JP2003246670A - 一酸化ケイ素の焼結体およびその製造方法 - Google Patents
一酸化ケイ素の焼結体およびその製造方法Info
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Abstract
造方法の提供。 【解決手段】酸化ケイ素系薄膜の成膜用材料として使用
される一酸化ケイ素の焼結体であって、加熱温度が13
00℃、圧力が10Pa以下の真空雰囲気下で焼結体の
試料の熱重量測定を行ったとき、蒸発残渣が、測定前に
おける試料の質量の4%以下となる一酸化ケイ素の焼結
体。このような焼結体は、粒径250μm以上のSiO粒
をプレス成形後、またはプレス加圧しながら、非酸素雰
囲気下で焼結することによって製造できる。
Description
結体およびその製造方法に係り、より詳しくは、電気絶
縁膜、機械保護膜、光学用保護膜および食品包装用ガス
バリアなどに用いられる酸化ケイ素系薄膜の成膜に用い
られる一酸化ケイ素の焼結体およびその製造方法に関す
る。
(SiO2)などの酸化ケイ素系の薄膜は、電気絶縁性に
優れ、機械的強度も高いため、各種の光学部品およびエ
レクトロニクス部品の保護膜やデバイスのバリア膜など
として使用されている。また、透明であり、ガスに対す
る遮断性にも優れるため、食品などの包装材料の表面被
覆材としても利用される。
膜材である酸化ケイ素を蒸着材として加熱により蒸発さ
せ基体に付着させて薄膜を形成する、いわゆる蒸着法に
よって行われるのが一般的である。酸化ケイ素の加熱に
は、抵抗加熱、高周波誘導加熱、電子ビーム加熱、レー
ザー加熱など様々な方法が採用されるが、近年では生産
性の向上のため、加熱源として電子ビームやプラズマな
どを使用することが多い。
成膜では、電子ビームまたはプラズマを照射するための
成膜材として、酸化ケイ素を円柱または角柱に成形し、
ペレット状にする必要がある。
素薄膜が主流となっているが、二酸化ケイ素は、基体と
の相性により密着性が必ずしもよくないため、一酸化ケ
イ素薄膜が好ましく用いられる場合がある。
は、例えば、特開昭63−166965号公報や特開昭
63−310961号公報に開示されている。これらの
公報によれば、成膜材に金属ケイ素と二酸化ケイ素を含
有させることで、蒸着により一酸化ケイ素薄膜を形成す
るとしている。
成膜材は、組成が不均一であり、蒸発特性も良好でない
ため、膜厚および組成が不均一となり、良好な一酸化ケ
イ素薄膜を形成することが困難である。
素からなる成膜材を製造し、蒸着を行うことにより解決
できる。例えば、特公昭38−12513号公報には、
一酸化ケイ素を含有する成膜材およびその製造方法が開
示されている。この公報に開示された発明によれば、一
酸化ケイ素粒子とコロイド状ケイ素質溶液の混合物を所
望の形状に圧縮し、酸素を含有する雰囲気中で焼成する
ことで、一酸化ケイ素粒子をケイ素質材料により結合
し、一酸化ケイ素の成膜材が得られる。
に際し、二酸化ケイ素に比べ蒸発速度が高くなる。した
がって、一酸化ケイ素の成膜材を用いれば、薄膜の成膜
速度を高めることができる。
ケイ素からなる成膜材の蒸発特性は、製造の際に使用す
る一酸化ケイ素粒子の粒径、製造方法などの諸条件に依
存し、焼結前の一酸化ケイ素に比べ、焼結後の成膜材の
蒸発速度は低下し、一酸化ケイ素からなる成膜材を用い
たことによる薄膜の生産性向上は期待できない。
イ素の焼結体とその製造方法を提供することにある。
も蒸発速度を高く維持することができる一酸化ケイ素の
焼結体とその製造方法について検討した。
で異なるのは、一酸化ケイ素が焼結の際に、生成される
組成に若干の変動が生ずるためである。二酸化ケイ素
は、一酸化ケイ素に比べエネルギー的に安定な材料であ
り、二酸化ケイ素の蒸発速度は、一酸化ケイ素の蒸発速
度に比べ低い。したがって、一酸化ケイ素の成膜材を製
造した場合でも、一酸化ケイ素が局部的に酸化して、そ
の一部が二酸化ケイ素に変化するために、蒸発速度の低
下が起こることが推測される。
ときの自然酸化や酸素雰囲気下での焼結の際に起こりう
る。そこで、表面積が小さい一酸化ケイ素粒(SiO粒)
を使用して自然酸化を防止し、さらにこのような一酸化
ケイ素粒を非酸化雰囲気で焼結すれば、一酸化ケイ素の
酸化を極力抑制することができる。
の焼結体は、蒸発速度が高く、熱重量測定を行ったとき
の蒸発残渣が、極めて少なくなることを見いだした。
ったものであり、その要旨は、下記(1)を特徴とする
一酸化ケイ素の焼結体および下記(2)を特徴とする一
酸化ケイ素の焼結体の製造方法にある。
て使用される一酸化ケイ素の焼結体であって、加熱温度
が1300℃、圧力が10Pa以下の真空雰囲気下で前
記焼結体の試料の熱重量測定を行ったとき、蒸発残渣
が、測定前における試料の質量の4%以下となることを
特徴とする一酸化ケイ素の焼結体。
て使用される一酸化ケイ素の焼結体の製造方法であっ
て、粒径250μm以上のSiO粒をプレス成形後、また
はプレス加圧しながら、非酸素雰囲気下で焼結する一酸
化ケイ素の焼結体の製造方法。
およびその製造方法に係る発明である。本発明の一酸化
ケイ素の焼結体は、酸化ケイ素系薄膜を形成するための
成膜用材料として使用することができる。酸化ケイ素系
薄膜は、成膜材の材料と同じ一酸化ケイ素の薄膜である
必要はなく、焼結体から蒸発した後、酸化したまたは酸
化させた二酸化ケイ素などであってもよい。
度が1300℃、圧力が10Pa以下の真空雰囲気下で
熱重量測定を行ったとき、その蒸発残渣が、測定前の質
量の4%以下となる。
の構成を説明した断面図である。熱重量測定を行う際に
は、天秤1の一方に吊り下げられたルツボ2に測定試料3
を装入する一方、天秤のもう一方に測定試料3と釣り合
う質量を有する分銅4を配置する。熱重量測定器には、
加熱炉5、ガス導入口6、ガス排気口7などが備えられて
おり、これらにより、測定試料3の温度および雰囲気の
調節を行う。
減少した場合、均一な磁場内に設置されたフィードバッ
クコイルに電流を流して電磁力を発生させ、分銅4との
釣り合いを維持させる。このとき、電磁力と電流値は正
比例の関係にあるので、電流値から測定試料3の質量変
化を測定することができる。
を10Pa以下の真空雰囲気として熱重量測定を行う。
このとき、熱重量測定に際し、測定試料の温度のブレは
避けられないが、温度のブレは、1300±50℃の範
囲で許容される。この条件で熱重量測定を行うと、焼結
体の質量は、一酸化ケイ素の蒸発に伴い減少する。
料の質量変化の状況を示す図である。同図に示す測定
は、測定試料の温度を室温から1300℃まで上昇させ
たものであり、同図では、測定前の測定試料の質量を1
00%とし、質量の変化を蒸発残渣率として示した。な
お、同図に示した測定結果は、後述する実施例に示す表
1の番号1および番号4の試料を測定したものである。
同図に示すように、測定試料をルツボに装入し、温度を
上昇させると、測定試料は蒸発を始め、一定の時間が経
過すると、測定試料の質量が実質的に変化せず、恒量残
渣として把握できる。本発明の一酸化ケイ素の焼結体で
は、このときの焼結体の蒸発残渣の質量、すなわち恒量
残渣の質量が、測定前の質量の4%以下となる。
発速度は高く、蒸着による酸化ケイ素系薄膜の生産性を
向上させることができる。蒸発残渣は、主として自然酸
化や焼結時の酸化により形成された二酸化ケイ素である
と考えられる。
50μm以上のSiO粒をプレス成形後、またはプレス加
圧しながら、非酸素雰囲気下で焼結することで製造がで
きる。
以上のSiO粒を使用することが必要である。粒径250
μm未満のSiO粒では、SiO粒の表面積が大きく、自然
酸化により粒表面に二酸化ケイ素が形成されるため、焼
結体にこの二酸化ケイ素が反映され、蒸発速度が低下す
る。SiO粒の粒径は、2000μm以下が好ましい。2
000μm超の場合には、プレス成形性、焼結性の低下
が生じるからである。
SiO粒の粒径は、250μm以上であれば同程度にそろ
える必要はない。250μm以上の様々な粒径のSiO粒
を混合して焼結することにより、焼結体の密度を高くす
ることができる。なお、焼結体の密度が約95%以下で
あれば、SiO粒の粒径は、光学顕微鏡による断面観察に
より観察でき、焼結体の原材料として、粒径250μm
以上のSiO粒を使用したか否かを確認できる。
成形後、またはプレス加圧しながら、非酸素雰囲気下で
焼結する。プレス成形後、焼結する場合、プレスにより
任意の形状に成形できれば、プレス成形の方法は、特に
問われるものではない。SiO粒同士の接合性が悪い場合
には、SiO粒に少量の水を添加し、プレス成形後、脱水
処理により水を除去するなどしてもよい。このとき、1
cm2あたり300〜1500kg程度の荷重を付加す
ることで、SiO粒は互いに任意の形状に成形することが
できる。一方、プレス加圧しながら焼結する場合には、
SiO粒が昇温するため、1cm2あたり100〜300
kg程度の荷重を付加すれば十分である。
ある。非酸化雰囲気とは、酸素を含有しない雰囲気であ
り、例えば、真空雰囲気またはアルゴンガスなどの不活
性雰囲気である。特に真空雰囲気下で焼結を行った場合
には、一酸化ケイ素の焼結体の蒸発速度は、焼結前のSi
O粒の蒸発速度と変わらないため、焼結は真空雰囲気下
で行うことが好ましい。酸素を含有する雰囲気下で焼結
した場合には、SiO粒が酸化し、蒸発速度が低下する。
し、その形状を維持できれば、特に問われるものではな
い。1200〜1350℃で1時間以上焼結すれば、十
分である。
O粒の酸化を抑制すれば、蒸発速度の高い一酸化ケイ素
の焼結体を製造することができる。
酸化ケイ素の焼結体を製造した。
を示す表である。なお、同表には、比較のため、焼結の
際の雰囲気を大気雰囲気としたもの(番号4)、本発明
で規定するSiO粒の粒径より小さい粒径のSiO粒で製造
したもの(番号5および番号6)についても、同様に製
造条件を示した。
り、加熱温度が1300℃、圧力が10Pa以下の真空
雰囲気下で熱重量測定した。ここで、1300℃は、測
定試料から約1mm離れた距離における温度を熱電対8
で測定した温度であり、実質的に測定試料はこの温度に
加熱されていると考えられる。熱重量測定によって得ら
れたデータを整理し、時間に対する質量変化から蒸発速
度を、また実質的に焼結体の質量変化がなくなったとき
の質量を蒸発残渣の質量として、測定前の質量との質量
割合(蒸発残渣率)について計算した。
発させ、基体に酸化ケイ素系薄膜を蒸着形成し、成膜速
度を評価した。
的に示した図である。同図に示すように、チャンバー11
に設置された水冷銅ルツボ12に電子ビームの成膜材とな
る焼結体13を配し、チャンバー11内を排気しながら、電
子ビーム14を焼結体13に照射し、焼結体13から30cm
離れたガラス製基板15に一酸化ケイ素を蒸着させ酸化ケ
イ素系薄膜を形成した。このとき、チャンバー11内の真
空度を0.04Pa以下に、電子ビームの出力を0.8
Wとした。得られた薄膜は、その厚みを薄膜計により測
定し、蒸着時間から、成膜速度を算出した。
がって製造した一酸化ケイ素の焼結体および比較のため
に製造した同焼結体の蒸発残渣率、蒸発速度および電子
ビーム蒸着による成膜速度を示した表である。なお、表
2における番号は、表1の番号に対応する。
造した一酸化ケイ素の焼結体については、蒸発残渣率が
1〜2%と低く、蒸着速度も高い。また、実際に基板へ
の成膜速度も高く、酸化ケイ素系薄膜の生産性の向上が
期待できる。特に、プレス加圧しながら、真空雰囲気下
で焼結することにより製造した一酸化ケイ素の焼結体
は、極めて蒸発速度が高く、より高い生産性の向上が期
待できる。
一酸化ケイ素の焼結体(番号4)は、蒸発残渣率が40
%と極めて高く、蒸発速度、成膜速度も極めて低いもの
となった。これは、焼結中に大気に含まれる酸素が一酸
化ケイ素と反応し、二酸化ケイ素を形成したことによ
る。
小さい粒径のSiO粒で製造した一酸化ケイ素の焼結体
(番号5および番号6)についても、蒸発残渣率が高
く、蒸発速度、成膜速度も低いものとなった。これらに
関しては、非酸素雰囲気下で焼結を行っているにもかか
わらず、このような結果となったことから、SiO粒の表
面が自然酸化され、SiO粒中に含有する二酸化ケイ素が
多くなったためである。
速度が高く、成膜材として用いれば、酸化ケイ素系薄膜
の生産性の向上を期待できる。また、本発明の一酸化ケ
イ素の焼結体の製造方法を用いれば、一酸化ケイ素の酸
化を極力抑制でき、高い蒸発速度を有する焼結体を得る
ことができる。
Claims (2)
- 【請求項1】酸化ケイ素系薄膜の成膜用材料として使用
される一酸化ケイ素の焼結体であって、加熱温度が13
00℃、圧力が10Pa以下の真空雰囲気下で前記焼結
体の試料の熱重量測定を行ったとき、蒸発残渣が、測定
前における試料の質量の4%以下となることを特徴とす
る一酸化ケイ素の焼結体。 - 【請求項2】酸化ケイ素系薄膜の成膜用材料として使用
される一酸化ケイ素の焼結体の製造方法であって、粒径
250μm以上のSiO粒をプレス成形後、またはプレス
加圧しながら、非酸素雰囲気下で焼結することを特徴と
する一酸化ケイ素の焼結体の製造方法。
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