KR960006249B1 - Process for producing an aluminium sintered product - Google Patents

Abstract

내용 없음.No content.

Description

질화알루미늄 소결체의 제조방법Manufacturing method of aluminum nitride sintered body

제1도는 본 발명의 실시예 14 내지 25와 비교 실시예 10 내지 20의 AlN 소결체에 대한 상대 밀도와 소결 온도와의 관계를 도시하는 도포이고,1 is an application showing the relationship between the relative density and the sintering temperature for the AlN sintered bodies of Examples 14 to 25 and Comparative Examples 10 to 20 of the present invention,

제2도는 제1도의 AlN 소결체에 대한 열 전도율과 소결 온도와의 관계를 도시하는 도표이다.FIG. 2 is a chart showing the relationship between the thermal conductivity and the sintering temperature for the AlN sintered body of FIG.

본 발명은 비교적 낮은 소결 온도에서 열 전도율이 높은 질화알루미늄 소결체를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an aluminum nitride sintered body having high thermal conductivity at a relatively low sintering temperature.

질화 알루미늄(AlN)은 열 전도율과 내절연성이 높으며 열 팽창계수가 낮은 우수한 물질이다. 그러나, 질화 알루미늄은 공유결합 화합물이기 때문에 소결 보조제 또는 열-압착(hot-press) 소결 방법을 이용하지 않고는 순수한 질화알루미늄 소결체를 제조하기가 매우 어렵다.Aluminum nitride (AlN) is an excellent material with high thermal conductivity and insulation resistance and low coefficient of thermal expansion. However, since aluminum nitride is a covalent compound, it is very difficult to produce a pure aluminum nitride sintered body without using a sintering aid or a hot-press sintering method.

미합중국 특허 제4,746,637호에는 Y₂O₃와 CaO의 배합물을 소결 보조제로서 사용하는 방법이 기술되어 있다. 즉, AlN 산제(powder)와 소결 보조제의 혼합물을 1650℃ 이상의 온도에서 치밀하게 소결하여 AlN 소결체를 수득한다. 그러나, 이때 AlN 소결체의 열 전도율은 100W/m.ㆍk 이하이다. 산제 모듈 등에서 기재로서 사용하는 경우에, 열 전도율이 높은(예:120W/mㆍk 이상) AlN 소결체가 바람직하다.US Pat. No. 4,746,637 describes a method of using a combination of Y ₂ O ₃ and CaO as sintering aid. That is, a mixture of AlN powder and sintering aid is densely sintered at a temperature of 1650 ° C. or more to obtain an AlN sintered body. However, the thermal conductivity of the AlN sintered body at this time is 100 W / m · k or less. When used as a substrate in a powder module or the like, an AlN sintered body having a high thermal conductivity (for example, 120 W / m · k or more) is preferable.

일본국 최초 공개특허공보 제03-146471호에는 Y₂O₃와 LaB₆의 배합물을 소결 보조제로서 사용하는 방법이 기술되어 있다. 또한, 일본국 최초 공개특허공보 제03-197366호에는 CaO와 LaB₆의 배합물을 소결 보조제로서 사용하는 방법이 기술되어 있다. 이러한 소결 보조제의 배합물을 사용하여 수득한 AlN 소결체의 열 전도율이 높긴 하지만,1900℃ 이상의 높은 소결 온도를 요구하기 때문에 값비싼 고온 소결로 및 부속품[예:고온에서 사용가능한 세터(setter)]을 필요로 한다. 또한, AlN 소결체를 제조하는데 드는 에너지 비용이 과다하다는 문제점을 갖고 있다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 03-146471 describes a method of using a blend of Y ₂ O ₃ and LaB ₆ as a sintering aid. Japanese Unexamined Patent Publication No. 03-197366 also describes a method of using a combination of CaO and LaB ₆ as a sintering aid. Although the thermal conductivity of AlN sintered bodies obtained using these sintering aid blends is high, they require expensive sintering furnaces and accessories (eg, setters available at high temperatures) because they require high sintering temperatures of more than 1900 ° C. Shall be. In addition, there is a problem that the energy cost for producing the AlN sintered body is excessive.

AlN 소결체를 제조하기 위해 열-압착 소결 방법을 사용하는 경우, 소결 온도를 낮출 수는 있지만, AlN 소결체의 크기와 형상을 제한할 것이다.When the thermo-compression sintering method is used to produce AlN sintered body, it is possible to lower the sintering temperature, but will limit the size and shape of the AlN sintered body.

본 발명의 목적은 선행 기술의 문제점을 해결하고 비교적 낮은 소결 온도에서 열 전도율이 높은 질화 알루미늄(AlN) 소결체를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 있어서, 비표면적이 약 3,5 내지 8㎡/g, 바람직하게는 4.5 내지 7.5㎡/g이고 산소함량이 0.5 내지 1.8중량% 인 AlN 산제가 사용된다. 상기AlN 산제에 최적량의 소결 보조제를 혼입한다. 소결 보조제는 사실상 3개의 소결 보조제(I),(II) 및(III)으로 이루어진다. 소결 보조제(I)은 회토류 산화물 및 회토류 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물이다. 회토류 화합물은 소결에 의해 상응하는 회토류 산화물로 전환된다. 소결 보조제(I)은 등량의 이의 회토류 산화물이 AlN 소결체에 대하여 0.5 내지 10중량% 의 범위가 되도록 혼입된다. 소결 보조제(II)는 알칼리토 산화물 및 알칼리토 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물이다. 알칼리토 화합물은 소결에 의해 상응하는 알칼리토 산화물로 전환된다. 소결 보조제(II)는 등량의 이의 알칼리토 산화물이 AlN 소결체에 대하여 0.1 내지 5중량% 의 범위가 되도록 혼입된다. 소결 보조제(III )은 LaB₆, NbC 및 WB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물이다. LaB₆의 첨가량은 AlN 소결체의 0.05 내지 3중량%의 범위이다. 한편, WB와 NbC 각각의 첨가량은 AlN 소결체의 0.05 내지 5중량%의 범위이다. 생성된 혼합물을 목적한 형상으로 밀착시킨 다음 약 1650℃ 이하의 소결 온도에서 비산화 대기에서 소결시킨다. 본 발명의 방법에 따라, 열 전도율이 높은(예:120W/mㆍk 이상) AlN 소결체를 수득할 수 있다.It is an object of the present invention to solve the problems of the prior art and to provide a method for producing an aluminum nitride (AlN) sintered body having high thermal conductivity at a relatively low sintering temperature. In the present invention, AlN powders having a specific surface area of about 3,5 to 8 m 2 / g, preferably 4.5 to 7.5 m 2 / g and an oxygen content of 0.5 to 1.8% by weight are used. An optimum amount of sintering aid is incorporated into the AlN powder. The sintering aid consists essentially of three sintering aids (I), (II) and (III). The sintering aid (I) is at least one compound selected from the group consisting of rare earth oxides and rare earth compounds. The rare earth compound is converted to the corresponding rare earth oxide by sintering. The sintering aid (I) is incorporated so that an equivalent amount of its rare earth oxide is in the range of 0.5 to 10% by weight based on the AlN sintered body. The sintering aid (II) is at least one compound selected from the group consisting of alkaline earth oxides and alkaline earth compounds. Alkaline earth compounds are converted to the corresponding alkaline earth oxides by sintering. The sintering aid (II) is incorporated so that an equivalent amount of its alkaline earth oxide is in the range of 0.1 to 5% by weight based on the AlN sintered body. The sintering aid (III) is at least one compound selected from the group consisting of LaB ₆ , NbC and WB. The amount of LaB ₆ added is in the range of 0.05 to 3% by weight of the AlN sintered body. On the other hand, the addition amount of each of WB and NbC is 0.05 to 5 weight% of an AlN sintered compact. The resulting mixture is brought into close contact with the desired shape and then sintered in a non-oxidizing atmosphere at a sintering temperature of about 1650 ° C. or less. According to the method of the present invention, an AlN sintered body having high thermal conductivity (for example, 120 W / m · k or more) can be obtained.

본 발명의 양태와 이점은 첨부된 도면과 함께 보다 상세하게 설명될 것이다.Aspects and advantages of the invention will be described in more detail in conjunction with the accompanying drawings.

산제 금속학 분야에 있어서, 소결체를 수득하기 위해 사용된 산제의 평균 입자 크기가 작아짐에 따라 일반적으로 소결 온도도 보다 낮아진다는 것으로 이미 공지되어 있다. 예를 들면, 비표면적이 약 10 내지 14㎡/g인 AlN 산제는 약 1600℃ 이하의 온도에서 치밀하게 소결된다. 그러나, AlN 산제가 미세해짐에 따라, 즉, 이의 비표면적이 증가함에 따라, AlN 산제의 산소함량도 또한 증가한다. 산소함량이 높은 AlN 산제를 소결하는 경우, 소결체는 낮은 열 전도율을 나타낸다. 예를 들면, 통상의 카보 열 환원(carbothermal reduction)방법에 의해 제조된 AIN 산제의 비표면적이 10㎡/g 초과인 경우, AlN 산제의 산소함량은 1.8중량% 초과이다. 따라서, 산소함량이 낮은 AlN 산제를 열 전도율이 높은 AlN 소결체를 제조하기 위해 사용하여야만 한다. 또한, 소결 보조제를 사용하여 약 1650℃ 이하의 소결 온도에서 소결하기 위해 최적의 비표면적을 갖는 AlN 산제를 요구한다.In the field of powder metallurgy, it is already known that as the average particle size of the powder used to obtain the sintered body is smaller, the sintering temperature is generally lower. For example, AlN powders having a specific surface area of about 10 to 14 m 2 / g are densely sintered at temperatures of about 1600 ° C. or less. However, as the AlN powder becomes fine, that is, as its specific surface area increases, the oxygen content of the AlN powder also increases. When sintering AlN powder having a high oxygen content, the sintered body exhibits low thermal conductivity. For example, when the specific surface area of the AIN powder prepared by the usual carbothermal reduction method is more than 10 m 2 / g, the oxygen content of the AlN powder is more than 1.8% by weight. Therefore, AlN powder with low oxygen content must be used to produce AlN sintered body with high thermal conductivity. There is also a need for AlN powders having an optimal specific surface area for sintering at sintering temperatures of about 1650 ° C. or less using sintering aids.

특히, 소결 온도가 약 1650℃ 이하, 바람직하게는 1625℃ 미만으로 낮아지는 경우, 소결 동안 값비싼 헥사고날 질화붕소(h-BN) 내신에 용광로에 설치된 세터와 같은 부속품으로서 값싼 세라믹, 예를 들면, 산화알루미늄을 사용할 수 있고 AlN 소결체를 제조하는데 드는 에너지는 보존되기 때문에, 비용에 드는 이점이 상당해진다.In particular, when the sintering temperature is lowered below about 1650 ° C., preferably below 1625 ° C., inexpensive ceramics, for example as accessories such as setters installed in furnaces on expensive hexagonal boron nitride (h-BN) inner bodies during sintering, for example Since aluminum oxide can be used and the energy used to manufacture an AlN sintered compact is preserve | saved, the cost advantage becomes considerable.

본 발명에 있어서, 산소함량이 0.5 내지 1.8중량%이고 비표면적이 약 3.5 내지 8㎡/g, 보다 바람직하게는 4.5 내지 7.5㎡/g인 AlN 산제를 이의 소결 온도를 낮추고 생성된 AlN 소결체의 열 전도율을 향상시키기 위해 사용하는 것이 바람직하다. AlN 산제의 산소함량이 1.8중량% 초과인 경우, 약 1650℃ 이하의 소결 온도에서 AlN 산제를 소결하여 열 전도율이 높은 AlN 소결체를 제조하기 매우 어렵다. 한편, 산소함량이 0.5중량% 미만인 AlN 산제를 제조하는 것도 매우 어려우며 비용이 많이 든다. AlN 산제의 비표면적이 3.5㎡/g 미만인 경우, AlN 산제는 약 1650℃ 이하의 소결 온도에서 치밀하게 소결되지 않는다. 당해범위의 비표면적에 따라 계산된 본 발명에 사용된 AlN 산제의 평균 입자 크기는 0.20 내지 0.46㎛이다. 통상의 직접 질화 방법에 의해 제조된 AlN 산제가 불안정한 산화 알루미늄 층을 갖기 때문에 통상의 카보열 환원 방법에 의해 제조된 AlN 산제를 본 발명에 사용하는 것도 바람직한데 이는 AlN 소결체를 제조하는 공정 동안 AlN 산제의 산소함량이 증가할 수 있기 때문이다.In the present invention, the AlN powder having an oxygen content of 0.5 to 1.8% by weight and a specific surface area of about 3.5 to 8 m 2 / g, more preferably 4.5 to 7.5 m 2 / g is lowered at the sintering temperature thereof, and the heat of the AlN sintered body produced. It is preferable to use in order to improve conductivity. When the oxygen content of the AlN powder is more than 1.8% by weight, it is very difficult to prepare an AlN sintered body having high thermal conductivity by sintering the AlN powder at a sintering temperature of about 1650 ° C. or less. On the other hand, it is also very difficult and expensive to produce AlN powders having an oxygen content of less than 0.5% by weight. When the specific surface area of the AlN powder is less than 3.5 m 2 / g, the AlN powder is not densely sintered at a sintering temperature of about 1650 ° C. or less. The average particle size of the AlN powder used in the present invention, calculated according to the specific surface area of this range, is 0.20 to 0.46 μm. Since AlN powders prepared by conventional direct nitriding methods have unstable aluminum oxide layers, it is also preferable to use AlN powders prepared by conventional carbothermal reduction methods in the present invention, which is the AlN powder during the process of producing AlN sintered bodies. This is because the oxygen content of may increase.

본 발명의 소결 보조제는 AlN 산제에 혼입된다. 소결 보조제는 사실상 3개의 소결 보조제(I),(II) 및(III)으로 이루어져 있다. 소결 보조제(I)은 회토류 산화율 및 회토류 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물이다. 회토류 화합물은 소결에 의해 상응하는 회토류 산화물로 전환된다.The sintering aid of the present invention is incorporated into AlN powders. The sintering aid consists essentially of three sintering aids (I), (II) and (III). The sintering aid (I) is at least one compound selected from the group consisting of rare earth oxidation rates and rare earth compounds. The rare earth compound is converted to the corresponding rare earth oxide by sintering.

소결 보조제(I)에서 회토류 원소는 Y, La, Dy, Er, Ce, Sm, Nd, Gd, Pr, Ho 및 Yb, 바람직하게는 Y및 La일 수 있다. 회토류 화합물은 회토류 원소의 탄산염, 질산염, 수소화물 및 옥살 레이트일 수 있다. 물론, 소결 보조제(I)로서 회토류 산화물과 회토류 화합물의 배합물이 사용될 수 있다. 소결 보조제(I)은 등량의 이의 회토류 산화물이 AlN 소결체에 대하여 0.5 내지 10중량% 의 범위가 되도록 혼입된다.Rare earth elements in the sintering aid (I) may be Y, La, Dy, Er, Ce, Sm, Nd, Gd, Pr, Ho and Yb, preferably Y and La. Rare earth compounds can be carbonates, nitrates, hydrides and oxalates of the rare earth elements. Of course, a combination of a rare earth oxide and a rare earth compound may be used as the sintering aid (I). The sintering aid (I) is incorporated so that an equivalent amount of its rare earth oxide is in the range of 0.5 to 10% by weight based on the AlN sintered body.

소결 보조제(II)는 알칼리토 산화물 및 알칼리토 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물이다.The sintering aid (II) is at least one compound selected from the group consisting of alkaline earth oxides and alkaline earth compounds.

알칼리토 화합물은 소결에 의해 상응하는 알칼리토 산화물로 전환된다. 소결 보조제(II)에서 알칼리토 원소는 Mg, Ca, Sr 및 Ba, 바람직하게는 Ca일 수 있다. 알칼리토 화합물은 알칼리토 원소의 탄산염, 질산염,수소화물 및 옥살레이트일 수 있다.Alkaline earth compounds are converted to the corresponding alkaline earth oxides by sintering. The alkaline earth elements in the sintering aid (II) may be Mg, Ca, Sr and Ba, preferably Ca. Alkaline earth compounds may be carbonates, nitrates, hydrides and oxalates of alkaline earth elements.

물론, 소결 보조제(II)로서 알칼리토 산화물과 알칼리토 화합물의 배합물이 사용될 수도 있다. 소결 보조제(II)는 등량의 이의 알칼리토 산화물이 AlN 소결체에 대하여 0.1 내지 5중량% 의 범위가 되도록 혼입된다.Of course, a combination of alkaline earth oxides and alkaline earth compounds may be used as the sintering aid (II). The sintering aid (II) is incorporated so that an equivalent amount of its alkaline earth oxide is in the range of 0.1 to 5% by weight based on the AlN sintered body.

소결 보조제(III)은 LaB₆, NbC 및 WB, 바람직하게는 LaB₆으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물이다. 소결 보조제(III)은 AlN 산제의 저온 소결을 증진시킬 수 있으며 또한 AlN 소결체의 열전도율을 향상시킬 수 있다. LaB₆의 최적 첨가량은 AlN 소결체의 0.05 내지 3중량% 이다. LaB₆의 첨가량이 당해 범위내에서 증가됨에 따라, AlN 소결체의 열 전도율도 현저하게 향상된다. 그러나, LaB₆첨가량이 3중량% 를 초과할 경우 소결은 억제된다. 한편, NbC 또는 WB의 최적 첨가량은 AlN 소결체의 0.05 내지 5중량%이다. 유사하게, WB 또는 NbC의 첨가량이 당해 범위내에서 증가함에 따라, AlN 소결체의 열 전도율도 향상된다. 그러나, NbC 또는 WB의 첨가량이 5중량%를 초과할 경우 소결은 억제된다. 또한, 소결 보조제(III)의 첨가량은 AlN 산제의 비표면적과 산소함량에 밀접하게 관련되어 있다. 비표면적이 비교적 낮고 산소함량이 낮은 AlN 산제를 사용하는 경우, AlN 산제를 소결하여 열 전도율이 높은 AlN 소결체를 수득할 수 있는데, 이는 상응하는 범위내의 소결 보조제(III)의 낮은 첨가량이 AlN 산제의 소결을 증진시키기에 충분한 것으로 예기된다. 이와는 대조적으로, 비표면적이 비교적 높고 산소함량이 높은 AlN 산제를 사용하는 또 다른 경우, AlN 소결체의 열 전도율을 증진시키기 위해 상응하는 범위내의 높은 첨가량의 소결보조제(III)를 요구한다. 또한 AlN 산제에 균일하게 혼입시키기 위해 소결 보조제(III)의 각각의 화합물의 순도가 99.9% 이상이고 평균 입자 크기가 10㎛ 미만인 것이 바람직하다.The sintering aid (III) is at least one compound selected from the group consisting of LaB ₆ , NbC and WB, preferably LaB ₆ . The sintering aid (III) can enhance low temperature sintering of the AlN powder and can also improve the thermal conductivity of the AlN sintered body. The optimum amount of LaB ₆ added is 0.05 to 3% by weight of the AlN sintered body. As the amount of LaB ₆ added increases within this range, the thermal conductivity of the AlN sintered body is also remarkably improved. However, if the sintering LaB _6, the added amount is more than 3% by weight is suppressed. In addition, the optimal addition amount of NbC or WB is 0.05 to 5 weight% of an AlN sintered compact. Similarly, as the addition amount of WB or NbC increases within this range, the thermal conductivity of the AlN sintered body is also improved. However, sintering is suppressed when the amount of NbC or WB added exceeds 5% by weight. In addition, the addition amount of the sintering aid (III) is closely related to the specific surface area and oxygen content of the AlN powder. When AlN powders having a relatively low specific surface area and low oxygen content are used, AlN powders can be sintered to obtain AlN sintered bodies having high thermal conductivity, which means that a low amount of sintering aid (III) in the corresponding range is added to the AlN powders. It is anticipated to be sufficient to enhance sintering. In contrast, in another case of using AlN powder having a relatively high specific surface area and high oxygen content, a high amount of sintering aid (III) in the corresponding range is required in order to enhance the thermal conductivity of the AlN sintered body. It is also preferred that the purity of each compound of the sintering aid (III) is at least 99.9% and the average particle size is less than 10 μm for uniform incorporation into the AlN powder.

AlN 산제와 소결 보조제(I) 내지 (III)의 혼합물을 목적한 형상으로 밀착시킨 다음, 비산화 대기에서 약1650℃ 이하의 소결 온도에서 약 2 내지 10시간 동안 소결시킨다. 소결 보조제(III)으로서 LaB₆을 사용하는경우, 소결 온도가 1500 내지 1640℃, 보다 바람직하게는 1500 내지 1625℃인 것이 바람직하다. 한편, 소결보조제(III)으로서 WB 또는 NbC를 사용하는 경우, 소결 온도가 1550 내지 1650℃인 것이 바람직하다.The mixture of AlN powder and sintering aids (I) to (III) is brought into close contact with the desired shape and then sintered for about 2 to 10 hours at a sintering temperature of about 1650 ° C. or less in a non-oxidizing atmosphere. In the case of using LaB ₆ as the sintering aid (III), the sintering temperature is preferably 1500 to 1640 ° C, more preferably 1500 to 1625 ° C. On the other hand, when using WB or NbC as sintering aid (III), it is preferable that sintering temperature is 1550-1650 degreeC.

따라서, 소결 온도가 약 1625℃ 이하인 경우, 본 발명의 AlN 소결체를 제조하는 방법은 전술한 비용의 이점을 제공한다.Thus, when the sintering temperature is about 1625 ° C. or less, the method for producing the AlN sintered body of the present invention provides the above-described cost advantage.

비산화 대기는 불활성 대기(예:N₂및 Ar 등), 환원 대기(예:H₂등) 및 이들 혼합물의 기체 대기일 수 있다. 비산화 대기에서 소결하는 동안, 소결 보조제(I) 내지 (III)은 AlN 산제의 표면에서 산화 알루미늄층과 반응하여 비교적 융점이 낮은 산화 착물을 생성한다.산화 착물이 AlN 소결체의 입자 경계로부터 산소원자를 제거시킬 수 있는데 이는 AlN 소결체의 열 전도율을 현저하게 향상시키기 때문인 것으로 간주된다. 그러나, 산화 착물은 분석하기 어렵기 때문에 이제까지 확인되지 않았다. 본 발명의 전술한 방법에 따라, 열 전도율 높은(예:120W/mㆍk 이상) AlN 소결체를 수득할 수 있다.The non-oxidizing atmosphere can be an inert atmosphere (eg N ₂ and Ar, etc.), a reducing atmosphere (eg H _2, etc.) and a gas atmosphere of these mixtures. During sintering in a non-oxidizing atmosphere, the sintering aids (I) to (III) react with the aluminum oxide layer on the surface of the AlN powder to produce an oxide complex having a relatively low melting point. Is considered to be due to significantly improving the thermal conductivity of the AlN sintered body. However, oxidation complexes have never been identified because they are difficult to analyze. According to the above-described method of the present invention, an AlN sintered body having a high thermal conductivity (eg, 120 W / m · k or more) can be obtained.

(실시예 1)(Example 1)

실시예 1의 AlN 소결체를 하기의 방법에 따라 제조한다. 즉, 산소를 1.25중량% 함유하고 비표면적이 5.0㎡/g인 AlN 산제, 소결 보조제 및 용매로서 이소프로필-알콜을 볼 밀을 사용하여 혼합하여 산제 혼합물을 수득한다. 소결 보조제는 소결 보조제(I)로서 Y₂O₃, 소결 보조제(II)로서 CaCO₃와 소결 보조제(III)으로서 LaB₆으로 이루어져 있다. Y₂O₃, CaCO₃와 LaB₆각각의 첨가량은 2.0중량%, 0.89중량%와 0.1중량% 이다.The AlN sintered body of Example 1 was manufactured by the following method. That is, an AlN powder containing 1.25% by weight of oxygen and a specific surface area of 5.0 m 2 / g, an isopropyl-alcohol as a sintering aid and a solvent are mixed using a ball mill to obtain a powder mixture. The sintering aid consists of Y ₂ O ₃ as the sintering aid (I), CaCO ₃ as the sintering aid (II) and LaB ₆ as the sintering aid (III). The amounts of Y ₂ O ₃ , CaCO ₃ and LaB ₆ added were 2.0 wt%, 0.89 wt% and 0.1 wt%, respectively.

CaCO₃의 등량의 CaO는 0.5중량%이다. 산제 혼합물을 1.5ton/cm²의 가압하에 고무 압착기를 사용하여 직경이 20mm이고 높이가 10mm인 디스크로 밀착시킨다. 디스크를 질화 붕소 세터에 고정시킨 다음 4시간동안 1600℃의 소결 온도에서 N₂기체를 포함하는 비산화 대기에서 소결시켜 실시예 1의 AlN 소결체를 수득한다.An equivalent amount of CaO ₃ is 0.5% by weight. The powder mixture is adhered to a 20 mm diameter and 10 mm high disk using a rubber press under pressure of 1.5 ton / cm ² . The disk was fixed to a boron nitride setter and then sintered in a non-oxidizing atmosphere containing N ₂ gas at a sintering temperature of 1600 ° C. for 4 hours to obtain an AlN sintered body of Example 1.

실시예 2 내지 25와 비교 실시예 1 내지 20의 AlN 소결체는 표(1)에 나타낸 제조 조건을 제외하고는 실시예 1의 방법과 사실상 동일한 방법에 따라 제조된다.The AlN sintered bodies of Examples 2 to 25 and Comparative Examples 1 to 20 were manufactured according to the substantially same method as in Example 1 except for the production conditions shown in Table (1).

실시예 1 내지 25와 비교실시예 1 내지 20에 있어서, 각각의 AlN 소결체를 직경이 10mm이고 두께가 3mm인 AlN 소결 디스크로 연마시킨 다음 각각의 AlN 소결 디스크의 상대 밀도와 열 전도율을 측정한다. 열 전도율을 측정하기 위해 레이저 플러시 방법을 사용한다. 측정 결과를 표(1)를 나타내었다.In Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 to 20, each AlN sintered body was ground with an AlN sintered disk having a diameter of 10 mm and a thickness of 3 mm, and then the relative density and thermal conductivity of each AlN sintered disk were measured. The laser flush method is used to measure thermal conductivity. Table (1) shows the measurement results.

예를 들면, 비표면적이 7.5㎡/g이고 산소함량이 1.6중량%인 AlN 산제와 CaCO₃0.89중량% , Y₂O₃2중량% 및 LaB₆0.5중량%로 이루어진 소결 보조제를 포함하는 산제 혼합물을 1600℃의 소결 온도에서 상대밀도가 99.5%가 되게 소결시킴으로써 열 전도율이 높은(예:135W/mㆍk) 실시예 23의 소결체를 제공하는것을 제1도와 제2도에 나타내었다. 한편, 비표면적이 10㎡/g이고 산소함량이 2.20중량% 인 AlN 산제와 동일량의 소결 보조제를 포함하는 산제 혼합물을 1600℃에서 소결하여 수득한 비교 실시예 18의 소결체에서, 이의 상대 밀도가 99.5%임에도 불구하고 이의 열 전도율은 충분하지 못하다. 즉, 약 100W/mㆍk이다.이러한 결과는 최적량의 소결 보조제를 AlN 산제와 혼합시키는 경우, 비표면적이 약 3.5 내지 8㎡/g이고 산소함량이 0.5 내지 1.8중량%인 AlN 산제의 사용이 열 전도율이 높은 AlN 소결체를 수득하는데 매우 중요하다는 것을 가리킨다.For example, a powder mixture comprising an AlN powder having a specific surface area of 7.5 m 2 / g and an oxygen content of 1.6 wt%, and a sintering aid composed of 0.89 wt% CaCO ₃ , 2 wt% Y ₂ O ₃ and 0.5 wt% LaB _6. It is shown in FIG. 1 and FIG. 2 that the sintered compact of Example 23 having a high thermal conductivity (for example, 135 W / m · k) was obtained by sintering at a sintering temperature of 1600 ° C. to 99.5%. On the other hand, in the sintered compact of Comparative Example 18 obtained by sintering a powder mixture including an AlN powder having a specific surface area of 10 m 2 / g and an oxygen content of 2.20 wt% and the same amount of sintering aid at 1600 ° C., the relative density thereof was Although 99.5%, its thermal conductivity is not sufficient. That is, about 100 W / m · k. This result shows that when an optimum amount of sintering aid is mixed with AlN powder, the use of AlN powder with a specific surface area of about 3.5 to 8 m 2 / g and an oxygen content of 0.5 to 1.8% by weight. It indicates that this thermal conductivity is very important for obtaining a high AlN sintered body.

실시예 19와 비교 실시예 11에 있어서, 소결체 모두는 1650℃의 소결 온도에서 제조되며, 또한 실시예 19의 소결 보조제의 총량은 비교 실시예 11의 소결 보조제의 총량과 거의 동일하다.In Example 19 and Comparative Example 11, both of the sintered bodies were produced at a sintering temperature of 1650 ° C., and the total amount of the sintering aids of Example 19 was almost equal to the total amount of the sintering aids of Comparative Example 11.

그러나, 실시예 19의 열 전도율은 비교 실시예 11의 열 전도율보다 훨씬 높다. 이러한 결과는 소결 보조제로 LaB₆의 사용이 AlN 소결체의 열 전도율을 향상시키는데 효과적이라는 것을 제시한다.However, the thermal conductivity of Example 19 is much higher than that of Comparative Example 11. These results suggest that the use of LaB ₆ as a sintering aid is effective in improving the thermal conductivity of AlN sintered bodies.

또한, 표(1)의 결과는 비표면적이 3.5 내지 8㎡/g이고 산소함량이 0.5 내지 1.8중량% 인 본 발명의 AlN산제와 소결 보조제의 최적 첨가량을 포함하는 산제 혼합물을 1600 내지 1650℃의 소결 온도에서 상대 밀도가 98% 이상이 되게 소결시킴으로써 열 전도율이 높은(예:12OW/mㆍk 이상) 소결체가 제공됨을 가리킨다.In addition, the results of Table (1) show that the powder mixture containing the optimum addition amount of the AlN acid and the sintering aid of the present invention having a specific surface area of 3.5 to 8 m 2 / g and an oxygen content of 0.5 to 1.8% by weight was produced at 1600 to 1650 ° C. By sintering so that the relative density is 98% or more at the sintering temperature, it indicates that a sintered compact having a high thermal conductivity (for example, 12 OW / m · k or more) is provided.

그런데, 약 1625℃하의 소결 온도의 경우 값비싼 BN 세터 대신에 값싼 산화 알루미늄 세터를 사용할수 있으므로, 본 발명의 AlN 소결체를 제조하는 방법은 비용의 이점이 상당하다.By the way, in the case of the sintering temperature of about 1625 ° C., a cheap aluminum oxide setter can be used instead of the expensive BN setter, so the method of producing the AlN sintered body of the present invention has a significant cost advantage.

[표 1]TABLE 1

실시예 1내지 25와 비교실시예 1내지 20의 질화알루미늄 소결체의 제조조건과 특성Preparation Conditions and Characteristics of the Aluminum Nitride Sintered Body of Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 to 20

(CaO)^*: CaCO₃의 등량의 CaO, # : Y₂O₃2중량%와 L_a2O₃1중량%(CaO) ^* : CaO ₃ equivalent amount of CaO, #: 2% by weight of Y ₂ O ₃ and 1% by weight of L _a2 O ₃

(실시예 26)(Example 26)

실시예 26의 AlN 소결체를 하기의 방법에 따라 제조한다. 산소를 1.29중량% 함유하고 비표면적이 5.3㎡/g인 AlN 산제, 소결 보조제와 용매로서 이소프로필-알콜을 불 빌을 사용하여 혼합하여 산제 혼합물을 수득한다. 소결 보조제는 소결 보조제(I)로서 Y₂O₃, 소결 보조제(II)로서 CaCO₃와 소결 보조제(III)으로서 NbC로 이루어져 있다. Y₂O₃, CaCO₃와 NbC 각각의 첨가량은 2.0중량%, 1.79중량%와 0.5중량 %이다.The AlN sintered body of Example 26 was manufactured by the following method. An AlN powder containing 1.29% by weight of oxygen and a specific surface area of 5.3 m 2 / g, a sintering aid and isopropyl-alcohol as a solvent were mixed using a bulbil to obtain a powder mixture. The sintering aid consists of Y ₂ O ₃ as the sintering aid (I), CaCO ₃ as the sintering aid (II) and NbC as the sintering aid (III). The amounts of Y ₂ O ₃ , CaCO ₃ and NbC added were 2.0 wt%, 1.79 wt% and 0.5 wt%, respectively.

CaCO₃의 등량의 CaO는 1.0중량%이다. 산제 혼합물을 1.5ton/㎠ 의 가압하에 고무 압착기를 사용하여 직경이 20mm이고 높이가 10mm인 디스크로 밀착시킨다. 디스크를 질화 붕소 세터에 고정시킨 다음, 6시간동안 1600℃의 소결 온도에서 N₂기체를 포함하는 비산화 대기에서 소결시켜 실시예 26의 AlN 소결체를 수득한다.An equal amount of CaO ₃ in CaCO ₃ is 1.0% by weight. The powder mixture is adhered to a disk 20 mm in diameter and 10 mm high using a rubber press under a pressure of 1.5 ton / cm 2. The disk was fixed to a boron nitride setter and then sintered for 6 hours in a non-oxidizing atmosphere containing N ₂ gas at a sintering temperature of 1600 ° C. to obtain the AlN sintered body of Example 26.

실시예 27 내지 30과 비교 실시예 21 내지 30의 AlN 소결체는 표(2)에 나타낸 제조 조건을 제외하고는 실시예 26의 방법과 사실상 동일한 방법에 따라 제조된다.The AlN sintered bodies of Examples 27 to 30 and Comparative Examples 21 to 30 were produced according to substantially the same method as in Example 26 except for the production conditions shown in Table (2).

실시예 26 내지 30과 비교 실시예 21 내지 30에서, AlN 소결체 각각을 직경이 10mm이고 두께가 3mm인 AlN 소결 디스크로 연마시킨 다음, AlN 소결 디스크 각각의 상대 밀도와 열 전도율을 측정한다. 열 전도율을 측정하기 위해 레이지 플러시 방법을 사용한다. 측정 결과를 표(2)에 나타내었다.In Examples 26 to 30 and Comparative Examples 21 to 30, each of the AlN sintered bodies was ground with an AlN sintered disk having a diameter of 10 mm and a thickness of 3 mm, and then the relative density and thermal conductivity of each of the AlN sintered disks were measured. The lazy flush method is used to measure thermal conductivity. The measurement results are shown in Table (2).

표(2)의 결과는 비표면적이 3.5 내지 8㎡/g이고 산소함량이 0.5 내지 1.8중량%인 본 발명의 AlN 산제와 소결 보조제의 최적 첨가량을 포함하는 산제 혼합물을 약 1600℃에서 상대 밀도가 98%를 초과하도록 치밀하게 소결시킴으로써 열 전도율이 높은(예:120W/mㆍk 이상) 소결체가 제공됨을 나타낸다.The results in Table (2) show that the powder mixture containing the optimum addition amount of AlN powder and sintering aid of the present invention having a specific surface area of 3.5 to 8 m 2 / g and an oxygen content of 0.5 to 1.8% by weight was measured at a relative density of about 1600 ° C. The compact sintering exceeding 98% indicates that a sintered body having a high thermal conductivity (for example, 120 W / m · k or more) is provided.

(실시예 31)(Example 31)

실시예 31의 AlN 소결체는 하기의 방법에 따라 제조된다. 즉, 산소를 1.29중량% 함유하고 비표면적이 5.3㎡/g인 AlN 산제, 소결 보조제와 이소프로필-알콜을 볼 밀을 사용하여 혼합하여 산제 혼합물을 수득한다. 소결 보조제는 소결 보조제(I)로서 Y₂O₃, 소결 보조제(II)로서 CaCO₃와 소결 보조제(III)으로서 WB로 이루어져 있다. Y₂O₃, CaCO₃와 WB 각각의 첨가량은 2.0중량% , 1.79중량%와 0.5중량%이다.The AlN sintered body of Example 31 was manufactured by the following method. That is, AlN powder, sintering aid, and isopropyl-alcohol containing 1.29% by weight of oxygen and having a specific surface area of 5.3 m 2 / g are mixed using a ball mill to obtain a powder mixture. The sintering aid consists of Y ₂ O ₃ as the sintering aid (I), CaCO ₃ as the sintering aid (II) and WB as the sintering aid (III). The amounts of Y ₂ O ₃ , CaCO ₃ and WB added were 2.0 wt%, 1.79 wt% and 0.5 wt%.

CaCO₃의 등량의 CaO는 1.0중량%이다. 산제 혼합물을 1.5ton/㎠ 가압하에 고무 압착기를 사용하여 직경이 20mm이고 높이가 10mm인 디스크로 밀착시킨다. 디스크를 질화 붕소 세터에 고정시킨 다음, 6시간동안 1600℃의 소결 온도에서 N₂기체를 포함하는 비산화 대기에서 소결하여 실시예 31의 AlN 소결체를 수득한다.An equal amount of CaO ₃ in CaCO ₃ is 1.0% by weight. The powder mixture is adhered to a disk of 20 mm diameter and 10 mm high using a rubber press under 1.5 ton / cm 2 pressure. The disk was fixed to a boron nitride setter and then sintered in a non-oxidizing atmosphere containing N ₂ gas at a sintering temperature of 1600 ° C. for 6 hours to obtain an AlN sintered body of Example 31.

실시예 32 내지 35와 비교 실시예 31 내지 40의 AlN 소결체는 표(3)에 나타낸 제조 조건을 제외하고는 실시예 31의 방법과 사실상 동일한 방법에 따라 제조된다.The AlN sintered bodies of Examples 32 to 35 and Comparative Examples 31 to 40 were manufactured according to substantially the same method as in Example 31 except for the production conditions shown in Table (3).

실시예 31 내지 35와 비교 실시예 31 내지 40에서 AlN 소결체 각각을 직경이 10mm이고 두께가 3mm인 AlN 소결 디스크로 연마한 다음, AlN 소결 디스크 각각의 상대 밀도와 열 전도율을 측정한다. 열 전도율을 측정하기 위해 레이저 플러시 방법을 사용한다. 측정 결과를 표(3)에 나타내었다.In Examples 31 to 35 and Comparative Examples 31 to 40, each of the AlN sintered bodies was polished with an AlN sintered disk having a diameter of 10 mm and a thickness of 3 mm, and then the relative density and thermal conductivity of each of the AlN sintered disks were measured. The laser flush method is used to measure thermal conductivity. The measurement results are shown in Table (3).

표(3)의 결과는 비표면적이 3.5 내지 8㎡/g이고 산소함량이 0.5 내지 1.8중량%인 본 발명의 AlN 산제와 소결 보조제의 최적 첨가량을 포함하는 산제 혼합물을 약 1600℃에서 상대 밀도가 98%를 초과하도록 치밀하게 소결시킴으로써 열 전도율이 높은(예:120W/mㆍk 이상) 소결체가 제공됨을 가리킨다.The results in Table (3) show that the powder mixture containing the optimum addition amount of AlN powder and sintering aid of the present invention having a specific surface area of 3.5 to 8 m 2 / g and an oxygen content of 0.5 to 1.8% by weight was measured at a relative density of about 1600 ° C. By densely sintering to exceed 98%, it is indicated that a sintered compact having a high thermal conductivity (for example, 120 W / m · k or more) is provided.

[표 2]TABLE 2

실시예 27 내지 30과 비교실시예 21 내지 30의알루미늄 소결체의 제조조건과 특성Preparation conditions and characteristics of the aluminum sintered body of Examples 27 to 30 and Comparative Examples 21 to 30

(CaO)^*: CaCO₃의 등량의 CaO(CaO) ^* : CaO equivalent of CaCO ₃

[표 3]TABLE 3

실시예 31 내지 36과 비교실시예 31내지 40의 알루미늄 소결체의 제조조건과 특성Preparation Conditions and Properties of Aluminum Sintered Body of Examples 31 to 36 and Comparative Examples 31 to 40

(CaO)^*: CaCO₃의 등량의 CaO(CaO) ^* : CaO equivalent of CaCO ₃

Claims (3)

비표면적이 약 3.5 내지 8㎡/g이고 산소량이 0.5 내지 1.8중량%인 질화 알루미늄(AlN) 산제에 회토류 산화물 및 소결에 의해 상응하는 회토류 산화물로 전환되는 회토류 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 소결 보조제(I)[여기서, 소결 보조제(I)은 등량의 이의 회토류 산화물이 AlN 소결체에 대하여 0.5 내지 10중량%의 범위가 되도록 혼입된다]; 알칼리토 산화물 및 소결에 의해 상응하는 알칼리토 산화물로 전환되는 알칼리토 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 소결 보조제(II)[여기서, 소결 보조제(II)는 등량의 알칼리토 산화물이 AlN 소결체에 대하여 0.1 내지 5중량%의 범위가 되도록 혼입된다.] 및 LaB₆, NbC 및 WB로 이루어진 그룹으로부더 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 소결 보조제(III)[여기서, LaB₆의 첨가량은 AlN 소결체의 0.05 내지 3중량% 이고, WB와 NbC 각각의 첨가량은 AlN소결체의 0.05 내지 5중량%의 범위이다]을 포함하는 소결보조제를 가하고; 생성된 혼합합물을 밀착시킨 다음; 밀착된 혼합물을 소결 온도에서 비산화 대기에서 소결시킴을 특징으로 하는, 질화 알루미늄(AlN) 소결체의 제조 방법.One selected from the group consisting of a rare earth oxide in an aluminum nitride (AlN) powder having a specific surface area of about 3.5 to 8 m 2 / g and an oxygen content of 0.5 to 1.8 wt%, and converted to a corresponding rare earth oxide by sintering Sintering aid (I) comprising the above compound, wherein the sintering aid (I) is incorporated such that an equivalent amount of its rare earth oxide is in the range of 0.5 to 10% by weight relative to the AlN sintered body; Sintering aid (II) comprising at least one compound selected from the group consisting of alkaline earth oxides and alkaline earth compounds which are converted to the corresponding alkaline earth oxides by sintering, wherein the sintering aid (II) comprises And sintering aid (III) comprising at least one compound selected from the group consisting of LaB ₆ , NbC and WB, wherein the amount of LaB ₆ added is AlN sintered body. Of 0.05 to 3% by weight of WB and NbC, respectively, in the range of 0.05 to 5% by weight of the AlN sintered body; The resulting mixture is brought into close contact; A method for producing an aluminum nitride (AlN) sintered body, characterized in that the intimate mixture is sintered in a non-oxidizing atmosphere at a sintering temperature. 제1항에 있어서, 소결 온도가 약1650℃ 이하인 방법.The method of claim 1 wherein the sintering temperature is about 1650 ° C. or less. 제1항에 있어서, AlN 산제의 비표면적이 4.5 내지 7.0㎡/g의 범위인 방법.The method of claim 1, wherein the specific surface area of the AlN powder is in the range of 4.5 to 7.0 m 2 / g.