JP2788061B2

JP2788061B2 - 焼成用治具及びその製造方法

Info

Publication number: JP2788061B2
Application number: JP1133266A
Authority: JP
Inventors: 稔正真野; 幹生下方; 卓二 ▲吉▼村
Original assignee: Kanebo Ltd
Current assignee: Kanebo Ltd
Priority date: 1989-05-26
Filing date: 1989-05-26
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: JPH031090A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はセラミックスコンデンサー等の機能性セラミ
ックスの焼成に用いる焼成用治具及びその製造方法に関
する。

（従来の技術）セラミックスコンデンサーに代表される機能性セラミ
ックスはアルミナ質，ムライト質，ジルコニア質等の緻
密体や多孔質体を焼成用治具として用いる事により製造
されて来た。しかし近年、機能性セラミックスの製造コ
ストを低減する為に、焼成過度を高めて焼成に要する時
間を短縮する方法。焼成炉の断熱性を高め、焼成用治具
を軽量化して、熱エネルギー損失を低減する方法。工程
を極力自動化して、省力化を計る。等々の方策が採られ
つつあり、焼成用治具はより軽量で耐熱衝撃性に優れ、
且つ高純度なものが求められている。こうした動向に対
応して、近年シリカ−アルミナ質の無機質繊維を主体と
して、その空隙をアルミナ粒子で充填した構造を有する
軽量セッターが開発され、本用途に用いられている。こ
の軽量セッターは全体を多孔質体とする事により軽量化
を計り、無機質繊維を用いる事により、耐熱衝撃性及び
高純度な特性を賦与しようとするものである。

一般にセラミックス多孔体はスポンジ状の有機質フ
ォームの表面にセラミックススラリーを付着せしめて焼
成する方法。ウレタン樹脂等の有機物にセラミックス
粉体を混入した後、これを発泡・硬化せめて焼成する方
法。セラミックス粒子を緻密に焼結せずに空間を残し
ておく方法。クルミ殻，モミ殻，発泡スチロール球等
焼却可能な気孔形成材を予め混入しておいた後、これを
焼成する方法等が知られているがいずれも強度が低く、
本用途に用いる事は出来ない。

前記軽量セッターはシリカ−アルミナ質繊維を約50％
以上含有せしめて初めて、その目的とする特性が得られ
る。このシリカ−アルミナ質繊維には少なくとも５％以
上のシリカ成分が、含有されている。その為、軽量セッ
ターには必然的にシリカ成分が導入される事になるが、
このシリカ成分は、被焼成物（例えばチタン酸バリウ
ム）との反応性に富み、結果的に被焼成物を化学的に汚
染する事となり軽量セッターの寿命を短かくする事とも
なる。更にシリカ−アルミナ質繊維は高温度での長時間
の使用により、ムライト質の結晶の生成に起因する強度
劣化に伴なう脆化現象が著しく、軽量セッターの性能低
下を招く。こうしたシリカ−アルミナ質繊維に起因する
問題点を解決する為には、高純度アルミナ繊維を使用す
る方法が考えられるが、現状では極めて高価であり、実
用に供する事は出来ない。

（発明が解決しようとする課題）本発明者らは上記問題点に鑑み鋭意研究を続けた結果
本発明を完成したものであってその目的とするところは
軽量で長期に亘り、優れた耐熱衝撃性、及び強度を保持
し、且つシリカ成分が極めて少なく、非焼成物を汚染す
る恐れのない焼成用治具及びその製造方法を提供するに
ある。

（課題を解決するための手段）上記の目的はシリカ成分が１重量％以下の高純度アル
ミナ質より成り、気孔率が50〜90％で、且つ気孔形状が
直径600μｍ以下の球状連通構造を有する焼成用治具、
並びに直径が750μｍ以下の熱溶融型樹脂ビーズと粒径
１μｍ以下でシリカ成分が１重量％以下の高純度アルミ
ナ質粉体とより成り、樹脂ビーズの体積分率が50〜90％
である粒径が1mm以下の顆粒を乾式プレス法で成型する
事を特徴とする焼成用治具の製造方法により達成され
る。

本発明において重要なことは、実質的に無機質繊維を
含有しない、換言するとシリカ成分の含有量が極めて少
ないセラミックス多孔体にて前記軽量セッターの有する
特性を賦与した点にある。

本発明の焼成用治具は高純度のアルミナ質より成るも
のであり、特にシリカ分は１重量％以下、好ましくは0.
5重量％である。１重量％を越えると被焼成物とシリカ
成分との反応が起り、被焼成物を化学的に汚染し、その
商品物性を損なわしめ、更には、焼成用治具自身の寿命
が短かくなる。

高純度アルミナ質の粉体は、焼成時にアルミナ粒子が
異常に粒子成長するのを抑える為に、0.5％以下の割合
で酸化マグネシウムを含有するのが望ましい。

本発明の焼成用治具は軽量化を計る為に、多孔質とす
る。気孔率は50〜90％である。気孔率が50％未満である
と得られる焼成用治具の密度が高くなり軽量化という目
的に合致しない。更に後述する様に、連通とすべき気孔
構造が独立気孔構造となり耐熱衝撃性が劣り好ましくな
い。一方気孔率が90％を越えると強度が低下する。

本発明に於いて気孔形状は球状でなくてはならない。
球状以外の異形状であると得られる製品の強度が低くな
る。更にその気孔の直径は600μｍ以下、好ましくは50
〜300μｍの範囲である。600μｍを越えると得られる製
品の強度が低くなり、更にその表面の平滑性が損われ
る。一方、それぞれの気孔は独立でなく連通構造とする
必要がある。連通気孔とする事により、製品の熱伝導率
が高くなりその耐熱衝撃性は優れたものとなる。一方電
子部品等を焼成する際に、被焼成物間の焼成温度むらが
少なくなり、得られる製品の物性が均一であるという特
長を有する。

本発明に用いる原料は高純度アルミナ質粉体であり、
前述の如く、シリカ成分が１重量％以下のものを使用す
るが、焼結性よりその粒子径は小さいものが望しく、そ
の平均粒径は１μｍ以下、好ましくは0.3〜0.8μｍであ
る。１μｍを越えると焼結性が劣り、得られる製品の強
度が低くなる。

本発明に於いて、気孔は直径が750μｍ以下の熱溶融
型樹脂ビーズを気孔形成材として用いる。球状樹脂ビー
ズを用いる事により球状気孔を得る事が出来る。本発明
の焼成用治具は高純度である必要がある。その為には骨
格部分は緻密で強固なものとする必要があり、焼成収縮
率は８％以上とすべきであり、逆に20％を越えると焼上
り寸法精度が劣る。従って球状樹脂ビーズは最大見積っ
て750μｍとしてはじめて、600μｍ以下の気孔を形成せ
しめる事が出来る。球状樹脂ビーズの素材として、熱溶
融型樹脂を用いるのが好適である。熱不融型樹脂ビー
ズ、例えばエポキシ，フェノール，尿素，メラミン等の
樹脂ビーズの使用は脱脂工程で緻細なクラックを発生
し、得られる製品の強度が低い。熱溶融型樹脂として、
アクリル酸エステル，メタクリル酸エステル，スチレ
ン，エチレン，プロピレン，塩化ビニル等の重合体を挙
げることができる。更にナイロン，ポリエステル等を縮
合物を挙げることが出来る。これらは単独，共重（縮）
合，混合物等適宜性状で使用できる。

本発明において、成型用原料は前記の熱溶融型樹脂ビ
ーズと高純度アルミナ質粉体との単なる混合物を用いる
のでなく、それらを複合化した顆粒として使用する。即
ちその製造法の一例を示すと以下の通りである。高純度
アルミナ質粉体はポリピニルアルコール，メチルセルロ
ース，エチルセルロース，カルボキシメチルセルロー
ス，ポリカルボン酸塩等のバインダーや、ワックスエマ
ルジョン，鉱物油エマルジョン等の平滑剤等を添加し
て、スプレードライヤーや流動層造粒機等の公知の造粒
機を用いて直径10〜600μｍ、好ましくは30〜200μｍ、
更に好ましくは50〜100μｍの粒状物の形態とする。こ
の際バインダーの添加量は３〜５％が好適である。粒状
物と樹脂ビーズは更に適当量のバインター及び水分を添
加し、再造粒する。再造粒粒子を乾燥後、整粒して顆粒
を得る。樹脂ビーズと高純度アルミナ質粉体との体積分
率は得られる製品の気孔率を決定する重要な因子であ
る。前記の通り樹脂ビーズの体積分率は50〜90％とす
る。顆粒の直径は後述する成型作業性及び焼成性に極め
て大きな影響を与えるものである。顆粒の直径は1mm以
下、好ましくは300〜500μｍである。1mmを越えると製
品中に密度むらが発生し、不均質な構造となり、結果的
に強度低下を招く。一方顆粒の直径が小さ過ぎると同様
に強度が低下する傾向が見られる。

本発明に用いる顆粒の水分量は、成型作業性より0.3
〜５％が好ましい。

本発明の焼成用治具は、乾式プレス法により成型され
る。本発明にて示す基本組成の原料は、添加する樹脂バ
インダーの種類及び水分量等を適宜選択する事により、
押出成型法，鋳込成型法，半乾式プレス法等の方法によ
り成型は可能であるが、多孔組織の不均一，独立気孔の
形成による熱伝導率の低下による耐熱衝撃性の劣化を招
く。

本発明において、成型体は公知の方法で脱脂・焼成す
る事により製造する事が出来る。例えば、電気炉，ガス
炉等の酸化雰囲気で脱脂・焼成する方法や、酸化雰囲
気、場合により不活性ガス雰囲気に調整した樹脂炉で予
め樹脂成分を熱分解した後、高温炉で焼成する方法を挙
げる事が出来る。焼成温度は1400〜1700℃，好ましくは
1550〜1650℃である。

本発明の焼成用治具は、被焼成物の組成に応じ、必要
ならば、被焼成物との反応をより完全に防止する為に、
その表面に酸化ジルコニウム，酸化アルミニウム等のセ
ラミックス質のコーティング層を適宜に設けることが出
来る。コーティング層は通常、焼成用治具の表面にセラ
ミックススラリーをスプレー法，刷毛塗り法，ローラー
塗り法，浸漬法等の方法で塗布した後、再焼成（焼付
け）する事により形成される。コーティング用セラミッ
クスの粒度や再焼成温度及び時間を適宜選定する事によ
り、コーティング層の緻密性は制御される。

（発明の効果）本発明の焼成用治具は軽量で長期に亘り優れた耐熱衝
撃性及び強度を保持し、且つシリカ成分が極めて少な
く、非焼成物を汚染する恐れが少なく、特に電子部品の
焼成用セッターとして好適である。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。な
お実施例中「部」とあるは「重量部」を意味し各物性の
測定及び評価は以下の方法で行った。

〈曲げ強度〉 100×50×5mm寸法の試験片を切り出しヘッドスピード
0.5mm/min,スパン50mmの条件で室温で、３点曲げテスト
を行ない計30点の測定値の平均を曲げ強度とした。

〈耐熱衝撃性〉 100×100×5mm寸法の室温で放置した試験片を1400℃
に保持した電気炉中に設置し、20分間保持した後、室温
に戻した。以上の急熱急冷処理を繰返し、試料が破損し
た繰返し回数をもって、耐熱衝撃性を評価した。

〈熱伝導率〉 50×100×20mm寸法の試験片を用いて、熱線法にて室
温の熱伝導率を測定した。

〈気孔率〉（１）式に基づき、焼結体の気孔率を算出した。ここ
でアルミナの理論密度を4.0g/cm³とした。

〈反応性〉チタン酸バリウム粉体の乾式プレス成型体（直径100m
m,厚さ5mm）をそれぞれの板状焼成体の上に乗せて、100
℃/hrの速度で昇温し、1350℃にて３時間保持した後、
炉冷した。室温迄冷却した焼成体の反応性を以下の方法
で判定した。

○：チタン酸バリウムとほとんど反応しないもの。

△：チタン酸バリウムとの反応が認められるが両者が
接合しないもの。

×：チタン酸バリウムとの反応が著しく、両者が接合
したもの。

実施例１シリカ0.3重量％，酸化マグネシウム0.1重量％その他
の不純物0.2重量％であり平均粒子径0.5μｍの高純度ア
ルミナ粉体100部に対し、ポリビニルアルコール３部，
ポリカルボン酸系分散剤0.5部より成る水性スラリーを
スプレードライヤーを用いて75μｍ径の粒状物を製造し
た。得られた粒状物に含有される高純度アルミナ粉体と
スチレン／メタクリル酸メチルの共重合樹脂よりなる平
均粒径500μｍの樹脂ビーズとが体積分率で25対75％と
なる様に配合し、所定量のバインダーと水とを添加しつ
つ撹拌造粒した後、乾燥し、粒径が350〜400μｍとなる
様に整粒して、顆粒とした。顆粒を1000kg/cm²の圧力で
乾式プレスにて成型した後、ガス炉で500℃にて１時間
の脱脂を行い、次いで同じガス炉で1600℃にて３時間焼
成した。得られた焼成体の物性を第１表に示す。

比較例１シリカが0.3重量％，酸化マグネシウムが0.1重量％，
その他の不純物が0.2重量％であり、平均粒子径が0.5μ
ｍである高純度アルミナ粉体が45部，シリカが５重量
％，アルミナが95重量％であるアルミナ繊維（ICI社製
商品名Saffil）が55部よりなる水性スラリーを抄造機に
て一次成型した。次いで一次成型体をプレス機で更に圧
縮成型した後、乾燥して、1400℃にて５時間焼成した。
得られた焼成体の物性を第１表に示す。

実施例２第２表に示すシリカ含有量及び粒径が異なる種々のア
ルミナ原料を用い、実施例１と同様にして焼成体を製造
し、その物性を測定した。結果を第２表に示す。

実施例３粒状物の直径が85μｍとし、高純度アルミナ粉体とス
チレン／メタクリル酸メチルの共重合樹脂ビーズとの体
積分率を変化させ焼成温度を1575℃とする以外は、実施
例１と同様にして焼成体を製造し、その物性を測定し
た。結果を第３表に示す。

実施例４粒径を300〜400μｍに分級された各種気孔形成剤を用
いて、実施例３に示す実験No.11に準じて焼成体を製造
し、その物性を評価した。結果を第４表に示す。

実施例５シリカが0.2重量％，酸化マグネシウムが0.25重量
％、その他の不純物が0.3％重量％であり、平均粒径が
0.4μｍである高純度アルミナ粉体が100部に対し、ヒド
ロキシエチルセルロースが５部，ワックスエマルジョン
が２部，ポリカルボン酸系分散剤が0.4部より成る水性
スラリーをスプレードライヤーを用いて85μｍ径の粒状
物を作製した。得られた粒状物に含有される高純度アル
ミナ粉体とポリメタクリル酸メチルより成る各種粒径を
有する樹脂ビーズとが体積分率で35対65％となる様に配
合し、所定のバインダーと水とを添加しつつ、撹拌造粒
した後、乾燥し、次いで平均粒径が400〜450μｍとなる
ように整粒して、顆粒とした。顆粒を1500kg/cm²の圧力
で乾式プレスにて成型した後、電気炉で450℃にて0.5時
間の脱脂を行ない、次いで同じ電気炉で1600℃で４時間
焼成した。得られた焼成体の物性を第５表に示す。

ここで実験No.25の表面は粗く、平滑性に劣るもので
あった。

実施例６顆粒の平均粒径を種々変化させる以外は全て、実施例
５実験No.22に準じて試料を作成し、その物性を測定し
た。結果を第６表に示す。

比較例２実施例５に示す実験No.21の原料配合物を、スプレー
ドライヤーによる粒状物の作製や顆粒の作製を行なわ
ず、一度に混合し、杯土乃至スラリーを作製し、適宜、
鋳込成型法、押出成型法及び半乾式プレス法にてグリー
ン体を得た。グリーン体を風乾した後、実施例５に準じ
て、脱脂・焼成を行なったが、いずれも多孔体組織が極
めて不均質であり、耐熱衝撃性も２回以下と劣るもので
あった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C04B 35/64 C04B 38/00 - 38/10 F27D 3/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シリカ成分が１重量％以下の高純度アルミ
ナ質より成り、気孔率が50〜90％で、且つ気孔形状が直
径600μｍ以下の球状連通構造を有する焼成用治具。
【請求項２】直径が750μｍ以下の熱溶融型樹脂ビーズ
と粒径１μｍ以下でシリカ成分が１重量％以下の高純度
アルミナ質粉体とより成り、樹脂ビーズの体積分率が50
〜90％である粒径が1mm以下の顆粒を乾式プレス法で成
型することを特徴とする焼成用治具の製造方法。