JPH0416552A - 透光性スピネル焼結体及びその製造方法 - Google Patents
透光性スピネル焼結体及びその製造方法Info
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- JPH0416552A JPH0416552A JP2115227A JP11522790A JPH0416552A JP H0416552 A JPH0416552 A JP H0416552A JP 2115227 A JP2115227 A JP 2115227A JP 11522790 A JP11522790 A JP 11522790A JP H0416552 A JPH0416552 A JP H0416552A
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- translucent
- sintering
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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。
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〕
本発明は組成式M o O−n A L Os (但し
nは1〈nく5である)であるスピネルの透光性緻密焼
結体とその製造方法に関するものである。
nは1〈nく5である)であるスピネルの透光性緻密焼
結体とその製造方法に関するものである。
透光性セラミックスとしてはAjltQs、BeO。
M(I O,Zn O,PLZT (鉛、 ラン’iン
、 ジルコニウム、チタンの複合酸化物) 、Yess
、 Mu ALαなど多数の酸化物焼結体が知られてい
る。
、 ジルコニウム、チタンの複合酸化物) 、Yess
、 Mu ALαなど多数の酸化物焼結体が知られてい
る。
この中、透光性スピネル焼結体(tvlaALo、)は
、耐熱性が優れ、熱膨張率が比較的に小さく、ナトリウ
ムなどの塩基性蒸気に対する耐蝕性に優れ、紫外から赤
外領域の広い波長範囲にわたって透明であるなどの特徴
を有し、耐熱性、耐蝕性透光材料としての用途開発が行
なわれており、特にナトリウムンプの発光管として従来
の透光性アルミナ焼結体における熱lIM@率が大でし
がもナトリウム蒸気に対する耐蝕性の不十分な欠点を補
うものとして期待されている。ざらに透光性スピネル焼
結体は上記の特性とともに硬度1強度などの機械的特性
も優れているので、従来単結晶が用いられている精密機
械などの軸受その他のjs造材、R光体などの機能性母
材、装飾材などの分野への利用も考えられている。
、耐熱性が優れ、熱膨張率が比較的に小さく、ナトリウ
ムなどの塩基性蒸気に対する耐蝕性に優れ、紫外から赤
外領域の広い波長範囲にわたって透明であるなどの特徴
を有し、耐熱性、耐蝕性透光材料としての用途開発が行
なわれており、特にナトリウムンプの発光管として従来
の透光性アルミナ焼結体における熱lIM@率が大でし
がもナトリウム蒸気に対する耐蝕性の不十分な欠点を補
うものとして期待されている。ざらに透光性スピネル焼
結体は上記の特性とともに硬度1強度などの機械的特性
も優れているので、従来単結晶が用いられている精密機
械などの軸受その他のjs造材、R光体などの機能性母
材、装飾材などの分野への利用も考えられている。
このスピネル<MaALα)の透光性焼結体の製造方法
としてはマグネシア(M!70)微粉末とアルミナ(A
ll、O,)微粉末の混合物を出発原料とし、これを焼
結するに当って、その原料粉末の純度9粒度及び粒度分
布などの条件を!節し、高温長時間処理する焼結体製造
方法[R,T、 Bratton、 Ceramic
Bulletin 、 48,759−762.10
69−1075 (1969) ] 、 *ット7レス
法[J 、 D、 Daw&P、 S、 N1chol
son、 Jounal of 7he Amer
ican Ceramic 5ociety−V
arshneya、 58 225−230 (19
77) ]によるもの及び焼焼結剤としてCa0−ri
−添加した焼結法(R、J 、 8ratton、 J
ournat of The Aseric
an Cerai+ic 3ociety、
57゜238−286(1974> )などが既に開示
されている。
としてはマグネシア(M!70)微粉末とアルミナ(A
ll、O,)微粉末の混合物を出発原料とし、これを焼
結するに当って、その原料粉末の純度9粒度及び粒度分
布などの条件を!節し、高温長時間処理する焼結体製造
方法[R,T、 Bratton、 Ceramic
Bulletin 、 48,759−762.10
69−1075 (1969) ] 、 *ット7レス
法[J 、 D、 Daw&P、 S、 N1chol
son、 Jounal of 7he Amer
ican Ceramic 5ociety−V
arshneya、 58 225−230 (19
77) ]によるもの及び焼焼結剤としてCa0−ri
−添加した焼結法(R、J 、 8ratton、 J
ournat of The Aseric
an Cerai+ic 3ociety、
57゜238−286(1974> )などが既に開示
されている。
(発明が解決しようとする課題)
前記公知の透光性スピネル製造方法は、マグネシアとア
ルミナの等モルスピネル(MQ0・△Lへ)を得るもの
であるが、その焼結過程における固相拡散が固溶反応を
含まないので、緻密化反応条件として高温長時間を要し
、往々にして結晶粒子の異常成長により粒子間に気孔を
取込み焼結体の機械的強度、透光性、直線透過率などの
特性が不充分となる欠点を有していた。
ルミナの等モルスピネル(MQ0・△Lへ)を得るもの
であるが、その焼結過程における固相拡散が固溶反応を
含まないので、緻密化反応条件として高温長時間を要し
、往々にして結晶粒子の異常成長により粒子間に気孔を
取込み焼結体の機械的強度、透光性、直線透過率などの
特性が不充分となる欠点を有していた。
しかも、焼結体形状についても、単純な形状以外の任意
の形状を得ることができなく、実用上の要求を満たすこ
とができなかった。
の形状を得ることができなく、実用上の要求を満たすこ
とができなかった。
本発明はスピネル組成としてMgOに対するALα成分
モル比率を大とすることにより、前記従来のスピネル焼
結体並びにその製造方法における欠点を解消し、特に極
めて優れた透光性、直線透過率を有する透光性スピネル
焼結体を得ることに成功したものである。
モル比率を大とすることにより、前記従来のスピネル焼
結体並びにその製造方法における欠点を解消し、特に極
めて優れた透光性、直線透過率を有する透光性スピネル
焼結体を得ることに成功したものである。
すなわち、本発明の透光性スピネル焼結体は、MQ O
−n A Log (但しnは1<1<5であり、特に
好ましくはn=1.2〜4.0である)で表されるスピ
ネルの緻密組織を有することを特徴とするものであり、
その製造方法としては、前記組成式に適合する混合粉末
の出発原料を予備形成し、これを1300℃以上の加熱
温度にょうてスピネル中相又はスピネルとアルミナの混
合相の一次焼結体とし、さらにこれを1400℃以上の
加熱温度、1okgf/d以上の圧縮圧力下で二次焼結
する工程を行うことを特徴とするものである。
−n A Log (但しnは1<1<5であり、特に
好ましくはn=1.2〜4.0である)で表されるスピ
ネルの緻密組織を有することを特徴とするものであり、
その製造方法としては、前記組成式に適合する混合粉末
の出発原料を予備形成し、これを1300℃以上の加熱
温度にょうてスピネル中相又はスピネルとアルミナの混
合相の一次焼結体とし、さらにこれを1400℃以上の
加熱温度、1okgf/d以上の圧縮圧力下で二次焼結
する工程を行うことを特徴とするものである。
上記の製造方法において、原料の純度1粒度並びにその
混合状態などの条件は、従来法の場合と同様充分に調整
することが必要であるが、その焼成最終段階の加圧下で
の二次焼結反応が中なる固相拡散による粒界移動のみで
なく、MoOに対するALO,のモル比の大なることに
よる反応量の増大を生じスピネル固溶体の生成の際の体
積増加に伴うダイナミックな反応拡散をも生ずる過程の
存在が、好ましい結采を冑る一条件であると考えられる
。
混合状態などの条件は、従来法の場合と同様充分に調整
することが必要であるが、その焼成最終段階の加圧下で
の二次焼結反応が中なる固相拡散による粒界移動のみで
なく、MoOに対するALO,のモル比の大なることに
よる反応量の増大を生じスピネル固溶体の生成の際の体
積増加に伴うダイナミックな反応拡散をも生ずる過程の
存在が、好ましい結采を冑る一条件であると考えられる
。
かくして、例えば焼結工程の第一段階として常圧大気下
の焼成によりスピネル固溶体とα−ALへの混合相の一
次焼結体をつくり、第二段階としてより高温の熱間静水
圧加圧(以下HIPと記す)などにより二次焼結してM
aO−nALo、組、成のスピネル固溶体相のみからな
る緻密な透光性焼結体を製造することができる。
の焼成によりスピネル固溶体とα−ALへの混合相の一
次焼結体をつくり、第二段階としてより高温の熱間静水
圧加圧(以下HIPと記す)などにより二次焼結してM
aO−nALo、組、成のスピネル固溶体相のみからな
る緻密な透光性焼結体を製造することができる。
本発明の製造方法による大きなメリットは、原料粉末を
混合した出発原料を、予備成形するさいに、その成形手
段として、加圧成形、鋳込成形。
混合した出発原料を、予備成形するさいに、その成形手
段として、加圧成形、鋳込成形。
射出成形、押出し成形、ドクターブレード成形。
ロール成形などの公知の成形法を採用して任意の形状の
予備成形体とし、これを常圧大気下で焼結することによ
り比較的オープンボアのない一次焼結体を得、この一次
焼結体は、気密被覆を要することな(そのままHIPに
よる加圧焼結によって任意形状の優れた透光性のスピネ
ル焼結体とすることができることである。
予備成形体とし、これを常圧大気下で焼結することによ
り比較的オープンボアのない一次焼結体を得、この一次
焼結体は、気密被覆を要することな(そのままHIPに
よる加圧焼結によって任意形状の優れた透光性のスピネ
ル焼結体とすることができることである。
本発明の製造方法における基本的反応過程はMl)0+
nALOs −” MQ O・(n * ) ALOa+mA1Os
(1)1<n<5 0 ≦ m ・ぐ
n−1なる反応によるスピネルとα−ALへの混合相か
らなる一次焼結体の成形と、この一次焼結体を加圧下で
、 M!J O・ <n W )AL(1+mALO
s→ MQO−nALOs (2)なる固相反応
拡散を伴うスピネル固溶体(MgO・nAJl、o、)
を生成する二次焼結反応を行わせて透光性焼結体を製造
するものである。
nALOs −” MQ O・(n * ) ALOa+mA1Os
(1)1<n<5 0 ≦ m ・ぐ
n−1なる反応によるスピネルとα−ALへの混合相か
らなる一次焼結体の成形と、この一次焼結体を加圧下で
、 M!J O・ <n W )AL(1+mALO
s→ MQO−nALOs (2)なる固相反応
拡散を伴うスピネル固溶体(MgO・nAJl、o、)
を生成する二次焼結反応を行わせて透光性焼結体を製造
するものである。
上記の反応において
α−ALへの密度〉スピネル固溶体の密度であるので(
2)式においてy>Qである場合は、体積膨張を伴う反
応であり、効果的な加圧焼結によって、透光性の優れた
緻密焼結体の生成が促されるものである。
2)式においてy>Qである場合は、体積膨張を伴う反
応であり、効果的な加圧焼結によって、透光性の優れた
緻密焼結体の生成が促されるものである。
なお、上記(1)(2)式においてVt=Oの場合には
一次焼結体組成はMg0−nAjl、へのスピネル中相
となるが、この一次焼結体は次の加圧焼結条件を内部圧
力伝達が均−有効−に行なわれれば高圧の二次焼結によ
り緻密透光性焼結体とすることができる。
一次焼結体組成はMg0−nAjl、へのスピネル中相
となるが、この一次焼結体は次の加圧焼結条件を内部圧
力伝達が均−有効−に行なわれれば高圧の二次焼結によ
り緻密透光性焼結体とすることができる。
前記のマグネシア(Mob)に代えてスピネル(MgA
LQンを原料に用いて、同様の焼結反応により目的焼結
体を得ることもでき、その基本的反応は M(l ALQ、+ (n−1) ALOs →Mg
0−(n−p)ALO,+pALO,<3)Q<n<5
. Q≦1) <Fl−1M(I O−(n−p )
ALO*+p ALOi −)M Q O−n A
L Os (4)により前記と同様に透光
性焼結体が得られる。
LQンを原料に用いて、同様の焼結反応により目的焼結
体を得ることもでき、その基本的反応は M(l ALQ、+ (n−1) ALOs →Mg
0−(n−p)ALO,+pALO,<3)Q<n<5
. Q≦1) <Fl−1M(I O−(n−p )
ALO*+p ALOi −)M Q O−n A
L Os (4)により前記と同様に透光
性焼結体が得られる。
上記においてp−0の場合は前記の禦−oと同様にして
緻密透光性焼結体とすることができる。
緻密透光性焼結体とすることができる。
なお前記式におけるnの値は、安定した透光性を維持す
る上から望ましくは1.2〜4である。
る上から望ましくは1.2〜4である。
マグネシアとアルミナからスピネルが生成する(1)式
の反応及びスピネルにアルミナが固溶する(2)(3>
(4)式の反応はいづれb体積膨張を伴う反応であり、
これらの反応式で行う焼結は、一種の反応焼結ぐある。
の反応及びスピネルにアルミナが固溶する(2)(3>
(4)式の反応はいづれb体積膨張を伴う反応であり、
これらの反応式で行う焼結は、一種の反応焼結ぐある。
(1)式または(3)式の好ましい焼結温度は、焼結体
の組織として、焼結粒が異常成長せずに、細かく適畿の
未反応のα−A LOnが残存する温度でnの値と原料
の焼結性によって決まるが、通常1300℃以上であり
、もしこの温度が高すぎると、結晶が粒成長し過ぎ焼結
体の強度が低下したり、α−ALへの残存饋が少なくな
り(雷またはpが小さくなり)、加圧焼結の効果が恩く
、表層部のみ透光性のものとなる場合がある。(2)ま
たは(4)式の焼結fillは、前記−次焼結1i[と
同等またはそれ以上で通常1400℃以上が適当である
。
の組織として、焼結粒が異常成長せずに、細かく適畿の
未反応のα−A LOnが残存する温度でnの値と原料
の焼結性によって決まるが、通常1300℃以上であり
、もしこの温度が高すぎると、結晶が粒成長し過ぎ焼結
体の強度が低下したり、α−ALへの残存饋が少なくな
り(雷またはpが小さくなり)、加圧焼結の効果が恩く
、表層部のみ透光性のものとなる場合がある。(2)ま
たは(4)式の焼結fillは、前記−次焼結1i[と
同等またはそれ以上で通常1400℃以上が適当である
。
(1)式または(3)式の反応は、常圧の大気雰囲気で
も、例えばホットプレスのような加圧下でも良い。透光
性アルミナ焼結体の製造で行われる水素気流中での焼結
も、焼結体への気相の抱き込みを無くする事が出来るの
で、透光性を向上するのに有効であると思われる。
も、例えばホットプレスのような加圧下でも良い。透光
性アルミナ焼結体の製造で行われる水素気流中での焼結
も、焼結体への気相の抱き込みを無くする事が出来るの
で、透光性を向上するのに有効であると思われる。
原料は各酸化物粉末を目的の組成比に坪I後混合しても
、各金属の無機塩、あるいはフルコキシドなどの有機化
合物の混合溶液から、加水分解等の方法により沈澱させ
、混合粉末を製造しても良い。
、各金属の無機塩、あるいはフルコキシドなどの有機化
合物の混合溶液から、加水分解等の方法により沈澱させ
、混合粉末を製造しても良い。
(2)式または(4)式の反応は(1)式または(3)
式の焼結反応の後連続して行っても、度かから外に取出
し、冷却する操作を経て、再び1m加圧しても良く、透
光性焼結体とすることができる。例えばホットプレスで
あれば連続して行えるし、HfPtR結であればスピネ
ルとα−ALへ混合相の一次焼結体を作った後、炉から
取出し、HIPI置に入れて二次焼結し、透光性焼結体
とする。
式の焼結反応の後連続して行っても、度かから外に取出
し、冷却する操作を経て、再び1m加圧しても良く、透
光性焼結体とすることができる。例えばホットプレスで
あれば連続して行えるし、HfPtR結であればスピネ
ルとα−ALへ混合相の一次焼結体を作った後、炉から
取出し、HIPI置に入れて二次焼結し、透光性焼結体
とする。
加圧焼結は、粒成長を押えるのに効果があり、そのため
には少なくとも10klJf/m、望ましくは100k
gf/a/の圧縮力を加えることが適当である。
には少なくとも10klJf/m、望ましくは100k
gf/a/の圧縮力を加えることが適当である。
スピネルとα−Aiα混合相の一次焼結体を緻密な閉気
孔の焼結体とすれば、特別な密閉型に入れることなく、
そのままHIPによる二次焼結が出来るので有利である
。
孔の焼結体とすれば、特別な密閉型に入れることなく、
そのままHIPによる二次焼結が出来るので有利である
。
HIP焼結を、例えば炭素発熱体を用いた炉内でアルゴ
ンガス雰囲気中で行うと、その還元性雰囲気により透光
性焼結体は暗褐色に着色する。この場合、再び1000
℃以上の適当な温度で数時間以上アニールを施すと無色
透明となることを知見した。
ンガス雰囲気中で行うと、その還元性雰囲気により透光
性焼結体は暗褐色に着色する。この場合、再び1000
℃以上の適当な温度で数時間以上アニールを施すと無色
透明となることを知見した。
スピネル(tvloALO,)原料として純度99.9
9%以上、平身粒子径0.33μ常の粉末を、アルミナ
(Ajl、O,)原料として純度9999%以上、中心
粒径的0.5μ索の粉末を用いた。
9%以上、平身粒子径0.33μ常の粉末を、アルミナ
(Ajl、O,)原料として純度9999%以上、中心
粒径的0.5μ索の粉末を用いた。
第1表に示す各原料粉末の重量を坪畢し、エチルアルコ
ールを分散媒とする湿式混合を2〜7日図行った。
ールを分散媒とする湿式混合を2〜7日図行った。
湿式混合した粉末を乾燥し、−軸加圧による成形後、
1500klJ/cjで冷間静水圧加圧〈以下CIPと
記す)し、大気中で1500℃、12時間焼成し第表に
示す8種の一次焼結体を得た。
1500klJ/cjで冷間静水圧加圧〈以下CIPと
記す)し、大気中で1500℃、12時間焼成し第表に
示す8種の一次焼結体を得た。
この一次焼結体のフルキメデス法による嵩密度測定結果
を第−表のHIP前密麿として示した。
を第−表のHIP前密麿として示した。
なお、NO,1,2,3の焼結体はいずれも、吸水性を
示す多孔体で、そのままではHIP処理には不適であっ
たため密度測定は行わなかった。
示す多孔体で、そのままではHIP処理には不適であっ
たため密度測定は行わなかった。
この大気焼結したNo、4〜8の各焼結体を、アルゴン
ガスを圧力蝿体とするHIP装置を用いて、昇温速度2
00℃/時間、1800℃1時間保持、降温速度200
℃/時間の温度プログラムに従い、1800℃保持時の
圧力が1500k(lf、’en/の条件下で加圧焼結
した。
ガスを圧力蝿体とするHIP装置を用いて、昇温速度2
00℃/時間、1800℃1時間保持、降温速度200
℃/時間の温度プログラムに従い、1800℃保持時の
圧力が1500k(lf、’en/の条件下で加圧焼結
した。
HIP焼結したNo、4〜8の焼結体は透光性で暗褐色
に着色していた。その焼結体の嵩密度をHIPI密度と
して第−表に示した。
に着色していた。その焼結体の嵩密度をHIPI密度と
して第−表に示した。
粉末X線回折法により、結晶相の同定を行ったところ、
スピネルとα−ALO,(コランダム)の混合物である
原料粉末の回折強度は大略その混合割合に比例していた
。
スピネルとα−ALO,(コランダム)の混合物である
原料粉末の回折強度は大略その混合割合に比例していた
。
一方、一次焼結体については、NO,1,2,3はスピ
ネル単一相であり、1500℃、12時間焼結でアルミ
ナがスピネルに完全に固溶していることを示していた。
ネル単一相であり、1500℃、12時間焼結でアルミ
ナがスピネルに完全に固溶していることを示していた。
N014〜8ではアルミナが完全に固溶できずに、一部
α−ALαとして残存し、アルミナ混合比の多い焼結体
の方がその残存最の多い傾向を示した。
α−ALαとして残存し、アルミナ混合比の多い焼結体
の方がその残存最の多い傾向を示した。
)HIPによる二次焼結体はいづれもスピネル単−相に
なっていることが勅未Xs回折図形より明らかになった
。
なっていることが勅未Xs回折図形より明らかになった
。
上記のNO,4,6,8について三点曲げ強さを測定し
たとコロ、それぞれ221,242.239M Paで
従来f)MgAfl、α組成のスピネル焼結体と同等以
上の強度を有していた。
たとコロ、それぞれ221,242.239M Paで
従来f)MgAfl、α組成のスピネル焼結体と同等以
上の強度を有していた。
透光性の二次焼結体を大気雰囲気中、1300℃あるい
は1400℃で、24時間で7ニールした結果、No4
〜8全ての試料が白濁した。粉末x1m回折結果、α−
ALO,相の存在が認められたことより、α−ALへ相
が分離晶出したものと考えられる。
は1400℃で、24時間で7ニールした結果、No4
〜8全ての試料が白濁した。粉末x1m回折結果、α−
ALO,相の存在が認められたことより、α−ALへ相
が分離晶出したものと考えられる。
1200℃、 12@間の7:−ルを行った場合、N。
4〜lでは表層部に薄くα−AI)、相の白い粉末が観
察されたが、表面を研磨すると無色透明なスピネル単一
相となることがわかった。No、8では内部にも斑点状
に白濁部分があり、α−ALαの固溶析出していること
が認められたが、1100℃。
察されたが、表面を研磨すると無色透明なスピネル単一
相となることがわかった。No、8では内部にも斑点状
に白濁部分があり、α−ALαの固溶析出していること
が認められたが、1100℃。
12時間及び1150℃、24時間の7二一ル条件では
固溶析出が殆んど無く、無色透明の均質な組織をもつ焼
結体であった。
固溶析出が殆んど無く、無色透明の均質な組織をもつ焼
結体であった。
1000℃、12時間のアニール条件では、α−ALα
の析出は皆無で、暗褐色が無色透明に少ながらず近付い
た。
の析出は皆無で、暗褐色が無色透明に少ながらず近付い
た。
以上の実験結果より、7二−ルの最適な条件はm痩11
00〜1200℃、時@12時間以上であることが明ら
かである。
00〜1200℃、時@12時間以上であることが明ら
かである。
固溶析出する温度はnの値が小さい方が高く、nの値が
大きい方が低い。
大きい方が低い。
実施例2
マグネシア原料として純度99.99%以上、平均粒子
径031μmの粉末を、アルミナ原料として純度99.
99%以上、中心粒径的0.5μm(アルミナ1.実施
例1に用いたもの)、及び純度9999%以上、平均粒
径0.15μ言(アルミナ2)の粉末を用いた。
径031μmの粉末を、アルミナ原料として純度99.
99%以上、中心粒径的0.5μm(アルミナ1.実施
例1に用いたもの)、及び純度9999%以上、平均粒
径0.15μ言(アルミナ2)の粉末を用いた。
第二表に示す各原料粉末の重量を坪量し、実施例1と同
様に、エチルアルコールを分散媒とする湿式混合を行い
、乾燥債、−軸加圧成形し、1500kQf/aiでC
IP成形して、予備成形体を得た。
様に、エチルアルコールを分散媒とする湿式混合を行い
、乾燥債、−軸加圧成形し、1500kQf/aiでC
IP成形して、予備成形体を得た。
これを大気中で1300℃、6時間、 1400℃、6
時間。
時間。
1500℃、6時1.1550℃16時間、 1600
℃、6時間の条件で焼結して一次焼結体とした。
℃、6時間の条件で焼結して一次焼結体とした。
次いで大気焼結した各一次焼結体を、アルゴンガスを封
入したHIP炉内で、秤部速度り00℃/′時間、17
50℃1時間保持、降温速度300℃77時間、115
0℃保持時の圧力が1500k(l f / ai 、
及び昇温速度200℃/時間、1100℃18i?li
J保持、降温速度300℃/時間、1100℃保持時の
圧力が1500k(If /srの条件下で、二次焼結
した。
入したHIP炉内で、秤部速度り00℃/′時間、17
50℃1時間保持、降温速度300℃77時間、115
0℃保持時の圧力が1500k(l f / ai 、
及び昇温速度200℃/時間、1100℃18i?li
J保持、降温速度300℃/時間、1100℃保持時の
圧力が1500k(If /srの条件下で、二次焼結
した。
nが1.0及び15の一次焼結体では、いづれの温度の
処理による大気焼結体も開気孔を有し、吸水性の焼結体
であった。またこれをそのままHIP処理した二次焼結
体は透光性を示すには至らなかった。
処理による大気焼結体も開気孔を有し、吸水性の焼結体
であった。またこれをそのままHIP処理した二次焼結
体は透光性を示すには至らなかった。
nが2.0で1400℃以下の大気焼結体については吸
水性を示し、これをそのままHIP焼結したが透光性と
はならなかった。しかし、1500℃以上での一次焼結
体に関しては緻密な閉気孔のみの焼結体となり、二次焼
結した後はすべて透光性を示す緻密焼結体となった。
水性を示し、これをそのままHIP焼結したが透光性と
はならなかった。しかし、1500℃以上での一次焼結
体に関しては緻密な閉気孔のみの焼結体となり、二次焼
結した後はすべて透光性を示す緻密焼結体となった。
nの値が25及び30では、1400℃以上の一次焼結
において緻密な一次焼結体となり、二次焼結後はすべて
優れた透光性を示した。
において緻密な一次焼結体となり、二次焼結後はすべて
優れた透光性を示した。
nが4.0,5.0では、1400℃以上の一次焼結体
で全て理論密度に近い緻密な焼結体となり、二次焼結体
では透光性であったつしかしこれら焼結体の直線透過率
は、nが2.0,2.5,3.0の場合に比べ、その程
痩は低くやや半透明である。
で全て理論密度に近い緻密な焼結体となり、二次焼結体
では透光性であったつしかしこれら焼結体の直線透過率
は、nが2.0,2.5,3.0の場合に比べ、その程
痩は低くやや半透明である。
透光性を示したHIP焼結体について粉末xm回折沫に
よる結晶相の同定を行ったところ、nが2、0.2.5
.3.0では、1700℃、 1750℃の二次焼結体
において、スピネルの単一相であることがわかった。一
方nが4.0以上ではスピネルとα−ALO。
よる結晶相の同定を行ったところ、nが2、0.2.5
.3.0では、1700℃、 1750℃の二次焼結体
において、スピネルの単一相であることがわかった。一
方nが4.0以上ではスピネルとα−ALO。
の両相の存在が明らかになった。公知のスピネルアルミ
ナ系相平行図(Della M、 Roy、 Ru5
tcv Ray、 and E、 F、 0sbori
、 J、AI 、 Ceras、 SQC,、36,
149(1953) )より推定されるように、アルミ
ナがスピネルに完全に固溶するにはもつと高い温度が必
要である。nが4.0以上で透光性が低下する原因に、
アルミナの共存が指摘され、さらに高い温度条件では、
スピネル申−相となるため、優れた透光性を示す焼結体
が得られるものと考えられる。
ナ系相平行図(Della M、 Roy、 Ru5
tcv Ray、 and E、 F、 0sbori
、 J、AI 、 Ceras、 SQC,、36,
149(1953) )より推定されるように、アルミ
ナがスピネルに完全に固溶するにはもつと高い温度が必
要である。nが4.0以上で透光性が低下する原因に、
アルミナの共存が指摘され、さらに高い温度条件では、
スピネル申−相となるため、優れた透光性を示す焼結体
が得られるものと考えられる。
大気雰囲気炉で実施例1と同様に、二次焼結体について
アニール実験を行った。その結束はnが2.0,2.5
.30では実施例1と同じであり、nが4.0以上では
I 000℃、6時間の低い温度条件でも半透明となっ
た。
アニール実験を行った。その結束はnが2.0,2.5
.30では実施例1と同じであり、nが4.0以上では
I 000℃、6時間の低い温度条件でも半透明となっ
た。
大気焼結を1550℃、6時間、アルゴン雰囲気H1P
焼結を1750℃、1500に!If、・cd、1時間
の条件で11い、大気中で1150℃、12時間アニー
ルしたn=2.0の平板状の資料について、その表面を
鏡面研磨して2.301m厚とした後に光透過率を19
0〜7000nsのI!囲で測定した結果を第1a!に
示した。
焼結を1750℃、1500に!If、・cd、1時間
の条件で11い、大気中で1150℃、12時間アニー
ルしたn=2.0の平板状の資料について、その表面を
鏡面研磨して2.301m厚とした後に光透過率を19
0〜7000nsのI!囲で測定した結果を第1a!に
示した。
第1図のグラフのように、本発明の製品の光透過率は、
300〜5600n−の波長範囲で50%以上であり、
従来のMgALα型の透光性スピネル焼結体と略同等で
あるが、80%以上の透過率は従来品が2200〜53
00n−であるのに対し本発明品においては900〜5
100nsの広い波長範囲であり、さらに従来品はその
ピークが4600n*にあって85%の透過率を有して
いたのに対し、本発明品においては900〜4SOOn
輪範囲において90〜92%のフラットな透過率を示し
た。しかも本発明品の光の直線透過率は従来品より遥か
に優れたものであった。
300〜5600n−の波長範囲で50%以上であり、
従来のMgALα型の透光性スピネル焼結体と略同等で
あるが、80%以上の透過率は従来品が2200〜53
00n−であるのに対し本発明品においては900〜5
100nsの広い波長範囲であり、さらに従来品はその
ピークが4600n*にあって85%の透過率を有して
いたのに対し、本発明品においては900〜4SOOn
輪範囲において90〜92%のフラットな透過率を示し
た。しかも本発明品の光の直線透過率は従来品より遥か
に優れたものであった。
このような光透過性の著しい向上は、従来技術で到底達
成できないものであり、実に驚(べきものと言うべきこ
とができる。
成できないものであり、実に驚(べきものと言うべきこ
とができる。
アルミナ原料として2種類のものを比較検討したが、本
実施例の範囲では、大気雰囲気下で緻密な閉気孔を持ら
一次焼結体になるか否かには殆んど差異がなく、したが
ってHIPによる二次焼結体が透光性を有するかどうか
にも差が認められなかった。
実施例の範囲では、大気雰囲気下で緻密な閉気孔を持ら
一次焼結体になるか否かには殆んど差異がなく、したが
ってHIPによる二次焼結体が透光性を有するかどうか
にも差が認められなかった。
実施例3
本実施例はマグネシア−アルミナの組合せで、マグネシ
ア原料は実施例2で用いた粉末を、アルミナ原料は実施
例2のアルミナ2と同一の粉末を用いて行った。
ア原料は実施例2で用いた粉末を、アルミナ原料は実施
例2のアルミナ2と同一の粉末を用いて行った。
アルゴンガス雰囲気で、HIP圧力を1500k(lf
/d1その保持時間を1時間と一定にして、HIPg度
を代えた場合、二次焼結体の透光性がどのように変化す
るか調べた。その結果を第三表に示す。
/d1その保持時間を1時間と一定にして、HIPg度
を代えた場合、二次焼結体の透光性がどのように変化す
るか調べた。その結果を第三表に示す。
なお、本実施例では、HIP昇m速度は実施例1.2と
同じであるが降温速度は、400℃77時間とした。
同じであるが降温速度は、400℃77時間とした。
HI Pによる二次焼結体が透光性となるかどうかはそ
の前工程の大気圧下での一次焼結条件にさ左右−される
。
の前工程の大気圧下での一次焼結条件にさ左右−される
。
それゆえ第三表には一次焼結体の大気焼結条件と、その
HIPによる二次焼結体が透光性を示したかどうかを、
不透、半透、透明の三段階に分けて記した。「不通」は
光を透過しない場合、「半透」は透光性であっても不透
明な場合、[透明]は透視像が歪みなく明瞭であるよう
な1線透過率が高く光を通す場合を示す。
HIPによる二次焼結体が透光性を示したかどうかを、
不透、半透、透明の三段階に分けて記した。「不通」は
光を透過しない場合、「半透」は透光性であっても不透
明な場合、[透明]は透視像が歪みなく明瞭であるよう
な1線透過率が高く光を通す場合を示す。
これによると本実施例範囲では、nが1.80以上で透
光性焼結体が得られ、一次焼結体が緻密かつ閉気孔でH
IP処IfT−きる状態であれば、HIP温度1100
℃以上ですべて透明な一次焼結体となることがわかる。
光性焼結体が得られ、一次焼結体が緻密かつ閉気孔でH
IP処IfT−きる状態であれば、HIP温度1100
℃以上ですべて透明な一次焼結体となることがわかる。
同様にnが2.00の場合はHIP1度1650℃以上
で全て透明な光透過性を示した。
で全て透明な光透過性を示した。
第三表に記した「半透Jな焼結体は、粉末XJ11回折
により、スピネルとα−ALαの両相の存在が同定され
た。スピネルとα−ALO,が@密な焼結体をつ(り透
光性を示すが、気孔を除去しても、α−ALへが光学的
異方性を有し、かつ屈折率の興なる結晶粒子界面で屈折
及び散乱が生ずるため完全に透明にはならないものと考
えられる。
により、スピネルとα−ALαの両相の存在が同定され
た。スピネルとα−ALO,が@密な焼結体をつ(り透
光性を示すが、気孔を除去しても、α−ALへが光学的
異方性を有し、かつ屈折率の興なる結晶粒子界面で屈折
及び散乱が生ずるため完全に透明にはならないものと考
えられる。
実施例4
アルゴンガス雰囲気で、HIP温度を1750℃、その
保持時間を1時間と一定にして、l−11P圧力を代え
た場合、二次焼結体の透光性がどのように変化するか調
べた結果を第四表に示す。HIPの昇温降温速度は実施
例3と同じである。
保持時間を1時間と一定にして、l−11P圧力を代え
た場合、二次焼結体の透光性がどのように変化するか調
べた結果を第四表に示す。HIPの昇温降温速度は実施
例3と同じである。
実施例3と同様に出発原料は、マグネシア−アルミナの
混合粉末を用い、それぞれの原料酸化物も実[13と同
一のものを用いた。
混合粉末を用い、それぞれの原料酸化物も実[13と同
一のものを用いた。
この結果によると、1150℃で1時間の保持時間で2
00kgf、’en/の圧力でも、透光性且つ透明な場
合が認められた。
00kgf、’en/の圧力でも、透光性且つ透明な場
合が認められた。
第四表の結果は、HIP焼結のガス圧の高いほどスピネ
ル単一相になる反応時間が短いことを示している。
ル単一相になる反応時間が短いことを示している。
以上説明したとおり、本発明の透光性スピネル焼結体は
M2O・nALαの緻密組成を有し、その光透過率、直
線透過率は従来のMoALO,組成の透光性スピネル焼
結体より格段に優れたものであり、またその製造方法に
よって製品形状を任意に選択して容易に製造できるなど
の効果が得られ、耐熱透光性材料分野に貢献するところ
は大である。
M2O・nALαの緻密組成を有し、その光透過率、直
線透過率は従来のMoALO,組成の透光性スピネル焼
結体より格段に優れたものであり、またその製造方法に
よって製品形状を任意に選択して容易に製造できるなど
の効果が得られ、耐熱透光性材料分野に貢献するところ
は大である。
第一図は本発明の実施例2中に示した透光性スピネル焼
結体の190〜7000n+++の光透過帯測定結果の
グラフである。
結体の190〜7000n+++の光透過帯測定結果の
グラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1).組成式MgO・nAl_2O_3(但しnは1<
n<5である)の緻密組織よりなる透光性スピネル焼結
体。 2).マグネシア微粉末とアルミナ微粉末の混合物を出
発原料とし、その予備成形体を1300℃以上の加熱温
度によつてスピネル単相またはスピネルとαアルミナの
混合相の一次焼結体とし、ついで該一次焼結体を140
0℃以上の加熱温度、10kgf/cm^2以上の圧縮
力下で焼結反応を進行せしめて組成式MgO・nAl_
2.O_3(但しnは1<n<5である)の緻密組織の
二次焼結体とすることを特徴とする透光性スピネル焼結
体の製造方法。 3).出発原料としてスピネル(MgAl_2O_4)
微粉末とアルミナ微粉末の混合物を用いる請求項2記載
の透光性スピネル焼結体の製造方法。 4).二次焼結体を1000℃の温度、12時間以上の
アニール処理し、その後所望により表面研磨を施す請求
項2または3記載の透光性スピネル焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2115227A JPH0416552A (ja) | 1990-05-02 | 1990-05-02 | 透光性スピネル焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2115227A JPH0416552A (ja) | 1990-05-02 | 1990-05-02 | 透光性スピネル焼結体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0416552A true JPH0416552A (ja) | 1992-01-21 |
Family
ID=14657502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2115227A Pending JPH0416552A (ja) | 1990-05-02 | 1990-05-02 | 透光性スピネル焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0416552A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006273679A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | スピネル焼結体、光透過窓および光透過レンズ |
| JP2008081377A (ja) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 透光性セラミックス |
| WO2009142238A1 (ja) * | 2008-05-23 | 2009-11-26 | 住友電気工業株式会社 | 焼結体およびその製造方法ならびに光学部品 |
| JP2010529940A (ja) * | 2007-06-15 | 2010-09-02 | サン−ゴベン・セントル・ドゥ・レシェルシェ・エ・デチュード・ユーロペアン | 立方構造を有する焼結製品 |
| DE102009055987A1 (de) | 2009-11-20 | 2011-06-09 | Schott Ag | Spinell-Optokeramiken |
| DE102009055984A1 (de) | 2009-11-20 | 2011-06-09 | Schott Ag | Gefärbte Spinell-Optokeramiken |
| US9624136B2 (en) | 2014-07-01 | 2017-04-18 | Corning Incorporated | Transparent spinel article and tape cast methods for making |
| CN111848184A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-10-30 | 武汉理工大学 | 一种高铝含量镁铝尖晶石透明陶瓷粉体及其制备方法 |
-
1990
- 1990-05-02 JP JP2115227A patent/JPH0416552A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7741238B2 (en) * | 2005-03-30 | 2010-06-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Spinel sintered body, light transmitting window and light transmitting lens |
| EP1873129A4 (en) * | 2005-03-30 | 2011-04-13 | Sumitomo Electric Industries | SPINEL SINTERED BODY, LIGHT TRANSMISSION WINDOW AND LIGHT TRANSMISSION LINSE |
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| US8097550B2 (en) * | 2005-03-30 | 2012-01-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Spinel sintered body, light transmitting window and light transmitting lens |
| JP2008081377A (ja) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 透光性セラミックス |
| JP2010529940A (ja) * | 2007-06-15 | 2010-09-02 | サン−ゴベン・セントル・ドゥ・レシェルシェ・エ・デチュード・ユーロペアン | 立方構造を有する焼結製品 |
| US8298975B2 (en) | 2008-05-23 | 2012-10-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Sintered compact, process for production thereof, and optical element |
| WO2009142238A1 (ja) * | 2008-05-23 | 2009-11-26 | 住友電気工業株式会社 | 焼結体およびその製造方法ならびに光学部品 |
| CN101795995A (zh) * | 2008-05-23 | 2010-08-04 | 住友电气工业株式会社 | 烧结体、其制造方法和光学部件 |
| JP5418231B2 (ja) * | 2008-05-23 | 2014-02-19 | 住友電気工業株式会社 | 焼結体およびその製造方法ならびに光学部品 |
| DE102009055984A1 (de) | 2009-11-20 | 2011-06-09 | Schott Ag | Gefärbte Spinell-Optokeramiken |
| DE102009055987A1 (de) | 2009-11-20 | 2011-06-09 | Schott Ag | Spinell-Optokeramiken |
| US8679996B2 (en) | 2009-11-20 | 2014-03-25 | Schott Ag | Spinel optoceramics |
| DE102009055987B4 (de) | 2009-11-20 | 2018-10-18 | Schott Ag | Spinell-Optokeramiken |
| US9624136B2 (en) | 2014-07-01 | 2017-04-18 | Corning Incorporated | Transparent spinel article and tape cast methods for making |
| CN111848184A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-10-30 | 武汉理工大学 | 一种高铝含量镁铝尖晶石透明陶瓷粉体及其制备方法 |
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