WO2019188752A1 - セラミック構造体 - Google Patents

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WO2019188752A1
WO2019188752A1 PCT/JP2019/011998 JP2019011998W WO2019188752A1 WO 2019188752 A1 WO2019188752 A1 WO 2019188752A1 JP 2019011998 W JP2019011998 W JP 2019011998W WO 2019188752 A1 WO2019188752 A1 WO 2019188752A1
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less
ceramic structure
surface layer
region
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修 ▲徳▼留
森　隆一
健司 小松原
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京セラ株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics

Definitions

  • the present disclosure relates to a ceramic structure.
  • Patent Document 1 As a method for manufacturing such a ceramic structure, in Patent Document 1, a ceramic raw material is filled in a cylindrical rubber mold, a tension is applied in the longitudinal direction of the rubber mold, and this condition is maintained and hydrostatic pressing is performed. A method has been proposed. On the other hand, according to Non-Patent Document 1, since a ceramic molded body obtained by filling a ceramic material with a rubber mold and pressurizing is an aggregate of powder inside, the pressure is uniformly transmitted from the outer surface. It is described that up to a position of ⁇ 2 cm, and in a thick substrate, non-uniformity appears toward the inside.
  • the density of the ceramic structure obtained by firing such a ceramic molded body is significantly lower than that of the outer surface even at a portion where the depth from the outer surface is shallow. As a result, there may be a portion with low mechanical properties such as strength and rigidity.
  • the present disclosure provides a ceramic structure in which a portion having a low mechanical property does not exist even when the ceramic molded body is long or large.
  • the ceramic structure of the present disclosure has an area occupancy ratio of pores in the surface layer region of 0.7 mm or less in the depth direction from the surface as A (%), and from the surface to 0.7 mm in the depth direction.
  • the area occupation ratio of the pores in the deep internal region is B (%), the ratio B / A is 1.5 or less.
  • FIG. 1 It is a perspective view showing an example of a ceramic structure of this indication. It is a perspective view which shows the other example of the ceramic structure of this indication. It is a cross section of the ceramic structure shown in FIG. 1, (a) is an example of an observation image of a cross section in the surface layer region, (b) is an example of an observation image of a cross section in the internal region near the surface layer region, (C) is an example of the observation image of the cross section in the internal region far from the surface layer region.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of a ceramic structure according to the present disclosure.
  • FIG. 2 is a perspective view showing another example of the ceramic structure of the present disclosure.
  • the ceramic structure 10 shown in FIG. 1 has a long shape, for example, a length of 2 to 4 m, a width of 200 to 300 mm, and a height of 20 to 80 mm.
  • the ceramic structure 20 shown in FIG. 2 has a large disk shape, and has a diameter of 2 to 4 m and a height of 20 to 80 mm, for example.
  • Each of the ceramic structures 10 and 20 is a dense body having a relative density of 95% or more, and the surface layer regions 3 and 4 having a depth of 0.7 mm or less from the surfaces 1 and 2 and the depth direction from the surface. And an inner region 5 deeper than 0.7 mm.
  • the ceramic structures 10 and 20 include, for example, aluminum oxide, yttrium oxide, yttrium aluminum garnet, zirconium oxide, aluminum nitride, cordierite, aluminum titanate, mullite, alkali metal aluminosilicate (for example, LAS (lithium aluminum silicate)). Etc.), and ceramics mainly composed of silicon carbide, silicon nitride or sialon.
  • the main component in the ceramic structures 10 and 20 means a component occupying 80% by mass or more out of 100% by mass of the components constituting the ceramic structures 10 and 20.
  • the content of each component constituting the ceramic structures 10 and 20 is identified from the measurement result by the X-ray diffractometer using CuK ⁇ rays, and then the ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectrometer or the fluorescent X-ray analyzer ( XRF) may be used to determine the content of the element and convert it to the content of the identified component.
  • the relative density is expressed as a percentage (percentage) of the apparent density of the ceramic structures 10 and 20 obtained in accordance with JIS R 1634-1998 with respect to the theoretical density of the identified ceramic structures 10 and 20 of the main component.
  • FIG. 3 is a cross section of the ceramic structure shown in FIG. 1
  • FIG. 3 (a) is an example of an observation image of a cross section in the surface layer region
  • FIG. 3 (b) is a cross section in the internal region near the surface layer region
  • FIG. 3C shows an example of an observation image of a cross section in the inner region far from the surface layer region.
  • pores 6 are arranged in the surface layer region 3, and pores 7 are arranged in the inner region 5 as shown in FIGS. 3B and 3C.
  • the area occupancy A Is 3.12%.
  • the area occupancy B (%) of the pores 7 in the internal region 5 on the side close to the surface layer region 3 (hereinafter, this area occupancy B (%) is described as the area occupancy B 1 (%)) is 3.46% It is.
  • the area occupancy B (%) of the pores 7 in the internal region 5 on the side far from the surface layer region 3 (hereinafter, this area occupancy B (%) is described as area occupancy B 2 (%)) is 4.16%. It is.
  • the ratio B / A is 1.5 or less.
  • the ratio B / A is preferably 1.4 or less.
  • the ratio B 1 / A is 1.1 and the ratio B 2 / A is 1.3.
  • the cross section of the ceramic structure is a polished surface obtained by polishing from the surface layer region to the internal region of the ceramic structure.
  • 3A is 0.7 mm in the depth direction from the surface 1
  • FIG. 3B is 7.5 mm in the depth direction from the surface 1
  • FIG. 3C is 15 mm in the depth direction from the surface 1. This is a polished surface.
  • These polished surfaces were polished on a cast iron surface plate using diamond abrasive grains having an average particle diameter D 50 of 4 ⁇ m or more, and then polished on a tin surface plate using diamond abrasive grains having an average particle diameter D 50 of 2 ⁇ m or more. It is obtained by polishing to 0.7 mm, 7.5 mm, and 15 mm, respectively, in the depth direction.
  • the arithmetic average roughness Ra of these polished surfaces is, for example, 5 nm or less.
  • the arithmetic average roughness Ra may be measured using a 3D optical surface profiler “NEW VIEW” (registered trademark Zygo Corporation).
  • the ceramic structure has a value obtained by subtracting the average value of the equivalent circle diameter of the pores 6 (7) from the average value of the distance between the centers of gravity of the pores 6 (7) in each of the surface layer regions 3 and 4 and the inner region 5. It may be 10 ⁇ m or less. When the value obtained by subtracting the average value of the equivalent circle diameter of the pores 6 (7) from the average value of the distance between the centers of gravity of the pores 6 (7) is 5 ⁇ m or more, the void portions are arranged without being densely arranged. So it has higher mechanical properties.
  • the surfaces 1 and 2 are ground and polished in the depth direction.
  • processing such as, good workability is obtained.
  • space interval between adjacent pores becomes narrow, extension of a microcrack can be suppressed. By reducing the interval between adjacent pores, the effect of removing the charge is enhanced.
  • the equivalent circle diameter of the pores 6 (7) can be obtained by the following method. First, the cross section is observed at a magnification of 200 times using a digital microscope. For example, the area is 0.11 mm 2 (the length in the horizontal direction is 380.71 ⁇ m and the length in the vertical direction is 285.53 ⁇ m). The range may be photographed with a CCD camera and the circle equivalent diameter of each pore 6 (7) in the observation image may be obtained.
  • the threshold value which is an index indicating the brightness of an image, may be set so that a circle equivalent diameter of 0.27 ⁇ m or less is excluded from measurement.
  • the equivalent circle diameter of the pores 6 (7) obtained by the above-described method is, for example, not less than 1 ⁇ m and not more than 3 ⁇ m.
  • the distance between the centers of gravity of the pores 6 (7) can be obtained by the following method. Using the image analysis software “A image-kun (ver2.52)” (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.) for the observed image taken to determine the equivalent circle diameter of the pore 6 (7) What is necessary is just to obtain
  • image analysis software “A image-kun” refers to image analysis software manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.
  • a threshold value that is an index indicating the contrast of an image is set to 165 to 176, brightness is set bright, a small figure removal area is 0.057 ⁇ m 2 , and a noise removal filter is provided.
  • the threshold value is set to 165 to 176.
  • the threshold value may be adjusted according to the brightness of the observation image, the brightness is bright, the binarization method is manual, and small figures are removed.
  • the threshold value may be adjusted so that the marker appearing in the observation image matches the shape of the pores with an area of 0.057 ⁇ m 2 and a noise removal filter.
  • the distance between the centers of gravity of the pores 6 (7) obtained by the method described above is, for example, 7 ⁇ m or more and 14 ⁇ m or less.
  • the ceramic structures 10 and 20 may have a maximum equivalent circle diameter of the pores 6 (7) of 10 ⁇ m or less in the observation image in any of the surface layer regions 3 and 4 and the inner region 5. If the maximum value of the equivalent circle diameter of the pores 6 (7) is 10 ⁇ m or less, even if the surface 1 and 2 are polished in the depth direction, the portion that is likely to be locally worn is reduced, thereby suppressing uneven wear. be able to.
  • the ceramic structures 10 and 20 have a number of pores having an equivalent circle diameter of 5 ⁇ m or more in the observation image, and the equivalent circle diameter in the observation image is less than 5 ⁇ m.
  • the ratio b / a may be 50 or more.
  • the ratio b / a may be 80 or more, and in particular, the ratio b / a is preferably 100 or more. What is necessary is just to obtain
  • the ceramic structures 10, 20 may have a kurtosis Ku of the equivalent circle diameter of the pores 6 (7) in the observation image of 0.5 or more and 5 or less. .
  • the kurtosis Ku of the equivalent circle diameter of the pore 6 (7) is within this range, the distribution of the equivalent circle diameter of the pore 6 (7) is narrow, and the number of the abnormally large equivalent circle diameter pores 6 (7) is small. Become. As a result, uneven wear can be suppressed even if the surface 1 (2) is polished in the depth direction.
  • the kurtosis Ku is preferably 2 or more and 4 or less. In the example shown in FIG. 3, the kurtosis Ku of the equivalent circle diameter of the pores 6 (7) is 2.7 in FIG. 3 (a), 3.8 in FIG. 3 (b), and FIG. ) Is 2.4.
  • the kurtosis Ku is an index (statistic) indicating how much the distribution peak and tail differ from the normal distribution.
  • the kurtosis Ku> 0 the distribution has a sharp peak and a long and thick tail.
  • the kurtosis Ku 0, a normal distribution is obtained.
  • the kurtosis Ku ⁇ 0 the distribution has a rounded peak and a short, narrow tail.
  • the kurtosis Ku of the equivalent circle diameter of the pores 6 (7) may be obtained by using a function Kurt provided in Excel (registered trademark, Microsoft® Corporation).
  • the ceramic structures 10 and 20 may have a skewness Sk of the equivalent circle diameter of the pores of 0.5 or more and 2 or less.
  • the skewness Sk of the equivalent circle diameter of the pores 6 (7) is within this range, the average value of the equivalent circle diameters of the pores 6 (7) is small, and the pores 6 (7) having an abnormally large equivalent circle diameter are present. Less.
  • the skewness Sk is preferably 1 or more and 1.8 or less.
  • the skewness Sk of the equivalent circle diameter of the pores 6 (7) is 1.2 in FIG. 3 (a), 1.4 in FIG. 3 (b), and FIG. ) Is 1.1.
  • the skewness Sk is an index (statistic) indicating how much the distribution is distorted from the normal distribution, that is, the symmetry of the distribution.
  • skewness Sk>0 the bottom of the distribution goes to the right.
  • the skewness Sk 0, the distribution is symmetrical.
  • the skewness Sk ⁇ 0 the bottom of the distribution is toward the left side.
  • the skewness Sk of the equivalent circle diameter of the pores 6 (7) may be obtained by using a function SKEW provided in Excel (registered trademark, Microsoft Corporation).
  • the ceramic structures 10, 20 may have an average value of crystal grain sizes in an observation image of 1 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less. If the average value of the grain size of the crystal particles is 1 ⁇ m or more, it is possible to suppress the manufacturing cost by finely pulverizing the raw material as the main component such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder. If the average value of the crystal grain size is 4 ⁇ m or less, mechanical properties such as fracture toughness and rigidity can be enhanced. In particular, in the ceramic structures 10 and 20, the surface layer regions 3 and 4 and the inner region 5 may each have an average value of crystal grain sizes in an observation image of 1 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less.
  • the ceramic structures 10, 20 may have a kurtosis Ku 2 of crystal grain size in an observed image of 0 or more. If the kurtosis Ku2 of the crystal particle size is 0 or more, the variation in the crystal particle size is suppressed. As a result, pore agglomeration is reduced, and degranulation occurring from the outline and the inside of the pores can be reduced.
  • the surface layer regions 3 and 4 and the inner region 5 may each have a kurtosis Ku 2 of the grain size of the crystal particles in the observation image of 5 or more.
  • the ceramic structures 10, 20 may have a crystal grain size skewness S k2 of 0 or more in the observed image. If the skewness S k2 of the particle diameter of crystal grains is 0 or more, the distribution of the particle size of the crystal particles move to a small direction of particle sizes. As a result, the agglomeration of the pores is reduced, and the degranulation occurring from the outline and the inside of the pores can be further reduced.
  • the surface layer regions 3 and 4 and the inner region 5 each preferably have a crystal grain size distortion S k2 of 1.5 or more in the observed image.
  • the particle size of the crystal particles can be determined as follows. First, in the depth direction from the surfaces 1 and 2 of the ceramic structures 10 and 20, for example, each inner surface at 0.6 mm and 5 mm is polished with a copper disk using diamond abrasive grains having an average particle diameter D 50 of 3 ⁇ m. Thereafter, the average particle diameter D 50 is polished by the tin plate using diamond abrasive grains having a 0.5 [mu] m. The polished surface obtained by the polishing is subjected to heat treatment at 1480 ° C. until the crystal grains and the grain boundary layer can be distinguished, and a cross section as an observation surface is obtained. The heat treatment is performed for about 30 minutes, for example.
  • the heat-treated surface is observed with an optical microscope and photographed at a magnification of 400 times, for example.
  • the area having an area of 4.8747 ⁇ 10 3 ⁇ m is set as a measurement range.
  • image analysis software for example, Win ROOF, manufactured by Mitani Corporation
  • the particle size of each crystal particle can be obtained.
  • Average particle diameter of the crystal grains, the kurtosis K u2 and skewness S k2 is, Excel (registered trademark: Microsoft Corporation) may be obtained using a function provided in the.
  • Al 2 O 3 powder, Mg (OH) 2 powder, SiO 2 powder and SrCO 3 powder are added, and further a dispersant, an antifoaming agent, a thickening stabilizer and a binder are added. Then, it mixes and grind
  • aluminum oxide (Al 2 O 3 ) You may add 0.05 mass part or more and 0.09 mass part or less of an antifoamer with respect to 100 mass parts of powder.
  • a chelating agent is used as the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder 100 in order to suppress thickening that is likely to occur during pulverization. You may add 0.03 mass part 0.07 mass part with respect to a mass part.
  • defoaming may be performed for 30 minutes or more.
  • a chelating agent may be added in the above range, and mixing and pulverization may be performed for 10 hours or more.
  • a chelating agent may be added in the above range, and mixing and pulverization may be performed for 15 hours or more.
  • the average particle size D 50 of the mixed and pulverized powder is, for example, 0 It may be set to 3 ⁇ m or more and 0.7 ⁇ m or less.
  • the powder is pulverized until the kurtosis of the powder particle size becomes 0 or more. You can extend the time.
  • the skewness S k2 particle diameter of the crystal grains in at least one of the observation image of the surface layer region and the inner region to obtain a ceramic structure is 0 or more, skewness of the particle size of the powder is greater than 0
  • the time for pulverization may be extended.
  • the slurry obtained by such a method is poured into a mold made of a metal having high thermal conductivity and then solidified at a temperature of 50 ° C. or higher and 100 ° C. or lower in this state to obtain a solidified body.
  • the solidified body is demolded and then dried in a state where the temperature and humidity are controlled to obtain a dried body.
  • the firing temperature is set at 1550 ° C. or higher and 1650 ° C. or lower and held for 5 hours or longer and 10 hours or shorter.
  • the ceramic structure of the present disclosure having a ratio B / A of 1.5 or less can be obtained.
  • the ceramic structure obtained by the manufacturing method described above is long or large, the mechanical characteristics hardly deteriorate. Therefore, it can be used as an application requiring high mechanical properties, for example, a member for a semiconductor manufacturing apparatus or a member for a liquid crystal manufacturing apparatus.

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Abstract

本開示のセラミック構造体は、表面から深さ方向に０．７ｍｍ以下の表層領域における気孔の面積占有率をＡ（％）とし、表面から深さ方向に０．７ｍｍより深い内部領域における気孔の面積占有率をＢ（％）とした場合、比率Ｂ／Ａが１．５以下である。

Description

セラミック構造体
　本開示は、セラミック構造体に関する。
　近年、液晶、半導体等の製造装置や精密測定装置の大型化に伴い、これらの装置に用いるセラミックス構造体、例えば基板の支持部材も大型化されてきている。この大型化された支持部材として、長手方向の長さが２ｍ以上の長尺状または直径が１ｍ以上の大型のセラミック部材が用いられることがある。
　このようなセラミックス構造体の製造方法として、特許文献１では、セラミック原料を筒状のゴム型に充填し、このゴム型の長手方向に張力を加え、この状態を保持したまま静水圧プレスする成形方法が提案されている。その一方、非特許文献１によると、セラミック原料をゴム型に充填し加圧して得られるセラミック成形体は、その内部が粉末の集合体であるため、圧力が均一に伝わるのは、外面から１～２ｃｍの位置までであり、肉厚の素地では内部に向かうほど不均一性が現れることが記載されている。
特開平４－２７５０３号公報
「入門ファインセラミックス製造技術」（技法堂出版(株)、昭和５９年５月２５日、p.１８７－１８８
　セラミック成形体が長尺状あるいは大型になると、不均一性がさらに増す。そのため、このようなセラミック成形体を焼成して得られるセラミック構造体は、外面からの深さが浅い部分でも外面に比べると、密度が著しく低くなる。その結果、強度、剛性などの機械的特性の低い部分が存在することがある。本開示は、セラミック成形体が長尺状あるいは大型であっても、機械的特性の低い部分が存在することが少ないセラミック構造体を提供する。
　本開示のセラミック構造体は、断面の観察像において、表面から深さ方向に０．７ｍｍ以下の表層領域における気孔の面積占有率をＡ（％）とし、表面から深さ方向に０．７ｍｍより深い内部領域における気孔の面積占有率をＢ（％）とした場合、比率Ｂ／Ａが１．５以下である。
　本開示によれば、機械的特性の低い部分が存在することが少ないセラミック構造体を提供することができる。
本開示のセラミック構造体の一例を示す斜視図である。 本開示のセラミック構造体の他の例を示す斜視図である。 図１に示すセラミック構造体の断面であり、（ａ）は表層領域における断面の観察像の一例であり、（ｂ）は表層領域に近い側の内部領域における断面の観察像の一例であり、（ｃ）は表層領域に遠い側の内部領域における断面の観察像の一例である。
　以下、図面を参照して、本開示のセラミック構造体について詳細に説明する。図１は、本開示のセラミック構造体の一例を示す斜視図である。図２は、本開示のセラミック構造体の他の例を示す斜視図である。
　図１に示すセラミック構造体１０は、長尺状であり、例えば、長さが２ｍ～４ｍ、幅が２００ｍｍ～３００ｍｍ、高さが２０ｍｍ～８０ｍｍである。図２に示すセラミック構造体２０は、大型の円板状であり、例えば、直径が２ｍ～４ｍ、高さが２０ｍｍ～８０ｍｍである。セラミック構造体１０、２０は、いずれも相対密度が９５％以上の緻密質体であって、表面１、２から深さ方向に０．７ｍｍ以下の表層領域３、４と、表面から深さ方向に０．７ｍｍより深い内部領域５とを備えている。
　セラミック構造体１０、２０は、例えば、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、イットリウムアルミニウムガーネット、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、コージェライト、チタン酸アルミニウム、ムライト、アルカリ金属アルミノ珪酸塩（例えば、ＬＡＳ（ケイ酸アルミニウムリチウム）など）、炭化珪素、窒化珪素またはサイアロンを主成分とするセラミックスからなる。
　セラミック構造体１０、２０における主成分とは、セラミック構造体１０、２０を構成する成分１００質量％のうち、８０質量％以上を占める成分を意味する。セラミック構造体１０、２０を構成する各成分の含有量は、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折装置による測定結果から同定した後、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析装置または蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）を用いて、元素の含有量を求め、同定された成分の含有量に換算すればよい。相対密度は、同定された主成分のセラミック構造体１０、２０の理論密度に対する、ＪＩＳ　Ｒ　１６３４－１９９８に準拠して求めたセラミック構造体１０、２０の見掛密度の百分率（割合）として表される。
　図３は、図１に示すセラミック構造体の断面であり、図３（ａ）は表層領域における断面の観察像の一例であり、図３（ｂ）は表層領域に近い側の内部領域における断面の観察像の一例であり、図３（ｃ）は表層領域に遠い側の内部領域における断面の観察像の一例である。
　図３（ａ）に示すように表層領域３には気孔６が、図３（ｂ）および（ｃ）に示すように内部領域５には気孔７が、それぞれ分散して配置されている。表層領域３における気孔６の面積占有率をＡ（％）とし、内部領域５における気孔７の面積占有率をＢ（％）とした場合、図３（ａ）に示す例では、面積占有率Ａは３．１２％である。表層領域３に近い側の内部領域５における気孔７の面積占有率Ｂ（％）（以下、この面積占有率Ｂ（％）を面積占有率Ｂ1（％）と記載する）は３．４６％である。表層領域３に遠い側の内部領域５における気孔７の面積占有率Ｂ（％）（以下、この面積占有率Ｂ（％）を面積占有率Ｂ2（％）と記載する）は４．１６％である。
　本開示のセラミック構造体の断面の観察像において、比率Ｂ／Ａが１．５以下である。比率Ｂ／Ａがこの範囲であると、内部領域５で強度、剛性等の機械的特性を低下させる空隙部分が少ない。そのため、機械的特性に乏しい部分が少なく、高い機械的特性を有する。特に、比率Ｂ／Ａは、１．４以下であるとよい。
　図３に示す例では、比率Ｂ1／Ａは１．１であり、比率Ｂ2／Ａは１．３である。セラミック構造体の断面は、セラミック構造体の表層領域から内部領域に向かって研磨して得られる研磨面である。図３（ａ）は表面１から深さ方向に０．７ｍｍ、図３（ｂ）は表面１から深さ方向に７．５ｍｍ、図３（ｃ）は表面１から深さ方向に１５ｍｍの位置における研磨面である。
　これらの研磨面は、平均粒径Ｄ50が４μｍ以上のダイヤモンド砥粒を用いて鋳鉄製定盤にて研磨した後、平均粒径Ｄ50が２μｍ以上のダイヤモンド砥粒を用いて錫定盤にて、深さ方向にそれぞれ０．７ｍｍ、７．５ｍｍ、１５ｍｍになるまで研磨することによって得られる。これらの研磨面の算術平均粗さＲａは、例えば、５ｎｍ以下である。算術平均粗さＲａは、３Ｄ光学面プロファイラー「ＮＥＷ　ＶＩＥＷ」（登録商標　Zygo Corporation）を用いて測定すればよい。
　セラミック構造体は、表層領域３、４および内部領域５のいずれにおいても、気孔６（７）の重心間距離の平均値から気孔６（７）の円相当径の平均値を差し引いた値が５μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。気孔６（７）の重心間距離の平均値から気孔６（７）の円相当径の平均値を差し引いた値が５μｍ以上であると、空隙部分が密集することなく分散して配置されているので、さらに高い機械的特性を有する。一方、気孔６（７）の重心間距離の平均値から気孔６（７）の円相当径の平均値を差し引いた値が１０μｍ以下であると、表面１、２から深さ方向に研削、研磨等の加工をする場合、良好な加工性が得られる。さらに、隣り合う気孔間の間隔が狭くなるので、マイクロクラックの伸展を抑制することができる。隣り合う気孔間の間隔が狭くなることによって、帯電を除去する効果が高くなる。
　気孔６（７）の円相当径は、以下の方法で求めることができる。まず、デジタルマイクロスコープを用いて上記断面を２００倍の倍率で観察し、例えば、面積が０．１１ｍｍ2（横方向の長さが３８０．７１μｍ、縦方向の長さが２８５．５３μｍ）となる範囲をＣＣＤカメラで撮影して、観察像内の各気孔６（７）の円相当径を求めればよい。画像の明暗を示す指標であるしきい値は、円相当径０．２７μｍ以下を測定の対象外となるように設定すればよい。上述の方法で求めた気孔６（７）の円相当径は、例えば、１μｍ以上３μｍ以下である。
　気孔６（７）の重心間距離は、以下の方法で求めることができる。気孔６（７）の円相当径を求めるために撮影した観察像を対象として、画像解析ソフト「Ａ像くん(ｖｅｒ２．５２)」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）を用いて分散度計測の重心間距離法という手法で気孔６（７）の重心間距離を求めればよい。以下、画像解析ソフト「Ａ像くん」と記載した場合、旭化成エンジニアリング（株）製の画像解析ソフトを示す。
　この手法の設定条件としては、例えば、画像の明暗を示す指標であるしきい値を１６５～１７６、明度を明、小図形除去面積を０．０５７μｍ2、雑音除去フィルタを有とすればよい。上述の測定に際し、しきい値は１６５～１７６としたが、観察像の明るさに応じて、しきい値を調整すればよく、明度を明、２値化の方法を手動とし、小図形除去面積を０．０５７μｍ2および雑音除去フィルタを有とした上で、観察像に現れるマーカーが気孔の形状と一致するように、しきい値を調整すればよい。上述した方法で求めた気孔６（７）の重心間距離は、例えば、７μｍ以上１４μｍ以下である。
　セラミック構造体１０、２０は、表層領域３、４および内部領域５のいずれにおいても、観察像における気孔６（７）の円相当径の最大値は１０μｍ以下であってもよい。気孔６（７）の円相当径の最大値が１０μｍ以下であると、表面１、２から深さ方向に研磨しても、局部的に摩耗しやすい部分が減少するので、偏摩耗を抑制することができる。セラミック構造体１０、２０は、表層領域３、４および内部領域５のいずれにおいても、観察像における円相当径が５μｍ以上の気孔の個数をａ（個）、観察像における円相当径が５μｍ未満の気孔の個数をｂ（個）とした場合、比率ｂ／ａが５０以上であってもよい。
　比率ｂ／ａがこの範囲であると、生成過程で生じる気孔が集まってできた大型の気孔がほとんどなく、小さい気孔が分散して配置されている。そのため、昇温および降温が繰り返される環境に置かれ、マイクロクラックが発生しても、その進展が気孔６（７）によって抑制することができる。比率ｂ／ａは８０以上であってもよく、特に比率ｂ／ａは１００以上であるとよい。気孔６（７）の個数は、デジタルマイクロスコープを用いて上記観察像を対象として求めればよい。
　セラミック構造体１０、２０は、表層領域３、４および内部領域５のいずれにおいても、観察像における気孔６（７）の円相当径の尖度Ｋｕは０．５以上５以下であってもよい。気孔６（７）の円相当径の尖度Ｋｕがこの範囲であると、気孔６（７）の円相当径の分布が狭く、しかも、異常に大きな円相当径の気孔６（７）が少なくなる。その結果、表面１（２）から深さ方向に研磨しても、偏摩耗を抑制することができる。特に、尖度Ｋｕは２以上４以下であるとよい。図３に示す例では、気孔６（７）の円相当径の尖度Ｋｕは、図３（ａ）が２．７であり、図３（ｂ）が３．８であり、図３（ｃ）が２．４である。
　ここで、尖度Ｋｕとは、分布のピークと裾が正規分布からどれだけ異なっているかを示す指標（統計量）である。尖度Ｋｕ＞０である場合、鋭いピークと長く太い裾を有する分布となる。尖度Ｋｕ＝０である場合、正規分布となる。尖度Ｋｕ＜０である場合、分布は丸みがかったピークと短く細い尾を有する分布となる。気孔６（７）の円相当径の尖度Ｋｕは、Excel（登録商標、Microsoft Corporation）に備えられている関数Ｋｕｒｔを用いて求めればよい。
　また、セラミック構造体１０、２０は、表層領域３、４および内部領域５のいずれにおいても、気孔の円相当径の歪度Ｓｋは０．５以上２以下であってもよい。気孔６（７）の円相当径の歪度Ｓｋがこの範囲であると、気孔６（７）の円相当径の平均値が小さく、しかも、異常に大きな円相当径の気孔６（７）が少なくなる。その結果、表面１（２）から深さ方向に研磨しても、偏摩耗を抑制することができる。特に、歪度Ｓｋは１以上１．８以下であるとよい。図３に示す例では、気孔６（７）の円相当径の歪度Ｓｋは、図３（ａ）が１．２であり、図３（ｂ）が１．４であり、図３（ｃ）が１．１である。
　ここで、歪度Ｓｋとは、分布が正規分布からどれだけ歪んでいるか、すなわち、分布の左右対称性を示す指標（統計量）である。歪度Ｓｋ＞０である場合、分布の裾は右側に向かう。歪度Ｓｋ＝０である場合、分布は左右対称となる。歪度Ｓｋ＜０である場合、分布の裾は左側に向かう。気孔６（７）の円相当径の歪度Ｓｋは、Excel（登録商標、Microsoft Corporation）に備えられている関数ＳＫＥＷを用いて求めればよい。
　セラミック構造体１０、２０は、表層領域３、４および内部領域５の少なくとも一方において、観察像における結晶粒子の粒径の平均値が１μｍ以上４μｍ以下であってもよい。結晶粒子の粒径の平均値が１μｍ以上であれば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）粉末などの主成分となる原料を細かく粉砕することによる製造コストを抑制することができる。結晶粒子の粒径の平均値が４μｍ以下であれば、破壊靱性、剛性などの機械的特性を高くすることができる。特に、セラミック構造体１０、２０は、表層領域３、４および内部領域５のいずれもが、観察像における結晶粒子の粒径の平均値が１μｍ以上４μｍ以下であるのがよい。
　セラミック構造体１０、２０は、表層領域３、４および内部領域５の少なくとも一方において、観察像における結晶粒子の粒径の尖度Ｋu2が０以上であってもよい。結晶粒子の粒径の尖度Ｋu2が０以上であれば、結晶粒子の粒径のバラツキが抑制される。その結果、気孔の凝集が減少して、気孔の輪郭や内部から生じる脱粒を減らすことができる。特に、セラミック構造体１０、２０は、表層領域３、４および内部領域５のいずれもが、観察像における結晶粒子の粒径の尖度Ｋu2が５以上であるのがよい。
　セラミック構造体１０、２０は、表層領域３、４および内部領域５の少なくとも一方において、観察像における結晶粒子の粒径の歪度Ｓk2が０以上であってもよい。結晶粒子の粒径の歪度Ｓk2が０以上であれば、結晶粒子の粒径の分布が粒径の小さな方向に移動する。その結果、気孔の凝集が減少して、気孔の輪郭や内部から生じる脱粒をさらに減らすことができる。特に、セラミック構造体１０、２０は、表層領域３、４および内部領域５のいずれもが、観察像における結晶粒子の粒径の歪度Ｓk2が１．５以上であるのがよい。
　ここで、結晶粒子の粒径は、以下のようにして求めることができる。まず、セラミック構造体１０、２０の表面１、２から深さ方向に、例えば０．６ｍｍおよび５ｍｍにおける各内面を、平均粒径Ｄ50が３μｍのダイヤモンド砥粒を用いて銅盤にて研磨する。その後、平均粒径Ｄ50が０．５μｍのダイヤモンド砥粒を用いて錫盤にて研磨する。これらの研磨によって得られる研磨面を、結晶粒子と粒界層とが識別可能になるまで１４８０℃で熱処理に供し、観察面としての断面を得る。熱処理は、例えば３０分程度行う。
　熱処理された面を光学顕微鏡で観察し、例えば４００倍の倍率で撮影する。撮影された画像のうち、面積が４．８７４７×１０3μｍの範囲を計測範囲とする。この計測範囲を、画像解析ソフト（例えば、三谷商事（株）製、Ｗｉｎ　ＲＯＯＦ）を用いて解析することによって、個々の結晶粒子の粒径を得ることができる。結晶粒子の粒径の平均値、尖度Ｋu2および歪度Ｓk2は、Ｅｘｃｅｌ（登録商標：Microsoft Corporation）に備えられている関数を用いて求めればよい。
　次に、本開示のセラミック構造体の製造方法の一実施形態について説明する。まず、平均粒径が０．４～０．８μｍの酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）粉末、Ｍｇ源として水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）2）粉末、Ｓｉ源として酸化珪素（ＳｉＯ2）粉末、Ｓｒ源として炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ3）粉末を準備する。いずれの粉末も、例えば０．４～０．８μｍ程度の平均粒径を有している。酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）粉末１００質量部に対して、他の粉末は、例えば下記の割合で混合される。
　　Ｍｇ（ＯＨ）2粉末：０．０３質量部以上０．０６質量部以下
　　ＳｉＯ2粉末：０．０２質量部以上０．０４質量部以下
　　ＳｒＣＯ3粉末：０．０３質量部以上０．０５質量部以下。
　混合装置に、Ａｌ2Ｏ3粉末、Ｍｇ（ＯＨ）2粉末、ＳｉＯ2粉末およびＳｒＣＯ3粉末を入れ、さらに分散剤、消泡剤、増粘安定剤およびバインダーを添加する。その後、混合および粉砕してスラリーを得る。得られたスラリーを、真空ポンプを用いて脱泡する。
　ここで、観察像における気孔の重心間距離の平均値から気孔の円相当径の平均値を差し引いた値が５μｍ以上１０μｍ以下であるセラミック構造体を得るためには、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）粉末１００質量部に対して、消泡剤を０．０５質量部以上０．０９質量部以下添加してもよい。観察像における気孔の円相当径の最大値は１０μｍ以下であるセラミック構造体を得るには、粉砕で発生しやすい増粘を抑制するため、キレート剤を、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）粉末１００質量部に対して、０．０３質量部０．０７質量部を添加してもよい。
　比率ｂ／ａが５０以上であるセラミック構造体を得るには、脱泡を３０分以上行えばよい。気孔の円相当径の尖度Ｋｕが０．５以上２以下であるセラミック構造体を得るには、例えば、キレート剤を上記範囲で添加し、混合および粉砕を１０時間以上行ってもよい。気孔の円相当径の歪度Ｓｋが０．５以上２以下であるセラミック構造体を得るには、例えば、キレート剤を上記範囲で添加し、混合および粉砕を１５時間以上行ってもよい。
　表層領域および内部領域の少なくとも一方の観察像における結晶粒子の粒径の平均値が１μｍ以上４μｍ以下であるセラミック構造体を得るには、混合および粉砕した粉末の平均粒径Ｄ50が、例えば０．３μｍ以上０．７μｍ以下になるようにすればよい。
　表層領域および内部領域の少なくとも一方の観察像における結晶粒子の粒径の尖度Ｋu2が０以上であるセラミック構造体を得るには、粉末の粒径の尖度が０以上になるまで粉砕する時間を延ばせばよい。
　同様に、表層領域および内部領域の少なくとも一方の観察像における結晶粒子の粒径の歪度Ｓk2が０以上であるセラミック構造体を得るには、粉末の粒径の歪度が０以上になるまで粉砕する時間を延ばせばよい。
　このような方法で得られたスラリーを熱伝導性の高い金属等からなる成形型に注入した後、この状態で５０℃以上１００℃以下の温度で固化させて、固化体とする。次いで、固化体を脱型した後、温湿度を制御した状態で乾燥させて乾燥体とする。次いで、乾燥体を４００℃以上５５０℃以下で脱脂した後、焼成温度を１５５０℃以上１６５０℃以下として、５時間以上１０時間以下保持する。このようにして、比率Ｂ／Ａが１．５以下である本開示のセラミック構造体を得ることができる。
　上述した製造方法によって得られたセラミック構造体は、長尺状あるいは大型であっても、機械的特性がほとんど低下することがない。したがって、高い機械的特性が求められる用途、例えば、半導体製造装置用部材、液晶製造装置用部材として用いることができる。
　１、２　表面
　３、４　表層領域
　５　　内部領域
　６、７　気孔
　１０、２０　セラミック構造体

Claims (9)

  1. 　セラミック構造体であって、
    　断面の観察像において、表面から深さ方向に０．７ｍｍ以下の表層領域における気孔の面積占有率をＡ（％）とし、表面から深さ方向に０．７ｍｍより深い内部領域における気孔の面積占有率をＢ（％）とした場合、比率Ｂ／Ａが１．５以下である、セラミック構造体。
  2. 　前記表層領域および前記内部領域のいずれにおいても、前記観察像における前記気孔の重心間距離の平均値から前記気孔の円相当径の平均値を差し引いた値が５μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１に記載のセラミック構造体。
  3. 　前記表層領域および前記内部領域のいずれにおいても、前記観察像における前記気孔の円相当径の最大値は１０μｍ以下である、請求項１または２に記載のセラミック構造体。
  4. 　前記表層領域および前記内部領域のいずれにおいても、前記観察像における円相当径が５μｍ以上の前記気孔の個数をａ（個）、前記観察像における円相当径が５μｍ未満の前記気孔の個数をｂ（個）とした場合、比率ｂ／ａが５０以上である、請求項１～３のいずれかに記載のセラミック構造体。
  5. 　前記表層領域および前記内部領域のいずれにおいても、前記観察像における前記気孔の円相当径の尖度Ｋｕは０．５以上５以下である、請求項１～４のいずれかに記載のセラミック構造体。
  6. 　前記表層領域および前記内部領域のいずれにおいても、前記気孔の円相当径の歪度Ｓｋは０．５以上２以下である、請求項１～５のいずれかに記載のセラミック構造体。
  7. 　前記表層領域および前記内部領域の少なくとも一方は、前記観察像における結晶粒子の粒径の平均値が１μｍ以上４μｍ以下である、請求項１～６のいずれかに記載のセラミック構造体。
  8. 　前記表層領域および前記内部領域の少なくとも一方は、前記観察像における結晶粒子の粒径の尖度Ｋu2が０以上である請求項１～７のいずれかに記載のセラミック構造体。
  9. 　前記表層領域および前記内部領域の少なくとも一方は、前記観察像における結晶粒子の粒径の歪度Ｓk2が０以上である請求項１～８のいずれかに記載のセラミック構造体。
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