JP2004182552A - 低熱膨張板状部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】低熱膨張セラミックスであって、剛性が高く、強度が高く、セラミックスフィルターまたはセラミックスセッターまたは電子部品収納トレイまたは断熱プレートに適用可能な低熱膨張板状部材を提供する。
【解決手段】リチウムアルミノシリケート、コーディエライト、リン酸ジルコニウムカリウムから選ばれる１種以上の材料と、炭化珪素、窒化珪素、炭化ホウ素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の材料とからなる複合材料を用いて低熱膨張板状部材を構成する。
【選択図】 なし
【解決手段】リチウムアルミノシリケート、コーディエライト、リン酸ジルコニウムカリウムから選ばれる１種以上の材料と、炭化珪素、窒化珪素、炭化ホウ素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の材料とからなる複合材料を用いて低熱膨張板状部材を構成する。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、セラミックスフィルターまたはセラミックスセッターまたは電子部品収納トレイまたは断熱プレートの構成部材として用いられる低熱膨張板状部材に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、低熱膨張板状部材に対する熱膨張係数の最小化は益々ゼロに近づくことを要求される傾向にあり、従来の低熱膨張セラミックスに替えて種々の材料が鋭意検討されるようになってきた。
【０００３】
そのような状況下で、周囲の温度変化による熱膨張を防ぐことを目的として、例えば、半導体製造装置の構成部材としては、コーディエライトを主成分とする低熱膨張セラミックスが用いられるようになってきている。（たとえば、特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２０９１７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の低熱膨張セラミックスでは、熱膨張率はあまり小さくなく、さらには、剛性が小さく、強度が低いため下記するように様々な問題点があった。
【０００６】
たとえば、セラミックスフィルターでは、再生時のヒーターによる加熱で急激な温度勾配が発生し、熱応力によりフイルターが破損するという課題がある。
また、セラミックスセッターでは、大型部材を焼成するときの温度勾配により割れたり撓んだりするという課題がある。
また、電子部品収納トレイでは、水分除去の加熱時の熱膨張により部品が位置ずれし、摩擦により粉塵が発生するという課題がある。
さらには、ヒーターと水冷ジャケットの間に設置する断熱プレートでは、熱膨張により精密な平面度が達成できないという課題がある。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、低熱膨張セラミックスであって、剛性が高く、強度が高く、セラミックスフィルターまたはセラミックスセッターまたは電子部品収納トレイまたは断熱プレートの構成部材として用いることが可能な低熱膨張板状部材を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の（１）〜（３）によって達成される。
（１）２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であり、かつ、ヤング率が１２０ＧＰａ以上、曲げ強度が２００ＭＰａ以上の低熱膨張セラミックスからなることを特徴とする低熱膨張板状部材。
（２）上記（１）において、前記低熱膨張セラミックスを構成する複合材料が、リチウムアルミノシリケート、コーディエライト、リン酸ジルコニウムカリウムから選ばれる１種以上の材料と、炭化珪素、窒化珪素、炭化ホウ素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の材料とからなることを特徴とする低熱膨張板状部材。
（３）上記（２）において、前記低熱膨張板状部材がセラミックスフィルターまたはセラミックスセッターまたは電子部品収納トレイまたは断熱プレートであることを特徴とする低熱膨張板状部材。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に係る低熱膨張板状部材は、２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であり、かつ、ヤング率が１２０ＧＰａ以上、曲げ強度が２００ＭＰａ以上の低熱膨張セラミックスからなる。
【００１０】
このような低熱膨張セラミックスを低熱膨張板状部材として用いる理由は、熱膨張率が小さいため、周囲の温度変化で熱応力を発生したり、位置ずれするという不具合が発生することがなくなるからである。
また、剛性が大きく、強度が高いため、外力により撓んだり、割れたりしないため低熱膨張板状部材として好適に用いることができるからである。
【００１１】
前記低熱膨張セラミックスを構成する複合材料としては、リチウムアルミノシリケート、コーディエライト、リン酸ジルコニウムカリウムから選ばれる１種以上の第１の材料と、炭化珪素、窒化珪素、炭化ホウ素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の第２の材料とからなるものが好適である。これら構成材料のうち第１の材料は熱膨張が極めて小さく、第２の材料は熱膨張係数は第１の材料よりも大きいがヤング率が高く、これらを複合化することにより、所望の低熱膨張および高剛性を兼備した材料とすることができる。
【００１２】
上記第１の材料としては、リチウムアルミノシリケートであるβ−ユークリプタイトやスポジューメンが好ましい。また、その中でもβ−ユークリプタイトはマイナスの熱膨張を示すので、プラスの熱膨張を示す第２の材料と組み合わせることにより、極めて低い熱膨張係数を得ることが可能であるし、また、配合を調節することにより熱膨張係数をマイナスからプラスの広い範囲で調節することが可能となる。
ここで、低熱膨張セラミックスの組成としてはβ−ユークリプタイト５０〜９５質量％と炭化珪素５〜５０質量％であることが、特に好ましい。
【００１３】
なお、複合材料において、実質的な化学的反応が生じなければ、第１の材料として複数の材料を組み合わせて用いることも可能である。また、第２の材料も同様に、実質的な化学的反応が生じなければ、複数の材料を組み合わせて用いることも可能である。
【００１４】
次に、本発明の低熱膨張板状部材の具体的な適用について詳細に説明する。
（１）焼結体の作製
まず、β−ユークリプタイト粉末と炭化珪素粉末とを質量比で７８：２２の割合でポットミル混合して乾燥させ、低熱膨張セラミックスの原料混合粉末を作製した。この混合粉末を一軸加圧成形して低熱膨張板状部材形状の成形体を作製し、１５０ＭＰａでＣＩＰ処理した。次に、この成形体を窒素雰囲気において、１３７０℃の温度で焼成して焼結体を得た。
【００１５】
（２）焼結体の材料特性の評価結果
同様にして焼成して得られた試験片から、レーザー干渉式熱膨張測定装置（アルバック理工社製 ＬＩＸ−１）を用いて熱膨張係数を求めた。また、ヤング率と曲げ強度を測定した。その結果、熱膨張係数は−０．０３×１０−６／℃と十分に小さく、ヤング率は１４３ＧＰａと大きく、曲げ強度は２４０ＭＰａと十分に大きかった。
【００１６】
（３）各種用途の評価結果
このように、得られた焼結体は、熱膨張係数が小さく、剛性が大きく、強度が高いため各種用途の低熱膨張板状部材として好適に使用することができた。
たとえば、セラミックスフィルターでは、再生時のヒーターによる加熱でも、熱応力によりフイルターが破損することがなくなった。
また、セラミックスセッターでは、大型部材を焼成しても割れたり撓んだりするとがなくなった。
また、電子部品収納トレイでは、水分除去の加熱時でも部品が位置ずれしたり、摩擦により粉塵が発生することがなくなった。
さらには、ヒーターと水冷ジャケットの間に設置する断熱プレートでは、熱膨張が極めて小さいため、高精度な平面度を確保できるようになった。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、極めて小さい熱膨張係数を維持しつつ、剛性と強度が大きいため、セラミックスフィルターまたはセラミックスセッターまたは電子部品収納トレイまたは断熱プレートに適用可能な低熱膨張板状部材を得ることができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、セラミックスフィルターまたはセラミックスセッターまたは電子部品収納トレイまたは断熱プレートの構成部材として用いられる低熱膨張板状部材に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、低熱膨張板状部材に対する熱膨張係数の最小化は益々ゼロに近づくことを要求される傾向にあり、従来の低熱膨張セラミックスに替えて種々の材料が鋭意検討されるようになってきた。
【０００３】
そのような状況下で、周囲の温度変化による熱膨張を防ぐことを目的として、例えば、半導体製造装置の構成部材としては、コーディエライトを主成分とする低熱膨張セラミックスが用いられるようになってきている。（たとえば、特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２０９１７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の低熱膨張セラミックスでは、熱膨張率はあまり小さくなく、さらには、剛性が小さく、強度が低いため下記するように様々な問題点があった。
【０００６】
たとえば、セラミックスフィルターでは、再生時のヒーターによる加熱で急激な温度勾配が発生し、熱応力によりフイルターが破損するという課題がある。
また、セラミックスセッターでは、大型部材を焼成するときの温度勾配により割れたり撓んだりするという課題がある。
また、電子部品収納トレイでは、水分除去の加熱時の熱膨張により部品が位置ずれし、摩擦により粉塵が発生するという課題がある。
さらには、ヒーターと水冷ジャケットの間に設置する断熱プレートでは、熱膨張により精密な平面度が達成できないという課題がある。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、低熱膨張セラミックスであって、剛性が高く、強度が高く、セラミックスフィルターまたはセラミックスセッターまたは電子部品収納トレイまたは断熱プレートの構成部材として用いることが可能な低熱膨張板状部材を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の（１）〜（３）によって達成される。
（１）２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であり、かつ、ヤング率が１２０ＧＰａ以上、曲げ強度が２００ＭＰａ以上の低熱膨張セラミックスからなることを特徴とする低熱膨張板状部材。
（２）上記（１）において、前記低熱膨張セラミックスを構成する複合材料が、リチウムアルミノシリケート、コーディエライト、リン酸ジルコニウムカリウムから選ばれる１種以上の材料と、炭化珪素、窒化珪素、炭化ホウ素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の材料とからなることを特徴とする低熱膨張板状部材。
（３）上記（２）において、前記低熱膨張板状部材がセラミックスフィルターまたはセラミックスセッターまたは電子部品収納トレイまたは断熱プレートであることを特徴とする低熱膨張板状部材。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に係る低熱膨張板状部材は、２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であり、かつ、ヤング率が１２０ＧＰａ以上、曲げ強度が２００ＭＰａ以上の低熱膨張セラミックスからなる。
【００１０】
このような低熱膨張セラミックスを低熱膨張板状部材として用いる理由は、熱膨張率が小さいため、周囲の温度変化で熱応力を発生したり、位置ずれするという不具合が発生することがなくなるからである。
また、剛性が大きく、強度が高いため、外力により撓んだり、割れたりしないため低熱膨張板状部材として好適に用いることができるからである。
【００１１】
前記低熱膨張セラミックスを構成する複合材料としては、リチウムアルミノシリケート、コーディエライト、リン酸ジルコニウムカリウムから選ばれる１種以上の第１の材料と、炭化珪素、窒化珪素、炭化ホウ素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の第２の材料とからなるものが好適である。これら構成材料のうち第１の材料は熱膨張が極めて小さく、第２の材料は熱膨張係数は第１の材料よりも大きいがヤング率が高く、これらを複合化することにより、所望の低熱膨張および高剛性を兼備した材料とすることができる。
【００１２】
上記第１の材料としては、リチウムアルミノシリケートであるβ−ユークリプタイトやスポジューメンが好ましい。また、その中でもβ−ユークリプタイトはマイナスの熱膨張を示すので、プラスの熱膨張を示す第２の材料と組み合わせることにより、極めて低い熱膨張係数を得ることが可能であるし、また、配合を調節することにより熱膨張係数をマイナスからプラスの広い範囲で調節することが可能となる。
ここで、低熱膨張セラミックスの組成としてはβ−ユークリプタイト５０〜９５質量％と炭化珪素５〜５０質量％であることが、特に好ましい。
【００１３】
なお、複合材料において、実質的な化学的反応が生じなければ、第１の材料として複数の材料を組み合わせて用いることも可能である。また、第２の材料も同様に、実質的な化学的反応が生じなければ、複数の材料を組み合わせて用いることも可能である。
【００１４】
次に、本発明の低熱膨張板状部材の具体的な適用について詳細に説明する。
（１）焼結体の作製
まず、β−ユークリプタイト粉末と炭化珪素粉末とを質量比で７８：２２の割合でポットミル混合して乾燥させ、低熱膨張セラミックスの原料混合粉末を作製した。この混合粉末を一軸加圧成形して低熱膨張板状部材形状の成形体を作製し、１５０ＭＰａでＣＩＰ処理した。次に、この成形体を窒素雰囲気において、１３７０℃の温度で焼成して焼結体を得た。
【００１５】
（２）焼結体の材料特性の評価結果
同様にして焼成して得られた試験片から、レーザー干渉式熱膨張測定装置（アルバック理工社製 ＬＩＸ−１）を用いて熱膨張係数を求めた。また、ヤング率と曲げ強度を測定した。その結果、熱膨張係数は−０．０３×１０−６／℃と十分に小さく、ヤング率は１４３ＧＰａと大きく、曲げ強度は２４０ＭＰａと十分に大きかった。
【００１６】
（３）各種用途の評価結果
このように、得られた焼結体は、熱膨張係数が小さく、剛性が大きく、強度が高いため各種用途の低熱膨張板状部材として好適に使用することができた。
たとえば、セラミックスフィルターでは、再生時のヒーターによる加熱でも、熱応力によりフイルターが破損することがなくなった。
また、セラミックスセッターでは、大型部材を焼成しても割れたり撓んだりするとがなくなった。
また、電子部品収納トレイでは、水分除去の加熱時でも部品が位置ずれしたり、摩擦により粉塵が発生することがなくなった。
さらには、ヒーターと水冷ジャケットの間に設置する断熱プレートでは、熱膨張が極めて小さいため、高精度な平面度を確保できるようになった。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、極めて小さい熱膨張係数を維持しつつ、剛性と強度が大きいため、セラミックスフィルターまたはセラミックスセッターまたは電子部品収納トレイまたは断熱プレートに適用可能な低熱膨張板状部材を得ることができる。
Claims (3)
- ２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０−６〜１×１０−６／℃であり、かつ、ヤング率が１２０ＧＰａ以上、曲げ強度が２００ＭＰａ以上の低熱膨張セラミックスからなることを特徴とする低熱膨張板状部材。
- 前記低熱膨張セラミックスを構成する複合材料が、リチウムアルミノシリケート、コーディエライト、リン酸ジルコニウムカリウムから選ばれる１種以上の材料と、炭化珪素、窒化珪素、炭化ホウ素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の材料とからなることを特徴とする請求項１に記載の低熱膨張板状部材。
- 前記低熱膨張板状部材がセラミックスフィルターまたはセラミックスセッターまたは電子部品収納トレイまたは断熱プレートであることを特徴とする請求項２に記載の低熱膨張板状部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002353386A JP2004182552A (ja) | 2002-12-05 | 2002-12-05 | 低熱膨張板状部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002353386A JP2004182552A (ja) | 2002-12-05 | 2002-12-05 | 低熱膨張板状部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004182552A true JP2004182552A (ja) | 2004-07-02 |
Family
ID=32754688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002353386A Pending JP2004182552A (ja) | 2002-12-05 | 2002-12-05 | 低熱膨張板状部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004182552A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120309609A1 (en) * | 2009-12-21 | 2012-12-06 | Ramon Torrecillas San Millan | Composite material with controlled coefficient of thermal expansion with oxidic ceramics and process for obtaining same |
-
2002
- 2002-12-05 JP JP2002353386A patent/JP2004182552A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120309609A1 (en) * | 2009-12-21 | 2012-12-06 | Ramon Torrecillas San Millan | Composite material with controlled coefficient of thermal expansion with oxidic ceramics and process for obtaining same |
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