JPH0717459B2 - 高絶縁性高アルミナ質磁器組成物の製造方法 - Google Patents

高絶縁性高アルミナ質磁器組成物の製造方法

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JPH0717459B2
JPH0717459B2 JP60283661A JP28366185A JPH0717459B2 JP H0717459 B2 JPH0717459 B2 JP H0717459B2 JP 60283661 A JP60283661 A JP 60283661A JP 28366185 A JP28366185 A JP 28366185A JP H0717459 B2 JPH0717459 B2 JP H0717459B2
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一郎 吉田
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日本電装株式会社
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高絶縁性を有する高アルミナ質磁器組成物の製
造方法に関するものであり、特に自動車等の内燃機関用
の点火栓用碍子、半導体製品等の絶縁基板等として用い
られて有効なものである。
〔従来の技術〕 高アルミナ質磁器は、耐熱性を含めて化学的に極めて安
全であり、機械的強度が優れ、しかも製造法が量産に適
しているため内燃機関用点火栓等の電気絶縁材として広
く実用化されている。
一方、近年内燃機関の高性能化のために、点火栓に対す
る要求電圧は益々高まる傾向にあり、点火栓の絶縁碍子
に対する耐電圧特性の向上が要求されてきている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
これに対して点火栓に使用される従来のSiO2−MgO−CaO
系のガラス質フラックスを有する焼結体において、アル
ミナの含有率を高めることによりフラックスを少なくし
て耐電圧を改善したものが知られているが、上記要求に
対してはまだ十分とは言えないのが現状である。
そこで本発明者らが耐電圧の向上を目的として絶縁破壊
のメカニズムを詳細に検討した結果絶縁破壊が以下の2
つの原因の奏合により発生することが明らかとなった。
すなわち第1の原因は、第6図の焼結対組成図に示す如
く絶縁破壊が焼結体表面に発生するボイドと呼ばれる凹
部Bや焼結体内部の粒界A中に存在する気孔C等の欠陥
に、高電圧印加により電界が集中し、この集中電界によ
りイオン電流が流れて絶縁破壊に至るというものであ
る。
また、第2の原因は、従来用いられていたSiO2−MgO−C
aO系の焼結助剤は比較的低融点の粒界Aを形成し、前記
イオン電流により容易に溶融して絶縁破壊に至るという
点である。
以上の実験観察の結果に基づき、本発明者らは焼結体の
粒界組織の改良に着目して耐絶縁性を高めることを目的
とする。
〔問題点を解決するための手段〕
粒径0.6〜2μmのアルミナ微粉粒95〜99重量%と、粒
径0.5μm以下のア、ルミナ超微粉粒1〜5重量%と、M
gO,Y2O3,ZrO2,La2O3より選ばれた、少なくとも一つの添
加物の0.1〜0.4重量%(前記アルミナ超微粉粒に対して
1〜8重量%)との混合原料粉末を、形成,焼結するこ
とによって焼結体とすることを特徴とする高絶縁性高ア
ルミナ質磁器組成物の製造方法を採用するものである。
〔作用〕
上記第1発明によれば、粒系0.5μm以下のアルミナ超
微粉粒が焼結後に形成される粒界の融点を高めることに
より、粒界の溶融を抑制し耐電圧を高めることができ、
また上記第2発明によれば、上記構成にさらにMgO、Y2O
3、ZrO2、La2O3のうち少なくともひとつを加えることによ
り、上記第1発明の方法により生じ易い空孔等の欠陥の
発生を抑制し、さらに耐電圧を高めることができるもの
である。
〔発明の効果〕
従って本発明の製造方法によれば、高アルミナ質磁器組
成物の耐絶縁性を大幅に向上させることができ、高電圧
の印加される部品の絶縁体として有効に使用できる。
〔実施例〕
以下本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
純度99.8%以上で平均粒径0.6μmに調整されたAl2O3
粉粒からなる主成分を97wt%、焼結温度が1300℃程度と
非常に低く、表面が活性な平均粒径0.15μmの低温焼結
性アルミナ超微粉粒(大明化学(株)製)からなる副成
分を3wt%混合した原料粉末の適宜の量の水を加えてア
ルミナボールを用いて湿式で24時間混合粉砕を行った。
粉砕後造粒のためポリビニルアルコール(PVA)の10wt
%水溶液を原料粉末に対し10wt%点火し再混合した後乾
燥を行った。次にこの乾燥造粒原料をさらに粗粉砕し、
60メッシュの目の粗さのふるいにかけることにより、粒
径のそろった原料粉末Aを作製した。
この原料粉末Aを金型に入れ面圧500kg/cm2で加圧して
直径30mmの円盤状に成形した後、耐熱アルミナ質製容器
中に0.1〜0.5mmのAl2O3の粉末を分散させた上へ、成形
体を載置し、電気炉中で100℃/hrの昇温率で1650℃まで
昇温、1650℃で2時間保持、その後100℃/hrで降温する
ことによりかさ比重3.72g/cm2、相対密度(かさ比重の
真比重に占める割合)94%の焼結体が得られた(組織図
を第1図に示す)。
次にこの焼結体をダイヤモンド砥粒等を用いた研磨盤を
用いて厚さ1.0±0.05mmに研磨加工を施し、第2図に示
す耐電圧測定装置にて耐電圧を実測した。焼結体10の一
面に電極11を導電ペースト等により貼り付けシリコンオ
イル12中に浸漬する。そして焼結体10の電極11の対向す
る面に、先端をニードル状に尖らせたプローブ13を固定
し、この状態で電極11とプローブ13との間で定電圧電源
14から発振器15とコイル16により発生させた高電圧を、
高電圧プローブ17とオシロスコープ18でモニターしなが
ら30 cycle/秒の周波数で毎秒0.2KVづつ電圧を上昇させ
試料の破壊した電圧をその焼結体試料の耐電圧とした。
その結果上記実施例のものは33KV/mmであった。一方比
較のために行った平均粒径2.5μmのアルミナ95wt%とC
aO−MgO−SiO2系フラックス5wt%からなる原料粉末から
上記と同様の方法により作製したものでは24KV/mmであ
り、本発明のものは40%近い耐電圧の向上がみられた。
このように耐電圧の向上した原因は、粒界部に存在する
フラックスがSiO2−MgO−CaO系のガラス質フラックスの
ため高電圧印加時にガラス中に含まれる可動イオン、電
子等によるジュール発熱で融解しやすい(従来のフラッ
クスの融点、1200〜1300℃)のに対し、本発明は低温焼
結性アルミナ超微粉粒に従来のフラックスの役割をさせ
ることに焼結を行わせるとともに、一端焼結後はアルミ
ナ焼結体となり、高融点化(融点2050℃)できるので粒
界の融点を大幅に高められるためであると考えられる。
次に上記実施例において低温焼結性アルミナ超微粉粒の
みを副成分として添加するだけでも従来品に比較し高い
電圧を示すが、低温焼結性アルミナ超微粉粒の焼結温度
が主成分のアルミナ微粉粒と大きく異なるため、焼結時
に若干の空孔組織が発生する。これを抑制するために高
融点のMgO(融点2800℃)、Y2O3(融点2400℃)、ZrO2
(融点2765℃)のうちいずれかを低温焼結性アルミナに
対し1〜8wt%、(全体から見て0.1〜0.4wt%)添加す
る事により、焼結体の緻密化が図れる事がわかった。そ
の結果を第3図に示す。図からわかるようにこれらの添
加物の添加量は低温焼結性アルミナに対し1〜8wt%で
密度が大きく、耐電圧も高くなることが明らかとなっ
た。これは、添加物と低温焼結性アルミナ微粉粒が高融
点化合物へ変化する事により低温焼結性アルミナ微粉粒
のみを添加して焼結した場合よりも焼結速度を遅くする
ことができ、低温焼結製アルミナのみで焼結した時には
焼結速度が速すぎるため生じた空孔を減少させることが
できたものと考えられる。第4図は主成分であるアルミ
ナ微粉粒の粒径を0.6μmとし、それに各粒径の副成分
とてる低温焼結性アルミナ微粉粒を1,3,5wt%それぞれ
添加した結果を示すもので、粒径0.1〜0.5μmの低温焼
結性アルミナ微粉粒を1〜5wt%添加した時いずれも従
来よりも高耐電圧が得られるが3〜5wt%でより効果が
大きい。また低温焼結性アルミナの粒径は小さいほど耐
電圧が高いが現在得られるものの下限は0.10μm程度で
ある。
添加物としてのY2O3、ZrO2,MgOについては焼結工程上、
低温焼結性Al2O3と同等の焼結性を持たせるために0.1〜
0.5μmにするのが好ましい。また、Y2O3、ZrO2、MgOの
他にLa2O3も同様の効果がある。
次に本発明の高絶縁性高アルミナ質磁器組成物が好適に
用いられる内燃機関用点火栓の構造を第5図に基づいて
説明する。点火栓20は、エンジンのシリンダ内に置かれ
高電圧を発生するコイルからの印加電圧によって中心電
極21と接地電極22の間に放電を行わせる事によってガソ
リンと空気の混合気を着火させる働きをもつ。ハウジン
グ23は接地電極22と同じ電位であるためハウジング23と
中心電極21間の放電が生じないように絶縁碍子24が置か
れる。燃料が通常空燃比よりも小さい場合や他の着火し
にくい燃料では中心電極と接地電極の間に通常より高電
圧を印加しないと良好な着火を生じさせることができな
い。しかるに電圧がある大きさ以上になると絶縁碍子24
の一部が破壊されピンホールが生ずる。この状態になる
と接地電極22と中心電極21間に生ずべき放電がハウジン
グ23と中心電極21間で生じてしまい失火を起こす。
従来の絶縁碍子材であるAl2O3にSiO2−MgO−CaO系のフ
ラックスを添加した材料はすでに説明したように第6図
の如く表面にボイトと呼ばれる凹部Bや、粒界に気孔C
が多く存在する。これに高電圧が印加されるとこれらの
欠陥に電位が集中しその電位勾配によって粒界A、およ
び気孔Cに存在する動きやすいイオンによる電流が流
れ、この電流による発熱がさらに可動イオン数を増加さ
せる事により、さらに電流が流れて発熱するというサイ
クルを繰り返す。この発熱量がアルミナの分解エネルギ
ーよりも過大となった時に破壊が生ずる。
本発明者らは破壊が最初粒界になるガラス成分から始ま
る事を見出しこの結果より粒界をより高融点材料とし、
かつ緻密にAl2Oを焼結させる添加剤を検討した結果低温
焼結性アルミナ超微粉粒を従来のガラス系フラックスの
かわりに用いるという考えに至った。この材質単体では
1300℃程度で焼結可能であるため従来フラックスと同等
の働きをし、一度焼結すれば従来と同等の融点をもつた
め従来品よりも耐電圧を高くできる。また添加量も少量
のため大きなコストアップにはならない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の製造方法により製造された高絶縁性高
アルミナ質磁器組成物の組織を示す模式図、第2図は耐
電圧測定装置を示す系統図、第3図,第4図はそれぞれ
焼結体の相対密度、耐電圧を測定した結果を示す特性
図、第5図は本発明の製造方法による高絶縁性高アルミ
ナ質磁器組成物が好適に用いられる点火栓の構造を示す
半断面図、第6図は従来の高アルミナ質磁器組成物の組
織を示す模式図である。 A……粒界。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】粒径0.6〜2μmのアルミナ微粉粒95〜99
    重量%と、粒径0.5μm以下のアルミナ超微粉粒1〜5
    重量%と、Mgo,Y2O3,ZrO2,La2O3より選ばれた、少なく
    とも一つの添加物の0.1〜0.4重量%(前記アルミナ超微
    粉粒に対して1〜8重量%)との混合原料粉末を、形
    成,焼結することによって、焼結体とすることを特徴と
    する高絶縁性高アルミナ質磁器組成物の製造方法。
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