JPH06298566A - 導電性セラミックス焼結体及びその用途 - Google Patents

導電性セラミックス焼結体及びその用途

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JPH06298566A
JPH06298566A JP5088882A JP8888293A JPH06298566A JP H06298566 A JPH06298566 A JP H06298566A JP 5088882 A JP5088882 A JP 5088882A JP 8888293 A JP8888293 A JP 8888293A JP H06298566 A JPH06298566 A JP H06298566A
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JP
Japan
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weight
boat
sintered body
earth metal
electrically conductive
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JP5088882A
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English (en)
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Kenichi Adachi
健一 安達
Yoshio Sasaki
欣夫 佐々木
Yasuo Imamura
保男 今村
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Denka Co Ltd
Original Assignee
Denki Kagaku Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 窒化硼素、窒化アルミニウム及び二硼化チタ
ンを主成分とする導電性セラミックス焼結体の耐酸化性
を向上させ、もってボートの使用寿命を向上させる。 【構成】 窒化アルミニウムと二硼化チタンの合計量50
〜85重量%で窒化硼素15〜50重量%である主成分100 重
量部あたり、アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化物及
びアルカリ土類金属硼酸塩から選ばれた一種又は二種以
上の副成分0.3 〜10重量部の割合で含有されてなること
を特徴とする導電性セラミックス焼結体、及びこの導電
性セラミックス焼結体で構成されてなる金属蒸発用容
器。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐酸化性に優れた導電
性セラミックス焼結体、及びその導電性セラミックス焼
結体で構成されてなる長寿命の金属蒸発用容器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、金属蒸発用容器としては、各種複
合セラミックス材料が使用されており、中でもAl蒸着
用容器(以下、ボートという)としては、窒化硼素、窒
化アルミニウム、二硼化チタンを主成分としてなるもの
が知られている。例えば、 (1)チタニウムもしくはジルコニウムの硼化物、窒化
物、炭化物又は珪化物が40〜60重量%、残部が主として
窒化アルミニウムと窒化硼素からなり、その残部におけ
る窒化アルミニウムの割合が60重量%以上の耐火材料で
構成されてなる抵抗加熱るつぼ(特公昭49-44091号公
報)。 (2)10重量%までの窒化硼素、窒化アルミニウム及び
二硼化チタンを主成分とし、焼結助剤として、アルカリ
土類金属、希土類元素の酸化物、周期律表第4〜8属の
金属、硼化物又は炭化物、カリウム水素化物又はカーボ
ンブラックを添加して焼結された焼結体(特開平3-2088
65号公報)。
【0003】ボートは、通常、以下のように使用される
が、(1)の抵抗加熱るつぼでは耐酸化性が十分でない
のでボートの寿命が短かった。すなわち、ボート中央部
に形成された溝部にAlを入れ、チャンバーを真空に引
き、ボートを通電加熱してAlを蒸着する。蒸着終了後
は、通電を止め、真空を解除しチャンバーを解放する
が、この場合、Alの蒸着総時間を短縮するためにチャ
ンバーの解放を早めると、ボートは比較的高温(500 〜
600 ℃)で大気と接触することになる。そのため、ボー
トの主成分のうち、二硼化チタンは酸化されて蒸着特性
が不安定になり、Alを蒸着することができなくなるか
又はクラックの発生によりボートの寿命が短くなる。
【0004】一方、(2)の焼結体で構成されたボート
は、窒化硼素の含有量が最大10重量%であるため、通電
・冷却の繰り返し使用時に受ける熱衝撃に耐えることが
できず、これまた使用寿命が短かいものであった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、窒化硼素、
窒化アルミニウム及び二硼化チタンを主成分とする導電
性セラミックス焼結体の耐酸化性を向上させ、もってボ
ートの使用寿命を向上させることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、窒
化アルミニウムと二硼化チタンの合計量50〜85重量%で
窒化硼素15〜50重量%である主成分100 重量部あたり、
アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化物及びアルカリ土
類金属硼酸塩から選ばれた一種又は二種以上の副成分が
0.3 〜10重量部の割合で含有されてなることを特徴とす
る導電性セラミックス焼結体、この導電性セラミックス
焼結体において、温度500 ℃における酸化速度が 3×10
-3重量%/Hr以下であることを特徴とする導電性セラミ
ックス焼結体、及びこれらの導電性セラミックス焼結体
で構成されてなる金属蒸発用容器である。
【0007】以下、さらに詳しく本発明について説明す
ると、Al蒸着終了後の冷却時に、ボートが数百℃の大
気に解放されると二硼化チタンが次式によって酸化を受
け、ボート表面は風化したように体積膨張して微細なク
ラックが発生する。 2TiB2 +5O2 →2TiO2 +2B2 2
【0008】本発明者らは、二硼化チタンの酸化挙動に
ついてさらに詳しく検討したところ、その酸化速度は、
400 ℃、 600℃の温度付近では遅く、500 ℃付近で最大
になることを見いだした。そして、導電性セラミックス
焼結体は、通常、その主成分である窒化硼素、窒化アル
ミニウム及び二硼化チタンの混合原料粉末を予備成形し
た後、黒鉛治具を用いてホットプレス焼結して製造され
るが、この場合、予備成形体と黒鉛治具又はカーボン雰
囲気との反応によってAl4 3 が生成し、それがボー
トの耐酸化性を劣化させることを併せ見いだした。
【0009】すなわち、本発明者らは、ボートに内在し
たAl4 3 は、大気中の水分と反応してAl(OH)3
とCH4 に変化する際に体積膨張による微細なクラック
を発生させ、そのクラック表面に露出したTiB2 が大
気中の酸素と反応し酸化が進行するというメカニズムを
導いた。そして、この酸化反応を阻止するには、上記主
成分の割合を調整し特定量のアルカリ土類金属酸化物、
希土類酸化物及びアルカリ土類金属硼酸塩から選ばれた
一種又は二種以上の副成分を添加して焼結すればよいこ
とを見いだしたものである。
【0010】本発明の導電性セラミックス焼結体は、主
成分100 重量部あたり副成分0.3 〜10重量部の割合で構
成され、その主成分は、窒化アルミニウムと二硼化チタ
ンの合計量50〜85重量%と窒化硼素15〜50重量%で構成
されている。主成分の窒化硼素の割合が15重量%未満で
は耐熱衝撃性が不足し、一方、50重量%をこえると溶融
金属に対する耐食性が低下する。好ましい主成分の窒化
硼素の割合は、15〜30重量%である。主成分中の窒化ア
ルミニウム:二硼化チタンの重量比は、 1:1.5 〜 1:
4 であることが好ましい。
【0011】本発明の導電性セラミックス焼結体は、主
成分100 重量部あたり、アルカリ土類金属酸化物、希土
類酸化物及びアルカリ土類金属硼酸塩から選ばれた一種
又は二種以上の副成分を0.3 〜10重量部好ましくは0.5
〜5 重量部含んでなるものである。副成分が0.3 重量部
未満では耐酸化性を十分に向上させることができず、一
方、10重量部をこえると耐熱衝撃性が不足する。副成分
は、ボート内の抵抗のバラツキを低減させるという驚く
べき効果もある。
【0012】本発明で使用される好適な副成分を例示す
ると、アルカリ土類金属酸化物としては、例えばCa
O、MgO、SrO等、希土類酸化物としては、例えば
ScO、Y2 3 、LaO、CeO2 、AcO、ThO
2 、Pr6 11、Nd2 11等、アルカリ土類金属硼酸
塩としては、例えばCaO・ B2 3 、MgO・ B2
3 、SrO・ B2 3 等であり、また、それらのいずれ
か一種以上の組合せとしては、例えばCaO・Y2
3 、2CaO・3B2 3 、MgO・B2 3 、Al2
3 ・B2 3 、2CaO・3B2 3 ・Y2 3 、2
CaO・3B2 3・CeO2 、2CaO・3B2 3
・Pr6 11、2CaO・ 3B2 3 ・ Nd 2 11等を
あげることができる。これらの内で特に好ましいもの
は、二種以上の組合せであり、例えば2CaO・ 3B2
3 ・Y2 3 、CaO・ B2 3 ・Y 2 3 、2Ca
O・ 3B2 3 ・CeO2 等である。
【0013】本発明の導電性セラミックス焼結体の耐酸
化性を、大気中、温度500 ℃で60時間加熱した際の重量
増加率を時間で除した酸化速度(重量%/60Hr)として
定義した場合、それが 3×10-3重量%/Hr以下特に 2×
10-3重量%/Hr以下であることが望ましい。酸化速度が
3×10-3重量%/Hrをこえると、ボートの蒸着特性が不
安定となってAl蒸着ができなくなるか又はクラックが
発生してボートが長寿命でなくなる。
【0014】また、本発明の導電性セラミックス焼結体
の曲げ強度は、取扱中の折損防止の観点から1500kg/cm2
以上特に1800kg/cm2以上であることが望ましい。また、
気孔率については、ボート使用時の必要強度を確保する
ために、 6%以下特に 4%以下であることが望ましい。
【0015】本発明の導電性セラミックス焼結体の製造
例を説明する。窒化硼素粉末、窒化アルミニウム粉末及
び二硼化チタン粉末からなる主成分と、アルカリ土類金
属酸化物、希土類酸化物及びアルカリ土類金属硼酸塩か
ら選ばれた一種又は二種以上からなる副成分とを上記し
た導電性セラミックス焼結体の組成割合で混合する。混
合粉末の粒径は、20μm以下特に10μm以下であること
が好ましい。
【0016】混合粉末は、ホットプレス法による焼結が
望ましいが、必要に応じて、常圧焼結法、HIP 成形法を
も採用することができる。ホットプレス法の条件は、窒
素、アルゴン、ヘリウム、真空等の非酸化性雰囲気下、
温度1750〜2050℃、圧力50〜350 kg/cm2が好ましい。温
度が1750℃未満であるか又は圧力が50kg/cm2未満では焼
結体密度は向上せず、ボート使用時の締め付けに耐える
強度が得られない。一方、温度が2050℃をこえるか又は
圧力が350 kg/cm2をこえると、ホットプレスに使用され
る黒鉛補材の寿命が短くなる。
【0017】
【実施例】以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的
に本発明を説明する。
【0018】実施例1〜10 比較例1〜7 主成分である窒化硼素(BN)、窒化アルミニウム(AlN
)、二硼化チタン(TiB2)の各原料粉末(粒径は全て1
0μm )と表1に示す副成分とを表1の配合割合で混合
し、それを温度2000℃、圧力250 kg/cm2でホットプレス
焼結した。得られた焼結体の金属蒸発容器としての特性
を以下のように評価した。それらの結果を表2に示す。
【0019】(1)気孔率:焼結体の実測密度と理論密
度から算出した。 (2)曲げ強さ:JIS R 1601に準拠して曲げ試片を切り
出して測定した。 (3)ボートの使用寿命:得られた焼結体からボート
(幅6 ×厚み4 ×長さ110mm )を加工し、Alを加工溝
(幅4 ×深さ2 ×長さ40mm)に60mg投入し、真空中、ボ
ート温度1500℃にて通電加熱した。Al蒸着が1回終了
する毎にボート温度500 ℃にて真空解除し室温まで冷却
した。この蒸着試験を繰り返し行い、ボートにクラック
が発生するか又はAlが蒸着できなくなった時点におけ
るボートの繰り返し使用回数を測定した。 (4)ボートの耐酸化性:ボート重量(W0 )と、それ
を大気中、温度500 ℃×60時間で加熱した後のボート重
量(W1 )から、次式により算出した。 酸化速度=〔(W1 −W0 )/W0 〕×(100 / 60)
(重量%/Hr)
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
【発明の効果】本発明の導電性セラミックス焼結体は、
所望の導電性、耐熱衝撃性、溶融金属に対する耐食性を
有していると共に、耐酸化性に優れている。本発明の導
電性セラミックスで構成された金属蒸発用容器は、耐酸
化性が大であるのでAl蒸着総時間の短縮に対応でき、
しかも長寿命である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化アルミニウムと二硼化チタンの合計
    量50〜85重量%で窒化硼素15〜50重量%である主成分10
    0 重量部あたり、アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化
    物及びアルカリ土類金属硼酸塩から選ばれた一種又は二
    種以上の副成分が0.3 〜10重量部の割合で含有されてな
    ることを特徴とする導電性セラミックス焼結体。
  2. 【請求項2】 温度500 ℃における酸化速度が 3×10-3
    重量%/Hr以下であることを特徴とする請求項1記載の
    導電性セラミックス焼結体。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の導電性セラミック
    ス焼結体で構成されてなることを特徴とする金属蒸発用
    容器。
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