(57)【要約】【課題】軽量で熱容量が低いと共に、その割に高強度で、かつ、被覆層が剥がれ難い耐熱・耐プラズマ部材の提供。【解決手段】ほぼ球形状の多数の気孔１の隣接するもの同士が連通孔２を介して連通する三次元網目状の骨格構造を有し、気孔率が３０〜９８％で、骨格部３が緻密質多結晶セラミックスからなる基材４と、基材の外表面の一部又は全部を覆う緻密質多結晶セラミックスからなる被覆層５とを備える。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ球形状の多数の気孔の隣接するもの同士が連通孔を介して連通する三次元網目状の骨格構造を有し、気孔率が３０〜９８％で、骨格部が緻密質多結晶セラミックスからなる基材と、基材の外表面の一部又は全部を覆う緻密質多結晶セラミックスからなる被覆層とを備えることを特徴とする耐熱・耐プラズマ部材。
【請求項２】
前記被覆層が基材の外表面の一部又は全部を覆う基層と、基層の表面の全部を覆う表面層とからなることを特徴とする請求項１記載の耐熱・耐プラズマ部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理炉の断熱材、電子部品セラミックス材料等の焼成、熱処理工程で使用される道具材等として、又はプラズマ処理装置のチャンバ内部材等として用いられる耐熱・耐プラズマ部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の耐熱・耐プラズマ部材における耐熱部材は、アルミナ質やアルミナ−シリカ質等の緻密質又は低気孔率多孔質多結晶セラミックスからなる基材の表面の一部又は全部に、被熱処理物等の汚染を生じないジルコニア等の緻密質多結晶セラミックスからなる被覆層を形成して、又、耐プラズマ部材は、アルミニウムからなる基材の表面の一部又は全部に、耐プラズマ性に優れたアルミニウムイットリウムガーネット（ＹＡＧ）等の緻密質多結晶セラミックスからなる被覆層を形成して構成されている。
上記被覆層の形成は、基材との接合強度を高めるため、基材の表面の所要箇所をサンドブラスト加工で粗面化してから、溶射によって行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の耐熱・耐プラズマ部材では、基材が緻密質又は低気孔率多結晶セラミックスからなるため、重量が大きく、かつ、熱容量が高くて加熱エネルギーを多く必要とする不具合がある。
又、被覆層の形成に際し、サンドブラスト加工が行われているため、基材にクラック等を生じ易く、強度が低下する不具合がある。
更に、基材に対してサンドブラスト加工が行われているものの、十分なアンカー効果が出ず、被覆層が剥がれ易い不具合がある。
【０００４】
そこで、本発明は、軽量で熱容量が低いと共に、その割に高強度で、かつ、被覆層が剥がれ難い耐熱・耐プラズマ部材を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の耐熱・耐プラズマ部材は、ほぼ球形状の多数の気孔の隣接するもの同士が連通孔を介して連通する三次元網目状の骨格構造を有し、気孔率が３０〜９８％で、骨格部が緻密質多結晶セラミックスからなる基材と、基材の外表面の一部又は全部を覆う緻密質多結晶セラミックスからなる被覆層とを備えることを特徴とする。
【０００６】
前記被覆層は、基材の外表面の一部又は全部を覆う基層と、基層の表面の全部を覆う表面層とからなってもよい。
【０００７】
【作用】
本発明の耐熱・耐プラズマ部材においては、気孔率が大幅に向上すると共に、曲げ強さが気孔率の高い割に低くなく、かつ、被覆層が外表面に開口するほぼ球形状の気孔の一部に入り込む。
【０００８】
気孔率が、３０％未満であると、熱容量が大きくなるので、本発明の効果が十分に得られない。一方、９８％を超えると、骨格部が細くなりすぎて、使用上必要とする強度が得られず、作製も困難となる。
気孔率は、５０〜８０％がより好ましい。
基材の強度は、材質にもよるが、例えばアルミナ質の場合、気孔率３０〜９８％で曲げ強さ１〜２００ＭＰａである。
基材の骨格部を形成するセラミックスとしては、耐熱部材の場合、アルミナ質、アルミナ−シリカ質、ムライト、ジルコニア、炭化珪素、その他が挙げられ、耐プラズマ部材の、アルミナが挙げられる。
被覆層の形成は、溶射によるのが好ましい。
被覆層を形成するセラミックスとしては、耐熱部材の場合、ジルコニア、ジルコン酸カルシウムが挙げられ、耐プラズマ部材の場合、イットリア、フッ化カルシウム、イットリウムアルミニウムガーネット、その他が挙げられる。
一方、被覆層が基層と表面層とからなることにより、基材と表面層の熱膨張率が異なる場合、基層を両者の中間の熱膨張率のものとすることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る耐熱・耐プラズマ部材の実施の形態の一例を示す概念的な断面図である。
【００１０】
この耐熱・耐プラズマ部材は、耐熱用とされるものであって、直径が平均で１５０μｍのほぼ球形状の多数の気孔１の隣接するもの同士が連通孔２を介して互いに連通する三次元網目状の骨格構造を有すると共に、気孔率が６０％で、曲げ強さが５０ＭＰａであり、かつ、骨格部３が気孔率５％以下の緻密質多結晶アルミナセラミックスからなる基材４と、基材４の外表面の一部（図１においては上面）又は全部を覆う緻密質多結晶セラミックスからなる被覆層５とを備えており、被覆層５は、一部を基材４の上記外表面に開口する気孔１に入り込ませた厚さ１００μｍの緻密質多結晶ジルコニアセラミックスからなる。
【００１１】
上記耐熱・耐プラズマ部材を作製するため、先ず、平均粒径１μｍのローソーダアルミナ２００重量部、液体媒質としてイオン交換水３３重量部、分散剤としてポリアクリル酸アンモニウム０．２重量部、起泡剤としてラウリル硫酸トリエタノールアミン０．３重量部、ステアリン酸アンモニウム１．７重量部及びゲル化主剤としてエポキシ樹脂６．６重量部を攪拌機で混合攪拌しながら空気を導入して泡立て、泡状のスラリーを調製した。
次に、泡状のスラリーを攪拌しながら、これにゲル化副剤としてイミノビスプロピルアミン１．８重量部を添加し、型に鋳込み、３０分程経過すると、ゲル化が十分に進行しゲル化体となった。
【００１２】
次いで、ゲル化体を型から取り出し、乾燥して板状の成形体を得た。
得られた成形体は、ほぼ球形状の多数の気孔の隣接するもの同士が連通孔を介して互いに連通する三次元網目状の骨格構造を有していた。
次に、成形体を空気中において１６００℃の温度で４時間焼成して焼成体とし、板状（縦１５０ｍｍ、横１５０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）の基材を得た。
【００１３】
次いで、基材の片面に、ジルコニア原料をガスプラズマ溶射し、厚さ１００μｍの被覆層を形成して耐熱・耐プラズマ部材を得た。
【００１４】
得られた耐熱・耐プラズマ部材は、基材気孔率６０％、曲げ強さ５０ＭＰａで冷熱サイクルテスト（室温〜１４００℃）２０回でも被覆層の剥離を生じなかった。
【００１５】
ここで、液体媒質としてのイオン交換水と起泡剤としてのラウリル硫酸トリエタノールアミンの添加量、及び攪拌機による泡立て量を変え、それに伴ったゲル化剤を添加してほぼ球形状の気孔の気孔率の異なる各種の基材を作製した後、各基材の片面に前述した場合と同様にして被覆層を形成して耐熱・耐プラズマ部材とし、各耐熱・耐プラズマ部材の気孔率及び曲げ強さを測定し、かつ、冷熱サイクルテスト（室温〜１４００℃）２０回での被覆層の剥離の有無を調べた。前述したもの（実施例２）と合わせてそれらを併記すると表１のようになった。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
表１から分るように、気孔率３０〜９８％で、曲げ強さ１〜１００ＭＰａとなり、かつ、室温〜１４００℃２０回の冷熱サイクルテストで被覆層の剥離を生じない。
【００１８】
又、比較のため、耐熱用の耐熱・耐プラズマ部材として、粒子結合型の低気孔率多結晶アルミナセラミックスを前述したものと同一寸法に形成し、そのままの基材と、その片面をサンドブラスト加工によって表面粗さＲａ４０μｍの粗面にした基材とに、前述したものと同様の被覆層を形成した耐熱・耐プラズマ部材（比較例３，４）の気孔率、及び曲げ強さを測定し、かつ、冷熱サイクルテスト（室温〜１４００℃）２０回での被覆層の剥離の有無を調べた。前述したもの（実施例２）と合わせてそれらを併記すると表２のようになった。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
表２から分るように、本発明に係る耐熱・耐プラズマ部材は、軽量であると共に、高強度であり、かつ、被覆層が剥がれ難い。
このように被覆層が剥がれ難いのは、基材がほぼ球形状の気孔を有していることによる。
【００２１】
図２は本発明に係る耐熱・耐プラズマ部材の実施の形態の他の例を示す概念的な断面図である。
【００２２】
この耐熱・耐プラズマ部材は、前述したものと同様に耐熱用とされるものであり、直径が平均で１５０μｍのほぼ球形状の多数の気孔６の隣接するもの同士が連通孔７を介して互いに連通する三次元網目状の骨格構造を有すると共に、気孔率が６０％で、曲げ強さが５０ＭＰａであり、かつ、骨格部８が気孔率５％以下の緻密質多結晶炭化珪素質セラミックスからなる基材９と、基材９の外表面の一部（図２においては上面）又は全部を覆う緻密質多結晶セラミックスからなる被覆層１０とを備えており、被覆層１０は、緻密質多結晶アルミナセラミックスからなり、一部を基材９の上記外表面に開口する気孔６に入り込ませて基材９の外表面の一部又は全部を覆う厚さ１００μｍの基層１０ａと、緻密質多結晶ジルコニアセラミックスからなり、基層１０ａの表面の全部を覆う厚さ１００μｍの表面層１０ｂとからなる。
このように、被覆層１０を基層１０ａと表面層１０ｂの２層で形成したものは、基層１０ａが基材９と表面層１０ｂの熱膨張率の差を吸収緩和するので、被覆層１０を一層剥がれ難いものとすることができた。
【００２３】
一方、前述した実施例２のものと同様の緻密質多結晶アルミナセラミックスからなる基材の外表面の一部に、基材の上記外表面に開口する気孔に入り込ませた厚さ１００μｍの緻密質多結晶イットリアセラミックスからなる被覆層をガスプラズマ溶射により形成し耐プラズマ用耐熱・耐プラズマ部材を作製し、その被覆層の耐剥離試験をボンドキャップ法によって実施したところ、耐剥離性は、表３に示すようになった。
又、比較のため、アルミナからなる基材の外表面の一部に、厚さ１００μｍの緻密質多結晶イットリアセラミックスからなる被覆層をガスプラズマ溶射により形成して耐プラズマ用耐熱・耐プラズマ部材をそれぞれ作製し、同様の耐剥離試験を実施したところ、耐剥離性は、表３に示すようになった。
【００２４】
【表３】
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【００２５】
表３から分かるように、本発明に係る耐熱・耐プラズマ部材は、被覆層が基材と極めて強固に結合している。
又、上述した耐熱・耐プラズマ部材を、プラズマ処理装置のチャンバ内部材として用いたところ、ダストの発生が非常に少なく、半導体製造用として好適なものであった。
【００２６】
なお、上述した各実施の形態においては、耐熱用耐熱・耐プラズマ部材の基材の骨格部を形成するセラミックスをアルミナや炭化珪素とする場合について説明したが、これに限定されるものではなく、アルミナ−シリカ質、ムライト、ジルコニア、その他のセラミックスとしてもよい。
又、耐熱用耐熱・耐プラズマ部材の被覆層を形成するセラミックスは、ジルコニアやアルミナに限らず、ジルコン酸カルシウムとしてよい一方、耐プラズマ用耐熱・耐プラズマ部材の被覆層を形成するセラミックスは、イットリアに限らず、イットリウムアルミニウムガーネット、フッ化カルシウム、その他のセラミックスとしてもよい。
更に被覆層は、基材の外表面の一部に設ける場合に限らず、外表面の全部に設けてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の耐熱・耐プラズマ部材によれば、気孔率が大幅に向上すると共に、曲げ強さが気孔率の高い割に低くなく、かつ、被覆層が外表面に開口するほぼ球形状の気孔の一部に入り込むので、軽量で熱容量が低いと共に、高強度であり、かつ、被覆層が剥がれ難いものとなる。
一方、被覆層が基層と表面層とからなることにより、基材と表面層の熱膨張率が異なる場合、基層を両者の中間の熱膨張率のものとすることが可能となるので、被覆層を一層剥がれ難いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る耐熱・耐プラズマ部材の実施の形態の一例を示す概念的な断面図である。
【図２】本発明に係る耐熱・耐プラズマ部材の実施の形態の他の例を示す概念的な断面図である。
【符号の説明】
１　気孔
２　連通孔
３　骨格部
４　基材
５　被覆層
５ａ　基層
５ｂ　表面層
６　気孔
７　連通孔
８　骨格部
９　基材
１０　被覆層
１０ａ　基層
１０ｂ　表面層
【図１】
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【図２】
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