JPH0718661B2

JPH0718661B2 - セラミックス焼成用軽量耐熱トレイの製造方法

Info

Publication number: JPH0718661B2
Application number: JP61017622A
Authority: JP
Inventors: 邦男長屋; 淳伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1985-03-05
Filing date: 1986-01-28
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPS629181A

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、ガラス、各種金属酸化物の薄板
状成形物の焼成用の軽量耐熱トレイの製造方法に関する
ものである。

〔従来の技術〕

最近の情報、エレクトロニクス産業において、センサ
ー、コンデンサー、IC基板等の機能部品はセラミックス
化へ移行している。中でもアルミナ質、窒化硅素等のフ
ァインセラミックスやチタン酸バリウム等の誘電素子や
鉄、バリウム又はストロンチウム等の磁性体等が有望視
されている。これらのセラミックスおよび、金属酸化物
は電気絶縁性、半導性、耐熱性、耐摩耗性高強度、高磁
力性の性質にすぐれ、今後ますます、用途は拡大されつ
つある。これら機能部品は原料混合後、押し出し成形
法、射出成形法等により各種形状に成形された後、焼成
トレイに載せて、焼成され製品化される。この焼成トレ
イは、ムライト質、アルミナ質、ジルコニア質、コージ
ェライト質、炭化硅素質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、前記セラミックス等の機能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。しかしながら、従来使用されてい
る焼成用トレイはカサ密度が高いため、そのもの自体を
加熱するのに多量のエネルギーが必要である事、また重
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が困難であった。さらに焼成スピ
ードを上げるとか、冷熱サイクルを速くすると、焼成用
トレイが割れたりして、生産性が悪かった。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
トレイではソリ等の問題のため、ある一定の厚み以下で
は製造出来なかった。これに対してセラミックスファイ
バー等の耐熱無機質繊維と無機バインダー（例えばシリ
カゾル、粘土、セピオライト等）を大量の水でスラリー
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。しかしながら、この成形品は表面の平滑性が
ないばかりか、無機バインダーが耐熱無機質繊維の格子
間に充填されているにすぎないため（第２図）、繊維自
体の熱間軟化もしくは収縮により、それを生じたり強度
的に弱かったり、繊維自体が脱落して粉化するため、精
度のよいセラミックスを焼成するトレイとしては不適で
あった。

また、特開昭60−231453号公報には、SiO₂,Al₂O₃,Al₂O₃
−SiO₂繊維集合体中の繊維の交差点をSiO₂,B₂O₃から成
る組成物で融着させ、成形体の強度を向上させた多孔性
耐火物について提案されている。しかしながら、この公
報における成形体は、繊維そのものの強度に依存してい
るため、従来の耐火物に比較してまだ弱く、そのためト
レイとして使用中に軟化変形したり表面の耐摩耗性が低
く粉化しやすいという問題点があった。

さらに、特開昭59−128273号公報で提案されている如き
母相の焼成温度より高い再結晶化温度を有するセラミッ
クスファイバーにより強化されてなる複合セラミックス
成形体は気孔率の低いものであって、軽量で耐熱衝撃性
に優れたものではなく、本発明の目的とは全く異るもの
である。

以上のように、従来の耐火物から成る焼成用トレイおよ
び耐熱無機質繊維から成る焼成用トレイは、エネルギー
コストや消耗品コストが製品に対して大きなウェイトを
占めるばかりでなく、トレイそのものの強度が不足して
粉化し、作業環境を悪化させ、精密なセラミックスの焼
成用としては不適であった。

尚、耐火材料としては、特開昭53−43713号公報及び特
開昭59−88378号公報に記載されているように、耐熱無
機質繊維と耐火性粉末と無機結合剤とを焼結させて成る
ものが開示されているが、これらの耐火材料において
は、耐熱無機質繊維を均一に分散できず、成形品の表面
の平滑性が劣り、トレイ表面の耐摩耗性及び強度が十分
でなく、粉化や軟化変形を防止することができないとい
う問題がある。

本発明はこれらの問題点を解決すべく、省エネルギーの
軽量で強度があり、かつ極く薄いしかも熱変化に対して
優れた精密セラミックス焼成用の軽量耐熱トレイを提供
することを目的とする。

［問題点を解決するための手段及び作用］本発明は耐熱無機質繊維中の非繊維状物が20重量％以下
の耐熱無機質繊維であって、Al₂O₃が40〜60重量％とか
ら成る非晶質のシリカアルミナ繊維、あるいは、Al₂O₃
が70〜99重量％およびSiO₂が１〜30重量％とから成り、
その結晶がγ−、η−、δ−、θ−形の遷移型のアルミ
ナから成る結晶質アルミナ繊維から成る耐熱無機質繊維
20〜85重量％と、 50μｍまで粉砕された耐火性粉末15〜80重量％と、 50μｍまで粉砕された無機結合剤１〜30重量％とを水中
に分散させてスラリー溶液とした後、型真空吸引または
抄造により成形し、さらにおよそ30〜60％に圧縮したプ
レス圧縮成形体を1200〜1600℃の温度範囲であってしか
も前記耐熱無機質繊維が再結晶かあるいは結晶転移する
温度以上で焼成せしめることにより、前記耐熱無機質繊
維間に均一で微細な空隙を形成させ、当該空隙に前記耐
火性粉末を充填焼結させるとともに、当該耐熱無機質繊
維の再結晶化あるいは結晶転移を利用して前記耐火性粉
末の焼結を促進させて成ることを特徴とするセラミック
ス焼成用耐熱トレイの製造方法である。

本発明の構成要因とそれぞれの作用について以下に説明
する。主な作用は以下の如くである。

（１）耐熱無機質繊維を耐火性粉末や易焼結性助剤等の
無機結合剤に分散させて、均一な微細な空隙を形成さ
せ、軽量で耐熱衝撃性に優れた構造物とする。

（２）アルミナ質、アルミナ・シリカ質、ジルコニア
質、マグネシア質、チタニア質の耐火性粉末を耐熱無機
質繊維の間隙に充填して焼結させ高強度の構造物とす
る。

（３）耐熱無機質繊維の再結晶化や結晶の転移を利用し
て、繊維間に充填された耐火性粉末の焼結を促進させ、
高強度で軽量な構造物とする。

本発明におおける耐熱無機質繊維は、非晶質のシリカ・
アルミナ繊維（以下CFと略す）、アルミナ結晶質繊維
（以下AFと略す）の少なくとも一種が有効である。CFは
通常Al₂O₃が40〜60wt％SiO₂が40〜60wt％とから成るも
のであり900℃付近でムライトの結晶が、1200℃付近で
はクリストバライトの結晶が析出して粒成長を生ずるの
で本発明においては特に好ましいものである。また、AF
はAl₂O₃が70〜99wt％、SiO₂が１〜30wt％とから成るも
のであり、γ−、η−、δ−、θ−形の遷移型のアルミ
ナやα−形の安定なアルミナで構成されている。前記遷
移型のアルミナは1400℃付近の焼成によりα−形へと転
移し粒成長を生ずるので本発明において好ましいもので
ある。また、CFの方が低コストで繊維が細いのでより微
細な空隙を形成できるため最適なものである。ただし、
これらの耐熱無機質繊維中の非繊維状物は成形体表面の
平滑性をなくすばかりでなく重量的に重くなるため、本
発明の軽量耐熱トレイを得るためには20重量％以下にす
る必要がある。これらの耐熱無機質繊維は少なくとも20
〜85重量％が必要で望ましくは30〜60重量％が好適であ
る。20重量％未満の場合、相対的に無機結合剤が多くな
って空隙が少なくなって重く、割れが生じやすくなる。
また、85重量％を越えると軽くはなるが強度的には小さ
く変形も発生する。

本発明の耐火性粉末は、アルミナ質、アルミナ・シリカ
質、ジルコニア質、マグネシア質、チタニア質とから選
ばれるいずれか１種又は２種以上が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、フォルステライト、ジルコニア、マグネシア、スピ
ネル、チタニア等が好ましく、配合量は15〜80重量％が
好適である。15重量％未満だと成形体の結合力が弱くな
り、80重量％を越えると重くて割れやすくなり好ましく
ない。

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いず
れか１種又は２種以上が好適である。たとえば、長石、
マイカ粉末、ホウ酸、石灰石、ペタライト、ガラス粉、
硅石等が好ましく、配合量は１〜30重量％が好適であ
る。１重量％未満だと結合剤としての作用を失い、また
30重量％を越えると成形体の耐火温度が低くなって好ま
しくない。

これらの耐火性粉末と無機結合剤はあらかじめ所定の温
度で焼結する配合に混合されたのち、ボールミル等の粉
砕機でおよそ50μｍまで粉砕して使用する。

前記耐熱無機質繊維と前記耐火性粉末およびび前記無機
結合剤は、水中に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
が、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が繊維を均一に分散できて好
ましいものである。

前記耐熱無機質繊維と前記耐火性粉末と前記無機結合剤
とからなる組成物を型真空吸引又は抄造する際にその歩
留を向上させるため、一般的なポリアクリルアミド系、
もしくは多価塩基性アルミ等の凝集剤を添加する。また
室温におけるハンドリング強度を向上するため一般の有
機バインダー例えばでんぷん、ラテックス等が好適であ
り、さらに有機質繊維例えばパルプ、麻等を用いる事も
出来る。更に、混練物を作成する場合には、CMC、アル
ギン酸ソーダ等の増粘剤を少量添加することも出来る。

上記組成物は油圧シリンダーを持つ平板プレスによりお
よそ30〜60％圧縮するプレス成形法により、成形され、
乾燥後0.4〜1.5g/cm³のカサ密度を持つ復元性が小さく
寸法精度に優れた成形体とする。この成形体を発熱体も
しくはバーナーを具備した加熱炉内で1200〜1600℃温度
で２時間以上焼成して、冷却後第１図に示す本発明の軽
量耐熱トレイを得る事が出来る。なお、焼成温度は無機
結合剤の配合割合よって任意に変えることが出来るが、
実際セラミックス焼成用として使用する温度と同等かそ
れ以上、あるいは、前記耐熱無機質繊維の再結晶化ある
いは転移温度より高いことが必要であり、少なくとも12
00℃以上が必要である。望ましくは1400〜1500℃の焼成
温度が経済的ににも好適であるが、配合により1600℃の
焼成温度を必要とする事もある。

以下実施例にて本発明のセラミックス軽量耐熱トレイの
製造方法を詳細に説明する。

〔実施例〕

実施例１焼成アルミナ粉225gとホウ酸カルシウム40gを混合し、
市販のボールミル粉砕機で24時間粉砕して、JISZ−8801
に規定の標準ふるい250メッシュを通過したものを無機
結合剤にAFを400gとアクリルニトリルブタジエンラテッ
クス（42％溶液）30mlとを20の水中にて混合撹拌し
た。次いで硫酸バンド（10％溶液）240mlを添加して、
スラリー状の混合液とした。このスラリー液を35×40cm
の角型の抄造機へ移しナッシュポンプで余剰の水を脱水
して厚さおよび10mmの成形板を得た。この成形板を油圧
式の平板プレスに挿入して20kg/cm²の圧力でプレスして
厚さ6mmの成形体とした。その成形体の乾燥後のカサ密
度は0.80g/cm³であった。この成形体の表面を研磨後140
0℃の炉内で24時間焼成を行った。得られた成形体の諸
物性は第１表に示すとおりであった。

実施例２焼成アルミナ300gとカオリン185g、ガラスフリット115g
からなる混合物を実施例１と同様な方法で粉砕選別して
無機結合剤とした。これとは別にあらかじめ水洗により
非繊維物含有量を18％に処理した、CF400gとカチオン化
でんぷん（20％溶液）40mlとを20ｎの水中へ混合し撹
拌した。次いでポリアクリルアミド系凝集剤（0.5％溶
液）を投入し凝集させてスラリー状混合液とした。この
スラリー状混合液を実施例１と同様な手順で抄造・プレ
スをして厚さ6mmの成形体を得た。この成形体を表面研
磨後1300℃の炉内で24時間焼成を行った。得られた成形
体の諸物性は第１表に示すとおりであった。

実施例３実施例１と同様に無機バインダーをカオリン110g、石英
60g、ソーダ長石95gの混合物の粉砕品としてAF200gと実
施例２で使用したCF200gとスチレンブタジエンゴムラテ
ックス（固形分42％）30mlとを20の水中にて混合撹拌
した。ついでポリアクリルアミド液（15％溶液）80mlと
硫酸アルミニウム溶液（10％溶液）を200ml添加して、
スラリー状の混合液とした。このスラリー状混合液から
実施例１と同様な手順で抄造・プレスをして厚さ5mmの
成形体を得た。この成形体へ表面研磨後1350℃の炉内で
24時間焼成を行った。得られた成形体の諸物性は第１表
に示すとりであった。

実施例４実施例１と同様に無機結合剤として焼成アルミナ微粉20
0g、木節粘土120g、ホウ酸カルシウム80gの混合物の粉
砕品とAF400gとカチオン化でんぷん（20％溶液）40mlを
20の水中へ混合し撹拌した。次いでポリアクリルアミ
ド系凝集剤180ml（0.5溶液）を添加してスラリー混合液
となし、実施例１と同様な手順で抄造・プレスを行い厚
さ6mmの成形体とした。この成形体を1400℃の炉内で10
時間焼成後の諸物性は第１表に示すとおりであった。

実施例５実施例１と同様に無機結合剤としてカオリン75g、モン
モリロナイト10g、ホウ酸カルシウム35gの混合粉砕した
ものを使用して、実施例２と同様に得られたCF400gとニ
トリルブタジエンラテックス（42％溶液）30mlとを20
の水中に分散させて混合撹拌した。次いで硫酸アルミニ
ウム（10％溶液）240mlを添加してスラリー状混合液と
なした後、実施例１と同様な手順で6mmの成形体を得
た。この成形体を1350℃の炉内で焼成した後に第１表に
示すような物性の成形体を得た。

実施例６実施例１と同様な無機結合剤としてアルミナ粉355g、木
節粘土270g、ホウ酸カルシウム70gの粉砕品と実施例２
で使用したCF450gとスチレンブタジエンゴムラテックス
（固形分42％）80mlとを20の水中にて混合撹拌した。
ついでポリアクリルアミド液（7.5％溶液）600mlと硫酸
アルミニウム溶液670mlを添加して、スラリー状の混合
液とした。このスラリー状混合液から実施例１と同様な
手順で抄造・プレスをして厚さ10mmの成形体を得た。こ
の成形体を表面研磨後1400℃の炉内で24時間焼成を行な
った。得られた成形体の諸物性は第１表に示すとおりで
ある。

実施例７実施例１と同様に無機結合剤として易焼結性アルミナ粉
170gの粉砕品と実施例２で使用したCFをあらかじめ粉砕
して短繊維化したCF545gを20lの水中にて混合撹拌し
た。ついでポリアクリルアミド液（7.5％溶液）970mlと
硫酸アルミニウム溶液（10％溶液）を1090ml添加して、
スラリー状の混合液とした。このスラリー状混合液から
実施例１と同様な手段で抄造・プレスをして厚さ10mmの
成形体を得た。この成形体の乾燥後のカサ密度は1.3で
あった。この成形体を表面研磨後1400℃の炉内で24時間
焼成を行なった。得られた成形体の諸物性は第１表に示
すとおりであった。

実施例８実施例１と同様に無機結合剤として易焼結性アルミナ粉
925gの粉砕品と実施例７で使用したCF615gを20の水中
にて混合撹拌した。ついでポリアクリルアミド液（7.5
％溶液）820mlと硫酸アルミニウム溶液（10％溶液）を9
25ml添加して、スラリー状の混合液とした。このスラリ
ー状混合液から実施例１と同様な手段で抄造・プレスを
して厚さ10mmの成形体を得た。この成形体の乾燥後のカ
サ密度は1.1であった。この成形体の表面研磨後1400℃
の炉内で24時間焼成を行なった。得られた成形体の諸物
性は第１表に示すとおりである。

比較例１焼成アルミナ微粉13重量％、カオリン48重量％滑石39重
量％からなる混合物2kgにメチルセルロース粉20gおよび
水120gを添加して土練機にかけて十分混練する。このよ
うにして得られた混練物をセッコウであらかめ作られた
型の中へ移し、プレス形成を行い乾燥後厚さ10mmの成形
品を得た。この成形品を1350℃の炉内で24時間加熱して
室温まで十分徐冷して焼成用トレイを得た。このように
して得られた成形品の諸物性は第１表に示すとりであっ
た。

比較例２焼成アルミナ微粉13重量％、カオリン48重量％滑石39重
量％からなる混合物1kgにメチルセルロース粉10g、十分
に細かいおが粉160gよび水540gを添加して混練機にかけ
て十分混練する。このようにして得られた混練物をセッ
コウであらかじめ作られた型の中へ移し、プレス形成を
おこない乾燥後厚さ10mmの成形品を得た。この成形品を
1350℃の炉内で24時間hr加熱して室温まで十分徐冷して
焼成用トレイを得た。このようにして得られた成形品の
諸物性は第１表に示すとおりであった。以下に第１表を
示す。

以上のように実施例１で得られたセラミックス軽量耐熱
トレイの表面に酸化ジルコニアを主体とするコーティン
グを施したトレイと比較例１で得られたトレイを用いて
チタン酸バリウムを主成分として若干の有機バインダー
を添加してホットプレスによって成形された電子用セラ
ミックス部品を炉内温度1350℃の電気炉にて10時間焼成
した。その結果を第２表に示す。

同様にアルミナ粉末に若干のマグネシアならびに有機結
合剤等を添加してなる泥漿よりドクターブレード法によ
って成形されたアルミナ基板を炉内温度1400℃の電気炉
にて12時間焼成した。その結果を第２表に示す。この結
果、従来の耐熱トレイに比較して、軽量化により１回当
りの焼成量は3.3〜1.4倍と増える。さらにトレイ自体の
持ち出す熱量はおよそ1/5となり省エネルギーにも効果
があり、トレイ１枚当りおよそ1.1〜2.8倍も製品が出来
る事から消耗品としてのコストダウンがはかれるもので
ある。

以下に第２表を示す。

〔発明の効果〕以上のように、本発明によれば以下の如き効果が生じ
る。

（１）セラミックス焼成耐熱トレイが軽量化されて熱容
量が小さくなり、焼成コストが低減される。

（２）セラミックス焼成耐熱トレイの耐熱衝撃性が向上
して寿命が延長し、消耗品コストが低減される。

（３）セラミックス焼成耐熱トレイの粉化を防いで作業
環境を改善し、かつ精密なセラミックスの焼成が可能と
なる。

（４）耐熱無機質繊維を均一に分散でき、成形品の表面
の平滑性を優れたものとすることができ、セラミックス
焼成用軽量耐熱トレイ表面の耐摩耗性及び強度を高め、
トレイの粉化や軟化変形を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセラミックス焼成用軽量耐熱トレイの
成形板の高温焼成後の繊維と耐火性粉末及び無機結合剤
の結合状態を示す模式図、第２図は従来の耐熱繊維成形
板の繊維と結合剤との混合状態を示す模式図である。符号の説明１……耐熱無機質繊維２……無機又は有機の結合剤３……焼結結合した無機結合剤４……耐火性粉末

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐熱無機質繊維中の非繊維状物が20重量％
以下の耐熱無機質繊維であって、Al₂O₃が40〜60重量％
とから成る非晶質のシリカ・アルミナ繊維、あるいは、
Al₂O₃が70〜99重量％およびSiO₂が１〜30重量％とから
成り、その結晶がγ−、η−、δ−、θ−形の遷移型の
アルミナから成る結晶質アルミナ繊維から成る耐熱無機
質繊維20〜85重量％と、 50μｍまで粉砕された耐火性粉末15〜80重量％と、 50μｍまで粉砕された無機結合剤１〜30重量％とを水中
に分散させてスラリー溶液とした後、型真空吸引または
抄造により成形し、さらにおよそ30〜60％に圧縮したプ
レス圧縮成形体を1200〜1600℃の温度範囲であってしか
も前記耐熱無機質繊維が再結晶かあるいいは結晶転移す
る温度以上で焼成せしめることにより、前記耐熱無機質
繊維間に均一で微細な空隙を形成させ、当該空隙に前記
耐火性粉末を充填焼結させるとともに、当該耐熱無機質
繊維の再結晶化あるいは結晶転移を利用して前記耐火性
粉末の焼結を促進させて成ることを特徴とするセラミッ
クス焼成用耐熱トレイの製造方法。