JP2005289723A

JP2005289723A - アルミナ・ムライト質焼成用治具

Info

Publication number: JP2005289723A
Application number: JP2004107106A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Yamada; 和典山田; Yutaka Okada; 裕岡田
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】耐用性に優れたアルミナ・ムライト質焼成用治具の提供。
【解決手段】熱衝撃抵抗係数Ｒが０．９以上、かつ熱衝撃損傷抵抗係数Ｒ''' が０．２以上である。
但し、Ｒ及びＲ''' は、次式から算出した。
Ｒ＝曲げ強さ／動弾性率／熱膨張率
Ｒ''' ＝動弾性率／曲げ強さ／曲げ強さ
ここで、曲げ強さ及び動弾性率は室温での、又、熱膨張率は１０００℃での測定値である。
【選択図】なし

Description

本発明は、セラミックコンデンサ、ソフトフェライト、点火プラグ等のセラミック電子部品素体の焼成に使用される匣鉢、セッター、棚板等のアルミナ・ムライト質焼成用治具に関する。

セラミック電子部品素体の焼成は、一般に、１０００〜１７００℃の温度域で行われるため、焼成用治具としては、耐熱性に優れるアルミナ・ムライト質セラミックスからなるものが使用される。
これらの上に直接被焼成物を載せた時に、治具成分との反応が起こる場合には、難反応性のアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）等を表面にコーティングした治具が使用されている。

しかし、従来のアルミナ・ムライト質焼成用治具では、使用に伴って割れが発生し、使用不可となる不具合がある。
割れの代表的な発生形態としては、以下の２つが認められている。
（１）耐熱衝撃性の不足により、使用初期の急熱、急冷による熱的スポーリングによる割れ。
（２）使用初期には割れは発生しないが、使用回数の増加に伴いクラックの追展が大きくなり、割れに至る。
特開２００３−２５２６７７号公報

本発明は、耐用性に優れたアルミナ・ムライト質焼成用治具を提供することを課題とする。

本発明のアルミナ・ムライト質焼成用治具は、熱衝撃抵抗係数Ｒが０．９以上、かつ熱衝撃損傷抵抗係数Ｒ''' が０．２以上であることを特徴とする。
但し、Ｒ及びＲ''' は、次式から算出した。
Ｒ＝曲げ強さ／動弾性率／熱膨張率
Ｒ''' ＝動弾性率／曲げ強さ／曲げ強さ
ここで、曲げ強さ及び動弾性率は室温での、又、熱膨張率は１０００℃での測定値である。

より好ましいアルミナ・ムライト質焼成用治具は、アルミナ５〜７０ｗｔ％にムライト３５〜９５ｗｔ％が配合され、４５μｍ以下のアルミナとムライトの重量比率が５〜５０：５０〜９５、４５μｍ以下のアルミナのうち、０．１〜５．０μｍのものが９５ｗｔ％以上であるアルミナ、ムライト原料を用いたことを特徴とする。

本発明のアルミナ・ムライト質焼成用治具によれば、熱膨張率及び弾性率と強度との兼ね合が良好となり、スポーリング試験での割れ（クラック）発生温度が大幅に上昇するので、耐用性を格段に高めることができる。

熱衝撃抵抗係数Ｒが０．９未満であると、熱的スポーリングが低位となる。
熱衝撃損傷抵抗係数Ｒ''' が０．２未満であると、クラックの進展が大きくなる可能性が高い。

アルミナの配合量が５ｗｔ％未満である（ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）の配合量が９５ｗｔ％を超える）と、使用回数の増加に伴い被焼成物成分の影響により早期に耐ベンド性が低下する可能性が高い。一方、アルミナの配合量が７０ｗｔ％を超えると（ムライトの配合量が３０ｗｔ％未満である）と、熱膨張率が高位となり熱的スポーリング性が低位となる。
アルミナの配合量は、１０〜６０ｗｔ％（ムライトの配合量４０〜９０ｗｔ％）がより好ましい。
４５μｍ以下のアルミナの重量比率が５％未満である（ムライトの重量比率が９５％を超えると）と、被焼成物成分の影響により早期に耐ベンド性が低下する可能性が高い。一方、アルミナの重量比率が５０％を超える（ムライトの重量比率が５０％未満となると、熱膨張率が高位となり熱的スポーリンが低位となる。
４５μｍ以下のアルミナとムライトの重量比率は、１０〜４５：５５〜９０がより好ましい。
４５μｍ以下のアルミナのうち、０．１〜５．０μｍのものが９５ｗｔ％未満であると、熱的スポーリングが低位となる。
又、焼成温度は、１６５０〜１７５０℃が好ましく、より好ましくは１６７０〜１７３０℃である。
焼成温度が、１６５０℃未満であると、治具の耐ベンド性が低位となる。一方、１７５０℃を超えると、焼結が進み過ぎ、耐熱衝撃性が低下する可能性がある。
（実施例１〜４、比較例１、２）

アルミナ１６ｗｔ％にムライト８４ｗｔ％を配合する一方、４５μｍ以下のアルミナ、ムライト原料の重量比率を２５ｗｔ％、４５μｍ以下のアルミナ原料とムライト原料の重量比率を表１に示すように変え、かつ、４５μｍ以下のアルミナ原料のうち、９５ｗｔ％以上となる粒度範囲を表１に示すように変え、各種の配合土を調製し、それらの配合土を使用して縦２００ｍｍ、横２００ｍｍ、高さ５０ｍｍ、肉厚１０ｍｍの箱形に成形し、１７００℃の温度で焼成して各種の匣鉢を製造した。

得られた各匣鉢の気孔率、かさ比重、室温での曲げ強さ、室温での動弾性率及び１０００℃の温度での熱膨張率を調べ、又、スポーリング試験を行ったところ、表１に示すようになった。
スポーリング試験は、各匣鉢を所定の温度（４５０℃からスタート）に保持した電気炉内に装入し、３０分保持した後、出炉し、クラックの発生状況を確認した。
クラックの発生がない場合、２５℃ずつ昇温し、クラックが発生するまで試験を繰り返した。

表１から分かるように、アルミナ、ムライト原料における４５μｍ以下のアルミナの比率が４５ｗｔ％以下で、その粒度において０．１〜４．５μｍの範囲が９５ｗｔ％以上を占める実施例１〜４の場合、アルミナの比率が低下するに伴いＲ値及びＲ''' 値が増大し、スポーリング試験での割れ発生温度も上昇した。特に、実施例４に示すように、アルミナの粒度を更に細粒化することによってＲ値及びＲ''' 値が増大し、スポーリング試験での割れ発生温度が上昇した。
一方、アルミナ、ムライト原料における４５μｍ以下のアルミナの比率を５５ｗｔ％とし、そのアルミナの粒度が実施例１〜３と同粒度（０．１〜４．５μｍが重量比率９５ｗｔ％以上）であるものを使用した比較例１の場合、Ｒ値は０．９未満で、Ｒ''' 値も０．２未満となり、かつ、スポーリング試験での割れ発生温度が６２５℃と低位な結果となった。
又、実施例１、２と同じくアルミナ、ムライト原料における４５μｍ以下のアルミナの比率を２０ｗｔ％とし、アルミナの粒度を増大（０．５〜１０μｍが重量比率９５ｗｔ％以上）させた比較例２の場合、Ｒ''' 値は０．２以上となったが、Ｒ値が０．９未満となり、かつ、スポーリング試験での割れ発生温度が６１３℃と低位な結果となった。

Claims

熱衝撃抵抗係数Ｒが０．９以上、かつ熱衝撃損傷抵抗係数Ｒ''' が０．２以上であることを特徴とするアルミナ・ムライト質焼成用治具。
但し、Ｒ及びＲ''' は、次式から算出した。
Ｒ＝曲げ強さ／動弾性率／熱膨張率
Ｒ''' ＝動弾性率／曲げ強さ／曲げ強さ
ここで、曲げ強さ及び動弾性率は室温での、又、熱膨張率は１０００℃での測定値である。
アルミナ５〜７０ｗｔ％にムライト３０〜９５ｗｔ％が配合され、４５μｍ以下のアルミナとムライトの重量比率が５〜５０：５０〜９５、４５μｍ以下のアルミナのうち、０．１〜５．０μｍのものが９５ｗｔ％以上であるアルミナ・ムライト原料を用いたことを特徴とする請求項１記載のアルミナ・ムライト質焼成用治具。