(57)【要約】【課題】セラミック粉末のリサイクルが容易に行なえるとともに、リサイクルによって得られたセラミック焼結体の品質を保証できるセラミック混合粉末、セラミック混合粉末の製造方法およびセラミック焼結体の製造方法を提供する。【解決手段】セラミック混合粉末の製造方法は、バインダーと、焼結助剤と、窒化アルミニウム粉末とを含む混合粉末から形成された成形体を加熱することによって、成形体からバインダーを除去する工程（脱バインダー工程（Ｓ５００））と、バインダーが除去された成形体を粉砕することによって、セラミック混合粉末を形成する工程（粉砕工程（Ｓ６００））とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック粉末と、焼結助剤とで形成された２次粒子を含む、セラミック混合粉末。
【請求項２】
前記２次粒子の粒径は、０．１μｍ以上１０μｍ以下であり、前記２次粒子の平均粒径Ｄ５０は、０．５μｍ以上１．５μｍ以下である、請求項１に記載のセラミック混合粉末。
【請求項３】
金属不純物をさらに含み、セラミック混合粉末に対する前記金属不純物の割合が、０を超え０．１質量％未満である、請求項１または２に記載のセラミック混合粉末。
【請求項４】
前記セラミック粉末は、不可避不純物としての炭素粒子を含み、前記炭素粒子の大きさは、１００μｍ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載のセラミック混合粉末。
【請求項５】
前記セラミック粉末は、主成分である窒化アルミニウムを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載のセラミック混合粉末。
【請求項６】
セラミック混合粉末に対して、０．０１質量％以上０．１２質量％以下の割合で炭素を含む、請求項５に記載のセラミック混合粉末。
【請求項７】
セラミック混合粉末に対して、１．０質量％以上３．０質量％以下の割合で酸素を含む、請求項５または６に記載のセラミック混合粉末。
【請求項８】
バインダーと、焼結助剤と、セラミック粉末とを含む混合粉末から形成された成形体を加熱することによって、前記成形体から前記バインダーを除去する工程と、
前記バインダーが除去された前記成形体を粉砕することによって、セラミック混合粉末を形成する工程とを備える、セラミック混合粉末の製造方法。
【請求項９】
前記バインダーを除去する工程は、前記成形体を大気雰囲気中で温度４５０℃以上８００℃以下で加熱する工程を含む、請求項８に記載のセラミック混合粉末の製造方法。
【請求項１０】
前記バインダーを除去する工程の前に、バインダーと、焼結助剤と、セラミック粉末とを含む混合粉末を成形して前記成形体を形成する工程と、前記成形体の良否を判定する工程とをさらに備え、前記バインダーを除去する工程は、前記判定する工程において不良と判定された前記成形体を加熱することによって、前記成形体から前記バインダーを除去する工程を含む、請求項８または９に記載のセラミック混合粉末の製造方法。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれか１項に記載のセラミック混合粉末の製造方法を用いたセラミック焼結体の製造方法であって、
前記セラミック混合粉末にバインダーを加える工程と、
前記バインダーが加えられた前記セラミック混合粉末を成形して成形体を形成する工程と、
前記成形体を加熱することによって、前記成形体から前記バインダーを除去する工程と、
前記バインダーが除去された前記成形体を焼結する工程とを備える、セラミック焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般的には、セラミック混合粉末、セラミック混合粉末の製造方法およびセラミック焼結体の製造方法に関し、より特定的には、セラミック粉末をリサイクルするためのセラミック混合粉末、セラミック混合粉末の製造方法およびセラミック焼結体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セラミック焼結体の製造工程時に不良品や屑が生じた場合、これらを産業廃棄物業者に引き取らせるなどして廃却処分していた。しかし、セラミック焼結体の原料として使用されるセラミック粉末は高価であり、廃却処分にも費用がかかる。このため、廃却処分することは、コスト面から不利であり、また省資源の観点からも好ましくない。このような理由から、セラミック焼結体の製造工程時に生じた不良品や屑などを再利用（リサイクル）することが求められている。
【０００３】
このような要求に応える従来技術として、たとえば、特開平７−３３５１１号公報にリサイクル可能なセラミックが開示がされている（特許文献１）。
【０００４】
特許文献１に開示されている内容によれば、非酸化物セラミックスを用いた母相に、その母相の熱膨張係数と３×１０−６（／℃）以上の差の熱膨張係数を有する分散相を３０重量％以上の割合で加えたものを原料として、焼結体を形成する。その焼結体を１０００℃の温度で加熱し、さらに冷却することによって粉砕する。粉砕によって得られた原料を粉砕機を使って細かく砕き、篩（ふるい）にかける。得られた原料粉末を再度焼結することによって、セラミックスのリサイクルを行なう。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−３３５１１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
非酸化物セラミックスを母相とした焼結体の硬度は非常に高い。このため、加熱および冷却によって粉砕された原料の個々の大きさは、元の原料粉末と比較してかなり大きなものとなる。また、大きさのばらつきも大きく、形状もいびつになりやすい。特許文献１では、このような問題を解決するために粉砕された原料を篩にかけているが、篩にかける原料の大きさが大きいため、回収される原料粉末はわずかなものとなる。このような理由から、セラミックスのリサイクルを効率良く行なうことができないという問題が発生する。
【０００７】
また、回収された原料粉末から形成された焼結体は、元の原料から形成された焼結体と比較して強度が低下している。このように、焼結体の物性に再現性がない場合、リサイクルによって形成された焼結体の品質が保証されないという問題が発生する。
【０００８】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、セラミック粉末のリサイクルが容易に行なえるとともに、リサイクルによって得られたセラミック焼結体の品質を保証できるセラミック混合粉末、セラミック混合粉末の製造方法およびセラミック焼結体の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に従ったセラミック混合粉末は、セラミック粉末と、焼結助剤とで形成された２次粒子を含む。このように構成されたセラミック混合粉末は、バインダーを含まない２次粒子から形成されている。このため、これらの組成からなる成形体を粉砕することによってセラミック混合粉末を得る場合に、粒径が小さく、粒径のばらつきも小さい、つまりセラミック焼結体の原料粉末として最適な状態で、セラミック混合粉末を得ることができる。これにより、本発明によるセラミック混合粉末をセラミック焼結体の製造に用いることによって、セラミック焼結体の品質を向上させることができる。また、セラミック粉末のリサイクルが促進されるため、コストの削減や省資源化を図ることができる。
【００１０】
なお、焼結助剤とは、焼結がおこりにくい物質の焼結を促進するために加えられる材料をいう。したがって、複数のセラミック粉末の間に介在することによって焼結時に接合剤として機能し、主成分が有機物によって形成されるバインダーとは区別される。
【００１１】
また好ましくは、２次粒子の粒径は、０．１μｍ以上１０μｍ以下である。２次粒子の平均粒径Ｄ５０は、０．５μｍ以上１．５μｍ以下である。
【００１２】
このように構成されたセラミック混合粉末によれば、セラミック粉末のリサイクルを低コストで実施できるとともに、セラミック混合粉末から得られるセラミック焼結体の品質を向上させることができる。つまり、２次粒子の粒径が０．１μｍよりも小さい場合、または２次粒子の平均粒径Ｄ５０が０．５μｍよりも小さい場合、セラミック混合粉末の製造コストが増大したり、セラミック混合粉末に混入する不純物の量が多くなるおそれがある。また、２次粒子の粒径が１０μｍよりも大きい場合、または２次粒子の平均粒径Ｄ５０が１．５μｍよりも大きい場合、セラミック混合粉末から得られるセラミック焼結体の密度が低下する。これにより、セラミック焼結体の抗折強度が低下することとなり、所望の品質が得られないおそれがある。
【００１３】
なお、平均粒径とは、ふるい法によって測定した粒径のヒストグラム中、粒径の小さいほうからの質量の和が総質量の５０％に達する粒子の粒径、つまり５０％粒径Ｄ５０をいう。
【００１４】
セラミック混合粉末は、金属不純物をさらに含む。好ましくは、セラミック混合粉末に対する金属不純物の割合が、０を超え０．１質量％未満である。このように構成されたセラミック混合粉末によれば、セラミック混合粉末から得られるセラミック焼結体の品質を向上させることができる。つまり、金属不純物の濃度が０．１質量％以上である場合、セラミック焼結体の抗折強度が低下したり、外観色調に影響がでたりするおそれがある。なお、金属不純物とは、セラミック混合粉末の製造工程時において、混入が避けられずセラミック混合粉末に加わった不純物をいう。
【００１５】
セラミック粉末は、不可避不純物としての炭素粒子を含む。好ましくは、炭素粒子の大きさは１００μｍ以下である。このように構成されたセラミック混合粉末によれば、セラミック混合粉末から得られるセラミック焼結体の品質を向上させることができる。つまり、炭素粒子の大きさが１００μｍよりも大きい場合、炭素粒子によってセラミック焼結体に巣が形成されるなどのおそれがある。
【００１６】
また好ましくは、セラミック粉末は、主成分である窒化アルミニウムを含む。このように構成されたセラミック混合粉末によれば、窒化アルミニウムを含むセラミック粉末は特に高価であるため、リサイクルによるメリットを大きく享受することができる。
【００１７】
また好ましくは、セラミック混合粉末は、セラミック混合粉末に対して、０．０１質量％以上０．１２質量％以下の割合で炭素を含む。このように構成されたセラミック混合粉末によれば、セラミック混合粉末から得られるセラミック焼結体の品質を向上させることができる。つまり、炭素の含まれる割合が０．１２質量％よりも大きい場合、成形体の硬度が大きくなることがある。この場合、成形体を粉砕しても微細化が困難となるため、炭素を含む黒色の粗大粒子が生成され、セラミック混合粉末の粒径が大きくなる。これにより、セラミック焼結体の密度が低下するという問題が生じる。また、セラミック粉末には元々０．０１質量％以上の炭素が含まれているため、炭素の含まれる割合を０．０１質量％よりも小さくすることは、実質的に困難である。
【００１８】
また好ましくは、セラミック混合粉末は、セラミック混合粉末に対して、１．０質量％以上３．０質量％以下の割合で酸素を含む。このように構成されたセラミック混合粉末によれば、セラミック混合粉末から得られるセラミック焼結体の品質を向上させることができる。つまり、酸素の含まれる割合が３．０質量％よりも大きい場合、セラミック焼結体の熱伝導率が小さくなって本来の特性を発揮できないおそれがある。また、セラミック粉末には元々１．０質量％以上の酸素が含まれているため、酸素の含まれる割合を１．０質量％よりも小さくすることは、実質的に困難である。
【００１９】
この発明に従ったセラミック混合粉末の製造方法は、バインダーと、焼結助剤と、セラミック粉末とを含む混合粉末から形成された成形体を加熱することによって、成形体からバインダーを除去する工程と、バインダーが除去された成形体を粉砕することによって、セラミック混合粉末を形成する工程とを備える。
【００２０】
このように構成されたセラミック混合粉末の製造方法によれば、セラミック混合粉末を形成する工程の前に、成形体からバインダーを除去している。このため、成形体を粉砕する際に、バインダーが成形体の粉砕を阻害することを防止できる。また、このような成形体を粉砕することによって、粒径が小さく、粒径のばらつきも小さい、つまりセラミック焼結体の原料粉末として最適な状態で、セラミック混合粉末を得ることができる。したがって、この得られたセラミック混合粉末をセラミック焼結体の製造に用いることによって、セラミック粉末のリサイクルを容易に実施できるとともに、得られるセラミック焼結体の品質を向上させることができる。
【００２１】
また好ましくは、バインダーを除去する工程は、成形体を大気雰囲気中で温度４５０℃以上８００℃以下で加熱する工程を含む。このように構成されたセラミック混合粉末の製造方法によれば、成形体に含まれるバインダーを確実に除去できるとともに、セラミック混合粉末から得られるセラミック焼結体の品質を向上させることができる。つまり、加熱する温度が４５０℃よりも低い場合、成形体にバインダー成分としての炭素が残存するおそれがある。また、加熱する温度が８００℃よりも高い場合、成形体に含まれるセラミック粉末が酸化して、得られるセラミック焼結体の熱伝導率が低下するおそれがある。
【００２２】
また好ましくは、セラミック混合粉末の製造方法は、バインダーを除去する工程の前に、バインダーと、焼結助剤と、セラミック粉末とを含む混合粉末を成形して成形体を形成する工程と、成形体の良否を判定する工程とをさらに備える。バインダーを除去する工程は、判定する工程において不良と判定された成形体を加熱することによって、成形体からバインダーを除去する工程を含む。
【００２３】
このように構成されたセラミック混合粉末の製造方法によれば、成形体の良否判定で不良と判定された成形体にバインダーを除去する工程を行なう。これにより、従来、廃却処分となっていた不良品の成形体をリサイクルすることができる。
【００２４】
この発明に従ったセラミック焼結体の製造方法は、上述のいずれかに記載のセラック混合粉末の製造方法を用いたセラミック焼結体の製造方法である。セラミック焼結体の製造方法は、セラミック混合粉末にバインダーを加える工程と、バインダーが加えられたセラミック混合粉末を成形して成形体を形成する工程と、成形体を加熱することによって、成形体からバインダーを除去する工程と、バインダーが除去された成形体を焼結する工程とを備える。
【００２５】
このように構成されたセラミック焼結体の製造方法によれば、セラミック混合粉末からセラミック焼結体を新たに形成することによって、セラミック粉末のリサイクルを行なっている。これにより、セラミック焼結体の製造工程において、コストの削減や省資源化を図ることができる。また、セラミック混合粉末には既に焼結助剤が含まれている。このため、セラミック混合粉末からセラミック焼結体を形成する際に、改めて焼結助剤を加える必要がない。これにより、セラミック焼結体の製造工程を省略することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は、この発明の実施の形態におけるセラミック焼結体の製造工程を示すフローチャートである。図１を参照して、本実施の形態におけるセラミック焼結体の製造工程では、検査工程（Ｓ４００）で不良と判定された成形体に脱バインダー工程（Ｓ５００）、粉砕工程（Ｓ６００）およびバインダー混合工程（Ｓ７００）を実施することによってセラミック粉末のリサイクルを図る。
【００２８】
まず、原料準備工程（Ｓ１００）を実施する。原料準備工程（Ｓ１００）では、セラミック焼結体の主成分となる窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末と、焼結助剤と、バインダーとを準備する。
【００２９】
窒化アルミニウム粉末としては、市販のものを使用することができる。窒化アルミニウム粉末の平均粒径は、０．１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。窒化アルミニウム粉末の酸素含有率は０．１質量％以上２．０質量％以下であることが好ましく、窒化アルミニウム粉末の炭素含有率は１０００（ｐｐｍ）以下であることが好ましい。窒化アルミニウム粉末の比表面積は１．０（ｍ２／ｇ）以上５．０（ｍ２／ｇ）以下であることが好ましい。なお、窒化アルミニウム粉末として市販のものを使用した場合、不可避不純物としての炭素粒子が微量に混入している場合がある。
【００３０】
焼結助剤としては、周期律表の２Ａ族の元素（カルシウム（Ｃａ）など）または３Ａ族の元素（イットリウム（Ｙ）、ネオジウム（Ｎｄ）、イッテルビウム（Ｙｂ）など）のうち少なくとも１つ以上を含む材料を用いることができる。このような材料としては、たとえば、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、ＣａＯなどが挙げられる。
【００３１】
周期律表の２Ａ族元素、３Ａ族元素、およびこれらを含む化合物は、難焼結性物質である窒化アルミニウムの焼結を促進させる作用を有する。つまり、これらの元素および化合物は、窒化アルミニウム粉末の粒子表面に存在する酸化物（アルミナ）と反応して液相を形成する。この液相が窒化アルミニウム粒子同士を結合させるので、結果的に窒化アルミニウムの焼結を促進させることができる。焼結助剤の配合量については、２Ａ族および３Ａ族の元素の含有率が酸化物換算で０．１質量％以上１０質量％以下となるように設定することが好ましい。
【００３２】
焼結助剤を原料粉末に加えることによって、焼結温度を低減することができるとともに、形成されるセラミック焼結体において窒化アルミニウムの平均粒径を小さくすることができ、焼結体の強度を向上させることができる。
【００３３】
たとえば、セラミック焼結体をヒータに用いる場合を想定すると、これにより、セラミック焼結体の表面に金属などの発熱体を形成する際に、セラミック焼結体の表面に対する発熱体の濡れ性を向上させることができる。焼結助剤の成分としてシリカ（ＳｉＯ２）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を含んでもよい。このような成分を有する焼結助剤を用いることによって、形成されたセラミック焼結体にはアルミニウムの酸化物、ケイ素またはケイ素化合物が含まれることになる。セラミック焼結体の表面にメタライズ層などを形成する場合、これらのアルミニウム酸化物などは、メタライズ層とセラミック焼結体の表面との密着性を向上させる効果を有する。
【００３４】
バインダーとしては、有機溶剤を分散媒に用いるものとして、アクリル系、ポリビニルブチラール系、およびセルロース系バインダーなどを用いることができる。また、水を分散媒として用いるバインダーとしては、ポリビニルアルコール系、アクリル系、ウレタン系、および酢酸ビニル系バインダーなどを用いることができる。
【００３５】
次に、混合工程（Ｓ２００）を実施する。この混合工程（Ｓ２００）では、上述の原料準備工程（Ｓ１００）で準備した窒化アルミニウム粉末、焼結助剤およびバインダーを混合することによって、原料混合物を作製する。混合方法としては、一般的な混合方法（たとえば、ボールミル混合など）を用いることができる。
【００３６】
次に、成形工程（Ｓ３００）を実施する。この成形工程（Ｓ３００）では、上述の混合工程（Ｓ２００）で得られた原料混合物を成形することによって、成形体を形成する。成形体の形成方法としては、ドクターブレード法、押出し法、ロールコンパクション、プレス法、およびＣＩＰ（Ｃｏｌｄ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃａｌ  Ｐｒｅｓｓ）法などの方法を用いることができる。
【００３７】
次に、検査工程（Ｓ４００）を実施する。この検査工程（Ｓ４００）では、上述の成形工程（Ｓ３００）で得られた成形体の良否を判定する。その結果、良品と判定された成形体については、のちに説明する脱バインダー工程（Ｓ８００）に送る。また、不良品と判定された成形体については、続いて説明する脱バインダー工程（Ｓ５００）に送る。
【００３８】
脱バインダー工程（Ｓ５００）では、上述の検査工程（Ｓ４００）で不良品と判定された成形体を所定時間加熱することによって、成形体からバインダーを除去させる（脱バインダー）。
【００３９】
成形体を加熱する温度は、４５０℃以上８００℃以下であることが好ましい。温度が４５０℃よりも低い場合、バインダー成分の炭素が残存するおそれがある。また、温度が８００℃よりも高い場合、成形体に含まれる窒化アルミニウムと酸素との反応が促進され、窒化アルミニウムがアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）に変化するおそれがある。
【００４０】
また、成形体を加熱する際、アルミナまたはシリカを主成分とする材料、またはアルミナとシリカとを含んだ複合材料から形成された箱型のケースに成形体を収容することが好ましい。これにより、この箱型のケースの内部に収容された成形体に不純物が混入することを防止できる。
【００４１】
また、箱型のケースの内部の雰囲気は、大気雰囲気であることが好ましい。これにより、成形体に含まれるバインダー成分を燃焼させて、成形体からバインダー成分を除去することができる。バインダー成分が燃焼しない場合、バインダー成分が炭化した状態で成形体に残存する。この炭化したバインダー成分の硬度は非常に高いため、後に続く粉砕工程（Ｓ６００）において、成形体を微細に粉砕することができないという問題が発生する。
【００４２】
また、箱型のケースに収容する成形体は、なるべく小さく複数に分割されていることが好ましく、個々の成形体が接触していないことが好ましい。このような形態で成形体が箱型のケースに収容されていない場合、成形体に酸素が行き渡らず、バインダー成分が炭化した状態で残存するおそれがある。
【００４３】
次に、粉砕工程（Ｓ６００）を実施する。この粉砕工程（Ｓ６００）では、上述の脱バインダー工程（Ｓ５００）でバインダーが除去された成形体を粉砕することによってセラミック混合粉末を得る。成形体を粉砕する方法は、特に限定されないが、たとえば、日清エンジニアリング（株）製の粉砕機「ブレードミル（型式ＢＭ−２５）」を用いることができる。図２は、本実施の形態において使用した粉砕機を示す断面図である。
【００４４】
図２を参照して、粉砕機１０は、回転軸を中心に回転する回転ブレード１５と、回転ブレードとの間に隙間を設けて形成された固定ライナー１４とから構成されている。
【００４５】
矢印１２に示す方向から、あらかじめ小さく砕いておいた成形体を粉砕機１０の内部に導入する。成形体は、回転する回転ブレード１５と固定ライナー１４との間を通過する際、強力なせん断力を受けることによって粉砕される。その粉砕された成形体は、矢印１３に示す方向に沿って進行し、本実施の形態におけるセラミック混合粉末として回収される。
【００４６】
粉砕機１０に導入される成形体は、前の脱バインダー工程（Ｓ５００）においてバインダーが除去されているため、元々バインダーが存在していた部分が気孔となっている。このため、成形体は、それぞれの粉末粒子同士が反応によって接合していない状態にあり、非常に脆くなっている。したがって、粉砕機１０に導入された成形体は、粒径が小さく、かつ粒径のばらつきが小さい粉末に容易に粉砕される。
【００４７】
図３は、図２中の矢印ＩＩＩから見た回転ブレードと固定ライナーとの間の隙間を拡大して示した断面図である。図３を参照して、回転ブレード１５および固定ライナー１４の表面には複数のブレード（刃）が設けられており、その複数のブレードの間には凹部２１および２２が形成されている。
【００４８】
粉砕機１０の内部に導入された成形体にバインダーが含まれている場合、そのバインダーの成分が粉砕時に発生する熱によって軟化、溶融し、凹部２１および２２に固着する。このため、回転ブレード１５と固定ライナー１４との間に設けられた隙間が徐々に小さくなる。やがて、固着したバインダー成分を含む粉末が回転ブレード１５および固定ライナー１４の表面に設けられたブレードに接触するに至り、ブレードの異常磨耗を引き起こす。また、異常磨耗によって生じた異物が、セラミック混合粉末に不純物として混入する。しかし、本実施の形態では、粉砕機１０によって成形体の粉砕を行なう前に脱バインダー工程（Ｓ５００）を実施しているため、上述の問題を解決することができる。
【００４９】
このようにして得られたセラミック混合粉末は、バインダーを含まない成形体を粉砕することによって得られたものであるため、窒化アルミニウム粉末と、焼結助剤と、脱バインダー工程（Ｓ５００）および粉砕工程（Ｓ６００）などで混入した金属不純物とのみから形成されている。つまり、セラミック混合粉末は、セラミック粉末と、焼結助剤と、金属不純物とのみからなる。セラミック混合粉末に含まれる金属不純物としては、たとえば、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）およびタングステン（Ｗ）などの金属元素を含む異物が挙げられる。
【００５０】
セラミック混合粉末に含まれる金属不純物の割合は、セラミック混合粉末に対して０を超え０．１質量％未満であることが好ましい。これにより、後に説明する焼結工程（Ｓ９００）で得られるセラミック焼結体の抗折強度が不純物によって低下することを防止できる。セラミック混合粉末に含まれる不純物の割合は、セラミック混合粉末に対して０を超え０．０３質量％以下であることがさらに好ましい。
【００５１】
窒化アルミニウム粉末に混入していた不可避不純物としての炭素粒子がセラミック混合粉末に残存している場合がある。この炭素粒子の大きさは、１００μｍ以下であることが好ましい。これにより、後に説明する焼結工程（Ｓ９００）で得られるセラミック焼結体に巣が形成されることを防止できる。炭素粒子の大きさは、３０μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００５２】
セラミック混合粉末は、セラミック混合粉末に対して０．０１質量％以上０．１２質量％以下の割合で炭素を含むことが好ましい。窒化アルミニウム粉末の元々の炭素含有率を考慮すると、炭素の割合を０．０１質量％より小さくすることは実質的に困難である。また、炭素の割合を０．１２質量％以下とすることによって、粉砕工程（Ｓ６００）において、炭素を含んだ硬度の大きい粗大粒子が生成されることを防止できる。セラミック混合粉末は、セラミック混合粉末に対して０．０１質量％以上０．１０質量％以下の割合で炭素を含むことがさらに好ましい。
【００５３】
セラミック混合粉末は、セラミック混合粉末に対して、１．０質量％以上３．０質量％以下の割合で酸素を含むことが好ましい。窒化アルミニウム粉末の元々の酸素含有率を考慮すると、酸素の割合を１．０質量％より小さくすることは実質的に困難である。また、酸素の割合を３．０質量％以下とすることによって、後に続く焼結工程（Ｓ９００）で得られるセラミック焼結体の熱伝導率が低下することを防止できる。セラミック混合粉末は、セラミック混合粉末に対して、１．０質量％以上２．２質量％以下の割合で酸素を含むことがさらに好ましい。
【００５４】
なお、セラミック混合粉末に含まれる炭素は、後に続く焼結工程（Ｓ９００）において還元剤として機能する。つまり、焼結工程（Ｓ９００）時、セラミック混合粉末に含まれる炭素が酸素と反応する。これにより、酸素の含まれる割合が小さいセラミック焼結体を形成することができる。このため、セラミック焼結体に求める特性の中で高熱伝導性を優先させたい場合には、セラミック混合粉末に多めの炭素を含ませておけば良い。
【００５５】
図４は、粉砕工程（Ｓ６００）によって得られたセラミック混合粉末を示す模式図である。図４では、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真の線図からセラミック混合粉末の様子が表わされている。図４を参照して、図中には、セラミック混合粉末に含まれる窒化アルミニウム粉末３２および焼結助剤３３が示されている。窒化アルミニウム粉末３２および焼結助剤３３が凝集することによって、２次粒子３１が形成されている。２次粒子３１には、複数の窒化アルミニウム粉末３２と、複数の焼結助剤３３とが均一に分散している。
【００５６】
２次粒子３１の粒径は、０．１μｍ以上１０μｍ以下であり、２次粒子３１の平均粒径Ｄ５０は、０．５μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。２次粒子３１が大きすぎる場合、後に続く焼結工程（Ｓ９００）で得られるセラミック焼結体の密度が低下するおそれがある。また、２次粒子３１が小さすぎる場合、粉砕工程（Ｓ６００）において、長時間を費やしたり、複雑な工程を必要とするおそれがある。また、セラミック混合粉末に不純物が混入する可能性が増大する。
【００５７】
同様の理由から、２次粒子３１の粒径は、０．５μｍ以上８μｍ以下であり、２次粒子３１の平均粒径Ｄ５０は、０．８μｍ以上１．２μｍ以下であることがさらに好ましい。２次粒子３１の粒径は、０．５μｍ以上５μｍ以下であり、２次粒子３１の平均粒径Ｄ５０は、０．８μｍ以上１．０μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００５８】
この発明の実施の形態に従ったセラミック混合粉末は、セラミック粉末としての窒化アルミニウム粉末と、焼結助剤とで形成された２次粒子３１を含む。窒化アルミニウム粉末は、主成分である窒化アルミニウムを含む。
【００５９】
この発明の実施の形態に従ったセラミック混合粉末の製造方法は、バインダーと、焼結助剤と、セラミック粉末としての窒化アルミニウム粉末とを含む混合粉末から形成された成形体を加熱することによって、成形体からバインダーを除去する工程（脱バインダー工程（Ｓ５００））と、バインダーが除去された成形体を粉砕することによって、セラミック混合粉末を形成する工程（粉砕工程（Ｓ６００））とを備える。バインダーを除去する工程（脱バインダー工程（Ｓ５００））は、成形体を大気雰囲気中で温度４５０℃以上８００℃以下で加熱する工程を含む。
【００６０】
セラミック混合粉末の製造方法は、バインダーを除去する工程（脱バインダー工程（Ｓ５００））の前に、バインダーと、焼結助剤と、窒化アルミニウム粉末とを含む混合粉末を成形して成形体を形成する工程（原料準備工程（Ｓ１００）、混合工程（Ｓ２００）および成形工程（Ｓ３００））と、成形体の良否を判定する工程（検査工程（Ｓ４００））とをさらに備える。バインダーを除去する工程（脱バインダー工程（Ｓ５００））は、判定する工程（検査工程（Ｓ４００））において不良と判定された成形体を加熱することによって、成形体からバインダーを除去する工程を含む。
【００６１】
次に、バインダー混合工程（Ｓ７００）を実施する。このバインダー混合工程（Ｓ７００）では、粉砕工程（Ｓ６００）で得られたセラミック混合粉末にバインダーを加える。セラミック混合粉末には、混合工程（Ｓ２００）において混合された焼結助剤が均一に含まれているため、バインダー混合工程（Ｓ７００）で焼結助剤を改めて加える必要がない。また、粉砕工程（Ｓ６００）で得られたセラミック混合粉末は、原料準備工程（Ｓ１００）で準備した原料と比較して同程度まで粒径が小さくなっているため、セラミック混合粉末を篩にかける必要もない。このような理由から、製造工程を大幅に省略することができる。
【００６２】
バインダー混合工程（Ｓ７００）においてバインダーが加えられたセラミック混合粉末を用いて、前に説明した成形工程（Ｓ３００）および検査工程（Ｓ４００）を実施する。検査工程（Ｓ４００）において不良品と判定された成形体については、前に説明した脱バインダー工程（Ｓ５００）およびこれに続く工程に再び送る。良品と判定された成形体については、脱バインダー工程（Ｓ８００）に送る。
【００６３】
脱バインダー工程（Ｓ８００）では、検査工程（Ｓ４００）で良品と判定された成形体を窒素または大気雰囲気中において、温度６００℃から９００℃、１５時間から１００時間加熱することによって、成形体からバインダーを除去させる。
【００６４】
次に、焼結工程（Ｓ９００）を実施する。この焼結工程では、上述の脱バインダー工程（Ｓ８００）でバインダーが除去された成形体を加熱することによってセラミック焼結体を得る。焼結工程（Ｓ９００）における焼結条件としては、焼結温度を１６００℃以上１９００℃以下とし、雰囲気を常圧の窒素雰囲気として、焼結時間を３時間以上１００時間以下とすることが好ましい。
【００６５】
以上に説明した工程によって、不良品と判定された成形体に含まれる窒化アルミニウムをリサイクルしたセラミック焼結体が完成する。
【００６６】
この発明の実施の形態に従ったセラミック焼結体の製造方法は、この発明の実施の形態に従ったセラック混合粉末の製造方法を用いたセラミック焼結体の製造方法である。セラミック焼結体の製造方法は、セラミック混合粉末にバインダーを加える工程（バインダー混合工程（Ｓ７００））と、バインダーが加えられたセラミック混合粉末を成形して成形体を形成する工程（成形工程（Ｓ３００））と、成形体を加熱することによって、成形体からバインダーを除去する工程（脱バインダー工程（Ｓ８００））と、バインダーが除去された成形体を焼結する工程（焼結工程（Ｓ９００））とを備える。
【００６７】
このように構成されたセラミック混合粉末、セラミック混合粉末の製造方法およびセラミック焼結体の製造方法によれば、不良品と判定された成形体からバインダーを除去する脱バインダー工程（Ｓ５００）を設けているため、高価な窒化アルミニウムのリサイクルを容易に行なうことができる。これにより、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体の製造コストを削減するとともに、省資源化を図ることができる。
【００６８】
また、粉砕工程（Ｓ６００）で得られるセラミック混合粉末は、不純物が含まれる割合が低く抑えられ、微粒で粒径のばらつきの小さい状態で形成されている。このため、このセラミック混合粉末を用いれば、混合工程（Ｓ２００）で作製された原料混合物から直接得られるセラミック焼結体と比較して、色調、収縮率、抗折強度、熱伝導率、反り、および表面粗さなどの点においてほとんど変わることないセラミック焼結体を得ることができる。
【００６９】
なお、本実施の形態では、セラミック粉末として窒化アルミニウムを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。セラミック粉末として、たとえば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、ジルコニア（ＺｒＯ２）などを用いても良い。
【００７０】
【実施例】
本発明によるセラミック混合粉末から得られたセラミック焼結体を評価するために、以下に説明する試験を行なった。
【００７１】
まず、セラミック粉末および焼結助剤を混合することによって、組成が異なるＡｌＮ−１、ＡｌＮ−２およびＳｉ３Ｎ４−１の原料混合物を作製した。これらの原料混合物の組成を表１に示した。
【００７２】
【表１】
2004338966.tif 000003
【００７３】
表１を参照して、ＡｌＮ−１およびＡｌＮ−２の原料混合物には、主原料として窒化アルミニウムを用いた。Ｓｉ３Ｎ４−１の原料混合物には、主原料として窒化ケイ素を用いた。また、焼結助剤として、Ｙ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２およびＣａＯを適宜用いた。これらの原料混合物にさらにバインダーを混合した。
【００７４】
この原料混合物を用いて成形体としてのシート（４００ｍｍ×１２０ｍｍ×０．８ｍｍ）をドクターブレード法により成形した。成形によって得られたシートを３０時間、自然乾燥させた。
【００７５】
シートの外観検査を行なった。この検査で不良と判断されたシートと、そのシートを１０ｍｍ角の大きさに裁断したチップ状シート（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．８ｍｍ）とを、蓋付きケースに別々に投入した。蓋付きケースには、アルミナから形成された箱型のものを使用した。
【００７６】
脱バインダー工程を大気雰囲気中で２０時間行なった。この際、温度をかえることによって、複数の加熱条件で脱バインダー工程を行なった。また、一部のチップ状シートには、脱バインダー工程を行なわなかった。
【００７７】
その後、粉砕工程を行なった。シートおよびチップ状シートを日清エンジニアリング（株）製の粉砕機「ブレードミル（型式ＢＭ−２５）」に投入した。このとき、回転ブレードの回転数や、シートおよびチップ状シートを吸引するブロワー風量をかえることによって、複数の条件下で粉砕工程を行なった。
【００７８】
以上に説明した工程によって、サンプル１から１５のセラミック混合粉末を得た。それぞれのセラミック混合粉末の原料混合物の種類、シート形態、脱バインダー工程および粉砕工程の条件を表２に示した。また、本発明に従った実施品であるか、実施品と比較するための比較品であるかを示すサンプル種別を表２に示した。
【００７９】
【表２】
2004338966.tif 000004
【００８０】
続いて、サンプル１から１５のセラミック混合粉末の粒径、平均粒径、不純物の割合、炭素粒子の大きさ、ならびに炭素および酸素の割合を以下に説明する方法によって測定した。得られた測定結果をサンプル別に表３に示した。
【００８１】
セラミック混合粉末の粒径および平均粒径は、日機装（株）製「マイクロトラックＦＲＡ」を用いてレーザー法により測定した。測定によって得られた粒径の最小値から最大値の範囲を、セラミック混合粉末の粒径として表３に示した。また、測定によって得られた粒径の５０％粒径Ｄ５０をセラミック混合粉末の平均粒径として表３に示した。
【００８２】
セラミック混合粉末に含まれる金属不純物は、粉砕工程で使用された粉砕機の回転ブレードまたは固定ライナー、もしくは配管などから紛れ込んだ金属であり、炭化タングステン（ＷＣ）や、ステンレスを構成する鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）である。ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）法によってこれらの元素量を測定し、その合計値から金属不純物の割合を求めた。
【００８３】
炭素粒子の大きさを求めるために、セラミック混合粉末をエタノールに浸し、超音波分散を行なった。その後、１０μｍの目開きの篩でろ過し、篩の上に残った残差物の大きさを測定した。
【００８４】
炭素の割合は、ＬＥＣＯ社製「ＷＲ−１１２」を用いて熱伝導度法により測定した。酸素の割合は、堀場製作所製「ＥＭＧＡ６５０−Ｗ」を用いて不活性ガス融解−赤外線検出法により測定した。
【００８５】
【表３】
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【００８６】
表２および３を参照して、粉砕工程時における回転ブレードの回転数が小さい場合、セラミック混合粉末の粉砕性が悪化する。このため、粒径、平均粒径および炭素粒子の大きさが大きくなることがサンプル４および５の結果から分かった。また、ブロワー風量が小さい場合、セラミック混合粉末が回転ブレードと固定ライナーとの間に付着することによって、回転ブレードおよび固定ライナーの磨耗が進行する。このため、金属不純物の割合が大きくなることがサンプル８の結果から分かった。
【００８７】
シート形態が裁断を行なわなかったシートである場合、脱バインダー工程時にシートの全面に酸素が十分に行き渡らない。このため、炭素量が大きくなることがサンプル９の結果から分かった。また、脱バインダー工程時の温度が十分に高くない場合にも、炭素量が大きくなることがサンプル１２の結果から分かった。
【００８８】
脱バインダー工程を行なわなかった場合、回転ブレードおよび固定ライナーの磨耗が進行するとともに、セラミック混合粉末の粉砕性が悪化する。このため、粒径、平均粒径および炭素粒子の大きさが著しく大きくなることがサンプル１３の結果から分かった。
【００８９】
なお、Ｓｉ３Ｎ４−１の原料混合物は、他の原料混合物と比較して、酸化物の割合が大きくなっている。このため、Ｓｉ３Ｎ４−１を原料混合物とするサンプル１５のセラミック混合粉末は、酸素量が特に大きい値となった。
【００９０】
続いて、サンプル１から１５のセラミック混合粉末にバインダーおよび可塑剤を添加した。その後、そのセラミック混合粉末を用いて、押出し法によってシートを成形した。成形によって得られたシートを２０時間、自然乾燥させた。窒化ホウ素（ＢＮ）製の治具にシートを載置し、窒素雰囲気中、温度８００℃で２０時間、脱バインダー工程を行なった。
【００９１】
サンプル１から１５のセラミック混合粉末から成形され、バインダーが除去されたシートを、常圧、窒素雰囲気中で焼結した。この際、出発の原料混合物をＡｌＮ−１とするシートには、焼結温度を１９００℃とし、焼結時間を１０時間とした。出発の原料混合物をＡｌＮ−２とするシートには、焼結温度を１７００℃とし、焼結時間を５時間とした。出発の原料混合物をＳｉ３Ｎ４−１とするシートには、焼結温度を１７００℃とし、焼結時間を８時間とした。得られたセラミック焼結体に、表面加工代３μｍ以下の研磨を施した。
【００９２】
また、前述の外観検査で良品と判断されたシートに関しても、脱バインダー、焼結および研磨を行なった。これにより、セラミック混合粉末を経ることなく、ＡｌＮ−１、ＡｌＮ−２およびＳｉ３Ｎ４−１の原料混合物から直接形成されたセラミック焼結体を作製した。
【００９３】
続いて、サンプル１から１５のセラミック混合粉末から形成されたセラミック焼結体と、ＡｌＮ−１、ＡｌＮ−２およびＳｉ３Ｎ４−１の原料混合物から直接形成されたセラミック焼結体との、色調、巣の有無、密度、抗折強度および熱伝導率を以下に説明する方法によって測定した。得られた測定結果を表４に示した。
【００９４】
色調および巣の有無は、セラミック焼結体を目視することによって確認した。一部のセラミック焼結体に、色調のむら（変色）または黒点（黒色）が認められた。密度は、水中置換法によって算出した。熱伝導率は、真空理工（株）製「ＴＣ−３０００」を用いてレーザーフラッシュ法により測定した。
【００９５】
【表４】
2004338966.tif 000006
【００９６】
表４を参照して、サンプル４、５および１３のセラミック混合粉末から形成されたセラミック焼結体では、セラミック混合粉末の粒径および平均粒径に起因して、密度が小さくなり、抗折強度が低下することを確認できた。また、サンプル５および１３のセラミック混合粉末から形成されたセラミック焼結体では、炭素粒子に起因して、巣が形成されることを確認できた。
【００９７】
サンプル８および１３のセラミック混合粉末から形成されたセラミック焼結体では、金属不純物に起因してセラミック焼結体の表面に黒点が形成されることを確認できた。また、サンプル９および１２のセラミック混合粉末から形成されたセラミック焼結体では、炭素量に起因してセラミック焼結体の色調にむらができることを確認できた。
【００９８】
これらの結果に対して、本発明の実施品であるサンプル１から３、６および７、１０および１１、ならびに１４および１５のセラミック混合粉末から形成されたセラミック焼結体では、原料混合物から直接形成されたセラミック焼結体と比較して、ほぼ同等の品質が保持されることを確認できた。
【００９９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に従えば、セラミック粉末のリサイクルが容易に行なえるとともに、リサイクルによって得られたセラミック焼結体の品質を保証できるセラミック混合粉末、セラミック混合粉末の製造方法およびセラミック焼結体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態におけるセラミック焼結体の製造工程を示すフローチャートである。
【図２】本実施の形態において使用した粉砕機を示す断面図である。
【図３】図２中の矢印ＩＩＩから見た回転ブレードと固定ライナーとの間の隙間を拡大して示した断面図である。
【図４】粉砕工程によって得られたセラミック混合粉末を示す模式図である。
【符号の説明】
３１  ２次粒子、３２  窒化アルミニウム、３３  焼結助剤。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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