JPH04198059A - 透光性セラミックスの製造方法 - Google Patents

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、可視光領域で透光性を示すセラミックス及び
その製造方法に関する。

（従来技術） 一般に、透光性セラミックスは、セラミックス粉末をプ
レス成形した後に焼結を行なうことにより製造されてい
る。しかし、この方法では、三次元的に複雑な形状を有
する製品や薄肉部を有する製品を製造することが困難で
あった。また、複雑な形状を有する製品を得るために、
焼結後に、機械研磨により焼結体を削ることが行なわれ
ていたが、機械研磨の条件によっては、焼結体表面にヘ
アークラックと称する微細なりラックが形成され、製品
の機械的強度、靭性を著しく低減するという問題があり
、さらに機械研磨に多大な時間を要し、その結果、製品
価格か高くなるという問題もある。

このような従来の方法の欠点を解消するために、酸化ア
ルミニウム粉末、酸化マグネシウム粉末及び有機バイン
ダーからなる混合物を所定形状の金型内に射出成形し、
得られた射出成形体を加熱して脱バインダーを行なった
後、焼結処理を施して透光性セラミックス製品を製造す
ることが試みられている。

この方法によれば、複雑な形状の製品を製造することが
可能である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、射出成形を行う上記の方法では、酸化ア
ルミニウム粉末と酸化マグネシウム粉末に加えて有機バ
インダーを使用するために、酸化マグネシウム粉末を酸
化アルミニウム粉末中に均一に分散させることが非常に
困難となり、このために得られる焼結体の組成分布が不
均一となり、この結果として、満足し得るような透光性
を得ることかできないという問題がある。

従って本発明は、透光性に優れたセラミックスを提供す
ること、及び透光性に優れ且つ複雑な形状を有するセラ
ミックス成形品を製造することが可能な方法を提供する
ことを目的とする。

（課題を達成するための手段） 本発明によれば、酸化マグネシウム　０．０１〜０．２
重量％及び残部が酸化アルミニウムからなり、１ｍｍの
厚みにおけるインライン透過率が６０％以上であること
を特徴とする透光性セラミックスか提供される。

本発明によれば更に、 （ａ）　　０．０１〜０．２重量％の酸化マグネシウム
粉と残部が酸化アルミニウム粉の組成となるように混合
粉末を調製する工程、 （ｂ）前記混合粉末に、ガラス転移温度か１００℃以下
のアクリル系樹脂を全体の１〜１０重量％となるように
混合して、酸化マグネシウム粉を酸化アルミニウム粉中
に均一に分散させる工程、 （Ｃ）酸化マグネシウム粉が均一に分散された前記混合
粉末に、バインダー材を、該バインダー材と前記アクリ
ル系樹脂との合計量か全体の３５〜７０容量％となるよ
うに添加して混練する工程、（ｄｌ前記混線物を所定形
状の成形体に射出成形する工程、 （ｅ）前記成形体から、前記アクリル系樹脂及びバイン
ダー材を除去する工程、 及び、 （ｆ）前記アクリル系樹脂及びバインダー材が除去され
た成形体を、水素雰囲気または真空中において、１６０
０〜２０００℃で焼成する工程、から成る透光性セラミ
ックスの製造方法が提供される。

従来の射出成形を利用した方法では、酸化マグネシウム
粉末、酸化アルミニウム粉末及びバインダー材とを同時
に混合していたために、少量使用される酸化マグネシウ
ムが均一に分散されず、この結果として、透光性に優れ
たセラッミクス成形品を得ることができなかった。しか
し本発明によれば、バインダー材の混合に先立って、予
めアクリル系樹脂を配合することにより酸化マグネシウ
ムか均一に分散され、例えばインライン透過率か６０％
以上の透光性に優れたセラミックス成形品を得ることか
可能となったものである。

製造方法 本発明の透光性セラッミクスは、上記の工程（ａ）〜（
ｆ）の工程を経て製造されるが、以下、この各工程につ
いて説明する。

工程（ａ）； 本発明においては、先ず酸化マグネシウムと酸化アルミ
ニウムとの混合粉末を調製し、この混合粉末を出発原料
として使用する。

この混合粉末の組成は、酸化マグネシウム粉末が０、Ｏ
１〜０．２重量％であり、残部を酸化アルミニウム粉末
とすることか重要であり、この範囲外の組成とするとき
には、満足すべき透光性を得ることができない。即ち、
透光性を発現させるためには、後述する焼結により得ら
れる焼結体の相対密度を少なくとも９９％とすることが
必要である。酸化マグネシウムは、焼結の最終段階での
結晶粒の成長を抑制し、これにより結晶粒界内部のボア
の消滅の促進及び焼結密度の向上に寄与し、また結晶粒
の大きさを揃えるように作用する。従って、酸化マグネ
シウムは、透光性向上に大きな役割を果たすものである
。例えば、酸化マグネシウム含量か、０．０１重量％未
満ては、このような効果を発揮するには不十分てあり、
焼結体の密度が充分に高くならず、満足な透光性が得ら
れない。また０、２重量％よりも多い場合には、焼結体
の結晶粒界に、酸化マグネシウムあるいは酸化マグネシ
ウムと酸化アルミニウムの複合酸化物が形成され、光散
乱の原因となり、透光性が低下するという不都合を招く
ことになる。

本発明において、この混合物の調製に使用する酸化マグ
ネシウム粉末及び酸化アルミニウム粉末としては、それ
ぞれ市販のものを用いることができるか、透光性を発現
させるために、高純度のものを使用することが好適であ
る。また、焼結密度を向上させ、良好な透光性を発現さ
せるためには、これらの平均粒径はサブミクロンのオー
ダー、例えば０．８μｍ以−１下の範囲にあることが望
ましい。

工程（ｂ）： 本発明においては、次いで、上記混合粉末にアクリル系
樹脂を混合する。このアクリル系樹脂は、界面活性剤的
な作用を有するものてあり、これを用いることにより、
酸化マグネシウム粉末が、酸化アルミニウ粉末中に均一
に分散される。

このアクリル系樹脂は、得られる混合物全体当たり１〜
１０重量％、特に２〜６重量％の割合で使用する。アク
リル系樹脂の使用量か１重量％未満あるいは１０重量％
を超えるときには、酸化アルミニウム粉末中に酸化マグ
ネシウムが均一に分散されず、その結果として、最終製
品（焼結体）の透光性かその部分によって異なってしま
う。

またこのアクリル系樹脂としては、ガラス転移温度（Ｔ
ｇ）が１００℃以下のものか使用される。ガラス転移温
度が１００℃よりも高いアクリル系樹脂を用いると、後
述する射出成形により得られる成形体か硬くて脆いもの
となり、そのハンドリング性の問題を生じる。アクリル
系樹脂の具体例としては、アクリル酸メチル、アクリル
酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸イソブチル、
アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸２−エチルシク
ロヘキシル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ヒドロキ
シエチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、
メタクリル酸ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタク
リル酸シクロヘキシル、メタクリル酸２−エチルヘキシ
ル、メタクリル酸ｔ−ブチル、メタクリル酸グリシジル
、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸ラ
ウリル等の重合体を挙げることができ、これらは単独ま
たは２種以上をブレンドして使用することかでき、さら
に上記のモノマーの２種以上を共重合して使用に供する
こともできる。

上述したアクリル系樹脂と、工程（ａ）で調製された混
合物との混合は、それ自体公知の種々の方法により行う
ことができるが、ファインセラミックスでしばしば用い
られるスプレードライヤーにより顆粒粉を作製する方法
が最も好適である。

工程（Ｃ）； この工程（Ｃ）においては、工程（ｂ）で得られた酸化
マグネシウムか均一に分散された混合粉末にバインダー
材を加えて混線を行う。

この工程で使用されるバインダー材は、後述する射出成
形を前動に行うために使用されるものであり、通常、射
出成形後の成形体の形状保持に寄与する熱可塑性プラス
チックと射出成形時の流動性に寄与する熱可塑性プラス
チックとが組み合わせて使用される。

この形状保持に寄与する熱可塑性プラスチックとしては
、メルトフローレー）　（ＭＦＲ，ＡＳＴＭ　Ｄ　１２
３６゜２３０’Ｃ）か１００〜３００ｇ／１０分の範囲
にある熱可塑性樹脂、例えば、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ア
クリレート共重合体、ポリスチレン等を例示することか
できる。ＭＦＲが１００ｇ／１０分よりも低い場合には
、射出成形性が不満足なものとなり、また３００ｇ／１
０分よりも高い場合には、射出成形体の強度や形状保持
性が低くなる。

また射出成形時の流動性に寄与する熱可塑性プラスチッ
クとしては、ビカット軟化点（ＪＩＳ　Ｋ　７２０６）
か５０〜９０℃の範囲にあるワックス類、例えばパラフ
インワックス、マイクロクリスタリンワックス、低分子
量ポリエチレンワックス、変性ワックス、アタクチック
ポリプロピレン等を挙げることができる。

この軟化点が５０℃よりも低い場合には、射出成形のサ
イクルタイムが長くなり、また軟化し易いために成形時
の作業性が悪くなる等の不都合を生じる。

さらに軟化点か９０℃よりも高い場合には、流動性が低
下し、また熱分解点が高くなるので、脱バインダー性が
低下する。

これらの形状保持に寄与する熱可塑性樹脂と射出成形時
の流動性に寄与する熱可塑性樹脂とは、その種類によっ
ても異なるが、一般に重量基準で、４．１〜１：４、特
に３：１〜ｌ：３の割合で使用されることが好適である
。

本発明において、上述したバインダー材は、前述したア
クリル系樹脂との合計量で、混練物当たり、３５〜７０
容量％の割合で使用されることが必要である。３５容量
％よりも少ないと、混線物の流動性が低下して射出成形
が困難となり、また７５容量％を超えると、脱バインダ
ーが非常に困難となり、最終製品の透光性が低下する等
の不都合を生じる。

またバインダー材との混線は、ニーダ−１各種ミキサー
等の混線装置を用いて容易に行うことかできる。

工程（ｄ）； 次いで、前記工程（Ｃ）で調製された混練物を所望の型
を有する金型内に射出し、目的とする型を有する成形体
を得る。

この射出成形は、通常のプラスチックの射出成形で用い
られている設備、装置をそのまま利用して行うことがで
きる。射出条件は、一般に加熱温度８０〜２００℃１射
出圧力５θＯ〜２０００ｋｇ／ａｌとすることが望まし
い。

工程（ｅ）； 次いて、上記成形体について脱バインダーを行い、成形
体に含まれているアクリル系樹脂及びバインダー材の除
去を行う。

この脱バインダーは、通常、大気中あるいは窒素ガス等
の不活性雰囲気中での加熱により行われる。

加熱温度は、−数的に４００〜６００℃の範囲である。

工程（ｆ）。

上記の脱バインダーに引き続いて焼成処理が行われる。

本発明においては、この焼成を水素雰囲気中あるいは真
空中で行うことか必要である。一般に、焼成の最終段階
では、通常、結晶粒内に小さいボアが存在しており、こ
のボアを消滅することか透光性を向上させる上で重要と
なる。即ち、水素中で焼成を行うと、このボア内には水
素が残存することになるか、水素は拡散性に優れててい
るために、容易にボアから結晶粒界を通って焼成体から
排出される。この結果として、ボアはイオンの拡散によ
り、容易に消滅することになる。また真空中ではボア内
には殆ど気体が存在しないために、同様にして、ボアは
イオンの拡散により容易に消滅するのである。従って、
水素雰囲気中あるいは真空中での焼成により、透光性に
優れたセラミックスが得られるのである。

また焼成温度は１６００〜２０００℃１特に１７００〜
１９００℃の範囲とされる。１６００℃よりも低い温度
では、得られる焼成体の相対密度が充分に向上せず、そ
の結果として、透光性か低下し、また２０００℃より高
し１温度で焼成を行うと、焼成体表面からマグネシウム
カＡ蒸発し、その結果として焼成体表面の相対密度か向
上せず、透光性とならずに白色化することになる。

かかる焼成は、焼成体の相対密度か９９％以上となる程
度に行われる。

透光性セラミックス か（して得られる本発明のセラッミクスは、酸化マグネ
シウムが　０．０１〜０．２重量％及び残部力く酸イヒ
アルミニウムという組成を有しており、可視光領域にお
ける透光性が極めて優れている。例えば、後述の実施例
から明らかな通り、−１ｍｍての厚みにおけるインライ
ン透過率が６０％以上の範囲にあるものである。このイ
ンライン透過率は、一定厚さの試料に対して、一定強度
の平行光線を入射した時の入射光強度に対する一定角度
内に入射する透過光強度の比率を示すものである。

（実施例） 実施例１〜７ 平均粒径が０．１５μｍの酸化マグネシウム粉末と、平
均ア径が０．５３μｍの酸化アルミニウム粉末とを用い
て、酸化マグネシウム含量を第１表に示す様に種々変え
て混合粉末を調製した。

次いて、アクリル系樹脂としてポリブチルメタアクリレ
ート（ガラス転移温度；２０℃）を、第１表に示す様に
、その添加量を種々変えて上記混合粉末に添加し、遠心
式スプレードライヤーを用いて顆粒化し、均一分散物を
調製した。調製された均一分散物（顆粒）の中心粒径は
、何れもほぼ４０μｍである。

これら均一分散物の各々に、バインダー材として各種熱
可塑性プラスチックを加え、プラネタリ−ミキサーで混
線物を調製した。用いた熱可塑性プラスチックの種類及
びその添加量は第１表に示した通りである。尚、この熱
可塑性プラスチックと前記アクリル系樹脂（ポリブチル
メタアクリレート）との合計量での容量％も併せて第１
表に示した。

この混線物を、射出成形機にて、射出温度９０℃及び射
出圧６００ｋｇ／ａｌの条件で射出成形し、直径が１０
闘、厚さ２ｍｍの円盤状の成形体を得た。

次いで、空気気流中で、この成形体を加熱しながら（加
熱温度；５００℃）脱バインダーを行い、さらに水素気
流中において、１８００℃の温度て６時間焼成を行った
。

得られた焼結体表面をダイヤモンドて研磨し、厚さを１
ｍｍの揃えた後、吸光度計を用いて可視光領域（３００
ｎｍ〜１１ｌ１００ｎでインライン透過率を測定した。

測定結果を第１表に示す。

尚、バインダー材として用いた熱可塑性プラスチックの
物性は、次の通りである。

ポリエチレン； ポリスチレン； ポリプロピレン； エチレン−酢酸ビニル共重合体； パラフィンワックス； アタクチックポリプロピレン； 変性ワックス； 比較例１〜６ 比較のために、前記酸化マグネシウム、ポリブチルメタ
アクリレート及びバインダー材である熱可塑性プラスチ
ックの使用量を種々に変えた以外は、上記実施例と同様
にして焼結体を作成し、そのインライン透過率の測定を
行った。測定結果を第２表に示す。

尚、比較例１及び２は、酸化マグネシウムの使用量か本
発明の範囲外であり、比較例３及び４は、ポリブチルメ
タアクリレートの使用量か本発明の範囲外であり、比較
例５及び６は、ポリブチルメタアクリレートと熱可塑性
プラスチックの配合量の合計量が本発明の範囲外の例で
ある。

（発明の効果） 本発明のセラミックスは、可視光領域における透光性が
極めて優れており、また本発明の製造方法によれば、射
出成形法を使用して、三次元的に複雑な形状を有し且つ
透光性に優れたセラミックス成形品を有効に製造するこ
とか可能となる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化マグネシウム０．０１〜０．２重量％及び残
   部が酸化アルミニウムからなり、１ｍｍの厚みにおける
   インライン透過率が６０％以上であることを特徴とする
   透光性セラミックス。
2. （２）（ａ）０．０１〜０．２重量％の酸化マグネシウ
   ム粉と残部が酸化アルミニウム粉の組成となるように混
   合粉末を調製する工程、 （ｂ）前記混合粉末に、ガラス転移温度が１００℃以下
   のアクリル系樹脂を全体の１〜１０重量％となるように
   混合して、酸化マグネシウム粉を酸化アルミニウム粉中
   に均一に分散させる工程、 （Ｃ）酸化マグネシウム粉が均一に分散された前記混合
   粉末に、バインダー材を、該バインダー材と前記アクリ
   ル系樹脂との合計量が全体の３５〜７０容量％となるよ
   うに添加して混練する工程、 （ｄ）前記混練物を所定形状の成形体に射出成形する工
   程、 （ｅ）前記成形体から、前記アクリル系樹脂及びバイン
   ダー材を除去する工程、 及び、 （ｆ）前記アクリル系樹脂及びバインダー材が除去され
   た成形体を、水素雰囲気または真空中において、１６０
   ０〜２０００℃で焼成する工程、 から成る透光性セラミックスの製造方法。