專利名稱：電子零件用燒成夾具的制作方法
技術領域：
本發明涉及壽命長且能夠以低成本生產的電子零件燒成用夾具。
背景技術：
在燒制功能性陶瓷時使用電子零件用燒成夾具，為防止燒成夾具中的成分與被燒物發生反應或被燒物所含成分被燒成夾具吸收造成被燒物的特性劣化，一般是在燒成夾具的內表面覆蓋致密且反應性弱的被膜。發明的內容這里，燒成夾具的基材常使用AI2O3-SiO2質材料。由于此基材比較便宜且耐熱沖擊，能夠延長燒成夾具的壽命，因此廣泛用做電子零件用燒成夾具的基材。
然而，既使該基材的最表面覆蓋致密的被膜，在返復燒制中，基材內的SiO2成分也會穿過被膜組織而存在于燒成夾具的表面。于是該SiO2成分便混入被燒物內，形成影響電子零件特性的問題。又，礬土質的燒成夾具因其AI2O3含有率越高熱膨脹系數越大，所以存在著不耐熱沖擊、壽命短的問題。
從而，特開平10-158081號公報中提出的方法是在AI2O3含量為65％以上的AI2O3-SiO2質基材表面，形成厚度為300μm的氧化鋯噴鍍膜的被膜，以此燒成夾具，既使返復加熱、冷卻，噴鍍層也很少剝離，從而提高耐用性。然而，采用這一結構雖能防止噴鍍層剝離，但置于燒成夾具上燒制的電子零件的特性卻不穩定，因而在夾具的長壽命化方面不盡人意。
本發明旨在解決上述以往的技術問題，目的在于提供一種可靠性高的電子零件用燒成夾具，通過在燒成夾具的基材表面形成2層以上的噴涂層，以及規定基材和各噴涂層分別需要的各材質的含量等，使燒成夾具的耐用性得到提高，并使置于燒成夾具上燒制的電子零件的性能穩定化。
也就是說，本發明提供一種電子零件用燒成夾具，其特征在于它是在由陶瓷構成的基材表面設有與被燒物的反應性弱的材料構成的噴涂層的電子零件用燒成夾具，該基材的表面設有2層以上的噴涂層，該噴涂層為異種材質。
本發明的電子零件用燒成夾具的上述基材的主要成分最好為AI2O3-SiO2質、AI2O3-SiO2-MgO質、SiC質；與上述基材相接的噴涂層的主成分最好為AI2O3-SiO2質、AI2O3-MgO質、AI2O3-ZrO2質、AI2O3質；與上述被燒物接觸的噴涂層的主成分最好為ZrO2質、AI2O3質、AI2O3-MgO質。此時，作為上述基材及上述噴涂層的各層的AI2O3的含量最好是上述基材為70～95質量％、與上述基材相接的噴涂層為98質量％以上、又，上述基材和與上述基材相接的噴涂層的合計含量最好為72～96質量％。
作為噴涂層的各層的SiO2的含量最好是與上述基材相接的噴涂層為0.5質量％以下；與上述被燒物接觸的噴涂層為0.05～0.5質量％。
又，本發明的電子零件用燒成夾具中，上述噴涂層各層的氣孔率最好為16％以下，作為上述噴涂層，設有貫通上述噴涂層各層的裂紋，該裂紋的寬度最好為1～5μm。進而，作為上述噴涂層的合計厚度最好為50～1000μm，作為上述噴涂層各層的粒徑最好為300μm以下。
又，本發明提供一種電子零件用燒成夾具，其特征在于它是具有由陶瓷構成的基材的電子零件用燒成夾具，將與該基材相接的面作為噴涂層，將該噴涂層的表面作為噴鍍層。
發明內容
本發明的電子零件用燒成夾具是采用氧化鋁-氧化硅材為基材的裝置，基材表面形成2層以上的噴涂層，又，關于基材及各噴涂層，規定了所需各材質的含量，通過抑制滲出涂層的SiO2的量，謀求置于燒成夾具上燒制的電子零件性能的穩定化。以下是關于本發明實施的說明方案，當然，本發明不僅限于以下實施方案。
本說明書中所謂“電子零件用燒成夾具”的意思是指燒制陶瓷電容、熱敏電阻、鐵氧體等由陶瓷構成的電子零件時使用的裝置。具體可包括載置被燒物的定位器、匣缽、平板等。
本發明的燒成夾具在基材表面設有2層以上的噴涂層，其噴涂層由異種材質構成。這樣，由于將與基材表面及被燒物接觸的面做成比噴鍍層氣孔率小的噴涂層，能夠抑制對工作特性的不良影響和使基材劣化的成分的移動。又，噴鍍層由陶瓷粒子溶解后形成鍍層，因該層為整體的堅固層，層內不能吸收形成剝離原因的膨脹收縮。而噴涂層是由同種粒子燒結而成，具有柔性，能形成層內緩沖。進一步，當在基材表面形成噴涂層時，能夠防止基材中含有的反應性物質與電子零件材料相接觸，因此還能使用含有對電子零件特性產生不良影響的氧化硅及氧化硅-氧化鋁材作為基材。
又，這里所述的噴涂是指將陶瓷粉漿化后進行噴射，或是將漿料噴涂在基材表面后進行燒結的方法。又，這里所述的工作特性是指在本夾具上燒制電子零件時該電子零件產生的介電常數的偏移。所謂燒成夾具的工作特性良好，是指用該燒成夾具燒制的電子零件的介電常數偏移特性良好。
作為這些材質，其基材的主成分最好為AI2O3-SiO2質、AI2O3-SiO2-MgO質、SiC質；與上述基材相接的噴涂層的主成分最好為AI2O3-SiO2質、AI2O3-MgO質、AI2O3-ZrO2質、AI2O3質；與上述被燒成物接觸的噴涂層的主成分最好為ZrO2質、AI2O3質、AI2O3-MgO質。由此便能得到抗剝落性、抗翹曲性強的基材和可防止對被燒物造成影響的成分的移動的中間層，以及具有與被燒物反應性弱的最表層的燒成夾具。
本發明中，作為基材的AI2O3的含量最好為70～95質量％。當基材的AI2O3含量不足70％時，由于基材的導熱率低，易產生燒成夾具內溫度向外偏移，從而造成夾具上的工作特性不均勻。當基材的AI2O3含量大于95％時，由于基材的熱膨脹率增大、因溫度差產生的應力變大，易產生裂紋。又，作為與基材相接的噴涂層的AI2O3的含量最好為98質量％以上，作為基材和與上述基材相接的噴涂層的AI2O3的合計含量最好為72～96質量％。進而，根據后面實施例所述，雖然基材的氧化鋁含量不足70％質量時耐熱沖擊性強，但硅成分相對地增加，會對被燒物的電子零件的特性造成不良影響。又，通過將其他的氧化鋁含量控制在上述范圍之內，便得到謀求電子零件特性穩定化的結果。
又，本發明中，作為噴涂層的各層的SiO2的含量最好是與上述基材相接的噴涂層為0.5質量％以下；與上述被燒物接觸的噴涂層為0.05～0.5質量％。由此能夠抑制穿過與中間層的基材相接的層間對被燒物造成不良影響的成分的擴散，進而，通過將形成最表層的與被燒物接觸的層的SiO2成分控制為上述的值，能夠防止作為被燒物燒結助劑所含的SiO2成分被燒成夾具吸收。
尤其是與被燒物接觸的噴涂層必須采用與該電子零件材料反應性弱的材質，而因電子零件的種類不同，其材質也各異。例如陶瓷電容由鈦酸鋇構成，所以最好選擇與其反應性弱的氧化鋯。本發明中，涂層的主成分可以采用適于未穩定ZrO2、Y2O3穩定的ZrO2、Y2O3部分穩定的、CaO穩定的ZrO2、CaO部分穩定的ZrO2的一種或二種以上的成分。
進而，本發明中最好將噴涂層各層的氣孔率控制在16％以下的范圍。這樣做后，能夠以噴涂層阻止因作業擴散出的與基材發生反應使基材劣化的成分的浸透，又，在燒制陶瓷電容時，能夠阻止SiO2質從基材向最表層擴散，并能謀求電子零件特性的穩定化。
又，作為噴涂層，具有貫穿噴涂層各層的裂紋，該裂紋的寬度最好為1～5μm，在燒制陶瓷電容時最表層多使用氧化鋯材，而隨著燒制次數的增加會產生氧化鋯材質特有的殘存膨脹。這是造成燒成夾具翹曲、剝離的原因，因此，作為吸收此殘存膨脹的余地，保存上述規定的裂紋是有效的。
又，噴涂層的合計厚度最好為50～1000μm的范圍內。進而在實施例中詳述，當此合計厚度小于50μm時，在其燒成夾具上燒制的電子零件的特性易發生偏移，而當厚度大于1000μm時，用燒成夾具燒制電子零件時該燒成夾具的層間易產生剝離。又，必須使與基材相接的層和基材牢固密接，又，為使與被燒物接觸的層和其下層密接，該下層的表面最好粗糙些，與形成中間層的基材相接的層中適當混入粗顆粒后其表面能夠出現凹凸，因此適于穩定地保持重疊在其表層的涂層，但若粗顆粒過多或使用過大的顆粒，該中間層的附著強度將下降，形成剝離的原因。又，當噴涂形成最表層與被燒物相接的層時，若使用過大的顆粒，將導致與其下層的附著強度下降，同樣會產生剝離，因而不可取。所以噴涂層各層的粒徑最好在300μm范圍以內。
本發明中，在噴涂中間層時進行烘烤處理，因此不必對基材進行噴射加工或在中間層形成之前進行預熱處理，能夠防止中間層從基材剝離。
又，本發明為由陶瓷構成基材的電子零件用燒成夾具，也可將與該基材相接的面作為噴涂層，或將該噴涂層的表面作為噴鍍層。因為這是將表層作為噴鍍層而將與基材相接的面作為噴涂層，所以能夠吸收基材與噴鍍層的熱膨脹、收縮，并能防止噴鍍層剝離或因噴鍍層殘存膨脹使基材變形。
所謂噴鍍，是指將金屬或陶瓷的微粉末(以下稱“噴鍍材料”)加熱后呈溶融狀態，再通過噴鍍在對象物表面形成被膜的方法。加熱的方法有多種，如使用燃燒焰的氣體噴鍍、使用電弧的電弧噴鍍等，本發明中通過使用等離子射流的等離子噴鍍形成表層的噴鍍被膜。
本發明中最好在等離子噴鍍中采用水穩定式等離子噴鍍。因為氣體等離子噴鍍的噴鍍被膜最小膜厚為20～50μm，而水穩定式等離子噴鍍能夠形成最小膜厚100μm的被膜。又，由于水穩定式等離子噴鍍能夠形成較疏松的、表面粗糙的被膜，在提高對與基材相接的噴涂層表面的密接性也令人滿意。
實施例下面根據本發明的實施例進行更詳細地說明。而本發明并不限于這些實施例。(實施例1～9、比較例1～5)基材所用材料中AI2O3含量如表1所示，通過將基材殘部由SiO2質及MgO質的材料加壓成形后進行燒結，形成長200mm×寬200mm×厚5mm的板狀體。有關燒制溫度視氧化鋁含有率做了適當變更。上述基材的表面，通過噴涂法形成與基材相接的噴涂層(AI2O3材質、厚100μm)及與被燒物接觸的噴涂層(ZrO2材質、厚100μm)，由此制成燒成夾具。又，上述基材的表面，通過噴涂法形成與基材相接的噴涂層；通過等離子濺射法形成與被燒物接觸的噴鍍層，由此制成燒成夾具。
各實施例中的基材材質及氧化鋁量、與基材相接的層和與被燒物接觸的層的施工方法及其結果如表1所示。(評價方法)①散裂試驗在上述夾具上布滿平均粒徑2mm的鋁礬土砂粒，用輥底爐以最高溫度1300℃、從入口到出口以9Hr(升溫3Hr、保持3Hr、冷卻3Hr)的條件返復通窯，然后測定有無因熱散裂產生的裂紋及裂紋的長度。②反應翹曲試驗在上述夾具上涂布介電體的鈦酸鋇溶液后，反復進行在1400℃、2小時的條件下用小型電爐燒制的操作，測定直到中間層與基材剝離或夾具發生翹曲、龜裂時的次數。③剝離性試驗與上述反應翹曲試驗相同進行。④工作特性試驗在上述夾具上放置用刮刀法成形的鈦酸鋇片，在1350℃、2小時的條件下用小型電爐燒制后測定介電率。表1
(評價)由表1可知，與基材相接的層為噴鍍層的比較例1發生了反應翹曲。又，基材的AI2O3含量不足70％的比較例2、比較例3的工作特性差，大于95％的比較例4、比較例5的散裂性差。
又，在由陶瓷構成的基材表面重疊噴涂層后再重疊噴涂層及噴鍍層的結果是，既使基材的材質為AI2O3-SiO2-MgO質，若其AI2O3含量在70～95％范圍內，作為電子零件燒成夾具則具有滿意的功能。又，既使基材材質為不含AI2O3的SiC質，結果亦然。(實施例10～12、比較例6，7)基材采用AI2O3含量為85％的AI2O3-SiO2質，用噴涂層形成與基材相接的層(厚度100μm)和與被燒成物接觸的層(厚度100μm)，以及除去與基材相接的層采用AI2O3質方面之外，其它以與實施例1～9相同的方法制造與實施例1～9相同的燒成夾具。與基材相接的層的AI2O3含量如表2所示，結果如表2所示。表2
(評價)如表2所示，與基材相接的噴涂層的AI2O3含量不足98％的比較例6、比較例7的工作特性差，這是由于在與基材相接的涂層中與AI2O3共存的SiO2成分大于2％以上，因而對工作特性造成影響。(實施例13～21、比較例8，9)基材采用表3所示的材質，用噴涂層形成與基材相接的層(厚度100μm)和與被燒成物接觸的層(厚度100μm)，以及除去與基材相接的層采用表3所示材質方面之外，其它以與實施例1～9相同的方法制造與實施例1～9相同的燒成夾具。
各實施例中基材的材質及AI2O3含量、與基材相接的層的材質、基材和與基材相接的層的AI2O3的合計含量及其結果如表3所示。表3
(評價)如表3所示，基材和與基材相接的噴涂層的AI2O3合計含量不足72％的比較例8的剝離性、工作特性差。這是由于基材的AI2O3合計含量低、基材的導熱率低、夾具的工作特性不均勻、還有基材與噴涂層的熱膨脹差變大后易發生剝離。又，該AI2O3合計含量大于96％的比較例9的散裂性差。這是由于基材的AI2O3合計含量變高造成熱膨脹性增大、散裂性下降所至。
此時若基材和與基材相接的噴涂層的AI2O3合計含量在規定范圍內，則既使與基材相接的噴涂層的材質為AI2O3-MgO質、AI2O3-ZrO2質材料，也能造出良好的電子零件用燒成夾具。(實施例22～28、比較例10)基材采用AI2O3含量80％的AI2O3-SiO2質，用噴涂層形成與基材相接的層(厚度100μm)和與被燒成物接觸的層(厚度100μm)，以及除去與基材相接的層采用表4所示材質方面之外，其它以與實施例1～9相同的方法制造與實施例1～9相同的燒成夾具。
各實施例中與基材相接層的材質、SiO2含量及其結果如表4所示。表4
(評價)如表4所示，與基材相接的噴涂層的SiO2質含量大于0.5％的比較例10的反應翹曲、工作特性差。此時，若與基材相接的噴涂層的SiO2質含量在規定范圍內，則既使與基材相接的噴涂層的材質為AI2O3-MgO質、AI2O3-ZrO2質材料，也能造出良好的電子零件用燒成夾具。(實施例29～34、比較例11)基材使用AI2O3含量為85％的AI2O3-SiO2材料加壓成形后以1500℃進行燒結，形成長140mm×寬140mm×厚5mm的板狀體。此板狀部件上噴涂了漿料化鋁礬土微粉或莫來石微粉后，以1450℃燒制后形成與基材相接的層的噴涂層。在此上以噴涂法及等離子噴鍍法用氧的釔穩定化氧化鋯、氧化鋁-氧化鎂尖晶石、氧化鋁形成與被燒物接觸的層，反復進行3次耐久性試驗后做出翹曲和剝離評價。作為比較例，是采用以等離子噴鍍法在與基材相接的層上用氧化鋁為材料形成涂層，在其上同樣以等離子噴鍍法用氧化釔穩定化氧化鋯為材料形成涂層并進行燒制得到的樣品。結果如表5所示。表5
※スプレ一スプレ一コ一テイング法※噴涂プラズマ噴涂法(評價)如表5所示，與基材相接的層為噴鍍層的比較例11的反應翹曲超過2mm，結果不佳。又，若與基材相接的層為噴涂層，則在用作表層的與被燒成物接觸層的材料為氧化釔穩定的氧化鋯、氧化鋁氧化鎂尖晶石、或鋁礬土時，無論它們為噴涂層還是等離子噴鍍層，其反應翹曲、剝離性結果良好。(實施例35～42、比較例12～15)基材使用AI2O3含量為85％的AI2O3-SiO2材料加壓成形后以1500℃進行燒結，形成長140mm×寬140mm×厚5mm的板狀體。此板狀部件上噴涂了漿化的AI2O3含量為99.9％的礬土微粉后，以1450℃燒制后形成與基材相接的層的噴涂層。在此上以噴涂法用SiO2含量為0.03～0.7％的氧化釔穩定化氧化鋯為材料形成與被燒成物接觸的層，再經燒制制出燒成夾具。
在此各個試料上放置鈦酸鋇片，測定燒制后介電率的偏移并做工作特性偏移評價。又，反復進行3次耐久性剝離試驗后做翹曲和剝離評價。結果如表6所示。表6
(評價)如表6所示，與被燒物接觸的噴涂層的SiO2質含量為不足0.05％的比較例12、比較例13的結果有剝離發生。又，該SiO2質含量比不足0.5％大的比較例14、比較例15的結果是靜電容量的偏移性差。若其他的該SiO2質含量在規定范圍內，則靜電容量、反應翹曲、剝離性良好。(實施例43～48、比較例16～19)基材使用AI2O3含量為85％的AI2O3-SiO2材料加壓成形后以1550℃進行燒結，形成長140mm×寬140mm×厚5mm的板狀體。此板狀部件上噴涂了漿化的平均粒徑10μm和90μm的礬土微粉后，從1300℃起到1550℃的各溫度進行燒制，形成與氣孔率不同的基材相接的噴涂層。在此上以噴涂法用氧化釔穩定化氧化鋯為材料形成與被燒成物接觸的層，再經燒制出燒成夾具。在比較例中，將與基材相接的層進行改變礬土微粉粒徑的等離子噴鍍，形成氣孔率不同的噴鍍層。結果如表7所不。表7
※噴涂噴涂法※溶射等離子噴鍍法(評價)在由噴涂法形成與基材相接的層時，同由等離子噴鍍法形成的層相比，因其氣孔率小、空隙少，所以在耐久性試驗中翹曲及剝離性優異。(實施例49～51、比較例20～22)基材使用AI2O3含量為90％的AI2O3-SiO2材料加壓成形后以1550℃進行燒結，形成長140mm×寬140mm×厚5mm的板狀體。此板狀部件上噴涂了漿化的AI2O3含量為99.9％的礬土微粉后，以1500℃燒制后形成與基材相接的層的噴涂層。在此上以噴涂法用SiO2含量為0.05～0.70％的氧化釔穩定化氧化鋯為材料形成與被燒成物接觸的層，再以1500℃燒制出燒成夾具。結果如表8所示。表8
(評價)在進行上述制造時，能夠形成貫通與基材相接的層和與被燒成物接觸的層的寬1～5μm的裂紋，它能吸收與被燒成物接觸的層的氧化鋯的殘存膨脹，延遲剝離的發生。(實施例52～61、比較例23～27)基材使用AI2O3含量為85％的AI2O3-SiO2材料加壓成形后以1500℃進行燒結，形成長140mm×寬140mm×厚5mm的板狀體。此板狀部件上噴涂了漿化的AI2O3含量為99.9％的礬土微粉后，以1450℃燒制后形成與基材相接的層的噴涂層。在此上以噴涂法用SiO2含量為0.05～0.70％的氧化釔穩定化氧化鋯為材料形成與被燒物接觸的層，再以1450℃燒制出燒成夾具。結果如表9所示。表9
(評價)如表9所示，噴涂層的合計厚度為不足50μm的比較例23、比較例24的被燒成物工作特性的偏移變大，超過1000μm厚的比較例25、比較例26、比較例27的剝離性差。當此2層，即與基材相接的層的噴涂層和與被燒成物接觸的噴涂層的合計厚度過于小時，無法阻止對被燒成物造成惡劣影響的成分的擴散。又，當其合計厚度過大時，隨厚度的增加，基材和與基材相接的噴涂層的密接力變弱，最終產生剝離。
又，若噴涂層的合計厚度在規定范圍內，則工作特性的偏移及剝離性的結果良好。(實施例62～65、比較例28、29)基材使用AI2O3含量為85％的AI2O3-SiO2材料加壓成形后以1550℃進行燒結，形成長140mm×寬140mm×厚5mm的板狀體。此板狀部件上噴涂了漿化的最大粒徑從80μm到500μm的礬土粒中混合礬土微粉再漿化的涂料后，以1500℃燒制后形成與基材相接的噴涂層。在此上以噴涂法用氧化釔穩定化氧化鋯為材料形成與被燒物接觸的層，再以1500℃燒制出燒成夾具。結果如表10所示。表10
(評價)如表10所示，噴涂層各層的粒徑大于300μm的比較例28、比較例29的剝離性差。若該粒徑在規定范圍內，則剝離性良好。
如上所述，本發明的電子零件用燒成夾具通過在燒成夾具基材的表面形成2層以上的噴涂層，又，通過對基材及各噴涂層分別規定必要的各材質含量等，能夠提高燒成夾具的耐久性，并能使置于燒成夾具上燒制的電子零件的性能穩定化。
權利要求
1.一種電子零件用燒成夾具，其特征是在由陶瓷構成的基材表面設有由與被燒成物反應性弱的材質構成的噴涂層；該基材的表面設有2層以上的噴涂層；該噴涂層為異種材質。
2.根據權利要求1所述的電子零件用燒成夾具，上述基材的主成分為AI2O3-SiO2質、AI2O3-SiO2-MgO質、SiC質；與上述基材相接的噴涂層的主成分為AI2O3-SiO2質、AI2O3-MgO質、AI2O3-ZrO2質、AI2O3質；與上述被燒成物接觸的噴涂層的主成分為ZrO2質、AI2O3質、AI2O3-MgO質。
3.根據權利要求1或2所述的電子零件用燒成夾具，上述基材的AI2O3含量為70～95質量％。
4.根據權利要求1～3中任一項所述的電子零件用燒成夾具，上述與基材相接的噴涂層的AI2O3含量為98質量％以上。
5.根據權利要求1～3中任一項所述的電子零件用燒成夾具，上述基材和與上述基材相接的噴涂層的AI2O3的合計含量為72～96質量％。
6.根據權利要求1～5中任一項所述的電子零件用燒成夾具，與上述基材相接的噴涂層的SiO2含量在0.5質量％以下。
7.根據權利要求1～6中任一項所述的電子零件用燒成夾具，與上述被燒物接觸的噴涂層的SiO2含量為0.05～0.5質量％。
8.根據權利要求1～7中任一項所述的電子零件用燒成夾具，上述噴涂層各層的氣孔率為16％以下。
9.根據權利要求1～8中任一項所述的電子零件用燒成夾具，上述噴涂層具有貫通上述噴涂層各層裂紋，該裂紋的寬度為1～5μm。
10.根據權利要求1～9中任一項所述的電子零件用燒成夾具，上述噴涂層的合計厚度為50～1000μm。
11.根據權利要求1～10中任一項所述的電子零件用燒成夾具，上述噴涂層各層的粒徑為300μm以下。
12.一種電子零件用燒成夾具，其特征是具有由陶瓷構成的基材；將與該基材相接的面作為噴涂層，將該噴涂層的表面作為噴鍍層。
全文摘要
提供一種壽命長且能低成本生產的電子零件用燒成夾具。該電子零件用燒成夾具在由陶瓷構成的基材表面設有由與被燒成物反應性低的材質構成的噴涂層。該噴涂層由異種材質形成。又,在具有由陶瓷構成的基材的電子零件用燒成夾具上,將與該基材相接的面作為噴涂層,將該噴涂層的表面作為噴鍍層。
文檔編號H01C17/30GK1353433SQ01134640
公開日2002年6月12日 申請日期2001年11月8日 優先權日2000年11月10日
發明者二本松浩明, 森笹真司 申請人:日本礙子株式會社, Ngk阿德列克株式會社