JP7029559B2 - 製造ライン、プロセス及び焼結済み物品 - Google Patents
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Description
部分的に焼結済みのジルコニアテープの、長さ90フィート(27.432m)のテープを、図12に概ね示されている装置を用いて作製した。この素地テープは、株式会社トーショー(日本)製ジルコニア粉末3YEを用いて、米国審査済登録特許第8,894,920号明細書に記載されているものと同様の様式で作製された。この素地テープを、幅約20cm超に成形し、またこの素地テープの厚さは約25マイクロメートルであった。続いてこのテープを、円形のカミソリの刃を用いて、幅約15mmに手動で切断した。この素地テープは、繰り出しスプール(概して図12のスプール1214を参照)から分離位置(図12の分離位置1218を参照)を越え、バインダバーンオフチムニー(図12の炉1226のバーンオフセクションB’’’を参照)を通り、遷移ゾーン(図12のゾーン「X’’’」を参照)を通り、そして高温炉(例えば図12の炉1226のセクションC’’’)内へと移動した。
長さ65フィート(19.812m)の部分的に焼結済みのジルコニアテープを、図12に示した装置と同様の装置を用いて作製し、ここでも素地テープは、株式会社トーショー(日本)製ジルコニア粉末3YEを用いて、米国審査済登録特許第8,894,920号明細書に記載されているものと同様の様式で作製された。この素地テープを、幅約20cm超に成形した。この素地テープの厚さは約25マイクロメートルであった。続いてこの素地テープを、円形のカミソリの刃を用いて、幅約52mmに手動で切断した。
長さ約60フィート(18.288m)の部分的に焼結済みのジルコニアテープを、図12に示した装置と同様の装置を用いて作製し、ここでも素地テープは、株式会社トーショー(日本)製ジルコニア粉末3YEを用いて、米国審査済登録特許第8,894,920号明細書に記載されているものと同様の様式で作製された。この素地テープを、幅約20cm超に成形した。この素地テープの厚さは約25マイクロメートルであった。続いてこのテープを、円形のカミソリの刃を用いて、幅約35mmに手動で切断した。
長さ175フィート(53.34m)の部分的に焼結済みのジルコニアテープを、図12に示した装置を用いて作製した。ジルコニア素地テープは上述のように作製したが、このテープを、円形のカミソリの刃を用いて、幅約15mmに手動で切断した。このテープを、繰り出しスプールから分離位置を越え、バインダバーンオフチムニーを通り、遷移ゾーンを通り、炉内へと移動させた。1100℃~1200℃の温度及び4、6又は8インチ(10.16cm、15.24cm又は20.32cm)/分の速度を適用した。バインダバーンオフチムニーは、約100~400℃の温度であり、合計175フィート(53.34m)(素地)の部分的に焼結済みのテープを作製した。ギャップ
焼結収縮を測定し、これを以下の表3に列挙する。ここでは平面から外れる多少の変形が発生し、表中の焼結収縮の変動は、部分的には、テープの平面から外れる変形によるものである。1200℃及び8インチ(20.32cm)/分で作製したテープは、テープの長さに沿って1200mmに亘って測定した場合に、テープの長さ及び幅に亘って、全体として約0.6mmの、平面から外れる変形を有していた。
長さ147フィート(44.8056m)の部分的に焼結済みのジルコニアテープを、図12に示した装置と同様の装置を用いて作製した。ジルコニア素地テープを上述のように作製し、円形のカミソリの刃を用いて、約15mmに切断した。通過後に炉を加熱して1200℃に設定し、テープを8インチ(20.32cm)/分の速度で移動させたことを除いて、上記テープを上述のように処理した。バインダバーンオフチムニーは、約100℃~400℃の温度であった。素地テープを、3時間超に亘って炉を通して移動させ、連続した長さが147フィート(44.8056m)超(素地)の、部分的に焼結済みのテープを得た。
幅15mm(素地)の部分的に焼結済みのテープを、実施例1に記載されているように作製した。この幅15mm(素地)、厚さ約25マイクロメートル(素地)の、部分的に焼結済みのテープのロールを、図13に示すシステム1310と同様の装置(例えば第2の炉、第2の焼結位置)上に配置した。セラミックプレート1346は、炭化ケイ素製であった。プレート間のギャップは2~8mmであり、プレートの幅は4インチ(10.16cm)であった。炉の外寸は、長さ21インチ(53.34cm)であった。炉を1400℃(例えば実施例1の炉より少なくとも100℃高い、例えば少なくとも200℃高い、400℃高い温度)まで加熱した。
図14に示されているものと同様の、2段階焼結装置を使用した。炉は高さ4インチ(10.16cm)しかなく、高温ゾーンは2インチ(5.08cm)であった。実施例3に関して記載されているものと同様の様式で作製された、幅30mm(素地)の部分的に焼結済みのテープを使用した。部分的な焼結の前、テープは厚さ約25マイクロメートルであった。部分的に焼結済みのテープのスプールを、炉の上方に配置し、ここで炉は、3/16インチ(0.47625cm)の狭いギャップを有し、また上部及び底部の炉の断熱部において幅3.5インチ(8.89cm)を有し、これによりテープを通過させることができる。テープを低温でギャップに通過させ、7.5グラムのおもりを取り付けた(概して図14を参照)。炉を1450℃まで加熱し、炉が1450℃に到達したときに、テープの運動を開始した。テープを、上部から底部まで、0.5インチ(1.27cm)の速度で移動させた。約18インチ(45.72cm)の、完全に焼結された焼結済みジルコニアテープを作製した。このジルコニアテープは半透明であった。4インチ(10.16cm)の炉を用いる実施例7では、テープ、及びその完全に焼結された部分は、炉より長くなった。
有機バインダによって結合した無機材料の粒子を含む素地セクションを含む、テープ;並びに
炉であって:
バインダバーンオフ位置及び焼結位置を含む通路を画定する、ガイド;及び
上記通路の上記焼結位置において少なくとも300℃の温度を達成する、ヒータ
を備える、炉
を備える、製造ラインであって、
上記バインダバーンオフ位置は、上記素地セクションから上記有機バインダを炭化又は燃焼させることによって、まだ焼結されていないものの炭化された上記バインダを上記有するか又は上記バインダを有しない、上記テープの未結合セクションを形成し;
上記焼結位置は、上記無機材料を少なくとも部分的に焼結することによって、上記テープの、少なくとも部分的に焼結済みのセクションを形成し;
上記未結合セクションは、上記未結合セクションに物理的に接続されて隣接する上記テープの重量を支持する、製造ライン。
上記炉は第1の炉であり、
上記製造ラインは更に:
上記少なくとも部分的に焼結済みのテープの上記無機材料を更に焼結することによって、完全に焼結された物品を形成する、第2の炉;及び
上記テープの張力に影響を及ぼすことによって、上記第2の炉における更なる焼結中に、上記少なくとも部分的に焼結済みのセクションの成形を促進する、張力調節器
を備える、実施形態1に記載の製造ライン。
上記炉の上記通路は、上記テープが上記炉を概ね垂直に通過するよう配向される、実施形態1に記載の製造ライン。
上記通路は、直線状の通路として延在する、実施形態1に記載の製造ライン。
上記通路は、上記炉を通って延在する深さ寸法、上記深さ寸法に対して垂直な幅寸法、及び上記深さ寸法及び上記幅寸法の両方に対して垂直なギャップ寸法を有し、
上記深さ寸法は上記幅寸法より大きく、
上記幅寸法は上記ギャップ寸法より大きい、実施形態4に記載の製造ライン。
上記ギャップ寸法は、少なくとも1ミリメートルである、実施形態5に記載の製造ライン。
上記ヒータは、上記炉の上記バインダバーンオフ位置及び上記焼結位置の両方を加熱する、実施形態1に記載の製造ライン。
上記ヒータは、上記焼結位置に隣接し、かつ上記焼結位置を少なくとも部分的に取り囲むものの、上記バインダバーンオフ位置から垂直に離間している、実施形態7に記載の製造ライン。
上記ガイドは耐火性材料で構成される、実施形態1に記載の製造ライン。
テープを焼結するプロセスであって、
上記プロセスは:
(a)上記テープの素地セクションを、炉の第1の炉位置を通して移動させるステップであって、上記素地セクションは、有機バインダに支持された無機粒子を含む、ステップ;
(b)上記素地セクションが上記第1の炉位置を通過する際に、上記素地セクションから上記有機バインダをバーンオフ又は炭化して、上記テープの未結合セクションを形成するステップ;
(c)上記未結合セクションを、第2の炉位置を通して移動させるステップ;及び
(d)上記未結合セクションが上記第2の炉位置を通過する際に、上記無機粒子を少なくとも部分的に焼結して、上記テープの少なくとも部分的に焼結済みのセクションを形成するステップ
を含み、
上記未結合セクションを、上記第2の炉位置を通して移動させる上記ステップは、上記テープの上記未結合セクションを支持するセッタボードを用いずに行われる、プロセス。
上記テープの上記素地セクションは、上記素地セクションから上記有機バインダをバーンオフ又は炭化するステップ中に、上記素地セクションが上記第1の炉位置を通過する際、上記炉の表面と接触しない、実施形態10に記載のプロセス。
上記テープの上記未結合セクションは、上記無機粒子を少なくとも部分的に焼結する上記ステップ中に、上記未結合セクションが上記第2の炉位置を通過する際、上記炉の表面と接触しない、実施形態11に記載のプロセス。
上記無機粒子は、多結晶質セラミック及び合成鉱物からなる群から選択される材料の粒子である、実施形態12に記載のプロセス。
上記テープは、上記素地セクション、上記未結合セクション及び上記少なくとも部分的に焼結済みのセクションが上記プロセスの上記ステップ(a)~(d)中に互いに連続するように、単一構造である、実施形態12に記載のプロセス。
上記未結合セクションは、上記無機粒子を少なくとも部分的に焼結する上記ステップ中に、上記未結合セクションが上記第2の炉位置を通過する際、自立している、実施形態10に記載のプロセス。
上記素地セクションは、上記素地セクションが上記第1の炉位置を通過する際、概ね垂直に配向され、これにより上記未結合セクションは、上記未結合セクションに物理的に接続された、上記未結合セクションに垂直に隣接する上記テープの重量を支持する、実施形態10に記載のプロセス。
第1の表面、第2の表面、及び上記第1の表面と上記第2の表面との間に延在する材料の本体を備える、焼結済み物品であって、
上記第2の表面は、上記焼結済み物品の、上記第1の表面とは反対側にあり、従って上記焼結済み物品の厚さは、上記第1の表面と上記第2の表面との間の距離として定義され、上記焼結済み物品の幅は、上記第1の表面又は上記第2の表面のうちの一方の、上記厚さに対して垂直な第1の寸法として定義され、上記焼結済み物品の長さは、上記第1の表面又は上記第2の表面のうちの一方の、上記焼結済み物品の上記厚さ及び上記幅の両方に対して垂直な第2の寸法として定義され、
上記材料の本体は、無機材料を含み;
上記焼結済み物品の上記長さは、上記焼結済み物品の上記幅以上であり、上記焼結済み物品は、上記焼結済み物品の上記幅が上記焼結済み物品の上記厚さの5倍超となるような薄さであり、上記焼結済み物品の上記厚さは、1ミリメートル以下であり;
上記焼結済み物品は略未研磨であり、従って上記第1の表面及び上記第2の表面はそれぞれ、顆粒状プロファイルを有し;
上記焼結済み物品は、上記第1の表面及び上記第2の表面の両方が、接着又は擦過に由来する5マイクロメートル超の寸法の表面欠陥を10個未満しか有しない、少なくとも1平方センチメートルの面積を有するような、高い表面品質を有し、上記高い表面品質は、上記焼結済み物品の強度を増強し;
上記焼結済み物品は、接着又は擦過に由来する5マイクロメートル超の寸法の表面欠陥の、上記第1の表面の1平方センチメートルあたりの平均面積が、接着又は擦過に由来する5マイクロメートル超の寸法の表面欠陥の、上記第2の表面の1平方センチメートルあたりの平均面積の、±50%以内となるよう、上記第1の表面及び上記第2の表面両方において一貫した表面品質を有する、焼結済み物品。
上記顆粒状プロファイルは、粒子を含み、上記粒子は、各上記粒子間の境界線において、上記第1の表面及び上記第2の表面の凹状部分に対して25ナノメートル~150マイクロメートルの範囲の高さを有する粒子を含む、実施形態17に記載の焼結済み物品。
上記物品は、上記第1の表面又は上記第2の表面に沿った長さ方向において、1センチメートルの距離に亘って、100ナノメートル~50マイクロメートルの範囲の平坦度を有する、実施形態17に記載の焼結済み物品。
略未研磨である場合に、上記第1の表面及び上記第2の表面のうちの少なくとも一方は、上記第1の表面又は上記第2の表面に沿った長さ方向のプロファイルに沿って測定された1センチメートルの距離に亘って、1ナノメートル~10マイクロメートルの範囲の粗度を有する、実施形態17に記載の焼結済み物品。
上記物品は、上記物品の上記長さが上記物品の上記幅の5倍超となり、かつ上記物品の幅が上記物品の厚さの10倍超となるよう、特に薄くかつ細長い、実施形態17に記載の焼結済み物品。
上記本体の上記厚さは、0.5ミリメートル未満であり、上記第1の表面及び上記第2の表面のうちの一方の面積は、30平方センチメートル超である、実施形態21に記載の焼結済み物品。
上記第1の表面及び上記第2の表面のうちの一方の面積は、100平方センチメートル超である、実施形態22に記載の焼結済み物品。
上記無機材料は、多結晶質セラミック及び合成鉱物からなる群から選択された無機材料である、実施形態17に記載の焼結済み物品。
焼結済み物品であって、
上記焼結済み物品は、第1の表面、第2の表面、及び上記第1の表面と上記第2の表面との間に延在する材料の本体を備える、シートであり、
上記第2の表面は、上記シートの、上記第1の表面とは反対側にあり、従って上記シートの厚さは、上記第1の表面と上記第2の表面との間の距離として定義され、上記シートの幅は、上記第1の表面又は上記第2の表面のうちの一方の、上記厚さに対して垂直な第1の寸法として定義され、上記シートの長さは、上記第1の表面又は上記第2の表面のうちの一方の、上記シートの上記厚さ及び上記幅の両方に対して垂直な第2の寸法として定義され、
上記材料の本体は、多結晶質セラミック及び合成鉱物からなる群から選択された無機材料製であり、上記材料は焼結済み形態であるため、上記材料の粒子は互いに融着しており;
上記シートの上記第1の表面及び上記第2の表面は、略未研磨であり、従って上記第1の表面及び上記第2の表面はそれぞれ、粒子を含む顆粒状プロファイルを有し、上記粒子は、各上記粒子間の境界線において、各上記上記表面の凹状部分に対して25ナノメートル~150マイクロメートルの範囲の高さを有する粒子を含み;
上記シートは、上記シートの上記長さが上記シートの上記幅の5倍超となり、かつ上記シートの幅が上記シートの厚さの5倍超となるように、薄くかつ細長く、また上記シートの上記厚さは1ミリメートル以下であり、上記第1の表面及び上記第2の表面それぞれの面積は10平方センチメートル超であり;
上記シートは、上記第1の表面及び上記第2の表面の両方が、接着又は擦過に由来する5マイクロメートル超の寸法の表面欠陥を100個未満しか有しない、少なくとも10平方センチメートルの面積を有するような、高い表面品質を有し;
上記シートは、上記第1の表面又は上記第2の表面に沿った長さ方向において、1センチメートルの距離に亘って、100ナノメートル~50マイクロメートルの範囲の平坦度を有する、焼結済み物品。
上記材料の本体の上記材料は、多結晶質セラミック及び合成鉱物からなる上記群から選択される材料であるのに加えて、アルミナ、ジルコニア、スピネル及びガーネットからなる群から選択される材料でもある、実施形態25に記載の焼結済み物品。
上記シートの上記厚さは、500マイクロメートル超である、実施形態26に記載の焼結済み物品。
上記シートは、少なくとも部分的に透明であり、約300ナノメートル~約800ナノメートルの波長において少なくとも30%の全透過率を有する、実施形態27に記載の焼結済み物品。
上記第1の表面及び上記第2の表面のうちの一方の面積は、100平方センチメートル超である、実施形態26に記載の焼結済み物品。
略未研磨である場合に、上記第1の表面及び上記第2の表面のうちの少なくとも一方は、上記第1の表面又は上記第2の表面に沿った長さ方向において、1センチメートルの距離に亘って、1ナノメートル~10マイクロメートルの範囲の粗度を有する、実施形態25に記載の焼結済み物品。
焼結済み物品であって、
上記焼結済み物品は、セラミックテープであり;
上記セラミックテープは、第1の表面、第2の表面、及び上記第1の表面と上記第2の表面との間に延在する材料の本体を備え、
上記第2の表面は、上記セラミックテープの、上記第1の表面とは反対側にあり、従って上記セラミックテープの厚さは、上記第1の表面と上記第2の表面との間の距離として定義され、上記セラミックテープの幅は、上記第1の表面又は上記第2の表面のうちの一方の、上記厚さに対して垂直な第1の寸法として定義され、上記セラミックテープの長さは、上記第1の表面又は上記第2の表面のうちの一方の、上記セラミックテープの上記厚さ及び上記幅の両方に対して垂直な第2の寸法として定義され、
上記材料の本体は、アルミナ、ジルコニアからなる群から選択されたセラミックであり、上記材料は焼結済み形態であるため、上記材料の粒子は互いに融着しており;
上記セラミックテープの上記第1の表面及び上記第2の表面は、略未研磨であり、従って上記第1の表面及び上記第2の表面はそれぞれ、粒子を含む顆粒状プロファイルを有し、上記粒子は、各上記粒子間の境界線において、各上記表面の凹状部分に対して10ナノメートル~150マイクロメートルの範囲の高さを有する粒子を含み;
上記セラミックテープは、上記セラミックテープの上記長さが上記セラミックテープの上記幅の5倍超となり、かつ上記セラミックテープの幅が上記セラミックテープの厚さの5倍超となるように、薄くかつ細長く、また上記セラミックテープの上記厚さは150マイクロメートル以下であり、上記第1の表面及び上記第2の表面それぞれの面積は2平方センチメートル超であり;
上記セラミックテープは膨らみを有し、上記膨らみのうちの少なくともいくつかは、100マイクロメートル~約1mmの最大表面寸法を有し、上記膨らみは、周りを取り囲む隣接した表面に対して滑らかに連続した曲率を有し、これにより上記膨らみの境界線は概ね接着又は擦過を特徴とせず;
平坦な表面上に、無制約状態で静置されている場合、上記セラミックテープは、上記セラミックテープの上記長さに沿った軸の周りに反りを有する、焼結済み物品。
上記反りは、上記テープの厚さより少なくとも10マイクロメートルかつ1ミリメートル以下だけ大きい、上記平坦な表面より上方の上記セラミックテープの高さをもたらす、静置31に記載の焼結済み物品。
上記 スプール;
上記スプール上に巻きつけられたテープ
を備えるロールであって、
上記セラミックテープは、実施形態17~32のいずれか1つに記載の焼結済み物品であり、
上記セラミックテープは、少なくとも1メートルの長さを有する、ロール。
112、212 表面欠陥
310、910、1010、1110、1210 製造ライン
312、410、516、914、1014 炉システム
314、1212 テープ
314A 素地テープセクション
314B 未結合テープセクション
314C 少なくとも部分的に焼結済みのテープセクション
316 カーブ又はローラ
318 通路
320、322 表面
324、1016、1018 張力調節器
412 ガイド
414 通路
416 熱源
418 バリア又は壁
510 構成
512 テープ、素地テープ
512’ 3YSZテープ
512’ 焼結済みテープ
514 円筒形ローラ
518 支持用プラスチックキャリアフィルム
610 焼結済み物品
612 第1の表面
614 第2の表面
616 材料の本体
618 粒子
620 境界線
710 焼結済み物品
712、714 研磨済み表面
810 焼結済みシート
812 長さ方向側縁部
814 表面
912 素地テープ922のソース
916、918 張力調節器
920 焼結済みテープ924のレシーバ
922、1022 素地テープ
924、1024 焼結済みテープ
926 炉システム914の第1の部分
928 案内通路
930 炉システム914の第2の部分
932 部分的に焼結済みのテープ
1012 素地テープ1022のソース
1020 焼結済みテープ1024のレシーバ
1026 炉システム1014の第1の部分
1030 炉システム1014の第2の部分
1032 ストリップ
1112 テープ
1114 スプール
1116 ポリマー性裏張り
1118 分離位置
1120 分離スプール
1122 空気軸受
1124 第1のガイド
1126 第1の炉
1128 部分的に焼結済みのセクション
1130 第2のガイド
1132 ホイール
1134 低摩擦表面
1136 炉
1214、1314 スプール
1216 ポリマー性裏張り
1218 分離位置
1220 分離スプール、取り上げスプール
1226 炉
1228 部分的に焼結済みのセクション
1240 張力デバイス、張力印加デバイス
1242 真空ハグドラム
1244、1246、1344 ローラ
1250 受承用スプール
1252 ローラ、出口ローラ
1310 製造ライン、システム
1312 部分的に焼結済みのテープ
1326 炉
1329 最終的な焼結済みテープ
1340 張力デバイス、張力印加デバイス
1342 ローラ、入力ローラ
1346 高温材料のプレート、セラミックプレート
1360 搬送デバイス
1412 部分的に焼結済みのテープ
1414 スプール
1426 炉
1460 おもり
2010 完全に焼結されたテープ、セラミックテープ
2012 部分的に焼結済みのテープ
2014 膨らみ
3010、4010 セラミックテープ
Claims (4)
- テープを焼結するプロセスであって、
前記プロセスは:
(a)セラミック粒子を含む部分的に焼結済のテープを、炉を通して移動させるステップ;
(b)前記テープを、前記炉を通して移動させる際に完全に焼結するステップ;および
(c)前記テープが完全に焼結する際に、該テープに張力をかけるステップ;
を含む、プロセス。 - 前記テープに張力をかけるステップが複数の張力調節器により行われ、前記複数の張力調節器同士間のテープの張力が、前記複数の張力調節器同士間以外の位置におけるテープの張力より大きい、請求項1に記載のプロセス。
- 前記テープが完全に焼結する際に、前記張力調節器同士間のテープの張力が該テープを平坦に保持する、請求項2に記載のプロセス。
- 前記部分的に焼結済のテープが、破損することなく、20メガパスカルの張力を支持する、請求項1から3いずれか1項に記載のプロセス。
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