(57)【要約】【課題】高精度で微細な機械加工を施すことが可能で、かつ加工工具に与える摩耗や損傷が少なく、例えば半導体素子の検査工程で使用するプローブカード用のプローブ案内部材として好適な、窒化ホウ素と、サイアロンと、焼結助剤とを含んでなる複合焼結体、及びその製造方法を提供する。【解決手段】複合焼結体を、窒化ホウ素４０質量部以上６０質量部以下と、サイアロン２５質量部以上５８質量部以下と、焼結助剤を２質量部以上１５質量部以下とを含んでなる、相対密度が９０％以上の複合焼結体であって、前記複合焼結体の蛍光Ｘ線の強度測定において、窒化ホウ素に係るものとしてホウ素（Ｂ）の蛍光Ｘ線の強度の変動係数が３．０以下、かつサイアロンに係るものとしてシリコン（Ｓｉ）の蛍光Ｘ線の強度の変動係数が０．８以下、ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８に準拠して測定した３点曲げ強度が２５０ＭＰａ以上である複合焼結体とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ホウ素４０質量部以上６０質量部以下と、下記の式１（但し式１において、Ｚは０．２以上、１．５以下）で示されるサイアロン２５質量部以上５８質量部以下と、焼結助剤を２質量部以上１５質量部以下とを含んでなる、相対密度が９０％以上の複合焼結体であって、前記複合焼結体の蛍光Ｘ線の強度測定において、窒化ホウ素に係るものとしてホウ素（Ｂ）の蛍光Ｘ線の強度の変動係数が３．０以下、かつサイアロンに係るものとしてシリコン（Ｓｉ）の蛍光Ｘ線の強度の変動係数が０．８以下、ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８に準拠して測定した３点曲げ強度が２５０ＭＰａ以上である複合焼結体。
Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚ  （式１）
【請求項２】
ＪＩＳ  Ｒ１６１８：２００２に準拠して測定した２５℃以上６００℃以下の温度範囲における熱膨張係数が１×１０−６／℃以上３×１０−６／℃以下であり、ＪＩＳ  Ｚ２２４６：２０００に準拠して測定したショア硬度が５５以上７５以下である、請求項１記載の複合焼結体。
【請求項３】
プローブ案内部材用の材料である、請求項１または２記載の複合焼結体。
【請求項４】
比表面積２０ｍ２／ｇ以上かつＧＩ値が８以上の六方晶窒化ホウ素粉末と、比表面積６ｍ２／ｇ以上のサイアロン粉末、及び／または比表面積６ｍ２／ｇ以上の、窒化ケイ素粉末、窒化アルミニウム粉末、酸化アルミニウム粉末、酸化ケイ素粉末からなる群から選ばれる少なくとも２種類以上の粉末と、焼結助剤粉末とを混合して、複合焼結体の原料混合粉末を得る工程、前記原料混合粉末を保持温度１５１０℃以上１７８０℃以下、保持圧力１０ＭＰａＧ以上５０ＭＰａＧ以下、保持時間１時間以上５時間以下の条件で加圧焼結する工程を含む、請求項１〜３いずれか１項記載の複合焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ホウ素とサイアロンと焼結助剤とを焼結してなる、高精度で微細な機械加工が可能な複合焼結体に関する。また本発明は、前記複合焼結体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ホウ素焼結体は優れた耐熱性、耐熱衝撃性、耐食性、電気絶縁性の他に、優れた機械加工性を合わせ持ったマシナブルセラミックスである。しかしながら、窒化ホウ素自体は代表的な難焼結性で、高密度の焼結体を得ることが困難であり、またそのＣ軸方向に層間剥離する摺動性材料でもあるため、強度が低いという欠点があった。この欠点を解決するため、他のセラミックスと組み合わせて使用する技術が多数提供されており、窒化珪素、窒化アルミニウム、ジルコニア、等各種セラミックスとの複合材料が開発され、鉄鋼分野、半導体製造装置分野等で実績がある他、半導体のウェハープロセスの検査工程で使用するプローブカードの触針（プローブともいう）を固定するプロ−ブガイド（プローブ案内ともいう）用の部材（即ちプローブ案内部材）等の様な、高精度で微細な機械加工が求められる分野でも利用されている。
【０００３】
なお前記プロ−ブカ−ドとは、半導体検査装置と、その被検体であるＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ上の、微細な電極とを接続し通電検査するためのユニットである。前記プローブはプローブ案内部材に開けられた細穴に、プローブの先端が半導体チップの電極の位置に合うよう剣山状に配置し固定された構造を持つ。このプローブ案内部材には、熱膨張係数が半導体チップの素材であるシリコンに近いこと、加工性が良好で例えばドリル刃に代表される加工工具に与える摩耗や損傷が少ないこと、但し強度も高く、例えばプローブ案内部材に開けた穴と穴の間の壁が破損しないこと等が要求される。プローブ案内部材の熱膨張率がシリコンから離れていると、通電検査時の発熱や加熱下での測定時に寸法に差が出るため、プローブ先端と半導体チップの電極との位置合わせが困難になり、半導体の検査ができなくなる。
【０００４】
近年、半導体の集積度は飛躍的に高くなり、回路パターン及び端子部も小型狭ピッチ化が進んでおり、これを検査する装置も対応を迫られており、プローブカードのプローブの更なる狭ピッチ化、多ピン化が求められている。このため、高精度で微細な加工を施すことができるプローブ案内部材がますます必要となり、即ち従来よりも加工性が良好で例えばドリル刃に代表される加工工具に与える摩耗や損傷が少ない、高精度で微細な機械加工が可能なプローブ案内用の部材が望まれている。プローブ案内部材としては、例えば窒化ホウ素とジルコニアや窒化ケイ素とを組み合わせた素材が知られているが、高精度の細穴加工に対応できるものはなかった。（特許文献１、特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３５４４８０号公報
【特許文献２】特開２００３−２８６０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、高精度で微細な機械加工を施すことが可能であり、かつ加工工具に与える摩耗や損傷が少なく、例えば半導体素子の検査工程で使用するプローブカード用のプローブ案内部材として好適な、窒化ホウ素と、サイアロンと、焼結助剤とを含んでなる複合焼結体、及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）即ち本発明は、窒化ホウ素４０質量部以上６０質量部以下と、下記の式１（但し式１において、Ｚは０．２以上、１．５以下）で示されるサイアロン２５質量部以上５８質量部以下と、焼結助剤を２質量部以上１５質量部以下とを含んでなる、相対密度が９０％以上の複合焼結体であって、前記複合焼結体の蛍光Ｘ線の強度測定において、窒化ホウ素に係るものとしてホウ素（Ｂ）の蛍光Ｘ線の強度の変動係数が３．０以下、かつサイアロンに係るものとしてシリコン（Ｓｉ）の蛍光Ｘ線の強度の変動係数が０．８以下、ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８に準拠して測定した３点曲げ強度が２５０ＭＰａ以上である複合焼結体である。
Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚ  （式１）
（２）本発明の複合焼結体は、ＪＩＳ  Ｒ１６１８：２００２に準拠して測定した２５℃以上６００℃以下の温度範囲における熱膨張係数が１×１０−６／℃以上３×１０−６／℃以下であり、ＪＩＳ  Ｚ２２４６：２０００に準拠して測定したショア硬度が５５以上７５以下である、前記（１）記載の複合焼結体であることが好ましい。
（３）本発明の前記（１）または（２）記載の複合焼結体は、プローブ案内部材用の材料として好ましく用いることができる。
（４）また本発明は、比表面積２０ｍ２／ｇ以上かつＧＩ値が８以上の六方晶窒化ホウ素粉末と、比表面積６ｍ２／ｇ以上のサイアロン粉末、及び／または比表面積６ｍ２／ｇ以上の、窒化ケイ素粉末、窒化アルミニウム粉末、酸化アルミニウム粉末、酸化ケイ素粉末からなる群から選ばれる少なくとも２種類以上の粉末と、焼結助剤粉末とを混合して、複合焼結体の原料混合粉末を得る工程、前記原料混合粉末を保持温度１５１０℃以上１７８０℃以下、保持圧力１０ＭＰａＧ以上５０ＭＰａＧ以下、保持時間１時間以上５時間以下の条件で加圧焼結する工程を含む、前記（１）〜（３）いずれか１項記載の複合焼結体の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施により、高精度で微細な機械加工を施すことが可能で、加工工具に与える損傷摩耗が少なく、半導体素子の検査工程で使用するプローブ案内部材の用途として好適な、窒化ホウ素、サイアロン、焼結助剤を焼結して含む複合焼結体を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の複合焼結体は、窒化ホウ素４０質量部以上６０質量部以下と、下記の式１（但し式１において、Ｚは０．２以上、１．５以下）で示されるサイアロン２５質量部以上５８質量部以下と、焼結助剤を２質量部以上１５質量部以下とを含んでなる、相対密度が９０％以上の複合焼結体であって、前記複合焼結体の蛍光Ｘ線の強度度測定において、窒化ホウ素に係るものとしてホウ素（Ｂ）の蛍光Ｘ線の強度の変動係数が３．０以下、かつサイアロンに係るものとしてシリコン（Ｓｉ）の蛍光Ｘ線の強度の変動係数が０．８以下、ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８に準拠して測定した３点曲げ強度が２５０ＭＰａ以上である複合焼結体である。
【００１０】
前記窒化ホウ素は本発明の複合焼結体の原料のひとつでもあるが、原料としての窒化ホウ素は粉末状であり、ＪＩＳ  Ｒ１６２６：１９９６に従い、ＢＥＴ法で測定したその比表面積は、粉体の混合性の観点から２０ｍ２／ｇ以上、また結晶性を示す指標であるＧＩ値が８以上である、低結晶性の六方晶窒化ホウ素である。ハンドリング性の観点からは、前記比表面積は２００ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。なお前記ＧＩ値（ＧＩ：Ｇｒａｐｈｉｔｉｚａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｅｘ）は黒鉛化指数ともいい、Ｘ線回折測定により得られる、窒化ホウ素の（１００）面、（１０１）面及び（１０２）面のピークの面積比、ＧＩ＝［面積｛（１００）＋（１０１）｝］／［面積（１０２）］の計算式によって求めることができる（Ｊ．Ｔｈｏｍａｓ．ｅｔ．ａｌ，  Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅ．Ｓｏｃ．８４，４６１９（１９６２））。高精度で微細な機械加工性を実現するためには、複合焼結体中の窒化ホウ素とサイアロンが微細かつ均一に高分散する必要がある。複合焼結体内の窒化ホウ素が大きいと、機械加工の際に割れや欠け等が発生しやすくなる。原料の六方晶窒化ホウ素に結晶性が高い粉末を用いた場合、焼結体内に板状の粗大窒化ホウ素粒子が残留し、さらに粒子間の空隙も大きくなりやすい。このため原料六方晶窒化ホウ素として、ＧＩ値が８以上の低結晶性の粉末を用いることが必要となる。
【００１１】
本発明の複合焼結体１００質量部中において、窒化ホウ素が占める割合は４０質量部以上６０質量部以下、好ましくは４１質量部以上５９質量部以下、より好ましくは４２質量部以上５８質量部以下である。窒化ホウ素の割合が４０質量部未満であると、複合焼結体の硬度が高くなりすぎ、例えば加工工具の寿命を著しく低下させてしまう傾向がある。また、窒化ホウ素の割合が６０質量部を超えると、機械的強度が不足するため、機械加工に耐えられずに本発明の複合焼結体を用いた部材に割れや欠けが発生する。なお窒化ホウ素に関しては、保存中にまたは加熱により酸化ホウ素を形成して揮発することが知られているが、その揮発分による複合焼結体の組成の差異は実用上問題にならない程度（通常約１％程度）である。このため、本願含め当該技術分野においては、複合焼結体中の窒化ホウ素、サイアロン、焼結助剤の質量部比率は、その原料の配合比を以って表している。
【００１２】
前記サイアロンも、（式１）で示される本発明の複合焼結体を構成する成分要素のひとつであり原料のひとつでもあるが、本発明の複合焼結体を得るに当たり、その原料として前記サイアロンの粉末を用いてもよく、または、焼結の結果として（式１）の化学組成を有するサイアロンを生成するような窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化珪素（ＳｉＯ２）の少なくとも２種類以上を予め含めて組み合わせたもの（まとめてサイアロン原料群という）、もしくは、前記原料としてのサイアロンと前記サイアロン原料群との混合物でも良い。これらサイアロンを生成する原料（原料としてのサイアロン、やサイアロン原料群）の、ＪＩＳ  Ｒ１６２６：１９９６に従ってＢＥＴ法で測定した比表面積も、それぞれ粉体の混合性の観点から６．０ｍ２／ｇ以上２００ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。
【００１３】
本発明の複合焼結体１００質量部中において、サイアロンの割合は２５質量部以上５８質量部以下、好ましくは２６質量部以上５７質量部以下、より好ましくは２７質量部以上５６質量部以下である。サイアロンの割合が２５質量部未満であると、本発明で規定する曲げ強度の不足、即ち機械的強度が不足するため、機械加工に耐えられずに本発明の複合焼結体を用いた部材に割れや欠けが発生する。また、サイアロンの割合が６０質量部を超えると、複合焼結体のショア硬度が高くなりすぎ、例えば加工工具の寿命を著しく低下させてしまう傾向がある。
【００１４】
本発明の複合焼結体においては、前記サイアロンの組成に係る（式１）のＺの値は、０．２以上１．５以下であり、好ましくは０．２以上１．０以下、より好ましくは０．３以上０．９以下である。Ｚの値が０．２未満では、本発明の複合焼結体の機械加工において、例えば加工工具が摩耗しやすくなるほど硬度を増すため実用性が損なわれる。また、Ｚの値が１．５を超えると複合焼結体において、本発明で規定する曲げ強度２５０ＭＰａを下回るが、これはサイアロン粒子が大きく成長して部分的な強度が低下するためであると推定され、例えば厚さ１ｍｍの板状とした本発明の複合焼結体に、直径４０μｍの丸穴を中心間距離６０μｍピッチの間隔で多数穿つような、高精度で微細な機械加工はできなくなる。なお前記サイアロンの組成に係る（式１）のＺの値は、Ｘ線回折測定によるデータを基にして、サイアロンの格子定数とＺの値との対応関係から求めることができる。
【００１５】
本発明の複合焼結体で使用できる焼結助剤の種類には特に限定はないが、希土類酸化物や酸化アルミニウム（アルミナ、Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（マグネシア、ＭｇＯ）やこれらの複合酸化物などを好ましく用いることができる。なお、酸化アルミニウムは前記サイアロン原料群の成分としても好ましく用いられる原料でもあるため、焼結助剤としての効果を持たせるため別に加える酸化アルミニウムについては、本発明ではアルミナと表記する。焼結助剤は化学的、物理的特性が安定した焼結体を得る観点から、好ましくは希土類酸化物を用いることができ、より具体的には酸化イットリウム（イットリア、Ｙ２Ｏ３）を効果的に使用することができる。
【００１６】
本発明の複合焼結体１００質量部中において、焼結助剤の割合は２質量部以上１５質量部以下、さらに好ましい範囲は３質量部以上１４質量部以下、より好ましくは３質量部以上１２質量部以下である。焼結助剤の割合が２質量部未満の場合は、高密度で高い強度の複合焼結体を得ることは難しく、機械加工により割れや欠けが発生する。焼結助剤の割合が１５質量部を超える場合、焼結体中の結晶粒径が大きくなり、同様に強度の低下や高精度で微細な機械加工性に劣ることになる。
【００１７】
なお本発明の複合焼結体においては、その機械加工性や用途の使用目的に支障が生じない限り、不可避的に混入する微量不純物元素は含まれていてよい。但し本発明の複合焼結体は、高精度で微細な加工を必要とするプローブ案内部材用の材料として好ましく用いられ、電気的特性（例えば電気絶縁性）も求められることから、各原料中の金属不純物はなるべく含まないこと好ましい。
【００１８】
本発明の複合焼結体を製造する方法は、原料としての六方晶窒化ホウ素の粉末と、原料としてのサイアロン及び／またはサイアロン原料群、さらに焼結助剤とを混合して、複合焼結体の原料混合粉末を得る工程、前記原料混合粉末を保持温度１５１０℃以上１７８０℃以下、保持圧力１０ＭＰａＧ以上５０ＭＰａＧ以下、保持時間１時間以上５時間以下の条件で加圧焼結する工程を含む、製造方法である。
【００１９】
なお、前記原料混合粉末を得る工程における混合方式には特に限定はなく、原料のみをそのまま混合する乾式方式であっても、原料に液体成分を加えて混合する湿式方式であっても特に制限はない。湿式方式の場合、溶媒としては例えばエタノールが好ましく用いられる。さらに混合装置も公知の装置を用いることが可能であり、例えばボールミルが好ましく用いられる。
【００２０】
本発明の複合焼結体の製造方法では、加圧焼結することが必要であるが、焼結装置自体の方式や種類には特に限定はなく、セラミックス製造の分野で一般に用いられる装置を採用することができる。加圧焼結の方法としては、さらに例えばホットプレス焼結、放電プラズマ焼結、超高圧焼結、ガス圧縮による熱間等方加圧焼結などを挙げることができる。
【００２１】
加圧焼結する際に使用する容器や型の材質や形状に関しては、特に得られる本発明の複合焼結体の組成に影響を及ぼしたり、また焼結が行われている環境中において容器や型の変質、変形や破損などが起きなければ特に限定はない。この点を考慮すると、黒鉛製の容器や型が好ましく用いられる。
【００２２】
加圧焼結を実施する際の焼結温度は、１５１０℃以上１７８０℃以下、好ましくは１５２０℃以上１７６０℃以下であり、さらにより好ましくは１５４０℃以上１７４０℃以下の範囲である。焼結温度が１５１０℃未満では、十分に焼結が進行した焼結体が得られず、焼結体の相対密度が９０％未満となり、３点曲げ強度も本発明で規定する２５０ＭＰａ未満の低いものとなる。一方、１７８０℃を超えた場合にも、本発明で規定する３点曲げ強度は２５０ＭＰａ未満の低いものとなるが、これは複合焼結体内において窒化ホウ素、サイアロン結晶相の成長が進んだ結果と推定され、その結果、加工時に割れや欠けが生じたり、ドリル刃の破損が起こる傾向が高まる。
【００２３】
また加圧焼成する場合にかける圧力は、１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下、好ましくは１１ＭＰａ以上４５ＭＰａ以下、さらにより好ましくは１３ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下の範囲である。圧力１０ＭＰａ未満では、十分に焼結した密度の焼結体が得られず、複合焼結体の相対密度は９０％未満となり、また３点曲げ強度も２５０ＭＰａ未満の低いものとなる。一方、５０ＭＰａを超える圧力がかけられるような装置は設備が大きくなり、コスト的に不利となる。
【００２４】
また加圧焼成の焼結時間（加圧保持時間も含む）は１時間以上５時間以下、好ましくは１．５時間以上４．５時間以下、さらにより好ましくは１．５時間以上４時間以下の範囲である。保持時間１時間未満では、焼結体内の特性の分布が大きくなり易いという問題があり、全体の強度が低下し、本発明で規定する３点曲げ強度は２５０ＭＰａ未満の低いものとなる。但し保持時間が５時間を超えると、複合焼結体内において窒化ホウ素、サイアロン結晶相の成長が過剰に進むため、その結果、複合焼結体に割れや欠けが生じたり、加工工具に与える摩耗や損傷が増える傾向がある。
【００２５】
本発明の複合焼結体の理論密度に対する相対密度は９０％である。相対密度９０％以上になると、複合焼結体内に連通する細孔が殆どなくなり、高精度で微細な機械加工を施しても大きな欠陥が生じ難い。なお前記相対密度は、複合焼結体の見かけ密度を、その理論密度で除した値（但し１００倍した％表示）である。また前記複合焼結体の理論密度は、複合焼結体中の窒化ホウ素、サイアロン、焼結助剤の質量割合に拠って、各成分の真密度を按分して求めた値（即ち各成分の真密度の加重平均値）である。前記複合焼結体の見かけ密度は、アルキメデス法を適用した測定装置を用い、ＪＩＳ  Ｒ  １６３４：１９９８に準拠して得ることができる。
【００２６】
本発明の複合焼結体においては、窒化ホウ素に係るものとしてホウ素（Ｂ）の蛍光Ｘ線の強度の変動係数が３．０以下、かつサイアロンに係るものとしてシリコン（Ｓｉ）の蛍光Ｘ線の強度の変動係数が０．８以下である。前記窒化ホウ素に係るホウ素（Ｂ）の変動係数が３．０を超える、またはサイアロンに係るシリコン（Ｓｉ）変動係数が０．８を超えることは、複合焼結体内の窒化ホウ素またはサイアロンの各結晶相の偏在が大きくなるため、高精度で微細な機械加工は困難になる。なお本発明において、前記蛍光Ｘ線の強度の変動係数は、蛍光Ｘ線分析装置にて複合焼結体の表面１０ヶ所のホウ素（Ｂ）およびシリコン（Ｓｉ）について固有の蛍光Ｘ線（Kα線）の強度（単位：ｋｃｐｓ）を測定し、それらの平均値と標準偏差から求めた値である。
【００２７】
本発明の複合焼結体においては、高精度で微細な機械加工が施されることを前提としているため、ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８に準拠して測定した３点曲げ強度が２５０ＭＰａ以上であることが必要である。３点曲げ強度が少なくとも２５０ＭＰａ以上はないと、複合焼結体を機械加工した際に割れや欠けが生じる。
【００２８】
本発明の複合焼結体においては、前記の通り３点曲げ強度が２５０ＭＰａ以上であることが必要であるが、さらにＪＩＳ  Ｚ２２４６：２０００に準拠して測定したショア硬度が５５以上７５であることが好ましい。硬度が本発明で規定するように適度な範囲にないと、即ち十分な曲げ強度は備えていても、硬すぎて加工工具の損傷が増える傾向がある。
【００２９】
本発明の複合焼結体は、例えばシリコンウェハ上に形成されている半導体素子の検査装置に用いるプローブカード向けの材料、即ち微細な電気回路の間隔に合わせて、プローブ先端を圧接するための基板であるプローブ案内部材用として好ましい材料である。従って、複合焼結体の熱膨張係数も高純度シリコンの熱膨張係数に近いことが好ましく、具体的には２５℃以上６００℃以下の温度範囲における熱膨張係数が１×１０−６／℃以上３×１０−６／℃以下であることが好ましい。なお、前記熱膨張係数はＪＩＳ  Ｒ１６１８：２００２に示されている方法に準拠して測定した値である。
【００３０】
本発明の複合焼結体は、微細な機械加工、例えば厚さ１ｍｍの板状とした本発明の複合焼結体に、直径４０μｍの丸穴を中心間距離６０μｍピッチの間隔で多数穿つような機械加工を受ける用途にも好ましく用いられることを目的しているが、加工中または加工後の機械的強度が不十分であると、割れや欠けなどの欠陥が発生する。そのため、本発明の複合焼結体では、３点曲げ強度が２５０ＭＰａ以上であり、ショア硬度が５５以上７５以下であることが好ましい。なお前記の３点曲げ強度は、ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８示されている方法に準拠して測定した値であり、また前記のショア硬度は、ＪＩＳ  Ｚ２２４６：２０００示されている方法に準拠して測定した値である。
【００３１】
本発明の複合焼結体が、本発明の課題を解決しているか否を確認する方法としては、例えば薄板状とした複合焼結体に多数の穴を実際に開け、その加工精度、複合焼結体の割れや欠けの発生状況を観察して評価する方法が適しており、実用に近い評価ができる。
【００３２】
例えばプローブ案内部材の細穴は、直径４０〜１００μｍの場合が多いが、更に小さいものもある。一つの部品に５００〜２０，０００個の穴の加工が施される。この場合、高精度で微細な機械加工精度が達成できたか否かの判定には、実際に加工して開けた穴そのものの形状、即ち設定した穴径とのズレや真円度や、穴位置の精度が目安となり、また穴と穴の間の壁に割れや欠けなどの破損の有無等が判断基準となる。
【実施例】
【００３３】
以下に、本発明の複合焼結体に係る実施例および比較例を示すが、即ち複合焼結体の製造方法を具体的に示し、また実際にプローブ案内部材として加工したときの評価結果を示すが、本発明はこの説明内容に限定されるものではない。
【００３４】
（実施例１の複合焼結体）
本発明の複合焼結体の原料粉末として、表１に示したとおり、六方晶窒化ホウ素粉末（ＧＩ値：１５、比表面積：４１ｍ２／ｇ）の４８質量部と、サイアロン粉末（（式１）のＺは０．５、比表面積：１５ｍ２／ｇ、）の４６質量部と、焼結助剤であるアルミナ粉末（比表面積：１４ｍ２／ｇ、純度：９９．９９質量％以上）の１．５質量部、及びイットリア粉末（純度：９９質量％、平均粒径：０．４μｍ）の４．５質量部とを、溶媒にエタノ−ルを使用したボ−ルミルにて十分に湿式混合した後、これを真空乾燥して複合焼結体の原料混合粉末を得た。前記原料混合粉末を内径８０ｍｍφの黒鉛製ダイスに充填し、焼結温度：１７１０℃、焼結圧力３０ＭＰａ、焼結時間を３時間の条件でホットプレスした後、ダイスから取り出して、実施例１の複合焼結体を得た。
【００３５】
（相対密度の測定）
前記実施例１の複合焼結体については、外形を１ｍｍ程度研削し、アルキメデス法にてその見かけ密度を測定した。さらに前記見かけ密度を、表１に示した複合焼結体の各成分の質量比率に沿って求めた複合焼結体の理論密度で除すことにより、相対密度を算出（表記は％表示）した。この結果は表３に示した。
【００３６】
（変動係数の測定）
前記の複合焼結体から、幅４０ｍｍ×厚さ３ｍｍ×長さ４０ｍｍに切り出し加工した試験片を作製し、蛍光Ｘ線分析装置（ＺＳＸ−ＰｒｉｍｕｓＩＩ、ＲＩＧＡＫＵ社製）にて、試験片の表面１０ヶ所の蛍光Ｘ線（Ｋα線）の強度（単位：ｋｃｐｓ）を測定し、平均値と標準偏差より変動係数を求めた。この結果は表３に示した。
【００３７】
（３点曲げ強度の測定）
前記の複合焼結体から、幅４ｍｍ×厚さ３ｍｍ×長さ４０ｍｍに切り出し加工した試験片を用いて、ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８に準じ３点曲げ強度を測定した。この結果は表３に示した。
【００３８】
（熱膨張係数の測定）
前記の複合焼結体から、幅４ｍｍ×厚さ４ｍｍ×長さ２０ｍｍの試験片を切り出し加工し、熱膨張測定装置（ＴＭＡ８３０１、ＲＩＧＡＫＵ社製）を用いて、２５℃〜６００℃の熱膨張係数を測定した。この結果は表３に示した。
【００３９】
（機械加工による評価）
前記の複合焼結体から、幅４０ｍｍ×厚さ１ｍｍ×長さ４０ｍｍに切り出し加工した試験片を作製し、直径４０μｍの超硬マイクロドリル刃（以下ドリル刃という）を装着したマシニングセンターを用いて、回転数１５，０００ｒｐｍにて穴加工を乾式で行った。前記の試験片には６０μｍピッチ（穴−穴の隔壁設定値２０μｍ、深さ２００μｍ）の穴を合計４００個開けて、穴径と穴位置をＣＮＣ光学測定器を用いて測定した。穴径と位置が±４μｍの規格に入っているものを合格（○表示）とし、規格外を不合格（×表示）とした。また穴と穴の間の壁に割れや欠けの無いものを合格（○表示）し、割れや欠けが発生した場合を不合格（×表示）と判定した。また１本のドリル刃で４００個の穴を全て加工できたものを合格（○表示）とし、ドリル刃の破損等で加工できなかったものを不合格（×表示）とした。これらの結果を表３に示す。なお壁の割れや欠けが発生したり、ドリル刃の破損が生じ場合には、穴径と穴位置の精度の評価はしなかった。
【００４０】
（実施例２〜１６、比較例１〜１４）
複合焼結体の原料混合粉末の配合、焼結温度、焼結圧力、焼結時間を表１〜表４に示した配合、焼結条件に変え、それ以外の原料混合粉末の混合条件、焼結に用いた装置等は実施例１と同様にして、実施例２〜１６、比較例１〜１４の複合焼結体を作製した。またそれらの各種評価は、実施例１と同様に実施し、実施例１の結果と併せて表３と表４に示した。
【００４１】
（比較例１５）
複合焼結体の原料混合粉末の配合、焼結温度、焼結圧力、焼結条件を表２に示した配合、焼結条件に変え、また原料混合粉末の混合を乾式振動ミルにて実施した点を除いて実施例１と同様にしてセラミックス焼結体の作成し評価した。得られた各焼結体の評価結果は表４に示した。
【００４２】
【表１】
2018158863.tif 000002
【００４３】
【表２】
2018158863.tif 000003
【００４４】
【表３】
2018158863.tif 000004
【００４５】
【表４】
2018158863.tif 000005
【００４６】
表１及び表３に示される、本発明の規定を満たす実施例１〜１５の複合焼結体、即ち窒化ホウ素４０質量部以上６０質量部以下と、下記の式１（但し式１において、Ｚは０．２以上、１．５以下）で示されるサイアロン２５質量部以上５８質量部以下と、焼結助剤を２質量部以上１５質量部以下とを含んでなる合計１００質量部の、相対密度が９０％以上の複合焼結体であって、前記複合焼結体の蛍光Ｘ線の強度測定において、窒化ホウ素に係るものとしてホウ素（Ｂ）の蛍光Ｘ線の強度の変動係数が３．０以下、かつサイアロンに係るものとしてシリコン（Ｓｉ）の蛍光Ｘ線の強度の変動係数が０．８以下、ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８に準拠して測定した３点曲げ強度が２５０ＭＰａ以上である複合焼結体は、いずれも良好な評価結果を得ており、本発明の目的が達成されていることが示された。
Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚ  （式１）