KR20070103410A

KR20070103410A - 소결체, 스퍼터링 표적 및 성형 금형, 그리고 이것을이용한 소결체의 제조 방법

Info

Publication number: KR20070103410A
Application number: KR1020077017573A
Authority: KR
Inventors: 켄이치 이토; 마사미 메스다; 히토시 나가야마; 테츠오 시부타미; 순스케 야츠나미
Original assignee: 토소가부시키가이샤
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-10-23
Also published as: CN101111627A; US20150368791A1; JP2014129231A; TW201228993A; TW200631922A; US20130213801A1; JP5804109B2; JP2013091322A; WO2006082760A1; KR101313217B1; KR20120116513A; JP5664643B2; TWI385139B; US9920420B2; CN101513672A; KR101297280B1; US8419400B2; CN101513672B; US20080274351A1; CN101111627B

Abstract

스퍼터링시의 방전 특성이나 얻어진 박막의 특성이 양호한 대형의 스퍼터링 표적을 제공한다. 또, 냉간 정수압 프레스를 이용해서, 예비성형을 행하지 않고, 형상 정밀도가 우수한 대형의 성형체를 직접 얻는 것이 가능하고, 상기 양호한 스퍼터링 표적을 얻을 수 있는 소결체를 저렴하게 효율적으로 제조하는 것이 가능한 소결체의 제조 방법을 제공한다. 불순물로서 포함되는 탄소의 함유량을 O.005 중량% 미만으로 한 소결체를 이용해서 스퍼터링 표적을 제조한다. 또, 이러한 소결체는 유기물을 함유하는 바인더나 성형조제를 첨가하지 않고 원료 분말을 직접 냉간 정수압 프레스에 의해 성형하여, 소성함으로써 얻을 수 있다. 또한, 가압 압축 시에는 충전한 원료 분말에 대해서 실질적으로 1축 방향으로부터만 가압하고, 가압 종료 후의 감압 시에는 성형체에 대해서 등방적으로 압력을 개방하는 것이 가능한 구조를 갖는 성형 금형을 사용함으로써, 상기 소결체를 제조하는 것이 가능해진다. 또, 침식 영역의 두께를 두껍게 한 대형의 표적을 수율 양호하게 제조하는 것이 가능하며, 표적의 사용 효율을 향상시킬 수 있다.

소결체, 탄소, 유기물, 바인더 성형조제

Description

소결체, 스퍼터링 표적 및 성형 금형, 그리고 이것을 이용한 소결체의 제조 방법{SINTER, SPUTTERING TARGET AND MOLDING DIE, AND PRODUCTION PROCESS OF SINTER USING THE SAME}

본 발명은 세라믹스 분말이나 금속분말 및 이들의 혼합 분말을, 냉간 정수압 프레스를 이용해서 성형해서 얻어진 성형체를 소성해서 얻을 수 있는 소결체, 그것을 이용한 스퍼터링 표적 및 상기 성형체를 제조할 때에 사용되는 성형 금형, 그리고 이것을 이용한 소결체의 제조 방법에 관한 것이다.

세라믹스 분말이나 금속분말 및 이들의 혼합 분말을 판 형상으로 형성한 성형체는 성형 후, 소성, 가공이 실시되어 스퍼터링 표적재나 내마모재로서 이용될 수 있다. 스퍼터링 표적재는 스퍼터링법에 의해 박막 제작의 재료로서 이용할 수 있어, LCD(액정 디스플레이), EL(엘렉트로루미네센스)이나 반도체의 제조 등에서 사용된다. 최근, 이들 LCD나 반도체 제품의 대형화에 따라, 표적재의 대형화에 대한 요구가 강해지고 있다. 또한, ITO(Indium Tin Oxidc) 표적에서는 적산 스퍼터링 시간의 증가와 함께 표적 표면에 노쥴(nodule)로 불리는 흑색의 부착물이 석출되어, 이상방전의 원인이 된다. 이 이상방전이 발생하면, 제품의 수율이 저하하는 것이 알려져 있고, 이상방전을 감소하기 위해서 표적재의 고성능화가 강하게 요구 되고 있다. 그 때문에, 대형·고밀도의 소결체가 강하게 요구되고 있다.

이상방전의 발생 및 노쥴 생성의 억제에 관해서는, 종래부터 표적재의 고밀도화나 스퍼터면의 평활화 등의 각종 검토가 행해지고 있다. 특허문헌 1에는 ITO 표적에 있어서는 표적 중에 함유되는 Al, Si 등의 주기율표 IIIb족 및 IVb족에 속하는 원소를 50 ppm 이하로 하는 것이 개시되어 있으나, 탄소의 영향에 관해서는 구체적으로는 하등 언급되어 있지 않다. 또한, 표적 속의 탄소의 영향에 관해서는, 특허문헌 2에 ITO 표적에 있어서 탄소, 질소, 붕소 중의 어느 하나를 첨가함으로써, 얻어지는 투명 도전막의 에칭 속도의 향상과 안정화를 얻을 수 있는 것, 탄소 함유량은 0.005 내지 3%, 질소함유량은 0.1 내지 5%, 붕소함유량은 0.001 내지 10%가 바람직한 것이 기재되어 있다.

한편, 종래부터, 세라믹스 분말이나 금속분말 및 이들의 혼합 분말을 판 형상으로 성형하는 방법으로서, 건식 프레스 성형법, 주입 성형법 또는 냉간 정수압 프레스법이 이용되고 있다.

건식 프레스 성형법은 원료 분말에 바인더를 첨가하고, 금형을 이용해서 성형체를 성형하는 방법이며, 주입 성형법은 원료 분말에 바인더를 첨가하여, 슬러리화하고, 주입용 성형 금형에 유입시켜 성형체를 제조하는 방법이다. 이들 성형체(1차 성형체)는 고밀도화를 도모하기 위해서, 더욱 냉간 정수압 프레스를 실시해서 고밀도의 2차 성형체를 제조할 경우도 있다. 예로서, 금속 인듐 및 금속 주석으로 이루어진 합금 표적(IT표적), 또는 산화인듐과 산화 주석으로 이루어진 복합 산화물 표적(ITO 표적)의 제조를 들 수 있다(예를 들어, 특허문헌 3, 4 참조). 이 들 성형방법은 고밀도의 표적을 얻을 수 있지만, 제조 프로세스가 복잡해지는 결점이 있었다. 또한, 고가인 건식 성형용 다이나, 주입용 주형이 필요하고, 대형의 성형체를 제작할 경우에는 성형 금형 비용이 높아지게 된다고 하는 결점이 있었다. 한층 더, 원료 분말의 조립(造粒)이나 슬러리화가 필요해지므로, 제조비가 높아지는 결점이 있었다.

이러한 제조 방법에 대해서, 특허문헌 5에는 1차 성형 없이 저렴한 고무제 주형에 분말을 충전하고, 냉간 정수압 프레스에서 직접 고압형성하는 방법이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 6에서는 고무제 주형의 복원에 의한 성형체의 갈라짐에 관해서, 반발 탄성값이 작은 고무를 이용하여, 성형체의 갈라짐을 방지하는 방법이 제안되어 있다. 또한, 고무제 주형에의 성형체의 고착에 의한 성형체의 갈라짐에 관해서, 특허문헌 7에는 감압시 대부분 탄성 회복되지 않는 물질을 개재시킴으로써 갈라짐의 해소가 가능한 것이 보고되어 있다.

또한, 상기 특허문헌 5에서는 형상 정밀도의 개선을 위해서, 한 면을 금속판으로 구성한 금형을 이용하여, 냉간 정수압 프레스에서 직접 고압 성형하는 방법을 제안하고 있다. 냉간 정수압 프레스를 이용하고, 또한 형상 정밀도가 양호한 성형체를 얻는 방법으로서, 특허문헌 8에는 분말을 2장의 금속판 사이에 끼워, 진공 패킹을 실시한 후, 5 내지 50 ㎫의 압력으로 냉간 정수압 프레스에서 예비형성한 후, 다시 진공 패킹을 실시하여 냉간 정수압 프레스에서 본성형을 행하는 방법이 보고되어 있다. 또, 특허문헌 9에서는 원료 분말을 충전한 금형을 밀폐 봉입해서 냉간 정수압 프레스에 삽입해서 고압 성형하는 방법이 제안되어 있다. 특허문헌 10에서 는 수지로 만든 조립식 형틀 및 성형 펀치로 이루어진 금형을 이용하여, 냉간 정수압 프레스에서 성형하는 방법이 제안되어 있다. 이 방법에서는 형틀을 분해할 수 있으므로, 금형으로부터 성형체를 꺼내는 것이 용이해진다. 특허문헌 11에는 분할식의 형틀과 탄성 재료의 덮개로 이루어진 성형 금형이 제안되어 있다. 특허문헌 12에는 분할식의 형틀 및 성형 펀치로 이루어진 성형 금형을 연질재로 피복하여, CIP 성형하는 것이 제안되어 있다.

한편, 성형체의 크기가 커지면 성형체를 유지하기 위해서 그 강도를 높일 필요가 있다. 그러나, 예를 들면 3000 ㎠의 면을 가진 큰 성형체를 제작할 경우, 프레스 성형에서는 큰 압력이 걸리지 않고 성형체의 강도를 높일 수 없다. 여기서 강도를 높이기 위해서 바인더 등의 성형조제를 첨가하는 것이 필요해진다. 그렇다면, 소성시 성형체 중의 유기물의 제거를 목적으로 한 소성 공정(탈지 공정)이 필요하다. 바인더 등의 성형조제가 연소, 분해할 때에는 성형체에 금이 가기 쉬워, 갈라짐이 생기지 않도록 하기 위해서는 매우 저속도에서 승온할 필요가 있어, 엄청난 시간을 필요로 한다. 예를 들어, 특허문헌 13에는 크기 1000 ㎠ 이상의 판 형상의 소결체를 작성할 경우라도 수율 좋게 제작하기 위해서는 2 ℃/hr 이하의 매우 저속도에서 승온을 행할 필요가 있는 것이 개시되어 있다.

또한, 표적의 사용 효율을 높이기 위해서, 특허문헌 14에는 표적의 침식 영역을 다른 부분보다도 두껍게 하는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 공개특허 평08-246139호 공보

특허문헌 2: 일본국 공개특허 평07-187769호 공보

특허문헌 3: 일본국 공개특허 제2000-144393호 공보

특허문헌 4: 일본국 공개특허 평05-311428호 공보

특허문헌 5: 일본국 공개특허 제2003-003257호 공보

특허문헌 6: 일본국 공개특허 평09-057495호 공보

특허문헌 7: 일본국 공개특허 평06-100903호 공보

특허문헌 8: 일본국 공개특허 평09-003636호 공보

특허문헌 9: 일본국 공개특허 평05-287315호 공보

특허문헌 10: 일본국 공개특허 평08-009120호 공보

특허문헌 11 일본국 공개특허 소61-266204호 공보

특허문헌 12: 일본국 공개특허 제2003-266198호 공보

특허문헌 13: 일본국 공개특허 평10-330169호 공보

특허문헌 14: 일본국 공개특허 평01-290764호 공보

발명의 개시

발명이 이루고자 하는 기술적 과제

상기한 바와 같이, 스퍼터링 표적에 이용하는 소결체 중의 불순물에 대해서는 특허문헌 1에서는 주기율표의 IIIb족 및 IVb족에 속하는 원소의 양을 50 ppm 이하로 함으로써 이상방전의 발생이나 노쥴의 생성을 억제하는 것이 개시되어 있지만, IVb족에 속하는 원소인 탄소의 영향에 대해서는 하등 구체적인 개시는 되어 있지 않다. 이 특허문헌 1에서는 유기물을 함유하는 바인더 등의 성형조제를 이용해서 성형체를 제작하고 있지만, 그러한 경우에는, 통상, 소결을 위한 본소성 전에, 첨가한 유기물을 제거하기 위해서 300 내지 600℃ 정도의 온도에서 탈지 처리를 행하고 있다. 그러나, 이러한 탈지 처리에서는 소결체 중의 유기물을 완전하게 제거하는 것은 극히 곤란하고, 유기물이 분해해서 생긴 탄소가 성형체 중에 잔류해버린다. 실제로, 바인더를 1 중량% 이상 첨가한 경우에는 얻어지는 소결체 중의 탄소 함유량을 50 ppm 이하로 하는 것은 곤란하다. 또한, 성형체의 두께가 두꺼울수록 탈지가 불완전해지기 쉽고, 소결체 중에 잔류하는 탄소가 많아진다.

또한, 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, ITO 표적의 경우에는 탄소 함유량이 많으면, 얻어진 박막의 에칭 속도가 빨라지므로, 표적의 품질을 일정하게 유지하여, 적절한 에칭 속도를 유지하기 위해서는, 소결체 중의 탄소 함유량을 관리할 필요가 있다.

한편, 냉간 정수압 프레스에 의한 성형방법에 관해서는 전술한 바와 같이 특허문헌 5에는 1차 성형 없이 저렴한 고무제 주형에 분말을 충전하고, 냉간 정수압 프레스에서 직접 고압 성형하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 방법으로 성형할 경우, 두꺼운 고무제 주형으로 구성되어 있기 때문에, 가압 시에는 휨응력이 발생해서 중앙부가 크게 변형된다. 이 때문에, 얻어지는 성형체는 면방향에 있어서의 중앙부의 두께가 단부보다도 얇아져, 형상 정밀도가 나쁜 성형체 밖에 얻어지지 않는다. 또한, 이 방법에서는 가압 성형후의 감압 과정에서 고무제 주형은 자신의 탄성에 의한 복원력에 의해, 최종적으로 가압 전의 상태로까지 복원되지만, 성형체는 수축한 채이기 때문에, 성형체와 고무제 주형의 고착 등에 의해, 성형체의 일부가 벗겨지거나 혹은 성형체가 갈라지는 결점이 있다.

특허문헌 6에는 이 고무제 주형의 복원에 의한 성형체의 갈라짐에 대해서, 반발 탄성값이 작은 고무제 주형을 이용하여, 성형체의 갈라짐을 방지하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법은 분말의 종류(성형체의 강도)에 의해서, 혹은 성형체가 대형화한 경우에는 분말이 고무제 주형에 조금이라도 고착하면 성형체의 탄성 복원에 의해 성형체가 갈라지는 결점이 있다. 따라서, 대형의 강도가 낮은 성형체를 제조할 경우에는 반드시 충분한 대책은 아니다. 또한, 고무제 주형과 접하고 있는 부분은 여전히 형상 정밀도가 나쁜 것이다.

고무제 주형에의 성형체의 고착에 의한 성형체의 갈라짐에 관해서, 특허문헌 7에는 감압시 거의 탄성 회복되지 않는 물질을 개재시킴으로써 갈라짐의 해소를 할 수 있는 것이 보고되어 있다. 그러나, 이 방법에서도 형상 정밀도는 여전히 나쁘고, 원하는 제품 형상으로 마무리하기 위해서, 연삭량이 증가하고, 그 결과, 필요로 하는 원료 분말량이 증가하고, 제조비가 높아진다고 하는 결점이 있다. 또, 연삭량이 증가함으로써, 연삭에 필요한 가공 시간도 길어져, 가공비용도 증가하는 결점이 있다. 고가인 원재료를 많이 필요로 하는 제품의 경우, 형상 정밀도가 양호한 성형체를 얻는 것은 비용적으로도 대단히 중요하다.

형상 정밀도의 개선을 위해서, 특허문헌 5에서는 한쪽 면을 금속판으로 구성한 주형을 이용하고, 냉간 정수압 프레스에 의해 직접 고압형성하는 방법이 제안되어 있지만, 이 방법에 있어서도, 고무로 구성된 면은 여전히 형상 정밀도가 나쁘며, 또한, 전술한 바와 같이, 고무제 주형과 성형체의 탄성 회복의 차이에 의해, 갈라짐이나 박리가 발생하는 결점이 있다.

냉간 정수압 프레스를 이용하고, 또한 형상 정밀도가 양호한 성형방법으로서, 특허문헌 8에는 분말을 2장의 금속판 사이에 끼워, 진공 패킹한 후, 5 내지 50 ㎫의 압력으로 냉간 정수압 프레스로 예비형성한 후, 다시 진공 패킹하여 냉간 정수압 프레스로 본성형을 행하는 방법이 보고되어 있다. 그러나, 이 방법에서는 예비성형과 본성형의 2회의 성형이 필요해서, 종래의 2단계 성형처리에 있어서의 1차 성형을 생략해서 공정을 간소화하는 효과는 없다. 더욱이, 고가인 정수압 프레스 장치를 2회 사용할 필요가 있어 생산성에서도 뒤떨어지고 있다.

특허문헌 9에는 원료 분말을 충전한 금형을 밀폐 봉입해서 냉간 정수압 프레스에 삽입해서 고압 성형하는 방법이 제안되어 있다. 이 방법은 기본적으로 1축 프레스이며, 형상 정밀도가 우수한 성형체를 얻을 수 있지만, 이러한 1축 프레스와 마찬가지 금형을 이용한 경우, 냉간 정수압 프레스와 같은 높은 압력으로 성형될 경우에는 성형압력이 빠진 후의 성형체의 탄성 복원(spring back)이 커진다. 따라서, 탄성 복원에 의한 성형체의 팽창 때문에, 성형체를 금형으로부터 꺼내는 것이 어렵게 된다고 하는 결점이 있다. 특히, 대형의 성형이나 부피가 큰 분말의 성형의 경우, 탄성 복원이 한층 더 커지므로, 탈형시 성형체가 갈라지는 문제가 있다.

이러한 문제에 대해서, 특허문헌 10에서는 수지제의 조립식 형틀 및 성형 펀치로 이루어진 금형을 이용하여, 냉간 정수압 프레스에서 성형하는 방법이 제안되어 있다. 형틀을 분해할 수 있으므로, 금형으로부터 성형체를 꺼내는 것이 용이해진다. 그러나, 이 방법에서도 탄성 복원의 완전한 해소에는 이르고 있지 못하고, 감압 후, 탄성 복원에 의한 성형체의 팽창 때문에, 성형체와 형틀 사이에 응력이 걸리고, 이것에 의해 성형체가 갈라지는 결점이 있다. 특히, 표적과 같은 대형의 성형체의 경우에는 탄성 복원이 커지고, 성형체와 형틀과의 사이에 큰 응력이 발생하고, 그 응력을 성형체가 견딜 수 없어 갈라지게 된다고 하는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 11에는 분할식의 형틀과 탄성 재료의 덮개로 이루어진 성형 금형이 제안되어 있다. 이 방법에서는 분할 금형에 의해, 압력전달의 방향으로 수직인 방향의 탄성 복원에 의한 성형체의 팽창을 흡수하는 구조로 되어 있지만, 정수압에 의한 성형체에의 가압은 탄성 재료인 덮개를 개입시켜 행해지고 있다. 그 때문에, 가압성형 후의 감압 과정에서는 탄성 재료인 덮개가 자신의 탄성에 의한 복원력에 의해 가압 전의 상태까지 복원함으로써, 압력전달의 방향과 그 수직인 방향에서 성형체에 걸리는 압력이 다른 것으로 된다. 특히 성형체가 대형화된 경우에는, 이것에 의해 큰 불균일한 힘이 성형체에 작용해서 성형체가 갈라지는 결점이 있다. 또한 탄성 재료인 덮개에 의한 가압에서는 가압시 성형체에 가해지는 힘도 불균일해지기 쉬워, 갈라지기 쉬울 뿐만 아니라, 탄성체와 접하는 면이 불균일한 형상으로 되어, 형상 정밀도가 나쁘다고 하는 결점이 있다.

특허문헌 12에는 분할식의 형틀 및 성형 펀치로 이루어진 성형 금형을 연질재로 덮고, CIP 성형하는 것이 제안되어 있다. 이 방법에서는 형틀이 적어도 2개 이상으로 분할되고, 또, 고정되어 있지 않기 때문에, 탄성 복원에 의한 성형체의 갈라짐을 피하는 것이 가능해진다. 그러나, 형틀끼리 고정되어 있지 않기 때문에, 금형 전체의 안정성이 부족하고, 금형의 형상을 유지하기 위해서 성형 금형을 고무 매체로 덮을 필요가 있다. 이 경우, 고압 가압 성형 후의 감압 과정으로 고무 매체는 자신의 탄성에 의한 복원력에 의해 가압 전의 상태로까지 복원되지만, 성형 금형의 상부 펀치는 수축한 성형체의 위치에 머문다. 또 분할된 측벽은 탄성 복원에 의해 팽창한 위치로 이동하는 것으로 된다. 그 때문에, 상부 펀치와 고무 매체 사이에는 큰 공간이 생기지만, 측벽과 고무 매체 사이에는 성형체가 팽창하고 있기 때문에, 공간은 없고, 그 결과, 상하 방향과 측면방향의 성형체에 걸리는 압력이 다른 것으로 된다. 그 때문에, 특히 성형체가 대형화했을 경우에는 큰 불균일한 힘이 성형체에 작용해 성형체가 갈라지는 결점이 있다. 또한, 측벽이 상하부의 펀치를 가압하는 구조로 되어 있기 때문에, 상하부의 펀치의 접동성이 나빠, 균일한 가압이 생기지 않고 성형체가 갈라진다고 하는 결점이 있다. 이에 더해서, 금형의 간극으로부터 충전 분말의 누출이 발생하여, 부분적으로 충전 분말량이 적어지므로, 성형체에 밀도 불균일이 생긴다. 이들 현상은 성형체의 크기가 커질수록 현저해진다.

한편, 특허문헌 14에서는 표적의 침식 영역을 두껍게 함으로써 표적의 사용 효율을 높이고 있지만, 이러한 형상으로 대형의 소결체를 냉간 정수압 프레스에서 형성할 경우, 가압 종료 후의 감압시 소결체의 볼록부가 탄성 복원에 의해 팽창하기 때문에 갈라짐이 생겨버린다고 하는 문제가 있다.

상기한 바와 같이, 스퍼터링 표적의 표적재로서, 대형·고밀도이고, 또한 불순물 함유량이 적은 소결체가 요구되고 있다. 한층 더, 소결체의 형상도, 평판 형상의 소결체뿐만 아니라, 표적의 사용 효율의 향상 때문에, 침식 영역의 두께를 두껍게 한 소결체로서, 대형·고밀도이고, 불순물 함유량이 적은 소결체가 요구되고 있다.

대형의 소결체를 제조하기 위한 대형의 성형체의 제작에서는 높은 압축 압력을 얻기 위해서 냉간 정수압 프레스에 의해 가압성형하는 것이 바람직하지만, 전술한 바와 같이, 성형종료 후의 감압 시, 성형체에 생기는 탄성 복원에 의해 성형체가 갈라지게 된다고 하는 문제가 있다. 이 탄성 복원은 성형체가 대형일수록 크고, 또한 성형체가 균질하지 않을 경우에 그 영향을 보다 강하게 받게 된다. 따라서, 원료 분말의 유동성을 향상시켜서 균일하게 충전하기 위해서 원료 분말에 유기질의 첨가물을 가해서 조립하거나, 성형체의 상대적인 강도 저하를 보충하기 위해서 바인더 등의 성형조제를 원료 분말에 첨가하는 것이 행해지고 있다. 그러나, 그러한 원료 분말을 이용해서 제작한 성형체에서는 바인더 등의 성형조제의 유기질의 첨가물을 가열에 의해 제거하는 탈지 공정이 필요하여, 소결체의 제조에 시간이 걸릴 뿐만 아니라, 얻어지는 소결체의 밀도의 저하나 그 불균일성의 증대, 또한, 제거되지 않은 탄소가 소결체 중에 불순물로서 잔류한다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 두께 10 ㎜ 이상의 두꺼운 소결체나, 판면의 면적이 600 ㎠ 이상 혹은 1000 ㎠, 나아가서는 3000 ㎠ 이상의 대형이고 고밀도인 소결체 및 대형이고 고밀도의 침식 영역의 두께를 두껍게 한 소결체 등을, 바인더 등의 성형조제를 원료 분말에 첨가하지 않고, 또는 첨가한다고 해도 극소량에 그칠 수 있고, 따라서, 소결체의 제조에 있어서 성형체 중의 유기물의 제거를 목적으로 한 소성 공정이 불필요하며, 또한, 간편한 방법으로, 갈라짐이나 균열이 발생하지 않고, 게다가 뛰어난 형상 정밀도로 제작하는 것이 가능한 소결체의 제조 방법, 및 그것에 사용되는 성형 금형을 제공하는 동시에, 대형·고밀도의 소결체 및 그것을 이용한 대형으로 고성능의 스퍼터링 표적을 제공하고자 하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명자들은 스퍼터링 표적에 이용할 수 있는 소결체와 스퍼터링 특성에 대해서, 예의 검토를 거듭한 결과, 구성 원소로서 탄소를 포함하지 않는 소결체에 있어서, 소결체 중에 불순물로서 포함되는 탄소의 함유량이 0.005 중량% 미만이면 스퍼터링에 있어서의 방전 특성이나 얻어지는 박막특성이 양호하게 되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

또한, 소성에 의해 소결체로 되는 성형체의 제조 방법으로서, 성형 금형 내에 원료 분말을 충전해서 압축성형하여 성형체를 제조할 때에 사용하는 성형 금형에 대해서, 예의 검토를 거듭한 결과, 성형 금형을 구성하는 부재의 구조 및 재질을 연구함으로써, 가압 압축 시에는 충전한 원료 분말에 대해서 실질적으로 1축 방향으로부터만 가압하고, 가압 종료 후의 감압 시에는 성형체에 대해서 실질적으로 등방적으로 압력을 개방가능한 구조로 함으로써, 성형체의 형상 정밀도를 향상시킴과 동시에, 성형할 때에 발생하는 탄성 복원에 의한 응력을 해소해서 성형체의 갈라짐을 방지가능한 방법을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 소결체의 제1 양상은 구성 원소로서 탄소를 함유하지 않는 소결체에 있어서, 소결체 중에 불순물로서 포함되는 탄소의 함유량이 0.005 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 소결체이다. 또, 본 발명의 소결체는 그 두께를 10 ㎜ 이상으로 하는 것이 가능하고, 또한 소결체의 표면을 구성하는 적어도 1개의 평면의 면적을 600 ㎠ 이상 혹은 1000 ㎠ 이상, 나아가서는 3000 ㎠ 이상으로 하는 것이 가능하다. 상기 소결체는 예를 들어 단순한 평판 형상의 소결체처럼, 소결체의 윗면 및 밑면이 각각 1개의 평면으로 구성되어 있는 소결체여도 무방하다. 또한, 예를 들어, 판면에 볼록부를 설치함으로써 특정 부분의 두께를 두껍게 한 판 형상의 소결체처럼, 소결체의 윗면 및 밑면의 적어도 한쪽의 면에 적어도 1개의 볼록부를 갖는 소결체여도 무방하다. 또한, 상기 소결체는 소결체 전체의 소결 밀도가 90% 이상인 것이 바람직하며, 소결체 내의 소결 밀도의 변동이 0.2% 이하, 즉, 소결 밀도가 가장 큰 부분과 가장 작은 부분의 소결 밀도의 차이가 0.2% 이하인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 소결체의 제2 양상은 소결체의 표면을 구성하는 면의 가장 넓은 면의 면적이 1000 ㎠ 이상, 바람직하게는 3000 ㎠ 이상이며, 또한, 소결체 전체의 소결 밀도가 90% 이상인 것을 특징으로 하는 소결체이다. 상기 소결체는 소결체 내의 소결 밀도의 변동이 0.2% 이하, 즉, 소결 밀도가 가장 큰 부분과 가장 작은 부분의 소결 밀도의 차가 0.2% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 소결체는 형상이 대략 직방체의 소결체이며, 가장 긴 모서리와 가장 짧은 모서리의 길이의 비가 40 이상이어도 무방하고, 소결체의 윗면 및 밑면의 적어도 한쪽의 면에 적어도 1개의 볼록부를 갖는 것이라도 무방하다.

또한, 본 발명의 스퍼터링 표적은 상기 소결체를 표적재로서 이용한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 표적이다.

본 발명의 성형 금형은 성형 금형 내에 원료 분말을 충전해서 압축하여 성형체를 제조하기 위한 성형 금형에 있어서, 가압 압축 시에는 충전한 원료 분말에 대해서 실질적으로 1축 방향으로부터만 가압하고, 가압 종료 후의 감압 시에는 성형체에 대해서 실질적으로 등방적으로 압력을 개방가능한 구조를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 압축성형용 성형 금형이다. 또한, 성형체의 판면을 수평으로 한 상태에서 성형을 행할 경우, 성형체의 자체 중량이나, 상부 펀치의 중량에 의한 힘이 성형체에 작용하지만, 본 발명의 성형체에서는 성형체의 판면의 면적이 크기 때문에, 이들 힘에 의한 압력은 무시할 수 있다.

본 발명의 성형 금형을 구체화하는 제1 양상은 성형 금형 내에 충전한 원료 분말을, 냉간 정수압 프레스에 의해 성형해서 성형체를 제조하기 위한 성형 금형에 있어서, 복수의 형틀 부재로 이루어진 조립식 형틀, 상기 조립식 형틀의 내면을 따라 이동가능하게 설치된 상부 펀치 및 상기 조립식 형틀에 접해서 설치된 밑판을 구비한 동시에, 가압 종료 후의 감압시 생기는 성형체의 팽창에 맞추어서, 상기 조립식 형틀을 구성하는 형틀 부재가 이동가능한 구조를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형이다. 또, 상기 밑판은 상기 조립식 형틀의 내면을 따라 이동할 수 없도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 밑판은 상부 펀치보다도 압축변형이 적은 재료에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하며, 특히, 밑판이 금속으로 이루어지고, 상부 펀치가 수지로 이루어진 것 더욱 바람직하다.

더욱이, 본 발명의 상기 성형 금형에서는 조립식 형틀을 구성하는 형틀 부재의 적어도 일부가 인접하는 형틀 부재의 단부와 걸어맞춤하고, 성형시의 가압하에 있어서, 조립식 형틀이 형성하는 원료 분말 충전실의 개구 형상이 소정의 크기 이하로 되지 않도록 제한하는 구조를, 그 단부에 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서는, 원료 분말 충전실은 조립식 형틀의 내면, 상부 펀치의 밑면 및 밑판(또는 하부 펀치)의 상부면에 의해 구성되는 공간을 의미하지만, 이 원료 분말 충전실의 상부 펀치의 밑면과 평행한 면에서의 단면형상을 원료 분말 충전실의 개구 형상 또는 조립식 형틀의 개구 형상이라 칭한다.

또한, 밑판 및 상부 펀치의 원료 분말에 접하는 면은 각각 1개의 평면으로 구성되어 있어도 되고, 또, 밑판이 서로 이동가능한 복수의 밑판 구성부재로 이루어지고, 또한, 상기 밑판의 원료 분말에 접하는 면에 적어도 1개의 오목부를 갖는 것이어도 된다. 마찬가지로, 상부 펀치가 서로 이동가능한 복수의 상부 펀치 구성부재로 이루어지고, 또, 상기 상부 펀치의 원료 분말에 접하는 면에 적어도 1개의 오목부를 갖는 것이어도 무방하다.

본 발명의 성형 금형을 구체화하는 제2 양상은 성형 금형 내에 충전한 원료 분말을, 냉간 정수압 프레스에 의해 성형해서 성형체를 제조하기 위한 성형 금형에 있어서, 상기 성형 금형이 복수의 형틀 부재로 이루어진 조립식 형틀과 상기 조립식 형틀의 내부에 삽입되는 상부 펀치 및 하부 펀치를 갖고, 가압 종료 후의 감압시 생기는 성형체의 팽창에 맞춰서 상기 형틀 부재가 이동가능한 구조를 구비한 동시에, 상기 형틀 부재끼리 고정해서 상기 조립식 형틀의 개구 형상을 유지하는 고정 기구를 가진 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형이다. 또한, 형틀 부재끼리 연결하는 연결부재로서 핀 형상의 부재를 이용하는 것이 바람직하다. 연결부재로서 핀 형상의 부재를 이용할 경우, 적어도 일부의 형틀 부재가, 그 단부에 상기 연결부재가 삽입되는 연결부재 삽입부를 갖고, 또한, 가압 종료 후의 감압시 생기는 성형체의 팽창에 맞추어, 형틀 부재가 이동할 수 있도록, 상기 연결부재 삽입부가 상기 연결부재의 가동영역을 가지고 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 성형 금형에서는 하부 펀치가 조립식 형틀 내에 삽입되는 밑판과 조립식 형틀의 개구 형상보다 큰 형상을 갖는 대좌로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 더욱이, 밑판이 상부 펀치보다도 압축변형이 적은 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하며, 특히, 밑판이 금속으로 이루어지고, 상부 펀치가 수지로 이루어진 것이 더욱 바람직하다.

상기 성형 금형에서는 상부 펀치 및 하부 펀치(또는 밑판)의 원료 분말에 접하는 면은 각각 1개의 평면으로 구성되어 있어도 되고, 또한 하부 펀치(또는 밑판)가 이동가능한 복수 하부 펀치 구성부재(또는 밑판 구성부재)로 이루어지고, 또한, 상기 하부 펀치(또는 밑판)의 원료 분말에 접하는 면에 적어도 1개의 오목부를 가진 것이어도 무방하다. 마찬가지로, 상부 펀치가 이동가능한 복수의 상부 펀치 구성부재로 이루어지고, 또, 상기 상부 펀치의 원료 분말에 접하는 면에 적어도 1개의 오목부를 갖는 것이어도 무방하다.

또한, 본 발명의 성형체의 제조 방법은 성형 금형 내에 충전한 원료 분말을 가압성형해서 성형체로 하는 성형체의 제조 방법에 있어서, 가압 압축 시에는 충전한 원료 분말에 대해서 실질적으로 1축 방향으로부터만 가압해서, 가압 종료 후의 감압 시에는 성형체에 대해서 실질적으로 등방적으로 압력을 개방가능한 구조를 갖는 압축성형용 성형 금형을 이용하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조 방법이다.

즉, 본 발명의 성형체의 제조 방법을 구체화하는 제1 양상은 성형 금형 내에 충전한 원료 분말을 냉간 정수압 프레스에 의해 성형하는 성형체의 제조 방법에 있어서, 복수의 형틀 부재로 이루어진 조립식 형틀, 상기 조립식 형틀의 내면을 따라 이동가능하게 설치된 상부 펀치 및 상기 조립식 형틀에 접해서 설치된 밑판을 구비한 동시에, 가압 종료 후의 감압시 생기는 성형체의 팽창에 맞추어, 상기 조립식 형틀을 구성하는 형틀부재가 이동가능한 구조를 갖고 있는 성형 금형을 이용하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조 방법이다.

또한, 본 발명의 성형체의 제조 방법을 구체화하는 제2 양상은 성형 금형 내에 충전한 원료 분말을 냉간 정수압 프레스에 의해 성형하는 성형체의 제조 방법에 있어서, 복수의 형틀 부재로 이루어진 조립식 형틀, 상기 조립식 형틀의 내부에 삽입되는 상부 펀치 및 하부 펀치를 가지고, 가압 종료 후의 감압 시 생기는 성형체의 팽창에 맞춰서 상기 형틀 부재가 이동가능한 구조를 구비한 동시에, 상기 형틀 부재끼리 고정해서 상기 조립식 형틀의 개구 형상을 유지하는 고정기구를 갖는 성형 금형을 이용하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조 방법이다.

또, 본 발명의 성형체의 제조 방법에서는, 상기 밑판 또는 하부 펀치는 상기 조립식 형틀의 내면을 따라 이동할 수 없도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 밑판 또는 하부 펀치는 상기 상부 펀치보다도 압축변형이 적은 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하며, 특히, 상기 밑판 또는 하부 펀치가 금속제이며, 상기 상부 펀치가 수지로 이루어진 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 성형체의 제조 방법에서는 원료 분말에의 유기물의 첨가량이 0.6 중량% 이하인 것이 바람직하며, 특히, 원료 분말에 유기물을 함유하는 성형조제를 첨가하지 않는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 소결체의 제조 방법의 제1 양상은 원료 분말을 가압성형해서 성형체로 한 후, 상기 성형체를 소성해서 소결체로 하는 소결체의 제조 방법에 있어서, 원료 분말이 유기물을 함유하는 성형조제를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 소결체의 제조 방법이다. 또, 이 제조 방법에서는 원료 분말을 직접 냉간 정수압 프레스에 의해 성형해서 성형체를 얻는 것이 바람직하다. 그 때문에, 원료 분말의 성형을 상기 성형 금형을 이용해서 행하는 것이 바람직하며, 상기 성형체의 제조 방법에 의해 제조된 성형체를 이용하는 것이 바람직하다.

더욱이, 본 발명의 소결체의 제조 방법의 제2 양상은 원료 분말을 가압성형해서 성형체로 한 후, 상기 성형체를 소성해서 소결체로 하는 소결체의 제조 방법에 있어서, 성형체 중의 유기물의 제거를 목적으로 한 소성 공정을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 소결체의 제조 방법이다. 또한, 성형체 중의 유기물의 제거를 목적으로 한 소성 공정이란 600℃ 이하 정도의 저온영역에 있어서, 저속에서 승온함으로써, 성형체 내의 가연 성분을 제거하는 공정이며, 예를 들면 100℃로부터 400℃에 달할 때까지의 시간을 30시간 이상으로 한 소성 공정을 의미한다. 이 성형체 중의 유기물의 제거를 목적으로 한 소성 공정을 불필요로 하기 위해서는, 유기물 함유량이 0.6 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.3 중량% 이하의 원료 분말을 이용해서 성형체를 제작하는 것이 바람직하며, 그 때문에, 원료 분말의 성형을 상기 성형 금형을 이용해서 행하는 것이 바람직하며, 상기 성형체의 제조 방법에 의해 제조된 성형체를 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 세라믹스나 금속 혹은 이들의 혼합물의 소결체에 적용할 수 있다. 세라믹스로서는 산화물, 질화물, 황화물 혹은 산질화물 등의 복화합물 등, 금속으로서는 Cr, Mo 등의 단체 금속 혹은 TiW 등의 합금 등에 적용할 수 있다. 특히, 금속분말에 비해서 성형체 밀도가 낮고, 강도가 약한 성형체로 되는 세라믹스 분말을 원료 분말로 하는 소결체에 적합하게 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 성형 금형은 성형 시의 탄성 복원을 거의 완전하게 흡수할 수 있기 때문에, 탄성 복원의 크기가 0.1% 이상으로 되는 세라믹스 분말, 특히, ITO나 AZO(Aluminum Zinc Oxide) 등의 산화물 분말을 원료 분말로 하는 소결체에 특히 적합하게 적용할 수 있다. 또한, 탄성 복원의 크기는 엄밀하게는 성형 압력 해방 후의 성형체와 성형 압력 인가 시의 성형체의 크기의 차이를 성형 압력 인가 시의 성형체의 크기로 나눈 것으로서 정의할 수 있지만, 보다 간편하게는, 예를 들면, 성형 압력 해방 후의 성형체의 한 변의 길이(A)로부터, 성형 압력 해방 후의 성형 금형의 원료 분말 충전실의 대응하는 변의 길이(B)를 뺀 길이를, 이 원료 분말 충전실이 대응하는 변의 길이(B)로 나눈 값((A-B)/B)으로서 계산해도 된다.

또한, 탄소 함유량을 규정한 소결체 이외의 본 발명의 소결체는 탄화물 등을 포함하는 소결체여도 되고, 또한, 본 발명의 소결체의 제조 방법이나 그것에 이용할 수 있는 성형 금형은 탄화물 등을 함유하는 소결체의 제조에도 적용할 수 있다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 고밀도로 균질한 대형의 소결체나, 얇아서 판면의 면적이 큰 소결체, 두께가 두꺼운 소결체 등으로서 고밀도로 균질한 소결체를 용이하게 얻을 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 판두께가 부분적으로 다른 형상의 소결체여도, 고밀도로 균질하고, 또한, 대형의 소결체를 용이하게 얻을 수 있다. 더욱이, 이러한 소결체에 있어서, 소결체 중의 탄소 함유량이 매우 적은 소결체를 용이하게 얻을 수 있다.

그리고, 이들 소결체를 사용함으로써, 이상방전의 발생이나 노쥴의 생성이 없고, 또한 예를 들어, 저저항의 박막을 얻을 수 있는 등, 뛰어난 성능의 대형의 스퍼터링 표적을 제공할 수 있다.

또, 본 발명의 성형체의 제조 방법에 의하면, 대형의 성형체에 대해서도 높은 압력에 의한 성형이 가능하기 때문에, 바인더 등의 성형조제를 원료 분말에 첨가하는 일없이, 또는 그 첨가량을 극소량으로 남겨, 형상 정밀도가 우수하고, 또한 갈라짐이나 균열이 없는 대형의 고밀도로 균질한 성형체를, 원료 분말을 직접 정수압 프레스함으로써 용이하게 얻는 것이 가능해진다. 또한, 고가인 건식 프레스용의 다이나 주입 성형용의 주형이 필요 없고, 저렴한 수지나 금속의 판재만을 이용해서 원료 분말을 직접 성형할 수 있으므로 제조 프로세스가 간략화되어, 경제적인 제조 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 소결체의 제조 방법에 의하면, 상기 성형체의 제조 방법에 의해 얻어지는 성형체를 이용하는 것, 즉, 바인더 등의 성형조제를 첨가하지 않거나, 또는 그 첨가량이 극소량인 원료 분말을 직접 정수압 프레스에 의해 성형 해서 성형체를 얻고, 이와 같이 해서 얻어진 성형체를 소성해서 소결체로 함으로써, 성형체 중의 유기물의 제거를 목적으로 한 소성 공정을 불필요로 하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 소성 공정을 매우 단시간에 행할 수 있어 제조 효율의 대폭적인 향상을 달성할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 부분적으로 두께가 다르도록 판면이 평면이 아니게, 또한, 대형·고밀도의 소결체를 용이하게 제작할 수 있기 때문에, 침식 영역의 두께를 두껍게 한 대형·고밀도의 스퍼터링 표적을 수율 좋게 제조할 수 있어, 표적의 사용 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명을 구체적인 예를 이용해서 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 압축성형용의 성형 금형 및 그것을 이용한 성형체의 제조 방법은 스퍼터링 표적 등에 이용할 수 있는 소결체의 제조에 이용할 수 있는 성형체를 제조할 때에 사용할 수 있다.

예를 들면, 스퍼터링 표적의 제조는 원료 분말을 필요에 따라서 혼합하고, 성형, 소성해서 얻어진 소결체를 이용해서 제조되지만, 이러한 원료 분말의 혼합, 성형체의 소성은 보통 이용되고 있는 방법에 의해 행할 수 있다.

본 발명에 이용할 수 있는 원료 분말은 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 알루미나, ITO(Indi㎜ Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), BST(Barium Strontium Titanate), STO(Strontium Titanate) 등의 금속 산화물 분말, Cr, Mo 등의 금속분말을 들 수 있다.

원료 분말의 혼합이 필요한 경우에는, 예를 들면 볼밀, 제트밀, 크로스 믹서 등으로 행한다. 원료 분말을 혼합하기 전에, 원료 분말의 분쇄 및/또는 분급 처리를 실시해 두는 것이 바람직하다. 이러한 분쇄·분급처리를 행함으로써 원료 분말입경이 미세화하고, 균일하게 혼합하기 쉬워지기 때문에, 소결체 내 조성의 불균일성에 의해 야기되는 소결체의 변형·갈라짐이나 밀도 불균일을 방지하는 것이 가능해진다. 또, 원료 분말로서 탄산염을 이용한 경우나 분말 중에 탄소가 많을 경우에는, 분말을 혼합한 후에, 분말의 상태에서 가소해서 탈탄산 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 원료 분말로서 1종류의 화합물만을 이용할 경우에는 상기와 같은 혼합 조작이 필요하지 않은 것은 말할 필요도 없다.

본 발명에서는 냉간 정수압 프레스를 이용했을 경우, 높은 압력으로 형성되고, 또, 탄성 복원의 해소에 의해 갈라짐의 발생이 없으므로, 통상, 건식 프레스 성형방법으로 행하여지고 있는 것과 같은 조립 등의 분말처리는 반드시 필요로 하지 않는다. 그러나, 필요에 따라, 입자화해서 얻어진 과립 혹은 평균 입경이 1내지 10 ㎛인 입상 분말을 원료로서 사용해도 된다. 본 발명에서는 이러한 분말처리를 반드시 필요로 하지 않기 때문에, 성형 전의 분말처리 공정을 간소화할 수 있는 동시에, 소결체에의 탄소의 혼입을 방지할 수 있다.

다음에, 성형 금형 내에 상기에 의해 얻어진 원료 분말을 충전하고, 압축성형을 행한다. 이때, 가압 압축 시에는 충전한 원료 분말에 대해서 실질적으로 1축 방향으로부터만 가압하고, 가압 종료 후의 감압 시에는 성형체에 대해서 실질적으로 등방적으로 압력을 개방하는 것이 가능한 구조를 갖는 성형 금형을 이용한다. 또한, 이 성형 금형은 강성이 큰 재료로 구성할 수 있으므로, 이와 같이 해서 얻어진 성형체의 형상 정밀도는 매우 양호하다. 더욱이, 성형체에 작용하는 압력이 성형체에 대해서 등방적으로 개방되므로, 성형할 때에 발생하는 탄성 복원에 의한 응력을 해소할 수 있어, 갈라짐이 없는 성형체를 얻는 것이 가능해진다. 또, 얻어진 성형체의 강도와 형상 정밀도를 높이고, 갈라짐을 발생시키지 않게 하기 위해서는 성형체에의 압력전달을 담당하는 성형 금형의 접동부재가 균일하게 성형체를 가압할 수 있도록, 접동 저항이 작고 원활하게 접동가능한 것이 바람직하다. 또한, 성형체의 갈라짐을 발생시키지 않기 위해서는 감압 시 등방적으로 압력을 개방하는 것이 매우 중요하다. 즉, 압력의 개방 속도나 개방 정도가 성형체에 대해서 등방성을 잃어버렸을 경우, 갈라짐을 일으키는 원인이 된다. 특히, 탄성 복원이 큰 대형의 성형체를 형성할 경우나, 바인더나 윤활제 등의 성형조제가 첨가되어 있지 않거나 그 첨가량이 적은 원료 분말을 형성할 경우에는 등방적으로 감압하는 것이 매우 중요하다. 바인더나 윤활제 등의 성형조제를 사용하지 않거나 그 첨가량이 적을 경우, 성형체의 강도가 저하하므로, 성형이 매우 어렵게 되지만, 본 발명의 성형 금형에서는 상기 이유에 의해, 성형조제를 사용하지 않아도, 대형의 성형체의 성형이 가능하다. 또한, 성형조제를 이용하지 않을 경우 혹은 그 첨가량이 적을 경우, 성형조제의 제거 공정인 탈지 공정을 생략할 수 있고, 주로 유기물인 성형조제의 분해에 따르는 탈지 공정에서의 갈라짐의 문제도 해소하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 잔류탄소가 존재하지 않으므로 얻어진 소결체가 고순도가 된다. 특히, 스퍼터링 표적에서는 고순도의 소결체를 얻을 수 있으므로, 스퍼터링 중의 이상방전의 발생이 억제되어, 얻어지는 박막의 특성이 우수한 것으로 된다.

더 구체적으로는, 예를 들어, 상기에 의해 얻어진 원료 분말을 성형 금형에 충전해서 냉간 정수압 프레스에 의해 성형체로 한다. 성형 금형은 예를 들면 도 1에 나타낸 바와 같이 복수의 형틀 부재(2a), (2b)에 의해 구성되는 조립식 형틀(2), 상기 조립식 형틀(2)의 내면을 따라 자유롭게 가동하는 상부 펀치(1) 및 상기 조립식 형틀(2)에 접해서 설치된 밑판(3)을 구비하고, 상기 형틀 내 상부 펀치(1)와 밑판(3) 사이에서 원료 분말을 프레스 성형하는 구조체이다. 조립식 형틀(2)을 구성하는 적어도 일부의 형틀 부재(2b)의 양단에는 형틀 부재끼리 접촉시켜서 조립식 형틀의 개구 형상이 소정의 형상보다 작아지지 않도록 유지하기 위한 계단부(7)가 형성되어 있다. 이와 같이, 정수압 프레스를 이용하면, 가압 축 방향과 그것에 수직인 방향에서 다른 성형체의 탄성 복원에 의한 팽창을 비교적 용이하게 등방적으로 제어하는 것이 가능하다. 그러나, 인가되는 정수압은 성형 금형을 경유해서 성형체에 작용하므로, 성형 금형에 자발적으로 압력(예를 들면, 탄성력 등)을 발생시키는 부재나 구조를 이용했을 경우, 성형 금형에 가해지는 압력은 등방적이여도, 성형 금형 내의 성형체에 가해지는 압력은 등방적으로 작용하지 않으므로, 탄성 복원에 의한 응력을 해소할 수 없다. 따라서, 정수압 프레스용의 성형 금형은 실질적으로 탄성변형 등이 없는 강성체로 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 조립식 형틀(2)의 개구 형상이 소정의 형상보다 작아지지 않도록 유지하기 위해서 형틀 부재에 형성하는 계단부 등의 구조는 개구 형상이 소정의 형상보다 작아지지 않도록 유지할 수 있는 것이면 어떤 것이라도 되고, 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 형틀 부재(2a) 또는 (2b)의 어느 한쪽의 양단에 형성해도 되고, 형틀 부재(2a) 및 (2b)의 한쪽의 단부에 각각 형성해도 무방하다. 또한, 그 구조는 도 1에 나타나 있는 바와 같은 단순한 계단부(7)라도 되고, 예를 들면, 도 13에 나타나 있는 바와 같은 형틀 부재의 높이(원료 분말 충전실의 깊이) 방향에 볼록부와 절결부를 교대로 형성해서 서로 교합시킨 것이어도 무방하다.

또한, 상기 밑판(3)은 상기 조립식 형틀(2)의 내면을 따라 이동할 수 없도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 조립식 형틀을 구성하는 형틀 부재(2a), (2b)의 밑부분의 밑판(3)이 접촉하는 부분에 계단부(8)를 형성하거나, 후술하는 바와 같이 조립식 형틀의 개구 형상보다 큰 대좌(4)를 마련하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 밑판(3)은 조립식 형틀(2)의 내면을 따른 위쪽 방향으로의 이동이 제한된다. 또한, 형틀 부재(2a), (2b)의 밑부분의 계단부(8)는 원료 분말의 충전시 원료 분말의 형태로부터의 누설을 방지하는 동시에, 조립식 형틀의 개구 형상을 안정적으로 유지하는 기능을 담당한다.

조립식 형틀을 구성하는 형틀 부재의 상기 계단부의 제작 방법은 특히 한정되지 않지만, 판재를 절삭가공해서 제작해도 되고, 2장의 길이가 다른 판을 접착제 등으로 맞붙여 제작해도 무방하다. 어느 쪽의 방법도 프레스법의 다이나, 주입법의 주입형의 가공에 비해서 가공 방법이 간단하고, 가격도 저렴하여 경제적이다.

상기 성형 금형은 대좌(4)에 유지되어도 무방하다. 대좌(4)는 조립식 형틀(2)과 밑판(3) 밑에 설치되고, 밑판(3)과 대좌(4)는 양면 테이프 또는 접착제 등으로 접합되어 있어도 된다. 대좌(4)는 성형 금형의 이동이나 반송 등의 취급 작업을 용이하게 할 뿐만 아니라, 탄성 복원에 의해 성형체가 팽창할 때, 조립식 형틀(2)을 구성하는 형틀 부재(2a), (2b)가 원활하게 평행 이동하기 위한 가이드로서의 기능을 담당할 수 있다. 물론, 대좌(4)와 밑판(3)을 일체로 제작해도 무방하다.

조립된 조립식 형틀(2)의 개구 형상을 유지하기 위해서, 조립식 형틀(2)을 구성하는 형틀 부재(2a), (2b)의 접촉 장소는 점착테이프 등으로 임시 고정해도 된다. 임시 고정에 의해 원료 분말의 충전 시 조립식 형틀(2)의 개구 형상이 안정적으로 유지되어, 충전 작업이 용이하게 된다. 임시 고정에 이용하는 재료는 원료 분말을 충전할 때에는 형상이 유지되고, 또한, 성형체의 탄성 복원이 발생한 때에는 용이하게 신장되거나 파손되거나 벗겨지거나 함으로써, 조립식 형틀(2)을 구성하는 형틀 부재(2a), (2b)의 이동을 방해하지 않는 것이면 특히 한정되지 않지만, 점착테이프 등이 바람직하다. 또한, 적당한 체결력의 고무 밴드 등을 조립식 형틀(2)의 주위에 둘러 감음으로써 임시고정하는 것도 가능하다.

조립식 형틀(2) 및 밑판(3)에 의해 규정된 소정의 크기의 개구 형상을 가진 상태에 있어서의 조립식 형틀(2)의 내면과 상부 펀치(1)의 측면과의 사이의 간극은 0 ㎜보다 크도록 설계한다. 상부 펀치(1)를 원활하게 가동시키기 위해서는 상기 간극을 0.1 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.1 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하로 한다. 상기 간극을 2 ㎜보다 크게 한 경우에는 조립식 형틀(2)과 상부 펀치(1)의 간극의 부분에 대응하는 부분의 성형체 강도가 저하하여, 성형체의 갈라짐이나 박리가 일어날 경우가 있다. 또, 0.1 ㎜ 이하의 경우에는, 조립식 형틀이 정수압에 의해 변형되었을 경우에는 상부 펀치와 조립식 형틀의 간극이 감소하고, 상부 펀치의 접동을 방해할 가능성이 있다.

상부 펀치(1)의 접동성을 개선하기 위해서, 조립식 형틀(2)의 내면 및/또는 상부 펀치(1)의 측면에 마찰계수가 작은 재료를 도포 또는 코팅해도 무방하다. 또한, 그러한 재료를 도포 또는 코팅한 테이프를 붙여도 된다. 도포 또는 코팅하는 재료는 마찰계수가 조립식 형틀(2) 또는 상부 펀치(1)의 마찰계수보다도 작으면 특히 한정되지 않지만, 테플론(등록상표) 또는 DLC(Diamond-like carbon)가 바람직하다.

조립식 형틀(2), 상부 펀치(1), 밑판(3)의 재질은 냉간 정수압 프레스에서의 가압시 실질적으로 변형이 적은 것이면, 특히 한정되지 않지만, 금속으로는 알루미늄, 듀랄루민, 초듀랄루민, 스테인레스강, 공구강 등이 바람직하다. 수지로는 MC 나일론, ABS, 백라이트 등의 판재가 사용가능하다. 본 발명의 성형 금형은 조립식 형틀(2) 및 밑판(3)에 의해 조립식 형틀(2)의 개구 형상을 규정하는 구조로 되어 있기 때문에, 상부 펀치(1)가 보다 원활하게 이동하기 위해서는 밑판(3)이 상부 펀치(1)보다도 압축률이 적은 재료로 형성되어 있는 것이 보다 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 밑판(3)이 압축률이 적은 금속이며, 상부 펀치(1)는 압축률이 금속보다도 큰 수지인 것이 바람직하다. 이에 따라, 정수압 가압 중에 상부 펀치(1)와 조립식 형틀(2)의 간극이 충분히 확보되어, 상부 펀치가 보다 원활하게 이동 가능해진다.

일반적으로, 가압 압력이 200 ㎏/㎠ 이상이 되면 분말이 눌려 굳어져서 성형체로 된다. 정수압 프레스에서는 성형체 밀도를 한층 더 증가시키기 위해서 압력을 한층 더 0.5 톤/㎠ 이상으로 증가시킨다. 조립식 형틀의 형틀 부재는 양단이 계단부에 있어서 접촉되어 있기 때문에, 정수압에 의해 형틀 부재의 단부보다도 중앙부가 밀려서 변형되기 쉽다. 변형량은 정수압이 높으면 높을수록 크고, 어떤 압력에 달하면, 상부 펀치와 조립식 형틀의 간극 이상으로 변형되고, 상부 펀치는 형틀 부재와 접촉해서 마찰이 생겨서 이동을 방해할 수 있다. 그 결과, 상부 펀치는 형틀 부재와 접촉하고 있는 단부보다도 가압면 중앙부가 보다 강하게 눌려서 변형되고, 한번 형성된 성형체에 불균일한 힘을 미치게 해서 균열이 생기는 원인으로 된다. 처음부터 형틀 부재와 상부 펀치의 상기 간극(클리어런스)을 넓게 하면, 이 문제는 해결되지만, 이 간극(클리어런스)을 2 ㎜ 이상으로 하면, 실질적으로 상부 펀치와 조립식 형틀의 간극의 부분의 성형체가 상부 펀치에 의해 프레스되지 않고, 성형체 강도는 약해진다.

한편, 밑판의 압축률이 상부 펀치의 압축률보다도 작은 경우에는 밑판이 형틀 부재와 접해서 조립식 형틀의 개구 형상을 규정하기 위해서 개구 형상이 널리 유지되고, 또한, 상부 펀치는 밑판 이상으로 수축하기 때문에, 상부 펀치와 형틀 부재와의 클리어런스가 유지된다. 그 결과, 고압의 정수압 프레스 성형에 있어서도 균열의 발생이 없는 성형이 가능해진다.

조립식 형틀의 높이는 목적으로 하는 성형체의 두께와 성형체 밀도 및 원료 분말의 밀도로부터 계산해서 얻어지는 값 이상이면 특히 한정되지 않지만, 형틀 내면과 밑판에 의해 둘러싸인 공간에 원료 분말을 충전한 후, 원료 분말 위에 상부 펀치를 올려놓을 때에, 확실하게 상부 펀치가 형틀 내에 들어간 것을 확인할 수 있도록, 조립식 형틀의 높이를 상기 계산값 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 조립식 형틀을 구성하는 형틀 부재의 두께는 특히 한정되지 않지만, 정수압에 의한 변형을 적게 하기 위해서 두꺼울수록 좋다. 그러나, 두꺼울수록 성형 금형의 중량이 무거워지기 때문에 취급하기 어려워진다. 그 때문에, 조립식 형틀의 크기에도 의존하지만, 그 두께는 1 cm 이상 10 cm 이하가 바람직하다.

밑판의 두께는 특히 한정되지 않지만, 두꺼울수록 조립식 형틀로부터 받는 압력에 의한 변형이 적어지고, 두꺼울수록 무거워지므로 취급하기 어려워진다. 그 때문에, 조립식 형틀의 크기에도 의존하지만, 그 두께는 0.5 cm 이상 10 cm 이하가 바람직하다.

상부 펀치의 두께는 펀치가 변형되지 않으면 되고 특히 한정되지 않지만, 조립식 형틀의 내면을 따라 평행 이동하기 위해서는 두꺼울수록 좋고, 조립식 형틀의 크기에도 의존하지만, 그 두께는 1 cm 이상이 바람직하다.

대좌의 두께는 취급이 용이하게 되는 두께면 되고, 특히 한정되지 않는다.

원료 분말을 충전한 후, 원료 분말을 충전한 성형 금형을 비닐 봉투 등에 넣어 진공 패킹을 행한다. 정수압 가압 시, 비닐 봉투가 성형 금형의 간극에 끌어 들여서 파손되는 것을 피하기 위해서, 성형 금형의 주변 혹은 일부에 완충재를 설치해도 무방하다. 완충재의 재질은 특히 한정되지 않지만, 고무 시트, 고무판, 수지 시트, 수지판, 종이 등이 바람직하다. 누수에 대한 안전대책으로서 복수회 비닐 봉투에 의한 진공 패킹을 행해도 무방하다.

이와 같이 해서 준비된 성형 금형을 냉간 정수압 프레스에 투입하고, 고압에서 성형을 행하였지만, 이때의 성형압력으로는 성형체가 얻어지는 압력이면 특히 한정되지 않는다. 압력이 높으면 높을수록 성형체 강도가 증가하므로, 0.5 톤/㎠ 이상이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1 톤/㎠ 이상이다.

본 발명의 성형 금형에서는 조립식 형틀은 형틀 부재가 서로 고정되어 있지 않고, 정수압 가압 종료 후의 강압 시, 성형체가 조립식 형틀에 구속되지 않고 팽창하는 것이 가능해져, 성형체의 갈라짐을 방지할 수 있다. 본 발명의 성형 금형은 완전하게 성형체의 탄성 복원에 의한 응력을 완화할 수 있기 때문에, 바인더 등의 성형조제를 첨가하고 있지 않거나 또는 그 첨가량이 0.6 중량% 이하인 원료 분말을 이용한 성형체나, 대형으로 탄성 복원이 큰 성형체에서도, 갈라짐이나 균열을 발생시키지 않고, 형상 정밀도가 우수한 성형체의 성형이 가능해진다.

즉, 본 발명의 성형 금형은 성형체의 탄성 복원에 의한 갈라짐이 없고, 1축 프레스와 같이 형상 정밀도가 우수한 고밀도의 성형체를 얻는 것이 가능한 압축 성형용의 성형 금형이다.

한편, 두께가 두꺼운 성형체의 경우에는, 통상은 성형체의 내부까지 균일하게 가압하는 것이 어렵게 되므로, 균일한 소결체를 얻기가 어려워진다. 또한 바인더 등의 소결 조제를 첨가했을 경우에는 성형체의 두께가 두꺼울수록, 탈지 공정에 있어서의 유기물의 제거가 어렵게 되므로, 소결체 중의 잔류탄소를 저감하기 위해서는 소결 조제의 첨가는 소량으로 남기거나, 전혀 첨가하지 않는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서는 정수압 프레스를 사용함으로써, 대형의 성형체에 대해서도 큰 압력을 인가할 수 있으므로, 두께가 두꺼운 성형체에 대해서도, 충분히 균일한 성형이 가능해진다. 한층 더 균일한 성형체를 얻기 위해서는 1차 성형에 있어서 큰 압력으로 가압을 행하는 것이 중요하고, 특히 응집이 있는 분말이나 조립된 과립 등을 찌부러뜨려서 치밀하고 균일한 성형체를 얻기 위해서는 등방가압이 아니고 1축 가압을 행하는 것이 유효하다. 예를 들면, 실시예 9와 같이 1차 성형을 1 톤/㎠의 압력으로 1축 가압했을 경우, 치밀하고 균일한 성형체로 되어 그 소결체의 밀도 분포(소결 밀도의 변동)가 0.06%가 되는 데 대해서, 같은 소결 밀도로 되어도 비교예 2와 같이, 1차 성형을 300 ㎏/㎠의 낮은 압력으로 1축 가압한 뒤, 2차 성형으로서 1 톤/㎠의 압력으로 등방가압한 경우, 성형체에 분말의 손상 잔류에 의한 중공이 남아 불균일한 성형체로 되므로, 그 밀도분포(소결 밀도의 변동)는 0.18%로 커진다. 따라서, 본 발명에 있어서는 1축 가압이 가능한 정수압 프레스를 이용함으로써 유압프레스기 등을 이용한 1축 프레스에 비해서, 대면적의 성형체에서도 1차 성형에서 큰 압력에서의 1축 가압이 가능하여, 치밀하고 균일한 성형체를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 이러한 큰 압력으로 성형할 경우, 압력의 개방시 생기는 탄성 복원도 대단히 큰 것으로 되지만, 본 발명에 의하면, 이러한 탄성 복원에 의한 응력을 효과적으로 해소할 수 있으므로, 완전한 탈지가 어렵게 되는 두께 10 ㎜ 이상, 더욱 두께 12 ㎜ 이상의 소결체의 제작에 있어서도, 충분하게 균일한 성형이 가능하여, 소결 밀도가 90% 이상 혹은 95% 이상, 나아가서는 99% 이상으로, 소결 밀도의 변동(소결 밀도가 가장 큰 곳과 가장 작은 곳과의 차이)이 0.2% 이하인 균일한 소결체를 얻을 수 있다. 또, 본 발명에 있어서는, 높은 압력으로 성형하는 것이 가능하여, 충분히 강력한 성형체를 얻을 수 있으므로, 바인더 등의 소결 조제의 첨가량을 소량으로 남기거나 또는 전혀 첨가하지 않음으로써, 소결체 중의 잔류탄소의 양을 0.005 중량% 미만 혹은 0.003 중량% 이하, 더욱이 0.002 중량% 이하로 할 수 있다. 또한, 바인더 등의 소결 조제를 첨가하는 경우에는, 그 첨가량은 원료 분말의 0.6 중량% 이하로 하는 것이 바람직하며, 0.3중량% 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 스퍼터링에 있어서의 이상방전의 발생이나 노쥴의 생성에는 사용하는 스퍼터링 표적의 소결 밀도가 영향을 주고 있는 것이 알려져 있지만, 스퍼터링 표적의 소결 밀도의 변동을 0.2% 이하로 함으로써, 안정한 방전을 유지할 수 있어, 스퍼터링에 의한 막형성을 안정적으로 행할 수 있다.

상기와 같은 이유로, 본 발명에 의하면, 소결체의 표면을 구성하는 적어도 1개의 평면의 면적이 600 ㎠ 이상 혹은 1000 ㎠ 이상, 나아가서는 3000 ㎠ 이상의 대형의 소결체이며, 또한, 소결체 전체의 소결 밀도가 90% 이상 혹은 95% 이상, 더욱이 99% 이상으로, 소결 밀도의 변동(소결 밀도가 가장 큰 곳과 가장 작은 곳과의 차이)이 0.2% 이하인 균일한 소결체를 얻을 수 있다. 또한, 소결체의 표면을 구성하는 적어도 1개의 평면의 면적이 600 ㎠ 이상 혹은 1000 ㎠ 이상, 나아가서는 3000 ㎠ 이상인 대형이고 고밀도의 소결체이며, 또한, 소결체 중의 잔류탄소의 양이 0.005 중량% 미만, 혹은 0.003중량% 이하, 더욱이 0.002 중량% 이하인 균일하고 잔류탄소가 적은 소결체를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 상기와 같은 이유에 의해, 형상이 대략 직방체인 소결체로, 그 표면을 구성하는 면의 가장 넓은 면의 면적이 1000 ㎠ 이상이며, 가장 긴 모서리와 가장 짧은 모서리의 길이의 비가 40 이상인 소결체에 대해서도, 상기와 마찬가지로, 소결체 전체의 소결 밀도가 90% 이상, 혹은 95% 이상, 나아가서는 99% 이상으로, 소결체 내의 소결 밀도의 변동이 0.2% 이하인 소결체를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 침식 영역의 소결체의 두께를 두껍게 해서, 스퍼터링에 있어서의 재료의 사용 효율을 향상시킨 고효율 표적에 대해서도, 펀치나 밑판의 형상을 연구함으로써, 상기와 같은 이유로, 대형·고밀도의 소결체를 얻을 수 있다.

예를 들어, 도 6에 나타낸 바와 같이 밑판부재(33a), (33b)로 구성되는 밑판(33)을 갖는 성형 금형을 사용함으로써, 스퍼터면에 볼록부를 갖는 대형의 성형체를 얻을 수 있다. 이때, 본 발명에 의하면, 조립식 형틀의 사용에 가해서, 복수의 밑판 부재로 분할된 밑판을 사용함으로써, 성형 후의 감압시 생기는 탄성 복원에 의해, 성형체의 볼록부에 작용하는 응력도 유효하게 해소할 수 있으므로, 높은 압력에서의 성형이 가능하여, 대형·고밀도이고, 균일하며 잔류탄소가 적은 소결체를 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 스퍼터면의 볼록부를 형성하기 위한 밑판은 성형 후의 감압시, 성형체의 볼록부의 팽창에 맞춰서 이동하는 것이 가능한 구조를 가지고 있으면 되고, 예를 들면 도 7에 나타낸 바와 같이 2개로 분할된 것 외에, 도 8에 나타나 있는 바와 같은 (33c), (33d), (33e)의 3개의 밑판 구성부재로 분할된 것이어도 된다.

본 발명의 성형 금형의 제2 양상은 예를 들면 도 11 및 도 12에 나타낸 성형 금형이며, 조립식 형틀(52)을 구성하는 형틀 부재(52a), (52b)의 양단에 핀 형상의 연결부재(볼트(55))를 삽입해서 고정하는 구조를 갖는 것이며, 그것에 의해 조립식 형틀의 형상을 유지하는 것이 가능한 것이다. 여기에서, 핀 형상의 연결부재로 칭하고 있는 조립식 형틀을 결합하는 연결부재 및 상기 연결부재가 삽입되는 연결부재 삽입부로 이루어진 구조는 조립식 형틀 부재(52a), (52b)가 소정의 위치보다 안쪽으로 이동하는 것을 제한하고, 또한, 바깥쪽으로 어느 정도 이동하는 것을 가능하게 하는 구조이며, 연결부재(55)가 이동할 수 있는 가동영역(57b)을 갖고 있는 것이다. 예를 들면, 조립식 형틀의 연결부에 핀을 삽입하는 구조를 가진 것, 조립식 형틀의 연결부가 요철 형상으로 결합하는 구조를 가지며 또한 요철 형상의 개별적으로 마련되어진 요철에 의해 형틀 부재가 바깥쪽으로 슬라이드할 수 있는 구조를 가지고 있는 것 등을 들 수 있다. 단, 이 부재의 형상 및 구조에 관해서는 이들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 핀을 도입하는 조립식 형틀 단부에는 핀의 지름보다 큰 구멍(볼트 도입 구멍(57))을 마련하고 있어, 핀이 가동가능한 구조를 취하고 있는 것이 바람직하다. 이러한 구조를 채용함으로써, 대형의 판 형상의 성형체를 제조할 경우, 종래의 방법에 있어서 성형체의 갈라짐의 원인으로 되고 있었던, 가압 종료 후의 감압시 생기는 탄성 복원에 의한 응력을 효과적으로 해소하는 것이 가능하다. 연결부재가 삽입되는 연결부재 삽입부(볼트 도입 구멍(57))는 성형체의 탄성 복원에 의한 팽창을 완화하기 위해서 핀의 지름보다 2 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하 정도 큰 지름을 갖는 것이 바람직하다. 구멍의 형상은 타원형에 가까운 형상을 갖고, 핀을 고정하는 영역(57a)에서는 핀의 지름과 거의 동등한 지름이 바람직하다. 단, 성형체 팽창 시의 탄성 복원을 허용할 수 있는 간극마저 확보할 수 있으면 좋으므로, 구멍의 형상 및 크기에 관해서는 이것으로 한정되는 것은 아니다. 또, 핀은 나사식의 것이 바람직하며, 조립식 형틀을 유지할 수 있는 강도를 가지는 재질의 것으로 지름은 1 ㎜ 이상 100 ㎜ 이하가 바람직하며, 3 ㎜ 이상 30 ㎜ 이하가 더욱 바람직하다. 단, 핀의 형상 및 재질은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 이 조립식 형틀은 원료 분말 충전 시에는 이 핀 나사에 의해 조립식 형틀을 고정해서 작업성의 개선을 촉진시키고, 충전 작업 후, 적당한 체결력의 고무밴드 등을 조립식 형틀의 주위에 감아 조립식 형틀을 고정한 후 핀 나사를 완화시킴으로써, 성형시의 탄성 복원에 의해 성형체가 팽창할 때에 형틀 부재가 원활하게 이동하는 구조로 하는 것이 가능하다. 이 가동식 핀을 가진 조립식 형틀을 채용함으로써, 분말충전 시에는 나사를 조여서 조립식 형틀을 고정함으로써 원료 분말의 금형으로부터의 누설을 방지하는 기능을 부가할 수 있고, 또, 분말충전 후 핀 나사를 완화시켜 형틀 부재의 원활한 이동을 촉진시켜 성형체의 탄성 복원을 완화해서 성형체의 갈라짐을 방지하는 기능을 갖게 할 수 있다.

상기 성형 금형의 구체적인 예로서는 예를 들어 도 11 및 도 12에 나타낸 성형 금형을 예시할 수 있다. 이 성형 금형은 조립식 형틀(52)이 복수의 형틀 부재(52a), (52b)로 이루어지고, 가압 종료 후의 감압시 생기는 성형체의 팽창에 맞춰서 상기 형틀 부재(52a), (52b)가 이동가능한 구조를 구비한 동시에, 예를 들어, 상기 형틀 부재(52a), (52b)가 그 양단에 연결부재 도입구멍(볼트 도입 구멍)(57)을 갖추고, 볼트(55)를 상기 볼트 도입 구멍(57)에 삽입해서, 너트(56)에 의해 조임으로써 조립식 형틀(52)의 개구 형상을 유지하는 고정 기구를 갖고 있다. 이 볼트 도입 구멍은 도 11(b)에 나타낸 바와 같이 삽입되는 볼트(55)의 지름보다 크게 형성되어 있어, 너트(56)에 의한 조임을 완화시키면, 가압성형 종료 후의 감압시 생기는 소결체의 팽창에 맞춰서, 형틀 부재(52a), (52b)가 이동하는 것이 가능해진다.

구체적인 작업 순서로서는 조립식 형틀(52)을 조립한 후, 볼트(55)를 볼트 도입 구멍(57)에 삽입하고, 너트(56)에 의해 조여서 고정함으로써 원료 분말의 충전 등의 작업을 용이하게 행하는 것이 가능해진다. 원료 분말을 충전한 후, 상기원료 분말 위에 상부 펀치(51)를 올려 놓고, 적당한 체결력의 고무밴드 등을 조립식 형틀(52)의 주위에 감고, 조립식 형틀(52)을 고정하고 있는 볼트(55)의 너트(56)를 완화시켜, 형틀 부재(52a) 및 (52b)가 상대적으로 이동 가능하게 한다. 그 후, 상부 펀치(51)와 조립식 형틀(52)의 간극을 덮도록 상부 펀치 위에 고무 시트를 완충재로서 올려놓은 후, 비닐 봉투에 넣어 그 봉투 속을 감압해서 진공 패킹을 행하고, 냉간 정수압 프레스에 투입해서 성형체를 제작한다.

여기에서, 볼트 도입 구멍(57)은 가압 종료 후의 감압시 생기는 성형체의 팽창에 맞취서, 형틀 부재(52a), (52b)가 자유롭게 이동할 수 있도록, 볼트(55)의 지름보다 충분히 크게 형성한다. 특히, 도 11(b)에 나타낸 바와 같이 조립식 형틀(52)의 개구 형상의 대각선 방향으로 신장한 형상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 이 볼트 도입 구멍(57) 중, 조립식 형틀의 개구 형상이 가장 작은 상태일 때에 연결부재(볼트)(55)가 존재하는 영역(57a)(연결부재 초기위치)의 둘레 벽에 고무 등의 탄성체를 설치함으로써, 원료 분말 충전 후의 진공 패킹시 등에는 조립식 형틀(52)이 적당한 힘으로 그 형상이 유지되고 있어, 가압 종료 후의 감압 시에는 성형체의 팽창에 맞춰서 연결부재(볼트)(55)가 연결부재 가동영역(57b)으로 이동하도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 도 11(b)에 나타낸 바와 같이 볼트 도입 구멍(57)의 연결부재 초기 위치(57a)와 연결부재 가동영역(57b)의 경계에 잘록한 부분을 형성해 두는 것이 바람직하다. 이 잘록한 부분의 크기나 탄성체의 강도, 그 두께 등을 조정함으로써, 가압 종료 후의 감압시, 볼트(55)가 원활하게 연결부재 가동영역(57b)으로 이동할 수 있도록 하는 것이 가능하고, 형틀 부재(52a), (52b)의 이동을 보다 원활하게 해서, 갈라짐이나 휘어짐의 발생을 한층 더 억제할 수 있다.

상기의 예는 도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 하부 펀치(58)가 조립식 형틀 내를 상하로 이동가능한 것이지만, 도 13에 나타낸 바와 같이 조립식 형틀의 개구 형상보다 큰 형상의 대좌(64)를 설치함으로써, 밑판(63)의 조립식 형틀(62) 안에서의 상하의 이동을 제한하는 동시에, 형틀 부재(62a), (62b)의 이동을 원활하게 해서, 동작을 보다 안정적으로 할 수 있고, 한층 더 갈라짐이나 휘어짐의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 이 대좌(64)를 설치함으로써, 원료 분말의 충전이나 성형 금형의 반송 등의 작업성을 비약적으로 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 이 성형 금형을 구성하는 재료나 부가적인 기능을 부여하기 위한 구조 등에 관해서는 도 1에 그 일례를 나타낸 본 발명의 성형 금형의 제1 양상에 대해서 상기에서 기술한 것은 이 성형 금형의 제2 양상에 관해서도 마찬가지로 적용할 수 있다.

상기한 바와 같이 해서 얻어진 성형체를 소성로 내에서 소성하고, 소결체를 제조한다. 소성온도, 승온 속도, 강온 속도 등의 조건은 각종 재료에 따라 다르지만, 예를 들면, ITO의 경우, 소성온도는 산화 주석의 산화인듐 중에의 고용이 촉진되는 1400℃ 내지 1600℃인 것이 바람직하다. 1400℃ 미만에서는 ITO로서의 소결이 완전하지 않으므로, 소결체 강도가 낮고, 또 1600℃를 초과하는 온도에서는 ITO소결 입자로부터의 산화인듐 혹은 산화 주석의 증발이 현저해져, 조성 차 등의 문제를 일으키는 요인이 된다. 소성온도까지의 승온 속도는 성형체의 균일한 소결에 의한 수축을 고려하면, 20 ℃/hr 내지 200 ℃/hr가 바람직하다. 소성온도에서 유지한 후의, 실온까지의 강온 속도는 200 ℃/hr 이하로 하는 것이 소결체에의 열충격을 완화하여, 갈라짐이나 휘어짐의 발생을 방지하는 점에서 바람직하다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 원료 분말에 첨가하는 바인더 등의 성형조제는 필요가 없거나 또는 그 첨가량을 극소량으로 남길 수 있으므로, 소결을 행하기 위한 소성 시, 성형조제의 제거를 목적으로 한 소성 공정(탈지 공정)을 마련할 필요가 없다. 일반적으로, 성형체 중의 유기물의 제거를 목적으로 한 소성 공정과 같은 저온에서의 저속 승온은 가열로의 히터의 열화를 초래하기 쉬워, 그 수명을 짧게 해서 생산비를 증대시킬 뿐만 아니라, 유기성분의 연소 또는 분해에 의해 소결체에 균열을 발생시키지 않도록 하기 위해서, 실온으로부터 400℃ 내지 600℃까지, 10 ℃/hr 이하의 저속에서 승온시킬 필요가 있어, 소결체의 제조 시간을 대폭 증대시키는 것이다. 따라서, 성형체 중의 유기물의 제거를 목적으로 한 소성 공정을 마련하지 않는 본 발명에 의하면, 소결체의 제조 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 성형체 중의 유기물의 제거를 목적으로 한 소성 공정을 불필요로 하기 위해서는 원료 분말에 바인더 등의 유기물을 함유하는 성형조제를 첨가하지 않는 것이 좋은 것은 물론이지만, 원료 분말중의 유기물 함유량을 0.6 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.3 중량%로 하는 것에 의해서도 가능해진다.

이상의 방법에 의해 제조된 소결체는 형상 정밀도가 양호하므로 용이하게 원하는 형상으로 연삭 가공할 수 있고, 용이하게 스퍼터링 표적으로 할 수 있다.

한편, 본 발명의 소결체의 제1 양상은 구성 원소로서 탄소를 함유하지 않는 소결체에 있어서, 소결체 중에 불순물로서 포함되는 탄소량이 적은 것을 특징으로 한다. 탄소량이 많은 소결체를 이용했을 경우, 예를 들어, ITO 표적에 있어서는 이상방전의 발생 원인이 될 뿐만 아니라, 얻어진 박막의 에칭 속도도 변해버린다. 또한, AZO 표적에 있어서는 얻어진 투명도전막의 저항이 증가한다. 따라서, 소결체 중의 탄소의 함유량은 이들 특성에 영향을 나타내지 않는 0.005 중량% 미만이 바람직하며, 더 바람직하게는 0.003중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.002중량% 이하이다.

소결체 중에 존재하는 탄소는 소결체를 제조하는 과정에서 사용하는 슬러리화를 위한 분산제나 소포제, 분말성형에 있어서의 바인더나 윤활제 등의 유기물이 탈지 공정에서 완전하게 제거되지 않고 남는 것이 주요한 요인이다. 이 때문에, 성형체의 크기가 클 경우나 두께가 두꺼운 경우에는 특히 탈지가 불완전하게 이루어지기 쉬워, 소결체 중의 잔류 탄소가 많아지기 쉽다. 이 영향은 소결체의 크기로서는 600 ㎠ 이상인 것에서 현저해지고, 1000 ㎠ 이상인 것에서 한층 더 현저해진다. 두께로서는 10 ㎜ 이상인 것에서 현저해지고, 나아가서는 12 ㎜ 이상에서 특히 현저해진다. 또한, 성형체의 크기가 클 경우나 두께가 두꺼운 경우에는 특히 성형이 어렵고, 슬러리를 이용한 분말 조립이나 성형조제를 이용하는 것이 행하여지므로, 잔류 탄소가 많아지는 원인으로 되고 있지만, 본 발명의 성형 금형을 이용해서 원료 분말을 직접 냉간 정수압 프레스에 의해 성형해서 성형체를 얻음으로써, 슬러리를 이용한 분말조립이나 성형조제를 이용하는 일 없이, 또는 유기물을 함유하는 성형조제 등의 첨가량이 적은 원료 분말을 이용하여, 두께 10 ㎜ 이상 또는 크기 600 ㎠ 이상이나 1000 ㎠ 이상, 나아가서는 3000 ㎠ 이상의 대형이고 고밀도인 소결체를 제조할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 상기한 바와 같이, 냉간 정수압 프레스를 사용함으로써, 대형의 소결체에 있어서도 큰 압력으로 성형하는 것이 가능하고, 또한, 가압성형 종료 후의 감압시 발생하는 성형체의 탄성 복원에 의한 응력을 효과적으로 개방할 수 있으므로, 원료 분말에 첨가하는 유기물을 함유하는 바인더 등의 성형조제를 전혀 사용하지 않아도, 또는 원료 분말에 대해서 0.6 중량% 이하 혹은 0.3 중량% 이하라고 하는 근소한 양의 첨가에 의해서도, 충분한 강도를 갖는 성형체를 제작하는 것이 가능하고, 대형·고밀도이고 또한 잔류 탄소가 적은 균일한 소결체를 얻을 수 있다. 그리고, 얻어진 소결체를 원하는 형상으로 정형하고, 필요에 따라서 소결체 표면을 연삭 또는 연마한 후, 필요에 따라서 패킹 판에 접합해서 스퍼터링 표적을 제작함으로써, 저저항의 투명 도전막을 고속으로 형성할 수 있고, 또한, 스퍼터링 중의 이상방전이나 노쥴의 발생이 적은 스퍼터링 표적을 제공할 수 있다.

또한, 특허문헌 1에는 ITO 표적에 있어서, 표적 중에 포함되는 주기율표의 IIIb족 및 IVb족에 속하는 원소를 50 ppm 이하로 함으로써, 스퍼터 때의 이상방전이나 노쥴의 발생을 저감할 수 있는 것이 기재되어 있지만, 탄소의 영향에 대해서는 구체적으로는 조금도 언급되지 않고 있다. 사실, 이 특허문헌 1은 바인더를 첨가해서 형성한 ITO 성형체를 ITO 소결판 위에서 소성한 실시예와, 동일한 성형체를 저순도 알루미나판(SiO₂를 7% 함유함) 위에서 소성한 비교예를 비교하고 있으므로, 실질적으로 소성 시 세터로부터 확산되어 혼입되는 Al 및 Si의 불순물을 저감시키는 것을 목적으로 한 것이다. 즉, 이 특허문헌 1에는 탄소의 존재가 스퍼터 때의 이상방전이나 노쥴의 발생과 관계가 있는 것을 나타내는 구체적인 데이터는 전혀 기재되어 있지 않고, 또한, 어떤 작용에 의해 탄소의 존재가 스퍼터 때의 이상방전이나 노쥴의 발생과 관계되는지에 관해서도 전혀 기재되어 있지 않다. 또, 특허문헌 1의 실시예에서는 성형시 1 중량%의 PVA를 바인더로 해서 원료 분말에 첨가하고 있어, 얻어진 소결체는 50 ppm 정도의 탄소를 포함하고 있던 것으로 여겨진다. 또한, 본 발명자들의 검토 결과에 의하면, 이 특허문헌 1과 같이 유기물을 함유하는 바인더 등의 성형조제를 이용했을 경우에는 300 내지 600℃ 정도의 온도로 가열하는 통상의 탈지 처리에서는 소결체 중에 잔류하는 탄소를 반드시 완전하게 제거하는 것이 가능하지 않은 것이 확인되어 있지만, 이 특허문헌 1에는 이것에 대해서는 아무런 고려도 되어 있지 않다.

본 발명의 소결체의 제2 양상은 소결체의 표면을 구성하는 면의 가장 넓은 면의 면적이 1000 ㎠ 이상, 또한, 소결 밀도가 소결체 전체에서 90% 이상, 혹은 95% 이상, 나아가서는 99% 이상인 것을 특징으로 하는 소결체이며, 바람직하게는 소결체 내의 소결 밀도의 변동이 0.2% 이하인 소결체이다. 상기 소결체도, 본 발명의 성형 금형을 이용해서 냉간 정수압 프레스에 의해 성형을 행함으로써, 그 제조가 가능해지는 것이다. 즉, 원료 분말에 첨가하는 유기물을 함유하는 바인더나 골재 등의 성형조제를 전혀 사용하지 않아도 또는 원료 분말 중의 유기물 함유량이 0.6 중량% 이하, 나아가서는 0.3 중량% 이하라고 하는 근소한 양을 첨가한 뿐인 것에 의해서도, 충분한 강도를 갖는 성형체를 제작할 수 있고, 그것에 의해 상기와 같은 대형·고밀도이고, 또한, 소결체 내에서의 밀도의 변동이 적고, 잔류 탄소가 적은 소결체를 제조할 수 있다. 이에 따라, 표시장치 등의 대형화에서 요구되고 있는 대형으로 고성능의 스퍼터링 표적을 제공하는 것이 가능해진다.

본 발명의 소결체의 제3 양상은 소결체의 스퍼터면에 볼록부를 형성함으로써 침식 영역의 두께를 두껍게 해서, 표적재의 사용 효율을 향상시킨 것이다. 이러한 형상의 스퍼터링 표적은 오목부를 가진 밑판을, 복수의 밑판 구성부재에 의해 구성하는 동시에, 본 발명의 성형 금형을 사용함으로써, 대형·고밀도이고, 또한, 소결체 내에서의 밀도의 변동이 적고, 잔류탄소가 적은 소결체를 제조할 수 있다. 이에 따라, ITO 표적 등에서는 고가인 표적재료의 사용 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있는 동시에, 저저항의 박막을 얻을 수 있고, 이상방전이나 노쥴의 발생도 적은 우수한 대형의 표적을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 성형 금형의 일례를 모식적으로 분해해서 나타낸 사시도;

도 2는 본 발명의 성형 금형의 일례를 분해해서 나타낸 단면도(측면도);

도 3은 본 발명의 성형 금형의 이례를 나타낸 단면도(측면도);

도 4는 본 발명의 성형 금형의 다른 예를 모식적으로 분해해서 나타낸 사시도;

도 5는 비교예 4에서 이용한 성형 금형을 나타낸 단면도로, (a)는 평면도, (b)는 측면도;

도 6은 본 발명의 성형 금형의 다른 예를 모식적으로 분해해서 나타낸 사시도;

도 7은 본 발명의 성형 금형의 밑판의 예를 분해해서 나타낸 사시도;

도 8은 본 발명의 성형 금형의 밑판의 다른 예를 나타낸 사시도;

도 9는 본 발명의 성형 금형의 밑판의 또 다른 예를 나타낸 사시도;

도 10은 본 발명의 성형 금형의 다른 예를 모식적으로 분해해서 나타낸 사시도;

도 11은 본 발명의 성형 금형의 다른 예를 나타낸 평면도로, (a)는 조립식 형틀을 나타낸 평면도, (b)는 조립식 형틀의 각 부의 볼트 도입 구멍의 형상을 나 타낸 확대도;

도 12는 본 발명의 성형 금형의 다른 예의 측면도;

도 13은 본 발명의 성형 금형의 또 다른 예의 측면도.

<부호의 설명>

1, 11, 21, 31, 41, 51, 61: 상부 펀치

2, 12, 22, 32, 42, 52, 62: 조립식 형틀

2a, 12a, 22a, 32a, 42a, 52a, 62a: 형틀 부재

2b, 12b, 22b, 32b, 42b, 52b, 62b: 형틀 부재

3, 13, 33, 43, 63: 밑판

33a, 33b, 33c, 33d, 33e, 33f: 밑판 구성부재

4, 14, 34, 44, 64: 대좌 5: 원료 분말

6: 완충재 7, 8: 계단부

25: 우레탄 고무제 주형 28, 58: 하부 펀치

55, 65: 볼트 56, 66: 너트

57: 볼트 도입 구멍 57a: 연결부재 초기 위치

57b: 연결부재 가동 영역

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

( 실시예 1)

도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서 사용한 성형 금형은 상부 펀치(1), 형틀 부재(2a) 및 형틀 부재(2b)로 이루어진 조립식 형틀(2), 밑판(3) 및 대좌(4)로 이루어진다. 상부 펀치(1)는 MC 나일론제, 조립식 형틀(2) 및 밑판(3)은 SUS제, 대좌(4)는 MC 나일론제로 하였다. 조립식 형틀(2)은 형틀 부재(2a)와 형틀 부재(2b)로 이루어지고, 형틀 부재(2b)의 양단에는 형틀부재(2a)와 접촉시켜서 조합시키기 위한 계단부(7)가 형성되어 있다. 형틀 부재(2a) 및 형틀 부재(2b)의 밑부분에는 밑판(3)이 접촉하는 계단부(8)가 형성되어 있고, 이에 따라, 밑판(3)은 조립식 형틀(2)의 측면을 따른 이동을 할 수 없도록 구성되어 있다.

조립식 형틀(2)과 상부 펀치(1)의 간극은 0.5㎜(상부 펀치(1)의 폭 및 길이가 개구 형상의 폭 및 길이보다 각각 1.O ㎜ 작다)로 하고, 또한, 조립식 형틀(2)의 내측면 및 상부 펀치(1)의 측면에는 마찰 저감 때문에 테플론(등록상표) 테이프를 접착하였다.

조립식 형틀(2)과 밑판(3)을 대좌(4) 위에 두고, 대좌(4)와 밑판(3)은 양면 테이프에 의해 견고하게 접착하였다. 조립식 형틀(2)의 형틀 부재(2a) 및 형틀 부재(2b)의 접촉 부분은 폭 1 cm의 점착테이프(스카치 테이프(등록상표))를 점착함으로써 고정해서 조립식 형틀(2)을 조립하였다.

Al₂O₃ 분말 2 중량%와 ZnO 분말 98 중량%를 건식 볼밀 혼합해서 제작한 원료 분말(5)을 밑판(3) 및 조립식 형틀(2)에 의해 둘러싸인 공간(개구 형상: 390 ㎜×770㎜의 사각형)에 9.6 ㎏ 충전하고, 이 원료 분말(5) 위에 상부 펀치(1)를 올려놓 았다. 특히, 조립이나 바인더의 첨가 등의 분말처리는 실시하지 않았다. 상부 펀치(1)와 조립식 형틀(2)의 간극을 덮도록 상부 펀치 위에 고무 시트를 완충재(6)로서 올려놓은 후, 비닐 봉투에 넣어 봉투 내를 감압해서 진공 패킹을 행하였다.

이와 같이 해서 준비한 성형 금형을 냉간 정수압 프레스에 투입하고, 1 톤/㎠의 압력으로 성형을 행하였다. 얻어진 성형체를 금형으로부터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐은 없고, 391 ㎜×773㎜×9.5㎜의 성형체를 얻었다.

상기 성형체를 소성로 내에 설치하고, 이하의 조건으로 소성을 실시하고, 소결체를 제작하였다.

소성조건

소성분위기: 대기분위기

승온 속도: 100 ℃/hr, 소성온도: 1500℃, 소성시간: 5hr

강온 속도: 100 ℃/hr

얻어진 소결체는 약 328㎜×649㎜×8㎜의 크기로, 소결체 중의 탄소 함유량은 0.003 중량%였다. 또한, 소결 밀도는 전체로 99.45%, 소결 밀도가 가장 큰 부분과 가장 작은 부분과의 차이는 0.09%였다. 또한, 소결체의 진밀도는 5.632 g/㎤로 하였다.

( 실시예 2)

상부 펀치(1), 조립식 형틀(2) 및 밑판(3)을 MC 나일론제로 한 이외에는 실시예 1과 마찬가지 성형 금형을 이용하고, 실시예 1과 마찬가지로 냉간 정수압 프레스에 투입하여, 1 톤/㎠의 압력으로 성형을 행하였다. 얻어진 성형체를 금형으 로부터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐은 없고, 391㎜×773㎜×9.5㎜의 성형체를 얻었다. 단, 성형체의 모서리로부터 2㎜ 이하인 부분의 강도가 실시예 1에서 얻어진 성형체의 강도보다도 약하고, 강하게 쥐면 박리되었다.

얻어진 성형체를 실시예 1과 마찬가지 방법으로 소성하고, 약 328㎜×649㎜×8㎜의 크기의 소결체를 얻었다. 소결체 중의 탄소 함유량은 0.004 중량%였다. 또한, 소결 밀도는 전체로 99.14%, 소결 밀도가 가장 큰 부분과 가장 작은 부분과의 차이는 0.18%였다.

( 실시예 3)

상부 펀치(1)를 백라이트제, 조립식 형틀(2) 및 밑판(3)을 초듀랄루민제로 서 충전하는 분말량을 14.5 ㎏으로 바꾼 이외에는 실시예 1과 마찬가지 성형 금형을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 냉간 정수압 프레스에 투입하고, 1 톤/㎠의 압력으로 성형을 행하였다. 얻어진 성형체를 금형으로부터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐은 없고, 391㎜×773㎜×14㎜의 성형체를 얻었다.

얻어진 성형체를 실시예 1과 마찬가지 방법으로 소성하여, 약 328㎜×649㎜×12㎜의 크기의 소결체를 얻었다. 소결체 중의 탄소 함유량은 0.003 중량%였다. 또한, 소결 밀도는 전체로 99.38%, 소결 밀도가 가장 큰 부분과 가장 작은 부분과의 차이는 0.10%였다.

( 실시예 4)

원료 분말을 SnO₂ 분말 10 중량%와 In₂O₃ 분말 90 중량%의 혼합 분말로 해서, 성형 금형에 17 ㎏ 충전한 이외에는 실시예 1과 마찬가지 성형 금형을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지 조건에서 냉간 정수압 프레스에 투입하였다. 특히, 조립이나 바인더의 첨가 등의 분말처리는 실시하지 않았다. 얻어진 성형체를 금형으로부터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐은 없고, 391㎜×773㎜×16㎜의 성형체를 얻었다.

상기 성형체를 소성로 내에 설치하고, 이하의 조건으로 소성을 실시하여, 소결체를 제작하였다.

소성조건

소성분위기: 산소 흐름(flow) 분위기

승온 속도: 100 ℃/hr, 소성온도: 1600℃, 소성시간: 5hr

강온 속도: 100 ℃/hr

얻어진 소결체는 약 307㎜×607㎜×13㎜의 크기로, 소결체 중의 탄소 함유량은 0.002 중량%였다. 또한, 소결 밀도는 전체로 99.79%, 소결 밀도가 가장 큰 부분과 가장 작은 부분과의 차이는 0.04%였다. 또한, 소결체의 진밀도는 7.156 g/㎤로 하였다.

( 실시예 5)

원료 분말을 SnO₂ 분말 10 중량%와 In₂O₃ 분말 90 중량%의 혼합 분말을 소성·분쇄해서 얻어진 ITO 분말로 하여, 성형 금형에 17 ㎏ 충전한 이외에는 실시예 1과 마찬가지 성형 금형을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지 조건에서 냉간 정수압 프 레스에 투입하였다. 얻어진 성형체를 금형으로부터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐은 없고, 391㎜×773㎜×15㎜의 성형체를 얻었다.

( 실시예 6)

상부 펀치(1)를 백라이트제, 조립식 형틀(2) 및 밑판(3)을 초듀랄루민제로 하고, 원료 분말을 SnO₂ 분말 10 중량%와 In₂O₃ 분말 90 중량%의 혼합 분말을 소성·분쇄해서 얻어진 ITO 분말로 하여 성형 금형에 14.5 ㎏ 충전한 이외에는 실시예 1과 마찬가지 성형 금형을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지 조건에서 냉간 정수압 프레스에 투입하였다. 얻어진 성형체를 금형으로부터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐은 없고, 391㎜×773㎜×13㎜의 성형체를 얻었다.

얻어진 성형체를 실시예 4와 마찬가지 방법으로 소성하여, 약 320㎜×630㎜×10㎜의 크기의 소결체를 얻었다. 소결체 중의 탄소 함유량은 0.001 중량%이하였다. 또한, 소결 밀도는 전체로 99.80%, 소결 밀도가 가장 큰 부분과 가장 작은 부분과의 차이는 0.05%였다.

( 실시예 7)

원료 분말을 SnO₂ 분말 10 중량%와 In₂O₃ 분말 90 중량%의 혼합 분말로 해서 성형 금형에 17 ㎏ 충전한 것, 그리고, 형틀 부재의 접촉 장소에 점착테이프(스카치 테이프(등록상표))를 점착하는 대신에, 고무밴드에 의해 형틀 부재를 묶음으로써 조립식 형틀을 조립한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지 방법으로 성형체를 제작하였다. 얻어진 성형체의 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐은 없고, 그 크 기는 391㎜×773㎜×16㎜였다.

( 실시예 8)

원료 분말을 SnO₂ 분말 10 중량%와 In₂O₃ 분말 90 중량%의 혼합 분말로 해서 성형 금형에 11 ㎏ 충전한 것, 상부 펀치(1)를 백라이트제, 조립식 형틀(2) 및 밑판(3)을 초듀랄루민제로 한 것, 그리고, 형틀 부재의 접촉 장소에 점착테이프(스카치 테이프(등록상표))를 점착하는 대산에, 고무밴드에 의해 형틀 부재를 묶음으로써 조립식 형틀을 조립한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지 방법으로 성형체를 제작하였다. 특히, 조립이나 바인더의 첨가 등의 분말처리는 실시하지 않았다. 얻어진 성형체의 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐은 없고, 그 크기는 391㎜×773㎜×10㎜였다.

얻어진 성형체를 실시예 4와 마찬가지 방법으로 소성하고, 약 307㎜×607㎜×8㎜의 크기의 소결체를 얻었다. 소결체 중의 탄소 함유량은 0.001 중량%였다. 또한, 소결 밀도는 전체로 99.82%, 소결 밀도가 가장 큰 부분과 가장 작은 부분과의 차이는 0.04%였다.

( 실시예 9)

원료 분말을 SnO₂ 분말 10 중량%와 In₂O₃ 분말 90 중량%의 혼합 분말로 하고, 크기가 다르지만 실시예 1의 성형 금형과 유사의 구조를 갖는 성형 금형(개구 형상: 265㎜×390㎜의 사각형)을 이용하여, 원료 분말 7.4 ㎏을 충전한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지 방법으로 성형체를 제작하였다. 얻어진 성형체를 금형으로부 터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐은 없고, 265㎜×391㎜×20㎜의 성형체를 얻었다.

얻어진 성형체를 실시예 4와 마찬가지 조건으로 소성해서 얻어진 소결체는 약 208㎜×307㎜×16㎜의 크기로, 소결체 중의 탄소 함유량은 0.003 중량%였다. 또한, 소결 밀도는 전체로 99.74%, 소결 밀도가 가장 큰 부분과 가장 작은 부분과의 차이는 0.06%였다.

( 실시예 10)

원료 분말을 SnO₂ 분말 10 중량%와 In₂O₃ 분말 90 중량%의 혼합 분말로 하고, 크기가 다르지만 실시예 1의 성형 금형과 유사의 구조를 갖는 성형 금형(개구 형상: 330㎜×5200㎜의 사각형)을 이용하여, 원료 분말 9.2 ㎏을 충전한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지 방법으로 성형체를 제작하였다. 얻어진 성형체를 금형으로부터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐은 없고, 331 ㎜×522㎜×15㎜의 성형체를 얻었다.

얻어진 성형체를 실시예 4와 마찬가지 조건으로 소성해서 얻어진 소결체는 약 260㎜×410㎜×12㎜의 크기로, 소결체 중의 탄소 함유량은 0.002 중량%였다. 또한, 소결 밀도는 전체로 99.77%, 소결 밀도가 가장 큰 부분과 가장 작은 부분과의 차이는 0.05%였다.

( 실시예 11)

도 4에 나타낸 바와 같이, 형틀 부재(12b)의 단부에 계단부를 형성하지 않은 점 이외에는 실시예 1과 마찬가지 성형 금형을 이용하여, 원료 분말로서 SnO₂ 분말 10 중량%와 In₂O₃ 분말 90 중량%의 혼합 분말 17 ㎏을 충전한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지 조건에서 냉간 정수압 프레스에 투입하였다. 얻어진 성형체를 금형으로부터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐은 없고, 391㎜×773㎜×16㎜의 성형체를 얻었다.

( 비교예 1)

Al₂O₃ 분말 2 중량%와 ZnO 분말 98 중량%를 건식 볼밀 혼합한 혼합 분말에, 파라핀 바인더 2.O 중량%를 첨가하여, 원료 분말을 제작하였다. 이 원료 분말 7.2 ㎏을 260㎜×850㎜의 금형에 충전하고, 300 ㎏/㎠의 성형압력에 의해 프레스 성형을 행해 성형체를 얻었다. 또한, 1 톤/㎠의 압력으로 CIP 처리하였다. 그 후, 성형체에 잔존하는 바인더를 제거하기 위해서, 상기 성형체를 소성로 내에 설치하고, 이하의 조건으로 탈지를 실시하였다. 또한, CIP 처리 후의 성형체의 크기는 250㎜×815㎜×10㎜였다.

탈지 조건

탈지 분위기: 대기 흐름 분위기

탈지 온도: 450℃, 승온 속도: 3 ℃/hr, 유지시간: 2hr

얻어진 성형체를 실시예 1과 마찬가지 방법으로 소성하고, 약 220㎜×309㎜×8㎜ 크기의 소결체를 얻었다. 소결체 중의 탄소 함유량은 0.010 중량%였다. 또, 소결체의 밀도(소결 밀도)는 소결체 전체로 99.33%, 소결체 각 부의 소결 밀도 의 최대값과 최소치의 차이는 0.24%였다. 또한, 소결체의 진밀도는 5.632 g/㎤로 하였다.

( 비교예 2)

SnO₂ 분말 10 중량%와 In₂O₃ 분말 90 중량%의 혼합 분말에, 폴리비닐알콜 바인더 1.0 중량%, 이온 교환수를 혼합해서 습식 볼밀 혼합하여 슬러리를 제작하고, 분무 건조에 의해 조립분을 얻었다. 이 조립분말 4.2 ㎏을 185㎜×415㎜의 금형에 충전하고, 300 ㎏/㎠의 성형압력에 의해 프레스 성형을 행하여 성형체를 얻었다. 또한, 1 톤/㎠의 압력으로 CIP 처리하였다. 그 후, 성형체에 잔존하는 바인더를 제거하기 위해서, 상기 성형체를 소성로 내에 설치하고, 비교예 1과 마찬가지 방법으로 탈지를 실시하였다. 또한, CIP 처리 후의 성형체의 크기는 168㎜×377㎜×17㎜였다.

얻어진 성형체를 실시예 4와 마찬가지 방법으로 소성을 실시하여, 약 137㎜×309㎜×13㎜의 크기의 소결체를 얻었다. 소결체 중의 탄소 함유량은 0.008 중량%였다. 또한, 소결체의 밀도(소결 밀도)는 소결체 전체에서 99.74%, 소결체 각부의 소결 밀도의 최대값과 최소치의 차이는 0.18%였다. 또한, 소결체의 진밀도는 7.156 g/㎤로 하였다.

( 비교예 3)

SnO₂ 분말 10 중량%와 In₂O₃ 분말 90 중량%의 혼합 분말에, 폴리비닐알콜 바인더 1.O 중량%, 이온 교환수를 가해서 습식 볼밀 혼합해서 슬러리를 제작하였다. 얻어진 슬러리에 폴리알킬렌글라이콜계 소포제 0.1 중량%를 첨가하고, 진공중에서 탈포처리를 실시하였다. 이것을 420㎜×960㎜×11㎜의 주입 성형용 주형에 주입하여 20 ㎏/㎠의 성형압력에 의해 주입 성형을 행하여 성형체를 얻었다. 이 성형체를 건조 후, 1 톤/㎤의 압력으로 CIP 처리하였다. 그 후, 성형체에 잔존하는 분산제 및 바인더를 제거하기 위해서, 상기 성형체를 소성로 내에 설치하고, 비교예 1과 마찬가지 방법으로 탈지를 실시하였다. 또한, CIP 처리 후의 성형체의 크기는 380㎜×870㎜×10㎜였다.

얻어진 성형체를 실시예 4와 마찬가지 방법으로 소성하고, 약 310㎜×710㎜×8㎜의 크기의 소결체를 얻었다. 소결체 중의 탄소 함유량은 0.007 중량%였다. 또한, 소결체의 밀도(소결 밀도)는 소결체 전체에서 99.76%, 소결체 각 부의 소결 밀도의 최대값과 최소치의 차이는 0.21%였다.

( 비교예 4)

도 5에 나타낸 바와 같이 우레탄 고무제 주형(경도 70°)(25) 내에 4개의 분할된 SUS제의 형틀 부재(22a), (22b)로 이루어진 조립식 형틀(22)과 SUS제 상부 펀치(21), 하부 펀치(28)를 배치하고, 그 공간(개구 형상: 390㎜×770㎜의 사각형)에 SnO₂ 분말 10 중량%와 In₂O₃ 분말 90 중량%의 혼합 분말을 충전하였다. 이 성형 금형을 비닐 봉투에 넣어 그 봉투 속을 감압해서 진공 패킹을 행한 후, 실시예 1과 마찬가지로 정수압 프레스 성형을 행하였다. 프레스 후, 우레탄 고무제 주형(25)과 상부 펀치(21) 사이에 공간이 발생하고 있어, 성형체에는 세로방향에 큰 갈라짐 이 발생하고 있었다.

(막형성 확인)

실시예 1과 비교예 1에서 얻어진 소결체를 연삭가공해서 4인치φ×6㎜(두께)의 표적재를 제작하고, 무산소구리제의 패킹판에 인듐 땜납에 의해 접합해서 스퍼터링 표적을 제작하였다. 이렇게 해서 제작된 스퍼터링 표적을 이용해서 이하의 스퍼터링 조건으로 막형성을 행하였다. 얻어진 박막의 저항률을 4단자법으로 측정한 바, 실시예 1의 표적에서 얻을 수 있었던 박막은 9.6×10^-4Ωcm이고, 비교예 1의 표적에서는 1.3×10^-3Ωcm였다.

스퍼터 조건

DC전력: 300W

스퍼터 가스: Ar

가스압: 0.5 ㎩

기판온도: 200℃

막두께: 100nm

유리 기판: 코닝#1737

(방전 확인)

실시예 8과 비교예 2에서 얻어진 소결체를 연삭가공해서 101.6㎜×177.8㎜×6㎜의 표적재를 제작하고, 무산소구리제의 패킹판에 인듐 땜납에 의해 접합해서 스퍼터링 표적을 제작하였다. 이와 같이 해서 제작된 스퍼터링 표적을 이하의 스퍼 터링 조건으로 20 kWh 스퍼터링을 행하고, 이상방전의 발생 횟수를 측정하였다. 이상방전의 발생 횟수의 측정은 마이크로아크모니터(랜드마크 테크놀로지사 제품)를 이용해서 이하의 측정 조건으로 행하였다. 아크의 횟수는 실시예 8의 표적에서는 283회, 비교예 2의 표적에서는 364회였다.

스퍼터 조건

DC전력: 300W

스퍼터 가스: Ar + O₂

가스압: 0.5 ㎩

아크 측정 조건

검출 전압: 200V

검출 시간: 50μsec

( 실시예 12)

도 6에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서 사용한 성형 금형은 상부 펀치(31), 형틀 부재(32a), (32b)로 이루어진 조립식 형틀(32), 오목부를 가진 밑판(33) 및 대좌(34)로 이루어진다. 형틀 부재(32a)의 양단에는 형틀 부재(32b)의 단부가 접촉해서 조립식 형틀의 개구 형상을 규정하기 위한 계단부가 형성되어 있다. 오목부를 가진 밑판(33)은 도 7에 나타낸 바와 같이 밑판 구성부재(33a), (33b)로 이루어진다. 상부 펀치(31)는 백라이트제, 형틀 부재(32a), (32b) 및 밑판(33)은 초듀랄루민제, 대좌(34)는 백라이트제로 하였다.

조립식 형틀(32)과 상부 펀치(31)의 간극은 0.5㎜로 하였다. 즉, 상부 펀치(31)의 폭 및 길이를 조립식 형틀(32)의 개구 형상의 폭 및 길이보다 각각 1.O㎜ 작게 형성하였다.

조립식 형틀(32)과 밑판(33)을 대좌(34) 위에 둠으로써 성형 금형을 안정화하였다. 즉, 조립식 형틀을 대좌(34) 위에 둠으로써, 가압 종료 후의 감압시 생기는 성형체의 팽창에 따라, 형틀 부재(32a), (32b)가 대좌(34) 위를 원활하게 이동하는 것을 가능하는 동시에, 성형시의 가압 하에서는 조립식 형틀과의 접촉에 의해 움직임이 불균일하게 되는 밑판(33)이 상하 방향으로 이동하지 않도록 함으로써, 갈라짐이나 휘어짐의 발생을 한층 더 저감할 수 있다. 또한, 밑판(33)을 대좌(34) 위에 올려놓은 2개의 밑판 구성부재(33a), (33b)로 구성함으로써, 가압 종료 후의 감압 시에는 성형체의 볼록부의 팽창에 따라, 2개의 밑판 구성부재(33a), (33b)가 서로 분리하는 방향으로 대좌(34) 위를 원활하게 이동하는 것을 가능하게 하였다.

오목부를 가진 밑판(33) 및 조립식 형틀(32)에 의해 둘러싸인 공간(130㎜×250㎜×30㎜, 밑판의 오목부의 깊이 5㎜)에 원료 분말로서 SnO₂ 분말 10 중량%와 In₂O₃ 분말 90 중량%의 혼합 분말을 충전하고, 이 원료 분말 위에 상부 펀치(31)를 올려놓았다. 상부 펀치(31)와 조립식 형틀(32)의 간극을 덮도록 상부 펀치 위에 고무 시트를 완충재로 해서 올려놓은 후, 비닐 봉투에 넣어 봉투 속을 감압해서 진공 패킹을 행하였다.

이렇게 해서 준비한 성형 금형을 냉간 정수압 프레스에 투입하여, 1 톤/㎠의 압력으로 성형을 행하였다. 얻어진 성형체를 금형으로부터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐이 없고, 한쪽의 판면에 볼록부를 갖는 판 형상의 성형체를 얻었다.

( 실시예 13)

오목부를 가진 밑판(33)으로서 도 8에 나타낸 바와 같이 3개의 밑판 구성부재(33c), (33d), (33e)로 이루어진 밑판을 이용한 이외에는 실시예 12와 마찬가지 성형 금형을 이용하고, 실시예 12와 마찬가지로 냉간 정수압 프레스에 투입하여, 1 톤/㎠의 압력으로 성형을 행하였다. 얻어진 성형체를 금형으로부터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐이 없고, 한쪽의 판면에 볼록부를 갖는 판 형상의 성형체를 얻었다.

( 실시예 14)

밑판(33) 및 조립식 형틀(32)에 의해 둘러싸여 공간이 250×600×30㎜, 밑판에 형성된 오목부의 깊이가 5 ㎜인 것 이외에는 실시예 12와 마찬가지의 성형 금형을 이용하고, 실시예 12와 마찬가지로 냉간 정수압 프레스에 투입하여, 1 톤/㎠의 압력으로 성형을 행하였다. 얻어진 성형체를 금형으로부터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐이 없고, 한쪽 판면에 볼록부를 가진 판 형상의 성형체를 얻었다.

( 실시예 15)

오목부를 가진 밑판(33)으로서 도 9에 나타낸 바와 같은 일체형의 밑판(33f)을 이용한 이외에는 실시예 12와 마찬가지 성형 금형을 이용하고, 실시예 12와 마 찬가지로 냉간 정수압 프레스에 투입하여, 1 톤/㎠의 압력으로 성형을 행하였다. 얻어진 성형체를 금형으로부터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 판 형상의 성형체의 판면에 형성된 볼록부의 선단의 능선부에 흠이 확인되었다.

( 실시예 16)

도 10에 나타낸 바와 같이 본 실시예에서 사용한 성형 금형은 상부 펀치(41), 형틀 부재(42a), (42b)로 이루어진 조립식 형틀(42), 밑판(43) 및 대좌(44)로 이루어진다. 형틀 부재(42a)의 양단에는 형틀 부재(42b)의 단부가 접촉해서 조립식 형틀(42)의 개구 형상을 규정하기 위한 계단부가 형성되어 있다. 상부 펀치(41)는 백라이트제, 형틀 부재(42a), (42b) 및 밑판(43)은 초듀랄루민제, 대좌(44)는 백라이트제로 하였다. 또한, 조립식 형틀(42)과 상부 펀치(51)의 간극은 0.5㎜로 하였다. 즉, 상부 펀치(41)의 폭 및 길이를 조립식 형틀(42)의 개구 형상의 폭 및 길이보다 각각 1.0 ㎜ 작게 형성하였다.

조립식 형틀(42)과 밑판(43)을 대좌(44) 위에 놓음으로써 금형 전체를 안정화하였다. 즉, 조립식 형틀(42)을 대좌(44) 위에 둠으로써 가압 종료 후의 감압시 생기는 성형체의 팽창에 따른, 형틀 부재(42a), (42b)가 대좌(44) 위를 원활하게 이동하는 것을 가능하게 하는 동시에, 성형시의 가압 하에서는 조립식 형틀(42)과의 접촉에 의해 움직임이 불균일하게 되는 밑판(43)이 상하 방향으로 이동하지 않도록 함으로써, 갈라짐이나 휘어짐의 발생을 한층 더 저감할 수 있다.

밑판(43) 및 조립식 형틀(42)에 의해 둘러싸인 공간(개구 형상: 400㎜×1300 ㎜의 사각형)에 원료 분말로서 SnO₂ 분말 10 중량%와 In₂O₃ 분말 90 중량%의 혼합 분말 18.4 ㎏을 충전하고, 이 원료 분말 위에 상부 펀치(41)를 올려놓았다. 상부 펀치(41)와 조립식 형틀(42)의 간극을 덮도록 상부 펀치 위에 고무 시트를 완충재로서 올려놓은 후, 비닐 봉투에 넣어 봉투 속을 감압하여 진공 패킹을 행하였다.

이와 같이 해서 준비한 성형 금형을 냉간 정수압 프레스에 투입하고, 1 톤/㎠의 압력으로 성형을 행하였다. 얻어진 성형체를 금형으로부터 꺼내고, 상태를 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐은 없고, 401㎜×1305㎜×10㎜의 성형체를 얻었다.

그 후, 그 성형체를 산소분위기 하에서 이하의 소성 패턴에서 소결을 행하였다. 실온으로부터 800℃까지 100 ℃/hr, 1600℃까지는 50 ℃/hr에서 승온하고, 1600℃에서 3시간 유지한 후에 실온까지 100 ℃/hr에서 강온하였다. 소결체를 꺼낸 바, 315㎜×1025㎜×8㎜의 소결체를 얻었고, 갈라짐이나 균열 등은 발견되지 않았다.

얻어진 소결체의 소결 밀도는 전체로 99.80%이며, 소결 밀도가 가장 큰 곳과 가장 작은 곳과의 차이는 0.05%였다. 또한, 소결체의 진밀도는 7.156 g/㎤로 하였다.

( 실시예 17)

본 실시예에서 사용한 성형 금형은 조립식 형틀(52), 상부 펀치(51), 하부 펀치(58)를 갖지만, 그 평면도를 도 11(a)에 나타내고, 측면도를 도 12에 나타낸다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 조립식 형틀(52)은 형틀 부재(52a), (52b)로 이루 어지고, 서로 조합되어서 형틀을 형성한다. 형틀 부재(52a), (52b)는 조합된 부분에 볼트(나사식의 핀)(55)를 관통함으로써 연결되어, 너트(56)로 죔으로써 고정할 수 있도록 구성되어 있다. 도 11(a) 및 도 11(b)에 나타낸 바와 같이 형틀 부재(52a), (52b)의 양단부에는 연결부재인 볼트(나사식의 핀)(55)를 삽입하는 볼트 도입 구멍(57)이 형성되어 있다. 이 볼트 도입 구멍(57)의 크기는 볼트(55)의 지름보다도 5 ㎜ 정도 크게 되어 있어, 볼트(55)·너트(56)에 의한 죄임을 완화시키면, 형틀 부재(52a), (52b)가 조립식 형틀의 개구 형상의 폭 및 길이가 증대하는 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 볼트 도입 구멍으로서 조립식 형틀의 개구 형상의 대각선의 방향으로 신장된 형상의 구멍을 형성하고 있다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 상부 펀치(51) 및 하부 펀치(58)는 조립식 형틀(52)의 내부에 삽입된다. 이 상부 펀치(51) 및 형틀 부재(52a), (52b)는 백라이트제, 하부 펀치(58)는 듀랄루민제로 하였다. 조립식 형틀(52)과 상부 펀치(51)의 간극은 0.5 ㎜로 하고, 또한, 조립식 형틀(52)의 내측면 및 상부 펀치(51)의 측면에는 마찰 저감 때문에 테플론(등록상표) 테이프를 접착하였다.

이 조립식 형틀(52)을 조립하고, 볼트(55)를 삽입해서 너트(56)를 이용해서 죄어서, 원료 분말이 새지 않도록 고정하였다.

하부 펀치(58) 및 조립식 형틀(52)에 의해 둘러싸인 공간(개구 형상: 390㎜×770㎜의 사각형)에 원료 분말로서 Al₂O₃를 2 중량% 첨가한 ZnO 분말 9.6 ㎏을 충 전하고, 이 원료 분말 위에 상부 펀치(51)를 올려놓았다. 적당한 체결력의 고무밴드 등을 조립식 형틀(52)의 주위에 둘러 감고, 조립식 형틀(52)을 고정하고 있는 볼트(55)의 너트(56)를 완화시켰다. 상하의 펀치(51), (58)와 조립식 형틀(52)의 간극을 덮도록 상부 펀치의 위 및 하부 펀치의 밑에 고무 시트를 완충재로서 마련한 후, 비닐 봉투에 넣어 해당 봉투 속을 감압하여 진공 패킹을 행하였다.

이와 같이 해서 준비한 성형 금형을 냉간 정수압 프레스에 투입하여, 1 톤/㎠의 압력으로 성형을 행하였다. 얻어진 성형체를 금형으로부터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐은 없고, 391 ㎜×773㎜×9.5㎜의 성형체를 얻었다.

( 실시예 18)

원료 분말을 SnO₂ 분말 10 중량%와 In₂O₃ 분말 90 중량%의 혼합 분말로 하고, 성형 금형에 17 ㎏ 충전한 이외에는 실시예 17과 마찬가지 조건에서 냉간 정수압 프레스에 투입하였다. 얻어진 성형체를 금형으로부터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐은 없고, 391㎜×773㎜×13㎜의 성형체를 얻었다.

( 실시예 19)

도 13에 나타낸 바와 같이 하부 펀치가 아니고, 밑판(63)과 대좌(64)를 갖는 것 이외에는 실시예 17과 마찬가지의 성형 금형을 이용하고, 실시예 18과 마찬가지 분말 17 ㎏을 충전하고, 실시예 17과 마찬가지 조건으로 냉간 정수압 프레스를 행하였다. 조립식 형틀(62)을 대좌(64) 위에 둠으로써, 가압 성형 후의 감압시 생기는 성형체의 팽창에 따라, 형틀 부재(62a), (62b)가 대좌(64) 위를 평활하게 이동 하는 것을 가능하게 하는 동시에, 성형시의 가압 하에서는 조립식 형틀과의 접촉에 의해 움직임이 불균일하게 되는 밑판(63)이 상하 방향으로 이동하지 않도록 함으로써, 갈라짐이나 휘어짐의 발생을 한층 더 저감할 수 있다.

얻어진 성형체를 금형으로부터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐은 없고, 391㎜×773㎜×13㎜의 성형체를 얻었다.

( 비교예 5)

볼트 도입 구멍의 형상이 원형이며, 그 지름과 삽입하는 볼트의 지름과의 차이가 1 ㎜ 이하인 것 이외에는 실시예 17과 마찬가지 성형 금형을 이용하고, 분말충전 후에도 볼트·너트를 조인 채 가압한 것 이외에는 실시예 17과 마찬가지 방법으로 정수압 프레스를 행해 성형체를 작성하였다. 프레스 후, 성형체를 성형 금형으로부터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 세로방향으로 큰 갈라짐이 발생하고 있었다.

( 실시예 20)

SnO₂ 분말 10 중량%와 In₂O₃ 분말 90 중량%의 혼합 분말에, 파라핀 바인더를 0.6 중량% 첨가하여, 원료 분말을 제작하였다. 이 원료 분말을 성형 금형에 17 ㎏ 충전한 이외에는 실시예 1과 마찬가지 성형 금형을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지 조건에서 냉간 정수압 프레스에 투입하였다. 얻어진 성형체를 금형으로부터 꺼내어, 형상을 확인한 바, 갈라짐이나 휘어짐은 없고, 391㎜×773㎜×16㎜의 성형체를 얻었다.

얻어진 성형체를 소성로 내에 설치하고, 450℃까지의 승온 속도를 50 ℃/hr 로 한 이외에는 실시예 4와 마찬가지 방법으로 소성을 실시하여, 갈라짐이 없는 약 307㎜×607㎜×13㎜의 크기의 소결체를 얻었다.

( 비교예 6)

파라핀 바인더의 첨가량을 0.8 중량%로 한 이외에는 실시예 20과 마찬가지 방법으로, 갈라짐이나 휘어짐의 없는 성형체를 얻었다.

얻어진 성형체를 실시예 20과 마찬가지 방법으로 소성을 행하였지만, 소결체 표면에 다수의 균열이 발생하고, 또한 세로방향으로 갈라짐이 발생하고 있었다.

본 발명은 세라믹스 분말이나 금속분말 및 이들의 혼합 분말을, 냉간 정수압 프레스를 이용해서 성형해서 얻어진 성형체를 소성해서 얻어지는 소결체를 제공하고, 이것을 이용한 스퍼터링 표적 및 상기 성형체를 제조할 때에 사용되는 성형 금형 및 이것을 이용한 소결체의 제조가 가능해진다.

또한, 2005년 2월 1일에 출원된 일본 특허출원 제2005-025655호의 명세서, 특허청구범위, 도면 및 요약서의 모든 내용을 여기에 인용하고, 본 발명의 명세서의 개시로서 받아들이는 것이다.

Claims

구성 원소로서 탄소를 함유하지 않는 소결체에 있어서, 소결체 중에 불순물로서 함유되는 탄소의 함유량이 0.005 중량% 미만인 것을 특징으로 하는 소결체.
제 1항에 있어서, 상기 소결체의 두께가 10 ㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 소결체.
제 1항에 있어서, 상기 소결체의 표면을 구성하는 적어도 1개의 평면의 면적이 600 ㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 소결체.
제 1항에 있어서, 소결체 전체의 소결 밀도가 90% 이상이며, 또한, 소결체 내의 소결 밀도의 변동이 0.2% 이하인 것을 특징으로 하는 소결체.
제 1항에 있어서, 소결체의 윗면 및 밑면의 적어도 한쪽의 면에 적어도 1개의 볼록부를 갖는 것을 특징으로 하는 소결체.
소결체의 표면을 구성하는 면 중 가장 넓은 면의 면적이 1000 ㎠ 이상이며, 소결체 전체의 소결 밀도가 90% 이상이고, 소결체 내의 소결 밀도의 변동이 0.2% 이하인 것을 특징으로 하는 소결체.
제 6항에 있어서, 형상이 대략 직방체의 소결체이며, 가장 긴 모서리와 가장 짧은 모서리의 길이의 비가 40 이상인 것을 특징으로 하는 소결체.
제 6항에 있어서, 소결체의 윗면 및 밑면의 적어도 한쪽의 면에 적어도 1개의 볼록부를 갖는 것을 특징으로 하는 소결체.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 소결체를 표적재로서 이용한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 표적.
성형 금형 내에 원료 분말을 충전하여 압축해서 성형체를 제조하기 위한 성형 금형에 있어서, 가압 압축 시에는 충전한 원료 분말에 대해서 실질적으로 1축 방향으로부터만 가압하고, 가압종료 후의 감압 시에는 성형체에 대해서 실질적으로 등방적으로 압력을 개방가능한 구조를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 압축성형용 성형 금형.
성형 금형 내에 충전한 원료 분말을 냉간 정수압 프레스에 의해 성형해서 성형체를 제조하기 위한 성형 금형에 있어서, 복수의 형틀 부재로 이루어진 조립식 형틀, 상기 조립식 형틀의 내면을 따라 이동가능하게 설치된 상부 펀치 및 상기 조립식 형틀에 접해서 설치된 밑판을 구비한 동시에, 가압 종료 후의 감압시 생기는 성형체의 팽창에 맞추어, 상기 조립식 형틀을 구성하는 형틀 부재가 이동가능한 구조를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형.
제 11항에 있어서, 조립식 형틀에 접해서 설치된 밑판이 상기 조립식 형틀의 내면을 따라 이동할 수 없도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형.
제 11항에 있어서, 밑판이 상부 펀치보다도 압축 변형이 적은 재료에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형.
제 11항에 있어서, 밑판이 금속으로 이루어지고, 상부 펀치가 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형.
제 11항에 있어서, 조립식 형틀을 구성하는 형틀 부재의 적어도 일부가 인접하는 형틀 부재의 단부와 결합하고, 성형시의 가압하에 있어서, 조립식 형틀이 형성하는 원료 분말 충전실의 개구 형상이 소정의 크기 이하로 되지 않도록 제한하는 구조를 그 단부에 갖고 있는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형.
제 11항에 있어서, 밑판 및 상부 펀치의 원료 분말에 접하는 면이 각각 1개의 평면으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형.
제 11항에 있어서, 밑판이 이동가능한 복수의 밑판 구성부재로 이루어지고, 상기 밑판의 원료 분말에 접하는 면에 적어도 1개의 오목부를 갖는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형.
제 11항에 있어서, 상부 펀치가 이동가능한 복수의 상부 펀치 구성부재로 이루어지고, 상기 상부 펀치의 원료 분말에 접하는 면에 적어도 1개의 오목부를 갖는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형.
성형 금형 내에 충전한 원료 분말을 냉간 정수압 프레스에 의해 성형해서 성형체를 제조하기 위한 성형 금형에 있어서, 상기 성형 금형이 복수의 형틀 부재로 이루어진 조립식 형틀과 상기 조립식 형틀의 내부에 삽입되는 상부 펀치 및 하부 펀치를 가지고, 가압 종료 후의 감압시 생기는 성형체의 팽창에 맞추어 상기 형틀 부재가 이동가능한 구조를 구비한 동시에, 상기 형틀 부재끼리를 고정해서 상기 조립식 형틀의 개구 형상을 유지하는 고정 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형.
제 19항에 있어서, 형틀 부재끼리를 연결하는 연결부재로서 핀 형상의 부재를 이용하는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형.
제 20항에 있어서, 적어도 일부의 형틀 부재가, 그 단부에 연결부재가 삽입되는 연결부재 삽입부를 가지고, 또, 가압 종료 후의 감압시 생기는 성형체의 팽창에 맞추어, 형틀 부재가 이동할 수 있도록, 상기 연결부재 삽입부가 상기 연결부재의 가동영역을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형.
제 19항에 있어서, 하부 펀치가 조립식 형틀 내에 삽입되는 밑판과 조립식 형틀의 개구 형상보다 큰 형상을 갖는 대좌로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형.
제 19항에 있어서, 밑판이 상부 펀치보다도 압축변형이 적은 재료에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형.
제 19항에 있어서, 밑판이 금속으로 이루어지고, 상부 펀치가 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형.
제 19항에 있어서, 상부 펀치 및 하부 펀치의 원료 분말에 접하는 면이 각각 1개의 평면으로 구성되어 있는 것을 특징이라고 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형.
제 19항에 있어서, 하부 펀치가 이동가능한 복수의 하부 펀치 구성부재로 이루어지고, 상기 하부 펀치의 원료 분말에 접하는 면에 적어도 1개의 오목부를 갖는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형.
제 19항에 있어서, 상부 펀치가 이동가능한 복수의 상부 펀치 구성부재로 이루어지고, 상기 상부 펀치의 원료 분말에 접하는 면에 적어도 1개의 오목부를 가지는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 프레스용 성형 금형.
원료 분말을 가압성형해서 성형체로 한 후, 상기 성형체를 소성해서 소결체로 하는 소결체의 제조 방법에 있어서, 원료 분말이 유기물을 함유하는 성형조제를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 소결체의 제조 방법.
제 28항에 있어서, 원료 분말을 직접 냉간 정수압 프레스에 의해 성형해서 성형체를 얻는 것을 특징으로 하는 소결체의 제조 방법.
제 29항에 있어서, 제 10항 내지 제 27항 중 어느 한 항에 기재된 성형 금형을 이용하는 것을 특징으로 하는 소결체의 제조 방법.
원료 분말을 가압성형해서 성형체로 한 후, 상기 성형체를 소성해서 소결체로 하는 소결체의 제조 방법에 있어서, 성형체 중의 유기물의 제거를 목적으로 한 소성 공정을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 소결체의 제조 방법.
제 31항에 있어서, 유기물 함유량이 0.6 중량% 이하인 원료 분말을 이용하는 것을 특징으로 하는 소결체의 제조 방법.
제 31항에 있어서, 제 10항 내지 제 27항 중 어느 한 항에 기재된 성형 금형을 이용하는 것을 특징으로 하는 소결체의 제조 방법.