(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性セラミックスより成る基体表面上に熱分解グラファイト層を設けて成る複層成形体表面に熱分解窒化ホウ素層を成膜して成る熱分解窒化ホウ素被覆複層成形体の製造方法において、あらかじめ絶縁性セラミックスよる成る基体表面上に熱分解グラファイト層と同じパターンの溝部を形成し、その上に熱分解グラファイト層を形成し、次いで表面を切削除去して研磨し表面の凹凸を１００μｍ以下とした熱分解グラファイト層パターン面を形成し、次いで最外表面にＣＶＤ法により熱分解窒化ホウ素層を成膜することを特徴とする熱分解窒化ホウ素被覆複層成形体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の絶縁性セラミックスより成る基体が窒化ホウ素、熱分解窒化ホウ素、窒化けい素、窒化アルミ、シリカ及びアルミナより選ばれた１種又は２種以上のセラミックスより成ることを特徴とする熱分解窒化ホウ素被覆複層成形体の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の絶縁性セラミックスより成る基体が熱分解窒化ホウ素から成ることを特徴とする熱分解窒化ホウ素被覆複層成形体の製造方法。
【請求項４】
絶縁性セラミックスより成る基体表面に熱分解グラファイト層を形成して成る複層成形体表面に熱分解窒化ホウ素層を成膜して成る熱分解窒化ホウ素被覆複層成形体において、該熱分解グラファイト層が絶縁性セラミックスより成る基体表面に埋設されて成り、かつその表面の凹凸が１００μｍ以下であることを特徴とする熱分解窒化ホウ素被覆複層成形体。
【請求項５】
請求項４に記載の絶縁性セラミックスより成る基体が窒化ホウ素、熱分解窒化ホウ素、窒化けい素、窒化アルミ、シリカ及びアルミナより選ばれた１種又は２種以上のセラミックスより成ることを特徴とする熱分解窒化ホウ素被覆複層成形体。
【請求項６】
請求項５に記載の絶縁性セラミックスより成る基体が熱分解窒化ホウ素から成ることを特徴とする熱分解窒化ホウ素被覆複層成形体。
【請求項７】
請求項４に記載の熱分解窒化ホウ素被覆複層成形体がセラミックヒーターであることを特徴とする熱分解窒化ホウ素被覆複層成形体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は耐熱性、耐食性、化学的安定性に優れた熱分解窒化ホウ素被覆複層成形体及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱分解窒化ホウ素（以下ＰＢＮと略称する）は耐熱性、耐食性、化学的安定性、高純度等の有利な特性をもち、これをグラファイト層と、Ａｌ２  Ｏ３  ，Ｓｉ３  Ｎ４  ，ＳｉＣ，ＢＮ，ＰＢＮ等のセラミック基体より成る複層成形体に被覆してその特性を生かした応用製品が種々開発されている。例えば、実願平３−０３０３９３号にはＰＢＮ基板上に熱分解グラファイト（ＰＧ）層を形成したセラミックヒーターのＰＢＮ被覆、特開平５−１０５５５７号にはＰＢＮ容器上にＰＧ吸熱層を成膜したものにＰＢＮ被覆層を被覆したもの等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらＰＢＮを複層成形体の最外表面に被覆する際、複層成形体の表面に凹凸があると、そのコーナー部のＰＢＮ被覆層に内部応力が発生し、クラック、剥離等が起こり易いという欠点があった。又、接触加熱型セラミックヒーターとして用いる場合は温度バラツキの発生や静電チャックとして用いる場合は静電吸着力の低下をまねいていた。
本発明は、このような欠点を解消した熱分解窒化ホウ素被覆複層成形体、特には複層成形体が絶縁性セラミックス基体とＰＧ層複層成形体から成り、その最外表面にＰＢＮ被覆層を被覆したセラミックヒーター、静電チャック、遮熱板、遮熱円筒、熱吸収帯付容器とその製造方法に関するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等はかかる課題を解決するためにＰＢＮ被覆層に発生するクラック、剥離現象の原因を究明した結果、セラミック基体−ＰＧ層複層成形体の表面の凹凸が著しい部分に内部応力が集中していることを突き止め、この応力分散方法を検討して本発明を完成したもので、その要旨は、セラミックより成る基体表面上にＰＧ層を設けて成る複層成形体の最外表面に熱分解窒化ホウ素層を成膜するに際し、あらかじめ基材上にパターンと同じ溝部を形成した後、ＰＧ層を成膜し凸部を除去、研磨して、表面の凹凸差を１００μｍ以下としその上にＰＢＮ層を成膜することを特徴とするＰＢＮ被覆複層成形体の製造方法、及びこの方法で製造されたＰＢＮ被覆複層成形体に関するもので、これはセラミックヒーター、静電チャック、遮熱板、遮熱円筒及び熱吸収帯付容器として優れた品質を有することが判った。
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００５】
【作用】
ＰＢＮ被覆層に発生するクラック、剥離現象の原因を究明したところ、セラミック基体−ＰＧ層複層成形体の表面の凹凸の大きい部分には内部応力が集中していることが判明した。
この内部応力は凹凸部のコーナー部に発生するもので、これはＰＢＮ及びＰＧの熱的異方性によるものであり、その応力の大きさは、１）異方度が大きく、２）被覆膜が厚く、３）コーナー部の凹凸が大きい程大きくなることが解った。
一般にＰＢＮ及びＰＧの熱膨張率は異方性であり、ＰＢＮ及びＰＧ蒸着時の成長方向の熱膨張率はそれと垂直な方向の熱膨張率に対して約１０倍の値を示す。もし基体面が成長方向に対して垂直面であれば基体と被覆物の熱膨張率は一致するが、基体面が成長方向と平行であれば熱膨張率には１０倍の差が発生し、その結果基体面長さが増大し、ここに発生する応力は増大することになる。例えば図３に示したようにＰＢＮ−ＰＧ複層成形体断面においてパターン加工のために切削された溝の垂直面において、ＰＢＮ蒸着温度から常温まで冷却された時の温度差により応力が発生することになる。以上の原因から、ＰＢＮ被覆表面の凹凸起伏を極力少なくする事によりこれらの応力は軽減される。そこでこの応力分散方法として、あらかじめ絶縁性セラミックスより成る基体上に凹状パターンを形成した後にＰＧ層を成膜し、凸部を除去し、成形体表面の凹凸差を１００μｍ以下、好ましくは５０μｍにする様に研磨、ポリッシングすることにより解決した。これは又、特にＰＧ膜を厚くすることが必要な場合有効となることが判った。
更にこれは、セラミックヒーターの場合均熱性の改善、静電チャックの場合静電力の向上にも寄与する。
【０００６】
この表面の凹凸は１００μｍを超えると応力緩和効果がなくなってしまうので１００μｍ以下とすることが必要である。又、平坦な絶縁性基板の上にＰＧ層を蒸着し、そのＰＧ層の厚さを１００μｍ以下とし、ＰＧパターン加工を段差１００μｍとしても同様な効果が得られる。
【０００７】
次に本発明の製造方法の一例を述べる。
例えばセラミックヒーターの場合、従来の加工方法は絶縁板上に発熱抵抗体となるＰＧ層をＣＶＤ法で均一の厚さに沈積し、次いで図２に示すヒーターパターンに沿ってＰＧ層を切削除去し、その上にＰＢＮ層を被覆していた。この切削を通常のエンドミル加工で行うと、この断面形状は溝深さｄ＝２００μｍ以上の凹凸が形成され、ＰＢＮ層を被覆した場合（図３）、コーナー部４よりＰＢＮ層３にクラックが入り、剥離が発生する。これをセラミックヒーターとして昇温降温を数回繰り返すうちにＰＢＮ被覆層全体にクラックが入り、このセラミックヒーターは使用不能となってしまう。
本発明の製造方法は図１の縦断面図に示したように先ず絶縁性セラミック基体上に深さが例えば２００〜３００μｍに切削してヒーターパターンと同じ形状の溝を作り（図１（ａ））、次いでこの表面にＣＶＤ法でＰＧ層を形成して溝を埋め（図１（ｂ））ヒーターパターンの境界が現われるまでフライス加工でＰＧ層を切削除去してヒーターパターンを形成し、表面全体を研磨して凹凸差を１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下にする（図１（ｃ））。この方法で作られた複層成形体の表面上にＣＶＤ法によりＰＢＮを被覆して、クラック、剥離の生じない良好なＰＢＮ被覆層が得られる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の実施態様を実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
直径１００ｍｍ×厚さ１．２ｍｍのＰＢＮ基板に図３に示すヒーターパターンと同じ形の溝を２００μｍの深さに角型エンドミルを用いて加工し（図１（ａ））、次いでこのＰＢＮ基板をＣＶＤ装置内に入れ、１９００℃に昇温し、高純度プロパンガス５ＳＬＭと水素２０ＳＬＭを導入し、圧力を１２．５Ｔｏｒｒに保ち、１５時間反応を行い１５０μｍのＰＧ沈積層を得た（図１（ｂ））。次いでグラインダーにより凸部の余分なＰＧ層を切削除去しヒーターパターンを形成し、次いで砥粒を用い研磨して、表面の凹凸差を１０μｍ以下とした（図１（ｃ））。次いでこれを再びＣＶＤ装置内に入れ、１８００℃に昇温し、ＢＣｌ３  、ＮＨ３  、Ｈ２  をそれぞれ１ＳＬＭ、５ＳＬＭ、２０ＳＬＭで導入し、圧力を８．７Ｔｏｒｒに保って６時間反応して５０μｍの厚さのＰＢＮ層を被覆したヒーターを得た（図１（ｄ））。このヒーターを真空容器内で通電し、０〜１０００℃で加熱降温を２０回繰り返したが、ＰＢＮ層はクラック、剥離は発生しなかった。
【０００９】
（比較例）
実施例と同じ平坦なＰＢＮ基材を用いその上に実施例と同様の条件でＰＧ層を１５０μｍの厚さに成膜し、通常の角形エンドミルを用い、深さｄ＝３００μｍまで切削し図２に示すヒーターパターンを形成し実施例と同様の条件でＰＢＮを成膜して５０μｍの厚さのＰＢＮ被覆層を有するヒーターを作製した。次いでこのヒーターを真空容器内で通電し０〜１０００℃で加熱降温を行ったところ、１回目でＰＢＮ被覆が剥離してしまった。
【００１０】
【発明の効果】
本発明は、ＰＢＮ成膜時に発生する内部応力が原因となって生ずるクラック、剥離等の欠陥を解消したＰＢＮ被覆複層成形体及びその製造方法に関するもので、特にセラミックヒーター、静電チャック、遮熱板、遮熱円筒及び熱吸収帯付容器等の耐久性の優れたＰＢＮ被覆複層成形体を提供することを目的とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加工方法の一例を縦断面図で示した工程図である。
（ａ）ＰＢＮ基体表面上にエンドミルにより溝を形成する工程。
（ｂ）ＰＧ層を成膜する工程。
（ｃ）余分なＰＧ層を切削除去、研磨する工程。
（ｄ）ＰＧ層上にＰＢＮ層を成膜する工程。
【図２】セラミックヒーターの構造を示す上面図である。
【図３】応力発生箇所を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１    基体
２    ＰＧ層
３    ＰＢＮ被覆層
【図１】
0003589429.tif 000002
【図２】
0003589429.tif 000003
【図３】
0003589429.tif 000004