JP3949951B2

JP3949951B2 - 耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具及びその製造方法（高温焼成）

Info

Publication number: JP3949951B2
Application number: JP2001376694A
Authority: JP
Inventors: 龍彦打田; 仁梶野; 和友星野; 靖久井筒; 幸士堀内
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2021-12-11
Also published as: JP2003176168A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐熱衝撃性を必要とするアルミナ・ジルコニア焼成用治具に関するものであり、セッター、棚板、匣鉢等の焼成用治具に関する。
本発明は誘電体、積層コンデンサ、セラミックスコンデンサ、バリスタ、チップインダクター等の電子部品やファインセラミックス等を焼成する際に使用する焼成用治具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
誘電体、積層コンデンサ、サーミスタ、バリスタ、チップインダクター等の電子部品を焼成する際に用いる電子部品焼成用治具として、セッター、棚板、シート材料等がある。従来、アルミナ質、アルミナ・ムライト質等の焼成用治具が使用されてきた。しかしアルミナ質は耐熱衝撃性が悪く、焼成炉で昇温、降温を繰り返す熱衝撃が加わる環境下ではクラックが入りやすく、治具が破損する問題があった。近年、耐熱衝撃性を改善する目的でアルミナにムライトを添加したアルミナ・ムライト質焼成用治具が多く使用されている。最近の電子部品の小型化、高性能化はめざましく、このような小型で高性能の電子部品をアルミナ・ムライト基材で焼成する際にはムライト質から分解したＳｉＯ２が焼成する電子部品を汚染し、特性を劣化させたり、歩留を低下させる問題があった。
【０００３】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、耐熱衝撃性に優れたアルミナ・ジルコニア質焼成用治具により、繰り返し熱サイクルに耐久性があり、特に電子部品の焼成においてシリカ成分のない焼成用治具を提供することができる。また本発明の耐熱衝撃性に優れたアルミナ・ジルコニア質焼成用治具表面にジルコニア層を形成することにより、アルミナとの反応を防止でき、かつシリカフリー基材から成る、ＭＬＣＣ（積層セラミックコンデンサ）等の焼成に最適な電子部品焼成用治具を提供することができる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、粗粒及び微粒から成るアルミナ・ジルコニア質焼成用治具であって、アルミナ・ジルコニア部分溶融相から冷却により共晶を介して、粗粒アルミナを結合するアルミナ質中にジルコニア粒子を微細分散させ、耐熱衝撃性を著しく高めたことを特徴とする電子部品焼成用材料を提供できる。
【０００５】
以下本発明を詳細に説明する。
原料構成は平均粒径３０〜５００μｍの粗粒アルミナが２０〜７０ｗｔ％、平均粒径０．１〜２０μｍの微粒アルミナが２０〜７０ｗｔ％及び平均粒径０．１〜１００μｍのジルコニア粒子が５〜３０ｗｔ％から成る。このような成形体を１７１０℃以上の温度で焼成することにより部分溶融相を形成し、冷却過程で共晶組織を形成、主としてジルコニア粒子を粗粒同士を結合するアルミナ質中へ微細分散したことにより、耐熱衝撃性を著しく向上させた電子部品焼成用治具を提供できる。粗粒及び微粒の粒度は１種類、又は１種類以上を組み合わせても良い。例えば、粗粒アルミナの平均粒径が７０μｍ及び２５０μｍのものを２０〜７０ｗｔ％の範囲で組み合わせることができる。微粒アルミナについても同様である。その結果、急熱、急冷によるクラックの発生を抑制でき、また実際の電子部品焼成時に加えられる加熱、冷却の繰り返しに対して寿命の長い電子部品焼成用治具を提供できる。
【０００６】
本発明では、粗粒と微粒を組み合わせることにより、適度な気孔を含有し熱応力が緩和され、耐熱衝撃性が向上する。さらに粗粒アルミナ同士を結合するアルミナ質中にジルコニア粒子が分散されることにより、ジルコニアの加熱、冷却に伴う熱膨張差による応力歪みのために耐熱衝撃性や靱性が向上する。
本発明の原料構成は好ましくは粗粒アルミナが２０〜７０ｗｔ％、微粒アルミナが２０〜７０ｗｔ％であり、ジルコニアは５〜３０ｗｔ％である。ジルコニア粒子の平均粒径は０．１〜１００μｍ、より好ましくは０．１〜３０μｍである。一般に粗粒を増やせば耐熱衝撃性は向上するが強度が低下し、実用的でない。ここで微粒アルミナを加えることにより燒結、緻密化が促進され、強度が向上する。さらにジルコニアを添加することにより、耐熱衝撃性が向上すると考えられる。
【０００７】
本発明では粗粒アルミナと微粒アルミナの比率を適度に制御することにより、又ジルコニアの添加量を制御することにより耐熱衝撃性と強度を兼ね備えた特性を得ることができる。
【０００８】
通常のアルミナ・ジルコニア質材料では焼成温度は１５００〜１７００℃であるが、本発明は鋭意検討の結果、１７１０℃以上の温度で焼成することにより、著しい耐熱衝撃性の向上を達成するに至った。アルミナ−ジルコニア系の平衡状態図によれば、１７１０℃以上では部分溶融相が出現し、これ以上の温度から冷却することにより共晶組成を示すことが分かる。本発明では１７１０℃以上の温度で焼成することにより、粗粒及び微粒のアルミナの焼結が促進され、またアルミナ、特に微粒アルミナとジルコニア粒子が反応して部分溶融相を形成し、冷却過程でジルコニアが微細に分散した組織が得られる。ジルコニア粒子が微細分散することにより、応力歪みが分散されクラックの進展が抑制される。
【０００９】
このように本発明によれば、粗粒と微粒アルミナの組み合わせにより、適度に導入された気孔が応力を緩和する。さらに焼結が進行した領域ではジルコニアが微細に分散し応力が緩和され、強度及び耐熱衝撃性の両特性を兼ね備えた電子部品焼成用材料が提供できる。このような組織の例として模式図を図１に示す。
【００１０】
ジルコニア粒子としては、未安定化、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＹ２Ｏ３等で部分安定化及び安定化されたジルコニアを用いることができる。またアルミナ・ジルコニア質に０．１〜５ｗｔ％のＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ２又はＹ２Ｏ３を１種類以上添加することができる。このような添加剤は焼結を促進し、かつジルコニアの安定化剤としても作用する。
【００１１】
このような本発明は、プレス品、押し出し成型シート品、鋳込み品等の各種製造法を用いて作製でき、強度及び耐熱衝撃性に優れ、耐久性のある電子部品焼成用治具を提供できる。
【００１２】
また本発明のアルミナ・ジルコニア質焼成体上にジルコニアのコーティング層を設けてシリカフリー基材から構成される電子部品焼成用治具とすることができる。ジルコニアのコーティング方法は、スプレーコート、溶射、ディップコート、流し込み等各種の方法を適宜採用できる。
【００１３】
即ち、［請求項１］の発明は、原料構成が、平均粒径３０〜５００μｍの粗粒アルミナ及び平均粒径０．１〜２０μｍの微粒アルミナから成るアルミナ粒子と、ジルコニア粒子とから成るアルミナ・ジルコニア質焼成用治具であって、アルミナ・ジルコニア部分溶融相からの冷却により、粗粒アルミナを結合するアルミナ質中にジルコニア粒子を微細分散させたことを特徴とする耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具である。
【００１４】
また、［請求項２］の発明は、平均粒径３０〜５００μｍの粗粒アルミナ及び平均粒径０．１〜２０μｍの微粒アルミナから成るアルミナ粒子と、ジルコニア粒子とを混合して成形体を形成し、該成形体を１７１０℃以上の温度で焼成することによりアルミナ・ジルコニア部分溶融相を形成し、続いてこれを冷却することにより、粗粒アルミナを結合するアルミナ質中にジルコニア粒子を微細分散させることを特徴とする耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具の製造方法である。
【００１５】
また、【請求項３】の発明は、原料構成が平均粒径３０〜５００μｍの粗粒アルミナが２０〜７０ｗｔ％、０．１〜２０μｍの微粒アルミナが２０〜７０ｗｔ％及び０．１〜１００μｍのジルコニア粒子が５〜３０ｗｔ％から成ることを特徴とする請求項１記載の耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具である。
【００１６】
また、【請求項４】の発明は、原料構成が平均粒径３０〜５００μｍの粗粒アルミナが２０〜７０ｗｔ％、０．１〜２０μｍの微粒アルミナが２０〜７０ｗｔ％及び０．１〜１００μｍのジルコニア粒子が５〜３０ｗｔ％から成ることを特徴とする請求項２記載の耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具の製造方法である。
【００１７】
即ち、[請求項５]の発明は、ジルコニアとして、未安定化、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＹ２Ｏ３等で部分安定化及び安定化されたジルコニアを用いることを特徴とする請求項１記載の耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具である。
【００１８】
また、【請求項６】の発明は、ジルコニアとして、未安定化、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＹ２Ｏ３等で部分安定化及び安定化されたジルコニアを用いることを特徴とする請求項２記載の耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具の製造方法である。
【００１９】
また、【請求項７】の発明は、アルミナ・ジルコニア質に０．５〜５ｗｔ％のＣａＯ，ＢａＯ、ＳｒＯ、ＭｇＯ又はＹ２Ｏ３の１種類以上を添加することを特徴とする請求項１記載の耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具である。
【００２０】
また、【請求項８】の発明は、アルミナ・ジルコニア質に０．５〜５ｗｔ％のＣａＯ，ＢａＯ、ＳｒＯ、ＭｇＯ又はＹ２Ｏ３の１種類以上を添加することを特徴とする請求項２記載の耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具の製造方法である。
【００２１】
また、【請求項９】の発明は、アルミナ・ジルコニア質焼成用治具表面にジルコニア質のコーティング層を形成することを特徴とする請求項１記載の耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具である。
【００２２】
また、【請求項１０】の発明は、アルミナ・ジルコニア質焼成用治具表面にジルコニア質のコーティング層を形成することを特徴とする請求項２記載の耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具の製造方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の電子部品焼成用治具の製造に関する実施例を記載するが、該実施例は本発明を限定するものではない。
【００２５】
実施例１
アルミナ原料として、＃２２０（平均粒径約７０μｍ）の粗粒アルミナ５０ｗｔ％及び平均粒径約１０μｍの微粒アルミナ粉末４５ｗｔ％を用い、ジルコニアとして＃３５０（平均粒径約３０μｍ）のＣａＯ安定化ジルコニア粉末５ｗｔ％を用いた。高速ミキサーを用いてこれらの原料をメトローズ、デキストリン等の粉末バインダー数ｗｔ％と撹拌混合し、さらにメチルセルロース、グリセリン等のバインダー数ｗｔ％と水を加えて撹拌混合した。次いで３本ロールを用いて原料粉末を均一に分散・混合した。これらの配合物を押し出し成形機を用いて厚さ２〜３ｍｍのシート状に成形、乾燥した。これらのシートを１０〜２０ｃｍ角に切断し、１７４０℃で１０時間焼成した。
【００２６】
このようにして作製したアルミナ・ジルコニア質シートから曲げ試験片を切り出し、室温強度として３点曲げ試験、及び耐熱衝撃性評価として急冷後の３点曲げ試験を行った。耐熱衝撃性の評価は、所定温度に設定した電気炉中で試験片を２０分間保持し、水中に急冷する方法を採用し、急冷後の３点曲げ試験により強度の急激に低下する点を温度差ΔＴ（保持温度―水の温度）として評価した。ΔＴの測定例を図２に示す。
これらの結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
実施例２〜８
実施例１と同様にして、粗粒アルミナ、微粒アルミナの平均粒径と配合ｗｔ％、ジルコニア原料の種類、平均粒径、配合ｗｔ％を表１に示すように選択し、１１７１０℃以上で焼成し、強度と耐熱衝撃性を評価した。その結果を表１に示す。
【００２９】
比較例１〜５
実施例１と同様にして、粗粒アルミナ、微粒アルミナの平均粒径と配合ｗｔ％、ジルコニア原料の種類、平均粒径、配合ｗｔ％を表１に示すように選択し、各種温度で焼成し強度と耐熱衝撃性を評価した。その結果を表２に示す。
【００３０】
【表２】

【００３１】
【発明の効果】
以上の説明より、耐熱衝撃性に優れたアルミナ・ジルコニア質焼成用治具により、繰り返し熱サイクルに耐久性があり、特に電子部品の焼成においてシリカ成分のない焼成用治具を提供することができる。また本発明の耐熱衝撃性に優れたアルミナ・ジルコニア質焼成用治具表面にジルコニア層を形成することにより、アルミナとの反応を防止でき、かつシリカフリー基材から成る、ＭＬＣＣ（積層セラミックコンデンサ）等の焼成に最適な電子部品焼成用治具を提供することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関する微細構造の模式図。
【図２】本発明に関する耐熱衝撃性評価の例。

Claims

原料構成が、平均粒径３０〜５００μｍの粗粒アルミナ及び平均粒径０．１〜２０μｍの微粒アルミナから成るアルミナ粒子と、ジルコニア粒子とから成るアルミナ・ジルコニア質焼成用治具であって、アルミナ・ジルコニア部分溶融相からの冷却により、粗粒アルミナを結合するアルミナ質中にジルコニア粒子を微細分散させたことを特徴とする耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具。
平均粒径３０〜５００μｍの粗粒アルミナ及び平均粒径０．１〜２０μｍの微粒アルミナから成るアルミナ粒子と、ジルコニア粒子とを混合して成形体を形成し、該成形体を１７１０℃以上の温度で焼成することによりアルミナ・ジルコニア部分溶融相を形成し、続いてこれを冷却することにより、粗粒アルミナを結合するアルミナ質中にジルコニア粒子を微細分散させることを特徴とする耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具の製造方法。
原料構成が平均粒径３０〜５００μｍの粗粒アルミナが２０〜７０ｗｔ％、０．１〜２０μｍの微粒アルミナが２０〜７０ｗｔ％及び０．１〜１００μｍのジルコニア粒子が５〜３０ｗｔ％から成ることを特徴とする請求項１記載の耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具。
原料構成が平均粒径３０〜５００μｍの粗粒アルミナが２０〜７０ｗｔ％、０．１〜２０μｍの微粒アルミナが２０〜７０ｗｔ％及び０．１〜１００μｍのジルコニア粒子が５〜３０ｗｔ％から成ることを特徴とする請求項２記載の耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具の製造方法。
ジルコニアとして、未安定化、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＹ２Ｏ３等で部分安定化及び安定化されたジルコニアを用いることを特徴とする請求項１記載の耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具。
ジルコニアとして、未安定化、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＹ２Ｏ３等で部分安定化及び安定化されたジルコニアを用いることを特徴とする請求項２記載の耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具の製造方法。
アルミナ・ジルコニア質に０．５〜５ｗｔ％のＣａＯ，ＢａＯ、ＳｒＯ、ＭｇＯ又はＹ２Ｏ３の１種類以上を添加することを特徴とする請求項１記載の耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具。
アルミナ・ジルコニア質に０．５〜５ｗｔ％のＣａＯ，ＢａＯ、ＳｒＯ、ＭｇＯ又はＹ２Ｏ３の１種類以上を添加することを特徴とする請求項２記載の耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具の製造方法。
アルミナ・ジルコニア質焼成用治具表面にジルコニア質のコーティング層を形成することを特徴とする請求項１記載の耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具。
アルミナ・ジルコニア質焼成用治具表面にジルコニア質のコーティング層を形成することを特徴とする請求項２記載の耐熱衝撃性アルミナ・ジルコニア質焼成用治具の製造方法。