專利名稱：碳化硅材質(zhì)熱處理用工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱處理用工具，該工具用于在等離子顯示板用玻璃基板之類的表面形成具有一定功能的薄膜的玻璃材料板進(jìn)行熱處理時放置該玻璃材料板用。
PDP的制造過程大致如下在稱為前玻璃、后玻璃的大型玻璃基板的表面上，通過將印刷、干燥、燒成工序重復(fù)數(shù)次的厚膜法，依次形成具有電極、電感、熒光體等一定功能的膜，最終將前玻璃和后玻璃封死。
在這種PDP用玻璃基板之類的表面上形成具有一定功能的膜的玻璃材質(zhì)板，為了制膜，除去玻璃的變形、將前后玻璃封固等均需在500-900℃進(jìn)行熱處理，然而在進(jìn)行這些熱處理時，必須使用為承載該玻璃材質(zhì)板并在熱處理爐內(nèi)運送的被稱為給定裝置的熱處理用工具。至今，作為這樣的熱處理用工具，通常使用氧化鋁材質(zhì)或晶體玻璃材質(zhì)制成。
另外，晶體玻璃材質(zhì)的熱處理用工具，雖因熱膨脹系數(shù)小到-0.4×10-6/℃而難于產(chǎn)生工具本身的翹曲，但因用于上述PDP用玻璃基板之類的FPD的玻璃材質(zhì)板具有約8×10-6/℃這樣大的熱膨脹系數(shù)，由于兩者的熱膨脹系數(shù)之差太大在熱處理中產(chǎn)生摩擦，如果不充分地進(jìn)行均熱，就會在熱處理爐的前進(jìn)方向上出現(xiàn)玻璃材質(zhì)板產(chǎn)生梯形變形這樣的問題。再有，晶體玻璃材質(zhì)的熱處理工具因其熱傳導(dǎo)率低到約1W/mk，為了對承載在該工具上的玻璃材質(zhì)板進(jìn)行均熱處理，就必須有充足的升溫及冷卻的時間，其效率極低。
另外，晶體玻璃材質(zhì)的熱處理用工具，其表觀氣孔率幾近于零，當(dāng)承載用于前述PDP用玻璃基板之類的FPD的玻璃材質(zhì)板時，為了決定玻璃材質(zhì)板在工具上的滑動位置需要時間，同時在熱處理后，當(dāng)將玻璃材質(zhì)板由晶體玻璃材質(zhì)的熱處理用工具上取下之際，由于吸附作用作業(yè)難于進(jìn)行。為了解決這個問題，有必要在熱處理用工具上例如事先開出供流入空氣的小孔。隨著玻璃材質(zhì)板的大型化，這個問題也成了更大的問題。
鑒于如上所述的現(xiàn)有狀況，本發(fā)明的目的就在于提供一種熱處理用工具。它具有適當(dāng)?shù)臒崤蛎浵禂?shù)，使其在對42-60英寸左右的大型玻璃材質(zhì)板進(jìn)行熱處理時，能夠抑制工具本身長期使用后的翹曲以及由于熱處理過程中的摩擦產(chǎn)生的玻璃材質(zhì)板的變形；同時具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性，從而能以較短的時間高效地進(jìn)行玻璃材質(zhì)板的均勻熱處理；再則改善玻璃材質(zhì)板的裝載以及卸下時的操作性能。
本發(fā)明提供的第一種熱處理用工具是SiC材質(zhì)的熱處理用工具，它是在對其表面形成具有一定功能的膜的玻璃材質(zhì)板進(jìn)行熱處理時用于承載該玻璃材質(zhì)板的熱處理工具，其特征是所含由SiC組成的相在50重量％以上，熱傳導(dǎo)率在10W/mk以上，表觀氣孔率為0.2-25％，熱膨脹系數(shù)為3.8×10-6/℃-5.5×10-6/℃。
另外，本發(fā)明提供的第二種熱處理用工具是SiC材質(zhì)熱處理用工具，它是在對其表面形成具有一定功能的膜的玻璃材質(zhì)板進(jìn)行熱處理時，用于承載該玻璃材質(zhì)板的熱處理工具，其特征是含有粒徑在3.5mm以下的SiC粒子50重量％以上，熱傳導(dǎo)率為10W/mk以上，表觀氣孔率為0.2-25％，熱膨脹系數(shù)為3.8×10-6/℃-5.5×10-6/℃。
再有，本發(fā)明提供的第三種熱處理用工具是SiC材質(zhì)熱處理用工具，它是在對其表面形成具有一定功能的膜的玻璃材質(zhì)板進(jìn)行熱處理時，用于承載該玻璃材質(zhì)板的熱處理工具，其特征是含有由SiC組成的相在50重量％以上，熱傳導(dǎo)率為10W/mk以上，表觀氣孔率為3-25％，熱膨脹系數(shù)為3.8×10-6/℃-5.5×10-6/℃。
進(jìn)一步，本發(fā)明提供的第四種熱處理用工具是SiC材質(zhì)熱處理用工具，它是在對其表觀形成具有一定功能的膜的玻璃材質(zhì)板進(jìn)行熱處理時，用于承載該玻璃材質(zhì)板的熱處理工具，含有粒經(jīng)在3.5mm以下的SiC粒子50％以上，熱傳導(dǎo)率為10W/mk以上，表觀氣孔率為3-25％，熱膨脹系數(shù)3.8×10-6/℃-5.5×10-6/℃。發(fā)明的實施方式有關(guān)本發(fā)明的上述第一種—第四種熱處理用工具，通過將熱膨脹系數(shù)控制在5.5×10-6/℃以下，能夠抑制由于熱處理時的加熱、冷卻產(chǎn)生的工具本身長時間形成的翹曲。另外，通過將熱膨脹系數(shù)控制在3.8×10-6/℃以上，同過去使用的晶體玻璃材質(zhì)的工具相比，同用于FPD的玻璃材質(zhì)板的熱膨脹之差減小，因此，源于該玻璃材質(zhì)板和工具之間的熱膨脹之差而在熱處理中形成的摩擦也減小，可以抑制玻璃材質(zhì)板呈梯形狀的變形。再有，通過將熱傳導(dǎo)率控制在10W/mk以上，由于工具本身均勻加熱變得容易，可以縮短對玻璃材質(zhì)板進(jìn)行均勻熱處理的升溫時間及冷卻時間，從而提高了生產(chǎn)效率。
另外，通過將第一種和第二種熱處理用工具的表觀氣孔率控制在0.2-25％，而將第三種和第四種的熱處理用工具的表觀氣孔率控制在3-25％，可以提高前述的作用效果，即可以將裝載玻璃材質(zhì)板時的空氣由氣孔迅速地排出以極快地確定位置，同時在將玻璃材質(zhì)板卸下之際，由于可由氣孔供給空氣而使拆卸變得容易。再有，通過將第三種及第四種熱處理用工具的表觀氣孔率控制在3-25％，由于可減少在磨削加工時磨具法向方向的磨削阻力，其結(jié)果可縮短加工時間，從而可提高其生產(chǎn)率。
第一種及第三種熱處理工具含有由SiC組成的相50重量％以上，這樣通過將SiC作為主要結(jié)構(gòu)成分，可得到如上所述的在玻璃材質(zhì)板熱處理時具有合適的熱膨脹系數(shù)和熱傳導(dǎo)率的熱處理工具。由SiC組成的相，是由網(wǎng)目狀構(gòu)成的連續(xù)的多孔狀結(jié)構(gòu)，它既可以是由SiC粒子本身經(jīng)再結(jié)品反應(yīng)而成為自己結(jié)合的狀態(tài)，也可以是通過C和Si的反應(yīng)而構(gòu)成的SiC相。
再則，作為SiC以外的結(jié)構(gòu)成分，最好含有作為付相的金屬Si。由于含有作為付相的Si，可以用金屬Si來充填氣孔以改善熱傳導(dǎo)率。另外，通過控制金屬Si向氣孔的充填量，可以將表觀氣孔率控制在規(guī)定值。
第二種及第四種的熱處理用工具是含有粒徑在3.5mm以下的SiC粒子50重量％以上，由于將同上述第一種及第三種熱處理用工具同樣的SiC作為主要結(jié)構(gòu)成分，可以得到在玻璃材質(zhì)板熱處理時具有適合的熱膨脹系數(shù)和熱傳導(dǎo)率的熱處理工具。另外，由于使用粒徑在3.5mm以下的SiC粒子，可維持燒結(jié)體的強度，可制造壁厚標(biāo)準(zhǔn)的薄到4-7mm的熱處理用工具。
前述SiC粒子也可以作成使用由氧化物、氮化物、氮氧化物或者金屬硅組成的副相使SiC粒子間結(jié)合的狀態(tài)。例如，作為副相，含有SiO2材料者以及含有Si3N4材料及Si2ON2材料者在制造時，同上述第一種或第三種熱處理用工具的通過SiC粒子本身的再結(jié)晶反應(yīng)而成為自身結(jié)合狀態(tài)者或者由金屬硅同C反應(yīng)構(gòu)成者相比較，可以在低溫下形成SiC粒子間相互結(jié)合，有利于提高成品率，降低成本。
另外，在前述第一種及第三種熱處理用工具中通過含有作為副相的SiO2材料以及Si3N4材料及Si2ON2材料并控制該SiO2材料相的含量以及Si3N4材料及Si2ON2材料相的含量，可以用副相來堵塞氣孔而使其達(dá)到設(shè)計值，從而可實現(xiàn)表觀氣孔率的控制。
SiC粒子相互之間通過再結(jié)晶反應(yīng)而自身結(jié)合的熱處理用工具，可以通過例如將SiC粉末成形為給定的工具形狀，將所得到的成形體在氬氣等惰性保護(hù)氣體中于2000--2400℃的高溫下燒結(jié)制造。即，若在這樣高的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，SiC成分將由SiC粒子表面蒸發(fā)，這樣，由于在顆粒間的接觸部(頸部)進(jìn)行再結(jié)晶，可以使該頸部長大而成結(jié)合狀態(tài)。
含有作為副相的SiO2材料的熱處理用工具，可以通過以下方法制造，即例如根據(jù)需要將添加劑同作為SiO2來源的粘土等添加到SiC粉末中并混合，然后將混合得到的成形原料成形為給定的工具形狀，再將所得到的成形體于大氣中在1300-1500℃的溫度下燒結(jié)而成。
另外，含有作為副相的Si3N4材料及Si2ON2材料的熱處理用工具，可以通過如下方方法制造，即例如根據(jù)需要將各種助劑同Si添加到SiC粉末中并混合，然后將混合得到的成形原料成形為給定的工具形狀，再將所得到的成形體在N2保護(hù)氣體中于1300--1500℃的溫度下燒結(jié)而成。即成形體中的Si的大部分被氮化而成Si3N4的同時，其一部分被含在成形體中的氧生成Si2ON2，并通過這些副相將作為骨架的SiC粒子結(jié)合在一起。
含有作為副相的金屬Si的熱處理用工具可以通過如下方法制造，即例如將SiC粉末成形為給定的工具形狀，然后將所得到的成形體在金屬Si存在的條件下，于負(fù)壓的惰性氣體保護(hù)下或者真空中，在1450--1800℃的溫度下一邊浸滲金屬Si，一邊燒結(jié)而成。在燒結(jié)中熔化而浸滲到成形體中的金屬Si填充到氣孔中，從而在將作為骨架的SiC粒子結(jié)合的同時，使成形體致密化。另外，可以通過控制金屬Si的填充量來控制表觀氣孔率。
另外，作為含有作為副相的金屬Si的熱處理用工具的其它的制造方法還可以列舉如下方法，即預(yù)先將SiC粒子通過再結(jié)晶反應(yīng)使其自身結(jié)合，然后將這樣得到的SiC骨架在金屬Si存在的條件下，于負(fù)壓的惰性氣體保護(hù)下或者真空中燒結(jié)從而在上述那樣的再結(jié)晶的SiC骨架的氣孔中充填金屬Si。
實施例1
將平均粒徑100μm的SiC粒子50重量％和平均粒徑1μm的SiC粒子50重量％混合，將多羧酸系的分散劑，聚兩烯酸乳濁液(アクリル系エマルジヨン)及離子交換水添加到混合得到的粉末中并成形為給定的工具形狀，然后將所得到的成形體在40℃的烘干機(jī)中干燥1晚后，于氬氣保護(hù)氣氛中在2200℃燒結(jié)1小時而制得實施例1的熱處理用工具。
實施例2-4將上述實施例1的熱處理用工具在金屬Si在在的條件下，于絕對壓力為50mBar的真空中，在1500℃加熱1小時，使其在氣孔中浸滲金屬Si，從而得到表觀氣孔率控制在分別如表1所示的實施例2-4的熱處理用工具。表1 實施例5將粒徑5-20mm的SiC的小塊粉碎，將其進(jìn)行篩分，取最大粒徑在3.5mm以下的SiC顆粒45％重量和平均粒徑10μm的SiC粒子45重量％以及陶土10重量％混合再將メチルキシセルロ-ス和離子交換水添加到混合得到的粉末中并成形為給定的工具形狀，然后將所得到的成形體在40℃的烘干機(jī)中干燥1晚后，于大氣中在1400℃燒結(jié)1小時而得到實施例5的熱處理用工具。
實施例6將粒徑5-20mm的SiC的小塊粉碎，將其進(jìn)行篩分，取最大粒徑在3.5mm以下的SiC顆粒40重量％和平均粒徑10μm的SiC粒子40重量％，陶土10重量％以及金屬Si10重量％混合，再將メチルキシセルロ-ス和離子交換水添加到混合得到的粉末中并成形為給定的工具形狀，然后將所得到的成形體在40℃的烘干機(jī)中干燥1晚后，于N2氣保護(hù)下在1400℃燒結(jié)1小時而得到實施例6的熱處理用工具。
實施例7將平均粒徑100μm的SiC粒子50重量％和平均粒徑1μm的SiC粒子49重量％以及平均粒徑1μm的碳粉1重量％混合，再將多羧酸系分?jǐn)?shù)劑，丙烯酸乳化劑及離子交換水添加到混合得到的粉末中并成形為給定的工具形狀，然后，將所得到的成形體在40℃的烘干機(jī)中干燥1晚后，將用于堵塞氣孔的足夠的Si粉置于成形體上，于氬氣保護(hù)下在1800℃燒結(jié)1小時而得到實施例7的熱處理用工具。
實施例8將粒徑5-20mm的SiC的小塊粉碎，將其進(jìn)行篩分，取最大粒徑在3.5mm以下的SiC粒子25重量％，平均粒徑10μm的SiC粒子25重量％，陶土20重量％以及平均粒徑10μm的氧化鋁粉30重量％混合，再將メテルキシセルロ-ス和離子交換水添加到混合得到的粉末中并成形為給定的工具形狀，然后將所得到的成形體在40℃的烘干機(jī)中干燥1晚后，于大氣中在1400℃燒結(jié)1小時而得到實施例8的熱處理用工具。
實施例9將粒徑5-20的SiC小塊粉碎，將其進(jìn)行篩分，取最大粒徑在3.5mm以下的SiC粒子25重量％，平均粒徑10μm的SiC粒子25重量％以及金屬Si50重量％混合，再將メチルキシセルロ-ス和離子交換水添加到混合得到的粉末中并成形為給定的工具形狀，然后將所得到的成形體在40℃的烘干機(jī)中干燥1晚后，于N2氣保護(hù)下在1400℃燒結(jié)1小時而得到實施例9的熱處理用工具。
實施例10
將平均粒徑70μm的SiC粒子40重量％，平均粒徑1μm的SiC粒子40重量％，陶土5重量％以及金屬Si15重量％混合，再將メチルキシセルロ-ス和離子交換水添加到混合得到的粉末中并成形為所給定的工具形狀，然后將所得到的成形體在40℃的烘干機(jī)中干燥1晚后，于N2氣保護(hù)下在1400℃燒結(jié)1小時，再在大氣中于1300℃熱處理1小時而得到實施例10的熱處理用工具。
將測試上述實施例1-10的各熱處理用工具的特性的結(jié)果示于表1。另外，作為比較，將測試過去使用的氧化鋁質(zhì)材料的熱處理用工具(比較例1)和晶體玻璃材料的熱處理用工具(比較例2)的特性的結(jié)果也示用同表。
根據(jù)以上的說明，本發(fā)明的熱處理用工具有合適的熱膨脹系數(shù)，從而能抑制由于工具自身長時間產(chǎn)生的翹曲，熱處理中的摩擦導(dǎo)致的玻璃材質(zhì)板的變形。另外，由于熱傳導(dǎo)性能優(yōu)良，能夠以比較短的時間高效率地進(jìn)行玻璃材質(zhì)板的均勻熱處理。再有，通過將表觀氣孔率控制在一定的值，即使在工具上沒有開孔，也能容易地進(jìn)行將玻璃材質(zhì)板置于工具上的適當(dāng)位置以及將玻璃材質(zhì)板由工具上卸下之類的操作。
權(quán)利要求
1.一種SiC材質(zhì)熱處理用工具，是對在表面形成具有一定功能的膜的玻璃材質(zhì)板進(jìn)行熱處理時，用于承載該玻璃材質(zhì)板的熱處理用工具，其特征在于，含有由SiC組成的相50重量％以上，其熱傳導(dǎo)率在10W/mk以上，表觀氣孔率為0.2-25％，熱膨脹系數(shù)為3.8×10-6/℃-5.5×10-6/℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiC材質(zhì)熱處理用工具，其特征在于含有作為副相的金屬Si。
3.一種SiC材質(zhì)熱處理用工具，是對在表面形成具有一定功能的膜的玻璃材質(zhì)板進(jìn)行熱處理時，用于承載該玻璃材質(zhì)板的熱處理用工具，其特征在于含有粒徑在3.5mm以下的SiC粒子50重量％以上，其熱傳導(dǎo)率在10W/mk以上，表觀氣孔率為0.2-25％，熱膨脹系數(shù)為3.8×10-6/℃-5.5×10-6/℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SiC材質(zhì)熱處理用工具，其特征在于含有作為副相的SiO2材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SiC材質(zhì)熱處理用工具，其特征在于含有作為副相的Si3N4材料及Si2ON2材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SiC材質(zhì)熱處理用工具，其特征在于含有作為副相的金屬Si。
7.一種SiC材質(zhì)熱處理用工具，是對在表面形成具有一定功能的膜的玻璃材質(zhì)板進(jìn)行熱處理時，用于承載玻璃材質(zhì)板的熱處理用工具，其特征在于含有SiC組成的相50重量％以上，其熱傳導(dǎo)率在10W/mk以上，表觀氣孔率為3-25％，膨脹系數(shù)為3.8×10-6/℃-5.5×10-6/℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的SiC材質(zhì)熱處理用工具，其特征在于含有作為副相的金屬Si。
9.一種SiC材質(zhì)熱處理用工具，是對在表面形成具有一定功能的膜的玻璃材質(zhì)板進(jìn)行熱處理時，用于承載該玻璃材質(zhì)板的熱處理用工具，其特征在于含有粒徑在3.5mm以下的SiC粒子50重量％以上，其熱傳導(dǎo)率在10W/mk以上，表觀氣孔率為3-25％，熱膨脹系數(shù)為3.8×10-6/℃-5.5×10-6/℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的SiC材質(zhì)熱處理用工具，其特征在于含有作為副相的SiO2。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的SiC材質(zhì)熱處理用工具，其特征在于含有作為副相的Si3N4材料及Si2ON2材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的SiC材質(zhì)熱處理用工具，其特征在于含有作為副相的金屬Si。
全文摘要
本發(fā)明是對在表面形成具有一定功能的膜的玻璃材質(zhì)板進(jìn)行熱處理時,用于承載該玻璃材質(zhì)板的熱處理用工具。該工具含有由SiC組成的相50重量%以上,其熱傳導(dǎo)率在10w/mk以上,表觀氣孔率為0.2－25%,熱膨脹系數(shù)為3.8×10
文檔編號H01J11/44GK1350997SQ01136539
公開日2002年5月29日 申請日期2001年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月31日
發(fā)明者木下壽治, 小倉繁 申請人:日本礙子株式會社, Ngk阿德列克株式會社