JP3218329B2 - カオリン粘土を用いたムライト基セラミック基板の熱間加工法 - Google Patents
カオリン粘土を用いたムライト基セラミック基板の熱間加工法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高耐熱性、高強
度、緻密質で、特にコスト面に優れたシリコン薄膜型ソ
ーラーセル用のムライト基セラミック基板に熱間加工に
より形状付与を行う方法に関するものであり、更に詳し
くは、本発明は、低価格天然原料であるカオリン粘土を
主成分として、一部アルミナを添加して作製したムライ
ト相とその粒界に存在するアルミノシリケートガラス相
より成るムライト基セラミック基板をガラス相が適度な
粘度をもつ１２００〜１６００℃で、基板に亀裂等を生
じないひずみ速度および加重で熱間加工を行う方法に関
するものである。
度、緻密質で、特にコスト面に優れたシリコン薄膜型ソ
ーラーセル用のムライト基セラミック基板に熱間加工に
より形状付与を行う方法に関するものであり、更に詳し
くは、本発明は、低価格天然原料であるカオリン粘土を
主成分として、一部アルミナを添加して作製したムライ
ト相とその粒界に存在するアルミノシリケートガラス相
より成るムライト基セラミック基板をガラス相が適度な
粘度をもつ１２００〜１６００℃で、基板に亀裂等を生
じないひずみ速度および加重で熱間加工を行う方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスは加工性に乏しく、それが
コスト高の原因の一つとされる。セラミックスの熱間加
工として、ジルコニア（Advanced Ceramics Materials,
Vol.1, p.259-63 (1986)）や窒化ケイ素系セラミック
スの超塑性加工（Journal of American Ceramic Societ
y, Vol. 75, p.2363-72 (1992)）等が知られている。し
かし、カオリン粘土を主原料として作製された安価なム
ライト基セラミックスの熱間加工に関する報告例はな
い。
コスト高の原因の一つとされる。セラミックスの熱間加
工として、ジルコニア（Advanced Ceramics Materials,
Vol.1, p.259-63 (1986)）や窒化ケイ素系セラミック
スの超塑性加工（Journal of American Ceramic Societ
y, Vol. 75, p.2363-72 (1992)）等が知られている。し
かし、カオリン粘土を主原料として作製された安価なム
ライト基セラミックスの熱間加工に関する報告例はな
い。
【０００３】多結晶シリコン薄膜型ソーラーセルは、現
在、実用化されている自立型単結晶・多結晶ソーラーセ
ルに替わる次世代の低コストソーラーセルとして注目さ
れている。そして、安価な天然原料であるカオリン粘土
から合成されたムライト基セラミックは、そのソーラー
セルを支える基板として有望である。更に、現在、多結
晶シリコン薄膜型ソーラーセルの変換効率の向上が求め
られており、例えば、適当な微細凹凸形状を付与した基
板にシリコン薄膜を堆積させることにより、表面での光
反射損失を低減し、セルの内部に効率よく光を閉じこめ
る方法が考えられる。しかし、このような微細加工は、
機械的な研削加工では難しく、新しい加工方法の開発が
求められていた。
在、実用化されている自立型単結晶・多結晶ソーラーセ
ルに替わる次世代の低コストソーラーセルとして注目さ
れている。そして、安価な天然原料であるカオリン粘土
から合成されたムライト基セラミックは、そのソーラー
セルを支える基板として有望である。更に、現在、多結
晶シリコン薄膜型ソーラーセルの変換効率の向上が求め
られており、例えば、適当な微細凹凸形状を付与した基
板にシリコン薄膜を堆積させることにより、表面での光
反射損失を低減し、セルの内部に効率よく光を閉じこめ
る方法が考えられる。しかし、このような微細加工は、
機械的な研削加工では難しく、新しい加工方法の開発が
求められていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような状況の中
で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、ムライト基
セラミックの微細加工を可能にする新しい加工方法を開
発することを目標として鋭意研究を重ねた結果、ガラス
相を含むセラミックス（多結晶体）の塑性変形を利用し
た熱間加工が有効であること、また、多様なマクロ形状
（外形）を持ったソーラーセル実装基板を作製するため
にも有用であることを見出した。ムライト基セラミック
は、シリコンより大きな熱膨張係数（５×１０-6℃-1）
を持つムライトと小さな熱膨張係数を持つアルミノシリ
ケートガラス（約１×１０-6℃-1）より構成されてお
り、出発原料のＳｉＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 の割合を制御する
ことにより、シリコンと同じ熱膨張係数を持つ基板が作
製できる。通常のムライトセラミックスは、酸化物セラ
ミックスの中では、耐クリープ性が非常に高い材料であ
り、塑性加工に向かないものと思われる。しかし、熱膨
張係数をシリコンに合わせるべく組成制御されたムライ
ト基セラミックスは、通常のムライトセラミックスに比
べ比較的多量の粒界ガラス相を含んでおり、ムライト粒
子の粒径も小さい（１ミクロン以下）。また、原料とし
て用いられるカオリン粘土中にはＦｅ、Ｔｉ、Ｎａ、
Ｋ、Ｍｇ等の不純物が含まれており、焼成後はムライト
粒子の粒界に存在するアルミノシリケートガラス中に溶
解している。従って、このようなムライト基セラミック
スは、高純度な合成原料から作製されたムライトセラミ
ックスに比べて、粒界ガラス相の軟化温度は比較的低い
ものと思われる。本発明者らは、これらの事項をふま
え、種々実験を重ねた結果、粒界に比較的多量に存在す
る金属不純物を含んだガラス相が軟化する温度以上の温
度域で荷重を加えれば、大きな塑性変形を生じ、塑性加
工が可能となることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。本発明は、ムライト基セラミック基板に塑性変形を
利用した熱間加工により形状付与を行う方法を提供する
ことを目的とする。また、本発明は、ムライト基セラミ
ックのガラス相を含むセラミック（多結晶体）の塑性変
形を利用した熱間加工により、基板に必要とされる形状
を付与する方法を提供することを目的とする。更に、本
発明は、上記方法により作製した、表面に微細形状を付
与したムライト基セラミック基板を提供することを目的
とする。
で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、ムライト基
セラミックの微細加工を可能にする新しい加工方法を開
発することを目標として鋭意研究を重ねた結果、ガラス
相を含むセラミックス（多結晶体）の塑性変形を利用し
た熱間加工が有効であること、また、多様なマクロ形状
（外形）を持ったソーラーセル実装基板を作製するため
にも有用であることを見出した。ムライト基セラミック
は、シリコンより大きな熱膨張係数（５×１０-6℃-1）
を持つムライトと小さな熱膨張係数を持つアルミノシリ
ケートガラス（約１×１０-6℃-1）より構成されてお
り、出発原料のＳｉＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 の割合を制御する
ことにより、シリコンと同じ熱膨張係数を持つ基板が作
製できる。通常のムライトセラミックスは、酸化物セラ
ミックスの中では、耐クリープ性が非常に高い材料であ
り、塑性加工に向かないものと思われる。しかし、熱膨
張係数をシリコンに合わせるべく組成制御されたムライ
ト基セラミックスは、通常のムライトセラミックスに比
べ比較的多量の粒界ガラス相を含んでおり、ムライト粒
子の粒径も小さい（１ミクロン以下）。また、原料とし
て用いられるカオリン粘土中にはＦｅ、Ｔｉ、Ｎａ、
Ｋ、Ｍｇ等の不純物が含まれており、焼成後はムライト
粒子の粒界に存在するアルミノシリケートガラス中に溶
解している。従って、このようなムライト基セラミック
スは、高純度な合成原料から作製されたムライトセラミ
ックスに比べて、粒界ガラス相の軟化温度は比較的低い
ものと思われる。本発明者らは、これらの事項をふま
え、種々実験を重ねた結果、粒界に比較的多量に存在す
る金属不純物を含んだガラス相が軟化する温度以上の温
度域で荷重を加えれば、大きな塑性変形を生じ、塑性加
工が可能となることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。本発明は、ムライト基セラミック基板に塑性変形を
利用した熱間加工により形状付与を行う方法を提供する
ことを目的とする。また、本発明は、ムライト基セラミ
ックのガラス相を含むセラミック（多結晶体）の塑性変
形を利用した熱間加工により、基板に必要とされる形状
を付与する方法を提供することを目的とする。更に、本
発明は、上記方法により作製した、表面に微細形状を付
与したムライト基セラミック基板を提供することを目的
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、以下の技術的手段からなる。 （１）シリコン薄膜を堆積させる基板として用いられ
る、カオリン粘土とアルミナから合成されたムライト基
セラミックス基板の表面に微細形状を付与するための熱
間加工方法であり、熱膨張係数をシリコンに合わせるべ
く組成制御することにより、ムライト粒子の粒径が１ミ
クロン以下のムライト基セラミックスを調製し、これを
熱間加工してムライト基セラミックス基板の表面に微細
形状を付与する方法であって、カオリン粘土（ＳｉＯ2
とＡｌ2 Ｏ3 を主成分として微量の不純物を含む）およ
びアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を原料とし、これらをＳｉＯ
2 とＡｌ2 Ｏ3 の割合が各々５５〜５０重量％および４
５〜５０重量％となるように混合した後、成形し、１５
７０〜１６５０℃で焼成することにより作製した熱膨張
係数をシリコンの熱膨張係数に合わせたムライト基セラ
ミック基板を１２００〜１６００℃で適当な加重を加え
ながら塑性加工を行い、基板に必要とされる形状を付与
する方法。 （２）シリコン薄膜を堆積させる基板として用いられ
る、カオリン粘土とアルミナから合成されたムライト基
セラミックス基板の表面に熱間加工により微細形状を付
与したムライト基セラミックス基板であり、熱膨張係数
をシリコンに合わせるべく組成制御することにより、ム
ライト粒子の粒径が１ミクロン以下のムライトセラミッ
クスを調製し、これを熱間加工して表面に微細形状を付
与したムライト基セラミックス基板であって、カオリン
粘土（ＳｉＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 を主成分として微量の不純
物を含む）およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を原料とし、
これらをＳｉＯ 2 とＡｌ 2 Ｏ 3 の割合が各々５５〜５０
重量％および４５〜５０重量％となるように混合した
後、成形し、１５７０〜１６５０℃で焼成することによ
り作製した熱膨張係数をシリコンに合わせたムライト基
セラミック基板を１２００〜１６００℃で適当な加重を
加えながら塑性変形を利用した熱間加工を行い、基板に
必要とされる形状を付与したことを特徴とする表面に微
細形状を付与したムライト基セラミック基板。 （３）前記（２）記載のムライト基セラミック基板を製
造する方法であって、カオリン粘土（ＳｉＯ2 とＡｌ2
Ｏ3 を主成分として微量の不純物を含む）およびアルミ
ナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を原料とし、これらをＳｉＯ 2 とＡｌ
2 Ｏ 3 の割合が各々５５〜５０重量％および４５〜５０
重量％となるように混合した後、成形し、１５７０〜１
６５０℃で焼成することにより作製した熱膨張係数をシ
リコンに合わせたムライト基セラミック基板を１２００
〜１６００℃で適当な加重を加えながら塑性変形を利用
した熱間加工を行い、基板に必要とされる形状を付与す
ることを特徴とする表面に微細形状を付与したムライト
基セラミック基板の製造方法。
の本発明は、以下の技術的手段からなる。 （１）シリコン薄膜を堆積させる基板として用いられ
る、カオリン粘土とアルミナから合成されたムライト基
セラミックス基板の表面に微細形状を付与するための熱
間加工方法であり、熱膨張係数をシリコンに合わせるべ
く組成制御することにより、ムライト粒子の粒径が１ミ
クロン以下のムライト基セラミックスを調製し、これを
熱間加工してムライト基セラミックス基板の表面に微細
形状を付与する方法であって、カオリン粘土（ＳｉＯ2
とＡｌ2 Ｏ3 を主成分として微量の不純物を含む）およ
びアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を原料とし、これらをＳｉＯ
2 とＡｌ2 Ｏ3 の割合が各々５５〜５０重量％および４
５〜５０重量％となるように混合した後、成形し、１５
７０〜１６５０℃で焼成することにより作製した熱膨張
係数をシリコンの熱膨張係数に合わせたムライト基セラ
ミック基板を１２００〜１６００℃で適当な加重を加え
ながら塑性加工を行い、基板に必要とされる形状を付与
する方法。 （２）シリコン薄膜を堆積させる基板として用いられ
る、カオリン粘土とアルミナから合成されたムライト基
セラミックス基板の表面に熱間加工により微細形状を付
与したムライト基セラミックス基板であり、熱膨張係数
をシリコンに合わせるべく組成制御することにより、ム
ライト粒子の粒径が１ミクロン以下のムライトセラミッ
クスを調製し、これを熱間加工して表面に微細形状を付
与したムライト基セラミックス基板であって、カオリン
粘土（ＳｉＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 を主成分として微量の不純
物を含む）およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を原料とし、
これらをＳｉＯ 2 とＡｌ 2 Ｏ 3 の割合が各々５５〜５０
重量％および４５〜５０重量％となるように混合した
後、成形し、１５７０〜１６５０℃で焼成することによ
り作製した熱膨張係数をシリコンに合わせたムライト基
セラミック基板を１２００〜１６００℃で適当な加重を
加えながら塑性変形を利用した熱間加工を行い、基板に
必要とされる形状を付与したことを特徴とする表面に微
細形状を付与したムライト基セラミック基板。 （３）前記（２）記載のムライト基セラミック基板を製
造する方法であって、カオリン粘土（ＳｉＯ2 とＡｌ2
Ｏ3 を主成分として微量の不純物を含む）およびアルミ
ナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を原料とし、これらをＳｉＯ 2 とＡｌ
2 Ｏ 3 の割合が各々５５〜５０重量％および４５〜５０
重量％となるように混合した後、成形し、１５７０〜１
６５０℃で焼成することにより作製した熱膨張係数をシ
リコンに合わせたムライト基セラミック基板を１２００
〜１６００℃で適当な加重を加えながら塑性変形を利用
した熱間加工を行い、基板に必要とされる形状を付与す
ることを特徴とする表面に微細形状を付与したムライト
基セラミック基板の製造方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】続いて、本発明について更に詳細
に説明する。本発明は、多結晶シリコン薄膜型ソーラー
セル（太陽電池）に用いる安価な天然原料であるカオリ
ン粘土に微量のアルミナを添加して作製されるムライト
基セラミック基板の熱間加工法に関するものである。本
発明においては、まず、カオリン粘土とアルミナを所定
の割合で混合した出発原料を成形した後、高温で焼成
し、ムライト相とアルミノシリケートガラス相よりなる
ムライト質基板を作製する。本発明者らの検討したとこ
ろによると、ムライトの熱膨張係数が約５．０×１０-6
／℃、アルミノシリケートガラスのそれが１〜２×１０
-6／℃であるので、カオリン粘土に対して添加するアル
ミナの量を調整して、ムライト相とアルミノシリケート
ガラス相の構成比を最適化することにより、シリコンと
の熱膨張係数差のないセラミック基板を得ることができ
る。また、原料として、天然原料のカオリン粘土を使用
するため人工原料に比べ不純物が多く含まれる傾向にあ
る。しかし、主要不純物であるＦｅ2 Ｏ3 やＴｉＯ2
は、総量で０．５重量％程度含まれるが、焼成中ムライ
トに固溶してしまうために、アルミノシリケートガラス
に溶け込んで熱膨張係数を高める心配はない。但し、ア
ルカリ不純物に関しては、シリコン堆積中に起こる汚染
（コンタミネーション）の原因となるので、できるだけ
アルカリ不純物の少ない原料を用いる必要がある。しか
し、原料のカオリン粘土は、基本的にＳｉＯ2 とＡｌ2
Ｏ3 を主成分とするため、該カオリン粘土およびアルミ
ナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）粉末を原料として、作製されたセラミ
ック基板の耐熱性は、多結晶シリコン薄膜型ソーラーセ
ル用基板として用いるのに十分なものである。
に説明する。本発明は、多結晶シリコン薄膜型ソーラー
セル（太陽電池）に用いる安価な天然原料であるカオリ
ン粘土に微量のアルミナを添加して作製されるムライト
基セラミック基板の熱間加工法に関するものである。本
発明においては、まず、カオリン粘土とアルミナを所定
の割合で混合した出発原料を成形した後、高温で焼成
し、ムライト相とアルミノシリケートガラス相よりなる
ムライト質基板を作製する。本発明者らの検討したとこ
ろによると、ムライトの熱膨張係数が約５．０×１０-6
／℃、アルミノシリケートガラスのそれが１〜２×１０
-6／℃であるので、カオリン粘土に対して添加するアル
ミナの量を調整して、ムライト相とアルミノシリケート
ガラス相の構成比を最適化することにより、シリコンと
の熱膨張係数差のないセラミック基板を得ることができ
る。また、原料として、天然原料のカオリン粘土を使用
するため人工原料に比べ不純物が多く含まれる傾向にあ
る。しかし、主要不純物であるＦｅ2 Ｏ3 やＴｉＯ2
は、総量で０．５重量％程度含まれるが、焼成中ムライ
トに固溶してしまうために、アルミノシリケートガラス
に溶け込んで熱膨張係数を高める心配はない。但し、ア
ルカリ不純物に関しては、シリコン堆積中に起こる汚染
（コンタミネーション）の原因となるので、できるだけ
アルカリ不純物の少ない原料を用いる必要がある。しか
し、原料のカオリン粘土は、基本的にＳｉＯ2 とＡｌ2
Ｏ3 を主成分とするため、該カオリン粘土およびアルミ
ナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）粉末を原料として、作製されたセラミ
ック基板の耐熱性は、多結晶シリコン薄膜型ソーラーセ
ル用基板として用いるのに十分なものである。
【０００７】本発明においては、出発原料として、好適
には、カオリン粘土（ＳｉＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 を主成分と
して微量の不純物を含む）およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ
3 ）粉末を、ＳｉＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 の割合が各々５５〜
５０重量％および４５〜５０重量％となるように混合し
たものを用いる。カオリン粘土は、通常のもの（ＳｉＯ
2 とＡｌ2 Ｏ3 を主成分として含み、不純物としてＦｅ
2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 等を含む）を使用することができる
が、カオリン粘土の種類としては、比較的高価なアルミ
ナの使用量を抑える意味でもＡｌ2 Ｏ3 の含有量の高い
ものが望まれる。また、上記の理由によりアルカリ不純
物の少ないものがよい。カオリン粘土の好適な例とし
て、具体的には、ニュージーランド産カオリンが例示さ
れる。しかし、カオリン粘土は、これに限定されるもの
ではなく、適宜のカオリンおよび適宜混合したものが用
いられる。出発原料は、例えば、加熱して脱水したカオ
リンにアルミナ粉末を混合粉中のＳｉＯ2 とＡｌ2 Ｏ3
の割合が上記範囲となるように混合すればよい。焼成温
度としては、１５７０〜１６５０℃が好適なものとして
例示される。仮に１５５０℃以下で焼成した場合、緻密
化に関しては問題ないが、基板中にクリストバライト
（ＳｉＯ2 ）が析出するため、２００℃付近でそのα−
β転移による急激な体積変化が生じ、基板として用いる
ことはできない可能性がある。また、１６５０℃より高
温で焼成した場合、緻密化が十分に進行しないと共に、
表面が荒れる可能性があるので好ましくない。成形法お
よび焼成手段等は、特に限定されるものではない。
には、カオリン粘土（ＳｉＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 を主成分と
して微量の不純物を含む）およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ
3 ）粉末を、ＳｉＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 の割合が各々５５〜
５０重量％および４５〜５０重量％となるように混合し
たものを用いる。カオリン粘土は、通常のもの（ＳｉＯ
2 とＡｌ2 Ｏ3 を主成分として含み、不純物としてＦｅ
2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 等を含む）を使用することができる
が、カオリン粘土の種類としては、比較的高価なアルミ
ナの使用量を抑える意味でもＡｌ2 Ｏ3 の含有量の高い
ものが望まれる。また、上記の理由によりアルカリ不純
物の少ないものがよい。カオリン粘土の好適な例とし
て、具体的には、ニュージーランド産カオリンが例示さ
れる。しかし、カオリン粘土は、これに限定されるもの
ではなく、適宜のカオリンおよび適宜混合したものが用
いられる。出発原料は、例えば、加熱して脱水したカオ
リンにアルミナ粉末を混合粉中のＳｉＯ2 とＡｌ2 Ｏ3
の割合が上記範囲となるように混合すればよい。焼成温
度としては、１５７０〜１６５０℃が好適なものとして
例示される。仮に１５５０℃以下で焼成した場合、緻密
化に関しては問題ないが、基板中にクリストバライト
（ＳｉＯ2 ）が析出するため、２００℃付近でそのα−
β転移による急激な体積変化が生じ、基板として用いる
ことはできない可能性がある。また、１６５０℃より高
温で焼成した場合、緻密化が十分に進行しないと共に、
表面が荒れる可能性があるので好ましくない。成形法お
よび焼成手段等は、特に限定されるものではない。
【０００８】本発明に係わるムライト基セラミック基板
の熱間加工法は、上記ムライト基セラミックスの粒界に
存在する若干の金属不純物を含んだアルミノシリケート
ガラスが軟化する約１２００〜１６００℃で荷重を加え
ながら型に押さえつけ、例えば、基板表面に凹凸をつけ
ることを特徴としている。型の材質としては、好適に
は、例えば、炭化ケイ素セラミックスおよび高純度ムラ
イトセラミックスが適している。但し、比較的小さなひ
ずみ速度で加工を行い型に大きな応力がかからない条件
では、ｈ−窒化ホウ素やグラファイト等も利用可能であ
る。潤滑剤（離型剤）としては、ｈ−窒化ホウ素粉末、
グラファイト粉末等が用いられる。従って、この熱間加
工は、不活性ガスあるいは窒素ガス雰囲気で行われるこ
とが望ましい。酸化雰囲気（大気中）で行った場合、基
板と型との融着が起こりやすい。
の熱間加工法は、上記ムライト基セラミックスの粒界に
存在する若干の金属不純物を含んだアルミノシリケート
ガラスが軟化する約１２００〜１６００℃で荷重を加え
ながら型に押さえつけ、例えば、基板表面に凹凸をつけ
ることを特徴としている。型の材質としては、好適に
は、例えば、炭化ケイ素セラミックスおよび高純度ムラ
イトセラミックスが適している。但し、比較的小さなひ
ずみ速度で加工を行い型に大きな応力がかからない条件
では、ｈ−窒化ホウ素やグラファイト等も利用可能であ
る。潤滑剤（離型剤）としては、ｈ−窒化ホウ素粉末、
グラファイト粉末等が用いられる。従って、この熱間加
工は、不活性ガスあるいは窒素ガス雰囲気で行われるこ
とが望ましい。酸化雰囲気（大気中）で行った場合、基
板と型との融着が起こりやすい。
【０００９】ムライト基セラミック基板を作製する際に
用いるカオリン粘土は、天然原料であるため、その種類
により含まれる不純物量も異なるため、焼成の結果、ム
ライト粒界に存在するガラス相の特性も変化し、熱間加
工条件も多少異なるものと思われる。例えば、多結晶シ
リコン薄膜型ソーラーセル用の基板作製に適したアルカ
リ不純物の比較的少ないニュージーランド産カオリンを
使用して、低ソーダアルミナを微量添加し、１６００℃
で２時間焼成して作製したムライト基セラミック基板
（Ａｌ2 Ｏ3 量；４７重量％（ＳｉＯ2 量；５３重量
％））の場合、１２００℃以上で塑性変形が起こる。但
し、１２００℃で塑性変形を起こすためには、非常に大
きな応力を加える必要があるため、実際には、１３００
℃以上の温度での加工が適当である。また、１６００℃
以上の温度では、粒界ガラス相の粘度が低下しすぎるた
め粒界に微小亀裂を生じたり、型との融着が起こる可能
性が高くなる。従って、おおよそ１２００〜１６００℃
辺りの温度域における加工が好ましい。上記工程を採用
することにより、基板に亀裂等を生じないひずみ速度お
よび加重で熱間加工を行い、所定の形状を付与したムラ
イト基セラミック基板を作製し、提供することができ
る。
用いるカオリン粘土は、天然原料であるため、その種類
により含まれる不純物量も異なるため、焼成の結果、ム
ライト粒界に存在するガラス相の特性も変化し、熱間加
工条件も多少異なるものと思われる。例えば、多結晶シ
リコン薄膜型ソーラーセル用の基板作製に適したアルカ
リ不純物の比較的少ないニュージーランド産カオリンを
使用して、低ソーダアルミナを微量添加し、１６００℃
で２時間焼成して作製したムライト基セラミック基板
（Ａｌ2 Ｏ3 量；４７重量％（ＳｉＯ2 量；５３重量
％））の場合、１２００℃以上で塑性変形が起こる。但
し、１２００℃で塑性変形を起こすためには、非常に大
きな応力を加える必要があるため、実際には、１３００
℃以上の温度での加工が適当である。また、１６００℃
以上の温度では、粒界ガラス相の粘度が低下しすぎるた
め粒界に微小亀裂を生じたり、型との融着が起こる可能
性が高くなる。従って、おおよそ１２００〜１６００℃
辺りの温度域における加工が好ましい。上記工程を採用
することにより、基板に亀裂等を生じないひずみ速度お
よび加重で熱間加工を行い、所定の形状を付与したムラ
イト基セラミック基板を作製し、提供することができ
る。
【００１０】
【実施例】次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明するが、以下の実施例は、本発明を当業者が実施でき
るようにその具体的な一例を示すためのものであり、本
発明の範囲を限定するためのものではない。 実施例１ （１）ムライト基セラミックの作製 ニュージーランドカオリン（共立窯業（株）製プレミア
ム：化学組成（重量％）ＳｉＯ2 ４８．６０、Ａｌ2
Ｏ3 ３６．７０、Ｆｅ2 Ｏ3 ０．３０、ＴｉＯ2
０．０７、ＣａＯ ０．０１、ＭｇＯ ０．０１、Ｎａ
2 Ｏ ０．０３、Ｋ2 Ｏ ０．０１、Ｉｇ．Ｌｏｓｓ
１３．９０）を１０００℃で２時間脱水した後、低ソー
ダアルミナ（住友化学（株）工業製ＡＥＳ−１２：化学
組成（重量％）Ａｌ2 Ｏ3 ９９．９、ＳｉＯ2 ０．
０６、Ｆｅ2 Ｏ3 ０．０１、Ｎａ2 Ｏ ０．０４）を
脱水したニュージーランドカオリン９２．４重量％に対
して７．６重量％の割合で混合し、混合粉中のＳｉＯ2
とＡｌ2 Ｏ3 の割合を各々５３重量％および４７重量％
とした粉末を成形後、１６００℃で２時間焼成してムラ
イト基セラミックを作製した。
明するが、以下の実施例は、本発明を当業者が実施でき
るようにその具体的な一例を示すためのものであり、本
発明の範囲を限定するためのものではない。 実施例１ （１）ムライト基セラミックの作製 ニュージーランドカオリン（共立窯業（株）製プレミア
ム：化学組成（重量％）ＳｉＯ2 ４８．６０、Ａｌ2
Ｏ3 ３６．７０、Ｆｅ2 Ｏ3 ０．３０、ＴｉＯ2
０．０７、ＣａＯ ０．０１、ＭｇＯ ０．０１、Ｎａ
2 Ｏ ０．０３、Ｋ2 Ｏ ０．０１、Ｉｇ．Ｌｏｓｓ
１３．９０）を１０００℃で２時間脱水した後、低ソー
ダアルミナ（住友化学（株）工業製ＡＥＳ−１２：化学
組成（重量％）Ａｌ2 Ｏ3 ９９．９、ＳｉＯ2 ０．
０６、Ｆｅ2 Ｏ3 ０．０１、Ｎａ2 Ｏ ０．０４）を
脱水したニュージーランドカオリン９２．４重量％に対
して７．６重量％の割合で混合し、混合粉中のＳｉＯ2
とＡｌ2 Ｏ3 の割合を各々５３重量％および４７重量％
とした粉末を成形後、１６００℃で２時間焼成してムラ
イト基セラミックを作製した。
【００１１】（２）塑性変形を利用した熱間加工 このセラミックを６φｘ６Ｈ（ｍｍ）の円柱状に加工し
た後、Ａｒガス雰囲気下１５００℃で圧縮試験を行っ
た。圧縮試験の際に使用したジグは、炭化ケイ素セラミ
ックスで、試料と接触する部分にはｈ−窒化ホウ素粉末
を塗布した後、試験を行った。種々のひずみ速度で試験
した結果を図１に示す。図１から明らかなように、２．
７８×１０-2〜１．３９×１０-3ｓ-1の比較的大きなひ
ずみ速度で、試料に亀裂等を生じることなく塑性変形可
能であることが分かった。但し、大きなひずみ速度で圧
縮試験を行った場合、変形初期に大きなピーク応力を示
しており、試料および型材へのダメージを低減する意味
でも出来るだけ小さなひずみ速度での加工が望ましい。
た後、Ａｒガス雰囲気下１５００℃で圧縮試験を行っ
た。圧縮試験の際に使用したジグは、炭化ケイ素セラミ
ックスで、試料と接触する部分にはｈ−窒化ホウ素粉末
を塗布した後、試験を行った。種々のひずみ速度で試験
した結果を図１に示す。図１から明らかなように、２．
７８×１０-2〜１．３９×１０-3ｓ-1の比較的大きなひ
ずみ速度で、試料に亀裂等を生じることなく塑性変形可
能であることが分かった。但し、大きなひずみ速度で圧
縮試験を行った場合、変形初期に大きなピーク応力を示
しており、試料および型材へのダメージを低減する意味
でも出来るだけ小さなひずみ速度での加工が望ましい。
【００１２】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明
は、多結晶シリコン薄膜型ソーラーセルに最適なカオリ
ン粘土から合成されたムライト基セラミック基板への表
面形状付与のための熱間加工に係わるものであり、本発
明により、１）ムライト基セラミックに適宜の微細形状
を付与することができる、２）適当な微細凹凸形状を付
与した基板にシリコン薄膜を堆積させることにより、表
面での光反射損失を低減し、セルの内部に効率よく光を
閉じこめることが可能となる、３）このような微細加工
は、機械的な研削加工では難しいが、ガラス相を含むセ
ラミックス（多結晶体）の塑性変形を利用した熱間加工
により可能とすることができる、４）また、この方法
は、多様なマクロ形状（外形）を持ったソーラーセル実
装基板を作製するためにも有用である、等の格別の効果
が奏される。
は、多結晶シリコン薄膜型ソーラーセルに最適なカオリ
ン粘土から合成されたムライト基セラミック基板への表
面形状付与のための熱間加工に係わるものであり、本発
明により、１）ムライト基セラミックに適宜の微細形状
を付与することができる、２）適当な微細凹凸形状を付
与した基板にシリコン薄膜を堆積させることにより、表
面での光反射損失を低減し、セルの内部に効率よく光を
閉じこめることが可能となる、３）このような微細加工
は、機械的な研削加工では難しいが、ガラス相を含むセ
ラミックス（多結晶体）の塑性変形を利用した熱間加工
により可能とすることができる、４）また、この方法
は、多様なマクロ形状（外形）を持ったソーラーセル実
装基板を作製するためにも有用である、等の格別の効果
が奏される。
【図１】種々のひずみ速度で圧縮試験を行った結果を示
す。
す。
Claims (3)
- 【請求項１】 シリコン薄膜を堆積させる基板として用
いられる、カオリン粘土とアルミナから合成されたムラ
イト基セラミックス基板の表面に微細形状を付与するた
めの熱間加工方法であり、熱膨張係数をシリコンに合わ
せるべく組成制御することにより、ムライト粒子の粒径
が１ミクロン以下のムライト基セラミックスを調製し、
これを熱間加工してムライト基セラミックス基板の表面
に微細形状を付与する方法であって、カオリン粘土（Ｓ
ｉＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 を主成分として微量の不純物を含
む）およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を原料とし、これら
をＳｉＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 の割合が各々５５〜５０重量％
および４５〜５０重量％となるように混合した後、成形
し、１５７０〜１６５０℃で焼成することにより作製し
た熱膨張係数をシリコンの熱膨張係数に合わせたムライ
ト基セラミック基板を１２００〜１６００℃で適当な加
重を加えながら塑性加工を行い、基板に必要とされる形
状を付与する方法。 - 【請求項２】 シリコン薄膜を堆積させる基板として用
いられる、カオリン粘土とアルミナから合成されたムラ
イト基セラミックス基板の表面に熱間加工により微細形
状を付与したムライト基セラミックス基板であり、熱膨
張係数をシリコンに合わせるべく組成制御することによ
り、ムライト粒子の粒径が１ミクロン以下のムライトセ
ラミックスを調製し、これを熱間加工して表面に微細形
状を付与したムライト基セラミックス基板であって、カ
オリン粘土（ＳｉＯ2 とＡｌ2Ｏ3 を主成分として微量
の不純物を含む）およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を原料
とし、これらをＳｉＯ 2 とＡｌ 2 Ｏ 3 の割合が各々５５
〜５０重量％および４５〜５０重量％となるように混合
した後、成形し、１５７０〜１６５０℃で焼成すること
により作製した熱膨張係数をシリコンに合わせたムライ
ト基セラミック基板を１２００〜１６００℃で適当な加
重を加えながら塑性変形を利用した熱間加工を行い、基
板に必要とされる形状を付与したことを特徴とする表面
に微細形状を付与したムライト基セラミック基板。 - 【請求項３】 請求項２記載のムライト基セラミック基
板を製造する方法であって、カオリン粘土（ＳｉＯ2 と
Ａｌ2 Ｏ3 を主成分として微量の不純物を含む）および
アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を原料とし、これらをＳｉＯ 2
とＡｌ 2 Ｏ 3 の割合が各々５５〜５０重量％および４５
〜５０重量％となるように混合した後、成形し、１５７
０〜１６５０℃で焼成することにより作製した熱膨張係
数をシリコンに合わせたムライト基セラミック基板を１
２００〜１６００℃で適当な加重を加えながら塑性変形
を利用した熱間加工を行い、基板に必要とされる形状を
付与することを特徴とする表面に微細形状を付与したム
ライト基セラミック基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34563299A JP3218329B2 (ja) | 1999-12-06 | 1999-12-06 | カオリン粘土を用いたムライト基セラミック基板の熱間加工法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34563299A JP3218329B2 (ja) | 1999-12-06 | 1999-12-06 | カオリン粘土を用いたムライト基セラミック基板の熱間加工法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001163663A JP2001163663A (ja) | 2001-06-19 |
| JP3218329B2 true JP3218329B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=18377926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34563299A Expired - Lifetime JP3218329B2 (ja) | 1999-12-06 | 1999-12-06 | カオリン粘土を用いたムライト基セラミック基板の熱間加工法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3218329B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007007587A1 (ja) * | 2005-07-07 | 2007-01-18 | National University Corporation Yokohama National University | 配向制御したＣｏ酸化物多結晶体 |
| RU2484056C1 (ru) * | 2012-03-07 | 2013-06-10 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Шихта для изготовления изразцов |
-
1999
- 1999-12-06 JP JP34563299A patent/JP3218329B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001163663A (ja) | 2001-06-19 |
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