CN101283118A

CN101283118A - 复合结构物

Info

Publication number: CN101283118A
Application number: CNA2006800375538A
Authority: CN
Inventors: 岩泽顺一; 西水亮市; 鸠野广典; 芦泽宏明
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2026-10-10
Also published as: KR20080044335A; JP5093745B2; KR100983952B1; JP2007131943A; TWI315356B; TW200734485A; CN101283118B; US20090233126A1; WO2007043520A1; US7897268B2

Abstract

提供一种复合结构物，其提高了形成在基材表面上的由氧化钇形成的结构物的机械强度。本发明中，形成在基材表面上的由氧化钇形成的结构物的主要成分为氧化钇多晶体，在构成结构物的晶体之间的界面基本上不存在由玻璃质形成的晶界层，进而使氧化钇多晶体的晶体结构中混合存在立方晶系(cubic)和单斜晶系(monoclinic)，由此可使形成在基材表面上的由氧化钇形成的结构物的硬度比氧化钇烧结体的硬度更大。

Description

复合结构物

技术领域

本发明涉及在基材表面形成了由氧化钇形成的结构物的复合结构物。

背景技术

作为不进行加热工序地在基材表面形成脆性材料的结构物的方法，已知被称为气溶胶沉积法的技术。该气溶胶沉积法的特征在于，从喷嘴向基材喷射由脆性材料等的微粒分散在气体中而形成的气溶胶，使微粒碰撞金属、玻璃、陶瓷等基材，通过该碰撞的冲击，引起脆性材料微粒的变形或破碎而将它们接合，直接在基材上形成由微粒的构成材料形成的结构物，特别是可以在不需要加热装置的常温下形成结构物。通过气溶胶沉积法制作的制膜体可以提供具有与烧结体同样程度的致密性、且高密度高强度的制膜体(专利文献1)。

使用气溶胶沉积法制作的由氧化钇形成的结构物被记载在专利文献2～5中。

专利文献1：日本特许第3265481号

专利文献2：日本特开2005-158933号公报

专利文献3：日本特开2005-217349号公报

专利文献4：日本特开2005-217350号公报

专利文献5：日本特开2005-217351号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明的目的在于，提高形成在基材表面上的由氧化钇形成的结构物的机械强度。

用于解决问题的方法

为了实现上述目的，根据本发明，形成在基材表面上的由氧化钇形成的结构物的主要成分为氧化钇多晶体，在构成结构物的晶体之间的界面基本上不存在由玻璃质形成的晶界层，进而氧化钇多晶体的晶体结构中混合存在立方晶系(cubic)和单斜晶系(monoclinic)，由此可以使形成在基材表面上的由氧化钇形成的结构物的硬度比氧化钇烧结体的硬度更大。

另外，根据本发明的优选形态，形成在基材表面上的由氧化钇形成的复合结构物中，通过复合结构物的一部分形成侵入基材表面的锚固部而直接接合，可以增大基材与结构物的密合强度。

发明效果

根据本发明具有如下效果：可以提高形成在基材表面上的由氧化钇形成的结构物的机械强度。

附图说明

图1是根据本发明，使用以(氧化铝微粒)∶(氧化钇微粒)＝1∶100的个数比混合的混合粉体而制作的由氧化钇形成的结构物的X射线衍射图案。

图2是本发明的由氧化钇形成的结构物的制造中使用的原料粉体、即氧化钇微粒的X射线衍射图案。

图3是氧化钇烧结体(HIP处理品)的X射线衍射图案。

图4是制作本发明的由氧化钇形成的结构物的装置的简图。

图5是根据本发明，使用以(氧化铝微粒)∶(氧化钇微粒)＝1∶10的个数比混合的混合粉体而制作的由氧化钇形成的结构物的X射线衍射图案。

图6是本发明的由氧化钇多晶体形成的结构物的截面TEM照片。

具体实施方式

对本申请中所使用的词进行如下说明。

(晶体结构)

本发明中晶体结构是指：通过X射线衍射法、电子射线衍射法测定并以JCPDS(ASTM)数据作为指标被鉴定的晶体结构。

(多晶)

本发明中多晶是指：微晶接合·集聚而形成的结构体。微晶基本上是由一个微晶构成晶体，其直径通常为5nm以上。但是，鲜有发生微粒未破碎就被纳入结构物中等的情况，基本上为多晶。

(界面)

在本发明中界面是指：构成微晶之间的边界的区域。

(晶界层)

本发明中晶界层是指：位于界面处或烧结体中所谓的晶界处的具有(通常数nm～数μm)厚度的层，通常采取与晶粒内的晶体结构不同的非晶结构，另外，根据情况伴有杂质的偏析。

(锚固部)

本发明中锚固部是指：形成在基材与脆性材料结构物的界面处的凹凸，特别是指在形成脆性材料的结构物时，改变原基材的表面精度而形成的凹凸，并不是预先在基材上形成凹凸。

(微粒)

本发明中微粒是指：在一次颗粒为致密颗粒的情况下，以粒度分布测定、扫描型电子显微镜鉴定的平均粒径为10μm以下的颗粒。另外，一次颗粒为因冲击而易被破碎的多孔质颗粒的情况下，是指平均粒径为50μm以下的颗粒。粉体是指上述的微粒自然聚集的状态。

(气溶胶)

本发明中气溶胶是指：在氦气、氮气、氩气、氧气、干燥空气、这些的混合气体等气体中分散前述的微粒而得到的物质，期望是一次颗粒分散的状态，通常包括该一次颗粒聚集的聚集粒。气溶胶的气体压力和温度是任意的，对于结构物的形成来说，在将气压换算为1大气压、将温度换算为20℃的情况下，气体中的微粒的浓度期望是在从喷嘴喷射的时刻为0.0003mL/L～10mL/L的范围内。

(常温)

本发明中常温是指：相对于氧化钇的烧结温度为显著低的温度，基本上为0℃～100℃的室温环境。

(主要成分)

本发明中主要成分是指氧化钇是包含得最多的成分，优选是指氧化钇为90wt％以上。

(平均晶体粒径)

本发明中平均晶体粒径是指：通过X射线衍射法中的Scherrer的方法计算出的微晶的大小，使用MAC Science公司制造的MXP-18测定并计算出。或者可以使用从TEM(透射型电子显微镜)图像直接测定微晶的大小而计算出的值。

(致密度)

本发明中致密度是指以表观比重/真比重计算出的值的百分率(％)。对于真比重，使用考虑膜成分的构成比并从文献值计算出的值。

(基材)

本发明中的基材，只要是具有可以提供机械冲击力的程度的硬度的材料即可，该机械冲击力足以通过在其上喷射气溶胶而碰撞微粒从而使微粒原料粉碎或变形。作为优选的基材的例子，可以列举出玻璃、金属、陶瓷以及有机化合物，还可以是这些的复合材料。

接着，通过附图说明用于实施本发明的优选的形态。首先，使用图4说明形成在基材上的由氧化钇形成的结构物的制作方法。

图4是在基材上形成由氧化钇形成的结构物的制作装置的构成简图，氮气、干燥空气、氦气的各种气罐11通过输送管12连接到气溶胶发生器13，再通过输送管12在结构物形成装置14内配置喷嘴15。喷嘴15的前方空出10mm的间隔与喷嘴15相对配置有基材16，该基材16被设置在XY平台17上。结构物形成室14与排气泵18连接。

然后，将原料粉体填充到气溶胶发生器13内，然后打开气罐11，通过输送管12将气体导入到气溶胶发生器13，产生原料粉体分散到气体中的气溶胶。将该气溶胶通过输送管12进一步向结构物形成室14的方向输送，边加速到高速边通过喷嘴15向基材16喷射原料粉体。

接着，对形成在基材上的由氧化钇形成的结构物的更优选的制作方法进行说明。

封入到气罐11中的气体可以使用氦气、氮气、氩气、氧气、干燥空气、这些的混合气体，更优选的制作方法是使用氦气或氮气。

另外，更优选的制作方法是内装于气溶胶发生器13内的原料粉体使用平均粒径为亚μm级的氧化钇微粒和平均粒径为μm级的氧化铝微粒。

使用上述的制作装置制作的由氧化钇形成的结构物的晶体结构优选在X射线衍射中单斜晶系(monoclinic)的最强线强度与立方晶系(cubic)的最强线强度的强度比(单斜晶系的最强线强度/立方晶系的最强线强度)为0.5以上，更优选为0.8以上，进一步优选为1以上。由此大大提高维氏硬度。这里，最强线强度是指最强线的峰高的强度。

另外，使用上述的制作装置制作的由氧化钇形成的结构物的平均晶体粒径优选为10～70nm、更优选为10～50nm、进一步优选为10～30nm。

另外，使用上述的制作装置制作的由氧化钇形成的结构物的致密度优选为90％以上、更优选为95％以上、进一步优选为99％以上。

使用上述的制作装置制作的由氧化钇形成的结构物可以利用于腔(chamber)、钟罩、基座、压紧环、聚焦环、捕获环、隐蔽环(shadow ring)、绝缘环、虚设晶圆、用于产生高频等离子的管、用于产生高频等离子的穹顶、高频透过窗、红外线透过窗、监视窗、终点检测监视器、用于支撑半导体晶圆的升降销、簇射板(shower plate)、挡板、波纹管罩(bellows cover)、上部电极、下部电极等曝露在等离子气氛中的半导体或者液晶制造装置用部件。

半导体或液晶制造装置用部件的基材可以列举出金属、陶瓷、半导体、玻璃、石英、树脂等。

另外，本发明的由氧化钇形成的结构物可以利用于对半导体晶圆、石英晶圆实施微细加工的蚀刻装置等的静电卡盘。

另外，本发明的由氧化钇形成的结构物可以利用于绝缘膜、耐摩耗膜、介电体膜、辐射膜、耐热被膜。

以下，使用实施例对于本发明的实施形态进行说明。在本实施例中，作为形成由氧化钇形成的结构物的原料粉体，使用氧化钇微粒和粒径比其大的氧化铝微粒的混合粉体。

(实施例)

准备氧化钇微粒和氧化铝微粒。氧化铝微粒的以体积为基准的50％平均粒径为5.9μm，氧化钇微粒的平均粒径为0.47μm。这里，以体积为基准的50％平均粒径是指：在使用激光衍射式粒度分布仪测定的粒度分布测定数据中从粒径小的一侧起微粒的累计体积达到50％时的微粒的粒径。另外，氧化钇微粒的平均粒径是从以费氏微粒测量仪测定的比表面积计算出的粒径。

接着，得到以(氧化铝微粒)∶(氧化钇微粒)＝1∶100的个数比将这些微粒混合的混合粉体。

另外，准备氧化铝微粒的以体积为基准的50％平均粒径为2.1μm、氧化钇微粒的平均粒径为0.47μm的微粒，以(氧化铝微粒)∶(氧化钇微粒)＝1∶10的个数比将这些微粒混合，得到混合粉体。

另外，氧化铝微粒作为制膜辅助颗粒而发挥作用，使氧化钇微粒变形或破碎而产生新生表面，除了碰撞后反射、且不可避免地混入之外，不直接作为层状结构物的构成材料，因而该材料并不限定于氧化铝，还可以使用氧化钇，但考虑到成本方面，最合适的是氧化铝。

将上述混合粉体装到图4所示的制作装置的气溶胶发生器中，边以5升/分钟的流量使氮气气体作为载气在装置内流通，边产生气溶胶，使其喷出到铝合金基材上。喷嘴使用长0.4mm、宽20mm的开口的喷嘴。形成结构物时的结构物形成装置内的压力为90～120kPa。这样，在基材上形成高25μm、面积20mm×20mm的由氧化钇形成的结构物。

图1是使用以(氧化铝微粒)∶(氧化钇微粒)＝1∶100的个数比混合的混合粉体制作的由氧化钇形成的结构物的X射线衍射图案。图5是使用以(氧化铝微粒)∶(氧化钇微粒)＝1∶10的个数比混合的混合粉体制作的由氧化钇形成的结构物的X射线衍射图案。图2是在制作由氧化钇形成的结构物的原料粉体中使用的氧化钇微粒的X射线衍射图案。图3是氧化钇烧结体(HIP处理物)的X射线衍射图案。

通过上述方法制作的由氧化钇形成的结构物的晶体结构中混合存在立方晶系(cubic)和单斜晶系(monoclinic)。另一方面，原料粉体以及氧化钇烧结体的晶体结构仅是立方晶系(cubic)。

另外，在图1中，根据在2θ＝29°附近观察到的归属于立方晶系(cubic)的最强峰强度和在2θ＝30°附近观察到的归属于单斜晶系(monoclinic)的最强峰强度可知，单斜晶系的最强线强度/立方晶系的最强线强度的强度比为1.04。

另外，图5中，根据在2θ＝29°附近观察到的归属于立方晶系(cubic)的最强峰强度和在2θ＝30°附近观察到的归属于单斜晶系(monoclinic)的最强峰强度可知，单斜晶系的最强线强度/立方晶系的最强线强度的强度比为0.80。

表1示出上述试样的维氏硬度测定结果。使用动态超微小硬度计(DUH-W201/岛津制作所)，以50gf试验力测定维氏硬度。相比于仅由立方晶系(cubic)构成的氧化钇烧结体，根据本发明制作的立方晶系(cubic)和单斜晶系(monoclinic)混合存在的由氧化钇形成的结构物的硬度更大。

表1

通过以下所示的方法测定根据本发明制作的由氧化钇多晶体形成的结构物(混合比1∶100)的密合强度。使用环氧树脂在120℃、1小时下将SUS制的圆柱棒固化在由氧化钇多晶体形成的结构物表面，使用桌上小型试验机(EZ Graph/岛津制作所制造)将圆柱棒向90°方向拉倒并进行评价。密合强度F通过下式计算出。

F＝(4/πr³)×h×f

这里，r是圆柱棒的半径，h是圆柱棒的高度，f是剥离时的试验力。

形成在铝合金基材上的由氧化钇多晶体形成的结构物的密合强度为80MPa以上，具有非常优异的密合强度。

图6示出根据本发明制作的由氧化钇多晶体形成的结构物(混合比1∶10)的截面TEM照片。由氧化钇多晶体形成的结构物的一部分形成了侵入石英玻璃基材的表面的锚固部。

Claims

1.复合结构物，其特征在于，该复合结构物在基材表面形成有由氧化钇形成的结构物，前述结构物的主要成分为氧化钇多晶体，在构成前述结构物的晶体之间的界面基本上不存在由玻璃质形成的晶界层，进而前述氧化钇多晶体的晶体结构中混合存在立方晶系(cubic)和单斜晶系(monoclinic)。

2.根据权利要求1所述的复合结构物，其特征在于，前述复合结构物的一部分成为侵入基材表面的锚固部。