JP5768384B2

JP5768384B2 - 焼結体及びその製造方法

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Publication number: JP5768384B2
Application number: JP2011012861A
Authority: JP
Inventors: 和人安藤; 慎太郎林
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2031-01-25
Also published as: JP2011184285A

Description

本発明は、焼結体及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、半導体や液晶ディスプレイ等の製造プロセスに適用されるエッチング装置、スパッタリング装置、ＣＶＤ装置等の真空プロセス装置の構成部材として好適に用いられ、ハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに対する耐食性及び熱伝導性に優れるとともに、導電性にも優れた焼結体およびその製造方法に関するものである。

従来、ＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ等の半導体装置の製造ラインにおいては、例えば、塩素、フッ素等のハロゲン系腐食性ガスおよびこれらのプラズマに曝されるという厳しい条件下に用いられる部材として、アルミナ等のセラミックスにより構成される部品が広く用いられている。例えば、半導体製造装置内のセラミック部品としては、静電チャック、クランプリング、フォーカスリング、エッチング電極等が挙げられる。これらの部品を構成する材料としては、耐食性を改良したセラミック材料が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
また、上記のハロゲン系腐食性ガスおよびこれらのプラズマを用いる工程においては、エッチング電極やフォーカスリングのように、耐食性に加えて導電性が要求される部材が用いられている。このような部材としては、例えば、酸化アルミニウム等の絶縁性セラミックスにカーボンナノチューブを添加したもの、あるいは窒化アルミニウムに炭化ケイ素を添加したものが提案されている（例えば、特許文献３、４参照）。

ところで、導電性物質として炭化ケイ素を添加した場合、炭化ケイ素自体がハロゲン系プラズマに対して耐食性が十分ではない上に、炭化ケイ素の粒子形状が球状であるから、導電性を発現させるためには、基材となる窒化アルミニウム１００体積％に対して、炭化ケイ素の含有率を２０体積％以上とする必要がある。しかしながら、炭化ケイ素の含有率を２０体積％以上とすると、窒化アルミニウムと炭化ケイ素とにより構成される複合材料のハロゲン系腐食性ガスおよびこれらのプラズマに対する耐食性が大きく低下するという問題点があった。
また、絶縁性セラミックスにカーボンナノチューブを添加した場合、カーボンナノチューブの分散性が悪く、したがって、ハロゲン系プラズマに対する耐食性や導電性が低下するという問題点があった。

そこで、これらの問題点を解決するために、酸化イットリウムまたはイットリウム−アルミニウム複合酸化物と、繊維状炭素とを含有し、この酸化イットリウムまたはイットリウム−アルミニウム複合酸化物の粒界に前記繊維状炭素を三次元的に分散させ、かつ、前記繊維状炭素の凝集径を１０μｍ以下とした焼結体が提案されている（特許文献５）。

特開平１１−２４６２６３号公報特開２００２−２５５６４７号公報特開２００４−２４４２７３号公報特開２００３−１５２０６２号公報特開２００９−１８４８８１号公報

しかしながら、上述した粒界に繊維状炭素を三次元的に分散させた焼結体では、体積固有抵抗値が１０Ω・ｃｍ以上と高く、したがって、様々な真空プロセス装置での各種条件下で使用する場合、同時に使用される真空プロセス装置用部材と電気的整合性をとる必要があり、設計上の制約があるという問題点があった。また、この焼結体が適用可能な装置および適用範囲が制限され、汎用性という面では難があった。
また、この焼結体の製造方法では、体積固有抵抗値が１０Ω・ｃｍ以下の焼結体を得ることができず、したがって、ハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに対する耐食性及び熱伝導性に優れ、体積固有抵抗値が１０Ω・ｃｍ以下と導電性にも優れた焼結体を得ることができなかった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、ハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに対する耐食性及び熱伝導性に優れ、かつ導電性にも優れ、さらには、様々な真空プロセス装置に用いられる部材に適用した場合においても、設計上の制約が少なく、適用範囲も広く、汎用性に優れた焼結体及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、酸化イットリウム及び繊維状炭素を含有してなる焼結体の相対密度を９７％以上、体積固有抵抗値を０．５Ω・ｃｍ以上かつ１０Ω・ｃｍ以下とし、さらに、繊維状炭素を三次元に分散するとともに、その凝集径を５μｍ以下とすれば、ハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに対する耐食性及び熱伝導性に優れ、体積固有抵抗値が１０Ω・ｃｍ以下と導電性にも優れた焼結体が得られることを知見し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の焼結体は酸化イットリウム及び繊維状炭素からなる焼結体であって、相対密度が９７％以上、体積固有抵抗値が０．５Ω・ｃｍ以上かつ１０Ω・ｃｍ以下であり、前記繊維状炭素は、三次元に分散するとともに、その凝集径が５μｍ以下であり、前記繊維状炭素は、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブの群から選択される１種または２種以上であり、前記繊維状炭素の含有率は、該繊維状炭素及び前記酸化イットリウムの合計量に対して０．５体積％以上かつ５体積％以下であることを特徴とする。

前記繊維状炭素の直径は３０ｎｍ以下、前記繊維状炭素の長さは１０ｎｍ以下であることが好ましい。

本発明の焼結体の製造方法は、本発明の焼結体を製造する方法であって、酸化イットリウムスラリーと繊維状炭素スラリーとを混合して混合スラリーとする混合スラリー調製工程と、前記混合スラリーを噴霧乾燥し顆粒とする顆粒作製工程と、前記顆粒を１ＭＰａ以上かつ２０ＭＰａ以下の加圧下にて焼成し焼結体とする焼成工程と、を有することを特徴とする。

前記繊維状炭素スラリー中の繊維状炭素の平均二次粒子径は、４００ｎｍ以下であることが好ましい。

本発明の焼結体によれば、酸化イットリウム及び繊維状炭素を含有してなる焼結体の相対密度を９７％以上、体積固有抵抗値を０．５Ω・ｃｍ以上かつ１０Ω・ｃｍ以下とし、さらに、繊維状炭素を焼結体中に三次元に分散させるとともに、その凝集径を５μｍ以下としたので、ハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに対する耐食性を向上させ、導電性の低下も軽減することができ、体積固有抵抗値を１０Ω・ｃｍ以下とすることで導電性も向上させることができる。
したがって、プラズマ処理装置に用いられる部材に適用した場合においては、プラズマに対する耐食性及びプラズマエッチング速度の面内均一性に優れ、さらにはパーティクルの発生が少ないことから、特にエッチング電極やフォーカスリングに好適に用いられ、また、様々な真空プロセス装置に用いられる部材に適用した場合においても、設計上の制約が少なく、適用範囲も広く、汎用性に優れたものとなる。

本発明の焼結体の製造方法によれば、酸化イットリウムスラリーと繊維状炭素スラリーとを混合して混合スラリーとする混合スラリー調製工程と、前記混合スラリーを噴霧乾燥し顆粒とする顆粒作製工程と、前記顆粒を１ＭＰａ以上かつ２０ＭＰａ以下の加圧下にて焼成し焼結体とする焼成工程と、を有するので、ハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに対する耐食性及び熱伝導性が向上し、体積固有抵抗値を１０Ω・ｃｍ以下とすることで導電性も向上した焼結体を、容易に得ることができる。

本発明の焼結体及びその製造方法を実施するための形態について説明する。
なお、以下の実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

「焼結体」
本実施形態の焼結体は、酸化イットリウム及び繊維状炭素を含有してなる焼結体であり、相対密度が９７％以上、体積固有抵抗値が０．５Ω・ｃｍ以上かつ１０Ω・ｃｍ以下であり、繊維状炭素は、三次元に分散するとともに、その凝集径が５μｍ以下である。

この焼結体では、ハロゲン系プラズマに対して特に耐食性の高い酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）粒子がマトリックスを構成している。
この酸化イットリウム粒子の平均粒子径は、０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上かつ５μｍ以下である。
ここで、酸化イットリウム粒子の平均粒子径を０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下と限定した理由は、平均粒子径が０．１μｍ未満では、焼結体中における酸化イットリウムの粒界総数が増加するために、導電性を発現させるためには繊維状炭素の添加量を増加させる必要があるが、繊維状炭素の添加量を増加させると耐食性が低下するので好ましくなく、一方、平均粒子径が１０μｍを超えると、繊維状炭素の添加量が減少するので、導電性は向上するが、焼結体中における酸化イットリウムの粒界総数が減少するので、繊維状炭素が局所的に存在（偏在）することとなり、焼結体内での導電性に偏りが生じ、真空プロセス装置に適用した場合に、異常放電等が発生する虞があるので好ましくない。

この焼結体では、繊維状炭素が三次元に分散している。ここで、「繊維状炭素が三次元に分散する」とは、繊維状炭素が特定の配向性を示すことなくランダムに配置しており、酸化イットリウム粒子同士の間（粒界）に分散しているという意味である。すなわち、この焼結体から一定体積を取り、この体積中に含まれる繊維状炭素それぞれの長手方向の平均値を取った場合、この平均値が零となるということである。
この繊維状炭素としては、直径３０ｎｍ以下、長さ１０μｍ以下の単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ：Single Walled Carbon Nanotube）、二層カーボンナノチューブ（ＤＷＣＮＴ：Double Walled Carbon Nanotube）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ：Multi Walled Carbon Nanotube）の群から選択される１種または２種以上が用いられる。

この繊維状炭素は、酸化イットリウム粒子同士の間（粒界）にランダムに存在することにより、これら繊維状炭素同士が一部で接触してネットワークを形成し、よって、焼結体中の粒界に導電パスを形成している。
なお、この繊維状炭素は、酸化イットリウム粒子同士の間（粒界）に必ず存在している必要はなく、繊維状炭素が存在しない粒界があってもよい。

この繊維状炭素は、酸化イットリウム粒子からなるマトリックス中に、繊維状炭素が単体、あるいは、単体の繊維状炭素が複数本凝集した凝集体として存在しており、この凝集体の凝集径（凝集体の直径）は５μｍ以下、好ましくは２μｍ以下となっている。
ここで、凝集径が５μｍを超えると、ハロゲン系プラズマにより繊維状炭素が消失し易くなり、耐食性が低下し、導電性の低下、パーティクルの発生を引き起こすので、好ましくない。特に、半導体製造装置用部材として使用した際には、凝集体の部分がプラズマにより選択的に消耗してしまい、その結果、耐食性の低下、導電性の低下、パーティクルの発生が生じることとなり、半導体製造装置用部材として不適当であり、また、凝集体が焼結を阻害する要因となり、低圧焼成時に焼結体の密度が向上せず、体積抵抗率の低下も不十分なものとなる。さらに、導電パスが形成しづらく、焼結体に求められる導電性を発現させるためには、繊維状炭素の含有量を高くする必要がある。

この繊維状炭素の含有率は、０．５体積％以上かつ５体積％以下であることが好ましく、より好ましくは１体積％以上かつ３体積％以下である。
ここで、繊維状炭素の含有率が０．５体積％より低いと、導電パスの形成が不十分なものとなり、焼結体に必要とされる導電性を発現させることができず、一方、繊維状炭素の含有率が５体積％を超えると、繊維状炭素が１０μｍより大きい粗大凝集体を形成し易くなり、耐食性が低下する。

この焼結体は、その相対密度、すなわち真密度（ｄ_０）の理論密度（ｄ_ｔ）に対する比（ｄ_０／ｄ_ｔ）を百分率で表した場合、９７％以上と緻密なものとなっている。

また、この焼結体の体積固有抵抗値は、０．５Ω・ｃｍ以上かつ１０Ω・ｃｍ以下である。
ここで、焼結体の体積固有抵抗値を０．５Ω・ｃｍ未満にするには、繊維状炭素の含有率を高める必要があるが、含有率を高めると、繊維状炭素が凝集を生じ易くなり、耐食性が低下してしまうので好ましくない。また、コストの面でも経済的ではない。一方、体積固有抵抗値が１０Ω・ｃｍを超えると、様々な真空プロセス装置での各種条件下で使用する場合、同時に使用される真空プロセス装置用部材と電気的整合性をとることが難しく、設計上の制約が生じるので好ましくない。

この焼結体は、ハロゲン系腐食性ガス及びこれらのプラズマに対する耐食性及び熱伝導性に優れており、体積固有抵抗値が１０Ω・ｃｍ以下と導電性にも優れている。
この焼結体をエッチング装置、スパッタリング装置、ＣＶＤ装置等の真空プロセス装置の構成部材に適用した場合、設計上の制約が少なく、適用範囲も広く、汎用性に優れている。

「焼結体の製造方法」
本実施形態の焼結体の製造方法は、上記の焼結体を製造する方法であって、酸化イットリウムスラリーと繊維状炭素スラリーとを混合して混合スラリーとする混合スラリー調製工程と、前記混合スラリーを噴霧乾燥し顆粒とする顆粒作製工程と、前記顆粒を１ＭＰａ以上かつ２０ＭＰａ以下の加圧下にて焼成し焼結体とする焼成工程と、を有する方法である。

ここで、繊維状炭素を凝集させることなく、酸化イットリウムと繊維状炭素とを複合化させるためには、予め繊維状炭素を分散媒中に単独で均一に分散させたスラリーを調製しておくことが好ましい。そこで、予め、酸化イットリウム粒子を分散媒中に均一に分散させた酸化イットリウムスラリーと、繊維状炭素を分散媒中に均一に分散させた繊維状炭素スラリーとを、個別に調製する。

酸化イットリウムスラリーを調製するには、分散媒に、酸化イットリウム粒子を、その含有率が４０質量％以上かつ７０質量％となるように添加して混合する。
ここで、酸化イットリウム粒子の含有率を４０質量％以上かつ７０質量％とした理由は、酸化イットリウムスラリーと繊維状炭素スラリーとを混合して混合スラリーを調製した際に、混合スラリーが高粘度化するのを防止するためである。

また、繊維状炭素スラリーを調製するには、分散媒に、繊維状炭素（固形分）を、その含有率が０．５質量％以上かつ１．５質量％以下となるように添加し、この繊維状炭素及び分散媒を含む混合物に対して分散処理を施す。
ここで、繊維状炭素スラリーにおける繊維状炭素の含有率を０．５質量％以上かつ１．５質量％以下とした理由は、繊維状炭素の含有率が１．５質量％を超えると、繊維状炭素が再び凝集する虞があるばかりでなく、繊維状炭素スラリーが高粘度化し、繊維状炭素凝集体の解こう、分散が困難になり、さらには、酸化イットリウムスラリーと混合した場合に均一な混合スラリーが得られない等の問題が生じるからである。

なお、繊維状炭素スラリーにおける繊維状炭素の含有率は１．５質量％以下であれば特に問題ないが、繊維状炭素の含有率を必要以上に下げると、スラリー中の繊維状炭素の絶対量が減少しかつ溶媒の量が過剰となり、製造上非効率かつ高コストとなる等の問題が生じる。それ故、繊維状炭素の含有率の下限値は０．５質量％が好ましい。

この繊維状炭素スラリー中の繊維状炭素の平均二次粒子径は、４００ｎｍ以下であることが好ましい。
繊維状炭素の平均二次粒子径が４００ｎｍを超えると、酸化イットリウムスラリーと混合、乾燥する際に、繊維状炭素が凝集してしまい、その後焼成した際に得られる焼結体中の繊維状炭素の凝集体が粗大となり、耐食性が低下してしまうので好ましくない。
繊維状炭素スラリー中の繊維状炭素の平均二次粒子径を４００ｎｍ以下とすることにより、酸化イットリウムスラリーと混合する際に、繊維状炭素が混合スラリー中および乾燥時に再凝集することを抑止することができる。この結果、焼結体中での繊維状炭素が粗大凝集物を形成せずに、酸化イットリウム粒子の粒界中に三次元的に分散し、効率的に導電パスを形成することができる。

これら酸化イットリウムスラリー及び繊維状炭素スラリーに用いられる分散媒としては、水および有機溶媒が使用可能である。有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、２−プロパノール、ブタノール、オクタノール等の一価アルコール類およびその変性体；α−テルピネオール等の単環式モノテルペンに属するアルコール類；ブチルカルビトール等のカルビトール類；酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ブチルカルビトールアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類；ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル（メチルセロソルブ）、エチレングリコールモノエチルエーテル（エチルセロソルブ）、エチレングリコールモノブチルエーテル（ブチルセロソルブ）、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類；ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素；ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン等のアミド類が好適に用いられ、これらの溶媒のうち１種または２種以上を用いることができる。

これらのスラリーを調製する際に分散剤やバインダーを添加してもよい。
分散剤やバインダーとしては、例えば、ポリカルボン酸アンモニウム塩等のポリカルボン酸塩、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等の有機高分子等が用いられる。

分散処理としては、繊維状炭素自体の凝集力が強いために、まず前分散として、機械的な力を加えて解こうを行う必要がある。前分散方法としては、特に限定されないが、高速ホモジナイザー等が挙げられる。
その後の分散処理としては、特に限定されないが、超音波ホモジナイザー、ビーズミル、超高圧粉砕機等の分散機が用いられる。

次いで、この酸化イットリウムスラリーと繊維状炭素スラリーとを混合して混合スラリーとする。
混合方法としては、特に限定されないが、例えば、回転二枚刃式ホモジナイザーと湿式ボールミルを組み合わせた方法が用いられる。

次いで、この混合スラリーを噴霧乾燥法により噴霧乾燥し、酸化イットリウム粒子と繊維状炭素との混合粒子からなる顆粒を得る。
ここでは、混合スラリーを加熱された気流中に噴霧し乾燥することにより、混合スラリー中の酸化イットリウム粒子及び繊維状炭素それぞれの分散性を保持したまま、これらを含む混合粒子を急速に乾燥させ、造粒することができる。
ここでは、混合スラリーの噴霧乾燥条件を、後段の焼成工程において良好な特性が得られるような大きさの顆粒が得られるように、適宜調整する。
例えば、顆粒の平均粒子径が３０μｍ〜１００μｍ等の大きさになるように、混合スラリーの噴霧乾燥条件を調整する。

次いで、この顆粒を１ＭＰａ以上かつ２０ＭＰａ以下の加圧下にて焼成し、焼結体とする。
ここで、焼成時の圧力を１ＭＰａ以上かつ２０ＭＰａ以下とした理由は、圧力が１ＭＰａ未満では、得られた焼結体の密度が低くなり、耐食性が低下し、また、緻密な焼結体が得られず導電性も高くなり、半導体製造装置用部材として使用する際に用途が限定されてしまい、汎用性が損なわれるからである。一方、圧力が２０ＭＰａを超えると、得られた焼結体の密度、導電性とも問題はないが、部材の大型化に伴う大型焼結体の焼結装置を設計する際に、加圧面積に制限が生じる。

焼成時の雰囲気としては、繊維状炭素の酸化を防止する必要があることから、窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性雰囲気が好ましい。
また、焼成温度は、１６００℃以上かつ１８５０℃以下が好ましい。
顆粒を１６００℃以上かつ１８５０℃以下にて焼成することが好ましい理由は、焼成温度が１６００℃未満では、繊維状炭素が酸化イットリウムの焼結を阻害し、９７％以上の相対密度の焼結体を得ることができないからであり、一方、焼成温度が１８５０℃を超えると、酸化イットリウムと繊維状炭素が直接反応して炭化物を形成してしまうからである。
また、焼成時間は、緻密な焼結体が得られるのに十分な時間であればよく、例えば、１〜６時間である。

このように、顆粒の焼成時に、１ＭＰａ以上かつ２０ＭＰａ以下の加圧を同時に行うことにより、酸化イットリウムの粒成長を抑止しつつ焼結体の密度を向上させることができ、繊維状炭素が形成する導電パスの切断を行うことなく、１０Ω・ｃｍ以下の導電性を発現することができる。

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

「実施例１」
Ａ．焼結体の作製
直径１０ｎｍ〜５０ｎｍ、長さ１μｍ〜２５μｍの多層カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を、純水中に、多層カーボンナノチューブの含有率（固形分）が０．５質量％となるように加え、分散剤を添加後、回転二枚刃式ホモジナイザー装置により解こう前処理を行った。次いで、超音波ホモジナイザーにより５時間分散処理を行った。得られたカーボンナノチューブスラリーの二次粒子径は３００ｎｍであった。

また、平均粒子径が３μｍの酸化イットリウム粉体を、純水中に、酸化イットリウム粉体の含有率（固形分）が４０質量％となるように加え、分散剤を添加後、攪拌機で攪拌を行い、酸化イットリウムスラリーを調整した。
次いで、これらカーボンナノチューブスラリーと酸化イットリウムスラリーを、固形分中のカーボンナノチューブの含有率が３体積％となるように、調製混合し、攪拌機で攪拌し、混合スラリーを調製した。

次いで、この混合スラリーを噴霧乾燥法により、カーボンナノチューブと酸化イットリウムの複合粒子を乾燥、造粒した。得られた顆粒の粒子径は３０〜１００μｍであった。
次いで、この顆粒を、窒素（Ｎ_２）ガスを用いた不活性雰囲気中にて脱脂処理した後、アルゴン雰囲気下、１８５０℃、圧力２０ＭＰａにて２時間焼成を行い、実施例１の焼結体を作製した。

Ｂ．焼結体の評価
上記の焼結体の相対密度、体積固有抵抗値、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の凝集径、消耗レート及び熱伝導率を測定し、評価した。評価方法は下記のとおりである。
（１）相対密度
焼結体の真密度（ｄ_０）をアルキメデス法により測定し、この真密度（ｄ_０）の理論密度（ｄ_ｔ）に対する比（ｄ_０／ｄ_ｔ）を百分率で表し、相対密度（％）とした。
（２）体積固有抵抗値
抵抗率計ロレスタＧＰ（三菱化学アナリテック社製）を用いて、四端子法により、測定電圧を１０Ｖとして測定した。

（３）ＣＮＴの凝集径
焼結体の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により５００００倍にて観察し、ＣＮＴの凝集体１２個それぞれの凝集径を測定し、その平均値を算出した。
（４）消耗レート
六フッ化イオウ（ＳＦ_６）、酸素ガス及びアルゴンガスの混合ガス中にて、プラ
ズマを３時間暴露し、消耗レート（ｎｍ／ｈｒ）を測定し、この測定値により耐食性を評価した。
（５）熱伝導率
日本工業規格ＪＩＳＲ１６１１「ファインセラミックスのフラッシュ法による熱拡散率・比熱容量・熱伝導率の測定方法」に規定されたレーザーフラッシュ法により測定した。ここでは、試験片の形状を、直径１０ｍｍ、厚み２ｍｍの円板状とした。

これらの測定の結果、焼結体の相対密度は９９．７％、体積固有抵抗値は１．７Ω・ｃｍ、ＣＮＴの凝集径は１．９μｍ、消耗レートは１７２．６ｎｍ／ｈｒ、熱伝導率は１０．６Ｗ／ｍ・Ｋであった。

「実施例２」
超音波ホモジナイザーによる分散処理を１０時間として、カーボンナノチューブスラリーの平均二次粒子径を１７０ｎｍとした他は、実施例１に準じて実施例２の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は９９．９％、体積固有抵抗値は０．８Ω・ｃｍ、ＣＮＴの凝集径は１．２μｍ、消耗レートは１５４．７ｎｍ／ｈｒ、熱伝導率は１１．４Ｗ／ｍ・Ｋであった。

「実施例３」
圧力１ＭＰａにて２時間焼成を行った他は、実施例１に準じて実施例３の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は９７．１％、体積固有抵抗値は５．２Ω・ｃｍ、ＣＮＴの凝集径は２．４μｍ、消耗レートは１９０．５ｎｍ／ｈｒ、熱伝導率は１０．２Ｗ／ｍ・Ｋであった。

「実施例４」
カーボンナノチューブスラリーと酸化イットリウムスラリーを、固形分中のカーボンナノチューブの含有率が０．５体積％となるように、調製混合、攪拌して混合スラリーを調製した他は、実施例１に準じて実施例４の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は９９．９％、体積固有抵抗値は９．９Ω・ｃｍ、ＣＮＴの凝集径は０．５μｍ、
ＣＮＴの凝集径は２．４μｍ、消耗レートは１２２．２ｎｍ／ｈｒ、熱伝導率は１３．８Ｗ／ｍ・Ｋであった。

「実施例５」
固形分中のカーボンナノチューブの含有率を５．０体積％とした他は、実施例１に準じて実施例５の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は９９．４％、体積固有抵抗値は０．５Ω・ｃｍ、ＣＮＴの凝集径は４．８μｍ、消耗レートは２５１．４ｎｍ／ｈｒ、熱伝導率は９．１Ｗ／ｍ・Ｋであった。

「実施例６」
超音波ホモジナイザーによる分散処理を４時間として、カーボンナノチューブスラリーの二次粒子径を４００ｎｍとした他は、実施例１に準じて実施例６の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は９９．６％、体積固有抵抗値は２．０Ω・ｃｍ、ＣＮＴの凝集径は２．２μｍ、消耗レートは１８８．４ｎｍ／ｈｒ、熱伝導率は１０．３Ｗ／ｍ・Ｋであった。

「比較例１」
超音波ホモジナイザーによる分散処理を１時間として、カーボンナノチューブスラリーの平均二次粒子径を８６０ｎｍとした他は、実施例１に準じて比較例１の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は９９．０％、体積固有抵抗値は１２Ω・ｃｍ、ＣＮＴの凝集径は８．２μｍ、消耗レートは３５６．２ｎｍ／ｈｒ、熱伝導率は９．６Ｗ／ｍ・Ｋであった。

「比較例２」
加圧せずに焼成を行った他は、実施例１に準じて比較例２の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は９２．８％、体積固有抵抗値は４２Ω・ｃｍ、ＣＮＴの凝集径は３．２μｍ、消耗レートは２２８．７ｎｍ／ｈｒ、熱伝導率は９．９Ｗ／ｍ・Ｋであった。

「比較例３」
カーボンナノチューブを添加しなかった（カーボンナノチューブの含有率が０．０体積％）とした他は、実施例１に準じて比較例３の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は１００．０％、体積固有抵抗値は１０^８Ω・ｃｍ以上（測定限界値以上）、消耗レートは１００．０ｎｍ／ｈｒ、熱伝導率は１６．０Ｗ／ｍ・Ｋであった。

「比較例４」
固形分中のカーボンナノチューブの含有率を１０．０体積％とした他は、実施例１に準じて比較例４の焼結体を作製し、評価した。
得られた焼結体の相対密度は９８．１％、体積固有抵抗値は０．１Ω・ｃｍ、ＣＮＴの凝集径は１２．２μｍ、消耗レートは６０１．４ｎｍ／ｈｒ、熱伝導率は８．５Ｗ／ｍ・Ｋであった。
実施例１〜５及び比較例１〜４の測定結果を表１に示す。

Claims

酸化イットリウム及び繊維状炭素からなる焼結体であって、
相対密度が９７％以上、体積固有抵抗値が０．５Ω・ｃｍ以上かつ１０Ω・ｃｍ以下であり、
前記繊維状炭素は、三次元に分散するとともに、その凝集径が５μｍ以下であり、
前記繊維状炭素は、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブの群から選択される１種または２種以上であり、
前記繊維状炭素の含有率は、該繊維状炭素及び前記酸化イットリウムの合計量に対して０．５体積％以上かつ５体積％以下であることを特徴とする焼結体。
前記繊維状炭素の直径は３０ｎｍ以下、前記繊維状炭素の長さは１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の焼結体。
請求項１または２に記載の焼結体を製造する方法であって、
酸化イットリウムスラリーと繊維状炭素スラリーとを混合して混合スラリーとする混合スラリー調製工程と、前記混合スラリーを噴霧乾燥し顆粒とする顆粒作製工程と、前記顆粒を１ＭＰａ以上かつ２０ＭＰａ以下の加圧下にて焼成し焼結体とする焼成工程と、を有することを特徴とする焼結体の製造方法。
前記繊維状炭素スラリー中の繊維状炭素の平均二次粒子径は、４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の焼結体の製造方法。