JP7659459B2 - YTTRIUM OXYFLUORIDE SINTERED BODY AND METHOD FOR MANUFACTURING BODY OF YTTRIUM OXYFLUORIDE SINTERED BODY - Google Patents
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Description
本発明は、オキシフッ化イットリウム焼結体の接合体及びオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の製造方法に関する。 The present invention relates to a joint of yttrium oxyfluoride sintered bodies and a method for manufacturing a joint of yttrium oxyfluoride sintered bodies.
半導体の製造における各工程、特に、ドライエッチング、プラズマエッチング及びクリーニングの工程ではフッ素系腐食性ガスや塩素系腐食性ガス及びこれらを用いたプラズマが使用される。 Fluorine-based corrosive gases, chlorine-based corrosive gases, and plasmas using these gases are used in various steps in semiconductor manufacturing, particularly in the dry etching, plasma etching, and cleaning steps.
これらの腐食性ガスやプラズマを使用すると、半導体製造装置の構成部材が腐食されたり、上記構成部材の表面からはく離した微細粒子(パーティクル)が半導体の表面に付着し、製品不良の原因となりやすい。そのため、半導体製造装置の構成部材には、ハロゲン系プラズマに対して耐食性の高いセラミックスがバルク材料として使用される必要がある。 When these corrosive gases and plasmas are used, the components of the semiconductor manufacturing equipment can corrode, and fine particles that detach from the surfaces of the components can adhere to the surface of the semiconductor, easily causing product defects. For this reason, ceramics that are highly resistant to corrosion by halogen-based plasmas must be used as bulk materials for the components of semiconductor manufacturing equipment.
このようなバルク材料として、アルミニウム酸化物、イットリウム酸化物、アルミニウムイットリウム複合酸化物や、イットリウムフッ化物が提案されている(特許文献1及び特許文献2参照)。 Such bulk materials include aluminum oxide, yttrium oxide, aluminum-yttrium composite oxide, and yttrium fluoride (see Patent Documents 1 and 2).
半導体の製造においてバルク材料である焼結体は、表面も内部も同一材料であり、消耗しても、不純物汚染の恐れが少ない。しかしながら半導体の製造においては、様々な形状の半導体製造装置用部材が用いられ、加工が困難な焼結体では、複雑な形状に対応しにくい。 Sintered bodies, which are bulk materials used in semiconductor manufacturing, are made of the same material on both the surface and inside, and even if they are worn out, there is little risk of impurity contamination. However, in semiconductor manufacturing, various shapes of semiconductor manufacturing equipment components are used, and sintered bodies, which are difficult to process, are difficult to process into complex shapes.
本発明では、上記課題を鑑み、複雑な形状でも、オキシフッ化イットリウム焼結体を提供できるようオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体及び、オキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to provide a joint of yttrium oxyfluoride sintered bodies and a method for manufacturing a joint of yttrium oxyfluoride sintered bodies that can provide yttrium oxyfluoride sintered bodies even when the shape is complex.
本発明のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体は、第1領域と、上記第1領域と界面領域を挟み対向する第2領域と、からなるオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体であって、上記界面領域は、上記第1領域及び上記第2領域よりも気孔率が高い。 The bonded yttrium oxyfluoride sintered body of the present invention is a bonded yttrium oxyfluoride sintered body consisting of a first region and a second region facing the first region across an interface region, and the interface region has a higher porosity than the first region and the second region.
オキシフッ化イットリウム焼結体は、フッ素を含有しているため、焼結や使用時に加熱すると軟化しやすく変形が生じやすい。
本発明のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体では、接合部である界面領域は、焼結体である第1領域及び第2領域よりも気孔率が高いので、焼結の過程などで第1領域及び第2領域が変形してクリアランスの変化が生じても気孔がクッションとなってその変化を吸収し、接合を維持することができる。このため複雑な形状でも容易に対応することができるオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体を得ることができる。
Since the yttrium oxyfluoride sintered body contains fluorine, it is likely to soften and deform when heated during sintering or use.
In the bonded body of the yttrium oxyfluoride sintered body of the present invention, the interface region, which is the bonded portion, has a higher porosity than the first and second regions, which are the sintered bodies, so that even if the first and second regions are deformed during the sintering process, etc., and the clearance changes, the pores act as a cushion to absorb the change and maintain the bond. Therefore, a bonded body of the yttrium oxyfluoride sintered body that can easily accommodate even complex shapes can be obtained.
本発明のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体において、上記界面領域は、気孔率が2~60%であることが望ましい。
界面領域における気孔率が2%以上であると、密度を十分に小さくすることができるので、熱応力を好適に分散することができる。また、界面領域における気孔率が60%以下であると、十分な接合強度を確保し、剥離を防止することができる。
なお、各領域における気孔率は、オキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の断面において気孔部分の断面積比から求めることができ、実際には500~10000倍で撮影した走査電子顕微鏡写真の気孔部分の比を算出することで得ることができる。なお、気孔は、固定のために気孔に充填された樹脂であるか、焼結体の成分であるか元素マッピングによって判断することができる。
また、界面領域の厚さが構成する組織の平均径よりも十分に厚くない場合(10倍以下)、界面領域の気孔率は、上記走査電子顕微鏡写真において、界面領域と、第1領域又は第2領域との境界線からの距離が等しい中心線において、界面領域を構成するフッ化イットリウム等の粒子が存在する部分の長さと、気孔部分の長さの比により算出することで得ることもできる。
In the bonded body of yttrium oxyfluoride sintered bodies of the present invention, the interface region preferably has a porosity of 2 to 60%.
When the porosity in the interface region is 2% or more, the density can be sufficiently reduced, so that thermal stress can be suitably dispersed, and when the porosity in the interface region is 60% or less, sufficient bonding strength can be secured, so that peeling can be prevented.
The porosity in each region can be determined from the cross-sectional area ratio of the pores in the cross section of the bonded yttrium oxyfluoride sintered body, and can be actually obtained by calculating the ratio of the pores in a scanning electron microscope photograph taken at a magnification of 500 to 10,000. It can be determined by element mapping whether the pores are a resin filled in the pores for fixing or a component of the sintered body.
Furthermore, when the thickness of the interface region is not sufficiently thicker than the average diameter of the constituent structure (10 times or less), the porosity of the interface region can also be obtained by calculating the ratio of the length of the portion where particles such as yttrium fluoride that constitute the interface region are present to the length of the pore portion at a center line that is equidistant from the boundary line between the interface region and the first region or the second region in the above scanning electron microscope photograph.
本発明のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体において、YF3とY5O4F7とが主成分であって上記界面領域は、上記第1領域及び上記第2領域よりYF3含有量が多いことが望ましい。 In the joined body of yttrium oxyfluoride sintered bodies of the present invention, it is desirable that YF3 and Y5O4F7 are main components, and that the interface region has a higher YF3 content than the first region and the second region.
接合体において界面領域は、もともと別部材であるため強度の弱い部分である。この強度の弱い界面領域において融点を下げる効果のあるフッ素の含有量を増やすことにより、以下の利点がある。
オキシフッ化イットリウム焼結体は、フッ素は異種元素ではないのでフッ素の含有量が増えても不純物とはならない。また、フッ素は拡散しやすいので、界面領域近傍のオキシフッ化イットリウム焼結体中にフッ素が拡散し、軟化点の低い部分が拡散し、フッ素の濃度勾配を緩やかにし、応力集中を発生しにくくする作用がある。このため、強度のあるオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体を得ることができる。
In a bonded body, the interface region is a weak portion because it is originally made of separate materials. By increasing the content of fluorine, which has the effect of lowering the melting point, in this weak interface region, the following advantages are obtained.
In the yttrium oxyfluoride sintered body, fluorine is not a heterogeneous element, so even if the content of fluorine increases, it does not become an impurity. In addition, since fluorine is easy to diffuse, fluorine diffuses in the yttrium oxyfluoride sintered body near the interface region, and the part with a low softening point diffuses, making the concentration gradient of fluorine gentle and making it difficult to generate stress concentration. Therefore, it is possible to obtain a joint of yttrium oxyfluoride sintered bodies with strength.
本発明のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体において、上記界面領域のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比は、上記第1領域及び上記第2領域のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比に対して101~150%であることが望ましい。 In the bonded body of yttrium oxyfluoride sintered bodies of the present invention, the ratio of the content of YF3 to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the interface region is desirably 101 to 150% of the ratio of the content of YF3 to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the first region and the second region.
界面領域のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比が、第1領域及び第2領域のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比に対して101%以上であると、界面領域と第1領域及び第2領域との接合力を十分確保できる。
また、界面領域のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比が、第1領域及び第2領域のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比に対して150%以下であると、Y5O4F7よりも熱膨張が大きいYF3の形成を抑制し、界面領域と第1領域及び第2領域との熱膨張差を小さくでき耐熱衝撃性を確保することができる。
When the ratio of the YF3 content to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the interface region is 101% or more relative to the ratio of the YF3 content to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the first and second regions, the bonding strength between the interface region and the first and second regions can be sufficiently ensured.
Furthermore , when the ratio of the YF3 content to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the interface region is 150% or less of the ratio of the YF3 content to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the first and second regions, the formation of YF3 , which has a larger thermal expansion than Y5O4F7 , is suppressed, the difference in thermal expansion between the interface region and the first and second regions can be reduced, and thermal shock resistance can be ensured.
なお、界面領域におけるY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比は、オキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の断面においてYF3とY5O4F7の断面積比から求めることができ、実際には500~10000倍で撮影した走査電子顕微鏡写真から比を算出することで得ることができる。また、断面積で算出しその比をそのまま含有量の比とするので含有量の比は体積比である。
また、界面領域の厚さが構成する組織の平均径よりも十分に厚くない場合(10倍以下)、界面領域におけるY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比は、上記走査電子顕微鏡写真において、界面領域と、第1領域又は第2領域との境界線からの距離が等しい中心線において、界面領域を構成するYF3の組織の部分の長さと、Y5O4F7の組織の長さの比により算出することで得ることもできる。
The ratio of the content of YF3 to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the interface region can be obtained from the cross-sectional area ratio of YF3 and Y5O4F7 in the cross section of the joint of the yttrium oxyfluoride sintered body, and can be actually obtained by calculating the ratio from a scanning electron microscope photograph taken at a magnification of 500 to 10,000. In addition, since the ratio calculated from the cross-sectional area is directly used as the content ratio, the content ratio is a volume ratio.
Furthermore, when the thickness of the interface region is not sufficiently thicker than the average diameter of the constituent structure (10 times or less), the ratio of the content of YF3 to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the interface region can also be obtained by calculating the ratio of the length of the YF3 structure portion constituting the interface region to the length of the Y5O4F7 structure at a center line equidistant from the boundary line between the interface region and the first region or the second region in the above scanning electron microscope photograph.
上記界面領域の組織は、上記第1領域及び上記第2領域の組織よりも細かいことが望ましい。
なお、組織とは同じ組成で構成される領域であり、本実施形態においては、YF3の組織とY5O4F7の組織が存在する。
The texture of the interface region is preferably finer than the texture of the first and second regions.
The texture is a region composed of the same composition, and in this embodiment, there are a YF3 texture and a Y5O4F7 texture .
界面領域の組織は、第1領域及び第2領域の組織よりも細かいと、応力集中などが生じて界面領域に大きな力が加わったとしても、界面領域の組織の方が細かいので強度が高く破壊しにくくすることができる。 If the structure of the interface region is finer than the structure of the first and second regions, even if stress concentration occurs and a large force is applied to the interface region, the finer structure of the interface region makes it stronger and less likely to break.
本発明のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の製造方法は、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合面と、第2のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合面とを、上記第1及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体よりもフッ素含有量の多いオキシフッ化イットリウムの粉末を挟んで焼結する接合工程を有する。 The manufacturing method of the joined yttrium oxyfluoride sintered body of the present invention includes a joining step in which the joining surfaces of a first yttrium oxyfluoride sintered body and the joining surfaces of a second yttrium oxyfluoride sintered body are sintered by sandwiching yttrium oxyfluoride powder having a higher fluorine content than the first and second yttrium oxyfluoride sintered bodies.
フッ素は、オキシフッ化イットリウムの融点を下げる作用があり、焼結助剤として作用する。このため、接合面にフッ素含有量の多いオキシフッ化イットリウムの粉末を挟んで焼結することにより、第1及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体を変形させたり、傷めたりすることなく、接合することができる。
なお、フッ素含有量の多いオキシフッ化イットリウムとは、粒子自体のYF3含有量の多いオキシフッ化イットリウムの粉末を用いてもよいし、オキシフッ化イットリウムとフッ化イットリウムとの混合物においてその比率を調整することによりフッ素含有量を増やしてもよい。
また、オキシフッ化イットリウムの粉末における「オキシフッ化イットリウム」とは、完全なY5O4F7だけではなく、YF3相を含むものである。
Fluorine has the effect of lowering the melting point of yttrium oxyfluoride and acts as a sintering aid, so that by sandwiching yttrium oxyfluoride powder with a high fluorine content between the bonding surfaces and sintering them, the first and second yttrium oxyfluoride sintered bodies can be bonded without deforming or damaging them.
In addition, the yttrium oxyfluoride having a high fluorine content may be a powder of yttrium oxyfluoride having a high YF3 content in the particles themselves, or the fluorine content may be increased by adjusting the ratio in a mixture of yttrium oxyfluoride and yttrium fluoride.
Furthermore, the "yttrium oxyfluoride" in the yttrium oxyfluoride powder does not only mean complete Y 5 O 4 F 7 but also includes a YF 3 phase.
本発明のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の製造方法において、上記接合工程は、700~1200℃で行うことが好ましい。 In the manufacturing method of the bonded yttrium oxyfluoride sintered body of the present invention, the bonding step is preferably carried out at 700 to 1200°C.
接合工程を700℃以上で行うことにより、余分なフッ素が焼結助剤となって強く接合することができる。また、接合工程を1200℃以下で行うことによって、第1及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体の焼結を進行させず、変形や、収縮を防止することができる。 By carrying out the bonding process at 700°C or higher, the excess fluorine acts as a sintering aid to form a strong bond. Also, by carrying out the bonding process at 1200°C or lower, the sintering of the first and second yttrium oxyfluoride sintered bodies is not allowed to proceed, and deformation and shrinkage can be prevented.
本発明のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の製造方法において、上記接合工程では、上記オキシフッ化イットリウムの粉末と溶媒とを含むスラリーを塗工することが好ましい。 In the manufacturing method of the bonded yttrium oxyfluoride sintered body of the present invention, it is preferable that a slurry containing the yttrium oxyfluoride powder and a solvent is applied in the bonding step.
オキシフッ化イットリウムの粉末を溶媒に溶いてスラリー化することにより、流動性がよくなるため、界面領域を薄くすることができる。界面領域は、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体(第1の領域)あるいは第2のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体(第2の領域)よりも強度的に劣るが、界面領域を薄くすることによって、焼結の過程で第1及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体と原子の相互貫入が進行し、強度低下を抑制することができる。 By dissolving yttrium oxyfluoride powder in a solvent to form a slurry, the fluidity is improved, and the interface region can be made thinner. The interface region is weaker in strength than the bonded body of the first yttrium oxyfluoride sintered body (first region) or the bonded body of the second yttrium oxyfluoride sintered body (second region), but by making the interface region thinner, atomic interpenetration between the first and second yttrium oxyfluoride sintered bodies progresses during the sintering process, and the decrease in strength can be suppressed.
本発明のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の製造方法において、上記溶媒は、エタノール又はメタノールであることが好ましい。 In the method for producing a bonded body of yttrium oxyfluoride sintered bodies of the present invention, the solvent is preferably ethanol or methanol.
エタノールや、メタノールは沸点が低い上に、表面エネルギーが小さいので、気孔内部に浸透しやすい。このため、第1及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体に挟まれたスラリーから、溶媒だけが焼結体に浸透しやすく、薄い界面領域を形成しやすくすることができる。 Ethanol and methanol have low boiling points and low surface energy, so they easily penetrate into the pores. For this reason, only the solvent from the slurry sandwiched between the first and second yttrium oxyfluoride sintered bodies easily penetrates into the sintered body, making it easier to form a thin interface region.
複雑な形状でも、オキシフッ化イットリウムを提供できるようオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体及び、オキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の製造方法を提供することができる。 We can provide a bonded yttrium oxyfluoride sintered body and a manufacturing method for a bonded yttrium oxyfluoride sintered body so that yttrium oxyfluoride can be produced even in complex shapes.
<オキシフッ化イットリウム焼結体>
本発明のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体は、第1領域と、上記第1領域と界面領域を挟み対向する第2領域と、からなるオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体であって、上記界面領域は、上記第1領域及び上記第2領域よりも気孔率が高い。
<Yttrium oxyfluoride sintered body>
The bonded body of yttrium oxyfluoride sintered bodies of the present invention is a bonded body of yttrium oxyfluoride sintered bodies consisting of a first region and a second region facing the first region across an interface region, and the interface region has a higher porosity than the first region and the second region.
本発明のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体では、接合部である界面領域は、焼結体である第1領域及び第2領域よりも気孔率が高いので、焼結の過程などで第1領域及び第2領域が変形してクリアランスの変化が生じても気孔がクッションとなってその変化を吸収し、接合を維持することができる。このため複雑な形状でも容易に対応することができるオキシフッ化イットリウム焼結体を得ることができる。 In the bonded yttrium oxyfluoride sintered body of the present invention, the interface region, which is the bonded portion, has a higher porosity than the first and second regions, which are sintered bodies. Therefore, even if the first and second regions are deformed during the sintering process, etc., causing a change in the clearance, the pores act as a cushion to absorb the change and maintain the bond. This makes it possible to obtain an yttrium oxyfluoride sintered body that can easily accommodate even complex shapes.
第1領域及び第2領域は、Y5O4F7とYF3とを主成分とする。
なお、「主成分」とは、構成する成分のうちその成分が90モル%以上であるものを意味する。
The first region and the second region are mainly composed of Y5O4F7 and YF3 .
The term "main component" means that the component accounts for 90 mol % or more of the constituent components.
第1領域及び第2領域は、気孔率が0.1~1%であることが望ましい。
第1領域及び第2領域における気孔率が上記範囲であれば、第1領域及び第2領域に十分な強度を付与することができる。
The first and second regions preferably have a porosity of 0.1 to 1%.
If the porosity in the first region and the second region is within the above range, sufficient strength can be imparted to the first region and the second region.
界面領域は、気孔率が2~60%であることが望ましい。
界面領域における気孔率が2%以上であると、密度を十分に小さくすることができるので、熱応力を好適に分散することができる。また、界面領域における気孔率が60%以下であると、十分な接合強度を確保し、剥離を防止することができる。
The interfacial region preferably has a porosity of between 2 and 60%.
When the porosity in the interface region is 2% or more, the density can be sufficiently reduced, so that thermal stress can be suitably dispersed, and when the porosity in the interface region is 60% or less, sufficient bonding strength can be secured, so that peeling can be prevented.
界面領域は、上記第1領域及び上記第2領域よりもYF3含有量が多いことが望ましい。 The interface region desirably has a higher YF3 content than the first region and the second region.
接合体において界面領域は、もともと別部材であるため強度の弱い部分である。この強度の弱い界面領域において融点を下げる効果のあるフッ素の含有量を増やすことにより、以下の利点がある。
オキシフッ化イットリウム焼結体において、フッ素は異種元素ではないのでフッ素の含有量が増えても不純物とはならない。また、フッ素は拡散しやすいので、界面領域近傍のオキシフッ化イットリウム焼結体中にフッ素が拡散し、軟化点の低い部分が拡散し、フッ素の濃度勾配を緩やかにし、応力集中を発生しにくくする作用がある。このため、強度のあるオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体を得ることができる。
In a bonded body, the interface region is a weak portion because it is originally made of separate materials. By increasing the content of fluorine, which has the effect of lowering the melting point, in this weak interface region, the following advantages are obtained.
In the yttrium oxyfluoride sintered body, fluorine is not a heterogeneous element, so even if the content of fluorine increases, it does not become an impurity.In addition, since fluorine is easy to diffuse, fluorine diffuses in the yttrium oxyfluoride sintered body near the interface region, and the part with a low softening point diffuses, making the concentration gradient of fluorine gentle and making it difficult to generate stress concentration.Therefore, it is possible to obtain a joint of yttrium oxyfluoride sintered bodies with strength.
本発明のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体において、上記界面領域のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比は、上記第1領域及び上記第2領域のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比に対して101~150%であることが望ましい。 In the bonded body of yttrium oxyfluoride sintered bodies of the present invention, the ratio of the content of YF3 to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the interface region is desirably 101 to 150% of the ratio of the content of YF3 to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the first region and the second region.
界面領域のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比は、第1領域及び第2領域のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の比に対して101%以上であると、界面の接合力を十分確保できる。なお、Y5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比とは、体積比である。
また、界面領域のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比が、第1領域及び第2領域のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比に対して150%以下であると、オキシフッ化イットリウムよりも熱膨張が大きいフッ化イットリウムの形成を抑制し、界面領域と第1領域及び第2領域との熱膨張差を小さくでき耐熱衝撃性を確保することができる。
When the ratio of the content of YF3 to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the interface region is 101% or more of the ratio of YF3 to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the first and second regions, the bonding strength of the interface can be sufficiently ensured. Note that the ratio of the content of YF3 to the total content of Y5O4F7 and YF3 is a volume ratio.
Furthermore , when the ratio of the YF3 content to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the interface region is 150% or less of the ratio of the YF3 content to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the first and second regions, the formation of yttrium fluoride, which has a larger thermal expansion than yttrium oxyfluoride, is suppressed, the difference in thermal expansion between the interface region and the first and second regions can be reduced, and thermal shock resistance can be ensured.
上記界面領域の組織は、上記第1領域及び上記第2領域の組織よりも細かいことが望ましい。例えば、界面領域の組織の大きさは、0.1~10μmであることが望ましい。一方、上記第1領域及び上記第2領域の組織の大きさは、0.2~20μmであることが望ましい。
なお、組織の大きさは、構成する組織の大きさを、走査電子顕微鏡を用いて標準スケールと対比することにより測定することができる。また、YF3とY5O4F7は走査電子顕微鏡では濃度が異なって観察されるため、あらかじめ元素マッピングを行って成分を特定してから行う。
The texture of the interface region is preferably finer than the textures of the first and second regions. For example, the texture of the interface region is preferably 0.1 to 10 μm. On the other hand, the texture of the first and second regions is preferably 0.2 to 20 μm.
The size of the structure can be measured by comparing the size of the constituent structure with a standard scale using a scanning electron microscope. Since YF3 and Y5O4F7 are observed with different concentrations using a scanning electron microscope, element mapping is performed in advance to identify the components.
界面領域の組織は、第1領域及び第2領域の組織よりも細かいと、応力集中などが生じて界面領域に大きな力が加わったとしても、界面領域の組織が細かいので破壊しにくくすることができる。 If the structure of the interface region is finer than the structures of the first and second regions, even if stress concentration occurs and a large force is applied to the interface region, the fine structure of the interface region makes it less likely to break.
第1領域及び第2領域の形状や大きさについては特に限定されず、目的とする加工に応じて適宜設定することができる。 The shape and size of the first and second regions are not particularly limited and can be set appropriately depending on the desired processing.
界面領域の厚さとしては、0.1~200μmであることが望ましく、1~10μmであることがより望ましい。
なお、界面領域の厚さは、オキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の断面を走査電子顕微鏡写真にて観察することにより測定することができる。
The thickness of the interface region is preferably 0.1 to 200 μm, and more preferably 1 to 10 μm.
The thickness of the interface region can be measured by observing a cross section of the joined yttrium oxyfluoride sintered body using a scanning electron microscope.
<オキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の製造方法>
本発明のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の製造方法は、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合面と、第2のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合面とを、上記第1及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体よりもフッ素含有量の多いオキシフッ化イットリウムの粉末を挟んで焼結する接合工程を有する。
<Method for producing joined body of yttrium oxyfluoride sintered bodies>
The manufacturing method of the joined yttrium oxyfluoride sintered body of the present invention includes a joining step of sintering the joining surface of the first yttrium oxyfluoride sintered body and the joining surface of the second yttrium oxyfluoride sintered body by sandwiching yttrium oxyfluoride powder having a higher fluorine content than the first and second yttrium oxyfluoride sintered bodies.
フッ素は、オキシフッ化イットリウムの融点を下げる作用があり、焼結助剤として作用する。このため、接合面にフッ素含有量の多いオキシフッ化イットリウムの粉末を挟んで焼結することにより、第1及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体を変形させたり、傷めたりすることなく、接合することができる。 Fluorine has the effect of lowering the melting point of yttrium oxyfluoride and acts as a sintering aid. Therefore, by sandwiching yttrium oxyfluoride powder with a high fluorine content between the joining surfaces and sintering them, the first and second yttrium oxyfluoride sintered bodies can be joined without deforming or damaging them.
本発明のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の製造方法についての第1実施形態及び第2実施形態に基づいて説明する。 The manufacturing method of the bonded yttrium oxyfluoride sintered body of the present invention will be explained based on the first and second embodiments.
[第1実施形態]
第1実施形態のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体は、図1に示すフローチャートによって得られる。
図1は、本発明のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の製造方法の第1実施形態を示すフローチャートである。
図1に示すように、第1実施形態では、接合面調整、原料調整、スラリー化、界面領域形成、圧着、乾燥及び焼結を有する。
[First embodiment]
The joined body of yttrium oxyfluoride sintered bodies of the first embodiment is obtained according to the flow chart shown in FIG.
FIG. 1 is a flow chart showing a first embodiment of a method for producing a joined body of yttrium oxyfluoride sintered bodies according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the first embodiment includes the steps of preparing a joining surface, preparing a raw material, forming a slurry, forming an interface region, pressing, drying, and sintering.
(接合面調整)
第1の実施形態では、まず、互いに接合するオキシフッ化イットリウム焼結体(第1及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体)の接合面を調整する。平面であってもよいし、互いに同じ曲率の曲面など、対向させたときにギャップが均一になればよく、特に限定されない。
接合面調整は、機械加工、研磨、共摺りなどどのような方法を用いてもよい。
(Adjusting the joint surface)
In the first embodiment, first, the bonding surfaces of the yttrium oxyfluoride sintered bodies (first and second yttrium oxyfluoride sintered bodies) to be bonded to each other are adjusted. It may be a flat surface, or a curved surface having the same curvature as each other, as long as the gap is uniform when they are opposed to each other, and is not particularly limited.
The joining surfaces may be adjusted by any method such as machining, polishing, or co-sintering.
(原料調整)
次に接合に使用するオキシフッ化イットリウムの粉末の調整を行う。調整する内容は、成分比、平均粒子径のほか、顆粒状となっている時には顆粒の解砕を行ってもよい。
(Raw material adjustment)
Next, the yttrium oxyfluoride powder used for bonding is adjusted. The adjustments include the component ratio, average particle size, and, if the powder is in granular form, crushing of the granules.
オキシフッ化イットリウムの粉末は、焼結体よりも低温で軟化するように、例えば、Y5O4F7とYF3との比率を調整し、オキシフッ化イットリウムの粉末のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比が第1の及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比よりも多くなるように調整する。
例えば、オキシフッ化イットリウムの粉末は、Y5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比が、第1の及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比に対して101~150%であることが望ましい。成分比の調整は、YF3の比率の高いオキシフッ化イットリウムの粉末を用いてもよいし、YF3を追加してもよい。
フッ素を多く含有することにより、接合される焼結体よりも接合部(界面領域)の方が早く軟化し、全体の形状を変形させることなく、接合することができる。
The yttrium oxyfluoride powder is adjusted, for example, by adjusting the ratio of Y5O4F7 to YF3 so that it softens at a lower temperature than the sintered body, and the ratio of the YF3 content to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the yttrium oxyfluoride powder is adjusted to be greater than the ratio of the YF3 content to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the first and second yttrium oxyfluoride sintered bodies.
For example, the ratio of the content of YF3 to the total content of Y5O4F7 and YF3 of the yttrium oxyfluoride powder is desirably 101 to 150% of the ratio of the content of YF3 to the total content of Y5O4F7 and YF3 of the first and second yttrium oxyfluoride sintered bodies. The component ratio may be adjusted by using a yttrium oxyfluoride powder with a high ratio of YF3 , or by adding YF3 .
By containing a large amount of fluorine, the joining portion (interface region) softens faster than the sintered bodies to be joined, and joining can be performed without deforming the overall shape.
オキシフッ化イットリウムの粉末の平均粒子径は特に限定されないが、オキシフッ化イットリウム焼結体を構成する組織よりも細かな粉末を使用することが好ましい。例えば、平均粒子径は、0.1~10μmであることが望ましい。
また、オキシフッ化イットリウムの粉末がバインダで結合し顆粒となっている場合には、焼成してバインダを除去したり、粉砕して個々の粒子になるように解砕してもよい。
なお、オキシフッ化イットリウムの粉末の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置により求めることができる。
具体的には、上記測定装置により得られる粒子の累積体積分布曲線において、粒子径の小さい方から累積体積が50体積%にあたる粒子径が平均粒子径である。
The average particle size of the yttrium oxyfluoride powder is not particularly limited, but it is preferable to use a powder that is finer than the structure that constitutes the yttrium oxyfluoride sintered body. For example, the average particle size is preferably 0.1 to 10 μm.
Furthermore, when the yttrium oxyfluoride powder is bound with a binder to form granules, it may be fired to remove the binder, or crushed to break down into individual particles.
The average particle size of the yttrium oxyfluoride powder can be determined by a laser diffraction particle size distribution measuring device.
Specifically, in the cumulative volume distribution curve of particles obtained by the above-mentioned measuring device, the particle diameter at which the cumulative volume is 50% by volume from the smallest particle diameter is the average particle diameter.
(スラリー化)
接合工程では、オキシフッ化イットリウムの粉末と溶媒とを含むスラリーを塗工することが望ましい。
原料調整で得られたオキシフッ化イットリウムの粉末を薄く広げられるようスラリー化する。これにより、流動性がよくなるため、界面領域を薄くすることができる。
界面領域自体は、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体あるいは第2のオキシフッ化イットリウム焼結体よりも強度的に劣るが、界面領域を薄くすることによって、焼結の過程で第1及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体と原子の相互貫入が進行し、強度低下を抑制することができる。
(Slurrying)
In the joining step, it is preferable to apply a slurry containing yttrium oxyfluoride powder and a solvent.
The yttrium oxyfluoride powder obtained in the raw material preparation is slurried so that it can be spread thinly. This improves fluidity and allows the interface region to be made thinner.
The interface region itself is inferior in strength to the first yttrium oxyfluoride sintered body or the second yttrium oxyfluoride sintered body, but by making the interface region thin, interpenetration of atoms between the first and second yttrium oxyfluoride sintered bodies proceeds during the sintering process, and the decrease in strength can be suppressed.
溶媒としては、水、アルコール、アセトン、エーテルなど揮発しやすい溶媒が挙げられる。なかでも、エタノール又はメタノールであることが好ましい。
エタノールや、メタノールは沸点が低い上に、表面エネルギーが小さいので、気孔内部に浸透し易い。このため、第1及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体に挟まれたスラリーから、溶媒だけが焼結体に浸透しやすく、薄い界面領域を形成しやすくすることができる。
Examples of the solvent include water, alcohol, acetone, ether, and other volatile solvents. Among these, ethanol or methanol is preferable.
Ethanol and methanol have a low boiling point and a small surface energy, so they easily penetrate into the pores. Therefore, only the solvent from the slurry sandwiched between the first and second yttrium oxyfluoride sintered bodies easily penetrates into the sintered body, making it easier to form a thin interface region.
スラリーの濃度は特に限定されないが、スラリーの全重量に対して粉末が60~90重量%であることが好ましい。粉末の含有量が60重量%以上であると接合面が変形してもクッションとして作用できるだけの十分な厚さを確保できる。粉末の含有量が90重量%以下であると過剰に粉末が残らず薄い界面領域を形成する。
薄い界面領域は、寸法精度を高くすることができる上に、強度の低くなりやすい界面領域の体積比が少なくでき、破壊しにくくすることができる。
The concentration of the slurry is not particularly limited, but it is preferable that the powder content is 60 to 90% by weight based on the total weight of the slurry. If the powder content is 60% by weight or more, a sufficient thickness can be secured to act as a cushion even if the joining surface is deformed. If the powder content is 90% by weight or less, no excess powder remains and a thin interface region is formed.
A thin interface region can improve dimensional accuracy, and also reduce the volume ratio of the interface region, which is prone to having low strength, making it less susceptible to breakage.
(界面領域形成)
次にスラリー化により得られたスラリーを接合面に塗布する。塗布の方法は特に限定されないが、スラリーが界面全体に行き渡るよう接合面の中心にスラリーを塗り、中心から徐々に広げられるようにしてもよい。これにより界面領域を形成することができる。
(Interface Region Formation)
Next, the slurry obtained by the slurrying is applied to the joining surfaces. The method of application is not particularly limited, but the slurry may be applied to the center of the joining surfaces so that the slurry spreads over the entire interface, and then gradually spread from the center. This allows the interface region to be formed.
(圧着)
塗布したスラリーを界面領域全体に気泡が残らないように圧着する。気泡が残らないよう接合面の中心部に塗布したスラリーを順に全体に広げるように徐々に圧力を加える。中心部に塗布されたスラリーは、気泡を含んでおらず、そのまま全体に広げることによって気泡がスラリー内部に取り込まれることなく界面領域全体に広げることができる。
圧着は、単純に圧力を加えるだけでもよいが、焼結体を揺動させたり回転させたりすることによりスラリーを行き渡らせてもよい。
(Crimping)
The applied slurry is pressed so that no air bubbles remain in the entire interface area. Gradually apply pressure to spread the slurry applied to the center of the joining surface over the entire area in order to prevent air bubbles from remaining. The slurry applied to the center does not contain air bubbles, so by spreading it over the entire area, it can be spread over the entire interface area without air bubbles being trapped inside the slurry.
The pressure bonding may be performed by simply applying pressure, but the sintered body may also be rocked or rotated to spread the slurry evenly.
(乾燥)
接合面(界面領域)にスラリーが行き渡ったあと、溶媒を乾燥させる。溶媒は、接合面の隙間から少しずつ拡散して乾燥させてもよいが、オキシフッ化イットリウム焼結体との濡れ性の良い溶媒を用いることによって、接合面方向の溶媒の拡散に加え、焼結体の開気孔を伝播して接合面と直行する方向への拡散ができるので、外表面に近い側、中心部のいずれでも速やかに乾燥させることができる。
乾燥では、界面中心のスラリーで気泡を発生させると接合力が低下してしまうので、溶媒の沸点以下の温度で0.1時間以上保持し十分に溶媒を除去することが望ましい。その後、温度を溶媒の沸点以上にさらに上げ溶媒を完全に除去してもよいし、一旦温度を下げたのち、次の焼結の段階で溶媒を完全に除去してもよい。
乾燥の望ましい温度は、特に限定されないが、例えばエタノールを使用した場合、沸点以下の保持は、0~50℃、0.1~5時間、沸点以上の保持は、80~200℃、0.1~5時間が望ましい。
(Drying)
After the slurry has spread over the bonding surface (interface region), the solvent is dried. The solvent may be dried by gradually diffusing through the gaps in the bonding surface, but by using a solvent that has good wettability with the yttrium oxyfluoride sintered body, the solvent can be diffused not only in the bonding surface direction but also in the direction perpendicular to the bonding surface by propagating through the open pores of the sintered body, so that both the side close to the outer surface and the center can be quickly dried.
During drying, if bubbles are generated in the slurry at the center of the interface, the bonding strength will decrease, so it is desirable to maintain the temperature below the boiling point of the solvent for 0.1 hours or more to thoroughly remove the solvent. After that, the temperature may be further raised to above the boiling point of the solvent to completely remove the solvent, or the temperature may be lowered once and then the solvent may be completely removed in the next sintering step.
The desired temperature for drying is not particularly limited, but when ethanol is used, for example, it is preferable to maintain the temperature below the boiling point at 0 to 50° C. for 0.1 to 5 hours, and to maintain the temperature above the boiling point at 80 to 200° C. for 0.1 to 5 hours.
(焼結)
2つの焼結体の界面でスラリーを乾燥させたのち、焼結する。焼結の雰囲気は、不活性雰囲気であることが好ましく、温度は700~1200℃であることが好ましい。焼結の温度が700℃以上であると、スラリーとして供給したオキシフッ化イットリウムの粉末の焼結を進行させ十分な強度で結合させることができる。焼結の温度が1200℃以下であると、2つの焼結体の軟化を防止でき、もともとの焼結体の変形を防止し、高い寸法精度のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体を得ることができる。なお、スラリーとして供給されるオキシフッ化イットリウムの粉末の方がオキシフッ化イットリウム焼結体よりもフッ素含有量が多いので、低い温度で軟化しやすく低温で焼結が進行しやすい。
(Sintering)
The slurry is dried at the interface between the two sintered bodies, and then sintered. The sintering atmosphere is preferably an inert atmosphere, and the temperature is preferably 700 to 1200°C. If the sintering temperature is 700°C or higher, the sintering of the yttrium oxyfluoride powder supplied as the slurry can be promoted and bonded with sufficient strength. If the sintering temperature is 1200°C or lower, the softening of the two sintered bodies can be prevented, the deformation of the original sintered body can be prevented, and a bonded body of yttrium oxyfluoride sintered bodies with high dimensional accuracy can be obtained. Note that the yttrium oxyfluoride powder supplied as a slurry has a higher fluorine content than the yttrium oxyfluoride sintered body, so it is easy to soften at a low temperature and easy to sinter at a low temperature.
以上のプロセスで得られたオキシフッ化イットリウム焼結体は、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体が第1領域、第2のオキシフッ化イットリウム焼結体が第2領域、接合面に塗工されたオキシフッ化イットリウムの粉末が界面領域となる。
オキシフッ化イットリウムの粉末は、焼結体の組織より細かな粒子径のものを使用しているので、界面領域の組織は第1領域及び第2領域よりも細かくなる。また、焼結が進行しないよう第1の領域および第2の領域よりも低い温度で接合することにより、緻密化しにくく、第1領域及び第2領域よりも気孔率が高くなる。
接合面に塗工されたオキシフッ化イットリウムの粉末のフッ素含有量(界面領域のフッ素含有量)は、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体のフッ素含有量よりも多いので、接合工程でフッ素の拡散は徐々に起こるもののオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体外部にフッ素が散逸されにくく、界面領域のフッ素含有量の多い接合体が得られる。なお、焼結の時間を長くしたり、スラリーの厚さを薄くすることによって界面領域のフッ素含有量が第1の領域及び第2領域と同等になるケースがあるものの、この場合であっても界面領域は、第1領域及び第2領域よりも結晶化が進行しにくく、気孔率は高くなる。
In the yttrium oxyfluoride sintered body obtained by the above process, the first yttrium oxyfluoride sintered body forms the first region, the second yttrium oxyfluoride sintered body forms the second region, and the yttrium oxyfluoride powder coated on the joining surface forms the interface region.
Since the yttrium oxyfluoride powder used has a finer particle size than the structure of the sintered body, the structure of the interface region is finer than the first and second regions. Also, by bonding at a lower temperature than the first and second regions so as not to advance sintering, the interface region is less likely to be densified and has a higher porosity than the first and second regions.
The fluorine content of the yttrium oxyfluoride powder applied to the bonding surface (fluorine content of the interface region) is greater than the fluorine content of the first yttrium oxyfluoride sintered body and the second yttrium oxyfluoride sintered body, so that although the diffusion of fluorine gradually occurs during the bonding process, the fluorine is not easily dispersed outside the bonded body of the yttrium oxyfluoride sintered body, and a bonded body with a high fluorine content in the interface region is obtained. Note that, although there are cases in which the fluorine content of the interface region becomes equal to that of the first region and the second region by lengthening the sintering time or reducing the thickness of the slurry, even in this case, the interface region is less likely to crystallize than the first region and the second region, and the porosity is higher.
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態では、スラリー化せずに、粉末を焼結体の間に挟んで接合する。
第2実施形態のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体は、図2に示すフローチャートによって得られる。
図2は、本発明のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の製造方法の第2実施形態を示すフローチャートである。
図2に示すように、第2実施形態では、接合面調整、原料調整、界面領域形成、圧着及び焼結を有する。
[Second embodiment]
In a second embodiment of the present invention, the powder is sandwiched between the sintered bodies and bonded together without forming a slurry.
The joined body of yttrium oxyfluoride sintered bodies of the second embodiment can be obtained according to the flow chart shown in FIG.
FIG. 2 is a flow chart showing a second embodiment of the method for producing a joined body of yttrium oxyfluoride sintered bodies according to the present invention.
As shown in FIG. 2, the second embodiment includes bonding surface preparation, raw material preparation, interface region formation, compression bonding, and sintering.
第2実施形態では、接合面調整、原料調整までの工程は第1実施形態と同様に行い、オキシフッ化イットリウムの粉末をスラリー化せずに接合する。第1実施形態とはスラリー化、乾燥がない点で異なる。これに伴って界面領域形成以降が第1実施形態とは一部異なるが概ね同様に行うことができる。 In the second embodiment, the processes up to the joining surface preparation and raw material preparation are carried out in the same manner as in the first embodiment, and the yttrium oxyfluoride powder is joined without being slurried. This differs from the first embodiment in that there is no slurrying or drying. Accordingly, the process after the formation of the interface region is partially different from the first embodiment, but can be carried out in roughly the same manner.
(界面領域形成)
第1実施形態と同様に得られたオキシフッ化イットリウムの粉末をスラリー化せずにそのまま接合面に塗布する。湿式ではなく乾式であるので圧着時の流動がほとんど期待できないため接合面に均等な厚さとなるようにオキシフッ化イットリウムの粉末を散布する。
(Interface Region Formation)
As in the first embodiment, the obtained yttrium oxyfluoride powder is applied directly to the joining surfaces without being slurried. Since this is a dry method rather than a wet method, little flow can be expected during compression bonding, so the yttrium oxyfluoride powder is spread to a uniform thickness on the joining surfaces.
(圧着)
圧着では、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体と第2のオキシフッ化イットリウム焼結体に挟まれたオキシフッ化イットリウムの粉末に圧力を加え、高密度化し、後の焼結を進行させやすくする。本実施形態では乾式であるので一旦圧力を加えても、離れやすいので、治工具などを使用し、クランプしたまま焼結させてもよい。また焼結時も継続して圧力が加わるよう引き続き重りを用いるなどして荷重を加え続け焼結に移行してもよい。
(Crimping)
In the compression bonding, pressure is applied to the yttrium oxyfluoride powder sandwiched between the first yttrium oxyfluoride sintered body and the second yttrium oxyfluoride sintered body, densifying it and facilitating the subsequent sintering. Since this embodiment is a dry type, even if pressure is applied once, it is easy to separate, so sintering may be performed while clamped using a jig or tool. In addition, a load may be continuously applied by using a weight so that pressure is continuously applied during sintering, and the sintering may be performed.
(焼結)
第1実施形態と同様に焼結を行う。
(Sintering)
Sintering is carried out in the same manner as in the first embodiment.
本実施形態では、乾式で塗布(散布)を行っているので、圧力を加えても接合面からオキシフッ化イットリウムの粉末が流出しにくく、散布された粉末の量がそのまま界面領域(接合層)の厚さになる。このため、均等な厚さで、できるだけ薄く塗布ですることが重要である。 In this embodiment, the application (spraying) is done dry, so the yttrium oxyfluoride powder is less likely to flow out from the bonding surface even when pressure is applied, and the amount of powder sprayed directly becomes the thickness of the interface region (bonding layer). For this reason, it is important to apply the powder as thinly as possible with an even thickness.
本実施形態で得られた接合体は、第1実施形態と同様に、界面領域は第1領域及び第2領域よりも気孔率が高くなる。また、界面領域のフッ素含有量は第1領域及び第2領域のフッ素含有量よりも大きくなる。
なお、本実施形態では、オキシフッ化イットリウムの粉末の流動性がないので、薄い界面領域が得られにくく、フッ素の拡散が起こりにくく界面領域のフッ素含有量は多くなりやすい。
In the bonded body obtained in this embodiment, the interface region has a higher porosity than the first region and the second region, as in the first embodiment, and the fluorine content in the interface region is greater than the fluorine content in the first region and the second region.
In this embodiment, since the yttrium oxyfluoride powder has no fluidity, it is difficult to obtain a thin interface region, fluorine diffusion is difficult to occur, and the fluorine content in the interface region is likely to be high.
次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明は実施例に限定されるものではない。なお、特記しない限り部は重量部、%は重量%を意味する。 The present invention will now be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples as long as they do not deviate from the spirit of the present invention. Note that, unless otherwise specified, parts are parts by weight and % is % by weight.
(実施例1)
オキシフッ化イットリウム焼結体(約φ20mm)1枚を準備し、半円形となるように切断し、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体を得た。
平均粒子径4μmのY5O4F7の粉末(70重量部%)と、平均粒子径3μmのYF3の粉末(30重量部%)が均一に混合された平均粒子径20μmの顆粒を、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体に均一に散布したのち、第2のオキシフッ化イットリウム焼結体を重ね合わせた後、焼結した。
なお、Y5O4F7及びYF3粉末には、バインダなど他の成分は含んでいない。
焼結は、アルゴン雰囲気で、1000℃で2時間保持することにより焼結した。
Example 1
One sheet of yttrium oxyfluoride sintered body (approximately φ20 mm) was prepared and cut into a semicircular shape to obtain a first yttrium oxyfluoride sintered body and a second yttrium oxyfluoride sintered body.
Granules having an average particle size of 20 μm, which are a uniform mixture of Y 5 O 4 F 7 powder (70 parts by weight) having an average particle size of 4 μm and YF 3 powder (30 parts by weight) having an average particle size of 3 μm, are uniformly scattered on a first yttrium oxyfluoride sintered body, and then a second yttrium oxyfluoride sintered body is stacked on top of the first yttrium oxyfluoride sintered body and sintered.
The Y 5 O 4 F 7 and YF 3 powders do not contain any other components such as a binder.
Sintering was carried out by holding the mixture at 1000° C. for 2 hours in an argon atmosphere.
得られた第1のオキシフッ化イットリウム焼結体及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体は、互いに変形することなく接合し、1枚の板(オキシフッ化イットリウム焼結体の接合体)になっていた。 The first yttrium oxyfluoride sintered body and the second yttrium oxyfluoride sintered body obtained were bonded to each other without deformation, forming a single plate (bonded yttrium oxyfluoride sintered body).
図3は、実施例1で得られたオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の断面の走査電子顕微鏡写真である。
図3に示したオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体10において、中央の島状の部分が点在する色濃い層状の部分が界面領域1であり、界面領域の上側の淡色の部分が第1のオキシフッ化イットリウム焼結体2(第1領域)、界面領域の下側の淡色の部分が第2のオキシフッ化イットリウム焼結体3(第2領域)である。また、界面領域1に多く有する空隙は気孔4であり、固定用の樹脂が含浸されている。
第1のオキシフッ化イットリウム焼結体2(第1領域)と、第2のオキシフッ化イットリウム焼結体3(第2領域)とに挟まれた界面領域1は、焼結後にも境界が明確であった。
FIG. 3 is a scanning electron microscope photograph of a cross section of the joined body of yttrium oxyfluoride sintered bodies obtained in Example 1.
In the bonded body 10 of yttrium oxyfluoride sintered bodies shown in Fig. 3, the dark layered part with the central island-like parts scattered therein is the interface region 1, the light-colored part on the upper side of the interface region is the first yttrium oxyfluoride sintered body 2 (first region), and the light-colored part on the lower side of the interface region is the second yttrium oxyfluoride sintered body 3 (second region). In addition, many voids in the interface region 1 are pores 4, which are impregnated with a fixing resin.
The interface region 1 between the first yttrium oxyfluoride sintered body 2 (first region) and the second yttrium oxyfluoride sintered body 3 (second region) had a clear boundary even after sintering.
また、図4は、実施例1で得られたオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の断面の走査電子顕微鏡写真における第1のオキシフッ化イットリウム焼結体(第1領域)の拡大写真であり、図5は、実施例1で得られたオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の断面の走査電子顕微鏡写真における界面領域の拡大写真である。
図4に示した第1のオキシフッ化イットリウム焼結体2の拡大写真において、淡色の部分がY5O4F7の組織5を表し、濃色の部分がYF3の組織6を表し、偏在する空隙が気孔4を表す。
図5に示した界面領域1の拡大写真も同様に、淡色の部分がY5O4F7の組織5を表し、濃色の部分がYF3の組織6を表し、偏在する空隙が気孔4を表す。
図4及び図5に示すように、界面領域1では、小さいYF3の組織6が多数偏在しているため、1つ1つのY5O4F7の組織5及びYF3の組織6が小さくなっている。
一方で、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体2(第1領域)では、YF3の組織6が少なく大きいので、Y5O4F7の組織5及びYF3の組織6が、界面領域1よりも大きい。また、第2のオキシフッ化イットリウム焼結体(第2領域)の組織は、第1領域の組織と同等の大きさであるので、界面領域の組織は、第2領域の組織よりも細かい。
FIG. 4 is an enlarged photograph of the first yttrium oxyfluoride sintered body (first region) in a scanning electron microscope photograph of a cross section of the joined body of yttrium oxyfluoride sintered bodies obtained in Example 1, and FIG. 5 is an enlarged photograph of the interface region in a scanning electron microscope photograph of a cross section of the joined body of yttrium oxyfluoride sintered bodies obtained in Example 1.
In the enlarged photograph of the first yttrium oxyfluoride sintered body 2 shown in FIG. 4, the light-colored parts represent the structure 5 of Y 5 O 4 F 7 , the dark-colored parts represent the structure 6 of YF 3 , and the unevenly distributed voids represent the pores 4.
Similarly, in the enlarged photograph of the interface region 1 shown in FIG. 5, the light colored parts represent the structure 5 of Y 5 O 4 F 7 , the dark colored parts represent the structure 6 of YF 3 , and the unevenly distributed voids represent the pores 4.
As shown in FIGS. 4 and 5, in the interface region 1, a large number of small YF 3 structures 6 are unevenly distributed, so that each of the Y 5 O 4 F 7 structures 5 and YF 3 structures 6 is small.
On the other hand, in the first yttrium oxyfluoride sintered body 2 (first region), the structure 6 of YF 3 is small and large, so the structure 5 of Y 5 O 4 F 7 and the structure 6 of YF 3 are larger than those in the interface region 1. In addition, the structure of the second yttrium oxyfluoride sintered body (second region) is the same size as that of the first region, so that the structure of the interface region is finer than that of the second region.
図3~5を用いて、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体(第1領域)、第2のオキシフッ化イットリウム焼結体(第2領域)、及び、界面領域の気孔率、Y5O4F7とYF3の合計含有量に対するY5O4F7の含有量の比とYF3の含有量の比、及び、界面領域の厚さを測定した。
また、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体(第1領域)及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体(第2領域)のYF3の含有量の比に対する界面領域のYF3の含有量の比の値を算出した。
これらを表1に示した。なお、第2のオキシフッ化イットリウム焼結体(第2領域)の気孔率、Y5O4F7とYF3の合計含有量に対するY5O4F7の含有量の比とYF3の含有量の比は、もともと同一の材料であって、同一プロセスを経ているので第1のオキシフッ化イットリウム焼結体(第1領域)と同じであり、表1では省略した。
Using Figures 3 to 5, the porosity of the first yttrium oxyfluoride sintered body (first region), the second yttrium oxyfluoride sintered body (second region), and the interface region, the ratio of the content of Y 5 O 4 F 7 to the total content of Y 5 O 4 F 7 and YF 3 , and the ratio of the content of YF 3 , and the thickness of the interface region were measured.
In addition, the ratio of the YF3 content in the interface region to the ratio of the YF3 content in the first yttrium oxyfluoride sintered body (first region) and the second yttrium oxyfluoride sintered body (second region) was calculated.
These are shown in Table 1. The porosity of the second yttrium oxyfluoride sintered body (second region), the ratio of the content of Y5O4F7 to the total content of Y5O4F7 and YF3 , and the ratio of the content of YF3 are the same as those of the first yttrium oxyfluoride sintered body (first region) because they are originally made of the same material and undergo the same process, and are therefore omitted in Table 1.
(実施例2)
実施例1と同様に、オキシフッ化イットリウム焼結体(約φ20mm)1枚を準備し、半円形となるように切断し、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体を得た。
実施例1と同じY5O4F7の粉末及びYF3の粉末を、をエタノール中で実施例1と同じ割合で混合し、スラリーを得た。
得られたスラリーは、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体の中央に塗布し、圧着して過剰なスラリーを接合面の端から押し出した。その後50℃3時間乾燥したのち、アルゴン雰囲気、1000℃で焼結した。
得られた第1のオキシフッ化イットリウム焼結体及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体は、変形することなく互いに接合し、1枚の板(オキシフッ化イットリウム焼結体の接合体)になっていた。
Example 2
As in Example 1, one yttrium oxyfluoride sintered body (approximately φ20 mm) was prepared and cut into a semicircular shape to obtain a first yttrium oxyfluoride sintered body and a second yttrium oxyfluoride sintered body.
The same Y 5 O 4 F 7 powder and YF 3 powder as in Example 1 were mixed in ethanol in the same ratio as in Example 1 to obtain a slurry.
The obtained slurry was applied to the center of the first yttrium oxyfluoride sintered body, and the first yttrium oxyfluoride sintered body was pressed to push out the excess slurry from the edge of the joining surface. After that, the first yttrium oxyfluoride sintered body was dried at 50° C. for 3 hours, and then sintered at 1000° C. in an argon atmosphere.
The obtained first yttrium oxyfluoride sintered body and the second yttrium oxyfluoride sintered body were bonded to each other without deformation, and became a single plate (bonded body of yttrium oxyfluoride sintered bodies).
図6は、実施例2で得られたオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の断面の走査電子顕微鏡写真である。
図6に示したオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体10において、島状の粒子が点在する中央の色濃い層状の部分が界面領域1であり、界面領域の上側の淡色の部分が第1のオキシフッ化イットリウム焼結体2(第1領域)、界面領域の下側の淡色の部分が第2のオキシフッ化イットリウム焼結体3(第2領域)である。また、色の濃い部分が樹脂埋めの樹脂であり、この部分に気孔4が存在する。
図6に示すように、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体2(第1領域)と、第2のオキシフッ化イットリウム焼結体3(第2領域)とに挟まれた界面領域1は、焼結後にも境界が明確であった。
実施例2では、スラリーに使用したY5O4F7と、YF3の粉末はともに凝集が生じていたので、焼結後の界面領域が明確に識別できる状態になったと考えられる。
FIG. 6 is a scanning electron microscope photograph of a cross section of the joined body of yttrium oxyfluoride sintered bodies obtained in Example 2.
In the bonded body 10 of the yttrium oxyfluoride sintered bodies shown in Fig. 6, the dark layered part in the center where island-shaped particles are scattered is the interface region 1, the light-colored part on the upper side of the interface region is the first yttrium oxyfluoride sintered body 2 (first region), and the light-colored part on the lower side of the interface region is the second yttrium oxyfluoride sintered body 3 (second region). The dark-colored part is the resin filled with resin, and pores 4 exist in this part.
As shown in FIG. 6, the interface region 1 between the first yttrium oxyfluoride sintered body 2 (first region) and the second yttrium oxyfluoride sintered body 3 (second region) had a clear boundary even after sintering.
In Example 2, since the powders of Y 5 O 4 F 7 and YF 3 used in the slurry both aggregated, it is believed that the interface region after sintering became clearly identifiable.
図6を用いて、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体(第1領域)、第2のオキシフッ化イットリウム焼結体(第2領域)、及び、界面領域の気孔率、Y5O4F7とYF3の合計含有量に対するY5O4F7の含有量の比とYF3の含有量の比、及び、界面領域の厚さを測定した。
また、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体(第1領域)のYF3の含有量の比に対する界面領域のYF3の含有量の比の値を算出した。これらは表1に示した。
Using FIG. 6, the porosity of the first yttrium oxyfluoride sintered body (first region), the second yttrium oxyfluoride sintered body (second region), and the interface region, the ratio of the content of Y5O4F7 to the total content of Y5O4F7 and YF3 , and the ratio of the content of YF3 , and the thickness of the interface region were measured.
In addition, the ratio of the YF3 content in the interface region to the YF3 content in the first yttrium oxyfluoride sintered body (first region) was calculated. These are shown in Table 1.
(実施例3)
実施例1と同様に、オキシフッ化イットリウム焼結体(約φ20mm)1枚を準備し、半円形となるように切断し、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体を得た。
Y5O4F7と、YF3の粉末をあらかじめ乳鉢を用いて凝集した粒子を粉砕し、個々の粒子となるまで解砕した。
平均粒子径3μmのY5O4F7の粉末70重量部と、平均粒子径3μmのYF3の粉末30部とを50重量部のエタノール中で混合し、スラリーを得た。
得られたスラリーは、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体の中央に塗布し、圧着し過剰なスラリーを接合面の端から押し出した。その後50℃3時間乾燥したのち、アルゴン雰囲気、1000℃で焼結した。
得られた第1のオキシフッ化イットリウム焼結体及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体は、互いに変形することなく接合し、1枚の板(オキシフッ化イットリウム焼結体の接合体)になっていた。
Example 3
As in Example 1, one yttrium oxyfluoride sintered body (approximately φ20 mm) was prepared and cut into a semicircular shape to obtain a first yttrium oxyfluoride sintered body and a second yttrium oxyfluoride sintered body.
The powders of Y 5 O 4 F 7 and YF 3 were crushed into aggregated particles in a mortar until they became individual particles.
70 parts by weight of Y 5 O 4 F 7 powder having an average particle size of 3 μm and 30 parts by weight of YF 3 powder having an average particle size of 3 μm were mixed in 50 parts by weight of ethanol to obtain a slurry.
The obtained slurry was applied to the center of the first yttrium oxyfluoride sintered body, pressed to push out excess slurry from the edge of the joining surface, and then dried at 50° C. for 3 hours, and sintered at 1000° C. in an argon atmosphere.
The obtained first yttrium oxyfluoride sintered body and the second yttrium oxyfluoride sintered body were bonded to each other without being deformed, and became a single plate (bonded body of yttrium oxyfluoride sintered bodies).
図7は、実施例3で得られたオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の断面の走査電子顕微鏡写真である。
図7に示したオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体10において、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体2(第1領域)と、第2のオキシフッ化イットリウム焼結体3(第2領域)とに挟まれた気孔4を多く有する界面領域1は、実施例2と比較して薄くなっており境界が不明瞭であり、界面領域のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比は中心線における比率で判断した。
実施例3では、スラリーに使用したY5O4F7と、YF3の粉末はともに凝集が生じなかったので、焼結後の界面領域を薄くすることができたと考えられる。
FIG. 7 is a scanning electron microscope photograph of a cross section of the joined body of yttrium oxyfluoride sintered bodies obtained in Example 3.
In the bonded body 10 of yttrium oxyfluoride sintered bodies shown in FIG. 7, the interface region 1 having many pores 4 sandwiched between the first yttrium oxyfluoride sintered body 2 (first region) and the second yttrium oxyfluoride sintered body 3 (second region) is thinner than that in Example 2, and the boundary is unclear, and the ratio of the content of YF3 to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the interface region was determined by the ratio at the center line.
In Example 3, it is believed that the Y 5 O 4 F 7 and YF 3 powders used in the slurry did not aggregate, making it possible to thin the interface region after sintering.
図7を用いて、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体(第1領域)、第2のオキシフッ化イットリウム焼結体(第2領域)、及び、界面領域の気孔率、Y5O4F7とYF3の合計含有量に対するY5O4F7の含有量の比とYF3の含有量の比、及び、界面領域の厚さを測定した。
また、第1のオキシフッ化イットリウム焼結体(第1領域)のYF3の含有量の比に対する界面領域のYF3の含有量の比の値を算出した。これらは表1に示した。
Using FIG. 7, the porosity of the first yttrium oxyfluoride sintered body (first region), the second yttrium oxyfluoride sintered body (second region), and the interface region, the ratio of the content of Y5O4F7 to the total content of Y5O4F7 and YF3 , and the ratio of the content of YF3 , and the thickness of the interface region were measured.
In addition, the ratio of the YF3 content in the interface region to the YF3 content in the first yttrium oxyfluoride sintered body (first region) was calculated. These are shown in Table 1.
表1に示すように、実施例1~3に係るオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体では、界面領域の気孔率が2~60%の範囲内であった。
また、実施例1~3に係るオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体では、界面領域のYF3含有量が第1領域及び第2領域のYF3含有量よりも多かった。
更に、実施例1~3に係るオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体では、界面領域のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比は、第1領域及び第2領域のY5O4F7とYF3の合計含有量に対するYF3の含有量の比に対して101~150%の範囲内であった。
そのため、実施例1~3に係るオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体は、界面領域の密度が十分に小さく、熱応力を好適に分散することができ、かつ、接合強度を十分に備えたものであると推測される。
As shown in Table 1, in the joined bodies of the yttrium oxyfluoride sintered bodies according to Examples 1 to 3, the porosity of the interface region was within the range of 2 to 60%.
In addition, in the joined bodies of the yttrium oxyfluoride sintered bodies according to Examples 1 to 3, the YF 3 content in the interface region was higher than the YF 3 content in the first region and the second region.
Furthermore, in the joined bodies of yttrium oxyfluoride sintered bodies according to Examples 1 to 3, the ratio of the content of YF3 to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the interface region was within the range of 101 to 150% of the ratio of the content of YF3 to the total content of Y5O4F7 and YF3 in the first and second regions.
Therefore, it is presumed that the bonded bodies of the yttrium oxyfluoride sintered bodies according to Examples 1 to 3 have a sufficiently small density in the interface region, can suitably disperse thermal stress, and have sufficient bonding strength.
1 界面領域
2 第1のオキシフッ化イットリウム焼結体
3 第2のオキシフッ化イットリウム焼結体
4 気孔
5 Y5O4F7の組織
6 YF3の組織
10 オキシフッ化イットリウム焼結体の接合体
REFERENCE SIGNS LIST 1 Interface region 2 First yttrium oxyfluoride sintered body 3 Second yttrium oxyfluoride sintered body 4 Pores 5 Structure of Y 5 O 4 F 7 6 Structure of YF 3 10 Joint of yttrium oxyfluoride sintered bodies
Claims (9)
前記界面領域は、前記第1領域及び前記第2領域よりも気孔率が高い
ことを特徴とするオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体。 A joint of yttrium oxyfluoride sintered bodies comprising a first region and a second region opposed to the first region across an interface region,
A bonded body of yttrium oxyfluoride sintered bodies, characterized in that the interface region has a higher porosity than the first region and the second region.
第1のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合面と、第2のオキシフッ化イットリウム焼結体の接合面とを、前記第1及び第2のオキシフッ化イットリウム焼結体よりもフッ素含有量の多いオキシフッ化イットリウムの粉末を挟んで焼結する接合工程を有することを特徴とするオキシフッ化イットリウム焼結体の接合体の製造方法。 A method for producing the yttrium oxyfluoride sintered body according to any one of claims 1 to 5,
A method for producing a joint of yttrium oxyfluoride sintered bodies, comprising a joining step of sandwiching a joining surface of a first yttrium oxyfluoride sintered body and a joining surface of a second yttrium oxyfluoride sintered body between which is sintered a powder of yttrium oxyfluoride having a higher fluorine content than the first and second yttrium oxyfluoride sintered bodies.
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