(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスから構成される板状の多孔体の部位を有する板状体からなり、
前記多孔体の部位は、前記板状体を平面視したときに、中央域と、該中央域を囲繞し且つ前記板状体の周縁端を含む領域である周縁域とを有しており、
前記中央域が、第１の気孔径を有する第１領域からなり、前記周縁域が、第１の気孔径よりも小さい気孔径である第２の気孔径を有する第２の領域からなり、
第１領域と第２領域との間に、第１領域から第２領域にわたって気孔径が連続的に又はステップ状に減少する気孔径遷移領域を更に有する、窯道具。
【請求項２】
第１領域と、第２領域と、気孔径遷移領域とが同一のセラミックス素材である請求項１に記載の窯道具。
【請求項３】
第１領域と、第２領域と、気孔径遷移領域とが一体として形成されている請求項１又は２に記載の窯道具。
【請求項４】
前記中央域が１つ又は複数の第１領域からなり、前記周縁域が第２領域からなる請求項１ないし３のいずれか一項に記載の窯道具。
【請求項５】
前記中央域が１つの第１領域からなり、
第１領域が第２領域からなる前記周縁域によって囲繞されている請求項４に記載の窯道具。
【請求項６】
第１領域の気孔径が３０μｍ以上５００μｍ以下であり、
第２領域の気孔径が、第１領域の気孔径よりも低いことを条件として、１μｍ以上１００μｍである請求項１ないし５のいずれか一項に記載の窯道具。
【請求項７】
前記多孔体の部位が、開気孔から構成されている請求項１ないし６のいずれか一項に記載の窯道具。
【請求項８】
セラミックス製品の焼成用セッターとして用いられる請求項１ないし７のいずれか一項に記載の窯道具。
【請求項９】
請求項１に記載の窯道具の製造方法であって、
セラミックス原料粉及びゲル化剤を含むスラリーを、鋳込み用型内に供給し、
前記スラリーをゲル化させて成形体を形成し、
鋳込み用型の底部を冷却して前記成形体を凍結させて、氷の結晶が該成形体の底部から上部に向けて成長した凍結体を得、
前記凍結体を乾燥させて、該凍結体中の氷を除去して乾燥体を得、
次いで前記乾燥体を焼成に付す、工程を有し、
鋳込み用型の底部が、伝熱速度の異なる２つの伝熱部位を有し、該底部から前記成形体への伝熱速度の違いに応じて該成形体に形成される氷の結晶の大きさを異ならせた、窯道具の製造方法。
【請求項１０】
鋳込み用型の底部が、第１の伝熱速度を有する第１伝熱領域と、第１の伝熱速度よりも高い伝熱速度を有する第２伝熱領域とを有し、
第１伝熱領域が、前記底部の中央域に位置するとともに、第２伝熱領域が、該中央域を囲繞し且つ該底部の周縁端を含む領域である周縁域に位置している、請求項９に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被焼成物のセッターとして好適に用いられるセラミックス板状体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックス製の電子部品やガラスを焼成するときには、被焼成物を棚板や敷板などとも呼ばれるセッター上に載置して焼成を行うことが一般的である。この場合、寸法が大きい被焼成物をセッター上に載置する場合や、多数の被焼成物をセッター上に載置する場合には、セッターにおける被焼成物の載置面を大きくする必要がある。しかし、該載置面の寸法を大きくすると、該載置面の中心域と周縁域とで温度差が発生しやすくなる。温度差の発生は、焼成品に反りを発生させるなど、焼成品の品質に影響を与える場合があるので、載置面に温度差が生じないようにすることが望まれている。
【０００３】
焼成時に均一な加熱を行うことを目的として、特許文献１には、通気性に優れると同時に、高熱伝導率の多孔質セラミックスセッターが記載されている。このセッターは、セラミックスファイバー又はウイスカーと、平均粒径５〜１００μｍのＳｉＣ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＢｅＯ、ＭｏＳｉ2、ＴｉＮ、ＺｒＢ2から選ばれたセラミックス粒子とが、耐熱性無機質結合剤で結合された繊維間での絡み合い構造を有するものである。
【０００４】
特許文献１と同様に、焼成時に均一な加熱を行うことを目的として、特許文献２には、セラミックス粉末と、該粉末に保形性を付与するための有機化合物や粘土とを含有する原料を用いて成形物を形成する成形工程と、該成形物を乾燥後、乾燥した成形物を１３００〜１８００℃の温度で焼成する乾燥・焼成工程と、得られた焼成物を均一な厚みを有する平板状に切断する切断工程とを有するセラミックス板の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２５１０７１号公報
【特許文献２】特開２００５−２９４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１及び２に記載の技術を採用しても、セッター載置面の中央域と周縁域とで生じる温度差を、満足すべきレベルにまで小さくすることは容易でない。特に焼成工程における加熱又は冷却時、とりわけ急熱時や急冷時における温度差を小さくすることは容易ではない。
【０００７】
本発明の課題は、前述した従来技術が有する種々の欠点を解消し得る、セッターとして好適に使用されるセラミックス板状体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、セラミックスから構成される板状の多孔体の部位を有し、
前記多孔体の部位は、平面視したときに第１の気孔径を有する第１領域と、第１の気孔径よりも小さい気孔径である第２の気孔径を有する第２の領域とを有し、
第１領域と、第２領域の間に、第１領域から第２領域にわたって気孔径が減少する気孔径遷移領域を更に有する、セラミックス板状体を提供するものである。
【０００９】
また本発明は、前記セラミックス板状体の製造方法であって、
セラミックス原料粉及びゲル状化剤を含むスリラーを、鋳込み用型内に供給し、
前記スリラーをゲル化させて成形体を形成し、
鋳込み用型の底部を冷却して前記成形体を凍結させて、氷の結晶が該成形体の底部から上部に向けて成長した凍結体を得、
前記凍結体を乾燥させて、該凍結中の氷を除去して乾燥体を得、
次いで前記乾燥体を焼成に付す、工程を有し、
鋳込み用型の底部が、伝熱速度の異なる２つの伝熱部位を有し、該底部から前記成形体への伝熱速度の違いに応じて該成形体に形成される氷の結晶の大きさを異ならせた、セラミックス板状体の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、板状体がセラミックスから構成されているので、該板状体を過酷な環境下で用いることができ、該板状体の一部の気孔径を、他の部分と比べて大きく又は小さくすることに起因する利点を、過酷な環境下で活かすことができる。特に本発明によれば、加熱時及び冷却時に、特に急熱時及び急冷時に中心域と周縁域とで温度差が生じにくいセラミックス板状体が提供される。板状体が開気孔の多孔質体からなる場合には、中心域と周縁域とでの通気性を容易にコントロールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明のセラミックス板状体の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１におけるII−II線断面図である。
【図３】図３（ａ）ないし（ｃ）は、図１に示すセラミックス板状体の製造方法を示す工程図である。
【図４】図４（ａ）は、図３（ｃ）に示す状態の断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す状態から冷却を行うときの伝熱速度の高低の程度を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、冷却前の状態におけるセラミックス原料粉の粒子の分散状態を示す模式図であり、図５（ｂ）は、冷却後の状態におけるセラミックス原料粉の粒子の配列状態を示す模式図である。
【図６】図６は、実施例１で得られたセラミック板状体を加熱した後に急冷したときのサーモグラフィー像である。
【図７】図７は、比較例１で得られたセラミック板状体を加熱した後に急冷したときのサーモグラフィー像である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図１には、本発明のセラミックス板状体の一実施形態が示されている。図２は、図１におけるII−II線断面図である。これらの図に示すセラミックス板状体１０は、被焼成物の焼成時にセッターとして用いられるものである。セラミックス板状体１０は、板状の本体部１１を有する。本体部１１はセラミックスから構成される多孔体からなる。本体部１１は、第１面１１ａとそれに対向する第２面１１ｂとを有する。本体部１１はその平面視において矩形をしている。尤も、本体部１１の平面視での形状は矩形に限られず、被焼成物の形状や数に応じて種々の形状をとり得る。本体部１１の平面視での形状が如何なるものであっても、本体部１１の厚みは、任意の位置において同じであることが好ましい。
【００１３】
セラミックス板状体１０は、本体部１１に加えて脚部１２を有する。脚部１２は、本体部１１の隅部に設けられている。上述のとおり、本体部１１は平面視において矩形をしており、脚部１２は本体部１１の四隅に位置している。脚部１２は、本体部の第２面１１ｂから垂下している。脚部１２は本体部１１と一体的に形成されている。また脚部１２は、本体部１１と同一のセラミックス素材から形成されている。尤も、脚部１２が多孔体であることは要しない。
【００１４】
本体部１１の第１面１１ａは、セラミックス板状体１０の使用時に、つまり被焼成物の焼成時に、該被焼成物の載置面となる。第１面１１ａは、平坦面になっている。つまり、第１面１１ａは平面になっており、曲面とはなっていない。また第１面１１ａは平滑面になっている。つまり、第１面１１ａは滑らかになっており、凸部や凹部が存在していない。第１面１１ａがこのように平坦で且つ平滑な面になっていることで、被焼成物の焼成時に、第１面１１ａに該被焼成物を安定して載置させることができ、また均一な焼成を行うことができる。被焼成物の形状によっては、第１面１１ａを曲面にしたり、第１面１１ａに凸部や凹部を形成したりしてもよい。一方、第２面１１ｂに関しては、その表面形状は特に問われない。
【００１５】
本体部１１が多孔体からなることは上述のとおりであるところ、該本体部１１は、気孔径の異なる３つの領域を有する。詳細には、本体部１１は、これを平面視したときに第１の気孔径を有する第１領域２１と、第１の気孔径よりも小さい気孔径である第２の気孔径を有する第２の領域２２と、第１領域と第２領域の間に位置し、且つ第１領域から第２領域にかけて気孔径が減少する気孔径遷移領域２３とを有している。第１領域２１、第２領域２２及び気孔径遷移領域２３は一体的に形成されている。「一体的に形成されている」とは、第１領域２１、第２領域２２及び気孔径遷移領域２３が何らかの接合手段によって接合されているのではなく、全領域２１，２２，２３がセラミックスとして連続した構造体となっていることをいう。後述する好適な製造方法によれば、第１領域２１、第２領域２２及び気孔径遷移領域２３が一体的に形成されたセラミックス板状体１０を製造することができるが、別の製造方法を採用した場合には、これらの領域が一体的に形成されていないセラミックス板状体１０が得られることもある。領域２１，２２，２３が一体的に形成されていると、セラミックス板状体１０の加熱時及び／又は冷却時に、本体部１０の中央域と周縁域とでの温度差を一層小さくすることができることとなるので好ましい。
【００１６】
本体部１１は、その平面視において中央域と、該中央域を囲繞し且つ本体部１１の周縁端を含む領域である周縁域とを有している。詳細には、中央域が１つの第１領域２１からなっており、周縁域が第２領域２２からなっている。更に、中央域と周縁域との間に気孔径遷移領域２３が存在している。中央域に位置する第１領域２１は、本体部１１の平面視において、例えば本体部１１の形状と略相似形の矩形をしているように形成することができる。尤も、第１領域２１の平面視の形状は、本体部１１の平面視の形状と相似形であることは要しない。また第１領域２１の平面視の形状は矩形であることも要しない。例えば第１領域２１の平面視の形状は円形や矩形以外の多角形であってもよい。中央域と周縁域とでの温度差を極力小さくする観点からは、平面視での第１領域２１の周縁上における任意の位置に引いた法線が、本体部１１の周縁端と交わるまでの長さが、周縁上におけるいずれの位置においても同じであることが好ましい。例えば第１領域２１が円であり、且つ第２領域２２及び気孔径遷移領域２３が円環であり、第１領域２１の円と第２領域２２の円環と気孔径遷移領域２３の円環とが同心になっていることが好ましい。また、平面視での第１領域２１の周縁上における任意の位置に引いた法線が、本体部１１の周縁端と交わるまでの長さが、該周縁上における任意の２以上の位置において異なる場合には、最も短い長さＬｍｉｎに対する最も長い長さＬｍａｘの比であるＬｍａｘ／Ｌｍｉｎの値が８以下、特に４以下であることが好ましい。
【００１７】
第１領域２１は、その厚み方向及び面内方向の全域にわたって一定の気孔径、すなわち第１の気孔径Ｄ１を有していることが好ましい。同様に第２領域２２も、その厚み方向及び面内方向の全域にわたって一定の気孔径、すなわち第２の気孔径Ｄ２を有していることが好ましい。気孔径Ｄ１とＤ２は、Ｄ１＞Ｄ２の関係となっている。気孔径遷移領域２３は、第１領域２１との境界部において第１領域２１の気孔径Ｄ１と同様の気孔径を有しており、且つ第２領域２２との境界部において第２領域２２の気孔径Ｄ２と同様の気孔径を有している。そして気孔径遷移領域２３は、第１領域２１との境界部から第２領域２２との境界部にわたって気孔径がＤ１からＤ２へと減少している。気孔径が減少している態様には、例えば、気孔径遷移領域２３の気孔径に着目したときに、第１領域２１寄りの位置から第２領域２２寄りの位置に向けて気孔径が連続的に減少している態様が挙げられる。あるいはステップ状に気孔径が単調減少する態様が挙げられる。気孔径が減少していれば、その減少の程度に制限はなく、一次関数的に減少してもよく、二次関数的に減少してもよく、あるいは指数関数的又は対数関数的に減少してもよい。気孔径遷移領域２３は、第１領域２１寄りの位置から第２領域２２寄りの位置に向けて気孔径が減少している部位を少なくとも有していればよく、本発明の効果が奏される範囲内において、気孔径遷移領域２３内に、気孔径が変化しているものの、その変化が減少ではなく、気孔径の増減を伴う部位が存在していることは妨げられない。尤も、気孔径遷移領域２３は、第１領域２１寄りの位置から第２領域２２寄りの位置に向けて気孔径が連続的に又はステップ状に減少していることが、第１領域２１と第２領域２２との間の温度差を容易に小さくし得る点から好ましい。
【００１８】
第１領域２１、第２領域２２及び気孔径遷移領域２３は、同一のセラミックス素材からなっていることが好適である。各領域２１、２２及び２３が同一のセラミックス素材からなっていることで、全領域の一体感が高まり、強度を維持する点や熱伝導において有利である。特に、各領域２１、２２及び２３が同一のセラミックス素材からなっていると、一体感が一層高まる。その結果、セラミックス板状体１０の加熱時及び／又は冷却時に、本体部１０の中央域と周縁域とでの温度差を更に一層小さくすることができる。
【００１９】
以上のとおりの構成を有する本実施形態のセラミックス板状体１０は、これを、被焼成物を焼成するときのセッターとして用いると、焼成過程における加熱時及び冷却時において、本体部１１の中央域と周縁域との温度差を従来のセッターよりも小さくすることができる。この理由は次のとおりである。気孔径の大きい領域である第１領域２１は、通気性が高くなり、熱対流の効果が高いため、優れた熱交換機能が期待できる。したがって、通気性の高い第１領域２１を中央域に配し、該中央域を囲繞する周縁域に気孔径の小さい第２領域２２を配することで、加熱時には、加熱されにくい中央域を容易に加熱することができ、一方、冷却時には、冷却されにくい中央域を容易に冷却することができるので、結果として、加熱時及び冷却時における中央域と周縁域とでの温度差を小さくできるからである。しかも、中央域を囲繞する周縁域に気孔径の小さい第２領域２２を配することで、セラミックス板状体１０に、ハンドリングに必要な強度を付与することができる。これに加えて第１領域２１と第２領域との間に気孔径遷移領域２３が位置していると、中央域と周縁域とでの温度差のコントロールが容易となる。特に、本体部１１が開気孔の多孔質体からなる場合には、該本体部１１の中心域と周縁域とでの通気性を容易にコントロールすることができる。これによっても、中央域と周縁域とでの温度差を小さくできる。このような状態の本体部１１を有するセラミックス板状体１０は、後述する方法によって好適に製造することができる。
【００２０】
特に、後述する実施例１において例証されるとおり、セラミックス板状体１０は、周縁域の温度よりも中央域の温度の方が低くなるように冷却が進行することが好ましい。この理由は次のとおりである。セラミックス板状体１０を例えば被焼成物のセッターとして用いる場合、該セッターの中央域に被焼成物を載置することが多い。そのような載置状態で焼成を行い、その後に冷却を行うときには、セッターの中央域においては、該中央域の熱容量と焼成物の熱容量との総和に対して冷却が進行する。したがって、周縁域の温度よりも中央域の温度の方が低くなるように冷却が進行すれば、焼成物の熱容量を、セッターの周縁域の熱容量で相殺することができ、冷却を速やかに行うことができる。
【００２１】
以上の有利な効果を一層顕著にする観点から、第１領域２１の気孔径Ｄ１は３０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、４０μｍ以上４００μｍ以下であることが更に好ましく、５０μｍ以上３００μｍ以下であることが一層好ましい。第２領域２２の気孔径Ｄ２は、第１領域２１の気孔径Ｄ１よりも小さいことを条件として、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以上８０μｍ以下であることが更に好ましく、１０μｍ以上６０μｍ以下であることが一層好ましい。各領域の気孔径は、本体部１１の断面を走査型電子顕微鏡で観察して断面像を撮影し、撮影視野内に存在する任意の２０個の気孔の直径を測定し、その平均値を算出することで求める。気孔が円形でない場合、気孔の直径とは、注目している気孔における最大横断長さのことをいう。
【００２２】
第１領域２１、第２領域２２及び気孔径遷移領域２３を本体部１１に形成することの利点を更に一層顕著にする観点から、第１領域２１の気孔率よりも第２領域２２の気孔率の方が低いことが好ましい。特に、第１領域２１の気孔率は５０％以上９９％以下であることが好ましく、６０％以上９０％以下であることが更に好ましく、７０％以上９０％以下であることが一層好ましい。一方、第２領域２２の気孔率は、第１領域２１の気孔率よりも低いことを条件として、５０％以上９９％以下であることが好ましく、５０％以上９０％以下であることが更に好ましく、５０％以上８５％以下であることが一層好ましい。気孔径遷移領域２３の気孔率は、第１領域２１の気孔率よりも低く、且つ第２領域２２の気孔率よりも高いことが好ましい。この条件を満たすことを条件として、例えば気孔径遷移領域２３の気孔率は、５５％以上９９％以下であることが好ましく、５５％以上９０％以下であることが更に好ましく、５５％以上８５％以下であることが一層好ましい。このような状態の本体部１１を有するセラミックス板状体１０は、後述する方法によって好適に製造することができる。
【００２３】
気孔率は、アルキメデス法により測定される見掛け気孔率で定義される物性値である。本体部１１の第１領域２１、第２領域２２及び第３領域２３の気孔率は、次の方法で測定される。本体部１１をカッターで加工して、第１領域２１、第２領域２２及び気孔径遷移領域２３をそれぞれ別個に取り出し、ＪＩＳ  Ｒ１６３４（真空法）に準じて見掛け気孔率の測定を行う。後述する製造方法に従い製造されたセラミックス板状体１０においては、気孔のほぼ全てが開気孔であるため、開気孔率がそのまま気孔率の値となる。
【００２４】
加熱時及び冷却時における中央域と周縁域との温度差を一層小さくする観点から、平面視における第１領域２１の面積の総和Ｓ１の割合は、平面視における本体部１１の面積ＳＴに対して、１％以上８０％以下であることが好ましく、１％以上６０％以下であることが更に好ましく、３％以上５０％以下であることが一層好ましい。同様の観点から、平面視における第２領域２２の面積の総数Ｓ２の割合は、平面視における本体部１１の面積ＳＴに対して１０％以上８０％以下であることが好ましく、２０％以上７５％以下であることが更に好ましく、２５％以上７５％以下であることが一層好ましい。同様の観点から、平面視における第３領域２３の面積の総数Ｓ３の割合は、平面視における本体部１１の面積ＳＴに対して５％以上８０％以下であることが好ましく、１０％以上７０％以下であることが更に好ましく、２０％以上６０％以下であることが一層好ましい。
【００２５】
図１に示す実施形態のセラミックス板状体１０において、第１領域２１は本体部１１の中央域に１つだけ形成されているが、これに代えて、２以上の第１領域２１を本体部１１の中央域に形成してもよい。この場合には、２以上の第１領域２１が気孔径遷移領域２３によって囲繞されている。
【００２６】
セラミックス板状体１０を構成するセラミックス素材としては、種々のものを用いることができる。例えば、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、ムライト、マグネシア、二硼化チタンなどが挙げられる。
【００２７】
次に、図１及び図２に示すセラミックス板状体１０の好適な製造方法について図３、図４及び図５を参照しながら説明する。まず図３（ａ）に示すとおり、鋳込み用型３０を用意する。鋳込み用型３０は、平面視して略矩形の底面３１と、該底面３１の周縁から起立する４つの側面３２を有し、上面が開口している。そして底面３１と側面３２とで、上方に向けて開放された凹部Ｓが画成されている。この凹部Ｓは、目的とするセラミックス板状体１０と相補形状を有するものである。セラミックス板状体１０における本体部１１に第１領域２１、第２領域２２及び気孔径遷移領域２３を形成する目的で、底面３１の底部中央域３１ａを相対的に伝熱速度の低い材料で形成するとともに、底部中央域３１ａを囲繞する底部周縁域３１ｂを相対的に伝熱速度の高い材料で形成することが有利である。
【００２８】
底部中央域３１ａを形成するために用いられる材料としては、各種の高分子材料、ガラス、熱伝導率の比較的低い金属であるＳＵＳなどが挙げられる。高分子材料としては、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアクリル酸やメタクリル酸メチル等のアクリル系樹脂、ポリ塩化ビニルやポリスチレン等のビニル系樹脂などが挙げられる。一方、底部周縁域３１ｂを形成するために用いられる材料としては、各種の金属（ただしＳＵＳよりも熱伝導率が高いもの）、カーボン、並びにＳｉＣ及びＡｌＮなどの高熱伝導セラミックスなどが挙げられる。
【００２９】
上述した伝熱速度Ｑ（Ｊ／ｓ）はＱ＝ｋＡ（Ｔ１−Ｔ２）／ｄで表される物理量である。式中、ｋは熱伝導率を表し、Ａは底部中央域３１ａ又は底部周縁域３１ｂの面積を表し、ｄは底部中央域３１ａ又は底部周縁域３１ｂの厚みを表し、Ｔ１及びＴ２は底部中央域３１ａ又は底部周縁域３１ｂの各面での温度を表す。本実施形態においては、上述のとおり、底部中央域３１ａと底部周縁域３１ｂとでその構成材料を異ならせ、それによって定数ｋで表される熱伝導率を異ならせることで、伝熱速度Ｑを異ならせている。
【００３０】
図３（ａ）に示す状態下に、図３（ｂ）に示すとおり、この鋳込み用型３０の凹部Ｓ内にスラリー４１を供給する。スラリー４１は、セラミックス原料粉及びゲル化剤を媒質として含んでいることが好ましい。またスラリー４１は水又は水溶性有機溶媒を媒体として含んでいることが好ましい。
【００３１】
スラリー４１に含まれるセラミックス原料粉は、目的とするセラミックス板状体１０を構成するセラミックス素材の原料となるものである。セラミックス原料粉の粒子径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による累積体積５０容量％における体積累積粒径Ｄ50で表して０．０１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上１０μｍ以下であることが更に好ましく、０．１μｍ以上５μｍ以下であることが一層好ましい。
【００３２】
スラリー４１に含まれるセラミックス原料粉の濃度は、焼成に付される成形体の密度を決定するものであり、該成形体から得られる焼結体の強度を十分にさせるための焼結収縮率を考慮すると、媒体１００体積部に対して４体積部以上３０体積部以下であることが好ましく、６体積部以上２５体積部以下であることが更に好ましく、８体積部以上２０体積部以下であることが一層好ましい。
【００３３】
スラリー４１に含まれるゲル化剤の種類や濃度は、スラリー４１のゲル化の程度に関係する。この観点から、スラリー４１に含まれるゲル化剤の濃度は、媒体１００質量部に対して０．１質量部以上１０質量部以下であることが好ましく、０．５質量部以上７質量部以下であることが更に好ましく、１質量部以上４質量部以下であることが一層好ましい。
【００３４】
ゲル化剤は、後述する凍結乾燥によって得られた乾燥体において、セラミックス原料粉の粒子どうしを結合する結合剤として用いられる。この目的のために、ゲル化剤として、Ｎ−アルキルアミド系高分子、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド系高分子、スルホメチル化アクリルアミド系高分子、Ｎ−ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド系高分子、ポリアルキルアクリルアミド系高分子、アルギン酸、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸アンモニウム、ポリエチレンイミン、セルロース誘導体系、ポリアクリル酸塩、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、カルボキシビニルポリマー、デンプン、ゼラチン、寒天、ペクチン、グルコマンナン、キサンタンガム、ローカストビーンガム、カラギーナンガム、グァーガム、ジェランガム、リグニンスルホン酸塩、ポリアクリルアミド、ポリビニルエステル、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体、酢酸ビニル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びウレタン樹脂などを用いることができる。これらのゲル化剤を、１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３５】
ゲル化剤は、その重量平均分子量が好ましくは５００以上２００００００以下、より好ましくは２０００以上１５０００００以下、更に好ましくは４０００以上１００００００以下の範囲である。
【００３６】
スラリー４１には、上述した成分に加えて他の成分を配合してもよい。例えばセラミックス原料粉を媒体に円滑に分散させるための分散剤を配合することができる。分散剤としては、例えば ポリカルボン酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリエチレンイミンなどを用いることができる。分散剤の配合量は、セラミックス原料粉１００質量部に対して、０．５質量部以上３質量部以下であることが好ましい。
【００３７】
鋳込み用型３０の凹部Ｓ内にスラリー４１を供給したら、該スラリー４１をゲル化する。ゲル化するためには、例えば該スラリー４１を冷却すればよい。冷却温度は例えば１℃以上１２℃以下に設定することができる。スラリー４１のゲル化によって、該スラリー４１は保形性を獲得し、図４（ａ）に示すとおり成形体４１ａが得られる。
【００３８】
次いで図４（ａ）に示す成形体４１ａを凍結工程に付す。凍結工程は、例えば図４（ｂ）に示すとおり、鋳込み用型３０における底面３１の外面に冷却装置４３を接触させることで行うことができる。成形体４１ａを凍結工程に付すことで、一方向、すなわち成形体４１ａにおける下面から上面に向かう方向へ凍結が進行して氷の結晶が成長し、成形体４１ａ中のセラミックス原料粉の配向組織が形成される。つまり、セラミックス原料粉の粒子の再配列が生じる。この様子を図５（ａ）及び（ｂ）に示す。図５（ａ）はゲル化する前のスラリー４１の状態を模式的に示す拡大図である。同図に示すとおり、ゲル化する前の状態のスラリー４１では、セラミックス原料粉の粒子４２はランダムに且つ均一にスラリー４１中に分散している。この均一分散状態は、スラリー４１がゲル化した成形体４１ａの状態でも維持される。図５（ａ）に示す状態から凍結工程が進行すると、成形体４１ａの中の水が氷となる。氷の生成は冷却装置４２に最も近い部分である成形体４１ａの下面側から開始され、成形体４１ａの上面側に向けて進行する。氷の生成は一方向に向けて起こることから、氷の結晶は柱状のものとなる。その結果、成形体４１ａに含まれているセラミックス原料粉の粒子４３は、氷の柱状結晶に押し退けられながら再配列する。再配列状態においてセラミックス原料粉の粒子４３は、図５（ｂ）に示すとおり、略ハニカム状の構造体を形成する。ハニカムの空孔は、成形体４１ａの厚み方向、すなわち成形体４１ａの冷却方向に沿って延びている。
【００３９】
ところで、先に述べたとおり、成形体４１ａが収容されている鋳込み用型３０における底面３１は、互いに異なる伝熱速度を有する底部中央域３１ａと底部周縁域３１ｂとを有している。底部中央域３１ａは第１の伝熱速度を有する第１伝熱領域であり、底部周縁域３１ｂは、第１の伝熱速度よりも高い伝熱速度を有する第２伝熱領域である。第１伝熱領域は、底部３１の中央域に位置するとともに、第２伝熱領域は、該中央域を囲繞し且つ底部３１の周縁端を含む領域である周縁域に位置している。したがって第１伝熱領域である底部中央域３１ａと、第２伝熱領域である底部周縁域３１ｂとでは熱の伝わり方が相違している。詳細には、成形体４１ａのうち、伝熱速度が高い底部周縁域３１ｂに対応する部位では、冷却が相対的に素早く進行する。これとは対照的に、成形体４１ａのうち、伝熱速度が高い底部中央域３１ａに対応する部位では、冷却が相対的にゆっくりと進行する。図４（ｂ）に示す矢印は伝熱速度の高低を示しており、大きい矢印が高伝熱速度を意味し、小さい矢印が低伝熱速度を意味している。一般に、冷却によって液体が固化するときに、冷却速度が高いと、固化によって生じた結晶の大きさは小さくなり、逆に冷却速度が低いと、大きな結晶が生成することが知られている。この現象は本製造方法においても同様であり、図４（ｂ）における大きい矢印が示す部分では冷却が素早く進行して小さな氷の結晶が生成する一方、同図における小さい矢印が示す部分では冷却がゆっくり進行して大きな氷の結晶が生成する。その結果、図５（ｂ）に戻ると、成形体４１ａのうち、底部周縁域３１ｂに対応する部位では小さな氷の結晶が生成することに起因して略ハニカム状の構造体における空孔の大きさＤｂは相対的に小さくなる。一方、成形体４１ａのうち、底部中央域３１ａに対応する部位では大きな氷の結晶が生成することに起因して略ハニカム状の構造体における空孔の大きさＤａは相対的に大きくなる。そして成形体４１ａのうち、底部周縁域３１ｂと底部中央域３１ａとの境界及びその近傍に対応する部位では、大きな空孔Ｄｂから小さな空孔Ｄａへと空孔の大きさが次第に小さくなるように、氷の結晶が生成する。このように本製造方法では、鋳込み用型３０の底部３１が、伝熱速度の異なる２つの伝熱部位である底部中央域３１ａ及び底部周縁域３１ｂを有し、該底部３１から成形体４１ａへの伝熱速度の違いに応じて該成形体４１ａに形成される氷の結晶の大きさを異ならせている。
【００４０】
凍結には公知の冷却装置を利用することが可能である。具体的には、鋳込み用型３０の底面３１の外面を例えば冷却した金属板などの固体に接触させる方法や、冷却した液体に鋳込み用型３０の底面３１を接触させる方法等を用いることができる。また、例えば所定の温度に冷却されたエタノールを、対面する一方の側から他方の側にエタノールの液面付近に淀みや波立ちが生じることなく流動するように循環させることで液面付近の温度を一定に保持したエタノール冷却装置を用いてもよい。かかる構成を有するエタノール冷却装置を適用し、冷却されたエタノールの液面に鋳込み用型３０の底面を接触させて保持し、底部から上方に向けて一方向に凍結を行うことができる。これにより、気孔径のばらつきの少ないセラミックス板状体１０を作製することができる。
【００４１】
凍結工程における凍結温度は、ゲル又はスラリー中の水が凍結して氷を生成することが可能な程度であれば制限はない。なお、ゲル化剤の種類によっては、水との相互作用に起因して、−１０℃以上では凍結しない場合があるので、−１０℃以下の凍結温度が好ましい。例えば、上述したエタノール冷却装置を用い、−１５℃に冷却したエタノールに鋳込み用型３０を浸し、底部から一方向に凍結を行うことが好ましい。
【００４２】
このようにして、氷の結晶が該成形体の底部から上部に向けて成長した凍結体が得られる。次いで凍結体４４を、図３（ｃ）に示すとおり鋳込み用型３０から取り出し乾燥させて、凍結体４４中の氷を除去する。乾燥工程においては、凍結体の内外の乾燥速度の差を抑制しながら、徐々に氷を気孔に置換することにより亀裂を防ぐ乾燥手法を利用することが好ましい。具体的には、凍結体を凍結乾燥するか、あるいは水溶性有機溶剤や水溶性有機溶剤水溶液中への浸漬及び風乾することによって、氷を気孔に置換することができる。例えば、凍結体を水溶性有機溶剤や水溶性有機溶剤水溶液中に浸漬すると、凍結体中の氷は融解し、水溶性有機溶剤と混合される。かかる操作を１回又は複数回実行することにより、まず、凍結体中の氷であった部分は水溶性有機溶剤に置換される。その後、凍結体内部が水溶性有機溶剤で置換された凍結体を、大気中又は減圧条件下において乾燥させると、凍結工程において氷であった部分が気孔に置換される。
【００４３】
水溶性有機溶剤を利用した乾燥工程において、水溶性有機溶剤としては、ゲル化剤を浸食せず、且つ水よりも揮発性が高いものが用いられる。具体的には、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、酢酸エチルなどが挙げられるが、これらに限定されない。これらの水溶性有機溶剤を単独で、あるいは複数種類併用した乾燥を１回又は複数回実行することにより、凍結体内で氷であった部分に気孔が形成される。
【００４４】
次いで、乾燥によって生じた乾燥体を焼成工程に付す。この焼成によって目的とするセラミックス板状体１０が得られる。焼成は一般に大気下で行うことができる。焼成温度は、セラミックス原料粉の種類に応じて適切な温度を選択すればよい。焼成温度に関しても同様である。
【００４５】
以上の方法によって、目的とするセラミックス板状体１０が得られる。このセラミックス板状体１０は、上述のとおり、棚板や敷板など、セラミックス製品の焼成用セッターとして好適に用いられるほか、セッター以外の窯道具、例えば匣やビームとしても用いることができる。更に、窯道具以外の用途、例えば各種の治具や各種構造材として用いることもできる。
【００４６】
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。例えば前記実施形態においては、板状の本体部１１の中央域の気孔径を、周縁域の気孔径よりも大きくしたが、気孔径の大きい第１領域２１と気孔径の小さい第２領域２２との配置位置はこれに限られない。例えば、本発明のセラミックス板状体の具体的な用途によっては、気孔径の大きい第１領域２１を板状体の周縁域に配置し、気孔径の小さい第２領域２２を板状体の中央域に配置することもできる。
【００４７】
また上述したセラミックス板状体１０の製造方法において用いた鋳込み用型３０の底部３１においては、底部中央域３１ａと底部周縁域３１ｂとでその構成材料を異ならせ、それによって定数ｋで表される熱伝導率を異ならせることで、伝熱速度Ｑを異ならせたが、これに代えて、底部中央域３１ａと底部周縁域３１ｂとを同じ材料から構成し、且つ両域３１ａ，３１ｂの厚みを異ならせることで、伝熱速度Ｑを異ならせてもよい。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「部」は「質量部」を意味する。
【００４９】
〔実施例１〕
図１及び図２に示すセラミックス板状体１０を、図３ないし図５に示す方法に従って製造した。水、アルミナ粒子及び分散剤を、ハイブリッドミキサーを用いて１分間混合し、これとは別に、ゲル化剤としてのゼラチンを湯に溶解させた水溶液を調製し、両者を混合することでスラリー４１を得た。このようにして得られたスラリー４１は、Ｄ５０が０．５μｍであるアルミナ粒子を含み、更にゼラチン及び分散剤を含む水スラリーである。スラリー中の水１００体積部に対するアルミナ粒子の量は１１体積部であった。また、ゼラチンの濃度は水に対して３質量％であった。分散剤の濃度は原料に対して１．５質量％であった。
【００５０】
鋳込み用型３０として、平面視して正方形の形状を有するものを用いた。平面視での鋳込み用型３０の寸法は１３５ｍｍ×１３５ｍｍであった。鋳込み用型３０の底部は、底部中央域３１ａが平面視して正方形のアクリル板からなり、該アクリル板を囲繞する底部周縁域３１ｂがアルミニウム板からなるものであった。アクリル板の寸法は９５ｍｍ×９５ｍｍであった。この鋳込み用型３０にスラリー４１を供給した。スラリー４１の供給量は、凹部Ｓ内での深さが５ｍｍとなるようにした。鋳込み用型３０を冷蔵庫内に静置してスラリー４１を冷却してゲル化させ成形体４１ａを得た。
【００５１】
次いで鋳込み用型３０を、エタノールを用いて−１０℃で凍結した。得られた凍結体４４を鋳込み用型３０から取り出し、真空凍結乾燥装置（東京理科器械（株）製ＦＤＵ−１１００）で２４時間にわたり乾燥させた。
【００５２】
このようにして得られた乾燥体を大気下に１６００℃で３時間にわたって焼成した。焼成品を両面研磨して、本体部１１の厚みを２ｍｍとした。これによって、目的とするセラミックス板状体１０を得た。得られたセラミックス板状体１０について本体部１１の気孔径及び気孔率を上述の方法で測定した。気孔径については、本体部１１の中心から任意の一辺へ向けて仮想的に引いた垂線の位置において５．０ｍｍ間隔で測定を行った。周縁から中心に向かって隣り合う２箇所の測定位置での気孔径の増分（〔ｄｉ−ｄｉ＋１〕／ｄｉ×１００）が８％以下の場合、その２箇所は同じ気孔径を有すると判断し、第１領域２１又は第２領域２２に帰属させる。前記増分が８％超の場合、その２箇所は気孔径遷移領域２３に帰属させる。結果を以下の表１に示す。
【００５３】
【表１】
0006502165.tif 000002
【００５４】
〔比較例１〕
実施例１において、鋳込み用型３０の底部３１をアルミニウム板のみから形成した。これ以外は実施例１と同様にして、セラミックス板状体１０を得た。このセラミックス板状体における本体部１１は、いずれの位置においても気孔径が同じ（５０μｍ）であった。
【００５５】
〔評価〕
実施例及び比較例で得られたセラミックス板状体上に、被焼成物を想定してアルミナ質耐火物（６５×６５×２ｍｍｔ）を載置し、加熱した。加熱は、板状体の中央部の温度が５００℃になるように行った。この温度に加熱されたセラミックス板状体を、加熱炉から大気中に取り出し急冷を行った。板状体の中央部の温度が約４００℃に冷却されるまでの時間を測定した。また、板状体の中央部の温度が約４００℃になったときの、該板状体の周縁部における最低温度を測定した。温度の測定は、サーモグラフィー（（株）チノー製ＣＰＡ−６４０Ａ）を用いて行った。その結果を以下の表２に示す。また測定した温度分布をサーモグラフィーにより彩色した外観写真として、実施例１について撮影したものを図６に示し、また比較例１について撮影したものを図７に示す。
【００５６】
【表２】
0006502165.tif 000003
【００５７】
表２に示す結果から明らかなとおり、実施例１で得られたセラミックス板状体１０は、中央域２１と周縁域２２とで気孔径を異ならせ、且つ気孔径遷移領域２３を形成したことに起因して、比較例１のセラミックス板状体と比べて、中央域と周縁域とでの温度差が小さくなることが判る。また、短時間で冷却されることも判る。また図６と図７との対比から明らかなとおり、図７の比較例１では周縁域の温度が中央域より低く温度差が大きいのに対し、図６の実施例１では周縁部の温度が中央域の温度よりもやや高く、温度差が小さいことが判る。
【符号の説明】
【００５８】
１０  セラミックス板状体
１１  本体部
１１ａ  第１面
１１ｂ  第２面
１２  脚部
２１  第１領域
２２  第２領域
２３  気孔径遷移領域
３０  鋳込み用型
３１  底面
３２  側面
４１  スラリー
４１ａ  成形体
４２  冷却装置
４４  凍結体
【図１】
0006502165.tif 000004
【図２】
0006502165.tif 000005
【図３】
0006502165.tif 000006
【図４】
0006502165.tif 000007
【図５】
0006502165.tif 000008
【図６】
0006502165.tif 000009
【図７】
0006502165.tif 000010