(57)【要約】【課題】本発明は、Ａｌ２Ｏ３基の多孔質焼結体において、暗色のものを得ること、そのための製造方法の提供。【解決手段】ＴｉＯＸ（１．５≦ｘ＜２．０）を０．１〜１０質量％含有し、残部がＡｌ２Ｏ３からなる連続した開気孔を有する暗色多孔質焼結体、そのＡｌ２Ｏ３の一部をＭｇＯに置換した暗色多孔質焼結体。暗色多孔質焼結体を、真空チャック、成膜用治具、フィルターに用いる。【選択図】図１
2006182595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴｉＯＸ（１．５≦ｘ＜２．０）を０．１〜１０質量％含有し、残部がＡｌ２Ｏ３からなる暗色多孔質焼結体。
【請求項２】
Ａｌ２Ｏ３の０．１〜１質量％をＭｇＯに置換した、請求項１に記載の暗色多孔質焼結体。
【請求項３】
色調がＪＩＳ  Ｚ  ８７２１での明度Ｖが６．０以下の範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の暗色多孔質焼結体。
【請求項４】
Ａｌ２Ｏ３の平均粒子径が１〜５μｍであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の暗色多孔質焼結体。
【請求項５】
Ａｌ２Ｏ３の粒度分布が、０．１〜０．５μｍと１．５〜４μｍとの２つのピークを持つことを特徴とする請求項4に記載の暗色多孔質焼結体。
【請求項６】
真空チャックとして使用する請求項１から請求項５のいずれかに記載の暗色多孔質焼結体。
【請求項７】
成膜用治具として使用する請求項１から請求項５のいずれかに記載の暗色多孔質焼結体。
【請求項８】
フィルターとして利用する請求項１から請求項５のいずれかに記載の暗色多孔質焼結体。
【請求項９】
出発原料として０．１〜１０質量％のＴｉＯＸ粉末（１．５≦ｘ≦２．０）と残部平均粒子径１〜５μｍ  のＡｌ２Ｏ３とを混合し、プレス成形、鋳込み成形、射出成形、押し出し成形のいずれか一種を行い、還元雰囲気で焼結して得ることを特徴とする暗色多孔質焼結体の製造方法。
【請求項１０】
出発原料として０．１〜１０質量％のＴｉＯＸ粉末（１．５≦ｘ≦２．０）と、０．１〜１質量％のＭｇＯまたはＭｇ（ＯＨ）２の少なくとも一方の粉末および残部が平均粒子径１〜５μｍのＡｌ２Ｏ３とを混合し、成形を行い、成形体を還元雰囲気で焼結して得ることを特徴とする暗色多孔質焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本体中を貫通する多数の気孔を有すＡｌ２Ｏ３およびＴｉＯＸ（１．５≦ｘ＜２．０）からなる暗色多孔質焼結体およびその製造方法、並びにその暗色多孔質焼結体を用いた真空チャック、成膜用治具およびフィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミナ基の多孔質焼結体は、現在までに多数提案がなされている。
【０００３】
特許文献１には、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系の多孔質焼結体を、平均粒子径のピークを２つもつ粉末を用いて製作する方法が示されている。
【０００４】
特許文献２には、外観上の問題を解決するために、コーディライトにＦｅ２Ｏ３、Ｍｎ２Ｏ３、ＴｉＯ２などを添加して、茶褐色や黒褐色の浄化用触媒担体が述べられている。
【０００５】
この方法は、焼結方法は明記されていないが、酸化物主体の組成であるので、大気雰囲気焼結と考えられる。焼結後の色も、茶褐色および黒褐色と酸化物の色が示されている。
【特許文献１】特開２００４−３１５３５８号公報
【特許文献２】特開昭６１−１７８０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
アルミナ基の材料は、基本的に白色を基とする材料であるために、白色に近い色のウェハー、スラリー、粉末、塵などを肉眼及びセンサーにて見分けるのが難しい。また、白色は光の大部分を吸収することなく反射するために、領域の検出などが難しい。目視での検出も難しいが、特にＣＣＤカメラを用いた光学センサーで物体の境界を検知する際に、ハレーションを起こすために適していない。
【０００７】
特許文献２に示される技術は、褐色のコーディライト焼結体を作ることはできるが、耐食性や耐薬品性、耐摩耗性に劣るＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏの酸化物を添加するため、半導体製造用途や酸性やアルカリ性の薬液を濾過するフィルター、および成膜用治具に使用は望ましくない。
【０００８】
そこで、本発明は、Ａｌ２Ｏ３基の多孔質焼結体において、暗色のものを得ること、およびそのための製造方法を課題とする。
【０００９】
また、前記多孔質焼結体を用いて、真空チャック、成膜用治具、フィルターなどを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ＴｉＯＸ（１．５≦ｘ＜２．０）を０．１〜１０質量％含有し、残部がＡｌ２Ｏ３からなる連続した開気孔を有する暗色多孔質焼結体である。または、そのＡｌ２Ｏ３の一部をＭｇＯに置換した暗色多孔質焼結体である。
【００１１】
Ａｌ２Ｏ３基多孔質体は、本発明の組成とすることにより暗色の焼結体を得ることができる。添加するＴｉＯＸ（１．５≦ｘ＜２．０）は、黒色を呈し、多孔質焼結体全体を暗色とすることができる。添加量は０．１質量％以上とすることにより、焼結体は充分な暗色となる。０．１質量％未満であれば、焼結体の色が均一にならずに適さない。また、上限は１０質量％である。ＴｉＯ２はＡｌ２Ｏ３の焼結を促進する焼結助剤として働く。そのために、ＴｉＯＸ（１．５≦ｘ＜２．０）量が１０質量％を超えると緻密化が急激に進み、多孔質体中に連続した開気孔を得ることができなくなる。
【００１２】
ＭｇＯについては、０．１〜１質量％をＡｌ２Ｏ３と置換することにより、焼結体の強度を上げる役割がある。また、ＭｇＯを加えることにより、Ａｌ２Ｏ３はネッキングが起こりやすくなるために、焼結温度を下げ、製造費用の低減にも効果がある。その量は、０．１質量％未満では効果があらわれずに、１質量％を超える量添加すれば、緻密化が急激に進みやすくなるために、所望の連続した開気孔を得ることは難しくなる。ＭｇＯの代わりにＭｇ（ＯＨ）２の添加も可能であり、焼結後にはＭｇＯとなり、微細分散が可能となる。
【００１３】
また、ＣＣＤカメラなどによるハレーションについては、暗色は光の大部分は吸収するために、反射する光が少なく、白色に比べてハレーションを起こしにくい。ハレーションは、黒色で最も起こりにくく、逆に白色で最も起こりやすい。暗色でもＪＩＳ  Ｚ  ８７２１（１９９３年度版）に示される基準で明度Ｖが６．０以下であれば充分にハレーションを防止することができる。これよりも高い明度Ｖであれば、光学センサーがハレーションを起こし易くなるために望ましくない。また、色調は単に灰色だけでなく、青みがかった色や緑がかった色でも同様の効果を得られる。  さらに適している範囲は彩度Ｃが６以下、明度Ｖが５以下である。
【００１４】
本発明の暗色多孔質焼結体は、明度Ｖ ６．０〜１．５、彩度Ｃ ６．０〜２．０、色相 ５Ｐ〜（５Ｂ）〜１０Ｇの範囲に収まる。
【００１５】
本発明は、気孔率は特に限定するものではないが、適した範囲は５〜３５％である。５％未満であれば多孔体中に連続した開気孔を作るのは難しくなる。一方、３５％を超えた焼結体は強度や硬さが極端に下がるために適していない。
【００１６】
ＴｉＯＸのについては、１．５≦ｘ＜２．０とする必要がある。ｘがこの範囲の場合は、黒色を呈するため、多孔質焼結体を暗色とすることができる。ｘが１．５未満の場合は、焼結体を黒色にすることはできるが、ＴｉＯＸの大部分が脆弱なＴｉ２Ｏ３となり、焼結体の強度が保てない。ｘ＝２の場合は白色のＴｉＯ２となるために、焼結体を暗色にすることはできない。
【００１７】
Ａｌ２Ｏ３とＴｉＯＸ（１．５≦ｘ＜２．０）の焼結体を得るには、予めＴｉＯ２を一部還元したＴｉＯＸの粉末を使う方法と、Ａｌ２Ｏ３とＴｉＯ２の粉末を混合、成形の後に還元雰囲気中にて焼結し、ＴｉＯ２をＴｉＯＸ（１．５≦ｘ＜２．０）へと還元する方法のいずれかにて行うことができる。
【００１８】
連続した開気孔を有する多孔質焼結体を得るためには、Ａｌ２Ｏ３の平均粒子径を１〜５μｍとするのが最も適している。１μｍより小さい平均粒子径の粉末を用いると、緻密化が起こりやすくなり連続した開気孔を得ることが難しくなる。また、５μｍよりも大きければ緻密化が進みにくく、焼結体の強度を充分高く保てなくなる。また、結晶の大きさが大きくなるために、白色のＡｌ２Ｏ３と黒色のＴｉＯＸの色むらが目立ちやすくなる。
【００１９】
より好ましいＡｌ２Ｏ３の粉末としては、０．１〜０．５μｍの小粒子と１．５〜４μｍの大粒子との２つのピークを持つ粉末である。小粒子が先行してネッキングを起こし、同じ温度で大粒子はほとんどネッキングしないために、開気孔の気孔径や気孔率を制御するのが容易となる。
【００２０】
ＴｉＯＸの平均粒子径は、量が少ないためにその粒径は焼結に直接の影響は小さいが、入手しやすい０．２〜３μｍが適当である。
【００２１】
本発明の多孔質焼結体は、従来の多孔質焼結体が用いられる用途一般に用いることができるが、特に有効なのは真空チャック、成膜用治具、フィルターのいずれかに使用する場合である。
【００２２】
真空チャックは、半導体や液晶製造工程をはじめとした精密部品の製造工程において、その搬送や加工用治具として使用する場合に用いる。この様な工程では、位置決めを光学的なセンサーを用いて行うが、真空チャックの色が白色に近ければ光の吸収が少なく、反射が大きくなり、ハレーションを起こすために位置や輪郭が正確に測定できなくなる。そのために、真空チャックは暗色、可能であるなら黒色が望ましい。
【００２３】
フィルターおよび成膜用治具として用いる場合は、従来の多孔質焼結体と同様にフィルターは特定のガスや空気、排気ガスなどの気体、スラリー、溶液などから一定の大きさを超える粒子だけを通過させない働きがある。
【００２４】
また、本発明の多孔質焼結体の製造方法は、出発原料として０．１〜１０質量％のＴｉＯＸ粉末（１．５≦ｘ≦２．０）と残部平均粒子径１〜５μｍのＡｌ２Ｏ３とを混合し、成形にはプレス成形、鋳込み成形、射出成形、押し出し成形のいずれか一種を行い、還元雰囲気中で焼結して得ることが最もよい。ＴｉＯ２を大気雰囲気で焼結しても暗色とはならないが、本発明では、還元雰囲気中で焼結することにより、ＴｉＯ２の酸素の一部を還元してＴｉＯＸのｘを２．０未満にすることができ、その結果、暗色多孔質焼結体を製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、Ａｌ２Ｏ３基の均一な暗色多孔質焼結体を製造することができる。また、この多孔質焼結体を用いることにより、光学センサーの境界識別でのハレーションを起こさない真空チャックやフィルター、成膜用治具を得ることができる。
【００２６】
さらに、本発明の暗色多孔質焼結体は、従来技術と比較して、耐酸性や耐アルカリ性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の黒色多孔質焼結体は、以下の方法にて製造することができる。
【００２８】
まず、出発原料として０．１〜１０質量％のＴｉＯ２またはＴｉＯＸ（１．５≦ｘ＜２．０）粉末と、残部として平均粒子径が１〜５μｍのＡｌ２Ｏ３粉末とを混合する。混合方法は両者が充分混じり合う方法ならどのような方法でもよく、ボールミルやライカイ機、各種ミキサーなどを使用することができる。ＭｇＯやＭｇ（ＯＨ）２を添加する場合は、この時点で添加する。
【００２９】
この混合粉末に必要に応じて成型用の有機バインダを混合して乾燥させることにより混合粉末を得る。
【００３０】
得られた混合粉末を、プレス成形、鋳込み成形、射出成形、押し出し成形のいずれか一種を行い、還元雰囲気中で焼結する。還元雰囲気は、カーボン介在下での希ガス中での焼結、Ｎ２ガス中、Ｈ２ガス中などがよい。また、焼結温度は１０００〜１５００℃が適当である。
【００３１】
こうして、本発明は、還元雰囲気中で焼結することにより暗色の多孔質焼結体を得ることができる。
【００３２】
また、所望の形状にて穿孔、切削、研削加工等を行うことにより、本発明の真空チャック、フィルターなども得ることができる。
【００３３】
以下実施例にてより詳細に本発明を説明する。
【実施例１】
【００３４】
出発原料として、平均粒子径が２μｍのＴｉＯ２粉末２．５質量％と、平均粒子径が１．５μｍのＡｌ２Ｏ３粉末９７．５質量％とを、成型用の有機バインダとして分子量が約２万のポリエチレングリコールを外部分率で３質量％とともにをボールミルに投入し、アルミナボールを用いて湿式にて４０時間混合した。混合後にスプレードライヤにて造粒を行い造粒粉を得た。
【００３５】
つぎに、造粒粉末を金型にて１００ＭＰａ加圧して成型し、直方体形状のグリーン体を得た。このグリーン体を焼結炉に投入し、カーボン介在中、アルゴンガス加圧の還元雰囲気中にて１４００℃で焼結を行った。
【００３６】
得られた焼結体は、暗色で連続した開気孔を有する暗色の多孔質体であった。気孔率は２５％であった。また、焼結体のＴｉＯＸのｘ値をＸ線回析にて調べたところ、ｘ＝１．９であった。
【００３７】
この焼結体の表面を＃２４０番の砥石にて平面研削盤にて加工した後に、この試料を用いて図１に示すような装置を作製し、試料１の上面側の圧力を下げることにより、その下面で吸着力が発生しているかどうかを下面側に板状の被吸着物２を密着させ検査する装置にてその通気状態を観察した。吸着力が発生していれば、被吸着物は試料に密着したまま保持されるが、発生していなければ下方に落下する。その結果、試料は吸着力を有しており、対面する面の間に微細で連続した開気孔があることが分かった。
【００３８】
また、同試料をＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に記載の基準での色調を測定したところ、９ＰＢ３．５／２．０であった。この試料の上面に板状で白色の被搬送物を載せ、下面からポンプにて減圧を行ったが、被搬送物は吸着された。この試料を、市販のＣＣＤカメラを用いて試料の境界を検出し、位置決めを行ったところ、ハレーションなどの問題も起こらず問題なく行うことができた。
【００３９】
また、フィルターおよび成膜治具として用いても、従来の多孔質焼結体と同様に機能した。
【実施例２】
【００４０】
実施例１の試料を試料Ｎｏ．１として、その組成や、Ａｌ２Ｏ３の粒子径、ＴｉＯＸの量を変え焼結まで行い、その連続気孔の有無および色調を調査した。これを表１に示す。
試料Ｎｏ．１に対して試料Ｎｏ．２〜７は、ＴｉＯＸのｘ値を変えた試料である。
試料Ｎｏ．１１からＮｏ．１６の試料は、ＴｉＯＸの量を変えた試料である。
また、試料Ｎｏ．２１〜試料Ｎｏ．２４は、Ａｌ２Ｏ３の平均粒子径を変えた試料である。
【００４１】
試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．７の結果より、連続した開気孔を有する暗色の多孔質焼結体を得るためには、ＴｉＯＸにおけるｘの値を１．５≦ｘ＜２．０とする必要があることが分かった。この範囲以外であれば、試料Ｎｏ．７のように多硬質焼結体は著しく強度が落ちるか、試料Ｎｏ．５に示すように暗色とならない。なお、試料Ｎｏ．６の焼結雰囲気については、他の試料が還元雰囲気中焼結であるのに対して大気雰囲気中焼結であり、得られたのは明度Ｎ＝９．０のほぼ白色の焼結体であった。
【００４２】
また、試料Ｎｏ．１および試料Ｎｏ．１１〜試料Ｎｏ．１６の結果より、ＴｉＯＸ（１．５≦ｘ＜２．０）の量は０．１〜１０質量％が適当なことがわかった。試料Ｎｏ．１５に示すようにＴｉＯＸの量が０．１質量％未満の場合には、焼結体の表面の色調が一定でなく、まだら模様が目視にて確認できた。これは、黒色を呈するＴｉＯＸ（１．５≦ｘ＜２．０）の量が少ないために、分散の微妙なばらつきがそのまま色のムラとなり、まだらに見えるためである。
【００４３】
逆に試料Ｎｏ．１４のように、ＴｉＯＸ（１．５≦ｘ＜２．０）を１０質量％を超えて添加した場合にはＴｉＯＸが焼結助剤の役割を持つため、緻密化が急激に進み、連続した開気孔を得ることができなかった。
【００４４】
ＴｉＯＸを含んでいない試料Ｎｏ．１６については、焼結体は白色であった。
【００４５】
また更に、試料Ｎｏ．１および試料Ｎｏ．２１〜試料Ｎｏ．２４から、Ａｌ２Ｏ３の平均粒子径については、１〜５μｍが適当であることが分かった。試料Ｎｏ．２４のように、平均粒子径が１μｍ未満であれば、急激に焼結が進行するために連続した開気孔を得ることが難しくなる。
【００４６】
１〜５μｍであれば、焼結はある程度進行し、粒子同士のネッキングも進行するものの、緻密化して開気孔が得られないほどにはならず、多孔質焼結体を得るためには適している。
【００４７】
試料Ｎｏ．２３の試料のように、Ａｌ２Ｏ３の平均粒子径が７μｍより大きければ、目視で判別できる程度に焼結体に色むらが生じ、好ましくない。
【００４８】
また、試料Ｎｏ．４及び試料Ｎｏ．５では試料Ｎｏ．１の試料と他の組成は同様で、Ａｌ２Ｏ３の一部をＭｇＯに置換した粉末を用いて、同様の実験を行った。ＭｇＯを１質量％置換した試料Ｎｏ．４は焼結体は、試料Ｎｏ．１の試料と比較して焼結が進行しており、気孔率は１５％であった。また、色調はＪＩＳ  Ｚ  ８７２１で表示すると９ＰＢ３．０／２．０であった。しかしながら、試料Ｎｏ．５に示す試料は、ＭｇＯが１．２質量％含まれるために焼結が進行し、連続した開気孔を得られなかった。気孔率は４．５％であった。
【表１】
2006182595.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の暗色多孔質焼結体を真空チャックとして使用する例の概略図である。
【符号の説明】
【００５０】
１：暗色多孔質焼結体
２：板状の被吸着物
【図１】
2006182595.tif 000004