(57)【要約】【課題】従来の導電性セラミックスは原料コストが高く、また不活性ガス雰囲気や還元雰囲気焼成、熱間静水圧プレス成形（ＨＩＰ）を用いて製造しなければならないために、製造コストが高かった。【解決手段】ＭｇＡｌ2Ｏ4（スピネル）に酸化鉄を加えた導電性セラミックスにおいて、前記酸化鉄の含有量が１５〜４５重量％であり、体積固有抵抗が１０3〜１０9Ω・ｃｍであることを特徴とする導電性セラミックスとすることにより、大気雰囲気中で１４００〜１７００℃の温度範囲で焼成することが可能となり、従来と比較して原料コスト並びに製造コストを大幅に低減できる導電性セラミックスを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｇＡｌ2Ｏ4（スピネル）に酸化鉄を加えた導電性セラミックスにおいて、前記酸化鉄の含有量が１５〜４５重量％であることを特徴とする導電性セラミックス。
【請求項２】
Ｘ線回折における２θ＝１８〜１９°にあるピークの強度値と、２θ＝３６〜３７°にあるピークの強度値との比が０．１３以上であることを特徴とする請求項１に記載の導電性セラミックス。
【請求項３】
酸化鉄含有量が１５〜３５重量％であり、かつ強度が１００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の導電性セラミックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は導電性を有するセラミックス、特に磁気記録装置に組み込まれる静電気除去用のスペーサー、シム、ハブ等や半導体製造装置のシリコンウエハ上に発生する静電気を除去する部材等、主として静電気除去部材として用いられる導電性セラミックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来導電性セラミックスとしては、特許文献１に記載の固体電解質型燃料電池部材、発熱体素子、耐熱電極等に用いられているランタンクロマイト等のペロブスカイト系セラミックスがあり、セラミックヒーターやセラミックセンサー用材料として使用されていた。
【０００３】
また、その他には特許文献２〜４のように、電極、ヒーターや各種半導体関連部品に用いる導電性セラミックス材料として周期律表３Ａ族に属する元素のうち少なくとも１種を含む化合物とＴｉＯ2を含み、これらの少なくとも一部が複合酸化物を形成していることを特徴とする導電性セラミックス材料が提案されていた。
【０００４】
更に、特許文献５では各種電子部品や電気材料等に用いる導電性セラミックスとして、酸化物系セラミックスの原料と炭素源とを混合した導電性セラミックスを提案している。
【０００５】
また、特許文献６では酸化モリブデン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等の金属酸化物と炭素源とアルミナ等の酸化物系セラミックスを混合し、成形、焼成することにより得られる導電性セラミックスが提案されていた。
【特許文献１】特開１９９５―１４９５６５号公報
【特許文献２】特開２０００―１３６６号公報
【特許文献３】特開２０００―２６４７２０号公報
【特許文献４】特許第３２４１３５０号公報
【特許文献５】特開２００１―１９９７６４号公報
【特許文献６】特開２００２―２２６２６９号公報
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、特許文献１に示したランタンクロマイト等のペロブスカイト系セラミックスは耐熱性に優れており、固体電解質燃料電池部材やヒーター、その電極等の耐熱性を要求される部材の材料として好適に用いられるものの、材料自体のコストが高いという問題があった。
【０００６】
また、特許文献２〜６に示した導電性セラミックスは、何れもその導電性について静電気除去や各種半導体装置部品として好適に用いられる範囲のものであったが、不活性ガス雰囲気中もしくは還元雰囲気中、更には熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理を行わなければ緻密質の焼結体が得られず、製造コストがかかるという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み、ＭｇＡｌ2Ｏ4（スピネル）に酸化鉄を加えた導電性セラミックスにおいて、前記酸化鉄の含有量が１５〜４５重量％であることを特徴とする導電性セラミックスを提供する。
【０００８】
更に、上記導電性セラミックスはＸ線回折における２θ＝１８〜１９°にあるピークの強度値と、２θ＝３６〜３７°にあるピークの強度値との比が０．１３以上であることを特徴とする。
【０００９】
更にまた、上記導電性セラミックスは、酸化鉄含有量が１５〜３５重量％であり、かつ強度が１００ＭＰａ以上としたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について具体的に説明する。
【００１１】
本発明は、絶縁性のＭｇＡｌ2Ｏ4（スピネル）に導電性を付与するため酸化鉄を加えた導電性セラミックスであり、酸化鉄の含有量を１５〜４５重量％とし、所定の導電性を得るようにしてある。
【００１２】
従って、ＭｇＡｌ2Ｏ4（スピネル）と酸化鉄の混合比率によって、導電性のレベルを調節することが可能であり、導電性セラミックスとして使用可能なものとするためにはＭｇＡｌ2Ｏ4（スピネル）が５５〜８５重量％、酸化鉄が１５〜４５重量％の割合とすることが好ましい。
【００１３】
ここで、ＭｇＡｌ2Ｏ4（スピネル）と酸化鉄を上記重量割合としたのは、酸化鉄を上限値より多く含むと、導電性セラミックス中に存在するボイド（気孔）率が大きくなり、緻密化が困難となるからである。また、酸化鉄が下限値より少ない場合には、酸化鉄の割合が少なくなり、導電性が得られなくなるためである。
【００１４】
また、各種の静電気除去用部材や半導体製造装置部品等として用いるには、静電気除去のために１０10Ω・ｃｍ以下の体積固有抵抗を必要とするが、本発明の導電性セラミックスは上記酸化鉄の重量割合とすることにより、１０3〜１０9Ω・ｃｍの範囲の体積固有抵抗が得られ、各種静電気除去用部材等に好適に用いることが可能である。
【００１５】
なお、上記の体積固有抵抗については、ＪＩＳ  Ｃ−２１４１−１９９２に記載の３端子法に準拠して測定を行った。
【００１６】
次に図１に本発明の導電性セラミックス焼結体のＸ線回折におけるスペクトル図の一例を示す。図は、ＭｇＡｌ2Ｏ4を７５重量％、酸化鉄を２５重量％の比率として本発明の導電性セラミックスを形成したときのＸ線回折パターンである。図から、主結晶相としてはＭｇＡｌ2Ｏ4、ＦｅＡｌ2Ｏ4並びにＭｇ（Ａｌ，Ｆｅ）2Ｏ4の３種類の結晶相のピークが重なった形となっている。
【００１７】
そして、本発明者らは鋭意検討の結果、このスペクトル図において、２θ＝１８°〜１９°にあるピークの強度値と２θ＝３６°〜３７°にあるピークの強度値との比が０．１３以上であれば、上述した静電気除去用部材などに用いる好適な抵抗値の範囲である１０3〜１０9Ω・ｃｍの体積固有抵抗からは劣るものの、１０4〜１０9Ω・ｃｍの体積固有抵抗を確保し、且つ１００ＭＰａ以上の高強度を有する導電性セラミックスとなることを見出したものである。
【００１８】
ここで、２θ＝１８°〜１９°にあるピークの強度値と２θ＝３６°〜３７°にあるピークの強度値との比を０．１３以上としたのは、０．１３より小さくなると、非晶質のガラス成分が増加し強度低下が起こるためである。
【００１９】
また、上記２θ＝１８°〜１９°にあるピークの強度値と２θ＝３６°〜３７°にあるピークの強度値との比を０．１３以上としたときの酸化鉄の重量割合は、１５〜３５重量％である。そして、酸化鉄の重量割合を１５〜３５％の範囲内とすることにより、本発明の導電性セラミックスの強度を１００ＭＰａ以上とすることが可能であり、各種静電気除去部材や半導体製造装置用部品のうち応力集中等が発生し易く、機械的特性を必要とされる部位にもより好適に用いることができる。
【００２０】
ここで、酸化鉄の重量割合を上記範囲としたのは１５％より少ない場合には所定の導電性が得られなくなるからであり、３５％より多くした場合には焼成した際に強度の低い非晶質のガラス成分が焼結体中に多く残留し強度低下してしまうからである。
【００２１】
なお、上記強度はＪＩＳ  Ｒ１６０１−１９９５に記載の３点曲げ強度に準拠して測定を行った値である。
【００２２】
次に本発明の導電性セラミックスの製造方法について説明する。
【００２３】
まず、市販の水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）2）とアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、三酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）を本発明範囲内の組成となるように混合・粉砕し、粒度２μｍ以下とする。混合・粉砕は、スーパーミキサー等の乾式混合攪拌機を用いて３種の原料を混合した後、水、バインダー、分散剤を加えボールミル、ビーズミル等の湿式粉砕機により混合粉砕しても良いし、また上記乾式混合機による混合工程を省きそのまま湿式混合粉砕機による混合・粉砕工程を用いても良い。より製造コストを下げるためには、後者の製法をとることがより好適である。
【００２４】
また、混合粉砕後の粒度は、レーザー回折散乱法により測定しその結果平均粒度（Ｄ５０）が２μｍ以下となるのが焼結体をより緻密化させるために好適である。
【００２５】
なお、上記の水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）2）とアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）については、あらかじめ仮焼してスピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）としたものを用いることもできるが、原料コストを抑えるためには好ましくない。
【００２６】
そして湿式混合・粉砕した後、上記スラリーをスプレードライヤー等の噴霧造粒機により造粒し、粉体を十分に乾燥させ、それを乾式プレス成形等の成形方法を用いて成形し、大気（酸化）雰囲気中１４００〜１７００℃の温度範囲で焼成することにより本発明の導電性セラミックスの焼結体を得る。
【００２７】
このとき、酸化鉄については、三酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）を用いるのが良いが、他にＦｅＯ、Ｆｅ3Ｏ4を用いても本発明の導電性セラミックスを製造可能である。そしてこれら三酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、ＦｅＯ、Ｆｅ3Ｏ4を添加することによって、本発明の導電性セラミックスに所定の導電性を付与することができ、その添加量を１５〜４５重量％の範囲とすることにより、１０3〜１０9の体積固有抵抗を有した本発明の導電性セラミックスを製造することが可能となる。
【００２８】
ここで、上記焼成における温度範囲を１４００〜１７００℃としたのは、１４００℃より低い温度では焼結体の密度が向上せず、使用可能な焼結体の機械的特性及び導電性が得られないためであり、１７００℃より高い温度では組織が溶融してしまうためである。
【００２９】
更に、本発明の導電性セラミックスを高強度化するためには、上述の製造方法のうち、酸化鉄の添加量を１５〜３５重量％の範囲とし、その後上述の製法と同様の工程を経て成形した後、大気（酸化）雰囲気中１４５０〜１７００℃の温度範囲で焼成すれば、１０4〜１０9Ω・ｃｍの体積固有抵抗を有し、かつ１００ＭＰａ以上の強度を有する導電性セラミックスを製造可能であり、その焼結体のＸ線回折パターンのスペクトル図における２θ＝１８°〜１９°にあるピーク強度値と２θ＝３６°〜３７°にあるピーク強度値の比は０．１３以上の値となる。
【００３０】
ここで、上記焼成における温度範囲の下限値が１４５０℃と高いのは、高強度化のために低融点である酸化鉄添加量を少なくしたためであり、１４５０℃より低い温度では焼結体の密度が向上しないためである。
【００３１】
また、本発明の導電性セラミックスは、大気（酸化）雰囲気中で上記焼成温度範囲内で焼成を行えば、十分に緻密化が可能であり、従来と比較して不活性ガス雰囲気中、還元雰囲気中での焼成や熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理を行う必要がなく、焼成工程での製造コストを削減できる。
【００３２】
また、上記焼結体中に含まれる不純物としては、ＳｉＯ2、ＣａＯ、Ｃｒ2Ｏ3、Ｎａ2Ｏが合計で１重量％以下含まれていても良く、１重量％以下であれば本発明の導電性セラミックスの機械的特性や導電性に影響はない。
【００３３】
このようにして製造した本発明の導電性セラミックスは、従来よりも原料、製造コストが安く、不活性ガス雰囲気や還元雰囲気焼成、熱間静水圧プレス成形（ＨＩＰ）等の焼成方法を用いることなく製造できるために、大幅に製造コストを削減できる。
【００３４】
そして上述の導電性セラミックスは各種の導電性が必要とされる部材に適用可能である。特に、本発明の導電性セラミックスの体積固有抵抗値では、磁気記録装置に組み込まれる静電気除去用のスペーサー、シム、ハブ等や半導体製造装置のシリコンウエハ上に発生する静電気を除去する部材等、各種静電気除去用の部材として好適に用いることが可能である。
【００３５】
また、本発明は上記実施の形態に示したものだけに限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内で改良しても良いことは言うまでもない。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明を実施例で具体的に説明する。
【００３７】
市販の水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、三酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）を表１に記載の試料Ｎｏ．１〜８に示す重量割合となるよう添加量をふり、各試料ごとに水、バインダー、分散剤と共にボールミルに投入して湿式混合・粉砕し、レーザー回折散乱法による粒度Ｄ５０＝２μｍ以下の粒度のスラリーを得た。しかる後に前記スラリーをスプレードライヤーにより造粒して原料粉体を得た。そして前記原料粉体を乾式プレス成形機により１ｔｏｎ／ｃｍ2の成形圧力で所定の形状に成形した後、１５００〜１６００℃で１〜２時間焼成を行った。
【００３８】
次に得られた成形体を横３ｍｍ、縦４ｍｍ、長さ４５ｍｍの寸法に研削加工し、ＪＩＳ規格に基づき、３点曲げ強度（ＪＩＳ  Ｒ１６０１―１９９５）、ヤング率（ＪＩＳ  Ｒ１６０２―１９９５）の測定を実施した。
【００３９】
また、それとは別に直径２５ｍｍ、厚さ２ｍｍの寸法に研削加工して体積固有抵抗の測定を行い導電性について評価した。また、ＪＩＳ  Ｒ１６１８に準拠した熱膨張率の測定も実施した。
【００４０】
更に、市販の画像解析装置（ルーゼックス）を用いて試料表面の任意の位置の測定総面積９．０×１０5μｍ2中に締めるのボイド（気孔）面積を計１０ケ所測定し、ボイド面積／測定総面積の値を算出して各試料のボイド率を求めた。
【００４１】
また、Ｘ線回折も実施し、そのスペクトル図から２θ＝１８°〜１９°にあるピーク強度と２θ＝３６°〜３７°にあるピークの強度値の比を算出した。
【００４２】
結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
2004203709.tif 000003
【００４４】
表１から試料Ｎｏ．１、２については、ボイド率が他と比較して高く、十分に緻密化していなかった。
【００４５】
また、試料Ｎｏ．１０については、体積固有抵抗値が１．０×１０10と高く導電性が低下する結果となった。
【００４６】
それらと比較して、本発明範囲内の試料Ｎｏ．３〜９については、体積固有抵抗（ＪＩＳ  Ｃ−２１４１−１９９２）が本発明範囲内である１０3〜１０9Ω・ｃｍと良好な値を示した。
【００４７】
更に本発明範囲内でも酸化鉄の含有量が１５〜３５重量％であり、ピークの強度値の比が０．１３以上である試料Ｎｏ．５〜９については、３点曲げ強度が１００ＭＰａ以上と高く良好であった。
【００４８】
更には、ヤング率については酸化鉄の添加量が多いもの程低下する傾向を示し、熱膨張率については、熱膨張率の高い酸化鉄の添加量が多いもの程、高い値を示す傾向があることが確認された。
【００４９】
以上の結果から、本発明範囲内のものであれば静電気除去に必要な導電性を有することから、各種静電気除去用の部材として好適に用いることができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の導電性セラミックスは、ＭｇＡｌ2Ｏ4（スピネル）に酸化鉄を加えた導電性セラミックスにおいて、前記酸化鉄の含有量を１５〜４５重量％としたことから、所定の導電性を得られ、各種静電気除去用の部材として用いることができる。
【００５１】
上記導電性セラミックスのＸ線回折における２θ＝１８〜１９°にあるピークの強度値と、２θ＝３６〜３７°にあるピークの強度値との比が０．１３以上としたことから、各種静電気除去用の部材として必要な導電性が得られ、且つ高強度化が可能となる。
【００５２】
上記導電性セラミックスの酸化鉄含有量が１５〜３５重量％であり、かつ強度が１００ＭＰａ以上としたことから、体積固有抵抗値については１０4〜１０9Ω・ｃｍと劣るものの、より高強度化された導電性セラミックスとでき、導電性及び機械的特性をも要求される各種静電気除去用部材として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る導電性セラミックスのＸ線回折における結晶ピークを示すスペクトル図である。
【図１】
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