JP2001073004A

JP2001073004A - 鋳込み成形型

Info

Publication number: JP2001073004A
Application number: JP24536999A
Authority: JP
Inventors: Yuji Takatsuka; 裕二高塚; Takayuki Abe; 能之阿部; Shoji Takanashi; 昌二高梨; Koji Kurihara; 好治栗原
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2001-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】（１）１ｍ以上の長さをもつ、（２）寸法精
度が良い焼結体を製造することが可能な鋳込み成形型を
提供する。【解決手段】スラリーを鋳込む鋳込み口と鋳込み成形
型内の圧力を制御する圧力制御手段とを備え、多孔質体
からなる鋳込み成形型において、該多孔質体は、基材、
および該基材上に形成された表面層からなり、該基材が
複数の金属多孔質体の接合体であり、該表面層がプラス
チック多孔質体である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳込み成形で得た
セラミックス成形体を焼結して、セラミックス焼結体を
製造する際に、該鋳込み成形法で用いる鋳込み成形型に
関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックス焼結体は、例えば、（１）
太陽電池や液晶表示素子などに用いられる透明導電膜、
（２）半導体メモリのキャパシタやコンデンサ、ＰＤＰ
の放電電極の保護膜などに用いられる高・強誘電体膜な
どをスパッタリング法で製造する際のターゲットに用い
られる。

【０００３】このセラミックス焼結体は、次の製造法で
製造されている。すなわち、原料であるセラミックス粉
末をボールミルや媒体攪拌ミルで粉砕・混合し、得られ
た混合粉をスプレードライヤーなどによって造粒する。
その後、（１）（ａ）金型成形、（ｂ）冷間静水圧プレ
ス（ＣＩＰ）などで造粒粉を成形し、この成形体を焼結
炉で焼結する、いわゆる常圧焼結法や、（２）ホットプ
レスなどで造粒粉を加圧・焼結する加圧焼結法によって
製造されている。

【０００４】ところで、近年、太陽電池や液晶表示素子
の大型化、半導体のＳｉウェハーの大口径化に伴ってス
パッタリングターゲットも大型化した。具体的には、７
００ｍｍ角の酸化錫添加酸化インジウム（ＩＴＯ）ター
ゲット、ガリウム添加酸化亜鉛（ＧＺＯ）ターゲット、
アルミニウム添加酸化亜鉛（ＡＺＯ）ターゲットや、直
径３５０ｍｍ（円板状）のストロンチウム添加チタン酸
バリウムターゲットなどが開発されている。

【０００５】最近では、８００ｍｍ角程度の大型ターゲ
ットが要求され、特に太陽電池や液晶表示素子などが一
層大型化する傾向にあり、１ｍ以上の長さをもつターゲ
ットが要求されるようになっている。

【０００６】しかるに、上記のような大型ターゲットと
なるセラミックス焼結体を製造するには、上記金型成形
法、冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）法および加圧焼結法
は、次の理由で適当でない。

【０００７】（１）８００ｍｍ角の大型ターゲットを金
型成形法で製造するには、５００ｋｇｆ／ｃｍ²の面圧
が必要で、このためには能力３２００トンの金型プレス
が必要となってしまう。

【０００８】（２）冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）法でも
大型の装置が必要である。

【０００９】（３）加圧焼結法は用いる焼結装置が高価
となる。

【００１０】このため、上記方法を用いて製造した小型
焼結体を複数張り合わせたターゲット（分割ターゲッ
ト）が使用されていた。しかし、この分割ターゲットで
は次の問題があった。

【００１１】（１）スパッタリングで生じるゴミが分割
部に溜まり、スパッタ膜表面に再付着して、ピンホール
発生の原因となる。

【００１２】（２）分割部周囲にノジュールと呼ばれる
黒色異物が発生して、成膜速度を低下させる。また、ス
パッタ膜の光透過率の低下、電気抵抗の増加や、異常放
電を起こしてピンホールが発生する。

【００１３】このような問題を解決するものとして、圧
力鋳込み成形法が知られている（特公平６−６５９号公
報、特開平９−１８８５６４号公報参照）。圧力鋳込み
成形法は、原料セラミックス粉末、バインダー、分散
剤、および分散媒体を含むスラリーを鋳込み成形型に圧
力を掛けて注入・成形する方法である。この鋳込み成形
型は、上記スラリーを鋳込む鋳込み口と鋳込み成形型内
の圧力を制御する圧力制御手段とを備え、石膏や多孔質
プラスチックからなる（特公昭５６−１４４５１号公報
参照）。なお、鋳込み後にスラリー中の媒体を吸引して
取り除いたり、成形体を成形型から取り出す（脱型）た
めに空気を導入して成形体と成形型との間に空気圧をか
けたりするが、上記圧力制御手段はこれら流体の動きを
調整する。このような圧力鋳込み成形法で得た成形体を
焼結することにより、セラミックス焼結体を製造する。

【００１４】ただし、上記圧力鋳込み成形法で石膏型を
用いると、（１）成型体表面にＣａが染み出して該表面
を汚染する、（２）大きな焼結体の脱型が難しいという
問題があり、多孔質プラスチックの鋳込み成形型を用い
るのが一般的である。この圧力鋳込み成形法を用いるこ
とで、前記金型成形法や冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）法
のような成形法よりも大型かつ高密度のターゲットが製
造できるようになった。

【００１５】しかるに、圧力鋳込み成形法を用いて１ｍ
以上の長さをもつ焼結体を製造しようとすると、鋳込み
成形の際に使用する多孔質プラスチック型もより大型に
なる。例えば１ｍ角程度の焼結体の製造では内寸法で
１．２ｍ角程度の型が必要になる。しかしながら、この
ような大型の多孔質プラスチック型は、圧縮強度などの
強度や靱性などが不足し、寸法精度の良い成形体を作る
ことができない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、
（１）１ｍ以上の長さをもつ、（２）寸法精度が良い焼
結体を製造することが可能な鋳込み成形型を提供するこ
とを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の鋳込み成形型は、スラリーを鋳込む鋳込み口
と鋳込み成形型内の圧力を制御する圧力制御手段とを備
え、多孔質体からなる鋳込み成形型において、該多孔質
体は、基材、および該基材上に形成された表面層からな
り、該基材が複数の金属多孔質体の接合体であり、該表
面層がプラスチック多孔質体である。

【００１８】金属多孔質体は、焼結体などであり、材質
がステンレス、チタンおよびチタン基合金、並びにニッ
ケルおよびニッケル基合金が好ましい。また、真密度に
対する相対密度（以下、単に「相対密度」という）が６
０〜８５％であるのが好ましく、平均空孔径が５０μｍ
以上であるのが好ましい。

【００１９】接合体は、複数の金属多孔質体を溶接して
得ることができる。

【００２０】表面層は、平均空孔径が１〜２０μｍであ
るのが好ましい。また、厚さが５〜１５ｍｍであるのが
好ましく、７〜１０ｍｍであるのがより好ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の鋳込み成形型において基
材の材質は、鋳込み成形に用いるスラリーは酸性を示す
ことがあるので、このようなスラリーに対して腐食しに
くいステンレス、チタンおよびチタン基合金、並びにニ
ッケルおよびニッケル基合金が好ましい。

【００２２】鋳込み後に吸引して取り除くスラリー中の
媒体や、成形体を取り出すために成形体と鋳込み成形型
との間に空気圧をかける空気などの流体が動きやすいよ
うに、基材は多孔質体である必要がある。基材である金
属多孔質体は、相対密度が６０〜８５％であるのが好ま
しく、また、平均空孔径が５０μｍ以上であるのが好ま
しい。相対密度が６０％未満では、鋳込み成形型の圧縮
強度などの強度が不足して、寸法精度の良い高密度の焼
結体を製造することができない。一方、相対密度が８５
％を超える多孔質体や、平均空孔径が５０μｍ以下の多
孔質体では、該多孔質体の上記作用が希薄になる。な
お、このような金属多孔質体は、金属フィルター製品と
して市販されてもいる。

【００２３】比較的小型の焼結体を作成した後、公知の
溶接法でこの焼結体を複数つなぎ合わせることにより、
成形体の内寸法が１．２ｍ以上になる大きさの基材を容
易に作製することができる。複数つなぎ合わせても、つ
なぎ合わせる前の個々の焼結体の圧縮強度などの強度や
靱性は活かされ、鋳込み成形用型材としての特性は失わ
れない。

【００２４】基材は以上の通りであるので、本発明の鋳
込み成形型は、大型で高密度で傷のつきにくい焼結体を
製造することができる。

【００２５】プラスチック多孔質体は、公知のものが使
用でき、例えばフェノール樹脂系の多孔質プラスチック
を用いることができる。プラスチック多孔質体の平均空
孔径は、１〜２０μｍが好ましく、１〜１０μｍがより
好ましい。平均空孔径が１μｍ未満では、鋳込み成形後
の媒体や空気などの流体の通り道が塞がって該流体の吸
引や取り出しが困難になる。一方、２０μｍを超える
と、スラリー中の原料セラミックス粉末が空孔中に浸入
して、成形体に傷が生じやすくなったり成形体の脱型性
が低下する。

【００２６】プラスチック多孔質体表面層は、厚さが５
〜１５ｍｍであるのが好ましく、７〜１０ｍｍであるの
がより好ましい。厚さが１５ｍｍを超えると、上記流体
の通り道が塞がりやすくなる。また、鋳込み成形型の寸
法精度を所望のものにするために該成形型の後加工を行
うが、厚さが５ｍｍ未満では、該後加工によってプラス
チック多孔質体表面層が一部消失してしまうおそれがあ
る。

【００２７】プラスチック多孔質体は以上の通りである
ので、本発明の鋳込み成形型は、寸法精度の良い、かつ
表面が不純物で汚染されない焼結体を製造することがで
きる。

【００２８】

【実施例】［実施例１］図１は、本発明の一例である実
施例１の鋳込み成形型の上型の中央部を垂直断面で切断
した正面図である。図２は図１の鋳込み成形型の下型の
図１と同様の正面図、図３は図１の上型の基材の平面
図、および図４は図２の下型の基材の平面図である。な
お、図１および図２は、図３および図４を拡大した図で
あるが、縦方向と横方向とで縮尺が違う。

【００２９】粒子が球状で粒径が１００〜５００μｍの
ＳＵＳ３１６粉末にＰＯＭ系バインダーを２重量％入
れ、０．５トン／ｃｍ²の圧力でプレス成形を行って、
成形体を２４個作成した。

【００３０】次に、真空度０．１３〜１．３Ｐａ、焼結
温度１０００〜１２００℃、焼結時間１時間の焼結条件
で、これらの成形体を焼結した。そして、いずれの焼結
体も、平均空孔径が８０μｍ、相対密度が７５％の多孔
質であった。焼結体の大きさおよび個数は次の通りであ
る。

【００３１】（１）焼結体１１：６１０ｍｍ×１５０ｍ
ｍ×８０ｍｍ、４個（２）焼結体１２：７５０ｍｍ×１５０ｍｍ×８０ｍ
ｍ、４個（３）焼結体１３ａ、１３ｂ：６００ｍｍ×３０５ｍｍ
×７０ｍｍ、１６個これらの焼結体を溶接により図３のようにつなぎ合わせ
て鋳込み成形型の上型基材１０ａとし、同様の溶接によ
り図４のようにつなぎ合わせて鋳込み成形型の下型基材
１０ｂとした。なお、上型と下型とを合わせて鋳込み成
形型を組み立てる際に便利なように、下型基材１０ｂの
周囲に外寸１５００ｍｍ角、１５ｍｍ厚さのステンレス
板３０を溶接により取り付けた。

【００３２】上記上型基材１０ａおよび下型基材１０ｂ
の内側表面上にフェノール樹脂系の多孔質プラスチック
を塗布して厚み１０ｍｍの表面層２０ａ、２０ｂを形成
した。表面層の平均空孔径は１〜１０μｍ程度であっ
た。

【００３３】表面層を形成した上型および下型の内面を
表面加工して、１２００ｍｍ×１１８０ｍｍ×１０ｍｍ
の成形体が得られるようにした。さらに、脱型しやすく
するため、鋳込み成形型の内部を形成する４側面（８個
の焼結体１１、１２の面）を垂直方向に対して４度傾く
ように面削加工を行った。

【００３４】鋳込み成形型内部の加圧および減圧を可能
にするため、上型および下型の外面に露出している焼結
体個々のつなぎ目をエポキシ系樹脂で目張りするととも
に、空気導入・型内排気を兼用できる管を取り付けた。

【００３５】鋳込み成形型の内部に同時に同じ注入圧力
でスラリーを導入することを可能にするため、該内部を
形成する４面の中心に各面１個の鋳込み口を設けた。

【００３６】このようにして作製した高圧鋳込み成形型
を大型のプレスに固定して、ＩＴＯ焼結体の製造試験を
行った。

【００３７】酸化インジウム粉末（４４０００ｇ）、酸
化錫（４８８９ｇ）、ポリカルボン酸系分散剤（固形分
４０重量％）、アクリルエマルジョン系バインダー（２
４４４ｇ、固形分４０重量％）、水を調合して高速媒体
攪拌ミルで混合粉砕し、濃度８０重量％のスラリーを作
成した。

【００３８】得られたスラリーを真空脱泡した後、上記
高圧鋳込み成形型を用い、圧力２０ｋｇ／ｃｍ²で鋳込
み成形を行った。

【００３９】鋳込み成形完了後、鋳込み成形型に０．２
ｋｇ／ｃｍ²の空気圧をかけて上型を上昇させ、鋳込み
成形型から成形体を取り出した。

【００４０】この成形体を乾燥した後、寸法と重量を測
定して成型体の寸法精度と相対密度を算出した。寸法は
１２００ｍｍ×１１８０ｍｍ×１０ｍｍ、寸法精度は±
０．１ｍｍ、相対密度は５１％であった。

【００４１】この成形体を６００℃で脱バインダー処理
した後、焼結温度１５００℃、焼結時間１５時間の焼結
条件で焼結してＩＴＯ焼結体を得た。この焼結体を表面
研削して９５０ｍｍ×９３０ｍｍ×７ｍｍのターゲット
を作成した。このターゲットの相対密度は９９．２％で
あった。

【００４２】［比較例１］フェノール樹脂系プラスチッ
ク製の上型および下型からなる鋳込み成形型を作成した
以外は、実施例１と同様に試験した。

【００４３】その結果、得られた成形体は、０．５ｍｍ
程度凹状に反った反りが脱型直後に発生した。これは、
用いるプラスチック製鋳込み成形型を大型のプレスに固
定する際に該成形型が下に凸に変形したためと考えられ
る。

【００４４】このように反りが発生した成形体は、乾燥
中や焼結中にクラックが入って割れやすい。また、割れ
ずに焼結できたとしても、反りを修正（研削）するため
ターゲットの厚みが減少するという問題点をもってい
る。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の鋳込み成
形型によれば、（１）１ｍ以上の長さをもつ、（２）寸
法精度が良い、（３）高密度である、（４）表面が不純
物で汚染されない、（５）傷のつきにくい焼結体を製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例である鋳込み成形型の上型の中央
部を垂直断面で切断した正面図である。

【図２】図１の鋳込み成形型の下型の図１と同様の正面
図である。

【図３】図１の上型の基材の平面図である。

【図４】図２の下型の基材の平面図である。

【符号の説明】

１０ａ、１０ｂ基材１１、１２、１３ａ、１３ｂ焼結体２０ａ、２０ｂ表面層３０ステンレス板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高梨昌二千葉県市川市中国分３−18−５住友金属鉱山株式会社中央研究所内 (72)発明者栗原好治千葉県市川市中国分３−18−５住友金属鉱山株式会社中央研究所内Ｆターム(参考） 4K018 AA06 AA07 AA33 CA02 CA14 CA19 CA33 CA34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スラリーを鋳込む鋳込み口と鋳込み成形
型内の圧力を制御する圧力制御手段とを備え、多孔質体
からなる鋳込み成形型において、該多孔質体は、基材、
および該基材上に形成された表面層からなり、該基材が
複数の金属多孔質体の接合体であり、該表面層がプラス
チック多孔質体である鋳込み成形型。
【請求項２】金属多孔質体は焼結体である請求項１に
記載の鋳込み成形型。
【請求項３】金属多孔質体は、材質がステンレス、チ
タンもしくはチタン基合金、またはニッケルもしくはニ
ッケル基合金である請求項１または２に記載の鋳込み成
形型。
【請求項４】金属多孔質体は、相対密度が６０〜８５
％である請求項１、２または３に記載の鋳込み成形型。
【請求項５】金属多孔質体は、平均空孔径が５０μｍ
以上である請求項１〜４のいずれかに記載の鋳込み成形
型。
【請求項６】接合体は、複数の金属多孔質体を溶接し
て得られる請求項１に記載の鋳込み成形型。
【請求項７】表面層は、平均空孔径が１〜２０μｍで
ある請求項１に記載の鋳込み成形型。
【請求項８】表面層は、厚さが５〜１５ｍｍである請
求項１または７に記載の鋳込み成形型。
【請求項９】表面層は、厚さが７〜１０ｍｍである請
求項１、７または８に記載の鋳込み成形型。