JPS63242964A - アルミナセラミックスの製造方法 - 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） この発明は、アルミナセラミックスおよびその製造方法
に関し、とくに紫外線透過能の劣化を招くことなしに曲
げ強さの向上を図ったものであり、ＥＦＲＯＭ　（Ｅｒ
ａｓａｂｌｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒ
ｅａｄ　ＯｎｒｙＭｅｍｏｒｙ）用のパッケージなど紫
外線透過材料としての用途に用いてとりわけ好適なもの
である。

（従来の技術） ［ＥＦＲＯＭにおいては、紫外線照射によって半導体メ
モリーの内容を消去して情報の書替えを行う必要がある
ことから、そのパッケージとしては、少なくとも上面中
央域（一般に窓と呼ばれている）については透光性であ
ることが必要とされ、従来かかるＥＰＲＯＭ用パッケー
ジの窓材としては、熱伝導率がいいこともあって特公昭
３９−２４０号公報や特公昭４７−５１８０１号公報な
どに開示の透光性アルミナセラミックスが用いられてき
た。

（発明が解決しようとする問題点） 玉出の透光性アルミナセラミックスは、従来、主に高圧
金属放電灯の発光管として使用されていたことから、と
くに可視光領域の透過率が高いことに重点がおかれ、そ
のため焼結助剤としてＭｇＯなどを添加し、１７５０℃
以上の高温で焼結して結晶粒径をできるだけ大きくして
いた。

しかしながら結晶粒径を大きくした場合には、機械的強
度が著しく低い（２５００ｋｇｆ／ｃｍ”程度）ところ
に問題を残していた。

ここにＥＰＲＯＭ用バッケーシジの窓材としては、ＩＣ
カードの如き薄肉のロードシステムへの適用やプラスチ
ックパッケージ化などの理由から機械的強度とくに曲げ
強さに優れることが必要とされる。

この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、紫外
線透過率を低下させることなしに曲げ強さを大幅に向上
させたアルミナセラミックスを、その有利な製造方法と
共に提案することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） すなわちこの発明は、純度：　９９．９０ｗｔχ（以下
単に％で示す）以上でかつ結晶粒径が８μｍ以下である
アルミナセラミックスである。

またこの発明は、硫酸アルミニウムアンモニウムを熱分
解して得た純度：　９９．９％以上でかつ比表面面積が
３〜１０ｍ”７ｇの酸化アルミニウム粉末に、焼結助剤
として０．１％以下のＭｇＯと成形助剤とを添加したの
ち、所定の形状に成形し、ついで１４５０〜１６００℃
の非酸化性雰囲気中で焼成することがら成るアルミナセ
ラミックスの製造方法である。

この発明において、アルミナセラミックスの純度を９９
．９％以上に限定したのは、純度が９９．９％に満たな
いと紫外線透過率が低下するだけけでなく曲げ強さも低
下するからである。

また結晶粒径を８μｍ以下としたのは、結晶粒径が８μ
ｍを超えると、たとえ純度が９９．９％以上であっても
、充分満足のいく曲げ強さが得られないからである。

そして純度および結晶粒径とも、上記の適正範囲を満足
させることによって、曲げ強さが５０００ｋｇｆ／ｃｍ
”以上でかつ厚み：０．２ｍｏ＋における波長：　２５
３７人の紫外線透過率が４０％以上の、曲げ強さおよび
紫外線透過率ともに優れたアルミナセラミックスを得る
ことができる。

次にこの発明に従う製造方法について説明する。

さてこの発明では酸化アルミニウム粉末（以下アルミナ
粉末という）の原料として硫酸アルミニウムアンモニウ
ムを用いるが、その理由は、高純度でしかも好適比表面
積が得られるのみならず、後述する焼成に際し、従来の
透光性アルミナセラミックスの焼成温度に比べてはるか
に低温で焼結できるアルミナ粉末を容易に得ることがで
きるからである。

ここに得られたアルミナ粉末の比表面積が３　ｍ”７ｇ
に満たないと、焼結の進行が悪いだけでなく、ボアが発
生して紫外線透過率および曲げ強さとも小さいものしか
得られず、一方１０ｍ”７ｇを超えると、焼結が進み過
ぎて、紫外線透過率は向上するものの曲げ強さの劣化を
招くので、アルミナ粉末の比表面積は３〜１０ｍｇ／ｇ
の範囲に限定した。

ところがかようなアルミナ粉末の比表面積は、硫酸アル
ミニウムアンモニウムの熱分解時における処理条件とく
に処理温度および時間に大きく影響される。

ここに適正比表面積のアルミナ粉末を得る好適処理条件
について述べると、次のとおりである。

再結晶処理で高純度化した硫酸アルミニウムアンモニウ
ム塩の結晶を高純度アルミナさや鉢に充填し、これを電
気炉にて加熱熱分解させたのち、引続き１１００〜１３
００℃に昇温し、少くとも３０分乃至５時間保持するこ
とによって比表面積が３〜１０ｍ”７ｇのα−結晶相の
アルミナ粉末を得る。

アルミナ粉末が相変換することは良く知られているが、
処理温度が１１００℃以下ではγ−結晶相のアルミナが
混在し、アルミナ製品を得る焼結時にγからα相に変換
して焼結の制御が困難になり所望の製品が得られない。

又１３００℃以上では粉末粒子間で反応が生じて疑素粒
子化し、易焼結性が阻害される。

また温度のみでは比表面積変化が激しいので時間係数も
加えて制御することが望ましく、均一な粉末を得るため
には少なくとも３０分以上保持することが好ましい。た
だし５時間を越えて処理することは工業的に好ましくな
い。

ついで得られたアルミナ粉末に焼結助剤と成形助剤を添
加してから、所定の形状に成形するわけであるが、成形
法としては、たとえばチューブや棒状のものは押出し成
形法が、他方ＥＰＲＯＭ用パッケージの窓材のような板
状のものはプレス成形法が好適である。

焼結助剤は、ＭｇＯが最適である。ＭｇＯが透光性アル
ミナセラミックスの製造に於て粒成長抑制剤として用い
られることは公知であるが、この本発明に於ても易焼結
性のアルミナ粉末のみよりも、０．１％以下好ましくは
０．０３〜０．０８％の範囲でＭｇＯを加えることによ
り、内在ボアーがなく結晶粒が極めて均一な製品が得ら
れることが分った。これは、Ｍｇ０分を予備焼成処理で
熱分解してＭｇＯとなる硝酸マグネシウムの水溶液で添
加したことによりＭｇＯ成分が極めて均一に分布し、本
焼成時に於てその焼結反応が成形素体の外表面から初ま
りボアーを巻きこみ進行することを抑える効果をもつか
らと推測される。

また成形助剤の種類は、成形法に応じて定まり、たとえ
ばプレス成形の場合は、結合材としてポリビニールアル
コール、滑材としてポリエチレングリコールが有利に適
合し、さらに両者を合計した成形助剤の添加量について
は１．５〜３．０％程度とするのが好ましい。

なお、かような成形助剤はいずれも、後述する焼成にお
いて蒸発したり分解したりして最終的には焼結体から揮
散するものであり、従って製品中に残存することはない
。

その後、得られた成形体を大気中で予備焼成して成形助
剤を分解、除去したのち、本焼成して製品とするわけで
あるが、かかる本焼成は非酸化性雰囲気中において行う
必要がある。というのは非酸化性以外の雰囲気ではボア
を巻き込んで焼結が進み強度ならびに紫外線透過性の低
下を招くおそれが大きいからである。ここに非酸化性雰
囲気とは、水素ガスやアンモニア分解ガスなどのガス雰
囲気は勿論のこと、真空雰囲気をも含むものである。な
お非酸化性雰囲気としてガス雰囲気を用いる場合には、
その露点を一１５〜５℃程度とするのが好ましい。とい
うのは露点が５℃より高いと焼結の進行が悪く、一方−
１５℃を下回ると還元力が強くなって酸化アルミニウム
の低次酸化物が生成し、これが揮散してボアを形成する
おそれが大きく、また低露点の高純度ガスは高価だから
でもある。

また焼成温度が１４５０℃に満たないと、焼結が充分に
は進まないことから結晶粒界の結合度が弱く、満足いく
程の曲げ強さおよび紫外線透過率が得られず、一方１６
００℃を超えると結晶粒径が大きくなりすぎてやはり曲
げ強さの低下を招くので、焼成は１４５０〜１６００℃
の温度範囲で行なう必要がある。

なお焼成時間については、製品の大きさならびに所望の
強度（粒径）さらには設定温度によって異なるけれども
０．５〜５ｈ程度が好ましい。

（作　用） この発明に従うことによって、紫外線透過率の低下を招
くことなしに優れた曲げ強さが得られる理由は次のとお
りと考えられる。

すなわち硫酸アルミニウムアンモニウムを熱分解して得
たアルミナ粉末は、易焼結性であり、１６００℃以下で
理論密度の９８％以上に容易に高密度化でき、結晶粒径
が８μｍ以下の均一な粒構造のアルミナセラミックスと
するのに適正な比表面積のものが容易に得られることに
よる。

（実施例） 硫酸アルミニウムアンモニウムを表１に示ｉ種々の条件
で熱分解してアルミナ粉末を得た。

得られたアルミナ粉末の純度および比表面積を表１に示
す。

なお表１には比較のため、原料として炭酸アルミニウム
および水酸化アルミニウムを用いた場合についても併せ
て示した。

表１ ついで得られた各粉末に、ＭｇＯとして０．０７％にな
るよう硝酸マグネシウムを加え、さらに成形助剤として
ポリビニールアルコールとポリエチレングリコールとを
２．５％添加したのち、適量の水を加えてから、スプレ
ードライヤーで造粒して平均粒子径７０〜９０μｍの粉
末としたのち、１２．５！Ｉ１１角、厚み０．２５ｍｍ
の板にプレス成形した。

次に、得られた成形体を、表２に示す種々の条件で焼成
した。

かくして得られたアルミナセラミックスの曲げ強さ、紫
外線透過率、密度および平均粒径について調べた結果を
表２に併記する。

表２ 率ｌ　曲げ強さはＪＩＳ−Ｒ１６０１４点曲げ法傘２　
　ＭｇＯ無添加 同表より明らかなように、原料として比較面積がこの発
明の下限を下回るアルミナ粉末を用いた場合（Ｎ１１７
）は、曲げ強さおよび紫外線透過率とも良好なものは得
られなかった。また焼成温度が上限値を上回るＮα８は
、粒径が大きく、紫外線透過率は良好であったが、曲げ
強さに劣っていた。

一方焼成温度が下限値を下回るＮα９，１０はいずれも
、曲げ強さが低いだけでなく、紫外線透過率も極めて悪
かった。

また焼結助剤としてのＭｇＯが添加しなかったＮｏ。

１３は、曲げ強さ、紫外線透過率とも充分とは言い難か
った。

原料として比表面積が大きすぎるアルミナ粉末を用いた
場合（Ｎα１４）は、粒子が大きくなりすぎ、紫外線透
過率は良かったものの曲げ強さに劣っていた。

さらに原料として炭酸アルミニウムおよび水酸化アルミ
ニウムを用いた場合（Ｎα１５および１６）はそれぞれ
、曲げ強さおよび紫外線透過率とも低い値しか得られな
かった。

これに対し、この発明の要件を満足するＮｏ、　１〜６
はいずれも、高い曲げ強さと共に良好な紫外線透過率が
得られた。

なおＮα１１及び１２はそれぞれ、雰囲気ガスの露点が
好適範囲の下限および上限を逸脱した参考例であるが、
かような場合には曲げ強さか紫外線透過率のいずれか」
方しか良好な値は得られなかった。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、紫外線透過率を低下させる
ことなしに機械的強度とくに曲げ強さを格段に向上させ
ることができ、有利である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、純度：９９．９０ｗｔ％以上でかつ結晶粒径が８μ
   ｍ以下であるアルミナセラミックス。 ２、曲げ強さが５０００ｋｇｆ／ｃｍ＾２以上でかつ、
   厚み：０．２ｍｍにおける波長：２５３７Åの紫外線透
   過率が４０％以上である特許請求の範囲第１項記載のア
   ルミナセラミックス。 ３、硫酸アルミニウムアンモニウムを熱分解して得た純
   度：９９．９ｗｔ％以上でかつ比表面積が３〜１０ｍ＾
   ２／ｇの酸化アルミニウム粉末に、焼結助剤として０．
   １ｗｔ％以下のＭｇＯと成形助剤とを添加したのち、所
   定の形状に成形し、ついで１４５０〜１６００℃の非酸
   化性雰囲気中で焼成することを特徴とするアルミナセラ
   ミックスの製造方法。 ４、非酸化性雰囲気が、ガス雰囲気であってその露点が
   −１５〜５℃の範囲になる特許請求の範囲第３項記載の
   方法。