KR20230173314A - Corrosion-resistant ceramic part and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
구현예는 이트리아 및 제1금속 화합물로 이루어지는 기본 혼합물을 포함하고, 상기 기본 혼합물은 상기 제1금속 화합물을 1 wt% 내지 35 wt% 포함하고, 상기 제1금속은 지르코늄, 알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중 선택된 하나이고, 평균 결정립 크기가 2 ㎛ 이하인, 내식각성 세라믹 부품 및 이의 제조방법을 제공한다.Embodiments include a basic mixture consisting of yttria and a first metal compound, wherein the basic mixture includes 1 wt% to 35 wt% of the first metal compound, and the first metal includes zirconium, aluminum, and combinations thereof. Provided is an etch-resistant ceramic part selected from the group consisting of, and having an average grain size of 2 ㎛ or less, and a method for manufacturing the same.
Description
구현예는 내식각성 세라믹 부품 및 이의 제조방법에 관한 것이다.Embodiments relate to etch-resistant ceramic parts and methods for manufacturing the same.
최근 전자소자의 회로 디자인이 점점 미세화되고, 플라즈마를 통한 식각에서는 더욱 높은 치수 정밀도가 요구되고 있어서, 현격히 높은 전력이 이용되고 있다. 이러한 플라즈마를 이용한 식각장치의 내부에는 플라즈마에 노출되는 다양한 부품들, 예를 들어 포커스 링, 엣지 링, 샤워헤드 등이 내장되어 있다.Recently, the circuit design of electronic devices has become increasingly finer, and higher dimensional precision is required for etching using plasma, so significantly higher power is being used. Inside this etching device using plasma, various parts exposed to plasma are built, for example, a focus ring, an edge ring, a shower head, etc.
이러한 부품들은 플라즈마에 의한 식각이 발생하며, 식각 정도에 따라 주기적인 교체가 필요할 수 있다. 빈번한 교체, 플라즈마 식각장치의 내부 챔버 개방 등은 미세 전자소자의 제조 수율과 생산성을 하락시키는 원인이 될 수 있으며, 이를 방지하기 위해서 보다 플라즈마 내식각성이 향상된 부품이 요구된다.These parts are etched by plasma and may require periodic replacement depending on the degree of etching. Frequent replacement, opening of the internal chamber of the plasma etching device, etc. can cause a decrease in the manufacturing yield and productivity of microelectronic devices, and to prevent this, parts with improved plasma etching resistance are required.
전술한 배경기술은 발명자가 구현예의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The above-described background technology is technical information that the inventor possessed to derive the implementation example or acquired during the derivation process, and cannot necessarily be said to be known technology disclosed to the general public before the application for the present invention.
관련 선행기술로,With related prior art,
한국 등록특허 10-1811534에 개시된 "전기전도성 부품을 포함하는 플라즈마 처리장치 및 그 부품의 제조방법" 그리고“Plasma processing device including electrically conductive parts and manufacturing method of the same” disclosed in Korean Patent No. 10-1811534;
한국 공개특허 10-2015-0068285에 개시된 "플라즈마 내식각성이 향상된 공정부품 및 공정부품의 플라즈마 내식각성 강화 처리 방법" 등이 있다.There is a “process component with improved plasma etch resistance and a method for enhancing the plasma etch resistance of the process component” disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2015-0068285.
구현예의 목적은 강도가 우수하며 양호한 내플라즈마 특성, 내식각성을 갖는 세라믹 부품과, 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.The purpose of the embodiment is to provide a ceramic component with excellent strength and good plasma resistance and etching resistance, and a method for manufacturing the same.
구현예의 다른 목적은 기존 내식각성 부품 대비 개선된 물리적 특성을 갖고, 미세 전자소자의 제조수율, 생산성을 향상시킬 수 있는 내식각성 세라믹 부품을 제공하는 데 있다. Another purpose of the embodiment is to provide an etch-resistant ceramic component that has improved physical properties compared to existing etch-resistant components and can improve the manufacturing yield and productivity of microelectronic devices.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 내식각성 세라믹 부품은,In order to achieve the above object, the etch-resistant ceramic part according to the embodiment,
이트리아 및 제1금속 화합물로 이루어지는 기본 혼합물을 포함하고,Comprising a basic mixture consisting of yttria and a first metal compound,
상기 기본 혼합물은 상기 제1금속 화합물을 1 wt% 내지 35 wt% 포함하고,The basic mixture includes 1 wt% to 35 wt% of the first metal compound,
상기 제1금속은 지르코늄, 알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중 선택된 하나이고,The first metal is one selected from the group consisting of zirconium, aluminum, and combinations thereof,
평균 결정립 크기가 2 ㎛ 이하일 수 있다.The average grain size may be 2 ㎛ or less.
일 구현예에 있어서, 상기 평균 결정립 크기가 1.6 ㎛ 이하일 수 있다.In one embodiment, the average grain size may be 1.6 ㎛ or less.
일 구현예에 있어서, 상기 내식각성 세라믹 부품은 굽힘강도가 150 MPa 내지 280 MPa일 수 있다.In one embodiment, the etch-resistant ceramic part may have a bending strength of 150 MPa to 280 MPa.
일 구현예에 있어서, 상기 기본 혼합물은 상기 제1금속 화합물을 5 wt% 내지 35 wt% 포함하고,In one embodiment, the basic mixture includes 5 wt% to 35 wt% of the first metal compound,
상기 제1금속은 지르코늄이고,The first metal is zirconium,
상기 제1금속 화합물은 지르코늄 산화물 및 지르코늄 탄화물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The first metal compound may include any one or more of zirconium oxide and zirconium carbide.
일 구현예에 있어서, 상기 평균 결정립 크기가 1.1 ㎛ 이하일 수 있다.In one embodiment, the average grain size may be 1.1 ㎛ or less.
일 구현예에 있어서, 상기 기본 혼합물은 상기 제1금속 화합물을 3 wt% 내지 15 wt% 포함하고,In one embodiment, the basic mixture includes 3 wt% to 15 wt% of the first metal compound,
상기 제1금속은 알루미늄이고,The first metal is aluminum,
상기 제1금속은 화합물은 알루미늄 산화물 및 이트륨-알루미늄 복합산화물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The first metal silver compound may include at least one of aluminum oxide and yttrium-aluminum composite oxide.
일 구현예에 있어서, 상기 내식각성 세라믹 부품은 플라즈마가 노출되는 장치의 부품으로 적용될 수 있다.In one embodiment, the etch-resistant ceramic component may be applied as a component of a device exposed to plasma.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 내식각성 세라믹 부품의 제조방법은,In order to achieve the above purpose, the method for manufacturing etching-resistant ceramic parts is,
이트리아, 제1금속 산화물 및 첨가제를 포함하는 원료물질을 마련하는 혼합단계;A mixing step of preparing raw materials including yttria, first metal oxide, and additives;
상기 원료물질을 과립화하고, 선별하는 선별단계;A screening step of granulating and selecting the raw materials;
상기 선별단계로 얻어진 선별물을 성형하고, 소결하는 소결단계;를 포함하고,It includes a sintering step of molding and sintering the sorted product obtained in the sorting step,
상기 원료물질은,The raw materials are,
이트리아 및 제1금속 산화물로 이루어지는 기본 원료혼합물; 및 탄소계 물질;을 포함하고,A basic raw material mixture consisting of yttria and first metal oxide; and carbon-based materials;
상기 기본 원료혼합물은 상기 제1금속 산화물을 1 wt% 내지 32 wt% 포함하고,The basic raw material mixture contains 1 wt% to 32 wt% of the first metal oxide,
상기 제1금속은 지르코늄, 알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중 선택된 하나일 수 있다.The first metal may be one selected from the group consisting of zirconium, aluminum, and combinations thereof.
일 구현예에 있어서, 상기 원료물질은 분산제 및 용매를 더 포함하고,In one embodiment, the raw material further includes a dispersant and a solvent,
상기 원료물질의 과립화는 분무건조를 통해 진행될 수 있다.Granulation of the raw material may be carried out through spray drying.
일 구현예에 있어서, 상기 소결은 1580 ℃ 내지 1780 ℃의 온도에서 진행될 수 있다.In one embodiment, the sintering may be performed at a temperature of 1580°C to 1780°C.
구현예에 따른 내식각성 세라믹 부품은, 강도가 우수하며 양호한 내플라즈마 특성, 내식각성을 가질 수 있다. 기존 내식각성 부품 대비 개선된 물리적 특성을 갖고, 미세 전자소자의 제조수율, 생산성을 향상시킬 수 있다.The etch-resistant ceramic part according to the embodiment may have excellent strength, good plasma resistance, and etch resistance. It has improved physical properties compared to existing etch-resistant parts and can improve the manufacturing yield and productivity of microelectronic devices.
도 1은 실시예들에서 얻어진 성형체(그린바디)의 파단면을 주사전자현미경을 통해 촬영한 사진.
도 2는 실시예들에서 얻어진 소결체의 파단면을 주사전자현미경을 통해 3000 배율로 촬영한 사진.
도 3은 실시예들에서 얻어진 소결체의 파단면을 주사전자현미경을 통해 10000 배율로 촬영한 사진.
도 4는 다른 실시예들에서 얻어진 소결체의 파단면을 주사전자현미경을 통해 10000 배율로 촬영한 사진.
도 5는 실시예 5에서 얻어진 소결체의 X선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프.
도 6은 실시예 1에서 얻어진 소결체의 X선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프.
도 7은 실시예들에서 얻어진 소결체의 상대밀도를 나타낸 그래프.
도 8은 실시예들에서 얻어진 소결체의 굽힘강도를 나타낸 그래프.
도 9는 실시예들에서 얻어진 소결체, 알루미나 및 이트리아의 플라즈마 내식성을 나타낸 그래프.
도 10은 실시예들에서 얻어진 소결체, 알루미나 및 이트리아의 플라즈마 식각 후 표면을 주사전자현미경을 통해 촬영한 사진.
도 11은 실시예들에서 얻어진 소결체의 열전도도를 나타낸 그래프.
도 12는 실시예들어서 얻어진 소결체의 경도를 나타낸 그래프.
도 13은 실시예들에서 얻어진 소결체의 표면을 주사전자현미경을 통해 촬영한 사진.
도 14는 실시예들에서 얻어진 소결체의 소결 시 온도에 따른 결정립 크기를 나타낸 그래프.
도 15는 실시예들에서 얻어진 소결체의 소결 시 온도에 따른 상대밀도를 나타낸 그래프.
도 16은 실시예들에서 얻어진 소결체의 소결 시 온도에 따른 굽힘강도를 나타낸 그래프.
도 17은 실시예들에서 얻어진 소결체의 소결 시 온도에 따른 경도를 나타낸 그래프.
도 18은 실시예 1에서 얻어진 소결체 및 NYC사의 이트리아 소결체에서 온도에 따른 굽힘강도를 나타낸 그래프.
도 19는 실시예 1에서 얻어진 소결체 및 NYC사의 이트리아 소결체에서 가열-??칭 횟수에 따른 굽힘강도를 나타낸 그래프.
도 20은 실시예들, 비교예들에서 얻어진 소결체의 지르코니아 함량에 따른 미세구조를 주사전자현미경을 통해 촬영한 사진.
도 21은 실시예들, 비교예들에서 얻어진 소결체의 온도에 따른 굽힘강도를 나타낸 그래프.Figure 1 is a photograph taken through a scanning electron microscope of the fractured surface of the molded body (green body) obtained in Examples.
Figure 2 is a photograph of the fractured surface of the sintered body obtained in Examples taken at 3000 magnification through a scanning electron microscope.
Figure 3 is a photograph of the fractured surface of the sintered body obtained in Examples taken at 10000 magnification through a scanning electron microscope.
Figure 4 is a photograph taken at 10000 magnification through a scanning electron microscope of the fractured surface of the sintered body obtained in other examples.
Figure 5 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of the sintered body obtained in Example 5.
Figure 6 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of the sintered body obtained in Example 1.
Figure 7 is a graph showing the relative density of the sintered body obtained in Examples.
Figure 8 is a graph showing the bending strength of the sintered body obtained in Examples.
Figure 9 is a graph showing the plasma corrosion resistance of the sintered body, alumina, and yttria obtained in Examples.
Figure 10 is a photograph taken through a scanning electron microscope of the surface of the sintered body, alumina, and yttria obtained in Examples after plasma etching.
Figure 11 is a graph showing the thermal conductivity of the sintered body obtained in Examples.
Figure 12 is a graph showing the hardness of the sintered body obtained in Examples.
Figure 13 is a photograph taken through a scanning electron microscope of the surface of the sintered body obtained in Examples.
Figure 14 is a graph showing grain size according to temperature during sintering of the sintered bodies obtained in Examples.
Figure 15 is a graph showing the relative density according to temperature during sintering of the sintered bodies obtained in Examples.
Figure 16 is a graph showing the bending strength according to temperature during sintering of the sintered bodies obtained in Examples.
Figure 17 is a graph showing hardness according to temperature during sintering of the sintered bodies obtained in Examples.
Figure 18 is a graph showing the bending strength according to temperature in the sintered body obtained in Example 1 and the Yttria sintered body from NYC.
Figure 19 is a graph showing the bending strength according to the number of times of heating and quenching in the sintered body obtained in Example 1 and the Yttria sintered body from NYC.
Figure 20 is a photograph taken through a scanning electron microscope of the microstructure according to the zirconia content of the sintered body obtained in Examples and Comparative Examples.
Figure 21 is a graph showing the bending strength according to temperature of the sintered body obtained in Examples and Comparative Examples.
이하, 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하나 이상의 구현예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 구현예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, one or more embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings so that those skilled in the art can easily implement the invention. However, implementations may be implemented in various different forms and are not limited to the embodiments described herein. Throughout the specification, similar parts are given the same reference numerals.
본 명세서에서, 어떤 구성이 다른 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성들을 더 포함할 수도 있음을 의미한다.In this specification, when a configuration “includes” another configuration, this means that other configurations may be further included rather than excluding other configurations, unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에서, 어떤 구성이 다른 구성과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우만이 아니라, '그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결'되어 있는 경우도 포함한다.In this specification, when a configuration is said to be “connected” to another configuration, this includes not only cases where it is “directly connected,” but also cases where it is “connected with another configuration in between.”
본 명세서에서, A 상에 B가 위치한다는 의미는 A 상에 직접 맞닿게 B가 위치하거나 그 사이에 다른 층이 위치하면서 A 상에 B가 위치하는 것을 의미하며 A의 표면에 맞닿게 B가 위치하는 것으로 한정되어 해석되지 않는다.In this specification, B being positioned on A means that B is positioned in direct contact with A or that B is positioned on A with another layer positioned in between, and B is positioned in contact with the surface of A. It is not interpreted as limited to doing so.
본 명세서에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.In this specification, the term "combination thereof" included in the Markushi format expression means a mixture or combination of one or more components selected from the group consisting of the components described in the Markushi format expression, It means including one or more selected from the group consisting of.
본 명세서에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B"를 의미한다.In this specification, the description of “A and/or B” means “A, B, or A and B.”
본 명세서에서, “제1”, “제2” 또는 “A”, “B”와 같은 용어는 특별한 설명이 없는 한 동일한 용어를 서로 구별하기 위하여 사용된다.In this specification, terms such as “first”, “second” or “A” and “B” are used to distinguish the same terms from each other unless otherwise specified.
본 명세서에서 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석된다.In this specification, singular expressions are interpreted to include singular or plural as interpreted in context, unless otherwise specified.
내식각성 세라믹 부품Etch-resistant ceramic parts
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 내식각성 세라믹 부품은In order to achieve the above object, the etch-resistant ceramic part according to the embodiment is
이트리아(Y2O3) 및 제1금속 화합물로 이루어지는 기본 혼합물을 포함하고,Comprising a basic mixture consisting of yttria (Y 2 O 3 ) and a first metal compound,
상기 기본 혼합물은 상기 제1금속 화합물을 1 wt% 내지 35 wt% 포함하고,The basic mixture includes 1 wt% to 35 wt% of the first metal compound,
상기 제1금속은 지르코늄, 알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중 선택된 하나이고,The first metal is one selected from the group consisting of zirconium, aluminum, and combinations thereof,
상기 내식각성 세라믹 부품은 평균 결정립 크기가 2 ㎛ 이하일 수 있다.The etch-resistant ceramic part may have an average grain size of 2 ㎛ or less.
상기 내식각성 세라믹 부품의 기본 혼합물은 제1금속 화합물을 4 wt% 내지 30 wt% 포함할 수 있고, 5 wt% 내지 20 wt% 포함할 수 있으며, 5 wt% 내지 15 wt% 포함할 수 있다. 이러한 이트리아 및 제1금속 화합물 함량을 가짐으로, 목적으로 하는 플라즈마 내식각성과 기계적 특성을 만족할 수 있다.The basic mixture of the etch-resistant ceramic part may include 4 wt% to 30 wt%, 5 wt% to 20 wt%, and 5 wt% to 15 wt% of the first metal compound. By having this yttria and first metal compound content, the desired plasma etching resistance and mechanical properties can be satisfied.
상기 내식각성 세라믹 부품은 이트리아에 제1금속 산화물이 고용된 고용체를 포함할 수도 있고, 이트륨-제1금속 복합산화물을 포함할 수도 있다.The etching-resistant ceramic part may include a solid solution in which a first metal oxide is dissolved in yttria, or may include a yttrium-first metal composite oxide.
상기 내식각성 세라믹 부품은 도 3, 4 등에 도시된 바와 같이, 이트리아 기재 상에 일부 석출물을 포함할 수 있다. 또한 상기 석출물은 이트리아 결정립 또는 결정립계에서 노출될 수 있다. 상기 석출물은 예시적으로 제1금속 탄화물, 제1금속 산화물, 이트륨-제1금속 복합산화물 등을 포함할 수 있고, 지르코늄 탄화물(ZrC, ZrOxCy, x 및 y는 각각 1 내지 10 중 어느 하나의 정수), 지르코늄-이트륨 복합산화물(Zr3Y4O12), 이트륨-알루미늄 복합 산화물(Y4Al2O9), 알루미늄 탄화물(Al4C3) 등을 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 3 and 4, the etch-resistant ceramic part may include some precipitates on the yttria substrate. Additionally, the precipitates may be exposed at yttria grains or grain boundaries. The precipitate may exemplarily include first metal carbide, first metal oxide, yttrium-first metal composite oxide, etc., and zirconium carbide (ZrC , ZrO (one integer), zirconium-yttrium composite oxide (Zr 3 Y 4 O 12 ), yttrium-aluminum composite oxide (Y 4 Al 2 O 9 ), aluminum carbide (Al 4 C 3 ), etc.
상기 내식각성 세라믹 부품은 제1금속 화합물, 제1금속을 포함하는 소결 부산물 등의 석출물이 존재할 시 그 부피비는 임의의 단위면적 10 ㎛ × 10 ㎛ 내에서 전체 대비 12 % 이하의 체적비를 가질 수 있고, 8 % 이하의 체적비를 가질 수 있다.When precipitates such as first metal compounds and sintering by-products containing the first metal are present in the etching-resistant ceramic parts, the volume ratio may be less than 12% of the total within any unit area of 10 ㎛ × 10 ㎛, , may have a volume ratio of 8% or less.
상기 석출물의 크기는 3 ㎛ 이하일 수 있고, 1 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 석출물의 크기는 10 nm 이상일 수 있다. The size of the precipitate may be 3 ㎛ or less, and may be 1 ㎛ or less. The size of the precipitate may be 10 nm or more.
이러한 석출물의 체적비 및 크기를 가짐으로, 용이한 석출 경화 효과를 기대할 수도 있다.By having this volume ratio and size of the precipitates, an easy precipitation hardening effect can be expected.
상기 내식각성 세라믹 부품의 기공률은 5 % 이하일 수 있고, 2 % 이하일 수 있으며, 0.1 % 이하일 수 있다. 상기 기공률은 0.01 % 이상일 수 있다.The porosity of the etch-resistant ceramic part may be 5% or less, 2% or less, and 0.1% or less. The porosity may be 0.01% or more.
상기 제1금속 화합물은 지르코늄 화합물일 수 있고, 지르코늄 산화물 및/또는 지르코늄 탄화물, 이트리아-안정화 지르코니아 등일 수 있다. 이때 상기 기본 혼합물은 상기 지르코늄 화합물을 5 wt% 내지 35 wt% 포함할 수 있고, 5 wt% 내지 25 wt% 포함할 수 있으며, 5 wt% 내지 15 wt% 포함할 수 있다. 이러한 지르코늄 화합물을 포함하는 내식각성 세라믹 부품은 결정립 크기를 일정 수준으로 유지할 수 있고, 소정 석출물을 통해 석출 경화 효과를 기대할 수도 있다. 또한, 플라즈마 흐름 제어를 용이하게 할 수 있다. 상기 지르코늄 화합물 함량이 상기 범위를 초과하면, 소결 시 결정립 조대화로 굽힘강도가 낮아질 우려가 있고, 소결밀도 또한 저하될 수 있다.The first metal compound may be a zirconium compound, zirconium oxide and/or zirconium carbide, yttria-stabilized zirconia, etc. At this time, the basic mixture may contain 5 wt% to 35 wt%, 5 wt% to 25 wt%, and 5 wt% to 15 wt% of the zirconium compound. Etch-resistant ceramic parts containing such zirconium compounds can maintain the grain size at a certain level, and a precipitation hardening effect can be expected through certain precipitates. Additionally, plasma flow control can be facilitated. If the zirconium compound content exceeds the above range, there is a risk that the bending strength may be lowered due to grain coarsening during sintering, and the sintered density may also be lowered.
또한, 상기 제1금속 화합물은 알루미늄 화합물일 수 있고, 이때 상기 상기 기본 혼합물은 상기 알루미늄 화합물을 3 wt% 내지 15 wt% 포함할 수 있고, 3 wt% 내지 12 wt% 포함할 수 있다. 이러한 알루미늄 화합물을 포함하는 내식각성 세라믹 부품은 결정립 크기를 일정 수준으로 유지할 수 있고, 소정 석출물을 통해 석출 경화 효과를 기대할 수도 있다.Additionally, the first metal compound may be an aluminum compound, and in this case, the basic mixture may include 3 wt% to 15 wt% and 3 wt% to 12 wt% of the aluminum compound. Etch-resistant ceramic parts containing such aluminum compounds can maintain the grain size at a certain level, and a precipitation hardening effect can be expected through certain precipitates.
상기 내식각성 세라믹 부품은 제1금속을 포함하는 탄화물을 더 포함할 수 있다. 상기 제1금속을 포함하는 탄화물은 예시적으로 지르코늄 탄화물, 알루미늄 탄화물 등일 수 있다.The etch-resistant ceramic part may further include carbide containing a first metal. Carbide containing the first metal may be, for example, zirconium carbide, aluminum carbide, etc.
상기 내식각성 세라믹 부품은 또한 탄소계 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 탄소계 물질은 예시적으로 탄소, 흑연 등일 수 있다. 상기 탄소계 물질의 함량은 전체 대비 2 wt% 내지 30 wt%일 수 있고, 4 wt% 내지 20 wt%일 수 있으며, 5 wt% 내지 12 wt%일 수 있다.The etch-resistant ceramic component may also further include a carbon-based material. The carbon-based material may, for example, be carbon, graphite, or the like. The content of the carbon-based material may be 2 wt% to 30 wt%, 4 wt% to 20 wt%, and 5 wt% to 12 wt% based on the total weight.
상기 내식각성 세라믹 부품은 평균 결정립 크기가 1.6 ㎛ 이하일 수 있고, 1.1 ㎛ 이하일 수 있고, 0.8 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 평균 결정립 크기는 0.1 ㎛ 이상일 수 있다. 상기 내식각성 세라믹 부품은 적절한 결정립 크기 범위를 나타내어, 목적으로 하는 내식각성을 확보함과 동시에 양호한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.The etch-resistant ceramic part may have an average grain size of 1.6 ㎛ or less, 1.1 ㎛ or less, and 0.8 ㎛ or less. The average grain size may be 0.1 ㎛ or more. The etching-resistant ceramic part has an appropriate grain size range, so that it can secure the desired etching resistance and at the same time exhibit good mechanical properties.
상기 내식각성 세라믹 부품의 굽힘강도는 150 MPa 내지 280 MPa일 수 있고, 165 MPa 내지 250 MPa일 수 있으며, 180 MPa 내지 250 MPa일 수 있다.The bending strength of the etch-resistant ceramic component may be 150 MPa to 280 MPa, 165 MPa to 250 MPa, or 180 MPa to 250 MPa.
상기 내식각성 세라믹 부품의 상대밀도는 87.5 % 이상일 수 있고, 90 % 이상일 수 있으며, 98 % 이상, 99.9 % 이상일 수 있다. 상기 상대밀도는 99.99 % 이하일 수 있다.The relative density of the etching-resistant ceramic component may be 87.5% or more, 90% or more, 98% or more, or 99.9% or more. The relative density may be 99.99% or less.
100 mTorr 압력의 플라즈마 처리창치 챔버에서 800 W의 전력으로 800 분 동안 54 sccm의 CF4 및 5 sccm의 O2에 노출되었을 때, 순수 알루미나(Al2O3)의 식각률을 1로 본다면, 상기 내식각성 세라믹 부품의 식각률은 0.4 이하일 수 있고, 0.33 이하일 수 있으며, 0.27 이하일 수 있다. 상기 식각률은 0.1 이상일 수 있다. 이러한 식각률을 가짐으로, 플라즈마 식각 수명을 확보하고, 부품 교체로 인한 미세 전자소자의 생산성 저하를 방지할 수 있다.If the etch rate of pure alumina (Al 2 O 3 ) is assumed to be 1 when exposed to 54 sccm of CF 4 and 5 sccm of O 2 for 800 minutes at a power of 800 W in a plasma treatment chamber at a pressure of 100 mTorr, the corrosion resistance The etch rate of the angular ceramic component may be 0.4 or less, 0.33 or less, and 0.27 or less. The etch rate may be 0.1 or more. By having this etch rate, the plasma etch lifespan can be secured and productivity reduction of microelectronic devices due to component replacement can be prevented.
상기 내식각성 세라믹 부품의 열전도도는 3 W/mK 내지 15 W/mK일 수 있고, 4 W/mK 내지 10.2 W/mK일 수 있다. The thermal conductivity of the etch-resistant ceramic component may be 3 W/mK to 15 W/mK, and 4 W/mK to 10.2 W/mK.
상기 내식각성 세라믹 부품의 경도는 3 GPa 내지 15 GPa일 수 있고, 4.6 GPa 내지 10 GPa일 수 있다.The hardness of the etch-resistant ceramic part may be 3 GPa to 15 GPa, or 4.6 GPa to 10 GPa.
상기 내식각성 세라믹 부품의 열팽창계수(10-6/℃)는 25 ℃ 내지 400 ℃에서 6 내지 9일 수 있고, 7 내지 8.8일 수 있다.The thermal expansion coefficient (10 -6 /℃) of the etch-resistant ceramic part may be 6 to 9, and 7 to 8.8 at 25 ℃ to 400 ℃.
상기 내식각성 세라믹 부품의 비저항은 10-2 Ω㎝ 내지 100 Ω㎝일 수 있다.The resistivity of the etch-resistant ceramic component may be 10 -2 Ωcm to 10 0 Ωcm.
상기 내식각성 세라믹 부품은 플라즈마가 노출되는 장치의 부품으로 적용될 수 있고, 예시적으로 플라즈마 식각장치 챔버 내부의 포커스 링, 엣지 링, 샤워헤드 등으로 적용될 수 있다.The etching-resistant ceramic component can be applied as a part of a device exposed to plasma, and for example, can be applied as a focus ring, edge ring, shower head, etc. inside a plasma etching device chamber.
내식각성 세라믹 부품의 제조방법Method for manufacturing etching-resistant ceramic parts
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 내식각성 세라믹 부품의 제조방법은,In order to achieve the above object, the method for manufacturing an etch-resistant ceramic part according to an embodiment is,
이트리아, 제1금속 산화물 및 첨가제를 포함하는 원료물질을 마련하는 혼합단계;A mixing step of preparing raw materials including yttria, first metal oxide, and additives;
상기 원료물질을 과립화하고, 선별하는 선별단계;A screening step of granulating and selecting the raw materials;
상기 선별단계를 통해 얻어진 선별물을 성형하고, 소결하는 소결단계;를 포함할 수 있다.It may include a sintering step of molding and sintering the sorted product obtained through the sorting step.
상기 혼합단계에서 원료물질은,In the mixing step, the raw materials are,
이트리아 및 제1금속 산화물로 이루어지는 기본 원료혼합물; 및 탄소계 물질;을 포함하고,A basic raw material mixture consisting of yttria and first metal oxide; and carbon-based materials;
상기 기본 원료혼합물은 상기 제1금속 산화물을 1 wt% 내지 32 wt% 포함하고,The basic raw material mixture contains 1 wt% to 32 wt% of the first metal oxide,
상기 제1금속은 지르코늄, 알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중 선택된 하나일 수 있다.The first metal may be one selected from the group consisting of zirconium, aluminum, and combinations thereof.
상기 원료물질의 기본 혼합물은 상기 제1금속 산화물을 4 wt% 내지 30 wt% 포함할 수 있고, 4 wt% 내지 20 wt% 포함할 수 있으며, 5 wt% 내지 15 wt% 포함할 수 있다. 이러한 이트리아 및 제1금속 산화물 함량을 가짐으로, 목적으로 하는 플라즈마 내식각성과 기계적 특성을 만족하는 세라믹 부품을 제조할 수 있도록 한다.The basic mixture of the raw materials may contain 4 wt% to 30 wt%, 4 wt% to 20 wt%, and 5 wt% to 15 wt% of the first metal oxide. By having this yttria and first metal oxide content, it is possible to manufacture ceramic parts that satisfy the desired plasma etching resistance and mechanical properties.
상기 원료물질의 제1금속 산화물은 지르코늄 산화물일 수 있고, 이트리아-안정화 지르코니아일 수 있다. 이때, 상기 원료물질의 기본 혼합물은 상기 지르코늄 산화물을 5 wt% 내지 30 wt% 포함할 수 있고, 5 wt% 내지 20 wt% 포함할 수 있으며, 5 wt% 내지 15 wt% 포함할 수 있다. 이러한 지르코늄 산화물을 포함하도록 하여, 후속 소결과정에서 결정립 크기를 일정 수준으로 유지할 수 있도록 하고, 소정 석출물을 통해 석출 경화 효과를 기대할 수도 있다. 상기 지르코늄 산화물 함량이 상기 범위를 초과하면, 소결 시 결정립 조대화로 굽힘강도가 낮아질 우려가 있고, 소결밀도 또한 저하될 수 있다.The first metal oxide of the raw material may be zirconium oxide or yttria-stabilized zirconia. At this time, the basic mixture of the raw materials may contain 5 wt% to 30 wt%, 5 wt% to 20 wt%, and 5 wt% to 15 wt% of the zirconium oxide. By including this zirconium oxide, the grain size can be maintained at a certain level in the subsequent sintering process, and a precipitation hardening effect can be expected through certain precipitates. If the zirconium oxide content exceeds the above range, there is a risk that the bending strength may be lowered due to grain coarsening during sintering, and the sintered density may also be lowered.
또한, 상기 원료물질의 제1금속 산화물은 알루미늄 산화물일 수 있다. 이때, 상기 기본 원료혼합물은 상기 알루미늄 산화물을 3 wt% 내지 12 wt% 포함할 수 있고, 3 wt% 내지 10 wt% 포함할 수 있다. 이러한 알루미늄 산화물을 포함하도록 하여, 후속 소결과정에서 결정립 크기를 일정 수준으로 유지할 수 있고, 소정 석출물을 통해 석출 경화 효과를 기대할 수도 있다.Additionally, the first metal oxide of the raw material may be aluminum oxide. At this time, the basic raw material mixture may contain 3 wt% to 12 wt% and 3 wt% to 10 wt% of the aluminum oxide. By including such aluminum oxide, the grain size can be maintained at a certain level in the subsequent sintering process, and a precipitation hardening effect can be expected through certain precipitates.
상기 혼합단계에서 탄소계 물질은 예시적으로 탄소, 페놀 수지, 흑연 등을 포함할 수 있다. 이때 상기 원료물질은 상기 기본 원료혼합물 100 중량부 대비 상기 탄소계 물질 0.1 중량부 내지 30 중량부를 포함할 수 있고, 3 중량부 내지 15 중량부를 포함할 수 있다.In the mixing step, carbon-based materials may include, for example, carbon, phenol resin, graphite, etc. At this time, the raw material may include 0.1 to 30 parts by weight, and 3 to 15 parts by weight of the carbon-based material, based on 100 parts by weight of the basic raw material mixture.
상기 혼합단계에서 원료물질은 첨가제를 더 포함할 수 있고, 상기 첨가제는 분산제, 바인더, 용매 등을 더 포함할 수 있다. 상기 분산제, 바인더는 각각 상기 기본 원료혼합물 100 중량부 대비 0.1 내지 10 중량부를 포함할 수 있고, 상기 용매는 상기 원료물질의 고형성분 체적을 기준으로 고액비(고체/액체)가 0.1 내지 0.3이 되도록 포함할 수 있다. 상기 분산제는 계면활성 작용을 하는 분산제를 이용할 수 있고, 암모늄 폴리아크릴레이트, 폴라메타아크릴산, 폴리카복실산 등을 포함할 수 있다. 상기 바인더는 폴리비닐부티랄, 폴리비닐알코올, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아크릴 에스테르 등을 포함할 수 있고, 상기 용매는 탈이온수, 에탄올 등을 포함할 수 있다.In the mixing step, the raw materials may further include additives, and the additives may further include dispersants, binders, solvents, etc. The dispersant and binder may each contain 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the basic raw material mixture, and the solvent is used so that the solid-liquid ratio (solid/liquid) is 0.1 to 0.3 based on the volume of solid components of the raw material. It can be included. The dispersant may be a dispersant that has a surfactant effect and may include ammonium polyacrylate, polar methacrylic acid, polycarboxylic acid, etc. The binder may include polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic ester, etc., and the solvent may include deionized water, ethanol, etc.
상기 혼합단계는 볼-밀 등의 과정을 통해 고르게 혼합될 수 있고, 1 시간 내지 10 시간 동안 진행될 수 있다.The mixing step may be evenly mixed through a ball-mill process, etc., and may be carried out for 1 to 10 hours.
상기 원료물질의 과립화는 분무건조를 통해 진행될 수 있고, 예시적으로 Disc Atomizer 타입의 분무건조 장치에서 진행될 수 있다. 이때 디스크의 회전속도는 5,000 rpm 내지 20,000 rpm일 수 있고, 인렛의 온도는 100 ℃ 내지 140 ℃일 수 있고, 아웃렛의 온도는 40 ℃ 내지 60 ℃일 수 있다. 그리고 피딩 속도는 40 ml/min 내지 80 ml/min일 수 있다.Granulation of the raw material may be performed through spray drying, for example, in a Disc Atomizer type spray drying device. At this time, the rotation speed of the disk may be 5,000 rpm to 20,000 rpm, the temperature of the inlet may be 100 ℃ to 140 ℃, and the temperature of the outlet may be 40 ℃ to 60 ℃. And the feeding rate may be 40 ml/min to 80 ml/min.
상기 선별단계는 과립화된 물질을 5 ㎛ 내지 80 ㎛ 입도로 선별하여 진행될 수 있다.The selection step may be performed by selecting the granulated material to a particle size of 5 ㎛ to 80 ㎛.
상기 선별단계를 통해 얻어진 선별물의 성형은 냉간 등방압 가압을 통해 진행될 수 있고, 이에 따라 성형체, 그린바디를 얻을 수 있다.Molding of the sorted product obtained through the above sorting step can be carried out through cold isostatic pressing, and thus a molded body and a green body can be obtained.
상기 소결단계의 소결은 가스로, 전기로 등에서 진행될 수 있다. 이때 소결온도는 1580 ℃ 내지 1780 ℃일 수 있고, 1580 ℃ 내지 1700 ℃일 수 있으며, 1600 ℃ 내지 1700 ℃일 수 있다. 이러한 소결 온도 범위를 가짐으로, 안정적으로 결정립 미세화에 기여할 수 있고, 기공 발생 가능성을 최소화할 수 있다.Sintering in the sintering step may be performed in a gas furnace, electric furnace, etc. At this time, the sintering temperature may be 1580°C to 1780°C, 1580°C to 1700°C, and 1600°C to 1700°C. By having this sintering temperature range, it can stably contribute to grain refinement and minimize the possibility of pores occurring.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples. The following examples are merely examples to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예 1 - 내식각성 세라믹 부품의 제조Example 1 - Preparation of etch-resistant ceramic parts
Treibacher 사의 D50 0.46 ㎛의 입도를 갖는 이트리아 분말과 Toray 사의 지르코니아 분말을 합한 기본 혼합물에서, 상기 지르코니아 분말 함량은 10 wt%가 되도록 하였다. 그리고 상기 기본 혼합물 100 중량부 대비, Aron A-6114 암모늄 폴리아크릴레이트 0.1 중량부, 페놀 탄소계 바인더 7.8 중량부, 그리고 에탄올 용매를 고체/액체 체적비가 20 %가 되도록 혼합하여 슬러리를 마련하였다.In a basic mixture of yttria powder having a particle size of D 50 0.46 ㎛ from Treibacher and zirconia powder from Toray, the zirconia powder content was set to 10 wt%. A slurry was prepared by mixing 0.1 parts by weight of Aron A-6114 ammonium polyacrylate, 7.8 parts by weight of phenol carbon-based binder, and ethanol solvent so that the solid/liquid volume ratio was 20%, based on 100 parts by weight of the basic mixture.
상기 마련된 슬러리를 3 시간 동안 볼-밀 처리하였다. 이후, Disc Atomizer 타입의 분무건조 장치에서 디스크 회전속도 10,000 rpm, 인렛 온도 120 ℃, 아웃렛 온도 50 ℃, 60 ml/mim의 피딩 속도로 분무 건조하여 과립을 제조하였다.The prepared slurry was ball-milled for 3 hours. Afterwards, granules were prepared by spray drying in a Disc Atomizer type spray drying device at a disk rotation speed of 10,000 rpm, an inlet temperature of 120°C, an outlet temperature of 50°C, and a feeding rate of 60 ml/mim.
상기 과립을 5 ㎛ 내지 80 ㎛ 입도로 선별하고, 선별된 물질을 냉간 등방압 가압(CIP) 성형하여, 성형체(그린바디)를 제조하였다.The granules were selected to have a particle size of 5 ㎛ to 80 ㎛, and the selected material was subjected to cold isostatic pressing (CIP) molding to produce a green body.
상기 성형체를 1630 ℃의 온도, 상압의 아르곤 가스 분위기 조건의 흑연 전기로에서 7 시간 동안 소결하여 소결체를 제조하였다.The sintered body was manufactured by sintering the molded body for 7 hours in a graphite electric furnace at a temperature of 1630° C. and an argon gas atmosphere at normal pressure.
실시예 2 - 내식각성 세라믹 부품의 제조Example 2 - Preparation of etch-resistant ceramic parts
상기 실시예 1에서, 상기 기본 혼합물의 지르코니아 함량이 5 wt%가 되도록 변경하고, 이외의 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 소결체를 제조하였다.In Example 1, the zirconia content of the basic mixture was changed to 5 wt%, and other conditions were the same as Example 1 to prepare a sintered body.
실시예 3 - 내식각성 세라믹 부품의 제조Example 3 - Preparation of etch-resistant ceramic parts
상기 실시예 1에서, 상기 기본 혼합물의 지르코니아 함량이 3 wt%가 되도록 변경하고, 이외의 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 소결체를 제조하였다.In Example 1, the zirconia content of the basic mixture was changed to 3 wt%, and other conditions were the same as Example 1 to prepare a sintered body.
실시예 4 - 내식각성 세라믹 부품의 제조Example 4 - Preparation of etch-resistant ceramic parts
상기 실시예 1에서, 상기 기본 혼합물의 지르코니아 함량이 1 wt%가 되도록 변경하고, 이외의 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 소결체를 제조하였다.In Example 1, the zirconia content of the basic mixture was changed to 1 wt%, and other conditions were the same as Example 1 to prepare a sintered body.
실시예 5 - 내식각성 세라믹 부품의 제조Example 5 - Preparation of etch-resistant ceramic parts
상기 실시예 1에서, 지르코니아 대신 알루미나로 교체하고, 상기 기본 혼합물의 알루미나 함량이 10 wt%가 되도록 변경하고, 이외의 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 소결체를 제조하였다.In Example 1, zirconia was replaced with alumina, the alumina content of the basic mixture was changed to 10 wt%, and other conditions were the same as in Example 1 to prepare a sintered body.
실시예 6 - 내식각성 세라믹 부품의 제조Example 6 - Preparation of etch-resistant ceramic parts
상기 실시예 1에서, 지르코니아 대신 알루미나로 교체하고, 상기 기본 혼합물의 알루미나 함량이 5 wt%가 되도록 변경하고, 이외의 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 소결체를 제조하였다.In Example 1, zirconia was replaced with alumina, the alumina content of the basic mixture was changed to 5 wt%, and other conditions were the same as in Example 1 to prepare a sintered body.
실시예 7 - 내식각성 세라믹 부품의 제조Example 7 - Preparation of etch-resistant ceramic parts
상기 실시예 1에서, 상기 기본 혼합물의 지르코니아 함량이 20 wt%가 되도록 변경하고, 전기로 대신 가스로를 이용하고, 이외의 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 소결체를 제조하였다.In Example 1, the zirconia content of the basic mixture was changed to 20 wt%, a gas furnace was used instead of an electric furnace, and other conditions were the same as Example 1 to prepare a sintered body.
실시예 8 - 내식각성 세라믹 부품의 제조Example 8 - Preparation of etch-resistant ceramic parts
상기 실시예 1에서, 상기 기본 혼합물의 지르코니아 함량이 30 wt%가 되도록 변경하고, 전기로 대신 가스로를 이용하고, 이외의 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 소결체를 제조하였다.In Example 1, the zirconia content of the basic mixture was changed to 30 wt%, a gas furnace was used instead of an electric furnace, and other conditions were the same as Example 1 to prepare a sintered body.
실시예 9 - 내식각성 세라믹 부품의 제조Example 9 - Preparation of etch-resistant ceramic parts
상기 실시예 1에서, 소결 온도를 1638 ℃로 변경하고, 이외의 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 소결체를 제조하였다.In Example 1, the sintering temperature was changed to 1638°C, and other conditions were the same as Example 1 to produce a sintered body.
실시예 10 - 내식각성 세라믹 부품의 제조Example 10 - Preparation of etch-resistant ceramic parts
상기 실시예 1에서, 소결 온도를 1686 ℃로 변경하고, 이외의 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 소결체를 제조하였다.In Example 1, the sintering temperature was changed to 1686°C, and other conditions were the same as Example 1 to produce a sintered body.
실시예 11 - 내식각성 세라믹 부품의 제조Example 11 - Preparation of etch-resistant ceramic parts
상기 실시예 1에서, 소결 온도를 1684 ℃로 변경하고, 전기로 대신 가스로를 이용하고, 이외의 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 소결체를 제조하였다.In Example 1, the sintering temperature was changed to 1684°C, a gas furnace was used instead of an electric furnace, and other conditions were the same as in Example 1 to produce a sintered body.
비교예 1 - 내식각성 세라믹 부품의 제조Comparative Example 1 - Manufacturing of etch-resistant ceramic parts
상기 실시예 1에서, 상기 기본 혼합물의 지르코니아 함량이 40 wt%가 되도록 변경하고, 전기로 대신 가스로를 이용하고, 이외의 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 소결체를 제조하였다.In Example 1, the zirconia content of the basic mixture was changed to 40 wt%, a gas furnace was used instead of an electric furnace, and other conditions were the same as in Example 1 to prepare a sintered body.
비교예 2 - 내식각성 세라믹 부품의 제조Comparative Example 2 - Manufacturing of etch-resistant ceramic parts
상기 실시예 1에서, 상기 기본 혼합물의 지르코니아 함량이 50 wt%가 되도록 변경하고, 전기로 대신 가스로를 이용하고, 이외의 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 소결체를 제조하였다.In Example 1, the zirconia content of the basic mixture was changed to 50 wt%, a gas furnace was used instead of an electric furnace, and other conditions were the same as in Example 1 to prepare a sintered body.
상기 실시예 및 비교예의 조건을 표 1로 나타내었다.The conditions of the examples and comparative examples are shown in Table 1.
산화물first metal
oxide
산화물(wt%)first metal
Oxide (wt%)
실험예 - 성형체(그린바디) 파단면, 성형밀도 분석Experimental example - Molded body (green body) fracture surface and molding density analysis
상기 실시예 1 내지 4(ZrO2 함량 10 wt%, 5 wt%, 3 wt%, 1 wt%) 그리고 실시예 6(Al2O3 함량 5 wt%)에서 얻어진 성형체(그린바디)의 파단면을 주사전자현미경을 통해 촬영하였고 그 결과를 도 1에 나타내었다.Fracture surfaces of molded bodies (green bodies) obtained in Examples 1 to 4 (ZrO 2 content 10 wt%, 5 wt%, 3 wt%, 1 wt%) and Example 6 (Al 2 O 3 content 5 wt%) was photographed through a scanning electron microscope, and the results are shown in Figure 1.
도 1을 참고하면, 지르코니아 첨가량에 따라 파단면 형상의 유의미한 차이는 나타나지 않았다. 성형체의 성형밀도(green density)의 경우 지르코니아 함량에 따라 약소하게 증가하는 경향을 나타내었다.Referring to Figure 1, there was no significant difference in the shape of the fracture surface depending on the amount of zirconia added. The green density of the molded body showed a tendency to slightly increase depending on the zirconia content.
실험예 - 소결체 파단면, 미세구조 분석Experimental example - Fracture surface of sintered body, microstructure analysis
상기 실시예 1 내지 5(ZrO2 함량 10, 5, 3, 1, 20 wt%) 그리고 실시예 5, 6(Al2O3 함량 10, 5 wt%)에서 얻어진 소결체의 파단면을 주사전자현미경을 통해 촬영하였고, 그 결과를 도 2 내지 도 4에 나타내었다. 도 2는 3000 배율, 도 3, 4는 10000 배율로 촬영한 것이다.The fracture surfaces of the sintered bodies obtained in Examples 1 to 5 (ZrO 2 content 10, 5, 3, 1, 20 wt%) and Examples 5 and 6 (Al 2 O 3 content 10, 5 wt%) were examined using a scanning electron microscope. was filmed, and the results are shown in Figures 2 to 4. Figure 2 was taken at 3000 magnification, and Figures 3 and 4 were taken at 10000 magnification.
도 2를 참고하면, 지르코니아 함량이 1 wt%, 3 wt%인 소결체의 파단면은 기공이 관찰되었고, 지르코니아 함량이 증가할수록 기공은 줄어드는 경향을 나타내었으며, 알루미나를 첨가한 실시예 6에서는 기공이 거의 나타나지 않았다.Referring to Figure 2, pores were observed on the fractured surfaces of the sintered bodies with zirconia content of 1 wt% and 3 wt%, and as the zirconia content increased, the pores tended to decrease. In Example 6 where alumina was added, the pores were Almost didn't show up.
도 3, 4를 참고하면, 소결체의 결정립 및/또는 결정립계에서 석출물이 발생하는 것을 확인하였다.Referring to Figures 3 and 4, it was confirmed that precipitates were generated at the grains and/or grain boundaries of the sintered body.
실험예 - 소결체 XRD 분석Experimental example - XRD analysis of sintered body
상기 실시예 1(ZrO2 함량 10 wt%), 실시예 5(Al2O3 함량 10 wt%)에서 얻어진 소결체의 X선 회절 분석기를 통해 얻어진 결과를 도 5 및 도 6에 나타내었다.The results obtained through an
도 5를 참고하면, 알루미나를 첨가한 실시예 5의 경우 이트리아, 이트륨-알루미늄 복합산화물(Y4Al2O9) 피크가 나타났다.Referring to Figure 5, in Example 5 in which alumina was added, yttria and yttrium-aluminum composite oxide (Y 4 Al 2 O 9 ) peaks appeared.
도 6을 참고하면, 지르코니아를 첨가한 실시예 1에서는 소결체에서 지르코니아의 피크가 거의 나타나지 않았고, 이트리아의 피크가 나타난 것을 확인하였다.Referring to Figure 6, in Example 1 in which zirconia was added, it was confirmed that the peak of zirconia hardly appeared in the sintered body, and the peak of yttria appeared.
실험예 - 소결체 밀도 및 강도 분석Experimental Example - Sintered body density and strength analysis
상기 실시예 1 내지 5(ZrO2 함량 10, 5, 3, 1, 20 wt%) 그리고 실시예 5, 6(Al2O3 함량 10, 5 wt%)에서 얻어진 소결체의 밀도와 굽힘강도를 Universal Testing Machine(H&P 사)를 통해 측정하였으며, 그 결과를 도 7 및 도 8에 나타내었다.The density and bending strength of the sintered body obtained in Examples 1 to 5 (ZrO 2 content 10, 5, 3, 1, 20 wt%) and Examples 5 and 6 (Al 2 O 3 content 10, 5 wt%) were calculated using Universal It was measured using a Testing Machine (H&P), and the results are shown in Figures 7 and 8.
도 7을 참고하면, 지르코니아 첨가량이 증가함에 따라 소결밀도는 증가하는 경향을 나타내었다.Referring to Figure 7, the sintered density tended to increase as the amount of zirconia added increased.
도 8을 참고하면, 지르코니아 첨가량이 10 wt%인 실시예 1에서 소결체의 굽힘강도 값이 가장 높게 측정되었고, 알루미나를 5 wt% 첨가한 실시예 6도 비슷한 결과를 나타내었다.Referring to FIG. 8, the bending strength value of the sintered body was measured to be the highest in Example 1 in which zirconia was added at 10 wt%, and Example 6 in which 5 wt% of alumina was added also showed similar results.
실험예 - 내플라즈마 특성 분석Experimental example - analysis of plasma properties
100 mTorr 압력의 플라즈마 처리창치 챔버에서 800 W의 전력으로 800 분 동안 54 sccm의 CF4 및 5 sccm의 O2에 노출되었을 때, 순수 알루미나(Al2O3)의 식각률을 1로 정하고, 순수 이트리아, 상기 실시예 1 내지 4 및 실시예 6(ZrO2 함량 10, 5, 3, 1, Al2O3 함량 5 wt%)에서 얻어진 소결체의 식각률을 측정하고, 식각 후 표면 상태를 주사전자현미경을 통해 촬영하였으며, 그 결과를 도 9, 10에 나타내었다.When exposed to 54 sccm of CF 4 and 5 sccm of O 2 for 800 minutes at a power of 800 W in a plasma treatment chamber at a pressure of 100 mTorr, the etch rate of pure alumina (Al 2 O 3 ) was set to 1, and the etch rate of pure alumina (Al 2 O 3 ) was set to 1. Tria, the etching rate of the sintered body obtained in Examples 1 to 4 and Example 6 (ZrO 2 content 10, 5, 3, 1, Al 2 O 3 content 5 wt%) was measured, and the surface state after etching was examined using a scanning electron microscope. The images were taken through, and the results are shown in Figures 9 and 10.
도 9를 참고하면, 실시예들은 이트리아와 비슷하거나 양호한 식각률을 가지는 것을 알 수 있고, 도 10을 참고하면, 실시예들은 비교적 고른 식각 표면을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that the examples have an etch rate similar to or better than that of yttria, and with reference to FIG. 10, it can be seen that the examples show a relatively even etch surface.
실험예 - 소결체 열전도도 및 경도 분석Experimental Example - Analysis of sintered body thermal conductivity and hardness
상기 실시예 1 내지 4 및 실시예 6(ZrO2 함량 10, 5, 3, 1, Al2O3 함량 5 wt%)에서 얻어진 소결체, 이트리아의 열전도도 및 경도를 Dilatometer, Vickers 경도계를 통해 측정하였으며, 그 결과를 도 11 및 도 12에 나타내었다.The thermal conductivity and hardness of the sintered body and yttria obtained in Examples 1 to 4 and Example 6 (ZrO 2 content 10, 5, 3, 1, Al 2 O 3 content 5 wt%) were measured using a Dilatometer and Vickers hardness meter. and the results are shown in Figures 11 and 12.
도 11을 참고하면, 기본 혼합물에서 지르코니아를 10 wt% 첨가한 실시예 1에서 열전도도는 가장 낮게 측정되었다.Referring to FIG. 11, the lowest thermal conductivity was measured in Example 1 in which 10 wt% of zirconia was added to the basic mixture.
도 12를 참고하면, 지르코니아 첨가량이 증가할수록 경도 값이 높아지는 경향을 나타내고 있는 것을 확인하였다.Referring to Figure 12, it was confirmed that the hardness value tended to increase as the amount of zirconia added increased.
실험예 - 소결조건에 따른 미세구조, 밀도, 강도 및 경도 분석Experimental Example - Microstructure, density, strength and hardness analysis according to sintering conditions
상기 실시예 1, 9, 10, 11(소결조건 1659 ℃, 1638 ℃, 1686 ℃, 1684 ℃ (가스로))에서 얻어진 소결체의 미세구조를 주사전자현미경을 통해 촬영하였으며, 그 결과를 도 13에 나타내었다. 또한, 소결체의 평균 결정립 크기와 상대밀도를 측정하였으며, 그 결과를 도 14, 15에 나타내었다. 또한, 소결체의 굽힘강도와 경도를 Universal Testing Machine(H&P 사)를 통해 측정하였으며, 그 결과를 도 16, 17에 나타내었다.The microstructures of the sintered bodies obtained in Examples 1, 9, 10, and 11 (sintering conditions 1659°C, 1638°C, 1686°C, 1684°C (gas furnace)) were photographed using a scanning electron microscope, and the results are shown in Figure 13. indicated. In addition, the average grain size and relative density of the sintered body were measured, and the results are shown in Figures 14 and 15. In addition, the bending strength and hardness of the sintered body were measured using a Universal Testing Machine (H&P), and the results are shown in Figures 16 and 17.
도 13, 14를 참고하면, 전기로 소결 시 온도가 낮아짐에 따라 결정립 크기는 작아지는 경향을 나타내었다.Referring to Figures 13 and 14, the grain size tended to become smaller as the temperature decreased during electric furnace sintering.
도 15를 참고하면, 상대밀도는 모두 99.3 % 이상인 것을 확인하였다.Referring to Figure 15, it was confirmed that the relative densities were all 99.3% or more.
도 16, 17을 참고하면, 소결체의 굽힘강도, 경도 값은 1659 ℃ 전기로 조건의 실시예 1이 가장 높은 결과를 나타내었다.Referring to Figures 16 and 17, the bending strength and hardness of the sintered body in Example 1 under 1659°C electric furnace conditions showed the highest results.
실험예 - 소결체 굽힘강도, 열충격 분석Experimental example - Sintered body bending strength, thermal shock analysis
Nippon Yttrium Co., Ltd.(NYC)의 이트리아 소결체, 그리고 상기 실시예 1(ZrO2 함량 10wt%)에서 얻어진 소결체의 온도에 따른 굽힘강도를 Universal Testing Machine(H&P 사)에 따라 측정하였고, 120 ℃, 30분 열처리된 소결체의 수냉 ??칭을 3회, 6회, 9회 시행 후 25 ℃에서 3점 굽힘강도를 측정하였으며, 그 결과를 도 18, 19에 나타내었다.The bending strength according to temperature of the yttria sintered body of Nippon Yttrium Co., Ltd. (NYC) and the sintered body obtained in Example 1 (ZrO 2 content of 10 wt%) was measured according to the Universal Testing Machine (H&P), 120 After water cooling of the sintered body heat-treated for 30 minutes at ℃ was performed 3, 6, and 9 times, the three-point bending strength was measured at 25 ℃, and the results are shown in Figures 18 and 19.
도 18을 참고하면, NYC사의 이트리아 소결체 대비 실시예 1(E.1)의 소결체는 모든 온도 범위에서 우수한 굽힘강도를 나타내었다.Referring to Figure 18, compared to the Yttria sintered body from NYC, the sintered body of Example 1 (E.1) showed excellent bending strength in all temperature ranges.
도 19를 참조하면, NYC사의 이트리아 소결체 대비 실시예 1(E.1)의 소결체는 모든 ??칭 시행 횟수에서 우수한 굽힘강도를 나타내었다.Referring to Figure 19, compared to the Yttria sintered body from NYC, the sintered body of Example 1 (E.1) showed excellent bending strength at all times of quenching.
실험예 - 제1금속 산화물 첨가량에 따른 물성, 미세구조 분석Experimental example - Physical properties and microstructure analysis according to the amount of first metal oxide added
Nippon Yttrium Co., Ltd.(NYC)의 이트리아 소결체, 상기 실시예 1, 7, 8, 그리고 비교예 1, 2 (ZrO2 함량 10, 20, 30, 40, 50 wt%)에서 얻어진 소결체의 미세구조를 주사전자현미경을 통해 촬영하였으며, 그 결과를 도 20에 나타내었다. 또한, 각 소결체들의 굽힘강도, 온도에 따른 굽힘강도를 Universal Testing Machine(H&P 사)에 따라 측정하였고, 열전도도, 열팽창계수를 LFA(Laser Flash Analysis, Netzsch 사) 장비를 통해 측정하였고, 평균 결정립 크기를 측정하였으며, 그 결과를 도 21, 표 2에 나타내었다.Yttria sintered body from Nippon Yttrium Co., Ltd. (NYC), Examples 1, 7, 8, and Comparative Examples 1 and 2 (ZrO 2 content 10, 20, 30, 40, 50 wt%) The microstructure was photographed using a scanning electron microscope, and the results are shown in Figure 20. In addition, the bending strength of each sintered body and the bending strength according to temperature were measured using the Universal Testing Machine (H&P), thermal conductivity and thermal expansion coefficient were measured using LFA (Laser Flash Analysis, Netzsch) equipment, and average grain size. was measured, and the results are shown in Figure 21 and Table 2.
(E. 1)
ZrO2 10wt%Example 1
(E. 1)
ZrO2 10wt%
(E. 7)
ZrO2 20wt%Example 7
(E. 7)
ZrO 2 20wt%
(E. 8)
ZrO2 30wt%Example 8
(E. 8)
ZrO2 30wt%
(C.E. 1)
ZrO2 40wt%Comparative Example 1
(CE 1)
ZrO2 40wt%
(C.E. 2)
ZrO2 50wt%Comparative Example 2
(CE 2)
ZrO2 50wt%
(10-6/℃)25~400℃ thermal expansion coefficient
(10 -6 /℃)
도 20 및 표 1을 참고하면, 지르코니아 첨가량이 30 wt% 이하인 실시예들은 2 ㎛ 이하의 평균 결정립 크기를 나타내었고, 지르코니아 첨가량이 40 wt% 이상인 비교예에서는 결정립이 조대해졌으며, 일부 기공도 확인하였다.Referring to Figure 20 and Table 1, the examples in which the zirconia addition amount was 30 wt% or less showed an average grain size of 2 ㎛ or less, and in the comparative examples in which the zirconia addition amount was 40 wt% or more, the crystal grains became coarse and some pores were also confirmed. did.
도 21을 참고하면, 200 ℃에서 굽힘강도는 실시예들이 230 MPa 이상을 나타냈고, 비교예의 경우 170~210 MPa로 실시예 대비 낮을 것을 확인하였다.Referring to Figure 21, it was confirmed that the bending strength at 200°C was 230 MPa or more in the Examples, and was 170 to 210 MPa in the Comparative Example, which was lower than the Examples.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also possible. falls within the scope of rights.
Claims (10)
상기 기본 혼합물은 상기 제1금속 화합물을 1 wt% 내지 35 wt% 포함하고,
상기 제1금속은 지르코늄, 알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중 선택된 하나이고,
평균 결정립 크기가 2 ㎛ 이하인, 내식각성 세라믹 부품.
Comprising a basic mixture consisting of yttria and a first metal compound,
The basic mixture includes 1 wt% to 35 wt% of the first metal compound,
The first metal is one selected from the group consisting of zirconium, aluminum, and combinations thereof,
Etch-resistant ceramic parts with an average grain size of 2 ㎛ or less.
상기 평균 결정립 크기가 1.6 ㎛ 이하인, 내식각성 세라믹 부품.
According to paragraph 1,
An etch-resistant ceramic part wherein the average grain size is 1.6 ㎛ or less.
굽힘강도가 150 MPa 내지 280 MPa인, 내식각성 세라믹 부품.
According to paragraph 1,
An etch-resistant ceramic component having a bending strength of 150 MPa to 280 MPa.
상기 기본 혼합물은 상기 제1금속 화합물을 5 wt% 내지 35 wt% 포함하고,
상기 제1금속은 지르코늄이고,
상기 제1금속 화합물은 지르코늄 산화물 및 지르코늄 탄화물 중 어느 하나 이상을 포함하는, 내식각성 세라믹 부품.
According to paragraph 1,
The basic mixture includes 5 wt% to 35 wt% of the first metal compound,
The first metal is zirconium,
The first metal compound includes at least one of zirconium oxide and zirconium carbide.
상기 평균 결정립 크기가 1.1 ㎛ 이하인, 내식각성 세라믹 부품.
According to paragraph 4,
An etch-resistant ceramic part wherein the average grain size is 1.1 ㎛ or less.
상기 기본 혼합물은 상기 제1금속 화합물을 3 wt% 내지 15 wt% 포함하고,
상기 제1금속은 알루미늄이고,
상기 제1금속은 화합물은 알루미늄 산화물 및 이트륨-알루미늄 복합산화물 중 어느 하나 이상을 포함하는, 내식각성 세라믹 부품.
According to paragraph 1,
The basic mixture includes 3 wt% to 15 wt% of the first metal compound,
The first metal is aluminum,
The first metal silver compound includes at least one of aluminum oxide and yttrium-aluminum composite oxide.
플라즈마가 노출되는 장치의 부품으로 적용되는, 내식각성 세라믹 부품.
According to paragraph 1,
Etch-resistant ceramic parts applied as parts of devices exposed to plasma.
상기 원료물질을 과립화하고, 선별하는 선별단계;
상기 선별단계로 얻어진 선별물을 성형하고, 소결하는 소결단계;를 포함하고,
상기 원료물질은,
이트리아 및 제1금속 산화물로 이루어지는 기본 원료혼합물; 및 탄소계 물질;을 포함하고,
상기 기본 원료혼합물은 상기 제1금속 산화물을 1 wt% 내지 32 wt% 포함하고,
상기 제1금속은 지르코늄, 알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중 선택된 하나인, 내식각성 세라믹 부품의 제조방법.
A mixing step of preparing raw materials including yttria, first metal oxide, and additives;
A screening step of granulating and selecting the raw materials;
It includes a sintering step of molding and sintering the sorted product obtained in the sorting step,
The raw materials are,
A basic raw material mixture consisting of yttria and first metal oxide; and carbon-based materials;
The basic raw material mixture contains 1 wt% to 32 wt% of the first metal oxide,
A method of manufacturing an etch-resistant ceramic part, wherein the first metal is selected from the group consisting of zirconium, aluminum, and combinations thereof.
상기 원료물질은 분산제 및 용매를 더 포함하고,
상기 원료물질의 과립화는 분무건조를 통해 진행되는, 내식각성 세라믹 부품의 제조방법.
According to clause 8,
The raw materials further include a dispersant and a solvent,
A method of manufacturing an etching-resistant ceramic part, in which granulation of the raw material is carried out through spray drying.
상기 소결은 1580 ℃ 내지 1780 ℃의 온도에서 진행되는, 내식각성 세라믹 부품의 제조방법.According to clause 8,
A method of manufacturing an etch-resistant ceramic part, wherein the sintering is carried out at a temperature of 1580 ℃ to 1780 ℃.
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