JPH0377652B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 産業上の利用分野 この発明は電子部品、例えばセラミツクコンデ
ンサを焼成するに適した焼成用治具の改良に関す
るものである。

(2) 従来の技術 従来、電子部品例えばセラミツクコンデンサを
製造する際には、コンデンサ素地を焼成用治具内
にて1200〜1400℃で焼成する工程があるが、コン
デンサ素地の接触する部分には該コンデンサ素地
との反応が最も少ない材料としてジルコニアが用
いられている。

実際の焼成に際して従来は、アルミナ・シリカ
質の治具、具体的には匣鉢にジルコニア板を敷
き、その上に敷粉としてジルコニア粉末を載せて
コンデンサ素地を並べるか、あるいはジルコニア
質の匣鉢にジルコニア粉末敷粉を載せてコンデン
サ素地を並べるのが一般的な方法であつた。

(3) 発明が解決しようとする問題点 前者のジルコニア板を敷く方法は、比較的安価
ではあるが、手作業で製品の乗せ降ろしをする場
合は非常に繁雑で多くの手間を要し、また自動化
した場合に製品を取出す際、匣鉢を反転させて焼
成済みのコンデンサ素地を取出そうとすると、ジ
ルコニア板が落下してしまい、オートメーシヨン
化のネツクとなつている。一方、後者の匣鉢全体
をジルコニアとする方法は、ジルコニアが急熱、
急冷の熱衝撃に弱く、比重が大きく、しかも非常
に高価であるという欠点を有するのである。

(4) 問題点を解決するための手段 本発明者らは、上述の欠点を解消するため溶射
に注目した。即ち、一般に広く使用されているア
ルミナ・シリカ質匣鉢を用い、その被焼成物を載
せる側の表面にジルコニア溶射層を形成する方法
である。

溶射法自体は一般によく知られた方法ではある
が、単にアルミナ・シリカ質材料にジルコニアを
溶射したのみでは加熱・冷却の熱履歴を繰返すう
ちに溶射量が基材から剥離してしまう。

ジルコニアはよく知られているように、単斜晶
−正方晶−立方晶の結晶変態を持ち、コンデンサ
−素地焼成の温度領域で結晶変態に伴う異常な膨
張・収縮があり、これに伴う溶射層の体積変化の
ため剥離してしまうのである。

この結晶変態に伴う異常な膨張・収縮はカルシ
ウム、マグネシウムあるいはイツトリウム等の酸
化物を加えたジルコニア（安定化ジルコニア）を
用いることにより防止できる。

しかし、安定化ジルコニアを溶射したのみでは
やはり剥離は防止することができない。その原因
は基材と溶射層の熱膨張率が一致していないため
である。

本発明者らは熱膨張について種々検討を加えた
結果、基材のアルミナ・シリカ質材料中のAl₂O₃
含有量と安定化ジルコニア中の安定化剤含有量を
調整することにより、基材と溶射層の熱膨張曲線
をほぼ等しくすることが可能であることを見出し
てこの発明を完成したものである。

(5) 作用 この発明はアルミナ・シリカ質材料の表面に安
定化ジルコニア溶射層を有することを特徴とする
電子部品焼成用治具である。

基材となるアルミナ・シリカ質材料は通常の耐
火れんがや匣鉢として使用されるものであり、
Al₂O₃とSiO₂とを主成分とし、不可避的不純物は
通常の耐火物の範囲で許される。

一方、安定化ジルコニアは、その安定化剤とし
ては、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化
イツトリウムが知られているが、なかでも酸化カ
ルシウムが好ましい。酸化マグネシウムはジルコ
ニアとの固溶体が不安定で高温での使用中中
MgOが固溶体から抜けやすく、一方、酸化イツ
トリウムは価格が高い。これに比較して酸化カル
シウムは固溶体として安定で、高温で比較的拡散
しにくく、しかも安価である。

安定化剤の含有量は、完全な安定化領域でなく
て部分安定化領域であつても、安定化領域に近い
範囲であれば、幾分膨張、収縮は見られるが、使
用可能である。酸化カルシウムではその範囲は４
〜31重量％である。この量が31重量％をこえると
遊離のCaOがあらわれ化学的に不安定となり好ま
しくない。

安定化ジルコニア中の安定化剤は、高温での使
用中に徐々に拡散して失われ、次第にその含有量
が少なくなるので、ジルコニアの安定化の点では
安定化剤は多いほど好ましい。

通常溶射層は熱応力による歪が内在し、溶射層
の厚み、溶射条件、基材の温度などによつて溶射
層の熱膨張率は異なり、焼結体の熱膨張率の値と
は必ずしも一致しない。また、熱膨張率の値も基
材と溶射層とにおいて全温度範囲で一致するとも
限らない。

従つて、以下に述べるような方法で溶射層と基
材の熱膨張を合わせる。

即ち、予めアルミナ・シリカ質材料のAl₂O₃含
有量と熱膨張率の関係を求めておく。また安定化
ジルコニアにおいても安定剤の含有量と熱膨張率
との関係を求めておく。そしてまず被焼成物との
関係から、安定化剤の含有量を決め、その含有量
を持つ安定化ジルコニアの熱膨張率と等しい熱膨
張率を持つアルミナ・シリカ質のAl₂O₃含有量を
決定する。

安定化剤の含有量が多い程安定化ジルコニアの
熱膨張率は大きくなるので、アルミナ・シリカ質
材料はアルミナ含有量の多いものを用いる必要が
ある。

次いで決定されたAl₂O₃含有量のアルミナ・シ
リカ質および該Al₂O₃含有量より低いAl₂O₃含有
量のアルミナ・シリカ質の匣鉢を製造し、安定化
ジルコニアを夫々の匣鉢に溶射する。溶射はジル
コニアの融点から考えてプラズマ溶射が、特に水
プラズマ溶射が好ましい。

次に、夫々の溶射体の熱膨張曲線と基材のみの
熱膨張曲線とのずれの度合より、該安定化ジルコ
ニアに最も適したアルミナ・シリカ質基材中の
Al₂O₃含有量が決められる。こうして決定したア
ルミナ・シリカ質基材に溶射して得た溶射体を、
使用温度まで加熱冷却してその剥離の状況を観察
する。剥離が観察される場合は、再びアルミナ・
シリカ質基材中のAl₂O₃含有量を変化させて基材
の組成を最終的に決定する。

ジルコニア中の安定化剤の含有量を変えること
が可能ならば、安定化剤の含有量を変えて熱膨張
率を合わせてもよい。

このようにして決まつた組成の基材に安定化ジ
ルコニア粉末を溶射して匣鉢が製造される。

溶射は通常のセラミツク溶射法で行なわれ、溶
射粉末の粒径は150μ以下を用い、溶射層の厚み
は0.1〜５mmが好ましい。これは0.1mm以下では均
質な溶射層が形成できず、また５mm以下では溶射
層が剥離する恐れがあるためである。

この発明の電子部品焼成用治具、例えば匣鉢
は、Al₂O₃含有量が85重量％以上のアルミナ・シ
リカ質基材上に４〜31重量％のCaOを含有する
CaO安定化ジルコニアを溶射することにより、溶
射条件が種々変化しても、該基材との熱膨張率を
合わせることが可能で、匣鉢使用中の熱履歴を受
けても溶射層が剥離することなく繰返し使用可能
である。

(6) 実施例 以下この発明を実施例にて詳細に説明する。

実施例 １ Al₂O₃90重量％、SuO₂8重量％、その他残部が
不可避的不純物よりなるアルミナ・シリカ質基材
を170×110×10mmの大きさに切り出し、その表面
にCaO5.1重量％含有の安定化ジルコニア粉末を
水プラズマ溶射装置により0.5mm厚さに溶射した。

溶射体の1200℃における熱膨張率は0.83％で、
その熱膨張曲線は基材の熱膨張曲線とほぼ一致し
ていた。

実施例 ２ Al₂O₃93重量％、SiO₂5重量％、その他残部が
不可避的不純物よりなるアルミナ・シリカ質基材
に、溶射粉末をCaO10重量％含有の安定化ジルコ
ニアにした以外は実施例１と同様にして溶射体を
得た。

溶射体の1200℃における熱膨張率は0.88％で、
その熱膨張曲線も基材の熱膨張曲線とほぼ一致し
ていた。

比較例 １ Al₂O₃80重量％、SiO₂18重量％、その他残部が
不可避的不純物よりなるアルミナ・シリカ質基材
を用いたほかは実施例１と同様にして溶射体を得
た。

基材および溶射体の1200℃における熱膨張率
は、夫々0.67％と0.73％で、溶射体の熱膨張曲線
も基材の熱膨張曲線とやや離れていた。

比較例 ２ Al₂O₃96重量％、SiO₂2重量％、その他残部が
不可避的不純物よりなるアルミナ・シリカ質基材
を用いて、CaOを3.5重量％含有する安定化ジル
コニアを溶射した。

基材および溶射体の1200℃における熱膨張率は
夫々0.92％と0.86％であつた。

(7) 効果 以上、実施例１、２および比較例１、２の４種
の試料を室温より昇温速度５℃／minで1400℃に
昇温し、４時間保持後室温まで炉冷する操作を繰
返し、基材と溶射層の接着状況を観察した。

その結果、比較例１の試料は１回で剥離してし
まい、比較例２の試料は１回目では端に僅か剥離
が認められ、２回目には剥離が次第に進行し、３
回目の熱履歴で約1/3が剥離した。

しかし、実施例１および２のこの発明の試料
は、いずれも５回目を過ぎても剥離はみられず、
熱膨張の調整が剥離防止に効果のあることを示し
ている。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Al₂O₃含有量が85重量％以上のアルミナ・シ
   リカ質基材の表面にCaO含有量が４〜31重量％で
   ある安定化ジルコニアを溶射して治具を得、該治
   具が前記基材の熱膨張とほぼ一致する熱膨張を有
   することを特徴とする電子部品焼成用治具。