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WO2020026919A1 - セラミック部材 - Google Patents

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WO2020026919A1
WO2020026919A1 PCT/JP2019/029039 JP2019029039W WO2020026919A1 WO 2020026919 A1 WO2020026919 A1 WO 2020026919A1 JP 2019029039 W JP2019029039 W JP 2019029039W WO 2020026919 A1 WO2020026919 A1 WO 2020026919A1
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WO
WIPO (PCT)
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main surface
ceramic member
notch
face
member according
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2019/029039
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English (en)
French (fr)
Inventor
吉田　政生
浩正 松藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2020533460A priority Critical patent/JP7101246B2/ja
Publication of WO2020026919A1 publication Critical patent/WO2020026919A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • H10W70/692—

Definitions

  • the present disclosure relates to a ceramic member having a notch at an end face connecting both main surfaces.
  • Ceramics made of alumina, silicon carbide, etc. are excellent in mechanical strength and heat resistance, and have strong corrosion resistance to acids, alkalis, corrosive gases, etc., so semiconductor manufacturing equipment, analysis equipment, processing equipment, etc. It is used as a member of various devices.
  • ceramics are brittle materials, and have lower fracture toughness than ductile materials such as metals.
  • a member having a notch or the like may be broken from the notch or the like due to stress concentration.
  • Patent Document 1 describes a high-temperature corrosive gas heat exchanger in which a cutout is formed at an end of an inner tube to reduce thermal stress.
  • Patent Literature 2 discloses an arc shield member for a stud welding gun having a gas vent cutout formed at an end.
  • Patent Document 3 describes a semiconductor device package in which corners on both sides of the front end of an opening of a notch are formed in an oblique straight line or an arc shape to prevent stress concentration on the corner.
  • JP 2012-237526 A Japanese Utility Model Publication No. 5-84471 JP-A-6-291208
  • a ceramic member according to the present disclosure has a plate shape or a tubular shape, and connects a first main surface, a second main surface facing the first main surface, and the first main surface and the second main surface. It has an end surface and at least one notch located on the end surface and penetrating from the first main surface to the second main surface. At least one of the cutouts is formed of a curved portion having an arc shape or an elliptical arc shape in plan view from the first main surface.
  • a ceramic member according to the present disclosure has a plate shape or a tubular shape, and connects a first main surface, a second main surface facing the first main surface, and the first main surface and the second main surface. It has an end face and at least one notch located on the end face and penetrating from the first main face to the second main face. At least one of the notches has two curved portions having an arc shape or an elliptical arc shape, and a straight portion having a length L1 connected to each of the two curved portions without bending.
  • the relationship between the minimum value R of the curvature of each curved part and the length L1 is L1 / (L1 + 2R) ⁇ 0.5.
  • FIG. 1A is a perspective view
  • FIG. 2B is a plan view
  • FIG. 1C is a front view
  • FIG. 1D is an enlarged view in a dotted line part of FIG. 3A is a perspective view
  • FIG. 3B is a plan view
  • FIG. 3C is a front view
  • FIG. 4D is an enlarged view in a dotted line part of FIG. is there. It is an enlarged view showing the shape of the notch of the ceramic member of other embodiments of the present disclosure.
  • 4A and 4B schematically show a ceramic member according to another embodiment of the present disclosure, wherein FIG. 4A is a perspective view, FIG. 4B is a plan view, and FIG.
  • FIG. 4A and 4B schematically show a ceramic member according to another embodiment of the present disclosure, wherein FIG. 4A is a plan view and FIG. 4A and 4B schematically show a ceramic member according to another embodiment of the present disclosure, wherein FIG. 4A is a plan view and FIG. 1A is a perspective view, FIG. 2B is a plan view, and FIG. 1C is a front view schematically showing a conventional ceramic member.
  • FIG. 1A and 1B schematically show a ceramic member according to an embodiment of the present disclosure, wherein FIG. 1A is a perspective view, FIG. 1B is a plan view, FIG. 1C is a front view, and FIG. FIG.
  • FIG. 2A and 2B schematically show a ceramic member according to another embodiment of the present disclosure, wherein FIG. 2A is a perspective view, FIG. 2B is a plan view, FIG. 2C is a front view, and FIG. FIG.
  • FIG. 3 is a plan view showing a shape of a cutout of a ceramic member according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 schematically shows a ceramic member according to another embodiment of the present disclosure, (a) is a perspective view, (b) is a plan view, and (c) is a front view.
  • FIG. 5 schematically illustrates a ceramic member according to another embodiment of the present disclosure, wherein (a) is a plan view and (b) is a front view.
  • FIG. 6 schematically shows a ceramic member according to another embodiment of the present disclosure, wherein (a) is a plan view and (b) is a front view.
  • the ceramic member 1 is plate-shaped or cylindrical, and has a first main surface 1a, a second main surface 1b opposed to the first main surface 1a, and an end surface connecting the first main surface 1a and the second main surface 1b. 1c, and a notch 2 penetrating from the first main surface 1a to the second main surface 1b in the end surface 1c.
  • the surface having the largest area among the surfaces constituting the plate-like body is the first main surface 1a.
  • the surface facing the first main surface 1a is the second main surface 1b.
  • the first main surface 1a is an outer surface parallel to the axis of the cylindrical body
  • the second main surface 1b is an inner surface facing the outer surface. It is.
  • the first main surface 1a and the second main surface 1b may be flat as shown in FIGS. 1 and 3, and as shown in FIG.
  • a part of each of the surface 1a and the second main surface 1b may be a curved surface. Although not shown, all of the first main surface 1a and the second main surface 1b may be curved surfaces.
  • the length in the longitudinal direction (X direction) of the ceramic member 1 shown in FIGS. 1, 2, 4, and 6 is, for example, 300 mm or more and 400 mm or less, and the length in the short direction (Y direction) is, for example, 100 mm or more. It is 200 mm or less.
  • the notch 2 shown in FIGS. 1, 5, and 6 is formed of an arc-shaped curved portion 3 in plan view from the first main surface 1a.
  • the notch 2 may be an elliptical arc-shaped curved portion instead of the arc-shaped curved portion 3.
  • the maximum stress is the most distant from the center axis C on the first virtual plane 6 connecting the end surfaces 1 c located on both sides of the notch 2. Since it occurs at a point, it is far from the connection point between the notch 2 and the end face 1c.
  • the maximum stress is the most distant from the central axis C on the first virtual plane 6 where the curved portion 3 connects the end faces 1c located on both sides of the notch 2. This occurs at the point where the curvature of the curved portion 3 is minimized, and therefore, is farther from the connection point between the notch 2 and the end face 1c. From such a viewpoint, the fracture probability of the ceramic member 1 is reduced regardless of whether the notch 2 has an arc shape or an elliptical arc shape.
  • At least one of the cutouts 2 of the ceramic member shown in FIG. 2 has two curved portions 3a, 3b and 3a, each having a curvature R1, R2 in plan view from the first main surface 1a. 3b and a straight portion 4 having a length L1 connected without bending, and the relationship between the minimum value R of the curvatures R1 and R2 of the curved portions 3a and 3b and the length L1 is L1 / (L1 + 2R) ⁇ 0.5. It is.
  • the curvatures R1 and R2 of the two arc-shaped curved portions 3a and 3b of the ceramic member 1 shown in FIG. 2D are the same, but the curvatures R1 and R2 of the two curved portions 3a and 3b are the same. If different, the curvature R uses a minimum value.
  • L is the width of the notch 2
  • H is the distance from the end face 1 c to the linear portion 4, that is, the height of the notch 2.
  • connection between the curved portion 3a (or the curved portion 3b) and the straight portion 4 without bending means that the straight portion 4 is connected to the curved portion 3a (or the curved portion 3a) at the connection portion between the curved portion 3a (or the curved portion 3b) and the straight portion 4.
  • the differential value of the curved portion 3a (or the curved portion 3b) and the differential value of the linear portion 4 coincide with each other at the connection portion.
  • the curved portions 3a and 3b when both of the curved portions 3a and 3b are elliptical arcs, the curved portions 3a and 3b have the straight portion 4 having a length L1 that is connected without being bent.
  • the relationship between the minimum value R of the curvatures R1 and R2 and the length L1 may be L1 / (L1 + 2R) ⁇ 0.5.
  • the relationship between the minimum values R and L1 of the curvatures R1 and R2 of the two curved portions 3a and 3b may be 0.05 ⁇ L1 / (L1 + 2R) ⁇ 0.34. Such a relationship is preferable because the stress is further reduced.
  • the respective arc-shaped or elliptical arc-shaped central axes C, C1, and C2 of the curved portions 3a and 3b connect the end faces 1c located on both sides of the notch 2. It may be on one virtual plane 6.
  • the respective arc-shaped or elliptical arc-shaped central axes C1 and C2 constituting the curved portions 3a and 3b are on the second virtual plane 7 parallel to the first virtual plane 6. Good.
  • the ceramic member 1 may be a flat plate as shown in FIGS. 1 and 2, a cylindrical shape as shown in FIG. 5, or a bent plate as shown in FIG. You may.
  • a tensile stress is applied along the end face 1c
  • a load is externally applied to the ceramic member 1 and when a temperature distribution is generated between the end face 1c and the opposite face, heat due to a difference in thermal expansion is generated.
  • Stress (hereinafter, also referred to as internal stress) may be applied.
  • the ceramic member 1 can reduce the stress generated in the notch 2 in any case when a load is applied from the outside or when an internal stress is applied.
  • the thermal stress in the tensile direction is applied along the end face 1c when the temperature of the end face 1c is lower than that of the second end face 1d located on the opposite side.
  • this corresponds to a case where the second end face 1d is arranged in a process chamber used in a semiconductor manufacturing apparatus so as to face the heater.
  • the tensile stress generated along the end face 1c is reduced. Because of the size, the shape of the notch 2 of the present disclosure is particularly effective.
  • the notch 2 may have a chamfered portion such as a C surface or an R surface on the end surface 1c side. With such a configuration, stress concentration is also reduced at the connection portion between the notch 2 and the end face 1c, so that the device can be used for a long period of time.
  • the distance between the first main surface 1a and the second main surface 1b is, for example, 1 mm to 20 mm.
  • the thickness of the ceramic member 1 may be in the above range at least in the vicinity of the notch 2, and the other parts may be out of the above range.
  • the vicinity of the notch 2 is a range in which the width direction is within 1.2 L and the height direction is within 1.2 H around a center point in the width direction of the notch 2 on the first virtual plane 6.
  • the coefficient of variation of Vickers hardness of the end face 1c may be 0.01 or less.
  • the variation coefficient of the Vickers hardness of the end face 1c is in this range, the speed of the lattice vibration on the end face 1c and the periphery thereof is fast and stable, so that the thermal conductivity increases, and even if heat is applied, the end face 1c Variations in the temperature distribution occurring around the periphery can be suppressed.
  • the coefficient of variation of Vickers hardness of at least one of the curved portion 3 (3a, 3b) and the straight portion 4 may be 0.01 or less.
  • the variation coefficient of Vickers hardness of at least one of the curved portion 3 (3a, 3b) and the straight portion 4 is in this range, the speed of lattice vibration in the curved portion 3 and the straight portion 4 in this range is high, and Since the thermal conductivity is stabilized, the thermal conductivity is increased, and even when heat is applied, it is possible to suppress the variation in the temperature distribution occurring on the end face 1c and its periphery.
  • the average value of the Vickers hardness of each of the measurement portions of the end face 1c, the curved portion 3 (3a, 3b) and the straight portion 4 is preferably 15 GPa or more.
  • the Vickers hardness of each of the end face 1c, the curved portion 3 (3a, 3b), and the linear portion 4 may be measured in accordance with JIS R 1610: 2003 (ISO 14705: 2000 (MOD)).
  • JIS R 1610 2003
  • ISO 14705 2000
  • MOD 2000
  • the test force was 9.807 N
  • the time for holding the test force was 15 seconds
  • the test temperature was 23 ° C. ⁇ 5 ° C .
  • the number may be 10 or more and 20 or less.
  • the ceramic member 1 is preferably made of ceramics whose main component is alumina or silicon carbide.
  • the main component of the ceramic member 1 is made of ceramics of alumina or silicon carbide, the thermal conductivity can be easily increased in any case even if the second end face 1d of the ceramic member 1 is arranged to face the heater. Therefore, thermal stress along the end face is unlikely to remain.
  • the main component in the present disclosure refers to a component that accounts for 80% by mass or more of the total 100% by mass of the components constituting the ceramic.
  • each component contained in the ceramics is performed by an X-ray diffractometer using CuK ⁇ radiation, and the content of each component may be determined by, for example, an ICP (Inductively Coupled @Plasma) emission spectrometer or a fluorescent X-ray analyzer.
  • ICP Inductively Coupled @Plasma
  • the ceramic member 1 When the ceramic member 1 is made of a ceramic mainly composed of alumina, it may contain at least one of calcium, silicon and magnesium.
  • the ceramic member 1 When the ceramic member 1 is made of a ceramic containing silicon carbide as a main component, it may contain at least one of carbon and boron.
  • a main component is alumina powder, each powder of magnesium hydroxide, silicon oxide and calcium carbonate, and, if necessary, a dispersant for dispersing the alumina powder. Then, the mixture is pulverized and mixed with a ball mill, a bead mill or a vibration mill to form a slurry, a binder is added to the slurry, mixed, and then spray-dried to obtain granules mainly composed of alumina.
  • the average particle size (D 50 ) of the alumina powder is 1.6 ⁇ m or more and 2.0 ⁇ m or less, and the content of magnesium hydroxide powder in the total 100 mass% of the above powder is 0.43 to 0.53 mass%.
  • the content of silicon oxide powder is 0.039 to 0.041% by mass, and the content of calcium carbonate powder is 0.020 to 0.022% by mass.
  • a ceramic member made of ceramics whose main component is silicon carbide first add water, a dispersant and a sintering aid such as boron carbide powder and phenol resin to silicon carbide powder, and pulverize with a ball mill, bead mill or vibration mill. After mixing, a slurry is added, a binder is added to the slurry, mixed, and then spray-dried to obtain granules mainly composed of silicon carbide.
  • a dispersant and a sintering aid such as boron carbide powder and phenol resin
  • the content of the boron carbide powder may be 1% by mass or more and 3% by mass or less based on the silicon carbide powder.
  • the granules obtained by the above-described method are filled in a molding die, and a plate-like or cylindrical molded body is obtained by an isostatic press molding method (rubber press method) or the like.
  • the obtained molded body is heated in a nitrogen atmosphere for 10 hours to 40 hours, kept at 450 ° C. to 650 ° C. for 2 hours to 10 hours, and then naturally cooled to lose the binder. It becomes a defatted body.
  • the compact or degreased body When obtaining ceramics whose main component is alumina, the compact or degreased body should be kept in the air atmosphere, for example, at a firing temperature of 1500 ° C. to 1800 ° C., and held at this firing temperature for 4 hours to 6 hours. Thereby, a ceramic mainly composed of alumina can be obtained.
  • the curved portion and the straight portion not more than 0.01 (excluding 0) in ceramics whose main component is alumina, Is set to 98 MPa to 148 MPa, the firing temperature is set to 1600 ° C. to 1800 ° C., and the firing temperature is maintained for 4 hours to 6 hours.
  • the molded body or the degreased body is heated in a reduced pressure atmosphere of an inert gas such as Ar, for example, at a firing temperature of 1800 ° C. or more and 2100 ° C. or less. And for 4 hours to 6 hours, a ceramic containing silicon carbide as a main component can be obtained.
  • an inert gas such as Ar
  • the firing temperature is set to 1900 ° C. or more and 2100 ° C. or less, and the firing temperature may be maintained for 4 hours to 6 hours.
  • the relationship between the minimum value R of the curvatures R1 and R2 of each of the two curved portions and the length L1 is L1 / (L1 + 2R) ⁇ 0.5.
  • the ceramic member of the present disclosure can be used, for example, as a flow path wall or the like for flowing a fluid in various devices, or as an insulating member for a wiring board, various chambers, or the like.
  • the notch of the ceramic member of the present disclosure can be used as a fluid passage, as a stress relieving portion for relieving stress, or as a space for disposing other components.
  • the maximum stress generated in the member 1 and the fracture probability were analyzed.
  • the ceramic member 1 is placed at a predetermined position in the process chamber (a state where the end 1c of the ceramic member 1 is located outside the process chamber and the second end 1d is located inside the process chamber).
  • the stress analysis was performed on the assumption that the temperature of the substrate was 300 ° C. and the temperature of the end face 1 c was 50 ° C.
  • the dynamic elastic modulus (Young's modulus) of alumina is 360 GPa
  • the Poisson's ratio is 0.23
  • the coefficient of thermal expansion is 7.2 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.
  • the Weibull coefficient is 14
  • the three-point bending strength is 310 MPa
  • the silicon carbide is silicon carbide.
  • the minimum value R of the curvatures R1 and R2 of each of the two curved portions 3a and 3b regardless of whether the ceramic member 1 is made of alumina or ceramics containing silicon carbide as a main component.
  • the maximum stress is 153.4 MPa or less and the fracture probability is 10 ⁇ 4 or less, and all of them are low. Understand.
  • the rectangular notch 2 as shown in FIG. 7 has a shape in which the minimum value R is set to 0, and the maximum stress is further larger than the maximum stress in the condition 1.

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Abstract

本開示のセラミック部材は、第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する端面と、前記端面に位置するとともに前記第１主面から前記第２主面まで貫通する少なくとも１つの切り欠きとを有しており、前記切り欠きの少なくともいずれかは、前記第１主面からの平面視で、円弧状または楕円弧状の曲線部からなるか、円弧状または楕円弧状の二つの曲線部と、前記二つの曲線部のぞれぞれと屈曲なく接続する長さＬ１の直線部とを有し、前記二つの曲線部のぞれぞれの曲率の最小値Ｒと長さＬ１との関係が、Ｌ１／（Ｌ１＋２Ｒ）≦０．５である。

Description

セラミック部材
　本開示は、両主面を接続する端面に切り欠きを有するセラミック部材に関する。
　アルミナ、炭化ケイ素などからなるセラミックスは、機械的強度や耐熱性に優れ、また、酸やアルカリ、腐食性ガスなどに対して、強い耐食性を有することから、半導体製造装置、分析装置、加工装置などの各種装置の部材として使用される。一方で、セラミックスは、脆性材料であり、金属などの延性材料と比べて破壊靭性が低く、特に切り欠き等を有する部材は、応力集中により切り欠き等を起点として破損する場合がある。
　特許文献１には、内管の端部に熱応力を低減させるための切り欠きを形成した、高温の腐食性ガス用熱交換器が記載されている。また、特許文献２には、端部にガス抜き用の切り欠きを形成したスタッド溶接ガン用アークシールド部材が記載されている。また、特許文献３には、切り欠きの開口部先端両側のコーナー部を、斜め直線状又は円弧状に形成して、コーナー部への応力集中を防止した半導体装置用パッケージが記載されている。
　これら先行技術文献に記載された、コーナー部の曲率が０または０に限りなく近い切り欠きを、図７に示す板状のセラミック部材１１の端面１１ｃに形成すると、切り欠き１２のある側の端面１１ｃに沿って大きな引張応力が加わった場合、切り欠き１２と端面１１ｃとの接続部に応力が集中して、破壊が生じやすい。
特開２０１２－２３７５２６号公報 実開平５－８４４７１号公報 特開平６－２９１２０８号公報
　本開示のセラミック部材は、板状または筒状であり、第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する端面と、前記端面に位置するとともに前記第１主面から前記第２主面まで貫通する少なくとも１つの切り欠きとを有している。前記切り欠きの少なくともいずれかは、前記第１主面からの平面視で、円弧状または楕円弧状の曲線部からなる。
　本開示のセラミック部材は、板状または筒状であり、第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する端面と、前記端面に位置するとともに前記第１主面から前記第２主面まで貫通する少なくとも１つの切り欠きとを有している。前記切り欠きの少なくともいずれかは、円弧状または楕円弧状の二つの曲線部と、前記二つの曲線部のぞれぞれと屈曲なく接続する長さＬ１の直線部とを有し、前記二つの曲線部のぞれぞれの曲率の最小値Ｒと長さＬ１との関係が、Ｌ１／（Ｌ１＋２Ｒ）≦０．５である。
本開示の実施形態のセラミック部材の概略を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は（ｂ）の点線部内の拡大図である。 本開示の他の実施形態のセラミック部材の概略を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は（ｂ）の点線部内の拡大図である。 本開示の他の実施形態のセラミック部材の切り欠きの形状を示す拡大図である。 本開示の他の実施形態のセラミック部材の概略を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図である。 本開示の他の実施形態のセラミック部材の概略を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 本開示の他の実施形態のセラミック部材の概略を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 従来のセラミック部材の概略を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図である。
　本開示のセラミック部材について、図面を参照しながら説明する。
　図１は、本開示の実施形態のセラミック部材の概略を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は（ｂ）の点線部内の拡大図である。
　図２は、本開示の他の実施形態のセラミック部材の概略を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は（ｂ）の点線部内の拡大図である。
　図３は、本開示の他の実施形態のセラミック部材の切り欠きの形状を示す平面図である。
　図４は、本開示の他の実施形態のセラミック部材の概略を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図である。
　図５は、本開示の他の実施形態のセラミック部材の概略を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
　図６は、本開示の他の実施形態のセラミック部材の概略を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
　セラミック部材１は、板状または筒状で、第１主面１ａと、第１主面１ａに対向する第２主面１ｂと、第１主面１ａと第２主面１ｂとを接続する端面１ｃとを有し、端面１ｃに第１主面１ａから第２主面１ｂまで貫通する切り欠き２を有する。
　ここで、図１、２、４、６に示すように、セラミック部材１が板状体であれば、板状体を構成する面のうち、面積が最大となる面が第１主面１ａであり、第１主面１ａに対向する面が第２主面１ｂである。図５に示すように、セラミック部材１が筒状体であれば、第１主面１ａは筒状体の軸に平行な外側面であり、第２主面１ｂは外側面と対向する内側面である。また、セラミック部材１が板状体である場合、図１，３に示すように第１主面１ａおよび第２主面１ｂは平面であってもよく、図６に示すように、第１主面１ａおよび第２主面１ｂのそれぞれ一部が曲面であってもよい。また、図示しないが、第１主面１ａおよび第２主面１ｂのそれぞれ全部が曲面であってもよい。図１、２、４、６に示すセラミック部材１の長手方向（Ｘ方向）の長さは、例えば、３００ｍｍ以上４００ｍｍ以下であり、短手方向（Ｙ方向）の長さは、例えば、１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。
　図１、５，６に示す切り欠き２は、第１主面１ａからの平面視で、円弧状の曲線部３からなる。図示しないが、切り欠き２は、円弧状の曲線部３に代え、楕円弧状の曲線部でもよい。
　切り欠き２が円弧状の曲線部３からなる場合、最大応力は、曲線部３が切り欠き２の両側に位置する端面１ｃを接続する第１仮想平面６上にある中心軸Ｃから最も離れた点で発生するため、切り欠き２と端面１ｃとの接続点から遠くなる。
　また、切り欠き２が楕円弧状の曲線部からなる場合、最大応力は、曲線部３が切り欠き２の両側に位置する端面１ｃを接続する第１仮想平面６上にある中心軸Ｃから最も離れた点、または、曲線部３の曲率が最小となる点で発生するため、切り欠き２と端面１ｃとの接続点から遠くなる。このような観点から、切り欠き２が円弧状、楕円弧状のいずれの場合であっても、セラミック部材１の破壊確率は低減する。
　また、図２に示すセラミック部材の切り欠き２の少なくともいずれかは、第１主面１ａからの平面視で、曲率Ｒ１、Ｒ２の円弧状の二つの曲線部３ａ、３ｂと、曲線部３ａ、３ｂと屈曲なく接続する長さＬ１の直線部４とを有し、曲線部３ａ、３ｂの曲率Ｒ１、Ｒ２の最小値Ｒと長さＬ１との関係が、Ｌ１／（Ｌ１＋２Ｒ）≦０．５である。
　ここで、図２（ｄ）に示すセラミック部材１の円弧状の二つの曲線部３ａ、３ｂの曲率Ｒ１、Ｒ２は同じであるが、二つの曲線部３ａ、３ｂのそれぞれの曲率Ｒ１、Ｒ２が異なる場合、曲率Ｒは最小値を用いる。また、Ｌは切り欠き２の幅であり、Ｈは端面１ｃから直線部４までの距離、すなわち、切り欠き２の高さである。
　二つの曲線部３ａ、３ｂのそれぞれの曲率Ｒ１、Ｒ２の最小値ＲとＬ１との関係が、Ｌ１／（Ｌ１＋２Ｒ）≦０．５であれば、端面１ｃに沿って引張応力が加わった場合も、切り欠き２と端面１ｃとの交点における応力集中が低減されるので、セラミック部材１の破壊確率が低減する。
　なお、曲線部３ａ（または曲線部３ｂ）と直線部４とが屈曲なく接続するとは、曲線部３ａ（または曲線部３ｂ）と直線部４の接続部において直線部４が曲線部３ａ（または曲線部３ｂ）の接線となっていることであり、換言すると、接続部において曲線部３ａ（または曲線部３ｂ）の微分値と直線部４の微分値が一致することである。
　また、図示しないが、二つの曲線部３ａ、３ｂがいずれも楕円弧状である場合、曲線部３a、３ｂと屈曲なく接続する長さＬ１の直線部４とを有し、曲線部３ａ、３ｂの曲率Ｒ１、Ｒ２の最小値Ｒと長さＬ１との関係が、Ｌ１／（Ｌ１＋２Ｒ）≦０．５であってもよい。
　楕円の長径（長軸方向の長さ）を２ａ、短径（短軸方向の長さ）を２ｂ（ａ＞ｂ）とすると、楕円弧は、
　ｘ2／ａ2＋ｙ2／ｂ2＝１　　　（式１）
で表される。
　楕円弧の曲率が最も小さくなるのは、楕円弧の長軸の両端、ずなわち、（ｘ、ｙ）＝（ａ、０）のときであり、曲率ρは、
　ρ＝ｂ2／a      （式２）
で表される。
　また、楕円弧の曲率が最も大きくなるのは、楕円弧の短軸の両端、ずなわち、（ｘ、ｙ）＝（０、ｂ）のときであり、曲率ρは、
　ρ＝ａ2／ｂ　　　（式３）
で表される。
　ここで、曲線部３a、３ｂの曲率Ｒ１、Ｒ２の最小値Ｒと長さＬ１との関係が、Ｌ１／（Ｌ１＋２Ｒ）≦０．５であれば、端面１ｃに沿って引張応力が加わった場合、曲線部３が切り欠き２の両側に位置する端面１ｃを接続する第１仮想平面６上にある中心軸Ｃから最も離れた点、または、曲線部３の曲率が最小となる点で発生するため、切り欠き２と端面１ｃとが接続する点から遠くなり、セラミック部材１の破壊確率が低減する。
　また、図３に示すように、切り欠き２を挟む両側の端面１ｃにそれぞれ接続する二つの第２直線部５と、第２直線部５と屈曲なく接続する二つの曲線部３ａ、３ｂと、二つの曲線部３ａ、３ｂと屈曲なく接続する長さＬ１の直線部４とを有していて、曲線部３a、３ｂの曲率Ｒ１、Ｒ２の最小値Ｒと長さＬ１の関係が、Ｌ１／（Ｌ１＋２Ｒ）≦０．５であってもよい。上述した作用により、セラミック部材１の破壊確率は低減する。図３に示す、Ｌは切り欠き２の幅であり、Ｈは端面１ｃから直線部４までの距離、すなわち、切り欠き２の高さであり、Ｈ１は第２直線部５の長さである。
　二つの曲線部３ａ、３ｂのぞれぞれの曲率Ｒ１、Ｒ２の最小値ＲとＬ１との関係が、０．０５≦Ｌ１／（Ｌ１＋２Ｒ）≦０．３４であってもよい。このような関係があると、応力がさらに低減するので、好適である。
　また、図１、２に示すように、曲線部３ａ、３ｂを構成する円弧状または楕円弧状のそれぞれの中心軸Ｃ、Ｃ１、Ｃ２が、切り欠き２の両側に位置する端面１ｃを接続する第１仮想平面６上にあってもよい。あるいは、図３に示すように、曲線部３ａ、３ｂを構成する円弧状または楕円弧状のそれぞれの中心軸Ｃ１、Ｃ２が、第１仮想平面６と平行な第２仮想平面７上にあってもよい。
　このような構成であると、切り欠き２の両側に位置する端面１ｃに沿って生じる引張り応力が両側で均等になりやすいため、切り欠き２と端面１ｃとのいずれか一方の接続点に過度に引張り応力がかかることがないので、セラミック部材１の破壊確率は低減する。
　また、セラミック部材１は、図１、２に示すように平板状であってもよいし、図５に示すように筒状であってもよいし、図６に示すように曲げ板状であってもよい。
　端面１ｃに沿って引張応力が加わる使用例として、セラミック部材１に外部から荷重が加わる場合と、端面１ｃ側と、その反対側の面との間に温度分布が生じて、熱膨張差による熱応力（以下、内部応力ともいう）が加わる場合がある。セラミック部材１は、外部から荷重が加わる場合、内部応力が加わる場合、いずれの場合においても切り欠き２に生じる応力を低減することができる。
　端面１ｃに沿って引張方向の熱応力が加わるのは、端面１ｃの温度がその反対側に位置する第２端面１ｄよりも低温の場合である。例えば、半導体製造装置に用いられるプロセスチャンバ内に、第２端面１ｄがヒーター側に向くように配置される場合などが相当する。特に、図４に示すように、セラミック部材１の端面１ｃの反対側に位置する第２端面が第１主面１ａからの平面視で凹形状である場合、端面１ｃに沿って生じる引張応力が大きくなるため、本開示の切り欠き２の形状が特に有効である。
　切り欠き２は、端面１ｃ側にＣ面、Ｒ面などの面取り部を有していてもよい。このような構成であると、切り欠き２と端面１ｃの接続部においても応力集中が低減されるので、長期間に亘って用いることができる。
　第１主面１ａと第２主面１ｂとの間隔は、例えば、１ｍｍ～２０ｍｍである。なお、セラミック部材１の厚みは、少なくとも切り欠き２の近傍部において上記範囲とし、他の部位は上記範囲外としてもよい。切り欠き２の近傍部とは、第１仮想平面６上の切り欠き２の幅方向における中点を中心として、幅方向が１．２Ｌ以内であって、高さ方向が１．２Ｈ以内の範囲をいう。
　また、端面１ｃのビッカース硬度の変動係数が０．０１以下であってもよい。
　端面１ｃのビッカース硬度の変動係数がこの範囲であると、端面１ｃやその周辺における格子振動の速度が早く、しかも、安定するので、熱伝導率が高くなり、熱が加わっても、端面１ｃやその周辺に生じる温度分布のばらつきを抑制することができる。
　また、曲線部３（３ａ、３ｂ）および直線部４の少なくともいずれかのビッカース硬度の変動係数が０．０１以下であってもよい。
　曲線部３（３ａ、３ｂ）および直線部４の少なくともいずれかのビッカース硬度の変動係数がこの範囲であると、この範囲である曲線部３や直線部４における格子振動の速度が早く、しかも、安定するので、熱伝導率が高くなり、熱が加わっても、端面１ｃやその周辺に生じる温度分布のばらつきを抑制することができる。
　端面１ｃ、曲線部３（３ａ、３ｂ）および直線部４の測定部位毎のビッカース硬度の平均値は、１５ＧＰａ以上であるとよい。
　端面１ｃ、曲線部３（３ａ、３ｂ）および直線部４のそれぞれのビッカース硬度は、ＪＩＳ　Ｒ　１６１０：２００３（ＩＳＯ　１４７０５：２０００（ＭＯＤ））に準拠して測定すればよく、例えば、自動微小硬さ試験システム（(株)マツザワ製、ＡＭＴ－ＸＦ７Ｓ）を用い、試験力を９．８０７Ｎ、試験力を保持する時間を１５秒、試験温度を２３℃±５℃として、測定部位毎に、測定数を１０以上２０以下とすればよい。
　セラミック部材１は、主成分がアルミナまたは炭化ケイ素であるセラミックスからなるとよい。セラミック部材１の主成分がアルミナまたは炭化ケイ素であるセラミックスからなると、セラミック部材１の第２端面１ｄがヒーター側に向くように配置されても、いずれも熱伝導率を容易に高くすることができるので、端面に沿う熱応力が残留しにくくなる。
　本開示における主成分とは、セラミックスを構成する成分の合計１００質量％における８０質量％以上を占める成分をいう。
　セラミックスに含まれる各成分の同定は、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折装置で行い、各成分の含有量は、例えばＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析装置または蛍光Ｘ線分析装置により求めればよい。
　セラミック部材１が、アルミナを主成分とするセラミックスからなる場合、カルシウム、珪素およびマグネシウムの少なくともいずれかを含んでいてもよい。
　セラミック部材１が、炭化ケイ素を主成分とするセラミックスからなる場合、炭素およびホウ素の少なくともいずれかを含んでいてもよい。
　次に、本開示のセラミック部材の製造方法の一例を説明する。
　主成分がアルミナであるセラミックスからなるセラミック部材を得る場合、まず、主成分であるアルミナ粉末と、水酸化マグネシウム、酸化珪素および炭酸カルシウムの各粉末と、必要に応じてアルミナ粉末を分散させる分散剤と、ボールミル、ビーズミルまたは振動ミルで粉砕、混合してスラリーとし、このスラリーにバインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥してアルミナを主成分とする顆粒する。
　ここで、アルミナ粉末の平均粒径（Ｄ50）は１．６μｍ以上２．０μｍ以下であり、上記粉末の合計１００質量％における水酸化マグネシウム粉末の含有量は０．４３～０．５３質量％、酸化珪素粉末の含有量は０．０３９～０．０４１質量％、炭酸カルシウム粉末の含有量は０．０２０～０．０２２質量％である。
　主成分が炭化ケイ素であるセラミックスからなるセラミック部材を得る場合、まず、炭化ケイ素粉末に水、分散剤および炭化硼素粉末、フェノール樹脂等の焼結助剤を加え、ボールミル、ビーズミルまたは振動ミルで粉砕、混合してスラリーとし、このスラリーにバインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥して炭化ケイ素を主成とする顆粒を得る。
　炭化硼素粉末の含有量を炭化珪素粉末に対して、１質量％以上３質量％以下とすればよい。
　次に、上述した方法によって得た顆粒を成形型に充填して、静水圧プレス成形法（ラバープレス法）等により、板状または筒状の成形体を得る。
　得られた成形体は必要に応じて、窒素雰囲気中、１０時間～４０時間で昇温し、４５０℃～６５０℃で２時間～１０時間保持した後、自然冷却することによってバインダーが消失して脱脂体となる。
　主成分がアルミナであるセラミックスを得る場合には、成形体または脱脂体を大気雰囲気中で、例えば、焼成温度を１５００℃以上１８００℃以下とし、この焼成温度で４時間以上６時間以下保持することによって、アルミナを主成分とするセラミックスを得ることができる。
　主成分がアルミナであるセラミックスであって、端面、曲線部および直線部の少なくともいずれかのビッカース硬度の変動係数が０．０１以下（但し、０を除く。）であるとするには、成形圧を９８ＭＰａ以上１４８ＭＰａとした上で、焼成温度を１６００℃以上１８００℃以下とし、この焼成温度で４時間以上６時間以下保持すればよい。
　主成分が炭化ケイ素であるセラミックスを得る場合には、成形体または脱脂体をＡｒ等の不活性ガスの減圧雰囲気中で、例えば、焼成温度を１８００℃以上２１００℃以下とし、で、この焼成温度で４時間以上６時間以下保持することによって、炭化珪素を主成分とするセラミックスを得ることができる。
　主成分が炭化ケイ素であるセラミックスであって、端面、曲線部および直線部の少なくともいずれかのビッカース硬度の変動係数が０．０１以下（但し、０を除く。）であるとするには、成形圧を９８ＭＰａ以上１４８ＭＰａとした上で、焼成温度を１９００℃以上２１００℃以下とし、この焼成温度で４時間以上６時間以下保持すればよい。
　これらのセラミミックスの端面に、例えば、二つの曲線部のぞれぞれの曲率Ｒ１、Ｒ２の最小値Ｒと長さＬ１との関係が、Ｌ１／（Ｌ１＋２Ｒ）≦０．５となるように、研削加工を施すことによって、本開示のセラミック部材を得ることができる。
　以上、本開示のセラミック部材について説明したが、本開示は前述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。
　本開示のセラミック部材は、例えば、各種装置における流体を流すための流路壁等として、あるいは配線基板や各種チャンバー等の絶縁部材として用いることができる。また、本開示のセラミック部材の切り欠きは、流体の通路として、応力を緩和するための応力緩和部として、あるいは他の部品を配置するためのスペースとして用いられ得る。
　図２（ａ）～（ｃ）に示す板状形状で、切り欠き２が図３に示す形状のセラミック部材１について、切り欠き２の寸法が表１に示す条件１～９とした場合のセラミック部材１に発生する最大応力と破壊確率を解析した。なお、セラミック部材１の厚みとなる、第１主面１と第２主面２との間隔を２．５４ｍｍとした。
　セラミック部材１はプロセスチャンバ内の所定位置（セラミック部材１の端部１ｃがプロセスチャンバの外側に位置し、第２端部１ｄがプロセスチャンバの内側に位置する状態）に載置し、プロセスチャンバ内の温度を３００℃、端面１ｃの温度を５０℃とした条件を想定して応力解析を行なった。また、アルミナの動的弾性率（ヤング率）を３６０ＧＰａ、ポアソン比を０．２３、熱膨張率を７．２×１０-6／℃、ワイブル係数を１４、３点曲げ強度を３１０ＭＰａ、炭化ケイ素の動的弾性率（ヤング率）を４４０ＧＰａ、ポアソン比を０．１７、熱膨張率を３．７×１０-6／℃、ワイブル係数を８、３点曲げ強度を４５０ＭＰａとし、有効体積は、解析結果で、応力が最大主応力の正値で上位十分の一となる領域の体積の概算とした。結果を表１に示す。なお、直線部４を有する条件１～８で、最大応力は曲線部３ａ（または曲線部３ｂ）と直線部４との接続部近くで発生した。直線部４を有さない条件９（すなわち図１（ｄ）の構成である）では、最大応力は、曲線部３のうち端部１ｃから最も離れた場所で発生した。
　表１の判定欄では、破壊確率が１０-4よりも大きい条件を△、破壊確率が１０-4以下で１０-5よりも大きい条件を○、破壊確率が１０-5以下の条件を◎とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、セラミック部材１がアルミナ、炭化ケイ素を主成分とするセラミックスいずれの場合であっても、二つの曲線部３ａ、３ｂのぞれぞれの曲率Ｒ１、Ｒ２の最小値Ｒと長さＬ１との関係がＬ１／（Ｌ１＋２Ｒ）≦０．５である条件１～８は、最大応力が１５３．４ＭＰａ以下、破壊確率が１０-4以下となっており、いずれも低いことがわかる。
　また、二つの曲線部３ａ、３ｂのぞれぞれの曲率Ｒ１、Ｒ２の最小値Ｒと長さＬ１との関係が０．０５≦Ｌ１／（Ｌ１＋２Ｒ）≦０．３４である条件３～７は、さらに最大応力と破壊確率が低下し、特に、セラミック部材１がアルミナを主成分とするセラミックスからなる場合、破壊確率が１０-5以下とさらに低くなっていることがわかる。
　ちなみに、図７に示すような矩形形状の切り欠き２は、最小値Ｒを０とした形状であり、最大応力は、条件１の最大応力よりもさらに大きくなる。
１　　　セラミック部材
１ａ　　第１主面
１ｂ　　第２主面
１ｃ　　端面
１ｄ　　第２端面
２　　　切り欠き
３　　　曲線部
４　　　直線部
５　　　第２直線部
６　　　第１仮想平面
７　　　第２仮想平面

Claims (8)

  1. 　第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する端面と、前記端面に位置するとともに前記第１主面から前記第２主面まで貫通する少なくとも１つの切り欠きとを有しており、前記切り欠きの少なくともいずれかは、前記第１主面からの平面視で、円弧状または楕円弧状の曲線部からなる、板状または筒状のセラミック部材。
  2. 　第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する端面と、前記端面に位置するとともに前記第１主面から前記第２主面まで貫通する少なくとも１つの切り欠きとを有しており、前記切り欠きの少なくともいずれかは、前記第１主面からの平面視で、円弧状または楕円弧状の二つの曲線部と、前記二つの曲線部のそれぞれと屈曲なく接続する長さＬ１の直線部とを有し、前記二つの曲線部のぞれぞれの曲率の最小値Ｒと長さＬ１との関係が、Ｌ１／（Ｌ１＋２Ｒ）≦０．５である、板状または筒状のセラミック部材。
  3. 　前記二つの曲線部のぞれぞれの曲率の最小値Ｒと長さＬ１との関係が、０．０５≦Ｌ１／（Ｌ１＋２Ｒ）≦０．３４である、請求項２に記載のセラミック部材。
  4. 　前記曲線部を構成する前記円弧または前記楕円弧のそれぞれの中心軸が、前記切り欠きの両側に位置する前記端面を接続する第１仮想平面上または該第１仮想平面と平行な第２仮想平面上にある、請求項１から３のいずれかに記載のセラミック部材。
  5. 　前記第１主面と前記第２主面との間隔が１ｍｍ～２０ｍｍである、請求項１から４のいずれかに記載のセラミック部材。
  6. 　前記端面のビッカース硬度の変動係数が０．０１以下（但し、０を除く。）である請求項１から５のいずれかに記載のセラミック部材。
  7. 　前記曲線部および前記直線部の少なくともいずれかのビッカース硬度の変動係数が０．０１以下（但し、０を除く。）である請求項１から６のいずれかに記載のセラミック部材。
  8. 　主成分がアルミナ、または炭化ケイ素であるセラミックスからなる、請求項１から７のいずれかに記載のセラミック部材。
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