(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＳｉＣとＳｉとを構成成分として含む焼成板用ＳｉＣ質焼結体であって、前記焼結体の平均面粗さが５μｍ〜１００μｍであり、表面に窒化ケイ素結晶を有する焼成板用ＳｉＣ質焼結体。
【請求項２】
少なくともＳｉＣとＳｉとを構成成分として含む焼成板用ＳｉＣ質焼結体であって、前記焼結体の表面気孔率が０．３％以上であり、表面に窒化ケイ素結晶を有する焼成板用ＳｉＣ質焼結体。
【請求項３】
少なくともＳｉＣとＳｉとを構成成分として含む焼成板用ＳｉＣ質焼結体であって、前記焼結体の平均面粗さが５μｍ〜１００μｍであり、かつ、前記焼結体の表面気孔率が０．３％以上であり、表面に窒化ケイ素結晶を有する焼成板用ＳｉＣ質焼結体。
【請求項４】
表面気孔率は、内部気孔率よりも大である請求項２又は３に記載の焼成板用ＳｉＣ質焼結体。
【請求項５】
表面気孔率と内部気孔率の比率（表面気孔率／内部気孔率）が１．３以上である請求項４に記載の焼成板用ＳｉＣ質焼結体。
【請求項６】
ＳｉＣ粉体、黒鉛粉、有機バインダー及び水を含有してなる成形用原料を成形した後、焼結し、冷却する焼成板用ＳｉＣ質焼結体の製造方法であって、焼結工程に窒素ガスを導入する焼成板用ＳｉＣ質焼結体の製造方法。
【請求項７】
窒素ガスの圧力が０．１ＭＰａ〜１．０ＭＰａである請求項６に記載の焼成板用ＳｉＣ質焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陶磁器、タイル、電子部品等の被焼成物を焼成するために用いるＳｉＣ質焼結体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣとＳｉを構成成分として含むＳｉ−ＳｉＣ焼結体（ＳｉＣ質焼結体ともいう。）は、工業的に優れた耐熱性及び耐火度を備えており、陶磁器、タイル、電子部品等の被焼成物の焼成用棚板などとして用いるものである。
Ｓｉ−ＳｉＣ焼結体は、主に、ＳｉＣ粒子にカーボン（Ｃ）微粉末と有機バインダーとを添加し、これを流し込み成形、押出成形、プレス成形等により成形した後、Ｓｉ雰囲気中で焼成して製造される。【０００３】
前記製造方法の内、プレス成形は、量産化、工業化には最適なものであるが、成形時に層状の剥離が生じやすく、また、保形成が低いため取扱い時に破損が生じるという問題があった。
この問題を解決するために、下記特許文献１に記載されているＳｉＣ質焼結体が開発されている。【０００４】
【特許文献１】特許第２９６８８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載のＳｉＣ質焼結体は、プレス成形した際、表面にプレス圧力が集中して平滑となり、被焼成物の脱バインダーが十分に行うことができず、均一組成の被焼成物を得ることができないという問題があった。【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、被焼成物の脱バインダーに優れ、均一組成の被焼成物を得ることができるＳｉＣ質焼結体及びその製造方法を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の焼成板用ＳｉＣ質焼結体は、少なくともＳｉＣとＳｉとを構成成分として含む焼成板用ＳｉＣ質焼結体であって、前記焼結体の平均面粗さが５μｍ〜１００μｍであり、表面に窒化ケイ素結晶を有することを特徴とする。
この表面粗さとすることにより、前記焼結体上に載せた被焼成物のバインダーが抜けやすくなるため、脱バインダーに優れたものとなり、また、均一組成の被焼成物を得ることができるものとなる。
【０００８】
本発明は、少なくともＳｉＣとＳｉとを構成成分として含む焼成板用ＳｉＣ質焼結体であって、前記焼結体の表面気孔率が０．３％以上である焼成板用ＳｉＣ質焼結体とすることもできる。
この表面気孔率とすることによっても、前記焼結体上に載せた被焼成物のバインダーが抜けやすくなるため、脱バインダーに優れたものとなり、また、均一組成の被焼成物を得ることができるものとなる。
【０００９】
本発明は、上記特徴を合わせて、前記焼結体の平均面粗さが５μｍ〜１００μｍであり、かつ、前記焼結体の表面気孔率が０．３％以上である焼成板用ＳｉＣ質焼結体とすることもできる。
【００１０】
上記焼結体において、表面気孔率は、内部気孔率よりも大であるのが好ましく、表面気孔率と内部気孔率の比率（表面気孔率／内部気効率）が１．３以上であるのがより好ましい。
このようにすることにより、内部に巣のない焼結体となり、強度的に優れたものとなる。【００１２】
上記焼結体の製造方法としては、ＳｉＣ粉体、黒鉛粉、有機バインダー及び水を含有してなる成形用原料を成形した後、焼結し、冷却する焼成板用ＳｉＣ質焼結体の製造方法であって、焼結工程に窒素ガスを導入する製造方法を挙げることができる。
成形後に窒素ガスを導入して焼結することにより、窒素ガスは、焼結体の表面からＳｉを取り去ることができるため、表面を適度な粗さにすることができる。
【００１３】
上記製造方法において、窒素ガスの圧力は０．１ＭＰａ〜１．０ＭＰａとし、焼成温度は１５００℃〜２５００℃、焼成温度保持時間は８時間以上とし、昇温速度は１２０℃／ｈｒ以上とするのが好ましい。【００１４】
なお、本発明でいう表面気孔率は、厚さに対して約３０％の両表面からの深さの気孔率をいい、内部気孔率は、それ以外の中心部の気孔率をいう。例えば、厚さを１０ｍｍとした場合、表面気孔率は、両表面から３ｍｍ深さまでの気孔率であり、内部気孔率は、表面から３ｍｍ〜７ｍｍまでの深さの気孔率である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
本発明は、ＳｉＣとＳｉとを構成成分として含むＳｉＣ質焼結体の表面を粗くしたものであり、平均面粗さでは５μｍ〜１００μｍ、表面気孔率では０．３％以上となるようにする。もちろん、これら平均面粗さと表面気孔率との両方の範囲を満たすＳｉＣ質焼結体としてもよい。
本発明のＳｉＣ質焼結体は、ＳｉＣ粉末と、黒鉛粉と、有機バインダーと、水又は有機溶剤とを混合した成形用原料を成形した後、焼結して製造することができる。【００１６】
ＳｉＣ粉末は、ＳｉＣ微粒として平均粒径３０μｍ〜８５μｍ、好ましくは５５μｍ〜７５μｍのものを用いることができる。また、粒径の異なるものを混合して用いてもよい。粒径の異なるものを使用する場合には、ＳｉＣ微粒に平均粒径が１μｍ〜１０μｍ、好ましくは２μｍ〜８μｍのＳｉＣ微粉を用いることができる。【００１７】
黒鉛粉は、平均粒径３.０μｍ〜８.５μｍ、好ましくは５.５μｍ〜７.５μｍのものを用いることができる。黒鉛粉は、ＳｉＣ粉末に対して１重量％〜１５重量％、好ましくは３重量％〜１０重量％含有させる。【００１８】
水又は有機溶剤は、後述するプレス成形の場合には、ＳｉＣ粉末に対して１重量％〜６重量％含有させるのが好ましく、また、後述する鋳込み成形の場合には、ＳｉＣ粉末に対して１０重量％〜２０重量％含有させるのが好ましい。【００１９】
有機バインダーは、リグニンスルホン酸系有機バインダーや多糖類系有機バインダー、アクリル系有機バインダーを用いることができ、ＳｉＣ粉末に対して１重量％〜５重量％、好ましくは２重量％〜２．５重量％含有させる。【００２０】
ＳｉＣ粉末と、黒鉛粉と、有機バインダーと、水又は有機溶剤とを配合し、これを混合して成形用原料とすることができる。混合は、ボールミル、フレットミル等の粉砕機を用いて行うことができる。
この際、黒鉛の凝集粒子の９０重量％以上が解砕されるまで解砕する。なお、ここで解砕度は、解砕前の原料を２０ｍｍ×２０ｍｍの成形型に適量入れ、プレス成形したときにプレス面にある黒鉛凝集粉の数を拡大鏡で測定し、また解砕後の原料も同様に数を測定し、これらの比を求めて計算することができる。【００２１】
成形方法としては、流し込み（鋳込み）成形、押出成形、プレス成形などがあり、これらを用いて成形体を作成することができる。なかでも、プレス成形が好ましく、油圧プレスや振動プレスがよい。【００２２】
上記成形体を以下のように焼成することにより、本発明のＳｉＣ質焼結体を製造することができる。【００２３】
焼成は、金属シリコン雰囲気、かつ、アルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気下において、焼成温度１５００℃〜２５００℃、好ましくは１８００℃〜１９５０℃で行う。なお、ここで金属シリコン雰囲気とは、例えば、焼成炉内に金属シリコン貯まりを有し、溶融した該金属シリコンが毛細管現象により成形体に吸収されるような状況を形成していることをいう。
その後、窒素（Ｎ2）ガスを、シリコンの融点である１４００℃以上での焼成時に導入する。これにより、ＳｉＣ質焼結体表面にＳｉＮ（窒化ケイ素）の針状結晶による凹凸を形成することができ、安全性に優れ、電子部品等の被焼成物の脱バインダー性に優れたＳｉＣ質焼結体を得ることができる。窒素ガスの導入は、ＳｉＣ質焼結体への金属シリコンの吸収を妨げないため、焼成工程の最後に行うのが好ましい。
焼成直後にＳｉＮのウィスカーが多く生成している場合、サンドブラストで除去するのが好ましい。
この焼成の際、窒素（Ｎ2）ガスの圧力は、０．１ＭＰａ〜１．０ＭＰａとするのが好ましく、より好ましくは０．４ＭＰａ〜０．９ＭＰａとする。
【００２４】
成形体を略矩形板状とした場合は、成形体を立てて、つまりいずれかの側端面を下面として焼成するのが、反り防止の観点から好ましい。この際、各成形体の間隔を２ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以上とするのがよく、これによりＳｉの浸み出しによる各成形体同士の付着を防止できる。【００２５】
上記焼結体において、表面気孔率は、内部気孔率よりも大であるのがよい。特に表面気孔率と内部気孔率との比率（表面気孔率／内部気孔率）は、１．３以上であるのがよく、より好ましくは２．０以上、さらに好ましくは５．０以上である。これにより、被焼成物の反応性に優れたＳｉＣ質焼結体となる。【００２６】
本発明のＳｉＣ質焼結体は、平均面粗さを５μｍ〜１００μｍ、或いは表面気孔率を０．３％以上として表面に適度の粗さを有するため、前記焼結体上に載せた被焼成物のバインダーが抜けやすくなり、被焼成物が前記焼結体に融着することがない。また、被焼成物は、バインダーが充分に抜け、均一な組織となる。【００２７】
以下、本発明の実施例を説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。
なお、下記実施例及び比較例において、平均面粗さは、ＪＩＳ−Ｂ０６０１に従い、場所を変更して５点測定し、その平均を求めた。また、表面気孔率又は内部気孔率は、ＪＩＳ−Ｒ１６３４に記載の煮沸法に従い、場所を変更して４点測定し、その平均を求めた。【００２８】
（実施例１）
平均粒径７０μｍのＳｉＣ微粒９７重量％と、平均粒径６μｍの黒鉛粉３重量％とからなる粉体１００重量部に対して、リグニンスルホン酸系有機バインダー２重量部、多糖類系有機バインダー２．５重量部及び水４．５重量部を配合し、成形用原料とした。この成形用原料を、金型に入れ、振動プレスし、３５０ｍｍ×３００ｍｍ×６ｍｍの成形体を得た。
得られた成形体を、下部にシリコン貯まりを有する焼成炉の中に入れ、Ａｒガス雰囲気下（８０４．１ｋＰａ（８．２ｋｇ／ｃｍ2））で室温から７００℃まで３．５時間（昇温速度約２００℃／ｈｒ）で昇温し、７００℃で１時間保持した後、７００℃から１８８０℃まで８時間（昇温速度約１５０℃）で昇温し、１８８０℃の焼成温度を１１．５時間保持した。その後、窒素ガスを導入し、窒素ガス雰囲気下（８０４．１ｋＰａ（８．２ｋｇ／ｃｍ2））で０．５時間、１８８０℃で焼成し、ＳｉＣ質焼結体を得た。
得られた焼結体の物性は、平均面粗さ９．８μｍ、表面気孔率０．５％であった。また、比率（表面気孔率／内部気孔率）は５．５であった。強度の指標である曲げ強さは１８５ＭＰａであった。【００２９】
（実施例２）
平均粒径５５μｍのＳｉＣ微粒７９重量％と、平均粒径３μｍのＳｉＣ微粉１９重量％と、平均粒径６μｍの黒鉛粉２重量％とからなる粉体１００重量部に対して、アクリル系有機バインダー１．２重量部及び水１７重量部を配合し、これをボールミルで湿式粉砕して成形用原料を得た。この成形用原料を、石膏型で鋳込み、２５０ｍｍ×１２０ｍｍ×６ｍｍの成形体を得た。
得られた成形体を、下部にシリコン貯まりを有する焼成炉の中に入れ、Ａｒガス雰囲気下（８０４．１ｋＰａ（８．２ｋｇ／ｃｍ2））で室温から７００℃まで３．５時間（昇温速度約２００℃／ｈｒ）で昇温し、７００℃で１時間保持した後、７００℃から１８８０℃まで８時間（昇温速度約１５０℃）で昇温し、１８８０℃の焼成温度を１１．５時間保持した。その後、窒素ガスを導入し、窒素ガス雰囲気下（８０４．１ｋＰａ（８．２ｋｇ／ｃｍ2））で０．５時間、１８８０℃で焼成し、ＳｉＣ質焼結体を得た。
得られた焼結体の物性は、平均面粗さ６．９μｍ、表面気孔率０．４％であった。また、比率（表面気孔率／内部気孔率）は２．０であった。強度の指標である曲げ強さは２５０ＭＰａであった。【００３０】
（比較例１）
平均粒径１．０μｍのＳｉＣ微粉５０重量％と、平均粒径２５μｍのＳｉＣ微粒５０重量％とからなる粉体１００重量部に対し、平均粒径０．１μｍの黒鉛粉１．０重量部、有機バインダー（メチルセルロース）０．１重量部及び水３．０重量部で配合し、これをボールミルで粉砕して成形用原料を得た。この成形用原料を、金型に入れ、３００ｋｇ／ｃｍ2で油圧プレスし、２００ｍｍ×３０ｍｍ×１０ｍｍの成形体を得た。
得られた成形体を、焼成時に窒素ガスを導入しない以外は、実施例１と同様にし、ＳｉＣ質焼結体を得た。
得られた焼結体の物性は、平均面粗さ３．７μｍ、表面気孔率０．１５％であった。また、比率（表面気孔率／内部気孔率）は０．８３であった。【００３１】
（評価）
上記実施例１，２及び比較例１を用いて、下記融着性を評価した。【００３２】
（融着性）
材質カオリンからなる被焼成物を、実施例１，２又は比較例１のＳｉＣ質焼結体上に置き、１２００℃で１２時間焼成し、被焼成物がＳｉＣ質焼結体に融着しているかを確認した。【００３３】
（結果）
上記実施例１，２及び比較例１のＳｉＣ質焼結体を、各６枚用いて上記評価を行った。○は「融着なし」、△は「少し融着あり」、×は「融着しており、取り出せない、或いは被焼成物が破損」として評価した。
その結果を表１に示す。【００３４】
【表１】
0005199091.tif 000002