(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナを98wt%以上含み、かつ、コーディエライト相を0.3〜1.4wt%含み、SiO2 とMgOとの合計含有量が0.2〜1.0wt%、SiO2/MgOの重量比が2〜4であるアルミナ質焼結体の製造方法であって、該アルミナ質焼結体のMgO源としてMgAl2O4をその他のアルミナ質焼結体の原料とともに混合し、ゲルキャスティングで成形後に焼結することを特徴とするアルミナ質焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的特性に優れたアルミナ質焼結体の製造方法に関し、特に、スラリーの増粘を招くことなく、取り扱いが容易なスラリーによりコーディエライト相を含む低誘電損失のアルミナ質焼結体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、アルミナ質焼結体は、耐熱性、耐薬品性、耐プラズマ性に優れ、さらに高周波領域での誘電損失（tanδ）が小さいことから、半導体用高周波プラズマ装置などに使われる絶縁材料や高周波透過用の窓材として用いられている。
しかし、この焼結体中に不純物としてNaやKなどのアルカリ金属を100ppm以上含むと誘電損失が著しく上昇し、その誘電損失が上がることにより、高周波の透過率が悪化するなどの効率の低下や、あるいは部品の発熱が高くなり、部品が破損し易くなるなどの不具合が起きることが知られている。
【０００３】
このアルカリ金属が混入する原因としては、元々の原料に含まれている場合と、粉砕、成形、成形体加工、焼成などの製造プロセス中に混入する場合とが考えられ、これを回避するためには、アルカリ金属の含有量が100ppmより少ない低アルカリの高純度原料を用い、かつ製造工程を厳重に管理してアルカリ金属の混入を防ぐ必要がある。
【０００４】
しかし、このような手段で低アルカリの焼結体を得るには大幅なコスト上昇を招くという問題点があった。したがって、本発明者らは、特開平10-120461号公報のなかで、アルミナ質焼結体中にコーディエライト相(2MgO・2Al2O3・5SiO2)を共存させれば、アルカリ金属を100ppm以上含んでも誘電損失を小さく抑えられるという技術を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記アルミナ質焼結体において、原料に水を加えてスラリーとする湿式工程、特に複雑形状や大型形状品の製造に好適なゲルキャスティング法のような高濃度のスラリーを要する工程を含む場合、MgO源となるマグネシア化合物の多くは水と反応してMg2+となって、スラリーのゼータ電位に影響を及ぼし、スラリーを著しく増粘させるという問題点があった。そのため、スラリー濃度、ポットライフにおいて制約を受けることから、取り扱いが容易なスラリーを調整することは困難であった。
【０００６】
また、Mg塩であるMg(NO3)2等を添加した場合、これらの塩は水にとけるため、バインダーと反応してスラリー粘度に影響を与える。さらに、多孔質の型に水を吸収させる鋳込み成形では、必要量のMgが残らないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上述した湿式工程を経て得られるアルミナ質焼結体が有する課題に鑑みなされたものであって、その目的は、スラリーの増粘を招くことなく取り扱いが容易であり、さらには、必要量のMgを焼結体中に供給できる湿式工程によるコーディエライト相を含む低誘電損失のアルミナ質焼結体の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の目的は、アルミナを98wt%以上含み、かつ、コーディエライト相を0.3〜1.4wt%含み、SiO2 とMgOとの合計含有量が0.2〜1.0wt%、SiO2/MgOの重量比が2〜4であるアルミナ質焼結体の製造方法であって、該アルミナ質焼結体のMgO源としてMgAl2O4をその他のアルミナ質焼結体の原料とともに混合し、ゲルキャスティングで成形後に焼結することを特徴とするアルミナ質焼結体の製造方法によって達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のアルミナ質焼結体はコーディエライト相を0.3〜1.4wt%含むものである。その理由は、前記特開平10-120461号公報に開示してあるようにコーディエライト相をアルミナ質焼結体中に存在させることで、アルカリ金属を100ppm以上含んでも誘電損失の上昇が認められなくなるからである。そのコーディエライト相の含有量としては、0.3〜1.4wt%（内割り、以下同じ）とした。コーディエライト相が0.3wt%より少ないと効果が認められず、1.4wt%より多いと逆に誘電損失の高いコーディエライト相（tanδ＝0.1）が多くなることから、焼結体の誘電損失が大きくなり好ましくないからである。
【００１０】
また、前記コーディエライト相を生成させるSiO2とMgOの含有量としては、合計量で0.2〜1.0wt%、SiO2／MgOの重量比で2〜4となる量とした。その理由は、合計量が0.2wt%より少ないとコーディエライト相の生成が0.3wt%より少なくなり、1.0wt%より多いとコーディエライト相の生成が1.4wt%より多くなるからである。また、SiO2／MgOの重量比が2より小さいとMgO成分が多くなり誘電損失が大きくなり好ましくなく、逆にSiO2／MgOの重量比が4より大きいとSiO2成分が多くなり緻密化を妨げ好ましくないからである。このような組成を有する焼結体であれば、低アルカリでなくても誘電損失が0.004を越えない低誘電損失のアルミナ質焼結体とすることができる。
【００１１】
本発明では、上記アルミナ質焼結体中のMgO源として、MgAl2O4を用いている。その理由は、MgAl2O4は、スラリーの増粘を招くことがないため、取り扱いが容易なスラリーが得られるという作用があるからである。
【００１２】
次に、本発明で用いるアルミナ粉末は、純度が99％以上でSi、Mg、アルカリ金属以外の金属が酸化物換算で500ppm以下の高純度のアルミナ粉末を原料として用意することが好ましい。その理由は、これ以上の不純物を含むと焼結性を悪化するからであり、さらには焼結体の絶縁抵抗や誘電率などの電気的特性を下げるため好ましくないからである。
【００１３】
次に、用意したアルミナ原料にSiO2及びMgO源であるMgAl2O4原料を前述の範囲内の量だけ添加する。SiO2及びMgAl2O4の原料としては、純度99％以上のものが望ましく、その細かさとしては均一に混合し易い1〓ｍ以下の平均粒径を有するものが望ましい。SiO2、MgAl2O4原料中のアルカリ金属の含有量としては、0.2wt%以下が望ましく、市販されている純度の高い原料であればほとんどが使用できる。
【００１４】
これらを配合した原料に水を加えスラリーとし、ボールミルなどで混合する。成形体の作製は、高濃度のスラリーを要する成形方法に有効であり、原料、水、モノマーからなるスラリーを注型し、モノマーの重合により架橋ポリマーを形成させて成形体を得るゲルキャスティング法に適している。このようにして得られた成形体を1500℃以上の温度で焼結すれば本発明の焼結体が得られる。ここで、焼結温度1500℃以下の温度では、緻密化しないため望ましくない。
【００１５】
以下に本発明を成形法としてゲルキャスティングを用いた場合について実施例と比較例によりさらに詳細に説明する。
（実施例1）
市販の低アルカリアルミナ粉末（純度99.9%、SiO2：0.02wt%、Na2Ｏ：0.001wt%、K2O：0.001wt%）に、SiO2源としてSiO2粉末（商品名アエロジル：日本アエロジル社製、SiO2純度99％）をシリカ換算で0.6wt%、MgO源としてMgAl2O4粉末(純度99.9%)をMgO換算で0.2wt%加えた。これらの粉末100重量部に対して水17重量部、分散剤(ポリカルボン酸アンモニウム塩)0.8重量部及びバインダー(アクリルアミド樹脂)2.3重量部を加えて、樹脂ボールを媒体としたボールミルにより24時間混合し、スラリーとした。該スラリーに重合開始剤ペルオキソ硫酸アンモニウム0.02重量部を添加し、攪拌しながら真空脱泡した。該スラリーを注型(型：φ300mm×20mmt)し、80℃にて加熱硬化した後、型から成形体を取り出した。この成形体を常温で1日乾燥後、1600℃で焼結して焼結体を作製した。
【００１６】
比較例１〜３として、実施例1と同じアルミナ及びSiO2源を用い、MgO源として表1に示したものを実施例1と同じ含有量になるように加え、実施例1と同様に混合、成形、焼成した。
表１には、注型前のスラリー粘度の測定結果とスラリー注型の状況を目視観察により確認した結果を示した。また、焼結体の嵩比重をアルキメデス法で求め、相対密度を求めた。さらに、焼結体の誘電損失を電流電圧法で求めた。それらの結果を表1にまとめて示した。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表1から明らかなように、実施例1では、比較例より低粘度のスラリーが得られ、注型を問題なく行うことができた。これに対して、比較例１および比較例２では、粘度が高く、気泡巻き込み跡、スラリー不充填等の注型不良が発生した。また、比較例２では、実施例1よりも焼結体密度が低かった。比較例３では、スラリー化しなかったため、成形体及び焼結体を得ることができなかった。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ゲルキャスティングを含む低誘電損失アルミナ質焼結体の製造方法において、混合及び注型時の安定した生産が可能となり、製造コストの低減が図れるという効果がある。