JPH09235154A - アルミナセラミックスおよびその製造方法 - Google Patents

アルミナセラミックスおよびその製造方法

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JPH09235154A
JPH09235154A JP8045745A JP4574596A JPH09235154A JP H09235154 A JPH09235154 A JP H09235154A JP 8045745 A JP8045745 A JP 8045745A JP 4574596 A JP4574596 A JP 4574596A JP H09235154 A JPH09235154 A JP H09235154A
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powder
less
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alumina ceramics
cao
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JP8045745A
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Atsushi Inuzuka
敦 犬塚
Shinji Harada
真二 原田
Satoshi Tomioka
聡志 富岡
Ryuichi Saito
隆一 斉藤
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 着色アルミナセラミックスにおいて、バイン
ダー分解物が残留しやすい場合では1350℃以上の焼
成温度で色模様が生じるため、1350℃未満の焼成で
色模様のないアルミナセラミックスを得ることを目的と
する。 【解決手段】 重量比でAl23を83〜97.3%、
TiO2を1〜4%、MnO2、CuOのいずれかもしく
は2種類の合計を1〜4wt%、SiO2を0.2〜
7.0%、CaOを0.25〜1.0%、MgOを0〜
1%含むアルミナセラミックスでAl23粉末や焼成助
剤を微粒子に限定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は各種電子部品に用い
られるアルミナセラミックスおよびその製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、アルミナセラミックスは粉末
成形品を約1550℃〜1600℃で焼成して生産され
ており、Al23にTiO2と、MnO2もしくはCuO
とを2wt%添加して焼成温度を低くすることはよく知
られている。
【0003】しかしながら、Al23にTiO2と、M
nO2もしくはCuOとを添加することによって焼成品
が着色し、さらに焼成時に色模様が生じやすくなり外観
不良が発生するという課題を有していた。
【0004】これを解決するために、特開昭60−17
6966号公報に記載されたアルミナセラミックスが知
られている。すなわち、色模様の原因はバインダー分解
物が残留し、これが焼成時にTi,Mn,Cuを還元し
てしまうことにあり、この還元を防ぐためにSiO2
95wt%以上含む焼成助剤を添加して、Ti,Mn,
Cuと強く結合させることにより1350℃以上150
0℃以下の焼成によって生じる色模様を防ぐというもの
である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのアル
ミナセラミックスにおいて、バインダーが難燃性もしく
はバインダー量が多いことから、もしくは脱脂プロセス
上の制約から、バインダー分解物が残留しやすい場合に
1350℃以上の焼成温度で色模様が生じるという課題
を有しており、このようにバインダー分解物として残留
物が多い場合においても色模様のないアルミナセラミッ
クスが要求されている。
【0006】本発明はCaOを0.25wt%以上とし
て1350℃未満の低温で焼成することにより、色模様
のないアルミナセラミックスを得ることを目的とするも
のである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明のアルミナセラミックスは、Al23を83〜
97.3wt%、TiO2を1〜4wt%、MnO2、C
uOのいずれかもしくは2種類の合計を1〜4wt%、
SiO2を0.2〜7.0wt%、CaOを0.25〜
1.0wt%、MgOを0〜1wt%含む組成としたも
のである。
【0008】これにより、焼成温度を1350℃未満に
低温化して色模様の発生を防ぎ、さらに焼結助剤中のS
iO2の含有量が95wt%未満の場合においても色模
様のないアルミナセラミックスが得られることになる。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、Al23を83〜97.3wt%、TiO 2を1〜
4wt%、MnO2、CuOのいずれかもしくは2種類
の合計を1〜4wt%、SiO2を0.2〜7.0wt
%、CaOを0.25〜1.0wt%、MgOを0〜1
wt%含むアルミナセラミックスとしたものであり、C
aOを0.25wt%以上にすることにより1350℃
未満で焼成を可能とすることによってTi,Mn,Cu
の還元を防止することによって色模様の発生を防ぐとい
う作用を有する。
【0010】本発明の請求項2に記載の発明は、1μm
径以下の粒子が80%以上占めるAl23粉末を83〜
97.3wt%、TiO2粉末を1〜4wt%、MnO2
粉末もしくはCuO粉末の少なくとも1つを1〜4wt
%、SiO2粉末を0.2〜7.0wt%、CaO粉末
を0.25〜1.0wt%、MgO粉末を0〜1wt%
の比で混合する第一工程と、第一工程で得られた混合粉
末を成形する第二工程と、第二工程で得られた成型品を
1350℃未満で焼成する第三工程を有することを特徴
とするアルミナセラミックスの製造方法であり、CaO
を0.25wt%以上にして1350℃未満で焼成を可
能とすることによってTi,Mn,Cuの還元を防止す
ることによって色模様の発生を防ぐという作用を有す
る。
【0011】本発明の請求項3に記載の発明は、1μm
径以下の粒子が80%以上占めるAl23粉末を83〜
97.3wt%、TiO2粉末を1〜4wt%、MnO2
粉末もしくはCuO粉末の少なくとも1つを1〜4wt
%、SiO2粉末を0.2〜7.0wt%、CaO粉末
を0.25〜1.0wt%、MgO粉末を0〜1wt%
の比で混合する第一工程と、第一工程で得られた混合粉
末を成形する第二工程と、第二工程で得られた成型品を
1200℃以上かつ1350℃未満で焼成する第三工程
を有することを特徴とするアルミナセラミックスの製造
方法であり、CaOを0.25wt%以上にして135
0℃未満で焼成を可能とすることによってTi,Mn,
Cuの還元を防止することによって色模様の発生を防ぐ
という作用を有するとともに1200℃以上で焼成する
ことによって焼結を完了させて焼成品の寸法精度を高め
るという作用を有する。
【0012】本発明の請求項4に記載の発明は、1μm
径以下の粒子が80%以上占めるAl23粉末を83〜
97.3wt%、TiO2粉末を1〜4wt%、MnO2
粉末もしくはCuO粉末の少なくとも1つを1〜4wt
%、SiO2粉末を0.2〜7.0wt%、CaO粉末
を0.25〜1.0wt%、MgO粉末を0〜1wt%
の比で混合する第一工程と、第一工程で得られた混合粉
末を成形する第二工程と、第二工程で得られた成型品を
焼成する第三工程を有し、第一工程で混合するSiO2
粉末もしくはCaO粉末の粒度分布が0.1μm径以下
を90%以上占め、第三工程での焼成温度が1150℃
以上かつ1350℃未満であることを特徴とするアルミ
ナセラミックスの製造方法であり、CaOを0.25w
t%以上にして1350℃未満で焼成を可能とすること
によってTi,Mn,Cuの還元を防止することによっ
て色模様の発生を防ぐという作用を有するとともに11
50℃以上で焼成することによって焼結を完了させて焼
成品の寸法精度を高めるという作用を有する。
【0013】以下、本発明の実施の形態について説明す
る。 (実施の形態1)本発明の実施の形態1におけるアルミ
ナセラミックスは、1μm径以下の粒子で占められるA
23粉末とTiO2粉末、MnO2粉末、SiO2
末、CaO粉末、MgO粉末を92:1.5:1.5:
4.0:0.6:0.4の重量比で混合した粉末100
重量部に対してバインダーとしてブチラール樹脂を12
重量部と可塑剤8重量部と溶剤40重量部とを添加して
ボールミルにて48時間分散してスラリーを得る。この
スラリーからドクターブレー ド法にて0.4mmのグ
リーンシートを成形して2t/cm2で60×50mm
の成型品を打ち抜く。この成型品を450℃で脱脂し、
その後1300℃で焼成することによってアルミナセラ
ミックスを得る(試料1)。
【0014】また、比較のために平均粒子径が2.2μ
m(1μm径以下の粒子が33%を占める)のAl23
粉末を用いて前記と同様な条件で成型品を作成し、13
00℃と1400℃で焼成した(比較品1,2)。
【0015】その結果を(表1)に比較して示す。
【0016】
【表1】
【0017】本発明の試料1に対し比較品1は色模様の
発生率に差はないが物性値が劣り、比較品1は十分に焼
結が進んでいないことがわかる。また、比較品2は本発
明とでは物性値に大きな差は認められないが、色模様の
発生率に差があり、すなわち、本発明は焼成温度を低く
しても十分な物性値を確保しつつ色模様のないアルミナ
セラミックスとすることができるものである。
【0018】(実施の形態2)実施の形態2で用いるア
ルミナセラミックスおよびその製造方法は、Al23
末とTiO2粉末、MnO2粉末、SiO2粉末、CaO
粉末、MgO粉末の混合比を変更した以外は実施の形態
1と略同等なので省略する。
【0019】(表2)に示すように、いずれの組成にお
いても十分な物性値を確保しつつ色模様のないアルミナ
セラミックスが得られた(試料2〜11)。
【0020】
【表2】
【0021】(実施の形態3)実施の形態3で用いるア
ルミナセラミックスおよびその製造方法は、1μm径以
下の粒子が100〜50%占めるAl23粉末を用いる
こと以外は実施の形態1と略同等なので省略する。
【0022】(表3)に示すように、1350℃未満で
焼成しているため色模様の発生は認められないものの、
1μm径以下の粒子の占める割合が少なくなるに従っ
て、物性値の低下が認められ特に75%以下で著しい。
従って、用いるAl23粉末の粒度分布では1μm径以
上の粒子の占める割合は75%より多いことが望まし
い。
【0023】
【表3】
【0024】(実施の形態4)実施の形態4で用いるア
ルミナセラミックスおよびその製造方法は、CaO粉末
の混合比がx%、Al23粉末の混合比が92.4−x
%(x;0〜2)であること以外は実施の形態1と略同
等なので省略する。
【0025】(表4)に示すように、1350℃未満の
焼成であるにも関わらず0.25%未満では色模様の発
生が認められ、また1wt%より多くなると物性値の低
下が認められることから、CaO粉末の添加量は0.2
5〜1wt%が望ましい。
【0026】
【表4】
【0027】(実施の形態5)実施の形態5で用いるア
ルミナセラミックスおよびその製造方法は、焼成温度が
1100℃〜1400℃であること以外は実施の形態1
と略同等なので省略する。
【0028】(表5)に示すように、1350℃以上で
色模様の発生が認められるが、1350℃未満では色模
様の発生は認められない。また、1200℃以上での焼
成において、物性値、寸法変化率がほぼ同じ値であるこ
とから、1200℃で焼結が完了しており1200℃以
上1350℃未満で焼成することによって焼成温度によ
る寸法ばらつきの少ない高寸法精度のアルミナセラミッ
クスが得られることを示唆している。
【0029】
【表5】
【0030】(実施の形態6)実施の形態6で用いるア
ルミナセラミックスおよびその製造方法は、CaO粉末
もしくはSiO2粉末の粒子径が0.1μm以下である
こと以外は実施の形態1と略同等なので省略する。
【0031】(表6)に示すように、1350℃未満で
は色模様の発生は認められず、またCaO粉末もしくは
SiO2粉末の粒子径が0.1μm以下であることによ
り焼結完了の温度が1150℃となり、1150℃以上
1350℃未満で焼成することによって焼成温度による
寸法ばらつきの少ない高寸法精度のアルミナセラミック
スが得られることを示唆している。
【0032】
【表6】
【0033】なお、以上の説明では、分散方法としてボ
ールミルを用いているが、ミキサーやシェーカー、媒体
攪拌ミル等の方法を用いても良い。
【0034】成型方法として以上の説明ではドクターブ
レード法を用いているが、成型品の形態に合わせて射出
成形、圧縮成型等の方法を用いても良く、また成型方法
に合わせてバインダーとして適量のポリビニールアルコ
ール、アクリル樹脂、エポキシ樹脂を用いても良く、ま
たバインダーに合わせて溶剤として水、エチルアルコー
ル、アセトンなどを用いても良い。成型品の大きさや形
状は本発明の本質とは異なる。
【0035】脱脂はできる限り残留カーボンが生じない
ように温度プロフィールを調整して行う。焼成はMn,
Ti,Cuが著しく還元されて色模様の生じる1350
℃以上の温度を避けて行うことが望ましい。焼成時間は
通常最高温度で1〜6時間保持するが、組成に依存する
ために焼結が完了する範囲で調整する。
【0036】また、以上の説明ではすべて酸化物粉末を
用いたが、相当量の炭酸化物粉末などに置き換えても良
く、例えばMnO2をそれに相当する量のMnOやMn2
3、MnCO3に置き換えても同様な効果を示す。
【0037】TiO2粉末とMnO2粉末もしくはCuO
粉末は、1wt%未満では1400℃以下で十分に焼結
が進行しなくなってしまい、また4%より多くなると熱
伝導率の著しい低下をまねき、アルミナセラミックスと
しての物性値を確保することができないために1〜4w
t%の範囲が望ましく、MnO2粉末とCuO粉末を同
時に添加する場合は、いずれかが1wt%より多くなる
と熱伝導率の著しい低下をまねく。また、SiO2粉末
も前記粉末と同様な理由で1〜7wt%の範囲が望まし
い。MgO粉末は0〜1wt%の範囲で物理特性に影響
を与えることなく焼成品のグレインサイズを調整するこ
とが可能であり、求められる基板特性としての表面性状
や分割性に応じて添加量を調整する。
【0038】用いた粉末の粒度分布は20μm径以下の
ものを用いたが、TiO2粉末、MnO2粉末、CuO粉
末の粒子径は20μm以下のものであれば特性に何ら影
響を与えない。
【0039】また、実施の形態1〜6において、物性値
の測定はEMAS−9101,9103,9108に従
い行った。寸法変化率は焼成前後での寸法変化の比から
算出し、マイナス符号は収縮を表す。寸法ばらつきは1
00個の試料の寸法変化率の3σ(標準偏差の3倍)で
表した。色模様の発生率は100個の試料の外観検査に
より行った。
【0040】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、Al23
を83〜97.3wt%、TiO2を1〜4wt%、M
nO2、CuOのいずれかもしくは2種類の合計を1〜
4wt%、SiO2を0.2〜7.0wt%、CaOを
0.25〜1.0wt%、MgOを0〜1wt%含むア
ルミナセラミックスでAl23粉末や焼成助剤を微粒子
に限定することにより、焼成温度を1350℃未満に低
温化して色模様の発生を防ぎ、さらに焼結助剤中のSi
2の含有量が95wt%未満の場合においても色模様
のないアルミナセラミックスを作成できるという有利な
効果が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 隆一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Al23を83〜97.3wt%、Ti
    2を1〜4wt%、MnO2、CuOのいずれかもしく
    は2種類の合計を1〜4wt%、SiO2を0.2〜
    7.0wt%、CaOを0.25〜1.0wt%、Mg
    Oを0〜1wt%含むアルミナセラミックス。
  2. 【請求項2】 1μm径以下の粒子が80%以上占める
    Al23粉末を83〜97.3wt%、TiO2粉末を
    1〜4wt%、MnO2粉末もしくはCuO粉末の少な
    くとも1つを1〜4wt%、SiO2粉末を0.2〜
    7.0wt%、CaO粉末を0.25〜1.0wt%、
    MgO粉末を0〜1wt%の比で混合する第一工程と、
    第一工程で得られた混合粉末を成形する第二工程と、第
    二工程で得られた成型品を1350℃未満で焼成する第
    三工程を有することを特徴とするアルミナセラミックス
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 1μm径以下の粒子が80%以上占める
    Al23粉末を83〜97.3wt%、TiO2粉末を
    1〜4wt%、MnO2粉末もしくはCuO粉末の少な
    くとも1つを1〜4wt%、SiO2粉末を0.2〜
    7.0wt%、CaO粉末を0.25〜1.0wt%、
    MgO粉末を0〜1wt%の比で混合する第一工程と、
    第一工程で得られた混合粉末を成形する第二工程と、第
    二工程で得られた成型品を1200℃以上かつ1350
    ℃未満で焼成する第三工程を有することを特徴とするア
    ルミナセラミックスの製造方法。
  4. 【請求項4】 1μm径以下の粒子が80%以上占める
    Al23粉末を83〜97.3wt%、TiO2粉末を
    1〜4wt%、MnO2粉末もしくはCuO粉末の少な
    くとも1つを1〜4wt%、SiO2粉末を0.2〜
    7.0wt%、CaO粉末を0.25〜1.0wt%、
    MgO粉末を0〜1wt%の比で混合する第一工程と、
    第一工程で得られた混合粉末を成形する第二工程と、第
    二工程で得られた成型品を焼成する第三工程を有し、第
    一工程で混合するSiO2粉末もしくはCaO粉末の粒
    度分布が0.1μm径以下を90%以上占め、第三工程
    での焼成温度が1150℃以上かつ1350℃未満であ
    ることを特徴とするアルミナセラミックスの製造方法。
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