JP3495053B2 - セラミックス接合体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、真空吸着装置やフィル
ター等に利用する多孔質セラミックス体と他のセラミッ
クス体を接合してなるセラミックス接合体の製造方法に
関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来より、真空吸着装置の吸着面や各種
フィルター等のさまざまな分野においてセラミックス接
合体が用いられている。 【０００３】例えば、真空吸着装置のマルチタイプと呼
ばれるものは、図４（ａ）の平面図と（ｂ）の断面図に
示すように、中央の吸着部３１ａのまわりに支持部３２
ａを介して第２の環状をした吸着部３１ｂを備え、さら
にそのまわりに第２の支持部３２ｂを備えており、各吸
着部３１ａ、３１ｂに対する独立した吸引孔３３ａ、３
３ｂを形成している。ここで、吸着部３１ａ、３１ｂは
多孔質セラミックス体からなり、支持部３２ａ、３２ｂ
は、緻密質セラミックス体からなる接合により構成され
ている（特開昭６２−５３７７４、実開平４−４２３４
３号公報参照）。 【０００４】この真空吸着装置を用いれば、吸引孔３３
ａのみから真空吸着すると中央の吸着部３１ａのみで吸
着するため、比較的小さい半導体ウェハの吸着を行うこ
とができる。また吸引孔３３ａ、３３ｂの両方から吸引
すると、吸着部３１ａ、３１ｂの両方で吸着するため、
比較的大きい半導体ウェハの吸着を行うことができる。
従って、吸引孔３３ｂからの吸引を切り換えるだけで、
さまざまな大きさの半導体ウェハを吸着することができ
る。 【０００５】ここで、従来から、上記真空吸着装置の吸
着面のような多孔質セラミックス体と他のセラミックス
体を接合してなるセラミックス接合体は、吸着部３１ａ
の円盤体、吸着部３１ｂと支持部３２ａ、３２ｂのリン
グ体を別々に成形して焼成した後、それぞれをはめ込
み、接合部分をガラス溶着により一体化して製作してい
た。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の製造
方法では、各セラミックス体を完全にはめ込むことが必
要となってくるが、各セラミックス体を非常に精密に加
工、研削等を行っても、どうしても隙間ができてしま
い、ガラス溶着を行っても接合部分に隙間が０．１ｍｍ
以上でき、接着強度が弱くなったり、吸引の際に隙間か
ら空気が漏れてしまうという問題点があった。 【０００７】さらに、多孔質セラミックス体をはめ込む
場合は、強度が低い為に欠けるという問題点もあった。 【０００８】なお、従来から、多孔質セラミックス体と
なる原料粉末をゴム型内に充填してラバープレス法によ
り加圧成形した後、得られた成形体を取り出さずに成形
体とゴム型との間に原料粉末を充填し、再度加圧した
後、焼成し、切断することにより２層の縞状からなる成
形体を製作する方法がある。しかし、上記製造方法で
は、３層以上のセラミックス接合体を製作するのに何度
も同じ工程を繰り返さなければならないため、非常に時
間がかかるという問題点があった。また、円盤状以外の
形状は、加圧成形の際に全面に一定の圧力をかけること
ができず、製作できないという問題点もあった。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点に
鑑みてなされたものであり、多孔質セラミックス体と他
のセラミックス体を接合してなるセラミックス接合体を
下記（１）乃至（３）の工程により製造したものであ
る。 【００１０】（１）セラミックス体同士の接合体の一部
をなす緻密質または多孔質セラミックス体を焼成する工
程、（２）前工程で得た複数の焼結体を金型内に載置
し、セラミックスを主成分とする粉末を熱により溶融し
結晶化させた後、粉砕、精製、整粒して得られる粒子を
ガラス融着してなる原料粉末を充填した後、加圧面に前
記金型内に載置した焼結体以外の部分を加圧する凸部を
有したパンチにより６００ｋｇ／ｃｍ^２以下の圧力で加
圧成形して前記焼結体と一体化させる工程、（３）前工
程で一体化したものを焼成する工程。 【００１１】 【実施例】本発明の実施例を図１（ａ）乃至（ｅ）に基
づき詳細に説明する。 【００１２】図１（ａ）乃至（ｅ）は真空吸着装置に使
用される吸着部材を例にとって説明する、本発明のセラ
ミックス接合体の製造方法の各工程毎の平面図または断
面図である。 【００１３】まず図１（ａ）の平面図に示すように、大
きさの異なる２つの緻密質セラミックス体からなるリン
グ状の焼結体１ａ、１ｂを製作する。 【００１４】前記２つの焼結体１ａ、１ｂは、例えばア
ルミナ、チタニア、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア等
の原料粉末にＰＶＡ・ＰＥＧ等の水溶性バインダー、ガ
ラス・シリカ等の焼結助剤、そして水を加えて噴霧乾燥
させた造粒体を、ゴム型に充填して高圧筒の中で水圧等
を加えて素材を成形するラバープレス成形、または金型
内に粉末を充填して上下パンチで圧力を加えるメカプレ
ス成形を行った後、切削、焼成、研削を行うことによっ
て成形される。 【００１５】なお、本実施例では、焼結体として緻密質
セラミックス体を使用したが、多孔質セラミックス体を
使用することも可能である。その場合は、上記造粒体を
成形圧力、焼成時間や焼成温度を調整することにより、
あるいは焼成時に焼失するような粒子を造粒体に混在さ
せることにより多孔質体とすることができる。また、ア
ルミナや炭化珪素等のセラミックスを主成分とする原料
粉末を電気炉で溶融し結晶化させた後、粉砕、精製、整
粒して得られる粒子をガラス融着したものを使用して、
各粒子の隙間を連通気孔とした多孔質体とすることもで
き、気孔の大きさは粒子の粒径を調整することによって
変えることができる。 【００１６】次に図１（ｂ）の断面図に示すように、金
型２内の凹部２ａ、２ｂに、前記２つの焼結体１ａ、１
ｂを載置する。 【００１７】ここで、金型２への載置前あるいは載置
後、焼結体１ａ、１ｂの側面部３にガラスを塗布する。
これは、今後金型２内に原料粉末を充填して成形し、焼
成する際に、ガラス溶着が行われ、各セラミックス体の
接合部分の隙間を埋めるためである。また、ガラスは、
充填する原料粉末に含まれるものと同じ材質のガラスを
塗布することが好ましい。これは、溶着が低温度で行わ
れると焼成時に焼失してしまうが、充填する原料粉末に
含まれるものと同じ材質のガラスを使用すれば、充填す
る原料粉末の焼結温度に達する付近で溶融するためであ
る。 【００１８】また、本実施例では、一番外側が焼結体１
ｂとなるように載置しているが、今後充填する原料粉末
を外側にしても、何ら問題はない。 【００１９】次に図１（ｃ）の断面図に示すように、前
記金型２内に多孔質セラミックス体となる原料粉末４を
充填し、上からのパンチ５により加圧成形して、図１
（ｄ）に示すような一体化した成形体６を得る。 【００２０】ここで、上記パンチ５による圧力は、大き
すぎると焼結体１ａ、１ｂが割れてしまうために、６０
０ｋｇ／ｃｍ² 以下とすることが好ましく、その結果新
たに充填した原料粉末４は緻密質セラミックス体とする
ことができず、多孔質セラミックス体となる。 【００２１】そこで、前記原料粉末４としては、アルミ
ナや炭化珪素等のセラミックスを主成分とする粉末を電
気炉で溶融し結晶化させた後、粉砕、精製、整粒して得
られる粒子をガラス融着したものを使用する。そのた
め、上記原料粉末４が焼結する際は、一度焼結させる工
程を踏んでいるため、収縮率は小さいものとなり、焼結
体１ａ、１ｂとの間で生じる寸法差は極めて小さなもの
となる。 【００２２】なお、上からのパンチ５の加圧面７に凸部
８を有しているのは、凸部８が焼結体１ａ、１ｂ以外の
部分を加圧して焼結体１ａ、１ｂと原料粉末４の充填部
分の圧力を一定とすることにより、原料粉末４の詰まり
を均一にするためである。 【００２３】そして次に、前記一体化した成形体６を、
充填した原料粉末４の焼成温度まで上げることにより、
原料粉末４を焼結させて多孔質セラミックス体９とする
が、その際にガラス溶着により焼結体１ａ、１ｂと多孔
質サラミックス体９を接合させる。その後、目的とする
厚さに切断し、目的とする平面度に研削することによっ
て、図１（ｅ）の断面図に示すような緻密質と多孔質か
らなるセラミックス接合体１０が完成する。 【００２４】上記製造方法により製作されたセラミック
ス接合体１０は、焼成時に原料粉末４が多孔質セラミッ
クス体９となる際に焼結体１ａ、１ｂとの間に生じる隙
間をガラス融着で埋めるために各セラミックス体の接合
部分に隙間が全くできず、しかも欠けることがなかっ
た。 【００２５】なお、上記実施例は、１種類の緻密質と１
種類の多孔質からなるセラミックス接合体１０であった
が、３種類以上からなるセラミックス接合体の製作も可
能である。すなわち、あらかじめ焼結体を製作する際
に、種類の異なる緻密質または多孔質セラミックス体を
製作すれば良い。 【００２６】また、上記実施例では、円盤状のセラミッ
クス接合体１０を製作したが、例えば、四角、楕円、多
角形状のセラミックス接合体とすることもできる。さら
に、多孔質セラミックス体９の形状は、最初に焼成して
製作される焼結体１ａ、１ｂの形状と金型２の形状を変
えることによりさまざまなものとすることが可能であ
り、例えば、円盤状の焼結体内に四角状の多孔質セラミ
ックス体を有するセラミックス接合体でも良い。 【００２７】そして、セラミックス接合体１０の大きさ
は最初に焼成する焼結体と金型２の形状により変えるこ
とができ、厚さは切断する部分を変えることにより自由
に変えることができる。 【００２８】さらに、最初に焼成する焼結体を金型２の
全面に載置し、この焼結体の上面に原料粉末４を充填す
ることにより、２層のセラミック接合体とすることもで
きる。これを上記実施例と組み合わせると、さまざまな
形状のセラミックス接合体を製作することができる。 【００２９】実施例１ ここで、上記実施例による製造方法により、図２の断面
図に示すような異なる２種類の多孔質セラミックス体か
らなり、吸着部と支持部が３層よりなる真空吸着装置の
吸着部材を製作した。 【００３０】支持部となる焼結体１１ａ、１１ｂ、１１
ｃは、アルミナ９５重量％以上を主成分とする原料粉末
を使用し、焼結後、平均粒径１５μｍ、平均細孔径６μ
ｍ、気孔率４０％の多孔質セラミックス体となるように
した。そして、これらの焼結体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ
を金型内に載置した後、新たに充填する原料粉末は、ボ
ーキサイトを電気炉で溶融し結晶化させて粉砕、精製、
整粒した電融アルミナを主成分としてガラス融着したも
のを使用し、上パンチ６による圧力５００ｋｇ／ｃ
ｍ² 、焼成温度１２５０℃により製作した際に平均粒径
１２５μｍ、平均細孔径５０μｍ、気孔率４０％の多孔
質セラミックス体１９となるようにした。 【００３１】なお、大きさは、中心の円盤体の半径を４
ｃｍとし、それ以降のリング体の外半径は内半径よりも
１ｃｍ大きくなるようにし、厚さは５ｍｍとした。 【００３２】上記原料粉末を使用し、実施例に基づき製
造すると、各セラミックス体の接合部分に隙間が全くな
いセラミックス接合体２０を製作することができた。ま
た、従来の製造方法では、多孔質セラミックス体どうし
の接合は両方とも強度が低い為にどうしても欠けていた
が、全く欠けることなくセラミックス接合体２０を製作
することができた。 【００３３】また、このセラミックス接合体２０を吸着
面として真空吸着装置に使用すると、支持部材となる焼
結体１１ａ、１１ｂ、１１ｃを多孔質セラミックス体と
したことによって、吸着面の上面を研磨した時の平坦度
を極めて高くすることができ、また、使用時の吸着面と
支持部材面上面の磨耗量がほぼ等しくなり、長期使用に
も表面の平坦度の劣化が少なくなることがわかった。 【００３４】実施例２ 次に、上記実施例による製造方法により、図３に示すよ
うな円盤状の緻密質セラミックス体の焼結体２１内に四
角状の多孔質セラミックス体２９を２つ形成したセラミ
ックス接合体３０を製作した。 【００３５】上記セラミックス接合体３０は、フィルタ
ーとして使用でき、端部から吸引を行う円筒体の一部に
２枚重ねて介在させ、片方のセラミックス接合体３０を
回転させることにより、吸着部分となる多孔質セラミッ
クス体２９の重なり面積が変わり吸着力が変わるように
することができるものである。 【００３６】ここで、焼結体２１は、アルミナ９９．０
重量％を主成分とし、焼成後、緻密質セラミックス体と
なる原料粉末を使用した。そして、この焼結体２１を金
型内に載置した後、新たに充填する原料粉末は、ボーキ
サイトを電気炉で溶融し結晶化させて粉砕、精製、整粒
した電融アルミナを主成分としてガラス融着したものを
使用し、焼結後、上パンチ６による圧力４５０ｋｇ／ｃ
ｍ² 、焼成温度１２５０℃により製作した際に平均粒径
５０μｍ、平均細孔径３０μｍ、気孔率３０％の多孔質
セラミックス体２９となるようにした。 【００３７】なお、大きさは、焼結体２１の直径を９ｃ
ｍとし、多孔質セラミックス体２９を縦２ｃｍ、横５ｃ
ｍとし、円盤の中心点を対象にして配置されていて、厚
さは３ｍｍとした。 【００３８】上記原料粉末を使用し、実施例に基づき製
造すると、焼結体２１と多孔質セラミックス体２９との
隙間が全くできずに製作することができ、吸引時でも接
合部分の隙間から空気が漏れることがなく、また大きな
ゴミ等が接合部分の隙間に詰まることがなくなった。 【００３９】 【発明の効果】以上のように、本発明に係わるセラミッ
クス接合体の製造方法によれば、どのような形状であっ
ても、あらかじめ製作した焼結体を金型内に載置し、こ
の金型内に原料粉末を充填し、加圧成形して一体化した
後焼成することにより、各セラミックス体の接合部分の
隙間ができなくなり、接合間の接着強度がアップし、隙
間から空気が漏れることのないセラミックス接合体を提
供することができる。また、多孔質セラミックス体を含
む場合にも、欠けることなくセラミックス接合体を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】（ａ）乃至（ｅ）は本発明のセラミックス接合
体の製造方法を説明する各工程毎の平面図と断面図であ
る。 【図２】本発明のセラミックス接合体の製造方法により
製作された真空吸着装置の吸着部材の断面図である。 【図３】本発明のセラミックス接合体の製造方法により
製作されたフィルターの平面図である。 【図４】（ａ）は真空吸着装置を示す平面図、（ｂ）は
（ａ）のＸーＸ線断面図である。 【符号の説明】 １ａ、１ｂ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、２１ ：焼結体 ２ ：金型 ２ａ、２ｂ ：凹部 ３ ：側面部 ４ ：原料粉末 ５ ：パンチ ６ ：成形体 ７ ：加工面 ８ ：凸部 ９、１９、２９ ：多孔質セラミックス体 １０、２０、３０ ：セラミックス接合体 ３１ａ、３１ｂ ：吸着部 ３２ａ、３２ｂ ：支持部 ３３ａ、３３ｂ ：吸引孔

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 多孔質セラミックス体と他のセラミック
   ス体を接合する方法において、下記（１）乃至（３）の
   工程により製造されることを特徴とするセラミックス接
   合体の製造方法。 （１）セラミックス体同士の接合体の一部をなす緻密質
   または多孔質セラミックス体を焼成する工程、（２）前
   工程で得た複数の焼結体を金型内に載置し、セラミック
   スを主成分とする粉末を熱により溶融し結晶化させた
   後、粉砕、精製、整粒して得られる粒子をガラス融着し
   てなる原料粉末を充填した後、加圧面に前記金型内に載
   置した焼結体以外の部分を加圧する凸部を有したパンチ
   により６００ｋｇ／ｃｍ^２以下の圧力で加圧成形して前
   記焼結体と一体化させる工程、（３）前工程で一体化し
   たものを焼成する工程。