TW202334065A

TW202334065A - 陶瓷燒結體之製造方法

Info

Publication number: TW202334065A
Application number: TW111141067A
Authority: TW
Inventors: 草野大; 後藤邦拓
Original assignee: 日商德山股份有限公司
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2022-10-28
Publication date: 2023-09-01
Also published as: WO2023074739A1

Abstract

本發明為一種陶瓷燒結體之製造方法，其係具備將層合有複數個含有陶瓷粉末、燒結助劑及黏合劑樹脂之生坯片材的生坯片材層合體脫脂之步驟的陶瓷燒結體之製造方法，其係準備結構體，該結構體具備設置於薄片之厚度方向的複數個生坯片材層合體，與設置於各個生坯片材層合體之兩面的區隔構件，且於設置於前述生坯片材層合體間的2個區隔構件之間，設置有可使伴隨黏合劑樹脂之分解所產生的分解氣體通過之空間部，且藉由將前述結構體加熱來進行前述脫脂之步驟。依照本發明，可提供生產效率優，且脫脂時，可抑制生坯片材之翹曲或破裂，以及脫脂殘留的陶瓷燒結體之製造方法。

Description

陶瓷燒結體之製造方法

本發明係關於陶瓷燒結體之製造方法。

將氮化矽、氮化鋁，及氮化硼等之陶瓷粉末進行燒結而得的陶瓷燒結體，一般而言由於具有高熱傳導性、高絕緣性、高強度等之優良特性，故作為各種工業材料而受到注目。例如，係使用於氮化矽燒結體，電動車、氫氣汽車、油電混合車等之節能汽車，或太陽光發電、風力發電等之可再生能源之領域中的功率半導體元件用之絕緣基板等。

作為得到陶瓷燒結體之方法，係有將陶瓷粉末造粒為顆粒後，藉由乾燥壓製而成形，得到壓製成形體並燒成之方法，或將陶瓷粉末予以濕式成形，得到生坯片材，將其脫脂並燒成之方法等。後者之生坯片材之製造，一般採用將陶瓷粉末、黏合劑樹脂、燒結助劑，及有機溶劑等以球磨機等混合，並藉由刮刀法等而薄片成形的方法。薄片成形後，係經過將黏合劑樹脂藉由加熱進行分解而去除之脫脂步驟，及用以將陶瓷粉末燒結之燒成步驟，而得到陶瓷燒結體。

專利文獻1中記載關於氮化矽質燒結體之發明，作為其製造方法，記載就生產效率之觀點等，係於複數之生坯片材成形體之間使分離材(氮化硼粉末)存在，在重疊的狀態下進行脫脂步驟及燒成步驟。如此地，將複數之生坯片材重疊來進行脫脂步驟及燒成步驟，於專利文獻2~4中亦有記載。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]國際公開第2019/235593號 [專利文獻2]國際公開第2021/095843號 [專利文獻3]日本特開2020-93978號公報 [專利文獻4]日本特開2015-199657號公報

[發明所欲解決之課題]

但是，將複數之生坯片材重疊來進行脫脂步驟時，已知特別是生坯片材之層合片數越多，越產生生坯片材之翹曲或破裂，或脫脂未充分進行，而產生確認到脫脂殘留(黏合劑樹脂的殘留)等之不良狀況。因而本發明之課題為提供生產效率優，且脫脂時，抑制生坯片材之翹曲或破裂以及脫脂殘留，藉此可防止燒成後之燒結體的翹曲或破裂以及脫脂殘留所致之不良影響的陶瓷燒結體之製造方法。 [用以解決課題之手段]

本發明者等人為了解決上述課題而深入探討。其結果，發現藉由具備將層合有複數個生坯片材的生坯片材層合體脫脂之步驟的陶瓷燒結體之製造方法可解決上述課題，而完成本發明；該製造方法係準備結構體，該結構體具備設置於薄片之厚度方向的複數個生坯片材層合體，與設置於各個生坯片材層合體之兩面的區隔構件，且於設置於前述生坯片材層合體間的2個區隔構件之間，設置有可使伴隨黏合劑樹脂之分解所產生的分解氣體通過之空間部，且藉由將前述結構體加熱來進行前述脫脂之步驟。

本發明之要旨為以下之[1]~[6]。 [1]一種陶瓷燒結體之製造方法，其係具備將層合有複數個含有陶瓷粉末、燒結助劑及黏合劑樹脂之生坯片材的生坯片材層合體脫脂之步驟的陶瓷燒結體之製造方法，其係準備結構體，該結構體具備設置於薄片之厚度方向的複數個生坯片材層合體，與設置於各個生坯片材層合體之兩面的區隔構件，且於設置於前述生坯片材層合體間的2個區隔構件之間，設置有可使伴隨黏合劑樹脂之分解所產生的分解氣體通過之空間部，且藉由將前述結構體加熱來進行前述脫脂之步驟。 [2]如上述[1]之陶瓷燒結體之製造方法，其中前述空間部，係藉由設置於2個區隔構件之間的隔片而形成。 [3]如上述[1]之陶瓷燒結體之製造方法，其中前述空間部，係藉由於2個區隔構件之間設置附溝槽之板而形成。 [4]如上述[1]~[3]中任一項之陶瓷燒結體之製造方法，其中前述生坯片材層合體，為層合有10片以上且未達40片的前述生坯片材者。 [5]如上述[1]~[4]中任一項之陶瓷燒結體之製造方法，其中前述區隔構件為氮化硼板。 [6]如上述[1]~[5]中任一項之陶瓷燒結體之製造方法，其中前述區隔構件之厚度為1~5mm。 [發明之效果]

依照本發明，可提供生產效率優，且脫脂時，抑制生坯片材之翹曲或破裂以及脫脂殘留，藉此可防止燒成後之燒結體的翹曲或破裂以及脫脂殘留所致之不良影響的陶瓷燒結體之製造方法。

[陶瓷燒結體之製造方法]

本發明之陶瓷燒結體之製造方法，為具備將層合有複數個含有陶瓷粉末、燒結助劑及黏合劑樹脂之生坯片材的生坯片材層合體脫脂之步驟的陶瓷燒結體之製造方法，其特徵係準備具備設置於薄片之厚度方向的複數個生坯片材層合體，與設置於各個生坯片材層合體之兩面的區隔構件之結構體，且於設置於前述生坯片材層合體間的2個區隔構件之間，設置有可使伴隨黏合劑樹脂之分解所產生的分解氣體通過之空間部，並且藉由將前述結構體加熱來進行前述脫脂之步驟。

以下，使用圖式說明本發明之陶瓷燒結體之製造方法，但本發明不限定於圖式之內容。本發明之陶瓷燒結體之製造方法，其特徵為，製作具有以下說明之特定結構的結構體，並使用其來進行脫脂之步驟(脫脂步驟)。圖1中示意性顯示結構體10之截面。結構體10，係由設置於生坯片材之厚度方向的複數之生坯片材層合體11A(圖1中，生坯片材層合體11A之數目為2個)、設置於各個生坯片材層合體11A之兩面的區隔構件12(區隔構件12a~12d)，與設置於生坯片材層合體間之2個區隔構件12b及12c之間的空間部14所構成。該空間部14，係由設置於2個區隔構件12b及12c之間的隔片13所形成。生坯片材層合體11A，為層合有複數個含有陶瓷粉末、燒結助劑及黏合劑樹脂之生坯片材11a者。圖1中，具體而言係將生坯片材11a層合10片，而形成生坯片材層合體11A。如此地，藉由使用複數個層合複數個生坯片材11a而得的生坯片材層合體11A來進行脫脂步驟，可一次將多數的生坯片材脫脂而燒成，故生產效率提高。但是，如此地，將多數之生坯片材一次進行脫脂時，若應用以往揭示之方法，則有容易產生生坯片材之翹曲或破裂，以及脫脂殘留等之不良狀況的問題。然而，依照本發明，生產效率優，且脫脂時，可抑制生坯片材之翹曲或破裂，以及脫脂殘留。本發明發揮如此之效果的理由雖不定，但推定如以下。以往的方法中，將生坯片材脫脂時，生坯片材之數目多，故以起因於黏合劑樹脂之分解所產生之分解氣體為原因，可認為會產生生坯片材之翹曲或破裂等之形狀變化，以及脫脂殘留。另一方面，推測本發明中，即使產生分解氣體，該分解氣體亦藉由空間部14而被排出於結構體10之外部，因此不產生起因於分解氣體之不良狀況。

＜隔片＞空間部14，係藉由設置於2個區隔構件之間的複數個隔片13而形成。隔片13之厚度不特別限定，較佳為0.1~5mm、更佳為0.5~3mm。隔片之厚度若為此等下限值以上，則所形成之空間部14之體積增大，於脫脂步驟中之分解氣體之排出係有效果地進行，容易抑制生坯片材之破裂或翹曲，以及脫脂殘留。另一方面，隔片之厚度若為此等上限值以下，則可使結構體10全體之尺寸小，生產性提高。

配置隔片13之區域(面積)不特別限定，例如，相對於區隔構件12c之一方之面(配置隔片13之面)全體的面積而言，配置隔片13之面積的比例例如可為10~80%，較佳可為15~60%、更佳可為20~40%。配置隔片13之面積的比例若為此等上限值以下，則空間部14之體積增大，於脫脂步驟中之分解氣體之排出係有效果地進行，容易抑制生坯片材之破裂或翹曲，以及脫脂殘留。另一方面，配置隔片13之面積的比例若為此等下限值以上，則容易藉由隔片而安定地保持區隔構件，生坯片材之形狀容易安定化。

隔片13係以接觸於區隔構件12b及12c的方式配置。隔片13之形狀，可如圖2所示之13a般為平板、亦可如13b~13d般於平板之兩面形成溝槽。若使用形成有溝槽的隔片，則不僅空間部，由溝槽的部分亦進行分解氣體的排出，故容易抑制生坯片材之破裂或翹曲，以及脫脂殘留。溝槽的形狀不特別限定，例如例示有如圖2之13b的截面V字型、如13c的截面U字型、如13d的截面凹型等之形狀。就有效果地進行分解氣體的排出之觀點，溝槽較佳為從隔片之一端起至另一端止連續地形成。再者，圖2之13b~13d，係於隔片之兩面形成溝槽，但亦可為僅於單面形成有溝槽之隔片。就有效率地進行分解氣體的排出之觀點，較佳為於兩面形成有溝槽之隔片。

隔片13之配置方法不特別限定，例如例示有以下之態樣。圖3中顯示示意性顯示於區隔構件12上配置隔片之態樣的上視圖。例如，如圖3之左圖所示，可於設置有隔片的區隔構件12之表面，將細長板狀之隔片13於相對其長度方向呈垂直之方向複數排列而配置。又，作為別的態樣，可如圖3之右圖所示般，將大致正方形之板狀的隔片13於區隔構件12之表面中央部配置一個，及由配置於該中央部的隔片13起大致呈等距離地，於區隔構件12之右上部、左上部、右下部、左下部分別各配置一個隔片13，共計配置5個隔片13。再者，圖3所示之隔片之配置方法或隔片之形狀係為一例，本發明不被圖3所示之態樣所限定。

隔片雖不特別限定，較佳使用與區隔構件相同材質者。隔片較佳為氮化硼板、氮化矽板等之陶瓷製，其中尤更佳為氮化硼板。隔片為氮化硼板時，耐熱性優良，因此容易連續實施脫脂步驟及燒成步驟。

＜區隔構件＞本發明之結構體，具備設置於生坯片材層合體之兩面的區隔構件。區隔構件，係設置為接觸於生坯片材層合體之兩面，於脫脂步驟及燒成步驟中適切地保持生坯片材之形狀。又，脫脂步驟及燒成步驟，多於由碳材所構成之容器內進行，可藉由區隔構件，防止該碳材與生坯片材之接觸。

區隔構件之材質，較佳為氮化硼板、氮化矽板等之陶瓷製，其中尤更佳為氮化硼板。區隔構件為氮化硼板時，耐熱性優良，因此容易連續地實施脫脂步驟及燒成步驟。又，氮化硼板不易與生坯片材中含有的氮化矽等之陶瓷粉末反應，由此亦適合使用作為區隔構件。

區隔構件之厚度，較佳為1~5mm、更佳為2~3mm。區隔構件之厚度若為此等下限值以上，則區隔構件保持生坯片材之形狀，容易防止生坯片材與碳材之接觸。區隔構件之厚度若為此等上限值以下，則可使結構體全體之尺寸小，生產性提高。又，區隔構件之厚度若為此等上限值以下，則例如區隔構件為氮化硼板時，藉由使氮化硼板為多孔質體，由生坯片材所產生的分解氣體容易通過區隔構件內部而移動於空間部，容易使分解氣體向結構體外部排出。因此，高度地抑制生坯片材之破裂或翹曲，亦容易抑制脫脂殘留。因此，區隔構件特佳為氮化硼板。

區隔構件之尺寸(寬、長度)不特別限制，寬為170~230mm左右、長度為220~300mm左右。

＜附溝槽之板＞圖1中，顯示藉由設置於2個區隔構件之間的隔片來形成空間部之態樣，但亦可如圖4般，藉由於2個區隔構件之間設置附溝槽之板來形成空間部。

圖4中，示意性顯示結構體20之截面圖。圖4所示之結構體20，係於2個區隔構件12b及12c之間設置有附溝槽之板15，其他構成同圖1。附溝槽之板15的截面V字型之溝槽16a的部分係成為空間部，由此部分，從生坯片材所產生的分解氣體被排出於結構體外，容易抑制生坯片材之破裂或翹曲，以及脫脂殘留。

圖4中，附溝槽之板15，係於其兩表面形成有複數個溝槽16a，但亦可使用僅於單面形成有複數個溝槽的附溝槽之板。惟，使用於兩面形成有複數個溝槽的附溝槽之板，較有效果地進行分解氣體之排出，故容易發揮本發明之效果。附溝槽之板15中的溝槽之數目不特別限定，可形成溝槽為相鄰溝槽之間隔例如成為2~30mm、較佳成為10~25mm。溝槽之寬度不特別限定，例如為1~20mm，較佳為1~6mm。又，溝槽之深度不特別限定，例如為0.1~2mm，較佳為0.1~1mm、更佳為0.2~0.5mm。再者，溝槽之深度，意指自附溝槽之板15的最表面起至溝槽之最深部為止之厚度方向的距離。

圖4中，附溝槽之板15所具備的溝槽16a之形狀為截面V字型，但溝槽之形狀不特別限定。如圖5所示，附溝槽之板15所具備的溝槽之形狀，可為上述截面V字型之溝槽16a、可為截面U字型之溝槽16b、亦可為截面凹型之溝槽16c。又，溝槽之形狀亦可為16a~16c以外之形狀。

附溝槽之板15之厚度不特別限定，較佳為0.1~5mm、更佳為0.5~3mm。附溝槽之板15之厚度若為此等下限值以上，則容易形成一定深度之溝槽，藉此空間部之體積增大，脫脂步驟中之分解氣體的排出係有效果地進行，容易抑制生坯片材之破裂或翹曲，以及脫脂殘留。另一方面，附溝槽之板15之厚度若為此等上限值以下，則可使結構體20全體之尺寸小，生產性提高。

附溝槽之板之尺寸(寬、長度)不特別限制，較佳為與上述區隔構件之尺寸同等之尺寸。

附溝槽之板15不特別限定，較佳使用與區隔構件相同材質者。附溝槽之板15，較佳為氮化硼板、氮化矽板等之陶瓷製，其中尤更佳為氮化硼板。附溝槽之板15若為氮化硼板，則耐熱性優良，故容易連續實施脫脂步驟及燒成步驟。

以上說明的圖1及圖4中，係顯示於生坯片材之厚度方向設置有2個生坯片材層合體11A之結構體，但生坯片材層合體11A之數目亦可為3以上。例如，如圖6所示，結構體30亦可具備於薄片之厚度方向所設置的4個生坯片材層合體11A。圖6之結構體30的情況亦與圖1之結構體10同樣地，於各自的生坯片材層合體11A之兩面係設置有區隔構件12a~12h。進一步地，於設置於生坯片材層合體11A間的2個區隔構件之間，亦即區隔構件12b及12c之間、區隔構件12d及12e之間、區隔構件12f及12g之間，分別設置有複數個隔片13，藉此形成空間部。藉由該空間部，使伴隨黏合劑樹脂之分解的分解氣體通過，藉此可將分解氣體排出於結構體30之外部，於脫脂步驟中，容易抑制生坯片材之破裂或翹曲，以及脫脂殘留。

圖6中，係顯示設置有複數個隔片13之態樣，但亦可如圖7般，使用附溝槽之板15來取代隔片13。圖7中亦同樣地，於設置於生坯片材層合體11A間的2個區隔構件之間，亦即區隔構件12b及12c之間、區隔構件12d及12e之間、區隔構件12f及12g之間，分別設置有附溝槽之板15。該附溝槽之板15之溝槽之部分係成為空間部，可將分解氣體排出於結構體30之外部，於脫脂步驟中，容易抑制生坯片材之破裂或翹曲，以及脫脂殘留。

結構體中之生坯片材層合體之數目不特別限定，就生產效率提高之觀點及抑制分解氣體所致的不良狀況之觀點等，較佳為2~20、更佳為2~12、又更佳為3~10。

生坯片材層合體，係層合複數個生坯片材而形成。生坯片材層合體，就生產效率提高之觀點及抑制分解氣體所致的不良狀況之觀點等，更佳為層合生坯片材10片以上且未達40片者、又更佳為層合10~30片者、又再更佳為層合10~20片者。

＜生坯片材＞上述之生坯片材層合體，係層合複數個生坯片材而形成。生坯片材之厚度不特別限制，就操作性等之觀點，例如為0.1~50mm，較佳為0.1~10mm、更佳為0.3~5mm、又更佳為0.3~3mm、又再更佳為0.3~1mm。生坯片材之尺寸(寬、長度)，較佳係與上述區隔構件之尺寸相同程度，或小於區隔構件之尺寸，例如，寬較佳為170~200mm、長度較佳為220~260mm。

生坯片材含有陶瓷粉末、燒結助劑，及黏合劑樹脂。以下說明生坯片材中含有的各成分。

(陶瓷粉末) 陶瓷粉末不特別限制，較佳為氮化矽粉末、氮化鋁粉末、氮化硼粉末等之氮化物系陶瓷粉末，其中尤佳為氮化矽粉末。若使用氮化矽粉末，則可得到高強度，且熱傳導性及絕緣性優良的燒結體。氮化矽粉末可使用一般可獲得者，可無特別限制地使用以還原氮化法、直接氮化法、醯亞胺分解法等各種製法所製造的氮化矽粉末。

陶瓷粉末之平均粒徑D ₅₀不特別限定，就燒結容易進行等之觀點，較佳為0.5~10μm、更佳為1~3μm。平均粒徑D ₅₀，為藉由雷射繞射散射法所測定之以50%體積基準的值。陶瓷粉末之比表面積不特別限定，較佳為2~20m ²/g、更佳為5~15m ²/g。比表面積係使用以氮氣吸附所進行的BET1點法來測定。

陶瓷粉末為氮化矽粉末時，氮化矽粉末之β化率較佳為80%以上。β化率為80%以上之氮化矽粉末，即使不設定嚴格的製造條件亦可得到，故能夠以比較低成本來製造。因此，藉由使用β化率高的氮化矽粉末，可抑制氮化矽燒結體全體之製造成本。又，藉由將β化率設定為高，可進一步將α氮化矽粒子燒成時對於β氮化矽粒子引發變態時所攝入的氧量抑制為少。此處氮化矽粉末之β化率，較佳為85%以上、更佳為90%以上。

再者，氮化矽粉末之β化率，意指相對於氮化矽粉末中α相與β相之合計而言，β相之尖峰強度比例[100×(β相之尖峰強度)/(α相之尖峰強度+β相之尖峰強度)]，可藉由使用了CuKα線之粉末X射線繞射(XRD)測定而求得。更詳細而言，可藉由以C.P.Gazzara and D.R.Messier:Ceram.Bull.,56(1977),777-780記載之方法算出氮化矽粉末之α相與β相之重量比例來求得。

(燒結助劑) 燒結助劑可列舉金屬氧化物、不具備氧之化合物等，較佳為合併使用金屬氧化物與不具備氧之化合物。藉由使用金屬氧化物，陶瓷粉末之燒結容易進行，容易得到更緻密且強度高的燒結體。藉由使用不具備氧之化合物，容易得到熱傳導率高的陶瓷燒結體。

金屬氧化物可列舉氧化釔(Y ₂O ₃)、氧化鎂(MgO)、氧化鈰(CeO)等。此等之中尤佳為氧化釔。金屬氧化物可單獨使用1種、亦可合併使用2種以上。

上述不具備氧之化合物，較佳為含有稀土類元素或鎂元素之碳氮化物系之化合物(以下亦稱特定之碳氮化物系之化合物)。藉由使用如此之特定之碳氮化物系之化合物，容易得到熱傳導率高的陶瓷燒結體。

含有稀土類元素之碳氮化物系之化合物中，稀土類元素較佳為Y(釔)、La(鑭)、Sm(釤)、Ce(鈰)等。

含有稀土類元素之碳氮化物系之化合物，例如可列舉Y ₂Si ₄N ₆C、Yb ₂Si ₄N ₆C、Ce ₂Si ₄N ₆C等，此等之中就容易得到熱傳導率高的陶瓷燒結體之觀點，尤佳為Y ₂Si ₄N ₆C、Yb ₂Si ₄N ₆C。含有鎂元素之碳氮化物系之化合物，例如可列舉MgSi ₄N ₆C等。此等特定之碳氮化物系之化合物可單獨使用1種、亦可合併使用2種以上。上述含有稀土類元素或鎂元素之碳氮化物系之化合物中，尤特佳的化合物為Y ₂Si ₄N ₆C、MgSi ₄N ₆C。

燒結助劑中所含有的以前述特定之碳氮化物系之化合物為代表的不具備氧之化合物與金屬氧化物之質量比(不具備氧之化合物/金屬氧化物)，較佳為0.2~4、更佳為0.6~3。若為如此之範圍，容易得到緻密且熱傳導率高的陶瓷燒結體。

生坯片材中之燒結助劑之含量不特別限制，相對於陶瓷粉末100質量份而言，較佳為3~50質量份、更佳為3~30質量份、又更佳為5~15質量份。

＜黏合劑樹脂＞生坯片材含有黏合劑樹脂，藉由黏合劑樹脂使陶瓷粉末結著。黏合劑樹脂不特別限定，可列舉聚乙烯醇、聚乙烯縮丁醛、甲基纖維素、海藻酸、聚乙二醇、羧基甲基纖維素、乙基纖維素、丙烯酸樹脂等。生坯片材中之黏合劑樹脂之含量，相對於陶瓷粉末100質量份而言，較佳為1~40質量份、更佳為5~30質量份。

生坯片材中，亦可含有陶瓷粉末、黏合劑樹脂，及燒結助劑以外之其他成分。其他成分例如可列舉可塑劑、作為分散劑使用之界面活性劑等。可塑劑可列舉聚乙二醇、甘油等之多元醇類、鄰苯二甲酸二丁酯等之鄰苯二甲酸酯類等。可塑劑亦可混合2種以上使用。界面活性劑可列舉羧基化三氧乙烯十三烷基醚、二甘油單油酸酯、二甘油單硬脂酸酯、羧基化七氧乙烯十三烷基醚、四甘油單油酸酯、六甘油單油酸酯、山梨醇酐月桂酸酯、山梨醇酐油酸酯、山梨醇酐三油酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐單月桂酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐單油酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐三油酸酯等。再者，此等界面活性劑亦可混合2種以上使用。

生坯片材可藉由將含有上述陶瓷粉末、燒結助劑、黏合劑樹脂及溶劑之成形用組成物進行薄片成形而得到。成形用組成物，亦可含有上述之其他成分。溶劑之種類不特別限定，只要依所使用之陶瓷粉末及黏合劑樹脂之種類適當選擇即可，可使用有機溶劑或水。有機溶劑例如可列舉丙酮等之酮類、乙醇及丁醇等之醇類、甲苯等之芳香族烴類、乙酸乙酯、乙酸丁酯等之酯類，或三氯乙烯、四氯乙烯等之鹵化烴類等。成形用組成物中之溶劑之含量，例如，相對於陶瓷粉末之量、燒結助劑之量及黏合劑樹脂之合計100質量份而言，通常可由50~150質量份之範圍選擇。再者，關於相對於成形用組成物中陶瓷粉末100質量份而言的燒結助劑之量或黏合劑樹脂之量，係與生坯片材中所說明之量相同。

成形用組成物，為將陶瓷粉末、燒結助劑、黏合劑樹脂及溶劑混合所得之漿料狀之組成物。將成形用組成物調製後，藉由進行薄片成形並乾燥，可得到生坯片材。進行薄片成形之方法不特別限定，較佳藉由刮刀法來薄片成形。乾燥溫度只要依所使用之溶劑適當選擇即可，例如可為室溫(25℃)~150℃左右。

＜脫脂步驟＞本發明之陶瓷燒結體之製造方法，具備藉由將上述結構體加熱而進行的脫脂步驟。脫脂步驟中之加熱，可於惰性氣體環境下進行、亦可於空氣中進行，較佳於空氣中進行。再者，本說明書中，惰性氣體環境意指於氮環境下或氬環境下。脫脂步驟中之加熱溫度，只要依陶瓷粉末及黏合劑樹脂之種類或氣體環境的不同適當選擇即可，例如由450~650℃之範圍任意選擇。又，加熱時間例如為1~7200分鐘左右、特佳為2000~6000分鐘左右。本發明中，如上所述，於結構體設置空間部，容易排出伴隨脫脂步驟中之黏合劑樹脂之分解所產生的分解氣體，因此可防止分解氣體所致之各種不良狀況。因此，就生產效率之觀點，亦可將脫脂步驟中之加熱溫度設定在較高。脫脂步驟及燒成步驟，例如可將上述結構體導入於附熱源之碳製之容器等來進行。

＜燒成步驟＞如上所述，於進行將具備生坯片材層合體之結構體加熱的脫脂步驟後，藉由進行燒成步驟，將陶瓷粉末燒結。燒成步驟可於惰性氣體環境下進行、亦可於空氣中進行，較佳於惰性氣體環境下進行。燒成可於常壓下進行、亦可於加壓下進行。燒成溫度不特別限定，就燒結進行的容易性或抑制陶瓷粉末之分解等之觀點，例如為1200~1900℃。又，燒成時間不特別限定，較佳為3~20小時左右。燒成溫度較佳依陶瓷粉末之種類適當設定，例如若陶瓷粉末為氮化矽粉末，則燒成溫度較佳為1700~1900℃，若陶瓷粉末為氮化鋁粉末，則燒成溫度較佳為1700~1800℃，若陶瓷粉末為氮化硼粉末，則燒成溫度較佳為1700~1800℃。

藉由上述脫脂步驟及燒成步驟，結構體中之生坯片材係成為板狀之陶瓷燒結體。本發明在脫脂步驟中，生坯片材之破裂或翹曲被抑制，因此經燒成步驟所得之陶瓷燒結體成為形狀安定性良好，生產效率亦優良者。又，本發明中，於脫脂步驟中抑制脫脂殘留，故於燒成步驟中所得之陶瓷燒結體，以脫脂殘留為原因的雜質少，成為高品質的燒結體。

本發明之陶瓷燒結體，可依原料之陶瓷粉末之種類，使用於各種工業材料。例如氮化矽燒結體的情況，可利用作為渦輪增壓器轉子、柴油引擎之火星塞或熱火星塞、挺桿、噴油嘴連桿等之汽車零件、研削用晶片、氣渦輪用渦輪葉片或燃燒室壁等之熱機及熱交換器構件、熱電偶保護管、噴嘴、噴嘴外蓋、塑性加工用轉子、鋁熔融零件、研磨布修整片、馬達軸、軸承、釣具導線器等之耐磨耗性零件、IC用檢查台、夾持器、夾盤、推高台等之半導體製造裝置零件、高頻電晶體或功率元件用之電絕緣基板等。進一步地，藉由與碳化矽纖維成為複合材料，亦可利用作為要求高信賴性之噴射引擎用之渦輪葉片。 [實施例]

以下為了進一步具體說明本發明，係敘明實施例，但本發明不被此等之實施例所限定。

實施例及比較例中係使用以下之材料。

區隔構件係使用氮化硼板(厚度3mm、寬200mm、長度260mm)。隔片A係使用正方形狀之氮化硼板(厚度1mm、寬50mm、長度50mm)。隔片B係使用細長狀之氮化硼板(厚度1mm、寬25mm、長度260mm)。附溝槽之板，係使用於兩面形成有截面V字型之溝槽的氮化硼板(厚度1mm、寬200mm、長度260mm)。溝槽係於氮化硼板之長度方向由一端形成至另一端，溝槽之深度為0.3mm、溝槽之寬為2mm，鄰接之溝槽彼此之間隔為18mm。

(陶瓷粉末) 陶瓷粉末係使用以下之氮化矽粉末。氮化矽粉末平均粒徑D50 1.8μm 比表面積 7m ²/g β化率 99%

(燒結助劑) 1.不具備氧之化合物 Y ₂Si ₄N ₆C粉末、MgSi ₄N ₆C粉末就Y ₂Si ₄N ₆C粉末而言，係將氧化釔(信越化學工業股份有限公司製)、氮化矽粉末(上述記載之自家公司製粉末)及碳粉末(三菱化學製)，使用下述反應式進行加熱合成來製作。 8Si ₃N ₄+6Y ₂O ₃+15C+2N ₂→6Y ₂Si ₄N ₆C+9CO ₂就MgSi ₄N ₆C粉末而言亦同樣地，使用下述反應式進行加熱合成來製作。 Si ₃N ₄+MgSiN ₂+C→MgSi ₄N ₆C 2.金屬氧化物氧化釔(Y ₂O ₃)･･信越化學工業股份有限公司製

(黏合劑) 黏合劑係使用水系樹脂黏合劑之聚乙烯醇(JAPAN VAM & POVAL股份有限公司)。

(生坯片材之製造) 將氮化矽粉末100質量份、不含氧之化合物Y ₂Si ₄N ₆C 2質量份、MgSi ₄N ₆C 5質量份、氧化釔3質量份，及水導入於樹脂罐，使用氮化矽球，以球磨機進行粉碎混合24小時。再者，水係以漿料濃度成為60wt%的方式預先秤量，投入樹脂罐內。粉碎混合後，添加水系樹脂黏合劑22質量份，進一步進行12小時混合，得到漿料狀之成形用組成物。接著，將該成形用組成物藉由真空脫泡機(Sayama理研製)進行黏度調整。之後，將該經黏度調整之成形用組成物藉由刮刀法進行薄片成形，得到厚度0.4mm之生坯片材。將所得之生坯片材切斷為寬200mm、長度260mm，使用於各實施例及比較例。

[實施例1] 製作4個如上述般製造的生坯片材層合有10片而得的生坯片材層合體。然後，使用上述之區隔構件、隔片A，如圖6所示般製作於薄片之厚度方向具備4個生坯片材層合體的結構體30。此時，設置於各區隔構件間之隔片A的個數各為5個，以圖3之右圖所示之態樣進行配置。接著，將該結構體導入於附熱源之碳製之容器中，於乾燥空氣中550℃之溫度下加熱72小時，進行脫脂步驟。之後，於氮環境及0.02MPa･G之壓力下，於1780℃進行9小時燒成。觀察脫脂步驟後之生坯片材及燒成後之燒結體的結果，未確認到翹曲及破裂，亦未確認到脫脂殘留。

[實施例2] 製作4個如上述般製造的生坯片材層合有10片而得的生坯片材層合體。然後，使用上述之區隔構件、隔片B，如圖6所示般製作於薄片之厚度方向具備4個生坯片材層合體的結構體30。此時，設置於各區隔構件間之隔片B的個數各為3個，以圖3之左圖所示之態樣進行配置。接著，將該結構體導入於附熱源之碳製之容器中，於乾燥空氣中550℃之溫度下進行脫脂步驟。之後，於氮環境及0.02MPa･G之壓力下，於1780℃進行9小時燒成。燒成後觀察生坯片材之結果，未確認到薄片之翹曲及破裂，亦未確認到脫脂殘留。

[實施例3] 製作如上述般製造的生坯片材層合有10片而得的生坯片材層合體。然後，使用上述之區隔構件、附溝槽之板，如圖7所示般製作於薄片之厚度方向具備4個生坯片材層合體的結構體40。接著，將該結構體導入於附熱源之碳製之容器中，於乾燥空氣中550℃之溫度下進行脫脂步驟。之後，於氮環境及0.02MPa･G之壓力下，於1780℃進行9小時燒成。燒成後觀察生坯片材之結果，未確認到薄片之翹曲及破裂，亦未確認到脫脂殘留。

[實施例4] 製作2個如上述般製造的生坯片材層合有20片而得的生坯片材層合體。然後，使用上述之區隔構件、隔片A，如圖8所示般，製作於薄片之厚度方向具備2個生坯片材層合體11A的結構體，其係於設置於生坯片材層合體11A間的2個區隔構件12b及12c之間形成有空間部的結構體50。此時，設置於區隔構件間之隔片A(圖8中為隔片13)係以圖3之右圖所示之態樣進行配置。接著，將該結構體導入於附熱源之碳製之容器中，於乾燥空氣中550℃之溫度下加熱72小時，進行脫脂步驟。之後，於氮環境及0.02MPa･G之壓力下，於1780℃進行9小時燒成。觀察脫脂步驟後之生坯片材及燒成後之燒結體的結果，未確認到翹曲及破裂，亦未確認到脫脂殘留。

[比較例1] 製作如上述般製造的生坯片材層合有40片而得的生坯片材層合體11A。然後，使用上述之區隔構件，如圖9之左圖所示般，製作將生坯片材層合體11A配置於2個區隔構件12之間而得的結構體60。接著，將該結構體導入於附熱源之碳製之容器中，於乾燥空氣中550℃之溫度下進行脫脂步驟。之後，於氮環境及0.02MPa･G之壓力下，於1780℃進行9小時燒成。觀察脫脂步驟後之生坯片材及燒成後之燒結體的結果，確認到翹曲及破裂以及脫脂殘留。將於燒成後觀察燒結體之結果作為圖9之右圖而示意性顯示。確認到如圖9右圖之X所示之燒結體之翹曲或破裂。又，如Y所示般，於燒結體上亦確認到脫脂殘留。

[比較例2] 製作4個如上述般製造的生坯片材層合有10片而得的生坯片材層合體11A。然後，使用上述之區隔構件，如圖10所示般，製作於薄片之厚度方向具備4個生坯片材層合體11A的結構體70。該結構體70係如圖10所示般，區隔構件12(12a~12f)與生坯片材層合體11A交互地層合，與上述實施例不同地，於生坯片材層合體11A間未設置空間部。接著，將該結構體70導入於附熱源之碳製之容器中，於乾燥空氣中550℃之溫度下加熱72小時，進行脫脂步驟。之後，於氮環境及0.02MPa･G之壓力下，於1780℃進行9小時燒成。觀察脫脂步驟後之生坯片材及燒成後之燒結體的結果，與比較例1同樣地確認到翹曲及破裂以及脫脂殘留。具體而言，於第4段之層合體(區隔構件12a與12b之間的層合體)，確認到生坯片材及燒結體之翹曲及破裂。於第3段之層合體(區隔構件12b與12c之間的層合體)、第2段之層合體(區隔構件12c與12d之間的層合體)，及第1段之層合體(區隔構件12d與12f之間的層合體)，確認到脫脂殘留。

10:結構體 11a:生坯片材 11A:生坯片材層合體 12:區隔構件 12a~12g:區隔構件 13:隔片 13a~13d:隔片 14:空間部 15:附溝槽之板 16a~16c:溝槽 20,30,40,50,60,70:結構體

[圖1]示意性顯示本發明之結構體之一實施形態的截面圖。 [圖2]說明隔片之形狀的截面圖。 [圖3]說明隔片之配置方法的上視圖。 [圖4]示意性顯示本發明之結構體之其他實施形態的截面圖。 [圖5]說明附溝槽之板之形狀的截面圖。 [圖6]示意性顯示本發明之結構體之其他實施形態(實施例1及2中使用之結構體)的截面圖。 [圖7]示意性顯示本發明之結構體之其他實施形態(實施例3中使用之結構體)的截面圖。 [圖8]示意性顯示實施例4中使用之結構體的截面圖。 [圖9]示意性顯示比較例1中使用之結構體之截面及實驗結果的圖。 [圖10]示意性顯示比較例2中使用之結構體的截面圖。

10:結構體

11a:生坯片材

11A:生坯片材層合體

12a~12d:區隔構件

13:隔片

14:空間部

Claims

一種陶瓷燒結體之製造方法，其係具備將層合有複數個含有陶瓷粉末、燒結助劑及黏合劑樹脂之生坯片材(green sheet)的生坯片材層合體脫脂之步驟的陶瓷燒結體之製造方法，其係準備結構體，該結構體具備設置於薄片之厚度方向的複數個生坯片材層合體，與設置於各個生坯片材層合體之兩面的區隔構件，且於設置於前述生坯片材層合體間的2個區隔構件之間，設置有可使伴隨黏合劑樹脂之分解所產生的分解氣體通過之空間部，且藉由將前述結構體加熱來進行前述脫脂之步驟。
如請求項1之陶瓷燒結體之製造方法，其中前述空間部，係藉由設置於2個區隔構件之間的隔片(spacer)而形成。
如請求項1之陶瓷燒結體之製造方法，其中前述空間部，係藉由於2個區隔構件之間設置附溝槽之板而形成。
如請求項1~3中任一項之陶瓷燒結體之製造方法，其中前述生坯片材層合體，為層合有10片以上且未達40片的前述生坯片材者。
如請求項1~4中任一項之陶瓷燒結體之製造方法，其中前述區隔構件為氮化硼板。
如請求項1~5中任一項之陶瓷燒結體之製造方法，其中前述區隔構件之厚度為1~5mm。