(57)【要約】  【課題】  鋳込み成形法により製造したアルミナ焼結体において、焼結体中のアルミナ結晶粒子が配向することで、ある配向部分において配向方向の差異により収縮差が生まれ、その収縮差で内部応力が生じ、焼結体に亀裂や破損が発生する。  【解決手段】  α−アルミナ質焼結体であって、表面および断面のＸ線回折チャートにおける（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０が0.02〜0.07の範囲内であることにより、アルミナ結晶粒子の配向性を制御でき、配向に伴い焼結体の各部に生じる収縮率差を小さくすることが可能であるために、亀裂や破損の発生を防止することが可能となる。【選択図】  図１
2008050251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
α−アルミナ質焼結体であって、中央部の表面および断面のＸ線回折チャートにおける（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０が０．０２〜０．０７の範囲内であることを特徴とするアルミナ質焼結体。
【請求項２】
棒状，筒状，板状，柱状等の長尺物のα−アルミナ質焼結体であって、端部の表面および断面のＸ線回折チャートにおける（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０が０．０２〜０．５の範囲内であることを特徴とするアルミナ質焼結体。
【請求項３】
α−アルミナ質焼結体であって、中央部の表面と、表面に垂直な第１断面と、表面および第１断面に垂直な第２断面とのＸ線回折チャートにおける（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０がいずれも０．０２〜０．０７の範囲内であることを特徴とするアルミナ質焼結体。
【請求項４】
棒状，筒状，板状，柱状等の長尺物のα−アルミナ質焼結体であって、端部の表面と、表面に垂直な第１断面と、表面および第１断面に垂直な第２断面とのＸ線回折チャートにおける（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０がいずれも０．０２〜０．５の範囲内であることを特徴とするアルミナ質焼結体。
【請求項５】
平均粒径が０．５〜２．０μｍであり粒形比率が１．５〜２．０であるα−アルミナ１次原料粒子とバインダと分散剤と溶媒とを混合して、前記α−アルミナ１次原料粒子の粒子体積分率を２５〜４５体積％とした固化性もしくは硬化性のスラリーとし、該スラリーを非吸液性の成形型へ注入してα−アルミナ質成形体を得た後、該α−アルミナ質成形体を焼成することを特徴とするアルミナ質焼結体の製造方法。
【請求項６】
前記成形型の内面の少なくとも１面を、１０ｍｍ以上の幅および１５００ｍｍ以上の長さを有するものとすることを特徴とする請求項５に記載のアルミナ質焼結体の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかに記載のアルミナ質焼結体からなる半導体または液晶製造装置用ステージ部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミナ質焼結体中のアルミナ結晶粒子の配向性に関し、アルミナ結晶粒子の配向性を少なくし、焼成によって均一に収縮することが可能なアルミナ質焼結体とその製造方法、およびこれを用いた半導体または液晶製造装置用ステージ部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セラミックスは多くの分野で利用されている。特にセラミックスの中でもアルミナ質焼結体は、他のセラミックスよりも比較的安価で得られ、優れた機械的，熱的，電気的特性および高い耐食性を有していることから、各産業分野で使用されているのが現状である。
【０００３】
このアルミナ質焼結体の用途としては、小さな半導体用部品から大きな耐火物や半導体・液晶製造装置用部品まで様々なものがあり、セラミックメーカー各社では、製品の大きさに合わせて各種の製造方法にてアルミナ質焼結体を製品として製造している。
【０００４】
ところが、アルミナ質焼結体の１次原料粒子は、一般的に高いアスペクト比を有した扁平状粒子であるため、製造方法によってはその１次原料粒子が部分的に配向性を生じやすく、１次原料粒子に部分的な配向性が生じると、同じ焼結体内部で焼成工程での収縮方向や収縮率に差が生じる。このような収縮方向や収縮率に差が生じると、製品の大小を問わず、焼結体に内部応力が発生し、この内部応力が焼結体の強度を超えたり、また構造的に弱い部分に集中したりして、焼結体に亀裂や破損を生じるという問題があった。さらに、このアルミナ結晶粒子の配向性は、製品各部でその方向性にバラツキを持って発生することが多く、配向性を持った部分とそうでない部分、あるいは別の配向性を持った部分の間の収縮方向や収縮率の差が原因で内部応力が発生し、これにより焼結体に亀裂や破損を生じるという問題があった。特に、鋳込み成形法を用いて製造した製品については、アルミナ１次原料とバインダと分散剤と溶媒とを混合してスラリー化し、このスラリーを成形型に流し込むため、スラリーの流れに沿ってアルミナ結晶粒子が配向性を生じやすく、これが焼結体内部の応力発生の原因となり、その結果、焼結体に亀裂や破損が発生して製品が製造できないという問題があった。
【０００５】
この問題に対し、各セラミックメーカーでは、結晶粒子に配向性を生じさせないような製法や、逆に結晶粒子に配向性を持たせて製品内で収縮方向を一定にするという手法を用い、内部応力の発生を抑制あるいは制御し、アルミナ質焼結体に亀裂や破損が発生することを防止しようとしていた。
【０００６】
例えば、特許文献１には、α−アルミナ原料を単体あるいは一成分として含有するセラミックス焼結体用成形体であって、成形体表面のＸ線回折測定することにより得られるピーク強度を用いてＩ１０４／（Ｉ１０４＋Ｉ０３０）として算出されるα−アルミナの結晶配向率が0.5〜0.8であり、α−アルミナ粒子が不規則に配列しており、成形体密度が最終的に得られる焼結体の理論密度に対して40％以上であるセラミックス焼結体用成形体が開示されており、その実施例には配向率＝Ｉ００６／Ｉ１１０の値が0.8〜1.2であるβ−アルミナ質焼結体の例が開示されている。そして、この発明によれば、成形体中のα−アルミナの粒子配向を所定の範囲になるように制御しているため、これを焼成しても焼成過程の影響はほとんどなく、焼成後の焼結体も粒子配向しにくくなる効果が得られることが開示されている。
【特許文献１】特開平９−255413号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、β−アルミナ質焼結体のＸ線回折チャート上の（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比から求められる配向率（Ｉ００６／Ｉ１１０）が0.8〜1.2と高く、β−アルミナ質焼結体中では、ｃ軸である（００６）面へ多くのアルミナ結晶粒子が配向した状態となっている。このようなβ−アルミナ質焼結体では、前述のように、ｃ軸方向の収縮とｃ軸に直角方向の収縮との収縮率に差を生じ、これが焼結体中で内部応力となって、構造的に応力集中の起こりやすい部分に作用し、焼結体に亀裂や破損を生じる可能性が高い。さらには、この配向率の値は、数値上では（００６）面と（１１０）面とに配向するアルミナ結晶粒子の割合を表しているに過ぎず、実際には焼結体各部において配向率にバラツキがあり、これによっても応力が発生し、亀裂や破損の原因となり得る。
【０００８】
また、特許文献１に記載の発明は長さが140ｍｍで厚みが2.4ｍｍ程度の寸法の小型のβ−アルミナ質焼結体を製造する場合にのみ適用できるものであり、このような小型の焼結体ではアルミナ結晶粒子が配向することによって焼結体各部に生じる内部応力が小さく、焼結体の亀裂や破損の原因となりにくい。従って、β−アルミナ質焼結体のＸ線回折チャート上の（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比から求められる配向率（Ｉ００６／Ｉ１１０）を0.8〜1.2と非常に高い値にしても亀裂や破損を生じにくいものと考えられる。しかしながら、この特許文献１に開示された配向率の範囲を、長さが１ｍを超えるようなアルミナ質焼結体に適用しようとすると、アルミナ結晶粒子の配向により各部に生じた内部応力差が極めて大きくなり、焼結体に亀裂や破損を生じてしまうという問題が発生する。
【０００９】
さらに、その他の方法として磁力を付与しながら成形を実施し、アルミナ結晶粒子の配向性を制御する方法も考えられるが、このような方法では、複雑かつ大型形状のアルミナ製品の製造は困難であり、内部に亀裂や破損を生じさせる原因となる内部応力を発生させる配向性を持たないアルミナ質焼結体が望まれていた。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、大型化が進められているセラミック部材である半導体または液晶製造装置用ステージ部材に好適な、亀裂や破損を生じさせる内部応力の発生の少ないアルミナ質焼結体とその製造方法、特に鋳込み成形法を用いたアルミナ質焼結体とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のアルミナ質焼結体は、α−アルミナ質焼結体であって、中央部の表面および断面のＸ線回折チャートにおける（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０が0.02〜0.07の範囲内であることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明のアルミナ質焼結体は、棒状，筒状，板状，柱状等の長尺物のα−アルミナ質焼結体であって、端部の表面および断面のＸ線回折チャートにおける（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０が0.02〜0.5の範囲内であることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、本発明のアルミナ質焼結体は、α−アルミナ質焼結体であって、中央部の表面と、表面に垂直な第１断面と、表面および第１断面に垂直な第２断面とのＸ線回折チャートにおける（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０がいずれも0.02〜0.07の範囲内であることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明のアルミナ質焼結体は、棒状，筒状，板状，柱状等の長尺物のα−アルミナ質焼結体であって、端部の表面と、表面に垂直な第１断面と、表面および第１断面に垂直な第２断面とのＸ線回折チャートにおける（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０がいずれも0.02〜0.5の範囲内であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明のアルミナ質焼結体の製造方法は、平均粒径が0.5〜2.0μｍであり粒形比率が1.5〜2.0であるα−アルミナ１次原料粒子とバインダと分散剤と溶媒とを混合して、前記α−アルミナ１次原料粒子の粒子体積分率を25〜45体積％とした固化性もしくは硬化性のスラリーとし、該スラリーを非吸液性の成形型へ注入してα−アルミナ質成形体を得た後、該α−アルミナ質成形体を焼成することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明のアルミナ質焼結体の製造方法は、上記構成において、前記成形型の内面の少なくとも１面を、10ｍｍ以上の幅および1500ｍｍ以上の長さを有するものとすることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の半導体または液晶製造装置用ステージ部材は、上記構成のいずれかの本発明のアルミナ質焼結体からなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のアルミナ質焼結体によれば、α−アルミナ質焼結体であって、中央部の表面および断面のＸ線回折チャートにおける（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０が0.02〜0.07の範囲内であることにより、アルミナ質焼結体中の結晶粒子の配向性が不規則になり、焼成工程において収縮率に差が発生するのを抑制できるので、内部応力がアルミナ質焼結体内部の応力集中しやすい箇所に集中して亀裂や破損が発生することを効果的に防止することが可能となる。
【００１９】
また、本発明のアルミナ質焼結体によれば、棒状，筒状，板状，柱状等の長尺物のα−アルミナ質焼結体であって、端部の表面および断面のＸ線回折チャートにおける（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０が0.02〜0.5の範囲内であることにより、特に結晶粒子が配向しやすい１ｍ以上の長さを有する長尺物の端部の結晶粒子の配向性が不規則になり、焼成工程において発生する端部の収縮率差を抑制できる。よって、収縮率差により発生する長尺物の内部応力の発生を抑制することができ、この内部応力が原因と考えられる長尺物の焼成工程後の亀裂や破損の発生を効果的に防止することが可能となる。
【００２０】
さらに、本発明のアルミナ質焼結体によれば、α−アルミナ質焼結体であって、中央部の表面と、表面に垂直な第１断面と、表面および第１断面に垂直な第２断面とのＸ線回折チャートにおける（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０がいずれも0.02〜0.07の範囲内であることにより、アルミナ質焼結体中の結晶粒子の配向性が不規則になり、焼成工程において収縮率に差が発生するのを抑制できるとともに、アルミナ質焼結体中の各部の収縮率のバラツキを抑制できるので、特に大型製品を製造した場合に、内部応力が部分的に作用して生じる亀裂や破損の発生を効果的に防止することが可能となる。
【００２１】
また、本発明のアルミナ質焼結体によれば、棒状，筒状，板状，柱状等の長尺物のα−アルミナ質焼結体であって、端部の表面と、表面に垂直な第１断面と、表面および第１断面に垂直な第２断面とのＸ線回折チャートにおける（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０がいずれも0.02〜0.5の範囲内であることにより、特に結晶粒子が配向しやすく収縮率のバラツキが生じやすい長尺物の端部において、不規則な結晶粒子の配向とすることができる。よって、収縮率のバラツキにより発生する焼結体の内部応力を効果的に緩和させて、焼成工程の終了後に亀裂や破損のないアルミナ質焼結体とすることが可能となる。
【００２２】
また、本発明のアルミナ質焼結体の製造方法によれば、平均粒径が0.5〜2.0μｍであり粒形比率が1.5〜2.0であるα−アルミナ１次原料粒子とバインダと分散剤と溶媒とを混合して、α−アルミナ１次原料粒子の粒子体積分率を25〜45体積％とした固化性もしくは硬化性のスラリーとし、このスラリーを非吸液性の成形型へ注入してα−アルミナ質成形体を得た後、これを焼成することにより、スラリー中の原料粒子間の間隔を拡げて粒子間のファンデルワールス力等の相互作用を低減させることができ、かつスラリー粘度を低下させ、スラリー注入時にスラリーに作用するせん断応力を小さくすることが可能となる。これにより、スラリーを注入する際に、スラリーの流れ方向に沿って生じる粒子の配向性を防止した鋳込み成形が可能で、この製造方法により製造したアルミナ質焼結体をアルミナ結晶粒子の配向性を抑制したものにできる。
【００２３】
また、本発明のアルミナ質焼結体の製造方法によれば、スラリーが注入される成形型の内面の少なくとも１面を、10ｍｍ以上の幅および1500ｍｍ以上の長さを有するものとするときには、従来の製造方法では成形体は得られても焼成後の焼結体には亀裂や破損が生じて製品とすることができなかったような大型のアルミナ質焼結体を製造することが可能となる。
【００２４】
また、本発明のアルミナ質焼結体からなる本発明の半導体または液晶製造装置用ステージ部材によれば、特に大型のステージ部材である場合にも、アルミナ結晶粒子の配向性に起因する亀裂や破損のないステージ部材を安定して提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細を説明する。
【００２６】
アルミナ質焼結体は、他のセラミックスよりも優れた機械的，熱的，電気的特性および高い耐食性を有しながら比較的安価に得られることから、製品の大きさに合わせた各種製造方法にて製造され、種々の産業分野で使用されている。ところが、アルミナ質焼結体の作製に用いられるα−アルミナ１次原料粒子は、高いアスペクト比を有した扁平状であり、製造方法によっては、α−アルミナ１次原料粒子の配向が成形体の焼成工程において収縮方向や収縮率の差を発生させ、これによってアルミナ質焼結体に内部応力が生じ、応力集中しやすい部分に亀裂や破損を生じることがある。例えば、粉末プレス成形法であれば、高いアスペクト比を有した扁平状のα−アルミナ１次原料粒子であってもランダムに成形型に充填されて圧縮成形されるので、原料粒子の配向は顕著ではなく、焼結体において亀裂や破損は少ないが、粉末プレス成形法では、今般要求されている長さが１ｍを超えるような大型製品を得ることは難しい。これに対し、大型製品に対応可能な成形法として、鋳込み成形法がある。
【００２７】
しかしながら、鋳込み成形法のうち非吸液性の成形型を用いる鋳込み成形法は、非吸液性の成形型に固化性もしくは硬化性のスラリーを充填し、これを加熱することにより固化もしくは硬化させて乾燥してセラミック成形体を得る成形法であるが、この非吸液性の成形型へスラリーを充填する際には、充填の仕方や充填直後に成形型の内壁にスラリーが当たることによって様々なスラリーの流れが生じる。このとき、高いアスペクト比を有した扁平状のα−アルミナ１次原料粒子は、この様々なスラリーの流れに沿って部分的に様々な方向に原料粒子が配列する。そして、このように部分的に様々な方向を向いたα−アルミナ１次原料粒子の配列が生じたまま、スラリーを固化もしくは硬化させ、乾燥してセラミック成形体とし、さらに焼成してアルミナ質焼結体を得ようとすると、アルミナ質焼結体内部で様々な方向性を持った内部応力が発生し、この内部応力によってアルミナ質焼結体の結晶粒子の結合の弱い部分に亀裂や破損を生じることとなる。
【００２８】
この傾向は、アルミナ質焼結体の大きさが大きければ大きいほど顕著になり、半導体または液晶製造装置用ステージ部材等に用いるような大型のアルミナ質焼結体では特に亀裂や破損が生じやすい。
【００２９】
したがって、鋳込み成形法によるα−アルミナ質焼結体の作製においては、スラリー中のα−アルミナ１次原料粒子のスラリーの流れに沿った配列を極力少なくし、焼成後の焼結体の結晶粒子の配向性をある範囲内とする必要がある。ここで、α−アルミナ質焼結体の結晶粒子の配向性を確認するには、α−アルミナ質焼結体の表面または断面をＸ線回折測定し、そのＸ線回折チャートの各結晶面のピーク強度から、どの方向にアルミナ結晶粒子が配向しているかを確認することが可能である。
【００３０】
この結晶面は、ミラー指数にて表される。このミラー指数は、結晶面がａ軸，ｂ軸，ｃ軸のどの軸に交わるかを（００６）というふうに丸括弧の中の３つの整数で表示するものであり、この３つの整数は左からａ軸，ｂ軸，ｃ軸にそれぞれ対応し、交わる軸を正の整数（１以上の整数）で表している。よって、（００６）はｃ軸に交わる面に、（１１０）はａ軸とｂ軸とに交わる面に結晶が配向していることを表しており、結晶面の交わる軸の異なる（００６）面と（１１０）面とを確認することにより、焼結体中の結晶粒子の配向性を確認できる。
【００３１】
図１は、本発明のα−アルミナ質焼結体のＸ線回折測定結果の一例を示すＸ線回折チャートである。図１の縦軸はピーク強度を示し、横軸は回折角度を示している。このチャートにおいて、（００６）面結晶ピークは回折角度（２θ）＝41°〜42°間に存在し、（１１０）面結晶ピークは回折角度（２θ）＝37°〜38°間に存在している。
【００３２】
本発明者らは、この図１に示すＸ線回折チャートの（００６）面結晶ピーク強度と（１１０）面結晶ピーク強度との関係から、α−アルミナ質焼結体の中央部の表面および断面のＸ線回折における（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値が0.02〜0.07の範囲であることにより、アルミナ質焼結体中に亀裂や破損が生じる内部応力の発生の有無を間接的に認識できて、良好なアルミナ質焼結体が得られることを見出したのである。なお、α−アルミナ質焼結体の中央部とは、板状体の場合、長さ方向の中心線と幅方向の中心線とが交わる位置の近傍のことをいう。
【００３３】
α−アルミナ質焼結体の中央部の表面および断面のピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値が0.02未満である場合には、α−アルミナ質焼結体中の結晶粒子がｃ軸以外の方向に良好に分散した状態となっているが、このような状態では、α−アルミナ１次原料粒子が高いアスペクト比を有した扁平状であるために配向を持った部分と比較して、粒子同士の接触面積が小さくなる。このように接触面積が小さくなると、粒子同士の接触部にネックといわれるくびれた部分ができ、焼結するためのこのネックの発達に多くの熱エネルギーを必要とするため、より高温で焼成するか、あるいは焼結助剤成分を添加して焼結性を高めなければ、α−アルミナ質焼結体を高密度化しにくくなる。よって、実際には、若干ｃ軸へアルミナ結晶粒子を配向させた焼結体とする方がα−アルミナ質焼結体の高密度化および高強度化の観点からすると良い。
【００３４】
また、α−アルミナ質焼結体の中央部の表面および断面のピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値が0.07を超える場合には、α−アルミナ質焼結体中に（００６）面への著しい結晶粒子の配向が生じていることとなり、このように（００６）面へのアルミナ結晶粒子の配向性が強くなると、別の配向を持った部分と比較して、収縮する方向や収縮率等の焼成時の収縮挙動が異なる。これにより、α−アルミナ質焼結体内部の収縮挙動の異なる部分の境界部に応力が発生する。そして、この応力発生部は、特に焼結体が大型である程、部分的に多数存在し、これら応力発生部の応力が特に焼結体の応力集中しやすい部分に集中する結果、その焼結体に亀裂や破損を生じてしまうこととなる。
【００３５】
なお、アルミナ質焼結体や、その他のセラミック材料からなる多結晶体については、その粉末をＸ線回折測定し、各結晶面に相当するピーク強度の比率を示したＪＣＰＤＳ（Joint Committee on Powder Diffraction Standards）カードがあり、このＪＣＰＤＳカードとの対比で一般的には各ピークの存在する結晶面を同定していく。
【００３６】
さらに、Ｘ線回折測定には、市販のＸ線回折装置を用いれば良く、これら装置による０°〜90°の測定範囲から得られた測定結果をＸ線回折チャートに表し、まずＪＣＰＤＳカードを用いて、チャート上に表示された各ピークの結晶相の同定を実施する。その後、α−アルミナの結晶ピークのみについて（００６）面や（１１０）面等の結晶面を特定し、（００６）面と（１１０）面とのピーク強度値を確認した後、ピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値を算出すれば良い。このようにして、α−アルミナ質焼結体の表面と、表面に垂直な第１断面と、表面および第１断面に垂直な第２断面とについても同様の手法を用いてピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値を算出すれば良い。
【００３７】
また、特に鋳込み成形法にて棒状，筒状，板状，柱状等の長尺物のα−アルミナ質焼結体を製造する場合には、焼結体の端部で、Ｉ００６／Ｉ１１０の値が大きくなる傾向があるために、端部の表面および断面のＸ線回折チャートにおける（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比が0.02〜0.5の範囲内であることが重要である。焼結体の端部でＩ００６／Ｉ１１０の値が大きくなる理由については明らかではないが、鋳込み成形法では非吸水性の成形型にスラリーを充填する際に用いる充填口付近で特にスラリーに圧力がかかり、スラリー中のアルミナ原料粒子が配向しやすく、また充填口と対向する端部では成形型に流れ込んだスラリーが端部の成形型の壁面に激しく衝突し、衝突の際の衝撃力がスラリーに加わるためスラリー中のアルミナ原料粒子に衝撃力が作用し配向しやすくなるためと考えられる。なお、焼結体の端部とは、端面を含み端面から20ｍｍ程の範囲をいう。
【００３８】
棒状，筒状，板状，柱状等の長尺物のα−アルミナ質焼結体の端部の表面および断面のＸ線回折チャートにおける（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０が0.02〜0.5の範囲内であれば、特に結晶粒子が配向しやすい１ｍ以上の長さを有する長尺物の端部の結晶粒子の配向が不規則になり、焼成工程において発生する端部の収縮率差を抑制できる。よって、収縮率差により発生する長尺物の内部応力の発生を抑制することができ、この内部応力が原因と考えられる長尺物の焼成工程後の亀裂や破損の発生を防止することができるので、良好なアルミナ質焼結体を得ることができる。
【００３９】
これに対し、Ｉ００６／Ｉ１１０の値が0.02未満である場合には、前述の中央部の場合と同様にα−アルミナ質焼結体中の結晶粒子がｃ軸以外の方向に良好に分散した状態となっているが、このような状態では、α−アルミナ１次原料粒子が高いアスペクト比を有した扁平状であるために配向を持った部分と比較して、粒子同士の接触面積が小さくなる。このように接触面積が小さくなると、粒子同士の接触部にネックといわれるくびれた部分ができ、焼結するためのこのネックの発達に多くの熱エネルギーを必要とするため、より高温で焼成するか、あるいは焼結助剤成分を添加して焼結性を高めなければα−アルミナ質焼結体を高密度化しにくくなるので好ましくない。またＩ００６／Ｉ１１０の値が0.5を超える場合には、中央部の場合と同様に（００６）面への著しい結晶粒子の配向が生じていることとなる。このように（００６）面へのアルミナ結晶粒子の配向が強くなると、他の配向を持った部分と比較して、収縮する方向や収縮率等の焼成時の収縮挙動が異なる。これにより、α−アルミナ質焼結体中の収縮挙動の異なる部分の境界部に応力が発生し、これが特に焼結体の応力集中しやすい部分や低強度の部分に作用すると焼結体に亀裂や破損を生じることとなり好ましくない。
【００４０】
ここで、α−アルミナ質焼結体の中央部と長尺物の端部とでＩ００６／Ｉ１１０の値の上限値に差が生じる理由としては、中央部でＩ００６／Ｉ１１０の値が大きくなって発生する応力は、中央部を除く他の部分に広い範囲で作用するため、上限値の設定を低くして亀裂や破損の発生を抑制することが必要となる。これに対して端部は中央部より結晶粒子の配向性が大きくなる傾向にあるが、端部に発生する応力は、端部と接する狭い範囲にのみ作用するため、中央部ほどに上限値の設定を低くしなくても亀裂や破損の発生を抑制できるためと考えられる。
【００４１】
また、本発明は、α−アルミナ質焼結体の表面と、表面に垂直な第１断面と、表面および第１断面に垂直な第２断面とのＸ線回折チャートにおける（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０がいずれも0.02〜0.07の範囲内であることを特徴としている。
【００４２】
ここで、α−アルミナ質焼結体の表面とは、焼成直後の焼結体表面ならびに加工後の表面を示し、表面に垂直な第１断面とは、焼成直後または加工後の焼結体表面に垂直な断面を示し、また表面および第１断面に垂直な第２断面とは、焼成直後または加工後の表面および第１断面に垂直な面を示す。
【００４３】
これらの面のＸ線回折チャートから、ピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値を算出し、３つの面の値がいずれも0.02〜0.07の範囲内であるものとすれば、いずれの面においてもアルミナ結晶粒子の配向性が良好であるといえる。特に各部にアルミナ結晶粒子の配向がなく、均質なものが求められる大型の厚肉製品を製造した場合に、内部応力が部分的に作用して生じる亀裂や破損の発生を防止することができる。
【００４４】
この３つの面のピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値が0.02未満である場合には、アルミナ結晶粒子に配向が少なく、また、アルミナ結晶粒子の配向性のバラツキも少ない点では良好であるものの、α−アルミナ１次原料粒子が高いアスペクト比を有した扁平状であるために配向を持った部分と比較して、原料粒子同士の接触面積が小さくなる。このように接触面積が小さくなると、より高温で焼成するか、あるいは焼結助剤成分を添加して焼結性を高めなければα−アルミナ質焼結体をアルミナ結晶粒子の配向性のバラツキなく一様に高密度化しにくくなるために好ましくない。また、ピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値が0.07を超える場合には、α−アルミナ質焼結体中に（００６）面への著しい結晶粒子の配向が生じていることとなり、このように（００６）面へのアルミナ結晶粒子の配向が強くなると、他の配向を持った部分と比較して焼成時の収縮挙動が異なり、α−アルミナ質焼結体の内部に応力が発生して、この応力がもとで焼結体に亀裂や破損を生じてしまうこととなる。また、α−アルミナ質焼結体中の（００６）面へのアルミナ結晶粒子の配向が、α−アルミナ質焼結体の各部にバラツキを持って存在していることとなり、部分的な亀裂や破損だけでなく、表面と断面との配向性の違いや、部分的に配向している部分同士の間に生じる応力による亀裂や破損を生じやすい。
【００４５】
さらに、本発明のα−アルミナ質焼結体は、中央部の表面および断面のピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値の最大値と最小値との差が0.05以内であることが好ましい。この差の算出方法は、前述のように各結晶面のピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値を算出し、その最大値と最小値との差を求めればよい。この最大値と最小値との差が0.05を超える場合には、焼結体内で（００６）面への配向のバラツキが部分的に大きく、このバラツキが原因でアルミナ質焼結体に内部応力が発生し、この内部応力がアルミナ質焼結体の強度を超えると最終的なα−アルミナ質焼結体としてのアルミナ質焼結体に亀裂や破損を生じてしまうこととなる。
【００４６】
また、本発明のα−アルミナ質焼結体は、棒状，筒状，板状，柱状等の長尺物のα−アルミナ質焼結体であって、端部の表面と、表面に垂直な第１断面と、表面および第１断面に垂直な第２断面とのＸ線回折チャートにおける（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０がいずれも0.02〜0.5の範囲内であることが重要である。この範囲内であれば、特に結晶粒子が配向しやすく収縮率のバラツキが生じやすい長尺物の端部において、前述の中央部の場合と同様に表面と、表面に垂直な第１断面と、表面および第１断面に垂直な第２断面とのいずれの面においてもアルミナ結晶粒子の配向性が良好で、各部にアルミナ結晶粒子の配向がなく、より均質な長尺物のα−アルミナ質焼結体とすることができ、亀裂や破損の発生のないものとすることができる。Ｉ００６／Ｉ１１０の値が0.02未満である場合には、前述の中央部の場合と同様にアルミナ結晶粒子に配向が少なく、またアルミナ結晶粒子の配向のバラツキも少ない点では良好であるものの、α−アルミナ１次原料粒子が高いアスペクト比を有した扁平状であるために配向を持って配列した場合と比較して、原料粒子同士の接触面積が小さくなる。このように接触面積が小さくなると、粒子同士の接触部にネックといわれるくびれた部分ができ、焼結するためのこのネックの発達に多くの熱エネルギーを必要とするため、より高温で焼成するか、あるいは焼結助剤成分を添加して焼結性を高めなければα−アルミナ質焼結体を高密度化しにくくなるので好ましくない。また、Ｉ００６／Ｉ１１０の値が0.5を超える場合には、α−アルミナ質焼結体中に（００６）面への著しい結晶粒子の配向が生じていることとなり、このように（００６）面へのアルミナ結晶粒子の配向が強くなると、別の配向を持った部分と比較して焼成時の収縮挙動が異なり、α−アルミナ質焼結体の内部に応力が発生して、この応力がもとで焼結体に亀裂や破損を生じてしまうこととなる。また、α−アルミナ質焼結体中の（００６）面へのアルミナ結晶粒子の配向が、α−アルミナ質焼結体の各部にバラツキを持って存在していることとなり、部分的な亀裂や破損だけでなく、表面と断面との配向性の違いや、部分的に配向している部分同士の間に生じる応力による亀裂や破損を生じやすい。
【００４７】
また、本発明のα−アルミナ質焼結体は、スピネル結晶を含有していることが好ましい。スピネル結晶（ＭｇＡｌ２Ｏ４）は、もともとアルミナ１次原料粉体に不可避不純物として含有されているＭｇ成分や焼結助剤として添加するＭｇ成分が、焼成においてＡｌ成分と反応して酸化物となり形成されるものであり、主にα−アルミナ質焼結体の結晶粒界に存在している。アルミナ結晶粒子に著しい配向を生じ、内部応力が発生した場合には、この内部応力がα−アルミナ質焼結体の粒界に作用するため、まず一部の粒界に部分的に亀裂が生じる。そして、その部分から亀裂が粒界に伝搬する粒界破壊が起き、これが最終的にα−アルミナ質焼結体の亀裂や破損となる。これに対し、本発明のα−アルミナ質焼結体のように粒界にスピネル結晶を形成させれば、スピネル結晶は、主に粒界に独立して存在しているため、その存在により、粒界から粒界への亀裂の伝搬を阻止することが可能であり、亀裂や破損の発生をより効果的に防止することが可能となる。
【００４８】
さらに、本発明のα−アルミナ質焼結体は、純度を90％以上、密度を3.8ｇ／ｃｍ３以上とすることが好ましい。90％未満の低純度では、α−アルミナ質焼結体中にアルミナ結晶粒子の配向が生じて、焼結体の亀裂や破損に繋がる内部応力が発生した場合に、アルミナ結晶の粒界に存在する不純物層がこの内部応力の影響を緩和し、亀裂や破損が発生しにくくなる。従って、純度が90％未満のものに、アルミナ結晶粒子の配向によって焼結体に生じる内部応力による亀裂や破損の発生の問題は少なく、結晶粒子の配向性の制御の必要性は少なくなる。よって本発明は、純度が90％以上のα−アルミナ質焼結体に好適である。また、密度が3.8ｇ／ｃｍ３未満の焼結体では、焼結体中に多くの空孔が存在することとなる。この空孔が、前述のスピネル結晶と同様に、焼結体に発生する亀裂の伝搬を防止するために、亀裂や破損が発生しにくくなる。従って、密度が3.8ｇ／ｃｍ３未満のものにアルミナ結晶粒子の配向によって焼結体に生じる応力による亀裂や破損の発生の問題は少なく、結晶粒子の配向性の制御の必要性も少ない。よって本発明は、密度が3.8ｇ／ｃｍ３以上のα−アルミナ質焼結体に好適に用いられる。
【００４９】
次に、本発明のアルミナ質焼結体の製造方法について詳細を説明する。
【００５０】
本発明のα−アルミナ質焼結体の製造方法は、平均粒径が0.5〜2.0μｍであり粒形比率が1.5〜2.0であるα−アルミナ１次原料粒子とバインダと分散剤と溶媒とを混合して、α−アルミナ１次原料粒子の粒子体積分率を25〜45体積％とした固化性もしくは硬化性のスラリーとし、このスラリーを非吸液性の成形型へ注入してα−アルミナ質成形体を得た後、このα−アルミナ質成形体を焼成することを特徴とする鋳込み成形法（ゲルキャスティング法）である。なお、焼結助剤としては、一般的なセラミックスの製造に用いられるマグネシア（ＭｇＯ），シリカ（ＳｉＯ２），カルシア（ＣａＯ）を加えればよい。
【００５１】
ここで、α−アルミナ１次原料粒子の平均粒径を0.5〜2.0μｍの範囲とするのは、0.5μｍ未満の平均粒径では、原料粒子の粒径が細かく、粉体の全表面積（比表面積）が大きくなり、スラリーを作製する際に用いる溶媒，バインダ，分散剤の量を多くしなければスラリーの良好な流動性を確保できなくなるからである。溶媒，バインダ，分散剤は焼成で焼失する成分であり、これらの量が多ければ、乾燥，焼成時の収縮率が大きくなり、成形体や焼結体が変形や破損を生じやすくなるために好ましくない。また、2.0μｍを超える平均粒径では、焼結しにくく緻密化が困難となるために好ましくない。
【００５２】
また、ここでα−アルミナ１次原料粒子の粒形比率とは、α−アルミナ１次原料のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を撮影し、そのＳＥＭ写真像から任意に10個の粒子を選択し、各々の粒子の最大長を長軸Ｌとし、この長軸Ｌと垂直方向にある最大長を短軸ＳとしてＬ／Ｓの値を算出し、これを平均した値である。そして、この粒形比率を1.5〜2.0の範囲内とするのは、粒形比率が2.0を超えるとスラリーの流れに沿って粒子が配向しやすく好ましくないからである。また、粒子の配向の抑制には球状の粒子すなわち粒形比率が１のものを用いるのが好ましいが、粒形比率が１のものは現実的には得られにくく、また原料単価が著しく高くなる。そのため、安価に得られる粒形比率の下限値としては、1.5程度が限界といえる。
【００５３】
さらに、このスラリーを構成する溶媒としては、水系および有機系のいずれを用いることも可能である。有機系の溶媒を用いる場合には、パラフィン，イソパラフィン，トルエン，キシレン，石油，エーテル等を用いることが可能である。しかしながら、スラリーの取り扱いや乾燥工程における安全性を考慮すれば、水を溶媒として用いるのがより好適である。なお、溶媒の添加量としては、α−アルミナ１次原料100質量％に対し、10〜30質量％の範囲内とするのが好適である。
【００５４】
また、バインダとしては、スラリーの固化または硬化のために、エマルジョン状態のバインダを用いる。エマルジョン状態のバインダとしては、スチレン，ブタジエン，イソブレン，（メタ）アクリロニトリル，アクリルアミド，エチレン，酢酸ビニル，アクリル樹脂等より得られる種々の共重合体や不飽和カルボン酸またはジカルボン酸等との多元共重合体を用いることが可能である。なお、バインダの添加量としては、α−アルミナ１次原料100質量％に対し10〜30質量％の範囲内とするのが好適である。
【００５５】
また、分散剤としては、非イオン性化合物，アニオン性化合物，カチオン性化合物を用いることが可能であり、これら１種以上の分散剤を同時に使用することも可能である。分散剤は、原料粒子間の界面張力を下げ、濡れ性を改良したり、粒子表面の電荷をコントロールしたり、粒子表面に厚く安定した吸着層を形成できるため、粒子間のファンデルワールス力に勝る斥力が付与され、原料粒子のスラリー中での自由度向上に寄与できるという効果が発揮されるものと考えられる。本発明では、この分散剤の効果により、α−アルミナ１次原料粒子のスラリー内での移動自由度を向上できるため、焼成後にアルミナ結晶粒子の配向が起こらない形に制御できる。なお、分散剤の添加量としては、α−アルミナ１次原料100質量％に対し、0.01〜１質量％の範囲内で添加するのが好適である。
【００５６】
また、スラリー中のα−アルミナ１次原料粒子の粒子体積分率を25〜45体積％としたのは、25体積％未満であると、スラリー中の粒子が少なすぎ、スラリーを固化もしくは硬化させ、成形型から取り出して乾燥する際に、乾燥工程における収縮が大きくなり、成形体の変形が大きくなってしまうために好ましくない。一方、45体積％を超えると、スラリー中での原料粒子間の距離が短くなり、原料粒子のスラリー中での移動自由度が著しく低下する。このため、スラリーを成形型へ充填する際に、スラリーの流れに沿って原料粒子が配向しやすく、さらに隣り合う原料粒子が互いに影響しあい、これにファンデルワールス力も手伝って、配向した原料粒子近辺の他の原料粒子も同方向に粒子配向しやすくなることが考えられるために好ましくない。
【００５７】
このように、分散剤の働きと粒子体積分率のコントロールとにより、α−アルミナ１次原料粒子は、焼成後のアルミナ結晶粒子の配向のもととなるスラリーの流れに沿った粒子配列を起こすことがなくなるので、このようなスラリーを用いてα−アルミナ質焼結体を製造すれば、アルミナ結晶粒子の配向が抑制された製品を製造可能である。
【００５８】
さらに、スラリーはその粘度を0.02〜0.5Ｐａ・ｓとすることが好ましい。このスラリー粘度はスラリー中の粒子体積分率に左右されやすく、その他にも溶媒，バインダ，分散剤の含有量に左右されやすく、これらを適正範囲内に調整する必要がある。スラリー粘度が0.02Ｐａ・ｓより低いものは、溶媒等の量が多くなり、成形型への粒子体積分率が低下し、成形体を高密度化させることが困難になる。また、スラリー固化後の乾燥工程における乾燥収縮が大きくなるために乾燥後の成形体に亀裂や破損が生じやすくなる。0.5Ｐａ・ｓより高いとスラリーを非吸液性の成形型に充填しにくくなるばかりか、スラリーを成形型に充填する際に、充填されたスラリーが成形型内の各部分で流れ性が均一化しにくく、アルミナ結晶粒子の配向が起こりやすく好ましくない。
【００５９】
また、本発明のアルミナ質焼結体の製造方法では、スラリーを注入する成形型として非吸液性の成形型を用いる。成形型が非吸液性であれば、従来の鋳込み成形法で用いていた吸液性の型を使用する場合に起こっていた目詰まり等の問題もなく、成形型の寿命が延びる。非吸液性の成形型の材質としては、金属，樹脂，木材等、非吸液性の特性を有していればどのような材質のものでも使用可能である。特に本発明の製造方法では、寸法精度やスラリーを固化させた後の固化体の取り出しやすさ、および加熱時の熱伝導性の点から、金属製の成形型を用いるのがより好適である。具体的な金属製成形型の材質としては、アルミニウム，アルミニウム合金，チタン，チタン合金，マグネシウム合金等が、軽量で充分な強度，耐熱製を有しているために良い。
【００６０】
さらに、本発明のアルミナ質焼結体およびその製造方法は、特に大型製品において有効であることは既に述べたが、その大型製品を成形型のサイズで表すと、その内面の少なくとも１面が10ｍｍ以上の幅および1500ｍｍ以上の長さを有するものに適用した場合に特に有効である。
【００６１】
また、本発明のアルミナ質焼結体の製造方法に用いるスラリーは、固化性もしくは硬化性を有している。この固化性もしくは硬化性のスラリーを用いて、非吸液性の成形型内でスラリーを固化させる場合には、成形型を50〜100℃に加熱して成形型内のスラリーを温度変化させ、分散剤の作用によりエマルジョン状態のバインダのエマルジョン状態を破壊させる。エマルジョン状態が破壊されると、バインダ同士やバインダと原料粒子とがファンデルワールス力や水素結合により結びつき、溶媒を含んだ形で寒天状に固化する。固化後、成形型から固化体を取り出し、120〜200℃で固化体を加熱する。これにより、固化体から溶媒成分が蒸発して硬化し、セラミック成形体となる。
【００６２】
その後、この成形体を焼成炉にて1550〜1700℃の最高温度で焼成することにより、本発明のα−アルミナ質焼結体を得ることができる。得られたα−アルミナ質焼結体については、必要に応じて研削加工を施し、所定形状に加工することができる。
【００６３】
このようにして製造された本発明のα−アルミナ質焼結体は、様々な製品に適用可能である。特に近年、大型製品の要求の高い半導体または液晶製造装置分野において、従来は小さいサイズのものを係合して大型化に対応していた、例えば長さ２ｍ以上もあるような半導体または液晶製造装置用ステージ部材を、本発明のα−アルミナ質焼結体の製造方法を用いることにより、一体的に亀裂や破損等の欠陥もなく製造することが可能であり、より高品質な半導体，液晶の製造に貢献することが可能となる。
【００６４】
以上、本発明の実施の形態の例について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の改良や変更を施したものにも適用することができることは言うまでもない。特にα−アルミナ質焼結体の形状に関し、半導体または液晶製造装置用ステージ部材以外の用途に適合した大型かつ複雑形状のものにも適用すれば、アルミナ結晶粒子の配向性を焼結体中に亀裂や破損に繋がる内部応力の発生のないものにすることが可能であるために、良好な製品製造が可能である。
【実施例】
【００６５】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００６６】
（実施例１）
鋳込み成形法（ゲルキャスティング法）による本発明のα−アルミナ質焼結体の製造において、粒形比率の影響を確認する試験を実施した。
【００６７】
まず、粒形比率の影響を確認するために、表１に示す粒形比率を有する、純度が99％で平均粒径が１μｍの市販のα−アルミナ１次原料５種類を用意した。なお、粒形比率が1.5未満のアルミナ１次原料は原料単価が著しく高いため、粒形比率が1.5以上のものを用意した。
【００６８】
次に、５種類のα−アルミナ１次原料のそれぞれに、α−アルミナ原料100質量％に対し、溶媒を15質量％，バインダを15質量％，分散剤を0.5質量％，架橋剤を0.5質量％と焼結助剤とを所定量加え、万能混合攪拌機に投入して混合し、５種類の成形用スラリーを作製した。ここで、溶媒としては水を用い、バインダとしてはアクリル樹脂系のエマルジョンバインダを使用した。また、分散剤としては非イオン性，アニオン性，カチオン性化合物を所定の割合にて混合したものを用い、これにバインダに合わせてアクリル樹脂系の架橋剤を加えた。さらに、スラリー中の粒子体積分率については35体積％とし、スラリー粘度は市販のＥ型粘度計にての測定で0.1Ｐａ・ｓであった。
【００６９】
次に、このスラリーを成形型に充填した。成形型としては、幅が200ｍｍ，長さが1000ｍｍ，厚さが30ｍｍの長尺板を成形できる寸法の成形型を用い、成形型の端部に設けられたスラリー充填口からスラリーを充填した。充填後、スラリー充填口からスラリーが流出しないように充填口を閉塞した後、成形型を70℃に加熱し、スラリーを固化（ゲル化）させた。そして固化した固化体を成形型より取り出し、大型乾燥機に投入して乾燥し、溶媒を蒸発させて成形体とした。
【００７０】
しかる後、この成形体を焼成炉内で1650℃の最高温度で焼成し、研削加工を施して、幅が150ｍｍ，長さが750ｍｍ，厚さが20ｍｍのα−アルミナ質焼結体の試料Ｎｏ．１〜５を製造した。
【００７１】
次に、このα−アルミナ質焼結体の表面または断面における亀裂や破損の有無を確認するために、各試料を大型水槽に貯留されたカラーチェック液中に浸漬した。浸漬に際しては、α−アルミナ質焼結体を２分割して、その断面を確認できるようにした。焼結体の表面や断面に亀裂や破損があれば、その部位にカラーチェック液が染み込み、目視で亀裂や破損の有無を確認できる。
【００７２】
次に、洗浄液を使って、α−アルミナ質焼結体の表面に付いたカラーチェック液を充分に洗い流した後、乾燥し、α−アルミナ質焼結体の中央部の表面および断面のＸ線回折測定を実施し、そのＸ線回折チャートから（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０を算出した。
【００７３】
これら外観検査の結果およびＸ線回折チャートからのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の算出結果を表１に示す。なお、外観検査結果については、亀裂および破損の無かったものを良好として○、有ったものを不可として×で示した。
【表１】
2008050251.tif 000003
【００７４】
表１に示すように、本発明の範囲外である試料Ｎｏ．４については、粒形比率が2.1と大きいために、Ｉ００６／Ｉ１１０の値が0.08と高い。このため、α−アルミナ質焼結体中に内部応力が発生し、これが原因で、外観検査で焼結体中央部の表面や断面に微細な亀裂が多く確認された。
【００７５】
さらに、試料Ｎｏ．５は粒形比率が2.5と大きいために、試料Ｎｏ．４よりも大きな亀裂によりα−アルミナ質焼結体に破損が生じていた。
【００７６】
これらと比較して、本発明の範囲内の試料Ｎｏ．１〜３については、α−アルミナ質焼結体の表面または断面に亀裂や破損がなく、良好であることが確認された。
【００７７】
（実施例２）
次に、実施例１と同様に異なる粒径比率を有する５種類のα−アルミナ１次原料を用い、同様の製造方法にて長さが1000ｍｍで断面の１辺が200ｍｍの正方形である柱状体のα−アルミナ質焼結体を製造した。
【００７８】
そして柱状体のα−アルミナ質焼結体を大型水槽に貯留されたカラーチェック液中に浸漬し、特にその端部に亀裂や破損の有無を確認した。また、端面から10ｍｍの部分で２分割して再びカラーチェック液中に浸漬して端部の内部の亀裂や破損の有無の確認を行なった。
【００７９】
次に、柱状体のα−アルミナ質焼結体の端部から切断された厚さ10ｍｍの分割試料の表面および断面のＸ線回折測定を実施し、そのＸ線回折チャートから（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０を算出した。
【００８０】
これら外観検査の結果およびＸ線回折チャートからのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の算出結果を表１に示す。なお、外観検査結果については、亀裂および破損の無かったものを良好として○、有ったものを不可として×で示した。
【表２】
2008050251.tif 000004
【００８１】
表２に示すように、本発明の範囲外である試料Ｎｏ．９については、粒径比率が2.1と大きいためにＩ００６／Ｉ１１０の値が高い。このため、α−アルミナ質焼結体中に内部応力が発生し、この内部応力が原因でα−アルミナ質焼結体の端部の表面や断面に微細な亀裂が外観検査で多く確認され、実施例１と同様の傾向を示すことが分かった。
【００８２】
さらに試料Ｎｏ．10は粒径比率が2.5と大きいために、試料Ｎｏ．９よりも大きな亀裂が端部に生じることが確認され、これも実施例１の中央部と同様の傾向を示していることが確認された。
【００８３】
これらと比較して、本発明範囲内の試料Ｎｏ．６〜８については、α−アルミナ質焼結体の端部の表面または断面に亀裂や破損がないことが確認された。
【００８４】
（実施例３）
次に、実施例１と同様に異なる粒径比率を有する５種類のα−アルミナ１次原料を用い、より大型製品の製造を実施した。製造方法としては、実施例１と同様であり異なる点は、用いる成形型の幅が600ｍｍ，長さが3000ｍｍ，厚さが70ｍｍであり、最終的なα−アルミナ質焼結体の形状が、幅が450ｍｍ，長さが2300ｍｍ，厚さが50ｍｍの長尺板状体という点である。これらの長尺板状体を試料Ｎｏ．11〜15とした。
【００８５】
また、α−アルミナ質焼結体製造後のＸ線回折測定については、試料Ｎｏ．11〜15の焼結体をまず、表面に垂直に長さ方向で分割してこの表面に垂直な断面を第１断面とし、さらに表面および第１断面に垂直に分割してこの断面を第２断面とした。その次に、これらの試料について、表面，第１断面，第２断面をＸ線回折測定し、そのＸ線回折チャートからピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値を算出した。
【００８６】
さらに、外観検査については、この分割した試料をカラーチェック液に浸漬して、実施例１と同様に、表面または断面に亀裂や破損等がないかの確認を行なった。
【００８７】
表３に試料Ｎｏ．11〜15のピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値および外観検査の結果を示す。なお、外観検査結果については、亀裂および破損の無かったものを良好として○、有ったものを不可として×で示した。
【表３】
2008050251.tif 000005
【００８８】
表３に示す結果によれば、試料Ｎｏ．14については、実施例１と同様に、外観検査で表面，第１断面，第２断面のそれぞれに亀裂が発生していた。また、ピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値についても、表面と第２断面とにおいては良好な値を示すものの、第１断面において0.08と本発明の範囲外の値を示していた。これは、この面にスラリーの流れ方向に沿ったα−アルミナ１次原料粒子の配列が起こり、それが焼結体のアルミナ結晶粒子の配向性を引き起こし、この面と他の面との収縮方向や収縮率の差が焼結体内部に応力を発生させたため、亀裂の発生に繋がったものと考えられる。
【００８９】
また、試料Ｎｏ．15についても、特に第２断面に大きなアルミナ結晶粒子の配向が確認されたが、試料Ｎｏ．14と比較して、亀裂だけでなく焼結体の破損が生じていた。これは、試料Ｎｏ．15については、ピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値の最大値と最小値との差をとると0.29もの大きな値を示していたために、焼結体中に破損に至るような特に大きな内部応力が発生したものと考えられる。
【００９０】
これらと比較して、本発明の試料Ｎｏ．11〜13については、α−アルミナ質焼結体の表面，第１断面，第２断面に亀裂や破損の発生はなく、良好な焼結体が得られることが確認された。このことから、α−アルミナ１次原料粒子の粒形比率は、α−アルミナ質焼結体のアルミナ結晶粒子の配向性に大きな影響を与えると言える。
【００９１】
（実施例４）
次に、実施例１と同様に異なる５種類の粒形比率を有するα−アルミナ１次原料を用い、実施例１と同様の製造方法にて、外径が300ｍｍ，内径が15ｍｍ，長さが2000ｍｍの円筒体のα−アルミナ質焼結体をそれぞれ製造し、試料Ｎｏ．16〜20とした。
【００９２】
そして、円筒体のα−アルミナ質焼結体を端部から10ｍｍの部分で表面に垂直に分割し、この断面を第１断面とした。さらに表面および第１断面に垂直に分割し、その断面を第２断面とした。
【００９３】
次に、この試料の表面，第１断面，第２断面についてＸ線回折測定を実施し、その回折チャートから端部のピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値を算出した。
【００９４】
さらに、外観検査については、分割した試料をカラーチェック液に浸漬して、実施例１と同様に、表面または断面に亀裂や破損の有無の確認を行なった。
【表４】
2008050251.tif 000006
【００９５】
表４に示す結果によれば、本発明の範囲外の試料Ｎｏ．19については、粒形比率が2.1と大きいために、第２断面のピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値が0.56と高い。このため、焼結体中に大きな内部応力が生じると考えられる。さらに、表面，第１断面，第２断面のＩ００６／Ｉ１１０の値のバラツキが大きく、最大値と最小値の差が0.55と高い。この影響により、焼結時の収縮率差も大きく、外観検査で端部に微細な亀裂が多数見られた。
【００９６】
また、本発明の範囲外の試料Ｎｏ．20については、試料Ｎｏ．19よりもＩ００６／Ｉ１１０の最大値が大きく、かつ最小値と最大値との差が0.95と大きいために、外観検査において、微細な亀裂のみならず円筒体の端部に破損が見られる結果となった。
【００９７】
これらと比較して、本発明の範囲内の試料Ｎｏ．16〜18については、外観検査で円筒体の端部に亀裂や破損は見られなかった。
【００９８】
（実施例５）
次に、実施例１の試料Ｎｏ．１と同様のα−アルミナ１次原料および成形型を用いて、スラリー中の粒子体積分率の影響を確認する試験を実施した。
【００９９】
試験は、実施例１と同様の製造方法を用いて実施し、スラリー中のα−アルミナ１次原料の含有量のみ種々変更して、粒子体積分率を表５に示すように調整した。
【０１００】
また、焼成後のα−アルミナ焼結体のＸ線回折測定は、実施例１と同様の方法にて実施し、Ｘ線回折チャートから、（００６）面と（１１０）面とのピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０を算出した。
【０１０１】
さらに、外観検査も実施例１と同様の方法にて実施し、それらの結果を表５に示す。なお、外観検査結果については、亀裂および破損の無かったものを良好として○、有ったものを不可として×で示した。
【表５】
2008050251.tif 000007
【０１０２】
表５に示す結果によれば、本発明の範囲外の試料Ｎｏ．21については、その表面または断面のピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値は範囲内であるものの、粒子体積分率が小さすぎるために、その分溶媒やバインダ，分散剤，架橋剤の焼失に伴う変形量が大きく、焼結体の表面の一部に亀裂が生じていた。また、粒子体積分率が小さすぎ、アルミナ粒子同士の接触面積が小さいため焼結しにくく、このため、他の試料と比較して焼結体の密度が低くなり、このような密度では、機械的特性が低下しているものと考えられる。
【０１０３】
また、本発明の範囲外の試料Ｎｏ．27については、焼結体表面と断面のアルミナ結晶粒子の配向性の差が大きく、また、断面に特にｃ軸へのアルミナ結晶粒子の配向が認められる。このため、焼結体には亀裂の発生が見られ、破損にまで至っていた。これは、スラリー中の粒子体積分率が高く、スラリー中での粒子の自由度が極端に少ないために焼結体の一部にアルミナ結晶粒子の配向性が生じ、α−アルミナ質焼結体中に亀裂や破損に繋がるような大きな内部応力を生むアルミナ結晶粒子の配向性が生じたものと考えられる。
【０１０４】
これらと比較して、本発明の範囲内の試料Ｎｏ．22〜26については、亀裂や破損もなく、良好なα−アルミナ質焼結体を製造可能であることが確認された。
【０１０５】
（実施例６）
次に、実施例５よりもさらに大型製品を製造して、スラリー中の粒子体積分率の影響を確認する試験を実施した。
【０１０６】
試験は、実施例５と同様の方法にてα−アルミナ質焼結体の製造を実施し、スラリーを充填する成形型のみ、実施例３で用いた大型の成形型を用いて実施した。
【０１０７】
また、評価方法についても実施例５とほぼ同様の方法を用いたが、α−アルミナ質焼結体のＸ線回折測定面については、実施例３と同様の方法にて焼結体を分割し、表面，第１断面，第２断面について（００６）面と（１１０）面のピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０を算出した。
【０１０８】
さらに、外観検査も実施例１と同様の方法にて実施し、それらの結果を表６に示す。なお、外観検査結果については、亀裂および破損の無かったものを良好として○、有ったものを不可として×で示した。
【表６】
2008050251.tif 000008
【０１０９】
表６に示す結果によれば、本発明の範囲外の試料Ｎｏ．28，29については、実施例５の場合と同様にその表面または断面のピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値は範囲内であるものの、粒子体積分率が小さいために、その分溶媒やバインダ，分散剤，架橋剤の焼失に伴う変形量が大きく、焼結体の表面の一部に亀裂が生じた。また、粒子体積分率が小さすぎ、アルミナ粒子同士の接触面積が小さいため焼結しにくく、このため、他の試料と比較して焼結体の密度が低くなり、このような密度では、機械的特性が低下しているものと考えられる。
【０１１０】
また、本発明の範囲外の試料Ｎｏ．35については、表面の値と第２断面の値と最大値−最小値の値とは良好であるものの、第１断面のＩ００６／Ｉ１１０の値が範囲外であり、このため焼結体に内部応力が生じ、亀裂が発生していた。
【０１１１】
また、試料Ｎｏ．36については、表面，第２断面の値が範囲外であり、さらにピーク強度比Ｉ００６／Ｉ１１０の値の最大値と最小値との差が0.16と大きな差を示しているために、大型製品では特に焼結体中に破損に至るような大きな内部応力が発生するものと考えられる。
【０１１２】
これらと比較して、本発明の範囲内である試料Ｎｏ．30〜34については、α−アルミナ質焼結体に亀裂や破損の発生なく、大型製品においても良好なα−アルミナ質焼結体を製造できることが確認される結果となった。
【０１１３】
このことから、本発明の製造方法において、スラリー中の粒子体積分率は、α−アルミナ質焼結体のアルミナ結晶粒子の配向性に大きな影響を与えることが確認された。
【０１１４】
（実施例７）
次に、実施例１の試料Ｎｏ．１と同じ粒形比率を有するα−アルミナ１次原料の平均粒形を種々変更し、実施例５の試料Ｎｏ．24と同じスラリー中の粒子体積分率として、実施例５と同様の形状のα−アルミナ質焼結体を同じ製法にて製造した。
【０１１５】
なお、平均粒径の変更に伴うα−アルミナ質焼結体の変形を確認するため、定盤上で反り変形量を測定した。
【０１１６】
さらに、外観検査も実施例１と同様の方法にて実施し、それらの結果を表７に示す。なお、外観検査結果については、亀裂および破損の無かったものを良好として○、有ったものを不可として×で示した。
【表７】
2008050251.tif 000009
【０１１７】
表７に示す結果によれば、本発明の範囲外の平均粒径のα−アルミナ１次原料を用いた試料Ｎｏ．37については、α−アルミナ質焼結体のアルミナ結晶粒子の配向性もなく、充分に緻密化されていたが、α−アルミナ質焼結体の反り変形量が大きく、α−アルミナ質焼結体表面に亀裂を生じた。
【０１１８】
また、本発明の範囲外の試料Ｎｏ．42については、アルミナ結晶粒子の配向性もなく、変形量も小さいが、充分に緻密化することが困難であった。
【０１１９】
これらと比較して、本発明の範囲内の試料Ｎｏ．38〜41については、アルミナ結晶粒子の配向もなく、充分に緻密化され、変形量も少ないα−アルミナ質焼結体を製造可能であることが確認された。
【０１２０】
これらの試験結果から、小型のアルミナ質焼結体だけでなく、従来の製造方法では成形体は得られても焼成後の焼結体には亀裂や破損が生じて製品とすることができなかったような大型のアルミナ質焼結体を、平均粒径が0.5〜2.0μｍであり粒形比率が1.5〜2.0であるα−アルミナ１次原料粒子とバインダと分散剤と溶媒とを混合して、α−アルミナ１次原料粒子の粒子体積分率を25〜45体積％とした固化性もしくは硬化性のスラリーとし、このスラリーを非吸液性の成形型へ注入してα−アルミナ質成形体を得た後、α−アルミナ質成形体を焼成することにより製造することが可能であることが確認された。そして、このアルミナ質焼結体を半導体または液晶製造装置用ステージ部材に好適に用いることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明のα−アルミナ質焼結体のＸ線回折測定結果の一例を示すＸ線回折チャートである。
【図１】
2008050251.tif 000010