復(fù)合耐火物及復(fù)合耐火物的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供為高強度且高熱導(dǎo)率、且具備通氣性，并且在高溫條件下使用不會產(chǎn)生破裂或彎曲等變形的復(fù)合耐火物。本發(fā)明的復(fù)合耐火物是將Si-SiC燒結(jié)體作為基材的復(fù)合耐火物，所述Si-SiC燒結(jié)體具有由氣孔率為1％以下的骨架構(gòu)成的三維網(wǎng)目狀結(jié)構(gòu)，所述骨架中的SiC的含有比率為35-70質(zhì)量％，金屬Si的含有比率為25-60質(zhì)量％。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于適合陶瓷電子部件等的脫脂步驟或煅燒步驟中使用的定位器 (setter)等用途的復(fù)合耐火物及其制造方法。 復(fù)合耐火物及復(fù)合耐火物的制造方法

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，從提高小型電子部件的煅燒效率的觀點來看，需要可以在脫脂步驟與煅 燒步驟這兩步驟中共用的定位器。對于在脫脂步驟中使用的定位器，要求用以迅速地排出 粘合劑的通氣性，對于在煅燒步驟中使用的定位器，除了耐熱性或機械強度外，還要求具備 不與進行煅燒的陶瓷電子部件反應(yīng)的特性。
[0003] 滿足煅燒步驟中的所述要求的定位器，廣為人知的有：在氧化鋁-富鋁紅柱石系 基材的表面形成中間層和耐反應(yīng)性的涂層的定位器。另外，還公開了如下的技術(shù)：通過使用 Si-SiC燒結(jié)體代替所述氧化鋁-富鋁紅柱石系基材來作為基材，與氧化鋁-二氧化硅質(zhì)的 燒結(jié)體相比，耐熱性、耐蝕性優(yōu)異，而且具備高強度和高熱導(dǎo)率的特性，將定位器厚度變薄 而謀求窯效率的提高，并且謀求能量效率的提高（專利文獻1)。
[0004] 但是，專利文獻1的定位器欠缺通氣性，因此不適于與脫脂步驟的共用。作為具備 通氣性的定位器，公開有使用金屬絲網(wǎng)代替現(xiàn)有的陶瓷制板材的技術(shù)（專利文獻2)。
[0005] 但是，金屬絲網(wǎng)在高溫的煅燒步驟中容易產(chǎn)生彎曲。另外，與Si-SiC燒結(jié)體相比 熱導(dǎo)性差，因此有在金屬絲網(wǎng)上載置的制品間產(chǎn)生溫度不均，而制品品質(zhì)不穩(wěn)定的問題。
[0006] 另外，關(guān)于具備通氣性的陶瓷結(jié)構(gòu)體，已知有通過"黑森林法（Schwarzwalder) " 制造連續(xù)氣孔發(fā)泡體陶瓷的技術(shù)?，F(xiàn)有的連續(xù)氣孔發(fā)泡體陶瓷有容易從骨架的氣孔部分產(chǎn) 生龜裂，機械強度差的問題，對此，還公開了通過使Si含浸在SiC發(fā)泡體陶瓷骨架的氣孔部 分，謀求高強度化的技術(shù)（專利文獻3)。
[0007] 但是，在專利文獻3的技術(shù)中，若將陶瓷進行高強度化，則彈性模量也會同時上 升，彈性模量的上升會導(dǎo)致耐熱沖擊性（熱沖擊破壞阻力系數(shù)V = σ(1-ν) λ Λα E)，此 處，σ :強度、Ε:彈性模量）的降低，因此有無法應(yīng)用于同時要求耐熱沖擊性能與高強度化 的用途的問題。
[0008] [現(xiàn)有技術(shù)文獻]
[0009] [專利文獻]
[0010] [專利文獻1]特開2012-56831號公報
[0011] [專利文獻2]特開2011-117669號公報
[0012] [專利文獻3]US6635339號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明要解決的問題
[0014] 本發(fā)明的目的是解決所述問題，提供為高強度且高熱導(dǎo)率、耐熱沖擊性優(yōu)異、且具 備通氣性，并且在高溫條件下使用不會產(chǎn)生破裂或彎曲等變形的復(fù)合耐火物及其制造方 法。
[0015] 解決問題的手段
[0016] 為了解決所述問題而完成的技術(shù)方案1的復(fù)合耐火物，是將Si-SiC燒結(jié)體作為基 材的復(fù)合耐火物，其特征在于：所述Si-SiC燒結(jié)體具有由氣孔率為1 %以下的骨架構(gòu)成的 三維網(wǎng)目狀結(jié)構(gòu)，該骨架中的SiC的含有比率為35-70質(zhì)量％、金屬Si的含有比率為25-60 質(zhì)量％。
[0017] 技術(shù)方案2記載的發(fā)明是技術(shù)方案1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于：關(guān)于所述 Si-SiC燒結(jié)體，該骨架中的SiC的含有比率為40-65質(zhì)量％，金屬Si的含有比率為30-55 質(zhì)量％。
[0018] 技術(shù)方案3記載的發(fā)明是技術(shù)方案1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于：在該三維網(wǎng) 目結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成該三維網(wǎng)目結(jié)構(gòu)的氣孔與骨架的各自形狀滿足（氣孔直徑/骨架直徑）的 平均值彡3。
[0019] 技術(shù)方案4記載的發(fā)明是技術(shù)方案1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于：所述骨架由 以下構(gòu)成：以金屬Si為主成分、殘余部分含有C的芯部、以及以SiC為主成分、殘余部分含 有金屬Si的表層部，所述芯部中的C含量為5-20質(zhì)量％，所述表層部中的C含量為15-50 質(zhì)量％。
[0020] 技術(shù)方案5記載的發(fā)明是技術(shù)方案1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于：構(gòu)成所述三 維網(wǎng)目結(jié)構(gòu)的骨架密度在垂直截面和水平截面中不同，垂直截面中的骨架密度是水平截面 中的骨架密度的1. 1-40倍。
[0021] 技術(shù)方案6記載的發(fā)明是技術(shù)方案1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于：所述 Si-SiC燒結(jié)體的氣孔率為50-98%。
[0022] 技術(shù)方案7記載的發(fā)明是技術(shù)方案1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于：在所述基材 的表層，具有對被處理體具備耐反應(yīng)性的表面涂層。
[0023] 技術(shù)方案8記載的發(fā)明是技術(shù)方案1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于：在所述基材 的表層，具有包含氣孔率為〇. 1-2%的Si-SiC燒結(jié)體的致密質(zhì)層。
[0024] 技術(shù)方案9記載的發(fā)明是技術(shù)方案1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于：所述基材具 有層疊氣孔率不同的所述Si-SiC燒結(jié)體的結(jié)構(gòu)。
[0025] 技術(shù)方案10記載的發(fā)明是技術(shù)方案9記載的復(fù)合耐火物，其特征在于：在所述層 疊結(jié)構(gòu)中，最表層是氣孔率為〇. 1-2 %的致密層。
[0026] 技術(shù)方案11記載的發(fā)明是技術(shù)方案1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于：在所述基 材的邊緣部形成包含氣孔率為〇. 1-2%的致密層的框部。
[0027] 技術(shù)方案12記載的發(fā)明是技術(shù)方案1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于：具備由支 撐所述基材的鎳合金構(gòu)成的框構(gòu)件。
[0028] 技術(shù)方案13記載的發(fā)明是技術(shù)方案1記載的復(fù)合耐火物的制造方法，其特征在 于，具有：成形步驟，在使SiC粉末分散于有機溶劑、接著添加凝膠化劑而得到的成形用漿 料中，浸漬具有包含三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的骨架的聚氨酯發(fā)泡體，并使?jié){料硬化；干燥步驟，使所 述成形步驟中所得的成形體干燥；和煅燒步驟，在經(jīng)過所述干燥步驟的干燥成形體上載置 金屬Si，在減壓且還原氣氛中進行煅燒，使金屬Si含浸在所述干燥成形體的骨架中。
[0029] 發(fā)明效果
[0030] 在使用了具備高強度且高熱導(dǎo)率的特性的Si-SiC之后，形成氣孔率1 %以下的 骨架為三維網(wǎng)目狀的結(jié)構(gòu)，且骨架中的SiC的含有比率為35-70質(zhì)量％、Si的含有比率為 25-60質(zhì)量％，更優(yōu)選SiC的含有比率為40-65質(zhì)量％、Si的含有比率為30-55質(zhì)量％，由 此可以實現(xiàn)為高強度且高熱導(dǎo)率，耐熱沖擊性優(yōu)異，且具備通氣性，并且不會由于在高溫條 件下使用而產(chǎn)生破裂或彎曲等變形的復(fù)合耐火物。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1 (a)是實施方式1的定位器的整體立體圖。圖1 (b)是實施方式1的定位器的 骨架放大圖。
[0032] 圖2是本實施方式的定位器的Si-SiC骨架的縱向方向截面及垂直截面中的組成 影像（使用日本電子股份有限公司（JE0L)制造的掃描電子顯微鏡JSM-5600進行拍攝）。
[0033] 圖3是說明實施方式1的制造步驟的流程圖。
[0034] 圖4是說明實施方式1的制造步驟的圖。
[0035] 圖5是在經(jīng)過聚氨酯形狀的燒附步驟的聚氨酯發(fā)泡體的上表面載置金屬Si的圖。
[0036] 圖6是說明實施方式1的制造步驟的流程圖。
[0037] 圖7 (a)是實施方式2的定位器的整體立體圖。（b)是實施方式2的定位器的骨架 放大圖。
[0038] 圖8是實施方式2的定位器的垂直截面和水平截面的放大影像（使用日本電子股 份有限公司（JE0L)制造的掃描電子顯微鏡JSM-5600進行拍攝）。
[0039] 圖9是說明實施方式3的制造步驟的流程圖。
[0040] 圖10(a)是實施方式3的定位器的整體立體圖。（b)是實施方式3的定位器的骨 架放大圖。

【具體實施方式】
[0041] 以下示出本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式。
[0042] (實施方式1 :單層、無壓縮）
[0043] 如圖1 (a)所示，本實施方式的復(fù)合耐火物是將Si-SiC燒結(jié)體作為基材的單層結(jié) 構(gòu)的定位器。如圖1(b)所示，定位器包含將骨架形成為三維網(wǎng)目狀的結(jié)構(gòu)。骨架的氣孔率 為1%以下。
[0044] 在電子部件等的煅燒步驟中，定位器在與Si的熔點（1400°C左右）接近的1300°C 左右的高溫下使用。因此，在所述骨架僅由Si構(gòu)成時，有在高溫的煅燒步驟中容易產(chǎn)生蠕 變變形的問題、或進行氧化而在表層容易產(chǎn)生Si0 2的問題、向爐內(nèi)的氧氣帶入量多的問題 等。相對于此，在本發(fā)明中，通過由耐氧化性及耐熱性高、而且高強度的復(fù)合SiC的Si-SiC 構(gòu)成，而實現(xiàn)了避免這些問題。
[0045] 另外，在具備通氣性的定位器中，為了通氣性而形成的氣孔部容易成為隔熱層，在 使用熱導(dǎo)率低的不銹鋼或Ni等的金屬絲網(wǎng)作為"具備通氣性的定位器"時，存在以下問題： 在加熱、冷卻時容易在定位器中產(chǎn)生溫度分布，并在定位器上載置的制品間產(chǎn)生溫度不均， 而制品品質(zhì)變得不穩(wěn)定的問題；或者在高溫的煅燒步驟中，容易產(chǎn)生因溫度分布即熱膨脹 差引起的定位器的彎曲變形的問題。相對于此，在本發(fā)明中，通過將熱導(dǎo)性比不銹鋼和Ni 等的金屬絲網(wǎng)優(yōu)異的Si-SiC燒結(jié)體形成為三維網(wǎng)目結(jié)構(gòu)而構(gòu)成"具備通氣性的定位器"， 從而實現(xiàn)了避免這些問題。
[0046] 在本發(fā)明中，調(diào)整各成分量，以使骨架中的SiC的含有比率為35-70質(zhì)量％、Si的 含有比率為25-60質(zhì)量％。此處，化學(xué)成分可以通過JISR2011(含有碳及碳化硅的耐火物 的化學(xué)分析方法）進行測定。當(dāng)骨架中的SiC的含有比率多于70質(zhì)量％時，存在因在SiC 粒子間容易殘存氣孔而強度降低的問題，當(dāng)SiC的含有比率少于35質(zhì)量％時，存在因耐熱 性降低而在高溫的煅燒步驟中容易產(chǎn)生蠕變變形的問題。另外，當(dāng)Si的含有比率多于60 質(zhì)量％時，存在因耐熱性降低而在高溫的煅燒步驟中容易產(chǎn)生蠕變變形的問題，當(dāng)Si的含 有比率少于25質(zhì)量％時，存在因在SiC粒子間容易殘存氣孔而強度降低的問題。
[0047] 而且，當(dāng)骨架中的Si含有比率多于55質(zhì)量％時，Si氧化而在表層容易產(chǎn)生Si02， 當(dāng)Si含有比率少于30質(zhì)量％時，在SiC粒子間容易殘存氣孔，SiC氧化而在表層容易產(chǎn)生 Si02，任一種情況下，由于表層所產(chǎn)生的Si02，而均容易產(chǎn)生：因耐熱沖擊性及耐熱性的降 低而引起破裂及彎曲變形、向爐中的氧氣帶入量增加、與被處理體反應(yīng)等問題，因此從制品 的長壽命化的觀點來看，更優(yōu)選調(diào)整各成分量以使SiC的含有比率為40-65質(zhì)量％、Si的 含有比率為30-55質(zhì)量％。
[0048] 如此，在本發(fā)明中，調(diào)整彈性模量高的SiC(彈性模量：400Gpa左右）、及彈性模量 低的Si (彈性模量：100Gpa左右）以使SiC的含有比率為35-70質(zhì)量％、Si的含有比率為 25-60質(zhì)量％，更優(yōu)選SiC的含有比率為40-65質(zhì)量％、Si的含有比率為30-55質(zhì)量％，而形 成骨架，由此謀求Si-SiC燒結(jié)體的彈性模量的降低。彈性率的降低會導(dǎo)致耐熱沖擊性（熱 沖擊破壞阻力系數(shù)V = σ (Ι-ν)λΛαΕ)，此處，〇 :強度、E:彈性模量）的提高，因此根 據(jù)所述構(gòu)成，可以實現(xiàn)除了高強度且高熱導(dǎo)率的特性外，還具備耐熱沖擊性優(yōu)異的特性的 復(fù)合耐火物。
[0049] 在本實施方式中，旨在謀求Si-SiC燒結(jié)體的彈性模量的降低的另一種構(gòu)成是采 用：構(gòu)成所述三維網(wǎng)目結(jié)構(gòu)的氣孔與骨架的各自形狀滿足（氣孔直徑/骨架直徑）的平均 值> 3的構(gòu)成。通過滿足（氣孔直徑/骨架直徑）的平均值> 3,而可以同時實現(xiàn)制品強度 的維持和彈性率的降低。另外，定位器的氣孔率優(yōu)選設(shè)為50-98%。當(dāng)氣孔率為49%以下 時，無法獲得充分的通氣性，當(dāng)氣孔率為99%以上時，由于明顯的強度降低而容易破損，因 此均不優(yōu)選。
[0050] 如圖1 (b)、圖2所不，所述骨架由芯部1和面向氣孔部2的表層部3構(gòu)成。
[0051]

【權(quán)利要求】
1. 復(fù)合耐火物，其為以Si-SiC燒結(jié)體為基材的復(fù)合耐火物，其特征在于， 所述Si-SiC燒結(jié)體具有由氣孔率為1%以下的骨架構(gòu)成的三維網(wǎng)目狀結(jié)構(gòu)， 該骨架中的Sic的含有比率為35-70質(zhì)量％，金屬Si的含有比率為25-60質(zhì)量％。
2. 權(quán)利要求1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于，關(guān)于所述Si-SiC燒結(jié)體，該骨架中的 SiC的含有比率為40-65質(zhì)量％，金屬Si的含有比率為30-55質(zhì)量％。
3. 權(quán)利要求1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于，在所述三維網(wǎng)目結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成該三維網(wǎng) 目結(jié)構(gòu)的氣孔與骨架的各自形狀滿足 (氣孔直徑/骨架直徑）的平均值> 3。
4. 權(quán)利要求1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于，所述骨架由以下構(gòu)成：以金屬Si為主 成分、殘余部分含有C的芯部、以及以SiC為主成分、殘余部分含有金屬Si的表層部， 該芯部中的C含量為5-20質(zhì)量％， 該表層部中的C含量為15-50質(zhì)量％。
5. 權(quán)利要求1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于，構(gòu)成所述三維網(wǎng)目結(jié)構(gòu)的骨架密度在 垂直截面和水平截面中不同，垂直截面中的骨架密度是水平截面中的骨架密度的1. 1-40 倍。
6. 權(quán)利要求1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于，所述Si-SiC燒結(jié)體的氣孔率為 50- 98%。
7. 權(quán)利要求1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于，在所述基材的表層具有對被處理體具 備耐反應(yīng)性的表面涂層。
8. 權(quán)利要求1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于：在所述基材的表層，具有包含氣孔率為 0. 1-2 %的Si-SiC燒結(jié)體的致密質(zhì)層。
9. 權(quán)利要求1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于，所述基材具有層疊氣孔率不同的所述 51- SiC燒結(jié)體的結(jié)構(gòu)。
10. 權(quán)利要求9記載的復(fù)合耐火物，其特征在于，在所述層疊結(jié)構(gòu)中，最表層是氣孔率 為0. 1-2 %的致密層。
11. 權(quán)利要求1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于，在所述基材的邊緣部，形成包含氣孔 率為0. 1-2 %的致密層的框部。
12. 權(quán)利要求1記載的復(fù)合耐火物，其特征在于，具備由支撐所述基材的鎳合金構(gòu)成的 框部件。
13. 復(fù)合耐火物的制造方法，其為權(quán)利要求1記載的復(fù)合耐火物的制造方法，其特征在 于，具有： 成形步驟，在使SiC粉末分散于有機溶劑、接著添加凝膠化劑而得到的成形用漿料中， 浸漬具有包含三維網(wǎng)目結(jié)構(gòu)的骨架的聚氨酯發(fā)泡體，并使?jié){料硬化； 干燥步驟，使所述成形步驟中得到的成形體干燥；和 煅燒步驟，在經(jīng)過所述干燥步驟的干燥成形體上載置金屬Si，在減壓且還原氣氛中進 行煅燒，使金屬Si含浸在所述干燥成形體的骨架中。
【文檔編號】C04B35/66GK104098339SQ201410128954
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月2日
【發(fā)明者】樋本伊織, 木下壽治 申請人:日本礙子株式會社, Ngk阿德列克株式會社