專利名稱：氧化釔燒結(jié)體和耐腐蝕性部件、其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燒結(jié)溫度低且耐等離子體性優(yōu)異的氧化釔燒結(jié)體。
背景技術(shù)：
已知氧化釔(Y203 )耐等離子體性優(yōu)異。此外，在專利文 獻(xiàn)l ~ 9和非專利文獻(xiàn)1中提出了提高氧化釔(Y203 )燒結(jié)體的 密度、耐等離子體性的方案。在專利文獻(xiàn)l中，公開(kāi)了以冷等靜壓(CIP)對(duì)氧化釔(Y203 ) 粉末進(jìn)行成型，在1400 ~ 1800。C下對(duì)該成型體進(jìn)行燒成，暫時(shí) 冷卻該成型體后，在8203等硼化合物的存在下，在1400 ~ 2000°C 下進(jìn)行熱處理，從而荻得致密的氧化釔(Y203 )燒結(jié)體。在該 專利文獻(xiàn)l中，作為獲得致密的燒結(jié)體的理由，推定是由于如果存在硼化合物，則B203在燒成物內(nèi)部擴(kuò)撒，從而促進(jìn)燒結(jié)。在專利文獻(xiàn)2中，提出作為耐等離子體性優(yōu)異的氧化釔 (Y203 )燒結(jié)體，對(duì)氧化釔中所含的Si、 Al,分別使Si為400ppm 以下，Al為200ppm以下。在專利文獻(xiàn)3中，提出了作為耐等離子體性優(yōu)異的氧化釔 (Y203 )燒結(jié)體，為了獲得迄今尚未獲得的相對(duì)密度95%以上 的燒結(jié)體，作為燒結(jié)助劑，使用Zr、 Si、 Ce或Al。在專利文獻(xiàn)4 6中，記載了通過(guò)在熱壓制氧化釔(Y203 ) 粉末后進(jìn)行HIP處理，從而獲得透光性和機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異的氧化 釔(丫203 )燒結(jié)體，尤其是在專利文獻(xiàn)4中，公開(kāi)了作為燒結(jié) 助劑，添加氟化鋰或氟化鉀，在專利文獻(xiàn)5中，公開(kāi)了作為燒結(jié) 助劑，添加鑭系元素氧化物，在專利文獻(xiàn)6中，公開(kāi)了使起始原料的氧化釔(Y2〇3 )粉末的比表面積(BET值)為2m2/g 10m2/g。 在專利文獻(xiàn)7中，公開(kāi)了與專利文獻(xiàn)2類似的內(nèi)容，提出了如下方案對(duì)氧化釔中所含的Si、 Al，分別使Si為200ppm以下，Al為100ppm以下，且Na、 K、 Ti、 Cr、 Fe、 Ni為200ppm以下。 在專利文獻(xiàn)8中，公開(kāi)了在還原性氣氛下，在1650 2000。C的范圍對(duì)耐等離子體性優(yōu)異的氧化釔(Y203 )或氧化釔'鋁.石榴石成型體進(jìn)行燒成。在專利文獻(xiàn)9中，提出了作為在暴露于等離子體的位置所使用的耐腐蝕性陶瓷部件，由氧化釔、氧化鋁和氧化硅構(gòu)成的物質(zhì)。在非專利文獻(xiàn)l中，公開(kāi)了通過(guò)CIP ( 140MPa)對(duì)氧化釔 (Y203 )粉末進(jìn)行成型，在1400 ~ 170(TC下使該成型體一次燒 結(jié)，接著對(duì)該一次燒結(jié)體噴霧BN,通過(guò)HIP ( 140MPa、 1400 ~ 1700°C )進(jìn)行二次燒結(jié)，從而獲得透光性優(yōu)異的氧化釔(Y203 )燒結(jié)體。專利文獻(xiàn)l:日本特開(kāi)2000 - 239065號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2003 - 55050號(hào)7>報(bào) 專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2001 - 181042號(hào)7〉尋艮 專利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)平4 - 59658號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)5:日本特開(kāi)平4 - 238864號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)6:日本特開(kāi)平4 - 74764號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)7:日本特開(kāi)2002 - 255647號(hào)公4艮 專利文獻(xiàn)8:日本特開(kāi)2003 - 48792號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)9:日本特開(kāi)2001 — 31466號(hào)乂>報(bào) 非專利文獻(xiàn)l:日本陶瓷協(xié)會(huì)2004年度演講預(yù)備稿集 2G09 (通過(guò)HIP燒結(jié)制備透明氧化釔)發(fā)明內(nèi)容發(fā)明要解決的問(wèn)題在上述專利文獻(xiàn)和非專利文獻(xiàn)中，公開(kāi)了與本發(fā)明最接近 的技術(shù)的是專利文獻(xiàn)l和非專利文獻(xiàn)l。因此，以下清楚說(shuō)明專 利文獻(xiàn)l和非專利文獻(xiàn)l中的課題。在專利文獻(xiàn)l中，公開(kāi)了在8203等硼化合物的存在下，在1400 ~ 2000。C下進(jìn)行熱處理(HIP),此外，在非專利文獻(xiàn)l中， 公開(kāi)了噴霧BN,在1400 ~ 1700。C下通過(guò)HIP處理進(jìn)^亍二次燒結(jié)， 獲得透光性優(yōu)異的氧化釔(Y203 )燒結(jié)體。此外，根據(jù)專利文獻(xiàn)l,記載了即使所添加的硼化合物不是B203，也會(huì)通過(guò)在氧氣氛圍下加熱而被氧化，另外，即使在不含有氧氣的氛圍下加熱，也會(huì)與存在于燒成物表面的氧氣結(jié)合而變成B203。然而，上述任何的現(xiàn)有技術(shù)中，為了獲得氣孔率小的燒結(jié) 體，都需要在較高的溫度下進(jìn)行燒成，或者通過(guò)一次燒成后在 硼化合物存在下進(jìn)行熱處理或進(jìn)行HIP處理等復(fù)雜的制造工 序，獲得氧化釔燒結(jié)體。本發(fā)明還提供了能夠在較低的溫度下簡(jiǎn)單地制備的高密度 且耐等離子體性優(yōu)異的氧化釔(Y203 )燒結(jié)體，以及耐腐蝕性部件、其制造方法。用于解決問(wèn)題的方法根據(jù)本發(fā)明人的驗(yàn)證，得到如下見(jiàn)解在獲得氧化釔 (丫203 )燒結(jié)體時(shí)，8203的添加量是極其重要的。由本發(fā)明人 進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果判明如果8203的添加量變多，則會(huì)出現(xiàn)YB03 相，如果8203的添加量變少，則會(huì)出現(xiàn)Y3B06相；如果在燒結(jié) 體的構(gòu)成相中含有YB03相，則在比僅有Y203的燒成更低的溫度 下獲得密度上升的效果，但無(wú)法獲得高密度燒結(jié)體；如果Y3BOs 相成為構(gòu)成相，則密度變高。因此，本發(fā)明的氧化釔燒結(jié)體是在氧化釔(Y203 )粉末中添加硼化合物進(jìn)行燒成而成的氧化釔燒結(jié)體，其構(gòu)成如下在 該氧化釔燒結(jié)體中硼(B)基本上以Y3B06形式存在。另外，燒 成后的氧化釔(Y203 )燒結(jié)體中所含的Y3B06量的優(yōu)選量為 0.12vol。/o以上60volo/o以下。此外，為了制備上述氧化釔燒結(jié)體，在氧化釔(丫203 )粉末中以0.02wto/o以上10wt。/。以下的比例添加氧化硼(B203 )粉末， 對(duì)該混合粉末進(jìn)行成型，然后在1300。C以上1600。C以下，期望 在1400°C以上1500°C以下進(jìn)行燒結(jié)。此外，本發(fā)明的耐腐蝕性部件在處理被處理基板的處理裝 置中被使用，進(jìn)而，作為該耐腐蝕性部件的構(gòu)成晶體，含有丫203 晶體和Y3B06晶體。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可在較低的溫度下簡(jiǎn)單地制備高密度且耐等 離子體性優(yōu)異的氧化釔(Y203 )燒結(jié)體。


圖1是按B203的添加比例分別表示燒成溫度和相對(duì)密度關(guān)系的圖表。圖2 ( a)是未添加且在1300。C下燒成的情況下的電子顯微 鏡照片，(b)是未添加且在1500。C下燒成的情況下的電子顯微 鏡照片，(c)是未添加且在1700。C下燒成的情況下的電子顯微 鏡照片。圖3 (a)是添加0.1wt。/。且在1200。C下燒成的情況下的電子 顯微鏡照片，(b)是添加0.1wt。/。且在1400。C下燒成的情況下的 電子顯微鏡照片。圖4 (a)是添加lwt。/。且在1200。C下燒成的情況下的電子顯微鏡照片，(b)是添加lwt。/。且在1300。C下燒成的情況下的電子 顯微鏡照片，(c)是添加lwt。/。且在1400。C下燒成的情況下的電 子顯微鏡照片，(d)是添加lwt。/。且在1500。C下燒成的情況下的 電子顯微鏡照片。圖5 ( a)是添加3wt。/。且在1200。C下燒成的情況下的電子顯 微鏡照片，(b)是添加3wtQ/o且在1400。C下燒成的情況下的電子 顯微鏡照片。圖6 ( a)是添加10wt。/。且在1200。C下燒成的情況下的電子 顯微鏡照片，(b)是添加10wt。/。且在1300。C下燒成的情況下的 電子顯微鏡照片，(c)是添加10wt。/。且在1400。C下燒成的情況 下的電子顯微鏡照片，(d)是添加10wtQ/。且在1500。C下燒成的 情況下的電子顯^:鏡照片。圖7 ( a )是O. 1 wt。/。B203添加體系的斷面的電子顯微鏡照片， (b)是將鏡面熱蝕刻的狀態(tài)的電子顯微鏡照片。圖8 (a)是lwty。B203添加體系的斷面的電子顯微鏡照片， (b)是將鏡面熱蝕刻的狀態(tài)的電子顯微鏡照片。圖9 (a)是3wt。/oB203添加體系的斷面的電子顯微鏡照片， (b)是將鏡面熱蝕刻的狀態(tài)的電子顯微鏡照片。圖10是0.02wt。/oB2O3添加體系的X射線衍射圖。圖11是lwt。/oB203添加體系的X射線衍射圖。圖12是10wt。/oB2O3添加體系的X射線書(shū)f射圖。圖13是表示本發(fā)明的氧化釔燒結(jié)體中所含的Y3B06量與所 添加的氧化硼量的關(guān)系的圖表。圖14是在耐等離子體性方面，比較本發(fā)明產(chǎn)品與現(xiàn)有產(chǎn)品 的圖表。
具體實(shí)施方式
作為原料，準(zhǔn)備氧化釔(Y203 )粉末(信越化學(xué)工業(yè)制造的RU)和氧化硼(B203 )粉末(純正化學(xué)制造的試劑級(jí))，制 備氧化硼(B203 )粉末相對(duì)于氧化釔(Y203 )粉末的添加比例 為未S忝力口、添力口0.02wt0/()、添力口0.1wt0/0、添力口lwt0/)、 ^忝力口3wt0/()、 添加10wt。/。、添加16wt0/。、添加23.6wt。/。的8種試樣，將它們?cè)?燒成爐中進(jìn)行燒成。圖l示出燒成溫度與相對(duì)密度的關(guān)系。從該圖l可知如下事項(xiàng)。首先，在未添加的情況下，升溫到1700。C，得到相對(duì)密度 為約95%的燒結(jié)體。該燒成溫度和相對(duì)密度與通常所知的值一 致。在B203的添力口比例為添力口 0.1 wt% 、 添力口 1 wt%以及添力口 3wty。時(shí)，顯示出大體相同的行為。即，得到如下結(jié)果從約 1000。C相對(duì)密度開(kāi)始上升，在1400。C ~ 1500。C相對(duì)密度超過(guò) 95%。在添加3wt。/。時(shí)，燒結(jié)體的相對(duì)密度大致成為100%。這樣 得到比未添加的情況高密度的燒結(jié)體，認(rèn)為是由于Y 3 B 0 6在燒 成過(guò)程中產(chǎn)生液相，引起液相燒結(jié)而導(dǎo)致的。此夕卜，在添加0.1wt0/0、 添力。lwt。/o以及添加3wt。/o時(shí)，在 1583 'C附近燒結(jié)體損壞。在該溫度下?lián)p壞，認(rèn)為是由于燒結(jié)體 中的Y3B06的沸點(diǎn)處于該溫度附近。在添加10wt。/。時(shí)，確認(rèn)相對(duì)密度在從1300。C到1500。C范圍 上升。該現(xiàn)象，認(rèn)為是伴隨著溫度的上升，包含于構(gòu)成相中的 若干量YB03相通過(guò)蒸發(fā)、分解等現(xiàn)象而從試樣中減少，Y-B 化合物變成Y3B06的單相，從而密度提高。這樣，可以在較低的溫度(1300。C到不足1600。C )下獲得 高密度的燒結(jié)體。在添加1 ewt。/。和添加23.6wt。/。時(shí)，相對(duì)密度幾乎沒(méi)有上升，在約1500。C下?lián)p壞。這認(rèn)為是由于硼(B )成為YB03相且該YB03 相引起蒸發(fā)、分解等現(xiàn)象。圖2 ( a)是未添加且在1300。C下燒成的情況下的電子顯微 鏡照片，(b)是未添加且在1500。C下燒成的情況下的電子顯微 鏡照片，(c)是未添加且在1700。C下燒成的情況下的電子顯微 鏡照片，可知在未添加的情況下，1500。C時(shí)在燒結(jié)初始的階段 不會(huì)變致密，170(TC時(shí)引起固相燒結(jié)。圖3 (a)是添加0.1wt。/。且在1200。C下燒成的情況下的電子 顯微鏡照片，(b)是添加0.1wt。/。且在1400。C下燒成的情況下的 電子顯微鏡照片，在該情況下，可知1400。C時(shí)致密化。圖4 ( a)是添加lwt。/。且在1200。C下燒成的情況下的電子顯 微鏡照片，(b)是添加lwt。/。且在1300。C下燒成的情況下的電子 顯微鏡照片，(c)是添加lwt。/。且在1400。C下燒成的情況下的電 子顯微鏡照片，(d)是添加lwt。/。且在1500。C下燒成的情況下的 電子顯微鏡照片，在該情況下，可知1400。C時(shí)引起急劇的結(jié)構(gòu) 變化。圖5 (a)是添加3wt。/。且在1200。C下燒成的情況下的電子顯 微鏡照片，(b)是添加3wt。/。且在1400。C下燒成的情況下的電子 顯微鏡照片，在該情況下，可知與0.1wty。添加同樣地，140CTC時(shí)致密化。圖6 ( a)是添加10wt。/。且在1200。C下燒成的情況下的電子 顯微鏡照片，(b)是添加10wt。/。且在1300。C下燒成的情況下的 電子顯微鏡照片，(c)是添加10wt。/。且在1400。C下燒成的情況 下的電子顯微鏡照片，(d)是添加10wt。/。且在1500。C下燒成的 情況下的電子顯微鏡照片，在該情況下，可知也是1400。C時(shí)引 起急劇的結(jié)構(gòu)變化。圖7( a)是0.1wty。B2O3添加體系的斷面的電子顯微鏡照片，(b )是將鏡面熱蝕刻的狀態(tài)的電子顯微鏡照片，圖8( a )是1 wt% 8203添加體系的斷面的電子顯微鏡照片，(b)是將鏡面熱蝕刻 的狀態(tài)的電子顯^1鏡照片，圖9 (a) 3wt。/。B203添加體系的斷面 的電子顯微鏡照片，(b)是將鏡面熱蝕刻的狀態(tài)的電子顯微鏡 照片，從這些電子顯微鏡照片，可知本發(fā)明的氧化釔燒結(jié)體由 于燒成溫度較低，因此幾乎沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Y203的顆粒生長(zhǎng)。如果由于顆粒生長(zhǎng)而顆粒變大，則會(huì)產(chǎn)生脫粒的問(wèn)題，耐 等離子體性降低，但在本發(fā)明中顆粒生長(zhǎng)被抑制，因此認(rèn)為可 獲得耐等離子體性優(yōu)異的燒結(jié)體。圖10是0.02wto/。B203添加體系的X射線々亍射圖，由該圖確 認(rèn)，在0.02wt。/oB2O3添加體系的情況下，除了丫203相以外，存 在一些Y3B06相。圖11是lwt。/。B203添加體系的X射線衍射圖，由該圖確認(rèn)， 在lwt。/oB203添加體系的情況下，與0.02wt。/oB2O3添加體系的情 況相比，Y3B06相多。圖12是10wt。/。B2O3添加體系的X射線衍射圖，由該圖確認(rèn)，在10wt。/oB2O3添加體系的情況下，除了Y3B06相以外，還存在YB03相。認(rèn)為如果B203的添加量超過(guò)9.6wt0/0,則出現(xiàn)YB03相， 由此密度不易上升。接著，通過(guò)以下方法求出本燒成體中含有的Y3B06相的比例。加入丫203粉末和8203粉末，其中B203的量比以化學(xué)計(jì)量比 獲得Y3B06的比率(9.3wt%)過(guò)量，混合后進(jìn)行粉末壓制，放 入坩鍋中，在1400。C的大氣氣氛下燒成10小時(shí)。將其粉碎，再 次加入8203,進(jìn)行粉末壓制，放入坩鍋中，在1400。C的大氣氣 氛下燒成10小時(shí)，然后粉碎。這樣獲得的粉末通過(guò)XRD確認(rèn)是 不存在Y203和B203的Y3B06單一相。另外，從與JCPDS卡34-0291 —致而判斷出是Y3B06。使用這樣獲得的Y3B06粉末，以體積比例為l、 5、 10、 20、 50、 75vol。/。來(lái)稱量Y3BC)6粉末(比重4.638g/cm3 )和丫203粉末(比 重5.031g/cm3 ),均勻混合，將由此獲得的粉末作為標(biāo)準(zhǔn)試樣。 通過(guò)XRD對(duì)這些混合粉末進(jìn)行測(cè)定。在所得的各XRD語(yǔ)圖中， 計(jì)算出丫203的(khl) = (211)、 ( 400 )和(440 )的衍射峰強(qiáng) 度的合計(jì)值IY2。3與Y3B06W (khl) = ( 003 )、 ( - 601 )和(-205 )的衍射峰強(qiáng)度的合計(jì)值lY3BQ6的比率。從所得的值，以 Iy3B06/ ( Iy203 + Iy3B06)為縱軸，以Y3B06存在量為—黃軸，則獲 得良好的線性關(guān)系，將其作為標(biāo)準(zhǔn)曲線。根據(jù)XRD謙圖，使用上述標(biāo)準(zhǔn)曲線，調(diào)查本發(fā)明氧化釔燒結(jié)體中所含的Y3B06量與所添加的B203量的關(guān)系，其結(jié)果在圖13中示出。在添加0.02 ~ 10wt%B2O^々情況下，發(fā)現(xiàn)氧化釔燒 結(jié)體中所含的Y3B06量受到燒成中的氣氛的影響，大約為0.12 ~ 60vol%,并且約一半量的硼在燒結(jié)中蒸發(fā)掉。由此，燒結(jié)后在氧化釔燒結(jié)體中存在超過(guò)0.12vol%的 Y 3 B O 6的情況下，具有使氧化釔燒結(jié)體在低溫下致密化的效果， 燒結(jié)后在氧化釔燒結(jié)體中Y3B06少于60vol%的情況下，不易形 成YB03,可以在低溫下燒成，能獲得穩(wěn)定的高密度燒結(jié)體。作為硼化合物，不限于氧化硼(B203 ),可以利用硼酸 (H3B03)、氮化硼(BN)、碳化硼(B4C)等硼化合物，其中， 可以適合利用氧^b硼、硼酸。圖14是在耐等離子體性方面比較本發(fā)明產(chǎn)品與現(xiàn)有產(chǎn)品的 圖表，以下的(表l )在耐等離子體性(侵蝕深度)方面比較本 發(fā)明產(chǎn)品與現(xiàn)有產(chǎn) 品o表l比舉交例1比4交例2本發(fā)明產(chǎn)品材質(zhì)Y203藍(lán)寶石Y203 - Y3B06侵，深度(nm)300 ~ 4001600300 ~ 400平均侵蝕深度(nm )3501600350等離子體照射前Ra( nm)7.24等離子體照射后Ra(nm)15.49.8由圖14和(表l )可知，本發(fā)明產(chǎn)品的氧化釔燒結(jié)體在耐等 離子體性方面優(yōu)異。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的氧化釔(Y203 )燒結(jié)體可以用作例如等離子體處 理裝置的反應(yīng)室、捕獲環(huán)、聚焦環(huán)、靜電卡盤(pán)等要求耐等離子 體性的耐腐蝕性部件。
權(quán)利要求
1.一種氧化釔燒結(jié)體，其特征在于，其是在氧化釔(Y2O3)粉末中添加硼化合物進(jìn)行燒成而成的氧化釔燒結(jié)體，在該氧化釔燒結(jié)體中，硼(B)基本上以Y3BO6的形式存在。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氧化釔燒結(jié)體，其特征在于，燒 成后的氧化釔(Y203 )燒結(jié)體中所含的Y3B06量為0.12vol。/。以 上60voP/o以下。
3. —種氧化釔燒結(jié)體的制造方法，其特征在于，在氧化釔 (Y203 )粉末中以0.02wt。/。以上10wt。/o以下的比例添加氧化硼 (B203 ),對(duì)該混合粉末進(jìn)行成型，然后在1300。C以上1600。C以下使其燒結(jié)。
4. 一種氧化釔燒結(jié)體的制造方法，其特征在于，在氧化釔 (Y203 )粉末中以0.02wt%以上10wt%以下的比例添加氧化硼 (B203 ),對(duì)該混合粉末進(jìn)行成型，然后在1400。C以上1500。C以下使其燒結(jié)。
5. —種耐腐蝕性部件，其特征在于，其是在處理被處理基 板的處理裝置中^C使用的耐腐蝕性部件，作為該耐腐蝕性部件的構(gòu)成晶體，含有Y203晶體和Y3B06晶體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高密度且耐等離子體性優(yōu)異的氧化釔(Y₂O₃)燒結(jié)體。氧化釔(Y₂O₃)燒結(jié)體構(gòu)成如下作為該燒結(jié)體的構(gòu)成晶體，含有氧化釔(Y₂O₃)晶體和Y₃BO₆晶體。為了獲得該氧化釔(Y₂O₃)燒結(jié)體，在氧化釔(Y₂O₃)粉末中，以換算成氧化硼(B₂O₃)為0.02wt以上且不足10wt％的比例添加硼化合物，對(duì)該混合粉末進(jìn)行成型后，在1300℃以上且不足1600℃下使其燒結(jié)。
文檔編號(hào)C04B35/50GK101218188SQ20068002476
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2006年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者井出貴之, 清原正勝 申請(qǐng)人:Toto株式會(huì)社