JPH05310467A

JPH05310467A - ＺｎＳ系焼結体の製造方法

Info

Publication number: JPH05310467A
Application number: JP4117300A
Authority: JP
Inventors: Katsumichi Kobayashi; 克巳千小林; Kiyotaka Namekata; 清隆行方; Isamu Nishino; 勇西野; Choju Nagata; 長寿永田
Original assignee: Dowa Mining Co Ltd
Current assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Priority date: 1992-05-11
Filing date: 1992-05-11
Publication date: 1993-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】ＥＬ素子形成用ターゲット材としてのＺｎＳ
系焼結体の高密度化および量産化に適したＺｎＳ系焼結
体の製造方法を提供すること。【構成】原材料のＺｎＳ粉末として平均粒径が５μｍ
以下のものを使用し、まず、ＺｎＳ粉末に発光性元素を
混合したＺｎＳ系粉末あるいはＺｎＳ粉末を冷間プレス
法で予備成形して粉末成形体とし（ステップ１）、次い
で、この粉末成形体をホットプレス用の成形型に移し
て、昇温前に１３０〜１５０ｋｇ／ｃｍ2 の加圧をし
（ステップ２）、さらに、この加圧状態からＡｒガス雰
囲気中で７００℃〜１１００℃の温度範囲に昇温させる
ことによってＺｎＳ系焼結体を得る（ステップ３）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＥＬ（electrolumines
cence ）素子形成用ターゲット材としてのＺｎＳ系焼結
体の製造方法に関するもので、詳しくは、ＺｎＳ粉末に
発光性元素を混合したＺｎＳ系粉末あるいはＺｎＳ粉末
を焼結させることによって、ＥＬ素子の発光層を形成す
るためのＺｎＳ系焼結体を得る方法に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】これまで、ＥＬ素子の発光層の形成に
は、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法といった薄膜
化技術が使用されてきた。そして、これらの薄膜化技術
によって発光層を形成する際のターゲット材（又は、ソ
ース材）となるＺｎＳ系焼結体を製造する方法として
は、ＺｎＳ粉末に発光性元素を混合したＺｎＳ系粉末あ
るいはＺｎＳ粉末をホットプレス法によって所定の形状
に焼結させる方法、あるいはＺｎＳ系粉末またはＺｎＳ
粉末を冷間プレス等によって所定の形状に予備成形し、
予備成形したものを焼結炉によって焼結させる方法等
が、種々開発されてきた。ところが、一般的にＺｎＳ
粉末は焼結性が悪く、相対密度（実測密度と理論密度と
の比）を高めることが難しい。例えば、ＺｎＳ系粉末等
を単純にホットプレス法で焼結させるだけの場合や、冷
間プレス等で予備成形したＺｎＳ系粉末等を単純に加熱
して焼結するだけの場合では、製造されたＺｎＳ系焼結
体の相対密度は、通常、６０〜７０％程度にしかならな
い。そして、相対密度が６０〜７０％程度のＺｎＳ系焼
結体を例えば電子ビーム蒸着用のソース材として用いる
と、蒸着作業時にＺｎＳ系焼結体からの放出ガスのため
に真空装置内の真空度が低下するという問題があり、ま
た、発光層（ＺｎＳ薄膜）を形成時に突沸が生じる虞も
あった。

【０００３】このような問題の発生は、ＺｎＳ系焼結体
の相対密度を向上させることによって回避することが可
能となるため、相対密度の高いＺｎＳ系焼結体を得るこ
とのできる製造方法の開発が熱望されるところとなっ
た。

【０００４】このような背景から、従来、特開平２−５
９４６３号公報等によって、Ｂａ成分を添加したＺｎＳ
粉末にバインダーとして純水を加えて予備成形し、さら
に予備成形したものを冷間静水圧プレス法により加圧成
形し、その後に、Ｈ2 Ｓガス雰囲気下で加熱焼結させる
製造方法が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した特開平２−５
９４６３号公報に記載の製造方法では、確かに、環境を
整備して、製造工程を厳密に管理すれば、相対密度が９
０％以上の高品質のＺｎＳ系焼結体を製造することも可
能に思える。

【０００６】しかし、特開平２−５９４６３号公報の技
術は、次の理由１，２に示した問題点から、製造工程を
厳密に管理すること自体が非常に困難になるため、実用
上、相対密度が９０％以上の高品質のＺｎＳ系焼結体を
量産するには、好ましくない。

【０００７】［理由１］ＺｎＳ粉末を予備成形する前
に、バインダーとして純水を添加していること。バイン
ダーとして添加した水分（Ｈ₂Ｏ）が焼結処理時に残留
していると、ＺｎＳ粉末の表面に酸化亜鉛が生成され、
その酸化亜鉛がＺｎＳ系焼結体に残ることによって、形
成するＥＬ素子の発光層（ＺｎＳ薄膜）の輝度や発光効
率の低下といった問題が発生する。従って、バインダー
として添加した水分は、添加量を厳密に制御するととも
に、焼結処理前に完全に除去しておくことが必要とな
り、バインダーとして添加した水の制御のために、工程
管理が難しくなるという問題点。

【０００８】［理由２］加熱焼結処理する前の成形処
理を、金型を使った単純な冷間プレスと、冷間静水圧プ
レスとの２段階で行うようにしており、この２段階の成
形処理のために工程数が増大するという問題点。

【０００９】そこで、ＥＬ素子形成用ターゲット材とし
てのＺｎＳ系焼結体の高密度化（相対密度の向上）を達
成すると同時にＺｎＳ系焼結体の量産化にも適した製造
方法の開発が、今後の課題とされていた。

【００１０】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、ＥＬ素子形成用ターゲット材としてのＺｎＳ系焼結
体の高密度化および量産化に適したＺｎＳ系焼結体の製
造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のＺｎＳ
系焼結体の製造方法は、ＺｎＳ粉末に発光性元素を混合
したＺｎＳ系粉末あるいはＺｎＳ粉末を焼結させること
によって、ＥＬ素子形成用ターゲット材としてのＺｎＳ
系焼結体を得るもので、前記ＺｎＳ粉末としては、平均
粒径が５０μｍ以下のものを使用する。

【００１２】そして、まず、ＺｎＳ系粉末あるいはＺｎ
Ｓ粉末を冷間プレス法で予備成形して粉末成形体とす
る。

【００１３】次いで、この粉末成形体をホットプレス用
の成形型に移して、昇温前に１３０〜１５０ｋｇ／ｃｍ
²の加圧をし、この加圧状態からＡｒガス雰囲気中で７
８０℃〜１１００℃の温度範囲に昇温させることによっ
てＺｎＳ系焼結体を得る。

【００１４】請求項２に記載のＺｎＳ系焼結体の製造方
法は、請求項１に記載の製造方法の一部を改良したもの
で、前記ホットプレス用の成形型として、サイアロンを
使用したことを特徴とする。

【００１５】請求項３に記載のＺｎＳ系焼結体の製造方
法は、請求項１または請求項２に記載の製造方法におい
て、使用原材料を限定したもので、発光性元素としてＭ
ｎ粉を混合したＺｎＳ系粉末をＺｎＳ系焼結体の原料と
する場合、前記Ｍｎ粉の混合率は１ｗｔ％以下とし、さ
らに、このＭｎ粉は乾式混合によってＺｎＳ粉に混合す
ることを特徴とする。

【００１６】請求項４に記載のＺｎＳ系焼結体の製造方
法は、請求項１または請求項２または請求項３におい
て、原材料のＺｎＳ粉末の平均粒径を、５μｍ以下のも
のに限定したことを特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明に係るＺｎＳ系焼結体の製造方法は、Ｚ
ｎＳ粉末またはＺｎＳ系粉末を予め冷間プレス法で予備
成形して粉末成形体とし、この予備成形体をホットプレ
ス用の成形型に移して、予め所定の加圧状態にした上で
所定の焼結温度に昇温させて焼結を行うもので、原材料
であるＺｎＳ粉末の平均粒径や、ホットプレス処理する
際の昇温前の加圧力や焼結温度の選定によって、相対密
度が９０％以上の高品位のＺｎＳ系焼結体を得ることが
できる。

【００１８】しかも、ＺｎＳ粉末の予備成形の際にバイ
ンダーとして水等を使用する必要がないため、残留水分
の除去等のために工程管理が困難になることがない。さ
らに、プレス工程は、予備成形を行う冷間プレスと焼結
するためのホットプレスだけで済み、工程数が少なくて
済むと同時に、ホットプレス用に安価で製作性のよいカ
ーボン製の成形型を利用することも可能になる。

【００１９】したがって、ＥＬ素子形成用ターゲット材
としてのＺｎＳ系焼結体の高密度化を達成すると同時
に、量産化を図ることが可能になる。

【００２０】また、請求項２に記載のように、ホットプ
レス用の成形型として、サイアロン製のものを利用した
構成とすれば、成形型の耐熱性や耐圧性が著しく向上
し、成形型中の成分が焼結温度等の影響で製造中のＺｎ
Ｓ系焼結体中に拡散するといった不都合が一切なく、工
程管理や品質管理として必要な工数が軽減されて、一層
の量産化、高品位化が期待できることとなる。

【００２１】また、請求項３に記載のように、発光性元
素としてＭｎ粉を混合したＺｎＳ系粉末を原料とするこ
とによって、高価な共沈法によらずとも、黄橙色の発光
特性を備えた高密度のＺｎＳ系焼結体を得ることが可能
で、ＥＬ素子形成用ターゲット材としてのＺｎＳ系焼結
体の利用価値を増大させることができる。

【００２２】さらに、請求項４に記載のように、原材料
であるＺｎＳ粉末の平均粒径を５μｍ以下に限定した場
合には、相対密度が極めて高密度なＺｎＳ系焼結体を得
ることが可能になり、ＥＬ素子用ターゲット材として使
用した場合の信頼性を著しく向上させることが可能にな
る。

【００２３】

【実施例】

［第１実施例］図１は、本発明に係るＺｎＳ系焼結体の
製造方法の第１実施例の処理手順の概略を示したもので
ある。

【００２４】この第１実施例におけるＺｎＳ系焼結体の
製造方法では、材料であるＺｎＳ粉としては、平均粒径
が５μｍのものを用意している。ここに、平均粒径と
は、レーザ散乱法で測定したＺｎＳ粉末粒子の粒径の平
均値である。

【００２５】まず、用意した平均粒径が５μｍのＺｎＳ
粉末をバインダーを一切加えない状態で、冷間プレス用
の成形型に充填し、冷間プレス法による予備成形を実行
して、直径が２インチ、長さがＸｍｍの円柱状の粉末成
形体とする（ステップ１）。次いで、前記ステップ１で
形成した粉末成形体をサイアロン製のホットプレス用の
成形型に移して、昇温前に１３０ｋｇ／ｃｍ²の圧をか
けておく（ステップ２）。

【００２６】次いで、前記ステップ２における加圧状態
のまま、Ａｒガス雰囲気中で昇温させて、９００℃の温
度で２時間焼結を行うことによって、ＺｎＳ系焼結体を
得る（ステップ３）。

【００２７】図２は、前記ステップ２，３で使用するサ
イアロン製の成形型の構成を示したものである。この成
形型５は、前記ステップ１で形成した粉末成形体６を嵌
入させる成形用貫通穴７を、サイアロン製の円柱上に６
個形成したものである。各成形用貫通穴７は、３〜４個
の粉末成形体６を入れるだけの長さがある。この実施例
では、各成形用貫通穴７には、４個ずつ粉末成形体６を
投入しておいて、一度のホットプレス処理で、２４個の
ＺｎＳ系焼結体を得るようにした。なお、同一の成形用
貫通穴７に入れる粉末成形体６同士の間には、サイアロ
ン製で厚さが５ｍｍ，直径が２インチの円板状のスペー
サ８を介在させて、粉末成形体６同士の焼結を防止し
た。

【００２８】以上の第１実施例によって製造したＺｎＳ
系焼結体は、相対密度が約９９％であり、このＺｎＳ系
焼結体を使って電子ビーム蒸着法によりＥＬ素子の発光
層形成を行ったところ、突沸現象や発光層中への巨大粒
子付着といった不具合は一切認められず、良好な発光特
性が得られることが確認された。そして、ホットプレス
処理で使用したサイアロンは、耐熱性や耐圧性に優れて
おり、ホットプレス処理によってＺｎＳ系焼結体が成形
型に焼き付くことがなく、また、ホットプレス処理のた
めに成形型中の成分が不純物としてＺｎＳ系焼結体内部
へ拡散することもなく、高品位のＺｎＳ系焼結体を量産
する上で、極めて有用であることが確認された。

【００２９】また、図２に示したように、ホットプレス
処理用の成形型を、一度のプレス処理で同時に多数のＺ
ｎＳ系焼結体を製造し得る構造とすることによって、量
産化を向上させることもできる。

【００３０】『実施例に対する補足研究１』なお、本願
発明者等は、前述の第１実施例の製造方法におけるＺｎ
Ｓ粉末の平均粒径のみを種々に変更してそれ以外の条件
は第１実施例に準じてＺｎＳ系焼結体の製造を行い、材
料であるＺｎＳ粉末の平均粒径の相対密度に対する影響
を調べた。その結果、平均粒径が小さくなるほど相対密
度が高くなる傾向があり、９００℃で焼結させる場合
に、９０％以上の高い相対密度を得るには、ＺｎＳ粉末
の平均粒径を５０〜７０μｍ以下とする必要があること
が判明した。

【００３１】次に示す表１は、前述の第１実施例の製造
方法において、材料であるＺｎＳ粉末の平均粒径のみを
種々に変更してＺｎＳ系焼結体の製造を行い、各平均粒
径に対する相対密度や硬度の関係をまとめたものであ
る。

【００３２】

【表１】『実施例に対する補足研究２』また、本願発明者等は、
前述の第１実施例の製造方法における焼結温度のみを種
々に変更してそれ以外の条件は第１実施例に準じてＺｎ
Ｓ系焼結体の製造を行い、ホットプレス処理時の焼結温
度の相対密度に対する影響を調べた。その結果、焼結温
度が高くなるほど相対密度が高くなる傾向があり、Ｚｎ
Ｓ粉末の平均粒径が１μｍの場合に、９０％以上の高い
相対密度を得るには、焼結温度を約７８０℃以上とする
必要があることが判明した。

【００３３】次に示す表２は、前述の第１実施例の製造
方法において、焼結温度のみを種々に変更してＺｎＳ系
焼結体の製造を行い、各焼結温度に対する相対密度やＥ
Ｌ素子の発光層形成時の発光特性の関係をまとめたもの
である。

【００３４】

【表２】『実施例に対する補足研究３』また、本願発明者等は、
前述の第１実施例におけるステップ２における昇温前の
加圧力を、種々の値に変更してＺｎＳ系焼結体の製造を
行い、ホットプレス処理時の加圧力の相対密度に対する
影響を調べた。その結果、昇温前の加圧力を、１３０〜
１５０ｋｇ／ｃｍ²の範囲とすると、前述の表１および
表２に示した相対密度が維持されるとともに、成形型へ
の焼き付けもなく、良好に製造ができることが確認され
た。

【００３５】［第２実施例］図３は、本発明に係るＺｎ
Ｓ系焼結体の製造方法の第２実施例における製造手順の
概略を示したものである。この第２実施例は、第１実施
例と比較すると、ホットプレス用の成形型の材質を、サ
イアロン製ではなく、カーボン製とした点に特徴があ
る。以下、図３に基づいて、第２実施例の製造手順を説
明する。

【００３６】この第２実施例におけるＺｎＳ系焼結体の
製造方法では、材料であるＺｎＳ粉としては、平均粒径
が５μｍのものを用意した。そして、まず、用意した平
均粒径が５μｍのＺｎＳ粉末をバインダーを一切加えな
い状態で、冷間プレス用の成形型に充填し、冷間プレス
法による予備成形を実行して、直径が２インチ、長さが
Ｘｍｍの円柱状の粉末成形体とする（ステップ１１）。

【００３７】次いで、前記ステップ１で形成した粉末成
形体をカーボン製のホットプレス用の成形型に移して、
昇温前に１３０ｋｇ／ｃｍ²の圧をかけておく（ステッ
プ１２）。

【００３８】次いで、前記ステップ２における加圧状態
のまま、Ａｒガス雰囲気中で昇温させて、９００℃の温
度で２時間焼結を行うことによって、ＺｎＳ系焼結体を
得る（ステップ１３）。

【００３９】次いで、ステップ１３によって得たＺｎＳ
系焼結体の表層を研磨処理することによって削除して、
処理を終了する（ステップ１４）。

【００４０】ステップ１２，１３で使用するカーボン製
の成形型は、構造的には、図２に示したサイアロン製の
ものと同じでもよい。

【００４１】カーボン製の成形型は、サイアロン製の成
形型よりも、非常に安価にかつ容易に作成することがで
きる。しかし、通常、カーボン製の成形型を使用して、
ホットプレスを行う場合、昇温操作と同時に加圧操作を
行ったり、所定の焼結温度付近まで昇温させた後から加
圧すると、粉末成形体中のＺｎＳが成形型のカーボンと
反応し、製造した焼結体が成形型に焼き付いたり、ある
いは成形型中のカーボンが不純物としてＺｎＳ系焼結体
内に拡散して、汚染の原因となっていた。

【００４２】ところが、前述の第２実施例では、ＺｎＳ
系焼結体がカーボン製成形型に焼き付くという不都合は
発生しなかった。また、前述のステップ１４の処理後の
ＺｎＳ系焼結体を調べた結果、ＺｎＳ系焼結体内へのカ
ーボンの拡散が認められず、高品位な焼結体であること
が確認された。

【００４３】そして、前記ステップ１４処理後のＺｎＳ
系焼結体は、相対密度が約９９％であり、このＺｎＳ系
焼結体を使って電子ビーム蒸着法によりＥＬ素子の発光
層形成を行ったところ、突沸現象や発光層中への巨大粒
子付着といった不具合は一切認められず、第１実施例の
場合と同様に、良好な発光特性が得られることが確認さ
れた。

【００４４】『実施例に対する補足研究４』本願発明者
等は、カーボン製の成形型を使用してホットプレスする
場合に、前記第２実施例に示したように、昇温前にステ
ップ１２の加圧処理を実行し、その加圧状態まま所定の
焼結温度まで昇温させるという工程制御が、成形型への
焼き付け防止効果を生み、また、焼結体内部へのカーボ
ンの拡散を防止する効果を生んでいると考察した。そし
て、第２実施例における焼結温度のみを７００℃から１
１００℃まで種々に変え、それ以外の条件は第２実施例
に準じてＺｎＳ系焼結体の製造を行ってみた。その結
果、何れの焼結温度でも成形型への焼き付けは発生せ
ず、また、前記ステップ１４処理後のＺｎＳ系焼結体に
おいては、焼結体内部へのカーボンの拡散は認められな
かった。また、第１実施例の場合と同様に、７８０〜１
１００℃という広い範囲の焼結温度で、いずれも相対密
度９０％以上という高密度化が達成できた。

【００４５】次の表３は、平均粒径が５μｍのＺｎＳ粉
末を使用して、焼結温度のみを変化させて、第２実施例
の手順でＺｎＳ系焼結体を製造した場合の、焼結温度と
相対密度、発光特性などとの関係をまとめたものであ
る。

【００４６】

【表３】なお、本願発明者等は、カーボン製の成形型の影響を確
認するため、前述のステップ１４を実施する前の段階
（即ち、焼結処理後に、表層を削除しない段階）のＺｎ
Ｓ系焼結体に対して組成を調べた。すると、表層部に
は、確かに成形型の成分であるカーボンの拡散が認めら
れたが、表層以外の内部には、カーボンの拡散は認めら
れなかった。従って、前述のステップ１４における表層
の削除処理が、カーボンの拡散のない高品位なＺｎＳ系
焼結体を得るために有効であることが確認された。換言
すれば、安価なカーボン製の成形型を使用したとして
も、本発明に係るＺｎＳ系焼結体の製造方法によれば、
表層を削除するだけで、相対密度の高い高品位のＺｎＳ
系焼結体が得られることが確認された。

【００４７】さらに、補足すると、ホットプレスする際
に予め加圧した状態をつくらずに、昇温を開始すると、
材料のＺｎＳ粉末の平均粒径や焼結温度を第２実施例と
同じにしても、成形型への焼き付け等を防止することが
できなかった。

【００４８】『実施例に対する補足研究５』本願発明者
等は、原材料であるＺｎＳ粉末を、ＺｎＳ粉末に発光性
元素を乾式混合したＺｎＳ系粉末に置き換え、それ以外
は、前述の第１実施例あるいは第２実施例に示した製造
方法に準じてＺｎＳ系焼結体の製造を行って、製造した
ＺｎＳ系焼結体の評価を行った。ＺｎＳ粉末に混合する
発光性元素としては、いわゆるランタン系列のいずれの
発光性元素を混合させた場合でも、発光性元素の混合自
体は、製造したＺｎＳ系焼結体の相対密度に影響を与え
ず、発光性元素を混合しないＺｎＳ粉末を使用した場合
と同様に、ＺｎＳ粉末の平均粒径を５０μｍ以下とし
て、焼結温度を７８０〜１１００℃の範囲に維持すれ
ば、本発明の製造方法によって９０％以上の高い相対密
度を得ることができ、スパッタリング法あるいは電子ビ
ーム蒸着法等によるＥＬ素子の発光層形成においても、
優れた発光特性を得ることができた。

【００４９】『実施例に対する補足研究６』本願発明者
等は、ＺｎＳ粉末に混合する発光性元素としてＭｎ粉を
使用して、それ以外の条件は第１実施例あるいは第２実
施例のそれぞれの製造方法に準じて、ＺｎＳ系焼結体の
製造を行った。なお、Ｍｎ粉の混合率は、１ｗｔ％以下
として、乾式混合によりＺｎＳ粉末に混合した。

【００５０】この場合も、ＺｎＳ粉末の平均粒径を５０
μｍ以下として、焼結温度を７８０〜１１００℃の範囲
に維持すれば、第１あるいは第２実施例のいずれに準じ
た場合でも、９０％以上の高い相対密度を得ることがで
き、スパッタリング法あるいは電子ビーム蒸着法等によ
るＥＬ素子の発光層形成において、放出ガスも著しく少
なく、しかも突沸現象も発生せず、安定した発光層形成
（成膜）が行えて、優れた発光特性を得ることができ
た。

【００５１】なお、本願発明者等は、Ｍｎ粉の混合率を
１ｗｔ％以上に増大した場合についても、ＺｎＳ系焼結
体を製造して、評価を行った。しかし、１ｗｔ％以上に
Ｍｎ粉の混合率を増大させても、発光特性等の点でのメ
リットが少なく、ＺｎＳ系焼結体の相対密度を向上させ
て高品位化すると同時に、量産化を図るという当初の目
的からは、発光性元素としてのＭｎ粉の混合率は、１ｗ
ｔ％以下とすることが好ましく思われた。

【００５２】Ｍｎ粉を１ｗｔ％以下の割合で混合したＺ
ｎＳ系粉末を焼結する場合の変化は、次のようであっ
た。原材料は粉末状態では、白色である。そして、図１
のステップ３、あるいは図３のステップ１３に準じて焼
結させた場合、焼結時の相対密度に応じて異なる色を示
した。ＺｎＳ粉末の粒径や焼結温度の選定によって相対
密度を９４％とした場合には橙色であり、相対密度を１
００％とした場合には、葡萄色となった。なお、紫外線
照射による発光についても調べた。Ｍｎ粉を１ｗｔ％以
下の割合で混合した場合、未焼結の状態では紫外線を照
射しても発光は示さない。また、焼結処理を済ませてＺ
ｎＳ系焼結体とした場合でも、相対密度が７０％程度で
は発光が認められず、相対密度が８０％程度では暗い橙
色発光が、相対密度が９０％を超えると黄橙色（明るい
橙色）の発光が認められた。

【００５３】発光性元素としてＭｎを添加した蛍光材料
は黄橙色の発光が得られることから、従来よりＥＬ素子
に利用されてきた。しかし、従来では、Ｍｎの添加によ
って紫外線照射による黄橙色の発光を得るには、製作コ
ストが高価な共沈法で製造した共沈粉を使用することが
前提とされており、製作コストが安価な乾式混合は利用
されていなかった。

【００５４】しかし、前述の本願発明者等の研究によれ
ば、安価な乾式混合を利用してＭｎ粉を混合してＺｎＳ
系焼結体を製造する場合でも、前述の第１実施例あるい
は第２実施例に準じて処理することによって、紫外線照
射による黄橙色の発光を得ることができ、安価な乾式混
合を利用することによって安価に量産化することも可能
になった。

【００５５】なお、前述の第１実施例および第２実施例
では、原材料となるＺｎＳ粉末の平均粒径を５μｍと
し、また、ホットプレス処理で昇温する前には１３０ｋ
ｇ／ｃｍ2 で加圧を行い、焼結温度は９００℃とした。
しかし、本発明に係るＺｎＳ系焼結体の製造方法は、Ｚ
ｎＳ粉末の平均粒径やホットプレス処理で昇温する前の
加圧力や焼結温度等を、前記実施例に限定するものでは
ない。

【００５６】前述の実施例に対する補足研究等の説明か
ら明らかなように、ＥＬ素子形成用ターゲット材として
のＺｎＳ系焼結体の高密度化および量産化という目的を
達成するには、ＺｎＳ粉末の平均粒径は約７０μｍ以下
であればよく、ホットプレス処理で昇温する前の加圧力
は１３０〜１５０ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内であればよく、
また、焼結温度は７８０〜１１００℃の範囲内であれば
良い。

【００５７】ただし、前記ＺｎＳ粉末の平均粒径につい
て補足すれば、安全率を見込んでＺｎＳ粉末の平均粒径
を５０μｍ以下に設定しておけば、相対密度が９０％以
上の高品位のＺｎＳ系焼結体を得ることが可能であり、
さらにＺｎＳ粉末の平均粒径を１μｍ以下に限定した場
合には、相対密度が９９％という極めて高品位なＺｎＳ
系焼結体を得ることが可能となる。

【００５８】

【発明の効果】本発明に係るＺｎＳ系焼結体の製造方法
は、ＺｎＳ粉末またはＺｎＳ系粉末を予め冷間プレス法
で予備成形して粉末成形体とし、この予備成形体をホッ
トプレス用の成形型に移して、予め所定の加圧状態にし
た上で所定の焼結温度に昇温させて焼結を行うもので、
原材料であるＺｎＳ粉末の平均粒径や、ホットプレス処
理する際の昇温前の加圧力や焼結温度の選定によって、
相対密度が９０％以上の高品位のＺｎＳ系焼結体を得る
ことができる。

【００５９】しかも、ＺｎＳ粉末の予備成形の際にバイ
ンダーとして水等を使用する必要がないため、残留水分
の除去等のために工程管理が困難になることがない。さ
らに、プレス工程は、予備成形を行う冷間プレスと焼結
するためのホットプレスだけで済み、工程数が少なくて
済むと同時に、ホットプレス用に安価で製作性のよいカ
ーボン製の成形型を利用することも可能になる。

【００６０】したがって、ＥＬ素子形成用ターゲット材
としてのＺｎＳ系焼結体の高密度化を達成すると同時
に、量産化を図ることが可能になる。

【００６１】また、請求項２に記載のように、ホットプ
レス用の成形型として、サイアロン製のものを利用した
構成とすれば、成形型の耐熱性や耐圧性が著しく向上
し、成形型中の成分が焼結温度等の影響で製造中のＺｎ
Ｓ系焼結体中に拡散するといった不都合が一切なく、工
程管理や品質管理として必要な工数が軽減されて、一層
の量産化、高品位化が期待できることとなる。

【００６２】また、請求項３に記載のように、発光性元
素としてＭｎ粉を混合したＺｎＳ系粉末を原料とするこ
とによって、高価な共沈法によらずとも、黄橙色の発光
特性を備えた高密度のＺｎＳ系焼結体を得ることが可能
で、ＥＬ素子形成用ターゲット材としてのＺｎＳ系焼結
体の利用価値を増大させることができる。

【００６３】さらに、請求項４に記載のように、原材料
であるＺｎＳ粉末の平均粒径を１μｍ以下に限定した場
合には、相対密度が極めて高密度なＺｎＳ系焼結体を得
ることが可能になり、ＥＬ素子用ターゲット材として使
用した場合の信頼性を著しく向上させることが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の処理手順の説明図であ
る。

【図２】本発明の一実施例で使用する成形型の構造説明
図である。

【図３】本発明の第２実施例の処理手順の説明図であ
る。

【符号の説明】

５成形型６粉末成形体７成形用貫通穴８スペーサ

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【手続補正書】

【提出日】平成５年７月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】

【表２】『実施例に対する補足研究３』また、本願発明者等は、
前述の第１実施例におけるステップ２における昇温前の
加圧力を、種々の値に変更してＺｎＳ系焼結体の製造を
行い、ホットプレス処理時の加圧力の相対密度に対する
影響を調べた。その結果、昇温前の加圧力を、１３０〜
２４０ｋｇ／ｃｍ²の範囲、より好ましくは１３０〜１
５０ｋｇ／ｃｍ ²の範囲とすると、前述の表１および表
２に示した相対密度が維持されるとともに、成形型への
焼き付けもなく、良好に製造ができることが確認され
た。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４１】カーボン製の成形型は、サイアロン製の成
形型よりも、非常に安価にかつ容易に作成することがで
きる。しかし、通常、カーボン製の成形型を使用して、
ホットプレスを行う場合、所定の焼結温度付近まで昇温
させた後から加圧すると、粉末成形体中のＺｎＳが成形
型のカーボンと反応し、製造した焼結体表面に成形型の
カーボンが焼き付いたり、あるいは成形型中のカーボン
が不純物としてＺｎＳ系焼結体内に拡散して、汚染の原
因となっていた。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】ところが、前述の第２実施例では、ＺｎＳ
系焼結体の表面にカーボン製成形型のカーボンが焼き付
きはしたが前述のステップ１４の処理後のＺｎＳ系焼結
体を調べた結果、ＺｎＳ系焼結体内へのカーボンの拡散
が認められず、高品位な焼結体であることが確認され
た。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４４】『実施例に対する補足研究４』本願発明者
等は、カーボン製の成形型を使用してホットプレスする
場合に、前記第２実施例に示したように、昇温前にステ
ップ１２の加圧処理を実行し、その加圧状態のまま所定
の焼結温度まで昇温させるという工程制御が、成形型の
カーボンがＺｎＳ系焼結体表面の焼き付きだけにとどま
り焼結体内部へのカーボンの拡散を防止する効果を生ん
でいると考察した。そして、第２実施例における焼結温
度のみを７００℃から１１００℃まで種々に変え、それ
以外の条件は第２実施例に準じてＺｎＳ系焼結体の製造
を行ってみた。その結果、何れの焼結温度でも成形型の
カーボンがＺｎｓ系焼結体表面の焼き付きだけにとどま
り、前記ステップ１４処理後のＺｎＳ系焼結体において
は、焼結体内部へのカーボンの拡散は認められなかっ
た。また、第１実施例の場合と同様に、７８０〜１１０
０℃という広い範囲の焼結温度で、いずれも相対密度９
０％以上という高密度化が達成できた。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４６】

【表３】なお、本願発明者等は、カーボン製の成形型の影響を確
認するため、前述のステップ１４を実施する前の段階
（即ち、焼結処理後に、表層を削除しない段階）のＺｎ
Ｓ系焼結体に対して組成を調べた。すると、表層部に
は、確かに成形型の成分であるカーボンの焼き付きが認
められたが、表層以外の内部には、カーボンの拡散は認
められなかった。従って、前述のステップ１４における
表層の削除処理が、カーボンの拡散のない高品位なＺｎ
Ｓ系焼結体を得るために有効であることが確認された。
換言すれば、安価なカーボン製の成形型を使用したとし
ても、本発明に係るＺｎＳ系焼結体の製造方法によれ
ば、表層を削除するだけで、相対密度の高い高品位のＺ
ｎＳ系焼結体が得られることが確認された。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４７】さらに、補足すると、ホットプレスする際
に予め加圧した状態をつくらずに、昇温を開始すると、
材料のＺｎＳ粉末の平均粒径や焼結温度を第２実施例と
同じにしても、成形型のカーボンが不純物としてＺｎｓ
焼結体内に拡散する事を防止することができなかった。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５０】この場合も、ＺｎＳ粉末の平均粒径を５０
μｍ以下として、焼結温度を７８０〜１１００℃の範囲
に維持すれば、第１あるいは第２実施例のいずれに準じ
た場合でも、９０％以上の高い相対密度を得ることがで
き、スパッタリング法あるいは電子ビーム蒸着法等によ
るＥＬ素子の発光層形成において、放出ガスも著しく少
なく、しかも突沸現象も発生せず、安定した発光層形成
（成膜）が行えて、優れた発光特性を得ることができ
た。なお、焼結温度を１０２４℃以上にし、かつ、焼結
体の密度が９５％以上になるようにして得た焼結体をタ
ーゲットにして成膜して形成したＥＬ素子の輝度が最も
高いことが確認されている。この場合の焼結体は閃亜鉛
鉱型ではなくウルツ鉱型になっているものと推定され
る。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５６】前述の実施例に対する補足研究等の説明か
ら明らかなように、ＥＬ素子形成用ターゲット材として
のＺｎＳ系焼結体の高密度化および量産化という目的を
達成するには、ＺｎＳ粉末の平均粒径は約７０μｍ以下
であればよく、ホットプレス処理で昇温する前の加圧力
は１３０〜２４０ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内、より好ましく
は１３０〜１５０ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内であればよく、
また、焼結温度は７８０〜１１００℃の範囲内であれば
良い。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２３Ｃ 14/34 9046−4Ｋ (72)発明者永田長寿東京都千代田区丸の内一丁目８番２号同和鉱業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＺｎＳ粉末又はＺｎＳ粉末に発光性元素
を混合したＺｎＳ系粉末を焼結させることによって、Ｅ
Ｌ素子を構成する薄膜形成用ターゲット材又はソース材
として利用できるＺｎＳ系焼結体を得るＺｎＳ系焼結体
の製造方法であって、前記ＺｎＳ粉末としては平均粒径が５０μｍ以下のもの
を使用し、まず、ＺｎＳ系粉末あるいはＺｎＳ粉末を冷間プレス法
で予備成形して粉末成形体とし、次いで、この粉末成形体をホットプレス用の成形型に移
して、昇温前に１３０〜１５０ｋｇ／ｃｍ²の加圧を
し、この加圧状態からＡｒガス雰囲気中で７８０℃〜１１０
０℃の温度範囲に昇温させることによってＺｎＳ系焼結
体を得ることを特徴とするＺｎＳ系焼結体の製造方法。
【請求項２】前記ホットプレス用の成形型として、サ
イアロン製のものを使用したことを特徴とする請求項１
に記載のＺｎＳ系焼結体の製造方法。
【請求項３】発光性元素としてＭｎ粉を混合したＺｎ
Ｓ系粉末をＺｎＳ系焼結体の原料とする場合、前記Ｍｎ
粉の混合率は１ｗｔ％以下とし、さらに、このＭｎ粉は
乾式混合によってＺｎＳ粉に混合することを特徴とした
請求項１または請求項２に記載のＺｎＳ系焼結体の製造
方法。
【請求項４】材料のＺｎＳ粉末として、平均粒径が５
μｍ以下のものを使用したことを特徴とする請求項１乃
至請求項３のいずれかに記載のＺｎＳ系焼結体の製造方
法。