JP2016033092A - Oxide sintered compact, production method of the same, and sputtering target using the oxide sintered compact - Google Patents

Oxide sintered compact, production method of the same, and sputtering target using the oxide sintered compact Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxide sintered compact which has little variation of the contraction coefficient and the density between before and after sintering, and on which defects such as a warp, a crack or the like scarcely exist, and to provide a production method thereof.SOLUTION: In a production method of an oxide sintered compact, a molded body 1 formed by pressure-molding raw material powder including a metal oxide is obtained, and a sintered compact is obtained by sintering the molded body in a state in which a shield 3 is arranged between the molded body and a heater 2 in a sintering furnace. The shield 3 is configured, excluding corners, by combining a plurality of shield pieces 4 provided with engagement parts on the ends in the length direction such that the engagement parts of the shield pieces 4 are opposing each other, and gaps 9 with widths of 1-5 mm are formed between the mutually opposing engagement parts in a shape nonlinear with respect to the thickness direction. A sputtering target is also disclosed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、酸化物焼結体とその製造方法、および、この酸化物焼結体を、ターゲット材として用いたスパッタリングターゲットに関する。   The present invention relates to an oxide sintered body, a method for producing the same, and a sputtering target using the oxide sintered body as a target material.

フラットパネルディスプレイなどに用いられる透明導電膜には、低抵抗かつ高透過率であることが求められる。このような要求を満たす透明導電膜としては、酸化インジウムを含有する酸化物膜が挙げられる。特に、酸化インジウムに酸化スズを添加した酸化インジウムスズ(ITO)膜は、抵抗が低く、可視光域での透過率に優れるため、透明導電膜として広く利用されている。また、近年では、酸化インジウムに、酸化インジウム以外の金属酸化物を添加することで、さまざまな特性を付与した酸化インジウム系酸化物膜が研究されており、一部では実用化されつつある。   A transparent conductive film used for a flat panel display or the like is required to have low resistance and high transmittance. An example of the transparent conductive film that satisfies such requirements is an oxide film containing indium oxide. In particular, an indium tin oxide (ITO) film obtained by adding tin oxide to indium oxide is widely used as a transparent conductive film because of its low resistance and excellent transmittance in the visible light region. In recent years, indium oxide-based oxide films imparted with various characteristics by adding metal oxides other than indium oxide to indium oxide have been studied, and some are being put into practical use.

このような酸化物膜は、工業規模の生産において、容易に大面積の膜を得ることができることから、スパッタリング法によって成膜されることが多い。このようなスパッタリング法において、ターゲット材として使用される酸化物焼結体は、粉末焼結法や鋳込み成形法などによって製造される。   Such an oxide film is often formed by a sputtering method because a large-area film can be easily obtained in production on an industrial scale. In such a sputtering method, an oxide sintered body used as a target material is manufactured by a powder sintering method, a casting method, or the like.

このうち、粉末焼結法は、平均粒径が0.3μm〜2μmの金属酸化物からなる原料粉末を、あるいは、この原料粉末に水や有機バインダなどを加えて噴霧乾燥した、数十から数百μmの造粒粉末を、一軸プレスまたは冷間静水圧プレス(CIP)により加圧成形した後、得られた成形体を焼成することにより、酸化物焼結体を得る方法である。しかしながら、粉末焼結法で得られる酸化物焼結体は、表面や内部に空孔が形成されやすく、高密度化が困難であるという問題がある。このような高密度化が不十分な酸化物焼結体をスパッタリングターゲットとして成膜した場合には、ノジュールやアーキングの発生により、高品質の透明導電膜を得ることはできない。   Among these, the powder sintering method is a material powder made of a metal oxide having an average particle size of 0.3 μm to 2 μm, or spray-dried by adding water or an organic binder to the material powder, and several tens to several In this method, a granulated powder of 100 μm is pressure-molded by uniaxial pressing or cold isostatic pressing (CIP), and the resulting molded body is fired to obtain an oxide sintered body. However, the oxide sintered body obtained by the powder sintering method has a problem that pores are easily formed on the surface and inside, and it is difficult to increase the density. In the case where such an oxide sintered body with insufficient density is formed as a sputtering target, a high-quality transparent conductive film cannot be obtained due to the generation of nodules and arcing.

この問題に対して、特開2002−47562号公報には、成形体を焼成する際に、焼結炉内に、酸素を成形体重量1kg当たり0.5L/min〜3.0L/minの割合で、少なくとも成形体片面に沿って酸素が流れるように流通させつつ、成形体に含まれる有機バインダを揮発させ、その後、24時間程度かけて1000℃まで昇温し、1000℃から焼結温度(1400℃〜1600℃)までを150分以内で昇温し、焼結温度で10時間以上保持して焼成する方法が開示されている。このような方法によれば、空孔の形成が抑制され、酸化物焼結体を高密度なものとすることができるため、成膜時におけるノジュールやアーキングの発生を防止することができると考えられる。   In order to solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-47562 discloses a ratio of 0.5 L / min to 3.0 L / min of oxygen per kg of the compact in the sintering furnace when the compact is fired. Then, the organic binder contained in the molded body is volatilized while allowing oxygen to flow along at least one side of the molded body, and then the temperature is raised to 1000 ° C. over about 24 hours. 1400 ° C. to 1600 ° C.) is heated within 150 minutes and held at the sintering temperature for 10 hours or more for firing. According to such a method, the formation of vacancies is suppressed and the oxide sintered body can be made to have a high density, so that it is possible to prevent the generation of nodules and arcing during film formation. It is done.

しかしながら、この方法では、ヒータの近傍では、成形体にヒータの輻射熱が直接当たり、当該部分は、他の部分と比べて焼結が進行して、粒子の粗大化が引き起こされるため、均一な酸化物焼結体が得られない。この結果、得られた酸化物焼結体において、収縮率や密度のばらつきや、反りやクラックなどの欠陥が生じる。   However, in this method, in the vicinity of the heater, the radiant heat of the heater directly hits the compact, and this part is sintered more than the other part, causing coarsening of the particles. A sintered product cannot be obtained. As a result, in the obtained oxide sintered body, variations such as shrinkage rate and density, and defects such as warpage and cracks occur.

これに対して、WO2010/125801号公報には、成形体を、酸素が流通可能な容器に収納した上で、焼成する方法が開示されている。また、特開2012−153592号公報では、成形体とヒータとの間に、アルミナ、マグネシアまたはジルコニアなどからなる遮蔽物を設置した上で、成形体を焼成する方法が開示されている。   On the other hand, WO2010 / 125801 discloses a method of firing a molded body after storing it in a container through which oxygen can flow. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-153592 discloses a method of firing a molded body after a shield made of alumina, magnesia, zirconia, or the like is installed between the molded body and a heater.

これらの方法によれば、成形体に、ヒータからの輻射熱が直接当たることがなく、成形体内の熱分布を均一化させることができると考えられる。しかしながら、これらの方法では、一定の効果は得られるものの、酸化物焼結体の収縮率や密度のばらつき、および、これらに起因する反りやクラックなどを十分に抑制することは困難である。   According to these methods, it is considered that radiant heat from the heater does not directly hit the molded body, and the heat distribution in the molded body can be made uniform. However, with these methods, although a certain effect can be obtained, it is difficult to sufficiently suppress the variation in shrinkage rate and density of the oxide sintered body, and warpage and cracks resulting from these.

特開2002−47562号公報JP 2002-47562 A WO2010/125801号公報WO2010 / 125801 特開2012−153592号公報JP2012-153592A

本発明は、焼結前後における収縮率や密度のばらつきが少なく、かつ、反りやクラックなどの欠陥がほとんど存在しない、酸化物焼結体およびその製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an oxide sintered body and a method for producing the same, in which variations in shrinkage rate and density before and after sintering are small and defects such as warpage and cracks are hardly present.

本発明の酸化物焼結体の製造方法は、金属酸化物を含む原料粉末を加圧成形した成形体を得て、該成形体を焼結炉内のヒータとの間に遮蔽物が配置された状態で焼結させて、焼結体を得る酸化物焼結体の製造方法であって、前記遮蔽物を、長さ方向端部に係合部を備えた複数の遮蔽片を、角部を除き、前記遮蔽片の係合部同士が相対し、かつ、相対する係合部の間に、厚さ方向に関して非直線状で、幅1mm〜5mmの間隙が形成されるように構成することを特徴とする。   The method for producing an oxide sintered body of the present invention obtains a molded body obtained by pressure-molding a raw material powder containing a metal oxide, and a shielding object is disposed between the molded body and a heater in a sintering furnace. The oxide sintered body is obtained by sintering in a state where the sintered body is obtained, and the shielding object includes a plurality of shielding pieces each having an engaging portion at a longitudinal end portion, and a corner portion. Except that the engaging portions of the shielding pieces are opposed to each other, and a gap having a width of 1 mm to 5 mm is formed between the opposing engaging portions in a non-linear shape with respect to the thickness direction. It is characterized by.

前記遮蔽物として、アルミナ製の遮蔽片を用いることが好ましい。   It is preferable to use an alumina shielding piece as the shielding object.

前記遮蔽物の厚さを5mm〜30mmとすることが好ましい。   The thickness of the shield is preferably 5 mm to 30 mm.

前記間隙の経路長さを、前記遮蔽物の厚さの1.5倍〜2.0倍とすることが好ましい。   The path length of the gap is preferably 1.5 to 2.0 times the thickness of the shield.

前記係合部を、相決り継ぎ状に形成することが好ましい。この場合、前記遮蔽片の厚さに対する、斬鬼係合物の突出部の長さの比を、0.5〜1.0とすることが好ましい。   It is preferable that the engaging portion is formed in a joint shape. In this case, it is preferable that the ratio of the length of the protruding portion of the demon engagement object to the thickness of the shielding piece is 0.5 to 1.0.

前記遮蔽物、該遮蔽物を載置するセッターおよび該遮蔽物の上部に載置されるセッターによって形成される領域が、平面視で縦450mm〜1800mmおよび横350mm〜1400mmである場合において、前記間隙を縦方向に3個〜6個、横方向に4個〜6個設けることが好ましい。   When the area formed by the shield, the setter for placing the shield and the setter placed on top of the shield is 450 mm to 1800 mm in length and 350 mm to 1400 mm in width in plan view, the gap It is preferable to provide 3 to 6 in the vertical direction and 4 to 6 in the horizontal direction.

前記焼結工程において、炉内容積1L当たり、0.9×10-2L/min〜3.6×10-2L/minの酸素を流通させることが好ましい。 In the sintering step, per the volume 1L reactor, it is preferred to circulate oxygen 0.9 × 10 -2 L / min~3.6 × 10 -2 L / min.

本発明の酸化物焼結体は、上述した製造方法で得られ、焼結前後における収縮率の最大値と最小値の差が0.3%以下であり、相対密度の最大値と最小値の差が0.2%以下であり、かつ、反り量が0.25mm以下であることを特徴とする。   The oxide sintered body of the present invention is obtained by the manufacturing method described above, and the difference between the maximum value and the minimum value of the shrinkage before and after sintering is 0.3% or less, and the maximum value and the minimum value of the relative density are The difference is 0.2% or less, and the warpage amount is 0.25 mm or less.

また、本発明のスパッタリングターゲットは、バンキングプレートまたはバッキングチューブと、該バッキングプレートまたはバッキングチューブに接合されたターゲット材とからなり、該ターゲット材として、前記酸化物焼結体が用いられていることを特徴とする。   Further, the sputtering target of the present invention comprises a banking plate or a backing tube and a target material joined to the backing plate or the backing tube, and the oxide sintered body is used as the target material. Features.

本発明によれば、焼結前後における収縮率や密度のばらつきが少なく、かつ、反りやクラックなどの欠陥がほとんど存在しない、酸化物焼結体およびその製造方法を提供することができる。このため、本発明の工業的意義はきわめて大きい。   According to the present invention, it is possible to provide an oxide sintered body and a method for manufacturing the same, in which there is little variation in shrinkage rate and density before and after sintering, and there are almost no defects such as warpage and cracks. For this reason, the industrial significance of the present invention is extremely large.

図1は、焼結炉内における成形体および遮蔽物の配置を説明するため、この遮蔽物の上部に載置されたセッターを透過した状態で示した、概略模式図である。FIG. 1 is a schematic view schematically showing a setter placed on the upper part of the shielding object in order to explain the arrangement of the compact and the shielding object in the sintering furnace. 図2は、図1のA−A断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 図3は、遮蔽物を構成する遮蔽片の一実施態様を示す、概略平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view showing one embodiment of the shielding piece constituting the shielding object. 図4は、図1のB部の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of a portion B in FIG. 図5(a)〜(c)は、遮蔽片の別実施態様を示す、概略平面図である。Fig.5 (a)-(c) is a schematic plan view which shows another embodiment of a shielding piece. 図6は、比較例3および4における成形体および遮蔽物の配置を説明するため、この遮蔽物の上部に載置されたセッターを透過した状態で示した、概略模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the arrangement of the molded body and the shielding object in Comparative Examples 3 and 4 in a state where the setter placed on the shielding object is transmitted. 図7は、図6のC部の拡大図である。FIG. 7 is an enlarged view of a portion C in FIG. 図8は、比較例5における成形体および遮蔽物の配置を説明するため、この遮蔽物の上部に載置されたセッターを透過した状態で示した、概略模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the arrangement of the molded body and the shielding object in Comparative Example 5 in a state where the setter placed on the shielding object is transmitted.

本発明者らは、収縮率や密度のばらつきが少なく、反りやクラックなどの欠陥の少ない酸化物焼結体を得るため、WO2010/125801号公報や特開2012−153592号公報に記載される容器または遮蔽物を用いて、成形体を焼成する実験を繰り返し行ったところ、収縮率や密度のばらつき、または、欠陥の発生を十分に抑制することができなかった。特に、大型の成形体を焼成する場合や、多数の成形体を同時に焼成する場合には、収縮率や密度のばらつきが大きくなり、それに伴い、上述した欠陥の発生も増加した。   In order to obtain an oxide sintered body with less shrinkage rate and density variation and less defects such as warpage and cracks, the present inventors have disclosed a container described in WO2010 / 125801 and JP2012-153592A. Or when the experiment which bakes a molded object using a shielding object was repeatedly performed, the dispersion | variation in shrinkage | contraction rate and a density, or generation | occurrence | production of a defect was not fully suppressed. In particular, when a large-sized molded body is fired or when many molded bodies are fired at the same time, variations in shrinkage rate and density increase, and accordingly, the occurrence of the above-described defects also increases.

本発明者らは、この点について研究を重ねた結果、この原因が、これらの従来技術では、容器内または遮蔽物で囲まれた範囲内における酸素ガスの分布や対流、さらには酸素ガスによる伝熱が不均一になることにあるとの結論を得た。この結論に基づき、さらに研究を重ねた結果、成形体を焼成する際、焼結炉内のヒータとの間に、特定の構造を有する遮蔽物を配置することで、酸素ガスの分布や対流および酸素ガスによる伝熱を均一なものとすることができ、上述した課題を解決することができるとの知見を得た。本発明は、この知見に基づき完成されたものである。   The present inventors have conducted research on this point, and as a result, in these conventional techniques, this cause is caused by the distribution and convection of oxygen gas within the range surrounded by the container or the shield, and further the transmission by oxygen gas. The conclusion was reached that the heat was uneven. Based on this conclusion, as a result of further research, when a compact is fired, a shield with a specific structure is placed between the heater in the sintering furnace and oxygen gas distribution, convection and The present inventors have found that heat transfer by oxygen gas can be made uniform and the above-described problems can be solved. The present invention has been completed based on this finding.

以下、本発明について、「1.酸化物焼結体の製造方法」と、「2.酸化物焼結体およびスパッタリングターゲット」に分けて詳細に説明する。なお、本発明は、目的とする酸化物焼結体の形状によって制限されることはなく、平板状の酸化物焼結体はもちろんのこと、円筒形の酸化物焼結体を製造する場合にも適用可能である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail by dividing it into “1. Manufacturing method of oxide sintered body” and “2. Oxide sintered body and sputtering target”. Note that the present invention is not limited by the shape of the target oxide sintered body, and is applicable to the production of a cylindrical oxide sintered body as well as a flat oxide sintered body. Is also applicable.

1.酸化物焼結体の製造方法
本発明の酸化物焼結体の製造方法は、従来技術と同様に、
(1)金属酸化物を含む原料粉末を、水や有機バインダなどと混合することでスラリー化する、原料調整工程と、
(2)スラリーを噴霧乾燥して造粒粉末とする、造粒工程と、
(3)造粒粉末を加圧成形して成形体を得る、加圧成形工程と、
(4)成形体を焼成し、酸化物焼結体を得る、焼結工程と
を備える。
1. Manufacturing Method of Oxide Sintered Body The manufacturing method of the oxide sintered body of the present invention is similar to the prior art,
(1) A raw material adjustment step in which a raw material powder containing a metal oxide is slurried by mixing with water or an organic binder,
(2) a granulation step in which the slurry is spray-dried to obtain a granulated powder;
(3) a pressure forming step in which a granulated powder is pressure formed to obtain a formed body; and
(4) A sintering step of firing the compact to obtain an oxide sintered body.

特に、本発明は、焼結工程において、成形体を、焼結炉内のヒータとの間に、特定の構造を有する遮蔽物が配置された状態で焼成することを特徴とする。以下、工程ごとに分けて、本発明を詳細に説明する。   In particular, the present invention is characterized in that, in the sintering step, the formed body is fired in a state where a shield having a specific structure is disposed between the formed body and a heater in the sintering furnace. Hereinafter, the present invention will be described in detail for each process.

(1)原料調整工程
原料調整工程では、金属酸化物に、水、ポリビニルアルコール(PVA)などの有機バインダ、アクリル酸系共重合物のアミン塩などを混合し、粉砕してスラリー化することが必要となる。このようなスラリー化手段は、従来技術と同様であるため、ここでの説明は省略する。
(1) Raw material adjustment step In the raw material adjustment step, the metal oxide is mixed with water, an organic binder such as polyvinyl alcohol (PVA), an amine salt of an acrylic copolymer, and pulverized into a slurry. Necessary. Since such a slurrying means is the same as that of the prior art, description thereof is omitted here.

本発明において、金属酸化物は特に制限されることなく、目的とする酸化物焼結体に応じて適宜選択することができる。たとえば、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化アルミニウム亜鉛(AZO)、酸化亜鉛スズ(ZTO)などの酸化物焼結体を得ようとする場合、これらの酸化物焼結体を構成する金属元素の酸化物粉末を用いることができる。より具体的には、酸化インジウムスズ(ITO)焼結体を得ようとする場合、原料となる金属酸化物として、酸化インジウム粉末と酸化スズ粉末の混合粉末、酸化インジウムと酸化スズの合成粉末、または、これらの混合粉末を用いることができる。   In the present invention, the metal oxide is not particularly limited and can be appropriately selected according to the target oxide sintered body. For example, when obtaining oxide sintered bodies such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), aluminum zinc oxide (AZO), and zinc oxide tin (ZTO), these oxide sintered bodies The oxide powder of the metal element which comprises can be used. More specifically, when trying to obtain an indium tin oxide (ITO) sintered body, as a raw material metal oxide, a mixed powder of indium oxide powder and tin oxide powder, a synthetic powder of indium oxide and tin oxide, Alternatively, a mixed powder of these can be used.

なお、酸化インジウムは難焼結性であるため、平均粒径が1μm未満となるように調整し、焼結性を向上させた上で、加圧成形および焼結させることが多い。このため、スラリー中で酸化インジウム粉末が凝集してしまう場合がある。また、酸化インジウムは比重が大きいため、スラリー中で沈降しやすく、均一なスラリーを得ることが困難となる場合がある。このような場合、スラリー中に、適量の分散剤などを加えて、酸化インジウム粉末の分散を促進することが好ましい。   Since indium oxide is difficult to sinter, it is often adjusted by pressure molding and sintering after adjusting the average particle size to be less than 1 μm and improving the sinterability. For this reason, indium oxide powder may aggregate in the slurry. Moreover, since indium oxide has a large specific gravity, it tends to settle in the slurry, and it may be difficult to obtain a uniform slurry. In such a case, it is preferable to promote the dispersion of the indium oxide powder by adding an appropriate amount of a dispersant to the slurry.

(2)造粒粉工程
造粒工程では、原料調整工程で得られたスラリーを、スプレードライヤなどを用いて噴霧乾燥し、造粒粉末を作製する。この際、乾燥温度を、130℃〜220℃とすることが好ましい。乾燥温度が130℃未満では、スラリーを十分に噴霧乾燥することができない場合がある。一方、乾燥温度が220℃を超えると、造粒粉末が硬質となり、加圧成形時に空孔が生じやすくなり、得られる酸化物焼結体が低密度なものとなってしまう場合がある。
(2) Granulated powder step In the granulated step, the slurry obtained in the raw material adjusting step is spray-dried using a spray dryer or the like to produce a granulated powder. At this time, the drying temperature is preferably 130 to 220 ° C. If the drying temperature is less than 130 ° C., the slurry may not be sufficiently spray dried. On the other hand, when the drying temperature exceeds 220 ° C., the granulated powder becomes hard and pores are likely to be generated during pressure molding, and the resulting oxide sintered body may have a low density.

(3)加圧成形工程
加圧成形工程では、造粒工程で得られた造粒粉末を、金型やゴム型に充填した上で、一軸プレスまたは冷間静水圧プレス(CIP)などにより加圧成形する。このような成形方法も従来技術と同様であり、特に制限されることはないが、成形圧力を、100MPa〜300MPaとすることが好ましい。成形圧力が100MPa未満では、得られる成形体の密度や強度が低いものとなり、製品歩留まりの悪化を招く場合がある。一方、成形圧力が300MPaを超えても、それ以上の効果を得ることができないばかりか、プレス型などへの負荷が増大する場合がある。
(3) Pressure molding process In the pressure molding process, the granulated powder obtained in the granulation process is filled in a mold or a rubber mold and then pressed by a uniaxial press or a cold isostatic press (CIP). Press molding. Such a molding method is the same as that of the prior art and is not particularly limited, but the molding pressure is preferably 100 MPa to 300 MPa. When the molding pressure is less than 100 MPa, the density and strength of the obtained molded product are low, and the product yield may be deteriorated. On the other hand, even if the molding pressure exceeds 300 MPa, not only a further effect cannot be obtained, but the load on the press die may increase.

(4)焼結工程
本発明では、焼結工程において、上述のようにして得られた成形体を、焼成炉内のヒータとの間に特定の構造を有する遮蔽物を配置した状態で焼成することが必要となる。なお、焼結工程に使用する焼結炉は、焼結時における酸素流量を制御することができる限り、特に制限されることはない。以下、図1〜図5を参照しながら、焼成工程について説明する。
(4) Sintering Step In the present invention, in the sintering step, the molded body obtained as described above is fired in a state where a shield having a specific structure is disposed between the molded body and the heater in the firing furnace. It will be necessary. In addition, the sintering furnace used for a sintering process will not be restrict | limited especially as long as the oxygen flow rate at the time of sintering can be controlled. Hereinafter, the firing process will be described with reference to FIGS.

[焼結炉の構成]
焼結工程に用いられる焼結炉は、少なくとも成形体1の両側に、好ましくは成形体1の四方を囲むように矩形状に配置されるヒータ2を備える。この焼結炉内には、成形体1を載置するためのセッター(セラミック製棚板)11a、成形体1を囲むように配置される遮蔽物3、遮蔽物3上に載置され、成形体1の上方を覆うためのセッター11b、ならびに、セッター11aの上面、セッター11bの下面および遮蔽物3の内壁で取り囲まれた領域10内に酸素ガスを供給するための複数(図示の例では4つ)の酸素ガス導入管12が設置される。なお、セッター11bの上に、さらに、成形体1、遮蔽物3、セッター11bおよび酸素ガス導入管12を設置し、多段積構造としてもよい。
[Configuration of sintering furnace]
A sintering furnace used in the sintering step includes heaters 2 arranged at least on both sides of the molded body 1 and preferably in a rectangular shape so as to surround four sides of the molded body 1. In this sintering furnace, a setter (ceramic shelf board) 11a for placing the molded body 1, a shield 3 arranged so as to surround the molded body 1, and a shield 3 are placed on the shield 3 and molded. A setter 11b for covering the upper portion of the body 1, and a plurality of (4 in the illustrated example) for supplying oxygen gas into the region 10 surrounded by the upper surface of the setter 11a, the lower surface of the setter 11b, and the inner wall of the shield 3. ) Oxygen gas introduction pipe 12 is installed. In addition, it is good also as a multistage structure by installing the molded object 1, the shield 3, the setter 11b, and the oxygen gas introducing pipe 12 on the setter 11b.

個々の構成要素の大きさは焼結炉の大きさや焼成される成形体1の大きさや個数により任意であるが、一般的に用いられる焼結炉において、ヒータ2の高さは500mm〜2000mm程度、ならびに、ヒータ2に囲まれる領域の大きさは、平面視で縦550mm〜2200mmおよび横450mm〜1800mm程度である。   The size of each component is arbitrary depending on the size of the sintering furnace and the size and number of the molded body 1 to be fired. In a generally used sintering furnace, the height of the heater 2 is about 500 mm to 2000 mm. In addition, the size of the region surrounded by the heater 2 is about 550 mm to 2200 mm in length and about 450 mm to 1800 mm in width in plan view.

また、セッター11aの上面、セッター11bの下面および遮蔽物3の内壁によって囲まれる領域10の大きさは、平板状の酸化物焼結体を製造する場合には、縦450mm〜1800mm、横350mm〜1400mmおよび高さ5mm〜60mm程度とすることが好ましい。一方、円筒形酸化物焼結体を製造する場合には、縦450mm〜1800mm、横350mm〜1400mmとし、高さを円筒形酸化物焼結体の全長(長手方向の長さ)よりも3mm〜10mm程度高くすることが好ましい。なお、領域10の高さは、遮蔽物3の高さと同様となる。下記の説明は、基本的には、ここに示したヒータ2の高さおよびヒータ2に囲まれる領域の大きさ、ならびに、領域10の大きさを基準としてなされる。   The size of the region 10 surrounded by the upper surface of the setter 11a, the lower surface of the setter 11b, and the inner wall of the shield 3 is 450 mm to 1800 mm in length and 350 mm to 350 mm in the case of producing a flat oxide sintered body. It is preferable that the height is about 1400 mm and the height is about 5 mm to 60 mm. On the other hand, when producing a cylindrical oxide sintered body, the length is 450 mm to 1800 mm, the width is 350 mm to 1400 mm, and the height is 3 mm to the total length (length in the longitudinal direction) of the cylindrical oxide sintered body. It is preferable to increase the height by about 10 mm. The height of the region 10 is the same as the height of the shield 3. The following description is basically made based on the height of the heater 2 and the size of the region surrounded by the heater 2 and the size of the region 10 shown here.

[遮蔽物]
a)形状
図1〜図4に示すように、遮蔽物3は、複数の遮蔽片4または遮蔽片8を幅方向に組み合わせることにより構成される。より具体的には、遮蔽物3の角部以外の部分では、複数の遮蔽片4を幅方向に組み合わせることにより、角部では、遮蔽片8を組み合わせることにより構成される。
[Shield]
a) Shape As shown in FIGS. 1 to 4, the shielding object 3 is configured by combining a plurality of shielding pieces 4 or shielding pieces 8 in the width direction. More specifically, the portion other than the corner portion of the shield 3 is configured by combining the plurality of shielding pieces 4 in the width direction, and the corner portion by combining the shielding pieces 8.

遮蔽片4は、本体部5と、本体部5の幅方向両端に形成された係合部6とを備え、隣接する遮蔽片4同士を組み合わせた状態で、相対する係合部6の間に、一定の幅を有し、遮蔽物3の厚さ方向に関して非直線状である間隙9が形成されるように構成される。なお、本発明において、係合部6は、遮蔽片4同士を厚さ方向に移動させた場合に、相互に係合(当接)可能となっている構造と定義される。ただし、遮蔽物3の配置状態では、遮蔽片4の幅方向両端部の間には、係合部6の存在に基づき、厚さ方向に関して非直線状の経路R1を有する間隙9が形成されるため、隣接する遮蔽片4の幅方向端部同士が係合するわけではない。 The shielding piece 4 includes a main body portion 5 and engaging portions 6 formed at both ends in the width direction of the main body portion 5, and the adjacent shielding pieces 4 are combined with each other between the opposing engaging portions 6. The gap 9 having a certain width and being non-linear with respect to the thickness direction of the shield 3 is formed. In the present invention, the engaging portion 6 is defined as a structure that can engage (abut) each other when the shielding pieces 4 are moved in the thickness direction. However, in the arrangement state of the shielding object 3, a gap 9 having a non-linear path R 1 with respect to the thickness direction is formed between both end portions in the width direction of the shielding piece 4 based on the presence of the engaging portion 6. Therefore, the end portions in the width direction of the adjacent shielding pieces 4 are not engaged with each other.

このような遮蔽物3を組み合わせて用いた場合、焼結炉の両側または四方に配置されるヒータ2の輻射熱が、成形体1に直接当たることが防止される。また、焼結時に、成形体1から生じたガス(分解生成ガス)は、間隙9によって形成される経路R1を介して、領域10から外部へ排出されることとなる。この際、ガス圧や流量(排出量)が絞られ、分解生成ガスの排出速度が増加するため、領域10における酸素ガスの分布や対流および酸素ガスによる伝熱を均一化することが可能となる。この結果、収縮率や密度のばらつきが抑制され、反りやクラックなどの欠陥がほとんど存在しない酸化物焼結体を得ることができる。 When such a shield 3 is used in combination, it is possible to prevent the radiant heat of the heater 2 arranged on both sides or four sides of the sintering furnace from directly hitting the molded body 1. Further, the gas (decomposition product gas) generated from the molded body 1 during the sintering is discharged from the region 10 to the outside through the path R 1 formed by the gap 9. At this time, since the gas pressure and flow rate (discharge amount) are reduced and the decomposition gas discharge speed increases, the oxygen gas distribution and convection in the region 10 and heat transfer by the oxygen gas can be made uniform. . As a result, it is possible to obtain an oxide sintered body in which variations in shrinkage rate and density are suppressed and defects such as warpage and cracks are hardly present.

これに対して、図6および図7に示すように、係合部が設けられていない、複数の遮蔽片24からなる遮蔽物23を用いた場合、ヒータ2の輻射熱が、成形体1に直接当たることを防止することはできない。また、分解生成ガスが領域30から外部へ排出される際に通過する経路R2は、直線状となるため、その流量を制御する(絞る)ことができない。この結果、得られる酸化物焼結体には、収縮率や密度にばらつきが生じ、反りやクラックなどの欠陥が生じることとなる。 On the other hand, as shown in FIG. 6 and FIG. 7, when a shielding object 23 composed of a plurality of shielding pieces 24 not provided with an engaging portion is used, the radiant heat of the heater 2 is directly applied to the molded body 1. It cannot be prevented from hitting. Further, since the path R 2 through which the decomposition product gas is discharged from the region 30 to the outside is linear, the flow rate cannot be controlled (squeezed). As a result, the resulting oxide sintered body varies in shrinkage rate and density, and defects such as warpage and cracks occur.

なお、本発明では、遮蔽物3の角部を構成する遮蔽片8は、一端にのみ係合部6を備えていればよい。これは、後述するように、成形体1は、遮蔽物3の内壁から一定の間隔をもって配置されるため、角部を構成する遮蔽片8の他端に係合部6が形成されていなくても、成形体1に、ヒータ2の輻射熱が直接当たることはないためである。また、角部を構成する遮蔽片8によって形成される経路が直線状になったとしても、他の部分の経路R1によって、分解生成ガスの流量を絞ることができれば、領域10における酸素ガスの分布や対流および酸素ガスによる伝熱を、支障なく均一化することができるからである。ただし、角部を構成する遮蔽片8をL字状に形成し、その両端に係合部6を形成することも可能である。 In the present invention, the shielding piece 8 constituting the corner portion of the shielding object 3 only needs to have the engaging portion 6 at one end. This is because, as will be described later, the molded body 1 is disposed at a constant interval from the inner wall of the shield 3, and therefore the engaging portion 6 is not formed at the other end of the shielding piece 8 constituting the corner portion. This is because the radiant heat of the heater 2 does not directly hit the molded body 1. Further, even if the path formed by the shielding pieces 8 constituting the corners is linear, if the flow rate of the decomposition product gas can be reduced by the path R 1 of the other part, the oxygen gas in the region 10 can be reduced. This is because the distribution, convection, and heat transfer by oxygen gas can be made uniform without any trouble. However, it is also possible to form the shielding piece 8 constituting the corner portion in an L shape and form the engaging portions 6 at both ends thereof.

遮蔽片4の係合部6の形状は、図1〜図4に示すように、隣接する遮蔽片4の端部にある係合部6同士により、遮蔽片4が幅方向に相決り継ぎ状に配置されるように形成することが好ましい。係合部6がこのような形状である場合には、間隙9によって形成される経路R1を略S字状とすることができるため、経路R1を通過する分解生成ガスの流量を容易かつ適切に制御することができる。この結果、酸素ガスの分布や対流および酸素ガスによる伝熱の均一化を、一層促進することが可能となる。また、このような形状は、加工が容易であるばかりでなく、耐久性に優れ、かつ、遮蔽片4を幅方向に逆転させてもそのまま遮蔽片4を使用することができるため、その配置作業を容易化できる。 As shown in FIGS. 1 to 4, the shape of the engaging portion 6 of the shielding piece 4 is such that the shielding piece 4 is a continuous shape in the width direction by the engaging portions 6 at the ends of the adjacent shielding pieces 4. It is preferable to form so that it may be arrange | positioned. When the engaging portion 6 has such a shape, the path R 1 formed by the gap 9 can be substantially S-shaped, so that the flow rate of the decomposition product gas passing through the path R 1 can be easily and It can be controlled appropriately. As a result, it is possible to further promote the distribution and convection of oxygen gas and the uniform heat transfer by oxygen gas. Further, such a shape is not only easy to process, but also has excellent durability, and the shielding piece 4 can be used as it is even if the shielding piece 4 is reversed in the width direction. Can be made easier.

ただし、遮蔽片の係合部の形状は、相決り継ぎ状に制限されることはなく、図5(a)〜図5(c)に示すように、隣接する遮蔽片4a〜4cの係合部6a〜6c同士の間に、厚さ方向に関して非直線状の間隙9a〜9cが形成される限り、任意の形状の係合部6a〜6cを採用することができる。この場合、間隙9a〜9cによって形成される厚さ方向の経路R1a〜R1cの長さ(La〜Lc)が、遮蔽片4a〜4cの厚さtに対して、1.5倍〜2.0倍となるように規制すればよい。 However, the shape of the engaging portion of the shielding piece is not limited to the joint shape, and as shown in FIGS. 5 (a) to 5 (c), the engagement of the adjacent shielding pieces 4a to 4c. As long as non-linear gaps 9a to 9c are formed between the portions 6a to 6c in the thickness direction, any shape of the engaging portions 6a to 6c can be adopted. In this case, the lengths (L a to L c ) of the paths R 1a to R 1c in the thickness direction formed by the gaps 9a to 9c are 1.5 times the thickness t of the shielding pieces 4a to 4c. What is necessary is just to regulate so that it may become -2.0 times.

b)間隙
間隙9、9a〜9cの幅dは、1mm〜5mm、好ましくは1mm〜4mm、より好ましくは1mm〜3mmに調整することが必要となる。これにより、焼結時に、領域10から外部に排出される分解生成ガスの流量を制御し、領域10内における酸素ガスの分布や対流および酸素ガスによる伝熱を均一化することができる。
b) Gap The width d of the gaps 9, 9a to 9c needs to be adjusted to 1 mm to 5 mm, preferably 1 mm to 4 mm, more preferably 1 mm to 3 mm. Thereby, during sintering, the flow rate of the decomposition product gas discharged from the region 10 to the outside can be controlled, and the oxygen gas distribution and convection in the region 10 and heat transfer by the oxygen gas can be made uniform.

これに対して、間隙9、9a〜9cの幅dが1mm未満では、分解生成ガスを領域10から十分に排出することができない。一方、間隙9、9a〜9cの幅dが5mmを超えると、分解生成ガスが領域10から外部に排出される際のガス圧や流量を十分に絞ることができない。このため、いずれの場合も、領域10内の酸素ガスの分布や対流および酸素ガスによる伝熱が不均一となり、得られる焼結体の収縮率や密度のばらつきを抑制することができない。   On the other hand, if the width d of the gaps 9, 9a to 9c is less than 1 mm, the decomposition product gas cannot be sufficiently discharged from the region 10. On the other hand, if the width d of the gaps 9, 9a to 9c exceeds 5 mm, the gas pressure and flow rate when the decomposition product gas is discharged from the region 10 to the outside cannot be sufficiently reduced. For this reason, in any case, the distribution and convection of the oxygen gas in the region 10 and heat transfer by the oxygen gas become non-uniform, and the shrinkage rate and density variation of the obtained sintered body cannot be suppressed.

なお、間隙9、9a〜9cの数は、領域10の大きさ、成形体1のサイズや同時に焼成する成形体1の個数などに応じて、実験やシミュレーションなどに基づき、焼結時における酸素ガスの分布や対流および酸素ガスによる伝熱が均一となるように適宜決定される。たとえば、領域10の大きさが、平面視で上述した範囲にある場合、間隙9、9a〜9cは、縦方向に3個〜6個、横方向に4個〜6個設けることが好ましい。   The number of the gaps 9, 9a to 9c depends on the size of the region 10, the size of the molded body 1, the number of molded bodies 1 to be fired simultaneously, and the like based on experiments and simulations. Distribution and convection and heat transfer by oxygen gas are determined appropriately. For example, when the size of the region 10 is in the above-described range in plan view, it is preferable to provide the gaps 9 and 9a to 9c in the vertical direction by 3 to 6 and in the horizontal direction from 4 to 6.

c)遮蔽片の寸法
遮蔽片4、4a〜4cおよび8の長手方向の長さは、間隙9、9a〜9cの数を上述した範囲で適宜調整することができる限り、特に制限されることないが、概ね100〜300mm程度することが好ましく、150mm〜250mm程度とすることがより好ましい。なお、遮蔽片4および4a〜4cの長手方向の長さは、全て同一とする必要はなく、間隙9、9a〜9cの数や位置が最適なものとなるように、上述した範囲で適宜調整してもよい。
c) Size of shielding piece The length in the longitudinal direction of the shielding pieces 4, 4a to 4c and 8 is not particularly limited as long as the number of the gaps 9, 9a to 9c can be appropriately adjusted within the above-described range. However, it is preferably about 100 to 300 mm, more preferably about 150 to 250 mm. The lengths in the longitudinal direction of the shielding pieces 4 and 4a to 4c do not have to be all the same, and are appropriately adjusted within the above-described range so that the number and positions of the gaps 9 and 9a to 9c are optimal. May be.

一方、遮蔽片4、4a〜4cおよび8の高さは、平板状の酸化物焼結体を製造する場合には5mm〜60mm程度とすることが好ましい。円筒形状の酸化物焼結体を製造する場合には、その全長よりも3mm〜10mm程度高くすることが好ましい。なお、遮蔽片4、4a〜4cおよび8の高さは、領域10の高さとなるため、全て同一とすることが必要となる。   On the other hand, the height of the shielding pieces 4, 4 a to 4 c and 8 is preferably about 5 mm to 60 mm when a flat oxide sintered body is produced. In the case of producing a cylindrical oxide sintered body, it is preferably 3 mm to 10 mm higher than the entire length. In addition, since the height of the shielding pieces 4, 4 a to 4 c and 8 is the height of the region 10, it is necessary to make them all the same.

また、遮蔽片4、4a〜4cおよび8の厚さtは、その材質に応じて適宜選択されるべきものであるが、概ね、5mm〜30mmとすることが好ましく、5mm〜25mmとすることがより好ましく、10mm〜20mmとすることがさらに好ましい。遮蔽片4、4a〜4cおよび8の厚さtが5mm未満では、十分な断熱効果が得られないばかりでなく、遮蔽物3から放射される熱量が小さくなる。一方、遮蔽片4、4a〜4cおよび8の厚さtが30mmを超えると、断熱効果が過大となり、領域10内を均熱化することが困難となる。   Further, the thickness t of the shielding pieces 4, 4 a to 4 c and 8 should be appropriately selected according to the material, but is generally preferably 5 mm to 30 mm, and preferably 5 mm to 25 mm. More preferably, it is more preferably 10 mm to 20 mm. When the thickness t of the shielding pieces 4, 4 a to 4 c and 8 is less than 5 mm, not only a sufficient heat insulation effect cannot be obtained, but also the amount of heat radiated from the shielding object 3 becomes small. On the other hand, when the thickness t of the shielding pieces 4, 4 a to 4 c and 8 exceeds 30 mm, the heat insulating effect becomes excessive, and it becomes difficult to equalize the temperature in the region 10.

なお、遮蔽片として、係合部の形状が相決り継ぎ状である遮蔽片4を用いる場合、その厚さtに対する、突出部7の長さwの比(w/t比)は、好ましくは0.5〜1.0、より好ましくは0.5〜0.8、さらに好ましくは0.5〜0.7とする。w/t比が0.5未満では、分解生成ガスが領域10から外部に排出される際のガス圧や流量を十分に絞ることができない場合がある。一方、w/t比が1.0を超えると、経路R1が長くなり、領域10から外部に排出される分解生成ガスに作用する抵抗(流体抵抗)が過大となる場合がある。 In addition, when the shielding piece 4 in which the shape of the engaging portion is a joint shape is used as the shielding piece, the ratio of the length w of the protruding portion 7 to the thickness t (w / t ratio) is preferably 0.5 to 1.0, more preferably 0.5 to 0.8, and still more preferably 0.5 to 0.7. If the w / t ratio is less than 0.5, the gas pressure and flow rate when the decomposition product gas is discharged from the region 10 to the outside may not be sufficiently reduced. On the other hand, when the w / t ratio exceeds 1.0, the path R 1 becomes long, and the resistance (fluid resistance) acting on the decomposition product gas discharged from the region 10 to the outside may be excessive.

d)材質
遮蔽物3の材質は、目的とする酸化物焼結体の焼結温度で容易に変形および変質しないものであれば、特に制限されることはない。具体的には、遮蔽物3の材質として、アルミナ(Al23)、マグネシア(MgO)、ジルコニア(ZrO2)、アルミナ−シリカ(Al23−SiO2)系セラミックなどを使用することができる。これらの中でも、低コストで、熱環境度が高く、耐熱衝撃性に優れる、アルミナ製の遮蔽物を使用することが好ましい。
d) Material The material of the shield 3 is not particularly limited as long as it is not easily deformed or altered at the sintering temperature of the target oxide sintered body. Specifically, alumina (Al 2 O 3 ), magnesia (MgO), zirconia (ZrO 2 ), alumina-silica (Al 2 O 3 —SiO 2 ) -based ceramics, etc. are used as the material of the shield 3. Can do. Among these, it is preferable to use a shield made of alumina that is low in cost, has a high thermal environment, and has excellent thermal shock resistance.

[遮蔽物の配置]
図1および図2に示すように、焼結炉内において、遮蔽物3は、ヒータ2と成形体1との間に配置される。より具体的には、遮蔽物3は、複数の成形体1を囲むように、セッター11a上に配置され、その上部には、セッター11bが配置される。ただし、セッター11aおよび11bならびに遮蔽物3によって取り囲まれる領域10内には、酸素ガスを供給するための酸素ガス導入管12を配置する必要がある。このような配置を採ることで、ヒータ2の輻射熱から成形体1を保護しつつ、分解生成ガスを、効率的に領域10から外部に排出することが可能となるため、領域10内の酸素ガスの分布や対流および酸素ガスによる伝熱を均一化することができる。
[Arrangement of shielding objects]
As shown in FIGS. 1 and 2, the shield 3 is arranged between the heater 2 and the molded body 1 in the sintering furnace. More specifically, the shield 3 is disposed on the setter 11a so as to surround the plurality of molded bodies 1, and the setter 11b is disposed on the upper portion thereof. However, in the region 10 surrounded by the setters 11 a and 11 b and the shield 3, it is necessary to arrange an oxygen gas introduction pipe 12 for supplying oxygen gas. By adopting such an arrangement, it is possible to efficiently discharge the decomposition product gas from the region 10 while protecting the molded body 1 from the radiant heat of the heater 2. The distribution and convection of heat and heat transfer by oxygen gas can be made uniform.

なお、遮蔽物3の内壁と成形体1との間隔は20mm〜30mm程度とし、成形体1同士の間隔は20m〜60mm程度とすることが好ましい。   In addition, it is preferable that the space | interval of the inner wall of the shield 3 and the molded object 1 shall be about 20-30 mm, and the space | interval of the molded objects 1 shall be about 20-60 mm.

[焼結条件]
成形体1は、ヒータ2との間に、遮蔽物3が配置された状態で焼成される。この際の焼結条件は、目的とする酸化物焼結体の組成、形状、大きさおよび同時に焼成する成形体1の個数などに応じて、適宜選択されるべきものである。たとえば、長さが100mm〜400mm、幅が50mm〜200mm、厚さが3mm〜10mmの平板状の酸化インジウム系酸化物焼結体、または、全長が100mm〜300mm、外径が90mm〜180mm、内径が80mm〜140mmの円筒形の酸化インジウム系酸化物焼結体を得ようとする場合には、以下のような条件を採用することができる。
[Sintering conditions]
The molded body 1 is baked in a state where the shield 3 is disposed between the molded body 1 and the heater 2. The sintering conditions at this time should be appropriately selected according to the composition, shape and size of the target oxide sintered body and the number of molded bodies 1 to be fired simultaneously. For example, a plate-shaped indium oxide-based oxide sintered body having a length of 100 mm to 400 mm, a width of 50 mm to 200 mm, and a thickness of 3 mm to 10 mm, or a total length of 100 mm to 300 mm, an outer diameter of 90 mm to 180 mm, an inner diameter When an attempt is made to obtain a cylindrical indium oxide-based oxide sintered body having a thickness of 80 mm to 140 mm, the following conditions can be employed.

a)雰囲気
焼結工程における雰囲気は、酸化性雰囲気であることが必要であり、酸素ガス導入管12を介して、炉内容積1L当たり、0.9×10-2L/min〜3.6×10-2L/minの酸素を導入することが好ましく、1.5×10-2L/min〜2.7×10-2L/minの酸素を導入することがより好ましい。この際、炉内圧は、ゲージ圧で2気圧以下とすることが好ましい。
a) Atmosphere The atmosphere in the sintering step needs to be an oxidizing atmosphere, and 0.9 × 10 −2 L / min to 3.6 per 1 L of furnace volume through the oxygen gas introduction pipe 12. it is preferred to introduce the oxygen × 10 -2 L / min, and more preferable to introduce oxygen 1.5 × 10 -2 L / min~2.7 × 10 -2 L / min. At this time, the furnace pressure is preferably 2 atm or less in terms of gauge pressure.

酸素の導入量が、炉内容積1L当たり0.9×10-2L/min未満では、内部や表面に空孔が発生し、高密度の酸化物焼結体を得ることができない場合がある。一方、酸素の導入量が、炉内容積1L当たり3.6×10-2L/minを超えると、焼結中に、炉内の温度分布が不均一となり、同様に、高密度の酸化物焼結体を得ることができない場合がある。 If the amount of oxygen introduced is less than 0.9 × 10 −2 L / min per liter of furnace volume, voids may be generated inside or on the surface, and a high-density oxide sintered body may not be obtained. . On the other hand, when the amount of oxygen introduced exceeds 3.6 × 10 −2 L / min per liter of furnace volume, the temperature distribution in the furnace becomes non-uniform during sintering, and similarly a high-density oxide There are cases where a sintered body cannot be obtained.

b)焼結温度
焼結温度は、成形体1を構成する金属酸化物粉末が粒成長することが可能な範囲とすることが必要となる。具体的には、酸化インジウム系酸化物焼結体を得ようとする場合、焼結温度を1100℃〜1600℃の範囲で設定することが好ましく、1400℃〜1550℃の範囲で設定することがより好ましい。
b) Sintering temperature The sintering temperature needs to be within a range in which the metal oxide powder constituting the compact 1 can grow. Specifically, when an indium oxide-based oxide sintered body is to be obtained, the sintering temperature is preferably set in the range of 1100 ° C to 1600 ° C, and preferably set in the range of 1400 ° C to 1550 ° C. More preferred.

焼結温度が1100℃未満では、酸化インジウム粉末を十分に粒成長させることができない。一方、焼結温度が1600℃を超えると、焼結炉に過度の負荷がかかるばかりでなく、金属成分の揮発量が増加し、得られる酸化物焼結体に組成ずれなどの問題が生じることとなる。   When the sintering temperature is less than 1100 ° C., the indium oxide powder cannot be grown sufficiently. On the other hand, when the sintering temperature exceeds 1600 ° C., not only an excessive load is applied to the sintering furnace, but also the amount of volatilization of the metal components increases, resulting in problems such as composition deviation in the resulting oxide sintered body. It becomes.

c)昇温速度
本発明において、焼結工程における昇温速度は、特に制限されることはないが、成形体1に含まれる有機バインダなどを揮発させた後、1300℃までは24時間程度かけて昇温し、1300℃から焼結温度までを150分以内で昇温することが好ましい。なお、1300℃から焼結温度までの昇温速度は、炉内の温度分布を均一に保てる範囲で、可能な限り早くすることがより好ましい。
c) Temperature increase rate In the present invention, the temperature increase rate in the sintering step is not particularly limited, but after volatilizing the organic binder and the like contained in the molded body 1, it takes about 24 hours to 1300 ° C. It is preferable to raise the temperature from 1300 ° C. to the sintering temperature within 150 minutes. In addition, it is more preferable that the rate of temperature increase from 1300 ° C. to the sintering temperature is as fast as possible within a range in which the temperature distribution in the furnace can be kept uniform.

2.酸化物焼結体およびスパッタリングターゲット
(1)酸化物焼結体
本発明の酸化物焼結体は、上述した製造方法によって製造されるものである。このような酸化物焼結体は、収縮率や密度のばらつきが少ないことを特徴とする。具体的には、焼結前後における収縮率の最大値と最小値の差を0.3%以下、好ましくは0.1%以下とすることができる。また、相対密度の最大値と最小値の差を0.2%以下、好ましくは0.1%以下とすることができる。
2. Oxide Sintered Body and Sputtering Target (1) Oxide Sintered Body The oxide sintered body of the present invention is manufactured by the manufacturing method described above. Such oxide sintered bodies are characterized in that there is little variation in shrinkage rate and density. Specifically, the difference between the maximum value and the minimum value of the shrinkage rate before and after sintering can be 0.3% or less, preferably 0.1% or less. Further, the difference between the maximum value and the minimum value of the relative density can be 0.2% or less, preferably 0.1% or less.

なお、収縮率は、得られた酸化物焼結体の寸法を、スケールを用いて測定し、予め測定した成形体1の寸法と対比することにより求めることができる。また、相対密度は、アルキメデス法により求めることができる。   In addition, a shrinkage rate can be calculated | required by measuring the dimension of the obtained oxide sintered compact using a scale, and contrasting with the dimension of the molded object 1 measured beforehand. The relative density can be determined by the Archimedes method.

加えて、本発明の酸化物焼結体は、反りやクラックなどの欠陥がほとんど存在しないことを特徴とする。具体的には、反り量を0.30mm以下、好ましくは0.25mm以下に抑制することができる。   In addition, the oxide sintered body of the present invention is characterized by almost no defects such as warpage and cracks. Specifically, the amount of warpage can be suppressed to 0.30 mm or less, preferably 0.25 mm or less.

なお、反り量は、酸化物焼結体を定盤上に載置し、その端部4か所において、定盤からの浮き上がり量を測定し、その平均値を算出することで求めることができる。   The amount of warpage can be obtained by placing the oxide sintered body on the surface plate, measuring the amount of lift from the surface plate at the four end portions, and calculating the average value. .

(2)スパッタリングターゲット
本発明のスパッタリングターゲットは、従来のスパッタリングターゲットと同様に、バッキングプレートまたはバッキングチューブと、このバッキングプレートまたはバッキングチューブに接合されたターゲット材とから構成される。特に、本発明のスパッタリングターゲットは、ターゲット材として、本発明の酸化物焼結体が用いられていることを特徴とする。
(2) Sputtering target The sputtering target of this invention is comprised from the backing plate or backing tube and the target material joined to this backing plate or backing tube similarly to the conventional sputtering target. In particular, the sputtering target of the present invention is characterized in that the oxide sintered body of the present invention is used as a target material.

このようなスパッタリングターゲットは、高密度でありながらも、密度のばらつきが少なく、かつ、反りやクラックなどの欠陥もほとんどしないため、成膜時におけるノジュールやアーキングの発生を大幅に低減することが可能である。   Such a sputtering target has a high density, but there is little variation in density, and there are almost no defects such as warpage and cracks, so it is possible to greatly reduce the occurrence of nodules and arcing during film formation. It is.

以下、実施例を用いて、本発明をさらに詳細に説明する。なお、以下の実施例は例示に過ぎず、本発明は、これらの実施により限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The following examples are merely illustrative, and the present invention is not limited to these implementations.

(実施例1)
[原料調整工程〜加圧成形工程]
はじめに、平均粒径が0.4μmの酸化インジウム粉末90質量%と、平均粒径が0.4μmの酸化スズ粉末10質量%とを混合し、これに水と有機バインダ(ポリビニルアルコール)2質量%加えて、湿式ボールミルを用いて18時間混合することによりスラリーを得た。
Example 1
[Raw material adjustment process-Pressure molding process]
First, 90% by mass of indium oxide powder having an average particle size of 0.4 μm and 10% by mass of tin oxide powder having an average particle size of 0.4 μm are mixed, and water and an organic binder (polyvinyl alcohol) 2% by mass. In addition, a slurry was obtained by mixing for 18 hours using a wet ball mill.

このようにして得られたスラリーを、スプレードライヤ(大川原化工機株式会社製、ODL−20型)を用いて噴霧乾燥し、平均粒径が60μmの造粒粉末を得た。   The slurry thus obtained was spray-dried using a spray dryer (Okawara Chemical Industries, Ltd., ODL-20 type) to obtain a granulated powder having an average particle size of 60 μm.

この造粒粉末をゴム型に充填し、CIPにより、3tоn/cm2(300MPa)で加圧成形し、長さが350mm、幅が150mm、厚さが9mmの平板状の成形体1を4枚作製した。 This granulated powder is filled into a rubber mold and pressed by CIP at 3 ton / cm 2 (300 MPa), and four flat molded bodies 1 having a length of 350 mm, a width of 150 mm, and a thickness of 9 mm are obtained. Produced.

[焼結工程]
焼結工程に際して、図1〜図4に示すように、複数の遮蔽片4と遮蔽片8により構成される、遮蔽物3を用意した。このうち、遮蔽片4は、本体部5と、両端に、隣接する遮蔽片4同士を組み合わせた状態で、相決り継ぎ状の継ぎ目を構成する係合部6を備え、長手方向の長さが245mmまたは170mm、高さが30mm、厚さtが20mmであり、突出部7の長さwが10mm(w/t比=0.5)、厚さが8.5mmとなるように構成されたものであった。また、遮蔽片8は、長手方向の長さが235mmまたは160mm、高さが30mm、厚さtが20mmであり、側端部に設けられた突出部7の長さwが10mm(w/t比=0.5)、厚さが8.5mmとなるように構成されたものであった。
[Sintering process]
In the sintering process, as shown in FIGS. 1 to 4, a shielding object 3 including a plurality of shielding pieces 4 and shielding pieces 8 was prepared. Among these, the shielding piece 4 is provided with the main body portion 5 and the engaging portions 6 constituting the joints of the joints in the state where the adjacent shielding pieces 4 are combined at both ends, and has a length in the longitudinal direction. 245 mm or 170 mm, the height is 30 mm, the thickness t is 20 mm, the length w of the protrusion 7 is 10 mm (w / t ratio = 0.5), and the thickness is 8.5 mm. It was a thing. Further, the shielding piece 8 has a length in the longitudinal direction of 235 mm or 160 mm, a height of 30 mm, a thickness t of 20 mm, and the length w of the protrusion 7 provided at the side end is 10 mm (w / t). Ratio = 0.5) and a thickness of 8.5 mm.

次に、ヒータ2によって囲まれた領域の容積が1.1m3(縦1100mm、横1000mm、高さ1000mm)である焼結炉内に、セッター11a(縦1000mm、横900mm、厚さ30mm)を設置し、その上面にITO粉末を0.5mmの厚さで敷き詰めた上で、4枚の成形体1を50mm間隔で並べて載置した。続いて、成形体1の周囲に、遮蔽片4および遮蔽片8を、平面視で縦方向に2個ずつを両側2列、横方向に3個と2個ずつを両側2列、配置して、遮蔽物3を構成した。この際、遮蔽片4の相対する係合部6の間に、幅dが3mm程度で、厚さ方向に関してクランク形状を有する間隙9が形成されるように、遮蔽片4の配置を調整した。この間隙9によって形成される経路R1の長さは30mm(1.5t)であった。また、遮蔽物3は、その内壁と成形体1との間隔が50mm程度となるように配置し、その上面にセッター11bを設置した。この状態において、セッター11aの上面、セッター11bの下面および遮蔽物3の内壁に囲まれた領域10の大きさは、縦900mm、横800mmおよび高さ30mmであった。 Next, a setter 11a (length 1000 mm, width 900 mm, thickness 30 mm) is placed in a sintering furnace having a volume of 1.1 m 3 (length 1100 mm, width 1000 mm, height 1000 mm) surrounded by the heater 2. After installing, ITO powder was spread on the upper surface with a thickness of 0.5 mm, and four molded bodies 1 were placed side by side at intervals of 50 mm. Subsequently, around the molded body 1, the shielding pieces 4 and 8 are arranged in two rows on both sides in the vertical direction and two rows on both sides in the horizontal direction and two in both sides. The shield 3 was configured. At this time, the arrangement of the shielding pieces 4 was adjusted so that a gap 9 having a width d of about 3 mm and a crank shape in the thickness direction was formed between the engaging portions 6 facing each other. The length of the path R 1 formed by the gap 9 was 30 mm (1.5 t). Moreover, the shielding object 3 was arrange | positioned so that the space | interval of the inner wall and the molded object 1 might be about 50 mm, and the setter 11b was installed in the upper surface. In this state, the size of the region 10 surrounded by the upper surface of the setter 11a, the lower surface of the setter 11b, and the inner wall of the shield 3 was 900 mm long, 800 mm wide, and 30 mm high.

また、図1に示すように、領域10内に、焼結炉内に酸素を導入するための酸素ガス導入管12を設置した。具体的には、セッター11aの一端(図1のセッター11aの上端)から10mm離隔した位置に、200mm間隔で、内径0.5mmの酸素ガス導入管(磁性管)12を設置した。そして、これらの酸素ガス導入管12を介して、炉内溶液1L当たり、1.8×10-2L/minの流量で、酸素の導入を開始した。 Further, as shown in FIG. 1, an oxygen gas introduction pipe 12 for introducing oxygen into the sintering furnace was installed in the region 10. Specifically, oxygen gas introduction pipes (magnetic pipes) 12 having an inner diameter of 0.5 mm were installed at intervals of 200 mm at a position 10 mm away from one end of the setter 11a (the upper end of the setter 11a in FIG. 1). Then, introduction of oxygen was started at a flow rate of 1.8 × 10 −2 L / min per 1 L of the in-furnace solution through these oxygen gas introduction pipes 12.

この状態で、炉内温度を、室温から1300℃までを24時間かけて昇温した。続いて、1300℃から1450℃までを30分間かけて昇温した後、1500℃までを10分間かけて昇温し、この温度で15時間保持することにより、酸化物焼結体を4枚作製した。   In this state, the furnace temperature was raised from room temperature to 1300 ° C. over 24 hours. Subsequently, the temperature was raised from 1300 ° C. to 1450 ° C. over 30 minutes, and then the temperature was raised to 1500 ° C. over 10 minutes. By holding at this temperature for 15 hours, four oxide sintered bodies were produced. did.

[酸化物焼結体の評価]
得られた4枚の酸化物焼結体のそれぞれについて、以下の評価を行った。
[Evaluation of sintered oxide]
Each of the obtained four oxide sintered bodies was evaluated as follows.

a)収縮率
酸化物焼結体の寸法(長さ、幅および厚さ)をスケールで測定し、成形体1に対する収縮率を求めた。4枚の酸化物焼結体の収縮率の平均値、最大と最小値の差および標準偏差を表2に示す。
a) Shrinkage rate The dimensions (length, width, and thickness) of the oxide sintered body were measured with a scale, and the shrinkage rate with respect to the molded body 1 was determined. Table 2 shows the average value of the shrinkage of the four oxide sintered bodies, the difference between the maximum and minimum values, and the standard deviation.

b)相対密度
アルキメデス法により、酸化物焼結体の相対密度を測定した。4枚の酸化物焼結体の相対密度の平均値、最大値と最小値の差および標準偏差を表2に示す。
b) Relative density The relative density of the oxide sintered body was measured by the Archimedes method. Table 2 shows the average value of the relative density of the four oxide sintered bodies, the difference between the maximum value and the minimum value, and the standard deviation.

c)反り量
酸化物焼結体を定盤上に載置し、その端部4か所において、定盤からの浮き上がり量を測定し、その平均値をその酸化物焼結体の反り量とした。4枚の酸化物焼結体の反り量の平均値および最大値と最小値の差を表2に示す。
c) Warpage amount Place the oxide sintered body on the surface plate, measure the amount of lift from the surface plate at the four ends, and calculate the average value as the warpage amount of the oxide sintered body. did. Table 2 shows the average value of the warpage amount of the four oxide sintered bodies and the difference between the maximum value and the minimum value.

d)欠陥
酸化物焼結体の外観を目視で観察することにより、クラックなどの欠陥の有無を確認した。この結果を表2に示す。
d) Defects The presence or absence of defects such as cracks was confirmed by visually observing the appearance of the oxide sintered body. The results are shown in Table 2.

(実施例2、3および比較例1〜5)
遮蔽物の配置や、これを構成する遮蔽片の形状を表1に示すようにしたこと以外は、実施例1と同様にして、酸化物焼結体を得て、その評価を行った。これらの結果を表2に示す。
(Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 to 5)
An oxide sintered body was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the arrangement of the shielding object and the shape of the shielding piece constituting the shielding object were as shown in Table 1. These results are shown in Table 2.

(実施例4)
実施例1と同様にして得られた造粒粉末をゴム型に充填し、CIPにより、3tоn/cm2(300MPa)で加圧成形することで、外径163mm、内径127mm、全長145mmの円筒形成形体を得た。
Example 4
The granulated powder obtained in the same manner as in Example 1 was filled into a rubber mold, and formed into a cylinder having an outer diameter of 163 mm, an inner diameter of 127 mm, and a total length of 145 mm by pressing with CIP at 3 ton / cm 2 (300 MPa). A shape was obtained.

この円筒形成形体を、遮蔽片4として、高さが150mmのものを用いたこと以外は実施例1と同様にして焼成させて、円筒形酸化物焼結体を得た。この円筒形酸化物焼結体に対して、反り量の測定を除き、実施例1と同様にして、評価を行った。この結果を表2に示す。   The cylindrical formed body was fired in the same manner as in Example 1 except that the shielding piece 4 having a height of 150 mm was used, and a cylindrical oxide sintered body was obtained. The cylindrical oxide sintered body was evaluated in the same manner as in Example 1 except for the measurement of the amount of warpage. The results are shown in Table 2.

Figure 2016033092
Figure 2016033092

Figure 2016033092
Figure 2016033092

[評価]
表1および表2より、本発明の技術的範囲に属する実施例1〜4で得られた酸化物焼結体は、焼結前後における収縮率の最大値と最小値の差が0.3%以下であることが確認された。また、これらの酸化物焼結体は、相対密度が99.60%以上と高く、かつ、その最大値と最小値の差が0.2%以下であることが確認された。さらに、目視による観察の結果、これらの酸化物焼結体には、欠陥がほとんど存在しないことが確認された。なお、実施例1〜3の平板状の酸化物焼結体については、反り量が0.30μm以下に抑制されていることが確認された。
[Evaluation]
From Tables 1 and 2, in the oxide sintered bodies obtained in Examples 1 to 4 belonging to the technical scope of the present invention, the difference between the maximum value and the minimum value of the shrinkage before and after sintering was 0.3%. It was confirmed that: Moreover, it was confirmed that these oxide sintered bodies had a high relative density of 99.60% or more and the difference between the maximum value and the minimum value was 0.2% or less. Furthermore, as a result of visual observation, it was confirmed that these oxide sintered bodies had almost no defects. In addition, about the flat oxide sintered compact of Examples 1-3, it was confirmed that the curvature amount is suppressed to 0.30 micrometer or less.

これに対して、比較例1〜5で得られた酸化物焼結体は、収縮率の最大値と最小値の差、反り量および相対密度の最大値と最小の差が、いずれも本発明の範囲から外れていることが確認された。この理由は、以下のように考えられる。   On the other hand, the oxide sintered bodies obtained in Comparative Examples 1 to 5 are different from each other in the difference between the maximum value and the minimum value of the shrinkage rate, and the difference between the maximum value and the minimum value of the warpage amount and the relative density. It was confirmed that it was out of the range. The reason is considered as follows.

比較例1および3では、遮蔽片間に間隙が存在しないため、成形体から生じた分解生成ガスを、遮蔽物で囲まれた領域から外部に排出することができず、この領域内の酸素の分布や対流および酸素による伝熱が不均一になったためと考えられる。   In Comparative Examples 1 and 3, since there is no gap between the shielding pieces, the decomposition product gas generated from the molded body cannot be discharged to the outside from the area surrounded by the shielding object. This is thought to be due to uneven distribution, convection, and heat transfer by oxygen.

比較例2では、遮蔽片間の間隙が広すぎたため、ガス圧や分解生成ガスの流量を十分に絞ることができず、同様に、遮蔽物で囲まれた領域内の酸素の分布や対流および酸素による伝熱が不均一になったためと考えられる。   In Comparative Example 2, since the gap between the shielding pieces was too wide, the gas pressure and the flow rate of the decomposition product gas could not be sufficiently reduced. Similarly, the oxygen distribution or convection in the region surrounded by the shielding object and This is thought to be because heat transfer by oxygen became uneven.

比較例4では、遮蔽片に係合部を形成しなかったため、成形体をヒータの輻射熱から保護することができず、成形体が部分的に加熱されたためと考えられる。   In Comparative Example 4, since the engaging portion was not formed on the shielding piece, it was considered that the molded body could not be protected from the radiant heat of the heater, and the molded body was partially heated.

比較例5では、遮蔽片間の間隙によって形成される経路が遮蔽片と平行であることに起因して、ガス対流が不均一になったためと考えられる。   In Comparative Example 5, it is considered that the gas convection becomes nonuniform due to the fact that the path formed by the gap between the shielding pieces is parallel to the shielding pieces.

以上より、本発明の製造方法により、収縮率や密度のばらつきが少なく、かつ、反りなどの欠陥がほとんど存在しない、高品質の酸化物焼結体が得られることが分かる。   From the above, it can be seen that the manufacturing method of the present invention provides a high-quality oxide sintered body with little variation in shrinkage rate and density and almost no defects such as warpage.

1 成形体
2 ヒータ
3 遮蔽物
4、4a〜4c 遮蔽片
5、5a〜5c 本体部
6、6a〜6c 係合部
7 突出部
8 遮蔽片
9、9a〜9c 間隙
10 領域
11a、11b セッター
12 酸素ガス導入管
23 遮蔽物
24 遮蔽片
29 間隙
30 領域
33 遮蔽物
34 遮蔽片
39 間隙
40 領域
1、R1a〜R1c、R2 経路
t 遮蔽片の厚さ
w 突出部の長さ
d 間隙の幅
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Molded body 2 Heater 3 Shielding object 4, 4a-4c Shielding piece 5, 5a-5c Main body part 6, 6a-6c Engagement part 7 Protrusion part 8 Shielding piece 9, 9a-9c Gap 10 area | region 11a, 11b Setter 12 Oxygen Gas introduction pipe 23 Shielding object 24 Shielding piece 29 Gap 30 area 33 Shielding object 34 Shielding piece 39 Gap 40 area R 1 , R 1a to R 1c , R 2 path t Thickness of shielding piece w Length of protrusion d d Gap of gap width

Claims (10)

金属酸化物を含む原料粉末を加圧成形した成形体を得て、該成形体を焼結炉内のヒータとの間に遮蔽物が配置された状態で焼結させて、焼結体を得る酸化物焼結体の製造方法であって、
前記遮蔽物を、長さ方向端部に係合部を備えた複数の遮蔽片を、角部を除き、前記遮蔽片の係合部同士が相対し、かつ、相対する係合部の間に、厚さ方向に関して非直線状で、幅1mm〜5mmの間隙が形成されるように構成することを特徴とする、
酸化物焼結体の製造方法。
A molded body obtained by pressure-molding a raw material powder containing a metal oxide is obtained, and the molded body is sintered in a state where a shielding object is disposed between a heater in a sintering furnace to obtain a sintered body. A method for producing an oxide sintered body, comprising:
The shielding object includes a plurality of shielding pieces each having an engagement portion at a longitudinal end portion, except for a corner portion, and the engagement portions of the shielding pieces are opposed to each other and between the opposed engagement portions. , Characterized in that a gap with a width of 1 mm to 5 mm is formed in a non-linear shape with respect to the thickness direction,
Manufacturing method of oxide sinter.
前記遮蔽物として、アルミナ製の遮蔽片を用いる、請求項1に記載の酸化物焼結体の製造方法。   The method for manufacturing an oxide sintered body according to claim 1, wherein an alumina shielding piece is used as the shielding object. 前記遮蔽物の厚さを5mm〜30mmとする、請求項1または2に記載の酸化物焼結体の製造方法。   The manufacturing method of the oxide sintered compact of Claim 1 or 2 which sets thickness of the said shield to 5 mm-30 mm. 前記間隙の経路長さを、前記遮蔽物の厚さの1.5倍〜2.0倍とする、請求項1〜3のいずれかに記載の酸化物焼結体の製造方法。   The method for producing an oxide sintered body according to any one of claims 1 to 3, wherein a path length of the gap is 1.5 to 2.0 times a thickness of the shield. 前記係合部を、相決り継ぎ状に形成する、請求項1〜4のいずれかに記載の酸化物焼結体の製造方法。   The manufacturing method of the oxide sintered compact according to any one of claims 1 to 4, wherein the engaging portion is formed in a phased joint shape. 前記遮蔽片の厚さに対する、前記係合部の突出部の長さの比を、0.5〜1.0とする、請求項5に記載の酸化物焼結体の製造方法。   The method for manufacturing an oxide sintered body according to claim 5, wherein a ratio of a length of the protruding portion of the engaging portion to a thickness of the shielding piece is set to 0.5 to 1.0. 前記遮蔽物、該遮蔽物を載置するセッターおよび該遮蔽物の上部に載置されるセッターによって形成される領域が、平面視で縦450mm〜1800mmおよび横350mm〜1400mmである場合において、前記間隙を縦方向に3個〜6個、横方向に4個〜6個設ける、請求項1〜6のいずれかに記載の酸化物焼結体の製造方法。   When the area formed by the shield, the setter for placing the shield and the setter placed on top of the shield is 450 mm to 1800 mm in length and 350 mm to 1400 mm in width in plan view, the gap The manufacturing method of the oxide sintered compact in any one of Claims 1-6 which provides 3-6 in a vertical direction and 4-6 in a horizontal direction. 前記焼結工程において、炉内容積1L当たり、0.9×10-2L/min〜3.6×10-2L/minの酸素を流通させる、請求項1〜7のいずれかに記載の酸化物焼結体の製造方法。 In the said sintering process, 0.9 * 10 <-2 > L / min-3.6 * 10 <-2 > L / min oxygen is distribute | circulated per 1L of furnace internal volumes, The flow in any one of Claims 1-7. Manufacturing method of oxide sinter. 請求項1〜8のいずれかに記載の方法で得られ、焼結前後における収縮率の最大値と最小値の差が0.3%以下であり、相対密度の最大値と最小値の差が0.2%以下であり、かつ、反り量が0.25mm以下である、酸化物焼結体。   It is obtained by the method according to any one of claims 1 to 8, and the difference between the maximum value and the minimum value of the shrinkage ratio before and after sintering is 0.3% or less, and the difference between the maximum value and the minimum value of the relative density is An oxide sintered body having a curvature of 0.2% or less and a warpage amount of 0.25 mm or less. バンキングプレートまたはバッキングチューブと、該バッキングプレートまたはバッキングチューブに接合されたターゲット材とからなり、該ターゲット材が、請求項9に記載の酸化物焼結体である、スパッタリングターゲット。

A sputtering target comprising a banking plate or a backing tube and a target material bonded to the backing plate or the backing tube, wherein the target material is the oxide sintered body according to claim 9.

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