JPH0475187B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

「産業上の利用分野」 本発明は、耐熱性及び曲げ強度等に優れた特性
を有する新規マイカセラミツクスの製造法に関す
るものである 「従来技術及びその問題点」 従来フツ素雲母を含有したセラミツクスの製造
法としては、(1)ホツトプレス法、(2)リン酸ボンド
法、(3)ガラスボンド法、(4)結晶化法、(5)微粒体埋
め焼き法等が知られている。 しかして上述の(1)のホツトプレス法は、フツ素
雲母粒子の結合を主体とするものであり、得られ
た雲母は絶縁特性等に優れていたが、設備的、経
済的に無理があり、コスト高になる欠点があり (2)のリン酸ボンド法は、焼成時間の制約を受け
るため、大型品の製造は困難な欠点があり、 (3)のガラスボンド法は、低融点ガラスが結合剤
となるため、耐熱性が700℃と低い欠点があり、 (4)の結晶化法は、適当な雲母組成付近のガラス
から熱処理によつて、フツ素雲母の微結晶をラン
ダムに成長させたもので、コーニング社より商品
名「マコール」で市販されており、緻密なガラス
セラミツクスで大型品も製造できるが、コスト高
となる欠点があり、 (5)の微粒体埋め焼き法は、粒径3μ以下のフツ
素雲母を主成分として適当な焼結助剤を添加し、
フツ素含有の耐火粉末中で埋め焼きしたもので、
大型品の製造は可能であるが、フツ素雲母の粒径
を3μ以下に微粉砕しなければならず、雲母は平
板状で微粉砕し難いこともあつて、コストが高く
つく欠点があり、また緻密な焼結体を得るため、
フリツトやフツ化物を焼結助剤として添加するの
で、その特性上、耐熱性が熱膨張曲線で500℃付
近から急激に変化する欠点がある。 「発明の概要」 本発明は、これらの欠点を解消し、安価で曲げ
強度の強い、最高使用温度1000℃に耐えるマイカ
セラミツクスを提供することを目的とする。 更に本発明は、先に出願した「コーデイエライ
ト質−マイカ系焼結体の製造法」（特開昭60−
33253号）の欠点であつた機械加工性を飛躍的に
改良したマイカセラミツクスを提供することを目
的とする。 本発明の製造法により生成するバリウム雲母
（BaMg₃Al₂Si₂O₁₀F₂）は、フツ素金雲母に比し、
硬度が高く、耐熱絶縁性に優れ、またホツトプレ
スによる焼結体は機械加工性に優れることが知ら
れている。 本発明者等は、コーデイエライローマイカ系焼
結体の研究を進める過程で、コーデイエライト
（2MgO・2Al₂O₃・5SiO₂）が分解し、一部Ba−
雲母に変化すること、そして得られた焼結体が特
性的に大変優れていることを見出し、本発明に到
達した。 即ち本発明は、フツ素金雲母40〜70重量％と合
成コーデイエライト30〜60重量％の割合の調合物
100重量部に対し、コーデイエライトと反応して
主にバリウム雲母とガラス相に変化するフツ化バ
リウム10〜30重量部、酸化アルミニウム２〜10重
量部、フツ化マグネシウム０〜10重量部を添加
し、混合した後成形し、フツ素雲母粉末中に埋め
て焼成することを特徴とする。以下に本発明を詳
細に説明する。 まず、フツ素金雲母（KMg₃AlSi₃O₁₀F₂）と合
成コーデイエライトとの比率は、フツ素金雲母が
40重量％未満だと得られる焼結体が硬く、機械加
工性が悪く、また70重量％を越えると、得られる
焼結体の吸水率が高く、緻密な焼結体とはなり難
い。更に、機械加工性、吸水率等を勘案すると、
フツ素金雲母50〜60重量％、コーデイエライト40
〜50重量％の範囲が最適である。 コーデイエライトと反応してBa−雲母とガラ
ス相に変化させ緻密な焼結体を得るには、BaF₂
とAl₂O₃が必要であり、BaF₂単独の添加では、
緻密な焼結体は得られない。 それぞれの添加量は、フツ素金雲母50〜60重量
部、コーデイエライト40〜50重量部に対し、
BaF₂20〜25重量部、Al₂O₃5〜6.5重量部が最適で
ある。BaF₂がこれより少ないとスピネルが生成
しやすくなり、特に10重量部未満だとＸ線回折分
析で僅かなピークのBa−雲母の生成しか認めら
れず、スピネルMgOAl₂O₃のピークが大きくな
り、またガラス相も熱的に不安定なため、500〜
600℃で焼結体は灰色化現象を起す。また30重量
部以上だと緻密な焼結体が得られにくい。 Al₂O₃の添加は、Ba−雲母及び熱的に安定なガ
ラスの生成に影響を与えているものと推察され、
Al₂O₃無添加品は、約0.5％程度迄の吸水率しか達
成できない。Al₂O₃は少量の添加で効果があり、
特に５〜6.5重量部の添加が最適である。10重量
部を越すと、結晶相として、スピネルとセルジア
ン（BaO・Al₂O₃・2SiO₂）が多くなるため、硬
くなり、機械加工性が損なわれる。 MgF₂の添加は、Ba−雲母の生成量を増やすも
のと推定される。無添加でも焼結体の特性は一定
の水準を保つことができるが、MgF₂を添加した
系は、絶縁特性が更に良くなる。しかし10重量部
を越えると、Ba−雲母生成必要量に対し、Mg過
剰となり好ましくない。 本発明に用いるフツ素金雲母は、ボールミル粉
砕された44μ以下のものが好ましく、これより粗
い粒子が入ると、緻密化が難しく、強度的にも問
題を生じやすい。また、44μ以下の粒子は350メ
ツシユの篩分けで簡単に得られる点でも好都合で
ある。 使用する合成コーデイエライトとしては、コー
デイエライト理論組成のMgO13.8重量％、
Al₂O₃34.9重量％、SiO₂51.3重量％が最適である
が、市販のMgO5〜17重量％、Al₂O₃30〜53重量
％、SiO43〜60重量％のものでも同様に使用する
ことができる。 焼成は、焼成温度以上の融点を持つフツ素雲母
粉末中、特にフツ素金雲母中で行なうのが望まし
い。フツ素金雲母は1300℃付近から急速に分解
し、主にSiF₄を分解発生ガスとして発生させるた
めである。一方、フツ素を含有した耐火粉末中で
は1320〜1360℃と焼成温度が高いため、耐火粉末
自体も焼結し、良い結果は得られなかつた。また
フツ素ガス雰囲気中の焼成は、焼結体のそりの発
生が大きく不適当であつた。本発明で用いたフツ
素金雲母粉末中では、得られる焼結体のそりの発
生も小さく、また、フツ素金雲母と焼結体との反
応は、表面に僅かにフツ素金雲母がこびりつく程
度であるから、これは、ヤスリ、サンドペーパー
等で簡単に除去することができる。 焼成温度は、原料の配合比でそれぞれ異なる
が、1320〜1360℃の間で目的とする焼結体を得る
ことができる。操炉上では焼成温度範囲はが10〜
20℃あるので実用上で差し支えない。 このようにして得られる焼結体は、主として、
フツ素金雲母とBa−雲母が1000℃の高温迄充分
に耐えるガラス相を介して結合されたもので、緻
密で曲げ強さが強く、耐熱性と機械加工性、絶縁
特性に優れたマイカセラミツクスである。即ち、
本発明による焼結体は、フツ素金雲母とコーデイ
エライト、BaF₂、Al₂O₃更にはMgF₂がフツ素金
雲母粉末中で1320〜1360℃の温度で焼成されるこ
とにより、フツ素金雲母の分解は起つても僅か
で、コーデイエライト、BaF₂、Al₂O₃、更には
MgFが主にガラス相とBa−雲母に変化し、この
ガラス相がフツ素金雲母の結合相となり、電顕観
察では明瞭ではないが、更にその結合相であるガ
ラス相中にBa−雲母の微粒子が析出した複合組
織になつているものと推定される。 更に、低価格な合成コーデイエライトをかなり
使用でき、またフツ素金雲母の粒径も44μ以下で
充分であるので、原料コストが安く、しかも製造
工程に於いても、従来の窯業的手法で充分可能で
あることから、安価にマイカセラミツクスを提供
できる。 「実施例」 次に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されない。 実施例 １ 44μ以下のフツ素金雲母と、市販のコーデイエ
ライト粉末（ほぼ2MgO・2Al₂O₃・5SiO₂の組
成）、及びBaF₂、Al₂O₃、或いはMgF₂を第１表
に示す割合（重量部）で調合し、水と共にポツト
ミル中で24時間混合磨砕した後乾燥した。

【表】 内である。
このようにして得た粉末混合物を750Kg／cm²の
成形圧で、厚さ３mmで直径60mmと28mmの円板に成
形した。このものを粒度80メツシユ以上のフツ素
金雲母粉末中に埋めて、1320〜1360℃の温度で焼
成した。保持時間は１時間とし、放冷して焼結体
を得た。1000℃以上の昇温温度は、70〜100℃／
hrとした。第２表に、得られた焼結体の吸水率、
鉄鋸切断による機械加工性の定性的な優劣及びＸ
線回折分析による結晶相（〇はピーク強度大、△
はピーク強度小）を示す。

【表】 第３表に代表的なものとして、吸水率が零に近
く、機械加工性の良好なものの諸性質を示す。

【表】 上記結果から明らかなように、熱膨張係数は
8.8×10^-6以上で、高いものは金属の熱膨張係数
に近く、そのため金属との結合部材として好都合
である。また熱膨張曲線は途中700〜800℃で僅か
に変化するが、1000℃迄ほとんどなだらかな直線
的変化を示し、急激な変化は認められない。曲げ
強さは、1190Kg／cm²以上の値を示すが、これは機
械加工に充分耐え得る強度である。また、6.0mm
φのHSSドリルで穴明け加工をしたところ、縁
の欠損もなく、仕上りも良好であつた。電気的性
質もTe値で750℃以上、tanδで31×10^-4以下、耐
電圧は16KV／mm以上と優れた値を示した。ビツ
カース硬度（HV）とシヨアー硬度（HS）の測
定結果によれば、Hv＝170〜250、Hs＝63〜79と
なり、両者の硬度は対応しなかつた。これは、押
込み硬さ測定法と反発硬さ測定法では、生じる破
壊応力が異なつたものと推定される。なお、ビツ
カース硬度は荷重１Kgで測定したが、圧痕は明瞭
な菱形を示さず、測定値のバラツキは大きかつ
た。また試料表面にはクラツクの伝播は認められ
ず、クラツクは雲母結晶で停止したものと想像さ
れる。 本発明の焼結体を微粉化し、昇温速度10℃／
minでDTA−TG分析した結果、1000〜1100℃で
約１％の重量減少があつたが、1000℃迄は何ら変
化は認められず耐熱性良好であつた。焼結体の見
掛比重は2.71〜2.80と高い値を示し、また破面を
走査電子顕微鏡で観察したところ、ピンホールは
ほとんどなく、雲母結晶がランダムにかみ合つた
緻密な組織であつた。 「発明の効果」 以上述べた如く、本発明のマイカセラミツクス
焼結体は、従来のものより優れた特性を示すの
で、機械加工容易なセラミツクスとして、絶縁材
料、耐熱部品、高温用機械部品等に汎用されるこ
とが期待される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ フツ素金雲母40〜70重量％と合成コーデイエ
   ライト30〜60重量％の割合の調合物100重量部に
   対し、フツ化バリウム10〜30重量部、酸化アルミ
   ニウム２〜10重量部、フツ化マグネシウム０〜10
   重量部を添加し、混合した後成形し、フツ素雲母
   粉末中に埋めて焼成することを特徴とするマイカ
   セラミツクスの製造法。 ２ フツ素金雲母50〜60重量部、合成コーデイエ
   ライト40〜50重量部に対し、フツ化バリウム20〜
   25重量部、酸化アルミニウム５〜6.5重量部を添
   加する特許請求の範囲第１項に記載のマイカセラ
   ミツクスの製造法。 ３ フツ素金雲母の粒度は、44μ以下である特許
   請求の範囲第１項に記載のマイカセラミツクスの
   製造法。 ４ フツ素雲母粉末が、フツ素金雲母粉末である
   特許請求の範囲第１項に記載のマイカセラミツク
   スの製造法。 ５ 合成コーデイエライトが、MgO5〜17重量
   ％、Al₂O₃30〜53重量％、SiO₂43〜60重量％の範
   囲の組成を有する特許請求の範囲第１項に記載の
   マイカセラミツクスの製造法。