(57)【要約】【課題】  透光性に優れたセラミックス焼結体を与える焼結体用セラミックス粉末を容易に製造できる方法を提供する。【解決手段】  本発明の製造方法は、未粉砕の第一原料セラミックス粉末に、該第一原料セラミックス粉末を自由粉砕したのちの成形密度(ρ1)と異なる成形密度(ρ2)を示す第二原料セラミックス粉末を混合後、自由粉砕することを特徴とする。好ましくはジェットミルにて自由粉砕する。本発明の製造方法で得られた焼結体用セラミックス粉末を成形して成形体とし、焼成して焼結させて、透光性に優れたセラミックス焼結体を製造できる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
未粉砕の第一原料セラミックス粉末に、該第一原料セラミックス粉末を単独で自由粉砕したのちの成形密度(ρ1)と異なる成形密度(ρ2)を示す第二原料セラミックス粉末を混合後、自由粉砕することを特徴とする焼結体用セラミックス粉末の製造方法。
【請求項２】
前記第二原料セラミックス粉末が、前期第一原料セラミックス粉末をを自由粉砕したのちの成形密度(ρ1)よりも大きな成形密度(ρ2)を示すものである請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記第一原料セラミックス粉末および第二原料セラミックス粉末が、ともにαアルミナ粉末である請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
ジェットミルにて自由粉砕する請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の製造方法により得られる焼結体用セラミックス粉末。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の製造方法により得られた焼結体用セラミックス粉末を成形して成形体とし、焼成して焼結させることを特徴とするセラミックス焼結体の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の製造方法により得られた焼結体用セラミックス粉末が、成形後、焼結されてなる事を特徴とするセラミックス焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結体用セラミックス粉末の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックス粉末は、成形体に成形したのち焼結させて、例えばナトリウムランプの透光管のような透光性のセラミックス焼結体を製造するための焼結体用セラミックス粉末として有用である。かかる焼結体用セラミックス粉末の製造方法として特許文献１および特許文献２には、未粉砕の原料セラミックス粉末を粉砕する方法が開示されており、通常は成形後の成形体の密度が所定の値となるように、粉砕後の原料セラミックス粉末に、この粉砕後の原料セラミックス粉末の成形密度とは異なる成形密度を示す第二原料セラミックス粉末を混合して焼結体用セラミックス粉末を製造している。
【０００３】
しかし、第二原料セラミックス粉末を混合するだけの従来の製造方法では、得られた焼結体用セラミックス粉末を成形後、焼結させて得られるセラミックス焼結体が透光性に劣るものになり易いという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１０８５４５号公報
【特許文献２】特開平４−２３８８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明者は、透光性に優れたセラミックス焼結体を与える焼結体用セラミックス粉末を容易に製造できる方法を開発するべく鋭意検討した結果、未粉砕の原料セラミックス粉末を粉砕する前に、第二原料セラミックス粉末を混合し、その後、自由粉砕する方法で焼結体用セラミックス粉末を製造することにより、成形体の密度を調整でき、しかも、透光性に優れたセラミックス焼結体を与える焼結体用セラミックス粉末が得られることを見出し、本発明に至った。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち本発明は、未粉砕の第一原料セラミックス粉末に、該第一原料セラミックス粉末を単独で自由粉砕したのちの成形密度(ρ1)と異なる成形密度(ρ2)を示す第二原料セラミックス粉末を混合後、自由粉砕することを特徴とする焼結体用セラミックス粉末の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の製造方法によれば、第二原料セラミックスの使用量を調整することで、成形体の密度を調整しながら、高い透光性を示すセラミックス焼結体を与える焼結体用セラミックス粉末を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の製造方法で用いられる第一原料セラミックス粉末としては、例えばαアルミナ粉末などが挙げられる。この第一原料セラミックス粉末は、未粉砕のものであり、その粒子径は通常５μｍ〜０．５ｍｍ程度である。
【０００９】
このような第一原料セラミックス粉末としては、例えばセラミックス前駆体を焼成することで粉末状で得られるセラミックスが挙げられる。セラミックス前駆体として、例えばαアルミナ粉末を得るためのαアルミナ前駆体を例示すれば、アルミニウム水酸化物の他、アルミニウム硝酸塩、アルミニウム硫酸塩、アルミニウム塩化物、アルミニウムフッ化物、アルミニウム炭酸塩、アルミニウムアンモニウム塩などのアルミニウム無機塩や、酢酸アルミニウムなどのアルミニウム有機塩や、これらの複合塩などが挙げられる。これらのセラミックス前駆体は、それぞれ単独で用いられてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。
【００１０】
これらのセラミックス前駆体は焼成により粉末化し、セラミックス粉末となるが、本発明の製造方法では、かくして得られるセラミックス粉末を粉砕することなく未粉砕のままで、第一原料セラミックス粉末として用いる。
【００１１】
第二原料セラミックス粉末としては、例えばαアルミナ粉末が挙げられ、その中心粒子径は通常、０．３μｍ〜０．５ｍｍ、好ましくは０．３μｍ〜３μｍ程度である。
【００１２】
この第二原料セラミックス粉末は、第一原料セラミックス粉末を自由粉砕した後の成形密度(ρ1)と異なる成形密度(ρ2)を示すものが使用され、混合後、自由粉砕したのちの成形密度(ρ3)が、第一原料セラミックス粉末を単独で自由粉砕したのちの成形密度(ρ1)よりも大きくなり、より緻密な成形体が容易に得られることから、第二セラミックス粉末は、前記第一セラミックス粉末を単独で自由粉砕したのちの成形密度(ρ1)よりも大きな成形密度(ρ2)を示すものが好ましい。ここで、成形密度とは、セラミックス粉末を加圧して成形して得られる成形体の密度である。
【００１３】
このような第二原料セラミックス粉末は、セラミックス前駆体を焼成することで粉末状で得られるセラミックスを未粉砕のままで用いてもよいし、粉砕して用いてもよい。粉砕して用いる場合、自由粉砕して用いてもよいし、閉塞粉砕して用いてもよい。
【００１４】
ここで、自由粉砕とは、混合後のセラミックス粉末を粉砕機の中に滞留させずに、粉砕後のセラミックス粉末を重力、水流、空気流、遠心力などによって粉砕機の外部に導き出しながら行う粉砕である。自由粉砕には、例えばジェットミル、ピンミルなどの粉砕機が用いられる。閉塞粉砕とは、セラミックス粉末を粉砕機に供給し、長時間粉砕機の中に滞留させたまま行う粉砕である。閉塞粉砕には、例えば振動ミル、ボールミル、媒体攪拌ミルなどが用いられる。
【００１５】
第二原料セラミックス粉末の成形密度（ρ2）と、第一原料セラミックス粉末を単独で自由粉砕したのちの成形密度（ρ1）との成形密度差（Δρ＝｜ρ2−ρ1｜）や、第一原料セラミックス粉末の使用量（Ｗ1）と第二原料セラミックス粉末の使用量（Ｗ2）との比（Ｗ1：Ｗ2）は、目的とする成形体の密度に応じて適宜選択されるが、成形密度差（Δρ）は通常０．０１ｇ／ｃｍ3〜０．５ｇ／ｃｍ3程度の範囲であり、使用量比は質量比で通常９９：１〜６０：４０程度の範囲である。
【００１６】
本発明の製造方法では、これら第一原料セラミックス粉末と第二原料セラミックス粉末とを混合する。これら第一原料セラミックス粉末と第二原料セラミックス粉末とは、乾燥状態のまま混合されてもよいし、水などの媒体に分散させた状態で混合後、乾燥してもよい。
【００１７】
混合後、自由粉砕する。自由粉砕には、ジェットミルが好ましく用いられる。例えばジェットミルとしてＰＪＭ−２８０ＳＰ（日本ニューマチック工業(株)製）を用いることができる。自由粉砕後のセラミックス粉末の中心粒子径は通常０．２μｍ〜１μｍ、好ましくは０．３μｍ〜０．８μｍ程度の範囲である。
【００１８】
本発明の製造方法で得られるセラミックス粉末は、異なる成形密度を示す原料セラミックス粉末から得られるものであるが、これを成形し、焼成しても、得られるセラミックス焼結体は透光性に優れたものである。本発明のセラミックス粉末から焼結体を製造するには、例えばセラミックス粉末を成形して成形体とし、この成形体を焼成することにより焼結させればよい。
【００１９】
本発明の製造方法で得られた焼結体用セラミックス粉末を成形する方法としては、例えばセラミックス粉末に水およびバインダーを加えたのち、スプレードライにより顆粒状とし、次いで得られた顆粒をプレスする方法により成形体を得ることができる。水およびバインダーの使用量はセラミックス粉末１００質量部あたり通常は水５０質量部〜２００質量部程度、バインダー１質量部〜１０質量部程度である。スプレードライにより得られる顆粒の水含有量は、セラミクス粉末１００質量部あたり１質量部以下である。
【００２０】
また、焼結体用セラミックス粉末に水およびバインダーを加え、混練した後、押出成形する方法も挙げられる。水およびバインダーの使用量は、セラミックス粉末１００質量部あたり通常は水５質量部〜２５質量部程度、バインダー１質量部〜１０質量部程度である。押出し後、乾燥することにより、成形体を得ることができる。
【００２１】
かくして得られた成形体には、バインダーが含まれているので、通常は仮焼により、このバインダーを分解してから焼成する。仮焼は、成形体に含まれるバインダーを分解しうる温度で行われ、通常は大気中で８００℃〜１２００℃程度の温度で行われる。
【００２２】
仮焼後の成形体を焼成することにより、成形体を構成するセラミックス粉末同士が互いに焼結して一体化し、焼結体となる。焼結条件（温度や雰囲気）はセラミックス粉末の種類により異なるが、αアルミナの場合には、通常は水素中または真空中で１６００℃〜２０００℃程度の温度で行われる。
【００２３】
かくして得られるセラミックス焼結体は、透光性に優れたものであるので、例えばナトリウムランプを構成する透光管などに好適に用いられる。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例によって限定されるものではない。
【００２５】
なお、各実施例で用いた原料セラミックス粉末、各実施例で得たセラミックス粉末および成形体、および焼結体は、以下の方法で評価した。
(1)セラミックス粉末の成形密度
粉末５ｇを内径２０ｍｍの金型に入れて、３０ＭＰaで１分一軸プレスした後、コールドアイソスタティックプレスにて１５００ｋｇf／ｃｍ2（１５０ＭＰa）にて３分間圧力を加え、直径約１９ｍｍ厚み約８ｍｍの円盤状の成形体を得、この成形体の直径をノギスにて、厚みをマイクロメーターにてそれぞれ測定して体積を求め、成形体の重量を±０．１ｍｇの精度で測定して求め、求めた体積および重量から密度を求め、成形密度とした。
(2)焼結体の透光性
焼結体の両面ラッピングし、厚みを０．８５ｍｍとしたのち、光源スポット径５．５ｍｍφにて、波長６００ｎｍの光を入射して、直線透過率として透光性を評価した。
(3)セラミックス粉末の中心粒子径
レーザー散乱式粒度分布測定装置〔「マイクロトラックＨＲＡ  Ｘ１００」、日機装社製〕を用いて、累積重量割合が５０％となる粒子径を中心粒子径として測定した。
【００２６】
参考例１
〔未粉砕αアルミナ粉末の製造〕
水酸化アルミニウムを焼成して、未粉砕で中心粒子径９μｍの未粉砕αアルミナ粉末を得た。
【００２７】
〔未粉砕αアルミナ粉末を単独で自由粉砕した後の成形密度の測定〕
上記で得た未粉砕αアルミナ粉末を、ジェットミル〔日本ニューマチック工業(株)製「ＰＪＭ−２８０ＳＰ」〕を用いてエアー圧（ゲージ圧）５ｋｇ／ｃｍ2（０．５ＭＰａ）、未粉砕αアルミナ粉末の供給量８ｋｇ／ｈの条件にて自由粉砕して、中心粒子径０．６μｍの自由粉砕αアルミナ粉末を得、この自由粉砕αアルミナ粉末の成形密度を測定したところ、１．９３ｇ／ｃｍ3であった。
【００２８】
参考例２
〔閉塞粉砕αアルミナ粉末の製造と成形密度の測定〕
水酸化アルミニウムを焼成したのち振動ミルにて閉塞粉砕して中心粒子径０．５μｍの閉塞粉砕αアルミナ粉末を得た。この閉塞粉砕αアルミナの成形密度を測定したところ、２．１６ｇ／ｃｍ3であった。
【００２９】
〔成形体および焼結体の製造〕
実施例１で得た自由粉砕αアルミナに代えて上記で得た閉塞粉砕αアルミナを用いた以外は、比較例１と同様に操作して顆粒とし、成形体を得、円盤状の焼結体を得た。成形体の密度は２．１５ｇ／ｃｍ3であり、焼結体の直線透過率は５％であった。
【００３０】
比較例１
〔未粉砕αアルミナ粉末を単独で自由粉砕したのち成形した成形体の製造〕
参考例１で自由粉砕した後の自由粉砕αアルミナ１００質量部にイオン交換水９８．５質量部、分散剤０．５質量部および酸化マグネシウム換算で０．５質量部の硝酸マグネシウム６水和物を加え、１時間、超音波を照射して分散させた。次いで酢酸ビニル１．５質量部、ポリビニルアルコール０．３質量部およびステアリン酸０．５質量部を加え、攪拌し、スプレードライ法にて顆粒とした。この顆粒約１．２ｇを用い、コールドアイソスタティックプレス法にて１５００ｋｇｆ／ｃｍ2（１５０ＭＰａ）の圧力で直径２０ｍｍ、厚み１．２ｍｍの円盤状に成形して成形体とした。この成形体の密度は１．９３ｇ／ｃｍ3であった。
【００３１】
〔焼結体の製造〕
上記で得た成形体を大気中、９００℃で３時間かけて仮焼し、次いで真空中、１８００℃で６時間かけて焼成して、円盤状の焼結体を得た。この焼結体の直線透過率は２０％であった。
【００３２】
比較例２
〔焼結用αアルミナ粉末の製造〕
参考例１で得た自由粉砕αアルミナ粉末と、参考例２で得た閉塞粉砕αアルミナ粉末とを混合して焼結用αアルミナ粉末を得た。このとき、自由粉砕αアルミナ粉末と閉塞粉砕αアルミナ粉末の使用量比（質量比）は、混合後の焼結用αアルミナ粉末の成形密度が１．９８ｇ／ｃｍ3となるように調整して、質量比８０：２０で使用した。
【００３３】
〔成形体および焼結体の製造〕
参考例１で得た自由粉砕αアルミナ粉末に代えて、上記で得た焼結用αアルミナ粉末を用いた以外は比較例１と同様に操作して顆粒とし、成形体を得、焼結体を得た。成形体の密度は１．９８ｇ／ｃｍ3であり、焼結体の直線透過率は１６％であった。
【００３４】
実施例１
〔焼結用αアルミナ粉末の製造〕
参考例１で得た未粉砕αアルミナ粉末と、参考例２で得た閉塞粉砕αアルミナ粉末とを混合したのち、ジェットミルにて自由粉砕して焼結用αアルミナ粉末を得た。このときの未粉砕αアルミナ粉末と閉塞粉砕αアルミナ粉末との使用量比（質量費）は、混合後の焼結用αアルミナ粉末の成形密度が１．９８ｇ／ｃｍ3となるように調整して、質量比８０：２０で使用した。また、自由粉砕後の焼結用αアルミナ粉末の中心粒子径は０．６μｍであった。
【００３５】
〔成形体および焼結体の製造〕
参考例１で得た自由粉砕αアルミナ粉末に代えて、上記で得た焼結用αアルミナ粉末を用いた以外は参考例１と同様に操作して顆粒とし、成形体を得、焼結体を得た。成形体の密度は１．９８ｇ／ｃｍ3であり、焼結体の直線透過率は２３％であった。