(57)【要約】【課題】高温焼成においても焼結体の結晶粒径を小さくし、且つ急熱急冷などにおける耐熱衝撃性と耐久性に優れたセラミックス焼成用アルミナ焼結体を提供する。【解決手段】アルミナ含有量が９０重量％以上で、ジルコニア、マグネシア、カルシアの内のいずれか、もしくは複数の成分の合量が０．０５重量％以上１０重量％以下である原料を混合した後、鋳込み成形またはプレス成形し、焼成後の焼結体の最大結晶粒径を３０μｍ以下に抑える。高温焼成においても焼結体の結晶粒径を小さく均一にし、且つ急熱急冷などにおける耐熱衝撃、耐久性に優れたジルコニア、マグネシア、カルシア複合アルミナ焼結体が得られる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナ質原料を主要成分とし、ジルコニア、マグネシア、カルシアの内のいずれか、もしくは複数の成分の含有量が０．０５重量％以上１０重量％以下であることを特徴とするセラミックス焼成用アルミナ焼結体。
【請求項２】
最大結晶粒径が３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス焼成用アルミナ焼結体。
【発明の詳細な説明】
【００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、蛍光体、電池材料の原料、通信用電子部品原料等のセラミック粉末、および圧電素子等の小型電子部品を焼成するために用いられるルツボ、匣鉢等のセラミックス焼成用アルミナ焼結体に関する。
【００２】
【従来の技術】
アルミナ焼結体は、耐久性、耐熱性等にすぐれ、古くからセラミックス焼成用道具材として幅広い分野で使用されている。しかしながら、従来のアルミナ焼結体は高温で焼結させるため、結晶成長が著しく進行し結晶粒径が３０μｍ以上になり、さらに不純物の影響などで結晶粒径が均一に成り難くいため、高温使用時での耐熱衝撃性が低いという問題点を有している。
【００３】
特に、最近の電子材料等においては、製品特性の向上から相転移や組成のバラツキを少なくするため、または、生産性の向上のために急熱急冷での温度処理が行われる傾向にある。このため、高温域でのアルミナ焼結体と被焼成品の反応などから膨張収縮が起こり、さらに耐用が低下する事が懸念される。この様な使用条件では、耐熱衝撃性に優れ、かつ耐久性の高いアルミナ焼結体が要求される。
【００４】
これらの問題点を解決するために、アルミナにジルコニアを添加することが検討されている。例えば、特公平４−４８７４９号公報には蛍光体材料の熱処理用アルミナ磁器の製造法において、ＭｇＯとＺｒＯ２とが重量比で２：８〜７：３である混合物をアルミナに対して０．１〜０．６５重量％含有させる技術が開示されている。しかしながら、特公平４−４８７４９に記載されているアルミナ磁器は耐熱衝撃性については十分満足されるものではなく、加熱・冷却による添加したＺｒＯ２の変態による強度劣化の危険性がある。
【００５】
【発明が解決しようとする課題】
したってが、本発明が解決しようとする課題は、高温焼成においても焼結体の結晶粒径を小さく均一にする事でクラックの発生や割れに対する抵抗性、すなわち急熱急冷などにおける耐熱衝撃、耐久性に優れたジルコニア、マグネシア、カルシア複合アルミナ焼結体を提供することである。
【００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、アルミナ粉末にジルコニア、マグネシア、カルシアを単味もしくはそれぞれを複合させた含有量が０．０５重量％以上１０重量％以下含有させ、アルミナ中に均一に分散させた後、鋳込み成形またはプレス成形し、焼成することにより、最大結晶粒径を３０μｍ以下に抑えることにより、耐熱衝撃性や耐久性に優れたジルコニア、マグネシア、カルシア複合アルミナ焼結体を作製することを要旨とする。
【００７】
本発明においてはジルコニア、マグネシア、カルシア単味もしくはそれぞれを複合させた含有量が０．０５以上１０重量％以下であることが必要である。ジルコニア、マグネシア、カルシアはアルミナ焼結体の焼結性を向上させ、結晶粒径分布の少ない微構造にするために重要である。
【００８】
ジルコニア、マグネシア、カルシア単味もしくはそれぞれを複合させた含有量が０．０５重量％未満の場合は、添加の効果が少なく結晶粒径が不均一である。一方、ジルコニア、マグネシア、カルシア単味もしくはそれぞれを複合させた含有量が１０重量％を越える場合には、アルミナ結晶粒界にジルコニア、マグネシア、カルシアが結晶粒子として多く存在するため、焼結体の加熱・冷却によりアルミナとの熱膨張差に起因する微小クラックが発生して、さらなる加熱・冷却により微小クラックが進展し、割れにつながるので好ましくない。
【００９】
次にジルコニア、マグネシア、カルシア複合アルミナ焼結体の製造方法について説明する。アルミナ粉にジルコニア粉、マグネシア粉、カルシア粉を単味もしくはそれぞれを複合させ混合した後、水と分散剤、有機バインダーを加えて混合しスラリーとし後、石膏型に鋳込んで成形することが多いが、スラリーをスプレードライヤーにて造粒することによって、プレス成形することも可能である。
【０１０】
鋳込み成形を行う場合は、中心粒径が３μｍ以下、最大粒径が１０μｍ以下であるアルミナ粉末（Ａｌ２Ｏ３９９．５％以上）に中心粒径が３μｍ以下、最大粒径１０μｍ以下であるジルコニア、マグネシア、カルシア粉末を単味もしくはそれぞれを複合させた重量が０．０５重量％以上１０重量％以下になるように混合し、水と分散剤、有機バインダーを加えてスラリーとした後、石膏型で鋳込み成形し、得られた成形体を１６００〜１７５０℃で焼成することによって最大結晶粒径が３０μｍ以下となるアルミナ焼結体を得る。
【０１１】
プレス成形を行う場合は、中心粒径が３μｍ以下、最大粒径が１０μｍ以下であるアルミナ粉末（Ａｌ２Ｏ３９９．５％以上）に中心粒径が３μｍ以下、最大粒径１０μｍ以下であるジルコニア、マグネシア、カルシア粉末を単味もしくはそれぞれを複合させた重量が０．０５重量％以上１０重量％以下になるように混合し、水と分散剤、有機バインダーを加えてスラリーとした後、スプレードライヤーで約１００μｍの造粒粉にする。その造粒粉を金型に入れてプレスすることによって得られた成形体を１６００〜１７５０℃で焼成することによって最大結晶粒径が３０μｍ以下となるアルミナ焼結体を得る。
【０１２】
【作用】
本発明では、中心粒径が３μｍ以下のアルミナ粉末に中心粒径が３μｍ以下のジルコニア、マグネシア、カルシア粉末を単味もしくはそれぞれを複合させた重量が０．０５重量％以上１０重量％以下になるように混合し、アルミナ中にジルコニア、マグネシア、カルシアが単味もしくはそれぞれを複合させた成分を均一に分散させた後、成形し、その成形体を１６００〜１７５０℃で焼成することにより焼結体の最大結晶粒径が３０μｍ以下に抑えられたジルコニア、マグネシア、カルシア複合アルミナ焼結体を製造する。
【０１３】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示し、本発明の特徴とするところをより一層明確にする。
【０１４】
アルミナ原料粉末とジルコニア、マグネシア、カルシア粉末を単味もしくはそれぞれを複合させた原料を表１に示す割合で配合し、溶媒として水を用いポットミル中において混合・粉砕・分散し、スラリーを作製した。得られたスラリーを石膏型により鋳込成形し、１５００〜１７５０℃で焼成してアルミナ焼結体を得た。得られたアルミナ焼結体の特性を表１に示す。実施例Ｎｏ．１〜４は本発明の範囲内のアルミナ焼結体であり、比較例Ｎｏ．１〜２は本発明の要件を少なくとも一つ以上満足していないアルミナ焼結体である。
【０１５】
（実施例１）
純度が９９．８％、中心粒径が３．０μｍからなるアルミナ原料粉末と、中心粒径が５．０μｍからなるジルコニア原料粉末を配合し、上記記載の方法でアルミナ焼結体を得た。この時のＡｌ２Ｏ３は９０．０５重量％、ＺｒＯ２は９．３２重量％、その他は０．６３重量％である。
【０１６】
（実施例２）
純度が９９．８％、中心粒径が３．０μｍからなるアルミナ原料粉末と、中心粒径が５．０μｍからなるジルコニア原料粉末と中心粒径が５．０μｍからなるマグネシア原料粉末を配合し、上記記載の方法でアルミナ焼結体を得た。この時のＡｌ２Ｏ３は９４．９０重量％、ＺｒＯ２は４．７２重量％、ＭｇＯは０．０３重量％、その他は０．３５重量％である。
【０１７】
（実施例３）
純度が９９．８％、中心粒径が３．０μｍからなるアルミナ原料粉末と、中心粒径が５．０μｍからなるマグネシア原料粉末と中心粒径が５．０μｍからなるカルシア原料粉末を配合し、上記記載の方法でアルミナ焼結体を得た。この時のＡｌ２Ｏ３は９９．７２重量％、ＭｇＯは０．０３重量％、ＣａＯは０．０３重量％、その他は０．２２重量％である。
【０１８】
（実施例４）
純度が９９．８％、中心粒径が３．０μｍからなるアルミナ原料粉末と、中心粒径が５．０μｍからなるマグネシア原料粉末を配合し、上記記載の方法でアルミナ焼結体を得た。この時のＡｌ２Ｏ３は９９．７２重量％、ＭｇＯは０．０８重量％、その他は０．２３重量％である。
【０１９】
耐熱衝撃性は得られた９０×９０×５０Ｈ匣鉢のサンプルを、室内温度から所定の温度に過熱された炉の中に入れ１５分保持したのち水中に落下させるテストを行い、テスト後のサンプルは蛍光探傷によりクラックの有無を確認した。クラックが発生しなかった時の所定温度と水温の差をΔＴとして評価した。
【０２０】
加熱・冷却の繰り返しによる耐久性については１００×１００×５のサンプルを用いてテスト前後の曲げ強度の差（劣化率）について評価した。テスト方法は、室内温度から所定の温度に過熱された炉の中に入れ１５分保持したのち再び室内に取り出し、自然冷却させるテストを１０回繰り返した。テスト前後の曲げ強度をＪＩＳ　Ｒ２２１３−１９９５により測定した。
【０２１】
（比較例１）
比較のため実施例１と同様の方法でＡｌ２Ｏ３は９９．８２重量％、その他は０．１８重量％である。
（比較例２）
比較のため実施例１と同様の方法でＡｌ２Ｏ３は９９．７５重量％、ＭｇＯは０．０３重量％、
その他は０．２２重量％である。
【０２２】
本発明の焼結体は、表１から明らかなように、耐熱衝撃性、耐久性もすぐれたものとなっている。これは、アルミナ結晶粒内にジルコニア、マグネシア、カルシアなどの結晶粒子が存在することにより、アルミナとの熱膨張の差から、アルミナ結晶粒内を進展するクラックがもつエネルギーを低減させ、クラックを分岐させる効果があり、耐熱衝撃性が高くなるためである。
【０２３】
しかし、本発明の要件を少なくとも一つ以上を満足していない焼結体は耐熱衝撃性、耐久性に劣るものであった。これは、不純物の含有量が多くなると結晶粒界にガラス相が多く形成され、耐食性の低下だけでなく、機械的特性、特に高温下での強度及び靭性の低下をきたし、その結果、耐熱衝撃性が低下するためである。また、アルミナ原料単味の場合は結晶粒径が大きく且つ不均一になりやすく、急熱急冷による熱衝撃に弱くなる。
【０２４】
以上の説明のように、アルミナ粉末にジルコニア、マグネシア、カルシアを単味もしくはそれぞれを複合させた含有量が０．０５重量％以上１０重量％以下含有させ、アルミナ中に均一に分散させた後、鋳込み成形またはプレス成形し、焼成することにより、最大結晶粒径が３０μｍ以下に抑え、熱衝撃や耐久性に優れたジルコニア、マグネシア、カルシア複合アルミナ焼結体を作製することができる。
【０２５】
【表１】
2004107193.tif 000002