JP2003026470A - 低熱伝導高剛性セラミックス - Google Patents
低熱伝導高剛性セラミックスInfo
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- JP2003026470A JP2003026470A JP2001210292A JP2001210292A JP2003026470A JP 2003026470 A JP2003026470 A JP 2003026470A JP 2001210292 A JP2001210292 A JP 2001210292A JP 2001210292 A JP2001210292 A JP 2001210292A JP 2003026470 A JP2003026470 A JP 2003026470A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 理論密度が９５％以上と緻密であり、室温に
おける熱伝導率が３Ｗ/ｍ・Ｋ未満であり、かつヤング
率が１４０ＧＰａ以上という優れた特性を有する低熱伝
導高剛性セラミックス提供する。 【解決手段】 ユークリプタイト粉末に対して、ＴｉＯ
2またはＺｒＯ2粉末をＴｉＯ2であれば２０〜４０体積
％、また、ＺｒＯ2であれば３０〜６０体積％の割合で
配合して得られた出発原料を混合、成型後に、空気中で
１１００〜１５５０℃の温度で焼成して複合セラミック
スを得る。
おける熱伝導率が３Ｗ/ｍ・Ｋ未満であり、かつヤング
率が１４０ＧＰａ以上という優れた特性を有する低熱伝
導高剛性セラミックス提供する。 【解決手段】 ユークリプタイト粉末に対して、ＴｉＯ
2またはＺｒＯ2粉末をＴｉＯ2であれば２０〜４０体積
％、また、ＺｒＯ2であれば３０〜６０体積％の割合で
配合して得られた出発原料を混合、成型後に、空気中で
１１００〜１５５０℃の温度で焼成して複合セラミック
スを得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低熱伝導性で、か
つ高剛性なセラミックスに関わるものである。
つ高剛性なセラミックスに関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、高い剛性、寸法安定性、化学的安
定性などの特長を利用して、半導体製造装置用、精密機
器用、計測機器用などの部品として、各種のセラミック
スが使用されるようになってきた。例えば、半導体製造
工程の露光装置におけるサセプタ、真空チャック、ＸＹ
テーブル、ミラー等にはアルミナ、窒化珪素、炭化珪素
などのセラミックスが用いられるようになってきてい
る。
定性などの特長を利用して、半導体製造装置用、精密機
器用、計測機器用などの部品として、各種のセラミック
スが使用されるようになってきた。例えば、半導体製造
工程の露光装置におけるサセプタ、真空チャック、ＸＹ
テーブル、ミラー等にはアルミナ、窒化珪素、炭化珪素
などのセラミックスが用いられるようになってきてい
る。
【０００３】これらは、高い剛性、寸法安定性、化学的
安定性などの特長を利用しているものであるが、一方、
半導体検査装置の中には検査部と他の部分との断熱性を
確保するために低熱伝導性の素材であって、かつ、高精
度を確保するためにたわまず高剛性を有する素材が要求
されている。
安定性などの特長を利用しているものであるが、一方、
半導体検査装置の中には検査部と他の部分との断熱性を
確保するために低熱伝導性の素材であって、かつ、高精
度を確保するためにたわまず高剛性を有する素材が要求
されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】アルミナの場合、剛性
は高いが、熱伝導率はセラミックスの中でも比較的大き
い方であり、こういった断熱性を要求する用途には向か
ないのが現状である。一方、ジルコニアは優れた断熱性
を有するが、焼成の際に約３０％も収縮するため、焼成
変形を起こしやすいという課題がある。さらに、ジルコ
ニアは難削材であり、精密な形状付与に仕上げる焼結体
加工には時間がかかり、コストも高くなるという問題も
あった。次に、断熱性に富み、加工性の高いマシナブル
セラミックスやガラス材料は剛性が低く、たわみが生じ
るため、この用途には向かないという課題があった。本
発明は、以上の点に鑑み成されたものであり、従来の技
術では不可能であった、低熱伝導性を有するとともに、
高いヤング率を示すセラミックスを提供することを目的
としたものである。
は高いが、熱伝導率はセラミックスの中でも比較的大き
い方であり、こういった断熱性を要求する用途には向か
ないのが現状である。一方、ジルコニアは優れた断熱性
を有するが、焼成の際に約３０％も収縮するため、焼成
変形を起こしやすいという課題がある。さらに、ジルコ
ニアは難削材であり、精密な形状付与に仕上げる焼結体
加工には時間がかかり、コストも高くなるという問題も
あった。次に、断熱性に富み、加工性の高いマシナブル
セラミックスやガラス材料は剛性が低く、たわみが生じ
るため、この用途には向かないという課題があった。本
発明は、以上の点に鑑み成されたものであり、従来の技
術では不可能であった、低熱伝導性を有するとともに、
高いヤング率を示すセラミックスを提供することを目的
としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記した本発明の目的
は、ユークリプタイト６０〜８０体積％とＴｉＯ2２０
〜４０体積％とからなることを特徴とする低熱伝導高剛
性セラミックスによって達成される。
は、ユークリプタイト６０〜８０体積％とＴｉＯ2２０
〜４０体積％とからなることを特徴とする低熱伝導高剛
性セラミックスによって達成される。
【０００６】また、ユークリプタイト４０〜７０体積％
とＺｒＯ2３０〜６０体積％とからなることを特徴とす
る低熱伝導高剛性セラミックスによっても達成される。
とＺｒＯ2３０〜６０体積％とからなることを特徴とす
る低熱伝導高剛性セラミックスによっても達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明による低熱伝導高剛性セラ
ミックスは、ユークリプタイトとＴｉＯ2またはＺｒＯ2
との複合セラミックスである。ここで、ユークリプタイ
トをＴｉＯ2との複合化の場合には６０〜８０体積％、
ＺｒＯ2との複合化の場合には４０〜７０体積％含有さ
せる理由は、ユークリプタイトが複合セラミックスの熱
伝導を低下させるための重要な成分であるが、ユークリ
プタイトの量が前記限定した体積％を越えて多いと今度
はヤング率が低くなるため好ましくなくなり、逆に、ユ
ークリプタイトの量が前記限定した体積％を越えて少な
いと熱伝導性が高くなり好ましくないからである。
ミックスは、ユークリプタイトとＴｉＯ2またはＺｒＯ2
との複合セラミックスである。ここで、ユークリプタイ
トをＴｉＯ2との複合化の場合には６０〜８０体積％、
ＺｒＯ2との複合化の場合には４０〜７０体積％含有さ
せる理由は、ユークリプタイトが複合セラミックスの熱
伝導を低下させるための重要な成分であるが、ユークリ
プタイトの量が前記限定した体積％を越えて多いと今度
はヤング率が低くなるため好ましくなくなり、逆に、ユ
ークリプタイトの量が前記限定した体積％を越えて少な
いと熱伝導性が高くなり好ましくないからである。
【０００８】また、本発明の複合セラミックスはＴｉＯ
2であれば２０〜４０体積％、また、ＺｒＯ2であれば３
０〜６０体積％の割合で含有するものである。ここで、
前記含有割合未満ではヤング率が低くなるため好ましく
なく、前記含有割合を超えると、熱伝導率が大きくなる
ため好ましくない。また、ＴｉＯ2の結晶系はルチル
型、アナターゼ型いずれでも良い。また、ＺｒＯ2はＹ2
Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ等で安定化したものが望ましい。
2であれば２０〜４０体積％、また、ＺｒＯ2であれば３
０〜６０体積％の割合で含有するものである。ここで、
前記含有割合未満ではヤング率が低くなるため好ましく
なく、前記含有割合を超えると、熱伝導率が大きくなる
ため好ましくない。また、ＴｉＯ2の結晶系はルチル
型、アナターゼ型いずれでも良い。また、ＺｒＯ2はＹ2
Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ等で安定化したものが望ましい。
【０００９】本発明のセラミックスは、熱伝導率が低い
一方で、ヤング率の低いユークリプタイトと熱伝導率が
比較的低いものの、ヤング率の高いＴｉＯ2またはＺｒ
Ｏ2を複合化して得られるものである。従って、セラミ
ックスの断熱性を重視するには、ユークリプタイトの含
有量を多くし、ヤング率のほうを重視するのであれば、
ＴｉＯ2またはＺｒＯ2の含有量を増やせば良い。
一方で、ヤング率の低いユークリプタイトと熱伝導率が
比較的低いものの、ヤング率の高いＴｉＯ2またはＺｒ
Ｏ2を複合化して得られるものである。従って、セラミ
ックスの断熱性を重視するには、ユークリプタイトの含
有量を多くし、ヤング率のほうを重視するのであれば、
ＴｉＯ2またはＺｒＯ2の含有量を増やせば良い。
【００１０】本発明の複合セラミックスを作製するに
は、ユークリプタイト粉末と、ＴｉＯ 2またはＺｒＯ2を
原料粉末として用意する。用いるユークリプタイト、及
び、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2粉末は平均粒径０.1〜５μm程度
であるのが均一混合されやすく、焼結しやすいので好ま
しい。また、これら原料中には緻密化を進めるために助
剤の役割を果たす不純物、例えばアルカリ並びにアルカ
リ土類金属酸化物、あるいはそれらの化合物などが含有
されていても構わないが、その含有量は焼結して得られ
た複合セラミックスの５重量％以下、特に２重量％以下
が好ましい。なぜなら、これより多いとガラス相が形成
されて、ヤング率が低下するため好ましくないからであ
る。
は、ユークリプタイト粉末と、ＴｉＯ 2またはＺｒＯ2を
原料粉末として用意する。用いるユークリプタイト、及
び、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2粉末は平均粒径０.1〜５μm程度
であるのが均一混合されやすく、焼結しやすいので好ま
しい。また、これら原料中には緻密化を進めるために助
剤の役割を果たす不純物、例えばアルカリ並びにアルカ
リ土類金属酸化物、あるいはそれらの化合物などが含有
されていても構わないが、その含有量は焼結して得られ
た複合セラミックスの５重量％以下、特に２重量％以下
が好ましい。なぜなら、これより多いとガラス相が形成
されて、ヤング率が低下するため好ましくないからであ
る。
【００１１】各原料を配合し、エタノール、水、トルエ
ン等の溶媒を加え、別々にボールミルなどにより十分に
混合し、乾燥して、出発原料粉を得る。得られた出発原
料粉を所定形状に所望の成形手段、例えば、金型プレ
ス、ラバープレス、冷間静水圧プレス等により任意の形
状に成形後、焼成する。なお、これら乾式成形法の他
に、押し出し成形法、鋳込み成形法、射出成形法などを
適宜選択することが出来る。
ン等の溶媒を加え、別々にボールミルなどにより十分に
混合し、乾燥して、出発原料粉を得る。得られた出発原
料粉を所定形状に所望の成形手段、例えば、金型プレ
ス、ラバープレス、冷間静水圧プレス等により任意の形
状に成形後、焼成する。なお、これら乾式成形法の他
に、押し出し成形法、鋳込み成形法、射出成形法などを
適宜選択することが出来る。
【００１２】焼成は、空気中で１１００〜１５５０℃、
好ましくは１２００〜１４００℃の温度範囲で１〜１０
時間程度焼結することにより緻密化することができる。
ここで、焼成温度が１１００℃よりも低いと緻密化が困
難であり、１５５０℃を越えると成形体が溶融するため
好ましくない。
好ましくは１２００〜１４００℃の温度範囲で１〜１０
時間程度焼結することにより緻密化することができる。
ここで、焼成温度が１１００℃よりも低いと緻密化が困
難であり、１５５０℃を越えると成形体が溶融するため
好ましくない。
【００１３】以上説明した本発明によれば、理論密度が
９５％以上と緻密体であり、室温における室温における
熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ未満であり、かつヤング率が１
４０ＧＰａ以上という優れた特性を有する複合セラミッ
クスが得られる。
９５％以上と緻密体であり、室温における室温における
熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ未満であり、かつヤング率が１
４０ＧＰａ以上という優れた特性を有する複合セラミッ
クスが得られる。
【００１４】以下、本発明の実施例と比較例とを具体的
に挙げ、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれ
らにより何ら制限されるのものではない。
に挙げ、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれ
らにより何ら制限されるのものではない。
【００１５】（１）複合セラミックスの作製
平均粒径４μｍの市販のユークリプタイト粉末と表１に
示したＴｉＯ2またはＺｒＯ2粉末または比較例としての
Ａｌ2Ｏ3粉末とを、種々の配合割合となるよう精秤して
配合原料とした。この配合原料粉末１００重量部にエタ
ノールを１００重量部加えて、２４時間混合粉砕した
後、エバポレーターで乾燥した。得られた混合粉末を金
型プレスにて５０×５０×１０ｍｍの大きさになるよ
う、１０ＭＰａで予備成形した上、冷間静水圧プレスに
て１００ＭＰａの圧力で成形した。次に、成形体を空気
中、１３５０℃で３時間焼成して、複合セラミックスを
得た。
示したＴｉＯ2またはＺｒＯ2粉末または比較例としての
Ａｌ2Ｏ3粉末とを、種々の配合割合となるよう精秤して
配合原料とした。この配合原料粉末１００重量部にエタ
ノールを１００重量部加えて、２４時間混合粉砕した
後、エバポレーターで乾燥した。得られた混合粉末を金
型プレスにて５０×５０×１０ｍｍの大きさになるよ
う、１０ＭＰａで予備成形した上、冷間静水圧プレスに
て１００ＭＰａの圧力で成形した。次に、成形体を空気
中、１３５０℃で３時間焼成して、複合セラミックスを
得た。
【００１６】
【表１】
【００１７】（２）評価
得られた複合セラミックスから試験片を切り出し、密
度、熱伝導率、ヤング率を測定した。密度はアルキメデ
ス法、熱伝導率はレーザーフラッシュ法（ＪＩＳＲ１６
１１「ファインセラミックスのレーザーフラッシュ法に
よる熱拡散率・比熱容量・熱伝導率試験方法」）、ヤン
グ率は共振法（ＪＩＳ Ｒ１６０２「ファインセラミッ
クスの弾性率試験方法」）を用いて測定した。それらの
結果を表２にまとめて示した。（ここで、表中の配合量
とは配合物の配合量を体積％で示したものであって、残
部はユークリプタイトである。）
度、熱伝導率、ヤング率を測定した。密度はアルキメデ
ス法、熱伝導率はレーザーフラッシュ法（ＪＩＳＲ１６
１１「ファインセラミックスのレーザーフラッシュ法に
よる熱拡散率・比熱容量・熱伝導率試験方法」）、ヤン
グ率は共振法（ＪＩＳ Ｒ１６０２「ファインセラミッ
クスの弾性率試験方法」）を用いて測定した。それらの
結果を表２にまとめて示した。（ここで、表中の配合量
とは配合物の配合量を体積％で示したものであって、残
部はユークリプタイトである。）
【００１８】
【表２】
【００１９】表２の結果より、本発明による複合セラミ
ックス（実施例１〜５）はいずれも理論密度が９５％以
上であり、室温における室温における熱伝導率が３Ｗ／
ｍ・Ｋ未満であり、かつヤング率が１４０ＧＰａ以上で
あった。これは、比較例１〜３では得ることができない
優れた特性を有するものである。すなわち、熱伝導率は
ジルコニアの３.１Ｗ/ｍ・Ｋより低く断熱性が高く、ヤ
ング率はマシナブルセラミックスより高剛性であった。
したがって、本発明の複合セラミックスであれば、既存
のセラミックス材料より加重に対して変形の小さい断熱
部材としての適用が可能であることが分かった。
ックス（実施例１〜５）はいずれも理論密度が９５％以
上であり、室温における室温における熱伝導率が３Ｗ／
ｍ・Ｋ未満であり、かつヤング率が１４０ＧＰａ以上で
あった。これは、比較例１〜３では得ることができない
優れた特性を有するものである。すなわち、熱伝導率は
ジルコニアの３.１Ｗ/ｍ・Ｋより低く断熱性が高く、ヤ
ング率はマシナブルセラミックスより高剛性であった。
したがって、本発明の複合セラミックスであれば、既存
のセラミックス材料より加重に対して変形の小さい断熱
部材としての適用が可能であることが分かった。
【００２０】
【発明の効果】本発明のセラミックスは、上記したよう
に低熱伝導性を維持しつつ、剛性の高いものである。従
って、これにより検査部を断熱しながら効率的に測定を
行うことができ、優れた検査精度が得られる。したがっ
て、半導体素子製造の品質と量産性を格段に高めること
ができた。
に低熱伝導性を維持しつつ、剛性の高いものである。従
って、これにより検査部を断熱しながら効率的に測定を
行うことができ、優れた検査精度が得られる。したがっ
て、半導体素子製造の品質と量産性を格段に高めること
ができた。
フロントページの続き
(72)発明者 菊地 真哉
千葉県佐倉市大作２−４−２ 太平洋セメ
ント株式会社中央研究所内
Ｆターム(参考） 4G030 AA02 AA16 AA17 AA36 AA37
BA20 BA21 CA07
Claims (3)
- 【請求項１】 ユークリプタイト６０〜８０体積％とＴ
ｉＯ2２０〜４０体積％とからなることを特徴とする低
熱伝導高剛性セラミックス。 - 【請求項２】 ユークリプタイト４０〜７０体積％とＺ
ｒＯ2３０〜６０体積％とからなることを特徴とする低
熱伝導高剛性セラミックス。 - 【請求項３】 理論密度の９５％以上の緻密体であり、
室温における熱伝導率が３Ｗ/ｍ・Ｋ未満であり、かつ
ヤング率が１４０ＧＰａ以上であることを特徴とする請
求項１または請求項２記載の低熱伝導高剛性セラミック
ス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001210292A JP4912544B2 (ja) | 2001-07-11 | 2001-07-11 | 低熱伝導高剛性セラミックス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001210292A JP4912544B2 (ja) | 2001-07-11 | 2001-07-11 | 低熱伝導高剛性セラミックス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003026470A true JP2003026470A (ja) | 2003-01-29 |
| JP4912544B2 JP4912544B2 (ja) | 2012-04-11 |
Family
ID=19045787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001210292A Expired - Fee Related JP4912544B2 (ja) | 2001-07-11 | 2001-07-11 | 低熱伝導高剛性セラミックス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4912544B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7696116B2 (en) | 2006-03-23 | 2010-04-13 | Colorado School Of Mines | Implementing a pressure-induced phase transformation in beta-eucryptite to impart toughening |
| EP2383240A1 (fr) * | 2010-04-30 | 2011-11-02 | Thales | Matériau composite céramique à base de beta-eucryptite et d'un oxyde et procédé de fabrication dudit matériau. |
| EP2518037A1 (en) * | 2009-12-21 | 2012-10-31 | Consejo Superior De Investigaciones Científicas (CSIC) | Composite material having controlled coefficient of thermal expansion with oxidic ceramics and procedure for the obtainment thereof |
| CN109153616A (zh) * | 2016-07-06 | 2019-01-04 | 日本电气硝子株式会社 | 复合陶瓷粉末、密封材料以及复合陶瓷粉末的制造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03290352A (ja) * | 1990-04-05 | 1991-12-20 | Gifu Pref Gov | 高強度・低熱膨張セラミック及びその製造方法 |
| 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 |
| JP2002173364A (ja) * | 2000-12-06 | 2002-06-21 | Kyocera Corp | リチウムアルミノシリケート系セラミックス |
-
2001
- 2001-07-11 JP JP2001210292A patent/JP4912544B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03290352A (ja) * | 1990-04-05 | 1991-12-20 | Gifu Pref Gov | 高強度・低熱膨張セラミック及びその製造方法 |
| 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 |
| JP2002173364A (ja) * | 2000-12-06 | 2002-06-21 | Kyocera Corp | リチウムアルミノシリケート系セラミックス |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7696116B2 (en) | 2006-03-23 | 2010-04-13 | Colorado School Of Mines | Implementing a pressure-induced phase transformation in beta-eucryptite to impart toughening |
| EP2518037A1 (en) * | 2009-12-21 | 2012-10-31 | Consejo Superior De Investigaciones Científicas (CSIC) | Composite material having controlled coefficient of thermal expansion with oxidic ceramics and procedure for the obtainment thereof |
| EP2518037A4 (en) * | 2009-12-21 | 2013-06-19 | Consejo Superior Investigacion | COMPOSITE MATERIAL WITH CONTROLLED THERMAL EXPANSION COEFFICIENT, COMPRISING OXIDIC CERAMICS, AND METHOD FOR OBTAINING THE SAME |
| EP2383240A1 (fr) * | 2010-04-30 | 2011-11-02 | Thales | Matériau composite céramique à base de beta-eucryptite et d'un oxyde et procédé de fabrication dudit matériau. |
| FR2959506A1 (fr) * | 2010-04-30 | 2011-11-04 | Thales Sa | Materiau composite ceramique a base de beta-eucryptite et d'un oxyde et procede de fabrication dudit materiau. |
| CN109153616A (zh) * | 2016-07-06 | 2019-01-04 | 日本电气硝子株式会社 | 复合陶瓷粉末、密封材料以及复合陶瓷粉末的制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4912544B2 (ja) | 2012-04-11 |
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