材料
精密エンジニアリングセラミックス
高性能工業用セラミックス——アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、炭化ケイ素——半導体・高温・耐摩耗用途向けに精密加工。
図冠半導体の精密エンジニアリングセラミックス
精密セラミックスは、石英ガラス（化学的純粋性、低熱膨張）と金属（高熱伝導性、靭性）の間の性能ギャップを埋めます。選択するグレードに応じて、工業用セラミックスは以下を提供します：
- 極高硬度と耐摩耗性（Al₂O₃、SiC）
- 熱衝撃耐性（Si₃N₄）
- 高温での電気絶縁性（Al₂O₃、BN）
- 高熱伝導率（BN、SiC）
- プラズマおよび腐食環境での化学的不活性
アルミナ — Al₂O₃
アルミナを選ぶ理由
アルミナは工業用セラミックスの主力材料です。≥ 99.5%の純度では、高硬度、1600°Cまでの電気絶縁性、優れた耐薬品性を、コスト効率の高い価格で兼ね備えています。
| 特性 | 96% Al₂O₃ | 99.5% Al₂O₃ | 99.9% Al₂O₃ |
|---|---|---|---|
| 密度 | 3.72 g/cm³ | 3.89 g/cm³ | 3.96 g/cm³ |
| 硬度 | 1100 HV | 1400 HV | 1600 HV |
| 曲げ強度 | 300 MPa | 380 MPa | 500 MPa |
| 最高使用温度（大気中） | 1500°C | 1600°C | 1700°C |
| 熱伝導率 | 17 W/(m·K) | 28 W/(m·K) | 35 W/(m·K) |
| 絶縁破壊電界 | 8 kV/mm | 10 kV/mm | 12 kV/mm |
| 体積抵抗率（RT） | > 10¹⁴ Ω·cm | > 10¹⁴ Ω·cm | > 10¹⁴ Ω·cm |
半導体向け代表的用途：
- ウェーハキャリアおよびボート（石英が汚染源となるプロセス向け）
- アイソレーションリングおよびスペーサー
- 高温電気絶縁体
- プラズマ耐性チャンバーライナー
窒化ケイ素 — Si₃N₄
窒化ケイ素を選ぶ理由
Si₃N₄は高強度、優れた熱衝撃耐性、適度な熱伝導率を兼ね備え、急激な熱サイクルを伴う用途向けのプレミアムセラミックです。
| 特性 | 値 |
|---|---|
| 密度 | 3.20〜3.25 g/cm³ |
| 硬度 | 1400〜1700 HV |
| 曲げ強度 | 700〜1000 MPa |
| 破壊靭性（KIC） | 5〜7 MPa·m½ |
| 最高使用温度（中性雰囲気） | 1400°C |
| 熱伝導率 | 20〜80 W/(m·K) |
| 熱膨張係数 | 3.0〜3.5 × 10⁻⁶/°C |
| 熱衝撃耐性（ΔT） | > 500°C |
アルミナに対する主な優位点： Si₃N₄は破壊靭性が2〜3倍高く、熱衝撃下での割れリスクが大幅に低減されます。これは急加熱・急冷却にさらされる部品に不可欠です。
代表的用途：
- ウェーハハンドリングピンおよびエンドエフェクター
- 高サイクル熱処理部品
- 高温機器の軸受要素
- ブラスト加工ノズルおよび耐摩耗ライナー
窒化ホウ素 — BN（六方晶）
窒化ホウ素を選ぶ理由
六方晶BN（h-BN）は構造的にグラファイトに類似しており——層状、自己潤滑性、容易に加工可能——優れた電気絶縁性と高熱伝導率を持ちます。
| 特性 | 値 |
|---|---|
| 密度 | 1.9〜2.1 g/cm³ |
| 硬度 | 50〜60 HV（非常に軟らかく、通常工具で加工可能） |
| 最高使用温度（不活性雰囲気） | 2000°C |
| 最高使用温度（酸化雰囲気） | 850°C |
| 熱伝導率 | 25〜60 W/(m·K)（プレス方向に垂直） |
| 熱膨張係数 | 0.5〜6.5 × 10⁻⁶/°C（強い異方性） |
| 絶縁破壊電界 | 35〜65 kV/mm |
| 耐薬品性 | ほとんどの金属およびスラグに対して優秀 |
主な優位点：
- 優れた被削性 — 標準超硬工具で厳しい公差まで加工可能
- 非濡れ性 — 溶融金属とガラスがBNに付着しない
- 高電気絶縁性＋高熱伝導率（稀な組み合わせ）
代表的用途：
- 高温坩堝および蒸着ボート
- ヒーターサポートチューブおよび絶縁体
- CVD装置内の拡散バリア
- 熱電対保護管
炭化ケイ素 — SiC
炭化ケイ素を選ぶ理由
SiCは提供する4種類のセラミックグレードの中で最高の硬度を持ち、極高温での優れた熱伝導率と熱衝撃耐性を示します。
| 特性 | 反応焼結SiC | 常圧焼結SiC |
|---|---|---|
| 密度 | 3.05〜3.10 g/cm³ | 3.10〜3.15 g/cm³ |
| 硬度 | 2200〜2600 HV | 2500〜2700 HV |
| 曲げ強度 | 350〜450 MPa | 400〜550 MPa |
| 最高使用温度（不活性） | 1380°C | 1650°C |
| 熱伝導率 | 110〜150 W/(m·K) | 80〜120 W/(m·K) |
| 熱膨張係数 | 4.0〜4.5 × 10⁻⁶/°C | 4.0〜4.5 × 10⁻⁶/°C |
代表的用途：
- RTP（急速熱処理）サセプターおよびキャリア
- 極限のプラズマ耐性が必要なエッチングリング代替品
- 高温ノズルおよび耐摩耗部品
- 熱交換器およびバーナーノズル
エンジニアリングセラミックスの加工
4種類のセラミックグレードすべてにダイヤモンド工具加工が必要です。加工能力：
| 工程 | アルミナ | Si₃N₄ | BN | SiC |
|---|---|---|---|---|
| 公差（精密フィーチャー） | ±0.02 mm | ±0.02 mm | ±0.05 mm | ±0.03 mm |
| 表面粗さ | Ra 0.4〜1.6 μm | Ra 0.4〜0.8 μm | Ra 1.6〜3.2 μm | Ra 0.4〜1.6 μm |
| ドリル加工（最小穴径） | 0.8 mm | 1.0 mm | 0.5 mm | 1.0 mm |
| 最大部品寸法 | 400 mm | 300 mm | 300 mm | 300 mm |
| 研削（OD/フラット） | ✓ | ✓ | 限定 | ✓ |
| 焼結 / HIP | 外注 | 外注 | 外注 | 外注 |
注意： BNは通常の超硬工具またはハイス工具で加工できる点が独自の特徴で、高価なダイヤモンド工具なしに迅速なプロトタイピングと複雑な形状加工が可能です。
材料選定ガイド
| 要件 | 推奨グレード |
|---|---|
| 1600°Cでの最高純度電気絶縁 | Al₂O₃ 99.9% |
| 最高の熱衝撃耐性 | Si₃N₄ |
| 加工性＋絶縁性＋熱伝導性 | h-BN |
| 最高硬度＋高温での最高熱伝導率 | SiC |
| コスト効率の高い汎用セラミック | Al₂O₃ 96% |
最適なグレードについてご不明な点がございましたら、使用条件をお知らせください。エンジニアが最適なソリューションをご提案します。