JP2002173366A - コーディエライト系セラミックス材料 - Google Patents
コーディエライト系セラミックス材料Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 コーディエライト系セラミック材料に於いて
室温近傍で熱膨張係数を０とし、コーディエライト系セ
ラミック材の剛性率をさらに向上させ、緻密で高面性状
を有する均一黒色化を達成する。 【解決手段】 コーディエライト結晶相を有するコーデ
ィエライト粉末を主成分に、IIａ、IIIｂ、IVｂ族の金
属酸化物のうち少なくとも一種を１８．０質量％以下含
有せしめ、且つ、前記酸化物をコーディエライト結晶粒
界に存在または一部固溶させた。さらに、焼結助剤成分
としてＴｉＯｘ（Ｘ≦２．０）を５．０質量％以下を単
独、或いは、IIａ、IIIｂ、IVｂ族の金属酸化物のうち
少なくとも一種を１８．０質量％以下添加した。
室温近傍で熱膨張係数を０とし、コーディエライト系セ
ラミック材の剛性率をさらに向上させ、緻密で高面性状
を有する均一黒色化を達成する。 【解決手段】 コーディエライト結晶相を有するコーデ
ィエライト粉末を主成分に、IIａ、IIIｂ、IVｂ族の金
属酸化物のうち少なくとも一種を１８．０質量％以下含
有せしめ、且つ、前記酸化物をコーディエライト結晶粒
界に存在または一部固溶させた。さらに、焼結助剤成分
としてＴｉＯｘ（Ｘ≦２．０）を５．０質量％以下を単
独、或いは、IIａ、IIIｂ、IVｂ族の金属酸化物のうち
少なくとも一種を１８．０質量％以下添加した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超精密加工用治
具、超精密加工機器部材、測定機器用部材等に好適に使
用でき常温近傍で低熱膨張性を示すコーディエライト系
セラミックス材料に関する。
具、超精密加工機器部材、測定機器用部材等に好適に使
用でき常温近傍で低熱膨張性を示すコーディエライト系
セラミックス材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、超精密加工分野に於いては高い精
度が要求されるようになり、その超精密加工用治具、超
精密加工機器用部材や測定機器用部材には温度変化に伴
う寸法変化抑制、高剛性、耐摩耗性の観点から、炭化珪
素や窒化珪素等の比較的熱膨張が小さく、熱伝導率の高
い材料が主流となっている。ところが、これらの材料の
熱的特性では更なる超精密性を要求される治具、機器、
測定器部材としての利用は難しい。
度が要求されるようになり、その超精密加工用治具、超
精密加工機器用部材や測定機器用部材には温度変化に伴
う寸法変化抑制、高剛性、耐摩耗性の観点から、炭化珪
素や窒化珪素等の比較的熱膨張が小さく、熱伝導率の高
い材料が主流となっている。ところが、これらの材料の
熱的特性では更なる超精密性を要求される治具、機器、
測定器部材としての利用は難しい。
【０００３】そこで、より低熱膨張特性を有する材料が
求められるようになり、その意味から、それ自体が低熱
膨張材料であるコーディエライト材料が注目されるよう
になり、例えば、特開平１−１９１４２２号公報、特公
平６−９７６７５号公報にはこのコーディエライト材料
を静電チャック用基板として使用することが提案されて
いる。
求められるようになり、その意味から、それ自体が低熱
膨張材料であるコーディエライト材料が注目されるよう
になり、例えば、特開平１−１９１４２２号公報、特公
平６−９７６７５号公報にはこのコーディエライト材料
を静電チャック用基板として使用することが提案されて
いる。
【０００４】このコーディエライト材料を精密加工時の
治具等への適用を目的とするためには材料自体の剛性率
が低く、その剛性を高めるため、低熱膨張特性を維持し
つつ他の特性を付加した複合材料が提案されている。例
えば、特開平１１−７９８３０号公報には、高剛性率を
得るために窒化珪素、炭化珪素、酸窒化珪素を１０〜７
０質量％配合し、さらにイットリアあるいは希土類金属
の酸化物を添加することによって剛性率が１５０ＧＰａ
以上のコーディエライト系材料が得られることが開示さ
れている。
治具等への適用を目的とするためには材料自体の剛性率
が低く、その剛性を高めるため、低熱膨張特性を維持し
つつ他の特性を付加した複合材料が提案されている。例
えば、特開平１１−７９８３０号公報には、高剛性率を
得るために窒化珪素、炭化珪素、酸窒化珪素を１０〜７
０質量％配合し、さらにイットリアあるいは希土類金属
の酸化物を添加することによって剛性率が１５０ＧＰａ
以上のコーディエライト系材料が得られることが開示さ
れている。
【０００５】また、特開平１１−２５５５５７号公報に
は、コーディエライト結晶の化学量論組成比よりもＡｌ
２Ｏ３とＭｇＯを結晶相に過剰に固溶させ、更には希土
類酸化物と窒化珪素、炭化珪素、酸窒化珪素を含有させ
ることにより１７０ＧＰa以上の剛性率を有するコーデ
ィエライト系材料が得られることが開示されている。
は、コーディエライト結晶の化学量論組成比よりもＡｌ
２Ｏ３とＭｇＯを結晶相に過剰に固溶させ、更には希土
類酸化物と窒化珪素、炭化珪素、酸窒化珪素を含有させ
ることにより１７０ＧＰa以上の剛性率を有するコーデ
ィエライト系材料が得られることが開示されている。
【０００６】また、特開平１１−２０９１７１号公報に
は、希土類金属の酸化物を１〜２０質量％含有せしめる
ことによってボイドの少ないコーディエライト系材料を
得ることが開示されている。
は、希土類金属の酸化物を１〜２０質量％含有せしめる
ことによってボイドの少ないコーディエライト系材料を
得ることが開示されている。
【０００７】さらには、特開平１１−３４３１６８号公
報には、希土類金属の酸化物を添加したコーディエライ
トをカーボン雰囲気下で焼成して、カーボンを０．１〜
２．０質量％含有せしめたステージ位置測定ミラーなど
の半導体製造装置用部品に適した黒色コーディエライト
系材料が示されている。
報には、希土類金属の酸化物を添加したコーディエライ
トをカーボン雰囲気下で焼成して、カーボンを０．１〜
２．０質量％含有せしめたステージ位置測定ミラーなど
の半導体製造装置用部品に適した黒色コーディエライト
系材料が示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】一般のコーディエライ
ト材料は、常温近傍に於いては負の熱膨張特性を有して
いることから、常温で使用される測定機器用部材等に使
用する場合等には精度維持の観点から望ましくない。ま
た、超精密加工用治具、超精密加工機器用部材では外部
応力による変形が極力制御されることが望ましいことか
ら、使用される温度で熱膨張が少なく剛性率の高い材料
が望ましい。
ト材料は、常温近傍に於いては負の熱膨張特性を有して
いることから、常温で使用される測定機器用部材等に使
用する場合等には精度維持の観点から望ましくない。ま
た、超精密加工用治具、超精密加工機器用部材では外部
応力による変形が極力制御されることが望ましいことか
ら、使用される温度で熱膨張が少なく剛性率の高い材料
が望ましい。
【０００９】しかし、コーディエライト材料に剛性率を
付与すべく、比較的熱膨張の低い炭化珪素や窒化珪素等
を添加した場合には、添加物粒子とコーディエライト粒
子の熱膨張特性の差が大きく、焼成体の結晶粒界に熱膨
張特性の差異による微細亀裂が発生し、材料の破壊やソ
リ発生の恐れがある。また、この複合系材料は熱膨張が
大きく、常温近傍ではその低熱膨張特性を維持できない
欠点がある他、コーディエライト結晶が添加物により、
焼成時の粒界の移動に影響を受け、高密度化、緻密化が
難しく材料内部に気孔が存在するものしか得られない。
一方、添加物の量が少量の場合には比較的緻密な材料が
得られるものの、コーディエライト材料の剛性率向上に
はさほど効果はなく、熱膨張特性に悪影響を与えること
となる。また、反射鏡等に使用される部材は、機能上高
品位の表面平滑性が要求されることから残存気孔が多
い、また母相と分散相（硬質）に加工段差が生じ易い硬
質添加物を分散した複合系コーディエライト材料は使用
できない。
付与すべく、比較的熱膨張の低い炭化珪素や窒化珪素等
を添加した場合には、添加物粒子とコーディエライト粒
子の熱膨張特性の差が大きく、焼成体の結晶粒界に熱膨
張特性の差異による微細亀裂が発生し、材料の破壊やソ
リ発生の恐れがある。また、この複合系材料は熱膨張が
大きく、常温近傍ではその低熱膨張特性を維持できない
欠点がある他、コーディエライト結晶が添加物により、
焼成時の粒界の移動に影響を受け、高密度化、緻密化が
難しく材料内部に気孔が存在するものしか得られない。
一方、添加物の量が少量の場合には比較的緻密な材料が
得られるものの、コーディエライト材料の剛性率向上に
はさほど効果はなく、熱膨張特性に悪影響を与えること
となる。また、反射鏡等に使用される部材は、機能上高
品位の表面平滑性が要求されることから残存気孔が多
い、また母相と分散相（硬質）に加工段差が生じ易い硬
質添加物を分散した複合系コーディエライト材料は使用
できない。
【００１０】また、コーディエライト結晶相と整合性の
高いＡｌ２Ｏ3やＭｇＯを過剰に固溶させ、剛性率を向
上させる場合に於いては、大型部材等の焼成時には材料
内外で固溶反応の不充分な部分、更には冷却速度に差が
生じ、コーディエライト結晶中での固溶量に差が生じる
ことになる。その結果、コーディエライト結晶の格子定
数に差が生じ、更には粒界への析出量にも差が生じるこ
とになり材料の部分的な熱膨張特性や剛性率に相違を生
むことになる。
高いＡｌ２Ｏ3やＭｇＯを過剰に固溶させ、剛性率を向
上させる場合に於いては、大型部材等の焼成時には材料
内外で固溶反応の不充分な部分、更には冷却速度に差が
生じ、コーディエライト結晶中での固溶量に差が生じる
ことになる。その結果、コーディエライト結晶の格子定
数に差が生じ、更には粒界への析出量にも差が生じるこ
とになり材料の部分的な熱膨張特性や剛性率に相違を生
むことになる。
【００１１】また、反射鏡等に於いては遮光性が要求さ
れることから、黒色の材料が望ましい。コーディエライ
ト材料の黒色化については、前述のとおりカーボン雰囲
気もしくはカーボン添加の報告がなされているが、カー
ボン雰囲気での焼成過程では材料外部の緻密化進行が早
く、材料内部にまで炭化が進行しないため結果的に材料
内外で均一な黒色化は望めない。また、カーボンを分散
添加した場合ではコーディエライト材料中のカーボンが
欠陥となり材料強度、剛性率を低下させてしまうことや
面性状の良い材料も得られない。
れることから、黒色の材料が望ましい。コーディエライ
ト材料の黒色化については、前述のとおりカーボン雰囲
気もしくはカーボン添加の報告がなされているが、カー
ボン雰囲気での焼成過程では材料外部の緻密化進行が早
く、材料内部にまで炭化が進行しないため結果的に材料
内外で均一な黒色化は望めない。また、カーボンを分散
添加した場合ではコーディエライト材料中のカーボンが
欠陥となり材料強度、剛性率を低下させてしまうことや
面性状の良い材料も得られない。
【００１２】本願発明が解決しようとする課題は、それ
自体が低熱膨張材料であるコーディエライト系セラミッ
クス材料に於ける常温近傍の熱膨張係数を０に制御する
ことである。
自体が低熱膨張材料であるコーディエライト系セラミッ
クス材料に於ける常温近傍の熱膨張係数を０に制御する
ことである。
【００１３】また、他の課題は、それ自体が低熱膨張材
料であるコーディエライト系セラミックス材料の熱膨張
特性に影響を与えることなく、緻密化を達成することに
ある。
料であるコーディエライト系セラミックス材料の熱膨張
特性に影響を与えることなく、緻密化を達成することに
ある。
【００１４】さらに、他の課題は、それ自体が低熱膨張
材料であるコーディエライト系セラミックス材料の熱膨
張特性に影響を与えることなく、剛性率を向上させるこ
とにある。
材料であるコーディエライト系セラミックス材料の熱膨
張特性に影響を与えることなく、剛性率を向上させるこ
とにある。
【００１５】またさらに、他の課題は、それ自体が低熱
膨張材料であるコーディエライト系セラミックス材料の
熱膨張特性に影響を与えることなく、色ムラのない均一
な黒色化を達成することにある。
膨張材料であるコーディエライト系セラミックス材料の
熱膨張特性に影響を与えることなく、色ムラのない均一
な黒色化を達成することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前記第１の課題は、コー
ディエライト材料に、IIa、IIIb、IVb族の金属酸化物の
うち少なくとも一種を含有せしめ、且つ、前記金属酸化
物をコーディエライト結晶粒界に存在もしくは一部固溶
せしめたことによって解決した。このコーディエライト
系セラミックス材料は熱膨張係数０の温度を基準とする
±１０．０℃に於いて、±１．５×１０−７℃−１の熱
膨張係数を有する。
ディエライト材料に、IIa、IIIb、IVb族の金属酸化物の
うち少なくとも一種を含有せしめ、且つ、前記金属酸化
物をコーディエライト結晶粒界に存在もしくは一部固溶
せしめたことによって解決した。このコーディエライト
系セラミックス材料は熱膨張係数０の温度を基準とする
±１０．０℃に於いて、±１．５×１０−７℃−１の熱
膨張係数を有する。
【００１７】本発明に使用されるコーディエライト原料
は、一般に市販される合成コーディエライト粉末を用い
ることができるが、粘土質を含む合成粉末の場合にはコ
ーディエライト主三成分の組成安定性が悪い上、Ｆｅ２
Ｏ３やＣａＯ等の不純物を多く含んでおり、常温近傍の
熱膨張制御を安定させ難い。従って本発明のように常温
近傍での熱膨張係数０及び緻密な材料を得るためには主
三成分であるＡｌ２Ｏ ３、ＭｇＯ、ＳｉＯ2のモル比を
２：２：５の±０．５質量％、望ましくは±０．２質量
％の公差内に納める必要があり、且つ、それ以外の不純
物含有量は０．２質量％以下とするのが望ましい。かか
るコーディエライト系セラミックス材料としては、平均
粒径が粗粒である場合でも粉砕混合法を用いて、２．０
μm以下の粉末とすることで良好な焼結性が得られる。
は、一般に市販される合成コーディエライト粉末を用い
ることができるが、粘土質を含む合成粉末の場合にはコ
ーディエライト主三成分の組成安定性が悪い上、Ｆｅ２
Ｏ３やＣａＯ等の不純物を多く含んでおり、常温近傍の
熱膨張制御を安定させ難い。従って本発明のように常温
近傍での熱膨張係数０及び緻密な材料を得るためには主
三成分であるＡｌ２Ｏ ３、ＭｇＯ、ＳｉＯ2のモル比を
２：２：５の±０．５質量％、望ましくは±０．２質量
％の公差内に納める必要があり、且つ、それ以外の不純
物含有量は０．２質量％以下とするのが望ましい。かか
るコーディエライト系セラミックス材料としては、平均
粒径が粗粒である場合でも粉砕混合法を用いて、２．０
μm以下の粉末とすることで良好な焼結性が得られる。
【００１８】コーディエライトを構成するコーディエラ
イト結晶相自体は、常温近傍の熱膨張係数は負の状態で
あるが、IIa、IIIb、IVb族の金属酸化物のうち少なくと
も一種を添加することにより、これら添加物がコーディ
エライト粒界に存在もしくは一部固溶して存在し、負の
熱膨張を打ち消すことになり、常温近傍の熱膨張係数
０、更にはその温度を基準とする±１０．０℃に於い
て、±１．５×１０−７℃ −１の熱膨張係数に調節可能
となる。
イト結晶相自体は、常温近傍の熱膨張係数は負の状態で
あるが、IIa、IIIb、IVb族の金属酸化物のうち少なくと
も一種を添加することにより、これら添加物がコーディ
エライト粒界に存在もしくは一部固溶して存在し、負の
熱膨張を打ち消すことになり、常温近傍の熱膨張係数
０、更にはその温度を基準とする±１０．０℃に於い
て、±１．５×１０−７℃ −１の熱膨張係数に調節可能
となる。
【００１９】熱膨張係数制御のための添加物としてはコ
ーディエライト結晶相との整合性の点からIIa、IIIb、I
Vb族の金属酸化物が望ましく、コーディエライトに対し
て１８．０質量％以下が必要であり、特にＡｌ、Ｍｇ、
Ｓｉの酸化物が望ましい。また、焼成条件としてはコー
ディエライト結晶と添加物との固溶反応を抑制するた
め、低温、短時間での焼成を行うことが望ましい。
ーディエライト結晶相との整合性の点からIIa、IIIb、I
Vb族の金属酸化物が望ましく、コーディエライトに対し
て１８．０質量％以下が必要であり、特にＡｌ、Ｍｇ、
Ｓｉの酸化物が望ましい。また、焼成条件としてはコー
ディエライト結晶と添加物との固溶反応を抑制するた
め、低温、短時間での焼成を行うことが望ましい。
【００２０】本発明の低熱膨張材料は、合成コーディエ
ライト粉末を平均粒子径で２．０μm以下まで粉砕する
と同時に、IIa、IIIb、IVb族の金属酸化物のうち少なく
とも一種を所定量添加混合し、混合用メディアをジルコ
ニアボールとし、ボールミルやビーズミル等を用い充分
に粉砕混合し所定形状に成形後真空や大気、または不活
性ガス中にて脱ワックス処理を行なう。焼成は脱ワック
スされた成形体を真空中、または絶対値２００KＰa以下
の不活性加圧ガス雰囲気中で１２００℃〜１４５０℃、
特に１３００℃〜１４２０℃の温度範囲で焼成し、さら
に必要で有れば不活性高圧ガス中でＨＩＰ処理すること
によって得られる。
ライト粉末を平均粒子径で２．０μm以下まで粉砕する
と同時に、IIa、IIIb、IVb族の金属酸化物のうち少なく
とも一種を所定量添加混合し、混合用メディアをジルコ
ニアボールとし、ボールミルやビーズミル等を用い充分
に粉砕混合し所定形状に成形後真空や大気、または不活
性ガス中にて脱ワックス処理を行なう。焼成は脱ワック
スされた成形体を真空中、または絶対値２００KＰa以下
の不活性加圧ガス雰囲気中で１２００℃〜１４５０℃、
特に１３００℃〜１４２０℃の温度範囲で焼成し、さら
に必要で有れば不活性高圧ガス中でＨＩＰ処理すること
によって得られる。
【００２１】また、密度と剛性率の改善は、焼結助剤と
してＴｉＯx（Ｘ≦２．０）をコーディエライトに５．
０質量％以下添加することによって焼成時の粒界の拡散
速度を向上させることにより焼成温度を低下させ、焼成
温度範囲を大きく広げ、焼成後のＴｉの酸化物が結晶粒
界に整合性の高い形で存在し、結晶粒子も微細化するこ
とからコーディエライト結晶粒子間の結合力を強化し、
焼成物の剛性を高めることができる。より緻密化を行な
うためには、不活性高圧ガス中、１１００℃〜１３００
℃の温度にてＨＩＰ処理を行なう。これにより気孔率が
２．０％以下であり、剛性率１４０ＧＰa以上のコーデ
ィエライト系セラミックス材料が得られる。
してＴｉＯx（Ｘ≦２．０）をコーディエライトに５．
０質量％以下添加することによって焼成時の粒界の拡散
速度を向上させることにより焼成温度を低下させ、焼成
温度範囲を大きく広げ、焼成後のＴｉの酸化物が結晶粒
界に整合性の高い形で存在し、結晶粒子も微細化するこ
とからコーディエライト結晶粒子間の結合力を強化し、
焼成物の剛性を高めることができる。より緻密化を行な
うためには、不活性高圧ガス中、１１００℃〜１３００
℃の温度にてＨＩＰ処理を行なう。これにより気孔率が
２．０％以下であり、剛性率１４０ＧＰa以上のコーデ
ィエライト系セラミックス材料が得られる。
【００２２】この焼結助剤成分としてＴｉＯx（Ｘ≦
２．０）を５．０質量％以下添加することによるコーデ
ィエライト系セラミックス材料の相対密度と剛性率の改
善は、前記IIa、IIIb、IVb族の金属酸化物と併せて添加
することによる上記の低熱膨張特性の向上効果とが複合
され優れた特性を有するコーディエライト系セラミック
ス材料とすることができる。
２．０）を５．０質量％以下添加することによるコーデ
ィエライト系セラミックス材料の相対密度と剛性率の改
善は、前記IIa、IIIb、IVb族の金属酸化物と併せて添加
することによる上記の低熱膨張特性の向上効果とが複合
され優れた特性を有するコーディエライト系セラミック
ス材料とすることができる。
【００２３】さらに、本発明によるコーディエライト系
セラミックス材料の均一な黒色化は、前記ＴｉＯx（Ｘ
≦２．０）を５．０質量％以下添加したコーディエライ
ト成形体を真空中または不活性ガス雰囲気中で焼成する
ことによって、ＴｉＯx（Ｘ≦２．０）の酸素元素の一
部が還元され、一部炭化することから黒色化が進行し、
最終的には緻密で均一な黒色コーディエライト材料が得
られる。また、このＴｉの酸化物は、熱膨張調整のため
のIIa、IIIb、IVb族の金属酸化物のうち少なくとも一つ
と併せて適量添加することによって常温近傍での熱膨張
係数０の特性を阻害することなく焼成体の内外にわたっ
て均一な黒色が得られる。
セラミックス材料の均一な黒色化は、前記ＴｉＯx（Ｘ
≦２．０）を５．０質量％以下添加したコーディエライ
ト成形体を真空中または不活性ガス雰囲気中で焼成する
ことによって、ＴｉＯx（Ｘ≦２．０）の酸素元素の一
部が還元され、一部炭化することから黒色化が進行し、
最終的には緻密で均一な黒色コーディエライト材料が得
られる。また、このＴｉの酸化物は、熱膨張調整のため
のIIa、IIIb、IVb族の金属酸化物のうち少なくとも一つ
と併せて適量添加することによって常温近傍での熱膨張
係数０の特性を阻害することなく焼成体の内外にわたっ
て均一な黒色が得られる。
【００２４】この黒色化のための焼成用セッターとして
は、ＴｉＯx（Ｘ≦２．０）の酸素元素を吸収し、黒色
化を進行させる働きがあるカーボン材を用いることが望
ましい。アルミナるつぼ等の酸化物系セッターはＴｉＯ
x（Ｘ≦２．０）の還元作用が半減するため、黒色化に
は望ましくない。
は、ＴｉＯx（Ｘ≦２．０）の酸素元素を吸収し、黒色
化を進行させる働きがあるカーボン材を用いることが望
ましい。アルミナるつぼ等の酸化物系セッターはＴｉＯ
x（Ｘ≦２．０）の還元作用が半減するため、黒色化に
は望ましくない。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、実施例によって発明の実施
の形態を説明する。
の形態を説明する。
【００２６】市販の純度９９．５％以上、平均粒径５．
０μｍ程度の合成コーディエライト粉末に、以下の各実
施例に示すIIa、IIIb、IVb族の金属酸化物及びＴｉＯx
（Ｘ≦２．０）を添加し、平均粒径１．５〜２．５μｍ
に至るまで粉砕して得られた混合スラリーに適量のワッ
クス成分を加え、スプレードライヤーにて造粒粉末と
し、φ７０×１０ｍｍの形状に金型予備成形後、冷間水
圧プレスで１．０ｔｏｎの圧力にて成形した。この成形
体を真空雰囲気中にて脱脂処理し、アルゴンガス５０Ｋ
Ｐａの加圧雰囲気下で１３００℃〜１４２０℃の温度域
にて焼成したものを高圧アルゴンガス中、加熱中にてＨ
ＩＰ処理して以下の各焼成体の試料を得た。各試料の−
２０℃〜６０℃範囲の熱膨張特性及び超音波パルス法に
よる室温時の剛性率の測定を行った。
０μｍ程度の合成コーディエライト粉末に、以下の各実
施例に示すIIa、IIIb、IVb族の金属酸化物及びＴｉＯx
（Ｘ≦２．０）を添加し、平均粒径１．５〜２．５μｍ
に至るまで粉砕して得られた混合スラリーに適量のワッ
クス成分を加え、スプレードライヤーにて造粒粉末と
し、φ７０×１０ｍｍの形状に金型予備成形後、冷間水
圧プレスで１．０ｔｏｎの圧力にて成形した。この成形
体を真空雰囲気中にて脱脂処理し、アルゴンガス５０Ｋ
Ｐａの加圧雰囲気下で１３００℃〜１４２０℃の温度域
にて焼成したものを高圧アルゴンガス中、加熱中にてＨ
ＩＰ処理して以下の各焼成体の試料を得た。各試料の−
２０℃〜６０℃範囲の熱膨張特性及び超音波パルス法に
よる室温時の剛性率の測定を行った。
【００２７】実施例１
【表１】 IIa、IIIb、IVb族の金属酸化物として、ＭｇＯ、Ａｌ２
Ｏ３、ＳｉＯ２、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ
２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｔｌ２Ｏ３、ＧｅＯ２、ＳｎＯ２
をそれぞれ一種もしくは二種以上複合し、２．０〜１
８．０質量％添加させ、平均粒径１．５μｍの粉砕混合
粉末とし、成形後、表１に示す温度にて焼成し、更に不
活性高圧ガス中１１００℃にてＨＩＰ処理を行うことに
より得られた材料の調査結果を示す。表１記載の焼成温
度は、各試料に於いて最も高い相対密度が得られた温度
であり、この焼成温度よりも２０．０℃以上低い場合に
は９５．０％程度の相対密度しか得られず、逆に２０．
０℃以上高い焼成温度では試料に一部溶融部が確認され
た。相対密度９８．０％以上の緻密なコーディエライト
系セラミックス材料を得るためには、同表の焼成温度±
１０．０℃にて焼成することが望ましい。
Ｏ３、ＳｉＯ２、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ
２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｔｌ２Ｏ３、ＧｅＯ２、ＳｎＯ２
をそれぞれ一種もしくは二種以上複合し、２．０〜１
８．０質量％添加させ、平均粒径１．５μｍの粉砕混合
粉末とし、成形後、表１に示す温度にて焼成し、更に不
活性高圧ガス中１１００℃にてＨＩＰ処理を行うことに
より得られた材料の調査結果を示す。表１記載の焼成温
度は、各試料に於いて最も高い相対密度が得られた温度
であり、この焼成温度よりも２０．０℃以上低い場合に
は９５．０％程度の相対密度しか得られず、逆に２０．
０℃以上高い焼成温度では試料に一部溶融部が確認され
た。相対密度９８．０％以上の緻密なコーディエライト
系セラミックス材料を得るためには、同表の焼成温度±
１０．０℃にて焼成することが望ましい。
【００２８】同表の試料No.１〜３４のように、常温近
傍（ここでは−１０．０℃〜４０．０℃とする）に於い
て、Ｂ２Ｏ３で８．０質量％未満、ＭｇＯ、ＣａＯで１
０．０質量％未満、Ａｌ２Ｏ３、ＢｅＯ、ＳｒＯ、Ｂａ
Ｏで１３．０質量％未満、ＳｉＯ２、Ｇａ２Ｏ３、Ｔｌ
２Ｏ３、ＧｅＯ２で１５．０質量％未満、ＳｎＯ２で１
８．０質量％未満の金属酸化物添加により、常温近傍に
て熱膨張係数０であることが確認され、これらの添加量
に於いて熱膨張係数０の温度を基準とする±１０．０℃
に於ける熱膨張係数がいずれも±１．５×１０−７℃
−１であることが確認された。また二種以上の金属酸化
物の複合添加においても、試料No.３５〜４０のよう
に、一種の金属酸化物添加の場合と同様に熱膨張係数の
０制御が可能である。
傍（ここでは−１０．０℃〜４０．０℃とする）に於い
て、Ｂ２Ｏ３で８．０質量％未満、ＭｇＯ、ＣａＯで１
０．０質量％未満、Ａｌ２Ｏ３、ＢｅＯ、ＳｒＯ、Ｂａ
Ｏで１３．０質量％未満、ＳｉＯ２、Ｇａ２Ｏ３、Ｔｌ
２Ｏ３、ＧｅＯ２で１５．０質量％未満、ＳｎＯ２で１
８．０質量％未満の金属酸化物添加により、常温近傍に
て熱膨張係数０であることが確認され、これらの添加量
に於いて熱膨張係数０の温度を基準とする±１０．０℃
に於ける熱膨張係数がいずれも±１．５×１０−７℃
−１であることが確認された。また二種以上の金属酸化
物の複合添加においても、試料No.３５〜４０のよう
に、一種の金属酸化物添加の場合と同様に熱膨張係数の
０制御が可能である。
【００２９】なお、同表に示すように金属酸化物を上記
添加量以上に過剰に添加した場合には、熱膨張係数０に
なる温度が−１０．０℃よりも低くなり、±１０．０℃
に於ける熱膨張係数の範囲にも悪影響があることが確認
された。また二種以上の金属酸化物を添加した場合も、
無数の組み合わせが考えられるため定かではないが、少
なくとも金属酸化物の総添加量が１８．０質量％以上に
なると熱膨張係数０になる温度、±１０．０℃に於ける
熱膨張係数の範囲に悪影響があることが類推される。
添加量以上に過剰に添加した場合には、熱膨張係数０に
なる温度が−１０．０℃よりも低くなり、±１０．０℃
に於ける熱膨張係数の範囲にも悪影響があることが確認
された。また二種以上の金属酸化物を添加した場合も、
無数の組み合わせが考えられるため定かではないが、少
なくとも金属酸化物の総添加量が１８．０質量％以上に
なると熱膨張係数０になる温度、±１０．０℃に於ける
熱膨張係数の範囲に悪影響があることが類推される。
【００３０】実施例２
【表２】 表２は合成コーディエライト粉末の平均粒径及びＴｉＯ
ｘ（Ｘ≦２．０）を添加の有無による相対密度、色調、
剛性率への影響を見たものである。
ｘ（Ｘ≦２．０）を添加の有無による相対密度、色調、
剛性率への影響を見たものである。
【００３１】同表の試料Ｎｏ．４１〜４４に見られるよ
うにコーディエライト粉末の粒径が相対密度、色調、剛
性率に影響しており、平均粒径を２．０μｍ以下にする
ことで、相対密度９９．５％以上、剛性率１３０ＧＰａ
以上の緻密で暗色の材料を得られることが確認できた。
同表の試料Ｎｏ．４５〜４７に見られるようにＴｉＯx
（Ｘ≦２．０）を１．０質量％添加することにより、混
合粉末の平均粒径が２．０μｍ以上あるものについて
も、緻密ではないが材料内部に至るまで均一な黒色を有
することが確認された。また、ＴｉＯx（Ｘ≦２．０）
を添加することにより相対密度を向上させることがで
き、１４４時間粉砕混合し平均粒径が１．５μｍ程度の
ものはすべて相対密度９９．８％以上と緻密であり、剛
性率も１５０ＧＰａ以上となることから、ＴｉＯx（Ｘ
≦２．０）がコーディエライト結晶粒子間の結合性を高
め剛性率の向上に効果があることが確認される。これら
相対密度、剛性率の向上、均一黒色化は、ＴｉＯx（Ｘ
≦２．０）を０．５、３．０、５．０質量％添加した場
合でも同様の効果が得られるが、ＴｉＯx（Ｘ≦２．
０）が０．５質量％以下の場合には焼成温度範囲の拡
大、剛性率の向上への効果が十分ではなく、５．０質量
％以上の場合には、ＴｉＯx（Ｘ≦２．０）がコーディ
エライト結晶粒界に過剰に析出し、剛性率が低下する傾
向が確認された。このため焼成温度の低下、焼成温度範
囲を拡大、高緻密、高剛性率、均一黒色を有するコーデ
ィエライト材料を得るためには、ＴｉＯx（Ｘ≦２．
０）を５．０質量％以下、特に１．０〜３．０質量％添
加することが望ましい。
うにコーディエライト粉末の粒径が相対密度、色調、剛
性率に影響しており、平均粒径を２．０μｍ以下にする
ことで、相対密度９９．５％以上、剛性率１３０ＧＰａ
以上の緻密で暗色の材料を得られることが確認できた。
同表の試料Ｎｏ．４５〜４７に見られるようにＴｉＯx
（Ｘ≦２．０）を１．０質量％添加することにより、混
合粉末の平均粒径が２．０μｍ以上あるものについて
も、緻密ではないが材料内部に至るまで均一な黒色を有
することが確認された。また、ＴｉＯx（Ｘ≦２．０）
を添加することにより相対密度を向上させることがで
き、１４４時間粉砕混合し平均粒径が１．５μｍ程度の
ものはすべて相対密度９９．８％以上と緻密であり、剛
性率も１５０ＧＰａ以上となることから、ＴｉＯx（Ｘ
≦２．０）がコーディエライト結晶粒子間の結合性を高
め剛性率の向上に効果があることが確認される。これら
相対密度、剛性率の向上、均一黒色化は、ＴｉＯx（Ｘ
≦２．０）を０．５、３．０、５．０質量％添加した場
合でも同様の効果が得られるが、ＴｉＯx（Ｘ≦２．
０）が０．５質量％以下の場合には焼成温度範囲の拡
大、剛性率の向上への効果が十分ではなく、５．０質量
％以上の場合には、ＴｉＯx（Ｘ≦２．０）がコーディ
エライト結晶粒界に過剰に析出し、剛性率が低下する傾
向が確認された。このため焼成温度の低下、焼成温度範
囲を拡大、高緻密、高剛性率、均一黒色を有するコーデ
ィエライト材料を得るためには、ＴｉＯx（Ｘ≦２．
０）を５．０質量％以下、特に１．０〜３．０質量％添
加することが望ましい。
【００３２】実施例３
【表３】 表３に、実施例１と同様にコーディエライト粉末にII
a、IIIb、IVb族の金属酸化物をそれぞれ一種もしくは二
種以上複合添加し、且つＴｉＯx（Ｘ≦２．０）を１．
０質量％添加したもので、実施例１と同様の製法によっ
て得られた焼成体の調査結果を示す。
a、IIIb、IVb族の金属酸化物をそれぞれ一種もしくは二
種以上複合添加し、且つＴｉＯx（Ｘ≦２．０）を１．
０質量％添加したもので、実施例１と同様の製法によっ
て得られた焼成体の調査結果を示す。
【００３３】同表において、＊印は、本発明の範囲外を
示し、＊＊印は、ＴｉＯx（Ｘ≦２．０）を５．０質量
％添加した場合を示す。
示し、＊＊印は、ＴｉＯx（Ｘ≦２．０）を５．０質量
％添加した場合を示す。
【００３４】同表から、ＴｉＯx（Ｘ≦２．０）を１．
０質量％添加することによる、熱膨張係数０となる温度
およびその温度を基準とする±１０．０℃に於ける熱膨
張係数への影響は小さく、ＴｉＯｘ（Ｘ≦２．０）無添
加の場合と同様に、熱膨張係数０となる温度をIIa、III
b、IVb族の金属酸化物を適量添加することにより制御す
ることができ、その温度を基準とする±１０．０℃の熱
膨張係数を±１．５×１０−７℃−１に制御できること
が確認された。
０質量％添加することによる、熱膨張係数０となる温度
およびその温度を基準とする±１０．０℃に於ける熱膨
張係数への影響は小さく、ＴｉＯｘ（Ｘ≦２．０）無添
加の場合と同様に、熱膨張係数０となる温度をIIa、III
b、IVb族の金属酸化物を適量添加することにより制御す
ることができ、その温度を基準とする±１０．０℃の熱
膨張係数を±１．５×１０−７℃−１に制御できること
が確認された。
【００３５】同様に、ＴｉＯx（Ｘ≦２．０）を５．０
質量％添加した場合に於いても、試料No.９１〜１０２
のように、熱膨張係数０となる温度をIIa、IIIb、IVb族
の金属酸化物を適量添加することにより制御することが
でき、その温度を基準とする±１０．０℃の熱膨張係数
を±１．５×１０−７℃−１に制御できることが確認さ
れた。
質量％添加した場合に於いても、試料No.９１〜１０２
のように、熱膨張係数０となる温度をIIa、IIIb、IVb族
の金属酸化物を適量添加することにより制御することが
でき、その温度を基準とする±１０．０℃の熱膨張係数
を±１．５×１０−７℃−１に制御できることが確認さ
れた。
【００３６】更に、ＴｉＯx（Ｘ≦２．０）を添加する
ことにより、相対密度９９．７％以上の緻密で材料全体
が均一に黒色化した、剛性率１４７ＧＰａ以上の高剛性
の材料が得られることが確認された。
ことにより、相対密度９９．７％以上の緻密で材料全体
が均一に黒色化した、剛性率１４７ＧＰａ以上の高剛性
の材料が得られることが確認された。
【００３７】また、これらの材料は相対密度９９．７％
以上と緻密であることから、材料表面を研磨した場合に
はＲａ２．０ｎｍ以下の高面性状の平滑面を得ることが
可能である。
以上と緻密であることから、材料表面を研磨した場合に
はＲａ２．０ｎｍ以下の高面性状の平滑面を得ることが
可能である。
【００３８】
【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏する。
【００３９】１． 常温近傍（−１０℃〜４０℃）に於
いて、熱膨張係数０に制御することが可能であり、希望
の温度に於いて極低熱膨張特性を持つ材料が得られる。
いて、熱膨張係数０に制御することが可能であり、希望
の温度に於いて極低熱膨張特性を持つ材料が得られる。
【００４０】２． 剛性率が向上でき、外部応力に対し
て弾性変形が少なく、常温近傍での超精密加工に使用さ
れる被加工品の精度向上に効果があり、剛性率も高いこ
とから超精密加工用の支持材料として使用可能である。
て弾性変形が少なく、常温近傍での超精密加工に使用さ
れる被加工品の精度向上に効果があり、剛性率も高いこ
とから超精密加工用の支持材料として使用可能である。
【００４１】３． 黒色化が均一にでき、遮光性にムラ
のない商品価値の高い部材が供給できる。
のない商品価値の高い部材が供給できる。
【００４２】４． 高緻密、高剛性で信頼性が高く、高
面性状に優れた部材を提供できる。材料は気孔率が２．
０％以下と緻密なことから機械研磨加工等にて材料表面
を研磨した場合には高面性状（Ｒａ２．０ｎｍ以下）の
面が得られる。
面性状に優れた部材を提供できる。材料は気孔率が２．
０％以下と緻密なことから機械研磨加工等にて材料表面
を研磨した場合には高面性状（Ｒａ２．０ｎｍ以下）の
面が得られる。
Claims (7)
- 【請求項１】 コーディエライト結晶相を有するコーデ
ィエライトを主成分に、IIa、IIIb、IVb族の金属酸化物
のうち少なくとも一種を含有せしめ、且つ、前記金属酸
化物をコーディエライト結晶粒界に存在もしくは一部固
溶せしめた常温近傍の熱膨張係数を０に制御できるコー
ディエライト系セラミックス材料。 - 【請求項２】 熱膨張係数０の温度を基準とする±１
０．０℃の温度域における熱膨張係数が±１．５×１０
−７℃−１である請求項１記載のコーディエライト系セ
ラミックス材料。 - 【請求項３】 コーディエライト結晶相を有するコーデ
ィエライトに、焼結助剤成分としてＴｉＯx(Ｘ≦２．
０)を５．０質量％以下含有せしめたコーディエライト
系セラミックス材料。 - 【請求項４】 気孔率が２．０％以下である請求項３記
載のコーディエライト系セラミックス材料。 - 【請求項５】 剛性率が１４０ＧＰａ以上の請求項３記
載のコーディエライト系セラミックス材料。 - 【請求項６】 コーディエライト結晶相を有するコーデ
ィエライトに、焼結助剤成分としてＴｉＯx(Ｘ≦２．
０)を５．０質量％以下含有せしめた混合粉末から成る
成形体を真空中、または不活性ガス雰囲気中で焼成する
ことにより均一黒色化を行った請求項３記載のコーディ
エライト系セラミックス材料。 - 【請求項７】 コーディエライト結晶相を有するコーデ
ィエライトを主成分に、IIa、IIIb、IVb族の金属酸化物
のうち少なくとも一種と焼結助剤成分としてＴｉＯx(Ｘ
≦２．０)を５．０質量％以下含有せしめたコーディエ
ライト系セラミックス材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000371927A JP2002173366A (ja) | 2000-12-06 | 2000-12-06 | コーディエライト系セラミックス材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000371927A JP2002173366A (ja) | 2000-12-06 | 2000-12-06 | コーディエライト系セラミックス材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002173366A true JP2002173366A (ja) | 2002-06-21 |
Family
ID=18841566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000371927A Pending JP2002173366A (ja) | 2000-12-06 | 2000-12-06 | コーディエライト系セラミックス材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002173366A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010087099A1 (ja) * | 2009-01-28 | 2010-08-05 | 京セラ株式会社 | コージェライト質焼結体 |
| WO2012053312A1 (ja) * | 2010-10-21 | 2012-04-26 | 黒崎播磨株式会社 | コーディエライト質焼結体 |
| JP2015051921A (ja) * | 2014-11-19 | 2015-03-19 | 黒崎播磨株式会社 | コーディエライト質焼結体 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6027647A (ja) * | 1983-07-20 | 1985-02-12 | 株式会社デンソー | 低膨張性セラミツクス及びその製造方法 |
| JPS6442359A (en) * | 1987-08-11 | 1989-02-14 | Narumi China Corp | Black alumina ceramic composition |
| JPH07101772A (ja) * | 1993-08-11 | 1995-04-18 | A G Technol Kk | 低熱膨張コーディエライト質骨材及びその結合体 |
| JPH11236262A (ja) * | 1998-02-23 | 1999-08-31 | Kyocera Corp | 低熱膨張セラミックス構造部材およびそれを用いた半導体素子製造装置用部材 |
| JPH11255557A (ja) * | 1998-03-11 | 1999-09-21 | Kyocera Corp | セラミック焼結体およびその製造方法、ならびにそれを用いた半導体素子製造装置用部材 |
| JPH11343168A (ja) * | 1998-05-29 | 1999-12-14 | Kyocera Corp | 低熱膨張黒色セラミックス及びその製造方法、並びに半導体製造装置用部材 |
-
2000
- 2000-12-06 JP JP2000371927A patent/JP2002173366A/ja active Pending
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| JP2012087026A (ja) * | 2010-10-21 | 2012-05-10 | Kurosaki Harima Corp | コーディエライト質焼結体 |
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