(57)【要約】【課題】強度が高く、しかも強度の安定性に優れたセラミックス焼結体を製造し得る酸化マグネシウム含有スピネル粉末を提供すること。【解決手段】５０％粒子径（Ｄ５０）が０．３０〜１０．００μｍであり、９０％粒子径（Ｄ９０）とＤ５０の差およびＤ５０と１０％粒子径（Ｄ１０）の差の比：（Ｄ９０−Ｄ５０）／（Ｄ５０−Ｄ１０）が１．０〜５．０であり、かつＭｇとＡｌの組成比が酸化物に換算してＭｇＯが５０〜９０重量％、Ａｌ２Ｏ３が５０〜１０重量％である、酸化マグネシウム含有スピネル粉末。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ回折散乱式粒度分布測定による体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ５０）が０．３０〜１０．００μｍであり、体積基準の累積９０％粒子径（Ｄ９０）とＤ５０の差およびＤ５０と体積基準の累積１０％粒子径（Ｄ１０）の差の比：（Ｄ９０−Ｄ５０）／（Ｄ５０−Ｄ１０）が１．０〜５．０であり、かつＭｇとＡｌの組成比が酸化物に換算してＭｇＯが５０〜９０重量％、Ａｌ２Ｏ３が５０〜１０重量％である、酸化マグネシウム含有スピネル粉末。
【請求項２】
ゆるめ嵩密度が０．２０〜１．５０ｇ／ｃｍ３、かため嵩密度が０．３０〜２．５０ｇ／ｃｍ３である、請求項１記載の酸化マグネシウム含有スピネル粉末。
【請求項３】
前記酸化マグネシウム含有スピネル粉末の成形体を焼成してなるセラミック焼結体は、３点曲げ強度が１５０ＭＰａ以上、ワイブル係数が１３．０以上である、請求項１又は２記載の酸化マグネシウム含有スピネル粉末。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸化マグネシウム含有スピネル粉末を製造する方法であって、
体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ５０）が０．５０〜１００．００μｍの、水酸化マグネシウム粒子、酸化マグネシウム粒子、炭酸マグネシウム粒子、塩基性炭酸マグネシウム粒子、硝酸マグネシウム粒子、酢酸マグネシウム粒子、及び硫酸マグネシウム粒子から選択される１種類以上のマグネシウム源粒子と、Ｄ５０が０．３０〜１５．００μｍの、水酸化アルミニウム粒子、酸化アルミニウム粒子、炭酸アルミニウム粒子、硝酸アルミニウム粒子、酢酸マグネシウム粒子、及び硫酸アルミニウム粒子から選択される１種類以上のアルミニウム源粒子とを混合した後、９００〜１４００℃で０．１〜１０．０時間仮焼し、次いで粉砕する工程を含む製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス焼結体の原料として使用可能な、酸化マグネシウム含有スピネル粉末及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化マグネシウムは融点が約２８００℃と高く、耐食性に優れた材料であり、耐火物用途の酸化マグネシウムセラミックス焼結体の原料として、焼結酸化マグネシウムや電融酸化マグネシウムが広く使われている。
【０００３】
しかし、酸化マグネシウムは熱膨張率が１３．５×１０−６／℃程度と大きく、粒子自体がへき開によって容易に割れる等の性質を持つため、耐スポーリング性に劣るという欠点がある。また、酸化マグネシウム自身反応性が高い物質であるため、空気中の水分等と反応し易く、耐水性が低くなり、取り扱いが難しいという問題もある。
【０００４】
これらの問題点に鑑みて、酸化マグネシウムの耐食性を維持したまま、耐スポーリング性及び耐水性を改善させるため、酸化マグネシウムの代替材料として、酸化マグネシウム含有スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）を用いてセラミックス焼結体を製造することが知られている。
【０００５】
特許文献１には、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、及び鉱化剤を混合した後、得られた混合物を、特定の比表面積を満足するまで焼成し、その後、粉砕する工程を含む、マグネシアスピネル粉末の製造方法が開示されており（請求項１）、この粉末を焼成して焼結体を製造することが記載されている（段落０００１）。この文献では、水酸化アルミニウムと水酸化マグネシウムの混合量は、マグネシアスピネルの化学量論比とすることが記載されている（段落００１９）。
【０００６】
特許文献２には、スピネル含有耐火物に、ＭｇＯリッチ電融スピネルを５〜１００％含有させること（請求項１）、当該ＭｇＯリッチ電融スピネルとは、Ａｌ２Ｏ３を固溶したマグネシア（ＭｇＯ）粒子の表面の全部又は一部がスピネル組成で覆われたものであることが記載されている（段落００１０）。
【０００７】
特許文献３には、水酸化マグネシウム及び／又は酸化マグネシウムと水酸化アルミニウム及び／又は酸化アルミニウムを配合してなる原料を、水を含むケーキの状態とし、これを、最高温度が１３００℃以上の回転窯にて焼成することにより、球状又は角張った形状の粒状物を得ることを含む、スピネルを主成分とする造粒物の製造方法が記載されている（請求項１）。
【０００８】
特許文献４には、水酸化マグネシウム及び／又は酸化マグネシウムと水酸化アルミニウム及び／又は酸化アルミニウムを配合し、水を含む半乾状にした原料を１０００℃〜１４００℃で焼成した後、加圧成形し、得られた成形体を１５００℃以上の温度で、回転窯で焼成する工程を含む、スピネルを主成分とする高密度球状体の製造方法が記載されている（請求項１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２４１３号公報
【特許文献２】特開平９−１４２９１６号公報
【特許文献３】特公昭６３−５３１３０号公報
【特許文献４】特公昭６３−５６１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載の技術によると、特別な装置を必要とせず、容易にスピネル粉末を製造することが出来るものの、得られるスピネル粉末を成形及び焼結して得られる焼結体の強度が低く、また、強度の安定性に欠けるという課題があった。
【００１１】
特許文献２に記載されている電融法により得られたスピネルは、得られる焼結体の強度は比較的高くなり得るものの、製造方法が電融法のためスピネルの組成が不均一になり、焼結体の強度を一定に制御できないという課題があった。
【００１２】
特許文献３では、スピネルを主成分とする球状又は角張った形状の粒状物の製造は記載されているものの、微細な粉末とすることは記載されておらず、また、前記形状の粒状物を原料として所望の形状の焼結体を製造することについても記載されていない。たとえ前記形状の粒状物を原料として焼結体を製造したとしても、十分な強度の焼結体を製造できないという課題があった。
【００１３】
特許文献４では、スピネルを主成分とする高密度球状体の製造は記載されているものの、微細な粉末とすることは記載されておらず、また、前記球状体を原料として所望の形状の焼結体を製造することについても記載されていない。たとえ前記球状体を原料として焼結体を製造したとしても、十分な強度の焼結体を製造できないという課題があった。
【００１４】
このように種々の方法でスピネルを製造することは知られているものの、強度及び強度の安定性を満足するスピネルセラミックス焼結体を与えることができるスピネル粉末は知られていない。
【００１５】
本発明は、上記現状に鑑み、強度が高く、かつ強度の安定性に優れたセラミックス焼結体を製造し得る酸化マグネシウム含有スピネル粉末を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明者らが種々検討を重ねた結果、微細なスピネル粉末を焼結することで均一な組成のセラミックス焼結体を製造でき、さらに、スピネル粉末におけるＭｇとＡｌの組成比を特定範囲のものとし、かつ、当該スピネル粉末の粒子径及び粒度分布を特定範囲に制御することで、強度及び強度の安定性をともに満足するセラミックス焼結体が得られることを見出し、本発明に至った。
【００１７】
すなわち本発明は、レーザ回折散乱式粒度分布測定による体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ５０）が０．３０〜１０．００μｍであり、体積基準の累積９０％粒子径（Ｄ９０）とＤ５０の差およびＤ５０と体積基準の累積１０％粒子径（Ｄ１０）の差の比：（Ｄ９０−Ｄ５０）／（Ｄ５０−Ｄ１０）が１．０〜５．０であり、かつＭｇとＡｌの組成比が酸化物に換算してＭｇＯが５０〜９０重量％、Ａｌ２Ｏ３が５０〜１０重量％である、酸化マグネシウム含有スピネル粉末である。
【００１８】
前記酸化マグネシウム含有スピネル粉末は、好ましくはゆるめ嵩密度が０．２０〜１．５０ｇ／ｃｍ３、かため嵩密度が０．３０〜２．５０ｇ／ｃｍ３である。
【００１９】
また、好ましくは前記酸化マグネシウム含有スピネル粉末の成形体を焼成してなるセラミック焼結体が、３点曲げ強度が１５０ＭＰａ以上、ワイブル係数が１３．０以上である。
【００２０】
また、本発明は、前記酸化マグネシウム含有スピネル粉末を製造する方法であって、体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ５０）が０．５０〜１００．００μｍの、水酸化マグネシウム粒子、酸化マグネシウム粒子、炭酸マグネシウム粒子、塩基性炭酸マグネシウム粒子、硝酸マグネシウム粒子、酢酸マグネシウム粒子、及び硫酸マグネシウム粒子から選択される１種類以上のマグネシウム源粒子と、Ｄ５０が０．３０〜１５．００μｍの、水酸化アルミニウム粒子、酸化アルミニウム粒子、炭酸アルミニウム粒子、硝酸アルミニウム粒子、酢酸マグネシウム粒子、及び硫酸アルミニウム粒子から選択される１種類以上のアルミニウム源粒子とを混合した後、９００〜１４００℃で０．１〜１０．０時間仮焼し、次いで粉砕する工程を含む製造方法でもある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、強度が高く、かつ強度の安定性に優れたセラミックス焼結体を製造し得る酸化マグネシウム含有スピネル粉末を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２３】
本発明の酸化マグネシウム含有スピネル粉末は、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムの単なる混合物のように酸化マグネシウムのマトリックスと酸化アルミニウムのマトリックスが分離しているものでなく、全体的又は部分的にマグネシウムとアルミニウムが複合化した酸化物が形成されており、より均一性が高い組成を有している。
【００２４】
本発明の酸化マグネシウム含有スピネル粉末では、スピネルの化学量論比よりも酸化マグネシウムの含有割合が高い。具体的には、本発明の酸化マグネシウム含有スピネル粉末に含まれるＭｇとＡｌの組成比は、酸化物に換算した場合、両者をあわせて１００重量％に対し、ＭｇＯが５０〜９０重量％、Ａｌ２Ｏ３が５０〜１０重量％である。この範囲内において、得られるセラミックス焼結体の曲げ強度は高くなる。より好ましくはＭｇＯが５５〜８５重量％、Ａｌ２Ｏ３が４５〜１５重量％であり、さらに好ましくは、ＭｇＯが６０〜８０重量％、Ａｌ２Ｏ３が４０〜２０重量％である。なお、ＭｇＯが９０重量％より大きくなると熱膨張率が大きくなり耐スポーリング性が低下し、ＭｇＯが５０重量％より低くなると耐食性が低下する。
【００２５】
本発明の酸化マグネシウム含有スピネル粉末の純度は、９９．０％以上であることが好ましく、９９．５％以上がより好ましく、９９．９％以上がさらに好ましい。ここで、純度とは、酸化マグネシウム含有スピネル粉末に含まれる不純物（ＭｇとＡｌとＯ以外の成分、例えば、Ｃａ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｂ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｂａ）の含量を酸化物換算し、１００％から減算した数値を指す。熱膨張率は不純物の影響を受けて理論値からずれるため、純度が高くなると、セラミックス焼結体の熱膨張率が安定する。一方、純度が低くなると、セラミックス焼結体の熱膨張率にばらつきが生じる。
【００２６】
本発明の酸化マグネシウム含有スピネル粉末の体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ５０）は、０．３０μｍ〜１０．００μｍであり、より好ましくは０．３５μｍ〜５．００μｍ、さらに好ましくは０．４０μｍ〜３．００μｍである。酸化マグネシウム含有スピネル粉末のＤ５０がこの範囲であれば、成形体の密度及びセラミックス焼結体の強度が高くなる。Ｄ５０が０．３０μｍ未満の場合は、乾燥時や焼結時の収縮率が大きくなり、クラック等が発生する。また、粒子径が細かくなり過ぎるとハンドリング性が悪くなる。Ｄ５０が１０．００μｍより大きくなると、焼結性が悪くなり、焼結体の強度が低下する。高強度の緻密な焼結体を得るためには焼結温度を高くしなければならず、好ましくない。
【００２７】
本発明の酸化マグネシウム含有スピネル粉末は、粒度分布の幅を制御したものであり、具体的には、粒度分布測定において体積基準の累積９０％粒子径（Ｄ９０）と体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ５０）の差およびＤ５０と体積基準の累積１０％粒子径（Ｄ１０）の差の比：（Ｄ９０−Ｄ５０）／（Ｄ５０−Ｄ１０）が１．０〜５．０である。この範囲から外れると、セラミックス焼結体の強度及び強度の安定性が低下する。より好ましくは１．１〜４．５であり、さらに好ましくは１．２〜４．０である。
【００２８】
なお、本発明において、Ｄ１０、Ｄ５０及びＤ９０はそれぞれ、レーザ回折散乱式粒度分布測定による体積基準の累積１０％粒子径、累積５０％粒子径、及び累積９０％粒子径である。
【００２９】
本発明の酸化マグネシウム含有スピネル粉末の嵩密度は、ゆるめ嵩密度が０．２０〜１．５０ｇ／ｃｍ３、かため嵩密度が０．３０〜２．５０ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。これら嵩密度が上記範囲内にあると、セラミックス焼結体の強度及び強度の安定性を共により高めることができ、好ましい。より好ましくはゆるめ嵩密度が０．２５〜１．２０ｇ／ｃｍ３、かため嵩密度が０．３５〜２．２０ｇ／ｃｍ３であり、さらに好ましくはゆるめ嵩密度が０．２８〜１．００ｇ／ｃｍ３、かため嵩密度が０．４０〜２．００ｇ／ｃｍ３である。
【００３０】
（製造方法）
次に、本発明の酸化マグネシウム含有スピネル粉末を製造する方法の一例について説明する。本発明の酸化マグネシウム含有スピネル粉末は、マグネシウム源からなる粉末とアルミニウム源からなる粉末を混合して得た混合粉末を高温で仮焼合成して合成スピネル原料を作製し、これを所定の粒子径及び粒度分布となるように粉砕することで製造することができる。
【００３１】
通常、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムの単なる混合物は酸化マグネシウムのマトリックスと酸化アルミニウムのマトリックスが融合しておらず、ばらばらに存在しているが、本発明ではマグネシウム源とアルミニウム源を仮焼合成し、粉砕することで、全体的又は部分的にマグネシウムとアルミニウムが複合化した酸化物が形成され、より均一性が高い組成の酸化マグネシウム含有スピネル粉末が合成される。
【００３２】
なお、本発明によると、特許文献１に必須成分として記載されているフッ化アルミニウム、フッ化マグネシウム等の鉱化剤を、マグネシウム源及びアルミニウム源と混合せずに、酸化マグネシウム含有スピネル粉末を製造することができる。
【００３３】
また、本発明の酸化マグネシウム含有スピネル粉末においては、特許文献２に記載されている電融スピネルと比較しても、マグネシウムとアルミニウムがより均一に分散した組成分布が形成されているため、強度のばらつきが少なく安定性が高いセラミックス焼結体を得ることができる。
【００３４】
上記マグネシウム源としては特に限定されないが、例えば、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、塩基性炭酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム等が挙げられる。マグネシウム源を製造する方法は特に限定されないが、水酸化マグネシウムの製造方法の一例としては、例えば、苦汁、海水、潅水のような塩化マグネシウム含有水溶液にアンモニア、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム等のアルカリ性水溶液を添加して反応させ、水酸化マグネシウムを得る方法が挙げられる。また、このようにして得られた水酸化マグネシウムを焼成した後、所望の粒度まで粉砕してなる酸化マグネシウムを、マグネシウム源として使用することもできる。さらに、上記マグネシウム源として、市販のものを使用することもできる。
【００３５】
上記マグネシウム源としては微細な粒子状のものを使用することが好ましく、その粒度は、体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ５０）が０．５０〜１００．００μｍであることが好ましい。この粒度範囲内であると、上述した本発明の酸化マグネシウム含有スピネル粉末が有する粒度分布を達成しやすくなる。より好ましくは５．００〜８０．００μｍ、さらに好ましくは１０．００〜５０．００μｍである。
【００３６】
上記アルミニウム源としては特に限定されないが、例えば、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、硫酸アルミニウム等が挙げられる。アルミニウム源を製造する方法は特に限定されないが、水酸化アルミニウムの製造方法の一例としては、例えば、ボーキサイトを加圧、加熱下で水酸化ナトリウム水溶液と反応させ、得られた溶液を濾過してアルミン酸ナトリウム溶液を抽出し、冷却することで水酸化アルミニウムを得る方法が挙げられる。また、このようにして得られた水酸化アルミニウムを焼成した後、所望の粒度まで粉砕してなる酸化アルミニウムを、アルミニウム源として使用することもできる。さらに、上記アルミニウム源として、市販のものを使用することもできる。
【００３７】
上記アルミニウム源としては微細な粒子状のものを使用することが好ましく、その粒度は、体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ５０）が０．３０〜１５．００μｍであることが好ましい。この粒度範囲内であると、上述した本発明の酸化マグネシウム含有スピネル粉末が有する粒度分布を達成しやすくなる。また、アルミニウム源の粒度が前記範囲よりも大きくなると、仮焼しても、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムが複合化してなるスピネル相が十分に形成されず、酸化アルミニウムのマトリックスが残留しやすくなるため好ましくない。より好ましくは０．５０〜１０．００μｍ、さらに好ましくは１．００〜５．００μｍである。
【００３８】
製造する酸化マグネシウム含有スピネル粉末におけるマグネシウムとアルミニウムの組成比を考慮して、粉末状のマグネシウム源と、粉末状のアルミニウム源を、任意の比率で十分に混合する。得られた混合粉末を仮焼して、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムが複合化した合成スピネル原料を得る。仮焼の条件は特に限定されないが、温度は９００〜１４００℃、時間は０．１〜１０．０時間であることが好ましい。より好ましくは、温度は９５０〜１３００℃、時間は０．５〜８．０時間であり、さらに好ましくは、温度は１０００〜１２００℃、時間は１．０〜５．０時間である。仮焼の条件がこの範囲であると、スピネル相が十分に形成され、次の粉砕工程によって所望の粒子径及び粒度分布を満足する本発明の酸化マグネシウム含有スピネル粉末が得やすくなる。仮焼時の温度が１４００℃より高い又は仮焼時間が１０．０時間より長くなると、仮焼工程で焼結が過度に進行し、粉砕操作を行っても所望の粒子径を得ることが困難になる。
【００３９】
仮焼により得られた合成スピネル原料は、所望の粒子径及び粒度分布が得られるように粉砕することで、本発明の酸化マグネシウム含有スピネル粉末を得ることができる。粉砕の好適な条件は、マグネシウム源及びアルミニウム源の粒度や組成比、仮焼の条件に左右されるため、特定の範囲に限定されるものではない。しかし、得られた合成スピネル原料に対し、粉砕装置、粉砕時の回転数や処理時間等の各種条件を適宜調節することで、所望の粒子径及び粒度分布を達成することができる。粉砕装置としては、例えば、ジョークラッシャー、ジャイレトリークラッシャー、コーンクラッシャー、インパクトクラッシャー、ロールクラッシャー、カッターミル、スタンプミル、リングミル、ローラーミル、ジェットミル、ハンマーミル、回転ミル、振動ミル、遊星ミル、ボールミル、サイクロンミル等の粉砕機を使用して粉砕することができる。
【００４０】
（焼結体）
本発明の酸化マグネシウム含有スピネル粉末の造粒体を形成した後、これを所望の形状に成形し、焼成することで所望の形状のセラミックス焼結体を製造することができる。本発明により製造されるセラミックス焼結体は、あらかじめ酸化マグネシウム含有スピネル粉末におけるＭｇとＡｌの組成比を調整しておくことで、耐食性、耐スポーリング性、熱膨張率を容易に制御することが可能である。
【００４１】
造粒を行う際の条件は特に限定されないが、無機粉末から造粒体を形成する際の一般的な条件であってよい。造粒装置としては、例えば転動造粒装置、流動層造粒装置、拡販造粒装置、圧縮造粒装置、押出造粒装置等を使用し、室温で造粒できる。必要に応じ一般的なバインダーを酸化マグネシウム含有スピネル粉末と混合又は噴霧することで造粒体を形成してもよい。使用可能なバインダーとしては特に限定されず、ノニオン系、カチオン系、アニオン系等の有機バインダーを適宜用いることができる。その使用量としては、スピネル粉末１００重量部に対して、１〜３０重量部程度である。造粒体の大きさとしては、特に限定されないが、例えば、０．１０〜１．００ｍｍ程度であってよい。
【００４２】
得られた造粒体を所望の形状に成形して成形体を得、これを焼成することでセラミックス焼結体が製造される。成形方法は特に限定されず、例えば、プレス成形、押出成形、射出成形等を使用することができる。プレス成形は、例えば一軸プレス機にて面圧３０〜３００ＭＰａで実施することができる。焼成は特に限定されないが、１４００〜１８００℃の温度で１．０〜１０．０時間の条件で実施することができる。
【００４３】
本発明の酸化マグネシウム含有スピネル粉末の成形体を焼成してなるセラミックス焼結体は、当該焼結体が、面圧１３４ＭＰａの成形圧力でプレス成形後、１６００℃で４時間焼成するという条件で製造された場合において、３点曲げ強度が１５０ＭＰａ以上、ワイブル係数が１３．０以上であることが好ましい。曲げ強度及びワイブル係数がこの範囲であると、十分にセラミックス焼結体の強度が高く、強度の安定性に優れているということができる。
【実施例】
【００４４】
以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００４５】
（試験方法）
（１）曲げ強度試験方法
曲げ強度試験は、ＪＩＳ−Ｒ−１６０１：２００８（ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法）における３点曲げ試験方法に準じて行った。試験片（セラミックス焼結体）の形状は、断面が長方形の角柱とする。寸法は全長５０ｍｍ、幅４．０±０．１ｍｍ、厚さ３．０±０．１ｍｍとなるよう、セラミック焼結体を切断研磨して加工した。測定装置は、テンシロン万能材料試験機（ＲＴＡ−５００  株式会社オリエンテック製）を使用し、試験片をスパン幅＝４０ｍｍの支持具に置き、上部からクロスヘッドを速度０．５ｍｍ／ｍｉｎの変位で押し当てて、試験ジグ内の試験片に荷重を加え、試験片が破壊するまでの最大荷重を測定した。最大荷重から以下の計算式にて、曲げ強度を算出した。
σｂ３＝３ＰＬ／２ｗｔ２
ここで、σｂ３：３点曲げ強さ（ＭＰａ）、Ｐ：試験片が破壊したときの最大荷重（Ｎ）、Ｌ：外部支点間距離（ｍｍ）、ｗ：試験片の幅（ｍｍ）、ｔ：試験片の厚さ（ｍｍ）である。
【００４６】
（２）ワイブル係数の評価方法
ワイブル係数は、ＪＩＳ−Ｒ−１６２５−２０１０（ファインセラミックスの強さデータのワイブル統計解析法）に準じて算出した。ワイブル係数の数値が大きいものほど、強度分布の幅が狭く、安定性が高いといえる。曲げ強度試験方法で算出した３点曲げ強度σ（ｎ＝１５〜３０）を値の低いものから順に並べ、データの累積破壊確率Ｆｉを平均ランク法によって求めた。
Ｆｉ＝ｉ／（ｎ＋１）
ここで、ｎはサンプル数、ｉは小さい順に並び替えた順位（順位数）である。
【００４７】
ｌｎσ、ｌｎｌｎ｛１／（１−Ｆｉ）｝を計算し、ｌｎσを横軸に、ｌｎｌｎ｛１／（１−Ｆｉ）｝を縦軸にプロットし、データに当てはまる直線を引き、その傾きからワイブル係数を算出した。
【００４８】
（３）嵩密度の評価方法
嵩密度は、粉体特性測定装置パウダテスタ（ＰＴ−Ｎ  ホソカワミクロン株式会社製）を用いて測定した。
【００４９】
ゆるめ嵩密度は、タップしない（ゆるみ）状態での粉体試料の質量と粒子間空隙容積の因子を含んだ粉体の体積との比である。ゆるめ嵩密度は、内容積１００ｃｍ３のカップを装置にセットし、その上に目開き７１０μｍの篩をセットしてその上に酸化マグネシウム含有スピネル粉末３００ｇを投入し、カップ内に過剰に溢れる程度まで振動を与えながら粉体を落下させた。カップに充填された粉体の山盛り分をブレードで擦り切り、粉体の重量を測定し、ゆるめ嵩密度を算出した。ゆるめ嵩密度は３回測定し、その平均値を記録した。
【００５０】
かため嵩密度は、粉体試料を入れた容器を機械的にタップした後に得られる、増大したかさ密度である。かため嵩密度は、上述のカップの上にキャップを取り付け、キャップの上部まで充分に酸化マグネシウム含有スピネル粉末を入れ、１８０回タッピングを行った。タッピング終了後、キャップを取り外し、カップの粉体をブレードで擦り切り、粉体の重量を測定し、かため嵩密度を算出した。タッピング操作をさらに３６０回繰り返し、同様に粉体の重量を測定し、両者の重量差が２％を超えた場合には、重量差が２％未満となるまでさらに１８０回タッピング操作を繰り返した。かため嵩密度は３回測定し、その平均値を記録した。
【００５１】
（４）粒子径の評価方法
各粉末の体積基準の累積１０％粒子径、体積基準の累積５０％粒子径、及び体積基準の累積９０％粒子径（Ｄ１０、Ｄ５０、及びＤ９０）は、レーザ回折散乱式粒度分布測定装置（ＭＴ３３００  日機装株式会社製）を用いて測定した。溶媒にはメタノールを使用し、超音波ホモジナイザー（ＵＳ−３００Ｔ  株式会社日本精機製作所製）にて１２０Ｗで３分間分散処理を施した後、各粒子径を測定した。得られた各粒子径の値から、（Ｄ９０−Ｄ５０）／（Ｄ５０−Ｄ１０）を算出した。
【００５２】
（５）酸化マグネシウム含有スピネル粉末の組成比及び純度の算出方法
酸化マグネシウム含有スピネル粉末の組成分析は、多元素同時蛍光Ｘ線分析装置（Ｓｉｍｕｌｔｉｘ１２  株式機会社リガク製）にて、ガラスビード法にて行った。各元素含有量を酸化物換算で算出し、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムの組成比を算出した。また、主要な不純物となるＣａ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｂ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｂａを酸化物換算し、１００％から減算して、酸化マグネシウム含有スピネル粉末の純度を算出した。
【００５３】
（６）水酸化マグネシウム及び水酸化アルミニウムの純度の算出方法
水酸化マグネシウム及び水酸化アルミニウムの純度は、（５）と同様に、多元素同時蛍光Ｘ線分析装置（Ｓｉｍｕｌｔｉｘ１２  株式機会社リガク製）にて、主要な不純物となるＣａ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｆｅ、Ｂ、Ｎａを酸化物換算し、１００％から減算して算出した。
【００５４】
＜実施例１＞
Ｍｇイオン濃度が２．０ｍｏｌ／Ｌになるように調整した塩化マグネシウム水溶液と、水酸化ナトリウム溶液に純水を加えて濃度２．７ｍｏｌ／Ｌに調整した溶液を、それぞれ定量ポンプで反応槽に送液して、塩化マグネシウムに対する水酸化ナトリウムの反応率が９０ｍｏｌ％となるよう、連続化合反応を実施した。反応スラリーは反応槽より滞留時間３０分でオーバーフローさせ、水酸化マグネシウムスラリーを回収した。これを濾過、水洗、乾燥し、水酸化マグネシウム乾燥粉末を得た。得られた水酸化マグネシウム乾燥粉末の純度が９９．９％、Ｄ５０が３３．０６μｍであった。
【００５５】
上記の方法で得られた水酸化マグネシウム乾燥粉末に、純度が９９．７％、Ｄ５０が１．４６μｍの水酸化アルミニウム粉末を、ＭｇとＡｌの組成比が酸化物換算でＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３が７０：３０になるように配合した後、乾式で均一になるよう十分に混合して水酸化マグネシウムと水酸化アルミニウムの混合粉末を得た。
【００５６】
得られた混合粉末を、電気炉で１０００℃、１時間仮焼し、合成スピネル原料を得た。当該合成スピネル原料を、ボールミルで４時間粉砕することで、Ｄ５０＝１．９７μｍの酸化マグネシウム含有スピネル粉末を得た。
【００５７】
得られた酸化マグネシウム含有スピネル粉末及びアニオン系有機バインダー溶液を、酸化マグネシウム含有スピネル粉末１００重量部に対して４．４重量部となるよう万能混合攪拌機に投入し、室温下で造粒径=０．１０〜１．００ｍｍに造粒を行った。この造粒品を一軸プレス機にて面圧１３４ＭＰａの成形圧力でプレス成形することにより、成形体を得た。
【００５８】
得られた成形体を電気炉で１６００℃、４時間焼成し、全長５０ｍｍ、幅４．０ｍｍ、厚さ３．０ｍｍのセラミックス焼結体を得た。
【００５９】
＜実施例２＞
ＭｇとＡｌの組成比が酸化物換算でＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３が５０：５０になるように配合して水酸化マグネシウムと水酸化アルミニウムの混合粉末を得た後、電気炉で１０００℃、１時間仮焼し、ボールミルで４時間粉砕することで、Ｄ５０＝１．９４μｍの酸化マグネシウム含有スピネル粉末を得た。得られた酸化マグネシウム含有スピネル粉末を用いて、以後実施例１と同様の方法で造粒、成形及び焼成を行い、所定形状のセラミックス焼結体を得た。
【００６０】
＜実施例３＞
ＭｇとＡｌの組成比が酸化物換算でＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３が６０：４０になるように配合して水酸化マグネシウムと水酸化アルミニウムの混合粉末を得た後、電気炉で１０００℃、１時間仮焼し、ボールミルで４時間粉砕することで、Ｄ５０＝１．８６μｍの酸化マグネシウム含有スピネル粉末を得た。得られた酸化マグネシウム含有スピネル粉末を用いて、以後実施例１と同様の方法で造粒、成形及び焼成を行い、所定形状のセラミックス焼結体を得た。
【００６１】
＜実施例４＞
ＭｇとＡｌの組成比が酸化物換算でＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３が８０：２０になるように配合して水酸化マグネシウムと水酸化アルミニウムの混合粉末を得た後、電気炉で１０００℃、１時間仮焼し、ボールミルで４時間粉砕することで、Ｄ５０＝１．６９μｍの酸化マグネシウム含有スピネル粉末を得た。得られた酸化マグネシウム含有スピネル粉末を用いて、以後実施例１と同様の方法で造粒、成形及び焼成を行い、所定形状のセラミックス焼結体を得た。
【００６２】
＜実施例５＞
ＭｇとＡｌの組成比が酸化物換算でＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３が９０：１０になるように配合して水酸化マグネシウムと水酸化アルミニウムの混合粉末を得た後、電気炉で１０００℃、１時間仮焼し、ボールミルで４時間粉砕することで、Ｄ５０＝１．７４μｍの酸化マグネシウム含有スピネル粉末を得た。得られた酸化マグネシウム含有スピネル粉末を用いて、以後実施例１と同様の方法で造粒、成形及び焼成を行い、所定形状のセラミックス焼結体を得た。
【００６３】
＜実施例６＞
ＭｇとＡｌの組成比が酸化物換算でＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３が７０：３０になるように配合して水酸化マグネシウムと水酸化アルミニウムの混合粉末を得た後、電気炉で１２００℃、１時間仮焼し、ボールミルで４時間粉砕することで、Ｄ５０＝２．２０μｍの酸化マグネシウム含有スピネル粉末を得た。得られた酸化マグネシウム含有スピネル粉末を用いて、以後実施例１と同様の方法で造粒、成形及び焼成を行い、所定形状のセラミックス焼結体を得た。
【００６４】
＜実施例７＞
ＭｇとＡｌの組成比が酸化物換算でＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３が７０：３０になるように配合して水酸化マグネシウムと水酸化アルミニウムの混合粉末を得た後、電気炉で１１００℃、１時間仮焼し、ボールミルで８時間粉砕することで、Ｄ５０＝０．４４μｍの酸化マグネシウム含有スピネル粉末を得た。得られた酸化マグネシウム含有スピネル粉末を用いて、以後実施例１と同様の方法で造粒、成形及び焼成を行い、所定形状のセラミックス焼結体を得た。
【００６５】
＜実施例８＞
ＭｇとＡｌの組成比が酸化物換算でＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３が７０：３０になるように配合して水酸化マグネシウムと水酸化アルミニウムの混合粉末を得た後、電気炉で１０００℃、１時間仮焼し、ボールミルで６時間粉砕することで、Ｄ５０＝１．６３μｍの酸化マグネシウム含有スピネル粉末を得た。得られた酸化マグネシウム含有スピネル粉末を用いて、以後実施例１と同様の方法で造粒、成形及び焼成を行い、所定形状のセラミックス焼結体を得た。
【００６６】
＜実施例９＞
ＭｇとＡｌの組成比が酸化物換算でＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３が７０：３０になるように配合して水酸化マグネシウムと水酸化アルミニウムの混合粉末を得た後、電気炉で１１００℃、１時間仮焼し、ボールミルで４時間粉砕することで、Ｄ５０＝０．７１μｍの酸化マグネシウム含有スピネル粉末を得た。得られた酸化マグネシウム含有スピネル粉末を用いて、以後実施例１と同様の方法で造粒、成形及び焼成を行い、所定形状のセラミックス焼結体を得た。
【００６７】
＜比較例１＞
ＭｇとＡｌの組成比が酸化物換算でＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３が７０：３０になるように配合して水酸化マグネシウムと水酸化アルミニウムの混合粉末を得た後、電気炉で１５００℃、１時間仮焼し、ボールミルで４時間粉砕することで、Ｄ５０＝１６．０３μｍの酸化マグネシウム含有スピネル粉末を得た。得られた酸化マグネシウム含有スピネル粉末を用いて、以後実施例１と同様の方法で造粒、成形及び焼成を行い、所定形状のセラミックス焼結体を得た。
【００６８】
＜比較例２＞
ＭｇとＡｌの組成比が酸化物換算でＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３が７０：３０になるように配合して水酸化マグネシウムと水酸化アルミニウムの混合粉末を得た後、シャトルキルンで１６００℃、１時間仮焼し、ボールミルで３時間粉砕することで、Ｄ５０＝１５．３９μｍの酸化マグネシウム含有スピネル粉末を得た。得られた酸化マグネシウム含有スピネル粉末を用いて、以後実施例１と同様の方法で造粒、成形及び焼成を行い、所定形状のセラミックス焼結体を得た。
【００６９】
＜比較例３＞
実施例９の方法で作製した酸化マグネシウム含有スピネル粉末と、比較例２の方法で作製した酸化マグネシウム含有スピネル粉末を、７５：２５になるように乾式で十分に混合してＤ５０＝０．８２μｍの酸化マグネシウム含有粉末を得た。得られた酸化マグネシウム含有スピネル粉末を用いて、以後実施例１と同様の方法で造粒、成形及び焼成を行い、所定形状のセラミックス焼結体を得た。
【００７０】
＜比較例４＞
Ｄ５０＝１．２０μｍの酸化マグネシウム粉末及びＤ５０＝０．５０μｍの酸化アルミニウム粉末を、ＭｇとＡｌの組成比が酸化物換算でＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３が７０：３０になるように配合し、乾式で均一になるよう十分に混合してＤ５０＝０．６９μｍの混合粉末を得た。得られた混合粉末の仮焼及び粉砕を行わず、すなわち酸化マグネシウム含有スピネル粉末を得ることなく、前記混合粉末を用いて、実施例１と同様の方法で造粒、成形及び焼成を行い、所定形状のセラミックス焼結体を得た。
【００７１】
＜比較例５＞
ＭｇとＡｌの組成比が酸化物換算でＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３が３０：７０になるように配合して水酸化マグネシウムと水酸化アルミニウムの混合粉末を得た後、電気炉で１０００℃、１時間仮焼し、ボールミルで４時間粉砕することで、Ｄ５０＝１．８４μｍの酸化マグネシウム含有スピネル粉末を得た。得られた酸化マグネシウム含有スピネル粉末を用いて、以後実施例１と同様の方法で造粒、成形及び焼成を行い、所定形状のセラミックス焼結体を得た。
【００７２】
得られた結果を表１にまとめた。
【００７３】
【表１】
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【００７４】
表１より、実施例１〜９の酸化マグネシウム含有スピネル粉末を用いると、強度が高く、ワイブル係数の数値が大きく強度の安定性に優れたセラミックス焼結体を製造できたことが分かる。
【００７５】
一方、比較例１の酸化マグネシウム含有スピネル粉末はＤ５０が大きいことに加え、（Ｄ９０−Ｄ５０）／（Ｄ５０−Ｄ１０）の値も大きく、製造されたセラミックス焼結体は強度が低く、ワイブル係数の値も小さいものであった。比較例２の酸化マグネシウム含有スピネル粉末はＤ５０が大きく、製造されたセラミックス焼結体は強度が低く、ワイブル係数の値も小さいものであった。比較例３は、（Ｄ９０−Ｄ５０）／（Ｄ５０−Ｄ１０）の値が大きく、製造されたセラミックス焼結体は強度が低く、ワイブル係数の値も小さいものであった。比較例４は、スピネル粉末を形成せずに、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムの混合粉末から直接セラミックス焼結体を製造した結果、得られたセラミックス焼結体は強度が低く、ワイブル係数の数値も小さいものであった。比較例５の酸化マグネシウム含有スピネル粉末は酸化マグネシウムの比率が低く、製造されたセラミックス焼結体は強度が低く、ワイブル係数の数値も小さいものであった。