JPS62283885A - 機能部品焼成用の多孔性耐火成形体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、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、ガラス、各種金属酸化物等の焼
成において、炉の内張、棚板、およびトレイ等として使
用することのできる軽微で耐熱性のある多孔性耐火成形
体に関するものである。

（従来の技術） 最近の情報、エレク１−ロニクス産業において、センサ
ー、コンデンサー、ＩＣ基板等の機部部品はセラミック
化へ移行している。中てもアルミナ質、Ｖ化珪素’！１
等のフ５・インセラミックやチタン酸バリウム等の誘’
１１を素子や、鉄、バリウム又はストロンチウム等の複
合酸化物の磁性体が有望視されている。これらのセラミ
ックおよび、金属酸化物は、電気絶縁性、半導性、耐熱
性、＃摩耗性、高強度、高磁力性の性質にすぐれ、今後
まずます用途は拡大されつつある。これらの機走部品は
原料混合後、押し出し成形法、射出成形法、鋳込成形法
、プレス成形法等により各種形状に成形された後、ｒＭ
熱レンガで組んである炉で、棚板、焼成トレイに載せて
、製品化される。これら炉の内張、棚板、焼成トレイ等
は、ムライト賀、アルミナ賀、ジルコニア賀、コージェ
ライト賀、炭化珪素質等およびシリカ質の耐火物が使用
されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来、前記セラミック等のＪａ箋部品の焼成用トレイは
、いずれもプレス等の方法で成形され、さらに高温で焼
成されたものである。これらのセラミック等機能部品の
単価の値下がりは著しく、生産コストの低減が急務とな
ってきた。しかしながら、従来使用されている焼成炉中
に用いられている各部材は、カサ密度か高いため、その
もの自体を加熱するのに多量のエネルギーが必要てあっ
た。また、トレイに関して言えば重いことから多段に積
んで焼成する場合、積み重ねるのに限界があった。また
炉内において上段と下段では温度分布を均一にすること
か困難であった。さらに焼成スピードを上げるとか、冷
熱サイクルを早くすると焼成用トレイが割れたりして生
産性か悪かった。さらに焼成ゾーンを小さくして熱効率
を高めるため、焼成用トレイの占める体積を小さくしよ
うと思っても、従来の焼成用トレイでは反り等の問題の
ため、ある一定の厚み以下では製造できなかった。これ
に対して、セラミックファイバー等の耐熱無機質Ｍ！雄
と無機バインダー（例えばシリカゾル、粘度、セビオラ
イト等）を大量の木でスラリー状となし湿式抄造法によ
り成形した軽量な成形品が知られている。しかしなから
、この成形品は、表面の平滑性がないばかりか、無機バ
インダーか耐熱無機質ｗａ！Ｉｎの格子間に充填されて
いるにすぎないため、ａｍ自体の熱間軟化もしくは収縮
により、反りを生じたり、強度的に弱かうたり、繊維自
体か脱落して粉化するため、精度のよい高純度のセラミ
ックの焼成炉内での使用は不適であった。

以上のように、従来の耐火断熱レンガおよび棚板、耐熱
トレイは、エネルギーコストや消耗品コストに対して大
きなウェイトを占め、また、耐火無機質ａｍから成る成
形品は、強度が不足して粉化し、作業環境を悪化させ、
表面平滑度も不足するという問題点かあった。

また、ＩＣ！板、フェライト、ガラス基板竿の機走部品
の焼成の際には、これらの部品が大型て平滑度を要求す
るものであるために、焼成用棚板、敷板などの治具には
高強度、表面平滑度大であって、反りのないことか必須
条件であった。

さらに、フェライト、ガラス基板等に含まれるＰｂ、Ｚ
ｎ、Ｍｎ等の物質は反応性か高いので、特にアルミナ−
シリカ質レンガに含まれる５ｉ０２や敷粉として汎用さ
れるＺｒＯ□との反応を防止するために高純度のアルミ
ナ質棚板やアルミナ敷粉を用いて焼成されていた。その
ためアルミナ質棚板は前述した如く重いので熱エネルギ
ーロスか大きく、さらにアルミナ敷粉ては平滑度か不充
分であったり製品裏側に粉か付着して不良となるという
問題点かあった。

すなわら、本発明はこれらの問題点を解決すべく、省エ
ネルギータイプの軽量で強度かあり、かつ熱変化に対し
て優れ、表面乎゛滑度と作業環境を数片した精密で高純
度の前記機億部品焼成用の多孔性耐火成形体を提供する
ことを目的とする。

（問題点を解決するための手段） すなわち、本発明は、実質的に耐熱無機質繊維と無機結
合剤および耐火性粉末からなる！［を酸物を焼結して成
形してなるセラミック・ガラス・金属酸化物などのａｆ
Ｉ部品焼成用多孔性耐火成形体において、前記成形体の
密度か０．６〜１．５ｇ／ｃｍ’、常温における曲げ強
度が１２０〜３ｆｌＱｋｇｆ／ｃｒｒｒ’てあって、前
記機走部品を積載する面はその表面粗度Ｒ＋＋＋ｓｘか
２〜４０ｇｍてあり、かつ、Ａ又２０３純度９５〜１０
０％のアルミナ粉末からなる膜厚５０〜１０００ｇｍの
アルミナコーティングか施されていることを特徴とする
機能部品焼成用の多孔性耐火成形体に関するものである
。

（作用） 本発明の多孔性耐火成形体は、耐熱無機質ｍ維を主成分
とするため成形体中に多数の連続気孔か存在し、その軽
量化と耐熱衝立性の向上か図られ、常温における熱伝導
率も０．１５〜０．３０にｃａ　ｌ／■ｈｒ°Ｃと低い
値となり、焼成時における蓄熱量の低減と焼成時間の減
少に寄与し、エネルギーコストを安価とするばかりてな
く、被焼ｆ＆物の品質を向上させることかできる。具体
的には、０．６〜１．５ｇ／ｃｒｎ’の密度であること
か好ましく、特にｌ−０〜ｌｕｇ／ｃｒｎ”の密度か好
適である。　０．６ｇ／ａｍ’未満だと強度不足となり
、１．５ｇ／ｃｍ″を越えると蓄熱量を低くできず好ま
しくない。

また、本発明の多孔性耐火成形体は、耐熱無機質繊維の
ａｍ間に耐火性粉末及び、または無機結合剤を充填し、
これらの耐火性粉末及び、または無機結合剤を１４００
〜１　［ｉｏｏｏＣの温度で焼結せしめることにより、
従来のＷ＆雄状物を主成分とする成形体と比べてより強
固な構造物たる成形体を得ることがてきる。前記成形体
の粉化を防止し、ＩＣ基板、フェライト、ガラス基板等
の大型で重い機能部品焼成用の棚板・敷板・内張等焼成
炉の各部材として使用するには常温における曲げ強度が
１２０へ１００ｋｇ／ｃｍ２、特に１５０〜２５０　ｋ
ｇ／ｃゴであることが好適であり、前記無機結合剤と耐
火性粉末とを焼結せしめることにより達成される。１２
０　ｋｇ／　ｃｒｎ’未満だと強度不足となり、：１Ｏ
１１ｋｇ／ｃばを越えても実質的な利益は得られない。

前記耐火性粉末は、アルミナ質、アルミナ・シリカ質、
ジルコニア賀、マグネシア質、チタニア質とから還ばれ
るいずれか１種又は２種以上か耐火温度が高く好適であ
る。具体的にはアルミナ、ムライト、カオリナイト、木
節粘土、蛙目粘土。

シリマナイト、ステアタイト、）オルステライト、ジル
コニア、マグネシア、スピネル、チタニア等が好ましい
、さらに、本発明の無機結合剤はシリカ・ソーダ系、ホ
ウ酸カルシウム系、シリカ系のフリットから選ばれるの
が好ましく、たとえば、長石、マイカ粉末、ホウ酸、ガ
ラス粉、珪石等が好ましい。特に、耐熱温度を極度に下
げず強固な結合力を得ることができるシリカ系の結合剤
か最適である。ただし、５ｉＯｚはフェライトやガラス
基板との反応性か高いのでアルミナコーティングを施す
必要かある。

さらに、ＩＣ基板やフェライト、ガラス基板あるいは圧
７ｒ！、素子等の焼成には表面平滑度と平行度に優れた
敷板か必要であるが、従来の耐火断熱レンガから成る敷
板では表面の凹凸が大きすぎ、焼成レンガから成る敷板
ては焼成時にソリか生じて被焼成物に不良か発生すると
いう問題点があった。

本発明の多孔性耐火成形体は、耐熱無機質繊維が含有さ
れているため細かな気孔か存在し、微細な凹凸によって
その表面が形成され、加工性も良好なことから充分な表
面平滑度を得ることができる。具体的にはコーティング
された面の表面粗度Ｒ□５か２〜４０ｇｍであることか
好ましく１０〜２５ｇｍか岐適である。２μｍ未満は薄
型性不良となって好ましくなく、４０ｐｍを越すと被焼
成物に凹凸か生じて好ましくない。特にＩＣ基板・ガラ
ス基板焼成用には２〜２０ｕＬｍが、フェライト・圧電
素子用には２０〜４０ｇｍが最適である。ここで、前記
耐熱無機質繊維中の非繊維状物は成形体表面の平滑性を
なくすので、本発明の多孔性耐火物はＯ８１〜８重量％
以下にする必要かある。　０．１％未Ｗ４だと実質的な
利益を得られず、８％を越すと平滑性不足となって好ま
しくない。またソリについては、前記耐熱無機質！ａ維
によって形成される空隙によって、加熱・冷却時に生ず
る熱応力か緩和されるため、使用中の反りを皆無にする
ことができる、また、前記耐火性粉末の粒径を選択する
ことによりソリをなくすことかできる。

前記アルミナコーティングは、フェライトやガラス基板
との反応を防ぐためにＳｉＯ□成分を極力減らすことが
重要であり、純度９５〜１００％のＡｌ２Ｏユからなる
アルミナ粉末が焼結してコーティング層を形成している
ことが好ましい。

Ａ　ｌ　２　Ｏｆｆ純度か９５％未満だと、フェライト
やガラス基板との反応が防止できず好ましくない、また
、基材中に含まれる５ｉｆ２成分との反応を防止するた
めにも、コーティング層はできるだけ密であることが好
ましい。

前記アルミナ粉末は、汎用されている各種粉末や、塩基
性塩化アルミニウム、塩基性酢酸アルミニウム２アルミ
ナゾルの様に水溶液または水性ゾルあるいは各種アルコ
レートの形で利用され、加熱後アルミナ粉末へと変化す
るものも使用することができるが、一般にＡｎ、ｏ、以
外の成分として、Ｎａ、Ｏ，Ｓｉｎ、、Ｆｅｗ　Ｏ，等
が含有されているものである。コーティングは、スプレ
ー、へヶ塗り、ローラーコート、あるいは浸漬等の方法
で行なうことかできる。コーチインク層は前記Ｐｂ、Ｚ
ｎ、Ｍｎ等の高蒸発性物質の拡散を抑えるためにできる
だけ　密であることか好ましく、コーテイング後１５０
０〜１６００°Ｃの温度て焼付けることにより形成され
る。

さらに、前記アルミナコーティング層の厚みは５（１−
１０００４ｍか好適であり、特に１５０〜３００　ｇｍ
が最適である。膜厚が５０ｕＬｍ未満だと、前記高蒸発
性物質の拡散を充分抑えることかできず、１１０００ｐ
を越えると不経済となって好ましくない。

前記耐熱無機質繊維は、Ａ立２ｏ、が４０〜６０重量％
、５ｉ０２が、１０〜６０重量％から成る非晶質のシリ
カ・アルミナ繊維か安価で好ましい、この繊維は通常５
０重量％程度の４５トｍ以上の大きさの非繊維状物を含
有しているので、空気中あるいは水中て分級することに
より１＃識雄状物の含有量を０．１〜８重量％に低減さ
せてから利用する必要がある。また、その配合層は２０
〜５０重量％か好ましい。２０重量％未満では軽量化が
充分性なわれず、５０重撥％を越えると強度不足となっ
て好ましくない。

前記無機結合剤は１〜１５重量％配合されることが好ま
しい。１重付％未満ては焼結か充分進行せず強度不足と
なり、１５重量％を越えると密度が高くなって耐熱衝撃
性に劣るようになって好ましくない。

また、前記耐火性粉末は５０〜８０重量％配合されるの
か好ましい。５０重量％未満だと強度不足となり、８０
重量％を越えると密度か高くなって耐熱衝撃性に劣るよ
うになつて好ましくない。

本発明の機能部品焼成用の多孔性耐火成形体は、前記耐
熱無機質繊維と前記耐火性粉末および前記無機結合剤を
従来通り混練するか、水中に分散させてスラリー溶液と
した後、型真空吸引、鋳込成形、抄造等の方法により成
形されるか、好ましくはスラリー溶液とした後、型真空
吸引又は抄造により成形する方法か繊維を均一に分散で
きて好ましいものである。成形後乾燥してから平面研磨
後アルミナコーティングをスプレー、ローラーコート、
へヶ塗り、浸漬等の方法によりコーティングしてから１
５００〜１６００°Ｃにて焼成し本発明の多孔性耐火物
を得ることかできる。また、成形後焼成し、その後コー
ティング、焼付けを行なってから最終的に研磨加工を行
なうことによっても未発１１の多孔性耐火成形体を得る
ことかできる。

以下、本発明の実施例について比較例と併わせで説１１
する。

（実施例） ＃熱無ａ￥１繊維として、水中て分級することにより非
ｖａ！ｌ状物の含有量を３重用％に制御したＡ党、Ｏ，
Ｓ（１重量％、　Ｓ　ｉ　Ｏｚ　　５０重量％の非品質
のシリカ・アルミナ繊維を、耐火性粉末としてアルミナ
を、さらに無機結合剤として焼成ケイソウ土を配合後１
６００℃で１時間焼結させて、かさ密度１．１ｇ／ｃｒ
ｒｒ’の成形体を得た。この成形体にＡ　ｆＬ　２０　
ｓ純度が９０．９５、ｇ９．５％で粒径１ｇｍのアルミ
ナ粉末（残部は５ｉＯ２）を１重量％メチルセルロース
水溶液中に分散後、スプレーにて前記成形体表面に吹付
けて種々の厚みのコーティング層を形成せしめ、その後
１６００°Ｃ″ｒｔ時間焼成してコーティング層の焼付
けを行なった。焼付は後ＩＵＯｓｓＸ　　１０１０Ｏｓ
　５ｍｍの大きさに加工後研磨して表面平滑性を表面粗
度計で調べＲ１１、を測定した。また、前記成形体を１
４００　’Ｃで２４時間再焼成し、焼成後の寸法変化を
ダイヤルゲージで測定して反りについて調べた。さらに
、成形体曲げ強度は、島津製作所製オートグラフて試験
片大きさｌＯ■（輻）ｘ５Ｇｍ＊（長さ）×５−１　（
厚さ）、スパン長さ３０■■、曲げ速度１０ｓ＊／■ｉ
ｎで測定した。

被焼成物として、マンガン−亜鉛フェライトを取りＬげ
、前記成形体のコーテイング面に載せ１２００°Ｃて３
時間焼成し、この操作を１０回繰返し、被焼成物の反り
と反応とについて調べた。そして・測定結果を第１衷に
示した。

実施例１〜４は本発明による場合のものでいずれも良好
な結果を示した。比較例１および２はコーティングを形
成する粉末中のアルミナ比が小さく、比較例３はアルミ
ナ粉のＡ　ｌ　ｔ　Ｏ’ｘ線純度低く、また比較例４は
アルミナコーティングのない場合を、比較例５と６は、
膜厚か好適てなく、フェライト焼成時の反りや反応を防
１ヒすることかてきなかった。

次に、本発明による多孔性耐火物を敷板として、部品化
ガラス基板の焼成に用い反応性について調べた。

害】Ｄ１互 非繊維状物を３重ｔ・％含有しＡ又ｔ　Ｏ３５０＠−屋
％、Ｓｉ０□５０重量％とから成る非晶質のシリカ・ア
ルミナＭ＆維２０ｆｆｉ！部、アルミナ粉末７０重醗部
および焼成ケイソウ上１０重量部とを木コ０交中に分Ｐ
！１．後、ポリアクリルアミドと凝集剤を加えてから真
空吸引して乾燥後１８０履膳Ｘ　１８０ｍ■ｘ　１５ｔ
の生成形体を得た。この生成形体を１６００℃１時間焼
成後ｌｓＱｍｍ　Ｘ　１ｌｉ（１重態×１０ｔの大きさ
に切り出し研磨した。焼成後成形体表面に、　Ａｎｔ　
Ｏユ純度９９．５％のアルミナ粉末１１１０重量部に対
して、１毛量％メチルセルロース水溶液１００重ｆｆｃ
部とを加えて反したコーテイング液を吹付け、乾燥後１
６００°Ｃ１時間焼成してコーティング層の焼付けを行
なった。

コーテイング面は研削研石で研磨して表面粗度Ｒ１４、
かＺＯ終ｍの敷板とした。この敷板の密度は１．２ｇ／
ｃｍ’、曲げ強度Ｌ６［１ｋｇ／ｃｒｎ’、コーティン
グ膜厚２ＱＯｇｍであった。この敷板に約１２０ｇの結
晶化ガラス７、ＩＩ’板を載せて１３００℃２時間焼成
し、この操作を１０回繰返して敷板および結晶化ガラス
基板の反りを調べた。その結果は、結晶化ガラス基板と
敷板との反応、敷板のワレや反り等の問題もなく良好な
結果を示した。また、敷板の蓄熱量か少なくなり、急熱
急冷に耐えるようになり生産速度を約２倍とすることが
できた。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば以下に示すような効果が
得られる。

（１）セラミック機能部品焼成時の生産性を向上できる
。

（２）機能部品の変形かなくなり、後加工を省略てきコ
ストを低減出来る。

（３）機能部品と焼成治具の反応か抑えられ、製品歩留
りか向上する。

（４）焼成治具の粉化を防ぎ、作業環境の改善および高
精度・高純度セラミックを焼成できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）実質的に耐熱無機質繊維と無機結合剤および耐火
   性粉末からなる組成物を焼結して成形してなるセラミッ
   ク・ガラス・金属酸化物などの機能性部品焼成用多孔性
   耐火成形体において、前記成形体の密度が０．６〜１．
   ５ｇ／ｃｍ＾２、常温における曲げ強度が１２０〜３０
   ０ｋｇ／ｃｍ＾２であって、前記機能部品を積載する面
   はその表面粗度Ｒ＿ｍ＿ａ＿ｘが２〜４０μｍであり、
   かつＡｌ＿２Ｏ＿３純度９５〜１００％のアルミナ粉末
   からなる膜厚５０〜１０００μｍのアルミナコーティン
   グが施されていることを特徴とする機能部品焼成用の多
   孔性耐火成形体。