氧化锆韧化的氧化铝ESD安全陶瓷组合物、元件、及其制造方法技术

一种ＥＳＤ安全陶瓷元件，它由一种烧结的组合物形成，所述烧结的组合物包含：　　　　由氧化锆韧化的氧化铝形成的基本材料，它包含由Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］组成的主要成分和由ＺｒＯ↓［２］组成的次要成分，其中，所述ＺｒＯ↓［２］包含四方晶系ＺｒＯ↓［２］；　　　　电阻率调节剂，用以减小所述基本材料的电阻率。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Zirconia toughened alumina ESD safety ceramic composition, element and process for producing the same

A ESD ceramic element, which is formed by a combination of sintering, the sintering of the composition consists of a basic material of zirconia toughening of alumina is formed, it contains the main components of the Al: 2 O: 3. And by 2 ZrO down the main points. Among them, the ZrO, down 2 contains the tetragonal ZrO 2 case; resistivity regulator, to reduce the use of the basic material resistivity.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及静电放电(ESD)安全陶瓷(有时称为“ESD耗散陶瓷”或“ESD陶瓷”)组合物、元件、及其形成方法，具体涉及基于氧化锆韧化的氧化铝(ZTA)材料的ESD安全陶瓷元件。
技术介绍
在静电放电(ESD)安全陶瓷领域中，已经开发出各种组合物，意在将对静电放电敏感的最终用途的材料重要的电、热和机械性能集合在一起。最值得注意的是，已经研发出了用于对ESD敏感的环境中的氧化锆系材料。一般而言，氧化锆是转变韧化的，含有稳定剂以部分地稳定四方晶体结构形式的氧化锆。在各种韧化的氧化锆中，四方晶体部分稳定的氧化锆平衡了下述各种性能，包括高强度、断裂韧度、耐蚀性、以及极好的可机械加工性能。由于这些原因，已经将四方晶体部分稳定的氧化锆用于金属成形工具、刮刀/刀片、操作工具(例如，镊子)、以及光纤连接器(管接头)，并且已经获得了替代工具钢、不锈钢、特种合金和胶接碳化钨(WC)的最新用途。但是，由于韧化的氧化铝是个电绝缘体，其体积电阻率大于1012欧姆-厘米，故不是特别适合于ESD安全用途。在这方面，可通过参阅来自ESD协会的公开信息来找到有关改进的ESD材料所需的技术背景。例如，参见www.esda.org. 近来，本领域中对于不仅具有所需的ESD性能，还具有所需的热膨胀性能、挠曲强度、韧性、硬度、耐磨性以及其它性能的ESD耗散元件或ESD安全元件的需求不断增加。有一些要求严格的商业用途，例如用于微电子用途的粘合接点、用于磁-电阻头制造的操作工具、结合毛细管、以及类似的用途，对于ESD安全材料的有些需求正是由为这些用途寻求材料引起的。在这方面，已经发现氧化锆系陶瓷，包括氧化锆系ESD陶瓷缺乏某些要求严格的工具用途所需的足够的刚性、硬度、耐磨性和抗磨损性。另外，也已经发现，氧化锆系ESD陶瓷可能不具有合适的导热性和热膨胀性能。因此，基于上述，本专利技术人已经认识到，本领域中需要可特别用于需要独特的机械、结构和电性能的要求严格的用途的改进的材料。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，ESD安全陶瓷元件包括由基本材料和电阻率调节剂形成的烧结组合物。所述基本材料包含一主要成分和一次要成分，所述主要成分是Al2O3，所述次要成分是四方晶系ZrO2。根据本专利技术的另一个特征，提供了一种形成ESD安全陶瓷元件的方法，其中，陶瓷生坯在较低的温度如低于约1400℃进行致密化。在这方面，所述陶瓷生坯由基本材料和电阻率调节剂形成，所述基本材料包含由Al2O3组成的主要成分，以及由四方晶系ZrO2组成的次要成分。根据本专利技术的再一个特征，提供了一种形成ESD安全陶瓷元件的方法，其中，将基本材料和电阻率调节剂混合在一起，然后成形为陶瓷生坯，接着烧结所述陶瓷生坯。在这方面，所述基本材料，如前述，包含Al2O3和四方晶系ZrO2。重要的是，根据本专利技术的一个方面，四方晶系ZrO2含有一种稳定剂，所述稳定剂在与所述电阻率调节剂混合之前(当然是在形成所述陶瓷生坯之前)就存在并与四方晶系ZrO2形成了预合金。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种形成ESD安全陶瓷元件的方法，其中，对包含基本材料和电阻率调节剂的陶瓷生坯如前述进行烧结，随后通过退火操作调节电阻率。根据本专利技术的另一个方面，ESD安全陶瓷结合工具由包含基本材料和电阻率调节剂的烧结的组合物形成。所述基本材料由氧化锆韧化的氧化铝形成，所述电阻率调节剂由过渡金属氧化物形成。所述工具的密度不小于其理论密度的约98％，体积电阻率在约106-109欧姆/厘米的范围内。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种形成陶瓷元件的方法，它包括在热等静压(HIPing)环境中对陶瓷生坯进行热等静压，在一个局部环境中提供陶瓷元件，在该局部环境中操作气体物质的分压大于HIPing环境中操作气体物质的分压。即，与进行HIPing的整个HIPing环境相比，在局部环境中操作气体物质通常较浓。附图说明图1是根据本专利技术一个实施方式的结合工具的透视图。图2是所述结合工具的侧视图，包括用来进行结合操作的超声波波发生器。图3示出了根据本专利技术一个实施方式进行HIPing的坩埚结构图。图4是图3所示坩埚结构的分解截面图，还包含了吸气材料。具体实施例方式提交于2001年11月19日，共同转让给本受让人的待审美国专利申请09/988,894的主题内容参考结合于本文中。根据本专利技术的一个方面，ESD安全陶瓷元件是由包括基本材料和电阻率调节剂的烧结的组合物形成的。在这方面，所述基本材料由氧化锆韧化的氧化铝(ZTA)形成。所述氧化锆韧化的氧化铝包含由氧化铝(Al2O3)组成的主要成分以及由氧化锆(ZrO2)组成的次要成分。通常，ZrO2包括至少三个相，包括单斜晶系、四方晶系和立方晶系。较佳地，根据本专利技术的一个实施方式，所述氧化锆含有四方晶系氧化锆，但是也可以存在单斜晶系和立方晶系的相。在这方面，在某些实施方式中，一定比例的单斜晶系的相可能是转变韧化性能所需要的。通常，所述氧化锆含有至少75体积％的四方晶系氧化锆，例如至少85体积％四方晶系氧化锆。由于氧化锆的四方晶系形式在室温下通常被认为是不稳定的，所以一般要在氧化锆材料的晶体结构(即晶格)中存在稳定剂。所述稳定剂可选自许多材料中的一种，包括稀土氧化物，如氧化钇、二氧化铈和/或氧化钪。虽然稳定剂相对于氧化锆的含量取决于所使用的具体稳定剂，但是稳定剂的含量相对于氧化锆一般约为1-8mol％，更普遍的是约2-4.5mol％。根据一个实施方式，在加入电阻率调节剂之前，在形成ESD安全陶瓷元件之前，使氧化锆稳定。在早期加入稳定剂通常被称为对氧化锆材料“预合金化”。理想的是对氧化锆进行预合金化，以防止高温烧结过程中发生不良的化学反应。例如，这些不良的化学反应会导致所述元件的机械、热和电性能下降，例如由于形成不合适的相而不利地改变元件的电阻率。现在讨论基本材料，根据本专利技术的一个实施方式，氧化铝的含量比氧化锆的含量高。氧化铝与氧化锆的比例可超过55∶45，以体积％计，例如不小于60∶40。其它实施方式包括氧化铝与氧化锆的比例更高的情况，例如不小于约70∶30和75∶25。通常，作为基本材料的主要成分的氧化铝形成了主相，在本领域中有时称为基本材料的基质相。在一个实施方式中，次要成分氧化锆精细而均匀地分散在主相中。如上所述，次相是由四方晶系氧化锆形成的。但是，也可存在另外的相，例如氧化锆的单斜晶系和立方晶系相。现在讨论电阻率调节剂，通常，使用电阻率调节剂是为了减小元件的体积电阻率和表面电阻率。最普遍地，电阻率调节剂的含量相对于基本材料计约为5-40体积％。根据使用的具体电阻率调节剂，也可使用较窄的含量范围，例如约5-30体积％，或者约10-30体积％。所述电阻率调节剂可增加或减小电阻率，但是一般用来减小元件的电阻率，包括体积电阻率和表面电阻率。在一种实施方式中，电阻率调节剂采用导电颗粒的形式。较佳地，所述调节剂不与氧化铝和/或氧化锆反应。例如，ZnO可能与氧化铝基本材料反应形成非导电性ZnAl2O4(铝酸锌)，而这是不好的。下面是可考虑用于本专利技术实施方式中的电阻率调节剂的许多物质。碳化物(B4C、SiC、TiC、Cr4C、VC、ZrC、TaC、WC、石墨、碳)；氮化物(TiN、ZrN、HfN)；硼化物(TiB2、Zr本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：權五熏，C·库雷奥，R·A·戈斯基，M·A·辛普森，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：