JPH0416546A - 複合体 - Google Patents

複合体

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JPH0416546A
JPH0416546A JP2115144A JP11514490A JPH0416546A JP H0416546 A JPH0416546 A JP H0416546A JP 2115144 A JP2115144 A JP 2115144A JP 11514490 A JP11514490 A JP 11514490A JP H0416546 A JPH0416546 A JP H0416546A
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JP
Japan
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phase
composite
powder
matrix
shrinkage
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Pending
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JP2115144A
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English (en)
Inventor
Seiji Yamanaka
山中 清二
Mamoru Kamiyama
上山 守
Takashi Yamamoto
孝 山本
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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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、電子材料或いは構造材に用いられる複合体及
びその複合焼結体の製造方法に関し、特に、原料粉体の
充填率を制御することにより、強度の高められた複合焼
結体及びその製造方法に関する。
[従来の技術及び発明が解決しようとする問題点1種々
の構造材の中でも、電子セラミックス或いは構造セラミ
ックスに代表されるように、要求される機械的条件は、
近年の技術水準の向上と共に厳しくなって来ており、焼
結構造体の強度の向上が望まれている。
ごのような観点から、焼結構造体の強度或いは靭性を向
上させるために、従来、原料粉体の粒径をサブミクロン
化するh性成いは、結晶粒界の不純物を厳密に調整する
方法等が行なわれている。
然し乍ら、粒子の微細化による構造体組織の制御を行な
い、破I#源を減少させるためには、特別な原料調製方
法或いはHIF法などの高温高圧ドでの焼結法が必要と
されている。また、最近では、SiC等のウィスカーを
アルミナ等の汎用セラミックス材料に添加し、強度補強
効果を得ようとする試みもある。特に、SiCの分散相
粒子のナノメータレベルの局所応力により、分散粒子−
マトリックス間の内部構造を制御して、強度向上を図ろ
うとする試みは、例えば、アルミナ−5iCフンポジツ
トにおいては、強度が、約2倍になり、それを焼鈍する
と、更に約1.5倍になり、1540MPa程度の強度
が得られている。またこの強度は、1200℃程度まで
の高温でも保持されることが分かっている。
また、マトリックス内の気孔率、粒界、欠陥、内部応力
等を制御する方法、或いは、繊維補強法、即ちウィスカ
ーやファイバー等の第2相との相互作用により引き抜き
効果を図る強度向上法も行なわれている。
しかし、SiCなどによるナノメータ程度の複合体構造
セラミックスは、SiCウィスカーを使用し、マトリッ
クス結晶内に分散相を均質に分散させることが必要であ
り、製造技術に困難さを伴うことや、材料に制約がある
また、特に、アルミナ基板の大型化、高精度化が急速に
進んでおり、厚膜ハイブリッドICやパッケージの製造
の自動化に不可欠である、より強度の高いアルミナ基板
が望まれている。
本発明は、前記の問題点を解決するため、粉体充填率の
異なるマトリックス相、分散相を各々複合化し、焼成し
、収縮率を制御することにより、分散相−マトリックス
相の界面に圧縮応力場を与え、機械的強度の増大を図り
、セラミックス材料に限らず種々の構造材料の機械的強
度の向上を図ることを目的とするものである。
[発明の構成] [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、マトリックス相に対して、
粉体充填率がマトリックス相のそれより大きい分散相を
、マトリックス相中に分散させた構造を有する複合体で
ある。そして、マトリックス相より大きな充填率を有す
る径1100It以下の分散相を、より充填率の小さい
マトリックス相中に、分散させて、複合体を形成し、そ
の複合体を成型し、焼結させることにより、複合焼成体
を製造する方法である。
例えば、セラミックス複合体の作成において、粉体充填
率の異なる2種の材料を、分散相と、マトリックス相と
して、複合化したとき、各々の粉体充填率により各々の
収縮率が定まることになる。
本発明者らは、このような焼成収縮率の異なる2種、或
いは、それ以上の材料間には、それらの接合界面に内部
応力が発生することに着[1した。
即も、焼成収縮率の異なる2種或いはそれ以−Eの種の
材料を複合化することにより、焼結体における分散相と
マトリックス相の境界に圧縮応力場を発生せしめ、強度
の増大が可能となる0本発明によれば、このような手法
によって、強化された複合焼結体を製造できる。
各々の材料の境界に圧縮圧力を働かせるためには、分散
相に焼成収縮率が/J1さい材料を、また、マトリック
ス相には焼成収縮率が大きい材料を当てることで可能で
ある。各々の焼成収縮率は、各々の原料の粉体充填率を
制御することにより、任意に制御することができる。
原料粉体にバインダー、溶剤などを混合、成型、乾燥し
て、成型体が得られるが、この成型体を焼成して得られ
る焼結体の収縮率は、原料粉体の粒度の他に、未焼結成
型体の粉体充填率に依存する。
即ち、発明者らは、焼成収縮率と粉体充填率との関係(
式)は、次のように、考えた。
見掛は比重ρ、は、 ρ、=賢S/V、・・・・・・・・A 但し、ρ、は、粉体が示す見掛けの密度、V、は、成型
体中の粉体重置。
vlは、成型体の体積である。
体積が、vlである基板の重置をWとすると基板の理論
密度ρは、次式で示される。
ρ−W/V、・・・・・・・・・・・B粉体充填率は、
A、B式より次式〇で示される。
p s/ p −(us/v+)/(w/v+)=wm
/w−−・c成型体のx、y、z方向の焼成線収縮率を
αI、α!、α2とすると基板の焼結密度ρ、は、D式
で示される。
(ρt/ρ)− (ρ、/ρ)/((1−αりX (t−αtax (を
−α2))・・・・・・・D 従って、粉体充填率(ρ、/ρ)は、 (ρS/ρ)− (ρr/ρ)X((1−am)X(1at)X(1−a
z))・・・・・・・E ここで、(ρ、/ρ)は理論密度に対する焼結密度の相
対比である。成型体の焼成収縮が等方性であれば、α1
客α、=α2であり、以下のようになる。即ち、 (ρ、/ρ)/(ρf/ρ)&(l−α8)1αx−x
−”JCρ、/ρ)/(p、/ρ)・・・・・・・F従
って、粉体充填率及び相對密度が、定まれば、線収縮率
が一義的に得られることが分かる。
粉体材料の焼結特性は、その材料の粉体特性及び材料本
来の性質に依存する。即ち、粉体特性では、その粒径、
粒径分布、形状等に依存する。また、材料本来の性質で
ある焼結温度、反応性などが考えられる。
本発明は、この理論を基に成されたものであり、任意の
異なる制御された粉体充填率を有する材料、即ち、互い
に異なる粉体充填率を有する分散相とマトリックス相を
一体に成形し、一体焼成することにより、その異なる粉
体充填率の領域の界面に働く応力場によって、焼結体の
強度を強化する方法を提供するものである。
即ち、内部歪応力誘起によって、クランクの伝播方向の
変曲、或いは停止により焼結体の強度の増大が図られる
これらの複合体は、同一の組成物であっても、或いは異
種組成物であっても充填率、焼結特性の制御(粉体粒径
制御、粉体表面の活性制御−粉体製造法、熱履歴差によ
る制御)により可能である。
本発明による複合焼結体の製造方法は、−例としては、
次のようなものである。
即ち、任意の量の分散用原料及びバインダー及び溶剤を
混合した後、スプレードライヤー法、或いはマイクロエ
マルジョン法によって、混合物を処理し、1〜100μ
m径の球状成形体の分散相を得る。複合焼結体の機械的
強度を高めるためには、分散相の粒径を極力小きくする
ことが効果的であり、分散相の製造方法はマイクロエマ
ルジョン法等による単分散マイクロ球を製造する方法が
好適である。また、分散相の粉体充填率は、構成する粒
を或いはバインダー址、溶剤量を適当に選定することに
より、調整することができる。このようはして製造され
た分散相を、分散相の粉体充填率よりも小さい粉体充填
率を有するように調整されたマトリックス相に投入し、
一般的なセラミyクス成形法により、成形し、未焼成複
合体を得る。
次に、この未焼成複合体を所定温度で焼成すると、第1
図に示すような構造の複合焼結体が得られる。即ち、粉
体充填率の大きな分散相1が、粉体充填率の小さなマト
リックス相2の中に分散した構造のものである。この焼
成工程の間に、分散相1の収縮率は小さく、マトリック
ス相2の収縮率は大きい、従って、矢印で示したように
、分散相1の周りのマトリックス相では、各々の焼結に
よる収縮差によ°って圧縮力3が生じる。それに対して
、分散相1は焼成による収縮が小ξいために、この圧縮
力3に対して反発力4が生じる。そのため、分散相1と
マトリックス相2との界面には圧縮力3と反発力4によ
る応力場が生じる。この結束、複合焼結体の破壊時には
、内部歪応力の誘起により、クラックの伝達方向の変曲
或いは停止が成されるのである。
また、従来技術と同様に、本発BJIにおいて、分散相
は、マトリックス相に均一に分散させることが、重要で
ある。従って、分散相の製造は、均一な大きさ、形状の
ものが望ましい、一般的に知られずいる方法としては、
スプレードライヤー法による球形の成形体がある。1〜
100#m程度の径の球状成型体が得られる。
それによる複合焼結体の強度或いは靭性を高めるために
、分散相を更に小さくすることが効果的であり、このよ
うな分散相の製造方法には、マイクロエマルジョン法な
どによる単分散マイクロ球形の製造が好適である。サブ
ミクロンからミクロンのオーダーの球状成型体が任意に
製造できる。
これらの成型体の粉体充填率は、構成する粒子或いはバ
インダー量、溶剤量を任意に選定することにより、at
することができる。
このようにして、作成した分散相の粉体充填率よりも小
さな粉体充填率となるようにしたマトリックス相に投入
し、ドクターブレード法、泥漿鋳込法、プレス法などの
一般的なセラミックス成型法により、分散相を分散され
たマトリックス複合成型体が得られる。この混合、分散
する方法は通常のセラミックス成型に用いられる方法を
そのままで適用することができる。
本発明は、このような焼結制御技術を駆使して、複合焼
結体を得るものである。その手段にして、粉体充填率を
制御した成型体を作成できる。
以上のような粉体の焼結技術において、粉体充填率の/
J−さいマトリックス相を、作成しておき、別に、比較
的に大きな粉体充填率の上記のような球形の分散相を作
成し、その球状の分散相を、粉体充填率の比較的に小さ
なマトリックス相中に混合、分散し、得られた複合体か
ら成型体を成型し、その成型体を焼成して、複合焼結体
を得る。
本発明の複合焼結体の製造方法としては、予めスプレー
ドライ法或いは化学合成法(マイクロエマルション)に
より、成形した球形グリーンボディを得、次に、これを
、マトリックス相に分散し、成形するものである。この
マトリックス相は、成形法によって異なり、ドクターブ
レード法、泥漿鋳込法では、スラリー状で用い、プレス
法では、粉体、即ち、造粒粉体の形状で用いることにな
る。
また、本発明について、本明細書、実施例では、ドクタ
ーブレード法により、説明するが、その他に、泥漿鋳込
法など、利用することができる。
次に、本発明の粉体セラミックス複合体の作成方法を具
体的な実施例により、説明するが、本発明は、その説明
により限定きれるものではない。
[実施例] アルミナ粉体として、昭和電工株式会社製のAL−45
−IRのαアルミナ(純度99.5重量%、平均粒径1
.1μm)に比表面積1 m”/ gのフラックス4重
量%を添加した粉体を使用した。このアルミナ粉体に対
して、バインダーとしてポリビニルアルコール2重量%
、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム0.5重量
%を添加して、スラリーを作成した後、ヤマト科学株式
会社製のスプレードライヤーで乾燥し、造粒し、10〜
201mの小球を得た。この分散相用の未焼成体の粉体
充填率は、62.4%であり、単独で1600℃で焼成
したときの線収縮率は約13.2%であった。
マトリックス相は次のようにして作成した。即ち、同じ
アルミナ原料の平均粒径0.8μmに粉体に、比表面積
20m”7gのフラ・yケス4重量%を添加した粉体を
使用した。このアルミナ粉体に対して、バインダーとし
てポリビニルブチラール6重量%、可塑剤としてブチル
ベンジルフタレート3東祉%、溶剤としてn−ブタノー
ル1フ重緻%及びキシレン83重量%の混合溶剤を55
重量%を添加し、ボールミルで混合し、センミンクス原
料スラリーを得た。このマトリックス用未焼結体の粉体
充填率は60.5%であり、単独で1600℃で焼成し
た時の線収縮率は、約14.6%であった。
このように作成したマトリックス相に、上記の分散相用
スラリーを10〜20重蓋%添加し、未焼成複合体スラ
リーを得た。
次に、このような複合体スラリーかも、ドクターブレー
ド法により、幅50■、厚さ0,6■の成型体を形成し
た。
複合体成型体を34.73X42.26■の寸法に金型
で打ち抜いて焼成試料とした。
複合体成型体の焼成は、高速昇温炉(カンタルガブリウ
ス、RT−2)で行なった。焼成に当って、最初450
℃/時の昇温速度で300℃まで昇温し、1時間保持し
、次に、900°C/時の昇温速度で、1200℃まで
昇温した後、4.5℃/分の昇温速度で所定温度(16
00°C)にまで昇温し、1時間保持して、焼結させた
。冷却は炉内冷却(冷却速度;7°C/分)とした。
以上のようにして、分散相及びマトリックス相を有する
複合体焼結体を得た6次に、この複合体焼結体の強度を
測定すると、次のようであった。
比較のために単味のアルミナ原料で成形、焼成したとき
の、強度を示す。
第1表 曲げ強度 kgf/Cm” 本発明の複合焼結体二500〜1000単味アルミナ焼
結体 250〜500 [発明の効果] 本発明のセラミックス複合体及びその製造方法は、次の
ような顕著な技術的効果を奏した。
第1に、セラミックス組成物或いは異種組成物を成型し
、その成型体を焼成して作成する場合に、粉体充填率の
差により、焼成−収縮差による応力発生を制御すること
により、容易に、その複合焼結体の強度を高めたもの及
びそれによる機械的強度の強い複合焼結体を容易に製造
できた。
第2に、特に、電子セラミックスにおいては、より製品
の一層の小型化、特に、薄層化が可能となり、構造セラ
ミックスの利用範囲も広げることができるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明によるセラミックス複合体の構造を説
明するための模式図である。 [主要部分の符号の説明コ ト・・・・・・・・分散相 2・・・・・・・・・マトリックス相

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.マトリックス相の粉体充填率より大きい粉体充填率
    を有する分散相を、マトリックス相の中に分散させた構
    造を有する未焼結複合体を成形し焼成したことを特徴と
    する複合体。
JP2115144A 1990-05-02 1990-05-02 複合体 Pending JPH0416546A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2115144A JPH0416546A (ja) 1990-05-02 1990-05-02 複合体

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JP2115144A JPH0416546A (ja) 1990-05-02 1990-05-02 複合体

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JPH0416546A true JPH0416546A (ja) 1992-01-21

Family

ID=14655395

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JP2115144A Pending JPH0416546A (ja) 1990-05-02 1990-05-02 複合体

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JP (1) JPH0416546A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5641594A (en) * 1993-12-27 1997-06-24 Hoechst Japan Limited Colored, photosensitive resin composition

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5641594A (en) * 1993-12-27 1997-06-24 Hoechst Japan Limited Colored, photosensitive resin composition

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