(57)【要約】【課題】磁場配向を用いて、低磁場でも高度に配向した配向性セラミックス焼結体を製造する。【解決手段】板状粒子を含む原料粉末と、グラフェンとを用意する工程と、板状粒子の表面の少なくとも一部をグラフェンで被覆する処理を原料粉末に施して、グラフェン被覆板状粒子を含有する処理粉末を作製する工程と、処理粉末と溶媒とを混合してスラリーを調製する工程と、スラリーに磁場を印加して板状粒子を所定の方向に配向させる工程と、スラリー中の溶媒を除去及び／又は固化させて、板状粒子が所定の方向に配向した成形体を作製する工程と、成形体を焼成して、焼結粒子の少なくとも一部が配向した配向性セラミックス焼結体を作製する工程とを含む、配向性セラミックス焼結体の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状粒子を含む原料粉末と、グラフェンとを用意する工程と、
前記板状粒子の表面の少なくとも一部を前記グラフェンで被覆する処理を前記原料粉末に施して、グラフェン被覆板状粒子を含有する処理粉末を作製する工程と、
前記処理粉末と溶媒とを混合してスラリーを調製する工程と、
前記スラリーに磁場を印加して前記グラフェン被覆板状粒子を所定の方向に配向させる工程と、
前記スラリー中の前記溶媒を除去及び／又は固化させて、前記板状粒子が所定の方向に配向した成形体を作製する工程と、
前記成形体を焼成して、焼結粒子の少なくとも一部が配向した配向性セラミックス焼結体を作製する工程と、
を含む、配向性セラミックス焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記処理粉末中における前記グラフェン被覆板状粒子のグラフェン被覆率が１０%以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記板状粒子がＡｌ２Ｏ３からなる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記スラリーがＭｇＯを更に含み、前記ＭｇＯの含有量が前記Ａｌ２Ｏ３に対して５０〜１０００ｐｐｍである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記処理粉末の作製に先立ち、前記原料粉末に前記ＭｇＯを添加する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記処理粉末が遊離グラフェンを更に含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記磁場の磁束密度が１Ｔ以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記磁場の印加が、回転磁場を印加する又は複数の方向から磁場を印加することにより行われる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記板状粒子のアスペクト比が２以上である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記板状粒子の平均粒径が０．５μｍ以上である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記スラリーが、前記板状粒子よりも平均粒径が小さい微細粒子を更に含み、前記スラリー中に含まれる前記板状粒子及び前記微細粒子の合計質量を１００質量部とした場合に、前記スラリー中に含まれる前記板状粒子の量が０．００１〜５０重量部の範囲内である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記処理粉末の作製が、前記原料粉末及び前記グラフェンをメカノケミカル処理に付することにより行われる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配向性セラミックス焼結体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特性を向上させるべく焼結粒子の少なくとも一部を配向させた配向性セラミックス焼結体が知られている。そして、配向性セラミックス焼結体の製造方法の一つとして、磁化率の異方性を有する粉末を磁場で配向させて焼結させる手法が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１（特許第３５５６８８６号公報）には、α型アルミナ粒子を含むスラリーに１Ｔ以上の磁場を印加してα型アルミナ粒子を磁場の方向に配向させ、乾燥及び焼成に付することを含む、配向性アルミナ焼結体の製造方法が開示されている。また、特許文献２（特開２００２−１９３６７２号公報）には、等軸晶ではない結晶構造をもつ非強磁性体粉末を溶媒に分散し、そのスラリーを磁場中で固化成形した後に焼結することを含む、配向性セラミックス焼結体の製造方法が開示されている。
【０００４】
しかしながら、従来の技術では、粒子を配向させるために磁束密度が１０Ｔ程度の高磁場が必要であり、大型かつ高価な磁石を用いる必要があった。例えば、特許文献１にはα型アルミナスラリーをテフロン（登録商標）容器中に流し込み、この状態においてこの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乾燥させてα型アルミナ成形体を得ることが開示されているものの、この手法は９Ｔもの高磁場を印加するために大型かつ高価な超電導磁石が必要であった。
【０００５】
一方、粉末をグラフェンで被覆することで、０．１〜１Ｔ程度の低磁場で配向体が得られるとする報告がある。例えば、非特許文献１には棒状のグラフェン複合化Ｓｉ３Ｎ４粒子を用いることで、０．４Ｔ（市販Ｎｄ磁石）という非常に小さな磁場で、Ｓｉ３Ｎ４針状粒子がｃ軸配向したセラミックスが得られることが教示されており、他のセラミックス材料への応用も可能であるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３５５６８８６号公報
【特許文献２】特開２００２−１９３６７２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】多々見純一、”セラミックスの本質的な性能を発現させる革新的配向技術〜グラフェン複合化粒子を用いた低磁場配向技術〜”、［online］、国立大学法人横浜国立大学、[平成２８年６月１７日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.crd.ynu.ac.jp/crd/wp_public/wp-content/uploads/2015/08/6e7c32a6f122100f5a1be1588bed82cd.pdf＞
【発明の概要】
【０００８】
しかしながら、非特許文献１に開示される棒状粒子をグラフェンで被覆する手法では、低磁場での配向は可能であるものの、その配向度の到達レベルがあまり高くないという問題点がある。
【０００９】
本発明者らは、今般、磁場配向を用いた配向性セラミックス製造方法において、棒状や針状などではなく板状の形状異方性を有する原料粉末を用いることにより、グラフェンで被覆しやすくなり、その結果、低磁場でもセラミックス焼結体の配向度を有意に高められるとの知見を得た。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、低磁場でも高度に配向した配向性セラミックス焼結体を製造することができる方法を提供することである。
【００１１】
本発明の一態様によれば、板状粒子を含む原料粉末と、グラフェンとを用意する工程と、
前記板状粒子の表面の少なくとも一部を前記グラフェンで被覆する処理を前記原料粉末に施して、グラフェン被覆板状粒子を含有する処理粉末を作製する工程と、
前記処理粉末と溶媒とを混合してスラリーを調製する工程と、
前記スラリーに磁場を印加して前記グラフェン被覆板状粒子を所定の方向に配向させる工程と、
前記スラリー中の前記溶媒を除去及び／又は固化させて、前記板状粒子が所定の方向に配向した成形体を作製する工程と、
前記成形体を焼成して、焼結粒子の少なくとも一部が配向した配向性セラミックス焼結体を作製する工程と、
を含む、配向性セラミックス焼結体の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】板状粒子の粒径を説明するための模式図である。
【図２】板状粒子の厚さを説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
配向性セラミックス焼結体の製造方法
本発明による配向性セラミックス焼結体の製造方法は、原料準備工程、グラフェン被覆工程、スラリー調製工程、磁場配向工程、成形工程、及び焼成工程を含む。そして、このグラフェン被覆工程において、板状粒子の表面の少なくとも一部をグラフェンで被覆する処理を原料粉末に施して、グラフェン被覆板状粒子を含有する処理粉末を作製する。次いで、スラリー調製工程において、上記処理粉末と溶媒とを混合してスラリーを調製する。このように、グラフェン被覆板状粒子を含むスラリーを用いることで、配向性セラミックス焼結体の配向度を有意に高めることができる。特に、板状粒子を用いることにより、高いグラフェン被覆率が実現され、その結果、低磁場でも配向性セラミックス焼結体の配向度を有意に高めることが可能となる。この点、非特許文献１にはグラフェン複合化Ｓｉ３Ｎ４粒子のＳＥＭ観察結果が示されているが、ここにおいてＳｉ３Ｎ４粒子は板状ではない棒状であり、そのグラフェン被覆率も非常に低いものとなっている。また、この文献にはグラフェン複合化粒子を用いたＳｉ３Ｎ４低磁場配向セラミックスのＸ線回折結果が示されているが、ここにおいてｃ軸配向を示すとされる（００２）回折ピークより（１０１）回折ピークの方が高強度であり、このセラミックスの配向度はそれほど高いものではないと推察される。
【００１４】
（１）原料準備工程
まず、板状粒子を含む原料粉末と、グラフェンとを用意する。板状粒子の材質は磁化率の異方性があるものであれば特に限定されないが、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＡｌＮ、及びＺｎＯが好ましく例示される。板状粒子がＡｌ２Ｏ３からなることが特に好ましい。なお、本明細書において「板状粒子」なる用語は、グラフェンで被覆される前の板状粒子又はグラフェン被覆板状粒子のうちグラフェン以外の板状粒子そのものについて言及するものであり、「グラフェン被覆板状粒子」なる用語と区別されるものである。
【００１５】
板状粒子のアスペクト比が２以上であるのが好ましく、より好ましくは３以上、さらに好ましくは５以上、特に好ましくは１０以上である。アスペクト比の上限は特に限定されないが、典型的には１００以下であり、より典型的には５０以下である。アスペクト比は、平均粒径の平均厚さに対する比として定義される。ここで、板状粒子の平均粒径は、図１に示されるような板状粒子板面の長軸長の平均値であり、板状粒子の平均厚さは、図２に示されるような板状粒子の厚さ（短軸長）の平均値である。これらの値は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で板状粒子からなる粉末中の任意の粒子１００個を観察して決定すればよい。
【００１６】
板状粒子の平均粒径は、高配向化の観点からは大きい方が好ましい。例えば、板状粒子の平均粒径は好ましくは０．５μｍ以上であり、より好ましくは１μｍ以上、さらに好ましくは３μｍ以上、特に好ましくは５μｍ以上、最も好ましくは１０μｍ以上である。一方、板状粒子の平均粒径は、焼結体の緻密性の観点からは小さい方が好ましく、例えば３０μｍ以下が好ましく、より好ましくは２０μｍ以下である。高配向と緻密化の両立をより良く実現するためには、板状粒子の平均粒径が０．５μｍ〜３０μｍであるのが好ましく、より好ましくは１μｍ〜２０μｍである。
【００１７】
原料準備工程においては原料粉末とともにグラフェンが用意される。炭素の同素体の一種であるグラフェンは炭素原子１個分の厚さしかない平面状の物質であり、炭素原子のｓｐ２結合によって形成された蜂の巣状の六角形状格子構造をとっている。グラフェンは磁化率の異方性が大きく、板状粒子をグラフェンで被覆することで、低磁場でも板状粒子が一方向に配向することが可能となる。
【００１８】
（２）グラフェン被覆工程
次に、板状粒子の表面の少なくとも一部をグラフェンで被覆する処理を原料粉末に施して、グラフェン被覆板状粒子を含有する処理粉末を作製する。板状粒子の表面をグラフェンで被覆する手法としては特に限定されるものではないが、水あるいは有機溶媒を媒体とし、原料粉末とグラフェンをアルミナなどの玉石とともに容器に入れて回転させる、いわゆる湿式ボールミルによる処理を挙げることができる。あるいは、媒体を加えない乾式ボールミルによる処理であってもよい。その他、ビーズミルやメカノケミカル処理を用いることができ、中でもメカノケミカル処理が好適である。メカノケミカル処理は、高エネルギーの機械的処理を施すことにより固体を活性化させ、化学反応を促進させる手法であり、原料粉末及びグラフェンをメカノケミカル処理に付することにより、効率的にグラフェン被覆処理を行うことができる。すなわち、板状粒子の板面とグラフェンの板面が付着する形態でもって被覆することが実現できる。
【００１９】
グラフェン被覆処理に先立ち、原料粉末に熱処理又はプラズマ処理を行ってもよい。熱処理又はプラズマ処理を行うことにより、原料粉末に含まれる板状粒子が活性化され、グラフェンが被覆されやすくなる。熱処理は１００〜８００℃の温度で行うのが好ましい。
【００２０】
グラフェン被覆板状粒子のグラフェン被覆率は１０％以上であることが好ましく、さらに好ましくは２０％以上、特に好ましくは３０％以上である。被覆率を１０％以上とすることにより、グラフェン被覆による配向度向上の効果を十分なものとすることができる。被覆率の上限は特に限定されるものではないが、典型的には１００％である。ここで、グラフェン被覆率は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で板状粒子からなる粉末中の任意の粒子１０個を観察してグラフェン被覆板状粒子の表面におけるグラフェンで被覆された部分の面積比率にて決定される。
【００２１】
また、処理粉末が遊離グラフェンを更に含んでいてもよい。遊離グラフェンは板状粒子に被覆されず、遊離状態にあるグラフェンのことである。遊離グラフェンは、磁場印加の際に板状粒子の配向をアシストする作用があるため、処理粉末が遊離グラフェンを含むことで、配向性セラミックス焼結体の配向度をより向上させることが可能となる。遊離グラフェンの存在はグラフェン被覆処理した粉末を、水あるいは有機溶媒中に分散させ、上澄みを採取しこれを乾燥後、残存する固形分の成分を分析することによって確認することができる。
【００２２】
（３）スラリー調製工程
さらに、処理粉末と溶媒とを混合してスラリーを調製する。スラリーに用いられる溶媒は特に限定されず、水であってもよいし、エタノール、イソプロピルアルコール、トルエン、メチルエチルケトン等の有機溶媒であってもよい。あるいは、溶媒として、硬化性樹脂等、後述する成形工程で固化可能な成分を含むものを用いてもよい。
【００２３】
スラリーには原料粉末を均一に分散させるために分散剤を添加するのが好ましい。分散剤の例としては、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、クエン酸アンモニウムが挙げられる。分散剤は、所定量を予め溶媒中に配合させておくのが好ましい。
【００２４】
板状粒子がＡｌ２Ｏ３（アルミナ）からなるとともに、スラリーがＭｇＯを更に含むのが好ましい。ＭｇＯの含有量はＡｌ２Ｏ３に対して好ましくは５０〜１０００ｐｐｍ、より好ましくは１００〜６００ｐｐｍである。ＭｇＯ含有量を５０ｐｐｍ以上とすることにより、グラフェン被覆促進効果を高めることができる一方、１０００ｐｐｍ以下とすることにより、より緻密な焼結体を得ることが可能となる。
【００２５】
ＭｇＯの添加時機は限定されるものではないが、処理粉末の作製に先立ち原料粉末にＭｇＯを添加するのが好ましい。これによりグラフェン被覆率をさらに改善させ、配向性セラミックス焼結体の配向度をより向上させることが可能となる。
【００２６】
スラリーは、板状粒子のみならず、板状粒子よりも平均粒径が小さい微細粒子を更に含むのが好ましい。微細粒子は典型的には非板状粒子であり、より典型的には球状粒子である。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。ここで、微細粒子の平均粒径は、微細粒子の最長辺の平均値であり、この値は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で板状粒子からなる粉末中の任意の粒子１００個を観察して決定すればよい。板状粒子と微細粒子とを含む混合粉末を分散させたスラリーを用いることで、配向度及び緻密度の両方が高いセラミックス焼結体を望ましく得ることができる。すなわち、板状粒子と微細粒子とを含む混合粉末をスラリーの原料粉末として用いる場合、成形時に板状粒子が配向しやすくなる。また、焼成時に、板状粒子が種結晶たるテンプレートとして機能し、微細粒子がマトリックスとして機能し、それにより、テンプレートがマトリックスを取り込みながらホモエピタキシャル成長する。こうした製法は、ＴＧＧ（Ｔｅｍｐｌａｔｅｄ  Ｇｒａｉｎ  Ｇｒｏｗｔｈ）法と呼ばれる。このような方法を用いることで、配向度が更に高まり、密度の高い焼結体を得ることができる。
【００２７】
微細粒子の材質は、焼結後に所望の生成物をもたらすものであれば特に限定されず、板状粒子と同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。例えば、配向アルミナ焼結体を得る場合、アルミナ板状粒子とアルミナ微細粒子を混合したスラリーを用いてもよいし、アルミナ板状粒子と遷移アルミナ微細粒子（例えばγ−アルミナ微細粒子）を混合したスラリーを用いてもよい。また、微細粒子の平均粒径は板状粒子の平均粒径よりも小さければ特に限定されないが、緻密化及び高配向化の観点では、微細粒子の最長辺が小さいほうが好ましい。一方、平均粒径が小さい粒子を用いると溶媒への分散性が低下する。このため、スラリーの作製しやすさの観点では粒径が大きい方が好ましい。このため、これらを両立するには、例えば、微細粒子の平均粒径は０．６μｍ未満が好ましく、より好ましくは０．１〜０．５μｍである。
【００２８】
スラリーが板状粒子と微細粒子の両方を含む態様において、スラリーに含まれる板状粒子及び微細粒子の合計重量を１００重量部とした場合（すなわち板状粒子の重量をＴ重量部、微細粒子の重量を（１００−Ｔ）重量部とした場合）に、スラリーに含まれる板状粒子の量Ｔが０．００１〜５０重量部の範囲内であるのが好ましい。スラリーに含まれる板状粒子の量Ｔが０．００１重量部以上であると、セラミックス焼結体の配向度を高くしやすい一方、その量が５０重量部以下であると焼結が進行しやすくなる。配向度の観点では、スラリーに含まれる板状粒子の量Ｔは０．１重量部以上が好ましく、より好ましくは０．５重量部以上、さらに好ましくは１．５重量部以上である。一方、焼結性の観点ではスラリーに含まれる板状粒子の量Ｔは１５重量部以下が好ましく、より好ましくは１０重量部以下、さらに好ましくは５重量部以下、特に好ましくは２．５重量部以下である。配向度と焼結性を両立する観点では、スラリーに含まれる板状粒子の量Ｔは０．００１〜１５重量部が好ましく、より好ましくは０．１〜１５重量部、さらに好ましくは０．５〜１０重量部、特に好ましくは０．５〜５重量部、より特に好ましくは１．５〜５重量部、最も好ましくは１．５〜２．５重量部である。これらの好ましい数値範囲は板状粒子及び微細粒子がアルミナで構成される場合に特に当てはまる。ＴＧＧ法では、板状粒子（例えばアルミナ板状粉末）と微細粒子（例えばアルミナ微細粒子）の粒径や混合比を変えることによって、得られるセラミックス焼結体（例えばアルミナ焼結体）の微細構造を制御することができ、それ故、板状粒子と微細粒子の混合粉末は、板状粒子単体と比べて焼成によって緻密化しやすく、配向度も向上しやすい。
【００２９】
ところで、本発明に用いられる原料粉末及び本発明により得られる配向セラミックス焼結体は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＡｌＮ、ＺｎＯ及びこれらに類する材料に限定されるものではなく、磁性材料、強誘電体材料、圧電材料、光学材料等の他の材料であってもよい。
【００３０】
（４）磁場配向工程
次に、スラリーに磁場を印加してグラフェン被覆板状粒子を所定の方向に配向させる。スラリーに磁場が印加される限り、この工程の手法は限定されるものではないが、例えば、スラリーを容器内に流し込み、その後に容器内のスラリーに磁場を印加することによって行ってもよい。あるいは、ドクターブレード法などにより、スラリーをＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムなどの支持基体上に塗布し、その後に支持基体上のスラリーに磁場を印加することによって行ってもよい。グラフェン被覆板状粒子を用いた本発明の方法によれば、低磁場でも高い配向度を得ることができる。また、磁場印加により配向状態を得た後は、スラリー粘度が低い場合であっても、磁場印加なしで配向状態を長時間維持することが可能になる。したがって、本発明の製造方法を用いることで、このように生産性の向上といった利点も享受することができる。このようにグラフェン被覆板状粒子を用いることにより配向度が高まる理由として以下のことが考えられる。すなわち、板状粒子は特定結晶面が板面を構成しており、これとグラフェンの板面との親和性が高く、スラリー中で配向した状態を維持しやすいためと考えられる。また、板状粒子とグラフェンの接触がいわば面同士の接触となるため、安定性が高まることによるとも考えられる。
【００３１】
スラリーに印加する磁場は、その磁束密度が高い方が配向させやすく、高配向を得る観点では高い方が好ましい。好ましくは０．０１Ｔ以上、より好ましくは０．１Ｔ以上である。一方、磁束密度の高い状態を得るには大型の超電導磁石装置を用いることが必要となり、製造コストが高くなる。このため、製造コストの観点では磁束密度は低い方が好ましい。このため、磁束密度は好ましくは２Ｔ以下、より好ましくは１Ｔ以下である。高配向と製造コスト低減の両立をより良く実現するためには、磁束密度が０．０１〜２Ｔであるのが好ましく、さらに好ましくは０．１〜１Ｔである。このような磁束密度を有する磁場は、ネオジム磁石などの安価な磁石によって発生させることができるため、大型かつ高価な超電導磁石を用いる必要はない。
【００３２】
好ましくは、磁場の印加が、回転磁場を印加する又は複数の方向から磁場を印加することにより行われる。このような回転磁場を印加する又は複数の方向から磁場を印加することにより、より高次の配向性を付与することが可能となる。すなわち、板状粒子の材質によっては、一軸方向に磁場を印加するのみでは、結晶軸の１軸方向のみに粒子の配向性が付与され、他の２軸方向には粒子がランダム配向することがあるが、回転磁場を印加する又は複数の方向から磁場を印加することにより、１軸のみならず全ての結晶軸方向に配向性が付与させるため、板状粒子の配向性を固定化することが可能となる。
【００３３】
（３）成形工程
続けて、溶媒を除去及び／又は固化させて、グラフェン被覆板状粒子が所定方向に配向した成形体を作製する。配向したグラフェン被覆板状粒子からなる成形体を作製できるかぎり、成形手法は特に限定されない。例えば、スラリーを所定の容器中で乾燥させる（すなわち溶媒を蒸発等により除去する）ことで成形体を得ることができる。この場合、好ましい乾燥温度は２０〜１５０℃である。あるいは、スラリーの溶媒に硬化性樹脂等を用い、硬化性樹脂等を硬化させることで成形体を得てもよい。
【００３４】
（４）焼結工程
最後に、成形体を焼成して、焼結粒子の少なくとも一部が所定方向に配向した配向性セラミックス焼結体を作製する。配向性セラミックス焼結体は、焼結粒子の大半が配向しているのが好ましく、概ね全部がそのように配向しているのがより好ましい。成形体の焼成方法や焼成温度は特に限定されないが、板状粒子と微細粒子を混合したスラリーを用いる場合（ＴＧＧ法）においては、テンプレートがマトリックスを取り込みながらホモエピタキシャル成長するＴＧＧが生じる温度以上で焼成するのが好ましい。
【００３５】
本発明の好ましい態様によれば、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）やホットプレス等の加圧焼結により焼結を進行させる。焼結体中の炭素成分残留を抑制するには加圧焼結前に酸化性雰囲気で仮焼するのが好ましい。また、ＨＩＰで焼結させる場合はカプセルＨＩＰを用いても良いし、ＨＩＰ前に常圧焼結を行っても良い。常圧焼結は酸化性雰囲気、Ｎ２、Ａｒなどの不活性雰囲気、或いは真空下で行っても良い。成形体を酸化性雰囲気下で焼成した後、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）により更に焼結を進行させる態様はＴＧＧ法を用いた焼結に特に適する。例えば、配向アルミナ焼結体を得る場合、酸化性雰囲気下での焼成は、好ましくは１１００〜１６００℃、より好ましくは１３００〜１６００℃の温度で、１〜１０時間行うのが好ましい。酸化性雰囲気は特に限定されず、酸素雰囲気や大気雰囲気を用いればよい。一方、ＨＩＰは、一般的な条件に従って行えばよく、その条件は特に限定されないが、Ａｒガスを用いて、好ましくは１５０〜２００ＭＰａの圧力にて、好ましくは１５００〜２０５０℃、より好ましくは１６００〜２０００℃の温度で、２〜６時間行うのが好ましい。
【００３６】
焼結工程の際、炭素原子から構成されるグラフェンは成形体から除去される。しかしながら、グラフェンの除去をより確実にするために、焼結工程に先立ち、成形体中のグラフェンを除去する工程を別途設けてもよい。このようなグラフェン除去工程を設けることにより、焼結体中の残留炭素量を減らすことができ、特性向上を図ることが可能となる。グラフェン除去工程は限定されるものではないが、例えば、成形体を好ましくは３００〜１０００℃、さらに好ましくは４００〜８００℃の温度にて熱処理することにより行うことができる。
【００３７】
配向性セラミックス焼結体の主成分は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＡｌＮ及びＺｎＯから選択される少なくとも１種であるのが好ましく、特に好ましくはＡｌ２Ｏ３である。配向性セラミックス焼結体の主成分とは、例えば配向性セラミックス焼結体の典型的には５０重量％以上、より典型的には７０重量％以上、さらに典型的には８０重量％以上、特に典型的には９０重量％以上、最も典型的には９５重量％以上を構成する成分を意味する。
【００３８】
得られた配向セラミックス焼結体を、この焼結体を構成する焼結粒子の配向性を考慮しながら所望の形状に加工するのが好ましい。その後、表面研磨等の任意の後処理を施し、所望の形態の配向性セラミックス焼結体を得ることができる。なお、成形体を得る際に用いる容器の大きさ及び形状を適宜選択することで、形状加工等を施さずに、表面研磨等の後処理のみを施して、所望の配向性セラミックス焼結体を得ることもできる。
【００３９】
本発明の方法により作製された配向性セラミックス焼結体は、高い配向度を有する。例えば、配向アルミナ焼結体の場合、後述する実施例において説明されるロットゲーリング法により測定した場合に、ｃ面配向度が好ましくは３０％以上であり、より好ましくは６０％以上である。ｃ面配向度の上限は特に限定されず、理想的には１００％であるが、典型的には９５％である。
【実施例】
【００４０】
本発明を以下の例によってさらに具体的に説明する。
【００４１】
例１
（１）配向アルミナ焼結体の作製
板状アルミナ粉末（キンセイマテック株式会社製、グレード００６１０、平均粒径０．６μｍ、アスペクト比１０）を用い、これに対してナノグラフェンパウダー（イーエムジャパン（株）製、Ｇ−１３）を体積比で９７：３となるように加え、水を媒体とし湿式ボールミル混合処理を行い、乾燥し、グラフェン被覆アルミナ粉末（処理粉末）を作製した。グラフェンの被覆率は１０％であった。このグラフェン被覆粉末に、板状アルミナ粉末に対してＭｇＯ粉末を５００ｐｐｍになるように添加し、これを、ポリアクリル酸アンモニウム分散剤を０．６ｗｔ％含有した純水と混合して、粉末含有量が４０体積％となるアルミナスラリーを得た。次いで、このアルミナスラリーを直径３０ｍｍのテフロン（登録商標）製容器中に５ｍＬ流し込み、この状態において前記テフロン（登録商標）製容器の外部に配置されたネオジム磁石から０．５Ｔの回転磁場を印加するとともに、６０℃で乾燥させ、アルミナ成形体を得た。その後、アルミナ成形体を大気中で８００℃、４時間の条件で処理し、グラフェンや有機物を消失せしめ、さらに、大気中で１５５０℃、４時間焼成し、その後、蓋付きのアルミナ製の坩堝に入れ、ＨＩＰ焼成をＡｒガス、圧力１８５ＭＰａ、１６００℃で２時間の条件で行い、アルミナ焼結体を得た。
【００４２】
（２）ｃ面配向度の評価
得られたアルミナ焼結体を磁場の印加面に対し平行に切り出し、切断面を研磨加工した後、その研磨面に対してＸ線を照射しｃ面配向度を測定した。具体的には、ＸＲＤ装置（リガク製、ＲＩＮＴ−ＴＴＲ  ＩＩＩ）を用い、２θ＝２０〜７０°の範囲でＸＲＤプロファイルを測定した。具体的には、ＣｕＫα線を用いて電圧５０ｋＶ、電流３００ｍＡという条件で測定した。ｃ面配向度は、ロットゲーリング法によって以下の式を用いて算出した。ｃ面とはアルミナの（００６）面である。下記式中、ｐは作製したアルミナ焼結体のＸＲＤから得られた値であり、ｐ０は標準α−アルミナ（ＪＣＰＤＳカードＮｏ．４６−１２１２）から算出された値である。例１のアルミナ焼結体のｃ面配向度は７５％であった。
【数１】
2018016505.tif 000002
【００４３】
（３）嵩密度の評価
得られた焼結体の嵩密度を、ＪＩＳ  Ｒ  １６３４：１９９８に準拠した方法を用いて計測した。得られた焼結体の嵩密度は３．９６ｇ／ｃｍ３であった。
【００４４】
例２
グラフェン被覆処理として、メカノケミカル処理を用いた以外は例１と同様の方法で焼結体を作製した。メカノケミカル処理はホソカワミクロン（株）製ノビルタ（登録商標）を用い１５分の処理することにより行った。グラフェン被覆粉末の被覆率は２０％であった。また、得られた焼結体のｃ面配向度は９０％、嵩密度は３．９６ｇ／ｃｍ３であった。
【００４５】
例３
ＭｇＯの添加を被覆処理前に行い、他の条件は例２と同様の方法で焼結体を作製した。グラフェン被覆粉末の被覆率は３０％であった。また、得られた焼結体のｃ面配向度は９５％、嵩密度は３．９６ｇ／ｃｍ３であった。
【００４６】
例４（比較）
アルミナ粉末として、通常（非板状）のアルミナ粉末（住友化学製、ＡＡ０７、平均粒径０．７μｍ）を用いた以外は、例１と同様の方法で焼結体を作製した。グラフェンの被覆率は１０％、ｃ面配向度は１０％、嵩密度は３．９６ｇ／ｃｍ３であった。
【００４７】
例５（参考）
（１）配向アルミナ焼結体の作製
原料として、板状アルミナ粉末（キンセイマテック株式会社製、グレード００６１０、平均粒径０．６μｍ、アスペクト比１０）、及び微細アルミナ粉末（大明化学社製、ＴＭＤＡＲ、平均粒径０．１μｍ）を用意した。上記板状アルミナ粉末５重量部と、上記微細アルミナ粉末９５重量部とを混合して、混合アルミナ粉末を得た。この混合アルミナ粉末の所定量を、ポリアクリル酸アンモニウム分散剤を０．６ｗｔ％含有した純水と混合して、粉末含有量が４０体積％のアルミナスラリーを得た。このアルミナスラリーを直径３０ｍｍのテフロン（登録商標）製容器中に５ｍＬ流し込み、テフロン（登録商標）製容器の外部に配置された超電導磁石から５Ｔの磁場を印加するとともに、６０℃でスラリーを乾燥させてアルミナ成形体を得た。得られたアルミナ成形体を大気中にて１５５０℃で４時間焼成した後、蓋付きのアルミナ製の坩堝に入れ、ＨＩＰを、Ａｒガスを用いて１８５ＭＰａの圧力及び１６００℃の温度で２時間行い、アルミナ焼結体を得た。
【００４８】
（２）ｃ面配向度の評価
アルミナ焼結体を磁場の印加方向と垂直に切り出した以外は例１と同様にしてｃ面配向度を測定した。例５のアルミナ焼結体のｃ面配向度は８５．７％であった。
【００４９】
（３）嵩密度の評価
得られた焼結体の嵩密度を例１と同様にして評価したところ、嵩密度は３．９６ｇ／ｃｍ３であった。
【図１】
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【図２】
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