CN110167902B

CN110167902B - 热处理用载置部件

Info

Publication number: CN110167902B
Application number: CN201880005752.3A
Authority: CN
Inventors: 浜岛浩
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-01-10
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2022-03-11
Anticipated expiration: 2038-01-10
Also published as: CN110167902A; US20190366488A1; JP6749421B2; JPWO2018131600A1; WO2018131600A1

Abstract

一种热处理用载置部件，其具有对象物的载置面，且由包含氧化锆晶体的氧化锆质陶瓷形成，上述载置面的至少一部分存在以锆为主成分的柱状体。

Description

热处理用载置部件

技术领域

本申请涉及热处理用载置部件。

背景技术

以往，在回焊炉等热处理装置中，使用用于载置并搬运对象物的热处理用载置部件。例如，根据专利文献1，作为该热处理用载置部件，使用氧化锆质陶瓷。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实开平5-82922号公报

发明内容

本申请的热处理用载置部件是具有对象物的载置面的热处理用载置部件，其由包含氧化锆晶体的氧化锆质陶瓷形成，上述载置面的至少一部分存在以锆为主成分的柱状体。

附图说明

图1是本实施方式的热处理用载置部件的载置面的一例的电子显微镜照片。

图2是本实施方式的热处理用载置部件的截面的显微镜照片。

图3是将图2所示的A部加以放大的显微镜照片。

具体实施方式

以下，参照附图(在本申请中为照片)，对于本发明的实施方式进行详细说明。其中，在本说明书的所有附图中，在不发生混淆的范围内，对同一部分标注相同符号，并适当省略其说明。

图1是本实施方式的热处理用载置部件10(以下，也简称为载置部件10)的载置面1的一例的电子显微镜照片。本实施方式的载置部件10在对所载置的对象物进行热处理时使用，其由包含氧化锆晶体的氧化锆质陶瓷形成。此处，氧化锆质陶瓷是指：将锆(Zr)换算成氧化锆(氧化锆：ZrO₂)而得的值、即含量在构成陶瓷的成分100质量％之中占80质量％以上的陶瓷。需要说明的是，氧化锆晶体的存在可如下确认：利用X射线衍射装置(XRD)进行测定，并通过基于其与JCPDS卡的对比的鉴定来确认。

由氧化锆质陶瓷形成的热处理用载置部件的耐磨损性、耐裂纹性、耐热性优异。然而，另一方面，由于绝缘性也高，因此，例如若因作为热处理对象物的电子部件的反复搬运而导致热处理用载置部件带静电，则有可能因所带的静电而导致后续载置的电子部件受到损伤。另外，有可能因热处理对象物所带的静电而导致空气中的尘埃附着于对象物。

本实施方式的载置部件10在载置面1的至少一部分存在以锆为主成分的柱状体12。需要说明的是，作为柱状体12，包括锆的含量为100质量％的情况。本实施方式的载置部件10通过满足上述构成而使电流容易在载置面1的表面流通。即，本实施方式的载置部件10因柱状体12的存在而使载置面1的电阻降低。因此，载置面1不易带静电，使载置的电子部件受到损伤的风险小。另外，由于载置面1不易带静电，因此，使尘埃附着于对象物的风险也小。进而，即使在对象物带静电的情况下，也能够通过载置而使对象物所带的静电易于逸散。

此处，柱状体12中的锆含量可通过下述方法进行确认。首先，对于载置面1，利用扫描电子显微镜(SEM)进行观察，确认长径比(长径(最长部分的长度)/短径(与长径的中间正交的部分的长度)为2以上的柱状体的存在。接着，对于确认到存在的柱状体，通过使用SEM上附带的能量分散型X射线分析器(EDS)或波长分散型X射线分析器(WDS)来确认锆的含量。此时，如果锆含量为70质量％以上，则可以说本实施方式中的柱状体12以氧化锆为主成分。

柱状体12的长径的平均值例如为2μm以上且4μm以下，柱状体12的长径、短径和长径比可按照JIS R1670：2006来求出。具体而言，将面积为2.5×10⁵μm²(例如，横向的长度为606μm、纵向的长度为410μm)的范围作为观察对象即可。另外，计算平均值时的n数设为5个以上即可。

如图1所示，可以具有存在多个柱状体12的区域。需要说明的是，具有存在多个柱状体12的区域是指：在例如面积为2.5×10⁵μm²(例如，横向的长度为606μm、纵向的长度为410μm)的范围内，确认到交叠的柱状体12的数量为10个以上的区域。具体而言，是图1中央的右下部分、右上部分。存在多个柱状体12的区域中，由于重合的柱状体12，在较宽的范围内，载置面1的电阻显著变低。具有这种存在多个柱状体12的区域时，沿着表面的电流更容易流通。

另外，本实施方式的载置部件10中，氧化锆质陶瓷可以包含氧化镁、氧化铈和氧化钪中的至少任一者。分别构成氧化镁、氧化铈和氧化钪的镁、铈和钪的金属元素的离子半径大于锆离子(Zr²⁺)的离子半径，且相对于锆离子(Zr²⁺)的离子半径的离子半径之差为0.015nm以下。

因此，满足上述构成时，例如在200～450℃的状态下，表面电阻进一步降低。据认为这是因为：随着热处理中的温度上升，氧化锆晶体的锆被例如离子半径大的镁部分取代，与氧化锆的氧缺陷相伴的导电离子(锆)增加，电阻下降。并且，本实施方式中，在载置面1具有以锆为主成分的柱状体12，该柱状体12作为载置面1处的电流的(导电离子的)旁路通道而发挥功能，由此，在载置面1处产生的导电离子容易流动(电流容易流通)，电阻降低至能够去除静电的具有实际效力的水平。

本实施方式的载置部件10的例如200～450℃这一较低的热处理温度范围内的体积电阻率为1Ω·m以上且10⁶Ω·m以下。

这种元素对锆的取代容易在相对于锆离子(Zr²⁺)的离子半径之差为0.015nm以下的金属离子中发生，尤其是包含氧化镁、氧化铈或氧化钪时，锆容易被镁、铈或钪取代，能够有效地降低静电。需要说明的是，本说明书中的离子半径是指R.D.Shannon，″Revisedeffective ionic radii and systematic studies of interatomic distances inhalides and chalcogenides.″，Acta Cryst.Volume 32，Part5，751-767(September1976)中记载的所谓香农离子半径。

另外，氧化锆质陶瓷包含氧化镁、氧化铈和氧化钪中的至少一者是指包含形成氧化镁、氧化铈和氧化钪中至少一者的原料。上述原料在氧化锆质陶瓷的烧结时成为助剂，同时作为氧化锆晶体的稳定剂而起作用。因此，由包含氧化镁、氧化铈和氧化钪中至少任一者的氧化锆质陶瓷形成的本实施方式的载置部件10的机械强度和断裂韧性优异。另外，通过作为稳定剂的作用，氧化锆的相变也受到抑制，耐热冲击性也变得较高。从有效地去除静电且进一步提高机械强度的观点来看，关于在构成陶瓷的成分100质量％之中的含量，按照将镁换算成氧化镁、将铈换算成氧化铈、将钪换算成氧化钪而得的值的合计计，例如为2质量％以上且6质量％以下。

需要说明的是，氧化锆质陶瓷中的将锆、镁、铈、钪和硅分别换算成氧化物而得的含量通过使用荧光X射线分析装置(XRF)或ICP(Inductively Coupled Plasma电感耦合等离子体)发光分光分析装置(ICP)来求出各元素的含量，并分别换算成ZrO₂、MgO、CeO₂、Sc₂O₃、SiO₂来求出。

作为构成氧化锆质陶瓷的成分，除了氧化锆、氧化镁、氧化铈、氧化钪和氧化硅之外，可以包含氧化铝、氧化钙等。

另外，本实施方式的载置部件10可以包含硅酸锆。满足这种构成时，主要存在于晶界相中的氧化锆晶体的异常晶粒生长受到抑制，因此具有高机械强度。本实施方式的载置部件10中，将硅换算成氧化硅而得的值例如为0.3质量％以上且0.6质量％以下。需要说明的是，硅酸锆的存在可如下确认：利用XRD进行测定，并通过基于其与JCPDS卡的对比的鉴定来进行。

另外，在本实施方式的载置部件10中，可以包含由氧化硅与氧化镁结合而生成的块滑石(MgO·SiO₂)、镁橄榄石(MgO·2SiO₂)。块滑石、镁橄榄石的导热率低，因此，包含它们时，与周围气氛的温度变化相伴的载置部件10的温度变化受到抑制。

作为可以使用本实施方式的载置部件10的热处理装置，可列举出例如回流焊装置、低频感应加热装置、高速热处理装置、单片式清洁烘箱和电炉等热处理装置。对于可以使用本实施方式的载置部件10的热处理装置，没有特别限定。如上所述，本实施方式的载置部件10即使在例如200～400℃这一较低的热处理温度范围内，体积电阻率也充分降低至例如1Ω·m以上且10⁶Ω·m以下，因此，即使是在回焊炉中的回焊处理这一程度的温度的热处理，也能够降低静电。载置部件10的形状为例如平板状、长方体状或圆柱状等，没有特别限定，只要是与热处理装置中的使用形态相符的形状即可。

另外，关于氧化锆晶体的晶体相，四方晶率可以为96％以上。氧化锆晶体的晶体相的四方晶率为该范围时，能够提高耐热冲击性。

四方晶率ft可以利用XRD，由氧化锆晶体的各峰强度I的面积，使用下式来算出。

fc(％)＝[It(111)]×100/[Im(111)+Im(11-1)+It(111)+Ic(111)]

此处，角标m、t和c分别表示单斜晶型、四方晶型、立方晶型。

图2是本实施方式的载置部件10的截面的显微镜照片。另外，图3是将图2所示的A部加以放大的照片。如图2、3所示，本实施方式的载置部件10在内部具有多个气孔13，由气孔13的重心间距离的平均值减去气孔13的当量圆直径的平均值而得的值可以为5μm以上且15μm以下。

呈现这种构成时，在热处理装置内反复加热和冷却的情况下，因热应力而产生的微裂纹的延伸容易被气孔13挡住。另外，微裂纹的延伸受到抑制，因此抑制机械强度的降低、即维持机械强度。

另外，气孔13的圆形度的平均值可以为0.84以上。若呈现这种构成，则气孔13的形状近似于球状，因此，难以发生气孔13附近的应力集中，能够长期使用载置部件10。

另外，气孔13a、13b、13c…的重心间距离x1、x2、x3…的测定方法中，首先，使用光学显微镜，将倍率设为200倍，并以利用金刚石磨粒对氧化锆质陶瓷的截面进行研磨而得到的镜面作为对象。适用如下方法：从该镜面中选择可平均地观察到气孔13的大小、分布的部分，面积为2.5×10⁵μm²(例如，将横向的长度为606μm、纵向的长度为410μm的范围作为观察对象，图像分析软件“A像君(ver2.52)”(注册商标“A像くん”、旭化成工程公司制、以下简写为图像分析软件)的称为重心间距离法的方法。

另外，气孔13a、13b、13c…的圆形度的测定方法以上述图像作为观察对象，并应用称为图像分析软件的粒子分析的方法。关于重心间距离法和粒子分析的设定条件，将粒子的亮度设为暗，将二值化的方法设为滑动，将阈值设为190，并将小图形去除面积和噪音去除过滤器设为有。并且，通过上述方法，求出气孔13a、13b、13c…的重心间距离x1、x2、x3…以及当量圆直径d1、d2、d3…，从而能够算出平均值x、d。

需要说明的是，作为分析图3时的一例而将阈值设为190，但根据画面的亮度来调整阈值即可，以使画面上出现的标记与气孔形状一致的方式调整阈值的设定即可。

接着，说明本实施方式的载置部件10的制造方法的一例。

首先，准备氧化锆的粉末、氧化镁、氧化铈和氧化钪中至少任一种的粉末以及氧化硅的粉末。此处，氧化镁、氧化铈和氧化钪中至少任一种的粉末的含量在上述粉末的合计100质量％之中为例如2质量％以上且6质量％以下。另外，氧化硅的粉末的含量在上述粉末合计100质量％之中为例如0.3质量％以上且0.6质量％以下。

并且，使用滚筒磨机、旋转磨机、振动磨机、珠磨机、砂磨机、搅拌磨机或磨碎机等将这些粉末进行湿式混合并粉碎，得到浆料。此处，为了进行湿式混合而使用的溶剂相对于上述粉末的合计100质量份设为例如75质量份以上且85质量份以下。需要说明的是，将相对于溶剂100质量份为4质量份以上且8质量份以下的聚乙烯醇(PVA)等有机结合剂和0.1质量份以上且0.5质量份以下的分散剂也一并投入至搅拌机内。将所得浆料进行喷雾干燥，得到颗粒。

此处，为了调整气孔的圆形度的平均值，使用珠磨机并通过粉碎时间进行调整即可。另外，为了调整由气孔的重心间距离的平均值减去气孔的当量圆直径的平均值而得的值，通过分散剂的添加量进行调整即可。

并且，通过干式加压成形法、冷等静压加压法(CIP)将该颗粒制成规定形状的成形体，并将该成形体载置于烧结炉内，在大气(氧化)气氛中，将温度在1500℃以上且1680℃以下保持1小时以上且3小时以下来进行烧结，其后进行冷却。在该烧结时的冷却中，达到400℃～800℃这一温度区域时，将温度为室温左右的大气供给至烧结炉内而将烧结炉内骤冷，由此，能够得到表面具有柱状体12的载置部件10。基于该温度曲线(冷却曲线)的柱状体12的生成是本发明人首先获得的见解。

以上，对于本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，自不用说可以在不超脱本发明主旨的范围内进行各种改良和变更。

附图标记说明

1 载置面

10 载置部件

11 氧化锆晶体

12 柱状体

13 气孔

Claims

1.一种热处理用载置部件，其特征在于，其具有对象物的载置面，且由包含氧化锆晶体的氧化锆质陶瓷形成，

所述载置面的至少一部分存在以锆为主成分的柱状体，

所述氧化锆质陶瓷在内部具有多个气孔，由该气孔的重心间距离的平均值减去所述气孔的当量圆直径的平均值而得的值为5μm以上且15μm以下。

2.根据权利要求1所述的热处理用载置部件，其中，所述氧化锆质陶瓷包含氧化镁、氧化铈和氧化钪中的至少任一者。

3.根据权利要求2所述的热处理用载置部件，其特征在于，所述氧化锆质陶瓷按照将镁换算成氧化镁、将铈换算成氧化铈、将钪换算成氧化钪而得的值的合计计包含2质量％以上且6质量％以下的氧化镁、氧化铈、和氧化钪。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的热处理用载置部件，其特征在于，所述氧化锆质陶瓷包含硅酸锆。

5.根据权利要求1所述的热处理用载置部件，其特征在于，所述气孔的圆形度的平均值为0.84以上。