| 研究課題/領域番号 |
15K06514
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| 研究機関 | 宇部工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
茂野 交市 宇部工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (60707131)
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| 研究分担者 |
吉田 政司 宇部工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (10370024)
徳永 仁夫 鹿児島工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (70435460)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | アルミナ / 焼結助剤 / 低温焼結化 / 高熱伝導 / LTCC(低温同時焼成セラミックス) |
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| 研究実績の概要 |
Al2O3(アルミナ)は高熱伝導・高強度かつ良好な電気特性を有しており、配線基板やICパッケージ等の電子部品材料として広く使用されている。しかし、アルミナの焼結温度は約1500℃と高いため、導体と同時焼成する際にWやMoなど高融点・高抵抗の金属を使用する必要があった。アルミナをLTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics: 低温同時焼成セラミックス)材料として低融点・低抵抗の金属であるAg(融点約960 ℃)やCu(融点約1080 ℃)と同時焼成するためには、多量のガラス(全量の約50%以上)を添加する必要があった。そのためLTCC材料のほとんどは低熱伝導(約2～5 W/mK)・低強度であるという欠点があった。そこで我々は少量の添加でアルミナの低温焼結が可能な焼結助剤の開発を行ってきた。最近、CuO-TiO2-Nb2O5系助剤及びCuO-TiO2-Nb2O5-Ag2O系助剤をわずか5 wt%添加することにより大気雰囲気・焼成温度960 ℃未満で緻密なアルミナが得られることを見出した。
以下に、今年度に得られた結果の概要を述べる。前年度までに、焼成雰囲気の制御により誘電特性を損なうことなくさらなるアルミナの低温焼結化を実現することができた。今年度は、さらに、誘電特性の向上や助剤量の減量化等の課題にも取り組んだ。また、今年度、アルミナの低温焼結に寄与していると考えられるAg-Cu-Ti-Nb-O系新規複合酸化物をほぼ単相で合成することに成功した。さらに、平面方向無収縮焼成の基礎検討を行い、無収縮焼成実現のために必要な因子を明らかにした。ただし、無収縮焼成を行うと、通常の収縮焼成と比較して焼結性が悪化したため、助剤量の増量(10%程度)が必要であった。そのため、現在、アルミナをより低温で緻密に焼結できる助剤の組成や分散方法を検討中である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本研究の目的は、主として3つある。ひとつは、(A)粉体プロセス制御による等方収縮焼成(通常焼成)でのアルミナのさらなる低温焼結化である。(B)そして、上記低温焼結アルミナの焼結メカニズムの解明である。(C)さらに、焼結の起こりにくいとされる平面方向無収縮焼成でも緻密なアルミナを開発することである。
上述の3つの主目的のうち、(B)に関しては、今年度、アルミナの低温焼結に寄与していると考えられるAg-Cu-Ti-Nb-O系新規複合酸化物をほぼ単相で合成することに成功した。現在、上記複合酸化物の構造解析を行っている。 (C)に関しては、平面方向無収縮焼成の基礎検討を行い、無収縮焼成実現のために必要な因子を明らかにした。ただし、無収縮焼成を行うと、通常の収縮焼成と比較して焼結性が悪化したため、助剤量の増量(10%程度)が必要であった。そのため、現在、アルミナをより低温で緻密に焼結できる助剤の組成や分散方法を検討中であるが、一部の装置の購入に遅れが生じたため、2018年度中に詳細検討を行う予定である(Aと密接に関連)。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究の推進方策は、主として2つある。以下に概要を述べる。
ひとつは、本低温焼結アルミナの無収縮焼成実現にむけた焼結性向上策の検討である。具体的には、「粉末の分散及び乾燥方法の改良」、「放電プラズマ焼結による焼結性の改善」である。これらは、他の誘電体材料や他分野のセラミックス材料への応用も視野に入れたものである。
もうひとつは本低温焼結アルミナの焼結メカニズムの解析を行うことである。具体的には、「アルミナの低温焼結に寄与していると考えられるAg-Cu-Ti-Nb-O系新規複合酸化物の構造解析及び焼結時の挙動の考察」、「アルミナ焼結時の拡散律速種の特定(酸素イオンに着目)」である。
なお、新たな発明があった場合には特許出願を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
【理由】さらなる焼結性向上を目的とし、当初計画では原料粉末の合成に関わる装置を購入予定であった。しかしながら、アルミナの平面方向無収縮焼成や焼結メカニズムに関する実験に注力していたため2017年度内の購入を行わなかった。
【使用計画】当初計画どおり、原料粉末の合成に関わる装置を購入する予定である。また、焼結メカニズムの解明に向けた分析や焼結備品購入、成果発表等にも予算を執行する予定である。
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