(57)【要約】【課題】  透光性アルミナ焼結体の透光性を損なうことなく、機械的強度が向上した焼結体を提供することを目的とする。【解決手段】  透光性アルミナ焼結体の表面にスラリーを塗布する、又は、透光性アルミナ焼結体をスラリーに含浸することにより、透光性アルミナ焼結体表面にセラミックス粉末層を形成した後、焼結し、さらに該焼結体を熱間静水圧プレス等により加圧焼結することによって、１〜１０μｍの厚さのセラミックス層を形成した透光性アルミナ焼結体を得た。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性アルミナ焼結体の表面にセラミックス層を設けてなり、測定波長６００ｎｍ、試料厚さ１ｍｍにおける全光線透過率が少なくとも６０％であり、破壊モーメントが０．７０ｋｇｆ・ｃｍ以上で、焼結面２軸曲げ強度が４５０ＭＰａ以上であることを特徴とする表面強化透光性アルミナ焼結体。
【請求項２】
セラミックス層がアルミナ、ムライト、酸化ケイ素、ジルコニアから選ばれるいずれか１種または２種以上であることを特徴とする請求項１に記載の表面強化透光性アルミナ焼結体。
【請求項３】
セラミックス層を少なくとも１μｍ形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面強化透光性アルミナ焼結体。
【請求項４】
アルミナ仮焼体表面にセラミックス粉末層を形成した後、焼結し、さらに該焼結体を加圧焼結することによってセラミックス層を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面強化透光性アルミナ焼結体の製造方法。
【請求項５】
セラミックス粉末層を形成する手段として、セラミックス粉末、溶媒、バインダーおよび分散剤を混合したスラリーをアルミナ仮焼体表面に塗布することを特徴とする請求項４記載の表面強化透光性アルミナ焼結体の製造方法。
【請求項６】
セラミックス粉末層を形成する手段として、セラミックス粉末、溶媒、バインダーおよび分散剤を混合したスラリーにアルミナ仮焼体を含浸することを特徴とする請求項４記載の表面強化透光性アルミナ焼結体の製造方法。
【請求項７】
加圧焼結温度を１３００℃以上とすることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の表面強化透光性アルミナ焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は透光性アルミナ焼結体に関するものである。さらには、表面が強化された透光性アルミナ焼結体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、透光性アルミナ焼結体は窓材や発光管などの光学用途以外にも、その高い意匠性から電子機器等の外装部品や、各種装飾部品などへ用途が広がってきている。用途の広がりに伴い、透光性アルミナ焼結体には、光学用途で必要とされる以上の機械的特性が求められている。
【０００３】
従来のアルミナ焼結体、いわゆる透光性を有さないアルミナ焼結体の機械的特性を改善する方法として、例えばアルミナ焼結体表面へのムライト形成やイオン照射による表面層の変質など、表面改質による強化方法が検討されている。これらの方法は、アルミナ焼結体表面部の化学的変化を伴うものであり、透光性アルミナ焼結体には透光性が低下するために適用できなかった。
【０００４】
他方、透光性アルミナ焼結体における表面改善は、窒化アルミニウムや、酸窒化アルニミウムを使用する技術が報告されている（例えば、特許文献１参照）。これらの方法では、耐熱性は向上するが、機械的特性の改善効果はほとんど得られなかった。
【０００５】
また、アルミナまたはシリカのコーティングによる透光性アルミナ焼結体の機械的特性の改善が検討されている例もある（例えば、特許文献２〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−１３３８７２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１５４９２号公報
【特許文献３】特開昭６４−０２４０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、表面強化層を有する透光性アルミナ焼結体、特に、高い透光性及び機械的特性を兼ね備え、表面強化層を有する透光性アルミナ焼結体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は上記の課題に鑑み、高い透明性及び高い機械的特性を兼ね備えた透光性アルミナ焼結体について鋭意検討した。その結果、アルミナ仮焼体の表面にセラミックス層を形成し、これを焼結することで、透光性を低下させることなく、機械的特性が向上した透光性アルミナ焼結体、特に破壊モーメントが向上した透光性アルミナ焼結体が得られることを見出し、本発明の完成に至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、アルミナ仮焼体にセラミックス粉末層を形成した後、焼結し、該焼結体を加圧焼結することを特徴とするセラミックス層を有する透光性アルミナ焼結体（以下、「表面強化透光性アルミナ焼結体」という）に関する。
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明の表面強化透光性アルミナ焼結体は、セラミックス層を有さない透光性アルミナ焼結体よりも高い機械的特性を有するだけでなく、セラミックス層を有さない透光性アルミナ焼結体と同等の高い透明性を有する。
【００１２】
表面強化透光性アルミナ焼結体の透明性は、透光性アルミナ焼結体自体の透光性により異なるが、例えば、試料厚さ１ｍｍ、測定波長６００ｎｍにおける全光線透過率が少なくとも６０％であることが好ましく、少なくとも６５％であることがより好ましく、少なくとも７０％であることが更に好ましい。当該全光線透過率が少なくとも６０％であることで、表面強化透光性アルミナ焼結体が高い審美性を有する。
【００１３】
なお、全光線透過率は、以下の関係式を有するパラメーターである。
【００１４】
Ｔｉ＝Ｔｔ−Ｔｄ      ・・・（１）
Ｔｔ：全光線透過率（％）
Ｔｄ：拡散透過率（％）
Ｔｉ：直線透過率（％）
本発明の表面強化透光性アルミナ焼結体は、セラミックス層を有する。これにより、透光性アルミナ焼結体自体の透光性が低下することなく、高い機械的特性、特に高い破壊モーメントを有した焼結体となる。
【００１５】
表面強化透光性アルミナ焼結体がセラミックス層を有することで機械的特性が向上する理由は定かではない。しかしながら、焼結体の表面の欠陥にセラミックス層が形成することなどにより、透光性アルミナ焼結体の表面が強化されて機械的特性が向上すると考えられる。
【００１６】
セラミックス層としては、アルミナ、ムライト、酸化ケイ素、ジルコニアから選ばれるいずれか１種または２種以上を複合させたものであることが望ましい。
【００１７】
セラミックス層の膜厚としては１〜５０μｍが好ましく、このような膜厚であると、表面強化透光性アルミナ焼結体は、セラミックス層を有さない透光性アルミナ焼結体と比べても遜色の無い透光性を有する。
【００１８】
なお、表面強化透光性アルミナ焼結体のセラミックス層は、焼結体の全面を覆っていてもよいが、焼結体の表面の一部に存在していれば良い。
【００１９】
表面強化透光性アルミナ焼結体が有するセラミックス層の膜厚の好ましい下限としては、少なくとも５μｍであることがより好ましく、少なくとも１０μｍであることがさらに好ましい。セラミックス層の厚さを少なくとも１μｍとすることで、セラミックス層による機械的特性の向上効果が得られる。
【００２０】
セラミックス層の厚さが厚くなるほど機械的特性は高くなりやすい。しかしながら、セラミックス層が厚くなりすぎると、透光性アルミナ焼結体の全光線透過率が低下してしまう。そのため、セラミックス層の膜厚の好ましい上限としては３０μｍ以下であることがより好ましく、２０μｍ以下であることがさらに好ましく、１５μ以下ｍであることが更により好ましい。
【００２１】
表面強化透光性アルミナ焼結体は、ＭｇＯやＹ２Ｏ３等の粒成長抑制剤を含んでいないことが好ましく、具体的にはＭｇＯやＹ２Ｏ３の含有量が０．０５重量％以下であることが好ましい。さらに、ＭｇＯやＹ２Ｏ３等の粒成長抑制剤を含有しない場合であっても、表面強化透光性アルミナ焼結体はアルミナ含有率が９９．９５重量％以上であることがより好ましい。アルミナ含有率が９９．９５重量％以上の透光性アルミナ焼結体であることで、さらに機械的特性が高くなる。
【００２２】
なお、表面強化透光性アルミナ焼結体中のアルミナ含有率とは、セラミックス層を含まない透光性アルミナ焼結体の重量に対する割合である。
【００２３】
本発明の表面強化透光性アルミナ焼結体は、その破壊モーメントがセラミックス層を有さない透光性アルミナ焼結体の少なくとも１．５倍であることが好ましく、少なくとも１．６倍であることがより好ましく、少なくとも１．７倍以上であることが更に好ましい。
【００２４】
なお、本発明でいう破壊モーメントの測定方法を以下に説明する。まず、図２に示すように、凹型の試験片１を形成し、この凹部にステンレス製ワイヤー３を嵌合させ、これら試験片１及びワイヤー３をゴム等の弾性体で台座２に固定する。次に、図３に示すように、ワイヤー３の両先端部を固定治具６により固定し、また、台座２を治具５に接着・固定し、治具５全体を回転（治具６と治具５とは互いに独立しており、治具５が回転しても、治具６は回転しない）させて試験片１にトルクを与え、破断するまでの破壊モーメントの測定を行うものである。
【００２５】
破壊モーメントの値は、透光性アルミナ焼結体自体の破壊モーメントの値により異なる。しかしながら、表面強化透光性アルミナ焼結体の破壊モーメントは、少なくとも０．７０ｋｇｆ・ｍであり、０．７２ｋｇｆ・ｍであることが好ましく、０．７５ｋｇｆ・ｍであることがより好ましい。
【００２６】
表面強化透光性アルミナ焼結体の焼結面２軸曲げ強度は、透光性アルミナ焼結体自体の焼結面２軸曲げ強度の値により異なるが、例えば、焼結面２軸曲げ強度が少なくとも４５０ＭＰａであり、少なくとも５００ＭＰａであることが好ましい。
【００２７】
なお、本発明でいう焼結面２軸曲げ強度とは、まず、焼結したセラミックス層を片面のみに設けた、円柱（２５ｍｍ×１ｍｍｔ）状の透光性アルミナ焼結体を用意し、図４に示すような２軸曲げ試験において、セラミックス層形成面を下面として治具に支持し、セラミックス層が形成されていない面より負荷をかけて、ＩＳＯ  ６８７２「Ｄｅｎｔｉｓｔｒｙ−Ｃｅｒａｍｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ」に準じて測定を行うものである。
【００２８】
以下、本発明の表面強化透光性アルミナ焼結体の製造方法について説明する。
【００２９】
本発明の製造方法では、アルミナ仮焼体を原料として使用する。
【００３０】
セラミックス層を形成するアルミナ仮焼体は、ＭｇＯ又はＹ２Ｏ３等の粒成長抑制剤を含んでいないことが好ましく、具体的には、ＭｇＯ又はＹ２Ｏ３の含有量が０．０５重量％以下であることが好ましい。また、ＭｇＯ又はＹ２Ｏ３等の粒成長抑制剤を含んでいない場合であっても、アルミナ含有率が９９．９５重量％以上であることが好ましい。アルミナ仮焼体がＭｇＯ又はＹ２Ｏ３等の粒成長抑制剤を含んでいない仮焼体であること、もしくは、アルミナ含有率が９９．９５重量％以上のアルミナ仮焼体であることで、最終的に得られる透光性アルミナ焼結体がより高い強度を有する。
【００３１】
なお、アルミナ仮焼体のアルミナ含有率とは、アルミナ焼結体の重量に対するアルミナの重量％である。
【００３２】
本発明のアルミナ仮焼体の製造方法において、仮焼温度は少なくとも８００℃であることが好ましく、少なくとも９００℃以上であることがより好ましく、１１００℃以上であることがさらにより好ましい。仮焼温度を少なくとも８００℃とすることで、相対密度が少なくとも４０％のアルミナ仮焼体で得られ、相対密度は４０％以上７０％以下であることが好ましい。このようなアルミナ仮焼体は、常圧焼結により得られたアルミナ仮焼体を例示することができる。
【００３３】
次いで、得られたアルミナ仮焼体の表面にセラミックス粉末層を形成する。セラミックス粉末層は、アルミナ仮焼体の全面を覆っていてもよいが、アルミナ仮焼体の一部の表面に存在していれば良い。特に応力集中が起こる場所に存在していればよい。
【００３４】
セラミックス粉末層の形成方法としては、塗布法又は含浸法が望ましい。塗布法又は含浸法を用いることで、凹凸のある複雑形状のアルミナ仮焼体にも１〜数十μｍの膜を簡便に製膜することができる。塗布法又は含浸法に用いる溶液としては、セラミックス粉末とバインダーおよび分散剤を溶媒に混合した溶液（以下、スラリー）が望ましい。必要に応じて界面活性剤を更に添加することもできる。
【００３５】
セラミックス粉末は、アルミナ、ムライト、酸化ケイ素、ジルコニアから選ばれるいずれか１種または２種以上であることが望ましい。
【００３６】
スラリーを形成するための溶媒としては、有機溶媒及び水が好ましい。使用可能な有機溶媒としては、例えば、アルコールやアセトンなどが挙げられる。有機溶媒を使用する場合、セラミックス粉末の分散性の点からアルコールが望ましい。
【００３７】
アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、ｉｓｏ−プロパノール、ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノールといった炭素数が１から８の直鎖または分岐鎖を有するアルコールが挙げられ、特にメタノール、エタノール、プロパノール、ｉｓｏ−プロパノールが好ましい。
【００３８】
スラリーを形成するためのバインダーとしては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル系樹脂、セルロース系樹脂等が望ましい。中でもポリビニルアルコールは水溶性で、無機粉体に対するバインダー性が優れており、より好ましい。
【００３９】
スラリーを形成するための分散剤としては、ポリエチレングリコール、ポリカルボン酸系、ポリエーテル系、ポリアルキレンポリアミン系、アルキルスルホン酸系、アルキルポリアミン系、ポリリン酸塩系が望ましい。
【００４０】
スラリーの濃度としては、セラミックス粉末層を形成するセラミックス粉末の濃度が０．１〜７ｗｔ％とすることが好ましく、０．２〜５ｗｔ％とすることがより好ましく、０．３〜３ｗｔ％が更に好ましい。
【００４１】
アルミナ仮焼体表面にセラミックス粉末層を形成した後の焼結温度は、少なくとも１０００℃であることが好ましく、１３００℃以上であることがさらにより好ましい。焼結温度を少なくとも１０００℃とすることで、母材のアルミナ仮焼体がアルミナ焼結体となり、さらに形成したセラミックス粉末が焼結され、セラミックス層とアルミナ焼結体が強固に密着する。
【００４２】
本発明の製造方法においては、その後、更に加圧焼結を行う。これにより、セラミックス層が焼結体表面にさらに強固に密着し、母材アルミナ焼結体の透光性が得られ、さらに機械的特性、特に破壊モーメントが高くなる。
【００４３】
加圧焼結温度としては、少なくとも１１００℃であることが好ましく、１２００℃以上であることがより好ましく、１３００℃以上であることがさらにより好ましい。加圧焼結温度を少なくとも１１００℃とすることで、セラミックス層が焼結体表面に強固に密着する。そのため、表面強化透光性アルミナ焼結体は、セラミックス層を有さない透光性アルミナ焼結体に比べ、機械的特性、特に破壊モーメントや２軸曲げ強度が高くなる。加圧焼結温度が高いほど、セラミックス層が焼結体表面により強固に密着するが、加圧焼結温度は１６５０℃以下であることが好ましく、１５００℃以下であることがより好ましい。
【００４４】
加圧焼結における雰囲気は、不活性雰囲気、酸化雰囲気などいずれの雰囲気も適用することができる。不活性雰囲気としては、アルゴン雰囲気、窒素雰囲気などが例示でき、酸化雰囲気としては、大気、酸素雰囲気などを例示することができる。不活性雰囲気としてはアルゴン雰囲気、酸化雰囲気としては大気であることが好ましい。
【００４５】
加圧焼結時の圧力としては、少なくとも５０ＭＰａであることが好ましく、少なくとも１００ＭＰａであることがより好ましい。圧力は高いほどセラミックス層が焼結体表面により強固に密着する。圧力は２００ＭＰａであれば、セラミックス層と焼結体表面とが十分に密着する。
【００４６】
加圧焼結の方法としては、熱間プレス（ＨＰ）処理、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理のいずれかであることが好ましく、ＨＩＰ処理であることがより好ましい。ＨＩＰ処理で行うことで、セラミックス層自体の機械的特性が向上する。これに加え、セラミックス層と焼結体表面との界面や表面に介在する隙間、傷などが、セラミックス層で覆われ、セラミックス層が焼結体表面に極めて強く密着する。さらに、加圧焼結をＨＩＰ処理とすることでアルミナ焼結体が複雑形状であっても、セラミックス層を焼結体表面に均一に密着させることができる。
【００４７】
ＨＩＰ処理を行なう場合、ＨＩＰ処理の圧力媒体はアルゴンガス、窒素ガスであることが好ましく、アルゴンガスであることが好ましい。
【００４８】
アルミナ焼結体に形成するセラミック層の厚さは、少なくとも１μｍであることが好ましく、少なくとも５μｍであることがより好ましく、少なくとも１０μｍであることがさらに好ましい。セラミックス層の厚さが少なくとも１μｍであると、最終的に得られるセラミックス層を有する透光性アルミナ焼結体の機械的特性、特に破壊モーメント又は曲げ強度が向上しやすい。一方、セラミックス層は厚くなるほど機械的特性は高くなりやすいが、透光性を考慮すると、セラミックス層の厚さは少なくとも５０μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以下であることがより好ましく、２０μｍ以下であることがさらに好ましく、１５μ以下ｍであることが更により好ましい。
【発明の効果】
【００４９】
本発明の製造方法は、透光性及び高い機械的特性を有する透光性アルミナ焼結体を製造することができる。さらに、焼成後に表面処理を行なうことなく、高い機械的特性特に高い破壊モーメント及び曲げ強度を有する透光性アルミナ焼結体を製造することができる。
【００５０】
そのため、本発明の製造方法で得られるセラミックス層を有する透光性アルミナ焼結体は、強度と透光性が必要とされる製品、例えば医療用精密部品、工業用精密部品、時計・電子機器等の外装部品等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】１１００℃焼成したセラミックス層を有する透光性アルミナ焼結体の表面組織を示す図である。
【図２】破壊モーメントの測定における試験体の設置方法を示す図である。
【図３】破壊モーメントの測定方法を示す模式図である。
【図４】２軸曲げ試験の測定方法を示す模式図である。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（全光線透過率）
全光線透過率はＪＩＳＫ７１０５「プラスティックスの光学特性試験方法」およびＪＩＳＫ７３６１−１「プラスティック・透明材料の全光線透過率の試験方法」に基づいて測定した。測定にはダブルビーム方式の分光光度計（日本分光株式会社製、商品名「Ｖ−６５０型」）を用い、光源（重水素ランプおよびハロゲンランプ）より発生した光を試料に透過および散乱させ積分球を用いて全光線透過量を測定した。測定波長領域は２００〜８００ｎｍの領域とし、全光線透過率は可視光線領域の６００ｎｍの波長での全光線透過率とした。
（破壊モーメント）
図２に示すように、凹型の試験片１（縦４．０ｍｍ×横４．０ｍｍ×厚み２．０ｍｍの立方体に、縦０．６ｍｍ×横４．０ｍｍ×深さ０．７ｍｍの凹部を形成した試験片）を形成し、この凹部に０．０２１インチのステンレスワイヤー（実際の角寸法は０．０２１インチ×０．０２５インチ）３を嵌合させ、これら試験片１及びワイヤー３をゴム等の弾性体で台座２に固定した。次に、図３に示すように、ワイヤー３の両先端部を固定治具６により固定し、また、台座２を治具５に接着・固定し、治具５全体を回転させ（治具６は治具５とは独立しており、治具５が回転しても、治具６は回転しない）、試験片１にトルクを与えて破断するまでの破壊モーメント測定を行った。各実施例・比較例において５個の試料を作成し、これらの各試料について、破壊モーメント測定を行った。５点の測定値の最小値、最大値及び平均値を表１及び表２に示した。
（焼結体表面の観察）
実施例及び比較例で得られた焼結体の断面をＳＥＭ（日本電子製、商品名「ＭＰ５４００」）により観察し、透光性アルミナ焼結体の表面に形成されたセラミックス層の厚さを観察した。
（焼結面２軸曲げ強度）
焼結したセラミックス層を片面のみに設けた、円柱（２５ｍｍ×１ｍｍｔ）状の透光性アルミナ焼結体を用意した。図４に示すような２軸曲げ試験において、セラミックス層形成面を下面として治具に支持し、セラミックス層が形成されていない面より負荷をかけて測定した。測定はＩＳＯ  ６８７２「Ｄｅｎｔｉｓｔｒｙ−Ｃｅｒａｍｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ」に準じた。。
実施例１
（アルミナ仮焼体の作製）
高純度アルミナ粉末（大明化学工業製  ９９．９９重量％、比表面積１４ｍ２／ｇ）１ｋｇに熱可塑性樹脂２００ｇを添加し混合してアルミナコンパウンドを作製した。作製したアルミナコンパウンドを射出成型して、凹型のアルミナ成型体を得た。
【００５３】
得られたアルミナ成型体を室温から６００℃まで加熱して脱脂処理を行った。その後、大気中、９００℃、１時間で一次焼成して凹型の仮焼体を得た。得られた仮焼体の相対密度は６０％であり、不透明かつ白色の不透明アルミナ仮焼体であった。
【００５４】
また、同上の高純度アルミナ粉末を一軸プレス装置と金型を用い、圧力５０ＭＰａを加え、次に冷間静水圧プレス装置で圧力２００ＭＰａを加え、Φ２５ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板型の成型体を得た。
【００５５】
得られた成形体を大気中、９００℃、１時間で一次焼成し仮焼体を得た。得られた仮焼体の相対密度は６０％であり、不透明かつ白色の不透明アルミナ焼結体であった。
（アルミナ層の形成）
スラリーコーティング法により、アルミナ仮焼体の表面にアルミナ粉末層を着肉させた。原料粉末の濃度が０．３ｗｔ％になるように純水、バインダーおよび分散剤と混合し、コーティング用スラリーとした。そのスラリーに凹型および円板型の仮焼体を浸漬させ、アルミナ粉末層を形成した。
【００５６】
その後、大気中で１３００℃、２時間で一次焼成して凹型および円板型の一次焼結体を得た。得られた一次焼結体は相対密度が９８％であり、不透明かつ白色の不透明アルミナ焼結体であった。
【００５７】
次いで、一次焼結体を圧力媒体アルゴンガス、ＨＩＰ処理温度を１５００℃、ＨＩＰ処理圧力を１５０ＭＰａの条件で、ＨＩＰ処理し、凹型および円板型の透光性アルミナ焼結体を得た。
【００５８】
得られた透光性アルミナ焼結体を表面強化透光性アルミナ焼結体とし、その破壊モーメント、焼結面２軸曲げ強度および全光線透過率を測定した。結果を表１に示す。
【００５９】
表面強化透光性アルミナ焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、焼結体の表面にアルミナ層が２μｍの厚さで形成されていることを確認した。
実施例２
コーティング用スラリーの濃度を１ｗｔ％とした以外は実施例１と同様な方法により表面強化透光性アルミナ焼結体を得た。得られた表面強化透光性アルミナ焼結体の破壊モーメント、焼結面２軸曲げ強度および全光線透過率を測定した。結果を表１に示す。
【００６０】
また、得られた焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、アルミナ層が試験体表面に５μｍの厚さで形成されていることを確認した。
実施例３
コーティング用スラリーの濃度を３ｗｔ％とした以外は実施例１と同様な方法により表面強化透光性アルミナ焼結体を得た。得られた表面強化透光性アルミナ焼結体の破壊モーメント、焼結面２軸曲げ強度および全光線透過率を測定した。結果を表１に示す。
【００６１】
また、得られた焼結体の断面のＳＥＭ観察分析を行い、アルミナ層が試験体表面に１０μｍの厚さで形成されていることを確認した。
実施例４
（原料アルミナ焼結体の作製）
仮焼温度を１０００℃とした以外は、実施例１と同様の方法で凹型および円板型の透光性アルミナ仮焼体を作製した。
（ムライト層の形成）
スラリーコーティング法により、アルミナ仮焼体の表面にムライト粉末層を着肉させた。原料粉末はムライト粉末およびアルミナ粉末と酸化ケイ素粉末からなるムライト組成粉末を使用した。その原料粉末を０．３ｗｔ％になるように純水、バインダーおよび分散剤と混合し、コーティング用スラリーとした。そのスラリーに凹型および円板型の仮焼体を浸漬させ、ムライト粉末層を形成した。
【００６２】
その後、大気中１３００℃２時間で一次焼成して凹型および円板型の一次焼結体を得た。得られた一次焼結体は相対密度が９８％であり、不透明かつ白色の不透明アルミナ焼結体であった。
【００６３】
次いで、一次焼結体を圧力媒体アルゴンガス、ＨＩＰ処理温度を１５００℃、ＨＩＰ処理圧力を１５０ＭＰａの条件で、ＨＩＰ処理し、凹型および円板型の透光性アルミナ焼結体を得た。
【００６４】
得られた透光性アルミナ焼結体を表面強化透光性アルミナ焼結体とし、その破壊モーメント、焼結面２軸曲げ強度および全光線透過率を測定した。結果を表１に示す。
【００６５】
表面強化透光性アルミナ焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、焼結体の表面にムライト層が２μｍの厚さで形成されていることを確認した。
実施例５
コーティング用スラリーの濃度を１ｗｔ％とした以外は実施例４と同様な方法により表面強化透光性アルミナ焼結体を得た。得られた表面強化透光性アルミナ焼結体の破壊モーメント、焼結面２軸曲げ強度および全光線透過率を測定した。結果を表１に示す。
【００６６】
また、得られた焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、ムライト層が試験体表面に５μｍの厚さで形成されていることを確認した。
実施例６
コーティング用スラリーの濃度を３ｗｔ％とした以外は実施例４と同様な方法により表面強化透光性アルミナ焼結体を得た。得られた表面強化透光性アルミナ焼結体の破壊モーメント、焼結面２軸曲げ強度および全光線透過率を測定した。結果を表１に示す。
【００６７】
また、得られた焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、ムライト層が試験体表面に１０μｍの厚さで形成されていることを確認した。
実施例７
（原料アルミナ焼結体の作製）
仮焼温度を１２００℃とした以外は、実施例１と同様の方法で凹型および円板型の透光性アルミナ仮焼体を作製した。
（ジルコニア層の形成）
スラリーコーティングにより、アルミナ仮焼体の表面にジルコニア粉末層を着肉させた。原料粉末は０．３ｗｔ％になるように純水、バインダーおよび分散剤と混合し、コーティング用スラリーとした。そのスラリーに凹型および円板型の仮焼体を浸漬させ、ジルコニア粉末層を形成した。
【００６８】
その後、大気中１３００℃２時間で一次焼成して凹型および円板型の一次焼結体を得た。得られた一次焼結体は相対密度が９８％であり、不透明かつ白色の不透明アルミナ焼結体であった。
【００６９】
次いで、一次焼結体を圧力媒体アルゴンガス、ＨＩＰ処理温度を１５００℃、ＨＩＰ処理圧力を１５０ＭＰａの条件で、ＨＩＰ処理し、凹型および円板型の透光性アルミナ焼結体を得た。
【００７０】
得られた透光性アルミナ焼結体を表面強化透光性アルミナ焼結体とし、その破壊モーメント、焼結面２軸曲げ強度および全光線透過率を測定した。結果を表１に示す。
【００７１】
表面強化透光性アルミナ焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、焼結体の表面にジルコニア層が２μｍの厚さで形成されていることを確認した。
実施例８
コーティング用スラリーの濃度を１ｗｔ％とした以外は実施例７と同様な方法により表面強化透光性アルミナ焼結体を得た。得られた表面強化透光性アルミナ焼結体の破壊モーメント、焼結面２軸曲げ強度および全光線透過率を測定した。結果を表１に示す。
【００７２】
また、得られた焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、ジルコニア層が試験体表面に５μｍの厚さで形成されていることを確認した。
実施例９
コーティング用スラリーの濃度を３ｗｔ％とした以外は実施例７と同様な方法により表面強化透光性アルミナ焼結体を得た。得られた表面強化透光性アルミナ焼結体の破壊モーメント、焼結面２軸曲げ強度および全光線透過率を測定した。結果を表１に示す。
【００７３】
また、得られた焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、ジルコニア層が試験体表面に１０μｍの厚さで形成されていることを確認した。
実施例１０
（原料アルミナ焼結体の作製）
仮焼温度を１１００℃とした以外は、実施例１と同様の方法で凹型および円板型の透光性アルミナ仮焼体を作製した。
（酸化ケイ素層の形成）
スラリーコーティングにより、アルミナ仮焼体の表面に酸化ケイ素粉末層を着肉させた。原料粉末は０．３ｗｔ％になるように純水、バインダーおよび分散剤と混合し、コーティング用スラリーとした。そのスラリーに凹型および円板型の仮焼体を浸漬させ、酸化ケイ素粉末層を形成した。
【００７４】
その後、大気中１２００℃２時間で一次焼成して凹型および円板型の一次焼結体を得た。得られた一次焼結体は相対密度が９８％であり、不透明かつ白色の不透明アルミナ焼結体であった。
【００７５】
次いで、一次焼結体を圧力媒体アルゴンガス、ＨＩＰ処理温度を１４５０℃、ＨＩＰ処理圧力を１５０ＭＰａの条件で、ＨＩＰ処理し、凹型および円板型の透光性アルミナ焼結体を得た。
【００７６】
得られた透光性アルミナ焼結体を表面強化透光性アルミナ焼結体とし、その破壊モーメント、焼結面２軸曲げ強度および全光線透過率を測定した。結果を表１に示す。
【００７７】
表面強化透光性アルミナ焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、焼結体の表面に酸化ケイ素層が２μｍの厚さで形成されていることを確認した。
【００７８】
実施例１１
コーティング用スラリーの濃度を３ｗｔ％とした以外は実施例１０と同様な方法により表面強化透光性アルミナ焼結体を得た。得られた表面強化透光性アルミナ焼結体の破壊モーメント、焼結面２軸曲げ強度および全光線透過率を測定した。結果を表１に示す。
【００７９】
また、得られた焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、酸化ケイ素層が試験体表面に１０μｍの厚さで形成されていることを確認した。
実施例１２
（原料アルミナ焼結体の作製）
仮焼温度を１１００℃とした以外は、実施例１と同様の方法で凹型および円板型の透光性アルミナ仮焼体を作製した。
（アルミナ＋ジルコニア層の形成）
スラリーコーティングにより、アルミナ仮焼体の表面にアルミナ＋ジルコニア粉末層を着肉させた。原料粉末は０．３ｗｔ％になるように純水、バインダーおよび分散剤と混合し、コーティング用スラリーとした。そのスラリーに凹型および円板型の仮焼体を浸漬させ、アルミナ＋ジルコニア粉末層を形成した。
【００８０】
その後、大気中１２００℃２時間で一次焼成して凹型および円板型の一次焼結体を得た。得られた一次焼結体は相対密度が９８％であり、不透明かつ白色の不透明アルミナ焼結体であった。
【００８１】
次いで、一次焼結体を圧力媒体アルゴンガス、ＨＩＰ処理温度を１４５０℃、ＨＩＰ処理圧力を１５０ＭＰａの条件で、ＨＩＰ処理し、凹型および円板型の透光性アルミナ焼結体を得た。
【００８２】
得られた透光性アルミナ焼結体を表面強化透光性アルミナ焼結体とし、その破壊モーメント、焼結面２軸曲げ強度および全光線透過率を測定した。結果を表１に示す。
【００８３】
表面強化透光性アルミナ焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、焼結体の表面にアルミナ＋ジルコニア層が２μｍの厚さで形成されていることを確認した。
【００８４】
実施例１３
コーティング用スラリーの濃度を３ｗｔ％とした以外は実施例１２と同様な方法により表面強化透光性アルミナ焼結体を得た。得られた表面強化透光性アルミナ焼結体の破壊モーメント、焼結面２軸曲げ強度および全光線透過率を測定した。結果を表１に示す。
【００８５】
また、得られた焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、アルミナ＋ジルコニア層が試験体表面に１０μｍの厚さで形成されていることを確認した。
比較例１
実施例１のアルミナ仮焼体にスラリーコーティングしない以外は、実施例１と同様な方法で製造した透光性アルミナ焼結体を比較例１の透光性アルミナ焼結体とした。得られた透光性アルミナ焼結体の破壊モーメント、焼結面２軸曲げ強度および全光線透過率を測定した。結果を表２に示す。
比較例２
コーティング用スラリーの濃度を０．０３ｗｔ％とした以外は実施例１と同様な方法により表面強化透光性アルミナ焼結体を得た。得られた表面強化透光性アルミナ焼結体の破壊モーメント、焼結面２軸曲げ強度および全光線透過率を測定した。結果を表２に示す。全光線透過率は６０％以上だったものの、破壊モーメントおよび焼結面２軸曲げ強度はほとんど向上しなかった。
【００８６】
また、得られた焼結体の断面のＳＥＭ観察分析を行い、アルミナ層が試験体表面に０．３μｍの厚さで形成されていることを確認した。
比較例３
コーティング用スラリーの濃度を１０ｗｔ％とした以外は実施例１と同様な方法により表面強化透光性アルミナ焼結体を得た。得られた表面強化透光性アルミナ焼結体の破壊モーメントを測定した。結果を表２に示す。破壊モーメントの平均値および焼結面２軸曲げ強度は向上したが、最小破壊モーメントは０．４３ｋｇｆ・ｃｍとばらつきが大きくなり、また全光線透過率も６０％を下回った。
【００８７】
また、得られた焼結体の断面のＳＥＭ観察分析を行い、アルミナ層が試験体表面に３０μｍの厚さで形成されていることを確認した。
比較例４
コーティング用スラリーの濃度を０．０３ｗｔ％とした以外は実施例４と同様な方法により表面強化透光性アルミナ焼結体を得た。得られた表面強化透光性アルミナ焼結体の破壊モーメントを測定した。結果を表２に示す。全光線透過率は６０％以上だったものの、破壊モーメントおよび焼結面２軸曲げ強度はほとんど向上しなかった。
【００８８】
また、得られた焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、ムライト層が試験体表面に０．３μｍの厚さで形成されていることを確認した。
比較例５
コーティング用スラリーの濃度を１０ｗｔ％とした以外は実施例４と同様な方法により表面強化透光性アルミナ焼結体を得た。得られた表面強化透光性アルミナ焼結体の破壊モーメントを測定した。結果を表２に示す。破壊モーメントの平均値および焼結面２軸曲げ強度は向上したが、最小破壊モーメントは０．４１ｋｇｆ・ｃｍとばらつきが大きくなり、また全光線透過率も６０％を下回った。
【００８９】
また、得られた焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、ムライト層が試験体表面に３０μｍの厚さで形成されていることを確認した。
比較例６
コーティング用スラリーの濃度を０．０３ｗｔ％とした以外は実施例７と同様な方法により表面強化透光性アルミナ焼結体を得た。得られた表面強化透光性アルミナ焼結体の破壊モーメントを測定した。結果を表２に示す。全光線透過率は６０％以上だったものの、破壊モーメントおよび焼結面２軸曲げ強度はほとんど向上しなかった。
【００９０】
また、得られた焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、ジルコニア層が試験体表面に０．３μｍの厚さで形成されていることを確認した。
比較例７
コーティング用スラリーの濃度を１０ｗｔ％とした以外は実施例７と同様な方法により表面強化透光性アルミナ焼結体を得た。得られた表面強化透光性アルミナ焼結体の破壊モーメントを測定した。結果を表２に示す。破壊モーメントおよび焼結面２軸曲げ強度は向上したが、最小破壊モーメントは０．５０ｋｇｆ・ｃｍとばらつきが大きくなり、また全光線透過率も６０％を下回った。
【００９１】
また、得られた焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、ジルコニア層が試験体表面に３０μｍの厚さで形成されていることを確認した。
比較例８
コーティング用スラリーの濃度を０．０３ｗｔ％とした以外は実施例１０と同様な方法により表面強化透光性アルミナ焼結体を得た。得られた表面強化透光性アルミナ焼結体の破壊モーメントを測定した。結果を表２に示す。全光線透過率は６０％以上だったものの、破壊モーメントおよび焼結面２軸曲げ強度はほとんど向上しなかった。
【００９２】
また、得られた焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、酸化ケイ素層が試験体表面に０．３μｍの厚さで形成されていることを確認した。
比較例９
コーティング用スラリーの濃度を１０ｗｔ％とした以外は実施例１２と同様な方法により表面強化透光性アルミナ焼結体を得た。得られた表面強化透光性アルミナ焼結体の破壊モーメントを測定した。結果を表２に示す。破壊モーメントおよび焼結面２軸曲げ強度は向上したが、最小破壊モーメントは０．４９ｋｇｆ・ｃｍとばらつきが大きくなり、また全光線透過率も６０％を下回った。
【００９３】
また、得られた焼結体の断面のＳＥＭ観察を行い、アルミナ＋ジルコニア層が試験体表面に３０μｍの厚さで形成されていることを確認した。
【００９４】
【表１】
2014015362.tif 000002
【００９５】
【表２】
2014015362.tif 000003
これらの結果より、セラミックス層形成した透光性アルミナ焼結体は破壊モーメントが安定して高なることがわかり、アルミナ層を有さない焼結体の１．２倍以上向上することがわかった。また、透光性アルミナ焼結体の透光性を低下させることなく、焼結面２軸曲げ強度が向上することがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の製造方法により、高い透光性と高い機械的特性を兼ね備えたセラミックス層を有する表面強化透光性アルミナ焼結体を得ることができる。そのため、当該焼結体は高い機械的特性及び透光性が必要とされる製品、例えば医療用精密部品、工業用精密部品、時計や電子機器等の外装部品等に利用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１：凹型試験片
２：台座
３：ステンレス製ワイヤー
４：弾性体
５：治具
６：固定治具
【図１】
2014015362.tif 000004
【図２】
2014015362.tif 000005
【図３】
2014015362.tif 000006
【図４】
2014015362.tif 000007