(57)【要約】【課題】熱処理を行っても、反り、撓みなどの形状変化が小さいセラミックス部材を提供する。【解決手段】本セラミックス部材は、セラミックス部材の厚さ方向をＺ軸にとったとき、このセラミックス部材の厚さが、セラミックス部材のＸＹ面に平行な面内における同じ厚さを連続して有する部分の最大寸法に対して、０．０２未満である肉薄部を有するセラミックス部材であって、その表面に存在するセラミックス粒子のうち、塑性変形を生じている部分の面積が全体の４０％未満である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス部材の厚さ方向をＺ軸にとったとき、このセラミックス部材の厚さが、セラミックス部材のＸＹ面に平行な面内における同じ厚さを連続して有する部分の最大寸法に対して、０．０２未満である肉薄部を有するセラミックス部材であって、その表面に存在するセラミックス粒子のうち、塑性変形を生じている部分の面積が全体の４０％未満であることを特徴とするセラミックス部材。
【請求項２】
前記セラミックス部材は、実質的に窒化アルミニウムからなり、熱サイクルを受けることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス部材。
【請求項３】
前記塑性変形を生じている部分の面積は、全体の２０％未満であることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックス部材。
【請求項４】
前記塑性変形を生じている部分の面積は、その表面と裏面とで差が１０％未満であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のセラミックス部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセラミックス部材に係わり、特に表面に存在するセラミックス粒子の塑性変形が生じている割合を特定したセラミックス部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックスは耐熱性に優れるため、加熱される部分の部材の材料として多く用いられている。特に、窒化アルミニウムは、熱伝導率が高く耐熱衝撃性に優れるため、熱サイクルがかかる部分に多く使用されている。
【０００３】
しかし、熱サイクルを受けるセラミックス部材が肉薄である場合、使用を繰返すに従って反り、撓みに代表される変形を生じることがある。このため、肉薄部材では、一定期間使用すると変形によって所定の性能を発揮できなくなることが珍しくない。この変形や撓みは、主として部材に存在する内部応力が、熱サイクルによって解放されることに起因する。特に、ホットプレスによって製造されたセラミックス部材は、内部応力を蓄積していることが多く、この傾向が顕著である。このため、予め熱処理を施して内部応力を解放してから製品に供されることがある。しかし、このような対策を講じても、セラミックス部材の熱サイクルによる変形や撓みは依然として解消することができていない。これは、一般的なセラミックス部材には、加工工程が必要不可欠であり、この加工時にセラミックス部材に応力が蓄積されるためである。加工後のセラミックス肉薄部材に応力解放のための熱処理を与えると、反り、うねりなどの形状変化が生じ、所定の寸法公差から外れてしまう。公差内に寸法を収めつつ、加工後のセラミックス肉薄部材の応力を解放することは極めて困難なためである。
【０００４】
なお、特許文献１には、肉薄のセラミックスシートにおいて、反り、うねりが少なく表面平坦度が高く耐荷重強度や撓み強度に優れたセラミックスシートを効率よく製造し得るようなセラミックスシート用原料粉末が提案されているが、このセラミックスシートは、表面に存在するセラミックス粒子の塑性変形が生じている割合を特定し、熱処理を行なっても、反り、撓みなどの形状変化が小さいセラミックス部材ではない。
【特許文献１】特開平１０−９５６６４号公報（段落［００１０］、［００１１］、［００３１］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、熱処理を行っても、反り、撓みなどの形状変化が小さいセラミックス部材を提供することを目的とする。
【０００６】
すなわち、セラミックス部材は研削加工によって形状が決定され、セラミックスに研削加工を施した場合、セラミックス表面では結晶粒子の脱落、破壊、変形が発生する。変形したセラミックス粒子は、研削加工時に急激な塑性変形を生じ、内部に応力を蓄えており、このような応力を持った塑性変形領域が表面部に多く存在する肉薄部材は、熱及び熱サイクルがかかることによって応力解放が生じ、このときに部材自体に反りや撓みを発生させる。セラミックス部材表面からこのような塑性変形部分を低減させることにより、熱及び熱サイクルがかかる使用時における反りや撓みを大きく低減することが可能となる。
【０００７】
本発明は、種々検討した結果、条件の設定によって、熱処理を行っても、反り、撓みなどの形状変化が小さいセラミックス部材を得るに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、セラミックス部材の厚さ方向をＺ軸にとったとき、このセラミックス部材の厚さが、セラミックス部材のＸＹ面に平行な面内における同じ厚さを連続して有する部分の最大寸法に対して、０．０２未満である肉薄部を有するセラミックス部材であって、その表面に存在するセラミックス粒子のうち、塑性変形を生じている部分の面積が全体の４０％未満であることを特徴とするセラミックス部材が提供される。これにより、熱処理を行っても、反り、撓みなどの形状変化が小さいセラミックス部材が実現される。
【０００９】
好適な一例では、前記セラミックス部材は、実質的に窒化アルミニウムからなり、熱サイクルを受ける。
【００１０】
また、他の好適な一例では、前記塑性変形を生じている部分の面積は、全体の２０％未満である。
【００１１】
また、他の好適な一例では、前記塑性変形を生じている部分の面積は、その表面と裏面とで差が１０％未満である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係わるセラミックス部材によれば、熱処理を行っても、反り、撓みなどの形状変化が小さいセラミックス部材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係わるセラミックス部材の一実施形態について説明する。
【００１４】
本発明に係わるセラミックス部材は、このセラミックス部材の厚さ方向をＺ軸にとったとき、その厚さが、セラミックス部材のＸＹ面に平行な面内における同じ厚さを連続して有する部分の最大寸法に対して、０．０２未満である肉薄部を有するセラミックス部材であり、その表面に存在するセラミックス粒子のうち、塑性変形を生じている部分の面積が全体の４０％未満である。なお、ここで言う「同じ厚さ」とは、厚みに対してプラス、マイナス１０％程度の凹凸があるものも含まれる。なお、局所的に前記の１０％を超える凹部や凸部を設けた場合は、その部分を除いて最大寸法を測定する。例えば、ある板状体において、所々に凹部や凸部が設けられている場合は、その部分を避けて板上に引ける直線の最大寸法となる。
【００１５】
本発明は、極めて肉薄のセラミックス部材に特に適する。
【００１６】
また、セラミックスの材質としては、窒化アルミニウム、アルミナなどが好ましい。窒化アルミニウムは、酸化に対して比較的安定であり、高い熱伝動率を有するので、熱サイクルを受ける部分に使用するのに適する。
【００１７】
上記塑性変形部分が、セラミックス部材の表面全体の２０％未満であるのがより好ましい。塑性変形部分が、セラミックス部材の表面全体の４０％以上であると、使用時に応力解放による反りや撓みが大きくなる。
【００１８】
また、上記セラミックス部材は、塑性変形を生じている部分の面積が、その表面と裏面とで差が１０％未満である。これにより、反りや撓みが小さくなる。この差が１０％以上になると反りや撓みを生じやすく、また、面積差が１０％未満であっても、塑性変形領域面積が４０％以上であるような場合は、反りや撓みを生じやすい。
【００１９】
セラミックス部材表面の塑性変形部分を減らすには、研削加工時の砥石の切込み量を小さくする、セラミックス自身の粒径を調整し研削加工時に粒界破壊を律速させる等の方法があるが、実際には、加工条件はセラミックス焼結体自体の微構造や材質に依存するため、予めテストを行って条件を決める必要がある。また、研削加工後に弱い力でサンドブラスト処理をセラミックス加工体表面に施すことにより、セラミックス加工体に応力を蓄積させることなく表面の塑性変形部分を効果的に除去することが可能である。このサンドブラスト条件も、セラミックス焼結体自体の微構造や材質に依存するため、予めテストを行って条件を決める必要がある。
【００２０】
塑性変形部分の面積は、セラミックス部材表面の顕微鏡写真などから容易に算出することができる。
【００２１】
上記実施形態によれば、セラミックス部材表面から塑性変形部分を低減させることにより、熱処理を行っても、反り、撓みなどの形状変化が小さいセラミックス部材を提供することができる。
【実施例】
【００２２】
表１に示すような条件で作製したセラミックス焼結体を準備し、直径２００ｍｍ×厚さ２ｍｍの円板形状になるように、表１に示す切込量で平面研削加工、表１に示す条件のサンドブラスト処理を施した。得られた試料の表面を、顕微鏡で観察し、表面、裏面それぞれの塑性変形部分の面積率を算出し、試料の反り量を真直度測定機を用いて測定し、本発明の範囲内の試料（実施例１〜６）と、範囲外の試料（比較例１〜６）を得た。これら試料に１０００℃×１０回の熱サイクルを施した（アルミナは大気中、窒化アルミニウム（Ａ１Ｎ）は窒素雰囲気中）。熱サイクル試験後の試料の反り量を、真直度測定機を用いて測定した。実施例１〜６の結果を表１に示し、比較例１〜６の結果を表２に示す。
【表１】
2005060205.tif 000002
【００２３】
【表２】
2005060205.tif 000003
【００２４】
表１、表２からも明らかなように、実施例１〜６、比較例１〜６間に初期反り量の差異はないが、熱サイクル後においては、実施例は、実施例６以外はいずれも３０μｍ台の反り量であり、比較例１〜６の反り量が５０〜７０μｍ台であるのに比べて小さいことがわかる。