JPH03177379A - セラミックスコーティング部材及びその製法 - 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、高強度のジルコニアコーデイング層をイｆ＃
るアルミナ部材及びその製法に関する。特に、耐熱、耐
食性の高くなるようにジルコニアコ−テング層を有する
アルミナ部材及びその製法に関する。また、チタン、イ
ンジウム等の溶融ルツボ、各種ガラスの溶融ルツボ、金
属溶融ルツボ、’＋ｌＣ／・セラミックス焼成外環のた
めのルツボ又は耐火物サヤ等として、好適なシルコニア
コ−ｊ・イング層をイｆ、するアルミナ部材及びその製
法に１臭１＃′る。

［従来の技術及び発明が解決しようとする問題点］アル
ミ−ｊ製のルツボやサヤ等は、高純度な金属の溶融や電
子セラミックス焼成の分野において、被溶融物、被焼成
物に対して、コンタミネーション竿を起こぜという欠点
を有するため、適切でなか−）たが、この：ｌンタミネ
ーションの問題を解決−４るものとして、ジル：１ニア
ルツボがある。このジル＝＋　、’ニア製品は噴く、高
価である、二とから、Ｅ梁間利用に制限があった。この
ため、従来は、ジルーＩ−；アーＩ−１イング層のアル
ミナ部材を使用していた。

Ｉ！１ＩＦ−）、ジルニオニアは、２７００℃に近い融
点をイｆし、耐食外も４ぐれているために、耐熱、耐火
材料又は低熱仏導性材料として使用されてきた。

従）て、そのジル：＋　、＝、アをシーライング層とし
てイずするアルミナ部材は、望ましい材料ではあるがジ
ル−１１，ア：Ｉ−−ｒインゲ層をアルミ・夕部材表面
ング４る技術は、部材の表面に、コーティングす゛へき
物質の微粒子−のスプレーをスプレーガンで均一に塗布
するものであった。

また、従来品は、熱膨張率の異なるセラミックスを接合
したため、熱間使用時に表面クラックやワレが発生し、
長時間使用することが出来なかった。このために、熱膨
張率を緩和する材料を両者の間に、挾んで接合している
ものもあるが、実用的でない。

本発明辻、耐熱性、耐食性の１ぐれたジル：１ニア；ｌ
−ディングアルミナ部材及びその製法を提供４−ること
を目的にする。また、本発明は、従来安価なアルミ−＋
部材に高価なジル：１ニアを：１−ティングＩることに
より、安価なジル＝１．−ア：Ｉ−デイング製品即ち、
高付加価値化されたアルミナ部材を提供することを目的
にする。また、本発明は、キルンソγ−ニチャーの中で
耐熱性、耐食性にすぐれたセッターを提供＃−ることを
目的にする。

従って、本発明は、−殻内に、：１−ティング方法にお
いて、熱膨張率の異なる材質の濃度変化（濃度勾配）を
用いることにより、従来品のクラックや剥離、ツレなど
を除太し、安価に大量に製造できる方法を提供すること
を目的にする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の要旨とするものは、アルミナ基材表面に、微粒
子ジル：］：；アと微粒子アルミナを混合し、Ａｌ２Ｏ
３／ＺｒＯ２ｒＯ，のモル比を順次大から小に変え、粘
度を調整したスラリーで、順次、アルミナ基材表面から
所望数の層で、ジルコニア単味のコーティング最り層ま
でコーディングを積層し、焼成した濃度傾斜ジルコニア
コーティング層を有することを特徴とするアルミータ部
材である。そして、アルミツ基材表面に、微粒子ジルコ
ニアと微粒子アルミ“夕を混合し、ＡｌｔＯｓ　／Ｚｒ
Ｏ＊のモル比を順次大から小に変え、粘度を調整したス
ラリーで、先ず、アルミナ基材表面にＡｌ２Ｏ３／Ｚｒ
ＯＺｒ０ｔのモル比の大きな調整スラリーを塗布し、乾
燥した後、次に、少し小さいＡ１＋Ｏｓ／Ｚｒ０ｔのモ
ル比のスラリーを塗布し、乾燥し、このように、順次、
アルミナ基材表面から所望数の層で、ジルコニア単味の
；】−ティング層最上層まで調整スラリーを塗布した後
、乾燥漿布層をイイするアルミナ基材全体を焼成するこ
とを特徴とするジルコニアコーティング層を有するアル
ミナ部材の製法である。また、　Ａｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２
ｒＯ＊のモル比で濃度勾配をもって形成したジルコニア
７’Ｊ　−５イング層での濃度勾配は、−層当り１０〜
２０％づつ変化させ、即ち、該所望の暦数は、５〜１０
が好適である。

また、−層当りの厚さは、１０〜５０μｍであり、従っ
て、：コーティング層全体の厚さは、５０〜３００μｍ
が好適である。また、焼成処理は、５０〜２５０℃／時
間の昇温速度で昇温し、１４００〜１６００℃の温度範
囲に１時間保持することが好適である。

本発明によるアルミナ部材表面にコーティングする方法
は、第１図に示すように、アルミナ部材表面に数層のア
ルミナ−ジルコニアの混合物で濃度勾配を有するコーテ
ィング層を、それに相当する濃度の数種の濃度のスラリ
ーを用いて塗布することによる。

即ち、図示のように、−層当りの塗布量は、１０〜５０
μｍの厚になるようにする。最適には、３０μｍ厚であ
る。

このような塗布層は、５〜１０層とし、塗布スラリーの
濃度の１層当りの変化は、１０〜２０％とする。即ち、
ＡｌｔｏｓとＺ　ｒ　Ｏｔのモル比を１０〜２０％づつ
変えていき、塗布コーティング層を多層で形成していく
。

本発明に従い、アルミナ基材表面に、微粒子−ジルコニ
アと微粒子アルミサを混合し、Ａｌ２Ｏ３／ＺｒＯＺｒ
Ｏ。

のモル比を順次大から小に変え、粘度調整したスラリー
で、先ず、アルミナ基材表面にＡ１＊Ｏｓ／ＺｒＯ＊の
モル比の大きな調整スラリーを塗布し、乾燥した後、次
に、少し小さいＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２のモル比のスラリ
ーを令イａし、乾燥し、このように、順次、アルミナ基
材表面から所望数の層で、ジル１ニア単味のコーティン
グ層最上層まで調整スラリーを塗布する。この塗布用の
スラリー中のＡ１　ａ　ｏ　ｎの微粒子の径は、１．５
〜４４μの範囲であり、また、ｌｒｏ　＊の微粒子の径
は、２〜２０μｍの範囲である。：また、スラリーに用
いるバインダーとしては、ＰＶＡ（ポリビニルアルコー
ル）、アクリル系、セルＩ】−ス系のバインダーの１種
又は２種以上を用いる。バインダーの割合は、好適には
１〜８重量％、より好適には、３〜５重量％の範囲でで
ある。また、スラリーの粘度は、１００〜１０００ｃｐ
ｓとなるように、水、分散剤、バング−専の量を選定し
て調整する。

アルミナ部材表面に塗布する方法としては、スプレー塗
布、刷毛塗り、ディッピング法を用いることができる。

そして、全体の層厚は、５０μｍ〜３００μｍにする。

即も、全層厚は、５０μｍ未満では、熱膨張を吸収する
ことができなく、割れる可能性がある。

また、全層厚が、３００μｍを超えると、コーデイング
層が剥離する恐れがある。

焼成処理条件は、昇温速度が５０〜２５０℃／時間が好
適であり、最適には、１００〜ｂ／時間の範囲である。

焼成温度は、１４００〜１６００℃の範囲であり、より
好適には、１４５０〜１５００℃である。

その焼成方法は、通常の大気炉で行なうが、焼成温度、
昇温速度は、特に、限定されるものではない。

焼成工程は、通常の大気中で実施できるが、昇温速度は
特に限定されるものではない、焼結は比較的に低温で進
行し、１４５０°Ｃの焼成でも、焼結体は、充分な特性
を示すものであった。従って、より低温での焼結も可能
であるが、再加熱収縮等を考慮すると、１４００°Ｃ以
七の焼成が望ましい。

［作用］ 本発明によるヒラミックス−Ｉ−ティング層のあるアル
ミナ部材は、耐熱性、耐食性のすぐれたジル；１ニアコ
ーデイング層を、濃度勾配を付けて、最上の表面にはジ
ルコニア１００％で、アルミナと接する面では、アルミ
ナが９０％になるジルコニアコーティング層を、アルミ
ナ部材表面に形成したアルミナ部材を提供する。即ち、
高価で、耐熱性、耐食性のすぐれたジルコニアコーティ
ング層を、強固に形成したアルミナ部材である。それに
より、高付加価値化されたアルミナ部材を提供し、キル
ンファーニチャ−の中で耐熱性、耐食性に１ぐれたセッ
ターを提供する。即ち、熱膨張率の異なる材質の濃度変
化（濃度勾配）を用いることにより、従来品のクラック
や剥離、ワレなどを除去し、安価に大量に製造できるも
のである。第１図に示すように、アルミナ部材１の表面
に、図示のように、順次アルミナ：ジルコニアの比率を
変えでいき、比率の順次に変えた層を多層にしで、＝１
−ディングして、焼成したものである。それにより、コ
ーデイング層中の熱膨張率等の物理定数が、徐々に変わ
り、その間に応力歪み等が吸収される機構が生成し、熱
衝撃等耐性の高いコーデイング層のあるアルミナ部材が
得られる。

本発明により製造されるジルコニアコーティングアルミ
ナ部材は、焼成処理のための支持体或いは耐火物として
、その他、電気炉、ガス炉等の耐火材として不可欠な炉
材及び電子材料等の焼成用のセッター材として、特に、
好適である。

次に、本発明によるジルコニアコーティング層の作成）
ｊ法について説明するが、本発明は、次の実施例に限定
されるものではない。

［実施例］ ９０１１１１の正方形で１１５ｍｍで、気孔率２０〜２
５％のアルミナ部材の表面に対して、次の濃度のスラリ
ーを調整して、塗布する。

即ち、（１）　Ａ　１　ｔ　Ｏｓ　／ＺｒＯｘのモル比
で、９：１、（２）Ａ１．ｏ、／ＺｒＯ，のモル比＝＝
８：２、（３）　Ａ　１　ｔ　Ｏｓ　／Ｚ　ｒＯｔのモ
ル比暑７：３、（４）Ａ１＊Ｏｘ／ＺｒＯ，のモル比−
６：４、（５）Ａ１．Ｏ，／ＺｒＯ，のモル比＝５：５
、（６）Ａｌ、Ｏｎ／ＺｒＯ＊のモル比夕４：６、（７
）Ａ１．Ｏｎ／ＺｒＯ＊のモル比雪３ニア、（８）　Ａ
　１　＊　Ｏｓ　／　ＺｒＯｓのモル比−２：８、（９
）Ａｌ２Ｏ３／ＺｒＯＺｒＯ，のモル比−１：９と変化
させた各モル比のＡ１．Ｏ，／ＺｒＯ，の微粒子を含有
Ｉ°るスラリーを調整し、順次、アルミナ部材表面に塗
布する。

その各スラリーは、ポリビニルアルコールをバインダー
として、３重量％を添加して、調整した。調整したスラ
リーの粘度は、２００〜５００ｃｐｓ程度にした。その
スラリーをスプレー　カンでアルミナ部材表面に吹き付
けて行く、第１層が乾燥したら、次の第２層と順次、Ｚ
ｒ０ｔ！度の高いスラリーを吹き付けていく、１層当り
のスプレーガンによる塗布量は、３０μｍ／！Ｘになる
程度にした。そして、第９層のスラリーを塗布した後に
、ＺｒＯ，単味の層を３０〜５０１１ｍ厚に塗布し、乾
燥した後に、塗４ｉ　したアルミナ部材を焼成処理した
。

焼成Ｃる時の１ｆｔ温速度は、１００’Ｃ／時間で、焼
結のため、１５００°Ｃに１時間保持した。

得られたジル：Ｉニア：１−ティングされたアルミナ部
材に対して、次のように評価試験を行なった。即ち、加
熱−冷却のサイクルを３０同行なって、判定した。１５
００℃〜室温のサイクルを３０回行なった場合でも、剥
離、クラック等の異常は発生しなかった。

［発明の効果］ 本発明によるジルコニアコーティング層のアルミナ部材
及びその製法は、次のような顕著な技術的な効果が得ら
れるものである。

第１に、以上の説明で明らかなように、安価なアルミナ
部材に高価なジルコニア：】−ディング層を施すことに
より、高い付加価値を学えたアルミナ部材を得ることが
できる。

第２に、本発明の濃度勾配を用いた多Ｗ（フルプ″）−
１−ディング層により、ジルコニアコーティング層部分
の剥離やワしがない耐熱性、耐熱ｆ７ｇｊ性、耐食外に
すぐれたセラミックス部材が提供された。

第３に、ジルコニア単味の材料に比べて、重量が半分で
、熱容駿も半分となり、炉操業性、取り扱いの廂で大き
なメリットのあるジルコニアコーティング法を提供した
。

４、關、彎ηＮ藪。

第１図は、本発明により作成されるジルコニアティング
層の形態を示す断面説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルミナ基材表面に、微粒子ジルコニアと微粒子ア
   ルミナを混合し、Ａｌ＿２Ｏ＿３／ＺｒＯ＿２のモル比
   を順次大から小に変え、各々粘度を調整したスラリーで
   、順次、アルミナ基材表面から所望の層数で、ジルコニ
   ア単味のコーティング最上層までコーティング層を積層
   し、焼成した濃度傾斜を持つジルコニアコーティング層
   を有することを特徴とするアルミナ部材。 ２、アルミナ基材表面に、微粒子ジルコニアと微粒子ア
   ルミナを混合し、Ａｌ＿２Ｏ＿３／ＺｒＯ＿２のモル比
   を順次大から小に変え、各々粘度を調整したスラリーで
   、先ず、アルミナ基材表面に Ａｌ＿２Ｏ＿３／ＺｒＯ＿２のモル比の大きな調整スラ
   リーを塗布し、乾燥した後、次に、少し小さい Ａｌ＿２Ｏ＿３／ＺｒＯ＿２のモル比のスラリーを塗布
   し、乾燥し、このように、順次、アルミナ基材表面から
   所望の層数で、ジルコニア単味のコーティング最上層ま
   で調整スラリーを順次変えて、各層塗布した後、乾燥塗
   布層を有するアルミナ基材全体を、５０〜２５０℃／時
   間の昇温速度で昇温し、１４００〜１６００℃の焼成温
   度に１時間保持することにより、焼成することを特徴と
   するアルミナ部材の製法。