(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化チタン粉末の等軸晶ではない結晶構造をもつ非強磁性体セラミックス粉末を溶媒に分散し、そのスラリーを磁場中で固化成形した後に焼結することを特徴とする配向性セラミックス焼結体の製造方法。
【請求項２】
窒化アルミニウム粉末の等軸晶ではない結晶構造をもつ非強磁性体セラミックス粉末を溶媒に分散し、そのスラリーを磁場中で固化成形した後に焼結することを特徴とする配向性セラミックス焼結体の製造方法。
【請求項３】
正方晶ジルコニア粉末の等軸晶ではない結晶構造をもつ非強磁性体セラミックス粉末を溶媒に分散し、そのスラリーを磁場中で固化成形した後に焼結することを特徴とする配向性セラミックス焼結体の製造方法。
【請求項４】
酸化スズ粉末の等軸晶ではない結晶構造をもつ非強磁性体セラミックス粉末を溶媒に分散し、そのスラリーを磁場中で固化成形した後に焼結することを特徴とする配向性セラミックス焼結体の製造方法。
【請求項５】
水酸アパタイト粉末の等軸晶ではない結晶構造をもつ非強磁性体セラミックス粉末を溶媒に分散し、そのスラリーを磁場中で固化成形した後に焼結することを特徴とする配向性セラミックス焼結体の製造方法。
【請求項６】
１０体積％正方晶ジルコニア粉末を混合したアルミナ粉末で等軸晶ではない結晶構造をもつ非強磁性体セラミックス粉末を溶媒に分散し、そのスラリーを磁場中で固化成形した後に焼結することを特徴とする配向性セラミックス焼結体の製造方法。
【請求項７】
２０体積％炭化ケイウイスカーを混合したアルミナ粉末で等軸晶ではない結晶構造をもつ非強磁性体セラミックス粉末を溶媒に分散し、そのスラリーを磁場中で固化成形した後に焼結することを特徴とする配向性セラミックス焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、配向性セラミックス焼結体の製造方法とこの方法により得られる二酸化チタン等の配向性セラミックス焼結体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、セラミックス焼結体は、研磨、切削材および高温材料等として幅広く一般的に使用されており、たとえばアルミナ系の焼結体は、その優れた耐食性、機械的強度や硬度、耐摩耗性などの特徴を持ち、機械部品、電気電子材料、および光学材料などに実用化されている。
【０００３】
このようなセラミックス焼結体については、近年では、その微細構造を制御することで、靱性、強度、透光性などの特性を向上させることが可能とされてきている。たとえば、このような微細構造制御のひとつの具体例として、微細化された配向性焼結体がある。この微細化された配向性焼結体の製造方法としては、微細化工程と配向化工程とからなるものが知られており、微細化工程では、焼結体の作製プロセスの一つであるコロイドプロセスを用い、粉末を液体中に分散し、スリップキャストなどにより固化形成することで、粉末を微細に分散し高密度に成形できるようにしている。また、配向化工程では、たとえば、粉末がアルミナの場合、板状アルミナと粒状アルミナ粉末を混合し、その混合物の中から板状アルミナを種として粒成長させる方法が知られている。
【０００４】
特開平０７−３１５９１５および特開平６−８８２１８には、このような方法を用いた、配向性アルミナ質焼結体および配向性酸化亜鉛焼結体の製造方法が開示されている。配向性アルミナ質焼結体では、Ｃ面が配向した面での平均結晶粒径が２０〜２００μｍの比較的大きな結晶粒で、かつ粒径のアスペクト比が０．４倍以下と楕円度が比較的大きな粉末が得られている。
【０００５】
しかしながら、このような従来の配向性焼結体の製造方法では、平均結晶粒径が２０〜２００μｍで、かつ、アスペクト比が０．４以下が限度であり、平均結晶粒径が２０μｍ以下のより微細な結晶粒径であったり、または、アスペクト比が０．４以上、すなわち、より球形に近い粒子形状をもった粉末の配向化は困難であった。
【０００６】
その理由としては、従来の配向性焼結体の製造方法では、板状の種結晶を粒成長させる方法であるので、結局のところ微小なもの、または、より球状なものは原理的に困難であることによる。
【０００７】
ところが、最近では、各種材料の微細化、強度化、高機能化の産業的ニーズが高く、より微細でかつより球形に近い粒子形状を持った各種の配向性セラミックス焼結体の提供が待ち望まれてはいるものの、これまでのところ、これを実現するための方法は知られていないのが実情である。
【０００８】
この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、板状の種結晶粒成長させることなく、微細構造と配向性がより高度に制御された新しい配向性セラミックス焼結体とその製造方法を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、二酸化チタン粉末の等軸晶ではない結晶構造をもつ非強磁性体セラミックス粉末を溶媒に分散し、そのスラリーを磁場中で固化成形した後に焼結することを特徴とする配向性セラミックス焼結体の製造方法を提供する。この二酸化チタン焼結体は、Ｘ線回折による（００２）回折強度が、（１１０）回折強度より大きい結晶配向したルチル構造の二酸化チタン焼結体であることを特徴とする。
【００１０】
そして、この出願の発明は、第２には、窒化アルミニウム粉末の等軸晶ではない結晶構造をもつ非強磁性体セラミックス粉末を溶媒に分散し、そのスラリーを磁場中で固化成形した後に焼結することを特徴とする配向性セラミックス焼結体の製造方法。
【００１１】
さらに、この出願の発明は、第３には、正方晶ジルコニア粉末の等軸晶ではない結晶構造をもつ非強磁性体セラミックス粉末を溶媒に分散し、そのスラリーを磁場中で固化成形した後に焼結することを特徴とする配向性セラミックス焼結体の製造方法。この正方晶ジルコニアセラミックス焼結体はＸ線回折による（００２）回折強度が、（２００）回折強度より大きい結晶配向を有する。
【００１２】
さらに、この出願の発明は、第４は、酸化スズ粉末の等軸晶ではない結晶構造をもつ非強磁性体セラミックス粉末を溶媒に分散し、そのスラリーを磁場中で固化成形した後に焼結することを特徴とする配向性セラミックス焼結体の製造方法。
【００１３】
また、この出願の発明は、第５には水酸アパタイト粉末の等軸晶ではない結晶構造をもつ非強磁性体セラミックス粉末を溶媒に分散し、そのスラリーを磁場中で固化成形した後に焼結することを特徴とする配向性セラミックス焼結体の製造方法。
【００１４】
そして、この出願の発明は、第６には１０体積％正方晶ジルコニア粉末を混合したアルミナ粉末で等軸晶ではない結晶構造をもつ非強磁性体セラミックス粉末を溶媒に分散し、そのスラリーを磁場中で固化成形した後に焼結することを特徴とする配向性セラミックス焼結体の製造方法。
【００１５】
さらに、この出願の発明は、第７には、２０体積％炭化ケイ素ウイスカーを混合したアルミナ粉末で等軸晶ではない結晶構造をもつ非強磁性体セラミックス粉末を溶媒に分散し、そのスラリーを磁場中で固化成形した後に焼結することを特徴とする配向性セラミックス焼結体の製造方法。
【００１６】
すなわちこの出願の発明は、非強磁性体の磁気異方性は無視するという従来までの常識や慣例を打ち破り、非強磁性体であってもその磁気異方性を考慮に入れ、等軸晶ではない結晶構造をもつ非強磁性体粉末を、スラリーに分散し、そのスラリーを磁場中で成形することで、これまでに知られていない新しい構造の配向性セラミックス焼結体を提供可能としたことに大きな特徴がある。
【００１７】
このことは、発明者の鋭意なる研究成果、すなわち、立方晶以外の結晶構造をもつ物質では、Ｃ軸方向とＣ軸垂直方向（Ｃ面）とで結晶磁気異方性を示すものが多く、六方晶系の結晶構造であるアルミナも磁気異方性は無視できないという新しい知見に基くものである。
【００１８】
その背景には、近年の超伝導マグネットの発達により、液体ヘリウムを使用せずに強磁場を比較的簡単に得られるようになってきており、非強磁性物質であっても外界から及ぼされる無視できないエネルギーとして、磁場を作用させることができるようになってきたことがある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００２０】
この出願の前記の製造方法は、結晶磁気異方性と強磁場を利用したものであり、この方法によれば、結晶磁気異方性をもつ粉末の配向性制御を行なうことが可能となる。
【００２１】
この出願の発明が対象にする粉末は、第一には、等軸晶でない結晶構造をもつ非強磁性体粉末であって、その種類は、チタニア、窒化アルミニウム、正方晶ジルコニア、酸化スズ、水酸化アパタイト、もしくはこれらを含む混合複合体から選択される。これらの粉末は、まず溶媒に分散されてスラリーが調製される。この場合、必要に応じて分散助剤、たとえば電解質物質が用いられる。
【００２２】
溶媒としては水、あるいは非水系のエタノール等のアルコール、エーテルなどの有機溶媒、あるいはこれらの適宜な混合溶媒が用いられる。
【００２３】
スラリーにおける粉末の濃度や電解質物質の濃度については、粉末や溶媒の種類、粉末の粒径等を考慮して定めることができる。
【００２４】
粉末を分散したスラリーは、次いで磁場中の成形に供されることになる。成形は、たとえばスリップキャストなどのコロイドプロセスの方法が好適に採用される。コロイドプロセスには、スリップキャストの他、ゲルキャスト、プレッシャーフィルトレーション、テープキャスト、電気泳動堆積などがある。
【００２５】
印加される磁場としては一般的には１Ｔ以上で、７Ｔ以上とすることが好ましい。１Ｔ未満の場合には、さらには７Ｔ未満の場合には、セラミックス粒子に及ぼす磁場の影響が弱く配向が起こりにくい。
【００２６】
なお、磁場を用いる場合には、任意の方向からの磁場の印加によって、任意の配向方向を選択することが可能となる。
【００２７】
得られた成形体は次いで焼結されるが、この場合の焼結方法、そして条件としては、たとえば、窒化アルミニウムの場合には、１８００℃〜２０００℃、１〜３時間、窒素雰囲気中での焼結などが例示される。もちろん、平均粒径やアスペクト比を所望する値にするためには様々な焼結方法、焼結条件の選択が可能である。
【００２８】
そして、前記のとおり、この出願の発明によれば、これまでに知られていない配向性二酸化チタンセラミックス焼結体、そして、配向性正方晶ジルコニアセラミックス焼結体も提供されるのである。
【００２９】
以下実施例を示し、さらにこの発明について詳しく説明する。
【００３０】
【実施例】
実施例１
平均粒径３０ｎｍの二酸化チタン粉末（アナターゼ８０％）を用い固相濃度２０ｖｏｌ％となるように秤量し、高分子電解質（ポリカルボン酸アンモニウム塩）を適量添加した水溶液中に分散させてスラリーを作製した。このとき、弱く凝集した粉末を再分散させるため、スターラーで分散しながら超音波攪拌した。このスラリーを多孔質の型に流し込み、溶液を吸収させて高密度に成形する過程（スリップキャスト）を磁場中で行った。このときの磁場の強さを１０Ｔにし、磁場印加方向をスリップキャスト方向と平行にした。この成形体を１３００℃で２時間大気中で加熱することにより焼結体を得た。図１は、その配向性二酸化チタンのＸ線回折測定結果示したものである。
【００３１】
図１からは、Ｘ線回折による（００２）回折強度が、（１１０）回折強度より大きい結晶配向したルチル構造の二酸化チタン焼結体であることがわかる。
【００３２】
実施例２
平均粒径０．６９μｍの窒化アルミニウム粉末を用い固相濃度５０ｖｏｌ％となるように秤量し、エステル系分散材を適量添加したエタノール溶液中に分散させてスラリーを作製した。このとき、弱く凝集した粒子を再分散させるため、スターラーで分散しながら超音波攪拌した。このスラリーを多孔質の型に流し込み、溶液を吸収させて高密度に成形する過程（スリップキャスト）を磁場中で行った。このときの磁場の強さを１０Ｔにし、磁場印加方向をスリップキャスト方向と平行にした。この成形体を１９００℃、２時間、窒素雰囲気中で加熱することにより焼結体を得た。図２は、その配向性窒化アルミニウムのＸ線回折測定結果である。
【００３３】
実施例３
平均粒径９４ｎｍの１２ｍｏｌ％ＣｅＯ2安定化正方晶ジルコニア粉末を用い固相濃度３０ｖｏｌ％となるように秤量し、高分子電解質（ポリカルボン酸アンモニウム塩）を適量添加した水溶液中に分散させてスラリーを作製した。このとき、弱く凝集した粒子を再分散させるため、スターラーで分散しながら超音波攪拌した。このスラリーを多孔質の型に流し込み、溶液を吸収させて高密度に成形する過程（スリップキャスト）を磁場中で行った。このときの磁場の強さを１０Ｔにし、磁場印加方向をスリップキャスト方向と平行にした。この成形体を１６００℃、２時間、大気中で加熱することにより焼結体を得た。図３は、その配向性正方晶ジルコニアのＸ線回折測定結果である。
【００３４】
実施例４
平均粒径３０ｎｍの酸化スズ粉末を用い、固相濃度２０ｖｏｌ％となるように秤量し、高分子電解質（ポリカルボン酸アンモニウム塩）を適量添加した水溶液中に分散させてスラリーを作製した。このとき、焼結促進のため、平均粒径３０ｎｍの酸化マンガンを０．５ｍｏｌ％添加し、弱く凝集した粒子を再分散させるため、スターラーで分散しながら超音波攪拌した。このスラリーを多孔質の型に流し込み、溶液を吸収させて高密度に成形する過程（スリップキャスト）を磁場中で行った。このときの磁場の強さを１０Ｔにし、磁場印加方向をスリップキャスト方向と平行にした。この成形体を１２００℃、２時間、大気中で加熱することにより焼結体を得た。図４は、その配向性酸化スズのＸ線回折測定結果である。
【００３５】
実施例５
平均粒径１００ｎｍの水酸アパタイトを用い、固相濃度３０ｖｏｌ％となるように秤量し、高分子電解質（ポリカルボン酸アンモニウム塩）を適量添加した水溶液中に分散させてスラリーを作製した。このとき、弱く凝集した粒子を再分散させるため、スターラーで分散しながら超音波攪拌した。このスラリーを多孔質の型に流し込み、溶液を吸収させて高密度に成形する過程（スリップキャスト）を磁場中で行った。このときの磁場の強さを１０Ｔにし、磁場印加方向をスリップキャスト方向と平行にした。この成形体を１２００℃、５時間、大気中で加熱することにより焼結体を得た。図５は、その配向性水酸アパタイトのＸ線回折測定結果である。
【００３６】
実施例６
平均粒径０．１μｍのアルミナ粉末に、平均粒径６０ｎｍの３ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3安定化正方晶ジルコニア粉末を１０ｖｏｌ％混合し、固相濃度３０ｖｏｌ％となるように秤量し、高分子電解質（ポリカルボン酸アンモニウム塩）を適量添加した水溶液中に分散させてスラリーを作製した。このとき、弱く凝集した粒子を再分散させるため、スターラーで分散しながら超音波攪拌した。このスラリーを多孔質の型に流し込み、溶液を吸収させて高密度に成形する過程（スリップキャスト）を磁場中で行った。このときの磁場の強さを１０Ｔにし、磁場印加方向をスリップキャスト方向と平行にした。この成形体を１６００℃、２時間、大気中で加熱することにより焼結体を得た。図６は、その配向性１０ｖｏｌ％正方晶ジルコニア（３ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3安定化）分散アルミナのＸ線回折測定結果である。
【００３７】
実施例７
平均粒径０．１μｍのアルミナ粉末に、径０．５μｍ長さ３０μｍの炭化珪素ウイスカーを２０ｖｏｌ％混合し、固相濃度３０ｖｏｌ％となるように秤量し、高分子電解質（ポリカルボン酸アンモニウム塩）を適量添加した水溶液中に分散させてスラリーを作製した。このとき、弱く凝集した粒子を再分散させるため、スターラーで分散しながら超音波攪拌した。このスラリーを多孔質の型に流し込み、溶液を吸収させて高密度に成形する過程（スリップキャスト）を磁場中で行った。このときの磁場の強さを１０Ｔにし、磁場印加方向をスリップキャスト方向と平行にした。この成形体を１８００℃、２時間、アルゴン雰囲気中で加熱することにより焼結体を得た。図７は、その配向性２０ｖｏｌ％炭化珪素分散アルミナのＸ線回折測定結果である。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、この出願の発明により、配向性の二酸化チタン焼結体や配向性正方晶ジルコニア焼結体が提供され、高度に配向性が制御されたセラミックス焼結体がこの出願の発明によって提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で得られた焼結体のＸ線回折測定の結果を示した図である。
【図２】実施例２で得られた焼結体のＸ線回折測定の結果を示した図である。
【図３】実施例３で得られた焼結体のＸ線回折測定の結果を示した図である。
【図４】実施例４で得られた焼結体におけるＸ線回折測定の結果を示した図である。
【図５】実施例５で得られた焼結体におけるＸ線回折測定の結果を示した図である。
【図６】実施例６で得られた焼結体におけるＸ線回折測定の結果を示した図である。
【図７】実施例７で得られた焼結体におけるＸ線回折測定の結果を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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