專(zhuān)利名稱(chēng)：用于煅燒電子元件的夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于煅燒電子元件的夾具，例如用于煅燒電子元件如電介質(zhì)、多層電容器、陶瓷電容器、壓電元件和熱敏電阻器的定位器、架子板(shelf board)以及烤箱。
背景技術(shù)：
用于煅燒電子元件的夾具除需要具有耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度外，還需要不與待煅燒的陶瓷電子元件反應(yīng)的性能。當(dāng)電子元件制品如電介質(zhì)與煅燒夾具接觸并反應(yīng)時(shí)，會(huì)由于制品的熔化或組成的波動(dòng)而導(dǎo)致性能可能劣化的問(wèn)題。
用于煅燒電子元件的夾具的基材通常包括氧化鋁基材料、氧化鋁-富鋁紅柱石基材料、氧化鋁-氧化鋯基材料、氧化鋁-氧化鎂基尖晶石材料、氧化鋁-富鋁紅柱石-堇青石基材料以及它們的組合。
為防止夾具與制品的接觸，使用了在表面層上涂敷氧化鋯(鋯氧化物)的方法。雖然氧化鋯與基材的反應(yīng)性比較低，但是在進(jìn)行重復(fù)加熱循環(huán)的環(huán)境下由于在基材和氧化鋯的熱膨脹系數(shù)之間的較大差異而導(dǎo)致夾具的涂層可能裂開(kāi)或剝離。當(dāng)夾具反復(fù)使用并且包含在表面氧化鋯層的粒子具有較低的耐去除粒子性或更低的耐磨損性時(shí)，微小粒子混入電子元件中會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重問(wèn)題。
在氧化鋯中從單斜晶系到正方晶系的相轉(zhuǎn)變?cè)诩s1100℃發(fā)生。因此，出現(xiàn)如下問(wèn)題伴隨因反復(fù)加熱循環(huán)導(dǎo)致的相轉(zhuǎn)變而發(fā)生的熱膨脹系數(shù)的改變消除了氧化鋯涂層而產(chǎn)生了裂紋，因此要被煅燒的電子元件可能會(huì)受到基材的影響。
為解決這些問(wèn)題，而提出了一種用于煅燒電子元件的夾具，在該夾具中，在氧化鋯表面層和基材之間放置了由鋁氧化物(氧化鋁)制成的中間層。然而，在用于煅燒電子元件的該夾具中，作為中間層的氧化鋁的燒結(jié)能力是較差的，氧化鋁在氧化鋯表面層和基材之間只具有不充足的粘附力。因此，該夾具的缺陷是對(duì)于由熱循環(huán)導(dǎo)致的氧化鋯表面層的膨脹和收縮產(chǎn)生的熱應(yīng)力的氧化鋯表面層的剝離不能被防止。
涂敷方法、浸涂方法和噴涂方法都可用于在煅燒電子元件的夾具的基材表面上形成氧化鋯層(或氧化鋯膜)。在這些相對(duì)廉價(jià)并適于工業(yè)生產(chǎn)的方法中，所形成的氧化鋯層的抗顆粒分離性和耐磨損性都是不充分的。尤其，在熱循環(huán)在用于煅燒電子元件的夾具上反復(fù)進(jìn)行的情況下，氧化鋯層可以從基材上脫落，而且顆粒可以分離。
為克服這些缺陷，JP-A-2001-213666(0011段)和JP-A-8(1996)-253381提出了一種用于煅燒電子元件的夾具，在該夾具中向氧化鋯層加入由金屬氧化物構(gòu)成的部分熔融粘合劑。例如，在JP-A-2001-213666中，公開(kāi)了一種包括含有作為基本成分的氧化鋁(Al2O3)的部分熔融粘合劑的用于煅燒電子元件的夾具，其中向氧化鋁中加入一種或多種，優(yōu)選兩種或更多種金屬氧化物，所述金屬氧化物優(yōu)選從氧化釔(Y2O3)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)和氧化鍶(SrO)中選擇。
在用于煅燒電子元件的夾具中的部分熔融粘合劑粘合粗粒氧化鋯和/或細(xì)粒氧化鋯以增加強(qiáng)度并提高與基材的粘附力，由此抑制了氧化鋯層的脫落和粉碎。因而，可以經(jīng)濟(jì)地制備具有充足強(qiáng)度的夾具。
然而，因?yàn)樵贘P-A-2001-213666中描述的部分熔融粘合劑包含除基本氧化鋁外的第二、第三種或隨后的金屬氧化物，因此該選擇范圍非常狹窄，以致需求包含可使用更寬廣范圍的金屬氧化物的部分熔融粘合劑的用于煅燒電子元件的夾具。
在只有基材的上表面涂敷有氧化鋯的用于煅燒電子元件的夾具中，基材上表面的收縮在煅燒過(guò)程中和在反復(fù)使用過(guò)程中可以變得比下表面更大，導(dǎo)致該基材翹曲產(chǎn)生彎曲。為克服這問(wèn)題，而提出了一種除在基材上表面涂敷氧化鋯外在下表面也涂敷相同氧化鋯的用于煅燒電子元件的夾具(JP-A-2002-37676，JP-A-2001-130084和JP-B-3139962)。
在上下表面都具有氧化鋯的三層結(jié)構(gòu)的用于煅燒電子元件的夾具中，對(duì)于性能改善的研究是不夠的。盡管可以防止彎曲，但是其它性能如防止脫落性并沒(méi)有充分的說(shuō)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)研究具有上述問(wèn)題的用于煅燒電子元件的傳統(tǒng)夾具的材料和結(jié)構(gòu)而提高用于煅燒電子元件的夾具的各種性能。
在現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題中，本發(fā)明的首要目的是提供一種用于煅燒電子元件的夾具，在該夾具中，當(dāng)通過(guò)使用廉價(jià)的方法如涂敷方法形成的氧化鋯層時(shí)，氧化鋯層不會(huì)從基材上脫落，而且顆粒也不會(huì)分離。
在現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題中，本發(fā)明的第二目的是提供一種具有各種優(yōu)異性能、尤其是例如通過(guò)改變中間層的材料獲得的耐剝離性和強(qiáng)度的用于煅燒電子性能的夾具。
在現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題中，本發(fā)明的第三目的是通過(guò)使用具有最小限制(借助消除部分熔融粘合劑使用限制)的更寬范圍金屬氧化物而提供一種帶有更高強(qiáng)度和對(duì)基材有優(yōu)異粘附力的氧化鋯層的用于煅燒電子元件的夾具。
在現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題中，本發(fā)明的第四目的是提供一種具有氧化鋯層以及在其上下表面上都有金屬氧化物涂層的三層結(jié)構(gòu)的用于煅燒電子元件的夾具，因此該夾具的性能可以提高。
首先，本發(fā)明是一種包含基材和涂敷在基材表面上的氧化鋯層的用于煅燒電子元件的夾具，該夾具的特征在于包含形成液相的一種或多種金屬氧化物的氧化鋯層為改善耐剝離性和耐磨損性而煅燒以使煅燒后的液體相結(jié)晶(下面也稱(chēng)作第一發(fā)明)。
其次，本發(fā)明是一種用于煅燒電子元件的夾具，包括基材、含氧化鋁并涂敷在基材表面上的中間層以及涂敷在中間層上的氧化鋯表面層，該夾具的特征在于中間層包含至少一種作為燒結(jié)助劑的金屬氧化物，以改善在包括氧化鋯表面層/中間層/基材的用于煅燒電子元件的夾具的燒結(jié)過(guò)程中的耐剝離性能(下面也稱(chēng)作第二發(fā)明)。
再次，本發(fā)明是用于煅燒電子元件的夾具，包括基材和氧化鋯層，所述氧化鋯層通過(guò)使用部分熔融粘合劑將平均粒度為30～500μm的粗粒氧化鋯和平均粒度為0.1～10μm的細(xì)粒氧化鋯粘合而制備并涂敷在基材上，該夾具的特征在于部分熔融粘合劑為(a)氧化鋁或氧化鋁-氧化鎂-基的尖晶石復(fù)合氧化物，(b)從稀土金屬氧化物、過(guò)渡金屬氧化物和堿土金屬氧化物和氧化鋁中選擇的一種或多種金屬氧化物的混合物，(c)從稀土金屬氧化物、過(guò)渡金屬氧化物和堿土金屬氧化物中選擇的兩種或更多種金屬氧化物的混合物，或(d)從稀土金屬氧化物、過(guò)渡金屬氧化物和堿土金屬氧化物中選擇的一種或多種金屬氧化物與氧化鋁-氧化鎂-基的尖晶石型復(fù)合氧化物的混合物(下面也稱(chēng)作第三發(fā)明)。
第四，本發(fā)明為用于煅燒電子元件的夾具，包括基材、在基材的上表面上形成的氧化鋯表面層以及在基材的下表面上形成的金屬氧化物涂層，該夾具的特征在于(a)在基材和氧化鋯表面層之間和/或在基材和金屬氧化物涂層之間形成的中間層，或(b)氧化鋯表面層和金屬氧化物涂層中的至少一種含有由一種或多種金屬氧化物制成的燒結(jié)試劑，或(c)在基材的側(cè)表面上形成金屬氧化物涂層，或(d)金屬氧化物涂層不包含氧化鋯(下面稱(chēng)作第四發(fā)明)。
下面，詳細(xì)描述本發(fā)明。
在第一發(fā)明中，從稀土氧化物如氧化釔和氧化鑭、堿土氧化物如氧化鈣和氧化鋇以及過(guò)渡金屬氧化物如氧化鈦、氧化鈮、氧化錳中選擇的一種或多種金屬氧化物；或氧化鋁被選擇作為用于形成包含在氧化鋯層中的液體相的金屬氧化物。因此，可以提供具有優(yōu)異耐剝離性和耐磨損性的用于煅燒電子元件的夾具。
在第一發(fā)明中一種或多種金屬氧化物或氧化鋁的選擇使在包括具有作為主要組分的這些氧化物的氧化鋯層的兩種或更多種氧化物之間反應(yīng)。部分反應(yīng)產(chǎn)物熔化形成液相以增強(qiáng)氧化鋯顆粒之間的結(jié)合。此外，反應(yīng)產(chǎn)物在液相一形成就燒結(jié)后可以結(jié)晶。該結(jié)晶很好地保持了氧化鋯層在電子元件被燒結(jié)的溫度例如1300℃的耐久性。
包含在氧化鋯層的金屬氧化物可以作為復(fù)合氧化物加入。例如，當(dāng)加入兩種氧化物即氧化鋇和氧化鈦時(shí)，它們可以以合適量的鈦酸鋇復(fù)合氧化物加入。
除包含在氧化鋯層的金屬氧化物外，雜質(zhì)如氧化鋅、氧化鉍、氧化鈉和氧化硅的量?jī)?yōu)選最大為5重量％或更小，更優(yōu)選為1重量％或更小。超過(guò)5重量％的雜質(zhì)降低了形成液相的溫度，因而液相甚至在電子元件的燒結(jié)溫度如1300℃下也能形成，由此導(dǎo)致在氧化鋯層表面上與要被燒結(jié)的電子元件的反應(yīng)并且降低了耐剝離性。因此，超過(guò)5重量％的雜質(zhì)可以形成玻璃態(tài)而引起氧化鋯層的變形或結(jié)合強(qiáng)度的顯著降低。
當(dāng)金屬氧化物顆粒作為形成液相的組分加入時(shí)，加入到氧化鋯層中的金屬氧化物粒子的尺寸選定為0.1～10μm，優(yōu)選10μm或更小。不穩(wěn)定的、部分穩(wěn)定的或穩(wěn)定的氧化鋯都可以用作形成作為主要成分的氧化鋯層的氧化鋯粒子。其粒子的尺寸可以根據(jù)氧化鋯層的表面粗糙度和孔尺寸選擇。例如，平均粒度為100μm。
具有1μm的平均粒度的微小粒子和具有100μm的平均粒度的粗糙粒子可以結(jié)合以提供作為主要組分的氧化鋯粒子。在該情況下，細(xì)粒氧化鋯和所加入的金屬氧化物彼此反應(yīng)以形成液相，從而增加氧化鋯層的結(jié)合強(qiáng)度。
加入到氧化鋯層中的金屬氧化物的量?jī)?yōu)選為0.1重量％～20重量％，而超過(guò)這些值的量會(huì)導(dǎo)致與電子元件制品的反應(yīng)以及玻璃相的形成，從而降低耐剝離性能。
在基材表面上的氧化鋯層可以通過(guò)使用傳統(tǒng)方法如其中將氧化鋯化合物溶液涂敷并熱分解的方法、其中噴涂氧化鋯化合物溶液或氧化鋯粉末和所選擇的金屬氧化物溶液的方法以及其中將在溶液中浸澤的基材熱分解使化合物轉(zhuǎn)化成氧化鋯的方法。所使用的基材可以與傳統(tǒng)基材相同，所述傳統(tǒng)基材如鋁基材料、氧化鋁-富鋁紅柱石-基材料、氧化鋁-氧化鎂-基尖晶石材料、氧化鋁-富鋁紅柱石-堇青石基材料或這些材料的組合。
包括基材和氧化鋯層的用于煅燒電子元件的夾具的煅燒溫度最好比電子元件所實(shí)際煅燒的溫度高，從而防止使用過(guò)程中用于煅燒電子元件的夾具劣化。因?yàn)橛糜陟褵娮釉膴A具的煅燒溫度通常為1200～1400℃，因此用于煅燒氧化鋯層的溫度優(yōu)選為1300～1600℃。
本發(fā)明的氧化鋯層通過(guò)可以廉價(jià)進(jìn)行的形成更厚膜的方法形成，可以提供具有優(yōu)異的耐剝離性和耐磨損性的氧化鋯層的用于煅燒電子元件的夾具。
如上所述，第二發(fā)明是一種用于煅燒電子元件的夾具，包括基材、含氧化鋁并涂敷在基材表面上的中間層以及涂敷在中間層上的氧化鋯表面層，該夾具的特征在于中間層包含至少一種作為燒結(jié)助劑的金屬氧化物，以改善在包括氧化鋯表面層/中間層/基材的夾具的煅燒過(guò)程中的耐剝離性能。
選自稀土金屬氧化物如除氧化釔外的氧化鈰和氧化鑭，過(guò)渡金屬氧化物如除氧化鋯外的氧化鈦、氧化鈮和氧化錳以及氧化鋇，和作為包含在氧化鋁中間層中的燒結(jié)助劑的金屬氧化物的氧化鋁中的一種或多種金屬氧化物的選擇可以提供具有優(yōu)異耐剝離性的用于煅燒電子元件的夾具，該夾具由氧化鋯表面層/氧化鋁中間層/包括氧化鋁中間層的基材形成。
在第二發(fā)明中所選擇的一種或多種金屬氧化物用作燒結(jié)助劑。在包括作為中間層主要組分的氧化鋁和燒結(jié)助劑的兩種或更多種氧化物之間發(fā)生反應(yīng)，其部分熔化形成液相，從而提高在氧化鋯表面層和氧化鋁中間層之間以及在氧化鋁中間層和基材之間的耐剝離性并且進(jìn)一步增加了氧化鋯和氧化鋁粒子之間以及氧化鋁粒子之間的結(jié)合。這些反應(yīng)產(chǎn)物通過(guò)在液相形成后的燒結(jié)而良好結(jié)晶。該結(jié)晶優(yōu)異地保持了氧化鋁中間層在電子元件被燒結(jié)的溫度如1300℃的耐剝離性和耐裂紋發(fā)展性。
可以加入復(fù)合氧化物作為包含在氧化鋁中間層中的金屬氧化物。例如，鈦酸鋇復(fù)合氧化物可以作為在氧化鋇和氧化鈦之間形成的復(fù)合氧化物加入。
除包含在氧化鋁中間層中的金屬氧化物外，雜質(zhì)如氧化鋅、氧化鉍、氧化鈉和氧化硅都可以促進(jìn)與上述金屬氧化物的反應(yīng)。然而，雜質(zhì)的量?jī)?yōu)選為1重量％或更小，最大為5重量％或更小。
超過(guò)5重量％的雜質(zhì)可以通過(guò)過(guò)度燒結(jié)在表面層引起裂紋或者可以降低形成液相的溫度，因而液相甚至在電子元件的燒結(jié)溫度如1300℃也能形成，由此降低了在氧化鋯表面層和氧化鋁中間層之間或者在氧化鋁中間層和基材之間的耐剝離性。超過(guò)5重量％的雜質(zhì)可以在氧化鋁中間層燒結(jié)后形成玻璃態(tài)從而降低了中間層的強(qiáng)度。
當(dāng)金屬氧化物粒子作為燒結(jié)助劑加入時(shí)，加入到氧化鋁中間層的金屬氧化物粒子的尺寸選擇為0.1～100μm，優(yōu)選10μm或更小。形成中間層的作為主要成分的鋁粒度適于根據(jù)與氧化鋯表面層和基材的匹配進(jìn)行選擇，而且盡管粗糙粒子和微小粒子可以組合或具有更寬粒子分布的粒子可以選擇，但平均粒度通常為1～100μm。
在該情況下，細(xì)小氧化鋁和所加入的金屬氧化物彼此反應(yīng)以作為燒結(jié)輔助試劑或用以形成液相從而增強(qiáng)氧化鋁中間層的結(jié)合強(qiáng)度。
以作為主要成分的氧化鋁計(jì)，所加入金屬氧化物的量?jī)?yōu)選為0.1重量％～20重量％。超過(guò)該值的量將加入到中間層的元素?cái)U(kuò)散到氧化鋯表面層從而引起在氧化鋯表面層中施加了不良作用或者在中間層中形成了玻璃態(tài)由此而劣化耐剝離性的問(wèn)題。
在涂敷熱分解(application-thermal decomposition)方法中，可以使用噴涂和浸涂方法以在基材表面上形成中間層。在涂敷熱分解方法中，相應(yīng)金屬的金屬鹽水溶液如硝酸鹽涂敷在基材上并熱分解從而轉(zhuǎn)化成涂敷在基材表面上的相應(yīng)金屬氧化物。在噴涂方法中，具有特殊粒度的懸浮金屬氧化物粒子的溶劑噴涂在基材表面上，從而在溶劑擴(kuò)散后，金屬氧化物覆蓋了基材表面。在浸涂方法中，基材浸漬在溶解或懸浮有相應(yīng)金屬氧化物的溶液中以在基材表面上形成包含金屬氧化物的液體層，由此在用于去除溶劑的干燥后形成了金屬氧化物層。
在涂敷-熱分解方法和浸涂方法中，金屬氧化物的粒度難于控制，因此當(dāng)形成由具有所需粒子分布的金屬氧化物例如由上面描述的粗糙粒子和微小粒子構(gòu)成的金屬氧化物構(gòu)成的中間層時(shí)，直接使用其中直接噴涂具有特定粒度的金屬氧化物顆粒的噴涂方法。
中間層的厚度并沒(méi)有特別的限制，當(dāng)它只是由金屬氧化物粒子構(gòu)成時(shí)，其厚度為10～200μm。中間層的厚度可以根據(jù)在基材上的金屬或金屬化合物的噴涂量、金屬或金屬化合物的溶液的涂敷量和在相應(yīng)的制備方法中去除溶劑的量而任意調(diào)節(jié)。
此處形成的中間層通過(guò)高溫煅燒轉(zhuǎn)化成中間層。煅燒溫度最好比電子元件在實(shí)際煅燒中的溫度更高，以防止第二發(fā)明的用于煅燒電子元件的夾具劣化。因?yàn)橛糜陟褵龏A具的溫度通常為1200～1400℃，因此煅燒中間層的溫度優(yōu)選1300～1600℃。中間層的煅燒可以在氧化鋯表面層形成后與氧化鋯表面層的煅燒同時(shí)進(jìn)行，由此可減少煅燒步驟的數(shù)量。
氧化鋯表面層在這樣形成的中間層上形成。制備方法包括類(lèi)似于中間層的涂敷-熱分解方法、噴涂方法和浸涂方法。
氧化鋯層可以通過(guò)燒結(jié)具有任意粒度的氧化鋯而形成。然而，當(dāng)粗糙粒子和微小粒子，例如平均粒度為30～500μm的氧化鋯粗糙粒子和平均粒度為0.1～10μm的氧化鋯微小粒子混合時(shí)，通過(guò)具有更高孔隙率的粗粒氧化鋯粒子在表面層中形成孔隙。除了中間層的形成孔隙的能力外，氧化鋯表面層的形成孔隙能力更完全地吸收和減小了氧化鋯表面層和中間層的熱膨脹系數(shù)之間的差異。在氧化鋯表面層情況下，以整個(gè)組合物計(jì)，粗糙粒子理想為90重量％或更低。
特別地，非穩(wěn)定氧化鋯、部分穩(wěn)定氧化鋯和穩(wěn)定的氧化鋯都可以用作氧化鋯表面層的材料。在與電子元件直接接觸的氧化鋯表面層不會(huì)對(duì)電子元件施加不良影響。因此，用氧化釔、氧化鈣和氧化鎂或它們的混合物部分穩(wěn)定或穩(wěn)定的氧化鋯都可以滿(mǎn)意地使用。
氧化鋯在常溫為單斜晶系，并隨著溫度的升高而發(fā)生如下的相轉(zhuǎn)變單斜晶系→(1170℃)→正方晶系→(2370℃)到立方晶系。通過(guò)將氧化鋯中部分熔融粘合劑(穩(wěn)定試劑)如氧化釔和氧化鎂固溶，可在常溫下“穩(wěn)定”高溫相態(tài)如正方晶系和立方晶系。
所使用的基材可以為普通陶瓷基防火材料，例如使用氧化鋁基材料、氧化鋁-富鋁紅柱石基材料、氧化鋁-富鋁紅柱石-堇青石基材料或它們的組合。
根據(jù)具有上述配置的第二發(fā)明，可以提供用于煅燒電子元件的夾具，所述夾具具有在各種性能特別是例如耐剝離性和強(qiáng)度方面都優(yōu)異的中間層，所述中間層可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)氧化鋁中間層。
然后，在第三發(fā)明中，當(dāng)通過(guò)在基材上涂敷包含平均粒度為30～500μm的粗粒氧化鋯和平均粒度為0.1～10μm的細(xì)粒氧化鋯的氧化鋯層而形成用于煅燒電子元件的夾具時(shí)，使用部分熔融粘合劑以增強(qiáng)用于防止脫落的強(qiáng)度。
當(dāng)氧化鋯層只是通過(guò)粗粒氧化鋯形成時(shí)，氧化鋯層不能獲得充足的致密性，因而形成了很多孔隙以致氧化鋯層與基材的熱膨脹系數(shù)的差異減小或消失。此外，使用細(xì)小粒狀的部分熔融粘合劑提高了氧化鋯層和基材之間的粘附力，從而獲得了在“通過(guò)降低基材和氧化鋯層之間的熱膨脹系數(shù)差異防止脫落”和“增加基材和氧化鋯層之間的粘附力”之間的相容性。
在第三發(fā)明中，氧化鋯層通過(guò)使用平均粒度為30～500μm的粗粒氧化鋯和平均粒度為0.1～10μm的細(xì)粒氧化鋯(用上述的部分熔融粘合劑粘合)而形成。在本發(fā)明中，與只使用粗粒氧化鋯的情況相比，同時(shí)使用細(xì)粒氧化鋯提高氧化鋯層的強(qiáng)度更顯著，除這以外，可以實(shí)現(xiàn)“通過(guò)降低基材和氧化鋯層之間的熱膨脹系數(shù)差異防止脫落”和“增加基材和氧化鋯層之間的粘附力”。
燒結(jié)電子元件的材料包括作為主要成分的氧化鋯以及作為必需成分的平均粒度為30～500μm的粗粒氧化鋯和平均粒度為0.1～10μm的細(xì)粒氧化鋯。當(dāng)粗粒氧化鋯的平均粒度低于30μm時(shí)，通過(guò)與基材的熱膨脹差異而減小應(yīng)力的效果很小，以致可能發(fā)生脫落。具有超過(guò)500μm的平均粒度的粗粒氧化鋯降低了與燒結(jié)有關(guān)的性能。當(dāng)細(xì)粒氧化鋯的平均粒度低于0.1μm時(shí)，與粗粒氧化鋯的顆粒大小差異變得過(guò)大，從而減小了增加粗粒氧化鋯和基材之間的粘附力的效果。接近于粗粒氧化鋯的平均粒度超過(guò)10μm的細(xì)粒氧化鋯降低了粗粒氧化鋯的添加效果。
在粗粒氧化鋯和細(xì)粒氧化鋯之間的重量比理想為75∶25～25∶75，而且因?yàn)樵谏鲜龇秶獾臒崤蛎洸町惒荒軠p小或消失，因此與燒結(jié)相關(guān)的性能會(huì)變壞或發(fā)生脫落。
考慮到與電子元件的反應(yīng)性，非穩(wěn)定氧化鋯、部分穩(wěn)定氧化鋯、穩(wěn)定氧化鋯或它們的混合物可以滿(mǎn)意地用作粗粒氧化鋯。穩(wěn)定性或部分穩(wěn)定性可以通過(guò)向氧化鋯中添加氧化釔(Y2O3)、氧化鈣(CaO)和氧化鎂(MgO)獲得。
氧化鋯在常溫時(shí)為單斜晶系，而且相態(tài)隨溫度升高而發(fā)生如下相轉(zhuǎn)變單斜晶系→(1170℃)→正方晶系→(2370℃)到立方晶系。通過(guò)在氧化鋯中固溶部分熔融粘合劑(穩(wěn)定試劑)如氧化釔和氧化鎂，可在常溫下“穩(wěn)定”高溫相態(tài)如正方晶系和立方晶系。雖然由于從單斜晶系向正方晶系的相轉(zhuǎn)變導(dǎo)致了在非穩(wěn)定氧化鋯中的體積發(fā)生改變，但是在其中部分熔融粘合劑被固溶的穩(wěn)定氧化鋯中并沒(méi)有發(fā)生相轉(zhuǎn)變。
基材可以是普通的陶瓷基耐火材料，例如，它包括氧化鋁基、氧化鋁-富鋁紅柱石-基、氧化鋁-富鋁紅柱石-堇青石基材料以及它們的混合物。
根據(jù)具有上述配置的第二發(fā)明，用于煅燒電子元件的夾具可以提供具有各種優(yōu)異性能特別是如耐剝離性和強(qiáng)度的中間層(代替?zhèn)鹘y(tǒng)氧化鋁中間層)。
此外，在第三發(fā)明中，當(dāng)夾具通過(guò)涂敷具有平均粒度為30～500μm的粗粒氧化鋯和平均粒度為0.1～10μm的細(xì)粒氧化鋯的氧化鋯層成型時(shí)，夾具強(qiáng)度通過(guò)使用部分熔融粘合劑增強(qiáng)以防止脫落。
當(dāng)單獨(dú)使用粗粒氧化鋯時(shí)，氧化鋯層不能獲得充足的致密性，因而其中形成的很多孔隙使與基材的熱膨脹差異減小或消失。此外，使用細(xì)小粒狀的部分熔融粘合劑提高了氧化鋯層和基材之間的粘附力，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)上互不相容的“依照基材和氧化鋯層之間的熱膨脹系數(shù)差異的降低而防止脫落”和“增加基材和氧化鋯層之間的粘附力”。
在第三發(fā)明中，氧化鋯層通過(guò)使用平均粒度為30～500μm的粗粒氧化鋯和平均粒度為0.1～10μm的細(xì)粒氧化鋯并用上述的部分熔融粘合劑將它們粘合而形成。在本發(fā)明中，與只使用粗粒氧化鋯的情況相比，同時(shí)使用細(xì)粒氧化鋯對(duì)于氧化鋯層的強(qiáng)度提高更顯著，然后，可以實(shí)現(xiàn)“通過(guò)降低基材和氧化鋯層之間的熱膨脹系數(shù)差異防止脫落”和“增加基材和氧化鋯層之間的粘附力”。
第三發(fā)明的用于煅燒電子元件的材料包括作為主要成分的氧化鋯以及作為必要成分的平均粒度為30～500μm的粗粒氧化鋯和平均粒度為0.1～10μm的細(xì)粒氧化鋯。低于30μm的粗粒氧化鋯的平均粒度提供了由于與基材的熱膨脹差異產(chǎn)生的更小的應(yīng)力松弛效果，從而容易產(chǎn)生脫落。超過(guò)500μm的粗粒氧化鋯的平均粒度降低了燒結(jié)能力。低于0.1μm的細(xì)粒氧化鋯的平均粒度降低了增強(qiáng)粗粒氧化鋯和基材之間的粘附力的作用，這是因?yàn)樵摿６扰c粗粒氧化鋯之間的差異太大的緣故。超過(guò)10μm的細(xì)粒氧化鋯的平均粒度降低了細(xì)粒氧化鋯添加的效果，這是因?yàn)榧?xì)粒氧化鋯的粒度接近于粗粒氧化鋯的尺寸的緣故。
粗粒氧化鋯和細(xì)粒氧化鋯的重量比理想為75∶25～25∶75。超出該范圍，燒結(jié)能力會(huì)變差或者熱膨脹差異不能減小或消失，因而導(dǎo)致產(chǎn)生脫落。
考慮到與電子元件的反應(yīng)性，非穩(wěn)定氧化鋯、部分穩(wěn)定氧化鋯和穩(wěn)定氧化鋯或它們的混合物可以用作粗粒氧化鋯。通過(guò)向氧化鋯中加入氧化釔(Y2O3)、氧化鈣(CaO)和氧化鎂(MgO)而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定作用或部分穩(wěn)定作用。
氧化鋯在常溫為單斜晶系，并隨著溫度的升高而發(fā)生如下的相轉(zhuǎn)變單斜晶系→(1170℃)→正方晶系→(2370℃)到立方晶系。通過(guò)在氧化鋯中將部分熔融粘合劑(穩(wěn)定試劑)如氧化釔和氧化鎂固溶，可在常溫下“穩(wěn)定”高溫相如正方晶系和立方晶系。雖然由于從單斜晶系到正方晶系的相轉(zhuǎn)換導(dǎo)致了在非穩(wěn)定氧化鋯中發(fā)生體積改變，但是在其中部分熔融粘合劑為被固溶的穩(wěn)定化氧化鋯中不發(fā)生相轉(zhuǎn)化。
要被加入的部分熔融粘合劑包括單獨(dú)的氧化鋁(Al2O3)、氧化鋁-氧化鎂基的尖晶石復(fù)合氧化物(Al2MgO4)，氧化鋁和過(guò)渡金屬氧化物如氧化鈦(TiO2)(包括鈦酸鋁復(fù)合氧化物)的混合物；或者選自稀土氧化物、過(guò)渡金屬氧化物和堿土金屬氧化物中的兩種或更多種金屬氧化物的混合物；或者選自稀土金屬氧化物、過(guò)渡金屬氧化物和堿土金屬氧化物、尖晶石復(fù)合氧化物如氧化鋁-氧化鎂中的一種或多種金屬氧化物的混合物。
稀土氧化物包括氧化釔、氧化鈰和氧化鑭；過(guò)渡金屬氧化物包括氧化鈦、氧化鈮和氧化錳；而堿土金屬氧化物包括氧化鈣、氧化鋇和氧化鍶。
在部分熔融粘合劑中的金屬氧化物粒度在0.1～100μm范圍內(nèi)選擇。單獨(dú)加入的氧化鋁或氧化鋁-氧化鎂基尖晶石復(fù)合氧化物使基材和氧化鋯層之間的匹配更優(yōu)異。除氧化鋁外的上述金屬氧化物具有通過(guò)在燒結(jié)過(guò)程中通過(guò)液相的非穩(wěn)定氧化鋯的表面上的氧化鋯粒子反應(yīng)使部分氧化鋯穩(wěn)定的功能。
部分熔融粘合劑與氧化鋯和部分熔融粘合劑的總量的比值理想為約3～25重量％。低于3重量％，則添加效應(yīng)會(huì)不充分。超過(guò)25重量％，則部分熔融粘合劑可以滲透到基材上或者可以形成除氧化鋯層外的單獨(dú)熔融層，從而減小了粘附力。
這些包含金屬氧化物的部分熔融粘合劑通過(guò)在燒結(jié)過(guò)程中結(jié)合粗粒氧化鋯粒子或粗粒氧化鋯粒子和細(xì)粒氧化鋯粒子而增加氧化鋯層的強(qiáng)度?？紤]到氧化鋯層的燒結(jié)，部分熔融粘合劑理想為從亞微米到約10μm的粒子。
氧化鋯層(氧化鋯膜)可以通過(guò)使用如下任一傳統(tǒng)方法在基材的表面上形成施用鋯化合物溶液并熱分解；將氧化鋯粉末噴涂；以及將基材在鋯化合物溶液中浸漬后把化合物熱轉(zhuǎn)化成氧化鋯。基材可以與包括(例如)氧化鋁基材料、氧化鋁-富鋁紅柱石基材料、氧化鋁-氧化鎂基尖晶石材料、氧化鋁-富鋁紅柱石-堇青石基材料以及它們的組合的傳統(tǒng)材料相同。
氧化鋯層并不是必需直接涂敷在基材表面上的，在基材與氧化鋯層之間可以有中間層。中間層可以由氧化鋁、氧化鋁-氧化鋯或氧化鋁-氧化鎂基尖晶石構(gòu)成。中間層可以在氧化鋯層和基材之間形成優(yōu)異的匹配，并可以防止擴(kuò)散到元件如二氧化硅的表面上而損害電子元件。中間層可以通過(guò)使用噴涂方法或浸涂方法在基材表面上形成。
形成氧化鋯層的煅燒理想地在比電子元件實(shí)際煅燒溫度高的溫度下進(jìn)行，以使本發(fā)明的用于煅燒電子元件的夾具在使用過(guò)程中不會(huì)劣化。因?yàn)殡娮釉钠胀褵郎囟葹?200～1400℃，因此煅燒氧化鋯層的溫度優(yōu)選為約1300～1600℃。
在氧化鋯層中除上述金屬氧化物外雜質(zhì)如氧化鋅、氧化鉍、氧化鈉和氧化硅的存在可以促進(jìn)反應(yīng)。即使在該情況下，雜質(zhì)含量?jī)?yōu)選為1重量％或更小，并優(yōu)選最大可為5重量％。
當(dāng)增加與基材自身的匹配的氧化鋁被單獨(dú)包含時(shí)，在第三發(fā)明中使用的部分熔融粘合劑可以提供相當(dāng)于或大于當(dāng)氧化鋁與其它金屬氧化物傳統(tǒng)結(jié)合使用時(shí)的耐剝離性能和耐磨損性，因而廉價(jià)并容易制備的部分熔融粘合劑提供了具有所需強(qiáng)度的電子元件。
迄今不知道，氧化鋁和選自稀土金屬氧化物、過(guò)渡金屬氧化物和堿土金屬氧化物中的一種或多種金屬氧化物的結(jié)合也可以提供相當(dāng)于具有所述已知組合的部分熔融粘合劑的那些作用，因此拓寬了選擇范圍。
選自稀土金屬氧化物、過(guò)渡金屬氧化物和堿土金屬氧化物中的兩種或更多種金屬氧化物的混合物的部分熔融粘合劑是迄今為止的不存在的新穎物質(zhì)，而且可以提供各種可應(yīng)用于更寬條件如煅燒溫度的部分熔融粘合劑。該尖晶石類(lèi)型的復(fù)合氧化物也可以使用。
另外，如上面提到的，第四發(fā)明為用于煅燒電子元件的夾具，其特征在于在用于煅燒電子元件的三層夾具中(下面稱(chēng)作第一實(shí)施方案)，中間層在基材和氧化鋯表面層之間和/或基材和金屬氧化物涂層之間形成，用于煅燒電子元件的夾具的特征在于在三層夾具中氧化鋯表面層和金屬氧化物涂層中的至少一個(gè)包含由一種或多種金屬氧化物構(gòu)成的燒結(jié)助劑(下面稱(chēng)作第二實(shí)施方案)，用于煅燒電子元件的夾具的特征在于金屬氧化物涂層在三層夾具的基材的側(cè)表面上形成(下面稱(chēng)作第三實(shí)施方案)，另外，用于煅燒電子元件的夾具的特征在于金屬氧化物涂層在三層夾具的基材的側(cè)表面上形成(下面稱(chēng)作第四實(shí)施方案)。
如上所述，第四發(fā)明的主題是在基材的上表面上具有氧化鋯表面層和在基材的下表面上具有金屬氧化物涂層的用于煅燒電子元件的夾具(三層夾具)。
在用于煅燒電子元件的兩層夾具中，尤其是它的基材更薄，在煅燒過(guò)程中膨脹和收縮可以在基材表面的氧化鋯表面層中產(chǎn)生應(yīng)力和形變，從而導(dǎo)致彎曲。尤其地，最近的夾具要求輕并且易于處理或者輕且薄，以使從能量考慮其熱容更小。因此，需要薄板或薄的壓制材料作為基材，而且強(qiáng)烈需要防止在薄板上易于產(chǎn)生的彎曲。
另一方面，在第四發(fā)明的三層夾具中，除在基材上表面上的氧化鋯表面層外，在基材下表面上金屬氧化物涂層的形成調(diào)整了在煅燒過(guò)程中施用在基材上下表面上的應(yīng)力和形變，從而不產(chǎn)生彎曲或者即使產(chǎn)生彎曲也抑制彎曲量為最小。調(diào)整在基材上表面上的氧化鋯表面層和在基材下表面上的金屬氧化物涂層之間的比例以有效防止彎曲。
如果是多個(gè)夾具被多層疊置的定位器，則從基材下表面擴(kuò)散到在其正下面的基材上表面的氧化鋯表面層雜質(zhì)氣體的摻雜被預(yù)先防止，由此而防止煅燒電子元件被雜質(zhì)摻雜。
為了平衡氧化鋯表面層和基材之間和金屬氧化物涂層與基材之間產(chǎn)生的應(yīng)力和形變，當(dāng)氧化鋯表面層的膜厚度為(例如)200μm時(shí)，金屬氧化物涂層的膜厚理想為接近于(例如)100～200μm。然而，在氧化鋯表面層和金屬氧化物涂層之間的致密性、孔隙率、燒結(jié)能力和熱膨脹特性的差異應(yīng)該考慮。例如，燒結(jié)助劑可以加入到金屬氧化物涂層中以增加燒結(jié)能力，或者金屬氧化物涂層被壓實(shí)以使它的厚度比氧化鋯表面層的厚度薄，從而平衡應(yīng)力和形變。
在第四發(fā)明中，氧化鋯表面層和金屬氧化物涂層的厚度為50μm或更大以及500μm或更小，從對(duì)于加熱循環(huán)的持久性、耐剝離性和耐易脆性考慮，優(yōu)選400μm或更小。當(dāng)中間層形成時(shí)，氧化鋯表面層和中間層的總厚度理想地為相同范圍。
第四發(fā)明的夾具的基材材料可以與第一到第三發(fā)明的基材材料相同。
在基材下表面上形成的金屬氧化物涂層材料的主要成分為金屬氧化物如氧化鋯、氧化鋁、氧化鋁-氧化鋯、氧化鋁-氧化鎂尖晶石和氧化鎂。該金屬氧化物的優(yōu)選粒度為0.1～100μm，而作為用于促進(jìn)燒結(jié)的燒結(jié)助劑的金屬氧化物可以加入到其中，這類(lèi)似于加入到表面層中。加入量通常為0.5～25重量％。這里的主要組分指具有超過(guò)50％和100％重量或更小含量的組分。
在第一實(shí)施方案中，中間層在三層夾具的基材和氧化鋯表面層之間和/或基材與金屬氧化物涂層之間形成。
中間層增加了在基材和氧化鋯表面層或金屬氧化物涂層之間的粘附力以改善對(duì)于加熱循環(huán)的持久性，并且與氧化鋯表面層和金屬氧化物涂層一起進(jìn)一步加固了基材，從而進(jìn)一步抑制了在三層夾具中可能產(chǎn)生的彎曲外觀。
而中間層的材料并沒(méi)有特別的限制，可以使用氧化鋁單層、氧化鋯-氧化鈣-氧化鋁-氧化釔的中間層或包含氧化鋁-氧化鈣-氧化鎂的中間層。
構(gòu)成在中間層上形成的氧化鋯表面層的物質(zhì)理想地為氧化鋯-氧化鈣-氧化鋁-氧化釔的復(fù)合氧化物或者用氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯等。作為直接與電子元件接觸的表面層的氧化鋯表面層不應(yīng)該對(duì)電子元件有不良作用。因此，最好使用被氧化釔、氧化鈣或氧化鎂部分穩(wěn)定或穩(wěn)定的氧化鋯或者含有氧化鋯的復(fù)合氧化物。可使用的氧化鋯粒子包括被Y2O3或CaO穩(wěn)定或部分穩(wěn)定的氧化鋯或不穩(wěn)定的氧化鋯。
當(dāng)相轉(zhuǎn)變隨著在氧化鋯中的溫度升高而發(fā)生時(shí)，部分熔融粘合劑(穩(wěn)定劑)的固體溶液在常溫下“穩(wěn)定”了屬于高溫相的正方晶系或立方晶系。
氧化鋯表面層、中間層和金屬氧化物涂層都可以通過(guò)使用噴涂方法、浸涂方法、澆鑄方法或者涂敷-熱分解方法形成。本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)可以在同時(shí)整個(gè)煅燒或者各個(gè)層可以分開(kāi)煅燒，同時(shí)期望整個(gè)煅燒可以平衡應(yīng)用在基材的上下表面的應(yīng)力和形變。
例如，在整個(gè)氧化鋁中間層噴涂基材表面上后進(jìn)行干燥，氧化鋯表面層噴涂在中間層上并隨后干燥。然后，在作為下層的金屬氧化物涂層噴涂并隨后干燥后，多層可以同時(shí)煅燒。用于煅燒夾具的溫度理想地比用于實(shí)際煅燒電子元件的溫度高，以使煅燒夾具的材料在使用過(guò)程中不會(huì)劣化。因?yàn)橛糜陟褵娮釉臏囟韧ǔ?200～1400℃，所以用于煅燒氧化鋯層的溫度優(yōu)選為1300～1600℃。
在第四發(fā)明的第二實(shí)施方案中，由一個(gè)或多個(gè)金屬氧化物構(gòu)成的燒結(jié)助劑加入到氧化鋯表面層和金屬氧化物涂層中的至少一個(gè)層上。該燒結(jié)助劑可以加入到中間層中。
燒結(jié)助劑可以為選自稀土金屬氧化物如氧化鋁和Y2O3、過(guò)渡金屬氧化物如ZrO2和堿土金屬氧化物如MgO中的一種或多種氧化物，而且可以是包含這些金屬氧化物的復(fù)合氧化物。相對(duì)于氧化鋯表面層、金屬氧化物涂層和中間層中的每一個(gè)，所加入燒結(jié)助劑的量?jī)?yōu)選都為0.1～25重量％。當(dāng)加入量較小時(shí)，相對(duì)于燒結(jié)的作用較小。另一方面，過(guò)量時(shí)，燒結(jié)助劑可以形成與電子元件反應(yīng)的液相或者該液相可以根據(jù)情況而導(dǎo)致脫落。例如，具有#100目的氧化鋯聚集體和平均粒度為1～3μm的氧化鋯微小粒子都用作氧化鋯表面層，則可以向其中加入作為燒結(jié)助劑的Al2O3、TiO2、La2O3、MgO。
在第四發(fā)明的第三實(shí)施方案中，除基材的上下表面外，氧化鋯層或其它金屬氧化物涂層也在基材的側(cè)表面上形成。如上所述，在基材上的雜質(zhì)氣體可以摻入電子元件中以使電子元件污染。除上下表面外，基材的側(cè)表面的上述涂層幾乎可以完全防止來(lái)自基材的雜質(zhì)的污染。
此外，在第四發(fā)明的第四實(shí)施方案中，在三層夾具的下表面上形成不包含氧化鋯的金屬氧化物涂層，或者在下表面上的金屬氧化物涂層是由不同于上表面的氧化鋯表面層材料的材料制成的。因?yàn)橄卤砻娌粫?huì)直接與電子元件接觸，因此它不需要具有與電子元件的低反應(yīng)性，而且可以由除氧化鋯外的材料構(gòu)成。因此，材料可以在不考慮與電子元件的反應(yīng)性的情況下根據(jù)成本和與基材的粘附力而確定。
這樣，在第四發(fā)明中，可以提供具有平衡的更高強(qiáng)度的用于煅燒電子元件的夾具，這是因?yàn)樵诨牡纳舷卤砻嫔闲纬傻难趸啽砻鎸雍徒饘傺趸锿繉悠胶饬丝梢栽诨牡纳舷卤砻嫔袭a(chǎn)生的應(yīng)力和形變，從而基本上防止了彎曲的產(chǎn)生，而且包含燒結(jié)助劑的所述中間層還增加了在構(gòu)成中間層的粒子之間的粘附力和基材與氧化鋯表面層之間的粘附力。
在第四發(fā)明中，涂層在基材的上下表面上形成以防止彎曲產(chǎn)生。此外，包含在兩層的一層或兩層中的燒結(jié)助劑改善了一些性能如燒結(jié)能力和粘附力。
在第四發(fā)明的用于煅燒電子元件的夾具中，在基材中的雜質(zhì)氣體可以在燒結(jié)過(guò)程中被摻入電子元件中，從而污染電子元件。然而，正如權(quán)利要求23所限定的那樣，除上下表面外，基材的側(cè)表面涂層幾乎可以完全防止來(lái)自基材的雜質(zhì)和雜質(zhì)產(chǎn)生的污染擴(kuò)散入電子元件中。
此外，在第四發(fā)明中，涂敷在基材下表面上的金屬氧化物涂層是由不同于上表面的氧化鋯表面層的材料構(gòu)成，因此在不考慮與電子元件的反應(yīng)性的情況下考慮成本和與基材的粘附力而確定金屬氧化物涂層的材料。
本發(fā)明的上面以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面的描述變得更加明顯。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是部分示出根據(jù)第一、第三和第四發(fā)明的用于煅燒電子元件的夾具的一個(gè)實(shí)例的豎直截面圖。
圖2是部分示出根據(jù)第二發(fā)明的用于煅燒電子元件的夾具的一個(gè)實(shí)例的豎直截面圖。
圖3是示出根據(jù)第四發(fā)明的用于煅燒電子元件的夾具的一個(gè)具體實(shí)施方案的豎直截面圖。
圖4是示出另一個(gè)具體實(shí)施方案的豎直截面圖。
圖5是示出再一個(gè)具體實(shí)施方案的豎直截面圖。
圖6是限定在第四發(fā)明的具體實(shí)施方案中的彎曲的視圖。
具體實(shí)施例方式
為更好地理解根據(jù)第一、第三和第四發(fā)明的具有改善的耐剝離性和耐磨損性的用于煅燒電子元件的夾具，圖1例證示出了氧化鋯層的精細(xì)結(jié)構(gòu)的示意圖。
正如其中示出的，用于煅燒電子元件的夾具通過(guò)在基材11表面上形成氧化鋯層12加以配置。在氧化鋯層12的氧化鋯包括許多粗粒氧化鋯13和許多微小的氧化鋯14，而這些氧化鋯粉末13、14是通過(guò)晶相15結(jié)合的。晶相15估計(jì)是通過(guò)冷卻在高溫煅燒過(guò)程中由于部分溶解形成的液相而結(jié)晶的。認(rèn)為結(jié)晶進(jìn)一步提高了在各個(gè)氧化鋯粉末之間的結(jié)合。符號(hào)16指的是在冷卻部分熔融粘合劑過(guò)程中形成的孔。
另外，為更好地理解根據(jù)第二發(fā)明的具有耐剝離性改善的氧化鋁中間層的用于煅燒電子元件的夾具，圖2示出了氧化鋁中間層的示意圖。正如其中示出的，部分氧化鋁粒子21和燒結(jié)助劑之間的反應(yīng)以及氧化鋁21和一種或多種燒結(jié)助劑之間的反應(yīng)通過(guò)液相而使氧化鋁粒子之間彼此強(qiáng)烈結(jié)合。在氧化鋯表面層22和氧化鋁中間層23之間和氧化鋁中間層23和基材24之間的界面通過(guò)燒結(jié)助劑或具有液相25的燒結(jié)助劑結(jié)合，而液相轉(zhuǎn)化成晶體相以顯著地增加耐剝離性并抑制表面裂紋的產(chǎn)生。符號(hào)27指的是在冷卻過(guò)程中形成的孔。
如圖3所示，根據(jù)第四發(fā)明的具體實(shí)施方式
，包含燒結(jié)助劑的由氧化鋁等構(gòu)成的中間層32在用于煅燒電子元件的夾具30的基材31上形成，此外，包含燒結(jié)助劑的由氧化鋯構(gòu)成的氧化鋯表面層33在中間層32上形成。含燒結(jié)助劑的由氧化鋯或氧化鋁-氧化鎂尖晶石構(gòu)成的金屬氧化物涂層34在基材31的下表面上形成。
在夾具30的基材31的上下表面上形成的氧化鋯表面層33和金屬氧化物涂層34平衡了在基材31的上下表面上產(chǎn)生的應(yīng)力和形變以防止發(fā)生彎曲。此外，包含燒結(jié)助劑的中間層32增加了基材與氧化鋯表面層33之間的粘附力，從而提供具有平衡的更高強(qiáng)度的夾具。
在表示用于煅燒電子元件的夾具40的另外一個(gè)實(shí)施方案的圖4中，氧化鋯表面層42在基材41的表面上形成，而金屬氧化物涂層43在基材的下表面和側(cè)表面上形成。
因?yàn)閵A具40的基材41的所有表面都涂敷有氧化鋯表面層42和金屬氧化物涂層43，所以在煅燒過(guò)程中基材41上的雜質(zhì)沒(méi)有擴(kuò)散進(jìn)入電子元件中而使電子元件受污染，由此提供具有更高純度的煅燒電子元件。向氧化鋯表面層42和金屬氧化物涂層43中添加燒結(jié)助劑可以有助于增加燒結(jié)能力和強(qiáng)度。
在示出另外一個(gè)具體實(shí)施方案的圖5中，用于煅燒電子元件的夾具50是具有頂部開(kāi)口的類(lèi)箱狀的燒箱。中間層52在基材51的上下表面上形成。氧化鋯表面層53涂敷在上表面的中間層52上，而金屬氧化物涂層54涂敷在下表面上的中間層52上。
因?yàn)閵A具50的基材51的上下表面都涂敷有氧化鋯表面層52和經(jīng)過(guò)中間層52的金屬氧化物涂層54，因此用于煅燒電子元件的夾具具有包含上下表面粘附力的平衡強(qiáng)度。向氧化鋯表面層53、金屬氧化鈦涂層54和中間層52中加入燒結(jié)助劑可以有助于進(jìn)一步增加燒結(jié)能力和強(qiáng)度。
此外，描述根據(jù)本發(fā)明的用于煅燒電子元件的夾具的實(shí)施例。但是不應(yīng)該認(rèn)為本發(fā)明限制于這些。
實(shí)施例1具有大約10重量％的二氧化硅成分的氧化鋁-富鋁紅柱石基材用作基材。作為氧化鋯層的主要成分，使用平均粒度為80μm的70重量％的用氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯，平均粒度為3μm的20重量％的用氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯和7重量％的氧化鈣-穩(wěn)定的氧化鋯?；旌衔锿ㄟ^(guò)向上述氧化物中加入作為金屬氧化物并且平均粒度為1μm的3重量％的氧化鋁來(lái)制備。
作為雜質(zhì)，加入相對(duì)于上述粉末的0.5重量％的SnO2。用球磨機(jī)均勻地混合，然后向其中加入水和作為粘合劑的聚乙烯醇用于制備漿狀物。這該漿狀物噴涂到上述基材的表面上。所得氧化鋯層的厚度大約為150μm。在100℃的溫度下干燥之后，噴涂基材在1400～1600℃的溫度下保持大約兩個(gè)小時(shí)以獲得具有鍛燒氧化鋯層的用于鍛燒電子元件的夾具。
為了研究用于鍛燒電子元件的夾具的氧化鋯層的耐剝離性和耐磨損性，夾具迅速地在三個(gè)小時(shí)內(nèi)從500℃加熱到1300℃，然后迅速地在三個(gè)小時(shí)內(nèi)從1300℃冷卻到500℃。這樣的加熱循環(huán)重復(fù)30次。30次加熱循環(huán)之后，在沒(méi)有剝離的氧化鋯層上進(jìn)行耐磨損性測(cè)試。
在耐磨損性測(cè)試中，把規(guī)定負(fù)載應(yīng)用到在SiC砂紙上的上述夾具樣品上后(樣品在砂紙上移動(dòng)規(guī)定距離的規(guī)定次數(shù))，測(cè)量減少的重量。磨損量為當(dāng)比較實(shí)施例2的磨損量為1時(shí)的相對(duì)值。例如，當(dāng)磨損量為比較實(shí)施例2的磨損量的一半時(shí)，它為0.5。所得結(jié)果在表1示出。
實(shí)施例2除了使用平均粒度為70μm的90重量％的用氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯和平均粒度為3μm的5重量％的用氧化鈣-穩(wěn)定的氧化鋯作為氧化鋯層的主要成分，以及加入平均粒度為1μm的2重量％的氧化鑭和3重量％的氧化鋇作為金屬氧化物之外，混合物以與實(shí)施例1的相同方法獲得。這些用球磨機(jī)均勻混合，然后向其中加入水和作為粘合劑的聚乙烯醇以制備漿狀物。該漿狀物噴涂到上述基材的表面上。在100℃干燥后，噴涂基材在1400～1600℃的溫度下保持大約兩個(gè)小時(shí)而獲得具有鍛燒氧化鋯層的用于鍛燒電子元件的夾具。對(duì)所得夾具的氧化鋯層的耐剝離性和耐磨損性進(jìn)行研究。所得結(jié)果在表1示出。
實(shí)施例3除了使用平均粒度為100μm的70重量％的用氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯和平均粒度為1μm的26重量％的用氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯作為氧化鋯層的主要成分以及加入平均粒度為1μm的1重量％的氧化鈣和3重量％的氧化鈦?zhàn)鳛榻饘傺趸锿猓旌衔镆耘c實(shí)施例1的相同方式獲得。這些用球磨機(jī)均勻混合，然后向其中加入水和作為粘合劑的聚乙烯醇以制備漿狀物。該漿狀物噴涂到上述基材的表面上。在100℃干燥后，噴涂基材在1400～1600℃的溫度下保持大約兩個(gè)小時(shí)，從而獲得具有鍛燒氧化鋯層的用于鍛燒電子元件的夾具。對(duì)所得夾具的氧化鋯層的耐剝離性和耐磨損性進(jìn)行研究。所得結(jié)果在表1示出。
實(shí)施例4除了使用平均粒度為150μm的80重量％的用氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯和平均粒度為1μm的15重量％不穩(wěn)定的氧化鋯作為氧化鋯層的主要成分以及加入平均粒度都為1μm的2重量％的氧化鈣、2重量％的氧化釔和1重量％的氧化鈮作為金屬氧化物之外，混合物以與實(shí)施例1的相同方式獲得。這些用球磨機(jī)均勻混合，然后向其中加入水和作為粘合劑的聚乙烯醇以制備漿狀物。該漿狀物噴涂到上述基材的表面上。在100℃干燥后，噴涂基材在1400～1600℃的溫度下保持大約兩個(gè)小時(shí)，從而獲得具有鍛燒氧化鋯層的用于鍛燒電子元件的夾具。對(duì)所得夾具的氧化鋯層的耐剝離性和耐磨損性進(jìn)行研究。所得結(jié)果在表1示出。
實(shí)施例5除了使用平均粒度為100μm的60重量％的用氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯和平均粒度為5μm的35重量％的用氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯作為氧化鋯層的主要成分以及加入平均粒度均為1μm的2重量％的氧化鍶和3重量％的鈦酸鋇作為金屬氧化物外，混合物以與實(shí)施例1的相同方式獲得。加入相對(duì)于上述粉末為0.5重量％的Bi2O3作為雜質(zhì)。這些用球磨機(jī)均勻混合，然后向其中加入水和作為粘合劑的聚乙烯醇以制備漿狀物。該漿狀物噴涂到上述基材的表面上。在100℃干燥后，噴涂基材在1400～1600℃的溫度下保持大約兩個(gè)小時(shí)，從而獲得具有鍛燒氧化鋯層的用于鍛燒電子元件的夾具。對(duì)所得夾具的氧化鋯層的耐剝離性和耐磨損性進(jìn)行研究。所得結(jié)果在表1示出。
比較實(shí)施例1除了使用20重量％的平均粒度為150μm的用氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯和平均粒度為5μm的50重量％的不穩(wěn)定的氧化鋯作為氧化鋯層的主要成分以及加入平均粒度為1μm的30重量％的氧化鋇作為金屬氧化物之外，混合物以與實(shí)施例1的相同方式獲得。這些用球磨機(jī)均勻混合，然后向其中加入水和作為粘合劑的聚乙烯醇以制備漿狀物。該漿狀物噴涂到上述基材的表面上。在100℃干燥后，噴涂基材在1400～1600℃的溫度下保持大約兩個(gè)小時(shí)，從而獲得具有鍛燒氧化鋯層的用于鍛燒電子元件的夾具。對(duì)所得夾具的氧化鋯層的耐剝離性和耐磨損性進(jìn)行研究。所得結(jié)果在表1示出。
比較實(shí)施例2除了使用70重量％的平均粒度為100μm的用氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯和平均粒度為1μm的30重量％的用氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯作為氧化鋯層的主要成分之外，混合物以與實(shí)施例1的相同方式獲得。這些用球磨機(jī)均勻混合，然后向其中加入水和作為粘合劑的聚乙烯醇以制備漿狀物。該漿狀物噴涂到上述基材的表面上。在100℃干燥后，噴涂基材在1400～1600℃的溫度下保持大約兩個(gè)小時(shí)，從而獲得具有鍛燒氧化鋯層的用于鍛燒電子元件的夾具。對(duì)所得夾具的氧化鋯層的耐剝離性和耐磨損性進(jìn)行研究。所得結(jié)果在表1示出。
比較實(shí)施例3除了使用50重量％的平均粒度為100μm的用氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯和50重量％的平均粒度為1μm的不穩(wěn)定氧化鋯作為氧化鋯層的主要成分以及加入8重量％的二氧化硅作為雜質(zhì)之外，混合物以與實(shí)施例1的相同方式獲得。這些用球磨機(jī)均勻混合，然后向其中加入水和作為粘合劑的聚乙烯醇以制備漿狀物。該漿狀物噴涂到上述基材的表面上。在100℃干燥后，噴涂基材在1400～1600℃的溫度下保持大約兩個(gè)小時(shí)，從而獲得具有鍛燒氧化鋯層的用于鍛燒電子元件的夾具。對(duì)所得夾具的氧化鋯層的耐剝離性和耐磨損性進(jìn)行研究。所得結(jié)果在表1示出。
表1

實(shí)施例6使具有超過(guò)大約10重量％的二氧化硅成分的氧化鋁-富鋁紅柱石基材作為基材。對(duì)平均粒度大約為40μm的97重量％的氧化鋁和平均粒度為1μm的5重量％的氧化鋇進(jìn)行稱(chēng)重后，向已稱(chēng)重材料中加入0.5重量％的二氧化硅作為雜質(zhì)。然后，該混合物用球磨機(jī)均勻混合，再向其中加入水和作為粘合劑的聚乙烯醇用于制備漿狀物。
漿狀物噴涂到上述基材的表面上，在100℃進(jìn)行干燥。然后，在中間層的表面上，噴涂Y2O3穩(wěn)定的ZrO2表面層，在大約100℃的溫度下進(jìn)行干燥。所得中間層和表面層的厚度分別為100和150μm。
為了研究用于鍛燒電子元件的夾具的氧化鋯層的耐剝離性和裂紋的出現(xiàn)，夾具迅速地在三個(gè)小時(shí)內(nèi)從500℃加熱到1300℃，然后迅速地在三個(gè)小時(shí)內(nèi)從1300℃冷卻到500℃。這樣的加熱循環(huán)重復(fù)50次。50次加熱循環(huán)以后，檢測(cè)剝離的出現(xiàn)，并且用顯微鏡觀察裂紋的產(chǎn)生。結(jié)果在表2示出。
實(shí)施例7除對(duì)平均粒度大約為40μm的97重量％的氧化鋁和平均粒度為1μm的5重量％的鈦酸鋇進(jìn)行稱(chēng)重，并且向其中加入作為雜質(zhì)的0.5重量％的氧化鋅之外，具有氧化鋁中間層和氧化鋯表面層的用于煅燒電子元件的夾具以與實(shí)施例6的相同方式獲得。對(duì)所獲得的夾具的氧化鋯層的耐剝離性和裂紋的出現(xiàn)進(jìn)行了研究。結(jié)果在表2示出。
實(shí)施例8除對(duì)平均粒度大約為40μm的96重量％的氧化鋁、平均粒度為1μm的3重量％的氧化鑭和1重量％的氧化鈮進(jìn)行稱(chēng)重外，具有氧化鋁中間層和氧化鋯表面層的用于煅燒電子元件的夾具以與實(shí)施例6的相同方式獲得。對(duì)所獲得的夾具的氧化鋯層的耐剝離性和裂紋的出現(xiàn)進(jìn)行了研究。結(jié)果在表2示出。
實(shí)施例9
除對(duì)平均粒度大約為40μm的94重量％的氧化鋁、平均粒度為1μm的5重量％的鈦酸鋁和1重量％的二氧化鈰進(jìn)行稱(chēng)重外，具有氧化鋁中間層和氧化鋯表面層的用于煅燒電子元件的夾具以與實(shí)施例6的相同方式獲得。對(duì)所獲得的夾具的氧化鋯層的耐剝離性和裂紋的出現(xiàn)進(jìn)行了研究。結(jié)果在表2示出。
實(shí)施例10除對(duì)平均粒度大約為40μm的95重量％的氧化鋁、平均粒度為1μm的2重量％的氧化鈦、1重量％的氧化鐵和2重量％的氧化鋇進(jìn)行稱(chēng)重外，具有氧化鋁中間層和氧化鋯表面層的用于煅燒電子元件的夾具以與實(shí)施例6的相同方式獲得。對(duì)所獲得的夾具的氧化鋯層的耐剝離性和裂紋的出現(xiàn)進(jìn)行了研究。結(jié)果在表2示出。
比較實(shí)施例4除對(duì)平均粒度大約為40μm的100重量％的氧化鋁進(jìn)行稱(chēng)重外，具有氧化鋁中間層和氧化鋯表面層的用于煅燒電子元件的夾具以與實(shí)施例6的相同方式獲得。對(duì)所獲得的夾具的氧化鋯層的耐剝離性和裂紋的出現(xiàn)進(jìn)行了研究。結(jié)果在表2示出。
比較實(shí)施例5除對(duì)平均粒度大約為40μm的60重量％的氧化鋁和平均粒度為1μm的40重量％的氧化鋇進(jìn)行稱(chēng)重外，具有氧化鋁中間層和氧化鋯表面層的用于煅燒電子元件的夾具以與實(shí)施例6的相同方式獲得。對(duì)所獲得的夾具的氧化鋯層的耐剝離性和裂紋的出現(xiàn)進(jìn)行了研究。結(jié)果在表2示出。
比較實(shí)施例6除對(duì)平均粒度大約為40μm的90重量％的氧化鋁進(jìn)行稱(chēng)重，并且加入作為雜質(zhì)的10重量％的氧化鉍外，具有氧化鋁中間層和氧化鋯表面層的用于煅燒電子元件的夾具以與實(shí)施例6的相同方式獲得。對(duì)所獲得的夾具的氧化鋯層的耐剝離性和裂紋的出現(xiàn)進(jìn)行了研究。結(jié)果在表2示出。
表2

實(shí)施例11使用具有超過(guò)大約10重量％的二氧化硅成分的氧化鋁-富鋁紅柱石基材作為基材。
然后，平均粒度大約為80μm的70重量％的氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯；平均粒度大約為3μm的20重量％的氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯和平均粒度大約為3μm的5重量％的氧化鈣-穩(wěn)定的氧化鋯以及平均粒度大約為1μm的5重量％的氧化鋁分別制備作為粗粒氧化鋯、細(xì)粒氧化鋯和部分熔融粘合劑。
這些用球磨機(jī)均勻地混合，然后向其中加入水和作為粘合劑的聚乙烯醇用于制備漿狀物。漿狀物噴涂到上述基材的表面上。所獲得氧化鋯層的厚度大約為150μm。在100℃干燥后，噴涂基材在1400～1600℃的溫度下保持大約兩個(gè)小時(shí)，從而獲得具有鍛燒氧化鋯層的鍛燒電子元件的夾具。在所獲得夾具的氧化鋯層中，摻雜有小于1重量％的雜質(zhì)(氧化鋅)。
為了研究用于鍛燒電子元件的夾具的氧化鋯層的耐剝離性和裂磨損性，夾具在三個(gè)小時(shí)內(nèi)迅速地從500℃加熱到1300℃，然后在三個(gè)小時(shí)內(nèi)迅速地從1300℃冷卻到500℃。這樣的加熱循環(huán)重復(fù)30次。30次加熱循環(huán)之后，對(duì)沒(méi)有剝離的氧化鋯層進(jìn)行耐磨損性測(cè)試。
在耐磨損性測(cè)試中，把規(guī)定負(fù)載應(yīng)用到在SiC砂紙上的上述夾具樣品上后(樣品在砂紙上移動(dòng)規(guī)定距離的規(guī)定次數(shù))，測(cè)量減少的重量(磨損量)。磨損量在表3示出。磨損量表示為相對(duì)于比較實(shí)施例8的磨損量為1時(shí)的相對(duì)值。
實(shí)施例12除了使用平均粒度大約為70μm的91重量％的氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯、平均粒度大約為3μm的3重量％的氧化鈣-穩(wěn)定的氧化鋯以及平均粒度大約為1μm的3重量％的氧化鋁和平均粒度大約為1μm的3重量％的二氧化鈦的混合物分別作為粗粒氧化鋯、細(xì)粒氧化鋯和部分熔融粘合劑之外，用于煅燒電子元件的夾具以與實(shí)施例11的相同方式獲得。在該氧化鋯層中沒(méi)有觀察到雜質(zhì)。
在類(lèi)似于實(shí)施例11的加熱循環(huán)重復(fù)30次之后沒(méi)有觀察到剝離現(xiàn)象時(shí)，對(duì)氧化鋯層進(jìn)行耐磨損性測(cè)試。耐磨損性指數(shù)是如表3示出的0.20。
實(shí)施例13除使用平均粒度大約為100μm的70重量％的氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯、平均粒度大約為1μm的15重量％的氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯以及平均粒度大約為1μm的5重量％的氧化鑭(la2O3)和平均粒度大約為1μm的10重量％的Al2O3-MgO尖晶石的混合物分別作為粗粒氧化鋯、細(xì)粒氧化鋯和部分熔融粘合劑之外，用于煅燒電子元件的夾具以與實(shí)施例11的相同方式獲得。在該氧化鋯層中沒(méi)有觀察到雜質(zhì)。
在類(lèi)似于實(shí)施例11的加熱循環(huán)重復(fù)30次之后沒(méi)有觀察到剝離現(xiàn)象時(shí)，對(duì)氧化鋯層進(jìn)行耐磨損性測(cè)試。耐磨損性指數(shù)是如表3示出的0.22。
實(shí)施例14除使用平均粒度大約為150μm的80重量％的氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯、平均粒度大約為1μm的10重量％的未穩(wěn)定氧化鋯以及平均粒度大約為1μm的5重量％的氧化鈣和平均粒度大約為1μm的5重量％的氧化鎂的混合物分別作為粗粒氧化鋯、細(xì)粒氧化鋯和部分熔融粘合劑之外，用于煅燒電子元件的夾具以與實(shí)施例11的相同方式獲得。在所獲得夾具的氧化鋯層中，摻雜有小于1重量％的雜質(zhì)(氧化鉍)。
在類(lèi)似于實(shí)施例11的加熱循環(huán)重復(fù)30次之后沒(méi)有觀察到剝離現(xiàn)象時(shí)，對(duì)氧化鋯層進(jìn)行耐磨損性測(cè)試。耐磨損性指數(shù)是如表3示出的0.31。
實(shí)施例15除使用平均粒度大約為100μm的60重量％的氧化鈣-穩(wěn)定的氧化鋯、平均粒度大約為5μm的30重量％的氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯以及平均粒度大約為1μm的3重量％的氧化鍶(SrO)、平均粒度大約為1μm的2重量％的鈦酸鋇(TiBaO3)和平均粒度大約為1μm的5重量％的氧化釔的混合物分別作為粗粒氧化鋯、細(xì)粒氧化鋯和部分熔融粘合劑之外，用于煅燒電子元件的夾具以與實(shí)施例11的相同方式獲得。在該氧化鋯層中沒(méi)有觀察到雜質(zhì)。
在類(lèi)似于實(shí)施例11的加熱循環(huán)重復(fù)30次之后沒(méi)有觀察到剝離現(xiàn)象時(shí)，對(duì)氧化鋯層進(jìn)行耐磨損性測(cè)試。耐磨損性指數(shù)是如表3示出的0.18。
比較實(shí)施例7除使用平均粒度大約為150μm的50重量％的氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯和平均粒度大約為5μm的50重量％的未穩(wěn)定氧化鋯分別作為粗粒氧化鋯和細(xì)粒氧化鋯以及沒(méi)有部分熔融的粘合劑之外，用于煅燒電子元件的夾具以與實(shí)施例11的相同方式獲得。
氧化鋯層在類(lèi)似于實(shí)施例11的加熱循環(huán)重復(fù)5次之后剝離。
比較實(shí)施例8除使用平均粒度大約為100μm的70重量％的氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯和平均粒度大約為1μm的30重量％的氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯分別作為粗粒氧化鋯和細(xì)粒氧化鋯以及沒(méi)有使用部分熔融的粘合劑之外，用于煅燒電子元件的夾具以與實(shí)施例11的相同方式獲得。
在類(lèi)似于實(shí)施例11的加熱循環(huán)重復(fù)30次之后，沒(méi)有觀察到剝離現(xiàn)象。然而，作為磨損試驗(yàn)的結(jié)果，氧化鋯層的顆粒容易除去，以至夾具不能用于它的目的。
表3

實(shí)施例16向平均粒度為30μm的氧化鋁中加入水和作為粘合劑的聚乙烯醇以提供漿狀物。該漿狀物噴涂到實(shí)施例11的基材上，在100℃干燥以制備中間層。氧化鋯層在類(lèi)似于實(shí)施例11的中間層上形成以提供用于煅燒電子元件的夾具。氧化鋯層和中間層的總厚度在煅燒之后大約為250μm。
在類(lèi)似于實(shí)施例11的加熱循環(huán)重復(fù)30次之后沒(méi)有觀察到剝離現(xiàn)象，對(duì)氧化鋯層進(jìn)行耐磨損性測(cè)試。該耐磨損性指數(shù)為0.12。所得結(jié)果在表4示出。
表格4

實(shí)施例17使用具有超過(guò)大約10重量％的二氧化硅組分的氧化鋁-富鋁紅柱石基材(150mm×150mm×3mm厚)作為基材。
制備包含具有#100目的70重量％的氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯和平均粒度大約為3μm的25重量％的氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯的氧化鋯表面層材料的混合物，向其中加入總量為5重量％并用作燒結(jié)助劑的氧化鋁(2重量％)、氧化釔(1重量％)以及氧化鈣(2重量％)。
混合物用球磨機(jī)均勻混合，然后向其中加入水和作為粘合劑的聚乙烯醇用于制造漿狀物。漿狀物噴涂到上述基材表面上，在100℃干燥。然后，與用于涂敷氧化鋯表面層的漿狀物相同的漿狀物噴涂到基材下表面并且在100℃干燥。
具有這樣獲得涂層的基材在1500℃下保持大約兩個(gè)小時(shí)以提供用于煅燒電子元件的夾具。氧化鋯表面層厚度在煅燒之后大約為250μm，在下表面的金屬氧化物涂層厚度大約為250μm。
當(dāng)測(cè)量所得夾具的彎曲[在圖6示出的“a”(對(duì)角線(xiàn)交點(diǎn))]時(shí)，彎曲基本上沒(méi)有產(chǎn)生。為了研究耐剝離性，該夾具在三個(gè)小時(shí)內(nèi)迅速地從500℃加熱到1300℃，然后在三個(gè)小時(shí)內(nèi)迅速地從1300℃冷卻到500℃。這樣的加熱循環(huán)重復(fù)50次。在氧化鋯表面層和金屬氧化物涂層中都沒(méi)有觀察到裂紋或剝離(脫落)。即使在加熱循環(huán)之后也沒(méi)有觀察到彎曲。所得結(jié)果在表5示出。
實(shí)施例18在用作燒結(jié)助劑的平均粒度大約為30μm的97重量％的氧化鋁和平均粒度大約為1μm的3重量％的氧化鈣稱(chēng)重后，它們通過(guò)球磨機(jī)均勻地混合，然后向其中加入水和用作粘合劑的聚乙烯醇用于制備漿狀物。該漿狀物噴涂到實(shí)施例1的基材表面上，并且在100℃干燥形成中間層。然后，參照實(shí)施例17的相同條件，與實(shí)施例17一樣的氧化鋯表面層在中間層表面上形成，而與實(shí)施例17一樣的金屬氧化物涂層在基材的下表面上形成。
氧化鋯表面層、金屬氧化物涂層和中間層的厚度為約150μm、約200μm、約100μm。
類(lèi)似于實(shí)施例17的所得夾具的評(píng)價(jià)表現(xiàn)為不產(chǎn)生彎曲，而且在加熱循環(huán)之后沒(méi)有觀察到彎曲、裂紋和剝離。所得結(jié)果在表5示出。
實(shí)施例19除了使用總量為5重量％的氧化鋁(2重量％)、氧化釔(1重量％)和氧化鎂(2重量％)作為氧化鋯表面層的燒結(jié)助劑以及使用平均粒度大約為30μm的氧化鋁粒子作為下表面上的金屬氧化物涂層外，用于煅燒電子元件的夾具以與實(shí)施例17相同的方式獲得。
在煅燒之后的氧化鋯表面層和金屬氧化物涂層的厚度分別為約200μm和約70μm。
類(lèi)似于實(shí)施例17的所得夾具的評(píng)價(jià)表現(xiàn)為不產(chǎn)生彎曲，而且在加熱循環(huán)之后沒(méi)有觀察到彎曲、裂紋和剝離。所得結(jié)果在表5示出。
實(shí)施例20除了使用平均粒度大約為30μm的氧化鋁-氧化鎂尖晶石粒子作為下-側(cè)面金屬氧化物涂層之外，用于煅燒電子元件的夾具以與實(shí)施例19相同的方式獲得。
在煅燒之后的氧化鋯表面層和金屬氧化物涂層的厚度分別為約200μm和約100μm。
類(lèi)似于實(shí)施例17的所得夾具的評(píng)價(jià)表現(xiàn)為不產(chǎn)生彎曲，而且在加熱循環(huán)之后沒(méi)有觀察到彎曲、裂紋和剝離。所得結(jié)果在表5示出。
實(shí)施例21除了與在基材和氧化鋯表面層之間的中間層相同的中間層也在基材和金屬氧化物涂層之間形成之外，用于煅燒電子元件的夾具以與實(shí)施例18相同的方式獲得。氧化鋯表面層和金屬氧化物涂層的厚度都為大約150μm，并且兩個(gè)中間層的厚度都為100μm。
類(lèi)似于實(shí)施例17的所得夾具的評(píng)價(jià)表現(xiàn)為不產(chǎn)生彎曲，而且在加熱循環(huán)之后沒(méi)有觀察到彎曲、裂紋和剝離。所得結(jié)果在表5示出。
比較實(shí)施例9使用#100目的75重量％的氧化釔-穩(wěn)定的氧化鋯和平均粒度為3μm的25重量％的非穩(wěn)定氧化鋯作為氧化鋯表面層。除在下表面上不形成金屬氧化物涂層以及不使用燒結(jié)助劑外，用于煅燒電子元件的夾具以與實(shí)施例17的相同方式獲得。該氧化鋯表面層的厚度為250μm。
類(lèi)似于實(shí)施例17的所得夾具的評(píng)價(jià)表明在煅燒后產(chǎn)生了約1mm的彎曲，而且在32次加熱循環(huán)之后該層脫落。所得結(jié)果在表5示出。
比較實(shí)施例10
除在下表面上不形成金屬氧化物涂層外，用于煅燒電子元件的夾具以于實(shí)施例18相同的方式獲得。該氧化鋯表面層的厚度為500μm。
類(lèi)似于實(shí)施例17的所得夾具的評(píng)價(jià)表明在煅燒后產(chǎn)生了約1.5mm的彎曲，而且在10次加熱循環(huán)之后在該層產(chǎn)生裂紋。所得結(jié)果在表5示出。
表5

(*)在實(shí)施例21中，在基材和下表面層之間形成與在表面層和基材之間形成的中間層相同的中間層。
因?yàn)樯鲜鼍唧w實(shí)施方案只用于舉例說(shuō)明，本發(fā)明并不受限于上面的具體實(shí)施方案，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有背離本發(fā)明范圍情況下可以從其中容易地獲得各種改進(jìn)和變更。
權(quán)利要求
1.一種用于煅燒電子元件的夾具，包括基材和涂敷在基材表面上的氧化鋯層，其特征在于為改善耐剝離性和耐磨損性而煅燒包括一種或多種形成液相的金屬氧化物的所述氧化鋯層以使煅燒后的液相結(jié)晶。
2.如權(quán)利要求1所限定的用于煅燒電子元件的夾具，其中包含在氧化鋯層中的金屬氧化物包括選自稀土金屬氧化物、堿土金屬氧化物和過(guò)渡金屬氧化物中的一種或多種金屬氧化物以及氧化鋁。
3.如權(quán)利要求1所限定的用于煅燒電子元件的夾具，其中包含在氧化鋯層中的金屬氧化物是從稀土金屬氧化物、堿土金屬氧化物和過(guò)渡金屬氧化物中選出的兩種或更多種金屬制成的復(fù)合氧化物。
4.如權(quán)利要求1所限定的用于煅燒電子元件的夾具，除選自稀土金屬氧化物、堿土金屬氧化物和過(guò)渡金屬氧化物中的一種或多種金屬氧化物以及氧化鋁外，還包括5重量％或更少的雜質(zhì)。
5.如權(quán)利要求1所限定的用于煅燒電子元件的夾具，其中作為氧化鋯層的主要成分的氧化鋯被穩(wěn)定、部分穩(wěn)定或未被穩(wěn)定。
6.一種用于煅燒電子元件的夾具，包括基材、含氧化鋁并涂敷在基材表面上的中間層和涂敷在中間層上的氧化鋯表面層，其特征在于所述中間層包含用作用于改善煅燒用于煅燒電子元件的夾具的過(guò)程中的耐剝離性的燒結(jié)助劑的至少一種金屬氧化物，所述夾具包括氧化鋯表面層/中間層/基材。
7.如權(quán)利要求6所限定的用于煅燒電子元件的夾具，其中包含在中間層中的燒結(jié)助劑包括選自除氧化釔外的稀土金屬氧化物、除氧化鋯外的過(guò)渡金屬氧化物和氧化鋇中的一種或多種金屬氧化物。
8.如權(quán)利要求6所限定的用于煅燒電子元件的夾具，其中包含在中間層中的燒結(jié)助劑為由從除氧化釔外的稀土金屬氧化物、除氧化鋯外的過(guò)渡金屬氧化物和氧化鋇中選擇的兩種或更多種金屬制成的復(fù)合氧化物。
9.如權(quán)利要求6所限定的用于煅燒電子元件的夾具，在中間層中，除燒結(jié)助劑和氧化鋁外，還包括5重量％或更低的雜質(zhì)。
10.一種包括基材以及氧化鋯層的用于煅燒電子元件的夾具，所述氧化鋯層是通過(guò)借助部分熔融粘合劑粘合平均粒度為30～500μm的粗粒氧化鋯和平均粒度為0.1～10μm的細(xì)粒氧化鋯制備的，并且所述氧化鋯層涂敷在基材上，所述夾具的特征在于所述部分熔融粘合劑為氧化鋁或氧化鋁-氧化鎂基尖晶石復(fù)合氧化物。
11.一種包括基材以及氧化鋯層的用于煅燒電子元件的夾具，所述氧化鋯層是通過(guò)借助部分熔融粘合劑粘合平均粒度為30～500μm的粗粒氧化鋯和平均粒度為0.1～10μm的細(xì)粒氧化鋯制備的，并且所述氧化鋯層涂敷在基材上，所述夾具的特征在于所述部分熔融粘合劑為選自稀土金屬氧化物、過(guò)渡金屬氧化物和堿土金屬氧化物中的一種或多種金屬氧化物與氧化鋁的混合物。
12.一種包括基材以及氧化鋯層的用于煅燒電子元件的夾具，所述氧化鋯層是通過(guò)借助部分熔融粘合劑粘合平均粒度為30～500μm的粗粒氧化鋯和平均粒度為0.1～10μm的細(xì)粒氧化鋯制備的，并且所述氧化鋯層涂敷在基材上，所述夾具的特征在于所述部分熔融粘合劑為選自稀土金屬氧化物、過(guò)渡金屬氧化物和堿土金屬氧化物中的兩種或更多種金屬氧化物的混合物。
13.一種包括基材以及氧化鋯層的用于煅燒電子元件的夾具，所述氧化鋯層是通過(guò)借助部分熔融粘合劑粘合平均粒度為30～500μm的粗粒氧化鋯和平均粒度為0.1～10μm的細(xì)粒氧化鋯制備的，并且所述氧化鋯層涂敷在基材上，所述夾具的特征在于所述部分熔融粘合劑為選自稀土金屬氧化物、過(guò)渡金屬氧化物和堿土金屬氧化物中的一種或多種金屬氧化物與氧化鋁。氧化鎂基尖晶石類(lèi)型復(fù)合氧化物的混合物。
14.如權(quán)利要求10～13中任一項(xiàng)所限定的用于煅燒電子元件的夾具，其中中間層在基材和氧化鋯層之間形成。
15.如權(quán)利要求14所限定的用于煅燒電子元件的夾具，其中中間層包括氧化鋁、氧化鋁-氧化鋯或氧化鋁-氧化鎂基尖晶石。
16.如權(quán)利要求10～15中任一項(xiàng)所限定的用于煅燒電子元件的夾具，其中所述基材由烘焙泥或陶瓷制成。
17.如權(quán)利要求10～16中任一項(xiàng)所限定的用于煅燒電子元件的夾具，其中粗粒氧化鋯與細(xì)粒氧化鋯加上部分熔融粘合劑之和之間的重量比為75∶25～25∶75。
18.如權(quán)利要求10～17中任一項(xiàng)所限定的用于煅燒電子元件的夾具，其中部分熔融粘合劑與粗粒氧化鋯加上細(xì)粒氧化鋯再加上部分熔融粘合劑之和的重量比為3重量％或更多并低于25重量％。
19.一種用于煅燒電子元件的夾具，包括基材、在基材的上表面上形成的氧化鋯表面層和在基材下表面上形成的金屬氧化物涂層，其特征在于中間層在所述基材與所述氧化鋯表面層之間和/或在所述基材與所述金屬氧化物涂層之間形成。
20.如權(quán)利要求19所限定的用于煅燒電子元件的夾具，其中由一種或多種金屬氧化物制成的燒結(jié)助劑包含在所述中間層中。
21.一種用于煅燒電子元件的夾具，包括基材、在基材的上表面上形成的氧化鋯表面層和在基材下表面上形成的金屬氧化物涂層，其特征在于氧化鋯表面層和金屬氧化物涂層中的至少一個(gè)包含由一種或多種金屬氧化物制成的燒結(jié)助劑。
22.如權(quán)利要求21所限定的用于煅燒電子元件的夾具，其中所述燒結(jié)助劑為選自氧化鋁、稀土氧化物、過(guò)渡金屬氧化物和堿土金屬氧化物中的一種或多種氧化物或其混合物或其復(fù)合氧化物。
23.一種用于煅燒電子元件的夾具，包括基材、在基材的上表面上形成的氧化鋯表面層和在基材下表面上形成的金屬氧化物涂層，其特征在于金屬氧化物涂層在基材的側(cè)表面上形成。
24.如權(quán)利要求23所限定的用于煅燒電子元件的夾具，其中所述金屬氧化物涂層的主要成分為從氧化鋯、氧化鋁、氧化鋁-氧化鋯、氧化鋁-氧化鎂尖晶石和氧化鎂中選出的一種氧化物。
25.一種用于煅燒電子元件的夾具，包括基材、在基材的上表面上形成的氧化鋯表面層和在基材下表面上形成的金屬氧化物涂層，其特征在于所述金屬氧化物涂層沒(méi)有包含氧化鋯。
26.如權(quán)利要求19～25中任一項(xiàng)所限定的用于煅燒電子元件的夾具，其中氧化鋯表面層和金屬氧化物涂層的厚度都為50～500μm。
27.如權(quán)利要求19～26中任一項(xiàng)所限定的用于煅燒電子元件的夾具，其中所述基材由烘焙泥或陶瓷制成。
全文摘要
一種包含基材11和涂敷在基材表面上的氧化鋯層12的用于煅燒電子元件的夾具，其特征在于為改善耐剝離性和耐磨損性而煅燒包括一種或多種形成液相的金屬氧化物的氧化鋯層，并使煅燒后的液相結(jié)晶。在用于煅燒電子元件的夾具中，當(dāng)氧化鋯層通過(guò)使用廉價(jià)方法如涂敷方法形成時(shí)，氧化鋯層不會(huì)從基材剝離，而且顆粒也不會(huì)分離。
文檔編號(hào)C04B35/64GK1694856SQ0382475
公開(kāi)日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者星野和友, 梶野仁, 井筒靖久, 堀內(nèi)幸士 申請(qǐng)人:三井金屬礦業(yè)株式會(huì)社