JPS5918167A - Manufacture of sintered body thin sheet - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセラミック焼結体薄板の製造方法に関、するも
のであり、そりが少なく、かつ平滑な薄板を量産性良く
、安全かつ無公害で製造するだめの方法を提供すること
を目的とする。[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic sintered thin plate, and provides a method for manufacturing a smooth thin plate with less warpage in a safe and non-polluting manner with good mass production. The purpose is to provide.

最近セラミックの応用分野は多岐にわたり、高密度化、
小型化が急速に進んできた。従来、用途に応じた所定形
状のセラミック素子の供給は、焼結体もしくは単結晶の
インゴットを切断、研磨。Recently, the application fields of ceramics are wide-ranging, including high density,
Miniaturization has progressed rapidly. Traditionally, ceramic elements in a predetermined shape depending on the application were supplied by cutting and polishing a sintered body or single crystal ingot.

加工することによりなされてきだが、加工歪による電気
的特性の劣化、さらには加工費用が高価であるという問
題があった。このため、工程の簡略化や量産性の向上な
どの必要性から、焼成と同時に所望形状の素子が安価に
供給されることが強く望まれている。まだ作業環境の面
からは、人体に有害となる作業工程は極力さけなければ
ならない。This has been achieved by machining, but there have been problems such as deterioration of electrical characteristics due to machining distortion and high machining costs. Therefore, due to the need to simplify the process and improve mass productivity, it is strongly desired that elements having a desired shape can be supplied at low cost at the same time as firing. In terms of the working environment, work processes that are harmful to the human body must be avoided as much as possible.

焼結体薄板の製造方法としては、一般にセラミツク素材
を結合物質とともに混練し成形して一定厚みの生シート
を作成し、用途に応じた所定形状に打ち抜き、これを焼
成するという方法が知られている。さらにその量産性を
高めるために、これら打ち抜かれた生シートはそのセラ
ミｙり素材と高温焼成時に反応しにくい他の無機素材の
微粉末（以下敷き粉と言う）をその表面に付着し、数枚
積み重ねて焼成することが一般的に用いられている。A generally known method for manufacturing sintered thin sheets is to knead ceramic material with a binding substance and form it into a green sheet of a certain thickness, punch it into a predetermined shape according to the intended use, and then fire it. There is. Furthermore, in order to increase mass production, these punched raw sheets are coated with fine powder (hereinafter referred to as "padding powder") of other inorganic materials that do not easily react with the ceramic material during high-temperature firing, and It is generally used to stack the sheets and fire them.

この敷き粉の付着法には、打ち抜かれた生シートをなら
べて篩いを用いて敷き粉を均一に付着させる篩い法、生
シートに静電気を帯電させて敷き粉を付着させる静電気
法等種々あるが、いずれにしても敷き粉を粉体のまま扱
かうのでどうしても敷き粉の付着状態にむらが生じやす
く、焼結体のそりやへこみは避けがたいものであった。There are various methods for attaching the bedding powder, such as the sieving method in which punched raw sheets are lined up and a sieve is used to uniformly adhere the bedding powder, and the electrostatic method in which the raw sheets are charged with static electricity to adhere the bedding powder. In any case, since the bedding powder is handled as a powder, uneven adhesion of the bedding powder tends to occur, and warping and denting of the sintered body are unavoidable.

また敷き粉の付着の工程は、言うまでもなく粉じんの取
り扱かい作業であるため、作業者の健康管理上多くの問
題をもつ工程であり、改良が強く望まれていた。Furthermore, since the process of applying dust is, needless to say, a process involving the handling of dust, it is a process that poses many problems in terms of health management for workers, and improvements have been strongly desired.

本発明はこのような点に鑑みて成されたもので、セラミ
ック素材と高温焼成時において反応しない無機材料微粉
末を溶媒に添加した懸濁液をセラミック生シート上に塗
布し、しかる後この亜シートを積み重ねて焼成すること
により、平滑なセラミック薄板を歩留り良く、しかも粉
じんの発生しない無公害の作業工程によって製造するこ
とを可能としたものである。The present invention has been made in view of these points, and involves coating a green ceramic sheet with a suspension containing a fine inorganic material powder that does not react with the ceramic material during high-temperature firing. By stacking and firing the sheets, it is possible to manufacture smooth ceramic thin plates with a high yield through a non-polluting work process that does not generate dust.

以下本発明の実施例について述べる。　　　　　　′（
実施例１） 粒子サイズが約１μｍでＰｂＴｉＯ３／ＰｂＺｒ０３＝
４６Ａ４の組成比をもツＰｂ　（Ｔｉ　、　Ｚｒ　）　
０３　系の仮焼原料に、有機結合剤として２．Ｏｗｔ％
のポリビニルブチラールを、可塑剤として２．０　ｗｔ
％のジブチルフタレートを、溶媒として仮焼原料に対し
て２５ｗｔ％のエチルアルコールをそれぞれ加え、ボー
ルミルにて２４時間混合して泥漿を作成した。Examples of the present invention will be described below. ′(
Example 1) The particle size is about 1 μm and PbTiO3/PbZr03=
The composition ratio of 46A4 is Pb (Ti, Zr)
2.03 as an organic binder to the calcined raw material. Owt%
of polyvinyl butyral as a plasticizer at 2.0 wt.
% of dibutyl phthalate and 25 wt % of ethyl alcohol based on the calcined raw material were added as a solvent and mixed in a ball mill for 24 hours to prepare a slurry.

この泥漿をポリエステルフィルム上に流し、ドクターブ
レード法にてシート状に成形し、自然乾燥して生シート
を作成した。このとき生シートの厚みは２５０μｍであ
った。This slurry was poured onto a polyester film, formed into a sheet using a doctor blade method, and air-dried to produce a green sheet. At this time, the thickness of the green sheet was 250 μm.

次に、トルエンを溶媒として、粒子サイズ２０μｍ程度
に調整された酸化ジルコニウムを溶媒に対して１０ｗｔ
％加えよく攪拌して懸濁液を作成し、前記生シート上に
塗布し乾燥して敷き粉付き生シートを作成した。次に、
この敷き粉付き生シートを打ち抜き成形機を用いて直径
４０ＭＭの円板状に打ち抜き、８枚を積み重ねて焼成用
試料を準備した。このときの８枚合計の厚さをダイヤル
ゲージを用いて測定した。次に、比較のだめに前記生シ
ート（敷き粉の付着していないもの）を直径４０朋の円
板状に打ち抜き、４００　ｍｅｓｈの０１６いを用いて
酸化ジルコニウム粉末を付着させた。その後余分な酸化
ジルコニウム粉末をはらい、８枚を積みかさねて焼成用
試料を準備した。このときの８枚合計の厚さをダイヤル
ゲージを用いて測定した。この篩い法による焼成用試料
の厚さと前記の懸濁液法による焼成用試料の厚さの分布
を第１図に示した。同図において１は本発明による焼成
用試料群、２け従来の篩い法による焼成用試料群の値で
ある。Next, using toluene as a solvent, 10wt of zirconium oxide adjusted to a particle size of about 20μm was added to the solvent.
% and stirred thoroughly to create a suspension, which was applied onto the raw sheet and dried to create a raw sheet with powder. next,
This flour-coated raw sheet was punched out into a disk shape with a diameter of 40 mm using a punching machine, and 8 sheets were stacked to prepare a sample for firing. At this time, the total thickness of the eight sheets was measured using a dial gauge. Next, for comparison purposes, the raw sheet (to which no bedding powder was attached) was punched out into a disk shape with a diameter of 40 mm, and zirconium oxide powder was attached using a 400 mesh 016 hole. Thereafter, excess zirconium oxide powder was removed, and eight sheets were piled up to prepare a sample for firing. At this time, the total thickness of the eight sheets was measured using a dial gauge. FIG. 1 shows the thickness distribution of the firing sample obtained by this sieving method and the thickness distribution of the firing sample obtained by the suspension method. In the figure, 1 is the value of the firing sample group according to the present invention, and 2 is the value of the firing sample group using the conventional sieving method.

第１図より明らかなように、従来法である篩い法により
敷き粉を付着させた焼成用試料の厚さと比べて、本発明
の懸濁液法により敷き粉を付着させた焼成用試料のほう
が均一にしかも薄く伺着している。As is clear from Figure 1, compared to the thickness of the firing sample to which bedding powder was attached using the conventional sieving method, the thickness of the firing sample to which bedding powder was attached using the suspension method of the present invention is thicker. It is applied evenly and thinly.

次に、前記２種類の焼成用試料を加圧雰囲気の制御が可
能な電気炉内に設置し、まず予備焼成して有機成分を除
去した後、炉内を２　ｋｇ／　ｃｉｔの加圧空気雰囲気
に調整し、２００’ｃ／ｈの昇温スピードで１３００’
Ｃまで上昇し、最高温度において２時間焼成し、その後
２００’ｃ／ｈの降温スピードで室温捷で冷却した。こ
の焼結体シートは両者とも１５〜２０％の収縮率を示し
た。Next, the two types of samples for firing were placed in an electric furnace where the pressurized atmosphere could be controlled, and after pre-calcining to remove organic components, the inside of the furnace was placed in a pressurized air atmosphere of 2 kg/cit. Adjust to 1300' at a heating speed of 200'c/h.
The temperature was raised to C and fired at the highest temperature for 2 hours, and then cooled at room temperature at a cooling rate of 200'c/h. Both of these sintered sheets showed a shrinkage rate of 15 to 20%.

次に、両者の試料を一枚づつはがし、超音波洗浄によっ
て敷き紛を洗い流したのち、各焼結体薄板の反り率を測
定した。々お、反り率（Ｃ）は次式で定義した。Next, both samples were peeled off one by one, and the dust was washed away by ultrasonic cleaning, and then the warpage rate of each sintered thin plate was measured. The warpage rate (C) was defined by the following formula.

ｔｏ　−ｔｃ ｃ＝　　　　　　　ｘｌｏｏ（％） ｔに こで、１Ｇ　は焼結体シート厚みＩ　　ｔｏは焼結体シ
ートの反りをも含む厚みを示す。to −tcc=xloo(%) where 1G is the thickness of the sintered sheet Ito represents the thickness including the warp of the sintered sheet.

第２図に厚さの分布を示す。図中１は本発明の、また２
は従来法による焼結体薄板の結果である。Figure 2 shows the thickness distribution. In the figure, 1 is of the present invention, and 2 is of the present invention.
is the result of a sintered thin plate made by the conventional method.

図より明らかなように、懸濁液法により敷き紛を付着さ
せた焼結体薄板のほうが、従来法である篩い法によるそ
れよりもはるかにそりが少なく、優れた焼結体薄板を得
ることが出来る。さらに本発明の懸濁液法による焼結体
薄板は重ね焼きしても焼結体どうしの反応がなく、従来
法において発生していた重ね焼きした薄板をはがす際の
割れ不良もなくなる。これは敷き粉が従来法よりも均一
に付着されているだめであると考えられる。As is clear from the figure, the sintered thin plate to which the bedding particles are attached using the suspension method has much less warpage than that obtained using the conventional sieving method, making it possible to obtain an excellent sintered thin plate. I can do it. Furthermore, the sintered thin plates produced by the suspension method of the present invention do not react with each other even when they are fired in layers, and the cracking defects that occur in the conventional method when peeling off the thin plates that have been layered are also eliminated. This is thought to be because the bedding powder is more uniformly attached than in the conventional method.

（実施例２） アルミナ（Ａ１２Ｃ’ｓ）を主成分とし、添加物として
５ｉ０２．　ＭｇＯ，ＣａＯを１〜１Ｑｗｔ％含むアル
ミナ無機材料組成物に、有機バインダと、溶媒としてメ
チルアルコールとを混練したスリップを用いて、ドクタ
ーブレード法にてアルミナ生シートを作成した。その時
の生シートの厚みは３００μｍてあった。(Example 2) Alumina (A12C's) is the main component, and 5i02. An alumina raw sheet was prepared by a doctor blade method using a slip obtained by kneading an alumina inorganic material composition containing 1 to 1 Qwt% of MgO and CaO, an organic binder, and methyl alcohol as a solvent. The thickness of the green sheet at that time was 300 μm.

２０μｍ程度に調整された酸化ジルコニウムをこの溶媒
に対して１０ｗｔ％加えよく攪拌して懸濁液を作成し、
前記生シート上に塗布し、乾燥して敷き粉付き生シート
を作成した。次に、この７−　　　トを打ち抜き成型機
を用いて一片が４０ｍｍの正方仮状に打ち抜き、８枚を
積み重ねて焼成用試料を舅備した。次に、比較のために
前記生シート（敷き粉の付着していないもの）を−片４
０關の正方板状に打ち抜き、４００　ｍｅｓｈの篩いを
用いて酸化ジルコニウムの粉末を付着させた。その後余
分な酸化ジルコニウムをはらい、８枚を積み重ねて焼成
用試料を準備した。Add 10 wt% of zirconium oxide adjusted to about 20 μm to this solvent and stir well to create a suspension.
It was applied onto the raw sheet and dried to create a raw sheet with a dusting powder. Next, this 7-sheet was punched out into a square shape of 40 mm each using a punching machine, and 8 sheets were stacked to prepare a sample for firing. Next, for comparison, we took the raw sheet (to which no bedding powder was attached) - piece 4.
It was punched out into a square plate shape with 0 dimensions, and zirconium oxide powder was attached using a 400 mesh sieve. Thereafter, excess zirconium oxide was removed and eight sheets were stacked to prepare a sample for firing.

次に、前記２種類の焼成用試料を１６００°Ｃて２時間
焼成したのち、各焼結体薄板の反り率を測定した。反り
率（Ｑ）については実施例１で示したものと同様の評価
をした。第３図に厚さの分布を示す。図中１は本発明の
、また２は従来法による焼結体薄板の結果である。Next, the two types of firing samples were fired at 1600°C for 2 hours, and then the warpage rate of each sintered thin plate was measured. The warpage rate (Q) was evaluated in the same manner as in Example 1. Figure 3 shows the thickness distribution. In the figure, 1 is the result of the present invention, and 2 is the result of the conventional method.

図より明らかなように、懸濁液法で得た焼結体薄板のほ
うが、従来法である篩い法によるそれよりもそりの少な
いすぐれた焼結体シートが得られる。As is clear from the figure, the sintered sheet obtained by the suspension method is superior to the sintered sheet with less warpage than that obtained by the conventional sieving method.

一以上説明したように、本発明の懸濁液法による敷き粉
の付着法は、従来より一般に行なわれている篩い法や静
電気法等による乾式の敷き粉の付着法に比較して高均一
な敷き粉層が形成できるため、従来の製造方法において
は得られなかったそりの少い薄板セラミックを製造する
ことが可能となる。As explained above, the method of adhering bedding powder using the suspension method of the present invention is more uniform than the dry method of adhering bedding powder using the conventional sieving method or electrostatic method. Since a powder layer can be formed, it is possible to produce thin ceramic sheets with less warpage, which was not possible with conventional production methods.

また、本発明の方法においては敷き粉の付着工程での粉
じんの問題も同時に解決され、人体に対して無害で、か
つ大量生産が可能となるため、高品質のセラミック焼結
体薄板を提供する上で極めて有用なものである。In addition, the method of the present invention simultaneously solves the problem of dust in the dusting process, is harmless to the human body, and can be mass-produced, thereby providing a high-quality ceramic sintered thin plate. This is extremely useful.

なお、上記各実施例ではセラミック薄板として鉛を含む
圧電材料薄板とアルミナ薄板を、また敷き粉として酸化
ジルコニウムを用いたものについて説明したが、他のセ
ラミック薄板の作成においてもその主たるセラミック原
料と懸濁液中に添加する無機材料が焼成温度において反
応しないものの組合せであれば本発明が有効であること
は言うまでもない。さらにその溶媒についてもトルエン
に限るものではなく、生ノートに悪影響をおよほさない
ものであればよい。In each of the above embodiments, a piezoelectric material thin plate containing lead and an alumina thin plate were used as the ceramic thin plate, and zirconium oxide was used as the bedding powder. It goes without saying that the present invention is effective as long as the inorganic materials added to the suspension are a combination of materials that do not react at the firing temperature. Further, the solvent is not limited to toluene, and any solvent may be used as long as it does not adversely affect the raw notes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は懸濁液法および乾式篩い法による敷き粉の付着
法で作成した生シートの積み重ねによる厚みの分布を示
す比較図、第２図は本発明の第１の実施例における敷き
粉付着法の違いによる焼結体薄板の反り率の比較図、第
３図は本発明の第２の実施例における敷き粉付着法の違
いによる焼結体薄板の反り率の比較図である。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名＠１
図 厚ご（〃ｍ） 第２図 ヌリ季Ｃ（沖Fig. 1 is a comparative diagram showing the thickness distribution of stacked raw sheets prepared by the suspension method and the dry sieving method, and Fig. 2 shows the adhesion of bedding powder in the first embodiment of the present invention. A comparison diagram of the warpage rate of the sintered thin plate depending on the method. FIG. 3 is a comparison diagram of the warpage rate of the sintered body thin plate depending on the difference in the powder adhesion method in the second embodiment of the present invention. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person @1
Figure Atsushigo (〃m) Figure 2 Nuriki C (offshore)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）セラミック素材と有機結合材、可塑剤、溶媒を含
む生シート上に、前記士ラミック素材と高温焼成時にお
いて反応しない無機材料微粉末を溶媒に添加した懸濁液
を前記セラミック生シート上に均一に塗布し、乾燥した
のち、所定の形状に打ち抜き、しかる後、前記焼成用生
シートを複数板積み重ねて焼成することを特徴とする焼
結体薄板の製造方法。(1) On a green sheet containing a ceramic material, an organic binder, a plasticizer, and a solvent, a suspension containing a fine powder of an inorganic material that does not react with the ceramic material during high-temperature firing is added to the solvent. 1. A method for producing a sintered thin plate, which comprises uniformly coating the sheet, drying it, punching it into a predetermined shape, and then stacking a plurality of the raw sheets for firing and firing them. （２）酸化鉛を含む圧電体セラミック素材と、有機結合
剤、可塑剤、溶媒を含む生シート上に、酸化ジルコニウ
ム微粉末を溶媒に添加した懸濁液を塗布することを特徴
とする特許請求の範囲第（１）項記載の焼結体薄板の製
造方法。(2) A patent claim characterized in that a suspension of fine zirconium oxide powder added to a solvent is applied onto a raw sheet containing a piezoelectric ceramic material containing lead oxide, an organic binder, a plasticizer, and a solvent. A method for producing a sintered thin plate according to item (1). （３）アルミナを主成分とするアルミナ基板用セラミッ
ク素材と有機結合剤、可塑材、溶媒を含む生シート上に
、酸化ジルコニウム微粉末を溶媒に添加した懸濁液を塗
布することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
の焼結体薄板の製造方法。(3) A suspension of fine zirconium oxide powder added to a solvent is applied onto a green sheet containing a ceramic material for an alumina substrate containing alumina as a main component, an organic binder, a plasticizer, and a solvent. A method for manufacturing a sintered thin plate according to claim (1).