(57)【要約】  本発明のセラミックス板状体（１０）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する。平面視したときに第１の気孔率を有する第１領域（２１）と、第１の気孔率よりも低い気孔率である第２の気孔率を有する第２の領域（２２）とを有する。第１領域（２１）と第２領域（２２）とは同一のセラミックス素材である。平面視において中央域と、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、該中央域が１つ又は複数の第１領域（２１）からなり、該周縁域が第２領域（２２）からなることが好適である。
2016136637.tif 000002
【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し、
平面視したときに第１の気孔率を有する第１領域と、第１の気孔率よりも低い気孔率である第２の気孔率を有する第２の領域とを有し、
第１領域と第２領域とは同一のセラミックス素材である、セラミックス板状体。
【請求項２】
第１領域と第２領域とが一体として形成されている請求項１に記載のセラミックス板状体。
【請求項３】
平面視において中央域と、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、
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又は２に記載のセラミックス板状体。
【請求項４】
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２に記載のセラミックス板状体。
【請求項５】
第１領域の気孔率が５０％以上９９％以下であり、
第２領域の気孔率が、第１領域の気孔率よりも低いことを条件として、０％以上７０％以下である請求項１ないし４のいずれか一項に記載のセラミックス板状体。
【請求項６】
平面視における第１領域の面積の総和の割合が、前記板状体の面積に対して２０％以上９５％以下であり、
平面視における第２領域の面積の割合が、前記板状体の面積に対して５％以上８０％以下である請求項１ないし５のいずれか一項のセラミックス板状体。
【請求項７】
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６のいずれか一項に記載のセラミックス板状体。
【請求項８】
請求項１に記載のセラミックス板状体の製造方法であって、
目的とするセラミックス板状体と相補形状の凹部を有する鋳込み用型における該凹部内に入れ子部材を配置し、
前記凹部内に、セラミックス原料粉及びゲル化剤を含む第１のスラリーを供給してゲル化させて第１の成形体を形成し、
前記入れ子部材を前記凹部内から脱型し、次いで該入れ子部材の脱型によって生じた脱型空間に、前記セラミックス原料粉及びゲル化剤を含む第２のスラリーを供給し、
第１の成形体、及び該第１の成形体の脱型空間に供給された第２のスラリーの凍結を行い、凍結体を得、
凍結体を乾燥させて乾燥体を得、
次いで乾燥体を焼成に付す、工程を有し、
第１及び第２のスラリーとして、それらに含まれる前記セラミックス原料粉の濃度が互いに相違するものを用いる、セラミックス板状体の製造方法。
【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】
【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。
【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、
平面視したときに第１の気孔率を有する第１領域と、第１の気孔率よりも低い気孔率である第２の気孔率を有する第２の領域とを有し、
第１領域と第２領域とは同一のセラミックス素材である、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、前記のセラミックス板状体の好適な製造方法として、
目的とするセラミックス板状体と相補形状の凹部を有する鋳込み用型における該凹部内に入れ子部材を配置し、
前記凹部内に、セラミックス原料粉及びゲル化剤を含む第１のスラリーを供給してゲル化させて第１の成形体を形成し、
前記入れ子部材を前記凹部内から脱型し、次いで該入れ子部材の脱型によって生じた脱型空間に、前記セラミックス原料粉及びゲル化剤を含む第２のスラリーを供給し、
第１の成形体、及び該第１の成形体の脱型空間に供給された第２のスラリーの凍結を行い、凍結体を得、
凍結体を乾燥させて乾燥体を得、
次いで乾燥体を焼成に付す、工程を有し、
第１及び第２のスラリーとして、それらに含まれる前記セラミックス原料粉の濃度が互いに相違するものを用いる、セラミックス板状体の製造方法を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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好適な製造方法を示す工程図である。
【図４】図４（ａ）ないし（ｄ）は、図３（ｃ）に引き続き、図１に示すセラミックス板状体の好適な製造方法を示す工程図である。
【図５】図５は、実施例１で得られたセラミックス板状体における中央域の走査型電子顕微鏡像である。
【図６】図６は、実施例１で得られたセラミックス板状体における周縁域の走査型電子顕微鏡像である。
【図７】図７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８】図８は、比較例２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】
【００１１】
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いか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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。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。
【００１４】
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、気孔率の異なる２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の気孔率を有する第１領域２１と、第１の気孔率よりも低い気孔率である第２の気孔率を有する第２の領域２２とを有している。後述する方法によって第１領域２１及び第２領域２２を形成すると、第１領域２１における気孔率と、第２の領域２２における気孔率とはステップ状に変化する。尤も、第１領域２１と第２領域２２との境界は明確でなくてもよく、第１領域２１から第２領域２２にかけて気孔率が漸次低下していってもよい。第１領域２１から第２領域２２にかけて気孔率が漸次低下している場合、両領域の境界は、第１領域２１の気孔率と第２領域の気孔率との平均値を有する部位とする。第１領域２１と第２領域２２とは、好適に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と第２領域２２と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、両領域２１，２２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と第２領域２２と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、両領域２１，２２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。第１領域２１と第２領域２２と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ので好ましい。
【００１５】
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おり、中央域が１つの第１領域２１からなっている。そして周縁域が、第２領域２２からなっている。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、該本体部１１の形状と略相似形の矩形をしている。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が該円と同一の内径を有する円環であり、第１領域２１の円と第２領域２２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。
【００１６】
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率、すなわち第１の気孔率を有していることが好ましい。一方、第２領域２２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率、すなわち第２の気孔率を有していることが好ましい。
【００１７】
第１領域２１及び第２領域２２は、同一のセラミックス素材からなっている。両領域２１，２２が同一のセラミックス素材からなっていることで、両領域２１，２２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、上述のとおり両領域２１，２２が一体的に形成されている場合には、両領域２１，２２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。
【００１８】
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、気孔率の高い領域である第１領域２１は、気孔率の低い領域である第２領域２２よりも熱容量が小さいので、熱容量が小さい第１領域２１を中央域に配し、該中央域を囲繞する周縁域に熱容量の大きい第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。
【００１９】
特に、後述する実施例１及び２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。
【００２０】
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、０％以上７０％以下であることが好ましく、０％以上６０％以下であることが更に好ましく、０％以上５０％以下であることが一層好ましい。
【００２１】
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及び第２領域２２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及び第２領域２２のみ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。
【００２２】
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、２０％以上９５％以下であることが好ましく、４０％以上８５％以下であることが更に好ましく、５０％以上７０％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Ｓ２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、１５％以上６０％以下であることが更に好ましく、３０％以上５０％以下であることが一層好ましい。
【００２３】
図１に示す実施形態のセラミックス板状体１０においては、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が第３領域（図示せず）によって区画されている。第３領域は、第１領域２１よりも低い気孔率を有しているが、第２領域２２よりは高い気孔率を有している領域である。第３領域は、隣り合う第１領域２１間を区画していていることに加えて、第１領域２１と第２領域２２とを区画していてもよい。
【００２４】
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。
【００２５】
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及び図４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。
【００２６】
この鋳込み用型３０の凹部Ｓ内における底面３１上に、図３（ｂ）に示すとおり、中子部材３３を載置する。中子部材３３は直方体の形状をしている。中子部材３３は、平面視して、目的とするセラミックス板状体１０における第１領域２１の形状と同じ形状をしている。底面３１上における中子部材３３の載置位置は、目的とするセラミックス板状体１０における第１領域２１の形成予定領域と一致させる。
【００２７】
図３（ｂ）に示す状態下に、図３（ｃ）に示すとおり、この鋳込み用型３０の凹部Ｓ内に第１のスラリー４１を供給する。第１のスラリー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。また第１のスラリー４１は水又は水溶性有機溶媒を媒体として含んでいる。
【００２８】
第１のスラリー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における第２領域２２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。
【００２９】
第１のスラリー４１に含まれるセラミックス原料粉の濃度は、目的とするセラミックス板状体１０における第２領域２２の気孔率に関係する。詳細には、第１のスラリーに含まれるセラミックス原料粉の濃度が高いほど、第２領域２２の気孔率は低くなる。この観点から、第１のスラリー４１に含まれるセラミックス原料粉の濃度は、媒体１００体積部に対して１７体積部以上１５０体積部以下であることが好ましく、２５体積部以上１５０体積部以下であることが更に好ましく、３３体積部以上１５０体積部以下であることが一層好ましい。
【００３０】
第１のスラリー４１に含まれるゲル化剤の種類や濃度は、後述する第１のスラリー４１のゲル化の程度に関係する。この観点から、第１のスラリー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。
【００３１】
ゲル化剤は、後述する凍結乾燥によって得られた凍結乾燥体において、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。
【００３２】
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。
【００３３】
第１のスラリーには、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。
【００３４】
鋳込み用型３０の凹部Ｓ内に第１のスラリー４１を供給したら、該スラリーをゲル化する。ゲル化するためには、例えば該スラリーを冷却すればよい。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。第１のスラリーのゲル化によって、該スラリーは保形性を獲得し、第１の成形体４１ａが得られる。
【００３５】
次いで図４（ａ）に示すとおり、第１の成形体４１ａによって囲まれている中子部材３３を脱型する。第１の成形体４１ａは上述のとおり保形性を有しているので、中子部材３３を脱型しても第１の成形体４１ａの形状は変化しない。その結果、脱型によって第１の成形体４１ａの中央域には脱型空間４３が形成される。脱型空間４３は貫通孔になっており、その底部には、鋳込み用型３０の底面３１が露出している。
【００３６】
中子部材３３の脱型によって形成された脱型空間４３には、図４（ｂ）に示すとおり、第２のスラリー４２が供給される。第２のスラリー４２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。また第２のスラリー４２は水又は水溶性有機溶媒を媒体として含んでいる。
【００３７】
第２のスラリー４２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における第１領域２１を構成するセラミックス素材の原料となるものである。このセラミックス原料粉は、第１のスラリー４１に含まれるセラミックス原料粉と同種のものである。第２のスラリー４２に含まれるセラミックス原料粉の粒子径は、第１のスラリー４１に含まれるセラミックス原料粉の粒子径と同じであってもよく、あるいは異なっていてもよい。第２のスラリー４２に含まれ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０．１μｍ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１μｍ以下であることが一層好ましい。
【００３８】
第２のスラリー４２に含まれるセラミックス原料粉の濃度は、目的とするセラミックス板状体１０における第１領域２１の気孔率に関係する。詳細には、第２のスラリー４２に含まれるセラミックス原料粉の濃度が低いほど、第１領域２１の気孔率は高くなる。本製造方法の対象物であるセラミックス板状体１０においては、第１領域２１と第２領域２２とで気孔率が相違しているので、第２のスラリー４２に含まれるセラミックス原料粉の濃度と、第１のスラリー４１に含まれるセラミックス原料粉の濃度とを互いに相違させることで、目的とする第１領域２１及び第２領域２２を首尾よく形成することができる。この観点から、第２のスラリー４２に含まれるセラミックス原料粉の濃度は、第１のスラリー４１に含まれるセラミックス原料粉の濃度よりも低いことを条件として、媒体１００体積部に対して１体積部以上３３体積部以下であることが好ましく、１体積部以上２５体積部以下であることが更に好ましく、１体積部以上１８体積部以下であることが一層好ましい。
【００３９】
第２のスラリー４２に含まれるゲル化剤は、第１のスラリー４１に含まれるゲル化剤と同種のものであってもよく、あるいは異種のものであってもよい。第２のスラリー４２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。
【００４０】
前記の脱型空間４３内に供給する第２のスラリー４２の量は、該第２のスラリー４２の液面が、第１の成形体４１ａの上面と同じ位置となるようにすることが好ましい。このようにすることで、得られるセラミックス板状体１０における本体部１１の第１面１１ａを平坦面とすることができる。
【００４１】
第１の成形体４１ａの脱型空間４３内に第２のスラリー４２が充填された状態下に、これらは凍結工程に付される。これに先立ち第２のスラリー４２を冷却によってゲル化してもよく、あるいはゲル化させずスラリーの状態のまま凍結乾燥工程に付してもよい。凍結工程に付すことで、一方向から凍結が進行して、氷の結晶が成長し、第１の成形体成形体４１ａ及び第２のスラリー４２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再配列が生じる。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の下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、冷却した液体中に鋳込み用型３０ごと浸漬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の底面を接触又は浸漬させて保持し、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。
【００４２】
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型凍結機を用い、−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。
【００４３】
次いで、凍結によって生じた凍結体を、図４（ｄ）に示すとおり鋳込み用型３０から取り出し乾燥させる。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。
【００４４】
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。
【００４５】
次いで、乾燥によって生じた乾燥体４４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。
【００４６】
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。
【００４７】
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の中央域の気孔率を、周縁域の気孔率よりも高くしたが、気孔率の高い第１領域２１と気孔率の低い第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、気孔率の高い第１領域２１を板状体の周縁域に配置し、気孔率の低い第２領域２２を板状体の中央域に配置することもできる。あるいは、気孔率の高い第１領域２１と、気孔率の低い第２領域２２とを、ストライプ状に交互に配置したり、市松模様状に配置したりしてもよい。
【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及び図４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第１のスラリー４１を得た。このようにして得られた第１のスラリー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。このスラリーの組成を以下の表１に示す。スラリー中の水１００体積部に対するアルミナ粒子の量は４３体積部であった。【００５０】
一方、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第２のスラリー４２を得た。このようにして得られた第２のスラリー４２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。このスラリーの組成を以下の表１に示す。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。【００５１】
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１３０ｍｍ×１３０ｍｍであった。鋳込み用型３０の凹部Ｓの中央域に直方体の中子部材３３を配置し、その状態下に第１のスラリー４１を供給した。中子部材３３は、平面視して９６．４ｍｍ×９６．４ｍｍの矩形状を有するものであった。第１のスラリー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第１のスラリー４１を冷却してゲル化させ第１の成形体４１ａを得た。【００５２】
次いで、中子部材３３を脱型し、脱型によって生じた脱型空間４３内に第２のスラリー４２を供給した。第２のスラリー４２の供給量は、第１の成形体４１ａの上面と、第２のスラリー４２の液面とが一致するような量とした。この状態下に、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。【００５３】
このようにして得られた乾燥体を大気下に１６００℃で７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。このセラミックス板状体１０における本体部１１の中央域の気孔率は８０％であり、周縁域の気孔率は２５％であった。本体部１１は、第１領域２１と第２領域２２とから構成されていた。平面視における本体部１１の面積ＳＴに対する第１領域２１の面積の総和Ｓ１の割合は表２に示すとおりであった。図５に実施例１のセラミックス板状体の中央域の走査型電子顕微鏡写真を、図６に実施例１のセラミックス板状体の周縁域の走査型電子顕微鏡写真を示す。これらの走査型電子顕微鏡写真の比較によっても、中央域は、周縁域よりも空隙部分が多く認められ、周縁域よりも高い気孔率を有していることが判る。【００５４】
〔実施例２〕
実施例１において、中子部材３３として、平面視して１１１．７ｍｍ×１１１．７ｍｍの矩形状を有するものを用いた。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。本体部１１は、第１領域２１と第２領域２２とから構成されていた。平面視における本体部１１の面積ＳＴに対する第１領域２１の面積の総和Ｓ１の割合は表２に示すとおりであった。【００５５】
〔実施例３〕
実施例１において、第１及び第２のスラリーとして、以下の表１に示す組成のものを用いた。また、中子部材３３として、平面視して１２４．５ｍｍ×１２４．５ｍｍの矩形状を有するものを用いた。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。本体部１１は、第１領域２１と第２領域２２とから構成されていた。平面視における本体部１１の面積ＳＴに対する第１領域２１の面積の総和Ｓ１の割合は表２に示すとおりであった。第１のスラリー中の水１００体積部に対するアルミナ粒子の量は２５体積部であった。第２のスラリー中の水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。【００５６】
〔比較例１〕
実施例１において、第２のスラリー４２のみを用い、且つ中子部材３３を用いなかった。これ以外は実施例１と同様にしてセラミックス板状体を得た。このセラミックス板状体における本体部１１の気孔率は８０％であった。【００５７】
〔比較例２〕
電融アルミナ４０部、電融ムライト３０部、ローソーダ仮焼アルミナ３０部、適量の有機系バインダー、及び液体バインダーを混合して混合物を得た。この混合物を混練し、乾燥し、プレス成形して成形体を得た。この成形体を１７５０℃で大気焼成して、耐火物板状体を得た。この耐火物板状体における本体部１１の気孔率は１７％であった。本体部１１の厚みは５ｍｍであった。【００５８】
【表１】
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【００５９】
〔評価〕
実施例及び比較例で得られたセラミックス板状体を加熱した。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７に示し、また比較例２について撮影したものを図８に示す。【００６０】
【表２】
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【００６１】
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、中央域と周縁域とで気孔率を異ならせたことに起因して、比較例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。特に、実施例１及び２では、周縁域よりも中央域の方が温度が低くなっており、中央域に被焼成体を載置して焼成を行った場合には、周縁域と中央域とで熱量が相殺されやすくなることが判る。また図７と図８との対比から明らかなとおり、図８の比較例２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７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。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
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率を、他の部分と比べて高く又は低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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年5月1日(2017.5.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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し、
前記板状の多孔体の部位は、これを平面視したときに第１の気孔率を有する第１領域と、第１の気孔率よりも低い気孔率である第２の気孔率を有する第２の領域とを有し、
第１領域と第２領域とは同一のセラミックス素材であり、
前記板状の多孔体の部位は、その平面視において中央域と、該中央域を囲繞し且つ前記板状の多孔体の部位の周縁端を含む領域である周縁域とを有し、
前記中央域が１つの第１領域からなり、前記周縁域が第２領域からなり、
平面視における第１領域の面積の総和の割合が、前記板状の多孔体の部位の面積に対して２０％以上９５％以下であり、
平面視における第２領域の面積の割合が、前記板状の多孔体の部位の面積に対して５％以上８０％以下であるセラミックス板状体。
【請求項２】
第１領域と第２領域とが一体として形成されている請求項１に記載のセラミックス板状体。
【請求項３】
第１領域の気孔率が５０％以上９９％以下であり、
第２領域の気孔率が、第１領域の気孔率よりも低いことを条件として、０％以上７０％以下である請求項１又は２のいずれか一項に記載のセラミックス板状体。
【請求項４】
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３のいずれか一項に記載のセラミックス板状体。
【請求項５】
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、
平面視したときに第１の気孔率を有する第１領域と、第１の気孔率よりも低い気孔率である第２の気孔率を有する第２の領域とを有し、
第１領域と第２領域とは同一のセラミックス素材であるセラミックス板状体の製造方法であって、
目的とするセラミックス板状体と相補形状の凹部を有する鋳込み用型における該凹部内に入れ子部材を配置し、
前記凹部内に、セラミックス原料粉及びゲル化剤を含む第１のスラリーを供給してゲル化させて第１の成形体を形成し、
前記入れ子部材を前記凹部内から脱型し、次いで該入れ子部材の脱型によって生じた脱型空間に、前記セラミックス原料粉及びゲル化剤を含む第２のスラリーを供給し、
第１の成形体、及び該第１の成形体の脱型空間に供給された第２のスラリーの凍結を行い、凍結体を得、
凍結体を乾燥させて乾燥体を得、
次いで乾燥体を焼成に付す、工程を有し、
第１及び第２のスラリーとして、それらに含まれる前記セラミックス原料粉の濃度が互いに相違するものを用いる、セラミックス板状体の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月18日(2017.7.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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し、
前記板状の多孔体の部位は、これを平面視したときに第１の気孔率を有する第１領域と、第１の気孔率よりも低い気孔率である第２の気孔率を有する第２の領域とを有し、
第１領域と第２領域とは同一のセラミックス素材であり、
前記板状の多孔体の部位は、その平面視において中央域と、該中央域を囲繞し且つ前記板状の多孔体の部位の周縁端を含む領域である周縁域とを有し、
前記中央域が１つの第１領域からなり、前記周縁域が第２領域からなり、
平面視における第１領域の面積の総和の割合が、前記板状の多孔体の部位の面積に対して５０％以上９５％以下であり、
平面視における第２領域の面積の割合が、前記板状の多孔体の部位の面積に対して５％以上５０％以下であり、
第１領域の気孔率が５０％以上９９％以下であり、
第２領域の気孔率が、第１領域の気孔率よりも低いことを条件として、４０％以上７０％以下であるセラミックス製品の焼成用セッター。
【請求項２】
第１領域と第２領域とが一体として形成されている請求項１に記載のセラミックス製品の焼成用セッター。
【請求項３】
第１領域は、前記板状の多孔体の部位の平面視において、該板状の多孔体の部位の形状と略相似形をしている請求項１又は２に記載のセラミックス製品の焼成用セッター。
【請求項４】
平面視での第１領域の周縁上における任意の位置に引いた法線が、前記板状の多孔体の部位の周縁端と交わるまでの長さのうち、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以下である請求項１ないし３のいずれか一項に記載のセラミックス製品の焼成用セッター。
【請求項５】
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、
平面視したときに第１の気孔率を有する第１領域と、第１の気孔率よりも低い気孔率である第２の気孔率を有する第２の領域とを有し、
第１領域と第２領域とは同一のセラミックス素材であるセラミックス板状体の製造方法であって、
目的とするセラミックス板状体と相補形状の凹部を有する鋳込み用型における該凹部内に入れ子部材を配置し、
前記凹部内に、セラミックス原料粉及びゲル化剤を含む第１のスラリーを供給してゲル化させて第１の成形体を形成し、
前記入れ子部材を前記凹部内から脱型し、次いで該入れ子部材の脱型によって生じた脱型空間に、前記セラミックス原料粉及びゲル化剤を含む第２のスラリーを供給し、
第１の成形体、及び該第１の成形体の脱型空間に供給された第２のスラリーの凍結を行い、凍結体を得、
凍結体を乾燥させて乾燥体を得、
次いで乾燥体を焼成に付す、工程を有し、
第１及び第２のスラリーとして、それらに含まれる前記セラミックス原料粉の濃度が互いに相違するものを用いる、セラミックス板状体の製造方法。
【国際調査報告】
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2016136637.tif 000014
2016136637.tif 000015
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