JPH11322442A - 無機粉末焼結体の製造方法および無機粉末焼結体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 相対密度の高い成形体を作製でき、収縮率の
小さい焼結体を得ることができる、無機粉末焼結体の製
造方法およびその製造方法によって得られる無機粉末焼
結体を提供すること。 【解決手段】 無機粉末および水を含む成形用組成物
に、水と反応することによって硬化し得る親水性樹脂を
配合し、所定の形状にした後に硬化させて成形体を作製
し、この成形体を加圧した後に焼結させることによって
無機粉末焼結体を得る。これによって、相対密度の高い
無機粉末成形体を作製でき、収縮率の小さい無機粉末焼
結体が得られる。そのため、各種のセラミック製品、と
りわけ、セラミックグリーンシートなどの電子部品の基
板を製造するために好適に使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無機粉末焼結体を
製造する方法および、その方法によって得られる無機粉
末焼結体に関し、詳しくは、電子部品の基板などを製造
する方法、およびその方法によって得られる電子部品の
基板などに関する。

【０００２】

【従来の技術】これまで、各種セラミック製品などの無
機粉末焼結体は、無機粉末を含む成形用組成物を所定の
形状に成形し、得られた無機粉末成形体を焼結させるこ
とにより製造されてきた。このような無機粉末焼結体を
得るための製造方法として、たとえば、セラミックグリ
ーンシートを製造する場合には、酢酸ビニル樹脂などの
バインダを水に溶解し、これにセラミック粉末を混合し
てスラリーを調製し、得られたスラリー中の空気を除去
した後、テープキャスティング法によりシート状に成形
し、得られた成形体を加熱乾燥することによって、セラ
ミックグリーンシートを作製するようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなセ
ラミックグリーンシートの製造においては、多量のバイ
ンダを使用しなければならず、そのため、成形体を加圧
しても、それほど相対密度は向上せず、焼結時の収縮率
が大きくなるという不具合を生じていた。本発明は上記
した不具合を解決するためになされたものであり、その
目的とするところは、相対密度の高い成形体を作製で
き、収縮率の小さい焼結体を得ることができる、無機粉
末焼結体の製造方法およびその製造方法によって得られ
る無機粉末焼結体を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の無機粉末焼結体の製造方法は、無機粉末お
よび水を含む成形用組成物を調製する工程、前記成形用
組成物に、水と反応することによって硬化し得る親水性
樹脂を配合し、所定の形状にした後に硬化させて成形体
を作製する工程、前記成形体を加圧する工程、および加
圧された前記成形体を焼結させて焼結体を得る工程を含
むことを特徴としている。

【０００５】また、前記親水性樹脂は、分子末端にイソ
シアネート基を有する親水性ウレタンプレポリマーであ
ることが好ましく、前記親水性ウレタンプレポリマーの
なかでも、トリレンジイソシアネートとポリオキシプロ
ピレンオキシエチレングリコールとの反応によって得ら
れる、平均分子量２００〜１００００の親水性ウレタン
プレポリマーであって、該親水性ウレタンプレポリマー
１００ｇに対し、イソシアネート基が０．０２１〜０．
７５ｍｏｌ含有されているものが好ましい。

【０００６】また、前記親水性樹脂を、前記無機粉末に
対して５〜１５体積％の割合で配合することが好まし
い。また、前記親水性樹脂が配合された前記成形用組成
物をシート状に成形することが好ましい。さらに、前記
成形体を加圧する工程において、前記成形体を２５ＭＰ
ａ以上の圧力で加圧することが好ましく、その方法とし
ては、加圧ロール、一軸剛体プレスおよび静水圧による
ことが好ましい。

【０００７】また、本発明は、無機粉末および水を含む
成形用組成物に、水と反応することによって硬化し得る
親水性樹脂を配合し、所定の形状にした後に硬化させて
成形体を作製し、この成形体を加圧した後に焼結させる
ことによって得られる無機粉末焼結体にも向けられてお
り、この無機粉末焼結体は、電子部品の基板として好適
に用いられる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の無機粉末焼結体の製造方
法では、まず、無機粉末および水を含む成形用組成物を
調製する。無機粉末としては、たとえば、酸化物系、窒
化物系、炭化物系などの各種セラミックス原材料および
それらの固溶体の粉末などが挙げられる。好ましくは、
アルミナ粉末およびホウ珪酸ガラスが挙げられる。これ
らは単独または２種以上併用してもよく、さらに、金属
材料の粉末などを用いることも可能である。これらの無
機粉末は、その平均粒径が、０．１〜１０μｍであるこ
とが好ましい。

【０００９】また、成形用組成物には、分散剤や親水性
有機溶剤などを配合してもよい。このような分散剤とし
ては、たとえば、ポリオキシエチレンアルキルフェニル
エーテルなどのポリオキシエチレン系分散剤などが挙げ
られる。また、親水性有機溶剤として、たとえば、エタ
ノール、グリセリン、ポリエチレングリコールなどのア
ルコール系またはポリオール系有機溶剤などが挙げられ
る。このような分散剤や親水性有機溶剤など配合するこ
とによって、分散性を向上させることができる。

【００１０】無機粉末と水とを配合する割合は、たとえ
ば、無機粉末に対して水が体積比で６０：４０〜４０：
６０である。また、分散剤や親水性有機溶剤は、無機粉
末１００重量部に対して、分散剤が２重量部以下、親水
性有機溶剤が１０重量部以下の割合で配合することが好
ましい。成形用組成物の調製は、たとえば、無機粉末、
水、必要に応じて分散剤および親水性有機溶剤を配合し
て、ボールミルなどを用いて混合すればよい。これによ
って、スラリー状の成形用組成物を得る。

【００１１】次いで、得られたスラリー状の成形用組成
物にバインダとして親水性樹脂を配合する。この親水性
樹脂は、水と反応することによって硬化し得る親水性の
樹脂、すなわち、分子末端に水と反応する基を持ち、そ
の基が水と反応することによって、鎖伸長もしくは架橋
し、自らが硬化するような樹脂であり、たとえば、エポ
キシ樹脂やウレタン樹脂が挙げられる。好ましくは、ウ
レタン樹脂、より具体的には、分子末端にイソシアネー
ト基を有する親水性ウレタンプレポリマーが挙げられ
る。

【００１２】このような親水性ウレタンプレポリマー
は、その親水性ウレタンプレポリマーを形成するイソシ
アネート、ポリオール、分子量およびイソシアネート基
含量などには特に制限はないが、たとえば、トリレンジ
イソシアネートとポリオキシプロピレンオキシエチレン
グリコールとの反応によって得られる、平均分子量２０
０〜１００００の親水性ウレタンプレポリマーが好まし
い。また、このような親水性ウレタンプレポリマーのイ
ソシアネート基含量は、たとえば、ウレタンプレポリマ
ー１００ｇに対し、０．０２１〜０．７５ｍｏｌ／１０
０ｇであることが好ましい。

【００１３】また、親水性樹脂を成形用組成物に配合す
る割合は、原料粉末に対して、たとえば、５〜１５体積
％である。５体積％より少ないと、得られた成形体がハ
ンドリングに耐え得る強度を有さない場合があり、一
方、１５体積％を超えると、成形体を加圧しても相対密
度が向上せず、焼結時の収縮率が大きくなる場合があ
る。

【００１４】このようにして親水性樹脂が配合された成
形用組成物は、次いで、所定の形状にした後に硬化させ
る。成形用組成物を所定の形状にするには、特に制限な
く、公知の方法を用い得るが、たとえば、ドクターブレ
ードを用いてシート状の形状に成形するテープキャステ
ィング法が好ましい。そして、親水性樹脂を水と反応さ
せることによって硬化させるには、その親水性樹脂に応
じた硬化条件、たとえば、親水性ウレタンプレポリマー
を使用する場合には、約９５℃以下で約１０分以上硬化
させる。このように得られた無機粉末成形体は、含水状
態において所定の形状を保持し得る。そして、無機粉末
成形体に含有されている水は、加熱による気散処理など
によって除去すればよい。

【００１５】次いで、得られた無機粉末成形体を加圧す
る。加圧の方法は、特に制限はなく公知の方法を用い得
るが、好ましくは２５ＭＰａ以上の圧力で加圧する。２
５ＭＰａ未満の圧力であると、無機粉末成形体の相対密
度を高めることができない場合がある。また、加圧の方
法としては、たとえば、カレンダーロールなどの加圧ロ
ールによって加圧する方法、油圧プレス機やクランク方
式のプレス機などの一軸剛体プレスによって加圧する方
法および静水圧によって加圧する方法などが好ましく用
いられる。また、シート状に成形される場合には、加圧
の前後または同時のいずれのときに打ち抜いてもよい。

【００１６】そして、加圧された無機粉末成形体を、公
知の方法によって焼結可能な温度において焼成し、無機
粉末焼結体を得る。このような無機粉末焼結体の製造方
法によれば、相対密度の高い無機粉末成形体を作製で
き、収縮率の小さい無機粉末焼結体を得ることができ
る。そのため、各種のセラミック製品、とりわけ、セラ
ミックグリーンシートなどの電子部品の基板を製造する
ために好適に使用できる。

【００１７】

【実施例】実施例１〜８ 無機粉末としてアルミナ粉末（平均粒径０．５μｍ）お
よびホウ珪酸ガラス（平均粒径１０μｍ）を、分散剤と
してポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルを、親
水性有機溶剤としてエタノールを、バインダとして、
２，４−トリレンジイソシアネートとポリオキシプロピ
レンオキシエチレングリコールとの反応によって得られ
る親水性ウレタンプレポリマー（数平均分子量２００
０、イソシアネート基含量０．１２５ｍｏｌ／１００
ｇ）を用いた。

【００１８】無機粉末と水とを体積比で５５：４５の割
合となるように混合し、無機粉末１００重量部に対し、
分散剤を１重量部、親水性有機溶剤を２重量部配合した
後、ボールミルを用いて３時間混合し、スラリー状の成
形用組成物を得た。次いで、得られた成形用組成物を脱
泡後、この成形用組成物に親水性ウレタンプレポリマー
を、無機粉末に対して表１に示す割合（体積％）で配合
し、その後直ちにドクターブレードを用いてテープキャ
スティング法により、厚み１ｍｍのシート状に成形し
た。そして、得られた各シートを常温で２時間硬化させ
た後、１００℃の熱風乾燥機で３０分乾燥し、シート状
の成形体をそれぞれ得た。乾燥後の各成形体の外観およ
び引張強度を評価した。次いで、得られたシート状の各
成形体を、カレンダーロールを用いて線圧２００ｋｇ／
ｃｍで加圧した。加圧後の各成形体の相対密度を評価し
た。加圧された各成形体を焼成し焼結体を得た。焼成時
の収縮率を評価した。なお、焼成は、アルミナ粉末の成
形体ではバッチ炉を用いて１６００℃で、ホウ珪酸ガラ
スの成形体ではローラーハース炉を用いて１０００℃で
行なった。以上の評価の結果を表１に示す。

【００１９】比較例１および２ 親水性ウレタンプレポリマーの代わりに、酢酸ビニル樹
脂を、無機粉末に対して３０体積％の割合で用いた以外
は、実施例１〜８と同様の操作を行ない焼結体を得た。
その評価の結果を表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１から明らかなように、各実施例１〜８
では、少ないバインダ量で良好な成形体が得られてお
り、加圧後の相対密度を高くでき、収縮率の小さい焼結
体が得られている。一方、比較例１および２ではバイン
ダ量が多く、そのため、加圧後の相対密度が低く、焼結
体の収縮率が実施例１〜８に比べて大きくなっているこ
とがわかる。

【００２２】実施例９〜１２ 無機粉末としてホウ珪酸ガラス（平均粒径１０μｍ）
を、分散剤としてポリオキシエチレンノニルフェニルエ
ーテルを、親水性有機溶剤としてエタノールを、バイン
ダとして、２，４−トリレンジイソシアネートとポリオ
キシプロピレンオキシエチレングリコールとの反応によ
って得られる親水性ウレタンプレポリマー（数平均分子
量２０００、イソシアネート基含量０．１２５ｍｏｌ／
１００ｇ）を用いた。

【００２３】無機粉末と水とを体積比で５５：４５の割
合となるように混合し、無機粉末１００重量部に対し、
分散剤を１重量部、親水性有機溶剤を２重量部配合した
後、ボールミルを用いて３時間混合し、スラリー状の成
形用組成物を得た。次いで、得られた成形用組成物を脱
泡後、この成形用組成物に親水性ウレタンプレポリマー
を、無機粉末に対して５体積％で配合し、その後直ちに
ドクターブレードを用いてテープキャスティング法によ
り、厚み１ｍｍのシート状に成形した。そして、得られ
たシートを常温で２時間硬化させた後、１００℃の熱風
乾燥機で３０分乾燥し、シート状の成形体を得た。次い
で、得られたシート状の成形体を、油圧プレス機を用い
て打ち抜きと同時に表２に示す圧力によって加圧した。
加圧後の各成形体の相対密度を評価した。加圧された成
形体をローラーハース炉を用いて１０００℃で焼成し焼
結体を得た。焼結時の収縮率を評価した。以上の評価の
結果を表２に示す。

【００２４】比較例３ 油圧プレス機によって圧力を加えないようにしたこと以
外は、実施例９〜１２と同様の操作を行ない焼結体を得
た。その評価の結果を表２に示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】表２から明らかなように、圧力を加えない
比較例３に比べて、実施例９〜１２は、成形体の相対密
度が高く、また、得られた焼結体の収縮率が小さいこと
がわかる。また、加える圧力が高くなるほど成形体の相
対密度が高くなり、得られた焼結体の収縮率が小さくな
ることがわかる。表２からは、とりわけ２５ＭＰａ以上
が良好であることがわかる。

【００２７】実施例１３〜１６ 無機粉末としてホウ珪酸ガラス（平均粒径１０μｍ）
を、分散剤としてポリオキシエチレンノニルフェニルエ
ーテルを、親水性有機溶剤としてエタノールを、バイン
ダとして、２，４−トリレンジイソシアネートとポリオ
キシプロピレンオキシエチレングリコールとの反応によ
って得られる親水性ウレタンプレポリマー（数平均分子
量２０００、イソシアネート基含量０．１２５ｍｏｌ／
１００ｇ）を用いた。

【００２８】無機粉末と水とを体積比で５５：４５の割
合となるように混合し、無機粉末１００重量部に対し、
分散剤を１重量部、親水性有機溶剤を２重量部配合した
後、ボールミルを用いて３時間混合し、スラリー状の成
形用組成物を得た。次いで、得られた成形用組成物を脱
泡後、この成形用組成物に親水性ウレタンプレポリマー
を、無機粉末に対して５体積％で配合し、その後直ちに
ドクターブレードを用いてテープキャスティング法によ
り、厚み１ｍｍのシート状に成形した。そして、得られ
たシートを常温で２時間硬化させた後、１００℃の熱風
乾燥機で３０分乾燥しシート状の成形体を得た。次い
で、得られたシート状の成形体を打ち抜いた後、静水圧
を用いて表３に示す圧力によって加圧した。加圧後の成
形体の相対密度を評価した。加圧された成形体をローラ
ーハース炉を用いて１０００℃で焼成し焼結体を得た。
焼結時の収縮率を評価した。以上の評価の結果を表３に
示す。

【００２９】比較例４ 静水圧によって圧力を加えないようにしたこと以外は、
実施例１３〜１６と同様の操作を行ない焼結体を得た。
その評価の結果を表３に示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】表３から明らかなように、圧力を加えない
比較例４に比べて、実施例１３〜１６は、成形体の相対
密度が高く、また、得られた焼結体の収縮率が小さいこ
とがわかる。また、加える圧力が高くなるほど成形体の
相対密度が高くなり、得られた焼結体の収縮率が小さく
なることがわかる。表３からは、とりわけ２５ＭＰａ以
上が良好であることがわかる。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の無機粉末焼
結体の製造方法によれば、相対密度の高い無機粉末成形
体を作製でき、収縮率の小さい無機粉末焼結体を得るこ
とができる。そのため、各種のセラミック製品、とりわ
け、セラミックグリーンシートなどの電子部品の基板を
製造するために好適に使用できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 宣弘 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 小嶋 勝 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 田中 謙次 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無機粉末および水を含む成形用組成物を
   調製する工程、 前記成形用組成物に、水と反応することによって硬化し
   得る親水性樹脂を配合し、所定の形状にした後に硬化さ
   せて成形体を作製する工程、 前記成形体を加圧する工程、および加圧された前記成形
   体を焼結させて焼結体を得る工程を含むことを特徴とす
   る、無機粉末焼結体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記親水性樹脂が、分子末端にイソシア
   ネート基を有する親水性ウレタンプレポリマーであるこ
   とを特徴とする、請求項１に記載の無機粉末焼結体の製
   造方法。
3. 【請求項３】 前記親水性ウレタンプレポリマーは、ト
   リレンジイソシアネートとポリオキシプロピレンオキシ
   エチレングリコールとの反応によって得られる、平均分
   子量２００〜１００００の親水性ウレタンプレポリマー
   であって、該親水性ウレタンプレポリマー１００ｇに対
   し、イソシアネート基が０．０２１〜０．７５ｍｏｌ含
   有されていることを特徴とする、請求項２に記載の無機
   粉末焼結体の製造方法。
4. 【請求項４】 前記親水性樹脂を、前記無機粉末に対し
   て５〜１５体積％の割合で配合することを特徴とする、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の無機粉末焼結体の
   製造方法。
5. 【請求項５】 前記親水性樹脂が配合された前記成形用
   組成物をシート状に成形することを特徴とする、請求項
   １ないし４のいずれかに記載の無機粉末焼結体の製造方
   法。
6. 【請求項６】 前記成形体を加圧する工程において、前
   記成形体を２５ＭＰａ以上の圧力で加圧することを特徴
   とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の無機粉末
   焼結体の製造方法。
7. 【請求項７】 前記成形体を加圧する工程において、前
   記成形体を加圧ロールによって加圧することを特徴とす
   る、請求項１ないし６のいずれかに記載の無機粉末焼結
   体の製造方法。
8. 【請求項８】 前記成形体を加圧する工程において、前
   記成形体を一軸剛体プレスによって加圧することを特徴
   とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の無機粉末
   焼結体の製造方法。
9. 【請求項９】 前記成形体を加圧する工程において、前
   記成形体を静水圧によって加圧することを特徴とする、
   請求項１ないし６のいずれかに記載の無機粉末焼結体の
   製造方法。
10. 【請求項１０】 無機粉末および水を含む成形用組成物
    に、水と反応することによって硬化し得る親水性樹脂を
    配合し、所定の形状にした後に硬化させて成形体を作製
    し、この成形体を加圧した後に焼結させることによって
    得られることを特徴とする、無機粉末焼結体。
11. 【請求項１１】 電子部品の基板として用いられること
    を特徴とする、請求項１０に記載の無機粉末焼結体。