JPH031090A - 焼成用治具及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はセラミックスコンデンサー等の機能性セラミッ
クスの焼成に用いる焼成用治具及びその製造方法に関す
る。

（従来の技術） セラミックスコンデンサーに代表されるａＴｅ性セラミ
ックスはアルミナ質、ムライト賞、ジルコニア質等の緻
密体や多孔質体を焼成用治具として用いる事により製造
されて来た。しかし近年、機能性セラミックスの製造コ
ストを低減する為に、焼成過度を高めて焼成に要する時
間を短縮する方法、焼成炉の断熱性を高め、焼成用治具
を軽量化して、熱エネルギー損失を低減する方法、工程
を振力自動化して、省力化を計る１等々の方策が採られ
つつあり、焼成用治具はより軽量で耐熱衝撃性に優れ、
且つ高純度なものが求められている。

こうした動向に対応して、近年シリカ−アルミナ質の無
機質繊維を主体とし、その空隙をアルミナ粒子で充填し
た構造を有する軽量セッターが開発され、本用途に用い
られている。この軽量センターは全体を多孔質体とする
事により軽量化を計り、無機質繊維を用いる事により、
耐熱衝撃性及び高純度な特性を賦与しようとするもので
ある。

一般にセラミック、ス多孔体は■スポンジ状の有機質フ
オームの裏面にセラミックススラリーを付着せしめて焼
成する方法、■ウレタン樹脂等の有機物にセラミックス
粉体を混入した後、これを発泡・硬化せめて焼成する方
法、■セラミックス粒子を緻密に焼結せずに空間を残し
ておく方法、■クルミ殻、モミ殻１発泡スチロール球等
焼却可能な気孔形成材を予め混入しておいた後、これを
焼成する方法等が知られているがいずれも強度が低く、
本用途に用いる事は出来ない。

前記軽量セッターはシリカ−アルミナ質繊維を約５０％
以上含有せしめて初めて、その目的とする物性が得られ
る。このシリカ−アルミナ質繊維には少なくとも５％以
上のシリカ成分が、含有されている。その為、軽量セッ
ターには必然的にシリカ成分が導入される事になるが、
このシリカ成分は、被焼成物（例えばチタン酸バリウム
）との反応性に富み、結果的に被焼成物を化学的に汚染
する事となり軽量セッターの寿命を短か（する事ともな
る。更にシリカ−アルミナ質繊維は高温度で長時間の使
用により、ムライト質の結晶の生成に起因する強度劣化
に伴なう脆化現象が著しく、軽量センターの性能低下を
招く、こうしたシリカ−アルミナ質繊維に起因する問題
点を解決する為には、高純度アルミナ繊維を使用する方
法が考えられるが、現状では極めて高価であり、実用に
供する事は出来ない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明舎らは上記問題点に鑑み鋭意研究を続けた結果本
発明を完成したものであってその目的とするところは軽
量で長期に亘り、優れた耐熱衝撃性、及び強度を保持し
、且つシリカ゛□成分が極めて少なく、非焼成物を汚染
する恐れのない焼成用治具及びその製造方法を提供する
にある。

（課題を解決するための手段） 上記９目的はシリカ成分がｌｌｉｆｆｉ％以下の高純度
アルミナ質より成り、気孔率が５０〜９０％で、且つ気
孔形状が直径６００μｍ以下の球状連通構造を有する焼
成用治具、並びに直径が７５０μ以下の熱溶融型樹脂ビ
ーズと粒径１μ以下でシリカ成分が１重量％以下の高純
度アルミナ質粉体とより成り、樹脂ビーズの体積分率が
５０〜９０％である粒径が１ｍｍ以下の顆粒を乾式プレ
ス法で成型する事を特徴とする焼成用治具の製造方法に
より達成される。

本発明において重要なことは、実質的に無機質繊維を含
有しない、換言するとシリカ成分の含有量が極めて少な
いセラ槌ツクス多孔体にて前記軽量セッターの有する特
性を賦与した点にある。

本発明の焼成用治具は高純度のアルミナ質より成るもの
であり、特にシリカ分は１重量％以下、好ましくは０．
５重量％である。１重量％を越えると被焼成物とシリカ
成分との反応が起り、被焼成物を化学的に汚染し、その
商品物性を損なわしめ、更には、焼成用治具自身の寿命
が短か（なる。

高純度アルミナ質の粉体は、焼成時にアルミナ粒子が異
常に粒子成長するのを抑える為に、０．５％以下の割合
で酸化マグネシウムを含有するのが望ましい。

本発明の焼成用治具は軽量化を計る為に、多孔質とする
。気孔率は５０〜９０％である。気孔率が５０％未満で
あると得られる焼成用治具の密度が高くなり軽量化とい
う目的に合致しない、更に後述する様に、連通とすべき
気孔構造が独立気孔構造となり耐熱衝撃性が劣り好まし
くない、−ガス孔率が９０％を越えると強度が低下する
。

本発明に於いて気孔形状は球状でなくてはならない０球
状以外の異形状であると得られる製品の強度が低くなる
。更にその気孔の直径は６００μｍ以下、好ましくは５
０〜３００μｍの範囲である。６００μｍを越えると得
られる製品の強度が低くなり、更にその表面の平滑性が
損われる。

一方、それぞれの気孔は独立でなく連通構造とする必要
がある。連通気孔とする事により、製品の熱伝導率が高
くなりその耐熱衝撃性は優れたものとなる。一方電子部
品等を焼成する際に、被焼成物間の焼成温度むらが少な
（なり、得られる製品の物性が均一であるという特長を
有する。

本発明に用い・る原料は高純度アルミナ質粉体であり、
前述の如く、シリカ成分が１重量％以下のものを使用す
るが、焼結性よりその粒子径は小さいものが望しく、そ
の平均粒径は１μｍ以下、好ましくは０．３〜０．８μ
ｍである。１μｍを越えると焼結性が劣り、得られる製
品の強度が低（なる。

本発明に於いて、気孔は直径が７５０μ以下の熱溶融型
樹脂ビーズを気孔形成材として用いる。

球状樹脂ビーズを用いる事により球状気孔を得る事が出
来る０本発明の焼成用治具は高純度である必要がある。

その為には骨格部分は緻密で強固なものとする必要があ
り、焼成収縮率は８％以上とすべきであり、逆に２０％
を越えると焼上り寸法精度が劣る。従って球状樹脂ビー
ズは最大見積って７５０μｍとしてはじめて、６００．
ｕｎ以下の気孔を形成せしめる事が出来る０球状樹脂ビ
ーズの素材として、熱溶融型樹脂を用いるのが好適であ
る。熱不融型樹脂ビーズ、例えばエポキシ、フェノール
、尿素、メラミン等の樹脂ビーズの使用は脱脂工程で緻
細なりランクを発生し、得られる製品の強度が低い、熱
溶融型樹脂として、アクリル酸エステル、メタクリル酸
エステル、スチレン。

エチレン、プロピレン、塩化ビニル等の重合体を挙げる
ことができる。更にナイロン、ポリエステル等の縮合物
を挙げることが出来る。これらは単独、弁皿（縮）合、
混合物等適宜性状で使用できる。

本発明において、成型用原料は前記の熱溶融型樹脂ビー
ズと高純度アルミナ質粉体との単なる混の通りである。

高純度アルミナ質粉体はポリビニルアルコール、メチル
セルロース、エチルセルロー゛ス、カルボキシメチルセ
ルロース、ポリカルボン酸塩等のバインダーや、ワック
スエマルジッン。

鉱物油エマルジッン等の平滑剤等を添加して、スプレー
ドライヤーや流動層造粒機等の公知の造粒機を用し１−
て直径１０〜６００μｍ１好ましくは３０〜２００μｍ
、更に好ましくは５０−１００μｍの粒状物の形態とす
る。この際バインダーの添加量は３〜５％が好適である
０粒状物と樹脂ビーズは更に適当量のバインダー及び水
分を添加し、再造粒する。再造粒粒子を乾燥後、整粒し
て顆粒を得る。樹脂ビーズと高純度アルミナｆ粉体との
体積分率は得られる製品の気孔率を決定する重要な因子
である。前記の通り樹脂ビーズの体積分率は５０〜９０
％とする。顆粒の直径は後述する成型作業性及び焼成性
に極めて大きな影響を与えるものである。顆粒の直径は
１ｍｍ以下、好ましくは３００〜５００μｍである。１
ｍｍを越えると製品中に密度むらが発生し、不均質な構
造となり、結果的に強度低下を招く、一方顆粒の直径が
小さ過ぎると同様に強度が低下する傾向が見られる。

本発明に用いる顆粒の水分量は、成型作業性より０．３
〜５％が好ましい。

本発明の焼成用治具は、乾式プレス法により成型される
０本発明にて示す基本組成の原料は、添加する樹脂バイ
ンダーのｍＲ及び水分量等を適宜選択する事により、押
出成型法、鋳込成型法、半乾式プレス法等の方法により
成型は可能であるが、多孔＆ｌｌ織の不均一、独立気孔
の形成による熱伝導率の低下による耐熱衝撃性の劣化を
招く。

本発明において、成型体は公知の方法で脱脂・焼成する
事により製造する事が出来る０例えば、電気炉、ガス炉
等の酸化雰囲気で脱脂・焼成する方法や、酸化雰囲気、
場合により不活性ガス雰囲気にＩＪＲＭシた脱脂炉で予
め樹脂成分を熱分解した後、高温炉で焼成する方法を挙
げる事が出来る。

焼成温度は１４００〜１７００℃、好ましくは１５５０
〜１６５０℃である。

ることが出来る。コーティング層は通常、焼成用治具の
表面にセラミックススラリーをスプレー法。

刷毛塗り法、ローラー塗り法、浸漬法等の方法で塗布し
た後、再焼成（焼付け）する事により形成される。コー
ティング用セラミックスの粒度や再焼成温度及び時間を
適宜選定する事により、コーティング層の緻密性は制御
される。

（発明の効果） 本発明の焼成用治具は軽量で長期に亘り優れた耐熱１ｉ
　撃性及び強度を保持し、且っシリカ成分が極めて少な
く、非焼成物を汚染する恐れが少なく、特に電子部品の
焼成用セッターとして好適である。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお
実施例中「部」とあるは「重量部」を意味し各物性の測
定及び評価は以下の方法で行った。

（曲げ強度） １００Ｘ５０Ｘ５ｍｍ寸法の試験片を切り出しヘッドス
ピード０．５　ｍ　ｍ　／　ｍ　ｉ　ｎ　、スパン５０
ｍｍの条件で室温で、３点曲げテストを行ない計３０点
の測定値の平均を曲げ強度とした。

（耐熱衝撃性） １００Ｘ１００Ｘ５ｍｍ寸法の室温で放置した試験片を
１４００℃に保持した電気炉中に設置し、２０分間保持
した後、室温に戻した０以上の急熱急冷処理を繰返し、
試料が破損した繰返し回数をもって、耐熱衝撃性を評価
した。

（熱伝導率〉 ５０ｘｌＯＯｘ２０ｍｍ寸法の試験片を用いて、熱線法
にて室温の熱伝導率を測定した。

く気孔率） ｉｌ１式に基づき、焼結体の気孔率を算出した。ここで
アルミナの理論密度を４．０　ｇ　／　ｃ　ｍ　’　と
した。

Ｗ：試料の重量（ｇ） ■：試料の体積（ａｍｊ） （反応性） チタン酸バリウム粉体の乾式プレス成型体（直径１０ｍ
ｍ、厚さ５ｍｍ）をそれぞれの板状焼成体の上に乗せて
、１００℃／　ｈ　ｒの“□速度で昇温し、１３５０″
Ｃにて３時間保持した後、炉冷した。室温迄冷却した焼
成体の反応性を以下の方法で判定した。

０：チタン酸バリウムとほとんど反応しないもの。

Δ：　　　　　　　　との反応が認められるが両者が接
合しないもの。

×：　　　　　　　　との反応が著しく、両者が接合し
たもの。

実施例１ シリカ０．３重量％、酸化マグネシウム０．１重量％そ
の他の不純物０．２重量％であり平均粒子径０．５μｍ
の高純度アルミナ粉体１００部に対し、ポリビニルアル
コール３部、ポリカルボン酸系分散剤０．５部より成る
水性スラリーをスゲレードライヤーを用いて７５μｍ径
の粒状物を製造した。

得られた粒状物に含有される高純度アルミナ粉体とスチ
レン／メタクリル酸メチルの共重合樹脂よりなる平均粒
径５００μｍの樹脂ビーズとが体積分率で２５対７５％
となる様に配合し、所定量のバインダーと水とを添加し
つつ撹拌造粒した後、乾燥し、粒径が３５０〜４００μ
となる様に整粒して、顆粒とした。Ｗｉ粒を１０００ｋ
ｇ／ｃｍ”の圧力で乾式プレスにて成型した後、ガス炉
で５００℃にて１時間の脱脂を行ポい、次いで同じガス
炉で１６００℃にて３時間焼成した。得られた焼成体の
物性を第１表に示す。

第　　１　　表 比較例ト シリカが０．３重量％５酸化マグネシウムが０．１重量
％、その他の不純物が０４２重量％であり、平均粒子径
が０．５μｍである高純度アルミナ粉体が４５部、シリ
カが５℃ｗ量％、アルミナが９５重量％であもアルミナ
繊維’（ＩＣ１社製商品名５ａｆｆｉｌ）が５５部より
なる水性スラリーを粒造機にて一次成型した０次いで一
次成型体をプレス機で更に圧縮成型した後、′乾燥して
、ｌ’４００℃にて５時間焼成した。得られた焼成体の
物性を第１表に示す。

実施例２ 第２表に示すシリカ含宥量及び粒径が異なる種々のアル
ミナ原料を用い、実施例１と同様にして焼成体を製造し
、その物性を測定した。結果を第実施例３ 粒杖物の直径が８５μとし、高純度アルミナ粉体とスチ
レン／メタクリル酸メチルの共重合用脂ビーズとの体積
分率を変化させ焼成温度を１５７５℃とする以外は、実
施例１と同様にして焼成体を製造し、その物性を測定し
た。結果を第実施例４ 粒径を３００〜４００μｍに分級された各種気孔形成剤
を用いて、実施例３に示す央ＪＮｒ、Ｎ。

１１に準じて焼成体を製造し、その物性を評価し実施例
５ シリカが０．２１！ｆｆｉ％、酸化マグネシウムが０．
２５重量％、その他の不純物が０．３％重量％であり、
平均粒径が０．４μｍである高純度アルミナ粉体が１０
０部に対し、ヒドロキシエチルセルロースが５部、ワッ
クスエマルジョンが２部、ポリカルボン酸系分散剤が０
．４部より成る水性スラリーをスプレードライヤーを用
い℃８５μｍ径の粒状物を作製した。得られた粒状物に
含存される高純度アルミナ粉体とポリメタクリル酸メチ
ルより成る各種粒径を有する樹脂ビーズとが体積分率で
３５対６５％となる様に配合し、所定のバインダーと水
とを添加しつつ、撹拌造粒した後、乾燥し、次いで平均
粒径が４０゛０〜４５０μｍに整粒して、顆粒とした。

１１１粒を１５００ｋｇ／ｃｍ”の圧力で乾式プレスに
て成型した後、電気炉で４５０℃にて０．５時間の脱脂
を行ない、次いで同じ電気炉で１６００℃で４時間焼成
した。得られた焼成体の物性を第５表に示す。

ここで寮ｊａ％　ｐ　、　Ｎ　ｏ　、　　２５の表面は
粗く、平滑性に劣るものであった。

実施例６ 顆粒の平均粒径を種々変化させる以外は全て、実施例５
実−Ｑ　ｐ、　Ｎ　ｏ　、　　２２に準じて試料を作成
比較例２ 実施例５に示ず央簾１）、ＮＯ，２１の原料配合物を、
スプレードライヤーによる粒状物の作製や顆粒の作製を
行なわず、−度に混合し、坏土乃至スラリーを作製し、
適宜、鋳込成型法、押出成型法及び半乾式プレス法にて
グリーン体を得た。グリーン体を風乾した後、実施例５
に準じて、脱脂・焼成を行なったが、いずれも多孔体組
織が極めて不均質であり、耐熱衝撃性も２回以下と劣る
ものであった。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリカ成分が１重量％以下の高純度アルミナ質よ
   り成り、気孔率が５０〜９０％で、且つ気孔形状が直径
   ６００μｍ以下の球状連通構造を有する焼成用治具。
2. （２）直径が７５０μ以下の熱溶融型樹脂ビーズと粒径
   １μ以下でシリカ成分が１重量％以下の高純度アルミナ
   質粉体とより成り、樹脂ビーズの体積分率が５０〜９０
   ％である粒径が１ｍｍ以下の顆粒を乾式プレス法で成型
   することを特徴とする焼成用治具の製造方法。