JP2004262712A

JP2004262712A - 焼成用道具

Info

Publication number: JP2004262712A
Application number: JP2003054872A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Okada; 裕岡田
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】コーティング層の端部における耐剥離性を改善した焼成用道具を提供する。
【解決手段】焼成用道具は、基材の一面に、基材２より熱膨張係数の大きい材質のコーティング層３が少なくとも１層設けられ、コーティング層３が設けられた基材面２ａの外周端部には、その全周に渡りコーティング層３の厚さより突出する突条２ｂが設けられている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は焼成用道具に係わり、特にセラミックスコンデンサ、ソフトフェライト等の電子部品用セラミックス材料の焼成、熱処理工程で使用される焼成用道具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来電子部品用セラミックス材料の焼成は、一般に８００〜１５００℃の温度域で行われるため、焼成用道具としては、耐熱性に優れるＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２質、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＭｇＯ質、ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３質、ＳｉＣ質、ＳｉＣ−ＳｉＯ_２質等のセラッミクスが使用されている。
【０００３】
これらのセラミックスからなる焼成用道具上に直接被焼成物をのせ焼成、熱処理に使用すると、焼成用道具材成分と被焼成物間で反応が生じることが多く、離反応性のＺｒＯ_２、ＭｇＯ、ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３等の素材からなるセッターもしくは道具の表面に、上記素材でコーティングを施した焼成用道具が使用されている。コーティング方法としては、強固な被膜が得られる溶射法が用いられ、この溶射法を用いてコーティングされた焼成用道具の割合が増加している。
【０００４】
また、ＣａＯ安定化ジルコニアを溶射、あるいはアルミナを溶射し、さらにジルコニアを溶射することで、ジルコニアと基材の熱膨張差を緩和した焼成用道具がある（例えば、特許文献１、特許文献２など）。
【０００５】
さらに、中間層、表面層に複数の金属酸化物からなる層を設けることで基材／中間層間、中間層／表面層間の親和力を高めコーティングの耐剥離性を高めた焼成用道具がある（例えば、特許文献３、特許文献４など）。
【０００６】
しかしながら、特許文献１〜４に記載の焼成用道具は、いずれも、主にコーティング層の組成の改善により耐剥離性を改善しようというものであるが、基材との相性によりこの組成による効果は大きく左右される。例えば、炭化珪素、マグネシア系基材では、これらの効果が十分に得られない場合がある。
【０００７】
すなわち、コーティング層の剥離は、コーティング層の膨張が最も大きな原因として考えられる。その膨張には大きく分けて、▲１▼熱膨張、▲２▼ＺｒＯ_２等の相変態による膨張、▲３▼外来成分（被焼成物成分）の進入による膨張がある。なお、主要材質の熱膨張係数は、およそ表１のようになっている。
【０００８】
【表１】

また、図４及び図５に示すように、焼成用道具１１の基材１２のコーティング層１３に発生する剥離のなかで、コーティング層１３の端部１３ａで起る剥離がある。図６及び図７に示すように、これは、端部１３ａでは、中央部１３ｂに比較してコーティング層１３同士の拘束が弱いことが一つの原因である。また、使用条件で雰囲気と基材１２の反応（酸化、還元等）が起り、この現象が基材１２とコーティング層１３の結合力を低下させ剥離を誘発する場合、基材１２とコーティング層１３の界面に雰囲気ガスが到達し易いコーティング層１３の端部１３ａより剥離が発生することがある。
【０００９】
そこで、コーティング層の耐剥離性、特にコーティング層の端部における耐剥離性が改善された焼成用道具が要望されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭６１−１２０１７号公報（明細書第２頁右欄第９行〜１１行）
【００１１】
【特許文献２】
特開昭６３−８４０１１公報（明細書第１頁左欄第５行〜１０行）
【００１２】
【特許文献３】
特開２００１−３２２８７５号公報（明細書段落番号［０００６］）
【００１３】
【特許文献４】
特開２００２−１１４５７８号公報（明細書段落番号［０００６］）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、コーティング層の端部における耐剥離性を改善した焼成用道具を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、基材の一面に、基材より熱膨張係数の大きい材質のコーティング層が少なくとも１層設けられ、前記コーティング層が設けられた基材面の外周端部には、その全周に渡り、前記コーティング層の厚さより突出する突条が設けられたことを特徴とする焼成用道具が提供される。これにより、コーティング層の端部における耐剥離性を改善した焼成用道具が実現される。
【００１６】
好適な一例では、前記コーティング層はＺｒＯ_２で、前記基材はＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２質、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＭｇＯ質、ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３質、ＳｉＣ質、ＳｉＣ−ＳｉＯ_２質のいずれかである。これにより、基材とコーティング層との相性により、耐剥離性の向上が図れる。
【００１７】
また、他の好適な一例では、前記コーティング層はＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３質で、基材はＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２質、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＭｇＯ質、ＳｉＣ質、ＳｉＣ−ＳｉＯ_２質のいずれかである。これにより、基材とコーティング層との相性により、耐剥離性の向上が図れる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる焼成用道具の一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は本発明に係わる焼成用道具の一実施形態の概念図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の焼成用道具１は、基材２より熱膨張係数の大きい材質のコーティング層３が少なくとも１層設けられている。
【００２１】
図２及び図３に示すように、このコーティング層３が施された基材面２ａの外周端部には、その全周に渡り、コーティング層３の厚さｈ_１より突出し高さｈ_２を有する突条２ｂが設けられている。
【００２２】
上記コーティング層３はＺｒＯ_２で、基材２はＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２質、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＭｇＯ質、ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３質、ＳｉＣ質、ＳｉＣ−ＳｉＯ_２質のいずれかである。あるいは、コーティング層３はＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３質で、基材２はＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２質、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＭｇＯ質、ＳｉＣ質、ＳｉＣ−ＳｉＯ_２質のいずれかである。これにより、基材２とコーティング層３との相性により、耐剥離性の向上が図れる。
【００２３】
本発明に係わる焼成用道具１は、コーティング層３が施される基材２の外周端部にその全周に渡り突条２ｂを設けることで、コーティング層３の膨張を拘束し、コーティング層３の剥離の発生を抑制する。また、焼成用道具１の多数回、長期間の使用により、コーティング層３に被焼成物の成分が浸透（拡散）し、残存膨張（使用温度付近における）が生じ、コーティング層３の膨張が大きくなり、基材２とコーティング層３の端部３ａとの密着度が向上する。
【００２４】
さらに、コーティング層３の基材２からの剥離は、基材２とコーティング層３との界面における雰囲気との反応が大きく影響するが、基材２の外周端部にその全周に渡り突条２ｂを設けて、雰囲気ガスが基材２とコーティング層３の界面に到達し難くすることで、端部３ａにおける耐剥離性を改善することができる。
【００２５】
上記コーティング層３を形成するコーティング方法は、スラリーを塗布後焼き付ける方法、プラズマ溶射に代表される溶射により原料を瞬間的に溶融し基材表面に吹き付ける方法等があり、要求される表面状態、耐摩耗性、気孔率に対応し易い方法が選択される。膨張に起因する剥離という観点からみると、コーティング層の組織はある程度の気孔率を有し、熱膨張差による歪みを緩和できる組織が好ましい。
【００２６】
図３に示すように、本発明のように道具材１の外周端部に突条２ｂを設け、コーティング層３の端部３ａを水平方向に拘束した場合、基材２とコーティング層３の膨張差による歪みをコーティング層３の組織内で緩和できる組織が好ましい。
【００２７】
溶射法で得られる組織はラメラ構造と呼ばれる扁平な粒子が堆積した独特の組織になっており、水平方向の膨張差の歪みをある程度緩和できる。特に水プラズマ溶射法等により作製される気孔率が、好ましくは５〜２０％、より好ましくは１０〜２０％であるコーティング層は、歪みの緩和効果が大きい。また、一般的に行われるように、コーティング層と基材との中間の熱膨張率を有する中間層を設けたり、傾斜組織にして熱膨張差を緩和する手法と本発明を併用することで耐剥離性はさらに改善される。
【００２８】
コーティング層の厚さは、焼成用道具用途においては、基材成分と被焼成物の接触を遮断するために、高温下での基材成分の拡散等を考慮すると最低５０μｍ、好ましくは３００μｍ程度（中間層も含む）であり、１０００μｍ以上になると、熱膨張差に起因するひずみ（溶射法の場合は溶射層の残留応力も）の影響が大きくなり、剥離が起り易くなる。コーティング厚さとしては、５０〜１０００μｍであり、従って、コーティング層を拘束する突条の高さとしては５０〜１０００μｍ以上が必要である。実用的にはコート厚さ＋３００μｍ以上あれば、製品のこぼれ防止の効果も持たせることができる。
【００２９】
また、多層の場合のコーティング層の厚さは、コーティング層に生じる応力（基材と被覆層の熱膨張さに起因する）を緩和し、コーティング層の座屈、亀裂の発生、剥離を防ぐため、各層の厚さが４０μｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
突条の幅については、基材の成形方法、強度によって任意に設定できる。一般的な基材では２ｍｍ以上が、製造面、使用時の欠け等を考慮すると実用的である。
【００３１】
また、上記突条は、これを利用して、焼成用道具を多段積載することも可能であり、この場合は突条の高さを部分的に変えることで、ガス抜き部を設けることができ、焼成特性を向上させることも可能である。
【００３２】
【実施例】
（実施例１）基材：ＳｉＣ質、コーティング層（２層）：表面Ｙ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２、中間層：ムライト
再結晶ＳｉＣ質（ＳｉＣ＞９９％）で、見掛け気孔率＝２７％、熱膨張係数＝４．５の材質で、図１のような端部に高さ３ｍｍ、幅５ｍｍの突条を有する形状の焼成用道具を作製した。水プラズマ溶射を用いてムライトを厚さ１００μｍ程度溶射した後、表面層としてＹ_２Ｏ_３部分安定化ＺｒＯ_２（Ｙ_２Ｏ_３＝８重量％）を厚さ１００μｍ溶射し、トータル厚さ２００μｍのコーティング層を形成した。この焼成用道具について、電気炉を用いたサイクル加熱試験（１４００℃まで昇温し１ｈｒ保持した後冷却）を行った。
【００３３】
（実施例２〜６）表２に示すような基材とコーティングの組み合わせを用い、実施例１と同様の焼成用道具を作製し、サイクル加熱試験を行った。
【００３４】
（比較例１）基材：ＳｉＣ質、コーティング層（２層）：表面Ｙ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２、中間層：ムライト
実施例１と同様の基材で図４のようなフラットなプレート形状を作製し、同様のコーティングを施した焼成用道具について、実施例１と同様の条件でサイクル加熱試験を行った。
【００３５】
（比較例２）基材：Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２、コーティング層（１層）：ＣａＯ−ＺｒＯ_２
実施例２と同様の基材、コーティングの組み合わせで、図４のような形状の焼成用道具を作製し、サイクル加熱試験を行った。
【００３６】
（比較例３）基材：Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＭｇＯ質、コーティング層（１層）：ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３
実施例３と同様の基材、コーティングの組み合わせで図４の形状の焼成用道具を作製し、サイクル加熱試験を行った。
【００３７】
結果：表２に示す。
【表２】

表２の実施例１〜７からもわかるように、いずれの組み合わせても、実使用の目安である１００回の試験で剥離は発生しなかった。これに対して、比較例１は３０回、比較例２は２５回、比較例３は３５回と各実施例に比べて、耐用回数が著しく小さいことが確認された。
【００３８】
【発明の効果】
本発明に係わる焼成用道具によれば、コーティング層の耐剥離性、特にコーティング層の端部で耐剥離性を改善した焼成用道具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる焼成用道具の平面図。
【図２】本発明に係わる焼成用道具の断面図。
【図３】図２のＡ部を拡大して示す断面図。
【図４】従来の焼成用道具の平面図。
【図５】従来の焼成用道具の断面図。
【図６】図５のＢ部を拡大して示す断面図。
【図７】図５のＣ部を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
１焼成用道具
２基材
２ａ基材面
２ｂ突条
３コーティング層
３ａ端部

Claims

基材の一面に、基材より熱膨張係数の大きい材質のコーティング層が少なくとも１層設けられ、前記コーティング層が設けられた基材面の外周端部には、その全周に渡り前記コーティング層の厚さより突出する突条が設けられたことを特徴とする焼成用道具。
前記コーティング層はＺｒＯ_２で、前記基材はＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２質、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＭｇＯ質、ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３質、ＳｉＣ質、ＳｉＣ−ＳｉＯ_２質のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の焼成用道具。
前記コーティング層はＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３質で、基材はＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２質、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＭｇＯ質、ＳｉＣ質、ＳｉＣ−ＳｉＯ_２質のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の焼成用道具材。