WO2005056496A1 - セラミックス焼結体、セラミックス焼結体の製造方法、金属蒸着用発熱体 - Google Patents

セラミックス焼結体、セラミックス焼結体の製造方法、金属蒸着用発熱体 Download PDF

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Kentaro Iwamoto
Masamitu Kimura
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Abstract

本発明は、溶融金属に対する耐食性が改善されたセラミックス焼結体、その製造に適用できるセラミックス焼結体の製造方法、及び長寿命化を達成できる金属蒸着用発熱体を提供することを課題とする。本発明は、窒化硼素、二硼化チタン、カルシウム化合物及び窒化チタンを含有してなる相対密度が９２％以上のセラミックス焼結体であり、カルシウム化合物がＣａＯ換算として０．０５～０．８質量％、窒化チタンに由来する（２００）面のＸ線回折によるピーク強度が、ＢＮの（００２）面のピーク強度に対して０．０６～０．１５であることを特徴とするセラミックス焼結体に関する。また、該セラミックス焼結体の製造に適用できるセラミックス焼結体の製造方法、及び該セラミックス焼結体で構成された金属蒸着用発熱体も開示する。

Description

セラミックス焼結体、 セラミックス焼結体の製造方法、 金属蒸着用発熱体 く技術分野 >
本発明は、 セラミックス焼結体、 セラミックス焼結体の製造方法、 金属蒸着用 発熱体に関する。
明
ぐ背景技術 >
従来、 金属蒸着用発熱体としては、 例えば書窒化硼素 （BN)、 窒化アルミニウム (A 1 N)、 ニ硼化チタン （T i B2) を主成分とするセラミックス焼結体の上面 にキヤビティを形成させたポート形状 （以下、 「ボート」 という。） が知られてお り （特許文献 1)、 その市販品の一例として電気化学工業社製商品名 「BNコンポ ジット EC」 がある。 キヤビティのない形状もある。 これの使用方法は、 ポート の両端をクランプで電極につなぎ電圧を印加することによってそれを発熱させ、 キヤビティに入れられたアルミニウム線材等の金属を溶融 ·蒸発させ蒸着膜を得 た後冷却される。
このようなポートにあっては、 溶融金属がポートを腐食してボートの有効断面 及び電気抵抗を変動させ、 十分な蒸着速度が取れなくなる。 たとえば、 溶融金属 がアルミニウムである場合には、 次の反応式で腐食が起こる。
A 1 (s) +T i B2 ( s ) →A 1 ( 1 ) +T i B2 ( 1 )
1 3 A 1 ( s ) + 1 2 BN ( s ) →A 1 B 12 ( s ) + 1 2 A 1 N ( s ) また、 腐食はキヤビティ部で局所的に起こることが多いので、 すなわち溶融ァ ルミェゥムの濡れ拡がりがキヤビティ中心部に局在化するので、 被蒸着物の膜厚 分布が十分に取れなくなり、ボートの寿命となる。ポ ト寿命を延ばすためには、 ボートの相対密度を 9 5%以上にすればよいが（特許文献 2)、それには圧力 10 0〜300MP aという高圧が必要となるので設備費が嵩み、また生産性も劣る。 —方、 ポート中の BNの結晶配向に異方性が生じないようにホットプレス焼結体 からの切り出し方法を工夫することの提案もある （特許文献 3)。 しかしながら、 これらの改良にも関わらず、 アルミニゥム蒸着中の高温下では上記反応が徐々に 進行し、 長寿命化にはまだまだ改善の余地があった。
特許文献 1 ： 特公昭 53— 20256号公報
特許文献 2 ： 特開昭 60— 2 1 866号公報
特許文献 3 ： 特公平 5— 66 906号公報
<発明の開示 >
従来技術に関わる上記問題点を鑑み、 本発明者らは更に検討した結果、 特定の 低結晶性 BN粉末を含む混合原料粉末を用い、 それを結晶化させながら焼成する と、 得られたセラミックス焼結体の粒界相には窒化チタンが存在し、 従来のよう に腐食の進行が速まる非晶質でかつ酸素量の多い粒界相とは異なるものになるこ とを見いだし、 本発明を完成させたものである。 一般的に、 セラミックス材料の 殆どは数 μπι〜数十 μπιの粒子が焼結によって結合した、 多結晶と呼ばれる形態 を有しており、 粒界相は粒子と粒子の間に原料粉末の不純物が濃縮されている部 分であることが多い。
すなわち、 本発明は、 窒化硼素、 ニ硼化チタン、 カルシウム化合物及び窒化チ タンを含有してなる相対密度が 9 2%以上のセラミックス焼結体であり、 カルシ ゥム化合物の含有率が C a Ο換算として 0. 05〜0. 8質量％、 窒化チタンに 由来する （200) 面の X線回折によるピーク強度が、 BNの （002) 面のピ ーク強度に対して 0. 06〜0. 1 5であることを特徴とするセラミックス焼結 体に関する。 この場合において、 窒化チタンの一部又は全部が粒界相に存在して いることが好ましい。 また、 窒化アルミエゥムを更に含有していることが好まし い。さらには、セラミックス焼結体に含まれる窒化硼素結晶の C軸格子定数が 6. 6 75 A以下、 セラミックス焼結体の酸素量が 1〜 2質量％の条件を同時に満た していることが特に好ましい。
また、 本発明は、 上記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 金属蒸着用発熱体に関する。 さらに、 本発明は、 ニ硼化チタン粉末と窒化硼素粉末とカルシウム系焼結助剤 とを含み、 必要に応じて窒化アルミニウム粉末を含有してなる混合原料粉末を、 非酸化性雰囲気中、 温度 1 800〜 2 100°Cで焼結する方法であって、 上記窒 化硼素粉末が、 窒化硼素結晶の C軸格子定数が 6. 69 OA以下、 累積平均径が 4：〜 20 μπι、 BET比表面積が 25〜70m2Zg、 酸素量が 1. 0〜2. 5 質量％の窒化硼素粉末であり、 上記混合原料粉末中のカルシウム系焼結助剤の含 有率が C a O換算として 0. 09〜0. 8質量％であることを特徴とするセラミ ックス焼結体の製造方法である。 この場合において、 カルシウム系焼結助剤が、 C a O、 C a (OH) 2及び C a C O 3から選ばれた少なくとも 1種であることが 好ましい。
本発明によれば、溶融金属に対する耐食性が改善されたセラミックス焼結体と、 その製造に適用できるセラミックス焼結体の製造方法が提供される。 また、 長寿 命化を達成できる金属蒸着用発熱体が提供される。
<発明を実施するための最良の形態 >
本発明のセラミックス焼結体を構成する主成分は、 窒化硼素とニ硼化チタンで ある。これによつて、セラミックス焼結体を絶縁性かつ導電性とすることができ、 例えば金属蒸着用発熱体等の用途に適したものとなる。 この場合、 窒化硼素は絶 縁材として機能するので、 その最大 50質量。 /。までを同じ絶縁材である窒化アル ミニゥムで置き換えることができ、 それによつて通電特性が改善され、 また低コ スト化が可能となる。 主成分の構成比率の一例を示すと、 窒化硼素 40〜5 5質 量％、ニ硼化チタン 45〜60質量％、窒化アルミニウム 0〜20質量0 /0である。 これらの主成分は、 セラミックス焼結体中、 9 5質量％以上の含有率であること が好ましい。
一方、 本発明のセラミックス焼結体を構成する上記主成分以外の成分は、 カル シゥム化合物と窒化チタンである。 カルシウム化合物は、 セラミックス焼結体の 相対密度を 9 2° /。以上にするために必要な成分であり、 その含有率は C a O換算 として 0. 05〜0. 8質量％である。 0. 05質量％より少ないと、 相対密度 を 9 2°/o以上にすることが困難となり、 0. 8質量％より多いと、 相対密度を 9 2%以上にすることができるが、 セラミッタスの焼結中に治具等と焼き付きを起 こす恐れがある。 相対密度 92%以上の要件は、 セラミックス焼結体の耐食性を 十分なものとするために必要である。
窒化チタンは、 セラミックス焼結体に耐食性を付与させる成分であり、 少なく ともその一部を粒界相に存在させることが耐食性の改善の観点から好ましい。 粒 界相における T i Nの存在は、 その断面研磨部の EPMA (X線マイクロアナラ ィザ一） による元素分布状態と粉末 X線回折法とを併用することによつて確認す ることができる。 窒化チタンの含有率は、 T i Nに由来する （200) 面の X線 回折によるピーク強度が、 BNの （002) 面のピーク強度に対して 0. 06〜 0. 1 5の割合とする。 すなわち、 X線ピーク強度比 （T i N (200) 面 ZB N (002) 面） i 0. 06〜0. 1 5の割合とする。 この比率が 0. 06よ りも小さいと耐食性の改善効果が不十分であり、 0. 1 5よりも多いとセラミツ タス焼結体が硬くなりすぎて加工性が悪化する。
T i Nを少なくとも粒界相に存在させることによって、 セラミックス焼結体の 耐食性が改善される理由については、 T i Nの溶融金属に対する親和性が他の粒 界相の構成成分（B 203、 T i 02、 A 1 203) よりも小さいことで説明される。 すなわち、 溶融金属が A 1である場合を例にとって説明すると、 A l—X (X = 粒界構成成分） の生成時の自由エネルギー Gを熱力学的に A 1が濡れ拡がる温度 1000°Cで求めると、 A l— B203がー 56. I k J /m o 1、 A 1— T i O 2がー 8 3. 7 k jZnio 1であるのに対し、 A 1—T i Nは一 1 2. 2 k J / m o 1 となり、 T i Nは A 1との親和性が小さく耐食性が向上する。
本発明のセラミックス焼結体においては、 その酸素量が 1〜2質量％、 及ぴ、 焼結体に含まれる窒化硼素結晶の C軸格子定数が 6. 6 75 A以下という条件を 同時に満たすことによって、 耐食性が更に改善される。 すなわち、 C軸格子定数 が 6. 675 Aよりも大きくなると結晶性の低い、 結晶歪みの大きな BNとなる ので溶融金属による腐食を受けやすくなる。 更に言えば、 結晶性の低い BN粒子 は固溶酸素や積層欠陥等を多く含有し、 このような粒子内の構造欠陥が溶融金属 による腐食の起点となる。 C軸格子定数の下限には制限がなく、 理論値の 6. 6 62 Aまで可能であり、 結晶性が高いほど腐食に強く好ましい。
また、 セラミックス焼結体の酸素量が 1〜 2質量％であることの好ましい理由 を説明すると、本発明のセラミックス焼結体にあっては、酸素は主に粒界である、 BN (A 1 N) と T i B2粒子の隙間に存在することがわかっており、 一般的に その融点は BN、 A 1 N及ぴ T i B2に比べて低い。 酸素量が 2質量％をこえる と、 低融点な粒界相は、 ボート等セラミックス焼結体の使用温度において液相を 形成し、 溶融金属等との反応が起こりやすくなり、 耐食性が損なわれる。 また、 酸素量が 1質量％未満では BN (A 1 N) と T i B 2の粒子間結合力が不十分と なり、 耐食性が損なわれる。
本発明のセラミックス焼結体の製造方法は、 本発明のセラミックス焼結体を製 造するのに適合するものである。 以下、 これについて説明する。
本発明で使用される混合原料粉末は、ニ硼化チタン粉末（以下、 「T i B2粉末」 ともいう。） と窒化硼素粉末 （以下、 「： BN粉末」 ともいう。） とカルシウム系焼結 助剤とを含み、必要に応じて窒化アルミニウム粉末（以下、 「A 1 N粉末」 ともい う。） を含有してなるものである。焼結前後において成分の構成比率は殆ど変化し ないので、 各粉末の混合割合は、 上記したセラミックス焼結体の構成比率と同じ にすることができる。 このような混合原料粉末は、 従来も使用されているが、 本 発明で重要なことは、 特定の低結晶性 BN粉末を用い、 特定量のカルシウム系焼 結助剤の存在下、 低結晶性 B N粉末を結晶化させながら焼結することである。 本発明で使用される BN粉末は、 窒化硼素結晶の C軸格子定数が 6. 6 9 OA 以下、 累積平均径が 4~20 //m、 8£丁比表面積が25〜701112/§、 酸素 量が 1. 0〜2. 5質量。 /0のものである。 尚、 本発明で引用している 「累積平均 径 J とは、 個数換算累積率 50%の粒子径 （D50) を意味する。
市販の B N粉末には、 低結晶性のものから高結晶性のものまで幅広くあるが、 これまで好適であるとされた高結晶性 BN粉末を用いたのでは、 耐食性の改善効 果には限度があることがわかった。 そこで、 本発明では、 酸素量が 1. 0〜2. 5質量％かつ C軸格子定数が 6. 6 9 OA以下である、 低酸素かつ低結晶性の B N粉末を用いることによって、 従来の高結晶性 BN粉末を用いた耐食性のレベル を凌ぐことができ、 更に BN粉末の粒度を、 累積平均径が 4〜20 μπι、 BET 比表面積が 25〜70m2/gとすることによって、 この効果が助長される。 すなわち、 上記の低酸素かつ低結晶性の BN粉末を含む混合原料粉末を、 特定 量のカルシウム系焼結助剤の存在下、 特定条件で焼結すると、 得られたセラミツ タス焼結体の粒界相は T i Nを主相としたものとなる、 すなわちセラミックス焼 結体の上記 X線ピーク強度比 （T i N (200) 面/ BN (002) 面） が 0. 06〜0. 1 5となり、 耐食性が改善されることを突き止めた。 T i N相生成の メカニズムについては定かではないが、 焼結過程で T i B2粒子の表面酸化層で ある T i 02と BN粉末の表面に存在する B 203とが反応して液相を形成し、 こ の液相中に BN粒子が溶解して再析出すると同時に、 T i 02が窒化を受けて T i Nが生成したものと考えている。
本発明において、 BN粉末の C軸格子定数が 6. 690 Aをこえると、 得られ たセラミックス焼結体には低結晶性 BNが残存し耐食性は向上しない。 累積平均 径が 4 /zm未満では酸素量を 2. 5質量％以下に制御することが困難となる。 累 積平均径が 20 μπιをこえるか、 又は BET比表面積が 25m2Zg未満では、 相対密度が 92%以上のセラミックス焼結体を製造することができない。 BET 比表面積が 70m2/gをこえると、 焼結前の成形体密度が小さくなり、 これま た相対密度が 92%以上のセラミックス焼結体を製造することができない。 BN 粉末の酸素量が 1. 0質量％未満では焼結に必要な酸素量が不足し、 また 2. 5 質量％をこえると粒界相に酸素が過剰に析出し耐食性が不十分となる。
本発明で使用される BN粉末は、 例えば硼砂と尿素の混合物をアンモニア雰囲 気中で 800°C以上に加熱する方法、 硼酸又は酸化硼素と燐酸カルシウムの混合 物をアンモニゥム、 ジシアンジァミ ド等の含窒素化合物を 1 300°C以上に加熱 する方法などによって製造することができる。 いずれの BN粉末にあっても、 酸 素量 1. 0〜2. 5質量％の制御は、窒素、アルゴン等の非酸化性ガス雰囲気下、 温度 1 1 00〜 1 300°Cで 3〜 5時間の加熱処理をして行われる。 加熱処理温 度が 1 300°Cをこえると、 BN粉末の C軸格子定数が 6. 6 9 OAよりも小さ くなり、 高結晶性 B N粉末となる。 なお、 加熱処理後に 0. 1〜1 %の硝酸等の 希酸で洗浄しておくことは好ましい。
カルシウム系焼結助剤の混合原料粉末中の含有率が、 C a O換算として 0. 0 9質量％未満では、 低結晶性 B N粉末を結晶化させつつ焼結することが困難とな り、 また 0. 8質量％をこえると、 粒界相への残留が増加し、 耐食性が不十分と なる。 カルシウム系焼結助剤としては、 各種カルシウムの酸化物の他に、 例えば C a CN2、硝酸カルシウム等の窒化物や、例えば a- C a3(P 04)2、 C a4(P 04) 20等のように、 加熱によってカルシウム酸化物に変化する物質が用いられる力 好ましくは C a O、 C a (OH) 2、 C a C 03である。 カルシウム系焼結助剤の 平均粒子径は 0. 8 / m以下、 特に 0. 5 μ πι以下であることが好ましい。
T i B 2粉末、 A 1 N粉末としては、 T i粉末又は A 1粉末を直接窒化反応又 は直接硼化反応させて製造されたもの、 T i 02粉末又は A 1 203の粉末を還元 窒化反応又は還元硼化反応させて製造されたものなどが使用され、 平均粒子径は 5 ~ 2 5 /z mであることが好ましい。 これらは市販品で十分である。
混合原料粉末は、 好ましくは造粒されてから、 非酸化性雰囲気中、 温度 1 8 0 0〜 2 1 0 0 °Cで焼結される。 たとえば、 一軸加圧又は冷間等方圧加圧した後、 温度 1 8 0 0〜2 1 0 0°Cで常圧焼結するカヽ 又は 0. 8 MP a以下のガス雰囲 気下で常圧焼結する。 更には、 1 8 0 0〜2 1 0 0°C、 1〜： L O OMP aのホッ トプレス又は熱間等方圧プレスで焼結することもできる。 焼結温度が 1 8 0 0°C よりも低いと焼結不足となり、 また 2 1 0 0°Cをこえると、 相対密度を 9 2 %以 上のセラミツタス焼結体を製造することができない。 非酸化性雰囲気としては、 例えば窒素、 アルゴン、 炭酸ガス、 アンモニア等の雰囲気が用いられる。
なお、 焼結は、 黒鉛製容器、 窒化硼素製容器、 窒化硼素で内張した容器に収納 し、 非酸化性雰囲気中で行うことが望ましい。 ホットプレス法では、 黒鉛又は窒 化硼素製スリープ、 窒化硼素で内張したスリーブを用いて焼結する。
本発明のセラミックス焼結体から、 本発明の金属蒸着用発熱体、 例えばボート を製作するには、 常法により適宜形状に加工する。 その寸法の一例を示せば、 縦 1 3 0〜1 5 OmmX幅 2 5〜3 5 mm X高さ 8〜1 2 mmの短冊状であり、 ボ 一トにあってはその上面中央部にキヤビティ （縦 90 mn！〜 1 2 OmmX幅 20 〜32111111 深さ 0. 5〜2. 0) が形成される。 加工は、 機械加工、 レーザー 加工等によって行われる。 ぐ実施例 >
実施例 1〜； L 0 比較例 1〜 7
T i B 2粉末（平均粒子径 1 2 m、純度 9 9. 9質量％以上）、 A 1 N粉末（平 均粒子径 10 m、 純度 98. 5質量％)、 C a O粉末 （平均粒子径 0. 5 μ m、 純度 99. 9質量％以上）、及び表 1に示される各種の BN粉末を表 1に示す割合 で混合して種々の混合原料粉末を調整した。 ここで、 各種 BN粉末は、 硼砂と尿 素の混合物をアンモニア雰囲気中で加熱して得られた BN粉末を、窒素雰囲気下、 1 100〜 1 300 °C、 3〜5時間の熱処理条件を種々変更し熱処理を行うこと により製造した。 これを黒鉛ダイスに充填し、 窒素雰囲気中、 表 2に示す条件で ホットプレスを行ってセラミックス焼結体 （直径 20 OmmX高さ 2 Ommの円 柱形） を製造した。
このセラミックス焼結体から、 直方角柱体 （長さ 1 5 OmmX幅 3 OmmX厚 み 10mm) を切り出し、 その表面の中央部にキヤビティ （幅 26mmX深さ 1 mmX長さ 1 20 mm)を機械加工により形成しボートを製作した。ポートの（ 1 ) 耐食性と （2) 寿命を以下に従って測定した。
( 1 ) 耐食性：ポートの端部をクランプで電極につなぎキヤビティ中央部の温 度が 1 500°Cとなるように印加電圧を設定した。真空度 2 X 1 0— 2P aの真空 中、 直径 1. 5mmのアルミニウムワイヤーを 6. 5 g 分の一定速度で 40分 間、 キヤビティに供給しながら蒸着を行った後室温まで冷却することを 1サイク ノレとし、 繰り返し行った。 毎回、 サンプルを取り出してキヤビティ部で最も浸食 された深さをレーザー変位計（機器：キーエンス社製「LT— 9000」 を用いて 測定し、 ポートが 40分間で浸食される速度を求めた。 浸食速度が小さいほど耐 食性の良好なセラミックス焼結体と言える。
(2) ポート寿命：上記耐食性試験の条件に基づき、 ポート上方 20 Ommの 位置で樹脂フィルム上に蒸着を行うサイクルを繰り返し、 1サイクルあたりでの アルミニウム蒸着膜の厚みが 200 OA以下になったときのサイクル数を求め、 ボートの寿命とした。
また、 セラミ ックス焼結体の相対密度、 BNの C軸格子定数、 酸素量、 カルシ ゥム化合物量、 粒界相、 及び上記 X線ピーク強度比 （T i N (200) 面 ZBN (002) 面） を以下に従って測定した。 それらの結果を表 2に示す。
(3)相対密度：実測密度と理論密度から算出した。実測密度は、一般的には、 得られる測定値の正確さおよび再現性の観点からァルキメデス法に従い測定され る。 理論密度は、 配合する原料の嵩比重と配合比によって求められる値を示す。
(4) C軸格子定数：粉末 X線回折法（機器：理学社製「RAD_B」） により、 40 kV、 10 OmAの条件で試料を 2 Θで 10° 〜70° の範囲で測定し、 リ 一トベルト法により BN結晶の C軸格子定数を計算して求めた。 焼結体を粉末に 破碎する一般的な方法は、 瑪瑙乳鉢で数回破砕し、 その小片を乳鉢で擦り合せて 微細化する。 更に、 その微粉を 200メッシュ程度の篩いに通すと粉末 X線回折 法に適した試料を準備することができる。
( 5 ) 酸素量：酸窒素分析装置 （昇温分析法） （機器： L E C O社製 「T C一 4 36 J) により測定した。
(6) カルシウム化合物量：誘導結合プラズマ発光分析装置 （日本ジャーレル アッシュ製「I C P— AE S， MODE L I C AP— 1000 S j) を用いて定 量した。
(7) 粒界相：粒界相における T i Nの存在は、 ポートを直径 5 mmの断面形 状に加工し、 その断面研磨部を E PMA(X線マイクロアナライザー）により元素 分布状態を測定し、 更に粉末 X線回折法により粒界相を同定した。
(8) X線ピーク強度比 （T i N (200) 面 ZBN (002) 面） ：上記粉末 X線回折結果から求めた。 表 1
B N粉末 B N粉末 T i B 2粉末 A 1 N粉末 C a O粉末
C軸格子定数 BET 累積平均径 含有量 含有量 含有量 比表面積
(A) (m 2/ g ) ( μ m) (質量％) (質量％) (質量％) (質量％) (質量％) 実施例 1 6. 678 29 4. 2 1. 1 30. 30 49. 50 19. 50 0. 70
2 6. 681 45 4. 3 1. 6 30. 30 49. 50 19. 50 0. 70
3 6. 677 32 18. 5 1. 0 30. 30 49. 50 19. 50 0. 70
4 6. 688 68 4. 0 2. 4 30. 30 49. 50 19. 50 0. 70
5 6. 678 29 4. 2 1. 1 30. 30 49. 50 20. 11 0. 09
6 6. 678 29 4. 2 1. 1 30. 30 49. 50 19. 50 0. 70
7 6. 671 29 4. 2 1. 1 25. 20 47. 50 26. 60 0. 70
8 6. 688 54 8. 3 2. 4 30. 30 49. 50 19. 50 0. 70
9 6. 674 29 4. 2 1. 1 30. 30 49. 50 19. 50 0. 70
10 6. 678 29 4. 2 1. 1 48. 20 51. 00 0. 00 0. 80 比較例 1 6. 692 29 4. 2 1. 1 30. 30 49. 50 19. 50 0. 70
2 6. 678 24 4. 2 1. 1 30. 30 49. 50 19. 50 0. 70
3 6. 678 72 4. 1 1. 1 30. 30 49. 50 19. 50 0. 70
4 6. 678 68 3. 0 2. 6 30. 30 49. 50 19. 50 0. 70
5 6. 678 32 25. 3 1. 2 30. 30 49. 50 19. 50 0. 70
6 6. 678 29 4. 2 3. 5 30. 30 49. 50 19. 50 0. 70
7 6. 678 29 4. 2 1. 1 30. 30 49. 50 20. 20 0. 00
8 6. 678 29 4. 2 1. 1 30. 30 49. 50 19. 50 0. 70
9 6. 678 29 4. 2 1. 1 30. 30 49. 50 19. 50 0. 70
10 6. 678 29 4. 2 0. 7 30. 30 49. 50 19. 50 0. 70
11 6. 678 29 4. 2 1. 1 30. 30 49. 50 19. 50 1. 00
表 2
焼成条件 セラミックス焼結体の特性 浸食速度 寿命 ホットプレ 焼結温度 相対密度 BNの C軸 酸素景 カルシウム化 粒界相 T i Nと B Nの
ス圧力 格子定数 合物含有量 ピーク強度比
(C a O換算 I T i N (200) '
(MP a) (°C) (%) (A) (質量％) 質量％) I BN (002) (μηι/min) (回） 実施例 1 25 2000 96.5 6.668 1.45 0.65 TiN 0.12 4.21 18
2 25 2000 96.9 6.664 1.52 0.66 TiN 0.09 5.02 17
3 25 2000 95.8 6.672 1.43 0.68 TiN 0.10 5.11 17
4 25 2000 97.4 6.667 1.98 0.60 TiN 0.11 4.01 19
5 25 2000 94.8 6.675 1.86 0.05 TiN、Ti02 0.06 5.68 15
6 25 1900 95.5 6.671 1.74 0.64 TiN 0.09 5.55 16
7 25 2000 97.1 6.674 1.88 0.65 TiN 0.10 4.55 18
8 25 2000 97.3 6.670 1.97 0.66 TiN 0.11 5.12 17
9 30 2000 97.7 6.669 1.31 0.66 TiN 0.14 5.23 17
10 20 2100 97.1 6.662 1.15 0.77 TiN 0.06 4.11 19 比較例 1 25 2000 94.3 6.686 1.75 0.65 Ti02 0.00 8.52 8
2 25 2000 91.3 6.678 1.83 0.68 TiN 0.05 8.32 10
3 25 2000 90.5 6.678 1.88 0.60 TiN 0.04 6.98 10
4 25 2000 94.9 6.675 2.33 0.61 非晶質 0.00 10.34 8
5 25 2000 90.1 6.678 1.25 0.52 Ti02 0.00 12.22 6
6 25 2000 95.4 6.675 2.47 0.62 Ti02 0.00 9.67 8
7 25 2000 91.1 6.676 2.02 0.00 非晶質 0.00 9.45 9
8 25 2150 91.5 6.668 0.90 0.34 TiN 0.12 8.57 7
9 25 1750 87.3 6.678 2.02 0.04 非晶質 0.02 14.53 6
10 25 2000 86.5 6.677 1.78 0.02 非晶質 0.00 15.28 6
11 25 2000 97.2 6.664 2.31 0.85 TiN 0.13 8.99 9
表 1、 2に示されるように、 本発明のセラミ ックス焼結体は浸食速度が 6 μπι /m i n以下に抑えられていることから耐食性が大幅に改善されており、 またそ れを用いて製作されたボートは、 1 5サイクル以上の長寿命であることがわかる。 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、 本発明の精神と範 囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にと つて明らかである。
本出願は、 2003年 12月 11 日出願の曰本特許出願（特願 2003— 413533) に基づ くものであり、 その内容はここに参照として取り込まれる。 ぐ産業上の利用可能性 >
本発明のセラミックス焼結体は、 例えばボート等の金属蒸着用発熱体として、 また本発明の金属蒸着用発熱体は、 例えばアルミニウム、 銅、 銀、 亜鉛等の金属 をフィルム、 セラミックス等の基材に蒸着する際の治具として使用することがで さる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 窒化硼素、 ニ硼化チタン、 カルシウム化合物及ぴ窒化チタンを含有し てなる相対密度が 9 2%以上のセラミックス焼結体であり、 カルシウム化合物の 含有率が C a O換算として 0. 05〜0. 8質量％であり、 窒化チタンに由来す る （200) 面の X線回折によるピーク強度が、 BNの （002) 面のピーク強 度に対して 0. 06〜0. 1 5であるセラミックス焼結体。
2. 窒化チタンの一部又は全部が、 粒界相に存在している請求項 1記載の セラミックス焼結体。
3. 窒化アルミニウムを更に含有してなる請求項 1又は 2記載のセラミッ タス焼結体。
4. セラミックス焼結体に含まれる窒化硼素結晶の C軸格子定数が 6. 6 75 A以下であり、セラミツクス焼結体の酸素量が 1〜 2質量％である請求項 1、 2又は 3記載のセラミツタス焼結体。
5. 窒化硼素とニ硼化チタンの合計含有率が 95質量％以上である請求項 1記載のセラミックス焼結体。
6. 窒化硼素、 ニ硼化チタンおよび窒化アルミニウムの合計含有率が 95 質量％以上である請求項 3記載のセラミックス焼結体。
7. 請求項 1〜 6記載のいずれかの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着用発熱体。
8. 二硼化チタン粉末と窒化硼素粉末と力ルシゥム系焼結助剤とを含み、 必要に応じて窒化アルミニウム粉末を含有してなる混合原料粉末を、 非酸化性雰 囲気中、 温度 1800〜 2100°Cで焼結する方法であって、 上記窒化硼素粉末 が、 窒化硼素結晶の C軸格子定数が 6. 6 9 OA以下、 累積平均径が 4〜20 μ m、 BET比表面積が 25〜70m2Zg、 酸素量が 1. 0〜2. 5質量％の窒 化硼素粉末であり、 上記混合原料粉末中のカルシウム系焼結助剤の含有率が C a O換算として 0. 09〜0. 8質量％であるセラミックス焼結体の製造方法。
9. カルシウム系焼結助剤が、 C a O、 C a (OH) 2及び C a C〇3から 選ばれた少なくとも 1種であることを特徴とする請求項 8記載のセラミックス焼 結体の製造方法。
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