JP2015125896A - アルミナ質焼結体およびこれを備える静電偏向器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 表層部において導電性または半導電性を有しつつ、絶縁耐力が高いアルミナ質焼結体およびこれを備える静電偏向器を提供する。
【解決手段】 アルミナを主成分とし、金属元素としてチタンおよびニオブの少なくともいずれかを含んでなり、表層部における金属元素の含有量が、内部における金属元素の含有量よりも多いアルミナ質焼結体である。アルミナ質焼結体からなる筒状基体と、筒状基体の内周側に設けられた複数の電極とを備える静電偏向器である。
【選択図】 図1
【解決手段】 アルミナを主成分とし、金属元素としてチタンおよびニオブの少なくともいずれかを含んでなり、表層部における金属元素の含有量が、内部における金属元素の含有量よりも多いアルミナ質焼結体である。アルミナ質焼結体からなる筒状基体と、筒状基体の内周側に設けられた複数の電極とを備える静電偏向器である。
【選択図】 図1
Description
本発明は、表層部が導電性または半導電性を有しているアルミナ質焼結体と、このアルミナ質焼結体を備える静電偏向器に関するものである。
従来、電子ビーム露光装置や電子ビーム照射装置に搭載される静電偏向器において、電子ビームの軌道の偏向に、セラミックス焼結体からなる円筒状基体が用いられている。そして、この円筒状基体の内周面には、一般的に、分極された複数の電極が間隔をあけて設けられ、これらの各電極に電圧を印加して磁場を発生させることにより、電子ビームの照射方向の制御が行なわれている。
このような構成において、露光の分解能を上げるために高い電圧を印加すると、各電極間でチャージアップ(帯電)するという問題があった。この問題を解決するため、電極の間隔を広げることが考えられるが、電極の間隔を広げれば、静電偏向器そのものが大型化するため、この静電偏向器を搭載した電子ビーム露光装置や電子ビーム照射装置も大型化し、装置の立ち上げや維持管理に時間が掛かったり、装置自体のコストが高くなったりするという問題が生じる。
そして、このような問題を解決して小型化を可能にすべく、本発明者らは、特許文献1において、筒状基体として、アルミナとチタン酸化物を主成分とし、チタン酸化物の一部は化学等量よりも酸素が少ないアルミナとの複合酸化物として存在し、前記各電極間の幅が1mm以下となるように形成するとともに、104〜1010Ω・mの体積固有抵抗を有し、且つ、真空下での電圧印加時の絶縁耐力が3kV/mm以上であるアルミナセラミック
スを提案している。
スを提案している。
しかしながら、昨今、静電偏向器に用いられる筒状基体を構成するセラミックス焼結体には、真空下における電圧印加時の絶縁耐力(絶縁破壊の強さ)が10kV/mm以上であることが要求されている。
本発明は、上記要求を満たすべく案出されたものであり、表層部において導電性または半導電性を有しつつ、絶縁耐力が高いアルミナ質焼結体およびこれを備える静電偏向器を提供することを目的とするものである。
本発明のアルミナ質焼結体は、アルミナを主成分とし、金属元素としてチタンおよびニオブの少なくともいずれかを含んでなり、表層部における前記金属元素の含有量が、内部における前記金属元素の含有量よりも多いことを特徴とするものである。
また、本発明の静電偏向器は、上記構成のアルミナ質焼結体からなる筒状基体と、該筒状基体の内周側に設けられた複数の電極とを備えることを特徴とするものである。
本発明のアルミナ質焼結体は、表層部における金属元素の含有量が、内部における金属元素の含有量よりも多いことにより、表層部において導電性または半導電性を有しつつ、高い絶縁耐力を有する。
また、本発明の静電偏向器は、本発明のアルミナ質焼結体からなる筒状基体と、筒状基体の内周面に沿って形成された複数の電極とを有することから、筒状基体の有する高い絶縁耐力により、高い信頼性を有しつつ、露光の分解能を上げることが可能となるとともに、電子ビーム露光装置や電子ビーム照射装置等の小型化を図ることができる。
以下、本発明に係る実施形態の一例について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本実施形態の静電偏向器の一例を示す、(a)は長手方向に垂直な断面図であり、(b)は(a)のX−X’線における断面図である。
図1に示す例の静電偏向器1は、本実施形態のアルミナ質焼結体からなる筒状基体2と、筒状基体2の内周側に設けられた複数の電極3とを備える。そして、図1の静電偏向器1においては、電極3の間に溝5が形成され、電圧印加用のコネクタとして外部から電圧を与えるピン4が筒状基体2の外周側から挿入されて電極3に接続されている例を示している。
そして、静電偏向器1においては、各電極3に電圧を印加して磁場を発生させることにより、電子ビームの照射方向を制御することができる。なお、電極3およびピン4は、非磁性の金属、例えば、ニッケル、銅、銀、金または白金からなるものである。
本実施形態のアルミナ質焼結体は、上述した静電偏向器1における筒状基体2のような用途に用いられるものであり、アルミナを主成分とし、金属元素としてチタンおよびニオブの少なくともいずれかを含んでなり、表層部における金属元素の含有量が、内部における金属元素の含有量よりも多いものである。
このような構成を満たしていることにより、本実施形態のアルミナ質焼結体は、表層部においては、導電性または半導電性を有し、内部においては、表層部よりも絶縁性が高いものとなることから、表層部において導電性または半導電性を有しつつ、高い絶縁耐力を有する。
なお、本実施形態のアルミナ質焼結体において、主成分とは、焼結体の全構成成分100
質量%のうち、70質量%以上を超える成分のことであり、アルミナ質焼結体とは、AlをAl2O3換算したアルミナの含有量が、焼結体の全構成成分100質量%のうち70質量%
を超えるものである。なお、表層部と内部との構成成分が異なる場合、表層部、内部のそれぞれにおいて、アルミナの含有量の測定を行なって確認すればよい。
質量%のうち、70質量%以上を超える成分のことであり、アルミナ質焼結体とは、AlをAl2O3換算したアルミナの含有量が、焼結体の全構成成分100質量%のうち70質量%
を超えるものである。なお、表層部と内部との構成成分が異なる場合、表層部、内部のそれぞれにおいて、アルミナの含有量の測定を行なって確認すればよい。
また、表層部とは、表面から1mm以内の領域のことを指し、内部とは、表層部を除く領域のことを指す。また、表面とは、個々のアルミナ質焼結体において、露出している面のことであり、図1に示すような構成の筒状基体2においては、内周面側の表層部における金属元素の含有量が、内部における金属元素の含有量よりも多ければよい。
そして、本実施形態のアルミナ質焼結体においては、表層部における金属元素の含有量は、表層部における全構成成分100質量%のうち、1質量%以上15質量%以下であること
が好適である。この範囲の含有量であれば、1×1011Ω以上の表面抵抗率とすることができる。なお、表面抵抗率については、JIS C 2141−1992に準拠して求めればよい。
が好適である。この範囲の含有量であれば、1×1011Ω以上の表面抵抗率とすることができる。なお、表面抵抗率については、JIS C 2141−1992に準拠して求めればよい。
また、内部における金属元素の含有量については、表層部よりも少ないことが好適であり、具体的には、内部における全構成成分100質量%のうち、金属元素の含有量が0.1質量%以下であることが好適であり、内部における体積固有抵抗が1012Ω・m以上であることが好適である。なお、体積固有抵抗については、JIS C 2141−1992に準拠して求めればよい。さらに、本実施形態のアルミナ質焼結体における高い絶縁耐力は、JIS C 2141−1992に準拠した絶縁破壊の強さで確認することができる。
なお、アルミナ質焼結体の全体、表層部、内部におけるアルミナや金属元素の含有量は、ICP(Inductively Coupled Plasma)発光分光分析装置または蛍光X線分析装置を用いて、Al,Ti,Nbの含有量を求め、アルミナについては、AlをAl2O3に換算し、TiおよびNbは得られた測定値をそのまま含有量とすればよい。なお、アルミナ質焼結体全体における含有量を求めるときは、表層部および内部を含む焼結体を満遍なく粉砕した試料を用いればよく、表層部および内部であれば、表層部および内部に相当する領域から試料を採取して粉砕した試料を用いればよい。
また、本実施形態のアルミナ質焼結体は、表層部における金属元素の含有量が、内部側から表面側に向かって漸次多くなっていることが好適である。このような構成を満たすものであるときには、導電性または半導電性を有する領域が少なくなることから、表層部において導電性または半導電性を有しつつ、さらに高い絶縁耐力を有することとなる。また、内部側から表面側に向かって漸次金属元素の含有量が多くなっていることにより、熱負荷が繰り返し与えられた際に表面に掛かる応力が緩和されて、表層部における表面側にマイクロクラックが生じにくいことから、本実施形態のアルミナ質焼結体の表面に電極を形成する際に介することとなるメタライズ層が剥離しにくくなる。
ここで、表層部における金属元素の含有量が、内部側から表面側に向かって漸次多くなっているか否かについては、表面に垂直な断面を観察面とし、電子線マイクロアナライザ(EPMA)を用いたカラーマッピングにより確認することができる。ここで、カラーマッピングは、含有量の多い部分は暖色系の色(例えば、赤)で表示され、含有量の少ない部分は寒色系の色(例えば、青)で表示されるものであるため、内部側から表面側に向かって青→緑→黄→赤のいずれかの推移が確認されれば、表層部における金属元素の含有量が、内部側から表面側に向かって漸次多くなっているということができる。
また、本実施形態のアルミナ質焼結体は、チタンおよびニオブの少なくともいずれかを含む化合物からなり、円相当径が1μm以上20μm以下である結晶粒子が、表層部におけ
る1mm2当たりに10000個以上50000個以下存在していることが好適である。このような構成を満たすものであるときには、表面抵抗率のばらつきを少なくすることができるため、電子ビームの照射方向の制御を行ないやすくすることができる。
る1mm2当たりに10000個以上50000個以下存在していることが好適である。このような構成を満たすものであるときには、表面抵抗率のばらつきを少なくすることができるため、電子ビームの照射方向の制御を行ないやすくすることができる。
ここで、上記化合物としては、例えば、窒化チタン、チタン酸アルミニウム、窒化ニオブ、ニオブ酸アルミニウム、窒化チタンにニオブが固溶したもの、窒化ニオブにチタンが固溶したものなどが例示できる。
また、上記化合物は、表層部を測定面としてX線回折装置を用いて測定し、JCPDS
カードと照合することによって同定すればよい。また、表層部を測定面とし、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察されたアルミナの結晶粒子と異なる色調の結晶粒子に、SEMに付設のエネルギー分散型X線分光装置(EDS)を用いてX線を照射した際、例えば、窒化チタンであれば、窒素とチタンとが確認されることによって上記化合物が存在するとみなしてよい。
カードと照合することによって同定すればよい。また、表層部を測定面とし、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察されたアルミナの結晶粒子と異なる色調の結晶粒子に、SEMに付設のエネルギー分散型X線分光装置(EDS)を用いてX線を照射した際、例えば、窒化チタンであれば、窒素とチタンとが確認されることによって上記化合物が存在するとみなしてよい。
また、上記化合物からなり、円相当径が1μm以上20μm以下である結晶粒子の表層部における1mm2当たりの個数は、SEMで観察した画像から色調差を用いて解析して求めればよい。具体的には、表層部を測定面とし、200倍の倍率で表層部において化合物が
平均的に観察される部分を選択する。このときの観察領域としては、例えば、面積が0.27mm2(例えば、横方向の長さが0.64mm、縦方向の長さが0.43mm)である。そして、画像解析ソフト「A像くん」(登録商標、旭化成エンジニアリング(株)製)の粒子解析という手法を適用し、この手法の設定条件としては、粒子の明度を明、2値化の方法を手動、小図形除去面積を0μmとし、画像の明暗を示す指標であるしきい値を画像内の各点(各ピクセル)が有する明るさを示すヒストグラムのピーク値の1.28倍に設定して測定すればよい。
平均的に観察される部分を選択する。このときの観察領域としては、例えば、面積が0.27mm2(例えば、横方向の長さが0.64mm、縦方向の長さが0.43mm)である。そして、画像解析ソフト「A像くん」(登録商標、旭化成エンジニアリング(株)製)の粒子解析という手法を適用し、この手法の設定条件としては、粒子の明度を明、2値化の方法を手動、小図形除去面積を0μmとし、画像の明暗を示す指標であるしきい値を画像内の各点(各ピクセル)が有する明るさを示すヒストグラムのピーク値の1.28倍に設定して測定すればよい。
また、本実施形態のアルミナ質焼結体は、表面における気孔の面積占有率が3%以上10%以下であることが好適である。このような構成を満たすものであるときには、上述した効果を有しつつ、表面において高いアンカー効果が得られるため、本実施形態のアルミナ質焼結体の表面に電極を形成する際に介することとなるメタライズ層が剥離しにくくなる。なお、図1に示す筒状基体2において、上述した表面とは、内周面のことである。
そして、気孔の面積占有率は、アルミナ質焼結体の表面を光学顕微鏡を用いて確認することができる。具体的には、まず、100倍の倍率で表面において気孔が平均的に観察され
る部分を選択する。このときの観察領域としては、例えば、面積が1.2mm2(横方向の
長さが1.238mm、縦方向の長さが0.909mm)である。そして、画像解析ソフト「A像くん」(登録商標、旭化成エンジニアリング(株)製)の粒子解析という手法を適用し、この手法の設定条件としては、粒子の明度を暗、2値化の方法を手動、小図形除去面積を5μmとし、画像の明暗を示す指標であるしきい値を画像内の各点(各ピクセル)が有する明るさを示すヒストグラムのピーク値の0.88倍に設定して測定することにより、観察した面積100%に占める気孔の面積占有率を求めることができる。
る部分を選択する。このときの観察領域としては、例えば、面積が1.2mm2(横方向の
長さが1.238mm、縦方向の長さが0.909mm)である。そして、画像解析ソフト「A像くん」(登録商標、旭化成エンジニアリング(株)製)の粒子解析という手法を適用し、この手法の設定条件としては、粒子の明度を暗、2値化の方法を手動、小図形除去面積を5μmとし、画像の明暗を示す指標であるしきい値を画像内の各点(各ピクセル)が有する明るさを示すヒストグラムのピーク値の0.88倍に設定して測定することにより、観察した面積100%に占める気孔の面積占有率を求めることができる。
そして、本実施形態の静電偏向器1は、本実施形態のアルミナ質焼結体からなる筒状基体2と、筒状基体2の内周面に沿って形成された複数の電極3とを有することから、筒状基体2の有する高い絶縁耐力により、高い信頼性を有しつつ、露光の分解能を上げることが可能となるとともに、電子ビーム露光装置や電子ビーム照射装置等の小型化を図ることができる。
次に、本実施形態のアルミナ質焼結体の製造方法の一例について説明する。
まず、純度が99.9%以上の酸化アルミニウムの粉末と、焼結助剤として酸化マグネシウムの粉末とを所望量秤量して第1の1次原料とする。次に、この第1の1次原料と溶媒とを、バレルミル、回転ミル、振動ミル、ビーズミルまたはアトライター等に入れて湿式で混合・粉砕してスラリーとする。なお、混合・粉砕は、粉末の累積体積50%となる粒径(D50)が0.3μm以上1.0μm以下となるまで行なうことが好適である。
次に、成形助剤として、パラフィンワックス、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレングリコール(PEG)等のバインダを、1次原料100質量部に対して1質量部以
上10質量部以下の範囲で添加する。また、このとき、アセチレン系、カルボン酸系または
エステル系の分散剤を用いることが好適である。
上10質量部以下の範囲で添加する。また、このとき、アセチレン系、カルボン酸系または
エステル系の分散剤を用いることが好適である。
次に、噴霧乾燥装置を用いてスラリーを噴霧乾燥させることにより造粒した第1の顆粒を得る。
また、純度が99.9%以上の酸化アルミニウムの粉末と、焼結助剤として酸化マグネシウムの粉末と、導電性付与材として酸化チタンおよび酸化ニオブの少なくともいずれかとを所望量秤量して第2の1次原料とする。そして、第1の1次原料から第1の顆粒を得た方法と同じ方法により、第2の1次原料から第2の顆粒を得る。
そして、第2の顆粒が第1の顆粒を覆うように、第1の顆粒および第2の顆粒を所望の成形型に順次充填し、一軸加圧法または冷間等方圧加圧法(CIP)を用いて加圧した後、切削加工を施すことにより所望形状の成形体を得る。なお、このときの成形圧力としては、80〜100MPaの範囲であれば、成形体の密度の向上や顆粒の潰れ性の観点より好適
である。
である。
そして、還元雰囲気中、1480℃以上1700℃以下で焼成することにより、本実施形態のアルミナ質焼結体を得ることができる。なお、還元雰囲気を形成するガスは、例えば、水素ガス、アルゴンガスまたはアームガス(水素および窒素の混合ガス)である。
また、表層部における金属元素の含有量が、内部側から表面側に向かって漸次多くなっているアルミナ質焼結体を得るには、第1の顆粒のみを所望の成形型に充填し、上述した方法と同じ方法により、成形体を得る。そして、得られた成形体を大気雰囲気中において仮焼する。このときの仮焼温度としては、1100℃以上1400℃以下である。
次に、金属元素としてチタン粉末およびニオブ粉末の少なくともいずれかを含む乳酸水溶液に仮焼体を5分以上15分以下浸漬する。この浸漬により、金属元素が仮焼体の表面から内部に向かって含浸されることとなり、仮焼体において金属元素の含有量が、内部側から表面側に向かって漸次多くなる。このような方法を用いることによって、複雑な形状であっても、容易に金属元素の含有量を、内部側から表面側に向かって漸次多くすることができ、金属元素を蒸着する場合のように剥がれるおそれがないため、信頼性を高めることができる。
ここで、表層部における金属元素の含有量を1質量%以上15質量%以下とするには、金属元素の粉末を第1の1次原料100質量部に対して4質量%以上60質量%以下含む乳酸水
溶液を用いればよく。浸漬時間を10分以下とすれば、内部における金属元素の含有量を0.1質量%以下とすることができる。
溶液を用いればよく。浸漬時間を10分以下とすれば、内部における金属元素の含有量を0.1質量%以下とすることができる。
次に、浸漬後の仮焼体を、大気雰囲気中において100℃以上150℃以下で乾燥する。そして、乾燥した仮焼体を大気雰囲気中、300℃以上500℃以下で熱処理することによって、金属元素を酸化させる。そして、熱処理後の仮焼体を、還元雰囲気中において1480℃以上1700℃以下で焼成することにより、表層部における金属元素の含有量が、内部側から表面側に向かって漸次多くなっているアルミナ質焼結体を得ることができる。
また、チタンおよびニオブの少なくともいずれかを含む化合物からなり、円相当径が1μm以上20μm以下である結晶粒子が、表層部における1mm2当たりに10000個以上50000個以下存在するアルミナ質焼体を得るには、上述した仮焼体の浸漬に、例えば、収率を考慮して、第1の1次原料100質量部に対してチタン(Ti)換算で0.6質量%以上22質量%以下含む乳酸水溶液である、示性式がTi(OH)2[OCH(CH3)COOH]2として示されるチタンラクテートを用いればよい。なお、ニオブが上記示性式のチタンの
位置に置換固溶していても何ら差支えない。
位置に置換固溶していても何ら差支えない。
また、表面における気孔の面積占有率が3%以上10%以下であるアルミナ質焼結体を得るには、焼成工程における降温速度を15℃/時間以上25℃/時間以下とすればよい。
そして、得られた焼結体の表面に必要に応じて研削したり、研磨したりしてもよい。例えば、研削であれば、両頭研削盤や平面研削盤等を用いればよく、研磨であれば、アルミナ製のラップ盤を用いればよい。表面からの脱粒を抑制するには、算術平均粗さ(Ra)を0.98μm以下とすることが好適である。算術平均粗さ(Ra)は、JIS B 0601:2013(ISO 4287:1997)に準拠して測定すればよい。
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
まず、純度が99.9%以上の酸化アルミニウムの粉末99.5質量%と、焼結助剤として酸化マグネシウムの粉末0.5質量%とを秤量して第1の1次原料とした。次に、この第1の1
次原料と溶媒とをバレルミルに入れて湿式で混合・粉砕してスラリーとした。なお、混合・粉砕した粉末の累積体積50%となる粒径(D50)は0.65μmであった。
次原料と溶媒とをバレルミルに入れて湿式で混合・粉砕してスラリーとした。なお、混合・粉砕した粉末の累積体積50%となる粒径(D50)は0.65μmであった。
次に、成形助剤として、ポリビニルアルコール(PVA)およびポリエチレングリコール(PEG)を、1次原料100質量部に対して5質量部添加した。そして、噴霧乾燥装置
を用いてスラリーを噴霧乾燥させることにより造粒された第1の顆粒を得た。
を用いてスラリーを噴霧乾燥させることにより造粒された第1の顆粒を得た。
次に、第1の顆粒を成形型に充填し、一軸加圧法を用いて加圧することにより、平板状の成形体を得た。そして、得られた成形体を大気雰囲気中において1250℃で仮焼した。
次に、表1に示す金属元素の粉末を用いて、第1の1次原料100質量部に対して表1に
示す量を含む乳酸水溶液に仮焼体を10分浸漬した後、大気雰囲気中において130℃で乾燥
した。ここで、金属元素の粉末の粒径は、0.2μm以上0.6μm以下とした。そして、乾燥した仮焼体を大気雰囲気中において400℃で熱処理することによって、金属元素を酸化さ
せた。
示す量を含む乳酸水溶液に仮焼体を10分浸漬した後、大気雰囲気中において130℃で乾燥
した。ここで、金属元素の粉末の粒径は、0.2μm以上0.6μm以下とした。そして、乾燥した仮焼体を大気雰囲気中において400℃で熱処理することによって、金属元素を酸化さ
せた。
そして、熱処理後の仮焼体を、アームガス雰囲気中において1600℃で焼成することにより、主面の大きさが50mm×50mmであって、厚みが10mmの試料No.1〜3,6〜10,13〜17,20,21を得た。
また、純度が99.9%以上の酸化アルミニウムの粉末と、焼結助剤として酸化マグネシウムの粉末と、導電性付与剤として酸化チタンの粉末または酸化ニオブの粉末を所望量秤量して第2の1次原料とした。そして、第1の1次原料から第1の顆粒を得た方法と同じ方法により、第2の1次原料から第2の顆粒を得た。
次に、第2の顆粒が第1の顆粒を覆うように、第1の顆粒および第2の顆粒を成形型に充填し、一軸加圧法を用いて加圧することにより、平板状の成形体を得た。そして、この成形体を、アームガス(水素および窒素の混合ガス)雰囲気中、1600℃で焼成することにより、主面の大きさが50mm×50mmであって、厚みが10mmの試料No.4,11,18を得た。
また、表1に示す金属元素の含有量となるように、酸化チタンの粉末または酸化ニオブの粉末の量を異ならせたこと以外は、第2の顆粒を作製したときと同じ方法により、第3
の顆粒を得た。そして、第3の顆粒を成形型に充填し、一軸加圧法を用いて加圧することにより、平板状の成形体を得た。そして、得られた成形体を大気雰囲気中において1600℃で焼成することにより、主面の大きさが50mm×50mmであって、厚みが10mmの試料No.5,12,19を得た。
の顆粒を得た。そして、第3の顆粒を成形型に充填し、一軸加圧法を用いて加圧することにより、平板状の成形体を得た。そして、得られた成形体を大気雰囲気中において1600℃で焼成することにより、主面の大きさが50mm×50mmであって、厚みが10mmの試料No.5,12,19を得た。
そして、各試料の絶縁破壊の強さをJIS C 2141−1992に準拠して求めた。なお、圧力が1.3×10−3Paに維持された真空雰囲気中で、商用周波電圧を0から平均10秒〜20秒で絶縁破壊が起こるような一定の速さで上昇させて行なった。
また、各試料の表面抵抗率をJIS C 2141−1992に準拠して求めた。各試料の絶縁破壊の強さおよび表面抵抗率のそれぞれの値を表1に示す。
また、内部、表層部における内部側、表層部における表面側から測定試料を採取し、金属元素の含有量をICP発光分析装置を用いて測定した。なお、表層部における内部側の金属元素の含有量と、表層部における表面側の金属元素の含有量との平均を、表層部全体における金属元素の含有量とした。含有量を表1に示す。
次に、各試料につき、外形が30mmであり、厚みが5mmの円板状の試料を用意した。また、フェライト系ステンレス鋼(SUS430)からなる、外径、内径および厚みがそれ
ぞれ60mm、26mm、5mmである環状体を用意した。そして、銀、銅およびチタンからなり、その質量比率がそれぞれ68質量%、27質量%、5質量%であるろう材を用いて、各試料を環状体に接合して接合体とした。
ぞれ60mm、26mm、5mmである環状体を用意した。そして、銀、銅およびチタンからなり、その質量比率がそれぞれ68質量%、27質量%、5質量%であるろう材を用いて、各試料を環状体に接合して接合体とした。
なお、接合については、67Pa以下の真空雰囲気とした後、キャリアガスとしてアルゴンガスを流した状態で、厚み方向から30kPaの圧力を加え、800℃の温度で接合した。
また、昇温速度および冷却速度は、いずれも10℃/分とした。そして、接合体を用いて、室温から−45℃に降温して15分保持してから、昇温して125℃で15分保持した後、室温ま
で降温するというサイクルを1サイクルとする熱サイクル試験を3000サイクル行なった。その後、接合面側の表層部における表面側が確認できる断面を測定面とし、光学顕微鏡を用いて、500倍の倍率で観察し、マイクロクラックの有無を調べた。マイクロクラックが
観察された試料には「有」を、マイクロクラックが観察されなかった試料には「無」を表1に示す。
また、昇温速度および冷却速度は、いずれも10℃/分とした。そして、接合体を用いて、室温から−45℃に降温して15分保持してから、昇温して125℃で15分保持した後、室温ま
で降温するというサイクルを1サイクルとする熱サイクル試験を3000サイクル行なった。その後、接合面側の表層部における表面側が確認できる断面を測定面とし、光学顕微鏡を用いて、500倍の倍率で観察し、マイクロクラックの有無を調べた。マイクロクラックが
観察された試料には「有」を、マイクロクラックが観察されなかった試料には「無」を表1に示す。
表1に示すように、試料No.1〜4,6〜11,13〜18,20,21は、試料No.5,12
,19よりも絶縁破壊の強さが大きかった。また、試料No.1〜4,6〜11,13〜18,20,21は、表面抵抗率が0.5×1011Ω以上であった。この結果より、アルミナを主成分と
し、金属元素としてチタンおよびニオブの少なくともいずれかを含んでなり、表層部における金属元素の含有量が、内部における金属元素の含有量よりも多いことにより、表層部において導電性または半導電性を有しつつ、高い絶縁耐力を有するアルミナ質焼結体となることがわかった。
,19よりも絶縁破壊の強さが大きかった。また、試料No.1〜4,6〜11,13〜18,20,21は、表面抵抗率が0.5×1011Ω以上であった。この結果より、アルミナを主成分と
し、金属元素としてチタンおよびニオブの少なくともいずれかを含んでなり、表層部における金属元素の含有量が、内部における金属元素の含有量よりも多いことにより、表層部において導電性または半導電性を有しつつ、高い絶縁耐力を有するアルミナ質焼結体となることがわかった。
また、内部および表層部全体における金属元素の含有量が同じである試料No.3,4、試料No.10,11、試料No.17,18を比較すると、試料No.3,10,17は、熱サイクル試験においてマイクロクラックが観察されていないことから、表層部における金属元素の含有量が、内部側から表面側に向かっていることより、熱負荷が繰り返し与えられた際に、マイクロクラックを生じにくくなることがわかった。
実施例1の試料No.3と同様の仮焼体を準備し、第1の1次原料100質量部に対して
チタン換算で表2に示す量を含む、示性式がTi(OH)2[OCH(CH3)COOH]2として示されるチタンラクテートに10分浸漬した後、実施例1の試料No.3と同じ作製方法により、試料No.21〜25を得た。
チタン換算で表2に示す量を含む、示性式がTi(OH)2[OCH(CH3)COOH]2として示されるチタンラクテートに10分浸漬した後、実施例1の試料No.3と同じ作製方法により、試料No.21〜25を得た。
そして、表層部を測定面とし、X線回折装置を用いて測定し、JCPDSカードと照合することによって、化合物の同定を行なった。
また、表層部を測定面とし、SEMを用いて200倍の倍率で表層部において化合物が平
均的に観察される部分を選択した。このときの観察領域の面積は0.27mm2(横方向の長さが0.64mm、縦方向の長さが0.43mm)であった。そして、画像解析ソフト「A像くん
」(登録商標、旭化成エンジニアリング(株)製)の粒子解析という手法を適用し、この手法の設定条件を、粒子の明度を明、2値化の方法を手動、小図形除去面積を0μmとし、画像の明暗を示す指標であるしきい値を画像内の各点(各ピクセル)が有する明るさを示すヒストグラムのピーク値の1.28倍に設定して、円相当径が1μm以上20μm以下である結晶粒子の表層部における1mm2当たりの個数を求めた。
均的に観察される部分を選択した。このときの観察領域の面積は0.27mm2(横方向の長さが0.64mm、縦方向の長さが0.43mm)であった。そして、画像解析ソフト「A像くん
」(登録商標、旭化成エンジニアリング(株)製)の粒子解析という手法を適用し、この手法の設定条件を、粒子の明度を明、2値化の方法を手動、小図形除去面積を0μmとし、画像の明暗を示す指標であるしきい値を画像内の各点(各ピクセル)が有する明るさを示すヒストグラムのピーク値の1.28倍に設定して、円相当径が1μm以上20μm以下である結晶粒子の表層部における1mm2当たりの個数を求めた。
また、各試料において、測定箇所を異ならせて表面抵抗率をJIS C 2141−1992に準拠して求め、ばらつきの大きさの小さいものから順位付けを行なった。結果を表2に示す。
表2に示すように、試料No.22〜24は、チタンを含む化合物からなり、円相当径が1
μm以上20μm以下である結晶粒子が、表層部における1mm2当たりに10000個以上50000個以下存在していることにより、表面抵抗率のばらつきを少なくできることがわかった。それゆえ、このような構成を満たしていれば、電子ビームの照射方向の制御を行ないやすくできることがわかった。なお、試料No.25は、表面抵抗率のばらつきが2番目に少ないものであったが、第1の1次原料100質量部に対するチタン換算での含有量が多いに
も関わらず、結晶粒子の個数は試料No.24と変わらず、一部に結晶粒子の凝集が見られたことから、表層部における1mm2当たりの結晶粒子の個数の上限は、50000個が好ま
しいことがわかった。
μm以上20μm以下である結晶粒子が、表層部における1mm2当たりに10000個以上50000個以下存在していることにより、表面抵抗率のばらつきを少なくできることがわかった。それゆえ、このような構成を満たしていれば、電子ビームの照射方向の制御を行ないやすくできることがわかった。なお、試料No.25は、表面抵抗率のばらつきが2番目に少ないものであったが、第1の1次原料100質量部に対するチタン換算での含有量が多いに
も関わらず、結晶粒子の個数は試料No.24と変わらず、一部に結晶粒子の凝集が見られたことから、表層部における1mm2当たりの結晶粒子の個数の上限は、50000個が好ま
しいことがわかった。
実施例2の試料No.23と同様の熱処理後の仮焼体を準備し、焼成工程において表3に示す降温速度としたこと以外は、実施例1の試料No.3と同じ作製方法により、試料No.26〜30を得た。
そして、試料の表面を測定面とし、光学顕微鏡を用いて100倍の倍率で表面において気
孔が平均的に観察される部分を選択した。このときの観察領域の面積は1.2mm2(横方
向の長さが1.238mm、縦方向の長さが0.909mm)であった。そして、画像解析ソフト「A像くん」(登録商標、旭化成エンジニアリング(株)製)の粒子解析という手法を適用し、この手法の設定条件を、粒子の明度を暗、2値化の方法を手動、小図形除去面積を5μmとし、画像の明暗を示す指標であるしきい値を画像内の各点(各ピクセル)が有する明るさを示すヒストグラムのピーク値の0.88倍に設定して測定することにより、観察した面積100%に占める気孔の面積占有率を求めた。
孔が平均的に観察される部分を選択した。このときの観察領域の面積は1.2mm2(横方
向の長さが1.238mm、縦方向の長さが0.909mm)であった。そして、画像解析ソフト「A像くん」(登録商標、旭化成エンジニアリング(株)製)の粒子解析という手法を適用し、この手法の設定条件を、粒子の明度を暗、2値化の方法を手動、小図形除去面積を5μmとし、画像の明暗を示す指標であるしきい値を画像内の各点(各ピクセル)が有する明るさを示すヒストグラムのピーク値の0.88倍に設定して測定することにより、観察した面積100%に占める気孔の面積占有率を求めた。
また、実施例1で示した方法と同じ方法で各試料の絶縁破壊の強さを測定した。
そして、白金およびチタンの各粉末との質量比率をそれぞれ96質量%、4質量%とし、バインダとしてエチルセルロース、有機溶媒としてテルピネオールを用い、ミキサーで混
合したペーストを用いて試料の一方の主面に塗布し、真空雰囲気中において1300℃で熱処理することによりメタライズ層を形成した。
合したペーストを用いて試料の一方の主面に塗布し、真空雰囲気中において1300℃で熱処理することによりメタライズ層を形成した。
そして、メタライズ層の引張試験を行ない、メタライズ層が剥離したときの単位面積当たりの引張強度を求めた。結果を表3に示す。
表3に示すように、試料No.27〜29は、絶縁破壊の強さが大きく、引張強度も高いものであった。そのため、表面における気孔の面積占有率が3%以上10%以下であることにより、絶縁耐力が高いという効果を有しつつ、本実施形態のアルミナ質焼結体の表面に電極を形成する際に介することとなるメタライズ層を剥離しにくくすることができ、信頼性を高いものとなることがわかった。
1:静電偏向器
2:筒状基体
3:電極
4:ピン
5:溝
2:筒状基体
3:電極
4:ピン
5:溝
Claims (5)
- アルミナを主成分とし、金属元素としてチタンおよびニオブの少なくともいずれかを含んでなり、表層部における前記金属元素の含有量が、内部における前記金属元素の含有量よりも多いことを特徴とするアルミナ質焼結体。
- 前記表層部における前記金属元素の含有量が、内部側から表面側に向かって多くなっていることを特徴とする請求項1に記載のアルミナ質焼結体。
- 前記チタンおよび前記ニオブの少なくともいずれかを含む化合物からなり、円相当径が1μm以上20μm以下である結晶粒子が、前記表層部における1mm2当たりに10000個
以上50000個以下存在していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアルミ
ナ質焼結体。 - 表面における気孔の面積占有率が3%以上10%以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のアルミナ質焼結体。
- 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のアルミナ質焼結体からなる筒状基体と、該筒状基体の内周側に設けられた複数の電極とを備えることを特徴とする静電偏向器。
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JP2013269424A JP2015125896A (ja) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | アルミナ質焼結体およびこれを備える静電偏向器 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2013
- 2013-12-26 JP JP2013269424A patent/JP2015125896A/ja active Pending
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