(57)【要約】【課題】高接合強度で高熱伝達率の窒化アルミニウム接合体及びその製造方法を提供する。【解決手段】本窒化アルミニウム接合体は、主として窒化アルミニウム焼結体によって構成される接合体で、一方の焼結体に含有される炭素量が０．２重量％以上であり、他方の焼結体に含有される炭素量が０．１重量％未満である。また、その製造方法である。【選択図】  図１
2005067932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主として窒化アルミニウム焼結体によって構成される接合体で、一方の焼結体に含有される炭素量が０．２重量％以上であり、他方の焼結体に含有される炭素量が０．１重量％未満であることを特徴とする窒化アルミニウム接合体。
【請求項２】
炭素含有量が異なる、窒化アルミニウム焼結体と、窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体を重ねてホットプレス焼成することを特徴とする窒化アルミニウム接合体の製造方法。
【請求項３】
前記窒化アルミニウム焼結体の炭素含有量は０．１重量％未満であり、前記窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体の炭素含有量は０．２５重量％以上であることを特徴とする請求項２に記載の窒化アルミニウム接合体の製造方法。
【請求項４】
前記窒化アルミニウム焼結体の炭素含有量は０．２重量％以上であり、前記窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体の炭素含有量は０．１５重量％未満であることを特徴とする請求項２に記載の窒化アルミニウム接合体の製造方法。
【請求項５】
炭素含有量が０．２５重量％以上である窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体焼結体と、炭素含有量が０．１５重量％未満である窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体を重ねてホットプレス焼成することを特徴とする窒化アルミニウム接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化アルミニウム接合体及びその製造方法に係わり、特に接合される焼結体間に接合剤を介在させずに接合した窒化アルミニウム接合体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックス部材の複雑形状化に伴い、従来機械加工によってなされていた形状付与が、ニアネットシェイプ成型や、焼結体同士の接合などに置き換わられつつある。特に窒化アルミニウム接合体を得る方法は、窒化アルミニウム焼結体を得る過程で、酸化イットリウムやアルミン酸イットリウム等の液相となりうる物質を接合界面に介在させ、熱処理を行うことが一般的である（特許文献１）。
【０００３】
しかし、特許文献１のように接合剤を介した接合体は、その接合強度は接合剤の強度に大きく支配される。一般的な窒化アルミニウム焼結体の曲げ強度は、３０ＭＰａ程度であるが、接合剤由来の接合界面に残留するアルミン酸イットリウム焼結物の曲げ強さは、２０〜２５ＭＰａであるため、接合強度は窒化アルミニウム焼結体よりも低いものとなってしまう。また、アルミン酸イットリウム焼結体は靱性に乏しいため、接合部が破損しやすいという欠点を有する。さらに、アルミン酸イットリウムの熱伝導率は一般的な窒化アルミニウム焼結体の１／１０程度と低いため、この接合部が熱伝達を阻害し、接合体においては窒化アルミニウムの特長である高熱伝導性を損なうことがある。
【特許文献１】特開２００２−８０２８３号公報（段落［０００６］、［０００７］、［００１０］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、高接合強度で高熱伝達率の窒化アルミニウム接合体を提供することを目的とする。
【０００５】
また、高接合強度で高熱伝達率の窒化アルミニウム接合体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、主として窒化アルミニウム焼結体によって構成される接合体で、一方の焼結体に含有される炭素量が０．２重量％以上であり、他方の焼結体に含有される炭素量が０．１重量％未満であることを特徴とする窒化アルミニウム接合体が提供される。これにより、高接合強度で高熱伝達率の窒化アルミニウム接合体が実現される。
【０００７】
また、本発明の他の態様によれば、炭素含有量が異なる、窒化アルミニウム焼結体と、窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体を重ねてホットプレス焼成することを特徴とする窒化アルミニウム接合体の製造方法が提供される。これにより、高接合強度で高熱伝達率の窒化アルミニウム接合体の製造方法が実現される。
【０００８】
好適な一例では、前記窒化アルミニウム焼結体の炭素含有量は０．１重量％未満であり、前記窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体は炭素含有量が０．２５重量％以上である。
【０００９】
また、他の好適な一例では、前記窒化アルミニウム焼結体の炭素含有量は０．２重量％以上であり、前記窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体の炭素含有量は０．１５重量％未満である。
【００１０】
また、本発明の他の態様によれば、炭素含有量が０．２５重量％以上である窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体焼結体と、炭素含有量が０．１５重量％未満である窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体を重ねてホットプレス焼成することを特徴とする窒化アルミニウム接合体の製造方法が提供される。これにより、高接合強度で高熱伝達率の窒化アルミニウム接合体の製造方法が実現される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係わる窒化アルミニウム接合体によれば、高接合強度で高熱伝達率の窒化アルミニウム接合体を提供することができる。
【００１２】
また、本発明に係わる窒化アルミニウム接合体の製造方法によれば、高接合強度で高熱伝達率の窒化アルミニウム接合体の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係わる窒化アルミニウム接合体の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明に係わる窒化アルミニウム接合体の模式図である。
【００１５】
図１に示すように、本発明に係わる窒化アルミニウム接合体１は、窒化アルミニウム焼結体によって構成される接合体で、一方の焼結体１ａに含有される炭素量が０．２重量％以上であり、他方の焼結体１ｂに含有される炭素量が０．１重量％未満である。一方の焼結体の炭素量が０．２重量％より小さく、他方の焼結体の炭素量が０．１重量％より大きいと、十分な高接合強度にならない。
【００１６】
本発明の窒化アルミニウム接合体は、焼結体同士が直接接合し、接合部に接合剤が存在しないので、窒化アルミニウム焼結体と同様に高接合強度で高熱伝達率である。
【００１７】
また、本発明の窒化アルミニウム接合体は、双方の炭素含有量が異なる窒化アルミニウム焼結体と、窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体を重ねてホットプレス焼成して製造される。
【００１８】
上記のように炭素含有量が異なる窒化アルミニウム焼結体と、脱脂体若しくは成形体を重ねてホットプレスする過程において、接合界面では炭素含有量が多い窒化アルミニウム中の炭素により、還元作用が働く。これにより、炭素含有量が少ない窒化アルミニウム側界面でも還元が生じ、窒化アルミニウム表面の不純物酸素に起因する不活性面が除去されて、焼結活性の向上が生じる。
【００１９】
接合される窒化アルミニウムの焼結活性を向上させても、焼結を進行させるためには液相の存在が必要であり、通常、窒化アルミニウムの焼結には、酸化イットリウムを焼結助剤として使用し、このとき液相としてアルミン酸イットリウムが生成する。
【００２０】
炭素による還元作用は、窒化アルミニウムの焼結に必要な液相に対しても作用し、アルミン酸イットリウムの分解を生じるため、接合する双方の焼結体若しくは脱脂体、成形体に炭素を多く含有させると、接合界面における液相の欠乏が生じ、充分な接合強度を得ることができない。このため、一方の焼結体若しくは成形体、脱脂体の炭素量のみを多くする必要がある。焼結体同士を重ねてホットプレスすることによって接合体を得ることは不可能ではないが、互いの接合界面を完全に平滑に加工することは困難であるために、接合界面にボイドが残りやすい。このため、少なくとも一方は成形体若しくは脱脂体とすることが望ましい。こうすることにより、接合界面のボイドはホットプレス時の圧力による成形体若しくは脱脂体側の粒子移動により埋められることとなる。
【００２１】
上記窒化アルミニウム焼結体及び、窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体の好ましい炭素含有量は、窒化アルミニウム焼結体の炭素含有量は０．１重量％未満であり、窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体は炭素含有量が０．２５重量％以上である。窒化アルミニウム焼結体の炭素含有量が０．１重量％以上、窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体が炭素含有量が０．２５重量％未満であると、十分な高接合強度が得られない。
【００２２】
また、窒化アルミニウム焼結体の炭素含有量は０．２重量％以上であり、窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体は炭素含有量は０．１５重量％未満である。窒化アルミニウム焼結体の炭素含有量が０．２重量％未満、窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体の炭素含有量が０．１５重量％以上であると、十分な高接合強度が得られない。
【００２３】
さらに、上記実施形態の接合方法において、窒化アルミニウム焼結体及び、窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体を用いた接合方法について説明したが、窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体焼結体同士の接合であっても高接合強度の窒化アルミニウム接合体が得られ、この場合には、炭素含有量が０．２５重量％以上である窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体焼結体と、炭素含有量が０．１５重量％未満である窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体を重ねてホットプレス焼成することが好ましい。一方の窒化アルミニウム成形体若しくは脱脂体焼結体の炭素含有量が０．２５重量％未満で、他方の炭素含有量が０．１５重量％以上であると、十分な高接合強度が得られない。
【実施例】
【００２４】
高純度窒化アルミニウム粉末に、焼結助剤として酸化イットリウム粉末を１重量％、バインダとしてポリビニルブチラールを３重量％添加し、メタノールを分散媒としてスラリを作製した。このスラリをスプレードライヤにより造粒し、造粒粉を得た。造粒粉を３０ＭＰａにて金型成形し、１００ＭＰａの冷間静水圧成形を施した後に表１の温度で乾燥空気中にて脱脂し、脱脂体を窒素雰囲気中１８５０℃で焼成して焼結体を得た。焼結体を□５０ｍｍ×ｔ２５ｍｍに加工した。また、この焼結体から３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍの試料を加工し、４点曲げ強さを測定したところ、３３２ＭＰａであった。同じ造粒粉から、□５０ｍｍ×ｔ５０ｍｍの成形体を作製し、表１の温度で乾燥空気中にて脱脂を行った。この脱脂体中の炭素濃度を測定したところ、表１に示す通りとなった。先に作製した焼結体とこの脱脂体を重ねて、窒素雰囲気中１７６０℃、１０ＭＰａの条件でホットプレス接合を行った。得られた接合体から、３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍの試料を接合界面が長手方向に垂直となるよう加工し、４点曲げ強さ試験を行い、接合強度測定を行った。その結果を表１に示す。
【００２５】
さらに、上記４点曲げ強さ測定後の試料から、接合界面を境として双方の焼結体の炭素濃度を測定した。その結果を接合後炭素濃度として表１に示す。
【表１】
2005067932.tif 000003
【００２６】
表１から明らかなように、炭素含有量の異なる窒化アルミニウム焼結体及び脱脂体若しくは成形体を重ねてホットプレスして接合した接合体（実施例１、２）は、炭素含有量が同一の窒化アルミニウム焼結体及び脱脂体若しくは成形体を重ねてホットプレスして接合した接合体（比較例１、２）に比べて、４点曲げ強さが約１．３倍向上していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係わる窒化アルミニウム接合体の概念図。
【符号の説明】
【００２８】
１  窒化アルミニウム接合体
１ａ  焼結体
１ｂ  焼結体
【図１】
2005067932.tif 000004