高出カミリ波帯電磁波を用いた次世代高機能セラミックス焼結・接合プロセスの開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10555249
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 三宅 正司 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (40029286)
• 研究分担者: 佐野 三郎 名古屋工業技術研究所, セラミックス応用部, 主任研究官 ; 節原 裕一 大阪大学, 接合科学研究所, 助手 (80236108) ; 巻野 勇喜雄 大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (20089890) ; 佐治 他三郎 富士電波工業株式会社, 技術顧問
• キーワード: ミリ波 / 焼結 / 窒化物 / 窒化珪素 / 窒化アルミ / 助剤 / 選択加熱

研究概要

平成11年度においては構造用セラミックスの代表である窒化珪素と、機能性セラミックスの一つである窒化アルミを中心にして、28GHz大電カミリ波を用いた焼結実験を行った。平成10年度において取り上げた各種セラミックスの高温での誘電特性野研究については今年度はあまり実施する時間をとることができず、平成12年度に実施の予定である。以下に今年度の成果を述べる。
1)我々は窒化珪素をミリ波により焼結する研究を平成10年度にも実施し成果をあげた。そのさい焼結助剤としては主としてY_2O_3及びAl_2O_3を用い、Y_2O_3の変わりにYb_2O_3添加も行った。今年度は特にYb_2O_3添加の効果を集中的に調べた。これを採用した理由はミリ波の吸収がよりよいことと、靭性向上に寄与すると考えられたからである。実際に種々の実験を行ったところ、Y_2O_3の場合よりさらに低温で焼結されるとともに、わずか1.6mol% Yb_2O_3という得意な割合でもっとも低温で焼結できるのにたいして、このとき電気炉法では全く焼結できないことが明らかになった。その最大の原因がミリ波を選択的に吸収することによる液晶焼結のきわめて効果的な促進であると予想された。そしてこの割合はAl_2O_3とYb_2O_3の協商点に対応することがわかった。さらに靭性についてもY_2O_3の場合より約30%向上することが明らかになった。
2)高熱伝導性を持つAlNの添加助剤であるY_2O_3がミリ波のよい吸収体であることから、その低減による熱伝導度の改善を目的として、焼結実験を行った。その結果電気炉の場合より約200度低い温度で、かつ助剤を5%から3%に減らしても、同じ程度の熱伝導性を得た。死して電気炉の場合は還元雰囲気中であるので、同じ雰囲気で行えば電気炉の場合より高井値を得ることができるものと予想された。

研究成果

• [文献書誌] Y. Makino,T. Ohmae,Y. Setsuhara,S,Miyake,et al.: "Sintering of Al_2O_3 - ZrO_3 Composites Using Millimeter-Wave Radiation"Key Engineering Materials. 161-163. 41-44 (1999)
• [文献書誌] T. Ueno,S. Kinoshita,Y. Setuhara,Y. Makino,S. Miyake,et al.: "Millimeter-Wave Sintering of Si_3N_4"Key Engineering Materials. 161-163. 45-48 (1999)
• [文献書誌] T. Ueno,Y. Makino,S. Miyake,et al.: "High-power 28GHz Millimeter-Wave Sintering of Silicom Nirides Containing Yb_2O_3 Additive"3th Intl, Nano Ceramic Forum and 2nd Intl,Symp. on Intermaterials (NCF 3 & IMA'99). 146-152 (1999)
• [文献書誌] T. Matsumoto,Y. Makino,and S. Miyake: "Synthesis of Titanium-Chromium Nitride Composites by Millimeter-Wave Sintering"J Materials Science. (in press). (1999)