CN1172152C - 陶瓷烧结法、烧结炉、陶瓷电子零件制法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可烧结出良好的陶瓷的陶瓷的烧结方法、隧道式烧结炉、陶瓷电子零件的制造方法及装置、陶瓷电子零件的烧结用收纳体。当利用隧道式烧结炉来烧结含陶瓷原料的尚未烧结的处理品时，对于通过隧道的处理品的行进方向，从侧方将炉内气相环境用气体经由供给管供给到炉内，并且从炉的底部将炉内的气体经由排出管排出。如此一来，可产生从处理品朝向炉的底部的稳定气流，所以可一直对处理品供给新鲜的炉内气相环境用气体。
Description
本发明是涉及对于含陶瓷原料的各种处理品以做成陶瓷电子零件等的陶瓷制品的陶的烧结处理。
举例来说，叠层型陶瓷电容器、闸极体、磁铁铁心、压电体等的利用了陶瓷的陶瓷电子零件或者其它的陶瓷制品，是先将陶瓷原料成型成预定的形状之后，再藉由对于这个成型体进行烧结而得的。传统上，使用于烧结陶瓷电子零件的烧结炉是具备：隧道构造的炉本体；和被设在炉本体上的发热体；和向着炉内的收纳体从侧面供给炉内气相环境用气体的炉内气相环境用气体供给管；和从炉的侧面排出炉内的气相环境气体的气相环境气体排出管；和将收纳着许多尚未烧结的陶瓷电子零件的收纳体从隧道的入口运送到出口的推送装置。
如图6所示，收纳体100是重叠数个在上面呈开口状且在侧面上部的中央部呈开口的盒状的承盘101，并且在最上层的承盘101的上面又叠上一个盖子102。这种收纳体100是在被放置于支承板103上的状态下，被导入到隧道式烧结炉内。尚未烧结的陶瓷电子零件则收纳在各承盘101内。
在进行陶瓷的烧结时，制品为了要获得所期望的特性，必须将炉内气相环境气体的浓度、流量、炉内的内压等等调整成预定的条件。例如：必须将进行烧结时所产生的不必要的气体(N2气相环境中的CO2气体等)迅速地排出。传统的烧结炉虽然是从炉的侧面排出气体，但是仍然有人提出“希望能够更迅速地排出气体”的需要。
此外，以传统的方式进行陶瓷电子零件的烧结时，必须对于收纳在收纳体100内的尚未烧结的陶瓷电子零件充分地供给炉内气相环境用气体，因此，也有人提出“希望有能够比传统的收纳体100具有更佳的透气性的收纳体”的需要。此外，就收纳体100本身而言，最好是能够具有良好的温度分布且与炉内气相环境用气体之间不易发生反应。
本发明就是有鉴于上述情事而开发完成的，其目的在于：提供可烧结出良好的陶瓷的陶瓷的烧结方法、隧道式烧结炉、陶瓷电子零件的制造方法及装置、陶瓷电子零件的烧结用收纳体。
为了达成上述目的，本申请人提出一种技术方案，其特征为：当利用隧道式烧结炉来烧结含陶瓷原料的尚未烧结的处理品时，对于通过隧道的处理品的行进方向，从侧方将炉内气相环境用气体供给到炉内，并且从炉的底部将炉内的气体排出。
根据本发明，从处理品的侧方所供给的炉内气相环境用气体，在进行烧结时被使用过后，随即就从炉的底部排出。也就是说，可产生从处理品朝向炉的底部的稳定气流，所以可一直对处理品供给新鲜的炉内气相环境用气体。尤其是，因与处理品发生反应而产生的不必要的气体的比重较所供给的炉内气相环境用气体的比重更大的时候，能够更迅速地将该不必要的气体排出。因此，根据本发明，可在气相环境中烧结出良好的陶瓷。
此外，本发明所提出的另一个技术方案的特征为：从隧道的入口侧的底部排出炉内的气体。
根据本发明，能够防止因与处理品发生反应而产生的不必要的气体侵入到正在进行烧结的区域，所以可提高正在进行烧结的区域的气相环境的稳定性，其结果可防止烧结出品质不一的陶瓷。
此外，本发明所提出的另一个技术方案是在于被供给炉内气相环境用气体的烧结炉中烧结尚未烧结的陶瓷电子零件所使用的陶瓷电子零件的烧结用收纳体，其特征为：该陶瓷电子零件的烧结用收纳体具备：
互相隔着间隔重叠设置的复数个第一板体；和
被配置于各第一板体的上面侧与该第一板体隔着间隔，且在上面供放置尚未烧结的陶瓷电子零件的第二板体。
根据本发明，不仅是在于被放置在第二板体上面的尚未烧结的陶瓷电子零件的上方空间，就连第二板体与第一板体之间的间隙也形成气相环境气体的通路，所以气相环境气体的透气性变得很好。如此一来，可降低陶瓷电子零件的烧结品质的不一。
兹佐以图面，说明本发明的第一实施形态如下。
图1是隧道式烧结炉的纵剖面图。
图2是沿着图1中的A-A剖面线而从箭头方向观察时的横剖面图。
图3是陶瓷电子零件的烧结用收纳体的分解结构图。
图4是陶瓷电子零件的烧结用收纳体的剖面图。
图5是用来说明其它例子的陶瓷电子零件的烧结用收纳体的配置的上表面图。
图6是传统的陶瓷电子零件的烧结用收纳体的分解结构图。
此处的含陶瓷原料的处理品，是举出：叠层型陶瓷电容器、叠层型电感器、闸极体等的陶瓷电子零件为例加以说明。
首先，说明本实施形态中作为烧结处理的对象品也就是尚未烧结的陶瓷电子零件。例如：叠层型陶瓷电容器这一类的陶瓷电子零件是以下面说明的方式来制造的。因此，在以下的说明中，是举叠层型陶瓷电容器为例加以说明。
首先，将添加物及有机结合剂以及有机溶剂或水依预定比例混入陶瓷原料粉内，进行搅拌而获得陶瓷浆液。至于陶瓷原料粉，可举例出：钛酸钡系；钛酸钙系；钛酸镁系等。此外，有机结合剂则可举例出：聚乙烯醇缩丁醛。有机溶剂则可举例出：乙醇。
接下来，将这个陶瓷浆液，采用“布雷德博士法”等来制作成薄片状的胚片。其次，在这个胚片上，因应必要来形成通孔之后，使用网版印刷法等，涂敷上将会成为零件的内部电极的导电性金属膏。用来构成内部电极的金属是采用：Pa、Ag等的贵金属；Ni、Cu等的一般金属，或者这些金属的合金。而在本实施形态中，内部电极是使用Ni。
接下来，以预定的顺序对于胚片进行叠层压合以制作成薄片叠层体。其次，将这种薄片叠层体裁断成单位零件的大小，而形成尚未烧结的陶瓷电子零件。其次，在这个尚未烧结的陶瓷电子零件上，涂敷用来形成外部电极的导电性金属膏。用来构成外部电极的金属是采用：Pa、Ag等的贵金属；Ni、Cu等的一般金属，或者这些金属的合金。而在本实施形态中，外部电极是使用Ni。
接下来，使用后述的隧道式烧结炉将这种尚未烧结的陶瓷电子零件在于气相环境中进行烧结，以制作出经过烧结后的陶瓷电容器。此处的烧结处理是同时包含：用来去除掉结合剂成分的脱结合剂处理(预烧结处理)以及陶瓷的烧结处理(真正烧结处理)的两者。此外，在这个烧结处理中，在于烧结出陶瓷部分的同时，也烧结出内部电极以及外部电极。在本实施形态中，因为是采用Ni作为内部电极以及外部电极，所以是采用N2弱还原性气相气体。
最后，再对于外部电极实施电镀处理而制得叠层型陶瓷电容器。
接下来，参考图1和图2来说明上述烧结处理所用的隧道式烧结炉。图1是隧道式烧结炉的纵剖面图；图2是沿着图1中的A-A剖面线而从箭头方向观察时的横剖面图。
如图1和图2所示，隧道式烧结炉是具备：具有被炉壁2所围绕而形成的隧道3的隧道炉本体1；在隧道3的上部与下部，被设置成贯穿过炉壁2的发热体4；和用来对于隧道3供给炉内气相环境用气体的复数个供给管5；和用来将隧道3内的气体排出到炉外的排出管6。尚未烧结的陶瓷电子零件是被收纳在放置在台板7上的收纳体20，该台板7受到推送装置(省略其图标)的推送而在地板8上面从入口移动到出口。
供给管5是被配置成对收纳体20的行进方向从左右侧方喷吹炉内气相环境用气体。此外，供给管5是相对于具有多层结构的收纳体20(容后详述)，而被上下配置复数个以对应于收纳体20的各层。复数个供给管5分别经由阀5a连接到集合管9。集合管9又经由流量计10而连接到炉内气相环境用气体供给装置(省略其图标)。这个供给管5，是在于隧道3的入口至出口的范围内，隔着间隔设置在复数个地方。各供给管5的前端部的喷嘴部是前头尖细的形状，可提高从炉内气相环境用气体供给装置所供给的炉内气相环境用气体的流速，供给到收纳体20的方向。又，由供给管5所供给的气体的流速是可藉由依据流量计10的侦知结果来控制各阀5a而能够调整。
排出管6是被配置在隧道3的入口侧的底面。在排出管6也设有排气风扇11。这个排气风扇11受到变频器电路等的驱动控制用电路12来控制其回转数，也就是，气相环境气体的排出量。驱动控制用电路12是依据由设置在隧道3的出口附近的压力察觉器13所侦知的隧道3的内压，来对于排气风扇11的回转数进行回馈控制，以使得该隧道3的内压保持一定。如果隧道3的内压太过于低的话，外气将会从隧道3的入口或出口侵入近来而破坏炉内的气相环境。另一方面，如果将隧道3的内压设定得太过于高的话，在进行脱结合剂处理时，有时候会导致发生不良状况。因此，考量到两者的平衡点，最好是控制成将隧道3的内压维持成稍微高于外气的大气压力。
接下来，参考图3和图4来说明前述的陶瓷电子零件的烧结用收纳体20。
图3是陶瓷电子零件的烧结用收纳体的分解结构图；图4是陶瓷电子零件的烧结用收纳体的剖面图。
收纳体20是以第一层板31及第二层板41两个为一组，将其重叠复数组，并且将盖子21重叠上去而构成的。第一层板31是由矩形的板状构件所构成的。在第一层板31的四个角落，在上面或下面(图中显示的位置是上面)附设有支柱32，以便将第一层板31保持成与位于上层的第一层板31隔开预定的间隔。此外，在于第一层板31之设置了支柱32的这一侧的表面上，设置着复数个方形体形状的支承块33。第二层板41是由矩形的板状构件所构成的。再第二层板41的上面缘部，设置有防止零件散落用的方块42。这个收纳体20是可如图4所示般地，将尚未烧结的陶瓷电子零件50收纳在第二层板41的上面。
此处，第一层板31的材质最好是热容量小且热传导率高的材质，才不容易让温度分布产生差异。另外，为了提高收纳体20的透气性，最好加大第一层板31彼此之间的间隔以及第一层板31与第二层板41之间的间隔。因此，第一层板31是以板厚度较薄的为佳。因此，第一层板31是以在高温下具有高强度的材质为佳。基于以上的观点，本实施形态中，是采用碳化硅(SiC)作为第一层板31的材质。此外，第一层板31是以在高温的弱还原性气相环境中不易氧化的为佳。这是因为如果因氧化而在于表面产生二氧化硅氧化膜的话，将会成为污染了陶瓷电子零件表面的原因。因此，在本实施形态中，第一层板31的材质是采用再结晶碳化硅、浸含硅的碳化硅。
又，第二层板41的材质，最好是采用不会与陶瓷电子零件发生反应的在高温下的化学性稳定的材质。在本实施形态中，第二层板41的材质是采用二氧化锆(ZrO2)。又，如果是纯二氧化锆(ZrO2)的话，在1100℃时，结晶会发生变态而体积产生变化，很容易产生应力破坏。因此，在本实施形态中，是采用稳定化处理过的锆(CaO稳定化；Y2O3稳定化)。
在本实施形态中，从上下并排设置的各供给管5供给进去的炉内气相环境用气体是喷吹到收纳体20的各第二层板41。如此一来，可对于被放置在第二层板41上的尚未烧结的陶瓷电子零件均匀地供给新鲜的炉内气相环境用气体。因此，可减少因为陶瓷电子零件的烧结不均匀所导致的特性上的不一致。又，在第二层板41的缘部，设置有块体42，所以可防止喷吹炉内气相环境用气体时，零件被吹落。
被供给到隧道3内的炉内气相环境用气体，于烧结过程中与尚未烧结的陶瓷电子零件发生反应之后，将会产生比重较N2弱还原性炉内气相环境用气体的比重更重的二氧化碳(CO2)气体。这种对于烧结处理没有助益的二氧化碳气体，因为其比重较重，所以会流到隧道3的底部，经由设于底部的排出管6而被排出到炉外。因为是将排出管6设于隧道3的底部，所以可迅速地排出无用的气体。特别是，本实施形态中，是将排出管6设置于隧道3的入口侧的底部，所以可防止前述的无用气体侵入到炉的中心部的主要烧结区域。如此一来，烧结区域的气相环境维持稳定，所以可防止发生烧结不均匀，可达成良好的烧结。此外，利用驱动用控制电路12将隧道3内的内压控制成稍微高于外部大气压且保持一定值，所以可达成良好的烧结。
此外，本实施形态中，尚未烧结的陶瓷电子零件的收纳体20是采用：具有第一层板31及第二层板41的透气性良好的收纳体，所以可防止因除碳不足所导致的耐湿性的恶化。而且，尚未烧结的陶瓷电子零件的收纳体20是采用：热容量小且热传导性高的收纳体，所以可将收纳体20上的温度分布保持均匀一致。如此一来，可降低陶瓷电子零件的特性的差异。
又，本实施形态中，虽然是在台板7上面放置一个收纳体20，将其运送到隧道3内，但是本发明并不局限于这种方式。例如：图5所示般地，亦可将复数个小型的收纳体20a互相隔着间隔放置在台板7上面。如此一来，在各收纳体20之间可形成气相环境气体的流通路径，所以透气性趋于良好。此外，采用这种配置方式的情况下，除了本实施形态所说明过的收纳体20之外，即使是采用前述的传统的收纳体也可以获得同样的效果。
此外，本实施形态中，虽然是将排出管6设在隧道3的入口侧的底部，但是只要能够制作成可从隧道3的底部将气体排出的话，即使设置在其它的位置亦无妨。例如：亦可将排出管6设置在隧道3内的行进方向的中央部或出口部。此外，本实施形态中，虽然是将一个排出管6设在隧道3的入口侧底部，但是亦可设置复数个排出管6。
此外，本实施形态中，构成收纳体20的第一层板31虽然是采用由碳化硅(SiC)所制作的矩形的板状构件，但是亦可采用具有其它材质和构造的构件。例如：第一层板31的材质亦可采用氧化铝或富铝红柱石(mullite)。又，第一层板31的构造亦可采用例如：多孔质构造、竹帘状构造、纤维质构造、蜂巢构造等。再者，亦可对于第一层板31实施镀覆二氧化锆膜，而可免去使用第二层板41。
此外，本实施形态中，虽然是举出还原性气体为例来说明炉内气相环境用气体，但是，中性的炉内气相环境用气体亦可适用于本发明。
再者，本实施形态中，构成收纳体20的第二层板41虽然是采用矩形的板状构件，但是亦可采用具有其它材质或构造的构件。例如：亦可采用纤维质的构件或表面形成凹凸的结构。这些都是对于提高收纳体20的透气性具有效果。
此外，本实施形态中，虽然针对于陶瓷电子零件的一个例子是举出叠层型陶瓷电容器的例子，但是也可以其它种类的零件。例如：陶瓷电感器；闸极体；陶瓷压电变压器等的陶瓷型压电体；陶瓷型滤波器等的具有陶瓷烧结制程的物品都可以适用本发明。此外，本实施形态中，具有陶瓷烧结制程的处理品虽然是举出陶瓷电子零件的例子，但是亦可为其它的处理品。例如：针对于陶瓷电路板等的制造，也可以应用本发明的陶瓷的烧结方法以及隧道式烧结炉。
此外，本实施形态中，是将用来测定隧道3的内压的压力察觉器13设在隧道3的出口侧，但是亦可设在其它的地方。
[实施例]
使用本实施形态的隧道式烧结炉来制造陶瓷电容器，并且测定静电容量、静电容量的分布偏差、耐电压、耐电压的分布偏差之后，制成表1。此处，实施例1～3是表示使用本发明的隧道式烧结炉的结果，分别是将排出管的排出口设置于隧道的底部的入口附近、出口附近和中央附近的结果。此外，比较例则是将排出管的排出口设置于隧道的上部入口附近。
[表1]
| 排出口位置 | 静电容量(μF) | 静电容量分布偏差(％) | 耐电压(V) | 耐电压分布偏差(％) | |
| 实施例1 | 底部入口 | 10.1 | 0.059 | 350 | 9.8 |
| 实施例2 | 底部出口 | 10.4 | 0.082 | 345 | 12.2 |
| 实施例3 | 底部中央 | 10.2 | 0.074 | 360 | 11.8 |
| 比较例 | 上部入口 | 9.8 | 0.460 | 298 | 71.2 |
从这个测定结果可知，使用实施例1～3的隧道式烧结炉所制造出来的陶瓷电容器相对于比较例而言，无论是在于静电容量分布偏差或耐电压分布偏差都明显降低。这是被认为：因为本发明的隧道式烧结炉，其炉内的气相环境良好，所以其结果可以获得烧结不均匀度较少的良好的陶瓷的原因。
经由以上的说明可知，根据本发明所进行的陶瓷的烧结工作，从处理品的侧方所供给的炉内气相环境用气体，在进行烧结时被使用过之后，随即从炉的底部排出。也就是说，可以产生从处理品流向炉的底部的稳定的气流，所以一直可将新鲜的炉内气相环境用气体供给到处理品。特别是与处理品发生反应所产生的无用的气体的比重大于所供给的炉内气相环境用气体的比重的时候，可迅速地排出该无用的气体。因此，根据本发明可在气相环境气体中烧结出良好的陶瓷。
此外，根据本发明的陶瓷电子零件的烧结用收纳体，气相环境气体的透气性变得很好，所以可减少陶瓷电子零件的烧结不均匀。藉此，可降低陶瓷电子零件的特性的不一致。
Claims (8)
1、一种陶瓷的烧结方法，系在被供给气相环境气体的隧道式烧结炉内烧结含陶瓷原料的处理品的陶瓷的烧结方法，其特征在于：
对于通过炉内的处理品的行进方向，从侧方将气相环境气体供给到炉内，并且从炉的底部将炉内的气体排出。
2、如权利要求1所述的陶瓷的烧结方法，其特征在于：是从隧道的入口侧的底部排出炉内的气体。
3、一种隧道式烧结炉，是在于气相环境气体中烧结含陶瓷原料的处理品的隧道式烧结炉，其特征在于：
具备：
对于通过炉内的处理品的行进方向从侧方将气相环境气体供给到炉内的气相环境气体供给机构；
用以从炉的底部排出炉内气体的气体排出机构。
4、如权利要求3所述的隧道式烧结炉，其中前述气体排出机构是从隧道的入口侧的底部排出炉内的气体。
5、一种陶瓷电子零件的制造方法，系具有在被供给了气相环境气体的隧道式烧结炉内烧结尚未烧结的陶瓷电子零件的过程的陶瓷电子零件的制造方法，其特征在于：
前述的烧结过程是对于通过炉内的尚未烧结的陶瓷电子零件的行进方向从侧方供给气相环境气体，并且从炉底部排出炉内的气体。
6、如权利要求5所述的陶瓷电子零件的制造方法，其特征在于：是从隧道入口侧的底部排出炉内的气体。
7、一种陶瓷电子零件的制造装置，系在气相环境气体中烧结尚未烧结的陶瓷电子零件的陶瓷电子零件制造装置，其特征在于：
具备：
隧道构造的烧结炉本体；
用来从隧道的入口至出口运送尚未烧结的陶瓷电子零件的运送机构；
对于通过炉内的尚未烧结的陶瓷电子零件的行进方向从侧方供给气相环境气体到炉内的气相环境气体供给机构；和
从炉的底部排出炉内气体的气体排出机构。
8、如权利要求7所述的陶瓷电子零件的制造装置，其特征在于：从隧道入口侧的底部排出炉内的气体。
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