JPH08253381A - 焼成用道具材及びその製造方法 - Google Patents

焼成用道具材及びその製造方法

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JPH08253381A
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裕 岡田
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Toshiyuki Suzuki
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Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、母材の表面の一部又は全部にコ−
ティング層を有するもので、母材とコ−ティング層との
結合を強固にし、さらにコ−ティング層自身の硬度を高
め、コ−ティング層の摩耗、剥離の少ない焼成用道具材
を得ようとするものである。 【構成】Al23 、MgO及びZrO2 のいずれか一
種又は二種以上を70重量%以上含む母材の表面の一部
又は全面に、主成分のAl23 、MgO及びZrO2
のいずれか一種又は二種以上を合量で80重量%以上
と、添加成分のFe23 、TiO2 、BaO、SrO
並びにZrO2 の安定化剤として用いたものとは別のC
aO及びMgOの中から選択される一種又は二種以上を
合量で0.5〜10.0重量%含むコ−ティング層(但
し、コ−ティング層の主成分と同種添加成分の選択は除
く。)を形成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電子部品などの機能
性セラミックスの焼成に好適な焼成用道具材に関する。
さらに言えば、母材の表面の一部又は全面にコ−ティン
グ層を強固に結合し、さらにコ−ティング層自身の硬度
も高めたもので、加熱冷却を繰り返してもコ−ティング
層の摩耗、剥離の少ない焼成用道具材に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、フェライト、セラミックコン
デンサといった電子部品などの機能性セラミックスの焼
成に用いられる棚板、匣鉢などの焼成用道具材(「治
具」ともいう。)は、Al23 質からなる母材の表面
にZrO2 質をコ−ティングしたものが広く用いられて
いる。
【0003】ZrO2 は密度が大きいため、焼成用道具
材全体をZrO2 質にすると焼成用道具材の重量が大き
くなるが、その軽量化を優先して望む場合は、コ−ティ
ング層のみをZrO2 とした焼成用道具材として、その
要請に応えることができる。また、ZrO2 は比較的多
くの種類の被焼成物に対し反応性の低い物質であるため
にコ−ティング層として適している。さらに、Al2
3 質母材は、SiO2を含むことにより焼成しやすく、
割れにくく一般的に母材として優れたものであることが
認められている。ただし、SiO2 分は、被焼成物にと
って好ましくない成分であり、SiO2 分と被焼成物が
直接接触しないことが必要であった。
【0004】こうしたことで従来は、主成分をAl2
3 とした母材の表面にZrO2 層を各種方法でコ−ティ
ングした焼成用道具材が広く使用されていた。また、Z
rO2 は単味では約1100℃で起こる単斜晶と正方晶
間の変態によって母材から剥離しやすく、このため通常
はCaO又はY23 などにより一部を立方晶に転移し
て安定化させてから使用される場合が多かった。
【0005】しかしながら、これらの方法で表面の一部
又は全部にZrO2 層を形成したAl23 質の焼成用
道具材も、多数回繰返し使用しているとZrO2 層が剥
離又は摩耗し、ここに脱落したコ−ティング材のZrO
2 粒子が被焼成物に付着するといった問題が生じ、その
耐用性に一層の改善が望まれていた。
【0006】このZrO2 層の剥離又は摩耗の原因は、
母材とZrO2 層の熱膨張率の差に起因するもの、機械
的摩耗によるもの、使用時にこれと接触する機能性セラ
ミックスに含まれる成分との反応によるものなどがあっ
た。これらの対策として従来から種々の提案がなされて
きたが、いずれも満足出来るものではなかった。これま
で公知なZrO2 層の剥離或いは摩耗を回避する方法
は、大別すると次の4種に区分される。
【0007】その第1は、成形時に原料の充填の仕方に
工夫をして、Al23 −SiO2質容器の底部に、底
部総厚みの10〜50重量%のZrO2 層を配置し、こ
れらを一体にプレス形成などで被覆するものである(特
公昭60−51426号)。こうした焼成用道具材では
ZrO2 層は厚く剥離しにくいが、この方法では母材の
全面にZrO2 層を被覆することは難しく、また仮に道
具材の全面にZrO2層を被覆しても重量増が生じ問題
であった。
【0008】第2の方法は、ZrO2 層そのものに各種
の改良を加えるもので、表面コ−ティングのZrO2
の剥離強度を高めるために、Y23 で安定化したZr
2系の中間層を設けるもの(特開平3−223193
号)、コーティング層としてAl23 /ZrO2 のモ
ル比を母材側から表面層に向けて大から小にした所望の
数の層を設けるもの(特開平3−177379号)、A
23 質の母材側とジルコニアコーティング層の界面
にジルコニア拡散層を形成するもの(特開平4ー224
172号)などがある。
【0009】しかしながら、上記のZrO2 系の中間層
を設けるもの、またAl23 /ZrO2 のモル比を表
面層に向けて小さくした多くの層を設けるものは、いず
れも機械的に固着するものでそこには化学反応はなく、
ZrO2 層の耐剥離強度は必ずしも十分でなかった。
【0010】また、Al23 質の母材側とジルコニア
コーティング層の界面にジルコニア拡散層を形成するも
のは、Al23 にわずかなZrO2 が固溶するもの
の、両者の反応物は生成されず、従ってその固着強度も
実質的に機械的固着に止まり不十分であった。
【0011】第3の方法は、成形後又は焼成後の母材の
表面に接着剤などを介してZrO2粒子を固着させる方
法で、ジルコニア粉末をアルミナスラリーを介して固着
してZrO2 層を形成するもの(特開昭63ー2548
7号)、無機ガラスをバインダーとしてZrO2 粒子を
固着するもの(特開昭64ー89510号)、低融点ガ
ラス化物質を介してジルコニア粉末を母材表面に固着す
るもの(実開昭57ー91099号)などがある。しか
しながら、これらのものでもジルコニア粒子が脱落して
好ましくなかった。さらに、無機ガラスをバインダーと
したものも、Si等の元素が主成分で好ましくない。
【0012】第4の方法としては、焼成した母材にZr
2 を溶射すると同時に母材への焼き付けも行うもの
で、溶射材料として母材側に向けてCaO含有量を少な
くした部分安定化ジルコニアを用いるもの(特公平4−
586号)、部分安定化ジルコニアを溶射するとともに
母材とコーティング材との熱膨張率をほぼ等しくするも
の(特公平3−77652号)などが開示されている。
これらによって溶射したコーティング層は確かに緻密
で、また被焼成物との反応防止にも有効であるが、しか
しこれも基本的には化学的反応ではないから、ZrO2
層の剥離防止の点では十分といえるものでなかった。
【0013】加えて、これらの場合は母材やコーティン
グ材の成分を変えるために、被焼成物との反応の危険性
が増すばかりか、被焼成物によっては使用出来なくてこ
の方法を適用できる範囲は狭まかった。さらに、この方
法では特殊な装置や材料を要するといった問題点もあっ
た。
【0014】また、別のジルコニアを溶射する技術とし
ては、中間層にAl23 とジルコニアの溶射層を形成
するものが開示されているが(特公平4−21330
号)、これは多層化するためにコスト高となるといった
問題点があった。以上のように、先行技術としては各種
の提案があるが、いずれの方法も満足すべきものではな
かった。
【0015】即ち、ZrO2 は反応性が低くアルミナ、
ムライトなどの耐火材に比較して焼結しにくく、構造部
材として必要な強度が得られるようにするには1600
℃以上の比較的高温で焼成することが必要であった。し
かし、母材にZrO2 質のコーティング層を強固に固定
するため高い温度で熱処理を行うほど、他方で熱膨張率
の差による母材とコ−ティング層の間のひずみが大きく
なり、熱処理後にコ−ティング層の剥離や亀裂が発生し
やすいといった問題が生じていた。また、これを避ける
ため焼き付け温度を低めにするとZrO2 層自体に十分
な強度が得られず、これまた摩耗による剥離や脱粒が発
生するといった矛盾があった。
【0016】この他に、母材にジルコニアをコ−ティン
グしたものではないが、フェライト、ムライトおよびジ
ルコニアからなるフェライトコア焼成用ケース(特公平
5ー47505号)、フェライトと非スピネルの焼結体
の焼成用セッター(特公平1ー24745号)が公知と
なっている。前者の特公平5ー47505号は、フェラ
イトの添加により反応の不具合は低下するが、ムライト
成分との接触は避けられずこの点で不十分であった。ま
た、後者の特公平1ー24745号は、気孔率を15〜
40%にする必要があるため、コ−ティング材には適さ
なかった。さらに、これは強度が小さいために剥離しや
すく、耐摩耗性にも劣っていた。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、Al2
3 、MgO、ZrO2 の一種又は二種以上からなる母材
表面の一部又は全面に被覆するコ−ティング剤の主成分
のAl23 、MgO、ZrO2 などの中に、Fe2
3 、TiO2 、BaO、SrO、CaO,MgOなどの
添加剤を微量を添加することによって、母材とコ−ティ
ング層との結合を強固にし、さらにコ−ティング層自身
の硬度も高め、焼成用治具として加熱,冷却を繰返して
も、コ−ティング層の摩耗、剥離の少ない焼成用道具材
を得ようとするものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】この発明は、Al2
3 、MgO及びZrO2 のいずれか一種又は二種以上を
70重量%以上含む母材の表面の一部又は全面に、主成
分のAl23 、MgO及びZrO2 のいずれか一種又
は二種以上を合量で80重量%以上と、添加成分のFe
23 、TiO2 、BaO、SrO並びにZrO2 の安
定化剤として用いたものとは別のCaO及びMgOの中
から選択される一種又は二種以上を合量で0.5〜1
0.0重量%含むコ−ティング層(但し、コ−ティング
層の主成分と同種添加成分の選択は除く。)を形成した
ことを特徴とする焼成用道具材(請求項1)、焼成用道
具材の母材主成分が、CaO、MgO、Y23 のいず
れかで安定化された部分安定化ZrO2 の一種又は二種
以上であることを特徴とする請求項1記載の焼成用道具
材(請求項2)、焼成用道具材の母材主成分が、Ca
O、MgO、Y23 のいずれかで安定化された部分安
定化ZrO2 の一種又は二種以上と未安定化ZrO2
らなることを特徴とする請求項1記載の焼成用道具材
(請求項3)、焼成用道具材の母材主成分がAl23
で、コ−ティング層が主成分のAl23 と、添加成分
のFe23 を含むものであることを特徴とする請求項
1記載の焼成用道具材(請求項4)、焼成用道具材の母
材主成分がAl23 で、コ−ティング層が主成分のA
23 と、添加成分のFe23 及びCaOを含むも
のであることを特徴とする請求項1記載の焼成用道具材
(請求項5)、焼成用道具材の母材主成分がAl23
で、コ−ティング層が主成分のAl23 と、添加成分
のTiO2 を含むものであることを特徴とする請求項1
記載の焼成用道具材(請求項6)、焼成用道具材の母材
主成分がAl23 で、コ−ティング層が主成分の未安
定化ZrO2 及び/又は部分安定化ZrO2 と、添加成
分のBaOとSrOのいずれか一方又は双方及びTiO
2 を含むものであることを特徴とする請求項1記載の焼
成用道具材(請求項7)、焼成用道具材の母材主成分が
Al23 で、コ−ティング層が主成分の未安定化Zr
2 及び/又は部分安定化ZrO2 と、添加成分のBa
OとSrOのいずれか一方又は双方、TiO2 及びZr
2 の安定化剤として用いたものとは別のCaOを含む
ものであることを特徴とする請求項1記載の焼成用道具
材(請求項8)、焼成用道具材の母材主成分がAl2
3 で、コ−ティング層が主成分の未安定化ZrO2 及び
/又は部分安定化ZrO2 と、添加成分のFe23
びZrO2 の安定化剤として用いたものとは別のCaO
を含むものであることを特徴とする請求項1記載の焼成
用道具材(請求項9)、コ−ティング層の主成分のZr
2 が、MgO、CaO及びY23 の中のいずれかで
安定化された部分安定化ZrO2 の一種又は二種以上で
あることを特徴とする請求項1記載の焼成用道具材(請
求項10)、コ−ティング層の主成分のZrO2 が、M
gO、CaO及びY23 の中のいずれかで安定化され
た部分安定化ZrO2 の一種又は二種以上と未安定化Z
rO2 からなることを特徴とする請求項1記載の焼成用
道具材(請求項11)、コ−ティング層の主成分のZr
2 が、未安定化ZrO2 であることを特徴とする請求
項1記載の焼成用道具材(請求項12)、コ−ティング
層が、粒径0.1mm以下の粒子の占める割合が50重量
%以上であることを特徴とする請求項1〜12のいずれ
かに記載の焼成用道具材(請求項13)、主成分がAl
23 、MgO及びZrO2 のいずれか一種又は二種以
上からなる原料を成形しこれを焼成して母材とし、この
母材の表面の一部又は全面に、主成分のZrO2 を80
重量%以上と、添加成分のFe23 、TiO2 、Ba
O、SrO及びZrO2 の安定化剤として用いたものと
は別のCaO及びMgOの中から選択された一種又は二
種以上を合計で0.5〜10.0重量%含み、かつ粒径
0.1mm以下の粒子の占める割合が50重量%以上であ
るコ−ティング材を被覆し、これを乾燥し1300〜1
550℃で焼成することを特徴とする焼成用道具材の製
造方法(請求項14)、母材を形成する主原料がAl2
3 で、コ−ティング材が主成分の未安定化ZrO2
び/又はCaOで安定化した部分安定化ZrO2 と、添
加成分のTiO2 、BaO、SrO及びZrO2 の安定
化剤として用いたものとは別のCaOを含むものである
ことを特徴とする請求項14記載の焼成用道具材の製造
方法(請求項15)、母材を形成する主原料がAl2
3 で、コ−ティング材が主成分の未安定化ZrO2 及び
/又はCaOで安定化した部分安定化ZrO2 と、添加
成分のFe23 及びZrO2 の安定化剤として用いた
ものとは別のCaOを含むものであることを特徴とする
請求項14記載の焼成用道具材の製造方法(請求項1
6)、母材を形成する主原料のZrO2 が部分安定化Z
rO2 であることを特徴とする請求項14記載の焼成用
道具材の製造方法(請求項17)及び母材を形成する主
原料のZrO2 が部分安定化ZrO2 と未安定化ZrO
2 であることを特徴とする請求項14記載の焼成用道具
材の製造方法(請求項18)である。
【0019】
【発明の実施の態様】この発明の焼成用道具材は、Al
23 、MgO、ZrO2 の一種又は二種以上を主成分
とする母材表面の一部又は全面に、Fe23 、TiO
2 、BaO、SrO、CaO,MgOなどの微量の成分
が添加されたコ−ティング層を被覆した焼成用道具材で
ある。
【0020】ここに用いる母材成分は、Al23 、M
gO、ZrO2 の一種又は二種以上とする。これらは、
一種でも或いは二種以上でもよいが、これらが合量で7
0重量%以上であることが好ましい。Al23 、Mg
O、ZrO2 の一種又は二種以上が70重量%未満であ
ると、母材中にSiO2 などの成分が相対的に増して好
ましくない。
【0021】また、ZrO2 はCaO、MgO、Y2
3 のいずれかで安定化された部分安定化ZrO2 の一種
又は二種以上であることが好ましいが、被焼成物の種類
や用途によっては、これらの部分安定化ZrO2 の一種
又は二種以上と未安定化ZrO2 の混合物であってもよ
い。以上のような原料の母材は熱間強度が強く耐熱性が
あるとともに、被焼成物への悪影響も少なくて好まし
い。中でもAl23 を母材成分とした焼成用道具材は
広く用いられる。
【0022】この発明は、上記の母材にコーティング層
を形成したものであるが、ここにおけるコ−ティング層
は母材の全面に形成したものであってもよいが、被焼成
物と接する部分など、母材の表面の一部に形成したもの
であってもよい。
【0023】ここに用いるコ−ティング層は、その主成
分をAl23 、MgO及びZrO2 のいずれか一種又
は二種以上とする。コ−ティングの主成分は母材の主成
分と同一であっても異なっていてもいずれでもよい。
【0024】コ−ティング層主成分に用いられるZrO
2 は、CaO、MgO、Y23 のいずれかで安定化さ
れた部分安定化ZrO2 の一種又は二種以上、これらの
安定化ZrO2 の一種又は二種以上と未安定化ZrO2
との混合物、さらには未安定化ZrO2 だけであっても
よい。コ−ティング層の主成分は、Al23 、MgO
及びZrO2 のいずれか一種又は二種以上で、これらを
合量でコ−ティング層の中で80重量%以上含有するこ
とが必要である。これが80重量%未満であると相対的
に被焼成物と反応しやすいSiO2 などの成分が増して
好ましくない。
【0025】コ−ティング層は、上記の主成分にFe2
3 、TiO2 、BaO、SrO、更にZrO2 の安定
化剤として用いたものとは別のCaO又はMgOの中か
ら選択される一種又は二種以上の成分を添加したものと
する。ここにおける添加成分の選択には、既に述べたコ
−ティング層の主成分と同一とならないようにする。即
ち、コ−ティング層主成分としてMgOを選択した場合
は、添加成分はMgOを選択しても効果がない。コ−テ
ィング層主成分としてMgOを選択した場合は、添加成
分としてはMgO以外のFe23 、TiO2 、Ba
O、SrO及びCaOの中の一種又は2種以上を選択し
なければならない。
【0026】ここにおける添加成分の含有量は、コ−テ
ィング材中で0.5〜10.0重量%とする。これが
0.5重量%未満であると母材との結合強度が十分でな
く剥離したり、コ−ティング層の硬度や耐摩耗性が低く
良好な製品を得ることが出来ない。また、これが10重
量%を超えるとコ−ティング層自体が緻密化しすぎて、
焼付け時や使用時に剥離を生じたり、被焼成物と反応し
やすくなる。この添加成分の含有量については、母材の
種類や被焼成物の種類などによって上記範囲で最適な値
を採用すればよい。例えば、Fe23 ,BaO、Ti
2 などは比較的少量の含有でも効果を発揮する。Mg
O、SrOなどは通常添加量を多くする。
【0027】この発明になる焼成用道具材のコ−ティン
グ層の主成分は、粒径が0.1mm以下の粒子の占める割
合が50重量%以上であることが好ましい。コ−ティン
グ層で、粒径0.1mmの粒子の占める割合が50重量%
未満であるとコ−ティング層自体の硬度が不足して好ま
しくない。硬度を増すために添加成分の含有量を増すこ
とも考えられるが、しかし被焼成物との反応を防止する
観点からしてその含有量も10重量%が限界である。
【0028】本発明で好適に採用される母材主成分と、
コ−ティング層の主成分及び添加成分の好ましい組合せ
は、被焼成物の種類その他で決められるがそれらの幾つ
かを例示すると次の通りである。
【0029】例えば、母材主成分がAl23 で、コ−
ティング層がAl23 と、Fe23 1〜6重量%を
含むもの、母材主成分がAl23 で、コ−ティング層
が主成分のAl23 と、Fe23 とCaOからなる
添加成分を1.5〜7.5重量%を含むもの、母材主成
分がAl23 で、コ−ティング層が主成分のAl23
と、添加成分のTiO2 を0.5〜5.0重量%を含
むもの、母材主成分がAl23 で、コ−ティング層が
未安定化ZrO2 及び/又はCaOで安定化した部分安
定化ZrO2 の主成分と、BaOとSrOのいずれか一
方又は双方及びTiO2 からなる添加成分を合量で3〜
5重量%を含むもの、母材主成分がAl23 で、コ−
ティング層が未安定化ZrO2 及び/又はCaOで安定
化した部分安定化ZrO2 の主成分と、BaOとSrO
のいずれか一方又は双方とTiO2 の合量の3〜5重量
%と、ZrO2 の安定化剤とは別のCaOからなる添加
成分を1〜3重量%含むもの、母材主成分がAl23
で、コ−ティング層が未安定化ZrO2 及び/又はCa
Oで安定化した部分安定化ZrO2 の主成分と、Fe2
3 とZrO2 の安定化剤とは別のCaOからなる添加
成分を1〜7.5重量%含むものなどである。
【0030】TiO2 とBaO、SrOを同時に添加す
るときは、例えばBaTiO3 、SrTiO3 などの化
合物の形で添加してもよい。またBaCO3 、SrCO
3 、CaCO3 のように添加し、これを焼成したのちに
請求項1に示すようなBaO、SrO、CaOのように
なるもの等を用いてもよい。
【0031】この発明で微量添加した添加成分の効果は
大きく、コーティング層自体の強度及びコ−ティングと
母材との接合強度は著しく向上しコ−ティング層の耐摩
耗性を大きく向上させる。このために、本発明の焼成用
道具材を使用して、加熱、冷却を繰り返してもコ−ティ
ング層の摩耗、脱粒、剥離は少なく耐用性は大幅に向上
する。その理由は必ずしも明らかではないが、次のよう
に考えられる。
【0032】主成分をAl23 、MgO及びZrO2
のいずれか一種又は二種以上とするコ−ティング層の中
に、Fe23 、TiO2 、BaO、SrOその他の添
加成分を含有していると、このコ−ティング層を母材に
焼き付ける温度、例えば1500℃付近で、コ−ティン
グ材層中のAl23 、MgO又はZrO2 との間で、
或いはコ−ティング材と母材との間で、固相反応などに
よる化合物の生成或いは液相生成の急激な進行が起こ
る。Al23 とTiO2 の化合物生成の場合、図1の
状態図に示すように高温ではAl2 TiO5 という化合
物が存在するが、低温ではTiO2 とαAl23 に分
解してしまう。しかし、本発明のように母材の表層で通
常1mm前後のコ−ティング層が存在する場合、コ−ティ
ング層は母材内部に比較して早く冷却され、高温でのみ
安定とされている化合物が常温でも存在しているものと
思われる。こうした化合物の存在が母材とコ−ティング
層との接合強度の向上及びコ−ティング層の耐摩耗性向
上に寄与しているものと考えられる。
【0033】また液相生成の場合は、母材中及びコ−テ
ィング材中の主成分のAl23 、MgO及びZrO2
に対し、添加成分のFe23 、TiO2 等が含まれる
と、主成分の粒子表面で一部液相を生成し、焼結助剤的
な働きをするものと考えられる。従来のSiO2 、Na
2 O、K2 O、B23 などの低融点物質を生成しやす
い化合物も助剤的な働きをすることも知られているが、
これらは被焼成物と反応し易かったり、コ−ティング層
の熱間での特性を低下させるので好ましくない。これに
対して、本願発明で用いるコ−ティング層は被焼成物と
反応し難くまた熱間での強度低下も少ない。
【0034】本願の請求項14の発明は焼成用道具材の
製造方法の発明である。この発明で母材は、主成分をA
23 、MgO及びZrO2 のいずれか一種又は二種
以上からなる原料で所定の形状に成形しこれを焼成して
得る。ZrO2 は、これをCaO、MgO、Y23
どで部分安定化したもの又はこの部分安定化したものに
未安定化ZrO2 を加えたものを用い、これにより母材
の亀裂を未然に防ぐことが出来る。これらの主成分は一
種又は二種以上で70重量%以上であることが好まし
い。これらが70重量%未満であると得られた母材中
に、被焼成物と反応し易くまた耐ベント性を低下させる
SiO2 などの成分が相対的に増してきて好ましくな
い。母材の焼成温度は1800℃以下とする。好ましく
は1400〜1750℃である。
【0035】この母材表面の一部又は全面に、ZrO2
が80重量%以上の主成分と、Fe23 、TiO2
BaO、SrO及びZrO2 の安定化剤として用いたも
のとは別のCaO及びMgOの中から選択された一種又
は二種以上を合計で0.5〜10.0重量%を含む添加
成分からなり、かつ粒径0.1mm以下の粒子の占める割
合が50重量%以上のコ−ティング材を被覆する。
【0036】コ−ティング材の主成分であるZrO2
は、未安定化ZrO2 の外に、CaO、MgO、Y2
3 などで安定化した部分安定化ZrO2 の一種又は二種
以上、このれらの部分安定化ZrO2 と未安定化ZrO
2 からなるものを用いることが出来る。添加成分は原料
中に含まれる不可避成分では効果なく、これとは別に添
加することが必要である。これらのコ−ティング材主成
分と添加成分を混合するには、両者が均一に分散するよ
うにすることが重要であり、混合方法はボールミルによ
るのが好ましい。コ−ティング材の原料は、粒径は、
0.1mm以下の粒子の占める割合が50重量%以上とし
てコ−ティング層自体の硬度が不足しないようにするこ
とが好ましい。
【0037】母材にコ−ティング材を被覆するには、ス
ラリーの流し込み、吹き付けなどが採用され、その後こ
れを加熱して母材に焼き付けるが、この外にコ−ティン
グ材を母材に溶射してもよい。コ−ティング材の被覆厚
は従来の通常の焼成用道具材と同じでよく、例えば厚さ
0.2〜1mmである。ここにおける焼成温度はやや低め
でよく、1300〜1550℃の範囲でよい。好ましく
は1350〜1450℃である。これによって母材とコ
−ティング層との結合が強固で、焼成用治具として加
熱、冷却を繰り返してもコ−ティング層の摩耗、剥離の
少ない焼成用道具材を得ることが出来る。以下に実施例
をあげて更に説明する。
【0038】(実施例 No.1〜6、比較例 No.1〜4)
実施例 No.1〜6は、Al23 の純度99.9%の粉
末が70〜80重量%、残部がSiO2 その他不可避成
分の原料を用いて外形150mm×150mm×8mmで板状
の母材用成形体を成形した。これを1450℃で焼成し
て、表1に示すような母材を得た。一方、コ−ティング
材は、その主成分をCaOで安定化した部分安定化Zr
2 とし、これに表1に示すような各種の添加成分を添
加した。また、コ−ティング材は、0.1mm以下の粒径
の占める割合が60〜80重量%の範囲とした。
【0039】コ−ティング材の主成分と添加成分とはボ
ールミルによって均一に混合し、これに水を25〜40
重量%加えてスラリーとし、前記の母材表面に流し込み
母材表面に厚さ1mmのコ−ティング層を形成した。その
後これを100℃で乾燥した。次いでこれを電気炉で1
400〜1500℃に加熱して焼成用道具材を得た。
【0040】この実施例 No.1〜6の焼成用道具材は、
表1に示すように母材主成分のAl23 の割合は70
〜80重量%、コ−ティング材では主成分のZrO2
含有量が85〜93重量%、添加成分としては各種のも
を選択し、その含有量の範囲は0.6〜6.0重量%と
した。なお、実施例No.5の添加成分のCaOは、コ−テ
ィング材主成分のZrO2 の安定化に使用したCaOと
は別のCaOである。
【0041】得られた各焼成用道具材に、フェライト又
はコンデンサの多数個を不規則に載置して繰り返し焼成
した。なお、以下に説明する全ての実施例において焼成
温度はフェライトの場合は1250℃、セラミックコン
デンサその他の場合は1350℃とした。この場合、焼
成用道具材のコ−ティング層が母材より剥離するまでに
焼成した回数、焼成用道具材に亀裂が発生するまで焼成
した回数を調べた。コ−ティング層が母材より剥離した
場合又は焼成用道具材に亀裂が発生した段階で実験は中
止した。結果を表1に示した。また、表1には比較例も
示した。なお、表中で被焼成物との関係は、被焼成物の
種類、被焼成物及び焼成用道具材の状態などを示した。
【0042】なお、表1〜7において、「コ−ティング
材粒子付着」又は「特性が出ない」とされているものの
中で、「加熱サイクル10回での比摩耗量」のデ−タが
あるものは、10回加熱サイクルを繰り返した時点で試
験を中止したもの、「加熱サイクル10回での比摩耗
量」にデータの記載がなく、特に回数をことわらないも
のは、1回の加熱により試験を中止したものを示す。
【0043】表1に示す各焼成用道具材と同じ材料で作
製した試験片(板状)でコ−ティングの焼付け直後のコ
−ティング層の耐摩耗性及びこれを上記と同じ温度で加
熱し常温まで冷却する加熱冷却を繰り返すサイクルを1
0回繰り返した場合の耐摩耗性を調べた。
【0044】耐摩耗性試験は、図2に示すような試験装
置を用いて行った。図2に示す装置は、固定盤1の上に
回転自在な回転盤2を載置し、この回転盤2に回転軸3
を連結して回転可能にしたものである。回転盤2の上に
試験片9を載せこれを試験片保持板4でおさえ固定ビス
5で固定し、この状態で試験片9の上からピン6を押し
つけながら試験片9を回転させ摩耗量を測定したもので
ある。なお、図2で7はピン保持具、8はロードセルで
ある。試験のその他の条件は次の通りである。
【0045】 試験片形状 100φ×15mm(表面…CaO部分
安定化ZrO2 ) ピン 20φ(TiB2 ) 押付け荷重 2kgf (0.6kgf/cm2 ) 摺動速度 21cm/sec(100r.p.m. ) 摺動距離 2500cm 摩耗量 試験前後での重量減少量 表1に示すように、この発明の焼成用道具材は、コ−テ
ィング層を母材にコ−ティングして焼成した直後の耐摩
耗性が、コ−ティング材に添加成分を含有しない場合と
比較して極めて良好であることが分かる。また、この発
明によるとコ−ティング層の剥離までの回数、コ−ティ
ング層の亀裂までの回数も多く、母材の上に良好なコ−
ティング層が形成されていることが分かる。これはコ−
ティング材の添加成分にFe23 ,TiO2 、Ba
O、SrO,CaO、MgOのいずれを用いた場合でも
同様である。また、こうしたコ−ティング材の添加成分
の含有量についても、0.6重量%でも優れた効果の得
られていることが分かる。
【0046】比較例 No.1及び No.2に示すように、コ
−ティング材に添加成分を何ら含有しないものは、耐摩
耗性試験での摩耗量が多く、被焼成物のコンデンサの表
面にコ−ティング材の粒子が付着して使用出来る製品が
得られない。比較例 No.3及び No.4は母材主成分のA
23 含有量が70重量%未満の60重量%の場合で
あるが、この場合は焼成用道具材にそりが生じたり、加
熱サイクルでの評価でも18回しか使用出来ないことが
分かる。
【0047】なお、実施例 No.7以降及び全ての比較例
は、各表に示された成分を用い、実施例 No.1〜6と同
様の形状及び製造方法を用いたものである。ただし、母
材、コ−ティング材の焼成時の温度は、母材主成分とそ
の純度、コ−ティング材及び添加成分の特性を考慮して
適宜なものを選択した。
【0048】
【表1】
【0049】(実施例 No.7〜12、比較例 No.5〜
7)実施例 No.1〜6と同様にして表2に示す各種成分
の焼成用道具材を得た。実施例 No.7〜12は、母材主
成分をAl23 とし、コ−ティング材中の主成分は実
施例 No.1〜6と同じCaO部分安定化ZrO2 とし
て、添加成分を二成分併用としたものである。
【0050】即ち、表2に示すように、実施例 No.7は
Fe23 と母材ZrO2 の安定化に使用したものとは
別のCaOを併用してその含有量を合量で1.1重量%
としたもの、実施例 No.8はTiO2 とSrOを併用し
てその含有量を合量で1.5重量%としたもの、実施例
No.9はTiO2 とBaOを併用してその含有量を合量
で2.0重量%としたもの、実施例 No.10はFe2
3 とMgOを併用してその含有量を合量で2.5重量%
としたもの、実施例 No.11はTiO2 と母材主成分の
ZrO2 の安定化に使用したものとは別のCaOを併用
してその含有量を合量で3.0としたものである。
【0051】また、実施例 No.12はFe23 とTi
2 を併用してその含有量を合量で0.5重量%とした
ものである。表2に示すように、これらの焼成用道具材
はフェライト又はコンデンサの焼成に多数回使用できる
優れたものである。
【0052】従来から、母材にAl23 を使用し、コ
−ティング材主成分にZrO2 を用いたものは汎用的な
焼成用治具として使用されているが、ここに用いられる
コ−ティング材に既に説明した微量の添加成分を併用す
ることによって、フェライト又はコンデンサ用の優れた
焼成用道具材を得ることが出来るようになった。
【0053】表2には比較例 No.5ないし7を示した。
この比較例 No.5及び6は、いずれもコ−ティング材主
成分の0.1mm以下の粒子の割合が50重量%未満のも
のである。比較例 No.7は、添加成分としてコ−ティン
グ材主成分と同じMgOを選択した場合である。これら
は表2に示すように、コンデンサにコ−ティング材の粒
子が付着し良好な焼成が出来ないことが分かる。
【0054】
【表2】 (実施例 No.13〜19、比較例 No.8〜11)実施例
No.1〜6と同様にして表3に示す各種成分の焼成用道
具材を得た。表3の実施例 No.13は実施例1と同様の
母材を用いたものであるが、コ−ティング材の主成分を
Al23 とし、添加成分をFe23 としたものであ
る。この場合でも微量の添加成分をコ−ティング材に加
えただけで、フェライトの焼成で96回の使用が可能で
ある。また、実施例 No.14では同様にコ−ティング主
成分をAl23 とした上にコ−ティング剤の添加成分
をTiO2 とBaOを併用したものであるが、この場合
はコンデンサの焼成で160回まで可能である。
【0055】実施例 No.15及び16はコ−ティング材
の主成分をMgOとしたものであるが、この場合でもバ
リスタ又はフェライトの焼成で46回、48回の焼成が
可能で良好な結果を得ている。コ−ティング材の主成分
をMgOとすると通常耐反応性に優れ、特にPbO,B
23 を添加成分として有する被焼成体の焼成に適す
る。
【0056】さらに、実施例 No.17及び18は、コ−
ティング材の主成分をCaOで安定化した部分安定化Z
rO2 とAl23 を用いたもの、実施例 No.19はコ
−ティング材の主成分をAl23 とMgOを併用した
場合であるが、いずれもフェライトの焼成で良好な結果
を得ている。
【0057】表3には、比較例としてコ−ティング材主
成分の比率が80重量%以下の場合を示した。この場合
は被焼成物のフェライト、コンデンサ、バリスタに特性
が得られず、製品として使用することが出来なかった。
【0058】
【表3】 (実施例 No.20〜25、比較例 No.12〜15)実施
例 No.1〜6と同様にして表4に示す各種成分の焼成用
道具材を得た。実施例 No.20は、母材主成分をMgO
とし残部がCaO及び不可避成分である。コ−ティング
材の主成分は未安定化ZrO2 、添加成分はFe23
とした焼成用道具材である。これを用いてフェライトを
焼成したところ105回もの焼成が可能であった。
【0059】実施例 No.21はコ−ティング材の主成分
をCaOで安定化した部分安定化ZrO2 、添加成分を
TiO2 としたものである。この場合もコンデンサの焼
成で良好な結果が得られている。実施例 No.22は母材
の主成分をMgOとし、コ−ティング材の主成分も同じ
MgOとしているものであるが、添加成分にBaOを用
いたものである。
【0060】実施例 No.23は母材の主成分をMgO、
コ−ティング材の主成分はMgOとMgOで安定化した
部分安定化ZrO2 を併用し、添加材はSrOである。
加熱サイクルの評価では28回である。実施例 No.23
は剥離までの回数は少ないが、この場合でもコ−ティン
グ材に添加剤を加えない場合に比べれば格段に優れた効
果が得られている。
【0061】実施例 No.24は、母材の主成分をMgO
とし、コ−ティング材の主成分はAl23 、添加成分
は母材主成分と同じMgOを用いたもの、実施例 No.2
5は、母材の主成分をMgOとし、コ−ティング材の主
成分はAl23 、添加成分はFe23 を用いた焼成
用道具材である。いずれも加熱サイクルでの評価では良
好な結果を得ている。
【0062】表4には比較例 No.12〜15を併せて示
した。比較例 No.12及び13は、コ−ティング材の添
加成分の含有量がこの発明で規定した値よりも少ない場
合、また比較例 No.14及び15は逆に添加成分の含有
量がこの発明で規定した値よりも多い場合を示したもの
である。いずれの場合も加熱サイクルの試験では小数回
の使用でコ−ティング層が剥離され、実用にならない製
品となった。
【0063】
【表4】 (実施例 No.26〜29)実施例 No.1〜6と同様にし
て表5に示す各種成分の焼成用道具材を得た。表5に示
す実施例 No.26〜29はいずれも母材主成分を2成分
系以上とするものである。まず、実施例 No.26はMg
OとAl23 とが母材主成分であるもの、実施例 No.
27は、Al23 と未安定ZrO2 とが母材主成分で
あるものである。実施例 No.28は母材主成分がCaO
で安定化した部分安定化ZrO2 とMgOで、コ−ティ
ング材主成分がCaOで安定化した部分安定化ZrO2
であるものである。
【0064】更に、実施例 No.29は母材主成分がMg
OとAl23 と、さらにY23で安定化した部分安
定化ZrO2 の3成分からなるもので、コ−ティング材
主成分はY23 で安定化した部分安定化ZrO2 を用
いたものである。表5に示すようにこれらはいずれも優
れたコ−ティング層が形成された焼成用治具であること
が分かる。
【0065】
【表5】 (実施例 No.30〜35)実施例 No.1〜6と同様にし
て表6に示す各種成分の焼成用治具を得た。実施例 No.
30〜35は、母材主成分の少なくとも一部を、各種安
定化材で安定した部分安定化ZrO2 を含むZrO2
した焼成用道具材を示したものである。
【0066】実施例 No.30はCaOで安定化した部分
安定化ZrO2 を母材主成分としたものである。コ−テ
ィング材は主成分がAl23 、添加成分がFe23
である。実施例 No.31はY23 で安定化した部分安
定化ZrO2 を母材主成分とし、コ−ティング材主成分
を未安定化ZrO2 としたもの、実施例 No.32はMg
Oで安定化した部分安定化ZrO2 を母材主成分とし、
コ−ティング材主成分を未安定化ZrO2 とZrO2
安定化剤として用いたとしたものとは別のMgOとした
ものである。これらのコ−ティング材の耐摩耗性、耐剥
離性はいずれも良好であることが分かる。
【0067】実施例 No.33はCaOで安定化した部分
安定化ZrO2 とY23 で安定化した部分安定化Zr
2 を母材主成分とし、コ−ティング材の主成分がMg
O、添加成分がSrOである。実施例 No.34はCaO
で安定化した部分安定化ZrO2 と未安定化ZrO2
母材主成分としたもの、実施例 No.35はY23 で安
定化した部分安定化ZrO2 と未安定化ZrO2 を母材
主成分としたものである。
【0068】コ−ティング材の主成分は、実施例 No.3
4及び No.35が未安定化ZrO2である。実施例 No.
34及び No.35はいずれも優れた効果が認められる。
母材主成分及びコ−ティング材主成分が実施例 No.34
及び No.35と同じようなものでも、比較例 No.16及
び17が示すように添加成分がない場合は焼付け後の摩
耗量が大きく、コンデンサのコ−ティング層の粒子が被
焼成物に付着し実用的な製品にならない。これによって
も明らかなように、添加成分の作用は極めて顕著であ
る。
【0069】
【表6】 (実施例 No.36〜43)実施例 No.1〜6と同様にし
て表7に示す各種成分の焼成用道具材を得た。表7の実
施例 No.36は、母材主成分をAl23 、コ−ティン
グ材の主成分を未安定化ZrO2 、添加成分をMgOと
するが、添加成分のMgOを6.0重量%と大きくする
と添加成分にMgOを用いてもコ−ティング材の剥離ま
での加熱処理の回数が120回と大きく伸びる。実施例
No. 37は添加成分がCaOであるが、ここでは添加成
分のCaOを7.0重量%としたものである。
【0070】実施例 No.38〜43は、添加成分を三種
併用したものであるが、いずれも加熱サイクルの試験で
優れた効果のあることが認められる。実施例 No.42は
被焼成物をバリスタ、実施例No. 43は被焼成物をPTC-
サーミスタとしたものである。
【0071】
【表7】 (実施例 No.44〜52)実施例 No.1〜6と同様にし
て表8に示す各種成分の焼成用治具を得た。表8の実施
例 No.44〜49は、いずれもコ−ティング材主成分に
部分安定化ZrO2 又は未安定化ZrO2 を用いたもの
であるが、その場合でも添加成分を二種併用するといず
れもコ−ティング材の耐剥離性に優れている。実施例 N
o.49は被焼成物としてバリスタを用いたものである
が、この場合でも加熱サイクル試験で優れた結果が得ら
れている。実施例 No.50〜51は、コ−ティング材の
主成分と添加成分の双方を二成分としたものである。実
施例 No.52は、添加成分を3成分としたものである
が、これらのいずれも優れた効果が得られている。
【0072】
【表8】 (実施例 No.53〜58)実施例 No.1〜6と同様にし
て表9に示す各種成分の焼成用道具材を得た。表9に示
すものはいずれも母材主成分をAl23 としたもので
ある。コ−ティング主成分は、実施例 No.53〜55は
部分安定化ZrO2 、未安定化ZrO2 又は部分安定化
ZrO2 と未安定化ZrO2 とし、添加成分は表9に示
すように2成分系としたものである。さらに、実施例 N
o.56〜58は母材主成分及びコ−ティング材主成分の
双方をAl23 とし、コ−ティング材の添加成分を、
Fe23 、Fe23 とCaO、TiO2 としたもの
である。これらのいずれも被焼成物をコンデンサ又はフ
ェライトとした加熱サイクルで優れた結果を得ている。
【0073】
【表9】
【0074】
【発明の効果】以上にように、この発明によれば焼成用
道具材においては、コ−ティング層自体の強度及びコ−
ティング層と母材との接合強度を著しく向上してコ−テ
ィング層の耐摩耗性を大きく向上させることが出来る。
そのため、本発明の道具材を繰り返して加熱冷却に使用
してもコ−ティング層の摩耗や剥離を少なくすることが
できて、その耐用性を大きく延ばすことができるように
なった。
【図面の簡単な説明】
【図1】Al23 ーTiO2 の状態説明図。
【図2】この発明によって得られるセラミック材の耐摩
耗性の試験を行う実験装置の説明図。
【符号の説明】
1…固定盤、2…回転盤、3…回転軸、4…試験片保持
板、6…ピン、7…ピン保持具、8…ロードセル、9…
試験片。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 利幸 愛知県刈谷市小垣江町南藤1番地 東芝セ ラミックス株式会社刈谷製造所内

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Al23 、MgO及びZrO2 のいず
    れか一種又は二種以上を70重量%以上含む母材の表面
    の一部又は全面に、主成分のAl23 、MgO及びZ
    rO2 のいずれか一種又は二種以上を合量で80重量%
    以上と、添加成分のFe23 、TiO2 、BaO、S
    rO並びにZrO2 の安定化剤として用いたものとは別
    のCaO及びMgOの中から選択される一種又は二種以
    上を合量で0.5〜10.0重量%含むコ−ティング層
    (但し、コ−ティング層の主成分と同種添加成分の選択
    は除く。)を形成したことを特徴とする焼成用道具材。
  2. 【請求項2】 焼成用道具材の母材主成分が、CaO、
    MgO、Y23 のいずれかで安定化された部分安定化
    ZrO2 の一種又は二種以上であることを特徴とする請
    求項1記載の焼成用道具材。
  3. 【請求項3】 焼成用道具材の母材主成分が、CaO、
    MgO、Y23 のいずれかで安定化された部分安定化
    ZrO2 の一種又は二種以上と未安定化ZrO2 からな
    ることを特徴とする請求項1記載の焼成用道具材。
  4. 【請求項4】 焼成用道具材の母材主成分がAl23
    で、コ−ティング層が主成分のAl23 と、添加成分
    のFe23 を含むものであることを特徴とする請求項
    1記載の焼成用道具材。
  5. 【請求項5】 焼成用道具材の母材主成分がAl23
    で、コ−ティング層が主成分のAl23 と、添加成分
    のFe23 及びCaOを含むものであることを特徴と
    する請求項1記載の焼成用道具材。
  6. 【請求項6】 焼成用道具材の母材主成分がAl23
    で、コ−ティング層が主成分のAl23 と、添加成分
    のTiO2 を含むものであることを特徴とする請求項1
    記載の焼成用道具材。
  7. 【請求項7】 焼成用道具材の母材主成分がAl23
    で、コ−ティング層が主成分の未安定化ZrO2 及び/
    又は部分安定化ZrO2 と、添加成分のBaOとSrO
    のいずれか一方又は双方及びTiO2 を含むものである
    ことを特徴とする請求項1記載の焼成用道具材。
  8. 【請求項8】 焼成用道具材の母材主成分がAl23
    で、コ−ティング層が主成分の未安定化ZrO2 及び/
    又は部分安定化ZrO2 と、添加成分のBaOとSrO
    のいずれか一方又は双方、TiO2 及びZrO2 の安定
    化剤として用いたものとは別のCaOを含むものである
    ことを特徴とする請求項1記載の焼成用道具材。
  9. 【請求項9】 焼成用道具材の母材主成分がAl23
    で、コ−ティング層が主成分の未安定化ZrO2 及び/
    又は部分安定化ZrO2 と、添加成分のFe23 及び
    ZrO2 の安定化剤として用いたものとは別のCaOを
    含むものであることを特徴とする請求項1記載の焼成用
    道具材。
  10. 【請求項10】 コ−ティング層の主成分のZrO2
    が、MgO、CaO及びY23 の中のいずれかで安定
    化された部分安定化ZrO2 の一種又は二種以上である
    ことを特徴とする請求項1記載の焼成用道具材。
  11. 【請求項11】 コ−ティング層の主成分のZrO2
    が、MgO、CaO及びY23 の中のいずれかで安定
    化された部分安定化ZrO2 の一種又は二種以上と未安
    定化ZrO2 からなることを特徴とする請求項1記載の
    焼成用道具材。
  12. 【請求項12】 コ−ティング層の主成分のZrO2
    が、未安定化ZrO2 であることを特徴とする請求項1
    記載の焼成用道具材。
  13. 【請求項13】 コ−ティング層が、粒径0.1mm以下
    の粒子の占める割合が50重量%以上であることを特徴
    とする請求項1〜12のいずれかに記載の焼成用道具
    材。
  14. 【請求項14】 主成分がAl23 、MgO及びZr
    2 のいずれか一種又は二種以上からなる原料を成形し
    これを焼成して母材とし、この母材の表面の一部又は全
    面に、主成分のZrO2 を80重量%以上と、添加成分
    のFe23 、TiO2 、BaO、SrO及びZrO2
    の安定化剤として用いたものとは別のCaO及びMgO
    の中から選択された一種又は二種以上を合計で0.5〜
    10.0重量%含み、かつ粒径0.1mm以下の粒子の占
    める割合が50重量%以上であるコ−ティング材を被覆
    し、これを乾燥し1300〜1550℃で焼成すること
    を特徴とする焼成用道具材の製造方法。
  15. 【請求項15】 母材を形成する主原料がAl23
    で、コ−ティング材が主成分の未安定化ZrO2 及び/
    又はCaOで安定化した部分安定化ZrO2 と、添加成
    分のTiO2 、BaO、SrO及びZrO2 の安定化剤
    として用いたものとは別のCaOを含むものであること
    を特徴とする請求項14記載の焼成用道具材の製造方
    法。
  16. 【請求項16】 母材を形成する主原料がAl23
    で、コ−ティング材が主成分の未安定化ZrO2 及び/
    又はCaOで安定化した部分安定化ZrO2 と、添加成
    分のFe23 及びZrO2 の安定化剤として用いたも
    のとは別のCaOを含むものであることを特徴とする請
    求項14記載の焼成用道具材の製造方法。
  17. 【請求項17】 母材を形成する主原料のZrO2 が部
    分安定化ZrO2 であることを特徴とする請求項14記
    載の焼成用道具材の製造方法。
  18. 【請求項18】 母材を形成する主原料のZrO2 が部
    分安定化ZrO2 と未安定化ZrO2 であることを特徴
    とする請求項14記載の焼成用道具材の製造方法。
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