JPH11199312A

JPH11199312A - 焼成治具

Info

Publication number: JPH11199312A
Application number: JP10022764A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Goto; 鉄郎後藤; Muneyuki Iwata; 宗之岩田
Original assignee: Kikusui Chemical Industries Co Ltd
Current assignee: Kikusui Chemical Industries Co Ltd
Priority date: 1998-01-19
Filing date: 1998-01-19
Publication date: 1999-07-27
Anticipated expiration: 2018-01-19
Also published as: JP4054098B2

Abstract

(57)【要約】【目的】アルミナあるいはシリカ，ジルコニア等と反
応性の高いセラミックスを焼成する際に用いられる焼成
治具を提供する。【構成】焼成治具あるいは焼成治具における表面被覆
層を希土類酸化物により構成する。【効果】アルミナあるいはシリカ，ジルコニア等と反
応性の高いセラミックスの焼成に適した焼成治具を簡単
な製作手段により製造可能とし、かつ、得られる焼成治
具は繰り返し使用に強く、熱消費を小さくするものとな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子材料，生体材
料，工業用材料，光学材料などに利用されるセラミック
スのうち、アルミナあるいはシリカ，ジルコニアと反応
性の高いセラミックスを焼成する際に用いるセッターや
棚板等に利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子材料などのセラミックス
製品を炉の中で焼成する際に、セッターあるいは棚板等
の焼成治具を用い、これらの上に載置して焼成，焼結が
行われていた。これらの焼成治具は、アルミナ質，ムラ
イト質，炭化珪素質または窒化珪素から選択されるもの
が高温酸化雰囲気下で使用でき、かつ安価であるため多
量に使われていた。しかし、被焼成物がこれらのものと
反応性の高い、フォルステライト（２ＭｇＯ・Ｓｉ
Ｏ_２）系の電子部品，チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）
等の強誘電体または焼成中に溶融する成分を含んでいる
もしくは表面に溶融成分を被覆してある製品、例えば泡
ガラス，ガラス、これらを被覆した基板を焼成する際に
は、表面にジルコニアを利用した反応防止層が存在して
も反応が生じ、被焼成物と焼成治具の融着が起ったり、
被焼成物の性能を低下させることとなった。また、焼成
治具の繰り返し使用により、基材あるいは被焼成物と反
応防止層との反応が生じ、反応防止層に亀裂や剥離現象
を越こすようになる。

【０００３】焼成治具の基板をアルミナあるいはムライ
ト等を用いずに、マグネシア質にするという方法も存在
したが、マグネシア製の焼成治具では、熱衝撃に弱くま
た熱間強度も弱いために、熱のために割れたり熱間使用
により撓み，反りが生じ、これらのうち割れを避けるた
めに粗骨材を配合させた焼成治具にしたり、撓み，反り
を避けるために焼成治具を厚くすることが行なわれた。
ところが、粗骨材を配合させたセラミックス製品は、製
造方法が振動鋳込方法による成形に限られ、手間のかか
るものとなり、製品となったものも強度が小さく、また
表面が粗骨材のために粗面となり、焼成治具の厚みが大
きいことは、熱容量が大きくなり、従って焼成にかかる
熱消費が大きくなり、経済性に欠けるものとなった。ま
た、窒化ホウ素やカーボンを用いればガラスなどに対し
て融着を防げるが、使用条件が酸化雰囲気では９００℃
以下になり、その適用範囲が限られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、アルミナあるい
はムライト等に対して反応性または融着性の高いセラミ
ックスを焼成するのに適した焼成治具を、廉価に製造す
る方法が存在せず、また製造が容易であり、かつ耐久性
に優れた焼成治具も存在しなかった。これはアルミナあ
るいはムライト質等の焼成治具基板に対して、ジルコニ
アによる反応防止層を形成させたものの場合にも問題が
あった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この出願の発明では、ア
ルミナあるいはムライト等と反応性または融着性の高い
被焼成物を問題なく焼成できる焼成治具を提供し、反応
性または融着性の高い被焼成物を製造するために、下記
の手段を用いることとした。

【０００６】請求項１の発明は、焼成治具を構成する成
分を特定するものであり、請求項２の発明は請求項１記
載の焼成治具を利用することについての発明である。

【０００７】請求項１の発明は、希土類酸化物の焼成物
より構成されることを要旨とするものであり、請求項２
の発明はこの希土類酸化物の焼成物より成る焼成治具を
用いてワークを焼成することを要旨としている。

【０００８】請求項３ないし請求項６の発明は、希土類
酸化物を焼成治具の被覆層にして構成させる発明群であ
り、請求項７の発明は請求項３ないし請求項６に記載さ
れる焼成治具のうちの一つを利用することについての発
明である。

【０００９】請求項３の発明では、アルミナ，ムライ
ト，ジルコニア，シリカ，窒化珪素または炭化珪素から
選択されるセラミックスを５０重量％以上含有する基材
に対し、希土類酸化物から成る被覆層が形成されている
ことを要旨としている。

【００１０】請求項４あるいは請求項５の発明は、請求
項３の発明における被覆層をより特定したものであり、
請求項４では希土類酸化物の未焼成粒子層を用いたもの
であり、請求項５では希土類酸化物の焼成層が被覆層と
なったものであることを要旨としている。

【００１１】請求項６の発明は、アルミナ，ムライト，
ジルコニア，シリカ，窒化珪素または炭化珪素から選択
されるセラミックスを５０重量％以上含有する基材に対
し、第１にアルミナまたはマグネシア，チタニア，ジル
コニア，カルシア，酸化亜鉛等から選択される酸化物よ
りなる反応防止層および第２に希土類酸化物の被覆層が
形成されていることを要旨としている。

【００１２】請求項７の発明は、請求項３ないし請求項
６に記載された発明、即ちアルミナ，ムライト等を基材
とし、希土類酸化物の被覆層を有する焼成治具を用いて
ワークを焼成することを要旨としている。

【００１３】この発明では、基本技術として焼成治具の
ワークとの接触面に希土類酸化物を用いることとしてい
る。希土類酸化物は、従来、焼成治具表面に形成される
反応防止層、これに用いられる主成分であるジルコニア
に添加される安定化剤としてのイットリアが周知であっ
た。ところが希土類酸化物を焼成治具の基材にすること
あるいは、反応防止層に用いることについての技術思想
は存在しなかった。以下、この発明を構成する個々の要
素について説明する。

【００１４】この発明に言う希土類とは、レアアースと
も呼ばれる原子番号５７番のランタンから７１番のルテ
チウムまでの１５元素および２１番のスカンジウム．３
９番のイットリウムのことを指す。希土類が酸化物とな
ったものには酸化イットリウム（イットリア，Ｙ
_２Ｏ_３），酸化セリウム（セリア，ＣｅＯ_２），酸化ネ
オジム（Ｎｄ_２Ｏ_３），酸化サマリウム（Ｓｍ
_２Ｏ_３），酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３），酸化ジス
プロシウム（Ｄｙ_２Ｏ_３）等がある。これらの酸化物の
うち実用上優れるのは、入手の容易さ、価格が高価でな
いこと、水と混合した時安定であることを考慮すると酸
化イットリウム，酸化ガドリニウム，酸化ジスプロシウ
ムが特に優れる。これら例示される希土類酸化物は単一
種類による使用の他、複数種を混合して使用することも
可能である。

【００１５】希土類酸化物により被覆層を形成させる場
合には、紛体粒子を塗料状に使用される。粒子の大きさ
は、中心粒径を０．５〜１００μｍとするのが良い。
０．５μｍ未満では、基材との固相反応が起きやすく、
表面まで反応層ができ、焼成物との反応防止層にはなら
ない。また、希土類同志の焼結も進行しやすく、被覆層
の収縮によりクラック，剥離等が起こり、良くない。１
００μｍを越える粒子を用いた時には、基材との接合力
が弱く、脱粒となって製品に付着したり、次第に被覆層
がなくなってしまい良くない。

【００１６】また、希土類酸化物による被覆層は厚み３
０μｍ以上において形成されるのが良い。この被覆層の
厚みが３０μｍ未満では、基材との反応層が表面にまで
および、焼成物と反応することとなり良くなく、また、
逆に厚みを厚くして焼成治具の厚み分を全て希土類酸化
物とすることも可能であるが、焼成治具の原価を抑えよ
うとする場合には、被覆層の厚みを５００μｍ以下にお
いて形成させるのが経済的である。また、被覆厚を厚く
すると繰り返し使用により、熱膨張率の差から剥離しや
すくなり良くない。

【００１７】希土類酸化物を焼成治具の被覆層として用
いる時に、その内側に従来から存在するアルミナ，マグ
ネシア，チタニア，ジルコニア，カルシアまたは酸化亜
鉛から選択されるセラミックスを主成分とする反応防止
層を形成させることも可能である。この焼成治具表面の
反応防止層は上記アルミナ等の粒子、中心粒径０．３〜
２００μｍにあるものを、厚み５００μｍ以下の厚みと
なるように形成させる。その後、この発明の特徴である
希土類酸化物の被覆層を先に記載した厚み、即ち３０μ
ｍ以上形成させる。尚、この反応防止層は生産性を悪く
することになるが、アルミナによる被覆層とジルコニア
による被覆層を重ねることのように多層形成させること
も可能である。

【００１８】図面を用いてこの発明の焼成治具を例示す
ると、請求項１に相当するものは均質なものであるので
これは省略し、図１あるいは図２において請求項２の発
明にある被覆層が形成されたものの断面、図３あるいは
図４において請求項６の発明にある反応防止層および被
覆層が形成されたものの断面を示す。

【００１９】図１および図２では、アルミナ，ムライ
ト，ジルコニア，シリカ，窒化珪素または炭化珪素から
選択されるセラミックスによる基板１に対し、希土類酸
化物から成る被覆層２を全て外周面に有するようにして
いる。図３および図４では、基板１に対してアルミナ，
ジルコニア，チタニア，ジルコニア，カルシアまたは酸
化亜鉛から選択されるセラミックスを主成分とする反応
防止層およびその外層に希土類酸化物から成る被覆層を
有する焼成治具であり、図中、符号３は反応防止層であ
り、他の符号１，２は、図１の場合と同じである。図に
示す焼成治具では、複数の被覆層を基板の両面に形成す
るようにしているが、これは基板にかかる熱応力を均一
にする上において効果がある。

【００２０】

【実施例】以下、実施例により、この発明の製造方法お
よび焼成治具を説明する。実施例１市販の酸化イットリウム粉末（純度９９．９％、中心粒
径１μｍ）を６０ｗｔ％含んだエタノール中で２４時間
湿式混合した後、スプレードライヤーにて約５０μｍの
顆粒とし、この粒を１ｔｏｎ／ｃｍ^２の圧力で冷間静水
圧プレス成形（ＣＩＰ）し、１００×１００×５ｍｍの
成形体を得た。これを１６００℃にて大気中で焼成し製
品とした。

【００２１】実施例２および実施例３実施例２では、コランダム中に、ムライトが共存するシ
リカ含有アルミナセラミックス（ＳｉＯ_２１８％）を基
板とし、純度９９．８％、中心粒径１．５μｍの酸化イ
ットリウム粒子１００重量部に界面活性剤を１重量部添
加し、５０％スラリー濃度となるように水に分散させた
ものに２０秒間浸漬して、基板表面に１３０μｍの酸化
イットリウム粒子層を形成させた。１０５℃で２時間乾
燥させたものを実施例２とする。実施例３は実施例２を
１４５０℃にて焼成させたものを言う。

【００２２】実施例４および実施例５純度９９％のアルミナセラミックスを基板とし、カルシ
ア３モル，酸化イットリウム２モルを含む部分安定化ジ
ルコニアの粒子、中心粒径１０μｍを水を溶媒として分
散させ５０％スラリー濃度としたものを用意し、スラリ
ー中に基板を２０秒間浸漬させ、基板表面に１５０μｍ
のジルコニア粒子層を形成させた。１０５℃雰囲気中に
おいて、１６時間乾燥させ１４５０℃にて焼成させた。
このジルコニア粒子層を有する基板に対し、純度９９
％、中心粒径１μｍの酸化ネオジム粒子をイソブチルア
ルコールに分散させた３０％濃度のスラリーをスプレー
コーティングし、５０μｍの厚みの酸化ネオジム粒子層
を形成させ、２４時間乾燥させた。ジルコニア粒子層お
よび酸化ネオジム粒子層を表面に有するアルミナ基板の
焼成治具を実施例４とする。実施例５は、実施例４を１
４５０℃にて焼成させたものを言う。

【００２３】実施例６実施例６では、炭化珪素（純度９２％）のセラミックス
を基板とし、この表面に実施例４において用いたジルコ
ニア粒子のスラリーを用い、スラリーをスプレーコーテ
ィングし、厚み３００μｍの被覆層を得た。次に、同じ
く実施例２において用いた酸化イットリウム粒子が分散
されたスラリーをスプレー塗装することにより、ジルコ
ニア層が形成された基板上に、厚み１００μｍの酸化イ
ットリウム粒子層を形成させ、２４時間乾燥させた。そ
の後、１４５０℃にて焼成させた。

【００２４】比較例１では、純度９９％のアルミナセラ
ミックスから成る厚み５ｍｍの基板に対して、カルシア
３モル，酸化イットリウム２モルを含む部分安定化ジル
コニア粒子、中心粒径１０μｍを水を溶媒として分散さ
せ、５０％スラリー濃度としたものを用意し、スラリー
中に基板を２０秒間浸漬させ、基板表面に１５０μｍの
ジルコニア粒子層を形成させた。１０５℃雰囲気中にお
いて１６時間乾燥させ、１４５０℃にて焼成させた。

【００２５】比較例２以下、比較例７では、下記表１に
示すジルコニア粒子層ないしは酸化イットリウム粒子層
を有する焼成治具を作成した。基板としては、実施例２
と同じシリカ含有アルミナセラミックス（ＳｉＯ_２１８
％）を用いた。また、これらの比較例では被覆する粒子
の粒径あるいは被覆する厚みを変化させているが、組成
は実施例に用いたものと同じである。尚、比較例４ない
し比較例７に使用した酸化イットリウム粒子は実施例２
に用いたものと同じもの、比較例７に使用したジルコニ
ア粒子は実施例４に用いたものと同じである。

【００２６】

【表１】

【００２７】比較試験上記実施例１〜実施例６および比較例１〜比較例７によ
る焼成治具を棚板として使用し、これらの上に組成がＰ
ＺＴからなる電子部品を載置して、実際に使用したのと
同じ温度曲線により昇温，降温を繰り返す試験を、問題
が発生するまでもしくは５０回の繰り返しが可能かどう
かの確認試験を行った。実施例１ないし実施例６におい
ては、５０回の繰り返し試験を行っても焼成治具におい
ても被焼成物においても問題の発生はなかった。比較例
１ないし比較例６における結果を下記表２に記した。

【００２８】

【表２】

【００２９】実施例については、５１回目以降の焼成試
験を１００回を目処に行った。実施例１では、１００回
の試験でも全く異常がなかった。実施例３では、８１回
目で一部融着する部分ができたが、その他の部分では１
００サイクルまで問題がなかった。実施例５では、６２
回目で基材が割れてしまった。被覆は問題がなかった。
実施例６では、１００回の試験でも全く異常がなかっ
た。

【００３０】

【発明の効果】この発明の焼成治具は、アルミナと反応
性の高いセラミックス製品を焼成する時に用いることが
可能であり、その製法は容易であり、原価を小さくする
ことが可能である。また、使用に供した場合も繰り返し
使用に耐え、かつ被焼成物の品質に問題が生じないもの
であり、焼成工程における熱消費の小さくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板に対し、希土類酸化物から成る被覆層を
形成した焼成治具の例を示す断面図。

【図２】基板に対し、希土類酸化物から成る被覆層を
形成した焼成治具の例を示す断面図。

【図３】基板に対し、アルミナ等から選択される反応
防止層および希土類酸化物より成る被覆層を順に形成し
た焼成治具の例を示す断面図。

【図４】基板に対し、アルミナ等から選択される反応
防止層および希土類酸化物より成る被覆層を順に形成し
た焼成治具の例を示す断面図。

【符号の説明】

１基板２被覆層３反応防止層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】希土類酸化物の焼成物より構成されるこ
とを特徴とする焼成治具。
【請求項２】請求項１記載の焼成治具を用いてワーク
を焼成することを特徴とする焼成治具の使用方法。
【請求項３】アルミナ，ムライト，ジルコニア，シリ
カ，窒化珪素または炭化珪素から選択されるセラミック
スを５０重量％以上含有する基材に対し、希土類酸化物
から成る被覆層が形成されていることを特徴とする焼成
治具。
【請求項４】請求項３記載の被覆層が希土類酸化物の
未焼成粒子層であることを特徴とする焼成治具。
【請求項５】請求項３記載の被覆層が希土類酸化物の
焼成されたものであることを特徴とする焼成治具。
【請求項６】アルミナ，ムライト，ジルコニア，シリ
カ，窒化珪素または炭化珪素から選択されるセラミック
スを５０重量％以上含有する基材に対し、第１にアルミ
ナまたはマグネシア，チタニア，ジルコニア，カルシ
ア，酸化亜鉛等から選択される酸化物よりなる反応防止
層および第２に希土類酸化物の被覆層が形成されている
ことを特徴とする焼成治具。
【請求項７】請求項３，請求項４，請求項５または請
求項６記載の焼成治具を用いてワークを焼成することを
特徴とする焼成治具の使用方法。