JP2005330182A - Ｅｓｄ散逸セラミック - Google Patents

Abstract

【課題】 ＥＳＤ散逸セラミックを提供する。
【解決手段】 ＥＳＤ散逸特性を有し、半絶縁性範囲（１０^３〜１０^１１Ω・ｃｍ）で堆積抵抗率及び表面抵抗率を調節可能であり、実質的に気孔がなく、曲げ強さが大きく、色が明るい密なセラミックとする。これは、望ましいＥＳＤ散逸特性、構造的な信頼性、高い視覚認識性、小さい摩耗、及び粒子汚染のために、静電気に対して敏感なマイクロエレクトロニクス、電磁、光電気部品、デバイス、及びシステムの製造及び組立で使用される、ＥＳＤ散逸工具、取付具、耐力部品、加工表面、容器のために望ましい。
【選択図】 図１

Description

静電放電（ＥＳＤ）に関する広範な背景は、インターネットでＥＳＤ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ， ７９００ Ｔｕｒｉｎ Ｒｏａｄ， Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ３， Ｓｕｉｔｅ２， Ｒｏｍｅ， ＮＹ １３４４０−２０６９のウエブサイトに見出され得る（この情報に関しては、「ｗｗｗ．ｅｓｄａ．ｏｒｇ」参照）。

多数のＥＳＤ散逸ツール及び容器が考案され、ＥＳＤ現象の防止及びマイクロエレクトロニックデバイスの保護のために用いられている。ＥＳＤ散逸材料は、完全絶縁性、半導電性又は導電性であるべきではない、ということが既知である。むしろこのような物質は、半絶縁性（１０^３〜１０^１１Ｏｈｍ−ｃｍの範囲の体積抵抗率又は「Ｒｖ」を有する）であるべきである。例えばＥＳＤ散逸材料は、ＭＲ／ＧＭＲヘッドの製造及び試験、並びにディスクドライブの組み立てに関して示唆されてきた^１，２。同様に、ＥＳＤ散逸セラミック及び炭素添加ポリマーピンセットは、半導体部品を取り扱う場合に用いられてきた。

半絶縁性セラミックの使用は、いくつかのＥＳＤ制御の用途に関して報告されている。概して、半絶縁性セラミックは、導電性又は半導電性セラミックを絶縁性セラミックと混合することにより調製される。これはＥＳＤ散逸ポリマーの場合の製造方法と同様である。過去において、混合法に基づいて、他の用途のためにいくつかの半絶縁性材料が調製された。例えば特許文献１は、金属酸化物添加安定化ジルコニアが、イオン及び電気の両方に対する伝導性を高温において有する、と報告している。ＬａＣｒＯ_３添加安定化ジルコニアも、高温導電体に関して試験された^３。

近年、特許文献２は、１０^５〜１０^１０Ｏｈｍの表面抵抗を有する種々のセラミックから作製されたピンセットが、静電気感受性部品を静電放電に対して保護して保持するのに用いられ得ることを報告した。同特許はさらに、部分的又は完全に安定化したジルコニアベースのセラミックが、基材材料として用いられ得る、ということを示した。しかしながら同特許は、製造方法及びその他の物理的特性についてのいかなる情報も開示しなかった。

特許文献３は、安定化ジルコニアの抵抗率は、サーミスタ素子に対して５〜５０モル％の遷移金属酸化物（Ｃｏ_２Ｏ_３）を付加することにより、６００℃で７×１０^２〜５．５×１０^５Ｏｈｍ（抵抗値は電極寸法なしでは抵抗率に換算できない）の範囲で制御され得る、ということを報告している。同特許は、他の物理的特性についてのいかなる情報も開示しなかった。

特許文献４は、ＴｉＯ_２（５０〜９９重量％）及びＡｌ_２Ｏ_３の混合物から作製されたセラミックテープガイドが、種々の雰囲気中で１０^４〜１０^１１Ｏｈｍ−ｃｍの体積抵抗率に加熱処理されて、静電放電損傷から磁気テープドライブを保護し得る、と報告した。そのテープガイドは、ステンレススチール製の慣用的テープガイドと比較して、７００〜９００ｋｇ／ｍｍ^２というその高い硬度のために、磨耗に対してより耐性である。

特許文献５は、２×１０^６〜１０^１０Ｏｈｍ／ｃｍ^２の抵抗率を有するアルミナ及び炭化珪素ベースのセラミックが、帯電除去成分のためにＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ及びＴａの窒化物及び炭化物を添加することによって調製され得る、と報告した。

特許文献６は、２５〜７５℃で１×１０^７〜１×１０^１３Ｏｈｍ−ｃｍの体積抵抗率、及び１．８％／℃以下という体積抵抗率の温度計数（ＴＣＲ）の絶対値を有するアルミナ複合セラミックが、ウェハを保持する帯電防止部分、例えばコンベアアーム、取扱ジグ、ピンセットのために、遷移金属酸化物、例えばＴｉＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＭｎＯ_２、ＮｉＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３及びＶ_２Ｏ_５を含有する添加物を用いて調製され得る、と報告した。

特許文献７は、半絶縁性窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体は、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｙ、Ｅｒ及びＹｂの少なくとも１つの酸化物から、又はＳｉから粒界相を生成して静電気を除去するための部分を調製することによって、抵抗率を１０^４〜１０^１１にし得る、と報告した。

前記のほとんどの材料は、小さい曲げ強さ及び破壊靱性、並びにそれらの微細構造における残存気孔のために、高性能ＥＳＤ散逸セラミックツールのためには構造的に必ずしも信頼できない。特許文献８は、良好な機械的特性を有する半導体ジルコニアは、１０〜４０重量％のＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｒの酸化物を用いて調製され得る、と報告している。

特許文献９は、５×１０^７〜１×１０^９Ｏｈｍ−ｃｍの体積抵抗率を有するピンセットが、半導体部品を保持するために用いられて、ＥＳＤ問題を回避し得ると報告した。

非特許文献１は、ＥＳＤ散逸ポリマー及びセラミックピンセットが、ＭＲヘッドの製造及び取扱い中に用いられ得る、と報告している。試験結果は、「添加された」ジルコニア（ベンダ所有）製ピンセットが最良の性能を示す、ということを明示した。

特許文献１０は、７００ＭＰａより大きい曲げ強さ及び１０^６〜１０^９Ｏｈｍ−ｃｍの抵抗率を有する高強度ジルコニアベース複合ピンセットを報告した。さらに当該材料は、１４ガウスまでの残留磁束を示した。

特許文献１１は、いくつかのペロブスカイト型酸化物が安定化ジルコニアと混合されて静電散逸セラミックを調製し得る、と報告した。当該特許は、その他のペロブスカイト型酸化物がジルコニアと反応してジルコン酸塩を生成し、したがって静電散逸セラミックとして不満足である、ということも記載している。にもかかわらず同特許は、重要な特性として体積抵抗率のみを報告している。

特許文献１２は、６０〜９０重量％の安定化剤含有ＺｒＯ_２を含む、酸化条件下で生成された半導体ジルコニア体を特許請求している。ここでこのジルコニア体は、２重量％以下のＡｌ_２Ｏ_３を含有し、導電性付与剤として１０重量％〜４０重量％のＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｒのうちの一種類の又はそれ以上の種類の酸化物を含有し、少なくとも５８０ＭＰａの三点曲げ強さを有し、且つ１０^６〜１０^９Ｏｈｍ−ｃｍの体積比抵抗率を有する。

米国特許第３，４１０，７２８号 独国特許第３７４３６３０Ｃ１号（１９８９）４ 特開昭６２−２５４０４Ａ（１９８７）５ 特開平３−５３６３Ａ（１９９１） 米国特許第５，６１２，１４４号（１９９７）６ 米国特許第５，８３０，８１９号（１９９８）７ 米国特許第５，９５８，８１３号（１９９９）８ ＰＣＴ国際公開ＷＯ９８／４９１２１（１９９８） 特開平８−３９４４１（１９９６） 特開平１０−２９６６４６Ａ（１９９６） 米国特許第６，１３６，２３２号（２０００） 米国特許第６，２７４，５２４号（２００１） Ｃ． Ｌａｍ（１９９６）９

ＥＳＤの制御での前記の従来技術の試みは、現在のＥＳＤ散逸の要件又はＥＳＤ散逸セラミックに関する予測される将来の要件を満たすには、以下の理由のために十分というわけではなかった：

１．従来技術は十分な高密度を欠く
従来技術のＥＳＤ散逸セラミック組成物は、十分に高い密度（即ち９７〜９９％Ｔ．Ｄ．）を有していない。これは、従来技術において用いられる加工技術のためである。従来の加工技術は、熱間静水圧圧縮成型（以後、「ＨＩＰ」）を含まない。従来技術は典型的に、典型的なＨＩＰ処理中の熱化学的不安定性のために、熱間静水圧圧縮成型された（以後、「ＨＩＰ化」）材料を典型的に作製しなかった。従来技術のＥＳＤ散逸セラミックに用いられた導電率改質剤はしばしば、黒鉛加熱素子を用いたＨＩＰにおいて、高温（１２００〜１５００℃）及び高アルゴン圧（１００〜２５０ＭＰａ）でのＨＩＰ中に熱化学的還元を受ける。ＨＩＰ中の熱化学的反応は、本体から表面に気体（ＣＯ_２又はＯ_２）を放出させて遷移金属酸化物を酸素欠乏した金属酸化物に還元し、セラミック体に膨れ及び亀裂を生じさせる。

無圧焼結ＥＳＤ散逸セラミックは、本体の表面及び内側に多数の気孔（ピット）を有する。例えば９９％Ｔ．Ｄ．を有する焼結セラミックは、直径０．１〜１０μｍの多数の気孔を有し得る。１ｃｍ×１ｃｍ×０．２５ｃｍの寸法、９９％Ｔ．Ｄ．、及び直径１μｍの単一の寸法の気孔を有する方形焼結プレートを仮定すると、表面上の露出されている気孔の数は１０００万個である。しばしばこれらの気孔は粒状屑及び夾雑物を内側に閉じ込めるので、清浄化するのが難しく、またクリーンルーム環境中でのこのような部品を使用するときに汚染源として作用する。さらに残存気孔を有するセラミックの清浄化は、ＨＩＰによる実質的に気孔を有さないセラミックの場合と比較すると難しい。他方で、同じ寸法で９９．９％Ｔ．Ｄ．のＨＩＰ化セラミックプレートの気孔の数は１００万個であり、欠陥（残存気孔）の数は焼結プレートの１／１０に低減している。

さらに残存気孔は、最終的な形状及び寸法への機械加工中に、研削砥石のダイアモンドグリットと相互作用して、損傷スポットを生じる。これは、このような部品の寿命を通して粒状破砕屑の潜在的な供給源となる。

したがって、慣用的な熱間静水圧圧縮成型（ＨＩＰ）により容易に密度を高められて、十分に緻密な構造的に信頼できるセラミック部品を達成するセラミック組成物を調製することが非常に望ましい。

２．従来技術は十分に高い強度を欠く
ＨＩＰはさらにまた、強度を限定するセラミック体中のキャビティ及び気孔を排除して、構造的により強く且つ信頼できる部品を生じる。セラミック部品の曲げ強さは、ＨＩＰ後に２０％から５０％まで改良され得る、ということが周知である。したがってＨＩＰは、高強度の機械的に信頼できる部品を調製し、またより薄い横断面及び複雑な形状を可能にする好ましい加工過程である。

要するに、ＨＩＰ可能なＥＳＤ散逸セラミックは、残存気孔が存在しないことによって、製造工場における汚染制御改善に関して有益である。

３．従来技術は色の選択を欠く
現代の製造技法は、多数の自動加工工程を含む。このような自動製造システムにおけるビジョンシステムの効率は、重要である。ビジョンシステムの高生産性は、色及びコントラストにおける差異に基づく迅速な光学的認識により達成され得る。磁気記録ヘッドの色は、スライダー材料（ＡｌＴｉＣ、炭化チタン及びアルミナの複合材料）の色のために、実質的に黒色である。したがって「非黒色」のＥＳＤ散逸材料は、ビジョンシステムにおける高生産性を保証するために、非常に好ましい。その他のマイクロ電子部品の色は、様々であり得る。したがって、ＥＳＤ散逸セラミックツール及び取付具に、種々の色を有する能力を与えることは望ましい。今日までに商品化されたほとんどの従来技術のＥＳＤ散逸セラミックは、黒色であるか又は実質的に暗色であった。

４．従来技術は調整可能性を欠く
特定の用途のための適正なＥＳＤ散逸は、特定の体積／表面抵抗率を有する材料により得られる。しかしながら、報告されているように、広範囲の表面抵抗率を要する多数の異なる用途が存在する。従来技術では、容積及び表面抵抗率の制御は、主としてＥＳＤ散逸材料における組成変化により得られていた。したがって、様々な抵抗率を要し得る種々の用途の要求を満たすためには、様々な組成の材料を調製しなければならなかった。さらに、複合材料の生成に用いられる抵抗率改質剤の量はしばしば、材料の他の特性に有意の変化をもたらす傾向がある。したがって設計技師は、各用途のために抵抗率規格を試験結果に基づいて変更する傾向にある。したがって、調整可能な抵抗率を有する材料に対する必要性が存在する。

５．従来技術は十分な非磁性特性を欠く
いくつかの用途、特にＧＭＲヘッドの製造では、ＥＳＤ散逸材料は最低の磁化率を有することが望ましい。マイクロ電子デバイスの電磁性能の測定を行うその他の用途では、取付具からの干渉がないことを要する。ほとんどの遷移金属ベースの抵抗率改質剤は、実質的な磁化率を示す。１６ガウスまでの残留磁束密度は一般的なＥＳＤ散逸の用途のために申し分ない、ということがＰＣＴ国際公開ＷＯ９８／４９１２１号に報告されている。しかしながら、電磁測定のためのツールに用いられる実質的に非磁性の材料に対する必要性が存在する。したがっていくつかの用途では、１又はそれよりも多くの実質的に非磁性の抵抗率改質剤で作製されるＥＳＤ散逸材料を得ることが好ましい。

表面抵抗率は、ＥＳＤ散逸材料の性能を決定するための唯一の測定値ではない。概して、表面での接触によって静電荷を迅速に散逸させることは非常に望ましい。より精確な測定値は、文献中に記載されているように、ｍｓ単位での電荷減衰である。

１０００Ｖから１００Ｖへの許容可能な減衰時間は０．１〜２０秒である、とＰＣＴ国際公開ＷＯ９８／４９１２１号は報告している。さらに、その範囲外の材料はＥＳＤ散逸セラミックに適していない、とここでは報告している。しかしながら、０．１秒未満の減衰時間は、ほとんどのＥＳＤ散逸用途のために好ましい、ということが注目されている^１０。

本発明の１つの目的は、多機能性であり、且つ感受性マイクロ電子デバイスの製造中に接触して静電気を散逸し得るＥＳＤ散逸セラミックを提供すること、及びその使用である。このようなＥＳＤ散逸材料は、中間の抵抗率を有さねばならない、ということは既知である。例えば表面抵抗率は、１０^３〜１０^１１Ｏｈｍ−ｃｍ、好ましくは１０^４〜１０^１０Ｏｈｍ−ｃｍ、さらに好ましくは１０^５〜１０^９Ｏｈｍ−ｃｍ、最も好ましくは１０^６〜１０^９Ｏｈｍ−ｃｍの範囲であるべきである。これらの値は、静電荷を散逸するために望ましい。第二の要件は、散逸特徴である。例えば電荷は、部品の全体を通して十分迅速に散逸されねばならない。さらに、当該材料は、熱スポットを回避するために一様に電荷を散逸するのに十分に均質でなければならない。

本発明の別の目的は、多数の用途に関する種々の抵抗率の要求を満たすために、材料における調整可能な抵抗率を提供することである。

本発明のさらなる目的は、種々の色のＥＳＤ散逸セラミック、特に実質的に明色のセラミックを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、高い機械的信頼性、低汚染及び良好な機械加工性のために、無圧焼結セラミックと比較した場合に、実質的により低い残留多孔性を有するＨＩＰ可能ＥＳＤ散逸セラミックを提供することである。

本発明の特別な目的は、電磁測定の種々の用途のためにより安全に使用される実質的に非磁性のＥＳＤ散逸セラミックを提供することである。

したがって本発明は、ＥＳＤ散逸用途に適した高密度セラミック（即ち、理論的密度又は「ＴＤ」の９９％より高い密度）を意図している。より好ましい実施態様では、セラミックの密度は、理論的密度の９９．５％より高い。このようなセラミックは、１０^５〜１０^１０Ｏｈｍ−ｃｍの範囲の体積抵抗率を有し、且つ大きい強度（即ち、５００ＭＰａより大きい強度）も有する。これらのセラミックは、空気中で焼結し、そして次に、必要な場合又は望ましい場合には、熱間静水圧圧縮成型（「ＨＩＰ」又は「ＨＩＰ処理」）することにより生成される。この場合、ＨＩＰ環境は好ましくは酸化雰囲気ではない。二次加熱処理（焼結及び／又はＨＩＰ）は、以下の結果のうちの１つを生じるように行う：
すなわち、体積抵抗率が１０^６〜１０^９Ｏｈｍ−ｃｍの範囲にシフトする（あるいはより高く又はより低くなる）ように、
（１）抵抗を上げること；又は
（２）抵抗を下げること、
ができる。

ある種の好ましい実施態様では、セラミックは、安定化ＺｒＯ_２から、有益には金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物又はそれらの組合せから選択される１又はそれよりも多くの導電性又は半導電性添加剤を伴って調製される。有益には、これらのセラミックを用いて作製される構成部品は、２秒未満の減衰時間を有する。

ある種の好ましい実施態様では、セラミックは８．５ＧＰａよりも大きいビッカーズ硬度を有し；４ＭＰａ・ｍ^−１／２よりも大きいＫ１ｃを有し、且つＺｎＯを、好ましくは１５〜２５％（初期試薬の容量％）の範囲で含有することによって「明」色セラミックを生成している。いくつかの好ましい実施態様では、ＺｎＯ及び約１０％（容量）までの遷移金属酸化物を含有する。例えば酸化マグネシウム（１〜８容量％）は、「暗」色セラミックを生じさせるのに良好に作用する。

いくつかの好ましい実施態様では、ＳｎＯ_２を、好ましくは２０〜８０％（初期試薬の容量％）の範囲で含有する。他の好ましい実施態様では、ＺｒＣ又はバリウムヘキサフェライトを１５〜３５容量％の範囲で含有する。

ある種の好ましい実施態様では、セラミックは、平衡分圧下の２００〜２５０℃で水中での加熱処理後に、５０％よりも大きいＭＯＲを保持する。

別の好ましい実施態様では、明色ＥＳＤ散逸セラミックのための、Ｙ−ＴＺＰ生成物に基づき、１５〜４０％のＺｎＯ又は１５〜６０％のＳｎＯ_２を添加した粒状複合材料を提供する。「明色」という用語は、セラミック材料が、黒色又は別の暗色でないことを意味する。好ましい明色材料は、白色、オフホワイト、明灰色、黄褐色等である。

ほとんどの導電性金属とは異なり、セラミックは広範囲の導電率及び抵抗率を示す。セラミックは、バルク特性において、絶縁性、半導電性及び導電性である。電気抵抗率は、絶縁相中に導電性又は半導電性相を添加することにより適合され得る。したがって抵抗率改質剤は、材料の導電特性を適合するために広範に用いられてきた。このような適合可能性に関して、多数の周知の導電性セラミック類が存在する。改質剤は、基材材料と反応性又は非反応性であり得る。

ＥＳＤ散逸に関する特性の長年の願望を完全に満たす単一のセラミック材料は存在しないが、ジルコニアセラミックは電気的特性を除くかなりの数の要件を満たし得ることが既知である。多数の絶縁性Ｙ−ＴＺＰ（イットリア部分安定化−正方晶ジルコニア多結晶）部品が、その信頼できる機械的特性のために、磁気記録ヘッドを製造するための種々のツール用に、今日まで受容されそして用いられてきた。その他の既知の安定剤、例えば希土類酸化物、ＭｇＯ、ＣａＯ及びそれらの混合物により安定化したその他のＴＺＰは、マトリクス材料として用いられ得る。

ジルコニアは、室温で絶縁性（Ｒｖ＝１０^１３Ｏｈｍ−ｃｍ）である。導電性ジルコニア複合材料は、導電性粒子を分散させて放電機械加工可能（又はＥＤＭ可能）組成物を生成することにより作製され得る、ということが周知である。典型的には、金属導電率の粒状分散質、例えば炭化物、ホウ化物、ケイ化物が非常に有効であることが既知である。これらは１Ｏｈｍ−ｃｍ未満の典型的な抵抗率を生じる。この抵抗率は、最適なＥＳＤ散逸のためには低すぎる抵抗率である。

導電性酸化物、例えば遷移金属酸化物、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｏ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３等も、ジルコニアの電気的抵抗率を最適化するために試験された。３〜１５モル％の鉄酸化物はイットリア安定化セラミックに添加されて、２５０℃で〜１０^５Ｏｈｍ−ｃｍの電気抵抗率を提供し得る、ということが報告されている^１１（前記引用の日本国特許出願（京セラ）も参照）。しかしながらいくつかの酸化物添加剤は、Ｙ−ＴＺＰの変成性を変えて、破壊靱性を悪化させる。遷移金属酸化物は、ジルコニアにおいて着色剤として作用して、特徴的な暗色を生じる。したがってこれらの添加剤は、白色／明色材料に関しては満足すべきものではない。

さらにこれらの遷移金属酸化物は、焼結及びＨＩＰのような高温過程中に、熱化学的酸化還元反応を受ける。例えばジルコニア中のＦｅ_２Ｏ_３は、Ａｒのような不活性気体中でのＨＩＰ中に熱化学的還元を受けて、気体発生反応によって気孔又は亀裂を生じる。酸素含有気体中でのＨＩＰは、このような有害反応を妨止するが、プラチナ加熱素子及び特殊な炉備品が高価であるため、費用対効果が高くない。

導電性及び半導電性相はともに、抵抗率及び散逸特性を適合するための抵抗率改質剤として用いられ得る。いくつかの抵抗率改質剤は、Ｙ−ＴＺＰと反応して新規の相を形成し、それによって絶縁特性を生じ及び／又はＹ−ＴＺＰの変成性を変更し得る。このような改質剤は、避けられねばならない。さらに抵抗率改質剤は、種々の用途に首尾よく用いられるように、以下に列挙するような多数の要件を可能な限り満たす必要がある：
無圧焼結性及び焼結−ＨＩＰ性、良好な機械加工性並びに構造的信頼性；
種々の色、好ましくは明色；
最小の粒子生成性；
調整可能なＥＳＤ特性；
加工環境中での最小の腐食性；
実質的な非磁性又は強磁性。

明色ＥＳＤ散逸セラミックは、Ｙ−ＴＺＰマトリクス中にＺｎＯ粒を分散させることにより調製され得る、ということが判明している。さらに、Ｙ−ＴＺＰ中に添加されたＳｎＯ_２も、所望の抵抗率を有する明色材料を達成するのに有効である。２〜３の暗色（又は黒色）ＥＳＤ散逸セラミックも、Ｙ−ＴＺＰ中にＬａＭｎＯ_３、ＬａＣｒＯ_３、ＺｒＣ及びＢａＦｅ_１２Ｏ_１９を添加することにより調製された。

抵抗率改質剤の磁化率は様々である（磁化率は、材料中に誘導された磁気の強度と、材料に与えられる磁化力又は磁場の強度との比として定義される）。ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＣ及びＳｉＣは、１０^−４ｍｌ／ｍｏｌ未満という非常に小さいモル磁化率を有する。他方、Ｆｅ_２Ｏ_３及びＢａＦｅ_１２Ｏ_１９は、１０^−２ｍｌ／ｍｏｌよりも大きい高モル磁化率を示す。ＬａＭｎＯ_３及びＬａＣｒＯ_３のようないくらかの材料は、中間のモル磁化率を示す。低磁化率を有する改質剤は、低電磁干渉を要する用途には良好である。他方、高磁化率を有する改質剤は、磁性機能を要する用途に用いられ得る。

いくつかの材料の抵抗率は、ＨＩＰ後に有意に変わる、ということが判明している。さらにＨＩＰ処理セラミックの抵抗率は、空気又は制御雰囲気での制御された加熱処理によって、所望の値に制御され得る。

最後に、本明細書中に開示された成分の容量パーセンテージ（容量％）は、現在入手可能な商用的な材料を基礎にしている。これらの数値は、他の材料が用いられる場合には、変更され得る。例えばナノサイズの粒子は、より小さい容量％で使用される。

前記のように、本発明は、従来技術のＥＳＤ散逸材料における前記の問題を解決しようとしている。したがって本発明では、好ましくはＨＩＰにより生成される高密度の強いＥＳＤ散逸材料を提供し、色の選択、特に黒色より明るい色の選択を可能にする。本発明のＥＳＤ散逸材料はさらに、「調整可能」な抵抗率、即ち調製中に選択可能である抵抗率を有し、部品の機械的信頼性、低汚染表面、及び低磁化率を有する。

好ましくは本発明のセラミック組成物は、ＥＳＤ散逸特性、並びに半絶縁性の範囲で調整可能な容積及び表面抵抗率を有する。

好ましくは本発明のセラミック組成物は、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＣｅＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３及びそれらの混合物からなる群より選択される少量（例えば約２重量％未満）の１又はそれよりも多くの焼結助剤又は添加剤も含み得る。添加剤の量は、ＥＳＤ散逸セラミックに関する望ましい特性を変えないよう十分に少量でなければならない。いくつかの場合、限られた量のこれらの酸化物は、粉末加工中に、原料及び／又は夾雑物から混入され得る。

好ましくは本発明のセラミック組成物は、実質的に気孔を有さず、特に相対数で例えば、０．５μｍより大きい気孔サイズに基づいて、９０％以上無気孔である。本明細書中で用いる場合、「無気孔」及び「実質的に無気孔」であるという用語は、９９％超、最も好ましくは９９．５％超の相対密度と定義され得る。

好ましくは本発明のセラミック組成物は、大きい曲げ強さを有する。ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、ＬａＭｎＯ_３及びＬａＣｒＯ_３を含有する焼結−ＨＩＰ処理ＴＺＰ材料は比較的強く、それぞれ１，０００、６５０、７１６及び１，００５ＭＰａである。

好ましくは本発明のセラミック組成物は、黒色よりも明るい色を有する。本明細書中で用いる場合、好ましい「明」色は、ＩＳＯにより定義される１６グレースケールの中点より明るいものであると定義される。色は、より定量的測定のために、測色計を用いても測定され得る。ＺｎＯ及びＳｎＯ_２組成物を含有するセラミック組成物は明色を示し、ほとんどの他のものは黒色又は非常に暗い色を示す。

好ましくは本発明のセラミック組成物は、５００ｍｓ未満、最も好ましくは１００ｍｓ未満の電圧減衰時間（ＥＳＤ散逸セラミックの性能の測定値）を有する。

好ましくは本発明のセラミック組成物は、例えば１００ｍＡ未満、最も好ましくは５０ｍＡ未満の小さい過渡電流を有する。

前記のように本発明の一局面は、本発明のセラミック組成物を用いたＥＳＤ散逸ツールの形成である。

本発明の高密度生成物は、基礎成分としてのＴＺＰ、並びに導電性又は半導電性の酸化物、炭化物、窒化物、酸炭化物、酸窒化物及び酸炭窒化物等からなる群より選択される少なくとも１つを含む粒状分散質を含む。いくつかの抵抗率改質剤は、添加剤を添加され、あるいは予め合金化されて、所望の結晶形態及び／又は抵抗率にされている。抵抗率改質剤の量が６０容量％より多い場合、ＴＺＰの高破壊靱性及び曲げ強さを利用することは難しい。導電率改質剤の量が１０容量％未満である場合、所望の散逸特性を達成するのは難しい。したがって抵抗率改質剤の適切な範囲は例えば、１５〜５０、２０〜４０及び２５〜３０容量％であり、これらの値と重複する範囲を含む。

すべてのセラミック粉末の平均粒子サイズは、均質な微細構造及び均一な電気的特性並びに所望の散逸特徴を達成するためには１μｍより小さかった。いくつかの予備合金化粉末は、Ｙ−ＴＺＰ微粉砕媒質とともにプラスチックジャー中で微粉砕して、所望の粒子サイズを得た。粉末は、Ｙ−ＴＺＰ微粉砕媒質とともにプラスチックジャーミル中で湿式微粉砕し、その後、乾燥及び造粒することにより混合された。

本発明の高密度生成品は、任意の成形方法、例えばドライ加圧成形、スリップ注型、テープ注型、注入成形、押出し及びゲル注型により、Ｙ−ＴＺＰ粉末及び導電率改質剤粉末の混合物を任意の所望の形状に成形することによって調製される。有機結合剤系を、粉末混合物中に付加して、取り扱い及び未焼成品の機械加工性のための大きい未焼成品強度を達成し、且つ圧縮中に形状を維持することができる。

成形セラミック製品は、空気中で、あるいは所望の反応性又は不活性雰囲気中で、９５％Ｔ．Ｄ．超まで、好ましくは９７％Ｔ．Ｄ．超まで、脱結合剤化及び焼結される。焼結セラミック製品は、不活性気体又は酸素含有不活性気体中で熱間静水圧圧縮成型することによって、密度をさらに高められ得る。このようにして得られた焼結又は焼結−ＨＩＰ処理セラミック製品は、絶縁体と半導体との間の周囲温度抵抗率である１×１０^３〜１×１０^１２Ｏｈｍ−ｃｍの体積抵抗率を示す。

いくつかの抵抗率改質剤は、焼結及び／又はＨＩＰ処理中にＹ−ＴＺＰと反応して、しばしば、非常に異なる電気的特性を有するジルコン酸化合物を生成し得る。このような反応は熱で活性化されるので、高温で非常に迅速である。したがって、圧縮温度及び時間を低減することによりこのような有害反応を制限することは、非常に望ましい場合がある。焼結中の別の厄介な反応は、導電率改質剤がジルコニウム粒の変成性に影響を及ぼして、Ｙ−ＴＺＰ粒をさらに安定化し、又はＹ−ＴＺＰ粒を不安定化し得る反応である。この場合、ジルコニア中のイットリア含量を制御して変成性を最適化し、あるいは異なる安定剤を伴う他のＴＺＰ系を用い得る。焼結中の反応の程度は、粒子サイズ、粒子サイズ分布及び圧縮温度によって有意に変化する。Ｘ線回析を用いて、焼結中の任意の検出可能な化学反応を測定した。

ジルコニアのＨＩＰ処理は、強度を制限する気孔又はキャビティを排除するための十分に確立された方法である。焼結セラミックの曲げ強さはしばしば、無圧焼結セラミックの場合と比較して５０％まで改良されて、それらの構造的信頼性及び機械加工性を有意に改良する。その他の抵抗率改質剤は、Ｙ−ＴＺＰとの制限された反応を行う。しかしながら改質剤は、黒鉛加熱素子を用いると、不活性気体、例えばアルゴン等の中での典型的なＨＩＰ処理中に熱化学的に還元され得る。このようなＨＩＰ処理は、気体生成物を放出しながら、このような化合物を熱化学的に還元し得る、ということは周知である。このような気体発生反応は、膨張、膨れ及び／又は亀裂によって、圧縮を制限する。例えばほとんどの遷移金属酸化物、例えばＦｅ_２Ｏ_３、Ｃｏ_２Ｏ_３、ＮｉＯ及びＴｉＯ_２は、このような反応を蒙る。したがって、このような問題を回避するために、熱化学的に安定な導電性改質剤を見出すことが非常に望ましい。あるいは酸素ＨＩＰ処理を用いて、このような負の反応を回避し得る。しかしながら酸素ＨＩＰ処理の経費の高さは、費用対効果が良好な製品の製造のためにはしばしば望ましくない。

多数の異なるＥＳＤ散逸用途は、１０^３〜１０^１１Ｏｈｍ−ｃｍの範囲の種々の抵抗率を要する。セラミックの導電率は、導電率改質剤の量を調整することにより及び／又は基材物質に対して様々な比率の粒子サイズの導電率改質剤を用いることにより、制御され得る。したがって種々のセラミック組成物が、種々の範囲の導電率を包括するよう調製され得る。したがって、空気又は気体雰囲気中でのセラミックの単純な加熱処理（又は焼きなまし）により、組成物の抵抗率を調整（又は適合）させる方法を確立することが非常に望ましい。ほとんどのセラミック系において、格子間陽イオン又は空格子点のような電荷キャリアの密度に依存して、抵抗率は変わり得る。

既知の雰囲気における高温でのセラミックの異なる加熱処理は、それらの熱履歴（圧縮の温度及び雰囲気）から、セラミック体中の電荷キャリアの平衡密度を変えて異なる抵抗率を生じ得る、ということは既知である。所定の系における変化の程度は、ほとんどのセラミック系に関して研究されていなかった。さらに系中の種々の少量不純物は、このような変化に有意に影響し得る。さらに、いくつかのセラミック系中では、活性ないくつかの異なる電荷キャリアが存在し得る。したがって、実験により抵抗率の制御を確立することは非常に重要である。

ほとんどのＥＳＤ散逸セラミックツールは、正確な形状及び寸法に機械加工することを要する。したがって、セラミック体の表面に組成勾配が存在する場合、ＥＳＤ散逸特性は変わり得る。

１つの試料について、容積及び表面抵抗率は互いに１桁の範囲内である、ということが判明した。さらに電圧減衰時間は、均質材料では表面抵抗率とかなりよく相関する。例えば低表面抵抗率（例えばＲｓ＝１０^６Ｏｈｍ／ｓｑ．）を有する試料は、短い電圧減衰時間、即ち約５０ｍｓの電圧減衰時間を示す。複合材料中に巨視的組成分離が認められる場合、材料の散逸挙動は、組成変動によって変わり得る。

特性化方法：
セラミックの密度は、温度及び大気圧補正を伴う水置換法により測定した^１２。

セラミックの微細構造は、標準研磨手法により調製された試料の研磨横断面で光学走査電子顕微鏡により観察した。

セラミック片の色は、４５°／０°光学配置及び７．６ｍｍ開口を用いて、Ｈｕｎｔｅｒ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ， Ｉｎｃ．， Ｒｅｓｔｏｎ， ＶＡから入手可能なミニスキャンＸＥプラス（Ｍｉｎｉｓｃａｎ ＸＥ Ｐｌｕｓ）により測定した。

Ｘ線回析（ＸＲＤ）法を用いて、粉末及び圧縮セラミックの結晶相を分析した。

超音波変換器を用いたパルスエコー法によって、セラミックのヤング率、剪断弾性率及びポアソン比を測定した。

５〜２０ｋｇｆの負荷でのビッカース硬度法により、セラミックの硬度を測定した。

３×４×５０ｍｍのＢ型検体を用いて、ＡＳＴＭ Ｃ１１６０−９０に明記された方法により、セラミックの４点曲げ強さを測定した。約１０のワイブル率と仮定すると、この方法は、ＪＩＳ Ｒ１６０１−８１（３０ｍｍスパンを用いた３点曲げ試験）を用いて判明したものより約２０％低い曲げ強さを報告すると概算される。５〜１５バールの平均強さが報告された。

１０〜４０ｋｇｆの負荷でビッカース圧子を用いた圧痕亀裂長法により、セラミックの破壊靱性を測定した。圧痕亀裂強さ法も、いくつかの場合に用いた。

１０又は１００Ｖで、ＡＳＴＭ及び他のものにより明記された方法にしたがって、体積及び表面抵抗率（ＤＣ）を測定した。抵抗率測定前に、ダイヤモンドホイールによりセラミックの表面を研削し、超音波浴中で洗浄化した。電極として、約０．５５ｍｍ厚の１２１５銀被覆導電性ゴムシート（Ｃｈｏｍｅｒｉｃｓ Ｉｎｃ．， Ｗｏｂｕｒｎ，ｍＡ）を用いた。

電極減衰時間は、電荷散逸の測定値であり、文献^{１４、１５、１６、１７}に記載された方法により測定される。

半絶縁性ＥＳＤ散逸材料の使用：
以下は、本発明のＥＳＤ散逸材料の多数の考え得る用途の一部を示している。これらの示唆される用途としては、以下のものが挙げられる：
ＭＲ（磁気抵抗）ヘッド支持体、
磁気ヘッド製造（ラップ仕上げ、研磨、清浄化）用の、移送具、
ＨＧＡ（ヘッドジンバルアセンブリー）、ＨＳＡ（ヘッド積重ねアセンブリー）、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）アセンブリー用の、工具、取付具及び容器、
ウェハーの、取扱い、加工処理、及び水、溶媒中での並びに二酸化炭素を用いた清浄用の、工具、取付具及び容器、
ワイヤ結合、トリミング、切断用の工具、取付具及び容器、
ＩＣチップ取扱い用のピックアンドプレースノズル、
接着剤及びはんだ分配用のノズル、
ウェハー取扱い用の取付具、エンドエフェクター、真空チャック、
ＩＣ取扱い及び試験用の取付具、
ＥＳＤ感受性デバイス、例えばＣＭＯＳ、ＧａＡｓ、ＳｉＧｅ、ＩｎＰ及びＭＲＡＭ、ＭＥＭＳ用のツール、取付具及び容器、
ＩＣ及び磁気ヘッド用のアセンブリー取付具、
個人的な工具：ピンセット、ねじ回し、鋏、刃、
ロボットの指用の部品、
電気光学的コーティングプロセス用のツール、取付具及び容器、
レチクル（フォトマスク）用のツール、取付具及び容器等。

前記の構成部品（限定的なものではない）の製造に際して、本発明のＥＳＤ散逸材料は、全構成部品として、又はその一部分として用いられ得る。例えばＥＳＤ散逸材料は、研削、機械加工等により種々の部品に造形され、それによってＥＳＤ散逸材料から全体が生成される構成部品にされ得る。他方、構成部品の小部分にのみ、ＥＳＤ散逸材料を用いることが必要である場合もあり得る。その場合、本発明のＥＳＤ散逸材料の１又はそれよりも多くの小さい機械加工又は研削された（又は他の方法で生成された）セグメント（注：２つ又はそれ以上の材料が、所望により、組合され得る）は、ＥＳＤ保護を要する重要な領域における構成部品に付加される（恒久的に又は取り外し可能な方式で）。それぞれの部品業界の当業者は、本発明のＥＳＤ散逸材料を、本明細書中に列挙された各部品並びに上で列挙されなかった他のものの特定の要求に容易に適用し得る。

以下の実施例を参照しながら本発明をさらに例証するが、これらの実施例は本発明の理解を助けるものであって、本発明を限定するものではない。

実施例１ 「ＺｎＯ」
Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｃｅｒａｍｉｃｓ ＆ Ｐｌａｓｔｉｃｓ（ＳＧＣ＆Ｐ）から入手可能な約２．８モル％のイットリアを含有するＹ−ＴＺＰ粉末（ＹＺ１１０）を、Ｙ−ＴＺＰ微粉砕媒質を伴うジャーミルにおいて、Ｚｉｎｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａから入手可能な種々の量の酸化亜鉛と水中で混合した。ＹＺ１１０及びＺｎＯ粉末の表面積は、微粉砕前はそれぞれ７及び２０ｍ^２／ｇであった。実験室的な方法により微粉砕粉末を粒状化して、加圧可能粉末にした。粉末を４０ＭＰａでスチール金型中において一軸加圧して、次に２０７ＭＰａで冷間静水圧圧縮成型（又は「ＣＩＰ処理」」して、未焼成体を生成した。

未焼成体を２℃／分で所望の焼結温度（１３５０〜１５００℃）に１時間焼結して、約９７％Ｔ．Ｄ．（理論的密度）よりも大きい焼結密度を達成した。焼結中の２相間の反応はないと仮定して、成分の容量％に基づいた混合規則により、理論的密度を算定した。いくつかの焼結体を、１３００℃で４５分間にわたってＡｒ中でＨＩＰ処理して、完全密度を達成した。全試料を、９９．５％Ｔ．Ｄ．超、ほとんどを９９．８％Ｔ．Ｄ．超までＨＩＰ処理した。

焼結により生じた圧縮体及び焼結−ＨＩＰにより生じた圧縮体を、表５及び６に要約したように、密度、ヤング率、硬度、強度、破壊靱性、相微細構造、体積及び表面抵抗率、並びにＥＳＤ散逸（電圧減衰）に関して測定した。

ＺｎＯ含量及び粒サイズの作用：
表５は、無圧焼結試料におけるＹ−ＴＺＰ中のＺｎＯの容量％の関数として、体積抵抗率を要約する。ＥＳＤ散逸に関する抵抗率（１０^３＜Ｒｖ＜１０^１２Ｏｈｍ−ｃｍ）は、１５〜３５容量％のＺｎＯ及び８５〜６５容量％のＹ−ＴＺＰを含有する複合材料により達成され得る、ということが注目される。これらの焼結材料は、空気中において１４００〜１４５０℃で１〜２時間で、９９％Ｔ．Ｄ．超に調製され得る。

３モル％のイットリアを含有するＹ−ＴＺＰ粉末を用いて、試料番号１６を調製し、他のものより１５０℃低い１２５０℃で焼結して、ＺｎＯの粒成長を最小限にした。この試料の体積抵抗率は、試料番号２の試料の体積抵抗率よりも５桁小さい、ということが注目される。本結果は、低温焼結による導電性相（ＺｎＯ）の微細粒サイズが、低抵抗率を達成するのに好都合であることを示す。さらに、低温焼結及び粒成長低減によって、少ない改質剤の量で同一のＥＳＤ散逸抵抗率を達成し得る、と考えられる。

焼きなまし温度及び雰囲気の作用：
意外にも、１３５０℃／２０７ＭＰａで４５分間のＨＩＰ処理後の試料番号８の試料の抵抗率は、７×１０^１１から５×１０^３Ｏｈｍ−ｃｍに有意に低減している。試料番号９〜１４は、ＨＩＰ処理された２０容量％ＺｎＯ／ＹＺ１１０複合材料の抵抗率に及ぼす空気中での加熱処理（焼きなまし）の作用を示している。これは、単純熱処理による抵抗率の調整可能性を示している。これらの結果はさらに、種々のＥＳＤ散逸用途に関する広範囲の抵抗率を網羅するために種々の組成物を調製する必要がないことを示す。異なる雰囲気での焼きなまし（試料番号１５）も、この組成物を用いて調整可能な抵抗率を達成するための付加的手段を提供する。

５×１０^１１Ｏｈｍ−ｃｍのＲｖを有する過剰に焼きなましした試料を、２％Ｈ_２／Ｎ_２雰囲気中で５時間にわたって８９０℃で焼きなますと、５×１０^６Ｏｈｍ−ｃｍの抵抗率を生じた。この結果は、この材料の抵抗率制御が可逆的であることを示す。したがって、所望の抵抗率は、組成物を、空気中で焼きなますか及び／又は制御された雰囲気で焼きなますことによって達成され得る、と考えられる。

過渡電流及び電圧減衰時間：
２０％及び２５％ＺｎＯ／ＹＺ１１０の組成の試料を調製し、６００〜６５０℃の温度で空気中において加熱処理して、以下に示す抵抗率値を得た。図１に示した装置を用いて、過渡電流の測定を行なった。

測定を実施するために、プレート（荷電プレートモニターの一部）に一定電圧を荷電する。これは、約３５０Ｖで約７ｎＣの電荷をプレートに与える。次にこの電荷を、可動接触で試料に接触することによって、アースに散逸させる。ナノ秒毎の電圧を記録するオシロスコープにより電流プローブで観察されるピーク電圧から、ピーク過渡電流を測定する。

時間の関数として、デジタルオシロスコープで荷電プレートモニターの電圧出力を読み取ることにより、減衰時間を測定する。電圧が９００Ｖから１００Ｖに低下する時間を、１，０００Ｖに初期荷電した後で、オシロスコープから測定する。電子計器は、最短測定可能減衰時間として２５ｍｓの限界を設定する。以下の結果を得た：

表７は、ＨＩＰ処理後の２０容量％ＺｎＯ／ＹＺ１１０組成物の特性を要約している。材料は非常に高密度で、相対密度は９９．５％Ｔ．Ｄ．よりも高く、明黄色（１６グレースケールの５０％より明るい）で、機械的に強く、１ＧＰａという材料の曲げ強さを有し、低過渡電流で実質的に安全であり、そして高散逸性で、１，０００Ｖから１００Ｖへの減衰時間は典型的には５０ｍｓ未満である。したがって本材料は、ＥＳＤ散逸セラミックのために良好であると思われる。さらにこの材料の残留磁束は、組成物中にＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｒ酸化物が存在しないので、実質的にごくわずかである。

実施例２ 「ＳｎＯ_２」
Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｓａｌｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａから入手可能な約３モル％のイットリアを含有するＹ−ＴＺＰ粉末（ＨＳＹ３．０）を、Ｙ−ＴＺＰ微粉砕媒質を有するジャーミル中で、ＳＧＣ＆Ｐから入手可能な種々の量の酸化スズ（ＳｎＯ_２、Ｔ１１８６）と混合した。粉末は、導電率改良のために公称１％のＳｂ_２Ｏ_３及び０．５％のＣｕＯの添加剤を有する。混合前に、添加を行った酸化スズを微粉砕して、表面積を約１５ｍ^２／ｇとした。Ｙ−ＴＺＰの表面積は、微粉砕前は７ｍ^２／ｇであった。１２ｍ^２／ｇの表面積に微粉砕された別の市販の酸化スズ粉末（Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ， Ｗａｒｄ Ｈｉｌｌ， ＭＡ）も用いた。実験室的方法により微粉砕粉末を粒状化して、加圧可能粉末にした。粉末を４０ＭＰａでスチール金型中に一軸加圧して、次に２０７ＭＰａでＣＩＰ処理して、未焼成体を生成した。未焼成体を２℃／分で所望の焼結温度（１４００〜１５００℃）に１時間焼結して、約９５％Ｔ．Ｄ．よりも高い焼結密度を達成した。焼結中の２相間に反応はないと仮定して、組成に基づいた混合規則により、理論的密度を算定した。いくつかの焼結体を、１４００℃で４５分間にわたってＡｒ中においてＨＩＰ処理して、完全密度を達成した。

焼結により生じた圧縮体及び焼結−ＨＩＰ処理により生じた圧縮体を、密度、ヤング率、硬度、強度、破壊靱性、相微細構造、体積及び表面抵抗率、並びにＥＳＤ散逸（電圧減衰）に関して測定した。

純ＳｎＯ_２は、絶縁物質である。表４に示したように、１０〜５０％ＳｎＯ_２／Ｙ−ＴＺＰの組成物は絶縁性であり、Ｒｖ＝１０^１３Ｏｈｍ−ｃｍであるということが確証された。管炉内のＡｒ及びＮ_２中での限定加熱処理は、抵抗率の有意の低減を示さなかった。色は、１６グレースケールの５０％より明るい明灰色として維持された。Ａｒ中で１４００℃／２０７ＭＰａ／６０分でＨＩＰ処理した試料は、中等度灰色に変色し、約１０^７Ｏｈｍ−ｃｍの抵抗率を示した。

ＨＩＰ処理した５０％添加ＳｎＯ_２／ＨＳＹ３．０の特性を測定し、以下の表１０に要約している。当該物質は、明ないし中等度灰色を示す。当該物質は、典型的Ｙ−ＴＺＰの場合と同様である２０容量％ＺｎＯ／ＹＺ１１０の場合よりも剛性で、より硬い。さらに当該物質は、実質的に非磁性でもある。

実施例３ 「ＬａＭｎＯ_３」
空気中において１４００℃で２時間にわたって、Ｌａ_２Ｏ_３及びＭｎ_２Ｏ_３の等モル粉末混合物を固体状態反応させることによって、ＬａＭｎＯ_３のバッチを調製した。反応生成粉末のＸＲＤは、良好に発達したＬａＭｎＯ_３（ペロブスカイト類）を示した。反応生成粉末を、Ｙ−ＴＺＰ微粉砕媒質を有するプラスチックジャーミル中で微粉砕して、ＢＥＴ表面積を１５ｍ^２／ｇとした。３０容量％ＬａＭｎＯ_３／３Ｙ−ＴＺＰのバッチを、ＬａＭｎＯ_３及びＹ−ＴＺＰ（ＹＺ１１０、ＳＧＣ＆Ｐ， Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ， ＭＡ）の混合物を用いて、実施例１に記載したのと同様な調製方法で製造した。

試料を１２５０〜１３５０℃で焼結して、９８％Ｔ．Ｄ．超とした。低温（１２２５℃）焼結試料の密度は、９７％Ｔ．Ｄ．より大きかった。焼結試料を１１７５℃及び１３５０℃で２０７ＭＰａのアルゴン中でＨＩＰ処理して、完全密度とした。高温（１３５０℃）焼結−ＨＩＰ処理試料は、有意の粒成長、反応相の形成、ジルコン酸ランタン（Ｌａ_２Ｚｒ_２Ｏ_７）及び２〜３の小表面亀裂を示す。低温ＨＩＰ処理試料は、かなりより小さい粒サイズを示し、膨張又は亀裂を示さない。焼結した試料及びＨＩＰした試料はともに、黒色であった。いくつかのペロブスカイト型化合物、例えばＬａＭｎＯ_３及びＬａＦｅＯ_３は、部分的安定化ジルコニアとの組合せにおいて化学的に安定でなく、且つ典型的な焼結温度で、二次ジルコニア化合物、例えばＬａ_２Ｚｒ_２Ｏ_７を生成し、したがって残存するジルコニア合金の相安定性に影響を及ぼす、ということが特許文献１１で報告されている。本結果は、ＬａＭｎＯ_３を首尾よく用いて、低温焼結によりＹ−ＴＺＰとの複合材料を調製し得る、ということを示す。

低温焼結試料の研磨横断切片のＳＥＭによる微細構造観察は、当該物質の粒サイズが１μｍ未満である、ということを示す。研磨横断切片のＸＲＤも、大多数の正方晶系ジルコニアが保持されて、絶縁体であるジルコン酸ランタン（Ｌａ_２Ｚｒ_２Ｏ_７）を生成する反応がごくわずかである、ということを示した。本結果は、低温焼結でＹ−ＴＺＰ中にＬａＭｎＯ_３を混合することにより、靱性の黒色ＥＳＤ散逸ジルコニアが調製され得ることを示す。

本結果は、他のものとは異なる。例えば京セラの日本国特許出願は、Ｍｎ_２Ｏ_３の量は、良好なジルコニアセラミックを達成するためには、２重量％未満に限定されねばならない、ということを示す。

体積抵抗率に及ぼすＨＩＰ処理の作用も測定した。実施例１及び２に記載した他の物質とは異なって、当該物質の体積抵抗率は、焼結の前後で変化しなかった。種々の添加されたＬａＭｎＯ_３及びＬａＢＯ_３（Ｂ＝Ａｌ、Ｍｎ又はＣｏ）^{１９，２０}群は、ジルコニア中の半導電性分散質として用いられ得る、と考えられる。

実施例４ 「ＬａＣｒＯ_３」
空気中で１４００℃で４時間にわたって、Ｌａ_２Ｏ_３及びＣｒ_２Ｏ_３の等モル粉末混合物を固体状態反応させることによって、ＬａＣｒＯ_３のバッチを調製した。反応生成粉末のＸＲＤは、良好に発達したＬａＣｒＯ_３を示した。反応生成粉末を、Ｙ−ＴＺＰ微粉砕媒質を有するプラスチックジャーミル中で微粉砕して、ＢＥＴ表面積を１５ｍ^２／ｇにした。３０容量％ＬａＣｒＯ_３／３Ｙ−ＴＺＰのバッチを、ＬａＭｎＯ_３及びＹ−ＴＺＰ（ＨＳＹ−３．０、Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｓａｌｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ， Ａｔｌａｎｔａ， ＧＡ）の混合物を用いて、実施例１に記載したのと同様な調製方法で加工した。試料を空気において１４５０〜１５００℃で焼結して、９７％Ｔ．Ｄ．超とすると、暗緑色を示し、体積抵抗率は９×１０^３Ｏｈｍ−ｃｍであった。焼結試料を１４５０℃で２０７ＭＰａのアルゴン中でＨＩＰ処理して、完全密度とした。ＨＩＰ処理した試料の色は、焼結のみのものよりわずかに明るくなった。

研磨横断切片のＳＥＭによる微細構造観察は、当該物質の粒サイズが約１μｍである、ということを示す。研磨横断切片のＸＲＤはまた、大多数の正方晶系ジルコニアが維持され、ジルコン酸ランタンを生成する反応が測定不可能な程度である、ということを示した。本結果は、焼結−ＨＩＰ処理によりＹ−ＴＺＰ中にＬａＣｒＯ_３を混合することによって、高密度で靱性の暗色ＥＳＤ散逸ジルコニウムが調製され得ることを示す。

抵抗率を、ＨＩＰ処理の前後に測定した。意外にも、ＨＩＰ処理後に抵抗率が３桁まで有意に増大することをわれわれは見出した。空気中での１４００℃／６０分での熱焼きなましは、表１３に要約したように、抵抗率を焼結の値に再現可能的に戻す。可逆的な抵抗率に関する本知見は、文献中には報告されていない。特許文献１１は、複合クロム酸塩Ａ_ｘＢ_ｙＣｒＯ_３を用いて静電散逸セラミックを調製し得る、と報告している。さらに、当該物質を高密度にするためにＨＩＰ処理し得る、と記述している。しかしながら、このような物質の抵抗率がＨＩＰ処理に伴って劇的に変化すること、及び制御された加熱処理による抵抗率の調整の必要性は、開示されなかった。

種々の量のＹ_２Ｏ_３を有するバッチ：２Ｙ、２．５Ｙ及び３Ｙ（モル％）を、ＨＳＹ３．０及びＤＫ−１（０％Ｙ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２、Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｓａｌｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ）の混合物を用いて調製して、ジルコニアの最適安定化を確定した。これらの組成物の破壊靱性を、表８に列挙する。この表８は、２Ｙ−ＴＺＰ含有複合材料が、９ＭＰａ・ｍ^０．５までの比較的大きいＫ_ＩＣを有することを示している。

実施例５ 「炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）」
同様に、ＺｒＣをＹ−ＴＺＰと混合して、表１６に列挙したような高密度の半絶縁性ＥＳＤ散逸セラミックを調製し得る。Ｙ−ＹＺＰ（ＨＳＹ３．０）中に１０〜２０容量％のＺｒＣを混合することにより、半絶縁性組成物を調製した。ＺｒＣは、黒鉛ダイを用いたアルゴン中における１５５０℃／２０ＭＰａでの加熱プレス中に、ＺｒＯ_２と反応しない。熱加圧されたＺｒＣの色は黒色であった。その結果生じた複合材料は、ＺｒＯ_２より剛性で硬い。したがって、Ｙ−ＴＺＰよりわずかに剛性で且つ硬いＺｒＣを含有する半絶縁性物質は、ＺｒＣを用いて調製され得る。

実施例６ 「窒化アルミニウム（ＡｌＮ）」
本実施例は、静電散逸に適するよう加熱処理され得る別のセラミック材料である窒化アルミニウムを示す。１２×１２×１ｍｍ正方形の窒化アルミニウムを、ＳＧＣＰ（カーボランダム）から得た。表面抵抗を測定すると、１０^１０Ｏｈｍよりも大きかった。これは大きすぎて、電荷を有効に散逸できない。次に試料をアルゴン中で１９００℃で２０分間加熱処理して、１０℃／分より大きい速度で室温に急冷した。表面抵抗を、両面で再び測定した。測定された表面抵抗は約２×１０^９Ｏｈｍであり、静電気を散逸するのに適した範囲である。

実施例７ 「複合酸化物−ＢａＯ・６Ｆｅ_２Ｏ_３」
複合酸化物化合物、例えばバリウムヘキサフェライト（ＢａＯ・６Ｆｅ_２Ｏ_３）も、高密度半絶縁性ＥＳＤ散逸セラミックを調製するために、Ｙ−ＴＺＰ（ＹＺ１１０）と混合され得る。Ｙ−ＹＺＰ（ＹＺ１１０）に２５容量％のＢａＯ・６Ｆｅ_２Ｏ_３（ＢａＦｅ_１２Ｏ_１９）を混合することにより、半絶縁性組成物を調製した。組成物を１３００〜１４００℃で１時間、空気中で焼結して、９８％Ｔ．Ｄ．よりも高密化することができる。焼結円板の体積抵抗率は２×１０^７Ｏｈｍ−ｃｍであった。バリウムヘキサフェライトは、強磁性物質として既知である。焼結複合材料は永久磁石により容易にひきつけられた。これは、微細ジルコニウムマトリクス中のＢａＯ・６Ｆｅ_２Ｏ_３相の良好な保持能力を示す。要するに、潜在的な用途のために、強磁性ＥＳＤ散逸ジルコニアセラミックも調製し得る。

実施例８ 「導電率への摂動の作用」
ＺｒＯ_２−２．６％Ｙ_２Ｏ_３及びＺｎＯの粉末を混合し、前記実施例の場合と同様に、それらを一緒に微粉砕し、焼結し、そして次に熱間静水圧圧縮成型することによって、組成物ＺｒＯ_２−２０％ＺｎＯの５０ｍｍ×４ｍｍ×３ｍｍ棒状体を調製した。

図３は、ここで用いた試験装置を示す。棒状体を空気中において６００〜７００℃の範囲で加熱処理すると、棒状体の表面抵抗率は、ＰＲＦ−９１２プローブ（ＰｒｏＳｔａｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｂｅｎｓｏｎｖｉｌｌｅ， ＩＬ）で測定した場合、１００ＭΩ超であることが判明した。棒状体の一側を研削した。これは、同一プローブを用いて測定した場合、表面抵抗率を１ＭΩより低い値に下げた。次に電極を、棒状体の長さに沿って約７ｍｍ離れた棒状体の研削面上の２つの位置に、銀塗料を用いて取り付けた。

電極を有する棒状体を、圧縮側の電極とともに、標準４点曲げ具（引張側で４０ｍｍ、圧縮側で２０ｍｍ離れた支持体を有する）に載せた。

負荷を棒状体に適用し、電極間の抵抗を測定した。圧縮歪みｅへの抵抗Ｒの依存性は、方程式δｌｎＲ／δｅ＝１００に従うことが判明した。この値は、非常に大きい。尚、ほとんどの導体に関してδｌｎＲ／δｅは５未満である。本発明は理論により限定されないが、この挙動は、絶縁性ジルコニアセラミックを導電性にするのにちょうど十分な導体だけが、絶縁性ジルコニウムセラミックに付加されたという事実、及び当該物質に対する小摂動が、導電率に非常に大きな影響を及ぼすという事実に起因すると考えられる。

いくつかの用途は、それ自体を示唆する。この分類の物質から作製される部品の抵抗の監視は、当該物質の応力の指標を提供する。重度負荷部品に関しては、これは初期故障の早期検出をもたらし得る。当該物質における振動は、導電率の発振を生じ、したがって便利に検出され得る。

本実施例では、非均一な導電率を有するように試料を慎重に加工した。これは、電流が、試料の最も高度に応力を受ける領域を強制的に通るようにし、それにより応答を最大限にするので、有益であった。その他の状況、例えば純張力下の棒状体では、応力はより均一であるので、導電率を不均一にする必要はない。

本実施例では、試料表面の研削を用いて、局所的な領域における試料の導電率を促進した。これは、化学的手段、例えば原子水素により導電性相を局所的に還元することによって、又は導電性相の導電率を促進する添加剤（例えば酸化亜鉛中のアルミナ）を拡散させることによって、又は導電率阻害剤の濃度を局所的に下げる（酸化亜鉛中の酸化リチウムは導電率を低減し、そしてリチウム添加試料中のリチウム濃度は、ＨＣｌ雰囲気中での加熱処理により低減され得る）ことによっても、成し遂げられ得る。

導電率に影響する別の因子は、検体の温度である。これが変化する場合、２つの位置（１つは応力下、他方は非応力下）での検体の抵抗を測定し、非応力下領域からの結果を用いて、温度の影響に関して補正するのが有益であり得る（図２参照）。屈曲状態の梁の場合は、わずかに異なるアプローチを可能にする。

すなわち、梁の対向する面の材料の導電率を局所的に増大することによって、２つの抵抗センサーを作る。２つの抵抗センサーが同一である場合には、それらの抵抗の比は温度とは無関係であり、梁の曲げ応力に比例する。

実施例９ 「低温劣化（ＬＴＤ）耐性ＥＳＤ安全セラミック」
Ｙ−ＴＺＰは、ほとんどのその他のセラミックより靱性で、より強いとして、長い間既知であった。しかしながらその低温劣化（ＬＴＤ）挙動は、低温状態（１５０〜３００℃）でのいくつかの磨耗耐性用途に関して、有意の制限を行う。正方晶系ジルコニア多結晶（ＴＺＰ）は、単斜晶系ジルコニア多結晶に転化して、低温状態で体積膨張及び微小亀裂を生じる。このような転化は、水分の存在下、特に平衡蒸気圧下では最悪である。加速試験は、米国特許第６，０６９，１０３号（この記載内容は、参照により本明細書中に含まれる）に記載されているように、Ｙ−ＴＺＰのＬＴＤ挙動を測定するために用いられてきた。

ＭＯＲ評価のための棒状体を、オートクレーブ中で平衡蒸気圧下において２００〜２５０℃で４８時間にわたって、オートクレーブ処理し、その後、４点曲げ強さを測定した。表１１は、オートクレーブ処理後の２０容量％ＺｎＯ／ＹＺ１１０の曲げ強さを示す。結果は、２０ＺｎＯ／ＹＺ１１０のＬＴＤに対する耐性が、典型的なＹ−ＴＺＰ（ＴＺ−３Ｙ、Ｔｏｓｏｈ， Ｊａｐａｎ）より有意に良好である、ということを示す。劣化環境においてＥＳＤ散逸ジルコニアセラミックを用いる場合、Ｙ−ＴＺＰを上回る改良されたＬＴＤ耐性が望ましい。

実施例１０ 「低粒子生成」
ＥＳＤ安全セラミックはしばしば、磁気ヘッド、半導体部品及びＩＣ製造のクリーンルーム加工環境において用いられる。ＥＳＤ安全セラミックがそれらの使用中に粒子を落とした場合、敏感な電子部品は損傷され得る。さらにそれらの夾雑粒子は清浄化しなければならず、従って高価な加工設備の無駄なダウン時間を生じさせる。さらに夾雑粒子は完成品の潜在的又は遅発性損傷に関与し、高くつく保証修理に関与する。したがって粒子生成を劇的に低減させる物質を開発することは、非常に望ましい。さらにこのような物質の表面仕上げ過程の改良は、低粒子生成のために非常に望ましい。

１０面ミル中で７２時間にわたって、石英又は炭化ケイ素媒体を用いてローリングすることにより、円板及び方形の２０ＺｎＯ／ＹＺ１１０試料を、タンブラー磨き仕上げした。いくつかの試料をラップ仕上げ又は研磨して、より平滑な表面仕上げをし、粒子生成に及ぼす表面仕上げの影響を測定した。白色光干渉顕微鏡Ｚｙｇｏ Ｎｅｗ Ｖｉｅｗ １００を用いて、このタンブラー磨き仕上げ処理後の表面粗さ（Ｒａ）を測定した。

種々の表面仕上げをされた２０ＺｎＯ／ＹＺ１１０の試料を、液体粒子計数器（ＬＰＣ）を用いて試験した。３×４×２５ｍｍの寸法（機械加工したＭＯＲ評価のための棒状体）及び３８００Åの表面仕上げの試料を、基準として用いた。磁気ディスク媒体に関する艶出し／滑動ヘッドを清浄化するために用いられる標準的な手法を用いて、試料を清浄化した。Ｃｒｅｓｔ超音波浴を用いて、試料からの粒子を水中に移動させた（６８ｋＨｚで３０秒間）。ＬＳ−２００ ＰＭＳを用いて、この水の液体粒子計数を行った。試験試料の表面積により結果を標準化し、粒子／ｃｍ^２の値として報告した。

３０００Åより大きいＲａを有する基準試料は、約６００粒子／ｃｍ^２より大きい値を示した。処理試料は、表１８に示したように、表面仕上げの関数としての粒子数を有意に低減した。表面及び用いた物質の研磨性のために、滑り摩擦又は物理的衝撃用途において、表面が粗いほど、典型的にはより多くの粒子を生成する。タンブラー磨き仕上げ、微細研削、ラップ仕上げ又は研磨により２０ＺｎＯ／ＹＺ１１０の表面の粗さが低減すると、その粒子生成の可能性は低減する。

タンブラー磨きは、凸凹やバリをきれいにするための低価格の工業的方法である。セラミックスレッドガイドは、１００ÅのＲａにタンブラー磨き仕上げされる。本結果は、ＨＩＰ処理及び最適表面仕上げにより、ＥＳＤ散逸セラミックが極低ＬＰＣに調製され得る、ということを示す。例えばＥＳＤ散逸セラミックピンセットの先端は、低ＬＰＣにタンブラー磨き仕上げされる。

実施例１１ 「色測定」
２つの別個の方法を用いて、色測定を実行した。第一に、白色から黒色までの範囲の１６段階グレースケールで、色の明度を判定した。ハンターラブミニスキャン（Ｈｕｎｔｅｒｌａｂ Ｍｉｎｉｓｃａｎ）ＸＬＥ測色計（Ｈｕｎｔｅｒ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ， Ｒｅｓｔｏｎ、ＶＡ）でも、測定を行なった。当該計器で、対象試料を拡散照明で照らして、４００〜７００ｎｍの範囲の分光測光器を用いて８°の角度で反射光を観察する。測色計からの出力は、ＣＩＥ１９７６Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊スケールで表された：
Ｌ^＊ ：明度を測定。０〜１００で変化する（１００は白色／１は黒色）；
ａ^＊ ：正の値である場合は赤色度を、ゼロの場合は灰色を、そして負の値の場合は緑色度を測定する；
ｂ^＊ ：正の値である場合は黄色度を、ゼロの場合は灰色を、そして負の値の場合は青色度を測定する。
グレースケールでの５０％点は、５０より高いＬ^＊値に対応することに留意したい。

最初の２つの試料（Ａ及びＢ）はＨＳＹ３．０ジルコニア源から、そして試料ＣはＹＺ１１０から作製した。京セラの試料は、市販試料であった。

参考文献：
以下の参考文献は、背景情報として本明細書中に引用されている。本発明を十分に理解するのに必要な程度に、これらの参考文献の記載内容は、参照により本明細書中に含まれる。

１． Ａ．Ｊ． Ｗａｌｌａｓｈの“Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ （ＥＳＤ） ｉｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ： Ｐａｓｔ， Ｐｒｅｓｅｎｔ ａｎｄ Ｆｕｔｕｒｅ，”、Ｐｒｏｃ． Ｏｆ Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ＥＳＤ ｉｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ、ＩＤＥＭＡ、ｐｐ．３〜２０、２０００年。
２． Ａ．Ｊ． Ｗａｌｌａｓｈ、Ｔ．Ｓ． Ｈｕｇｈｂａｍｋｓ及びＳ．Ｈ． Ｖｏｌｄｍａｎの“ＥＳＤ Ｆａｉｌｕｒｅ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｎｄ Ｍａｇｎｉｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ Ｈｅａｄｓ，”、ＥＯＤ／ＥＳＤ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ９５、３２２〜３３０ （１９９５年）。
３． Ｊ． Ｅｌｓｔｏｎ； Ｚ． Ｍｉｈａｉｌｏｖｉｃ、Ｍ． Ｒｏｕｘの“Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｚｉｒｃｏｎｉａ ａｎｄ Ｌａｎｔｈａｎｕｍ Ｃｈｒｏｍｉｔｅ Ｓｉｎｔｅｒｓ，”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ａ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ、ｐ．１０６１、３８９〜４０３、１９６６年。
４． Ｐｏｐｐ； Ｖ． Ｗｕｅｒｔｔｅｎｂｅの“Ｔｗｅｅｚｅｒｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｇａｉｎｓｔ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ−ｈａｓ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｏｆ ｎｏｎ−ｃｈａｆｉｎｇ ｃｅｒａｍｉｃ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ”、ＤＥ ３７４３６３０ Ｃ、１９８９年３月１６日。
５． “Ｔａｐｅ Ｇｕｉｄｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ”、特開平３−５３６３、１９９９年１月１１日、京セラ。
６． Ｎ． Ｓｈｉｎｏｈａｒａ及びＯ． Ｋｉｔａの“Ｅｌｅｃｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｍｏｖｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ”、米国特許第５，６１２，１４４号、１９９７年３月１８日。
７． Ｋ． Ｓｈｉｋａｄａ等、“Ａｌｕｍｉｎａ Ｓｉｎｔｅｒｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔ”、米国特許第５，８３０，８１９号、１９９８年１１月３日。
８． Ｈ． Ａｉｄａ、Ｙ． Ｉｔｏ、Ｔ． Ｆｕｋｕｔｏｍｅ及びＫ． Ｍｉｋａｍｉの“Ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｓｉｎｔｅｒｅｄ Ｂｏｄｙ”、米国特許第５，９５８，８１３号、１９９９年９月２８日、京セラ。
９． Ｃ． Ｌａｍの“Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＥＳＤ Ｔｗｅｅｚｅｒｓ ｆｏｒ Ｕｓｅ ｗｉｔｈ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ Ｈｅａｄｓ，”、ＥＯＳ／ＥＳＤ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ−１９９６、１４〜２１（１９９６年）。
１０． Ｋ．Ｊ． Ｋｉｍ等の“Ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｉｎｈｅｒｅｎｔｌｙ Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ （ＩＤＰ） Ａｌｌｏｙｓ Ｐｒｏｖｉｄｅ Ｎｅｗ Ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ Ｃｌｅａｎ， Ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ＥＳＤ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，”、ＥＯＳ／ＥＳＤ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ２０００、ｐｐ．１３２〜３８、２０００年。
１１． Ｒ．Ｖ． Ｗｉｌｈｅｌｍ、Ｄ．Ｓ． Ｈｏｗａｒｔｈの“Ｉｒｏｎ Ｏｘｉｄｅ−ｄｏｐｅｄ Ｙｔｔｒｉａ−Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｃｅｒａｍｉｃ： Ｉｒｏｎ Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，”、Ａｍ． Ｃｅｒａｍ． Ｓｏｃ． Ｂｕｌｌ、５８ （２） ２２８〜３２（１９７９年）。
１２． Ｎ．Ａ． Ｐｒａｔｔｅｎの“Ｒｅｖｉｅｗ， Ｔｈｅ Ｐｒｅｃｉｓｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｍａｌｌ Ｓａｍｐｌｅｓ，”、Ｊ． Ｍａｔｅｒ． Ｓｃｉ、１６、１９３７〜４７（１９８１年）。
１３． ＡＳＴＭ： Ｄ２５７−９３、“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ＤＣ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｒ Ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｏｆ Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”。
１４． ＦＥＤ． Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ Ｓｔｄ． Ｎｏ． １０１、“Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，”、Ｒｅｖ． Ｂ、Ｍｅｔｈｏｄ ４０４６、１９６９年１月；Ｒｅｖ． Ｃ， Ｍｅｔｈｏｄ ４０４６．１、１９８２年１０月、Ｃｈａｎｇｅ Ｎｏｔｉｃｅ １。
１５． Ｎ． Ｊｏｎａｓｓｅｎの“Ｓｔａｔｉｃ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，”、ＥＯＳ／ＥＳＤ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ＥＯＳ−６、１９８４年。
１６． Ｇ． Ｂａｕｍｇａｒｔｎｅｒの“Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｄｅｃａｙ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ， Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，”、ＥＯＳ／ＥＳＤ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ９５、ｐｐ．２６５〜７２、１９９５年。
１７． Ｃ．Ｆ． Ｌａｍ、Ｃ． Ｃｈａｎｇの“Ｄｅｃａｙ−Ｔｉｍｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＥＳＤ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｕｓｅ ｗｉｔｈ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ Ｈｅａｄｓ，”、ＥＯＳ／ＥＳＤ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ９７、ｐｐ．３７３〜８１、１９９７年。
１８． Ｅ．Ａ． Ｂｕｓｈの米国特許第３，５０２，５９７号、１９７０年３月２４日、“Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｓｉｎｔｅｒｅｄ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ”。
１９． Ｍ．Ｊ． ＤｅＢａｒｒ等の“Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｎ ｔｈｅ Ｌａ （Ａｌ， Ｍｎ）_３ Ｓｙｓｔｅｍ，”、Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｆｅｃｔｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃｅｒａｍｉｃｓ、Ｔ．Ｏ． Ｍａｓｏｎ等編、Ｃｅｒａｍｉｃ Ｔｒａｎｓ． Ｖｏｌ ２４、Ａｍ． Ｃｅｒａｍ． Ｓｏｃ、ｐｐ．２２９〜２３８、１９９１年。
２０． Ｍ．Ｓ． Ｉｓｌａｍ、Ｍ． Ｃｈｅｒｒｙ及びＬ．Ｊ． Ｗｉｎｃｈの“Ｄｅｆｅｃｔ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ ＬａＢＯ_３ （Ｂ＝Ｌａ， Ｍｎ ｏｒ Ｃｏ） Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ−ｔｙｐｅ Ｏｘｉｄｅｓ，”、Ｊ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ、Ｆａｒａｄａｙ Ｔｒａｎｓ、９２９３０ ４７９〜４８２（１９９６年）。

その好ましい実施態様を含めて、本発明を詳細に記載してきた。しかしながら、当業者は、本発明の開示を考察すれば、本発明に関する修飾及び／又は改良をなし得るし、そしてそれらは以下の特許請求の範囲に記述されるように本発明の範囲及び本質に含まれると理解される。

図１は、試料材料の過渡電流の測定値を得るために、実施例で用いられる装置を示す。 図２は、２つの位置（即ち、１つは応力下そして１つは非応力下）での試料材料の抵抗を測定するために、実施例で用いられる装置を示す。 図３は、試料材料の導電率に及ぼす摂動の作用を測定するために、実施例で用いられる装置を示す。

Claims (77)

1. 正方晶ジルコニア多結晶（ＴＺＰ）及び１又はそれよりも多くの抵抗率改質剤を含む混合物を、理論的密度の少なくとも９９％を達成するのに十分な時間及び十分な温度で焼結することにより生成されるＥＳＤ散逸セラミックであって、
   前記抵抗率改質剤が、前記混合物の約５容量％〜６０容量％を構成し、且つ導電性材料、半導電性材料及びそれらの混合物からなる群より選択され；且つ
   前記ＥＳＤ散逸セラミックが以下の物性：
   （ａ）１０^３〜１０^１１Ｏｈｍ−ｃｍの範囲の体積抵抗率；
   （ｂ）少なくとも５００ＭＰａの曲げ強さ；
   （ｃ）５００ｍｓ未満の電圧減衰時間；
   を有する、
   ＥＳＤ散逸セラミック。
2. 前記ＴＺＰが、イットリア安定化ＴＺＰ（Ｙ−ＴＺＰ）を含み、このイットリアが約２．５〜４．５モル％で存在する、請求項１に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
3. 前記Ｙ−ＴＺＰが２．６モル％のイットリアを含む、請求項２に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
4. 前記Ｙ−ＴＺＰが２．８モル％のイットリアを含む、請求項２に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
5. 前記Ｙ−ＴＺＰが３モル％のイットリアを含む、請求項２に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
6. 前記抵抗率改質剤が、前記混合物の約１０容量％〜５０容量％を構成する、請求項１に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
7. 前記抵抗率改質剤が、前記混合物の約２０容量％〜４０容量％を構成する、請求項１に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
8. 前記抵抗率改質剤が、前記混合物の約２５容量％〜３０容量％を構成する、請求項１に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
9. 前記抵抗率改質剤が、酸化物、炭化物、窒化物、酸炭化物、酸窒化物及び酸炭窒化物からなる群より選択される、請求項１に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
10. 曲げ強さが少なくとも６００ＭＰａである、請求項１に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
11. 曲げ強さが少なくとも７００ＭＰａである、請求項１に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
12. 曲げ強さが少なくとも８００ＭＰａである、請求項１に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
13. 曲げ強さが少なくとも９００ＭＰａである、請求項１に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
14. 曲げ強さが少なくとも１０００ＭＰａである、請求項１に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
15. 粒子生成試験において６００粒子／ｃｍ^２未満を有し、３０００Å未満のＲａを有する、請求項１に記載のセラミックから作製されるＥＳＤ散逸物品。
16. 表面仕上げがタンブラー磨きによりもたらされる、請求項１５に記載のＥＳＤ散逸物品。
17. セラミックの色が明るい、請求項１５に記載のＥＳＤ散逸物品。
18. セラミックの色が暗い、請求項１５に記載のＥＳＤ散逸物品。
19. 正方晶ジルコニア多結晶（ＴＺＰ）及び１又はそれよりも多くの抵抗率改質剤を含む混合物を、理論的密度の少なくとも９９．５％を達成するのに十分な時間及び十分な温度で焼結することにより生成されるＥＳＤ散逸セラミックであって、
    前記抵抗率改質剤が、前記混合物の約５容量％〜６０容量％を構成し、且つ導電性材料、半導電性材料及びそれらの混合物からなる群より選択され；且つ
    ＥＳＤ散逸セラミックが以下の物性：
    （ａ）１０^５〜１０^９Ｏｈｍ−ｃｍの範囲の体積抵抗率；
    （ｂ）少なくとも５００ＭＰａの曲げ強さ；
    （ｃ）５００ｍｓ未満の電圧減衰時間；
    を有する、
    ＥＳＤ散逸セラミック。
20. 前記ＴＺＰがイットリア安定化ＴＺＰ（Ｙ−ＴＺＰ）を含み、このイットリアが約２．５〜４．５モル％で存在する、請求項１９に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
21. 前記Ｙ−ＴＺＰが２．６モル％のイットリアを含む、請求項２０に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
22. 前記Ｙ−ＴＺＰが２．８モル％のイットリアを含む、請求項２０に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
23. 前記Ｙ−ＴＺＰが３モル％のイットリアを含む、請求項２０に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
24. 前記抵抗率改質剤が、前記混合物の約１０容量％〜５０容量％を構成する、請求項１９に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
25. 前記抵抗率改質剤が、前記混合物の約２０容量％〜４０容量％を構成する、請求項１９に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
26. 前記抵抗率改質剤が、前記混合物の約２５容量％〜３０容量％を構成する、請求項１９に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
27. 前記抵抗率改質剤が酸化物、炭化物、窒化物、酸炭化物、酸窒化物及び酸炭窒化物からなる群より選択される、請求項１９に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
28. 曲げ強さが少なくとも６００ＭＰａである、請求項１９に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
29. 曲げ強さが少なくとも７００ＭＰａである、請求項１９に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
30. 曲げ強さが少なくとも８００ＭＰａである、請求項１９に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
31. 曲げ強さが少なくとも９００ＭＰａである、請求項１９に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
32. 曲げ強さが少なくとも１０００ＭＰａである、請求項１９に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
33. 粒子生成試験において６００粒子／ｃｍ^２未満を有し、３０００Å未満のＲａを有する、請求項１９に記載のセラミックから作製されるＥＳＤ散逸物品。
34. 表面仕上げがタンブラー磨きによりもたらされた、請求項３３に記載のＥＳＤ散逸物品。
35. セラミックの色が明るい、請求項３３に記載のＥＳＤ散逸物品。
36. セラミックの色が暗い、請求項３３に記載のＥＳＤ散逸物品。
37. 一次熱処理として焼結することにより理論的密度の少なくとも９５％に密度を高められており、且つ約８５〜６０容量％のＹ−ＴＺＰ及び約１５〜４０容量％ＺｎＯを含む、ＥＳＤ散逸セラミック。
38. 二次熱処理が、密度を理論的密度の９９％より上に増大するために用いられた、請求項３７に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
39. ＬＫＥ比色計でのＣＩＥ１９７６Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊スケールで、少なくとも５０のＬ^＊色測定値を有する、請求項３７に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
40. 一次熱処理として焼結することにより理論的密度の少なくとも９５％に密度を高められており、且つ約９０〜５０容量％のＹ−ＴＺＰ及び約１０〜５０容量％の半導電性ＳｎＯ_２を含む、ＥＳＤ散逸セラミック。
41. ＬＫＥ比色計でのＣＩＥ１９７６Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊スケールで、少なくとも５０のＬ^＊色測定値を有する、請求項４０に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
42. 一次熱処理として焼結することにより理論的密度の少なくとも９５％に密度を高められており、且つ約８０〜７０容量％のＹ−ＴＺＰ及び約２０〜３０容量％のＬａＭｎＯ_３を含む、ＥＳＤ散逸セラミック。
43. 一次熱処理として焼結し、その後で二次加熱処理として熱間静水圧圧縮成型することにより理論的密度の少なくとも９９％に密度を高められており、且つ約９０〜６０容量％のＹ−ＴＺＰ及び約１０〜４０容量％のＬａＣｒＯ_３を含む、ＥＳＤ散逸セラミック。
44. 一次熱処理として焼結し、その後で二次熱処理として熱間静水圧圧縮成型することにより理論的密度の少なくとも９５％に密度を高められており、且つ約９０〜７５容量％のＹ−ＴＺＰ及び約１０〜２５容量％のＺｒＣを含む、ＥＳＤ散逸セラミック。
45. 一次熱処理として焼結し、その後で二次熱処理として熱間静水圧圧縮成型することにより理論的密度の少なくとも９５％に密度を高められており、且つ約７５容量％のＹ−ＴＺＰ及び約２５容量％のＢａＯ−６Ｆｅ_２Ｏ_３を含む、ＥＳＤ散逸セラミック。
46. アルゴン中において１９００℃で加熱処理され、その後で１０℃／分より大きい速度で室温に急冷されたＡｌＮを含む、ＥＳＤ散逸セラミック。
47. ＺｒＯ_２及び半導電性ＳｎＯ_２を含むＥＳＤ散逸セラミックであって、前記ＥＳＤ散逸セラミックが以下の物性：
    （ａ）所定遅延時間；
    （ｂ）１０ＧＰａより大きいビッカーズ硬度；及び
    （ｃ）理論値の少なくとも９９％の密度；
    を有する、ＥＳＤ散逸セラミック。
48. 正方晶ジルコニア多結晶（ＴＺＰ）及び１又はそれよりも多くの抵抗率改質剤を含む混合物を焼結することにより生成される、ＥＳＤ散逸セラミックであって、
    前記抵抗率改質剤が、前記混合物の約５容量％〜６０容量％を構成し、且つ導電性材料、半導電性材料及びそれらの混合物からなる群より選択され；且つ
    前記ＥＳＤ散逸セラミックが以下の物性：
    （ａ）１０^６〜１０^９Ｏｈｍ−ｃｍの範囲の体積抵抗率；
    （ｂ）少なくとも４００ＭＰａの曲げ強さ；
    （ｃ）５００ｍｓ未満の電圧減衰時間；
    を有する、
    ＥＳＤ散逸セラミック。
49. 前記焼結が空気中で実行される、請求項４８に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
50. 二次熱処理過程が熱間静水圧圧縮成型を含む、請求項４９に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
51. ＺｒＯ_２及び半導電性材料ＳｎＯ_２を含むＥＳＤ散逸セラミックであって、前記ＥＳＤ散逸セラミックが以下の物性：
    （ａ）所定遅延時間；
    （ｂ）１０ＧＰａより大きいビッカーズ硬度；及び
    （ｃ）ＬＫＥ比色計でのＣＩＥ１９７６Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊スケールで、少なくとも５０のＬ^＊色測定値：
    を有する、ＥＳＤ散逸セラミック。
52. ＳｎＯ_２が初期試薬の２０〜８０容量％の範囲で存在する、請求項５１に記載のＥＳＤ散逸セラミック。
53. （ａ）１回又はそれよりも多くの熱処理により２種又はそれよりも多くの粉末を最終密度に圧縮し、そして
    （ｂ）最終熱処理を用いて、得られるセラミックの抵抗率を少なくとも２５％変化させる、
    ことを含む、ＥＳＤ散逸セラミックの加工処理方法。
54. 最終熱処理が、焼結温度の９０％未満の温度において空気中で実行される、請求項５３に記載の方法。
55. 最終熱処理が、大気酸素よりも低い分圧で酸素中で実行される、請求項５３に記載の方法。
56. 最終熱処理が、得られるセラミックの抵抗率を増大させる、請求項５３に記載の方法。
57. 最終熱処理が、得られるセラミックの抵抗率を低減させる、請求項５３に記載の方法。
58. 最終熱処理が１０^６〜１０^９ｏｈｍ−ｃｍの範囲に体積抵抗率を変動させる、請求項５３に記載の方法。
59. （ａ）約８５〜６０容量％のＹ−ＴＺＰ及び約１５〜４０容量％のＺｎＯを含む混合物を生成し、そして
    （ｂ）一次熱処理により理論的密度の少なくとも９５％に混合物の密度を高めること、
    を含む、明色ＥＳＤ散逸セラミックの生成方法。
60. 二次熱処理過程を用いて、密度を理論的密度の９９％より大きく増大させることをさらに含む、請求項５９に記載の方法。
61. （ａ）約９０〜５０容量％のＹ−ＴＺＰ及び約１０〜５０容量％の半導電性ＳｎＯ_２を含む混合物を生成し；そして
    （ｂ）一次熱処理により理論的密度の少なくとも９５％に混合物の密度を高めること、
    を含む、明色ＥＳＤ散逸セラミックの生成方法。
62. 二次熱処理工程を用いて、密度を理論的密度の９９％より大きく増大させることをさらに含む、請求項６１に記載の方法。
63. 熱及び雰囲気の制御条件下で、前記セラミックを熱間静水圧圧縮成型することを含む、ＥＳＤ散逸セラミックの抵抗率を変更する方法。
64. （ａ）ＥＳＤ散逸セラミックを生成し；
    （ｂ）前記セラミックに所望の表面仕上げを行い；そして
    （ｃ）前記ＥＳＤ散逸セラミックから、部品の全部又は一部分を形成すること、
    を含む、ＥＳＤ散逸目的のためのセラミックに基づく部品の形成方法。
65. 表面仕上げをタンブラー磨きにより行う、請求項６４に記載の方法。
66. 部品全体をＥＳＤ散逸セラミックから形成する、請求項６４に記載の方法。
67. 部品の一部分だけをＥＳＤ散逸セラミックから形成する、請求項６４に記載の方法。
68. ＭＲ（磁気抵抗）ヘッド支持体、磁気ヘッド製造のための移送具、ＨＧＡ（ヘッドジンバルアセンブリー）、ＨＳＡ（ヘッドスタックアセンブリー）、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）アセンブリー用の工具、取付具及び容器、ウェハー取扱い、加工処理及び清浄用の工具、取付具及び容器、ワイヤ結合、トリミング、切断用の工具、取付具及び容器、ＩＣチップ取扱い用のピックアンドプレースノズル、接着剤及びはんだ分配用のノズル、ウェハー取扱い取付具、エンドエフェクター、真空チャック、ＩＣ取扱い及び試験用取付具、ＥＳＤ感受性デバイス用の工具、取付具及び容器、ＩＣ及び磁気ヘッド用のアセンブリー取付具、ピンセット、ねじ回し、鋏、刃、ロボット指用部品、電気光学的コーティングプロセス用の工具、取付具及び容器、レチクル（フォトマスク）用の工具、取付具及び容器から成る群から選択される、請求項６４に記載の方法により形成されるＥＳＤ散逸物品。
69. 少なくとも４００ＭＰａの強度を有するジルコニアに基づく構造用セラミックから少なくとも一部分形成された電気的センサー素子であって、前記セラミックが少なくとも１０容量％のＺｒＯ_２をさらに含み、セラミックの導電性が非ジルコニウム相添加剤により提供される、電気的センサー素子。
70. 室温に適合され又は室温で作用する、請求項６９に記載のセンサー素子。
71. 温度、力又は温度と力の両方を測定するために適合されている、請求項６９又は７０に記載のセンサー素子。
72. 非ジルコニア相添加剤がＺｎＯを含む、請求項６９又は７０に記載のセンサー素子。
73. 感知領域（単数又は複数）が全体の単に一部分であるよう、セラミックの導電率が調整される、請求項６９又は７０に記載のセンサー素子。
74. ２つ又はそれよりも多くの感知領域からの応答が別々に検出される、請求項６９又は７０に記載のセンサー素子。
75. 正方晶ジルコニア多結晶（ＴＺＰ）及び１又はそれよりも多くの非磁性抵抗率改質剤を含む混合物を焼結することにより生成される非磁性ＥＳＤ散逸セラミックであって、
    前記抵抗率改質剤が、前記混合物の約５容量％〜６０容量％を構成し；且つ
    前記ＥＳＤ散逸セラミックが以下の物理的特性：
    （ａ）１０^６〜１０^９Ｏｈｍ−ｃｍの範囲の体積抵抗率；
    （ｂ）少なくとも４００ＭＰａの曲げ強さ；
    （ｃ）約１０ガウス以下の残留束密度；
    を有する、
    ＥＳＤ散逸セラミック。
76. 前記抵抗率改質剤が１０^−３ｍｌ／ｍｏｌのモル磁化率を有する、請求項７５に記載の非磁性ＥＳＤ散逸セラミック。
77. 前記抵抗率改質剤が、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＣ及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項７６に記載の非磁性ＥＳＤ散逸セラミック。

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