專利名稱：電子部件用燒成夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子部件用燒成夾具。
背景技術(shù)：
以往，在燒成陶瓷電容器、熱敏電阻、鐵氧體等由陶瓷構(gòu)成的電子部件時，例如一直采用在氧化鋁質(zhì)的燒成用夾具(例如匣缽、板等)上面載置電子部件而進行燒成的方法。但是，為了防止對電子部件(被燒成體)的特性產(chǎn)生不良影響的成分(例如二氧化硅(SiO2)等)飛散，上述的燒成夾具需要盡可能地提高氧化鋁(Al2O3)含量，但如果提高氧化鋁(Al2O3)含量，熱膨脹系數(shù)就會增大，耐熱沖擊性降低，壽命縮短。
為了解決上述問題，人們一直使用在陶瓷材料(基材)的表面形成氧化鋯(ZrO2)涂層的燒成用夾具，或者在陶瓷材料(基材)和氧化鋯(ZrO2)涂層之間噴鍍氧化鋁(Al2O3)而形成中間層的燒成用夾具。
另外，還曾經(jīng)公開了在陶瓷材料(基材)的表面具有由相對于未穩(wěn)定化氧化鋯和完全穩(wěn)定化氧化鋯的總量或者部分穩(wěn)定化氧化鋯的總量為2～15質(zhì)量％的氧化鋁所構(gòu)成的涂層的燒成用夾具(參照專利文獻1)，以及，將含有氧化鋁(Al2O3)和氧化鋯(ZrO2)的共晶體的噴鍍覆膜用作涂層或中間層的燒成夾具(參照專利文獻2)。與以往的燒成夾具相比，專利文獻1和專利文獻2的燒成夾具可以防止在實際使用時涂層從基材上剝離以及防止涂層中產(chǎn)生或生長裂紋，因此耐熱沖擊性優(yōu)異并且壽命長。
但是，近年來由于電子部件的多樣化，采用以往的燒成夾具燒成含有各種成分的電子部件的機會增多，在燒成電子部件時，由于對基材具有不良影響的成分從電子部件通過涂層(表層和中間層)而浸透，致使得其使用次數(shù)減少，燒成后電子部件會粘附到燒成夾具上，或者發(fā)生涂層的剝離或電子部件的外觀不良等問題。
專利文獻1特開平10-1369號公報專利文獻2特開2001-220248號公報發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題而完成的，本發(fā)明的目的在于，在燒成電子部件時，利用中間層吸收從電子部件通過涂層(表層和中間層)的對基材具有不良影響的成分，從而提供在燒成后電子部件不會粘附到燒成夾具上并且可以防止發(fā)生涂層剝離或電子部件外觀不良的電子部件用燒成夾具。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下的電子部件用燒成夾具。
(1)電子部件用燒成夾具，其特征在于，在由陶瓷構(gòu)成的基材的表面上具有涂層，所述的涂層包括中間層和表層，所述中間層是在所述基材的表面上形成，并且包含至少一層含有吸收從被燒成體通過表層、對所述基材具有不良影響的成分的材質(zhì)的層，所述表層位于所述中間層的表面，由與被燒成體的反應(yīng)性低的材質(zhì)形成。
(2)上述(1)所述的電子部件用燒成夾具，所述中間層中含有未穩(wěn)定化ZrO2。
(3)上述(1)或(2)所述的電子部件用燒成夾具，所述中間層是未穩(wěn)定化ZrO2和Al2O3的混合物。
(4)上述(1)～(3)中的任何一項所述的電子部件用燒成夾具，所述中間層通過燒結(jié)或等離子噴鍍而形成。
(5)上述(2)～(4)中的任何一項所述的電子部件用燒成夾具，所述未穩(wěn)定化ZrO2的平均粒徑為1～50μm。
(6)上述(2)～(5)中的任何一項所述的電子部件用燒成夾具，所述未穩(wěn)定化ZrO2的添加量為5～80質(zhì)量％。
(7)上述(1)～(6)中的任何一項所述的電子部件用燒成夾具，所述表層的主成分由穩(wěn)定化ZrO2、ZrCaO3、TiO2中的至少一種構(gòu)成。
(8)上述(1)～(7)中的任何一項所述的電子部件用燒成夾具，所述表層的主成分由ZrCaO3和穩(wěn)定化ZrO2的混合物構(gòu)成。
本發(fā)明的電子部件用燒成夾具，燒成后電子部件不會粘附到燒成夾具上，可以防止發(fā)生涂層剝離或電子部件的外觀不良。
具體實施例方式
以下說明本發(fā)明的實施方式，但是本發(fā)明并不限于以下的實施方式，應(yīng)當(dāng)理解為，在不超出本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)，基于本領(lǐng)域技術(shù)人員的常識可以適當(dāng)?shù)剡M行方案的變更、改良等。
本發(fā)明的電子部件用燒成夾具，在由陶瓷構(gòu)成的基材的表面上具有涂層，所述的涂層包括中間層和表層，所述中間層是在所述基材的表面上形成，并且包含至少一層含有吸收從被燒成體通過表層、對所述基材具有不良影響的成分的材質(zhì)的層，所述表層位于所述中間層的表面，由與被燒成體的反應(yīng)性低的材質(zhì)形成。
在此，本發(fā)明的電子部件用燒成夾具的主要特征在于，通過在以往的中間層中添加規(guī)定量的未穩(wěn)定化ZrO2，在燒成電子部件時，利用存在于中間層內(nèi)的未穩(wěn)定化ZrO2吸收從電子部件通過涂層(表層和中間層)、對基材具有不良影響的成分，從而可以防止對基材具有不良影響的成分滲透到基材中。因而，即使反復(fù)使用本發(fā)明的電子部件用燒成夾具，在燒成電子部件后電子部件也不會粘附到燒成夾具上，可以長期防止發(fā)生涂層剝離或電子部件外觀不良。
另外，本發(fā)明的電子部件用燒成夾具，由于在中間層中固溶的對基材具有不良影響的成分也起到未穩(wěn)定化ZrO2的穩(wěn)定劑的作用，因此可以防止由于在中間層中添加未穩(wěn)定化ZrO2而容易產(chǎn)生的中間層粉化現(xiàn)象，進而中間層的穩(wěn)定化可以有助于包含表層和中間層的涂層的穩(wěn)定化。
對基材具有不良影響的成分沒有特別限制，可舉出例如Ca、Mn、Ba等成分，另外，從基材擴散的對被燒成體具有不良影響的成分也沒有特別限制，可舉出例如Si等成分。
構(gòu)成本發(fā)明的中間層的主成分優(yōu)選為未穩(wěn)定化ZrO2和Al2O3的混合物。這是因為，該混合物對于使從電子部件(被燒成品)通過涂層(表層和中間層)、對基材具有不良影響的成分與中間層的未穩(wěn)定化ZrO2固溶，產(chǎn)生被中間層吸收的效果是必不可少的，同時在發(fā)揮將表層固定在基材上用的緩沖材料的作用方面也是十分重要的。
另一方面，中間層為氧化鋁(Al2O3)和氧化鋯(ZrO2)的共晶體(以一定的混合比例結(jié)晶的晶體)時，由于不存在獨立的未穩(wěn)定化ZrO2，對基材具有不良影響的成分(例如Ca、Mn、Ba等成分)不能與未穩(wěn)定化ZrO2固溶，對基材具有不良影響的成分(例如Ca、Mn、Ba等成分)會滲透到基材中并反應(yīng)，因而在燒成電子部件后，電子部件容易粘附到燒成夾具上，不能防止發(fā)生涂層剝離或電子部件外觀不良。
另外，構(gòu)成本發(fā)明的中間層優(yōu)選通過燒結(jié)或等離子噴鍍而形成。構(gòu)成本發(fā)明的中間層的厚度優(yōu)選為小于等于1000μm，更優(yōu)選為50～500μm，進一步優(yōu)選為100～300μm，從施加中間層時防止產(chǎn)生應(yīng)力以及減輕夾具的重量的角度考慮，這樣的厚度范圍是理想的。
此時，構(gòu)成本發(fā)明的中間層的未穩(wěn)定化ZrO2的平均粒徑在1～50μm較為適宜，這是因為，上述未穩(wěn)定化ZrO2的平均粒徑不足1μm時，通窯初期的中間層的強度降低較大，存在剝離的危險；反之，上述未穩(wěn)定化ZrO2的平均粒徑超過50μm時，未穩(wěn)定化ZrO2的粒子變得粗大，對基材具有不良影響的成分(例如Ca、Mn、Ba等成分)不能有效地進行固溶化。
另外，構(gòu)成本發(fā)明的中間層的未穩(wěn)定化ZrO2的添加量為5～80質(zhì)量％，更優(yōu)選為20～70質(zhì)量％，進一步優(yōu)選為40～60質(zhì)量％。這是因為，上述未穩(wěn)定化ZrO2的添加量不足5質(zhì)量％時，不能防止對基材具有不良影響的成分(例如Ca、Mn、Ba等成分)向基材中滲透；反之，上述未穩(wěn)定化ZrO2的添加量超過80質(zhì)量％時，未穩(wěn)定化ZrO2的添加量過多，不能保持中間層的強度。
另外，構(gòu)成本發(fā)明的表層的主成分優(yōu)選由穩(wěn)定化ZrO2、ZrCaO3、TiO2中的至少一種構(gòu)成。在此，本發(fā)明中使用的表層必須是與作為電子部件材料的被燒成體反應(yīng)性低的材質(zhì)，該材質(zhì)根據(jù)被燒成體的種類而不同。
構(gòu)成本發(fā)明的表層的厚度優(yōu)選為小于等于1000μm，更優(yōu)選為30～300μm，進一步優(yōu)選為50～150μm，從盡量減少與被燒成體反應(yīng)而產(chǎn)生的殘留膨脹等的應(yīng)力的角度考慮，這樣的厚度范圍是理想的。
另外，本發(fā)明中使用的穩(wěn)定化ZrO2沒有特別限制，可以適當(dāng)選擇使用Y2O3穩(wěn)定化ZrO2、Y2O3部分穩(wěn)定化ZrO2、CaO穩(wěn)定化ZrO2、CaO部分穩(wěn)定化ZrO2中的1種、2種或2種以上。
進而，構(gòu)成本發(fā)明的基材的主成分優(yōu)選的是，選自由耐碎裂性和耐彎曲性優(yōu)異的Al2O3-SiO2、SiC-Si3N4、Al2O3-SiO2-MgO、Si-SiC、SiC組成的組中的至少一種。
構(gòu)成本發(fā)明的基材的Al2O3的含量在70～95質(zhì)量％為宜。這是因為，基材的Al2O3的含量不足70％時，基材的熱傳導(dǎo)率低，容易出現(xiàn)燒成夾具內(nèi)的溫度偏差，導(dǎo)致燒成夾具上的被燒成品特性變得不均一；反之，基材的Al2O3的含量大于95％時，基材的熱膨脹率增大，由溫度差引起的應(yīng)力增大，從而容易產(chǎn)生裂紋。
本發(fā)明的燒成夾具的制造方法是，首先，利用燒結(jié)或等離子噴鍍在基材上形成中間層，然后，通過噴涂燒結(jié)或等離子噴鍍在所得到的中間層上形成表層，從而在基材上形成涂層。
這里所說的噴鍍，是指將金屬或陶瓷的微粉末(以下稱為“噴鍍材料”)加熱形成熔融狀態(tài)，噴吹到對象物的表面而形成噴鍍覆膜的方法。噴鍍的方法有，采用加熱方法使用燃燒焰的氣體噴鍍、利用電弧的電弧噴鍍等各種方法，在本發(fā)明中，優(yōu)選通過利用等離子噴射的等離子噴鍍而形成中間層的噴鍍覆膜。
對于本發(fā)明，在等離子噴鍍中特別優(yōu)選使用水等離子噴鍍(水穩(wěn)定化等離子噴鍍)。這是因為，利用氣體等離子噴鍍形成的噴鍍覆膜的最大膜厚為300μm左右，而如果采用水(穩(wěn)定化)等離子噴鍍，可以形成最大膜厚為1000μm左右的厚的覆膜。另外，由于水(穩(wěn)定化)等離子噴鍍可以形成比較多孔、表面粗糙的覆膜，因此在提高對于基材的附著性方面也是優(yōu)選的。
以下通過實施例更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于這些實施例。
實施例1～13、比較例1～5采用以下所述的方法，分別制作電子部件用燒成夾具的試驗片。
<基材的制作方法>
(1)Al2O3-SiO2向最大粒徑150μm的電熔剛玉粒子中添加粘土、煅燒氧化鋁，使氧化鋁含量達到85質(zhì)量％，并進行混煉，利用油壓壓力機以1000kg/cm2的壓力將混煉后的坯土成形為長度200mm×寬度200mm×厚度5mm的板狀體，得到成形體。將得到的成形體干燥，在1650℃下保持5小時而進行燒成，制成試驗片(實施例1～7、實施例9～13、比較例1～5)。
(2)SiC-Si3N4將70質(zhì)量％的最大粒徑100μm的SiC粒子、25質(zhì)量％的平均粒徑1μm的SiC、5質(zhì)量％的金屬Si混合，把混合后的原料制成漿料，利用石膏模具進行澆注成形，得到長度150mm×寬度150mm×厚度8mm的板狀體。將所得到的板狀體干燥，在氮氛圍爐內(nèi)于1400℃保持5小時進行燒成，制成試驗片(實施例8)。
<中間層的制作方法>
(1)燒結(jié)加工A使用水作為溶劑，將燒結(jié)氧化鋁(平均粒徑1μm)制成漿料。將得到的漿料涂布到基材上，然后在1450℃保持5小時，分別燒結(jié)厚度100μm的中間層(比較例1和比較例2)。
(2)燒結(jié)加工B使用水作為溶劑，將添加了表1所示的平均粒徑和比例(質(zhì)量％)的未穩(wěn)定化ZrO2的燒結(jié)氧化鋁(平均粒徑1μm)制成漿料。將得到的漿料涂布到基材上，然后在1450℃保持5小時，分別燒結(jié)厚度100μm的中間層(實施例1～4、實施例6～12、比較例3～5)。
(3)等離子噴鍍加工使用添加了表1所示的平均粒徑和比例(質(zhì)量％)的未穩(wěn)定化ZrO2的電熔剛玉(平均粒徑70μm)，對基材進行等離子噴鍍，制成厚度100μm的中間層(實施例5)。
(4)中間層的2層加工使用添加了50質(zhì)量％的平均粒徑20μm的未穩(wěn)定化ZrO2的、含有8質(zhì)量％的Y2O3的穩(wěn)定化ZrO2(平均粒徑70μm)，對基材進行等離子噴鍍，制作厚度100μm的中間第1層。接著，在中間第1層上涂布漿料化(溶劑為水)的燒結(jié)氧化鋁(平均粒徑1μm)，然后在1450℃下保持5小時，燒結(jié)厚度50μm的中間第2層(實施例13)。
<表層的制作方法除實施例9(50μm)外，涂層厚度100μm>
(1)等離子噴鍍加工A使用含有8質(zhì)量％的Y2O3的穩(wěn)定化ZrO2(平均粒徑70μm)(實施例1～4、實施例6～8、實施例13、比較例1、比較例3～5)。
(2)等離子噴鍍加工B使用添加了50質(zhì)量％的平均粒徑20μm的未穩(wěn)定化ZrO2的、含有8質(zhì)量％的Y2O3的穩(wěn)定化ZrO2(平均粒徑70μm)(比較例2)。
(3)等離子噴鍍加工C使用TiO2(平均粒徑20μm)(實施例9)。
(4)等離子噴鍍加工D使用ZrCaO3(平均粒徑70μm)(實施例10)。
(5)等離子噴鍍加工E使用平均粒徑70μm的含有8質(zhì)量％的Y2O3的穩(wěn)定化ZrO2(50質(zhì)量％)+平均粒徑70μm的ZrCaO3(50質(zhì)量％)(實施例11)。
(6)等離子噴鍍加工F使用平均粒徑70μm的含有8質(zhì)量％的Y2O3的穩(wěn)定化ZrO2(70質(zhì)量％)+平均粒徑20μm的TiO2(30質(zhì)量％)(實施例12)。
(7)燒結(jié)加工使用含有8質(zhì)量％的Y2O3的穩(wěn)定化ZrO2(平均粒徑5μm)(實施例5)。
表1

采用下述方法評價按上述制作方法得到的試片。其結(jié)果示于表2中。
<試片的評價方法1直至對基材具有不良影響的成分(對象成分)到達基材時的通窯次數(shù)>
將2質(zhì)量％的BaCO3、2質(zhì)量％的MnCO3、26質(zhì)量％的BaTiO3分散在70質(zhì)量％的水中，制成分散液，將該分散液(0.8g)涂布到試片的表面上，然后反復(fù)進行在1350℃保持1小時的燒成。每5次燒成后，用SEM觀察試片的斷面，根據(jù)Ba、Mn成分(對象成分)到達基材時的燒成次數(shù)進行評價。
<試片的評價方法2涂層強度>
按照JIS H8666進行附著力試驗，按以下所述評價涂層強度。
◎沒有發(fā)現(xiàn)表層從中間層上剝離。
○發(fā)現(xiàn)部分表層(小于等于整個面的50％)從中間層上剝離。
△發(fā)現(xiàn)大部分表層(大于整個面的50％)從中間層上剝離。
<試片的評價方法3與工件(被燒成體)的反應(yīng)性(工件反應(yīng)度)>
由以BaTiO3為主成分的材料制作板狀(尺寸40mm×40mm×2mm)的工件。將得到的工件放置在試片上，在1300℃下保持5小時進行燒成，然后，通過外觀觀察評價工件的變質(zhì)狀態(tài)。
◎沒有發(fā)現(xiàn)工件變質(zhì)。
○發(fā)現(xiàn)工件的一部分(小于等于整個面的50％)變質(zhì)。
△發(fā)現(xiàn)工件的大部分(大于整個面的50％)變質(zhì)。
表2

<考察實施例1～13、比較例1～5>
從表2的結(jié)果可知，實施例1～13由于中間層使用了添加有未穩(wěn)定化ZrO2的氧化鋁，與比較例1～5相比，即使反復(fù)使用，在燒成電子部件后電子部件也不會粘附到燒成夾具上，可以長期防止發(fā)生涂層的剝離或電子部件的外觀不良。特別是實施例9～12，這一效果十分顯著。
另一方面，比較例1雖然涂層強度良好，工件反應(yīng)性也沒有問題，但通窯次數(shù)不充分。比較例2通過增加表層的未穩(wěn)定化ZrO2的添加量，可以增加通窯次數(shù)，但工件反應(yīng)度存在問題，發(fā)現(xiàn)工件變質(zhì)。比較例3由于在中間層中添加的未穩(wěn)定化ZrO2過少，在通窯次數(shù)、涂層強度和工件反應(yīng)度方面不能得到充分的效果(參照比較例1)。比較例4由于在中間層中添加的未穩(wěn)定化ZrO2的平均粒徑過大，在通窯次數(shù)、涂層強度和工件反應(yīng)度方面不能得到充分的效果。至于比較例5，雖然可以增加通窯次數(shù)，但由于在中間層中添加的未穩(wěn)定化ZrO2過多，不能得到充分的涂層強度。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的電子部件用燒成夾具，可以適合用于燒成陶瓷電容器、熱敏電阻、鐵素體等由陶瓷構(gòu)成的電子部件。
權(quán)利要求
1.電子部件用燒成夾具，其特征在于，在由陶瓷構(gòu)成的基材的表面上具有涂層，所述的涂層包括中間層和表層，所述中間層是在所述基材的表面上形成，并且包含至少一層含有吸收從被燒成體通過表層、對所述基材具有不良影響的成分的材質(zhì)的層，所述表層位于所述中間層的表面，由與被燒成體的反應(yīng)性低的材質(zhì)形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子部件用燒成夾具，其中，所述的中間層中含有未穩(wěn)定化ZrO2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子部件用燒成夾具，其中，所述中間層是未穩(wěn)定化ZrO2與Al2O3的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任何一項所述的電子部件用燒成夾具，其中，所述的中間層是通過燒結(jié)或等離子噴鍍而形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2～4中的任何一項所述的電子部件用燒成夾具，其中，所述未穩(wěn)定化ZrO2的平均粒徑為1～50μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2～5中的任何一項所述的電子部件用燒成夾具，其中，所述未穩(wěn)定化ZrO2的添加量為5～80質(zhì)量％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中的任何一項所述的電子部件用燒成夾具，其中，所述表層的主成分由穩(wěn)定化ZrO2、ZrCaO3、TiO2中的至少一種構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中的任何一項所述的電子部件用燒成夾具，其中，所述表層的主成分由ZrCaO3與穩(wěn)定化ZrO2的混合物構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供了在燒成后電子部件不會粘附到燒成夾具上、并且可以防止發(fā)生涂層剝離或電子部件外觀不良的電子部件用燒成夾具。所述的電子部件用燒成夾具，在由陶瓷構(gòu)成的基材的表面上具有涂層，所述的涂層包括中間層和表層，所述中間層是在所述基材的表面上形成，并且包含至少一層含有吸收從被燒成體通過表層、對所述基材具有不良影響的成分的材質(zhì)的層，所述表層位于所述中間層的表面，由與被燒成體的反應(yīng)性低的材質(zhì)形成。
文檔編號H01G13/00GK1891669SQ20061010054
公開日2007年1月10日 申請日期2006年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月6日
發(fā)明者二本松浩明, 堀田啟之, 中西泰久 申請人:日本礙子株式會社, Ngk阿德列克株式會社