JPH07121830B2 - 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の製造方法 - Google Patents
高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の製造方法Info
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- JPH07121830B2 JPH07121830B2 JP62110806A JP11080687A JPH07121830B2 JP H07121830 B2 JPH07121830 B2 JP H07121830B2 JP 62110806 A JP62110806 A JP 62110806A JP 11080687 A JP11080687 A JP 11080687A JP H07121830 B2 JPH07121830 B2 JP H07121830B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法に
関し、さらに詳しくは、高熱伝導性を有する窒化アルミ
ニウム単相からなる窒化アルミニウム焼結体の製造方法
に関する。
関し、さらに詳しくは、高熱伝導性を有する窒化アルミ
ニウム単相からなる窒化アルミニウム焼結体の製造方法
に関する。
（従来の技術） 窒化アルミニウム（AlN）は常温から高温まで高強度性
を保ち、又、溶融金属に漏れず、更に電気絶縁性が高
く、高熱伝導性であるなど、多くの優れた特性を有して
おり、新素材として注目されている。
を保ち、又、溶融金属に漏れず、更に電気絶縁性が高
く、高熱伝導性であるなど、多くの優れた特性を有して
おり、新素材として注目されている。
近年、半導体基板への応用研究が活発に行なわれ、量産
可能なAlN焼結体の熱伝導率は数年前まで40〜60W/m・ｋ
であったものが、〜200W/m・ｋまで改良させるに到っ
た。
可能なAlN焼結体の熱伝導率は数年前まで40〜60W/m・ｋ
であったものが、〜200W/m・ｋまで改良させるに到っ
た。
窒化アルミニウムの焼結体高熱伝導率化は、高純度AlN
原料特に酸素含有量の少ないAlN粉の量産が可能になっ
たことが第１の要因である。
原料特に酸素含有量の少ないAlN粉の量産が可能になっ
たことが第１の要因である。
酸素含有量の少ないAlN粉を主成分とし、焼結助剤の最
適化により、高熱伝導性のAlN焼結体が得られるように
なったが、一方、酸素含有量が少なくなると共に焼結性
が悪くなる傾向があり緻密な焼結体を得るためには従来
に比べてより高温での焼結が必要となってきた。
適化により、高熱伝導性のAlN焼結体が得られるように
なったが、一方、酸素含有量が少なくなると共に焼結性
が悪くなる傾向があり緻密な焼結体を得るためには従来
に比べてより高温での焼結が必要となってきた。
すなわち、従来酸素量が多いAlN粉はその粉末から得た
焼結体の高熱伝導率は低いが焼結性においては優れてい
たと言える。
焼結体の高熱伝導率は低いが焼結性においては優れてい
たと言える。
半導体実装基板への応用を考える時、現在広く使用され
ているアルミナ基板との代替が考えられるが、このよう
な状況では徹底的な低コスト化が必要であり、焼結温度
の上昇は製造コストの増加となり、好ましくないもので
ある。
ているアルミナ基板との代替が考えられるが、このよう
な状況では徹底的な低コスト化が必要であり、焼結温度
の上昇は製造コストの増加となり、好ましくないもので
ある。
一方、このようなAlN焼結体を、ホットプレス以外の方
法で得ようとする場合、焼結体の緻密化及びAlN原料粉
末の不純物酸素のAlN粒内への固溶を防止するために、
焼結助剤として希土類酸化物、アルカリ土類金属酸化物
等を添加することが一般に行なわれている（特開昭60−
127267号、特開昭61−10071号、特開昭60−71575号
等。）これらの焼結助剤はAlN原料粉末の不純物酸素と
反応し液相を生成し焼結体の緻密化を達成すると共に、
この不純物酸素を粒界相として固定（酸素トラップ）
し、高熱伝導率化を達成すると考えられている。
法で得ようとする場合、焼結体の緻密化及びAlN原料粉
末の不純物酸素のAlN粒内への固溶を防止するために、
焼結助剤として希土類酸化物、アルカリ土類金属酸化物
等を添加することが一般に行なわれている（特開昭60−
127267号、特開昭61−10071号、特開昭60−71575号
等。）これらの焼結助剤はAlN原料粉末の不純物酸素と
反応し液相を生成し焼結体の緻密化を達成すると共に、
この不純物酸素を粒界相として固定（酸素トラップ）
し、高熱伝導率化を達成すると考えられている。
このように焼結助剤を添加することにより確かに焼結体
は緻密化し、高熱伝導率化するが、他方で、結果的に残
存する粒界相（主相であるAlN相に対し副相）の存在、
完全トラップしきれなかった酸素等の存在により、AlN
の理論熱伝導率320w/m・Ｋに対し低いものであった。
は緻密化し、高熱伝導率化するが、他方で、結果的に残
存する粒界相（主相であるAlN相に対し副相）の存在、
完全トラップしきれなかった酸素等の存在により、AlN
の理論熱伝導率320w/m・Ｋに対し低いものであった。
そのため、AlN焼結体の熱伝導率の向上を目的として種
々の試みがなされているが、未だ十分満足すべきものは
得られていない。
々の試みがなされているが、未だ十分満足すべきものは
得られていない。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は高純度で低酸素含有量のAlNを用いて、その焼
結性を改良し、かつ熱伝導性に優れたAlN焼結体の製造
方法を提供することを目的とする。
結性を改良し、かつ熱伝導性に優れたAlN焼結体の製造
方法を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段及び作用） 本発明者等はAlN粉末に添加する焼結助剤や焼結条件，
焼結体組成，焼結体微罪構造等と熱伝導率の関係につい
て実験・検討を進めた結果、以下に示す新規事項を発見
し、本発明を完成するに至った。
焼結体組成，焼結体微罪構造等と熱伝導率の関係につい
て実験・検討を進めた結果、以下に示す新規事項を発見
し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明はAlNを主成分とし、これにｉ）アルカ
リ土類金属化合物及び／又は希土類化合物、及び、ii）
アルミニウム酸化物（又は焼成により酸化物に変化する
アルミニウム化合物）から成る添加物を各々の元素に換
算して0.05〜20重量％添加した成形体を窒素ガスを含
む、還元雰囲気中で1550〜2050℃の温度で４時間以上焼
成したところ、粒界相の存在量が、従来の窒化アルミニ
ウム焼結体に比べて減少し、実質的に副相がなくAlN単
相からなり、多結晶体としては非常に高い熱伝導率を有
する窒化アルミニウム焼結体が得られるとう事実をみい
だした。
リ土類金属化合物及び／又は希土類化合物、及び、ii）
アルミニウム酸化物（又は焼成により酸化物に変化する
アルミニウム化合物）から成る添加物を各々の元素に換
算して0.05〜20重量％添加した成形体を窒素ガスを含
む、還元雰囲気中で1550〜2050℃の温度で４時間以上焼
成したところ、粒界相の存在量が、従来の窒化アルミニ
ウム焼結体に比べて減少し、実質的に副相がなくAlN単
相からなり、多結晶体としては非常に高い熱伝導率を有
する窒化アルミニウム焼結体が得られるとう事実をみい
だした。
本発明においてアルカリ土類金属元素としてはCa,Br,Sr
が、希土類元素としてはY,Sc,Dy,Ceが特に有効であり、
これらの元素から成る化合物すなわち、酸化物，フッ化
物，窒化物又は炭化物等を添加するものである。
が、希土類元素としてはY,Sc,Dy,Ceが特に有効であり、
これらの元素から成る化合物すなわち、酸化物，フッ化
物，窒化物又は炭化物等を添加するものである。
この様な方法で得られた窒化アルミニウム焼結体は多結
晶体としては非常に高い200W/m・Ｋ以上の熱伝導率を有
し、この焼結体をＸ線回折及び電子顕微鏡を用いて構成
相を観察してもAlN結晶粒のみ認められ、他の相は観察
されない。
晶体としては非常に高い200W/m・Ｋ以上の熱伝導率を有
し、この焼結体をＸ線回折及び電子顕微鏡を用いて構成
相を観察してもAlN結晶粒のみ認められ、他の相は観察
されない。
本発明は大きく分けて、以下に述べる２つの構成要素か
ら成り立っている。
ら成り立っている。
すなわち、（Ｉ）アルミニウム酸化物の添加による焼結
性の改良、（II）窒素ガスを含む還元雰囲気中での長時
間焼成による高熱伝導率化、である。
性の改良、（II）窒素ガスを含む還元雰囲気中での長時
間焼成による高熱伝導率化、である。
まずアルミニウム酸化物の添加効果について述べる。
従来よりアルカリ土類金属として希土類の化合物はAlN
の焼結助剤として、及び高熱伝導率化に有効であること
が知られた。
の焼結助剤として、及び高熱伝導率化に有効であること
が知られた。
これらの添加物はAlN中に不可避的に含まれている不純
物酸素と反応し、例えば添加物がアルカリ土類金属化合
物のCaOである時は焼結後にCaO・2Al2O3,CaO・Al2O3な
どの副相となって、不純物酸素を取り込んだ生成物とな
り、焼結体を高熱伝導率化するものと考えられている。
物酸素と反応し、例えば添加物がアルカリ土類金属化合
物のCaOである時は焼結後にCaO・2Al2O3,CaO・Al2O3な
どの副相となって、不純物酸素を取り込んだ生成物とな
り、焼結体を高熱伝導率化するものと考えられている。
又、このような添加物を全く含まずにAlN単味で焼結す
ると不純物酸素はAlNと反応してAlの酸窒化物（Al（8/3
＋x/3）O4-xNx）及び又はポリタイプ（Al9O3N7）及び又
はα−Al2O3等を生成し、たとえホットプレス焼結によ
り緻密化したとしても熱伝導率を大幅に低下させること
が知られている。
ると不純物酸素はAlNと反応してAlの酸窒化物（Al（8/3
＋x/3）O4-xNx）及び又はポリタイプ（Al9O3N7）及び又
はα−Al2O3等を生成し、たとえホットプレス焼結によ
り緻密化したとしても熱伝導率を大幅に低下させること
が知られている。
一般に高熱伝導率なAlN焼結体を得るためにはアルミニ
ウム酸化物は有害な不純物として極力混入しないように
するのが常道的な考え方である。アルカリ土類金属化合
物，希土類化合物が焼結助剤として、緻密化に有効であ
るのは、焼結温度において主にAlN原料中の不純物酸素
と反応して液相を生じ、AlNの液相焼結を進行させると
考えられている。
ウム酸化物は有害な不純物として極力混入しないように
するのが常道的な考え方である。アルカリ土類金属化合
物，希土類化合物が焼結助剤として、緻密化に有効であ
るのは、焼結温度において主にAlN原料中の不純物酸素
と反応して液相を生じ、AlNの液相焼結を進行させると
考えられている。
このような焼結機構において、低酸素含有のAlN原料の
焼結性が低下するのは、上述のような焼結助剤と反応し
て焼結時に生じる液相量が少なくなるため、焼結が進行
し難くなるためであろうと推測される。そこでアルミニ
ウム酸化物を添加することにより、焼結性を向上するこ
とができる。
焼結性が低下するのは、上述のような焼結助剤と反応し
て焼結時に生じる液相量が少なくなるため、焼結が進行
し難くなるためであろうと推測される。そこでアルミニ
ウム酸化物を添加することにより、焼結性を向上するこ
とができる。
次に、窒素ガスを含む還元雰囲気中での長時間焼成によ
る高熱伝導率化について述べる。現在のところ、そのメ
カニズムは完全に解明されてはいないが、本発明者らの
研究によれば以下の如く推定される。
る高熱伝導率化について述べる。現在のところ、そのメ
カニズムは完全に解明されてはいないが、本発明者らの
研究によれば以下の如く推定される。
例えば、希土類元素としてＹを選んだ場合、原料粉末の
不純物酸素が、3Y2O3・5Al2O3,Y2O3・Al2O3,2Y2O3・Al2
O3,Y2O3などの化合物としてトラップされる。この状態
は、焼結初期に起こる。この後の焼成過程で、焼結体表
面の（希土類元素）−Ｏ化合物（例えばY2O3）及び／又
は（希土類元素）−Al−Ｏ化合物（例えば2Y2O3・Al
2O3）は、雰囲気中に存在する、窒素ガスそしてカーボ
ンガス及び／又はCOガスなどの還元作用を有する物質に
より、還元窒化され、例えば（希土類元素）−Ｎ化合物
（例えばYN）及び又はAlNに変化する。
不純物酸素が、3Y2O3・5Al2O3,Y2O3・Al2O3,2Y2O3・Al2
O3,Y2O3などの化合物としてトラップされる。この状態
は、焼結初期に起こる。この後の焼成過程で、焼結体表
面の（希土類元素）−Ｏ化合物（例えばY2O3）及び／又
は（希土類元素）−Al−Ｏ化合物（例えば2Y2O3・Al
2O3）は、雰囲気中に存在する、窒素ガスそしてカーボ
ンガス及び／又はCOガスなどの還元作用を有する物質に
より、還元窒化され、例えば（希土類元素）−Ｎ化合物
（例えばYN）及び又はAlNに変化する。
焼結体表面での還元窒化反応により、焼結体内での（希
土類元素）−Ｏ化合物及び／又は（希土類元素）−Al−
Ｏ化合物の濃度勾配が生じ、これが駆動力となってAlN
以外の副相は、粒界を経由して、焼結体表面に移動す
る。そして最終的に焼結体は他の相を実質的に含有しな
いAlN単相となり、熱伝導率は大幅に上昇する。これは
熱伝導率が小さく熱抵抗として働いていた粒界相が除去
されるためである。また長時間の焼成により焼結体の粒
子が成長する。AlN粒子が成長すると熱抵抗となる粒界
の数が結果的に少なくなることを意味し、フォノンの散
乱が小さな焼結体になる。又、上述のような副相の除
去、そして粒成長以外に、還元雰囲気下で長時間焼成す
ることにより、AlN結晶粒の鈍化、例えば格子欠陥の減
少による伝導率上昇効果も考えられる。
土類元素）−Ｏ化合物及び／又は（希土類元素）−Al−
Ｏ化合物の濃度勾配が生じ、これが駆動力となってAlN
以外の副相は、粒界を経由して、焼結体表面に移動す
る。そして最終的に焼結体は他の相を実質的に含有しな
いAlN単相となり、熱伝導率は大幅に上昇する。これは
熱伝導率が小さく熱抵抗として働いていた粒界相が除去
されるためである。また長時間の焼成により焼結体の粒
子が成長する。AlN粒子が成長すると熱抵抗となる粒界
の数が結果的に少なくなることを意味し、フォノンの散
乱が小さな焼結体になる。又、上述のような副相の除
去、そして粒成長以外に、還元雰囲気下で長時間焼成す
ることにより、AlN結晶粒の鈍化、例えば格子欠陥の減
少による伝導率上昇効果も考えられる。
焼成雰囲気に関しては、窒素ガスを含む還元性雰囲気中
で行なう。還元性雰囲気は、CO,H2ガス及びＣ（ガスそ
して固相）などを一種又は二種以上存在させることによ
って作ることができる。
で行なう。還元性雰囲気は、CO,H2ガス及びＣ（ガスそ
して固相）などを一種又は二種以上存在させることによ
って作ることができる。
最も簡便なのは、焼成容器としてカーボン製容器を用い
ることができることである。この様な焼成容器としては
容器全体がカーボン製の物，容器全体がカーボン製で試
料を設置する箇所にAlN板,BN板,W板等を敷いたもの，窒
化アルミニウム製の容器で上部蓋がカーボン製の物等を
用いることができる。本発明でいうカーボンガス雰囲気
とは、1550〜2050℃の焼結温度範囲内で蒸気圧が１×10
-6〜５×10-2Pa程度生成するガスをさす。
ることができることである。この様な焼成容器としては
容器全体がカーボン製の物，容器全体がカーボン製で試
料を設置する箇所にAlN板,BN板,W板等を敷いたもの，窒
化アルミニウム製の容器で上部蓋がカーボン製の物等を
用いることができる。本発明でいうカーボンガス雰囲気
とは、1550〜2050℃の焼結温度範囲内で蒸気圧が１×10
-6〜５×10-2Pa程度生成するガスをさす。
容器の内容積は、その内容積と窒化アルミニウム成形体
との体積の比（内容積／成形体の体積）が１×100〜１
×107が良い。これ以上大きな容積を用いた場合、試料
近傍におけるカーボン蒸気圧が低く、カーボンによる粒
界相除去効果が小さくなる。
との体積の比（内容積／成形体の体積）が１×100〜１
×107が良い。これ以上大きな容積を用いた場合、試料
近傍におけるカーボン蒸気圧が低く、カーボンによる粒
界相除去効果が小さくなる。
AlN単相にするためには焼結温度及び助剤添加量にもよ
るが、４時間以上が必要である。より好ましくは６時間
以上で、さらに好ましくは12時間以上である。
るが、４時間以上が必要である。より好ましくは６時間
以上で、さらに好ましくは12時間以上である。
焼結温度については、1550〜2050℃が好ましい。1550℃
より低温で焼成すると焼成容器からカーボンガスの発生
が少なくなり、粒界相を残したままとなる。また2050℃
より高温で焼成すると、AlN自体の蒸気圧が高くなり、
緻密化が困難になると共に、窒化物と推定される副相が
焼結体内に生成し結果として熱伝導率が低下する場合が
ある。焼成温度はより好ましくは1800〜2000℃である。
さらには1800〜1950℃が好ましい。
より低温で焼成すると焼成容器からカーボンガスの発生
が少なくなり、粒界相を残したままとなる。また2050℃
より高温で焼成すると、AlN自体の蒸気圧が高くなり、
緻密化が困難になると共に、窒化物と推定される副相が
焼結体内に生成し結果として熱伝導率が低下する場合が
ある。焼成温度はより好ましくは1800〜2000℃である。
さらには1800〜1950℃が好ましい。
本発明においてアルカリ土類金属化合物及び又は希土類
化合物及びアルミニウム酸化物の合計量を0.05〜20重量
％としたのは0.05重量％未満では、目的とする効果が得
られないためであり、20重量％を超えると、副相が焼結
体中に残ったりして、その結果熱伝導率が低下すること
がある。
化合物及びアルミニウム酸化物の合計量を0.05〜20重量
％としたのは0.05重量％未満では、目的とする効果が得
られないためであり、20重量％を超えると、副相が焼結
体中に残ったりして、その結果熱伝導率が低下すること
がある。
又、アルカリ土類金属化合物及び希土類化合物は、酸化
物，フッ化物，窒化物，炭化物が望ましいが、焼成途中
にこれらの化合物となるものでも何ら支障はない。
物，フッ化物，窒化物，炭化物が望ましいが、焼成途中
にこれらの化合物となるものでも何ら支障はない。
更に、アルミニウム酸化物は、α−Al2O3,γ−Al2O3な
どのAl2O3又は焼成途中にこれらの酸化物となるものを
用いることができる。
どのAl2O3又は焼成途中にこれらの酸化物となるものを
用いることができる。
（発明の実施例） 次に、本発明の実施例を説明する。
実施例１ 不純物としての酸素を0.45重量％含有し、平均粒径が3.
0μｍ（遠心沈降法、堀場製作所CAPA−500使用、分散媒
エチレングリコール）のAlN粉末に添加物として平均粒
径0.9μｍのY2O3をＹ換算で3.9重量％，そして平均粒径
１μｍのα−Al2O3を２重量％添加し、ボールミルを用
いてｎ−ブチルアルコールを分散媒として混合を行ない
原料を調整した。
0μｍ（遠心沈降法、堀場製作所CAPA−500使用、分散媒
エチレングリコール）のAlN粉末に添加物として平均粒
径0.9μｍのY2O3をＹ換算で3.9重量％，そして平均粒径
１μｍのα−Al2O3を２重量％添加し、ボールミルを用
いてｎ−ブチルアルコールを分散媒として混合を行ない
原料を調整した。
ついで、この原料に有機系バインダーを４重量％添加し
て造粒したのち500kg/cm2の圧力でプレス成形して38×3
8×10mmの圧粒体とした。この圧粒体を窒素ガス雰囲気
中で700℃まで加熱してバインダーを除去した。更に、B
N粉末を塗布したAlN板を底板としてひいたカーボン製容
器（焼成用容器Ａ）に脱脂体を収容した。このとき容器
Ａの形状及び大きさは、12cmφ×6.4cmで内容積が720cm
3程度である。すなわちこの容器Ａの内容積とAlN成形体
の体積の比が約５×101程度となっている。この容器を
用い窒素ガス雰囲気中（１気圧）1900℃,96時間の条件
で常圧焼結した。得られたAlN焼結体の密度を測定し
た。また焼結体から、直径10mm,圧さ3.3mmの円板を研削
し、これを試験片としてレーザーフラッシュ法により熱
伝導率を測定した（真空理工製TC−3000使用）。測定温
度は25℃である。
て造粒したのち500kg/cm2の圧力でプレス成形して38×3
8×10mmの圧粒体とした。この圧粒体を窒素ガス雰囲気
中で700℃まで加熱してバインダーを除去した。更に、B
N粉末を塗布したAlN板を底板としてひいたカーボン製容
器（焼成用容器Ａ）に脱脂体を収容した。このとき容器
Ａの形状及び大きさは、12cmφ×6.4cmで内容積が720cm
3程度である。すなわちこの容器Ａの内容積とAlN成形体
の体積の比が約５×101程度となっている。この容器を
用い窒素ガス雰囲気中（１気圧）1900℃,96時間の条件
で常圧焼結した。得られたAlN焼結体の密度を測定し
た。また焼結体から、直径10mm,圧さ3.3mmの円板を研削
し、これを試験片としてレーザーフラッシュ法により熱
伝導率を測定した（真空理工製TC−3000使用）。測定温
度は25℃である。
上記焼結条件及び得られた焼結体の特性を第１表に示し
た。また、この焼結体のＸ線回折（理学電機製ロータフ
レックスRU−200,ゴニオメータCN2173D5,線源Cu 50kv,1
00mA使用）を行なった結果を第１図に、焼結体破面のSE
M写真を第２図に示した（日本電子製JSM−T20使用）。
た。また、この焼結体のＸ線回折（理学電機製ロータフ
レックスRU−200,ゴニオメータCN2173D5,線源Cu 50kv,1
00mA使用）を行なった結果を第１図に、焼結体破面のSE
M写真を第２図に示した（日本電子製JSM−T20使用）。
比較例１ α−Al3O3を添加しない他は実施例−１と同様な方法に
より、焼結体を製造した。得られた焼結体を実施例−１
と同様な方法で評価しその結果を図−４に示した。
より、焼結体を製造した。得られた焼結体を実施例−１
と同様な方法で評価しその結果を図−４に示した。
焼結体密度が3.119kg/cm3と低く、そのため熱伝導率も1
95W/m・ｋと低いことがわかる。
95W/m・ｋと低いことがわかる。
実施例−２〜20 実施例−１で用いたAlN粉に、各種添加物の種類とその
添加量を変化させ、実施例−１と同様な方法により焼結
体を製造した。得られた焼結体を実施例−１と同様な方
法で評価し、その結果を表−１に合わせて示した。
添加量を変化させ、実施例−１と同様な方法により焼結
体を製造した。得られた焼結体を実施例−１と同様な方
法で評価し、その結果を表−１に合わせて示した。
実施例21〜42 AlN原料粉，添加物の種類とその量，そして焼成条件な
どを変化させた他は実施例−１と同様な方法により各種
の焼成体を得た。この焼結体の評価結果を表−２に示し
た。
どを変化させた他は実施例−１と同様な方法により各種
の焼成体を得た。この焼結体の評価結果を表−２に示し
た。
実施例43〜46 焼成容器と成形体の容積比が異なる他は実施例−１と同
様な方法により各種の焼結体を得た。その焼結体の評価
結果を表−３に示した。
様な方法により各種の焼結体を得た。その焼結体の評価
結果を表−３に示した。
実施例47 BN板を底板としてひいたカーボン製容器（焼成容器Ｂ）
を用いたことを除いて、実施例１と同様にして、AlN焼
結体を製造した。同様の評価を行ない、結果を表−３に
示した。
を用いたことを除いて、実施例１と同様にして、AlN焼
結体を製造した。同様の評価を行ない、結果を表−３に
示した。
実施例48 内側の全体がカーボン製の容器（焼成容器Ｃ）を用いた
ことを除いて、実施例１と同様にしてAlN焼結体を製造
した。同様の評価を行ない結果を表−３に示した。
ことを除いて、実施例１と同様にしてAlN焼結体を製造
した。同様の評価を行ない結果を表−３に示した。
実施例49 実施例45で用いたカーボン製容器（43×44×15mm）内
に、平均粒径0.02μｍのカーボン粉末をつめ、その中に
実施例−１と同様な成形体を入れ1900℃,96時間で焼成
した。得られた焼結体を実施例１と同様に評価し結果を
表−３に示した。
に、平均粒径0.02μｍのカーボン粉末をつめ、その中に
実施例−１と同様な成形体を入れ1900℃,96時間で焼成
した。得られた焼結体を実施例１と同様に評価し結果を
表−３に示した。
比較例２〜４ AlN粉末そして添加物の種類および量が異なる他は実施
例１と同様な方法により得られたAlN脱脂体を焼結用容
器A,BおよびＣに種々にセットし、1900℃,2hr,N2雰囲気
中で常圧焼結し、焼結体を得た。これらの焼結体の特性
を表４に示す。さらに、比較例２の焼結体を用い、Ｘ線
回折を行なった結果を第３図に、焼結体の破面のSEM写
真を第４図に示した。これらの結果及び同様の評価の結
果より、副相としてイットリウムを含む化合物が観察さ
れ、AlN単相でないことがわかり、その結果とした熱伝
導率も170w/m・Ｋ以下の低い値である。
例１と同様な方法により得られたAlN脱脂体を焼結用容
器A,BおよびＣに種々にセットし、1900℃,2hr,N2雰囲気
中で常圧焼結し、焼結体を得た。これらの焼結体の特性
を表４に示す。さらに、比較例２の焼結体を用い、Ｘ線
回折を行なった結果を第３図に、焼結体の破面のSEM写
真を第４図に示した。これらの結果及び同様の評価の結
果より、副相としてイットリウムを含む化合物が観察さ
れ、AlN単相でないことがわかり、その結果とした熱伝
導率も170w/m・Ｋ以下の低い値である。
このように焼結時間が４時間未満と短い場合、カーボン
製容器を用いることによる粒界相の除去が十分でないこ
とがわかり、高熱伝導率を有するAlN焼結体を得るため
には長時間（４時間以上）の焼結が必要であることがわ
かる。
製容器を用いることによる粒界相の除去が十分でないこ
とがわかり、高熱伝導率を有するAlN焼結体を得るため
には長時間（４時間以上）の焼結が必要であることがわ
かる。
比較例５〜７ 比較例２と同様な方法により得られたAlN脱脂体を、比
較例５では内側の全体がAlN製の容器（焼結容器Ｄ）、
比較例６では内側の全体がアルミナ製容器（焼結容器
Ｅ），比較例７では内側の全体がタングステン製の容器
（焼結容器Ｆ）を用い、1900℃,96hr,N2気流中で常圧焼
結し、焼結体を得た。これらの焼結体の特性を表−４に
示す。さらに、比較例５の焼結体を用い、Ｘ線回折を行
なった結果を第５図に示した。これらの結果及び、評価
の結果より、副相としてイットリウムを含む化合物が観
察され、AlN単相でないことがわかった。その結果熱伝
導率も168W/m・Ｋ以下の比較的低い値である。
較例５では内側の全体がAlN製の容器（焼結容器Ｄ）、
比較例６では内側の全体がアルミナ製容器（焼結容器
Ｅ），比較例７では内側の全体がタングステン製の容器
（焼結容器Ｆ）を用い、1900℃,96hr,N2気流中で常圧焼
結し、焼結体を得た。これらの焼結体の特性を表−４に
示す。さらに、比較例５の焼結体を用い、Ｘ線回折を行
なった結果を第５図に示した。これらの結果及び、評価
の結果より、副相としてイットリウムを含む化合物が観
察され、AlN単相でないことがわかった。その結果熱伝
導率も168W/m・Ｋ以下の比較的低い値である。
この様に少なくとも内部の一部が、カーボンよりなる焼
結容器を用いない場合も高熱伝導率を有するAlN焼結体
が得られず、カーボン雰囲気の有効さがわかる。
結容器を用いない場合も高熱伝導率を有するAlN焼結体
が得られず、カーボン雰囲気の有効さがわかる。
比較例８ 比較例２で用いたAlN粉末を、500kg/cm2の圧力でプレス
成形して、30×30×10mmの圧粉体とし、この圧粒体をカ
ーボン型中に入れ窒素ガス雰囲気中、温度1900℃,400kg
/cm2の圧力下で１時間ホットプレス焼結し、焼結体を得
た。この焼結体の特性を表−４に示した。さらにＸ線回
折を行なった結果を第６図に示した。この結果より副相
としてAl−Ｏ−Ｎ系化合物が観察され、AlN単相ではな
いことがわかった。結果として熱伝導率も80w/m・Ｋと
いう低い値であった。
成形して、30×30×10mmの圧粉体とし、この圧粒体をカ
ーボン型中に入れ窒素ガス雰囲気中、温度1900℃,400kg
/cm2の圧力下で１時間ホットプレス焼結し、焼結体を得
た。この焼結体の特性を表−４に示した。さらにＸ線回
折を行なった結果を第６図に示した。この結果より副相
としてAl−Ｏ−Ｎ系化合物が観察され、AlN単相ではな
いことがわかった。結果として熱伝導率も80w/m・Ｋと
いう低い値であった。
この様に希土類および／又はアルカリ土類金属元素化合
物添加では、AlN原料粉末表面の不純物酸素とAlNが反応
し、熱伝導をさまたげるAl−Ｏ−Ｎ化合物が生成してし
まうことから、添加の有効さがわかる。
物添加では、AlN原料粉末表面の不純物酸素とAlNが反応
し、熱伝導をさまたげるAl−Ｏ−Ｎ化合物が生成してし
まうことから、添加の有効さがわかる。
〔発明の効果〕 以上述べた如く、本発明の窒化アルミニウム焼結体は、
実質的にAlN単相からなるもので、高純度かつ、高熱伝
導率を示すなど、優れた性質を有するものであり、その
工業的価値は極めて大きいものである。
実質的にAlN単相からなるもので、高純度かつ、高熱伝
導率を示すなど、優れた性質を有するものであり、その
工業的価値は極めて大きいものである。
第１図、第３図、第５図および第６図は焼結体のＸ線回
折パターン図、第２図及び第４図は焼結体破面の結晶構
造を（SEM写真により）表した図である。 １……AlNの回折ピーク ２……Ｙ−Al−Ｏ化合物の回折ピーク ３……Al−Ｏ−Ｎ化合物のピーク ４……AlN粒 ５……Ｙ−Al−Ｏ化合物（粒界相）
折パターン図、第２図及び第４図は焼結体破面の結晶構
造を（SEM写真により）表した図である。 １……AlNの回折ピーク ２……Ｙ−Al−Ｏ化合物の回折ピーク ３……Al−Ｏ−Ｎ化合物のピーク ４……AlN粒 ５……Ｙ−Al−Ｏ化合物（粒界相）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 佳子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝総合研究所内 (72)発明者 柘植 章彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝総合研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】不純物酸素量が0.9重量％以下の窒化アル
ミニウム粉末を主成分とし、これに、 （ｉ） アルカリ土類化合物又は希土類化合物の少なく
とも一つを、夫々の元素換算の総量で0.05〜20重量％添
加、 （ii） さらにアルミニウム酸化物又は焼成によりアル
ミニウム酸化物となる化合物を、酸化物換算で５重量％
以下添加、 した成形体を、窒素ガス及びカーボンガスを含む還元雰
囲気で、1550〜2050℃の温度で４時間以上焼成すること
を特徴とした高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の製造
方法。 - 【請求項２】アルカリ土類元素がCa,Sr,Baのうち少なく
とも１種類である特許請求の範囲第１項記載の高熱伝導
性窒化アルミニウム焼結体の製造方法。 - 【請求項３】希土類元素がY,Sc,Dy,Ceのうち少なくとも
１種類である特許請求の範囲第１項記載の高熱伝導性窒
化アルミニウム焼結体の製造方法。 - 【請求項４】焼結に用いる粉末の平均粒径が2.1μｍ以
上である特許請求の範囲第１項記載の高熱伝導性窒化ア
ルミニウム焼結体の製造方法。 - 【請求項５】カーボンガスを生成する焼成容器及び／又
は焼成時にカーボンガスを生成する物質を焼成容器中に
含むことで還元雰囲気を具体化する特許請求の範囲第１
項記載の高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の製造方法 - 【請求項６】成形体もしくは焼結体を配置する試料台と
して窒化アルミニウム板、BN板、タングステン板を敷い
たカーボン容器中で焼成することを特徴とした特許請求
の範囲第１項記載の高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体
の製造方法。 - 【請求項７】焼成容器の内容積と、前記成形体または焼
結体との体積比が１×100〜１×107であることを特徴と
した特許請求の範囲第６項記載の高熱伝導性窒化アルミ
ニウム焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62110806A JPH07121830B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 高熱伝導性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 |
|---|---|---|---|
| JP62110806A JPH07121830B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63277568A JPS63277568A (ja) | 1988-11-15 |
| JPH07121830B2 true JPH07121830B2 (ja) | 1995-12-25 |
Family
ID=14545128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62110806A Expired - Fee Related JPH07121830B2 (ja) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07121830B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2628599B2 (ja) * | 1988-03-19 | 1997-07-09 | 富士通株式会社 | 窒化アルミニウム基板の製造方法 |
| JPH1067560A (ja) * | 1996-03-18 | 1998-03-10 | Fuji Electric Co Ltd | 高熱伝導率セラミックスおよびその製造方法 |
| JPH11199324A (ja) * | 1998-01-05 | 1999-07-27 | Fuji Electric Co Ltd | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
-
1987
- 1987-05-08 JP JP62110806A patent/JPH07121830B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63277568A (ja) | 1988-11-15 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |