(57)【要約】【課題】試料の大きさや形状によらない評価が可能であり、また、ごく少量の試料でも評価することができるとともに、同一試料内で異なる場所での焼成度合いのばらつきを評価することができ、さらに定量的な評価を可能とする焼結体表面の評価方法を提供することを課題とする。【解決手段】評価対象の焼結体の顕微鏡写真を取得する顕微鏡写真取得工程１0と、取得した顕微鏡写真のデータをフーリエ変換して強度スペクトルと波数の複数のデータを取得するフーリエ変換工程１１と、取得した強度スペクトルと波数の複数のデータを基に、強度スペクトルの波数依存性から前記焼結体の焼結度合いを評価する評価工程１２と、を備える。【選択図】図１
2014173957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価対象の焼結体の顕微鏡写真を取得する顕微鏡写真取得工程と、
取得した顕微鏡写真のデータをフーリエ変換して強度スペクトルと波数の複数のデータを取得するフーリエ変換工程と、
取得した強度スペクトルと波数の複数のデータを基に、強度スペクトルの波数依存性から前記焼結体の焼結度合いを評価する評価工程と、
を備えることを特徴とする焼結体の焼結度合いの評価方法。
【請求項２】
前記評価工程で焼結体の焼結度合いを評価するにあたり、以下の（１）式を用いて近似して強度スペクトルの傾きを求め、該傾きから前記焼結体の焼結度合いを評価することを特徴とする請求項１に記載の焼結体の焼結度合いの評価方法。
【数１】
2014173957.tif 000005
ｆ（ｘｆ）は強度スペクトルを表す
ｘｆは波数を表す
ａは強度スペクトルの大きさに関するフィッティングパラメータを示す
ｎは傾きに関するフィッティングパラメータを示す
【請求項３】
前記顕微鏡写真取得工程において、走査型電子顕微鏡を用いて前記焼結体の顕微鏡写真を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の焼結体の焼結度合いの評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結体の焼結度合いをその表面状態から評価する評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばシリカのような無機粉末の焼結体の焼成度合いを評価する評価方法として、次のような方法が知られている。
第１の評価方法として、単位体積あたりに対する焼結体表面につながる孔の表面積を調べる比表面積測定方法が知られている（下記特許文献１参照）。また、第２の評価方法として、粒径の変化を基に焼成度合いを評価する方法が知られている。さらに、第３の評価方法として、焼結体表面の電子顕微鏡写真を取得し、この電子顕微鏡写真を基に目視によって焼結体の表面状態から焼成度合いを評価する方法が知られている（下記非特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１―８３８２３号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Science of Sintering, 39 (2007) 259-265
【非特許文献２】Materials Research Bulletin, Vol. 33, No. 3, pp. 475-486, 1998
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の焼結体の焼結度合いの評価方法には、次の問題があった。
第１の比表面積測定方法にあっては、粉体粒子の大きさや形状に左右されるため、これらが異なる粉体粒子を用いた試料間での焼成度合いを比較したい場合、比較が困難である。また、同一試料内での異なる領域の焼成度合いのばらつきを評価することができない問題があった。さらに、評価するにあたって、試料を比較的多量(例えば１０ｇ)に必要とする問題もあった。
第２の粒径を測定する評価方法にあっては、粉末粒子の粒径が異なる試料間では比較が困難である問題があった。
第３の電子顕微鏡写真を用いた評価方法にあっては、目視による判断のため定量的な比較が困難であり、また個人によって評価のばらつきがみられ、精確な評価ができない問題があった。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたもので、試料の大きさや形状によらない評価が可能であり、また、ごく少量の試料でも評価することができるとともに、同一試料内で異なる場所での焼成度合いのばらつきを評価することができ、さらに定量的な評価を可能とする焼結体表面の評価方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の焼結体の焼結度合いの評価方法は、評価対象の焼結体の顕微鏡写真を取得する顕微鏡写真取得工程と、取得した顕微鏡写真をフーリエ変換して強度スペクトルと波数の複数のデータを取得するフーリエ変換工程と、取得した強度スペクトルと波数の複数のデータを基に、強度スペクトルの波数依存性から前記焼結体の焼結度合いを評価する評価工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
焼結が進むと焼結体の表面が滑らかになる。これは、焼結体を構成する粉体粒子が溶けて周りの粉体粒子と互いに固着し合うことに伴い、表面張力によって焼結体の表面の凹凸が減少するためである。
ここで、焼結体に生じている周期が比較的長いうねりの凹凸と、周期が比較的短いうねりの凹凸とでは、焼結時の凹凸の減少度合いが異なる。これは、比較的長い周期の凹凸が減少するには、数多くの粉体粒子が溶けてしかもそれら粉体粒子が長い距離移動することが必要になるが、比較的短い周期の凹凸が減少するには、少数の粉体粒子が溶けて周りの粉体粒子と固着し合えば足り、しかもそれら粉体粒子が移動する距離が短くて足りるからである。
【０００９】
従って、焼結体の表面に生じている周期の異なる凹凸においてそれぞれの周期の凹凸の減少度合いを知ることによって、端的に言うと、長い周期の凹凸が減少する減少度合いと、短い周期の凹凸が減少する減少度合いを比較することによって、焼結体の焼成度合いを評価することができる。本発明はこのような知見に基づきなされたものである。
すなわち、評価対象の焼結体の顕微鏡写真を取得し、取得した顕微鏡写真のデータをフーリエ変換して強度スペクトル（凹凸の振幅）と波数（応答周波数の逆数）の複数のデータを取得し、これら取得した強度スペクトルと波数の複数のデータを基に、波数が少ない領域（低周波数領域）での強度スペクトル（凹凸の振幅）と、波数が多い領域（高周波数領域）での強度スペクトル（凹凸の振幅）を比較することによって焼結体の焼結度合いを評価することができる。
【００１０】
例えば、波数が少ない領域（低周波数領域）での強度スペクトルに対し、波数が多い領域（高周波数領域）での強度スペクトルが小さいと、周期が短いうねりの強度スペクトル（凹凸の振幅）の減少度合いが大きいため、焼結度合いが進んでいると評価できる。逆に、波数が少ない領域（周波数が長い）での強度スペクトルに対し、波数が多い（周波数が短い）領域での強度スペクトルが大きいあるいは同程度であると、周期が短いうねりの強度スペクトルの減少度合いが小さいため、焼結度合いが進んでいないと評価できる。
【００１１】
このように、強度スペクトルの高周波数成分と低周波数成分との比較によって焼結度合いを評価するものであるから、試料の大きさや形状によらない評価が可能であり、また、ごく少ない試料でも評価することができるとともに、同一試料内の焼成度合いのばらつきを評価することができ、さらに定量的な評価が可能となる。
【００１２】
また、前記評価工程で焼結体の焼結度合いを評価するにあたり、以下の（１）式を用いて近似して強度スペクトルの傾きを求め、該傾きから前記焼結体の焼結度合いを評価することが好ましい。
なお、（１）式において、ｆ（ｘｆ）は強度スペクトルを表し、ｘｆは波数を表し、ａは強度スペクトルの大きさに関するフィッティングパラメータを示し、ｎは傾きに関するフィッティングパラメータを示す。
【００１３】
【数２】
2014173957.tif 000003
【００１４】
前記（１）式を用いて所定範囲において最小二乗法によるフィッティングを行なう。ここで、ｎの値は波数が変化したときの強度スペクトルの変化量、つまり、強度スペクトルの傾きを表す。
したがって、強度スペクトルの傾きｎの大小によって波数が変化したときの強度スペクトルの変化量を知ることができ、ひいては強度スペクトルの傾きｎの大小によって焼結体の焼結度合いを評価することができる。
【００１５】
前記顕微鏡写真取得工程において、走査型電子顕微鏡を用いて前記焼結体の顕微鏡写真を取得することが好ましい。
【００１６】
走査型電子顕微鏡では、高倍率でかつ鮮明な画像を取得することが可能であり、フーリエ変換を行なう基となる正確なデータを得ることができる。このため、結果的に、焼結体の焼結度合いを精確に評価することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、試料の大きさや形状によらない評価が可能であり、また、ごく少ない試料でも評価することができるとともに、同一試料内の焼成度合いのばらつきを評価することができ、さらに定量的な評価が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態の焼結体の焼結度合いの評価方法の工程図である。
【図２】焼結体の各試料表面の走査型電子顕微鏡写真であり、（ａ）は試料１表面の走査型電子顕微鏡写真、（ｂ）は試料２表面の走査型電子顕微鏡写真、（ｃ）は試料３表面の走査型電子顕微鏡写真、（ｄ）は試料４表面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】焼結体の各試料の走査型電子顕微鏡写真のデータから取得した試料表面の断面形状を表す図であり、（ｂ）は試料１表面の断面形状を表す図、（（ｂ）は試料２表面の断面形状を表す図、（ｃ）は試料３表面の断面形状を表す図である。
【図４】焼結体の各試料の走査型電子顕微鏡写真のデータを二次元フーリエ変換して得られた強度スペクトルと波数のデータを示すものであり、（ａ）は試料１表面の強度スペクトルと波数のデータを示す図、（ｂ）は試料２表面の強度スペクトルと波数のデータを示す図、（ｃ）は試料３表面の強度スペクトルと波数のデータを示す図である。
【図５】強度スペクトルと波数のデータを（１）式により最小二乗法に近似して得られた強度スペクトルの傾きを示すものであり、（ａ）は試料１における強度スペクトルの傾きを示す図、（ｂ）は試料２における強度スペクトルの傾きを示す図、（ｃ）は試料３における強度スペクトルの傾きを示す図、（ｄ）は試料４における強度スペクトルの傾きを示す図である。
【図６】各試料の強度スペクトルの傾きを比表面積に対してプロットした図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明に係る焼結体の焼結度合いの評価方法の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態の焼結体の焼結度合いの評価方法の工程図である。この実施形態では、まず評価対象の焼結体の顕微鏡写真を取得する（顕微鏡写真取得工程１０）。用いる顕微鏡は、焼結体で使用される粉末粒子の大きさによって適宜倍率のものが選択される。光学顕微鏡を用いてもあるいは電子顕微鏡を用いても良い。使用する粉末粒子が細かい場合には、高倍率で鮮明な画像が得られるため、走査型電子顕微鏡を用いるのが好ましい。
【００２０】
次に、取得した顕微鏡写真のデータ（焼結体の表面の凹凸は輝度として表れる。また、焼結体の表面の凹凸の場所は、写真において互いに直交するＸ、Ｙの座標データとして取得できる。）をフーリエ変換して強度スペクトルと波数の複数のデータを取得する（フーリエ変換工程１１）。
顕微鏡写真のデータをフーリエ変換するとき、一次元フーリエ変換であっても二次元フーリエ変換であってもよい。焼結度合いをより精確に評価するためには、データ数を多く取得できる二次元フーリエ変換の方が好ましい。
【００２１】
次に、取得した強度スペクトルと波数の複数のデータを基に、強度スペクトルの波数依存性から前記焼結体の焼結度合いを評価する（評価工程１２）。
評価工程１２は、取得した強度スペクトルと波数の複数のデータから波数の変化に対する強度スペクトルの変化、つまり強度スペクトルの傾きを数値化する数値化工程１２ａと、数値化された強度スペクトルの傾きを基に前記焼結体の焼結度合いを評価する数値評価工程１２ｂとを備える。
【００２２】
数値化工程１２ａでは、フーリエ変換工程１１で取得した強度スペクトルを対数関数とし、任意の方向に対して適宜式、例えば前記（１）の式を用いて最小二乗法によるフィッティングを行う。このフィッティングを行うことは、波数の変化に対する強度スペクトルの変化、つまり強度スペクトルの傾きを数値化することである。
【００２３】
このようにして得られたｎの数値、つまり強度スペクトルの傾きｎを基に焼結体の焼結度合いを評価する。
このような解析によれば、強度スペクトルは、波数が少ない領域（低周波数領域）よりも波数が多い領域（高周波数領域）で小さくなる。この強度スペクトルの傾きｎが大きい場合、波数が多い領域（高周波数領域）での強度スペクトルの減少度合いが大きいことを意味することとなり、結局、焼結度合いが進んでいると評価することができる。
逆に、強度スペクトルの傾きｎが小さい場合、波数が多い領域（高周波数領域）での強度スペクトルの減少度合いが小さいことを意味することとなり、焼結度合いが進んでいないと評価することができる。
【００２４】
このように強度スペクトルの傾きｎを数値化し、この数値（ｎ）によって焼結度合いを評価するものであるから、試料の大きさや形状によらない評価が可能であり、さらに定量的な評価が可能となる。また、顕微鏡による観察は、極少ない試料からも観察可能であり、しかも、１つの試料から複数個所の観察が可能であるから、ごく少ない試料でも焼結度合いを評価することができるとともに、同一試料内の焼成度合いのばらつきを評価することができる。
【００２５】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、強度スペクトルの波数依存性を得るのに、前記（１）式を用いたが、この（１）式に限定されることなく、強度スペクトルの波数依存性を得られるのであれば、他の式を用いて数値化しても良い。
また、本発明により評価する評価対象となる焼結体は、例えばシリカ粉末を粉末粒子として用いる焼結体に限られることなく、他の粉末粒子材料からなる焼結体であっても良い。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の実施例を説明する。
本実地例では焼成体として、シリカ微粉末(Ｄｖ５０ ＝ １００ ｎｍ)を固めた２種類の粉末粒子(粉末粒子Ａ：Ｄｖ５０ ＝ ２５０ ｕｍ,  粉末粒子Ｂ： Ｄｖ５０ ＝ ９０ ｕｍ)からなる焼結体を作成した。
【００２７】
焼結体を作成するには、まず、粉末粒子Ａを石英坩堝に充填し、表1に示す互いに異なる３つの条件で焼成を行って、試料１、２、３を作成した。その後焼成体を取り出し、走査型電子顕微鏡を用いて１００００倍率でそれらの試料１、２、３に対し、表面の画像の撮影を行った。１つの試料に対して３枚ずつ画像を取得した。このときの観察は、何れの試料１、２、３ともに同じ条件（加速電圧 ５ ｋＶ、電流 ３０ Ａ）とした。それぞれの試料１、２、３の走査型電子顕微鏡による画像を図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。また、焼結体の各試料の走査型電子顕微鏡写真のデータから取得した試料表面の断面形状を図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に表す。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、横軸は距離、縦軸は輝度すなわち凹凸を表す指標をとっている。
【００２８】
【表１】
2014173957.tif 000004
【００２９】
その後、取得した画像を二次元フーリエ変換によって、強度スペクトルへと変換した。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、各試料１、２、３から取得した画像のデータを二次元フーリエ変換して得られた強度スペクトルとX軸方向の波数のデータを示す。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、横軸はX軸方向の波数、縦軸は強度スペクトルの２乗の対数をとっている。
【００３０】
次いで、強度スペクトルの対数関数をとり、任意の方向に対して前記（１）式を用いて波数約０．００１〜０．０５ (１／１０ ｎｍ)の範囲で最小二乗法によるフィッティングを行った。フィッティングを行なうにあたり、上限の範囲を限定したのは、微粉末粒子の大きさ以下のデータが顕微鏡による画像での測定ノイズであると考えられるためであり、また、下限は、元データの大きさによって決定される。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にフィッティングの結果を示す。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、横軸は波数、縦軸は強度スペクトルの２乗の対数をとっている。なお、試料１、２、３においてそれぞれ強度スペクトルの傾きｎが３本あるのは、各試料において走査型電子顕微鏡による画像を３枚取得しており、それぞれの画像から強度スペクトルの傾きｎを取得したためである。
【００３１】
次に、粉末粒子Ｂを用い、前述の粉末粒子Ａを用いて焼成を行なった場合と同様の焼成を１２５０℃で３６時間行なうとともに、得られた焼成体である試料４に対して前述と同様の解析を行った。図２（ｄ）に、粉末粒子Ｂからなる焼成体の試料４表面の査型電子顕微鏡を用いた画像を示し、図５（ｄ）に試料４に関する焼成体二次元強度スペクトルと任意の方向におけるフィッティングの結果を示す。図２（ｄ）の画像からわかるように、この試料４は粉末粒子Ａを用いた試料２と同程度の焼成具合であると予想される。
【００３２】
図６にこれらの解析によって得られた強度スペクトルの傾きｎを、比表面積に対してプロットしたものを示す。図６において、横軸は比表面積値、縦軸は強度スペクトルの傾き（ｎ）をとっている。
ここで、試料１，２，３に関するデータを見てみると、試料１，２，３はすべて同じ粉末粒子Ａをベースとして焼成したものであるため、粉末粒子の形状、大きさ等のファクターが比表面積値には影響を与えることがない。そのため、比表面積値は試料表面の状態のみによって影響される。つまり、比表面積値は既存の焼成度合いの尺度の関数となる。
【００３３】
したがって、この図６からわかるように、焼結材料である粉末粒子の粒径や形状が同じであれば、強度スペクトルの傾きｎと比表面積値とには高い相関がある。つまり強度スペクトルの傾きｎと焼成度合いとには、高い相関があることがわかる。
【００３４】
次に、焼結材料である粉末粒子の粒径が異なるものの、焼成度合いが同程度であると予想される試料２と試料４とを比較する。この場合、互いの比表面積値が大きく異なっているものの、強度スペクトルの傾きｎの値は試料２，４とも近似しており、強度スペクトルの傾きｎの値を用いた焼成度合いの評価が、粉末粒子の異なる焼成体についても有効であることが確認された。
【符号の説明】
【００３５】
１  顕微鏡写真取得工程
２  フーリエ変換工程
３  評価工程
３ａ  数値化工程
３ｂ  数値評価工程
【図１】
2014173957.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図２】
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