(57)【要約】【課題】  セラミックス焼結体の原料となる混合粉末の新規な製造方法を提案する。【解決手段】  本発明は、組成物αからなる粉末α及び組成物βからなる粉末βを含む混合粉末を製造する方法である。この混合粉末を得るために、組成物α及び化学反応によって組成物βとなる組成物γを含む原料混合物を得る。そして、この原料混合物にマイクロ波を照射することにより、組成物γに化学反応を生じさせて、組成物βを得るという新規な混合粉末の製造方法である。ここで、組成物βは、マイクロ波を照射することによって生ずる、組成物γと元素Ｘとの化学反応によって生成することができる。つまり、この元素Ｘは、組成物βを得るための原料として機能する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成物αからなる粉末α及び組成物βからなる粉末βを含む混合粉末を製造する方法であって、
前記組成物α及び化学反応によって前記組成物βとなる組成物γを含む原料混合物を得る工程と、
前記原料混合物にマイクロ波を照射することにより、前記組成物γに前記化学反応を生じさせる工程と、
を備えることを特徴とする混合粉末の製造方法。
【請求項２】
前記組成物βは、前記マイクロ波を照射することによって生ずる、前記組成物γと元素Ｘとの前記化学反応によって生成されることを特徴とする請求項１に記載の混合粉末の製造方法。
【請求項３】
前記元素Ｘは、前記原料混合物中に固体として含まれることを特徴とする請求項２に記載の混合粉末の製造方法。
【請求項４】
前記元素Ｘ及び／又は前記組成物γは、前記マイクロ波を照射することにより前記原料混合物中で選択的に加熱されることを特徴とする請求項３に記載の混合粉末の製造方法。
【請求項５】
前記元素Ｘは、前記マイクロ波が照射される雰囲気に気体として含まれることを特徴とする請求項２に記載の混合粉末の製造方法。
【請求項６】
前記組成物γは、前記マイクロ波を照射することにより前記原料混合物中で選択的に加熱されることを特徴とする請求項５に記載の混合粉末の製造方法。
【請求項７】
前記原料混合物は、液相法によって得られる前記組成物γを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の混合粉末の製造方法。
【請求項８】
前記組成物γは、固体として前記原料混合物に含まれる前記元素Ｘに被着していることを特徴とする請求項７に記載の混合粉末の製造方法。
【請求項９】
周波数が９ＧＨｚ以上の前記マイクロ波を照射することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の混合粉末の製造方法。
【請求項１０】
前記組成物αは、前記マイクロ波の照射後において、その形態を維持することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の混合粉末の製造方法。
【請求項１１】
組成物α及び組成物γを含む原料混合物にマイクロ波を照射することにより前記組成物αからなる粉末α及び前記組成物βからなる粉末βを含む混合粉末を得る工程と、
前記混合粉末を焼結する工程と、
を備え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１２】
前記組成物βは、炭化物、窒化物及び炭窒化物の少なくとも１種であることを特徴とする請求項１１に記載のセラミックス焼結体の製造方法。
【請求項１３】
前記組成物βは、前記組成物γと元素Ｘ（ＸはＣ及びＮの１種又は２種）との、前記マイクロ波の照射による加熱に基づいて生成され、
前記元素Ｘは、前記混合粉末に固体として含まれるか又は前記マイクロ波が照射される雰囲気に気体として含まれることを特徴とする請求項１２に記載のセラミックス焼結体の製造方法。
【請求項１４】
前記混合粉末は、前記組成物α及び液相法によって得られた前記組成物γを含むことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載のセラミックス焼結体の製造方法。
【請求項１５】
前記組成物γは、前記組成物αを含む溶液において液相法により得られるものであることを特徴とする請求項１４に記載の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、セラミックス焼結体を製造する際の原料粉末として用いることのできる混合粉末及びその混合粉末を用いてセラミックス焼結体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の化合物から構成されるセラミックス焼結体は、２種類あるいはそれ以上の原料粉末を混合した後に成形、焼結して作製される。例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）と炭化チタン（ＴｉＣ）を主成分とするセラミックス焼結体（Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ焼結体）は、Ａｌ2Ｏ3及びＴｉＣを原料とし、この２種類の原料粉末を混合した後に成形、焼結することにより作製される。この混合された原料粉末の性状は、セラミックス焼結体の特性に影響を与える。つまり、原料粉末の混合状態が均質、つまり分散状態がよければ得られるセラミックス焼結体の組織も均質となるのに対して、混合された原料粉末において一方の原料粉末が偏析していると得られるセラミックス焼結体の組織も不均一になる。Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ焼結体の場合、専ら耐摩耗性に寄与するＴｉＣが組織中に偏析していると、当該セラミックス焼結体に偏摩耗が生じ、あるいは所定の耐摩耗性を得ることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
セラミックス焼結体の原料である混合粉末は、以上のように、セラミックス焼結体の特性を確保する上で重要な位置を占める。そこで本発明の目的は、セラミックス焼結体の原料となる混合粉末の新規な製造方法を提案することにある。また本発明は、このような新規な混合粉末の製造方法において、優れた分散状態を得ることを目的とする。さらに本発明は、このような新規な混合粉末の製造方法において、混合粉末を構成する化合物の粒子を微細化することを目的とする。加えて本発明は、このような混合粉末を用いて結晶組織の微細なセラミックス焼結体を製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、組成物αからなる粉末α及び組成物βからなる粉末βを含む混合粉末を製造する方法である。この混合粉末を得るために、組成物α及び化学反応によって組成物βとなる組成物γを含む原料混合物を得る。そして、この原料混合物にマイクロ波を照射することにより、組成物γに化学反応を生じさせて、組成物βを得るという新規な混合粉末の製造方法である。
ここで、組成物βは、マイクロ波を照射することによって生ずる、組成物γと元素Ｘとの化学反応によって生成することができる。つまり、この元素Ｘは、組成物βを得るための原料として機能する。元素Ｘは、固体又は気体として供給することができる。固体として供給する場合は、原料混合物中に固体として含ませればよい。元素Ｘが固体として供給される場合、この固体がマイクロ波を吸収する特性を有していれば、この元素Ｘを、マイクロ波照射により選択的に加熱することができる。また元素Ｘがマイクロ波を吸収しない場合であっても、組成物γがマイクロ波を吸収する場合には、組成物γ自体が加熱される。この場合、組成物αがマイクロ波の照射によって加熱されないものとすれば、組成物αはマイクロ波の加熱によってもその形態を維持することにより、その粒成長を抑制することができる。また、元素Ｘは、マイクロ波が照射される雰囲気に気体として含まれるものであってもよい。組成物βが窒化物である場合、この気体をＮ（窒素）とすることが考えられる。この場合も組成物γ自体がマイクロ波を吸収する特性を有する必要がある。
【０００５】
本発明において、原料混合物における組成物γをゾルゲル法、共沈法等の液相法によって得ることができる。液相法によって得られる組成物γは、非常に微細なものとすることができるため、最終的に得られる組成物βからなる粉末βを微細なものとすることができる。組成物γを液相法によって得る場合、固体として原料混合物に含まれる元素Ｘに組成物γが被着していることが好ましい。組成物γと元素Ｘとの化学反応の促進にとって有効である。
【０００６】
本発明において、周波数が９ＧＨｚ以上のマイクロ波を照射することが好ましい。原料混合物を均一に加熱するために有利である。
【０００７】
本発明をセラミックス焼結体の製造方法に適用すると、組成物α及び組成物γを含む原料混合物にマイクロ波を照射することにより組成物αからなる粉末α及び組成物βからなる粉末βとを含む混合粉末を得る工程と、混合粉末を焼結する工程と、を備えることになる。ここで、組成物βは、炭化物、窒化物及び炭窒化物の少なくとも１種とすることができる。この場合、組成物βは、組成物γと元素Ｘ（ＸはＣ及びＮの１種又は２種）との、マイクロ波の照射による加熱に基づいて生成することができる。そして、元素Ｘ（ＸはＣ及びＮの１種又は２種）は、混合粉末に固体として含まれるか又はマイクロ波が照射される雰囲気に気体として含まれる形態とすることができる。また、混合粉末は、組成物α及び液相法によって得られた組成物γを含むものとすることができる。この組成物γは、組成物αを含む溶液において液相法により得るものであることが好ましい。液相法としては、前述したように、ゾルゲル法、共沈法等がある。
【０００８】
ここで、Ｔｉ粉末を原料としマイクロ波照射により窒化チタン（ＴｉＮ）を生成する方法は、特許文献１に開示されており、これはマイクロ波照射による交番磁界にチタン原料を曝すことにより、空気中の窒素成分と反応させることを要旨としている。しかし、特許文献１は、本発明のように、複合粉末の製造方法を示唆していない。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１０３６０８号公報
【発明の効果】
【００１０】
本発明による新規な混合粉末の製造方法によれば、粉末α及び粉末βが微細であっても分散状態に優れた混合粉末を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本発明は原料混合物を、組成物α及び組成物γから構成する。この原料混合物の中で、組成物γは化学反応によって組成物βとなるものである。そして、本発明は、この化学反応をマイクロ波照射によって生じさせる。
本発明において、組成物αとしては、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｃｒ2Ｏ3及びＳｉ3Ｎ4の１種又は２種以上の化合物を用いることができる。組成物αは、少なくとも組成物γと比較した場合、元素Ｘと反応が生じにくい性質を有する必要がある。特に、マイクロ波照射の吸収が少ないために加熱されにくく、かつその形態を維持し他の物質に変化しないことが好ましい。ここで、その形態を維持する、とは、Ａｌ2Ｏ3であればマイクロ波照射後にもＡｌ2Ｏ3のままであることをいう。
本発明において、組成物βは、遷移金属元素の炭化物、窒化物及び炭窒化物のいずれかとすることができる。組成物βは、組成物αを母相とするセラミックス焼結体において、セラミックス焼結体に例えば硬質粒子として分散させることができる。この遷移金属元素としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷの１種又は２種以上を用いることができる。
【００１２】
本発明において、組成物γとしては、遷移金属元素の酸化物とすることができる。例えば、組成物βとしてＴｉＣ（炭化チタン）を得たい場合にはＴｉＯ2を組成物γとすることができ、組成物βとしてＶＣ（炭化バナジウム）を得たい場合にはＶ2Ｏ5を組成物γとすることができる。遷移金属元素の酸化物は、例えば遷移金属アルコキシドを加水分解することにより、非常に微細なものを得ることができる利点がある。したがって、組成物βからなる粉末βの粒径も微細なものとすることが可能である。また、遷移金属アルコキシドの加水分解は湿式で行われ、その溶液の中に組成物αを分散させておくことにより、組成物γが組成物α上に生成され、分散状態に優れた組成物α及び組成物γの混合物を得ることができる。
【００１３】
組成物αからなる粉末α及び組成物βからなる粉末βを含む混合粉末を得る場合、粉末α、粉末βを各々用意し、所定量秤量した後に混合するというのがこれまでの一般的な手法であった。この手法において、混合に機械的な手法を用いると、粉末α、粉末βの粒径が微細な場合、粉末α及び粉末βを均一に分散することが難しかった。これに対して本発明は、以上のように、均一に分散された粉末α及び粉末βを含む混合粉末を得ることができる。
【００１４】
本発明は、組成物α及び組成物γを含む原料混合物に対してマイクロ波を照射する。このマイクロ波の照射、具体的には加熱により組成物γを組成物βに化学変化させる。組成物βは、組成物γの構成元素と他の元素Ｘとの合成により生成される。この元素Ｘは、組成物α及び組成物γとともに固体として原料混合物に含有させておくことができる。また、元素Ｘとしては、マイクロ波が照射される雰囲気中に存在する気体を用いることができる。
【００１５】
組成物βとして炭化物を得たい場合には、原料混合物にＣ（炭素）を含有させておけばよい。Ｃは、マイクロ波照射の加熱により組成物γを還元するとともに、前記組成物γの構成元素を炭化して炭化物としての組成物βを生成させることができる。
また、組成物βとして窒化物を得たい場合には、マイクロ波の照射を窒素（Ｎ）雰囲気中あるいは大気中で行えばよい。Ｎは、前記組成物γの構成元素を窒化して窒化物としての組成物βを生成させることができる。その際、窒素ガスはマイクロ波を吸収しないため、組成物γとしてはマイクロ波を吸収するものを選択しておく必要がある。マイクロ波を吸収する組成物γとしては、ＴｉＯ2がある。
ただし、ＴｉＯ2をそのままではマイクロ波は吸収されず、ＴｉＯ2が酸素欠陥を有するＴｉＯ(2-x)となった場合に初めて導電性を持ち、マイクロ波を吸収するようになる。その際に、周囲の窒素と反応しＴｉＮを生成することができる。なお、ＴｉＯ(2-x) は、ＴｉＯ2を還元処理することにより得ることができる。原料混合物にＣ（炭素）を含有させ、かつマイクロ波の照射を窒素（Ｎ）雰囲気中あるいは大気中で行えば、炭窒化物としての組成物βを生成させることもできる。
【００１６】
本発明は、組成物α及び組成物γを含む原料混合物にマイクロ波を照射する。マイクロ波の照射によって原料混合物は加熱される。加熱により上記のような炭化、窒化等の化学反応が生じ、組成物γから組成物βを生成させる。この組成物β生成のための加熱温度が高いと、組成物α、さらには組成物βが粗大化するおそれがある。したがって、極力低温で合成処理がなされる必要がある。本発明者等は、照射するマイクロ波の周波数及び出力を選択することにより、１０００℃程度の温度でＴｉＯ2及びＣからＴｉＣを生成できることを確認した。したがって本発明によれば、粒成長を抑制することによって、非常に微細な混合粉末を得ることができる。
【００１７】
マイクロ波は周知のように、電子レンジの加熱方式に用いられている。この場合の加熱は、誘電加熱を利用している。つまり、誘電体を電界中に置くと、誘電体を構成している電気双極子は各々外部から加わる電界の向きに応じて向きを揃えようとする。しかし、マイクロ波を照射した場合、交番電界の変移に追従できなくなり、激しく振動、回転し、分子間の内部摩擦のために誘電体自体が発熱する。また、照射対象が導電体の場合は、この誘電加熱を利用するものではなく、ジュール熱による加熱が主体となる。
【００１８】
マイクロ波とは、一般に波長が１ｍ（周波数：３００ＭＨｚ）〜１ｍｍ（周波数：３００ＧＨｚ）の電磁波をいう。一般的に加熱に用いられている周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、波長が約１２ｃｍと長いために、マイクロ波の分布を均一にすることが容易でないため、均質な生成物を得にくい。これに対して、例えば、周波数が２８ＧＨｚのマイクロ波は、波長が約１ｃｍと短いために、マイクロ波の分布を均一にすることができる。そのため、均一な加熱により均質な生成物を得ることができる。したがって、法令の許す限り、本実施の形態では波長が数十ミリ以下の領域の比較的波長の短いマイクロ波を用いることが好ましい。２８ＧＨｚのマイクロ波以外に使用することができるものとして、周波数が９．１５ＧＨｚのマイクロ波があり、本発明では９ＧＨｚ以上の周波数のマイクロ波を使用することを推奨する。
【００１９】
マイクロ波発生のためには、マグネトロン式及びジャイラトロン式のマイクロ波加熱装置を用いることができる。これらのマイクロ波加熱装置は、１０ｋｗ以下の出力とすることが好ましく、３ｋｗ以下の出力とすることがより望ましい。
【００２０】
以下、原料としてＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＣを使用する実施の形態に基づいて本発明をより具体的に説明する。
本実施の形態において、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＣからなる原料混合物にマイクロ波を照射する。マイクロ波の照射により、前記原料混合物の中で、導電体であるＣのみがマイクロ波を吸収し、その結果としてＣが選択的に加熱される。このＣの加熱により、ＴｉＯ2とＣとが反応してＴｉＣ及び／又はＴｉＣＮが合成される。ＴｉＣＮは、Ｔｉ、Ｃ及びＮの比率が１：１：１であることを特定しておらず、炭窒化チタンを広く包含する語として用いている。このときの反応は明らかとなっていないが、以下の式（１）又は式（２）のいずれかと解される。
【００２１】
ＴｉＯ2＋２Ｃ→ＴｉＣ＋ＣＯ2…（１）
ＴｉＯ2＋３Ｃ→ＴｉＣ＋２ＣＯ…（２）
【００２２】
分散状態に優れたＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＣの混合粉を原料として使用した場合には、分散状態に優れたＡｌ2Ｏ3粉末とＴｉＣ粉末及び／又はＴｉＣＮ粉末を含む混合物を得ることができる。そして、マイクロ波の照射によって原料の中でＣが選択的に加熱されるため、Ａｌ2Ｏ3の粒成長を抑制することができる。したがって、分散状態に優れ、かつ微細なＡｌ2Ｏ3粉末とＴｉＣ粉末及び／又はＴｉＣＮ粉末を含む混合物を得ることができる。
【００２３】
本実施の形態は、前述したように、原料としてＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＣを使用する。この原料としては、Ａｌ2Ｏ3粉末、ＴｉＯ2粉末及びＣ粉末を各々用意して機械的に混合することができる。しかし、本実施の形態においては、ゾルゲル法を用いることが好ましい。このゾルゲル法は、Ａｌ2Ｏ3粉末及びＣ粉末を含む溶液にチタンの金属アルコキシドを加え、次いで加水分解することによりＴｉＯ2を生成するものである。より具体的な方法として、はじめに、Ａｌ2Ｏ3粉末及びＣ粉末を無水エタノール中で撹拌する。次いで、Ａｌ2Ｏ3粉末及びＣ粉末を含む溶液に、チタンアルコキシドを無水エタノールとともに加える。さらに、無水エタノールで希釈した水を加えて加水分解する。その後、撹拌しながら所定時間熟成する。なお、加水分解によるＴｉＯ2の生成は下記の式（３）及び式（４）に基づいている。
【００２４】
Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）4＋４Ｈ2Ｏ→Ｔｉ（ＯＨ）4＋４Ｃ3Ｈ7−ＯＨ…（３）
Ｔｉ（ＯＨ）4→ＴｉＯ2＋２Ｈ2Ｏ…（４）
【００２５】
以上の方法によれば、Ａｌ2Ｏ3粒子及び／又はＣ粒子の周囲に微細なＴｉＯ2が被着した混合物を得ることができるか、少なくとも極めて微細なＴｉＯ2粒子がＡｌ2Ｏ3粒子及びＣ粒子中に分散した混合物を得ることができる。ＴｉＯ2粒子の粒径は、平均で５０ｎｍ以下であることが好ましく、    ２０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００２６】
原料として用いるＡｌ2Ｏ3粉末としては微細であることが好ましいことは言うまでもない。工業的に生産されている微細なＡｌ2Ｏ3粉末としては、平均粒径が４００ｎｍ以下のものが存在するので、そのような微細なＡｌ2Ｏ3粉末を用いることが好ましい。より好ましくは、２００ｎｍ以下、さらに好ましくは１５０ｎｍ以下のＡｌ2Ｏ3粉末を用いる。ただし、本実施の形態で用いることのできるＡｌ2Ｏ3粉末の粒径はこれに限定されない。
【００２７】
また、本実施の形態のＣ粉末としては、カーボンブラックを用いることができ、特に粒径が微細で純度の高いアセチレンブラックを用いることが好ましい。アセチレンブラックとしては、１００ｎｍ以下、さらには５０ｎｍ以下の平均粒径のものが市販されており、この程度の粒径のものを用いるのが好ましい。
【００２８】
以上のようにして得られたＡｌ2Ｏ3粉末、ＴｉＯ2粉末及びＣ粉末からなる混合物に対して、マイクロ波を照射する時間は、処理する量、マイクロ波加熱装置の出力にもよるが１０分以下でよい。このような短い処理時間でＡｌ2Ｏ3粉末とＴｉＣ粉末及び／又はＴｉＣＮ粉末の混合物を得ることができる点が、マイクロ波を用いる本実施の形態の効果の１つである。本実施の形態によれば、マイクロ波の照射時間は、５分以下、さらには２分以下とすることができる。
【００２９】
本実施の形態において、原料として微細なＣ粉末及びＴｉＯ2粉末を用いることができるので、ＴｉＣ及び／又はＴｉＣＮの生成を短時間で終了する上で有効である。ＴｉＣ及び／又はＴｉＣＮの生成を短時間で終了するためには、マイクロ波加熱装置の出力を大きくすればよい。マイクロ波照射による加熱温度は、１３００℃以下、好ましくは１２００℃以下、さらに好ましくは１１００℃以下とする。
【００３０】
マイクロ波を照射する雰囲気は限定されない。大気、不活性ガス雰囲気及び真空等の任意の雰囲気でマイクロ波を照射することができる。ただし、雰囲気によって生成される物質が相違する。ＴｉＣを得たい場合には、窒素を含まない雰囲気、例えばアルゴンガス雰囲気又は真空中でマイクロ波を照射する。窒素を含む雰囲気、例えば大気又は窒素ガス雰囲気中でマイクロ波照射処理を行うと、ＴｉＣＮが生成される。雰囲気中のＮ量、原料に含まれるＣ粉末の量を調整することにより、ＴｉＣＮ中のＣ（炭素）及びＮ（窒素）の比を変動させることができる。
【００３１】
以上のようにして得られた混合物におけるＡｌ2Ｏ3粉末の粒径は、マイクロ波照射によってもほとんど粒成長を起こさず、平均粒径が４００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下、さらに好ましくは１５０ｎｍ以下となる。また、ＴｉＣ粉末及び／又はＴｉＣＮ粉末の粒径は、平均で１００ｎｍ以下となる。
【００３２】
以上のようにして得られたＡｌ2Ｏ3粉末とＴｉＣ粉末及び／又はＴｉＣＮ粉末の混合物を焼結することによりセラミックス焼結体を得ることができる。セラミックス焼結体を製造するには従来公知の手法を採用すればよい。
例えば、前記混合物を、スプレー造粒する。スプレー造粒は、例えば、酸素をほとんど含まない窒素やアルゴン等の不活性ガスの、６０〜２００℃程度の温風中で噴霧乾燥すればよい。必要に応じて溶剤等を添加して造粒粉の液体含有量の調節を行い、０．１〜１０重量％程度、造粒物中に溶剤が含まれるようにする。
【００３３】
次に、この造粒物を所定の型内に充填し、冷間プレスにより一次成形を行って成形体を得る。例えば、金属製あるいはカーボン製の型内に造粒物を充填し、５〜１５ＭＰａ（５０〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ2）程度の圧力で冷間プレスすればよい。一次成形された成形体をホットプレスし焼結体を得る。ここで、例えば、焼成温度を１２００〜１７００℃、圧力を１０〜５０ＭＰａ （１００〜５００ｋｇｆ／ｃｍ2）、雰囲気を真空、窒素、アルゴン中とすることが好ましい。なお、非酸化性雰囲気とするのは、ＴｉＣの酸化を防ぐためである。また、カーボン製の型を用いることが好ましい。焼結時間は１〜３時間程度とすればよい。また、ホットプレスの他にＨＩＰ（Hot Isostatic Press：熱間静水圧プレス）を用いて焼結体を得ることもできる。
【００３４】
本実施の形態により得られるセラミックス焼結体は、Ａｌ2Ｏ3と、ＴｉＣ及び／又はＴｉＣＮを含んでいる。このセラミックス焼結体において、Ａｌ2Ｏ3は１０〜９０ｗｔ％を含むことが好ましい。１０ｗｔ％未満では焼結が困難となるからであり、９０ｗｔ％を超えると強度が低下するからである。Ａｌ2Ｏ3は好ましくは２０〜８０ｗｔ％、より好ましくは３０〜７０ｗｔ％である。残部は実質的にＴｉＣ及び／又はＴｉＣＮからなる。
【００３５】
本実施の形態により得られるセラミックス焼結体は、結晶組織が極めて微細である。特に、ＴｉＣ又はＴｉＣＮの平均結晶粒径が２００ｎｍ以下、好ましくは１５０ｎｍ以下、さらに好ましくは１００ｎｍ以下である。Ａｌ2Ｏ3とＴｉＣ及び／又はＴｉＣＮを含むセラミックス焼結体をイオンミリングや反応性イオンエッチング等を施したときの面は、一般的にＴｉＣ及び／又はＴｉＣＮの結晶粒に該当する部分が凸に、Ａｌ2Ｏ3の結晶粒に該当する部分が凹になる傾向がある。よって、ＴｉＣ及び／又はＴｉＣＮの結晶粒径を小さくすることにより、イオンミリングや反応性イオンエッチング等を施したときの面の平滑性を向上することができる。したがって、ＴｉＣ又はＴｉＣＮの平均結晶粒径が微細な本実施の形態によるセラミックス焼結体は、イオンミリングや反応性イオンエッチング等を施したときの表面平滑性に優れている。
【００３６】
本実施の形態により得られるセラミックス焼結体は、Ａｌ2Ｏ3の平均結晶粒径は０．８μｍ以下であることが好ましい。Ａｌ2Ｏ3の平均結晶粒径が０．８μｍを超えると、ＴｉＣ又はＴｉＣＮの結晶粒径を微細化したとしても、表面平滑性が劣ってくるからである。好ましいＡｌ2Ｏ3の平均結晶粒径は０．６μｍ以下、さらに好ましいＡｌ2Ｏ3の平均結晶粒径は０．５μｍ以下である。
【００３７】
以上では、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2及びＣを原料としてマイクロ波を照射する形態について説明したが、例えばＡｌ2Ｏ3及びＴｉＯ2を還元処理して得られたＴｉＯ(2-x)を原料とし、大気中又は窒素ガス雰囲気中にてマイクロ波を照射すれば、Ａｌ2Ｏ3及びＴｉＮの混合物を製造することができる。
【実施例１】
【００３８】
以下本発明を実施例に基づいて説明する。
平均粒径（ｄ５０）が０．３２μｍ（３２０ｎｍ）のＡｌ2Ｏ3粉末：８１．５ｇ及び平均粒径（ｄ５０）が０．０３５μｍ（３５ｎｍ）のアセチレンブラック：４．３ｇを用意し、Ａｌ2Ｏ3粉末が９５ｗｔ％、アセチレンブラックが５ｗｔ％の比率の混合物を得た。この混合物を１０００ｍｌの無水エタノールに添加、撹拌した。十分に撹拌を行った後に、チタンアルコキシド（Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）4）：５０．６ｇを５００ｍｌの無水エタノールとともに加え、十分に攪拌を行った。次いで、５００ｍｌの無水エタノールで希釈した水：１２．８ｇを加えて加水分解した。その後、撹拌しながら１６時間熟成を行い、得られた混合物を乾燥した。
なお、実施例１は、この混合物におけるＡｌ2Ｏ3、Ｃ及びＴｉＯ2の比率が以下のように設定されている。
Ａｌ2Ｏ3：Ｃ：ＴｉＯ2＝８１．５ｗｔ％：４．３ｗｔ％：１４．２ｗｔ％
【００３９】
得られた混合物に、大気中でマイクロ波を照射した。マイクロ波の照射条件は、周波数：２８ＧＨｚ、出力：２ｋｗであり、混合物を１０００℃まで昇温した。なお、１０００℃までの昇温時間は５４秒であった。
得られた混合物の中にＴｉＣＮ粉末が含まれていることがＸ線回折（ＸＲＤ）及びＦＥ−ＳＥＭ（Field Emission Scanning Electron Microscope）により確認された。この混合物は、ＴｉＣＮ粉末の他の大部分がＡｌ2Ｏ3粉末であるが、若干のＴｉＯ2を含んでいることも確認された。また、平均粒径が８０ｎｍ程度のＴｉＣＮ粒子が、平均粒径が３２０ｎｍ程度のＡｌ2Ｏ3粉末の中に均一に分散していることが確認された。
【００４０】
次に、この混合物を真空中、１５００℃で２時間保持するホットプレス焼結を行った。焼結時の加圧力は２００ｋｇｆ／ｃｍ2である。
得られた焼結体の組織を観察したところ、Ａｌ2Ｏ3を主相とし、かつこの主相上にＴｉＣＮが分散し、このＴｉＣＮ結晶粒は平均粒径が１００ｎｍであることが確認された。しかも、このＴｉＣＮ結晶粒は、焼結体中に均一に分散している。また、Ａｌ2Ｏ3の結晶粒は、平均粒径が５００ｎｍであった。
【実施例２】
【００４１】
平均粒径（ｄ５０）が０．１５μｍ（１５０ｎｍ）のＡｌ2Ｏ3粉末：３２ｇ及び平均粒径（ｄ５０）が０．０３５μｍ（３５ｎｍ）のアセチレンブラック：７．２ｇを用意した。
Ａｌ2Ｏ3粉末を３００ｍｌの無水エタノールに添加、撹拌した。十分に撹拌を行った後に、チタンアルコキシド（Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）4）：８５．３ｇを加えた。次いで、２００ｍｌの無水エタノールで希釈した水：２１．６ｇを加えて加水分解した。その後、アセチレンブラックと分散剤（マレイン酸ポリアニオン）を加え、ボールミルで４８時間混合、撹拌した。得られた混合物を乾燥した。
なお、実施例２は、この混合物におけるＡｌ2Ｏ3、Ｃ及びＴｉＯ2の比率は以下の通りであり、実施例１に比べてマイクロ波照射により生成されるＴｉＣＮの比率が高くなるように設定している。
Ａｌ2Ｏ3：Ｃ：ＴｉＯ2＝５０．６ｗｔ％：１１．４ｗｔ％：３８．０ｗｔ％
【００４２】
得られた混合物に、大気中でマイクロ波を照射した。マイクロ波の照射条件は、周波数：２８ＧＨｚ、出力：３ｋｗであり、混合物を１０００℃まで昇温した。なお、１０００℃までの昇温時間は２５秒であった。
マイクロ波が照射された混合物の中にＴｉＣＮ粉末が含まれていることがＸ線回折（ＸＲＤ）及びＦＥ−ＳＥＭにより確認された。この混合物は、ＴｉＣＮ粉末の他の大部分がＡｌ2Ｏ3粉末であるが、若干のＴｉＯ2を含んでいることが確認された。また、平均粒径が８０ｎｍ程度のＴｉＣＮ粒子が、平均粒径が１５０ｎｍ程度のＡｌ2Ｏ3粉末の中に均一に分散していることが確認された。
【００４３】
次に、この混合物を真空中、１５００℃で２時間保持するホットプレス焼結を行った。焼結時の加圧力は２００ｋｇｆ／ｃｍ2である。
得られた焼結体の組織を観察したところ、Ａｌ2Ｏ3を主相とし、かつこの主相上にＴｉＣＮが分散し、このＴｉＣＮ結晶粒は平均粒径が１２０ｎｍであることが確認された。しかも、このＴｉＣＮ結晶粒は、焼結体中に均一に分散している。また、Ａｌ2Ｏ3の結晶粒は、平均粒径が４００ｎｍであった。
【実施例３】
【００４４】
実施例１と同様にして得られた混合物に対して、アルゴンガス中でマイクロ波を照射した以外は、実施例１と同様にしてマイクロ波の照射を行った。
マイクロ波が照射された混合物の中にＴｉＣ粉末が含まれていることがＸ線回折（ＸＲＤ）及びＦＥ−ＳＥＭにより確認された。また、この混合物は、ＴｉＣ粉末の他の大部分がＡｌ2Ｏ3粉末であるが、若干のＴｉＯ2を含んでいることが確認された。また、平均粒径が８０ｎｍ程度のＴｉＣ粒子が、平均粒径が３２０ｎｍ程度のＡｌ2Ｏ3粉末の中に均一に分散していることが確認された。
【００４５】
次に、この混合物を真空中、１５００℃で２時間保持するホットプレス焼結を行った。焼結時の加圧力は２００ｋｇｆ／ｃｍ2である。
得られた焼結体の組織を観察したところ、Ａｌ2Ｏ3を主相とし、かつこの主相上にＴｉＣが分散し、このＴｉＣ結晶粒は平均粒径が１００ｎｍであることが確認された。しかも、このＴｉＣ結晶粒は、均一に母相中に分散している。また、Ａｌ2Ｏ3の結晶粒は、平均粒径が５００ｎｍであった。