(57)【要約】【課題】比較的小さい結晶粒径でありながら、ポア密度が著しく少なく、特に、鏡面加工基板に適した高強度・高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体を提供する。【解決手段】焼結体の結晶粒径が０．１〜２．５μｍ、切断面における直径１μｍ以上の大きさのポア密度が０．０５個／ｍｍ２以下、且つ、ポア面積比率が１×１０−７以下であり、好ましくは、ビッカース硬度が１４〜１７ＧＰａの範囲にあることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体であり、該焼結体は窒化アルミニウム粉末を、到達温度が１５００℃を超え、１８００℃以下の温度となるように、加圧しながらパルス通電を行うことによって得ることができる。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
　平均結晶粒径（Ｄ５０）が０．１〜２．５μm、直径１μｍ以上の大きさのポア密度が０．０５個／ｍｍ２以下、ポア面積比率が１×１０−７以下であることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体。
【請求項２】
　ビッカース硬度が１４〜１７ＧＰａの範囲にある請求項１記載の窒化アルミニウム焼結体。
【請求項３】
　結晶粒の粒度分布の累積値９０％粒子径と累積値１０％粒子径の差が１．５μｍ以下である請求項１又は２に記載の窒化アルミニウム焼結体。
【請求項４】
　窒化アルミニウム粉末を、加圧しながら、到達温度が１５００℃を越え、１８００℃以下の温度となるようにパルス通電を行い、該窒化アルミニウム粉末を焼結す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。
【請求項５】
　窒化アルミニウム粉末を加圧しながらパルス通電を行うことにより焼結して焼結体を得る焼結工程、及び、上記焼結工程で得られた焼結体を１５５０〜１８００℃の温度で熱処理する熱処理工程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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、新規な窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法に関する。詳しくは、比較的小さい結晶粒径よりなり、ポアが著しく少なく、特に、鏡面加工基板に適し、且つ、高強度の窒化アルミニウム焼結体及びその好適な製造方法を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
　窒化アルミニウム焼結体は、優れた熱伝導性を有すると共に、絶縁性を有し、しかも、毒性が無いことより、放熱機能を有する各種基板材料として実用化されている。
【０００３】
　従来、上記窒化アルミニウム焼結体の製造方法として、窒化アルミニウム粉末に焼結助剤を添加して１７００℃以上の高温で焼結せしめる方法（以下、抵抗加熱焼結法という）が工業的に実施されている。
【０００４】
　上記の抵抗加熱焼結法は、焼結を長時間かけて行う方法であり、その間、焼結体を構成する窒化アルミニウムの結晶粒が成長するため、かかる方法によって得られた焼結体は、比較的大きな結晶粒径を有する。また、原料の窒化アルミニウム粉末に同伴される気体が、結晶粒の成長と共に成長し、比較的大きいポア（孔）を形成するという現象がみられる。
【０００５】
　そのため、上記抵抗加熱焼結法によって得られた焼結体の表面を鏡面加工し、基板として使用しようとした場合、上記結晶粒径が大きいことや、ポアの存在により、高精細のパターンの形成を要求される用途への使用が懸念される。また、上記焼結体は、前記結晶粒径およびポアが要因であると推定されるが、強度においても改良の余地があった。
【０００６】
　一方、セラミックス焼結体の製造方法において、得られる焼結体の結晶粒径を小さくする手法として、焼結助剤を添加した窒化アルミニウム粉末を、プラズマ中に曝す方法が記載されている（特許文献１参照）。
【０００７】
　上記方法によって得られる焼結体は、結晶粒径の小さい焼結体を得ることが可能であると思われるが、上記加熱は、プラズマガスが内部に侵入することを必須とし、また、短時間で焼結が完了することによって、ガスが焼結体中に閉じ込まれ易い。そのため、このような方法によれば、ある程度高い焼結密度を達成できたとしてもポアが焼結体中に残存することは避けられず、該ポアの存在により、高精細のパターンの形成を要求される用途への使用が懸念される。しかも、上記方法は、プラズマを発生させ、且つ維持する大掛かりな設備を必要とすることが工業的実施において懸念される。
【０００８】
　一方、近年では、セラミック粉末を加圧しながらパルス通電を行う、いわゆる「放電プラズマ」を利用したセラミックス焼結体の製造方法が提案されている。具体的には、セラミック粉体を成形ダイに充填して加圧状態で電極間に配置し、パルス電流を通電することにより成形ダイを加熱すると共にセラミック粉体間で発生すると推定されるプラズマの作用によって成形体内でセラミック粉体の焼結を行う方法が挙げられる（特許文献２参照）。
【０００９】
　上記放電プラズマを利用した焼結方法は、設備的にも簡易であり、また、昇温を成形ダイの加熱によって行うことができるために温度の制御が容易であり、将来の焼結技術として注目されている。
【００１０】
　そして、上記放電プラズマを利用した方法によれば、セラミック粉末は短時間で焼結温度に昇温され、焼結時の粒成長が抑制され、従来の抵抗加熱焼結法に比べて大きな機械的強度を有する焼結体を得ることが期待される。
【００１１】
　しかしながら、上記放電プラズマを窒化アルミニウム粉体の焼結に対して適用した場合、前記抵抗加熱焼結法より大きさは小さいが、多くのポアが発生し易いことが判明した。即ち、前記特許文献２には、セラミック粉末を静水圧加圧の如き前処理により粉体を圧密化した後、パルス電流を通電し、３００〜１５００℃に昇温することによってセラミック焼結体を製造する方法が開示されているが、本発明者らの確認によれば、窒化アルミニウム粉末について、セラミック粉末の圧密化を十分行なっても、上記昇温温度においては、得られる焼結体へのポアの発生は効果的に防止することが困難である。そのため、上記方法によって得られる窒化アルミニウム焼結体は、鏡面加工において、高い平滑性を有する鏡面の実現が困難である。
【００１２】
【特許文献１】特開平２−１７２８６９号公報
【特許文献２】特開２０００−１２８６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
　従って、本発明の目的は、結晶粒径が小さく、且つ内部にポアが著しく低減され、また、高強度・高熱伝導性を有する窒化アルミニウム焼結体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
　本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、窒化アルミニウム粉体を放電プラズマ処理する際の到達温度を、窒化アルミニウム結晶粒の成長が著しく起こらない程度の高温に設定することにより、放電プラズマ焼結時における粉体内部の気泡の除去率が向上し、ポア密度が著しく低減された窒化アルミニウム焼結体が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
　即ち、本発明は、平均結晶粒径（Ｄ５０）が０．１〜２．５μm、直径１μｍ以上の大きさのポア密度が０．０５個／ｍｍ２以下、ポア面積比率が１×１０−７以下であることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体である。
【００１６】
　また、上記の昇温温度下に放電プラズマ焼結して得られた窒化アルミニウム焼結体は、その焼結形式と高い到達温度により硬度が著しく向上し、従来の窒化アルミニウム焼結体では達成し得なかった高い硬度を達成し得ることを見出した。
【００１７】
　即ち、本発明によれば、平均結晶粒径が０．１〜２．５μm、直径１μｍ以上の大きさのポア密度が０．０５個／ｍｍ２以下、ポア面積比率が１×１０−７以下であり、且つ、ビッカース硬度が１４〜１７ＧＰａの範囲にある窒化アルミニウム焼結体が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
　本発明の窒化アルミニウム焼結体は、これを構成する結晶粒の粒径が小さく、しかも、その内部に存在する１μｍ以上のポアが極めて少ないため、鏡面加工して得られる鏡面の平滑性が優れている。そのため、本発明の窒化アルミニウム焼結体は、回路基板材料として使用した場合の高繊細の回路パターンの形成において極めて有利であり、その工業的価値は極めて高いものである。
【００１９】
　また、本発明の窒化アルミニウム焼結体は、表面硬度も極めて高いという特性を有しており、上記回路基板材料としての用途においても、取扱いが容易で、また、他の用途として、熱伝導性が要求される摺動材料としても有用である。
【００２０】
　また、本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法は、窒化アルミニウム粉末を放電プラズマ焼結する製造方法であって、ＣＩＰなどの圧粉体製造、或いは、粉体超微細化工程などの前工程を特に必要とせず、超微細組織で且つ焼結体の結晶粒度分布がシャープであり、ポア密度が低く、また、表面硬度の高い窒化アルミニウム焼結体を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
　本発明の窒化アルミニウム焼結体の特徴は、結晶粒径が小さく、しかも、1μｍ以上のポアが極めて少ない点にある。そのため、本発明の窒化アルミニウム焼結体は、その表面を鏡面加工した場合、従来の窒化アルミニウム焼結体では見られない、優れた平滑性を有する「超」鏡面を実現することが可能である。
【００２２】
　即ち、本発明の窒化アルミニウム焼結体は、平均結晶粒径（D５０）が０．１〜２．５μm、切断面における直径１μｍ以上の大きさのポア密度が０．０５個／ｍｍ２以下、且つ、ポア面積比率が１×１０−７以下である。
【００２３】
　尚、本発明において、窒化アルミニウム焼結体の平均結晶粒径（Ｄ５０）、直径１μｍ以上の大きさのポア密度およびポア面積比率はそれぞれ下記の値を示すものである。
【００２４】
　（１）平均結晶粒径（Ｄ５０；μｍ）
　窒化アルミニウム焼結体の任意の切断面を鏡面加工した面に見られる結晶粒の円相当径の粒度分布曲線における累積値が５０％となる径である。
【００２５】
　（２）ポア密度（個／ｍｍ２）
　窒化アルミニウム焼結体の任意の切断面を鏡面加工した面における単位面積当たりのポア（孔）の個数を示す値である。
【００２６】
　（３）ポア面積比率（−）
　窒化アルミニウム焼結体の上記鏡面加工した面において、一定の面積の視野に存在するポアの直径から算出されたポアの総面積を、観察した全視野面積により除した値である。
【００２７】
　尚、詳細な測定方法は、実施例において示す。
【００２８】
　上記本発明の窒化アルミニウム焼結体において、平均結晶粒径（Ｄ５０）が０．１μｍ未満のものを得ようとすると、原料となる窒化アルミニウム粉末の段階での酸化が著しく、その結果、得られる窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率が低下する。また、結晶粒径が２．５μｍを超えた窒化アルミニウム焼結体は強度が低下する。
【００２９】
　また、本発明の窒化アルミニウム焼結体において、切断面における直径１μｍ以上の大きさのポア密度が０．０５個／ｍｍ２を超えた場合、ポアの存在により、鏡面加工時の平滑性の低下、更には焼結体の強度低下を招く。
【００３０】
　更に、本発明の窒化アルミニウム焼結体において、ポア面積比率が１×１０−７を超えた場合は、たとえポア密度が小さくとも、ポアの存在による鏡面加工時の平滑性の低下、更には、焼結体の強度低下を招く。
【００３１】
　従来の抵抗加熱焼結法によって得られる窒化アルミニウム焼結体は、小さい粒子径の窒化アルミニウム粉末を使用したとしても粒成長が激しく、結晶粒径は、２．５μｍを超え、場合によっては、５μｍ以上にも達する場合がある。また、ポア密度については少ないものも存在するが、結晶粒の成長と共にポア径が大きくなり、窒化アルミニウム焼結体切断面のポア面積比率は、一般に、５×１０−７超となる。
【００３２】
　また、前記プラズマ焼結によって窒化アルミニウム焼結体を製造する場合、昇温温度が１５００℃以下で焼結せしめた場合は、後述の実施例より明らかなように、ポアが低減されず、ポア密度、ポア面積比率共に、本発明の範囲を満足しない。
【００３３】
　本発明の窒化アルミニウム焼結体は、上記特徴に加えて、従来の抵抗加熱焼結法によって得られる窒化アルミニウム焼結体に比べ、その硬度が著しく高いものを得ることができる。即ち、本発明によれば、上記特性に加えて、ビッカース硬度で１４〜１７ＧＰａ、特に、１４．５〜１６．５ＧＰａの値を示す窒化アルミニウム焼結体が提供される。このビッカース硬度は、上記従来の窒化アルミニウム焼結体のビッカース硬度の１．４倍の値を示し、本発明の窒化アルミニウム焼結体の大きな特徴の一つとなり得る。
【００３４】
　本発明の窒化アルミニウム焼結体において、上述したように、ポアが極めて少なく、しかも、硬度が高い特性を示す作用機構は明らかではないが、窒化アルミニウムの結晶粒が、比較的小さい結晶粒径の範囲で適度に粒成長し、極めて緻密な構造を形成したことによるものと推定される。
【００３５】
　また、本発明の窒化アルミニウム焼結体は、従来の抵抗加熱焼結法により得られる窒化アルミニウム焼結体に対して結晶粒径が小さいことに起因し、強度においても高い値を示す。一般に、焼結助剤を添加した場合、その曲げ強度は５００ＭＰａ以上を発揮することができる。
【００３６】
　更に、本発明の窒化アルミニウム焼結体は、熱伝導率に関して、焼結助剤を添加しない窒化アルミニウム焼結体で５０〜８０Ｗ／ｍＫ、焼結助剤を添加した窒化アルミニウム焼結体で１００Ｗ／ｍＫ以上を発揮する。
【００３７】
　本発明の窒化アルミニウム焼結体は、結晶粒の粒度分布の累積値９０％粒子径と累積値１０％粒子径の差が１．５μｍ以下であるものが、優れた平滑性を有する鏡面を付与するために特に好ましい。後記のプラズマ放電による方法は、焼結時の粒成長が起こり難いため、使用する窒化アルミニウム粉末の粒度分布をそのまま反映することができる。
【００３８】
　従って、使用する窒化アルミニウム粉末の粒度分布を上記結晶粒の粒度分布となるように調整することにより、結晶粒の粒度分布を容易に上記範囲に調整することができる。
【００３９】
　また、本発明の窒化アルミニウム焼結体は、窒化アルミニウム単独よりなるものの他、公知の焼結助剤を含有するものも含まれる。上記焼結助剤としては、酸化イットリウムが最も一般的であるが、その他、公知の焼結助剤も使用することができる。例えば、ＣａＯ、ＳｒＯなどのアルカリ土類系化合物や、ＣｅＯ２、Ｈｏ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、などの希土類系化合物を単独、或いは組み合わせて使用することができる。
【００４０】
　更に、本発明の窒化アルミニウム焼結体は、後記の放電プラズマ焼結法によって製造することにより、窒化アルミニウム粉末表面の酸化層が蒸発離散し易く、酸素濃度が低減した焼結体を得ることができる。
【００４１】
　上記優れた特性を有する窒化アルミニウム焼結体の製造方法は特に制限されるものではないが、代表的な方法を例示すれば、以下の方法が挙げられる。
【００４２】
　即ち、本発明によれば、窒化アルミニウム粉末を、到達温度が１５００℃を超え、１８００℃以下の温度となるように、加圧しながらパルス通電を行い、該窒化アルミニウム粉末を焼結す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が提供される。
【００４３】
　本発明の製造方法において、使用する窒化アルミニウム粉末は、前記本発明の窒化アルミニウム焼結体の結晶粒径より若干小さい平均粒子径を有するものが好適である。具体的には、平均粒子径が０．０５〜２μｍのものが好適であり、特に、０．１〜１μｍのものが好適である。即ち、平均粒径が０．０５μｍより小さい場合、粒子表面の酸化層の割合が増え、また、逆に５μｍより大きい場合、結晶粒径が巨大化し、強度の発現が困難になると共に、ポア密度の低い焼結体が得られ難くなり、目的とする優れた平滑性を有する鏡面を与える窒化アルミニウム焼結体を得ることが困難となる。
【００４４】
　また、上記窒化アルミニウム粉末は、純度９７重量％以上、望ましくは９９重量％以上の高純度のものが好ましい。
【００４５】
　上記窒化アルミニウム粉末は、市販されており容易に入手できるものである。
【００４６】
　本発明の製造方法は、上記窒化アルミニウム粉末を加圧しながらパルス通電を行い、該窒化アルミニウム粉末を焼結する、いわゆる放電プラズマ焼結法によって行われる。
【００４７】
　即ち、上記放電プラズマ焼結法は、粉体材料の粒子間隙に直接パルス状の電気エネルギーを投入するパルス通電を行い、火花放電により瞬時に発生する高温プラズマの高エネルギーを熱拡散・電界拡散等へ効果的に応用することで、熱平衡状態に達する前に粒子間にまず局所的なネック接合を効率良く形成し、それを安定な結合に成長させ、短時間で焼結あるいは焼結接合を可能とする技術である。このような放電プラズマ焼結法によれば、通常、粉体表面の融点を下げるために用いられる焼結助剤の有無に関わらず、低温〜高温において結晶粒子に過大な成長を生じさせること無く高密度で、ポアの無い高密度の焼結体を短時間でかつ高品位に得ることができる。
【００４８】
　本発明の製造方法において、窒化アルミニウム粉末は、加圧しながらパルス通電を行うために、導電性カーボン製の成形ダイと、成形ダイに嵌入される１対の導電性カーボン製の成形パンチを配設し、該成形ダイ内に充填される。そして、充填した窒化アルミニウム粉末を上記成形パンチで上下方向から加圧しつつ、成形パンチを介して直流のパルス電流の通電を開始する。
【００４９】
　上記パルス電流の電流密度は、一般に１５０〜５００Ａ／ｃｍ２、好ましくは、３００〜４００Ａ／ｃｍ２であり、また、パルスの周期は、３０Ｈｚ〜３０ｋＨｚ程度、好ましくは、１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ程度が採用される。また、パルス比（非通電時間　ＯＦＦ：通電時間　ＯＮ）が１：１〜２：２４程度、好ましくは、１：６〜２：１２程度、電圧が１〜１０Ｖ、好ましくは、２〜６Ｖの条件が一般的である。
【００５０】
　また、上記パルス通電は真空、または不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。また、パルス電流の印加と共に、成形ダイを加熱するための電流を別途供給して補助加熱を行うことも可能である。
【００５１】
　本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法において、上記窒化アルミニウム粉体を加圧する圧力は、０．３〜０．６ｔｆ／ｃｍ２、特に、０．３５〜０．４５ｔｆ／ｃｍ２であることが好ましい。かかる加圧圧力が０．３ｔｆ／ｃｍ２未満である場合、緻密化が起こり難くなり焼結密度が上がらなくなり、同時に、ポア密度やポア面積比率の上昇を招く傾向がある。一方、加圧圧力を０．６ｔｆ／ｃｍ２を超えた場合、焼結はし易くなるが、緻密化の効果は頭打ちとなるばかりでなく、成形ダイや成形パンチなどの焼成治具の破壊する確率が高くなる。
【００５２】
　本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法において、到達温度が１５００℃を越え、好ましくは１５５０℃以上、１８００℃以下、好ましくは、１７００℃以下の温度となるように、上記放電プラズマ焼結法を実施することが極めて重要である。即ち、上記到達温度が１５００℃以下の場合、焼結過程において内在する気体の除去作用が充分働かず、また、到達温度が１８００℃を超えた場合は、焼結体中の結晶粒の成長が著しく、これによる鏡面の平滑性の低下や、強度低下を招く。
【００５３】
　尚、上記到達温度は、放電プラズマを実施する中での最高温度を指すものである。そして、かかる到達温度において、焼結が完了するまで該温度を維持するようにパルス通電或いは前記補助加熱を継続することにより、前記ポア密度、ポア面積比率の少ない窒化アルミニウム焼結体を安定して得ることができる。上記到達温度を維持する時間は、一概に限定されないが、通常、1〜３０分、好ましくは、１〜５分である。
【００５４】
　また、かかる到達温度の調整は、パルス通電の強さ、間隔、更には、補助加熱電源の強さなどを調整することによって行うことができる。
【００５５】
　また、上記到達温度への昇温速度は３０〜１５０℃／分、好ましくは５０〜１００℃／分が適当である。かかる昇温速度が遅いと温度プロファイルが長くなってしまう。昇温速度が速すぎると十分緻密化した焼結体を得ることができない。
【００５６】
　上記製造方法において、窒化アルミニウム粉末を成形ダイに充填する際、得られる焼結体とダイとの焼結を防止するため、窒化アルミニウム粉末が装置と接触する界面にカーボンシートを介在させることは好ましい態様である。
【００５７】
　本発明の製造方法によって得られる窒化アルミニウム焼結体は、鏡面加工性に優れ、鏡面加工によって著しく平滑な表面（例えば、最大表面粗さＲｍａｘが０．０４０μｍ）を形成することができ、また、優れた強度を有するものであるが、結晶粒径が小さいことに起因して、熱伝導率が若干低下する傾向にある。
【００５８】
　かかる問題を解決するため、上記得られた窒化アルミニウム焼結体を、特定の温度で熱処理することが、前記窒化アルミニウム焼結体の特徴を著しく低下させること無く、熱伝導率を飛躍的に改良することができ好ましい。
【００５９】
　即ち、本発明によれば、窒化アルミニウム粉末を加圧しながらパルス通電を行うことにより焼結して焼結体を得る焼結工程、及び、上記焼結工程で得られた焼結体を１５５０〜１８００℃、好ましくは、１６８０〜１７８０℃の温度で熱処理する熱処理工程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が提供される。
【００６０】
　窒化アルミニウム粉末を放電プラズマ焼結して得られた焼結体を熱処理する際の熱処理温度が１５５０℃未満である場合、十分な高熱伝導化の効果が得られず、また、１８００℃を越えた場合、結晶粒子の粒成長が起こり焼結体の曲げ強度が低下する。
【００６１】
　熱処理による効果をより顕著に発揮させるには、窒化アルミニウム焼結体を製造するための窒化アルミニウム粉末に前記焼結助剤を配合することが好ましい。また、その量は、窒化アルミニウム粉末１００重量部に対し、０．１〜１０重量部、特に、１〜５重量部が好ましい。
【００６２】
　上記熱処理を行う際の保持時間は、１〜１５時間、特に、３〜１０時間が好ましい。１時間未満では、十分な高熱伝導化の効果が得られず、１５時間を越えると結晶粒子の粒成長が起こり、強度が低下する傾向がある。
【００６３】
　上記熱処理の条件は、熱処理後の窒化アルミニウム焼結体の平均結晶粒径が前述した範囲内となるように行うことが、窒化アルミニウム焼結体を鏡面加工した際の鏡面において優れた平滑性を維持するために好ましい。
【００６４】
　尚、上記窒化アルミニウム焼結体の熱処理工程を経て得られる窒化アルミニウム焼結体は、熱処理の程度に応じて結晶粒の粒成長が進行し、上記熱伝導率が上昇する傾向がある。しかし、熱処理後の窒化アルミニウム焼結体の前記ポア密度およびポア面積比率については殆ど変化が無く、鏡面加工面において優れた平滑性を発現することが可能である。
【００６５】
　図１は、本発明の方法を実施するために好適に使用される装置の、基本的構造の概略図を示す。
【００６６】
　図１に示すように、上記装置は、導電性カーボン製の成形ダイ１と、成形ダイに嵌入される１対の導電性カーボン製の成形パンチ２を配設し、成形ダイ内に窒化アルミニウム粉末３を充填し、充填した粉末を成形パンチで上下方向から加圧しつつ、成形パンチを介して直流のパルス電流の通電を開始して所定の温度（焼結温度）まで昇温して、焼結温度に達した後、その温度で所定時間保持することにより焼結体を形成するものである。
【００６７】
　成形パンチの加圧、該成形パンチを介してのパルス電流の印加等は、制御機構（図示せず）によって行うことが一般的である。
【００６８】
　また、上記装置はチャンバー４内に設置し、必要に応じて、該チャンバー４内を真空ポンプ５によって真空状態とすることも可能である。また、該チャンバー内を前記窒素等のガスで置換して焼結を行うこともできる。
【００６９】
　また、成形ダイ１に窒化アルミニウム粉末を充填するに際し、該粉末と接触する成形ダイの内面および成形パンチ2の面にはカーボンシート（フィルムを含む）を敷設することは、窒化アルミニウムと上記面との焼結を防止するために好ましい。
【実施例】
【００７０】
　以下、本発明の方法を具体的に説明するための実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７１】
　なお、以下の実施例及び比較例における各種の物性の測定は次の方法により行った。
【００７２】
　１）切断面におけるポア密度の測定
　焼結体の切断面を鏡面加工した後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、１０００倍の倍率で鏡面加工面を観察し、ポア（直径が１μｍ以上の空隙）の個数をカウントした。１０００倍の倍率の視野で５００視野以上の鏡面加工面を観察し、単位面積あたりのポアの個数をポア密度とした。
【００７３】
　２）切断面におけるポア面積とポア面積比率
　前記、カウントしたポアの直径から各々のポアの面積を算出し、検出されたポアの総面積をポア面積とした。観察した全視野面積（１０００倍の倍率の視野を５００視野以上観察する）に対するポア面積をポア面積比率とした。
【００７４】
　３）窒化アルミニウム焼結体の嵩密度の測定
　アルキメデス法により測定し、相対密度を算出した。
【００７５】
　４）窒化アルミニウム結晶粒子径
　焼結体微構造の写真から、画像解析システム（ＩＰ−１０００ＰＣ、旭化成工業製）を使用して以下の方法により各粒子径を求めた。
【００７６】
　まず、評価する任意の断面を鏡面に研磨し、窒化アルミニウム結晶粒子の粒成長が起こらない温度である、１６００〜１６５０℃で1時間処理した。この処理により、結晶粒界でのエッチング速度が他の部分に比べて大きいため結晶粒界部分のみがエッチングされて、窒化アルミニウム及び粒界相結晶粒子の一つ一つが識別できる表面を得ることができる。
【００７７】
　次いで、その表面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察し、なるべく平均的な組織であって、観察粒子２００〜３００個が一つの視野に入るような倍率で微構造の写真を得て、観察粒子数が１０００〜２０００個になるように複数枚の写真を用意した。微構造の写真では、窒化アルミニウム結晶粒子がグレー〜黒色、粒界相結晶粒子が白色で表されるので、これらの粒子の識別は容易に行うことができる。
【００７８】
　最後に、これらの微構造の写真の画像を、コンピューターによる画像解析システムを使って窒化アルミニウム結晶粒子の１０００〜２０００の個々の粒子の円相当径を求めた。前記微構造の写真における粒界相結晶粒子についても、窒化アルミニウム結晶粒子と同様に、円相当径を求めた。なお、窒化アルミニウム結晶粒子や粒界相結晶粒子はほぼ等軸状であり、粒子径は円相当径であらわすことができる。また、解析の際、解析画像端部で粒子が切れている結晶粒子については評価の対象からはずした。さらに、２つ以上の粒界相結晶粒子が接触している場合、２つの結晶粒子の境界の長さがそれらの粒子の平均粒子径より大きい場合にはそれらの結晶粒子を合わせた粒子を一つの粒子として扱った。
【００７９】
　測定した結晶粒子径の分布曲線から、１０％累積値（Ｄ１０）、５０％累積値（Ｄ５０）、及び９０％累積値（Ｄ９０）を求め、更に、Ｄ９０とＤ１０との差を算出した。
【００８０】
　５）表面粗さ測定（ＪＩＳ　Ｂ０６０１）
　評価する焼結体の切断面を鏡面加工した後、表面粗さ形状測定機（東京精密製　サーフコム４７８A）を用いて最大表面粗さ（Ｒｍａｘ）を測定した。測定条件は、カットオフ０．８、トレーシング速度０．０６ｍｍ／秒、倍率５０，０００倍、測定長さ０．２５ｍｍであり、測定点数6点の平均値を求めた。
【００８１】
　６）熱伝導率の測定
　理学電気（株）製の熱定数測定装置ＰＳ−７を使用して、レーザーフラッシュ法により測定した。厚み補正は検量線により行った。
【００８２】
　７）曲げ強度の測定
　スパンを２０ｍｍとし、試験片の厚みを２ｍｍに変更した以外は、ＪＩＳ　Ｒ１６０１に従い、クロスヘッド速度０．５ｍｍ／分で３点曲げ試験を行った。試験片の幅は４ｍｍで、焼結体を６ｍｍ幅に切り出し、両端を１ｍｍ研削加工して所定の幅にした。また、上下面は研削加工した表面とした。
【００８３】
　８）ビッカース硬度
　株式会社アカシ製のビッカース硬さ試験機ＡＶＫ−ＣＯを使用して、荷重５ｋｇ、荷重時間１５秒、室温にて測定した。
【００８４】
　９）窒化アルミニウム粉末の平均粒子径
　ＭＩＣＲＯＴＲＡＣ　ＩＩ（ＬＥＥＤ＆ＮＯＲＴＨＲＵＰ社製）を用いて、レーザー回折法により求めた。窒化アルミニウム粉末は水に分散させて測定した。
【００８５】
　実施例１
　内容積が２．４Ｌのナイロン製ポットに、鉄芯をナイロンで被覆した、直径１５ｍｍのナイロンボール（表面硬度１００ｋｇｆ／ｍｍ２以下、密度３．５ｇ／ｃｍ３）を入れ、次いで、平均粒径が１．３μｍ、比表面積３．３９ｍ２／ｇ、酸素濃度０．８ｗｔ％の窒化アルミニウム粉末を１００重量部、次いで、エタノールを溶媒として４０重量部を加えて湿式混合した。この時、前記ナイロンボールはポットの内容積の４０％（見かけの体積）充填した。混合はポットの回転数７０ｒｐｍで３時間行った。さらに得られたスラリーを乾燥して窒化アルミニウム粉末を得た。
【００８６】
　次に、図１に示す基本構造を有する装置を使用して窒化アルミニウム粉末の焼結を行った。成形ダイ１及び成形パンチ２の構造材料としては、グラファイトを使用し、窒化アルミニウム粉末３の充填に際しては、成形パンチと粉体との癒着を防ぐため、成形パンチの押圧面には、窒化ホウ素粉末を均一に塗布したカーボンシートで被覆した。
【００８７】
　チャンバー４内は、真空ポンプ５により真空状態（減圧状態）とした。また、制御部（図示せず）を設け、成形ダイに設置された温度センサー（図示せず）により検出される粉体温度が予め設定された温度パターンに一致するように焼結用電源の出力を制御した。また、加圧駆動機構や真空ポンプの駆動も制御部により制御した。
【００８８】
　加圧駆動機構の作動により成形パンチで上下方向から粉体を加圧しつつ、成形パンチを通じてパルス電流を通電し焼結温度まで昇温して、焼結温度に達した後、その温度で所定時間保持することにより焼結体を形成した。
【００８９】
　上記印加した電流の大部分は、上部パンチ電極→上部パンチ→成形ダイ→下部パンチ→下部パンチ電極の順に流れてジュール熱を発生し、粉末を外側から加熱するのに使われ、残りの電流が粉体を流れて粉末粒子間隙に火花放電が発生し、火花放電によって発生する放電プラズマの高エネルギーが熱拡散・電界拡散などへ効果的に利用され、粉末粒子は強固に結合されるものと推定される。
【００９０】
　上記成形パンチ２にて上下からプレス圧力０．４ｔｆ／ｃｍ２で加圧し、パルス電圧（パルス条件はＯＮ：ＯＦＦ＝１２：２）を印加して成形ダイ、成形パンチ面を加熱し、真空中で昇温速度１００℃／分、焼結温度１６００℃、保持時間５分で焼結し、相対密度９５％以上の直径３０ｍｍで厚みが３ｍｍの焼結体を得た。
【００９１】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【００９２】
　実施例２
　焼結温度を１７８０℃とすること以外は、実施例１と同様の操作を行った。
【００９３】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【００９４】
　実施例３
　プレス圧力を０．３５ｔｆ／ｃｍ２とすること以外は、実施例１と同様の操作を行った。
【００９５】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【００９６】
　実施例４
　プレス圧力を０．５５ｔｆ／ｃｍ２とすること以外は、実施例１と同様の操作を行った。
【００９７】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【００９８】
　実施例５
　昇温速度を３０℃／分とすること以外は、実施例１と同様の操作を行った。
【００９９】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【０１００】
　実施例６
　昇温速度を１４０℃／分とすること以外は、実施例１と同様の操作を行った。
【０１０１】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【０１０２】
　実施例７
　内容積が２．４Ｌのナイロン製ポットに、直径１５ｍｍの鉄芯をナイロンで被覆したボール（表面硬度１００ｋｇｆ／ｍｍ２以下、密度３．５ｇ／ｃｍ３）を入れ、次いで、平均粒径が１．３μｍ、比表面積３．３９ｍ２／ｇ、酸素濃度０．８ｗｔ％の窒化アルミニウム粉末を１００重量部、焼結助剤として純度９９．９９％以上で比表面積が１２．５ｍ２／ｇの酸化イットリウム粉末を５重量部加えた。次いで、エタノールを溶媒として４０重量部を加えて湿式混合した。この時、前記ナイロンボールはポットの内容積の４０％（見かけの体積）充填した。混合はポットの回転数７０ｒｐｍで３時間行った。さらに得られたスラリーを乾燥して窒化アルミニウム粉末を得た。充填方法、焼結方法については実施例１と同様の操作を行った。
【０１０３】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【０１０４】
　実施例８
　焼結助剤の添加量を３重量部とした以外は、実施例７と同様の操作を行って焼結体を得た。
【０１０５】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【０１０６】
　実施例９
　焼結温度を１７８０℃とすること以外は、実施例７と同様の操作を行って焼結体を得た。
【０１０７】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【０１０８】
　実施例１０
　プレス圧力を０．３５ｔｆ／ｃｍ２とすること以外は、実施例７と同様の操作を行って焼結体を得た。
【０１０９】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【０１１０】
　実施例１１
　プレス圧力を０．５５ｔｆ／ｃｍ２とすること以外は、実施例７と同様の操作を行って焼結体を得た。
【０１１１】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【０１１２】
　実施例１２
　昇温速度を３０℃／分とすること以外は、実施例７と同様の操作を行って焼結体を得た。
【０１１３】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【０１１４】
　実施例１３
　昇温速度を１４０℃／分とすること以外は、実施例７と同様の操作を行って焼結体を得た。
【０１１５】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【０１１６】
　実施例１４
　実施例７により得られた窒化アルミニウム焼結体を温度１７５０℃、保持時間２時間の条件で熱処理を行った。
【０１１７】
　その結果、得られた窒化アルミニウム焼結体は、ポア密度、ポア面積比率は殆ど同じであるが、結晶粒径が増大し、熱伝導率が１５５Ｗ／ｍＫと向上した窒化アルミニウム焼結体となった。得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【０１１８】
　比較例１
　到達温度（焼結温度）を１４００℃としたこと以外は、実施例１と同様の操作を行った。
【０１１９】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【０１２０】
　比較例２
　到達温度（焼結温度）を１２００℃としたこと以外は、実施例１と同様の操作を行った。
【０１２１】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【０１２２】
　比較例３
　到達温度（焼結温度）を１４００℃としたこと以外は、実施例７と同様の操作を行った。
【０１２３】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【０１２４】
　比較例４
　到達温度（焼結温度）を１２００℃としたこと以外は、実施例７と同様の操作を行った。
【０１２５】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【０１２６】
　比較例５
　内容積が１０Ｌのナイロン製ポットにナイロン製ボールを入れ、次いで、平均粒子径が１．５μｍ、比表面積２．６ｍ２／ｇ、酸素濃度０．８ｗｔ％の窒化アルミニウム粉末１００重量部、焼結助剤として比表面積１２．５ｍ２／ｇの酸化イットリウム粉末を５重量部、表面活性剤としてヘキサグリセリンモノオレート０．５重量部、ｎ−ブチルメタクリレート３重量部、トルエン１００重量部を加えて、２４時間ボールミル混合を行い、白色の泥奨を得た。こうして得られた泥奨をスプレードライヤー法により造粒し、φ７０〜φ１００μmの大きさの窒化アルミニウム顆粒を作製した。
【０１２７】
　この顆粒を用いて、成形圧力１．０ｔ／ｃｍ２でプレス成形し、プレス体を得た。その後、空気中６００℃で５時間脱脂し、次いで、窒化ホウ素製容器中で、窒素雰囲気中１８００℃で５時間焼成し、相対密度９５％以上の焼結体を得た。　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【０１２８】
　比較例６
　焼結助剤を添加しないこと以外は、比較例５と同様の操作を行った。
【０１２９】
　窒化アルミニウム焼結体の製造条件を表１に、得られた窒化アルミニウム焼結体の特性を表２にそれぞれ示した。
【０１３０】
【表１】
2004131375.tif 000002
【０１３１】
【表２】
2004131375.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
　本発明の窒化アルミニウム焼結体は、ポアが極めて少なく、しかも、高い硬度を有しているため、これを鏡面加工して高精度のパターンを形成するための基板材料として有用である。また、その硬度と窒化アルミニウム焼結体が元来有する高い熱伝導率を利用して、摩擦熱を効率よく放散し得る摺動部材として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】本発明の製造方法に使用する装置の基本的構造を示す概略図
【符号の説明】
【０１３４】
１　成形ダイ
２　成形プレス
３　窒化アルミニウム粉末
４　チャンバー
５　真空ポンプ
【図１】
2004131375.tif 000004