JP2014172784A

JP2014172784A - 焼成用シートおよび焼成シートを用いた被焼成体の焼成方法

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Publication number: JP2014172784A
Application number: JP2013046746A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Komiyama; 常夫古宮山; Yasuhisa Nakanishi; 泰久中西; Kenji Mori; 賢司森
Original assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Adrec Co Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Adrec Co Ltd
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2014-09-22

Abstract

【課題】被焼成体を、焼成用敷部材と付着や反応を引き起こすことなく焼成でき、かつ焼成に伴う被焼成体の変形や破損を抑制できる技術を提供すること。
【解決手段】未焼成のシート表面に被焼成体を載置して焼成する焼成用シートであって、焼成時に前記被焼成体との間で成分移動を生じない材質から構成され、前記被焼成体の焼成収縮率との差で±３％以内の焼成収縮率を有する。その材質は被焼成体と同一であることが好ましく、厚さは0.3〜5.0mmであることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼成用シートおよび焼成シートを用いた被焼成体の焼成方法に関するものである。

セラミックコンデンサーやハニカム等のセラミック製品の熱処理に用いる焼成用敷部材（セッター、焼成用敷板、焼成用シート等）は、耐熱性や機械的強度の他に、焼成する被焼成体と反応しない特性を備えることが要求される。

例えば特許文献１には、被焼成体の載置面（表面）に、被焼成体と同一組成のセラミックを塗布および焼成して得られたセッターを用いて被焼成体の焼成を行うことにより、セッターと被焼成体との付着や反応を抑制する技術が開示されている。

しかし、既焼結体である焼成用敷部材を用いて、未焼結体である被焼成体の焼成を行う従来技術では、両者の焼成に伴う収縮率（以下、焼成収縮率という）、熱膨張率の差に起因して、被焼成体に、摩擦による変形や破損が発生するという問題があった。

特開平５−３４５６７５号公報

本発明の目的は前記の問題を解決し、被焼成体を、焼成用敷部材との付着や反応を引き起こすことなく焼成でき、かつ焼成に伴う被焼成体の変形や破損を抑制できる技術を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明は、シート表面に被焼成体を載置して焼成する焼成用シートであって、該焼成用シートは未焼成であり、焼成時に該被焼成体との間で成分移動を生じない材質から構成され、該被焼成体の焼成収縮率との差で±３％以内の焼成収縮率を有することを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の焼成用シートにおいて、前記材質が該被焼成体と同一原料であることを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の焼成用シートにおいて、前記未焼成のシートは、厚さ０．３〜５．０ｍｍで、１ＭＰａ以上の常温曲げ強さを有することを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の焼成用シートにおいて、前記シート表面の表面粗さが、Ｒａ１０μｍ以下であることを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、被焼成体との焼成収縮率との差が±３％以内であり、かつ焼成時に該被焼成体との間で成分移動を生じない材質で未焼成の焼成シートを製作し、その上に該被焼成体を載置して焼成することを特徴とするものである。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の被焼成体の焼成方法において、前記焼成シートが、該被焼成体と同一原料であることを特徴とするものである。

本発明に係る焼成用シートは、焼成時に被焼成体との間で成分移動を生じない材質から構成されているため、被焼成体に付着や反応を引き起こすことなく焼成することができる。

また、本発明では、未焼成のシート表面に被焼成体を載置して焼成する構成を採用し、さらに、被焼成体の焼成収縮率との差で±３％以内の焼成収縮率を有する構成、すなわち、焼成に伴う被焼成体の収縮率と焼成に伴う焼成用シートの収縮率を近接させた構成としているため、被焼成体と焼成用シートの焼成収縮率の違いに起因した被焼成体の変形や破損の発生を回避することができる。

本発明の実施形態の焼成用シートを示す斜視図である。本発明の実施形態の焼成用シートに被焼成体を載置した正面図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１には本実施形態の焼成用シートの斜視図を示す。本実施形態の焼成用シート１は、図２に示すように、被焼成体２であるハニカム等のセラミック製品を表面に載置して焼成する際に使用されるものであり、被焼成体２と同一原料から構成されている。このように、焼成用シート１を被焼成体２であるセラミック製品と同一原料から構成することにより、焼成時に焼成用シート１と被焼成体２との間で成分移動が生じて、被焼成体２に付着や反応を引き起こす現象を回避することができる。なお、本実施形態では、焼成用シート１を被焼成体２と同一原料で構成しているが、焼成時に焼成用シート１と被焼成体２との間で成分移動が生じないものであれば、「同一原料」には特に限定されない。

被焼成体２の焼成は、焼成用治具３に載置した未焼成の焼成用シート１表面に被焼成体２を載置して行われる。前記のように、焼成用シート１を被焼成体２と同一原料で構成し、双方を未焼成の状態で使用した場合、焼成収縮率も同一となるため、被焼成体２と焼成用シート１の焼成収縮率の違いに起因した被焼成体２の変形や破損の発生を回避することができる。なお、前記のように、焼成用シート１の材質と被焼成体２の材質は「同一原料」であることに限定されないが、被焼成体２と焼成用シート１の焼成収縮率の違いに起因した被焼成体２の変形や破損の発生を回避するためには、焼成用シート１の焼成収縮率と被焼成体２の焼成収縮率との差は±３％以内とする。

本発明の焼成用シート１は、上述したセラミック原料と、有機バインダーとしてのメチルセルロース０．０１〜５％と、水０〜１５％とを混合した原料によって構成される。この焼成用シート原料を押出成形によりシート状に加工し、被焼成体２の大きさに合わせ切断する。これにより、被焼成体２に対して最適な大きさの焼成用シート１が製造可能となり、より安価に焼成用シート１を製造することが可能となる。なお、焼成用シート１の厚さは取扱時の破損を抑制するため、０．３〜５ｍｍであることが好ましい。さらに、焼成用シート原料には、被焼成体２の不具合品を再利用することも可能であり、これにより低コストで製造可能となり、同時に廃棄物を削減することができる。

また、上記成形方法の他に、セラミック原料と、有機バインダーとしてのメチルセルロース０．０１〜５％と、水０〜１５％と、粘度を下げるための揮発性溶媒１〜５０％とを混合したスラリー状の焼成用シート原料を、ドクターブレード法によりシート状に加工し、被焼成体２の大きさに合わせ切断することもできる。ドクターブレード法とは、スラリーをブレードの受け口に流し込むことにより均一の厚さに加工するための方法である。

上記成形方法により形成された焼成用シート１は、１０〜４０℃の常温で１０〜４８時間乾燥させる工程を経る。なお、乾燥後の焼成用シート１のひび割れ（以下、クラック）および破損の発生を防止するために、急速での乾燥は避ける方がよい。

乾燥後の焼成用シート１は、取扱上の破損を抑制するために、１ＭＰａ以上の常温曲げ強さを有することが好ましい。また、焼成収縮時における被焼成体２との摩擦抵抗による被焼成体２のクラックの発生を抑制するために、乾燥後の焼成用シート１の表面粗さはＲａ１０μｍ以下とすることが望ましい。

上記工程により形成された焼成用シート１を用いて行われる被焼成体２の焼成では、焼成用シート１は未焼成であり、被焼成体２と焼成用シート１とを同時に焼成するため、焼成用シート１の焼成工程を削減することができる。これにより、低コストで被焼成体２を焼成することが可能となる。また、焼成用シート１は繰り返し使用せず焼成毎に取り換えるため、繰り返し通窯することによるシートの変形や表面荒れ等を抑制することができ、結果、被焼成体２の破損や反応不良を防止することが可能となる。

下記（表１）中に示す成分（ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２）の組成（質量％）に従い、下記（表１）に示す「焼成の有無、シート厚み、常温曲げ強さ、表面粗さ」を備える実施例１〜２３、比較例１〜５の焼成用シートおよび被焼成体を作成した。なお、常温曲げ強さは測定サンプルを切出してＪＩＳの４点曲げ強さ試験方法（ＪＩＳＲ１６０１）により測定を行った。

さらに、作成した焼成用シートを焼成用治具に載置し、焼成用シートの表面には被焼成体を載置して焼成を行い、焼成収縮率、取扱上のクラック、被焼成体との付着、焼成用治具との付着、被焼成体の変色、被焼成体の変形についてそれぞれ比較検証した。なお、上記各項目は焼成を実施した後の状態を観察することにより評価した。

各項目の評価については、実際の使用に耐えうるかを基準とし、◎は非常に良い、○は良い、△は○に対して劣る、×は使用不可を意味する。さらに、すべての項目において◎ないし○であった実施例を良否評価Ａとし、△が一つ以上認められた実施例を良否評価Ｂとし、×が一つ以上認められた実施例を良否評価Ｃとした。

（Ａ判定：実施例１〜１７）
実施例１〜１７は、焼成用シートの焼成収縮率と被焼成体の焼成収縮率との差がすべて±３％以内であり、焼成シートの材質は被焼成体の材質と同一原料からなる。また、焼成用シートの厚さは、０．３〜５．０ｍｍの範囲であり、すべて１ＭＰａ以上の常温曲げ強さを有している。さらに、焼成用シート表面の表面粗さは、Ｒａ１０μｍ以下である。以上が被焼成体に変色、変形、および破損を発生させることなく焼成可能である良質な焼成用シートの構成要件であることが示された。

（Ｂ判定：実施例１８〜２３）
Ｂ判定の実施例は、焼成用シートの焼成収縮率と被焼成体の焼成収縮率との差がすべて±３％以内であるものの、一部の評価項目で実際の使用に耐え難い点が認められたものである。実施例１８、１９において、焼成用シートと被焼成体は異なる原料からなっている。これにより、被焼成体の変形が認められたことから、請求項２のように焼成シートの材質は被焼成体の材質と同一原料であることが好ましいことが確認された。また実施例２０は焼成用シートの厚みが０．２ｍｍと薄いため取扱時の破損可能性が高く、実施例２１は厚みが６．０ｍｍであるために被焼成体の変色が認められた。したがって、請求項３のように焼成用シート厚みは０．３ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲とすることが好ましいことが確認された。さらに実施例２２は常温曲げ強さが０．５ＭＰａであるために実施例２０と同様に取扱時の破損可能性が高く、また実施例２３は焼成用シート表面の表面粗さがＲａ１２μｍであることから、焼成収縮時において被焼成体との摩擦が大きくなり、被焼成体のクラックが発生した。したがって、請求項３ないし４に示すように常温曲げ強さは１ＭＰａ以上で、焼成用シート表面の表面粗さはＲａ１０μｍ以下とすることが望ましいことが確認された。

（Ｃ判定：比較例１〜５）
Ｃ判定の比較例は、焼成用シートの焼成収縮率と被焼成体の焼成収縮率との差が±３％を超えたものである。上記比較例１〜５においては、いずれも被焼成体に大きな変形が確認されたのに対し、本発明の構成からなる実施例１〜２３によればこれらの現象が回避されることが認められた。また、実施例１〜５と比較例１、２とを比較すると、良否判定が大きく異なることから、請求項２のように焼成用シートの材質と被焼成体の材質は同一原料であることが好ましく、さらに被焼成体のＡｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の質量％に対し、焼成用シートのＡｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の質量％がそれぞれ−１０％〜＋２０％の範囲に規定されることがより好ましいことが確認された。

１焼成用シート
２被焼成体
３焼成用治具

Claims

シート表面に被焼成体を載置して焼成する焼成用シートであって、該焼成用シートは未焼成であり、焼成時に該被焼成体との間で成分移動を生じない材質から構成され、該被焼成体の焼成収縮率との差で±３％以内の焼成収縮率を有することを特徴とする焼成用シート。
前記材質が該被焼成体と同一原料であることを特徴とする請求項１記載の焼成用シート。
前記未焼成のシートは、厚さ０．３〜５．０ｍｍで、１ＭＰａ以上の常温曲げ強さを有することを特徴とする請求項１記載の焼成用シート。
前記シート表面の表面粗さが、Ｒａ１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の焼成用シート。
被焼成体との焼成収縮率との差が±３％以内であり、かつ焼成時に該被焼成体との間で成分移動を生じない材質で未焼成の焼成シートを製作し、その上に該被焼成体を載置して焼成することを特徴とする被焼成体の焼成方法。
前記焼成シートが、該被焼成体と同一原料であることを特徴とする請求項５記載の被焼成体の焼成方法。