(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ化マグネシウムを主成分とし、所定の添加元素を含むフッ化マグネシウム焼結体からなる透光性セラミックス焼結体において、
前記添加元素として、アルカリ金属元素及びマグネシウムを除くアルカリ土類金属元素、から選択された１種以上の元素を、０．１重量％より多く１重量％以下の範囲で含有し、
且つ、理論密度の９９．５％以上の相対密度を有し、
更に、前記透光性セラミックス焼結体に含まれる結晶が、０．１５μｍ〜０．８５μｍの範囲の平均結晶粒径を有することを特徴とする透光性セラミックス焼結体。
【請求項２】
前記請求項１に記載の透光性セラミックス焼結体の製造方法であって、
前記透光性セラミックス焼結体の材料をホットプレスにて焼成する場合に、５８０℃〜８００℃の範囲の焼成温度とし、３０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲のプレス圧力とすることを特徴とする透光性セラミックス焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光学ドームやレンズに用いることができ、例えば赤外光などの透過性を有する透光性セラミックス焼結体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、様々な波長域で透光性を有する透光性セラミックス焼結体が開発されているが、なかでも、フッ化マグネシウム焼結体は、例えば赤外光などの透過性に優れる材料として、様々に用途に用いられている。
【０００３】
特に、フッ化マグネシウムの多結晶は、光学特性と機械的特性とを両立できることから、光学ドームやレンズなどの工業的用途が広いものである。
また、この多結晶のフッ化マグネシウム焼結体及びその製造方法について、多くの研究がなされている（例えば特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第１３９４４７４号公報
【特許文献２】特許第３６１８０４８号公報
【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、特許文献１に記載の技術では、フッ化マグネシウム焼結体の緻密化が不足しているので、全体的に透光性が低く、特に３〜６μｍの赤外域の透光性が低いという問題があった。これは、添加元素の分散不足等により、偏析によってより多くの元素を添加できなかったことが原因と思われる。
【０００６】
また、特許文献２に記載の技術では、添加元素が０．０１重量％以下であるので、焼結性が低いにもかかわらず、０．２ｔ／ｃｍ２（２０ＭＰａ）程度の一般的なホットプレス条件で焼成している。そのため、緻密化のために高温での焼成が必要になり、粒径が１０μｍ以上に粗大になっている。その結果、透光性が十分ではないフッ化マグネシウム焼結体となっている。
【０００７】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い透光性を有する透光性セラミックス焼結体及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の第１局面は、フッ化マグネシウムを主成分とし、所定の添加元素を含むフッ化マグネシウム焼結体からなる透光性セラミックス焼結体において、前記添加元素として、アルカリ金属元素及びマグネシウムを除くアルカリ土類金属元素、から選択された１種以上の元素を、０．１重量％より多く１重量％以下の範囲で含有し、且つ、理論密度の９９．５％以上の相対密度を有する。
【０００９】
本第１局面では、アルカリ金属元素と（マグネシウムを除く）アルカリ土類金属元素とに含まれる全ての元素うち少なくとの一種以上の添加元素を、０．１重量％より多く１重量％以下の範囲で含有しており、且つ、相対密度が理論密度の９９．５％以上に緻密化されているので、優れた光（特に赤外光）の透過性（透光性）を有する。
【００１０】
つまり、本第１局面では、上述の添加元素を上述の添加量含んでいるので、焼成時の焼結性が高い。そのため、低温での焼結が可能であるので微粒組織が形成されており、また、相対密度も高い。その結果、高い透光性を有している。また、十分に緻密化された微粒組織を有しているので、機械的な強度も高いという利点がある。
【００１１】
このように、本第１局面では、高い透光性を有しているので、ドームやレンズ等の光学材料としての性能が高いという顕著な効果を奏する。
（２）本発明の第２局面は、前記透光性セラミックス焼結体に含まれる結晶が、０．１５μｍ〜０．８５μｍの範囲の平均結晶粒径を有する。
【００１２】
本第２局面では、透光性セラミックス焼結体に含まれる結晶（即ちフッ化マグネシウムの結晶）の平均粒径（即ち平均結晶粒径）が、０．１５μｍ〜０．８５μｍであるので、赤外光の透過性（赤外透過率）が一層向上する。また、この透光性セラミックス焼結体は、曲げ強度等の機械的強度も一層高いという利点がある。
【００１３】
（３）本発明の第３局面は、前記第１局面又は第２局面の透光性セラミックス焼結体の製造方法であって、前記フッ化マグネシウム焼結体の材料をホットプレスにて焼成する場合に、３０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲のプレス圧力とする。
【００１４】
本第３局面では、３０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下のプレス圧力でホットプレスすることにより、上述した特性を有する透光性セラミックス焼結体を、容易に製造することができる。また、ホットプレスの際の圧力は１００ＭＰａ以下であるので、大きな圧力を加える装置を用いなくとも、大型の透光性セラミックス焼結体を容易に得ることができる。
【００１５】
つまり、高い特性を有する透光性セラミックス焼結体を、一般的なホットプレス条件にて容易に製造できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】透光性セラミックス焼結体を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［１．実施形態］
［１−１．構成］
まず、本実施形態の透光性セラミックス焼結体について説明する。
【００１８】
本実施形態の透光性セラミックス焼結体は、フッ化マグネシウム焼結体（ＭｇＦ２焼結体からなり、このフッ化マグネシウム焼結体は、フッ化マグネシウムを主成分とする多結晶の焼結体である。
【００１９】
この透光性セラミックス焼結体は、アルカリ金属元素と（マグマグネシウムを除く）アルカリ土類金属元素とに含まれる全ての元素うち少なくとの一種以上の添加元素を、０．１重量％より多く１重量％以下の範囲で含有している。また、この透光性セラミックス焼結体は、理論密度の９９．５％以上に緻密化されている（即ち相対密度が９９．５％以上である）。
【００２０】
なお、理論密度とは、原料が完全に緻密化した状態の時の密度（理論値）であり、相対密度とは、焼結体の実際の密度の理論密度に対する割合（％）を示している。
ここで、フッ化マグネシウムを主成分とするとは、フッ化マグネシウムを５０重量％を上回る範囲で（例えば９９．０重量％以上）含んでいることを示しており、特に、添加元素以外は全てフッ化マグネシムからなる焼結体が好ましい。
【００２１】
アルカリ金属元素としては、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、フランシウム（Ｆｒ）を採用できる。
マグネシウムを除くアルカリ土類金属元素としては、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ラジウム（Ｒａ）を採用できる。
【００２２】
上述した構成の透光性セラミックス焼結体は、優れた透光性を有する。従って、この透光性セラミックス焼結体を用いたドームやレンズ等の光学材料の性能が向上する。
なお、添加元素の含有量が０．１重量％以下では、上述した効果（即ち好適な微粒組織や高い相対密度）が得られにくく、全体的に透光性が低下する。一方、添加元素の含有量が１重量％を上回ると、過剰な添加元素による光吸収及び粒界での光分散によって、全体的に透光性が低下する。
【００２３】
特に、本実施形態では、この透光性セラミックス焼結体については、その結晶（即ちフッ化マグネシウム焼結体の結晶）が、０．１５μｍ〜０．８５μｍの範囲の平均結晶粒径を有している。
【００２４】
ここで、平均結晶粒径が、０．８５μｍより大きいと、３μｍ付近の低波長の領域の光の透過率が低下する。また、結晶が粗大化しているので、焼結体の強度が低下する。
一方、平均結晶粒径が、０．１５μｍより小さいと、市販の原料粉を得ることが困難である。また、微粒化のために粉砕を行うと、不純物が混入し、かえって透光性が低下する恐れがある。
【００２５】
なお、平均結晶粒径とは、焼結体中の各結晶（粒子）の平均粒径であり、本発明では、後述する周知のインターセプト法によって求めたものを意味している。
［１−２．製造方法］
次に、上述した透光性セラミックス焼結体の製造方法について説明する。
【００２６】
本実施形態の透光性セラミックス焼結体の製造方法では、透光性セラミックス焼結体（即ちフッ化マグネシウム焼結体）の材料をホットプレスにて製造するが、その場合には、プレス圧力として、３０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲を採用する。
【００２７】
この圧力の条件で、ホットプレスすることにより、上述した特性を有する透光性セラミックス焼結体を、容易に製造することができる。また、過大な圧力を加える必要がないので、大型（例えば１５０ｍｍ角程度の大きさ）の透光性セラミックス焼結体を、容易に得ることができる。つまり、優れた特性（即ち透光性や強度）を有する透光性セラミックス焼結体を、一般的なホットプレス条件にて製造できるという利点がある。
【００２８】
また、この透光性セラミックス焼結体をホットプレスにて焼成する場合に、焼成温度として、５８０℃〜８００℃の範囲（好ましくは５８０℃〜７２０℃以下の範囲）を採用できる。
【００２９】
この温度の条件で、ホットプレスすることにより、上述した優れた特性を有する透光性セラミックス焼結体を、容易に製造することができる。つまり、高温での焼成が不要であるので、結晶が粗大化することを抑制できる。そのため、透光性や強度の優れた透光性セラミックス焼結体を、容易に得ることができる。
【００３０】
なお、ホットプレスとは、周知のように、加圧焼結法の１種であり、例えばカーボン製等の型に原料粉末を充填し、一軸加圧しながら加熱することによって焼結体を製造する方法である。
【実施例】
【００３１】
次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
本実施例１では、下記に示す条件にて、透光性セラミックス焼結体（即ちフッ化マグネシウム焼結体）の試料として、下記表１のNo.１〜１７の試料を製造し、その特性等を調べた。なお、試料No.３〜１３が本発明例であり、試料No.１、２、１４〜１７が比較例である。
【００３２】
まず、出発原料として、下記表１に示すように、アルカリ金属及び／又は（マグネシウムを除く）アルカリ土類金属である添加元素を、所定量（即ちＭ量）含むフッ化マグネシウム粉末を用意した。
【００３３】
このフッ化マグネシウム粉末は、周知のように、例えばフッ化水素酸と塩化マグネシウム溶液とを用いて合成した。前記添加元素は、この合成過程にて添加したので、フッ化マグネシウム中に均一に分布している。なお、前記Ｍ量は、フッ化マグネシウムの合成過程において添加することにより、その量を調整した。
【００３４】
なお、このフッ化マグネシウム粉末の平均粒径としては、例えば０．１５μｍ〜０．８μｍの範囲を採用できる。
次に、前記フッ化マグネシウム粉末を、ホットプレス用のカーボン型に充填して、真空中にて、６００℃で６０ＭＰａの加圧下で２時間焼成し、フッ化マグネシウム焼結体を得た。なお、前記添加元素は、この焼成の際に焼結助剤として機能し、焼結性を向上させる。
【００３５】
そして、上述した方法によって得られた透光性セラミックス焼結体（即ちフッ化マグネシウム焼結体）のＭ量、相対密度、結晶粒径（即ち平均結晶粒径）、透過率（即ち赤外光の透過率）を求めた。その結果を、下記表２に記す。
【００３６】
なお、Ｍ量、相対密度、結晶粒径、透過率は、それぞれ下記の方法によって求めた。
＜Ｍ量＞
フッ化マグネシウム焼結体を蛍光Ｘ線分析で測定してＭ量を求めた。
【００３７】
＜相対密度＞
アルキメデス法でフッ化マグネシウム焼結体の密度を測定し、理論密度に対する比率から相対密度を求めた。
【００３８】
＜結晶粒径＞
フッ化マグネシウム焼結体を破断し、その破断面を走査型電子顕微鏡で観察（ＳＥＭ観察）することによって拡大像を求め、この（拡大された）ＳＥＭ画像からインターセプト法によって結晶の平均粒径（即ち平均結晶粒径）を求めた。
【００３９】
＜透過率＞
フッ化マグネシウム焼結体を厚さ３ｍｍになるように研磨し、得られた板状の試料用のフッ化マグネシウム焼結体１（図１参照）に対して、周知の分光測定を行うことにより透過率を測定した。詳しくは、研磨は、粒度が３μｍ以下のダイヤ研磨盤を用いて、試料用の焼結体１の両面を研磨した。また、透過性の評価は、研磨面１ａに対して照射した赤外光（赤外線）の透過率、即ち波長３μｍと５．５μｍの赤外光の透過率を測定することによって行った。
【００４０】
＜評価＞
表２に本実施例１における評価を記載した。この表２の評価は、波長３μｍの赤外光の透過率が８０％以上（条件１）で、且つ、波長５．５μｍの赤外光の透過率が９０％以上（条件２）の場合を「○」とした。また、条件１又は条件２のどちらか一方の条件が満たされた場合を「△」とした。さらに、両条件１、２とも満たされない場合を「×」とした。従って、評価が良い順番は、○＞△＞×である。
【００４１】
【表１】
0006622141.tif 000002
【００４２】
【表２】
0006622141.tif 000003
【００４３】
この表２から明らかなように、Ｍ量が０．１重量％（ｗｔ％）より多く１重量％以下の試料No.３〜１３のフッ化マグネシウム焼結体は、相対密度が９９．５％以上で、十分緻密化されており、結晶粒径も０．６２μｍ以下の微細な組織であった。
【００４４】
これにより、試料No.３〜１３のフッ化マグネシウム焼結体の透過率は、波長３μｍの赤外光では８２％以上であり、波長５．５μｍの赤外光では９３％以上であった。従って、評価は「○」と好ましいものであった。
【００４５】
一方は、Ｍ量が０．１重量％以下の試料No.１、２のフッ化マグネシウム焼結体は、相対密度が９８．５％であり、必要なレベルまで緻密化されておらず、透過率が両波長とも低くなっていた（即ち全体として低くなっていた）。その結果、評価は「×」と好ましくない。
【００４６】
また、Ｍ量が１重量％を上回る試料No.１４〜１７のフッ化マグネシウム焼結体は、異種成分である添加元素による光吸収、及びフッ化マグネシウムと異種成分との界面における光分散によって、透過率が全体として低くなっていた。その結果、評価は「×」と好ましくない。
（実施例２）
本実施例２では、前記表１に示すように、Ｍ量が０．４重量％となるフッ化マグネシウム粉末を用いて、前記実施例１と同様に、透光性セラミックス焼結体（即ちフッ化マグネシウム焼結体）の試料として、No.１８〜２５の試料を製造した。但し、焼成温度は、５８０℃〜８００℃で変化させ、焼成圧力は３０ＭＰａ〜１００ＭＰａで変化させた。
【００４７】
そして、前記実施例１と同様にして、その特性等を調べた。その結果を、前記表２に記す。
前記表２から明らかなように、７２０℃以下で焼成した試料No.１８〜２３は、相対密度が１００％であり、十分緻密化されており、結晶粒径は０．８５μｍ以下で微細な結晶組織となった。
【００４８】
この試料No.１８〜２３の透過率を調べたところ、前記実施例１の試料No.３〜１３と同様に、全体的に（両波長とも）高い透過率となった。従って、評価は「○」と好適であった。
【００４９】
一方、７５０℃以上で焼成した試料No.２４、２５は、緻密化はされていたが、結晶粒径は１μｍ以上と粗大化していた。
そのため、波長５．５μｍの赤外光の透過率は高かったが、低波長の波長３μｍの赤外光の透過率が低くなっていた。従って、評価は「△」であり、「○」に比べて必ずしも十分ではない。
【００５０】
［２．他の実施形態］
尚、本発明は前記実施形態や実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【００５１】
（１）例えば、添加元素として、前記表１に記載した以外の元素、即ち、アルカリ金属元素及びマグネシウムを除くアルカリ土類金属元素から選択された１種以上の元素を用いることができる。
【００５２】
（２）なお、上述した実施形態の構成要素を適宜組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１…フッ化マグネシウム焼結体（透光性セラミックス焼結体）
【図１】
0006622141.tif 000004