(57)【要約】【課題】本発明は、有機物を用いないで酸化物セラミックスの表面に撥水性を付与するための新規な製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明によれば、金属酸化物で構成される成形体を略絶乾状態に調製された酸素を含有する雰囲気ガス（例えば、合成空気）を焼結炉に導入しながら焼成することを特徴とする、酸化物セラミックスの製造方法が提供される。本発明においては、前記雰囲気ガスの水分濃度を１０００ｐｐｍ以下とすることが望ましく、１００ｐｐｍ以下とすることがより望ましい。本発明に係る酸化物セラミックスは、撥水耐久性に優れ、高度の安全性が要求される用途にも安心して適用することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物で構成される成形体を略絶乾状態の雰囲気で焼成することを特徴とする、酸化物セラミックスの製造方法。
【請求項２】
略絶乾状態に調製された酸素を含有する雰囲気ガスを焼結炉に導入しながら前記成形体を焼成することを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記雰囲気ガスの水分濃度は、１０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記雰囲気ガスは、合成空気であることを特徴とする、請求項２または３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記酸化物は、金属酸化物である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記金属酸化物は、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３およびＣｅＯ２からなる群から選択される少なくとも１種の希土類金属の酸化物である、請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記金属酸化物は、Ａｌ２Ｏ３、ＹＳＺおよびＴｉＯ２からなる群から選択される少なくとも１種の非希土類金属の酸化物である、請求項５に記載の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載された製造方法を用いて製造された酸化物セラミックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物セラミックスの製造方法に関し、より詳細には、撥水性を有する酸化物セラミックスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、酸化物セラミックスは、イオン結合性の割合が大きいことからその表面エネルギーが高く、親水的な表面特性を有する。このため、これまでの酸化物セラミックスの撥水化処理は、シランやワックス、ポリマー等の表面エネルギーが低い有機物を酸化物セラミックスの表面に付着させる方法が一般的であった。
【０００３】
しかしながら、有機物を表面に付着させるこれまでの方法では、撥水耐久性の低下が避けられず、用途（例えば、食器）によっては安全性も懸念されることから、有機物を用いないで酸化物セラミックスの表面に撥水性を付与するための新たな手法が渇望されていた。
【０００４】
この点につき、最近、希土類酸化物セラミックスの撥水性に関する報告がなされた（非特許文献１）。当報告においては、希土類では4f軌道が外側の5s2p6軌道の電子にシールドされるがゆえに水と相互作用できないことが撥水化の原因として説明されており、その証左として、同様の条件で焼成した非希土類系の酸化物セラミックス（アルミナ）が撥水化しないことを示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】G. Azimi, R. Dhiman, H-M. Kwon, A. T. Paxson, K. K. Varanasi, NATURE MATERIALS, 12, 315-320 (2013)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、有機物を用いないで酸化物セラミックスの表面に撥水性を付与するための新規な製造方法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】
【０００７】
本発明者らは、非特許文献１の内容を精査する中で、希土類酸化物が合成空気中で焼成されている点に着目し、そこから、当報告における希土類酸化物セラミックスの撥水化は、そもそもの原因が希土類の電子構造にあるのではなく、酸化物を絶乾状態に近い雰囲気で焼成した点にあるのではないかという仮説を得るに至った。
【０００８】
本発明者らは、上記仮説を実証すべく、広範囲の酸化物を合成空気中で焼成して酸化物セラミックスを作製し、その撥水性を検証した。その結果、希土類のみならず、非希土類系の酸化物からなる酸化物セラミックスが撥水性を発現する現象を見出し、本発明に至ったのである。
【発明の効果】
【０００９】
上述したように、本発明によれば、有機物を用いないで酸化物セラミックスの表面に撥水性を付与するための新規な製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の酸化物セラミックスの製造方法の工程図。
【図２】実施例の撥水状態を示す写真。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１に示す工程図に基づいて、本発明の酸化物セラミックスの製造方法を説明する。
【００１２】
（工程１）
工程１では、原料となる酸化物の粉体を用意する。本発明では、原料として、希土類金属の酸化物を用いることができる。希土類金属の酸化物の例としては、Gd2O3、Eu2O3、CeO2などを挙げることができる。
【００１３】
また、本発明では、原料として、非希土類系の金属酸化物を用いることもできる。非希土類系の金属酸化物の例としては、Al2O3、YSZ（Y2O3安定化ZrO2）、TiO2などを挙げることができる。
【００１４】
さらに、本発明では、原料として、非金属の酸化物を用いることもできる。非金属の酸化物の例としては、SiO2などを挙げることができる。
【００１５】
（工程２）
工程２では、用意した酸化物の粉体を使用して成形体を形成する。本発明では、使用する原料や所望する形状に応じて適切な成形法（金型プレス成形法、静水圧成形法、射出成形法、スリップキャスト法、押出成形法）を選択すればよく、本発明は、成形法を限定するものではない。
【００１６】
（工程３）
工程３では、形成した成形体を焼成（焼結）する。ここで、本発明は、絶乾状態に近い雰囲気で成形体を焼成することを特徴とする。具体的には、略絶乾状態に調製され、酸素を含有する雰囲気ガスを焼結炉に導入しながら成形体を焼成する。このとき、雰囲気ガスの水分および有機物の濃度は、いずれも1000 ppm以下であることが望ましく、より望ましくは100 ppmである。また、雰囲気ガスにおける酸素濃度は、通常は0.1%以上であって、且つ、成形体を構成する酸化物の酸化状態を大きく変化させない濃度であることが望ましい。本発明では、上述した条件を満たす雰囲気ガスとして、合成空気を用いることができ、アルゴンなどの不活性ガスを主成分とする酸素含有ガスを用いることもできる。
【００１７】
なお、工程３における焼成温度は、成形体を構成する酸化物の種類およびその粒子径に応じて適切な温度を選択すればよく、また、焼成は、常圧焼結法および加圧焼結法のいずれを用いて行ってもよい。
【００１８】
以上、説明したように、本発明の製法によれば、有機物を用いることなく、酸化物セラミックスの表面に撥水性を付与することが可能になる。本発明に係る酸化物セラミックスは、撥水耐久性に優れ、高度の安全性が要求される用途にも安心して適用することができる。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明の酸化物セラミックスの製造方法について、実施例を用いてより具体的に説明を行なうが、本発明は、後述する実施例に限定されるものではない。
【００２０】
（成形体の作製）
Al2O3（大明化学、タイミクロンTM-DAR 99.99%）、YSZ(東ソー、TZ-3Y (97%ZrO2・3%Y2O3)、Gd2O3（和光純薬工業、特級試薬 99.9%）、およびEu2O3（和光純薬工業、特級試薬 99.9%）につき、それぞれの粉体を成形圧100MPaで一軸加圧成形して円盤状の成形体（直径1cm、厚さ5mm）を形成した。なお、Gd2O3およびEu2O3に関しては、ノメウ乳鉢を用いて１５分間手粉砕した粉体を用いた。
【００２１】
（成形体の焼成）
上述した手順で形成した４種類の成形体を以下の手順で焼成した。焼成炉内において、炉床から離間して設置したアルミナセッタ−上に白金箔を敷き、その上に成形体を静置した後、汚染防止のために、成形体の上から緻密質アルミナルツボを被せた。
【００２２】
その後、焼成炉内に合成空気（純度99.9%、有機物100ppm以下、水分100ppm以下）を流量1.6L/minで導入しながら1600℃で5時間焼成して焼結体を得た。
【００２３】
併せて、比較例として、上記４種類の成形体を上述したのと同様に焼成炉内にセットした後、（合成空気の導入を行わない）大気雰囲気で、1600℃で5時間焼成して焼結体を得た。
【００２４】
なお、上述した手順で得た全ての焼結体（実施例、比較例）について、XPS測定により不純物の混入がないことを確認するとともに、相対密度が95%以上であることを確認した。
【００２５】
（水接触角の測定）
上述した手順で得た各焼結体の表面に５つの水滴（3マイクロリットル）を滴下し、接触角計（協和界面科学社製、DM-500）を使用して、接線法により水接触角を測定した。下記表１は、実施例の試料（合成空気を導入しながら焼成したAl2O3、YSZ、Gd2O3、Eu2O3）に係る水接触角の測定結果（５点の平均値および標準偏差）をまとめて示す。また、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、実施例の試料の上に滴下された水滴の写真を示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
上記表１および図２に示す結果から、実施例の試料において撥水性が発現したことが確認された。
【００２８】
一方、比較例の試料（大気雰囲気で焼成したAl2O3、YSZ、Gd2O3、Eu2O3）では、表面に滴下した水滴が濡れ広がり測定不能となった。
【００２９】
（サンプルの研磨）
実施例の試料（Al2O3、YSZ、Gd2O3、Eu2O3）の表面をダイヤモンドディスク（#100）で荒削りをした後、３種類のダイヤンドスラリーを順番（9ミクロン→3ミクロン→1ミクロン）に使用して段階的に研磨を行い、最後に、CeO2スラリー（0.5ミクロン）を使用して表面を鏡面に仕上げた。
【００３０】
上述した手順で研磨した実施例の試料の研磨面に５つの水滴（3マイクロリットル）を滴下し（但し、Gd2O3については１点のみ）、上述したのと同じ手順で水接触角を測定した。下記表２は、研磨後の実施例の試料に係る水接触角の測定結果（５点の平均値および標準偏差）をまとめて示す。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
上記表２に示す結果から、実施例の試料が表面の研磨によって撥水性を失わないことが確認された。この結果から、実施例において発現した撥水性が不純物の混入によって偶発的に発生したものではなく、本発明の製法で製造された酸化物セラミックスの持つ本質であることが示唆された。
【図１】
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【図２】
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