复合耐火物及复合耐火物的制造方法

复合耐火物及复合耐火物的制造方法
【专利摘要】本发明提供为高强度且高热导率、且具备通气性，并且在高温条件下使用不会产生破裂或弯曲等变形的复合耐火物。本发明的复合耐火物是将Si-SiC烧结体作为基材的复合耐火物，所述Si-SiC烧结体具有由气孔率为1％以下的骨架构成的三维网目状结构，所述骨架中的SiC的含有比率为35-70质量％，金属Si的含有比率为25-60质量％。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于适合陶瓷电子部件等的脱脂步骤或煅烧步骤中使用的定位器 (setter)等用途的复合耐火物及其制造方法。 复合耐火物及复合耐火物的制造方法

【背景技术】
[0002] 近年来，从提高小型电子部件的煅烧效率的观点来看，需要可以在脱脂步骤与煅 烧步骤这两步骤中共用的定位器。对于在脱脂步骤中使用的定位器，要求用以迅速地排出 粘合剂的通气性，对于在煅烧步骤中使用的定位器，除了耐热性或机械强度外，还要求具备 不与进行煅烧的陶瓷电子部件反应的特性。
[0003] 满足煅烧步骤中的所述要求的定位器，广为人知的有：在氧化铝-富铝红柱石系 基材的表面形成中间层和耐反应性的涂层的定位器。另外，还公开了如下的技术：通过使用 Si-SiC烧结体代替所述氧化铝-富铝红柱石系基材来作为基材，与氧化铝-二氧化硅质的 烧结体相比，耐热性、耐蚀性优异，而且具备高强度和高热导率的特性，将定位器厚度变薄 而谋求窑效率的提高，并且谋求能量效率的提高（专利文献1)。
[0004] 但是，专利文献1的定位器欠缺通气性，因此不适于与脱脂步骤的共用。作为具备 通气性的定位器，公开有使用金属丝网代替现有的陶瓷制板材的技术（专利文献2)。
[0005] 但是，金属丝网在高温的煅烧步骤中容易产生弯曲。另外，与Si-SiC烧结体相比 热导性差，因此有在金属丝网上载置的制品间产生温度不均，而制品品质不稳定的问题。
[0006] 另外，关于具备通气性的陶瓷结构体，已知有通过"黑森林法（Schwarzwalder) " 制造连续气孔发泡体陶瓷的技术。现有的连续气孔发泡体陶瓷有容易从骨架的气孔部分产 生龟裂，机械强度差的问题，对此，还公开了通过使Si含浸在SiC发泡体陶瓷骨架的气孔部 分，谋求高强度化的技术（专利文献3)。
[0007] 但是，在专利文献3的技术中，若将陶瓷进行高强度化，则弹性模量也会同时上 升，弹性模量的上升会导致耐热冲击性（热冲击破坏阻力系数V = σ(1-ν) λ Λα E)，此 处，σ :强度、Ε:弹性模量）的降低，因此有无法应用于同时要求耐热冲击性能与高强度化 的用途的问题。
[0008] [现有技术文献]
[0009] [专利文献]
[0010] [专利文献1]特开2012-56831号公报
[0011] [专利文献2]特开2011-117669号公报
[0012] [专利文献3]US6635339号公报


【发明内容】

[0013] 发明要解决的问题
[0014] 本发明的目的是解决所述问题，提供为高强度且高热导率、耐热冲击性优异、且具 备通气性，并且在高温条件下使用不会产生破裂或弯曲等变形的复合耐火物及其制造方 法。
[0015] 解决问题的手段
[0016] 为了解决所述问题而完成的技术方案1的复合耐火物，是将Si-SiC烧结体作为基 材的复合耐火物，其特征在于：所述Si-SiC烧结体具有由气孔率为1 %以下的骨架构成的 三维网目状结构，该骨架中的SiC的含有比率为35-70质量％、金属Si的含有比率为25-60 质量％。
[0017] 技术方案2记载的发明是技术方案1记载的复合耐火物，其特征在于：关于所述 Si-SiC烧结体，该骨架中的SiC的含有比率为40-65质量％，金属Si的含有比率为30-55 质量％。
[0018] 技术方案3记载的发明是技术方案1记载的复合耐火物，其特征在于：在该三维网 目结构中，构成该三维网目结构的气孔与骨架的各自形状满足（气孔直径/骨架直径）的 平均值彡3。
[0019] 技术方案4记载的发明是技术方案1记载的复合耐火物，其特征在于：所述骨架由 以下构成：以金属Si为主成分、残余部分含有C的芯部、以及以SiC为主成分、残余部分含 有金属Si的表层部，所述芯部中的C含量为5-20质量％，所述表层部中的C含量为15-50 质量％。
[0020] 技术方案5记载的发明是技术方案1记载的复合耐火物，其特征在于：构成所述三 维网目结构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] 技术方案6记载的发明是技术方案1记载的复合耐火物，其特征在于：所述 Si-SiC烧结体的气孔率为50-98%。
[0022] 技术方案7记载的发明是技术方案1记载的复合耐火物，其特征在于：在所述基材 的表层，具有对被处理体具备耐反应性的表面涂层。
[0023] 技术方案8记载的发明是技术方案1记载的复合耐火物，其特征在于：在所述基材 的表层，具有包含气孔率为〇. 1-2%的Si-SiC烧结体的致密质层。
[0024] 技术方案9记载的发明是技术方案1记载的复合耐火物，其特征在于：所述基材具 有层叠气孔率不同的所述Si-SiC烧结体的结构。
[0025] 技术方案10记载的发明是技术方案9记载的复合耐火物，其特征在于：在所述层 叠结构中，最表层是气孔率为〇. 1-2 %的致密层。
[0026] 技术方案11记载的发明是技术方案1记载的复合耐火物，其特征在于：在所述基 材的边缘部形成包含气孔率为〇. 1-2%的致密层的框部。
[0027] 技术方案12记载的发明是技术方案1记载的复合耐火物，其特征在于：具备由支 撑所述基材的镍合金构成的框构件。
[0028] 技术方案13记载的发明是技术方案1记载的复合耐火物的制造方法，其特征在 于，具有：成形步骤，在使SiC粉末分散于有机溶剂、接着添加凝胶化剂而得到的成形用浆 料中，浸渍具有包含三维网状结构的骨架的聚氨酯发泡体，并使浆料硬化；干燥步骤，使所 述成形步骤中所得的成形体干燥；和煅烧步骤，在经过所述干燥步骤的干燥成形体上载置 金属Si，在减压且还原气氛中进行煅烧，使金属Si含浸在所述干燥成形体的骨架中。
[0029] 发明效果
[0030] 在使用了具备高强度且高热导率的特性的Si-SiC之后，形成气孔率1 %以下的 骨架为三维网目状的结构，且骨架中的SiC的含有比率为35-70质量％、Si的含有比率为 25-60质量％，更优选SiC的含有比率为40-65质量％、Si的含有比率为30-55质量％，由 此可以实现为高强度且高热导率，耐热冲击性优异，且具备通气性，并且不会由于在高温条 件下使用而产生破裂或弯曲等变形的复合耐火物。

【专利附图】

【附图说明】
[0031] 图1 (a)是实施方式1的定位器的整体立体图。图1 (b)是实施方式1的定位器的 骨架放大图。
[0032] 图2是本实施方式的定位器的Si-SiC骨架的纵向方向截面及垂直截面中的组成 影像（使用日本电子股份有限公司（JE0L)制造的扫描电子显微镜JSM-5600进行拍摄）。
[0033] 图3是说明实施方式1的制造步骤的流程图。
[0034] 图4是说明实施方式1的制造步骤的图。
[0035] 图5是在经过聚氨酯形状的烧附步骤的聚氨酯发泡体的上表面载置金属Si的图。
[0036] 图6是说明实施方式1的制造步骤的流程图。
[0037] 图7 (a)是实施方式2的定位器的整体立体图。（b)是实施方式2的定位器的骨架 放大图。
[0038] 图8是实施方式2的定位器的垂直截面和水平截面的放大影像（使用日本电子股 份有限公司（JE0L)制造的扫描电子显微镜JSM-5600进行拍摄）。
[0039] 图9是说明实施方式3的制造步骤的流程图。
[0040] 图10(a)是实施方式3的定位器的整体立体图。（b)是实施方式3的定位器的骨 架放大图。

【具体实施方式】
[0041] 以下示出本发明的优选的实施方式。
[0042] (实施方式1 :单层、无压缩）
[0043] 如图1 (a)所示，本实施方式的复合耐火物是将Si-SiC烧结体作为基材的单层结 构的定位器。如图1(b)所示，定位器包含将骨架形成为三维网目状的结构。骨架的气孔率 为1%以下。
[0044] 在电子部件等的煅烧步骤中，定位器在与Si的熔点（1400°C左右）接近的1300°C 左右的高温下使用。因此，在所述骨架仅由Si构成时，有在高温的煅烧步骤中容易产生蠕 变变形的问题、或进行氧化而在表层容易产生Si0 2的问题、向炉内的氧气带入量多的问题 等。相对于此，在本发明中，通过由耐氧化性及耐热性高、而且高强度的复合SiC的Si-SiC 构成，而实现了避免这些问题。
[0045] 另外，在具备通气性的定位器中，为了通气性而形成的气孔部容易成为隔热层，在 使用热导率低的不锈钢或Ni等的金属丝网作为"具备通气性的定位器"时，存在以下问题： 在加热、冷却时容易在定位器中产生温度分布，并在定位器上载置的制品间产生温度不均， 而制品品质变得不稳定的问题；或者在高温的煅烧步骤中，容易产生因温度分布即热膨胀 差引起的定位器的弯曲变形的问题。相对于此，在本发明中，通过将热导性比不锈钢和Ni 等的金属丝网优异的Si-SiC烧结体形成为三维网目结构而构成"具备通气性的定位器"， 从而实现了避免这些问题。
[0046] 在本发明中，调整各成分量，以使骨架中的SiC的含有比率为35-70质量％、Si的 含有比率为25-60质量％。此处，化学成分可以通过JISR2011(含有碳及碳化硅的耐火物 的化学分析方法）进行测定。当骨架中的SiC的含有比率多于70质量％时，存在因在SiC 粒子间容易残存气孔而强度降低的问题，当SiC的含有比率少于35质量％时，存在因耐热 性降低而在高温的煅烧步骤中容易产生蠕变变形的问题。另外，当Si的含有比率多于60 质量％时，存在因耐热性降低而在高温的煅烧步骤中容易产生蠕变变形的问题，当Si的含 有比率少于25质量％时，存在因在SiC粒子间容易残存气孔而强度降低的问题。
[0047] 而且，当骨架中的Si含有比率多于55质量％时，Si氧化而在表层容易产生Si02， 当Si含有比率少于30质量％时，在SiC粒子间容易残存气孔，SiC氧化而在表层容易产生 Si02，任一种情况下，由于表层所产生的Si02，而均容易产生：因耐热冲击性及耐热性的降 低而引起破裂及弯曲变形、向炉中的氧气带入量增加、与被处理体反应等问题，因此从制品 的长寿命化的观点来看，更优选调整各成分量以使SiC的含有比率为40-65质量％、Si的 含有比率为30-55质量％。
[0048] 如此，在本发明中，调整弹性模量高的SiC(弹性模量：400Gpa左右）、及弹性模量 低的Si (弹性模量：100Gpa左右）以使SiC的含有比率为35-70质量％、Si的含有比率为 25-60质量％，更优选SiC的含有比率为40-65质量％、Si的含有比率为30-55质量％，而形 成骨架，由此谋求Si-SiC烧结体的弹性模量的降低。弹性率的降低会导致耐热冲击性（热 冲击破坏阻力系数V = σ (Ι-ν)λΛαΕ)，此处，〇 :强度、E:弹性模量）的提高，因此根 据所述构成，可以实现除了高强度且高热导率的特性外，还具备耐热冲击性优异的特性的 复合耐火物。
[0049] 在本实施方式中，旨在谋求Si-SiC烧结体的弹性模量的降低的另一种构成是采 用：构成所述三维网目结构的气孔与骨架的各自形状满足（气孔直径/骨架直径）的平均 值> 3的构成。通过满足（气孔直径/骨架直径）的平均值> 3,而可以同时实现制品强度 的维持和弹性率的降低。另外，定位器的气孔率优选设为50-98%。当气孔率为49%以下 时，无法获得充分的通气性，当气孔率为99%以上时，由于明显的强度降低而容易破损，因 此均不优选。
[0050] 如图1 (b)、图2所不，所述骨架由芯部1和面向气孔部2的表层部3构成。
[0051]

【权利要求】
1. 复合耐火物，其为以Si-SiC烧结体为基材的复合耐火物，其特征在于， 所述Si-SiC烧结体具有由气孔率为1%以下的骨架构成的三维网目状结构， 该骨架中的Sic的含有比率为35-70质量％，金属Si的含有比率为25-60质量％。
2. 权利要求1记载的复合耐火物，其特征在于，关于所述Si-SiC烧结体，该骨架中的 SiC的含有比率为40-65质量％，金属Si的含有比率为30-55质量％。
3. 权利要求1记载的复合耐火物，其特征在于，在所述三维网目结构中，构成该三维网 目结构的气孔与骨架的各自形状满足 (气孔直径/骨架直径）的平均值> 3。
4. 权利要求1记载的复合耐火物，其特征在于，所述骨架由以下构成：以金属Si为主 成分、残余部分含有C的芯部、以及以SiC为主成分、残余部分含有金属Si的表层部， 该芯部中的C含量为5-20质量％， 该表层部中的C含量为15-50质量％。
5. 权利要求1记载的复合耐火物，其特征在于，构成所述三维网目结构的骨架密度在 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. 权利要求1记载的复合耐火物，其特征在于，所述Si-SiC烧结体的气孔率为 50- 98%。
7. 权利要求1记载的复合耐火物，其特征在于，在所述基材的表层具有对被处理体具 备耐反应性的表面涂层。
8. 权利要求1记载的复合耐火物，其特征在于：在所述基材的表层，具有包含气孔率为 0. 1-2 %的Si-SiC烧结体的致密质层。
9. 权利要求1记载的复合耐火物，其特征在于，所述基材具有层叠气孔率不同的所述 51- SiC烧结体的结构。
10. 权利要求9记载的复合耐火物，其特征在于，在所述层叠结构中，最表层是气孔率 为0. 1-2 %的致密层。
11. 权利要求1记载的复合耐火物，其特征在于，在所述基材的边缘部，形成包含气孔 率为0. 1-2 %的致密层的框部。
12. 权利要求1记载的复合耐火物，其特征在于，具备由支撑所述基材的镍合金构成的 框部件。
13. 复合耐火物的制造方法，其为权利要求1记载的复合耐火物的制造方法，其特征在 于，具有： 成形步骤，在使SiC粉末分散于有机溶剂、接着添加凝胶化剂而得到的成形用浆料中， 浸渍具有包含三维网目结构的骨架的聚氨酯发泡体，并使浆料硬化； 干燥步骤，使所述成形步骤中得到的成形体干燥；和 煅烧步骤，在经过所述干燥步骤的干燥成形体上载置金属Si，在减压且还原气氛中进 行煅烧，使金属Si含浸在所述干燥成形体的骨架中。
【文档编号】C04B35/66GK104098339SQ201410128954
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2013年4月2日
【发明者】樋本伊织, 木下寿治 申请人:日本碍子株式会社, Ngk阿德列克株式会社