JP2021151949A - Boron carbide sintered body and etching apparatus containing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化ホウ素焼結体及びこれを含むエッチング装置に関する。 The present invention relates to a boron carbide sintered body and an etching apparatus including the same.
炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）は、ダイヤモンドと立方晶窒化ホウ素（ＢＮ）の次に高い硬度を有している耐摩耗性セラミックである。炭化ホウ素は、高い融点（２４４７℃）、高強度（２８〜３５ＧＰａ、Ｋｎｏｏｐ ｈａｒｄｎｅｓｓ）、低い密度（２．２１ｇ／ｃｍ３）、高いＹｏｕｎｇ'ｓ ｍｏｄｕｌｕｓ（４５０〜４７０ＧＰａ）を有する高硬度・高非弾性物質として知られている。また、熱起電力が高く、かつ化学的安定性が良いので、溶融金属内で長時間使用される熱電対に用いられるだけでなく、高い中性子吸収能力を有しているので、昔から核発電の中性子吸収及び遮蔽材として使用されている。 Boron Carbide (B 4 C) is a wear-resistant ceramic that has the second highest hardness after diamond and cubic boron nitride (BN). Boron carbide has a high melting point (2447 ° C.), high strength (28 to 35 GPa, Knoop hardness), low density (2.21 g / cm 3 ), and high Young's modulus (450 to 470 GPa). Known as an elastic material. In addition, since it has a high thermoelectromotive force and good chemical stability, it is not only used for thermocouples that are used for a long time in molten metal, but also has a high neutron absorption capacity, so it has been used for nuclear power generation for a long time. It is used as a neutron absorption and shielding material.
炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）は、研磨材料または切削工具材料として使用され、このような炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）粉末の焼結には、炭素（Ｃ）、Ｙ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＢ２、ＡｌＦ３、Ｗ２Ｂ５などの焼結助剤が適用され得る。しかし、このような焼結助剤は、２次相（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｐｈａｓｅ）を形成するものと知られており、焼結助剤を添加した焼結によって形成される２次相は、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）の物性に良くない影響を及ぼすことがある。 Boron Carbide (B 4 C) is used as a polishing material or cutting tool material, and for sintering such Boron Carbide (B 4 C) powder, carbon (C), Y 2 O 3 , SiC, Al 2 Sintering aids such as O 3 , TiB 2 , AlF 3 , W 2 B 5 can be applied. However, such a sintering aid is known to form a secondary phase, and the secondary phase formed by sintering with the addition of the sintering aid is boron carbide (B). 4 C) may have a negative effect on the physical properties.
本発明の目的は、優れた特性を有する炭化ホウ素焼結体及びこれを少なくとも一部に含むエッチング装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a boron carbide sintered body having excellent properties and an etching apparatus containing at least a part thereof.
上記目的を達成するために、本発明の一態様は、炭化ホウ素含有粒子がネッキングされたものであって、４００℃で測定した熱伝導度の値が２７Ｗ／（ｍ＊ｋ）以下である炭化ホウ素焼結体を提供する。 In order to achieve the above object, one aspect of the present invention is that boron carbide-containing particles are necked and the value of thermal conductivity measured at 400 ° C. is 27 W / (m * k) or less. Provided is a boron sintered body.
前記炭化ホウ素焼結体は、２５℃で測定した熱伝導度の値と８００℃で測定した熱伝導度の値との比率が１：０．２〜３であるものであってもよい。 The boron carbide sintered body may have a ratio of a thermal conductivity value measured at 25 ° C. to a thermal conductivity value measured at 800 ° C. of 1: 0.2 to 3.
前記粒子は、粒径（Ｄ５０）が１．５μｍ以下であってもよい。 The particles may have a particle size (D 50 ) of 1.5 μm or less.
前記炭化ホウ素焼結体は、表面で測定したＲａ粗さが０．１μｍ〜１．２μｍであってもよい。 The boron carbide sintered body may have a Ra roughness measured on the surface of 0.1 μm to 1.2 μm.
前記炭化ホウ素焼結体は、プラズマエッチング装置内でフッ素イオンと接触してパーティクルを形成しないものであってもよい。 The boron carbide sintered body may be one that does not form particles in contact with fluorine ions in a plasma etching apparatus.
前記炭化ホウ素焼結体は、プラズマエッチング装置内で塩素イオンと接触してパーティクルを形成しないものであってもよい。 The boron carbide sintered body may be one that does not form particles in contact with chlorine ions in a plasma etching apparatus.
前記炭化ホウ素焼結体は、空隙率が３％以下であってもよい。 The boron carbide sintered body may have a porosity of 3% or less.
前記炭化ホウ素焼結体は、表面または断面で観察される気孔の平均直径が５μｍ以下であってもよい。 The boron carbide sintered body may have an average pore diameter of 5 μm or less observed on the surface or cross section.
前記炭化ホウ素焼結体は、表面または断面で観察される気孔の直径が１０μｍ以上である部分の面積が５％以下であってもよい。 In the boron carbide sintered body, the area of the portion where the diameter of the pores observed on the surface or the cross section is 10 μm or more may be 5% or less.
前記炭化ホウ素焼結体は、シリコンに比べて５５％以下のエッチング率を有することができる。 The boron carbide sintered body can have an etching rate of 55% or less as compared with silicon.
前記炭化ホウ素焼結体は、ＣＶＤ−ＳｉＣに比べて７０％以下のエッチング率を有することができる。 The boron carbide sintered body can have an etching rate of 70% or less as compared with CVD-SiC.
本発明の他の一態様は、上述した炭化ホウ素焼結体をその一部または全部に含むエッチング装置用部品を提供する。 Another aspect of the present invention provides an etching apparatus component containing the above-mentioned boron carbide sintered body in a part or all thereof.
本発明の他の一態様は、上述した炭化ホウ素焼結体を少なくともその一部に含むエッチング装置を提供する。 Another aspect of the present invention provides an etching apparatus containing at least a part of the above-mentioned boron carbide sintered body.
前記エッチング装置は、プラズマエッチング装置であってもよい。 The etching apparatus may be a plasma etching apparatus.
本発明の炭化ホウ素焼結体などは、比較的一定の熱伝導度、低いエッチング率（優れた耐食性）などを有する炭化ホウ素焼結体を提供することができる。 The boron carbide sintered body of the present invention can provide a boron carbide sintered body having a relatively constant thermal conductivity, a low etching rate (excellent corrosion resistance), and the like.
本発明の炭化ホウ素焼結体などは、フッ素イオンや塩素イオンのようなハロゲンイオンと反応して実質的にパーティクルを形成しないので、プラズマエッチング装置のようなエッチング装置の少なくとも一部への適用に好適であり、低いエッチング率、反応条件により制御可能な範囲の熱伝導度特性を有するので、エッチング装置において消耗性部品への適用にも好適であり、エッチング効率を向上させることができる。 Since the boron carbide sintered body of the present invention does not substantially form particles by reacting with halogen ions such as fluorine ions and chlorine ions, it can be applied to at least a part of an etching apparatus such as a plasma etching apparatus. Since it is suitable and has thermal conductivity characteristics in a range that can be controlled by a low etching rate and reaction conditions, it is also suitable for application to consumable parts in an etching apparatus, and etching efficiency can be improved.
以下、本発明の属する技術分野における当業者が容易に実施できるように、本発明の実施例について添付の図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。明細書全体にわたって類似する部分に対しては同一の図面符号を付した。 Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention belongs can easily carry out the embodiments. However, the present invention is feasible in a variety of different forms and is not limited to the examples described herein. The same drawing reference numerals are given to similar parts throughout the specification.
本明細書全体において、マーカッシュ形式の表現に含まれた「これらの組み合わせ」という用語は、マーカッシュ形式の表現に記載された構成要素からなる群から選択される１つ以上の混合又は組み合わせを意味するものであって、前記構成要素からなる群から選択される１つ以上を含むことを意味する。 Throughout this specification, the term "combinations of these" included in a Markush-style representation means one or more mixture or combinations selected from the group of components described in the Markush-style representation. It means that it includes one or more selected from the group consisting of the above-mentioned components.
本明細書全体において、「第１」、「第２」又は「Ａ」、「Ｂ」のような用語は、同一の用語を互いに区別するために使用される。また、単数の表現は、文脈上明らかに別の意味を示すものでない限り、複数の表現を含む。 Throughout this specification, terms such as "first", "second" or "A", "B" are used to distinguish the same terms from each other. Also, a singular expression includes multiple expressions unless the context clearly indicates a different meaning.
本明細書において、単数の表現は、特に説明がなければ、文脈上解釈される単数又は複数を含む意味で解釈される。 In the present specification, the expression of the singular is interpreted to include the singular or the plural, which is interpreted in context, unless otherwise specified.
本明細書において、炭化ホウ素は、ホウ素と炭素をベース（ｂａｓｅ）とするあらゆる化合物を指す。前記炭化ホウ素は、炭化ホウ素材料に添加剤及び／又はドーピング材料が含まれているまたは含まれていないものであってもよく、具体的には、ホウ素と炭素との合計が９０モル％以上であるものであり、９５モル％以上であるものであってもよく、９８モル％以上であるものであってもよく、９９モル％であるものであってもよい。本明細書において、炭化ホウ素は、単一相又は複合相であってもよく、これらが混合されたものであってもよい。炭化ホウ素の単一相は、ホウ素及び炭素の化学量論的相（ｐｈａｓｅ）、及び化学量論的組成から外れた非化学量論的相の両方を含み、複合相とは、ホウ素及び炭素をベース（ｂａｓｅ）とする化合物のうちの少なくとも２つが所定の比率で混合されたことをいう。また、本明細書での炭化ホウ素は、前記炭化ホウ素の単一相又は複合相に不純物が追加されて固溶体をなす場合、または炭化ホウ素を製造する工程で不可避に追加される不純物が混入された場合のいずれも含む。前記不純物の例としては、鉄、銅、クロム、ニッケル、アルミニウムなどの金属などが挙げられる。 As used herein, boron carbide refers to any compound that is based on boron and carbon. The boron carbide may contain or do not contain additives and / or doping materials in the boron carbide material, and specifically, the total of boron and carbon is 90 mol% or more. It may be 95 mol% or more, 98 mol% or more, or 99 mol% or more. In the present specification, boron carbide may be a single phase or a composite phase, or a mixture thereof. A single phase of boron carbide contains both a stoichiometric phase of boron and carbon and a non-stoichiometric phase that deviates from the stoichiometric composition, and the composite phase refers to boron and carbon. It means that at least two of the compounds to be used as a base are mixed in a predetermined ratio. Further, the boron carbide in the present specification is mixed with impurities that are inevitably added in the case where impurities are added to the single phase or the composite phase of the boron carbide to form a solid solution, or in the process of producing boron carbide. Including any of the cases. Examples of the impurities include metals such as iron, copper, chromium, nickel and aluminum.
以下、本発明をより詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
前記目的を達成するために、本発明の一実施例に係る炭化ホウ素焼結体は、炭化ホウ素含有粒子がネッキングされたものであって、４００℃で測定した熱伝導度の値が２７Ｗ／（ｍ＊ｋ）以下である。 In order to achieve the above object, the boron carbide sintered body according to the embodiment of the present invention has boron carbide-containing particles necked, and the value of thermal conductivity measured at 400 ° C. is 27 W / (. m * k) or less.
前記炭化ホウ素焼結体は、２５℃で測定した熱伝導度の値（ＨＣ２５）と、８００℃で測定した熱伝導度の値（ＨＣ８００）との比率（ＨＣ２５：ＨＣ８００）が１：０．２〜３である特徴を有することができる。具体的には、前記比率（ＨＣ２５：ＨＣ８００）が１：０．２６〜１であってもよく、１：０．２６〜０．６であってもよい。 The boron carbide sintered body has a ratio (HC 25 : HC 800 ) of a thermal conductivity value (HC 25 ) measured at 25 ° C. and a thermal conductivity value (HC 800) measured at 800 ° C. : Can have a feature of 0.2-3. Specifically, the ratio (HC 25 : HC 800 ) may be 1: 0.26 to 1, or 1: 0.26 to 0.6.
このような熱伝導度の値を有する場合、前記焼結体が適用される雰囲気の温度の変化が大きくても、熱伝導度の値が一定の範囲内の値を有するので、温度変化が大きい雰囲気に適用しても比較的一定の熱的特性を有することができ、安定的に工程の進行が可能である。前記焼結体の熱伝導度を調節するために、シリコンカーバイドまたはシリコンなどの添加剤が使用されてもよい。 When having such a value of thermal conductivity, even if the temperature change of the atmosphere to which the sintered body is applied is large, the value of thermal conductivity has a value within a certain range, so that the temperature change is large. Even if it is applied to an atmosphere, it can have relatively constant thermal characteristics, and the process can proceed stably. Additives such as silicon carbide or silicon may be used to adjust the thermal conductivity of the sintered body.
前記焼結体の熱伝導度は、２５〜８００℃から選択されたいずれかの温度で約６０Ｗ／（ｍ＊ｋ）以下であってもよく、約４０Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以下であってもよく、約３０Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以下であってもよく、約２７Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以下であってもよい。また、前記焼結体の熱伝導度は、２５〜８００℃から選択されたいずれかの温度で約４Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以上であってもよく、約５Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以上であってもよい。 The thermal conductivity of the sintered body may be about 60 W / (m * k) or less at any temperature selected from 25 to 800 ° C., and may be about 40 W / (m * K) or less. It may be about 30 W / (m * K) or less, or about 27 W / (m * K) or less. Further, the thermal conductivity of the sintered body may be about 4 W / (m * K) or more at any temperature selected from 25 to 800 ° C., and is about 5 W / (m * K) or more. There may be.
前記焼結体の熱伝導度は、２５℃で約８０Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以下であってもよく、約３１Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以下であってもよい。また、前記焼結体の熱伝導度は、２５℃で約２０Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以上であってもよく、約２２Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以上であってもよい。 The thermal conductivity of the sintered body may be about 80 W / (m * K) or less at 25 ° C., or about 31 W / (m * K) or less. Further, the thermal conductivity of the sintered body may be about 20 W / (m * K) or more at 25 ° C., or about 22 W / (m * K) or more.
前記焼結体の熱伝導度は、４００℃で約７０Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以下であってもよく、約２２Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以下であってもよい。また、前記焼結体の熱伝導度は、４００℃で約７Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以上であってもよく、約８Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以上であってもよい。 The thermal conductivity of the sintered body may be about 70 W / (m * K) or less at 400 ° C., or about 22 W / (m * K) or less. Further, the thermal conductivity of the sintered body may be about 7 W / (m * K) or more at 400 ° C., or about 8 W / (m * K) or more.
前記焼結体の熱伝導度は、８００℃で約５０Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以下であってもよく、約１６Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以下であってもよい。また、前記焼結体の熱伝導度は、８００℃で約５Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以上であってもよく、約６Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以上であってもよい。 The thermal conductivity of the sintered body may be about 50 W / (m * K) or less at 800 ° C., or about 16 W / (m * K) or less. Further, the thermal conductivity of the sintered body may be about 5 W / (m * K) or more at 800 ° C., or about 6 W / (m * K) or more.
このような熱伝導度を有する場合、焼結体がより優れた耐エッチング性を有することができる。 When having such thermal conductivity, the sintered body can have more excellent etching resistance.
前記焼結体は、粒径（Ｄ５０）が１．５μｍ以下である炭化ホウ素含有粒子が焼結及びネッキングされたものであり得る。具体的な焼結及びネッキングする方法についての内容は、後述する製造方法についての説明と重複するので、その記載を省略する。 The sintered body may be obtained by sintering and necking boron carbide-containing particles having a particle size (D 50) of 1.5 μm or less. Since the content of the specific sintering and necking method overlaps with the description of the manufacturing method described later, the description thereof will be omitted.
前記炭化ホウ素焼結体のＲａ粗さは約１．０μｍ〜約１．２μｍであり得る。前記ポリッシングされた焼結体のＲａ粗さは約０．２μｍ〜約０．４μｍであり得る。前記測定には３次元測定器を適用することができる。このような表面粗さを有する前記炭化ホウ素焼結体は、より滑らかな表面を有することで、エッチング装置の一部、またはエッチング装置に適用される部品の一部又は全部に適用されても、優れた物性を示すことができる。 The Ra roughness of the boron carbide sintered body can be from about 1.0 μm to about 1.2 μm. The Ra roughness of the polished sintered body can be from about 0.2 μm to about 0.4 μm. A three-dimensional measuring device can be applied to the measurement. By having a smoother surface, the boron carbide sintered body having such a surface roughness may be applied to a part of an etching apparatus or a part or all of parts applied to the etching apparatus. It can show excellent physical properties.
前記炭化ホウ素焼結体の空隙率は約１０％以下であってもよい。より詳細には、前記炭化ホウ素焼結体の空隙率は約５％以下であってもよい。より詳細には、前記炭化ホウ素焼結体の空隙率は約３％以下であってもよい。より詳細には、前記炭化ホウ素焼結体の空隙率は約２％以下であってもよい。より詳細には、前記炭化ホウ素焼結体の空隙率は約１％以下であってもよい。より詳細には、前記炭化ホウ素焼結体の空隙率は約０．５％以下であってもよい。より詳細には、前記炭化ホウ素焼結体の空隙率は約０．１％以下であってもよい。前記炭化ホウ素焼結体の空隙率は約０．００１％以上であってもよい。このように空隙率の低い焼結体は、粒子間の炭素領域などがより低い焼結体を意味し、より強い耐食性を有することができる。 The porosity of the boron carbide sintered body may be about 10% or less. More specifically, the porosity of the boron carbide sintered body may be about 5% or less. More specifically, the porosity of the boron carbide sintered body may be about 3% or less. More specifically, the porosity of the boron carbide sintered body may be about 2% or less. More specifically, the porosity of the boron carbide sintered body may be about 1% or less. More specifically, the porosity of the boron carbide sintered body may be about 0.5% or less. More specifically, the porosity of the boron carbide sintered body may be about 0.1% or less. The porosity of the boron carbide sintered body may be about 0.001% or more. Such a sintered body having a low porosity means a sintered body having a lower carbon region between particles, and can have stronger corrosion resistance.
前記炭化ホウ素焼結体において、前記断面を基準として気孔の平均直径は５μｍ以下であり得る。このとき、前記気孔の平均直径は、前記気孔の断面積と同じ面積の円の直径で導出する。前記気孔の平均直径は３μｍ以下であってもよい。より詳細には、前記気孔の平均直径は１μｍ以下であってもよい。また、前記気孔の全面積を基準として、前記気孔の直径が１０μｍ以上である部分の面積は、５％以下であり得る。これは、前記炭化ホウ素焼結体は、相対的に緻密な構造を有し、焼結体全体的にこのような緻密な構造がよく分布しているということを意味する。また、前記炭化ホウ素焼結体は、このように緻密な構造を有するので、向上した耐食性を有することができる。 In the boron carbide sintered body, the average diameter of the pores may be 5 μm or less with respect to the cross section. At this time, the average diameter of the pores is derived by the diameter of a circle having the same area as the cross-sectional area of the pores. The average diameter of the pores may be 3 μm or less. More specifically, the average diameter of the pores may be 1 μm or less. Further, the area of the portion where the diameter of the pores is 10 μm or more can be 5% or less based on the total area of the pores. This means that the boron carbide sintered body has a relatively dense structure, and such a dense structure is well distributed throughout the sintered body. Further, since the boron carbide sintered body has such a dense structure, it can have improved corrosion resistance.
前記炭化ホウ素焼結体は、金属性副産物（不純物）が５００ｐｐｍ以下で含有されてもよく、３００ｐｐｍ以下で含有されてもよく、１００ｐｐｍ以下で含有されてもよく、１０ｐｐｍ以下であってもよく、１ｐｐｍ以下であってもよく、実質的に金属性副産物（不純物）を含まなくてもよい。 The boron carbide sintered body may contain a metallic by-product (impurity) of 500 ppm or less, 300 ppm or less, 100 ppm or less, or 10 ppm or less. It may be 1 ppm or less, and may be substantially free of metallic by-products (impurities).
前記炭化ホウ素焼結体は、エッチング装置内でハロゲンイオンと反応してパーティクル（粒子性の異物）を形成しない利点を有することができる。このとき、前記パーティクルは、粒径１μｍ以上の物質をいう。具体的には、前記炭化ホウ素焼結体は、プラズマエッチング装置内でフッ素イオンと反応してパーティクルを形成しないことができる。具体的には、前記炭化ホウ素焼結体は、プラズマエッチング装置内で塩素イオンと反応してパーティクルを形成しないことができる。このような特徴は、イリジウムなどを適用した焼結体がハロゲンイオンと反応して粒子性の異物を形成し得るという点などと区別されるものであって、前記炭化ホウ素焼結体がエッチング装置内に適用されるのに有利であるという特徴を有する。 The boron carbide sintered body can have an advantage that it does not react with halogen ions in the etching apparatus to form particles (particulate foreign substances). At this time, the particles refer to substances having a particle size of 1 μm or more. Specifically, the boron carbide sintered body can react with fluorine ions in a plasma etching apparatus to prevent particles from being formed. Specifically, the boron carbide sintered body can react with chlorine ions in a plasma etching apparatus to prevent particles from being formed. Such a feature is distinguished from the fact that a sintered body to which iridium or the like is applied can react with halogen ions to form particulate foreign matter, and the boron carbide sintered body is an etching apparatus. It has the characteristic that it is advantageous to be applied within.
前記炭化ホウ素焼結体は、低エッチング率の特徴を有する。具体的には、シリコン（Ｓｉ、単結晶シリコン、グローイング法で製造したもの）のエッチング率が１００％であるとき、前記炭化ホウ素焼結体は、５５％以下のエッチング率を有することができ、１０〜５０％のエッチング率を有することができ、または２０〜４５％のエッチング率を有することができる。このようなエッチング率特性は、厚さ減少率（％）に基づいた評価であって、具体的には、前記のエッチング率は、プラズマ装置でＲＦ ｐｏｗｅｒを２，０００Ｗ、露出時間を２８０ｈｒとして適用した同一の条件でエッチングされる割合を評価した結果である。 The boron carbide sintered body is characterized by a low etching rate. Specifically, when the etching rate of silicon (Si, single crystal silicon, manufactured by the glowing method) is 100%, the boron carbide sintered body can have an etching rate of 55% or less. It can have an etching rate of 10 to 50%, or it can have an etching rate of 20 to 45%. Such an etching rate characteristic is an evaluation based on a thickness reduction rate (%). Specifically, the etching rate is applied with an RF power of 2,000 W and an exposure time of 280 hr in a plasma apparatus. This is the result of evaluating the ratio of etching under the same conditions.
前記炭化ホウ素焼結体の低エッチング率の特徴は、ＣＶＤ−ＳｉＣと比較して遥かに優れる結果、非常に優れた耐エッチング率を示す。より具体的には、前記炭化ホウ素焼結体は、ＣＶＤ−ＳｉＣのエッチング率を１００％とするとき、７０％以下のエッチング率を有することができる。 The feature of the low etching rate of the boron carbide sintered body is far superior to CVD-SiC, and as a result, it exhibits a very excellent etching resistance. More specifically, the boron carbide sintered body can have an etching rate of 70% or less when the etching rate of CVD-SiC is 100%.
前記炭化ホウ素焼結体は、高抵抗、中抵抗、または低抵抗の特性を有することができる。 The boron carbide sintered body can have high resistance, medium resistance, or low resistance properties.
具体的には、高抵抗特性を有する炭化ホウ素焼結体は、約１０Ω・ｃｍ〜約１０３Ω・ｃｍの比抵抗を有することができる。このとき、前記高抵抗炭化ホウ素焼結体は、主に炭化ホウ素で形成され、焼結特性改善剤としてシリコンカーバイドまたはシリコンナイトライドを含むことができる。 Specifically, boron carbide sintered body having a high resistance characteristic may have a resistivity of about 10 [Omega · cm to about 10 3 Ω · cm. At this time, the high-resistance boron carbide sintered body is mainly formed of boron carbide, and may contain silicon carbide or silicon nitride as a sintering property improving agent.
具体的には、中抵抗特性を有する炭化ホウ素焼結体は、約１Ω・ｃｍ〜１０Ω・ｃｍ未満の比抵抗を有することができる。このとき、前記中抵抗炭化ホウ素焼結体は、主に炭化ホウ素で形成され、焼結特性改善剤としてボロンナイトライドを含むことができる。 Specifically, a boron carbide sintered body having medium resistance characteristics can have a specific resistance of less than about 1 Ω · cm to 10 Ω · cm. At this time, the medium-resistance boron carbide sintered body is mainly formed of boron carbide, and can contain boron nitride as a sintering property improving agent.
具体的には、低抵抗特性を有する炭化ホウ素焼結体は、約１０−１Ω・ｃｍ〜約１０−２Ω・ｃｍの比抵抗を有することができる。このとき、前記低抵抗炭化ホウ素焼結体は、主に炭化ホウ素で形成され、焼結特性改善剤としてカーボンを含むことができる。 Specifically, boron carbide sintered body having a low resistance characteristic may have a resistivity of about 10 -1 Ω · cm~ about 10 -2 Ω · cm. At this time, the low-resistance boron carbide sintered body is mainly formed of boron carbide and can contain carbon as a sintering property improving agent.
より具体的には、前記炭化ホウ素焼結体は、５．０Ω・ｃｍ以下の低抵抗特性を有することができ、１．０Ω・ｃｍ以下の低抵抗特性を有することができ、または８×１０−１Ω・ｃｍ以下の低抵抗特性を有することができる。 More specifically, the boron carbide sintered body can have a low resistance characteristic of 5.0 Ω · cm or less, a low resistance characteristic of 1.0 Ω · cm or less, or 8 × 10. It can have low resistance characteristics of -1 Ω · cm or less.
本発明の炭化ホウ素焼結体は低エッチング率の特性を有し、断面観察の結果から、全体的に均一でかつ減少した炭素領域などの優れた微細構造特性を有するので、耐エッチング性部材などその活用度に優れる。 The boron carbide sintered body of the present invention has the property of low etching rate, and from the result of cross-sectional observation, it has excellent microstructural properties such as a carbon region that is uniform and reduced as a whole. Excellent in its utilization.
本発明の他の一実施例に係るエッチング装置は、上述した炭化ホウ素焼結体を少なくともその一部に含む。具体的には、前記炭化ホウ素焼結体は、プラズマ反応器の壁、処理ガス用ノズル、処理ガス用シャワーヘッドなどに適用することができる。 The etching apparatus according to another embodiment of the present invention includes the above-mentioned boron carbide sintered body as at least a part thereof. Specifically, the boron carbide sintered body can be applied to a wall of a plasma reactor, a nozzle for processing gas, a shower head for processing gas, and the like.
本発明の他の一実施例に係るエッチング装置用部品は、上述した炭化ホウ素焼結体を少なくともその一部に含むか、または前記炭化ホウ素焼結体からなることができる。具体的には、前記炭化ホウ素焼結体は、フォーカスリング、エッジリングなどの消耗性部品に適用することができ、エッチング装置が行うエッチング工程において不良率をさらに低減すると共に、より長く消耗性部品が適用されるようにすることができ、さらに効率を向上させることができる。 The parts for an etching apparatus according to another embodiment of the present invention may include the above-mentioned boron carbide sintered body as at least a part thereof, or may be made of the above-mentioned boron carbide sintered body. Specifically, the boron carbide sintered body can be applied to consumable parts such as a focus ring and an edge ring, further reducing the defect rate in the etching process performed by the etching apparatus, and making the consumable parts longer. Can be applied, and efficiency can be further improved.
本発明の更に他の一実施例に係る炭化ホウ素焼結体の製造方法は、１次成形ステップ及び焼結体形成ステップを含む。前記製造方法は、前記１次成形ステップの前に顆粒化ステップをさらに含むことができる。前記製造方法は、前記焼結体形成ステップの後に加工ステップをさらに含むことができる。 The method for producing a boron carbide sintered body according to still another embodiment of the present invention includes a primary molding step and a sintered body forming step. The manufacturing method can further include a granulation step prior to the primary molding step. The manufacturing method can further include a processing step after the sintered body forming step.
前記顆粒化ステップは、炭素、ホウ素、炭化ホウ素またはこれらの混合物を含有する原料物質を溶媒と混合してスラリー化された原料物質を製造するスラリー化過程、そして、前記スラリー化された原料物質を乾燥させて球状の顆粒原料物質として製造する顆粒化過程を含む。 The granulation step is a slurry process of mixing a raw material containing carbon, boron, boron carbide or a mixture thereof with a solvent to produce a slurry raw material, and the slurry raw material. It involves a granulation process that is dried to produce as a spherical granule raw material.
前記原料物質は、炭化ホウ素と焼結特性改善剤を含む原料物質であってもよい。 The raw material may be a raw material containing boron carbide and a sintering property improving agent.
前記炭化ホウ素（ボロンカーバイド、ｂｏｒｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ）はＢ４Ｃに代表され、前記原料物質の炭化ホウ素は、粉末状の炭化ホウ素が適用され得る。 The boron carbide (boron carbide, boron carbide) is represented by B 4 C, boron carbide of the raw materials, powdered boron carbide may be applied.
前記炭化ホウ素粉末は、Ｄ５０を基準として、約１．５μｍ以下の平均粒径を有することができ、約０．３μｍ〜約１．５μｍの平均粒径を有することができ、または約０．４μｍ〜約１．０μｍの平均粒径を有することができる。また、前記炭化ホウ素粉末は、Ｄ５０を基準として、約０．４μｍ〜約０．８μｍの平均粒径を有することができる。平均粒径が過度に大きい炭化ホウ素粉末を適用する場合には、製造された焼結体の密度が低下し、耐食性が低下することがあり、粒径が過度に小さい場合には、作業性が低下したり、生産性が低下したりすることがある。 The boron carbide powder, based on the D 50, may have an average particle size of less than or equal to about 1.5 [mu] m, it may have an average particle size of about 0.3μm~ about 1.5 [mu] m, or about 0. It can have an average particle size of 4 μm to about 1.0 μm. Further, the boron carbide powder can have an average particle size of about 0.4 μm to about 0.8 μm with reference to D 50. When a boron carbide powder having an excessively large average particle size is applied, the density of the produced sintered body may decrease and the corrosion resistance may decrease. If the particle size is excessively small, the workability may be reduced. It may be reduced or productivity may be reduced.
前記焼結特性改善剤は、前記原料物質に含まれて炭化ホウ素焼結体の物性を向上させる。具体的には、前記焼結特性改善剤は、カーボン、ボロンオキサイド、シリコン、シリコンカーバイド、シリコンオキサイド、ボロンナイトライド、シリコンナイトライド及びこれらの組み合わせからなる群から選択されたいずれか１つであってもよい。 The sintering property improving agent is contained in the raw material and improves the physical properties of the boron carbide sintered body. Specifically, the sintering property improving agent is any one selected from the group consisting of carbon, boron oxide, silicon, silicon carbide, silicon oxide, boron nitride, silicon nitride, and combinations thereof. You may.
前記焼結特性改善剤は、前記原料物質全体を基準として、約０．１重量％〜約３０重量％含有されてもよく、１〜２５重量％含有されてもよく、または５〜２５重量％含有されてもよい。前記焼結特性改善剤が、前記原料物質全体を基準として０．１重量％未満で含まれる場合、焼結特性の改善効果が僅かであり、３０重量％を超えて含まれる場合には、むしろ焼結体の強度を低下させることがある。 The sintering property improving agent may be contained in an amount of about 0.1% by weight to about 30% by weight, may be contained in an amount of 1 to 25% by weight, or is contained in an amount of 5 to 25% by weight based on the entire raw material. It may be contained. When the sintering property improving agent is contained in an amount of less than 0.1% by weight based on the whole raw material, the effect of improving the sintering property is slight, and when it is contained in an amount of more than 30% by weight, rather. It may reduce the strength of the sintered body.
前記原料物質は、前記焼結特性改善剤以外の残量として、炭化ホウ素粉末などの炭化ホウ素原料を含むことができる。 The raw material may contain a boron carbide raw material such as boron carbide powder as a residual amount other than the sintering property improving agent.
前記焼結特性改善剤は、ボロンオキサイド、カーボンまたはこれらの組み合わせを含むことができる。 The sintering property improving agent can include boron oxide, carbon, or a combination thereof.
前記焼結特性改善剤としてカーボンが適用される場合、前記カーボンは樹脂の形態で添加されてもよく、前記樹脂が炭化工程を通じて炭化した形態のカーボンとして適用されてもよい。前記樹脂の炭化工程は、通常の高分子樹脂を炭化させる工程が適用され得る。 When carbon is applied as the sintering property improving agent, the carbon may be added in the form of a resin, or may be applied as carbon in a form in which the resin is carbonized through a carbonization step. As the carbonization step of the resin, a step of carbonizing a normal polymer resin can be applied.
前記焼結特性改善剤としてカーボンが適用される場合、前記カーボンは、１〜３０重量％で適用されてもよく、５〜３０重量％で適用されてもよく、８〜２８重量％で適用されてもよく、または１３〜２３重量％で適用されてもよい。このような含量で前記焼結特性改善剤としてカーボンを適用する場合、粒子間のネッキング現象が増加し、粒子サイズが比較的大きく、相対密度が比較的高い炭化ホウ素焼結体を得ることができる。ただし、前記カーボンを３０重量％を超えて含む場合、残留炭素によるカーボン領域の発生により硬度が減少することがある。 When carbon is applied as the sintering property improving agent, the carbon may be applied in an amount of 1 to 30% by weight, an amount of 5 to 30% by weight, or an amount of 8 to 28% by weight. It may be applied at 13-23% by weight. When carbon is applied as the sintering property improving agent at such a content, the necking phenomenon between particles increases, and a boron carbide sintered body having a relatively large particle size and a relatively high relative density can be obtained. .. However, when the carbon content exceeds 30% by weight, the hardness may decrease due to the generation of carbon regions due to residual carbon.
前記焼結特性改善剤はボロンオキサイドを適用することができる。前記ボロンオキサイドはＢ２Ｏ３に代表されるものであって、前記ボロンオキサイドを適用すると、焼結体の気孔内に存在する炭素との化学反応などを通じて炭化ホウ素を生成し、残留炭素の排出を助けることで、より緻密化された焼結体を提供することができる。 Boron oxide can be applied as the sintering property improving agent. The boron oxide is typified by B 2 O 3 , and when the boron oxide is applied, boron carbide is generated through a chemical reaction with carbon existing in the pores of the sintered body, and residual carbon is discharged. By helping to provide a more compact sintered body.
前記焼結特性改善剤として前記ボロンオキサイドと前記カーボンが共に適用される場合、前記焼結体の相対密度をさらに高めることができ、これは、気孔内に存在するカーボン領域が減少し、より緻密度が向上した焼結体を製造することができる。 When both the boron oxide and the carbon are applied as the sintering property improving agent, the relative density of the sintered body can be further increased, which reduces the carbon region existing in the pores and makes it more dense. A sintered body with an improved degree can be produced.
前記ボロンオキサイドと前記カーボンは、１：０．８〜４の重量比で適用されてもよく、１：１．２〜３の重量比で適用されてもよく、または１：１．５〜２．５の重量比で適用されてもよい。このような場合、より相対密度が向上した焼結体を得ることができる。より具体的には、前記原料物質は、前記ボロンオキサイドを１〜９重量％、そして、前記カーボンを５〜１５重量％含有することができ、このような場合、緻密度が非常に優れ、欠陥の少ない焼結体を製造することができる。 The boron oxide and the carbon may be applied in a weight ratio of 1: 0.8 to 4, may be applied in a weight ratio of 1: 1.2 to 3, or 1: 1.5 to 2. It may be applied in a weight ratio of .5. In such a case, a sintered body having a higher relative density can be obtained. More specifically, the raw material can contain 1-9% by weight of the boron oxide and 5-15% by weight of the carbon, in which case the density is very good and defects. It is possible to produce a sintered body with a small amount of carbon dioxide.
また、前記焼結特性改善剤は、その融点が約１００℃〜約１０００℃であってもよい。より詳細には、前記添加剤の融点は約１５０℃〜約８００℃であってもよい。前記添加剤の融点は約２００℃〜約４００℃であってもよい。これによって、前記添加剤は、前記原料物質が焼結される過程で前記炭化ホウ素の間に容易に拡散することができる。 Further, the sintering property improving agent may have a melting point of about 100 ° C. to about 1000 ° C. More specifically, the melting point of the additive may be from about 150 ° C to about 800 ° C. The melting point of the additive may be from about 200 ° C to about 400 ° C. Thereby, the additive can be easily diffused between the boron carbides in the process of sintering the raw material.
前記顆粒化ステップにおいてスラリー化のために適用される溶媒は、エタノールなどのようなアルコール、または水が適用されてもよい。前記溶媒は、前記スラリー全体を基準として約６０体積％〜約８０体積％の含量で適用され得る。 Alcohol such as ethanol or water may be applied as the solvent applied for slurrying in the granulation step. The solvent can be applied in a content of about 60% to about 80% by volume based on the whole slurry.
前記スラリー化過程はボールミル方式を適用することができる。前記ボールミル方式は、具体的にポリマーボールを適用することができ、前記スラリー配合工程は、約５時間〜約２０時間行うことができる。 A ball mill method can be applied to the slurrying process. In the ball mill method, polymer balls can be specifically applied, and the slurry blending step can be carried out for about 5 hours to about 20 hours.
また、前記顆粒化工程は、前記スラリーが噴射されながら、前記スラリーに含まれた溶媒が蒸発などによって除去され、原料物質が顆粒化される方式で行うことができる。このように製造される顆粒化された原料物質粒子は、粒子自体が全体的に丸い形状を有し、粒度が比較的一定であるという特徴を有する。 Further, the granulation step can be performed by a method in which the solvent contained in the slurry is removed by evaporation or the like while the slurry is injected, and the raw material is granulated. The granulated raw material particles produced in this manner are characterized in that the particles themselves have a round shape as a whole and the particle size is relatively constant.
前記顆粒化された原料物質粒子の直径は、Ｄ５０を基準として、約０．３μｍ〜約１．５μｍであってもよく、約０．４μｍ〜約１．０μｍであってもよく、または約０．４μｍ〜約０．８μｍであってもよい。 The diameter of the granulated raw material particles, based on the D 50, may be about 0.3μm~ about 1.5 [mu] m, may be from about 0.4μm~ about 1.0 .mu.m, or about It may be 0.4 μm to about 0.8 μm.
このように顆粒化された原料物質粒子を適用すると、後述する１次成形ステップにおいてグリーン体（green body）の製造時にモールドへの充填が容易であり、作業性がより向上することができる。 When the raw material particles granulated in this way are applied, the mold can be easily filled during the production of the green body in the primary molding step described later, and the workability can be further improved.
前記１次成形ステップは、炭化ホウ素を含有する原料物質を成形してグリーン体を製造するステップである。具体的には、前記成形は、前記原料物質をモールド（ゴムなど）に入れ、加圧する方式が適用され得る。より具体的には、前記成形は、冷間等方圧加圧法（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ、ＣＩＰ）が適用され得る。 The primary molding step is a step of molding a raw material containing boron carbide to produce a green body. Specifically, for the molding, a method of putting the raw material in a mold (rubber or the like) and pressurizing the material can be applied. More specifically, a cold isostatic pressing method (CIP) can be applied to the molding.
前記１次成形ステップを冷間等方圧加圧法を適用して行う場合、圧力は、約１００ＭＰａ〜約２００ＭＰａを適用することがより効率的である。 When the primary molding step is performed by applying the cold isotropic pressure pressurization method, it is more efficient to apply a pressure of about 100 MPa to about 200 MPa.
前記グリーン体は、製造される焼結体の用途に適した大きさ及び形状を考慮して製造できる。 The green body can be manufactured in consideration of the size and shape suitable for the use of the sintered body to be manufactured.
前記グリーン体は、製造しようとする最終焼結体の大きさより多少大きい大きさに形成することがよく、焼結体の強度がグリーン体の強度よりも強いので、焼結体の加工時間を短縮する目的で、前記１次成形ステップの後にグリーン体から不要な部分を除去する形状加工過程をさらに行うことができる。 The green body is often formed into a size slightly larger than the size of the final sintered body to be manufactured, and the strength of the sintered body is stronger than the strength of the green body, so that the processing time of the sintered body is shortened. For the purpose of this, a shape processing process for removing unnecessary portions from the green body can be further performed after the primary molding step.
前記焼結体形成ステップは、前記グリーン体を炭化及び焼結させて炭化ホウ素焼結体を製造するステップである。 The sintered body forming step is a step of carbonizing and sintering the green body to produce a boron carbide sintered body.
前記炭化は、約６００℃〜約９００℃の温度で行うことができ、このような過程でグリーン体内のバインダーや不要な異物などが除去され得る。 The carbonization can be carried out at a temperature of about 600 ° C. to about 900 ° C., and in such a process, the binder in the green body and unnecessary foreign substances can be removed.
前記焼結は、約１８００℃〜約２５００℃の焼結温度で約１０時間〜約２０時間の焼結時間の間維持する方式で行うことができる。このような焼結過程で原料物質粒子間の成長及びネッキングが行われ、緻密化された焼結体を得ることができる。 The sintering can be carried out by a method of maintaining the sintering temperature at about 1800 ° C. to about 2500 ° C. for a sintering time of about 10 hours to about 20 hours. In such a sintering process, growth and necking between the raw material particles are performed, and a densified sintered body can be obtained.
前記焼結を、具体的に昇温、維持、冷却の温度プロファイルで行うことができ、具体的に１次昇温−１次温度維持−２次昇温−２次温度維持−３次昇温−３次温度維持−冷却の温度プロファイルで行うことができる。 The sintering can be carried out specifically with a temperature profile of temperature rise, maintenance and cooling, and specifically, primary temperature rise-primary temperature maintenance-secondary temperature rise-secondary temperature maintenance-third temperature rise. It can be done with the -3rd temperature maintenance-cooling temperature profile.
前記焼結における昇温速度は、約１℃／分〜約１０℃／分であってもよい。より詳細には、前記焼結での昇温速度は、約２℃／分〜約５℃／分であってもよい。 The heating rate in the sintering may be about 1 ° C./min to about 10 ° C./min. More specifically, the rate of temperature rise in the sintering may be about 2 ° C./min to about 5 ° C./min.
前記焼結において、約１００℃〜約２５０℃の温度が約２０分〜約４０分間維持され得る。また、前記焼結において、約２５０℃〜約３５０℃の温度区間が約４時間〜約８時間維持され得る。また、前記焼結において、約３６０℃〜約５００℃の温度区間が約４時間〜約８時間維持され得る。前記のような温度区間で一定時間維持される場合、前記添加剤がより容易に拡散することができ、より均一な相の炭化ホウ素焼結体を製造することができる。 In the sintering, a temperature of about 100 ° C. to about 250 ° C. can be maintained for about 20 minutes to about 40 minutes. Further, in the sintering, a temperature interval of about 250 ° C. to about 350 ° C. can be maintained for about 4 hours to about 8 hours. Further, in the sintering, a temperature interval of about 360 ° C. to about 500 ° C. can be maintained for about 4 hours to about 8 hours. When maintained in the temperature interval as described above for a certain period of time, the additive can be diffused more easily, and a boron carbide sintered body having a more uniform phase can be produced.
前記焼結は、約１８００℃〜約２５００℃の温度区間が約１０時間〜約２０時間維持され得る。このような場合、より強固な焼結体を製造することができる。 The sintering can be maintained in a temperature interval of about 1800 ° C to about 2500 ° C for about 10 hours to about 20 hours. In such a case, a stronger sintered body can be produced.
前記焼結での冷却速度は、約１℃／分〜約１０℃／分であってもよい。より詳細には、前記焼結での冷却速度は、約２℃／分〜約５℃／分であってもよい。 The cooling rate in the sintering may be about 1 ° C./min to about 10 ° C./min. More specifically, the cooling rate in the sintering may be from about 2 ° C./min to about 5 ° C./min.
前記焼結体形成ステップで製造された炭化ホウ素焼結体は、さらに面加工及び／又は形状加工を含む加工ステップを経ることができる。 The boron carbide sintered body produced in the sintered body forming step can further undergo a processing step including surface processing and / or shape processing.
前記面加工は、前記焼結体の面を平坦化する作業であり、通常のセラミックを平坦化するのに適用される方法を適用できる。 The surface processing is an operation of flattening the surface of the sintered body, and a method applied to flattening ordinary ceramics can be applied.
前記形状加工は、前記焼結体の一部を除去したり削ったりして意図する形状を有するように加工する過程である。前記形状加工は、前記炭化ホウ素焼結体が緻密度に優れ、強度が強い点を考慮して、放電加工の方式で行うことができ、具体的には放電ワイヤー加工方式で行うことができる。 The shape processing is a process of removing or scraping a part of the sintered body to process it so as to have an intended shape. The shape processing can be performed by an electric discharge machining method in consideration of the fact that the boron carbide sintered body has excellent density and high strength, and specifically, it can be performed by an electric discharge wire machining method.
具体的には、前記焼結体を水槽に入れ、前記焼結体及びワイヤーにそれぞれ直流電源を接続した後、前記ワイヤーが往復運動しながら、前記焼結体から除去しようとする部分をカッティングすることができる。このとき、前記直流電源の電圧は、約１００ボルト〜約１２０ボルトであってもよく、加工速度は、約２ｍｍ／分〜約７ｍｍ／分であってもよく、ワイヤーのスピードは、約１０ｒｐｍ〜約１５ｒｐｍであってもよく、ワイヤーの張力は、約８ｇ〜約１３ｇであってもよく、前記ワイヤーの直径は、約０．１ｍｍ〜約０．５ｍｍであってもよい。 Specifically, the sintered body is placed in a water tank, a DC power supply is connected to the sintered body and the wire, respectively, and then the wire moves reciprocating to cut a portion to be removed from the sintered body. be able to. At this time, the voltage of the DC power supply may be about 100 volts to about 120 volts, the machining speed may be about 2 mm / min to about 7 mm / min, and the wire speed may be about 10 rpm to. It may be about 15 rpm, the tension of the wire may be from about 8 g to about 13 g, and the diameter of the wire may be from about 0.1 mm to about 0.5 mm.
このように製造される前記焼結体は、上述した特徴を有する。 The sintered body produced in this way has the above-mentioned characteristics.
本発明の他の一実施例に係る炭化ホウ素焼結体の製造方法は、準備ステップ、配置ステップ、及び成形ステップを含む。 A method for producing a boron carbide sintered body according to another embodiment of the present invention includes a preparation step, an arrangement step, and a molding step.
前記準備ステップは、炭化ホウ素を含有する原料物質を、成形ダイ内に位置する中空に装入させるステップである。 The preparatory step is a step of charging a raw material containing boron carbide into a hollow located in a molding die.
前記中空は、円筒状または円盤状であってもよく、互いにその大きさ及び高さが異なる２以上の円筒状または円盤状が積層された形態であり得る。具体的には、前記中空は、互いに上下に位置し、互いに区分されるように、その大きさ及び高さに差がある第１中空及び第２中空を含むことができる。前記第１中空の高さは、前記第２中空の高さより高くてもよい。前記第１中空の大きさは、前記第２中空の大きさより小さくてもよい。 The hollow may be cylindrical or disk-shaped, and may be in the form of two or more cylindrical or disk-shaped layers having different sizes and heights from each other. Specifically, the hollows can include a first hollow and a second hollow having a difference in size and height so as to be located above and below each other and to be separated from each other. The height of the first hollow may be higher than the height of the second hollow. The size of the first hollow may be smaller than the size of the second hollow.
前記炭化ホウ素（ボロンカーバイド、ｂｏｒｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ）はＢ４Ｃに代表され、前記原料物質の炭化ホウ素は、粉末状の炭化ホウ素が適用され得る。 The boron carbide (boron carbide, boron carbide) is represented by B 4 C, boron carbide of the raw materials, powdered boron carbide may be applied.
前記原料物質は、炭化ホウ素粉末を含有することができ、炭化ホウ素粉末及び添加剤を含有することができ、または炭化ホウ素粉末からなることができる。前記炭化ホウ素粉末は、高純度（炭化ホウ素含量が９９．９重量％以上）が適用されてもよく、低純度（炭化ホウ素含量が９５重量％以上９９．９重量％未満）が適用されてもよい。 The raw material can contain boron carbide powder, can contain boron carbide powder and additives, or can consist of boron carbide powder. High purity (boron carbide content of 99.9% by weight or more) may be applied to the boron carbide powder, or low purity (boron carbide content of 95% by weight or more and less than 99.9% by weight) may be applied. good.
前記炭化ホウ素粉末は、Ｄ５０を基準として、約１．５μｍ以下の平均粒径を有することができ、約０．３μｍ〜約１．５μｍの平均粒径を有することができ、または約０．４μｍ〜約１．０μｍの平均粒径を有することができる。また、前記炭化ホウ素粉末は、Ｄ５０を基準として、約０．４μｍ〜約０．８μｍの平均粒径を有することができる。このような炭化ホウ素粉末を適用する場合、より空隙の形成が少ない緻密な構造の炭化ホウ素焼結体を製造することができる。 The boron carbide powder, based on the D 50, may have an average particle size of less than or equal to about 1.5 [mu] m, it may have an average particle size of about 0.3μm~ about 1.5 [mu] m, or about 0. It can have an average particle size of 4 μm to about 1.0 μm. Further, the boron carbide powder can have an average particle size of about 0.4 μm to about 0.8 μm with reference to D 50. When such a boron carbide powder is applied, it is possible to produce a boron carbide sintered body having a dense structure with less formation of voids.
前記添加剤は、前記炭化ホウ素焼結体においてその一部又は全部で炭化ホウ素固溶体を形成して炭化ホウ素焼結体に機能性を付与する機能性添加剤であり得る。 The additive may be a functional additive that imparts functionality to the boron carbide sintered body by forming a solid boron carbide solution in part or all of the boron carbide sintered body.
前記添加剤は、前記炭化ホウ素焼結体の焼結特性を向上させる目的で適用される焼結特性改善剤であり得る。前記焼結特性改善剤は、カーボン、ボロンオキサイド、シリコン、シリコンカーバイド、シリコンオキサイド、ボロンナイトライド、シリコンナイトライド及びこれらの組み合わせからなる群から選択されたいずれか１つであってもよい。前記焼結特性改善剤は、ボロンオキサイド、カーボン、またはこれらの組み合わせを含むことができる。前記焼結特性改善剤としてカーボンが適用される場合、前記カーボンは樹脂の形態で添加されてもよく、前記樹脂が炭化工程を通じて炭化した形態のカーボンとして適用されてもよい。前記樹脂の炭化工程は、通常の高分子樹脂を炭化させる工程が適用され得る。 The additive may be a sintering property improving agent applied for the purpose of improving the sintering property of the boron carbide sintered body. The sintering property improving agent may be any one selected from the group consisting of carbon, boron oxide, silicon, silicon carbide, silicon oxide, boron nitride, silicon nitride and combinations thereof. The sintering property improving agent may contain boron oxide, carbon, or a combination thereof. When carbon is applied as the sintering property improving agent, the carbon may be added in the form of a resin, or may be applied as carbon in a form in which the resin is carbonized through a carbonization step. As the carbonization step of the resin, a step of carbonizing a normal polymer resin can be applied.
具体的には、前記焼結特性改善剤は、前記原料物質全体を基準として、約３０重量％以下で含有されてもよく、約０．００１重量％〜約３０重量％で含有されてもよく、０．１〜２５重量％で含有されてもよく、５〜２５重量％で含有されてもよい。 Specifically, the sintering property improving agent may be contained in an amount of about 30% by weight or less, or may be contained in an amount of about 0.001% by weight to about 30% by weight, based on the entire raw material. , 0.1 to 25% by weight, or 5 to 25% by weight.
前記焼結特性改善剤が前記原料物質全体を基準として３０重量％を超えて含まれる場合には、むしろ、製造された焼結体の強度を低下させることがある。 When the sintering property improving agent is contained in an amount of more than 30% by weight based on the whole raw material, the strength of the produced sintered body may be rather lowered.
前記ダイは、２以上の分割された断片が互いに結合して形成され得る。 The die can be formed by combining two or more divided fragments with each other.
前記炭化ホウ素焼結体の製造方法は、強い焼結圧力が適用され得るように、前記成形ダイを高温で比較的強度が強いグラファイトのような材料で製造することができ、必要に応じて、成形ダイを補強する補強部を適用することができる。 In the method for producing a boron carbide sintered body, the molding die can be produced from a material such as graphite having a relatively high strength at a high temperature so that a strong sintering pressure can be applied. Reinforcing portions that reinforce the forming die can be applied.
前記配置ステップは、前記ダイを焼結炉またはチャンバ内に装入し、加圧部をセッティングするステップである。前記配置ステップで適用される焼結炉またはチャンバは、高温加圧雰囲気で前記炭化ホウ素焼結体を製造できる装置であれば、制限なく適用可能である。 The arrangement step is a step of charging the die into a sintering furnace or a chamber and setting a pressure portion. The sintering furnace or chamber applied in the arrangement step can be applied without limitation as long as it is an apparatus capable of producing the boron carbide sintered body in a high temperature and pressurized atmosphere.
前記成形ステップは、前記ダイに焼結温度及び焼結圧力を加えることで前記原料物質から炭化ホウ素焼結体を形成するステップである。 The molding step is a step of forming a boron carbide sintered body from the raw material by applying a sintering temperature and a sintering pressure to the die.
前記ダイは、後述するように、本発明の炭化ホウ素焼結体が製造しようとする形状に予め中空を形成することで、比較的容易に意図する製品の形態を有するように製造することができる。 As will be described later, the die can be relatively easily manufactured to have the intended product form by forming a hollow in advance in the shape to be manufactured by the boron carbide sintered body of the present invention. ..
前記焼結温度は、約１８００℃〜約２５００℃であってもよく、約１８００℃〜約２２００℃であってもよい。前記焼結圧力は、約１０ＭＰａ〜約１１０ＭＰａであってもよく、約１５ＭＰａ〜約６０ＭＰａであってもよく、約１７ＭＰａ〜約３０ＭＰａであってもよい。このような焼結温度及び焼結圧力下で前記成形ステップを行う場合、より効率的に高品質の炭化ホウ素焼結体を製造することができる。 The sintering temperature may be about 1800 ° C. to about 2500 ° C., or may be about 1800 ° C. to about 2200 ° C. The sintering pressure may be about 10 MPa to about 110 MPa, about 15 MPa to about 60 MPa, or about 17 MPa to about 30 MPa. When the molding step is performed under such a sintering temperature and sintering pressure, a high-quality boron carbide sintered body can be produced more efficiently.
前記焼結時間は、０．５〜１０時間が適用されてもよく、０．５〜７時間が適用されてもよく、０．５〜６時間が適用されてもよい。 The sintering time may be 0.5 to 10 hours, 0.5 to 7 hours, or 0.5 to 6 hours.
前記焼結時間は、常圧で行う焼結工程と比較して非常に短い時間であり、このように短い時間を適用しても、同等またはさらに優れた品質を有する焼結体を製造することができる。 The sintering time is very short as compared with the sintering step performed at normal pressure, and even if such a short time is applied, a sintered body having the same or even better quality can be produced. Can be done.
前記成形ステップは、還元雰囲気で行うことができる。前記成形ステップが還元雰囲気で行われる場合、炭化ホウ素粉末が空気中の酸素と反応して形成され得るボロンオキサイドのような物質を還元させることで、炭化ホウ素の含量がより高くなった炭化ホウ素焼結体を製造することができる。 The molding step can be performed in a reducing atmosphere. When the molding step is performed in a reducing atmosphere, boron carbide calcination with a higher boron carbide content by reducing a substance such as boron oxide that can be formed by the boron carbide powder reacting with oxygen in the air. Carbide can be produced.
前記成形ステップは、前記焼結炉内の粒子間の間隙にスパークを発生させながら行われ得る。このような場合、加圧部と接続された電極によって前記ダイにパルス状の電気エネルギーを印加する方式で行われ得る。このようにパルス状の電気エネルギーを印加しながら前記成形ステップを行う場合、前記電気エネルギーによって、より短時間で前記緻密状の焼結体を得ることができる。 The molding step can be performed while generating sparks in the gaps between the particles in the sintering furnace. In such a case, a method of applying pulsed electric energy to the die by an electrode connected to the pressurizing portion can be performed. When the molding step is performed while applying the pulsed electric energy in this way, the dense sintered body can be obtained in a shorter time by the electric energy.
前記成形ステップでの焼結温度の最高温度区間は、約１９００℃〜約２２００℃であり得、約２時間〜約５時間維持され得る。このとき、前記ダイに加わる圧力は、約１５ＭＰａ〜約６０ＭＰａであり得る。より詳細には、前記ダイに加わる圧力は、約１７ＭＰａ〜約３０ＭＰａであり得る。 The maximum temperature interval of the sintering temperature in the molding step can be from about 1900 ° C to about 2200 ° C and can be maintained for about 2 hours to about 5 hours. At this time, the pressure applied to the die can be about 15 MPa to about 60 MPa. More specifically, the pressure applied to the die can be from about 17 MPa to about 30 MPa.
具体的には、前記成形ステップがスパークプラズマ焼結装置で行われる場合、チャンバ内の昇温が行われ、これと共にまたは別途にダイに加圧が行われることで、焼結が行われ得る。このとき、前記チャンバ内に印加される電気エネルギーが前記原料物質の焼結を促進することができ、例えば、直流パルス電流を印加することができる。 Specifically, when the molding step is performed in a spark plasma sintering apparatus, sintering can be performed by raising the temperature in the chamber and pressurizing the die together with or separately. At this time, the electric energy applied in the chamber can promote the sintering of the raw material, and for example, a DC pulse current can be applied.
本発明の他の一実施例に係る炭化ホウ素焼結体の製造方法は、基板及びガス状物質を準備する準備ステップと、前記基板に炭化ホウ素層を蒸着する蒸着ステップとを含む。 The method for producing a boron carbide sintered body according to another embodiment of the present invention includes a preparatory step for preparing a substrate and a gaseous substance, and a vapor deposition step for depositing a boron carbide layer on the substrate.
前記炭化ホウ素焼結体は、蒸着工程によって製造することができる。例えば、前記炭化ホウ素焼結体は、バルクＣＶＤのような気相蒸着法によって基板の表面全体にわたって製造することができる。具体的には、前記炭化ホウ素焼結体をＣＶＤ方式（ＣＶＤ気相蒸着バルク製造方式）で適用する場合、前記炭化ホウ素焼結体は、基板上にＣＶＤ炭化ホウ素（ＢＣ）蒸着、基板除去、形状加工、ポリッシング、測定及び洗浄の過程を含んで製造され得る。 The boron carbide sintered body can be produced by a vapor deposition process. For example, the boron carbide sintered body can be produced over the entire surface of the substrate by a vapor deposition method such as bulk CVD. Specifically, when the boron carbide sintered body is applied by a CVD method (CVD vapor deposition bulk production method), the boron carbide sintered body is subjected to CVD boron carbide (BC) vapor deposition on a substrate, substrate removal, and so on. It can be manufactured including the steps of shaping, polishing, measuring and cleaning.
前記ＣＶＤ炭化ホウ素蒸着過程は、基板（主に黒鉛、またはＳｉＣ）に炭化ホウ素蒸着膜を形成する過程である。ガス状の物質が基板上に物理的に蒸着されるようにする方式で蒸着が十分に行われた後には、基板が除去され得る。 The CVD boron carbide vapor deposition process is a process of forming a boron carbide vapor deposition film on a substrate (mainly graphite or SiC). The substrate can be removed after sufficient deposition has been performed in such a way that the gaseous material is physically deposited on the substrate.
形状加工過程は、機械的な加工により、炭化ホウ素焼結体が予め定められた形状を有するように完成する過程である。ポリッシング過程は、表面粗さを滑らかにする過程であり、以降に品質を確認し、汚染物を除去する。本発明の範囲内で前記工程中の一部は省略されてもよく、他の工程が追加されてもよい。 The shape processing process is a process in which the boron carbide sintered body is completed so as to have a predetermined shape by mechanical processing. The polishing process is the process of smoothing the surface roughness, after which the quality is checked and contaminants are removed. Within the scope of the present invention, a part of the process may be omitted, or another process may be added.
前記ＣＶＤ工程には、ガス状物質として、ホウ素源ガス及び炭素源ガスを使用することができる。前記ＣＶＤ工程に適用されるホウ素源ガスは、Ｂ２Ｈ６、ＢＣｌ３、ＢＦ３及びこれらの組み合わせからなる群から選択されたいずれか１つを含有することができる。また、前記ＣＶＤ工程に使用される炭素源ガスはＣＦ４を含有することができる。 Boron source gas and carbon source gas can be used as the gaseous substance in the CVD step. The boron source gas applied to the CVD step can contain any one selected from the group consisting of B 2 H 6 , BCl 3 , BF 3 and combinations thereof. Further, the carbon source gas used in the CVD step can contain CF 4.
例えば、前記炭化ホウ素焼結体は、ホウ素前駆体としてＢ２Ｈ６を使用し、蒸着温度は、５００℃〜１５００℃として化学気相蒸着装置により蒸着したものであってもよい。 For example, the boron carbide sintered body may be one in which B 2 H 6 is used as a boron precursor and the vapor deposition temperature is set to 500 ° C. to 1500 ° C. and vapor deposition is performed by a chemical vapor deposition apparatus.
前記炭化ホウ素焼結体の形成のために、様々な蒸着またはコーティング工程が適用され得る。基板などに炭化ホウ素コーティング層を厚膜でコーティングする方法は制限がなく、物理気相蒸着法、常温噴射法、低温噴射法、エアロゾル噴射法、プラズマ溶射法などがある。 Various vapor deposition or coating steps can be applied to form the boron carbide sintered body. The method of coating a substrate or the like with a boron carbide coating layer with a thick film is not limited, and includes a physical vapor deposition method, a room temperature injection method, a low temperature injection method, an aerosol injection method, and a plasma spraying method.
前記物理気相蒸着法は、例えば、炭化ホウ素ターゲット（ｔａｒｇｅｔ）をアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気でスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）することができる。物理気相蒸着法により形成されたコーティング層は、厚膜ＰＶＤ炭化ホウ素コーティング層ということができる。 In the physical vapor deposition method, for example, a boron carbide target can be sputtered in an argon (Ar) gas atmosphere. The coating layer formed by the physical vapor deposition method can be said to be a thick PVD boron carbide coating layer.
前記常温噴射法は、常温で炭化ホウ素粉末に圧力を加えて複数個の吐出口を介して母材に噴射することで炭化ホウ素焼結体層を形成することができる。このとき、炭化ホウ素粉末は、真空顆粒の形態を使用することができる。前記低温噴射法は、常温より略６０℃程度高い温度で、圧縮ガスの流動によって炭化ホウ素粉末を複数個の吐出口を介して母材に噴射することでコーティング層の形態の炭化ホウ素焼結体を形成することができる。前記エアロゾル噴射法は、ポリエチレングリコール、イソプロピルアルコールなどのような揮発性溶媒に炭化ホウ素粉末を混合してエアロゾルの形態とした後、前記エアロゾルを母材に噴射して炭化ホウ素焼結体を形成することである。前記プラズマ溶射法は、高温のプラズマジェット中に炭化ホウ素粉末を注入させることによってプラズマジェット中で溶融された前記粉末を超高速で母材に噴射して炭化ホウ素焼結体を形成する。 In the normal temperature injection method, a boron carbide sintered body layer can be formed by applying pressure to the boron carbide powder at room temperature and injecting the boron carbide powder onto the base material through a plurality of discharge ports. At this time, the boron carbide powder can be in the form of vacuum granules. The low-temperature injection method is a boron carbide sintered body in the form of a coating layer by injecting boron carbide powder onto a base material through a plurality of discharge ports by flowing a compressed gas at a temperature approximately 60 ° C. higher than room temperature. Can be formed. In the aerosol injection method, boron carbide powder is mixed with a volatile solvent such as polyethylene glycol or isopropyl alcohol to form an aerosol, and then the aerosol is injected onto a base material to form a boron carbide sintered body. That is. In the plasma spraying method, boron carbide powder is injected into a high-temperature plasma jet, and the powder melted in the plasma jet is injected onto a base material at an ultra-high speed to form a boron carbide sintered body.
このように製造される炭化ホウ素焼結体は上述した物性を有し、前記方法によれば、優れた物性を有する炭化ホウ素焼結体をより短時間内に製造することができる。 The boron carbide sintered body thus produced has the above-mentioned physical characteristics, and according to the above method, a boron carbide sintered body having excellent physical properties can be produced within a shorter time.
以下、具体的な実施例を通じて本発明をより具体的に説明する。以下の実施例は、本発明の理解を助けるための例示に過ぎず、本発明の範囲がこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples. The following examples are merely examples to assist in understanding the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
１．製造例１〜８の炭化ホウ素焼結体の製造 1. 1. Production of Boron Carbide Sintered Products of Production Examples 1 to 8
炭化ホウ素粒子（粒度、Ｄ５０＝０．７μｍ）、炭素などの原料物質と溶媒をスラリー配合機に入れ、ボールミル方式で混合して、スラリー化された原料物質を製造した。このスラリー化された原料物質を噴霧乾燥させて顆粒化し、顆粒化された原料物質を製造した。 Boron carbide particles (particle size, D 50 = 0.7 μm), carbon and other raw materials and solvents were placed in a slurry compounding machine and mixed by a ball mill method to produce a slurry raw material. The slurryed raw material was spray-dried and granulated to produce the granulated raw material.
この原料物質をそれぞれゴムモールドに充填し、ＣＩＰ機器にローディングした後、加圧してグリーン体をそれぞれ製造した。このグリーン体は、炭化過程を経て汚染物質などを除去し、焼結炉で常圧焼結して、各製造例の焼結体を製造した。 Each of these raw materials was filled in a rubber mold, loaded into a CIP device, and then pressurized to produce a green body. Pollutants and the like were removed from this green body through a carbonization process, and the green body was sintered at atmospheric pressure in a sintering furnace to produce the sintered body of each production example.
２．製造例９の炭化ホウ素焼結体の製造 2. Production of Boron Carbide Sintered Product of Production Example 9
炭化ホウ素粒子（粒度Ｄ５０＝０．７μｍ）をダイに充填し、加圧成形装置に装入した後、下記表１に提示された温度、圧力及び時間で焼結して、製造例９の焼結体を製造した。 Boron carbide particles (particle size D 50 = 0.7 μm) are filled in a die, charged into a pressure molding apparatus, and then sintered at the temperature, pressure, and time shown in Table 1 below to be used in Production Example 9. A sintered body was manufactured.
各製造例に適用した原料物質の含量、焼結温度及び時間は、下記の表１にまとめた。 The content, sintering temperature and time of the raw material applied to each production example are summarized in Table 1 below.
＊焼結特性改善剤１としては炭素を適用する。 * Carbon is applied as the sintering property improving agent 1.
＊＊焼結特性改善剤２としてはボロンオキサイドを適用する。
** Boron oxide is applied as the sintering
３．比較例１及び比較例２ 3. 3. Comparative Example 1 and Comparative Example 2
比較例１として、ＣＶＤ方式により製造したＳｉＣを適用した。具体的には、炭化ケイ素母材層の一側面に、母材層と同一の成分である化学気相蒸着炭化ケイ素（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ、ＣＶＤ−ＳｉＣ）層を形成する方法で比較例１のＳｉＣを製造した。 As Comparative Example 1, SiC manufactured by the CVD method was applied. Specifically, Comparative Example 1 is a method of forming a chemical vapor deposition silicon carbide (CVD-SiC) layer, which is the same component as the base material layer, on one side surface of the silicon carbide base material layer. SiC was manufactured.
比較例２として、単結晶シリコンを適用した。 As Comparative Example 2, single crystal silicon was applied.
４．物性の評価 4. Evaluation of physical properties
（１）相対密度の評価及び表面観察 (1) Evaluation of relative density and surface observation
相対密度（％）はアルキメデス法で測定した。その結果を下記の表２に示す。また、表面特性は電子顕微鏡で観察し、それぞれの表面特性を添付の図面に提示した。"−"表示は、測定しなかったことを意味する。 The relative density (%) was measured by the Archimedes method. The results are shown in Table 2 below. In addition, the surface characteristics were observed with an electron microscope, and each surface characteristic was presented in the attached drawing. "-" Display means that the measurement was not performed.
前記表２を参照して、製造例１〜４を参照すると、同一に炭素を焼結特性改善剤として適用する場合に、約２０重量％までは、その適用量が増加するほど、同じ条件で製造される焼結体の相対密度が増加することを確認した。すなわち、炭素を焼結特性改善剤として適用する場合、１２〜２３重量％の範囲で適用時に特に高い相対密度を得ることができた。 With reference to Table 2 and Production Examples 1 to 4, when carbon is similarly applied as a sintering property improving agent, up to about 20% by weight, as the applied amount increases, under the same conditions. It was confirmed that the relative density of the produced sintered body increased. That is, when carbon was applied as a sintering property improving agent, a particularly high relative density could be obtained at the time of application in the range of 12 to 23% by weight.
また、製造例５及び６の結果を製造例１〜４の結果と比較すると、焼結時間が増加すると、相対密度が増加することを確認し、このような場合には、焼結特性改善剤の適用量を減らした場合が、むしろ焼結特性がさらに向上できるという点も確認した。 Further, when the results of Production Examples 5 and 6 are compared with the results of Production Examples 1 to 4, it is confirmed that the relative density increases as the sintering time increases. In such a case, the sintering property improving agent It was also confirmed that the sintering characteristics can be further improved by reducing the application amount of.
製造例９の場合、別途の焼結特性改善剤を適用せずに加圧焼結し、焼結特性が非常に優れた炭化ホウ素焼結体を得ることができた。 In the case of Production Example 9, pressure sintering was performed without applying a separate sintering property improving agent, and a boron carbide sintered body having very excellent sintering properties could be obtained.
焼結体の表面を観察した図１乃至図３を参照しても、相対密度が増加するほど、ネッキング現象が増加し、密度が緻密化されるという点を確認することができた。 Also referring to FIGS. 1 to 3 in which the surface of the sintered body was observed, it was confirmed that as the relative density increased, the necking phenomenon increased and the density became denser.
（２）熱伝導率、抵抗特性及びエッチング率特性 (2) Thermal conductivity, resistance characteristics and etching rate characteristics
熱伝導率［Ｗ／（ｍ＊ｋ）］は、Ｌａｓｅｒ Ｆｌａｓｈ Ａｐｐａｒａｔｕｓ（ＬＦＡ４５７）で測定した。 The thermal conductivity [W / (m * k)] was measured by Laser Flash Apparatus (LFA457).
抵抗特性（Ω・ｃｍ）は、比抵抗表面抵抗測定器（ＭＣＰ−Ｔ６１０）で測定した。 The resistivity characteristics (Ω · cm) were measured with a resistivity surface resistance measuring device (MCP-T610).
エッチング率（％）は、プラズマ装置に２０００ＷのＲＦ ｐｏｗｅｒを適用して同一の温度及び雰囲気下で測定した。 The etching rate (%) was measured under the same temperature and atmosphere by applying a 2000 W RF power to the plasma apparatus.
前記物性評価の結果を、下記の表３及び表４にそれぞれ示す。 The results of the physical property evaluation are shown in Tables 3 and 4 below, respectively.
前記の実験結果を参照すると、焼結特性改善剤を適用していない製造例１と比較して、製造例２〜８の相対密度特性がさらに高いことを確認できたが、同一の焼結特性改善剤を入れる容量に比例して相対密度が高くなるものではないと確認され、実験の結果、２５重量％の炭素を適用した場合、２０重量％の炭素を適用した場合と比較して、むしろ相対密度が低下するものと確認された。 With reference to the above experimental results, it was confirmed that the relative density characteristics of Production Examples 2 to 8 were higher than those of Production Example 1 to which the sintering property improving agent was not applied, but the same sintering characteristics were confirmed. It was confirmed that the relative density did not increase in proportion to the volume of the improver, and as a result of the experiment, when 25% by weight of carbon was applied, it was rather compared with the case where 20% by weight of carbon was applied. It was confirmed that the relative density decreased.
ボロンオキサイドを焼結特性改善剤として適用する製造例７の場合が、同量の炭素を適用した製造例６と比較して、より高い相対密度を有し、炭素とボロンオキサイドを共に適用した製造例８の場合が、焼結条件を同一に適用した製造例５〜７と比較したとき、遥かに優れた相対密度の値を有した。また、表面特性を観察した結果を見ても、炭素領域が均一に全体的に広がっているので、気孔に存在する比較的大きさの大きい炭素領域は現れないか、またはその発生密度が著しく減少したことが確認できた。 Production Example 7 in which boron oxide is applied as a sintering property improving agent has a higher relative density than Production Example 6 in which the same amount of carbon is applied, and production in which both carbon and boron oxide are applied. The case of Example 8 had a much better relative density value when compared with Production Examples 5 to 7 to which the sintering conditions were applied in the same manner. Also, looking at the results of observing the surface characteristics, since the carbon region is uniformly spread over the whole, the relatively large carbon region existing in the pores does not appear, or the generation density thereof is significantly reduced. I was able to confirm that it was done.
このように製造されたサンプルは、一定の範囲の熱伝導率特性を有し、炭化ケイ素やシリコンと比較して遥かに優れたエッチング率を示し、耐食性も非常に優れるものと評価された。特に、製造方法を異なるようにした製造例９の場合、最も優れた耐エッチング特性を示し、類似の製造方法で製造した製造例１〜８の中では、製造例８が非常に優れた結果を示し、このような結果は、いずれも、ＣＶＤ−ＳｉＣやＳｉと比較して遥かに優れた結果であると考えられる。 The sample produced in this way had a certain range of thermal conductivity characteristics, showed a far superior etching rate as compared with silicon carbide and silicon, and was evaluated to have extremely excellent corrosion resistance. In particular, in the case of Production Example 9 in which the production methods are different, the most excellent etching resistance is exhibited, and among Production Examples 1 to 8 produced by similar production methods, Production Example 8 gives a very excellent result. All of these results are considered to be far superior to CVD-SiC and Si.
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲は、これに限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the scope of rights of the present invention is not limited to this, and the basic concept of the present invention defined in the appended claims is used. Various modifications and improvements of those skilled in the art also belong to the scope of the invention.
Claims (14)
前記グリーン体を炭化及び焼結させて炭化ホウ素焼結体を製造する焼結体形成ステップとを含み、
前記原料物質は、炭化ホウ素と焼結特性改善剤を含み、
前記焼結特性改善剤は、ボロンオキサイド、カーボン、またはこれらの組み合わせを含む、炭化ホウ素焼結体の製造方法。 The primary molding step of molding the raw material to produce a green body,
Including a sintered body forming step of producing a boron carbide sintered body by carbonizing and sintering the green body.
The raw material contains boron carbide and a sintering property improving agent.
A method for producing a boron carbide sintered body, wherein the sintering property improving agent contains boron oxide, carbon, or a combination thereof.
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