−４図は固体状態の多結晶体の組成と相平衡を示
す。
す。
アーバン・チャールズ・フスビー（Irvin Charles Huse
by）とカール・フランシス・ボビク（Carl Francis Bob
ik）による、本出願人に譲渡された米国特許出願第553,
213号（1983年11月18日出願）、即ち特願昭59−242535
号「高熱伝導率の窒化アルミニウムセラミック体」に
は、その第１図（本明細書にも第１図−従来例−として
図示）の線分CDおよびEFを含まない線分ABCDEFで画定包
囲された組成、セラミック体の体積の約10体積％未満の
気孔率および22℃で1.0W/cm・Ｋより大きい熱伝導率を
有する多結晶窒化アルミニウムセラミック体を製造する
方法が開示されている。この方法では、窒化アルミニウ
ム粉末と、イットリウム、水素化イットリウム、窒化イ
ットリウムおよびこれらの混合物よりなる群から選ばれ
るイットリウム添加剤とよりなる混合物を形成し、ここ
で上記窒化アルミニウムおよびイットリウム添加剤は予
め定められた酸素含量を有し、上記混合物はイットリウ
ム、アルミニウム、窒素および酸素の当量％が第１図の
線分CDおよびEFを含まない線分ABCDEFで画定包囲された
組成を有し、上記混合物をコンパクトに成形し、上記コ
ンパクトを約1850℃−約2170℃の範囲の温度で窒素、ア
ルゴン、水素およびこれらの混合物よりなる群から選ば
れる雰囲気中で焼結して、上記多結晶体を生成する。
by）とカール・フランシス・ボビク（Carl Francis Bob
ik）による、本出願人に譲渡された米国特許出願第553,
213号（1983年11月18日出願）、即ち特願昭59−242535
号「高熱伝導率の窒化アルミニウムセラミック体」に
は、その第１図（本明細書にも第１図−従来例−として
図示）の線分CDおよびEFを含まない線分ABCDEFで画定包
囲された組成、セラミック体の体積の約10体積％未満の
気孔率および22℃で1.0W/cm・Ｋより大きい熱伝導率を
有する多結晶窒化アルミニウムセラミック体を製造する
方法が開示されている。この方法では、窒化アルミニウ
ム粉末と、イットリウム、水素化イットリウム、窒化イ
ットリウムおよびこれらの混合物よりなる群から選ばれ
るイットリウム添加剤とよりなる混合物を形成し、ここ
で上記窒化アルミニウムおよびイットリウム添加剤は予
め定められた酸素含量を有し、上記混合物はイットリウ
ム、アルミニウム、窒素および酸素の当量％が第１図の
線分CDおよびEFを含まない線分ABCDEFで画定包囲された
組成を有し、上記混合物をコンパクトに成形し、上記コ
ンパクトを約1850℃−約2170℃の範囲の温度で窒素、ア
ルゴン、水素およびこれらの混合物よりなる群から選ば
れる雰囲気中で焼結して、上記多結晶体を生成する。
上記米国特許出願第553,213号には、約1.6当量％より大
から約19.75当量％までのイットリウム、約80.25当量％
から約98.4当量％までのアルミニウム、約4.0当量％よ
り大から約15.25当量％までの酸素、および約84.75当量
％から約96当量％までの窒素よりなる組成を有する多結
晶体も開示されている。
から約19.75当量％までのイットリウム、約80.25当量％
から約98.4当量％までのアルミニウム、約4.0当量％よ
り大から約15.25当量％までの酸素、および約84.75当量
％から約96当量％までの窒素よりなる組成を有する多結
晶体も開示されている。
上記米国特許出願第553,213号には、AlNと、ＹおよびＯ
を含有する第２相とよりなり、第２相の合計量が多結晶
体の全体積の約4.2体積％より大から約27.3体積％まで
の範囲にある相組成を有する多結晶体であって、多結晶
の体積の約10体積％未満の気孔率および22℃で1.0W/cm
・Ｋより大きい熱伝導率を有する多結晶体も開示されて
いる。
を含有する第２相とよりなり、第２相の合計量が多結晶
体の全体積の約4.2体積％より大から約27.3体積％まで
の範囲にある相組成を有する多結晶体であって、多結晶
の体積の約10体積％未満の気孔率および22℃で1.0W/cm
・Ｋより大きい熱伝導率を有する多結晶体も開示されて
いる。
本発明を概括すれば、第３または４図の線分RFを含まな
い線分、即ち多角形FJDSRで画定包囲された組成、セラ
ミック体の体積の約10体積％未満、好ましくは約４体積
％未満の気孔率および25℃で1.00W/cm・Ｋより大きい、
好ましくは25℃で1.25W/cm・Ｋより大きい熱伝導率を有
する焼結多結晶窒化アルミニウムセラミック体を製造す
る方法が提供され、この方法は （ａ）酸素含有窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウ
ムまたはその前駆物質および、遊離炭素、約50℃から約
1000℃までの範囲の温度で熱分解して遊離炭素と揮散す
る気体状分解生成物とになる炭素質有機物質およびこれ
らの混合物よりなる群から選ばれた炭素質添加剤よりな
る混合物を形成し、この混合物をコンパクトに成形し、
ここで上記混合物およびコンパクトはイットリウムおよ
びアルミニウムの当量％が第３または４図の点Ｄから点
Ｆまでの範囲にあり、イットリウムが約1.6当量％より
大から約5.5当量％までの範囲にあり、アルミニウムが
約94.5当量％から約98.4当量％より小までの範囲にある
組成を有し、上記コンパクトは第３または４図の多角形
FJDSRで画定包囲された組成の外側にＹ、Al、Ｏおよび
Ｎの当量％組成を有し、 （ｂ）上記コンパクトを非酸化性雰囲気中で約1200℃ま
での温度にて加熱し、これにより酸化イットリウムと遊
離炭素を生成し、 （ｃ）上記コンパクトを窒素含有非酸化性雰囲気中で、
約1350℃からコンパクトを脱酸するのに十分だが気孔閉
塞温度より低い温度までの温度に加熱し、これにより上
記遊離炭素を上記窒化アルミニウムに含有された酸素と
反応させて脱酸コンパクトを生成し、ここで上記脱酸コ
ンパクトはAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第３または４
図の線分RFを含まない多角形FJDSRで画定包囲された組
成を有し、上記遊離炭素が上記脱酸コンパクトを生成す
る量存在し、さらに （ｄ）上記脱酸コンパクトを窒素含有非酸化性雰囲気中
で約1840℃以上、通常約1840℃−約2050℃の範囲、好ま
しくは約1880℃−約1950℃の範囲、より好ましくは約18
90℃−約1950℃の範囲の温度で焼結して上記多結晶体を
生成する工程を含む。上記焼結温度は上記脱酸コンパク
トの組成にふさわしい焼結温度である。
い線分、即ち多角形FJDSRで画定包囲された組成、セラ
ミック体の体積の約10体積％未満、好ましくは約４体積
％未満の気孔率および25℃で1.00W/cm・Ｋより大きい、
好ましくは25℃で1.25W/cm・Ｋより大きい熱伝導率を有
する焼結多結晶窒化アルミニウムセラミック体を製造す
る方法が提供され、この方法は （ａ）酸素含有窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウ
ムまたはその前駆物質および、遊離炭素、約50℃から約
1000℃までの範囲の温度で熱分解して遊離炭素と揮散す
る気体状分解生成物とになる炭素質有機物質およびこれ
らの混合物よりなる群から選ばれた炭素質添加剤よりな
る混合物を形成し、この混合物をコンパクトに成形し、
ここで上記混合物およびコンパクトはイットリウムおよ
びアルミニウムの当量％が第３または４図の点Ｄから点
Ｆまでの範囲にあり、イットリウムが約1.6当量％より
大から約5.5当量％までの範囲にあり、アルミニウムが
約94.5当量％から約98.4当量％より小までの範囲にある
組成を有し、上記コンパクトは第３または４図の多角形
FJDSRで画定包囲された組成の外側にＹ、Al、Ｏおよび
Ｎの当量％組成を有し、 （ｂ）上記コンパクトを非酸化性雰囲気中で約1200℃ま
での温度にて加熱し、これにより酸化イットリウムと遊
離炭素を生成し、 （ｃ）上記コンパクトを窒素含有非酸化性雰囲気中で、
約1350℃からコンパクトを脱酸するのに十分だが気孔閉
塞温度より低い温度までの温度に加熱し、これにより上
記遊離炭素を上記窒化アルミニウムに含有された酸素と
反応させて脱酸コンパクトを生成し、ここで上記脱酸コ
ンパクトはAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第３または４
図の線分RFを含まない多角形FJDSRで画定包囲された組
成を有し、上記遊離炭素が上記脱酸コンパクトを生成す
る量存在し、さらに （ｄ）上記脱酸コンパクトを窒素含有非酸化性雰囲気中
で約1840℃以上、通常約1840℃−約2050℃の範囲、好ま
しくは約1880℃−約1950℃の範囲、より好ましくは約18
90℃−約1950℃の範囲の温度で焼結して上記多結晶体を
生成する工程を含む。上記焼結温度は上記脱酸コンパク
トの組成にふさわしい焼結温度である。
本発明の方法において、脱酸コンパクトの当量％で表示
した組成は、得られる焼結体当量％で表示した組成と同
じであるか、それから有意な差がない。
した組成は、得られる焼結体当量％で表示した組成と同
じであるか、それから有意な差がない。
本発明の方法において、酸素含量は中性子放射化分析に
より測定することができる。
より測定することができる。
ここで１成分の重量％は、全成分の合計重量％が100％
になることを意味する。
になることを意味する。
周囲圧力は大気圧または大気圧付近を意味する。
粉末の比表面積または表面積は、BET表面積測定による
比表面積を意味する。
比表面積を意味する。
簡潔に述べると、本発明の１実施の態様においては、第
３または４図の線分WFを含まない線分、即ち多角形FJMW
で画定包囲された組成、セラミック体の体積の約10体積
％未満、好ましくは約２体積％未満の気孔率および25℃
で1.00W/cm・Ｋより大きい、好ましくは25℃で1.35W/cm
・Ｋより大きい熱伝導率を有する焼結多結晶窒化アルミ
ニウムセラミック体を製造する方法が提供され、この方
法は （ａ）酸素含有窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウ
ムまたはその前駆物質および、遊離炭素，約50℃から約
1000℃までの範囲の温度で熱分解して遊離炭素と揮散す
る気体状分解生成物となる炭素質有機物質およびこれら
の混合物よりなる群から選ばれた炭素質添加剤よりなる
混合物を形成し、ここで上記遊離炭素は約100m2/gより
大きい比表面積を有し、上記混合物の窒化アルミニウム
粉末は約3.5m2/gから約6m2/gまでの比表面積を有し、上
記混合物をコンパクトに成形し、ここで上記混合物およ
びコンパクトはイットリウムおよびアルミニウムの当量
％が第３または４図の点Ｍから点Ｆまでの範囲にあり、
イットリウムが約1.6当量％より大から約4.0当量％まで
の範囲にあり、アルミニウムが約96.0当量％から約98.4
当量％より小までの範囲にある組成を有し、上記コンパ
クトは第３または４図の多角形FJDSRで画定包囲された
組成の外側にＹ、Al、ＯおよびＮの当量％組成を有し、
上記コンパクト中の窒化アルミニウムがこの窒化アルミ
ニウムの重量の約1.95重量％より大から約5.1重量％よ
り小までの範囲の量の酸素を含有し、 （ｂ）上記コンパクトを非酸化性雰囲気中で約1200℃ま
での温度にて加熱し、これにより酸化イットリウムと遊
離炭素を生成し、 （ｃ）上記コンパクトを約25容量％以上の窒素を含有す
る窒素含有非酸化性雰囲気中で周囲圧力で、約1350℃か
らコンパクトを脱酸するのに十分だが気孔閉塞温度より
低い温度までの温度にて加熱し、これにより上記遊離炭
素を上記窒化アルミニウムに含有された酸素と反応させ
て脱酸コンパクトを生成し、ここで上記脱酸コンパクト
はAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第３または４図の線分
WFを含まない多角形FJMWで画定包囲された組成を有し、
上記炭素による脱酸以前の上記コンパクト中の窒化アル
ミニウムがこの窒化アルミニウムの重量の約1.95重量％
より大から約5.1重量％より小までの範囲の酸素含量を
有し、上記遊離炭素が上記脱酸コンパクトを生成する量
存在し、さらに （ｄ）上記脱酸コンパクトを約25容量％以上の窒素を含
有する窒素含有非酸化性雰囲気中で周囲圧力下、約1880
℃から約2050℃まで、好ましくは約1890℃から約1950℃
までの範囲の温度で焼結し、上記多結晶体を生成する工
程を含む。
３または４図の線分WFを含まない線分、即ち多角形FJMW
で画定包囲された組成、セラミック体の体積の約10体積
％未満、好ましくは約２体積％未満の気孔率および25℃
で1.00W/cm・Ｋより大きい、好ましくは25℃で1.35W/cm
・Ｋより大きい熱伝導率を有する焼結多結晶窒化アルミ
ニウムセラミック体を製造する方法が提供され、この方
法は （ａ）酸素含有窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウ
ムまたはその前駆物質および、遊離炭素，約50℃から約
1000℃までの範囲の温度で熱分解して遊離炭素と揮散す
る気体状分解生成物となる炭素質有機物質およびこれら
の混合物よりなる群から選ばれた炭素質添加剤よりなる
混合物を形成し、ここで上記遊離炭素は約100m2/gより
大きい比表面積を有し、上記混合物の窒化アルミニウム
粉末は約3.5m2/gから約6m2/gまでの比表面積を有し、上
記混合物をコンパクトに成形し、ここで上記混合物およ
びコンパクトはイットリウムおよびアルミニウムの当量
％が第３または４図の点Ｍから点Ｆまでの範囲にあり、
イットリウムが約1.6当量％より大から約4.0当量％まで
の範囲にあり、アルミニウムが約96.0当量％から約98.4
当量％より小までの範囲にある組成を有し、上記コンパ
クトは第３または４図の多角形FJDSRで画定包囲された
組成の外側にＹ、Al、ＯおよびＮの当量％組成を有し、
上記コンパクト中の窒化アルミニウムがこの窒化アルミ
ニウムの重量の約1.95重量％より大から約5.1重量％よ
り小までの範囲の量の酸素を含有し、 （ｂ）上記コンパクトを非酸化性雰囲気中で約1200℃ま
での温度にて加熱し、これにより酸化イットリウムと遊
離炭素を生成し、 （ｃ）上記コンパクトを約25容量％以上の窒素を含有す
る窒素含有非酸化性雰囲気中で周囲圧力で、約1350℃か
らコンパクトを脱酸するのに十分だが気孔閉塞温度より
低い温度までの温度にて加熱し、これにより上記遊離炭
素を上記窒化アルミニウムに含有された酸素と反応させ
て脱酸コンパクトを生成し、ここで上記脱酸コンパクト
はAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第３または４図の線分
WFを含まない多角形FJMWで画定包囲された組成を有し、
上記炭素による脱酸以前の上記コンパクト中の窒化アル
ミニウムがこの窒化アルミニウムの重量の約1.95重量％
より大から約5.1重量％より小までの範囲の酸素含量を
有し、上記遊離炭素が上記脱酸コンパクトを生成する量
存在し、さらに （ｄ）上記脱酸コンパクトを約25容量％以上の窒素を含
有する窒素含有非酸化性雰囲気中で周囲圧力下、約1880
℃から約2050℃まで、好ましくは約1890℃から約1950℃
までの範囲の温度で焼結し、上記多結晶体を生成する工
程を含む。
簡潔に述べると、本発明の別の実施の態様によれば、第
３または４図の線分RFを含まない線分、即ち多角形FJDS
Rで画定包囲された組成、セラミック体の体積の約10体
積％未満、好ましくは約４体積％未満の気孔率および25
℃で1.00W/cm・Ｋより大きい、好ましくは25℃で1.25W/
cm・Ｋより大きい熱伝導率を有する焼結多結晶窒化アル
ミニウムセラミック体を製造する方法が提供され、この
方法は下記の工程を含む。
３または４図の線分RFを含まない線分、即ち多角形FJDS
Rで画定包囲された組成、セラミック体の体積の約10体
積％未満、好ましくは約４体積％未満の気孔率および25
℃で1.00W/cm・Ｋより大きい、好ましくは25℃で1.25W/
cm・Ｋより大きい熱伝導率を有する焼結多結晶窒化アル
ミニウムセラミック体を製造する方法が提供され、この
方法は下記の工程を含む。
（ａ）窒化アルミニウム粉末の約5.0重量％までの酸素
含量を有する酸素含有窒化アルミニウム粉末を用意し、
この窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウムまたはそ
の前駆物質および、遊離炭素，約50℃から約1000℃まで
の範囲の温度で熱分解して遊離炭素と揮散する気体状分
解生成物となる炭素質有機物質およびこれらの混合物よ
りなる群から選ばれた炭素質添加剤よりなる混合物を形
成し、この混合物をコンパクトに成形し、ここで上記混
合物およびコンパクトはイットリウムおよびアルミニウ
ムの当量％が第３または４図の点Ｄから点Ｆまでの範囲
にあり、イットリウムが約1.6当量％より大から約5.5当
量％までの範囲にあり、アルミニウムが約94.5当量％か
ら約98.4当量％より小までの範囲にある組成を有し、上
記コンパクトは第３または４図の多角形FJDSRで画定包
囲された組成の外側にＹ、Al、ＯおよびＮの当量％組成
を有し、この処理中上記窒化アルミニウムは酸素を捕集
し、炭素による脱酸以前の上記コンパクト中の窒化アル
ミニウムの酸素含量が窒化アルミニウムの約1.50重量％
より大、好ましくは約1.95重量％より大から約5.1重量
％までの範囲にあり、これによって窒化アルミニウム粉
末を遊離炭素による脱酸に適当なコンパクトに加工し、 （ｂ）上記コンパクトを非酸化性雰囲気中で約1200℃ま
での温度にて加熱し、これにより酸化イットリウムと遊
離炭素を生成し、 （ｃ）上記コンパクトを窒素含有非酸化性雰囲気中で、
約1350℃からコンパクトを脱酸するのに十分だが気孔閉
塞温度より低い温度までの温度にて加熱し、これにより
上記遊離炭素を上記窒化アルミニウムに含有された酸素
と反応させて脱酸コンパクトを生成し、ここで上記脱酸
コンパクトはAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第３または
４図の線分RFを含まない多角形FJDSRで画定包囲された
組成を有し、上記遊離炭素が上記脱酸コンパクトを生成
する量存在し、さらに （ｄ）上記脱酸コンパクトを窒素含有非酸化性雰囲気中
で約1840℃以上、通常約1840℃−約2050℃の範囲、好ま
しくは約1880℃−約1950℃の範囲、さらに好ましくは約
1890℃−1950℃の範囲の温度で焼結して上記多結晶体を
生成する。
含量を有する酸素含有窒化アルミニウム粉末を用意し、
この窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウムまたはそ
の前駆物質および、遊離炭素，約50℃から約1000℃まで
の範囲の温度で熱分解して遊離炭素と揮散する気体状分
解生成物となる炭素質有機物質およびこれらの混合物よ
りなる群から選ばれた炭素質添加剤よりなる混合物を形
成し、この混合物をコンパクトに成形し、ここで上記混
合物およびコンパクトはイットリウムおよびアルミニウ
ムの当量％が第３または４図の点Ｄから点Ｆまでの範囲
にあり、イットリウムが約1.6当量％より大から約5.5当
量％までの範囲にあり、アルミニウムが約94.5当量％か
ら約98.4当量％より小までの範囲にある組成を有し、上
記コンパクトは第３または４図の多角形FJDSRで画定包
囲された組成の外側にＹ、Al、ＯおよびＮの当量％組成
を有し、この処理中上記窒化アルミニウムは酸素を捕集
し、炭素による脱酸以前の上記コンパクト中の窒化アル
ミニウムの酸素含量が窒化アルミニウムの約1.50重量％
より大、好ましくは約1.95重量％より大から約5.1重量
％までの範囲にあり、これによって窒化アルミニウム粉
末を遊離炭素による脱酸に適当なコンパクトに加工し、 （ｂ）上記コンパクトを非酸化性雰囲気中で約1200℃ま
での温度にて加熱し、これにより酸化イットリウムと遊
離炭素を生成し、 （ｃ）上記コンパクトを窒素含有非酸化性雰囲気中で、
約1350℃からコンパクトを脱酸するのに十分だが気孔閉
塞温度より低い温度までの温度にて加熱し、これにより
上記遊離炭素を上記窒化アルミニウムに含有された酸素
と反応させて脱酸コンパクトを生成し、ここで上記脱酸
コンパクトはAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第３または
４図の線分RFを含まない多角形FJDSRで画定包囲された
組成を有し、上記遊離炭素が上記脱酸コンパクトを生成
する量存在し、さらに （ｄ）上記脱酸コンパクトを窒素含有非酸化性雰囲気中
で約1840℃以上、通常約1840℃−約2050℃の範囲、好ま
しくは約1880℃−約1950℃の範囲、さらに好ましくは約
1890℃−1950℃の範囲の温度で焼結して上記多結晶体を
生成する。
簡潔に述べると、本発明のさらに他の実施の態様によれ
ば、第３または４図の線分WFを含まない多角形FJで画定
包囲された組成、セラミック体の体積の約10体積％未
満、好ましくは約２体積％未満の気孔率および25℃で1.
00W/cm・Ｋより大きい、好ましくは25℃で1.35W/cm・Ｋ
より大きい熱伝導率を有する焼結多結晶窒化アルミニウ
ムセラミック体を製造する方法が提供され、この方法は
下記の工程を含む。
ば、第３または４図の線分WFを含まない多角形FJで画定
包囲された組成、セラミック体の体積の約10体積％未
満、好ましくは約２体積％未満の気孔率および25℃で1.
00W/cm・Ｋより大きい、好ましくは25℃で1.35W/cm・Ｋ
より大きい熱伝導率を有する焼結多結晶窒化アルミニウ
ムセラミック体を製造する方法が提供され、この方法は
下記の工程を含む。
（ａ）窒化アルミニウム粉末の約1.0重量％より大から
約4.5重量％より小までの範囲の酸素含量を有する窒化
アルミニウム粉末を用意し、この窒化アルミニウム粉
末、酸化イットリウムまたはその前駆物質および、遊離
炭素，約50℃から約1000℃までの範囲の温度で熱分解し
て遊離炭素と揮散する気体状分解生成物となる炭素質有
機物質およびこれらの混合物よりなる群から選ばれた炭
素質添加剤よりなる混合物を形成し、ここで上記遊離炭
素は約100m2/gより大きい比表面積を有し、上記混合物
中の窒化アルミニウム粉末は約3.5m2/gから約6m2/gまで
の比表面積を有し、上記混合物をコンパクトに成形し、
ここで上記混合物およびコンパクトはイットリウムおよ
びアルミニウムの当量％が第３または４図の点Ｍから点
Ｆまでの範囲にあり、イットリウムが約1.6当量％より
大から約4.0当量％までの範囲にあり、アルミニウムが
約96.0当量％から約98.4当量％より小までの範囲にある
組成を有し、上記コンパクトは第３または４図の多角形
FJDSRで画定包囲された組成の外側にＹ、Al、Ｏおよび
Ｎの当量％組成を有し、この処理中上記窒化アルミニウ
ムは酸素を捕集し、炭素による脱酸以前の上記コンパク
ト中の窒化アルミニウムの酸素含量が窒化アルミニウム
の約1.95重量％より大から約5.1重量％までの範囲にあ
り、かつ上記出発材料としての窒化アルミニウム粉末の
上記酸素含量より窒化アルミニウムの約0.03重量％より
大から約３重量％までの範囲の量だけ大きく、これによ
って窒化アルミニウム粉末を遊離炭素による脱酸に適当
なコンパクトに加工し、 （ｂ）上記コンパクトを非酸化性雰囲気中で約1200℃ま
での温度にて加熱し、これにより酸化イットリウムと遊
離炭素を生成し、 （ｃ）上記コンパクトを約25容量％以上の窒素を含有す
る窒素含有非酸化性雰囲気中で周囲圧力で、約1350℃か
らコンパクトを脱酸するのに十分だが気孔閉塞温度より
低い温度までの温度にて加熱し、これにより上記遊離炭
素を上記窒化アルミニウムに含有された酸素と反応させ
て脱酸コンパクトを生成し、ここで上記脱酸コンパクト
はAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第３または４図の線分
WFを含まない多角形FJMWで画定包囲された組成を有し、
上記遊離炭素が上記脱酸コンパクトを生成する量存在
し、さらに （ｄ）上記脱酸コンパクトを約25容量％以上の窒素を含
有する窒素含有非酸化性雰囲気中で周囲圧力下、約1880
℃から約2050℃まで、好ましくは約1890℃から約1950℃
までの範囲の温度で焼結し、上記多結晶体を生成する。
約4.5重量％より小までの範囲の酸素含量を有する窒化
アルミニウム粉末を用意し、この窒化アルミニウム粉
末、酸化イットリウムまたはその前駆物質および、遊離
炭素，約50℃から約1000℃までの範囲の温度で熱分解し
て遊離炭素と揮散する気体状分解生成物となる炭素質有
機物質およびこれらの混合物よりなる群から選ばれた炭
素質添加剤よりなる混合物を形成し、ここで上記遊離炭
素は約100m2/gより大きい比表面積を有し、上記混合物
中の窒化アルミニウム粉末は約3.5m2/gから約6m2/gまで
の比表面積を有し、上記混合物をコンパクトに成形し、
ここで上記混合物およびコンパクトはイットリウムおよ
びアルミニウムの当量％が第３または４図の点Ｍから点
Ｆまでの範囲にあり、イットリウムが約1.6当量％より
大から約4.0当量％までの範囲にあり、アルミニウムが
約96.0当量％から約98.4当量％より小までの範囲にある
組成を有し、上記コンパクトは第３または４図の多角形
FJDSRで画定包囲された組成の外側にＹ、Al、Ｏおよび
Ｎの当量％組成を有し、この処理中上記窒化アルミニウ
ムは酸素を捕集し、炭素による脱酸以前の上記コンパク
ト中の窒化アルミニウムの酸素含量が窒化アルミニウム
の約1.95重量％より大から約5.1重量％までの範囲にあ
り、かつ上記出発材料としての窒化アルミニウム粉末の
上記酸素含量より窒化アルミニウムの約0.03重量％より
大から約３重量％までの範囲の量だけ大きく、これによ
って窒化アルミニウム粉末を遊離炭素による脱酸に適当
なコンパクトに加工し、 （ｂ）上記コンパクトを非酸化性雰囲気中で約1200℃ま
での温度にて加熱し、これにより酸化イットリウムと遊
離炭素を生成し、 （ｃ）上記コンパクトを約25容量％以上の窒素を含有す
る窒素含有非酸化性雰囲気中で周囲圧力で、約1350℃か
らコンパクトを脱酸するのに十分だが気孔閉塞温度より
低い温度までの温度にて加熱し、これにより上記遊離炭
素を上記窒化アルミニウムに含有された酸素と反応させ
て脱酸コンパクトを生成し、ここで上記脱酸コンパクト
はAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第３または４図の線分
WFを含まない多角形FJMWで画定包囲された組成を有し、
上記遊離炭素が上記脱酸コンパクトを生成する量存在
し、さらに （ｄ）上記脱酸コンパクトを約25容量％以上の窒素を含
有する窒素含有非酸化性雰囲気中で周囲圧力下、約1880
℃から約2050℃まで、好ましくは約1890℃から約1950℃
までの範囲の温度で焼結し、上記多結晶体を生成する。
本発明の別の実施の態様においては、上記混合物および
コンパクトはイットリウムおよびアルミニウムの当量％
が第４図の点ＤとＦの間にあるが点ＤとＦを含まない組
成を有し、上記コンパクト中のイットリウムが約1.6当
量％より大から約5.5当量％より小までの範囲にあり、
上記コンパクト中のアルミニウムが約94.5当量％より大
から約98.4当量％より小までの範囲にあり、上記焼結体
および上記脱酸コンパクトはAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量
％が第４図の線分DJおよびRFを含まない多角形FJDSRで
画定包囲された組成よりなる。
コンパクトはイットリウムおよびアルミニウムの当量％
が第４図の点ＤとＦの間にあるが点ＤとＦを含まない組
成を有し、上記コンパクト中のイットリウムが約1.6当
量％より大から約5.5当量％より小までの範囲にあり、
上記コンパクト中のアルミニウムが約94.5当量％より大
から約98.4当量％より小までの範囲にあり、上記焼結体
および上記脱酸コンパクトはAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量
％が第４図の線分DJおよびRFを含まない多角形FJDSRで
画定包囲された組成よりなる。
本発明のさらに他の実施の態様においては、上記混合物
およびコンパクトはイットリウムおよびアルミニウムの
当量％が第４図の点Ｄから点Ｊまでの範囲にある組成を
有し、上記コンパクト中のイットリウムが約5.5当量％
から約2.5当量％までの範囲にあり、上記コンパクト中
のアルミニウムが約94.5当量％から約97.5当量％までの
範囲にあり、上記焼結体および上記脱酸コンパクトはA
l、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第４図の線分DJで画定さ
れた組成よりなる。
およびコンパクトはイットリウムおよびアルミニウムの
当量％が第４図の点Ｄから点Ｊまでの範囲にある組成を
有し、上記コンパクト中のイットリウムが約5.5当量％
から約2.5当量％までの範囲にあり、上記コンパクト中
のアルミニウムが約94.5当量％から約97.5当量％までの
範囲にあり、上記焼結体および上記脱酸コンパクトはA
l、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第４図の線分DJで画定さ
れた組成よりなる。
第３または４図の多角形FJDSR内の特定の点から計算し
た組成を次の第Ｉ表に示す。
た組成を次の第Ｉ表に示す。
本発明の方法の１実施の態様に従って製造した多結晶窒
化アルミニウム体は、第３または４図の線分RFを含まな
い多角形、即ち線分FJDSRで画定包囲された組成を有す
る。本発明の方法により製造した第３または４図の線分
RFを含まない多角形FJDSRの焼結多結晶体は、約1.6当量
％より大から約5.5当量％までのイットリウム、約94.5
当量％から約98.4当量％までのアルミニウム、約4.0当
量％より大から約8.5当量％までの酸素および約91.5当
量％から約96.0当量％までの窒素よりなる組成を有す
る。
化アルミニウム体は、第３または４図の線分RFを含まな
い多角形、即ち線分FJDSRで画定包囲された組成を有す
る。本発明の方法により製造した第３または４図の線分
RFを含まない多角形FJDSRの焼結多結晶体は、約1.6当量
％より大から約5.5当量％までのイットリウム、約94.5
当量％から約98.4当量％までのアルミニウム、約4.0当
量％より大から約8.5当量％までの酸素および約91.5当
量％から約96.0当量％までの窒素よりなる組成を有す
る。
また、第３または４図の線分RFを含まない多角形FJDSR
で画定包囲された多結晶体は、AlN相と、焼結体の全体
積の約4.2体積％より大から約12.7体積％までの量を占
める第２相とよりなり、この第２相はY4Al2O9またはY4A
l2O9とYAlO3の混合物からなる。さらに特定すると、第
２相がY4Al2O9よりなるとき、第２相は焼結体の約6.0体
積％から約12.7体積％までの範囲となる。しかし、第２
相がYAlO3とY4Al2O9よりなる第２相の混合物であるとき
には、これら第２相の両方が常に少くとも痕跡量、すな
わちＸ線回折分析により検出可能な量以上存在し、この
ような混合物において、YAlO3相は焼結体の全体積の約
6.6体積％より小まで、そしてY4Al2O9相は焼結体の全体
積の約12.7体積％より小までの範囲となり得る。さらに
特定すると、Y4Al2O9とYAlO3相の混合物が存在する場
合、組成が第４図の線分RFから離れ線分DJに向って移行
するにつれて、YAlO3相の量が減少し、Y4Al2O9相の量が
増加する。
で画定包囲された多結晶体は、AlN相と、焼結体の全体
積の約4.2体積％より大から約12.7体積％までの量を占
める第２相とよりなり、この第２相はY4Al2O9またはY4A
l2O9とYAlO3の混合物からなる。さらに特定すると、第
２相がY4Al2O9よりなるとき、第２相は焼結体の約6.0体
積％から約12.7体積％までの範囲となる。しかし、第２
相がYAlO3とY4Al2O9よりなる第２相の混合物であるとき
には、これら第２相の両方が常に少くとも痕跡量、すな
わちＸ線回折分析により検出可能な量以上存在し、この
ような混合物において、YAlO3相は焼結体の全体積の約
6.6体積％より小まで、そしてY4Al2O9相は焼結体の全体
積の約12.7体積％より小までの範囲となり得る。さらに
特定すると、Y4Al2O9とYAlO3相の混合物が存在する場
合、組成が第４図の線分RFから離れ線分DJに向って移行
するにつれて、YAlO3相の量が減少し、Y4Al2O9相の量が
増加する。
第Ｉ表からわかるように、点Ｄの組成位置の多結晶体に
最大量の第２相が存在し、点Ｄでのその第２相はY4Al2O
9である。
最大量の第２相が存在し、点Ｄでのその第２相はY4Al2O
9である。
別の実施の態様においては、本発明の方法により製造し
た多結晶窒化アルミニウム体が第３または４図の線分WF
を含まない多角形、即ち線分FJMWで画定包囲された組成
を有する。本発明の方法により製造した第３または４図
の線分WFを含まない多角形FJMWの焼結多結晶体は、約1.
6当量％より大から約4.0当量％までのイットリウム、約
96.0当量％から約98.4当量％までのアルミニウム、約4.
0当量％より大から約6.3当量％までの酸素、および約9
3.7当量％から約96.0当量％より小までの窒素よりなる
組成を有する。
た多結晶窒化アルミニウム体が第３または４図の線分WF
を含まない多角形、即ち線分FJMWで画定包囲された組成
を有する。本発明の方法により製造した第３または４図
の線分WFを含まない多角形FJMWの焼結多結晶体は、約1.
6当量％より大から約4.0当量％までのイットリウム、約
96.0当量％から約98.4当量％までのアルミニウム、約4.
0当量％より大から約6.3当量％までの酸素、および約9
3.7当量％から約96.0当量％より小までの窒素よりなる
組成を有する。
また、第３または４図の線分WFを含まない多角形FJMWで
画定包囲された多結晶体は、AlN相と焼結体の全体積の
約4.2体積％より大から約9.4体積％までの量を占める第
２相とよりなり、この第２相はY4Al2O9またはY4Al2O9と
YAl2O3の混合物からなる。さらに特定すると、第２相が
Y4Al2O9よりなるとき、第２相は焼結体の約6.0体積％か
ら約9.4体積％までの範囲となる。しかし、第２相がYAl
O3とY4Al2O9よりなる第２相の混合物であるときには、
これら第２相の両方が常に少くとも痕跡量、すなわちＸ
線回折分析により検出可能な量以上存在し、このような
混合物において、YAlO3相は焼結体の全体積の約5.6体積
％まで、そしてY4Al2O9相は焼結体の全体積の約9.4体積
％までの範囲となり得る。さらに特定すると、Y4Al2O9
とYAlO3相の混合物が存在する場合、組成が第４図の線
分WFから離れ線MJに向って移行するにつれて、YAlO3相
の量が減少し、Y4Al2O9相の量が増加する。
画定包囲された多結晶体は、AlN相と焼結体の全体積の
約4.2体積％より大から約9.4体積％までの量を占める第
２相とよりなり、この第２相はY4Al2O9またはY4Al2O9と
YAl2O3の混合物からなる。さらに特定すると、第２相が
Y4Al2O9よりなるとき、第２相は焼結体の約6.0体積％か
ら約9.4体積％までの範囲となる。しかし、第２相がYAl
O3とY4Al2O9よりなる第２相の混合物であるときには、
これら第２相の両方が常に少くとも痕跡量、すなわちＸ
線回折分析により検出可能な量以上存在し、このような
混合物において、YAlO3相は焼結体の全体積の約5.6体積
％まで、そしてY4Al2O9相は焼結体の全体積の約9.4体積
％までの範囲となり得る。さらに特定すると、Y4Al2O9
とYAlO3相の混合物が存在する場合、組成が第４図の線
分WFから離れ線MJに向って移行するにつれて、YAlO3相
の量が減少し、Y4Al2O9相の量が増加する。
１実施の態様では、本発明の多結晶体は第３または４図
の線分RFやDJを含まない多角形FJDSRで画定包囲された
組成を有する。即ち、約1.6当量％より大から約5.5当量
％より小までのイットリウム、約94.5当量％より大から
約98.4当量％より小までのアルミニウム、約4.0当量％
より大から約8.5当量％より小までの酸素、および約91.
5当量％より大から約96.0当量％より小までの窒素より
なる組成を有する。この実施の態様では、焼結体の相組
成はAlNとY4Al2O9およびYAlO3よりなる第２相の混合物
とよりなる。この第２相混合物は、焼結体の約4.2体積
％より大から約12.7体積％より小までの量の範囲とな
り、常にY4Al2O9およびYAlO3を少くとも痕跡量、即ちＸ
線回折分析で検出できる量以上含有する。さらに特定す
ると、この実施の態様では、YAlO3相の量が焼結体の約
6.6体積％より小まで、またY4Al2O9相の量が焼結体の約
12.7体積％より小までとなり得る。
の線分RFやDJを含まない多角形FJDSRで画定包囲された
組成を有する。即ち、約1.6当量％より大から約5.5当量
％より小までのイットリウム、約94.5当量％より大から
約98.4当量％より小までのアルミニウム、約4.0当量％
より大から約8.5当量％より小までの酸素、および約91.
5当量％より大から約96.0当量％より小までの窒素より
なる組成を有する。この実施の態様では、焼結体の相組
成はAlNとY4Al2O9およびYAlO3よりなる第２相の混合物
とよりなる。この第２相混合物は、焼結体の約4.2体積
％より大から約12.7体積％より小までの量の範囲とな
り、常にY4Al2O9およびYAlO3を少くとも痕跡量、即ちＸ
線回折分析で検出できる量以上含有する。さらに特定す
ると、この実施の態様では、YAlO3相の量が焼結体の約
6.6体積％より小まで、またY4Al2O9相の量が焼結体の約
12.7体積％より小までとなり得る。
別の実施の態様では、本発明の方法により、第４図の線
分DJで画定された焼結体が製造され、この焼結体は、Al
NとY4Al2O9よりなり、Y4Al2O9相が焼結体の約6.0体積％
から約12.7体積％までの範囲にある組成を有する。第４
図の線分DJは、約2.5当量％から約5.5当量％までのイッ
トリウム、約94.5当量％から約97.5当量％までのアルミ
ニウム、約4.1当量％から約8.5当量％までの酸素および
約95.9当量％から約91.5当量％までの窒素よりなる組成
を有する。
分DJで画定された焼結体が製造され、この焼結体は、Al
NとY4Al2O9よりなり、Y4Al2O9相が焼結体の約6.0体積％
から約12.7体積％までの範囲にある組成を有する。第４
図の線分DJは、約2.5当量％から約5.5当量％までのイッ
トリウム、約94.5当量％から約97.5当量％までのアルミ
ニウム、約4.1当量％から約8.5当量％までの酸素および
約95.9当量％から約91.5当量％までの窒素よりなる組成
を有する。
別の実施の態様では、本方法により、第４図の線分MJで
画定された焼結体が製造され、この焼結体はAlNおよびY
4Al2O9よりなり、Y4Al2O9相が焼結体の約6.0体積％から
約9.4体積％までの範囲にある相組成を有する。第４図
の線分MJは、約2.5当量％から約4.0当量％までのイット
リウム、約97.5当量％から約96.0当量％までのアルミニ
ウム、約4.1当量％から約6.3当量％までの酸素および約
95.9当量％から約93.7当量％までの窒素よりなる組成を
有する。
画定された焼結体が製造され、この焼結体はAlNおよびY
4Al2O9よりなり、Y4Al2O9相が焼結体の約6.0体積％から
約9.4体積％までの範囲にある相組成を有する。第４図
の線分MJは、約2.5当量％から約4.0当量％までのイット
リウム、約97.5当量％から約96.0当量％までのアルミニ
ウム、約4.1当量％から約6.3当量％までの酸素および約
95.9当量％から約93.7当量％までの窒素よりなる組成を
有する。
本発明の方法において、窒化アルミニウム粉末は市販級
または工業用向けのものとすることができる。さらに詳
しくは、窒化アルミニウム粉末は、得られる焼結製品の
所望特性に有意な悪影響を与える不純物を含有してはな
らず、酸素を除いて純度が約99％より高いAlNであるの
が好ましい。本発明の方法に用いる出発材料としての窒
化アルミニウム粉末は、一般に約5.0重量％まで、通常
約1.0重量％より大から約4.0重量％より小までの、即ち
約４重量％までの量の酸素を含有する。代表的には、市
販の窒化アルミニウム粉末は約1.5重量％（2.6当量％）
から約３重量％（5.2当量％）までの酸素を含有し、こ
のような粉末が著しく低コストであるのでもっとも好ま
しい。
または工業用向けのものとすることができる。さらに詳
しくは、窒化アルミニウム粉末は、得られる焼結製品の
所望特性に有意な悪影響を与える不純物を含有してはな
らず、酸素を除いて純度が約99％より高いAlNであるの
が好ましい。本発明の方法に用いる出発材料としての窒
化アルミニウム粉末は、一般に約5.0重量％まで、通常
約1.0重量％より大から約4.0重量％より小までの、即ち
約４重量％までの量の酸素を含有する。代表的には、市
販の窒化アルミニウム粉末は約1.5重量％（2.6当量％）
から約３重量％（5.2当量％）までの酸素を含有し、こ
のような粉末が著しく低コストであるのでもっとも好ま
しい。
窒化アルミニウムの酸素含量は中性子放射化分析により
測定できる。
測定できる。
一般に、本発明の出発材料としての窒化アルミニウム粉
末は、その比表面積が広い範囲にわたって変わり、通常
約10m2/gまでの範囲となる。その比表面積は、多くの場
合約1.0m2/gより大きく、大抵の場合約3.0m2/g以上、通
常約3.2m2/gより大きく、好ましくは約3.4m2/g以上であ
る。
末は、その比表面積が広い範囲にわたって変わり、通常
約10m2/gまでの範囲となる。その比表面積は、多くの場
合約1.0m2/gより大きく、大抵の場合約3.0m2/g以上、通
常約3.2m2/gより大きく、好ましくは約3.4m2/g以上であ
る。
一般に本混合物中の、即ち諸成分を通常ミリングにより
混合した後の本窒化アルミニウム粉末は比表面積が広い
範囲にわたって変わり、一般に約10m2/gまでの範囲とな
る。この比表面積は、BET表面積測定法に基づいて、多
くの場合約1.0m2/gより大から約10m2/gまで、大抵の場
合約3.3m2/gから約10m2/gまで、好ましくは約3.5m2/gか
ら約6m2/gまで、さらに好ましくは約3.6m2/gから約6.0m
2/gまで、もっとも好ましくは約3.6m2/gから約5.2m2/g
までの範囲にある。一般に、所定組成の脱酸コンパクト
について、窒化アルミニウムの表面積が大きい程、所定
の気孔率の焼結体を生成するのに必要な焼結温度が低
い。
混合した後の本窒化アルミニウム粉末は比表面積が広い
範囲にわたって変わり、一般に約10m2/gまでの範囲とな
る。この比表面積は、BET表面積測定法に基づいて、多
くの場合約1.0m2/gより大から約10m2/gまで、大抵の場
合約3.3m2/gから約10m2/gまで、好ましくは約3.5m2/gか
ら約6m2/gまで、さらに好ましくは約3.6m2/gから約6.0m
2/gまで、もっとも好ましくは約3.6m2/gから約5.2m2/g
までの範囲にある。一般に、所定組成の脱酸コンパクト
について、窒化アルミニウムの表面積が大きい程、所定
の気孔率の焼結体を生成するのに必要な焼結温度が低
い。
一般に、本混合物中の酸化イットリウム（Y2O3）添加剤
は広い範囲で変わる比表面積をもつ。一般に、この比表
面積は約0.4m2/gより大きく、通常0.4m2/gより大から約
6.0m2/gまで、普通は約0.6m2/gから約5.0m2/gまで、も
っと普通には約1.0m2/gから約5.0m2/gまでの範囲にあ
り、１実施の態様では2.0m2/gより大である。
は広い範囲で変わる比表面積をもつ。一般に、この比表
面積は約0.4m2/gより大きく、通常0.4m2/gより大から約
6.0m2/gまで、普通は約0.6m2/gから約5.0m2/gまで、も
っと普通には約1.0m2/gから約5.0m2/gまでの範囲にあ
り、１実施の態様では2.0m2/gより大である。
本発明の実施にあたって、窒化アルミニウム粉末の脱酸
用炭素は遊離炭素の形態で与えられ、このような遊離炭
素は混合物に元素炭素としてあるいは炭素質添加剤の形
態で、例えば熱分解して遊離炭素を与え得る有機化合物
の形態で加えることができる。
用炭素は遊離炭素の形態で与えられ、このような遊離炭
素は混合物に元素炭素としてあるいは炭素質添加剤の形
態で、例えば熱分解して遊離炭素を与え得る有機化合物
の形態で加えることができる。
本炭素質添加剤は、遊離炭素、炭素質有機物質およびこ
れらの混合物よりなる群から選ばれる。炭素質有機物質
は約50℃−約1000℃の温度で完全に熱分解して遊離炭素
と揮散する気体状分解生成物となる。好適実施例にあっ
ては、炭素質添加剤が遊離炭素であり、特に好ましくは
黒鉛である。
れらの混合物よりなる群から選ばれる。炭素質有機物質
は約50℃−約1000℃の温度で完全に熱分解して遊離炭素
と揮散する気体状分解生成物となる。好適実施例にあっ
ては、炭素質添加剤が遊離炭素であり、特に好ましくは
黒鉛である。
高分子量芳香族化合物または物質は、通例熱分解時に必
要な収量の１ミクロン未満の微小寸法の粒状遊離炭素を
生成するので、本遊離炭素を添加するのに好ましい炭素
質有機物質である。このような芳香族物質の例には、ア
セトンまたは高級アルコール、例えばブチルアルコール
に可溶なノボラックとして知られるフェノールホルムア
ルデヒド縮合樹脂、ならびに多数の関連縮合重合体また
は樹脂、例えばレゾルシノール、−ホルムアルデヒド、
アニリン−ホルムアルデヒドおよびクレゾール−ホルム
アルデヒド縮合樹脂がある。別の好適な１群の物質に、
コールタールに含まれる多核芳香族炭化水素の誘導体、
例えばジベンズアントラセンおよびクリセンがある。他
の好適な１群に、芳香族炭化水素に可溶な芳香族炭化水
素の重合体、例えばポリフェニレンまたはポリメチルフ
ェニレンがある。
要な収量の１ミクロン未満の微小寸法の粒状遊離炭素を
生成するので、本遊離炭素を添加するのに好ましい炭素
質有機物質である。このような芳香族物質の例には、ア
セトンまたは高級アルコール、例えばブチルアルコール
に可溶なノボラックとして知られるフェノールホルムア
ルデヒド縮合樹脂、ならびに多数の関連縮合重合体また
は樹脂、例えばレゾルシノール、−ホルムアルデヒド、
アニリン−ホルムアルデヒドおよびクレゾール−ホルム
アルデヒド縮合樹脂がある。別の好適な１群の物質に、
コールタールに含まれる多核芳香族炭化水素の誘導体、
例えばジベンズアントラセンおよびクリセンがある。他
の好適な１群に、芳香族炭化水素に可溶な芳香族炭化水
素の重合体、例えばポリフェニレンまたはポリメチルフ
ェニレンがある。
本遊離炭素は比表面積が広い範囲にわたって変わり得、
少くとも本脱酸を行うのが十分である必要があるだけで
ある。遊離炭素の比表面積を、BET表面積測定法によ
り、一般に10m2/gより大、好ましくは20m2/gより大、特
に好ましくは約100m2/gより大、そしてもっと好ましく
は150m2/gより大にすることにより、AlN粉末の脱酸を行
うためのAlN粉末との緊密な接触を確保する。
少くとも本脱酸を行うのが十分である必要があるだけで
ある。遊離炭素の比表面積を、BET表面積測定法によ
り、一般に10m2/gより大、好ましくは20m2/gより大、特
に好ましくは約100m2/gより大、そしてもっと好ましく
は150m2/gより大にすることにより、AlN粉末の脱酸を行
うためのAlN粉末との緊密な接触を確保する。
さらに好ましくは、本遊離炭素の表面積をできるだけ大
きくする。また、遊離炭素の粒度が細かい程、すなわち
表面積が大きい程、遊離炭素が脱酸コンパクト中に残す
穴または気孔が小さくなる。一般に、所定の脱酸コンパ
クトの気孔か小さい程、焼結体の約１体積％未満の気孔
率を有する焼結体を生成するために、焼結温度で発生さ
せねばならない液相の必要量が少なくなる。
きくする。また、遊離炭素の粒度が細かい程、すなわち
表面積が大きい程、遊離炭素が脱酸コンパクト中に残す
穴または気孔が小さくなる。一般に、所定の脱酸コンパ
クトの気孔か小さい程、焼結体の約１体積％未満の気孔
率を有する焼結体を生成するために、焼結温度で発生さ
せねばならない液相の必要量が少なくなる。
窒化アルミニウム粉末を遊離炭素による脱酸に適当なコ
ンパクトに加工するとは、ここでは、本混合物を生成す
るための窒化アルミニウム粉末の混合のすべて、コンパ
クトを生成するための得られた混合物成形のすべて、な
らびに炭素により脱酸される前のコンパクトの取扱いと
貯蔵を包含するものである。本方法では、窒化アルミニ
ウム粉末を遊離炭素による脱酸に適当なコンパクトに加
工することは、少くとも部分的に空気中で行われ、この
ような窒化アルミニウム粉末の加工中、窒化アルミニウ
ム粉末は空気から酸素を通常窒化アルミニウムの約0.03
重量％より大きい量捕集し、このような酸素の捕集は制
御および再現可能であり、同一条件下で行うならばさし
たる差異がない。所望に応じて、遊離炭素による脱酸に
適当なコンパクトへの窒化アルミニウム粉末の加工を空
気中で行うことができる。
ンパクトに加工するとは、ここでは、本混合物を生成す
るための窒化アルミニウム粉末の混合のすべて、コンパ
クトを生成するための得られた混合物成形のすべて、な
らびに炭素により脱酸される前のコンパクトの取扱いと
貯蔵を包含するものである。本方法では、窒化アルミニ
ウム粉末を遊離炭素による脱酸に適当なコンパクトに加
工することは、少くとも部分的に空気中で行われ、この
ような窒化アルミニウム粉末の加工中、窒化アルミニウ
ム粉末は空気から酸素を通常窒化アルミニウムの約0.03
重量％より大きい量捕集し、このような酸素の捕集は制
御および再現可能であり、同一条件下で行うならばさし
たる差異がない。所望に応じて、遊離炭素による脱酸に
適当なコンパクトへの窒化アルミニウム粉末の加工を空
気中で行うことができる。
本発明の窒化アルミニウムの加工時に、窒化アルミニウ
ムが捕捉する酸素は任意の形態をとり得る。即ち、捕捉
酸素は最初は酸素であるか、または最初は何らかの他の
形態、例えば水となり得る。窒化アルミニウムが空気ま
たは他の媒体から捕集した酸素の合計量は一般に窒化ア
ルミニウムの合計重量の約3.0重量％より小であり、一
般に約0.03重量％より大から約3.0重量％より小までの
範囲にあり、通常約0.1重量％から約１重量％までの範
囲にある。一般に、コンパクトの脱酸以前の本混合物お
よびコンパクト中の窒化アルミニウムは、窒化アルミニ
ウムの合計重量に基づいて、約5.1重量％より小の酸素
含量を有し、酸素含量は一に約1.50重量％より大きく、
通常約1.95重量％より大から約5.1重量％より小まで、
さらに通例では約2.0重量％から約4.5重量％までの範囲
にある。
ムが捕捉する酸素は任意の形態をとり得る。即ち、捕捉
酸素は最初は酸素であるか、または最初は何らかの他の
形態、例えば水となり得る。窒化アルミニウムが空気ま
たは他の媒体から捕集した酸素の合計量は一般に窒化ア
ルミニウムの合計重量の約3.0重量％より小であり、一
般に約0.03重量％より大から約3.0重量％より小までの
範囲にあり、通常約0.1重量％から約１重量％までの範
囲にある。一般に、コンパクトの脱酸以前の本混合物お
よびコンパクト中の窒化アルミニウムは、窒化アルミニ
ウムの合計重量に基づいて、約5.1重量％より小の酸素
含量を有し、酸素含量は一に約1.50重量％より大きく、
通常約1.95重量％より大から約5.1重量％より小まで、
さらに通例では約2.0重量％から約4.5重量％までの範囲
にある。
出発窒化アルミニウム粉末の酸素含量および脱酸以前の
コンパクトの窒化アルミニウムの酸素含量は中性子放射
化分析で測定できる。
コンパクトの窒化アルミニウムの酸素含量は中性子放射
化分析で測定できる。
コンパクトにおいて、酸素を約5.1重量％以上の量含有
する窒化アルミニウムは通常望ましくない。
する窒化アルミニウムは通常望ましくない。
本発明の方法を実施するときには、窒化アルミニウム粉
末、酸化イットリウムまたはその前駆物質の粉末および
通常遊離炭素の形態の炭素質添加剤よりなる均一なもし
くは少くとも有意に均一な混合物または分散物を形成
し、このような混合物は多数の技術で形成することがで
きる。粉末を液体媒体中周囲圧力および温度でボールミ
ル混練して均一なもしくは有意に均一な分散物を生成す
るのが好ましい。ミル用媒体は通常シリンダーまたはボ
ールの形態であり、粉末に有意な悪影響を与えてはなら
ず、好ましくは多結晶窒化アルミニウムまたは鋼よりな
る。一般に、ミル用媒体は約1/4インチ以上、普通約1/4
インチ−約1/2インチの直径を有する。液体媒体は粉末
に有意な悪影響をもってはならず、好ましくは非水系で
ある。好ましくは、液体混合またはミル用媒体は室温ま
たは周囲温度より高い温度から300℃より低い温度範囲
で完全に蒸発除去されて、本混合物が残る。好ましく
は、液体混合媒体は有機液体、例えばヘプタンまたはヘ
キサンである。また好ましくは、液体ミル用媒体は窒化
アルミニウム粉末用の分散剤を含有し、これにより均一
なもしくは有意に均一な混合物を有意に短いミル時間で
生成する。このような分散剤は分散に必要な量で使用し
なければならず、しかも1000℃以下の高温で完全に蒸発
もしくは分解および蒸発するかまたは有意な残渣を残さ
ず、即ち本方法に有意な影響を有する残渣を残さないこ
とが必要である。一般にこのような分散剤の量は窒化ア
ルミニウム粉末の約0.1重量％から約３重量％より小ま
での範囲にあり、そして一般に分散剤は有機液体、好ま
しくはオレイン酸である。
末、酸化イットリウムまたはその前駆物質の粉末および
通常遊離炭素の形態の炭素質添加剤よりなる均一なもし
くは少くとも有意に均一な混合物または分散物を形成
し、このような混合物は多数の技術で形成することがで
きる。粉末を液体媒体中周囲圧力および温度でボールミ
ル混練して均一なもしくは有意に均一な分散物を生成す
るのが好ましい。ミル用媒体は通常シリンダーまたはボ
ールの形態であり、粉末に有意な悪影響を与えてはなら
ず、好ましくは多結晶窒化アルミニウムまたは鋼よりな
る。一般に、ミル用媒体は約1/4インチ以上、普通約1/4
インチ−約1/2インチの直径を有する。液体媒体は粉末
に有意な悪影響をもってはならず、好ましくは非水系で
ある。好ましくは、液体混合またはミル用媒体は室温ま
たは周囲温度より高い温度から300℃より低い温度範囲
で完全に蒸発除去されて、本混合物が残る。好ましく
は、液体混合媒体は有機液体、例えばヘプタンまたはヘ
キサンである。また好ましくは、液体ミル用媒体は窒化
アルミニウム粉末用の分散剤を含有し、これにより均一
なもしくは有意に均一な混合物を有意に短いミル時間で
生成する。このような分散剤は分散に必要な量で使用し
なければならず、しかも1000℃以下の高温で完全に蒸発
もしくは分解および蒸発するかまたは有意な残渣を残さ
ず、即ち本方法に有意な影響を有する残渣を残さないこ
とが必要である。一般にこのような分散剤の量は窒化ア
ルミニウム粉末の約0.1重量％から約３重量％より小ま
での範囲にあり、そして一般に分散剤は有機液体、好ま
しくはオレイン酸である。
鋼製ミル媒体を用いる場合、鋼または鉄の残留物が乾燥
分散物または混合物中に残され、その量が検出限界量か
ら混合物の約3.0重量％までの範囲となる。この混合物
中の鋼または鉄の残留物は本発明の方法にも、得られる
焼結体の熱伝導率にも有意の影響をもたない。
分散物または混合物中に残され、その量が検出限界量か
ら混合物の約3.0重量％までの範囲となる。この混合物
中の鋼または鉄の残留物は本発明の方法にも、得られる
焼結体の熱伝導率にも有意の影響をもたない。
液体分散物を多数の慣例技術で乾燥して液体を除去する
か蒸発させて、本粒状混合物が生成する。所望に応じ
て、乾燥を空気中で行うことができる。ミルずみの液体
分散物を空気中で乾燥すると窒化アルミニウムが酸素を
捕集することになり、同じ条件下で乾燥を行う場合、こ
のような酸素捕集は再現性があり、有意な差がない。ま
た所望に応じて分散物をスプレー乾燥することができ
る。
か蒸発させて、本粒状混合物が生成する。所望に応じ
て、乾燥を空気中で行うことができる。ミルずみの液体
分散物を空気中で乾燥すると窒化アルミニウムが酸素を
捕集することになり、同じ条件下で乾燥を行う場合、こ
のような酸素捕集は再現性があり、有意な差がない。ま
た所望に応じて分散物をスプレー乾燥することができ
る。
固体状炭素質有機物質を溶液の形態で混和して窒化アル
ミニウム粒子を被覆するのが好ましい。非水系溶剤が好
ましい。次に湿潤混合物に溶剤除去の処理をして、本混
合物を生成することができる。溶剤を多数の技術で除去
でき、例えば蒸発によるか、凍結乾燥、即ち凍結分散物
から真空下で溶剤を留去することによって除去する。こ
のようにして窒化アルミニウム粉末上に有機物質の実質
的に均一な被膜を得、この被膜から熱分解により遊離炭
素の実質的に均一な分布を得る。
ミニウム粒子を被覆するのが好ましい。非水系溶剤が好
ましい。次に湿潤混合物に溶剤除去の処理をして、本混
合物を生成することができる。溶剤を多数の技術で除去
でき、例えば蒸発によるか、凍結乾燥、即ち凍結分散物
から真空下で溶剤を留去することによって除去する。こ
のようにして窒化アルミニウム粉末上に有機物質の実質
的に均一な被膜を得、この被膜から熱分解により遊離炭
素の実質的に均一な分布を得る。
本混合物は空気中でコンパクトに成形され、混合物中の
窒化アルミニウムを空気にさらすことを包含する。本混
合物のコンパクトへの成形は、多数の技術で行うことが
でき、例えば押出、射出成形、ダイプレス、均衡プレ
ス、スリップキャスティング、ロール圧縮または成形、
またはテープキャスティングよって所望の形状のコンパ
クトを生成する。混合物の成形を補助するのに用いる任
意の潤滑剤、結合剤または類似の成形助剤は、コンパク
トもしくは得られる焼結体に有意の有害作用をもっては
ならない。このような成形助剤は比較的低い温度、好ま
しくは400℃より低い温度に加熱することで蒸発し、有
意な残渣を残さない種類のものが好ましい。成形助剤の
除去後のコンパクトの気孔率を60％より小さく、特に50
％より小さくして焼結中の緻密化を促進するのが好まし
い。
窒化アルミニウムを空気にさらすことを包含する。本混
合物のコンパクトへの成形は、多数の技術で行うことが
でき、例えば押出、射出成形、ダイプレス、均衡プレ
ス、スリップキャスティング、ロール圧縮または成形、
またはテープキャスティングよって所望の形状のコンパ
クトを生成する。混合物の成形を補助するのに用いる任
意の潤滑剤、結合剤または類似の成形助剤は、コンパク
トもしくは得られる焼結体に有意の有害作用をもっては
ならない。このような成形助剤は比較的低い温度、好ま
しくは400℃より低い温度に加熱することで蒸発し、有
意な残渣を残さない種類のものが好ましい。成形助剤の
除去後のコンパクトの気孔率を60％より小さく、特に50
％より小さくして焼結中の緻密化を促進するのが好まし
い。
コンパクトが遊離炭素のソースとして炭素質有機物質を
含有する場合には、コンパクトを約50℃から約1000℃ま
での範囲の温度に加熱して有機物質を完全に熱分解し、
本発明に必要な遊離炭素と揮散する気体状分解生成物を
生成する。炭素質有機物質の熱分解は、好ましくは真空
下もしくは周囲圧力で、非酸化性雰囲気中で行う。好ま
しくは熱分解を窒素、水素、希ガス（例えばアルゴン）
およびこれらの混合物よりなる群から選ばれる非酸化性
雰囲気中で行う。さらに好ましくは雰囲気は窒素、また
は約25容量％以上の窒素と水素，希ガス（例えばアルゴ
ン）およびこれらの混合物よりなる群から選ばれるガス
との混合物である。１実施の態様では、雰囲気は窒素と
約１容量％−約５容量％の水素との混合物である。
含有する場合には、コンパクトを約50℃から約1000℃ま
での範囲の温度に加熱して有機物質を完全に熱分解し、
本発明に必要な遊離炭素と揮散する気体状分解生成物を
生成する。炭素質有機物質の熱分解は、好ましくは真空
下もしくは周囲圧力で、非酸化性雰囲気中で行う。好ま
しくは熱分解を窒素、水素、希ガス（例えばアルゴン）
およびこれらの混合物よりなる群から選ばれる非酸化性
雰囲気中で行う。さらに好ましくは雰囲気は窒素、また
は約25容量％以上の窒素と水素，希ガス（例えばアルゴ
ン）およびこれらの混合物よりなる群から選ばれるガス
との混合物である。１実施の態様では、雰囲気は窒素と
約１容量％−約５容量％の水素との混合物である。
炭素質有機物質の熱分解により導入される遊離炭素の実
際の量は、有機物質だけを熱分解し、減量を測定するこ
とによって決定することができる。好ましくは、本コン
パクト中の有機物質の熱分解を焼結炉内で行い、温度を
脱酸温度、即ち得られる遊離炭素がAlNの酸素含量と反
応する温度に上げてゆく。
際の量は、有機物質だけを熱分解し、減量を測定するこ
とによって決定することができる。好ましくは、本コン
パクト中の有機物質の熱分解を焼結炉内で行い、温度を
脱酸温度、即ち得られる遊離炭素がAlNの酸素含量と反
応する温度に上げてゆく。
あるいはまた、本発明の方法では、酸化イットリウムを
酸化イットリウム前駆物質によって得ることができる。
用語酸化イットリウム前駆物質は、約1200℃より低い温
度で完全に熱分解して、酸化イットリウムと、揮散して
焼結体中にその熱伝導率に有害な汚染物を残さない副生
ガスを形成する有機または無機化合物を意味する。本発
明の方法に有用な酸化イットリウムの前駆物質の代表例
には、酢酸イットリウム、炭酸イットリウム、修酸イッ
トリウム、硝酸イットリウム、硫酸イットリウムおよび
水酸化イットリウムがある。
酸化イットリウム前駆物質によって得ることができる。
用語酸化イットリウム前駆物質は、約1200℃より低い温
度で完全に熱分解して、酸化イットリウムと、揮散して
焼結体中にその熱伝導率に有害な汚染物を残さない副生
ガスを形成する有機または無機化合物を意味する。本発
明の方法に有用な酸化イットリウムの前駆物質の代表例
には、酢酸イットリウム、炭酸イットリウム、修酸イッ
トリウム、硝酸イットリウム、硫酸イットリウムおよび
水酸化イットリウムがある。
コンパクトが酸化イットリウム前駆物質を含有する場
合、コンパクトを約1200℃までの温度に加熱してその前
駆物質を熱分解し、これにより酸化イットリウムを得
る。このような熱分解は非酸化性雰囲気、好ましくは窒
素、水素、希ガス（例えばアルゴン）およびこれらの混
合物よりなる群から選ばれる雰囲気中、好ましくは真空
下もしくは周囲圧力で行う。雰囲気が窒素、または約25
容量％以上の窒素と水素、希ガス（例えばアルゴン）お
よびこれらの混合物よりなる群から選ばれるガスとの混
合物であるのが好ましい。１実施の態様では、雰囲気は
窒素と約１容量％−約５容量％の水素との混合物であ
る。
合、コンパクトを約1200℃までの温度に加熱してその前
駆物質を熱分解し、これにより酸化イットリウムを得
る。このような熱分解は非酸化性雰囲気、好ましくは窒
素、水素、希ガス（例えばアルゴン）およびこれらの混
合物よりなる群から選ばれる雰囲気中、好ましくは真空
下もしくは周囲圧力で行う。雰囲気が窒素、または約25
容量％以上の窒素と水素、希ガス（例えばアルゴン）お
よびこれらの混合物よりなる群から選ばれるガスとの混
合物であるのが好ましい。１実施の態様では、雰囲気は
窒素と約１容量％−約５容量％の水素との混合物であ
る。
本発明における炭素による窒化アルミニウムの脱酸、即
ち炭素脱酸では、窒化アルミニウム、遊離炭素および酸
化イットリウムよりなるコンパクトを脱酸温度に加熱し
て、遊離炭素を窒化アルミニウム中に含まれる酸素の少
くとも十分な量と反応させ、第３または４図の線分RFを
含まない多角形FJDSRで画定包囲された組成を有する脱
酸コンパクトを生成する。この炭素による脱酸は、約13
50℃からコンパクトの気孔が開いたまゝに留まる温度、
即ちコンパクトを脱酸するのに十分だが気孔閉塞温度よ
り低い温度、通常約1800℃以下の温度で行い、脱酸を約
1600℃−1650℃で行うのが好ましい。
ち炭素脱酸では、窒化アルミニウム、遊離炭素および酸
化イットリウムよりなるコンパクトを脱酸温度に加熱し
て、遊離炭素を窒化アルミニウム中に含まれる酸素の少
くとも十分な量と反応させ、第３または４図の線分RFを
含まない多角形FJDSRで画定包囲された組成を有する脱
酸コンパクトを生成する。この炭素による脱酸は、約13
50℃からコンパクトの気孔が開いたまゝに留まる温度、
即ちコンパクトを脱酸するのに十分だが気孔閉塞温度よ
り低い温度、通常約1800℃以下の温度で行い、脱酸を約
1600℃−1650℃で行うのが好ましい。
炭素脱酸は、好ましくは周囲圧力下で、窒化アルミニウ
ムの脱酸を促進する十分な窒素を含有する気体状窒素含
有非酸化性雰囲気中で行う。本発明によれば、窒素はコ
ンパクトの脱酸を行うのに必要な成分である。好ましく
は窒素含有雰囲気は窒素であるか、約25容量％以上の窒
素と水素、希ガス（例えばアルゴン）およびこれらの混
合物よりなる群から選ばれるガスとの混合物である。ま
た好ましくは、窒素含有雰囲気は窒素と水素との混合
物、特に約５容量％以下の水素を含む混合物である。
ムの脱酸を促進する十分な窒素を含有する気体状窒素含
有非酸化性雰囲気中で行う。本発明によれば、窒素はコ
ンパクトの脱酸を行うのに必要な成分である。好ましく
は窒素含有雰囲気は窒素であるか、約25容量％以上の窒
素と水素、希ガス（例えばアルゴン）およびこれらの混
合物よりなる群から選ばれるガスとの混合物である。ま
た好ましくは、窒素含有雰囲気は窒素と水素との混合
物、特に約５容量％以下の水素を含む混合物である。
コンパクトの炭素脱酸を行うのに要する時間は実験的に
求めることができ、コンパクトの厚さおよびコンパクト
が含有する遊離炭素の量に依存する。即ち、炭素脱酸時
間はコンパクトの厚さの増加につれて、またコンパクト
に含まれる遊離炭素の量の増加につれて増加する。炭素
脱酸はコンパクトを焼結温度まで加熱している間に行う
ことができるが、但し加熱速度がコンパクトの気孔が開
いたままで脱酸を完了できるような速度であり、このよ
うな加熱速度は実験的に決めることができる。また、あ
る程度まで、炭素脱酸時間が脱酸温度、コンパクトの粒
状混合物の粒度および均一性に依存する。即ち、脱酸温
度が高い程、粒度が小さい程、そして混合物が均一な
程、脱酸時間が短い。またある程度まで、脱酸時間は状
態図上の最終位置に依存する。即ち線分DJに近づくにつ
れて、脱酸時間が増加する。代表的には炭素脱酸時間は
約1/4時間−約1.5時間の範囲にある。
求めることができ、コンパクトの厚さおよびコンパクト
が含有する遊離炭素の量に依存する。即ち、炭素脱酸時
間はコンパクトの厚さの増加につれて、またコンパクト
に含まれる遊離炭素の量の増加につれて増加する。炭素
脱酸はコンパクトを焼結温度まで加熱している間に行う
ことができるが、但し加熱速度がコンパクトの気孔が開
いたままで脱酸を完了できるような速度であり、このよ
うな加熱速度は実験的に決めることができる。また、あ
る程度まで、炭素脱酸時間が脱酸温度、コンパクトの粒
状混合物の粒度および均一性に依存する。即ち、脱酸温
度が高い程、粒度が小さい程、そして混合物が均一な
程、脱酸時間が短い。またある程度まで、脱酸時間は状
態図上の最終位置に依存する。即ち線分DJに近づくにつ
れて、脱酸時間が増加する。代表的には炭素脱酸時間は
約1/4時間−約1.5時間の範囲にある。
好ましくは、コンパクトを焼結炉内で、コンパクトを脱
酸温度に必要な時間保持し、次いで温度を焼結温度に上
げることによって脱酸する。焼結がコンパクト中の気孔
を閉塞し、気体状生成物が揮散するのをじゃまし、これ
により本焼結体の生成をさまたげる以前に、コンパクト
の脱酸を完了する必要がある。
酸温度に必要な時間保持し、次いで温度を焼結温度に上
げることによって脱酸する。焼結がコンパクト中の気孔
を閉塞し、気体状生成物が揮散するのをじゃまし、これ
により本焼結体の生成をさまたげる以前に、コンパクト
の脱酸を完了する必要がある。
本発明の炭素での脱酸において、遊離炭素が窒化アルミ
ニウムの酸素と反応し、揮散する一酸化炭素ガスを生成
する。下記の脱酸反応が起ると考えられる。ここで窒化
アルミニウムの酸素含量はAl2O3として与えられる。
ニウムの酸素と反応し、揮散する一酸化炭素ガスを生成
する。下記の脱酸反応が起ると考えられる。ここで窒化
アルミニウムの酸素含量はAl2O3として与えられる。
Al2O3＋3C＋N2→3CO（ｇ）＋2AlN （２） 炭素により行われる脱酸で気体状炭素含有生成物が生成
し、これが揮散し、これにより遊離炭素を除去する。
し、これが揮散し、これにより遊離炭素を除去する。
脱酸前のコンパクトを速すぎる速度で炭素脱酸温度を経
て焼結温度に加熱すると、−そのような速すぎる速度は
コンパクトの組成およびコンパクトが含有する炭素の量
に大きく依存するが、−本炭素脱酸は起らない。即ち不
十分な量の脱酸が起り、有意な量の炭素が反応（３）お
よび／または（3A）により失なわれる。
て焼結温度に加熱すると、−そのような速すぎる速度は
コンパクトの組成およびコンパクトが含有する炭素の量
に大きく依存するが、−本炭素脱酸は起らない。即ち不
十分な量の脱酸が起り、有意な量の炭素が反応（３）お
よび／または（3A）により失なわれる。
Ｃ＋AlN→AlCN（ｇ） （３） 本脱酸コンパクトを生成するのに必要な遊離炭素の特定
量は、多数の技術で決めることができる。遊離炭素の必
要量は実験的に決定することができる。好ましくは炭素
の初期近似量は式（２）から、即ち式（２）に規定され
た炭素の化学量論的量から計算され、そしてこのような
近似量を用いて、本方法において本焼結体を生成するの
に必要な炭素の量は、過剰なもしくは過少な炭素を加え
たとしても、１回か数回の実験で求めることができる。
具体的にはこれは、焼結体の気孔率を測定し、焼結体を
炭素について分析し、そしてＸ線回折分析によって行う
ことができる。コンパクトがあまりに多量の炭素を含有
すると、得られる脱酸コンパクトは焼結するのが困難
で、本焼結体を生成しない。即ち焼結体が過剰量の炭素
を含有する。コンパクトが含有する炭素が余りに少ない
と、得られる焼結体のＸ線回折分析で、Y4Al2O9相が見
られず、その組成が第４図の線分RFを含まない多角形FJ
DSRで画定包囲されていないことがわかる。
量は、多数の技術で決めることができる。遊離炭素の必
要量は実験的に決定することができる。好ましくは炭素
の初期近似量は式（２）から、即ち式（２）に規定され
た炭素の化学量論的量から計算され、そしてこのような
近似量を用いて、本方法において本焼結体を生成するの
に必要な炭素の量は、過剰なもしくは過少な炭素を加え
たとしても、１回か数回の実験で求めることができる。
具体的にはこれは、焼結体の気孔率を測定し、焼結体を
炭素について分析し、そしてＸ線回折分析によって行う
ことができる。コンパクトがあまりに多量の炭素を含有
すると、得られる脱酸コンパクトは焼結するのが困難
で、本焼結体を生成しない。即ち焼結体が過剰量の炭素
を含有する。コンパクトが含有する炭素が余りに少ない
と、得られる焼結体のＸ線回折分析で、Y4Al2O9相が見
られず、その組成が第４図の線分RFを含まない多角形FJ
DSRで画定包囲されていないことがわかる。
本脱酸を行うのに用いられる遊離炭素の量は、どんな形
態にしても炭素を有意な量残さず、即ち焼結体に有意な
有害作用をもついずれかの形態の炭素を含まない、本脱
酸コンパクトを生成するべきである。さらに特定する
と、脱酸コンパクトには、本焼結体の製造を妨害するか
もしれない炭素が、どんな形態にせよまったく残ってい
てはならない。即ち、焼結体の炭素含量は、焼結体の熱
伝導率が25℃で1.00W/cm・Ｋより大きくなるのに十分な
低さでなければならない。一般に、本焼結体は何らかの
形態の炭素を痕跡量、焼結体の合計重量に基づいて、一
般に約0.08重量％未満、好ましくは約0.065重量％未
満、特に好ましくは約0.04重量％未満、もっとも好まし
くは0.03重量％未満の量含有してもよい。
態にしても炭素を有意な量残さず、即ち焼結体に有意な
有害作用をもついずれかの形態の炭素を含まない、本脱
酸コンパクトを生成するべきである。さらに特定する
と、脱酸コンパクトには、本焼結体の製造を妨害するか
もしれない炭素が、どんな形態にせよまったく残ってい
てはならない。即ち、焼結体の炭素含量は、焼結体の熱
伝導率が25℃で1.00W/cm・Ｋより大きくなるのに十分な
低さでなければならない。一般に、本焼結体は何らかの
形態の炭素を痕跡量、焼結体の合計重量に基づいて、一
般に約0.08重量％未満、好ましくは約0.065重量％未
満、特に好ましくは約0.04重量％未満、もっとも好まし
くは0.03重量％未満の量含有してもよい。
焼結体中に残っている有意の量の炭素はどんな形態で
も、焼結体の熱伝導率を著しく下げる。焼結体の約0.06
5重量％より多い量のあらゆる形態の炭素は、焼結体の
熱伝導率を著しく下げやすい。
も、焼結体の熱伝導率を著しく下げる。焼結体の約0.06
5重量％より多い量のあらゆる形態の炭素は、焼結体の
熱伝導率を著しく下げやすい。
本脱酸コンパクトは、脱酸コンパクトの組成にふさわし
い焼結温度である温度で緻密化し、即ち液相焼結して、
焼結体の約10体積％未満、好ましくは約４体積％未満の
気孔率を有する本多結晶体を生成する。第４図の線分RF
を含まない多角形FJDSRで画定包囲された本組成につい
ては、この焼結温度は約1840℃以上、一般に約1840℃か
ら約2050℃までであり、最低焼結温度は、一般に第４図
の点Ｒのすぐ隣りの、つまりもっとも近い点で表わされ
る組成についての約1840℃から、第４図点Ｊでの組成に
ついての約1855℃まで上昇する。
い焼結温度である温度で緻密化し、即ち液相焼結して、
焼結体の約10体積％未満、好ましくは約４体積％未満の
気孔率を有する本多結晶体を生成する。第４図の線分RF
を含まない多角形FJDSRで画定包囲された本組成につい
ては、この焼結温度は約1840℃以上、一般に約1840℃か
ら約2050℃までであり、最低焼結温度は、一般に第４図
の点Ｒのすぐ隣りの、つまりもっとも近い点で表わされ
る組成についての約1840℃から、第４図点Ｊでの組成に
ついての約1855℃まで上昇する。
さらに特定すると、本発明においては、一定の粒度を有
する本脱酸コンパクトについて、最低焼結温度が多角形
FJDSR内の点のＲすぐ隣りの点で表わされる組成で存在
し、このような最低焼結温度は組成が点Ｒから離れ線分
JD上の任意の点に向って移行するにつれて上昇する。
する本脱酸コンパクトについて、最低焼結温度が多角形
FJDSR内の点のＲすぐ隣りの点で表わされる組成で存在
し、このような最低焼結温度は組成が点Ｒから離れ線分
JD上の任意の点に向って移行するにつれて上昇する。
具体的には最低焼結温度は組成（即ち第４図の状態図中
の位置）、コンパクトの未焼結密度、即ち成形助剤の除
去後かつ脱酸前のコンパクトの気孔率、および窒化アル
ミニウムの粒度に大きく依存し、酸化イットリウムおよ
び炭素の粒度に少し依存する。多角形FJDSR内で、組成
が点Ｒのすぐ隣りの、つまりもっとも近い点から点Ｊに
移るにつれて、またコンパクトの未焼結密度が減少する
につれて、そして窒化アルミニウムの粒度が、また程度
は小さいが酸化イットリウムおよび炭素の粒度が増加す
るにつれて、最低焼結温度が上昇する。
の位置）、コンパクトの未焼結密度、即ち成形助剤の除
去後かつ脱酸前のコンパクトの気孔率、および窒化アル
ミニウムの粒度に大きく依存し、酸化イットリウムおよ
び炭素の粒度に少し依存する。多角形FJDSR内で、組成
が点Ｒのすぐ隣りの、つまりもっとも近い点から点Ｊに
移るにつれて、またコンパクトの未焼結密度が減少する
につれて、そして窒化アルミニウムの粒度が、また程度
は小さいが酸化イットリウムおよび炭素の粒度が増加す
るにつれて、最低焼結温度が上昇する。
本発明の液相焼結を行うためには、本脱酸コンパクト
は、炭素脱酸コンパクトを緻密化して本発明の焼結体を
生成するのに十分な量の液相を焼結温度で形成するのに
十分な当量％のＹおよびＯを含有する。本最低緻密化温
度、即ち最低焼結温度は、脱酸コンパクトの組成、即ち
それが生成する液相の量に大きく依存する。具体的に
は、焼結温度が本発明で有効であるためには、本生成物
を生成する本液相焼結を行うのに少くとも十分な液相
を、脱酸コンパクトの特定組成において生成する温度で
なければならない。所定の組成について、焼結温度が低
い程、発生する液相の量が少ない。即ち焼結温度が下が
るにつれて緻密化が困難になる。しかし、約2050℃より
高い焼結温度には特別な利点がない。
は、炭素脱酸コンパクトを緻密化して本発明の焼結体を
生成するのに十分な量の液相を焼結温度で形成するのに
十分な当量％のＹおよびＯを含有する。本最低緻密化温
度、即ち最低焼結温度は、脱酸コンパクトの組成、即ち
それが生成する液相の量に大きく依存する。具体的に
は、焼結温度が本発明で有効であるためには、本生成物
を生成する本液相焼結を行うのに少くとも十分な液相
を、脱酸コンパクトの特定組成において生成する温度で
なければならない。所定の組成について、焼結温度が低
い程、発生する液相の量が少ない。即ち焼結温度が下が
るにつれて緻密化が困難になる。しかし、約2050℃より
高い焼結温度には特別な利点がない。
本脱酸コンパクトを、好ましくは約1840℃から約2050℃
まで、より好ましくは約1880℃から約1950℃まで、さら
に好ましくは約1890℃から約1950℃までの範囲の温度で
緻密化、即ち液相焼結して、本多結晶体を生成する。
まで、より好ましくは約1880℃から約1950℃まで、さら
に好ましくは約1890℃から約1950℃までの範囲の温度で
緻密化、即ち液相焼結して、本多結晶体を生成する。
脱酸コンパクトは、好ましくは周囲圧力下、窒化アルミ
ニウムの有意な減量を防止するのに少くとも十分な窒素
を含有する気体状窒素含有非酸化性雰囲気中で焼結す
る。本発明によれば、窒素が、焼結中にAlNの有意な減
量を防止するとともに、脱酸処理を最適化しかつ炭素を
除去するのに必要な焼結雰囲気中の必須成分である。窒
化アルミニウムの有意な減量は、その表面積対体積比に
応じて、即ち焼結体の形状、例えばそれが薄いテープ形
状であるか厚いテープ形状であるかに応じて変化する。
その結果、一般に、窒化アルミニウムの有意な減量は窒
化アルミニウムの約５重量％より大から約10重量％より
大までの範囲となる。好ましくは、窒素含有雰囲気は窒
素であるか、約25容量％以上の窒素と水素、希ガス（例
えばアルゴン）およびこれらの混合物よりなる群から選
ばれるガスとの混合物である。また好ましくは、窒素含
有雰囲気は窒素と水素との混合物、特に約１容量％から
約５容量％までの水素を含有する混合物よりなる。
ニウムの有意な減量を防止するのに少くとも十分な窒素
を含有する気体状窒素含有非酸化性雰囲気中で焼結す
る。本発明によれば、窒素が、焼結中にAlNの有意な減
量を防止するとともに、脱酸処理を最適化しかつ炭素を
除去するのに必要な焼結雰囲気中の必須成分である。窒
化アルミニウムの有意な減量は、その表面積対体積比に
応じて、即ち焼結体の形状、例えばそれが薄いテープ形
状であるか厚いテープ形状であるかに応じて変化する。
その結果、一般に、窒化アルミニウムの有意な減量は窒
化アルミニウムの約５重量％より大から約10重量％より
大までの範囲となる。好ましくは、窒素含有雰囲気は窒
素であるか、約25容量％以上の窒素と水素、希ガス（例
えばアルゴン）およびこれらの混合物よりなる群から選
ばれるガスとの混合物である。また好ましくは、窒素含
有雰囲気は窒素と水素との混合物、特に約１容量％から
約５容量％までの水素を含有する混合物よりなる。
焼結時間は実験的に決めることができる。代表的な焼結
時間は約40分から約90分の範囲にある。
時間は約40分から約90分の範囲にある。
１実施の態様、即ち炭素脱酸コンパクト中の窒化アルミ
ニウムが酸素を含有する、第４図の線分DJおよびRFを含
まない多角形FJDSRで画定された組成では、酸化イット
リウムが酸素と反応してY4Al2O9およびYAlO3を形成する
ことにより窒化アルミニウムをさらに脱酸し、こうして
AlN格子中の酸素の量を減らして、AlNと、YAlO3およびY
4Al2O9の第２相混合物とよりなる相組成を有する本焼結
体を生成する。
ニウムが酸素を含有する、第４図の線分DJおよびRFを含
まない多角形FJDSRで画定された組成では、酸化イット
リウムが酸素と反応してY4Al2O9およびYAlO3を形成する
ことにより窒化アルミニウムをさらに脱酸し、こうして
AlN格子中の酸素の量を減らして、AlNと、YAlO3およびY
4Al2O9の第２相混合物とよりなる相組成を有する本焼結
体を生成する。
別の実施の態様、即ち炭素脱酸コンパクト中の窒化アル
ミニウムが酸素を第４図の線分DJおよびRFを含まない多
角形FJDSRの量より著しく少量含有する第４図の線分DJ
では、得られる焼結体がAlNおよびY4Al2O9よりなる相組
成を有する。
ミニウムが酸素を第４図の線分DJおよびRFを含まない多
角形FJDSRの量より著しく少量含有する第４図の線分DJ
では、得られる焼結体がAlNおよびY4Al2O9よりなる相組
成を有する。
第４図の線分WFを含まない多角形FJMWで画定包囲された
組成を有する焼結体を製造する本発明の方法の１実施の
態様では、本混合物、即ちこのような混合物を形成する
ミリング後の乾燥混合物中の窒化アルミニウム粉末が約
3.5m2/gから約6m2/gまでの範囲の比表面積を有する。ま
た遊離炭素が約100m2/gより大きい比表面積を有する。
この実施の態様では、脱酸以前のコンパクト中の窒化ア
ルミニウムが一般に窒化アルミニウムの約1.95重量％よ
り大から約5.1重量％より小まで、通常約2.0重量％から
約4.5重量％までの範囲の酸素含量を有し、脱酸コンパ
クトおよび得られる焼結体が約1.6当量％より大から約
4.0当量％までのイットリウム、約96.0当量％から約98.
4当量％より小までのアルミニウム、約4.0当量％より大
から約6.3当量％までの酸素、および約93.7当量％から
約96.0当量％より小までの窒素よりなり、焼結温度が約
1880℃から約1920℃までの範囲にあり、焼結雰囲気が窒
素である。得られる焼結体は、焼結体の約２体積％未満
の気孔率と25℃で1.35W/cm・Ｋより大きい熱伝導率を有
する。本例の焼結体はAlNとY4Al2O9の第２相またはYAlO
3およびY4Al2O9の第２相混合物とよりなる相組成を有す
る。焼結体がAlNとY4Al2O9よりなるとき、Y4Al2O9の量
は約６％から約9.4％までの範囲となる。焼結体がAlNと
YAlO3およびY4Al2O9の混合物とよりなるとき、第２相混
合物の合計量は焼結体の約4.2体積％より大から約9.4体
積％までの範囲となり、YAlO3およびY4Al2O9をＸ線回折
分析で検出可能な量以上含有する。
組成を有する焼結体を製造する本発明の方法の１実施の
態様では、本混合物、即ちこのような混合物を形成する
ミリング後の乾燥混合物中の窒化アルミニウム粉末が約
3.5m2/gから約6m2/gまでの範囲の比表面積を有する。ま
た遊離炭素が約100m2/gより大きい比表面積を有する。
この実施の態様では、脱酸以前のコンパクト中の窒化ア
ルミニウムが一般に窒化アルミニウムの約1.95重量％よ
り大から約5.1重量％より小まで、通常約2.0重量％から
約4.5重量％までの範囲の酸素含量を有し、脱酸コンパ
クトおよび得られる焼結体が約1.6当量％より大から約
4.0当量％までのイットリウム、約96.0当量％から約98.
4当量％より小までのアルミニウム、約4.0当量％より大
から約6.3当量％までの酸素、および約93.7当量％から
約96.0当量％より小までの窒素よりなり、焼結温度が約
1880℃から約1920℃までの範囲にあり、焼結雰囲気が窒
素である。得られる焼結体は、焼結体の約２体積％未満
の気孔率と25℃で1.35W/cm・Ｋより大きい熱伝導率を有
する。本例の焼結体はAlNとY4Al2O9の第２相またはYAlO
3およびY4Al2O9の第２相混合物とよりなる相組成を有す
る。焼結体がAlNとY4Al2O9よりなるとき、Y4Al2O9の量
は約６％から約9.4％までの範囲となる。焼結体がAlNと
YAlO3およびY4Al2O9の混合物とよりなるとき、第２相混
合物の合計量は焼結体の約4.2体積％より大から約9.4体
積％までの範囲となり、YAlO3およびY4Al2O9をＸ線回折
分析で検出可能な量以上含有する。
第４図の線分WFを含まない多角形FJMWで画定包囲された
組成を有する焼結体を製造する本発明の別の実施の態様
では、本混合物の窒化アルミニウム粉末が約3.6m2/gか
ら約5.2m2/gまでの範囲の比表面積を有し、遊離炭素が
約100m2/gより大きい比表面積を有し、焼結雰囲気が窒
素であり、焼結温度が約1890℃から約1950℃までの範囲
にあり、焼結体が約１体積％未満の気孔率を有し、炭素
を焼結体の約0.04重量％未満の量含有し、25℃で約1.41
W/cm・Ｋより大きい熱伝導率を有する。
組成を有する焼結体を製造する本発明の別の実施の態様
では、本混合物の窒化アルミニウム粉末が約3.6m2/gか
ら約5.2m2/gまでの範囲の比表面積を有し、遊離炭素が
約100m2/gより大きい比表面積を有し、焼結雰囲気が窒
素であり、焼結温度が約1890℃から約1950℃までの範囲
にあり、焼結体が約１体積％未満の気孔率を有し、炭素
を焼結体の約0.04重量％未満の量含有し、25℃で約1.41
W/cm・Ｋより大きい熱伝導率を有する。
本焼結多結晶体は無圧焼結セラミック体である。ここで
無圧焼結とは、機械的圧力を加えずに脱酸コンパクトを
緻密化または固結して、約10体積％未満の気孔率を有す
るセラミック体とすることを意味する。
無圧焼結とは、機械的圧力を加えずに脱酸コンパクトを
緻密化または固結して、約10体積％未満の気孔率を有す
るセラミック体とすることを意味する。
本発明の多結晶体は液相焼結されている外観をもってい
る。AlN粒子の実質的にすべてが丸められるか有意にま
たは実質的丸められ、滑らかな表面を有する。即ち、Al
N粒子が液相焼結セラミックの外観を有する。AlN粒子が
すべての方向に大体同じ寸法を有し、細長かったり円盤
形状だったりしない。一般に、AlN相は約１ミクロンか
ら約20ミクロンまでの範囲の平均粒度を有する。Y4Al2O
9またはY4Al2O9とYAlO3の混合物の粒子間第２相がAlN粒
界の一部に沿って存在する。顕微鏡組織の形態分析か
ら、この粒子間第２相が焼結温度で液体であったことが
わかる。
る。AlN粒子の実質的にすべてが丸められるか有意にま
たは実質的丸められ、滑らかな表面を有する。即ち、Al
N粒子が液相焼結セラミックの外観を有する。AlN粒子が
すべての方向に大体同じ寸法を有し、細長かったり円盤
形状だったりしない。一般に、AlN相は約１ミクロンか
ら約20ミクロンまでの範囲の平均粒度を有する。Y4Al2O
9またはY4Al2O9とYAlO3の混合物の粒子間第２相がAlN粒
界の一部に沿って存在する。顕微鏡組織の形態分析か
ら、この粒子間第２相が焼結温度で液体であったことが
わかる。
本発明の焼結体は、焼結体の約10体積％未満の、通常約
４体積％未満の気孔率を有する。好ましくは、本焼結体
は、焼結体の体積の約２体積％未満の、特に好ましくは
約１体積％未満の気孔率を有する。焼結体中のあらゆる
気孔は微小寸法のもので、一般に気孔の直径が約１ミク
ロン未満である。気孔率は標準的な金属組織学的手順に
より、また標準的な密度測定により決定することができ
る。
４体積％未満の気孔率を有する。好ましくは、本焼結体
は、焼結体の体積の約２体積％未満の、特に好ましくは
約１体積％未満の気孔率を有する。焼結体中のあらゆる
気孔は微小寸法のもので、一般に気孔の直径が約１ミク
ロン未満である。気孔率は標準的な金属組織学的手順に
より、また標準的な密度測定により決定することができ
る。
本発明の方法は、25℃で1.00W/cm・Ｋより大きい、好ま
しくは25℃で1.25W/cm・Ｋより大きい熱伝導率を有する
窒化アルミニウムの焼結体を製造する制御方法である。
一般に、本多結晶体の熱伝導率は、25℃で約2.8W/cm・
Ｋである窒化アルミニウムの高純度単結晶の熱伝導率よ
り小さい。本発明の方法全体にわたって同じ手順と条件
を用いれば、得られる焼結体の熱伝導率と組成は再現性
があり、有意な差がない。一般に、熱伝導率は第２相の
体積％の減少につれて増加し、また所定の組成について
は、焼結温度の上昇につれて増加する。
しくは25℃で1.25W/cm・Ｋより大きい熱伝導率を有する
窒化アルミニウムの焼結体を製造する制御方法である。
一般に、本多結晶体の熱伝導率は、25℃で約2.8W/cm・
Ｋである窒化アルミニウムの高純度単結晶の熱伝導率よ
り小さい。本発明の方法全体にわたって同じ手順と条件
を用いれば、得られる焼結体の熱伝導率と組成は再現性
があり、有意な差がない。一般に、熱伝導率は第２相の
体積％の減少につれて増加し、また所定の組成について
は、焼結温度の上昇につれて増加する。
本発明の方法において、窒化アルミニウムが酸素を制御
可能なもしくは実質的に制御可能な態様で捕集する。具
体的には、本発明の方法において同じ手順と条件を用い
れば、窒化アルミニウムが捕集する酸素の量は再現性が
あり、有意な差がない。また、イットリウム、窒化イッ
トリウムおよび水素化イットリウムとは対照的に、酸化
イットリウムは、本方法における空気または他の媒体か
ら酸素を捕集しないか有意な量の酸素を捕集しない。さ
らに詳しくは、本方法では、酸化イットリウムまたはそ
の前駆物質は、本方法の制御性または再現性に有意な影
響をもつ量のいずれかの形態の酸素を空気または他の媒
体から捕集しない。本方法において、酸化イットリウム
が捕集する酸素は十分に少なく、得られる焼結体の熱伝
導率や組成にまったく影響をもたないか有意な影響をも
たない。
可能なもしくは実質的に制御可能な態様で捕集する。具
体的には、本発明の方法において同じ手順と条件を用い
れば、窒化アルミニウムが捕集する酸素の量は再現性が
あり、有意な差がない。また、イットリウム、窒化イッ
トリウムおよび水素化イットリウムとは対照的に、酸化
イットリウムは、本方法における空気または他の媒体か
ら酸素を捕集しないか有意な量の酸素を捕集しない。さ
らに詳しくは、本方法では、酸化イットリウムまたはそ
の前駆物質は、本方法の制御性または再現性に有意な影
響をもつ量のいずれかの形態の酸素を空気または他の媒
体から捕集しない。本方法において、酸化イットリウム
が捕集する酸素は十分に少なく、得られる焼結体の熱伝
導率や組成にまったく影響をもたないか有意な影響をも
たない。
当量％の計算例を下記に示す。
2.3重量％の酸素を含有すると測定された重量89.0gの出
発材料としてのAlN粉末について、酸素のすべてがAlにA
l2O3として結合されており、測定値2.3重量％の酸素が
4.89重量％のAl2O3として存在すると仮定し、従って窒
化アルミニウム粉末が84.65gのAlNと4.35gのAl2O3とか
らなるものと仮定する。
発材料としてのAlN粉末について、酸素のすべてがAlにA
l2O3として結合されており、測定値2.3重量％の酸素が
4.89重量％のAl2O3として存在すると仮定し、従って窒
化アルミニウム粉末が84.65gのAlNと4.35gのAl2O3とか
らなるものと仮定する。
89.0gの出発材料としてのAlN粉末、6.7gのY2O3および0.
60gの遊離炭素よりなる混合物を形成する。
60gの遊離炭素よりなる混合物を形成する。
加工中、このAlN粉末は式（４）のような反応により追
加量の酸素を捕集し、今や2.6重量％の酸素を含有す
る。
加量の酸素を捕集し、今や2.6重量％の酸素を含有す
る。
2AlN＋3H2O→Al2O3＋2NH3 （４） 得られたコンパクトは今下記の組成よりなる。
2.6重量％の酸素を含有する89.11gのAlN粉末（84.19gの
AlN＋4.92gのAl2O3）、6.7gのY2O3および0.60gの炭素。
AlN＋4.92gのAl2O3）、6.7gのY2O3および0.60gの炭素。
コンパクトの脱酸中、すべての炭素が反応式（５）に従
ってAl2O3と反応とする仮定する。
ってAl2O3と反応とする仮定する。
Al2O3＋3C＋N2→2AlN＋3CO（ｇ） （５） 本発明において炭素はY2O3を還元しないが、その代りAl
2O3を還元する。
2O3を還元する。
反応（５）が終点まで進んだ後、脱酸コンパクトは今、
反応（５）に基づいて計算した下記の組成よりなる。
反応（５）に基づいて計算した下記の組成よりなる。
1.71重量％の酸素を含有する88.78gのAlN粉末（85.55g
のAlN＋3.22gのAl2O3）および6.7gのY2O3。
のAlN＋3.22gのAl2O3）および6.7gのY2O3。
この重量組成について、当量％表示の組成は次のように
計算できる。
計算できる。
合計当量数＝6.630 Ｖ＝原子価 Ｍ＝モル数＝重量（ｇ）/MW MW＝分子量 Eg＝当量数 Eg＝Ｍ×Ｖ 原子価:Al＋３ Ｙ＋３ Ｎ−３ Ｏ−２ 脱酸コンパクト中の１当量％＝ （Ｙ当量数）／（Ｙ当量数＋Al当量数）×100％ （６） ＝（0.178/6.630）×100％＝2.69％ 脱酸コンパクト中のＯ当量％＝ （Ｏ当量数）／（Ｏ当量数＋Ｎ当量数）×100％ （７） ＝（0.190＋0.178）／（6.630）×100％＝5.55％（８） この脱酸コンパクトならびに焼結体は約2.69当量％のＹ
と約5.55当量％のＯを含有する。
と約5.55当量％のＯを含有する。
2.3重量％の酸素（4.89重量％のAl2O3）を含有すると測
定されたAlN粉末を用いて、2.7当量％のＹと5.2当量％
のＯを含有する、即ち2.7当量％のＹ、97.3当量％のA
l、5.2当量％のＯおよび94.8当量％のＮよりなる本焼結
体を製造するには、当量％から重量％へ次の換算を行う
ことができる。
定されたAlN粉末を用いて、2.7当量％のＹと5.2当量％
のＯを含有する、即ち2.7当量％のＹ、97.3当量％のA
l、5.2当量％のＯおよび94.8当量％のＮよりなる本焼結
体を製造するには、当量％から重量％へ次の換算を行う
ことができる。
100g＝AlN粉末の重量 xg＝Y2O3粉末の重量 zg＝炭素粉末の重量 加工中にAlN粉末が式（９）のような反応により追加量
の酸素を捕集し、脱酸以前のコンパクトが今2.6重量％
の酸素（5.52重量％のAl2O3）を含有し、重量100.12gで
あると仮定する。
の酸素を捕集し、脱酸以前のコンパクトが今2.6重量％
の酸素（5.52重量％のAl2O3）を含有し、重量100.12gで
あると仮定する。
2AlN＋3H2O→Al2O3＋2NH3 （９） 加工後、コンパクトは下記の組成を有するとみなすこと
ができる。
ができる。
脱酸中、３モルの炭素が１モルのAl2O3を還元し、N2の
存在下で次の反応により２モルのAlNを形成する。
存在下で次の反応により２モルのAlNを形成する。
Al2O3＋3C＋N2→2AlN＋3CO （10） 脱酸後、すべての炭素が反応し終っており、コンパクト
は次の組成を有するとみなすことができる。
は次の組成を有するとみなすことができる。
Ｔ＝合計当量数＝7.248＋0.02657× Ｙの当量部分＝0.027 ＝0.02657×/T （11） Ｏの当量部分＝0.052 ＝（0.325−0.1665z＋0.02657）/T （12） 式（11）および（12）をｘおよびｚについて解くと、 ｘ＝7.57gのY2O3粉末 ｚ＝0.833gの遊離炭素 基板として有用な形態または形状の物体、即ち均一な厚
さの、もしくは厚さに有意な差のない薄い平板の形態の
物体−通常基板またはテープと称される−は、焼結中に
平坦でなくなり、例えばそりが生じ、そして得られた焼
結体は焼結後に熱処理して、焼結体を平らにのばし、基
板として有効にする必要がある。この非平坦化あるいは
そりは、厚さ約0.070インチ未満の基板またはテープの
形態の物体を焼結する際起りやすく、平坦化処理により
無くすことができる。即ち、焼結体、具体的には基板ま
たはテープを十分な印加圧力下、約1840℃から約2050℃
までの焼結温度範囲内の温度で、実験的に決定できる時
間加熱し、次いでサンドイッチ状にはさまれた焼結体を
その焼結温度より低い温度、好ましくは周囲温度または
室温まで放冷し、かくして得られる平坦な基板またはテ
ープを回収する。
さの、もしくは厚さに有意な差のない薄い平板の形態の
物体−通常基板またはテープと称される−は、焼結中に
平坦でなくなり、例えばそりが生じ、そして得られた焼
結体は焼結後に熱処理して、焼結体を平らにのばし、基
板として有効にする必要がある。この非平坦化あるいは
そりは、厚さ約0.070インチ未満の基板またはテープの
形態の物体を焼結する際起りやすく、平坦化処理により
無くすことができる。即ち、焼結体、具体的には基板ま
たはテープを十分な印加圧力下、約1840℃から約2050℃
までの焼結温度範囲内の温度で、実験的に決定できる時
間加熱し、次いでサンドイッチ状にはさまれた焼結体を
その焼結温度より低い温度、好ましくは周囲温度または
室温まで放冷し、かくして得られる平坦な基板またはテ
ープを回収する。
具体的には、この平坦化方法の１例では、平坦でない基
板またはテープを２枚の板の間にサンドイッチ状にはさ
み、かつAlN粉末の薄層で板から融離し、サンドイッチ
体をその焼結温度、即ちサンドイッチ状焼結体にふさわ
しい焼結温度である温度に、好ましくは焼結に用いたの
と同じ雰囲気中で、焼結体を平坦にするのに少くとも十
分な印加圧力下、一般に約0.03psi以上の圧力下で、サ
ンドイッチ体を平坦にするのに十分な時間加熱し、次に
サンドイッチ体をその焼結温度より低い温度まで放冷
し、かくして焼結体を回収する。
板またはテープを２枚の板の間にサンドイッチ状にはさ
み、かつAlN粉末の薄層で板から融離し、サンドイッチ
体をその焼結温度、即ちサンドイッチ状焼結体にふさわ
しい焼結温度である温度に、好ましくは焼結に用いたの
と同じ雰囲気中で、焼結体を平坦にするのに少くとも十
分な印加圧力下、一般に約0.03psi以上の圧力下で、サ
ンドイッチ体を平坦にするのに十分な時間加熱し、次に
サンドイッチ体をその焼結温度より低い温度まで放冷
し、かくして焼結体を回収する。
焼結した薄肉体または基板テープの平坦化処理を行う１
例では、焼結した非平坦基板またはテープをこれに有意
な有害作用を与えない材料、例えばモリブデンまたはタ
ングステンまたは少くとも約80重量％のタングステンま
たはモリブデンを含有する合金の２枚の平板間にはさ
む。サンドイッチ状基板またはテープを平板から窒化ア
ルミニウム粉末の薄層、好ましくは不連続被覆、好まし
くは不連続単層で隔離し、好ましくは平坦化熱処理中に
平板の表面に焼結体が付着するのを防止するのにちょう
ど十分な層で隔離する。平坦化圧力は実験的に決めるこ
とができ、特定の焼結体、特定の平坦化温度および平坦
化時間に大きく依存する。平坦化処理が焼結体に有意な
有害作用をもってはならない。平坦化温度を下げるに
は、平坦化圧力か平坦化時間を増加しなければならな
い。一般に、約1840℃からまたは約1880℃から約2050℃
までの範囲の温度で、加える平坦化圧力は約0.03psiか
ら約1.0psiまで、好ましくは約0.06psiから約0.50psiま
で、さらに好ましくは約0.10psiから約0.30psiまでの範
囲となる。代表的には、例えば、サンドイッチ状焼結体
を焼結温度に約0.03psi−約0.5psiの圧力下、窒素中で
１時間加熱することにより、基板、特にシリコンチップ
のような半導体用の支持基板として有用な平坦な焼結体
が得られる。
例では、焼結した非平坦基板またはテープをこれに有意
な有害作用を与えない材料、例えばモリブデンまたはタ
ングステンまたは少くとも約80重量％のタングステンま
たはモリブデンを含有する合金の２枚の平板間にはさ
む。サンドイッチ状基板またはテープを平板から窒化ア
ルミニウム粉末の薄層、好ましくは不連続被覆、好まし
くは不連続単層で隔離し、好ましくは平坦化熱処理中に
平板の表面に焼結体が付着するのを防止するのにちょう
ど十分な層で隔離する。平坦化圧力は実験的に決めるこ
とができ、特定の焼結体、特定の平坦化温度および平坦
化時間に大きく依存する。平坦化処理が焼結体に有意な
有害作用をもってはならない。平坦化温度を下げるに
は、平坦化圧力か平坦化時間を増加しなければならな
い。一般に、約1840℃からまたは約1880℃から約2050℃
までの範囲の温度で、加える平坦化圧力は約0.03psiか
ら約1.0psiまで、好ましくは約0.06psiから約0.50psiま
で、さらに好ましくは約0.10psiから約0.30psiまでの範
囲となる。代表的には、例えば、サンドイッチ状焼結体
を焼結温度に約0.03psi−約0.5psiの圧力下、窒素中で
１時間加熱することにより、基板、特にシリコンチップ
のような半導体用の支持基板として有用な平坦な焼結体
が得られる。
本発明によれば、単純、複雑および／または中空形状の
多結晶窒化アルミニウムセラミック物品を直接製造する
ことができる。具体的には、本焼結体は、機械加工なし
でまたは有意な機械加工なしで有用な複雑な形状の物
品、例えば下透質るつぼ、薄壁管、長棒、球体、テープ
または中空形状物品の形態に製造することができる。本
焼結体の寸法は、未焼結体の寸法から、焼結中に生じる
収縮、即ち緻密化の分だけ相違する。
多結晶窒化アルミニウムセラミック物品を直接製造する
ことができる。具体的には、本焼結体は、機械加工なし
でまたは有意な機械加工なしで有用な複雑な形状の物
品、例えば下透質るつぼ、薄壁管、長棒、球体、テープ
または中空形状物品の形態に製造することができる。本
焼結体の寸法は、未焼結体の寸法から、焼結中に生じる
収縮、即ち緻密化の分だけ相違する。
本セラミック体は多数の用途を有する。均一な厚さの、
即ち厚さに有意な差のない薄い平板の形態では、即ち基
板またはテープの形態では、本セラミック体は集積回路
のパッケージ用としてまた集積回路用の支持基板とし
て、特にコンピュータ用の半導体Siチップ用の基板とし
て特に有用である。本セラミック体は温度センサ用のシ
ースとしても有用である。
即ち厚さに有意な差のない薄い平板の形態では、即ち基
板またはテープの形態では、本セラミック体は集積回路
のパッケージ用としてまた集積回路用の支持基板とし
て、特にコンピュータ用の半導体Siチップ用の基板とし
て特に有用である。本セラミック体は温度センサ用のシ
ースとしても有用である。
本発明を以下の実施例によりさらに具体的に説明する。
特記しない限り、実施例の手順は次の通りであった。
特記しない限り、実施例の手順は次の通りであった。
出発窒化アルミニウム粉末は酸素を４重量％未満の量含
有した。
有した。
出発窒化アルミニウム粉末は酸素を除いて純度99％より
大のAlNであった。
大のAlNであった。
第II表の実施例5A,5Bでは、出発材料としての窒化アル
ミニウム粉末が表面積3.4m2/g（0.541ミクロン）を有
し、炭素粉末で行った一連の脱酸に基づいて、約2.4重
量％の酸素を含有していると測定された。
ミニウム粉末が表面積3.4m2/g（0.541ミクロン）を有
し、炭素粉末で行った一連の脱酸に基づいて、約2.4重
量％の酸素を含有していると測定された。
第II表の実施例7A,7Bおよび８−11および第III表の実施
例16A,16Bでは、出発材料としての窒化アルミニウム粉
末が表面積3.84m2/g（0.479ミクロン）を有し、中性子
放射化分析で測定して2.10重量％の酸素を含有した。
例16A,16Bでは、出発材料としての窒化アルミニウム粉
末が表面積3.84m2/g（0.479ミクロン）を有し、中性子
放射化分析で測定して2.10重量％の酸素を含有した。
第II表の残りの実施例では、出発材料としての窒化アル
ミニウ粉末が表面積4.96m2/g（0.371ミクロン）を有
し、中性子放射化分析で測定して2.25重量％の酸素を含
有した。
ミニウ粉末が表面積4.96m2/g（0.371ミクロン）を有
し、中性子放射化分析で測定して2.25重量％の酸素を含
有した。
第II表の実施例のすべておよび第III表の実施例16A,16B
で、混合前の、即ち受取ったまゝのY2O3粉末は表面積約
2.75m2/gを有した。
で、混合前の、即ち受取ったまゝのY2O3粉末は表面積約
2.75m2/gを有した。
第II表および第III表の実施例のすべてで用いた炭素は
黒鉛で、混合前に比表面積200m2/g（0.017ミクロン）を
有した（供給元の表示通り）。
黒鉛で、混合前に比表面積200m2/g（0.017ミクロン）を
有した（供給元の表示通り）。
第II表および第III表の実施例のすべてで粉末を混合、
即ちミリングするのに、非水系ヘプタンを用いた。
即ちミリングするのに、非水系ヘプタンを用いた。
第II表および第III表のすべての実施例で、ミル用媒体
は、密度約100％を有するおおよそ立方体または直方体
の形状のホットプレスした窒化アルミニウムであった。
は、密度約100％を有するおおよそ立方体または直方体
の形状のホットプレスした窒化アルミニウムであった。
第II表中の実施例6A,6Bおよび12−15では、AlN、Y2O3お
よび炭素粉末をプラスチックジャー内に非水系ヘプタン
に浸漬し、ジャーを閉じて室温で約68時間振動ミリング
し、所定の粉末混合物を生成した。第II表の残りの実施
例および第III表のすべての実施例では、AlN、Y2O3およ
び炭素粉末をプラスチックジャー内の、窒化アルミニウ
ム粉末の約0.7重量％の量のオレイン酸を含有する非水
系ヘプタンに浸漬し、ジャーを閉じて室温で、約15−約
21時間の期間振動ミリングし、所定の粉末混合物を生成
した。
よび炭素粉末をプラスチックジャー内に非水系ヘプタン
に浸漬し、ジャーを閉じて室温で約68時間振動ミリング
し、所定の粉末混合物を生成した。第II表の残りの実施
例および第III表のすべての実施例では、AlN、Y2O3およ
び炭素粉末をプラスチックジャー内の、窒化アルミニウ
ム粉末の約0.7重量％の量のオレイン酸を含有する非水
系ヘプタンに浸漬し、ジャーを閉じて室温で、約15−約
21時間の期間振動ミリングし、所定の粉末混合物を生成
した。
第II表および第III表の実施例のすべてで、所定の粉末
混合物のミル済み液体分散体を空気中、周囲圧力下、ヒ
ートランプで約20分間乾燥し、このような乾燥中、混合
物は空気中から酸素を捕集した。
混合物のミル済み液体分散体を空気中、周囲圧力下、ヒ
ートランプで約20分間乾燥し、このような乾燥中、混合
物は空気中から酸素を捕集した。
第II表および第III表の実施例のすべてで、乾燥したミ
ル済み粉末混合物を空気中、室温で、5Kpsiの圧力でダ
イプレスして、理論密度の大体55％の密度を有するコン
パクトを生成した。
ル済み粉末混合物を空気中、室温で、5Kpsiの圧力でダ
イプレスして、理論密度の大体55％の密度を有するコン
パクトを生成した。
第II表および第III表において焼結体が寸法Ａまたは寸
法Ｂのものとして与えられている実施例では、コンパク
トが円盤の形状であり、焼結体が寸法Ｃのものとして与
えられている実施例では、コンパクトがバーの形状であ
り、焼結体が寸法Ｄのものとして与えられている実施例
では、コンパクトが均一な厚さの、即ち厚さに有意の差
のないテープのような薄い平板である基板の形状であっ
た。
法Ｂのものとして与えられている実施例では、コンパク
トが円盤の形状であり、焼結体が寸法Ｃのものとして与
えられている実施例では、コンパクトがバーの形状であ
り、焼結体が寸法Ｄのものとして与えられている実施例
では、コンパクトが均一な厚さの、即ち厚さに有意の差
のないテープのような薄い平板である基板の形状であっ
た。
第II表では粉末の混合物の組成を「粉末混合物」として
示し、第III表では「添加粉末」として示す。
示し、第III表では「添加粉末」として示す。
第II表および第III表の実施例のすべてで、所定の粉末
混合物ならびにそれから形成したコンパクトは、イット
リウムおよびアルミニウムの当量％が第４図の点Ｄから
点Ｆまでの範囲にある組成を有した。
混合物ならびにそれから形成したコンパクトは、イット
リウムおよびアルミニウムの当量％が第４図の点Ｄから
点Ｆまでの範囲にある組成を有した。
第II表および第III表の実施例すべてのコンパクト、即
ち脱酸以前のＹ、Al、ＯおよびＮの当量％組成は、第４
図の多角形FJDSRで画定包囲された組成の外側であっ
た。
ち脱酸以前のＹ、Al、ＯおよびＮの当量％組成は、第４
図の多角形FJDSRで画定包囲された組成の外側であっ
た。
第II表および第III表の実施例のすべてで、脱酸以前の
コンパクト中の窒化アルミニウムは酸素を窒化アルミニ
ウムの約1.95重量％より大から約5.1重量％より小まで
の範囲の量含有した。
コンパクト中の窒化アルミニウムは酸素を窒化アルミニ
ウムの約1.95重量％より大から約5.1重量％より小まで
の範囲の量含有した。
第II表および第III表の実施例のそれぞれで、１つのコ
ンパクトを所定の粉末混合物から形成し、第II表に示す
熱処理を施こした。第II表中の同一番号だが添字Ａまた
はＢの付いた実施例は、これらの実施例を同一の仕方で
行ったこと、即ち粉末混合物が同じ仕方で製造され、２
つのコンパクトに成形され、そして２つのコンパクトを
同一条件下で熱処理した。即ち２つのコンパクトを炉内
に並べて置き、同じ熱処理を同時に施こしたことを示
す。ＡまたはＢの添字の付されたこれらの実施例はここ
ではその番号だけで言及することもある。
ンパクトを所定の粉末混合物から形成し、第II表に示す
熱処理を施こした。第II表中の同一番号だが添字Ａまた
はＢの付いた実施例は、これらの実施例を同一の仕方で
行ったこと、即ち粉末混合物が同じ仕方で製造され、２
つのコンパクトに成形され、そして２つのコンパクトを
同一条件下で熱処理した。即ち２つのコンパクトを炉内
に並べて置き、同じ熱処理を同時に施こしたことを示
す。ＡまたはＢの添字の付されたこれらの実施例はここ
ではその番号だけで言及することもある。
第II表および第III表の実施例のすべてで、脱酸コンパ
クトの焼結を行うのに用いたのと同じ雰囲気を用いてコ
ンパクトの脱酸を行った。ただし、脱酸を行う雰囲気を
炉内に1SCFHの流量で供給して脱酸により生じるガスの
除去を促進したが、焼結中の流量は約0.1SCFH未満であ
った。
クトの焼結を行うのに用いたのと同じ雰囲気を用いてコ
ンパクトの脱酸を行った。ただし、脱酸を行う雰囲気を
炉内に1SCFHの流量で供給して脱酸により生じるガスの
除去を促進したが、焼結中の流量は約0.1SCFH未満であ
った。
第II表および第III表中のすべての実施例のすべての熱
処理中の雰囲気は周囲圧力にあり、周囲圧力は大気圧ま
たはほぼ大気圧であった。
処理中の雰囲気は周囲圧力にあり、周囲圧力は大気圧ま
たはほぼ大気圧であった。
炉はモリブデン加熱素子炉であった。
コンパクトを炉内で所定の脱酸温度まで約100℃／分の
速度で、次いで所定の焼結温度まで約50℃／分の速度で
加熱した。
速度で、次いで所定の焼結温度まで約50℃／分の速度で
加熱した。
焼結雰囲気は周囲圧力、即ち大気圧またはほぼ大気圧で
あった。
あった。
熱処理の完了後、サンプルをほぼ室温まで炉冷した。
第IIおよび第III表のすべての実施例は、第II表および
第III表に記した以外は、またここに記した以外は実質
的に同じやり方で行った。
第III表に記した以外は、またここに記した以外は実質
的に同じやり方で行った。
焼結体の炭素含量は標準的化学分析技術で測定した。
出発材料としてのAlN粉末の予め定められた酸素含量お
よび得られる焼結体について測定した組成ならびに他の
実験に基づいて、第II表および第III表中のすべての実
施例において、脱酸以前のコンパクト中の窒化アルミニ
ウムは出発材料としての窒化アルミニウム粉末の酸素含
量より約0.3重量％高い酸素含量を有すると計算もしく
は見積られた。
よび得られる焼結体について測定した組成ならびに他の
実験に基づいて、第II表および第III表中のすべての実
施例において、脱酸以前のコンパクト中の窒化アルミニ
ウムは出発材料としての窒化アルミニウム粉末の酸素含
量より約0.3重量％高い酸素含量を有すると計算もしく
は見積られた。
測定した酸素含量は放射化分析の結果であり、焼結体の
重量に対するwt％で表示してある。
重量に対するwt％で表示してある。
第II表および第III表において、焼結体の酸素含量を測
定した実施例では、焼結体の当量％組成を出発材料とし
ての粉末組成と焼結体について測定した酸素含量とから
計算した。Ｙ、Al、ＮおよびＯがそれぞれの通常の原子
価＋3,＋3,−３および−２を有すると仮定する。焼結体
において、ＹおよびAlの量は出発材料としての粉末中の
量と同じであると仮定した。加工中の酸素増加と窒素減
少の量は、次の全体的反応により起ったと仮定した。
定した実施例では、焼結体の当量％組成を出発材料とし
ての粉末組成と焼結体について測定した酸素含量とから
計算した。Ｙ、Al、ＮおよびＯがそれぞれの通常の原子
価＋3,＋3,−３および−２を有すると仮定する。焼結体
において、ＹおよびAlの量は出発材料としての粉末中の
量と同じであると仮定した。加工中の酸素増加と窒素減
少の量は、次の全体的反応により起ったと仮定した。
2AlN＋3/2O2→Al2O3＋N2 （13） 脱酸中の酸素減少と窒素増加の量は、次の全体的反応に
より起ったと仮定した。
より起ったと仮定した。
Al2O3＋3C＋N2→2AlN＋3CO （14） 焼結体の窒素含量は、出発材料としての窒化アルミニウ
ム粉末の初期酸素含量を測定し、焼結体の酸素含量を測
定し、反応（13）および（14）が起ったと仮定して、求
めた。
ム粉末の初期酸素含量を測定し、焼結体の酸素含量を測
定し、反応（13）および（14）が起ったと仮定して、求
めた。
第II表および第III表において、酸素含量を測定せずに
計算した焼結体についての酸素の当量％の前には近似記
号をつけてある。この計算は粉末混合物の組成および得
られる焼結体の組成に基づいて、次のように行った。
計算した焼結体についての酸素の当量％の前には近似記
号をつけてある。この計算は粉末混合物の組成および得
られる焼結体の組成に基づいて、次のように行った。
実施例2A,2B,および４（113C,113C1,113Dおよび113E）
は実施例1B（113A2）と同じ酸素の当量％を有すると仮
定する。実施例5A,7A,8および11（134C,150A,150Bおよ
び150E）の酸素の当量％はＸ線回析分析データから計算
した。実施例９および10（150Cおよび150D）は実施例7A
（150A）と同じ酸素の当量％を有すると仮定する。実施
例13,14および15（90B1,90D2および90K）は実施例12（8
4F）と同じ酸素の当量％を有すると仮定する。実施例5B
（134C2）は実施例5A（134C）と同じ酸素の当量％を有
すると仮定する。実施例16B（131D1）の焼結体の当量％
での酸素含量は次式から計算した。
は実施例1B（113A2）と同じ酸素の当量％を有すると仮
定する。実施例5A,7A,8および11（134C,150A,150Bおよ
び150E）の酸素の当量％はＸ線回析分析データから計算
した。実施例９および10（150Cおよび150D）は実施例7A
（150A）と同じ酸素の当量％を有すると仮定する。実施
例13,14および15（90B1,90D2および90K）は実施例12（8
4F）と同じ酸素の当量％を有すると仮定する。実施例5B
（134C2）は実施例5A（134C）と同じ酸素の当量％を有
すると仮定する。実施例16B（131D1）の焼結体の当量％
での酸素含量は次式から計算した。
Ｏ＝（2.91R＋3.82）Y/3.86 ここでＯ＝酸素の当量％ Ｙ＝イットリウムの当量％ 第II表および第III表中の減量は、ダイプレス後のコン
パクトの重量と得られる焼結体の重量との差である。
パクトの重量と得られる焼結体の重量との差である。
焼結体の密度はアルキメデス法で測定した。
焼結体の気孔率（体積％で表示）は、その組成に基づく
焼結体の理論密度を知り、理論密度を実測密度と次式に
従って比較することによって求めた。
焼結体の理論密度を知り、理論密度を実測密度と次式に
従って比較することによって求めた。
気孔率＝（１−実測密度／理論密度）×100％ （15） 焼結体の相組成は光学顕微鏡とＸ線回折分析により求め
た。各焼結体は焼結体の体積に基づいて表示した体積％
のAlN相と表示した体積％の第２相とから構成された。
各第２相の体積％についてのＸ線回折分析は表示値の約
±20％の精度である。
た。各焼結体は焼結体の体積に基づいて表示した体積％
のAlN相と表示した体積％の第２相とから構成された。
各第２相の体積％についてのＸ線回折分析は表示値の約
±20％の精度である。
実施例13（90B1）、14（90D2）および15（90K）の焼結
体の熱伝導率は、約25℃でレーザ・フラッシュにより測
定した。
体の熱伝導率は、約25℃でレーザ・フラッシュにより測
定した。
残りの実施例すべての焼結体の熱伝導率は、焼結体から
切出した約0.4cm×0.4cm×2.2cmのロッド形状サンプル
を用いて、25℃で定常状態熱流法により測定した。この
方法はエー・バージェット（A.Berget）により1888年に
はじめて考案された方法で、ジェイ・テウリス（J.Thew
lis）編「物理学百科辞典Encyclopeadic Dictionary of
Physics」、ペルガモン（Pergamon）刊、オックスフォ
ード（Oxford）、1961年中のスラック（G.A.Slack）の
論文に記載されている。この技法では、サンプルを高真
空室内に入れ、熱を電気ヒータにより一端から供給し、
温度を細線熱電対で測定する。サンプルを保護筒で囲
む。絶対精度は約±３％で、繰返し精度は約±１％であ
る。比較として、Al2O3単結晶の熱伝導率を同様の装置
で測定したところ、約22℃で0.44W/cm・Ｋであった。
切出した約0.4cm×0.4cm×2.2cmのロッド形状サンプル
を用いて、25℃で定常状態熱流法により測定した。この
方法はエー・バージェット（A.Berget）により1888年に
はじめて考案された方法で、ジェイ・テウリス（J.Thew
lis）編「物理学百科辞典Encyclopeadic Dictionary of
Physics」、ペルガモン（Pergamon）刊、オックスフォ
ード（Oxford）、1961年中のスラック（G.A.Slack）の
論文に記載されている。この技法では、サンプルを高真
空室内に入れ、熱を電気ヒータにより一端から供給し、
温度を細線熱電対で測定する。サンプルを保護筒で囲
む。絶対精度は約±３％で、繰返し精度は約±１％であ
る。比較として、Al2O3単結晶の熱伝導率を同様の装置
で測定したところ、約22℃で0.44W/cm・Ｋであった。
第II表および第III表では、得られる焼結体の寸法を
Ａ、Ｂ、ＣまたはＤで与えている。寸法Ａの焼結体は厚
さ約0.17インチ、直径約0.32インチの円盤の形状であっ
た。寸法Ｂの焼結体は厚さ約0.27インチ、直径約0.50イ
ンチの円盤の形状であった。寸法Ｃの焼結体は約0.16イ
ンチ×0.16インチ×1.7インチの大きさのバーの形状で
あった。寸法Ｄの焼結体は、直径約1.5インチ、厚さが
約0.42インチの基板、即ち均一な厚さ、つまり厚さに有
意な差のない薄板の形状であった。
Ａ、Ｂ、ＣまたはＤで与えている。寸法Ａの焼結体は厚
さ約0.17インチ、直径約0.32インチの円盤の形状であっ
た。寸法Ｂの焼結体は厚さ約0.27インチ、直径約0.50イ
ンチの円盤の形状であった。寸法Ｃの焼結体は約0.16イ
ンチ×0.16インチ×1.7インチの大きさのバーの形状で
あった。寸法Ｄの焼結体は、直径約1.5インチ、厚さが
約0.42インチの基板、即ち均一な厚さ、つまり厚さに有
意な差のない薄板の形状であった。
第II表および第III表の実施例のすべてで、コンパクト
をモリブデン平板上にのせ、次いで第II表および第III
表に示す熱処理を施こした。
をモリブデン平板上にのせ、次いで第II表および第III
表に示す熱処理を施こした。
第II表および第III表中の焼結体が寸法Ｃまたは寸法Ｄ
である実施例のすべてで、出発材料としてのコンパクト
をモリブデン平板からAlN粉末の不連続な薄層で隔離し
た。
である実施例のすべてで、出発材料としてのコンパクト
をモリブデン平板からAlN粉末の不連続な薄層で隔離し
た。
実施例10の焼結体は若干の非平坦さを呈した、即ち若干
のそりを呈した。それで平坦化処理を施こした。具体的
には、実施例10で製造した焼結体を１対のモリブデン平
板間にはさんだ。サンドイッチ状焼結体をモリブデン平
板から、平坦化処理期間中に焼結体が平板に付着するの
を防止するのに丁度十分な窒化アルミニウム粉末の不連
続な薄い被覆または単層で、隔離した。上側モリブデン
平板から焼結体に約0.11psiの圧力を加えた。このサン
ドイッチ状焼結体を窒素、即ちその焼結に用いたのと同
じ雰囲気中で、約1900℃に加熱し、焼結体をその温度に
約１時間保持し、次いでほゞ室温まで炉冷した。こうし
て得た焼結体は平坦で、均一な厚さであった。即ち、厚
さに有意な差がなかった。この平坦な焼結体は、シリコ
ンチップのような半導体用の基板として有用であった。
のそりを呈した。それで平坦化処理を施こした。具体的
には、実施例10で製造した焼結体を１対のモリブデン平
板間にはさんだ。サンドイッチ状焼結体をモリブデン平
板から、平坦化処理期間中に焼結体が平板に付着するの
を防止するのに丁度十分な窒化アルミニウム粉末の不連
続な薄い被覆または単層で、隔離した。上側モリブデン
平板から焼結体に約0.11psiの圧力を加えた。このサン
ドイッチ状焼結体を窒素、即ちその焼結に用いたのと同
じ雰囲気中で、約1900℃に加熱し、焼結体をその温度に
約１時間保持し、次いでほゞ室温まで炉冷した。こうし
て得た焼結体は平坦で、均一な厚さであった。即ち、厚
さに有意な差がなかった。この平坦な焼結体は、シリコ
ンチップのような半導体用の基板として有用であった。
実施例 １ 2.154gのY2O3粉末と0.035gの黒鉛粉末を14.4gの窒化ア
ルミニウム粉末に加え、混合物を窒化アルミニウムミル
媒体と共に、プラスチックジャー内の窒化アルミニウム
の約0.7重量％の量のオレイン酸を含有する非水系ヘプ
タンに浸漬し、密閉ジャーで室温で約17時間振動ミルを
施した。得られた分散物を空気中、ヒートランプ下で約
20分間乾燥した。このような乾燥中に窒化アルミニウム
が空気から酸素を捕集した。ミリング中に混合物はAlN
ミル用媒体の磨滅による0.725gのAlNを捕集した。
ルミニウム粉末に加え、混合物を窒化アルミニウムミル
媒体と共に、プラスチックジャー内の窒化アルミニウム
の約0.7重量％の量のオレイン酸を含有する非水系ヘプ
タンに浸漬し、密閉ジャーで室温で約17時間振動ミルを
施した。得られた分散物を空気中、ヒートランプ下で約
20分間乾燥した。このような乾燥中に窒化アルミニウム
が空気から酸素を捕集した。ミリング中に混合物はAlN
ミル用媒体の磨滅による0.725gのAlNを捕集した。
得られた乾燥混合物の等量部分をダイプレスしてコンパ
クトをつくった。
クトをつくった。
２つのコンパクトをモリブデン平板上に並べた。
コンパクトを窒素中1600℃に加熱し、この温度に１時間
保ち、次いで温度を1965℃に上げ、この温度に１時間保
った。
保ち、次いで温度を1965℃に上げ、この温度に１時間保
った。
この実施例を第II表に実施例1Aおよび1Bとして示す。具
体的には、焼結体の片方、即ち実施例1Aは、酸素含量が
焼結体の4.66重量％と測定された。またその相組成はAl
N、11.3体積％のY4Al2O9および1.6体積％のYAlO3よりな
る。またその当量％の組成は8.72％のＯ、（100％−8.7
2％）＝91.28％のＮ、4.96％のＹおよび（100％−4.96
％）＝95.04％のAlよりなる。この組成物は第４図の多
角形FJDSRの外側にある。
体的には、焼結体の片方、即ち実施例1Aは、酸素含量が
焼結体の4.66重量％と測定された。またその相組成はAl
N、11.3体積％のY4Al2O9および1.6体積％のYAlO3よりな
る。またその当量％の組成は8.72％のＯ、（100％−8.7
2％）＝91.28％のＮ、4.96％のＹおよび（100％−4.96
％）＝95.04％のAlよりなる。この組成物は第４図の多
角形FJDSRの外側にある。
実施例2A,2B,3および４に用いたコンパクトを実施例１
と同様に製造した。実施例2A,2Bでは、コンパクトを最
初に1500℃の脱酸温度に加熱し、この温度に1/2時間保
持し、次いで温度を1600℃に上げ、この温度に１時間保
持し、次に温度を1900℃の焼結温度に上げ、のこの温度
に１時間保持した。
と同様に製造した。実施例2A,2Bでは、コンパクトを最
初に1500℃の脱酸温度に加熱し、この温度に1/2時間保
持し、次いで温度を1600℃に上げ、この温度に１時間保
持し、次に温度を1900℃の焼結温度に上げ、のこの温度
に１時間保持した。
実施例3,4,6A,6B,15,16A,16Bは、ここに注解した点およ
び第II表および第III表に記載した点以外は、実施例2A,
2Bと実質的に同じ手順で実施した。
び第II表および第III表に記載した点以外は、実施例2A,
2Bと実質的に同じ手順で実施した。
実施例5A,5Bでは、２つのコンパクトを約190℃／分の速
度で焼結温度まで加熱した。
度で焼結温度まで加熱した。
実施例7A,7B,8−11,14は、ここに注解した点および第II
表に記載した点以外は、実施例1A,1Bと同じ手順で実施
した。
表に記載した点以外は、実施例1A,1Bと同じ手順で実施
した。
実施例12および13では、コンパクトを約100℃／分の速
度で焼結温度まで加熱した。
度で焼結温度まで加熱した。
実施例5A,5B,6A,6B,7A,7B,8,9,10および11は本発明を例
証するものである。実施例5A,5B,6A,6B,7A,7B,8,9,10お
よび11で製造した焼結体は、集積回路のパッケージに、
またシリコンチップのような半導体用の基板として用い
るのに有用である。
証するものである。実施例5A,5B,6A,6B,7A,7B,8,9,10お
よび11で製造した焼結体は、集積回路のパッケージに、
またシリコンチップのような半導体用の基板として用い
るのに有用である。
実施例1A,1B,2A,2B,3および４では、本発明の組成の焼
結体が得られなかった。具体的には、これらの実施例で
は十分な炭素を用いず、従ってこれらの実施例の焼結体
の当量％組成で示され、また実施例1Bの焼結体の酸素含
量測定値および相組成で示されるように、窒化アルミニ
ウムの脱酸が不十分であった。
結体が得られなかった。具体的には、これらの実施例で
は十分な炭素を用いず、従ってこれらの実施例の焼結体
の当量％組成で示され、また実施例1Bの焼結体の酸素含
量測定値および相組成で示されるように、窒化アルミニ
ウムの脱酸が不十分であった。
実施例5A,5Bは本発明を例証するものである。実施例5A,
5Bの焼結体は同じ方法で同時に製造したので、他の実験
および実施例5Aと5Bの比較から、実施例5Bの焼結体が必
ずや25℃で約1.38W/cm・Ｋの熱伝導率および焼結体の１
体積％未満の気孔率を有することがわかる。実施例5A,5
Bの焼結体の炭素含有測定値から、この炭素含量が焼結
体の熱伝導率に有意な効果をもつには不足であることが
わかる。実施例5A,5Bの焼結体は、第４図の線分RFを含
まない多角形FJDSRで画定包囲された当量％組成および
相組成を有する。
5Bの焼結体は同じ方法で同時に製造したので、他の実験
および実施例5Aと5Bの比較から、実施例5Bの焼結体が必
ずや25℃で約1.38W/cm・Ｋの熱伝導率および焼結体の１
体積％未満の気孔率を有することがわかる。実施例5A,5
Bの焼結体の炭素含有測定値から、この炭素含量が焼結
体の熱伝導率に有意な効果をもつには不足であることが
わかる。実施例5A,5Bの焼結体は、第４図の線分RFを含
まない多角形FJDSRで画定包囲された当量％組成および
相組成を有する。
実施例6A,6Bは本発明を例証するものである。実施例6A,
6Bの焼結体は同じ方法で同時に製造したので、他の実験
および実施例6Aと6Bの比較から、実施例6Aの焼結体が焼
結体の１体積％未満の気孔率を有すること、また実施例
62の焼結体が実施例6Aの組成と同じかそれから有意な差
のない組成を有することがわかる。実施例6A,6Bの焼結
体は、第４図の線分WFを含まない多角形FJMWで画定包囲
された当量％組成および相組成を有する。同じく他の実
験および実施例6A,6Bと実施例5A,8との比較から、実施
例6A,6Bの焼結体が25℃で約1.35W/cm・Ｋより大きい熱
伝導率を有することがわかる。
6Bの焼結体は同じ方法で同時に製造したので、他の実験
および実施例6Aと6Bの比較から、実施例6Aの焼結体が焼
結体の１体積％未満の気孔率を有すること、また実施例
62の焼結体が実施例6Aの組成と同じかそれから有意な差
のない組成を有することがわかる。実施例6A,6Bの焼結
体は、第４図の線分WFを含まない多角形FJMWで画定包囲
された当量％組成および相組成を有する。同じく他の実
験および実施例6A,6Bと実施例5A,8との比較から、実施
例6A,6Bの焼結体が25℃で約1.35W/cm・Ｋより大きい熱
伝導率を有することがわかる。
実施例7A,7B,8−11は本発明を例証するものである。他
の実験および実施例７−11の比較から、実施例10の焼結
体が１体積％未満の気孔率を有すること、実施例７−10
の焼結体すべてが25℃で約1.35W/cm・Ｋより大きい熱伝
導率を有すること、そして実施例11の焼結体が25℃で約
1.00W/cm・Ｋより大きい熱伝導率を有することがわか
る。また、実施例７−11の焼結体すべてが第４図の線分
WFを含まない多角形FJMWで画定包囲された当量％組成お
よび相組成を有した。
の実験および実施例７−11の比較から、実施例10の焼結
体が１体積％未満の気孔率を有すること、実施例７−10
の焼結体すべてが25℃で約1.35W/cm・Ｋより大きい熱伝
導率を有すること、そして実施例11の焼結体が25℃で約
1.00W/cm・Ｋより大きい熱伝導率を有することがわか
る。また、実施例７−11の焼結体すべてが第４図の線分
WFを含まない多角形FJMWで画定包囲された当量％組成お
よび相組成を有した。
実施例12は、アルゴン雰囲気を用いると、多量の炭素が
焼結体中に残されることを示している。
焼結体中に残されることを示している。
実施例13は、脱酸工程を省き、水素雰囲気を用いると、
得られる焼結体が低い熱伝導率を呈し、多量の炭素を含
有することを示している。
得られる焼結体が低い熱伝導率を呈し、多量の炭素を含
有することを示している。
実施例14は、脱酸工程を行っても、水素雰囲気を用いる
と、得られる焼結体が低い熱伝導率を呈し、多量の炭素
を含有することを示している。
と、得られる焼結体が低い熱伝導率を呈し、多量の炭素
を含有することを示している。
実施例13と14はともに、焼結体の熱伝導率に対する炭素
の有害作用を示し、また水素中で焼結すると著しい減量
をともなうことを示している。
の有害作用を示し、また水素中で焼結すると著しい減量
をともなうことを示している。
実施例15は、アルゴン雰囲気を用いると熱伝導率の低い
焼結体となることを示している。
焼結体となることを示している。
第III表の実施例では、大過剰の炭素を粉末混合物に加
え、この結果得られた脱酸コンパクトおよび焼結体は第
４図の多角形FJDSRの外側の組成を有した。しかし、実
施例16A,16Bは、水素と25容量％の窒素の混合物よりな
る雰囲気が本発明に使用できることを示している。
え、この結果得られた脱酸コンパクトおよび焼結体は第
４図の多角形FJDSRの外側の組成を有した。しかし、実
施例16A,16Bは、水素と25容量％の窒素の混合物よりな
る雰囲気が本発明に使用できることを示している。
アーバン・チャールズ・フスビーとカール・フランシス
・ボビクの、本出願人に譲渡された米国特許第4,478,78
5号「熱伝導率の高い窒化アルミニウムセラミック体」
（およびその分割出願第629,666号、1984年７月11日出
願（特開昭60−71,576号））に開示された方法では、窒
化アルミニウム粉末と遊離炭素とよりなる混合物を形成
し、ここで窒化アルミニウムは約0.8重量％より高い所
定の酸素含量を有し、遊離炭素の全量がこのような含量
の酸素と反応して、約0.35重量％より大から約1.1重量
％までの範囲にありかつ上記所定の酸素含量より20重量
％以上低い酸素含量を有する脱酸粉末またはコンパクト
を生成し、この混合物またはそのコンパクトを加熱して
炭素と酸素を反応させて脱酸窒化アルミニウムを生成
し、脱酸窒化アルミニウムのコンパクトを焼結し、理論
値の85％より大きい密度と22℃で0.5W/cm・Ｋより大き
い熱伝導率を有するセラミック体を生成する。
・ボビクの、本出願人に譲渡された米国特許第4,478,78
5号「熱伝導率の高い窒化アルミニウムセラミック体」
（およびその分割出願第629,666号、1984年７月11日出
願（特開昭60−71,576号））に開示された方法では、窒
化アルミニウム粉末と遊離炭素とよりなる混合物を形成
し、ここで窒化アルミニウムは約0.8重量％より高い所
定の酸素含量を有し、遊離炭素の全量がこのような含量
の酸素と反応して、約0.35重量％より大から約1.1重量
％までの範囲にありかつ上記所定の酸素含量より20重量
％以上低い酸素含量を有する脱酸粉末またはコンパクト
を生成し、この混合物またはそのコンパクトを加熱して
炭素と酸素を反応させて脱酸窒化アルミニウムを生成
し、脱酸窒化アルミニウムのコンパクトを焼結し、理論
値の85％より大きい密度と22℃で0.5W/cm・Ｋより大き
い熱伝導率を有するセラミック体を生成する。
アーバン・チャールズ・フスビーとカール・フランシス
・ボビクによる、本出願人に譲渡された米国特許出願第
656,636号（1984年10月１日出願（特開昭61−91,068
号；出願人処理番号）「熱伝導率の高いセラミック体」
には、同出願第４図の線分MJを含まない多角形JKLMで画
定包囲された組成および25℃で1.42W/cm・Ｋより大きい
熱伝導率を有する窒化アルミニウムセラミック体を製造
する方法が開示されている。この方法では、酸素を含有
する窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウムおよび遊
離炭素よりなる混合物を形成し、混合物をコンパクトに
成形し、ここで上記混合物およびコンパクトはイットリ
ウムおよびアルミニウムの当量％が同出願656,636号の
第４図の点Ｌから点Ｊ（含まない）までの範囲にある組
成を有し、上記コンパクトは同出願第656,636号の第４
図の多角形JKLMで画定包囲された組成の外側にＹ、Al、
ＯおよびＮの当量％組成を有し、上記コンパクト中の窒
化アルミニウムが酸素を窒化アルミニウムの約1.4重量
％より大から約4.5重量％より小までの範囲の量含有
し、上記コンパクトをその気孔が開口状態に留まる温度
まで加熱して、上記遊離炭素を上記窒化アルミニウム中
に含有された酸素と反応させて、脱酸コンパクトを生成
し、この脱酸コンパクトはAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量％
が同出願第656,636号の第４図の線分MJを含まない多角
形JKLMで画定包囲された組成を有し、さらに上記脱酸コ
ンパクトを約1890℃から約2050℃までの範囲の温度で焼
結して、上記セラミック体を生成する。
・ボビクによる、本出願人に譲渡された米国特許出願第
656,636号（1984年10月１日出願（特開昭61−91,068
号；出願人処理番号）「熱伝導率の高いセラミック体」
には、同出願第４図の線分MJを含まない多角形JKLMで画
定包囲された組成および25℃で1.42W/cm・Ｋより大きい
熱伝導率を有する窒化アルミニウムセラミック体を製造
する方法が開示されている。この方法では、酸素を含有
する窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウムおよび遊
離炭素よりなる混合物を形成し、混合物をコンパクトに
成形し、ここで上記混合物およびコンパクトはイットリ
ウムおよびアルミニウムの当量％が同出願656,636号の
第４図の点Ｌから点Ｊ（含まない）までの範囲にある組
成を有し、上記コンパクトは同出願第656,636号の第４
図の多角形JKLMで画定包囲された組成の外側にＹ、Al、
ＯおよびＮの当量％組成を有し、上記コンパクト中の窒
化アルミニウムが酸素を窒化アルミニウムの約1.4重量
％より大から約4.5重量％より小までの範囲の量含有
し、上記コンパクトをその気孔が開口状態に留まる温度
まで加熱して、上記遊離炭素を上記窒化アルミニウム中
に含有された酸素と反応させて、脱酸コンパクトを生成
し、この脱酸コンパクトはAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量％
が同出願第656,636号の第４図の線分MJを含まない多角
形JKLMで画定包囲された組成を有し、さらに上記脱酸コ
ンパクトを約1890℃から約2050℃までの範囲の温度で焼
結して、上記セラミック体を生成する。
アーバン・チャールズ・フスビーとカール・フランシス
・ボビクによる、本出願人に譲渡された米国特許出願第
675,048号（1984年11月26日出願）（特開昭61−219,763
号；出願人処理番号R838）「熱伝導率の高いセラミック
体には、同出願第４図の線分KJおよびPJを含まない多角
形PONKJで画定包囲された組成、約４体積％未満の気孔
率および25℃で1.50W/cm・Ｋ以上の熱伝導率を有する窒
化アルミニウムセラミック体を製造する方法が開示され
ている。この方法では、酸素を含有する窒化アルミニウ
ム粉末、酸化イットリウムおよび遊離炭素よりなる混合
物を形成し、混合物をコンパクトに成形し、ここで上記
混合物およびコンパクトはイットリウムおよびアルミニ
ウムの当量％が同出願675,048号の第４図の点ＫとＰの
間の範囲にある組成を有し、上記コンパクトは同出願第
675,048号の第４図の多角形PONKJで画定包囲された組成
の外側にＹ、Al、ＯおよびＮの当量％組成を有し、上記
コンパクト中の窒化アルミニウムが酸素を窒化アルミニ
ウムの約1.40重量％より大から約4.50重量％より小まで
の範囲の量含有し、上記コンパクトをその気孔が開口状
態に留まる温度まで加熱して、上記遊離炭素を上記窒化
アルミニウム中に含有された酸素と反応させて、脱酸コ
ンパクトを生成し、この脱酸コンパクトはAl、Ｙ、Ｏお
よびＮの当量％が同出願第675,048号の第４図の線分KJ
およびPJを含まない多角形PONKJで画定包囲された組成
を有し、さらに上記脱酸コンパクトを約1900℃から約20
50℃までの範囲の温度で焼結して、上記セラミック体を
生成する。上記焼結温度は上記脱酸コンパクトの上記組
成に適当な焼結温度である。
・ボビクによる、本出願人に譲渡された米国特許出願第
675,048号（1984年11月26日出願）（特開昭61−219,763
号；出願人処理番号R838）「熱伝導率の高いセラミック
体には、同出願第４図の線分KJおよびPJを含まない多角
形PONKJで画定包囲された組成、約４体積％未満の気孔
率および25℃で1.50W/cm・Ｋ以上の熱伝導率を有する窒
化アルミニウムセラミック体を製造する方法が開示され
ている。この方法では、酸素を含有する窒化アルミニウ
ム粉末、酸化イットリウムおよび遊離炭素よりなる混合
物を形成し、混合物をコンパクトに成形し、ここで上記
混合物およびコンパクトはイットリウムおよびアルミニ
ウムの当量％が同出願675,048号の第４図の点ＫとＰの
間の範囲にある組成を有し、上記コンパクトは同出願第
675,048号の第４図の多角形PONKJで画定包囲された組成
の外側にＹ、Al、ＯおよびＮの当量％組成を有し、上記
コンパクト中の窒化アルミニウムが酸素を窒化アルミニ
ウムの約1.40重量％より大から約4.50重量％より小まで
の範囲の量含有し、上記コンパクトをその気孔が開口状
態に留まる温度まで加熱して、上記遊離炭素を上記窒化
アルミニウム中に含有された酸素と反応させて、脱酸コ
ンパクトを生成し、この脱酸コンパクトはAl、Ｙ、Ｏお
よびＮの当量％が同出願第675,048号の第４図の線分KJ
およびPJを含まない多角形PONKJで画定包囲された組成
を有し、さらに上記脱酸コンパクトを約1900℃から約20
50℃までの範囲の温度で焼結して、上記セラミック体を
生成する。上記焼結温度は上記脱酸コンパクトの上記組
成に適当な焼結温度である。
アーバン・チャールズ・フスビーとカール・フランシス
・ボビクによる、本出願人に譲渡された米国特許出願第
679,414号（1984年12月７日出願（特開昭61−146,769
号；出願人処理番号R837）「熱伝導率の高いセラミック
体」には、同出願第４図の線分JFおよびA1Fを含まない
多角形PJFA1で画定包囲された組成、約４体積％未満の
気孔率および25℃で1.42W/cm・Ｋ以上の熱伝導率を有す
る窒化アルミニウムセラミック体を製造する方法が開示
されている。この方法では、酸素を含有する窒化アルミ
ニウム粉末、酸化イットリウムおよび遊離炭素よりなる
混合物を形成し、混合物をコンパクトに成形し、ここで
上記混合物およびコンパクトはイットリウムおよびアル
ミニウムの当量％が同出願第679,414号の第４図の点Ｊ
とA1の間の範囲にある組成を有し、上記コンパクトは同
出願第679,414号の第４図の多角形PJFA1で画定包囲され
た組成の外側にＹ、Al、ＯおよびＮの当量％組成を有
し、上記コンパクト中の窒化アルミニウムが酸素を窒化
アルミニウムの約1.42重量％より大から約4.70重量％よ
り小までの範囲の量含有し、上記コンパクトをその気孔
が開口状態に留まる温度まで加熱して、上記遊離炭素を
上記窒化アルミニウム中に含有された酸素と反応させ
て、脱酸コンパクトを生成し、この脱酸コンパクトはA
l、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が同出願第679,414号の第４
図の線分JFおよびA1Fを含まない多角形PJFA1で画定包囲
された組成を有し、さらに上記脱酸コンパクトを約1880
℃から約2050℃までの範囲の温度で焼結し、ここで最低
焼結温度は同出願第679,414号の第４図の線分A3J、JFお
よびA2Fを除く多角形A3JFA2で画定包囲された組成にふ
さわしい約1880℃から点Ｐでの組成にふさわしい約1925
℃まで上昇し、かくして上記セラミック体を生成する。
上記焼結温度は上記脱酸コンパクトの上記組成に適当な
焼結温度である。
・ボビクによる、本出願人に譲渡された米国特許出願第
679,414号（1984年12月７日出願（特開昭61−146,769
号；出願人処理番号R837）「熱伝導率の高いセラミック
体」には、同出願第４図の線分JFおよびA1Fを含まない
多角形PJFA1で画定包囲された組成、約４体積％未満の
気孔率および25℃で1.42W/cm・Ｋ以上の熱伝導率を有す
る窒化アルミニウムセラミック体を製造する方法が開示
されている。この方法では、酸素を含有する窒化アルミ
ニウム粉末、酸化イットリウムおよび遊離炭素よりなる
混合物を形成し、混合物をコンパクトに成形し、ここで
上記混合物およびコンパクトはイットリウムおよびアル
ミニウムの当量％が同出願第679,414号の第４図の点Ｊ
とA1の間の範囲にある組成を有し、上記コンパクトは同
出願第679,414号の第４図の多角形PJFA1で画定包囲され
た組成の外側にＹ、Al、ＯおよびＮの当量％組成を有
し、上記コンパクト中の窒化アルミニウムが酸素を窒化
アルミニウムの約1.42重量％より大から約4.70重量％よ
り小までの範囲の量含有し、上記コンパクトをその気孔
が開口状態に留まる温度まで加熱して、上記遊離炭素を
上記窒化アルミニウム中に含有された酸素と反応させ
て、脱酸コンパクトを生成し、この脱酸コンパクトはA
l、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が同出願第679,414号の第４
図の線分JFおよびA1Fを含まない多角形PJFA1で画定包囲
された組成を有し、さらに上記脱酸コンパクトを約1880
℃から約2050℃までの範囲の温度で焼結し、ここで最低
焼結温度は同出願第679,414号の第４図の線分A3J、JFお
よびA2Fを除く多角形A3JFA2で画定包囲された組成にふ
さわしい約1880℃から点Ｐでの組成にふさわしい約1925
℃まで上昇し、かくして上記セラミック体を生成する。
上記焼結温度は上記脱酸コンパクトの上記組成に適当な
焼結温度である。
アーバン・チャールズ・フスビーとカール・フランシス
・ボビクによる、本出願人に譲渡された米国特許出願第
682,468号（1984年12月17日出願）（特開昭61−155,263
号，出願人処理番号R836）「熱伝導率の高いセラミック
体」には、同出願第４図の線分LMおよびDMを含まない多
角形LT1DMで画定包囲された組成、約４体積％未満の気
孔率および25℃で1.27W/cm・Ｋ以上の熱伝導率を有する
窒化アルミニウムセラミック体を製造する方法が開示さ
れている。この方法では、酸素を含有する窒化アルミニ
ウム粉末、酸化イットリウムおよび遊離炭素よりなる混
合物を形成し、混合物をコンパクトに成形し、ここで上
記混合物およびコンパクトはイットリウムおよびアルミ
ニウムの当量％が同出願第682,468号の第４図の点T1か
ら点Ｍまでの範囲にある組成を有し、上記コンパクトは
同出願第682,468号の第４図の多角形LT1DMで画定包囲さ
れた組成の外側にＹ、Al、ＯおよびＮの当量％組成を有
し、上記コンパクト中の窒化アルミニウムは酸素を窒化
アルミニウムの約1.85重量％より大から約4.50重量％よ
り小までの範囲の量含有し、上記コンパクトをその気孔
が開口状態に留まる温度まで加熱して、上記遊離炭素を
上記窒化アルミニウム中に含有された酸素と反応させ
て、脱酸コンパクトを生成し、この脱酸コンパクトはA
l、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が同出願第682,468号の第４
図の線分LMおよびDMを含まない多角形LT1DMで画定包囲
された組成を有し、さらに上記脱酸コンパクトを約1890
℃から約2050℃までの範囲の温度で焼結し、ここで最低
焼結温度は線分DMに隣接した組成にふさわしい約1890℃
から線分T1L上の組成にふさわしい約1970℃まで上昇
し、かくして上記セラミック体を生成する。上記焼結温
度は上記脱酸コンパクトの上記組成に適当な焼結温度で
ある。
・ボビクによる、本出願人に譲渡された米国特許出願第
682,468号（1984年12月17日出願）（特開昭61−155,263
号，出願人処理番号R836）「熱伝導率の高いセラミック
体」には、同出願第４図の線分LMおよびDMを含まない多
角形LT1DMで画定包囲された組成、約４体積％未満の気
孔率および25℃で1.27W/cm・Ｋ以上の熱伝導率を有する
窒化アルミニウムセラミック体を製造する方法が開示さ
れている。この方法では、酸素を含有する窒化アルミニ
ウム粉末、酸化イットリウムおよび遊離炭素よりなる混
合物を形成し、混合物をコンパクトに成形し、ここで上
記混合物およびコンパクトはイットリウムおよびアルミ
ニウムの当量％が同出願第682,468号の第４図の点T1か
ら点Ｍまでの範囲にある組成を有し、上記コンパクトは
同出願第682,468号の第４図の多角形LT1DMで画定包囲さ
れた組成の外側にＹ、Al、ＯおよびＮの当量％組成を有
し、上記コンパクト中の窒化アルミニウムは酸素を窒化
アルミニウムの約1.85重量％より大から約4.50重量％よ
り小までの範囲の量含有し、上記コンパクトをその気孔
が開口状態に留まる温度まで加熱して、上記遊離炭素を
上記窒化アルミニウム中に含有された酸素と反応させ
て、脱酸コンパクトを生成し、この脱酸コンパクトはA
l、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が同出願第682,468号の第４
図の線分LMおよびDMを含まない多角形LT1DMで画定包囲
された組成を有し、さらに上記脱酸コンパクトを約1890
℃から約2050℃までの範囲の温度で焼結し、ここで最低
焼結温度は線分DMに隣接した組成にふさわしい約1890℃
から線分T1L上の組成にふさわしい約1970℃まで上昇
し、かくして上記セラミック体を生成する。上記焼結温
度は上記脱酸コンパクトの上記組成に適当な焼結温度で
ある。
第１図はAlN、YN、Y2O3およびAl2O3よりなる相互三元系
におけるサブソリダス相平衡を示す組成図、 第２図は第１図の一部の拡大図、 第３図はAlN、YN、Y2O3およびAl2O3よりなる相互三元系
におけるサブソリダス相平衡を示す組成図、そして 第４図は第３図の一部の拡大図である。
におけるサブソリダス相平衡を示す組成図、 第２図は第１図の一部の拡大図、 第３図はAlN、YN、Y2O3およびAl2O3よりなる相互三元系
におけるサブソリダス相平衡を示す組成図、そして 第４図は第３図の一部の拡大図である。
Claims (24)
- 【請求項１】添付図面の第４図の線分RFを含まない多角
形FJDSRで画定包囲された組成、セラミック体の体積の1
0体積％未満の気孔率および25℃で1.00W/cm・Ｋより大
きい熱伝導率を有する焼結多結晶窒化アルミニウムセラ
ミック体の製法であって、下記の工程を含むことを特徴
とする方法： （ａ）酸素含有窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウ
ムおよび遊離炭素よりなる混合物を形成し、この混合物
をコンパクトに成形し、ここで上記混合物およびコンパ
クトは、イットリウムおよびアルミニウムの当量％が第
４図の点Ｄから点Ｆまで範囲にあり、コンパクト中のイ
ットリウムが1.6当量％より大から5.5当量％までの範囲
にあり、アルミニウムが94.5当量％から98.5当量％より
小までの範囲にある組成を有し、上記コンパクトは第４
図の多角形FJDSRで画定包囲された組成範囲を除外し乍
ら該組成の外側にＹ、Al、ＯおよびＮの当量％組成を有
し、 （ｂ）上記コンパクトを窒素含有非酸化性雰囲気中で、
1350℃からコンパクトを脱酸するのに十分だが、気孔閉
塞温度より低い温度までの温度にて加熱し、これにより
上記遊離炭素を上記窒化アルミニウムに含有された酸素
と反応させて脱酸コンパクトを生成し、ここで上記脱酸
コンパクトはAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第４図の線
分RFを含まない多角形FJDSRで画定包囲された組成を有
し、上記遊離炭素が上記脱酸コンパクトを生成する量存
在し、さらに （ｃ）上記脱酸コンパクトを窒素含有非酸化性雰囲気中
で1840℃以上の温度で焼結して上記多結晶体を生成す
る。 - 【請求項２】上記混合物およびコンパクトはイットリウ
ムおよびアルミニウムの当量％が第４図の点Ｍから点Ｆ
までの範囲にある組成を有し、上記コンパクト中のイッ
トリウムが1.6当量％より大から4.0当量％までの範囲に
あり、上記コンパクト中のアルミニウムが96.0当量％か
ら98.4当量％より小までの範囲にあり、上記焼結体およ
び脱酸コンパクトはAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第４
図の線分WFを含まない多角形FJMWで画定包囲された組成
よりなる特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項３】上記混合物およびコンパクトはイットリウ
ムおよびアルミニウムの当量％が第４図の点ＤとＦとの
間にあるが点ＤとＦを含まない組成を有し、上記コンパ
クト中のイットリウムが1.6当量％より大から5.5当量％
より小までの範囲にあり、上記コンパクト中のアルミニ
ウムが94.5当量％より大から98.4当量％より小までの範
囲にあり、上記焼結体および上記脱酸コンパクトはAl、
Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第４図の線分DJおよびRFを含
まない多角形FJDSRで画定包囲された組成よりなる特許
請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項４】上記混合物およびコンパクトはイットリウ
ムおよびアルミニウムの当量％が第４図の点Ｄから点Ｊ
まで範囲にある組成を有し、上記コンパクト中のイット
リウムが5.5当量％から2.5当量％までの範囲にあり、上
記コンパクト中のアルミニウムが94.5当量％から97.5当
量％までの範囲にあり、上記焼結体および上記脱酸コン
パクトはAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第４図の線分DJ
で画定された組成よりなり、上記焼結温度が1855℃以上
である特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項５】焼結温度が1890℃から1950℃までの範囲に
あり、上記混合物中の窒化アルミニウム粉末が3.6m2/g
から6.0m2/gまでの比表面積を有し、炭素が100m2/gより
大きい比表面積を有し、上記焼結雰囲気が窒素であり、
上記焼結体が焼結体の１体積％未満の気孔率を有する特
許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項６】工程（ｂ）の窒素含有雰囲気が上記焼結体
を生成するための窒化アルミニウムの脱酸を促進するに
十分な窒素を含有する特許請求の範囲第１項記載の方
法。 - 【請求項７】工程（ｃ）の窒素含有雰囲気が上記窒化ア
ルミニウムの有意な減量を防止するのに十分な窒素を含
有する特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項８】上記方法を周囲圧力で行う特許請求の範囲
第１項記載の方法。 - 【請求項９】工程（ｂ）の脱酸より前の工程（ａ）の上
記コンパクト中の窒化アルミニウムが、この窒化アルミ
ニウムの重量の1.5重量％より大から5.1重量％より小ま
での範囲の量の酸素を含有する特許請求の範囲第１項記
載の方法。 - 【請求項１０】工程（ａ）の窒化アルミニウムが10m2/g
までの比表面積を有し、上記遊離炭素が10m2/gより大き
い比表面積を有する特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項１１】添付図面の第４図の線分WFを含まない多
角形FJMWで画定包囲された組成、セラミック体の体積の
10体積％未満の気孔率および25℃で1.00W/cm・Ｋより大
きい熱伝導率を有する焼結多結晶窒化アルミニウムセラ
ミック体の製法であって、下記の工程を含むことを特徴
とする方法： （ａ）酸素含有窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウ
ムおよび遊離炭素よりなる混合物を形成し、ここで上記
遊離炭素は100m2/gより大きい比表面積を有し、上記混
合物中の窒化アルミニウム粉末は3.5m2/gから6.0m2/gま
での範囲の比表面積を有し、上記混合物をコンパクトに
成形し、ここで上記混合物およびコンパクトはイットリ
ウムおよびアルミニウムの当量％が第４図点Ｍから点Ｆ
まで範囲にあり、コンパクト中のイットリウムが1.6当
量％より大から4.0当量％までの範囲にあり、コンパク
ト中のアルミニウムが96.0当量％から98.4当量％より小
までの範囲にある組成を有し、上記コンパクトは第４図
の多角形FJDSRで画定包囲された組成範囲を除外し乍ら
該組成の外側にＹ、Al、ＯおよびＮの当量％組成を有
し、上記コンパクト中の窒化アルミニウムがこの窒化ア
ルミニウムの重量の1.95重量％より大から5.1重量％よ
り小までの範囲の量の酸素を含有し、 （ｂ）上記コンパクトを周囲圧力において25容量％以上
の窒素を含有する窒素含有非酸化性雰囲気中で、1350℃
からコンパクトを脱酸するのに十分だが気孔閉塞温度よ
り低い温度までの温度にて加熱し、これにより上記遊離
炭素を上記窒化アルミニウムに含有された酸素と反応さ
せて脱酸コンパクトを生成し、ここで上記脱酸コンパク
トはAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第４図の線分WFを含
まない多角形FJMWで画定包囲された組成を有し、上記炭
素による脱酸より前の上記コンパクト中の窒化アルミニ
ウムがこの窒化アルミニウムの重量の1.95重量％より大
から5.1重量％より小までの範囲の酸素含量を有し、上
記遊離炭素が上記脱酸コンパクトを生成する量存在し、
さらに （ｃ）上記脱酸コンパクトを25容量％以上の窒素を含有
する窒素含有非酸化性雰囲気中で周囲圧力下、1880℃か
ら2050℃までの範囲の温度で焼結し、上記多結晶体を生
成する。 - 【請求項１２】焼結温度が1890℃から1950℃の範囲にあ
り、上記混合物中の窒化アルミニウム粉末が3.6m2/gか
ら5.2m2/gまでの範囲の比表面積を有し、上記焼結体が
焼結体の１体積％未満の気孔率を有する特許請求の範囲
第11項記載の方法。 - 【請求項１３】添付図面の第４図の線分RFを含まない多
角形FJDSRで画定包囲された組成、セラミック体の体積
の10体積％未満の気孔率および25℃で1.00W/cm・Ｋより
大きい熱伝導率を有する焼結多結晶窒化アルミニウムセ
ラミック体の製法であって、下記の工程を含むことを特
徴とする方法： （ａ）酸素含有窒化アルミニウム粉末、 酸化イットリウムまたはその前駆物質、および、 遊離炭素と、 50℃から1000℃までの範囲の温度で熱分解し、遊離炭
素、及び、揮散する気体状分解生成物になる炭素質有機
物質と、 これら混合物と、 よりなる群から選ばれた炭素質添加剤、 よりなる混合物を形成し、 この混合物をコンパクトに成形し、ここで上記混合物お
よびコンパクトはイットリウムおよびアルミニウムの当
量％が第４図の点Ｄから点Ｆまで範囲にあり、コンパク
ト中のイットリウムが1.6当量％より大から5.5当量％ま
での範囲にあり、アルミニウムが94.5当量％から98.4当
量％より小までの範囲にある組成を有し、上記コンパク
トは第４図の多角形FJDSRで画定包囲された組成範囲を
除外し乍ら該組成の外側にＹ、Al、ＯおよびＮの当量％
組成を有し、 （ｂ）上記コンパクトを非酸化性雰囲気中で1200℃まで
の温度にて加熱し、これにより酸化イットリウムと遊離
炭素を生成し、 （ｃ）上記コンパクトを窒素含有非酸化性雰囲気中で、
1350℃からコンパクトを脱酸するのに十分だが気孔閉塞
温度より低い温度までの温度にて加熱し、これにより上
記遊離炭素を上記窒化アルミニウムに含有された酸素と
反応させて脱酸コンパクトを生成し、ここで上記脱酸コ
ンパクトはAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第４図の線分
RFを含まない多角形FJPSRで画定包囲された組成を有
し、上記遊離炭素が上記脱酸コンパクトを生成する量存
在し、さらに （ｄ）上記脱酸コンパクトを窒素含有非酸化性雰囲気中
で1840℃以上の温度で焼結して上記多結晶体を生成す
る。 - 【請求項１４】上記混合物およびコンパクトはイットリ
ウムおよびアルミニウムの当量％が第４図の点Ｍから点
Ｆまでの範囲にある組成を有し、上記コンパクト中のイ
ットリウムが1.6当量％より大から4.0当量％までの範囲
にあり、上記コンパクト中のアルミニウムが96.0当量％
から98.4当量％より小までの範囲にあり、上記焼結体お
よび脱酸コンパクトはAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第
４図の線分WFを含まない多角形FJMWで画定包囲された組
成よりなる特許請求の範囲第13項記載の方法。 - 【請求項１５】上記混合物およびコンパクトイットリウ
ムおよびアルミニウムの当量％が第４図の点ＤとＦとの
間にあるが点ＤとＦを含まない組成を有し、上記コンパ
クト中のイットリウムが1.6当量％より大から5.5当量％
より小までの範囲にあり、上記コンパクト中のアルミニ
ウムが94.5当量％より大から98.4当量％より小までの範
囲にあり、上記焼結体および上記脱酸コンパクトはAl、
Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第４図の線分DJおよびRFを含
まない多角形FJDSRで画定包囲された組成よりなる特許
請求の範囲第13項記載の方法。 - 【請求項１６】上記混合物およびコンパクトはイットリ
ウムおよびアルミニウムの当量％が第４図の点Ｄから点
Ｊまでの範囲にある組成を有し、上記コンパクト中のイ
ットリウムが5.5当量％から2.5当量％までの範囲にあ
り、上記コンパクト中のアルミニウムが94.5当量％から
97.5当量％までの範囲にあり、上記焼結体および上記脱
酸コンパクトはAl、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第４図の
線分DJで画定された組成よりなり、上記焼結温度が1855
℃以上である特許請求の範囲第13項記載の方法。 - 【請求項１７】最低焼結温度が1890℃から1950℃までの
範囲にあり、上記混合物中の窒化アルミニウム粉末が3.
6m2/gから6.0m2/gまでの比表面積を有し、上記炭素が10
0m2/gより大きい比表面積を有し、上記焼結雰囲気が窒
素であり、上記焼結体が焼結体の１体積％未満の気孔率
を有する特許請求の範囲第13項記載の方法。 - 【請求項１８】工程（ｃ）の窒素含有雰囲気が、上記焼
結体を生成するための窒化アルミニウムの脱酸を促進す
るのに十分な窒素を含有する特許請求の範囲第13項記載
の方法。 - 【請求項１９】工程（ｄ）の窒素含有雰囲気が、上記窒
化アルミニウムの有意な減量を防止するのに十分な窒素
を含有する特許請求の範囲第13項記載の方法。 - 【請求項２０】上記方法を周囲圧力で行う特許請求の範
囲第13項記載の方法。 - 【請求項２１】工程（ｃ）の脱酸より前の工程（ａ）の
上記コンパクト中の窒化アルミニウムがこの窒化アルミ
ニウムの重量の1.5重量％より大から5.1重量％より小ま
での範囲の量の酸素を含有する特許請求の範囲第13項記
載の方法。 - 【請求項２２】工程（ａ）の窒化アルミニウムが10m2/g
までの比表面積を有し、上記遊離炭素が10m2/gより大き
い比表面積を有する特許請求の範囲第13項記載の方法。 - 【請求項２３】添付図面の第４図の線分WFを含まない多
角形FJMWで画定包囲された組成、セラミック体の体積の
10体積％未満の気孔率および25℃で1.00W/cm・Ｋより大
きい熱伝導率を有する焼結多結晶窒化アルミニウムセラ
ミック体の製法であって、下記の工程を含むことを特徴
とする方法： （ａ）酸素含有窒化アルミニウム粉末、 酸化イットリウムまたはその前駆物質、および、 遊離炭素と、 50℃から1000℃までの範囲の温度で熱分解し、遊離炭
素、及び、揮散する気体状分解生成物になる炭素質有機
物質と、 これらの混合物と、 よりなる群から選ばれた炭素質添加剤、 よりなる混合物を形成し、ここで上記遊離炭素は100m2/
gより大きい比表面積を有し、上記混合物中の窒化アル
ミニウム粉末は3.5m2/gから6.0m2/gまでの比表面積を有
し、 上記混合物をコンパクトに成形し、ここで上記混合物お
よびコンパクトはイットリウムおよびアルミニウムの当
量％が第４図の点Ｍから点Ｆまで範囲にあり、コンパク
ト中のイットリウムが1.6当量％より大から4.0当量％ま
での範囲にあり、コンパクト中のアルミニウムが96.0当
量％から98.4当量％より小までの範囲にある組成を有
し、上記コンパクトは第４図の多角形FJDSRで画定包囲
された組成範囲を除外し乍ら該組成の外側にＹ、Al、Ｏ
およびＮの当量％組成を有し、上記コンパクト中の窒化
アルミニウムがこの窒化アルミニウムの重量の1.95重量
％より大から5.1重量％より小までの範囲の量の酸素を
含有し、 （ｂ）上記コンパクトを非酸化性雰囲気中で1200℃まで
の温度にて加熱し、これにより酸化イットリウムと遊離
炭素を生成し、 （ｃ）上記コンパクトを25容量％以上の窒素を含有する
窒素含有非酸化性雰囲気中、周囲圧力下で、1350℃から
コンパクトを脱酸するのに十分だが気孔閉塞温度より低
い温度までの温度にて加熱し、これにより上記遊離炭素
を上記窒化アルミニウムに含有された酸素と反応させて
脱酸コンパクトを生成し、ここで上記脱酸コンパクトは
Al、Ｙ、ＯおよびＮの当量％が第４図の線分WFを含まな
い多角形FJMWで画定包囲された組成を有し、上記炭素に
よる脱酸より前の上記コンパクト中の窒化アルミニウム
がこの窒化アルミニウムの重量の1.95重量％より大から
5.1重量％より小までの範囲の酸素含量を有し、上記遊
離炭素が上記脱酸コンパクトを生成する量存在し、さら
に （ｄ）上記脱酸コンパクトを25容量％以上の窒素を含有
する窒素含有非酸化性雰囲気中で周囲圧力下、1880℃か
ら2050℃までの範囲の温度で焼結し、上記多結晶体を生
成する。 - 【請求項２４】焼結温度が1890℃から1950℃までの範囲
にあり、上記混合物中の窒化アルミニウム粉末か3.6m2/
gから5.2m2/gまでの範囲の比表面積を有し、上記焼結体
が焼結体の１体積％未満の気孔率を有する特許請求の範
囲第23項記載の方法。
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