KR20140114752A

KR20140114752A - 베이스 세터

Info

Publication number: KR20140114752A
Application number: KR1020140017897A
Authority: KR
Inventors: 츠네오 고미야마; 노부히로 마츠모토
Original assignee: 엔지케이 인슐레이터 엘티디; 엔지케이 어드렉 가부시키가이샤
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2014-09-29
Also published as: PH12014000086B1; CN104058752A; TWI595204B; JP5779794B2; PH12014000086A1; TW201437589A; CN104058752B; KR102126476B1; JP2014181840A

Abstract

본 발명은, 급속 소성을 행한 경우에도 변의 중앙부의 스포올링 균열을 억제할 수 있는 베이스 세터를 제공하는 것을 과제로 한다.
피소성물을 지지하기 위한 베이스 세터(1)로서, 그 외형상이, 변(3)을 내측으로 만곡시킨 3각형∼6각형이며, 변(3)의 중앙부의 오목한 양(AB)을 변(3)의 길이(CD)의 5％∼25％로 하였다. 변(3)을 내측으로 만곡시킴으로써, 큰 열응력이 발생하기 쉬운 부위를 절결하여 없앤 형상이 되어, 급속 소성을 행하여도, 변(3)의 중앙부에서의 스포올링 균열을 방지할 수 있다.

Description

베이스 세터{BASE SETTER}

본 발명은 각종 세라믹 부품을 소성하기 위해 이용되는 베이스 세터에 관한 것이다.

세라믹 부품의 소성에는, 종래부터 세라믹제의 세터가 널리 사용되고 있다. 그 대부분은 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이 사각형의 평판이다. 또한, 그 4코너에 다리부를 마련하거나, 4변의 상측에 돌기를 마련하거나 하여 중첩을 할 수 있는 구조로 되어 있는 것도 많다.

또한 세라믹 부품의 소성에는, 베이스 세터와 그 위에 배치되는 소성용 깔판을 포함하는 분리 구조의 세터도 이용되고 있다. 이러한 분리 구조의 세터는, 소성용 깔판만 교환하면 장기간에 걸쳐 사용할 수 있는 이점이 있으며, 소성되는 세라믹 제품의 조성에 대응시킨 소성용 깔판을 이용함으로써, 세터와 세라믹 제품 사이의 물질 이동을 용이하게 억제할 수 있는 이점이 있다.

그런데 사각형의 베이스 세터 위에 이것과 거의 동일 사이즈의 소성용 깔판을 얹어 소성을 행하면, 소성 조건에 따라서는 베이스 세터의 변의 중앙부에 스포올링(spalling) 균열이 발생하는 경우가 있었다. 특히 강온 속도가 큰 급속 소성을 행하였을 때에, 스포올링 균열이 발생하기 쉬웠다.

일본 특허 공개 제2004-53147호 공보

따라서 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하여, 급속 소성을 행한 경우에도 변의 중앙부의 스포올링 균열을 억제할 수 있는 베이스 세터를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자는 베이스 세터의 변의 중앙부에 있어서의 스포올링 균열의 발생 원인을 검토한 결과, 강온 공정에서 베이스 세터의 변의 중앙 부분에 큰 열응력이 발생하고, 이 열응력이 스포올링 균열의 원인인 것을 구명하였다. 즉, 사각형의 베이스 세터는 강온 공정에서 외주부의 온도가 선행하여 하강하고, 변의 중앙부의 온도 하강은 지연되는 것을 피할 수 없다. 특히 상면이 소성용 깔판에 의해 덮어져 있는 베이스 세터는 깔판의 축열에 의해, 베이스 세터의 외주부와 중심부에서는 온도차가 커진다. 이 때문에 외주부는 내측을 향하여 열수축하고자 하지만, 상대적으로 고온인 세터의 중심부에 구속되어, 변의 중앙부에 큰 열응력이 발생하게 된다.

본 발명은 상기 지견에 기초하여 완성된 것으로, 피소성물을 지지하기 위한 베이스 세터로서, 그 외형상이, 변을 내측으로 만곡시킨 다각형이며, 변의 중앙부의 오목한 양을 변 길이의 5％∼25％로 한 것을 특징으로 한다.

또한 청구항 2와 같이, 다각형이 3각형∼6각형인 것이 바람직하다. 또한 청구항 3과 같이, 다각형의 내측 부분을 중공으로 한 형상으로 하는 것이 바람직하고, 청구항 4와 같이, 재질이 SiC질, 멀라이트질, 알루미나질 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

본 발명의 베이스 세터는, 변의 중앙부의 오목한 양이 변 길이의 5％∼25％가 되도록 변을 내측으로 만곡시킨 다각형으로 하였기 때문에, 후술하는 실시형태에 나타내는 바와 같이, 각부(角部)는 뾰족하여 외측으로 돌출한 형상이 된다. 따라서 각부의 선단부를 연결하는 다각형과 동일 사이즈의 소성용 깔판을 확실하게 유지할 수 있다.

또한 본 발명의 베이스 세터는, 변의 중앙부를 내측으로 만곡시킴으로써, 큰 열응력이 발생하기 쉬운 부위를 절결하여 없앤 형상이 되어, 변의 중앙부에서의 스포올링 균열을 방지할 수 있다. 변의 중앙부를 내측으로 만곡시키면 각부는 뾰족하여 외측으로 돌출한 형상이 되기 때문에, 각부는 외측을 향하여 자유롭게 열팽창하기 쉬워져, 각부에 큰 열응력이 발생하는 일은 없다.

따라서 본 발명의 베이스 세터는 급속 소성을 행하여도, 변의 중앙부의 스포올링 균열을 억제할 수 있다. 본 발명의 그 외의 효과에 대해서는, 실시형태와 함께 설명한다.

도 1은 제1 실시형태를 나타내는 평면도이다.
도 2는 제1 실시형태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 X-X 확대 단면도이다.
도 4는 제2 실시형태를 나타내는 평면도이다.
도 5는 제3 실시형태를 나타내는 평면도이다.
도 6은 제4 실시형태를 나타내는 평면도이다.

이하에 본 발명의 실시형태를 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태를 나타내는 평면도이고, 도 2는 그 사시도이다.

이들 도면에 있어서 도면 부호 1은 본 발명의 베이스 세터이며, 2는 그 위에 배치된 소성용 깔판이다. 소성용 깔판(2)은 그 위에 놓이는 세라믹 콘덴서 등의 피소성물을 직접 지지하는 부재이다. 그러나 소성용 깔판(2)은 본 발명의 필수 요건이 아니며, 베이스 세터(1) 위에 피소성물을 직접 얹어 소성할 수도 있다. 또한 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 베이스 세터(1)의 재질은 SiC질, 알루미나질, 멀라이트질 등으로 할 수 있지만, 복사나 열전도의 면에서 SiC질이 가장 바람직하다. 소성용 깔판(2)의 두께는 1 ㎜∼3 ㎜ 정도, 그 사이즈는 예컨대 300 ㎜×300 ㎜의 정사각형이다.

본 실시형태의 베이스 세터(1)는 소성용 깔판(2)을 지지하기 위한 것이며, 이 실시형태에서는 정사각형의 변(3)을 내측으로 만곡시켜, 각부(4)를 돌출시킨 형상이다. 도시하는 바와 같이, 각부(4)의 선단은 소성용 깔판(2)보다 약간 외측으로 연장되어 있다. 그 두께는 소성용 깔판(2)보다 두껍게, 예컨대 4 ㎜∼10 ㎜로 하고, 강도와 강성을 갖게 해 두는 것으로 한다. 이러한 구조로 함으로써, 소성용 깔판(2)만 교환하면 장기간에 걸친 사용이 가능해진다. 각부(4)에는 위치 결정용의 구멍(5)이 형성되어 있다.

변(3)의 형상은 원호 또는 그것에 가까운 곡선으로 되어 있다. 변(3)의 중심점으로부터 변을 향하여 내린 수선의 길이(AB)는 변(3) 길이(CD)의 5％∼25％로 해 둔다. 도 1에서는 변(3)의 길이로서, 소성용 깔판(2)의 단부와 변이 교차하는 점(C, D) 사이의 길이를 이용하였다. 변(3)의 만곡이 지나치게 얕으면(5％ 미만으로 하면), 변을 직선으로 한 종래품(從來品)에 근접하기 때문에 본 발명의 효과를 얻을 수 없고, 변(3)의 만곡이 지나치게 강하면(25％를 넘으면), 소성용 깔판(2)의 변의 지지 위치가 내측으로 지나치게 치우쳐, 소성용 깔판(2)의 변 처짐의 위험이 있다. 또한 베이스 세터(1)의 변(3)에 각부가 있으면 그 부위에 집중 응력이 발생하기 때문에, 완만한 곡선으로 해 둘 필요가 있다.

이 실시형태에서는, 베이스 세터(1)의 내측 부분에 펀칭 구멍(6, 7)이 형성되어, 중공 형상으로 되어 있다. 이들 펀칭 구멍(6, 7)은 베이스 세터(1)를 경량화함으로써 열용량을 작게 하여, 소성 에너지의 삭감을 도모하기 위해서이다. 펀칭 구멍(6, 7)의 형상도 응력 집중을 피하기 위해, 완만한 곡선 형상으로 해 두는 것이 바람직하다. 그러나 도 4에 나타내는 제2 실시형태와 같이, 펀칭 구멍(6, 7)의 배치나 사이즈는 자유롭게 변경할 수 있고, 또한 도 5에 나타내는 제3 실시형태와 같이, 펀칭 구멍이 없는 구조로 하여도 상관없다.

베이스 세터(1)의 전체 형상은 3각형∼6각형으로 하는 것이 바람직하다. 즉 상기한 정사각형 이외에, 도 6에 나타내는 제4 실시형태와 같이 3각형으로 하여도 좋다. 그러나, 소성용 깔판(2)을 4각형으로 한 채로 베이스 세터(1)를 3각형으로 하면, 소성용 깔판(2)이 베이스 세터(1)에 의해 지지되지 않는 부분이 증가하기 때문에, 소성용 깔판(2)이 4각형인 경우에는 베이스 세터(1)도 4각형으로 하는 것이 바람직하다. 베이스 세터(1)의 전체 형상은 5각형이나 6각형으로 할 수도 있다. 그러나 6각형을 넘으면 점차 원에 근접해지고, 변(3)의 길이도 줄어들어 본 발명의 효과가 희미해지기 때문에, 3각형∼6각형으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 실시형태의 베이스 세터(1)는 그 위에 소성용 깔판(2)을 얹어 사용되는 것이며, 강온 공정에서는, 소성로 내에서의 열복사 및 분위기로부터의 열전달에 의해 각부(4)부터 강온하고, 상면이 소성용 깔판(2)에 의해 덮힌 베이스 세터(1)의 중심부는 뒤늦게 강온하는 것은 피할 수 없다. 그러나 각부(4)는 뾰족한 형상이기 때문에 외측을 향하여 자유롭게 열팽창할 수 있어, 이 부분에는 큰 열응력이 발생하지 않는다.

또한 종래는 변(3)의 중앙부에 최대의 열응력이 발생하여 그 부분에 스포올링 균열이 발생하기 쉽지만, 본 발명의 베이스 세터(1)는 종래품의 변의 중앙부에 상당하는 부분이 존재하지 않기 때문에, 변(3)의 중앙부에서의 스포올링 균열을 방지할 수 있다. 더구나 변(3)을 내측으로 만곡시킴으로써 베이스 세터(1)의 중심부의 질량도 감소하기 때문에 열용량이 작아져 강온 속도가 상승한다. 이에 의해서도 변(3)의 중앙부와 각부(4)의 온도차는 작아지고, 열응력도 작아지는 것으로 생각된다.

본 발명의 베이스 세터(1)의 성형 방법으로서는, 유입 성형법 혹은 프레스 성형법을 채용할 수 있지만, 이 성형법에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

이하에 본 발명의 실시예를 나타낸다.

여러가지 세라믹 재료로, 표 1에 나타낸 실시예 1∼7과, 표 2에 나타낸 비교예 1∼8의 베이스 세터를 제작하고, 내스포올성, 사용 시의 파손 비율, 위에 얹은 소성용 깔판의 휘어짐량 등을 평가하였다. 베이스 세터의 사이즈는 모두 310 ㎜×310 ㎜이며 두께는 5 ㎜로 하였다. 또한 위에 얹은 소성용 깔판은 모두 300 ㎜×300 ㎜이며 두께 2 ㎜의 알루미나판으로 하였다. 표 1 중에 나타내는 오목한 비율은 단락 [0018]에서 설명한 수치를 의미하고, 그 값이 0인 것은 변이 직선이다.

실시예 1, 비교예 1의 알루미나질 멀라이트 및 실시예 2, 비교예 2의 알루미나질 알루미나의 베이스 세터는, 알루미나와 실리카가 표 1에 나타낸 몰비가 되도록 원료를 조합하고, 유기 바인더(메틸셀룰로오스)와 물을 더하여 배토를 작성하며, 유압 프레스 성형하고, 건조 후에 1500℃에서 소성하는 방법으로 제조하였다.

실시예 3, 비교예 3의 산화물 결합 SiC질의 베이스 세터는, SiC 분말에 소량의 벤토나이트와 CaCO₃과 V₂O₅를 첨가하여 물로 혼련하고, 어모퍼스 실리카를 더 첨가한 혼합물을 프레스 성형하며, 건조 후에 1차 소성에 의해 SiC 입자 사이에 크리스토벌라이트을 생성시키고, 더욱 1400℃에서 소결하는 방법으로 제조하였다.

실시예 4∼6, 비교예 4∼7의 Si 함침 SiC질의 베이스 세터는, SiC 분말에 흑연 분말과 유기 바인더(메틸셀룰로오스)와 물을 더하여 배토를 작성하고, 유압 프레스 성형하며, 카본 도가니 속에서 금속 Si와 함께 진공 조건 하에 소성하고, SiC 입자 사이에 Si를 함침시키는 방법으로 제조하였다. 최고 소성 온도는 1600℃이다.

실시예 7, 비교예 8의 질화규소 결합 SiC질의 베이스 세터는, SiC 분말에 Si 분말을 첨가하고, 물과 혼련하여 석고틀을 이용한 주입 성형을 행한 뒤 건조시켜, 건조 성형체를 질소 분위기 속에서 1450℃로 소성하여, SiC 입자 사이에 SiN을 생성시키는 방법으로 제조하였다.

실시예 8, 비교예 9의 재결정 SiC질의 베이스 세터는, SiC 분말에 성형용 바인더를 첨가하여 슬러리로 하고, 이것을 주입 성형하며, 얻어진 성형체를 건조한 후, 불활성 가스 속에서 2200℃까지 가열하여 재결정 SiC질로 하는 방법으로 제조하였다.

겉보기 기공률과 부피 비중의 측정은, JIS R 2205에 준하여 행하였다. 또한 굽힘 강도의 측정은, JIS R 2213에 준하여 행하였다. 내스포올성의 평가는, 소성용 깔판과 워크(세라믹 콘덴서)를 배치하고, 로 내의 온도 수준을 50℃ 단위로 변화시키며, 급랭하여 파괴하였을 때의 로 내 온도로 나타내었다. 그 값이 고온일수록 내스포올성이 우수한 것이 된다.

사용 시의 파손 비율은, 1300℃에서 도요 150회 사용 시의 파손 비율이다.

위에 얹은 소성용 깔판의 휘어짐량은, 1300℃의 열부하와 400 g의 하중을 가한 경우의 소성용 깔판의 휘어짐량이다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시예의 베이스 세터는 내스포올성이 우수하고, 사용 시의 파손 비율이 작으며, 소성용 깔판의 휘어짐량도 작다. 비교예는 변의 오목한 비율이 본 발명의 범위를 벗어나 있고, 직선에 가까운 비교예에서는 내스포올성이 저하하며 사용 시의 파손 비율이 커지고, 오목부가 지나치게 큰 비교예 6, 7에서는 사용 시의 파손 비율이 커지며, 소성용 깔판의 휘어짐량이 커졌다.

1: 베이스 세터 2: 소성용 깔판
3: 변 4: 각부(角部)
5: 구멍 6: 펀칭 구멍
7: 펀칭 구멍

Claims

피소성물을 지지하기 위한 베이스 세터로서, 그 외형상이, 변을 내측으로 만곡시킨 다각형이며, 변의 중앙부의 오목한 양을 변 길이의 5％∼25％로 한 것을 특징으로 하는 베이스 세터.
제1항에 있어서, 다각형이 3각형∼6각형인 것을 특징으로 하는 베이스 세터.
제1항에 있어서, 다각형의 내측 부분을 중공으로 한 형상인 것을 특징으로 하는 베이스 세터.
제1항에 있어서, 재질이 SiC질, 멀라이트질, 알루미나질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 베이스 세터.