JP2023518438A - 多層複合セラミックスプレート及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)セラミックス粉体からシート状のセラミックス素地を作製し、セラミックス素地を焼結温度未満の仮焼結温度で仮焼結して、一定の強度を有する仮焼結セラミックス材を得るステップと、
(2)仮焼結セラミックス材の上面に金属電極層を作製するステップと、
(3)仮焼結セラミックス材を、金属電極層で覆われた上面が上を向くように、金型内のグラファイト金型ベースに入れ、仮焼結セラミックス材の上面にセラミックス前駆体層を設け、仮焼結セラミックス材の軸方向に沿って焼結温度で一体に加圧焼結するステップであって、仮焼結セラミックス材を加圧焼結して第二セラミックス層を形成し、セラミックス前駆体層を加圧焼結して第一セラミックス層を形成し、金属電極層が前記第一セラミックス層と第二セラミックス層との間に位置して第一セラミックス層及び第二セラミックス層と一体化されて、1つの基本サンドイッチ構造が得られるステップとを含む。
(1)セラミックス粉体からシート状のセラミックス素地を作製し、セラミックス素地を焼結温度未満の仮焼結温度で仮焼結して、一定の強度を有する仮焼結セラミックス材を得るステップと、
(2)仮焼結セラミックス材の上面及び下面に金属電極層をそれぞれ作製して、バイメタル電極層付きの仮焼結セラミックス材を得るステップと、
(3)セラミックス前駆体層、バイメタル電極層付きの仮焼結セラミックス材を順に、セラミックス前駆体層/バイメタル電極層付きの仮焼結セラミックス材/セラミックス前駆体層の上下層関係になるように、金型内のグラファイト金型ベースに同軸に配置してから、仮焼結セラミックス材の軸方向に沿って焼結温度で一体に加圧焼結するステップであって、仮焼結セラミックス材を加圧焼結して第二セラミックス層を形成し、セラミックス前駆体層を加圧焼結して第一セラミックス層を形成するステップとを含み、
前記2つの基本サンドイッチ構造となる5層複合セラミックスプレートの作製における2つのセラミックス前駆体層は同じか又は異なり、対応する第一セラミックス層の材料は同じか又は異なる。
1.噴霧造粒されたアルミナ粉体を冷間静水圧プレスにより、直径300mm、厚さ5mmのシート状のセラミックス素地に成形し、成形圧力は200MPaである。
2.直径300mm、厚さ5mmのシート状のセラミックス素地を酸化雰囲気中に1200℃で1時間保温して仮焼結することで、シート状のアルミナ仮焼結セラミックス材6を得る。本実施例では、仮焼結温度は1200℃に設定され、仮焼結の温度設定は、後続の加圧焼結の焼結温度に関係するものであり、通常、仮焼結温度は、加圧焼結の焼結温度よりも20℃~600℃低くする必要があり、好ましくは、100℃~400℃よりも低くする。
3.数値制御平面研削盤により、アルミナ仮焼結セラミックス材6の平面を、平坦度が0.03mm以下、理想的には0.008mm以下になるように平面研削加工する。
4.スクリーン印刷法により、金属タングステンペーストを、精密加工されたアルミナ仮焼結セラミックス材6の一方の平面に印刷して金属電極層2を得る。金属電極層2の平坦度は0.03mmであり、他の実施例では、めっきプロセス又は他の薄膜成形プロセスによって前記金属電極層2を仮焼結セラミックス材上に形成してもよく、本実施例では、金属電極層の材料はタングステンであるが、タングステンに限定されず、金属電極として好適に用いられる他の金属材料も、選択可能である。
5.図2に示すように、第一ステップでは、金属電極層2がコーティングされたアルミナ仮焼結セラミックス材6をグラファイト金型ベース4上にスムーズに置いてから、金属電極層2で覆われた仮焼結セラミックス材1の上面が上を向くようにグラファイト金型外筒5を被せる。第二ステップでは、仮焼結セラミックス材6上にセラミックス前駆体層7を設ける。本実施例では、前記セラミックス前駆体層は、均一に分布したアルミナ粉体であり、他の実施例では、前記セラミックス前駆体層7は、予備成形された未焼結のシート状セラミックス体であってもよい。第三ステップでは、アルミナ仮焼結セラミックス材6の軸方向に沿って加圧焼結し、本実施例で設定した焼結温度は1600℃、保温時間は30分、圧力は20MPaである。
本発明の複合セラミックスプレートは、2つの基本サンドイッチ構造を含む5層構造複合セラミックスプレートであってもよい。図3は、2つの基本サンドイッチ構造を含む5層複合セラミックスプレートの模式図であり、図4は、2つの基本サンドイッチ構造を含む5層複合セラミックスプレートの作製過程の模式図である。図3及び図4に示すように、
1.噴霧造粒されたアルミナ粉体を冷間静水圧プレスにより、直径300mm、厚さ5mmのシート状のセラミックス素地に成形し、成形圧力は200MPaである。
2.直径300mm、厚さ5mmのアルミナシート状のセラミックス素地を酸化雰囲気中に1200℃で1時間保温して仮焼結することで、シート状仮焼結セラミックス材6を得る。
3.数値制御平面研削盤により、仮焼結のアルミナ仮焼結セラミックス材6の平面を、平坦度が0.01mm以下、理想的には0.008mm以下になるように平面研削加工する。
4.スクリーン印刷法により、金属タングステンペーストを、精密加工されたアルミナ仮焼結セラミックス材6の上下両方の平面に印刷して金属タングステン電極層2を形成し、印刷後の金属タングステン電極層の平坦度は0.01mm以下である。
5.図4に示すように、第一ステップでは、グラファイト金型外筒5をグラファイト金型ベース4上に被せてから、グラファイト金型ベース4上に1層のセラミックス前駆体層7を設ける(このセラミックス前駆体層は、均一に分布したアルミナ粉体であるが、予備成形された未焼結のシート状セラミックス体であってもよい)。上部金属電極層2が両面にコーティングされたアルミナセラミックス仮焼結材6を、グラファイト金型ベース上のセラミックス前駆体層上にスムーズに置く。第二ステップでは、アルミナセラミックス仮焼結材6上にセラミックス前駆体層7を更に設ける(このセラミックス前駆体層は、均一に分布したアルミナ粉体であるが、予備成形された未焼結のシート状セラミックス体であってもよい)。第三ステップでは、アルミナセラミックス仮焼結材6の軸方向に沿って加圧焼結し、焼結温度は1600℃に設定し、保温は30分、圧力は20MPaとした。
Claims (10)
- 多層複合セラミックスプレートの作製方法であって、金型を用いて加圧焼結し、金型は、グラファイトホットプレス金型であり、即ち、グラファイト円柱の外筒内には、2つの独立した同軸のグラファイト円柱体が備え付けられ、下部のグラファイト円柱体は、グラファイト金型ベースであり、上部のグラファイト円柱体は、グラファイト金型押さえカバーであり、
多層複合セラミックスプレートは、少なくとも1つの基本サンドイッチ構造を含み、前記1つの基本サンドイッチ構造には、第一セラミックス層、第二セラミックス層、及び、前記第一セラミックス層と第二セラミックス層との間に位置する金属電極層が含まれ、作製方法は、具体的には、
(1)セラミックス粉体からシート状のセラミックス素地を作製し、セラミックス素地を焼結温度未満の仮焼結温度で仮焼結して、一定の強度を有する仮焼結セラミックス材を得るステップと、
(2)仮焼結セラミックス材の上面に金属電極層を作製するステップと、
(3)仮焼結セラミックス材を、金属電極層で覆われた上面が上を向くように、金型内のグラファイト金型ベースに入れ、仮焼結セラミックス材の上面にセラミックス前駆体層を設け、仮焼結セラミックス材の軸方向に沿って焼結温度で一体に加圧焼結するステップであって、仮焼結セラミックス材を加圧焼結して第二セラミックス層を形成し、セラミックス前駆体層を加圧焼結して第一セラミックス層を形成し、金属電極層が前記第一セラミックス層と第二セラミックス層との間に位置して第一セラミックス層及び第二セラミックス層と一体化されて、1つの基本サンドイッチ構造が得られるステップとを含むか、
または、更に好ましくは、前記複合セラミックスプレートは、第二セラミックス層の下面に金属電極層及び第一セラミックス層が更に成形された2つの基本サンドイッチ構造を含み、合計2つの基本サンドイッチ構造となる5層複合セラミックスプレートを形成し、5層構造は、第一セラミックス層/金属電極層/第二セラミックス層/金属電極層/第一セラミックス層の順であり、その作製方法は、
(1)セラミックス粉体からシート状のセラミックス素地を作製し、セラミックス素地を焼結温度未満の仮焼結温度で仮焼結して、一定の強度を有する仮焼結セラミックス材を得るステップと、
(2)仮焼結セラミックス材の上面及び下面に金属電極層をそれぞれ作製して、バイメタル電極層付きの仮焼結セラミックス材を得るステップと、
(3)セラミックス前駆体層、バイメタル電極層付きの仮焼結セラミックス材を順に、セラミックス前駆体層/バイメタル電極層付きの仮焼結セラミックス材/セラミックス前駆体層の上下層関係になるように、金型内のグラファイト金型ベース上に同軸に配置してから、仮焼結セラミックス材の軸方向に沿って焼結温度で一体に加圧焼結するステップであって、仮焼結セラミックス材を加圧焼結して第二セラミックス層を形成し、セラミックス前駆体層を加圧焼結して第一セラミックス層を形成するステップとを含み、
前記2つの基本サンドイッチ構造となる5層複合セラミックスプレートの作製における2つのセラミックス前駆体層は同じか又は異なり、対応する第一セラミックス層の材料は同じか又は異なる、ことを特徴とする多層複合セラミックスプレートの作製方法。 - ステップ(1)における前記仮焼結セラミックス材は、浸水に強く、寸法公差精度0.03mm以内の旋削、フライス削り、研削の仕上げ加工が可能であり、ステップ(1)における前記シート状のセラミックス素地の成形方法は、静水圧プレス成形である、ことを特徴とする請求項1に記載の多層複合セラミックスプレートの作製方法。
- ステップ(2)で仮焼結セラミックス材の上面に金属電極層を作製する前に、前記仮焼結セラミックス材を、平坦度がより良好で、厚さがより均一になるように仕上げ加工するステップを更に含み、仮焼結セラミックス材は、平坦度が0.03mm以下になるように加工される、ことを特徴とする請求項1に記載の多層複合セラミックスプレートの作製方法。
- ステップ(2)における前記金属電極層は、スクリーン印刷プロセス又はめっきプロセスによって仮焼結セラミックス材上に成形され、前記金属電極層の平坦度は0.03mm以下である、ことを特徴とする請求項1に記載の多層複合セラミックスプレートの作製方法。
- ステップ(3)における前記セラミックス前駆体層は、均一に分布したセラミックス粉体、又は予備成形された未焼結のシート状セラミックス体である、ことを特徴とする請求項1に記載の多層複合セラミックスプレートの作製方法。
- 前記未焼結のシート状セラミックス体は、セラミックス粉体を用いて金型内で予めプレス成形されたものである、ことを特徴とする請求項6に記載の多層複合セラミックスプレートの作製方法。
- ステップ(1)における前記仮焼結セラミックス材の仮焼結温度は、ステップ(3)における焼結温度よりも20℃~600℃低く、好ましくは100℃~400℃低く、ステップ(3)における前記焼結温度は、緻密化焼結温度である、ことを特徴とする請求項1に記載の多層複合セラミックスプレートの作製方法。
- ステップ(1)におけるセラミックス粉体及びステップ(3)における前記セラミックス前駆体層の材料成分は何れも、酸化物、非酸化物の1つ又は複数から選択されたものであり、酸化物は、アルミナ、酸化ジルコニウム、マグネシウムアルミニウムスピネル等の1つ又は2つから選択され、非酸化物は、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素等の1つ又は2つから選択され、焼結後、第二セラミックス層及び第一セラミックス層は、対応して酸化物セラミックス、非酸化物セラミックスの1つ又は複数である、酸化物セラミックスは、アルミナセラミックス、酸化ジルコニウムセラミックス、マグネシウムアルミニウムスピネル等の1つ又は2つから選択され、非酸化物セラミックスは、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素等の1つ又は2つから選択される、ことを特徴とする請求項1に記載の多層複合セラミックスプレートの作製方法。
- 前記第一セラミックス層及び第二セラミックス層の面積は、前記金属電極層の面積よりも大きく、金属電極層は、第一セラミックス層と第二セラミックス層との間に被覆され、第一セラミックス層と第二セラミックス層とは、外縁部分が互いに接触して加圧焼結して一体とされる、ことを特徴とする請求項1に記載の多層複合セラミックスプレートの作製方法。
- 請求項1~9の何れか一項に記載の方法で作製された、多層複合セラミックスプレート。
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