專利名稱：：復(fù)合結(jié)構(gòu)物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及在基材表面形成了由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的復(fù)合結(jié)構(gòu)物。
背景技術(shù)：
：作為不進(jìn)行加熱工序地在基材表面形成脆性材料的結(jié)構(gòu)物的方法，已知被稱為氣溶膠沉積法的技術(shù)。該氣溶膠沉積法的特征在于，從噴嘴向基材噴射由脆性材料等的微粒分散在氣體中而形成的氣溶膠，使微粒碰撞金屬、玻璃、陶瓷等基材，通過該碰撞的沖擊，引起脆性材料微粒的變形或破碎而將它們接合，直接在基材上形成由微粒的構(gòu)成材料形成的結(jié)構(gòu)物，特別是可以在不需要加熱裝置的常溫下形成結(jié)構(gòu)物。通過氣溶膠沉積法制作的制膜體可以提供具有與燒結(jié)體同樣程度的致密性、且高密度高強(qiáng)度的制膜體(專利文獻(xiàn)l)。使用氣溶膠沉積法制作的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物被記載在專利文獻(xiàn)2~5中。專利文獻(xiàn)l:日本特許第3265481號(hào)專利文獻(xiàn)2:日本特開2005-158933號(hào)/>寺艮專利文獻(xiàn)3:日本特開2005-217349號(hào)/〉報(bào)專利文獻(xiàn)4:日本特幵2005-217350號(hào)/>報(bào)專利文獻(xiàn)5:日本特開2005-217351號(hào)乂>報(bào)
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明所要解決的問題本發(fā)明的目的在于，提高形成在基材表面上的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的機(jī)械強(qiáng)度。用于解決問題的方法為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，形成在基材表面上的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的主要成分為氧化釔多晶體，在構(gòu)成結(jié)構(gòu)物的晶體之間的界面基本上不存在由玻璃質(zhì)形成的晶界層，進(jìn)而氧化釔多晶體的晶體結(jié)構(gòu)中混合存在立方晶系(cubic)和單斜晶系(monoclinic)，由此可以^吏形成在基材表面上的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的硬度比氧化釔燒結(jié)體的硬度更大。另外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選形態(tài)，形成在基材表面上的由氧化釔形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)物中，通過復(fù)合結(jié)構(gòu)物的一部分形成侵入基材表面的錨固部而直接接合，可以增大基材與結(jié)構(gòu)物的密合強(qiáng)度。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明具有如下效果可以提高形成在基材表面上的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的機(jī)械強(qiáng)度。圖l是根據(jù)本發(fā)明，使用以(氧化鋁微粒)(氧化釔微粒)==1:100的個(gè)數(shù)比混合的混合粉體而制作的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的X射線衍射圖案。圖2是本發(fā)明的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的制造中使用的原料粉體、即氧化釔微粒的X射線衍射圖案。圖3是氧化釔燒結(jié)體(HIP處理品)的X射線衍射圖案。圖4是制作本發(fā)明的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的裝置的簡圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明，使用以(氧化鋁微粒)(氧化釔微粒)=1:10的個(gè)數(shù)比混合的混合粉體而制作的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的X射線衍射圖案。圖6是本發(fā)明的由氧化釔多晶體形成的結(jié)構(gòu)物的截面TEM照片。具體實(shí)施例方式對(duì)本申請(qǐng)中所使用的詞進(jìn)行如下說明。(晶體結(jié)構(gòu))本發(fā)明中晶體結(jié)構(gòu)是指通過X射線衍射法、電子射線衍射法測定并以JCPDS(ASTM)數(shù)據(jù)作為指標(biāo)被鑒定的晶體結(jié)構(gòu)。(多晶)本發(fā)明中多晶是指微晶接合集聚而形成的結(jié)構(gòu)體。微晶基本上是由一個(gè)微晶構(gòu)成晶體，其直徑通常為5nm以上。但是，鮮有發(fā)生微粒未破碎就被納入結(jié)構(gòu)物中等的情況，基本上為多晶。(界面)在本發(fā)明中界面是指構(gòu)成微晶之間的邊界的區(qū)域。(晶界層)本發(fā)明中晶界層是指位于界面處或燒結(jié)體中所謂的晶界處的具有(通常數(shù)nm數(shù)pm)厚度的層，通常釆取與晶粒內(nèi)的晶體結(jié)構(gòu)不同的非晶結(jié)構(gòu)，另外，根據(jù)情況伴有雜質(zhì)的偏析。(錨固部)本發(fā)明中錨固部是指形成在基材與脆性材料結(jié)構(gòu)物的界面處的凹凸，特別是指在形成脆性材料的結(jié)構(gòu)物時(shí)，改變?cè)牡谋砻婢榷纬傻陌纪梗⒉皇穷A(yù)先在基材上形成凹凸。(微粒)本發(fā)明中微粒是指在一次顆粒為致密顆粒的情況下，以粒度分布測定、掃描型電子顯微鏡鑒定的平均粒徑為10pm以下的顆粒。另外，一次顆粒為因沖擊而易被破碎的多孔質(zhì)顆粒的情況下，是指平均粒徑為50pm以下的顆粒。粉體是指上述的微粒自然聚集的狀態(tài)。(氣溶膠)本發(fā)明中氣溶膠是指在氦氣、氮?dú)?、氬氣、氧氣、干燥空氣、這些的混合氣體等氣體中分散前述的微粒而得到的物質(zhì)，期望是一次顆粒分散的狀態(tài)，通常包括該一次顆粒聚集的聚集粒。氣溶膠的氣體壓力和溫度是任意的，對(duì)于結(jié)構(gòu)物的形成來說，在將氣壓換算為l大氣壓、將溫度換算為20。C的情況下，氣體中的微粒的濃度期望是在從噴嘴噴射的時(shí)刻為0.0003mL/L~10mL/L的范圍內(nèi)。C常溫)本發(fā)明中常溫是指相對(duì)于氧化釔的燒結(jié)溫度為顯著低的溫度，基本上為0。C~IO(TC的室溫環(huán)境。(主要成分)本發(fā)明中主要成分是指氧化釔是包含得最多的成分，優(yōu)選是指氧化釔為90wt。/o以上。(平均晶體粒徑)本發(fā)明中平均晶體粒徑是指通過X射線衍射法中的Scherrer的方法計(jì)算出的微晶的大小，使用MACScience公司制造的MXP-18測定并計(jì)算出?；蛘呖梢允褂脧腡EM(透射型電子顯微鏡)圖像直接測定微晶的大小而計(jì)算出的值。(致密度)本發(fā)明中致密度是指以表觀比重/真比重計(jì)算出的值的百分率(％)。對(duì)于真比重，使用考慮膜成分的構(gòu)成比并從文獻(xiàn)值計(jì)算出的值。(基材)本發(fā)明中的基材，只要是具有可以提供機(jī)械沖擊力的程度的硬度的材料即可，該機(jī)械沖擊力足以通過在其上噴射氣溶膠而碰撞微粒從而使微粒原料粉碎或變形。作為優(yōu)選的基材的例子，可以列舉出玻璃、金屬、陶瓷以及有才幾化合物，還可以是這些的復(fù)合材料。接著，通過用于實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選的形態(tài)。首先，使用圖4說明形成在基材上的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的制作方法。圖4是在基材上形成由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的制作裝置的構(gòu)成簡圖，氮?dú)?、干燥空氣、氦氣的各種氣罐U通過輸送管12連接到氣溶膠發(fā)生器13,再通過輸送管12在結(jié)構(gòu)物形成裝置14內(nèi)配置噴嘴15。噴嘴15的前方空出10mm的間隔與噴嘴15相對(duì)配置有基材16,該基材16被設(shè)置在XY平臺(tái)17上。結(jié)構(gòu)物形成室14與排氣泵18連接。然后，將原料粉體填充到氣溶膠發(fā)生器13內(nèi)，然后打開氣罐ll,通過輸送管12將氣體導(dǎo)入到氣溶膠發(fā)生器13,產(chǎn)生原料粉體分散到氣體中的氣溶膠。將該氣溶膠通過輸送管12進(jìn)一步向結(jié)構(gòu)物形成室14的方向輸送，邊加速到高速邊通過噴嘴15向基材16噴射原料粉體。接著，對(duì)形成在基材上的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的更優(yōu)選的制作方法進(jìn)行說明。封入到氣罐ll中的氣體可以使用氦氣、氮?dú)?、氬氣、氧氣、千燥空氣、這些的混合氣體，更優(yōu)選的制作方法是使用氦氣或氣另外，更優(yōu)選的制作方法是內(nèi)裝于氣溶膠發(fā)生器13內(nèi)的原料粉體使用平均粒徑為亞fim級(jí)的氧化4乙擺支粒和平均粒徑為[im級(jí)的氧化鋁微粒。使用上述的制作裝置制作的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)選在X射線衍射中單斜晶系(monoclinic)的最強(qiáng)線強(qiáng)度與立方晶系(cubic)的最強(qiáng)線強(qiáng)度的強(qiáng)度比(單斜晶系的最強(qiáng)線強(qiáng)度/立方晶系的最強(qiáng)線強(qiáng)度)為0.5以上，更優(yōu)選為0.8以上，進(jìn)一步優(yōu)選為l以上。由此大大提高維氏硬度。這里，最強(qiáng)線強(qiáng)度是指最強(qiáng)線的峰高的強(qiáng)度。另外，使用上述的制作裝置制作的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的平均晶體粒徑4尤選為10~70nm、更優(yōu)選為10~50nm、進(jìn)一步優(yōu)選為10~30nm。另外，使用上述的制作裝置制作的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的致密度優(yōu)選為90%以上、更優(yōu)選為95%以上、進(jìn)一步優(yōu)選為99°/()以上。使用上述的制作裝置制作的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物可以利用于腔(chamber)、鐘罩、基座、壓緊環(huán)、聚焦環(huán)、捕獲環(huán)、隱蔽環(huán)(shadowring)、絕緣環(huán)、虛設(shè)晶圓、用于產(chǎn)生高頻等離子的管、用于產(chǎn)生高頻等離子的穹頂、高頻透過窗、紅外線透過窗、監(jiān)視窗、終點(diǎn)檢測監(jiān)視器、用于支撐半導(dǎo)體晶圓的升降銷、蔟射板(showerplate)、擋板、波纟丈管罩(bellowscover)、上部電極、下部電極等曝露在等離子氣氛中的半導(dǎo)體或者液晶制造裝置用部件。半導(dǎo)體或液晶制造裝置用部件的基材可以列舉出金屬、陶瓷、半導(dǎo)體、玻璃、石英、樹脂等。另外，本發(fā)明的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物可以利用于對(duì)半導(dǎo)體晶圓、石英晶圓實(shí)施微細(xì)加工的蝕刻裝置等的靜電卡盤。另外，本發(fā)明的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物可以利用于絕緣膜、耐摩耗膜、介電體膜、輻射膜、耐熱被膜。以下，-使用實(shí)施例對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。在本實(shí)施例中，作為形成由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的原料粉體，使用氧化釔纟鼓粒和粒徑比其大的氧化鋁微粒的混合粉體。(實(shí)施例)準(zhǔn)備氧化釔樣i粒和氧化鋁微粒。氧化鋁孩t粒的以體積為基準(zhǔn)的50%平均粒徑為5.9nm,氧化釔^f鼓粒的平均粒徑為0.47jim。這里，以體積為基準(zhǔn)的50%平均粒徑是指在使用激光衍射式粒度分布儀測定的粒度分布測定數(shù)據(jù)中從粒徑小的一側(cè)起微粒的累計(jì)體積達(dá)到50%時(shí)的微粒的粒徑。另外，氧化釔微粒的平均粒徑是從以費(fèi)氏微粒測量儀測定的比表面積計(jì)算出的粒徑。接著，得到以(氧化鋁微粒)(氧化釔^f斂粒)=1:IOO的個(gè)數(shù)比將這些微粒混合的混合粉體。另外，準(zhǔn)備氧化鋁微粒的以體積為基準(zhǔn)的50%平均粒徑為2.1|im、氧化釔微粒的平均粒徑為0.47iim的微粒，以(氧化鋁微粒)(氧化釔微粒)=1:IO的個(gè)數(shù)比將這些微?；旌?，得到混合粉體。另外，氧化鋁微粒作為制膜輔助顆粒而發(fā)揮作用，使氧化釔微粒變形或破碎而產(chǎn)生新生表面，除了碰撞后反射、且不可避免地混入之外，不直接作為層狀結(jié)構(gòu)物的構(gòu)成材料，因而該材料并不限定于氧化鋁，還可以使用氧化釔，但考慮到成本方面，最合適的是氧化鋁。將上述混合粉體裝到圖4所示的制作裝置的氣溶膠發(fā)生器中，邊以5升/分鐘的流量使氮?dú)鈿怏w作為載氣在裝置內(nèi)流通，邊產(chǎn)生氣溶膠，使其噴出到鋁合金基材上。噴嘴使用長0.4mm、寬20mm的開口的噴嘴。形成結(jié)構(gòu)物時(shí)的結(jié)構(gòu)物形成裝置內(nèi)的壓力為90~120kPa。這樣，在基材上形成高25|im、面積20mmx20mm的由氧化^t乙形成的結(jié)構(gòu)物。圖l是使用以(氧化鋁微粒)(氧化釔微粒)=1:IOO的個(gè)數(shù)比混合的混合粉體制作的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的X射線衍射圖案。圖5是使用以(氧化鋁微粒)(氧化釔微粒)=1:10的個(gè)數(shù)比混合的混合粉體制作的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的X射線衍射圖案。圖2是在制作由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的原料粉體中使用的氧化釔微粒的X射線衍射圖案。圖3是氧化釔燒結(jié)體(HIP處理物)的X射線衍射圖案。通過上述方法制作的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的晶體結(jié)構(gòu)中混合存在立方晶系(cubic)和單斜晶系(monoclinic)。另一方面，原料粉體以及氧化釔燒結(jié)體的晶體結(jié)構(gòu)僅是立方晶系(cubic)。另外，在圖l中，根據(jù)在20=29°附近觀察到的歸屬于立方晶系(cubic)的最強(qiáng)峰強(qiáng)度和在29=30。附近觀察到的歸屬于單斜晶系(monoclinic)的最強(qiáng)峰強(qiáng)度可知，單斜晶系的最強(qiáng)線強(qiáng)度/立方晶系的最強(qiáng)線強(qiáng)度的強(qiáng)度比為1.04。另外，圖5中，根據(jù)在20=29。附近觀察到的歸屬于立方晶系(cubic)的最強(qiáng)峰強(qiáng)度和在2e=30。附近觀察到的歸屬于單斜晶系(monoclinic)的最強(qiáng)峰強(qiáng)度可知，單斜晶系的最強(qiáng)線強(qiáng)度/立方晶系的最強(qiáng)線強(qiáng)度的強(qiáng)度比為0.80。表1示出上述試樣的維氏硬度測定結(jié)果。使用動(dòng)態(tài)超微小硬度計(jì)(DUH-W201/島津制作所)，以50gf試驗(yàn)力測定維氏硬度。相比于僅由立方晶系(cubic)構(gòu)成的氧化釔燒結(jié)體，根據(jù)本發(fā)明制作的立方晶系(cubic)和單斜晶系(monoclinic)混合存在的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的硬度更大。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>適過以下所示的方法測定根據(jù)本發(fā)明制作的由氧化釔多晶體形成的結(jié)構(gòu)物(混合比l:100)的密合強(qiáng)度。使用環(huán)氧樹脂在120。C、1小時(shí)下將SUS制的圓柱棒固化在由氧化釔多晶體形成的結(jié)構(gòu)物表面，使用桌上小型試驗(yàn)機(jī)(EZGraph/島津制作所制造)將圓柱棒向90。方向拉倒并進(jìn)行評(píng)價(jià)。密合強(qiáng)度F通過下式計(jì)算出。F=(4/丌r3)xhxf這里，r是圓柱棒的半徑，h是圓柱棒的高度，f是剝離時(shí)的試驗(yàn)力。形成在鋁合金基材上的由氧化釔多晶體形成的結(jié)構(gòu)物的密合強(qiáng)度為80MPa以上，具有非常優(yōu)異的密合強(qiáng)度。圖6示出根據(jù)本發(fā)明制作的由氧化釔多晶體形成的結(jié)構(gòu)物(混合比l:IO)的截面TEM照片。由氧化釔多晶體形成的結(jié)構(gòu)物的一部分形成了侵入石英玻璃基材的表面的錨固部。權(quán)利要求1.復(fù)合結(jié)構(gòu)物，其特征在于，該復(fù)合結(jié)構(gòu)物在基材表面形成有由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物，前述結(jié)構(gòu)物的主要成分為氧化釔多晶體，在構(gòu)成前述結(jié)構(gòu)物的晶體之間的界面基本上不存在由玻璃質(zhì)形成的晶界層，進(jìn)而前述氧化釔多晶體的晶體結(jié)構(gòu)中混合存在立方晶系(cubic)和單斜晶系(monoclinic)。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)物，其特征在于，前述復(fù)合結(jié)構(gòu)物的一部分成為侵入基材表面的錨固部。全文摘要提供一種復(fù)合結(jié)構(gòu)物，其提高了形成在基材表面上的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的機(jī)械強(qiáng)度。本發(fā)明中，形成在基材表面上的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的主要成分為氧化釔多晶體，在構(gòu)成結(jié)構(gòu)物的晶體之間的界面基本上不存在由玻璃質(zhì)形成的晶界層，進(jìn)而使氧化釔多晶體的晶體結(jié)構(gòu)中混合存在立方晶系(cubic)和單斜晶系(monoclinic)，由此可使形成在基材表面上的由氧化釔形成的結(jié)構(gòu)物的硬度比氧化釔燒結(jié)體的硬度更大。文檔編號(hào)C23C24/04GK101283118SQ20068003755公開日2008年10月8日申請(qǐng)日期2006年10月10日優(yōu)先權(quán)日2005年10月12日發(fā)明者巖澤順一,蘆澤宏明,西水亮市,鳩野廣典申請(qǐng)人:Toto株式會(huì)社