JP7242699B2 - 黒色セラミックス - Google Patents
黒色セラミックス Download PDFInfo
- Publication number
- JP7242699B2 JP7242699B2 JP2020553188A JP2020553188A JP7242699B2 JP 7242699 B2 JP7242699 B2 JP 7242699B2 JP 2020553188 A JP2020553188 A JP 2020553188A JP 2020553188 A JP2020553188 A JP 2020553188A JP 7242699 B2 JP7242699 B2 JP 7242699B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mass
- component
- less
- oxide
- ceramics
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 46
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 48
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims description 37
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 16
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 15
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 14
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 14
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical group O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 30
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 28
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 16
- 229910020599 Co 3 O 4 Inorganic materials 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N cobalt(II,III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Co+2].[Co+3].[Co+3] UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 9
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000005211 surface analysis Methods 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 7
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 6
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 5
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 5
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 2
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 description 2
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 2
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GPKIXZRJUHCCKX-UHFFFAOYSA-N 2-[(5-methyl-2-propan-2-ylphenoxy)methyl]oxirane Chemical compound CC(C)C1=CC=C(C)C=C1OCC1OC1 GPKIXZRJUHCCKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000007723 die pressing method Methods 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
- C04B35/111—Fine ceramics
- C04B35/117—Composites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
本開示の黒色セラミックスは、実装基板、露光処理装置用部材、遮光材および熱吸収材等に用いられるものである。
実装基板として、発光素子モジュール（ＬＥＤ）の光の輪郭をぼやけさせず、輪郭がくっきりとなるように反射率が低い黒色セラミックスが用いられている。また、露光処理装置用部材（露光処理時における被処理物である基板（例えば、ウエハ）の載置台や露光処理領域の壁材等）として、光の反射を抑制して露光精度を向上させるために、黒色系のセラミックスが用いられている。さらに、光学系装置における光を遮りたい部分や熱を利用した装置において熱の吸収が求められる部分に黒色セラミックスが用いられている。
このような黒色セラミックスとして、本出願人は、コバルト、ニッケル、鉄等の酸化物を含む酸化アルミニウム質セラミックスを提案している（特許文献１参照）。
本開示の黒色セラミックスは、第１成分と第２成分とを含むセラミックスであり、前記第１成分が酸化アルミニウムであり、前記第２成分が、コバルトの酸化物、ニッケルの酸化物および鉄の酸化物である。そして、前記第１成分および前記第２成分の合計の含有量は、前記セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち９３質量％以上である。また、前記第１成分および前記第２成分の合計１００質量％のうち、前記第１成分が８０質量％以上９３質量％以下であり、前記第２成分が７質量％以上２０質量％以下である。さらに、前記第２成分の１００質量％のうち、コバルトの酸化物換算で２．７５質量％以上８．２５質量％以下であり、ニッケルの酸化物換算で２．７５質量％以上８．２５質量％以下であり、鉄の酸化物換算で８５．４４質量％以上９２．５６質量％以下である。
以下、本開示の黒色セラミックスの実施形態の一例について説明する。なお、本開示の黒色セラミックスは、露光装置用部材に用いられることに限定されるものではなく、光の反射の抑制が求められるものに使用可能であることはいうまでもない。
本開示の黒色セラミックスは、第１成分と第２成分とを含むセラミックスであり、第１成分が酸化アルミニウムであり、第２成分が、コバルトの酸化物、ニッケルの酸化物および鉄の酸化物である。そして、第１成分および第２成分の合計の含有量は、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち９３質量％以上である。また、第１成分および第２成分の合計１００質量％のうち、第１成分が８０質量％以上９３質量％以下であり、第２成分が７質量％以上２０質量％以下である。
換言すれば、第１成分は主成分であり、第２成分は副成分である。また、第２成分はいわゆる顔料である。また、上記構成を満たすセラミックスは、酸化アルミニウム質セラミックスと呼ばれるものである。
本開示の黒色セラミックスは、第１成分および第２成分の合計の含有量が、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち９３質量％以上であり、第１成分および第２成分の合計１００質量％のうち、第１成分が８０質量％以上９３質量％以下であることから、機械的強度に優れる。なお、本開示の黒色セラミックスの見掛密度は３．８０ｋｇ／ｍ3以上であり、３点曲げ強度が３００ＭＰａ以上である。
ここで、見掛密度は、ＪＩＳ Ｒ １６３４－１９９８に準拠して求めることができ、３点曲げ強度は、ＪＩＳ Ｒ １６０１－２００８に準拠して求めることができる。
本開示の黒色セラミックスは、第１成分および第２成分の合計の含有量が、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち９３質量％以上であり、第１成分および第２成分の合計１００質量％のうち、第２成分が７質量％以上２０質量％以下であることから、優れた機械的強度を有しつつ、黒色化されている。また、第１成分および第２成分の合計１００質量％のうち、第２成分が１２質量％以上１８質量％以下であってもよい。
さらに、本開示の黒色セラミックスは、第２成分の１００質量％のうち、コバルトの酸化物換算で２．７５質量％以上８．２５質量％以下であり、ニッケルの酸化物換算で２．７５質量％以上８．２５質量％以下であり、鉄の酸化物換算で８５．４４質量％以上９２．５６質量％以下である。
これまで、コバルトの酸化物およびニッケルの酸化物を多く含有させることにより、黒色化が図られてきたのに対し、上記比率であっても黒色化を図れることを本発明者らは見出したのである。そして、上記構成を満たす黒色セラミックスは、製作に占める原材料費率が低いながらも、優れた機械的特性を有しつつ、光の反射率が低い。また、優れた遮光性および優れた熱吸収性を有する。
なお、仮に、コバルトの酸化物およびニッケルの酸化物の原材料価格が低下し、製作に占める原材料費率を低くするという効果が少なくなったとしても、顔料において鉄の酸化物換算での含有量割合が多いという従来とは異なる組成において、上記効果が得られるものであることから、上記組成は特徴的なものである。
上記構成を満たす本開示の黒色セラミックスは、目視で黒く視認されるものであり、広範な波長領域において反射率が１２％以下である。ここで、広範な波長領域において反射率が１２％以下とは、４００ｎｍ、５５０ｎｍ、７００ｎｍのそれぞれの波長領域において反射率が１２％以下ということである。また、黒色は、可視光線を遮ることに適しているため、遮光性に優れる。さらに、黒色は、熱エネルギーを吸収しやすいものであることから、熱吸収性に優れる。
そして、反射率の測定方法としては、例えば、分光測色計（コニカミノルタ製 ＣＭ－３７００Ａ）を用い、光源をＣＩＥ標準光源Ｄ６５、視野角を１０°、照明径を３ｍｍ×５ｍｍの条件で測定する。そして、４００ｎｍ、５５０ｎｍ、７００ｎｍのそれぞれの波長領域における反射率を確認すればよい。
なお、第１成分および第２成分の合計の含有量が、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち９３質量％以上であり、第１成分および第２成分の合計１００質量％のうち、第２成分が７質量％以上２０質量％以下であっても、第２成分の１００質量％のうち、コバルトの酸化物換算で２．７５質量％未満または８．２５質量％超え、ニッケルの酸化物換算で２．７５質量％未満または８．２５質量％超え、鉄の酸化物換算で８５．４４質量％未満または９２．５６質量％超えであるときには、４００ｎｍ、５５０ｎｍ、７００ｎｍの少なくともいずれかにおいて反射率が１２％を超え、広範な波長領域で低い反射率を有するものとならない。
次に、組成に関する測定方法について記載する。まず、酸化アルミニウムを含むか否かについては、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて対象物を測定し、得られたＸ線回折結果とＪＣＰＤＳカードとを照合する、若しくは解析ソフトを用いてＪＣＰＤＳデータベースとの自動照合を行なって同定することにより確認できる。
また、コバルトの酸化物、ニッケルの酸化物および鉄の酸化物は、対象物を鏡面研磨した後、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）による面分析を行ない、コバルトと酸素、ニッケルと酸素、鉄と酸素とが重なる領域を有しているか否かでその存在を確認することができる。
そして、各成分の含有量については、ＸＲＦまたは高周波誘導結合プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ－ＡＥＳ）を用いて測定を行なうことで、各元素の含有量を求め、求めた元素の含有量から各酸化物の含有量に換算することにより求めることができる。具体的には、ＸＲＦまたはＩＣＰ－ＡＥＳでの測定によりＡｌの含有量を求め、Ａｌ2Ｏ3に換算する。そして、ＣｏはＣｏ3Ｏ4に、ＮｉはＮｉＯに、ＦｅはＦｅ2Ｏ3に換算する。
そして、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち第１成分および第２成分の合計の含有量が９３質量％以上であるか否かは、ここで求めたＡｌ2Ｏ3、Ｃｏ3Ｏ4、ＮｉＯ、Ｆｅ2Ｏ3に換算した値の合計が９３質量％以上になるか否かで確認することができる。
また、第１成分および第２成分の合計１００質量％のうち、第１成分が８０質量％以上９３質量％以下であり、第２成分が７質量％以上２０質量％以下であるか否かについては、以下の方法で確認できる。第１成分については、Ａｌ2Ｏ3／（Ａｌ2Ｏ3＋Ｃｏ3Ｏ4＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3）×１００を求め、上記範囲に含まれているか否かで確認できる。また、第２成分は、１００から上記で求めた第１成分の値を差し引いた値を求めるか、（Ｃｏ3Ｏ4＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3）／（Ａｌ2Ｏ3＋Ｃｏ3Ｏ4＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3）×１００を求め、上記範囲に含まれているか否かで確認できる。
さらに、第２成分の合計１００質量％のうち、コバルトの酸化物換算で２．７５質量％以上８．２５質量％以下であり、ニッケルの酸化物換算で２．７５質量％以上８．２５質量％以下であり、鉄の酸化物換算で８５．４４質量％以上９２．５６質量％以下であるか否かについては、以下の方法で確認できる。コバルトの酸化物換算での含有量については、Ｃｏ3Ｏ4／（Ｃｏ3Ｏ4＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3）×１００、ニッケルの酸化物換算での含有量については、ＮｉＯ／（Ｃｏ3Ｏ4＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3）×１００、鉄の酸化物換算での含有量については、Ｆｅ2Ｏ3／（Ｃｏ3Ｏ4＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3）×１００で求めることができ、上記範囲に含まれているか否かで確認できる。
また、本開示の黒色セラミックスは、さらにチタンの酸化物を含み、このチタンの酸化物の含有量が、第１成分および第２成分の合計１００質量部に対し、０．９質量部以上２．７質量部以下であってもよい。このような構成を満たすときには、さらに高い機械的強度を有する。
ここで、チタンの酸化物は、対象物を鏡面研磨した後、ＥＰＭＡによる面分析を行ない、チタンと酸素とが重なる領域を有しているか否かでその存在を確認することができる。また、ＸＲＦまたはＩＣＰ－ＡＥＳでの測定によりＴｉの含有量を求め、ＴｉＯ2に換算し、Ａｌ2Ｏ3、Ｃｏ3Ｏ4、ＮｉＯ、Ｆｅ2Ｏ3にそれぞれ換算した値を用いることにより、第１成分および第２成分の合計１００質量部に対する、チタンの酸化物の含有量を確認することができる。
さらに、本開示の黒色セラミックスは、コバルト、ニッケル、鉄および酸素が存在する複合物を有し、この複合物の平均径が、２．１μｍ以上２．７μｍ以下であってもよい。なお、ここでいう複合物とは、ＸＲＤにおいて、コバルト、ニッケル、鉄および酸素を含む構造の結晶として検出されるというものではなく、鏡面研磨した対象物におけるＥＰＭＡによる面分析において、コバルト、ニッケル、鉄および酸素が重なっていればよいものである。なお、上記複合物と、アルミニウムと酸素とが重なって確認できる酸化アルミニウムの結晶粒子とは、ＥＰＭＡにおける面分析結果において色調差で明確に確認できるものである。また、上記複合物とは、言い換えれば、顔料の存在箇所ともいえるものである。
そして、この複合物の平均径が２．１μｍ以上２．７μｍ以下であることにより、優れた機械的強度を有しつつ、さらに低い反射率を有する。
次に、コバルト、ニッケル、鉄および酸素が面分析において重なって確認される複合物の平均径の測定方法について説明する。
まず、ＥＰＭＡを用いて、例えば３０００倍の倍率で観察し、面積が１３６０μｍ2（横方向の長さが４０μｍ、縦方向の長さが３４μｍ）となる範囲の面分析を行なう。そして、コバルト、ニッケル、鉄および酸素が重なって確認される領域をトレースして黒く塗りつぶした後、画像解析ソフト「Ａ像くん」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製、なお、以降に画像解析ソフト「Ａ像くん」と記した場合、旭化成エンジニアリング（株）製の画像解析ソフトを示すものとする。）の粒子解析という手法を適用して画像解析を行なうことにより、複合物の平均径を求めることができる。ここで、画像解析ソフト「Ａ像くん」の解析条件としては、結晶粒子の明度を「暗」、２値化の方法を「手動」、小図形除去面積を０．００２μｍ、画像の明暗を示す指標であるしきい値を１４０以上１６０以下とすればよい。
次に、本開示の黒色セラミックスの製造方法の一例について説明する。
まず、第１成分であるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉末と、第２成分（顔料）である四酸化三コバルト（Ｃｏ3Ｏ4）粉末、酸化ニッケル（ＮｉＯ）粉末および酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）粉末とを準備する。
そして、焼結されたセラミックスにおいて、第１成分および第２成分の合計の含有量が、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち９３質量％以上となるように、かつ、第１成分および第２成分の合計１００質量％のうち、第１成分が８０質量％以上９３質量％以下であり、第２成分が７質量％以上２０質量％以下であり、かつ、第２成分の１００質量％のうち、コバルトの酸化物（Ｃｏ3Ｏ4）換算で２．７５質量％以上８．２５質量％以下であり、ニッケルの酸化物（ＮｉＯ）換算で２．７５質量％以上８．２５質量％以下であり、鉄の酸化物（Ｆｅ2Ｏ3）換算で８５．４４質量％以上９２．５６質量％以下となるように秤量する。
また、焼結助剤としては、例えば、炭酸カルシウム粉末、水酸化マグネシウム粉末、酸化珪素粉末等挙げられる。焼結されたセラミックスにおいて、第１成分および第２成分の合計の含有量が、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、ＣａＯ換算、ＭｇＯ換算、ＳｉＯ2換算の合計で２質量％以下であってもよい。また、１質量％以下であってもよく、０．５質量％以下であってもよい。
次に、秤量された各粉末と、秤量された各粉末の合計１００質量部に対し、５質量部以上１０質量部以下のバインダと、１５質量部以上３０質量部以下の水とを攪拌機内に入れて混合・攪拌することで、スラリーを得る。次に、このスラリーを用いてドクターブレード法でシートを形成し、金型プレスまたはレーザー加工によって、上記シートを加工することにより、所望形状となる成形体を得る。
また、原料をスラリー状とし、噴霧造粒装置（スプレードライヤー）で噴霧造粒することによって顆粒を得た後、粉末プレス成形法や静水圧プレス成形法（ラバープレス法）により所定形状の成形体としてもよい。
次に、得られた成形体に必要に応じて切削加工を施し、大気（酸化）雰囲気の焼成炉を用いて、焼成することにより焼結体を得る。そして、得られた焼結体に必要に応じて研削加工を施すことにより、黒色セラミックスを得ることができる。なお、研削加工後に、ブラストやハンドラップなどの表面処理を行なってもよい。
また、黒色セラミックスにおいて、チタンの酸化物を含み、その含有量が、第１成分および第２成分の合計１００質量部に対し、０．９質量部以上２．７質量部以下とするには、上記秤量時に合わせて、以下の方法を行なえばよい。
酸化チタン（ＴｉＯ2）粉末を準備し、第１成分および第２成分の合計１００質量部に対し、０．９質量部以上２．７質量部以下となるように秤量して、他の粉末に加えてスラリーを作製し、その後の工程は上記と同様の方法で作製すればよい。
さらに、黒色セラミックスにおいて、平均結晶粒径が、２．１μｍ以上２．７μｍ以下であり、コバルト、ニッケル、鉄および酸素が存在する複合物を有するものとするには、第２成分である四酸化三コバルト粉末、酸化ニッケル粉末および酸化鉄粉末を秤量した後、これらの第２成分のみで、１．４μｍ以上１．７μｍ以下になるまで混合・粉砕したものを第２成分の原料粉末として用いればよい。
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
組成の異なる黒色セラミックスを作製し、反射率、機械的強度（３点曲げ強度）の測定を行なった。
まず、第１成分であるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉末と、第２成分（顔料）である四酸化三コバルト（Ｃｏ3Ｏ4）粉末、酸化ニッケル（ＮｉＯ）粉末および酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）粉末とを準備した。
そして、焼結されたセラミックスにおいて、第１成分および第２成分の合計１００質量％のうち、第１成分、第２成分の合計が表１に示す値となるように、かつ、第２成分の１００質量％のうち、コバルトの酸化物（Ｃｏ3Ｏ4）換算、ニッケルの酸化物（ＮｉＯ）換算、鉄の酸化物（Ｆｅ2Ｏ3）換算の質量比率が表１の値となるように秤量した。
次に、秤量された各粉末と、秤量された各粉末の合計１００質量部に対し、８質量部のバインダと、２２質量部の水とを攪拌機内に入れて混合・攪拌することで、スラリーを得た。次に、このスラリーを用いてドクターブレード法でシートを形成し、レーザー加工によって、上記シートを加工することにより、所望形状となる成形体を得た。
次に、大気（酸化）雰囲気の焼成炉を用いて、焼成することにより各試料となる焼結体を得た。
次に、各試料につき、ＸＲＤを用いて測定し、酸化アルミニウム（アルミナ）が存在していることを確認した。また、各試料につき、鏡面研磨した後、ＥＰＭＡによる面分析を行ない、コバルトと酸素、ニッケルと酸素、鉄と酸素とが重なる領域を有していることを確認した。
そして、各試料における各成分の含有量については、ＩＣＰ－ＡＥＳを用いて、Ａｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの測定を行なうことで、各元素の含有量を求め、求めた元素の含有量から各酸化物の含有量に換算することにより求めた。ＡｌをＡｌ2Ｏ3に換算した値が第１成分の含有量であり、ＣｏをＣｏ3Ｏ4に、ＮｉをＮｉＯに、ＦｅをＦｅ2Ｏ3に換算した値の合計が第２成分の含有量である。
なお、本実施例においては、原料として、炭酸カルシウム粉末、水酸化マグネシウム粉末、酸化珪素粉末等の焼結助剤は用いていない。そのため、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうちに占める第１成分の含有量および第２成分の合計の含有量は、第１成分および第２成分の合計１００質量％のうちに占める含有量とほぼ同じである。
また、Ｃｏ3Ｏ4換算値、ＮｉＯ換算値、Ｆｅ2Ｏ3換算値を用いて、第２成分の合計１００質量％のうちのそれぞれの質量比率を求めた。具体的には、Ｃｏ3Ｏ4 ｏｒ ＮｉＯ ｏｒ Ｆｅ2Ｏ3／（Ｃｏ3Ｏ4＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3）×１００により算出した。
また、各試料について、分光測色計（コニカミノルタ製 ＣＭ－３７００Ａ）を用い、光源をＣＩＥ標準光源Ｄ６５、視野角を１０°、照明径を３ｍｍ×５ｍｍの条件で測定し、４００ｎｍ、５５０ｎｍ、７００ｎｍのそれぞれの波長領域における反射率を表１に示した。
さらに、第１成分と第２成分との質量比率を異ならせた試料Ｎｏ．１９～２３については、ＪＩＳ Ｒ １６０１－２００８に準拠した試験片を作製し、３点曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。なお、試料Ｎｏ．１～２３について、ＪＩＳ Ｒ １６３４－１９９８に準拠して求めた見掛密度は、試料Ｎｏ．２３を除いて３．８０ｋｇ／ｍ3以上であった。
試料Ｎｏ．１、６、７、１２、１３、１８、１９については、４００ｎｍ、５５０ｎｍ、７００ｎｍの少なくともいずれかの波長領域において反射率が１２％を超えていた。また、試料Ｎｏ．２３については、３点曲げ強度の値が３００ＭＰａ未満であった。これに対し、試料Ｎｏ．２～５、８～１１、１４～１７、２０～２２は、４００ｎｍ、５５０ｎｍ、７００ｎｍのそれぞれの波長領域において反射率が１２％以下であり、優れた機械的強度を有していた。
この結果より、第１成分と第２成分とを含むセラミックスであり、第１成分が酸化アルミニウムであり、第２成分が、コバルトの酸化物、ニッケルの酸化物および鉄の酸化物であり、第１成分および第２成分の合計の含有量が、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち９３質量％以上であり、第１成分および第２成分の合計１００質量％のうち、前記第１成分が８０質量％以上９３質量％以下であり、第２成分が７質量％以上２０質量％以下であり、さらに、第２成分の１００質量％のうち、コバルトの酸化物換算で２．７５質量％以上８．２５質量％以下であり、ニッケルの酸化物換算で２．７５質量％以上８．２５質量％以下であり、鉄の酸化物換算で８５．４４質量％以上９２．５６質量％以下であることにより、反射率が低く、優れた機械的強度を有するものであることがわかった。
次に、実施例１における試料Ｎｏ．２２をベースに、酸化チタンの含有量の異なる試料を作製し、３点曲げ強度の測定を行なった。
なお、試料Ｎｏ．２４については、実施例１における試料Ｎｏ．２２と同じ組成であり、試料Ｎｏ．２９は、試料Ｎｏ．２１の組成＋酸化チタンを１．８質量部含む試料である。
そして、試料Ｎｏ．２４～２９の作製にあたっては、酸化チタン（ＴｉＯ2）粉末を準備し、焼結されたセラミックスにおいて、第１成分および第２成分の合計１００質量部に対して表２に示す含有量となるように秤量した。そして、他の粉末と、バインダと溶媒とを加えてスラリーとし、噴霧造粒装置（スプレードライヤー）で噴霧造粒することによって顆粒を得た後、粉末プレス成形法により所定形状の成形体とした。その後、大気（酸化）雰囲気の焼成炉を用いて、焼成することにより焼結体を得て、得られた焼結体から、ＪＩＳ Ｒ １６０１－２００８に準拠した試験片を切り出した。そして、各試料について、３点曲げ強度を測定した。
また、各試料につき、鏡面研磨した後、ＥＰＭＡによる面分析を行ない、Ｎｏ．２４がチタンと酸素とが重なる領域を有しておらず、試料Ｎｏ．２５～２９が、チタンと酸素とが重なる領域を有していることを確認した。
さらに、ＩＣＰ－ＡＥＳでの測定によりＴｉの含有量を求め、ＴｉＯ2に換算し、Ａｌ2Ｏ3、Ｃｏ3Ｏ4、ＮｉＯ、Ｆｅ2Ｏ3にそれぞれ換算した値を用いることにより、第１成分および第２成分の合計１００質量部に対する、チタンの酸化物の含有量（質量部）を算出した。具体的には、（Ａｌ2Ｏ3＋Ｃｏ3Ｏ4＋ＮｉＯ＋Ｆｅ2Ｏ3）：ＴｉＯ2＝１００：ｘから求めたｘの値が、第１成分および第２成分の合計１００質量部に対する、チタンの酸化物の含有量（質量部）である。結果を表２に示す。
表２に示す結果から、チタンの酸化物を含み、チタンの酸化物の含有量が、第１成分および第２成分の合計１００質量部に対して０．９質量部以上２．７質量部以下であることにより、含んでいないときよりも１０ＭＰａ以上優れた機械的強度を有することがわかった。
次に、複合物の有無、複合物の平均径の異なる試料を作製し、反射率、機械的強度（３点曲げ強度）の測定を行なった。なお、試料Ｎｏ．３０は、実施例２における試料Ｎｏ．２９と同じ試料である。試料Ｎｏ．３１～３５の組成についてのベースは、試料Ｎｏ．２９と同じである。
そして、試料Ｎｏ．３１～３５の作製にあたっては、第２成分である四酸化三コバルト粉末、酸化ニッケル粉末および酸化鉄粉末を秤量した後、これらの第２成分のみで表３に示す平均粒径になるまで混合・粉砕したものを第２成分の原料粉末として用いた。それ以外については、実施例２と同様の方法で試料の作製を行ない、実施例１に記載の方法で反射率および３点曲げ強度を測定した。
また、ＥＰＭＡを用いて、各試料につき、３０００倍の倍率で観察し、面積が１３６０μｍ2（横方向の長さが４０μｍ、縦方向の長さが３４μｍ）となる範囲の面分析を行なった。そして、コバルト、ニッケル、鉄および酸素が重なって確認される領域をトレースして黒く塗りつぶした後、画像解析ソフト「Ａ像くん」の粒子解析という手法を適用し、解析条件としては、結晶粒子の明度を「暗」、２値化の方法を「手動」、小図形除去面積を０．００２μｍ、画像の明暗を示す指標であるしきい値を１５０として、複合物の平均径を求めた。結果を表３に示す。
この結果より、コバルト、ニッケル、鉄および酸素が存在する複合物を有し、この複合物の平均径が２．１μｍ以上２．７μｍ以下であることにより、優れた機械的強度を有しつつ、さらに低い反射率を有することがわかった。
Claims (3)
- 第１成分と第２成分とを含むセラミックスであり、
前記第１成分が酸化アルミニウムであり、
前記第２成分が、コバルトの酸化物、ニッケルの酸化物および鉄の酸化物であり、
前記第１成分および前記第２成分の合計の含有量は、前記セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち９３質量％以上であり、
前記第１成分および前記第２成分の合計１００質量％のうち、前記第１成分が８０質量％以上９３質量％以下であり、前記第２成分が７質量％以上２０質量％以下であり、
前記第２成分の１００質量％のうち、コバルトの酸化物換算で２．７５質量％以上８．２５質量％以下であり、ニッケルの酸化物換算で２．７５質量％以上８．２５質量％以下であり、鉄の酸化物換算で８５．４４質量％以上９２．５６質量％以下である、黒色セラミックス。 - チタンの酸化物を含み、
該チタンの酸化物の含有量は、前記第１成分および前記第２成分の合計１００質量部に対し、０．９質量部以上２．７質量部以下である、請求項１に記載の黒色セラミックス。 - 前記コバルト、前記ニッケル、前記鉄および酸素が存在する複合物を有し、該複合物の平均径が、２．１μｍ以上２．７μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の黒色セラミックス。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018195948 | 2018-10-17 | ||
| JP2018195948 | 2018-10-17 | ||
| PCT/JP2019/040435 WO2020080351A1 (ja) | 2018-10-17 | 2019-10-15 | 黒色セラミックス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2020080351A1 JPWO2020080351A1 (ja) | 2020-04-23 |
| JP7242699B2 true JP7242699B2 (ja) | 2023-03-20 |
Family
ID=70284624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020553188A Active JP7242699B2 (ja) | 2018-10-17 | 2019-10-15 | 黒色セラミックス |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7242699B2 (ja) |
| WO (1) | WO2020080351A1 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008260645A (ja) | 2007-04-10 | 2008-10-30 | Nitsukatoo:Kk | 黒色アルミナ焼結体とその製造方法 |
| JP2016038458A (ja) | 2014-08-07 | 2016-03-22 | 京セラ株式会社 | 低反射部材 |
| JP2016050138A (ja) | 2014-08-29 | 2016-04-11 | 京セラ株式会社 | 低反射部材 |
| JP2017183470A (ja) | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 京セラ株式会社 | 載置用部材 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6976799B2 (ja) * | 2017-10-02 | 2021-12-08 | 京セラ株式会社 | 載置用部材 |
-
2019
- 2019-10-15 JP JP2020553188A patent/JP7242699B2/ja active Active
- 2019-10-15 WO PCT/JP2019/040435 patent/WO2020080351A1/ja active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008260645A (ja) | 2007-04-10 | 2008-10-30 | Nitsukatoo:Kk | 黒色アルミナ焼結体とその製造方法 |
| JP2016038458A (ja) | 2014-08-07 | 2016-03-22 | 京セラ株式会社 | 低反射部材 |
| JP2016050138A (ja) | 2014-08-29 | 2016-04-11 | 京セラ株式会社 | 低反射部材 |
| JP2017183470A (ja) | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 京セラ株式会社 | 載置用部材 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2020080351A1 (ja) | 2020-04-23 |
| WO2020080351A1 (ja) | 2020-04-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2018139673A1 (ja) | 半導電性セラミック部材およびウエハ搬送用保持具 | |
| JP2016176988A (ja) | 低反射部材 | |
| WO2020027195A1 (ja) | 黒色焼結体及びその製造方法 | |
| JP6495595B2 (ja) | 低反射部材 | |
| JP2007217544A (ja) | 黒色顔料及びその製造方法 | |
| JP7267831B2 (ja) | 黒色セラミックス | |
| JP6608750B2 (ja) | 載置用部材 | |
| JP6712652B2 (ja) | 耐食性部材 | |
| JP7242699B2 (ja) | 黒色セラミックス | |
| EP3647297B1 (en) | Colored ceramic | |
| CN108289440B (zh) | 钓线用导向部件 | |
| JP6976799B2 (ja) | 載置用部材 | |
| JP6382644B2 (ja) | 低反射部材 | |
| JP6141756B2 (ja) | 保持部材 | |
| JP7197610B2 (ja) | セラミック部材 | |
| JP4707591B2 (ja) | 黒色系セラミック焼結体およびこれを用いた光学分析用セル並びに半導体・液晶製造装置用部材 | |
| JP2004323268A (ja) | アルミナ質焼結体 | |
| JP7036938B2 (ja) | 半導電性セラミック部材 | |
| EP3476816B1 (en) | Color ceramics | |
| WO2024117196A1 (ja) | セラミック焼結体 | |
| JP6626705B2 (ja) | カラーセラミックス | |
| JP6449685B2 (ja) | 透光性アルミナ磁器、およびｌｅｄ照明 | |
| WO2022176632A1 (ja) | 磁器組成物 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210930 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20220803 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221004 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221118 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230207 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230308 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7242699 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |