CN110072826A - 透明AlN烧结体及其制法 - Google Patents

Abstract

透明AlN烧结体的制法的第一工序中，首先，在包含板面为c面、纵横尺寸比为3以上的板状AlN粉末的AlN原料粉末中混合烧结助剂，得到混合物，将该混合物成型，制作成型体。此时，以板状AlN粉末的板面沿着成型体的表面的方式将混合物成型。第二工序中，对成型体的表面进行加压，同时，在非氧化气氛下，对成型体进行热压烧成，得到取向AlN烧结体。第三工序中，在非氧化气氛下，对取向AlN烧结体进行常压烧成，除去源自于烧结助剂的成分，由此，得到透明AlN烧结体。

Description

透明AlN烧结体及其制法

技术领域

本发明涉及透明AlN烧结体及其制法。

背景技术

作为透明材料，已知有透明树脂、玻璃、石英、透明YAG烧结体、透明ALON烧结体、透明尖晶石烧结体等。但是，这些透明材料的热传导率均为30W/mK以下的程度，透明且具有高热传导率的材料尚未知。另一方面，AlN具有高热传导率，因此，被用于放热基板等，但是，通常的烧结体不透明。对于AlN烧结体，作为不透明的主要原因，可以举出：(1)存在气孔、异相、固溶杂质等；(2)由于AlN的结晶结构为纤锌矿型结构，所以在光学上具有结晶各向异性，结晶方位随机的烧结体中，在晶界因双折射而发生散射；等。

近年来，正在开发具有透光性的AlN烧结体。例如，专利文献1中，通过对金属杂质量、氧浓度以及密度进行控制，得到全光线透过率为约70％、波长600nm处的直线透过率为13.5％的AlN烧结体。另外，非专利文献1中，通过在旋转磁场中进行成型、烧结来制作取向AlN烧结体。对于该取向AlN烧结体，利用Lotgering得到的c轴取向性为0.7左右，波长600nm处的全光线透过率为60％左右。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5366811号公报

非专利文献

非专利文献1：第29次秋季研讨会草稿集、日本陶瓷协会发行、2016年、讲演编号3B17

发明内容

但是，专利文献1及非专利文献1的AlN烧结体只不过具有某一程度的透光性。因此，希望开发出更透明的AlN烧结体。

本发明是为了解决上述课题而实施的，其主要目的在于，提供一种与以往相比更透明的AlN烧结体。

本发明的透明AlN烧结体的制法包括：

第一工序，该工序中，在包含板面为c面的板状AlN粉末的AlN原料粉末中混合烧结助剂，得到混合物，将该混合物成型，制作成型体，且该工序中，以所述板状AlN粉末的板面沿着所述成型体的表面的方式将所述混合物成型；

第二工序，该工序中，对所述成型体的表面进行加压，同时，在非氧化气氛下，对所述成型体进行热压烧成，得到取向AlN烧结体；以及

第三工序，该工序中，在非氧化气氛下，对所述取向AlN烧结体进行常压烧成，除去源自于所述烧结助剂的成分，由此，得到透明AlN烧结体。

该透明AlN烧结体的制法中，以板状AlN粉末的板面(c面)沿着成型体的表面的方式将成型体成型。该成型体中包含烧结助剂。在对该成型体进行热压烧成时，对成型体的表面进行加压、即从与成型体的表面大致垂直的方向对成型体进行加压，同时，在非氧化气氛下对成型体进行热压烧成。由此，通过烧结助剂来促进包含板状AlN粉末的AlN原料粉末的烧结。另外，由于板状AlN粉末的板面(c面)沿着成型体的表面排列，所以将板状AlN粉末作为模板而进行烧结。结果得到c面取向度高的取向AlN烧结体。但是，该取向AlN烧结体由于在AlN烧结粒子彼此之间存在源自于烧结助剂的成分，所以透明度较低。因此，在非氧化气氛下，对该取向AlN烧结体进行常压烧成，从而除去源自于烧结助剂的成分。由此得到的AlN烧结体与以往相比更透明。

本发明的透明AlN烧结体是多晶结构的透明AlN烧结体，其利用Lotgering法得到的c面取向度为70％以上，波长450nm处的直线透过率为48％以上。

该透明AlN烧结体由于c面取向度高，所以耐等离子性、压电特性优异。另外，由于直线透过率高，所以与以往相比更透明。此外，依然维持着高热传导率、高折射率、高结晶性这些AlN固有的特性。可以优选通过上述的透明AlN烧结体的制法来制造这样的透明AlN烧结体。

附图说明

图1是表示利用TGG法制造AlN烧结体的工序之一例的说明图。

图2是表示板状AlN粉末的单一粒子的图像的照片。

图3是表示板状AlN粉末的凝聚粒子的图像的照片。

图4是表示在板状AlN粉末的单一粒子附着有微细粒子而得到的粒子的图像的照片。

图5是一次烧成后的AlN烧结体截面的背散射电子图像的照片。

图6是二次烧成后的AlN烧结体截面的背散射电子图像的照片。

具体实施方式

以下，对本发明的优选实施方式进行说明。

本实施方式的透明AlN烧结体的制法包括：

第一工序，该工序中，在包含板面为c面的板状AlN粉末的AlN原料粉末中混合烧结助剂，得到混合物，将该混合物成型，制作成型体，且该工序中，以所述板状AlN粉末的板面沿着所述成型体的表面的方式将所述混合物成型；

第二工序，该工序中，对所述成型体的表面进行加压，同时，在非氧化气氛下，对所述成型体进行热压烧成，得到取向AlN烧结体；以及

第三工序，该工序中，在非氧化气氛下，对所述取向AlN烧结体进行常压烧成，除去源自于所述烧结助剂的成分，由此，得到透明AlN烧结体。

板状AlN粉末是板面为c面的AlN粉末。板状AlN粉末的纵横尺寸比优选为3以上。纵横尺寸比是平均粒径/平均厚度。此处，平均粒径为板面的长轴方向上的平均值，平均厚度为粒子的短轴长度的平均值。通过使用包含纵横尺寸比为3以上的板状AlN粉末的AlN原料粉末，使得最终得到的AlN烧结体的c面取向度升高。纵横尺寸比优选为5以上。从高取向化的观点考虑，板状AlN粉末的平均粒径优选较大，优选为2μm以上，优选为5μm以上，更优选为7μm以上。但是，从致密化的观点考虑，板状AlN粉末的平均粒径优选较小，优选为20μm以下，更优选为10μm以下。因此，为了同时具备高取向和致密化，平均粒径优选为2～20μm。从板状AlN粉末的制作容易度的观点考虑，平均厚度优选为0.05μm以上，优选为0.07μm以上，更优选为0.1μm以上，更优选为0.3μm以上，更优选为0.5μm以上，进一步优选为0.8μm以上。另一方面，从板状AlN粉末的取向容易度的观点考虑，平均厚度优选为1.8μm以下，更优选为1.5μm以下，更优选为1μm以下，进一步优选为0.5μm以下。如果板状AlN粉末的平均厚度过大，则在使用例如刮刀等来调整烧成前成型体的厚度时，有时在粒子侧面(与厚度方向平行的面)受到由刮刀施加给板状AlN粒子的剪切应力的比例增加，使得板状AlN粒子的取向紊乱。因此，为了同时具备板状AlN粉末的制作容易度和取向容易度，平均厚度优选为0.05～1.8μm。构成板状AlN粉末的粒子优选分离为单一粒子而没有凝聚。为了使构成板状AlN粉末的粒子为单一粒子，采用分级处理、破碎处理以及淘析处理中的至少1种处理即可。作为分级处理，可以举出气流分级等。作为破碎处理，可以举出：罐式破碎、湿式微粒化方式等。淘析处理优选在混入有微粒粉时采用。构成板状AlN粉末的粒子是否为单一粒子可以基于利用湿流型粒径·形状分析装置(Sysmex公司制、型号FPIA－3000S)得到的图像来判断。板状AlN粉末优选使用高纯度的板状AlN粉末。板状AlN粉末的纯度优选为98质量％以上，更优选为99质量％以上。特别是，金属杂质浓度(Al以外的金属的浓度)为50质量ppm以下，且氧浓度为1质量％以下，特别优选为0.8质量％以下。不过，可以包含与烧结助剂相同成分的、或在烧成中挥发消失的杂质。

AlN原料粉末可以为板状AlN粉末自身，也可以为将板状AlN粉末和球状AlN粉末混合得到的混合AlN粉末。球状AlN粉末的平均粒径优选小于板状AlN粉末的平均粒径，优选为1.5μm以下。在将这样的混合AlN粉末用作AlN原料粉末的情况下，在烧成时，板状AlN粉末成为晶种(模板)，球状AlN粉末成为基质，模板一边取入基质一边进行同质外延生长。该制法被称为TGG(Templated Grain Growth)法。板状AlN粉末相对于球状AlN粉末的质量比例考虑板状AlN粉末的纵横尺寸比及平均粒径而适当设定即可。例如板状AlN粉末的平均粒径越大，越可以减小板状AlN粉末相对于球状AlN粉末的质量比例。

烧结助剂发挥出促进AlN烧结的作用。AlN与氧化铝等相比不易烧结，因此，优选加入像这样的烧结助剂来进行热压烧成。作为烧结助剂，优选挥发性烧结助剂。这是因为：具有挥发性的情况下，在热压烧成后的常压烧成时容易气化而除去。作为挥发性烧结助剂，优选使用Ca与Al的复合氧化物、或三氧化二钇等稀土氧化物。作为Ca与Al的复合氧化物，例如可以举出C2A、C3A、C4A等以适当比率包含CaO和Al₂O₃的复合氧化物。相对于板状AlN粉末、球状AlN粉末以及烧结助剂的总质量而言，优选使用1～10质量％的烧结助剂，更优选使用2～8质量％的烧结助剂。

第一工序中，在AlN原料粉末中混合烧结助剂，得到混合物，将该混合物成型，制作成型体，此时，以板状AlN粉末的板面沿着成型体的表面的方式将混合物成型。由此，板状AlN粉末的c轴容易在与成型体的表面正交的方向上排列，因此，AlN烧结体的c面取向度提高。作为此时的成型方法，没有特别限定，例如可以举出：流延成型、挤出成型、浇铸成型、注射成型、单轴压制成型等。另外，可以通过将多个利用这些成型方法得到的成型体层叠来制成层叠成型体。

第二工序中，对第一工序中得到的成型体的表面进行加压，同时，对该成型体进行热压烧成，得到取向AlN烧结体。可以在热压烧成之前进行脱脂。热压烧成的气氛优选为氮气氛、氩气氛、真空等非氧化气氛。热压烧成的压力(表压)优选为50kgf/cm²以上，优选为200kgf/cm²以上。热压烧成的温度(最高到达温度)优选为1800～1950℃，更优选为1880～1920℃。热压烧成的时间没有特别限定，例如在2～10小时的范围内适当设定即可。热压烧成的炉没有特别限定，可以使用石墨制的炉等。

第三工序中，对第二工序中得到的取向AlN烧结体进行常压烧成，除去源自于烧结助剂的成分，由此，得到透明AlN烧结体。对于第二工序中得到的取向AlN烧结体，虽然利用Lotgering法得到的c面取向度高，但是，在AlN烧结粒子彼此之间存在包含源自于烧结助剂的成分的晶界相，因此，直线透过率低。因此，第三工序中，通过除去在AlN烧结粒子彼此之间所存在的晶界相(源自于烧结助剂的成分)，使得取向AlN烧结体的直线透过率提高。常压烧成的气氛优选为氮气氛、氩气氛等非氧化气氛。常压烧成的温度(最高到达温度)优选为1750～1950℃，更优选为1800～1920℃。常压烧成的时间没有特别限定，例如在20～100小时的范围内适当设定即可。常压烧成的炉没有特别限定，可以使用AlN制的承烧钵等。

本实施方式的透明AlN烧结体是利用Lotgering法得到的c面取向度为70％以上、波长450nm处的直线透过率为48％以上的、多晶结构体。该透明AlN烧结体可以优选通过上述的透明AlN烧结体的制法来制造。该透明AlN烧结体的波长600nm处的直线透过率通常为波长450nm处的直线透过率以上。

本实施方式的透明AlN烧结体由于c面取向度高，所以耐等离子性、压电特性优异。因此，作为像半导体制造装置用部件等那样要求耐等离子性的部件、像高温用传感器等那样要求高压电特性的部件的材料有用。另外，由于直线透过率高，所以与以往相比更透明。此外，依然维持着高热传导率、高折射率、高结晶性这些AlN固有的特性。因此，作为透明的高热传导率部件、透明的高折射率部件、透明的高结晶性部件也有用。作为透明的高热传导率部件，可以举出：超高亮度LED用荧光体基板、固体激光器晶体用散热器、LED用透明安装基板等。如果用于超高亮度LED用荧光体基板，则能够抑制荧光体温度过高而导致发光效率下降。如果用于固体激光器晶体用散热器，则能够抑制激光器晶体温度过高而导致振动效率下降。如果用于LED用透明安装基板，则能够抑制LED温度过高而导致发光效率下降。作为透明的高折射率部件，可以举出紫外激光器用高折射率透镜等。如果用于上述透镜，则能够实现高光量化、短焦距化、高分辨率化。作为透明的高结晶性部件，可以举出紫外AlN－LED形成用基底基板等。如果用于上述基底基板，则能够实现功能层的高品质化·低缺陷化、高散热化。

本实施方式的透明AlN烧结体中，相对密度优选为99.1％以上，更优选为99.8％以上，进一步优选为100％。这是因为：相对密度越高，透明性越高，另外，耐等离子性越高。氧含量优选为600质量ppm以下。杂质金属含量优选为40质量ppm以下。这是因为：杂质金属含量越低，透明性越高。杂质金属是指：Al以及所添加的烧结助剂以外的、没有发生固溶而在晶界发生偏析的成分。c面取向度优选为95％以上，更优选为97％以上，进一步优选为100％。波长450nm处的直线透过率优选为60％以上，更优选为65％以上。

此处，将利用TGG法制造AlN烧结体的工序之一例示于图1。首先，准备板状AlN粉末10(参照图1(a))。板状AlN粉末10的板面10a为c面。接下来，将板状AlN粉末10、球状AlN粉末12以及烧结助剂14混合，得到混合AlN粉末，使用该混合AlN粉末制作成型体20(第一工序、参照图1(b))。此时，板状AlN粉末10的板面10a(c面)沿着成型体20的表面20a排列。接下来，从与表面20a大致垂直的方向对该成型体20进行加压，同时进行热压烧成(第二工序、参照图1(c))。由此，通过烧结助剂14来促进板状AlN粉末10、球状AlN粉末12的烧结。另外，由于板状AlN粉末10的板面10a(c面)沿着成型体20的表面20a排列，所以将板状AlN粉末10作为模板而进行烧结。结果得到c面取向度高的取向AlN烧结体30。取向AlN烧结体30中，在AlN烧结粒子32彼此之间存在包含源自于烧结助剂14的成分的晶界相34。然后，在非氧化气氛下，对取向AlN烧结体30进行常压烧成，除去源自于烧结助剂14的成分，由此，得到透明AlN烧结体40(第三工序、参照图1(d))。结果得到c面取向度和直线透过率均较高的透明AlN烧结体40。

实施例

表1

表2

表3

表4

[实验例1～35]

1.高取向AlN烧结体的制法

(1)板状AlN粉末的合成

分别称量板状氧化铝(kinsei matec(株)制)100g、炭黑(三菱化学(株))50g、的氧化铝球石1000g、IPA(Tokuyama(株)制、Tokuso IPA)350mL，放入塑料罐容器，以30rpm粉碎·混合240分钟。应予说明，作为板状氧化铝，使用平均粒径为2μm、5μm、7μm的板状氧化铝。平均粒径为2μm的板状氧化铝的平均厚度为0.08μm，纵横尺寸比为25。平均粒径为5μm的板状氧化铝的平均厚度为0.07μm，纵横尺寸比为70。平均粒径为7μm的板状氧化铝的平均厚度为0.1μm，纵横尺寸比为70。然后，利用旋转蒸发器进行干燥。将干燥后的板状氧化铝－碳混合物用研钵轻轻地粉碎，将各自100g填充到碳制坩埚中，置于高温气氛炉中。使氮以3L/min流通，同时，以升温速度200℃/hr升温至1600℃，在该温度下保持20小时。反应结束后，进行自然冷却，从坩埚中取出样品。进而，为了除去残留的碳，使用马弗炉，在氧化气氛下于650℃进行10hr热处理，得到板状AlN粉末。

应予说明，实验例1～35中，使用具有各种平均粒径、平均厚度、纵横尺寸比的板状AlN粉末，这样的板状AlN粉末是通过制作形状不同的板状氧化铝粉末并对这些板状氧化铝粉末进行氮化来制作的。形状不同的板状氧化铝粉末如下制作。首先，将三水铝石型的氢氧化铝湿式粉碎，调整为平均粒径0.4～3μm，相对于氢氧化铝1摩尔添加正磷酸1.0×10^-5～1.0×10^-2摩尔，形成浆料。应予说明，如果使氢氧化铝的平均粒径变大，则氧化铝的平均粒径变大，如果增加正磷酸的添加量，则纵横尺寸比升高。使用喷雾干燥器(大川原化工机(株)、FL－12型)，将得到的浆料于干燥温度140℃进行造粒干燥，使原料中的水分小于1wt％。使得到的粉末为50wt％的水系浆料后，以合成温度600℃、压力15MPa进行水热合成。水热合成后，进行水洗、干燥，由此，得到白色的氧化铝粒子。应予说明，在形成浆料时正磷酸的一部分没有添加而是添加到进行水热合成时的水中，由此，能够减小氧化铝的粒径而不会改变纵横尺寸比。

由于得到的板状AlN粉末包含单一粒子和凝聚粒子，所以通过实施破碎处理以及分级处理来筛选出单一粒子。具体而言，将得到的板状AlN粉末100g、φ15mm的氧化铝球石300g以及IPA(Tokuyama(株)制、Tokuso IPA)60mL放入塑料罐容器中，以30rpm破碎240分钟。然后，利用旋转蒸发器进行干燥。使用日清工程公司制精密空气分级机(型号TC－15NSC)，将干燥后的板状AlN粉末分级。分级点设定与平均粒径相同的尺寸，将分级后微粒作为原料。对于最终得到的板状AlN粉末，使用湿流型粒径·形状分析装置(Sysmex公司制、FPIA－3000S)观察AlN粉末的图像，确认为单一粒子。将通过该装置得到的AlN粉末的图像之一例示于图2～图4。图2是单一粒子的图像，图3是凝聚粒子的图像，图4是在单一粒子附着有微细粒子而得到的粒子的图像。这些图像之下所显示的数值表示板面的长轴方向的长度、即粒径(μm)。此处，在单一粒子附着有微细粒子得到的粒子也视为单一粒子。应予说明，板状AlN粉末的平均粒径、平均厚度视为与使用的板状氧化铝粉末相同。

(2)烧结助剂(Ca－Al－O系助剂)的合成

C3A如下合成。首先，将碳酸钙(白石(株)制、Shilver－W)56g、γ―氧化铝(大明化学工业(株)制、TM－300D)19g、φ15的氧化铝球石1000g、IPA(Tokuyama(株)制、TokusoIPA)125mL放入塑料罐容器中，以110rpm粉碎·混合120分钟。然后，利用旋转蒸发器进行干燥，制备混合粉末。将该混合粉末70g填充到氧化铝制坩埚中，置于大气炉中。以升温速度200℃/hr升温至1250℃，在该温度下保持3小时。反应结束后，进行自然冷却，从坩埚中取出样品。C2A使用碳酸钙47g、氧化铝24g与上述操作同样地进行合成，并制成由C3A和C12A7构成的助剂。另外，C4A是将40g的C3A和15g的CaCO₃混合而合成的。应予说明，C3A、C2A、C4A的CaO/Al₂O₃(摩尔比)分别为3、2、4。

(3)混合粉末的调合

将上述(1)中得到的板状AlN粉末、市售的球状AlN粉末(Tokuyama(株)制、F级、平均粒径1.2μm)、以及上述(2)中得到的Ca－Al－O系助剂，分别以表1、表2所示的质量比例按合计20g进行称量。将它们与φ15mm的氧化铝球石300g和IPA(Tokuyama(株)制、TokusoIPA)60mL一同放入塑料罐容器中，以30rpm粉碎·混合240分钟。然后，利用旋转蒸发器进行干燥，制备混合粉末。

(4)层叠成型体的制作

相对于上述(3)中制备的混合粉末100质量份，加入作为粘合剂的聚乙烯醇缩丁醛(型号BM－2、积水化学工业制)7.8质量份、作为增塑剂的邻苯二甲酸二(2－乙基己基)酯(黑金化成制)3.9质量份、作为分散剂的脱水山梨糖醇三油酸酯(RHEODOL SP－O30、花王制)2质量份、以及作为分散介质的2－乙基己醇，进行混合。分散介质的量按浆料粘度成为20000cP进行调整。使用像这样制备的浆料，制作流延成型体。即，以板状AlN粉末的板面(c面)沿着流延成型体的表面排列的方式，利用刮刀法，将浆料按干燥后的厚度为100μm在PET膜之上进行成型，得到片状的流延成型体。将得到的流延成型体切割为直径20mm的圆形后，将40片层叠，载放于厚度10mm的Al板之上，然后，放入包装体中，使内部为真空，由此形成真空包装。将该真空包装在85℃的热水中，以100kgf/cm²的压力进行静水压制，得到圆板状的层叠成型体。

(5)一次烧成

将上述(4)中得到的层叠成型体配置于脱脂炉中，以600℃、10小时的条件进行脱脂。实验例1～15、17～35中，分别按照表3、表4所示的一次烧成条件进行一次烧成，得到一次烧成后的AlN烧结体。即，使用石墨制的模具，将脱脂体以热压、氮中、烧成温度(最高到达温度)1800～1900℃、2～10小时、表压200kgf/cm²的条件进行烧成，得到一次烧成后的AlN烧结体。应予说明，热压时的加压方向为层叠成型体的层叠方向(与流延成型体的表面大致垂直的方向)。另外，在自烧成温度开始降温时，维持压制压力直至室温。如表3所示，实验例16中，将得到的脱脂体以常压、氮中、烧成温度(最高到达温度)1880℃、5小时的条件进行烧成，得到一次烧成后的AlN烧结体。

(6)二次烧成

实验例1～15、17～35中，分别按表3、表4所示的二次烧成条件，进行一次烧成后的AlN烧结体的烧成，得到二次烧成后的AlN烧结体。即，对上述(5)中得到的一次烧成后的AlN烧结体的表面进行磨削，制作φ20mm、厚度1.5mm的形状的样品。将该样品填充到氮化铝制的承烧钵中，利用气氛炉，在氮中，于烧成温度(最高到达温度)1900℃进行75小时烧成，得到二次烧成后的AlN烧结体。如表3所示，实验例16中，对一次烧成后的AlN烧结体进行磨削，制作φ20mm、厚度1.5mm的形状的样品。将该样品填充到氮化铝制的承烧钵中，利用气氛炉，在氮中，于烧成温度(最高到达温度)1880℃，进行50小时烧成，得到二次烧成后的AlN烧结体。

2.评价方法

(1)成型体的c面取向度

为了确认得到的AlN层叠成型体的取向度，按与圆板状的AlN层叠成型体的上表面平行的方式放置于XRD装置，照射X射线，测定c面取向度。使用XRD装置(理学制、RINT－TTRIII)，在2θ＝20～70°的范围内测定XRD图谱。具体而言，使用CuKα射线，以电压50kV、电流300mA的条件进行测定。利用Lotgering法计算出c面取向度f(％)。具体而言，利用以下的式子进行计算。式中，P是根据得到的AlN烧结体的XRD获得的值，P₀为根据标准AlN(JCPDScard No.076－0566)计算出的值。应予说明，作为(hkl)，使用(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)。

f＝{(P－P₀)/(1－P₀)}×100

P₀＝ΣI₀(002)/ΣI₀(hkl)

P＝ΣI(002)/ΣI(hkl)

(2)一次烧成后及二次烧成后的AlN烧结体的杂质金属量以及氧量

利用依据JIS R1649的加压硫酸分解法，使用ICP(电感耦合等离子)发光分析装置(日立高新科技制PS3520UV－DD)，对杂质金属量进行分析。此处，作为杂质金属，对Si、Fe、Ti、Ca、Mg、K、Na、P、Cr、Mn、Ni、Zn、Ga、Y、Zr进行测定。按照JIS R1675(精细陶瓷用AlN微粉末的科学分析方法)，利用惰性气体熔融－红外线吸收法对氧量进行测定。它们的单位为质量ppm。

(3)一次烧成后及二次烧成后的AlN烧结体的相对密度测定

按照JIS R1634(精细陶瓷的烧结体密度·开口气孔率的测定方法)，对体积密度进行测定，使理论密度为3.260，计算出相对密度。

(4)一次烧成后及二次烧成后的AlN烧结体的c面取向度

为了确认得到的AlN烧结体的取向度，按与圆板状的AlN烧结体的上表面平行的方式进行研磨加工，然后，对其研磨面照射X射线，测定c面取向度。使用XRD装置(理学制、RINT－TTR III)，在2θ＝20～70°的范围内测定XRD图谱。具体而言，使用CuKα射线，以电压50kV、电流300mA的条件进行测定。利用Lotgering法计算出c面取向度f(％)。具体而言，利用以下的式子进行计算。式中，P是根据得到的AlN烧结体的XRD获得的值，P₀为根据标准AlN(JCPDS card No.076－0566)计算出的值。应予说明，作为(hkl)，使用(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)。

f＝{(P－P₀)/(1－P₀)}×100

P₀＝ΣI₀(002)/ΣI₀(hkl)

P＝ΣI(002)/ΣI(hkl)

(5)二次烧成后的AlN烧结体的粒径测定

将得到的AlN烧结体切成10mm×10mm的大小，在φ68mm的金属制平台的最外周部每隔90°固定1个，共4个，利用滴加有包含粒径为9μm及3μm的金刚石磨粒的浆料的铜制研磨机进行研磨，并利用滴加有包含胶体二氧化硅的浆料的抛光机研磨300分钟。然后，将研磨后的10mm×10mm×0.5mm厚的试样按丙酮、乙醇、离子交换水的顺序分别清洗3分钟。利用扫描型电子显微镜(日本电子制、JSM－6390)对得到的表面进行拍摄。关于观察的倍率，具体而言，根据以倍率1000倍拍摄到的照片，利用切片法进行测定，求出AlN烧结粒子的平均粒径。

(6)一次烧成后及二次烧成后的AlN烧结体的截面观察

使用金刚石磨粒，对得到的AlN烧结体的任意截面进行预研磨后，利用截面抛光机(CP)(日本电子制、SM－09010)进行研磨。CP属于离子铣削的范畴。将得到的截面利用扫描型电子显微镜(日本电子制、JSM－6390)以倍率2000倍拍摄背散射电子图像。

(7)二次烧成后的AlN烧结体的直线透过率

将得到的AlN烧结体切成10mm×10mm的大小，在φ68mm的金属制平台的最外周部每隔90°固定1个，共4个，利用滴加有包含粒径为9μm及3μm的金刚石磨粒的浆料的铜制研磨机进行研磨，并利用滴加有包含胶体二氧化硅的浆料的抛光机研磨300分钟。然后，将研磨后的10mm×10mm×0.6mm厚的试样按丙酮、乙醇、离子交换水的顺序分别清洗3分钟，然后，使用分光光度计(Perkin Elmer制、Lambda900)测定波长450nm处的直线透过率。应予说明，一部分的实验例中，还测定波长600nm处的直线透过率。

3.结果与评价

在表3、表4中示出一次烧成后的AlN烧结体以及二次烧成后的AlN烧结体的评价结果。实验例1～15、17～19、21、23～35中，二次烧成后的AlN烧结体的c面取向度高达70％以上，且波长450nm处的直线透过率高达48％以上。另一方面，实验例16中，在对成型体进行烧成时，采用常压烧成而不是热压烧成，因此，二次烧成后的AlN烧结体的c面取向度低至44％，直线透过率仅为1％。另外，实验例20、22中，使用的板状AlN粉末的纵横尺寸比小于3，因此，c面取向度分别低至13％、42％。

实验例1～15、17～19、21、23～35中得到的二次烧成后的AlN烧结体由于c面取向度高达70％以上，所以耐等离子性、压电特性优异。因此，作为像半导体制造装置用部件等那样要求耐等离子性的部件、像高温用传感器等那样要求高压电特性的部件的材料有用。另外，由于波长450nm处的直线透过率为48％以上，所以与以往相比更透明。此外，依然维持着高热传导率、高折射率、高结晶性这些AlN固有的特性。因此，作为透明的高热传导率部件、透明的高折射率部件、透明的高结晶性部件也有用。另外，实验例1～15、17～19、21、23～35中，利用热压烧成而没有利用像非专利文献1那样的旋转磁场，因此，与利用旋转磁场的情形相比，能够以低成本制造c面取向度高的AlN烧结体。

将实验例3的一次烧成后的AlN烧结体的背散射电子图像的照片示于图5。图5中，看上去很黑的部分为AlN，白色的斑点(2个)为AlN烧结粒子彼此之间的晶界相中所包含的Ca－Al系氧化物(Ca为源自于烧结助剂的成分)。Ca－Al系氧化物的平均原子量大于AlN的平均原子量，因此，看上去比AlN明亮。因此，能够通过肉眼观察而容易地区别开来。同样地，将实验例3的二次烧成后的AlN烧结体的背散射电子图像的照片示于图6。图6中，白色斑点、即Ca－Al系氧化物消失，整体为AlN。其它实验例(不包括实验例16)中，也得到同样的背散射电子图像的照片。

应予说明，实验例1～15、17～19、21、23～35相当于本发明的实施例，实验例16、20、22相当于比较例。这些实验例并不对本发明作任何限定。

本申请将2016年12月21日申请的日本专利申请第2016－247874号以及2017年7月10日申请的国际申请PCT/JP2017/025085作为主张优先权的基础，其全部内容通过引用而包含在本说明书当中。

产业上的可利用性

本发明的取向AlN烧结体可用作例如耐等离子性材料、压电材料。

符号说明

10板状AlN粉末、10a板面(c面)、12球状AlN粉末、14烧结助剂、20成型体、20a表面、30取向AlN烧结体、32AlN烧结粒子、34晶界相、40透明AlN烧结体。

Claims (11)

1.一种透明AlN烧结体的制法，其中，包括：

第一工序，该工序中，在包含板面为c面、纵横尺寸比为3以上的板状AlN粉末的AlN原料粉末中混合烧结助剂，得到混合物，将该混合物成型，制作成型体，且该工序中，以所述板状AlN粉末的板面沿着所述成型体的表面的方式将所述混合物成型；

第二工序，该工序中，对所述成型体的表面进行加压，同时，在非氧化气氛下，对所述成型体进行热压烧成，得到取向AlN烧结体；以及

第三工序，该工序中，在非氧化气氛下，对所述取向AlN烧结体进行常压烧成，除去源自于所述烧结助剂的成分，由此，得到透明AlN烧结体。

2.根据权利要求1所述的透明AlN烧结体的制法，其中，

所述第一工序中，所述板状AlN粉末中所包含的粒子分离而没有凝聚。

3.根据权利要求1或2所述的透明AlN烧结体的制法，其中，

所述第一工序中，将所述混合粉末成型为片状而得到流延成型体，将多个该流延成型体层叠，制成层叠成型体，

所述第二工序中，对所述层叠成型体进行热压烧成。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的透明AlN烧结体的制法，其中，

所述AlN原料粉末除了包含所述板状AlN粉末以外，还包含球状AlN粉末。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的透明AlN烧结体的制法，其中，

所述烧结助剂为Ca与Al的复合氧化物、或稀土氧化物。

6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的透明AlN烧结体的制法，其中，

所述板状AlN粉末的平均厚度为0.05～1.8μm。

7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的透明AlN烧结体的制法，其中，

所述板状AlN粉末的平均粒径为2～20μm。

8.一种多晶结构的透明AlN烧结体，其中，

利用Lotgering法得到的c面取向度为70％以上，波长450nm处的直线透过率为48％以上。

9.根据权利要求8所述的透明AlN烧结体，其中，

所述c面取向度为95％以上，所述直线透过率为60％以上。

10.根据权利要求8或9所述的取向AlN烧结体，其中，

所述透明AlN烧结体的相对密度为99.1％以上。

11.根据权利要求8～10中的任意一项所述的取向AlN烧结体，其中，

Al以及烧结助剂以外的、没有发生固溶而在晶界发生了偏析的杂质金属的浓度为40质量ppm以下。