TW201936551A

TW201936551A - 燒成用承燒板

Info

Publication number: TW201936551A
Application number: TW108100502A
Authority: TW
Inventors: 古宮山常夫; 水野貴博; 松葉浩臣
Original assignee: 日商日本碍子股份有限公司; 日商Ｎｇｋ阿德列克股份有限公司
Priority date: 2018-01-10
Filing date: 2019-01-07
Publication date: 2019-09-16
Also published as: JP2019119659A; TWI811283B; KR102525393B1; KR20190085481A; CN110015903A; JP6876635B2

Abstract

本發明一些實施例提供一種可抑制塗層剝離的燒成用承燒板。燒成用承燒板具備：基材，其以SiC和Si為主成分；以及塗層，其以Zr化合物和Al化合物為主成分，且將基材的表面被覆。該燒成用承燒板中，基材與塗層的接合面積為基材表面的面積的20%～80%。

Description

燒成用承燒板

本說明書係關於一種燒成用承燒板的技術。

在對被燒成物進行燒成時，為了載置被燒成物而使用承燒板等燒成用治具。專利文獻1的燒成用承燒板（燒成用容器）在基材表面形成有鋁質、氧化鋯質的塗層，以便抑制基材與被燒成物發生反應。專利文獻1中，對塗層材料的粒徑進行調整，由此調整了塗層的氣孔率，抑制了由基材與塗層的熱膨脹差所引起的兩者的剝離。但是，當為了抑制塗層與基材的剝離而調整塗層材料的粒徑時，塗層的表面粗糙度Ra增大。因此，專利文獻1中，在基材的表面形成塗層後，對塗層的表面進行了研磨。
現有技術文獻
專利文獻

專利文獻1：日本特開2007-45641號公報

關於專利文獻1，調整塗層材料的粒徑，以使塗層的氣孔率變大，由此，抑制了塗層自基材剝離。即、使用大粒徑的塗層材料而使塗層變“粗糙”，由此，緩和基材與塗層的熱膨脹差，抑制了塗層剝離。結果，專利文獻1必須在形成塗層後進行表面研磨，使製造步驟變得煩雜。此外，如果使用小粒徑的塗層材料，則能夠省略塗層的表面研磨，但是，這種情況下，氣孔率變小，無法抑制塗層剝離。因此，需要能夠簡單地製造、且抑制塗層剝離的燒成用承燒板。本說明書的目的在於，基於以往沒有的技術思想，提供能抑制塗層剝離的新穎燒成用承燒板。

本發明的發明人以各種條件在基材表面形成塗層，對塗層的剝離性進行評價，結果發現：基材與塗層的接合面積對塗層的剝離難易度帶來較大的影響。亦即，明白藉由將基材與塗層的接合面積調整為既定範圍，而大幅抑制塗層自基材剝離。本說明書中提及的燒成用承燒板就是基於上述見解而完成的。

本說明書中公開的燒成用承燒板可以具備：基材，以SiC和Si為主成分；以及塗層，被覆基材的表面，以Zr化合物和Al化合物為主成分。此燒成用承燒板中，基材與塗層的接合面積為基材表面的面積的20%～80%。

上述燒成用承燒板的基材與塗層的接合面積為20%～80%，與以往的燒成用承燒板相比，接合面積較大。此外，以往的基材與塗層的接合面積不足10%，與上述燒成用承燒板相比，接合面積較小。上述燒成用承燒板，藉由使基材與塗層的接合面積變大，而抑制了由基材與塗層的熱膨脹差所引起的兩者的剝離。另外，對於上述燒成用承燒板，藉由調整基材與塗層的接合面積而抑制了兩者的剝離，因此，不需要限制塗層材料的粒徑。因此，可以使用小粒徑的塗層材料，也可以省略形成塗層後的研磨。此外，本說明書中所述的“主成分”是指：在作為對象的部件中包含50質量%以上的主成分材料。例如，“以SiC和Si為主成分的基材”是指：在基材中，SiC和Si合計為50質量%以上的方式包含SiC和Si。

塗層可以包括：表層，以Zr化合物為主成分；以及中間層，設置在表層與基材之間，以Al化合物為主成分。這種情況下，表層作為抑制與被燒成物發生反應的反應抑制層發揮作用。另外，中間層作為緩和在表層與基材之間產生的熱應力（熱膨脹差）的應力緩和層發揮作用。藉由塗層具備表層和中間層，能夠更可靠地抑制塗層自基材剝離。此外，藉由使表層以Zr化合物為主成分，中間層以Al化合物為主成分，相對於以SiC和Si為主成分的基材而言，熱膨脹率以基材、中間層、表層的順序增大。藉由使表層以及中間層為上述材料，中間層適宜作為應力緩和層發揮作用。

中間層中，可以包含Fe、Si、Ca、Na、Mg、以及K中的至少1種元素作為微量成分。另外，與中間層的表層側相比較，中間層中包含的微量成分可以大多存在於中間層的基材側。藉由使中間層包含上述元素作為微量成分，容易在基材與中間層之間形成玻璃層（基材與中間層的接觸部分容易玻璃化），基材和中間層良好地接合，兩者的接合面積增大。此外，本說明書中所述的“微量成分”是指：作為物件的部件中包含的質量相對於對象部件的質量而言為3質量%以下。另外，“中間層的基材側”是指：中間層的厚度方向（將表層和基材連結的方向）上的比中間層的中央靠基材側的範圍。

上述燒成用承燒板中，在塗層具備表層和中間層的情況下，可以在表層與中間層之間設置有包含Al和Zr的化合物層。表層與中間層的結合力增大，能夠抑制塗層剝離（表層與中間層的剝離）。

（燒成用承燒板）
本說明書中公開的燒成用承燒板用於在對電子零部件、陶瓷部件等被燒成物進行燒成時載置被燒成物。燒成用承燒板的表面（載置面）形狀可以為三角形、四邊形等多邊形，也可以為圓形、橢圓形等外緣具有曲面的形狀。另外，在燒成用承燒板的端部（載置被燒成物的載置部的外側）可以具備加強筋。燒成用承燒板具備基材和將基材被覆的塗層。

（基材）
基材以碳化矽（SiC）和矽（Si）為主成分。即，SiC和Si的質量的合計佔基材的質量的50質量%以上。SiC和Si在基材中可以包含60質量%以上，也可以包含70質量%以上，也可以包含80質量%以上，也可以包含90質量%以上，也可以包含95質量%以上。基材還可以包含SiC和Si以外的微量元素。作為微量元素，可以舉出：鐵（Fe）、鈣（Ca）、鈉（Na）、鎂（Mg）、鉀（K）、以及鋁（Al）等。各微量元素在基材中可以包含0.01～3質量%，另外，基材中的微量元素的合計可以為0.01～3質量%。此外，對於基材，可以將C粉體、SiC粉體以及有機質黏合劑混合、成形，得到成形體，在金屬Si存在下，將該成形體配置在減壓的惰性氣體環境或真空中，使金屬Si含浸於成形體中，進行成形。

（塗層）
塗層將基材的表面被覆。即，塗層暴露於燒成用承燒板的表面。塗層可以將燒成用承燒板的整面被覆，也可以僅將燒成用承燒板的表面（載置被燒成物的面）被覆。對於塗層，可以在基材表面塗布塗層材料後，在1100～1400度下進行燒成，使其固定於基材表面。塗布塗層材料後的燒成溫度可以為1200度以上，也可以為1240度以上，還可以為1300度以上。塗層以鋯（Zr）化合物和鋁（Al）化合物為主成分。即，Zr化合物和Al化合物的質量的合計佔塗層的質量的50質量%以上。在塗層中，可以包含60質量%以上的Zr化合物和Al化合物，也可以包含70質量%以上，也可以包含80質量%以上，也可以包含90質量%以上，也可以包含95質量%以上。塗層還可以包含Zr化合物和Al化合物以外的微量元素。即，在塗層內，可以包含3質量%以下的、Zr化合物和Al化合物以外的元素。作為微量元素，可以舉出：Fe、Si、Ca、Na、Mg、以及K等，可以在塗層內包含這些元素中的1種以上。

塗層與基材的表面接合。基材與塗層的接合面積相對於基材表面的面積而言，可以為20%以上80%以下。基材與塗層的接合面積可以為40%以上，也可以為50%以上，還可以為60%以上。另外，塗層可以具備組成不同的表層和中間層。

（表層）
表層可以為燒成用承燒板的露出面。即、表層可以構成與被燒成物接觸的接觸面。表層的主成分可以為Zr化合物。Zr化合物在表層中可以包含50質量%以上，也可以包含60質量%以上，也可以包含70質量%以上，也可以包含80質量%以上，也可以包含90質量%以上，也可以包含95質量%以上。作為Zr化合物，可以舉出：用氧化鈣（CaO）或三氧化二釔（Y₂ O₃ ）進行了穩定化的穩定氧化鋯、氧化鋁與氧化鋯的共晶物、BaZrO₃ 、以及CaZrO₃ 等。表層的厚度可以為10～100μm。表層的厚度可以為20μm以上，也可以為30μm以上，也可以為40μm以上，也可以為50μm以上。另外，表層的厚度可以為90μm以下，也可以為80μm以下，也可以為70μm以下。

（中間層）
中間層可以設置在表層與基材之間。中間層可以與表層以及基材接合。即、中間層可以將表層和基材接合。中間層的主成分可以為Al化合物。Al化合物在中間層中可以包含50質量%以上，也可以包含60質量%以上，也可以包含70質量%以上，也可以包含80質量%以上，也可以包含90質量%以上，也可以包含95質量%以上。作為Al化合物，可以舉出多鋁紅柱石（矽酸鋁）。中間層的厚度可以為50～200μm。中間層的厚度可以為60μm以上，也可以為70μm以上，也可以為80μm以上，也可以為100μm以上。另外，中間層的厚度可以為180μm以下，也可以為160μm以下。中間層的厚度可以比表層的厚度厚。

在塗層具備表層和中間層的情況下，上述的微量成分（Fe、Si、Ca、Na、Mg、以及K等）可以包含在中間層中。另外，中間層中包含的微量成分可以偏在於基材側。即、與中間層的表層側（比中間層的厚度方向中央靠表層側的範圍）相比，微量成分可以大多存在於中間層的基材側（比中間層的厚度方向中央靠基材側的範圍）。微量成分有助於促進基材、中間層中包含的Si原料玻璃化，使基材與中間層的接合面積增大。

在塗層具備表層和中間層的情況下，可以在表層與中間層之間設置有包含Al和Zr的化合物層。即，可以在表層與中間層之間設置有以Zr化合物為主成分的表層和以Al化合物為主成分的中間層發生反應得到的反應層。反應層有助於抑制表層與中間層的剝離。此外，可以在基材的表面形成中間層、表層後，進行燒成，使塗層（表層以及中間層）固定於基材表面。或者，可以在表面形成中間層後，進行燒成，使中間層固定於基材表面後，在中間層的表面形成表層，並再次進行燒成。

（評價方法）
對基材與塗層的接合面積的測定位置、以及、接合面積的計算方法進行說明。圖4中，作為燒成用承燒板的一例，顯示四邊形（正方形）的燒成用承燒板10。針對塗層的狀態為標準狀態的位置進行基材與塗層的接合面積的測定。即，避開塗層的狀態有可能為特異狀態的位置進行接合面積的測定。具體而言，在距燒成用承燒板10的側面12為距離D12的位置設定為測定區域14，將處於最遠離燒成用承燒板10的重心20（圖4的情況下，與燒成用承燒板10的中心相同）的位置的測定區域14設定為遠部14a，將重心20與遠部14a的中點作為測定位置22。在燒成用承燒板10的情況下，存在4處測定位置22。此外，即便燒成用承燒板的形狀為四邊形以外的多邊形、圓形、橢圓形等外緣具有曲面的形狀，也利用同樣的方法來決定測定位置。此外，在從燒成用承燒板的重心至側面為止的距離為50mm以上的情況下，距離D12為20mm。另外，在從重心至側面為止的距離不足50mm的情況下，距離D12為從重心至側面為止的距離的20%。

關於基材與塗層的接合面積，在上述的測定位置（參照圖4的測定位置22）將燒成用承燒板切斷，觀察其剖面，根據基材與塗層接合的部分的長度相對於基材的表面長度的比例計算出基材與塗層的接合面積。例如，如圖2所示，取得燒成用承燒板的SEM（Scanning Electron Microscope）圖像，測定基材表面的長度，並測定基材與中間層接合的接合部分的長度，利用下式（1），計算出接合面積。
接合面積=（接合部分的長度）/（基材表面的長度）×100···(1)
實施例

以各種條件在基材表面形成塗層，製作燒成用承燒板，對製作的燒成用承燒板進行重複加熱試驗，對塗層的狀態（有無剝離、膨脹）進行評價。

圖1顯示實施例中使用的樣品的特徵、以及重複加熱試驗的結果。使用噴塗法在Si-SiC質的基材表面形成塗層，在圖1所示的溫度下進行2小時燒成，由此，製作出實施例中使用的樣品。此外，關於塗層材料，使用罐式球磨機將平均粒徑100μm的原料粉碎，調整為10～20μm。實施例1～5中，按圖1所示的比例在塗層材料（塗布用漿料）中添加了燒結助劑，以便使基材與塗層的接合面積增大。作為燒結助劑，使用包含Na、Ca、Mg、Fe、Si等的市售的燒結助劑。此外，實施例3和實施例4中，僅燒成溫度不同。另外，作為比較例，沒有在塗層材料中添加燒結助劑而形成塗層，在圖1所示的溫度下進行2小時燒成，製作出樣品（比較例1～3）。

重複加熱試驗如下：將各樣品以升溫速度100℃/小時加熱至1350℃，在1350℃下保持2小時，然後，自然冷卻至室溫，將該步驟作為1個循環，實施5個循環。各循環結束後，觀察燒成用承燒板的外觀，對塗層有無剝離、膨脹進行評價。將完全沒有確認到塗層剝離、膨脹的情形評價為“A”，將沒有觀察到剝離、膨脹、但具有剝離、膨脹的跡象的情形評價為“B”，將確認到剝離、膨脹的情形評價為“C”，並示於圖1。

如圖1所示，基材與塗層的接合面積為20%～80%的樣品（實施例1～5）即便實施5個循環的重複加熱試驗，也沒有確認到塗層的剝離、膨脹。但是，接合面積不足20%的樣品（比較例1～3）在1個循環結束時均確認到塗層的剝離、膨脹。此外，雖然本實施例中無法確認差異，不過，如果考慮基材上的塗層的狀態有可能發生偏差（產生塗布不均等），則接合面積優選為40%（43%）以上。另外，如果考慮在使塗層固定於基材時有可能產生燒接不均（燒成不均），則接合面積優選為50%（52%）以上。另外，從抑制塗層中的雜質（接合助劑）的觀點考慮，接合面積優選為60%以下。

另外，對實施例1以及比較例3的樣品獲取測定位置22（也參照圖4）的剖面的SEM圖像，使用EPMA（Electron Probe Micro Analyzer）進行剖面的元素分析。圖2顯示實施例1的樣品的結果，圖3顯示比較例3的樣品的結果。此外，圖2以及圖3中顯示Na、Si、Ca、Y以及Zr的分佈成像（mapping）資料。

由SEM圖像可知：實施例1的燒成用承燒板與比較例3的燒成用承燒板相比，基材和塗層（中間層）良好地接合（接合面積較大）。另外，如果著眼於實施例1的中間層中包含的元素，則確認到：與中間層的表層側相比較，源自於燒結助劑的Na、Si、Ca這樣的微量元素大多存在於中間層的基材側（圖2）。更具體而言，微量元素偏在於中間層與基材的界面。另一方面，如圖3所示，在比較例3的燒成用承燒板的、中間層與基材的界面處沒有確認到微量元素。對於微量元素偏在於中間層與基材的界面的燒成用承燒板（實施例1），確認到：基材與中間層的接合面積較大，耐久性較高。

另外，由圖1所示的結果還確認到：中間層與基材的界面的微量元素的偏在對接合面積帶來影響。如圖1所示，隨著燒結助劑的添加量增加，基材與中間層的接合面積增大（實施例1、2、4、5以及比較例3）。此外，確認到：藉由使燒成溫度上升，基材與中間層的接合面積也會增大（實施例3、4、比較例1～3）。但是，由圖1所示的結果確認到：微量元素（燒結助劑）的添加量的變化對接合面積帶來的影響比燒成溫度的變化對接合面積帶來的影響大。

另外，如圖2所示，如果著眼於中間層的表層側，則確認到：在實施例1的燒成用承燒板中，表層特有的元素（Y、Zr）存在於中間層的表層側（中間層與表層的界面）（也參照圖3，進行比較）。即，確認到：實施例1的燒成用承燒板在表層與中間層之間形成有包含源自於中間層的Al和源自於表層的Y及Zr的化合物。換言之，確認到：實施例1的燒成用承燒板在表層與中間層的界面形成有包含兩層中所包含的元素的化合物。此結果說明：實施例1的燒成用承燒板中，表層和中間層牢固地接合，表層很難自中間層剝離。即，說明：實施例1的燒成用承燒板中，能夠對用來抑制與被燒成物發生反應的表層，從燒成用承燒板剝離進行抑制。

以上，雖然對本發明的具體例詳細地進行了說明，但是，這些具體例只不過是示例，並不限定申請專利範圍。在申請專利範圍中記載的技術中包含對以上例示的具體例進行各種各樣的變形、變更得到的技術。另外，本說明書或附圖中說明的技術要素單獨或者藉由各種組合來發揮出技術的有用性，並不受申請時申請專利範圍中記載的組合的限定。另外，本說明書或附圖中例示的技術能夠同時達成多個目的，達成其中的一個目的的技術自身具有技術的有用性。

10‧‧‧燒成用承燒板

12‧‧‧側面

14‧‧‧測定區域

14a‧‧‧遠部

20‧‧‧重心

22‧‧‧測定位置

圖1顯示實施例的燒成用承燒板的評價結果。

圖2顯示實施例的燒成用承燒板的SEM圖像以及元素分佈成像(mapping)圖像。

圖3顯示比較例的燒成用承燒板的SEM圖像以及元素分佈成像圖像。

圖4顯示用於說明評價樣品的取得位置的示意圖。

Claims

一種燒成用承燒板，包括：基材，以SiC和Si為主成分；以及塗層，被覆基材的表面，以Zr化合物和Al化合物為主成分基材與塗層的接合面積為基材表面的面積的20%～80%。
如申請專利範圍第1項所述的燒成用承燒板，其中，塗層包括：表層，以Zr化合物為主成分；以及中間層，設置在表層與基材之間，以Al化合物為主成分。
如申請專利範圍第2項所述的燒成用承燒板，其中，中間層中，包括Fe、Si、Ca、Na、Mg、以及K中的至少1種元素作為微量成分，與中間層的表層側相比，上述微量成分大多存在於中間層的基材側。
如申請專利範圍第2或3項所述的燒成用承燒板，其中，在表層與中間層之間設置有包括Al和Zr的化合物層。