品川技報 2012 №55 抜刷

品川ファインセラミックス株式会社「ハイシリカセラミックスの特徴とその応用」
Shinagawa Fine Ceramics Co., Ltd.
“Application and Characteristics ofHigh-Silica Ceramics”
牧谷敦

Atsushi MAKIYA

吉川正博

Masahiro YOSHIKAWA

喜田良

和Yoshikazu KIDA

Vol. 55   2012

Shinagawa Technical Report

品川ファインセラミックス株式会社「ハイシリカセラミックスの特徴とその応用」
Shinagawa Fine Ceramics Co., Ldt.
“Application and Characteristics of High-Silica Ceramics”
牧谷敦＊１
Atsushi MAKIYA

喜田良和＊１
Yoshikazu K IDA

吉川正博＊２Masahiro YOSHIKAWA

Abstract
Our high-silica ceramics are fabricated by sintering high purity powder. They exhibit excellent
properties of not only chemical, thermal and fracture resistance, but also freedom of shape.
Currently, we have proposed application of the products to several markets.

1.

1. はじめにIntroduction

近年，半導体や液晶製造装置の腐食性ガスと接Recently, SiO2 -materials have been used inする部材として石英材料が適用されている。このmanufacturing semi-conductor and liquid crys-

石英は，高純度，高耐薬品性，低熱膨張等の優れ

tal display equipment, where they contact cor-た特性を有しており，特に高温腐食環境下での使rosive gas. This SiO2 has excellent high purity,用において好適である。

chemical resistance and low thermal expansion
properties. These materials are often used under

しかしながら，石英は機械的特性の一つである

a high-temperature corrosive environment.

破壊靱性が低いために，衝撃によって脆性破断しやすい問題を抱えている。また石英は，一般的なHowever, SiO2 glass has demerits in mechani-

セラミックスと比較すると高価であり，形状の自cal properties which promote low fracture

由度が低いことから，これらの問題を解決できる

toughness or brittle fracturing. SiO2 glass is also

代替材料が求められている。

expensive compared with commercial ceramics,

当社のハイシリカセラミックス（商品名）は，

and not available in complex shapes. There is

高純度シリカ粉末を焼結した材料であり，耐熱，a real need for alternative materials to solve

耐薬品性に優れるとともに，石英に比較して耐衝

these problems.
Our high-silica ceramics have been fabricated

撃性にも優れるという特徴を有す。
また，その焼結体は，一般的なセラミックス製

by sintering high purity powder. They show

造プロセスであるCIP成形による粉末焼結法を適

excellent chemical and thermal resistance prop-

用するため，大型品や複雑形状への適用が可能でerties, and high fracture resistance comparedある。

with SiO2 glass.

＊１ 品川ファインセラミックス株式会社 岡山事業所 技術開発室 Researcher, Okayama Works, Shinagawa Fine Ceramics Co., Ltd.
＊２ 品川ファインセラミックス株式会社 岡山事業所 所長 Manager, Okayama Works, Shinagawa Fine Ceramics Co., Ltd.

－－Shinagawa Technical ReportFig. 1

Vol. 55   2012

X-ray diffraction pattern of the high-silica
ceramics.

Fig. 2

SEM image of high-silica ceramics.

This sintered body was made through general ceramics processes, such as CIP process
and sintering processes. These processes allow
SiO2-glass

Fig. 3sintered bodies to be made in complex and large

High-silica ceramics

shapes.

Fracture cross-section of SiO2 -glass and-ceramics.

This paper reports an application and characteristics of high-silica-ceramics.

本報告ではハイシリカセラミックスについて紹2. Characteristics

介する。
２.

Silica is composed of silicone di-oxide, and is特徴classiﬁed into amorphous and crystalline whichshow a variety of polymorphism.

シリカは二酸化ケイ素によって構成される物質であり，非結晶性シリカと結晶性シリカに大別さFig. 1 shows an X-ray diﬀraction pattern ofれ，結晶性シリカは多様な結晶構造を有す 。

high-silica ceramics. SEM image of a fracture

1）

Fig. 1.にハイシリカセラミックスのX線回折パ

surface is shown in Fig. 2. The Diﬀraction pat-ターンを，Fig. 2にハイシリカセラミックスの破tern has no-peak, and this ceramic is amorphous

面の微構造組織を示す。この回折パターンには明as a consequence. Additionally, this material is a

確なピークがないことから，本セラミックスは非porous ceramics composed of particles smaller

結晶性シリカで構成されていることがわかる。まthan 10μm, which sintered just at the contact-

たSEM像より，本セラミックスは10μm以下の微

neck.
Fig. 3 shows an optical images of fracture

細なシリカ粒子で構成されており，これらが焼結

surfaces of SiO2 glass and high-silica ceramic.

した多孔体であることがわかる。
Fig. 3に石英ガラスとハイシリカセラミックス

This glass surface is smooth in shape. On theの破断面を示す。石英ガラスの破面は平滑である

other hand, the high-silica ceramic shows a com-のに対して，本セラミックスは，平滑ではなく，plex fracture surface. This result suggests high

破面に起伏があり，複雑に亀裂進展していること

fracture toughness and resistance compared－－Vol. 55   2012

Shinagawa Technical Report

Table 1

Characteristics of high-silica ceramics

Property

Unit

HSC-4N

Appearance
PurityImpurities

HSC-2
Porous％99.99

Na-0.3ppm

Cl-0.2ppm

Fe-

6.7ppm×103kg/m3

1.4

1.8％

3518

Bulk density
Apparent porosity

99.5
＜0.5％

Three-point bending strength

MPa

710

Coefficient of thermal expansion

×10－６

0.4

0.4

Fig. 5

Application of high-silica ceramics.

with densiﬁed SiO2 -glass.
Fig. 4

Table 1 shows the properties of high-silica

Production flow of high-silica ceramics.

ceramics. There are two purity varieties ofcommercial products. All products are porous
ceramics, and suitable for application as heatがわかる。このことよりハイシリカセラミックス

resistant materials due to low heat expansion.

は緻密な石英ガラスよりも破壊靱性が高く，耐衝The purities are higher than 99.5%, and they

撃性に優れる。

show a chemical resistance equivalent of SiO2glass.

Table 1に特性値を示す。本セラミックスは純度の異なるグレードとして 2 種類を用意した。何3. Fabrication Process

れも多孔質セラミックスであり，熱膨張係数が小さいことから耐熱材料への応用に好適である。まFig. 4 shows process-ﬂow of high-silica

た，シリカ純度が99.5％以上と高く，不純物が少ceramics. It is a general ceramics process, suchないことから，シリカガラス本来の特徴である高as CIPing and subsequently sintering. Green耐食性を有す。

machining and ﬁnal grinding can be applied in３.

this process. It is possible to fabricate products

製造方法

of large and complex shapes.

Fig. 4に製造フローを示す。CIP成形後，焼結す

4.

る一般的なセラミックス作製方法を適用した。こApplication
Fig. 5 shows examples of two products. Theyのため，焼成前の機械加工と焼成後の研削加工が－－Shinagawa Technical ReportVol. 55   2012

可能であり，小型から大型に加えて複雑形状へのare predicted to be eﬀective for use where対応が可能である。

chemical pollution, except for silicone and４.

oxygen contamination is a problem. We have

応用例

proposed application of this material as follows,① high-temperature reactors

Fig. 5に応用例を示す。耐薬品性・耐衝撃性に優れており，不純物が少ないことから，Si, O以外② heat-resistant insulatorの元素のコンタミネーションが問題となる装置部③ Parts of equipments for manufacturing semiconductors材への応用に有効である。
現在，下記用途への活用を提案中である。

5. Conclusion①各種高温反応容器

The characteristics and applications of our②耐熱絶縁部品

high-silica ceramics are as follows,③半導体製造装置部材
５.

(1) Amorphous porous SiO2 ceramics sinteredまとめwith particles of >99.5% purity.
(2) Excellent properties in fracture toughness

当社のハイシリカセラミックスの特徴と用途は以下である。

and resistance are exhibited compared（1）シリカ純度が99.5％以上の非結晶性シリカがwith densiﬁed SiO2 glass.
(3) Predicted to be eﬀective for use as a heat-

焼結した多孔体である。

resistant material in corrosive environ-（2）緻密な石英ガラスよりも破壊靱性が高く，耐ments due to high-purity and low-thermal

衝撃性に優れる。

expansion.

（3）高純度で熱膨張係数が小さく，腐食環境下で(4) General ceramics processes are used soの耐熱材料への応用が好適である。

products are available in large and complex（4）一般的なセラミックス製造方法を適用しておshapes.

り，小型から大型に加えて複雑形状への対応が可能である。

Reference1 ) Masashi Higucji, Yasuo Azuma, J. Ceram. Soc. Japan, 105 (1959), p385‑389－－