JPS60103090A

JPS60103090A - 高アルミナ含有焼結体及びその製造方法

Info

Publication number: JPS60103090A
Application number: JP58209353A
Authority: JP
Inventors: 宏志高山; 博丸山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1983-11-07
Filing date: 1983-11-07
Publication date: 1985-06-07
Also published as: US4595665A; JPS649266B2

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】本発明は耐熱衝撃性に優れた商アルミナ含イＪ焼結体に
関するものである。

従来、Ａｌユ０３を７５重量％以上含む高アルミナ含有
磁器は（以下高アルミナセラミックスと称す）は電気絶
縁性、耐熱性、機械的特性等に優れているため、電子部
品や産業機械部品等の分野に広く用いられている。

しかしながら、この孤高アルミナセラミックスは線膨張
係数が７０ｘｌＯ／’ｃ以上とセラミックスの中では比
較的膨張係数が大きく、水中投下急冷の耐熱衝撃温度差
が２００℃においてクランクが発生し、耐熱衝撃特性か
悪いことが知られている。

また、耐熱衝撃特性を向上させるためにチタン酸アルミ
ニウム、コージライト等の熱膨張係数の低い材質のもの
を使用したり、焼結体を多孔質として熱衝撃クランクの
発生を抑制する手段がある。

しかしながら、此等の場合抗折強度が１５ｋｇ／　ａｌ
ｌ’以下と機械的強度が低すぎる欠点がある。

従って、本発明の目的は高アルミナセラミックスとして
の高強度を損なうことなしに優れた耐熱衝撃特性を有す
る高アルミナ含有焼結体を提供することにある。

本発明によれば、α−ＡＩ２０．を７５重量％以上にＳ
ｉｎ、を適量含む主成分に対し、少なくともムライト鉱
化剤及びＢ、０．を添加してなる組成物を成形焼結した
焼結体からなり、こ−の焼結体の表層にムライト析出層
を形成したごとを特徴とする高）′ルミナ含有焼結体を
提供される。

本発明は高アルミが含有焼結体の表層にムラ・イト析出
層を組成することが重要である。ムラ・イトば、熱膨張
係数が）′ルミナの約半分であり、ＭｉＪ　多！Ｓ衝撃
に期待が持てる（Ａ質である。

高アルミナ磁器組成ではＳｉＯ□を数％含有しているが
、Ｓｉｎ、量が５％未満では、通常ムライ１は形成され
ない。しかしながら、Ｂ、０３を添加するごとにより、
表層に顕著なムライト相が形成される。

これは、Ｂ２０．がムライト生成の見かりの活性化エネ
ルギーを低下させる働きがあるためで、表層にしか存在
しないのは、Ｉ３□０３の平衡蒸気圧がｉｌ’ｆｉ　＜
　Ｊｉｌｔ発しやずいため表層に移動しやすくなってい
るためと考えられる。しかしながら、８．０３が多ずぎ
るとガラス質の融点が低下し過ぎ不安定となり、適量の
存在でも表層１００μ以下の厚さしかムライトが形成さ
れず、析出も不安定である。よって耐熱ｆＭｉ　’Ａ性
に関してもばらつきが出やすい。そこでムライトの鉱化
剤として用いられるＴｉｅ２を添加したところ、表層１
００μ以上のムライト層が存在し、安定してｉｌｔい耐
熱衝撃性が得られた。水中投下の温度差は、△Ｔ＝　２
００’Ｃ以上である。これは、最も熱歪の交番）やすい
表層８１１分に、アルミナより低膨張のムライトが多量
に存在し、表層部分全体の熱膨張係数が低くなったため
と考えられる。また、表層部に選択的にムライトが析出
するため表層に圧縮応力が働き、曲げ強ざ３Ｇｋｇ　／
　ｘＩＩ２以上の大きな値が得られることを知見した。

本発明は、例えばΔ１．０，７５〜９５重量％にＳｉ　
Ｏ，３〜１０重量％を含む主成分に対してＴｉｅ、、Ｚ
ｒＯ□等のムライト鉱化剤を１−１０重量％、ｌＩ２０
，０．３〜１重量％、更に焼結助剤としてＭｇＯ、Ｃａ
Ｏのうち少なくとも１種０．５〜３重量％を添加してな
る組成物のように、特にＢ、０３を１重量％以下添加し
た組成物を用いる。このような組成範囲の組成物を混合
したものを成形し、その後、酸化雰囲気中で１４００〜
１７００°Ｃの温度範囲で約；３時間値］、５するごと
により焼結体が得られる。

上記高アルミナ含イＪ組成物において旧よＯ３か７５重
量％未満でば強度が３〕ｋｇ／　Ｉｍｍ以）と低く、ま
ノコ９５重量％を超えルトムフイトが析出・Ｕず＋ｌｉ
Ｊ　！、Ａ　ｉ＋ｉ　＋Ａ性が改善されない。焼結助剤
としての５ｉＯｊ、か３車量％未満では焼結体の表層に
ムシ・イトがＪ）ｉ′出−μ′４１０重量％を超えると
抗折強度が低重する。さらに焼結助剤としてのＭ［ｌ（
ｌ及びＣａＯが０．５車ｍ１％未満では焼結しにくく、
；；市川シロを超えると強度、ｍｌｌ出出撃性低下する
。

ムライト鉱化剤としてのＴｉＯ２およびＺｒＯ３か工虫
量％未満でば焼結体の表層にムライトが４〕「出しにく
く、１０重量％を超えると気孔が増加し、抗わｉ強度が
低下する。

また、Ｂ２Ｏ３が０．３重量２６未満てはムライ日Ｊ１
出の効果が少なく、２重量％を超えると耐！；シ１性が
低下すると共に強度も低−１・する。

また、前記ＳｉＯ□とＴｉｅユ等のムラ・（ｌ−鉱化剤
との組成比が１≦ＳｉＯ□／ＴｉＯ□であり、さらに、
５ｉ０２とＢ２Ｏ３との組成比が３≦Ｓ　ｉ　０２　／
　ＢＪ　０３≦２０の範囲内であるこＬが好ましい。

その理由は、Ｓｉｎ、とＴｉＯよまたはＺｒＯ２等のム
ライト鉱化剤との組成比がＳ　ｉｏｌ　７’　Ｔ　ｉ　
％　〈ｌのときは強度、耐熱衝撃性が低下し、また、Ｓ
ｉｎ、と８，０．との組成比がＳｉＯユ／Ｂ２０．＜３
のときガラスマトリックスの安定性が損なわれ、強度、
耐熱衝撃性が低下し、さらに２０＜　ＳｉＯユ／Ｂ、Ｏ
ｉのときはムライＩ・が表面に選択的に析出する効果が
少なく耐熱衝撃性が向上しないからである。以下、本発
明の実施例に基づき説明する。

平均粒径２μｍのα−ＡＩ、０３と平均粒径２〜３μｍ
の砂石、平均粒径１〜２μｍのＣａＣｏ、　、Ｍｇ　（
０１１）　、さらにＩＩうＢ％Ｔｉｅ２を第１表のよう
に調合し、アルミナ製ポット及びアルミナ製ボールにて
水による湿式混合粉砕を行い、全体の平均粒径を１．５
μｍ程度とした。このスラリーに有機結合剤としてＰＥ
Ｇを５％加え、粉霧乾燥を行いその後１００メツシユの
節を通し、使用原料とした。この原料を１０００ｋｒ／
　ａｎ！の圧力でプレス成形を行い、１４５０〜１６５
０“Ｃの最高温度で３時間焼成し、４　Ｘ　５　Ｘ　３
３＋１１の試料を得た。それらの焼゛粘体を表面のＸ線
回１ｉ。

によるムライｔ１２１０）の９−ｎ−０，（０１２）に
対する強度（高さ）のピーク比によるムライト析出量（
％）、表面伺バＶによる焼結体表ｊ輯のムライト層厚（
μｍ）、抗折強度（’ｋｇ　／　ｉａ′）　、水中投下
急冷による耐熱衝！３Ｉ！温度差（℃）、またＵ’Ｕ結
体粘体密性を確認するための比重、及び焼成温度を各試
料につき測定した結果を第１表にボした。

上記実施例によると、試料層、１．２は本発明範囲外の
もので、２．５重量％では焼結体の表層にムライトが析
出せず、１１重量％では抗折強度が３５ｋｇ／關２と低
い。試料１１１ｏ、　３．４．１９は焼結助剤であるＭ
ｇＯ及びＣａ’０が本発明の範囲外のもので、０．３重
足％では焼結しにくく、３．５重量％では抗折強度３０
ｋｇ　／　ａｍ”と低く、無添加では焼結性が悪い。試
料Ｎｏ、　５．７．１７はＴｉＯよが本発明の範囲外の
もので、無添加ではムライトが析出せず、０．５重量％
では表層にムライトが１０％以下と析出しに＜＜１．１
ｌｆｆｉが％では気孔が増加し、抗折強度が２８ｋｇ　
／　＋１ＩＩＦと低下する。試料Ｎｏ、　６．１８ばＢ
、０．が本発明の組成範囲外のもので、０．２５重量％
ではムライト析出量が２０％と低く、２．５重金％では
耐熱衝撃温度差が１８０℃と低く、強度も３０ｋｇ／ｍ
♂と低下する。

さらに、Ｓｉｎ、とＴｉｅ、又はＺｒＯよ等のムライト
鉱化剤との組成比がＳｔ、、　／　Ｔｉ０ａ　＜　１の
ときは強度、耐熱衝撃性が低下する。ＳｉＯ□とＢ２０
．との組成比がＳｉＯ，／Ｉｌｔ、０．＜３のときガラ
スマトリックスの安定性が損なわれ、強度、耐熱衝撃性
が低下し、２０＜　Ｓｔ０□／Ｂ、０．のときはムライ
トが表面に選択的に４ノ１出する効果が少なり１Ｉｌｌ
］３；！シ衝撃性が向上しない。

上記実施例ではムライト鉱化剤として’Ｉ’ｉ０２及び
ＺｒＯ，を添加したものについて行ったが、ムライト鉱
化剤としてその他Ｆａ２０３Ｍｎ０２、ＺｒＯ，、Ｍ’
ｏ　０３及びＣｅ、　０３等の少なくとも−・独を選ぶ
こともできる。

第１表に示す試料層５シ８〜１６は何れも本発明の範囲
内のものであり、これらの試れ］をＸ線回４Ｊ１による
ムライト（２１０）のα−八へユ０．（０１２）に対す
る高さのピーク比は３０シロ以上であり、＋１５に試料
番号１３は２００％と多量のムライ；・のＪＪｉ出状態
か測定でき、またムライ１−の層厚は１００μｎ１以上
で、試料番号１１．１２．１３ば３００μｍ以上の厚さ
に亘ってムライトの表層が形成された。また表層にこの
ようなムライト層を形成することにより焼結体の表層部
に圧縮応力か働くため、この焼結体の抗ＪＪｉ強度は、
従来の高）“ルミナセラミソクスの３（１ｋｇ／ｌ■前
後から３６ｋｇ　／　ｍｓｉ’以上となり、試料番号８
のものは５２ｋｇ　／　＊Ｘと高強度の焼結体が得られ
た。また、耐熱衝撃特性として、水中投下急冷による白
Ｊ熱行１掌温度差の測定においては、従来の２００　”
Ｃ以下から２３０℃以上と向上し、特に試料番号８−１
９．１゜のものは２５０〜２７０　’Ｃと非常に高い温
度差を有していて耐熱衝撃特性が最も優れたものである
ことが分る。

なお、線熱膨張係数は何れのものも６９．６〜７７．５
ＸＩＯ／’ｃの範囲内であり、従来の高アルミナセラミ
ックスと同様である。また、比重は３．４〜３．７で十
分緻密化した焼結体であることが分る。

出願人　京　セ　ラ　株　式　会　社手続補正店（自発）特許庁長官　若　杉　和　人　殿１、事件の表示　昭和＋Ｊｌ″１０°願第２０！ｌＪ５
：ｉ号２、発明の名称　高アルミノ−６〜白、ｕ′Ｌ結
体３．７市正をする者事件との関係　ｑ口゛許出願人注所　〒６０７京都市山ｆ、″１区東野井上町５２番地
１１４　、？＋ｌｉ正の対象明細書中　特許請求の範囲及び発明のｌ；’Ｉ’　ｉ＃
ｌｌｌ　’＋Ｓ説明の各欄５、補正の内容（１１特許請求の範囲を別紙の如く訂正する。

（２）明細書第６頁第９行目の「０．５重量％」とある
のをｌ−０、４ｍ　ｆｆｉ％」と訂正する。

（３）同第７頁第３行目のｒＺｒＯＪとあるのを［Ｚｌ
−０２Ｊと訂正する。

（４）同第１２頁第６行目乃至第７行目のｒＧ９．６〜
７７．５×１０−７ｉ℃」とあるのを１４０〜４００℃
の温度範囲で６．ＬＯ〜？７．５ｘ　１０　／　’ｃ　
Ｊと訂正する。

特許請求の範囲 ■　α　ΔＩ２０．を７５止量％以上に＋ｌ　ｊ　ＯＺ
ｉ通量置台」−成分に対し、少なくとｌ−Ｉ　Ｊｚ　’
）−イ１鉱化剤及びｌ、Ｑ。

をγ、６加してなる組成１）１・り成形にｔ’６鈷し、
ノー焼χ、ｌ一体からなり、この焼結体の表１ｆｉ　６
ごム）・１１−析出Ｈｉｉ形；戊したごとを特徴とする
一、；’５アルミリー３有Ｂ旨−１体。

■　前記ムライト析出層の析出量が表面の５・最９回Ｊ
Ｊ’＋によるムライＩ−（２１（１）のｔｘ　Ａｌ２Ｏ
，３（０１２）に対する強度のピーク比で３０５６以」
二で、ちることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のｉｉ’：ｔ　−ｊ”１ミナ含有焼結体。

■　１１；」記焼結体の２．層に１００μｍ１１以上の
ムラ・ｆ１析出層を形成することを特徴とＪる４１１許
請求のζＩＩＵ囲第１項第１項記載ｊ’ルζノー含自焼
結体。

■　前記焼結体の耐ｊ：！ｆ　ｔ！Ｉ・ｊ撃温度差が２
００°〔：以」二（あることを特徴とする’Ｉｊｌ’　
請求の範囲第１項記、ｉ・（の高アルミナ含有力旨、一
体。

■　前記焼結体の抗１ｊｊ強度が３ＧｋＨ／　ｍ＋／以
上て、Ｊ−」るごとを特徴とする特許、請求の範囲第１
項記載の１：１１アルミ一ノ゛含有焼結体。

■　へ１，０３７５〜９５重量％にＳｉ０□３〜１０１
１ｉ景％を含む主成分にりＪし、ＴｉＯ及び／又はＺｒ
Ｏ等のムライト鉱化剤を１〜１０ｉ　Ｑ　％、Ｂｚ０５
ヲ０．３〜１１ＪｉＱ％、ｌ′ｌＢＯ及びＣａＯのうち
少なくとも一種を０．４〜３重辺％を添加してなる組成
物を焼成してなる前記特許請求の範囲第１項記載の高ア
ルミナ含有３Ａ結体。

■　前記５ｉ０２とＴｉＯ２等のムライト鉱化剤との組
成比がＩ≦ＳｉＯ２／　ＴｉＯ２であることを特徴とす
る特許請求の範囲第６項記載の高アルミナ含有焼結体。

■　前記５ｉ０２とＢ、０．との組成比が３≦Ｓ＋０．
／　Ｂ２Ｏ３≦２０の範囲内であることを特徴とする特
許請求の範囲第６項記載の高アルミナ含有焼結体。

Claims

【特許請求の範囲】 ■　α−Δ１□０．を７５重量％以上にＳｉＯ□をＪ置
台む主成分に対し、少なくともムライト鉱化剤及びＢ２
０゜を添加してなる組成物を成形焼結した焼結体からな
り、この焼結体の表層にムライト析出層を形成したこと
を特徴とする高アルミナ含有焼結体。 ■　前記ムライト析出層の析出量が表面のＸ線回折によ
るムライト（２１０）のα−Δら０３（０１２）に対す
る強度のピーク比で３０％以上であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の高アルミナ含有焼結体。 ■　前記焼結体の表層に１００μｍ以上のムライト析出
層を形成することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の高アルミナ答を焼結体。 ■　前記焼結体の耐熱衝撃温度差が２’００℃以上であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高アル
ミナ含有焼結体。 ■　前記焼結体の抗折強度が：３Ｇｋｇ　／　用♂以上
であるご　。とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高アルミナ
含有焼結体。 ■　へ１，０３７５〜９５重量％に５ｉ０２３〜１ＯＪ
Ｊｉ量％を含む主成分に対し、ＴｉＯ及び／又はＺｒＯ
等のムシイト鉱化剤を１〜１０重量！ｌｆｉ、１１２０
３を（）、３〜１市Ｑｆ％、ＭｇＯ及びＣａＯのうち少
なくとも一独を０．４〜３市量％を添加してなる組成物
を焼成してなる前記特許請求の範囲第１項記載の商）′
ルミナ含自ＭＬ粘体。 ■　前記Ｓｉｎ、とＴｉＯ２等のムライト鉱化剤との組
成比が１≦ＳｉＯ＋／　ＴｉＯ３であることを特徴とす
る特許請求の範囲第６項記載の凸アルミナ含有焼結体。 ■　前記Ｓｉｎ、とＢ２０．との組成比が３≦ＳｉＯ□
／　Ｂ、　０３≦２０の範囲内であることを特徴とする
特許請求の範囲第６項記載の高アルミ１１含有ＵＬ結体
。