KR100518905B1 - 세라믹 전자부품 소성용 세터 - Google Patents

세라믹 전자부품 소성용 세터 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 기재가 두꺼운 세터뿐만 아니라, 두께를 얇게 한 경우라도, 반복 사용에 의한 세터의 휘어짐을 적절하고 확실하게 방지할 수 있어서, 장기간에 걸쳐 사용 가능한 세라믹 전자부품 소성용 세터를 제공한다.
세라믹으로 이루어지는 기재 상에 ZrO2를 주성분으로 하는 코팅층이 마련되는 세라믹 전자부품 소성용 세터에 있어서, 기재 적재면 및 그 반대면에서 잔존 팽창량이 상이한 코팅층이 마련되어 있다.

Description

세라믹 전자부품 소성용 세터{SETTER FOR FIRING CERAMIC ELECTRONIC PARTS}
본 발명은 세라믹 콘덴서, 압전 소자, 서미스터 등의 세라믹 전자부품을 소성할 때에 사용하는 세터에 관한 것이다.
세라믹 전자부품 소성용 세터(이하, 간단히 "세터"로 약칭하는 경우가 있음)는 붕판(棚板) 등에 적재되어 소성용 지그를 구성하여, 세라믹질의 전자부품을 제조할 때에, 이것에 피소성체(소성 후에 전자부품으로 되는 것을 칭함)를 적재하여 소성을 행하는 부재이다. 그리고, 이 세터에 있어서는, 그 사용 환경 및 그 사용 목적으로부터, 피소성체와의 반응성이 낮고, 내열성 및 내스포올링성이 클 것이 요구된다. 이 때문에, 종래의 세터로는 내열성 및 내스포올링성이 큰 Al2O3ㆍSiO2 을 기재로 하고, 이 기재의 표면에 ZrO2를 주성분으로 하는 코팅층을 형성하여, 피소성체 성분과 기재와의 반응을 방지한 것이 널리 이용되고 있다.
그런데, 이러한 코팅층을 형성한 세터에 있어서는, 사용에 따른 가열과 냉각의 반복에 의해 세터가 휘어지는 것이 문제로 되어서, 내구성 향상의 관점에서 이것을 개선한 세터가 요구되고 있다.
종래, 이러한 점을 고려한 세터로는 기재를 고온에서 소성하여 경도를 크게 함으로써, 휘어짐에 대한 저항력을 높인 것이 알려져 있다.
그러나, 이러한 세터에서는, 고온에서의 소성 시에 다량의 연료를 소비하기 때문에, 얻어지는 세터의 비용이 증가한다고 하는 문제가 있었다. 또한, 고온에 의한 소성에서는 소성 수축이 커지기 때문에, 얻어지는 세터에 대해 변형, 치수 변동 등이 야기되기 쉬워져, 수율이 낮아진다는 문제도 있었다.
이에 비하여, 용사에 의해 기재에 코팅층을 형성하여, 두꺼운 코트를 얇은 코팅층에 대하여 4배 이내의 두께로 하는 세터가 제안되어 있다(일본 특허 공개 2000-146456호 공보). 이 세터는 각 코팅층의 두께 차이에 의해 세터에 휘어짐이 발생하는 것에 착안한 것으로, 각 코팅층의 두께를 대략 같게 함으로써 휘어짐의 발생을 방지하는 것이다.
그러나, 이 세터에 있어서는, 피소성체를 적재하는 면의 코팅층이 피소성체 성분에 의해 그 잔존 팽창 특성에 영향을 받는다는 것과, 코팅층을 구성하는 ZrO2의 안정화율과, 이용하는 안정화제의 종류 및 코팅층의 기공율이 코팅층의 잔존 팽창 특성에 크게 관여한다는 것에 대해서는 전혀 고려하지 않고 있다. 또한, 기재의 두께를 얇게 한 세터에서는 이용하는 기재의 재질 및 선택하는 소성 온도에 따라서 기재 자체가 아래쪽으로 굴곡되는 경우가 있는데, 이 세터에서는 이러한 점에 관해서도 전혀 고려하지 않고 있다.
그 결과, 이러한 종래의 세터에서는 실제로, 피소성체를 적재하는 면과 그 반대의 면에서 동일 두께의 코팅층을 형성한 경우라도 세터에 휘어짐을 야기하여, 소성 횟수가 10회 이내라도 사용 불가능하게 되는 것이 많다고 하는 것이 현재의 실정이다.
본 발명은, 전술한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 기재의 두께를 얇게 한 경우라도, 반복 사용에 의한 세터의 휘어짐을 적절하고 확실하게 방지할 수 있어서, 장기간에 걸쳐 사용할 수 있는 세터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원의 발명자는 전술한 문제를 감안하여 예의 검토한 바, 피소성체 성분에 의한 영향 및 기재의 굴곡량 등을 고려한 후에, 코팅층을 구성하는 ZrO2의 안정화율, 코팅층의 기공율 및 ZrO2 안정화제의 종류 등을 제어하여, 미리 피소성체를 적재하는 면과 그 반대의 면에서 잔존 팽창량이 다른 코팅층을 형성함으로써, 전술한 문제를 해결할 수 있다는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 세라믹으로 이루어지는 기재 상에 ZrO2를 주성분으로 하는 코팅층이 마련되는 세라믹 전자부품 소성용 세터로서, 기재의 적재면 및 그 반대면에서 잔존 팽창량이 다른 코팅층을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 세터를 제공한다.
본 발명에 있어서는, 상기 적재면의 코팅층이 다음의 식 (1)로 표시되는 안정화율 30∼100%의 ZrO2층으로 이루어지고, 또한 적재면 및 그 반대면의 각 코팅층을 구성하는 ZrO2층의 안정화율이 1∼60%의 차(절대치)를 갖는 것이 바람직하다.
안정화율(%) = 〔입방정/(입방정+단사정)〕×100 …(1)
〔식 (1)에서, 안정화율은 사용 전의 상태에 대한 값임〕
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 적재면 및 그 반대면의 각 코팅층이 다른 종류의 안정화제를 함유하는 ZrO2층으로 이루어지는 것도 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 상기 적재면 및 그 반대면의 각 코팅층이 다른 기공율을 갖는 것도 바람직하며, 이 때 적재면의 코팅층은 용사 또는 스프레이 코팅 중 어느 한 방법에 의해 형성되고, 적재면의 반대면의 코팅층은 적재면의 코팅층을 형성하는 방법과는 다른, 스프레이 코팅 또는 용사 중 어느 한 방법에 의해 형성되어 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명한다.
본 발명의 세터는 세라믹으로 이루어지는 기재 상에, 기재의 적재면과 그 반대의 면에서, ZrO2를 주성분으로 하고 서로 잔존 팽창량이 상이한 코팅층을 갖추고 있다.
이에 의하여, 적재면의 코팅층에서 피소성체 성분 등의 영향으로, ZrO2 결정의 상 전이에 의해 잔존 팽창량이 증대되고, 나아가서는 기재가 피소성체의 소성 시에 굴곡되거나 하는 경우에도, 미리 형성한 각 코팅층 사이의 잔존 팽창량의 차이에 의해 이들 휘어짐에 관한 요인이 상쇄되어, 반복 사용하더라도 세터에 휘어짐을 야기하는 일없이 장기간에 걸쳐 사용할 수 있다.
여기서, "잔존 팽창량"이란 소성 후의 코팅층의 긴 방향으로의 길이에서 소성 전의 코팅층의 긴 방향으로의 길이를 뺀 값을 말하는데, 여기서 각 코팅층의 긴 방향으로의 길이는 기재의 구속이 없는 상태에서의 길이를 의미한다.
본 발명에 있어서, 적재면의 코팅층과 그 반대면의 코팅층 사이에 있어서의 잔존 팽창량의 차이는, 피소성체와의 반응 및 기재의 굴곡량의 영향 등에 의해, 세터 전체가 적재면 방향으로 휘어지거나(이하, "상측 휘어짐"이라 함) 그 반대면 방향으로 휘어지는(이하, "하측 휘어짐"이라 함) 경우에, 상반되는 방향으로의 휘어짐을 야기할 수 있는 범위로 정할 필요가 있으며, 피소성체의 소성 시에 세터의 휘어짐 량을 2.0 ㎜ 미만으로 저감할 수 있는 범위로 한다.
구체적으로는, 적재면의 코팅층에서는 그 잔존 팽창량이 피소성체의 성분 및 소성 조건에 따라 변화되고, 또한 기재의 굴곡량이 기재의 두께와 재질 및 피소성체의 소성 온도 등에 따라 다르기 때문에, 이들 각각의 요소를 종합적으로 고려하여 양 코팅층 사이에 있어서의 잔존 팽창량의 차를 결정해야 한다.
한편, 세터의 휘어짐량은, 도 1에 도시한 바와 같이, 세터를 수평면에 정치했을 때에, 소성 전후의 세터(1, 2)에서 두께 방향으로 최상위점이 이동한 길이(X)를 말한다. 또한, 여기서는, 1 ~ n(n=10 이상의 정수)회의 소성에 이용했을 때에, 사용 전의 세터에 대한 각 회의 소성 후의 세터에서의 각각의 휘어짐량이 해당된다. 따라서, 본 발명의 세터는 적어도 10회 이상 사용한 경우, 어느 회에서도 사용 전의 세터에 대하여 2.0 ㎜ 이상 휘지 않은 것이 해당한다.
다음으로, 본 발명에 있어서, 잔존 팽창량이 상이한 코팅층으로서는 각 코팅층을 구성하는 각 ZrO2층이 다음 식 (1)로 표시되는 안정화율에 있어서 차이를 갖는 것이 바람직하다.
안정화율(%) =〔입방정/(입방정+단사정)〕×100 …(1)
〔식 (1)에서, 안정화율은 사용 전의 상태에 관한 값임〕
이제 도 2에 기초하여, 안정화율과, 잔존 팽창량의 소성 횟수에 따른 변화의 관계에 대해서 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, ZrO2를 주성분으로 하는 코팅층에서는, 안정화율이 100% 또는 0%에 가까운 것일수록 소성 시에 ZrO2층의 결정상의 전이가 일어나기 어렵기 때문에, 통요(通窯) 횟수 15회 이내에서는 잔존 팽창량이 작다. 한편, 안정화율이 50%에 가까운 것일수록, 소성 시에 ZrO2층의 결정상의 전이가 일어나기 쉽기 때문에, 통요 횟수 15회 이내라도 잔존 팽창의 발생량이 사용 횟수에 대략 비례하여 커진다.
또한, 적재면에 마련한 코팅층(도면에서는 안정화율 100%의 코팅층에 대해 점선으로 표시함)에서는, 반대면에 형성한 동일한 안정화율의 코팅층과는 다른 거동을 보인다. 즉, 통요 횟수 15회 이내에서도, 소성 시에 피소성체와의 반응에 의해 결정상의 전이가 높은 빈도로 일어나므로, 잔존 팽창량이 커진다. 이 때문에, 적재면과 그 반대면에 동일한 안정화율의 코팅층을 마련한 경우에는, 사용 횟수가 비교적 적은 시기에 양자의 잔존 팽창량의 차이가 커져서, 세터로서 사용 불가능한 휘어짐을 일으키기 쉽게 된다.
이에 비하여, 도 1에 도시한 바와 같이, 예컨대 적재면에 안정화율 100%의 코팅층을 형성한 경우에, 그 반대면에 안정화율 90%의 코팅층을 형성하면, 양 코팅층은 잔존 팽창량의 변화가 대략 동일한 거동을 보여, 가령 기재의 굴곡을 제외하고 생각하면 세터의 휘어짐이 방지되게 된다.
본 발명에서는, 상기 각 코팅층을 구성하는 각 ZrO2의 안정화율은 1∼60%의 차이(절대치)를 갖는 것이 바람직하며, 2∼50%의 차이(절대치)를 갖는 것이 보다 바람직하고, 5∼35%의 차이(절대치)를 갖는 것이 특히 바람직하다.
각 코팅층을 구성하는 각 ZrO2층의 안정화율이 60%보다 큰 차이(절대치)를 가지면, 적재면과 그 반대면에 마련한 양 코팅층 사이의 잔존 팽창량의 차이에 의해, 피소성체 소성 시의 기재의 굴곡 및 적재면에 마련한 코팅층의 피소성체에 의한 영향을 적절하고 확실하게 상쇄하여 세터의 휘어짐을 방지하기 곤란할 뿐만 아니라, 미안정화 ZrO2 입자를 많이 포함하는 안정화율이 낮은 코팅층이 분체화에 의해 마모되기 쉽게 된다.
또한, 본 발명에서는 세라믹 기재의 적재면에 마련한 코팅층이 상기 식(1)로 표시되는 안정화율이 30∼100%인 ZrO2층으로 이루어지는 것이 바람직하다. 안정화율이 30% 미만인 ZrO2층으로 이루어지는 코팅층에서는 분체화에 의한 마모가 일어나기 쉽다.
단, 도 1에 도시한 바와 같이, 피소성체 성분에 의한 잔존 팽창량의 변동량은 안정화율, 피소성체의 소성 조건에 따라 다르며, 예컨대 안정화율이 작은 것일수록 잔존 팽창량이 크게 변동된다. 따라서, 적재면에 제공하는 안정화율 등에 따라서, 반대면의 코팅층의 안정화율 등도 적절한 범위의 것을 선택할 필요가 있다.
또한, 적재면 및 그 반대면의 어느 코팅층에서도, 예컨대 안정화율이 50% 부근인 코팅층과 같이 소성에 의해 잔존 팽창량이 증대되기 쉬운 코팅층일수록 정밀하게 세터의 휘어짐을 억제하는 것이 곤란하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 적재면 및/또는 그 반대면의 코팅층을, 상기 식 (1)로 표시되는 안정화율이 65∼100%인 ZrO2층으로 하는 것이 보다 바람직하며, 70∼100%의 ZrO2층으로 하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 있어서, 안정화율에 차이를 갖는 각 코팅층은, 예컨대 지르코니아 원료에 안정화제를 상이한 양으로 함유시킨 원료를 이용하여 마련할 수 있다.
또한, 안정화제로서는 예컨대 산화이트륨(Y2O3), 산화칼슘(CaO), 마그네시아(MgO) 또는 산화세륨(CeO) 등을 예로 들 수 있다. 또한, 예컨대 산화이트륨(Y2O3)의 경우는 8 질량% 이상, 산화칼슘(CaO)의 경우는 5 질량% 이상 함유시킴으로써, 안정화율 100%의 코팅층을 마련할 수 있으며, 안정화율 100% 미만의 코팅층에 대해서는 각각 원하는 안정화율에 비례하여 상기 함유량을 줄이면 된다.
한편, ZrO2층의 안정화율 저하를 억제하여 결정상의 전이를 작게 하는 효과는 ZrO2에 함유되는 안정화제의 종류에 따라서도 다르다.
따라서, 본 발명에 있어서의 잔존 팽창량이 다른 코팅층으로서는 각 코팅층을 다른 종류의 안정화제를 함유하는 ZrO2로 구성시킨 것이라도 좋다.
이와 같은 코팅층에서는 용이하게 잔존 팽창량이 상이한 코팅층을 형성할 수 있으므로, 안정화율이 동일한 코팅층으로 한 경우라도 각 코팅층 사이에서 잔존 팽창량에 차이를 둘 수 있다.
본 발명에서는, 전술한 각 안정화제의 효과의 차이를 고려하고, 상기 안정화제의 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 선택하여, 각 코팅층마다 다른 안정화제를 이용하면 된다.
또한, 본 발명에서는, 다른 종류의 안정화제를 함유하고, 또 다른 안정화율을 갖는 ZrO2층으로 각 코팅층을 구성하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 그렇게 함으로써 잔존 팽창량의 차이를 둘 수 있는 범위가 넓어져서, 피소성체 성분에 의한 잔존 팽창량의 증대 등에 의해 적절하고 확실하게 대응할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에서는, 잔존 팽창량에 차이가 있는 각 코팅층을 적재면 및 그 반대면의 코팅층에서 각각 다른 기공율을 갖는 ZrO2층으로 구성하는 것도 유리하다.
이러한 코팅층에서는, 기공율이 큰 코팅층일수록 각 입자 사이의 간격이 크기 때문에, 소성 시의 팽창량 자체가 감소하여, 잔존 팽창량에 있어서도 작아진다. 반대로, 기공율이 작은 코팅층일수록 소성 시에 각 입자의 팽창이 그대로 코팅층의 팽창량으로서 반영되어, 잔존 팽창량에 있어서도 커진다. 따라서, 이러한 특성을 이용하여, 각 코팅층을 각각 상이한 특정 기공율을 갖는 ZrO2층으로 함으로써, 각 코팅층 사이에서 적절하고 확실하게 잔존 팽창량의 차를 둘 수 있다.
본 발명에서는, 적재면 및 그 반대면에 마련하는 코팅층의 기공율의 교차(較差)도, 각 코팅층의 재질 차이, 피소성체의 성분, 소성 온도 또는 기재의 두께 혹은 재질 등에 따라서 적절하게 적합한 범위로 하는 것이 물론 바람직하지만, 사용 중에 있어서 코팅층의 강도가 높으므로, 5∼40%(절대치)의 범위로 하는 것이 바람직하고, 10∼30%(절대치)의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상이한 기공율을 갖는 것에 추가하여, 전술한 각 코팅층을 안정화율이 상이한 ZrO2층으로 하여도 좋고, 또한 각 코팅층을 다른 종류의 안정화제를 함유하는 ZrO2층으로 할 수도 있다. 이러한 코팅층에서는 잔존 팽창량의 차이를 두는 범위가 넓어져, 피소성체 성분에 의한 잔존 팽창량의 증대 등에 의해 적절하고 확실하게 대응할 수 있다.
본 발명에 있어서, 서로 다른 기공율을 갖는 코팅층은, 예컨대 다른 시공 방법으로 각 코팅층을 마련함으로써 얻을 수 있다.
시공 방법으로서는 통상 이용되는 방법이라도 좋으며, 예컨대 스프레이 코팅, 디핑, 주입, 또는 용사 등을 예로 들 수 있다. 또한, 기공율을 크게 하는 경우에는(기공율 15∼50%) 스프레이 코팅, 주입 등이 바람직하고, 기공율을 작게 하는 경우에는(기공율 3∼15%) 용사가 바람직하다. 또한, 코팅층의 두께를 정밀하게 제어할 수 있으므로, 적재면의 코팅층은 용사 또는 스프레이 코팅의 어느 한 방법에 의해 형성하고, 적재면의 반대면의 코팅층은 스프레이 코팅 또는 용사의 다른 어느 한 방법에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 각 코팅층의 기공율 제어가 시공 방법의 선택에 따르는 것은 물론이지만, 스프레이 코팅, 용사 등의 어느 것에 의한 경우에도, 원료 입도, 슬러리 농도 또는 코트 혹은 용사 조건 등을 소정의 범위로 함으로써 일정 범위에서 제어할 수도 있다.
또한, 용사로서는, 예컨대 가열 방법에 의해 연소 불꽃을 이용하는 가스 용사, 아크를 이용하는 아크 용사, 플라즈마제트를 이용하는 플라즈마 용사 등을 예로 들 수 있다. 단, 평균 두께 20∼250 ㎛의 박층을 균일한 두께로 형성할 수 있다는 점에서, 플라즈마 용사가 바람직하다. 또한, 플라즈마 용사로서는, 물 안정화 플라즈마 용사, 가스 플라즈마 용사 등을 예로 들 수 있으며, 물 안정화 플라즈마 용사는 기공율을 크게 하는 경우에(기공율 7∼15%) 바람직하고, 가스 플라즈마 용사는 기공율을 작게 하는 경우에(기공율 3∼10%) 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서의 각 코팅층의 잔존 팽창량은 코팅층의 두께에 따라서도 차이를 둘 수 있다. 단, 시공 방법상의 제한, 기재의 노출 및 코팅층의 박리 등의 관점에서, 코팅층의 두께는 20∼400 ㎛의 범위로 하는 것이 바람직하고, 50∼300 ㎛의 범위로 하는 것이 보다 바람직하며, 100∼200 ㎛의 범위로 하는 것이 특히 바람직하다.
또한, 각 코팅층의 두께의 차이도 코팅층의 내부에 조직 파괴를 일으키지 않으면서, 각 코팅층의 잔존 팽창량의 차이를 광범위하게 둘 수 있다는 점에서, 50∼500 ㎛의 범위로 하는 것이 바람직하고, 100∼300 ㎛의 범위로 하는 것이 더욱 바람직하며, 100∼200 ㎛의 범위로 하는 것이 특히 바람직하다.
다음에, 본 발명에 있어서의 기재는 그 재질에 대해서 특별히 제한은 없으며, 예컨대 탄화규소, 알루미나, 알루미나-실리카, 코데라이트 등으로 구성할 수 있다.
단, 기재의 재질은 피소성체의 소성 시에 있어서 기재의 굴곡성에 영향을 주기 때문에, 사용 온도 등의 사용 조건을 고려하여 재질을 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 내열성, 내열 충격성 등이 우수하다는 것과 기재의 굴곡량이 작다는 점에서는 알루미나ㆍ실리카질이 바람직하다.
본 발명에서는 기재의 두께에 대해서도 특별히 제한은 없으며, 기재의 두께를 두껍께 하여 세터의 휘어짐에 미치는 저항을 크게 할 수도 있다. 또한, 피소성체의 소성 시에 세터에 흡수되는 열량이 작다는 점에서 기재의 두께를 얇게 하는 것도 바람직하다. 또한, 이 때는 피소성체의 소성 시에 세터의 굴곡량이 증대되기 쉽기 때문에, 이 점을 고려하여 기재의 적재면 및 그 반대면에서 소정의 잔존 팽창량을 갖는 코팅층을 형성하면 된다.
이하, 본 발명을 실시예에 기초하여, 보다 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 절대 이들 실시예에 한정되는 것이 아니다.
(평가 방법)
① 세터의 휘어짐량
각 실시예 및 각 비교예에서 얻은 세터를 150 ㎜ ×20 ㎜ ×4 ㎜의 사이즈로 절단하여 시료로 하였다. 각 시료의 적재면에 상당하는 면에, 세라믹 컨덴서의 주성분인 티탄산바륨을 10% 함유하는 용액을 도포한 후, 1300℃에서 2시간의 소성을 10회 반복하여, 도 1에 도시하는 소성 전의 시료에 대하여 각 회의 소성 후의 시료의 휘어짐량(X)을 구했다.
평가는 세터의 각 회의 휘어짐량이 1.0 ㎜ 이하인 것을 ◎, 2.0 ㎜ 미만인 것을 ○, 2.0 ㎜ 이상인 것을 ×로 하여 평가했다.
② 기재의 굴곡량
각 실시예 및 각 비교예에서 제작되는 기재를 150 ㎜ × 20 ㎜ × 4 ㎜의 사이즈로 절단하여 그대로 시료로 하였다. 각 시료에 대해 1300℃에서 2시간의 소성을 10회 반복하여, 10회 소성 후의 시료에 대해서, 도 1에 도시하는 기준과 같은 방식으로 굴곡량을 구했다.
③ 잔존 팽창량 교차
각 실시예 및 각 비교예에서 얻은 세터에 대하여, 연마에 의해 기재의 부분을 제거하고, 적재면의 코팅층과, 그 반대면의 코팅층을 잘라내어 시료로 하였다.
그렇게 얻은 각 시료에서, 적재면의 코팅층으로부터 잘라낸 시료에 대해서는 세라믹 컨덴서의 주성분인 티탄산바륨을 10% 함유하는 용액을 도포하고, 적재면과 반대의 면의 코팅층에서 잘라낸 시료에 대해서는 아무것도 도포하지 않은 상태로, 각각 1300℃에서 2시간의 소성을 10회 반복한 후, 각각의 긴 방향으로의 길이를 측정하여, 양자의 교차(較差)를 구했다.
④ 적재면의 코팅층에 있어서의 잔존 팽창량의 변동량
각 실시예 및 각 비교예에서 얻은 세터에 대해서, 연마에 의해 기재의 부분을 제거하고, 적재면의 코팅층을 잘라냈다. 이어서, 그렇게 얻은 각 코팅층에 대해서, 세라믹 컨덴서의 주성분인 티탄산바륨을 10% 함유하는 용액을 도포한 것과, 아무것도 도포하지 않는 것을 제작하여 시료로 하였다.
각 시료에 대해서, 1300℃에서 2시간의 소성을 10회 반복한 후, 각각의 긴 방향으로의 길이를 측정하여, 아무것도 도포하지 않는 시료에 대한, 티탄산바륨 용액이 도포된 시료의 잔존 팽창량의 변동량을 구했다.
⑤ 코팅층의 강도
평가는 코팅층의 분체화가 발생하지 않은 것을 ◎, 분체화가 경미한 정도로 발생한 것을 ○, 분체화에 의해 코트가 마모된 것을 ×로 하여 평가했다.
(실시예 1)
우선, 입경 1.5∼0.5 ㎜의 알루미나(Al2O3) 골재 30 질량%, 입경 0.5 ㎜ 이하의 알루미나(Al2O3) 입자 20 질량%, 입경 0.5 ㎜ 이하의 예비 소결 알루미나 10 질량%, 입경 10 ㎛ 이하의 점토 15 질량%, 입경 0.15 ㎜ 이하의 안달루사이트(andalusite) 25 질량%를 혼합하여 기재용의 혼합 원료를 조제했다. 이어서, 그렇게 얻은 혼합 원료 100 질량부에 대하여 바인더로서 메틸 셀룰로오스 0.5 질량부, 물 3 질량부를 첨가한 후, 프렛 반죽하여 배토를 얻었다. 계속해서, 이 배토를 유압 프레스기에 의해 1 t/㎠의 압력으로 프레스 성형하여 150 ㎜ × 150 ㎜ ×4 ㎜의 성형체를 얻고, 이 성형체를 80℃에서 8시간 건조한 후, 1550℃에서 2시간 소성하여 기재를 제작했다. 한편, 그렇게 얻은 기재의 굴곡량은 0.3 ㎜이었다.
다음에, 이 기재의 적재면에, 입경 100∼200 ㎛의 8 질량% Y2O3 안정화 지르코니아 입자(안정화율 100%)를 이용하여, 물 플라즈마 용사하여, 두께 100 ㎛의 코팅층을 형성했다. 또한, 기재의 적재면의 반대면에, 입경 100∼200 ㎛의 8 질량% Y2O3 안정화 지르코니아 입자 99 질량%와, 미안정화 지르코니아 입자 1 질량%를 혼합한 혼합 원료(안정화율 99%)를 이용하여, 물 플라즈마 용사하여, 동일한 두께의 코팅층을 형성하여, 세라믹 전자부품 소성용 세터를 제조했다. 상세한 것은 표 1에 함께 정리하여 표시하였다.
(실시예 2∼4 및 비교예 1∼3)
각각, 입경 100∼200 ㎛의 8 질량% Y2O3 안정화 지르코니아 입자와, 미안정화 지르코니아 입자를 표 1에 표시하는 비율로 혼합한 혼합 원료를 이용하여, 기재의 적재면 및 그 반대면에 코팅층을 형성한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방식으로 세라믹 전자부품 소성용 세터를 제조했다. 상세한 것은 표 1에 함께 정리하여 표시하였다.
기재의소성온도(℃) 적재면의 코팅층 적재면과 반대면의 코팅층
시공 방법 원료혼합비*1 안정화율(%) 시공 방법 원료혼합비*1 안정화율(%)
비교예 1 1550 용사 100:0 100 용사 100:0 100
실시예 1 1550 용사 100:0 100 용사 99:1 99
실시예 2 1550 용사 100:0 100 용사 90:10 90
실시예 3 1550 용사 100:0 100 용사 65:35 65
실시예 4 1550 용사 100:0 100 용사 40:60 40
비교예 2 1550 용사 100:0 100 용사 39:61 39
비교예 3 1550 용사 100:0 100 용사 20:80 20
* 1 : 입경 100∼200 ㎛의 8 질량% Y2O3 안정화 지르코니아 입자(안정화율 100%)와 미안정화 지르코니아 입자와의 질량비
(평가)
모든 실시예 및 비교예는 적재면의 코팅층의 안정화율을 100%로 한 경우이다. 적재면과 반대면의 코팅층의 안정화율을 65∼90%(안정화율 교차 10∼35%)로 한 실시예 2, 3의 세터에서는, 휘어짐량 1.0 ㎜ 이하로 거의 휘어짐이 발생하지 않았다. 또한, 적재면과 반대면의 코팅층의 안정화율을 각각 99%(안정화율 교차 1%), 40%(안정화율 교차 60%)로 한 실시예 1, 4의 세터에서는, 휘어짐량 2.0 ㎜ 미만의 작은 휘어짐이 발생했지만, 실용상 문제가 없는 정도였다.
이에 비하여, 적재면과 반대면의 코팅층의 안정화율을 100%(안정화율 교차 0%)로 적재면의 코팅층과 동일하게 한 비교예 1의 세터에서는 휘어짐량 2.0 ㎜ 이상의 큰 휘어짐이 발생했다. 또한, 적재면과 반대면의 코팅층의 안정화율을 39%(안정화율 교차 61%)로 작게 한 비교예 2의 세터에서는, 휘어짐량 2.0 ㎜ 이상의 큰 휘어짐이 발생했다. 또한, 적재면과 반대면의 코팅층의 안정화율을 20%(안정화율 교차 80%)로 한 비교예 3의 세터에서는, 휘어짐량이 1.0 ㎜ 이하로 작았지만, 기재의 적재면과 반대의 면에 형성한 코팅층이 분체화에 의해 마모되어 버렸다. 평가에 대해서는 표 2에 함께 정리하여 표시하였다.
기재의굴곡량(㎜) 적재면의 코팅층에 있어서의 잔존 팽창량의 변동량(㎜) 소성 횟수 10에서의 잔존 팽창량 교차(㎜) 안정화율교차(%) 세터의휘어짐량(㎜) 휘어짐방향 코트강도
비교예 1 0.3 0.84 0.80 0 ×
실시예 1 0.3 0.84 0.43 1 0
실시예 2 0.3 0.84 0.07 10
실시예 3 0.3 0.84 0.14 30
실시예 4 0.3 0.84 0.55 60 0 0
비교예 2 0.3 0.84 0.60 61 × 0
비교예 3 0.3 0.84 0.13 80 ×
(실시예 5∼8 및 비교예 4, 5)
각각, 입경 100∼200 ㎛의 8 질량% Y2O3 안정화 지르코니아와, 미안정화 지르코니아 입자를 표 3에 표시하는 비율로 혼합한 혼합 원료를 이용하여, 기재의 적재면 및 그 반대면에 코팅층을 형성한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방식으로 세라믹 전자부품 소성용 세터를 제조했다. 상세한 것은 표 3에 함께 정리하여 표시하였다.
기재의소성온도(℃) 적재면의 코팅층 적재면과 반대면의 코팅층
시공 방법 원료혼합비*1 안정화율(%) 시공 방법 원료혼합비*1 안정화율(%)
실시예 5 1550 용사 80:20 80 용사 70:30 70
실시예 6 1550 용사 50:50 50 용사 40:60 40
실시예 7 1550 용사 40:60 40 용사 30:70 30
비교예 4 1550 용사 30:70 30 용사 20:80 20
실시예 8 1550 용사 31:69 31 용사 30:70 30
비교예 5 1550 용사 30:70 30 용사 29:71 29
* 1 : 입경 100∼200 ㎛의 8 질량% Y2O3 안정화 지르코니아 입자(안정화율 100%)와 미안정화 지르코니아 입자와의 질량비
(평가)
(실시예 5∼7 및 비교예 4)
실시예 5∼7 및 비교예 4의 세터는, 각 면의 코팅층 사이에서 상기 각 코팅층을 구성하는 지르코니아에 대해서, 안정화율의 교차를 10%로 한 경우이다.
적재면과 반대면의 코팅층의 안정화율을 40∼70%로 한 실시예 5∼7의 세터에서는, 휘어짐량 2.0 ㎜ 미만의 작은 휘어짐이 발생했지만, 실용상 문제가 없는 정도였다.
이에 비하여, 적재면과 반대면의 코팅층의 안정화율을 20%로 한 비교예 4의 세터에서는, 휘어짐량이 2.0 ㎜ 미만이지만, 기재의 적재면과 반대의 면에 형성한 코팅층이 분체화에 의해 마모되어 버렸다. 평가에 대해서는 표 4에 함께 정리하여 표시하였다.
(실시예 8 및 비교예 5)
실시예 8 및 비교예 5의 세터는 각 면의 코팅층 사이에서 그 각 코팅층을 구성하는 지르코니아에 대해서, 안정화율의 교차를 1%로 한 경우이다.
적재면과 반대의 면의 코팅층의 안정화율을 30%로 한 실시예 8의 세터에서는 휘어짐량 2.0 ㎜ 미만의 작은 휘어짐이 발생했지만, 실용상 문제가 없는 정도였다.
이에 대하여, 적재면과 반대면의 코팅층의 안정화율을 29%로 한 비교예 5의 세터에서는 휘어짐량이 2.0 ㎜ 미만이었지만, 적재면과 반대측의 코팅층이 취성(脆性) 파괴에 의해 박리되어 버렸다. 평가에 관해서, 표 4에 함께 정리하여 표시하였다.
한편, 이들 결과는, 세터의 표층을 구성하는 ZrO2층의 안정화율에 있어서 한 면을 반드시 안정화율 100%로 할 필요가 없다는 것과, 잔존 팽창 교차에 의한 휘어짐 제어가 가능하더라도 안정화율이 30% 미만일 때에 사용상 문제를 일으킨다는 것을 나타내는 것이다.
기재의굴곡량(㎜) 적재면의 코팅층에 있어서의 잔존 팽창량의 변동량(㎜) 소성 횟수 10에서의 잔존 팽창량 교차(㎜) 안정화율교차(%) 세터의휘어짐량(㎜) 휘어짐방향 코트강도
실시예 5 0.3 0.64 0.35 10 0
실시예 6 0.3 0.18 0.50 10 0
실시예 7 0.3 0.12 0.38 10 0 0
비교예 4 0.3 0.19 0.50 10 0 ×
실시예 8 0.3 0.18 0.16 1 0 0
비교예 5 0.3 0.19 0.22 1 0 ×
(실시예 9∼12 및 비교예 6, 7)
1400℃에서 2시간 소성하여 기재를 제조한 것과, 각각 입경 100∼200 ㎛의 8질량% Y2O3 안정화 지르코니아 입자와 미안정화 지르코니아 입자를 표 5에 표시하는 비율로 혼합한 혼합 원료를 이용하여, 기재의 적재면 및 그 반대면에 코팅층을 형성한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방식으로 세라믹 전자부품 소성용 세터를 제조했다. 상세한 것은 표 5에 함께 정리하여 표시하였다.
기재의소성온도(℃) 적재면의 코팅층 적재면과 반대면의 코팅층
시공 방법 원료혼합비*1 안정화율(%) 시공 방법 원료혼합비*1 안정화율(%)
비교예 6 1400 용사 100:0 100 용사 100:0 100
실시예 9 1400 용사 99:1 99 용사 100:0 100
실시예 10 1400 용사 90:10 90 용사 100:0 100
실시예 11 1400 용사 65:35 65 용사 100:0 100
실시예 12 1400 용사 51:49 51 용사 100:0 100
비교예 7 1400 용사 50:50 50 용사 100:0 100
* 1 : 입경 100∼200 ㎛의 8 질량% Y2O3 안정화 지르코니아 입자(안정화율 100%)와 미안정화 지르코니아 입자와의 질량비
(평가)
이들 실시예 및 비교예는 기재의 굴곡량이 큰 경우에, 적재면의 코팅층의 안정화율을 변화시킨 예에 관한 것이다.
표 6에 표시한 바와 같이, 적재면의 코팅층의 안정화율을 65%(안정화율 교차 35%)로 한 실시예 11의 세터에서는 휘어짐량 1.0 ㎜ 이하로 거의 휘어짐이 발생하지 않았다. 또한, 적재면의 코팅층의 안정화율을 90∼99%(안정화율 교차 10~1%)로 한 실시예 9, 10의 세터에서는 휘어짐량 2.0 ㎜ 미만의 하방으로의 작은 휘어짐이 발생하고, 적재면의 코팅층의 안정화율을 40%로 한 실시예 12의 세터에서는 휘어짐량 2.0 ㎜ 미만의 상방으로의 작은 휘어짐이 발생했지만, 실용상 문제가 없는 정도였다.
이에 비하여, 적재면의 코팅층의 안정화율을 100%(안정화율 교차 0%)로, 적재면과 반대의 면의 코팅층과 동일하게 한 비교예 6의 세터에서는 휘어짐량 2.0 ㎜ 이상의 하방으로의 휘어짐이 발생했다. 또한, 적재면의 코팅층의 안정화율을 39%(안정화율 교차 61%)로 한 비교예 7의 세터에서는 휘어짐량 2.0 ㎜ 이상의 상방으로의 휘어짐이 발생했다. 평가에 대해서는 표 6에 함께 정리하여 표시하였다.
기재의 굴곡량(㎜) 안정화율 교차(%) 세터 휘어짐량(㎜) 휘어짐 방향
비교예 6 2.0 0 ×
실시예 9 2.0 1 0
실시예 10 2.0 10 0
실시예 11 2.0 35
실시예 12 2.0 49 0
비교예 7 2.0 50 ×
(실시예 13)
우선, 프레스 성형하여 얻은 성형체를 80℃에서 8시간 건조한 후, 1400℃에서 2시간 소성한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 기재를 제작했다. 또한, 그렇게 얻은 기재의 굴곡량은 2.0 ㎜이었다.
이어서, 이 기재의 적재면에, 입경 100∼200 ㎛의 8 질량% Y2O3 안정화 지르코니아 입자 80 질량%와, 미안정화 지르코니아 입자 20 질량%를 혼합한 혼합 원료(안정화율 80%)를 이용하여, 물 플라즈마 용사하여, 지르코니아질로 두께 100 ㎛의 코팅층을 형성했다.
다음에, 입경 10∼45 ㎛의 8 질량% Y2O3 안정화 지르코니아 입자 60 질량%와, 입경 10 ㎛ 이하의 8 질량% Y2O3 안정화 지르코니아의 40 질량%를 혼합한 혼합 원료를 조제하여, 이 혼합 원료 100 질량부에 대하여 물 30 질량부, 바인더로서 폴리비닐알콜(PVA)을 0.5 질량부 첨가하여 슬러리를 조제했다. 계속해서, 이 슬러리를 스프레이 건을 이용하여, 기재의 적재면과 반대의 면에 공기압 5 ㎏/㎠로 스프레이 코팅한 후, 1400℃에서 2시간 베이킹 처리하여, 지르코니아질로 두께 100 ㎛의 코팅층을 형성하여, 세라믹 전자부품 소성용 세터를 제조했다. 상세한 점에 대해서는 표 7에 함께 정리하여 표시하였다.
(실시예 14)
입경 100∼200 ㎛의 8 질량% Y2O3 안정화 지르코니아 입자(안정화율 100%)를 이용하여, 물 플라즈마 용사에 의해 기재의 적재면에 코팅층을 형성한 것 이외에는 실시예 13과 같은 방식으로 세라믹 전자부품 소성용 세터를 제조했다. 상세한 것은 표 7에 함께 정리하여 표시하였다.
기재의소성온도(℃) 적재면의 코팅층 적재면과 반대면의 코팅층
시공 방법 원료혼합비*1 안정화율(%) 시공 방법 안정화율(%)
실시예 13 1400 용사 80:20 80 스프레이 코팅 100
실시예 14 1400 용사 100:0 100 스프레이 코팅 100
비교예 6 1400 용사 100:0 100 용사 100
* 1 : 입경 100∼200 ㎛의 8 질량% Y2O3 안정화 지르코니아 입자(안정화율 100%)와 미안정화 지르코니아 입자와의 질량비
(평가)
이들 실시예는 적재면의 코팅층을 용사에 의해 형성하고, 적재면과 반대의 면의 코팅층을 스프레이 코팅에 의해 형성함으로써, 양 코팅층 사이에서 기공율에 교차를 둔 예에 관한 것이다.
표 8에 도시한 바와 같이, 다른 시공 방법으로, 각 코팅층 사이에서 지르코니아 입자 밀도에 교차를 둔 실시예 13, 14의 세터에서는 휘어짐량 2.0 ㎜ 미만의 하방 또는 상방의 작은 휘어짐이 발생했지만, 실용상 문제가 없는 정도였다. 특히, 실시예 14의 세터에서는 각 코팅층 사이에서 안정화율을 같게 했음에도 불구하고, 다른 시공 방법에 의해 각 코팅층을 형성하는 것만으로 세터의 휘어짐을 억제할 수 있었다. 한편, 실시예 13의 예는 각 코팅층의 안정화율에 교차를 둔 것에 더하여, 다른 시공 방법으로 코팅층을 형성함으로써 보다 정밀한 제어가 가능하게 되는 것을 시사하는 것이기도 하다.
이에 비하여, 적재면 및 그 반대면에, 모두 용사에 의해 안정화율 100%(안정화율 교차 0%)의 코팅층을 형성한 비교예 6의 세터에서는 휘어짐량 2.0 ㎜ 이상의 하방으로의 휘어짐이 발생했다. 평가에 대해서는 표 8에 함께 정리하여 표시한다.
안정화율교차(%) 세터의 휘어짐량(㎜) 휘어짐방향 코팅층 기공율(%)
적재면 반대면
실시예 13 20 0 13 40
실시예 14 0 0 13 40
비교예 6 0 × 13 13
(실시예 15)
우선, 프레스 성형하여 얻은 성형체를 80℃에서 8시간 건조한 후, 1400℃에서 2.0 시간 소성한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방식으로 기재를 제작했다. 한편, 생성된 기재의 굴곡량은 2.0 ㎜이었다.
이어서, 이 기재의 적재면에, 입경 100∼200 ㎛의 5 질량% CaO 안정화 지르코니아 입자 80 질량%와, 미안정화 지르코니아 입자 20 질량%를 혼합한 혼합 원료(안정화율 80%)를 이용하여, 물 플라즈마 용사하여, 지르코니아질로 두께 100 ㎛의 코팅층을 형성했다.
다음에, 이 기재의 적재면과 반대의 면에, 입경 100∼200 ㎛의 8 질량% Y2O3 안정화 지르코니아 입자(안정화율 100%)를 이용하여, 물 플라즈마 용사하여, 지르코니아질로 두께 100 ㎛의 코팅층을 형성하여, 세라믹 전자부품 소성용 세터를 제조했다. 상세한 것에 대해서는 표 9에 함께 정리하여 표시한다.
(실시예 16)
입경 100∼200 ㎛의 5 질량% CaO 안정화 지르코니아 입자 100 질량%(안정화율 100%)를 이용하여, 기재의 적재면에 코팅층을 형성한 것 이외에는 실시예 15와 같은 방식으로 세라믹 전자부품 소성용 세터를 제조했다. 상세한 것은 표 9에 함께 정리하여 표시한다.
기재의소성온도(℃) 적재면의 코팅층 적재면과 반대면의 코팅층
안정화제 원료혼합비*2 안정화율(%) 안정화제 원료혼합비*1 안정화율(%)
실시예 15 1400 CaO 80:20 80 Y2O3 100:0 100
실시예 16 1400 CaO 100:0 100 Y2O3 100:0 100
비교예 6 1400 Y2O3 100:0 100 Y2O3 100:0 100
*1 : 입경 100∼200 ㎛의 8 질량% Y2O3 안정화 지르코니아 입자(안정화율 100%)와 미안정화 지르코니아 입자와의 질량비
*2 : 입경 100∼200 ㎛의 5 질량% CaO 안정화 지르코니아 입자(안정화율 100%)와 미안정화 지르코니아 입자와의 질량비
(평가)
이들 실시예는 적재면의 코팅층과, 그 반대의 면의 코팅층을, 다른 안정화제를 함유시킨 안정화 지르코니아로 형성한 예에 관한 것이다.
표 10에 도시한 바와 같이, 다른 안정화제를 각 코팅층에 함유한 실시예 15, 16의 세터에서는 휘어짐량 2.0 ㎜ 미만의 상방 또는 하방의 작은 휘어짐이 발생했지만, 실용상 문제가 없는 정도였다. 특히, 실시예 16의 세터에서는 각 코팅층 사이에서 안정화율을 같게 했음에도 불구하고, 세터의 휘어짐을 억제할 수 있었다. 한편, 실시예 15의 세터는 각 코팅층의 안정화율에 교차를 둔 것 이외에도, 다른 안정화제를 각 코팅층에 함유함으로써 보다 정밀한 제어가 가능하게 되는 것을 시사하는 것이기도 하다.
이에 비하여, 적재면 및 그 반대면에 모두 8 질량% Y2O3 안정화 지르코니아 입자(안정화율 100%)로 코팅층을 형성한 비교예 6의 세터에서는 휘어짐량 2.0 ㎜ 이상의 하방으로의 휘어짐이 발생했다. 평가에 대해서는 표 10에 함께 정리하여 표시한다.
안정화율 교차(%) 세터 휘어짐량(㎜) 휘어짐 방향
실시예 15 20 0
실시예 16 0 0
비교예 6 0 ×
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 세라믹 전자부품 소성용 세터에 따르면, 기재가 두꺼운 세터뿐만 아니라, 두께를 얇게 한 경우라도, 반복 사용에 의한 세터의 휘어짐을 적절하고 확실하게 방지할 수 있어, 장기간에 걸쳐 사용할 수 있다.
도 1은 세터를 구성하는 기재의 굴곡량의 측정 기준을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 2는 지르코니아 코팅층에 있어서 잔존 팽창량과, 통요 횟수와의 관계를 도시하는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 소성전의 세터
2 : 소성후의 세터

Claims (5)

  1. 세라믹으로 이루어지는 기재 상에 ZrO2를 주성분으로 하는 코팅층이 마련되는 세라믹 전자부품 소성용 세터로서,
    상기 기재의 적재면 및 그 반대면에 각각 코팅층이 마련되는데,
    상기 기재의 적재면에 형성된 코팅층의 잔존 팽창량이 세라믹 전자 부품과의 반응에 의해 변하는 것을 고려하여, 상기 기재의 적재면에 형성된 코팅층의 잔존 팽창량과 그 반대면에 형성된 코팅층의 잔존 팽창량을 미리 다르게 함으로써, 상기 세라믹 전자 부품용 세터가 휘는 것을 막는 것인 세라믹 전자 부품용 세터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적재면의 코팅층은, 식(1) : 안정화율(%)=〔입방정/(입방정+단사정)〕×100〔식 (1)에서, 안정화율은 사용 전의 상태에 대한 값임〕로 표시되는 안정화율 30∼100%의 ZrO2층으로 이루어지고, 상기 적재면 및 그 반대면의 각 코팅층을 구성하는 상기 ZrO2층의 안정화율은 1∼60%의 차(절대치)를 갖는 것인 세라믹 전자부품 소성용 세터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적재면 및 그 반대면의 각 코팅층은 다른 종류의 안정화제를 함유하는 ZrO2로 이루어지는 것인 세라믹 전자부품 소성용 세터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적재면 및 그 반대면의 각 코팅층은 다른 기공율을 갖는 것인 세라믹 전자부품 소성용 세터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 적재면의 코팅층은 용사 또는 스프레이 코팅의 어느 한 방법에 의해 형성되고, 상기 적재면의 반대면의 코팅층은 상기 적재면의 코팅층을 형성하는 방법과 다른, 스프레이 코팅 또는 용사의 어느 한 방법에 의해 형성되어 이루어지는 것인 세라믹 전자부품 소성용 세터.
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