JP2015189625A - 多孔質セラミックス製の熱処理用部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐熱衝撃性、耐久性、耐食性、通気性に優れた多孔質セラミックス製の熱処理用部材の提供。【解決手段】要件（ａ）〜（ｆ）を満たす多孔質セラミックス製の熱処理用部材。（ａ）アルミナ質材料又はジルコニア質材料の焼結体からなる。（ａ−１）アルミナ質材料の場合、アルミナ含有量が９６．０ｗｔ％以上。（ａ−２）ジルコニア質材料の場合、ジルコニアに対し６〜１２ｍｏｌ％のイットリアを含有し、かつジルコニアとイットリアの合計含有量が９９．０ｗｔ％以上。（ｂ）気孔率が、５０〜７０％。（ｃ）平均気孔径が、５０〜１８０μｍ。（ｄ）厚みが、１．０〜２０．０ｍｍ。（ｅ）「気孔率?平均気孔径／厚み」が、１．８?１０２〜８０．０?１０２。（ｆ）図１に示す構造の圧力ホールド試験装置で測定したときの、３００ｋＰａの空気圧が損失するまでの時間が３００秒以下。【選択図】図１
Description
本発明は、耐熱衝撃抵抗性、耐久性及び通気性に優れたセラミックス製の熱処理用部材に関する。
スマートフォンやタブレット、リチウムイオン２次電池に代表される高性能電子機器に搭載される圧電体等の電子材料や電極材料には、より小型かつ高性能・高品質で、信頼性が高く安価なものが求められている。そのため、先端材料の各製造プロセスは日々新たな技術が導入され進歩している。例えば、圧電体などに用いる積層セラミックスは、小型化のため素材を非常に薄いシート状に成形する。そして、熱処理工程では、この素材を変形なく精密な寸法精度で焼成する必要があり、熱処理用セッターで挟み込んで焼成が行われている。また、結晶の微細化や組成の精密制御及び焼成コストの削減を狙って、急速な昇温・降温や焼成雰囲気の制御がなされている。このように進歩する圧電体などの作製における熱処理用部材に求められる特性も当然変化してきている。従来は、急激な温度変化により生じる熱衝撃への耐熱衝撃抵抗性や繰り返し加熱冷却したときの耐久性に優れ、過酷な熱環境下でも使用でき、耐食性に優れ、圧電体などに含まれる強い腐食性を有する鉛などと反応しない部材が望まれてきた。しかし、現在の電子材料等の熱処理では、こういった特性を有するだけでは不十分である。
例えば、現在の圧電体などの薄いシート状の素材には、成形助剤として用いられる有機バインダー等が多量に含まれており、熱処理により多量の脱脂ガス（有機バインダー等の分解に伴うガス）が発生する。この際、熱処理用部材の通気性が悪いと脱脂ガスの抜けが悪く、被焼成物に割れや変形が生じて不良となり生産性が低下するという問題がある。また、通気性の悪い部材を使用すると、焼成雰囲気中における被焼成物から発生した鉛などの蒸発成分の濃度が高まるなど、焼成雰囲気が不均一になる。その結果、被焼成物の組成が変動して製品特性にバラツキが生じ、信頼性の低下を招くという問題がある。そのため、使用する熱処理用部材には、耐熱衝撃抵抗性、耐久性、耐食性に優れると共に、優れた通気性を有し、被焼成物から発生する脱脂ガスや蒸発成分がスムーズに抜け、被焼成物に割れや変形、組成変動の生じないものが求められている。
このような状況下、従来は緻密質セラミックスよりも耐熱衝撃抵抗性や耐久性に優れ、ランニングコストの安い耐火物と呼ばれる多孔質セラミックスが用いられてきた。しかしながら、耐火物は様々な粒径の原料を組み合わせて使用し、結晶粒子同士を十分に焼結させないで結晶粒子間に空隙を設け、この空隙を気孔として利用したものであった。当然、気孔分布や気孔径、気孔形状が不均一で、耐熱衝撃抵抗性、耐久性が低い上に、通気性にも劣る。更に、部材から粒子が抜け落ちやすく、これが被焼成物に混入するという問題もある。また、耐熱衝撃抵抗性、耐久性の向上を目的として、低熱膨張材料であるムライトやコーディエライトなどの結晶相を含有するものが多い。しかし、こういった結晶相は一般的に耐食性に劣り、鉛などの強い腐食性を有する成分と非常に反応しやすい。その上、結晶粒子同士の結合を補強するため、ガラス相を介して結晶粒子同士を結合させており、不純物量が非常に多い。そのため、耐火物は被焼成物と反応しやすく、著しく耐食性に劣るという問題がある。
一方で、特許文献１〜４のように、耐火物とは異なり、焼結体の気孔率、気孔形状、気孔径、結晶粒径及び気孔径と結晶粒径の大きさの比を制御し、結晶粒子間に空隙が無いように十分に焼結させることにより耐熱衝撃抵抗性や耐久性、耐食性の向上を狙った多孔質セラミックスが提案されている。この多孔質セラミックスは、確かにこれまでの圧電体などの電子部品材料の熱処理において、耐熱衝撃抵抗性、耐久性、耐食性に優れており、十分使用可能であるが、部材の通気性については全く考慮していない。更に、強度低下により耐熱衝撃抵抗性が著しく低下するという問題があるため、今以上の高気孔率化が行えず、通気性の向上も見込めない。したがって、現在の電子材料等の熱処理では、通気性が悪く脱脂ガスや鉛などの蒸発成分の抜けが不十分であり、被焼成物に割れや変形が発生し、組成に変動を生じるため、満足できるものではない。
本発明は、耐熱衝撃抵抗性、耐久性、耐食性、通気性に優れた多孔質セラミックス製の熱処理用部材の提供を目的とする。本発明でいう耐久性とは、繰り返し加熱冷却したときの耐久性を意味する。また、前記熱処理用部材とは、圧電体、誘電体などの電子材料、リチウムイオン２次電池正極材料、蛍光体材料、セラミックス材料等の熱処理で用いられる匣鉢、セッター、ルツボなどである。
本発明者らは、前述のような従来技術の問題点に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、アルミナ質材料及びジルコニア質材料の焼結体からなる熱処理用部材において、その気孔率、気孔形状、気孔径を制御し、結晶粒子同士を隙間無く十分に焼結させるとともに、熱処理用部材の厚みに対して気孔率、気孔径を適切に制御することにより、従来不可能であった、高気孔率化に伴う強度低下により生じる耐熱衝撃抵抗性の著しい低下が抑制できることを見出した。
上記「熱処理用部材の厚みに対して気孔率、気孔径を適切に制御する」ことは従来全く考慮されていなかった手段であるが、その内容は、「気孔率×平均気孔径／厚み」という関係式で示される値を、ある特性の範囲内に制御することである。
上記「熱処理用部材の厚みに対して気孔率、気孔径を適切に制御する」ことは従来全く考慮されていなかった手段であるが、その内容は、「気孔率×平均気孔径／厚み」という関係式で示される値を、ある特性の範囲内に制御することである。
即ち、上記課題は、次の１）〜３）の発明によって解決される。
１） 次の要件（ａ）〜（ｆ）を満たすことを特徴とする多孔質セラミックス製の熱処理用部材。
（ａ）アルミナ質材料又はジルコニア質材料の焼結体からなる。
（ａ−１）アルミナ質材料の場合、アルミナ含有量が９６．０ｗｔ％以上である。
（ａ−２）ジルコニア質材料の場合、ジルコニアに対し６〜１２ｍｏｌ％のイットリ
アを含有し、かつジルコニアとイットリアの合計含有量が９９．０ｗｔ％
以上である。
（ｂ）気孔率が、５０〜７０％である。
（ｃ）平均気孔径が、５０〜１８０μｍである。
（ｄ）厚みが、１．０〜２０．０ｍｍである。
（ｅ）「気孔率×平均気孔径／厚み」が、１．８×１０２〜８０．０×１０２である。
（ｆ）図１に示す構造の圧力ホールド試験装置で測定したときの、３００ｋＰａの空気圧
が損失するまでの時間が３００秒以下である。
２） 前記アルミナ質材料中のアルミナ含有量が９９．０ｗｔ％以上であることを特徴とする１）記載の多孔質セラミックス製の熱処理用部材。
３） 前記ジルコニア質材料中のジルコニアとイットリアの合計含有量が９９．５ｗｔ％以上であることを特徴とする１）記載の多孔質セラミックス製の熱処理用部材。
１） 次の要件（ａ）〜（ｆ）を満たすことを特徴とする多孔質セラミックス製の熱処理用部材。
（ａ）アルミナ質材料又はジルコニア質材料の焼結体からなる。
（ａ−１）アルミナ質材料の場合、アルミナ含有量が９６．０ｗｔ％以上である。
（ａ−２）ジルコニア質材料の場合、ジルコニアに対し６〜１２ｍｏｌ％のイットリ
アを含有し、かつジルコニアとイットリアの合計含有量が９９．０ｗｔ％
以上である。
（ｂ）気孔率が、５０〜７０％である。
（ｃ）平均気孔径が、５０〜１８０μｍである。
（ｄ）厚みが、１．０〜２０．０ｍｍである。
（ｅ）「気孔率×平均気孔径／厚み」が、１．８×１０２〜８０．０×１０２である。
（ｆ）図１に示す構造の圧力ホールド試験装置で測定したときの、３００ｋＰａの空気圧
が損失するまでの時間が３００秒以下である。
２） 前記アルミナ質材料中のアルミナ含有量が９９．０ｗｔ％以上であることを特徴とする１）記載の多孔質セラミックス製の熱処理用部材。
３） 前記ジルコニア質材料中のジルコニアとイットリアの合計含有量が９９．５ｗｔ％以上であることを特徴とする１）記載の多孔質セラミックス製の熱処理用部材。
本発明によれば、耐熱衝撃抵抗性、耐久性、耐食性、通気性に優れた多孔質セラミックス製の熱処理用部材を提供できる。
本発明の熱処理用部材は、従来に無い高気孔率で優れた通気性を有し、圧電体、誘電体などの電子部品材料、リチウムイオン２次電池正極材料、蛍光体材料、各種セラミックス材料等の熱処理で用いられる匣鉢、セッター、ルツボ等の熱処理用部材として用いた際に、耐熱衝撃抵抗性、耐久性、耐食性に優れると共に、被焼成物からの脱脂ガスや鉛などの蒸発成分がスムーズに抜け、焼成雰囲気の制御が可能であり、極めて有用である。
本発明の熱処理用部材は、従来に無い高気孔率で優れた通気性を有し、圧電体、誘電体などの電子部品材料、リチウムイオン２次電池正極材料、蛍光体材料、各種セラミックス材料等の熱処理で用いられる匣鉢、セッター、ルツボ等の熱処理用部材として用いた際に、耐熱衝撃抵抗性、耐久性、耐食性に優れると共に、被焼成物からの脱脂ガスや鉛などの蒸発成分がスムーズに抜け、焼成雰囲気の制御が可能であり、極めて有用である。
以下、上記本発明について詳しく説明する。
＜要件（ａ）について＞
本発明の多孔質セラミックス製の熱処理用部材はアルミナ質材料又はジルコニア質材料の焼結体からなる。
アルミナ質材料又はジルコニア質材料でないと、耐食性が低下するため本発明の課題を解決することはできない。
＜要件（ａ）について＞
本発明の多孔質セラミックス製の熱処理用部材はアルミナ質材料又はジルコニア質材料の焼結体からなる。
アルミナ質材料又はジルコニア質材料でないと、耐食性が低下するため本発明の課題を解決することはできない。
＜要件（ａ−１）について＞
アルミナ質材料の場合、アルミナ含有量は、９６．０ｗｔ％以上とする必要があるが、好ましくは９９．０ｗｔ％以上、更に好ましくは９９．２ｗｔ％以上である。アルミナ含有量が多くなるほど耐久性が向上する。
アルミナ質材料の場合、アルミナ含有量は、９６．０ｗｔ％以上とする必要があるが、好ましくは９９．０ｗｔ％以上、更に好ましくは９９．２ｗｔ％以上である。アルミナ含有量が多くなるほど耐久性が向上する。
＜要件（ａ−２）について＞
ジルコニア質材料の場合、ジルコニアに対し６〜１２ｍｏｌ％のイットリアを含有する必要がある。これにより、耐熱衝撃抵抗性、耐久性、耐食性に優れた熱処理用部材が得られる。イットリアの含有量が６ｍｏｌ％未満では、結晶相の熱安定性が低下し、耐久性、耐食性が低下する。また、イットリアの含有量が１２ｍｏｌ％を超えると、耐熱衝撃抵抗性が低下する。
更に、ジルコニアとイットリアの合計含有量を９９．０ｗｔ％以上する必要があるが、好ましくは９９．５ｗｔ％以上、より好ましくは９９．７ｗｔ％以上である。合計含有量が多くなるほど耐食性が向上する。特に鉛などの強い腐食性を有する材料に対する耐食性が向上するため好ましい。合計含有量が９９．０ｗｔ％未満では、不純物量が増加し鉛などの強い腐食性を有する材料により腐食されやすく、耐食性が低下する。なお、本発明でいう不純物とは、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等である。
ジルコニア質材料の場合、ジルコニアに対し６〜１２ｍｏｌ％のイットリアを含有する必要がある。これにより、耐熱衝撃抵抗性、耐久性、耐食性に優れた熱処理用部材が得られる。イットリアの含有量が６ｍｏｌ％未満では、結晶相の熱安定性が低下し、耐久性、耐食性が低下する。また、イットリアの含有量が１２ｍｏｌ％を超えると、耐熱衝撃抵抗性が低下する。
更に、ジルコニアとイットリアの合計含有量を９９．０ｗｔ％以上する必要があるが、好ましくは９９．５ｗｔ％以上、より好ましくは９９．７ｗｔ％以上である。合計含有量が多くなるほど耐食性が向上する。特に鉛などの強い腐食性を有する材料に対する耐食性が向上するため好ましい。合計含有量が９９．０ｗｔ％未満では、不純物量が増加し鉛などの強い腐食性を有する材料により腐食されやすく、耐食性が低下する。なお、本発明でいう不純物とは、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等である。
＜要件（ｂ）について＞
本発明の熱処理用部材の気孔率は５０〜７０％とする必要があるが、好ましくは５３〜６８％である。本発明でいう気孔率は“１００−焼結体の相対密度（％）”の値で示し、焼結体の相対密度は“（焼結体かさ密度／理論密度）×１００（％）”で計算する。気孔率が５０％未満では、繰り返し加熱冷却したときの耐久性が低下する上に、通気性が低下する。また、気孔率が７０％を超えると、強度低下が著しく、耐熱衝撃抵抗性が低下し、気孔内に被焼成物が混入し易く、耐食性が低下する。
本発明の熱処理用部材の気孔率は５０〜７０％とする必要があるが、好ましくは５３〜６８％である。本発明でいう気孔率は“１００−焼結体の相対密度（％）”の値で示し、焼結体の相対密度は“（焼結体かさ密度／理論密度）×１００（％）”で計算する。気孔率が５０％未満では、繰り返し加熱冷却したときの耐久性が低下する上に、通気性が低下する。また、気孔率が７０％を超えると、強度低下が著しく、耐熱衝撃抵抗性が低下し、気孔内に被焼成物が混入し易く、耐食性が低下する。
＜要件（ｃ）について＞
本発明の熱処理用部材の平均気孔径は５０〜１８０μｍとする必要があるが、好ましくは６０〜１６５μｍである。本発明における平均気孔径は、焼結体断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察し、丸みを帯びた円に近い形状の気孔断面１００個の直径を測定して得た平均値である。平均気孔径が５０μｍ未満では、繰り返し加熱冷却したときの耐久性が低下する上に、気孔率が前記要件（ｂ）を満たしていても、気体が透過する際の抵抗が大きくなり通気性が低下する。また、平均気孔径が１８０μｍを超えると、強度が低下し耐熱衝撃抵抗性が低下する上に、気孔内に被焼成物が混入し易く、耐食性が低下する。
本発明の熱処理用部材の平均気孔径は５０〜１８０μｍとする必要があるが、好ましくは６０〜１６５μｍである。本発明における平均気孔径は、焼結体断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察し、丸みを帯びた円に近い形状の気孔断面１００個の直径を測定して得た平均値である。平均気孔径が５０μｍ未満では、繰り返し加熱冷却したときの耐久性が低下する上に、気孔率が前記要件（ｂ）を満たしていても、気体が透過する際の抵抗が大きくなり通気性が低下する。また、平均気孔径が１８０μｍを超えると、強度が低下し耐熱衝撃抵抗性が低下する上に、気孔内に被焼成物が混入し易く、耐食性が低下する。
＜要件（ｄ）について＞
本発明の熱処理用部材の厚みは、１．０〜２０．０ｍｍとする必要があるが、好ましくは１．２〜１８．０ｍｍである。厚みが１．０ｍｍ未満では熱処理用部材の強度が著しく低下し、取り扱いで破損するなど実用に耐えない。また厚みが２０．０ｍｍを超えると、加熱冷却したときに、部材表面と内部に急激な温度差が生じやすく、耐熱衝撃抵抗性が低下し、通気性も低下する。なお、熱処理用部材の厚みとは、熱処理用部材が匣鉢、セッター、ルツボなどの場合には、それらの肉厚のことである。
本発明の熱処理用部材の厚みは、１．０〜２０．０ｍｍとする必要があるが、好ましくは１．２〜１８．０ｍｍである。厚みが１．０ｍｍ未満では熱処理用部材の強度が著しく低下し、取り扱いで破損するなど実用に耐えない。また厚みが２０．０ｍｍを超えると、加熱冷却したときに、部材表面と内部に急激な温度差が生じやすく、耐熱衝撃抵抗性が低下し、通気性も低下する。なお、熱処理用部材の厚みとは、熱処理用部材が匣鉢、セッター、ルツボなどの場合には、それらの肉厚のことである。
＜要件（ｅ）について＞
本発明の熱処理用部材の「気孔率×平均気孔径／厚み」で示される式の値は、１．８×１０２〜８０．０×１０２とする必要があるが、好ましくは２．０×１０２〜７５．０×１０２である。前記式の値が１．８×１０２未満では、熱処理用部材の厚みに対して気孔率、平均気孔径が小さすぎ、特に繰り返し加熱冷却したときの耐久性が低下する上に、通気性が低下する。また、前記式の値が８０．０×１０２を超えると、熱処理用部材の厚みに対して気孔率、平均気孔径が大きすぎるため部材強度が低下し、耐熱衝撃抵抗性が低下する上に、気孔内に被焼成物が混入しやすく、耐食性が低下する。
本発明の熱処理用部材の「気孔率×平均気孔径／厚み」で示される式の値は、１．８×１０２〜８０．０×１０２とする必要があるが、好ましくは２．０×１０２〜７５．０×１０２である。前記式の値が１．８×１０２未満では、熱処理用部材の厚みに対して気孔率、平均気孔径が小さすぎ、特に繰り返し加熱冷却したときの耐久性が低下する上に、通気性が低下する。また、前記式の値が８０．０×１０２を超えると、熱処理用部材の厚みに対して気孔率、平均気孔径が大きすぎるため部材強度が低下し、耐熱衝撃抵抗性が低下する上に、気孔内に被焼成物が混入しやすく、耐食性が低下する。
＜要件（ｆ）について＞
本発明の熱処理用部材は、図１に示す構造の圧力ホールド試験装置で測定したときの、３００ｋＰａの空気圧が損失するまでの時間を３００秒以下とする必要があるが、好ましくは、１５０秒以下である。前記時間が３００秒を超えると、圧電体、誘電体などの電子部品材料の熱処理における通気性に劣り、被焼成物からの脱脂ガスや蒸発成分の抜けが悪く、被焼成物に割れや変形、組成変動を生じる。なお、圧力損失までの時間は短いほど好ましいが、現状では１８秒程度までしか測定できない。
本発明が目指す通気性は、単に気孔率を高めても向上するものではなく、気孔率、平均気孔径、気孔形状、気孔分布などからなる気孔構造を制御することにより向上する。気孔形状は、均一な大きさの球状気孔が連結した状態になると向上する。したがって気孔率や平均気孔径が同じであっても、通気性が同じであるとは限らない。
本発明の熱処理用部材は、図１に示す構造の圧力ホールド試験装置で測定したときの、３００ｋＰａの空気圧が損失するまでの時間を３００秒以下とする必要があるが、好ましくは、１５０秒以下である。前記時間が３００秒を超えると、圧電体、誘電体などの電子部品材料の熱処理における通気性に劣り、被焼成物からの脱脂ガスや蒸発成分の抜けが悪く、被焼成物に割れや変形、組成変動を生じる。なお、圧力損失までの時間は短いほど好ましいが、現状では１８秒程度までしか測定できない。
本発明が目指す通気性は、単に気孔率を高めても向上するものではなく、気孔率、平均気孔径、気孔形状、気孔分布などからなる気孔構造を制御することにより向上する。気孔形状は、均一な大きさの球状気孔が連結した状態になると向上する。したがって気孔率や平均気孔径が同じであっても、通気性が同じであるとは限らない。
＜製造方法＞
本発明の熱処理用部材は種々の方法で製造できるが、その一例を以下に示す。
所定の組成となるようにアルミナ粉体又はジルコニアとイットリアの混合粉体を使用し、水を溶媒としてボールミル、アトリッションミル等の粉砕・分散機で粉砕・分散・混合して、所定濃度の分散スラリーを得る。
アルミナ粉体としては、アルミナ含有量９６．４ｗｔ％以上のものを用いることが好ましい。ジルコニア粉体としては、ジルコニア含有量が９９．５ｗｔ％以上のものを用いることが好ましく、イットリア粉体としては、イットリア含有量が９９．０ｗｔ％以上のものを用いることが好ましい。前記アルミナ含有量が９６．４ｗｔ％未満の場合、及び前記ジルコニア含有量が９９．５未満の場合、焼結体の不純物量が増加して耐食性が低下することがあり好ましくない。また、イットリア含有量が９９．０ｗｔ％未満の場合、焼結体の不純物量が増加し、結晶相の熱安定性が低下して、耐食性、耐久性が低下するため好ましくない。
また、各粉体の比表面積は２〜１２ｍ２／ｇの範囲が好ましい。比表面積が２ｍ２／ｇ未満では、焼結性が低下して焼結体の欠陥が増加し、耐熱衝撃抵抗性、耐久性が低下するため好ましくない。また、１２ｍ２／ｇを超えると、粉体の凝集力が強すぎ、十分に分散したスラリーの作製が困難となり、粘性の高いスラリーとなる。その結果、焼結体の欠陥量の増加や、後工程でアクリル樹脂粒子等の気孔形成剤を添加する際に、粉体と気孔形成剤を均一に分散させることが困難となり、焼結体中の気孔分布に偏析が生じるため耐久性が低下し、更には通気性が低下するため好ましくない。
本発明の熱処理用部材は種々の方法で製造できるが、その一例を以下に示す。
所定の組成となるようにアルミナ粉体又はジルコニアとイットリアの混合粉体を使用し、水を溶媒としてボールミル、アトリッションミル等の粉砕・分散機で粉砕・分散・混合して、所定濃度の分散スラリーを得る。
アルミナ粉体としては、アルミナ含有量９６．４ｗｔ％以上のものを用いることが好ましい。ジルコニア粉体としては、ジルコニア含有量が９９．５ｗｔ％以上のものを用いることが好ましく、イットリア粉体としては、イットリア含有量が９９．０ｗｔ％以上のものを用いることが好ましい。前記アルミナ含有量が９６．４ｗｔ％未満の場合、及び前記ジルコニア含有量が９９．５未満の場合、焼結体の不純物量が増加して耐食性が低下することがあり好ましくない。また、イットリア含有量が９９．０ｗｔ％未満の場合、焼結体の不純物量が増加し、結晶相の熱安定性が低下して、耐食性、耐久性が低下するため好ましくない。
また、各粉体の比表面積は２〜１２ｍ２／ｇの範囲が好ましい。比表面積が２ｍ２／ｇ未満では、焼結性が低下して焼結体の欠陥が増加し、耐熱衝撃抵抗性、耐久性が低下するため好ましくない。また、１２ｍ２／ｇを超えると、粉体の凝集力が強すぎ、十分に分散したスラリーの作製が困難となり、粘性の高いスラリーとなる。その結果、焼結体の欠陥量の増加や、後工程でアクリル樹脂粒子等の気孔形成剤を添加する際に、粉体と気孔形成剤を均一に分散させることが困難となり、焼結体中の気孔分布に偏析が生じるため耐久性が低下し、更には通気性が低下するため好ましくない。
また、アルミナ質材料の場合、その中のジルコニアとマグネシアのいずれか一方の含有量又はそれらの合計含有量が０．１〜０．６ｗｔ％となるように、アルミナにマグネシアやジルコニアを添加すると、結晶粒子間の結合力が向上し、耐久性が一層向上するため好ましい。
また、ジルコニア質材料の場合、粉体として、ジルコニアに対し所定のモル比となるようにイットリアを液相合成した液相合成粉体を用いても良い。これにより耐久性、耐食性が一層向上する。
また、ジルコニア質材料の場合、粉体として、ジルコニアに対し所定のモル比となるようにイットリアを液相合成した液相合成粉体を用いても良い。これにより耐久性、耐食性が一層向上する。
成形方法は、金型プレス、ラバープレス等のプレス成形、排泥鋳込み、充填鋳込み、加圧鋳込み等の鋳込み成形、及びゲルキャスティング成形を採用できる。
プレス成形であれば、分散スラリーに、必要に応じて公知のバインダー（例えば、ワックスエマルジョン、ポリビニルアルコール、アクリル系樹脂等）を添加し、更に気孔形成剤として、狙いの焼結体気孔径となる平均粒子径を有するアクリル系樹脂粒子や多糖類系樹脂粒子を、狙いの焼結体気孔率となる量添加し、スプレードライヤー等の公知の方法で乾燥して成形用粉体を作製し成形する。
鋳込み成形であれば、分散スラリーに、必要に応じて公知のバインダー（例えば、ワックスエマルジョン、アクリル系樹脂等）を添加し、気孔形成剤として、狙いの焼結体気孔径となる平均粒子径を有するアクリル系樹脂粒子や多糖類系樹脂粒子を、狙いの焼結体気孔径となる量添加し、石膏型又は樹脂型を用いて成形する。
前記アクリル系樹脂粒子や多糖類系樹脂粒子には球状のものを用いる。それらの平均粒子径は、アルミナ質材料の場合、６０〜２３０μｍのものを選択し、ジルコニア質材料の場合、６８〜２５０μｍのものを選択する。
プレス成形であれば、分散スラリーに、必要に応じて公知のバインダー（例えば、ワックスエマルジョン、ポリビニルアルコール、アクリル系樹脂等）を添加し、更に気孔形成剤として、狙いの焼結体気孔径となる平均粒子径を有するアクリル系樹脂粒子や多糖類系樹脂粒子を、狙いの焼結体気孔率となる量添加し、スプレードライヤー等の公知の方法で乾燥して成形用粉体を作製し成形する。
鋳込み成形であれば、分散スラリーに、必要に応じて公知のバインダー（例えば、ワックスエマルジョン、アクリル系樹脂等）を添加し、気孔形成剤として、狙いの焼結体気孔径となる平均粒子径を有するアクリル系樹脂粒子や多糖類系樹脂粒子を、狙いの焼結体気孔径となる量添加し、石膏型又は樹脂型を用いて成形する。
前記アクリル系樹脂粒子や多糖類系樹脂粒子には球状のものを用いる。それらの平均粒子径は、アルミナ質材料の場合、６０〜２３０μｍのものを選択し、ジルコニア質材料の場合、６８〜２５０μｍのものを選択する。
また、ゲルキャスティング成形であれば、分散スラリーに公知のゲル化剤（例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、天然多糖類等）を添加し、機械的な撹拌や散気フィルター等でのバブリングにより分散スラリーに気孔形成剤として気泡を導入し、非吸水型に流し込んで硬化させ、成形する。なお、分散スラリーを起泡する際、気泡安定剤として公知の各種界面活性剤（例えばアニオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤等）を添加してもよい。気泡安定剤を添加しないと、成形時に気泡が不安定化し、気泡の偏析や消失が発生し、焼結体の気孔に偏析が生じたり、気孔率が本発明の規定を満たさないことがある。
更に、プレス成形や鋳込み成形では、気孔形成剤のアクリル系樹脂粒子や多糖類系樹脂粒子として、熱分解性に優れ脱脂が容易なものを使用し、ゲルキャスティング成形では、気泡を気孔形成剤とすることにより、焼成時の脱脂による割れや変形を抑制でき、高気孔率化を達成できる。
更に、プレス成形や鋳込み成形では、気孔形成剤のアクリル系樹脂粒子や多糖類系樹脂粒子として、熱分解性に優れ脱脂が容易なものを使用し、ゲルキャスティング成形では、気泡を気孔形成剤とすることにより、焼成時の脱脂による割れや変形を抑制でき、高気孔率化を達成できる。
以上のようにして得られた成形体を乾燥し、１５５０℃〜１７５０℃で焼成して焼結体とすることにより、本発明の熱処理用部材を作製できる。
本発明の熱処理用部材の気孔率、平均気孔径、気孔分布、気孔形状は、気孔形成剤として用いるアクリル系樹脂粒子や多糖類系樹脂粒子の形状、添加量、粒径、粒度分布、更には、気泡安定剤の種類と添加量、撹拌機及び撹拌羽の構造、気泡導入時間等を変えて、気泡の径、気泡径分布、気泡量を調節することにより制御できる。
本発明の熱処理用部材の気孔率、平均気孔径、気孔分布、気孔形状は、気孔形成剤として用いるアクリル系樹脂粒子や多糖類系樹脂粒子の形状、添加量、粒径、粒度分布、更には、気泡安定剤の種類と添加量、撹拌機及び撹拌羽の構造、気泡導入時間等を変えて、気泡の径、気泡径分布、気泡量を調節することにより制御できる。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
実施例１〜１６、比較例１〜２４
表１−１の実施例及び比較例の各欄に示す材料を用いて熱処理用セッターを作製した。
アルミナ質材料の場合、アルミナ含有量９７．０ｗｔ％、比表面積４．１ｍ２／ｇのアルミナ粉体を、水を溶媒としてアルミナ質のポットミルで粉砕・分散・混合し、濃度５０ｗｔ％の分散スラリーを調製した。
ジルコニア質材料の場合、ジルコニア含有量９９．５ｗｔ％、比表面積５．７ｍ２／ｇのジルコニア粉体と、イットリア含有量９９．９ｗｔ％、比表面積３．８ｍ２／ｇのイットリア粉体を、ジルコニアとイットリアの合計含有量及びジルコニアに対するイットリアの割合が、表１−１の実施例及び比較例の各欄に示す値となるように、水を溶媒としてジルコニア質のポットミルで粉砕・分散・混合し、濃度５０ｗｔ％の分散スラリーを調製した。
得られたアルミナ質材料又はジルコニア質材料の分散スラリーに、バインダーとして公知のパラフィンワックスエマルジョンを添加し、篩通しで整粒した表１−１に示す各平均粒子径のアクリル樹脂の球状粒子を、表１−１に示す各量添加し、スプレードライヤーで乾燥して成形用粉体を作製した。
得られた成形用粉体を金型プレスで平板状に成形し、表１−１に示す各焼成温度で焼成して得られた焼結体の上下面を研削加工して、表１−２の実施例及び比較例の各欄に示す厚みの、１００ｍｍ角のセッターを作製した。
得られた各セッターの焼結体特性を表１−２に示す。
また、実施例８の焼結体のＳＥＭ観察写真を図２に示す。
表１−１の実施例及び比較例の各欄に示す材料を用いて熱処理用セッターを作製した。
アルミナ質材料の場合、アルミナ含有量９７．０ｗｔ％、比表面積４．１ｍ２／ｇのアルミナ粉体を、水を溶媒としてアルミナ質のポットミルで粉砕・分散・混合し、濃度５０ｗｔ％の分散スラリーを調製した。
ジルコニア質材料の場合、ジルコニア含有量９９．５ｗｔ％、比表面積５．７ｍ２／ｇのジルコニア粉体と、イットリア含有量９９．９ｗｔ％、比表面積３．８ｍ２／ｇのイットリア粉体を、ジルコニアとイットリアの合計含有量及びジルコニアに対するイットリアの割合が、表１−１の実施例及び比較例の各欄に示す値となるように、水を溶媒としてジルコニア質のポットミルで粉砕・分散・混合し、濃度５０ｗｔ％の分散スラリーを調製した。
得られたアルミナ質材料又はジルコニア質材料の分散スラリーに、バインダーとして公知のパラフィンワックスエマルジョンを添加し、篩通しで整粒した表１−１に示す各平均粒子径のアクリル樹脂の球状粒子を、表１−１に示す各量添加し、スプレードライヤーで乾燥して成形用粉体を作製した。
得られた成形用粉体を金型プレスで平板状に成形し、表１−１に示す各焼成温度で焼成して得られた焼結体の上下面を研削加工して、表１−２の実施例及び比較例の各欄に示す厚みの、１００ｍｍ角のセッターを作製した。
得られた各セッターの焼結体特性を表１−２に示す。
また、実施例８の焼結体のＳＥＭ観察写真を図２に示す。
比較例１〜２４の詳細は以下のとおりである。
・比較例１は、焼結体気孔率が５０％未満となる量のアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の加熱冷却の繰り返しに対する耐久性の低下がみられた。
・比較例２は、焼結体気孔率が７０％を超える量のアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の耐熱衝撃抵抗性、耐食性の低下がみられた。
・比較例３は、焼結体の平均気孔径が５０μｍ未満となる平均粒子径のアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の加熱冷却の繰り返しに対する耐久性の低下がみられた。
・比較例４は、焼結体の平均気孔径が１８０μｍを超える平均粒子径のアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の耐熱衝撃抵抗性、耐食性の低下がみられた。
・比較例５は、アルミナ含有量が９５．８ｗｔ％のアルミナ粉体を配合に使用したため、焼結体のアルミナ含有量が９６．０ｗｔ％未満となり、耐食性の低下がみられた。
・比較例６は、焼結体の気孔率、平均気孔径、セッターの厚みを調節し、気孔率×平均気孔径／セッターの厚みで示される式の値が８０．０×１０２を超えるものとしたため、耐熱衝撃抵抗性、耐食性の低下がみられた。
・比較例７は、焼結体の気孔率、平均気孔径、セッターの厚みを調節し、気孔率×平均気孔径／セッターの厚みで示される式の値が１．８×１０２未満のものとしたため、焼結体の加熱冷却の繰り返しに対する耐久性の低下がみられた。
・比較例８は、セッターの厚みが１．０ｍｍよりも薄くなるまで上下面研削加工を行ったため、焼結体に著しい強度低下がみられ、実用に耐えないものとなった。
・比較例９は、上下面研削加工したセッターの厚みが２０．０ｍｍを超えたため、焼結体の耐熱衝撃抵抗性の低下がみられた。
・比較例１０は、比表面積１５ｍ２／ｇのアルミナ粉体を配合原料として使用し、凝集したスラリーにアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の気孔分布に偏析が生じ、通気性が低下し、加熱冷却の繰り返しに対する耐久性及び脱脂性の低下がみられた。
・比較例１１は、焼結体の平均気孔径が５０μｍ未満となる平均粒子径のアクリル樹脂の球状粒子を添加したため焼結体の加熱冷却の繰り返しに対する耐久性の低下がみられた。
・比較例１２は、焼結体の平均気孔径が１８０μｍを超える平均粒子径のアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の耐熱衝撃抵抗性、耐食性の低下がみられた。
・比較例１３は、焼結体気孔率が５０％未満となる量のアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の加熱冷却の繰り返しに対する耐久性の低下がみられた。
・比較例１４は、焼結体気孔率が７０％を超える量のアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の耐熱衝撃抵抗性、耐食性の低下がみられた。
・比較例１５は、ジルコニア含有量が９９．０ｗｔ％のジルコニア粉体を配合原料として使用したため、焼結体のジルコニアとイットリアの合計含有量が９９．０ｗｔ％未満となり、耐食性の低下がみられた。
・比較例１６は、ジルコニアに対してのイットリアの添加量が１２ｍｏｌ％を超えるように配合したため、焼結体の耐熱衝撃抵抗性の低下がみられた。
・比較例１７は、ジルコニアに対してのイットリアの添加量が６ｍｏｌ％未満となるように配合したため、焼結体の加熱冷却の繰り返しに対する耐久性及び耐食性の低下がみられた。
・比較例１８は、比表面積１６ｍ２／ｇのジルコニア粉体を配合原料として使用し、凝集したスラリーにアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の気孔分布に偏析が生じ、通気性が低下し、加熱冷却の繰り返しに対する耐久性及び脱脂性の低下がみられた。
・比較例１９は、焼結体の気孔率、平均気孔径、セッターの厚みを調節し、気孔率×平均気孔径／セッターの厚みで示される式の値が１．８×１０２未満のものとしたため、焼結体の加熱冷却の繰り返しに対する耐久性の低下がみられた。
・比較例２０は、焼結体の気孔率、平均気孔径、セッターの厚みを調節し、気孔率×平均気孔径／部材の厚みで示される式の値が８０．０×１０２よりも大きくなるようにしたため、焼結体の耐熱衝撃抵抗性及び耐食性の低下がみられた。
・比較例２１は、セッターの厚みが１．０ｍｍよりも薄くなるまで上下面研削加工を行ったため、焼結体に著しい強度低下がみられ、実用に耐えないものとなった。
・比較例２２は、上下面研削加工したセッターの厚みが２０．０ｍｍを超えたため、焼結体の耐熱衝撃抵抗性の低下がみられた。
・比較例２３は、コーディエライト粉体を配合に使用したため、焼結体の耐食性の低下がみられた。
・比較例２４は、ムライト粉体を配合に使用したため焼結体の耐食性の低下がみられた。
・比較例１は、焼結体気孔率が５０％未満となる量のアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の加熱冷却の繰り返しに対する耐久性の低下がみられた。
・比較例２は、焼結体気孔率が７０％を超える量のアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の耐熱衝撃抵抗性、耐食性の低下がみられた。
・比較例３は、焼結体の平均気孔径が５０μｍ未満となる平均粒子径のアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の加熱冷却の繰り返しに対する耐久性の低下がみられた。
・比較例４は、焼結体の平均気孔径が１８０μｍを超える平均粒子径のアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の耐熱衝撃抵抗性、耐食性の低下がみられた。
・比較例５は、アルミナ含有量が９５．８ｗｔ％のアルミナ粉体を配合に使用したため、焼結体のアルミナ含有量が９６．０ｗｔ％未満となり、耐食性の低下がみられた。
・比較例６は、焼結体の気孔率、平均気孔径、セッターの厚みを調節し、気孔率×平均気孔径／セッターの厚みで示される式の値が８０．０×１０２を超えるものとしたため、耐熱衝撃抵抗性、耐食性の低下がみられた。
・比較例７は、焼結体の気孔率、平均気孔径、セッターの厚みを調節し、気孔率×平均気孔径／セッターの厚みで示される式の値が１．８×１０２未満のものとしたため、焼結体の加熱冷却の繰り返しに対する耐久性の低下がみられた。
・比較例８は、セッターの厚みが１．０ｍｍよりも薄くなるまで上下面研削加工を行ったため、焼結体に著しい強度低下がみられ、実用に耐えないものとなった。
・比較例９は、上下面研削加工したセッターの厚みが２０．０ｍｍを超えたため、焼結体の耐熱衝撃抵抗性の低下がみられた。
・比較例１０は、比表面積１５ｍ２／ｇのアルミナ粉体を配合原料として使用し、凝集したスラリーにアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の気孔分布に偏析が生じ、通気性が低下し、加熱冷却の繰り返しに対する耐久性及び脱脂性の低下がみられた。
・比較例１１は、焼結体の平均気孔径が５０μｍ未満となる平均粒子径のアクリル樹脂の球状粒子を添加したため焼結体の加熱冷却の繰り返しに対する耐久性の低下がみられた。
・比較例１２は、焼結体の平均気孔径が１８０μｍを超える平均粒子径のアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の耐熱衝撃抵抗性、耐食性の低下がみられた。
・比較例１３は、焼結体気孔率が５０％未満となる量のアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の加熱冷却の繰り返しに対する耐久性の低下がみられた。
・比較例１４は、焼結体気孔率が７０％を超える量のアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の耐熱衝撃抵抗性、耐食性の低下がみられた。
・比較例１５は、ジルコニア含有量が９９．０ｗｔ％のジルコニア粉体を配合原料として使用したため、焼結体のジルコニアとイットリアの合計含有量が９９．０ｗｔ％未満となり、耐食性の低下がみられた。
・比較例１６は、ジルコニアに対してのイットリアの添加量が１２ｍｏｌ％を超えるように配合したため、焼結体の耐熱衝撃抵抗性の低下がみられた。
・比較例１７は、ジルコニアに対してのイットリアの添加量が６ｍｏｌ％未満となるように配合したため、焼結体の加熱冷却の繰り返しに対する耐久性及び耐食性の低下がみられた。
・比較例１８は、比表面積１６ｍ２／ｇのジルコニア粉体を配合原料として使用し、凝集したスラリーにアクリル樹脂の球状粒子を添加したため、焼結体の気孔分布に偏析が生じ、通気性が低下し、加熱冷却の繰り返しに対する耐久性及び脱脂性の低下がみられた。
・比較例１９は、焼結体の気孔率、平均気孔径、セッターの厚みを調節し、気孔率×平均気孔径／セッターの厚みで示される式の値が１．８×１０２未満のものとしたため、焼結体の加熱冷却の繰り返しに対する耐久性の低下がみられた。
・比較例２０は、焼結体の気孔率、平均気孔径、セッターの厚みを調節し、気孔率×平均気孔径／部材の厚みで示される式の値が８０．０×１０２よりも大きくなるようにしたため、焼結体の耐熱衝撃抵抗性及び耐食性の低下がみられた。
・比較例２１は、セッターの厚みが１．０ｍｍよりも薄くなるまで上下面研削加工を行ったため、焼結体に著しい強度低下がみられ、実用に耐えないものとなった。
・比較例２２は、上下面研削加工したセッターの厚みが２０．０ｍｍを超えたため、焼結体の耐熱衝撃抵抗性の低下がみられた。
・比較例２３は、コーディエライト粉体を配合に使用したため、焼結体の耐食性の低下がみられた。
・比較例２４は、ムライト粉体を配合に使用したため焼結体の耐食性の低下がみられた。
＜圧力損失時間の評価＞
前記１００ｍｍ角の各セッターを４０ｍｍ角に加工して試験用サンプルセッターとし、これを図１に示す構造の圧力ホールド試験装置（ＰＭＩ社製パームポロメーター）にセットし、試験用サンプルセッターの片面に加えた３００ｋＰａの空気圧が０ｋＰａとなるまでの時間（秒）を圧力損失時間として測定した。
前記１００ｍｍ角の各セッターを４０ｍｍ角に加工して試験用サンプルセッターとし、これを図１に示す構造の圧力ホールド試験装置（ＰＭＩ社製パームポロメーター）にセットし、試験用サンプルセッターの片面に加えた３００ｋＰａの空気圧が０ｋＰａとなるまでの時間（秒）を圧力損失時間として測定した。
＜耐熱衝撃抵抗性及び耐久性の評価＞
耐火物の上に各セッターを載せて１０００℃に加熱保持した電気炉内に挿入し、３０分加熱保持した後、耐火物に載せたまま即座に炉外に取り出し、室温下で冷却してクラックの発生を確認し、耐熱衝撃抵抗性を評価した。
前記加熱冷却操作を１回の試験として、１回目の試験でクラックが発生しなかったセッターについて、クラックが発生するまで試験を繰り返し、その試験回数により、耐久性を評価した。
試験回数１回でクラックが発生したものは耐熱衝撃抵抗性が不合格であり、１７回未満でクラックが発生したものは耐久性が不合格である。
耐火物の上に各セッターを載せて１０００℃に加熱保持した電気炉内に挿入し、３０分加熱保持した後、耐火物に載せたまま即座に炉外に取り出し、室温下で冷却してクラックの発生を確認し、耐熱衝撃抵抗性を評価した。
前記加熱冷却操作を１回の試験として、１回目の試験でクラックが発生しなかったセッターについて、クラックが発生するまで試験を繰り返し、その試験回数により、耐久性を評価した。
試験回数１回でクラックが発生したものは耐熱衝撃抵抗性が不合格であり、１７回未満でクラックが発生したものは耐久性が不合格である。
＜ＢａＴｉＯ３に対する耐食性の評価＞
圧電体材料のＢａＴｉＯ３の合成を想定し、酸化チタン粉体と炭酸バリウム粉体を、ポットミルで溶媒に水を用いて分散・混合し乾燥させて混合粉体とし、この混合粉体を直径２５ｍｍ、厚さ５ｍｍに成形した。この成形体を各セッターの上に載せ、更に、成形体に１ｋＰａの応力をかけた状態で、１３００℃、５時間保持を２サイクル行い、テスト後の焼結体断面を鏡面仕上げし、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線）分析装置（堀場製作所製、ＥＭＡＸＥｖｏｌｕｔｉｏｎ）により侵食深さを測定した。侵食深さが１ｍｍ以上のものは耐食性が不合格である。
圧電体材料のＢａＴｉＯ３の合成を想定し、酸化チタン粉体と炭酸バリウム粉体を、ポットミルで溶媒に水を用いて分散・混合し乾燥させて混合粉体とし、この混合粉体を直径２５ｍｍ、厚さ５ｍｍに成形した。この成形体を各セッターの上に載せ、更に、成形体に１ｋＰａの応力をかけた状態で、１３００℃、５時間保持を２サイクル行い、テスト後の焼結体断面を鏡面仕上げし、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線）分析装置（堀場製作所製、ＥＭＡＸＥｖｏｌｕｔｉｏｎ）により侵食深さを測定した。侵食深さが１ｍｍ以上のものは耐食性が不合格である。
＜脱脂性（有機物の分解ガスの放出性）の評価＞
アルミナ含有量９９．９ｗｔ％、比表面積６．７ｍ２/ｇのアルミナ粉体を、水を溶媒としてアルミナ質のポットミルで粉砕・分散・混合し、濃度５０ｗｔ％の分散スラリーを調製した。このスラリーに公知のアクリル樹脂系バインダーを添加し、スプレードライヤーで乾燥してプレス成形用アルミナ粉体を作製した。このアルミナ粉体をプレス成形し、８０ｍｍ角で厚みが１０ｍｍの板状成形体を得た。
この板状成形体を前記各セッターで挟み込んだものを１０セット用意し、８００℃で焼成して、焼成後に割れが発生した板状成形体の枚数により脱脂性を評価した。板状成形体が３枚以上割れたものは不合格である。
アルミナ含有量９９．９ｗｔ％、比表面積６．７ｍ２/ｇのアルミナ粉体を、水を溶媒としてアルミナ質のポットミルで粉砕・分散・混合し、濃度５０ｗｔ％の分散スラリーを調製した。このスラリーに公知のアクリル樹脂系バインダーを添加し、スプレードライヤーで乾燥してプレス成形用アルミナ粉体を作製した。このアルミナ粉体をプレス成形し、８０ｍｍ角で厚みが１０ｍｍの板状成形体を得た。
この板状成形体を前記各セッターで挟み込んだものを１０セット用意し、８００℃で焼成して、焼成後に割れが発生した板状成形体の枚数により脱脂性を評価した。板状成形体が３枚以上割れたものは不合格である。
実施例１７〜２２
表２の実施例及び比較例の各欄に示す材料を用いて熱処理用部材を作製した。
アルミナ質材料の場合、アルミナ含有量９９．５ｗｔ％、比表面積３．５ｍ２／ｇのアルミナ粉体を、水を溶媒としてアルミナ質のポットミルで粉砕・分散・混合し、濃度５０ｗｔ％の分散スラリーを調製した。
ジルコニア質材料の場合、ジルコニア含有量９９．９ｗｔ％、比表面積６．１ｍ２／ｇのジルコニア粉体と、イットリア含有量９９．９ｗｔ％、比表面積３．８ｍ２／ｇのイットリア粉体を、ジルコニアに対するイットリアの割合が８ｍｏｌ％となるように、水を溶媒としてジルコニア材質のポットミルで粉砕・分散・混合し、濃度５０ｗｔ％の分散スラリーを調製した。
得られたアルミナ質材料又はジルコニア質材料の分散スラリーに、バインダーとして公知のパラフィンワックスエマルジョンを添加し、更にアルミナ質材料の場合には実施例３と同等の、ジルコニア質材料の場合には実施例１６と同等の気孔率、平均気孔径となるように、それぞれ実施例３、実施例１６と同じ平均粒子径及び量のアクリル樹脂の球状粒子を添加し、スプレードライヤーで乾燥して成形用粉体を作製した。
得られた成形用粉体を金型プレスで平板状に成形し、表２に示す各焼成温度で焼成して得られた焼結体の上下面を研削加工して１００ｍｍ角のセッターを作製した。セッターの厚みは、アルミナ質材料の場合、１．４ｍｍ、ジルコニア質材料の場合、１．０ｍｍとした。
得られた各セッターの焼結体特性を表２に示す。
表２の実施例及び比較例の各欄に示す材料を用いて熱処理用部材を作製した。
アルミナ質材料の場合、アルミナ含有量９９．５ｗｔ％、比表面積３．５ｍ２／ｇのアルミナ粉体を、水を溶媒としてアルミナ質のポットミルで粉砕・分散・混合し、濃度５０ｗｔ％の分散スラリーを調製した。
ジルコニア質材料の場合、ジルコニア含有量９９．９ｗｔ％、比表面積６．１ｍ２／ｇのジルコニア粉体と、イットリア含有量９９．９ｗｔ％、比表面積３．８ｍ２／ｇのイットリア粉体を、ジルコニアに対するイットリアの割合が８ｍｏｌ％となるように、水を溶媒としてジルコニア材質のポットミルで粉砕・分散・混合し、濃度５０ｗｔ％の分散スラリーを調製した。
得られたアルミナ質材料又はジルコニア質材料の分散スラリーに、バインダーとして公知のパラフィンワックスエマルジョンを添加し、更にアルミナ質材料の場合には実施例３と同等の、ジルコニア質材料の場合には実施例１６と同等の気孔率、平均気孔径となるように、それぞれ実施例３、実施例１６と同じ平均粒子径及び量のアクリル樹脂の球状粒子を添加し、スプレードライヤーで乾燥して成形用粉体を作製した。
得られた成形用粉体を金型プレスで平板状に成形し、表２に示す各焼成温度で焼成して得られた焼結体の上下面を研削加工して１００ｍｍ角のセッターを作製した。セッターの厚みは、アルミナ質材料の場合、１．４ｍｍ、ジルコニア質材料の場合、１．０ｍｍとした。
得られた各セッターの焼結体特性を表２に示す。
＜鉛に対する耐食性の評価＞
前記実施例１７〜２２の１００ｍｍ角の各セッターを３０ｍｍ角に加工して試験用サンプルセッターとした。腐食性の強い鉛を含有するＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の焼成を想定し、市販の二酸化鉛粉体（和光純薬社製）を直径２５ｍｍ、厚さ５ｍｍに成形した成形体を、前記３０ｍｍ角に加工した各試験用サンプルセッターの上に載せ、更に二酸化鉛成形体に１ｋＰａの応力をかけた状態で、１０００℃、５時間保持を２サイクル行い、焼成前後での各セッターの重量変化率を測定した。重量変化率が１．５％以下のセッターは鉛に対する耐食性があるといえる。
前記実施例１７〜２２の１００ｍｍ角の各セッターを３０ｍｍ角に加工して試験用サンプルセッターとした。腐食性の強い鉛を含有するＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の焼成を想定し、市販の二酸化鉛粉体（和光純薬社製）を直径２５ｍｍ、厚さ５ｍｍに成形した成形体を、前記３０ｍｍ角に加工した各試験用サンプルセッターの上に載せ、更に二酸化鉛成形体に１ｋＰａの応力をかけた状態で、１０００℃、５時間保持を２サイクル行い、焼成前後での各セッターの重量変化率を測定した。重量変化率が１．５％以下のセッターは鉛に対する耐食性があるといえる。
Claims (3)
- 次の要件（ａ）〜（ｆ）を満たすことを特徴とする多孔質セラミックス製の熱処理用部材。
（ａ）アルミナ質材料又はジルコニア質材料の焼結体からなる。
（ａ−１）アルミナ質材料の場合、アルミナ含有量が９６．０ｗｔ％以上である。
（ａ−２）ジルコニア質材料の場合、ジルコニアに対し６〜１２ｍｏｌ％のイットリ
アを含有し、かつジルコニアとイットリアの合計含有量が９９．０ｗｔ％
以上である。
（ｂ）気孔率が、５０〜７０％である。
（ｃ）平均気孔径が、５０〜１８０μｍである。
（ｄ）厚みが、１．０〜２０．０ｍｍである。
（ｅ）「気孔率×平均気孔径／厚み」が、１．８×１０２〜８０．０×１０２である。
（ｆ）図１に示す構造の圧力ホールド試験装置で測定したときの、３００ｋＰａの空気圧
が損失するまでの時間が３００秒以下である。 - 前記アルミナ質材料中のアルミナ含有量が９９．０ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１記載の多孔質セラミックス製の熱処理用部材。
- 前記ジルコニア質材料中のジルコニアとイットリアの合計含有量が９９．５ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１記載の多孔質セラミックス製の熱処理用部材。
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- 2014-03-28 JP JP2014067629A patent/JP6366976B2/ja active Active
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