JPS58185478A

JPS58185478A - 透光性アルミナ磁器の製造方法

Info

Publication number: JPS58185478A
Application number: JP57068665A
Authority: JP
Inventors: 駿蔵島井; 斉藤　義雄; 安藤　和; 小関　隆
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1982-04-26
Filing date: 1982-04-26
Publication date: 1983-10-29
Also published as: US4799601A; JPH0369859B2

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】本発明は透光性アルミナ磁器の製造方法に関するもので
ある。

透光性アルミナ磁器は、高圧ナトリウムランプ用発光管
として多く用いられている。透光性アルミナ磁器は化学
的に安定している。

透光性アルミナ磁器は機械的強度が大きい。

透光性アルミナ磁器は良好な電気的及び熱的特性を有し
ている。

このため、透光性アルミナ磁器は様々な用途に使用され
始めている。透光性アルミナ磁器を様々な用途に使用す
るためには、透光性アルミナ磁器の形状を多様化する必
要がある。

従来、透光性アルミナ磁器はアイソスタティックプレス
、押出し成形、型押し成形により成形されていた。従っ
て、透光性アルミナ磁器の形状は、チューブ、板、段付
き板など簡単なものに限られていた。アイソスタティッ
クプレス、押出し成形及び型押し成形では、高純度ルツ
ボ、大型の板、あるいは径が場所によって異なるチュー
ブなどは製造できない。

例えば、高演色高圧ナトリウムランプ用発光管の封着は
難しい。このため、発光管の端部封着部は管の中央部に
比し径の小さいことが好ましい。しかし、このような形
状の発光管はアイソスタティックプレス、押出し成形及
び型押し成形によっては製造できなかった。

また、メタルハライドランプ用発光管は従来の石英ガラ
スよりも透光性アルミナ磁器で作るのが好ましい。しか
も、メタルハライドランプ用発光管の形状は、アークの
挙動から直管よりも中央部の膨んだ形状が好ましい。

しかし、このような形状の透光性アルミナ磁器製発光管
はアイソスタティックプレス、押出し成形及び型押し成
形によっては製造できなかった。

透光性アルミナ磁器の形状を多様化するには鋳込み成形
が望ましい。しかし、透光性アルミナ磁器の鋳込み成形
には次のような問題が存在する。

（１）透光性アルミナ磁器の原料はアルミナ粉である。

アルミナ粉の粒子は、大きいものでも直径１μｍ以下で
ある。このような超微粉を泥漿とする場合、溶媒（一般
に水）の量を少なくすることが難しい。

このため、透光性アルミナ磁器の成形密度が低下する。

その結果、透光性アルミナ磁器は輿密度焼結するのが困
難になり、ポーラスになってしまう。

（２）透光性アルミナ磁器が十分な光透過率を得るため
には、原料のアルミナ粉の純度が９９．９％以上でなけ
ればならない。

このため、泥漿調整時の添加物が極端に限られてしまう
。

（３）アルミナ粉の泥漿には解−剤を添加づる。解膠剤
の役割等についての理論は、従来のセラミックの鋳込み
成形に基づいたものである。

従来のセラミックの鋳込み成形は、大部分粘土を用いた
系で行なわれていた。このため、解膠剤の従来の理論は
アルミナ粉のような超微粉にはあてはまらないものであ
った。

また、粘土を使わないセラミックの鋳込み成形には、従
来から解膠剤として水ガラス、フミン酸ソーダ、アルギ
ン酸ソーダ、ＰＶＡ等、ナトリウムを含むものを主に使
用した。

しかし、これらの解−剤は透光性アルミナ磁器の成形に
は使用できない。

また、解−剤の添加量は、従来の経験からいうと粉体の
重鎖に対し０９０５％〜０．３％ぐらいであった。しか
し、この数値には粉体が超微粉の場合の考慮がなされて
いない。

つまり、粉体の比表面積が著しく大きくなっていること
に対する考慮がなされていない。

このため、アルミナ粉体に添加する解膠剤の曇が不明で
あった。

（４）透光性アルミナ磁器を焼成する際に、粒子成長抑
制剤を泥漿中に混合する。粒子成長抑制剤としてはマグ
ネシウム化合物が使用される。

しかし、マグネシウム化合物は水に溶けてマグネシウム
イオンを生ずる。マグネシウムイオンが多く生ずると、
マグネシウムイオンと解膠剤との相互作用で泥漿の粘性
が上つでしまう。

泥漿の粘性が上ると、泥漿中の固形分を少なく甘ざるを
得ない。このため、固形分の多い泥漿とするために解膠
剤を多く必要とする。

しかし、解−剤を多くすると、成形体及び焼成体に割れ
が生じてしまう。

本発明は上記の実情を考慮してなされたもので、多種多
様な形状の透光性アルミナ磁器を製造することができる
透光性アルミナ磁器の製造方法を提供することを目的と
する。

本発明の製造方法は、アルミナ粉に水、解膠剤及びマグ
ネシウム化合物を混合して泥漿とし、これを鋳込み成形
した後焼成するものである。

本発明の製造方法は、従来凝集剤として使用されていた
化合物を逆に解膠剤として使用するものである。

解膠剤は、粉体のゼータ電位を増す効果を有する。この
結果、粉体粒子の外表面の電気二重層が厚くなる。つま
り、粉体粒子外表面の水膜が厚くなる。これにより粉体
粒子は自由に動くことができるようになる。

しかし、本発明者は上記の解膠剤の効果が、透光性アル
ミナ用原料のアルミナ粉のような超微粉には逆効果であ
ると推測した。

つまり、水溶液中では、超徴勅粉体の電気二重層は比較
的粗い粉体の電気二重層に比べて大きな体積を占める。

本発明者はこの点に着目した。

電気二重層の体積を減少させれば、粉体間の水分鏝を減
少させることができる。粉体間の水分口が減少すれば、
固形分の多い泥漿を作ることができる。また、電気二重
層の体積は、ゼータ電位を中和することにより減少づる
。本発明者は以上のように推測した。

その結果、アルミナ粉に凝集剤を添加することにより、
良好な泥漿を得ることができた。

凝集剤にはゼータ電位を中和づる働きがある。

凝集剤は有１１ＷＩ！剤でも無ｍ凝集剤でもかまわない
。ただし、凝集剤はアルミニウム以外の金属イオンを含
むものであってはならない。

有機凝集剤にはポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ア
ンモン、カルボキシルメチルセルロースミン、ポリビニルとリジン等がある。

無機凝集剤にはポリ塩化アルミニウム等がある。

凝集剤の添加量はアルミナ粉に対して０。

０５〜１０％（重量、以下同じ）が好ましい。

凝集剤の量が少ないと粉体の解−が不十分で固形分濃度
が低くなる。従って、透光性アルミナ磁器は真密度焼結
体となり得ない。しかし、比表面積が大きい粉体は、粉
体の焼結活性との兼ね合いで、解ｌ剤の量が少ない場合
でも透光性アルミナ磁器となる。比表面積が小さい粉体
は十分に解膠して固形分濃度を高めないと、透光性アル
ミナ磁器とはならない。

また、凝集剤の量が多いと成形体に割れが生じてしまう
。

解膠剤として有機凝集剤を使用した場合は、脱型後酸化
雰囲気で仮焼する必要がある。これは、有機凝集剤を焼
散させるためである。

仮焼温度は８００〜１５００℃が好ましい。

無機物のみで構成された泥漿は仮焼の必要がない。乾燥
した成形体は、そのままＨＬ雰囲気または真空中で高温
焼成する。焼成温痩は１７００〜１９５０℃が好ましい
。

原料のアルミナ粉の比表面積は１．５１１１’／ｇ〜１
００１”／！Ｉｔが好ましい。

アルミナ粉が１００ｍ”／ａ以上の場合は、泥漿中の固
形分濃度が高くならないため焼結体は透光性とならない
。これは粉体が完全にα−アルミナとなっていない部分
が多いためである。

アルミナ粉が１．５１２１０以下の場合は、固形分濃度
は高くなるが気孔を含む焼結体となってしまう。このた
め透明度の低い焼結体となる。これは、粉体の活性度が
真密度焼結体を得るには十分でないためである。

アルミナ粉の純度は９９．９％以上が好ましい。

マグネシウム化合物のマグネシア換算添加率は０．０１
％〜０．２％が好ましい。マグネシウム化合物の添加量
は少ないほど良好な焼結体が得られる。

マグネシウム化合物の７グネシア換算添加率が０．０１
％以下の場合は、異常粒子の成長が部分的に生じ易くな
る。このため、できた透光性アルミナ磁器の強度が退化
する。

マグネシウム化合物のマグネシア換棹添加率が０．２％
以上の場合は、アルミナ粒界の角にスピネル結晶が析出
する。このため、できた透光性アルミナ磁器の光透過率
が低下する。

マグネシウム化合物は、溶解度のできるだけ低いものが
望ましい。マグネシウム化合物の溶解度は０．０３以下
が望ましい。

マグネシウム化合物としては、例えばリン酸マグネシウ
ム、マグネシウムアルミニウムスピネル、水酸化マグネ
シウムや酸化マグネシウム等が望ましい。また、フッ化
マグネシウム、炭酸マグネシウムや水酸化炭酸マグネシ
ウムでもかまわない。

シュウ酸マグネシウムやリン酸マグネシウムアンモニウ
ムを使用した場合、他のマグネシウム化合物を使用した
泥漿と同粘度にするには、解膠剤が多量に必要になる。

このため、成形体及び焼結体に割れが発生し易くなる。

泥漿の水分量は１０〜５０％が好ましい。

次に、本発明の詳細な説明する。

支［（Ａ）解膠剤の添加量を色々とかえて透光性アルミナ磁
器を製造した。

マグネシウム化合物としてはリン酸マグネシウム（Ｍｇ
　（ＰＯ４）、・８Ｈ２０）を使用した。

アルミナ粉、イオン交換水及びリン酸マグネシウムの混
合比は次のとおりである。

アルミナ粉　　　１００部（重量、以下同様）イオン交
換水　　　　　１８部リン酸マグネシウム　０．３部これに解膠剤としてポリアクリルアミドを０．１部、０
．５部、２．５部、１０部、５０部と変化させて添加し
た。アルミナ粉は、純度９９．９５％で比表面積が５１
２部ｇのものであった。

その結果、ポリアクリルアミドが０．１部の場合は、混
合物に流動性がなかった。

ポリアクリルアミドが０．５部以上の場合は、混合物は
泥漿状体となり、成形可能であった。

つづいて、石膏型を用いそれぞれの泥漿物を排泥鋳込み
で成形した。成形体は外径３０■−１高さ３０＋ｎ、厚
さ１１−のルツボ形状のものである。

それぞれの成形体を脱型後十分に放置乾燥した。そして
、各成形体を空気中で２時、閤焼成した。その後、各成
形体を真空中で１９００℃、３時間焼成した。

その結果、ポリアクリルアミドを５０部添加した焼成体
には多くの割れが発生した。

ポリアクリルアミドを１０部添加した焼成体には１ケ所
割れが発生した。

ポリアクリルアミドを０．５部添加した焼成体及び２．
５部添加した焼成体には、いずれも割れがなく良好であ
った。できた焼成体はすべて半透明の外観を呈していた
。Ｔ″きた焼成体はすべて透光性アルミノ゛であった。

（Ｂ）次に、解膠剤としてポリアクリルアミドのかわり
にポリ塩化アルミニウムを使用した。その他の条件は（
Ａ）場合と同じである。

その結果、（Ａ）と違いポリ塩化アルミニウムを０．１
部添加した場合でも、泥漿の作成が可能であった。

解膠剤としてポリ塩化アルミニウムを使用した場合は、
ポリ塩化アルミニウムの添加量が０．１部〜１０部の範
囲の焼成体にはクラックがなく良好であった。

支ｉ九ｉ（Ａ＞アルミナ粉の比表面積を色々とかえて透光性アル
ミナ磁器を製造した。

比表面積が１５０、ｉｏｏ、５０．１０゜３及び１．５
１／＋Ｉ＋のアルミナ粉で透光性アルミナ磁器を製造し
た。アルミナ粉は純ｒ！１９９．９％のものを使用した
。アルミナ粉にはポリアクリル酸アンモンを４Ｘ１０ｇ
／ｍＺとなるように添加した。

まず、アルミナ粉とポリアクリル鹸アン七ンの混合物に
イオン交換水を加えて、粘度が５ポアズの泥漿を作った
。そして、このとき要した水分量を各比表面積のアルミ
ナ粉について調べた。その結果を第１表（後掲）に示４
゜第１表かられかるようにアルミナ粉が微粉になるに従
って、多くの水分を要した。

次に、これらの泥漿にアルミニウムマグネシウムスピネ
ルを０．２部ずつ添加した。つづいて、石膏型を用いこ
れらの泥漿物を排泥鋳込みで成形した。石膏型は内径１
０ｍｍ、長さ１５０１のものであった。従って、できた
成形体は外径１０ｍｍ、厚さ１１Ｉｌ１１長さ１５０−
のチューブである。

それぞれの成形体を脱型後十分に乾燥した。

そして、各成形体を空気中で１２００℃、１時間仮焼し
た。その後、各成形体をＨ２雰囲気で１８００℃、３時
間焼成した。

できたチューブの光拡散透過率及び機械的曲げ強度を測
定した。その結果を第２表（後掲）に示す。

その結果、アルミナ粉の比表面積が１５０働２／ｇの場
合は、できたチューブは白濁して不透明であった。また
、このチューブには変形も見られた。

アルミナ粉の比表面積が１００ｍ／ｇ〜３１２／ｇの場
合は、できたチー１−ブは透光性アルミナであり、良好
であった。

アルミナ粉の比表面積が１．５ｍ２／（Ｊの場合は、で
きたチューブは少し白濁していた。

（Ｂ）次に、解膠剤としてポリアクリル酸アンモンのか
わりにポリ塩化アルミニウムを使用した。アルミナ粉に
ポリ塩化アルミニウムをｌＸ１０（１／−となるように
添加した。

その結果、解膠剤がポリ塩化アルミニウムの場合も（Ａ
）と同様の結果が得られた。

支ｉ１とアルミナ粉の純度、マグネシウム化合物の種類及び焼成
温度を色々とかえで透光性アルミナ磁器を製造した。

アルミナ粉は純度が９９．８％、９９．９％及び９９．
９９％のものを使用した。使用したアルミナ粉の比表面
積はいずれも２５醜２７ｇであった。

マグネシウム化合物としては、リン酸マグネシウム、水
酸化炭酸マグネシウム及びシュウ酸マグネシウムの３種
類を使用した。

解膠剤としてはポリアクリル酸アンモンを使用した。

アルミナ粉、イオン交換水、ポリアクリル酸アンモン及
びマグネシウム化合物の混合比は次のとおりである。

アルミナ粉　　　　　　　　１００部イオン交換水　　　　　　５０部ポリアクリル酸アンモン　１部（４Ｘ　１０ｇ／ｍ２）マグネシウム化合物　　　マグネシア換篩で０．０２部まず、できた泥漿の粘度を測定した。その結果を第３表
（後掲）に示４゜シュウ酸マグネシウムを使用した泥漿は排泥鋳込みが不
可能であった。しかし、固形鋳込みは可能であった。

（Ａ）それぞれの泥漿を石青根の上にたらし、直径約５
０１Ｉ、厚さ５−の円板に成形した。

ぞれぞれの成形体を十分に乾燥した。そして、各成形体
を空気中で８００℃で仮焼した。その後、各成形体を真
空中で１７００℃、１８００℃、１９００℃及び１９５
０℃のそれぞれの温度で５時間焼成した。

焼成した円板の見掛は密度を測定した。また、焼成した
円板の外観を観察した。その結果を第４表（後掲）に示
す。

（Ｂ）それぞれの泥漿にイオン交換水を加えて約４ポア
ズに調整した。つづいで、これらの泥漿を石膏型を用い
排泥鋳込みで成形した。

石膏型は内径１０−１長さ１５０ＩＩＩｌのものであっ
た。できた成形体は厚さ１１＋１１のチューブである。

それぞれのチューブの成形体を仮焼後、＜Ａ＞の各焼成
温度で焼成した。

焼成したチューブの光拡散透過率を測定しＩζ。その結
果を第４表に示す。

本発明の製造方法は、他の７フインセラミツクス材料、
例えば高密度のジルコニアセラミックス、スピネルセラ
ミックス等の製造にも使用できる。

本発明の製造方法によれば、鋳込み成形法で透光性アル
ミナ磁器を製造することができる。その結果、板、ルツ
ボ、異形チューブなど多種多様な形状の透光性アルミナ
磁器を製造することができる。特に、異形チューブの透
光性アルミナ磁器は特殊発光管として良好な結果を得る
ことができた。

特許出願人　東芝セ゛ラミックス株式会社凰工に

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アルミナ粉に対して、マグネシウム化合物と、水
と、解膠剤をそれぞれ有効量添加して泥漿とし、前記泥
漿を鋳込み成形して成形体とし、前記成形体をＨ□雰囲
気又は真空中で焼成する構成にしたことを特徴とする透
光性アルミナ磁器の製造方法。
（２）前記解膠剤の添加量がアルミナ粉に灼して０．０
５重社％〜１０ｇＩＩＩ１１％である特許請求の範囲第
１項に記載の透光性アルミナ磁器の製造方法。
（３）前記解膠剤がポリアクリルアミド、ポリアクリル
酸アンモン、カルボキシルメチルセルロースイミン、ポリビニルピリジン等の有機凝集剤である特許
請求の範囲第１項に記載の透光性アルミナ磁器の製造方
法。
（４）前記解膠剤がポリ塩化アルミニウム等の無機凝集
剤である特許請求の範囲第１項に記載の透光性アルミナ
磁器の製造１５沫。
（５）アルミナ粉に対して、マグネシウム化合物と、水
と、有機凝集剤の解膠剤をそれぞれ有効量添加して泥漿
とし、前記泥漿を鋳込み成形して成形体とし、前記成形
体を酸化雰囲気で仮焼し、前記仮焼した成形体をト（２
雰囲気又は真空中で焼成する構成にしたことを特徴とす
る透光性アルミナ磁器の製造方法。