DE60128384T2

DE60128384T2 - "esd"-dissipative keramiken

Info

Publication number: DE60128384T2
Application number: DE60128384T
Authority: DE
Inventors: Oh-Hun Westboro KWON; Matthew A. Sudbury SIMPSON; Roger J. Southboro Lin
Original assignee: Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Current assignee: Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2021-11-21
Also published as: DE60128384D1; EP1337494A2; KR100549361B1; ATE361903T1; US6669871B2; MY157027A; KR100553118B1; WO2002081402A2; CN100515987C; US20040079927A1; JP2004519407A; EP1337494B1; MY138830A; HK1059616A1; TW588026B; WO2002081402A3; US7094718B2; JP4327815B2; AU2001297739A1; US20060017046A1

Description

Im Internet können umfangreiche Hintergrundinformationen über die elektrostatische Entladung (ESD) auf der Website der ESD Association, 7900 Turin Road, Building 3, Suite 2, Rome, NY 13440-2069 gefunden werden. Diese Informationen sind unter "www.esda.org" zu finden.
Es ist eine Reihe von ESD-dissipativen Werkzeugen und -Behältern erfunden und verwendet worden, um ESD-Unfälle zu verhüten und empfindliche mikroelektronische Vorrichtungen zu schützen. Es ist bekannt, daß die ESD-dissipativen Materialien nicht völlig isolierend, hableitend oder leitend sein dürfen. Vielmehr müssen solche Materialien halbisolierend sein (mit einem spezifischen Volumenwiderstand oder "Rv" im Bereich von 10³ bis 10¹¹ Ω·cm). Zum Beispiel sind ESD-dissipative Materialien bei der Herstellung und Prüfung von MR/GMR-Köpfen und bei der Montage von Festplattenlaufwerken vorgeschlagen worden.^1,2 Analog sind ESD-dissipative keramische und kohlegefüllte Polymerpinzetten beim Umgang mit Halbleiterteilen verwendet worden.
Die Verwendung von halbisolierenden Keramiken ist für einige ESD-Kontrollanwendungen angeführt worden. Im allgemeinen wurden halbisolierende Keramiken durch Mischen von leitfähigen oder halbleitenden Keramiken mit isolierenden Keramiken hergestellt, was ein ähnliches Verfahren wie die für ESD-dissipative Polymere darstellt. In der Vergangenheit wurden einige halbisolierende Materialien für andere Anwendungen auf der Basis der Mischungsregel hergestellt. Das US-Patent Nr. 3,410,728 führt zum Beispiel an, daß metalloxid-dotiertes stabilisiertes Zirkonoxid sowohl ionische als auch elektrische Leitfähigkeit bei erhöhten Temperaturen besitzt. LaCrO₃-dotiertes stabi lisiertes Zirkonoxid³ ist ebenfalls versuchsweise als elektrischer Hochtemperaturleiter verwendet worden.
Kürzlich hat das deutsche Patent Nr. 3743630 C1 (1989)⁴ angeführt, daß Pinzetten, die aus verschiedenen Keramiken hergestellt wurden, die elektrische Oberflächenwiderstände von 10⁵ bis 10¹⁰ Ohm haben, zum Halten von elektrostatisch empfindlichen Komponenten verwendet werden können, um sie vor elektrostatischen Entladungen zu schützen. Das Patent führt ferner an, daß Keramiken auf der Basis von teilweise oder vollständig stabilisiertem Zirkonoxid als Grundmaterial verwendet werden kann. Das Patent offenbarte jedoch keine Informationen über den Herstellungsprozeß und andere physikalische Eigenschaften.
Die Japanische Patentanmeldung Nr. JP62-25404 A (1987)⁵ führt an, daß der spezifische Widerstand von stabilisiertem Zirkonoxid in den Bereich von 7 × 10² bis 5,5 × 10⁵ Ohm (der Widerstandswert kann ohne die Abmessungen von Elektroden nicht in einen spezifischen Widerstand umgerechnet werden) bei 600 °C durch Hinzufügen von 5-50 Mol-% des Übergangsmetalloxids (Co₂O₃) für Thermistorelemente gebracht werden kann. Wieder offenbarte das Patent keine Informationen über andere physikalische Eigenschaften.
Die Japanische Patentanmeldung Nr. JP-3-5363 A (1991) führte an, daß keramische Bandführungen, die aus einer Mischung aus TiO₂ (50-99 Gew-%) und Al₂O₃ hergestellt ist, in verschiedenen Atmosphären auf spezifische Volumenwiderstände von 10⁴-10¹¹ Ohm-cm durch Wärmebehandlung gebracht werden kann, um den Magnetbandantrieb vor Schäden durch elektrostatische Entladungen zu schützen. Die Bandführung ist auf Grund ihrer größeren Härte von 700-900 kg/mm² im Vergleich zu herkömmlichen Bandführungen aus rostfreiem Stahl verschleißfester.
Das US-Patent Nr. 5,612,144 (1997)⁶ führt an, daß Keramiken auf der Basis von Aluminium- und Siliziumkarbid, die spezifische Widerstände von 2 × 10⁶ bis 10¹⁰ Ω/cm² haben, durch Zusatz von Nitriden und Karbiden von Ti, Zr, Hf, Nb und Ta für Komponenten zur Ableitung elektrischer Ladungen hergestellt werden können.
Das US-Patent Nr. 5,830,819 (1998)⁷ gab Aluminiumverbundkeramiken mit spezifischen Volumenwiderständen von 1 × 10⁷ bis 1 × 10¹³ Ω·cm bei 25-75 °C und einem Absolutwert des Temperaturkoeffizienten des spezifischen Volumenwiderstands (TCR) von nicht mehr als 1,8 %/°C an, die mit Zusätzen, die Übergangsmetalloxide enthalten, wie zum Beispiel TiO₂, Cr₂O₃, Co₃O₄, MnO₂, NiO, Fe₂O₃ und V₂O₅, für antistatische Teile, wie zum Beispiel Transportarm, Haltevorrichtung, Pinzetten zum Halten von Wafern, hergestellt werden können.
Das US-Patent Nr. 5,958,813 (1999)⁸ führt an, daß halbisolierende, aus Aluminiumnitrid (AlN) gesinterte Körper mit einem spezifischen Widerstand von 10⁴ bis 10¹¹ hergestellt werden können, indem eine Zwischenkornphase aus mindestens einem Oxid von Ti, Ce, Ni, Ta, Y, Er und Yb, oder aus Si erzeugt wird, um ein Element zum Ableiten statischer Elektrizität herzustellen.
Die meisten Materialien, die oben angeführt werden, sind wegen ihrer geringen Biegefestigkeit, Bruchzähigkeit und Restporosität in der Mikrostruktur für ESD-dissipative Hochleistungs-Keramikwerkzeuge nicht notwendigerweise strukturell betriebssicher. Die PCT-Patentveröffentlichung WO 98/49121 (1998) führt an, daß halbleitendes Zirkonoxid mit guten mechanischen Eigenschaften unter Verwendung von 10 bis 40 Gew-% von Oxiden von Fe, Co, Ni und Cr hergestellt werden kann.
Die Japanische Patentanmeldung Nr. JP8-39441 (1996) führte an, daß Pinzetten mit spezifischen Volumenwiderständen von 5 × 10⁷ bis 1 × 10⁹ Ω·cm zum Halten von Halbleiterteilen verwendet werden können, um ESD-Probleme zu vermeiden.
C. Lam (1996)⁹ hat berichtet, daß die ESD-dissipativen Polymere und keramischen Pinzetten während der Herstellung und Verarbeitung von MR-Köpfen verwendet werden können. Das Testergebnis zeigte, daß Pinzetten, die aus einem "dotierten" Zirkonoxid (herstellereigen) hergestellt wurden, die besten Leistungen aufwiesen.
Die Japanische Patentanmeldung Nr. JP 10-296646 A (1998) berichtete über hochfeste Verbundpinzetten auf Zirkonoxidbasis mit einer Biegefestigkeit von mehr als 700 Mpa und spezifischen Widerständen von 10⁶ bis 10⁹ Q·cm. Das Material zeigte ferner eine magnetische Restinduktion von bis zu 14 Gauß.
Das US-Patent Nr. 6,136,232 (2000) führt an, daß bestimmte Oxide vom Perowskit-Typ mit stabilisiertem Zirkonoxid gemischt werden können, um elektrostatisch ableitende Keramiken herzustellen. Das Patent beschreibt auch, daß andere Oxide vom Perowskit-Typ mit Zirkonoxid reagieren und Zirkonate bilden, die nicht so zufriedenstellend für elektrostatisch ableitende Keramiken sind. Das Patent berichtet jedoch nur über spezifische Volumenwiderstände als Haupteigenschaft.
Das US-Patent Nr. 6,274,524 (2001) beansprucht einen aus hableitendem Zirkonoxid hergestellten Körper, der unter oxidierenden Bedingungen gebildet wurde und 60 bis 90 Gew-% ZrO₂ einschließlich eines Stabilisierungsmittels enthält, wobei der Zirkonoxidkörper nicht mehr als 2 Gew-% Al₂O₃ enthält, mehr als 10 Gew-% bis 40 Gew-% von einer oder mehreren Oxiden von Fe, Co, Ni und Br als Leitfähig keit erzeugende Mittel enthält, eine Dreipunkt-Biegefestigkeit von mindestens 580 MPa und einen spezifischen Volumenwiderstand von 10⁶ bis 10⁹ Ω·cm hat.
Die obigen Versuche nach dem Stand der Technik zur Beherrschung der ESD sind nicht völlig erfolgreich bei der Erfüllung entweder der aktuellen ESD-Ableitungsforderungen oder der prognostizierten zukünftigen Anforderungen für ESD-dissipative Keramiken gewesen, dafür gibt es folgende Gründe:
1. Dem Stand der Technik fehlt es an ausreichend hoher Dichte
ESD-dissipative Keramikzusammensetzungen nach dem Stand der Technik haben bis heute keine ausreichend hohe Dichte (d.h. 97-99 % der theoretischen Dichte). Dies ist auf Verarbeitungsverfahren zurückzuführen, die nach dem Stand der Technik verwendet werden und bisher keine isostatische Heißpressung (hierin nachstehend HIPing genannt) umfaßten. Durch Verfahren nach dem Stand der Technik wurden bisher auf Grund von thermochemischen Instabilitäten, die bei einem typischen HIPing-Prozeß auftreten, keine isostatisch gepreßten (hierin nachstehend "HIPed" genannten) Materialien hergestellt. Die Leitfähigkeitsmodifizierer, die in den ESD-dissipativen Keramiken nach dem Stand der Technik eingesetzt werden, durchlaufen oft eine thermochemische Reduktion während des HIPing bei hohem Temperaturen (1200 °C-1500 °C) und hohem Argondruck (100-250 MPa) in einem HIP bei Verwendung von Graphitheizelementen. Die thermochemische Reaktion während des HIPing reduziert durch Freisetzen von Gasen (CO₂ oder O₂) aus dem Körper an die Oberfläche die Übergangsmetalloxide zu sauerstoffarmen Metalloxiden, was zum Aufblähen und Reißen keramischer Körper führt.
Drucklos gesinterte ESD-dissipative Keramiken weisen eine Reihe von Poren (Löchern) auf den Oberflächen und im Innern von Körpern auf. Gesinterte Keramiken mit 99 % der theoretischen Dichte können zum Beispiel eine Reihe von Poren mit einem Durchmesser von 0,1 bis 10 μm haben. Nimmt man eine quadratische gesinterte Platte mit Abmessungen von 1 cm × 1 cm × 0,25 mm, 99 % der theoretischen Dichte, und einheitlichen Poren von 1 μm Durchmesser, so beträgt die Zahl der freiliegenden Poren auf der Oberfläche 10 Millionen. Oft fangen diese Poren Bruchstücke und Verunreinigungen ein, sind daher schwierig zu reinigen und fungieren als Quelle der Verunreinigung während der Verwendung solcher Komponenten in Reinraumumgebungen. Ferner ist das Reinigen solcher Keramiken mit Restporen schwierig im Vergleich zu der von im wesentlichen porenfreien Keramiken durch HIPing. Andererseits würde die Zahl der Poren auf einer HIPed Keramikplatte mit denselben Abmessungen und 99,9 % der theoretischen Dichte 1 Million betragen, was die Zahl der Defekte (Restporen) auf 1/10 der gesinterten Platten reduziert.
Außerdem können die restlichen Poren mit grobem Diamantstaub von Schleifscheiben während der spanenden Formgebung zum Erreichen der Endformen und -abmessungen reagieren, was zu beschädigten Stellen führt, die eine potentielle Quelle von teilchenförmigen Bruchstücken während der gesamten Gebrauchsdauer solcher Komponenten darstellen.
Es ist daher wünschenswert, eine keramische Zusammensetzung herzustellen, die leicht durch herkömmliches isostatisches Pressen (HIP) zu verdichten ist, um vollständig dichte, strukturell stabile keramische Komponenten zu erhalten.
2. Dem Stand der Technik fehlt es an ausreichend hoher Festigkeit
Das HIPing beseitigt ferner die festigkeitsbegrenzenden Hohlräume und Poren in keramischen Körpern, was zu strukturell festeren und zuverlässigeren Komponenten führt. Es ist bekannt, daß die Biegefestigkeit keramischer Komponenten nach dem HIPing um mehr als 20 % bis zu mehr als 50 % verbessert sein kann. Dementsprechend ist HIPing ein bevorzugter Verarbeitungsschritt, um hochfeste, mechanisch zuverlässige Komponenten herzustellen und einen kleineren Querschnitt und komplexe Formen zu ermöglichen.
Zusammengefaßt gesagt, sind HIPable ESD-dissipative Keramiken auf Grund des Fehlens von Restporen vorteilhaft für eine verbesserte Beherrschung von Verunreinigungen bei der Herstellung.
3. Dem Stand der Technik fehlt es an einer Auswahl an Farben
Moderne Herstellungsverfahren beinhalten eine Reihe von automatisierten Verarbeitungsschritten. Die Effizienz der Sichtkontrollanlage in solch einem automatisierten Produktionssystem ist entscheidend. Die hohe Produktivität der Sichtkontrollanlage kann durch schnelle optische Erkennung bei Unterschieden in Farbe und Kontrast erreicht werden. Die Farbe von Magnetaufnahmeköpfen ist auf Grund der Farbe von Schiebermaterial (AlTiC, einem Verbundstoff aus Titancarbid und Aluminiumoxid) im wesentlichen schwarz. Daher wird ein "nicht schwarzes" ESD-dissipatives Material sehr bevorzugt, um eine höhere Produktivität in den Sichtkontrollanlagen zu gewährleisten. Die Farbe anderer mikroelektronischer Komponenten kann variieren. Es ist daher wünschenswert, über verschiedene Farbvarianten bei den ESD-dissipativen keramischen Werkzeugen und Vorrichtungen zu verfügen. Die meisten ESD-dissipativen Keramiken nach dem Stand der Technik, die bis jetzt handelsüblich waren, sind entweder schwarz oder im wesentlichen dunkel.
4. Dem Stand der Technik fehlt es an Anpaßbarkeit
Die geeignete ESD-Ableitung für eine spezielle Anwendung kann durch ein Material mit einem spezifischen Volumen-/Oberflächenwiderstand erhalten werden. Es gibt jedoch eine Reihe von verschiedenen Anwendungen, die eine breite Palette von Oberflächenwiderständen benötigen, wie berichtet. Nach dem Stand der Technik ist die Kontrolle über die spezifischen Volumen- und Oberflächenwiderstände hauptsächlich durch eine Änderung der Zusammensetzung der ESD-Ableitung erreicht worden. Daher mußte man verschiedene Zusammensetzungen von Materialien herstellen, um verschiedene Anwendungsanforderungen zu erfüllen, die jeweils unterschiedliche spezifische Widerstände erfordern können. Außerdem führt die Menge des Widerstandsmodifiziers, die bei der Herstellung von Verbundmaterialien verwendet wird, oft zu deutlichen Änderungen bei anderen Materialeigenschaften. Der Konstrukteur neigt daher dazu, die Widerstandsfestlegung für die Anwendung auf der Grundlage von Prüfergebnissen zu ändern. Daher besteht ein Bedarf an einem Material, das einen anpaßbaren Widerstand hat.
5. Dem Stand der Technik fehlt es an ausreichenden unmagnetischen Eigenschaften
Für einige Anwendungen, besonders bei der Herstellung von GMR-Köpfen, ist es erstrebenswert, die niedrigste magnetische Suszeptibilität des ESD-dissipativen Materials zu haben. Für andere Anwendungen erfordert die Messung der elektromagnetischen Leistungsfähigkeit mikroelektronischer Geräte keine Einwirkung von Vorrichtungen. Die meisten Widerstandsmodifizierer auf der Basis von Übergangsmetallen zeigen eine beträchtliche magnetische Suszeptibilität. In der PCT-Publikation WO 98/49121 wird berichtet, daß eine restliche Magnetflußdichte von bis zu 16 Gauß für allgemeine ESD-dissipative Anwendungen zufrie denstellend ist. Es besteht jedoch ein Bedarf an einem im wesentlichen unmagnetischen Material, das in Werkzeugen für elektromagnetische Messungen zu verwenden ist. Dementsprechend ist es für einige Anwendungen besser, ein ESD-dissipatives Material zu haben, das mit einem oder mehreren im wesentlichen unmagnetischen Widerstandsmodifizierern hergestellt wird.
Der spezifische Oberflächenwiderstand ist nicht das einzige Maß zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit von ESD-dissipativen Materialien. Es ist im allgemeinen wünschenswert, eine schnelle Ableitung von statischen Ladungen vom Kontakt an der Oberfläche zu erreichen. Ein genaueres Maß ist die Ladungsabfallzeit in ms, wie in der Literatur beschrieben.
Die PCT-Publikation WO 98/49121 führt an, daß eine annehmbare Zeit für das Abfallen von 1000 V auf 100 V 0,1 bis 20 Sekunden ist. Ferner wird dort angeführt, daß Materialien außerhalb dieses Bereichs für ESD-dissipative Keramiken nicht geeignet sind. Es wird jedoch bemerkt, daß eine Abfallzeit von weniger als 0,1 Sekunde für die meisten ESD-dissipativen Anwendungen bevorzugt wird. 10
1 illustriert die Vorrichtung, die in den Beispielen zur Ausführung von Messungen von Ausgleichsströmen der Probenmaterialien eingesetzt wurden.
2 illustriert die Vorrichtung, die in den Beispielen zum Messen des Widerstands von Probenmaterialien an zwei Stellen eingesetzt wurden – eine beansprucht und eine unbeansprucht.
3 illustriert die Vorrichtung, die in den Beispielen zum Messen der Auswirkung von Störungen auf die Leitfähigkeit der Probenmaterialien eingesetzt wurden.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ESD-dissipative Keramiken bereitzustellen, die multifunktional und in der Lage sind, statische Elektrizität im Kontakt während der Herstellung empfindlicher mikroelektronischer Vorrichtungen und Anwendungen abzuleiten. Es ist bekannt, daß solche ESD-dissipativen Materialien spezifische Widerstände im mittleren Bereich haben müssen. Der spezifische Oberflächenwiderstand sollte zum Beispiel im Bereich von 10³ bis 10¹¹ Ω·cm, vorzugsweise von 10⁴ bis 10¹⁰ Ω·cm, besser von 10⁵ bis 10⁹ Ω·cm und am besten von 10⁶ bis 10⁹ Ω·cm liegen. Diese Werte sind für das Ableiten von elektrostatischen Ladungen wünschenswert. Die zweite Forderung sind die Ableitungskennwerte. Die Ladungen müssen zum Beispiel schnell genug durch das Volumen des Teils abgeleitet werden. Außerdem muß das Material ausreichend homogen sein, um die Ladungen gleichförmig abzuleiten, um Wärmepunkte zu verhüten.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen anpaßbaren spezifischen Widerstand in einem Material bereitzustellen, um verschiedene Widerstandsanforderungen für eine Reihe von Anwendungen zu erfüllen.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, verschiedene gefärbte ESD-dissipative Keramiken, besonders im wesentlichen hellfarbige Keramiken, bereitzustellen.
Noch ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, HIPable ESD-dissipative Keramiken mit beträchtlich geringerer Restporosität im Vergleich zu den drucklos gesinterten Keramiken für eine hohe mechanische Zuverlässigkeit, geringe Verunreinigung und gute spanende Bearbeitbarkeit bereitzustellen.
Ein besonderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, im wesentlichen unmagnetische ESD-dissipative Keramiken für die sicherere Verwendung für verschiedene Anwendungen von elektromagnetischen Messungen bereitzustellen.
Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung auf Keramiken hoher Dichte (d.h. mehr 99 % der theoretischen Dichte oder "TD") ausgerichtet, wie in Anspruch 1 definiert, die für ESD-Ableitungsanwendungen geeignet sind. In stärker bevorzugten Ausführungsformen ist die Dichte der Keramiken größer als 99,5 % der theoretischen Dichte. Solche Keramiken haben einen spezifischen Volumenwiderstand im Bereich von 10⁵-10¹⁰ Ω·cm und besitzen auch eine hohe Festigkeit (d.h. mehr als 500 MPa). Diese Keramiken werden durch Sintern an Luft geformt und, falls notwendig oder gewünscht, durch isostatisches Pressen ("HIP" oder "HIPing"), wobei die HIP-Umgebung vorzugsweise nicht oxidierend ist. Eine zweite Wärmebehandlung (entweder Sintern und/oder HIPing) ist dafür ausgelegt, eines der folgenden Ergebnisse zu erzielen:

(1) Sie kann den Widerstand erhöhen; oder
(2) Sie kann den Widerstand verringern;

⁶

⁹

In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen werden die Keramiken aus stabilisiertem ZrO₂ hergestellt, vorteilhaft mit einem oder mehreren leitfähigen oder halbleitfähigen Zusätzen, die aus der Gruppe bestehend aus Metalloxiden, Metallkarbiden, Metallnitriden oder Kombinationen derselben ausgewählt werden. Es ist vorteilhaft, daß die Komponententeile, die unter Verwendung dieser Keramiken hergestellt werden, eine Abfallzeit von weniger als 2 s haben.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen haben die Keramiken eine Härte von mehr als 8,5 GPa Vickers; wobei K1c größer als 4 MPa·m^–1/2 ist und sie ZnO enthalten, vorzugsweise im Bereich 15-25 % (Vol-% der Ausgangsreagenzien), wodurch eine "hellfarbige" Keramik gebildet wird. Einige bevorzugte Ausführungsformen enthalten ZnO und bis zu etwa 10 % (Vol-%) eines Übergangsmetalloxids. Mit Manganoxid (1-8 Vol-%) zum Beispiel kann man gut "dunkelfarbige" Keramiken erzeugen.
Einige bevorzugte Ausführungsformen enthalten SnO₂, vorzugsweise im Bereich 20-80 % (Vol-% der Ausgangsreagenzien). Andere bevorzugte Ausführungsformen enthalten ZrC oder Bariumhexaferrit im Bereich 15-35 Vol-%.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen haben die Keramiken eine MOR-Erhaltung von mehr als 50 % nach der Wärmebehandlung in Wasser bei 200 °C-250 °C unter Gleichgewichtspartialdruck.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein teilchenförmiger Verbundstoff bereitgestellt, der auf dem Y-TZP-Produkt mit 15-40 % ZnO oder 15-60 % dotiertem SnO₂ für hellfarbige ESD-dissipative Keramiken beruht. Der Begriff "hellfarbig" bedeutet, daß das keramische Material nicht schwarz ist oder eine andere dunkle Farbe hat. Bevorzugte hellfarbige Materialien sind weiß, grau-weiß, hellgrau, gelbbraun und dergleichen.
Anders als die meisten elektrisch leitfähigen Metalle, weisen Keramiken eine breite Palette von elektrischen Leitfähigkeiten und spezifischen Widerständen auf. Keramiken sind in ihren Volumeneigenschaften isolierend, halbleitend und leitfähig. Der spezifische elektrische Widerstand kann durch Dotieren der isolierenden Phasen mit leitfähigen oder halbleitenden Phasen angepaßt werden. Dementsprechend sind Widerstandsmodifizierer in großem Umfang eingesetzt worden, um die Leitungseigenschaften von Materialien anzupassen. Es gibt eine Reihe von leitfähigen Keramikfamilien, die für eine solche Anpaßbarkeit bekannt sind. Der Modifizierer kann in der Lage sein, mit Basismaterialien zu regieren oder nicht zu reagieren.
Obwohl es kein einziges keramisches Material gibt, das die lange Wunschliste der Eigenschaften für die ESD-Ableitung vollständig erfüllt, ist bekannt, daß Zirkonoxid-Keramiken einen guten Teil der Anforderungen erfüllen, wenn man die elektrischen Eigenschaften ausnimmt. Eine Reihe von Teilen aus isolierendem Y-TZP (mit Yttriumoxid teilweise stabilisierte Zirkonoxidpolykristalle) sind auf Grund ihrer zuverlässigen mechanischen Eigenschaften bis heute für verschiedene Werkzeuge akzeptiert und verwendet worden, um Magnetaufzeichnungsköpfe herzustellen. Andere TZPs mit anderen bekannten Stabilisatoren, wie zum Beispiel Seltenerdenoxide, MgO, CaO und Mischungen derselben, können als Matrixmaterial verwendet werden.
Zirkonoxid ist bei Raumtemperatur isolierend (Rv = 10¹³ Ω·cm). Es ist wohlbekannt, daß ein leitfähiges Zirkonoxid-Verbundmaterial durch Dispergieren von leitfähigen Teilchen hergestellt werden kann, um Zusammensetzungen, die durch elektrische Entladungen bearbeitbar sind, herzustellen. Teilchenförmige Dispersionskolloide mit metallischer Leitfähigkeit sind bekanntermaßen normalerweise sehr effektiv, wie zum Beispiel Carbide, Boride und Silicide, die zu typischen spezifischen Widerständen von weniger als 1 Ω·cm führen, was ein zu niedriger spezifischer Widerstand für eine optimale ESD-Ableitung ist.
Es ist auch versucht worden, mit leitfähigen Oxiden den spezifischen elektrischen Widerstand von Zirkonoxid zu optimieren, wie zum Beispiel mit den Übergangs metalloxiden, Fe₂O₃, Co₂O₃, NiO, Cr₂O₃ usw. Es ist berichtet worden¹¹, daß 3-15 Mol-% Eisenoxid als Dotierung yttriumoxidstabilisierten Keramiken hinzugefügt werden können, um einen spezifischen elektrischen Widerstand von ~10⁵ Q·cm bei 250 °C zu erreichen. Siehe auch die Japanischen Patentanmeldungen von Kyocera, die oben zitiert werden. Jedoch verändern einige Oxidzusätze die Umformbarkeit von Y-TZP, wodurch die Bruchzähigkeit verschlechtert wird. Übergangsmetalloxide wirken als Farbstoff in Zirkonoxid, wodurch sich charakteristische dunkle Farben ergeben. Diese Zusätze sind daher für ein weißes/hellfarbiges Material nicht zufriedenstellend geeignet.
Außerdem unterliegen diese Übergangsmetalloxide thermochemischen Redoxreaktionen während des Hochtemperaturprozesses, wie zum Beispiel Sintern und HIPing. Fe₂O₃ in Zirkonoxid zum Beispiel erfährt eine thermochemische Reduktion während des HIPing in Inertgas, wie zum Beispiel Ar, was zur Bildung von Poren oder Rissen durch die gasbildende Reaktion führt. HIPing in sauerstoffhaltigen Gasen verhindert solche schädlichen Reaktionen, ist aber auf Grund der hohen Kosten für das Platinheizelement und spezielle Brennhilfsmittel nicht kostengünstig.
Es können sowohl leitfähige als auch halbleitende Phasen als Widerstandsmodifizierer zum Anpassen des spezifischen Widerstands und der Ableitungskennwerte verwendet werden. Einige Widerstandsmodifizierer können mit Y-TZP reagieren und bilden neue Phasen, die zu isolierenden Eigenschaften und/oder zur Änderung der Umformbarkeit von Y-TZP führen. Solche Modifizierer müssen vermieden werden. Außerdem muß der Widerstandsmodifizierer so viele Anforderungen wie möglich erfüllen, die unten aufgeführt werden, damit er erfolgreich in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden kann:
Drucklose Sinterfähigkeit und Fähigkeit für Sinter-HIP, gute Bearbeitbarkeit und strukturelle Stabilität
Verschiedene Farben, vorzugsweise eine helle Farbe
Geringste Teilchenerzeugung
Anpaßbare ESD-Eigenschaften
Niedrigste Korrosion in Verarbeitungsumgebungen
im wesentlichen unmagnetisch oder stark magnetisch.
Es ist festgestellt worden, daß die hellfarbigen ESD-dissipativen Keramiken durch Dispergieren von ZnO-Körnern in der Y-TZP-Matrix hergestellt werden können. Ferner ist auch dotiertes SnO₂ in Y-TZP wirksam, um ein hellfarbiges Material mit dem gewünschten spezifischen Widerstand zu erhalten. Es sind auch ein paar dunkelfarbige (oder schwarze) ESD-dissipative Keramiken durch Zusetzen von LaMnO₃, LaCrO₃, ZrC and BaFe₁₂O₁₉ in Y-TZP hergestellt worden.
Die magnetischen Suszeptibilitäten der Widerstandsmodifizierer können variieren. (Die magnetische Suszeptibilität ist als Verhältnis der Stärke der Magnetisierung, die in einem Material induziert wird, zur Magnetfeldstärke des Feldes, dem es ausgesetzt ist, definiert.) ZnO, SnO₂, ZrO₂, Y₂O₃, Al₂O₃, ZrC und SiC haben eine sehr niedrige molare magnetische Suszeptibilität von weniger als 10^–4 ml/mol. Andererseits weisen Fe₂O₃ und BaFe₁₂O₁₉ eine hohe molare magnetische Suszeptibilität von mehr als 10^–2 ml/mol auf. Einige Materialien, wie zum Beispiel LaMnO₃ und LaCrO₃, zeigen eine mittlere molare magnetische Suszeptibilität. Die Modifizierer mit geringer magnetischer Suszeptibilität eignen sich für Anwendungen, die geringe elektromagnetische Störungen erfordern. Andererseits können Modi fizierer mit hohen magnetischen Suszeptibilitäten in Anwendungen eingesetzt werden, die Magnetfunktionen erfordern.
Es wurde festgestellt, daß der spezifische Widerstand einiger Materialien sich nach dem HIPing beträchtlich ändert. Ferner können die spezifischen Widerstände von HIPed Keramiken durch eine kontrollierte Wärmebehandlung in Luft oder in einer kontrollierten Atmosphäre auf die gewünschten Werte gebracht werden.
Und schließlich basieren die Volumenprozentwerte (Vol-%) der Bestandteile, die hierin offenbart werden, auf gegenwärtig verfügbaren handelsüblichen Qualitäten von Materialien. Diese Zahlen können abgewandelt werden, wenn andere Materialien eingesetzt werden – z.B. würden nanometergroße Teilchen zu niedrigeren Vol-%-Werten führen.
Wie oben beschrieben, trachtet die vorliegende Erfindung danach, die Probleme mit den ESD-dissipativen Materialien nach dem Stand der Technik, die oben angeführt wurden, zu lösen. Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung ein ESD-dissipatives Material hoher Festigkeit bereit, das eine hohe Dichte, vorzugsweise durch HIPing erzeugt, und eine Auswahl an Farben besitzt, insbesondere hellere Farben statt schwarz. Das ESD-dissipative Material der vorliegenden Erfindung besitzt ferner "anpaßbare" spezifische Widerstände, nämlich während der Herstellung auswählbar, mit mechanischer Zuverlässigkeit der Komponenten, gering verschmutzender Oberfläche und geringer magnetischer Suszeptibilität.
Die Keramikzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung haben vorteilhaft ESD-dissipative Kennwerte, anpaßbare spezifische Volumen- und Oberflächenwiderstände im halbisolierenden Bereich.
Die Keramikzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können vorzugsweise auch eine kleine Menge (z.B. weniger als 2 Gew-%) von einem oder mehreren Sinterhilfsmitteln oder Zusätzen umfassen, die aus der Gruppe bestehend aus CaO, MgO, SrO, BaO, Al₂O₃, Fe₂O₃, NiO, CuO, SiO₂, TiO₂, Na₂O, K₂O, CeO₂, Y₂O₃ und Mischungen derselben ausgewählt werden. Die Menge der Zusätze muß klein genug sein, damit sie nicht die erwünschten Eigenschaften für die ESD-dissipativen Keramiken ändert. In einigen Fällen können die begrenzten Mengen dieser Oxide aus Rohmaterialien und/oder der Verunreinigung während der Pulververarbeitung aufgenommen werden.
Die Keramikzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise im wesentlichen porenfrei, insbesondere in relativen Zahlen, z.B. mehr als 90 % porenfrei, die auf Porengrößen von mehr als 0,5 μm beruhen. Wie hierin verwendet, können die Begriffe "porenfrei" und "im wesentlichen porenfrei" auch als relative Dichte größer als 99 %, am besten mehr als 99,5 % definiert werden.
Die Keramikzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung besitzen vorzugsweise eine hohe Biegefestigkeit. Sinter-HIPed TZP-Materialien mit ZnO, SnO₂, LaMnO₃ und LaCrO₃ haben eine größere Festigkeit als 1.000, 650, 716 bzw. 1.005 MPa.
Die Keramikzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung besitzen vorzugsweise eine hellere Farbe als schwarz. Wie hierin verwendet, ist die bevorzugte "helle" Farbe definiert als heller als der Mittelpunkt einer 16-stufigen Grauwertskala, wie durch ISO festgelegt. Die Farbe kann auch unter Verwendung eines Farbmeßgerätes für quantitativere Messungen bestimmt werden. Die Keramikzusammensetzungen, die ZnO- und SnO₂-Zusammensetzungen enthalten, zeigen helle Farben, während andere schwarz oder sehr dunkel sind.
Die Keramikzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung haben vorzugsweise eine Spannungsabfallzeit (ein Maß für die Leistungsfähigkeit von ESD-dissipativen Keramiken) von weniger als 500 ms, besser von weniger als 100 ms.
Die Keramikzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung haben vorzugsweise einen niedrigen Ausgleichsstrom, wie zum Beispiel weniger als 100 mA, besser weniger als 50 mA.
Wie oben beschrieben, ist eine Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung die Bildung von ESD-dissipativen Werkzeugen unter Verwendung der Keramikzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung.
Das dichte Produkt der vorliegenden Erfindung umfaßt TZP als Basiskomponente und teilchenförmige Dispersionskolloide, die zumindest ein Element aus der Gruppe bestehend aus leitfähigen oder halbleitenden Oxiden, Carbiden, Nitriden, Oxicarbiden, Oxinitriden, Oxicarbonitriden und dergleichen umfassen. Einige Widerstandsmodifizierer wurden bis zur gewünschten kristallinen Form und/oder spezifischen Widerstand mit Zusätzen dotiert oder prs-legiert. Wenn die Menge des Widerstandsmodifizierers größer als 60 Vol-% ist, ist es schwierig, den Vorteil der hohen Bruchzähigkeit und Biegefestigkeit von TZP zu nutzen. Wenn die Menge des Leitfähigkeitsmodifizierers kleiner als 10 Vol-% ist, ist es schwierig, die gewünschten ableitenden Eigenschaften zu erreichen. Geeignete Bereiche der Widerstandsmodifizierer sind daher 15-50, 20-40 und 25-30 Vol-% und schließen Bereiche ein, die diese Werte überlappen.
Die durchschnittlichen Teilchengrößen aller keramischen Pulver waren kleiner als 1 μm, um eine homogene Mikrostruktur und gleichförmige elektrische Eigenschaften und gewünschte Ableitungskennwerte zu erreichen. Einige vorlegierte Pulver wurden in einer Kunststoffkugelmühle mit Y-TZP-Mahlstoffen gemahlen, um die gewünschte Teilchengröße zu erhalten. Pulver wurden durch Naßmahlen in einer Kunststoffkugelmühle mit Y-TZP-Mahlstoffen gemahlen, anschließend getrocknet und granuliert.
Das dichte Produkt der Erfindung wird durch Gießen einer Mischung von Y-TZP-Pulver und Leitfähigkeits-modifizierern in Pulverform in die gewünschten Formen mit einem beliebigen Gießverfahren, wie zum Beispiel Trockenpressen, Schlickergießen, Bandgießen, Spritzgießen, Extrudieren und Gelgießen, hergestellt. Es kann ein organisches Bindemittelsystem der Pulvermischung hinzugefügt werden, um eine hohe Rohlingsfestigkeit für die Handhabung, spanende Rohlingsbearbeitung zu erreichen und die Formen während der Verdichtung zu bewahren.
Die gegossenen Keramikartikel werden vom Bindemittel befreit und in Luft oder der gewünschten reaktiven oder inerten Atmosphäre auf mehr als 95 % TD, vorzugsweise auf mehr als 97 % TD gesintert. Die gesinterten Keramikartikel können weiter durch isostatisches Heißpressen in einem Inertgas oder sauerstoffhaltigen Inertgas bis zur vollen Dichte verdichtet werden. Die so erhaltenen gesinterten oder sinter-HIPed Keramikartikel weisen einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 10³ bis 1 × 10¹² Ω·cm bei Umgebungstemperatur auf, spezifische Widerstände zwischen denen eines Isolators und denen eines Halbleiters.
Einige Widerstandsmodifizierer können mit Y-TZP während des Sinterns und/oder HIPing reagieren, wobei sich oft Zirkonatverbindungen mit sehr unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften bilden. Solche Reaktionen können bei hohen Temperaturen viel schneller ablaufen, da diese Reaktionen thermisch aktiviert werden. Es ist daher manchmal sehr wünschenswert, solche schädlichen Reaktionen durch Verringern der Verdichtungstemperatur und -zeiten einzuschränken. Eine weitere Reaktion, die die Lage während des Sinterns kompliziert macht, ist, daß der Leitfähigkeitsmodifizierer die Umformbarkeit von Zirkonoxidkörnern beeinflussen könnte, entweder durch weiteres Stabilisieren der Y-TZP-Körner oder Destabilisieren der Y-TZP-Körner. In diesem Fall kann der Yttriumoxidgehalt in Zirkonoxid reguliert werden, um die Umformbarkeit zu optimieren, oder es können andere TZP-Systeme verwendet werden. Das Ausmaß der Reaktionen während des Sinterns variiert beträchtlich, je nach Teilchengröße, Teilchengrößenverteilung und Verdichtungstemperaturen. Zur Bestimmung von nachweisbaren chemischen Reaktionen während des Sinterns wurde die Röntgenbeugung eingesetzt.
Das HIPing von Zirkonoxid ist ein etabliertes Verfahren zur Beseitigung festigkeitsbegrenzender Poren oder Hohlräume. Die Biegefestigkeit gesinterter Keramiken wird oft um bis zu 50 % im Vergleich zu der von drucklos gesinterten Keramiken verbessert, was zu einer wesentlichen Verbesserung ihrer strukturellen Zuverlässigkeit und spanenden Bearbeitbarkeit führt. Andere Widerstandsmodifizierer können eine begrenzte Reaktion mit Y-TZP aufweisen. Jedoch können die Modifizierer während des normalen HIPing im Inertgas, z.B. Argon oder dergleichen, unter Verwendung von Graphitheizelementen thermochemisch reduziert werden. Es ist bekannt, daß ein solches HIPing thermochemisch diejenigen Verbindungen reduzieren kann, die gasförmige Produkte freisetzen. Solche gasbildenden Reaktionen begrenzen die Verdichtung durch Aufblasen, Anschwellen und/oder Rißbildung. Zum Beispiel leiden die meisten Übergangsmetalloxide, wie zum Beispiel Fe₂O₃, Co₂O₃, NiO, and TiO₂, unter solchen Reaktionen. Dementsprechend ist es sehr wünschenswert, einen thermochemisch stabilen Leitfähig keitsmodifizierer zu finden, um solche Probleme zu vermeiden. Alternativ kann ein Sauerstoff-HIPing verwendet werden, um solche negativen Reaktionen zu vermeiden. Die hohen Kosten des Sauerstoff-HIPing sind jedoch oft für die Herstellung kostengünstiger Produkte unerwünscht.
Eine Reihe von verschiedenen ESD-Ableitungsanwendungen erfordert verschiedene spezifische Widerstände, die von 10³ bis 10¹¹ Ω·cm reichen. Die Leitfähigkeit von Keramiken kann durch Regulieren der Menge der Leitfähigkeitsmodifizierer und/oder durch Verwendung unterschiedlicher Verhältnisse von Teilchengrößen des Leitfähigkeitsmodifizierers zum Basismaterial kontrolliert werden. Dementsprechend können zum Abdecken eines variablen Bereichs von Leitfähigkeiten verschiedene Keramikzusammensetzungen hergestellt werden. Es ist daher wünschenswert, ein Verfahren zum Abstimmen (oder Anpassen) des spezifischen Widerstandes einer Zusammensetzung durch eine ziemlich einfache Wärmebehandlung (oder Spannungsfreimachen) von Keramiken in Luft oder Gasatmosphäre zu ermitteln. In den meisten Keramiksystemen kann der spezifische Widerstand sich ändern, je nach der Dichte der Ladungsträger, wie zum Beispiel der Zwischengitter-Kationen oder Hohlräume.
Es ist aus der thermischen Geschichte (Verdichtungstemperatur und Atmosphäre) bekannt, daß eine andere Wärmebehandlung von Keramiken bei hoher Temperatur in einer bekannten Atmosphäre die Gleichgewichtsdichte von Ladungsträgern in keramischen Körpern ändern kann, was zu einem anderen spezifischen Widerstand führt. Der Grad der Änderung in einem gegebenen System ist für die meisten Keramiksysteme noch nicht untersucht worden. Außerdem können verschiedene geringfügige Verunreinigungen im System solche Änderungen beträchtlich beeinflussen. Ferner kann es ein paar unterschiedliche Ladungsträger geben, die in einigen Keramiksystemen aktiv sind. Dement sprechend ist es sehr wichtig, die Kontrolle über die spezifischen Widerstände durch Experimente zu erlangen.
Die meisten ESD-dissipativen Keramikwerkzeuge erfordern die spanende Bearbeitung, um genaue Formen und Abmessungen zu erreichen. Wenn es also einen Gradienten der Zusammensetzung an der Oberfläche des keramischen Körpers gibt, können die ESD-Ableitungskennwerte variieren.
Es wurde festgestellt, daß der spezifische Volumen- und Oberflächenwiderstand bei einer Probe sich um maximal eine Größenordnung unterscheiden. Ferner korreliert die Spannungsabfallzeit in homogenem Material recht gut mit dem spezifischen Oberflächenwiderstand. Zum Beispiel zeigt eine Probe mit einem niedrigen spezifischen Oberflächenwiderstand (z.B. Rs = 10⁶ Ohm/sq.) eine kurze Spannungsabfallzeit, d.h. ~50 ms. Wenn es eine makroskopische Zusammensetzungsänderung durch Entmischung im Verbundmaterial gibt, kann das Ableitungsverhalten des Materials je nach Schwankung der Zusammensetzung variieren.
CHARAKTERISIERUNGSVERFAHREN:
Die Dichten der Keramiken wurden durch das Wasserverdrängungsverfahren mit Temperatur- und atmosphärischen Druckkorrekturen gemessen.
Die Mikrostruktur der Keramiken wurde durch Licht- und Rasterelektronenmikroskope am polierten Querschnitt der Proben untersucht, die mit einer Standardpolierprozedur hergestellt wurden.
Die Farbe der keramischen Teile wurde mit Miniscan XE Plus, das vom Hunter Associates Laboratory, Inc., Reston, VA, USA, erhältlich ist, unter Verwendung der optischen 45°/0°-Geometrie und einer 7,6 mm-Öffnung gemessen.
Das Röntgenbeugungsverfahren (XRD-Verfahren) wurde zur Bestimmung der kristallinen Phasen von Pulvern und verdichteten Keramiken eingesetzt.
Der Elastizitätsmodul, Schermodul und die Poisson-Zahl der Keramiken wurden durch ein Impulsechoverfahren unter Verwendung von Ultraschallwandlern gemessen.
Die Härte von Keramiken wurde mit dem Härtemeßverfahren nach Vickers bei Belastungen von 5 bis 20 kp bestimmt.
Die 4-Punkt-Biegefestigkeit der Keramiken wurde mit einem Verfahren bestimmt, das in ASTM C1160-90 festgelegt ist, wobei 3 × 4 × 50 mm große Untersuchungsproben vom Typ B verwendet wurden. Nimmt man einen Weibull-Modul von etwa 10 an, so wird geschätzt, daß dieses Verfahren eine Biegefestigkeit angibt, die etwa 20 niedriger ist als die, die bei Verwendung des JIS R 1601-81 (3-Punkt-Biegetest mit einer 30 mm Spanne) festgestellt wird. Es wurde eine durchschnittliche Festigkeit von 5 bis 15 bar angeführt.
Die Bruchzähigkeit von Keramiken wurde mit einem Eindrückrißlängenverfahren unter Verwendung eines Vickers-Eindrückmeßgerätes bei Belastungen von 10 bis 40 kp bestimmt. In einigen Fällen wurde auch ein Eindrückrißfestigkeitsverfahren verwendet.
Spezifische Volumen- und Oberflächenwiderstände (DC) wurden nach Verfahren, die von der ASTM¹³ festgelegt sind, und anderen bei 10 oder 100 V bestimmt. Die Oberfläche der Keramiken wurde vor der Messung des spezifischen Widerstandes mit einer Diamantschleifscheibe geschliffen und in einem Ultraschallbad gereinigt. Als Elektrode wurde ein silbergefülltes leitfähiges Gummiblatt vom Typ 1215 mit einer Dicke von etwa 0,55 mm, das von Chlomerics Inc. aus Woburn, MA, USA, hergestellt wird, verwendet.
Die Spannungsabfallzeit ist ein Maß für die Ableitung der Ladung und wird mit Verfahren bestimmt, die in der Literatur beschrieben werden. ^{14, 15, 16, 17}
VERWENDUNGEN VON HALBISOLIERENDEN, ESD-DISSIPATIVEN MATERIALIEN:
Das folgende ist eine unvollständige Liste der vielen möglichen Verwendungen der ESD-dissipativen Materialien der vorliegenden Erfindung. Zu den vorgeschlagenen Verwendungen gehören folgende:
MR-(Magnetwiderstands-)Kopfsubstrate,
Übertragungswerkzeuge für die Herstellung von Magnetköpfen (Läppen, Polieren, Reinigen),
Werkzeuge, Vorrichtungen und Behälter für HGA (kardanische Kopfmontage), HSA (Kopfstapelmontage), HDD-(Festplattenlaufwerks-)Montage,
Werkzeuge, Vorrichtungen und Behälter für die Handhabung von Wafern, Verarbeitung, Reinigung in Wasser, Lösungsmitteln und mit Kohlendioxid,
Werkzeuge, Vorrichtungen und Behälter zum Drahtbonden, Trimmen, Schneiden,
Bestückungsdüsen für die Chiphandhabung,
Düsen zum Spenden von Haftvermittler und Lot, Waferhandhabungsvorrichtungen, Endeffektoren, Unterdruckspannvorrichtungen,
IC-Handhabungs- und Testvorrichtungen,
Werkzeuge, Vorrichtungen und Behälter für ESD-empfindliche Bauteile, z.B. CMOS, GaAs, SiGe, InP und MRAM, MEMS
Montagevorrichtungen für ICs und Magnetköpfe,
Persönliche Werkzeuge: Pinzetten, Schraubendreher, Scheren, Klingen,
Teile von Roboterfingern,
Werkzeuge, Vorrichtungen und Behälter für elektrooptische Beschichtungsprozesse,
Werkzeuge, Vorrichtungen und Behälter für Retikel (Fotomasken),
und dergleichen.
Bei der Herstellung der Komponenten, die oben angeführt werden (in einer nicht erschöpfenden Liste), können die ESD-dissipativen Materialien der vorliegenden Erfindung als ganze Komponente oder als Teil derselben eingesetzt werden. ESD-dissipative Materialien können zum Beispiel durch Schleifen, spanende Bearbeitung oder dergleichen zu verschiedenen Komponenten geformt werden, um eine Komponente zu haben, die vollständig aus einem ESD-dissipativen Material gebildet ist. Andererseits können kleine Teile der Komponente alles sein, was ein ESD-dissipatives Material erfordert, damit sie hinzugefügt werden können. In diesem Fall würde man ein oder mehrere kleine spanend bearbeitete oder geschliffene (oder auf andere Weise geformte) Segmente der ESD-dissipativen Materialien der vorliegenden Erfindung (man beachte – zwei oder mehr Materialien können bei Bedarf kombiniert werden) zur Komponente (entweder dauerhaft oder auswechselbar) in dem kritischen Bereich hinzufügen, der einen ESD-Schutz benötigt. Personen, die normale Fähigkeiten auf dem Gebiet jeder Komponente besitzen, können ohne weiteres die ESD-dissipativen Materialien der vorliegenden Erfindung an die speziellen Anforderungen jeder Komponente, die hierin aufgeführt wird, sowie anderer, die nicht oben angeführt werden, anpassen.
Die vorliegende Erfindung wird ferner mit Bezug auf die folgenden Beispiele erläutert, die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung dienen, die aber nicht als Einschränkungen derselben verstanden werden dürfen.
BEISPIEL 1 "ZnO"
Ein Y-TZP-Pulver, das etwa 2,8 Mol-% Yttriumoxid (YZ110) enthält, das von Saint-Gobain Ceramics & Plastics (SGC&P) erhältlich ist, wurde in Wasser mit wechselnden Mengen von Zinkoxid, das von Zinc Corporation of America erhältlich ist, in einer Kugelmühle mit Y-TZP-Mahlhilfsstoffen vermischt. Die spezifischen Oberflächenwerte von YZ110- und ZnO-Pulver betrugen vor dem Mahlen 7 bzw. 20 m²/g. Das gemahlene Pulver wurde mit einem Laborverfahren zu einem preßbaren Pulver granuliert. Das Pulver wurde bei 40 MPa in Stahlformen einachsig gepreßt und dann kalt bei 207 MPa isostatisch gepreßt (oder "CIPed"), um Rohlinge zu erzeugen.
Die Rohlinge wurden mit 2 °C/min bis zu einer gewünschten Sintertemperatur (1350 °C-1500 °C) 1 Stunde gesintert, um eine Sinterdichte von mehr als ~97 % TD (der theoretischen Dichte) zu erreichen. Die theoretische Dichte wurde nach einer Mischungsregel berechnet, die auf den Volumenprozenten der Bestandteile beruht, wobei keine Reaktion zwischen zwei Phasen während des Sinterns angenommen wird. Einige gesinterte Körper wurden in Ar bei 1300 °C 45 min HIPed, um die volle Dichte zu erreichen. Alle Probe materialien wurden auf mehr als 99,5 % der theoretischen Dichte, meistens auf mehr als 99,8 % der theoretischen Dichte HIPed.
Bei den sich durch Sintern und Sinter-HIPing ergebenden verdichteten Körper wurden Dichte, Elastizitätsmodul, Härte, Festigkeit, Bruchzähigkeit, Phasenmikrostruktur, spezifischer Volumen- und Oberflächenwiderstand und ESD-Ableitung (Spannungsabfall) gemessen, wie in Tabelle 5 und 6 zusammengefaßt.
WIRKUNG DES ZNO-GEHALTS UND DER KORNGRÖSSE:
Tabelle 5 zeigt zusammengefaßt die spezifischen Volumenwiderstände als Funktion der Vol-% ZnO in Y-TZP von drucklos gesinterten Proben. Es ist zu bemerken, daß die spezifischen Widerstände für die ESD-Ableitung (10³ < Rv < 10¹² Ohm-cm) durch Verbundmaterialien mit 15-35 Vol-% ZnO und 85-65 Vol-% Y-TZP erreicht werden können. Diese gesinterten Materialien können bei 1400 °C-1450 °C über 1-2 Stunden in Luft mit mehr als 99 % der theoretischen Dichte hergestellt werden.
Probe Nr. 16 wurde mit einem Y-TZP-Pulver hergestellt, das 3 Mol-% Yttriumoxid (HSY3.0) enthielt und bei 1250 °C gesintert wurde, was 150 °C niedriger als andere Temperaturen ist, um das Kornwachstum von ZnO zu minimieren. Es ist zu bemerken, daß der Volumenwiderstand dieser Probe um 5 Größenordnungen niedriger als der von Probe Nr. 2 ist. Das vorliegende Ergebnis zeigt an, daß die feine Korngröße der leitfähigen Phase (ZnO) durch Niedertemperatursintern günstig ist, um einen niedrigeren spezifischen Widerstand zu erreichen. Ferner meint man, daß die Menge an Modifizierer durch Niedertemperatursintern und reduziertes Kornwachstum geringer sein kann, um denselben spezifischen ESD-dissipativen Widerstand zu erreichen.
WIRKUNG DER TEMPERATUR UND ATMOSPHÄRE BEIM GLÜHEN:
Es ist überraschend, daß der spezifische Widerstand von Probe Nr. 8 nach HIPing bei 1350 °C/207 MPa über 45 min eine beträchtliche Reduzierung von 7 × 10¹¹ auf 5 × 10³ Ω·cm zeigte. Die Proben Nr. 9-14 zeigen die Wirkung der Wärmebehandlung (Glühen) in Luft auf den spezifischen Widerstand von HIPed 20 Vol-% ZnO/YZ110-Verbundmaterialien, die die Anpaßbarkeit des spezifischen Widerstandes durch eine einfache Wärmebehandlung zeigen. Diese Ergebnisse zeigen ferner, daß es nicht notwendig ist, verschiedene Zusammensetzungen herzustellen, um einen breiten Bereich von spezifischen Widerständen für verschiedene ESD-dissipative Anwendungen abzudecken. Glühen in verschiedenen Atmosphären (Probe Nr. 15) bietet ebenfalls ein zusätzliches Mittel zum Erreichen des anpaßbaren spezifischen Widerstandes bei dieser Zusammensetzung.

Eine übermäßig geglühte Probe mit einem Rv von 5 × 10¹¹ Ω·cm wurde bei 890 °C 5 Stunden in 2 %iger H₂/N₂-Atmosphäre geglüht, was zu einem spezifischen Widerstand von 5 × 10⁶ Ω·cm führte. Dieses Ergebnis zeigt, daß die Kontrolle des spezifischen Widerstandes für dieses Material reversibel ist. Dementsprechend nimmt man an, daß der gewünschte spezifische Widerstand durch Zusammensetzung, Glühen in Luft und/oder Glühen in einer kontrollierten Atmosphäre erreicht werden kann. TABELLE 5

ID#	Zirkonoxid-	ZnO	Verdichtung	Wärmebehandlung		Rv
		Vol-%	(Verfahren/Temp.)	(Temp./Zeit)	(Atm.)	(Ohm-cm)
1	YZ110	15	S/1400 °C*	–	–	2,0E12
2	YZ110	20	S/1400 °C	–	–	7,4E11
3	YZ110	25	S/1400 °C	–	–	5,6E10
4	2.6YTZP	25	S/1400 °C	–	–	7,6E09
5	2.6YTZP	30	S/1400 °C	–	–	9,1F07
6	YZ110	30	S/1400 °C	–	–	7,9E06
7	2.6Y-TZP	35	S/1400 °C	–	–	6,9E04
8	YZ110	20	11/1350 °C**	–		5,0E03
9	YZ110	20	H/1350 °C	560 °C/5 h	Luft	4,0804
10	Y7110	20	H/1350 °C	585 °C/5 h	Luft	9,0E04
11	YZ110	20	H/1350 °C	600 °C/5 h	Luft	1,7E06
12	YZ110	20	H/1350 °C	630 °C/5 h	Luft	5,0806
13	Y7110	20	H/1350 °C	680 °C/5 h	Luft	1,3R11
14	YZ110	20	11/1350 °C	630 °C/24 h	Luft	2,5811
15	YZ110	20	H/1350 °C	810 °C/2 h	2 % H₂/N₂	6,0E06
16	HSY3.0	20	5/1250 °C			2,9E06
S: druckloses Sintern in Luft, H*: HIPing in Argon

AUSGLEICHSSTROM UND SPANNUNGSABFALLZEIT:
Es wurden Proben mit der Zusammensetzung 20 % und 25 % ZnO/YZ110 hergestellt und in Luft bei Temperaturen im Bereich von 600 °C-650 °C wärmebehandelt, was die spezifischen Widerstände ergab, die unten gezeigt werden. Die Messungen des Ausgleichsstroms wurden mit der Vorrichtung ausgeführt, die in 1 gezeigt wird.
Zur Ausführung einer Messung wird die Platte (die Teil des geladenen Plattenmonitors ist) bis zu einer festen Spannung aufgeladen. Dadurch wird die Platte mit einer Ladung von etwa 7 nC bei 350 V versehen. Diese Ladung wird dann zur Erde abgeleitet, indem die Probe mit einem beweglichen Kontakt berührt wird. Der Spitzenaus gleichsstrom wird aus der Spitzenspannung bestimmt, die vom Oszilloskop an der aktuellen Probe festgestellt wird, welches die Spannung jede Nanosekunde mißt.

Die Abfallzeit wird durch Ablesen der Spannungsausgabe des geladenen Plattenmonitors an einem digitalen Oszilloskop als Funktion der Zeit gemessen. Die Zeit für den Abfall der Spannung von 900 V auf 100 V wird vom Oszilloskop nach der anfänglichen Aufladung auf 1.000 V gemessen. Durch die Elektronik des Instruments ergibt sich ein Grenzwert von 25 ms als kürzeste meßbare Abfallzeit. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten: TABELLE 6

Probe	Spezifischer Volumenwiderstand (Ohm-cm)	Spitzenstrom bei 400 V (mA)	Spitzen strom bei 500 V (mA)	Abfallzeit (ms)
#18 (20 % ZnO)	7,7 × 10⁵	1,6	16	kleiner als 25
#10 (20 % ZnO)	2,2 × 10⁶	kleiner als 1	14,7	kleiner als 25
#11 (20 % ZnO)	1,6 × 10⁸	nicht gemessen	1	43
#34 (25 % ZnO)	3,1 × 10⁹	kleiner als 1	2,0	nicht gemessen

Tabelle 7 faßt die Eigenschaften der Zusammensetzung mit 20 Vol-% ZnO/YZ110 nach HIPing zusammen. Das Material ist sehr dicht mit einer relativen Dichte von mehr als 99,5 % der theoretischen Dichte mit einer hellgelben Farbe (heller als 50 % der 16-stufigen Grauskala), mecha nisch fest mit einer Biegefestigkeit des Materials von 1 GPa, im wesentlichen sicher mit niedrigem Ausgleichsstrom und stark ableitend mit einer Abfallzeit von 1.000 V auf 100 V, die normalerweise kleiner als 50 ms ist. Dementsprechend müßte das Material für ESD-dissipative Keramiken gut geeignet sein. Ferner ist auf Grund des Fehlens von Fe, Co, Ni und Cr-Oxiden in der Zusammensetzung die restliche Magnetflußdichte dieses Materials im wesentlichen vernachlässigbar. TABELLE 7

Eigenschaftsbezeichnung	SI-Einheiten	(Mittelwerte)	Testverfahren
Farbe		hellgelb	Sichtkontrolle/Farbmeßgerät
Dichte	g/cm³	5,99	Wasserverdrängung
Porosität	%	weniger als 0,5 %	Dichte und polierte Oberfläche
Korngröße	μm	1	Lineare Erfassung
Elastizitätsmodul, 20 °C	GPa	195	Ultraschallwellengeschwindigkeit
Härte nach Vickers, 20 °C	GPa	9,2	Vickers-Härte bei P = 20 kp
Biegefestigkeit, 20 °C	MPa	1000	4-Punkt-Biegung, ASTM-C1161-90
Bruchzähigkeit, 20 °C	MPa	5,9	Eindrückrißlänge
Bruchzähigkeit, 20 °C	MPa	4,2	Eindrückfestigkeit bei P = 40 kp

BEISPIEL 2 "SnO₂"
Ein Y-TZP-Pulver (SX3.0), das etwa 3 Mol-% Yttriumoxid enthält, welches von Zirconia Sales of America erhältlich ist, wurde mit wechselnden Mengen von Zinnoxid (SnO₂, T1186)¹⁸, das von SG&P erhältlich ist, in einer Kugelmühle mit Y-TZP-Mahlhilfsstoffen vermischt. Das Pulver hat Nenndotierungen von 1 % Sb₂O₃ und 0,5 % CuO zur Verbesserung der Leitfähigkeit. Vor dem Mischen wurde das dotierte Zinnoxid bis zu einem spezifischen Oberflächenwert von ~15 m²/g gemahlen. Der spezifische Oberflächenwert von Y-TZP betrug vor dem Mahlen 7 m²/g. Ein weiteres handelsübliches Zinnoxidpulver (von Alfa Aesar, Ward Hill, MA, USA, erhältlich), das bis zu einem spezifischen Oberflächenwert von 12 m²/g gemahlen wurde), wurde ebenfalls eingesetzt. Das gemahlene Pulver wurde mit einem Laborverfahren zu einem preßbaren Pulver granuliert. Das Pulver wurde bei 40 MPa in Stahlformen einachsig gepreßt und dann bei 207 MPa CIPed, um Rohlinge zu erzeugen. Die Rohlinge wurden mit 2 °C/min bis zu einer gewünschten Sintertemperatur (1400 °C-1500 °C) 1 Stunde gesintert, um eine Sinterdichte von mehr als ~95 % der theoretischen Dichte zu erreichen. Die theoretische Dichte wurde nach einer Mischungsregel berechnet, die auf der Zusammensetzung beruht, wobei keine Reaktion zwischen zwei Phasen während des Sinterns angenommen wird. Einige gesinterte Körper wurden in Ar bei 1.400 °C 45 min HIPed, um die volle Dichte zu erreichen.
Bei den sich durch Sintern und Sinter-HIPing ergebenden verdichteten Körpern wurden Dichte, Elastizitätsmodul, Härte, Festigkeit, Bruchzähigkeit, Phasenmikrostruktur, spezifischer Volumen- und Oberflächenwiderstand und ESD-Ableitung (Spannungsabfall) gemessen.

Das reine SnO₂ ist ein isolierendes Material. Es wurde bestätigt, daß Zusammensetzungen von 10-50 % SnO₂/Y-TZP isolierend sind, Rv = 10¹³ Ω·cm, wie in Tabelle 9 gezeigt. Eine begrenzte Wärmebehandlung in Ar und N₂ in einem Rohrofen zeigte keine signifikante Verringerung des spezifischen Widerstandes. Die Farbe blieb hellgrau, heller als 50 % der 16-stufigen Grauskala. Eine HIPed Probe bei 1400 °C/207 MPa/60 min in Ar wurde mittelgrau und zeigte spezifische Widerstände von ~10⁷ Ω·cm. TABELLE 9

	SnO₂	Verdichtung	Rv
	(Vol-%)	(Verfahren/Temp.)	(Ohm-cm)
Undotiert	10	S/1450 °C*	1,2E13
Undotiert	20	S/1450 °C	1,5E13
Undotiert	30	S/1450 °C	3,7E13
Undotiert	35	S/1450 °C	3,4E13
Dotiert	50	S/1450 °C	6,5E12
Dotiert	50	H/1350 °C**	6,1E07
Dotiert	50	H/1300 °C**	2,6E07
S: druckloses Sintern in Luft, H*: HIPing in Argon

Eigenschaften von HIPed 50 % dotiertem SnO₂/HSY3.0 wurden gemessen, die Ergebnisse sind unten zusammengefaßt. Das Material zeigt sich hell- bis mittelgrau. Das Material ist steifer und härter als die mit 20 Vol-% ZnO/YZ110, die den typischen Y-TZPs ähnlich sind. Außerdem ist das Material im wesentlichen unmagnetisch. TABELLE 10

Eigenschaftsbezeichnung	SI-Einheiten	(Mittelwerte)	Testverfahren
Farbe		hellgrau	Sichtkontrolle/Farbmeßgerät
Dichte	g/cm³	6,43	Wasserverdrängung
Porosität	%	weniger als 1 %	Dichte und polierte Oberfläche
Korngröße	μm	1	Lineare Erfassung
Elastizitätsmodul, 20 °C	GPa	224	Ultraschallwellengeschwindigkeit
Härte nach Vickers, 20 °C	GPa	11,4	Vickers-Härte bei P = 20 kp
Biegefestigkeit, 20 °C	MPa	650	4-Punkt-Biegung, ASTM-C1161-90
Bruchzähigkeit, 20 °C	MPA m^1/2	3,9	Eindrückrißlänge
Bruchzähigkeit, 20 °C	MPa m^1/2	3,9	Eindrückfestigkeit bei P = 40 kp

BEISPIEL 3 "LaMnO₃"
Eine Charge von LaMnO₃ wurde durch die Festkörperreaktion einer äquimolaren Pulvermischung aus La₂O₃ und Mn₂O₃ bei 1400 °C für die Dauer von 2 Stunden in Luft hergestellt. Die XRD des bei der Reaktion gebildeten Pulvers zeigte ein gut ausgebildetes LaMnO₃, einer Perowskit-Familie. Das reaktionsgebildete Pulver wurde in einer Kunststoffkugelmühle mit Y-TZP-Mahlstoffen bis zu einer BET-Oberfläche von 15 m²/g gemahlen. Eine Charge von 30 Vol-% LaMnO₃/3Y-TZP wurde unter Verwendung von Mischungen aus LaMnO₃ und Y-TZP (YZ110, SGC&P, Worcester, MA, USA) verarbeitet, gefolgt von dem Herstellungsverfahren, das in Beispiel 1 beschrieben wurde.
Proben wurden bei 1250 °C-1350 °C auf mehr als 98 % der theoretischen Dichte gesintert. Die Dichte der bei niedriger Temperatur (1225 °C) gesinterten Proben war größer als 97 % der theoretischen Dichte. Gesinterte Proben wurden bei 1175 °C und 1350 °C bei 207 MPa Argon bis zur vollen Dichte HIPed. Die bei hoher Temperatur (1350 °C) sinter-HIPed Proben zeigen ein beträchtliches Kornwachstum, Bildung einer Reaktionsphase, Lanthanzirkonat (La₂Zr₂O₇), und ein paar kleinere Oberflächenrisse. Die bei niedriger Temperatur HIPed Proben zeigen eine viel kleinere Korngröße und keine Anzeichen von Aufblähen oder Rißbildung. Sowohl gesinterte als auch HIPed Proben waren schwarz. Im US-Patent 6,136,232 (2000) wird angeführt, daß einige Verbindungen vom Perowskit-Typ, wie zum Beispiel LaMnO₃ und LaFeO₃, in Kombinationen mit teilstabilisierten Zirkonoxiden nicht stabil sind und bei typischen Sintertemperaturen sekundäre Zirkonoxidverbindungen bilden, wie zum Beispiel La₂Zr₂O₇, wodurch sie die Phasenstabilität der restlichen Zirkonoxidlegierung beeinträchtigen. Die vorliegende Erfindung zeigt, daß LaMnO₃ erfolgreich zur Herstellung eines Verbundmaterials mit Y-TZP mit Niedertemperatursinterung verwendet werden kann.

Mikrostrukturelle Beobachtungen durch SEM an einem polierten Querschnitt bei niedriger Temperatur gesinterter Probe zeigen, daß die Korngröße des Materials kleiner als 1 μm ist. Die XRD von einem polierten Querschnitt zeigte auch, daß der größte Teil des tetragonalen Zirkonoxids bei einer vernachlässigbaren Reaktion zur Bildung von Lanthanzirkonat (La₂Zr₂O₇), das ein Isolator ist, bewahrt wurde. Die vorliegende Erfindung zeigt, daß durch Mischen von LaMnO₃ in Y-TZP durch Sintern bei niedriger Temperatur ein hartes, schwarzes ESD-dissipatives Zirkonoxid hergestellt werden kann. TABELLE 11

ZrO₂-Typ	LaMnO₃	Verdichtung	Rv
	Vol-%	(Verfahren/Temp.)	(Ohm-cm)
YZ110	20	S/1250 °C*	1,2E11
YZ110	25	S/1250 °C	1,5E08
YZ110	30	S/1250 °C	3,7E07
YZ110	30	H/1175 °C**	6,1E07
YZ110	30	H/1200 °C**	2,6E07
YZ110	30	S/1400 °C	2,8E11
YZ110	30	H/1350 °C**	6,4E12
S: druckloses Sintern in Luft, H*: HIPing in Argon

TABELLE 12

Eigenschaftsbezeichnung	SI-Einheiten	(Mittelwerte)	Testverfahren
Farbe		hellgrau	Sichtkontrolle/Farbmeßgerät
Dichte	g/cm³	6.13	Wasserverdrängung
Porosität	%	weniger als 0,5 %	Dichte und polierte Oberfläche
Korngröße	μm	1	Lineare Erfassung
Elastizitätsmodul, 20 °C	GPa	182	Ultraschallwellengeschwindigkeit
Härte nach Vickers, 20 °C	GPa	11,8	Vickers-Härte bei P = 20 kp
Biegefestigkeit, 20 °C	MPa	716	4-Punkt-Biegung, ASTM-C1161-90
Bruchzähigkeit, 20 °C	MPa	4,2	Eindrückrißlänge
Bruchzähigkeit, 20 °C	MPa	3,6	Eindrückfestigkeit bei P = 40 kp

Das vorliegende Ergebnis unterscheidet sich von anderen. Zum Beispiel zeigt die Japanische Patentanmeldung von Kyocera an, daß die Menge des Mn₂O₃ auf weniger als 2 Gew-% begrenzt werden muß, um eine gute Zirkonoxidkeramik zu erreichen.
Der Effekt des HIPing auf den spezifischen Volumen-Widerstand wurde auch bestimmt. Anders als andere Materialien, die in den Beispielen 1 und 2 beschrieben wurden, hat sich der spezifische Volumen-Widerstand des Materials vor und nach dem Sintern nicht geändert. Man glaubt, daß verschiedene dotierte LaMnO₃ und LaBO₃ (B = Al, Mn oder Co)^19,20 Familien als halbleitende Dispersionskolloide in Zirkonoxid verwendet werden können.
BEISPIEL 4 "LaCrO₃"
Eine Charge von LaCrO₃ wurde durch die Festkörperreaktion einer äquimolaren Pulvermischung aus La₂O₃ und Cr₂O₃ bei 1400 °C für die Dauer von 4 Stunden in Luft hergestellt. Die XRD des bei der Reaktion gebildeten Pulvers zeigte ein gut ausgebildetes LaCrO₃. Das reaktionsgebildete Pulver wurde in einer Kunststoffkugelmühle mit Y-TZP-Mahlstoffen bis zu einer BET-Oberfläche von 15 m²/g gemahlen. Eine Charge von 30 Vol-% LaCrO₃/3Y-TZP wurde unter Verwendung von Mischungen aus LaMnO₃ und Y-TZP (HSY-3.0, Zirconia Sales of America, Atlanta, GA, USA) verarbeitet, gefolgt von dem Herstellungsverfahren, das in Beispiel 1 beschrieben wurde. Die Proben wurden bei 1450 °C-1500 °C in Luft bis auf mehr als 97 % der theoretischen Dichte gesintert und zeigten eine dunkelgrüne Farbe bei einem spezifischen Volumenwiderstand von 9 × 10³ Ω·cm. Gesinterte Proben wurden bei 1450 °C bei 207 MPa Argon bis zur vollen Dichte HIPed. Die Farbe der HIPed Proben wurde im Vergleich zu der der nur gesinterten etwas heller.

Mikrostrukturelle Beobachtungen durch SEM an einem polierten Querschnitt zeigen, daß die Korngröße des Materials etwa 1 μm beträgt. Die XRD von einem polierten Querschnitt zeigte auch, daß der größte Teil des tetragonalen Zirkonoxids bei einer nicht meßbaren Reaktion zur Bildung von Lanthanzirkonat bewahrt wurde. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, daß durch Mischen von LaCrO₃ in Y-TZP durch Sinter-HIPing ein dichtes, festes, schwarzes ESD-dissipatives Zirkonoxid hergestellt werden kann. TABELLE 13

ZrO₂-Typ	LaCrO₃	Verdichtung	Wärmebehandlung		Rv
	Vol-%	(Verfahren/Temp.)	(Temp/Zeit)	(Atm.)	(Ohm-cm)
3.0Y-TZP	10	S/1550 °C			1,0E11
3.0Y-TZP	20	S/1550 °C			3,5E10
3.0Y-TZP	30	S/1550 °C			1,7E07
3.0Y-TZP	40	5/1550 °C			2,0E06
3.0Y-TZP	30	H/1400 °C**	–	–	1,2E12
3.0Y-TZP	30	H/1400 °C**	14000/1 Hr	Air	5,4E06
S: druckloses Sintern in Luft, H*: HIPing in Argon

TABELLE 14

Eigenschaftsbezeichnung	SI-Einheiten	(Mittelwerte)	Testverfahren
Farbe		dunkelgrün	Sichtkontrolle/Farbmeßgerät
Dichte	g/cm³	6,27	Wasserverdrängung
Porosität	%	weniger als 0,5	Dichte und polierte Oberfläche
Korngröße	μm	1	Lineare Erfassung
Elastizitätsmodul, 20 °C	GPa	228	Ultraschallwellengeschwindigkeit
Härte nach Vickers, 20 °C	GPa	12	Vickers-Härte bei P = 20 kp
Biegefestigkeit, 20 °C	MPa	1020	4-Punkt-Biegung, ASTM-C1161-90
Bruchzähigkeit, 20 °C	MPa	4,8	Eindrückfestigkeit (3.0Y-TZP)
Bruchzähigkeit, 20 °C	MPa	5,7	Eindrückfestigkeit (2.5Y-TZP)
Bruchzähigkeit, 20 °C	MPa	8,9	Eindrückfestigkeit (2.0Y-TZP)
ESD-Spannungsabfallzeit	ms	70	Von 1000 V

Die spezifischen Widerstände wurden vor und nach dem HIPing gemessen. Es war überraschend, einen beträchtlichen Anstieg, von bis zu 3 Größenordnungen, im spezifischen Widerstand nach dem HIPing festzustellen. Das thermische Glühen in Luft bei 1400 °C über 60 min brachte den spezifischen Widerstand reproduzierbar zurück zum gesinterten Wert, wie in Tabelle 13 zusammengefaßt dargestellt. Das vorliegende Ergebnis zum reversiblen spezifischen Widerstand ist bisher noch nicht in der Literatur angeführt worden. Das US-Patent Nr. 6,136,232 (2000) führt an, daß das komplexe Chromat A_xB_yCrO₃ zur Herstellung von elektrostatisch ableitenden Keramiken verwendet werden kann. Ferner wird festgestellt, daß das Material zum Erzielen einer höheren Dichte HIPed werden kann. Es wurde jedoch nicht offenbart, daß der spezifische Widerstand eines solchen Materials sich beim HIPing drastisch ändert und ein Bedarf an der Einstellung des spezifischen Widerstandes durch die kontrollierte Wärmebehandlung besteht.
Chargen mit wechselnden Mengen von Y₂O₃: 2Y, 2,5Y und 3Y (Mol-%) wurden unter Verwendung von Mischungen aus HSY3.0 und DK-1 (0 % Y₂O₃-ZrO₂, Zirconia Sales of America) hergestellt, um die optimale Stabilisierung von Zirkonoxid festzustellen. Die Bruchzähigkeitswerte dieser Zusammensetzungen sind in Tabelle 8 aufgelistet, die einen höheren K_IC von bis zu 9 MPa m^0,5 des Verbundstoffs mit 2Y-TZP zeigt.
BEISPIEL 5 – Zirkoncarbid (ZrC)

Analog kann ZrC mit Y-TZP gemischt werden, um dichte, halbisolierende, ESD-dissipative Keramiken herzustellen, wie in Tabelle 16 aufgeführt. Die halbisolierenden Zusammensetzungen wurden durch Mischen von 10 bis 20 Vol-% ZrC in Y-TZP (HSY3.0) hergestellt. ZrC reagiert während des Heißpressens bei 1550 °C/20 MPa in Argon unter Verwendung von Graphitstempeln nicht mit ZrO₂. Die Farbe des heißgepreßten ZrC war schwarz. Das sich ergebende Verbundmaterial ist steifer und härter als ZrO₂. Dementsprechend sind die halbisolierenden Materialien mit ZrC etwas steifer und härter als Y-TZP mit ZrC hergestellt werden kann. TABELLE 16

ZrC	3Y-TZP Vol-%	Heißpressen (Temp/Stunden)	Rv (Ohm-cm)
10	90	1550 °C/1 h	1,3E12
11,5	88,5	1550 °C/1 h	7,0E11
12,5	87,5	1550 °C/1 h	5,2E11
13,5	86,5	1550 °C/1 h	3,7E09
15	85	1550 °C/1 h	5,4E04
20	80	1550 °C/1 h	3,7E04
25	75	1550 °C/1 h	2,3E00

BEISPIEL 6 – Aluminiumnitrid (AlN)
Dieses Beispiel zeigt ein weiteres Keramikmaterial – Aluminiumnitrid – das so wärmebehandelt werden kann, daß es für die statische Ableitung geeignet ist. Ein Quader aus Aluminiumnitrid mit den Abmessungen 12 × 12 × 1 mm wurde von SGCP (Carborundum) beschafft. Der Oberflächenwiderstand wurde zu mehr als 10¹⁰ Ohm gemessen. Das ist ein zu hoher Wert für eine effektive Ableitung von Ladungen. Die Probe wurde dann in Argon bei 1900 °C 20 min wärmebehandelt und schnell mit einer Rate von mehr als 10 °C/min auf Raumtemperatur abgekühlt. Der Oberflächenwiderstand wurde wieder auf beiden Seiten gemessen. Er betrug etwa 2 × 10⁹ Ohm, was in dem Bereich liegt, der sich zum Ableiten statischer Elektrizität eignet.
BEISPIEL 7 – Komplexe Oxide – BaO 6Fe₂O₃
Komplexe Oxidverbindungen, wie zum Beispiel Bariumhexaferrit (BaO 6Fe₂O₃), können ebenfalls mit Y-TZP (YZ110) gemischt werden, um dichte, halbisolierende, ESD-dissipative Keramiken herzustellen. Die halbisolierenden Zusammensetzungen wurden durch Mischen von 25 % BaO 6Fe₂O₃ (BaFe₁₂O₁₉) in Y-TZP (YZ110) hergestellt. Die Zusammensetzung kann bei 1300 °C-1400 °C über 1 h in Luft auf mehr als 98 % der theoretischen Dichte gesintert werden. Der spezifischer Volumenwiderstand der gesinterten Scheiben betrug 2 × 10⁷ Ω·cm. Bariumhexaferrit ist als starkes magnetisches Material bekannt. Der gesinterte Verbundstoff wurde gut von einem Dauermagneten angezogen, was die gute Erhaltung der BaO 6Fe₂O₃-Phase in der feinkörnigen Zirkonoxidmatrix zeigt. Kurz gesagt, kann man also eine stark magnetische, ESD-dissipative Zirkonoxidkeramik für potentielle Anwendungen herstellen.
BEISPIEL 8 – Wirkung von Störungen auf die Leitfähigkeit:
Ein Stab von 50 mm × 4 mm × 3 mm und der Zusammensetzung ZrO₂-20 % ZnO wurde durch Mischen von Pulvern aus ZrO₂-2.6 %Y₂O₃ und ZnO, gemeinsames Mahlen, Sintern und heißes isostatisches Pressen hergestellt, wie in früheren Beispielen.
3 illustriert die Prüfvorrichtung, die dabei verwendet wurde. Der Stab wurde in Luft im Bereich 600 °C-700 °C wärmebehandelt, und es wurde festgestellt, daß der Oberflächenwiderstand des Stabes bei Messung mit einer PRF-912-Sonde (von der ProStat Corporation aus Bensonville, IL, USA) mehr als 100 MOhm betrug.
Eine Seite des Stabes wurde geschliffen. Dadurch verringerte sich der Oberflächenwiderstand unter einen Wert von 1 MΩ, wie mit derselben Sonde gemessen. Dann wurden Elektroden mit Silberfarbe an zwei Stellen an der geschliffenen Fläche des Stabs, mit etwa 7 mm Abstand in Längsrichtung des Stabs, befestigt.
Der Stab mit den Elektroden wurde in eine Standard-4-Punkt-Biegevorrichtung (mit Stützpunkten auf der Zugspannungsseite im Abstand von 40 mm und 20 mm Abstand auf der Druckspannungsseite), mit den Elektroden auf der Druckspannungsseite, gespannt.
Die Last wurde auf den Stab aufgebracht, und der Widerstand zwischen den Elektroden wurde gemessen. Die Abhängigkeit des Widerstandes R von der Druckspannung e folgt nach den Feststellungen der Gleichung ∂lnR/∂e = 100. Dieser Wert ist ungewöhnlich hoch – für die meisten Leiter ist ∂lnR/∂e kleiner als 5. Obwohl die vorliegende Erfindung theoretisch nicht eingeschränkt ist, glaubt man, daß dieses Verhalten aus der Tatsache resultiert, daß gerade genug Leitermaterial der isolierenden Zirkonoxidkeramik hinzugefügt wurde, um sie leitfähig zu machen, und daß kleine Störungen im Material daher unverhältnismäßig große Wirkungen auf die Leitfähigkeit haben.
Mehrere Anwendungen bieten sich an. Das Überwachen des Widerstandes einer Komponente, die aus dieser Materialklasse hergestellt ist, liefert ein Anzeichen für die mechanische Spannung im Material. Für stark bean spruchte Komponenten kann dies zu einer frühen Feststellung bevorstehender Ausfälle sorgen. Schwingungen im Material müßten Oszillationen in der elektrischen Leitfähigkeit erzeugen und können daher leicht festgestellt werden.
In dem Beispiel wurde die Probe absichtlich so hergestellt, daß sie eine nicht gleichförmige Leitfähigkeit besitzt. Dies war vorteilhaft, da der Strom gezwungen wurde, durch den am stärksten beanspruchten Bereich der Probe zu fließen, wodurch die Reaktion maximal gemacht wurde. In anderen Situationen – z.B. einem Stab in reiner Zugspannung – kann die Spannung gleichförmiger sein, und daher würde keine Notwendigkeit bestehen, die Leitfähigkeit ungleichförmig zu machen.
In dem Beispiel wurde das Schleifen der Oberfläche der Probe dazu benutzt, die Leitfähigkeit der Probe in einem lokalen Bereich zu verstärken. Dies konnte auch durch lokale Verringerung der leitfähigen Phase durch chemische Mittel erreicht werden – oder durch Eindiffundieren eines Zusatzstoffs, der die Leitfähigkeit in der leitfähigen Phase fördert (zum Beispiel Aluminiumoxid in Zinkoxid) oder durch lokale Senkung der Konzentration eines die Leitfähigkeit hemmenden Materials (Lithiumoxid in Zinkoxid verringert die Leitfähigkeit, und die Lithiumkonzentration in einer lithiumdotierten Probe kann durch Wärmebehandlung in einer HCl-Atmosphäre reduziert werden).
Ein weiterer Faktor, der die Leitfähigkeit beeinflußt, ist die Temperatur der Probe. In Fällen, in denen diese variiert, kann es vorteilhaft sein, den Widerstand der Probe an zwei Stellen zu messen – einer belasteten und einer unbelasteten, und die Ergebnisse aus dem unbelasteten Bereich zum Korrigieren des Temperatureinflusses zu verwenden (siehe 2). Der Fall eines Balkens mit Durchbiegung ermöglicht eine etwas andere Herangehensweise:
Die zwei Widerstandssensoren werden durch lokales Erhöhen der Leitfähigkeit des Materials auf entgegengesetzten Flächen des Balkens hergestellt. Wenn die zwei Widerstandssensoren identisch sind, dann ist das Verhältnis ihrer Widerstände unabhängig von der Temperatur und ist proportional zur Biegespannung im Balken.
BEISPIEL 9 "ESD-sichere, gegen Tieftemperaturabbau (LTD) beständige Keramiken"
Y-TZP ist seit langem als zäher und fester als die meisten anderen Keramiken bekannt. Ihr Tieftemperaturabbau(LTD)-Verhalten ist jedoch eine bedeutende Einschränkung für einige verschleißbeständige Anwendungen bei einem Regime mit niedrigen Temperaturen (150 °C-300 °C). Die tetragonalen Zirkonoxid-Polykristalle (TZP) wandeln sich in monokline Zirkonoxid-Polykristalle um, was zu einer Volumenexpansion und zu Mikrorissen bei einem Tieftemperaturregime führt. Eine solche Transformation kann am schlimmsten bei Vorhandensein von Feuchtigkeit sein, besonders unter Dampfgleichgewichtsdruck. Es ist ein beschleunigter Test verwendet worden, um das LTD-Verhalten von Y-TZPs zu bestimmen, wie in US-Patent 6,069,103 beschrieben, das hiermit durch Verweis aufgenommen wird.
MOR-Stäbe wurden bei 200 °C und 250 °C unter Dampfgleichgewichtsdruck über 48 Stunden in einem Autoklaven autoklaviert, gefolgt von der 4-Punkt-Biegefestigkeitsmessung. Tabelle 16 zeigt die Biegefestigkeit der Zusammensetzung mit 20 Vol-% ZnO/YZ110 nach den Autoklavenbehandlungen. Die Ergebnisse zeigen, daß der Widerstand gegen LTD von 20ZnO/YZ110 beträchtlich besser als der von normalem Y-TZP (TZ-3Y, von Tosoh, Japan, erhältlich) ist. Die verbesserte LTD-Beständigkeit gegenüber Y-TZP ist wünschenswert, wenn man ESD-dissipative Zirkonoxidkeramiken in zersetzenden Umgebungen verwendet. TABELLE 17 – Biegefestigkeit nach Autoklavenbehandlung über 48 Stunden.

Autoklaventemperatur (°C) Biegefestigkeit (MPa)

20 ZnO/YZ110 TZ3Y

20 1050 1507

200 574 474

250 744 590
BEISPIEL 10 – Niedrige Teilchenerzeugung:
ESD-sichere Keramiken werden oft in Reinraumverarbeitungsumgebungen für Magnetköpfe, Halbleiterkomponenten und bei der IC-Herstellung verwendet. Wenn ESD-sichere Keramiken während ihrer Verwendung Teilchen abgeben, können empfindliche elektronische Komponenten beschädigt werden. Außerdem müssen diese verunreinigten Teile gereinigt werden, was zu kostspieligen Ausfallzeiten der teueren Verarbeitungsanlagen führt. Ferner können die verunreinigten Teile zur latenten oder verzögerten Schädigung in Fertigprodukten führen, was zu kostspieligen Garantiereparaturen beiträgt. Es ist daher wünschenswert, ein Material mit drastisch reduzierter Bildung von Teilchen zu entwickeln. Außerdem ist ein verbesserter Oberflächenfertigbearbeitungsprozeß eines solchen Materials für die niedrige Erzeugung von Teilchen sehr wünschenswert.
Zwanzig (20) ZnO/YZ110-Proben in Scheiben- und Quadratform wurden durch Rollen in einer zehnseitigen Mühle über 72 Stunden mit Quarz oder Siliciumcarbidmaterial kugelpoliert. Einige Proben wurden geläppt oder poliert, bis zu eine glattere Oberfläche erreicht wurde, um die Wirkung der Oberflächenqualität auf die Erzeugung von Teilchen zu bestimmen. Ein Weißlicht-Interferenzmikroskop, Zygo NewView 100, wurde zum Messen der Oberflächenrauheit (Ra) nach dieser Kugelpolierbehandlung verwendet.
Proben der 20 ZnO/YZ110 mit verschiedener Oberflächengüte wurden mit einem Flüssigkeitsteilchenzähler (LPC) geprüft. Eine Probe mit einer Größe von 3 × 4 × 25 mm (spanend bearbeiteter MOR-Stab) und die Oberflächenrauhigkeit von 3800 Å wurden als Grundlinie verwendet. Proben wurden unter Verwendung eines Standardverfahrens gereinigt, das zum Reinigen von Roll-/Gleitköpfen für Magnetplattenmedien eingesetzt wird. Mit einem Crest-Ultraschallbad wurden Teilchen von den Proben ins Wasser transportiert (68 kHz über 30 s). Die Flüssigkeitsteilchenzählungen wurden unter Verwendung eines LS-200 PMS an dem Wasser vorgenommen. Die Ergebnisse wurden durch die Oberflächengröße der Testproben normalisiert und als Zahl der Teilchen pro cm² angegeben.

Die Probe für die Grundlinie mit einem Ra von mehr als 3000 Å wies mehr als ca. 600 Teilchen/cm² auf. Die behandelten Proben reduzierten die Zahl der Teilchen als Funktion der Oberflächenqualität beträchtlich, wie in Tabelle 18 gezeigt. Rauhere Oberflächen erzeugen normalerweise mehr Teilchen bei Gleitreibung oder physikalischen Aufschlaganwendungen auf Grund der abschleifenden Natur der Oberfläche und des verwendeten Materials. Die Verringerung der Oberflächenrauheit von 20 ZnO/YZ110 durch Kugelpolieren, Feinschleifen, Läppen oder Polieren reduziert die Möglichkeit der Teilchenerzeugung. TABELLE 18 – LPC-Ergebnisse als Funktion der Oberflächenqualität

Oberflächenqualität	Ra (Å)	LPC (Teilchen/cm²)
Grundlinie	mehr als 3000	mehr als 600
Kugelpolieren	2250	250
Kugelpolieren	1500	120
Feinschleifen	1000	78
Läppen	500	37
Polieren	20	20

Trommelmahlen ist ein preiswerter industrieller Prozeß zum Beseitigen von Rauheiten und Gratstellen. Keramische Fadenführungen werden in der Trommel bis auf ein Ra von 100 bearbeitet. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen an, daß die ESD-dissipativen Keramiken durch HIPing und optimale Oberflächenqualität mit einem sehr niedrigen LPC hergestellt werden können. ESD-dissipative keramische Pinzettenspitzen können zum Beispiel mit einem niedrigen LPC durch Trommeln fertigbearbeitet werden.
BEISPIEL 11: Farbmessungen
Farbmessungen wurden mit zwei getrennten Verfahren durchgeführt. Erstens wurde die Helligkeit der Farbe mit einer Graustufenskala, die von weiß bis schwarz reichte, beurteilt. Messungen wurden auch mit einem Hunterlab Miniscan XLE-Colorimeter ausgeführt, das von den Hunterlab Associates Laboratory aus Reston, VA, USA, hergestellt wird. Das Instrument beleuchtet das Probenziel mit einer diffusen Beleuchtung und beobachtet das reflektierte Licht unter einem Winkel von 8 Grad mit einem Spektrophotometer, das den Bereich von 400-700 nm abdeckt. Die Ausgabe aus dem Colorimeter wurde mittels der CIE L*a*b*-Skala von 1976 dargestellt, dabei gilt:
L* mißt die Helligkeit und variiert zwischen 0 und 100 (100 ist weiß/1 ist schwarz);
a* mißt die rote Farbe, wenn positiv, Grau, wenn null, und die grüne Farbe, wenn negativ; b* mißt die gelbe Farbe, wenn positiv, Grau, wenn null, und die blaue Farbe, wenn negativ.

Wir bemerkten, daß der 50 %-Punkt auf der Grauskala den Werten von mehr als 50 für L* entspricht. TABELLE 19 – CIE-Meßergebnisse

Probe	Verarbeitung	Dichte (% des theoretischen Wertes)	spezifischer Widerstand	L*	a*	b*
A	1250 °C/1 h Sintern 1200 °C/45 min HIP	99,0	(MOhm-cm) 0,0012	75,28	–6,07	10,63
B	1250 °C/1 h Sintern 1200 °C/45 min HIP	99,0	0,0014	69,06	–5,1	2,53
Wie oben, nach 4 h/580 °C in Luft			10,7	86,07	–4,81	15,94
C	1400 °C/1 h Sintern, 1350 °C/45 min HIP	>99 %	3	79,61	2,62	48,21
Kyocera (Vergleichs wert)	(wie geliefert)	unbekannt	10	44,03	–0,04	–0,32

Die ersten beiden Proben (A und B) wurden aus der HSY3.0-Zirkonoxid-Quelle und Probe C aus YZ110 hergestellt. Die Kyocera-Probe war eine kommerziell erhaltene Probe.
LITERATUR
Die folgenden Literaturstellen werden hierin als Hintergrundinformationen zitiert. In dem Umfang, der für ein volles Verständnis dieser Erfindung notwendig ist, werden die Offenbarungen dieser Literaturstellen hiermit durch Verweis aufgenommen:

1. A.J. Wallash, "Electrostatic Discharge (ESD) in Magnetic Recording: Past, Present and Future," Proc. Of Understanding ESD in Magnetic Recording, IDEMA, pp. 3-20, 2000.
2. A.J. Wallash, T.S. Hughbamks and S.H. Voldman, "ESD Failure Mechanisms of Inductive and Magnitoresistive Recording Heads," EOD/ESD Symposium 95, 322-330 (1995).
3. J. Elston; Z.Mihailovic, M. Roux, "Study of High-temperature Electrical Properties of Zirconia and Lanthanum Chromite Sinters," Proceedings of a Symposium an Magnetohydrodynamic Electrical Power Generation, p. 1061, 389-403, 1966.
4. Popp; V. Wuerttenbe, "Tweezers protecting components against electrostatic discharge – has handling surfaces of non-chafing ceramic of high specific surface resistance" DE 3743630 C , Mar 16, 1989.
5. "Tape Guides and Method of Manufacturing", JP 3-5363 A , Jan. 11, 1999, – Kyocera.
6. N. Shinohara and O.Kita, "Electrification Removing Components", U.S. Patent No. 5,612,144 Mar. 18, 1997.
7. K. Shikada, et al., "Alumina Sintered Product", U.S. Patent 5,830,819 Nov. 3, 1998.
8. H. Aida, Y. Ito, T. Fukutome, and K. Mikami, "Semi-insulating Aluminum Nitride Sintered Body", U.S. Patent No. 5,958,813 , Sept. 28, 1999. – Kyocera.
9. C. Lam, "Characterization of ESD Tweezers for Use with Magnetoresistive Recording Heads," EOS/ESD Symposium-1996, 14-21 (1996).
10. K.J. Kim et al., "Advancements in Inherently Dissipative Polymer (IDP) Alloys Provide New Levels of Clean, Consistent ESD Protection," EOS/ESD Symposium 2000, pp_. 132-38, 2000.
11. R.V. Wilhelm, D.S. Howarth, "Iron Oxide-doped Yttria-Stabilized Zirconia Ceramic: Iron Solubility and Electrical Conductivity," Am. Ceram. Soc. Bull., 58 (2) 228-32 (1979).
12. N.A. Pratten, "Review, The Precise Measurement of the Density of Small Samples," J. Mater. Sci., 16, 1937-47 (1981).
13. ASTM: D257-93, "Standard Test Method for DC Resistance or Conductance of Insulating Materials".
14. FED. Test Method Std. No. 101, "Electrostatic Properties of Materials," Rev. B, Method 4046, Jan. 1969; Rev. C, Method 4046.1, Oct. 1982, Change Notice 1.
15. N. Jonassen, "Static-Electric Characterization of Semi-insulating Materials," EOS/ESD Symposium EOS-6, 1984.
16. G. Baumgartner, "Electrostatic Decay Measurement, Theory and Applications," EOS/ESD Symposium 95, pp. 265-72, 1995.
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Claims

Eine ESD-dissipative Keramikzusammensetzung, welche durch Sinterung einer Mischung aufweisend ein Basismaterial und einen oder mehrere Widerstandsmodifizierer für eine ausreichende Zeit und bei einer ausreichenden Temperatur zum Erreichen von zumindest 99% der theoretischen Dichte geformt ist, – wobei das Basismaterial einen tetragonalen Zirkoniumoxidpolykristall (TZP) aufweist; – wobei der Widerstandsmodifizierer etwa 5 Vol. % bis 60 Vol. % des Basismaterials aufweist bzw. umfaßt und aus der Gruppe bestehend aus leitenden Materialien und Halbleitermaterialien oder Mischungen davon ausgewählt ist; und – wobei die ESD-dissipative Keramikzusammensetzung die folgenden physikalischen Eigenschaften hat: (a) Volumenwiderstand im Bereich von 103 bis 1011 Ohm-cm; (b) Biegefestigkeit von zumindest 500 MPa; und (c) Spannungsabfallzeit von weniger als 500 ms.
Die ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei TZP Yttriumoxid-stabilisiertes TZP (Y-TZP) aufweist, wobei das Yttriumoxid etwa zwischen 2,5 bis 4,5 Molprozent vorhanden ist.
Die ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Widerstandsmodifizierer etwa 10 Vol. % bis 50 Vol. % des Basismaterials aufweist bzw. umfaßt.
Die ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Widerstandsmodifizierer etwa 20 Vol. % bis 40 Vol. % des Basismaterials aufweist bzw. umfaßt.
Die ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Widerstandsmodifizierer aus der Gruppe bestehend aus Oxiden, Carbiden, Nitriden, Oxicarbiden, Oxinitriden und Oxicarbonotriden ausgewählt ist.
Die ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Biegefestigkeit zumindest 600 MPa beträgt.
Die ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Biegefestigkeit zumindest 700 MPa beträgt.
Die ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Biegefestigkeit zumindest 800 MPa beträgt.
Die ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Biegefestigkeit zumindest 900 MPa beträgt.
Die ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Biegefestigkeit zumindest 1000 MPa beträgt.
Ein ESD-dissipatives Komponententeil hergestellt aus einer Keramik nach Anspruch 1, wobei die Komponente weniges als 600 Partikel/cm2 im Partikelerzeugungstest hat und wobei die Komponente ein Ra von weniger als 3000 Å hat.
Das ESD-dissipative Komponententeil nach Anspruch 11, wobei die Farbe der Keramik hell ist.
Die ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Widerstandsmodifizierer ZnO in einer Menge von etwa 15 bis 40 Vol. % aufweist.
Die ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 13, wobei die Zusammensatzung einen L* Farbwert von zumindest 50 bei Verwendung der 1976 L*a*b*-Skala auf einem LKE-Kolorimeter hat.
Die ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Widerstandsmodifizierer SnO2 in einer Menge von etwa 10 bis 50 Vol. % aufweist.
Die ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 15, wobei die Zusammensatzung einen L* Farbwert von zumindest 50 bei Verwendung der 1976 L*a*b*-Skala auf einem LKE-Kolorimeter hat.
Die ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Volumenwiderstand im Bereich von 106 bis 109 Ohm-cm liegt.
ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Komposition in der Form einer Komponente ist und die Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus MR-(Magneto-Widerstands)Kopfsubstraten, Umsetzungswerkzeuge für Magnetkopfherstellung, Werkzeuge, Vorrichtungen und Behälter für HGA (Kopf-Kardan-Aufhängung), HSA (Kopfstapelanordnung), HDD (Festplattenantrieb) Anordnung, Werkzeuge, Vorrichtungen und Behälter für Waferhandhabung, Bearbeitung und Reinigung, Werkzeuge, Vorrichtungen und Behälter zum Drahtbonden, Trimmen, Schneiden, Aufnehm- und Platzierdüsen für die Chiphandhabung, Düsen zum Haftvermittler- und Lötspenden, Waferhandhabungsvorrichtungen, Endeffektoren, Unterderuckhaltevorrichtungen, IC-Handhabungs- und -Testvorrichtungen, Werkzeuge, Vorrichtungen und Behälter für ESD-empfindliche Bauteile, Montagevorrichtungen für ICs und Magnetköpfe, Pinzetten, Schraubendreher, Scheren, Klingen, Teile von Roboterfingern, Werkzeuge, Vorrichtungen und Behälter für elektrooptische Beschichtungsprozesse, Werkzeuge, Vorrichtungen und Behälter für Retikel (Fotomasken).
Die ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die ESD-dissipative Keramikzusammensetzung die folgende physikalische Eigenschaft hat: eine Restflußdichte von nicht mehr als 10 Gauss.
Die Nichtmagnetische ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Widerstandsmodifizierer eine molare magnetische Suszeptibilität von weniger als 10–3 ml/mol hat.
Die Nichtmagnetische ESD-dissipative Keramikzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Widerstandsmodifizierer aus der Gruppe bestehend aus ZnO, SnO2 und Mischungen davon ausgewählt ist.