JPH06144946A

JPH06144946A - マグネシア質多孔体及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06144946A
Application number: JP32149792A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Hirata; 博康平田; Kyoichi Ichinoseki; 共一一ノ関; Masataka Suzuki; 正隆鈴木
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1992-11-06
Filing date: 1992-11-06
Publication date: 1994-05-24

Abstract

(57)【要約】【目的】軽量で熱容量の小さく、且つ、曲げ強度が大
きな耐急熱・急冷性に優れ、特に、電子部品等の焼成セ
ッター部材等に使用可能なマグネシア質多孔体の提供。【構成】マトリックス部を構成するマグネシア粉末と
該マグネシア粉末に均一に分散してなる空孔部とを有す
る成形体を焼成して多孔質状に形成されてなり、該マト
リックス部の密度が理論値の９５％以上であることを特
徴とするマグネシア質多孔体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マグネシア質多孔体及
びその製造方法に関し、更に詳しくは、軽量で熱容量の
小さく、且つ、曲げ強度が大きく、耐急熱・耐急冷性に
優れ、特に、電子部品等の焼成セッター部材等に使用可
能なマグネシア質多孔体及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子部品等のセラミックスの焼成におい
ては、各種の焼成部材が用いられている。例えば、焼成
時に成形体を載置する台座、即ちセッター等の軽量焼成
治具は、従来、アルミナファイバーを主成分としてシリ
カ化合物で結合した材質のものが使用されている。一般
に、電子部品としては、材料にチタン酸系材を用いたコ
ンデンサーや圧電素子等が代表的に挙げられる。これら
のチタン酸系材を構成する一種のチタン酸バリウムは、
上記焼成治具に用いられるアルミナと反応するため、通
常、ジルコニアで被覆して用いていた。しかし、ジルコ
ニア被覆したアルミナの焼成治具は、基材のアルミナと
皮膜のジルコニアとの熱膨張率が異なり、長期間の使用
における加熱冷却の繰り返しによりジルコニア皮膜が剥
離し、ジルコニア皮膜片が焼成した電子部品に付着した
り、また、露出したアルミナとチタン酸系材が反応する
等の問題がある。

【０００３】一方、チタン酸系材としてチタン酸鉛を用
いた電子部品の場合は、焼成時に浸蝕性の酸化鉛ガスが
発生するため、鉛成分に対する耐蝕性が高いマグネシア
質材を用いた焼成治具が開発され用いられている。しか
し、従来用いられているマグネシア質材のマグネシア磁
器製焼成治具は、耐熱衝撃が小さく、割れやすい欠点が
あった。また、マグネシア質材の焼成治具等の製造にお
いて、水系成形材料を用いた場合、成形工程でマグネシ
ア原料が大きく膨潤し、次いで、焼成時に大きな収縮が
生じるため、焼成時にヒビや割れ等の欠陥が生じて製造
歩留が低下したり、製品の品質に信頼性が欠ける等の支
障が問題となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状を
鑑み、電子部品を構成するチタン酸材と反応しないため
焼成治具等の材料に用いられているマグネシア質材に関
して鋭意検討して、軽量で、且つ、熱容量が小さく、更
に、曲げ強度が大きく、耐急熱・耐急冷性に優れ耐熱衝
撃性の高いマグネシア質多孔体、及びそのマグネシア質
多孔体を高歩留で、且つ、均質で品質の信頼性の高い製
品を得る製造方法を提供することを目的とする。特に、
電子部品等の焼成セッター部材等焼成部材に使用可能な
マグネシア質多孔体及びその製造方法の提供を目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、マトリ
ックス部を構成するマグネシア粉末と、該マグネシア粉
末に均一に分散してなる空孔部とを有する成形体を焼成
して多孔質状に形成されてなり、該マトリックス部の密
度が理論値の９５％以上であることを特徴とするマグネ
シア質多孔体が提供される。

【０００６】更に、均一に分散安定化された微細泡を含
有するマグネア粉末スラリーを用いて成形体を形成し、
乾燥後、マトリックス部の密度が理論値の９５％以上の
焼成体となるように該成形体を焼成することを特徴とす
るマグネシア質多孔体の製造方法が提供される。

【０００７】

【作用】本発明は上記のように構成され、原料マグネシ
ア粉末と空孔部とを均一に分散させて成形体を得た後、
乾燥し、更に所定温度以上で所定の高密度を有するよう
に焼成するため、軽量、且つ、低熱容量で、耐熱衝撃性
に優れるマグネシア質多孔焼成体が得られる。また、本
発明の方法では、微細泡を含有するマグネシア粉末スラ
リーを成形用原料として用いるため、得られる成形体に
おいても微細泡が均一に分散した状態に保持され、且
つ、成形体性状が均質化される。また、原料マグネシア
粉末が耐水和性であり膨潤されないため、微細泡の分散
状態は乾燥時に多少変化するものの、焼成工程において
は微細泡に該当する孔径が若干収縮するのみであり、異
常に収縮したり割れたりすることがなく微細孔の均一な
分散状態に変化はない。従って、成形体の均一な多孔状
態を保持しつつ多孔焼成体を形成し、品質の信頼性が上
昇すると共に、焼成欠陥の発生は低減し製造歩留が上昇
する。

【０００８】以下、本発明について、詳細に説明する。
本発明において用いられるマグネシア原料粉末は、耐水
和性であればよく、一般にセラミックス製造等で用いら
れるマグネシア粉末を用いることができ、特に制限され
るものでない。通常、マグネシア純度約９９．７％以上
で、平均粒径約１．５〜５．５μｍで、好ましくは約
０．２〜３．５μｍの微粉のマグネシア原料粉末が用い
られる。マグネシア原料粉末が耐水和性でないと、成形
原料スラリーを調製したときに、マグネシア粉末が分散
媒の水分を吸収して膨潤し、成形体焼成時にひび割れ等
の欠陥が発生するため、好ましくない。耐水和性マグネ
シア粉末としては、例えば、高級耐火物として使用され
る電融マグネシアを用いることができる。また、海水法
により得られる海水マグネシアを用いる場合は、予め、
仮焼等の耐水和性処理を施して用いることができる。

【０００９】本発明の成形体は、マトリックス部と空孔
部とが均一に分散された状態に保持される。この場合、
成形原料としては、上記マグネシア原料粉末を、分散
媒、好ましくは水性分散媒に分散させてスラリーとした
後、適宜、攪拌することにより微細に泡立て、マグネシ
ア原料粉末スラリー中に微細泡が均一に分散された状態
で安定化されたものを用いることができる。本発明にお
いて、水性分散媒体以外にアルコール等の非水溶媒を用
いることもできるが、溶媒処理等でコストスラリー中の
微細泡は、均一な分散状態であればよく、特に、その形
態は制限されるものでない。匣鉢等気密性を要するもの
を形成する場合には、通常、微細泡の各々が閉じたよう
な形態で均一に分散保持されるように、攪拌泡立てて調
製するのが好ましい。

【００１０】また、成形原料スラリーは、上記耐水和性
マグネシア原料粉末を、超泡性を有するポリビニルアル
コール系等のスリップキャステイングバインダー及びス
テアリン酸アンモニウム等の微細泡の安定化のための整
泡剤、または、それらの水溶液と水等の水性分散媒体と
共に、ボールミル等の混合機で十分混合してスリップを
調整した後、攪拌機にて発泡するように攪拌して、形成
泡が微細泡として均一に分散され安定化するまで、十分
攪拌する。通常、所望の成形形状によりスラリー粘度が
１０００〜２０００ｃｐとなるように適宜選択して、１
〜２時間攪拌する。

【００１１】次いで、上記のようにして微細泡を安定的
に分散形成した成形原料スラリーを用いて、成形する。
本発明における成形は、通常、鋳込み成形で行うことが
好ましい。成形体の形状は、任意であり所望の形状に成
形することができる。成形体は、成形型から離型、また
は、離型せずに、約１００℃以下の温度で乾燥し、スラ
リー中の微細泡を保持固定した後、焼成する。この場
合、乾燥温度が１００℃を超えると微細泡内の空気が１
ａｔｍ以上となり好ましくない。

【００１２】本発明の焼成は、上記のようにして得られ
た成形体を、先ず仮焼してスラリーに添加したバインダ
ー等の有機成分を焼散させた後、更に、約１８００℃の
高温にて焼成する。焼成は、得られる焼成体のマグネシ
ア質多孔体のマトリックス部の密度が、理論値の９５％
以上であって、気孔率が３０〜９０％となるように、上
記温度範囲で適宜選択し、約４〜６時間で行うことがで
きる。この場合、密度が理論値の９５％未満であると、
クリープ強度面において、微細結晶となり粒界が多くな
るため得られる焼成体の曲げ強度が所定以上とならな
い。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明について、実施例に基づき更
に詳細に説明する。但し、本発明は、下記の実施例によ
り制限されるものでない。実施例１平均粒径５．８８μｍ、純度９９．８％の電融マグネシ
ア粉末１００重量部、ポリアクリル酸アンモン１重量
部、イオン交換水１００重量部及びポリビニルアルコー
ル（ＰＶＡ）２重量部をボールミルにて混合した。得ら
れた混合物に、ステアリン酸アンモン１重量部、アクリ
ル系バインダー５重量部及びイオン交換水２０重量部を
添加して、更に、混合攪拌して混合液を泡立て、微細泡
を分散形成し、微細泡を含有するスラリーを調製した。
その後、微細泡含有スラリーを、約時間静置してし
た。調製した微細泡含有スラリーを、直方成形型に鋳込
み成形し、次いで、成形型のまま乾燥機内で、約６０〜
７０℃で、約６時間乾燥して、スラリー中の微細泡を安
定化して、厚さ７．６ｍｍ、２９５×１４７（ｍｍ）の
直方成形体を作製した。

【００１４】作製した成形体を、焼成炉内で大気中１８
００℃で２時間焼成して焼成体を得た。得られた焼成体
は、厚さ６．５ｍｍ、２５０×１２５（ｍｍ）の直方体
であって、焼成による成形体の収縮率は、１５〜２０％
であった。目視観察による焼成体の外表面は細かな空孔
に覆われ、全体としては網目構造の多孔質体であった。
また、実体顕微鏡または走査型顕微鏡を用いて測定した
結果、空孔平均サイズは１００μｍ、気孔率は８５％、
かさ密度０．５ｇ／ｃｍ³ であった。得られたマグネシ
ア質多孔焼成体を、２００×１００×５（ｍｍ）に加工
し、チタン酸バリウム製品の焼成用セッターに用いた。
その結果、１５００℃の焼成に、１００回使用しても、
チタン酸バリウム製品と反応することなく、また、破損
もすることなかった。

【００１５】実施例２海水マグネシア粉末を、１０００℃で仮焼した平均粒径
３．０７μｍ、純度９７．５％のマグネシア粉末１００
重量部、ポリアクリル酸アンモン１重量部、イオン交換
水１００重量部及びＰＶＡ２重量部をボールミルにて混
合した。得られた混合物に、アクリル系バインダー５重
量部及びイオン交換水２０重量部を添加して、ステアリ
ン酸アンモンを０．５〜１０重量部の範囲で変化させ
て、実施例１と同様にして、微細泡の安定化したスラリ
ーを調製し、各スラリーを用いて、成形体を得た。得ら
れた各成形体を、実施例１と同様にして焼成し、気孔率
の異なるマグネシア質多孔焼成体を得た。

【００１６】得られた各マグネシア質多孔焼成体を４０
×３×４（ｍｍ）に加工し、インストロン試験機を用い
て３点曲げ強度を、それぞれ測定した。測定結果を、図
１に気孔率（％）と曲げ強度（ＭＰａ）の関係として示
した。図１から、気孔率が９０％以上となると、曲げ強
度が急激に低下し焼成部材等の使用に適さないことが分
かる。また、各多孔焼成体の単位体積当たりの質量に基
づき各熱容量を算出し、図１に、気孔率（％）と熱容量
（ｃａｌ／ｃｍ³ ・℃）の関係を示した。この図より気
孔率の増加と共に、熱容量が直線的に減少し、熱衝撃の
吸収が可能となり耐熱衝撃性に優れることが分かる。

【００１７】実施例３実施例２で得られた気孔率６０％のマグネシア質多孔焼
成体について、スポーリング試験炉を用いて熱衝撃試験
を行い、耐熱衝撃性について具体的な測定をした。その
結果、温度差３５０℃の熱衝撃性を有し、ジルコニアの
熱衝撃性温度差３４０℃より優れていた。また、比較の
ため、多孔体でない緻密マグネシア焼成体（乾式プレス
法で製造）の熱衝撃性を同様に測定したところ、温度差
２５０℃であった。

【００１８】比較例１実施例１において、焼成温度を１６００℃とした以外は
同様にして、マグネシア質多孔焼成体を得た。得られた
焼成体の空孔平均サイズは１００μｍ、気孔率は８５
％、かさ密度０．５ｇ／ｃｍ³ であったが、ミクロ組織
観察の結果、マトリックス部の結晶粒が微細で、密度が
３．０ｇ／ｃｍ³ 以下であった。この焼成体を用いて、
実施例１と同様に、チタン酸バリウム製品の焼成用セッ
ターに用いた結果、上部に載置した製品の重みで撓み、
１０回しか使用できなかった。

【００１９】比較例２実施例２において、海水マグネシア粉末を仮焼すること
なく用いた結果、攪拌途中で、ゲル化して泡立たず微細
泡を形成することができない上、鋳込む前に硬化し、成
形不可能であった。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、簡便な方法により軽量で、低
熱容量で、且つ、曲げ強度が大きく、耐急熱・耐急冷性
に優れ、高耐熱衝撃性のマグネシア質多孔体を高歩留
で、且つ、均質で品質の信頼性高く得ることができる。
本発明のマグネシア質多孔体は、電子部品の焼成部材と
して好適に用いることができ、工業的に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるマグネシア質多孔体
の気孔率（％）と曲げ強度（ＭＰａ）の関係及び気孔率
（％）と熱容量（ｃａｌ／ｃｍ³ ・℃）の関係を示した
関係図である。

【手続補正書】

【提出日】平成５年２月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】本発明の成形体は、マトリックス部と空孔
部とが均一に分散された状態に保持される。この場合、
成形原料としては、上記マグネシア原料粉末を、分散
媒、好ましくは水性分散媒に分散させてスラリーとした
後、適宜、攪拌することにより微細に泡立て、マグネシ
ア原料粉末スラリー中に微細泡が均一に分散された状態
で安定化されたものを用いることができる。本発明にお
いて、水性分散媒体以外にアルコール等の非水溶媒を用
いることもできるが、溶媒処理等でコストが嵩み工業的
でない。スラリー中の微細泡は、均一な分散状態であれ
ばよく、特に、その形態は制限されるものでない。匣鉢
等気密性を要するものを形成する場合には、通常、微細
泡の各々が閉じたような形態で均一に分散保持されるよ
うに、攪拌泡立てて調製するのが好ましい。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリックス部を構成するマグネシア粉
末と該マグネシア粉末に均一に分散してなる空孔部とを
有する成形体を焼成して多孔質状に形成されてなり、該
マトリックス部の密度が理論値の９５％以上であること
を特徴とするマグネシア質多孔体。
【請求項２】均一に分散安定化された微細泡を含有す
るマグネア粉末スラリーを用いて成形体を形成し、乾燥
後、マトリックス部の密度が理論値の９５％以上の焼成
体となるように該成形体を焼成することを特徴とするマ
グネシア質多孔体の製造方法。
【請求項３】該マグネシア粉末が、高純度で、且つ、
耐水和性を有する請求項２記載のマグネシア質多孔体の
製造方法。
【請求項４】該マグネシア粉末スラリーの分散媒が水
であり、該微細泡が攪拌により形成されてなる請求項２
または３記載のマグネシア質多孔体の製造方法。