成膜用或烧结用粉末

文档序号:1909272 发布日期:2021-11-30 浏览:21次 >En<

阅读说明:本技术 成膜用或烧结用粉末 (Powder for film formation or sintering ) 是由 松仓贤人 森内诚治 于 2019-07-24 设计创作,主要内容包括:本发明的成膜用或烧结用粉末在X射线衍射测定中观察到立方晶Y-(3)Al-(5)O-(12)的峰和斜方晶YAlO-(3)的峰,斜方晶YAlO-(3)的(112)峰相对于立方晶Y-(3)Al-(5)O-(12)的(420)峰的强度比为0.01以上且低于1。或者,本发明的成膜用或烧结用粉末具有钇及铝的复合氧化物,0.1μm~1μm的细孔容积为0.16mL/g以上。在使用了CuKα射线的2θ=20°~60°的扫描范围的X射线衍射测定中,来源于立方晶Y-(3)Al-(5)O-(12)的峰优选为显示出最大峰强度的峰。(Cubic crystal Y is observed in X-ray diffraction measurement of the powder for film formation or sintering of the present invention 3 Al 5 O 12 Peak and orthorhombic YAlO of 3 Peak of (1), orthorhombic YAlO 3 Peak of (112) with respect to cubic Y 3 Al 5 O 12 The intensity ratio of the (420) peak of (a) is 0.01 or more and less than 1. Alternatively, the powder for film formation or sintering of the present invention comprises a composite oxide of yttrium and aluminum, and has a pore volume of 0.16mL/g or more in a range of 0.1 to 1 μm. In X-ray diffraction measurement in a scanning range of 20 DEG to 60 DEG 2 theta using CuKa radiation, the X-ray diffraction measurement is derived from cubic Y 3 Al 5 O 12 The peak of (b) is preferably a peak showing the maximum peak intensity.)

成膜用或烧结用粉末

技术领域

本发明涉及成膜用或烧结用粉末。

背景技术

在半导体器件的制造中的蚀刻工序中使用了卤素系气体、氩气、氧气等。为了防止因这些气体而引起的蚀刻装置的腐蚀,蚀刻装置的内部一般通过喷镀耐蚀性高的物质而被涂敷。作为那样的高耐蚀性物质之一,已知有包含钇·铝·石榴石(YAG)等钇和铝的复合氧化物的材料。

例如在专利文献1中记载了一种喷镀用粉末,其中,在测定喷镀用粉末的X射线衍射时,来源于氧化钇的(222)面的X射线衍射峰的强度相对于来源于复合氧化物中的石榴石相的(420)面的X射线衍射峰、来源于复合氧化物中的钙钛矿相的(420)面的X射线衍射峰、来源于复合氧化物中的单斜晶相的(-122)面的X射线衍射峰中的最大峰的强度的比率为20%以下。

在专利文献2中记载了一种喷镀用粉末,其特征在于,其是含有将包含钇及铝的原料粉末进行造粒及烧结而得到的钇-铝复合氧化物造粒-烧结粒子的喷镀用粉末,上述造粒-烧结粒子中的直径为6μm以下的细孔的总容积为0.06~0.25cm3/g。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:US2006/0116274A1

专利文献2:US2006/0182969A1

发明内容

发明所要解决的课题

然而,喷镀专利文献1及2中记载的粉末而得到的皮膜相对于等离子体蚀刻不具有充分的耐蚀性。因此,本发明的课题在于提供可消除上述的现有技术所具有的各种缺点的钇与铝的复合氧化物粉末。

用于解决课题的手段

本发明人对于对钇与铝的复合氧化物粉末有效地提高相对于等离子体蚀刻的耐蚀性的构成进行了深入研究。其结果发现,通过采用特定的组成或细孔容积,可有效地提高耐蚀性。

本发明是基于上述认识而进行的,提供一种成膜用或烧结用粉末,其中,在X射线衍射测定中观察到Y3Al5O12的峰和YAlO3的峰,斜方晶(orthorhombic crystal)YAlO3的(112)峰相对于立方晶Y3Al5O12的(420)峰的强度比为0.01以上且低于1。

另外,本发明提供一种成膜用或烧结用粉末,其包含钇及铝的复合氧化物,在使用汞压入法而测定得到的细孔径为0.1μm~1μm的范围内具有峰,并且细孔径为0.1μm~1μm的细孔容积为0.16mL/g以上。

另外,本发明提供使用上述粉末进行成膜的皮膜的制造方法及将上述粉末进行烧结的烧结体的制造方法。

另外,本发明提供将上述粉末通过喷镀法或PVD法进行成膜而得到的皮膜及上述粉末的烧结体。

附图说明

图1是实施例1中得到的粉末的X射线衍射图。

图2是实施例1中得到的粉末的细孔径分布图。

具体实施方式

以下,基于其优选的实施方式对本发明进行说明。本发明的成膜用或烧结用粉末(以下,也称为“本发明的粉末”)由含有钇和铝的复合氧化物制成。

(成膜用或烧结用粉末的组成)

若将本发明的粉末付于X射线衍射测定,则观察到来源于立方晶Y3Al5O12(钇·铝·石榴石)的衍射峰和来源于直方晶YAlO3的衍射峰。本发明人发现:若在X射线衍射测定中除了立方晶Y3Al5O12以外还含有直方晶YAlO3,并且两者的组成为特定比,则容易获得在等离子体蚀刻中耐蚀性高的皮膜及烧结体。更具体而言,发现:本发明的粉末与Y3Al5O12的计量比相比钇的摩尔比稍高、并且YAlO3为直方晶较佳。

具体而言,本发明的粉末在X射线衍射测定中观察到立方晶Y3Al5O12的峰和直方晶YAlO3的峰,直方晶YAlO3的(112)峰的强度S2相对于立方晶Y3Al5O12的(420)峰的强度S1的比率S2/S1优选为0.01以上且低于1。由该范围的粉末得到的皮膜、烧结体的耐蚀性变高的理由并不清楚,但本发明人认为:若与Y3Al5O12的计量比相比钇的摩尔比稍高,且YAlO3为直方晶,则容易获得相对于等离子体蚀刻稳定的组成的皮膜或烧结体。例如,通过S2/S1低于1,可有效地防止不稳定的黄长石(Y4Al2O9)组成的出现。从进一步提高皮膜或烧结体的耐蚀性的观点出发,S2/S1更优选为0.02~0.5,特别优选为0.03~0.3。另外,YAlO3为复合氧化物,其晶体结构已知有立方晶、直方晶及六方晶等多系。本发明人认为:若这些晶体结构中YAlO3为直方晶,则容易获得相对于等离子体蚀刻稳定的组成的皮膜或烧结体。该晶体结构被公开于ICDD粉末衍射数据库01-074-4236中。需要说明的是,本说明书中所谓的峰强度比是指两个峰的高度之比,并不是指两个峰的积分强度之比(以下称为“峰强度”时,是与其相同的含义)。

在使用了CuKα射线的X射线衍射测定中立方晶Y3Al5O12的(420)峰在2θ=33°附近、具体而言在2θ=33.3°±0.5°的范围内被观察到。另外,在使用了CuKα射线的X射线衍射测定中直方晶YAlO3的(112)峰通常在2θ=34°附近、具体而言在34.2°±0.5°的范围内被观察到。本发明的粉末在使用了CuKα射线的2θ=20°~60°的扫描范围的X射线衍射测定中,来源于立方晶Y3Al5O12的峰优选为显示出最大峰强度的峰,特别是立方晶Y3Al5O12的(420)峰优选为显示出最大峰强度的峰。

本发明的粉末如上所述反映出包含若干量的YAlO3,该YAlO3与钇·铝·石榴石Y3Al5O12相比,Y/Al比较高,有时在X射线衍射测定中观察到氧化钇的峰。在X射线衍射测定中观察到氧化钇的峰的情况下,立方晶Y2O3的(222)峰的强度S3相对于立方晶Y3Al5O12的(420)峰的强度S1的比S3/S1为0.001以上且低于0.1从在烧结体的制作时作为钇与铝的复合氧化物的反应烧结的助剂起作用、变得容易获得更致密的烧结体的方面考虑优选。另外,S3/S1为0.001以上且低于0.1从提高皮膜及烧结体的耐蚀性的方面考虑也优选。从这些观点出发,S3/S1更优选为0.002~0.05,特别优选为0.003~0.03。在使用了CuKα射线的X射线衍射测定中立方晶Y2O3的(222)峰通常在2θ=29°、具体而言在29.2°±0.5°被观察到。

本发明的粉末在X射线衍射测定中观察不到氧化铝相的峰、或即使观察到也极小从提高相对于等离子体蚀刻的耐蚀性的方面考虑优选。从该观点出发,三方晶Al2O3的(104)峰的强度S4相对于立方晶Y3Al5O12的(420)峰的强度S1的比S4/S1优选为低于0.1,更优选为0.01以下,特别优选为0.001以下,最优选观察不到三方晶Al2O3的(104)峰。在使用了CuKα射线的X射线衍射测定中三方晶Al2O3的(104)峰通常在2θ=35°、具体而言在35.2°±0.5°被观察到。

从进一步提高耐蚀性的方面出发,本发明的粉末优选在X射线衍射测定中实质上观察不到来源于Y3Al5O12、YAlO3、Y2O3及Al2O3以外的成分的峰。在2θ=20°~60°的扫描范围内,来源于Y3Al5O12、YAlO3、Y2O3及Al2O3以外的成分的峰的强度相对于立方晶Y3Al5O12的(420)峰的高度比率优选为0.1以下,更优选为0.05以下,进一步优选为0.03以下,特别优选为0.01以下,最优选为0.001以下。

(微晶尺寸)

本发明的粉末由立方晶Y3Al5O12的(420)峰的半值宽度求出的微晶尺寸为50nm以上从所得到的皮膜或烧结体中的立方晶Y3Al5O12的结晶性变高、皮膜或烧结体的耐蚀性进一步提高的方面考虑优选。从该观点出发,上述的微晶尺寸优选为60nm以上,更优选为70nm以上,特别优选为80nm以上。上述的微晶尺寸从本发明的粉末的制造容易性和因晶粒生长而引起的细孔容积的下降的方面出发优选为110nm以下,更优选为100nm以下。微晶尺寸通过Scherrer的式子而求出,具体而言可以通过后述的实施例中记载的方法而求出。

为了使本发明的粉末具有上述的组成及微晶尺寸,只要在后述的本发明的粉末的优选的制造方法中,调整作为原料的钇源的粉末和铝源的粉末的粒径、或者调整原料粉末的烧成温度即可。

(细孔容积)

本发明人发现:若将本发明的粉末的细孔容积设定为特定的范围,则能够控制所得到的皮膜的表面粗糙度、烧结体的致密性。发现:特别是在将本发明的粉末制成颗粒的情况下,将该细孔容积设定为特定的范围是有利的。皮膜的表面粗糙度、烧结体的致密性与相对于等离子体蚀刻的耐蚀性存在相关。因此,可以通过本发明的粉末的细孔容积来控制皮膜及烧结体的耐蚀性。具体而言,本发明的粉末的细孔径为0.1μm~1μm的细孔容积优选为0.16mL/g以上。细孔径为0.1μm~1μm的细孔容积来源于本发明的粉末中的一次粒子间的空隙。若该范围的细孔径的细孔容积为0.16mL/g以上,则所得到的皮膜的表面粗糙度降低,另外所得到的烧结体成为致密的烧结体。其理由并不明确,但本发明人推测理由之一是:具有上述的范围的细孔容积的本发明的粉末通过构成颗粒的一次粒子微细且具有一定以上的细孔容积,从而热高效地传播,由此容易熔融。与此相对,专利文献2中记载的喷镀用粉末若基于该文献的图1来求出细孔径为0.1μm~1μm的细孔容积,则成为0.05mL/g,成为本发明的细孔容积的范围外即低于0.16mL/g。

从提高所得到的皮膜及烧结体的相对于等离子体蚀刻的耐蚀性的观点出发,本发明的粉末的细孔径为0.1μm~1μm的细孔容积V1优选为0.16mL/g以上,更优选为0.20mL/g以上,特别优选为0.24mL/g以上。从若一次粒子间的空隙变得过宽则颗粒强度下降的方面出发,本发明的粉末的细孔容积V1优选为1.0mL/g以下,更优选为0.4mL/g以下。

在本发明的粉末中,细孔径为5μm~50μm的细孔容积V2为0.1mL/g以上也从提高耐蚀性的方面考虑优选。细孔径为5μm~50μm的细孔容积来源于本发明的粉末中的二次粒子间的空隙的空间。本发明的粉末中的细孔容积V2更优选为0.15mL/g以上,特别优选为0.20mL/g以上。从确保充分的流动性的方面出发,本发明的粉末的细孔容积V2优选为0.5mL/g以下,更优选为0.4mL/g以下。

从进一步提高使用本发明的粉末而得到的皮膜、烧结体的耐蚀性的观点出发,使用汞压入法而测定得到的细孔容积V1相对于细孔容积V2的比率V1/V2优选为0.3以上,更优选为0.4以上,特别优选为0.5以上。V1/V2为1.0以下从能够确保适当的颗粒密度的方面考虑优选。

从进一步提高使用本发明的粉末而得到的皮膜、烧结体的耐蚀性的观点出发,在使用汞压入法而测定得到的细孔容积相对于细孔径的分布(横轴:细孔径、纵轴:log微分细孔容积)中,优选在细孔径为0.1μm~1μm的范围内观察到至少一个峰。从更进一步有效地提高耐蚀性的观点出发,细孔径为0.1μm~1μm的范围的峰更详细而言更优选在细孔径为0.2μm~0.9μm的范围内观察到至少一个,特别优选在细孔径为0.3μm~0.8μm的范围内观察到至少一个。以下,有时将细孔容积的分布中的细孔径为0.1μm~1μm的范围的峰记载为细孔第1峰。

本发明的粉末在使用汞压入法而测定得到的细孔容积相对于细孔径的分布(横轴:细孔径、纵轴:log微分细孔容积)中,除了细孔径为0.1μm~1μm的范围以外,在细孔径为5μm~50μm的范围内也具有至少一个峰从进一步提高耐蚀性的观点出发优选。从进一步提高本发明的粉末的制造容易性、皮膜及烧结体的耐蚀性的方面出发,细孔径为5μm~50μm的范围的峰更详细而言更优选在细孔径为7μm~35μm的范围内观察到至少一个,特别优选在细孔径为8μm~25μm的范围内观察到至少一个。以下,有时将细孔容积的分布中的细孔径为5μm~50μm的范围的峰记载为细孔第2峰。

为了使本发明的粉末具有上述的细孔容积,只要在后述的本发明的粉末的优选的制造方法中,调整作为原料的钇源的粉末和铝源的粉末的粒径、或者调整烧成温度即可。

(颗粒径)

本发明的粉末为颗粒从进一步提高因具有上述的特定细孔容积或具有上述的特定的组成而带来的耐蚀性的提高效果的方面考虑优选。从容易获得满足上述的细孔容积分布的本发明的粉末的方面、制成喷镀材料时的流动性的方面出发,颗粒的平均粒径优选为15μm~100μm,优选为20μm~80μm,特别优选为25μm~60μm。上述的平均粒径是利用激光衍射·散射式粒度分布测定法得到的从小粒径侧起的累积体积达到50%的粒径(D50),可以通过后述的实施例中记载的方法来测定。

(BET比表面积)

本发明的粉末的BET比表面积为1m2/g~5m2/g从在成膜及烧结时由于粒子恰当熔融因此容易获得致密的皮膜、烧结体的方面、以及体积密度恰当且处理时的操作变得良好的方面考虑优选。从这些观点出发,本发明的粉末的BET比表面积更优选为1.5m2/g~4.5m2/g,特别优选为2.0m2/g~4.0m2/g。BET比表面积通过BET一点法来测定,具体而言可以通过后述的实施例中记载的方法来测定。

接着对本发明的粉末的优选的制造方法进行说明。本制造方法优选具有以下的第1工序~第5工序。第1工序及第2工序可以先进行某一个也可以同时进行。以下,对各工序进行详细叙述。

·第1工序:获得铝源的粒子的D50为0.05μm~2.0μm的铝源的粒子的浆料。

·第2工序:获得钇源的粒子的D50为0.1μm~2.0μm的钇源的粒子的浆料。

·第3工序:将第1工序中得到的铝源的粒子的浆料与第2工序中得到的钇源的粒子的浆料混合。

·第4工序:将第3工序中得到的混合物即浆料通过喷雾干燥器进行造粒而得到造粒物。

·第5工序:将第4工序中得到的造粒物在800℃~1700℃的温度下进行烧成而获得钇与铝的复合氧化物的颗粒。

〔第1工序〕

在本工序中,获得铝源的粒子为规定粒径的浆料。关于铝源的粒子的粒径,从顺利地获得具有上述的组成及细孔容积或比表面积的粉末的观点出发,使用激光衍射·散射式粒径·粒度分布测定器而测定的D50优选为0.05μm~2.0μm,更优选为0.1μm~1.0μm。铝源的粒子的D50的测定方法在后述的实施例中进行说明。作为铝源,优选使用选自氧化铝(Alumina)、羟基氧化铝及氢氧化铝中的1种或2种以上。

作为第1工序的步骤,将铝源的粒子与液体介质混合,充分地进行搅拌,获得铝源的粒子的浆料。根据需要,与液体介质混合之前或液体介质混合后将铝源进行粉碎。作为粉碎方法,可以设定为与后述的钇源的粒子的粉碎方法同样。对液体介质的种类没有特别限制,例如可以使用水、各种有机溶剂。作为铝源,从反应性的方面出发优选使用高比表面积的铝源。尤其是若达到最高比表面积则浆料的粘度上升,因此伴随着铝源的粒子与液体介质的混合,也可以将各种分散剂或粘合剂添加到浆料中。作为分散剂,例如可以使用聚丙烯酸系聚合物、羧酸系共聚物、醋酸、氨等。在铝源的粒子的浆料中添加分散剂的情况下,相对于氧化铝换算的铝源100质量份为0.001质量份~1质量份从所得到的粉末的品质、粘度的上升抑制方面等出发优选,更优选为0.01质量份~0.1质量份。

〔第2工序〕

在本工序中,获得钇源的粒子的D50为0.1μm~2.0μm的浆料。作为钇源,优选使用选自氧化钇、氢氧化钇、草酸钇及碳酸钇中的1种或2种以上。这些市售品通常粒径比上述的D50大,这种情况下进行钇源的粉碎。

对于粉碎,可以应用干式粉碎及湿式粉碎中的任一者。粉碎可以以1个阶段实施,或者也可以以2个阶段以上实施。从成本和费事的方面出发优选以1个阶段进行粉碎。优选在粉碎后添加水等液体介质而进行浆料化。在进行干式粉碎的情况下,例如可以使用擂溃机、气流磨、球磨机、锤磨机及针磨机等各种干式粉碎机。另一方面,在进行湿式粉碎的情况下,例如可以使用球磨机、珠磨机等各种湿式粉碎机。

本工序中的钇源的粒子的粉碎的程度使用激光衍射·散射式粒径·粒度分布测定器而测定的D50优选成为0.1~2.0μm的程度。通过进行该程度的粉碎,变得容易获得具有目标细孔容积V1及细孔容积V2以及比表面积的粉末。从这些观点出发,D50进一步优选为0.2~1.5μm。钇源的粒子的D50的测定方法在后述的实施例中进行说明。

〔第3工序〕

在本工序中,将第1工序中得到的铝源的粒子的浆料与第2工序中得到的钇源的粒子的浆料混合,将其制成由钇源的粒子和铝源的粒子构成的混合浆料。此时通过追加投入纯水来调整混合浆料的浓度。关于钇源与铝源的混合比率,相对于铝源的铝1摩尔,钇源的钇优选为超过0.6摩尔且う为0.8摩尔以下,更优选为超过0.61摩尔且为0.7摩尔以下。

本工序中的浆料的浓度优选将钇源换算成氧化钇、将铝源换算成氧化铝时的钇源与铝源的合计的浓度设定为50g/L~1500g/L、特别是100g/L~1000g/L。通过将浆料的浓度设定为该范围内,能够抑制能量的过度的消耗,另外,浆料的粘度成为适当的粘度而能够使喷雾稳定。

〔第4工序〕

在本工序中,将第3工序中得到的浆料通过喷雾干燥器进行造粒而获得包含钇和铝的造粒物。使喷雾干燥器运转时的雾化器的转速优选设定为5000min-1~30000min-1。通过将转速设定为5000min-1以上,能够充分地进行浆料中的钇源的粒子和铝源的粒子的分散,由此能够获得均匀的造粒物。另一方面,通过将转速设定为30000min-1以下,变得容易获得具有上述的细孔第2峰的颗粒。从这些观点出发,雾化器的转速进一步优选设定为6000min-1~25000min-1

使喷雾干燥器运转时的入口温度优选设定为150℃~300℃。通过将入口温度设定为150℃以上,能够充分地进行固体成分的干燥,变得容易获得残存的水分少的颗粒。另一方面,通过将入口温度设定为300℃以下,能够抑制无益的能量的消耗。

〔第5工序〕

在本工序中,将第4工序中得到的造粒物进行烧成而获得钇与铝的复合氧化物的颗粒。该烧成的程度成为控制目标粉末的组成、细孔径为0.1μm~1μm的细孔容积峰及比表面积的因子。详细而言,烧成温度优选为800℃~1600℃。通过将烧成温度设定为800℃以上,变得容易获得目标组成比率。另一方面,通过将烧成温度设定为1600℃以下,变得容易获得具有目标细孔径分布的第1峰和比表面积的颗粒。从这些观点出发,烧成温度更优选设定为900℃~1550℃,进一步优选设定为1000℃~1500℃。

烧成时间以烧成温度为上述的范围内作为条件,优选设定为1小时~48小时。更优选设定为3小时~24小时。烧成的气氛没有特别限制,但由于根据铝源的种类而需要通过烧成使其氧化,因此变得需要氧(O2),因此优选在大气中等含氧气氛中进行。

如上述那样操作而得到的本发明的粉末被用于喷镀法、物理气相生长(PVD)法、化学气相生长(CVD)法、气溶胶沉积(AD)法、冷喷涂法等各种成膜法,例如适宜用于作为喷镀法之一的等离子体喷镀。等离子体喷镀可以是大气压等离子体喷镀,也可以是减压等离子体喷镀。另外,作为物理气相生长(PVD)法,可列举出离子镀法、溅射法等。作为成为成膜的对象的基材,例如使用铝等各种金属、铝合金等各种合金、氧化铝等各种陶瓷、石英等。

本发明的粉末作为陶瓷部件的材料也可以适宜使用。详细而言,若将本发明的成膜用或烧结用粉末作为例如通过通常的烧结法、压制法、HP法、CIP法、HIP法、SPS法等而制造的陶瓷部件的原料来使用,则能够获得平滑性、耐蚀刻性等优异的陶瓷部件。烧结温度没有特别限定,但优选为例如1200℃~1800℃,更优选为1300℃~1700℃,烧成气氛可以是大气气氛等氧化气氛及不活泼气体气氛中的任一者。那样的陶瓷部件例如适宜用于电子材料或其烧成时的夹具、半导体制造装置用构件、使用了等离子体的蚀刻及成膜装置等。需要说明的是,将本发明的成膜用或烧结用粉末进行烧结而制作的烧结体也可以作为离子镀法、真空蒸镀法等PVD法的靶(成膜用材料)适宜使用。

本发明的粉末通过使用包含钇与铝的复合氧化物、且具有特定的组成或特定的细孔容积的粒子,与使用以往提出的钇与铝的复合氧化物的喷镀材料的情况相比,能够获得相对于等离子体蚀刻的耐蚀性高的喷镀膜。另外本发明的成膜用或烧结用粉末除了在PVD法等喷镀以外的方法中也能够同样地获得耐蚀性高的膜以外,而且在制成烧结体的情况下也能够同样地获得耐蚀性高的烧结体。像这样使用本发明的成膜用或烧结用粉末而得到的皮膜或烧结体的耐蚀性高,对于使用等离子体蚀刻的半导体制造装置的构成构件或其涂敷等是有用的。

从提高相对于等离子体蚀刻的耐蚀性的方面出发,作为使用本发明的粉末进行成膜而得到的皮膜的组成的一个例子,可列举出S2/S1优选为0~0.3、更优选为0~0.2、S3/S1优选为0~0.1、更优选为0~0.05的组成,但并不限定于此。作为本发明的粉末的烧结体的组成,可列举出例如S2/S1优选为0~0.3、更优选为0~0.2、S3/S1优选为0~0.2、更优选为0~0.15的组成,但并不限定于此。皮膜及烧结体的S4/S1的优选的上限可以设定为与本发明的粉末同样。另外,上述的皮膜及烧结体在上述的射线源及上述的扫描范围的X射线衍射测定中,来源于立方晶Y3Al5O12的峰优选为显示出最大峰强度的峰,特别是立方晶Y3Al5O12的(420)峰优选为显示出最大峰强度的峰。上述的皮膜及烧结体在上述的射线源及上述的扫描范围的X射线衍射测定中,观察不到Y3Al5O12、YAlO3、Y2O3及Al2O3以外的成分的峰、或者即使观察到但该峰高度相对于立方晶Y3Al5O12的(420)峰的高度也优选为5%以下,更优选为3%以下,进一步优选为1%以下。

使用本发明的粉末进行成膜而得到的皮膜及烧结体在等离子体蚀刻中蚀刻速率低。具体而言,皮膜及烧结体通过后述的实施例中记载的方法而测定的蚀刻速率优选为3nm/分钟以下,更优选为2nm/分钟以下。

在以本发明的粉末作为原料来制造皮膜的情况下,为了提高相对于等离子体蚀刻的耐蚀性,该皮膜优选为表面粗糙度低的皮膜。皮膜的表面粗糙度可以通过后述的实施例中记载的方法来测定。这样的皮膜可以通过将本发明的成膜用或烧结用粉末进行成膜而获得。

为了提高相对于等离子体蚀刻的耐蚀性,本发明的烧结体的开气孔率优选为1%以下,更优选为0.5%以下。开气孔率可以基于JIS R1634并通过阿基米德法来测定,具体而言通过以下的方法来测定。这样的烧结体可以通过将本发明的成膜用或烧结用粉末进行烧结而获得。

<开气孔率(OP)的测定方法>

将烧结体放入蒸馏水中,在利用隔膜型真空泵的减压下保持1小时后,测定水中重量W2[g]。另外,将剩余的水分用湿布去除,测定饱和重量W3[g]。之后,放入干燥器中使烧结体充分干燥后,测定干燥重量W1[g]。通过以下的式子,算出开气孔率OP。

OP=(W3-W1)/(W3-W2)×100(%)

实施例

以下,通过实施例对本发明进一步进行详细说明。然而本发明的范围并不限制于所述实施例。需要说明的是,表1中示出各实施例及比较例中的制造条件(铝原料的种类、铝原料及氧化钇原料的使用量、第4工序的雾化器转速、第5工序的烧成温度)。

〔实施例1〕

(第1工序)

将10kg的α-氧化铝与纯水混合搅拌而制成了250g/L的铝源浆料。氧化铝利用Microtrac HRA(利用300W超声波的分散处理)测定得到的D50为0.13μm。D50的具体的测定方法如下所述。在100mL的玻璃烧杯中加入0.1~1g试样,加入约100mL的0.2质量%的六偏磷酸钠水溶液。在株式会社日本精机制作所制的超声波匀浆机US-300T型(输出功率为300W)中定置加有试样和0.2质量%的六偏磷酸钠水溶液100mL的烧杯而进行5分钟超声波分散处理,制成了浆料。将该浆料滴加至日机装株式会社制Microtrac HRA的试样循环器的腔室中直至装置判定为恰当浓度。作为分散介质,使用了0.2质量%的六偏磷酸钠水溶液。

(第2工序)

将14kg的氧化钇和20L的纯水放入珠磨机中进行了湿式粉碎。按照利用MicrotracHRA(利用300W超声波的分散处理)测定的氧化钇的D50成为0.6μm~0.8μm的方式实施了粉碎。粉碎后,进一步加入纯水而进行浓度调整,制成了550g/L的钇源浆料。D50的具体的测定方法设定为与第1工序同样。

(第3工序)

将第1工序中得到的浆料与第2工序中得到的浆料混合。混合后,进一步加入纯水而进行浓度调整,制成了氧化钇与氧化铝的合计的浓度为200g/L的混合浆料。

(第4工序)

将第3工序中得到的混合浆料使用喷雾干燥器(大川原加工机(株式会社)制)进行造粒·干燥,得到了造粒物。喷雾干燥器的操作条件如下所述。

·浆料供给速度:75mL/分钟

·雾化器转速:12500rpm

·入口温度:250℃

(第5工序)

将第4工序中得到的造粒物放入氧化铝制的容器中,在大气气氛下、电炉中进行烧成而得到了造粒颗粒。烧成温度设定为1400℃,烧成时间设定为6小时。颗粒的形状为大致球状。像这样操作,得到了作为目标的复合氧化物的粉末。

〔测定·皮膜的形成〕

对实施例1中得到的粉末通过以下叙述的方法进行X射线衍射测定,得到了X射线衍射图。将其结果示于图1中。基于所得到的X射线衍射图,对于立方晶Y3Al5O12的(420)峰、直方晶YAlO3的(112)峰、立方晶Y2O3的(222)峰及三方晶Al2O3的(104)峰算出了相对强度。另外,通过以下叙述的方法而测定了细孔第1峰、细孔第2峰、细孔容积、微晶尺寸、BET比表面积及颗粒径(D50)。将这些结果示于以下的表2中。在实施例1中得到的粉末的2θ=20°~60°的扫描范围的X射线衍射图中,未观察到来源于Y3Al5O12、YAlO3、Y2O3及Al2O3以外的成分的峰。进而,使用实施例1中得到的粉末,通过以下的〔利用喷镀法的成膜条件〕得到了皮膜。

〔X射线衍射测定〕

·装置:UltimaIV(Rigaku Corporation制)

·射线源:CuKα射线

·管电压:40kV

·管电流:40mA

·扫描速度:2度/分钟

·步进:0.02度

·扫描范围:2θ=20°~60°

〔细孔第1峰、细孔第2峰、0.1μm~1μm的细孔容积、5μm~50μm的细孔容积〕

·装置:AutoPore IV(Micromeritics公司制)

·第1细孔峰:通常,若测定由一次粒子构成的颗粒的细孔径分布,则得到2个峰,但将该峰中的小径侧的峰设定为第1细孔峰。

·第2细孔峰:将上述的峰中的大径侧的峰设定为第2峰。

·0.1μm~1μm的细孔容积:细孔径为0.1μm~1μm的细孔容积的累积值

·5μm~50μm的细孔容积:细孔径为5μm~50μm的细孔容积的累积值将测定结果示于图2中。

〔微晶尺寸测定〕

测定基于上述项的X射线衍射测定,由立方晶Y3Al5O12的(420)峰的半值宽度通过Scherrer式而算出。

〔BET比表面积测定〕

使用MOUNTECH公司制全自动比表面积计Macsorb model-1201通过BET一点法进行了测定。使用气体设定为氮氦混合气体(氮30体积%)。

〔颗粒径的测定〕

利用日机装株式会社制Microtrac HRA进行了测定。在测定时,作为分散介质使用0.2质量%的六偏磷酸钠水溶液,在Microtrac HRA的试样循环器的腔室中添加试样(颗粒)直至装置判定为恰当浓度为止。

〔利用喷镀法的成膜条件〕

作为基材,使用了20mm见方的铝合金板。对该基材的表面使用实施例1中得到的粉末进行了等离子体喷镀。作为粉末的供给装置,使用了Plasma Technique制的TWIN-SYSTEM10-V。作为等离子体喷镀装置,使用了Sulzer Metco制的F4。以搅拌转速为50%、载气流量为2.5L/分钟、供给刻度为10%、等离子体气体为Ar/H2、输出功率为35kW、装置-基材间距离为150mm的条件,按照膜厚成为约60μm的方式进行了等离子体喷镀。

将上述得到的皮膜供于上述的方法的X射线衍射测定,结果S2/S1为0.04,S3/S1为0.01,S4/S1为0,相对于立方晶Y3Al5O12的(420)峰,未见到来源于Y3Al5O12、YAlO3、Y2O3及Al2O3以外的成分的峰。

〔实施例2〕

将实施例1的第5工序中的烧成温度设定为1500℃,除此以外,与实施例1同样地操作而得到复合氧化物的粉末,与实施例1同样地进行了评价及皮膜的形成。

〔实施例3、实施例5〕

关于实施例1的第2工序中的氧化钇的量,实施例3设定为13.6kg,实施例5设定为14.6kg,与实施例1同样地进行了评价及皮膜的形成。

〔实施例4〕

将实施例3的第5工序中的烧成温度设定为1500℃,除此以外,与实施例3同样地操作而得到复合氧化物的粉末,与实施例1同样地进行了评价及皮膜的形成。

〔实施例6〕

将实施例5的第5工序中的烧成温度设定为1500℃,除此以外,与实施例5同样地操作而得到复合氧化物的粉末,与实施例1同样地进行了评价及皮膜的形成。

〔实施例7〕

将实施例1的第3工序中的雾化器转速设定为20000rpm,除此以外,与实施例1同样地操作而得到复合氧化物的粉末,与实施例1同样地进行了评价及皮膜的形成。

〔实施例8〕

将实施例1的第3工序中的雾化器转速设定为25000rpm,除此以外,与实施例1同样地操作而得到复合氧化物的粉末,与实施例1同样地进行了评价及皮膜的形成。

〔实施例9〕

将实施例1的第1工序中的铝源变更为羟基氧化铝。羟基氧化铝的使用量以氧化铝换算计设定为10kg。另外,将第5工序中的烧成温度设定为1300℃。除了这些方面以外,与实施例1同样地操作而得到复合氧化物的粉末,与实施例1同样地进行了评价及皮膜的形成。

〔实施例10〕

将实施例9的第5工序中的烧成温度设定为1200℃,除此以外,与实施例9同样地操作而得到粉末,与实施例1同样地进行了评价及皮膜的形成。

〔实施例11〕

将实施例1的第1工序中的铝源变更为氢氧化铝。氢氧化铝的使用量以氧化铝换算计设定为10kg。除了这点以外,与实施例1同样地操作而得到复合氧化物的粉末,与实施例1同样地进行了评价及皮膜的形成。

〔实施例12〕

将实施例10的第5工序中的烧成温度设定为1300℃,除此以外,与实施例11同样地操作而得到复合氧化物的粉末,与实施例1同样地进行了评价及皮膜的形成。

〔比较例1〕

将用氨中和使硝酸钇2.78kg与硝酸铝3.59kg混合得到的溶液而得到的沉淀物进行洗涤过滤后,在120℃下干燥后解碎,在1200℃下进行了烧成。将所得到的烧成物2kg用干式球磨机粉碎后,进一步与纯水2L一起加入珠磨机中进行了湿式粉碎。按照利用MicrotracHRA测定得到的烧成物的D50成为1.5μm~2.5μm的方式实施了粉碎。粉碎后,进一步加入纯水进行浓度调整,制成了550g/L的浆料。使用该浆料进行第4工序,将第5工序中的烧成温度设定为1650℃而得到复合氧化物的粉末,与实施例1同样地进行了评价及皮膜的形成。

〔比较例2〕

未进行实施例1的第2工序及第3工序,烧成温度设定为1400℃,除此以外,与实施例1同样地操作而得到复合氧化物的粉末,与实施例1同样地进行了评价及皮膜的形成。但是,在微晶尺寸的测定中,在本比较例中,并非由立方晶Y3Al5O12的(420)峰而是由三方晶Al2O3的(104)峰算出了微晶尺寸。

〔比较例3〕

未进行实施例1的第1工序及第3工序,烧成温度设定为1400℃,除此以外,与实施例1同样地操作而得到复合氧化物的粉末,与实施例1同样地进行了评价及皮膜的形成。但是,在微晶尺寸的测定中,在本比较例中,并非由立方晶Y3Al5O12的(420)峰而是由立方晶Y2O3的(222)峰算出了微晶尺寸。

〔实施例13〕

将实施例1中得到的复合氧化物的粉末使用下述条件的PVD法进行成膜,得到了皮膜。

(利用PVD法的成膜)

作为基材,使用了20mm见方的铝合金板。对该基材通过作为PVD法的一种的高频激发型离子镀法进行了成膜。成膜条件设定为氩气压力为0.02Pa、EB输出功率为0.6kW、RF输出功率为1kW、加速电压为1.5kV、基材―蒸发源间距离为300mm,使膜厚成为5~20μm。

〔实施例14〕

对于实施例1中得到的粉末,以20MPa的压力进行了模具成型。将所得到的成型体在大气气氛中、1650℃下进行2小时烧成,在电炉中自然放冷至50℃,得到了烧结体。对所得到的烧结体通过阿基米德法测定开气孔率,以开气孔率为0.4%的方式充分地致密化。通过后述的方法测定的蚀刻速率成为0.1nm/分钟。

将实施例14中得到的烧结体供于上述的方法的X射线衍射测定,结果S2/S1为0.05,S3/S1为0.12,S4/S1为0,相对于立方晶Y3Al5O12的(420)峰,未见到来源于Y3Al5O12、YAlO3、Y2O3及Al2O3以外的成分的峰。

〔比较例4〕

对于比较例1中得到的粉末,与实施例14同样地操作而得到了烧结体。开气孔率为2%。通过后述的方法而测定的蚀刻速率成为0.3nm/分钟。

对上述中形成的皮膜通过以下叙述的方法测定了表面粗糙度及蚀刻速率。另外,对于烧结体也通过同样的方法而测定了蚀刻速率。

测定了进行各种成膜法的20mm见方的铝合金板中的膜的表面粗糙度。

〔膜的表面粗糙度的测定〕

使用触针式表面粗糙度测定器(JIS B0651:2001),求出了算术平均粗糙度(Ra)及最大高度粗糙度(Rz)(JIS B 0601:2001)。作为触针式表面粗糙度测定器,使用了KLA-Tencor公司制的触针式表面轮廓仪P-7。测定条件设定为评价长度:5mm、测定速度:100μm/秒。求出三点的平均值。

〔等离子体蚀刻速率的测定〕

对进行了各种成膜法的20mm见方的铝合金板中的皮膜的一半粘贴耐热粘合带,以皮膜朝上的状态载置于蚀刻装置(Samco株式会社制的RIE-10NR)的腔室中,进行等离子体蚀刻,测定了蚀刻速率。等离子体蚀刻条件设定为如下。另外,代替皮膜,对烧结体也测定了蚀刻速率。关于烧结体,将烧结成φ16mm×2mm的尺寸的烧结体供于测定。蚀刻速率通过利用上述的表面粗糙度测定来测量等离子体暴露面与在等离子体照射后剥离了粘合带的非暴露面的高低差而算出。测定点对每1张皮膜设定为三点,求出它们的平均值。

·气氛气体:CF4/O2/Ar=15/30/20(cc/分钟)

·高频功率:RF 300W

·压力:5Pa

·蚀刻时间:8小时

表1

产业上的可利用性

若使用本发明的成膜用或烧结用粉末,则能够容易地形成相对于等离子体蚀刻的耐蚀性高的皮膜或烧结体。

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