CN105764871A - 堇青石烧结体、其制法、复合基板以及电子器件 - Google Patents

Abstract

本发明的堇青石烧结体，在X射线衍射图中，除了堇青石成分以外的各成分的最大峰的强度的总和相对于堇青石的(110)面的峰顶强度的比为0.0025以下。该堇青石烧结体中，除了堇青石成分以外的异相极其少，因而在将表面研磨成镜面状时的表面平整度高。

Description

堇青石烧结体、其制法、复合基板以及电子器件

技术领域

本发明涉及堇青石烧结体、其制法、复合基板以及电子器件。

背景技术

堇青石烧结体是耐热性高且热膨胀系数小的材料，因而作为热冲击性高的材料而广为人知，特别是被烧结成多孔质状的结构体广泛地用作汽车等的废气净化用催化剂载体、过滤器。

对于致密的堇青石烧结体，还利用低热膨胀性和轻量性的特点，近年来正在推进将其用作曝光装置等的载物台用部件(专利文献1)、超精密的镜用基材(专利文献2)。在专利文献1中，特别是为了获得高的刚性，进行了如下改良：将堇青石烧结体中的CaO含量设为0.2～0.8质量％，且含有预定量的Al₂O₃作为亚晶。CaO具有通过促进堇青石的晶粒生长和烧结性而提高杨氏模量的效果，Al₂O₃具有抑制堇青石的异常晶粒生长并使其致密化的效果。在专利文献2中，以在高刚性的基础上减小表面粗糙度作为课题，通过添加预定量的特定的稀土金属成分作为烧结助剂，从而制作致密的堇青石烧结体。所获得的烧结体中，不包含除了堇青石以外的晶相，含稀土金属的成分作为非晶相而沿堇青石颗粒的粒界以膜状存在。可认为由于没有除了堇青石以外的结晶成分，从而可避免因不同颗粒间的研磨特性的差异而导致的凹凸的产生。

作为不添加烧结助剂而制作致密的堇青石烧结体的例子，有专利文献3。在该例子中，通过对平均粒径0.7μm以下的堇青石粉末进行单轴模具冲压成形而获得成形体，将该成形体在氮气气氛下在1400℃烧成12小时，制作了具有如下特征的堇青石烧结体，所述特征为：堇青石含量97.6质量％、体积密度2.54g/cm³、开口气孔率0％、总气孔率0.1％，在异相中具有莫来石、尖晶石、假蓝宝石，等等(实施例1)。该烧结体中，基于总气孔率以及开口气孔率，可知闭口气孔率为0.1％，并且，基于图2所示的研磨面的热蚀刻后的照片可知，在约20μm²的面中存在20个左右的长径为0.2～0.5μm左右的闭口气孔。

另一方面，近年来，作为弹性表面波元件，正在开发一种将主基板与辅助基板接合而得的结构的元件。例如，在专利文献4中示出了如下弹性表面波元件，其通过将包含钽酸锂、铌酸锂等的主基板与包含玻璃或硅的辅助基板直接接合而得到。在该弹性表面波元件中，辅助基板的热膨胀系数比主基板的热膨胀系数小，辅助基板的厚度比主基板厚。通过将这样的主基板与辅助基板进行组合，从而在基板的温度升高时压缩应力作用在主基板的表面附近，使热膨胀变得比主基板原本的热膨胀小。结果说明了主基板的弹性表面波元件的频率温度依赖性得到改善。另外还说明了，在辅助基板为玻璃时的热膨胀系数为4.5ppm/℃，通过玻璃的非晶性，与作为单晶的主基板的接合变得容易。但是，对供给于接合的主基板以及辅助基板的表面状态没有详细的记载。

在专利文献5中，与专利文献4同样地记载了弹性表面波元件的温度依赖性改良技术。压电基板(主基板)为钽酸锂、铌酸锂中的任一种，支持基板(辅助基板)为蓝宝石、氧化铝、氮化铝、氮化硅(热膨胀系数2.6ppm/℃)中的任一种，通过直接接合而制作接合基板。但是，关于支持基板等所需要的表面状态没有记载。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-173878号公报

专利文献2：日本特开2012-87026号公报

专利文献3：日本特开2005-314215号公报

专利文献4：日本特开平11-55070号公报

专利文献5：日本专利第3774782号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献1、2中记载的堇青石烧结体中，由于除了堇青石成分以外还含有预定量的烧结助剂成分，因而除了堇青石以外的相要么作为晶相存在，要么作为非晶相存在，烧结体组织成为堇青石相与其他相的混合形态。由于这些相的化学性质、物理性质不同，因而在进行表面研磨等加工时，在相之间的研磨容易度上产生差异。特别是，在使用酸性、碱性的浆料进行化学机械研磨(CMP)的情况下，其差异变得显著，成为表面的凹凸的原因。由此，在专利文献1、2那样的堇青石烧结体中，提高表面平整度是非常难的。另一方面，在专利文献3的堇青石烧结体中，未添加烧结助剂成分，但存在莫来石、尖晶石等没有堇青石化的成分的异相，并且，虽然致密化不断推进，但尽管那样，仍大量存在闭口气孔。因为这些异相和闭口气孔而导致无法获得充分的表面平整度。

另外，在专利文献4、5的弹性表面波元件中，使用了氧化铝、氮化铝、氮化硅等多晶材料(烧结体)作为支持基板，但完全没有关于如上所述的异相、气孔的记载，表面平整度的程度不明。该弹性表面波元件中，频率温度依赖性越小，对环境温度变化的特性稳定性越高，成为性能高的元件。为了实现比以往的元件更高性能的元件，需要将元件的热膨胀抑制得进一步小。

本发明是为了解决这样的课题而完成的，其主要目的在于提供一种在研磨成镜面状时的表面平整度高的堇青石烧结体。另外，另一目的在于提供一种以这样的堇青石烧结体作为支持基板的复合基板。

用于解决课题的方法

本发明的堇青石烧结体，在X射线衍射图中，除了堇青石成分以外的各成分的最大峰的强度的总和相对于堇青石的(110)面的峰顶强度的比为0.0025以下。该堇青石烧结体中，除了堇青石成分以外的异相极其少，因而将表面研磨成镜面状时的表面平整度高。

本发明的堇青石烧结体的制法是通过在非活性气氛下，利用热压法对包含MgO成分、Al₂O₃成分以及SiO₂成分的堇青石原料粉末进行烧结而制造堇青石烧结体的方法，所述堇青石原料粉末中，MgO/Al₂O₃的摩尔比为0.96～1.04，SiO₂/Al₂O₃的摩尔比为2.46～2.54，MgO、SiO₂以及Al₂O₃这3种成分在整体中所占的比例为99.9质量％以上，所述堇青石原料粉末的平均粒径D50为1μm以下，在利用所述热压法进行烧结时的条件是，冲压压力为20～300kgf/cm²、烧成温度为1410～1450℃。该制法适合于制造如上所述的本发明的堇青石烧结体。

本发明的复合基板是将功能性基板与堇青石烧结体制的支持基板接合而得到的复合基板，接合界面中实际上相接合的面积的比例(接合面积比例)为80％以上。该复合基板中，在堇青石烧结体为如上所述的本发明的堇青石烧结体的情况下，如上那样接合面积比例变大，显示出良好的接合性。

本发明的电子器件是利用了上述复合基板的电子器件。该电子器件中，作为支持基板的堇青石烧结体的热膨胀系数为1.1ppm/K(40～400℃)左右，非常小，因而制成弹性表面波器件时的频率温度依赖性得到大幅改善。另外，在光波导设备、LED设备、开关设备中，支持基板的热膨胀系数也非常小，从而性能提高。

附图说明

图1为堇青石烧结体的制造流程。

图2为复合基板10的立体图。

图3为使用复合基板10制作的电子器件30的立体图。

图4为实验例1的堇青石烧结体粉碎物的XRD衍射图。

图5为实验例1的堇青石烧结体的研磨面的SEM图像。

图6为实验例1的堇青石烧结体的透过率曲线。

图7为实验例1的堇青石烧结体的外观照片。

图8为实验例10的堇青石烧结体粉碎物的XRD衍射图。

具体实施方式

以下，具体地说明本发明的实施方式，但应当理解，本发明不限于以下实施方式，可以在不脱离本发明的宗旨的范围内，基于本领域技术人员的通常知识而适宜地施加变更、改良等。

本发明的堇青石烧结体，在X射线衍射图中，除了堇青石成分以外的各成分的最大峰的强度的总和相对于堇青石的(110)面的峰顶强度的比为0.0025以下。予以说明的是，X射线衍射图的测定条件为CuKα、50kV、300mA、2θ＝5-70°。该堇青石烧结体中，除了堇青石成分以外的异相极其少，因此将表面研磨成镜面状时的表面平整度高。关于表面平整度，例如，在对研磨精加工成镜面状的表面进行AFM观察时，优选满足如下条件中的至少一个：10μm见方的测定范围中的中心线平均表面粗糙度Ra为1nm以下；70μm见方的测定范围中的最大峰高Rp为30nm以下；在任意的4μm×4μm范围中最大长度为0.1μm以上的气孔的数量为10个以下。此外，若异相成分多，则在堇青石与异相成分之间研磨容易度不同，特别是异相成分不易被研磨且容易残留成凸状，因而表面平整度无法变得充分高。

本发明的堇青石烧结体中，MgO/Al₂O₃的摩尔比优选为0.96～1.04，SiO₂/Al₂O₃的摩尔比优选为2.46～2.54。另外，MgO、Al₂O₃以及SiO₂这3种成分在整体中所占的比例为99.9质量％以上，换言之，除了这3种成分以外的成分的比例优选为小于0.1质量％。进一步，堇青石烧结颗粒的平均粒径优选为1μm以下。此外进一步，体积密度优选为2.495～2.515g/cm³(真密度为2.505g/cm³)。通过这样操作，可更加减少堇青石烧结体中的异相成分。

本发明的堇青石烧结体对波长550nm的光的全透光率、直线透过率优选分别为60％以上、50％以上，更优选分别为70％以上、60％以上。如果这样设定，则透光性高，进一步直线透过率高且透明，因而在制成复合基板时可表现作为光透过性的支持基板的功能。进一步，关于本发明的堇青石烧结体，由于堇青石所具有的高的热稳定性、耐热冲击性，因而可用作如高温炉窗材料、聚光炉反应管那样的耐热透光性器具的材料。作为这样的材料，以往利用的是石英玻璃、透光性氧化铝。然而，石英玻璃需要在1000℃以下使用。另外，透光性氧化铝虽然可在1000℃以上使用，但需要实施热冲击的护理。与此相对，关于本发明的堇青石烧结体，与石英玻璃相比耐热性高，因而可以在1000℃以上使用，与透光性氧化铝相比耐热冲击性高，因而无需实施热冲击的护理，可用作耐热透光性器具的材料。另外，通过对堇青石烧结体在1200～1400℃进行退火处理，能够进一步提高透光性、透明性。

接着，对本发明的堇青石烧结体的制造方法的实施方式进行说明。如图1所示，堇青石烧结体的制造流程包含制作堇青石原料粉末的工序和制作堇青石烧结体的工序。

(堇青石原料粉末的制作)

对按照预定的比例配合MgO成分、Al₂O₃成分、SiO₂成分而得到的混合粉末进行烧成，制成堇青石粗粒物(图1的S1)。在此，混合粉末是指将通过烧成而成为堇青石的3种成分混合而成的粉末，优选为例如按照MgO成分为13.8质量％、Al₂O₃成分为34.9质量％、SiO₂成分为51.3质量％的方式进行配合而得的混合粉末。或者，在能够预先估计在粉碎工序中混入的成分的量的情况下，例如，在能够估计来自于在粉碎工序中使用的氧化铝介质(氧化铝球、氧化铝罐等)的氧化铝成分的混入量的情况下，也可预先减少在混合粉末中配合的Al₂O₃成分的量。进一步，在本发明的堇青石烧结体中，重要的是避免杂质成分形成异相，因而优选使用尽可能高纯度的原料，在混合粉末中配合的各成分的纯度优选为99.9％以上。但是，通过加热而散逸的成分，例如CO₂、H₂O等，不包含于杂质中。

接着，对将混合粉末进行烧成而获得的堇青石粗粒物进行粉碎，制作堇青石粉碎物(图1的S2)。可以通过例如在大气气氛下在1300～1450℃加热而进行混合粉末的烧成。将堇青石粗粒物进行粉碎时，按照堇青石粉碎物的平均粒径(D50)成为2μm以下、优选成为1μm以下、进一步优选成为0.8μm以下的方式进行粉碎。这样，通过减小堇青石粉碎物的平均粒径，从而即使不添加烧结助剂成分，也能够制作高密度的堇青石烧结体。对堇青石粉碎物的平均粒径的下限没有特别限制，但由于越小则粉碎时间越成为长时间，并且在粉碎工序中从粉碎介质(球、罐等)混入的成分量越增加，因而平均粒径优选为0.1μm以上，进一步优选为0.3μm以上。予以说明的是，该平均粒径可通过激光衍射法来测定。

对粉碎方法没有特别限制，例如可利用球磨机、超微磨碎机(attritor)、珠磨机、喷射式粉碎机等。但是，此时需要充分注意从粉碎介质混入的成分与其量。即，优选使用即使混入也不成为杂质的氧化铝制的球珠、罐作为介质。另外，树脂制的罐、球珠可在烧成工序等中去除，因而也可以使用，但使用球珠时，粉碎需要长时间。另一方面，使用氧化锆制的介质时，需要缩短粉碎时间，特别是需要避免其大量地混入。由于杂质量变多，因而不优选金属制的介质。

将这样的堇青石粉碎物干燥，对干燥后的堇青石粉碎物中的MgO成分量、Al₂O₃成分量、SiO₂成分量进行分析，按照使各成分的比例符合堇青石组成的方式将需要的成分仅以需要的量添加于干燥后的堇青石粉碎物，将其作为堇青石原料粉末(图1的S3)。例如，在利用氧化铝介质来粉碎堇青石粗粒物的情况下，Al₂O₃成分量相对于堇青石组成变得过剩。因此，将预定量的MgO粉末、以及SiO₂粉末添加至干燥后的堇青石粉碎物中而进行再调整以使其成为堇青石组成，将再调整后的粉末作为堇青石原料粉末。予以说明的是，对于再调整后的粉末，也进行与粉碎处理类似的混合处理，但重要的是，此时为了抑制源自介质的混入，将混合设为短时间。或者，也可通过事先调节混合粉末的各成分量以使干燥后的堇青石粉碎物中所含的各成分成为堇青石组成，从而将干燥后的堇青石粉碎物直接作为堇青石原料粉末。例如，在利用氧化铝介质来粉碎堇青石粗粒物的情况下，也可通过估计从粉碎介质混入的Al₂O₃成分的量而预先减少混合粉末的Al₂O₃成分量。若这样操作，则可将干燥后的堇青石粉碎物直接作为堇青石原料粉末。通过这样操作，可准备调整了组成与粉末粒径的高纯度的堇青石原料粉末。通过这样操作而获得的堇青石原料粉末中，例如，MgO/Al₂O₃的摩尔比为0.96～1.04，SiO₂/Al₂O₃的摩尔比为2.46～2.54，MgO、SiO₂以及Al₂O₃这3种成分在整体中所占的比例为99.9质量％以上，所述堇青石原料粉末的平均粒径D50为1μm以下。

(堇青石烧结体的制作)

将所获得的堇青石原料粉末成形为预定形状(图1的S4)。对成形的方法没有特别限制，可使用一般的成形法。例如，也可利用金属模具直接对如上所述的堇青石原料粉末进行冲压成形。在冲压成形的情况下，若事先利用喷雾干燥将堇青石原料粉末制成颗粒状，则成形性变得良好。此外，可加入有机粘合剂而制作坯土，以进行挤出成形，或制作浆料以进行薄板成形。在这些工艺中，需要在烧成工序前或烧成工序中去除有机粘合剂成分。另外，也可利用CIP(冷等静压机，coldisostaticpress)进行高压成形。

接着，将所获得的成形体加热而制作堇青石烧结体(图1的S5)。此时，为了提高堇青石烧结体的表面平整度，重要的是将烧结颗粒维持得微细，在烧结中排出气孔。作为该技术，非常有效的是热压法。通过使用该热压法，从而与常压烧结相比，致密化在低温以微细粒的状态进行，能够抑制在常压烧结中常见的粗大气孔的残留。该热压时的烧成温度优选为1410～1450℃，为了尽量减少异相，进一步优选为1420～1440℃。另外，热压时的冲压压力优选设为20～300kgf/cm²。特别是在低的冲压压力下，可实现热压夹具的小型化、长寿命化，因此进一步优选。关于在烧成温度(最高温度)的保持时间，可考虑成形体的形状、大小、加热炉的特性等而适宜地选择适当的时间。具体的优选的保持时间例如为1～12小时，进一步优选为2～8小时。对烧成气氛也没有特别限制，热压时的气氛一般为氮气、氩气等非活性气氛。

本发明的复合基板是将功能性基板与堇青石烧结体制的支持基板接合而得到的复合基板，接合界面中实际上相接合的面积的比例(接合面积比例)为80％以上。关于该复合基板，在堇青石烧结体为上述本发明的堇青石烧结体的情况下，如上那样接合面积比例变大，显示出良好的接合性。作为功能性基板，没有特别限定，例如可列举钽酸锂、铌酸锂、氮化镓、硅等。接合方法可以是直接接合，也可以介由粘接层进行接合，但优选为直接接合。在直接接合的情况下，将功能性基板与支持基板的各自的接合面活化后，在使两个接合面对置的状态下按压两个基板。关于接合面的活化，例如，通过对接合面照射非活性气体(氩等)的离子束来进行，除此之外，还通过等离子体、中性原子束的照射等来进行。另一方面，在介由粘接层进行接合的情况下，作为粘接层，例如使用环氧树脂、丙烯酸类树脂等。功能性基板与支持基板的厚度的比(功能性基板的厚度/支持基板的厚度)优选为0.1以下。图2示出复合基板的一个例子。通过直接接合将作为功能性基板的压电基板12与支持基板14进行接合而得到复合基板10。

本发明的电子器件是利用了上述的复合基板而得到的电子器件。作为这样的电子器件，可列举弹性波元件(弹性表面波器件、兰姆波元件、薄膜谐振器(FBAR)等)，除此之外，还可列举LED器件、光波导器件、开关器件等。在弹性波元件中利用上述复合基板时，作为支持基板的堇青石烧结体的热膨胀系数为1.1ppm/K(40～400℃)左右，非常小，因而频率温度依赖性得到大幅改善。图3示出使用复合基板10制作而成的电子器件30的一个例子。电子器件30是单端口SAW谐振器即弹性表面波器件。首先，使用一般的光刻技术在复合基板10的压电基板12形成多个电子器件30的图形，其后，通过切割，切出一个个电子器件30。通过光刻技术在压电基板12的表面形成IDT(InterdigitalTransducer，叉指式变换器)电极32、34以及反射电极36而得到电子器件30。

予以说明的是，莫来石烧结体也有前景。莫来石烧结体具有如下优点：由于与堇青石烧结体、硅相比为高强度、高杨氏模量，因而不易翘曲且不易产生裂纹。另外，莫来石烧结体的热膨胀系数接近硅、GaN，因而也能够应用于现有的硅、GaN的工艺中，另外，其还具有绝缘性，因而可用作现有的利用了高电阻硅的器件的支持基板。莫来石烧结体可具有研磨精加工成镜面状的表面，该表面中，10μm见方的测定范围中的中心线平均表面粗糙度Ra优选为1nm以下，或者，70μm见方的测定范围的最大峰高Rp优选为30nm以下，或者，任意的4μm×4μm范围中的最大长度为0.1μm以上的气孔的数量优选为10个以下。进一步，莫来石烧结体优选通过热压而烧结。此外，莫来石烧结体中，还可含有堇青石、氧化铝、二氧化硅、尖晶石、假蓝宝石中的至少一个作为亚相。也可将这样的莫来石烧结体制的支持基板与功能性基板接合而制作复合基板，此时的两个基板的厚度的比(功能性基板的厚度/支持基板的厚度)优选为0.1以下。另外，也可将这样的复合基板用于上述电子器件。

实施例

以下，基于本发明例进一步详细地说明，但本发明不限于这些例子。

1.堇青石原料粉末的制作

(原料粉末A～I)

在堇青石原料粉末A～H的制作中，使用了市售的平均粒径1μm以下、纯度99.9％以上的高纯度的氧化镁、氧化铝、二氧化硅粉末。另外，作为比较，在原料粉末I中，在氧化铝、氧化镁、二氧化硅源的一部分中使用作为天然原料的高岭土、滑石。

·堇青石原料粉末A

以成为堇青石组成的方式称量氧化镁、氧化铝、二氧化硅的各粉末，在1400℃、大气气氛下加热5小时，获得堇青石粗粒物。对于所获得的堇青石粗粒物，将氧化铝作为球珠在使用离子交换水作为溶剂的罐磨机中粉碎70小时，制作平均粒径0.5～0.6μm左右的堇青石粉碎物。利用后述的方法对该粉碎物进行组成分析，相对于在粉碎过程中混入的氧化铝量，适宜地追加氧化镁、二氧化硅粉末，由此进行再调整以使其成为堇青石组成，再次混合4小时。将所获得的浆料在氮气流下、在110℃进行干燥，将干燥物过筛，制成堇青石原料粉末A。

·堇青石原料粉末B、C

以成为从堇青石组成中预先减去在粉碎工序中从氧化铝介质混入的氧化铝混入量而得的组成的方式称量氧化镁、氧化铝、二氧化硅的各粉末，除了在粉碎后没有进行氧化镁、二氧化硅粉末的追加以外，利用与堇青石原料粉末A同样的方法来制作。

·堇青石原料粉末D

除了在粉碎后没有进行氧化镁、二氧化硅的追加以外，利用与堇青石原料粉末A同样的方法来制作。

·堇青石原料粉末E～H

除了在粉碎后使氧化镁、二氧化硅的调节成过剩或者过少以外，利用与堇青石原料粉末A同样的方法来制作。

·堇青石原料粉末I

除了在氧化铝、氧化镁、二氧化硅源的一部分中使用了作为天然原料的高岭土、滑石以外，利用与堇青石原料粉末A同样的方法来制作。

在表1中示出所制作的堇青石原料粉末A～I的最终的组成、杂质成分量、平均粒径。

表1

2.堇青石烧结体的制作及评价

分别对如上那样操作而制作的堇青石原料粉末A～I，以50kgf/cm²进行单轴模具冲压成形，获得且厚度25mm左右的成形体。将所获得的成形体容纳于石墨制的模具，使用热压炉在冲压压力20～200kgf/cm²下、在最高温度1400～1425℃烧成5小时，制作堇青石烧结体。将烧成气氛设为氩气氛，升温速度设为200℃/hr，降温速度设为200℃/hr，在降温时将1200℃以下设为炉冷。从所获得的各堇青石烧结体切出抗折棒、以及的圆盘状的试样等，供给于评价试验。评价试验如下。

·组成分析

利用高频电感耦合等离子体发光分光分析方法，测定堇青石原料粉末、堇青石烧结体的粉碎物的MgO、Al₂O₃、SiO₂、杂质成分的量。

·烧结体的体积密度

使用抗折棒，利用使用了纯水的阿基米德法来测定体积密度。

·晶相

将堇青石烧结体粉碎，利用X射线衍射装置，对堇青石、异相进行鉴定，以及算出各相的峰顶强度。测定条件设为CuKα、50kV、300mA、2θ＝5-70°，使用旋转对阴极型X射线衍射装置(理学电机制的“RINT”)。根据X射线衍射图，求出所检测到的各异相(P、Q、R、…)的最大峰的强度(Ip、Iq、Ir、…)的总和相对于堇青石的(110)面的峰顶强度(Ic)的比(Ix)。予以说明的是，在第一峰(最强线)重叠的情况下采用了第二峰。

Ix＝(Ip+Iq+Ir…)/Ic

·表面平整度

针对4×3×10mm的堇青石烧结体的试验片，通过研磨将一面精加工成镜面状。对精加工成镜面状的表面，使用AFM测定中心线平均表面粗糙度Ra和最大峰高Rp。将各自的测定范围设为10μm×10μm、70μm×70μm。予以说明的是，关于研磨，按照3μm的金刚石研磨粒子、0.5μm的金刚石研磨粒子的顺序进行，在最终精加工中，设为使用硅胶浆料(pH＝11、粒径80nm)和无纺布衬垫的抛光。

·烧结颗粒的平均粒径

对如上那样进行了精加工的烧结体的研磨面，在1400℃进行2小时的热蚀刻，利用SEM来算出堇青石烧结颗粒的大小作为平均粒径。在计算中使用线段法(linearanalysis)，并将测定值的1.5倍的值设为平均粒径。

·气孔的数量

针对如上那样进行了精加工的烧结体的研磨面，对任意的4μm×4μm范围进行AFM观察，测定最大长度为0.1μm以上的气孔的数量。

·光学特性

针对厚度0.5mm的堇青石烧结体的试验片，测定对波长200～3000nm的光的全透光率、直线透过率。在测定中使用分光光度计，从试样面的法线方向入射接近平行的光线束，测定试样的透过光。关于标准试样，设为在光路中不插入试样时的空气层，将其分光透过率设为1，通过用积分球接受试样的透过光而算出全透光率，并且根据试样面的法线方向的透过光而算出直线透过率。将对550nm的波长的全透光率、直线透过率设为代表值。

关于堇青石烧结体的制作及评价的详细内容，在以下实验例1～17中进行说明。在表2中示出各实验例的烧结体制作条件以及所获得的堇青石烧结体的组成，在表3中示出各实验例的评价试验的结果，即堇青石烧结体的特性。予以说明的是，实验例1～3、12～17相当于本发明的实施例，而实验例4～11相当于本发明的比较例。本发明不限于这些实验例。

表2

表3

(实验例1)

实验例1的堇青石烧结体是，在冲压压力200kgf/cm²下、在1425℃将堇青石原料粉末A烧结5小时而得到的堇青石烧结体。所获得的堇青石烧结体的MgO/Al₂O₃、SiO₂/Al₂O₃的摩尔比分别为1.00、2.50，与堇青石的化学计量比之间的偏差非常小，杂质量也少。可知烧结体的体积密度为2.507g/cm³，极其接近于堇青石真密度的2.505g/cm³，几乎不包含闭口气孔。在图4中示出实验例1的堇青石烧结体粉碎物的XRD衍射图。作为除了堇青石以外的相，仅检测到刚玉(图中●)，但相对于堇青石(110)(图中○)的峰顶强度的峰强度比Ix为0.0020，极其小。在图5中示出对堇青石烧结体的研磨面进行热蚀刻并进行SEM观察而得到的结果。由此可知，堇青石烧结颗粒的平均粒径为0.6μm，非常微细的堇青石颗粒致密地烧结。另外，在研磨面的4μm×4μm范围中，最大长度为0.1μm以上的气孔的数量为3个。可知，就研磨面的表面平整度而言，中心线平均表面粗糙度Ra为0.8nm，小，最大峰高也为20nm，小。在图6中示出透过率曲线作为光学特性。可知，直线透过率在500～3000nm上为60％以上，极其高，是透明性非常高的材料。将所获得的堇青石烧结体的样品的外观照片示于图7。在图7中所描绘的带有NGK标识的标记是日本碍子(株)的注册商标。

(实验例2、3)

实验例2、3的堇青石烧结体是将堇青石原料粉末B、C分别在与实验例1同样的条件下烧结而得到的堇青石烧结体。所获得的堇青石烧结体的组成、成分的摩尔比如表2所示，与堇青石的化学计量比之间的偏差均非常小。在其他特性方面，也获得了与实验例1类似的特性，可知能够在异相少的状态下致密性高且气孔少地进行烧结，并且能够制成表面平整度高的材料。透明性也与实验例1同样地高。

(实验例4)

在实验例4中，除了将烧成温度设为1400℃以外，在与实验例1同样的条件下制作堇青石烧结体。可知由于烧成温度低，因而氧化铝、二氧化硅等原料成分的堇青石化反应没有充分进行，刚玉、方石英的异相大量残留。就研磨面的表面平整度而言，中心线平均表面粗糙度Ra为1.8nm、最大峰高Rp为28nm，大。根据这些可推定，在堇青石与异相成分之间研磨容易度不同，特别是，因为异相成分不易被研磨，从而容易残留成凸状。

(实验例5)

在实验例5中，除了将烧成温度设为1400℃以外，在与实验例2同样的条件下制作堇青石烧结体。与实验例4同样地，由于烧成温度低，因而刚玉和方石英作为异相而残留，就研磨面的表面平整度而言，Ra为1.3nm、Rp为31nm，均不好。

(实验例6)

在实验例6中，除了使用堇青石原料粉末D以外，在与实验例1同样的条件下制作堇青石烧结体。由于原料中的氧化铝过剩，因而在烧结体中氧化铝也过剩，MgO/Al₂O₃的摩尔比为0.94、SiO₂/Al₂O₃的摩尔比为2.36，比堇青石组成小。作为异相而检测到的刚玉、方石英的量多，就研磨面的表面平整度而言，Ra为3.5nm、Rp为88nm，大，无法平整度高地进行精加工。

(实验例7)

在实验例7中，除了使用堇青石原料粉末E以外，在与实验例1同样的条件下制作堇青石烧结体。堇青石烧结体的MgO/Al₂O₃的摩尔比为0.93，MgO不够，作为异相而检测到刚玉、方石英，并且根据峰强度比Ix可知，其量也多。因此，就研磨面的表面平整度而言，Ra为3.3nm、Rp为67nm，大，无法平整度高地进行精加工。

(实验例8)

在实验例8中，除了使用堇青石原料粉末F以外，在与实验例1同样的条件下制作堇青石烧结体。堇青石烧结体的SiO₂/Al₂O₃的摩尔比为2.42，SiO₂不够，作为异相而检测到刚玉，并且根据峰强度比Ix可知，其量也多。因此，就研磨面的表面平整度而言，Ra为2.1nm、Rp为40nm，大，无法平整度高地进行精加工。

(实验例9)

在实验例9中，除了使用堇青石原料粉末G以外，在与实验例1同样的条件下制作堇青石烧结体。堇青石烧结体的MgO/Al₂O₃的摩尔比为1.09，MgO过剩地存在，并且基于XRD，作为异相而检测到顽辉石，另外，确认到少量的刚玉、方石英。XRD中的峰强度比Ix高，异相量多。因此，就研磨面的表面平整度而言，Ra为1.5nm、Rp为29nm，大，无法平整度高地进行精加工。

(实验例10)

在实验例10中，除了使用堇青石原料粉末H以外，在与实验例1同样的条件下制作堇青石烧结体。堇青石烧结体的SiO₂/Al₂O₃的摩尔比为2.65，SiO₂过剩地存在。图8中示出实验例10的堇青石烧结体的粉碎物的XRD衍射图。根据图8可知，基于XRD，作为异相而检测到方石英和少量的刚玉，根据峰强度比Ix可知异相量多。因此，就研磨面的表面平整度而言，Ra为3.1nm、Rp为47nm，大，无法平整度高地进行精加工。

(实验例11)

在实验例11中，除了使用堇青石原料粉末I，将烧成温度设为1400℃以外，在与实验例1同样的条件下制作堇青石烧结体。大量包含源自天然原料的作为杂质的Fe₂O₃、TiO₂成分。基于XRD，作为异相而检测到氧化铁、刚玉、假蓝宝石，峰强度比Ix高，异相量多。因此，就研磨面的表面平整度而言，Ra为3.5nm、Rp为84nm，无法平整度高地进行精加工。

(实验例12～14)

在实验例12、13、14中，除了将冲压压力分别设为20、50、100kgf/cm²以外，在与实验例1同样的条件下制作堇青石烧结体。所获得的堇青石烧结体的组成、成分的摩尔比如表2所示，与堇青石的化学计量比之间的偏差均非常小。另外，其他的特性如表3所示，可知获得了与实验例1类似的特性，能够在异相少的状态下致密性高且气孔少地烧结，能够制成表面平整度高的材料。透明性也与实验例1同样地高。由于能够以低的冲压压力制作堇青石烧结体，因而能够使热压夹具小型化、长寿命化。

(实验例15～17)

在实验例15、16、17中，对实验例1的堇青石烧结体分别在1200℃、1300℃、1400℃进行2小时的退火处理，评价光学特性。全透光率分别为80％、83％、84％，直线透过率分别为70％、70％、71％，通过在高温进行退火处理从而观察到透光性、透明性的提高。

3.复合基板的制作及评价

使用堇青石烧结体作为支持基板而制作复合基板。将具体的制作例示于实验例18～23。予以说明的是，实验例18～21相当于本发明的实施例，实验例22、23相当于本发明的比较例。

(实验例18～21)

在实验例18～21中，使用实验例1的堇青石烧结体作为支持基板，制作复合基板。对于支持基板，使用如下支持基板：制成230μm或500μm的形状，利用用金刚石研磨液进行的研磨以及CMP研磨将表面精加工成Ra＝0.4～0.9nm、Rp＝6～20nm的支持基板。关于CMP研磨后的支持基板，利用通常使用的胺溶液、SPM(硫酸双氧水混合液)和RCA洗涤液进行洗涤处理，去除基板表面的有机物、微粒等，供给于接合。另一方面，对于功能性基板，采用钽酸锂(LT)、铌酸锂(LN)、氮化镓(GaN)、硅(Si)中的任一种单晶基板，使用使形状、表面精加工均为与支持基板同样的基板。

在实验例18中，尝试对厚度230μm的支持基板接合厚度250μm的LT基板。在接合前的表面的活化处理中，使用离子枪对两个基板照射氩离子束。其后，在贴合两个基板后，以接合载荷10ton冲压1分钟，将支持基板与LT基板在室温下直接接合。所获得的复合基板中，在接合界面几乎没有观察到气泡，接合界面中实际上相接合的面积的比例(接合面积比例)为95％以上，良好地进行了接合。予以说明的是，接合面积是从透明的支持基板侧观察接合界面时的没有气泡的部分的面积，接合面积比例是接合面积相对于接合界面整体的面积的比例。

在实验例19中，使用LN基板来替代LT基板，与实验例18同样地操作，尝试与厚度500μm的支持基板直接接合。接合面积比例为90％以上，与实验例18同样地，良好地进行了接合。

在实验例20中，使用硅基板来替代LT基板，与实验例18同样地操作，尝试与厚度230μm的支持基板直接接合。接合面积比例几乎为100％，非常良好地进行了接合。

在实验例21中，使用氮化镓基板来替代LT基板，与实验例18同样地操作，尝试与厚度230μm的支持基板直接接合。接合面积比例为80％以上，良好地进行了接合。

(实验例22～23)

在实验例22中，使用实验例5的堇青石烧结体作为支持基板，制作复合基板。所使用的支持基板的厚度为230μm，将表面精加工成Ra＝1.4nm、Rp＝35nm。对该支持基板，与实验例18同样地操作，尝试与LT基板直接接合，但接合面积比例没有达到60％，在界面发现空隙，没有得到充分的接合。

在实验例23中，使用实验例11的堇青石烧结体作为支持基板，制作复合基板。该支持基板中，杂质相、刚玉、假蓝宝石这样的异相多，对于CMP研磨后的表面，Ra＝3.6nm、Rp＝90nm，均比上述实验例18～21的材料差。对该支持基板(厚度230μm)，与实验例18同样地操作，尝试与LT基板直接接合，但接合面积比例为20％以下，没有得到充分的接合。

在表4中，对在实验例18～23中使用的材料、接合面积比例以及接合性的优劣进行了总结。

表4

予以说明的是，不言而喻，上述实施例对本发明没有任何限定。

本申请以在2014年6月6日申请的日本国专利申请第2014-117926号以及在2015年3月23日申请的日本国专利申请第2015-059873号作为优先权主张的基础，通过引用将其内容的全部包含于本说明书中。

产业上的可利用性

本发明的堇青石烧结体中，例如烧结成多孔质状的结构体可用作汽车等的废气净化用的催化剂载体、过滤器。

符号说明

10复合基板，12压电基板，14支持基板，30电子器件，32、34IDT电极，36反射电极。

Claims (15)

1.一种堇青石烧结体，其在X射线衍射图中，除了堇青石成分以外的各成分的最大峰的强度的总和相对于堇青石的(110)面的峰顶强度的比为0.0025以下。

2.根据权利要求1所述的堇青石烧结体，MgO/Al₂O₃的摩尔比为0.96～1.04，SiO₂/Al₂O₃的摩尔比为2.46～2.54。

3.根据权利要求1或2所述的堇青石烧结体，MgO、Al₂O₃以及SiO₂这3种成分在整体中所占的比例为99.9质量％以上。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的堇青石烧结体，堇青石烧结颗粒的平均粒径为1μm以下。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的堇青石烧结体，对波长550nm的光的全透光率为60％以上。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的堇青石烧结体，对波长550nm的光的直线透过率为50％以上。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的堇青石烧结体，具有研磨精加工成镜面状的表面。

8.根据权利要求7所述的堇青石烧结体，所述表面中，10μm见方的测定范围中的中心线平均表面粗糙度Ra为1nm以下。

9.根据权利要求7或8所述的堇青石烧结体，所述表面中，70μm见方的测定范围中的最大峰高Rp为30nm以下。

10.一种堇青石烧结体的制法，是通过在非活性气氛下，利用热压法对包含MgO成分、Al₂O₃成分以及SiO₂成分的堇青石原料粉末进行烧结而制造堇青石烧结体的方法，

所述堇青石原料粉末中，MgO/Al₂O₃的摩尔比为0.96～1.04，SiO₂/Al₂O₃的摩尔比为2.46～2.54，MgO、SiO₂以及Al₂O₃这3种成分在整体中所占的比例为99.9质量％以上，所述堇青石原料粉末的平均粒径D50为1μm以下，

利用所述热压法进行烧结时的条件是，冲压压力为20～300kgf/cm²，烧成温度为1410～1450℃。

11.根据权利要求10所述的堇青石烧结体的制法，所述堇青石烧结体为权利要求1～9中任一项所述的堇青石烧结体。

12.一种复合基板，是将功能性基板与堇青石烧结体制的支持基板接合而得到的复合基板，接合界面中实际上相接合的面积的比例即接合面积比例为80％以上。

13.根据权利要求12所述的复合基板，所述堇青石烧结体为权利要求7～9中任一项所述的堇青石烧结体。

14.根据权利要求12或13所述的复合基板，所述接合为直接接合。

15.一种电子器件，利用了权利要求12～14中任一项所述的复合基板。