專利名稱：陶瓷電子零件燒成用載置器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用燒成方法制造陶瓷電子零件時所使用的載置器。更詳細(xì)地說，就是涉及具備以氧化鋁、莫來石作為主要成分的陶瓷質(zhì)基體的陶瓷電子零件燒成用載置器。
背景技術(shù)：
陶瓷電子零件燒成用載置器(以下簡稱為“載置器”)是用燒成方法制造陶瓷質(zhì)電子零件時載置被燒成體(燒成后就成為電子零件，以下相同)的構(gòu)件，根據(jù)其使用目的或使用環(huán)境，無須說不能與被燒成體反應(yīng)而導(dǎo)致制品質(zhì)量惡化，并且對于反復(fù)升溫、冷卻要求有耐性，即要求耐急冷急熱性強(qiáng)。
歷來，在這樣的陶瓷電子零件燒成用載置器中，被廣泛使用的是具有以下部分的載置器由氧化鋁粒子構(gòu)成的摻合料，及以耐急冷急熱性強(qiáng)的莫來石作為摻合料及基體材料而構(gòu)成的基體，和包覆該基體以防止被燒成體和基體反應(yīng)的被覆層。
另外，在該歷來的載置器中，由于由紅柱石(2(Al2O3·SiO2))或粘土和氧化鋁(Al2O3)來合成構(gòu)成基體材料的莫來石，所以使用化學(xué)理論摩爾比(Al2O3/SiO2摩爾比＝1.5)。
可是，通常這樣的載置器被用于多個分層地裝載板架或匣缽，并且在陶瓷電子零件的制造工序中，燒成工序是提高生產(chǎn)率方面的決定速度的階段。因此，最近將裝載用的載置器的間隔加密，以使大量的被燒成體裝載在載置器上。此外，從同樣的觀點出發(fā)，還探討使燒成時間縮短的試驗。所以，很顯然，置于這樣的載置器上，在耐急冷急熱性等特性方面要求優(yōu)良，而且迫切要求被燒成體與裝載在板架等上的位置無關(guān)，從而在均勻的溫度下被燒成。
但是，因上述歷來的載置器不能全面滿足這樣的要求，所以存在雖然燒成時載置器耐急冷急熱性強(qiáng)但對于燒成后的電子零件不能得到均勻特性的問題。
也就是說，在歷來的載置器中，構(gòu)成基體的主要成分之一的莫來石因具有化學(xué)理論摩爾比的組成，所以熱傳導(dǎo)率低(氣孔率0％的場合的熱傳導(dǎo)率為6.0W/m·k)，實際中當(dāng)有多個裝載在板架等上而使用時，載置在裝載位置位于分層方向的中間附近的載置器的中央部分的被燒成體，因燒成不充分，有時不能得到希望的特性。
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種陶瓷電子零件燒成用載置器，其特征在于，作為載置器具有充分的耐急冷急熱性，而且即使載置器的裝載間隔致密化和燒成時間縮短、特別是載置器被大型化等的場合，也能夠與其裝載位置無關(guān)，從而在均勻的溫度下燒成被燒成體，并得到均勻特性的制品。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述課題，本發(fā)明人銳意研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作為構(gòu)成基體的主要成分之一的莫來石盡管具有類似氧化鋁性，可是也可以得到具有較高的熱傳導(dǎo)性的載置器，從而完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明提供一種陶瓷電子零件燒成用載置器，是具有由以氧化鋁及莫來石為主要成分的陶瓷材料構(gòu)成的基體和設(shè)置在基體上的防止與被燒成體反應(yīng)的被覆層的陶瓷電子零件燒成用載置器，其特征在于，該基體及被覆層的全部在20℃下的熱傳導(dǎo)率為2.70～15.00W/m·k。
另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選基體及被覆層的全部在20℃下的熱擴(kuò)散率為1.25×10-6～6.1×10-6m2/s，優(yōu)選基體及被覆層的全部在1200℃下的熱傳導(dǎo)率為5.0～20.0W/m·k。
另外，如果按照本發(fā)明，可以提供一種陶瓷電子零件燒成用載置器，是具有由以氧化鋁及莫來石為主要成分的陶瓷材料構(gòu)成的基體和設(shè)置在基體上的防止與被燒成體反應(yīng)的被覆層的陶瓷電子零件燒成用載置器，其特征在于，構(gòu)成基體的莫來石是Al2O3/SiO2摩爾比為1.6～2.4的組成。
在本發(fā)明中，優(yōu)選該莫來石具有Al2O3/SiO2摩爾比為1.8～2.1的組成。另外，優(yōu)選作為摻合料的主要成分的氧化鋁和作為基體材料的主要成分的莫來石的質(zhì)量比(莫來石/氧化鋁)為15/85～50/50。


圖1是表示通過間隔撐柱裝載了10個本發(fā)明的載置器的例子的側(cè)視圖。
1陶瓷電子零件燒成用載置器1a陶瓷電子零件燒成用載置器(第5層)2間隔撐柱具體實施方式
以下具體說明本發(fā)明的實施方式。
本發(fā)明的載置器是具有由氧化鋁及以莫來石為主要成分的陶瓷材料構(gòu)成的基體和設(shè)置在基體上的防止與被燒成體反應(yīng)的被覆層的載置器，其特征在于，該基體及被覆層的全部在20℃下的熱傳導(dǎo)率為2.70～15.00W/m·k。
藉此，即使在將多個大型載置器加密地裝載在板架等上的場合，特別是不進(jìn)行長時間的燒成時，也能夠使載置在載置器上的所有的被燒成體與其載置位置無關(guān)而在均勻溫度下燒成，可以減少所得到的電子零件的特性的波動度。
為此，更優(yōu)選本發(fā)明的載置器在20℃下的熱傳導(dǎo)率在2.76W/m·k以上，特別優(yōu)選在2.80W/m·k以上。
另外，在本發(fā)明中，從能夠進(jìn)一步減少得到的電子零件的特性的波動度這點出發(fā)，優(yōu)選基體及被覆層的全部在20℃下的熱擴(kuò)散率為1.25×10-6～6.1×10-6m2/s，更優(yōu)選為1.40×10-6～4.20×10-6m2/s，特別優(yōu)選為1.40×10-6～2.0×10-6m2/s。
另外，在本發(fā)明中，被燒成體燒結(jié)時，從使燒結(jié)溫度均勻以能夠減少制品特性的波動度這點出發(fā)，優(yōu)選基體及被覆層的全部在1200℃下的熱傳導(dǎo)率為5.0～20.0W/m·k。
以下具體說明具有這樣特性的載置器。
在本發(fā)明中，作為基體材料主要成分之一的氧化鋁具有剛玉型的最穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，從耐熱性、抗熱沖擊性優(yōu)良這點出發(fā)，優(yōu)選α-氧化鋁。另外，以該α-氧化鋁作為主晶體的可以舉出電熔氧化鋁、燒結(jié)氧化鋁等。
另外，在本發(fā)明中，在構(gòu)成基體的陶瓷材料中，優(yōu)選能夠構(gòu)成摻合料的氧化鋁。因此，作為氧化鋁，優(yōu)選其粒徑為2.0～0.2mm，更優(yōu)選粒徑為1.0～0.5mm。
其次，在本發(fā)明中，優(yōu)選作為構(gòu)成基體的陶瓷材料的另一主要成分莫來石Al2O3/SiO2摩爾比是1.6～2.4的組成，更優(yōu)選是1.7～2.1的組成，特別優(yōu)選是1.8～2.1，最優(yōu)選是1.8～2.0的組成。
藉此，一方面與作為基體主要成分之一含有以Al2O3/SiO2摩爾比作為化學(xué)理論摩爾比的莫來石的載置器具有大體相同的耐急冷急熱性，同時還能夠得到導(dǎo)熱性高、特性波動度小的制品的載置器。
不過，本發(fā)明中的莫來石也可以是含有化學(xué)理論摩爾比的莫來石等。但是，由于含有化學(xué)理論摩爾比的莫來石多量時會降低熱傳導(dǎo)性而不佳，所以具體地說，優(yōu)選其含有率為占全部莫來石的5％以下。
而且，本發(fā)明中的莫來石也可以是含有玻璃相的莫來石。但是，以高比率含有該玻璃相時，由于會降低耐熱性和熱傳導(dǎo)性，所以優(yōu)選含微量成分，具體地說，優(yōu)選其含有率為占全部莫來石的1％以下。
另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選在構(gòu)成基體的陶瓷材料中構(gòu)成摻合料及基體材料的莫來石。另外，優(yōu)選該莫來石的粒徑在2mm以下，更優(yōu)選粒徑在1mm以下。
本發(fā)明中的基體，優(yōu)選作為上述的基體材料及摻合料的主要成分的莫來石和作為摻合料的主要成分的氧化鋁的質(zhì)量比(莫來石/氧化鋁)為5/5以下，更優(yōu)選4/6以下，特別優(yōu)選3/7以下，最優(yōu)選2/8以下。
如果基體的莫來石和氧化鋁的質(zhì)量比(莫來石/氧化鋁)在該范圍內(nèi)，就能夠使載置器一面具有希望的耐急冷急熱性，一面具有高的熱傳導(dǎo)性，就能夠與其載置位置無關(guān)而在均勻溫度下燒成載置在載置器上的所有的被燒成體。
但是，若氧化鋁的質(zhì)量比極端大時，載置器的耐急冷急熱性降低，因而優(yōu)選作為摻合料及基體材料主要成分的莫來石和作為摻合料主要成分的氧化鋁的質(zhì)量比(莫來石/氧化鋁)在1/9以下。
另外，該基體也可以含有除主要成分的氧化鋁及莫來石以外的例如Na2O、TiO2等成分。但含這些雜質(zhì)多時，會大幅度降低載置器的熱傳導(dǎo)性、耐熱性等，因而優(yōu)選雜質(zhì)在構(gòu)成基體的材料中含0.5％以內(nèi)。
另外，因該基體熱傳導(dǎo)性大，所以優(yōu)選氣孔率在30％以下，更優(yōu)選氣孔率在10％以下。
其次，作為本發(fā)明的被覆層，可以是單獨1層構(gòu)成的單層構(gòu)造也可以是設(shè)計有中間層的兩層以上的多層構(gòu)造。
另外，作為本發(fā)明的被覆層，要能夠防止與被燒成體反應(yīng)，優(yōu)選從例如氧化鋯、氧化鎂、氧化鋁、氧化鋁-氧化鋯及尖晶石組成的組中選擇的至少1種材質(zhì)構(gòu)成。
但是，在本發(fā)明中，為了提高載置器的熱傳導(dǎo)性，優(yōu)選用氧化鋁或氧化鋁-氧化鋯構(gòu)成由單獨1層形成的被覆層、或由2層以上的多層構(gòu)造形成的被覆層的中間層或表層的至少1層。
另一方面，被覆層的材質(zhì)可以根據(jù)構(gòu)成被燒成體的材質(zhì)，優(yōu)先選擇非反應(yīng)性高的材質(zhì)，例如制作鐵素體材質(zhì)的場合，優(yōu)選由氧化鋯、氧化鋁或氧化鋁-氧化鋯的至少1種材質(zhì)構(gòu)成，制作由鈦酸鋇構(gòu)成的電容器的場合，優(yōu)選由氧化鋯構(gòu)成。
另外，在由多層構(gòu)造的被覆層中，為了使表層非反應(yīng)性高用氧化鋯構(gòu)成的場合，優(yōu)選用熱傳導(dǎo)性高的氧化鋁或氧化鋁－氧化鋯構(gòu)成中間層。
在本發(fā)明中，對于被覆層的厚度不作特別的限制，但優(yōu)選考慮被覆層材質(zhì)的熱傳導(dǎo)性，調(diào)整其厚度。
具體地說，用熱傳導(dǎo)性高的層時，可以形成比較厚的層，例如用由氧化鋁或氧化鋁-氧化鋯構(gòu)成的層時，其厚度可以設(shè)為100～500μm。
另一方面，用熱傳導(dǎo)性低的層時，優(yōu)選比較薄的層，例如，用由氧化鋯構(gòu)成的層時，優(yōu)選其厚度設(shè)為50～200μm。
另外，作為氧化鋯可以舉出添加CaO、MgO、CeO或Y2O3等穩(wěn)定化劑的穩(wěn)定化氧化鋯，部分穩(wěn)定化氧化鋯、未穩(wěn)定化氧化鋯或鋯酸鈣等。同樣，作為尖晶石可以舉出氧化鎂－氧化鋁尖晶石等，作為氧化鋁－氧化鋯可以舉出氧化鋁和氧化鋯的混合物或使氧化鋁和氧化鋯固溶化的產(chǎn)物。
另外，對于單層構(gòu)造的被覆層及多層構(gòu)造的被覆層的任一種，可以用例如噴涂、噴鍍等通常進(jìn)行的方法形成，只要根據(jù)形成的被覆層的厚度選擇適當(dāng)?shù)姆椒葱小?br> 以上，對于本發(fā)明的載置器的各構(gòu)成要點進(jìn)行了說明，但在本發(fā)明的載置器中，由于同時可以燒成多個被燒成體，所以即使在通過厚度5mm以下、更佳為3mm以下的間隔撐柱將載置器加密多層裝載或固定在支架上、臺架上或匣缽內(nèi)而構(gòu)成燒成用夾具的場合，也可以使被燒成體在相同的溫度下燒成，并能夠得到均勻特性的電子零件。除此之外，由于熱能夠迅速傳導(dǎo)到被燒成體，所以即使在使用100mm×100mm以上尺寸的大型載置器的場合，也可以使各被燒成體在相同的溫度下燒成，特別是還可以使燒成時間縮短化，從而迅速且大量地得到均勻特性的電子零件。
以下，用實施例更具體地說明本發(fā)明，不過本發(fā)明不受這些實施例的任何限制。(評價方法)(1)耐急冷急熱性將各實施例及比較例的載置器放在板架上，將由ZrO2構(gòu)成的板材(105mm×105mm×3mm)裝載在各載置器上，在此狀態(tài)下裝入爐內(nèi)，升溫至500℃后，在爐外室溫下急劇冷卻，肉眼確認(rèn)有無裂紋的發(fā)生及裂紋的長度。
按以下進(jìn)行評價完全看不到裂紋發(fā)生的評為◎，裂紋長度在50mm以下的評為○，裂紋長度超過50mm的評為×。
(2)熱傳導(dǎo)率·熱擴(kuò)散率根據(jù)JIS R1611中記載的方法用激光閃光法測定。這時，作為測定試樣，將各實施例及各比較例的載置器以切成直徑10mm的圓柱狀分別準(zhǔn)備5個，評價該5個試樣的平均值。
(3)制品特性的波動度如圖1所示，通過與載置器同一材質(zhì)構(gòu)成的間隔撐柱2，將各實施例及各比較例的載置器1以5mm的間隔裝載10層，在第5層的載置器1a的中央部及同層外周部分別載置10個被燒成體(燒成后成為陶瓷電容器)，在1300℃、2小時的條件下進(jìn)行燒成。
燒成后，測定取出的各陶瓷電容器的靜電容量，分別對載置在第5層載置器的中央部和同層外周部的各10個陶瓷電容器求出平均值，其差值在1％以內(nèi)的評為◎，2％以內(nèi)的評為○，大于2％的評為×。
(4)Al2O3/SiO2摩爾比通過粉末X線衍射法用ICDD(International Center for Diffraction Data)鑒定210面的衍射角度。(實施例1)首先，將電熔氧化鋁(平均粒徑0.3mm、最大粒徑1.0mm)35質(zhì)量％、煅燒氧化鋁15質(zhì)量％(平均粒徑2μm)、Al2O3/SiO2摩爾比為1.7的燒結(jié)莫來石(平均粒徑100.0μm、最大粒徑0.5mm)45質(zhì)量％和粘土(平均粒徑5.0mm)5質(zhì)量％相混合，調(diào)制陶瓷原料。接著，相對于該陶瓷原料100質(zhì)量份、作為粘接劑添加甲基纖維素0.5質(zhì)量份和水40質(zhì)量份，混合20分鐘，制成坯土。然后，將該坯土投入液壓壓力鑄模機(jī)，以1t/cm2的模壓壓力得到150mm×150mm×4mm的板狀成型體。最后，使該成型體在80℃下干燥8小時后，在1500℃下燒成2小時，制成板狀的基體。
其次，將平均粒徑0.5μm的易燒結(jié)氧化鋁60質(zhì)量％和平均粒徑10μm的電熔氧化鋁40質(zhì)量％相混合，相對于該混合原料100質(zhì)量份添加水30質(zhì)量份，攪拌12小時，調(diào)制成中間層用料漿。接著，用噴槍以5kg/cm2的空氣壓將該料漿噴涂到基體的表面上后，在1400℃下進(jìn)行2小時燒著處理，形成厚度為100μm的中間層。
然后，用水穩(wěn)定化等離子噴鍍裝置，將平均粒徑100～200μm的含有8質(zhì)量％Y2O3的穩(wěn)定化氧化鋯粒子(穩(wěn)定化度100％)噴鍍到基體表面，形成厚度200μm的表面層，制成具有多層構(gòu)造的被覆層的150mm×150mm×4.6mm的載置器。(實施例2～5及比較例1～3)將電熔氧化鋁、煅燒氧化鋁、燒結(jié)莫來石及粘土以表1所示的配合比例分別進(jìn)行混合調(diào)制陶瓷原料、并且如表1所示制作中間層及表層，除此之外其余與實施例1同樣進(jìn)行，制成載置器。各實施例及各比較例的材料組成歸納示于表1中。
表1

*1粘土Al2O360％(基體陶瓷原料總量的3.0質(zhì)量％)、SiO235％(基體陶瓷原料總量的1.75質(zhì)量％)，其余為其他成分。
如表2所示，對于基體中氧化鋁和莫來石的質(zhì)量比(莫來石/氧化鋁)為37/63～21/79以下的實施例2～4的載置器，任何一個的20℃時的熱傳導(dǎo)率在2.86W/m·k以上，1200℃時的熱傳導(dǎo)率在5.2W/m·k以上，熱擴(kuò)散率在1.40×10-6m2/s以上都較大。另外，制品特性的波動度都在1％以下非常小。
另外，對于基體中氧化鋁和莫來石的質(zhì)量比(莫來石/氧化鋁)為47/53并在基體上設(shè)有氧化鋁質(zhì)中間層的實施例1的載置器，20℃時的熱傳導(dǎo)率為2.76W/m·k，熱擴(kuò)散率為1.26×10-6m2/s，哪一個特性都較大。另外，制品特性的波動度在2％以下而比較小。另外，對于基體中氧化鋁和莫來石的質(zhì)量比(莫來石/氧化鋁)為5/95的實施例5的載置器，20℃時的熱傳導(dǎo)率為15.00W/m·k，1200℃時的熱傳導(dǎo)率為20.1W/m·k，熱擴(kuò)散率為6.68×10-6m2/s，哪一個特性都比較大。另外，制品特性的波動度在2％以下而比較小。
與此相反，對于除不設(shè)氧化鋁質(zhì)中間層以外其余均與實施例1相同的比較例1的載置器，20℃時的熱傳導(dǎo)率為2.62W/m·k，熱擴(kuò)散率為1.23×10-6m2/s，都比較低，制品特性的波動度也比2％大。
另外，即使對于除了使氧化鋁和莫來石的質(zhì)量比(莫來石/氧化鋁)為52/48作為基體其余均與實施例1相同的比較例2的載置器，20℃時的熱傳導(dǎo)率為2.36W/m·k，熱擴(kuò)散率為1.08×10-6m2/s，都比較低，制品特性的波動度也比2％大。
特別是，僅用氧化鋁構(gòu)成基體的比較例3的載置器，雖然20℃時的熱傳導(dǎo)率為17.30W/m·k，熱擴(kuò)散率為6.82×10-6m2/s，都非常高，但是制品特性的波動度卻比2％大。另外，特別是沒有示于表中，但比較例3的載置器在耐急冷急熱性試驗中，可以看到長度超過50mm的裂紋，耐急冷急熱性極差。各實施例及各比較例的載置器的特性歸納示于表2中。
表2

(實施例6～10及比較例4，5)除了分別用表3所示的Al2O3/SiO2摩爾比、以表3所示的配合比例混合電熔氧化鋁、煅燒氧化鋁、燒結(jié)莫來石及粘土而調(diào)制陶瓷原料和不設(shè)中間層、以及表層厚度為150μm以外，其余與實施例1相同進(jìn)行，制成載置器。各實施例及各比較例的材料組成歸納示于表3中。
表3

如表4所示，對于用Al2O3/SiO2摩爾比為1.6～2.4的莫來石的實施例6～10的載置器，任何一個制品的特性的波動度都在2％以下，而且耐熱沖擊界限溫度在500℃以上，耐急冷急熱性也強(qiáng)。特別是對于用Al2O3/SiO2摩爾比為1.8～2.1的莫來石的實施例7～9的載置器，其制品特性的波動度都在1％以下而非常小。
與此相反，對于用Al2O3/SiO2摩爾比為1.5的莫來石的比較例4的載置器，其制品特性的波動度都比2％大。
另外，用Al2O3/SiO2摩爾比為2.5的莫來石的比較例5的載置器，雖然制品特性的波動度都在2％以下而比較小，但耐熱沖擊界限溫度在500℃以下和耐急冷急熱性差。各實施例及各比較例的載置器的特性歸納示于表4中。
表4

如以上所述，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種可以得到均勻特性電子零件的陶瓷電子零件燒成用載置器，該載置器能夠滿足對載置器的大型化和裝載間隔的致密化以及燒成時間縮短的要求，同時能使載置在載置器上的所有的被燒成體與其載置位置無關(guān)而可以在均勻的溫度下燒成。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷電子零件燒成用載置器，其特征在于，該陶瓷電子零件燒成用載置器具有由以氧化鋁及莫來石為主要成分的陶瓷材料構(gòu)成的基體和設(shè)置在該基體上的防止與被燒成體反應(yīng)的被覆層，其特征在于，該基體及該被覆層的全部在20℃下的熱傳導(dǎo)率為2.7～15.0W/m·k。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷電子零件燒成用載置器，其特征在于，上述基體及上述被覆層的全部在20℃下的熱擴(kuò)散率為1.25×10-6～6.1×10-6m2/s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陶瓷電子零件燒成用載置器，其特征在于，上述基體及上述被覆層的全部在1200℃下的熱傳導(dǎo)率為5.0～20.0W/m·k。
4.一種陶瓷電子零件燒成用載置器，其特征在于，該陶瓷電子零件燒成用載置器具有由以氧化鋁及莫來石為主要成分的陶瓷材料構(gòu)成的基體和設(shè)置在該基體上的防止與被燒成體反應(yīng)的被覆層，其特征在于，該莫來石具有Al2O3/SiO2摩爾比為1.6～2.4的組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的陶瓷電子零件燒成用載置器，其特征在于，上述莫來石具有Al2O3/SiO2摩爾比為1.8～2.1的組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及用燒成方法制造陶瓷電子零件時所使用的載置器。更詳細(xì)地說，就是涉及具備以氧化鋁、莫來石作為主要成分的陶瓷質(zhì)基體的陶瓷電子零件燒成用載置器。本發(fā)明的目的是提供一種可以得到均勻特性電子零件的陶瓷電子零件燒成用載置器，該載置器能滿足對載置器的大型化和裝載間隔的致密化以及燒成時間縮短的要求，同時能使載置在載置器上的所有的被燒成體與其載置位置無關(guān)而可以在均勻的溫度下燒成。其解決方案是，對于具有由以氧化鋁及莫來石為主要成分的陶瓷材料構(gòu)成的基體和設(shè)置在基體上的防止與被燒成體反應(yīng)的被覆層的陶瓷電子零件燒成用載置器，以使基體及被覆層的全部在20℃下的熱傳導(dǎo)率為2.7～15.0W/m·k的材料構(gòu)成。
文檔編號C04B35/111GK1480425SQ03149719
公開日2004年3月10日 申請日期2003年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月9日
發(fā)明者森博, 二本松浩明, 森笹真司, 司, 森 博, 浩明 申請人:日本礙子株式會社, Ngk阿德列克株式會社