(57)【要約】【課題】  本発明は、Ｙ２Ｏ３を主成分とする成形体をニアネットシェイプ技術で製造するにあたり、凝集を生じることなく、安定したスラリーを形成して鋳込み成形を実現することを目的とするものである。【解決手段】  平均粒径２μｍ以下でかつＹ２Ｏ３成分が９９重量％以上のセラミック原料、水、バインダ及び分散剤を少なくとも含む泥しょうに、酸を添加して、そのｐＨを８．５〜１０．５に調製する工程と、この泥しょうを鋳型に注型して鋳込み成形を行う工程によってＹ２Ｏ３の鋳込み成形体を得る。泥しょうに添加する酸としては、無機酸もしくは有機酸を用いることができるが、特に有機酸が、好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径２μｍ以下でかつＹ２Ｏ３成分が９９重量％以上のセラミック原料、水、バインダ及び分散剤を少なくとも含む泥しょうに、酸を添加して、そのｐＨを８．５〜１０．５に調製する工程と、
この泥しょうを型に注型して鋳込み成形を行う工程を少なくとも備えたことを特徴とするＹ２Ｏ３の鋳込み成形方法。
【請求項２】
前記Ｙ２Ｏ３の鋳込み成形方法において、前記酸を加えて調製した前記泥しょうのｐHが、９．５〜１０．０であることを特徴とする請求項１記載のＹ２Ｏ３の鋳込み成形方法。
【請求項３】
前記酸が、無機酸もしくは有機酸であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＹ２Ｏ３の鋳込み成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＶＤやエッチング装置に適した耐プラズマ性部材であるＹ２Ｏ３の鋳込み成型方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｙ２Ｏ３部材はその優れた耐プラズマ性、耐溶融塩性、耐ウラン性、耐Ｔｉ合金性などから、半導体用部材、各種溶融用ルツボなどへの適用が期待されている。特に耐ふっ素プラズマ性に優れていることから、半導体用処理装置用部材としての期待が大きい。
【０００３】
このようなＹ２Ｏ３焼結体は、成形、乾燥、脱脂、焼成の過程を経て製造されるが、Ｙ２Ｏ３原料が極めて高価なため、成形工程においてニアネットシェイプ技術、すなわち、目的とする成形体の形状に近似する外形を有する成形体を製造する技術の適用が求められている。このニアネットシェイプ成形を実現する技術としては、射出成形及び鋳込み成形があるが、Ｙ２Ｏ３成形体には、大型品や少量多品種品への適用が求められているので、鋳込み成形が有望である。
【０００４】
ところで、従来Ｙ２Ｏ３の鋳込み成形を行うため、Ｙ２Ｏ３と水でスラリーを作成すると、Ｙ２Ｏ３原料粉末の凝集が激しく、スラリー化が困難で、鋳込み成形を行うことができなかった。そのために、Ｙ２Ｏ３の成形には乾式プレス成形方法に頼らざるを得ず、ニアネットシェイプ技術の適用は困難であった。
【０００５】
このように、従来鋳込み成形においては、Ｙ２Ｏ３粉末を副原料として鋳込み成形を行う例はあるものの（特許文献１参照）、Ｙ２Ｏ３粉末を主原料とする鋳込み成型方法は実現されていなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−７７２２２号公報第４ページ右欄参照
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、Ｙ２Ｏ３を主成分とする成形体をニアネットシェイプ技術で製造するにあたり、凝集を生じることなく、安定したスラリーを形成して鋳込み成形を実現することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、平均粒径２μｍ以下でかつＹ２Ｏ３成分が９９重量％以上のセラミック原料、水、バインダ及び分散剤を少なくとも含む泥しょうに、酸を添加して、そのｐＨを８．５〜１０．５に調製する工程と、
この泥しょうを鋳型に注型して鋳込み成形を行う工程を少なくとも備えたことを特徴とするＹ２Ｏ３の鋳込み成形方法である。
【０００９】
前記本発明のＹ２Ｏ３の鋳込み成形方法において、前記酸を加えて調製した前記泥しょうのｐHが、９．５〜１０．０であることがさらに好ましい。
【００１０】
さらに前記本発明において、前記酸としては、無機酸もしくは有機酸を用いることができる。これらの酸のうち特に有機酸が、好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、Ｙ２Ｏ３を用いた泥しょうの作成において凝集を生じることなく、安定した泥しょうを作成することができるため、Ｙ２Ｏ３原料としてニアネットシェイプに適した鋳込み成形体を実現することができる、
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の原理について説明する。Ｙ２Ｏ３と水で泥しょうを作成するとＹ３＋の溶出のためｐＨが１１以上となり、分散剤を添加しても凝集は回避されず、バインダを添加することもできなかった。そこで本発明者らは、酸を用いてｐＨの制御を検討した結果、最適なｐＨ域でＹ２Ｏ３原料粉の凝集もなく、Ｙ２Ｏ３を鋳込み成形できることを確認し、本発明を完成したものである。
【００１３】
すなわち、本発明は、原料粉末を水に分散して泥しょうを形成する際に酸を添加して泥しょうのｐＨを最適化して泥しょうを安定化するものである。このような本発明の製造方法は、Ｙ２Ｏ３原料を用いて泥しょうを調製する工程、及び鋳込み成形をする工程を少なくとも備えたものである。
【００１４】
以下、各工程に従って本発明を詳細に説明する。
（泥しょう調製工程）
第１の工程は、Ｙ２Ｏ３原料粉を用いて泥しょうを調製する工程である。泥しょうの調製は、Ｙ２Ｏ３原料粉末、分散剤、及びバインダを水に添加し、酸を加えてｐＨ調製を行ない、これを攪拌混合することによって行うことができる。
この工程で、原料粉末、分散剤、バインダ、水の添加、及びｐＨ調製、混合攪拌の順序は、特に制限されるものではないが、分散剤を水に添加し、これにＹ２Ｏ３原料粉末を攪拌しながら混合し、ついでバインダを添加した後、この混合物に酸を加えてｐＨを調製し、さらに混合攪拌する順序が作業性しやすく好ましい。しかしながら、水に分散剤及びバインダを添加した後、これにＹ２Ｏ３原料粉末を添加し、ついでｐＨ調製を行っても差し支えない。
泥しょうの攪拌混合は、ボールミルのような攪拌混合機を用いて行うことができる。攪拌混合は、原料粉末の２次粒子が解離し均一に分散する程度に行うことが望ましい。通常、このためには、１〜１０時間程度行うことが好ましい。
【００１５】
原料のＹ２Ｏ３としては、純度が９９重量％以上のものを用いる。半導体処理装置に用いるには、処理する半導体ウェハを不純物によって汚染しないように、高純度のものを用いることが必要であり、純度９９重量％以上であれば、十分この用途に適した材料を得ることができる。また、Ｙ２Ｏ３粉としては、平均粒径が２μｍ以下のものを用いることが必要である。この平均粒径が、２μｍを超える場合、調製した泥しょうから短時間にＹ２Ｏ３粉が沈降を起こし、鋳込み成形に適用することは困難である。一方、平均粒径が２μｍ以下の原料粉末を用いた泥しょうは、１日間静置経過後も原料粒子の沈降がみられず、鋳込み成形に適用することに支障はなかった。また、平均粒径が、微細であればあるほど、Ｙ２Ｏ３粉の水への分散が困難になり、泥しょう作成に時間がかかるが、鋳込み成形に対しては、何ら支障なかった。
【００１６】
この工程において用いる分散剤としては、泥しょうを作成する際に一般的に用いられている界面活性作用を利用した分散剤を用いることができる。界面活性作用を利用した分散剤としては、ピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム等のリン酸塩、あるいは、アニオン系、カチオン系、ノニオン系の有機界面活性剤を用いることができる。
かかる分散剤の添加量は、原料粉末に対して、０．１〜１重量％の範囲が好ましい。
【００１７】
また、バインダとしては、アクリルポリマー、ＰＶＡなどこれもセラミックス成形体の製造に用いられている公知のバインダを使用することができる。バインダ量は、原料粉末に対して、０．５〜４重量％の範囲が好ましい。添加量がこの範囲を下回った場合、鋳込み成形した成形体の強度が低く、取り扱い中に破損するおそれが大きい。一方、添加量が上記範囲を上回った場合、成形体を、脱脂し、焼成した場合、気孔率が大きく緻密な焼結体を得ることが困難になる。
【００１８】
本発明において、ｐＨ調製に用いる酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸などの無機酸あるいは、酢酸、蟻酸、乳酸、シュウ酸およびクエン酸などの有機酸の水溶液を用いることができる。これらの酸のうち、無機酸は、鋳込み成形した成形体を脱脂、及び焼結する際に、無機酸成分が加熱炉中に揮散し、炉内部の部材を腐食するおそれがあるため、有機酸を用いることが好ましい。これらの酸は、希薄なほどｐＨ調製が容易であるが、一方で希薄な酸を用いた場合には、多量の水分を添加することになり濃度調製が困難になる。最適な濃度範囲は、１〜１０ｍｏｌ／ｌ程度である。
【００１９】
泥しょうの濃度については、泥しょうに流動性があれば、その濃度は、高いほど成形体密度が向上して好ましいが、目的とするＹ２Ｏ３焼結体の緻密性に応じて変更することができる。
【００２０】
上記説明では、泥しょうを構成する成分として、原料粉末、分散剤、バインダを示したが、これら以外に、泥しょうに生じる泡を消すための消泡剤など、通常の鋳込み成形において採用されている添加剤を併用することもできる。
【００２１】
（鋳込み成形工程）
以下第２工程である鋳込み成形について説明する。
鋳込み成形は、スリップキャスティング法とも呼ばれ、型に泥しょうを流し込み、水分を型から除去した後、乾燥させて成形体とするものである。本発明で用いる鋳型としては、石膏などの吸水性の鋳型、あるいは樹脂型、セラミックス型など、一般の鋳込み成型法において用いられている鋳型を使用することができる。
また、鋳込み方法についても、流動性の高い泥しょうを鋳型に流し込む典型的な鋳込み成形方法の他に、固形分含量が高く流動性の低い泥しょうを、圧力を印加して鋳型に圧入する方法も採用することもできる。
【００２２】
このように本発明の鋳込み成形を採用することによって、Ｙ２Ｏ３原料を用いて複雑形状の成型品を容易に形成することが可能となる。こうして得られた成形品は、以降、一般の鋳込み成形と同様にして、脱脂、焼結によってＹ２Ｏ３を主原料とする焼結体を得ることができ、具体的にはおおよそ１７２０℃の加熱焼成によってＹ２Ｏ３の理論密度の９９％以上の密度を有する焼結体を得ることが可能である。
【実施例】
【００２３】
（実施例１〜４、比較例１）
分散剤としてポリアクリル酸を用い、原料比で０．５重量％の割合で純水に添加した。この水溶液に、下記の表１に示す平均粒径のＹ２Ｏ３原料粉末を（純度が９９％以上）泥しょう濃度７０重量％となるように添加した。この泥しょうに、酢酸を添加してｐＨ９．８とした。これをボールミルに投入して２４時間攪拌混合し、粘度４０ｃｐｓの泥しょうを得た。また、酸を添加しないこと以外は実施例３と同様にして泥しょうを作成した（比較例１）。
【００２４】
【表１】
2004268573.tif 000002
【００２５】
この泥しょうを、石膏型、及び、エポキシ樹脂型に流し込み、１００×１００×１０ｍｍの成形体を得た。また、同じ泥しょうを用いて浸透Ｖプロセスにて、１００×１００×１０ｍｍの成形体を得た。
この成形体を乾燥、脱脂後、大気中１７００℃で焼成したところ、いずれも理論密度の９９％以上の密度を有する焼結体を得ることができた。
【００２６】
上記表１に示す結果から明らかなように、ｐＨを調製しない泥しょうは、原料粉末が凝集を起こして、鋳込み成形に用いることはできなかった。また、使用する原料粉末については、平均粒径２．０μｍまで安定した泥しょうとすることができ、鋳込み成形に適した泥しょうとすることができた。
【００２７】
（実施例４〜７、比較例３、４）
泥しょうの最適ｐＨ値を決定するために次のような実験を行った。
分散剤としてポリアクリル酸を用い、平均粒径０．３μｍ、純度９９重量％の以上のＹ２Ｏ３原料を泥しょう濃度７０重量％となるように加え、これに塩酸水溶液を添加してｐＨを種々変更し、ボールミルによって２４時間攪拌混合して泥しょうを作成し、得られた泥しょうの状態を観察した。その結果を下記表２に示す。
【００２８】
【表２】
2004268573.tif 000003
【００２９】
上記表２の結果から、ｐＨが８．５未満及び１０．６以上で泥しょう中の原料粉末の凝集がみられたが、最終ｐＨが８．５〜１０．５では、原料粉末の凝集を回避することが可能となった。また、ｐＨが９．５〜１０．０の範囲では、さらに安定した泥しょうが得られた。
【００３０】
（実施例８〜１０、比較例５）
泥しょうの最適濃度を決定するために、以下の実験を行った。すなわち、下記表３に示す泥しょう濃度となるように使用する水分量を調整したこと以外には、実施例１と同様にして、泥しょうを作成した。
【００３１】
【表３】
2004268573.tif 000004
【００３２】
上記表３の結果から、泥しょう濃度８０重量％まで、作成した泥しょうは安定しており、鋳込み成形に使用することができた。