JPH0426543A - 透光性コーディエライト焼結体及びその製造法 - 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〕 本発明は透光性を示すコーディエライトｌ＠結体及びそ
の製造法に関する。さらに詳しくは、焼結特性の向上に
より、高温触媒担体等の現在の利用分野におけるコーデ
ィエライトの１性向上のみならず、耐熱衝撃性と透光性
の両方を必要とされる発光管、高温炉窓材、集光炉反応
管等に利用可能な透光性コーディエライト焼結体及びそ
の製造法に関する。

〔従来の技術〕

高温炉窓材、集光炉反応管のような耐熱性と透光性を必
要とされる分野では、従来、１０００℃以下の使用環境
では透明石英が、またそれより高温では透光性アルミナ
が変われているが、アルミナは比較的熱膨Ｖｉ係数が大
きい（ａＳ×１０−’　（／Ｃ）　）ため熱衝撃に弱く
、アルミナの断熱保護が不可能な場ｔは使用温度が限ら
れていた。従って透明石英の使えない高温域において使
用町艶な透光性セラミックスとしては、わずかに透明ム
ライト（熱膨張係数４０Ｘ１０−へて））が最近開発さ
れて＾る種度でめった。従りて、耐熱性、低熱膨張性を
有するセラミックスの光透過特性の向上を図る必要があ
った。

コープイエライ）（３１！高使用ａ度１４００℃）は、
その低熱膨張％注（２，ＯＸｌ　０−’　（／℃）　）
　Ｋより、通常の磁器としての関用以外に、耐熱衝撃抵
抗が必要な場における部材として、飼えば自動車の排ガ
ス浄化用触媒担体（ハニカム）等に使用さｎており、ま
た高温高周波絶！′＃性の利用が検討されているところ
である。しかし、コーディエライトセラミックスは難焼
結性で、液相焼結にシける液相生成温叢の制−が非常（
難しい。すなわち純粋相における緻密化の許容温度範囲
がわずか１０℃程度で、緻密化が非常に内層であり、ま
たムライト・スピネル等の異相を析出しやすいという間
唾点を有していた。

一般に多結晶ｔｌｔＪｇ体のセラミックスが透光体ない
しは透明体となるのは次に挙げるような条件を満走す場
合と考えらｎている。

■多結晶渾を構成する結晶粒子に光学的異方注妙；少な
いこと、また透明体の場合ζ、結晶方位が遣っているこ
と。

■光散乱の原因となる、格子欠陥・不純豐相・１析・空
孔等が粒界及び校内に存在しないこと（すなわち緻密で
均質な焼結体であること）または光散乱の原因となるも
のが可視光の波長より十分小さく、散乱を起こさないこ
と。

■散乱の原因の一つである結晶粒界の数が余り多くない
こと、即ち適度の粒子径であること。

■焼結体表面における散乱が生じないこと、即ち表面が
平滑なこと。

このなかで、コーディエライトは斜方晶系（低＠型コー
ディエライト）及び六方−系（高温型）であり、光学的
異方性を有するため■の条件を満たすことができず、本
質的には透明体となりえない。従って、焼結体の透光度
を上げることが検討対象となるわけであるが、そのため
には■〜■の光散乱の原因となるものｆｔ除去すること
が必要となる。セラミックスグロセッシングにおいてこ
れを行うためには、焼結体は高度に＃密・均質化するこ
とが必要となる。焼結体を高１ｆＫ＃密・均質化するた
めＫＦｉ、（ａ）原料粉体の高純度化、均質化、微粒子
化と（ｂ）焼結通権での微ｆ８岨鐵制創が行われる。（
ａ）としては、共沈法、金属アルコキシド法、Ｉｔ椿乾
ｍ！法等が用いられており、例えば金属アルコキシド法
により均質な′１ｆＩｉ微粒子原料粉体が得られており
、こ九を用りて常圧焼結によりＪ密度の焼結体が傅らｎ
て偽るが、焼結時の池の析出相や空孔の残留したもので
あり、また（ｂ）〈関しても、常圧焼結や雰囲気焼結で
は残留気孔の除去が十分に行われておらず、透光度の高
いコーディエライト焼結体はこれまで得られていなかっ
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記従来技術の問題魚ＶＣ′７ＩＭみてなされ
たものである。

本発明者等は、さきに挙けた（ａ）の例としてゾル−ゲ
ル法及び共沈法を用い、（ｂ）として常圧焼結により他
の結晶相の析出なしく埋輸密度近くまで焼結させ、さら
に熱間静水圧プレス（ｔ（ＩＰ）矢金用いることにより
、はぼ理論ｆｆ１ｌｆＫ：＋！！　した空孔等の欠陥を
＃去した＃ＩＭ体を得、このようにして得走コーディエ
ライト＊＃＃は高い透光性（全透過率２０襲以上）を示
すものとなることを見出し本発明を完成した。

本発明の目的は、高い透光性を有するコーディエライト
焼結体及びその衾遣方法を提供することにある。

〔Ｉ！ｌｌ１ｉを解決する之めの手段〕本発明はコーデ
ィエライトの埋ｍ組！ｉｔ（２Ｍｇ０・２　ＡｌｔＯｓ
・５ＳｉＯ＊）乃至その近傍の組成ｔＷし、王としてコ
ーディエライト結晶相から成り、全透過率が２０喀以上
でろることを特徴とする透光性コーディエライト焼結体
く関する。更に本発明はコーディエライトの理論組成（
２ＭｇＯ・２　ＡｔｔＯｓ・５ＳｉＯｔ）乃至その近傍
のｉＩｉ成金有し、主としてコーディエライト結晶相か
ら成るｇ８帖ＫＫ対して、１５５０〜１４５０℃、１０
００〜２０００気圧で熱間静水圧プレスを行うことを％
微とする全透過率が２０襲以上の透光性コーディエライ
ト焼結体の製造法（関する。

コーディエライトの合成には、従来主としてカオリン、
メルク、粘土、珪石等の天然Ｎ科が亭寺セ４用いられて
いたが、不純物による光散乱を防ぐために、本発明に用
いる原料としては、純ｔ９９．５％以上のものが必要と
なる。

コーディエライトの理論組成近傍とは、理論組成（Ｍｇ
０２　Ｚ２−ｖ−ル％、Ａｌｔｏｓ　２　Ｚ　２　％　
ル％、８ｉ０ｔ５ａ６モル≦）からのずれが、ＭｇＯと
して一２〜＋３モル％、Ａｔ４０ｍとして−４〜＋１モ
ル襲、及びＳ　ｉ　Ｏ！として−４〜＋１モル襲の組成
の範囲のものである。

コーディエライトの理論組成近傍の原料の合成方法とし
ては、成分を均質〈混合する方法である、共沈云、金属
アルコキシド法、噴椿乾燥ｆ！：等が挙げられる。

シリカゾルとアルミナゾルを混合した系にマグネシウム
の塩を加えてゾルのゲル化と共沈を同時に起こして、混
合粉末を得る方法も適用できる。この場合を更（具体的
に説明すると、コーディエライトの理−組成近傍になる
よう（、シリカ、アルミナ各々の酸性安定化ゾル及び硝
酸マグネシウム水溶液を混合し、ｌＲ酸アンモニウムを
加えて、急激に強アルカリ性にしてゾルをゲル化し、同
時にマグネシウム塩を沈殿させる。これを濾過し、乾燥
させることにより各成分がミクロスケールで均質に混合
された乾燥粉体を傅ることができる。こｎｔ−１２００
〜１３００℃で仮焼し、粉砕後、加圧成形をする。得ら
ｎた成形体を常圧・大気下１４２０℃〜１４５０Ｃで焼
結を行うこと（より、理論密度に近い試料では、この段
階で既に１０〜２０％程度の透光性を示す。さらに１３
５０〜１４５００．１０００〜２０００気圧（アルゴン
雰囲気）の条件下でＨＩＰ処理を行うことにより、はぼ
理Ｊａｍ！！ＦＩ［の焼結体が得られる。得られた焼結
体の微組織は残留気孔がない緻密均質で粒界相をほとん
ど含まないものである。

〔発明の効果〕

このようにして得られたコーディエライト焼結体は従来
にない、可視光域で２０％以上の全透過率を示すものが
得られる。

全透過率は常法、例えば日本ｆｆ！工業社製の）（ＴＲ
メータを使用することにより測定される。

ま九この得られた焼結体は従来のものより焼結性が向上
しているため、曲げ５！Ｊ度・破壌靭性値・高温１８縁
性等の機械的・電気的特注の向上が認められ丸。

本発明の透光性ゴーデイエライト焼結体は、耐熱性と透
光性の両方を必要とする用途において、こｎまで適当な
材料がなかった頭載をカバーするものであり、また同時
（コーディエライトセラミックス本来の特性を向上させ
ることにより、高温材料としての利用面が更に加速さ詐
る。

〔実施例〕

以下実施例を４って本発明を更に詳細に説明する。

実Ｊ［１ 水酸化マグネシウム（賦４特級）１２２を７規定硝酸２
００ｄに溶解し、その溶液に”アルミナゾル（日量化学
社製　商品名　アルミナゾル−２００）１１ｔｌＦ、　
ボロイダルシリカ（日量化学社製　商品名　スノーテツ
クス０）８１＞７？ｆ混合、攪拌することによりコーデ
ィエライトの理論組成比に＃合した。得らｎたゾル溶！
Ｉ！に６規定の炭酸アンモニウム１０００ａ／を加えゲ
ル化及び共沈を行った。得られたゲル体を乾燥し、１２
ＱＱ〜１５００℃で１時間仮焼し、ボッ）＜ルで１２時
間粉砕し友。得られ九粉宋を一報及び等方加圧成形によ
り成形体を作成し、１４５０℃で１時間常圧焼結し、そ
の後１４２０℃、２０００ｋｇｆ／ｄで１時間ＨＩＰ処
理と行った。ＨＸＰの処理ガスはアルゴン、ヒーターは
グラファイトである。得られた焼結体の￥！ｊｌＩＬは
ｚ、ｓ４ｒ／＆（アル中メデス法による測定）、熱膨張
係数は１，６Ｘ　１０”−’／Ｃ（室ｌＩＮ〜１２００
℃）、全透過率は４０％（可視光域、日本樗蜜工学社製
のＨＴ凡　メータ）であった。

これに対し、）（ＩＰ処理をする前の１４５０（：で１
時間常圧焼結しただけの試料の全透過本ｄ５弧であった
。

第１図１ｌｔＨＩＰ処理前と処理後の円板状焼結体の透
過性の差を比較したものであり、 第１図左側がＨＩＰ処理廟（全透過率５％）右側がＨＩ
Ｐ処理後（全透過率４０％）のものである。ＨＩＰ処理
前の焼結体の場合は透過性が悪いため裏側のローマ字を
見ることができないが、本発明のＨＩＰ処理後のｍ給体
の場合ｒｉ裏側のローマ字ＩＣ８を読みとることができ
る。

実施例２ 出発物質として、金属アルコキシドを用いた。

α０１モルの塩酸を含有する２００ｄエタノールと水の
混合溶媒ｉ（，５１１Ｆの珪酸エチルを添加して７０Ｃ
で１時間攪拌して珪酸エチルを部分加水分解させた。こ
の反応液に、５００ｇ／のブタノールと４００ｍのジメ
トキシエタノールの混合ｆｌｌｒｍＫ４ｃ１９５ｆのア
ルミニウムインプロポキシドと１ｔ４２のマグネシウム
ジェトキシドラ添加しＺＵｆ間攪拌混会した溶液を加え
、７５℃で５時間還流を行っ九。この混合溶液の溶媒を
蒸発さセテ、コーディエライトの理論組成の前駆体粉末
を得た。これを８００〜９００℃で１２時間仮焼し、実
施例１と同様にして解砕及び成形を行い、１４２０℃で
焼結させ、ＨＩＰ処理を行った・得られた焼結体の密ｌ
ｔは２．５２Ｆ／譚（アルキメデス法による測定）、熱
膨張係数はＬ７ＸＩＱ−’／℃（室！〜１２００℃）、
全透過率は４０％で実施例１と同様の透光性焼結体が得
らｎた。

【図面の簡単な説明】

工業技術院長の復代理人 （ほか２名）−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）コーディエライトの理論組成（２ＭｇＯ・Ａｌ＿
   ２Ｏ＿３・５ＳｉＯ＿２）乃至その近傍の組成を有し、
   主としてコーディエライト結晶相から成り、全透過率が
   ２０％以上であることを特徴とする透光性コーディエラ
   イト焼結体。
2. （２）不純分０．５％未満で、コーディエライトの理論
   組成（２ＭｇＯ・２Ａｌ＿２Ｏ＿３・５ＳｉＯ＿２）乃
   至その近傍の組成を有し、主としてコーディエライト結
   晶相から成る焼結体に対して、１３５０〜１４５０℃、
   １０００〜２０００気圧で熱間静水圧プレスを行うこと
   を特徴とする、全透過率が２０％以上の透光性コーディ
   エライト焼結体の製造法。