KR102434079B1

KR102434079B1 - 소성 지그

Info

Publication number: KR102434079B1
Application number: KR1020200026545A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 니홈마츠; 가즈키 누쿠미즈
Original assignee: 엔지케이 인슐레이터 엘티디; 엔지케이 어드렉 가부시키가이샤
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2022-08-18
Also published as: JP7307578B2; CN111747771A; JP2020164376A; TW202039403A; TWI726603B; KR20200115128A

Abstract

본 발명은, 소성용 지그의 강도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
소성용 지그는, 무기질의 메쉬형 구조체와, 메쉬형 구조체의 표면에 설치되는 무기질의 시트형 구조체를 구비한다. 이 소성용 지그에서, 시트형 구조체는, 표면에서 이면에 이르는 관통 구멍을 복수 가지며, 각 관통 구멍은 다른 관통 구멍으로부터 독립된다.

Description

소성 지그{FIRING JIG}

본 명세서는, 소성(燒成) 지그에 관한 기술을 개시한다.

특허문헌 1에, 메쉬형의 골격을 갖는 소성용 지그(복합 내화물)가 개시되어 있다. 특허문헌 1의 소성용 지그는, 그 골격 구조에 의해 높은 통기성이 확보되기 때문에, 세라믹스 전자부품 등의 소성에 적합하다. 또한, 특허문헌 1은, 복수의 메쉬형 구조체를 적층한 소성용 지그도 개시하고 있다. 구체적으로는, 비교적 두꺼운(3차원 구조의) 제1 메쉬형 구조체의 표면에 시트형의 비교적 얇은(2차원 구조의) 제2 메쉬 구조체가 적층된 소성용 지그가 개시되어 있다. 적층하는 구조체가 모두 메쉬형 구조체이기 때문에, 통기성이 손상되는 것이 억제되고 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2016-84255호 공보

상기한 바와 같이, 특허문헌 1의 소성용 지그는, 높은 통기성을 확보하는 것에 성공하였다. 그러나, 특허문헌 1의 소성용 지그는, 그 골격 구조(메쉬형 구조)의 특징으로 인해, 강도(기계적 강도)를 향상시키기 어렵다. 높은 통기성을 유지한 채로 강도를 향상시킬 수 있으면, 고내구성(장수명)의 소성용 지그를 실현하거나, 박육(薄肉)의 소성용 지그를 실현할 수 있다. 본 명세서는, 소성용 지그의 강도를 향상시키는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 명세서에서 개시하는 소성용 지그는, 무기질의 메쉬형 구조체와, 메쉬형 구조체의 표면에 설치되는 무기질의 시트형 구조체를 구비해도 좋다. 이 소성 지그에서, 시트형 구조체는, 표면에서 이면에 이르는 관통 구멍을 복수 가지며, 각 관통 구멍은 다른 관통 구멍으로부터 독립되어도 좋다.

상기 소성용 지그는, 메쉬형 구조체와 관통 구멍을 갖는 시트형 구조체가 적층되기 때문에, 높은 통기성이 확보된다. 또한, 시트형 구조체에 형성되어 있는 관통 구멍이 다른 관통 구멍으로부터 독립되어 있다. 그 때문에, 시트형 구조체는, 관통 구멍이 형성되지 않은 부분의 밀도를 높일 수 있어(공극을 적게 할 수 있어), 메쉬형 구조체와 비교하여 강도를 높일 수 있다. 즉, 상기 소성용 지그는, 시트형 구조체와 메쉬형 구조체를 병용함으로써, 메쉬형 구조체만으로 제작된 소성용 지그와 비교하여, 통기성을 유지한 채로 강도(기계적 강도)를 높일 수 있다.

또한, 본 명세서에서는, 소성용 지그의 제조 방법도 개시한다. 그 제조 방법은, 무기질이며, 표면에서 이면에 이르는 관통 구멍을 복수 가지며, 각 관통 구멍이 다른 관통 구멍으로부터 독립되는 시트형 구조체를, 무기질의 메쉬형 구조체의 표면에 접합시키는 공정을 갖는다.

도 1은 소성용 지그의 단면을 모식적으로 나타낸다.
도 2는 소성용 지그(시트형 구조체)의 표면을 모식적으로 나타낸다.
도 3은 소성용 지그(메쉬형 구조체)의 단면의 SEM 사진을 나타낸다.
도 4는 소성용 지그의 변형예를 모식적으로 나타낸다.
도 5는 시트형 구조체에 형성하는 관통 구멍의 변형예를 나타낸다.
도 6은 소성용 지그의 제조 공정의 흐름도를 나타낸다.
도 7은 실시예의 통합을 나타낸다.

본 명세서에서는, 무기질의 메쉬형 구조체와, 메쉬형 구조체의 표면에 설치되는 무기질의 시트형 구조체를 구비하는, 소성용 지그를 개시한다. 소성용 지그는, 세라믹스 콘덴서 등의 작은 사이즈의 피소성물(전자부품)을 소성하는데 이용되어도 좋다.

(메쉬형 구조체)

메쉬형 구조체는, 표면에서 이면에 이르는 연통 구멍을 복수 구비해도 좋다. 구체적으로, 메쉬형 구조체는, 골격이 두께 방향(표리면을 잇는 방향) 및 면 방향(두께 방향에 직교하는 방향)으로 3차원적으로 신장되고, 3차원 메쉬 구조를 구성해도 좋다. 골격이 3차원적으로 신장됨으로써, 골격 이외의 부분(공극)이 연통 구멍을 구성한다. 또한, 메쉬형 구조체의 경우, 메쉬형 구조체의 표면(이면)에 복수의 개구(골격으로 둘러싸인 공간)가 노출된다. 하나의 개구에 주목하면, 그 개구는, 메쉬형 구조체의 내부에서 별도의 개구와 연통한다. 메쉬형 구조체는, 기체가 내부를 이동하기 쉽고, 통기성이 우수하다는 특징을 갖추고 있다. 또한, 메쉬형 구조체는, 골격이 복수의 개구를 형성하면서 주로 면 방향으로 신장되고, 면 방향으로 넓어진 시트형의 골격이, 두께 방향에서 부분적으로 연결된 구조여도 좋다. 이러한 메쉬형 구조체는, 실질적으로, 2차원 메쉬 구조라고 파악할 수 있다.

메쉬형 구조체의 공극률은, 메쉬형 구조체를 구성하는 골격의 사이즈를 조정함으로써 용이하게 조정할 수 있다. 메쉬형 구조체의 공극률은, 특별히 제한되지 않지만, 예컨대 전자부품의 소성용 지그로서 이용하는 경우, 20 체적% 이상 90 체적% 이하여도 좋다. 공극률이 20 체적% 이상이면, 통기성이 확보되고, 예컨대 소성 시에 전자부품으로부터 생기는 가스를 빠르게 배출할 수 있다. 또한, 공극률이 90 체적% 이하이면, 메쉬형 구조체가 파손되는 것이 억제되고, 소성용 지그의 내구성(장수명)을 확보할 수 있다. 보다 바람직하게는, 50 체적% 이상 90 체적% 이하이다. 또한, 메쉬형 구조체를 구성하는 골격 자체는, 공극률이 1 체적% 미만이어도 좋다. 골격 자체의 강도가 증대되어, 결과적으로 메쉬형 구조체의 강도가 증대된다.

메쉬형 구조체의 골격은, 알루미나질, 멀라이트질, 지르코니아질, 이트리아질, SiC질 또는 Si-SiC질을 주성분으로 하는 재료로 구성되어도 좋다. 「주성분으로 한다」라고 하는 것은, 대상 재료가 골격의 구성 재료 전체에 차지하는 질량 비율이, 50 질량%를 초과하는 것을 의미한다. 메쉬형 구조체의 골격은, 실질적으로(불가피 불순물을 제외하고), 알루미나질, 멀라이트질, 지르코니아질, 이트리아질, SiC질 또는 Si-SiC질로만 구성되어도 좋다. 이 경우, 메쉬형 구조체의 골격은, 알루미나질, 멀라이트질, 지르코니아질, 이트리아질, SiC질 또는 Si-SiC질 중의 1종으로 구성되어도 좋고, 복수 종으로 구성되어도 좋다. 특히, SiC질 및 Si-SiC질은, 내열성이 우수하고, 열전도율이 양호하기 때문에, 소성용 지그의 구성 부재(메쉬형 구조체)의 재료로서 유용하다. 또한, Si-SiC질에 있어서는, SiC의 비율이 50 질량% 이상이어도 좋다. Si-SiC질은, SiC의 비율이 증대될수록, 강도가 증대된다.

메쉬형 구조체는, 예컨대, 몰드 캐스트법에 의해 제작할 수 있다. 몰드 캐스트법에서는, 골격을 구성하는 원료를 용매에 분산시킨 슬러리에 겔화제를 첨가하고, 원료 슬러리를 발포합성고무 등의 다공질체에 함침시킨 후, 건조·소성을 거쳐 메쉬형 구조체가 제작된다. 몰드 캐스트법은, 원료 슬러리를 함침시키는 다공질체를 선택함으로써 메쉬형 구조체의 특성(공극률 등)을 용이하게 조정할 수 있기 때문에, 메쉬형 구조체의 제작 방법으로서 유용하다. 또한, 몰드 캐스트법은 공지이므로 상세한 설명은 생략한다.

(시트형 구조체)

시트형 구조체는, 표면에서 이면에 이르는 복수의 관통 구멍을 가져도 좋다. 구체적으로는, 각 관통 구멍이, 시트형 구조체는 표면에서 이면으로 통형으로 신장되고, 다른 관통 구멍으로부터 독립되어도 좋다. 즉, 시트형 구조체에 형성되는 관통 구멍은, 메쉬형 구조체에 형성되는 연통 구멍과 형상이 상이하다. 이러한 관통 구멍은, 시트형 구조체의 원료를 시트형으로 성형하여 시트재를 제작한 후, 시트재의 소성(경화) 전, 또는, 소성 후에 형성할 수 있다. 또한, 소성 후의 시트재(관통 구멍을 형성하기 전의 시트형 구조체)의 공극률은, 1 체적% 미만이어도 좋다.

시트형 구조체는, 알루미나질, 멀라이트질, 지르코니아질, 이트리아질, SiC질 또는 Si-SiC질을 주성분으로 하는 재료로 구성되어도 좋다. 예컨대, 시트형 구조체의 주성분은, SiC질, 또는, SiC의 비율이 50 질량% 이상인 Si-SiC질이어도 좋다. 혹은, 시트형 구조체의 주성분은, 알루미나질, 멀라이트질, 지르코니아질 이트리아질 중 1종 또는 복수 종이어도 좋다. 시트형 구조체는, 실질적으로(불가피 불순물을 제외하고), 알루미나질, 멀라이트질, 지르코니아질, 이트리아질, SiC질 또는 Si-SiC질로만 구성되어도 좋다. 이 경우, 시트형 구조체는, SiC질, SiC의 비율이 50 질량% 이상인 Si-SiC질, 혹은, 알루미나질, 멀라이트질, 지르코니아질, 이트리아질 중 1종 또는 복수 종으로 구성되어도 좋다. 시트형 구조체는, 메쉬형 구조체의 골격과 동일한 재료로 구성되어도 좋고, 상이한 재료로 구성되어도 좋다.

시트형 구조체는, 예컨대, 닥터 블레이드를 이용한 시트 성형법에 의해 제작할 수 있다. 시트 성형법에서는, 시트형 구조체를 구성하는 원료를 용매에 분산시킨 슬러리를, 하면 시트와 닥터 블레이드의 간극을 통과시켜 원하는 두께의 원료 시트를 형성한 후, 건조·소성을 거쳐 시트형 구조체가 제작된다. 또한, 소성 전, 혹은, 소성 후에, 천공 펀치 등을 이용하여 시트형 구조체를 가공함으로써, 시트형 구조체에 관통 구멍이 형성된다. 시트 성형법은, 하면 시트와 닥터 블레이드의 간극을 조정함으로써 두께 조정을 용이하게 행할 수 있기 때문에, 시트형 구조체의 제작 방법으로서 유용하다. 시트 성형법은 공지이므로 상세한 설명은 생략한다.

(소성용 지그)

소성용 지그는, 메쉬형 구조체와 시트형 구조체를 구비한다. 시트형 구조체는, 메쉬형 구조체의 표면, 및/또는, 이면에 설치되어도 좋다. 환언하면, 메쉬형 구조체의 두께 방향에 있어서, 시트형 구조체는, 메쉬형 구조체의 한쪽 측에만 설치되어도 좋고, 양측에 설치되어도 좋다. 시트형 구조체는, 메쉬형 구조체의 표면(이면)에 접합되어도 좋다. 시트형 구조체의 구성 재료와 메쉬형 구조체의 구성 재료가 반응하여, 양자가 직접 접합되어도 좋다. 혹은, 시트형 구조체는, 접착제(접합재)에 의해 메쉬형 구조체에 접합되어도 좋다. 접착제는 무기질이어도 좋고, 일례로서, SiC질 또는 Si-SiC질을 주성분으로서 포함하는 접착제, 혹은, Si₃N₄질, 알루미나질, 멀라이트질, 지르코니아질, 이트리아질 중 1종 혹은 복수 종을 주성분으로서 포함하는 접착제를 들 수 있다. 이하, 도면을 참조하여, 소성용 지그에 대해서 구체적으로 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 소성용 지그(10)는, 메쉬형 구조체(2)와 시트형 구조체(4)를 구비한다. 시트형 구조체(4)의 이면은, 메쉬형 구조체(2)의 표면(두께 방향의 한쪽 면)에 접합된다. 시트형 구조체(4)의 표면은, 소성용 지그(10)의 표면을 구성한다. 즉, 시트형 구조체(4)가, 소성용 지그(10)의 노출면을 구성한다. 전자부품 등의 피소성물을 소성할 때, 피소성물은, 시트형 구조체(4)의 표면에 배치된다. 복수의 관통 구멍(6)이, 시트형 구조체(4)의 표면에서 시트형 구조체(4)의 이면[메쉬형 구조체(2)와 시트형 구조체(4)의 접합면]까지 신장된다. 그 때문에, 관통 구멍(6)은, 메쉬형 구조체(2)의 연통 구멍[메쉬형 구조체(2)의 공극]과 연통된다. 그 결과, 소성용 지그(10)의 표면[시트형 구조체(4)의 표면]에서 이면[시트형 구조체(4)의 이면]에 이르는 가스 유로가 형성된다. 피소성물로부터 생긴 가스는, 소성용 지그(10)의 내부를 통과하여, 외기로 배출된다.

특별히 한정되지 않지만, 메쉬형 구조체(2)의 두께는, 시트형 구조체(4)의 두께보다 두꺼워도 좋다. 메쉬형 구조체(2)의 두께는, 0.5 ㎜ 이상 5 ㎜ 이하로 조정되어도 좋다. 메쉬형 구조체(2)의 두께가 0.5 ㎜ 이상이면, 충분히 통기량을 확보할 수 있다. 두께가 5 ㎜ 이하이면, 통기 저항의 증대를 억제할 수 있다. 보다 바람직하게는, 1.0 ㎜ 이상 5 ㎜ 이하이다. 또한, 시트형 구조체(4)의 두께는, 0.05 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하로 조정되어도 좋다. 시트형 구조체(4)의 두께가 0.05 ㎜ 이상이면, 소성용 지그(10)의 기계적 강도를 높게 유지할 수 있다. 두께가 1 ㎜ 이하이면, 충분한 통기량을 확보할 수 있음과 더불어, 소성용 지그(10)의 중량을 적정한 범위로 한정시킬 수 있다. 보다 바람직하게는, 0.05 ㎜ 이상 0.5 ㎜ 이하이다.

도 2는 각 관통 구멍(6)의 개구 형상이 원형인 예를 나타내고 있다. 또한, 상세한 내용은 후술하지만, 관통 구멍(6)의 개구 형상은 임의이며, 예컨대, 부정형, 타원형, 다각형이어도 좋다. 관통 구멍(6)의 개구 형상이 원형인 경우, 외접원의 직경이 개구의 직경에 해당하고, 개구의 직경은 10 ㎛ 이상 5000 ㎛ 이하여도 좋다. 개구 직경을 10 ㎛ 이상 5000 ㎛ 이하로 조정함으로써, 시트형 구조체(4)의 통기량을 충분히 확보하면서, 시트형 구조체(4)의 강도를 유지할 수 있다. 또한, 시트형 구조체(4)의 통기량 및 강도는, 관통 구멍(6)의 개구율[시트형 구조체(4)의 표면 면적에 대한 전체 관통 구멍(6)의 개구부의 합계 면적의 비율]에 의해서도 제어할 수 있다. 통기량의 확보와 강도의 유지를 양립시키기 위해, 시트형 구조체(4)에 대한 관통 구멍(6)의 개구부의 개구율은, 30% 이상 70% 이하여도 좋다. 보다 바람직하게는, 30% 이상 60% 이하이다.

도 3은 메쉬형 구조체의 SEM 사진(35배)이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 메쉬형 구조체는, 3차원으로 신장되는 골격이 부분적으로 연결되어 벌크체를 형성함으로써 구성된다. 골격이 존재하지 않는 부분(공극)이 메쉬형 구조체의 연통로에 해당한다. 상기한 바와 같이, 공극률[100-(골격의 체적률)]은, 임의로 조정할 수 있다. 그 때문에, 골격의 재료를 변경하거나, 공극률을 조정함으로써 메쉬형 구조체의 강도를 향상시킬 수 있다. 그러나, 메쉬형 구조체는, 그 구조상, 강도의 향상 효과는 한정적이다. 소성용 지그(10)에서는, 메쉬형 구조체(2)의 표면에, 관통 구멍(6) 이외의 부분이 치밀한 구조인 시트형 구조체(4)를 설치함으로써, 통기성을 손상시키지 않고, 소성용 지그(10)의 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 시트형 구조체(4)는, 시트 성형체를 형성한 후에 관통 구멍(6)을 형성하기 때문에, 관통 구멍(6)의 사이즈, 개수 등을, 피소성물의 사이즈에 맞춰 조정할 수 있다. 그 때문에, 피소성물이 관통 구멍(6) 내로 낙하한다는 문제점을 억제할 수도 있다.

(변형예)

도 4에 도시된 소성용 지그(20)에서는, 시트형 구조체(4)(4S, 4R)가, 메쉬형 구조체(2)의 양면에 설치된다. 메쉬형 구조체(2)의 양면에 시트형 구조체(4)를 설치함으로써, 예컨대 소성용 지그(10)와 같이 메쉬형 구조체(2)의 한 면에 시트형 구조체(4)를 설치하는 형태를 비교하여, 소성용 지그의 강도를 향상시킬 수 있다(도 1을 비교 참조). 혹은, 메쉬형 구조체의 양면에 시트형 구조체를 설치함으로써, 메쉬형 구조체 및 시트형 구조체의 공극률을 변화시키지 않고, 소성용 지그의 두께(메쉬형 구조체, 및/또는, 시트형 구조체의 두께)를 얇게 할 수 있다. 소성용 지그의 두께를 얇게 하면, 소성용 지그의 중량이 저감됨과 더불어, 소성용 지그 내의 통기 저항을 저감할 수 있기 때문에, 소성용 지그의 통기성이 향상된다. 또한, 메쉬형 구조체의 양면에 시트형 구조체를 설치함으로써, 소성용 지그(20)의 양면을, 피소성 부재의 배치면으로서 이용할 수도 있다. 또한, 소성용 지그(20)에서는, 메쉬형 구조체(2)의 양면에 동일한 시트형 구조체(4)(4S, 4R)를 설치한다. 그러나, 시트형 구조체(4S)와 시트형 구조체(4R)는, 두께, 관통 구멍의 개구율, 공극률, 구성 재료 등이 상이하여도 좋다.

상기한 바와 같이, 시트형 구조체(4)에 형성하는 관통 구멍(6)의 개구 형상은 임의이다. 이하, 도 5를 참조하여, 관통 구멍(6)이 다각형인 경우에 있어서의 관통 구멍(6)의 바람직한 형태에 대해서 설명한다. 도 5에는, 삼각형, 사각형, 육각형의 관통 구멍(6)이 도시되어 있다. 관통 구멍(6)의 개구 사이즈는, 관통 구멍(6)의 개구에 외접하는 외접원(8)을 형성하고, 그 외접원의 직경을 제어함으로써 조정 가능하다. 관통 구멍(6)이 삼각형, 사각형, 육각형 등, 원형 이외인 경우, 관통 구멍(6)의 개구에 외접하는 외접원(8)을 형성하고, 그 외접원의 직경을 10 ㎛ 이상 5000 ㎛ 이하로 조정한다. 개구 직경을 10 ㎛ 이상 5000 ㎛ 이하로 조정함으로써, 시트형 구조체(4)의 통기량을 충분히 확보하면서, 시트형 구조체(4)의 강도를 유지할 수 있다. 또한, 관통 구멍(6)이 삼각형, 사각형, 육각형 등, 원형 이외인 경우도, 통기량의 확보와 강도의 유지를 양립시키기 위해, 시트형 구조체(4)에 대한 관통 구멍(6)의 개구부의 개구율은, 30% 이상 70% 이하여도 좋다. 또한, 개구율은, 상기에서 설명한 개구율과 마찬가지로, 시트형 구조체(4)의 표면 면적에 대한 전체 관통 구멍(6)의 개구부의 합계 면적의 비율이다.

(소성용 지그의 제조 방법)

도 6을 참조하여, 소성용 지그(10)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 또한, 상기한 바와 같이, 시트형 구조체(4) 및 메쉬형 구조체(2)의 제조 방법은 공지이므로 설명을 생략한다. 이하에서는, 시트형 구조체(4)와 메쉬형 구조체(2)를 접합시키는 공정에 대해서 설명한다. 우선, 시트형 구조체를 형성하기 위한 시트재를 제작한다(단계 S2). 시트재는, 전술한 시트 성형법에 의해 제작할 수 있다.

다음에, 시트재를 40℃∼100℃에서 12시간 동안 건조시키고, 펀치를 이용하여 시트재에 관통 구멍을 형성한다(단계 S4). 또한, 소성 전의 시트재에 관통 구멍을 형성함으로써, 관통 구멍을 작성할 때에 균열 등이 생기는 것을 억제할 수 있다.

다음에, 시트재의 이면에 접착제를 도포하고, 메쉬형 구조체(소성채)에 시트재를 접합시킨다(단계 S6). 또한, 접착제로서, 상기한 무기 재료(SiC질, Si-SiC질, Si₃N₄질, 알루미나질, 멀라이트질, 지르코니아질, 이트리아질)를 포함하는 페이스트를 이용할 수 있다. 그 후, 40℃∼100℃에서 12시간 동안 건조시킨 후(단계 S8), 불활성 가스 분위기에서 1400∼2200℃에서 1시간 동안 소성함(단계 S10)으로써, 소성용 지그가 완성된다. 또한, 단계 S6에 있어서, 반드시 시트재의 이면에 접착제를 도포할 필요는 없다. 시트재가 소성될 때, 시트재의 구성 원료와 메쉬형 구조체가 반응하여, 시트재(시트형 구조체)와 메쉬형 구조체를 접합할 수도 있다.

상기한 바와 같이, 시트형 구조체, 메쉬형 구조체 및 접착제의 원료로서 여러 가지 원료를 이용할 수 있다. 이하, 시트형 구조체, 메쉬형 구조체 및 접착제의 조합의 일례를 나타낸다.

(예 1)

Si-SiC질의 메쉬형 구조체(150×150 ㎜, 두께 0.5 ㎜)

Si-SiC질의 시트형 구조체(150×150 ㎜, 두께 0.05 ㎜)

Si-SiC질의 접착제

(예 2)

Si-SiC질의 메쉬형 구조체(150×150 ㎜, 두께 2 ㎜)

SiC질의 시트형 구조체(150×150 ㎜, 두께 0.1 ㎜)

이트리아질의 접착제

(예 3)

알루미나질의 메쉬형 구조체(150×150 ㎜, 두께 1 ㎜)

알루미나질의 시트형 구조체(150×150 ㎜, 두께 0.05 ㎜)

알루미나질의 접착제

(예 4)

Si-SiC질의 메쉬형 구조체(150×150 ㎜, 두께 1 ㎜)

Si-SiC질의 시트형 구조체(150×150 ㎜, 두께 0.2 ㎜)

질화규소질의 접착제

(예 5)

Si-SiC질의 박형 메쉬형 구조체(150×150 ㎜, 두께 0.5 ㎜)

Si-SiC질의 시트형 구조체(150×150 ㎜, 두께 0.2 ㎜)

Si-SiC질의 접착제

(예 6)

Si-SiC질의 박형 메쉬형 구조체(150×150 ㎜, 두께 0.5 ㎜)를 2층 적층

Si-SiC질의 시트형 구조체(150×150 ㎜, 두께 0.2 ㎜)

Si-SiC질의 접착제

(예 7)

Si-SiC질의 메쉬형 구조체(300×300 ㎜, 두께 5 ㎜)

Si-SiC질의 시트형 구조체(300×300 ㎜, 두께 1 ㎜)

Si-SiC질의 접착제

(예 1), (예 3), (예 5), (예 6), (예 7)은 시트형 구조체, 메쉬형 구조체 및 접착제의 원료가 동질이다. (예 1), (예 5), (예 6), (예 7)은 각 원료가 Si-SiC질이며, (예 3)은 각 원료가 알루미나이다. (예 5), (예 6)은 메쉬형 구조체가 박형(실질적으로 2차원 구조)이다. (예 5)는 메쉬형 구조체가 1층이고, (예 6)은 메쉬형 구조체가 2층이다. (예 7)은 다른 소성용 지그보다 대형이며, 시트형 구조체 및 메쉬형 구조체 양쪽 모두의 사이즈가 다른 소성용 지그의 시트형 구조체 및 메쉬형 구조와 비교하여 크다. (예 2)는 시트형 구조체, 메쉬형 구조체 및 접착제의 원료가 전부 상이하다. 또한, (예 2)는 동일한 원료로 제작된 시트형 구조체 및 메쉬형 구조체를, 시트형 구조체 및 메쉬형 구조체와 원료가 상이한 접착제로 접합한다. 이와 같이, 시트형 구조체, 메쉬형 구조체 및 접착제는, 반드시 동일한 원료가 아니어도 좋다. 또한, 상기 예에는 도시하고 있지 않지만, 접착제를 이용하지 않고, 시트형 구조체와 메쉬형 구조체를 접합할 수도 있다.

실시예

소성용 지그를 몇 개 제작하여, 강도 및 통기성의 평가를 행하였다. 제작한 소성용 지그의 특징 및 평가 결과를 도 7에 나타낸다.

우선, 시료 1에 대해서 설명한다. Si-SiC 입자(평균 입경 0.5 ㎛)를 이용하여, 유기 용매를 이용한 SiC 입자의 슬러리를 제작하고, 테이프 성형법에 의해 가로세로 250×1000 ㎜, 두께 0.2 ㎜의 테이프 성형체를 제작하였다. 테이프 성형체는, 닥터 블레이드를 이용한 테이프 성형법에 의해 제작하였다. 그 테이프 성형체로부터 가로세로 150×150 ㎜, 두께 0.2 ㎜의 시트재(미소성의 시트형 구조체)를 잘라내었다. 그 후, 천공 펀치를 이용하여, 시트재에 직경 5 ㎜의 원형 관통 구멍을 688개 형성하였다. 관통 구멍은, 개구가 시트재의 표면에 거의 등간격으로 드러나도록, 시트재의 전체에 형성하였다. 시트재에 대한 관통 구멍의 개구부의 개구율은 60%였다. 다음에, SiC 입자(평균 입경 0.5 ㎛)를 이용하여 유기 용매를 이용한 슬러리를 제작하고, 가로세로 150×150 ㎜, 두께 5 ㎜의 발포합성고무에 슬러리를 침지하여 경화시킴으로써 성형체를 제작한 후, 건조시켰다. 또한, 메쉬형 구조체는, 이 성형체를 아르곤 감압 하, 1350℃에서 1시간 동안 소성하여 얻어진 것이다. 또한, 시트재와 메쉬형 구조체의 제작 순서는 임의이다.

다음에, Si-SiC 입자(평균 입경 0.5 ㎛)를 10 g(건조 중량) 칭량하고, 유기 용매 100 g을 첨가하여 페이스트(접착제)를 제작하였다. 그 페이스트 50 g을 시트재의 이면에 균일하게 도포하여, 메쉬형 구조체의 표면에 접합시켰다. 그 후, 대기 중, 1350℃에서 1시간 동안 가열하였다. 그 후, 시트재와 동일한 중량의 금속 Si를 칭량하고, 시트재 위에 올려, 질소 분위기, 1350℃에서 2시간 동안 소성하여, 소성용 지그를 제작하였다.

또한, 소성용 지그의 제작과 동시에, 같은 조건으로 단체(單體)의 시트형 구조체와 단체의 메쉬형 구조체를 제작하였다. 이들 시료에 대해서 아르키메데스법을 이용하여 공극률을 측정한 결과, 양자 모두 공극률은 1 체적% 미만이었다. 즉, 관통 구멍을 제외한 시트형 구조체 자체의 공극률, 및, 메쉬형 구조체를 구성하는 골격의 공극률은 1 체적% 미만이었다. 또한, 체적 및 중량으로부터 계산한 결과, 메쉬형 구조체의 공극률은 80 체적%였다.

시료 2∼6에 대해서 설명한다. 이하의 설명에서는, 시료 1과 서로 다른 조건에 대해서 설명하고, 시료 1과 같은 조건에 대해서는 설명을 생략한다. 시료 2는 시트재의 사이즈가 가로세로 150×150 ㎜, 두께 0.05 ㎜이며, 시트재에 직경(외접원의 직경) 0.01 ㎜의 사각형 관통 구멍을, 시트재에 대한 관통 구멍의 개구부의 개구율이 30%가 되도록 개수를 제어하여 형성한 것을 제외하고, 시료 1과 같은 조건으로 시트 구조체 및 메쉬형 구조체를 제작하였다. 또한, 관통 구멍의 형성은, 레이저 가공에 의해 행하였다. 또한, 시료 2에서는, 시트재를 2장 제작하여, 메쉬형 구조체의 표면과 이면에 접합시켰다.

시료 3에서는, 알루미나 입자(평균 입경 2 ㎛)를 이용하여, 가로세로 150×150 ㎜, 두께 0.05 ㎜의 시트재를 2장 제작하였다. 또한, 레이저 가공에 의해, 시트재에 직경 0.05 ㎜의 사각형 관통 구멍을, 시트재에 대한 관통 구멍의 개구부의 개구율이 40%가 되도록 개수를 제어하여 형성하였다. 시료 3에서는, 접합시에, 알루미나 입자(평균 입경 2 ㎛, 건조 중량 10 g)를 이용하여 페이스트(접착제)를 작성하고, 시트재를 메쉬형 구조체의 표면과 이면에 접합시켰다. 다른 조건은, 시료 1과 같은 조건으로 하였다. 또한, 시료 3에서는, 접합 후의 소성시에 금속 Si를 이용하고 있지 않다.

시료 4는 시트재의 사이즈를 가로세로 150×150 ㎜, 두께 0.5 ㎜로 하고, 레이저 가공에 의해, 시트재에 직경 0.2 ㎜의 사각형 관통 구멍을, 시트재에 대한 관통 구멍의 개구부의 개구율이 30%가 되도록 개수를 제어하여 형성하였다. 다른 조건은, 시료 1과 같은 조건으로 하였다.

시료 5는 시트재의 사이즈를 가로세로 300×300 ㎜, 두께 0.5 ㎜로 하고, 레이저 가공에 의해, 시트재에 직경 5 ㎜의 사각형 관통 구멍을, 시트재에 대한 관통 구멍의 개구부의 개구율이 30%가 되도록 개수를 제어하여 형성하였다. 또한, 메쉬형 구조체의 사이즈는, 가로세로 300×300 ㎜, 두께 0.5 ㎜로 하였다. 시트형 구조체 자체의 공극률, 및, 메쉬형 구조체를 구성하는 골격의 공극률은 1 체적% 미만이며, 메쉬형 구조체의 공극률은 80 체적%였다.

시료 6은 시료 1과 같은 조건으로 제작한 메쉬형 구조체로 하였다. 즉, 시료 6은 메쉬형 구조체의 표리면에 시트형 구조체가 설치되어 있지 않다. 시료 6은 상기 시료 1∼5에 대한 비교예에 해당한다.

다음에, 소성용 지그의 강도 및 통기성의 평가 방법에 대해서 설명한다. 소성용 지그의 강도는, 각 시료를 가로세로 50×50 ㎜의 형상으로 가공하고, 정밀 만능 시험기[상품명: 오토그래프, (주)시마즈세이사쿠쇼 제조]를 이용한 3점 굽힘 시험으로 평가하였다. 시트형 구조체를 접착하기 전의 메쉬형 구조체의 3점 굽힘 시험에 있어서의 강도에 대하여, 강도가 100% 이하의 측정 결과가 얻어진 시료를 「C」, 100% 초과 150% 이하의 측정 결과가 얻어진 시료를 「B」, 150% 초과의 측정 결과가 얻어진 시료를 「A」라고 하였다. 또한, 비교 대상인 시트형 구조체를 접착하기 전의 메쉬형 구조체에 대해서도, 가로세로 50×50 ㎜의 형상으로 가공하고, 상기한 정밀 만능 시험기를 이용하여 강도를 측정하였다. 「A」∼「C」의 평가는, 열 충격성의 우열을 나타내고 있다고 할 수 있다. 결과를 도 7에 나타낸다.

통기성은, 블로워를 이용하여 시료의 표면(400 ㎟)에 50 kPa로 공기를 공급하고, 이면의 유량(압력)을 측정하고, 압력 손실을 산출하여 평가하였다. 압력 손실이 10 kPa 미만인 시료를 「A」라고 하고, 10 kPa 이상 20 kPa 미만의 시료를 「B」라고 하고, 30 kPa 이상의 시료를 「C」라고 하였다. 압력 손실이 20 kPa 미만이면, 사용상, 특별히 문제없는 레벨이라고 할 수 있다. 결과를 도 7에 나타낸다.

도 7에 도시된 바와 같이, 메쉬형 구조체에 시트형 구조체를 접합한 시료(시료 1∼5)는, 모두 메쉬형 구조체뿐인 시료(시료 6)와 비교하여 고강도인 것이 확인되었다. 즉, 3차원 방향으로 신장되는 골격에 의해 통기성을 확보하지 않고, 서로 독립된 관통 구멍을 형성하여 통기성을 확보한 시트형 구조체를 이용함으로써, 개구율을 높여도 높은 강도를 얻을 수 있는 것이 확인되었다(예컨대 시료 1, 4). 또한, 개구율이 비교적 작은 시트형 구조체를 메쉬형 구조체의 표리면에 접합시킨 시료(시료 2, 3)에 대해서도, 충분히 통기성을 확보할 수 있는 것이 확인되었다.

이상, 본 발명의 구체예를 상세히 설명하였으나, 이들은 예시에 불과하며, 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다. 특허청구범위에 기재된 기술에는, 이상에 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독으로 혹은 각종 조합에 의해 기술적 유용성을 발휘하는 것으로, 출원시 청구항 기재의 조합에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수 목적을 동시에 달성할 수 있는 것으로, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 갖는 것이다.

Claims

소성용 지그로서,
무기질이며 골격이 3차원 메쉬형 구조를 구성하는 메쉬형 구조체와,
메쉬형 구조체의 표면에 설치되는 무기질의 시트형 구조체를 구비하고,
상기 시트형 구조체는 표면에서 이면에 이르는 관통 구멍을 복수 가지며, 각 관통 구멍은 다른 관통 구멍으로부터 독립되어 있고,
상기 시트형 구조체에 대한 상기 관통 구멍의 개구부의 개구율이, 30% 이상 70% 이하인 것인, 소성용 지그.
제1항에 있어서,
상기 시트형 구조체가, 상기 메쉬형 구조체의 표리면에 설치되는 것인, 소성용 지그.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 시트형 구조체가, 소성용 지그의 노출면을 구성하는 것인, 소성용 지그.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 시트형 구조체의 두께가, 0.05 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하인 것인, 소성용 지그.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 관통 구멍의 개구부의 형상이, 원형 또는 다각형인 것인, 소성용 지그.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 관통 구멍의 개구부에 외접하는 외접원을 형성한 경우에, 그 외접원의 직경이 10 ㎛ 이상 5000 ㎛ 이하인 것인, 소성용 지그.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 시트형 구조체가, SiC질, 또는, SiC의 비율이 50 질량% 이상인 Si-SiC질을 50 질량%를 초과하도록 포함하는 것인, 소성용 지그.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 시트형 구조체가, 알루미나질, 멀라이트질, 지르코니아질, 이트리아질로부터 선택되는 어느 1종 이상을 50 질량%를 초과하도록 포함하는 것인, 소성용 지그.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 메쉬형 구조체 및 상기 시트형 구조체가, 무기질의 접착재에 의해 접합되는 것인, 소성용 지그.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 메쉬형 구조체의 골격 이외의 부분이 연통 구멍을 구성하고, 상기 시트형 구조체의 관통 구멍은 상기 메쉬형 구조체의 연통 구멍과 연통되어 있고, 상기 관통 구멍의 형상은 상기 연통 구멍과 다른 것인, 소성용 지그.
제9항에 있어서,
상기 접착재가, SiC질, Si-SiC질, Si₃N₄질, 알루미나질, 멀라이트질, 지르코니아질, 이트리아질로부터 선택되는 어느 1종 이상을 50 질량%를 초과하도록 포함하는 것인, 소성용 지그.
제7항에 있어서,
상기 메쉬형 구조체 및 상기 시트형 구조체가, 상기 시트형 구조체와 동질의 접착재에 의해 접합되는 것인, 소성용 지그.
소성용 지그의 제조 방법으로서,
무기질이며 골격이 3차원 메쉬형 구조를 형성하고, 표면에서 이면에 이르는 관통 구멍을 복수 가지며, 각 관통 구멍이 다른 관통 구멍으로부터 독립되는 시트형 구조체를, 무기질의 메쉬형 구조체의 표면에 접합시키는 공정을 갖고,
상기 시트형 구조체에 대한 상기 관통 구멍의 개구부의 개구율이, 30% 이상 70% 이하인 것인, 소성용 지그의 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 메쉬형 구조체의 골격 이외의 부분이 연통 구멍을 구성하고, 상기 시트형 구조체의 관통 구멍은 상기 메쉬형 구조체의 연통 구멍과 연통되어 있고, 상기 관통 구멍의 형상은 상기 연통 구멍과 다른 것인, 소성용 지그의 제조 방법.