(57)【要約】      （修正有）【課題】表面の鏡面研磨を行っても焼結助剤相の粒子が脱粒せず、ボイドが生じないＡｌＮ焼結体の提供。【解決手段】原料のＡｌＮ粉とＹ２Ｏ３粉とカーボン粉末とを混合して混合原料粉にする。この混合原料粉を一次焼成し、中間原料粉にする。この中間原料粉を脱炭処理し、脱炭粉末を得る。脱炭粉末にバインダー等を加えて成型し、成形体を得る。該成形体を二次焼成することによる、鏡面研磨面の４００μｍ２内に粒径が２μｍ以下の助剤相粒子が１０個以上存在し、かつ、ボイドが１００００μｍ２あたり３個以下となるＡｌＮ焼結体。【選択図】図１
2018070433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウムと平均粒子径が２μｍ以下の焼結助剤相とからなり、前記焼結助剤相の粒子が、鏡面研磨面において４００μｍ２あたり１０個以上析出している窒化アルミニウム焼結体。
【請求項２】
前記鏡面研磨面において、ボイドの個数が、１００００μｍ２あたり３個以下である、請求項１記載の窒化アルミニウム焼結体。
【請求項３】
前記焼結助剤相がＹＡＧ及び／又はＹＡＬのみからなり、その含有量がＹ２Ｏ３換算で２．５〜６重量％である請求項１又は２に記載の窒化アルミニウム焼結体。
【請求項４】
熱伝導率が１６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム焼結体。
【請求項５】
曲げ強度が４５０ＭＰａ以上である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム焼結体。
【請求項６】
少なくとも一方の表面が鏡面研磨されていることを特徴とする請求項１乃至５に記載の窒化アルミニウム焼結体。
【請求項７】
表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム粉末と２．５〜６重量％のＹ２Ｏ３粉末と所定量のカーボン粉末とを混合して混合原料粉を得る原料工程と、
前記混合原料粉を非酸化雰囲気下において１５８０〜１６５０℃の温度域で９〜２０時間焼成して中間原料粉を得る一次焼成工程と、
前記中間原料粉を酸化雰囲気において所定の温度域で熱処理して脱炭粉末を得る脱炭工程と、
前記脱炭粉末を所定の形状に成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を酸化雰囲気下において４００〜６００℃の温度域で熱処理して脱脂成形体を得る脱脂工程と、
前記脱脂成形体を非酸化雰囲気下において１７００〜１９００℃の温度域で焼結して焼結体を得る二次焼成工程と、
を含むことを特徴とする窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
【請求項８】
前記二次焼成後に、前記焼結体の少なくとも一面を鏡面研磨する研磨工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
【請求項９】
前記一次焼成工程において、ＹＮが生成することを特徴とする請求項７又は８に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＡｌＮ焼結体を製造する方法は、材料となるＡｌＮ粉末と焼結助剤とを混合して、これにバインダー、溶剤、可塑剤を加えてスラリー状にし、このスラリーを所定形状に成型した後脱脂（脱バインダー）し、さらに焼成する、という方法をとる。
【０００３】
焼結助剤相の熱伝導率は、ＡｌＮと比較すると著しく低い。また、均一な焼結体を得るためには、焼結助剤を細かく広く、均一に分散させる必要がある。細かく広く分散させる方法として、特許文献１（特開平５−１２４８６６）では、粒子径（粒径）が小さい焼結助剤を使用することによって、混合原料粉の段階で物理的に細かく均一に分散させるという手法をとっている。
【０００４】
このようにして混合された混合原料を用いて製造されたＡｌＮ焼結体は、特許文献１によると、その表面をＳＥＭで観察すると、焼結助剤相が均一に分散し、表面にポア（孔）が発生しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１２４８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、原料・焼結助剤を物理的に粉砕して粒径を小さくするという方法では限界がある。そのため、焼結助剤を細かく均一に分散させる方法として、従来の方法よりもさらに粒径を小さくする方法が必要である。
【０００７】
また、特許文献１のようにして混合された混合原料を用いて製造されたＡｌＮ焼結体は、それ自体にポアが無くても、その表面を鏡面研磨すると図８に示すように焼結助剤相の粒子（図の白色部分）の一部が剥離・脱粒し、その痕跡であるボイド（図の黒色部分）が生じてしまうという問題があった。ボイドが生じてしまうと、ＡｌＮ焼結体自体の強度が低下するほか、高精細パターンの形成を要求されるような用途に使用できなくなってしまう。
【０００８】
上記ボイドの発生現象は、焼結助剤相とＡｌＮとの熱膨張係数の差異が原因である。焼成温度から常温まで冷却する過程でＡｌＮと焼結助剤相が収縮する。このとき、熱膨張係数はＡｌＮよりも焼結助剤相（Ａｌ２Ｏ３−Ｙ２Ｏ３）の方が大きいため、焼結助剤相の方が収縮度合が大きい。
【０００９】
図６に示す焼成直後のＡｌＮ焼結体１１の表面付近の断面は、焼結助剤相の粒子（助剤相粒子）１２と周囲のＡｌＮ１３とは接触部分１４で広く接触・密着しており、隙間は生じていない。しかし、図７に示す常温に冷却したＡｌＮ焼結体１１の表面付近の断面は、助剤相粒子１２と周囲のＡｌＮ１３との間に隙間１５ができる。この隙間１５は、助剤相粒子１２の大きさに比例するため、粒径が大きければ当然隙間が大きくなる。すると、助剤相粒子１２と周囲のＡｌＮ１３との接触部分１４の面積が小さくなって密着できなくなり、表面を研磨した際の摩擦や衝撃等で焼結助剤相が脱落してしまう。
【００１０】
したがって、本発明は、表面の鏡面研磨を行っても焼結助剤相の粒子が脱粒し難く、ボイドの密度が著しく低いＡｌＮ焼結体を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明者らは、上記の問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、下記の構造をとれば、鏡面研磨後にボイドが生じないＡｌＮ焼結体を得られることを見出した。
【００１２】
すなわち、本発明は、窒化アルミニウムと平均粒径が２μｍ以下の焼結助剤相とからなる窒化アルミニウム焼結体において、その鏡面研磨面における前記焼結助剤相の粒子が、４００μｍ２あたり１０個以上析出している窒化アルミニウム焼結体である。
【００１３】
この構造とすることにより、粒径の小さな焼結助剤相が均一に広がったＡｌＮ焼結体を得られる。
【００１４】
さらに本発明は、前記鏡面研磨面において、ボイドの個数が、１００００μｍ２あたり３個以下である窒化アルミニウム焼結体とすることにより、鏡面研磨面におけるボイドの密度を著しく低くすることができる。
【００１５】
さらに本発明は、前記焼結助剤相がＹＡＧ及び／又はＹＡＬのみからなり、その含有量がＹ２Ｏ３換算で２．５〜６重量％である窒化アルミニウム焼結体とすることにより、ＡｌＮ焼結体の強度と熱伝導率を高くすることができる。なお、本発明において「Ａ〜Ｂ」という数値表記は、「Ａ以上、Ｂ以下」という意味で使用する。
【００１６】
さらに本発明は、熱伝導率が１６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である窒化アルミニウム焼結体とすることにより、高い熱伝導性を有する。
【００１７】
さらに本発明は、曲げ強度が４５０ＭＰａ以上である窒化アルミニウム焼結体とすることにより、高い曲げ強度を有する。
【００１８】
さらに本発明は、窒化アルミニウム焼結体の、少なくとも一方の表面が鏡面研磨されていることにより、凹凸が非常に小さいことが要求される製品にも使用できる。
【００１９】
さらに、本発明は、表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム粉末と２．５〜６重量％のＹ２Ｏ３粉末と所定量のカーボン粉末とを混合して混合原料粉を得る原料工程と、
前記混合原料粉を非酸化雰囲気下において１５８０〜１６５０℃の温度域で９〜２０時間焼成して中間原料粉を得る一次焼成工程と、
前記中間原料粉を酸化雰囲気において所定の温度域で熱処理して脱炭粉末を得る脱炭工程と、
前記原料粉末を所定の形状に成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を酸化雰囲気下において４００〜６００℃の温度域で熱処理して脱脂成形体を得る脱脂工程と、
前記脱脂成形体を非酸化雰囲気下において１７００〜１９００℃の温度域で焼結して焼結体を得る二次焼成工程と、を含むことを特徴とする製造方法をとる。
【００２０】
この製造方法により、本発明に係るＡｌＮ焼結体は、焼結助剤相が均一に分散し、さらに焼結助剤相の粒径が小さくなる。
【００２１】
さらに、本発明は、前記二次焼成後に、前記焼結体の少なくとも一面を鏡面研磨する研磨工程を含むことにより、凹凸が非常に小さいことが要求される製品にも使用できる。
【００２２】
さらに、本発明は、前記一次焼成工程において、ＹＮが生成することにより、焼結助剤相の成分が化学的に分散する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、粒径の小さな焼結助剤相が均一に分散し、さらに鏡面研磨面のボイド密度が著しく低いＡｌＮ焼結体が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るＡｌＮ焼結体の鏡面研磨面を示す図。
【図２】本発明に係るＡｌＮ焼結体のＸＲＤ分析結果を示すグラフ。
【図３】従来のＡｌＮ焼結体のＸＲＤ分析結果を示すグラフ。
【図４】本発明に係るＡｌＮ焼結体と従来のＡｌＮ焼結体のＸＲＤ分析結果を重ねたグラフ。
【図５】焼成直後のＡｌＮ焼結体の表面付近を示す断面模式図。
【図６】常温冷却後のＡｌＮ焼結体の表面付近を示す断面模式図。
【図７】従来のＡｌＮ焼結体の鏡面研磨面を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明に係るＡｌＮ焼結体の製造方法を、図面を示しながら説明する。本発明に係るＡｌＮ焼結体の製造方法は、ＡｌＮ粉末とＹ２Ｏ３粉末とカーボン粉末とを混合して混合原料粉を得る「原料工程」と、前記混合原料粉を焼成して中間原料粉を得る「一次焼成工程」と、前記中間原料粉を熱処理をして脱炭素粉末を得る「脱炭工程」と、所定の形状に成形して成形体を得る「成形工程」と、前記成形体を熱処理して脱脂成形体を得る「脱脂工程」と、前記脱脂成形体を焼結して焼結体を得る「二次焼成工程」と、前記焼結体の少なくとも一面を鏡面研磨する「研磨工程」とからなる。
【００２６】
「原料工程」
まず、原料となるＡｌＮ粉末と焼結助剤としてＹ２Ｏ３粉末とカーボン粉末を用意する。ＡｌＮ粉末は、粒径が０．５〜２．０μｍ程度のものを使用するのが好ましい。このようなＡｌＮ微粒子の表面には酸化物層が存在していることが知られている。原料の配合比率は、ＡｌＮ１００重量％に対しＹ２Ｏ３を２．５〜６重量％、カーボン粉末を同５〜２０重量％とすると、後述する二次焼成を行ったときに焼結助剤相がＹＡＧ（５Ａｌ２Ｏ３−３Ｙ２Ｏ３）及び／又はＹＡＬ（Ａｌ２Ｏ３−Ｙ２Ｏ３）のみとなって好ましい。これらの原料粉末を上記の配合比率にて振動ミル等を用いて混合することで、焼結助剤が物理的に分散した混合原料粉が得られる。
【００２７】
原料を配合する際のカーボン粉末の添加量が５重量％よりも少ないと、一次焼成工程において、ＡｌＮ粒子同士が凝着してしまい、その後の成形工程においてボールミルで解砕できず、良質な成形体が得られない。特に０重量％すなわち全く添加しない場合、一次焼成工程においてＡｌＮ粒子が粒成長し、二次焼成工程で緻密化しなくなる。逆に２０重量％よりも多いと、後述の脱炭工程における処理時間が長くなり、生産性が低下するため好ましくない。
【００２８】
原料を配合する際のＹ２Ｏ３の添加量は、相対的に二次焼成後のＡｌ２Ｏ３／Ｙ２Ｏ３比に関係する。Ｙ２Ｏ３が少ない場合、前記比が大きくなってＹＡＧの比率が高くなり、Ｙ２Ｏ３が多い場合、前記比が小さくなり、ＹＡＭを生じる。特に、Ｙ２Ｏ３の添加量を２重量％よりも少なくすると、二次焼成時に液相が十分に生成せず、ＡｌＮ粒子内に固溶している酸素をトラップできず、高熱伝導率を有する焼結体を得ることができない。一方、Ｙ２Ｏ３の添加量を６重量％よりも多くすると、二次焼成した際に緻密化しない。また、焼結助剤相の熱伝導率はＡｌＮよりも著しく低いので、過剰に添加すると熱の抵抗となって焼成後のＡｌＮ焼結体全体の熱伝導率も低下してしまう。
【００２９】
したがって、本発明では、焼成後のＡｌＮ焼結体にＹＡＧ及び／又はＹＡＬのみを生じさせ、ＹＡＭを生じないように、Ｙ２Ｏ３の添加量を２．５〜６重量％とすることが好ましい。
【００３０】
「一次焼成工程」
次に、得られた前記混合原料粉を耐熱容器に移し、非酸化雰囲気、例えば窒素雰囲気下において１５８０〜１６５０℃の温度域で９〜２０時間焼成して中間原料粉を得る。この一次焼成により、原料ＡｌＮ粉末の表面のＡｌ２Ｏ３と焼結助剤Ｙ２Ｏ３とが、一旦固相反応してＹＡＭ（Ａｌ２Ｏ３−２Ｙ２Ｏ３）を生成し、次いでＹＮを生じる。ＹＮは、その化学的親和性により、Ｙ２Ｏ３よりもＡｌＮ粒子の表面に広く分布する。この反応により、焼結助剤相の成分が、化学的に分散することとなり、物理的に分散させて焼成する場合よりも、焼結助剤相の粒径が小さくなる。
【００３１】
「脱炭工程」
次に、得られた前記中間原料粉を、酸化雰囲気下において所定の温度域、好ましくは６００〜８００℃の温度域で熱処理して前記一次焼成工程にて反応に用いられなかった余剰の炭素の除去（脱炭素）を行い、脱炭粉末を得る。酸化雰囲気下で脱炭素を行うため、一次焼成工程で生じたＹＮは、周囲の酸素と反応し、再びＹ２Ｏ３となる。
【００３２】
「成形工程」
次に、得られた前記脱炭粉末に有機溶剤、バインダー及び可塑剤を加えてボールミルにて粉砕・混錬してスラリー状にし、そのスラリーをドクターブレード法を用いてシート状に成形する。これにより、脱炭粉末の成形体が得られる。
【００３３】
「脱脂工程」
次に、得られた前記成形体を、酸化雰囲気下において４００〜６００℃の温度域で熱処理して脱脂を行い、脱脂成形体を得る。
【００３４】
「二次焼成工程」
次に、前記脱脂成形体を非酸化雰囲気、例えば窒素雰囲気下において１７００〜１９００℃の温度域で焼結して焼結体を得る。二次焼成工程において、Ａｌ２Ｏ３とＹ２Ｏ３は液相を生成し、ＡｌＮの焼結を促進させることで、焼結助剤相の粒子径が２μｍ以下となる緻密な焼結体を得られる。このとき生成される焼結助剤相はＹＡＧ及び／又はＹＡＬとなる。
【００３５】
「研磨工程」
最後に、得られた前記焼結体の表面を鏡面研磨する。鏡面研磨は、おもて面と裏面の少なくとも一方の面に対して行う。鏡面研磨は、ベルト式、バフ式、遊星歯車式等の一般的な研磨機・研磨方法を用いることができる。このとき、前記焼結体は焼結助剤相の平均粒径が２μｍ以下であるため、例えばアルカリ性のコロイダルシリカのスラリーを用いた研磨加工によって表面粗さＲａを２０ｎｍ以下に鏡面研磨を行っても、焼結助剤相が剥離しない。以上により、本発明に係る鏡面研磨されたＡｌＮ焼結体が得られる。
【００３６】
このようにして製造されたＡｌＮ焼結体の鏡面研磨された面（鏡面研磨面）をＳＥＭにて１０００倍に拡大して観察すると、図１に示すように、緻密化したＡｌＮ粒子（図の濃灰色部分）全体に、焼結助剤相の粒子（図の白色部分）が均一に分散していることが分かる。また、１０００倍の倍率で４００μｍ２の正方形の枠を２０ヵ所、範囲が重ならないように選び、それぞれの内側にある焼結助剤相の粒子（助剤相粒子）の個数を数えると、助剤相粒子が平均で１５．４個、均一に分散していた。さらに、２０００倍の倍率にて撮影したＳＥＭ写真を画像解析ソフト（ＩｍａｇｅＪ）にて計測を行ったところ、助剤相粒子の平均粒径は１．３１μｍであった。
【００３７】
さらに、１０００倍の倍率で１００００μｍ２の範囲を任意に５箇所選び、その範囲内のボイドの数を数えてみると、その平均個数は１．３個で３個以下となり、ボイドの数が著しく低いＡｌＮ焼結体４が得られた。
【００３８】
さらに、このＡｌＮ焼結体４の熱伝導率を測定してみると、１６４Ｗ／ｍ・Ｋであった。このＡｌＮ焼結体４を粉砕してＸ線回折装置（装置：Ｒｉｇａｋｕ  Ｕｌｔｉｍａ  ＩＶ、サンプリング幅０．０２°、スキャンスピード：４．０°／ｍｉｎ、電圧：４０ｋＶ、電流：２０ｍＡ）にて組成分析を行うと、図２に示すように、検出された焼結助剤相はＹＡＧとＹＡＬとなり、ＹＡＭは検出されなかった。
【００３９】
一般的に、ＡｌＮ焼結体の熱伝導率は原料粉末中に含有している酸素量によって大きく影響を受ける。ＡｌＮ焼結体の熱伝導率を高くしようとする場合、原料中に含有している酸素を低く抑える必要がある。原料粉末中に含有される酸素量が同じＡｌＮ粉末から、より熱伝導率の高いＡｌＮ焼結体を得る場合、図３に示すように焼結助剤相は、Ａｌ２Ｏ３／Ｙ２Ｏ３比率の小さいＹＡＭとＹＡＬになることが多い。しかしながら、本発明は、図４に比較して示すように、本来、低熱伝導率のＡｌＮ焼結体で検出されるＹＡＧ及び／又はＹＡＬを析出させるとともに、ＹＡＭを析出させなかったものである。本発明では、これらＹＡＧ相とＹＡＬ相とを細かく広く分散させて、焼結助剤相とＡｌＮ粒子との粒界を増やしたことにより、密着強度を高めてボイドの少ないＡｌＮ焼結体を得ることができた。このことにより、本発明の窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率は、ＹＡＧ及び／又はＹＡＬのみの焼結助剤相であるにもかかわらず１６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上を維持している。
【００４０】
原料工程にてカーボン粉末を添加することによる効果について説明する。原料工程にてカーボン粉末を添加せずにＡｌＮ粒子同士が接触した状態で一次焼成工程を行うと、一次焼成工程の段階でＡｌＮの粒成長が進んでしまい、その後の二次焼成で緻密な焼結体が得られなくなり、完成したＡｌＮ焼結体の熱伝導率や曲げ強度が低下してしまう。しかし、本発明では、原料工程にてカーボン粉末を添加して一次焼成を行うことにより、ＡｌＮ粒子同士の接触を防ぐことができ、一次焼成においてＡｌＮの粒成長を抑えることができる。また、カーボン粉末は、ＡｌＮの焼結を阻害するため、一次焼成におけるＡｌＮの粒成長をさらに抑制することができる。
【００４１】
一次焼成を行うタイミングを成形・脱脂工程の後ではなく原料工程後、すなわち粉末の段階とする理由について説明する。脱脂工程後の脱脂成形体を一次焼成した場合、原料ＡｌＮ粉末の表面のＡｌ２Ｏ３と焼結助剤Ｙ２Ｏ３との反応は局所的にしか起こらず、焼結助剤成分の十分な分散効果が得られなくなり、結果的に焼結助剤を物理的に分散させた場合と同様に、鏡面研磨を行う際に助剤相粒子が脱粒してしまう。しかし、本発明では、一次焼成を原料工程の直後としているため、原料ＡｌＮ粉末の表面のＡｌ２Ｏ３と焼結助剤Ｙ２Ｏ３との反応は原料ＡｌＮ粉末の粒子全体で起こり、その結果、焼結助剤成分を十分に分散させることができる。
【実施例】
【００４２】
本発明に係るＡｌＮ焼結体を、実施例、比較例を挙げながら説明する。
【００４３】
実施例１は、ＡｌＮ１００重量％に対してＹ２Ｏ３を２．５重量％、カーボン粉末を同１０重量％添加し、一次焼成の条件を１６００℃で１０時間とした。また、脱脂工程は５００℃、二次焼成は１８００℃とした。
【００４４】
実施例２は、Ｙ２Ｏ３の添加量を４重量％としたこと以外は、実施例１と同じ条件とした。
【００４５】
実施例３は、Ｙ２Ｏ３の添加量を５重量％としたこと以外は、実施例１と同じ条件とした。
【００４６】
実施例４は、一次焼成の条件を１５８０℃で２０時間としたこと以外は、実施例３と同じ条件とした。
【００４７】
実施例５は、一次焼成の条件を１６５０℃で９時間としたこと以外は、実施例３と同じ条件とした。
【００４８】
実施例６は、Ｙ２Ｏ３の添加量を６重量％としたこと以外は、実施例３と同じ条件とした。
【００４９】
比較例１は、Ｙ２Ｏ３の添加量は５重量％とし、カーボン粉末は添加せず、一次焼成も行わずに、原料工程の直後に成形工程、脱脂工程、焼成工程、研磨工程の順で製造した以外は、実施例３と同じ条件とした。なお、焼成工程における温度の条件は、実施例における二次焼成と同じ条件とした。
【００５０】
比較例２は、原料工程の直後に、成形工程、脱脂工程を行い、その後一次焼成工程、二次焼成工程、研磨工程の順番で製造した以外は、比較例１と同じ条件とした。
【００５１】
比較例３は、Ｙ２Ｏ３の添加量を２重量％としたこと以外は、実施例３と同じ条件とした。
【００５２】
比較例４は、一次焼成工程の条件を、１７００℃で１０時間としたこと以外は、実施例３と同じ条件とした。
【００５３】
比較例５は、原料工程にてカーボン粉末を添加せずに一次焼成工程を行い、カーボンを添加しなかったので脱炭工程を行わず、成形工程を行った以外は、実施例３と同じ条件とした。
【００５４】
これらの条件を表１に示し、各条件にて得られたＡｌＮ焼結体の鏡面研磨面の観察結果、焼結助剤相のＸ線回析結果、熱伝導率・曲げ強度の測定結果を表２に示す。なお、助剤相粒径の平均値は、２０００倍のＳＥＭ写真をＩｍａｇｅＪを用いて画像解析して算出し、助剤相の個数は、１０００倍のＳＥＭ写真にて２０μｍ×２０μｍの領域２０面分での平均値とし、ボイドの数は、１０００倍のＳＥＭ写真にて１００００μｍ２の領域５面分での平均値とした。
【表１】
2018070433.tif 000003
【表２】
2018070433.tif 000004
【００５５】
これによると、実施例１〜６は、実施例３の鏡面研磨面を図１に示すように、助剤相粒子が均一に広く分散しており、助剤相粒子の平均粒径が１．１５〜１．４６μｍと小さく、任意の４００μｍ２あたりの助剤相粒子の個数は１２．８〜１６．１個、ボイドの数は、０．８〜２．６個であった。また、熱伝導率は１６１〜１６９Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度は４６１〜５５３ＭＰａだった。
【００５６】
比較例１は、図７に示すように、助剤相粒子（図の白色部分）は均一に広く分散しているが、助剤相粒子の平均粒径は２．３４μｍであり、任意の４００μｍ２あたりの助剤相粒子の個数は５．１個、ボイド（図の黒色部分）の数は、７．６個であった。また、熱伝導率は１８０Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度は４８０ＭＰａだった。これは、一次焼成を行わなかったことで助剤相粒子の粒径が大きくなり、冷却した際の収縮量が相対的に大きくなって助剤相粒子と周囲のＡｌＮ（図の濃灰色部分）との密着力が低下し、研磨工程にて脱粒したためである。
【００５７】
比較例２は、助剤相粒子の平均粒径は２．２２μｍであり、任意の４００μｍ２あたりの助剤相粒子の個数は６．１個、ボイドの数は、６．３個であった。また、熱伝導率は１７２Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度は４３４ＭＰａだった。これは、成形体を一次焼成した際に気泡・クラック等が生じ、鏡面研磨した際にそれらが起点となって助剤相粒子が脱粒したためである。
【００５８】
比較例３は、助剤相粒子の平均粒径は１．５２μｍであり、任意の４００μｍ２あたりの助剤相粒子の個数１１．９個、ボイドの数は、２．５個であった。また、熱伝導率は９１Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度は５０４ＭＰａだった。これは、Ｙ２Ｏ３の添加量が十分でなく、二次焼成時に液相が十分に生成せず、ＡｌＮ粒子内に固溶している酸素をトラップできなかったためである。
【００５９】
比較例４は、助剤相粒子の平均粒径は１．３６μｍであり、任意の４００μｍ２あたりの助剤相粒子の個数は１３．９個、ボイドの数は、１１．２個であった。また、熱伝導率は１１６Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度は４２０ＭＰａだった。これは、一次焼成の温度が高すぎて、ＡｌＮ粒子の粒成長が開始してしまい、二次焼成で十分に緻密化しなかったためである。
【００６０】
比較例５は、助剤相粒子の平均粒径は１．５８μｍであり、任意の４００μｍ２あたりの助剤相粒子の個数は１１．２個、ボイドの数は、９．７個であった。また、熱伝導率は１４６Ｗ／ｍ・Ｋ、曲げ強度は４１１ＭＰａだった。これは、カーボン粉末を添加していない混合原料粉を一次焼成したことにより、一次焼成時にＡｌＮ粒子が粒成長してしまい、二次焼成で十分に緻密化しなかったためである。
【００６１】
以上より、本発明によると、焼結助剤相が２μｍ以下のＹＡＧ及び／又はＹＡＬのみからなり、鏡面研磨を行ってもボイドの数が著しく少ないＡｌＮ焼結体が得られる。
【００６２】
以上、本発明の詳細について、実施例を示しながら説明してきたが、ここで示したのは本発明の具体的な実施形態であり、その技術思想を踏まえた上で、発明の効果を著しく損なわない程度において、前記実施形態の一部を変更して実施することが可能であることが理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、高い熱伝導率とボイドが無いことの両方を要求されるような、高精細パターン基板などの分野に幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１１：ＡｌＮ焼結体
１２：助剤相粒子
１３：ＡｌＮ
１４：接触部分
１５：隙間
【図１】
2018070433.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年11月4日(2016.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
また、特許文献１のようにして混合された混合原料を用いて製造されたＡｌＮ焼結体は、それ自体にポアが無くても、その表面を鏡面研磨すると図７に示すように焼結助剤相の粒子（図の白色部分）の一部が剥離・脱粒し、その痕跡であるボイド（図の黒色部分）が生じてしまうという問題があった。ボイドが生じてしまうと、ＡｌＮ焼結体自体の強度が低下するほか、高精細パターンの形成を要求されるような用途に使用できなくなってしまう。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
図５に示す焼成直後のＡｌＮ焼結体１１の表面付近の断面は、焼結助剤相の粒子（助剤相粒子）１２と周囲のＡｌＮ１３とは接触部分１４で広く接触・密着しており、隙間は生じていない。しかし、図６に示す常温に冷却したＡｌＮ焼結体１１の表面付近の断面は、助剤相粒子１２と周囲のＡｌＮ１３との間に隙間１５ができる。この隙間１５は、助剤相粒子１２の大きさに比例するため、粒径が大きければ当然隙間が大きくなる。すると、助剤相粒子１２と周囲のＡｌＮ１３との接触部分１４の面積が小さくなって密着できなくなり、表面を研磨した際の摩擦や衝撃等で焼結助剤相が脱落してしまう。
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月28日(2018.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウムと平均粒子径が２μｍ以下の焼結助剤相とからなり、前記焼結助剤相の粒子が、鏡面研磨面において４００μｍ２あたり１０個以上析出し、前記焼結助剤相がＹＡＧ及び／又はＹＡＬのみからなり、その含有量がＹ２Ｏ３換算で２．５〜５重量％であり、熱伝導率が１６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、且つ、曲げ強度が５００ＭＰａ以上である窒化アルミニウム焼結体。
【請求項２】
窒化アルミニウムと平均粒子径が２μｍ以下の焼結助剤相とからなり、前記焼結助剤相の粒子が、鏡面研磨面において４００μｍ２あたり１０個以上析出し、前記鏡面研磨面において、ボイドの個数が、１００００μｍ２あたり３個以下であり、前記焼結助剤相がＹＡＧ及び／又はＹＡＬのみからなり、その含有量がＹ２Ｏ３換算で２．５〜６重量％である窒化アルミニウム焼結体。
【請求項３】
熱伝導率が１６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項２に記載の窒化アルミニウム焼結体。
【請求項４】
曲げ強度が４５０ＭＰａ以上である請求項２又は３に記載の窒化アルミニウム焼結体。
【請求項５】
窒化アルミニウムと平均粒子径が２μｍ以下の焼結助剤相とからなり、前記焼結助剤相の粒子が、鏡面研磨面において４００μｍ２あたり１０個以上析出し、前記鏡面研磨面において、ボイドの個数が、１００００μｍ２あたり３個以下であり、曲げ強度が４５０ＭＰａ以上であり、熱伝導率が１６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である窒化アルミニウム焼結体。
【請求項６】
少なくとも一方の表面が鏡面研磨されていることを特徴とする請求項１乃至５に記載の窒化アルミニウム焼結体。
【請求項７】
表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム粉末と２．５〜６重量％のＹ２Ｏ３粉末と所定量のカーボン粉末とを混合して混合原料粉を得る原料工程と、
前記混合原料粉を非酸化雰囲気下において１５８０〜１６５０℃の温度域で９〜２０時間焼成して中間原料粉を得る一次焼成工程と、
前記中間原料粉を酸化雰囲気において所定の温度域で熱処理して脱炭粉末を得る脱炭工程と、
前記脱炭粉末を所定の形状に成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を酸化雰囲気下において４００〜６００℃の温度域で熱処理して脱脂成形体を得る脱脂工程と、
前記脱脂成形体を非酸化雰囲気下において１７００〜１９００℃の温度域で焼結して焼結体を得る二次焼成工程と、
を含むことを特徴とする窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
【請求項８】
前記二次焼成後に、前記焼結体の少なくとも一面を鏡面研磨する研磨工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
【請求項９】
前記一次焼成工程において、ＹＮが生成することを特徴とする請求項７又は８に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。