JPH0274538A

JPH0274538A - 黒色マイカガラスセラミックスおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0274538A
Application number: JP22134488A
Authority: JP
Inventors: Masaru Yanagimachi; 柳町　賢; Nobumi Shimada; 嶋田　信美; Toshio Hamazaki; 浜崎　俊夫; Yoshinori Koyanagi; 小柳　善徳
Original assignee: Mitsui Mining Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining Co Ltd
Priority date: 1988-09-06
Filing date: 1988-09-06
Publication date: 1990-03-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、黒色で機械油Ｔ性に優れたマイカガラスセラ
ミックスおよびその製造法に関するものである。

〔従来の技術〕

機械加工が可能ないわゆるマシナブルセラミックスは、
ファインセラミックスの用途を拡大できる素材として有
望視されている。なかでもマイカガラスセラミックスは
、優れた高温安定性と良好な機械加工を有し各分野で広
く用いられている。

このマイカガラスセラミックスは、主として５ｉＤ２　
、Ａｌ２Ｏ３、ＭＨＯ，８２０、Ｂ２Ｏ，４等からなる
ガラスマトリックス中にフッ素金雲母の微結晶が分散析
出した構造を有しており、その製品は白色ないし明灰色
の材料である。

〔発明が解決しようとする課題〕

近年、光を情報媒体として利用する機器の部品として、
優ねた機械加工性を有するマイカガラスセラミックスを
応用する試みかなされてきた。しかしなから、従来のマ
イカカラスセラミックスは２００−８０Ｏｎ＋＋＋の波
長範囲で最大９５％という非常に高い反射率を有し、し
かもその反射率は波長により大きく変化するため光学機
器部材としての利用は限られていた。

本発明は機械如上が可能であるという特徴を維持しつつ
、紫外可視領域におけるその反射率が小さく、しかも一
定で光学機器部材として有用なマイカガラスセラミック
ス、およびその製造法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、組成がｍ寸％で、酸化物換算で表示した成分
がＳｉＯ７３５〜５５％、ＭｇＯ１０〜２０％、Ａｌ２
Ｏ３１０〜２０％、およびＫ２Ｏ３〜１５％、並びにＦ
２−１５％および０２〜１０％であって、主構成相が重
量％でフッ素金雲母２０〜５０％、カーボン２〜１０％
、ガラス相４０〜７８％から成り、２０〇−８００ｎｍ
の波長光の反射率か１０％以下であることを特徴とする
黒色マイカガラスセラミックス、および焼結体とした時
点の重量％で、酸化物換算で表示した成分がＳｉＯ２３
５〜５５％、ＭｇＯ１０〜２０％、＾ｊｚ０３１０〜２
０％、およびＫ２Ｏ３〜１５％、並びにＦ２−１５％お
よび０２〜１０％となるような量の少なくとも一部がア
ルコキシド化合物である上記金属の化合物およびフッ素
化合物より成る出発原料を加水分解した後乾燥し、次い
で得られた乾燥物を非酸化性雰囲気中７００−１１００
℃で仮焼し、更に得られた熱処理物を所望の形状に成形
した後、非酸化性雰囲気中で焼結することを特徴とする
マイカガラスセラミックスの製造方法である。

本発明のマイカガラスセラミックスは、ガラス相中にフ
ッ素金雲母とカーボンが微細に分散しており、その色調
は２００−８００ｎｍの紫外可視領域における反射率が
１０％以下で、Ｌａｂ系で表示した場合の明度りが２０
以下であって黒色を呈し、機械加工性も良好なものであ
る。尚、上記反射率及び明度りの値は得られたマイカガ
ラスセラミックスの表面性状により若干界なるが、本発
明においては該マイカガラスセラミックスの表面を１０
００番の研磨紙により研磨し平滑化した後に測定された
ものである。

本発明のマイカガラスセラミックスの面記特性は、その
主構成相が重量％でフッ素金雲母２０〜５０％、カーボ
ン２〜１０％、ガラス相４０〜７８％からなる時に達成
できるものであり、この際の組成は重量％で、酸化物換
算で表示した成分がＳｉＯ２３５〜５５％、ＭｇＯ１０
〜２０％、　Ａｌ２Ｏ３１０〜２０％、Ｋ２Ｏ３〜１５
％、およびＦ２−１５％、０２〜１０％である。フッ素
金雲母が上記の範囲より少なくガラス相が多くなると機
械加工性が劣化し、また上記の範囲より多くなると焼結
性が減少する゛ので好ましくない。カーボンの含有率が
２％未満では黒色が不十分で、またカーボン含有率が１
０％を越えると焼結性が低下し良好な焼結体が得られな
い。

次に本発明のマイカガラスセラミックスの製造方法につ
いて説明する。

本発明の製造方法において使用する出発原料は金属成分
についてはＳｉ（％　、　　ＡＡ　２０３　、Ｋ２Ｏな
どの酸化物及びアルコキシド化合物が望ましく、フッ素
成分についてはケイフッ化マグネシウム、フッ化カリウ
ムなどを使用することかできるが、カーボン源を確保す
るために、前記金属成分の化合物の少なくとも一部はア
ルコキシド化合物とする。

最終的に得られるマイカガラスセラミックスの主構成相
中に、有効量のカーボンを形成させるためには、使用す
るアルコキシド化合物と金属酸化物との重量比を適当な
割合とするとよく、具体的には全ての金属成分を酸化物
に換算し、その重量を　１００とした場合に、アルコキ
シド化合物中のカーボン重量が７０以上となるような割
合で使用するとよい。

まず、上述出発原料を焼結体とした時点の重量％で、酸
化物換算で表示する成分がＳｉＯ２３５〜５５％、Ｍｇ
Ｏ１０〜２０％、　Ａｌ２０３１０〜２０％、　Ｋ２Ｏ
３〜１５％およびＦ２−１５％となるような割合で混合
する。各成分のいずれかが限定範囲を外れた場合、フッ
素金雲母の生成量が変化し、機械加工性や焼結性状等が
悪くなる。原料中の金属成分はアルコキシド化合物及び
金属酸化物が望ましいが、その全てがアルコキシド化合
物でも、ある種類の金属成分のみ又は金属成分の一部が
アルコキシド化合物でも良い。アルコキシド化合物とし
ては低級アルキル基、特にＣ３〜Ｃ４のアルキル基を有
するアルコキシドを用いることができ、通常アルコール
類あるいはアルコール類とベンゼン等の混合溶媒中に溶
解している。このため出発原料の混合物は懸濁液の形と
なっているが、アルコキシド化合物中のカーボン１■坩
は前記した様に、使用する全ての金属成分を酸化物に換
算し、その重量を１００とした場合に、アルコキシド化
合物中のカーボン爪射か７０以上とすることか好ましい
。焼結体に残るカーボン量は後述する加水分解、乾燥工
程及び焼成工程の条件により、又アルコキシド化合物の
有するアルキル基の種類によっても影響を受けるが、概
ね前記使用量で行なうことができる。

このようにして調製された出発原料は、一般にアルコキ
シド化合物の溶解している溶液に他の原料が懸濁してい
る懸濁液状の混合物となっているが、出発原料全てに溶
媒に可溶なものを用いれば溶液状の混合物となっている
。

次に、この混合物に水を加えて加熱し、原料中のアルコ
キシド化合物を加水分解したのち溶媒を除去し、得られ
たゲル状物を乾燥する。

つづいて得られた加水分解物を含む原料混合物をＮ７．
Ａｒなどの不活性ガスあるいはＧＯなどの還元性ガスを
含んだ非酸化性ガス雰囲気中７００−１１００℃の温度
で　１〜ＩＯ時間加熱する（仮焼工程）。

この熱処理中に、原料混合物は非晶質に変わり、更にフ
ッ素金雲母微結晶の一部が生成する。

熱処理温度か７００℃未満ではフッ素金雲１すの生成が
十分でなく、また後の最終焼結工程−程における焼結収
縮が大きくなるために好ましくない。また、１１００℃
を越えると、フッ素金雲母の生成量が多くなり最終焼結
工程における焼結性が低下し、緻密な焼結体が得られな
い。

非酸化性雰囲気で熱処理することにより、原料として使
用したアルコキシド化合物中の炭化水素」、（の一部が
カーボンの形で残留しているので、熱処理物は黒色を呈
している。

得られた熱処理物を必要により再度粉砕した後、所定の
形状に成形する。緻密な焼結体を得るためには、平均粒
径１０μ以下に粉砕するのが望ましく、また成形法は特
に限定されるものではないが３００にｇｆ／ｃｒｔ？以
上のルカで加圧成形するのが好ましい。ついで、得られ
た成形体を前記と同様な非酸化性雰囲気中で１１００〜
１３００℃の温度で１〜１０時間加熱して黒色のマイカ
ガラスセラミックスを得るく焼結工程）。保持温度が１
１００℃未満では焼結が十分に進行せず、緻密で良好な
焼結体が得られない。また、１３００℃を越えるとフッ
素金雲母の分解が進み、得られた焼結体の機械加工性は
著しく低下する。

このようにして得られたマイカガラスセラミックスは２
００〜８００ｎｍの紫外可視領域における反射率が１０
％以下で、しかも波長による反射率の変動の少ない安定
した反射率曲線を示し、明度しは２０以下で黒色を呈し
、機械加工性も良好なものである。このような特性はア
ルコキシド化合物を含む原料を使用し、非酸化性雰囲気
内で仮焼、焼結を行うことにより、アルコキシド化合物
中の炭化水素基の一部がカーボンの形で残留することに
起因するものと推測される。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。実
施例中、混合比は全て重量％を表す。なお、以下の実施
例において焼結体の紫外可視ｆ！′ｉ域（波長２００〜
８００ｎｍ）における反射率の測定は日立製自記分光光
度計Ｕ　−３４００を使用した。焼結体の色は日本′ａ
色工業製の色差計を使用して測定した。嵩密度、吸水率
はアルキメデス法により？ｌ１１定した。一方、ボール
盤を使ってドリルの刃先に定荷重をかけて焼結体を穿孔
する際に要する時間を測定することにより焼結体の機械
加工性を評価した。

実施例１粉末原料として二酸化ケイ素（Ｓｉ０７）、酸化アルミ
ニウム（八ｎ　２０３　）　、酸化マグネシウム（Ｍｇ
Ｏ）　、ケイフッ化マグネシウム（Ｍｇ５　ｉ　Ｆ　６
６＋１２０１およびフッ化カリウム（にＦ）を、アルコ
キシド化合物としてエチルシリケート（ｓ　；　（ＯＣ
２ＨＳ　）　４　）アルミニウムイソプロポキシド（＾
ｔ　（ＯＣ３）１７）３）、マグネシウムメトキシト（
Ｍｇ　（ＯＣ＋−＋３　ｈ　）およびカリウムメトキシ
ド（ＫＯに）＋３）を使用し、表１の組成となるように
各原料を組合せて使用してマイカガラスセラミックスを
製造した。なお、アルコキシド゛化合物は全ての金属成
分を酸化物に換算し、そのｌｒｆ　ｉｉ）を　１００と
した場合に、アルコキシド化合物中のカーボンｊＦ−ｊ
ｊｋか７０七となるような割合で使用した。（表１）まず、１］的とする組成に準じて、表１に示す組合せで
原料を選択し、粉末原料はさらに粉砕したのち、アルコ
キシド化合物のメタノールあるいはメタノールとベンセ
ンの混合溶液と混合してＱｉ液とし、加熱還流して充分
に混合し、水を加えて７５〜８０℃でかきまぜて加水分
解した。次いでゲル化して固化した原料を乾燥し、窒素
ガス中で７００〜１０００℃で２〜６ｈｒ熱処理（仮焼
）し黒色の熱処理物を得た。該熱処理物を湿式で混合粉
砕したのち加圧成形し、さらに窒素ガス雰囲気中で１１
００〜１３００℃で１〜１ｏｈｒ焼結を行ない、黒色の
緻密なマイカガラスセラミックスの焼結体を得た。

このようにして得られた焼成体はＸ線回折による測定結
果及び燃焼容量法によるカーボンの含有量測定結果から
、主構成相中フッ素金雲母、カーボンそしてガラス相の
重量比は表２に示す通りであった。又この焼結体の嵩密
度、吸水率を表２に示す。さらに焼成体表面を１０００
番の研磨紙を使って研磨した後、色差計を使用して明度
の測定を行なった。また、分光光度計Ｕ　−３４００を
使用して２００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲における焼
結体の反射率を測定した。これらの結果を表２および第
１図に示す。

これらの結果かられかるように、仮焼及び焼結工程を非
酸化物雰囲気で行なったものは、フッ素金雲母２０〜５
０％、カーボン２〜ＩＯ％、ガラス相４０〜７８％から
成るマイカガラスセラミックスとなり、紫外可視領域（
２００ｎｍ〜８００ｎｍ）においてほぼ１０％以下で安
定した反射率を示す緻密で機械加工性等の良好なもので
あることがわかる。

〔発明の効果〕

本発明によると、焼結体中にフッ素金雲母結晶が存在し
、機械加工性か良好でしかも２００〜８００ｎｍの波長
範囲において、１０％以下で安定した反射率を示し、黒
色を呈するマイカガラスセラミックスを得ることができ
る。このものは光学機器部品の材料として優わた特性を
有しており、広範囲な応用が期待される素材である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は実施例および比較例で得られた焼結体
の波長２００〜８００ｎｍにおける反射率の測定結果を
示すグラフであり、第１図はＡ８、第２図はＡ６、第３
図は比較例の焼結体についての測定結果である。特許出願人　　三井鉱山株式会社

Claims

【特許請求の範囲】１、組成が重量％で、酸化物換算で表示した成分がＳｉ
Ｏ＿２３５〜５５％、ＭｇＯ１０〜２０％、Ａｌ＿２Ｏ
＿３１０〜２０％、およびＫ＿２Ｏ３〜１５％、並びに
Ｆ２〜１５％およびＣ２〜１０％であって、主構成相が
重量％でフッ素金雲母２０〜５０％、カーボン２〜１０
％、ガラス相４０〜７８％から成り、２００−８００ｎ
ｍの波長光の反射率が１０％以下であることを特徴とす
る黒色マイカガラスセラミックス。２、焼結体とした時点の重量％で、酸化物換算で表示し
た成分がＳｉＯ＿２３５〜５５％、ＭｇＯ１０〜２０％
、Ａｌ＿２Ｏ＿３１０〜２０％、およびＫ＿２Ｏ３〜１
５％、並びにＦ２〜１５％およびＣ２〜１０％となるよ
うな量の少なくとも一部がアルコキシド化合物である上
記金属の化合物およびフッ素化合物より成る出発原料を
加水分解した後乾燥し、次いで得られた乾燥物を非酸化
性雰囲気中７００−１１００℃で仮焼し、更に得られた
熱処理物を所望の形状に成形した後、非酸化性雰囲気中
で焼結することを特徴とするマイカガラスセラミックス
の製造方法。