JPS63123873A - セラミツクの焼成方法 - Google Patents

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〕 この発明は、有機バインダー成分を含む未焼成のセラミ
ック、いわゆるグリーンセラミックを焼成する方法に関
する。

〔従来の技術〕

セラミックは、セラミック原料の粉末を有機バインダー
と共に混練したセラミックスラリ−を所定の形状に成形
し、これを焼成炉に導入して焼成することにより製造さ
れる。

セラミックの焼成に際しては、昇温する過程の比較的温
度の低い段階で、未焼成のセラミックに含まれる有機バ
インダー成分を分解２発散させ、続く高温の段階でセラ
ミックを焼結させるというプロセスがとられる。

こうした焼成の過程における有機バインダー成分の分解
が不完全なため、有機バインダー成分が一部残留したま
＼セラミックの焼結過程に入ってしまうと、セラミ７り
の焼結に伴う収縮にばらつきが生じる。このため１円板
形セラミックコンデンサの誘電体やセラミック基板等。

板状のセラミックでは２寸法のばらつき２反り等の発生
原因となる。また、積層セラミックコンデンサ、セラミ
ック多層配線基板環、セラミックの積層体では、眉間の
デラミネーション等の原因となる。

一方、有機バインダー成分の分解が急激に行われると、
セラミックの焼結過程までに有機成分が残留するとう問
題は解消するもの＼５グリーンセラミックから一時に多
量の分解ガスが発生すると共に２分解ガスの燃焼による
急激な温度上昇を伴うため、セラミックにクランクが発
生しやすい。

こうした点から、従来では、焼成炉内の温度を制御する
と同時に、酸素濃度を制御しながら焼成する手段がとら
れている。即ち、有機バインダー成分の分解中は炉内の
酸素濃度を制限して、該分解の進行を抑制し、成る程度
分解が進行した後は、セラミックの焼結が開始される温
度に達するまでに残留する有機物を完全に分解するため
、上記酸素濃度の制限を解除するといった方法である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、焼成炉内で行われる有機バインダー成分の分解
の進み具合を的確に把握するのは実際には困難であり、
上記酸素濃度の制限も、温度の上昇に合わせて成る程度
大まかに行わざるを得ない。まして８個々のセラミック
について。

有機バインダー成分の分解状態を逐次把握し。

これに合った的確な酸素濃度を設定することは事実上困
難である。

このため、上記従来の方法では、有機バインダー成分の
分解に伴って発生するセラミックの不良を、成る程度避
けることができなかった。

この発明は、従来のセラミック焼成方法における上記の
問題点を解決することを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

即ち、この発明によるセラミックの焼成方法では、少な
くとも壁体の一部が、焼成しようとするセラミック１．
１−に含まれる有機バインダー成分の分解温度より高く
、該セラミック１゜１−・の焼結温度より低い分解温度
を有する材料で形成された容器２を用いる。そして、こ
の容器２の中に７未焼成のセラミック１．１−を収納し
て閉じ、該セラミック１．１−・・を上記容器２ごと焼
成炉に導入し、該焼成炉内を、常温から上記セラミック
１．１−の焼結温度まで徐々に昇温する。

〔作　　　用〕

セラミック１．１−に含まれる有機バインダー成分は、
焼成炉内の温度が上昇するのに伴ってその分解が開始さ
れるが、閉じられた容器２の中では、その外部からの空
気の流入が阻止されているため、酸素量が事実上制限さ
れる。

そして、焼成炉内の温度が上記有機バインダー成分の分
解温度を越え、該バインダー成分が成る程度分解された
ところで、容器２の壁面を構成する少なくとも一部の材
料が分解され、容器２の内外の通気が自由になる。この
ため、その中の酸素量の制限が解除される。

その後、焼成炉内の温度がセラミックの焼成温度に達し
、セラミックが焼成される。

〔実　施　例〕

次に２図面を参照しながら、この発明の実施例と望まし
い実施態様について説明する。

図示の容器２は、何れもセラミックを主体とする材料に
より９箱形に形成された本体３と。

同様の材料により９板状に形成された上記本体３の開口
部を閉じる蓋体４とからなる。そして。

少なくともこの壁体の一部が、焼成しようとするセラミ
ック１．１−に含まれる有機バインダー成分の分解温度
より高く、該セラミック１゜１−・の焼結温度より低い
分解温度を有する材料で形成されている。

こうした材料としては、カーボンや有機物或いはこれら
の混合物等を含むものが使用できる。

また、壁体をこうした材料で形成する態様には。

例えば次のようなものがある。

その１つは、第１図で示すように、容器２の壁体に通孔
５，５−・を開設し、ここを上記材料の成形体６．６−
・−で覆い、閉塞するものである。

通孔５．５−・・は２図示のように９本体３の側面だけ
でなく、底面や蓋体４に開設することもできる。２つは
１通孔が開設された本体３または蓋体４の壁体に、ペー
スト状に調整した上記材料を塗布するか、または通孔に
同ペーストを充填し、該通孔を閉塞するものである。３
つは。

上記材料を含むセラミックで、第２図で示すような容器
２を成形するものである。

前２者の場合、セラミック１，１−・の焼成に使用する
度に上記成形体６，６−・・・やペースト状の材料が消
費されるだけで１本体３や蓋体４は。

焼成後もそのま＼残される。

使用される焼成炉は、多（の場合、有機バインダー成分
の分解のための熱処理区間と、セラミックの焼結のため
の熱処理区間とが分離されたトンネル形の連続炉が使用
される。しかし。

必ずしもこうした焼成炉を用いる必要はなく。

例えば、バッチ式の固定炉を使用することもできる。

次に、この発明の具体的な実施例と、その比較例につい
て説明する。

（実施例１） 中心粒径２μｍのアルミナ粉末９６重量部、クシ４４Ｍ
量部１分解温度５００℃のポリアクリル酸エステル系バ
インダー１０重量部、グリセリン３Ｍ量部、アニオン系
界面活性剤１．０重量部。

水１０重量部を混練し、調整したセラミックスラリ−を
用い、ドクターブレード法により、厚さ１．０１ｍのア
ルミナ系グリーンシートを作った。

このグリーンシートを８０　Ｘ　８０龍の大きさに裁断
し、融着防止用のアルミナ系粉末を間にまぶしながら、
２０枚積み重ねた。

一方９分解温度６００℃のグラファイト粉末１００重量
部２重合度４０００のメチルセルロース５０重量部、水
１００重量部を混練してグラファイトペーストを作り、
これを外形寸法２００Ｘ　２００Ｘ３０ｍ。

犀さ５鶴のセラミック製の容器本体の側面に２つずつ開
設した１０酊φの通孔に充填した。

この容器本体の中に、積み重ねた上記グリーンシートを
収納し、該容器本体の上面を同質の蓋体で閉じ、焼成炉
に導入した。そして、焼成炉内に大気を導入しながら、
炉内温度を常温から２００℃／ｈｒ、の温度勾配で１６
００℃まで昇温させ、この温度を２時間保持した後、２
００”Ｃ／ｈｒ。

の温度勾配で常温まで冷却し、容器の中のグリーンシー
トを焼成した。

こうして得られたアルミナ系セラミック基板１０００枚
について、クラックの有無を目視検査し。

クラックの無いものについて、その平面寸法を測定した
。この結果求められたクランクの発生率と寸法のばらつ
きとを表１に示した。

（比較例１ａ） 上記実施例１において２通孔が開設された容器に代えて
２通孔を開設していない同質、同寸法の容器を使用し、
同質のグリーンシートを同時焼成した。そして、同様の
方法で求めたクラックの発生率と寸法のばらつきとを表
１に示した。

（比較例１ｂ） 上記実施例１において、容器の通孔にグラファイトペー
ストに充填せず、開口したま＼の容器を使用し、同質の
グリーンシートを同時焼成した。そして、同様の方法で
求めたクラックの発生率と寸法のばらつきとを表１に示
した。

表　　　１ 患　クランク　　シ　・°ば°っ 実施例１　　　０．１％　　　　±０．３８％比較例１
ａ　　　　０．３％　　　　±０．６６％比　　１ｂ　
　　　　３５．０％　　　　　±０．３８％（実施例２
） 中心粒径１．４μｍのチタン酸バリウム粉末９０重量部
、中心粒径１．４μｍのチタン酸カリウム粉末１０重量
部１分解温度３００℃のポリエチレンオキサイド１０重
量部、ノニオン系界面活性剤１．０重量部、水３０重量
部を混練し、調整したセラミックスラリ−を用い、ドク
ターブレード法によリ、厚さ０．２０鶴のチタン酸バリ
ウム系グリーンシートを作った。このグリーンシートを
１０龍φの大きさに裁断し、融着防止用のジルコニア系
粉末を間にまぶしながら３０枚積み重ねた。

一方１分解重度３５０℃のグラファイト粉末１００重量
部、グリセリン１００Ｍ量部、水５０重量部を混練した
グラファイトペーストで、第１図に示すような栓状の成
形体６，６・−・を作り、これを外形寸法２００Ｘ　２
００Ｘ３０ｍ、厚さ５ｍｍのセラミック製の容器２本体
の面に２つずつ開設した１０鶴φの通孔５．′５・−に
嵌め込み、該通孔５，５・−・を閉塞した。

この容器２の本体３の中に、積み重ねた上記グリーンシ
ート１，１・−・を収納し、該本体３の上面を同質の蓋
体４で閉じ、焼成炉に導入した。

そして、焼成炉内に大気を導入しながら、炉内温度を常
温から２００℃／ｈｒ、の温度勾配で１４００℃まで昇
温させ、この温度を２．５時間保持した後、２００℃／
ｈｒ、の温度勾配で常温まで冷却し。

容器の中のグリーンシート１．１・−を焼成した。

こうして得られた円板形セラミックコンデンサの誘電体
１０００枚について１反りとクランクの有無を目視検査
し、この結果求められた反りとクランクの発生率を表２
に示した。なお２反りの発生率については、厚み方向に
最大０．１０ｍｍの変形が認められるもの＼率を示した
。

（比較例２ａ） 上記実施例２において２通孔を開設した容器に代えて１
通孔を開設していない同質、かつ同寸法の容器を使用し
、同質のグリーンシートを同時焼成した。そして、同様
の方法で求めた反りとクランクの発生率を表２に示した
。

表　　　２ 隘　　　　　　クー−り 実施例２　０．３％　　　　０．２％ 比較例２ａ　　　２４．８％　　　　１．４％比較例２
ｂ　　　Ｏ，９％　　　　２６．３％（比較例２ｂ） 上記実施例２において１通孔にグラファイトペーストに
充議せず、開口したま＼の通孔を有する容器を使用し、
同質のグリーンシートを同時焼成した。そして、同様の
方法で求めた反りとクランクの発生率を表２に示した。

（実施例３） 中心粒径０．８μｍのチタン酸バリウム粉末９０重量部
、中心粒径０．８μｍの酸化ニオブ粉末５重量部、中心
粒径０．８μｍの酸化ネオジウム粉末５重量部１分解重
度４００℃のポリビニルブチラール１５Ｍ！部、ジブチ
ルフタレート４重量部。

ノニオン系界面活性剤１．０重量部、メチルエチルケト
ン４０重量部を混練し、調整したセラミックスラリ−を
用い、ロール転写法により、厚さ２５μｍの積層コンデ
ンサ用グリーンシートを作った。

このグリーンシートに内部電極としてＡｇ−Ｐｄペース
トを３．５μｍの膜厚で印刷し、８０℃の温度で１０分
間乾燥した。こうして内部電極を印刷したグリーンシー
トを４０枚積み重ね、　５０ｋｇ／ｄの圧力で加圧した
。得られた積層体を金型によって４．０Ｘ　２．０＋＋
ｎの大きさに裁断し、融着防止用のジルコニア粉末を間
にまぶしながら。

１０枚積み重ねた。

一方１分解重度５００℃のグラファイト粉末１００重量
部、ポリビニルアルコール１００重量部、アニオン系界
面活性剤２．０重量部、水５０重量部を混練したグラフ
ァイトペーストよりドクターブレード法で、厚さ０　、
２　ｔｍ　、縦横１００ｘ　１００＋＋ｎのグラファイ
トグリーンシートを作った。外形寸法２００Ｘ　２００
Ｘ３０ｎ、　ｒ￥す５ｎ＋（７）セラミ７　り製の容器
本体の底面の中央に８０龍φの開口部を開設し、該底面
に上記グラファイトグリーンシートを敷き、上記開口部
を覆った。

上記容器本体の底面の開口部の両側にスペーサを五いて
、この上にセッターを置き、該セッターの上に積み重ね
た上記積層コンデンサ用グリーンシートを置き、同本体
の上面を同質の蓋体で閉じ、焼成炉に導入した。そして
、焼成炉内に大気を導入しながら、炉内温度を常温から
５０℃／ｈｒ、の温度勾配で６００℃まで上昇させ。

続いて２００℃／ｈｒ、の温度勾配で１３５０℃まで上
昇させ、この温度を２時間保持した後、２００℃／ｈｒ
、の温度勾配で常温まで冷却し、積層コンデンサを得た
。

この積層コンデンサ１００個について、デラミネーショ
ン不良とクラックの有無を目視検査し。

この結果求められたデラミネーション不良率とクラック
の発生率を表３に示した。

（比較例垣、） 上記実施例３において、底面に通孔を開設した容器に代
えて５通孔を開設していない同質。

かつ同寸法の容器を使用し、同質のセラミックシートを
同時焼成した。そして、同様の方法で求めたデラミネー
ション不良率とクラックの発生率を表３に示した。

（比較例３ｂ） 上記実施例３において、底面の通孔を閉じずに、開口し
たま＼の容器を使用し、同質のセラミックシートを同時
焼成した。そして、同様の方法で求めたデラミネーショ
ン不良率とクランクの発生率を表３に示した。

表　　　３ 実施例阻　　　　　　　　クラック発生率デラミネーシ
ョン　　・ 実施例３　　１．０％　　　　　１．０％比較例３ａ　
　　４１．０％　　　　　２．０％比　　３ｂ　　　１
０．０％　　　　　　３８．０％（実施例４） ３２５メツシユパスの粗粒アルミナ粉末９０重量部、ク
レイ１０ｆｆｉ量部１分解温度６００℃のグラファイト
粉末３０重量部、ポリビニルアルコール１０重量部、水
３０重量部を混練し、造粒して中心粒径２００μｍの粒
子を作った。これから外形寸法２００Ｘ　２００Ｘ３（
ｈｎ、厚さ５ｍｍのセラミック製の容器本体を作った。

この容器本体の中に、実施例１と同じ２０枚積み重ねた
アルミナ系グリーンシートを収納し。

該容器本体の上面をセラミック製の蓋体で閉じ。

焼成炉に導入した。そして、上記実施例１と同じ温度プ
ロセスで容器の中のグリーンシートを焼成した。

こうして得られたアルミナ系セラミック基板１０００枚
について、クランクの有無を目視検査し。

クラックの無いものについて、その平面寸法を測定した
。この結果求められたクラックの発生率と寸法のばらつ
きとを表４に示した。

（比較例４） 上記実施例４において２分解温度６００℃のグラファイ
ト粉末に代えて１分解温度４００℃のグラファイト粉末
を使用して容器を作り、同質のグリーンシートを同時焼
成した。そして、同様の方法で求めたクランクの発生率
と寸法のばらつきとを表４に示した。

表　　　４ 阻　　−・　　　　−°ば゛つ 実施例４　　０．１％　　　　±０．３８％比　　　４
　　　　３７．４％　　　　　±０．４０％（実施例５
） 分解温度６００℃のグラファイト粉末１００重量部とポ
リエチレン２０重量部を原料とするグラファイトペース
トを使用し、射出成形によって外形寸法２００Ｘ　２０
０Ｘ３０ｍ、厚さ５ｍｍの容器本体を作った。

２２０　Ｘ　２２０　Ｘ　２０　龍のセラミック製の板
の上に。

上記実施例１と同じ２０枚積み重ねたアルミナ系グリー
ンシートを載せ、これを上記容器本体に収納し、該容器
本体の上面をセラミック製の蓋体で閉じた。これを焼成
炉に導入し、上記実施例１と同じ温度プロセスで容器の
中のグリーンシートを焼成した。

こうして得られたアルミナ系セラミック基板１０００枚
について、クラックの有無を目視検査し。

クランクの無いものについて、その平面寸法を測定した
。この結果求められたクランクの発生率と寸法のばらつ
きとを表５に示した。

（比較例５） 上記実施例５において２分解温度６００℃のグラファイ
ト粉末に代えて９分解温度４００℃のグラファイト粉末
を使用して容器を作り、同質のグリーンシートを同時焼
成した。そして、同様の方法で求めたクランクの発生率
と寸法のばらつきとを表５に示した。

表　　　５ −　　隘　クー−り　　・　・°ば゛つき実施例５　　
０．３％　　　　±０．３８％比　　　５　　　　３８
．７％　　　　　±０．３９００〔発明の効果〕 以上説明した通り、この発明によれば、未焼成のセラミ
ックに含まれる有機バインダー成分が分解する間、容器
がその中の酸素量を制限し。

続いてセラミックが焼結過程に入るまでに、この制限状
態を自動的に解除する。従って、有機バインダー成分の
急激な分解を防止できると共に、セラミックが焼結過程
に入るまでに、有機バインダー成分を完全に分解できる
。

しかも、上記の酸素量の規制は、各容器の中で個別的に
行われるため、焼成炉内部全体の酸素濃度を制御する場
合に比べて２個々のセラミックの焼成の進行状態に合っ
た適切な制御が行え、この点で高い歩留りを得ることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例を示す容器にセラミックを
収納した状態の概略縦断側面図、第２図は、他の実施例
を示す容器にセラミックを収納した状態の概略縦断側面
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有機バインダー成分を含む未焼成のセラミックを焼
   成する方法において、少なくとも壁体の一部が、上記有
   機バインダー成分の分解温度より高く、セラミックの焼
   結温度より低い分解温度を有する材料で形成された容器
   を用い、この中に未焼成のセラミックを収納して閉じ、
   該セラミックを容器ごと焼成炉に導入し、該焼成炉内を
   、常温から上記セラミックの焼結温度まで徐々に昇温す
   ることを特徴とするセラミックの焼成方法。 ２、有機バインダー成分の分解温度より高く、セラミッ
   クの焼結温度より低い分解温度を有する材料がカーボン
   を含むものである特許請求の範囲第１項記載のセラミッ
   クの焼成方法。 ３、有機バインダー成分の分解温度より高く、セラミッ
   クの焼結温度より低い分解温度を有する材料が有機物を
   含むものである特許請求の範囲第１項または第２項記載
   のセラミックの焼成方法。