(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
α型アルミナ粒子と溶媒とを混合させてα型アルミナスラリーを作製する工程と、
前記α型アルミナスラリーを所定の容器内に流し込み、この状態において前記α型アルミナスラリーに１Ｔ以上の磁場を印加して、前記α型アルミナスラリー中の前記α型アルミナ粒子を前記磁場の方向に配向させる工程と、
前記α型アルミナスラリーを前記所定の容器中において乾燥させ、前記磁場方向に配向した前記α型アルミナ粒子からなるα型アルミナ成形体を作製する工程と、
前記α型アルミナ成形体を酸素含有雰囲気中で焼結することにより、前記磁場方向に配向した前記α型アルミナ粒子からなる配向性アルミナ焼結体を作製する工程と、
を含むことを特徴とする、配向性アルミナセラミックスの製造方法。
【請求項２】
前記α型アルミナ粒子は、球状であることを特徴とする、請求項１に記載の配向性アルミナセラミックスの製造方法。
【請求項３】
前記α型アルミナセラミックスの平均粒径が０．２〜１μｍであり、比表面積が１〜５ｍ２／ｇであることを特徴とする、請求項２に記載の配向性アルミナセラミックスの製造方法。
【請求項４】
前記溶媒中に分散剤を添加することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の配向性アルミナセラミックスの製造方法。
【請求項５】
前記α型アルミナスラリー中の前記α型アルミナ粒子の含有量が、３０〜５０体積％であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の配向性アルミナセラミックスの製造方法。
【請求項６】
前記α型アルミナスラリーに印加する磁場の大きさが、３Ｔ以上であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の配向性アルミナセラミックスの製造方法。
【請求項７】
前記α型アルミナ成形体の焼結温度が、１１００〜１６００℃であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の配向性アルミナセラミックスの製造方法。
【請求項８】
前記α型アルミナ成形体を仮焼結する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の配向性アルミナセラミックスの製造方法。
【請求項９】
前記α型アルミナ成形体の仮焼結温度が、６００〜１１００℃であることを特徴とする、請求項８に記載の配向性アルミナセラミックスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配向性アルミナセラミックスの製造方法に関し、詳しくは、構造用部材あるいは配線基板用部材などとして好適に用いることのできる、配向性アルミナセラミックスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、セラミックスの結晶方向をある一定の向きに配向させることで異方性を持たせる、あるいは特性を大幅に向上させる研究開発が精力的に行われている。
例えば、構造用部材又は配線基板用部材に用いられるアルミナセラミックスに対しては、特開平１−３３０５５号公報において、平板状コランダムアルミナをテープ状に積層し、この積層体を焼結させることによってアルミナ粒子が任意方向に配列してなる高強度のアルミナセラミックス積層体が得られることが開示されている。
【０００３】
また、特開平２−６４０６５号公報においては、β型アルミナ粒子に２５０〜１０００ｋｇ／ｃｍ−２の遠心力を与えることによって、このβ型アルミナを任意方向に配列させ、磁気特性及び機械的特性に優れたアルミナセラミックスが得られることが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１−３３０５５号公報に記載された方法では、積層させるためにテープ状のセラミックス積層体しか得ることができない。また、特開平２−６４０６５号公報に記載された方法では、遠心力を作用させるために得られるアルミナセラミックスの形状が限定されてしまう。すなわち、これらの方法においては、得られるアルミナセラミックスの形状が限定されてしまい、配向したアルミナ粒子からなる任意形状のアルミナセラミックスを得ることができないでいた。
【０００５】
本発明は、任意方向に配向したアルミナ粒子からなる配向性アルミナセラミックスを、任意の形状に作製することのできる製造方法を提供すること、及びこの製造方法によって得られる配向性アルミナセラミックスを提供することを目的する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
α型アルミナ粒子と溶媒とを混合させてα型アルミナスラリーを作製する工程と、
前記α型アルミナスラリーを所定の容器内に流し込み、この状態において前記α型アルミナスラリーに１Ｔ以上の磁場を印加して、前記α型アルミナスラリー中の前記α型アルミナ粒子を前記磁場の方向に配向させる工程と、
前記α型アルミナスラリーを前記所定の容器中において乾燥させ、前記磁場方向に配向した前記α型アルミナ粒子からなるα型アルミナ成形体を作製する工程と、
前記α型アルミナ成形体を酸素含有雰囲気中で焼結することにより、前記磁場方向に配向した前記α型アルミナ粒子からなる配向性アルミナ焼結体を作製する工程と、
を含むことを特徴とする、配向性アルミナセラミックスの製造方法に関する。
【０００７】
本発明者らは、配向性アルミナセラミックスを任意形状に作製することが可能な新規な製造方法を見出すべく鋭意検討を行った。そして、α型アルミナ粒子がその結晶構造に起因して、結晶方向において微小な磁化率差を生じることを見出した。すなわち、六方晶コランダム構造を有するα型アルミナ粒子は、ａ−ｂ面方向とｃ軸方向とで微小な磁化率差を有することを見出した。
【０００８】
そこで、本発明者らはこの現象に着目し、この磁化率差を利用してα型アルミナ粒子を配向させることを試みた。その結果、１Ｔ以上の強磁場を印加することにより、前記磁化率差に依存してα型アルミナ粒子がｃ軸方向に配向されることを見出した。
【０００９】
また、前記強磁場印加を所定の容器に容れたα型アルミナスラリーに対して行うことにより、その後の乾燥及び焼結によって前記容器の形状を反映した形状を具える配向性アルミナセラミックスが得られることを見出した。そして、このようにして得た配向性アルミナセラミックスに対し、その配向性を考慮した種々の加工を施すことにより、所望する任意形状の配向性アルミナセラミックスが得られることを見出した。
すなわち、容器の形状を適宜に選択し、磁場印加方向を適宜に選択することにより、その後の乾燥・焼結並びに加工を経ることによって、所望する任意形状の配向性アルミナセラミックス得られることを見出した。
【００１０】
本発明の製造方法によれば、α型アルミナ粒子が配向してなる任意形状の配向性アルミナセラミックスを容易に製造することができる。したがって、構造用部材など、各種用途に対して広範囲に適用することが可能な、α型アルミナ粒子が所定方向に配向してなる配向性アルミナセラミックスを提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
本発明で用いるα型アルミナ粒子の形態は、本発明にしたがって配向性アルミナセラミックスを作製できるものであれば、特には限定されない。
しかしながら、後の磁場印加において、α型アルミナ粒子を磁場方向に比較的均一に配向させるためには、前記α型アルミナ粒子は形状異方性のない球状であることが好ましい。なお、ここでいう球状とは真球のみならず、鋭利な角を有しない多角形状のものを含む広い概念を指すものである。
【００１２】
そして、前記α型アルミナ粒子が球状である場合は、平均粒径が０．２〜１μｍ、比表面積が１〜５ｍ２／ｇであることが好ましい。これによって、前記α型アルミナ粒子の配向度をさらに高めることができる。また、後の焼結工程における焼結時間などを短縮化することができる。なお、上記平均粒径などについては、レーザ回折法など公知の方法を用いて同定することができる。
【００１３】
また、本発明においては、α型アルミナ粒子を溶媒と混合させてα型アルミナスラリーを作製する。前記溶媒としては、イソプロピルアルコール、トルエン及びメチルエチルケトンなどの有機溶媒や水を用いることができる。コスト面などを考慮すると、水を用いることが好ましい。
【００１４】
さらに、α型アルミナスラリーを作製するに際して、分散剤を用いることが好ましい。これによって、α型アルミナ粒子が均一に分散したα型アルミナスラリーを得ることができる。分散剤としては、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリカルボン酸アンモニウム及びクエン酸アンモニウムなど公知のものを用いることができる。
分散剤は、所定量を予め前記溶媒中に配合させておく。
【００１５】
また、前記α型アルミナスラリー中におけるα型アルミナ粒子の含有量は、３０〜５０体積％であることが好ましく、さらには４０体積％前後であることが好ましい。これによって、前記α型アルミナスラリー中におけるα型アルミナ粒子の分散状態がより均一となり、後の磁場印加によってこのα型アルミナ粒子の配向を全体的に均一に行うことができる。
【００１６】
上記α型アルミナスラリーの作製は、ボールミルなどを公知の手段を用いて行うことができる。ボールミルを用いる場合は、α型アルミナ粒子と必要に応じて分散剤を含んだ溶媒とをボールミル中に入れ、所定時間混合粉砕することによって作製することができる。
また、作製すべきα型アルミナ粒子が少量である場合は、α型アルミナ粒子と溶媒とを乳鉢などに入れ、手動で粉砕してスラリー化し、上記α型アルミナスラリーを得ることもできる。
【００１７】
次いで、本発明においては、上記α型アルミナスラリーを所定の容器中に流し込む。そして、流し込んだスラリーに対して配向させたい方向に対して１Ｔ以上の磁場を印加する。すると、α型アルミナの結晶方向における微小な磁化率差から、α型アルミナ粒子はそれらのｃ軸が前記磁場方向に対して平行となるようにして配向する。
なお、α型アルミナ粒子の配向を容易にして配向度を向上させるには、前記磁場は大きいほど好ましく、具体的は３Ｔ以上であることが好ましい。このような強磁場は、一般に超電導磁石を用いることによって発生させる。
【００１８】
この後、前記α型アルミナ粒子スラリーを好ましくは２０〜１５０℃で乾燥させてα型アルミナ成形体を得る。
【００１９】
次に、本発明においては、上記α型アルミナ成形体を焼結して、α型アルミナ焼結体を作製する。このα型アルミナ焼結体は、酸素含有雰囲気中において好ましくは１１００〜１６００℃、さらに好ましくは１３００〜１６００℃で、１〜１０時間焼結することによって作製する。なお、酸素含有雰囲気とは、酸素ガス雰囲気のみならず、大気中雰囲気などをも含む。
【００２０】
このようにして作製したα型アルミナ焼結体を、この焼結体を構成するα型アルミナ粒子の配向性を考慮して、所望の形状に加工する。その後、表面研磨など必要な後処理を施し、最終的な配向性アルミナセラミックスを得る。
なお、α型アルミナ成形体を得る際に使用する前記容器の大きさ及び形状を適宜に選択することにより、形状加工などを施さず、後処理のみで所望の配向性アルミナセラミックスを得ることもできる。
このような配向性アルミナセラミックスは５〜９０％、さらには５０〜９０％の配向度を有することができる。
【００２１】
また、上記α型アルミナ成形体を焼結する以前に、この成形体に対して仮焼結を施すこともできる。
α型アルミナスラリーを乾燥させて得たα型アルミナ成形体は強度が十分でないために、後の焼結工程におけるハンドリングを極めて慎重に行う必要がある。さらには、このようにして得たα型アルミナ成形体の成形密度が低いために、上記焼結工程を経ても十分な密度の焼結体を得ることができず、強度的に極めて不十分なα型アルミナ焼結体しか得られない場合がある。
【００２２】
このような場合において、α型アルミナ成形体を仮焼結すると、その成形密度を予め向上させておくことができるため、焼結後において高密度かつそれに起因して高強度のα型アルミナ焼結体を得ることができる。また、成形密度が向上するために、α型アルミナ成形体の強度も向上し、後の焼結工程におけるハンドリングを容易に行うことができる。
【００２３】
上記仮焼結は６００〜１１００℃、さらには８００〜１０５０℃で行うことが好ましい。また、仮焼結雰囲気については特に限定されないが、上記同様に酸素含有雰囲気中で行うことが好ましい。仮焼結は、その目的から一般には成形体を前記容器中に保持した状態で行う。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を実施例において具体的に示す。
α型アルミナ粒子には、平均粒径０．４〜０．６μｍ、比表面積２．８〜３．３ｍ２／ｇのα−Ａｌ２Ｏ３粉末を用いた。次いで、このα−Ａｌ２Ｏ３粉末の所定量を、ポリアクリル酸アンモニウム分散剤を０．６ｗｔ％含有した水と混合させ、ボールミルにおいて６時間粉砕混合してα型アルミナスラリーを得た。なお、α−Ａｌ２Ｏ３粉末の混合量を適宜に調整して、これら粉末の含有量が３０、４０、５０体積％となるようにした。
【００２５】
次いで、これらのα型アルミナスラリーを直径３０ｍｍのテフロン容器中にそれぞれ５ｍＬ流し込み、この状態において前記テフロン容器の外部に配置された超電導磁石から９Ｔの磁場を印加するとともに、２５℃で乾燥させ、α型アルミナ成形体を得た。
【００２６】
その後、前記テフロン容器に保持されたままのα型アルミナ成形体のそれぞれに対し、大気中で、１１００℃、１時間の仮焼結を実施した。その後、空気雰囲気中で、１６００℃、２時間の焼結を行うことにより、α型アルミナ焼結体を得た。本実施例では、このようにして得た焼結体を最終的なアルミナセラミックスとし、このようにして得たアルミナセラミックスに対して種々の強度試験を実施した。その結果、これらのアルミナセラミックスは４００±５０ＭＰａという十分実用に耐え得る強度を有していることが判明した。
【００２７】
また、本実施例において得たアルミナセラミックスの配向性を調べた。なお、これらアルミナセラミックスの形状加工が困難であったため、乾燥工程後のα型アルミナ成形体及び仮焼結後のアルミナ成形体に対して配向性を調べ、それにより間接的に評価した。
配向性の評価は以下の手順により行った。
【００２８】
最初に、得られた仮焼結前後のα型アルミナ成形体を、磁場の印加方向と水平に切り出し、＃１２００のサンドペーパーで研磨することにより、厚さ０．０５〜１ｍｍの試料片を作製した。
次いで、アルミナ（屈折率ｎ＝１．７７）と同等の屈折率を有する沃化メチレン（屈折率ｎ＝１．７４）を侵液として加え、前記試料片を透明化した。次いで、ペレックコンペンセータを用いてこれら試料のリタデーション値を求めた。次いで、各試料の厚さでこれらリタデーション値を除し、各試料の複屈折量を求めた。
そして、これら複屈折量をα型アルミナ単結晶の複屈折量で徐することにより、前記各試料の配向度を算出した。結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
0003556886.tif 000002
【００３０】
表１から明らかなように、仮焼結後においてα型アルミナ粒子の配向度はさらに増加し、総じて高い配向度を有することが分かる。また、α型アルミナ粒子（α−Ａｌ２Ｏ３粉末）が３０％の体積含有率で含有されているα型アルミナスラリーから作製した成形体において、配向度が最も高くなっていることが分かる。すなわち、α型アルミナ粒子がスラリー中に均一に分散されて、磁場印加による配向が極めて均一に行われたことが分かる。
【００３１】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、任意方向に配向したアルミナ粒子からなる配向性アルミナセラミックスを、任意の形状に作製することができる。したがって、構造用部材など、各種用途に対して広範囲に適用することが可能な配向性アルミナセラミックスを提供することができる。