A1Nゥィスカー/A1N複合セラミックスの作製と微構造，熱伝導性

摘要

窒化アルミニウム（A1N)セラミックスは高い熱伝導性，優れた電気絶縁性と良好な機械的強度を有している。これらの特性を生かし，AlNセラミックスは鉄道用•自動車の制御用半導体や高輝度LED照明などのパヮーデバイス用の放熱基板として利用されており，現代のIT·ェレクトロ ニクス社会を支える材料の一つといえる。AlNは難焼結性物質であり，酸化ィットリウム(Y_2O_3)や酸化カルシウム（CaO)などの焼結助剤を数mass%添加し，常圧焼結による緻密化が行われている。これらの焼結助剤は，焼結中にAlN原料粉末の表面にある自然酸化層（A1_2O_3)と反応することで低融点の液相を生成して緻密化を促進させるとともに，AlN粒内の固溶酸素を除去することで粒内の熱伝導性を向上させる いわゆる「トラップ効果」をもつ。Y_2O_3は焼結助剤として最もよく利用されており，1800℃で数時間の焼結で緻密なA1Nセラミックスが得られる。また，Y_2O_3-Ca0 系などの複合系の焼結助剤を利用することで焼結温度は1700℃程度まで低下させることが可能となっている。 著者らは，Y_2O_3-CaO-B系の低温焼結助剤を駆使して焼結温度を1650℃までドげることに成功している。さら に，この低温焼结助剂と加压焼結の一種である放電ブラ ズマ焼結(SPS)を併川することで，焼結温度1550℃， 加压力50 MPaで10分，焼結温度1450℃,加压力100 MPaでは20分の焼結でほぼ完全な緻密化を達成してい る。%In this study, we fabricated Aluminum Nitride (A1N) ceramics containing A1N whiskers grown by direct nitridation of Al-Si binary melt. We evaluated their microstructures and thermal conductivities. The samples containing 4 vol% of the AlN whiskers were fully densified at 1650℃ for 10 min using spark plasma sintering (SPS) and Y_2O_3-CaO-B sintering additives. The microstructures were almost isotropic. This means the whiskers do not work as a seed crystal for the formation of the columnar microstructures, but a sintering additive for promoting the densification at the initial stage of sintering. Si impurity contained in the whiskers is suggested to work as a part of the sintering additives. The thermal conductivity of the sample containing whiskers was around 80 W • m~(-1)• K~(-1), which is comparable to that of the sample not containing whiskers.