JP2015110492A - 導電性耐食部材及び導電性耐食部品並びに導電性耐食部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体製造装置用の各種部材に適用した場合に、汎用性が高く、高い導電性を有し、ハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに対して耐食性を有し、しかも高い機械強度及び熱衝撃耐性を有する導電性耐食部材及び導電性耐食部品並びに導電性耐食部材の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の導電性耐食部材は、少なくとも一部がハロゲン系腐食性ガス及びそのプラズマのうちいずれか一方または双方に暴露される導電性耐食部材であり、酸化イットリウム粒子単体、または酸化イットリウム、酸化アルミニウム及び希土類酸化物の群から選択される2種以上を複合化させた金属複合酸化物粒子と、繊維状炭素と、を含有した焼結体からなり、この繊維状炭素の直径は50nmを超えかつ300nm以下、その長さは25μm以下であり、この焼結体の相対密度は、その理論密度の97%以上である。
【選択図】なし
【解決手段】本発明の導電性耐食部材は、少なくとも一部がハロゲン系腐食性ガス及びそのプラズマのうちいずれか一方または双方に暴露される導電性耐食部材であり、酸化イットリウム粒子単体、または酸化イットリウム、酸化アルミニウム及び希土類酸化物の群から選択される2種以上を複合化させた金属複合酸化物粒子と、繊維状炭素と、を含有した焼結体からなり、この繊維状炭素の直径は50nmを超えかつ300nm以下、その長さは25μm以下であり、この焼結体の相対密度は、その理論密度の97%以上である。
【選択図】なし
Description
本発明は、導電性耐食部材及び導電性耐食部品並びに導電性耐食部材の製造方法に関し、さらに詳しくは、半導体装置や液晶ディスプレイ等の製造プロセスに用いられるエッチング装置、スパッタリング装置、CVD装置等の真空プロセス装置の構成材料として用いて好適な導電性耐食部材、及びこの導電性耐食部材を用いて製造された導電性耐食部品、並びに導電性耐食部材の製造方法に関するものである。
従来、IC、LSI、VLSI等の半導体装置の製造ラインにおけるエッチング、スパッタリング、CVD等の各種処理においては、例えば、フッ素、塩素等のハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに曝されるという厳しい条件下に用いられる部品として、セラミック部品が広く用いられている。
例えば、半導体製造装置内のセラミック部品としては、静電チャック、クランプリング、フォーカスリング、エッジリング、シャワープレート、ガス拡散板、エッチング電極、高周波遮蔽部材等が挙げられる。
これらのセラミック部品を構成する材料として、ハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに対する耐食性に優れた酸化イットリウム(Y2O3)が知られている。しかしながら、酸化イットリウムは、従来からプラズマプロセス装置にて使用されているアルミナ(Al2O3)や炭化ケイ素(SiC)と比べて強度が低く、したがって、装置内で放電等による損傷、及びプラズマ入熱により部材内部で温度差が発生することによる熱応力による破損、等が生じ、パーティクルの要因になる虞がある。
例えば、半導体製造装置内のセラミック部品としては、静電チャック、クランプリング、フォーカスリング、エッジリング、シャワープレート、ガス拡散板、エッチング電極、高周波遮蔽部材等が挙げられる。
これらのセラミック部品を構成する材料として、ハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに対する耐食性に優れた酸化イットリウム(Y2O3)が知られている。しかしながら、酸化イットリウムは、従来からプラズマプロセス装置にて使用されているアルミナ(Al2O3)や炭化ケイ素(SiC)と比べて強度が低く、したがって、装置内で放電等による損傷、及びプラズマ入熱により部材内部で温度差が発生することによる熱応力による破損、等が生じ、パーティクルの要因になる虞がある。
また、上記の半導体製造装置内の部品には、エッチング電極、フォーカスリング、シャワープレート等のように導電性が要求される部品がある。これらの部品は、従来よりシリコンや炭化ケイ素等の導電性の部材が使用されている。一方、酸化イットリウムは絶縁性であるから、導電性の部材として使用することが難しく、したがって、使用する装置や適用する部品が限定されてしまい、汎用性という面で問題がある。
さらに、上記の部品では、プラズマを発生させるために数MHz〜数GHzの高周波電力が印加されるものがある。これらの部品には、1種類の高周波電力だけではなく互いに異なる2種類以上の高周波電力が印加されるものもあり、これらの高周波電力が印加された場合にプラズマ発生中に異常放電が生じ、その結果、部材が破損したり、あるいはパーティクルが発生する等の不具合が生じる虞がある。
さらに、上記の部品では、プラズマを発生させるために数MHz〜数GHzの高周波電力が印加されるものがある。これらの部品には、1種類の高周波電力だけではなく互いに異なる2種類以上の高周波電力が印加されるものもあり、これらの高周波電力が印加された場合にプラズマ発生中に異常放電が生じ、その結果、部材が破損したり、あるいはパーティクルが発生する等の不具合が生じる虞がある。
そこで、これらの欠点を改良した酸化イットリウムを主成分とする材料として、酸化イットリウムに第二相物質を添加させて複合化し、高強度や導電性を付与したセラミックス材料が提案されている。
例えば、曲げ強度や耐熱衝撃温度が向上したセラミックスとして、酸化イットリウムに、第二相物質として酸化セリウムや五酸化ニオブを3重量体積%以上かつ50重量%以下添加した酸化イットリウムセラミックス(特許文献1)、酸化イットリウムに対して、タングステンを50重量%以上かつ300重量%以下、酸化ジルコニウムを0.05重量%以上かつ60重量%以下添加したイットリアセラミックス(特許文献2)が提案されている。
また、酸化イットリウムに導電性を付与したセラミックスとして、直径が50nm以下かつ長さが25μm以下の繊維状炭素を0.01体積%以上かつ5体積%以下含有したイットリウム−アルミニウム複合酸化物(特許文献3)が提案されている。
例えば、曲げ強度や耐熱衝撃温度が向上したセラミックスとして、酸化イットリウムに、第二相物質として酸化セリウムや五酸化ニオブを3重量体積%以上かつ50重量%以下添加した酸化イットリウムセラミックス(特許文献1)、酸化イットリウムに対して、タングステンを50重量%以上かつ300重量%以下、酸化ジルコニウムを0.05重量%以上かつ60重量%以下添加したイットリアセラミックス(特許文献2)が提案されている。
また、酸化イットリウムに導電性を付与したセラミックスとして、直径が50nm以下かつ長さが25μm以下の繊維状炭素を0.01体積%以上かつ5体積%以下含有したイットリウム−アルミニウム複合酸化物(特許文献3)が提案されている。
しかしながら、特許文献1に記載された酸化イットリウムセラミックスでは、第二相物質も酸化物であり、しかもセラミックス自体の体積抵抗率が108Ω・cm以上と高抵抗の絶縁体であるから、電極等の用途には適さないという問題点があった。
また、特許文献2に記載されたイットリアセラミックスでは、導電性は得られるものの、第二相物質の添加量が多いことから、プラズマに晒された場合には、第二相物質がプラズマで選択的に消耗し、耐食性の低下やパーティクルの原因となり、さらには、タングステンによる金属汚染等の虞があるという問題点があった。
一方、特許文献3に記載されたイットリウム−アルミニウム複合酸化物では、第二相物質である繊維状炭素の添加量が極めて少ないことから、導電性は得られるものの強度が酸化イットリウムと同等で低く、耐熱衝撃性の点で不十分なものであっった。
また、特許文献2に記載されたイットリアセラミックスでは、導電性は得られるものの、第二相物質の添加量が多いことから、プラズマに晒された場合には、第二相物質がプラズマで選択的に消耗し、耐食性の低下やパーティクルの原因となり、さらには、タングステンによる金属汚染等の虞があるという問題点があった。
一方、特許文献3に記載されたイットリウム−アルミニウム複合酸化物では、第二相物質である繊維状炭素の添加量が極めて少ないことから、導電性は得られるものの強度が酸化イットリウムと同等で低く、耐熱衝撃性の点で不十分なものであっった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、半導体製造装置用の各種部材に適用した場合に、汎用性が高く、高い導電性を有し、ハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに対して耐食性を有し、しかも高い機械強度及び熱衝撃耐性を有する導電性耐食部材及び導電性耐食部品並びに導電性耐食部材の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、酸化イットリウム粒子単体、または酸化イットリウム、酸化アルミニウム及び希土類酸化物の群から選択される2種以上を複合化させた金属複合酸化物粒子と、繊維状炭素と、を含有した焼結体にて、繊維状炭素の直径を50nmを超えかつ300nm以下、その長さを25μm以下とし、この焼結体の相対密度を、その理論密度の97%以上とすれば、汎用性が高く、高い導電性を有することはもちろんのこと、ハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに対しても耐食性を有し、しかも高い機械強度及び熱衝撃耐性を有することを知見し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の導電性耐食部材は、少なくとも一部がハロゲン系腐食性ガス及びそのプラズマのうちいずれか一方または双方に暴露される導電性耐食部材であって、酸化イットリウム粒子単体、または酸化イットリウム、酸化アルミニウム及び希土類酸化物の群から選択される2種以上を複合化させた金属複合酸化物粒子と、繊維状炭素と、を含有した焼結体からなり、前記繊維状炭素の直径は50nmを超えかつ300nm以下、その長さは25μm以下であり、前記焼結体の相対密度は、その理論密度の97%以上であることを特徴とする。
前記焼結体における前記繊維状炭素の含有率は0.5体積%以上かつ10体積%以下であることが好ましい。
前記繊維状炭素は、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ及び房状に結合したカーボンブラックの群から選択される1種または2種以上であることが好ましい。
前記焼結体に含まれる前記繊維状炭素の凝集径は1.5μm以下であることが好ましい。
前記焼結体中の酸化イットリウム粒子または金属複合酸化物粒子の平均粒径は0.1μm以上かつ10μm以下であることが好ましい。
前記繊維状炭素は、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ及び房状に結合したカーボンブラックの群から選択される1種または2種以上であることが好ましい。
前記焼結体に含まれる前記繊維状炭素の凝集径は1.5μm以下であることが好ましい。
前記焼結体中の酸化イットリウム粒子または金属複合酸化物粒子の平均粒径は0.1μm以上かつ10μm以下であることが好ましい。
本発明の導電性耐食部品は、本発明の導電性耐食部材を用いて製造された導電性耐食部品であって、シャワープレート、ガス拡散プレート、高周波印加用電極及び高周波遮蔽部材のうちいずれか1種または2種以上を含むことを特徴とする。
本発明の導電性耐食部材の製造方法は、上記の導電性耐食部材の製造方法であって、酸化イットリウム粒子単独、または酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び希土類酸化物粒子の群から選択される2種以上の粒子と、直径が50nmを超えかつ300nm以下であり長さが25μm以下である繊維状炭素とを、分散媒中にて混合してスラリーとするスラリー製造工程と、前記スラリーを乾燥・成形する成形工程と、得られた成形体を1MPa以上かつ40MPa以下の加圧下にて焼結し焼結体とする加圧焼結工程とを有することを特徴とする。
前記スラリー中の前記繊維状炭素の平均二次粒径は800nm以下であることが好ましい。
本発明の導電性耐食部材によれば、酸化イットリウム粒子単体、または酸化イットリウム、酸化アルミニウム及び希土類酸化物の群から選択される2種以上を複合化させた金属複合酸化物粒子と、繊維状炭素と、を含有した焼結体とし、この繊維状炭素の直径を50nmを超えかつ300nm以下、その長さを25μm以下とし、さらに、この焼結体の相対密度を、その理論密度の97%以上としたので、高い導電性を有し、ハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに対して耐食性を有し、しかも高い機械強度及び熱衝撃耐性を有することができる。
本発明の導電性耐食部品によれば、本発明の導電性耐食部材を用いて製造された導電性耐食部品であり、シャワープレート、ガス拡散プレート、高周波印加用電極及び高周波遮蔽部材のうちいずれか1種または2種以上を含むので、従来では適用できなかったハロゲン系腐食性ガス及びそのプラズマの環境下において使用される半導体製造装置用の各種部材に容易に適用することができる。
本発明の導電性耐食部材の製造方法によれば、酸化イットリウム粒子単独、または酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び希土類酸化物粒子の群から選択される2種以上の粒子と、直径が50nmを超えかつ300nm以下であり長さが25μm以下である繊維状炭素とを、分散媒中にて混合してスラリーとするスラリー製造工程と、前記スラリーを乾燥・成形する成形工程と、得られた成形体を1MPa以上かつ40MPa以下の加圧下にて焼結し焼結体とする加圧焼結工程とを有するので、高い導電性を有し、ハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに対して耐食性を有し、しかも高い機械強度及び熱衝撃耐性を有する導電性耐食部材を作製することができる。
本発明の導電性耐食部材及び導電性耐食部品並びに導電性耐食部材の製造方法を実施するための形態について説明する。
なお、以下の実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
なお、以下の実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
[導電性耐食部材]
本実施形態の導電性耐食部材は、少なくとも一部がハロゲン系腐食性ガス及びそのプラズマのうちいずれか一方または双方に暴露される導電性耐食部材であって、酸化イットリウム粒子単体、または酸化イットリウム、酸化アルミニウム及び希土類酸化物の群から選択される2種以上を複合化させた金属複合酸化物粒子と、繊維状炭素と、を含有した焼結体からなり、前記繊維状炭素の直径は50nmを超えかつ300nm以下、その長さは25μm以下であり、前記焼結体の相対密度は、その理論密度の97%以上である。
本実施形態の導電性耐食部材は、少なくとも一部がハロゲン系腐食性ガス及びそのプラズマのうちいずれか一方または双方に暴露される導電性耐食部材であって、酸化イットリウム粒子単体、または酸化イットリウム、酸化アルミニウム及び希土類酸化物の群から選択される2種以上を複合化させた金属複合酸化物粒子と、繊維状炭素と、を含有した焼結体からなり、前記繊維状炭素の直径は50nmを超えかつ300nm以下、その長さは25μm以下であり、前記焼結体の相対密度は、その理論密度の97%以上である。
この導電性耐食部材の主成分である焼結体は、ハロゲン系腐食性ガス及びそのプラズマに対して耐食性を有する金属酸化物粒子または金属複合酸化物粒子からなるセラミックス粒子と、繊維状炭素と、を含有した焼結体であり、例えば、酸化イットリウム(Y2O3)粒子単体、または酸化イットリウム(Y2O3)、酸化アルミニウム(Al2O3)及び希土類酸化物(ReO2)の群から選択される2種以上を複合化させた金属複合酸化物粒子、すなわちセラミックス粒子が複数個結合し、これらのセラミックス粒子(マトリックス)間に繊維状炭素が三次元に分散した構造である。
ここで、「セラミックス粒子(マトリックス)間に繊維状炭素が三次元に分散した構造」とは、繊維状炭素が特定の配向性を示すことなく、セラミックス粒子の粒界部分に分散している状態のことである。例えば、セラミックス粒子が酸化イットリウム粒子単体から構成されている場合には、酸化イットリウム粒子の粒界部分に繊維状炭素が分散している状態のことであり、また、セラミックス粒子が酸化イットリウム、酸化アルミニウム及び希土類酸化物の群から選択される2種以上を複合化させた金属複合酸化物粒子から構成されている場合には、金属複合酸化物粒子の粒界部分に繊維状炭素が分散している状態のことである。
このような状態では、焼結体中におけるそれぞれの繊維状炭素の長手方向は、一方向に揃っておらず、全体として無秩序(ランダム)の方向に向いている。換言すれば、焼結体から一定体積の試験片を取り出し、この試験片中に含まれる全繊維状炭素の方向の平均値を算出した場合、その値は「0」になるということである。
このように、繊維状炭素は、それぞれのセラミックス粒子の粒界にランダムに存在している。そして、これら繊維状炭素同士は、一部で接触して網目状のネットワークを形成しており、セラミックス粒子の粒界においては導電パスを形成している。
なお、繊維状炭素は、セラミックス粒子同士の間(粒界)に必ず存在している必要はなく、繊維状炭素が存在しない粒界があってもよい。
なお、繊維状炭素は、セラミックス粒子同士の間(粒界)に必ず存在している必要はなく、繊維状炭素が存在しない粒界があってもよい。
上記の希土類酸化物(ReO2)とは、ランタン系列であるLa、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luの15元素の希土類元素(Re)を含む酸化物であり、例えば、酸化ランタン(La2O3)、酸化セリウム(Ce2O3)、酸化プラセオジム(Pr2O3)、酸化ネオジム(Nd2O3)、酸化プロメチウム(Pm2O3)、酸化サマリウム(Sm2O3)、酸化ユーロピウム(Eu2O3)、酸化ガドリニウム(Gd2O3)、酸化テルビウム(Tb2O3)、酸化ジスプロシウム(Dy2O3)、酸化ホルニウム(Ho2O3)、酸化エルビウム(Er2O3)、酸化ツリウム(Tm2O3)、酸化イッテルビウム(Yb2O3)、酸化ルテチウム(Lu2O3)等が挙げられる。これらの酸化物は1種のみを用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
例えば、酸化イットリウム(Y2O3)と希土類酸化物(ReO2)とを複合化して金属複合酸化物とした場合、酸化イットリウム(Y2O3)単体と比較して機械的強度を向上させることができる。また、酸化アルミニウム(Al2O3)と希土類酸化物(ReO2)とを複合化して金属複合酸化物とした場合、酸化アルミニウム(Al2O3)単体と比較して耐食性を向上させることができる。
この焼結体中の金属酸化物粒子または金属複合酸化物粒子、すなわちセラミックス粒子の平均粒径は0.1μm以上かつ10μm以下が好ましく、より好ましくは0.5μm以上かつ5μm以下である。
ここで、セラミックス粒子の平均粒径が0.1μm未満では、焼結体中でのセラミックス粒子の粒界総数が増加し、よって、この焼結体の粒界に導電性を発現させるためには繊維状炭素の含有量が10体積%を超える必要があり、耐食性が低下する虞がある。
ここで、セラミックス粒子の平均粒径が0.1μm未満では、焼結体中でのセラミックス粒子の粒界総数が増加し、よって、この焼結体の粒界に導電性を発現させるためには繊維状炭素の含有量が10体積%を超える必要があり、耐食性が低下する虞がある。
一方、セラミックス粒子の平均粒径が10μmを超えると、繊維状炭素の少量の添加で導電性は発現するが、粒界面積の減少により繊維状炭素の存在位置が局所的に偏在することとなり、よって、焼結体中に体積抵抗率の分布が生じ、この焼結体を使用する際に局所的に帯電して異常放電等の問題が生じる。また、セラミックス粒子の表面積が減少することから、焼結して焼結体とする際に、焼結の駆動力である表面エネルギーが減少し、高密度の焼結体を得ることが難しくなる。また、平均粒径が10μmを超えることで、焼結体に応力が掛かった場合に、この粗いセラミックス粒子が破壊源となり、機械的強度が低下する。
一方、繊維状炭素は、上記の金属酸化物粒子または金属複合酸化物粒子に少量添加することにより導電性を発現することができ、装置や試料を金属汚染する虞がなく、さらに、炭素のパーティクルがエッチング工程で使用する酸素プラズマにより十分除去することができるという優れた特徴を有している。
この繊維状炭素としては、例えば、カーボンファイバー、多層ナノチューブ(MCNT)、グラファイトナノ粒子が房状に結合したストラクチャー構造のカーボンブラック等が挙げられる。これらの繊維状炭素は、いずれか1種のみを用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
この繊維状炭素としては、例えば、カーボンファイバー、多層ナノチューブ(MCNT)、グラファイトナノ粒子が房状に結合したストラクチャー構造のカーボンブラック等が挙げられる。これらの繊維状炭素は、いずれか1種のみを用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
繊維状炭素の直径は、50nmを超えかつ300nm以下が好ましく、より好ましくは50nmを超えかつ150nm以下、さらに好ましくは80nm以上かつ150nm以下である。
ここで、繊維状炭素の直径が50nm以下であると、得られた焼結体に応力が掛かってクラックが発生した場合、繊維状炭素のクラックの進展を妨げる力が弱くなり、その結果、繊維状炭素を添加していない金属酸化物粒子または金属複合酸化物粒子からなる焼結体と比べて、強度や破壊靭性が劣ったものとなるので好ましくない。
ここで、繊維状炭素の直径が50nm以下であると、得られた焼結体に応力が掛かってクラックが発生した場合、繊維状炭素のクラックの進展を妨げる力が弱くなり、その結果、繊維状炭素を添加していない金属酸化物粒子または金属複合酸化物粒子からなる焼結体と比べて、強度や破壊靭性が劣ったものとなるので好ましくない。
一方、繊維状炭素の直径が300nmを超えると、繊維状炭素が凝集体を形成し易くなり、ハロゲン系腐食性ガス及びそのプラズマに対して繊維状炭素の凝集体が選択的に消耗することとなり、その結果、金属酸化物粒子または金属複合酸化物粒子が脱離し易く、これらの離脱した金属酸化物粒子または金属複合酸化物粒子がパーティクルの原因となる虞がある。また、焼結して焼結体とする際に、繊維状炭素が金属酸化物粒子間の粒界または金属複合酸化物粒子間の粒界に存在すると、粒成長を妨げ、焼結体の緻密化を阻害する虞がある。
繊維状炭素の長さは、25μm以下であることが好ましく、より好ましくは10μm以下である。
ここで、繊維状炭素の長さが25μmを超えると、分散が困難になり、凝集体を形成し易くなるので、好ましくない。
ここで、繊維状炭素の長さが25μmを超えると、分散が困難になり、凝集体を形成し易くなるので、好ましくない。
この焼結体では、酸化イットリウム(Y2O3)粒子単体からなる金属酸化物粒子、または酸化イットリウム(Y2O3)、酸化アルミニウム(Al2O3)及び希土類酸化物(ReO2)の群から選択される2種以上を複合化させた金属複合酸化物粒子からなるセラミックス粒子(マトリックス)間に、繊維状炭素が単体、あるいは、複数の単体の繊維状炭素が凝集した凝集体として存在している。
この繊維状炭素が凝集体を形成している場合、この凝集体の凝集径は1.5μm以下が好ましく、より好ましくは1.0μm以下、さらに好ましくは0.5μm以下である。
ここで、繊維状炭素の凝集径が1.5μmを超えると、半導体製造装置用部材として使用される際に、繊維状炭素の凝集体がプラズマにより選択的に消耗し、耐食性が低下することとなる。したがって、導電性の低下、パーティクルの発生等の不具合を生じさせる要因となり、半導体製造装置用部材としては適当でない。また、凝集径が1.5μmを超えた場合、この凝集体が金属酸化物粒子または金属複合酸化物粒子の焼結を阻害する要因となり、低圧焼結時に得られる焼結体の密度が低下するので好ましくない。また、凝集体が大きくなると、分散している繊維状炭素が少なくなることから、導電パスの形成が不十分となり、得られた焼結体の体積抵抗率が低下しない虞がある。
ここで、繊維状炭素の凝集径が1.5μmを超えると、半導体製造装置用部材として使用される際に、繊維状炭素の凝集体がプラズマにより選択的に消耗し、耐食性が低下することとなる。したがって、導電性の低下、パーティクルの発生等の不具合を生じさせる要因となり、半導体製造装置用部材としては適当でない。また、凝集径が1.5μmを超えた場合、この凝集体が金属酸化物粒子または金属複合酸化物粒子の焼結を阻害する要因となり、低圧焼結時に得られる焼結体の密度が低下するので好ましくない。また、凝集体が大きくなると、分散している繊維状炭素が少なくなることから、導電パスの形成が不十分となり、得られた焼結体の体積抵抗率が低下しない虞がある。
この焼結体における繊維状炭素の含有率は、0.5体積%以上かつ10体積%以下であることが好ましい。
ここで、繊維状炭素の含有率が0.5体積%未満では、粒界中の繊維状炭素の量が少なすぎてしまい、この粒界中に網目状の導電パスを形成することができず、満足する導電性を得ることが困難になる。一方、含有率が10体積%を超えると、繊維状炭素の量が多すぎて凝集体を形成し易くなり、その結果、耐食性の低下、焼結体の緻密化を阻害する虞がある。
ここで、繊維状炭素の含有率が0.5体積%未満では、粒界中の繊維状炭素の量が少なすぎてしまい、この粒界中に網目状の導電パスを形成することができず、満足する導電性を得ることが困難になる。一方、含有率が10体積%を超えると、繊維状炭素の量が多すぎて凝集体を形成し易くなり、その結果、耐食性の低下、焼結体の緻密化を阻害する虞がある。
この焼結体の相対密度、すなわち、この焼結体の理論密度に対する実際に測定した密度の百分率は、その理論密度の97%以上であることが好ましい。
相対密度が97%以上であれば、この焼結体の表面に機械加工を施した場合に、表面粗さを任意の表面粗さに仕上げることが可能となる。
一方、相対密度が97%未満の場合には、焼結体中の気孔が連続して繋がる開気孔構造となる。したがって、この開気孔構造においては、プラズマが気孔内に入り込み、焼結体の内部でも消耗が進むことで耐食性が低下する。また、気孔の影響により表面粗さが1μmより大きくなると、表面にて機械的精度の良い加工ができなくなる。
相対密度が97%以上であれば、この焼結体の表面に機械加工を施した場合に、表面粗さを任意の表面粗さに仕上げることが可能となる。
一方、相対密度が97%未満の場合には、焼結体中の気孔が連続して繋がる開気孔構造となる。したがって、この開気孔構造においては、プラズマが気孔内に入り込み、焼結体の内部でも消耗が進むことで耐食性が低下する。また、気孔の影響により表面粗さが1μmより大きくなると、表面にて機械的精度の良い加工ができなくなる。
この焼結体の体積固有抵抗値は、0.01Ω・cm以上かつ1000Ω・cm以下であることが好ましい。
ここで、焼結体の体積固有抵抗値が0.01Ω・cm未満では、繊維状炭素を大量に添加する必要があるが、過剰に添加した場合、繊維状炭素が凝集し易くなり、耐食性が低下してしまう。また、大量に添加した場合、緻密な焼結体を得難くなり、耐食性が低下するという欠点がある。さらに、製造コストの点でも経済的ではない。
一方、焼結体の体積固有抵抗値が1000Ω・cmを超えると、繊維状炭素の添加量が少なくなり局所的になることから、焼結体の導電性に偏りが生じ、真空プロセス装置内で使用したような場合に、異常放電等の問題が生じる。
ここで、焼結体の体積固有抵抗値が0.01Ω・cm未満では、繊維状炭素を大量に添加する必要があるが、過剰に添加した場合、繊維状炭素が凝集し易くなり、耐食性が低下してしまう。また、大量に添加した場合、緻密な焼結体を得難くなり、耐食性が低下するという欠点がある。さらに、製造コストの点でも経済的ではない。
一方、焼結体の体積固有抵抗値が1000Ω・cmを超えると、繊維状炭素の添加量が少なくなり局所的になることから、焼結体の導電性に偏りが生じ、真空プロセス装置内で使用したような場合に、異常放電等の問題が生じる。
また、この焼結体の体積固有抵抗値が10Ω・cm以上かつ1000Ω・cm以下になると、10MHz〜1GHzの周波数帯でインピーダンス角が−50度以下となり、周波数依存性が小さくなる。
インピーダンス角は、焼結体のインピーダンスと電圧との位相差であるから、インピーダンス角に周波数依存性がある場合、焼結体に複数の周波数を有する高周波電力を印加すると、インピーダンスのマッチングを取ることが難しくなる。その結果、プラズマが不安定になり、異常放電が起こり、部材の破損やパーティクルの発生等の不具合が生じる。したがって、この焼結体を高周波電力を印加する部材に適用する場合には、インピーダンス角の周波数依存性が小さいことが好ましい。
インピーダンス角は、焼結体のインピーダンスと電圧との位相差であるから、インピーダンス角に周波数依存性がある場合、焼結体に複数の周波数を有する高周波電力を印加すると、インピーダンスのマッチングを取ることが難しくなる。その結果、プラズマが不安定になり、異常放電が起こり、部材の破損やパーティクルの発生等の不具合が生じる。したがって、この焼結体を高周波電力を印加する部材に適用する場合には、インピーダンス角の周波数依存性が小さいことが好ましい。
この焼結体の曲げ強度は、130MPa以上であることが好ましく、より好ましくは140MPa以上である。
ここで、この焼結体の曲げ強度が130MPa未満では、急激に150℃の温度差を加えて熱応力を加えた場合に、クラックが生じ、場合によっては破壊に至る虞があるので、好ましくない。
ここで、この焼結体の曲げ強度が130MPa未満では、急激に150℃の温度差を加えて熱応力を加えた場合に、クラックが生じ、場合によっては破壊に至る虞があるので、好ましくない。
本実施形態の導電性耐食部材は、繊維状炭素が高アスペクト比であるから、炭素の含有率を10体積%以下と少なくすることができる。よって、ハロゲン系プラズマに対しては酸化イットリウム単体とほぼ同等の耐食性を有することができる。
また、この焼結体中のセラミックス粒子の平均粒径を0.1μm以上かつ10μm以下としたので、焼結体内部に破壊源となる粗大粒子が存在していない。したがって、室温及び急激に150℃の温度差を加えて熱応力を加えた場合においても、130MPa以上の曲げ強度を有している。
また、この焼結体中のセラミックス粒子の平均粒径を0.1μm以上かつ10μm以下としたので、焼結体内部に破壊源となる粗大粒子が存在していない。したがって、室温及び急激に150℃の温度差を加えて熱応力を加えた場合においても、130MPa以上の曲げ強度を有している。
このような優れた機械的特性及び熱衝撃耐性を有する導電性耐食部材は、エッチング装置用部材のように熱が繰り返しかかる用途に十分耐えることができる。この導電性耐食部材は半導体製造装置用の部材として、現行の絶縁性部材で導電性が求められる部材への置き換えや、急激な加熱、冷却及び温度分布が発生する部位への適用が期待できる。
例えば、上記の導電性耐食部材を用いて製造された導電性耐食部品としては、シャワープレート、ガス拡散プレート、高周波印加用電極、高周波遮蔽部材等が挙げられる。これらの導電性耐食部品は、必要に応じていずれか1種のみを用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
例えば、上記の導電性耐食部材を用いて製造された導電性耐食部品としては、シャワープレート、ガス拡散プレート、高周波印加用電極、高周波遮蔽部材等が挙げられる。これらの導電性耐食部品は、必要に応じていずれか1種のみを用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[導電性耐食部材の製造方法]
本実施形態の導電性耐食部材の製造方法は、酸化イットリウム粒子単独、または酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び希土類酸化物粒子の群から選択される2種以上の粒子と、直径が50nmを超えかつ300nm以下であり長さが25μm以下である繊維状炭素とを、分散媒中にて混合してスラリーとするスラリー製造工程と、このスラリーを乾燥・成形する成形工程と、得られた成形体を1MPa以上かつ40MPa以下の加圧下にて焼結し焼結体とする加圧焼結工程とを有する。
本実施形態の導電性耐食部材の製造方法は、酸化イットリウム粒子単独、または酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び希土類酸化物粒子の群から選択される2種以上の粒子と、直径が50nmを超えかつ300nm以下であり長さが25μm以下である繊維状炭素とを、分散媒中にて混合してスラリーとするスラリー製造工程と、このスラリーを乾燥・成形する成形工程と、得られた成形体を1MPa以上かつ40MPa以下の加圧下にて焼結し焼結体とする加圧焼結工程とを有する。
(スラリー製造工程)
酸化イットリウム粒子単独、または酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び希土類酸化物粒子の群から選択される2種以上の粒子と、直径が50nmを超えかつ300nm以下であり長さが25μm以下である繊維状炭素とを、分散媒中にて混合してスラリーとする工程である。
酸化イットリウム粒子単独、または酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び希土類酸化物粒子の群から選択される2種以上の粒子と、直径が50nmを超えかつ300nm以下であり長さが25μm以下である繊維状炭素とを、分散媒中にて混合してスラリーとする工程である。
ここでは、酸化イットリウム粒子単独、または酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び希土類酸化物粒子の群から選択される2種以上の粒子を分散媒に投入し、さらに繊維状炭素を添加して混合することが好ましい。
また、酸化イットリウム粒子単独、または酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び希土類酸化物粒子の群から選択される2種以上の粒子を分散媒と混合して粒子含有スラリーとすると共に、繊維状炭素を分散媒と混合して繊維状炭素含有スラリーとし、これらのスラリーを混合することとしてもよい。
さらに、酸化イットリウム粒子単独、または酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び希土類酸化物粒子の群から選択される2種以上の粒子と、繊維状炭素とを混合し、分散媒を添加して混合することによりスラリーとしてもよい。
また、酸化イットリウム粒子単独、または酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び希土類酸化物粒子の群から選択される2種以上の粒子を分散媒と混合して粒子含有スラリーとすると共に、繊維状炭素を分散媒と混合して繊維状炭素含有スラリーとし、これらのスラリーを混合することとしてもよい。
さらに、酸化イットリウム粒子単独、または酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び希土類酸化物粒子の群から選択される2種以上の粒子と、繊維状炭素とを混合し、分散媒を添加して混合することによりスラリーとしてもよい。
分散媒としては、特に限定されないが、水及び有機溶媒が使用可能である。例えば、水の他、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、オクタノール等のアルコール類;酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類;ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングリコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類;が好適に用いられる。
また、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素;シクロヘキサン等の環状炭化水素;ジメチルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン等の鎖状ポリシロキサン類;も好適に用いられる。
これらの水及び有機溶媒のうち1種のみを用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
これらの水及び有機溶媒のうち1種のみを用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
このスラリーには、分散剤もしくはバインダーを添加してもよい。スラリーに用いられる分散剤やバインダーとしては、特に限定されないが、例えば、ポリカルボン酸塩、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン等の有機高分子を用いることができる。
なお、繊維状炭素を分散媒と混合して繊維状炭素含有スラリーとする場合、このスラリー中の繊維状炭素の含有率は、0.5質量%以上かつ1.5質量%以下が好ましい。
繊維状炭素の含有率が0.5質量%未満になると、分散媒が大量に必要になり製造コストの点で経済的でない。また、繊維状炭素の所定量を、酸化イットリウム粒子単独、または酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び希土類酸化物粒子の群から選択される2種以上の粒子に対する添加、調製が困難になる。
一方、繊維状炭素の含有率が1.5質量%を超えると、スラリーの粘度が極端に高くなり、繊維状炭素が凝集した場合に、凝集体の解こう、分散が困難になる。
繊維状炭素の含有率が0.5質量%未満になると、分散媒が大量に必要になり製造コストの点で経済的でない。また、繊維状炭素の所定量を、酸化イットリウム粒子単独、または酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び希土類酸化物粒子の群から選択される2種以上の粒子に対する添加、調製が困難になる。
一方、繊維状炭素の含有率が1.5質量%を超えると、スラリーの粘度が極端に高くなり、繊維状炭素が凝集した場合に、凝集体の解こう、分散が困難になる。
このスラリー中の繊維状炭素の平均二次粒径(=平均分散粒径)は800nm以下であることが好ましい。
ここでいう平均二次粒径とは、スラリーをレーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定した場合における繊維状炭素の平均粒子径のことである。
なお、平均二次粒径が800nmより大きいと、この繊維状炭素含有スラリーを、酸化イットリウム粒子単独、または酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び希土類酸化物粒子の群から選択される2種以上の粒子を分散媒と混合した粒子含有スラリーと混合、乾燥、焼結し焼結体とする際に、繊維状炭素が凝集し、焼結体中の繊維状炭素の凝集体が粗大になり、耐食性が低下する虞があるので好ましくない。
ここでいう平均二次粒径とは、スラリーをレーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定した場合における繊維状炭素の平均粒子径のことである。
なお、平均二次粒径が800nmより大きいと、この繊維状炭素含有スラリーを、酸化イットリウム粒子単独、または酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び希土類酸化物粒子の群から選択される2種以上の粒子を分散媒と混合した粒子含有スラリーと混合、乾燥、焼結し焼結体とする際に、繊維状炭素が凝集し、焼結体中の繊維状炭素の凝集体が粗大になり、耐食性が低下する虞があるので好ましくない。
この繊維状炭素は凝集力が強いので、分散媒中に分散させる際には、まず前分散として、機械的な力を加えて解こうを行ってもよい。前分散を行う装置としては、特に限定されないが、高速ホモジナイザー、超音波分散機、湿式ジェットミル等が挙げられる。
(成形工程)
上記のスラリーを乾燥・成形する工程である。
上記のスラリーを乾燥する場合、噴霧乾燥法(スプレードライ法)を使用して、顆粒を作製することが好ましい。
この工程では、瞬時にスラリーを乾燥させることで、繊維状炭素の再凝集を抑止することができる。また、成形工程で取扱いが容易な球状の顆粒を作製することが可能となる。
乾燥工程は、繊維状炭素の再凝集を抑止することができればよく、特に制限はないが、例えば、鋳込み成形を行う場合、乾燥と成形を同時に行うことができるので好ましい。
上記のスラリーを乾燥・成形する工程である。
上記のスラリーを乾燥する場合、噴霧乾燥法(スプレードライ法)を使用して、顆粒を作製することが好ましい。
この工程では、瞬時にスラリーを乾燥させることで、繊維状炭素の再凝集を抑止することができる。また、成形工程で取扱いが容易な球状の顆粒を作製することが可能となる。
乾燥工程は、繊維状炭素の再凝集を抑止することができればよく、特に制限はないが、例えば、鋳込み成形を行う場合、乾燥と成形を同時に行うことができるので好ましい。
このようにして得られた顆粒を、金型に詰め、成形機により一軸加圧し、成形体を作製する。成形方法としては、緻密な成形体が作製できればよく、特に制限はない。
得られた成形体は、そのまま加圧焼結して焼結体としてもよいが、良質の焼結体を得るためには、得られた成形体を脱脂することが好ましい。脱脂工程は、不活性雰囲気中にて、分散剤やバインダーを十分に熱分解して除去することができればよく、繊維状炭素の消耗や顆粒の焼結が起こらない温度条件であれば、方法に特に制限はない。
得られた成形体は、そのまま加圧焼結して焼結体としてもよいが、良質の焼結体を得るためには、得られた成形体を脱脂することが好ましい。脱脂工程は、不活性雰囲気中にて、分散剤やバインダーを十分に熱分解して除去することができればよく、繊維状炭素の消耗や顆粒の焼結が起こらない温度条件であれば、方法に特に制限はない。
(加圧焼結工程)
得られた成形体を1MPa以上かつ40MPa以下の加圧下にて焼結し焼結体とする工程である。
一軸加圧により得られた成形体では、加圧時の圧力が1MPaより小さいと、得られた焼結体の相対密度が97%より低くなり、耐食性が低下する。また、導電性が低下し、半導体製造装置用部材としての使用が制限される。その理由は、セラミックス粒子の焼結が進むにつれて繊維状炭素の再配列により一部で凝集が起こり、三次元的な配列が失われるからである。
得られた成形体を1MPa以上かつ40MPa以下の加圧下にて焼結し焼結体とする工程である。
一軸加圧により得られた成形体では、加圧時の圧力が1MPaより小さいと、得られた焼結体の相対密度が97%より低くなり、耐食性が低下する。また、導電性が低下し、半導体製造装置用部材としての使用が制限される。その理由は、セラミックス粒子の焼結が進むにつれて繊維状炭素の再配列により一部で凝集が起こり、三次元的な配列が失われるからである。
一方、加圧時の圧力が40MPaより大きいと、得られた焼結体の密度、導電性共に問題ないが、部材の大型化にともなう大型焼結体を得るための加圧焼結装置を設計する際に、加圧面積に制限が生じる。ただし、焼結体製造時には必ずしも加圧する必要はない。冷間等方圧加圧法等により緻密かつ均質な焼結体が作製可能な場合には、焼結時に加圧なしで緻密かつ均質な焼結体が得られる。
以上説明したように、本実施形態の導電性耐食部材によれば、酸化イットリウム粒子単体、または酸化イットリウム、酸化アルミニウム及び希土類酸化物の群から選択される2種以上を複合化させた金属複合酸化物粒子と、繊維状炭素と、を含有した焼結体とし、この繊維状炭素の直径を50nmを超えかつ300nm以下、その長さを25μm以下とし、さらに、この焼結体の相対密度を、その理論密度の97%以上としたので、高い導電性を有し、ハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに対して耐食性を有し、しかも高い機械強度及び熱衝撃耐性を有することができる。
本実施形態の導電性耐食部品によれば、本実施形態の導電性耐食部材を用いて製造された導電性耐食部品であり、シャワープレート、ガス拡散プレート、高周波印加用電極及び高周波遮蔽部材のうちいずれか1種または2種以上を含むので、従来では適用できなかったハロゲン系腐食性ガス及びそのプラズマの環境下において使用される半導体製造装置用の各種部材に容易に適用することができる。
本実施形態の導電性耐食部材の製造方法によれば、酸化イットリウム粒子単独、または酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び希土類酸化物粒子の群から選択される2種以上の粒子と、直径が50nmを超えかつ300nm以下であり長さが25μm以下である繊維状炭素とを、分散媒中にて混合してスラリーとするスラリー製造工程と、前記スラリーを乾燥・成形する成形工程と、得られた成形体を1MPa以上かつ40MPa以下の加圧下にて焼結し焼結体とする加圧焼結工程とを有するので、高い導電性を有し、ハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに対して耐食性を有し、しかも高い機械強度及び熱衝撃耐性を有する導電性耐食部材を作製することができる。
以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
「実施例1」
(焼結体の作製)
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを純水中に固形分1.0質量%となるように加え、分散剤を添加後、回転二枚刃式ホモジナイザー装置により、解こう前処理を行った。次いで、高圧分散機により分散処理を行った。得られたカーボンファイバースラリー中のカーボンファイバーの平均二次粒径(平均分散粒径)をレーザー回折式粒度分布計を用いて測定したところ、カーボンファイバーの平均二次粒径は420nmであった。
(焼結体の作製)
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを純水中に固形分1.0質量%となるように加え、分散剤を添加後、回転二枚刃式ホモジナイザー装置により、解こう前処理を行った。次いで、高圧分散機により分散処理を行った。得られたカーボンファイバースラリー中のカーボンファイバーの平均二次粒径(平均分散粒径)をレーザー回折式粒度分布計を用いて測定したところ、カーボンファイバーの平均二次粒径は420nmであった。
平均粒径3μmの酸化イットリウム粉体を水中に固形分40質量%となるよう加え、分散剤を添加後、撹拌機で撹拌を行い、酸化イットリウムスラリーを得た。
次いで、カーボンファイバースラリーと酸化イットリウムスラリーを、カーボンファイバーの含有体積が5.0%となるように調製混合し、撹拌機で撹拌して混合スラリーを調製した。
次いで、カーボンファイバースラリーと酸化イットリウムスラリーを、カーボンファイバーの含有体積が5.0%となるように調製混合し、撹拌機で撹拌して混合スラリーを調製した。
次いで、この混合スラリーを噴霧乾燥法により、カーボンナノチューブと酸化イットリウムの複合粒子を造粒した。得られた顆粒の粒径は30〜100μmであった。
前記顆粒を圧力10MPaで一軸加圧成形し、窒素雰囲気600℃にて脱脂処理した。
成形体をアルゴン雰囲気下、1750℃にて圧力20MPa下で2時間焼結を行い、直径50mm、厚み6mmの円板状の焼結体を作製した。
前記顆粒を圧力10MPaで一軸加圧成形し、窒素雰囲気600℃にて脱脂処理した。
成形体をアルゴン雰囲気下、1750℃にて圧力20MPa下で2時間焼結を行い、直径50mm、厚み6mmの円板状の焼結体を作製した。
この焼結体の相対密度、体積抵抗率、繊維状炭素の凝集径、4点曲げ強度、プラズマ耐食性及びインピーダンス角それぞれについて測定し、評価した。
評価方法は次のとおりである。
(1)相対密度
焼結体から、直径48mm、厚み4mmの大きさの試験片を切り出し、この試験片の真密度(do)をアルキメデス法により測定し、この真密度の理論密度(dr)に対する比(do/dr)を百分率で表し、相対密度(%)とした。
評価方法は次のとおりである。
(1)相対密度
焼結体から、直径48mm、厚み4mmの大きさの試験片を切り出し、この試験片の真密度(do)をアルキメデス法により測定し、この真密度の理論密度(dr)に対する比(do/dr)を百分率で表し、相対密度(%)とした。
(2)体積抵抗率
焼結体から、直径48mm、厚み4mmの大きさの試験片を切り出し、この試験片のプラズマ暴露前の体積抵抗率を、抵抗率計 ロレスタGP(三菱化学アナリテック社製)を用いて、四探針法により、測定電圧90Vの条件下で測定した。
(3)繊維状炭素の凝集径
焼結体の破断面を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、5000〜50000倍にて観察し、この焼結体の破断面に見られる繊維状炭素の凝集体を12個観察し、それぞれの凝集体の直径の最長の長さを測定し、これらの測定値の平均値を炭素凝集径とした。
焼結体から、直径48mm、厚み4mmの大きさの試験片を切り出し、この試験片のプラズマ暴露前の体積抵抗率を、抵抗率計 ロレスタGP(三菱化学アナリテック社製)を用いて、四探針法により、測定電圧90Vの条件下で測定した。
(3)繊維状炭素の凝集径
焼結体の破断面を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、5000〜50000倍にて観察し、この焼結体の破断面に見られる繊維状炭素の凝集体を12個観察し、それぞれの凝集体の直径の最長の長さを測定し、これらの測定値の平均値を炭素凝集径とした。
(4)4点曲げ強度
焼結体から、縦4mm、横3mm、高さ36mmの大きさの試験片を切り出し、この試験片について、室温20℃にて4点曲げ強度を測定した。また、試験片を120℃、170℃に加熱したものを20℃の水中に落下して急冷させた試験片についても4点曲げ強度を測定し、温度差100℃、150℃の熱衝撃耐性を評価した。いずれも各5本ずつ測定を行い、平均値にて評価した。
焼結体から、縦4mm、横3mm、高さ36mmの大きさの試験片を切り出し、この試験片について、室温20℃にて4点曲げ強度を測定した。また、試験片を120℃、170℃に加熱したものを20℃の水中に落下して急冷させた試験片についても4点曲げ強度を測定し、温度差100℃、150℃の熱衝撃耐性を評価した。いずれも各5本ずつ測定を行い、平均値にて評価した。
(5)プラズマ耐食性
20mm角、厚み2mmの大きさの試験片に対し、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素の混合ガス、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素の混合ガス、のそれぞれの混合ガス中にてプラズマを3時間暴露した後、触針式表面粗さ計を使用して求めた消耗量からぞれぞれの混合ガス中における消耗レート(nm/hr)を測定した。
(6)インピーダンス角
直径28mm、厚み3mmの大きさの試験片に対し、インピーダンスアナライザ(アジレントテクノロジー社製)を用いて、二端子法により、10MHz〜1GHzのインピーダンス角を測定した。
20mm角、厚み2mmの大きさの試験片に対し、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素の混合ガス、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素の混合ガス、のそれぞれの混合ガス中にてプラズマを3時間暴露した後、触針式表面粗さ計を使用して求めた消耗量からぞれぞれの混合ガス中における消耗レート(nm/hr)を測定した。
(6)インピーダンス角
直径28mm、厚み3mmの大きさの試験片に対し、インピーダンスアナライザ(アジレントテクノロジー社製)を用いて、二端子法により、10MHz〜1GHzのインピーダンス角を測定した。
得られた焼結体の相対密度は99.1%、体積抵抗率は3.2Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.8μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で145.0MPa、熱衝撃温度差が100℃では143.4MPa、150℃では140.1MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では96.2nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では61.3nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−41、100MHzでは−84、1GHzでは−85であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で145.0MPa、熱衝撃温度差が100℃では143.4MPa、150℃では140.1MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では96.2nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では61.3nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−41、100MHzでは−84、1GHzでは−85であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
「実施例2」
カーボンファイバーの含有体積を5.0%から0.5%に変更した以外は、実施例1に準じて実施例2の焼結体を作製し、評価した。
得られたカーボンファイバースラリーに含まれるカーボンファイバーの平均二次粒径は420nmであった。
得られた焼結体の相対密度は99.7%、体積抵抗率は325.4Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.6μmであった。
カーボンファイバーの含有体積を5.0%から0.5%に変更した以外は、実施例1に準じて実施例2の焼結体を作製し、評価した。
得られたカーボンファイバースラリーに含まれるカーボンファイバーの平均二次粒径は420nmであった。
得られた焼結体の相対密度は99.7%、体積抵抗率は325.4Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.6μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で135.9MPa、熱衝撃温度差が100℃では133.8MPa、150℃では131.6MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では88.2nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では58.0nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−75、100MHzでは−88、1GHzでは−85であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では88.2nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では58.0nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−75、100MHzでは−88、1GHzでは−85であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
「実施例3」
カーボンファイバーの含有体積を5.0%から10.0%に変更した以外は、実施例1に準じて実施例3の焼結体を作製し、評価した。
得られたカーボンファイバースラリーに含まれるカーボンファイバーの平均二次粒径は420nmであった。
得られた焼結体の相対密度は97.8%、体積抵抗率は0.6Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は1.0μmであった。
カーボンファイバーの含有体積を5.0%から10.0%に変更した以外は、実施例1に準じて実施例3の焼結体を作製し、評価した。
得られたカーボンファイバースラリーに含まれるカーボンファイバーの平均二次粒径は420nmであった。
得られた焼結体の相対密度は97.8%、体積抵抗率は0.6Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は1.0μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で158.2MPa、熱衝撃温度差が100℃では157.1MPa、150℃では154.3MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では105.2nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では70.2nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−35、100MHzでは−82、1GHzでは−82であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では105.2nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では70.2nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−35、100MHzでは−82、1GHzでは−82であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
「実施例4」
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径80nm、長さ25μmのカーボンナノチューブに変更した以外は、実施例1に準じて実施例4の焼結体を作製し、評価した。得られたカーボンナノチューブスラリーに含まれるカーボンナノチューブの平均二次粒子径は250nmであった。
また、得られた焼結体の相対密度は98.6%、体積抵抗率は0.5Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンナノチューブの凝集径は0.5μmであった。
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径80nm、長さ25μmのカーボンナノチューブに変更した以外は、実施例1に準じて実施例4の焼結体を作製し、評価した。得られたカーボンナノチューブスラリーに含まれるカーボンナノチューブの平均二次粒子径は250nmであった。
また、得られた焼結体の相対密度は98.6%、体積抵抗率は0.5Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンナノチューブの凝集径は0.5μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で144.8MPa、熱衝撃温度差が100℃では143.8MPa、150℃では136.2MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では94.1nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では60.8nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−38、100MHzでは−83、1GHzでは−81であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では94.1nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では60.8nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−38、100MHzでは−83、1GHzでは−81であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
「実施例5」
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径80nm、長さ25μmのカーボンナノチューブに変更し、さらに、カーボンナノチューブスラリーと酸化イットリウムスラリーを、カーボンナノチューブの含有体積が0.5%となるように調製混合した以外は、実施例1に準じて実施例5の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.8%、体積抵抗率は104.6Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンナノチューブの凝集径は0.4μmであった。
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径80nm、長さ25μmのカーボンナノチューブに変更し、さらに、カーボンナノチューブスラリーと酸化イットリウムスラリーを、カーボンナノチューブの含有体積が0.5%となるように調製混合した以外は、実施例1に準じて実施例5の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.8%、体積抵抗率は104.6Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンナノチューブの凝集径は0.4μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で139.8MPa、熱衝撃温度差が100℃では136.2MPa、150℃では135.9MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では85.9nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では69.7nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−72、100MHzでは−86、1GHzでは−86であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では85.9nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では69.7nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−72、100MHzでは−86、1GHzでは−86であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
「実施例6」
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径80nm、長さ25μmのカーボンナノチューブに変更し、さらに、カーボンナノチューブスラリーと酸化イットリウムスラリーを、カーボンナノチューブの含有体積が10.0%となるように調製混合した以外は、実施例1に準じて実施例6の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は97.1%、体積抵抗率は0.06Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンナノチューブの凝集径は0.8μmであった。
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径80nm、長さ25μmのカーボンナノチューブに変更し、さらに、カーボンナノチューブスラリーと酸化イットリウムスラリーを、カーボンナノチューブの含有体積が10.0%となるように調製混合した以外は、実施例1に準じて実施例6の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は97.1%、体積抵抗率は0.06Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンナノチューブの凝集径は0.8μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で152.3MPa、熱衝撃温度差が100℃では150.9MPa、150℃では148.6MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では101.2nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では63.2nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは15、100MHzでは−62、1GHzでは−71であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では101.2nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では63.2nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは15、100MHzでは−62、1GHzでは−71であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
「実施例7」
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径300nm、長さ10μmのカーボンファイバーに変更した以外は、実施例1に準じて実施例7の焼結体を作製し、評価した。得られたカーボンファイバースラリーに含まれるカーボンファイバーの平均二次粒子径は780nmであった。
また、得られた焼結体の相対密度は99.2%、体積抵抗率は24.2Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は1.2μmであった。
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径300nm、長さ10μmのカーボンファイバーに変更した以外は、実施例1に準じて実施例7の焼結体を作製し、評価した。得られたカーボンファイバースラリーに含まれるカーボンファイバーの平均二次粒子径は780nmであった。
また、得られた焼結体の相対密度は99.2%、体積抵抗率は24.2Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は1.2μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で150.6MPa、熱衝撃温度差が100℃では148.1MPa、150℃では146.2MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では99.8nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では75.2nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−55、100MHzでは−80、1GHzでは−81であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では99.8nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では75.2nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−55、100MHzでは−80、1GHzでは−81であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
「実施例8」
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径300nm、長さ10μmのカーボンファイバーに変更し、さらに、カーボンファイバースラリーと酸化イットリウムスラリーを、カーボンファイバーの含有体積が0.5%となるように調製混合した以外は、実施例1に準じて実施例8の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.8%、体積抵抗率は960.2Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は1.0μmであった。
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径300nm、長さ10μmのカーボンファイバーに変更し、さらに、カーボンファイバースラリーと酸化イットリウムスラリーを、カーボンファイバーの含有体積が0.5%となるように調製混合した以外は、実施例1に準じて実施例8の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.8%、体積抵抗率は960.2Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は1.0μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で133.5MPa、熱衝撃温度差が100℃では133.1MPa、150℃では130.2MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では93.5nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では64.2nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−84、100MHzでは−86、1GHzでは−86であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では93.5nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では64.2nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−84、100MHzでは−86、1GHzでは−86であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
「実施例9」
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径300nm、長さ10μmのカーボンファイバーに変更し、さらに、カーボンファイバースラリーと酸化イットリウムスラリーを、カーボンファイバーの含有体積が10.0%となるように調製混合した以外は、実施例1に準じて実施例9の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は98.1%、体積抵抗率は8.5Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は1.5μmであった。
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径300nm、長さ10μmのカーボンファイバーに変更し、さらに、カーボンファイバースラリーと酸化イットリウムスラリーを、カーボンファイバーの含有体積が10.0%となるように調製混合した以外は、実施例1に準じて実施例9の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は98.1%、体積抵抗率は8.5Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は1.5μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で165.2MPa、熱衝撃温度差が100℃では163.5MPa、150℃では160.8MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では110.3nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では79.8nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−46、100MHzでは−83、1GHzでは−83であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では110.3nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では79.8nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−46、100MHzでは−83、1GHzでは−83であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
「実施例10」
加圧焼結時の圧力を20MPaから1MPaに変更した以外は、実施例1に準じて実施例10の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は97.3%、体積抵抗率は25.6Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は1.2μmであった。
加圧焼結時の圧力を20MPaから1MPaに変更した以外は、実施例1に準じて実施例10の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は97.3%、体積抵抗率は25.6Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は1.2μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で142.5MPa、熱衝撃温度差が100℃では141.3MPa、150℃では140.1MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では98.9nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では70.0nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−56、100MHzでは−81、1GHzでは−82であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では98.9nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では70.0nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−56、100MHzでは−81、1GHzでは−82であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
「実施例11」
加圧焼結時の圧力を20MPaから40MPaに変更した以外は、実施例1に準じて実施例11の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.9%、体積抵抗率は2.4Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.8μmであった。
加圧焼結時の圧力を20MPaから40MPaに変更した以外は、実施例1に準じて実施例11の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.9%、体積抵抗率は2.4Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.8μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で147.2MPa、熱衝撃温度差が100℃では146.7MPa、150℃では143.4MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では95.9nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では60.7nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−40、100MHzでは−83、1GHzでは−84であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では95.9nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では60.7nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−40、100MHzでは−83、1GHzでは−84であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
「実施例12」
加圧焼結時の温度を1750℃から1600℃に変更した以外は、実施例1に準じて実施例12の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は97.6%、体積抵抗率は3.8Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.8μmであった。
加圧焼結時の温度を1750℃から1600℃に変更した以外は、実施例1に準じて実施例12の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は97.6%、体積抵抗率は3.8Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.8μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で147.9MPa、熱衝撃温度差が100℃では147.0MPa、150℃では145.2MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では96.8nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では61.8nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−41、100MHzでは−82、1GHzでは−83であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では96.8nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では61.8nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−41、100MHzでは−82、1GHzでは−83であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
「実施例13」
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーの含有体積が5.0%、平均粒径3μmの酸化イットリウム粉体が40質量%となるように純水に加え、分散剤を添加後、撹拌機で撹拌を行い、酸化イットリウムとカーボンファイバーを含む混合スラリーを得た。
次いで、この混合スラリーを用いて、実施例1に準じて実施例13の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.3%、体積抵抗率は4.1Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.9μmであった。
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーの含有体積が5.0%、平均粒径3μmの酸化イットリウム粉体が40質量%となるように純水に加え、分散剤を添加後、撹拌機で撹拌を行い、酸化イットリウムとカーボンファイバーを含む混合スラリーを得た。
次いで、この混合スラリーを用いて、実施例1に準じて実施例13の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.3%、体積抵抗率は4.1Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.9μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で146.2MPa、熱衝撃温度差が100℃では145.0MPa、150℃では142.6MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では95.7nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では60.8nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−44、100MHzでは−84、1GHzでは−84であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では95.7nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では60.8nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−44、100MHzでは−84、1GHzでは−84であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
「実施例14」
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径60nmのグラファイト粒子が房状に約5μmの長さで結合したカーボンブラックに変更した以外は、実施例1に準じて実施例14の焼結体を作製し、評価した。得られたカーボンブラックスラリーに含まれるカーボンブラックの平均二次粒子径は210nmであった。
また、得られた焼結体の相対密度は98.3%、体積抵抗率は1.6Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンブラックの凝集径は0.4μmであった。
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径60nmのグラファイト粒子が房状に約5μmの長さで結合したカーボンブラックに変更した以外は、実施例1に準じて実施例14の焼結体を作製し、評価した。得られたカーボンブラックスラリーに含まれるカーボンブラックの平均二次粒子径は210nmであった。
また、得られた焼結体の相対密度は98.3%、体積抵抗率は1.6Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンブラックの凝集径は0.4μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で135.8MPa、熱衝撃温度差が100℃では133.2MPa、150℃では132.9MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では91.4nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では59.2nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−35、100MHzでは−79、1GHzでは−81であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では91.4nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では59.2nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−35、100MHzでは−79、1GHzでは−81であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
「実施例15」
平均粒径3μmの酸化イットリウム粉体と、平均粒径1μmの酸化アルミニウム粉体とを、モル比で3:5となるように混合して純水に加え、さらに、直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、このカーボンファイバーの含有体積が5.0%となるように加え、分散剤を添加後、撹拌機で撹拌を行い、混合スラリーを得た。
平均粒径3μmの酸化イットリウム粉体と、平均粒径1μmの酸化アルミニウム粉体とを、モル比で3:5となるように混合して純水に加え、さらに、直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、このカーボンファイバーの含有体積が5.0%となるように加え、分散剤を添加後、撹拌機で撹拌を行い、混合スラリーを得た。
次いで、この混合スラリーを用いて、実施例1に準じて実施例15の焼結体を作製した。
この焼結体は、Y3Al5O12をマトリックスとし、このマトリックス間にカーボンファイバーが網目状に張り巡らされていた。
得られた焼結体の相対密度は99.2%、体積抵抗率は2.5Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.8μmであった。
この焼結体は、Y3Al5O12をマトリックスとし、このマトリックス間にカーボンファイバーが網目状に張り巡らされていた。
得られた焼結体の相対密度は99.2%、体積抵抗率は2.5Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.8μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で148.6MPa、熱衝撃温度差が100℃では147.4MPa、150℃では145.6MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では115.2nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では71.3nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−41、100MHzでは−83、1GHzでは−83であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では115.2nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では71.3nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−41、100MHzでは−83、1GHzでは−83であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
「実施例16」
平均粒径3μmの酸化イットリウム粉体と、平均粒径1μmの酸化アルミニウム粉体と、平均粒径5μmの酸化サマリウム粉体とを、モル比で3:5:1となるように混合して純水に加え、さらに、直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、このカーボンファイバーの含有体積が5.0%となるように加え、分散剤を添加後、撹拌機で撹拌を行い、混合スラリーを得た。
平均粒径3μmの酸化イットリウム粉体と、平均粒径1μmの酸化アルミニウム粉体と、平均粒径5μmの酸化サマリウム粉体とを、モル比で3:5:1となるように混合して純水に加え、さらに、直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、このカーボンファイバーの含有体積が5.0%となるように加え、分散剤を添加後、撹拌機で撹拌を行い、混合スラリーを得た。
次いで、この混合スラリーを用いて、実施例1に準じて実施例16の焼結体を作製した。
この焼結体は、Sm2O3−Y3Al5O12をマトリックスとし、このマトリックス間にカーボンファイバーが網目状に張り巡らされていた。
得られた焼結体の相対密度は99.1%、体積抵抗率は1.9Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.8μmであった。
この焼結体は、Sm2O3−Y3Al5O12をマトリックスとし、このマトリックス間にカーボンファイバーが網目状に張り巡らされていた。
得られた焼結体の相対密度は99.1%、体積抵抗率は1.9Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.8μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で151.6MPa、熱衝撃温度差が100℃では149.5MPa、150℃では148.3MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では82.4nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では62.5nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−41、100MHzでは−82、1GHzでは−83であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では82.4nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では62.5nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−41、100MHzでは−82、1GHzでは−83であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
「実施例17」
平均粒径1μmの酸化アルミニウム粉体と、平均粒径5μmの酸化サマリウム粉体とを、モル比で1:1となるように混合して純水に加え、さらに、直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、このカーボンファイバーの含有体積が5.0%となるように加え、分散剤を添加後、撹拌機で撹拌を行い、混合スラリーを得た。
平均粒径1μmの酸化アルミニウム粉体と、平均粒径5μmの酸化サマリウム粉体とを、モル比で1:1となるように混合して純水に加え、さらに、直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、このカーボンファイバーの含有体積が5.0%となるように加え、分散剤を添加後、撹拌機で撹拌を行い、混合スラリーを得た。
次いで、この混合スラリーを用いて、実施例1に準じて実施例17の焼結体を作製した。
この焼結体は、SmAlO3をマトリックスとし、このマトリックス間にカーボンファイバーが網目状に張り巡らされていた。
得られた焼結体の相対密度は99.2%、体積抵抗率は2.8Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.8μmであった。
この焼結体は、SmAlO3をマトリックスとし、このマトリックス間にカーボンファイバーが網目状に張り巡らされていた。
得られた焼結体の相対密度は99.2%、体積抵抗率は2.8Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.8μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で190.2MPa、熱衝撃温度差が100℃では189.1MPa、150℃では184.5MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では96.2nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では70.8nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−43、100MHzでは−82、1GHzでは−82であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では96.2nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では70.8nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−43、100MHzでは−82、1GHzでは−82であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
「比較例1」
カーボンファイバーを添加しない以外は、実施例1に準じて比較例1の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.9%、体積抵抗率は5.6×1014Ω・cmであった。また、試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で115.8MPa、熱衝撃温度差が100℃では110.2MPa、150℃では17.8MPaであった。
カーボンファイバーを添加しない以外は、実施例1に準じて比較例1の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.9%、体積抵抗率は5.6×1014Ω・cmであった。また、試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で115.8MPa、熱衝撃温度差が100℃では110.2MPa、150℃では17.8MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では80.2nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では54.1nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−89、100MHzでは−89、1GHzでは−88であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例1の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、体積抵抗率が高く、絶縁体であり、温度差150℃の熱衝撃を加えたときの強度が低下していた。
インピーダンス角は、10MHzでは−89、100MHzでは−89、1GHzでは−88であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例1の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、体積抵抗率が高く、絶縁体であり、温度差150℃の熱衝撃を加えたときの強度が低下していた。
「比較例2」
カーボンファイバーの含有体積を0.4%になるように調製した以外は、実施例1に準じて比較例2の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.8%、体積抵抗率は3.1×104Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.6μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で120.1MPa、熱衝撃温度差が100℃では114.6MPa、150℃では50.8MPaであった。
カーボンファイバーの含有体積を0.4%になるように調製した以外は、実施例1に準じて比較例2の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.8%、体積抵抗率は3.1×104Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.6μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で120.1MPa、熱衝撃温度差が100℃では114.6MPa、150℃では50.8MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では83.0nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では56.0nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−82、100MHzでは−84、1GHzでは−85であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例2の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、導電性を示しているが一般的な電極部材より高い体積抵抗率を示した。また、温度差150℃の熱衝撃を加えたときの強度が低下した。
インピーダンス角は、10MHzでは−82、100MHzでは−84、1GHzでは−85であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例2の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、導電性を示しているが一般的な電極部材より高い体積抵抗率を示した。また、温度差150℃の熱衝撃を加えたときの強度が低下した。
「比較例3」
カーボンファイバーの含有体積を12.0%になるように調製した以外は、実施例1に準じて比較例3の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は96.9%、体積抵抗率は0.2Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は1.2μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で155.8MPa、熱衝撃温度差が100℃では153.9MPa、150℃では151.5MPaであった。
カーボンファイバーの含有体積を12.0%になるように調製した以外は、実施例1に準じて比較例3の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は96.9%、体積抵抗率は0.2Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は1.2μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で155.8MPa、熱衝撃温度差が100℃では153.9MPa、150℃では151.5MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では158.9nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では98.3nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−31、100MHzでは−85、1GHzでは−86であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例3の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、体積抵抗率および温度差150℃での熱衝撃耐性には優れていたが、プラズマ耐食性が低下していた。
インピーダンス角は、10MHzでは−31、100MHzでは−85、1GHzでは−86であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例3の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、体積抵抗率および温度差150℃での熱衝撃耐性には優れていたが、プラズマ耐食性が低下していた。
「比較例4」
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径80nm、長さ25μmのカーボンナノチューブに変更し、このカーボンナノチューブの含有体積を0.4%になるように調製した以外は、実施例1に準じて比較例4の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.8%、体積抵抗率は1.5×103Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンナノチューブの凝集径は0.4μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で121.5MPa、熱衝撃温度差が100℃では118.9MPa、150℃では46.2MPaであった。
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径80nm、長さ25μmのカーボンナノチューブに変更し、このカーボンナノチューブの含有体積を0.4%になるように調製した以外は、実施例1に準じて比較例4の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.8%、体積抵抗率は1.5×103Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンナノチューブの凝集径は0.4μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で121.5MPa、熱衝撃温度差が100℃では118.9MPa、150℃では46.2MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では81.5nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では55.7nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−86、100MHzでは−85、1GHzでは−86であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例4の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、導電性を示しているが一般的な電極部材より高い体積抵抗率を示していた。また、温度差150℃の熱衝撃を加えたときの強度が低下していた。
インピーダンス角は、10MHzでは−86、100MHzでは−85、1GHzでは−86であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例4の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、導電性を示しているが一般的な電極部材より高い体積抵抗率を示していた。また、温度差150℃の熱衝撃を加えたときの強度が低下していた。
「比較例5」
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径80nm、長さ25μmのカーボンナノチューブに変更し、このカーボンナノチューブの含有体積を12.0%になるように調製した以外は、実施例1に準じて比較例5の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は96.2%、体積抵抗率は0.009Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンナノチューブの凝集径は1.1μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で148.8MPa、熱衝撃温度差が100℃では147.9MPa、150℃では145.8MPaであった。
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径80nm、長さ25μmのカーボンナノチューブに変更し、このカーボンナノチューブの含有体積を12.0%になるように調製した以外は、実施例1に準じて比較例5の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は96.2%、体積抵抗率は0.009Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンナノチューブの凝集径は1.1μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で148.8MPa、熱衝撃温度差が100℃では147.9MPa、150℃では145.8MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では151.5nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では95.2nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは24、100MHzでは−54、1GHzでは−67であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例5の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、体積抵抗率および温度差150℃での熱衝撃耐性には優れていたが、プラズマ耐食性が低下していた。
インピーダンス角は、10MHzでは24、100MHzでは−54、1GHzでは−67であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例5の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、体積抵抗率および温度差150℃での熱衝撃耐性には優れていたが、プラズマ耐食性が低下していた。
「比較例6」
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径300nm、長さ10μmのカーボンファイバーに変更し、このカーボンファイバーの含有体積を0.4%になるように調製した以外は、実施例1に準じて比較例6の焼結体を作製し、評価した。
得られたカーボンファイバースラリーに含まれるカーボンファイバーの平均二次粒径は780nmであった。
得られた焼結体の相対密度は99.9%、体積抵抗率は7.7×106Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.9μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で115.3MPa、熱衝撃温度差が100℃では112.5MPa、150℃では53.4MPaであった。
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径300nm、長さ10μmのカーボンファイバーに変更し、このカーボンファイバーの含有体積を0.4%になるように調製した以外は、実施例1に準じて比較例6の焼結体を作製し、評価した。
得られたカーボンファイバースラリーに含まれるカーボンファイバーの平均二次粒径は780nmであった。
得られた焼結体の相対密度は99.9%、体積抵抗率は7.7×106Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は0.9μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で115.3MPa、熱衝撃温度差が100℃では112.5MPa、150℃では53.4MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では87.0nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では56.8nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−84、100MHzでは−84、1GHzでは−85であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例6の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、導電性を示しているが一般的な電極部材より高い体積抵抗率を示していた。また、焼結体の室温強度は、比較例1の酸化イットリウム単体とほとんど変わらず低く、温度差150℃の熱衝撃耐性も低下していた。
インピーダンス角は、10MHzでは−84、100MHzでは−84、1GHzでは−85であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例6の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、導電性を示しているが一般的な電極部材より高い体積抵抗率を示していた。また、焼結体の室温強度は、比較例1の酸化イットリウム単体とほとんど変わらず低く、温度差150℃の熱衝撃耐性も低下していた。
「比較例7」
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径300nm、長さ10μmのカーボンファイバーに変更し、このカーボンファイバーの含有体積を12.0%になるように調製した以外は、実施例1に準じて比較例7の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は97.5%、体積抵抗率は4.8Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンナノチューブの凝集径は1.8μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で160.4MPa、熱衝撃温度差が100℃では160.1MPa、150℃では155.4MPaであった。
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径300nm、長さ10μmのカーボンファイバーに変更し、このカーボンファイバーの含有体積を12.0%になるように調製した以外は、実施例1に準じて比較例7の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は97.5%、体積抵抗率は4.8Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンナノチューブの凝集径は1.8μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で160.4MPa、熱衝撃温度差が100℃では160.1MPa、150℃では155.4MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では170.8nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では108.3nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−46、100MHzでは−82、1GHzでは−83であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例7の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、体積抵抗率および温度差150℃での熱衝撃耐性には優れていたが、プラズマ耐食性が低下していた。
インピーダンス角は、10MHzでは−46、100MHzでは−82、1GHzでは−83であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例7の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、体積抵抗率および温度差150℃での熱衝撃耐性には優れていたが、プラズマ耐食性が低下していた。
「比較例8」
圧力をかけずに焼結した以外は、実施例1に準じて比較例8の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は94.8%、体積抵抗率は4.9×104Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は2.0μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で145.8MPa、熱衝撃温度差が100℃では144.0MPa、150℃では141.1MPaであった。
圧力をかけずに焼結した以外は、実施例1に準じて比較例8の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は94.8%、体積抵抗率は4.9×104Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は2.0μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で145.8MPa、熱衝撃温度差が100℃では144.0MPa、150℃では141.1MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では175.2nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では89.2nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−82、100MHzでは−84、1GHzでは−84であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
インピーダンス角は、10MHzでは−82、100MHzでは−84、1GHzでは−84であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例8の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、相対密度が低くなっており、気孔内部へのプラズマの侵入により消耗量が大きくなっていると考えられる。また、カーボンファイバーの凝集体が大きいためにプラズマに暴露しやすくなっており、消耗量が大きくなっていると考えられる。
「比較例9」
圧力を0.5MPaかけて加圧焼結した以外は、実施例1に準じて比較例9の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は96.5%、体積抵抗率は6.8×103Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は1.8μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で150.2MPa、熱衝撃温度差が100℃では149.5MPa、150℃では147.2MPaであった。
圧力を0.5MPaかけて加圧焼結した以外は、実施例1に準じて比較例9の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は96.5%、体積抵抗率は6.8×103Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンファイバーの凝集径は1.8μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で150.2MPa、熱衝撃温度差が100℃では149.5MPa、150℃では147.2MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では160.7nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では87.0nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−84、100MHzでは−85、1GHzでは−85であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例9の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、比較例8と同様の理由により、消耗量が大きくなっていると考えられる。
インピーダンス角は、10MHzでは−84、100MHzでは−85、1GHzでは−85であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例9の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、比較例8と同様の理由により、消耗量が大きくなっていると考えられる。
「比較例10」
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径50nm、長さ25μmのカーボンナノチューブに変更した以外は、実施例1に準じて比較例10の焼結体を作製し、評価した。得られたカーボンナノチューブスラリーに含まれるカーボンナノチューブの平均二次粒子径は170nmであった。
直径150nm、長さ10μmのカーボンファイバーを、直径50nm、長さ25μmのカーボンナノチューブに変更した以外は、実施例1に準じて比較例10の焼結体を作製し、評価した。得られたカーボンナノチューブスラリーに含まれるカーボンナノチューブの平均二次粒子径は170nmであった。
得られた焼結体の相対密度は98.2%、体積抵抗率は0.4Ω・cmであった。また、焼結体の破断面により観察したカーボンナノチューブの凝集径は0.2μmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で152.3MPa、熱衝撃温度差が100℃では143.6MPa、150℃では81.6MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では90.1nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では60.5nm/hrであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で152.3MPa、熱衝撃温度差が100℃では143.6MPa、150℃では81.6MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では90.1nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では60.5nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−32、100MHzでは−83、1GHzでは−84であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例10の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、温度差150℃を加えたときの熱衝撃耐性が低下していた。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例10の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、温度差150℃を加えたときの熱衝撃耐性が低下していた。
「比較例11」
酸化イットリウムを酸化アルミニウムに変更し、さらに、カーボンファイバーを添加しない以外は、実施例1に準じて比較例11の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.9%、体積抵抗率は7.8×1014Ω・cmであった。また、試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で350.2MPa、熱衝撃温度差が100℃では345.0MPa、150℃では320.9MPaであった。
酸化イットリウムを酸化アルミニウムに変更し、さらに、カーボンファイバーを添加しない以外は、実施例1に準じて比較例11の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.9%、体積抵抗率は7.8×1014Ω・cmであった。また、試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で350.2MPa、熱衝撃温度差が100℃では345.0MPa、150℃では320.9MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では170.2nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では63.2nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−89、100MHzでは−89、1GHzでは−89であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例11の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、体積抵抗率が高く、絶縁体であり、プラズマ耐食性が低下していた。
インピーダンス角は、10MHzでは−89、100MHzでは−89、1GHzでは−89であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例11の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、体積抵抗率が高く、絶縁体であり、プラズマ耐食性が低下していた。
「比較例12」
平均粒径3μmの酸化イットリウム粉体と、平均粒径1μmの酸化アルミニウム粉体とを、モル比で3:5となるように混合して純水に加え、分散剤を添加後、撹拌機で撹拌を行い、混合スラリーを得た。
次いで、この混合スラリーを用いて、実施例1に準じて比較例12の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.9%、体積抵抗率は3.2×1014Ω・cmであった。
平均粒径3μmの酸化イットリウム粉体と、平均粒径1μmの酸化アルミニウム粉体とを、モル比で3:5となるように混合して純水に加え、分散剤を添加後、撹拌機で撹拌を行い、混合スラリーを得た。
次いで、この混合スラリーを用いて、実施例1に準じて比較例12の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.9%、体積抵抗率は3.2×1014Ω・cmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で113.5MPa、熱衝撃温度差が100℃では112.1MPa、150℃では21.6MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では102.5nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では63.8nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−87、100MHzでは−87、1GHzでは−87であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例12の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、体積抵抗率が高く、絶縁体であり、温度差150℃の熱衝撃を加えたときの強度が低下していた。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では102.5nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では63.8nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−87、100MHzでは−87、1GHzでは−87であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例12の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、体積抵抗率が高く、絶縁体であり、温度差150℃の熱衝撃を加えたときの強度が低下していた。
「比較例13」
平均粒径3μmの酸化イットリウム粉体と、平均粒径1μmの酸化アルミニウム粉体と、平均粒径5μmの酸化サマリウム粉体とを、モル比で3:5:1となるように混合して純水に加え、分散剤を添加後、撹拌機で撹拌を行い、混合スラリーを得た。
次いで、この混合スラリーを用いて、実施例1に準じて比較例13の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.9%、体積抵抗率は4.4×1014Ω・cmであった。
平均粒径3μmの酸化イットリウム粉体と、平均粒径1μmの酸化アルミニウム粉体と、平均粒径5μmの酸化サマリウム粉体とを、モル比で3:5:1となるように混合して純水に加え、分散剤を添加後、撹拌機で撹拌を行い、混合スラリーを得た。
次いで、この混合スラリーを用いて、実施例1に準じて比較例13の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.9%、体積抵抗率は4.4×1014Ω・cmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で155.4MPa、熱衝撃温度差が100℃では152.6MPa、150℃では30.4MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では80.0nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では60.5nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−88、100MHzでは−88、1GHzでは−87であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例13の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、体積抵抗率が高く、絶縁体であり、温度差150℃の熱衝撃を加えたときの強度が低下していた。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では80.0nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では60.5nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−88、100MHzでは−88、1GHzでは−87であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例13の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、体積抵抗率が高く、絶縁体であり、温度差150℃の熱衝撃を加えたときの強度が低下していた。
「比較例14」
平均粒径1μmの酸化アルミニウム粉体と、平均粒径5μmの酸化サマリウム粉体とを、モル比で1:1となるように混合して純水に加え、分散剤を添加後、撹拌機で撹拌を行い、混合スラリーを得た。
次いで、この混合スラリーを用いて、実施例1に準じて比較例14の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.9%、体積抵抗率は4.2×1014Ω・cmであった。
平均粒径1μmの酸化アルミニウム粉体と、平均粒径5μmの酸化サマリウム粉体とを、モル比で1:1となるように混合して純水に加え、分散剤を添加後、撹拌機で撹拌を行い、混合スラリーを得た。
次いで、この混合スラリーを用いて、実施例1に準じて比較例14の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は99.9%、体積抵抗率は4.2×1014Ω・cmであった。
試験片の4点曲げ強度は、室温(20℃)で165.3MPa、熱衝撃温度差が100℃では162.8MPa、150℃では49.2MPaであった。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では90.2nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では68.8nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−88、100MHzでは−88、1GHzでは−88であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例14の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、体積抵抗率が高く、絶縁体であり、温度差150℃の熱衝撃を加えたときの強度が低下していた。
消耗レートは、六フッ化イオウ(SF6)及び酸素(O2)の混合ガス中では90.2nm/hr、三塩化ホウ素(BCl3)及び塩素(Cl2)の混合ガス中では68.8nm/hrであった。
インピーダンス角は、10MHzでは−88、100MHzでは−88、1GHzでは−88であった。
焼結体の組成等及び評価結果を表1〜表3に示す。
比較例14の評価結果と実施例1〜17の評価結果とを比較すると、体積抵抗率が高く、絶縁体であり、温度差150℃の熱衝撃を加えたときの強度が低下していた。
Claims (8)
- 少なくとも一部がハロゲン系腐食性ガス及びそのプラズマのうちいずれか一方または双方に暴露される導電性耐食部材であって、
酸化イットリウム粒子単体、または酸化イットリウム、酸化アルミニウム及び希土類酸化物の群から選択される2種以上を複合化させた金属複合酸化物粒子と、繊維状炭素と、を含有した焼結体からなり、
前記繊維状炭素の直径は50nmを超えかつ300nm以下、その長さは25μm以下であり、
前記焼結体の相対密度は、その理論密度の97%以上であることを特徴とする導電性耐食部材。 - 前記焼結体における前記繊維状炭素の含有率は0.5体積%以上かつ10体積%以下であることを特徴とする請求項1記載の導電性耐食部材。
- 前記繊維状炭素は、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ及び房状に結合したカーボンブラックの群から選択される1種または2種以上であることを特徴とする請求項1または2記載の導電性耐食部材。
- 前記焼結体に含まれる前記繊維状炭素の凝集径は1.5μm以下であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項記載の導電性耐食部材。
- 前記焼結体中の酸化イットリウム粒子または金属複合酸化物粒子の平均粒径は0.1μm以上かつ10μm以下であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項記載の導電性耐食部材。
- 請求項1ないし5のいずれか1項記載の導電性耐食部材を用いて製造された導電性耐食部品であって、
シャワープレート、ガス拡散プレート、高周波印加用電極及び高周波遮蔽部材のうちいずれか1種または2種以上を含むことを特徴とする導電性耐食部品。 - 請求項1ないし5のいずれか1項記載の導電性耐食部材の製造方法であって、
酸化イットリウム粒子単独、または酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び希土類酸化物粒子の群から選択される2種以上の粒子と、直径が50nmを超えかつ300nm以下であり長さが25μm以下である繊維状炭素とを、分散媒中にて混合してスラリーとするスラリー製造工程と、前記スラリーを乾燥・成形する成形工程と、得られた成形体を1MPa以上かつ40MPa以下の加圧下にて焼結し焼結体とする加圧焼結工程とを有することを特徴とする導電性耐食部材の製造方法。 - 前記スラリー中の前記繊維状炭素の平均二次粒径は800nm以下であることを特徴とする請求項7記載の導電性耐食部材の製造方法。
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Publication number | Publication date |
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WO2015083552A1 (ja) | 2015-06-11 |
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