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    • 36. 发明专利
      TWI322140B 陶瓷元件及其製造方法 CERAMIC MEMBER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME 有权
    • 陶瓷元件及其製造方法 CERAMIC MEMBER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
    • 陶瓷组件及其制造方法 CERAMIC MEMBER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
    • TWI322140B
    • 2010-03-21
    • TW095110231
    • 2006-03-24
    • 日本碍子股份有限公司
    • 小林義政 , 早瀨徹 , 山田直仁
    • C04B , H01L
    • C04B35/581 , C04B35/6303 , C04B35/645 , C04B37/021 , C04B2235/3225 , C04B2235/5436 , C04B2235/5445 , C04B2235/608 , C04B2235/6581 , C04B2235/77 , C04B2237/366 , C04B2237/403 , H01L21/67103 , H01L21/6831
    • 提供具有優異均熱性之陶瓷元件。
      陶瓷元件10係具備陶瓷燒結體11、與陶瓷燒結體11連接而形成之包含金屬元素的金屬元件12。陶瓷燒結體11中金屬元件12周邊之變質層11a之厚度t被抑制在300 μ m以下。 A ceramic member comprises a ceramic sintered body and a metallic member, which includes a metal element and is formed to be in contact with the ceramic sintered body. An affected layer around the metallic member of the ceramic sintered body has a thickness of 300 μ m or less. 【創作特點】 但是，在特許文獻1記載之技術中，雖然可以防止金屬元件擴散於陶瓷燒結體，但是無法充分地防止金屬元件本身之變質。另外，在特許文獻2記載之技術中，雖然可以防止金屬元件之碳化，但是無法充分地防止陶瓷燒結體之變質。結果，習知之陶瓷元件之均熱性無法充分地達到近年所要求之極高的均熱性標準。
      因此，本發明之目的係提供具有優異均熱性之陶瓷元件及其製造方法。
      本發明之陶瓷元件，包括：陶瓷燒結體；以及與該陶瓷燒結體連接而形成之包含金屬元素的金屬元件；其特徵在於：前述陶瓷燒結體中前述金屬元件週邊之變質層的厚度在300 μ m以下。
      陶瓷元件係在陶瓷燒結體與金屬元件連接之狀態下將陶瓷燒結體中金屬元件周邊之變質層之厚度抑制在300 μ m以下。那是因為，即使在陶瓷燒結體與金屬元件連接之狀態下，也可以在製造過程中充分地抑制兩者之相互反應。因此，陶瓷元件可以抑制陶瓷燒結體及金屬元件兩方之變質，而實現優異之均熱性。
      金屬元件在陶瓷元件之製造過程中體積電阻值之變化率以小於20%者較佳。如此一來，由於可以進一步抑制金屬元件之變質的緣故，因此可以更進一步提升陶瓷元件之均熱性。
      金屬元件係包含選自由4a族元素、5a族元素及6a族元素所組成之群組中1種類以上之金屬元素者較佳。
      以氧化物換算量而言，前述陶瓷燒結體係包含10重量%以下選自由鑭系元素及土類元素所組成之群組中1種類以上之元素者較佳。如此一來，可以進一步抑制製造過程中陶瓷燒結體與金屬元件之相互反應，而可以更進一步提升陶瓷元件之均熱性。
      陶瓷燒結體以含有氮化鋁者較佳。如此一來，可以提升陶瓷燒結體之熱傳導率，而可以更進一步提升陶瓷元件之均熱性。
      金屬元件以埋設於陶瓷燒結體內者較佳。如此一來，即使在陶瓷元件之使用環境為腐蝕性環境或高熱環境的情況下，也可以防止金屬元件直接曝露於上述環境中。因此，可以提升陶瓷元件之耐蝕性或耐熱性。
      較佳者，金屬元件係為電阻發熱體、靜電電極、或RF電極中至少1個。藉由以金屬元件作為電阻發熱體，陶瓷元件可以作為加熱器之用途。藉由以金屬元件作為靜電電極，陶瓷元件可以作為靜電盤之用途。藉由以金屬元件作為RF(Radio Frequency)電極，陶瓷元件可以作為襯托器之用途。再者，藉由以金屬元件作為靜電電極與電阻發熱體、或是RF電極與電阻發熱體，陶瓷元件可以作為能進行加熱處理之靜電盤或襯托器之用途。
      本發明之陶瓷元件之製造方法，包括：製作陶瓷成形體之成形體製作步驟；將包含金屬元素之金屬元件連接於前述陶瓷成形體而形成之金屬元件形成步驟；以及將前述陶瓷成形體及前述金屬元件燒成之燒成步驟；其特徵在於：將前述陶瓷成形體之相對密度調整在40%以上；將前述燒成步驟中1600℃下之陶瓷燒結體之相對密度調整在80%以上；而且，前述燒成步驟係包含在1500~1700℃之溫度範圍下保持減壓環境之步驟。
      由於陶瓷成形體之相對密度調整在40%以上、燒成步驟中1600℃下陶瓷燒結體之相對密度調整在80%以上，而且燒成步驟係包含在1500~1700℃之溫度範圍下保持減壓環境之步驟的緣故，所以即使陶瓷成形體與金屬元件在連接狀態下進行燒成，也可以充分地抑制兩者之相互反應。也就是說，可以抑制陶瓷燒結體及金屬元件兩方之變質。結果，可以提供具備陶瓷燒結體、與陶瓷燒結體連接而形成之包含金屬元素的金屬元件的陶瓷元件；其中，陶瓷燒結體中金屬元件周邊之變質層之厚度被抑制在300 μ m以下。
      再者，由於前述燒成步驟的緣故前述金屬元件之體積電阻值之變化率以在20%以下者較佳。如此一來，可以進一步抑制金屬元件之變質，而提供具有更高均熱性之陶瓷元件。
      陶瓷成形體之相對密度係可以藉由調整陶瓷原料粉末之平均粒子徑、燒結助劑之種類、燒結助劑之添加量、或成形壓力之至少1個而調整。陶瓷燒結體之相對密度係可以藉由調整陶瓷原料粉末之平均粒子徑、燒結助劑之種類、燒結助劑之添加量、成形壓力、或燒成條件之至少1個而調整。
      燒成步驟係以使用熱壓法而進行者較佳。如此一來，由於可以在更低溫下製作陶瓷元件的緣故，可以更進一步抑制製造過程中陶瓷燒結體與金屬元件之相互反應。而且，可以提升陶瓷燒結體與金屬元件之密著性，而得到緻密陶瓷燒結體。因此，可以提供具有更高均熱性之陶瓷元件。
      如以上說明一樣，根據本發明的話，可以提供具有優異均熱性之陶瓷元件及其製造方法。
    • 提供具有优异均热性之陶瓷组件。 陶瓷组件10系具备陶瓷烧结体11、与陶瓷烧结体11连接而形成之包含金属元素的金属组件12。陶瓷烧结体11中金属组件12周边之变质层11a之厚度t被抑制在300 μ m以下。 A ceramic member comprises a ceramic sintered body and a metallic member, which includes a metal element and is formed to be in contact with the ceramic sintered body. An affected layer around the metallic member of the ceramic sintered body has a thickness of 300 μ m or less. 【创作特点】 但是，在特许文献1记载之技术中，虽然可以防止金属组件扩散于陶瓷烧结体，但是无法充分地防止金属组件本身之变质。另外，在特许文献2记载之技术中，虽然可以防止金属组件之碳化，但是无法充分地防止陶瓷烧结体之变质。结果，习知之陶瓷组件之均热性无法充分地达到近年所要求之极高的均热性标准。 因此，本发明之目的系提供具有优异均热性之陶瓷组件及其制造方法。 本发明之陶瓷组件，包括：陶瓷烧结体；以及与该陶瓷烧结体连接而形成之包含金属元素的金属组件；其特征在于：前述陶瓷烧结体中前述金属组件周边之变质层的厚度在300 μ m以下。 陶瓷组件系在陶瓷烧结体与金属组件连接之状态下将陶瓷烧结体中金属组件周边之变质层之厚度抑制在300 μ m以下。那是因为，即使在陶瓷烧结体与金属组件连接之状态下，也可以在制造过程中充分地抑制两者之相互反应。因此，陶瓷组件可以抑制陶瓷烧结体及金属组件两方之变质，而实现优异之均热性。 金属组件在陶瓷组件之制造过程中体积电阻值之变化率以小于20%者较佳。如此一来，由于可以进一步抑制金属组件之变质的缘故，因此可以更进一步提升陶瓷组件之均热性。 金属组件系包含选自由4a族元素、5a族元素及6a族元素所组成之群组中1种类以上之金属元素者较佳。 以氧化物换算量而言，前述陶瓷烧结体系包含10重量%以下选自由镧系元素及土类元素所组成之群组中1种类以上之元素者较佳。如此一来，可以进一步抑制制造过程中陶瓷烧结体与金属组件之相互反应，而可以更进一步提升陶瓷组件之均热性。 陶瓷烧结体以含有氮化铝者较佳。如此一来，可以提升陶瓷烧结体之热传导率，而可以更进一步提升陶瓷组件之均热性。 金属组件以埋设于陶瓷烧结体内者较佳。如此一来，即使在陶瓷组件之使用环境为腐蚀性环境或高热环境的情况下，也可以防止金属组件直接曝露于上述环境中。因此，可以提升陶瓷组件之耐蚀性或耐热性。 较佳者，金属组件系为电阻发热体、静电电极、或RF电极中至少1个。借由以金属组件作为电阻发热体，陶瓷组件可以作为加热器之用途。借由以金属组件作为静电电极，陶瓷组件可以作为静电盘之用途。借由以金属组件作为RF(Radio Frequency)电极，陶瓷组件可以作为衬托器之用途。再者，借由以金属组件作为静电电极与电阻发热体、或是RF电极与电阻发热体，陶瓷组件可以作为能进行加热处理之静电盘或衬托器之用途。 本发明之陶瓷组件之制造方法，包括：制作陶瓷成形体之成形体制作步骤；将包含金属元素之金属组件连接于前述陶瓷成形体而形成之金属组件形成步骤；以及将前述陶瓷成形体及前述金属组件烧成之烧成步骤；其特征在于：将前述陶瓷成形体之相对密度调整在40%以上；将前述烧成步骤中1600℃下之陶瓷烧结体之相对密度调整在80%以上；而且，前述烧成步骤系包含在1500~1700℃之温度范围下保持减压环境之步骤。 由于陶瓷成形体之相对密度调整在40%以上、烧成步骤中1600℃下陶瓷烧结体之相对密度调整在80%以上，而且烧成步骤系包含在1500~1700℃之温度范围下保持减压环境之步骤的缘故，所以即使陶瓷成形体与金属组件在连接状态下进行烧成，也可以充分地抑制两者之相互反应。也就是说，可以抑制陶瓷烧结体及金属组件两方之变质。结果，可以提供具备陶瓷烧结体、与陶瓷烧结体连接而形成之包含金属元素的金属组件的陶瓷组件；其中，陶瓷烧结体中金属组件周边之变质层之厚度被抑制在300 μ m以下。 再者，由于前述烧成步骤的缘故前述金属组件之体积电阻值之变化率以在20%以下者较佳。如此一来，可以进一步抑制金属组件之变质，而提供具有更高均热性之陶瓷组件。 陶瓷成形体之相对密度系可以借由调整陶瓷原料粉末之平均粒子径、烧结助剂之种类、烧结助剂之添加量、或成形压力之至少1个而调整。陶瓷烧结体之相对密度系可以借由调整陶瓷原料粉末之平均粒子径、烧结助剂之种类、烧结助剂之添加量、成形压力、或烧成条件之至少1个而调整。 烧成步骤系以使用热压法而进行者较佳。如此一来，由于可以在更低温下制作陶瓷组件的缘故，可以更进一步抑制制造过程中陶瓷烧结体与金属组件之相互反应。而且，可以提升陶瓷烧结体与金属组件之密着性，而得到致密陶瓷烧结体。因此，可以提供具有更高均热性之陶瓷组件。 如以上说明一样，根据本发明的话，可以提供具有优异均热性之陶瓷组件及其制造方法。
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