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KR100307646B1 - 연소합성법으로제조된질화알루미늄,질화알루미늄함유고용체및질화알루미늄복합재 - Google Patents

연소합성법으로제조된질화알루미늄,질화알루미늄함유고용체및질화알루미늄복합재 Download PDF

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KR100307646B1
KR100307646B1 KR1019950704264A KR19950704264A KR100307646B1 KR 100307646 B1 KR100307646 B1 KR 100307646B1 KR 1019950704264 A KR1019950704264 A KR 1019950704264A KR 19950704264 A KR19950704264 A KR 19950704264A KR 100307646 B1 KR100307646 B1 KR 100307646B1
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KR
South Korea
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aln
aluminum
transition metal
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aluminum nitride
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KR1019950704264A
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KR960701811A (ko
Inventor
스티븐디.던미드
윌리암지.무어
케빈이.하워드
케빈씨.모스
Original Assignee
그래햄 이. 테일러
더 다우 케미칼 캄파니
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Abstract

질화 알루미늄 분말, 질화 알루미늄 소판, 질화 알루미늄과 탄화 규소와 같은 하나 이상의 다른 세라믹 물질과의 분말 고용체, 및 질화 알루미늄과 전이 금속 붕화물 또는 탄화물과의 복합재는 낮은 질소 기체 압력에서 연소 합성에 의해 제조된다. 질화 알루미늄 또는 질화 알루미늄과 전이 금속 붕화물 또는 탄화물과의 복합재의 다공체가 또한 상기한 압력에서 연소 합성에 의해 제조된다. 다공체는 형성된 자체로 또는 하나 이상의 실리케이트 물질의 층으로 피복된 후에, 중합체 또는 금속에 의해 침투시키기에 적합하다.

Description

연소 합성법으로 제조된 질화알루미늄, 질화알루미늄 함유 고용체 및 질화알루미늄 복합재
배경
본 발명은 일반적으로 연소 합성법, 및 질화알루미늄(AlN)을 분말, 소판 또는 다공체로서 제조하거나, AlN과 탄화 규소(SiC)와 같은 기타 세라믹 물질과의 고용체 분말 또는 다공체를 제조하거나, 또는 AlN과 전이 금속 붕화물 또는 탄화물과의 복합재 분말 또는 다공체를 제조하는 데 있어서의 연소 합성법의 이용에 관한 것이다. 본 발명은 또한 실리케이트 물질을 사용하여 합성되거나 실리케이트 물질로 피복된 다공체의 용침 또는 다른 통상의 기술에 의해 제조된 중합체-세라믹 복합재 및 금속-세라믹 복합재에 관한 것이다. 본 발명은 더욱 특히 30기압(3.0MPa)미만의 기체 질소압에서의 상기한 바와 같은 AlN 분말, 소판(platelet), 복합재, 다공체 및 고용체의 연소 합성 방법에 관한 것이다.
질화물, 탄화물, 붕화물, 질화물-산화물 및 탄화물-산화물 복합재를 포함하는 다양한 내화성 세라믹 물질은 분말 압축물의 연소 합성에 의해 제조되는 것으로 공지되어 있다. 이 방법은 고체 혼합물, 고체와 액체의 혼합물 또는 고체와 기체의 혼합물에서의 자발적 화학 반응중에 방출되는 열을 이용한다. 연소파(combustion wave)는 점화원에 의해 개시되며 압축물을 통해 신속하게 전파된다. 자체-전파 고온 합성법(SHS; self-propagating high-temperature synthesis)의 핵심은 일단 개시된 고도로 발열성인 반응이 자체-지속되어 연소파의 형태로 반응물 혼합물을 통해 전파된다는 점이다. 연소파 또는 연소 전선(前線)이 전파될 때, 반응물이 생성물로 전환된다. 물질의 합성 방법으로서의 SHS의 주요 이점은 자체-지속 반응과 관련된 에너지 절감에 따른 것이다.
연소 반응은 2개의 방법중 하나에 의해 개시된다. 이들 두 방법에 있어서, 통상적으로 반응 개시전에 반응 혼합물을 냉간 압축시키거나, 분말 압축물, 통상적으로는 원주형인 분말 압축물로 제조한다. 한가지 방법은 가열된 텅스텐 코일 또는 기타 점화원을 사용하여 분말 압축물의 일부분, 통상적으로는 상부 표면 부분을 점화 온도까지 가열한다. 이러한 영역 또는 부분이 점화된 후, 연소파가 압축물을 통해 전파되어 목적하는 반응 생성물이 생성된다. 다른 방법은 압축물 전체를 점화온도까지 가열하는 것으로, 이때 압축물 전체에 걸쳐서 연소가 거의 동시에 발생하여 열 폭발이 일어난다.
미합중국 특허 제4,988,645호, 제1열, 42 내지 51행에는 고체-기체 연소 합성 반응이 단열 연소 온도에서 목적하는 생성물의 분해 압럭과 동일하거나 이를 초과하는 기체 압력하에서 수행되어야 한다고 기술되어 있다. 제1열, 50 내지 51행에는 몇몇 물질이 높은 압력을 필요로 하고, AlN은 14MPa에서 형성되고, 질화 규소(Si3N4)는 50MPa(500기압(atm))에서 형성된다고 기술되어 있다.
미합중국 특허 제4,877,759호, 제1열, 30 내지 48행에는 연소 합성에서 나트륨 아지드(NaN3)와 같은 고체 질소 공급원을 사용하는 것이 기술되어 있다. 이 특허에는 또한 제1열, 45 내지 48행에, 질소의 고체 공급원이 존재할 경우에도, 규소(Si) 및 알루미늄(Al)은 latm의 질소하에서 연소될 수 없다고 기술되어 있다.
발명의 요약
본 발명의 하나의 양태는
(a)기체 질소의 존재하에 0.75 내지 30atm(0.075 내지 3MPa)의 압력에서, (1)AlN을 생성시킬 경우에는 임의로 불활성 고체 희석제와 혼합된, Al 및 Al 합금으로부터 선택된 금속; 또는 (2)AlN 소판을 생성시킬 경우에는 탄소와 혼합된 Al및 .A1 합금으로부터 선택된 금속; 또는 (3)위스커(whisker) 형태의 전이 금속 붕화 물 또는 전이금속 탄화물과 질화알루미늄과의 복합재를 생성시킬 경우에는 제1 전이 금속, 탄소와 붕소중에서 선택된 비금속 성분 및 제2 전이 금속(여기서, 제1 전이 금속 및 제2 전이 금속은 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 디오븀(Nb), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로부터 선택되는 상이한 금속이다)의 배합물과 혼합된 Al 및 Al 합금으로부터 선택된 금속; 또는 (4)고 용체를 생성시킬 경우에는 (i)탄화규소(SiC), 산화알루미늄(Al2O3) 및 실리카(SiO2)로부터 선택된 세라믹 물질 하나 이상 또는 (ii)질화규소(Si3N4) 및 Al2O3및 임의로 SiC와 SiO2중의 하나 이상의 배합물 또는 (iii)Si와 탄소(C)의 입상 배합물로부터 선택된 세라믹 물질 또는 세라믹 물질 전구체와 Al 및 Al 합금으로부터 선택된 금속과의 혼합물인 입상 물질(이 입상 물질은 혼합물을 통해 통과하는 자체-전파 연소파를 생성시키고 유지시키는데 충분한 벌크 밀도 및 Al 금속 함량을 지닌다)을연소시키는 단계 및
(b)연소파를 거의 혼합물 전체에 통과시켜, 입상 물질의 Al중의 75중량% 이상을 AlN 또는 AlN 고용체로 전환(AlN 소판을 제조하는 경우에는 입상 물질의 Al중의 10중량% 이상을 AlN으로 전환시킨다)시키는 단계를 포함하여, 연소 합성에 의해 AlN, AlN과 전이 금속 붕화물 또는 전이 금속 탄화물과의 복합재, AlN과 하나 이상의 다른 세라믹 물질과의 고용체인 생성물을 제조하는 방법이다.
본 발명의 두번째 양태는 첫번째 양태의 방법을 통해 제조된 AlN 분말, AlN소판, AlN-착체 전이금속 탄화물 복합재 또는 AlN-착체 전이금속 붕화물 복합재, AlN-함유 고용체 분말, 또는 AlN 다공체, AlN 고용체 다공체 또는 AlN 복합재 다공체이다.
본 발명의 세번째 양태는 두번째 양태의 다공체를 실리케이트 물질로 피복시키는 중간 단계를 거치거나 거치지 않고 이 다공체를 중합체 또는 금속을 용침시킴으로서 제조한 복합재이다.
바람직한 양태의 기술
본원에서 사용된, 용어 "낮은 압력"은 0.75 내지 30atm(0.075 내지 3MPa)의 압력을 의미한다. 이 압력은 바람직하게는 0.75 내지 10atm(0.075 내지 1MPa), 바람직하게는 0.8 내지 3atm(0.08 내지 0.3MPa), 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1.2atm(0.09 내지 0.12MPa)이다. 낮은 압력을 이용함으로써 복잡한 가압 또는 진공 장치에 대한 필요성이 제거된다.
본원에서 사용된, 용어 "알루미늄 합금"은 합금 중량을 기준으로 하여 Al 함량이 75중량% 이상인 금속 합금을 지칭한다.
용어 "입상 물질"은 집합적으로 분말 응집체, 두께가 20㎛ 내지 500㎛인 세단된 금속 호일 또는 시트, 두께가 약 0.06in(1000㎛) 만큼 두꺼운 와이어 조각 및 과립상 분말을 의미한다. Al 또는 Al 합금이 호일 또는 시트로서 제공될 때 세단된 형태가 바람직하지만, 호일 및 시트는 특정 치수로 감소될 필요는 없고, 세단될 필요는 결코 없다.
용어 "고용체"는 하나의 고체 중의 다른 고체의 안정한 (또는 준안정한) 용액을 의미한다. 결정 구조의 관점에서, 이는 2가지의 자유 에너지중 보다 낮은 자유 에너지를 갖는 혼합 결정을 지칭한다. 한가지 방법은 상이한 조성을 갖는 2개의 결정을 형성시키는 것이다. 다른 방법은 외부 원자들이 규칙적인 위치들에서 존재하는 새로운 구조물을 형성시키는 것이다.
본 발명은 AlN 분말. AlN 소판 또는 AlN 다공체, 또는 AlN을 기본으로 하는 고용체 분말 또는 다공체, AlN-착체 전이 금속 탄화물 복합재 분말 또는 AlN-착체전이 금속 붕화물 복합재 분말 또는 이들 복합재의 다공체를 낮은 압력하의 질소 기체하에서, 바람직하게는 분말 또는 입상 형태의 Al 또는 Al 합금을 연소시킴으로써 제조할 수 있는 방법의 변형에 관한 것이다. 하나의 변형으로, Al 또는 Al 합금을 연소시키기 전에 불활성 희석제와 혼합시킨다. 두 번째 변형으로, 세라믹 물질 또는 이러한 세라믹 물질을 형성시키기 위해 가압 조건하에서 사용되는 원료 물질을 불활성 희석제 대신에 사용한다. 세번째 변형으로, Al 또는 Al 합금을 불활성 희석제보다는 탄소, 바람직하게는 입상 고체 탄소와 임의로 혼합하여 AlN 소판을생성한다. 네 번째 변형으로, Al 또는 Al 합금을 제1 전이 금속, 탄소와 붕소 중에서 선택된 비금속 성분 및 제2 전이 금속의 배합물과 혼합하여 AlN과 전이 금속 탄화물 또는 전이 금속 붕화물의 복합재를 생성시킨다. 제1 전이 금속 및 제2 전이 금속은 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo 및 W로부터 선택된 상이한 금속이다. 상기 전이 금속 탄화물 또는 붕화물은, 위스커의 금속 함량을 기준으로 하여 제1 전이 금속을 ≥50 내지 ＜100 원자% 및 제2 전이 금속을 >0 내지 ≤50 원자%를 함유하는 위스커 형태이다. 제2 전이 금속이 바나듐일때, 이는 도판트 양으로 존재하는 것이 바람직하다. 본원에서 사용된 용어 "도판트 양"은 위스커의 금속 함량을 기준으로 하여 전이 금속이 >0 내지 <10 원자%의 양임을 의미한다. 위스커는 제1 전이 금속의 상응하는 탄화물 또는 붕화물의 구조와 유사한 결정 구조를 지닌다.
벌크 밀도가 특정 범위내에 있고, 특히 적절한 양의 불활성 희석제가 존재할 경우, 연소는 낮은 질소 압력하에서 일어날 것이다. 벌크 밀도가 너무 높을 경우, 질소 압력이 낮으면, 일반적으로 Al의 AlN으로의 전환이 불완전하게 된다. 벌크 밀도가 너무 낮을 경우, 연소파를 유지시키는 것이 불가능하지는 않더라도 어렵다. 불활성 희석제가 불충분하게 존재할 경우, Al 금속 또는 Al 합금은 용융되고 응집되어 풀(pool)이 되고, 이는 질소 기체가 용융 Al 또는 Al 합금으로 접근하는 것을 제한하여, Al 또는 Al 합금의 전환을 불완전하게 한다. 불활성 희석제가 너무 많이 존재할 경우, Al 또는 Al 합금의 연소가 연소파를 유지하기에 충분한 열을 제공할 수 없다.
각각의 공정 변형은, 경우에 따라 하나 이상의 불활성 희석제(a), 예비성형된 세라믹 분말(b), 상기 세라믹 분말을 위한 원료 물질(c), 탄소(d) 또는 상이한 2개의 전이 금속과 탄소 또는 붕소인 비금속 원소와의 배합물(e)과 혼합된 Al 또는 Al 합금을 흑연 도가니 또는 내화성 산화물 도가니와 같은 적합한 컨테이너에 넣음으로써 시작된다. 예를 들어, 혼합물은 AlN 및 탄소와 같은 불활성 희석제를 함유할 수 있다. 경우에 따라, 컨테이너를 가볍게 두드리거나 컨테이너 내용물을 눌러 담거나 기타 통상적인 방법으로 벌크 밀도를 증가시킨다 경우에 따라, 2Ti+3B의 혼합물의 냉간 가압된 펠릿과 같은 점화제를 컨테이너 내용물의 상부에 놓을 수도 있다. 이어서, 컨테이너를 스테인리스 강 실린더와 같은 적합한 저압 용기에 넣는다. 이 용기를 질소 기체로 퍼징시킨 후, 목적한 반응에 적합한 미리 선택된 낮은 질소 압력까지 가압한다. 이어서, 컨테이너 내용물을 점화기를 통해 직접적으로 점화시키거나 소정의 적합한 수단(예. 가열된 텅스텐 코일, 전기 성냥, 레이저 또는 기타 통상적인 수단)에 의해 간접적으로 점화시킨다. 가열된 텅스텐 코일은 만족스러운 결과를 제공한다. 컨테이너 내용물을 또한 점화에 적합한 온도로 가열할 수 있다. 통상적인 점화 온도는 1050(1323K)이다. 점화 온도는 합성 조건, 반응물 및 반응 형태와 같은 인자에 따라 변화되나, 과도한 실험없이 용이하게 결정할 수 있다. 연소가 완료된 후, 용기 및 이의 내용물을 냉각시키고, 경우에 따라 감압시킨다. 이어서, 컨테이너 내용물, 즉 반응 생성물을 통상의 방법으로 회수한다.
본 발명의 방법에서 사용되는 혼합물은 제조되는 물질, 혼합물 중의 Al 또는 Al 합금 함량 및 직접적 또는 간접적인 점화 수단 또는 연소 온도로 가열하는 것과 같은 점화 수단과 같은 인자에 따라 좌우되어 변하는 벌크 밀도를 지닌다. 예를들어 AlN 분말, 또는 AlN 고용체, AlN 복합재 또는 다공성 AlN, AlN 복합재 또는 AlN 고용체를 제조하기 위해 사용되는 혼합물의 직접적 또는 간접적 점화는 벌크 밀도가 0.5 내지 1.2g/㎤, 바람직하게는 0.6 내지 1.0g/㎤일 경우 용이하게 일어나는 반면, 연소 온도까지의 가열을 통한 점화는 벌크 밀도가 0.5 내지 1.5g/㎤, 바람직하게는 0.6 내지 1.1g/㎤일 경우 바람직하다. 대조 목적으로, 불활성 희석 제보다는 탄소를 사용하여 AlN 소판을 제조할 때, 연소 반응을 지속시키는 벌크 밀도의 범위는 0.2 내지 1.4g/㎤일 수 있다. 다공체를 제조하는 데 적합한 벌크 밀도는 0.5 내지 1.2g/㎤, 바람직하게는 0.6 내지 1.1g/㎤의 범위이다.
사용될 경우 불활성 희석제는 Al과 반응하지 않거나, 질화 반응을 방해하지 않는 분말 형태인 것이 바람직하다. 희석제는, 바람직하게는 분말화되거나 입상인질화물, 예를 들어 AlN, Si3N4, 질화붕소(BN), 질화티탄(TiN), 질화하프늄(HfN) 또는 질화지르코늄 또는 기타 불활성 세라믹 물질이다. 본원에서 사용된 표현 "불활성 세라믹 물질"은 AlN과 반응하지 않거나 AlN과의 상당량의 고용체를 형성하지 않는 세라믹 물질을 칭한다. 기타 불활성 세라믹 물질에는 이붕화티탄(TiB2)과 같은 붕화물 및 탄화붕소(B4C)와 같은 탄화물이 포함된다.
AlN 소판을 제조할 때 사용되는 탄소는 바람직하게는 고체, 입상 탄소(C)이다. 아세틸렌 카본 블랙이 특히 바람직하다. 이 탄소는 적합하게는 혼합물 중량을 기준으로 하여 5 내지 70중량%의 양으로 Al 또는 Al 합금과의 혼합물로 존재한다. 생성된 AlN 소판의 크기는 적합하게는 두께가 0.5 내지 10㎛이고, 폭이 5 내지 100㎛, 바람직하게는 두께가 2 내지 4㎛이고, 폭이 20 내지 30㎛이다.
AlN과 전이 금속 탄화물 또는 전이 금속 붕화물과의 복합재를 제조할 때, 분말화된 혼합물은, 혼합물 중량을 기준으로 하여, 10 내지 90중량부(pbw)의 Al 또는 Al 합금 및 90 내지 10pbw의 제1 및 제2 전이 금속 및 탄소 또는 붕소의 배합물을 함유하며, 이때, Al 또는 Al 합금 및 배합물의 총합은 100부이다. 혼합물은, 바람직하게는 Al 또는 Al 합금 25 내지 75pbw 및 배합물 75 내지 25pbw를 함유한다. 제1 전이 금속이 Ti이고, 제2 전이 금속이 V일 경우, 적합한 성분의 양은 Ti 72 내지 94pbw: V 0.8 내지 9.5pbw; 및 B 또는 C 5 내지 21pbw(이때, 모든 부는 배합물의 중량을 기준으로 한다)이다. 바람직한 성분의 양은 Ti 73.5 내지 79.4pbw; V 1.6 내지 6.5pbw: 및 B 또는 C 19 내지 20.1pbw이다. 제1 전이 금속이 Zr이고, 제 2 전이 금속이 V일 경우, 적합한 성분의 양은, 배합물의 중량을 기준으로 하여 Zr 82.8 내지 91.4pbw; V 0.5 내지 5.3pbw; 및 B 또는 C 8.1 내지 12.1pbw이다. 바람직한 성분 양은 Zr 82.8 내지 88.9pbw; V 0.5 내지 5.2pbw; 및 B 또는 C 10.6 내지 12.1pbw이다.
AlN 복합재 물질은 X-선 회절 분석법(XRD)에 의해 검증되는 바와 같이 AlN 및 착체 탄화물 또는 붕화물 및 검출 가능하지 않은 양의 잔류 Al을 함유한다. 본원에서 사용된 용어 "착체 탄화물 또는 붕화물"은 전이 금속으로서 본원에서 정의된 2개 이상의 전이 금속을 함유하는 탄화물 또는 붕화물이다. 이 물질을 주사 전자 현미경 분석법(SEM)으로 분석하면, 이 물질이 AlN 입자(등방성 형태 및 소판 형태) 및 착체 탄화물 또는 붕화물 위스커로 이루어진다. 이 위스커의 폭 또는 두께는 0.5 내지 5㎛, 바람직하게는 1 내지 2㎛이고, 길이는 5 내지 100㎛, 바람직하게는 10 내지 60㎛이다.
사용된 불활성 희석제는 혼합물 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 20 내지 80중량%의 양으로 존재한다. 이 양은, 바람직하게는 30 내지 70중량%이다.
본 발명의 연소 합성법은, 바람직하게는 75중량% 이상의 Al을 AlN으로 전환시킨다. 바람직하게는, 혼합물 중의 Al 90중량% 이상이 AlN으로 전환되다. 유사하게, 고용체로의 바람직한 전환율은 75중량%이고, 바람직하게는 90중량% 이상 이다.
AlN의 고용체의 제조를 위해서는 예비성형된 세라믹 물질 또는 반응 조건하에서 이러한 세라믹 물질로 전환되는 원료 물질이 필요하다. 예비성형된 세라믹 물질은 적합하게는 SiC, Al2O3및 SiO2중에서 선택된다. SiC가 바람직한 세라믹 물질이다. 원료 물질은 선택된 세라믹 물질에 따라 변화된다. 예를 들어, SiC를 제조하기 위해 Si와 C의 입상 배합물이 사용될 수 있다. Si3N4및 Al2O3및, 임의로는 1개 이상의 SiC 및 SiO2와의 배합물이 또한 적합한 원료 물질로서 사용된다. 기타 세라믹 물질을 위한 원료 물질의 선택은 과도한 실험없이 숙련인에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
본원에 기술된 바와 같이 제조된 다양한 형태의 AlN 및 AlN 고용체 및 AlN 복합재 물질은 광범위한 최종 사용 적용시에 적합하다고 생각된다. 예를 들어 작은 입자 크기 및 낮은 산소 함량의 AlN 분말은 전자 용품을 위해 특히 적합하다. 또한, AlN 분말은 에폭시 수지와 같은 중합체 물질을 위한 충전제 적용시에 좁은 입자 크기 분포의 경우에 비해 높은 충전 밀도 및 개선된 열 전도도를 나타내는 입자 크기 분포를 갖는 것으로 생각된다. AlN 소판은 또한 이러한 충전제 적용에서, 또는 중합체, 금속 또는 기타 세라믹용 강화 물질로서 사용하기에 적합하다. AlN 고용체 분말이 AlN 분말에 비해 더 낮은 열 전도도를 생성시키나, 고용체 분말은 AlN분말보다 더욱 가수분해면에서 안정할 것으로 예상된다. 일단 통상의 기술에 의해 조밀화된 AlN과 착체 전이 금속 붕화물 또는 착체 전이 금속 탄화물의 복합재는 높은 열 전도도를 요구하는 적용에서 사용하기에 적합하다. 이러한 착체 전이금속 붕화물 및 탄화물에 의해 제공된 강화된 위스커는 생성된 조밀체의 파열 강도를 증진시킨다.
본원에서 기술된 바와 같이 제조된 다공성 AlN 또는 고용체는 이후의 중합체물질 또는 금속에 의한 용침에 적합하다. 통상의 용침 과정은 다공체를 사용한 수행시에 용이하게 적용시킬 수 있다. 통상의 과정에는 기계적 가압 및 진공 용침 뿐만 아니라 중합체 또는 용융 중합체 또는 금속을 함유하는 용액중에 다공체를 침지시킴을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다.
다공체는 제조된 대로 용침시키거나, 바람직하게는 후속적인 중간체 피복 단계에 적용시킬 수 있다. 미합중국 특허 제5,234,712호의 제1열, 46행 내지 제2열, 37행 및 제3열, 36행 내지 제4열 54행에서는 피복물을 AlN 분말에 도포하는 방법이 기술되어 있다. PCT/US93/00978(제W093/25496호)의 5면, 24 내지 38행에서는 공정을 반복하여 제2의 피복물을 제공시킴으로써 이 단계를 개선시켰다. 경우에 따라, 동일한 방식으로 추가의 피복물을 제공할 수 있다. 다공체를 사용할 경우, 상기한과정이 추가로 개선된다. 비수성 용매 중에 AlN 분말을 피복 용액의 제조중에 분산시키는 것 대신에, 다공체와 접촉시키기 전에 피복 용액을 제조한다. 다공체를 피복하기 위한 바람직한 과정은 피복 용액의 일부분 이상을 다공체에 진공 용침시킴으로써 시작되며, 다공체를 소정의 잔류 피복 용액에 고정시키거나 침지시킴으로써 종결된다. 다공체는 목적한 기간 동안 피복 용액과 접촉시킬 수 있으나, 적합한 결과를 위해서는 통상적으로 2 내지 3시간 이하의 접촉이 요구된다. 이어서, 다공체를 오븐 또는 기타 적합한 통상의 건조 장치에 넣고, 가열하여 피복물을 건조시키고 경화시킨다. 본원에서 기술된 바와 같은, 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS), 무수 에탄올. 탈이온수 및 1N 아세트산으로부터 제조된 피복 용액을 사용할 때, 건조 및 경화는 적합하게는 120℃의 온도에서 0.5 내지 2시간 동안 일어나며, 이어서 즉시 550 내지 600℃의 상승된 온도에서 0.5 내지 2시간 동안 연소시킨다. 건조/경화 및 연소 과정 사이에 건조 장치로부터 다공체를 제거할 필요는 없다. 건조 장치의 온도를 건조/경화시에 사용된 온도로부터 연소시에 사용된 온도까지 용이하게 증가시킬 수 있다. 주의 온도로 냉각시킨 후에, 경우에 따라 건조 및 경화 단계를 1회 이상 추가로 반복시킬 수 있다.
미합중국 특허 제5,234,712호의 제3열, 7 내지 27행에는 피복 용액을 제조할때 사용하기에 적합한 직쇄 및 측쇄 알킬 및 알콕시알킬 실리케이트가 기술되어 있다. 이 실리케이트는 하기의 일반식을 갖는다:
RO({RO}2SiO)nSi(OR)3
상기 식에서,
R은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 12의 알킬 및 알콕시 라디칼로부터 선택되고,
n은 0 내지 2이다.
R 라디칼이 각각 독립적으로 선택된다는 것은 다른 R 라디칼과 동일하거나 상이할 수 있다는 의미이다.
미합중국 특허 제5,234,712호의 제3열, 47 내지 51행에는 통상의 피복 용액이 용매로서 탄소수 1 내지 4의 알킬 알콜, 실리케이트, 물 및 임의로 가수분해 촉매를 포함하는 것이 기술되어 있다. 적합한 가수분해 촉매는 4열, 8 내지 18행에서 정의된다. 본 발명의 경우에, 용매로서 무수 에탄올, 실리케이트로서 TEOS, 가수분해 촉매로서 물 및 아세트산을 사용할 경우에 특히 바람직한 결과가 수득된다.
하기의 실시예는 단지 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 축소하거나 제한하려는 것은 아니다. 별 다른 지시가 없는 한, 모든 부 및 %는 중량을 기준으로 한 것이다.
실시예 1
50pbw Al(Reynolds Metals Co., HPS-10)과 50pbw AlN(The Dow Chemical Company, XU 35548.00)과의 분말 혼합물 160.0g을 분쇄 매체 없이 볼밀에서 30분 동안 혼합함으로써 제조한다. Al(하기에, "Al-1"로 칭함)의 표면적(SA)은 0.03㎡/g이고, 산소 함량은 0.17%이며, 탄소 함량은 0.07%이다. AlN의 SA는 2.7㎡/g이고, 산소 함량은 0.86%이며, 탄소 함량은 0.01%이다.
분쇄한 후, 혼합물을 흑연 도가니(직경 6.35cm x 길이 8.89cm)에 붓고, 가볍게 두드려서 벌크 밀도가 0.64g/㎤이 되도록 한다. 충전된 도가니를 스테인리스강 반응기에 삽입한다. 반응기는 100pa의 진공 수준이 되도록 배기시킨 후, N2로 대기압까지 재충전시킨다. 배기 및 재충전 과정을 2회 반복한다.
배기 및 재충전 과정이 완료된 후, N2를 45 스탠다스(standard) ℓ/min(slpm)의 유속으로 도입시켜 대기압보다 0.01MPa 정도로 약간 높은 압력을 생성시키고 유지시킨다. 혼합물의 상부 표면에서 2mm 간격을 둔 텅스켄 코일을 사용하여 혼합물을 점화시킨다. 혼합물이 점화되자마자, 코일의 전원을 끄면, 추가로 에너지를 가하지 않아도 자체-전파 연소파가 혼합물을 통해 이동한다.
스폿(spot) 크기가 대략 2mm인 광학 고온계를 사용하여 점화된 혼합물의 상부 표면에서 측정한 피크 연소 온도는 1900℃(2l73K)이다. 달리 지시하지 않는 한, 이 기술을 다음의 실시예에서도 또한 사용한다. 스폿 크기가 연소파 폭보다 더 크므로, 고온계에서 측정되는 온도는 실제 피크 연소 온도보다 상당히 낮게 측정될 것이다.
점화시로부터 혼합물을 통한 연소파 이동의 완료까지 경과된 시간으로 측정된 반응 시간은 5분(min)이다. 실온(25℃로 취함)으로 냉각시킨 후, 도가니의 내용물을 분석을 위해 꺼낸다. 내용물은 중량이 40.9g 증가하였으며, 이는 대략 총 수율이 이론치의 98.6% 임을 나타낸다. 내용물을 XRD 분석하면 미반응 Al의 흔적이 없음이 나타나고, Al이 완전히 AlN으로 전환되었다는 결론이 지지된다. AlN은 LECO분석기로 측정하였을 때 산소 함량이 0.3%이다. SEM 분석에 따르면 평균 입자 크기가 10㎛인 것으로 나타난다. AlN을 브루나 우어-애밋-텔러(Brunauer-Emmett-Teller: BET) 분석하면 SA는 0.15㎡/g이다.
실시예 2
분말 혼합물을 점화시키기 전에 500℃(773K)의 온도로 30분 동안 예열시키고, 피크 연소 온도를 2340℃(26l3K)로 증가시키며, 반응 시간을 2.8분으로 감소시키는 점을 제외하고는, 실시예 1을 반복한다. 중량 증가분이 40.15g이며, 이는 수율이 이론치의 96.8% 임을 나타낸다. XRD 분석에 따르면 미반응 Al이 존재하지 않는 것으로 나타난다. SEM 분석에 따르면 평균 입자 크기가 52㎛이며, 몇몇 입자는 100㎛보다 큰 것으로 나타난다. 산소 함량 및 SA는 각각 0.21% 및 0.04㎡/g이다.
실시예 1 및 2를 비교하면 분말 혼합물을 예열시킬 경우 생성물 입자 크기의 제어 수단이 제공됨을 알 수 있다. 기타 예열 온도는 비교에 의해 이루어진 경향과 일치하는 평균 입자 크기에 대한 결과를 제공할 것으로 예상된다.
실시예 3 내지 7
실시예 3 내지 7은 반응물, 벌크 밀도 및 반응물의 총량을 변화시키면서 실시예 1을 반복한다. 이러한 변화로 피크 연소 온도, 총 반응 시간, 실제 중량 증분. 상당하는 수율 및 생성물 입자 크기가 변화된다. 제2 알루미늄 공급원(Al-2, Alcoa 7123)의 비표면적은 0.15㎡/g이고, 산소 함량은 0.5%이다. 실시예 3 내지 6은 실시예 1에서와 동일한 AlN을 사용한다. 실시예 7은 실시예 1에서 제조된 AlN을 사용한다. 하기 표 1은 관련 반응물 및 반응 생성물 데이타를 요약한 것이다. 실시예 5에 대한 기재 사항은 상이한 색채의 2개의 생성물 입자 크기를 나타낸다. 이 실시예에서의 생성물은 황색 결정의 핵심 부분(직경: 2cm)을 갖는 깨지기 쉬운 백색 결정 덩어리이다. XRD 분석에 따르면 이들 실시예 모두에서 미반응 Al이 존재하지 않는 것으로 나타난다.
[표 I]
실시예 1 내지 7은 점화 전에 AlN과 같은 불활성 희석제를 Al과 혼합하고, 벌크 밀도를 충분히 낮게 유지시켜 연소파가 지속되도록 할 경우, 질소 1 기압에서연소 합성을 통해 Al이 AlN으로 사실상 완전하게 전환됨을 입증한다. 본원에 기술된 기타 혼합물 및 작동 조건을 사용하였을 때에도 유사한 결과가 예상된다.
대조를 위해, Al-l과 AlN과의 혼합물 대신에 Al-1을 사용하는 점을 제외하고는 실시예 1을 반복하면 Al이 용융되고, 중량 증분이 매우 적으며, 상당량의 미반응 Al이 잔류한다. 또한, 물질의 양을 증가시키고, 벌크 밀도를 1.2g/㎤로 증가시키는 점을 제외하고는 실시예 4를 반복하면 가열이 편재되고, 연소파가 부재하게 된다. 즉, 중량 증분이 있을 경우에도 이는 매우 작다.
AlN 또는 고용체 분말을 제조할 때 벌크 밀도가 증가하면 혼합물의 열 전도도가 증가하고, 질소의 국부적 이용 가능성이 감소된다. 배합 효과는 자체-전파 연소파를 생성시키는 데에 기여하지 않는다. Al-2를 단독으로 사용할 때 벌크 밀도가 훨씬 증가하고, 이로 인해 전환율이 매우 작아진다. 본원에 기술된 범위 외의 반응물 조합 및 작동 파라미터를 사용할때 유사한 결과가 예상된다.
실시예 8
두께가 250㎛인 Al 합금 시트 438g을 폭이 3mm인 스트립으로 세단한다. Al 합금(Reynolds Metals Co. 3104)은 97.25pbw Al, 1.05pbw 마그네슘(Mg), 1.05pbw 망간(Mn). 0.45pbw 철(Fe) 및 0.2pbw Si를 함유한다. 스트립을 벌크 밀도가 1.24g/㎤인 원주형 압축물로 제조한다. 압축물 상부에 200g의 AlN 분말을 놓고 이를 흑연 도가니에 넣는다. AlN 분말은 생성된 반응 생성물이 도가니에 접착되는 것을 방지한다. 도가니는 반응기로서 사용되는 석영 및 흑연 유도로 내부에 위치시킨다. 반응기를 N220 총적으로 직경시킨 후, 유속이 40slpm이 되도록 한다. 이 유속은 반응기 내부에 약간 높은 압력을 유지시킨다. 반응기 온도를 30℃/min(30k/min)의 속도로 1050℃(l273K)까지 상승시킨 후, 이를 10℃/min(10K/min)의 속도로 상승시킨다.
도가니의 외부에서 측정하였을 때 1150℃(1323k)의 온도에서, 발열 반응이 시작되며 압축물의 온도는 빠르게 상승되기 시작한다. 열전쌍을 분말에 직접 삽입시킬 경우, 950℃(1123K)와 같은 저온이 측정될 것이다. N2유속을 반응중에 변화시켜 N2압력을 약간 높게 유지시킨다. 최대 유속은 80slpm이다. 반응은 2분내에 완료된 것으로 평가된다. 실시예 1에서와 같이 측정한 피크 온도는 2225℃(2498K)이다.
도가니 내용물을 실온으로 냉각시킨 후에, 중량 증분은 이론치의 56%의 수율에 해당되는 127.2g인 것으로 밝혀졌다. XRD 분석에 따르면 미반응 Al이 잔류하지 않는 것으로 나타난다. SEM에 따르면 평균 생성물 입자 크기가 20 내지 30㎛임을 나타낸다.
실시예 9
실시예 9에서는 실시예 1에서와 동일한 AlN 1000g을 Al 합금 시트 440g으로 부터 형성된 압축물 위에 및 둘레에 부어 분말 베드를 형성시킨 후 가열함을 제외하고는, 실시예 8을 반복한다. 1250℃(1523K)(압축물을 둘러싼 AlN의 외부 표면에서 측정하였을 때)의 온도에서 발열 반응이 관찰된다. 피크 온도는 1500℃(1773K)이다. 반응 시간은 2분이다 중량 증분은 220g이며, 이는 이론치의 97.3%의 수율에 해당한다. XRD 분석에 따르면 검출가능한 미반응 Al이 존재하지 않는 것으로 나타난다. SEM에 따르면, 대부분의 생성물의 입자 크기가 20 내지 30㎛인 것으로 나타난다. 압축물에 가장 가까운 분말 베드는 크기가 5㎛인 생성물을 함유한다.
분말 베드는 연소 반응중에 생성된 Al 및 AlN 증기를 포획하는 데 기여한다고 생각된다. 이는 실시예 8에 비해 수율이 증가한 것에 대한 유력한 설명이 된다.
실시예 10
실시예 8에서와 동일한 Al 합금 50pbw와 실시예 1에서와 동일한 AlN 50pbw의 혼합물 500g을 Al 합금층과 AlN충을 번갈아 충전시킴으로써 원주형 압축물로 만든다. 각 층의 두께는 3mm이다. 압축물의 밀도는 1.4g/㎤이다. 실시예 8에서와 같이 압축물을 가열하여 반응을 개시한다. 발열 반응은 1175℃(1448K)에서 관찰된다. 피크 온도는 1900℃(2173K)이다. 반응 시간은 2분이다. 중량 증분은 87.2g이며, 이는 이론치의 67.3%의 수율에 해당한다. XRD 분석에 따르면 검출가능한 미반응 Al이 존재하지 않는 것으로 나타난다. SEM에 따르면 대부분의 생성물의 입자 크기가 4 내지 6㎛임이 나타난다.
실시예 11
두께가 500㎛인 Al 합금 시트 260g을 실시예 8에서와 같이 원주형 압축물로 전환시킨다. Al 합금(Reynolds Metals Co. 5182)은 94bpw Al, 4.5pbw Mg, 0.4Pbw Mn, 0.1pbw Fe 및 0.1pbw Si를 함유한다. 압축물의 벌크 밀도는 0.64g/㎤이다.
압축물은 실시예 9에서와 같이 반응하여 1250℃(1523K)에서 발열 반응을 일으키고, 피크 온도는 1400℃(1673K)이다. N2유속은 50slpm이고, 반응 시간은 5분이다. 중량 증분은 126.6g이며, 이는 순수한 Al을 기준으로 하였을 때, 이론치의 93.2%의 수율에 해당한다. 반응 동안 매우 휘발성인 금속인 Mg 4.5%를 고려하여 보정한다면, 수율은 이론치의 97.5%이다. XRD 분석에 따르면 검출가능한 미반응 Al이 존재하지 않는 것으로 나타난다. SEM에 따르면 대부분의 생성물의 입자 크기가 10㎛인 것으로 나타난다.
실시예 12
실시예 12에서는 두께가 20㎛인 Al 합금 시트 50pbw 및 AlN 50pbw의 혼합물 459.5g을 사용하는 점을 제외하고는 실시예 10을 반복한다. Al 합금(Reynolds Metals Co. 8111)은 99.1pbw Al, 0.5pbw Fe, 0.3pbw Si 및 0.1pbw 아연(Zn)을 함유한다. 발열 반응은 1250℃(1523K)에서 관찰되고, 피크 온도는 2200℃(2473K)이다. 반응 시간은 3분이다. 중량 증분이 117.5g이며, 이는 이론치의 98.6%의 수율에 해당한다. XRD 분석에 따르면 검출 가능한 미반응 Al이 존재하지 않는 것으로 나타난다. SEM에 따르면 대부분의 생성물의 입자 크기가 10㎛인 것으로 나타난다.
실시예 13
실시예 1에서와 동일한 50/50 Al/AlN 혼합물 1000g을 AlN 400g의 분말 베드를 함유하는 흑연 도가니에 조밀하지 않게 붓는다. 혼합물의 벌크 밀도는 0.6g/㎤이고, 이를 실시예 8의 가열 과정을 사용하여 가열한다. 발열 반응은 1020℃ (1293K)에서 관찰되고, 피크 온도는 2000℃(2273K)이다. 반응 시간은 3.5분이고, 최대 N2유속은 80slpm이다. 중량 증분은 255.4g이고, 이는 이론치의 98.5%의 수율에 해당한다. XRD 분석에 따르면 통해 검출가능한 미반응 Al은 존재하지 않는 것으로 나타난다. SEM에 따르면 대부분의 생성물의 입자 크기가 10㎛인 것으로 나타난다.
실시예 14
실시예 14에서는 25/75 Al/AlN 혼합물 800g을 사용하는 점을 제외하고는 실시예 13을 반복한다. 발열 반응은 1100℃(l383K)에서 관찰되고, 피크 온도는 1700℃(1973K)이다. 반응 시간은 3.8분이고, 최대 N2유속은 50slpm이다. 중량 증분은 98.5g이고 이는 이론치의 95%의 수율에 해당한다. XRD 분석에 따르면, 검출가능한 미반응 Al은 존재하지 않는 것으로 나타난다. SEM에 따르면 대부분의 생성물의 입자 크기가 5㎛인 것으로 나타난다.
실시예 8 내지 14는 전체 압축물을 점화 온도까지 가열함으로서 개시되는 연소 합성의 실행가능성을 입증한다. 본원에 기술된 기타 혼합물 및 공정 조건을 사용할 경우 유사한 결과가 예상된다.
실시예 15
실시예 1에서 사용된 것과 동일한 Al 50pbw 및 50pbw SiC(상등 흑연)의 혼합물 213g을 실시예 1에서와 같이 볼 밀 분쇄에 의해 제조한다. SiC는 주로 β-SiC이며, 평균 입자 크기가 0.2㎛이고, SA가 2O㎡/g이다. 혼합물은 7.6cm 직경의 흑연 도가니에 부었을 때 벌크 밀도가 0.85g/㎤이다. 도가니를 실시예 1에서와 같이, N2로 30분 동안 40slpm의 유속으로 퍼징한 스테인리스 강 반응기에 넣는다.
혼합물의 상부 표면으로부터 0.3cm에 위치한 텅스텐 코일에 의해 혼합물을 점화시킨다. 연소파는 도가니 바닥에 3.5분내에 도달한다. 중량 증분은 53.5g이고, 이는 이론치의 96.9%의 수율에 해당한다. XRD 분석에 따르면 단일상 AlN-SiC 고용체인 것으로 나타난다.
실시예 16 내지 25
다양한 비율의 Al, SiC, 규소(Si)(Elkem HQ-SILGRAINTM) 탄소(C)(Chevron SHAWINIGANTM) 및 AlN을 사용하여 실시예 15의 과정을 사용하여 일련의 실험을 수행한다. 비율, 생성물 SiC함량 및 %수율은 하기 표 11에 기재되어 있다. 모든 실시예는 단일상 AlN-SiC 고용체를 생성시킨다.
본원에 기술된 기타 고용체 성분 및 공정 조건을 사용할 경우에도 유사한 결과가 예상된다.
[표 II]
실시예 26
AlN-SiC 고용체의 가수분해 안정성을 평가하기 위해, 실시예 16 내지 20의 생성물을 85℃(358K)의 온도 및 85%의 상대 습도에 100시간 동안 방치한다. 샘플번호, SiC 함량 및 중량 증분%는 하기 표 III에 기재되어 있다.
[표 III]
표 III에 나타난 데이타는 AlN-SiC 고용체의 실질적인 가수분해 안정성을 입증한다. 이점은 동일한 조건하에서 순수한 AlN 분말이 훨씬 더 큰 중량 증분을 나타낸다는 관찰에 의해 강조된다. 본원에 기술된 바와 같은 기타 AlN 함유 고용체 및 SiC 이와의 세라믹 물질을 사용할 경우에도 유사한 결과가 예상된다.
실시예 27
실시예 27에서는 도가니의 크기를 증가시키고, 실시예 1에서 제조된 바와 같은 35pbw Al-2 및 65pbw AlN의 분말 혼합물 1200g을 사용하는 점을 제외하고는 실시예 1을 반복한다. 또한, AlN을 실시예 1에서와 같이 볼 밀 분쇄하기 전에 볼 밀 분쇄하여 SA가 1.8㎡/g이 되게 한다. 도가니의 직경은 17.8cm이고, 길이는 15.2cm이다. 벌크 밀도는 0.61g/㎤이다. 피크 연소 온도, 반응 시간 및 중량 증분은 각각1735℃(2008K), 5분 및 212.2g이다. 수율은 이론치의 97.4%이다. XRD 분석에 따르면 미반응 Al이 존재하지 않는 것으로 나타난다. 평균 생성물 입자 크기(SEM)는 1㎛이다. 표면적 및 산소 함량은 각각 2.4㎡/g 및 0.35%이다.
생성물을 통상의 액상 소결 과정을 통해 소결시켜 밀도가 이론치의 99% 이상이 되도록 하여 열 전도도가 170와트/미터 · K(W/m · K) 보다 큰 소결체를 제공한다. 실시예 1 내지 14로부터 생성된 소결 생성물 및 본원에 기술된 기타 혼합물 및 작동 조건을 사용하였을 경우에도 유사한 결과가 예상된다.
실시예 28
50pbw Al-2 및 50pbw의 실시예 27에서 수득된 AlN의 분말 혼합물 1000g을 실시예 27에서와 같은 도가니에 붓는다. 혼합물을 가볍게 두드려 벌크 밀도가 0.62g/㎤이 되게하고, 추가의 혼합물 1500g을 제조하고 가변 속도 공급기에 넣는다.
가변 속도 공급기는 용적이 3ℓ인 원뿔 형태이다. 이의 선단 또는 작은 말단에 직경이 7cm인 스크린을 장착시킨다. 이 스크린은 12 메쉬(1.40mm 스크린 개구부)이다. 가변 속도 모터에 연결된 블레이드(blade)가 있는 스핀들(Spindle)은 모터가 작용할때 이 스핀들이 밀가루 시프터(sifter)와 동일한 방식으로 작동하도록 하는 방식으로 가변 속도 공급기 내에 위치시킨다. 모터의 속도를 변화시킴으로써 분말 혼합물이 도가니로 공급되는 속도를 조절할 수 있다.
도가니 및 가변 속도 공급기를 실시예 1에서와 동일한 스테인리스강 반응기에 위치시킨 후, 반응기를 배기시키고, 실시예 1에서와 같이 N2기체로 재충전시킨후, N2기체를 80slpm의 유속으로 도입하여 약간 높은 압력을 생성시키고 유지시킨다. 혼합물이 도가니에서 점화된 후 3분 후에 가변 속도 공급기 내의 추가의 혼합물을 100g/min의 속도로 도가니에 가한다. 약 30분의 총 반응시간으로 중량이 638.4g이 되고, 이는 이론치의 98.5%의 수율에 해당한다. 생성물은 실시예 27과 매우 유사하다. 이의 평균 입자 크기는 1㎛이고, SA는 2.8㎡/g이며, 산소 함량은 0.54%이다.
실시예 29
실시예 1에서와 동일한 50/50 Al/AlN 혼합물 200g을 실시예 28에서 기술된 가변 속도 공급기에 가한다. 혼합물을 가열된 흑연 도가니에 2g/min의 속도로 공급한다. 도가니를 실시예 8에서 기술된 유도로 내부에 위시키고, 온도를 1100℃ (1373K)로 가열한 후 혼합물을 가한다. 실시예 1 및 8과 같은 몇몇 실시예에서와 같이 약간 높은 질소 압력을 유도로 내에 유지시킨다.
혼합물 30g을 도가니에 공급한 후, 도가니 및 이의 내용물을 실온(25℃ 또는 298K)으로 냉각시킨다. XRD에 따르면 미반응 Al이 존재하지 않는 것으로 나타난다. SEM에 따르면 평균 생성물 입자 크기가 1㎛임이 나타난다.
실시예 30
실시예 8에 기술된 유도로 중에 두께가 0.5in(1.3cm)인 AlN 판으로 라이닝(lining)된 흑연 도가니를 설치한다. 라이닝된 도가니의 용적은 직경이 13cm이고 길이가 16cm로 제한된다. 도가니를 수평선에 대해 22.5°의 각도로 위치시키고, 흑연 샤프트(shaft)에 부착시킨다. 이 샤프트는 운전가능하게 모터 드라이브에 연결되어 도가니를 회전시켜 이의 내부에 함유되거나 이에 가해진 물질을 반응시킨다. 도가니의 용적의 1/3은 직경이 1.3cm인 AlN 볼이 차지한다. 도가니를 약 6rpm으로 회전시킨다.
도가니를 회전시키고 실시예 1에서와 같이 압력을 약간 높힌 유동 질소 대기하에서 1300℃(l573K)의 온도까지 가열한다. 회전 도가니를 1300℃(1573K)에서 15분 동안 유지시킨 후, 직경이 0.16cm인 Al 와이어(Alcoa, 99.99% 순도)를 도가니의 중심에 공급한다. 금속 불활성 기체(MIG) 용접 와이어 공급기는 와이어를 수 냉각된 란스(lance) 및 절열된 Al2O3튜브를 통해 38 내지 100cm/min(2 내지 5g/min)의 속도로 공급한다.
와이어 또는 용융 Al이 AlN 볼과 접촉할 때, AlN의 연소 합성이 일어나고, 도가니 내에서 밝은 섬광이 관찰될 수 있다. XRD에 따르면 미반응 Al이 존재하지 않는 것으로 나타난다. SEM에 따르면 평균 입자 크기가 2 내지 3㎛인 것으로 나타난다.
실시예 28 내지 30은 반연속 또는 연속 연소 합성의 실행 가능성을 입증한다. 본원에서 기술된 다른 출발 물질 및 작동 조건을 사용할 경우에도 유사한 결과가 예상된다.
실시예 31
90pbw Al-2 10pbw C 분말(Chevron Acetylene Black)의 혼합물 200)g을 흑연도가니에 조밀하지 않게 붓는다. 혼합물의 벌크 밀도는 0.7g/㎤이다. 도가니를 스테인리스 강 반응기 용기에 삽입시키고, 이의 상부 표면이 점화를 위해 사용된 텅스텐 코일로부터 3mm에 위치하도록 한다. 반응기 용기를 배기시키고, 실시예 1에서와 같이 2회 재충전시킨다. 70A의 전류를 텅스텐 코일을 통해 5초 동안 제공함으로써 혼합물을 점화시킨다. 혼합물을 5분 동안 연소시켜 중량 증분이 74.7g인 생성물을 수득하고, 이는 이론치의 80% 수율에 해당한다. 생성물을 XRD 분석하면 생성물이 AlN 및 미량의 Al4C3로 이루어지는 것으로 나타난다. SEM에 따르면 대부분의 생성물이 두께가 2 내지 4㎛이고, 폭이 20 내지 30㎛인 AlN 소판 형태인 것으로 나타난다.
실시예 32
Al, Al-1 또는 Al-2 및 탄소 분말의 양을 변화시키고, 몇몇 경우에서는 AlN의 양을 동일한 중량의 Al-2로 대체시킴을 제외하고는 실시예 31을 반복한다. 표 IV에는 샘플 번호, 조성, 분말 벌크 밀도, 수율(측정된 경우) 및 몇몇 경우에서는 생성된 생성물의 정성적 관찰내용이 기재되어 있다.
실시예 31 및 표 IV의 결과는 혼합물 중량을 기준으로 하여 5 내지 70중량%의 탄소 함량을 갖는 혼합물을 연소 합성하였을 때 만족스러운 AlN 반응 생성물이 생성된다는 것을 입증한다. 이러한 혼합물의 벌크 밀도는 0.2g/㎤ 내지 1.3g/㎤ 미만이다. 또한, 연소 반응은 지속 가능하고, 이론치의 12% 정도의 낮은 수율을 나타낸다.
[표 IV]
실시예 33
50pbw Al-2와 50pbw의 배합물[75.8pbw Ti 분말(Johnson Mathey), 4.2pbw V분말(Johnson Mathey) 및 20pbw의 실시예 31과 동일한 탄소 분말]의 혼합물 200g을 탄화 텅스텐-코발트 매체와 함께 15분 동안 볼 밀분쇄한다. 이어서, 혼합물을 실시예 31에서의 혼합물과 유사한 방식으로 가공한다. 혼합물을 4분 동안 연소시켜 중량 증분이 51g인 생성물을 수득하고, 이는 Al의 AlN로의 전환율을 기준으로 하였을때 이론치의 98.4%의 수율에 해당한다. 생성물을 XRD 분석하면 생성물이 AlN 및 Ti-V 탄화물(TiC 결정 구조)로 이루어지고 검출가능한 잔여 Al을 함유하지 않는 것으로 나타난다. SEM에 따르면 생성물이 AlN 입자(등방성 형태 및 소판형태) 및 착체(Ti-V) 탄화물 위스커 형태인 것으로 나타난다. 위스커의 폭은 1 내지 2㎛이고, 길이는 10 내지 60㎛이다.
실시예 34
Al-2 및 배합물의 상대적 양을 변화시키고, 배합물의 조성을 변화시키는 점을 제외하고는 실시예 33을 반복한다. 또한, 추가로 가공하기 전에 혼합물을 가볍게 두드려 벌크 밀도가 0.8g/㎤이 되도록 한다. 혼합물은 70pbw Al-2 및 30pbw의 배합물[65.3pbw Ti 분말, 3.7pbw V 분말 및 31pbw의 붕소(B) 분말(Aldrich)]을 함유한다. 혼합물을 4.5분 동안 연소시켜 중량 증분이 70.1g인 생성물을 수득하고, 이는 Al의 AlN로의 총 전환율을 기준으로 하였을 때 이론치의 96.5%의 수율에 해당한다. 생성물을 XRD 분석하면 생성물이 AlN 및 Ti-V 붕화물(TiB2결정 구조)로 이루어지고, 검출가능한 잔여 Al을 함유하지 않는 것으로 나타난다. SEM에 따르면 생성물이 , AlN 입자(직경이 2 내지 4㎛인 등방성 형태) 및 착체(Ti-V) 붕화물 위스커 형태인 것으로 나타난다. 이 위스커의 폭은 3 내지 4㎛이고, 길이는 40 내지 70㎛이다.
실시예 35
Al-2 및 배합물의 상대적 양을 Al-2 30pbw 및 실시예 34와 동일한 배합물70pbw로 함을 제외하고는 실시예 34를 반복한다. 혼합물을 가볍게 두드려 벌크 밀도가 1.0g/㎤이 되도록 한다. 이를 5.5분 동안 연소시켜 중량 증분이 30.8g인 생성물을 수득하고, 이는 Al의 AlN로의 총 전환율을 기준으로 하였을 때 이론치의 99%의 수율에 해당한다. 생성물을 XRD 분석하면 생성물이 AlN 및 Ti-V 붕화물(TiB2결정 구조)로 이루어지고 검출가능한 잔여 Al을 함유하지 않는 것으로 나타난다. SEM에 따르면 생성물이 AlN 입자(직경이 1 내지 2㎛인 등방성 형태) 및 착체(Ti-V) 붕화물 위스커 형태임이 나타난다. 위스커의 폭은 1 내지 2㎛이고, 길이는 10 내지 40㎛이다.
실시예 36
배합물의 조성을 변화시키는 점을 제외하고는 실시예 32를 반복한다. 배합물은 72.7pbw의 Zr 분말(Aldrich), 8.2pbw의 Nb 분말(Johnson Mathey) 및 19.1pbw의 실시예 34에서 사용된 것과 동일한 B 분말을 함유한다. 혼합물을 가볍게 두드려 벌크 밀도가 0.8g/㎤이 되도록 한다. 혼합물을 4분 동안 연소시켜 중량 증분이 50.8g인 생성물을 수득하고, 이는 Al의 AlN로의 총 전환율을 기준으로 하였을 때 이론치의 98%의 수율에 해당한다. 생성물을 XRD 분석하면 생성물이 AlN 및 Zn-Nb 붕화물(ZrB2결정 구조)로 이루어지고, 검출가능한 잔여 Al을 함유하지 않는 것으로 나타난다. SEM에 따르면 생성물이 AlN 입자(직경이 2 내지 3㎛인 등방성 형태) 및 착체(Zr-Nb) 붕화물 위스커 형태임이 나타난다. 이 위스커의 폭은 1 내지 2㎛이고, 길이는 20 내지 50㎛이다.
실시예 37
배합물의 조성을 변화시키는 점을 제외하고는 실시예 32를 반복한다. 배합물은 71.6pbw의 Ta 분말(Aldrich), 18.9pbw의 Ti 분말(Johnson Mathey) 및 9.5pbw 의 실시예 32에서 사용된 것과 동일한 C 분말을 함유한다. 원자% 기준으로, 이는 Ti와 Ta의 50/50 혼합물이다. 혼합물을 가볍게 두드려 벌크 밀도가 1.4g/㎤이 되도록 한다. 이를 5분 동안 연소시켜 중량 증분이 51g인 생성물을 수득하고, 이는 Al의 AlN로의 총 전환율을 기준으로 하였을 때 이론치의 98.4%의 수율에 해당한다. 생성물을 XRD 분석하면 생성물이 AlN 및 Ta-Ti 탄화물(TiC 결정 구조)로 이루어지고, 검출가능한 잔여 Al을 함유하지 않는 것으로 나타난다. SEM에 따르면 생성물이 AlN 입자(직경이 2 내지 3㎛인 등방성 형태 및 소판 형태) 및 착체(Ta-Ti) 탄화를 위스커 형태인 것으로 나타난다. 이 위스커의 폭은 1 내지 3㎛이고, 길이는 10 내지 100㎛이다.
Al 또는 Al 합금, 전이 금속 및 붕소 또는 탄소 분말의 다른 배합물을 사용하였을 경우에도 동일한 결과가 예상된다. 혼합물의 각 성분의 적절한 양은 본원에 기술되어 있다.
실시예 38
50pbw의 Al-2 및 50pbw의 실시예 1에서 제조한 바와 같은 AlN의 혼합물 265g을 분쇄 매체 없이 볼밀에서 30분 동안 혼합한다. 혼합물을 실시예 31에서와 같은 흑연 도가니에 붓고, 가볍에 두드려 벌크 밀도가 0.9g/㎤가 되게한 후, 텅스텐 코일이 혼합물의 상부 표면 위에 2mm 간격을 두고 위치하는 점을 제외하고는 실시예31에서의 혼합물과 동일한 방식으로 가공한다. 혼합물을 5분 동안 연소시켜 중량 증분이 67.4g인 생성물을 수득하고, 이는 Al의 AlN으로의 총 전환율을 기준으로 하였을 때 이론치의 98.1%의 수율에 해당한다. 생성물을 XRD 분석하면 검출가능한 잔여 Al이 존재하지 않는 것으로 나타난다. 생성물은 형태학적으로 측정한 벌크 밀도가 2.1g/㎤인 다공성 고체 형태이다. 본 원에서 사용된 형태 측정은 직사각형 고체를 측정할 반응 생성물로부터 절단하거나, 이로부터 떼어 내어 이의 외부 치수를 측정하고 칭량하여 데이타를 얻고, 이로부터 밀도를 계산함을 의미한다. 생성물은 지나치게 다공성이어서 밀도 측정을 위해 침지 기술을 사용할 수 없다. 이는 이론치 밀도의 64.4%의 밀도에 해당한다. 일련의 단편을 생성물로부터 절단한다. 이 단편 중 하나에 대해 레이저 섬광법으로 열 전도도를 측정한다. 열 전도도는 l4W/m · K이다.
실시예 39
혼합물의 양을 280g으로 하고, 혼합물 벌크 밀도를 1.1g/㎤으로 하는 점을 제외하고는 실시예 38을 반복한다. 생성물의 중량 증분은 70.4g이고, 이는 이론치 의 97%의 수율에 해당한다. 생성물의 벌크 밀도는 2.3g/㎤이고, 열 전도도는 15.6W/m·K이다.
실시예 40
혼합물 성분비를 60pbw Al-2 및 40pbw AlN으로 변화시키는 점을 제외하고는 실시예 39를 반복한다. 혼합물의 벌크 밀도는 1.0g/㎤이다. 생성물의 중량 증분은 85.8g이고, 이는 이론치의 98.5%의 수율에 해당한다. 생성물의 벌크 밀도는 1.4g/㎤이고, 열 전도도는 16W/m · K이다.
실시예 41
혼합물을 점화시키기 전에 600℃로 예열시키는 점을 제외하고는 실시예 40을 반복한다. 생성물의 중량 증분은 82g이고, 이는 이론치의 94.2%에 해당한다. 생성물의 벌크 밀도는 1.5g/㎤이고, 열 전도도는 23W/m ·K이다.
실시예 42
실시예 38에서 제조된 다공성 고체 4개의 단편에 중합체를 충전시킨다. 2개(샘플 A 및 B)는 에폭시 수지 [DuroTMMaster MendTMEpoxy(수지 및 경화제) 신속 경화 조성물, Loctite Corporation]으로 충전시키고, 2개(샘플 C 및 D)는 실리콘 중합체[(GE Clear Silicone Bathroom Tub ＆ Tile Sealant), 캐나다에서 GE Silicones으로 제조된 제품, General Electric Company가 제조함]로 충전한다. 각각의 중합체 중 하나는 기계적 가압법으로 충전하고, 하나는 진공 용침에 의해 충전한다. 단편의 외부 표면으로부터 과량의 중합체를 제거하지 않으면서 취한 충전된 단편의 열 전도도 측정값은 다음과 같다: A=10.8 W/m ·K; B=13.9W/m ·K; C=10.0W/m ·K; 및 D=14.3W/m ·K, 중합체 자체의 열 전도도 측정값은 중합체 각각에 대해 0.2W/m ·K이다.
기계적 가압법은 다공성 고체를 금속 일축 다이에 놓고, 목적한 중합체를 다공성 고체의 상부에 가하고, 중합체가 램(ram)과 다이의 벽 사이의 틈으로 나오기 시작하는 시기까지 램으로 압력을 가하는 단계를 포함한다. 이어서, 가한 압력을제거하고; 단편을 다이로 부터 꺼내어 밤새(15시간) 공기 건조시킨다.
진공 용침은 중합체를 유기 용매(예: 아세톤, 메틸 에틸 케톤 또는 톨루엔) 10 내지 200용적%로 희석시켜 점도가 감소된 중합체원을 생성시키는 단계를 포함한다. 다공성 고체를 타이곤(TygonTM) 상표의 호스에 부착시키고, 이 호스는 유기 물질이 진공 펌프로 흡수되는 것을 방지하는 트랩(trap)으로서 작용하는 삼각 여과 플라스크를 통해 진공 펌프에 연결된다. 다공성 고체는 진공에 의해 제 위치에 고정되며, 점도가 감소된 중합체원 표면과 접촉시킨다. 용매(희석제)의 양은 다공성 고체를 통한 점도가 감소된 중합체원의 통과 속도를 조절할 수 있도록 조정될 수 있다. 중합체 공급원의 용침이 완료되면(이는 삼각 여과 플라스크에 약간의 중합체원의 존재하는 것으로 입증된다), 진공 펌프의 전원을 끈다. 용침된 고체를 기계적 가압법에서와 같이 밤새 공기 건조시킨다.
샘플 A 내지 D에 대해 열 전도도를 측정하면 더 낮은 한계치를 나타낸다고 생각된다. 표면으로 부터 과량의 중합체를 세척하면 열 전도도가 약간만 증가한다고 생각된다. 전자 용품에 통상적으로 사용되는 다른 중합체를 사용할 경우에도 유사한 결과가 예상된다.
실시예 43
실시예 38에서 제조된 다공성 고체의 2개의 단편을 폴리우레탄 접착제(Urethane Bond, Dow corning Corportion)를 사용하여 서로 결합시킨다. 결합된 단편들의 외부층에 얇은 접착제(≤5mm)층을 도포한다. 접착제를 밤새(15시간)건조시키다. 결합된 단편들의 열 전도도는 11.1W/m ·K이다. 광학 현미경법으로 결합된 단편들의 외부 표면을 검사하면, 우레탄 피복물이 연속적이고 균일하게 나타난다.
다른 우레탄 중합체를 사용할 경우에도 유사한 결과가 예상된다. 우레탄 이외의 중합체로부터 형성된 피복물을 사용할 경우에도 유사한 결과가 예상된다.
실시예 44
실시예 31에서 제조된 다공체를 본원에 기술된 개질 과정을 사용하여 TEOS로 처리한다. TEOS 1ml를 무수 에탄올 10ml, 탈이온(DI)수 1ml 및 1N 아세트산 0.1ml의 용액에 용해시켜 피복 용액을 제조한다. 다공체는 피복되기 전에 질량이 2.88g이다.
실시예 42에 기술된 진공 용침 장치를 사용하여, 다공체의 내부 표면을 피복 용액으로 적어도 부분적으로 피복시킨다. 이어서, 모든 휘발성 액체가 용액으로부터 증발될때 까지 다공체를 잔류 피복 용액에 침지시킨다. 다공체를 용액에 넣은 지 3시간 후에 증발이 완료된다. 부분적인 피복은 피복 용액이 다공체로 추가로 용침되거나 "흡상"되는 것을 용이하게 한다고 생각된다.
모든 액체가 용액으로부터 증발된 후, 다공체를 120℃의 설정 온도로 가열된 오븐에 넣고, 1 내지 2시간 동안 건조시킨다. 이어서 설정 온도를 550 내지 600℃로 증가시키고, 이 온도에서 1시간 동안 유지시킨다. 주위 온도로 냉각시킨 후, 피복 및 가열 과정을 반복하여 2중 피복물을 생성시킨다.
2중으로 피복된 다공체의 열 확산율(레이저 섬광법)은 0.067㎠/초이다. 이는15W/m ·K 이상의 열 전도도에 해당한다.
2중으로 피복된 다공체를 전자 프로브(probe) 분석법(EPA)으로 평가한다. EPA로 부터 Si-함유종이 다공체 전체에 걸쳐 존재함을 알수 있고, 다공체의 외부 표면의 300㎛내의 Si종의 농도가 다공체의 나머지 전체에서 보다 더 높음을 알수 있다.
본원에 기술된 바대로 제조된 기타 다공체 뿐만 아니라 본원에 기술된 다른 실리케이트 피복물을 사용할 경우에도 유사한 결과가 예상된다. 피복된 다공체에는 실시예 42에서와 같이 중합체 또는 금속을 용침시킬 수 있다. 실리케이트 피복물은 무정형 실리카로 개질된 표면을 제공한다. 실리카는 잇점으로서 개선된 가수분해 안정성, 및 실리카 물체 및 실리카 입자와 함께 통상적으로 사용되는 수지 및 금속과 함께 사용할 수 있는 표면 화학을 제공한다.
실시예 1 내지 44는 본원에서 기술된 방법의 실행 가능성을 입증한다. 예를들어, 본 방법으로 특히 평균 입자 크기 및 산소 함량면에서 광범위한 다양성을 갖는 분말 특성을 지닌 생성물이 수득된다. 유사한 규모이든지 더 큰 규모이든지에 무관하게 본원에 기술된 다른 공정 변형을 사용하여서도 과도한 실험없이 유사한 결과가 예상된다.

Claims (22)

  1. (a)기체 질소의 존재하에 0.75 내지 30atm(0.075 내지 3MPa)의 압력에서, (1)질화알루미늄을 생성시키는 경우에는 불활성 고체 희석제와 혼합될 수도 있는, 알루미늄 및 알루미늄 합금으로부터 선택된 금속; 또는 (2)질화알루미늄 소판(platelet)을 생성시키는 경우에는 탄소와 혼합된 알루미늄 및 알루미늄 합금으로부터 선택된 금속; 또는 (3)위스커(whisker) 형태의 전이 금속 붕화물 또는 전이 금속 탄화물과 질화알루미늄과의 복합재를 생성시키는 경우에는 제1 전이 금속. 탄소와 붕소중에서 선택된 비금속 성분 및 제2 전이 금속(여기서, 제1 전이 금속 및 제2 전이 금속은 티탄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 크롬, 몰리브덴 및 텅스텐으로부터 선택되는 상이한 금속이다)의 배합물과 혼합된 알루미늄 및 알루미늄 합금으로부터 선택된 금속; 또는 (4)고용체를 생성시키는 경우에는 (i)탄화규소(SiC), 산화알루미늄(Al2O3) 및 실리카(SiO2)로부터 선택된 하나 이상의 세라믹 물질 또는 (ii)하나 이상의 SiC 및 SiO2를 함유하거나 함유하지 않는 질화규소(Si3N4)와 Al2O3과의 배합물, 또는 (iii)규소와 탄소의 입상 배합물로부터 선택된 세라믹 물질 또는 세라믹 물질 전구체와 혼합된 알루미늄 및 알루미늄 합금으로부터 선택된 금속인 입상 물질(이 입상 물질은 혼합물을 통해 통과하는 자체-전파 연소파(self-propagating combustion wave)를 생성시키고 유지시키는 0.5 내지 1.5g/㎤의 벌크 밀도 및 알루미늄 금속 함량을 지닌다)을 금속 중 알루미늄의동시 연소를 개시하는 온도로 가열함으로써 점화시키는 단계 및
    (b)연소파를 혼합물 전체에 통과시켜, 입상 물질의 알루미늄 중의 75중량% 이상을 질화알루미늄 또는 질화알루미늄 고용체로 전환(질화알루미늄 소판을 제조하는 경우에는 입상 물질의 알루미늄 중의 10중량% 이상을 질화알루미늄으로 전환시킨다)시키는 단계를 포함하여, 연소 합성에 의해 질화알루미늄, 질화알루미늄과 전이 금속 붕화물 또는 전이 금속 탄화물과의 복합재, 질화알루미늄과 하나 이상의 다른 세라믹 물질과의 고용체인 생성물을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 입상 물질이 금속과 불활성 고체 희석제의 혼합물이고, 희석제가, 혼합물의 중량을 기준으로 하여, 20 내지 80중량%의 양으로 존재하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 희석제가 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4), 질화붕소(BN), 질화티탄(TiN), 질화하프늄(HfN), 이붕화티탄(TiB2), 탄화붕소(B4C) 또는 질화지르코늄(ZrN)인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 기체 질소의 압력이 0.75 내지 10atm(0.075 내지 1MPa)인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 입상 물질의 벌크 밀도가 0.2 내지 1.3g/㎤이고, 입상 물질중 일부분 이상이 외부 점화원에 의해 점화되는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 입상 물질이 (4)알루미늄 및 알루미늄 합금으로 부터 선택된 금속과 하나 이상의 세라믹 물질 또는 세라믹 물질 전구체와의 혼합물이며, 이때 세라믹 물질 또는 전구체는, 혼합물의 중량을 기준으로 하여, 1 내지 75중량%의 양으로 존재하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 입상 물질 중의 알루미늄의 90% 이상이 질화알루미늄 또는 질화알루미늄 고용체로 전환되는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 기체 질소의 압력이 0.8 내지 3atm(0.08 내지 0.3MPa)인 방법.
  9. 제6항에 있어서, 입상 물질의 벌크 밀도가 0.5 내지 1.2g/㎤인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 입상 물질이 (2)탄소와 혼합된 알루미늄 및 알루미늄 합금으로부터 선택된 금속이고, 이의 벌크 밀도가 0.2 내지 1.3g/㎤인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 입상 물질이 (3)2개의 상이한 전이 금속과 붕소 또는 탄소의 배합물과 혼합된 알루미늄 및 알루미늄 합금으로부터 선택된 금속이고, 이때 입상 물질은, 총 입상 물질의 중량을 기준으로 하여, 10 내지 90중량부의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 및 90 내지 10중량부의 2개의 상이한 전이 금속과 붕소 또는 탄소의 배합물을 함유하고, 이때 알루미늄 또는 알루미늄 합금 및 2개의 상이한 전이 금속과 붕소 또는 탄소의 배합물의 양의 총합은 100중량부인 방법.
  12. 제11항에 있어서, 배합물이, 배합물의 중량을 기준으로 하여, 72 내지 94중량부의 제1 전이 금속으로서의 티탄, 0.8 내지 9.5중량부의 제2 전이 금속으로서의 바나듐 및 5 내지 21중량부의 비금속 성분으로서의 탄소를 함유하고, 이때 전이 금속 및 비금속 성분의 양의 총합은 100중량부인 방법.
  13. 제1항 또는 제12항에 있어서, 위스커(Whisker)의 두께가 0.5 내지 5㎛이고, 길이가 5 내지 100㎛인 방법.
  14. 제1항 및 제2항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 금속이 알루미늄 합금이고, 이때 알루미늄 함량은, 합금의 중량을 기준으로 하여, 75중량% 이상인 방법.
  15. 제1항, 제2항, 내지 제9항, 제11항 및 제12항 주으이 어느 한 항에 있어서, 생성물이 다공체이고, (c)다공체에 하나 이상의 중합체 또는 하나 이상의 금속을용침시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 단계(b)와 단계(c) 사이에, 다공체를 실리케이트 물질로 피복시킨 후, 120℃에서 0.5 내지 2시간 동안 경화시키고, 이어서 550 내지 600℃에서 0.5 내지 2시간 동안 경화시키는 중간 단계를 추가로 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 직쇄 또는 측쇄 알킬 또는 알콕시알킬 실리케이트, 탄소수 1 내지 4의 알킬 알콜을 포함하고 가수분해 촉매를 포함하거나 포함하지 않는 수성 피복 용액을 사용하여 다공체의 내부 및 외부 표면에 실리케이트 물질을 피복시키는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 피복 용액이 테트라에틸오르토실리케이트, 무수 에탄올, 물 및 아세트산을 포함하는 방법.
  19. 제1항에 따르는 방법에 의해 제조된 질화알루미늄(AlN) 소판, AlN-착체 전이 금속 탄화물 복합재, AlN-착체 전이 금속 붕화물 복합재 또는 AlN-함유 고유체.
  20. 하나 이상의 중합체가 질화알루미늄(AlN); AlN 소판; AlN-착체 전이 금속 탄화물 복합재; AlN-착체 전이 금속 붕화물 복합재 및 AlN 함유 고용체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 다공체(여기서, 당해 다공체는 제15항에 따르는 방법에 의해제조된다)에 용침된 중합체 용침체.
  21. 하나 이상의 금속이 질화알루미늄(AlN) 소판; AlN-착체 전이 금속 탄화물 복합재; AlN-착체 전이 금속 붕화물 복합재; AlN 함유 고용체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 다공체(여기서, AlN 소판, AlN-착체 전이 금속 탄화물 복합재, AlN-착체 전이 금속 붕화물 복합재 또는 AlN 함유 고용체 다공체는 제15항에 따르는 방법에 의해 제조된다)에 용침된 금속 용침체.
  22. 제1항의 방법으로 제조된 생성물을 소결시켜 제조한 소결체.
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