(57)【要約】【課題】曲げ強度を容易に向上させることができるｈＢＮ質焼結体の製造方法を提供すること。【解決手段】比表面積が３０ｍ２／ｇ以上で、粒度分布の最大値が１０μｍ以上４０μｍ以下の領域にある窒化硼素粉末単身又はそれを含む原料粉末を成形した後、常圧焼結又はホットプレス焼結することを窒化硼素質焼結体の製造方法。本発明においては、成形体を窒化硼素製容器又は窒化硼素で内張りされた容器に入れ、窒素体積分率が８０％以上の非酸化性ガス雰囲気中、温度１８００℃以上で焼結することが好ましい。また、原料粉末が、本発明に係る窒化硼素粉末を２０重量％以上含むものであることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
比表面積が３０ｍ２／ｇ以上で、粒度分布の最大値が１０μｍ以上４０μｍ以下の領域にある窒化硼素粉末単身又はそれを含む原料粉末を成形した後、焼結することを窒化硼素質焼結体の製造方法。
【請求項２】
窒化硼素製容器又は窒化硼素で内張りされた容器に成形体を入れ、窒素体積分率が８０％以上の非酸化性ガス雰囲気中、温度１８００℃以上で焼結することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
原料粉末が、請求項１に記載の窒化硼素粉末を２０重量％以上（１００質量％を含む）含むものであることを特徴とする窒化硼素質焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化硼素質焼結体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
六方晶窒化硼素焼結体、又は六方晶窒化硼素と例えば窒化珪素、窒化アルミニウム等との複合焼結体（以下、これらを総称して「ｈＢＮ質焼結体」という。）は、耐熱性、熱伝導性、潤滑性、離型性、耐食性などに優れており、例えばセラミックス焼成用セッター、溶融金属の耐食性部材等として広く使用されている。また、近年、ＧａＮを用いたＬＥＤの普及が急速に進んでおり、ＧａＮ製造装置用部材として使用することも行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特性を有するｈＢＮ質焼結体にあっても、用途が一段と拡大しにくい原因の一つに、曲げ強度が例えばアルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム等のセラミックス焼結体よりも一桁近く低いことである。とくに、生産性に優れる常圧焼結体の方がホットプレス焼結体よりも曲げ強度が小さくなる。従来、ｈＢＮ質焼結体の曲げ強度の向上法には多くの先行技術がある。たとえば、常圧焼結体については冷間等方圧加圧（ＣＩＰ）の圧力を増加する法（特許文献１）、ホットプレス焼結体については各種助剤を添加する方法（特許文献２）などであるが、不十分となってきた。しかも、ＣＩＰ圧力の増加は装置が大型化し、また助剤の添加は焼結体の純度を低下させる問題もある。
【特許文献１】特開平９−５２７７１号公報
【特許文献２】特開昭６２−３０７４号公報
【０００４】
本発明の目的は、曲げ強度を容易に向上させることができるｈＢＮ質焼結体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、比表面積が３０ｍ２／ｇ以上で、粒度分布の最大値が１０μｍ以上４０μｍ以下の領域にある窒化硼素粉末単身又はそれを含む原料粉末を成形した後、常圧焼結又はホットプレス焼結することを窒化硼素質焼結体の製造方法である。
【０００６】
本発明においては、成形体を窒化硼素製容器又は窒化硼素で内張りされた容器に入れ、窒素体積分率が８０％以上の非酸化性ガス雰囲気中、温度１８００℃以上で焼結することが好ましい。また、原料粉末が、本発明に係る窒化硼素粉末を２０重量％以上含むものであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ｈＢＮ質焼結体の曲げ強度を容易に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、窒化硼素粉末単身又はそれを含む原料粉末、例えば本発明に係る窒化硼素粉末単身、本発明に係る窒化硼素粉末とそれ以外の窒化硼素粉末とを含む原料粉末、本発明に係る窒化硼素粉末と窒化硼素以外のセラミックス粉末、例えばアルミナ粉末、窒化珪素粉末、窒化アルミニウム粉末等とを含む原料粉末、等を成形した後焼結する方法において、用いる窒化硼素粉末の粒度特性に特徴がある。これについては後述する。
【０００９】
本発明の製造方法は、原料粉末を成形した後焼結する工程を経る。原料粉末の成形は、例えばＣＩＰ成形、型枠成形等、いずれであってもよい。成形体には、必要に応じて、例えばブチラール、セルロース等のバインダーを用いることもできる。原料粉末の混合は乾式法でもよいが、均一性の点から、例えばアルコール類、ケトン類等の有機媒体を用いる湿式法が好ましい。混合機としては、例えば振動ミル、ボールミル、アトライターミル等が用いられる。混合時間の一例は０．５〜３時間である。
【００１０】
焼結は、非酸化性ガス雰囲気中、例えば窒素、アンモニア等の窒化性ガス、例えばアルゴン、ヘリウム等の不活性ガス中、例えば常圧焼結法、ホットプレス焼結法、両者の組合せ等によって行われる。焼結温度の一例は１８００℃以上である。本発明においては、より高い曲げ強度を有するｈＢＮ質焼結体を製造する観点から、成形体を窒化硼素製容器又は窒化硼素で内張りされた容器に入れ、窒素体積分率が８０％以上の非酸化性ガス雰囲気中、温度１８００℃以上で焼成することが好ましい。この方法ば、ｈＢＮ質焼結体の純度が高まる利点もある。
【００１１】
本発明において、窒化硼素粉末は、比表面積が３０ｍ２／ｇ以上で、しかも粒度分布の最大値が１０μｍ以上４０μｍ以下の領域にあるものが用いられる。比表面積が３０ｍ２／ｇ未満であるか、又は比表面積が３０ｍ２／ｇ以上であっても、粒度分布における最大値が１０μｍ以上４０μｍ以下の範囲にないと、ｈＢＮ焼結体の曲げ強度が十分に強まらない。このような窒化珪素粉末は、電子顕微鏡観察によれば、窒化硼素粉末の微粒子同士が凝集していることが特徴である。更に好ましい窒化硼素粉末は、比表面積が３５ｍ２／ｇ以上、特に４０ｍ２／ｇ以上で、粒度分布の最大値が１３μｍ以上３５μｍ以下、特に２０μｍ以上３５μｍ以下の領域にあるものである。
【００１２】
窒化硼素粉末の粒度分布は、レーザ散乱法によって測定することができる。実施例ではマイクロトラック社製「ＳＰＡレーザ散乱粒度測定計」を用いた。その際、溶媒としてヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、その１５ｍｌをサンプル粉末６０ｍｇと共に１００ｍｌビーカーに投入し、４０分間超音波洗浄を行ってから測定した。測定レンジは０．１〜６０μｍであり、測定レンジの領域を対数目盛で１７ｃｈに分割し、それぞれのｃｈにおける頻度を調べ、全ｃｈの最大頻度を示す領域を粒度分布最大値（単位はμｍ）と定義した。
【００１３】
窒化硼素粉末の比表面積は、湯浅アイオニクス社製カンターソーブを用い、ＢＥＴ１点法により測定した。ガスとして窒素ガス（純度９９．９９９％）とヘリウムの混合ガス（７０：３０体積比）を用いた。
【００１４】
本発明に係る窒化硼素粉末は、例えば粒度特性の異なる窒化硼素粉末の複数を製造しておきそれの適宜数を混合する方法や、合成された窒化硼素の粉砕時間を変える方法や、窒化硼素の合成条件を変える方法などによって入手することができる。窒化硼素の粉砕には、例えばパルペライザー、遊星ミル、ボールミル、アトライターミル、ジェット粉砕ミル等が用いられる。
【００１５】
本発明で使用される原料粉末は、本発明に係る窒化硼素粉末単身又はそれを含む混合粉末である。本発明に係る窒化硼素粉末以外のセラミックス粉末としては、例えば本発明に係る窒化硼素粉末以外の窒化硼素粉末、アルミナ粉末、窒化珪素粉末、窒化アルミニウム粉末等のセラミックス粉末を例示することができる。これらのセラミックス粉末の割合は、本発明に係る窒化硼素粉末との合計中、８０質量％以下（０質量％を含む）、とくに４０質量％以下であることが好ましい。原料粉末には、必要に応じ、例えば酸化硼素、マグネシア等の焼結助剤を１０質量％以下の範囲まで含ませることができる。
【００１６】
本発明によって曲げ強度発現が向上する理由は定かでないが、本発明に係る窒化硼素粉末に含まれている微粒子の凝集粉が、窒化硼素の粒成長（結晶化）を助長しているものと考えられる。
【実施例】
【００１７】
ホウ酸、メラミン、及び炭酸ナトリウムを、質量比５０：５０：１の割合で混合し、窒素ガス雰囲気中、室温から１５００℃までを２時間で昇温し、その温度で２時間保持した後、更に２０００℃までを２時間で昇温し１〜３時間保持した。その後、冷却して窒化硼素を合成し、ボールミル粉砕して窒化硼素粉末を製造した。２０００℃における保持時間によって窒化硼素粉末の比表面積を調整し、またボールミルの粉砕時間によって窒化硼素粉末の粒度分布を調整した。それらの窒化硼素粉末の粒度特性を表１に示す。また、これとは別に、電気化学工業社製窒化硼素粉末「ＳＧＰグレード」（ＢＥＴ  ３．０ｍ２／ｇ、平均粒径１５μｍ）を用意した（窒化硼素粉末（イ）粉）。
【００１８】
実施例１〜５  比較例１〜９
表２に示される原料粉末を内径１５０ｍｍの黒鉛ダイスに充填し、窒素ガス雰囲気中、加圧力２０MＰａ、温度１９００℃でホットプレス焼結し、直径１５０ｍｍ、高さ２００ｍｍの円柱状ｈＢＮ質焼結体を製造した。
【００１９】
実施例６  比較例１０
実施例２又は比較例２で用いた原料粉末を、１００ＭＰａのＣＩＰ加圧をしてグリーン成形体を製造し、それを窒素雰囲気中、２０００℃×６０分の常圧焼結を行ってｈＢＮ質焼結体を製造した。
【００２０】
実施例７
グリーン成形体を窒化硼素製容器に入れ、この容器に直結された窒化硼素製ガス供給管から窒素ガスを導入しながら、２０００℃×６０分の常圧焼結を行ったこと以外は、実施例６と同様にしてｈＢＮ質焼結体を製造した。
【００２１】
得られたｈＢＮ質焼結体について、アルキメデス法による密度、及びＪＩＳ  R１６０１による３点曲げ強度を測定した。それらの結果を表２に示す。
【００２２】
【表１】
2006240947.tif 000002
【００２３】
【表２】
2006240947.tif 000003
【００２４】
表１の実施例と比較例の対比からわかるように、比表面積が３０ｍ２／ｇ以上で、粒度分布の最大値が１０μｍ以上で４０μｍ以下の範囲にある窒化硼素粉末を使用すると、得られたｈBN質焼結体はホットプレス法又は常圧焼結法のいずれにおいても、曲げ強度は著しく向上した。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明によって製造されたｈＢＮ質焼結体は、セラミックス焼成用セッター、溶融金属の耐食性部材はもとより、ＧａＮ等の半導体結晶成長用サセプタやウェハー支持材などとして使用することができる。