JP2014172817A - Multiple structure, molded film, and method for producing multiple structure - Google Patents

Multiple structure, molded film, and method for producing multiple structure Download PDF

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稔久 平岩
Kazuhiro Mizuki
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a molded film which is formed by molding/solidifying slurry on the surface of a substrate, the shape stability of which is ensured and which is hardly cracked.SOLUTION: Slurry containing, at the least, ceramic raw material powder and/or metal powder, an organic binder, and a dispersion medium is prepared. The prepared slurry is applied to the surface of a substrate and molded into a film shape. The molded film shape is solidified to obtain a molded film. When the thickness of the molded film at the center of the length thereof in the predetermined direction along the surface thereof is defined as tc, and the thickness thereof at the position parted from one end of the length toward the center by 5tc in the predetermined direction is defined as te, a relationship: 1.14≤te/tc≤1.2 is satisfied.

Description

本発明は、基体と、前記基体の表面に設けられた成形膜と、を備えた複合構造体に関する。また、本発明は、前記成形膜に関する。さらに、本発明は、前記複合構造体の製造方法に関する。   The present invention relates to a composite structure including a base and a molded film provided on the surface of the base. The present invention also relates to the molded film. Furthermore, this invention relates to the manufacturing method of the said composite structure.

従来より、基体と、前記基体の表面に、セラミックス原料粉体及び/又は金属粉体、有機バインダ、及び分散媒を少なくとも含むスラリーを成形・固化することによって設けられた成形膜と、を備えた複合構造体が広く知られている(例えば、特許文献1〜3を参照)。   Conventionally, a substrate and a molded film provided on the surface of the substrate by molding and solidifying a slurry containing at least ceramic raw material powder and / or metal powder, an organic binder, and a dispersion medium are provided. Composite structures are widely known (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

特開平06−139815号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-139815 特開2001−234106号公報JP 2001-234106 A 特開2003−238876号公報JP 2003-238876 A

通常、上記成形膜は、前記スラリーを調製する調製工程と、前記調製されたスラリーを前記基体の表面に膜状に成形する成形工程と、前記成形された膜を固化することによって前記成形膜を得る固化工程と、を経て作製され得る。   Usually, the molded film is prepared by preparing the slurry, forming the slurry on the surface of the substrate, and solidifying the molded film. And obtaining a solidification step.

一般に、基体の表面状に成形された直後の膜(即ち、固化(乾燥)工程前の粘弾性体)においては、自重に由来する応力に起因して、膜の中央部が膜の端部(膜の縁部)と比べて鉛直下方向に歪み(換言すれば、膜の中央部が鉛直下方向に窪み)、且つ、膜の端(膜の縁)が膜の中央部から離れる方向に拡がる(後述する図3を参照)。本願では、この現象を、「成形膜の垂れ」と呼ぶ。   In general, in a film immediately after being formed on the surface of a substrate (that is, a viscoelastic body before the solidification (drying) step), due to stress derived from its own weight, the central portion of the film is at the end of the film ( Compared to the edge of the membrane) (in other words, the center of the membrane is recessed downward), and the edge of the membrane (the edge of the membrane) extends away from the center of the membrane. (See FIG. 3 described later). In the present application, this phenomenon is called “molded film sagging”.

上記「成形膜の垂れ」の進行が顕著になると、固化工程後において所望の形状を有する成形膜が得られ難い。即ち、成形膜の形状安定性が確保できない、という問題が生じ得る。加えて、固化工程において、上記「成形膜の垂れ」に関連して、成形膜にクラックが発生する、という問題も生じ得る。   When the progress of the “molded film sagging” becomes remarkable, it is difficult to obtain a molded film having a desired shape after the solidification step. That is, there may be a problem that the shape stability of the molded film cannot be ensured. In addition, in the solidification process, there may be a problem that cracks occur in the molded film in relation to the above-mentioned “sag of the molded film”.

本発明者は、上記問題に対処するために研究を重ねた結果、成形膜の形状安定性を確保するための手法を見出した。加えて、固化工程における成形膜へのクラックの発生を抑制し得る手法をも見出した。   As a result of repeated studies to cope with the above problems, the present inventor has found a technique for ensuring the shape stability of the molded film. In addition, they have also found a technique that can suppress the occurrence of cracks in the molded film in the solidification process.

本発明者は、上記成形膜について、基体の表面に沿った所定方向における中央の厚さをtc、前記所定方向における一端から前記中央に向かって5tcの位置における厚さをteとしたとき、「te/tc≦1.2」という関係が成立する場合に「形状安定性が確保された」と判定することとした。ここで、前記成形膜について、前記所定方向における前記一端から前記一端に向かい合う他の一端までの長さをLとしたとき、「L≧30tc、且つ、tc≦0.3mm」という関係が成立することが好適である。   The inventor of the present invention is that when the thickness of the molding film in the predetermined direction along the surface of the substrate is tc, and the thickness at a position of 5 tc from one end in the predetermined direction toward the center is te, When the relationship of “te / tc ≦ 1.2” is established, it is determined that “shape stability is ensured”. Here, when the length from the one end to the other end facing the one end in the predetermined direction is L, the relationship of “L ≧ 30 tc and tc ≦ 0.3 mm” is established. Is preferred.

本発明者は、「形状安定性が確保された」成形膜(即ち、「te/tc≦1.2」という関係が成立する膜)に関し、特に、「1.14≦te/tc≦1.2」という関係が成立する場合に、固化工程において成形膜にクラックが発生し難いことを見出した(詳細は後述する)。ここで、前記基体は、気孔率が20体積%以上且つ60体積%以下であるセラミックスで構成されることが好適である。   The inventor of the present invention relates to a molded film with “stable shape stability” (that is, a film that satisfies the relationship “te / tc ≦ 1.2”), and particularly “1.14 ≦ te / tc ≦ 1. When the relationship “2” is established, it was found that cracks are hardly generated in the molded film in the solidification step (details will be described later). Here, it is preferable that the substrate is made of a ceramic having a porosity of 20% by volume or more and 60% by volume or less.

本発明者は、「形状安定性が確保され、且つ、クラックが発生し難い」成形膜(即ち、「1.14≦te/tc≦1.2」という関係が成立する膜)を得るための具体的な手法として、以下のことを見出した。   The inventor of the present invention is to obtain a molded film (that is, a film satisfying the relationship of “1.14 ≦ te / tc ≦ 1.2”) that is “shape stability is secured and cracks are hardly generated”. The following was found as a specific method.

即ち、前記成形膜の形成に使用された前記スラリーの密度をρ、前記成形膜の形成に使用された前記スラリーの剛性率をG、重力加速度をgとし、値「(ρ・tc・g)/G」に着目したとき、「0.015≦(ρ・tc・g)/G≦0.030」という関係が成立するように、ρ、tc、g、Gの組み合わせを調整することによって、「1.14≦te/tc≦1.2」という関係が成立する膜(即ち、「形状安定性が確保され、且つ、クラックが発生し難い」成形膜)を得ることができる。この場合、前記スラリーの剛性率をGについて、210Pa≦G≦302Paという関係が成立することが好適である。以上の内容の詳細については後述する。   That is, ρ is the density of the slurry used to form the molding film, G is the rigidity of the slurry used to form the molding film, and g is the acceleration of gravity. The value “(ρ · tc · g) / G ”, by adjusting the combination of ρ, tc, g, and G so that the relationship“ 0.015 ≦ (ρ · tc · g) /G≦0.030 ”is established, A film satisfying the relationship of “1.14 ≦ te / tc ≦ 1.2” (that is, a molded film that is “stable in shape and hardly cracks”) can be obtained. In this case, it is preferable that the relationship of 210 Pa ≦ G ≦ 302 Pa is satisfied with respect to the rigidity modulus of the slurry. Details of the above contents will be described later.

本発明の実施形態に係る製造方法によって製造された複合構造体の全体の斜視図である。It is a perspective view of the whole composite structure manufactured by the manufacturing method concerning the embodiment of the present invention. 図1に示した複合構造体の平面図(上面図)である。It is a top view (top view) of the composite structure shown in FIG. 図2の3−3線に対応する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to line 3-3 in FIG. 2. 基体の表面状に成形された直後の膜についての、図3に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to FIG. 3 about the film | membrane immediately after shape | molding on the surface state of a base | substrate.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る成形膜を含む複合構造体の製造方法、並びに、その製造方法によって製造された成形膜を含む複合構造体について説明する。   Hereinafter, a manufacturing method of a composite structure including a molded film according to an embodiment of the present invention and a composite structure including a molded film manufactured by the manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(複合構造体の構成の概要)
図1、図2は、本発明の実施形態に係る製造方法によって製造された複合構造体の一例を示す。この例に示される複合構造体は、平板状の基体10と、基体10の上面(平面)に形成された平板状の成形膜20と、から構成される。この例では、基体10及び成形膜20共に、平面視で四角形(より正確には正方形)を呈する。この例に示される複合構造体は、後に焼成されて最終的に製品となる。この製品としては、例えば、電子回路部品や半導体装置等が挙げられる。なお、複合構造体は、曲面状の基体10と、基体10の上面(曲面)に形成された曲面状の成形膜20と、から構成されてもよい。
(Outline of the structure of the composite structure)
1 and 2 show an example of a composite structure manufactured by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention. The composite structure shown in this example includes a flat substrate 10 and a flat molded film 20 formed on the upper surface (plane) of the substrate 10. In this example, both the base 10 and the molding film 20 have a quadrangle (more precisely, a square) in plan view. The composite structure shown in this example is fired later to finally become a product. Examples of this product include electronic circuit components and semiconductor devices. Note that the composite structure may include a curved base 10 and a curved molding film 20 formed on the upper surface (curved surface) of the base 10.

基体10は、例えば、気孔率が20体積%以上且つ60体積%以下のセラミックスで構成される。基体10の厚さは0.1〜10mmであり、基体10の代表長さ(この例では、一辺の長さ)は、10〜200mmである。基体10は、焼成体であってもよいし、焼成前の成形体であってもよい。   The base 10 is made of ceramics having a porosity of 20 volume% or more and 60 volume% or less, for example. The thickness of the base 10 is 0.1 to 10 mm, and the representative length of the base 10 (in this example, the length of one side) is 10 to 200 mm. The substrate 10 may be a fired body or a molded body before firing.

成形膜20は、基体10の上面に、セラミックス原料粉体及び/又は金属粉体、有機バインダ、及び分散媒を少なくとも含むスラリーを成形・固化することによって設けられた膜(乾燥・固化後の膜)である。成形膜20に含まれるセラミックス原料は、基体10を構成するセラミックス原料と同じであってもよいが、異なることが好適である。また、成形膜20(乾燥・固化後の膜)の気孔率は20〜60体積%である。成形膜20の厚さは0.01〜0.3mmであり、成形膜20の代表長さ(この例では、一辺の長さL(図2を参照))は、1〜30mmである。   The formed film 20 is a film provided by forming and solidifying a slurry containing at least a ceramic raw material powder and / or a metal powder, an organic binder, and a dispersion medium on the upper surface of the substrate 10 (dried / solidified film). ). The ceramic raw material contained in the formed film 20 may be the same as the ceramic raw material constituting the substrate 10, but is preferably different. The porosity of the molded film 20 (film after drying / solidification) is 20 to 60% by volume. The thickness of the molded film 20 is 0.01 to 0.3 mm, and the representative length of the molded film 20 (in this example, the length L on one side (see FIG. 2)) is 1 to 30 mm.

図2の3−3線に対応する断面図である図3に示すように、成形膜20(乾燥・固化後の膜)では、膜の中央部が膜の端部(膜の縁部)と比べて鉛直下方向に歪み(換言すれば、膜の中央部が鉛直下方向に窪み)、且つ、膜の端(膜の縁)が膜の中央部から離れる方向に拡がっている。即ち、上述した「成形膜の垂れ」が発生している。この「成形膜の垂れ」は、上述したように、膜の自重に由来する応力に起因する。   As shown in FIG. 3, which is a cross-sectional view corresponding to line 3-3 in FIG. 2, in the molded film 20 (film after drying and solidification), the center of the film is the end of the film (the edge of the film). In comparison, the film is distorted in the vertically downward direction (in other words, the central portion of the film is recessed in the vertically downward direction), and the end of the film (the edge of the film) extends away from the central portion of the film. That is, the above-mentioned “sag of the formed film” occurs. This “sag of the formed film” is caused by the stress derived from the weight of the film as described above.

(複合構造体の製造方法の概要)
次に、図1〜図3に示した、基体10の上面に形成された成形膜20の製造方法の概要ついて説明する。
(Outline of manufacturing method of composite structure)
Next, an outline of a method for manufacturing the molded film 20 formed on the upper surface of the substrate 10 shown in FIGS. 1 to 3 will be described.

<1>スラリー調製工程
先ず、成形膜20を成形する際に使用されるスラリーが調製される。このスラリーには、セラミックス原料粉体及び/又は金属粉体、有機バインダ、及び分散媒が少なくとも含まれ、必要に応じて、可塑剤、分散助剤等も含まれる。セラミックス原料粉体及び/又は金属粉体は、成形膜20を構成する主原料の粉体である。各成分の含有割合は、セラミックス原料粉体及び/又は金属粉体が10〜15体積%、有機バインダが5〜20体積%、分散媒が60〜70体積%、可塑剤が2〜5体積%、分散助剤が2〜5体積%とされ得る。
<1> Slurry preparation process First, the slurry used when shape | molding the shaping | molding film | membrane 20 is prepared. This slurry contains at least a ceramic raw material powder and / or a metal powder, an organic binder, and a dispersion medium, and a plasticizer, a dispersion aid, and the like as necessary. The ceramic raw material powder and / or the metal powder is a main raw material powder constituting the molding film 20. The content of each component is 10 to 15% by volume of ceramic raw material powder and / or metal powder, 5 to 20% by volume of organic binder, 60 to 70% by volume of dispersion medium, and 2 to 5% by volume of plasticizer. The dispersing aid may be 2-5% by volume.

セラミックス原料粉体としては、酸化物系セラミックスが使用されてもよいし、非酸化物系セラミックスが使用されてもよい。例えば、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ニッケル、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化カルシウム、酸化錫、二酸化珪素、酸化イットリウム、酸化コバルト、酸化銅、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化クロム、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等のような焼成により所望の組成を有するセラミックスを構成するための金属化合物や、窒化珪素、窒化チタン、窒化アルミニウム等の窒化物や、炭化珪素、炭化チタン等の炭化物が使用され得る。セラミックス原料粉体の粒子径については、スラリーを調製可能(即ち、分散媒中に安定的に粉体が分散可能)な限りにおいて、特に限定されない。   As the ceramic raw material powder, oxide ceramics may be used, or non-oxide ceramics may be used. For example, zirconium oxide, aluminum oxide, nickel oxide, iron oxide, zinc oxide, manganese oxide, calcium oxide, tin oxide, silicon dioxide, yttrium oxide, cobalt oxide, copper oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, chromium oxide, titanium oxide, Metal compounds for forming ceramics having a desired composition by firing such as barium titanate and strontium titanate, nitrides such as silicon nitride, titanium nitride and aluminum nitride, and carbides such as silicon carbide and titanium carbide Can be used. The particle diameter of the ceramic raw material powder is not particularly limited as long as the slurry can be prepared (that is, the powder can be stably dispersed in the dispersion medium).

金属粉体としては、例えば、導電性を有するものであれば特に限定されない。例えば、ニッケル、パラジウム、白金、金、銀、銅、タングステン、モリブデンやこれらの合金からなる粉末等が使用され得る。これらの金属粉末は、1種単独で用いられても良く、或いは、2種類以上が組み合わされて使用されてもよい。   The metal powder is not particularly limited as long as it has conductivity, for example. For example, powder made of nickel, palladium, platinum, gold, silver, copper, tungsten, molybdenum, or an alloy thereof can be used. These metal powders may be used alone or in combination of two or more.

セラミックス原料粉体及び/又は金属粉体の平均粒径は0.3μm以上且つ10μm以下であることが好ましく、また、セラミックス原料粉体及び/又は金属粉体の比表面積は0.3m/g以上且つ10m/g以下であることが好適である。 The average particle size of the ceramic raw material powder and / or metal powder is preferably 0.3 μm or more and 10 μm or less, and the specific surface area of the ceramic raw material powder and / or metal powder is 0.3 m 2 / g. It is suitable that it is above and is 10 m < 2 > / g or less.

有機バインダとしては、例えば、分散媒に溶解するものであれば特に限定されない。例えば、ポリビニルブチラール等のブチラール系、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ブチル等のアクリル系、エチルセルロース、メチルセルロース等のセルロース系、ウレタン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂等が使用され得る。   The organic binder is not particularly limited as long as it is soluble in the dispersion medium, for example. For example, butyral type such as polyvinyl butyral, acrylic type such as butyl acrylate and butyl methacrylate, cellulose type such as ethyl cellulose and methyl cellulose, urethane type resin, phenol type resin, epoxy type resin and the like can be used.

分散媒としては、例えば、有機バインダ、可塑剤、及び分散助剤を溶解するものであれば、特に限定されない。例えば、アルコール類(メタノール、エタノール、イソピルアルコール、ブタノール、2−エチルヘキサノール等)、エーテル類(2−メトキシエタノール、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレンエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン等)、エステル類(酢酸エチル、酢酸ブチル、グルタル酸ジメチル、トリアセチン、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等)、炭化水素類(トルエン、キシレン、シクロヘキサン等)、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、スルフォラン等が挙げられる。これらの分散媒は、1種単独で用いられても良く、或いは、2種類以上が組み合わされて使用されてもよい。   The dispersion medium is not particularly limited as long as it dissolves an organic binder, a plasticizer, and a dispersion aid, for example. For example, alcohols (methanol, ethanol, isopropyl alcohol, butanol, 2-ethylhexanol, etc.), ethers (2-methoxyethanol, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene ether, diethylene glycol monobutyl ether) Etc.), ketones (acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diisobutyl ketone, etc.), esters (ethyl acetate, butyl acetate, dimethyl glutarate, triacetin, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether) Acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate Over DOO, propylene glycol monomethyl ether acetate), hydrocarbons (toluene, xylene, cyclohexane, etc.), N- methyl-2-pyrrolidone, N, N- dimethylformamide, sulfolane and the like. These dispersion media may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more types.

可塑剤としては、例えば、フタル酸誘導体、イソフタル酸誘導体、テトラヒドロフタル酸誘導体、アジピン酸誘導体、マレイン酸誘導体、フマル酸誘導体、ステアリン酸誘導体、オレイン酸誘導体、イタコン酸誘導体、リシノール誘導体が使用され得る。これらの中でも特に、フタル酸誘導体が好適である。具体的には、ジメチルフタレート、ジエチルフタレート、ジブチルフタレート、ジ−(2−エチルヘキシル)フタレート、ジオクチルフタレート、ジイソオクチルフタレート、ジイソブチルフタレート、ジヘプチルフタレート、ジフェニルフタレート等が使用され得る。   As the plasticizer, for example, phthalic acid derivatives, isophthalic acid derivatives, tetrahydrophthalic acid derivatives, adipic acid derivatives, maleic acid derivatives, fumaric acid derivatives, stearic acid derivatives, oleic acid derivatives, itaconic acid derivatives, ricinol derivatives can be used. . Of these, phthalic acid derivatives are particularly preferred. Specifically, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dibutyl phthalate, di- (2-ethylhexyl) phthalate, dioctyl phthalate, diisooctyl phthalate, diisobutyl phthalate, diheptyl phthalate, diphenyl phthalate and the like can be used.

分散助剤としては、例えば、ポリカルボン酸系共重合体、ポリカルボン酸塩、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、リン酸エステル塩系共重合体、スルホン酸塩系共重合体、3級アミンを有するポリウレタンポリエステル系共重合体等が使用され得る。特に、ポリカルボン酸系共重合体、ポリカルボン酸塩等が好適である。分散助剤を添加することによって、成形前のスラリーを、低粘度とし、且つ高い流動性を有するものとすることができる。   Examples of the dispersion aid include polycarboxylic acid copolymers, polycarboxylates, sorbitan fatty acid esters, polyglycerin fatty acid esters, phosphate ester copolymers, sulfonate copolymers, tertiary amines. A polyurethane polyester-based copolymer having the above can be used. In particular, polycarboxylic acid copolymers, polycarboxylates, and the like are suitable. By adding a dispersion aid, the slurry before molding can have a low viscosity and a high fluidity.

また、スラリーには、レオロジー調整剤が添加されてもよい。レオロジー調整剤は、周知であり且つすでに多くが市販されている。例えば、変性ポリアクリル系、変性ウレア系、ポリアマイド系等の各種のものから、分散媒の種類等に応じて適宜選択されたものが、レオロジー調整剤として用いられ得る。具体例としては、レオロジー調整剤として、サンノプコ株式会社製「SNシックナー630」、「SNシックナー634」、「SNシックナー636」、「SNシックナー641」、及び「SNシックナー4050」、ビックケミー社製「BYK−410」、「BYK−425」、及び「BYK−430」等を用いることが可能である。   A rheology modifier may be added to the slurry. Rheology modifiers are well known and many are already commercially available. For example, those appropriately selected from various types such as modified polyacrylic, modified urea, and polyamide based on the type of dispersion medium and the like can be used as the rheology modifier. Specific examples of rheology modifiers include “SN thickener 630”, “SN thickener 634”, “SN thickener 636”, “SN thickener 641”, and “SN thickener 4050” manufactured by San Nopco, “BYK” manufactured by BYK Chemie. -410 "," BYK-425 "," BYK-430 ", and the like can be used.

<2>成形工程(塗膜形成工程)
次に、上述のように調製されたスラリーを用いて、図3に対応する図4に示すように、予め準備された(完成された)基体10の上面に膜が成形される。図4に示すように、膜が成形された直後の段階では、膜の厚さは均一である。膜の形成手法としては、ドクターブレード法、スクリーン印刷法等の周知の手法の一つが採用され得る。
<2> Molding process (coating film forming process)
Next, using the slurry prepared as described above, as shown in FIG. 4 corresponding to FIG. 3, a film is formed on the upper surface of the substrate 10 prepared (completed) in advance. As shown in FIG. 4, the film thickness is uniform immediately after the film is formed. As a film forming method, one of known methods such as a doctor blade method and a screen printing method may be employed.

膜が成形された後、上述した「成形膜の垂れ」が進行し、上述した図3に示すように、膜の中央部が膜の端部と比べて鉛直下方向に歪んでいき(膜の中央部が鉛直下方向に窪んでいき)、且つ、膜の端(膜の縁)が膜の中央部から離れる方向に拡がっていく。この「成形膜の垂れ」の進行は、後述する固化工程における途中で終了する。後述するように、「成形膜の垂れ」の進行が終了する段階は、スラリーの剛性率G(後述)に大きく依存する。   After the film is formed, the above-described “sag of the formed film” proceeds, and as shown in FIG. 3 described above, the center of the film is distorted vertically downward compared to the end of the film (the film The center part is depressed vertically downward) and the end of the film (the edge of the film) spreads away from the center part of the film. The progress of the “sag of the formed film” ends in the course of the solidification step described later. As will be described later, the stage in which the “sag of the formed film” ends is largely dependent on the rigidity G of the slurry (described later).

<3>固化(乾燥)工程
次に、上述のように基体10の上面に成形された膜の内部の分散媒を揮発除去する(即ち、膜を乾燥させる)ことで、膜が固化される。これにより、基体10の上面にて成形膜20が形成される(完成される)。典型的には、膜の固化(乾燥)は、膜を加熱することによって達成される。また、固化工程は、以下のように乾燥に限定されない。
<3> Solidification (Drying) Step Next, the membrane is solidified by volatilizing and removing the dispersion medium inside the membrane formed on the upper surface of the substrate 10 as described above (that is, drying the membrane). Thereby, the molding film 20 is formed (completed) on the upper surface of the substrate 10. Typically, solidification (drying) of the film is achieved by heating the film. Moreover, the solidification process is not limited to drying as follows.

固化工程において、重合反応が用いられてもよい。即ち、スラリー調製工程において調製されるスラリーは、粉末状の成形原料(2種以上のセラミック原料が含まれ得る)と、これを分散させるための分散媒と、前記成形原料を前記分散媒中に均一に分散させるための分散助剤と、化学反応によって合成樹脂である有機バインダを生成させるためのバインダ前駆体と、前記化学反応を進行させるための反応進行剤(触媒)と、を含むスラリーを調製する工程であってもよい。このスラリーにも、レオロジー調整剤が添加されてもよい。この場合、固化工程は、成形工程によって得られた一次粉末成形体にて、前記化学反応を進行させて前記スラリーを固化させるとともに前記一次粉末成形体から前記分散媒を揮発除去する、固化乾燥工程であってもよい。   In the solidification step, a polymerization reaction may be used. That is, the slurry prepared in the slurry preparation step is a powdered forming raw material (which may contain two or more ceramic raw materials), a dispersion medium for dispersing the powder, and the forming raw material in the dispersion medium. A slurry containing a dispersion aid for uniformly dispersing, a binder precursor for generating an organic binder that is a synthetic resin by a chemical reaction, and a reaction accelerator (catalyst) for causing the chemical reaction to proceed. It may be a step of preparing. A rheology modifier may also be added to this slurry. In this case, the solidification step is a solidification drying step in which, in the primary powder molded body obtained by the molding step, the chemical reaction is advanced to solidify the slurry, and the dispersion medium is volatilized and removed from the primary powder molded body. It may be.

固化乾燥工程は、上述の一次粉末成形体を常温にて放置して前記バインダ前駆体としてのウレタン前駆体(イソシアネート及びポリオール)の化学反応を進行させることで、有機バインダとしてのウレタン樹脂を生成させてスラリーを固化(ゲル化)する工程であってもよい。   In the solidification drying process, a urethane resin as an organic binder is generated by allowing the above-mentioned primary powder molded body to stand at room temperature and advancing the chemical reaction of the urethane precursor (isocyanate and polyol) as the binder precursor. And a step of solidifying (gelling) the slurry.

イソシアネートとしては、イソシアネート基を官能基として有する物質であれば、特に限定されない(イソシアネート基を複数有するポリイソシアネートが、特に好適に用いられ得る。)。具体的には、例えば、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、あるいは、これらの変性体等が「イソシアネート」として良好に用いられ得る。なお、分子内にイソシアネート基以外の反応性官能基を有するものも、「イソシアネート」として良好に用いることができる。   The isocyanate is not particularly limited as long as it is a substance having an isocyanate group as a functional group (a polyisocyanate having a plurality of isocyanate groups can be particularly preferably used). Specifically, for example, tolylene diisocyanate (TDI), diphenylmethane diisocyanate (MDI), or modified products thereof can be favorably used as “isocyanate”. In addition, what has a reactive functional group other than an isocyanate group in a molecule | numerator can be favorably used as "isocyanate".

ポリオールとしては、複数のアルコール性ヒドロキシル基を官能基として有する物質であれば、特に限定されない。例えば、エチレングリコール(EG)、ポリエチレングリコール(PEG)、プロピレングリコール(PG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)、ポリヘキサメチレングリコール(PHMG)、ポリビニルブチラール(PVB)等が「ポリオール」として良好に用いられ得る。   The polyol is not particularly limited as long as it is a substance having a plurality of alcoholic hydroxyl groups as functional groups. For example, ethylene glycol (EG), polyethylene glycol (PEG), propylene glycol (PG), polypropylene glycol (PPG), polytetramethylene ether glycol (PTMG), polyhexamethylene glycol (PHMG), polyvinyl butyral (PVB), etc. It can be used favorably as “polyol”.

なお、ウレタン前駆体は、上述の具体例に何ら限定されない。例えば、ポリオールには、イソシアネート基と反応し得る他の官能基(カルボキシル基、アミノ基、等)が導入されていてもよい。あるいは、ポリオールに代えて、又はこれとともに、上述のカルボキシル基やアミノ基等を有する物質(これにはアルコール性ヒドロキシル基が1つ含まれていてもよい)が用いられ得る。また、成形前のウレタン反応の進行を抑制するために、スラリー中にブロック剤が添加されたり、ウレタン前駆体(例えばイソシアネート)にブロック作用が付与されたりしてもよい。   In addition, a urethane precursor is not limited to the above-mentioned specific example at all. For example, other functional groups (carboxyl group, amino group, etc.) that can react with an isocyanate group may be introduced into the polyol. Alternatively, instead of or together with the polyol, a substance having the above-described carboxyl group or amino group (which may contain one alcoholic hydroxyl group) may be used. Moreover, in order to suppress the progress of the urethane reaction before molding, a blocking agent may be added to the slurry, or a blocking action may be imparted to the urethane precursor (for example, isocyanate).

触媒(反応進行剤)としては、ウレタン反応を促進させる物質であれば、特に限定されない。例えば、トリエチレンジアミン、ヘキサンジアミン、6−ジメチルアミノ−1−ヘキサノール等が用いられ得る。   The catalyst (reaction promoter) is not particularly limited as long as it is a substance that promotes the urethane reaction. For example, triethylenediamine, hexanediamine, 6-dimethylamino-1-hexanol and the like can be used.

(形状安定性が確保された成形膜におけるクラック発生の抑制)
以下、成形膜20のような成形膜(固化工程後)について、基体の表面に沿った所定方向における中央の厚さ(z軸方向)をtc(mm)、前記所定方向における一端から前記中央に向かって5tcの位置における厚さ(z軸方向)をte(mm)とする。図3に示す例では、成形膜20のy軸方向に沿った断面(図2の3−3断面)における値tc、及び、値teが示されている。
(Suppression of cracks in molded films with shape stability)
Hereinafter, for a molded film such as the molded film 20 (after the solidification step), the center thickness (z-axis direction) in a predetermined direction along the surface of the substrate is tc (mm), and from one end in the predetermined direction to the center. The thickness (z-axis direction) at a position of 5 tc is assumed to be te (mm). In the example shown in FIG. 3, the value tc and the value te in the cross section (3-3 cross section of FIG. 2) along the y-axis direction of the molding film 20 are shown.

上記「成形膜の垂れ」の進行が顕著になると、膜の中央部が膜の端部と比べて鉛直下方向に歪む度合(換言すれば、膜の中央部が鉛直下方向に窪む度合)が大きくなって成形膜の形状安定性が確保され得ない。換言すれば、値「te/tc」(>1)が大きいことは、成形膜の形状安定性が確保されていないことを意味する。   When the progress of the "molded film sagging" becomes prominent, the degree to which the center part of the film is distorted in the vertically downward direction compared to the end part of the film (in other words, the degree to which the center part of the film is recessed in the vertically downward direction) As a result, the shape stability of the molded film cannot be secured. In other words, a large value “te / tc” (> 1) means that the shape stability of the molded film is not ensured.

係る知見に基づき、本発明者は、固化工程後(即ち、成形膜の完成後)において、「te/tc≦1.2」という関係が成立する場合に「成形膜の形状安定性が確保された」と判定することとした。ここで、この成形膜(固化工程後)について、前記所定方向における前記一端から前記一端に向かい合う他の一端までの長さをL(mm)としたとき(図3を参照)、「L≧30tc、且つ、tc≦0.3mm」という関係が成立することが好適である。   Based on such knowledge, the present inventor, after the solidification step (that is, after completion of the formed film), when the relationship “te / tc ≦ 1.2” is established, “the shape stability of the formed film is ensured. It was decided that Here, when the length from the one end in the predetermined direction to the other end facing the one end in the predetermined direction is L (mm) with respect to the formed film (after the solidifying step) (see FIG. 3), “L ≧ 30 tc , And tc ≦ 0.3 mm ”is preferably established.

このような「形状安定性が確保された」成形膜(即ち、「te/tc≦1.2」という関係が成立する膜)に関し、スラリーの調製状態によっては、固化工程(固化乾燥工程)において、成形膜にクラックが発生し易い場合があった。   With regard to such a molded film with “stable shape stability” (that is, a film that satisfies the relationship “te / tc ≦ 1.2”), depending on the preparation state of the slurry, in the solidification step (solidification drying step) In some cases, cracks were likely to occur in the molded film.

本発明者は、このような「形状安定性が確保された」成形膜(即ち、「te/tc≦1.2」という関係が成立する膜)に関し、「1.14≦te/tc≦1.2」という関係が成立する場合に、そうでない場合と比べて、固化工程(固化乾燥工程)において成形膜にクラックが発生し難いことを見出した。   The inventor of the present invention relates to such a molded film having “stable shape stability” (that is, a film that satisfies the relationship of “te / tc ≦ 1.2”), “1.14 ≦ te / tc ≦ 1. When the relationship of “.2” is established, it has been found that cracks are less likely to occur in the molded film in the solidification step (solidification drying step) than in the case where it is not.

また、成形膜の形成に使用されたスラリー(固化工程前)の密度をρ(kg/m)、成形膜の形成に使用されたスラリー(固化工程前)の剛性率(せん断弾性率とも呼ばれる)をG(Pa)、重力加速度をg(m/s)とし、値「(ρ・tc・g)/G」(=無次元の値)、並びに、値Gに着目したとき、本発明者は、値「(ρ・tc・g)/G」、並びに、値Gも、固化工程(固化乾燥工程)における成形膜へのクラックの発生と強い相関があることを見出した。なお、値「(ρ・tc・g)/G」の算出の際には、値tcとして、「mm」(ミリメートル)単位ではなく、「m」(メートル)単位での値が使用された。以下、このことを確認した試験について説明する。 Further, the density of the slurry (before the solidification process) used for forming the molded film is ρ (kg / m 3 ), and the rigidity (also called the shear modulus) of the slurry (before the solidification process) used for forming the molded film. ) Is G (Pa), the gravitational acceleration is g (m / s 2 ), and attention is paid to the value “(ρ · tc · g) / G” (= dimensionless value) and the value G. The inventors have found that the value “(ρ · tc · g) / G” and the value G also have a strong correlation with the occurrence of cracks in the molded film in the solidification step (solidification drying step). In calculating the value “(ρ · tc · g) / G”, the value tc was not in “mm” (millimeter) units but in “m” (meter) units. Hereinafter, a test for confirming this will be described.

(試験)
この試験では、上述した本実施形態に係る複合構造体の製造方法を用いて、10種類のパターン(水準)で、基体の上面に成形膜が完成された。各パターンにおける、値「(ρ・tc・g)/G」、値G、及び、値「te/tc」の組み合わせは、表1に示すとおりであった。各パターンに対して10個のサンプル(N=10)が作製された。各サンプルについて、「L≧30tc、且つ、tc≦0.3mm」という関係が成立していた。
(test)
In this test, a molded film was completed on the upper surface of the substrate with 10 types of patterns (levels) using the method for manufacturing a composite structure according to the present embodiment described above. The combinations of the value “(ρ · tc · g) / G”, the value G, and the value “te / tc” in each pattern are as shown in Table 1. Ten samples (N = 10) were produced for each pattern. For each sample, the relationship “L ≧ 30 tc and tc ≦ 0.3 mm” was established.

Figure 2014172817
Figure 2014172817

各パターンについての共通の試験条件は、具体的には以下のとおりである。スラリー調製工程では、セラミックス原料粉体としての酸化アルミニウム原料粉体を10〜15体積%、有機バインダとしてのポリビニルブチラールを5〜20体積%、分散媒としてのジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートを60〜70体積%、可塑剤としてのジオクチルフタレートを2〜5体積%、分散助剤としてのポリカルボン酸系共重合体を2〜5体積%含む混合物が、ボールミルで14時間混合され、スラリーが調製された。次いで、このスラリーを真空で脱泡することによって、スラリー内に残存する気泡が除去された。成形工程では、このスラリーを用いて、ドクターブレード法やスクリーン印刷法等の周知の方法の一つによって、平板状のセラミックス基体の上面に、平面視(上面視)での形状が一辺の長さが15mmの四角形(典型的には、正方形)で、厚さがおよそ0.6mmの塗膜が形成された。セラミックス基体の気孔率は、20体積%以上且つ60体積%以下であり、セラミックス基板内の気孔は、所謂「開気孔」であった。固化工程では、形成された塗膜が、乾燥機を利用した加熱によって80℃で5時間に亘って充分に乾燥させられた。これにより、厚さtcが0.3mmの成形膜がセラミックス基体上に形成された。即ち、セラミックス複合構造体が得られた。   Specifically, the common test conditions for each pattern are as follows. In the slurry preparation step, 10 to 15% by volume of aluminum oxide raw material powder as ceramic raw material powder, 5 to 20% by volume of polyvinyl butyral as organic binder, and 60 to 70% by volume of diethylene glycol monobutyl ether acetate as a dispersion medium A mixture containing 2 to 5% by volume of dioctyl phthalate as a plasticizer and 2 to 5% by volume of a polycarboxylic acid copolymer as a dispersion aid was mixed for 14 hours by a ball mill to prepare a slurry. Next, bubbles remaining in the slurry were removed by defoaming the slurry in vacuum. In the molding process, the slurry is used to form one side of the shape in plan view (top view) on the upper surface of the flat ceramic substrate by one of known methods such as a doctor blade method and a screen printing method. Was a 15 mm square (typically a square) and a thickness of approximately 0.6 mm. The porosity of the ceramic substrate was 20% by volume or more and 60% by volume or less, and the pores in the ceramic substrate were so-called “open pores”. In the solidification step, the formed coating film was sufficiently dried at 80 ° C. for 5 hours by heating using a dryer. As a result, a molded film having a thickness tc of 0.3 mm was formed on the ceramic substrate. That is, a ceramic composite structure was obtained.

スラリーの密度ρ(kg/m)は、スラリーの元となった前記混合物の組成から周知の手法によって簡単に計算され得る。スラリーの密度ρは、形成された塗膜の全体に亘って均一である。成形膜(固化工程後)の厚さtc、te(mm)は、オリンパス社製のレーザ顕微鏡(OLS−1100)を用いて測定された。 The density ρ (kg / m 3 ) of the slurry can be easily calculated by a known method from the composition of the mixture from which the slurry is based. The density ρ of the slurry is uniform throughout the formed coating film. The thickness tc and te (mm) of the molded film (after the solidification step) were measured using an Olympus laser microscope (OLS-1100).

スラリーの剛性率G(Pa)は、Anton Paar社製の粘弾性レオメーター(MCR302)を用いて測定された。表1に示す値Gとしては、周波数が1Hz、歪が1%という条件下で測定された値が使用された。   The rigidity G (Pa) of the slurry was measured using a viscoelastic rheometer (MCR302) manufactured by Anton Paar. As the value G shown in Table 1, a value measured under conditions where the frequency was 1 Hz and the distortion was 1% was used.

なお、スラリーの粘度も、上述したAnton Paar社製の粘弾性レオメーター(MCR302)を用いて測定された。せん断速度が10−3[sec−1]以下での粘度を「d1」とし、せん断速度が10[sec−1]以上での粘度を「d2」としたとき、値「d1/d2」が150以上且つ300以下であった。即ち、このスラリーは所謂「擬塑性」を備えている、といえる。ここで「擬塑性」とは、せん断速度が低いときには高粘度となる一方で、せん断速度が高くなると粘度が急激に低くなる性質を指す(例えば、特開平10−130076号公報等を参照)。この「擬塑性」は、上述したレオロジー調整剤が添加されることによって獲得され易い性質である。 The viscosity of the slurry was also measured using the above-mentioned viscoelastic rheometer (MCR302) manufactured by Anton Paar. When the viscosity when the shear rate is 10 −3 [sec −1 ] or less is “d1” and the viscosity when the shear rate is 10 3 [sec −1 ] or more is “d2”, the value “d1 / d2” is It was 150 or more and 300 or less. That is, it can be said that this slurry has so-called “pseudoplasticity”. Here, “pseudoplasticity” refers to the property that when the shear rate is low, the viscosity becomes high, whereas when the shear rate is high, the viscosity decreases rapidly (see, for example, JP-A-10-130076). This “pseudoplasticity” is a property that is easily obtained by adding the rheology modifier described above.

スラリーの剛性率Gの大きさは、スラリーに含まれる有機バインダについての「分子量」、「添加量」(スラリー中の濃度(体積%))、及び、「分子構造(直鎖、側鎖)」を調整して、有機バインダの所謂「立体効果」の影響度合を調整することによって制御され得る。具体的には、「分子量」が大きいと、有機バインダ分子が長くなり、分子同士が絡まり易い(立体効果が大きい)。この結果、スラリーの剛性率Gが大きくなる。「添加量」が多いと、多くの有機バインダが絡まり易い(立体効果が大きい)。この結果、スラリーの剛性率Gが大きくなる。「分子構造」が複雑な側鎖構造を含む場合、有機バインダが複雑に絡まり易い(立体効果が大きい)。この結果、スラリーの剛性率Gが大きくなる。   The magnitude of the rigidity G of the slurry is the “molecular weight”, “added amount” (concentration in the slurry (volume%)), and “molecular structure (straight chain, side chain)” of the organic binder contained in the slurry. And the degree of influence of the so-called “steric effect” of the organic binder can be adjusted. Specifically, when the “molecular weight” is large, the organic binder molecule becomes long and the molecules tend to be entangled (high steric effect). As a result, the rigidity G of the slurry increases. When the “addition amount” is large, many organic binders are easily entangled (the steric effect is large). As a result, the rigidity G of the slurry increases. When the “molecular structure” includes a complicated side chain structure, the organic binder tends to be entangled in a complicated manner (high steric effect). As a result, the rigidity G of the slurry increases.

固化工程において成形膜の表面に発生したクラックの有無は、目視、或いは、顕微鏡を用いた観察に基づいて判定された。この結果は表1に示すとおりである。   The presence or absence of cracks generated on the surface of the molded film in the solidification step was determined based on visual observation or observation using a microscope. The results are as shown in Table 1.

表1から理解できるように、「1.14≦te/tc≦1.2」という関係が成立する場合に、そうでない場合と比べて、固化工程(固化乾燥工程)において成形膜にクラックが発生し難い、ということができる。   As can be seen from Table 1, when the relationship of “1.14 ≦ te / tc ≦ 1.2” is established, cracks are generated in the molded film in the solidification step (solidification drying step) compared to the case where it is not. It can be difficult.

加えて、値「(ρ・tc・g)/G」に着目すると、「0.015≦(ρ・tc・g)/G≦0.030」という関係が成立するように、ρ、tc、gの組み合わせを調整することによって、「1.14≦te/tc≦1.2」という関係が成立する膜(即ち、「形状安定性が確保され、且つ、クラックが発生し難い」成形膜)を得ることができる、ということができる。   In addition, when focusing on the value “(ρ · tc · g) / G”, ρ, tc, and so on so that the relationship “0.015 ≦ (ρ · tc · g) /G≦0.030” is satisfied. By adjusting the combination of g, a film satisfying the relationship of “1.14 ≦ te / tc ≦ 1.2” (that is, a molded film that is “stable in shape stability and hardly cracks”) It can be said that can be obtained.

更には、値Gに着目すると、210Pa≦G≦302Paという関係が成立する場合に、「1.14≦te/tc≦1.2」という関係が成立する膜(即ち、「形状安定性が確保され、且つ、クラックが発生し難い」成形膜)を得ることができる、ということができる。   Further, when focusing on the value G, when the relationship of 210 Pa ≦ G ≦ 302 Pa is established, the film satisfying the relationship of “1.14 ≦ te / tc ≦ 1.2” (that is, “shape stability is ensured”). In addition, it is possible to obtain a “molded film” that is hardly cracked.

ここで、値「(ρ・tc・g)/G」について付言する。図3に示すように、成形膜20における厚さteに対応する頂部から成形膜20の中央に向かう傾斜面と、水平面と、のなす角度をθとすると、前記頂部での歪γは、「γ=tanθ」と表わすことができる。   Here, the value “(ρ · tc · g) / G” is added. As shown in FIG. 3, when the angle formed by the inclined surface from the top corresponding to the thickness te in the molding film 20 toward the center of the molding film 20 and the horizontal plane is θ, the strain γ at the top is “ γ = tan θ ”.

成形膜20の前駆体であるスラリーの自重に由来して、前記スラリーによって成形された塗膜の内部に作用するせん断応力をτ、塗膜の歪をγ、スラリーの剛性率をGとすると、下記(1)式が成立する。
γ=τ/G …(1)
When the shear stress acting on the inside of the coating film formed by the slurry is τ, the coating film strain is γ, and the rigidity of the slurry is G, derived from the weight of the slurry that is the precursor of the molding film 20; The following equation (1) is established.
γ = τ / G (1)

また、せん断応力τは、スラリーの密度をρ、塗膜の厚さをh、重力加速度をgとすると、下記(2)式で表わすことができる。
τ=ρ・h・g …(2)
Further, the shear stress τ can be expressed by the following equation (2), where ρ is the slurry density, h is the coating thickness, and g is the gravitational acceleration.
τ = ρ · h · g (2)

上記(2)式の関係を上記(1)式に代入すると、下記(3)式が得られる。即ち、歪γは、ρ及びhに比例し、Gに反比例する。
γ=(ρ・h・g)/G …(3)
Substituting the relationship of the above equation (2) into the above equation (1), the following equation (3) is obtained. That is, the strain γ is proportional to ρ and h and inversely proportional to G.
γ = (ρ · h · g) / G (3)

ここで、値hとして、図3に示す成形膜20における厚さtcを採用し、図3に示す成形膜20における厚さteに対応する頂部での歪をγ(=tanθ)とすると、下記(4)式が得られる。
γ=(ρ・tc・g)/G …(4)
Here, when the thickness tc in the molded film 20 shown in FIG. 3 is adopted as the value h, and the strain at the top corresponding to the thickness te in the molded film 20 shown in FIG. 3 is γ 0 (= tan θ), The following equation (4) is obtained.
γ 0 = (ρ · tc · g) / G (4)

上記(4)式から理解できるように、値「(ρ・tc・g)/G」は、図3に示す成形膜20における厚さteに対応する頂部での歪γの大きさに相当する値である。換言すれば、値「(ρ・tc・g)/G」は、値「te/tc」と同様、上述した「成形膜の垂れ」の進行の程度を表わす指標といえる。この点において、「0.015≦(ρ・tc・g)/G≦0.030」という関係が成立するようにρ、tc、g、Gの組み合わせを調整することは、結果的に、「1.14≦te/tc≦1.2」という関係が成立するように(即ち、「形状安定性が確保され、且つ、クラックが発生し難い」成形膜を得ることができるように)スラリーの状態を調整することになる、といえる。 As can be understood from the above equation (4), the value “(ρ · tc · g) / G” corresponds to the magnitude of the strain γ 0 at the top corresponding to the thickness te in the molded film 20 shown in FIG. The value to be In other words, the value “(ρ · tc · g) / G”, like the value “te / tc”, can be said to be an index representing the degree of progress of the “molded film sagging” described above. In this respect, adjusting the combination of ρ, tc, g, and G so that the relationship of “0.015 ≦ (ρ · tc · g) /G≦0.030” is established results in “ 1.14 ≦ te / tc ≦ 1.2 ”(that is, to obtain a molded film that is“ stable in shape and hardly cracks ”). It can be said that the state will be adjusted.

以下、スラリーの剛性率Gと、成形膜におけるクラックの発生との関係について付言する。表1において、水準1、2では、スラリーの剛性率Gが大きい。即ち、スラリーが微視的に変形し難い。従って、上述したスラリーの脱泡処理の際にスラリー内に残存していた気泡の除去が困難となり、スラリー内に多くの気泡が残存した状態で成形工程が実行される。従って、成形された塗膜内にも多くの気泡が残存し、この状態で固化工程が実行される。この結果、固化工程において、塗膜内に残存する気泡(具体的には、スラリー調製の際に混入した気泡)に起因してクラックが発生し易くなる。   Hereinafter, the relationship between the rigidity G of the slurry and the occurrence of cracks in the molded film will be additionally described. In Table 1, at levels 1 and 2, the slurry has a large rigidity G. That is, the slurry is not microscopically deformed. Therefore, it is difficult to remove bubbles remaining in the slurry during the above-described defoaming treatment of the slurry, and the molding process is performed in a state where many bubbles remain in the slurry. Accordingly, many bubbles remain in the formed coating film, and the solidification step is performed in this state. As a result, in the solidification step, cracks are likely to occur due to bubbles remaining in the coating film (specifically, bubbles mixed during slurry preparation).

一方、表1において、水準7〜10では、スラリーの剛性率Gが小さい。即ち、スラリーが微視的に変形し易い。従って、成形工程及び固化工程が実行される間に亘って、多孔質の基体内に存在していた気泡が基体の上面から塗膜の内部へ移行する現象(所謂、「気泡浮上」)が発生し易い。従って、成形された塗膜内に多くの気泡が残存した状態で固化工程が実行される。この結果、固化工程において、塗膜内に残存する気泡(具体的には、気泡浮上によって混入した気泡)に起因してクラックが発生し易くなる。   On the other hand, in Table 1, at levels 7 to 10, the rigidity G of the slurry is small. That is, the slurry is easily microscopically deformed. Therefore, during the molding process and the solidification process, a phenomenon in which bubbles existing in the porous substrate move from the upper surface of the substrate to the inside of the coating film (so-called “bubble floating”) occurs. Easy to do. Therefore, the solidification step is performed in a state where many bubbles remain in the formed coating film. As a result, in the solidification step, cracks are likely to occur due to bubbles remaining in the coating film (specifically, bubbles mixed in by bubble floating).

以上より、成形膜におけるクラックの発生を抑制するために必要なスラリーの剛性率の適正な範囲が存在する。この適正な範囲が、上述した「210Pa≦G≦302Pa」である、といえる。   From the above, there exists an appropriate range of the rigidity of the slurry necessary for suppressing the occurrence of cracks in the molded film. It can be said that this appropriate range is “210 Pa ≦ G ≦ 302 Pa” described above.

10…基体、20…成形膜   10 ... Substrate, 20 ... Molded film

Claims (18)

基体と、
前記基体の表面に、セラミックス原料粉体及び/又は金属粉体、有機バインダ、及び分散媒を少なくとも含むスラリーを成形・固化することによって設けられた成形膜と、
を備えた複合構造体であって、
前記成形膜について、
前記表面に沿った所定方向における中央の厚さをtc、前記所定方向における一端から前記中央に向かって5tcの位置における厚さをteとしたとき、
te/tc≦1.2という関係が成立する、複合構造体。
A substrate;
A molding film provided on the surface of the substrate by molding and solidifying a slurry containing at least ceramic raw material powder and / or metal powder, an organic binder, and a dispersion medium;
A composite structure comprising
About the molded film,
When the thickness at the center in the predetermined direction along the surface is tc and the thickness at the position of 5 tc from one end in the predetermined direction toward the center is te,
A composite structure in which a relationship of te / tc ≦ 1.2 is established.
請求項1に記載の複合構造体において、
前記成形膜について、
1.14≦te/tc≦1.2という関係が成立する、複合構造体。
The composite structure according to claim 1,
About the molded film,
1. A composite structure in which the relationship of ≦ te / tc ≦ 1.2 is established.
請求項2に記載の複合構造体において、
前記成形膜の形成に使用された前記スラリーの密度をρ、前記成形膜の形成に使用された前記スラリーの剛性率をG、重力加速度をgとしたとき、
0.015≦(ρ・tc・g)/G≦0.030という関係が成立する、複合構造体。
The composite structure according to claim 2,
When the density of the slurry used for forming the molded film is ρ, the rigidity of the slurry used for forming the molded film is G, and the gravitational acceleration is g,
A composite structure in which a relationship of 0.015 ≦ (ρ · tc · g) /G≦0.030 is established.
請求項3に記載の複合構造体において、
前記成形膜の形成に使用された前記スラリーの剛性率Gについて、
210Pa≦G≦302Paという関係が成立する、複合構造体。
The composite structure according to claim 3,
About the rigidity G of the slurry used for forming the molding film,
A composite structure in which a relationship of 210 Pa ≦ G ≦ 302 Pa is established.
請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の複合構造体において、
前記成形膜について、
前記所定方向における前記一端から前記一端に向かい合う他の一端までの長さをLとしたとき、
L≧30tc、且つ、tc≦0.3mmという関係が成立する、複合構造体。
In the composite structure according to any one of claims 1 to 4,
About the molded film,
When the length from the one end to the other end facing the one end in the predetermined direction is L,
A composite structure in which a relationship of L ≧ 30 tc and tc ≦ 0.3 mm is established.
請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の複合構造体において、
前記基体は、
気孔率が20体積%以上且つ60体積%以下であるセラミックスで構成された、複合構造体。
In the composite structure according to any one of claims 1 to 5,
The substrate is
A composite structure composed of ceramics having a porosity of 20% by volume or more and 60% by volume or less.
基体の表面に、セラミックス原料粉体及び/又は金属粉体、有機バインダ、及び分散媒を少なくとも含むスラリーを成形・固化することによって設けられた成形膜であって、
前記表面に沿った所定方向における中央の厚さをtc、前記所定方向における一端から前記中央に向かって5tcの位置における厚さをteとしたとき、te/tc≦1.2という関係が成立する、成形膜。
A molded film provided on the surface of a substrate by molding and solidifying a slurry containing at least a ceramic raw material powder and / or a metal powder, an organic binder, and a dispersion medium,
When the thickness at the center in the predetermined direction along the surface is tc and the thickness at the position of 5 tc from one end in the predetermined direction toward the center is te, the relationship of te / tc ≦ 1.2 is established. , Molding film.
請求項7に記載の成形膜において、
1.14≦te/tc≦1.2という関係が成立する、成形膜。
The molded film according to claim 7,
1.14 <= te / tc <= 1.2 Formed film | membrane in which the relationship is materialized.
請求項8に記載の成形膜において、
前記成形膜の形成に使用された前記スラリーの密度をρ、前記成形膜の形成に使用された前記スラリーの剛性率をG、重力加速度をgとしたとき、
0.015≦(ρ・tc・g)/G≦0.030という関係が成立する、成形膜。
The molded film according to claim 8,
When the density of the slurry used for forming the molded film is ρ, the rigidity of the slurry used for forming the molded film is G, and the gravitational acceleration is g,
A molded film in which a relationship of 0.015 ≦ (ρ · tc · g) /G≦0.030 is established.
請求項9に記載の成形膜において、
前記成形膜の形成に使用された前記スラリーの剛性率Gについて、
210Pa≦G≦302Paという関係が成立する、成形膜。
In the molded film according to claim 9,
About the rigidity G of the slurry used for forming the molding film,
A molded film in which the relationship of 210 Pa ≦ G ≦ 302 Pa is established.
請求項7乃至請求項10の何れか一項に記載の成形膜において、
前記所定方向における前記一端から前記一端に向かい合う他の一端までの長さをLとしたとき、
L≧30tc、且つ、tc≦0.3mmという関係が成立する、成形膜。
In the molded film according to any one of claims 7 to 10,
When the length from the one end to the other end facing the one end in the predetermined direction is L,
A molded film in which the relationship of L ≧ 30 tc and tc ≦ 0.3 mm is established.
請求項7乃至請求項11の何れか一項に記載の成形膜において、
前記成形膜が設けられた基体は、
気孔率が20体積%以上且つ60体積%以下であるセラミックスで構成された、成形膜。
In the molded film according to any one of claims 7 to 11,
The substrate provided with the molding film is
A molded film made of ceramics having a porosity of 20% by volume to 60% by volume.
基体と、前記基体の表面に、セラミックス原料粉体及び/又は金属粉体、有機バインダ、及び分散媒を少なくとも含むスラリーを成形・固化することによって設けられた成形膜と、を備えた複合構造体の製造方法であって、
セラミックス原料粉体及び/又は金属粉体、有機バインダ、及び分散媒を少なくとも含むスラリーを調製する、調製工程と、
前記調製されたスラリーを前記基体の表面に膜状に成形する成形工程と、
前記成形された膜を固化することによって前記成形膜を得る固化工程と、
を備え、
前記成形膜について、
前記表面に沿った所定方向における中央の厚さをtc、前記所定方向における一端から前記中央に向かって5tcの位置における厚さをteとしたとき、
te/tc≦1.2という関係が成立する、複合構造体の製造方法。
A composite structure comprising: a base; and a molded film provided on the surface of the base by molding and solidifying a slurry containing at least a ceramic raw material powder and / or a metal powder, an organic binder, and a dispersion medium. A manufacturing method of
Preparing a slurry containing at least ceramic raw material powder and / or metal powder, an organic binder, and a dispersion medium; and
A molding step of molding the prepared slurry into a film on the surface of the substrate;
A solidification step of obtaining the molded film by solidifying the molded film;
With
About the molded film,
When the thickness at the center in the predetermined direction along the surface is tc and the thickness at the position of 5 tc from one end in the predetermined direction toward the center is te,
A method for manufacturing a composite structure, wherein a relationship of te / tc ≦ 1.2 is established.
請求項13に記載の複合構造体の製造方法において、
前記成形膜について、
1.14≦te/tc≦1.2という関係が成立する、複合構造体の製造方法。
In the manufacturing method of the composite structure according to claim 13,
About the molded film,
1.14 <te / tc <= 1.2 The manufacturing method of a composite structure in which the relationship is materialized.
請求項14に記載の複合構造体の製造方法において、
前記成形膜の形成に使用された前記スラリーの密度をρ、前記成形膜の形成に使用された前記スラリーの剛性率をG、重力加速度をgとしたとき、
0.015≦(ρ・tc・g)/G≦0.030という関係が成立する、複合構造体の製造方法。
In the manufacturing method of the composite structure according to claim 14,
When the density of the slurry used for forming the molded film is ρ, the rigidity of the slurry used for forming the molded film is G, and the gravitational acceleration is g,
A method for manufacturing a composite structure, wherein a relationship of 0.015 ≦ (ρ · tc · g) /G≦0.030 is established.
請求項15に記載の複合構造体の製造方法において、
前記成形膜の形成に使用された前記スラリーの剛性率Gについて、
210Pa≦G≦302Paという関係が成立する、複合構造体の製造方法。
In the manufacturing method of the composite structure according to claim 15,
About the rigidity G of the slurry used for forming the molding film,
A method for manufacturing a composite structure, wherein a relationship of 210 Pa ≦ G ≦ 302 Pa is established.
請求項13乃至請求項16の何れか一項に記載の複合構造体の製造方法において、
前記成形膜について、
前記所定方向における前記一端から前記一端に向かい合う他の一端までの長さをLとしたとき、
L≧30tc、且つ、tc≦0.3mmという関係が成立する、複合構造体の製造方法。
In the manufacturing method of the composite structure according to any one of claims 13 to 16,
About the molded film,
When the length from the one end to the other end facing the one end in the predetermined direction is L,
A method for manufacturing a composite structure, wherein a relationship of L ≧ 30 tc and tc ≦ 0.3 mm is established.
請求項13乃至請求項17の何れか一項に記載の複合構造体の製造方法において、
前記基体は、
気孔率が20体積%以上且つ60体積%以下であるセラミックスで構成された、複合構造体の製造方法。
In the manufacturing method of the composite structure according to any one of claims 13 to 17,
The substrate is
A method for producing a composite structure, comprising a ceramic having a porosity of 20% by volume or more and 60% by volume or less.
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