JPH11286002A - 濾過式成形型およびその型を用いたセラミックス焼結体の製造方法 - Google Patents
濾過式成形型およびその型を用いたセラミックス焼結体の製造方法Info
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- JPH11286002A JPH11286002A JP10244900A JP24490098A JPH11286002A JP H11286002 A JPH11286002 A JP H11286002A JP 10244900 A JP10244900 A JP 10244900A JP 24490098 A JP24490098 A JP 24490098A JP H11286002 A JPH11286002 A JP H11286002A
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Abstract
式成形型を提供し、スパッタリングゲートとして使用効
率の高い肉厚差を有するITO焼結体を製造する方法を
提供する。 【解決手段】 セラミックス原料スラリーから水分を減
圧排水して成形体を得るための非水溶性の材料からなる
濾過式成形型であって、1個以上の水抜き孔を有する成
形用下型と、この成形用下型の上に載置した通水性を有
するフィルターと、このフィルターをシールするための
シール材を介して上面側から挟持する成形用型枠からな
り、成形用下型、成形用型枠およびシール材、フィルタ
ーを各々分解できるように組立てられており、フィルタ
ー面側からのみスラリー中の水分を減圧排水する。成形
用下型のフィルター面側が、凹凸形状を有する。酸化イ
ンジウム粉、酸化錫粉、イオン交換水と有機添加剤から
なるスラリーを調製し、成形型に注入し、成形体を乾燥
後、焼成するITO焼結体の製造方法。
Description
体の成形に用いられる濾過式成形型、スパッタリング法
で使用される高純度スパッタリングターゲットおよびス
パッタリングターゲットとして使用するのに好適な使用
効率の高い肉厚差を有するセラミックス焼結体の製造方
法に関する。
漿鋳込み成形は、石膏などの吸水性のある多孔質の密閉
型にスラリーを加圧で注入し、型の全面あるいは2面か
ら吸水する方法(特公平6−659号公報)が一般的で
ある。しかし、成形型の全面あるいは2面から吸水した
場合、成形体の中心部が最後に着肉するので、密度ムラ
や組成ムラなどの欠陥が発生しやすい。
は、水溶性であるため成形体中へのカルシウムの混入は
防ぐことが出来ない。スパッタリングゲートようセラミ
ックス焼結体は、高純度であることが望ましくいが、こ
れにカルシウムが混入するとスパッタリングによって成
膜した薄膜の導電性、透明性、エッチング性に悪影響を
及ぼすことになる。
おいては、肉厚差のある成形体では成形密度が均一にな
りにくく、成形体に反りやクラックが発生しやすくな
る。また成形サイズの大型化に伴ない金型やプレス設備
が高価になるなどの特徴がある。
造において不純物の混入が少なく、内部欠陥がなく密度
ムラや組成ムラのない成形体や、肉厚差のある成形体を
得るための安価な濾過式成形型およびその成形型を用い
たセラミックス焼結体の製造法を提供することにある。
ムと酸化錫を含むスラリーを上記の濾過式成形型を用い
て成形し、得られた成形体を焼結して、高純度ITO焼
結体やスパッタリングゲートとして使用効率の高い肉厚
差を有するITO焼結体を製造する方法を提供すること
にある。
み用石膏型に替わる成形型として、非水溶性の材料から
なる濾過式成形型を用いて一方向の着肉を起こさせるこ
とにより、密度ムラや組成ムラがなく不純物の混入がな
い、高純度セラミックス焼結体が得られることを見い出
した。また、同時に、前記の成形型の構造では、成形用
下型にかかる負荷が小さいので、その材料として比較的
強度の小さいものを使用できるため、成形サイズの大型
化に対しても安価に成形型を提供できることを見い出し
た。さらに、成形用下型を凹凸形状に加工することによ
り肉厚差のある成形体が得られることを見い出した。
る。 (1) セラミックス原料スラリーから水分を減圧排水
して成形体を得るための非水溶性材料からなる濾過式成
形型であって、1個以上の水抜き孔を有する成形用下型
と、この成形用下型の上に載置した通水性を有するフィ
ルターと、このフィルターをシールするためのシール材
を介して上面側から挟持する成形用型枠からなり、前記
成形用下型、成形用型枠、シール材、およびフィルター
が各々分解できるように組立てられており、該フィルタ
ー面側からのみスラリー中の水分を減圧排水することを
特徴とする濾過式成形型。 (2) 成形用下型のフィルター面側が、凹凸形状を有
することを特徴とする前記(1)に記載の濾過式成形
型。 (3) セラミックス原料粉、イオン交換水と有機添加
剤からなるスラリーを調製し、このスラリーを請求項
(1)に記載の濾過式成形型に注入し、該フィルター面
側からのみスラリー中の水分を減圧排水して成形体を製
作し、得られたセラミックス成形体を乾燥脱脂後、焼成
することを特徴とする高純度セラミックス焼結体の製造
方法。 (4) セラミックス原料粉、イオン交換水と有機添加
剤からなるスラリーを調製し、このスラリーを請求項
(2)に記載の濾過式成形型に注入し、該フィルター面
側からのみスラリー中の水分を減圧排水して成形体を製
作し、得られたセラミックス成形体を乾燥脱脂後、焼成
することを特徴とする肉厚差を有するセラミックス焼結
体の製造方法。 (5) 酸化インジウム粉、酸化錫粉、イオン交換水お
よび有機添加剤からなるスラリーを前記(1)に記載の
濾過式成形型に注入し、フィルター面側からのみスラリ
ー中の水分を減圧排水して成形体を製作し、得られたI
TO成形体を乾燥脱脂後、焼成することを特徴とする高
純度ITO焼結体の製造方法。 (6) 酸化インジウム粉、酸化錫粉、イオン交換水お
よび有機添加剤からなるスラリーを調製し、このスラリ
ーを前記(2)に記載の濾過式成形型に注入し、フィル
ター面側からのみスラリー中の水分を減圧排水して成形
体を製作し、得られたITO成形体を乾燥脱脂後、焼成
することを特徴とする肉厚差を有するITO焼結体の製
造方法。
示すように、セラミックス原料スラリー1を成形用型枠
2内に上部より注入し、下部に配置されている1個以上
の水抜き孔6より減圧排水を行い成形体を得るものであ
る。
製あるいは樹脂(ポリプロピレン、ナイロン等)製の成
形用下型3に、スラリー1中のセラミックス粉が透過し
ない通水性を有するフィルター4(例えば、ゴアテック
ス湿式フィルタークロス、ジャパンゴアテックス株式会
社製)を載置した該成形用下型3と、シール材5を介し
てアルミ製の成形用型枠2を重ねた構造からなってい
る。
力は、フィルターと成形用下型間のみにかかるので比較
的強度の低い材料を成形用下型として使用できる。
焼結体の製造方法について説明する。セラミックス焼結
体の製造工程は図3に、ITO焼結体の製造工程は図4
に示す通りである。
で、1次粒子径や比表面積を調整することにより、スラ
リー化を容易にすることができる。ITO焼結体の場合
では、酸化インジウム粉と酸化錫粉は市販品を使用でき
る。ただし市販の酸化インジウム粉を予め仮焼などの処
理により粒成長させておくことが好ましい。酸化インジ
ウム粉の1次粒子径が不適当になると成形密度の低下や
密度ムラによる脱脂、焼結でのクラックや割れ、反りが
大きくなるので、0.1〜0.5μmの範囲とするのが
好ましい。
と有機添加剤(分散剤、バインダー、消泡剤)を加えて
ボールミル混合し、スラリーの調整を行う。ITO焼結
体の場合は、原料の酸化インジウム粉と酸化錫粉を予め
乾式ボールミルで混合、粉砕する。酸化錫の組成は5〜
10重量%が好ましい。この際、イオン交換水1〜5重
量%を加えておくと原料粉のポット壁への付着を減少さ
せ、混合を十分に行なえる効果が期待できる。ボールミ
ルのポットとしては、樹脂製ポットを使用するのが好ま
しい。またボールの材質は、比重が大きくて耐摩耗性に
優れたジルコニアが好ましい。乾式ボールミルは、凝集
粒子を解砕するとともに、粉の嵩密度を上げる効果があ
る。
換水を10〜25重量%、および有機添加剤(分散剤)
を添加し、樹脂製ポットにて混合を行って原料粉を分散
させる。分散剤としてはポリカルボン酸系分散剤が使用
でき、添加量は0.2〜1.0重量%が好ましい。
して混合を行いスラリーを得る。バインダーとしてはワ
ックス系バインダーが使用でき、添加量は0.3〜1.
0重量%が好ましい。スラリー粘度としては100cp
以下のスラリーを調製することが好ましい。スラリー粘
度が高いと脱気が困難になったり、容器やボールへの付
着によってスラリー回収率が低下する。最後に、スラリ
ーに有機添加剤(消泡剤)を添加して減圧脱気する。消
泡剤としては、アミド系消泡剤が使用でき、添加量は
0.01〜0.5重量%が好ましい。
下型面側を減圧し、スラリー中の水分をフィルター面側
から減圧排水することにより成形する。減圧は−700
mmHgより大きい方が好ましい。減圧には真空ポンプ
などを使用することができる。減圧排水時間は、成形体
の着肉終了から約30分後までがよい。減圧排水時間が
短いと、成形体の成形用型枠からの離型性が悪くなりク
ラックが発生することがある。また減圧排水時間が長す
ぎると、減圧排水中に成形用型枠から成形体が離型して
隙間から空気が吸引され、成形体の離型部分のみが急速
に乾燥しクラックが発生することがある。
い。成形体は離型時に10重量%程度の水分を含んでお
り、成形体の乾燥を乾燥器などを使用して急速に行う
と、乾燥ムラから成形体の反り、クラックが発生するこ
とがある。さらに、乾燥した成形体の脱脂を行う。成形
体の脱脂を行わないと焼成時に成形体に反りやクラッ
ク、割れが発生しやすくなる。脱脂は熱風循環式脱脂炉
等を使用して400〜600℃で加熱し、残留水分およ
びバインダーを除去することが好ましい。
を得る。ITO焼結体の場合は焼成温度は1400〜1
600℃が好ましい。焼成雰囲気は大気および酸素が使
用できるが、酸素雰囲気を用いることが高密度の焼結体
を得るためには好ましい。
利点を、表1に示す。本発明の成形型は従来の石膏型、
プレス金型に比べ、密度ムラや組成ムラがなく、不純物
混入もなく、また大型化するための費用も少なくてすむ
等の利点を有している。また、肉厚差を有する成形体を
成形するに際しても同様の利点がある。
に説明する。実施例1 市販のローソーダアルミナ粉15000g、イオン交換
水3450g、ポリカルボン酸系分散剤150g、ワッ
クス系バインダー150gと鉄芯入り樹脂ボールを樹脂
製ポットに入れ40時間ボールミル混合を行った。この
スラリーの濃度は83%で、平均粒子径は0.76μ
m、粘度は105cpだった。
0mm×1100mmの成形よう型枠がアルミニウム製
で成形用下型が樹脂製の本発明成形型に注入し、フィル
ター面側より減圧排水し成形体を得た。フィルターは、
ゴアテックス湿式フィルタークロス、ジャパンゴアテッ
クス株式会社製を用いた。このフィルターは織布または
フェルト上に多孔性の樹脂膜を片面側のみ付着させた構
造で形成されており、樹脂の裏面側は織布またはフェル
トからなり、通水空間を有し、多孔性の樹脂膜と下型と
の間には水が自由に移動できる通路が形成されている。
で行なった。脱脂後の成形体には密度ムラによる反りや
クラックは発生せず、寸法は1049mm×1099m
m×10.2mmで、密度は55%(2.19g/cm
3 )だった。スラリー濃度の定義は次の通りである。 スラリー濃度(%)=溶質重量/(溶質重量+溶媒重
量)×100
ルコニアボールを樹脂製ポットに入れ20時間ボールミ
ル混合を行った。次にイオン交換水233gとポリカル
ボン酸系分散剤2gを入れ1時間ボールミル混合した。
1時間後にワックス系バインダーを2.5g添加し、1
9時間ボールミル混合を行った。このスラリーの濃度は
83%、平均粒径は1.1μm、粘度は71cpだっ
た。
mφであること以外は実施例1と同様の材質、構造の成
形型に注入し、減圧−760mmHgで減圧排水し成形
体を得た。成形体を自然乾燥後、脱脂処理を600℃で
3時間行った。その後、酸素雰囲気にて1500℃で8
時間焼成し酸化錫焼結体を得た。焼結体に密度ムラによ
る反りやクラックは発生せず、密度は66.5%(4.
6g/cm3 )であった。また不純物としてカルシュウ
ムが混入しない高純度の焼結体が得られた。
ン交換水240gおよび直径5mmのジルコニアボール
を樹脂製ポットに入れ、20時間ボールミル混合を行っ
た。次に、イオン交換水1440gとポリカルボン酸系
分散剤56gを入れ1時間ボールミル混合した。1時間
後にワックス系バインダーを80g添加し19時間ボー
ルミル混合を行った。
を添加し減圧脱気を行った。このスラリーの濃度は83
%で、平均粒径は0.5μm、粘度は33cpだった。
このスラリーを成形サイズ300mm×700mmで成
形用下型がアルミニウム製であること以外は実施例1と
同様の構造成形型に注入し、減圧−760mmHgで減
圧排水し、成形体を得た。
3時間行った。その後、酸素雰囲気にて1550℃で8
時間焼成した。ITO焼結体には密度ムラによる反りや
クラックは発生しなかった。また、酸化錫の偏析がな
く、カルシウムの混入しない高純度ITO焼結体を得
た。ITO焼結体の寸法は、247mm×578mm×
7.3mmであり、密度は98.1%(7.01g/c
m3 )であった。
イオン交換水600gおよび直径5mmのジルコニアボ
ールを樹脂製ポットに入れ20時間ボールミル混合を行
った。次に、イオン交換水3592gとポリカルボン酸
系分散剤160gを入れ、1時間ボールミル混合した。
1時間後にワックス系バインダーを200g添加し、1
9時間ボールミル混合を行った。
圧脱気を行った。このスラリーの濃度は83%で、平均
粒径は0.5μm、粘度は40cpだった。このスラリ
ーを成形サイズ375mm×1270mm成形用下型が
アルミニウム製であること以外は実施例1と同様の構造
成形型に注入し、減圧−760mmHgで減圧排水し成
形体を得た。
3時間行った。その後、酸素雰囲気にて1550℃で8
時間焼成した。ITO焼結体には密度ムラによる反りや
クラックは発生しなかった。また、酸化錫の偏析がな
く、カルシウムの混入しない高純度ITO焼結体を得
た。ITO焼結体の寸法は、308mm×1046mm
×7.9mmであり、密度は98.8%(7.06g/
cm3 )であった。
交換水30gおよび直径5mmのジルコニアボールを樹
脂製ポットに入れ、20時間ボールミル混合を行った。
次に、イオン交換水178gとポリカルボン酸系分散剤
7.9gを入れ、1時間ボールミル混合した。1時間後
にワックス系バインダーを9.9g添加し、19時間ボ
ールミル混合を行った。
し減圧脱気を行った。このスラリーの濃度は83%で、
平均粒径は0.46μm、粘度は15cpだった。この
スラリーを成形サイズ190mmφで成形用下型がアル
ミニウム製であること以外は実施例1と同様の構造成形
型に注入し、減圧−760mmHgで減圧排水し成形体
を得た。
3時間行った。その後、酸素雰囲気にて1550℃で8
時間焼成した。ITO焼結体には密度ムラによる反りや
クラックは発生しなかった。また、酸化錫の偏析がな
く、カルシウムの混入しない高純度ITO焼結体を得
た。ITO焼結体の寸法は157mm×7.9mmであ
り、密度は99.5%(7.11g/cm3 )であっ
た。
換水24gおよび直径10mmのジルコニアボールを樹
脂製ポットに入れ、20時間ボールミル混合を行った。
次に、イオン交換水128gとポリカルボン酸系分散剤
6.4gを入れ、1時間ボールミル混合した。1時間後
にワックス系バインダーを8.0g添加し、19時間ボ
ールミル混合を行った。
し減圧脱気を行った。このスラリーの濃度は83%で、
平均粒径は0.53μm、粘度は28cpだった。この
スラリーを成形サイズ190mmφでフィルター面側に
同心円状の深さ5mm幅30mmの凹部加工であること
以外は実施例1と同様の構造の成形型に注入し、減圧−
710mmHgで減圧排水し成形体を得た。
3時間行った。その後、酸素雰囲気にて1550℃で8
時間焼成した。ITO焼結体には密度ムラによる反りや
クラックは発生しなかった。ITO焼結体の寸法は15
6.6mmφ×3.52(薄肉部)「6.56mm(厚
肉部)」であり、密度は99.3%(7.10g/cm
3 )だった。
コニアボールを樹脂製ポットに入れ20時間ボールミル
混合を行った。ポットから取り出した原料粉に濃度4重
量%のポリビニルアルコール水溶液を6.0重量%添加
して撹拌混合した。次に、この原料粉を圧力500kg
f/cm2 でプレス後粉砕して60メッシュ以下に整粒
した。この整粒粉を成形サイズ200×980の金型に
入れ圧力1000kgf/cm2 で成形した。
ックが発生した。成形体の寸法は201.0mm×98
2.0×9.26mmであり、密度は61.0%(4.
36g/cm3 )だった。
mmの石膏型に圧力1.0kg/cm2 で鋳込み、成形
体を得た。成形体を自然乾燥後、600℃で3時間脱脂
した。
間焼成しITO焼結体を得た。このときITO焼結体の
密度は97.2%(6.95g/cm3 )だった。IT
O焼結体内部の中央部分にはスジ状の欠陥が見られEP
MA分析により酸化錫の偏析が観察された。また、不純
物としてカルシウムが35ppm検出された。
ラリー中の水分を片側からのみ減圧排水する濾過方式で
成形体を製作するため着肉が一方向にのみ起こり、成形
体内部に密度ムラや組成ムラなど欠陥が発生しない。ま
た鋳込み用型材料からの不純物混入がなく高純度の成形
体が得られる。さらに、本発明の成形型を用いることに
より、肉厚差のある成形体を得ることができる。
成形サイズの大型化に伴い成形型材やプレス機などの設
備強度を上げる必要があり設備費が高価になるが、本発
明の成形型では減圧排水時にかかる圧力はフィルターと
成形用下型間のみにかかるので、比較的強度の低い材料
を成形用下型として使用でき、成形サイズが大型化して
も材料費は安価にできる。
造を示す説明図である。
の構造を示す説明図である。
焼結体の製造工程を示す説明図である。
の製造工程を示す説明図である。
Claims (6)
- 【請求項1】セラミックス原料スラリーから水分を減圧
排水してセラミックス成形体を得るための非水溶性材料
からなる濾過式成形型であって、1個以上の水抜き孔を
有する成形用下型と、この成形用下型の上に載置した通
水性を有するフィルターと、このフィルターをシールす
るためのシール材を介して上面側から挟持する成形用型
枠からなり、前記成形用下型、成形用型枠、シール材、
およびフィルターが各々分解できるように組立てられて
おり、該フィルター面側からのみスラリー中の水分を減
圧排水することを特徴とする濾過式成形型。 - 【請求項2】成形用下型のフィルター面側が、凹凸形状
を有することを特徴とする請求項1に記載の濾過式成形
型。 - 【請求項3】セラミックス原料粉、イオン交換水と有機
添加剤からなるスラリーを調製し、このスラリーを請求
項1に記載の濾過式成形型に注入し、該フィルター面側
からのみスラリー中の水分を減圧排水して成形体を製作
し、得られたセラミックス成形体を乾燥脱脂後、焼成す
ることを特徴とする高純度セラミックス焼結体の製造方
法。 - 【請求項4】セラミックス原料粉、イオン交換水と有機
添加剤からなるスラリーを調製し、このスラリーを請求
項2に記載の濾過式成形型に注入し、該フィルター面側
からのみスラリー中の水分を減圧排水して成形体を製作
し、得られたセラミックス成形体を乾燥脱脂後、焼成す
ることを特徴とする肉厚差を有するセラミックス焼結体
の製造方法。 - 【請求項5】酸化インジウム粉、酸化錫粉、イオン交換
水および有機添加剤からなるスラリーを調製し、このス
ラリーを請求項1に記載の濾過式成形型に注入し、フィ
ルター面側からのみスラリー中の水分を減圧排水して成
形体を製作し、得られたITO成形体を乾燥脱脂後、焼
成することを特徴とする高純度ITO焼結体の製造方
法。 - 【請求項6】酸化インジウム粉、酸化錫粉、イオン交換
水および有機添加剤からなるスラリーを調製し、このス
ラリーを請求項2に記載の濾過式成形型に注入し、フィ
ルター面側からのみスラリー中の水分を減圧排水して成
形体を製作し、得られたITO成形体を乾燥脱脂後、焼
成することを特徴とする肉厚差を有するITO焼結体の
製造方法。
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