JP2002362986A - 電子セラミックス焼成用道具材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】セラミックス製品との反応が少ないジルコニア
コーティング層を備え、耐久性に優れたセラミックス焼
成用道具材を安価に提供する。 【解決手段】セラミックス焼成用道具材の製造において
アルミナ成分が７０〜９５重量％である基材成形体表面
に電融ジルコニアと超微粉ジルコニアを含有してなるジ
ルコニアコーティング材を噴霧した後、１７００℃以上
で基材成形体を焼成すると同時にその表面に付着させた
コーティング材を焼成することにより、コーティング層
の見掛気孔率が５％以下の緻密なジルコニアコーティン
グ層を形成する。 【効果】焼成されるセラミック製品とジルコニアコーテ
ィング層との反応が低減されるとともに、繰返し使用し
てもコーティング層が剥離しにくいセラミックス焼成用
道具材の製造コストを下げることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミック製品、特に
はセラミックコンデンサー、フェライト等の電子工業用
セラミック素子を焼成するために用いられる匣鉢、棚
板、セッター等のセラミックス焼成用道具材に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話やパソコン等の普及により需要
が急増しているセラミックコンデンサー、フェライト等
のセラミック製品を焼成する場合、成形体を該セラミッ
ク製品との反応が少ないジルコニアコーティング層を形
成した焼成道具材の上に並べて１２００〜１４００℃で
焼成することが行われている。その際、該セラミック製
品とコーティングが反応しないことが最も重要で、さら
に該セラミック製品に雰囲気ガスが均一に触れるととも
に、均一に加熱されることが重要である。

【０００３】上記のジルコニアコーティングを形成した
焼成用道具材としては、ジルコニアを基材上に溶射する
方法によるものとジルコニアを基材上に付着させた後、
焼成する方法によるものがある。ジルコニアを溶射する
方法によるものは、電融ジルコニア粉末を溶射するた
め、緻密な膜が基材に強力に付着しており、反応が少な
く、剥離しにくいため広く利用されている。一方、ジル
コニアコーティング材を付着させた後、焼成することに
よりコーティング層を形成した焼成用道具材は、まず基
材を焼成した後、電融ジルコニアのみからなるジルコニ
アコーティング材を付着させ、再度１５００℃以下で焼
成を行っている。

【０００４】基材の材質は、使用温度が１４００℃以下
と低いため、焼成温度が１６００℃以下でアルミナが７
５〜９０重量％のものが多く使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】焼成後の基材にジルコ
ニアコーティング材を付着させた後、再度焼成すること
によりジルコニアコーティング層を形成する方法は、溶
射に比べコストが低いため好ましいのであるが、溶射に
よるものと同等の耐反応性および耐久性が得られていな
いという問題がある。ジルコニアを付着させた後、再度
焼成してコーティング層を形成した焼成用道具材では、
コーティング層の気孔率を高くしないと剥離しやすくな
る。気孔率を高くすると、酸素量が特性に影響する電子
部品を焼成する際に、コーティング層に含まれる酸素と
被焼成物との間の酸素の移動により、その接触部分に酸
素欠損および酸素過剰に起因する反応痕がコーティング
表面および被焼成物表面に残るという問題がある。

【０００６】一方、従来の焼成後の基材にジルコニアコ
ーティング材を付着させた後、焼成する方法によるジル
コニアコーティング層に比べて耐反応性および耐久性に
優れているとされる溶射によるジルコニアコーティング
層でも、使用回数を重ね該セラミック製品の成分が浸透
すると、反応が進んで剥離し、基材が使用可能である状
態で廃却となっている。ジルコニアを溶射する方法で
は、溶融した粒子が高速で基材に当り、粒子が扁平にな
って物理的に基材と付着しているので、気孔を含まない
緻密な溶射コーティング層を形成すると剥離する。その
ため意図的に気孔率が１５％程度の溶射コーティング層
を形成しているので、剥離する場合は付着力の弱い部分
が小さな剥離として発生するために、剥離部分の存在が
発見しにくく被焼成物と基材が直接接触し、不良品を大
量に発生させる危険性を含んでいる。一方、溶射コーテ
ィング層の剥離がない場合は基材の反りにより廃却とな
っている。これは使用温度が１４００℃以下であること
から、材質およびコストの点で基材を１７００℃未満、
多くは１６００℃以下で焼成しているためである。本発
明は、上記問題点を解決するものであり、該セラミック
製品との反応を低減し、繰返し使用した場合にもコーテ
ィング層の剥離が発生しにくく、耐久性に優れたセラミ
ックス焼成用道具材を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はセラミック製品を焼成するために使用する
道具材において、焼成前の基材成形体表面に超微粉ジル
コニアを含むジルコニアコーティング材を噴霧した後１
７００℃以上で焼成し、基材の焼成とコーティングの焼
成を同時に行うことによって、見掛気孔率が５％以下の
緻密なジルコニアコーティング層を形成することを要旨
とする。

【０００８】

【作用】本発明においては、ジルコニアコーティング材
をアルミナ成分が７０〜９５重量％である基材成形体に
噴霧した後、１７００℃以上の高温で基材の焼成とコー
ティングの焼成を同時に行うことで、見掛気孔率が５％
以下の緻密なジルコニアコーティング層が基材表面に強
固に形成される。該コーティング層内に存在する気孔が
少ないため、被焼成物との間に酸素の移動が少なく反応
痕を生じない。また、基材表面にコーティング層が強固
に付着するとともに、コーティング層が緻密化する過程
で亀甲状のクラックを生ずるため、加熱、冷却時に基材
とコーティング層との熱膨張率の差が緩和され、繰返し
使用しても剥離を生じない。さらに従来、基材の焼成と
コーティングの焼成という２度の焼成が必要であった
が、１度の焼成で該セラミックス焼成用道具材が製造で
きるため、コストの削減と納期の短縮が可能となる。

【０００９】次に、本発明の焼成用道具材について詳細
に説明する。ジルコニアコーティング層には焼結性に優
れた湿式法による超微粉ジルコニア粉末を含むことが望
ましく、ジルコニア粒子を強固に焼結させることがで
き、見掛気孔率５％以下の緻密なコーティング層を容易
に形成することができるため、耐反応性に優れた焼成用
道具材が得られる。ジルコニアコーティング層は、電融
ジルコニアと超微粉ジルコニアによって構成され、超微
粉ジルコニアの含有量は、十分な焼結性を得るためにコ
ーティング層全体の５重量％以上が望ましい。超微粉ジ
ルコニアとしては、共沈法や加水分解法等の湿式処理に
よって得られたジルコニウム化合物を４００〜１０００
℃で仮焼して得られる比表面積が５〜２０ｍ^２／ｇの安
定化および未安定化ジルコニア等があり、１４００℃で
３時間以上焼成することにより十分緻密に焼結する。し
かし、超微粉ジルコニアは高価であり、安価な電融ジル
コニアが大部分である場合、緻密化するためには１７０
０℃以上の温度で５時間以上保持して焼成することが必
要である。

【００１０】次に本発明のセラミックス焼成用道具材の
製造方法について説明する。まず、本発明の焼成用道具
材の基材としては、１７００℃以上の焼成に適するアル
ミナ質、アルミナ−シリカ質、例えば電融アルミナや電
融ムライトを主原料とするアルミナ基板焼成用道具材に
使用されるアルミナ成分が７０〜９５重量％の材質が使
用できる。アルミナ成分が７０重量％未満の場合はＳｉ
Ｏ_２がムライトとしてではなくフリーのＳｉＯ_２として
存在するため、同時焼成の際に基材に含まれるフリーの
ＳｉＯ_２がジルコニアコーティング側に移動するため好
ましくない。アルミナ成分が９５重量％を超える場合は
基材の熱衝撃に対する耐スポーリング性が低下するため
好ましくない。基材の製造方法としては、原料粉末を混
合、混練後、プレス又は鋳込み等により成形し、乾燥さ
せる。次に、本発明にかかるコーティング層の製造方法
について説明する。電融ジルコニアと超微粉ジルコニア
と液体バインダーを混合してスラリー化した後、スプレ
ーガンにてコーティング材を噴霧し、基材成形体表面に
コーティング材を付着させる。ジルコニアコーティング
材が付着した成形体を１７００℃以上の温度で５時間以
上保持して基材の焼成とコーティング材の焼成を同時に
行うことにより、見掛気孔率が５％以下の緻密なジルコ
ニアコーティング層を基材表面に形成することができ、
被焼成物と反応しにくく、しかも基材から剥離しにくい
セラミックス焼成用道具材を低いコストで得ることがで
きる。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の実施例を示し、本発明の特徴
とするところをより一層明確にする。

【００１２】（実施例１〜２）通常の耐火物を製造する
のと同様の方法で、電融アルミナと電融ムライトおよび
アルミナ粉を混合、５％ＰＶＡ水溶液を３ｗｔ％加えて
混練、１５０×１５０×５ｍｍの形状にプレス成形後、
１００℃で２４時間乾燥させてアルミナ−シリカ質（Ａ
ｌ_２Ｏ_３ ９０重量％、ＳｉＯ２ １０重量％）の基材
成形体を製造した。次に粒径５〜１５μｍの電融イット
リア安定化ジルコニア粉末（ＺｒＯ_２９２重量％、Ｙ_２
Ｏ_３８重量％）７０重量％と粒径０．１〜１μｍの共沈
法によるイットリア安定化ジルコニア粉末（ＺｒＯ_２
９５重量％、Ｙ_２Ｏ_３ ５重量％）３０重量％の割合で
混合し、これに５％ＰＶＡ水溶液を加えてスラリー化し
コーティング材とした。このコーティング材を上記の基
材成形体表面にスプレーガンにて噴霧し厚さ０．２ｍｍ
までコーティング材を堆積させた。それを１００℃２４
時間乾燥させた後、１７００℃、１７３０℃で５時間保
持して焼成し、ジルコニアコーティング層が形成された
セラミックス焼成用道具材を作製した。これらのコーテ
ィング層に含まれる気孔の状態を調べるため、コーティ
ング表面とコーティング断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）により微構造を観察した。さらに、実施例１、実施
例２についてコーティング層を基材から切断加工により
切り離した後、研磨した試料を用い、ＪＩＳ Ｒ２２０
５−１９９２により見掛気孔率を測定した。その結果、
実施例１、実施例２の見掛気孔率はそれぞれ５％、３％
であった。また、コーティング層とコンデンサーとの反
応の有無を調べるため、コーティング上にＮｉ電極系コ
ンデンサーの成形体を載せ、Ｎ２ ９３ｖｏｌ．％とＨ
_２ ７ｖｏｌ．％の混合気体から成る還元雰囲気中で１
２５０℃３時間保持にて焼成テストを行った。表１に上
記実施例１〜２について、コーティング層内の気孔の状
態とコーティング表面の反応痕の有無について調べた結
果を示す。また、１３００℃で加熱後、室温までの強制
空冷を２００回繰返し、コーティング層の剥離の有無に
ついて調べた結果を表１に示す。

【００１３】（比較例１〜４）比較のため実施例１〜２
と同様の方法で成形体の表面にジルコニアコーティング
材を噴霧した後、それぞれ１４００℃、１５００℃、１
６２０℃、１６７０℃で５時間保持して焼成し、これを
比較例１〜４とした。この場合のコーティング層内に含
まれる気孔の状態とコンデンサーとの反応痕の有無につ
いて実施例１〜２と同様の方法により調べた結果を表１
に示す。尚、比較例１〜４のコーティング層には多くの
気孔が存在し強度がないため、切断加工による試料が得
られず、ＪＩＳ Ｒ２２０５−１９９２による見掛気孔
率の測定はできなかった。また、１３００℃〜室温の加
熱、冷却の繰返しによる剥離の有無について調べた結果
を表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１に示すように、成形体の表面にジルコ
ニアコーティング材を付着させた後、１７００℃、１７
３０℃で焼成した実施例１〜２では、焼成温度が１４０
０℃、１５００℃、１６２０℃、１６７０℃である比較
例１〜４に比べてコーティング層が緻密化し、内部に気
孔が少ししか存在しないため被焼成物であるコンデンサ
ーとの間に反応痕が残らず、耐反応性に優れていること
がわかる。また、見掛気孔率が５％以下の緻密なコーテ
ィング層であっても繰返し加熱による剥離を生じないこ
とがわかる。

【００１７】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、ジルコニアコーティング層の安定化ジル
コニアの安定化剤（ＣａＯ，Ｙ_２Ｏ_３，ＣｅＯ_２等）の
種類および安定化率などに関し、本発明の範囲内で応用
が可能である。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明のセラミッ
クス焼成用道具材は、基材成形体表面に電融ジルコニア
と超微粉ジルコニアを含有してなるジルコニアコーティ
ング材を噴霧した後、１７００℃以上で基材成形体を焼
成すると同時にその表面に付着させたコーティング材を
焼成することにより、見掛気孔率が５％以下の緻密なジ
ルコニアコーティング層を形成することができ、還元雰
囲気中でコンデンサー、フェライト等のセラミック素子
を焼成した場合にも反応痕を生じない。さらに本発明の
セラミックス焼成用道具材の製造にあたり、焼成回数が
従来の２度から１度になるため、その製造コストを削減
することができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基材成形体の表面に電融ジルコニア０〜９
   ５重量％と超微粉ジルコニア５〜１００重量％を含有し
   てなるコーティング材を噴霧後、同時焼成により、基材
   表面にコーティング材を付着させることを特徴とするセ
   ラミックス焼成用道具材の製造方法。
2. 【請求項２】同時焼成温度が１７００℃以上であること
   を特徴とする請求項１記載のセラミックス焼成用道具材
   の製造方法。
3. 【請求項３】基材のアルミナ成分が７０〜９５重量％で
   あり、コーティング層がジルコニア８７〜９８重量％、
   イットリア２〜１３重量％からなり、且つコーティング
   層の見掛気孔率が５％以下であることを特徴とするセラ
   ミックス焼成用道具材。