JP4936606B2

JP4936606B2 - 半導電性ジルコニア焼結体の製造方法

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Publication number: JP4936606B2
Application number: JP2001194277A
Authority: JP
Inventors: 俊二三垣
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Current assignee: Kyocera Corp
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Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2021-06-27
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた耐熱性と半導電性を備え、ジルコニアの持つ機械的特性を大きく低下させることなく、常圧焼成にて緻密化することが可能な半導電性ジルコニア焼結体に関するものであり、例えば、半導体装置、磁気ヘッド、電子部品や半導体装置等の製造工程で使用される治工具、テープガイド、画像処理装置に用いられる分離爪などの静電気除去作用を必要とする用途に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、構造部品材料として使用されているアルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素等を主成分とするセラミック焼結体は、高強度でかつ高硬度を有するとともに、耐熱性や耐食性に優れることから、様々な分野で使用されているが、特に優れた機械的強度や摺動特性が要求されるような用途ではジルコニア焼結体が用いられている。
【０００３】
ところで、ジルコニア焼結体は高絶縁材料であるため、半導体製造装置等で使用される搬送アームやウェハ把持用ピンセット等の治工具、あるいはプリンタ等の画像形成装置において使用される分離爪、さらには磁気テープ等のテープ状体を搬送、案内するのに用いられるテープガイドなど、静電気の除去作用が必要とされる用途に使用するには、ジルコニア焼結体の体積固有抵抗値（以下、単に抵抗値と略称する。）を１０⁷Ω・ｍ以下とする必要があり、その為、ジルコニア焼結体に導電性付与剤を含有させ、その抵抗値を小さくすることが試みられている。
【０００４】
例えば、特開昭６０−１０３０７８号公報には、Ｙ₂Ｏ₃やＭｇＯで安定化したＺｒＯ₂を主体とし、これに導電性付与剤としてＴｉＣ、ＴａＣ、ＷＣ等の炭化物のうち少なくとも一種以上を含有させ、体積固有抵抗値を０．００５〜６０×１０^-5Ω・ｃｍとした導電性ジルコニア焼結体が開示されている。
【０００５】
ところが、このような導電性ジルコニア焼結体では、抵抗値が低すぎることから、静電気を逃がすと一気に除去されるため、大気摩擦によって超高電圧の放電が発生するといった課題があった。その為、例えば、上記導電性ジルコニア焼結体によりテープガイドを形成し、磁気テープとの摺動に伴う静電気を除去しようとすると、磁気テープの記録内容が破壊される恐れがあった。
【０００６】
また、このような導電性ジルコニア焼結体を製造するには、非酸化性雰囲気中にて焼成しなければならないことから特殊な装置が必要となり、さらに上記導電性付与剤は原料自体が高価であることから製造コストが高くなるといった課題もあった。
【０００７】
そこで、大気雰囲気中で焼成することができ、かつ適度な体積固有抵抗値を有する半導電性ジルコニア焼結体として、特開平１０−２９７９６８号公報には、Ｙ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ₂等の安定化剤を含むＺｒＯ₂を６０〜９０重量％と、導電性付与剤として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒの酸化物のうち一種以上を１０〜４０重量％含有した半導電性ジルコニア焼結体が開示されており、この半導電性ジルコニア焼結体によれば、酸化雰囲気中での焼成が可能で安価に製造でき、かつジルコニアの持つ機械的特性を大きく低下させることなく静電気を適度な速度で逃がすことができるといった利点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−２９７９６８号公報に開示された半導電性ジルコニア焼結体は、使用される周囲の温度条件により焼結体中における単斜晶ジルコニアの含有量が増加し、構造部品として信頼性が低下し易いといった課題があった。
【０００９】
即ち、ＺｒＯ₂は、立方晶、正方晶、単斜晶の３つの結晶形態をとることができ、このうち構造部品としての機械的特性を維持するには安定な状態である立方晶、あるいは準安定状態である正方晶であるものが良いのであるが、ジルコニアは熱に弱く、特に１５０〜３００℃程度の熱に曝されると、立方晶や正方晶の結晶形態を有するジルコニアが相変態を起し、焼結体中における大半のジルコニアの結晶構造が単斜晶となるため、強度や破壊靱性値等の機械的特性の低いジルコニア焼結体となってしまい、構造部品として使用するには信頼性の低いものであった。
【００１０】
また、特開平１０−２９７９６８号公報に開示された半導電性ジルコニア焼結体では、半導電性をもたせるために導電性付与材を１０〜４０重量％も含有させる必要があり、焼結体中にジルコニア以外の材質が多く存在することから、常圧焼成では緻密化が難く、焼結体中の気孔を少なくかつ小さくするには、ホットプレス装置や熱間静水圧プレス装置等の特殊な焼成手段が必要となり、安価に製造することができず、また、このような特殊な焼成手段は製品の大きさに制限があり、大型構造部品や複雑形状を有する構造部品を製造することが難しいといった課題もあった。
【００１１】
【発明の目的】
本発明の目的は、優れた耐熱性と半導電性を備え、ジルコニアの持つ機械的特性を大きく低下させることなく、大気雰囲気中で常圧下の焼成にて緻密化することが可能な半導電性ジルコニア焼結体を安価に提供できるようにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題に鑑み、本発明の半導電性ジルコニア焼結体の製造方法は、ＺｒＯ_２粉末と、Ｄｙ_２Ｏ_３粉末と、ＣｅＯ_２粉末と、ＺｎＯ粉末と、を混練乾燥することにより顆粒を作製する工程と、作製された顆粒を用いて所定の形状に成形体を成形する工程と、該成形体を大気雰囲気中で常圧下にて１２５０〜１４００℃の温度で焼成する工程と、を含むことにより、安定化剤として、Ｄｙ_２Ｏ_３を０．５〜４．５ｍｏｌ％、ＣｅＯ_２を２〜８ｍｏｌ％でかつ合計量が６ｍｏｌ％以上の範囲で含むＺｒＯ_２を６０〜９０重量％、導電性付与剤としてＺｎの酸化物を１０〜４０重量％で含有し、体積固有抵抗値が１０^３〜１０^７Ω・ｍで、ボイド占有面積率が１．５％以下である半導性ジルコニア焼結体を作製することを特徴とする。
【００１３】
即ち、本発明の半導電性ジルコニア焼結体の製造方法は、導電性付与剤として、Ｚｎの酸化物を含有させるようにしたことから、これらの導電性付与剤がジルコニア焼結体の粒界相を構成し、ジルコニアのもつ強度を大きく低下させることなく焼結体の体積固有抵抗値が１０³〜１０⁷Ω・ｍと、半導電性を持たせることができる。
【００１４】
その為、静電気を適度な速度で逃がすことができるため、ジルコニア焼結体と当接する物体が電気的な影響を受け易いものであっても、破壊することなく静電気を除去することができる。
【００１５】
しかも、上記導電性付与剤は、いずれも酸化物であるため、酸化雰囲気中での焼成が可能であることから、焼成に特殊な装置を用いる必要がなく、また、これらの導電性付与剤は安価に入手することができるため、容易にかつ安価に製造することができる。
【００１６】
ただし、上記導電性付与剤の含有量が１０重量％未満となると、抵抗値を下げる効果が小さく、逆に、４０重量％より多くなると、抵抗値が１０³Ω・ｃm未満となり、静電気が一気に逃げ易くなるために、大気摩擦による超高電圧の放電が発生する恐れがあるとともに、焼結体の機械的特性（曲げ強度、破壊勒性値、硬度など）が大きく低下するため、ジルコニア本来の機械的特性を発揮できなくなる。その為、導電性付与剤の含有量は１０〜４０重量％、好ましくは２０〜３０重量％とすることが重要である。
【００１７】
また、本発明の半導電性ジルコニア焼結体は、主体をなすＺｒＯ₂として、酸化ジスプロシウムと酸化セリウムの二種類の安定化剤で部分安定化したものを用いることを特徴とする。
【００１８】
具体的には、酸化ジスプロシウムをＺｒＯ₂に対して０．５〜４．５ｍｏｌ％の範囲で添加するとともに、酸化セリウムをＺｒＯ₂に対して２〜８ｍｏｌ％の範囲で添加し、かつ酸化ジスプロシウムと酸化セリウムとの合計含有量がＺｒＯ₂に対して６ｍｏｌ％以上の範囲で含有したものが良く、これらの範囲で上記安定化剤を添加すれば、全ジルコニア量に対する単斜晶以外のジルコニア（正方晶ジルコニア及び立方晶ジルコニア）量を９５％以上とすることができるため、導電性付与剤を含有したことによる強度低下を抑え、曲げ強度６００MＰａ以上、破壊勒性値５ＭＰａｍ^1/2以上、ビッカース硬度１１ＧＰａ以上と、高強度、高靱性、高硬度を実現することができる。
【００１９】
即ち、ジルコニアの結晶状態には立方晶、正方晶、単斜晶の３つの状態があり、特に、正方晶ジルコニアは外部応力に対し、応力誘軌変態を受けて単斜晶ジルコニアに相変態し、この時に生じる体積膨張によってジルコニアの周囲に微小なマイクロクラックを形成して外部応力の進行を阻止できるため、ジルコニア焼結体の強度、靱性、硬度等の機械的特性を高めることができる。
【００２０】
しかも、安定化剤として酸化ジスプロシウムと酸化セリウムを上記範囲で含有することにより、１２０〜３００℃程度の熱に曝したとしてもジルコニアの相変態を抑え、全ジルコニア量に対する単斜晶以外のジルコニア（正方晶ジルコニア及び立方晶ジルコニア）量を９０％以上とすることができ、熱による機械的特性の劣化を防止することができ、耐熱性に優れた半導電性ジルコニア焼結体を得ることができる。
【００２１】
さらに、驚くべきことに、安定化剤として酸化ジスプロシウムと酸化セリウムを用いた本発明の半導電性ジルコニア焼結体は、導電性付与剤を１０〜４０重量％も含むものの、後述する常圧焼成によって緻密化することができ、そのボイド占有面積率を１．５％以下とすることができる。
【００２２】
このように緻密化することができる理由については不明であるが、特開平１０−２９７９６８号公報に開示する、安定化剤として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒの酸化物を用いた半導電性ジルコニア焼結体では達成することができず、本発明のように、安定化剤として酸化ジスプロシウムと酸化セリウムを用いた半導電性ジルコニア焼結体に特有のものである。
【００２３】
ただし、酸化ジスプロシウムと酸化セリウムを安定化剤として含むＺｒＯ₂を用いたとしても、このＺｒＯ₂の含有量が焼結体全体に対して６０重量％未満となると、ジルコニア焼結体本来の機械的特性が得られなくなり、また、ＺｒＯ₂の含有量が焼結体全体に対して９０重量％を超えると、導電性付与剤の含有量が１０重量％未満となり、半導電性を得ることができなくなる。
【００２４】
その為、本発明において、酸化ジスプロシウムと酸化セリウムを安定化剤として含むＺｒＯ₂は、６０重量％〜９０重量％の範囲で含有することが必要である。
【００２５】
また、本発明の半導電性ジルコニア焼結体中には、原料粉末や製造工程から、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｎＯ、ＳｉＯ₂、Ｎａ、Ｆｅ等の不純物が混入する恐れがあるが、これらの不純物は焼結体全体に対して４重量％以下の範囲であれば含有していても構わない。
【００２６】
さらに、半導電性ジルコニア焼結体中におけるＺｒＯ₂の平均結晶粒子径は０．３〜１．０μm、好ましくは０．４〜０．８μｍのものが良く、このような範囲とすることで、上述したような機械的特性を得ることができる。
【００２７】
かくして、本発明の半導電性ジルコニア焼結体を用い、半導体製造装置等で使用される薄肉の搬送アームやウェハ把持用ピンセット等の治工具、あるいはプリンタ等の画像形成装置において紙をローラから分離するのに使用される分離爪、さらには磁気テープ等のテープ状体を搬送、案内するのに用いられるテープガイド等を形成すれば、短期間で摩耗したり、熱劣化を生じたり、破揖することがないため、長期間にわたって使用することができる。
【００２８】
また、本発明の半導電性ジルコニア焼結体はボイドが少ないことから、鏡面加工が要求される構造部品ではより平滑で品質の高い鏡面が得られ、また、ボイドが少なくかつ小さいことから、塵埃等がボイドに溜まることを防止することができ、塵埃等の付着を嫌う半導体製造装置用の治工具やテープガイド等において好適に用いることができる。
【００２９】
なお、本発明において、ボイド占有面積率とは、ニレコ製ＬＵＺＥＸ−ＦＳによって測定し、０．８μｍの大きさ以上のものをボイドとし、測定視野の面積に対し、測定視野内に存在するボイドが占める割合のことである。
【００３０】
また、ジルコニア焼結体中における全ジルコニア量に対し、単斜晶以外のジルコニア量を算出するには、Ｘ繰回折により単斜晶ジルコニアのＸ繰回折強度と、正方晶ジルコニア及び立方晶ジルコニアのＸ繰回折強度をそれぞれ測定し、数1により算出すれば良い。
【００３１】
【数１】

【００３２】
次に、本発明に係る半導電性ジルコニア焼結体の製造方法について説明する。
【００３３】
本発明の半導電性ジルコニア焼結体を製造するには、０．５〜１．０μmのＺｒＯ₂粉末と、安定化剤としての酸化ジスプロシウム（Ｄｙ₂Ｏ₃）と酸化セリウム（ＣｅＯ₂）の粉末、及び導電性付与剤として酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のうち一種以上の酸化物粉末を用いるか、あるいは焼成中にこれらの材料に変化しうる水酸化物粉末や炭酸化粉末等を用い、安定化剤を含むＺｒＯ₂が６０〜９０重量％、導電性付与剤が１０〜４０重量％となるように調合し、これらを乾式又は湿式で混合する。なお、湿式の場合はスプレードライヤー等で乾燥造粒して顆粒を製作することもできる。また、ＺｒＯ₂と安定化剤の混合において共沈法を用いても良く、この共沈法を用いれば、微細かつ均一に安定化剤が分散されたＺｒＯ₂を得ることができる。
【００３４】
そして、乾式による原料粉末や湿式による顆粒を型内に充填し、メカプレス成形法やラバープレス成形法等の公知の成形手段により所定の形状に成形するか、あるいは湿式による泥しょうを押出成形法や射出成形法、テープ成形法等の公知の成形手段により所定の形状に成形したのち、酸化雰囲気中にて１〜３時間程度焼成する。この時、焼成温度が１２５０℃未満であると完全に焼結させることができず、１４００℃より高くなるとシンターオーバーとなるために、いずれもジルコニア焼結体の強度や硬度を高めることができない。その為、１２５０〜１４００℃の温度で焼成することが重要である。
【００３５】
このような条件にて製作すれば、全ジルコニア量に対する単斜晶以外のジルコニア量が９５％以上となり、ボイド占有面積率が１．５％以下、曲げ強度６００MＰａ以上、破壊靭性値５MＰａm^1/2以上、ビッカース（Ｈｖ）硬度１１ＧＰａ以上を有するとともに、１０³〜１０⁷Ω・ｍの体積固有抵抗値を有する半導電性ジルコニア焼結体を得ることができ、また、緻密化するにあたりホットプレス装置や熱間静水圧プレス装置のような高価な装置を必要とせず安価にかつ容易に製造することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００３７】
平均粒子径０．８μｍのＺｒＯ₂粉末に対し、Ｄｙ₂Ｏ₃粉末を１．５ｍｏｌ％とＣｅＯ₂粉末を６．０ｍｏｌ％添加するとともに、導電性付与剤としてＦｅ₂Ｏ₃粉末を３０重量％添加し、さらにバインダーと溶媒を加えて混練乾燥することにより顆粒を製作した。そして、この顆粒を金型中に充填してメカプレス成形法により１．０ｔｏｎ／ｃｍ²のプレス圧にて所定の形状に成形し、しかるのち、１３００℃の大気雰囲気中にて２時間程度焼成することによりジルコニア焼結体を得た。
【００３８】
そして、このジルコニア焼結体をＸ繰回折により単斜晶ジルコニアのＸ繰回折強度と正方晶ジルコニア及び立方晶ジルコニアのＸ線回折強度をそれぞれ測定し、全ジルコニア量に対する単斜晶以外のジルコニア量を数１より算出したところ９９％が単斜晶以外のジルコニアであった。
【００３９】
また、上記ジルコニア焼結体を３ｍｍ×４ｍｍ×５０ｍｍの角柱となるように切削した後、表面を算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μmとなるように研磨して試料を作製し、この試料をＪＩＳＲ１６０１に基づく３点曲げ試験により曲げ強度と破壊靭性値を測定したところ、曲げ強度８４３MＰａ、破壊靭性値５．６MＰａｍ^l/2を有していた。そして、試料表面のボイド占有面積率をニレコ製ＬＵＺＥＸ−ＦＳにて倍率を１００倍とし、演算処理にて求めたところ、１．５％以下の値となった。
【００４０】
また、別に切り出した試料を用意し、ビッカース硬度（Ｈｖ）を測定したところ１２．３ＧＰａを有しており、さらに別の試料を４端子法にて、体積固有抵抗値を測定したところ、３．６×１０⁴Ω・ｍであった。そこで、静電気の除去具合を見るために、２．５ｍｍ×６ｍｍ×４０ｍｍの角柱をしたジルコニア焼結体を用意し、一方端に１０００Ｖの電圧を印加し、他方端における電圧値が１００Vとなるまでの降下時間を測定したところ、０．１〜２０秒の時間を要し、大気摩擦による放電を生じることなく適度な速度で静電気を逃がすことができ良好であった。
【００４１】
また、ジルコニア焼結体の緻密度合いを調べるため、アルキメデス法により見掛比重を測定したところ５．９と十分に緻密化されていた。
【００４２】
さらに、このジルコニア焼結体の耐熱性を調べるため、別に切り出したジルコニア焼結体を３ｍｍ×４ｍｍ×５０ｍｍの角柱に切削した後、表面を算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ以下に研摩して試料を作製し、大気雰囲気中で１３６℃まで加熱し、６５００ｍｉｎの加熱時間で熱処理を行なった後、単斜晶以外のジルコニア量、曲げ強度、破壊靭性値、ビッカース硬度、体積固有抵抗値、ボイド占有面積率を測定したところ、単斜晶以外のジルコニア量：９８．３％、曲げ強度７５８ＭＰａ、破壊靭性値５．３MＰａｍ^l/2、ビッカース硬度１２．４ＧＰａ、体積固有抵抗値３．５×１０⁴Ω・ｍ、ボイド占有面積率１．０％と、熱処理前と比較して特性劣化が見られず、１２０〜３００℃の熱に対しても優れた耐熱性を有するものであった。
【００４３】
【実験例】
（参考例１）ここで、上記実施形態におけるジルコニア焼結体において、導電性付与剤である酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）の含有量を異ならせた時の機械的特性（曲げ強度、破壊靭性値、ビッカース硬度）と電気的特性（体積固有抵抗値及び静電気の除去具合）について測定した。
【００４４】
なお、機械的特性と電気的特性については実施形態と同様の方法にて測定した。また、比較のために、安定化剤としてＹ₂Ｏ₃を３ｍｏｌ％含むジルコニアに対し、導電性付与剤として鉄をＦｅ₂Ｏ₃換算で１０，３０，４０重量％含有させた半導電性ジルコニア焼結体を製作し、同様の測定を行った。
【００４５】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００４６】
【表１】

【００４７】
この結果、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）の含有量が１０重量％未満である試料Ｎｏ．１，２は、ジルコニアの持つ優れた機械的特性を有していたものの、体積固有抵抗値が１０¹⁰Ω・ｍ以上と絶縁性が高いために、静電気の除去効果が得られなかった。
【００４８】
また、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）の含有量が４０重量％より多い試料Ｎｏ．７，８では、機械的特性の低下が見られ、曲げ強度６００MＰａ未満、破壊勒性値５MＰａｍ^l/2未満、ビッカース硬度（Ｈｖ）１１ＧＰａ未満であった。しかも、Ｆｅ₂Ｏ₃の含有量が多すぎるために、体積固有抵抗値が１０²Ω・ｍまで低下した結果、静電気が一気に逃げてしまうといった問題もあった。
【００４９】
これに対し、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）の含有量が１０〜４０重量％の範囲にある試料Ｎｏ．３〜６及び試料Ｎｏ．９〜１１は、その体積固有抵抗値を１０³〜１０⁷Ω・ｍとすることができるため、静電気を適度な速度で逃がすことができ、優れた静電気除去効果を有するとともに、いずれも曲げ強度６００ＭＰａ以上、破壊勒性値５ＭＰａｍ^l/2以上、ビッカース硬度（Ｈｖ）９ＧＰａ以上と優れた機械的特性を有していた。
【００５０】
ただし、ジルコニアの安定化剤としてＹ₂Ｏ₃を用いた試料Ｎｏ．９〜１１は、同じ導電性付与剤の含有量を有する試料Ｎｏ．３，５，６と比較すると、ボイド占有面積率が大きく、緻密化されてなかった。
【００５１】
これに対し、ジルコニアの安定化剤としてＤｙ₂Ｏ₃とＣｅＯ₂を用いた試料Ｎｏ．３，５，６は、ボイド占有面積率がいずれも１．５％以下と緻密化されたものであった。
【００５２】
この結果、ジルコニアの安定化剤として酸化ジスプロシウム（Ｄｙ₂Ｏ₃）と酸化セリウム（ＣｅＯ₂）を用いるとともに、導電性付与剤である酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）を１０〜４０重量％の範囲で含有量すれば、ジルコニアの持つ機械的特性を大きく低下させることなく、優れた静電気除去効果を有する緻密化された半導電性ジルコニア焼結体が得られることが判る。
【００５３】
さらに、耐熱性について調べるため、試料Ｎｏ．３，５，６，９〜１１のジルコニア焼結体を用い、各焼結体を３ｍｍ×４ｍｍ×５０ｍｍの角柱に切削した後、その表面を算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ以下となるように研磨して試料片を作製し、各試料片を大気雰囲気中で１３６℃まで加熱した状態で、６５００分加熱した後、各試料片の単斜晶以外のジルコニア量、曲げ強度、破壊靭性値、ビッカース硬度、体積固有抵抗値、ボイド占有面積率を測定したところ、表１より判るように、ジルコニアの安定化剤としてＹ₂Ｏ₃を用いた試料Ｎｏ．９〜１１は、加熱処理によってジルコニア焼結体中における単斜晶以外のジルコニア量が大幅に減少し（単斜晶ジルコニアの増加）、それに伴い、曲げ強度及び破壊靱性値が大きく低下するとともに、表面粗さの劣化も認められた。
【００５４】
これに対し、ジルコニアの安定化剤として酸化ジスプロシウム（Ｄｙ₂Ｏ₃）と酸化セリウム（ＣｅＯ₂）を用いた試料Ｎｏ．９〜１１は、熱処理前後において機械的特性、電気的特性、静電気除去具合、及び緻密度合いに関して大きな変化が殆どなく、耐熱性に優れていた。
【００５５】
この結果、ジルコニアの安定化剤として酸化ジスプロシウムと酸化セリウムを用い、このジルコニアに対して導電性付与剤である鉄をＦｅ₂Ｏ₃換算で１０〜４０重量％の範囲で含有すれば、常圧焼成にもかかわらず、緻密なジルコニア焼結体とすることができるとともに、その体積固有抵抗値を１０³〜１０⁷Ω・ｍとし、静電気を適度な速度で逃がすことができ、さらには曲げ強度が６００ＭＰａ以上、破壊勒性値が５ＭＰａｍ^l/2以上、ビッカース硬度（Ｈｖ）が１１ＧＰａ以上と優れた機械的特性を得ることができる。しかも、耐熱性に優れることから、１２０〜３００℃程度の熱に曝されたとしても機械的特性や電気的特性が劣化することがない。（実施例１）次に、導電性付与剤として酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）に代えて酸化亜鉛を用いる以外は参考例１と同様の実験を行った。
【００５６】
結果は表２に示す通りである。
【００５７】
【表２】

【００５８】
この結果、導電性付与剤として酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）に代えて酸化亜鉛を用いたとしても実施例１と同様の傾向が見られ、ジルコニアの安定化剤として酸化ジスプロシウムと酸化セリウムを用い、このジルコニアに対して導電性付与剤である亜鉛をＺｒＯ換算で１０〜４０重量％の範囲で含有すれば、常圧焼成にもかかわらず、緻密なジルコニア焼結体とすることができるとともに、その体積固有抵抗値を１０³〜１０⁷Ω・ｍとし、静電気を適度な速度で逃がすことができ、さらには曲げ強度が６００ＭＰａ以上、破壊勒性値が５ＭＰａｍ^l/2以上、ビッカース硬度（Ｈｖ）が１１ＧＰａ以上と優れた機械的特性を有していた。しかも、耐熱性に優れることから、１２０〜３００℃程度の熱に曝されたとしても機械的特性や電気的特性が劣化することがなかった。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の半導電性ジルコニア焼結体の製造方法は、ＺｒＯ_２粉末と、Ｄｙ_２Ｏ_３粉末と、ＣｅＯ_２粉末と、ＺｎＯ粉末と、を混練乾燥することにより顆粒を作製する工程と、作製された顆粒を用いて所定の形状に成形する工程と、該成形体を大気雰囲気中で常圧下にて１２５０〜１４００℃の温度で焼成する工程と、を含むことにより、安定化剤として、Ｄｙ_２Ｏ_３を０．５〜４．５ｍｏｌ％、ＣｅＯ_２を２〜８ｍｏｌ％でかつ合計量が６ｍｏｌ％以上の範囲で含むＺｒＯ_２を６０〜９０重量％、導電性付与剤としてＺｎの酸化物を１０〜４０重量％で含有し、体積固有抵抗値が１０^３〜１０^７Ω・ｍで、ボイド占有面積率が１．５％以下である半導電性ジルコニア焼結体を作製するための製造方法であることから、常圧下の焼成にもかかわらず、緻密なジルコニア焼結体とすることができ、また、ジルコニアの持つ機械的特性を大きく低下させることなく、静電気を適度な速度で逃がすことができる。その為、この半導電性ジルコニア焼結体により、半導体製造装置で使用される搬送アームやりウェハ把持用ピンセット等の治工具、あるいはプリンタ等の画像形成装置において使用される分離爪、さらには磁気テープ等のテープ状体を搬送、案内するのに用いられるテープガイド等を形成すれば、静電気による悪影響を受けることがなく、また、短期間で摩耗したり、破揖することがないため、長期間にわたって好適に使用することができる。しかも、上記半導電性ジルコニア焼結体は耐熱性にも優れることから、熱に曝されるような用途であっても機械的特性や電気的特性の劣化がないことから長期間にわたって使用することができる。
【００６０】
その上、上記半導電性ジルコニア焼結体は、酸化雰囲気中での焼成が可能であるため、ホットプレス装置や熱間静水圧プレス装置のような特殊な装置を必要とせず、さらに、本発明で使用する導電性付与剤は原料自体が安価に入手できるため、安価にかつ容易に製造することができる。

Claims

ＺｒＯ_２粉末と、Ｄｙ_２Ｏ_３粉末と、ＣｅＯ_２粉末と、ＺｎＯ粉末と、を混練乾燥することにより顆粒を作製する工程と、作製された顆粒を用いて所定の形状に成形体を成形する工程と、該成形体を大気雰囲気中で常圧下にて１２５０〜１４００℃の温度で焼成する工程と、を含むことにより、安定化剤として、Ｄｙ_２Ｏ_３を０．５〜４．５ｍｏｌ％、ＣｅＯ_２を２〜８ｍｏｌ％でかつ合計量が６ｍｏｌ％以上の範囲で含むＺｒＯ_２を６０〜９０重量％、導電性付与剤としてＺｎの酸化物を１０〜４０重量％で含有し、体積固有抵抗値が１０^３〜１０^７Ω・ｍで、ボイド占有面積率が１．５％以下である半導性ジルコニア焼結体を作製することを特徴とする半導性ジルコニア焼結体の製造方法。