(57)【要約】【課題】焼成時における寸法変化が抑制され、機械的強度にも優れ、電子部品の焼成用道具材に好適なムライト質耐火物を提供する。【解決手段】平均粒径１〜１０μｍのアルミナ粒子７４〜８５重量％と、平均粒径１０〜２００μｍの非晶質シリカ粒子または平均粒径５〜５０μｍの結晶質シリカ粒子１５〜２６重量％とを原料とし、シリカ粒子が残留しない焼成体とすることにより、気孔率２０％以上、かつ、焼成時の寸法変化率が±１％以内であるムライト質耐火物を得る。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径１〜１０μｍのアルミナ粒子７４〜８５重量％と、平均粒径１０〜２００μｍの非晶質シリカ粒子または平均粒径５〜５０μｍの結晶質シリカ粒子１５〜２６重量％とを原料とする焼成体からなり、該焼成体中にシリカ粒子が残留していないことを特徴とするムライト質耐火物。
【請求項２】
気孔率２０％以上、かつ、焼成時の寸法変化率が±１％以内であることを特徴とする請求項１記載のムライト質耐火物。
【請求項３】
平均粒径５０〜５０００μｍのアルミナ粒子またはムライト粒子からなる骨材９０重量％以下と、結合材１０重量％以上とを原料とする焼成体からなり、
前記結合材が、平均粒径１〜１０μｍのアルミナ粒子７４〜８５重量％と、平均粒径１０〜２００μｍの非晶質シリカ粒子または平均粒径５〜５０μｍの結晶質シリカ粒子１５〜２６重量％との混合物からなることを特徴とするムライト質耐火物。
【請求項４】
焼成時の寸法変化率が±０．１％以内であり、３点曲げ強度が１０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項３記載のムライト質耐火物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に電子部品用セラミックスの焼成、熱処理工程において使用される道具材として好適なムライト質耐火物に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の焼成道具材用の耐火物としては、アルミナ質やムライト質の耐火物が主に使用されている。
ムライトは、アルミナに比べて、熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃性に優れており、また、高温での強度が大きく、高温における機械的強度を求められる場合に、好適な材料である。
【０００３】
上記のような優れた特徴を有するムライト質の耐火物を製造する方法として、従来から、耐火物原料の一部に粘土を加えて、それが分解して生成するムライトを耐火物の結合に利用する方法が行われていた。
【０００４】
また、焼成時にムライトを生成するような原料組成物を用いて、ムライト質耐火物を製造する方法も知られている。
例えば、特許文献１には、平均粒径０．１〜２μｍのアルミナ粉末およびその粒径の０．５倍以下の平均粒径をもつ非晶質シリカ粉末の混合粉末を成形し、焼成するムライト質焼結体の製造方法が記載されている。
また、特許文献２には、平均粒径４０ｎｍ以下のアルミナ粉末およびシリカ粉末と、平均粒径５０ｎｍ〜５μｍのムライト粉末の混合物を焼成するムライト質焼結体の製造方法が記載されている。
【０００５】
さらに、焼成時にムライトを生成するような原料組成物を耐火物の結合材として用いることにより、ムライト結合を有する耐火物を得る方法も知られている。
例えば、特許文献３には、アルミナおよびムライトからなる骨材成分と、焼成後にアルミナとムライトになるような組成比で混合したアルミナとシリカ微粉を含む結合材を混練・成形・焼成し、アルミナ・ムライト系の多孔質シート状の耐火物を製造する方法が記載されている。
【特許文献１】特開平６−１２２５５０号公報
【特許文献２】特開平６−１００３５８号公報
【特許文献３】特開２００１−２２０２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１〜３に記載されているような従来の原料配合組成または製造方法によるムライト質耐火物は、焼成時における寸法収縮が大きく、それに伴い、耐火物製品の変形や断裂が生じやすく、また、収縮に伴う歪の残留により、製品の機械的強度が低下する等の課題を有していた。
【０００７】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、焼成時における寸法変化が抑制され、機械的強度にも優れ、電子部品の焼成用道具材に好適なムライト質耐火物を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るムライト質耐火物は、平均粒径１〜１０μｍのアルミナ粒子７４〜８５重量％と、平均粒径１０〜２００μｍの非晶質シリカ粒子または平均粒径５〜５０μｍの結晶質シリカ粒子１５〜２６重量％とを原料とする焼成体からなり、該焼成体中にシリカ粒子が残留していないことを特徴とする。
上記のような配合組成からなる原料を用いて焼成時にムライトを生成させることにより、焼成時における寸法変化が抑制され、機械的強度に優れたムライト質耐火物が得られる。
【０００９】
前記ムライト質耐火物によれば、気孔率２０％以上、かつ、焼成時の寸法変化率が±１％以内とすることができ、電子部品の焼成用道具材に好適に用いることができる。
【００１０】
また、本発明の他の態様のムライト質耐火物は、平均粒径５０〜５０００μｍのアルミナ粒子またはムライト粒子からなる骨材９０重量％以下と、結合材１０重量％以上とを原料とする焼成体からなり、前記結合材が、平均粒径１〜１０μｍのアルミナ粒子７４〜８５重量％と、平均粒径１０〜２００μｍの非晶質シリカ粒子または平均粒径５〜５０μｍの結晶質シリカ粒子１５〜２６重量％との混合物からなることを特徴とする。
上記と同様のアルミナ粒子とシリカ粒子との混合物を結合材とし、それ以外に骨材を配合したものを原料とすることにより、より一層、焼成時における寸法変化が抑制され、機械的強度に優れたムライト質耐火物を得ることができる。
具体的には、焼成時の寸法変化率が±０．１％以内であり、３点曲げ強度が１０ＭＰａ以上とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
上述したとおり、本発明によれば、焼成時における寸法変化が抑制され、機械的強度に優れたムライト質耐火物を提供することができる。
したがって、このようなムライト質耐火物は、電子部品の焼成用道具材に好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明に係るムライト質耐火物は、アルミナ粒子とシリカ粒子とを原料とする焼成体からなり、該焼成体中にはシリカ粒子が残留していないことを特徴とするものである。
すなわち、本発明に係る耐火物は、原料であるアルミナ粒子とシリカ粒子とを、焼成により反応させてムライトを生成させたものである。
【００１３】
前記原料中の配合組成は、平均粒径１〜１０μｍのアルミナ粒子７４〜８５重量％と、平均粒径１０〜２００μｍの非晶質シリカ粒子または平均粒径５〜５０μｍの結晶質シリカ粒子１５〜２６重量％である。
このように、原料の配合組成は、アルミナ粒子の方が、シリカ粒子よりも配合量が多く、かつ、粒径が小さいため、焼成前の成形体中では、アルミナ粒子とシリカ粒子、または、シリカ粒子同士が接触している状態よりも、アルミナ粒子同士が接触している状態で存在している割合が多い。
【００１４】
したがって、焼成時の反応においては、まず、アルミナ粒子同士が焼結し始める。そして、アルミナ粒子間の空隙が残存しているうちに、シリカ粒子が拡散し、ムライトが生成し始め、アルミナ粒子が存在していた箇所でムライトが生成する。
このため、ムライトの生成箇所は、比較的緻密な焼結組織となるのに対して、シリカ粒子が存在していた箇所は空隙（気孔）となる。このようにしてムライトが生成した焼成体は、気孔を含んだ状態で、ムライトの緻密な焼結組織により、焼成体全体が支持されるため、焼成時における寸法収縮が抑制される。
【００１５】
上記のように、本発明においては、原料であるアルミナ粒子には、平均粒径１〜１０μｍ、好ましくは、２〜６μｍの粒子を用いる。
アルミナ粒子の平均粒径が１μｍ未満である場合、アルミナ粒子同士の接触面積が大きく、ムライトの生成開始前に、アルミナ粒子同士の焼結が進行しすぎてしまい、焼成時の収縮率が大きくなる。
一方、アルミナ粒子の平均粒径が１０μｍを超える場合、アルミナ粒子とシリカ粒子とが反応しにくく、未反応のアルミナおよびシリカが焼成体中に残留することとなる。
【００１６】
また、原料のシリカ粒子は、非晶質シリカを用いる場合、平均粒径１０〜２００μｍ、好ましくは、３０〜１００μｍの粒子を用いる。
非晶質シリカ粒子の平均粒径が１０μｍ未満である場合、アルミナ粒子との反応が早い段階で起き、焼結の進行に伴って、シリカ粒子が存在した箇所に残存すべき空隙が焼成体外に追い出され、焼成体全体が収縮する。
一方、非晶質シリカの平均粒径が２００μｍを超える場合、シリカ粒子近傍に生成した緻密なムライト焼結組織によって、シリカ粒子の拡散が困難となり、シリカ粒子全量がムライト生成反応に関与することができず、未反応のシリカが残留する。
【００１７】
また、原料のシリカ粒子として、結晶質シリカを用いる場合、平均粒径５〜５０μｍ、好ましくは、１０〜３０μｍの粒子を用いる。
結晶質シリカ粒子は、非晶質シリカ粒子に比べて拡散しにくいため、上記のように、より微細な粒子を用いる。
結晶質シリカ粒子の平均粒径が５μｍ未満である場合、アルミナ粒子との反応性が高く、早期にムライト生成反応が起き、粒径が小さい非晶質シリカ粒子を用いた場合と同様に、シリカ粒子が存在した箇所に残存すべき空隙が消失し、焼成体全体が収縮する。
一方、結晶質シリカ粒子の平均粒径が５０μｍを超える場合、粒径が大きい非晶質シリカ粒子を用いた場合と同様に、未反応のシリカが残留する。
前記結晶質シリカ粒子としては、石英を用いることが好ましい。
【００１８】
原料中のアルミナ粒子とシリカ粒子との配合比率は、アルミナ粒子７４〜８５重量％、シリカ粒子１５〜２６重量％とする。
シリカ粒子が１５重量％未満である場合、ムライトの生成量が少なくなる。
一方、シリカ粒子が２６％を超える場合、生成したムライトの結晶粒子間にガラス状のシリカが残留する。
ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）を生成するのに必要なＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2重量比の理論値は７１．８／２８．２であるが、実際上、上記のような粒径の粒子同士の反応を考慮すると、シリカ粒子の配合比率は、２０〜２６重量％であることが好ましい。
【００１９】
上記のような原料配合組成からなり、未反応シリカが残留していない焼成体は、気孔率２０％以上、かつ、焼成時の寸法変化率が±１％以内のムライト質耐火物として得ることができ、電子部品の焼成用道具材に好適に用いることができる。
【００２０】
本発明に係る他の態様のムライト質耐火物は、上記と同様のアルミナ粒子とシリカ粒子とからなる混合物を結合材とし、それ以外に骨材を配合したものを原料とした焼成体からなるものである。
すなわち、前記原料組成は、平均粒径５０〜５０００μｍのアルミナ粒子またはムライト粒子からなる骨材９０重量％以下、および、平均粒径１〜１０μｍのアルミナ粒子７４〜８５重量％と、平均粒径１０〜２００μｍの非晶質シリカ粒子もしくは平均粒径５〜５０μｍの結晶質シリカ粒子１５〜２５重量％との混合物からなる結合材１０重量％以上である。
【００２１】
上記のように、骨材には、平均粒径５０〜５０００μｍ以上のアルミナ粒子またはムライト粒子を用いる。
骨材の平均粒径が５０μｍ未満である場合は、焼成時おける収縮率が大きくなる。
骨材の平均粒子径は、大きい方が好ましいが、実際上、耐火物を構成する上では、５０００μｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
また、前記原料の配合比率は、骨材９０重量％以下、結合材１０重量％以上とする。
結合材の配合比率が１０重量％未満である場合、焼成時における収縮率を小さくすることはできるが、機械的強度が低下する。
前記結合材の配合比率は、１０重量％以上５０重量％以下であることが好ましい。
【００２３】
上記のような骨材と結合材とを原料とするムライト質耐火物は、焼成時の寸法変化率が±０．１％以内とより一層抑制され、３点曲げ強度が１０ＭＰａ以上と機械的強度にも優れたものである。
【００２４】
なお、本発明に係るムライト質耐火物を製造する際は、前記原料の混合時に、均一分散性、成形性等の向上のため、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の有機結合剤、ポリエチレングリコール等の分散剤、水等を必要に応じて、適宜添加して差し支えない。
【００２５】
また、混合方法は、一般的な方法を用いることができ、例えば、ミキサー、ボールミル、ジェットミル等により行うことができる。
また、成形方法も、特に限定されるものではなく、加圧成形、押出し成形、鋳込み成形等の一般的な方法を用いることができる。
【００２６】
成形体の焼成は、焼成体中に、気孔を消失させることなく、ムライトの緻密な焼結組織を生成させる観点から、１５００〜１８００℃であることが好ましい。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１〜９、比較例１〜７］
表１に示した平均粒径のアルミナ粒子およびシリカ粒子に有機結合剤としてＰＶＡ１重量％を加えて混合・成形した後、ガス炉で１７５０℃で６時間焼成し、実施例１〜９および比較例１〜７の各焼成耐火物を得た。
得られた各耐火物について、焼成時の寸法変化率および気孔率を測定し、また、顕微鏡観察により、未反応シリカの有無を確認した。
これらの結果を表１にまとめて示す。
【００２８】
【表１】
2008037728.tif 000002
【００２９】
表１に示したように、本発明に係る配合組成からなるムライト質耐火物（実施例１〜９）は、気孔率が２０％以上であり、未反応シリカの残留もなく、焼成時の寸法変化率が±１％以内に抑制されていることが認められた。
【００３０】
［実施例１０〜１３、比較例８〜１２］
表２に示す粒径のアルミナ５０重量％およびムライト５０重量％の混合物からなる骨材に、平均粒径６μｍのアルミナ粒子８０重量％および平均粒径１５μｍのシリカ（石英）粒子２０重量％の混合物からなる結合材を、表２に示す配合量で添加混合し、さらに、有機結合剤としてＰＶＡ１重量％、水３重量％を加えて混合した後、成形体を作製し、ガス炉で１７５０℃で６時間焼成し、実施例１０〜１３および比較例８〜１２の各焼成耐火物を得た。
得られた各耐火物について、焼成時の寸法変化率および３点曲げ強度を測定した。
これらの結果を表２にまとめて示す。
【００３１】
【表２】
2008037728.tif 000003
【００３２】
表２に示したように、本発明に係る骨材と結合材とを原料としたムライト質耐火物（実施例１０〜１３）は、焼成時の寸法変化率が±０．１％以内に抑制され、また、３点曲げ強度が１０ＭＰａ以上と機械的強度にも優れていることが認められた。