JPS63297263A

JPS63297263A - アルミナ系セラミックスの製造方法

Info

Publication number: JPS63297263A
Application number: JP62132204A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Kuzuoka; 馨葛岡; Manabu Yamada; 学山田; Ichiro Yoshida; 一郎吉田; Shinichi Shirasaki; 信一白崎
Original assignee: National Institute for Research in Inorganic Material; NipponDenso Co Ltd
Current assignee: National Institute for Research in Inorganic Material; Denso Corp
Priority date: 1987-05-28
Filing date: 1987-05-28
Publication date: 1988-12-05
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JP2506368B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、例えばス／４・−クプラグ用硝子材、集積回
路用基板等に好適な高熱伝導、高耐電圧のアルミナ（Ａ
ｔ２０３）系セラミックスの製造方法に関するものであ
る。

［従来の技術］従来はアルミナ焼結体を製造する場合、まず、アルミナ
原料に焼結助済としてマグネシア（ＭｇＯ）。

シリカ（５ｔｏ２）　、カルシア（ＣａＯ）やカオリン
。

タルク等ｔ−ｉ種もしくは２種以上混合する。その混合
粉末に分散媒として水、水と分散剤、もしくはエタノー
ル等の有機溶媒を加え、ボールミルで数時間以上混合す
る。そして、その後、乾燥、成形、焼成を順次行う。

従来のアルミナ焼結体の製造方法は上述したようなもの
であるが、この方法で製造された焼結体の組織は、アル
ミナのコランダム結晶粒とガラスの粒界層であるため、
熱伝導率が低く、耐電圧も低いという問題がある。また
、出発原料の粒径分布が広く、平均粒径が大きいため、
混合が不均一となり、焼結体の結晶粒の粒径分布が広く
、巨大粒子も含み、これも低熱伝導、低耐電圧の原因と
なっている０［発明が解決しようとする問題点コこの発明は上記の実情に鑑みてなされたもので、出発原
料を微粒かつ均一に混合分散させることができるととも
に焼結体組織において、結晶粒径を小さく均一に分布さ
せることができ、力・つ粒界から従来のガラス質成分を
無くすことができ、これによシ熱伝導率及び耐電圧の低
下を防ぐことができるアルミナ系セラミックスの製造方
法を提供することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］上記目的を達成するために第１０発明は、アルミナ系セ
ラミックスを製造するに際し、先ず、第１０工程として
、アルミナ・希土類酸化物（Ｙ２Ｏ，ｅＬｈ２ｏ５　＊
　ｃｅｏ２等）を構成する希土類元素とアルミニウムの
混合溶液を作成する。その為に、アルミニウム溶液とし
ては、塩化アルミニウム（ｈｔｃｔ３）のようなアルミ
ニウムを含む化合物及び金属アルミニウムの水浴液もし
くはアルコール溶液を用い、希土類元素も同様なものを
用いる。

以上２種類を混合した混合溶液と沈殿形成液とを混合し
て共沈体を形成し、乾燥後、４００〜１２００℃で仮焼
する。

次に第２０工程として、この第１０工程で得られた仮焼
物ｔ−原料とし、目的とするアルミナ・希土類酸化物の
組成比になるよう、残シのアルミナ及び必要ならば助剤
粉末を乾式法で混合する。

そして、この第２０工程で得られた粉末を成形し、焼成
する。

以上の手順によシ、アルきすに希土類元素を添加したア
ルミナ系セラミックスが得られる。

また、第２０発明は、アルミナ系セラミックスを製造す
るに際し、まず、第１０工程としてアルミニウムとアル
ミナ・希土類“酸化物（Ｙ　２０　ｓ　＊　Ｌａ　２ｏ
　３　ｓＣ・０□等）ｔ−・構成する希土類元素との水
溶液あるいはアルコール溶液による混合液を作成し、こ
の混合液を加熱することによって加水分解を行ない、ゾ
ルを生成する。そして、このゾルを乾燥した後、４００
〜１２００℃で仮焼する。

次に、第２０工程として、この第１０工程で得られた仮
焼物を原料とし、目的とするアルミナ・希土類酸化物の
組成比になるよう、残シのアルミナ及び必要ならば助剤
粉末を乾式法で混合する。

そして、この第２０工程で得られた粉末を成形し、焼結
する。

以上の手順によシ、アルミナに希土類元素を添加したア
ルミナ系セラミックスが得られる。

【作用コ上記第１．第２０発明によれば、アルミナ、希土類酸化
物が均一に分散され、凝集が極めて少々くかつ微粒（サ
ブミクロン級）な粉末が得られる。

そのため、焼結体組織では、希土類元素とアルミナが反
応して希土類元素とアルミナのガーネット構造等の複合
酸化物が形成され、フランダム粒子の中に均一に分散さ
れている。また、結晶粒は小さく均一に分布し、気孔が
大変少なく、緻密になっている。

このように、結晶粒の粒径が均一で高融点の粒界にアル
ミナ複合酸化物が均一に分散していることによシ１粒界
での絶縁破壊を抑制し、熱伝導率を大幅に向上すること
ができる。

［発明の実施例］以下、第１．第２０発明の実施例について説明する。

まず、第１０発明の製造方法の基本的々工程につ込て説
明すると、イツトリウム溶液（水溶液またはアルコール
溶液）を作成するための化合物としては、塩化イツトリ
ウム、硝酸イツトリウム、および金属イツトリウム等が
あげられる。

上記のようなイタトリウム溶液を含む混合液は、沈殿形
成液と混合される。これにより、共沈体は乾燥後、４０
０〜１２００℃で仮焼される。

このようにして得られた仮焼物に、アルミナ粉末を添加
し、所定の組成状態とするものであるが、このアルミナ
粉末は望ましくはサブミクロン級のものを使用する。そ
して、この混合粉末は成形し１０００〜１７００℃の温
度範囲で焼結する。この焼結温度が１０００℃よシ低い
と焼結が不十分であシ、１７００℃を越えると粒子が粗
大化する。

次に、第２０発明の製造方法の基本的な工程について説
明すると、この第２０発明の製造方法は、イツ）　ＩＪ
ウム溶液を含む混合液を加水分解することにより、共沈
体の代）にゾルを形成する点で先の第１０発明の製造方
法と異なシ、それ以外の点は同じである。

なお、この場合、上記仮焼温度が４００℃よシ低いと凝
集が顕著とな）、水酸化物やその他の不純物が残存する
ようになシ、また、１２００　’Ｃ，’を越えると粒子
が粗大化する傾向にある。

［実施例１コまず、第１図、第２図を参照して第１０発明の一実施例
を詳細に説明する。

第１図は第１０発明の一実施例の製造工程を示す図であ
る。なお、以下の説明では、アルミニウム・イツトリア
系の組成を例に説明する。

まず、アルミニウム・イツトリウム混合溶液（ｍ２ｏ、
　−ｓ　ｏ　ｍａｔ　ｔｓ　Ｙ２Ｏ３）をつくるために
、アルミナ原料として例えば塩化アルミニウム（ｈｔｃ
ｔ、）“水溶液（１，２ｍｏｔ／’Ｌ　）　２０　ｏｍ
ｚを作り、第２成分として例えば塩化イツトリウム（ｒ
ｃｔ、　）　（０，２９ｍｏｔ／Ｌ）３００Ｍを作り、
これらを混合した（第１図のステップＳ２参照）、そこ
に沈殿形成液として濃度２５％のアンモニア水（ＮＨ，
水）を用意した。そして、このアンモニア水と上記混合
溶液を各々ビユレットに入れ、３ｔの水の中へ各各部下
していき、紅　とＹ　の水酸化共沈体を得た（第１図の
ステップＳ２参照）。その時、−が６〜１１になるよう
、好ましくは７〜９になるように、滴下速度を制御しな
ければならない。このような方法で沈殿物を作成し、沈
殿が終了したら、この水溶液を溶液と沈殿物に分離する
ために、デカンテーションを行なう。まず、この水溶液
をろ紙を敷いたビフネルロートに注ぎ込み、アスピレー
タを用いてろ過する。これが終了したら、この沈殿物を
取シ出し、これに水を加えて充分攪拌し、水洗し、そし
て、また、デカンテーションを行なう。こｔ′Ｌヲ繰り
返し、洗浄する（第１図ステップＳ３参照）。その後、
これを乾燥させ（第１図のステップ８４）、８００℃で
４時間仮焼して（ＡｔＯ’５ＹＯ”５　）酸化物粉末を
作成した（第１図のステップＳ５参照）、この粉末の平
均粒径は０．１μｍであった。

該粉末１ＯＮとアルミナ粉末（平均粒径０゜２５μｍ　
）　３８　Ｊｉ’　を混ぜ、Ａｔ２０３−５　ｍｏｔ％
　Ｙ２Ｏ，の組成比になるように、ボールミルで一昼夜
（２４時間）混合する。このとき、助剤としてＭｇＯ粉
末も０．１ｍｏｔ％添加した。但し、この助剤は必ずし
も添加する必要はない。そして、この混合粒末に結合剤
としてＰＶＡ　（ポリビニルアルコール）水溶液ｔ　加
えて造粒し、６０メツシユのふるいを通して粒径を５０
μｍａ度の造粒二次粒子を作成した。そして、との造粒
二次粒子を、プレス機によシ成形圧８００ゆ／帰２〜１
０００ゆ／儒２でφ３Ｏ−ｔ３のイレットに成形した。

この成形体を１４００℃〜１７００℃大気雰囲気で２時
間焼成し、Ａｔ２０．−Ｙ２０３焼結体を得た（第１図
ステップＳ６参照）。

得られたＡｔ２０．−Ｙ２０３焼結体の密度を水銀アル
キメデス法で測定すると、３．９９であった。

表１はこの実施例の方法によって製造されたセラミック
スと従来の方法によって製造されたセラミックスとの特
性を比較して示すものである。

表　　　１臀１）レーデフラッシュ法骨２）第２図参照ここで、熱伝導率は、φ１ｏ■−ｔ２ｍのテストピース
を使りてレーデ７ラツシ、法によｊＪＩ’Ｆ価した。ま
た、耐電圧は、φ２０ｍ−ｔｌ■のテストピースを使っ
て第２図に示すような装置で評価した０図におｈて、ｌ
はテストピース、２はｔａ、３はシリコーンオイル、４
はプローブ、５は定電圧電源、６は発振器；７はコイル
、８は高電圧プローブ、９はオシロスコープである。

実施例のテストピースＤ、Ｅ、Ｆの組成比は、次表２の
ようになっている。

表　　２ここで、テストピースＤは、上記の説明で使ったもので
ある。テストピースＥは、アルミニウム・イツトリア系
であることはテストピースＤと同じであるが、組成比が
異なる。テストピースＦは、組成比はテストピースＤと
同じであるが、組成がアルミニウム・酸化ランタン系と
なりている。

従来例のテストピースＡは、次のようＫして作られたも
のである。まず、市販のアルミナ粉末９５　ｍｏＡ係に
二酸化ケイ素粉末２　ｒｎｏｔ％％醗化カルシウム粉末
２　ｍｏｔ’６、酸化マグネシウム粉末１ｍｏＡ　俤に
加える。こｆＬｔ−ポリエチレンポットに入れ、このＩ
ットにはさらにアルミナボール、水を適量入れ、−昼夜
混合する。そして、その混合スラリーを乾燥、粉砕し、
そこへ結合済としてＰＶＡ（／リビニルアルコール）を
加え、造粒粉末を得る。この粉末を圧力８００　ｋ１７
ｃｍ２〜１２００　ｋｌｌ／ｃｍ２で成形し、大気圧雰
囲気＆Ｃおいて、１６００℃で焼成する。

従来例のテストピースＢは、市販のアルミナ粉末９５　
ｍｏｔ俤とイツトリア粉末４．９　ｍｏＡ　’Ａに助剤
としてマグネシア粉末０．１　ｍｏＡ　％を加え、これ
を従来例Ａと同様に混合、乾燥、粉砕、造粒、成形、焼
成して得たものである。

従来例のテストピースＣは、アルミナ９５　ｍｏＡ係、
酸化ランタン（Ｌａ２０，５　）　４．９　ｍｏｔ＊、
マグネシア０．１　ｍｏｔ％　ｆ加え、従来例Ｂと同様
に作成したものである。

表１から明らかなよう忙この実施例によれば、同じ組成
比ならば、従来例に比べ最適焼成温度を約５０℃低くす
ることができる。また、熱伝導率、耐電圧共に、大幅に
向上させることができる。これは、焼結体において、気
孔が減少し、緻密化が計られ、異常粒成長も無く、結晶
粒径がそろっていることによるものと考えられる。

従来例のテストぎ−スＡは、従来よく用いられたガラス
フラックスｆ：添加して−るため、粒界に低融点ガラス
相が形成され、低熱伝導、低耐電圧になる。従来例のテ
ストピースＢ、Ｃは、Ｙ２Ｏ５゜Ｌａ２Ｏ５等の希土類
酸化物粉体の粒径が大きいため、または、アルミナ粉末
との分散が不均一なため、異常粒成長を起こしたシ、気
孔率が大き−ため、性能が向上しなかった。

この実施例のテストピースＤ、Ｅ、Ｆでは、Ｙ２Ｏ，、
Ｌａ２Ｏ５等が微粒で得られるだけでなく、アルξすと
均一に混合できたことにより性能を向上できたと考えら
れる。また、焼結体の粒界層には、従来の低融点ガラス
層でなく、高融点のアルミナ複合酸化物が形成されてい
ることが粒界での絶縁破壊を防いでいると思われる。

なお、アルミニウム溶液としては、塩化アルミニウム以
外に、硝酸アルミニウム、その他アルミニウムを含む化
合物または金属アルミニウムを溶かしたものも良いこと
は勿論である。

また、イツトリウム溶液としても、塩化イツトリウム以
外に硝酸イツトリウムその他イットリクムを含む化合物
または金属イツ）　＋７ウムｔ−溶かしたものでも良い
ことは勿論である。

さらに、沈殿形成液もアンモニア水以外に炭酸アンモニ
ウム、苛性アルカリ、しゆう酸、しゅう酸アンモニウム
、ヘキサメチレンテトラミン、等でも良すことは勿論で
ある。

［実施例２コ次に、第３図を参照しながら、第２０発明の一実施例を
詳細に説明する。

第３図は、第２０発明の一実施例の製造１穆を示す図で
ある。なお、以下の説明では、アルミニウム・イツトリ
ア系の組成を例に説明する。

まず、アルミニウム・イツトリウム混合溶液＜　ｍ２ｏ
、　−ｓ　ｏ　ｍｏｊ　俤Ｙ２０．　）をつくるために
、アルミナ原料として例えば塩化アルミニウム（ＡｔＣ
２，）水溶液（１，２ｍｏｔ／ｌ）２００Ｍを作り、第
２成分として例えば、塩化イツトリウム（ＹＣｌ、　）
（０，２９ｍｏｔ／ｌ）３００ｍを作り、これらを混合
した（第３図のステップＳ１参照）。この混合水溶液は
１００℃で１００時間保持する。そして、上記混合水溶
液の加水分解を行ない、Ｙ３＋およびＡｔ５　＋を含む
ゾルが得られるようにする（第３図のステップＳ２参照
）。このようにして得られたゾルは、洗浄、した後、さ
ら忙乾燥し、この乾燥後に８００℃で仮焼して、（”ａ
、５ＹＣＬｓ　）の酸化物粉末を作成した（第３図のス
テップＳ３・４・５参照）。

この粉末の平均粒径は０．１　ｔｔｍであった。

該粉末１０Ｉｉとアルミナ粉末（平均粒径０．２５μｍ
）３８、Ｆｔ混ぜ、Ａｔ２０５　・５　ｍｏｔ％Ｙ２ｏ
３の組成比になるように、ボールミルで一昼夜混合する
。このとき、助剤としてＭｇＯ粉末も０．１　ｍｏｔ４
添加した。

但し、この助剤は必ずしも添加する必要はなり。

この混合粉末に混合剤としてＰＶＡ　（ポリビニルアル
コール）水溶液を加えて造粒し、６０メツシ晶のふるい
を通して粒径を・５０Ａｍ１ｍ度の造粒二次粒子を作成
した。そして、この造粒二次粒子をプレス機によシ成形
圧８００す／１２〜１０００　ｋｐ／ｃｍ２でφ３Ｏ−
ｔ３の碩レットに成形した。この成形体’１１４００℃
〜１７００℃大気雰囲気で２時間焼成し、ＡＡ２０３−
Ｙ２０３焼結体を得た（′第３図ステップＳ６参照）。

得られたＡＪＬ２０．−Ｙ２０３焼結体の密度を水銀ア
ルキメデス法で測定すると、３．９９であった・なお、
アルミニウム溶液としては、塩化アルミニウム以外に、
硝酸アルミニウム、その他アルミニウムを含む化合物ま
たはアルミニウムアルコキシドでもよく、イツトリウム
溶液についても同様である。

以上詳述した実施例２においても、上述したようなテス
トピースＤ、Ｅ、Ｆを作って、焼成温度、熱伝導率、耐
電圧を評価したところ、先の実施例１と同じ結果が得ら
れた。

［発明の効果］以上述べたようにこの発明に係るアルミナ系セラミック
スの製造方法によれば、アルミナ系セラミックスの熱伝
導率と耐電圧の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２０発明に係るアルミナ系セラミックスの製
造方法の一実施例の工程を示す図、第２図は耐電圧の測
定構成を示す回路図、第３図は第２０発明に係るアルミ
ナ系セラミックスの製造方法の一実施例の工程を示す図
である。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第　１ｖＡ第２図２３囚手続補正書昭粕６＆了、−日特許庁長官　小　川　邦　夫　殿１、事例の表示特願昭６２−１３２２０４号２、発明の名称アルミナ系セラミックスの製造方法３、補正をする者事件との関係　特許出願人（４２６）日本電装株式会社　　（ほか１名）４、代理
人東京都千代田区霞が関３丁目７番２舅、ｕＰｈｔ：ビル
６、補正の対争明ｉ書全文７、補正の内容願書に最初に添附した明ＩＢ大の浄書・別紙のとおり（
内容に変更なし）　ｎ、Ａ−話手続補正書昭和　　」２・各１８Ｅ１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）希土類とアルミニウムとの混合溶液を作り、これ
と沈殿形成液とを混合して共沈体を形成し、乾燥後、４
００℃〜１２００℃で仮焼する第１の工程、この第１の工程で得られた仮焼物に目的とする組成比に
なるようアルミナ粉末を混合する第２の工程、この第２の工程で得られた粉末を成形して１０００℃〜
１７００℃で焼成する第３の工程、とからなることを特徴とするアルミナ系セラミックスの
製造方法。
（２）希土類とアルミニウムとの混合溶液を作り、これ
を加熱して加水分解することによってゾルを生成し、こ
のゾルを乾燥後、４００℃〜１２００℃で仮焼する第１
０工程、この第１の工程で得られた仮焼物に目的とする組成比に
なるようアルミナ粉末を混合する第２０工程、この第２の工程で得られた粉末を成形して１０００℃〜
１７００℃で焼成する第３の工程、とからなることを特徴とするアルミナ系セラミックスの
製造方法。