JPS62275078A

JPS62275078A - 機能部品焼成用の多孔性耐火物

Info

Publication number: JPS62275078A
Application number: JP11858786A
Authority: JP
Inventors: 淳伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1986-05-22
Filing date: 1986-05-22
Publication date: 1987-11-30

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】３、発明の詳細な説明〔産業上の利用分野〕本発明は、セラミックス、ガラス、各押金属酸化物等の
焼成において、炉の内張、押板、およびトイレ等として
使用することのできろ軽量で耐熱性のある多孔性耐火物
に関するものである。

〔従来の技術〕

最近の情報、エレクトロニクス産業において、センサー
、コンデンサー、ＩＣ基板等の機能部品はセラミック化
へ移行している。中でもアルミナ質、窒化硅素質等のフ
ァインセラミックやチタン酸バリウム等の誘電素子や、
鉄、バリウム又はストロンチウム等の複合酸化物の磁性
体が有望視されている。これらのセラミックおよび、金
属酸化物は、電気絶縁性、半導性、耐熱性、耐摩耗性高
強度、高磁力性の性質にすぐれ、今後ますます、用途は
拡大されつつある。これらの機能部品は原料混合後、押
し出し成形法、射出成形法、鋳込成形法、プレス成形法
等により各揮形状に成形された後、断熱レンガで組んで
ある炉で、棚板、焼成トレイに載せて、製品化される。

これら炉の内張、棚板、焼成トレイ等は、ムライト質、
アルミナ質、ジルコニア質、コージェライト質、炭化硅
素質等お工びシリカ質の耐火物が使用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来、前記セラミックス等の機能部品の焼成用トレイは
いずれも、プレス等の方法で成形され、さらに高温で焼
成されたものである。これらのセラミックス等機能部品
の単価の値下がりは著しく、生産コストの低減が急務と
なってきた。しかしながら、従来使用されている焼成炉
中に用いられている各部材は、カサ密度が高いため、そ
のもの自体を加熱するのに多量のエネルギーが必要であ
った。また、トレイに関して言えば重いことから多段に
積んで焼成する場合、積み重ねるのに限界があった。ま
た炉内において上段と下段では温度分布を均一にするこ
とが困難であった。さらに焼成スピードを上げるとか、
冷熱サイクルを早くすると焼成用トレイが割れたりして
生産性が悪かった。

さらに焼成ゾーンを小さくして熱効率を高めるため、焼
成用トレイの占める体積を小さくしようと思っても、従
来の焼成用トレイではソリ等の問題のため、ある一定の
厚み以下では製造出来なかった。これに対して、セラミ
ックファイバー等の耐熱無機質繊維と無機バインダー（
例えばシリカゾル、粘土、セピオライト等）を大量の水
でスラリー状となし湿式抄造法により成形した軽量な成
形品が知られている。しかしながらこの成形品は繊維状
物を主体とするため表面の平滑性がないばかりか、無機
バインダーが耐熱無機質繊維の格子間に充填されている
にすぎないため、繊維自体の熱間軟化もしくは収縮によ
り、そりを生じたり、強度的に弱かったり、繊維自体が
脱落して粉化するため、精度のよい高純度のセラミック
スの焼成炉内部での使用は不適であった。

以上のように従来の耐火断熱レンガおよび棚板、耐熱ト
レイは、エネルギーコストや消耗品コストに対して大き
なウェイトを占め、また、耐熱無機質繊維から成る成形
品は、強度が不足して粉化し、作業環境を悪化させ、表
面平滑度も不足するという問題点があった。

またＩＣ基板、フェライト、ガラス基板等の機能部品の
焼成の際には、これらの部品が大型で平滑度を要求する
ものであるために、焼成用棚板、敷板などの治具には高
強度、表面平滑変人であって、そりのないことが必須条
件であった。

すなわち、本発明はこれらの問題点を解決すべく、省エ
ネルギータイプの軽量で強度があり、かつ熱変化に対し
て優れ、表面平滑度と作業環境を改善した精密で高純度
の前記機能部品焼成用の多孔性耐火物を提供することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち、本発明は、実質的に耐熱無機質ｍ維と無機結
合剤および耐火性粉末からなる組成物を焼結して成形せ
しめた多孔性耐火物において、前記成形体の密度が０．
６〜１．５ｙ／ｄ常温における曲げ強度が１２０〜８０
０　ｋＱＭであって、機能部品を積載する面の表面粗度
Ｒｍａｘが２〜４０μｍであることを特徴とする多孔性
耐火物に関するものである。

〔作用〕

本発明の多孔性耐火物は、耐熱無機質ｍ維を主成分とす
るため成形体中に多数の連続気孔が存在し、その軽量化
と耐熱衝撃性の向上が図られ、常温における熱伝導率も
０．１５〜０．３０Ｍ／ｍ　−ｈｒ−’Ｃと低い値とな
り焼成時における蓄熱量の低減と焼成時間の減少に寄与
し、エネルギーコストを安価とするばかりでなく、被焼
成物の品質を向上させることができる。具体的には、０
．６〜１．５１／ｄの密度であることが好ましく　、０
．６ｆ／ｄ未満だと強度不足となり１．５ｆ／ｄｔを越
えると蓄熱量を低くできず好ましくない。特に１．０〜
１．３ｆ層の密度が好適である。

又、本発明の多孔性耐火物は、耐熱無機質繊維のａｍ間
に耐火性粉末及び、または無機結合剤を充填し、これら
の耐火性粉末及び、または無機結合剤を焼結せしめろこ
とにより、従来の繊維状物を主成分とする成形体と比べ
てより強固な構造物たる成形体を得ることができる。前
記成形体の粉化を防止し、ＩＣ基板、フェライト、ガラ
ス基板等の大型で重い機能部品焼成用の棚板・敷板・内
張等焼成炉の各部材として使用するには常温における曲
げ強度が１２０〜８００　ｋｔＹｃｄ　、特に１５０〜
２５０ｋＱ／Ｃ４であることが好適であり、前記無機結
合剤と耐火性粉末とを焼結せしめることにより達成され
る。１２０　ｋＱ／ｄ未満だと強度不足となり、５ｏｏ
ｋｒｉを越えても実質的な利益は得られない。

前記耐火性粉末は、アルミナ質、アルミナ・シリカ質、
ジルコニア質、マグネシア質、チタニア質とから遭ばれ
るいずれか１皿又は２朋以上が耐火温度が高く好適であ
る。具体的にはアルミナ、ムライト、カオリナイト、本
節粘土、蛙目粘土、シリマナイト、ステアタイト、フォ
ルステライト、ジルコニア、マグネシア、スピネル、チ
タニア等が好ましい。さらに、本発明の無機結合剤はシ
リカ・ソーダ系ホウ酸カルシウム系、シリカ系のフリッ
トから選ばれるのが好ましく、たとえば、長石、マイカ
粉末、ホウ酸、ガラス粉、珪石等が好ましい。特に、耐
熱温度を極度に下げず強固な結合力を得ることができろ
シリカ系の結合剤が最適である。

さらに、ＩＣ基板やフェライト、ガラス基板あるいは圧
電素子等の焼成には表面平滑度と平行度に優れた敷板が
必要であるが、従来の耐火断熱レンガから成る敷板では
表面の凹凸が大きすぎ、焼成レンガから成る敷板では焼
成時にソリが生じて被焼成物に不良が発生するという問
題点があった。

本発明の多孔性耐火物は、耐熱無機質ｉ、ａ維が含有さ
れているため細かな気孔が存在し微細な凹凸によってそ
の表面が形成され、加工性も良好なことから充分な表面
平滑度を得ろことができる。具体的には表面粗度す工が
２〜４０μｍであることが好ましり１０〜２５μｍが最
適である。２μｍ未祠は離型性不良となって好ましくな
く、４０μｍを越すと被焼成物に凹凸が生じて好ましく
ない。特にＩＣ基板・ガラス基板焼成用には２〜２０μ
ｍが、フェライト・圧電素子用には２０〜４０μｍが最
適である。ここで、前記耐熱無機質繊維中の非繊維状物
は成形体表面の平滑性をな（すので、本発明の多孔性耐
火物は０．１〜８ｗｔ％以下にする必要がある。０．１
％未満だと実質的な利益を得られず、８％を越すと平滑
性不足となって好ましくない。またソリについては、前
記耐熱無機質繊維によって形成される空隙によって、加
熱・冷却時に生ずる熱応力が緩和されるため、使用中の
ソリを皆無とすることができる。また、前記耐火性粉末
の粒径を選択することによりソリをなくすことができる
。

実質的には前記各種機能部品を欄域する面の表面粗度Ｒ
ｍａｘが２〜４０μｍの範囲にあれば良い。

前記耐熱無機質繊維は、Ａｌ２Ｏｓが４０〜６０ｗｔ％
、ＳｉＯ２が４０〜５０ｗｔ％から成る非晶質のシリカ
・アルミナ繊維が安価で好ましい。このｍ維は通常６０
ｗｔ％程度の４５μｍ以上の大きさの非繊維状物を含有
しているので、空気中あるいは水中で分級することによ
り非繊維状物の含−４ｍを０．１〜３ｗｔ％に低減させ
てから利用する必要があり、その配合量は２０〜５０重
量％が好ましい。２０重量％未満では軽量化が充分行な
われず、５０重量％を越えると強度不足となって好まし
くない。

前記無機結合剤は１〜１５重量％配合されることが好ま
しい。１重量％未満では焼結が充分進行せず強度不足と
なり１５重量％を越えると密度が高くなって耐熱衝撃性
に劣るようになって好ましくない。

また、前記耐火性粉末は５０〜８０重１％配合されるの
が好ましい。５０重量％未満だと強度不足となり８０重
量％を越えると密度が高くなって耐熱衝撃性に劣るよう
になって好ましくない。

本発明の機能部品焼成用の多孔性耐火物は、前記耐熱無
機質ｍ維と前記耐火性粉末および前記無機結合剤を従来
通り混練するか、水中に分散させてスラリー溶液として
後、型真空吸引、鋳込成形、抄造等の方法により成形さ
れるが、好ましくはスラリー溶液として後、型真空吸引
又は抄造により成形する方法が繊維を均一に分散できて
好ましいものである。

以下、本発明の実施例について比較例と合せて説明する
。

（実施例）耐熱無機質ｍ維として、水中で分級することにより非繊
維状物の含有量を０．１〜Ｉｇｗｔ％に制御したｋ１２
０ｓ　５（１ｗｔ％、５ｉＯｚ　６０ｗｔ％の非晶質の
シリカ・アルミナ繊維を耐火性粉末としてアルミナを、
さらに無機結合剤として焼成ケイソウ土を配合後焼結さ
せてかさ密度０．４〜２．５１Ｍの成形体を得た。成形
体強度は焼成条件を選定することで変化させ、１００ｆ
ｉＸ　１００３！ｌ　Ｘ　５　ｍの大きさに加工後研摩
して表面平滑性を表面粗度計にて調べＲｍｔｓｘを測定
した。また、前記成形体を１４００″Ｃで２４時間再焼
成し、焼成後の寸法変化をダイヤルゲージで測定してソ
リについて調べた。さらに、成形体曲げ速度１０ｎ／ｍ
で測定した。測定結果を第１表に示した。

実施例１〜３は本発明による場合のものでいずれも良好
な結果を示した。比較例１は繊維量が多く軽いが強度が
不足して粉化しやすく、比較例２は、繊Ｍｆｆｉが少な
くて耐熱衝撃性に劣り不適であった。また、比較例３は
非繊維状物が多く含有されているため表面平滑度が不足
し被焼成物に凹凸が残ってしまった。さらに、比較例４
は表面平滑度が良くなりすぎて被焼成物の離型がうまく
いかず製品収率を向上させることができなかった。比較
例５は代表的な軽量断熱レンガの場合を、比較例６は繊
細状物を主体とした成形体の場合を示したもので表面粗
度および強度不足で不適であった。

次に機能部品の例として、アルミナ質ＩＣ基板およびフ
ェライトを本発明による多孔性耐火物を敷板として用い
て焼成した。

実施例４非ａｍ状物ヲ０．１　ｗ＃含有ＬＡＡ２０３５０ｗｔ％
、５ｉＯｚ　６０ｗｔ％とから成る非晶質のシリカ・ア
ルミナ繊維２０＠麓部、アルミナ粉末７０重量部および
焼成ケイソウ上１０重量部とを水８０１中に分散後、カ
チオンでんぷんと凝集剤を加えてから真空吸引して乾燥
後１５０Ｘ１５０Ｘ５ｔの生成形体を得た。この生成形
体を１６００″Ｃ１時間焼成後１１０ＸＩ３０Ｘ３．５
ｔの大きさに切り出し研摩して表面粗度Ｒｒｍｘが１２
μｍの成形体とした。焼結後成形体密度は１．２　ｆ／
ｄ、曲げ強度１４０　ｋｇ／ｃｍであった。上記焼結成
形体に約２００ｆのアルミナＩＣ基板を載せて１６００
″０１時間焼成し、この操作を１０回繰返して、敷板お
よび・ＩＣ基板のソリを調べた。結果は、ＩＣ基板と敷
板との反応、敷板のワレ等の問題もなく良好な結果を示
した。また、敷板の蓄熱量が少なくなり冷却速度が約Ｖ
２とすることができ、焼成エネルギーコストを約１／３
とすることができた。

実施例５非繊維状物を５ｗｔ％含有しＡＪｌｘＯ３６０ｗｔ％、
５ｉＯｚ　５０ｗｔ％とから成る非晶質のシリカ・アル
ミナ繊維３０重量部、アルミナ粉末６５重量部および焼
成ケイソウ上５重量部とを水３０１中に分散後、ポリア
クリルアミドと凝集剤を加えてから真空吸引して乾燥後
１００Ｘ１００Ｘ８ｔの生成形体を得た。

この生成形体を１４００°ＣＬ２時間焼成後８５Ｘ８５
Ｘ５ｔの大きさに切り出し研Ｈ１後、表面にアルミナ粉
末をコーティング１５００”Ｃ１時間焼付けしてから再
び研摩して表面粗度Ｒｍａｘが２０μｍの成形体とした
。

焼結機成形体密度は１．０ｙ／ｄ、曲げ強度１２５　ｋ
ｑ／ｄであった。上記焼結成形体に約１５０１のフェラ
イトを載せて１２００’０８時間焼成し、この操作を５
０回繰返して、敷板およびフェライトのソリを調べた。

結果は、フェライトと敷板との反応、敷板のワレ等の問
題もなく良好な結果を示した。また、敷板の蓄熱量が少
なくなることで加熱冷却速度を従来の約１／２とするこ
とができ、焼成エネルギーコストを約２１５とすること
ができた。

（発明の効果）以上のように本発明によれば以下の如き効果が現われる
。

（１）セラミックス焼成時の焼成治具の持ち去るエネル
ギーが少なくなり焼成コストを低減できる。

（２被焼成物の変形がなくなり製品収率が向上する。

（３）　　焼成治具の粉化を防ぎ、作票環境の改善およ
び高純度・高精度セラミックスを焼成できる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）実質的に耐熱無機質繊維と無機結合剤および耐火
性粉末からなる組成物を焼結して成形せしめた多孔性耐
火物において、前記成形体の密度が０．６〜１．５ｇ／
ｃｍ＾３、常温における曲げ強度が１２０〜３００ｋｇ
／ｃであって、機能部品を積載する面の表面粗度Ｒｍａ
ｘが２〜４０μｍであることを特徴とするセラミックス
、ガラス、金属酸化物からなる機能部品焼成用の多孔性
耐火物。
（２）前記耐熱無機質繊維は、Ａｌ＿２Ｏ＿３が４０〜
６０ｗｔ％、およびＳｉＯ＿２が４０〜６０ｗｔ％とか
らなる非晶質のシリカ・アルミナ繊維であり、かつその
繊維中に含有される４５μｍ以上の非繊維状物が０．１
〜８ｗｔ％の範囲であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の多孔性耐火物。
（３）前記非繊維状物が０．１〜８ｗｔ％含有される耐
熱無機質繊維２０〜５０重量％と無機結合剤１〜１５重
量％と耐火性粉末５０〜８０重量％とからなり、それら
の合計量が１００重量％となる特許請求の範囲第１項お
よび第２項記載の多孔性耐火物。