(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化材であるセラミックス粉末またはセラミックス繊維とマトリックスであるアルミニウムまたはアルミニウム合金とで複合材料を作製し、その複合材料の表面に溶射処理などで金属膜を形成した後、その形成した金属膜の表面を研磨することを特徴とする表面がポアレスな金属−セラミックス複合材料の製造方法。
【請求項２】
強化材であるセラミックス粉末またはセラミックス繊維とマトリックスであるアルミニウムまたはアルミニウム合金とで複合材料を作製し、その複合材料をＨＩＰ（熱間静水圧加圧）処理した後、そのＨＩＰ処理した複合材料の表面を研磨することを特徴とする表面がポアレスな金属−セラミックス複合材料の製造方法。
【請求項３】
強化材であるセラミックス粉末またはセラミックス繊維とマトリックスであるアルミニウムまたはアルミニウム合金とで複合材料を作製し、その複合材料の表面に金属膜を形成し、その金属膜を形成した複合材料をＨＩＰ処理した後、そのＨＩＰ処理した複合材料に形成されている金属膜の表面を研磨することを特徴とする表面がポアレスな金属−セラミックス複合材料の製造方法。
【請求項４】
強化材であるセラミックス粉末またはセラミックス繊維とマトリックスであるアルミニウムまたはアルミニウム合金とで複合材料を作製し、その複合材料の表面に無機系の封孔処理剤を塗布して封孔処理した後、その封孔処理した表面を研磨することを特徴とする表面がポアレスな金属−セラミックス複合材料の製造方法。
【請求項５】
強化材であるセラミックス粉末またはセラミックス繊維でマトリックスであるアルミニウムまたはアルミニウム合金とで複合材料を作製し、その複合材料の表面にセラミックス粉末と樹脂との混合物を塗布し、それを硬化させた後、その硬化した樹脂の表面を研磨することを特徴とする表面がポアレスな金属−セラミックス複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属−セラミックス複合材料の製造方法に関し、特に表面がポアレスな金属−セラミックス複合材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、半導体製造装置等にセラミックス粉末またはセラミックス繊維を強化材とし、アルミニウムまたはアルミニウム合金をマトリックスとする金属−セラミックス複合材料が使われ始められている。
【０００３】
この複合材料の製造方法、特に金属としてアルミニウムをマトリックスとする複合材料の製造方法としては、粉末冶金法、高圧鋳造法、真空鋳造法等の方法が従来から知られている。しかし、これらの方法では、強化材であるセラミックスの含有率を高くできない、あるいは大型の加圧装置が必要である、もしくはニアネットの成形が困難である、コストが極めて高いなどの理由によりいずれも満足できるものではなかった。
【０００４】
そこで最近では、上記問題を解決する製造方法として、米国ランクサイド社が開発した非加圧金属浸透法（ＰｒｉｍｅｘTM）がある。この方法は、ＳｉＣやＡｌ2Ｏ3などのセラミックス粉末で形成されたプリフォームにＭｇを含むアルミニウム合金を接触させ、これをＮ2雰囲気炉中で７００〜９００℃の温度に加熱して溶融したアルミニウム合金を浸透させる方法である。これは、Ｍｇの化学反応を利用してセラミックス粉末と溶融金属との濡れ性を改善し、機械的な加圧を行わなくてもプリフォーム中に浸透できるという特徴があるので、加圧装置が不要な優れた方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法で作製した複合材料は、その表面に多数のポアが存在するため、不純物の存在を嫌う半導体製造装置等に使う場合には、そのポアにゴミや液体などの不純物が取り込まれて悪影響を与えるため、そのままでは使い難いという問題があった。前記した非加圧金属浸透法で作製された複合材料には、金属を浸透させた後の冷却時に引け鬚が生じることによる大きなポアが多数生じるので、その問題が特に大きい課題となっている。
【０００６】
本発明は、上述した金属−セラミックス複合材料の製造方法が有する課題に鑑みなされたものであって、その目的は、表面がポアレスな金属−セラミックス複合材料の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成するため鋭意研究した結果、作製した複合材料の表面を表面処理すれば、表面がポアレスな複合材料が得られるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明は、
（１）強化材であるセラミックス粉末またはセラミックス繊維とマトリックスであるアルミニウムまたはアルミニウム合金とで複合材料を作製し、その複合材料の表面に溶射処理などで金属膜を形成した後、その形成した金属膜の表面を研磨することを特徴とする表面がポアレスな金属−セラミックス複合材料の製造方法（請求項１）とし、
（２）強化材であるセラミックス粉末またはセラミックス繊維とマトリックスであるアルミニウムまたはアルミニウム合金とで複合材料を作製し、その複合材料をＨＩＰ（熱間静水圧加圧）処理した後、そのＨＩＰ処理した複合材料の表面を研磨することを特徴とする表面がポアレスな金属−セラミックス複合材料の製造方法（請求項２）とし、
（３）強化材であるセラミックス粉末またはセラミックス繊維とマトリックスであるアルミニウムまたはアルミニウム合金とで複合材料を作製し、その複合材料の表面に金属膜を形成し、その金属膜を形成した複合材料をＨＩＰ処理した後、そのＨＩＰ処理した複合材料に形成されている金属膜の表面を研磨することを特徴とする表面がポアレスな金属−セラミックス複合材料の製造方法（請求項３）とし、
（４）強化材であるセラミックス粉末またはセラミックス繊維とマトリックスであるアルミニウムまたはアルミニウム合金とで複合材料を作製し、その複合材料の表面に無機系の封孔処理剤を塗布して封孔処理した後、その封孔処理した表面を研磨することを特徴とする表面がポアレスな金属−セラミックス複合材料の製造方法（請求項４）とし、
（５）強化材であるセラミックス粉末またはセラミックス繊維とマトリックスであるアルミニウムまたはアルミニウム合金とで複合材料を作製し、その複合材料の表面にセラミックス粉末と樹脂との混合物を塗布し、それを硬化させた後、その硬化した樹脂の表面を研磨することを特徴とする表面がポアレスな金属−セラミックス複合材料の製造方法（請求項５）とすることを要旨とする。
以下さらに詳細に説明する。
【０００９】
上記で述べたように、本発明の製造方法としていくつかあるが、その一つとして、作製した複合材料の表面に溶射処理などで金属膜を形成した後、その形成した金属膜の表面を研磨する製造方法とすることにより、表面がポアの少ない平滑な複合材料が得られるので、ポアレスな表面が得られる製造方法となる。
【００１０】
また、その二つとして、作製した複合材料をＨＩＰ（熱間静水圧加圧）処理した後、そのＨＩＰ処理した複合材料の表面を研磨する製造方法とすることにより、上記と同様ポアの少ない平滑な複合材料が得られるので、これもポアレスな表面が得られる製造方法となる。
【００１１】
さらに、その三つとして、作製した複合材料の表面に金属膜を形成し、その金属膜を形成した複合材料をＨＩＰ処理した後、そのＨＩＰ処理した複合材料に形成されている金属膜の表面を研磨する製造方法とすることにより、金属膜を形成しただけのものよりさらに表面がポアの少ない平滑な複合材料が得られるので、よりポアの少ないポアレスな表面が得られる製造方法となる。
【００１２】
上記以外に、その四つとして、作製した複合材料の表面に無機系の封孔処理剤を塗布して封孔処理した後、その封孔処理した表面を研磨する製造方法とすることによっても、その五つとして、作製した複合材料の表面にセラミックス粉末と樹脂との混合物を塗布し、それを硬化させた後、その硬化した樹脂の表面を研磨する製造方法とすることによっても、同様表面がポアの少ない平滑な複合材料が得られるので、これらもポアレスな表面が得られる製造方法となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の複合材料の製造方法をさらに詳しく述べると、先ず強化材としてセラミックス粉末またはセラミックス繊維としてＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮなどのセラミックス粉末またはセラミックス繊維を用意する。一方、マトリックスとする金属としてアルミニウムまたはアルミニウム合金のインゴットも用意する。
【００１４】
用意したセラミックス粉末またはセラミックス繊維とアルミニウムまたはアルミニウム合金とで前記した鋳造法、浸透法などの方法で複合材料を作製する。複合材料の表面には、後の表面処理をし易いように必要があれば、研削や研磨などの表面加工をしてもよい。
【００１５】
得られた複合材料の表面に表面処理する。表面処理する方法は前述しているのでそれらの方法で表面処理すればよいが、その中で金属膜を形成する方法では、その金属膜の形成方法には、先に述べた溶射処理以外に例えばアルマイト処理、メッキ処理等の処理が挙げられるが、そのどの処理方法で金属膜を形成してもよい。また、封孔処理する場合には、その封孔処理に用いられる封孔処理剤には、例えばエチルシリケート、リン酸アルミニウム等の処理剤が挙げられが、そのどの処理剤でも構わない。さらに、セラミックス粉末と樹脂の混合物を塗布する場合には、用いるセラミックス粉末としては、一般的なセラミックス粉末であれば何でもよく、樹脂としては、加熱などして硬化する樹脂であれば何でもよく、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂等の樹脂が挙げられる。
【００１６】
以上の方法で表面処理した金属−セラミックス複合材料を作製すれば、表面がポアレスな複合材料が得られる。
【００１７】
【実施例】
以下本発明の実施例を比較例と共に具体的に挙げ、本発明をより詳細に説明する。
【００１８】
（実施例１）
（１）表面がポアレスな金属−セラミックス複合材料の作製
ＳｉＣ粉末とＡｌ−１２Ｓｉ−３Ｍｇ組成のアルミニウム合金とで前記した非加圧金属浸透法で１００×１００×５０ｍｍ形状の複合材料を作製し、その表面にＡｌ−１２Ｓｉ−３Ｍｇ組成のアルミニウム合金をプラズマ法で溶射し、その溶射した表面をダイヤモンド砥粒で研磨して表面がポアレスな複合材料を作製した。
【００１９】
（２）評価
得られた複合材料の表面の表面粗さを表面粗さ計で測定し、また、顕微鏡で観察して表面に径が３００μｍ以上のポアが存在するかどうかを調べた。その結果、表面粗さは、Ｒｍａｘで０．８μｍで平滑であり、また、顕微鏡観察でも２００μｍ以上のポアは認められなかった。
【００２０】
（実施例２）
（１）表面がポアレスな金属−セラミックス複合材料の作製
実施例１と同様に複合材料を作製し、その複合材料を５００℃×１０００ｋｇ／ｃｍ2×３ｈの条件でＨＩＰ処理し、そのＨＩＰ処理した複合材料の表面をダイヤモンド砥粒で研磨して表面がポアレスな複合材料を作製した。
【００２１】
（２）評価
得られた複合材料の表面を実施例１と同様に評価した。その結果、表面粗さは、Ｒｍａｘで０．８μｍで平滑であり、また、顕微鏡観察でも２００μｍ以上のポアは認められなかった。
【００２２】
（実施例３）
（１）表面がポアレスな金属−セラミックス複合材料の作製
実施例１と同様に複合材料を作製し、その複合材料の表面を実施例１と同様に溶射膜を形成し、それを実施例２と同様にＨＩＰ処理し、そのＨＩＰ処理した複合材料の表面をダイヤモンド砥粒で研磨して表面がポアレスな複合材料を作製した。
【００２３】
（２）評価
得られた複合材料の表面を実施例１と同様に評価した。その結果、表面粗さは、Ｒｍａｘで０．６μｍで実施例１よりさらに平滑であり、また、顕微鏡観察でも１００μｍ以上のポアは認められなかった。
【００２４】
（実施例４）
（１）表面がポアレスな金属−セラミックス複合材料の作製
実施例１と同様に複合材料を作製し、その複合材料の表面にエチルシリケートからなる封孔処理剤を用いてスプレーで塗布し、それを９０℃に加温してシリカとすることで封孔処理し、その封孔処理した表面をダイヤモンド砥粒で研磨して表面がポアレスな複合材料を作製した。
【００２５】
（２）評価
得られた複合材料の表面を実施例１と同様に評価した。その結果、表面粗さは、Ｒｍａｘで０．８μｍで平滑であり、また、顕微鏡観察でも１００μｍのポアは認められなかった。
【００２６】
（実施例５）
（１）表面がポアレスな金属−セラミックス複合材料の作製
実施例１と同様に複合材料を作製し、その複合材料の表面にＳｉＣ粉末とアクリル樹脂とを混合した混合物を塗布し、それを９０℃の温度で硬化させ、その硬化した樹脂の表面をダイヤモンド砥粒で研磨して表面がポアレスな複合材料を作製した。
【００２７】
（２）評価
得られた複合材料の表面を実施例１と同様に評価した。その結果、表面粗さは、Ｒｍａｘで０．８μｍで平滑であり、また、顕微鏡観察でも１００μｍのポアは認められなかった。このことは、実施例１〜４を含めて述べると本発明で複合材料を作製すれば、表面がポアレスな複合材料が得られることを示している。
【００２８】
（比較例）
比較のために、実施例１で作製した表面処理する前の複合材料を用い、その複合材料の表面を研削し、それを実施例１と同様にダイヤモンド砥粒で研磨し、その複合材料の表面を実施例１と同様に評価した。その結果、表面粗さは、Ｒｍａｘで１．６μｍで実施例に比べて極めて粗かった。また、顕微鏡観察では、３００μｍ以上のポアがいくつか認められた。
【００２９】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の金属−セラミックス複合材料の製造方法であれば、表面がポアレスな複合材料が得られる製造方法とすることができるようになった。このことにより、表面にゴミや液体の付着がほとんどなくなるので、半導体製造の歩留まりが大きく向上する複合材料となり、また、ポアが極めて少ない平滑な表面が得られるので、表面を鏡面とすることのできる複合材料にもなるようになった。