WO2005113465A1 - セラミックス、その製造方法及びそれを用いた金属蒸発用容器 - Google Patents

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metal
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powder
boat
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Kentaro Iwamoto
Fumio Tokunaga
Hiroshi Yokota
Shoujiro Watanabe
Masamitu Kimura
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Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a ceramic, a method for producing the same, and a metal vaporization container made of the ceramic.
  • a metal evaporation container (hereinafter, also referred to as a “boat”) made of conductive ceramics containing titanium diboride and boron nitride is heated by applying electric current under a vacuum to form a metal wire such as aluminum. Vapor deposition is performed while supplying to the boat discontinuously or continuously.
  • Known boats are a two-component boat mainly comprising titanium diboride and boron nitride (Patent Document 1), and a three-component boat further containing aluminum nitride in the two-component boat. ! / ⁇ ⁇ (Patent Document 2).
  • corrosion resistance thermal shock resistance and corrosion resistance to molten metal
  • the demand for the two-component boat is increasing because the two-component boat is more resistant to thermal shock than the three-component boat and is more easily cracked and has a longer life than the three-component boat.
  • two-component boats tend to absorb moisture, increasing the high-temperature specific resistance r and heating the boat.
  • Patent Literature 3 Patent Literature 3
  • the practical conditions set the output to be used in about 2-3 minutes, When the boat was heated by heating the boat, the boat could only be heated to the operating temperature of 1450 to 1550 ° C.
  • boat operating temperature This is also referred to as the “low-temperature maximum phenomenon of electrical resistance.”
  • the cause of the low-temperature-side maximum phenomenon of electric resistance is that TiB is an acid during the production of a ceramic sintered body.
  • Non-conductive glassy substance consisting of a B O layer or TiO layer on a part of its surface
  • Patent Document 1 JP-A-59-118828
  • Patent Document 2 JP-A-3-208865
  • Patent Document 3 JP 2001-030760 A
  • the present invention relates to a ceramic containing titanium diboride and boron nitride as main components, comprising 0.2 to 7.5% by mass of strontium and Z or a strontium compound and 0.8% by mass or less (where 0 is (Not included) and a ceramic having a relative density of 90% or more.
  • the present invention relates to a strontium and 40 or strontium compound having a titanium diboride content of 40 to 60% by mass, a boron nitride content of 30 to 60% by mass, and an average particle size of 10 ⁇ m or less.
  • a method for producing ceramics comprising molding a mixed raw material powder containing 5% by mass and then sintering in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 1700 to 2200 ° C. and a pressure of lOMPa or more.
  • the present invention relates to a metal evaporation container made of the above ceramics.
  • a ceramics capable of reducing the amount of gas released during heating and a method for producing the ceramics.
  • the metal evaporation vessel (boat) of the present invention has a long life because the amount of gas released during heating is small.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Conventionally, ceramics used for two-component boats have been manufactured by hot pressing a mixed powder of boron nitride and titanium boride powder. This ceramic had excellent thermal shock resistance and corrosion resistance. Gas was easily generated when heated by vacuum.
  • the present inventor has determined that the cause is a low-boiling point oxidized substance such as calcium borate and oxidized boron contained in ceramics, and further studied a method of minimizing the porosity.
  • a specific amount of strontium and Z or a strontium compound may be used instead of the conventional calcium compound, and the present invention has been completed.
  • the ceramic of the present invention is a ceramic containing titanium diboride and boron nitride as main components, wherein calcium borate is replaced by strontium and Z or a strontium compound, and a small amount of boron oxide is present. That is the basic structure.
  • the ceramic of the present invention contains 0.2 to 7.5% by mass of strontium and Z or a strontium compound. If the content of strontium and / or strontium compound is extremely low, it is not possible to suppress the decrease in mass during heating, and if the content is high, the content of boron nitride, which has excellent thermal shock resistance, will decrease, and the thermal shock of ceramics will decrease. And life is shortened.
  • a particularly preferred content of strontium and Z or a strontium compound is 0.5 to 5.0% by mass. Further, the ceramic of the present invention contains 0.8% by mass or less (not including 0) of boron oxide, which promotes the effect of suppressing the amount of released gas.
  • strontium compound used in the ceramics of the present invention examples include strontium oxide, strontium carbonate, strontium borate, and the like.
  • Strontium and Z or a strontium compound used in the ceramic of the present invention is preferably strontium oxide.
  • the components other than strontium and Z or a strontium compound and boron oxide are preferably titanium diboride and boron nitride (a specific metal and / or metal It will be described later that the addition of a compound will reduce the low-temperature maximum phenomenon of the electrical resistance of ceramics.)
  • components such as titanium nitride are inevitably generated during the production of ceramics. These unavoidable components, in their sum It is preferably at most 10% by mass, particularly preferably at most 5% by mass.
  • the ceramics of the present invention preferably contains 0 to 60% by mass of titanium diboride and 30 to 60% by mass of boron nitride.
  • titanium diboride is significantly less than 40% by mass, the resistivity increases, and if it is significantly greater than 60% by mass, the resistivity decreases too much, prolonging the life of the boat in any case. Absent.
  • the content of boron nitride is significantly less than 30% by mass, the free-cutting properties of the ceramics will be impaired, and if it is significantly greater than 60% by mass, the specific resistance will be too high.
  • the ceramic of the present invention is selected from at least one metal selected from Fe, V, Mn, Cu, and Si, and Z or these metals from the viewpoint of alleviating the phenomenon of electric resistance maximizing at low temperature. It is desirable that the metal compound composed of at least one metal be contained in a total of 4% by mass or less, preferably 0.2 to 3.5% by mass of the metal and the metal compound.
  • the metal compound include oxides such as FeO, VO, CuO, and MnO.
  • carbides such as FeC, SiC and VC, such as borides such as FeB and VB, such as FeSi and FeS
  • silicides such as i, for example, nitrides such as FeN, SiN, and V (C, N).
  • the relative density of the ceramic of the present invention is 90% or more, preferably 95% or less. If the relative density is significantly smaller than 90%, the corrosion resistance will be poor, and the specific resistance will be non-uniform due to the large density distribution of the force. Therefore, the boat made of this ceramic has a distribution in the evaporation rate of metal.
  • the ceramic of the present invention can be produced by the method for producing a ceramic of the present invention.
  • the method for producing a ceramic according to the present invention comprises titanium diboride, boron nitride, a predetermined amount of strontium and Z or a strontium compound, and is selected from Fe, V, Mn, Cu and Si as necessary. And then sintering the mixed raw material powder containing at least one metal selected from the metals and metal compounds of these metals and Z or a metal compound.
  • strontium and Z or a strontium compound having an average particle size of 10 m or less preferably 0.5 to 8 strontium
  • strontium and Z or a strontium compound having an average particle size of 10 m or less preferably 0.5 to 8 strontium
  • the ratio of strontium and Z or scan strontium compound is significantly less than 0.5 mass 0/0, or strontium ⁇
  • the average particle size of Zr or Z or strontium compound exceeds 10 m, it becomes difficult to produce ceramics having a relative density of 90% or more. If the ratio of strontium and Z or the strontium compound is significantly larger than 8.5% by mass, the thermal shock resistance of the obtained ceramic may be reduced.
  • Strontium and Z or a strontium compound preferably have an average particle size of 5 ⁇ m or less.
  • titanium diboride powder contains 40 to 60% by mass
  • boron nitride powder contains 30 to 60% by mass. , Prefer to,.
  • titanium diboride powder those produced by a method utilizing a direct reaction with metallic titanium or a reduction reaction of an oxidized compound such as oxidized titanium are used.
  • the average particle size is preferably 20 / zm or less, and the oxygen content is preferably 1.5% by mass or less.
  • Examples of the boron nitride powder include a method of heating a mixture of borax and urea at 800 ° C. or higher in an ammonia atmosphere, and a method of mixing a mixture of boric acid or boron oxide and calcium phosphate with a nitrogen-containing compound such as ammonium or dicyandiamide. Used by heating to 1600 ° C or more.
  • the average particle size is preferably 10 m or less, particularly 5 m or less, and the oxygen content is preferably less than 3%.
  • the amount of oxygen can be reduced by a method of heat-treating the boron nitride powder in a vacuum or a non-oxidizing atmosphere, a method of removing boron oxide by washing with methanol, and the like.
  • metal powder and the metal compound powder those described above can be used.
  • metal powder and the metal compound powder those described above can be used.
  • Cu metal V metal, for example, copper oxide such as CuO, CuO and FeSi.
  • iron-silicone swords such as FeSi.
  • iron silicides such as FeSi and FeSi.
  • the average particle diameter of the metal powder and the Z or metal compound powder is preferably 100 m or less, more preferably 50 m or less, and particularly preferably 20 m or less.
  • Metal powder and Z or metal compound powder are BN powder and TiB
  • the powder is mixed with a strontium powder and a mixed powder of Z or a strontium compound powder, and the power is also blended.
  • the metal powder contained in TiB powder etc. And the ratio of z or the metal compound powder.
  • the mixing of the raw materials is performed by a mixer such as a ball mill, a vibration ball mill, a Henschel mixer, a ball-ton mill, etc., followed by sintering after molding.
  • a mixer such as a ball mill, a vibration ball mill, a Henschel mixer, a ball-ton mill, etc.
  • the mixed raw material powder Prior to compacting, it is preferable that the mixed raw material powder is granulated to 0.5 to 2 mm, which makes it easier to achieve a relative density of 90% or more.
  • the granulation method include a wet granulation method such as a spray dryer method and a tumbling granulation method, and a dry granulation method in which a mixed raw material powder is compression-molded and then roughly crushed and granulated. Dry granulation is preferred to minimize oxidation of.
  • the molding is carried out, for example, by uniaxial pressing or cold isostatic pressing at 50 MPa or less, preferably 20 MPa or less.
  • the sintering is performed under a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen, helium, argon, or vacuum at a temperature of 1700 to 2200 ° C and a pressure of lOMPa or more. If the pressure is less than 10 MPa or the temperature is less than 1700 ° C, ceramics with a relative density of 90% cannot be produced. Above 2200 ° C, thermal decomposition of boron nitride occurs.
  • Titanium diboride powder (oxygen content 1.1 mass%, average particle diameter 14. 2 / zm), boron nitride powder (acid elementary charge 1.9 mass 0/0, the average particle diameter of 5. 0 m), strontium oxide Powder (average particle size: 2. O ⁇ m, 7. O / zm and 14.7 / zm) and oxidized canola recipe powder (average particle size: 8.1111) were used in a ball mill at the ratios shown in Tables 1 and 2. And mixed to prepare a mixed raw material powder.
  • Ceramic composition Determination of boron oxide by a methanol extraction method. ICP emission spectrometer (SII “SPS-1700R”) and oxygen and nitrogen analyzer (HORIBA “EMGA-620WZC”). They were analyzed by the multiple regression calculation method to determine the composition.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4 [ ⁇ ] ss2ow Mixed raw material powder Titanium diboride powder 45.0 50.0 55.0 50.0
  • Boron nitride powder 4 7. 0 46.5 54.5 56.5 stonium oxide average particle diameter 7.0 urn 8.0 3.5 3.5 1.0-powder
  • Comparative Example 1 Comparative Example 2 Comparative Example 3 Comparative Example 4 Comparative Example 5 Comparative Example 6 Comparative Example 7 Comparative Example 8 Mixed Raw Material Powder Titanium Diboride Powder 50.0 5 0.0 5 0.0 50.0 50.0 50 0 50. 0 50. 0 End
  • Average particle size of calcium oxide powder 8.1 ⁇ m ⁇ 1.4 ⁇ ⁇ 1 ⁇ Sintering temperature ⁇ 2000 2000 2000 2000 200 0 1650 2000 2250 Sintering pressure (MPa) 30 30 30 30 30 5 30 Ceramic composition Titanium diboride 49.1 48.6 47.5 48.7 49.1 49.3 49.2
  • a boat was manufactured in the same manner as in Example 1, except that various metal powders or metal compound powders shown in Tables 3 and 4 were blended. For these boats, (1) ceramic composition, (2) grain boundary phase of ceramics, (3) relative density, (4) mass reduction, and (5) boat life were measured in the same manner as in Example 1. did. (6) The boat specific resistance was measured as follows. Tables 3 and 4 show these results together with the results of Example 1.
  • a boat was produced in the same manner as in Example 1 except that strontium carbonate powder (average particle diameter: 0.9, purity: 99.9% by mass or more) was used instead of strontium oxide powder, and mixed raw material powders shown in Table 4 were prepared. Was manufactured. Table 4 shows the results.
  • amorphous such as an oxide (CaO, Ti0 2, etc.).
  • Grain boundary phase TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN
  • Example 16 Example 17 Mixed raw material Titanium diboride powder 45.1 45.0 44.8 45.2 45.0 Powder Boron nitride powder 46.9 47.0 47.2 46.8 47.0 (% by mass) Strontium oxide powder 7.5 7.7 7.5- ⁇ Strontium carbonate powder ⁇ ⁇ ⁇ 8.0 1.5 Iron powder (average particle size 50 m) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ Manganese powder (average particle size 50ii m) ⁇ ⁇ ⁇ I ⁇ Silicon powder (average particle size 50 ⁇ m) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ Vanadium powder (average particle size 50 ⁇ m) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ Copper monoxide ( ⁇ ) powder (average particle size 50 ⁇ m) ⁇ ⁇ 1-1 0.3 Copper oxide (I) powder (average particle size 50 ⁇ m) m) ⁇ 0.3 ⁇ ⁇ ⁇ Copper powder (average particle size 50 ⁇ m) m) ⁇ 0.3 ⁇ ⁇ ⁇ Copper powder (average particle size 50 ⁇ m) m)
  • Grain boundary phase TiN, SrO TiN, SrO TiN, SrO TiN , SrO TiN, SrO Relative density (%) 97.1 97.1 97.0 96.8 97.2
  • Weight loss rate (% by mass) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Boat life (number of vapor depositions) 200 212 218 195 222 Boat specific resistance 25 ° 0 ( ⁇ -cm) 815 780 785 850 795 Service temperature ( ⁇ -cm) 3100 3105 3050 3450 2950 Measurement temperature (° C) 1550 1550 1550 1550 1550 Resistance peak value ( ⁇ -cm) ⁇ ⁇ ⁇ 4850 ⁇ ) 1 ⁇ ⁇ 1220 ⁇
  • the ceramic of the present invention is used as a boat, a crucible, and the like. It is used as a metal evaporation container for depositing a metal on the plastic or the like of the present invention.

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Abstract

　本発明は、二硼化チタン及び窒化硼素を主成分とするセラミックスであって、０．２～７．５質量％の酸化ストロンチウムストロンチウム及び／又はストロンチウム化合物と０．８質量％以下（０は含まない）の酸化硼素とを含み、二硼化チタン及び窒化硼素を主成分とする相対密度が９０％以上のセラミックス、を提供する。また、上記セラミックスの製造方法および上記セラミックスで構成される金属蒸発用容器を提供する。本発明によれば、セラミックス加熱時の放出ガス量が低減する。また、本発明の金属蒸発用容器（ボート）は、加熱時の放出ガス量が少ないので長寿命となる。    

Description

明 細 書
セラミックス、 その製造方法及ぴそれを用いた金属蒸発用容器
技術分野
[0001] 本発明は、セラミックス、その製造方法、及びこのセラミックスで構成された金属蒸 発用容器に関する。 背景技術
[0002] 従来、ニ硼化チタン及び窒化硼素を含む導電性セラミックスで構成された金属蒸 発用容器 (以下、「ボート」ともいう。）を真空下において通電加熱し、アルミニウム等 の金属線材を不連続的又は連続的にボートに供給しながら蒸着させることが行われ ている。
[0003] ボートには、ニ硼化チタンと窒化硼素を主成分とする 2成分系ボート (特許文献 1)と 、この 2成分ボートに更に窒化アルミニウムを含有させた 3成分系ボートが知られて!/ヽ る（特許文献 2)。 2成分系ボートは、 3成分系ボートに比べて熱衝撃性と溶融金属に 対する耐食性 (以下、単に「耐食性」という。 )に優れているが、加熱時に放出するガ ス量が多いので、このガスが被蒸着物に付着したり、真空度を低下させたりして蒸着 物の生産性に悪影響を与えたり、またガス放出によってボートの相対密度が低下し、 耐食性が低下することがあった。
[0004] また、 2成分ボートは 3成分ボートに比べて熱衝撃性に強く割れにくぐまたボート寿 命が 3成分ボートよりも長いことから、 2成分ボートの需要が増えつつある。しかしなが ら、 2成分ボートは吸湿しやすいので高温比抵抗 r が増大し、ボートを加熱すること
HT
ができなくなる恐れ (特許文献 3)や、製造時の使用原料によって、高温比抵抗が装 置仕様に合致しているにも関わらず、実用条件 (2〜3分程度で使用出力へ設定し、 ボートを昇温させる。）でボートを加熱すると、ボートが使用温度の 1450〜1550°Cま でしか加熱されないなどの恐れがあった。これらの原因は、共通して、電気抵抗の極 大値がボート使用温度である 1450〜 1550°Cよりも低温側の 800〜 1300°C間で存 在することに起因している（以下、これを「電気抵抗の低温側極大現象」ともいう。 )o [0005] 電気抵抗の低温側極大現象の原因は、セラミックス焼結体の製造時に、 TiBが酸
2 化反応を受けて、その表面の一部に B O層や TiO層からなる非導電ガラス状物質
2 3 2
を形成し、 TiB相同士の導電パスを阻害させていることにあると考えられる。
2
特許文献 1：特開昭 59 - 118828号公報
特許文献 2：特開平 3 - 208865号公報
特許文献 3：特開 2001— 030760号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 本発明の目的は、加熱時のガス放出量を低減させたセラミックスとその製造方法、 及びこのセラミックスで構成されたボートを提供することである。
課題を解決するための手段
[0007] 本発明は、ニ硼化チタン及び窒化硼素を主成分とするセラミックスであって、 0. 2 〜7. 5質量％のストロンチウム及び Z又はストロンチウム化合物と 0. 8質量％以下（0 は含まない）の酸ィ匕硼素とを含み、相対密度が 90%以上のセラミックスに関する。
[0008] また、本発明は、ニ硼化チタンを 40〜60質量％、窒化硼素を 30〜60質量％、平 均粒径が 10 μ m以下のストロンチウム及び Ζ又はストロンチウム化合物を 0. 5〜8. 5質量％を含む混合原料粉末を成形した後、非酸化性雰囲気下、温度 1700〜220 0°C、圧力 lOMPa以上で焼結することを特徴とするセラミックスの製造方法に関する
[0009] さらに、本発明は、上記セラミックスで構成されてなる金属蒸発用容器に関する。
発明の効果
[0010] 本発明によれば、加熱時の放出ガス量が低減するセラミックスとその製造方法が提 供される。また、本発明の金属蒸発用容器 (ボート）は、加熱時の放出ガス量が少な いので長寿命となる。さらに、本発明によれば、上記特性にカ卩え、電気抵抗の低温側 極大現象の緩和されたセラミックスとその製造方法とボートが提供される。 発明を実施するための最良の形態 [0011] 従来、 2成分系ボートに用いられるセラミックスは、窒化ホウ素とホウ化チタン粉末の 混合粉末をホットプレスすることによって製造されて 、る。このセラミックスは熱衝撃性 と耐食性に優れている力 真空加熱をしたときにガスが発生しやすいのものであった 。本発明者は、この原因はセラミックスに含まれる硼酸カルシウムや酸ィ匕硼素等の低 沸点酸ィ匕物にあることを究明し、これを極力少なくする方法について更に検討したと ころ、焼結助剤として、従来のカルシウム化合物のかわりにストロンチウム及び Z又は ストロンチウム化合物の特定量を用いればょ 、ことを見 、だし、本発明を完成させた ものである。
[0012] 本発明のセラミックスは、ニ硼化チタン、窒化硼素を主成分とするセラミックスにお いて、上記硼酸カルシウムをストロンチウム及び Z又はストロンチウム化合物に置き換 え、わずかの酸ィ匕硼素を存在させることを基本構造として 、る。
[0013] 本発明のセラミックスは、ストロンチウム及び Z又はストロンチウム化合物を 0. 2〜7 . 5質量％を含有している。ストロンチウム及び/又はストロンチウム化合物の含有率 が著しく少ないと、加熱時における質量減少を抑制することができなくなり、また多い と熱衝撃性に優れた窒化硼素の含有量が少なくなるため、セラミックスの熱衝撃性が 損なわれ、寿命が短くなる。特に好ましいストロンチウム及び Z又はストロンチウム化 合物の含有率は、 0. 5〜5. 0質量％である。また、本発明のセラミックスには 0. 8質 量％以下 (0は含まない）の酸ィ匕硼素を含有しており、これによつて放出ガス量の抑 制効果が助長される。
[0014] 本発明のセラミックスに用いるストロンチウム化合物としては、例えば、酸化ストロン チウム、炭酸ストロンチウム、ホウ酸ストロンチウム等を挙げることができる。本発明の セラミックスに用いるストロンチウム及び Z又はストロンチウム化合物は酸化ストロンチ ゥムであることが好ましい。
[0015] 本発明のセラミックスにあっては、ストロンチウム及び Z又はストロンチウム化合物と 酸化硼素以外の成分は、ニ硼化チタンと窒化硼素であることが好ましいが（なお、特 定の金属及び/又は金属化合物を更に含有させると、セラミックスの電気抵抗の低温 側極大現象が緩和されることについては後述する。）、セラミックスを製造する際に窒 化チタン等の成分が不可避的に生成する。これらの不可避成分は、それらの合計で 10質量％以下、特に 5質量％以下であることが好ましい。中でも、本発明のセラミック ス中、ニ硼化チタン力 0〜60質量％、窒化硼素が 30〜60質量％含有していること が好まし!/ヽ。ニ硼化チタンの含有率が 40質量％よりも著しく小さ ヽと比抵抗値が高く なり、また 60質量％よりも著しく大きいと比抵抗値が低くなりすぎて、いずれの場合も ボート寿命が延びない。また、窒化硼素の含有率が 30質量％よりも著しく小さいとセ ラミックスの快削性が損なわれ、また 60質量％よりも著しく大きいと比抵抗値が高くな りすぎる。
[0016] 本発明のセラミックスは、電気抵抗の低温極大化現象を緩和する観点から、 Fe, V , Mn, Cu及び Siから選ばれた少なくとも 1種の金属、及び Z又はこれらの金属から 選ばれた少なくとも 1種の金属からなる金属化合物を、これらの金属と金属化合物の 合計で 4質量％以下、好ましくは 0. 2〜3. 5質量％、含有することが望ましい。
[0017] 金属化合物の具体例としては、例えば Fe O、 V O、 CuO、 MnO等の酸化物、例
2 3 2 5 2
えば FeC、 SiC、 VC等の炭化物、例えば FeB、 VB等の硼化物、例えば FeSi、 FeS
2
i等の珪化物、例えば Fe N、 Si N、 V(C, N)等の窒化物などが挙げられる。
2 4 3 4
[0018] 本発明のセラミックスの相対密度は 90%以上、好ましくは 95%以下である。相対密 度が 90%よりも著しく小さいと耐食性が劣り、し力も密度分布が大きくなることにより比 抵抗が不均一となる。そのため、このセラミックスで構成されたボートは、金属の蒸発 速度に分布が生じる。
[0019] 本発明のセラミックスは、本発明のセラミックスの製造方法によって製造することが できる。本発明のセラミックスの製造方法は、ニ硼化チタンと、窒化硼素と、ストロンチ ゥム及び Z又はストロンチウム化合物の所定量を含み、必要に応じて、 Fe,V, Mn, Cu及び Siから選ばれた金属及びこれら金属の金属化合物から選択される少なくとも 1種の金属及び Z又は金属化合物を含む混合原料粉末を、成形後、焼結する工程 からなつている。
[0020] 本発明の製造方法で重要なことは、従来のカルシウム化合物のかわりに、平均粒 径が 10 m以下のストロンチウム及び Z又はストロンチウム化合物、好ましくは酸ィ匕 ストロンチウム、を 0. 5〜8. 5質量0 /0を用いたことである。ストロンチウム及び Z又はス トロンチウム化合物の割合が 0. 5質量0 /0よりも著しく少ないか、又はストロンチウム及 び Z又はストロンチウム化合物の平均粒径が 10 mをこえると、相対密度が 90%以 上のセラミックスを製造することが困難となる。また、ストロンチウム及び Z又はストロン チウム化合物の割合が 8. 5質量％よりも著しく多いと、得られたセラミックスの熱衝撃 性が低下する恐れがある。ストロンチウム及び Z又はストロンチウム化合物の好まし 、 平均粒径は 5 μ m以下である。
[0021] ニ硼化チタンと窒化硼素とストロンチウム及び Z又はストロンチウム化合物を含む混 合原料粉末中、ニ硼化チタン粉末は 40〜60質量％、窒化硼素粉末は 30〜60質量 %を含有して 、ることが好まし 、。
[0022] ストロンチウム粉末及び Z又はストロンチウム化合物粉末は市販品で十分である。
ニ硼化チタン粉末としては、例えば金属チタンとの直接反応や酸ィ匕チタン等の酸ィ匕 物の還元反応を利用した方法等によって製造されたものが使用される。その平均粒 径は 20 /z m以下、酸素量は 1. 5質量％以下であることが好ましい。
[0023] 窒化硼素粉末としては、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以上で加熱する方法、硼酸又は酸化ホウ素と燐酸カルシウムの混合物をアンモ- ゥム、ジシアンジアミド等の含窒素化合物を 1600°C以上に加熱する方法等によって 製造したものが使用される。その平均粒径は 10 m以下、特に 5 m以下で、酸素 量は 3%未満であることが好ましい。酸素量は、窒化硼素粉末を真空中又は非酸ィ匕 性雰囲気中で熱処理する方法、メタノール洗浄して酸化硼素を除去する方法等によ つて減少、させることができる。
[0024] 金属粉末、金属化合物粉末としては上記したものを用いることができる。これらの中 、好ましいものは Cu金属、 V金属、例えば CuO,Cu O等の酸化銅及び例えば FeSi
2
、 FeSi等の鉄珪ィ匕物である。特に好ましいものは FeSi、 FeSi等の鉄珪化物であり
2 2
、これによつて焼結時に黒鉛補材等の治具の劣化を著しく少なくすることができる。金 属粉末及び Z又は金属化合物粉末の平均粒径は 100 m以下、更には 50 m以 下、特に 20 m以下であることが好ましぐ粒径が大きすぎるとセラミックス焼結体の 破壊元となる恐れがある。金属粉末及び Z又は金属化合物粉末は、 BN粉末と TiB
2 粉末とストロンチウム粉末及び Z又はストロンチウム化合物粉末との混合粉末を調合 して力も配合することが好ましい。配合に際しては、 TiB粉末等に含まれる金属粉末 及び z又は金属化合物粉末の割合を考慮して行われる。
[0025] 原料の混合は、ボールミル、振動ボールミル、ヘンシェルミキサー、ボールトンミル 等の混合機で行われ、成形後焼結される。成形に先立ち、混合原料粉末は 0. 5〜2 mmに造粒しておくことが好ましぐこれによつて相対密度 90%以上の実現が容易と なる。造粒方法としては、例えばスプレードライヤー法、転動造粒法等の湿式造粒法 、混合原料粉末を圧縮成型後粗砕整粒する乾式造粒法等を用いることができるが、 混合原料粉末の酸化を極力抑えるために乾式造粒が好ま ヽ。
[0026] 成形は、例えば一軸加圧又は冷間等方圧加圧において、 50MPa以下、好ましくは 20MPa以下で実施される。焼結は、例えば窒素、ヘリウム、アルゴン、真空等の非酸 化性雰囲気下で、温度 1700〜2200°C、圧力 lOMPa以上で行われる。圧力が 10 MPa未満又は温度が 1700°C未満では相対密度 90%のセラミックスを製造すること ができない。温度が 2200°Cをこえると、窒化硼素の熱分解が起こる。
実施例
[0027] 以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれ らの実施例に限定されるものではない。
実施例 1〜4 比較例 1〜8
ニ硼化チタン粉末 (酸素量 1. 1質量％、平均粒径 14. 2 /z m)、窒化硼素粉末 (酸 素量 1. 9質量0 /0、平均粒径 5. 0 m)、酸化ストロンチウム粉末 (平均粒径 2. O ^ m 、 7. O /z mおよび 14. 7 /z m)、酸ィ匕カノレシゥム粉末（平均粒径 8. 1 111)を表1、 2に 示す割合でボールミルを用いて混合して混合原料粉末を調製した。これを平均粒径 が 1. 5mm程度の大きさに造粒し、 15MPaで冷間等方圧加圧成型（50mmX 20m m X 200mm)した後、カーボン製容器に収納し、表 1、 2に示す条件で焼結した。
[0028] 得られたセラミックスを粉砕し、（1)セラミックス組成と（2)粒界相を以下に従って測 定した。また、セラミックスからボート（幅 30mm X厚み lOmm X長さ 150mmの成形 体の上面中央部に幅 26mm X厚み 2mm X長さ 90mmのキヤビティ設けたもの）をカロ ェし、その（3)相対密度、（4)質量減少率、（5)ボート寿命を、以下に従って測定した 。それらの結果を表 1、 2に示す。
[0029] (1)セラミックス組成:メタノール抽出法による酸ィ匕硼素の定量。 ICP発光分析装置 (SII社製「SPS - 1700R」）、および酸素窒素分析装置 (HORIBA社製「EMGA— 620WZC」）による元素定量分析。それらを重回帰計算法により解析し、組成を決定 した。
[0030] (2)セラミックスの粒界相: X線回折法（日本電子株式会社製「JDX— 3500」、ステ ップ角度： 0. 02度、計数時間： 0. 5秒、管電圧： 40kV、管電流 300mA、ターゲット： Cu、発散スリット： 1度、受光スリット: 0. 2mm、散乱スリット： 1度）により測定した。
[0031] (3)相対密度:実測密度と理論密度から算出した。
[0032] (4)質量減少量:ボートを通電加熱し、 1600°Cまで昇温、 30分保持した後に質量 を測定し、質量減少率 (質量減少量 Z加熱前の質量)を算出した。
[0033] (5)ボート寿命:キヤビティに金属アルミニウムを 1. OOgを投入し、真空中、ボート温 度が 1600°Cになるように通電しながら金属アルミニウムを蒸発させた後、室内まで放 冷する。この蒸発試験を繰り返し行い、ボートにクラックが発生する力、又はアルミ- ゥムの蒸発ができなくなったときのボートの使用回数を測定した。耐久性ボートとして は、少なくとも 180回以上であることが好ましい。
[0034] [表 1]
実施例 1 実施例 2 実施例 3 実施例 4 〔^〕 ss2ow 混合原料粉末 ニ硼化チタン粉末 45. 0 50. 0 55. 0 50. 0
(質量％)
窒化硼素粉末 4 7. 0 46. 5 44. 5 46. 5 酸化スト口ンチウム 平均粒径 7. 0 u rn 8. 0 3. 5 1. 0 - 粉末
平均粒径 2. 0 m ― ― ― 3. 5 平均粒径 1 4. 7 m ― ― ― - 酸化カルシウム粉末 平均粒径 8. 1 u m ― ― ― ― 焼結温度 rc) 2000 2000 2000 2000 焼結圧力 （MP a ) 30 30 30 30
セラミックス組成 ニ硼化チタン 44. 1 48. 8 54. 0 49. 0
窒化硼素 4 5. 0 45. 9 42. 5 46. 0 (質量％)
酸化ストロンチウム 6. 5 1. 5 0. 3 1. 2 窒化チタン 2. 0 1. 8 0. 9 1. フ 酸化硼素 0. 2 0. 3 0. 3 0. 2
その他： ァモノレファス、 酸化物（C a O、 T i O q等） など
粒界相 T i N、 S r O T i N T i N T i N 相対密度 （％) 97. 1 96. 8 96. 5 97. 2 質量滅少率 （質量％) 0. 5 0. 4 0. 4 0. 3 ボート寿命 （蒸着回数） 1 89 2 1 5 206 230
比較例 1 比較例 2 比較例 3 比較例 4 比較例 5 比較例 6 比較例 7 比較例 8 混合原料粉 ニ硼化チタン粉末 50. 0 5 0. 0 5 0. 0 50. 0 50. 0 50. 0 50. 0 50. 0 末
(質量％) 窒化硼素粉末 49. 9 48. 6 5 0. 0 3 8. 2 46. 5 4 6. 5 46. 5 4 6. 5 酸化ス トロンチウム 平均拉径 7. 0 ti m 0. 1 一 1 1. 8 - 3. 5 3. 5 3. 5 粉末
平均粒径 2. 0 μ η 一 ― ― 一 - 一 - ― 平均粒径 1 4. 7 / m ― 一 - - 3. 5 一 ―
酸化カルシウム粉 平均粒径 8. 1 μ m ― 1. 4 ― ― 一 一 ― 焼結温度 ΓΟ 2000 2000 2000 2000 200 0 1650 2000 2250 焼結圧力 （MP a) 30 30 30 30 30 30 5 30 セラミックス組成 ニ硼化チタン 49. 1 48. 6 47. 5 48. 7 49. 1 49. 3 49. 2
(質量％) 窒化硼素 49. 0 47. 4 48. 0 37. 2 45. 3 4 5. 5 45. 5
酸化ストロンチウム ぐ 0. 1 ― ― a. 7 1. 3 2. 0 1. 6 分解のため測 定せず 窒化チタン 0. 2 1. 6 一 2. 1 0. 8 0. 2 1. 5
酸化硼素 1 - 4 1. 3 2. 6 0. 4 1. 5 0. 9 0. 3
その他：アモルファス、 酸化物（C a 0、 T i 02等） など
粒界相 T i N、 丁 i O T i N なし 丁 i N、 S r O T i N T i O 2, S r O T i N 測定せず 相対密度 （％) 95. 5 9 6. 5 9 5. 6 94. 5 96. 5 80. 5 83. 5 測定せず 質量減少率 （質 ¾%) 1. 6 1. 3 1. 5 0. 5 1. 2 1. 0 0. 8 測定せず ボート寿命 （蒸着回数） 1 30 1 5 5 1 23 8 3 1 1 1 50 54 測定せず
表 1と表 2の対比から、本発明のセラミックスによって構成されたボートは、比較例に 比べて、質量減少率が小さいことから放出ガス量が低減され、ボート寿命が向上して いることがわ力る。
[0036]
実施例 5〜15
表 3及び表 4に示される各種の金属粉末又は金属化合物粉末を配合したこと以外 は、実施例 1と同様にしてボートを製造した。これらのボートについて、実施例 1と同 様にして、（1)セラミックス組成、（2)セラミックスの粒界相、（3)相対密度、（4)質量減 少、及び（5)ボート寿命を測定した。また、（6)ボート比抵抗を以下に従って測定した 。これらの結果を実施例 1の結果とともに表 3及び表 4に示す。
[0037] (6)ボート比抵抗:室温比抵抗として 25°Cにおける比抵抗を測定した。また、高温 比抵抗は次のようにして測定した。ボートの端部をクランプで電極につなぎ、 6kWの 出力を有する電源を用いて、キヤビティ中央部の温度が 1550°Cとなるまで出力を上 昇させた。この時、ボートに流れる電流及びボートにかかった電圧を測定した。また、 ボート中心部の温度を 2色温度計で昇温と同時に測定した。ボートの高温抵抗比は [ (ボートにかかった電圧 Z電流) X (ボートの断面積)] Z (ボート電極間距離)より計算し て求めた。
[0038] 尚、 1550°Cに至る昇温過程で高温比抵抗値のピークがある場合には、その温度と 比抵抗値を表 3及び表 4に「抵抗ピーク値 Q -cm) j ,「発生温度 (°C)」として記載 した。この抵抗ピークが認められるということは、電気抵抗の低温側極大現象の発生 を示し、その抵抗ピーク値が大き 、ほど望ましくな!/、。
[0039]
実施例 16、 17
酸化ストロンチウム粉末のかわりに炭酸ストロンチウム粉末 (平均粒径 0. 、純 度 99. 9質量％以上)を用い、表 4に示す混合原料粉末を調製したこと以外は、実施 例 1と同様にしてボートを製造した。それらの結果を表 4に示す。
[0040] [表 3] 実施例 実施例 実施例 実施例 実施例 実施例 実施例 実施例 実施例
1 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 混合原料 ニ硼化チタン粉末 45. 0 45. 2 44. 9 44. 9 44. 8 45. 1 45. 2 45. 0 45. 1 粉末 窒化硼素粉末 47. 0 46. 8 47. 1 47. 1 45. 2 46. 9 46. 8 47. 0 46. 9 (質量％) 酸化ス トロンチウム粉末 8. 0 7. 9 4. 5 7. 2 7. 7 7. 5 7. 5 7. 5 7. 2 炭酸ス トロンチウム粉末 一 ― ― ― ― 一 ― ― ― 鉄粉末 （ -均粒径 50 μ ΐη) 一 0. 1 3. 5 0. 8 一 ― ― 0. 5 マンガン粉末 （平均粒径 50 m ) 一 ― ― ― 0. 5 ― ― ― シリ コン粉末 （平均粒径 50 μ πι) ― ― ― ― ― ― 0. 5 ― ― バナジウム粉末（平均粒径 50 μ m) ― ― 一 ― ― ― ― 0. 5 ― 酸化銅（Π )粉末（平均粒径 50 μ m ) ― 一 ― ― 0. 3 ― ― ― 0. 3 酸化銅（ 1 )粉末（平均粒径 50 W rn) ― 一 ― ― ― ― ― 一 銅粉末 （平均粒径 一 ― ― 一 ― ― ― ― ― フエロシリ コン粉末 ― ― ― ― ― 一 ― ― ― (平均粒径 20 m)
セラミックス組成 ニ硼化チタン 44. 1 44. 1 44. 1 44. 1 44. 1 44. 1 44. 1 44. 1 44. 1 (質量％) 窒化硼素 45. 0 45. 0 45. 0 45. 0 45. 0 45. 0 45. 0 45. 0 45. 0 酸化ス トロンチウム 6. 5 6. 4 3. 5 6. 1 5. 8 6. 2 6. 1 6. 0 6. 5 窒化チタン 2. 0 2. 0 2. 0 2. 0 2. 0 2. 0 2. 0 2. 0 2. 0 酸化硼素 0. 2 0. 3 0. 3 0. 2 0. 3 0. 2 0. 2 0. 2 0. 2 金属元素ノ化合物 ― 0. 1 % 3. 5% 0. 8% 0. 3% 0. 5% 0. 5% 0. 5% 0. 5% Fe
Fe Fe Fe CuO Mn Si V 0. 3% CuO その他： アモルファス， 酸化物（CaO, Ti02等）など。
粒界相 TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN, TiN,
SrO SrO SrO SrO SrO SrO SrO SrO SrO 相対密度（％) 97. 1 97. 6 98. 4 98. 1 97. 5 97. 1 97. 1 97. 7 97. 9 質量減少率（質量。/。） 0. 5 0. 5 0. 4 0. 4 0. 5 0. 5 0. 6 0. 5 0. 5 ボート寿命（蒸着回数） 200 195 193 205 192 201 194 215 220 ボ一ト比抵抗 25°0 (μ Ω - cm) 810 795 770 800 801 795 850 775 785 高温値（μ Ω - cm) 3250 2950 2880 3100 3140 3050 3420 2950 2890 測定温度（°C ) 1550 1550 1550 1550 1550 1550 1550 1550 1550 抵抗ピーク値（μ Ω - cm) 4550 3400 ― ― 一 ― ― ― ― 発生温度（°C) 1200 1150 一 ― ― ― ― ― ―
CC600/S00Zdf/X3d ZY S9 i/S00Z OAV 実施例 13 実施例 14 実施例 15 実施例 16 実施例 17 混合原料 ニ硼化チタン粉末 45. 1 45.0 44.8 45.2 45.0 粉末 窒化硼素粉末 46.9 47.0 47.2 46.8 47.0 (質量％) 酸化ス トロンチウム粉末 7.5 7.7 7.5 ― ― 炭酸ス トロンチウム粉末 ― ― ― 8.0 1.5 鉄粉末 （平均粒径 50 m) ― ― ― ― ― マンガン粉末 （平均粒径 50ii m) ― ― ― 一 ― シリ コン粉末 （平均粒径 50 μ m) ― ― ― ― ― バナジウム粉末（平均粒径 50 μ m) ― ― ― ― 一 酸化銅（Π )粉末（平均粒径 50 μ m) ― ― 一 一 0.3 酸化銅（ I )粉末（平均粒径 50 μ m) ― 0.3 一 ― ― 銅粉末 （平均粒径 70 m) ― ― 0.5 ― ― フエロシリ コン粉末 0.5 —
(平均粒径 20 μ m)
セラミックス組成 ニ硼化チタン 44. 1 44.3 44.2 44. 1 44.3 (質量％) 窒化硼素 45.0 45. 1 45. 1 45.2 45.2 酸化ス トロンチウム 6.5 6.6 6.4 7. 1 1.3 窒化チタン 2.0 1.9 2.1 1.8 1.7 酸化硼素 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 金属元素/化合物 ― 0.3%Cu20 0.5 Cu ― 0.3%CuO その他： アモルファス， 酸化物（CaO, 1 「i0z等）など。 粒界相 TiN, SrO TiN, SrO TiN, SrO TiN, SrO TiN, SrO 相対密度（％) 97. 1 97. 1 97.0 96.8 97.2 質量減少率（質量％) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 ボート寿命（蒸着回数） 200 212 218 195 222 ボート比抵抗 25°0(μΩ - cm) 815 780 785 850 795 咼温値（μΩ - cm) 3100 3105 3050 3450 2950 測定温度（°C) 1550 1550 1550 1550 1550 抵抗ピーク値（μΩ - cm) ― ― ― 4850 ― 発生温度（°C) 一 ― ― 1220 ―
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って明ら かである。
本出願は、 2004年 5月 24日出願の日本特許出願 (特願 2004— 152721)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。 産業上の利用可能性
本発明のセラミックスは、ボートを初め、坩堝等として使用される。本発明のボ プラスチック等に金属を蒸着するための金属蒸発用容器として使用される。

Claims

請求の範囲
[1] ニ硼化チタン及び窒化硼素を主成分とするセラミックスであって、 0. 2〜7. 5質量％ のストロンチウム及び Z又はストロンチウム化合物と 0. 8質量0 /0以下（0は含まな 、） の酸ィ匕硼素とを含み、相対密度が 90%以上のセラミックス。
[2] 前記ストロンチウム及び Z又はストロンチウム化合物が酸化ストロンチウムである、請 求項 1に記載のセラミックス。
[3] 更に、 Fe, V, Mn, Cu及び Siから選ばれた金属及びこれら金属の金属化合物から 選択される少なくとも 1種の金属及び Z又は金属化合物を 4質量％以下含有する、請 求項 1又は 2に記載のセラミックス。
[4] 前記金属及び Z又は金属化合物が Cu, V, CuO, Cu O, FeSi及び FeSi力 選
2 2 ばれた少なくとも 1種である請求項 3に記載のセラミックス。
[5] 前記金属及び Z又は金属化合物の含有率が 0. 2〜3. 5質量％である請求項 3又は 4に記載のセラミックス。
[6] ニ硼化チタンを 40〜60質量％、窒化硼素を 30〜60質量％、平均粒径が 10 μ m以 下のストロンチウム及び Z又はストロンチウム化合物を 0. 5〜8. 5質量％含み、必要 に応じて、 Fe,V, Mn, Cu及び Siから選ばれた金属及びこれら金属の金属化合物か ら選択される少なくとも 1種の金属及び Z又は金属化合物を含む混合原料粉末を成 形した後、非酸化性雰囲気下、温度 1700〜2200°C、圧力 lOMPa以上で焼結する ことを特徴とするセラミックスの製造方法。
[7] 請求項 1〜5のいずれかに記載のセラミックスで構成されてなる金属蒸発用容器,
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