CN101644540B - 烧成用载置器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种烧成用载置器，解决了：在含有低熔点金属氧化物的部件的烧成时，由低熔点金属氧化物和载置器成分的化学反应引起载置器的结晶项结构由以往的刚玉型晶体结构转变成尖晶石型晶体结构，并由该变化引发的应力产生载置器的弯曲或载置器表层的剥离这样的问题。一种烧成用载置器，含有基材(3)和涂层，通过使该涂层预先为尖晶石型晶体结构，可以防止部件烧成时改变涂层的晶体结构。

Description

烧成用载置器

技术领域

本发明涉及一种烧成用载置器。

背景技术

作为电子部件烧成用载置器，除了要求耐热性或机械强度以外，还要求不与烧成的陶瓷电子部件发生反应。以往，作为具有这样特性的载置器可以使用，在氧化铝系、莫来石系的基材的表面形成由氧化铝构成的中间层，进一步在其表面被覆氧化锆的载置器(专利文件1)。

近年来，受到减少各企业二氧化碳排出量方针的影响，陶瓷电容器等的陶瓷电子部件制造中，也在进行在低温下具有可烧成组成的部件的开发。这些在低温下具有可烧成组成的部件的特点为含有BaO、MnO、CaO、SrO、NiO等的低熔点金属氧化物。

这些低熔点金属氧化物可以进行部件的低温烧成，但是烧成部件时扩散到载置器的表层或中间层，在这里由化学反应引起载置器的变质，成为引发新问题的主要原因。

具体的，作为上述的3层构造载置器的中间层一般使用Al₂O₃，虽然可以形成由刚玉型结构由来的晶体结构，但是，Al₂O₃与碱性成分的反应性高，例如，和所述的BaO反应，生成BaAlO₄或BaAl₁₂O₁₉。该化学反应使具有以往的刚玉型晶体结构的中间层的晶体结构向尖晶石型晶体结构转变。在由刚玉型的晶体结构向尖晶石型晶体结构转变的晶体部分中晶轴延伸，作为结果，中间层膨胀，在这里产生应力。产生由该应力引起的载置器的弯曲或载置器表层的剥离这样的现象，造成载置器的寿命变短的问题。

专利文献1：特开2007-15882号公报

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种在含有低熔点金属氧化物部件的烧成时不产生载置器的弯曲或载置器表层的剥离这样的问题的烧成载置器。

为了解决上述问题而制成的本发明涉及的烧成用载置器，是一种由基材和涂层构成的烧成用载置器，其特征在于，该涂层具有尖晶石型晶体结构。

技术方案2所述的发明为一种根据技术方案1所述的烧成用载置器，其中，所述基材由氧化铝或/和莫来石构成，所述涂层由在基材表面形成的中间层和形成在中间层表面上的表层构成，该表层由与被烧成物的反应性弱的材质构成。

技术方案3所述的发明为一种根据技术方案2所述的烧成用载置器，其中，中间层以氧化铝为主要成分，由含有Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba中至少一种的尖晶石型晶体结构的晶体构成。

这里所说的尖晶石型晶体结构是指以MgAl₂O₄为代表的晶体结构。

技术方案4所述的发明为一种根据技术方案3所述的烧成用载置器，其中，中间层含有Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba中至少一种元素，且该至少一种元素的含量为0.1～60重量％。

技术方案5所述的发明为一种根据技术方案4所述的烧成用载置器，其中，中间层由含有Na、K、Ca、Sr、Ba中至少一种元素的β氧化铝型晶体结构的结晶形成，且该至少一种元素的含量为0.1～25重量％。

这里，β氧化铝型晶体结构是指含有Al成分、O成分和Na、K、Ca、Sr、Ba成分中的任何一种，在晶体结构中为单纯的六方晶，且为P63/mmc(194)的空间群的晶体结构。

技术方案6所述的发明为一种，根据技术方案2～5中任一项所述的烧成用载置器，其中，中间层的厚度为20～500μm。

技术方案7所述的发明为一种，根据技术方案2～6中任一项所述的烧成用载置器，其中，表层的主成分为稳定化的氧化锆或锆酸盐。

技术方案8所述的发明为一种，根据技术方案2～7中任一项所述的烧成用载置器，其中，表层的厚度为20～500μm。

本发明涉及的烧成用载置器，在由基材和涂层构成的烧成用载置器中通过预先使涂层具有尖晶石型晶体结构，在烧成含有低熔点金属氧化物的部件时，可以消除由以往的刚玉型晶体结构的涂层所产生的问题(由化学反应生成的中间层由刚玉型晶体结构变成尖晶石型晶体结构，由此产生的应力，引起产生载置器的弯曲或载置器表层的剥离这样的现象，载置器的寿命变短的问题)。

附图说明

图1为本发明的烧成用载置器的截面说明图。

符号说明

1表层

2中间层

3基材

具体实施方式

本发明的烧成用载置器在由基材和涂层构成的烧成用载置器中，涂层具有尖晶石型晶体结构。图1显示了本发明的一个实施方式。以下，如图1所示，说明有关本发明的实施方式，其中，基材3由氧化铝或/和莫来石构成，所述涂层由中间层2和表层1构成，该中间层2形成在基材3表面，该表层1由与被烧成物的反应性弱的材质构成。

构成本发明的中间层2优选以Al成分为主要成分，作为其他成分含有O、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba中至少一种元素，但是只要是具有尖晶石型晶体结构的物质即可，不特别限定于这些物质。本发明的中间层2的晶体结构，从形成中间层2时起就具有尖晶石型构造。因此，电子部件烧成时，由部件由来的BaO、MnO、CaO、SrO、NiO等的低熔点金属氧化物即使扩散到涂覆层(表层1或中间层2)时，通过这些低熔点金属氧化物和氧化铝的化学反应，中间层2的晶体结构也不会从刚玉型晶体结构变化成尖晶石型晶体结构，可以有效的防止由晶体结构的变化而引起的应力发生，或伴随应力发生而引起的载置器的弯曲或涂层的剥离导致载置器的短寿命化。

另外，构成本发明的中间层2优选通过烧结(焼き付け)或等离子火焰喷涂而形成。构成本发明的中间层2的厚度优选为20～500μm，如果考虑窑具轻量化的角度出发，进一步优选为100～300μm。这是因为，如果中间层2的厚度在20μm以下时，被认为有引起部件变性的倾向。考虑是因为由基材由来的二氧化硅成分不被阻隔在中间层中，而透过中间层到达表层表面。而另一方面，中间层的厚度为500μm以上时，变得难于形成中间层2本身。

构成本发明的中间层2优选具有尖晶石型晶体结构，且含有Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba，且含量为0.1～60重量％，进一步优选具有β氧化铝型晶体结构，且含有Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba，且含量为0.1～25重量％。如果Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba的含量不到0.1质量％，则中间层的晶体结构不能取得尖晶石型晶体结构或β氧化铝型晶体结构，只能是刚玉型晶体结构。刚玉型晶体结构的结晶体由于与部件成分反应而引起晶体结构变化，因此，不能有效的防止载置器的涂层剥离。而另一方面，Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba的含量超过60质量％时，Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba的含量变得过剩，得不到涂层需要的充足的硬度，变得难于形成中间层本身。因此，长时间使用载置器时，变得容易产生Na、K、Ca、Sr、Ba成分的转移，有对部件产生坏影响的忧虑。

因此，从中间层自身的形成和对部件的坏影响的观点出发，构成本发明的中间层2优选具有上述构成。特别通过具有含0.1～25重量％的Ba的β氧化铝型晶体结构，即使在高温使用条件下，也很少会有成分的移动、结晶形态的变化，可以制成能长时间使用的烧成用载置器。

进一步，构成本发明的表层1的主成分，优选由稳定化的氧化锆或锆酸盐构成。在这里，本发明中使用的表层1必须是和电子部件材料的被烧成体反应性弱的材质，可以根据被烧成体的种类改变其材质。

另外，构成本发明的表层1的厚度优选为20～500μm。从尽量减少和被烧成体反应而产生的余留膨胀等的应力的点出发，进一步优选为50～150μm。

进一步，构成本发明基材3的主成分优选具有优异耐剥落性和耐弯曲性(耐ベント性)的氧化铝或莫来石。

然后，本发明的烧成用窑具的制造方法为首先用烧结或等离子火焰喷涂在基材3上形成中间层2后，在制成的中间层2的上面通过喷涂烧结(スプレ一コ一ト焼き付け)或等离子火焰喷涂形成表层1，从而在基材上形成涂层。

这里，火焰喷涂是指通过加热金属或陶瓷的细微粉末(以下，称为火焰喷涂材料)成熔融状态，吹到对象物的表面上，而形成喷涂被膜的方法。虽然存在由加热的方法而使用燃烧火焰气体的火焰喷涂，使用电弧的电弧喷涂等种种方法，但是，本发明优选通过使用等离子体喷枪的等离子火焰喷涂形成中间层2的火焰喷涂被膜。

本发明特别优选在等离子火焰喷涂中使用水等离子火焰喷涂(水稳定化等离子火焰喷涂)。这是因为，由气体等离子火焰喷涂而形成的喷涂被膜的最大膜厚为300μm左右，而通过水(稳定化)等离子火焰喷涂可以形成最大膜厚为1000μm左右的厚的被膜。另外，水(稳定化)等离子火焰喷涂由于相对比较多孔性，可以形成表面粗化的被膜，且由提高与基材3的密合性的角度出发也是优选的。

实施例

以下，通过实施例具体说明本发明，但是本发明不受这些实施例的限定。

实施例1～13，比较例1～5

用以下所示的方法，制作各自的电子部件用烧成用窑具的试验片。这里，表1、表2的实施例1～9以及比较例1～5是用于讨论中间层的材质、操作方法、厚度的试验片，在所有的试验片中表层是100μm厚度的含有含8质量％的Y₂O₃的稳定化氧化锆。另外，实施例10～20，比较例6～9为用于讨论表层的材质、操作方法、厚度的试验片，在所有的试验片中中间层由100μm厚度的β氧化铝型晶体结构或尖晶石型晶体结构的晶体构成。

基材的制造方法

在最大粒径为150μm的电融氧化铝粒子中添加粘土和临时烧成氧化铝使氧化铝的含量为85质量％后混炼成坯料，用油压机在100MPa的压力下，成形为长150mm×宽150mm×厚5mm的板状体，制成成形体。然后，干燥制成的成形体，在1650℃，保持5小时进行烧成，制成试验片(实施例1～20，比较例1～9)。

中间层的制作方法

(1)烧结操作(比较例1)：

在溶剂中用水浆化烧结氧化铝。在基材上涂布制成的浆后，1450℃，保持5小时，分别烧结成厚为100μm的中间层。

(2)涂层操作(实施例1～4、实施例7、实施例9、实施例11～13、实施例15、实施例17～19、比较例3～6、比较例9)：

在溶剂中用水浆化氧化铝和含有表1所示的成分(Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba中的任何一种)的粒子。在基材上涂布制成的浆后，1450℃，保持5小时，以表1所示的比例(0.1～60重量％)含有表1所示的成分(Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba中的任何一种)，分别烧结成表1所示的厚度。

(3)等离子火焰喷涂操作(实施例5～6、实施例8、实施例10、实施例14、实施例16、实施例20、比较例2比较例7～8)：

通过将以表1所示比例(0.1～60重量％)使β氧化铝或尖晶石中含有表1所示成分(Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba中的任何一种)的粒子(平均粒径70μm)，在基材上进行等离子火焰喷涂，形成表1所示厚度的中间层。

表层的制作方法

使用表1的稳定化氧化锆或锆酸盐，在基材上进行等离子火焰喷涂或涂层操作，形成表1所示的表层。

表1

中间层的探讨(实施例1～9，比较例1～5)

表层的探讨(实施例10～20，比较例6～9)

以下述方法对用上述制造方法制成的试验片进行评价。其结果示于表2。另外，作为由上述制法形成的中间层的晶体结构的确认，用XRD测定实施例2所述的中间层表面的结果为主要确认出BaAl₁₂O₁₉的生成，实施例2的中间层确认为带有β氧化铝型构造的结晶相。

试验片的评价方法1：到产生表层剥离的烧成次数

在70重量％的水中分散2重量％的BaCO₃，2重量％的MnCO₃，26重量％的BaTiO₃，制成液体，然后在试验片(尺寸：150mm×20mm×4mm)的表面涂布该液体(0.8g)后，反复进行1400℃，保持1小时的烧成，评价到产生表层剥离为止的烧成次数。

试验片的评价方法2：伴随表层剥离的剥离面的弯曲量

用上述评价方法在产生表层剥离的同时，以从表面起的最大距离测定试验片整体的弯曲，来评价弯曲量。

◎：弯曲量为0.5mm以下

○：弯曲量为0.5mm～1.0mm以下

△：弯曲量为1.0mm以上

试验片的评价方法3：和部件(被烧成体)的反应性(部件反应度)

制成由以BaTiO₃为主成分的材料形成的板状(尺寸：40mm×40mm×2mm)部件。在试验片上放置制成的部件，进行1400℃，保持5小时的烧成后，以外观观察来评价部件的变性状态。

◎：没有确认出部件的变性

○：确认出部件的一部分变性(整面的大约50％以下)

△：确认出部件的大部分变性(整面的大约50％以上)

表2

中间层的探讨(实施例1～9，比较例1～5)

中间层的探讨(实施例10～20，比较例6～9)

以下，基于表2进行研究。

有关中间层探讨(实施例1～9，比较例1～5)的研究

如比较例1所示，在中间层中使用不具有尖晶石结构的氧化铝时，9次烧成时产生涂层的剥离。与此相反，如实施例1～9所示，通过设置20～500μm的中间层，其为由以具有尖晶石型晶体结构的β氧化铝或尖晶石为主要成分、作为其它成分具有Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba中至少一种的化合物所构成的结晶体，可以反复进行含有低熔点金属氧化物的部件的烧成，抑制载置器的弯曲或载置器表层剥离这样的问题的产生。特别是，中间层是具有β氧化铝型晶体结构的实施例2、4、6、8、9中，其效果显著。

有关表层探讨(实施例10～20，比较例6～9)的研究

表层的厚度不到20μm时(比较例6，7)，和部件的反应度有问题。而另一方面，表层的厚度超过500μm时(比较例8，9)，有弯曲评价下降的问题。

Claims (6)

1.一种烧成用载置器，其为由基材和涂层构成的烧成用载置器，其特征在于，所述涂层由在基材表面形成的中间层和形成在中间层表面上的表层构成，中间层由含有Na、K、Ca、Sr、Ba中至少一种元素的β氧化铝型晶体结构的晶体构成，且该至少一种元素的含量为0.1～25重量％，所述表层由与被烧成物的反应性弱的材质构成。

2.根据权利要求1所述的烧成用载置器，其中，所述基材由氧化铝或/和莫来石构成。

3.根据权利要求2所述的烧成用载置器，其中，中间层的厚度为20～500μm。

4.根据权利要求2或3所述的烧成用载置器，其中，表层的主成分为稳定化的氧化锆或锆酸盐。

5.根据权利要求2或3所述的烧成用载置器，其中，表层的厚度为20～500μm。

6.根据权利要求4所述的烧成用载置器，其中，表层的厚度为20～500μm。

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