JPS62153172A - 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウム焼結体の製造方法Info
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- JPS62153172A JPS62153172A JP60291993A JP29199385A JPS62153172A JP S62153172 A JPS62153172 A JP S62153172A JP 60291993 A JP60291993 A JP 60291993A JP 29199385 A JP29199385 A JP 29199385A JP S62153172 A JPS62153172 A JP S62153172A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔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。
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。
アルミニウム焼結体は、その耐熱性、耐食性あるいは強
度などの優れた物性の他に高熱伝導性を有する絶縁体と
して最近特に注目されている物質である。
窒化アルミニウム焼結体は、常圧焼結させる場合、通常
は窒化アルミニウム粉末と焼結助剤との混合粉末を焼成
することにより得られる。しかしながら、このようにし
て得られた窒化アルミニウム焼結体の中には、焼結助剤
に由来する不純物が数％程度含まれている。従って、こ
れらの不純物の影響、特に焼結体ｍ織の結晶粒内への不
純物の拡散固溶力（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っ
た。
は窒化アルミニウム粉末と焼結助剤との混合粉末を焼成
することにより得られる。しかしながら、このようにし
て得られた窒化アルミニウム焼結体の中には、焼結助剤
に由来する不純物が数％程度含まれている。従って、こ
れらの不純物の影響、特に焼結体ｍ織の結晶粒内への不
純物の拡散固溶力（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っ
た。
本発明者らは、上記の問題点を鑑み、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
を行なってきた。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って焼結体中に含まれる焼結
助剤の１が極めて少な（なると共に焼結体中の酸素台ｆ
ｆｆｉ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った。
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
を行なってきた。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って焼結体中に含まれる焼結
助剤の１が極めて少な（なると共に焼結体中の酸素台ｆ
ｆｆｉ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った。
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、焼結助剤として、（Ａ）同朋律表第１族
、同第■族及び同第■族の金属からなる群より選ばれた
少なくとも１種の金属の炭化物又は窒化物（但し、窒化
アルミニウムを除く）及び （Ｂ） イツトリウム、ランタン族金属及びアルカリ
土類金属からなる群より選ばれた少くとも１種の金属の
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。
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、焼結助剤として、（Ａ）同朋律表第１族
、同第■族及び同第■族の金属からなる群より選ばれた
少なくとも１種の金属の炭化物又は窒化物（但し、窒化
アルミニウムを除く）及び （Ｂ） イツトリウム、ランタン族金属及びアルカリ
土類金属からなる群より選ばれた少くとも１種の金属の
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特に限定され
ず公知の窒化アルミニウム粉末を用いうる。焼結の際の
緻密化を良好に行ない、高い熱伝導率の焼結体を得るこ
とを勘案すると、平均粒子径３μｍ以下で５μｍ以下の
粒子を８０容量％以上の割合で含有し、酸素含有量が３
重量％以下、かつ陽イオン不純物含有量が０．５重量に
以下台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って実測
されるような二次凝集粒子の大きさの平均値を言う。
ず公知の窒化アルミニウム粉末を用いうる。焼結の際の
緻密化を良好に行ない、高い熱伝導率の焼結体を得るこ
とを勘案すると、平均粒子径３μｍ以下で５μｍ以下の
粒子を８０容量％以上の割合で含有し、酸素含有量が３
重量％以下、かつ陽イオン不純物含有量が０．５重量に
以下台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って実測
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）同期律表
第１族、同第■族及び同第■族の金属からなる群より選
ばれた少くとも１種の金属の炭化物又は窒化物（但し、
窒化アルミニウムを除＜）（以下、焼結助剤（Ａ）とい
う）及び（Ｂ）イツトリウム、ランタン族金属及びアル
カリ土類金属からなる群より選ばれた少くとも１種の金
属のハロゲン化物（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、焼結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っている。通
常、焼結体中の焼結助剤の残存量は、添加量の１７２以
下であり、場合によっては１７５以下、さらにはｌ／１
０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っている。
第１族、同第■族及び同第■族の金属からなる群より選
ばれた少くとも１種の金属の炭化物又は窒化物（但し、
窒化アルミニウムを除＜）（以下、焼結助剤（Ａ）とい
う）及び（Ｂ）イツトリウム、ランタン族金属及びアル
カリ土類金属からなる群より選ばれた少くとも１種の金
属のハロゲン化物（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、焼結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っている。通
常、焼結体中の焼結助剤の残存量は、添加量の１７２以
下であり、場合によっては１７５以下、さらにはｌ／１
０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っている。
本発明で使用される焼結助剤（Ａ）は、同朋律表第■族
、同第■族及び同第■族の金属からなる群より選ばれた
少くとも１種の金属の炭化物又は窒化物（但し、窒化ア
ルミニウムを除く）である。
、同第■族及び同第■族の金属からなる群より選ばれた
少くとも１種の金属の炭化物又は窒化物（但し、窒化ア
ルミニウムを除く）である。
同期律表第■族の金属としては、ナトリウム、カリウム
、ルビジウム、セシウム等のアル・カリ金属；銅、銀等
の銅族金属が挙げられる。また、同第■族の金属として
は、マグネシウム、カルシウム、ストロチウム、バリウ
ム等のアルカリ土類金属；亜鉛、カドミウム、水銀等の
亜鉛族金属が挙げられ、さらに、同第■族の金属として
は、アルミニウム、ガリウム等のアルミニウム族金属；
イツトリウム、ランタン族金属等の希土類金属が挙げら
れる。
、ルビジウム、セシウム等のアル・カリ金属；銅、銀等
の銅族金属が挙げられる。また、同第■族の金属として
は、マグネシウム、カルシウム、ストロチウム、バリウ
ム等のアルカリ土類金属；亜鉛、カドミウム、水銀等の
亜鉛族金属が挙げられ、さらに、同第■族の金属として
は、アルミニウム、ガリウム等のアルミニウム族金属；
イツトリウム、ランタン族金属等の希土類金属が挙げら
れる。
就中、アルカリ土類金属及び希土類金属は、得られる窒
化アルミニウム焼結体の熱伝導率が良好であるために、
本発明で好適に用いられる。
化アルミニウム焼結体の熱伝導率が良好であるために、
本発明で好適に用いられる。
これらの金属の炭化物としては、通常、アセチリドとし
て公知の化合物が特に制限なく用いられる。本発明で特
に好適に用いられる炭化物を示せば、例えばＮａｚＣｚ
、Ｋ２Ｃ２、ＲｂｚＣｚ 、ＲｂＣｓ、ＲｂＣ１６、
Ｃ３２Ｃ２、Ｃｕ２Ｃ２、ＣｕＣ２、ＡｇｚＣｚ 、Ｍ
ｇｃ、、ＣａＣｚ、ＳｒＣ＋、ＢａＣ，、ｚｎＣ２、Ｃ
ｄＣ２、ｌＩｇｃｚ、ｌＩｇ、ｃ、。
て公知の化合物が特に制限なく用いられる。本発明で特
に好適に用いられる炭化物を示せば、例えばＮａｚＣｚ
、Ｋ２Ｃ２、ＲｂｚＣｚ 、ＲｂＣｓ、ＲｂＣ１６、
Ｃ３２Ｃ２、Ｃｕ２Ｃ２、ＣｕＣ２、ＡｇｚＣｚ 、Ｍ
ｇｃ、、ＣａＣｚ、ＳｒＣ＋、ＢａＣ，、ｚｎＣ２、Ｃ
ｄＣ２、ｌＩｇｃｚ、ｌＩｇ、ｃ、。
八７！４Ｃ１、Ａ Ｒ２Ｃ６、ＹＣｚ 、ＬａＣ２、
ＣｅＣ２、ＰｒＣｚ 、ＮｄＣ２、ＳｍＣ２等が挙げ
られる。
ＣｅＣ２、ＰｒＣｚ 、ＮｄＣ２、ＳｍＣ２等が挙げ
られる。
また、前記の金属の窒化物として、本発明に於いて好適
に用いられるものを具体的に示すと、例えば、次のとお
りである。
に用いられるものを具体的に示すと、例えば、次のとお
りである。
Ｍｇ３Ｎｚ 、ＣａＪｚ、５ｒ３Ｎｚ、 Ｂａ：＋Ｎ
ｚ、Ｚｎ＝Ｎｚ。
ｚ、Ｚｎ＝Ｎｚ。
■、 ＬａＮ 、 ＣｅＮ、、ＰｒＮ 、 ＮｄＮ
、 ＥｒＮ等を挙げることができる。
、 ＥｒＮ等を挙げることができる。
本発明で用いる焼結助剤（Ｂ）は、イツトリウム、ラン
タン族金属及びアルカリ土類金属からなる群より選ばれ
た少くとも１種の金属のハロゲン化物である。イツトリ
ウム、ランタン族金属及びアルカリ土類金属は特に限定
されず使用出来る。
タン族金属及びアルカリ土類金属からなる群より選ばれ
た少くとも１種の金属のハロゲン化物である。イツトリ
ウム、ランタン族金属及びアルカリ土類金属は特に限定
されず使用出来る。
例えばイツトリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ） 、セ（
Ｎｄ） 、１０シウム（Ｐｍ） 、サマリワム（ｂｍ）
、ユーロピウム（Ｅｕ） 、ガドリニウム（Ｇｄ）
、テルビウム（Ｔｂ） 、ジスプロシウム（Ｄｙ） 、
ホルミウム（Ｉｌｏ） 、エルビウム（Ｅｒ） 、ツリ
ウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ） 、ルテチウム
（Ｌｕ） 、ヘリリウム（Ｂｅ） 、マグネシウム（Ｍ
ｇ） 、カルシウム（Ｃａ） 、ストロンチウム（Ｓｒ
）及びバリウム（Ｂａ）が、いずれも使用出来る。特に
工業的には、Ｙ、Ｌａ、 Ｃｅ、 Ｐｒ、 Ｎｄ、 Ｓ
ｍ、 Ｅｕ、 Ｇｄ、 Ｄｙ、 Ｃａ、 Ｓｒ、Ｂａ。
Ｎｄ） 、１０シウム（Ｐｍ） 、サマリワム（ｂｍ）
、ユーロピウム（Ｅｕ） 、ガドリニウム（Ｇｄ）
、テルビウム（Ｔｂ） 、ジスプロシウム（Ｄｙ） 、
ホルミウム（Ｉｌｏ） 、エルビウム（Ｅｒ） 、ツリ
ウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ） 、ルテチウム
（Ｌｕ） 、ヘリリウム（Ｂｅ） 、マグネシウム（Ｍ
ｇ） 、カルシウム（Ｃａ） 、ストロンチウム（Ｓｒ
）及びバリウム（Ｂａ）が、いずれも使用出来る。特に
工業的には、Ｙ、Ｌａ、 Ｃｅ、 Ｐｒ、 Ｎｄ、 Ｓ
ｍ、 Ｅｕ、 Ｇｄ、 Ｄｙ、 Ｃａ、 Ｓｒ、Ｂａ。
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、フッ化物、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、フッ化物、
臭化物、ヨウ化物等が好適に使用される。
ては、フッ化物、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、フッ化物、
臭化物、ヨウ化物等が好適に使用される。
本発明で好適に使用されるイツトリウム、ランタン族金
属及び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、例えばフッ化イ、トリウム、フッ化ランタン、
フン化セリウム、フッ化プラセオジム、フン化ネオジム
、フッ化サマリウム、フッ化ユーロピウム、フッ化ガド
リニウム、フッ化ジスプロシウム、臭化イツトリウム、
臭化ランタン、臭化セリウム、臭化プラセオジム、臭化
ネオジム、臭化サマリウム、臭化ユーロピウム、臭化ガ
ドリニウム、臭化ジスプロシウム、ヨウ化イツトリウム
、ヨウ化ランタン、ヨウ化セリウム、ヨウ化プラセオジ
ム、ヨウ化ネオジム、ヨウ化サマリウム、ヨウ化ユーロ
ピウム、ヨウ化ガドリニウム、ヨウ化ジスプロシウム、
フッ化カルシウム、フン化バリウム、フッ化ストロンチ
ウム、臭化カルシウム、臭化バリウム、臭化ストロンチ
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、フッ素化物は得られ
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。
属及び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、例えばフッ化イ、トリウム、フッ化ランタン、
フン化セリウム、フッ化プラセオジム、フン化ネオジム
、フッ化サマリウム、フッ化ユーロピウム、フッ化ガド
リニウム、フッ化ジスプロシウム、臭化イツトリウム、
臭化ランタン、臭化セリウム、臭化プラセオジム、臭化
ネオジム、臭化サマリウム、臭化ユーロピウム、臭化ガ
ドリニウム、臭化ジスプロシウム、ヨウ化イツトリウム
、ヨウ化ランタン、ヨウ化セリウム、ヨウ化プラセオジ
ム、ヨウ化ネオジム、ヨウ化サマリウム、ヨウ化ユーロ
ピウム、ヨウ化ガドリニウム、ヨウ化ジスプロシウム、
フッ化カルシウム、フン化バリウム、フッ化ストロンチ
ウム、臭化カルシウム、臭化バリウム、臭化ストロンチ
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、フッ素化物は得られ
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、−ａ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世が
、焼結助剤（Ａ）の場合は′＃０．０２〜５重量％、好
ましくは、０．１〜４重量％、焼結助剤（Ｂ）の場合は
０．０２〜１０重量％、好ましくは、０．１〜６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）〜焼結助剤（Ｂ）の重量比が１／ｌ Ｏ〜５、好
ましくは１１５〜３の範囲であることが好適である。
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、−ａ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世が
、焼結助剤（Ａ）の場合は′＃０．０２〜５重量％、好
ましくは、０．１〜４重量％、焼結助剤（Ｂ）の場合は
０．０２〜１０重量％、好ましくは、０．１〜６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）〜焼結助剤（Ｂ）の重量比が１／ｌ Ｏ〜５、好
ましくは１１５〜３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、乾式混合であっても湿式混合
であってもよい。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■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。
の混合は特に限定されず、乾式混合であっても湿式混合
であってもよい。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■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。
、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ッ
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。
リエチレン、ポリウレタン、ナイロンなどのプラスチッ
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段分を調合し一度で混合する方法や、いずれか２
段分をまず調合、混合し、しかる後に該混合物と残りの
１段分を調合し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。
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段分を調合し一度で混合する方法や、いずれか２
段分をまず調合、混合し、しかる後に該混合物と残りの
１段分を調合し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っ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、２０〜５００ ｋ
ｇ／ｃｎｉ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１
７００〜２１００″Ｃ１好ましくは１７５０〜２０５０
°Ｃ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１’ ７００〜２４００“Ｃ１好ましくは
１７５０〜２３００℃の温度が好適に採用される。
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っ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、２０〜５００ ｋ
ｇ／ｃｎｉ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１
７００〜２１００″Ｃ１好ましくは１７５０〜２０５０
°Ｃ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１’ ７００〜２４００“Ｃ１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Ｗｉ１１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。
ぼの表面を放射温度計によりＷｉ１１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°Ｃの温度範囲の平
均昇温速度を１℃／ｍｉｎ〜４０”Ｃ／ｍｉｎの範囲と
することが好ましい。さらに５〜３０°Ｃ／ｍｉｎの範
囲で昇温することがより好ましい。
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°Ｃの温度範囲の平
均昇温速度を１℃／ｍｉｎ〜４０”Ｃ／ｍｉｎの範囲と
することが好ましい。さらに５〜３０°Ｃ／ｍｉｎの範
囲で昇温することがより好ましい。
上記の平均昇温速度は、添加される焼結助剤（Ａ）及び
（Ｂ）の種類及び量によっ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。
（Ｂ）の種類及び量によっ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没定することが工業的には好ましい
か、その他にも２段あるいは３段の速度勾配をもつ昇温
プログラムを選ふことも可能である。
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没定することが工業的には好ましい
か、その他にも２段あるいは３段の速度勾配をもつ昇温
プログラムを選ふことも可能である。
１３００°Ｃに達する迄の昇温速度、及び１７００°Ｃ
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っても良い。
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っても良い。
しかし、得られる焼結体の密度及び熱伝導性を勘案する
と１２００〜１３００℃の温度領域に於いても、前記し
た平均昇温速度が維持されていることが好ましい。また
、工業的には焼成温度までの全温度領域にわたって、単
一の平均昇温速度をとることが好ましい。
と１２００〜１３００℃の温度領域に於いても、前記し
た平均昇温速度が維持されていることが好ましい。また
、工業的には焼成温度までの全温度領域にわたって、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１７
００〜２４００℃の焼成温度で焼成される。焼成時間は
、焼成温度、焼結助剤の種類と足、及び平均昇温速度に
よって異なるが、通常は、１０分〜２０時間の範囲から
選択される。
００〜２４００℃の焼成温度で焼成される。焼成時間は
、焼成温度、焼結助剤の種類と足、及び平均昇温速度に
よって異なるが、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散型〒％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１１５以下更に
好ましくは１７１０以下という著しく少ない量となって
いる。
化アルミニウム粉末の焼結に必要な散型〒％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１１５以下更に
好ましくは１７１０以下という著しく少ない量となって
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■％以下、場合によっては０．３重量％以下、さ
らには０．１重量％以下である。
量は、焼結助剤（Ａ）及び（Ｂ）それぞれ金属として０
．５重■％以下、場合によっては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、１７２以下、さらに１７５以下に減少
し、０．５重量％以下、さらに０．２重世％以下となっ
ている。
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、１７２以下、さらに１７５以下に減少
し、０．５重量％以下、さらに０．２重世％以下となっ
ている。
このように、本発明の方法によっ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。
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−に以上のものが得られ、好ましく
は１６０Ｗ／ｍ−に以上の高い熱伝導性の焼結体が得ら
れる。さらに、焼成条件によっては１７０ｗ／ｍ−に以
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−Ｂｅ
ｅｒの式において６μｍの波長の光に対する吸収係数が
６０ｃｍ−’以下の焼結体が得られる。
は１６０Ｗ／ｍ−に以上の高い熱伝導性の焼結体が得ら
れる。さらに、焼成条件によっては１７０ｗ／ｍ−に以
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−Ｂｅ
ｅｒの式において６μｍの波長の光に対する吸収係数が
６０ｃｍ−’以下の焼結体が得られる。
勿論、本発明の方法により得られる窒化アルミニウム焼
結体は、焼結密度が３．２ ｇ １ｃｔａ以上の緻密な
焼結体である。
結体は、焼結密度が３．２ ｇ １ｃｔａ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。
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、
ＣａＣ２を１重量％、Ｙｌ’ｌ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２００ ｋｇ／ｃｎ
ｌ（７）圧力で一軸フレス、次イテ１５ｏＯｋｇ／ ｃ
ｎ！の圧力でラバープレスし、密度が１．６’Ｏｇ／ｃ
ｄの粉末成形体を作成した。この成形体を窒化ホウ素粉
末でコーティ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１１
００℃から１８００ ’Ｃまで１５’Ｃ／ｍｉｎの昇温
速度で昇温し、１８００℃で１０時間保持した。得られ
た焼結体は密度が３．２６ ｇ／ ｃｌであった。この
焼結体を厚さ３ ｘｍに研削してレーザーフラッシュ法
により１ｎ−３ｂ赤外線センサーを用いた非接触法で熱
伝導率を測定したところ２０３ｗ／ｍ−にの値を得た。
占め、且つ表１に示す組成の窒化アルミニウム粉末に、
ＣａＣ２を１重量％、Ｙｌ’ｌ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２００ ｋｇ／ｃｎ
ｌ（７）圧力で一軸フレス、次イテ１５ｏＯｋｇ／ ｃ
ｎ！の圧力でラバープレスし、密度が１．６’Ｏｇ／ｃ
ｄの粉末成形体を作成した。この成形体を窒化ホウ素粉
末でコーティ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１１
００℃から１８００ ’Ｃまで１５’Ｃ／ｍｉｎの昇温
速度で昇温し、１８００℃で１０時間保持した。得られ
た焼結体は密度が３．２６ ｇ／ ｃｌであった。この
焼結体を厚さ３ ｘｍに研削してレーザーフラッシュ法
により１ｎ−３ｂ赤外線センサーを用いた非接触法で熱
伝導率を測定したところ２０３ｗ／ｍ−にの値を得た。
この焼結体の酸素含有率を放射化分析法で測定したとこ
ろ０．０３重量％であった。
ろ０．０３重量％であった。
更に該焼結体をアルカリ溶融し、溶融物中のＣａ、、Ｙ
、Ｍｇ、、Ｃｒ、 Ｓｉ 、 Ｚｎ、 Ｆｅ、
Ｃｕ。
、Ｍｇ、、Ｃｒ、 Ｓｉ 、 Ｚｎ、 Ｆｅ、
Ｃｕ。
Ｍｎ ％ Ｎｉ 、 Ｔｉ、 Ｃｏの各含有率を誘導
結合プラズマ発光分光分析法で測定したところ焼結体中
の濃度に換算して、Ｃａ＝ ２１０ｐｐｍ 、 Ｙ＝
３２０ｐｐｍ、！ｆ＜ ５ｐｐｍ 、 Ｃｒ＜ １０ｐ
ｐｍ 、、Ｓｉ＝ ８９ｐｐｍ 。
結合プラズマ発光分光分析法で測定したところ焼結体中
の濃度に換算して、Ｃａ＝ ２１０ｐｐｍ 、 Ｙ＝
３２０ｐｐｍ、！ｆ＜ ５ｐｐｍ 、 Ｃｒ＜ １０ｐ
ｐｍ 、、Ｓｉ＝ ８９ｐｐｍ 。
Ｚｎ＜ １０ｐｐｍ 、 Ｆｅ＜ １０ｐｐｍ 、 Ｃ
ｕ＜ １０ｐｐｍ 。
ｕ＜ １０ｐｐｍ 。
Ｍｎ＜ ５ｐｐｍ 、 Ｎｉ＝ １９ｐｐｍ 、 Ｔｉ
＝ １４ｐｐｍ 。
＝ １４ｐｐｍ 。
Ｃｏ＜１０ｐｐｍであり、焼結助剤として添加した、Ｃ
ａ、 Ｙを除く１０元素の含有率を合計すると１８２
ｐｐｍ以下であった。
ａ、 Ｙを除く１０元素の含有率を合計すると１８２
ｐｐｍ以下であった。
同様にして焼結した別の焼結体を０．５ ａｍの厚さま
で研削し、両面を鏡面研磨したものについて光透過率を
測定し・たとこる５、５μｍの波長に対して３１％の直
線透過率が得られた。
で研削し、両面を鏡面研磨したものについて光透過率を
測定し・たとこる５、５μｍの波長に対して３１％の直
線透過率が得られた。
比較として、表１の粉末にＣａＣ２のみを１重量％添加
し、全く同様の方法により焼結体を合成した。
し、全く同様の方法により焼結体を合成した。
この焼結体の密度は３．２３ ｇ ／ｃｒｌでありくま
たこの焼結体を厚さ３關に研削してレーザーフラッシュ
法によりＩｎ−３ｂ赤外線センサーを用いた非接触法で
熱伝導率を測定したところ１３０Ｗ／ｍ−にの値を得た
。
たこの焼結体を厚さ３關に研削してレーザーフラッシュ
法によりＩｎ−３ｂ赤外線センサーを用いた非接触法で
熱伝導率を測定したところ１３０Ｗ／ｍ−にの値を得た
。
表１ 窒化アルミニウム粉末分析値
ＡＩＮ含有量 ９８．θ％
元素 ４有
Ｍｇ ＜５ ｐｐｍＣｒ
＜１０ ．１−Ｓｉ
３３ ｔｔＺｎ
〈１０ 〃ｐｅ１５ ／／ Ｃｕ ＜５ ｔｔＭｌ
（５／／Ｎｉ ＜
１０ ｔｔＴｉ （５／／ Ｃｏ （５ｔｔ ＡＩ！６４．８ （賀ｔ％） Ｎ ３３．５ 〃０
１、Ｏ〃 ＣＯ，０４” 実施例２ 実施例１で用いたものと同じＡＩＮ粉末に、焼結助剤（
Ａ）として種々の炭化物及び窒化物を１重量％、焼結助
剤（Ｂ）としてＹＦ３を２重里％を添加混合し、実施例
１と同様の手順で焼成し、常圧焼結体を得た。これらの
焼結体を厚さ３ｍｍに研削してレーザーフラッシュ法に
よりＩｎ−３ｂ赤外線センサーを用いた非接触で熱伝導
率を測定した。
＜１０ ．１−Ｓｉ
３３ ｔｔＺｎ
〈１０ 〃ｐｅ１５ ／／ Ｃｕ ＜５ ｔｔＭｌ
（５／／Ｎｉ ＜
１０ ｔｔＴｉ （５／／ Ｃｏ （５ｔｔ ＡＩ！６４．８ （賀ｔ％） Ｎ ３３．５ 〃０
１、Ｏ〃 ＣＯ，０４” 実施例２ 実施例１で用いたものと同じＡＩＮ粉末に、焼結助剤（
Ａ）として種々の炭化物及び窒化物を１重量％、焼結助
剤（Ｂ）としてＹＦ３を２重里％を添加混合し、実施例
１と同様の手順で焼成し、常圧焼結体を得た。これらの
焼結体を厚さ３ｍｍに研削してレーザーフラッシュ法に
よりＩｎ−３ｂ赤外線センサーを用いた非接触で熱伝導
率を測定した。
結果を表２に示す。
実施例３
実施例１で用いたものと同じＡＩＮ粉末に、焼結助剤（
Ａ）として、いろいろな種類の炭化物、窒化物を、焼結
助剤（Ｂ）としているいろな種類のハロゲン化物を添加
混合し、実施例１と同様の手順で焼成し、常圧焼結体を
得た。これらの焼結体を厚さ３１に研削して実施例１と
同様の方法で熱伝導率を測定した。
Ａ）として、いろいろな種類の炭化物、窒化物を、焼結
助剤（Ｂ）としているいろな種類のハロゲン化物を添加
混合し、実施例１と同様の手順で焼成し、常圧焼結体を
得た。これらの焼結体を厚さ３１に研削して実施例１と
同様の方法で熱伝導率を測定した。
結果を表３に示す。
実施例４
実施例１で用いたものと同じＡＩＮ粉末に、ＣａＣｚと
ＹＦ＋を添力旧昆合し、昇温速度をいろいろかえ、実施
例１と同様の方法で焼成し、常圧焼結体を得た。これら
の焼結体を厚さ３龍に研削して実施例１と同様の方法で
熱伝導率を測定した。
ＹＦ＋を添力旧昆合し、昇温速度をいろいろかえ、実施
例１と同様の方法で焼成し、常圧焼結体を得た。これら
の焼結体を厚さ３龍に研削して実施例１と同様の方法で
熱伝導率を測定した。
結果を表４に示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 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、
焼結助剤として、 （Ａ）同期律表第 I 族、同第II族及び同第III族の金属
から成る群より選ばれた少くとも１種の金属の炭化物又
は窒化物（但し、窒化アルミニウムを除く）及び （Ｂ）イットリウム、ランタン族金属及びアルカリ土類
金属からなる群より選ばれた少くとも１種の金属のハロ
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 (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60291993A JPS62153172A (ja) | 1985-12-26 | 1985-12-26 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60291993A JPS62153172A (ja) | 1985-12-26 | 1985-12-26 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62153172A true JPS62153172A (ja) | 1987-07-08 |
| JPH0468262B2 JPH0468262B2 (ja) | 1992-10-30 |
Family
ID=17776126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60291993A Granted JPS62153172A (ja) | 1985-12-26 | 1985-12-26 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62153172A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63190761A (ja) * | 1987-01-30 | 1988-08-08 | 京セラ株式会社 | 窒化アルミニウム質焼結体 |
| JPH0274565A (ja) * | 1988-09-12 | 1990-03-14 | Kyocera Corp | 窒化アルミニウム質焼結体 |
| JP2013112556A (ja) * | 2011-11-28 | 2013-06-10 | Taiheiyo Cement Corp | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
-
1985
- 1985-12-26 JP JP60291993A patent/JPS62153172A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63190761A (ja) * | 1987-01-30 | 1988-08-08 | 京セラ株式会社 | 窒化アルミニウム質焼結体 |
| JPH0274565A (ja) * | 1988-09-12 | 1990-03-14 | Kyocera Corp | 窒化アルミニウム質焼結体 |
| JP2013112556A (ja) * | 2011-11-28 | 2013-06-10 | Taiheiyo Cement Corp | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0468262B2 (ja) | 1992-10-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |