CN107074659A - 透明氧化铝烧结体的制法 - Google Patents

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Abstract

本发明的透明氧化铝的制法包括以下工序：(a)将包含纵横尺寸比为3以上的板状氧化铝粉末的氧化铝原料粉末调制成该氧化铝原料粉末中的F相对于Al的质量比R1为5ppm以上，将包含所述氧化铝原料粉末的成型用原料成型，制成成型体；(b)将所述成型体于F挥发的温度进行加压烧成，由此得到透明氧化铝烧结体。

Description

透明氧化铝烧结体的制法
技术领域
本发明涉及透明氧化铝烧结体的制法。
背景技术
众所周知高密度、高纯度的多晶氧化铝具有透光性，能够用于高压钠灯用发光管、高耐热窗部件、半导体装置用部件、光学零部件用基板等。另一方面，氧化铝在结晶结构上具有光学各向异性，如果烧结体中的氧化铝粒子的结晶方位是无规的，则结晶粒子间的折射率不同，因此，光发生散射，透过率减少。因此，具有高直线透过率的透明氧化铝中的结晶粒子单轴取向比较理想。例如非专利文献1中公开一种透明氧化铝的制法。具体而言，通过利用高磁场来制造高纯度且高取向、高密度的透明氧化铝。
另外，还已知以下方法：在制造氧化铝烧结体时，在氧化铝原料粉末中添加氟化物并进行烧成，以便提高烧结性。例如专利文献1、2中，将氧化铝粉末和氟化物粉末混合、成型后，于1300℃以下的低温进行烧成，由此得到致密的氧化铝烧结体。专利文献3中，在氧化铝原料粉末中添加氟化合物，粉碎混合使平均粒径为2μm以下，成型，在大气中于1600～1800℃进行烧成，由此，得到耐腐蚀性、耐冲击抵抗性及耐久性优异的氧化铝烧结体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5396176号
专利文献2：日本特许第5501040号
专利文献3：日本特许第4357584号
非专利文献
非专利文献1：Ceramics International 38(2012)5557-5561
发明内容
但是，非专利文献1中记载的制法中，虽然得到透明氧化铝，但是由于利用高磁场，所以制造成本升高，并且，不易大型化，不适合大量生产。
专利文献1、2中记载的制法中，氧化铝粒子由于不考虑取向所以无规排列。因此，认为得到的氧化铝烧结体的透明性低。
根据专利文献3中记载的制法，得到几乎没有结晶取向且氧化铝粒子无规分布的氧化铝烧结体。因此，认为该氧化铝烧结体的透明性低。由此，迄今未知廉价且容易地制造透明氧化铝烧结体的方法。
本发明是为了解决该课题而完成的，主要目的是廉价且容易地制造透明氧化铝烧结体。
本发明的第一透明氧化铝烧结体的制法包括以下工序：
(a)将包含纵横尺寸比为3以上的板状氧化铝粉末的氧化铝原料粉末调制成该氧化铝原料粉末中的F相对于Al的质量比R1为5ppm以上，将包含所述氧化铝原料粉末的成型用原料成型，制成成型体；
(b)将所述成型体于1700℃以上进行加压烧成，由此得到透明氧化铝烧结体。
其中，质量比R1是由下述式(1)算出的值，单位为质量ppm。式(1)中，X是板状氧化铝粉末中的F相对于Al的质量比(质量ppm)。板状氧化铝粉末的F含量由高温水解－离子色谱法求出。板状氧化铝粉末的Al含量是使用板状氧化铝粉末的氧化铝纯度乘以0.529得到的值算出的，该板状氧化铝粉末的氧化铝纯度是以100－(Al、O以外的杂质元素的质量％的和)的形式求出的。杂质元素的质量％如下定量。即，S用燃烧(高频加热)－红外线吸收法定量，N用惰性气体熔融－热导法定量，H用惰性气体熔融－非分散型红外线吸收法定量，F用高温水解－离子色谱法定量，其它元素用ICP(电感耦合等离子体)发光分析定量。
R1＝X×(板状氧化铝的质量/氧化铝原料粉末的质量)…(1)
本发明的第二透明氧化铝烧结体的制法包括以下工序：
(a)将包含纵横尺寸比为3以上的板状氧化铝粉末的氧化铝原料粉末调制成该氧化铝原料粉末中的F相对于Al的质量比R2为15ppm以上；
(b)将所述成型体于1700℃以上进行加压烧成，由此得到透明氧化铝烧结体。
其中，质量比R2是由下述式(2)算出的值，单位为质量ppm。氧化铝原料粉末中的、板状氧化铝粉末与微细氧化铝粉末的混合比例以质量比计为T：(100－T)。在氧化铝原料粉末中另行添加添加物的情况下，使添加物相对于氧化铝原料粉末的比例为Z(质量％)。x1为板状氧化铝粉末中的F含有率(质量ppm)，x2为微细氧化铝粉末中的F含有率(质量ppm)，x3为添加物中的F含有率(质量ppm)。F含量由碱熔－离子色谱法求出。y1为板状氧化铝粉末中的Al含有率(质量％)，y2为微细氧化铝粉末中的Al含有率(质量％)。Al含有率为各氧化铝粉末的氧化铝纯度乘以0.529得到的值(质量％)，该各氧化铝粉末的氧化铝纯度是以100－(Al、O以外的杂质元素的质量％的和)的形式求出的。杂质元素的质量％如下定量。即，S用燃烧(高频加热)－红外线吸收法定量，N用惰性气体熔融－热导法定量，H用惰性气体熔融－非分散型红外线吸收法定量，F用碱熔－离子色谱法定量，其它元素用ICP发光分析定量。y3为添加物中的Al含有率(质量％)，用ICP发光分析定量。
R2＝100×[x1×T+x2×(100-T)+x3×Z]/[y1×T+y2×(100-T)+y3×Z}…(2)
根据本发明的第一及第二透明氧化铝烧结体的制法，将包含纵横尺寸比为3以上的板状氧化铝粉末的成型用原料成型并进行加压烧成，由此，得到的氧化铝烧结体的取向度高。另外，在氧化铝原料粉末中包含有适量的F，因此，氧化铝原料粉末的烧结性得到提高，氧化铝烧结体充分致密化。进而，于F从粉末和/或成型体的表面挥发的温度进行烧成，因此，能够使得到的氧化铝烧结体的F含量为零或者抑制在较低水平。因此，得到的氧化铝烧结体的取向度高、致密、高纯度，具有高的透明性。另外，该制法中，不需要像以往那样利用高磁场，因此，能够将透明氧化铝烧结体的制造成本抑制在较低水平。进而，由于能够容易地制造透明氧化铝烧结体，所以适合大量生产。
附图说明
图1是板状氧化铝粒子的示意图，(a)是俯视图，(b)是主视图。
图2是以TGG法制作氧化铝烧结体的工序的示意图。
图3是氧化铝烧结体的样品的外观照片。
图4是氧化铝烧结体的被研磨后的截面的高倍率照片。
图5是表示将高倍率照片排列成连续的照片而得到的样子的说明图。
具体实施方式
本发明的透明氧化铝烧结体的制法包括以下工序：
(a)将包含纵横尺寸比为3以上的板状氧化铝粉末的氧化铝原料粉末调制成该氧化铝原料粉末中的F相对于Al的质量比R1为5ppm以上(或者质量比R2为15ppm以上)，将包含所述氧化铝原料粉末的成型用原料成型，制成成型体；
(b)将所述成型体于1700℃以上进行加压烧成，由此得到透明氧化铝烧结体。
工序(a)中，使用板状氧化铝粉末。该板状氧化铝粉末的纵横尺寸比为3以上。纵横尺寸比是平均粒径/平均厚度。此处，平均粒径是粒子板面的长轴长的平均值，平均厚度是粒子的短轴长的平均值。这些值利用扫描型电子显微镜(SEM)观察板状氧化铝粉末中的任意100个粒子来确定。图1是板状氧化铝粒子的示意图，(a)是俯视图，(b)是主视图。板状氧化铝粒子在俯视观察时的形状为大致六边形，其粒径如图1(a)所示，厚度如图1(b)所示。通过使用包含纵横尺寸比为3以上的板状氧化铝粉末的氧化铝原料粉末，使得最终得到的氧化铝烧结体的取向度升高。从高取向化的观点考虑，板状氧化铝粉末的平均粒径大比较理想，优选为1.5μm以上，更优选为5μm以上，进一步优选为10μm以上，特别优选为15μm以上。其中，从致密化的观点考虑，板状氧化铝粉末的平均粒径小比较理想，优选为30μm以下。由此，为了兼具高取向和致密化，平均粒径优选为1.5μm～20μm。
板状氧化铝粉末优选使用高纯度的板状氧化铝粉末。板状氧化铝粉末的纯度优选为99质量％以上，更优选为99.9质量％以上，进一步优选为99.99质量％以上。其中，可以包含在烧成中挥发消失或挥发减量的杂质，例如可以包含F、S等元素。高纯度的板状氧化铝粉末例如可以通过以下的步骤来制造。即，首先将从由三水铝石、勃姆石及γ－氧化铝构成的组中选择的至少1种过渡氧化铝粉末和AlF3粉末按AlF3的含有率为0.25质量％以上进行混合，得到F、H、C、S以外的杂质元素的质量比例的合计为1000ppm以下的混合粉末。优选在该混合粉末中添加α－氧化铝粒子作为晶种。接下来，作为容器，准备混合粉末中所包含的AlF3的质量除以容器的体积所得到的值(＝AlF3质量/容器体积)为1×10-4g/cm3以上的容器。关于容器，优选Al、O、Mg、N、Re(Re：稀土元素)以外的元素的合计在1质量％以下。容器的材质优选为纯度99.5质量％以上的Al2O3。然后，将混合粉末放入容器中并盖上盖子，或者将混合粉末放入容器中进行密闭，或将混合粉末封闭在由多孔质材料形成的容器中，于750～1650℃进行热处理，由此，得到由板状的α－氧化铝粒子构成的板状氧化铝粉末。可以将这样得到的板状氧化铝粉末用作工序(a)的板状氧化铝粉末。另外，可以将该板状氧化铝粉末在大气、不活泼或真空的气氛下于600～1350℃、优选900～1350℃进行退火处理得到的物质用作工序(a)的板状氧化铝粉末。这样得到的板状氧化铝粉末因退火处理等条件而包含源自AlF3的少量的F。应予说明，板状氧化铝粉末可以在使用前进行粉碎。
工序(a)中，使用氧化铝原料粉末。该氧化铝原料粉末调制成该氧化铝原料粉末中的F相对于Al的质量比R1为5ppm以上或者质量比R2为15ppm以上。F作为促进氧化铝粉末烧结的烧结助剂起作用。如果质量比R1低于5ppm或者质量比R2低于15ppm，则在烧成时不会充分致密化，在氧化铝烧结体中残留有气孔，直线透过率降低，因此，不理想。质量比R1、R2的上限没有特别限定，但是，如果质量比R1、R2过多，则有时粒生长过多使得取向度降低、或者生成具有气孔的异常粒子而使得透光性降低。从这样的观点考虑，质量比R1优选为6300ppm以下，更优选为3000ppm以下，更优选为1500ppm以下，更优选为1000ppm以下，更优选为100ppm以下，更优选为50ppm以下，进一步优选为25ppm以下。质量比R2优选为10000ppm以下，更优选为5000ppm以下，进一步优选为2500ppm以下，特别优选为1000ppm以下。质量比R1、R2可以通过上述的式(1)、(2)求出。
氧化铝原料粉末可以为纵横尺寸比为3以上的板状氧化铝粉末本身，但是，优选为将该板状氧化铝粉末和平均粒径比板状氧化铝粉末小的微细氧化铝粉末混合得到的混合氧化铝粉末。将纵横尺寸比为3以上的板状氧化铝粉末本身用作氧化铝原料粉末的情况下，优选使用平均粒径小、例如平均粒径1μm以下的板状氧化铝粉末。将板状氧化铝粉末和微细氧化铝粉末混合得到的混合氧化铝粉末用作氧化铝原料粉末的情况下，在成型时板状氧化铝粒子容易取向。另外，在烧成时，板状氧化铝粉末成为晶种(模板)，微细氧化铝粉末成为基质，模板拉拢基质的同时进行同质外延生长。这样的制法被称为TGG(Templated GrainGrowth)法。板状氧化铝粉末与微细氧化铝粉末的混合比例优选以质量比计为T：100(T为0.001～50)。这是因为：如果T不足0.001，则得到的氧化铝烧结体的取向度难以升高，如果T超过50，则氧化铝有可能不易烧结。从取向度的观点考虑，T优选为0.1以上，更优选为0.5以上，进一步优选为1.5以上。另一方面，从烧结性的观点考虑，T优选为15以下，更优选为10以下，进一步优选为5以下，特别优选为2.5以下。从兼具取向度和烧结性的观点考虑，T优选为0.001～15，更优选为0.1～15，更优选为0.5～10，更优选为0.5～5，进一步优选为1.5～5，特别优选为1.5～2.5。图2中示出以TGG法制作氧化铝烧结体的工序的示意图。TGG法中，可以通过板状氧化铝粉末和微细氧化铝粉末的粒径、混合比来控制得到的氧化铝烧结体的微观结构，与对板状氧化铝粉末单体进行烧成的情形相比，容易致密化，取向度容易提高。
工序(a)中，调制包含氧化铝原料粉末的成型用原料。成型用原料可以为氧化铝原料粉末本身，但是，也可以在氧化铝原料粉末中适当添加烧结助剂、石墨、粘合剂、增塑剂、分散剂、分散介质等。作为烧结助剂，优选MgO。这是因为：MgO抑制过量的粒生长且促进致密化。特别是在氧化铝原料粉末中所包含的F较多时，粒生长容易过量，因此，添加MgO的意义较大。在氧化铝原料粉末中添加MgO粉末的情况下，优选相对于氧化铝原料粉末100质量份添加100～5000质量ppm的MgO粉末。应予说明，关于MgO的添加形态，可以以在烧成等过程中变为MgO这样的碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、氢氧化物等镁化合物的形式添加。该镁化合物的情况下，只要添加量以MgO换算为100～5000质量ppm，粉末、液体均可。
工序(a)中，将成型用原料成型，制成成型体。成型方法没有特别限定，例如通过流延成型、挤压成型、浇铸成型、注射成型、单轴压制成型等制成成型体。
工序(b)中，将成型体于F挥发的温度进行加压烧成，由此，得到透明氧化铝烧结体。F作为烧结助剂起作用，但是，如果于1700℃以上进行烧成，则烧结体的表面不会残留有F。作为加压烧成，例如可以举出：热压烧成、HIP烧成、等离子体放电烧成(SPS)等。热压烧成中的烧成气氛没有特别限定，但是，优选氮、Ar等不活泼气体或真空气氛。真空气氛下的压力低比较理想，优选为1Pa以下，更优选为0.1Pa以下，特别优选为0.01Pa以下，没有下限。应予说明，可以在加压烧成前进行常压预烧成。常压预烧成时的气氛没有特别限定，优选为真空气氛、氮、Ar等不活泼气体、氢气或者大气，更优选为真空气氛或氢气，最优选为真空气氛。真空气氛下的压力低比较理想，优选为1Pa以下，更优选为0.1Pa以下，特别优选为0.01Pa以下，没有下限。在进行HIP烧成时，还可以使用封装法。烧成温度(最高到达温度)优选为1700～2050℃，更优选为1750～2000℃。热压烧成时的压力优选为50kgf/cm2以上，更优选为200kgf/cm2以上。HIP烧成时的压力优选为1000kgf/cm2以上，更优选为2000kgf/cm2以上。
工序(b)中，在自最高到达温度降温时，优选施加50kgf/cm2以上的压制压力直至达到规定温度(在1000～1400℃(优选为1100～1300℃)的范围内设定的温度)。由此，能够提高得到的烧结体的透明性。在最高到达温度下的保持结束后立刻卸压也能够得到某种程度的透明性，但是，在持续施加压制压力的状态下降温至规定温度，能够提高透明性。其理由不明确，但是，认为可能是当在最高到达温度进行卸压时，在烧结体中产生气孔而影响透明性。另外，工序(b)中，优选在低于规定温度的温度域卸压至低于50kgf/cm2的压力。由此，能够抑制烧结体中产生裂纹。特别是烧结体的尺寸较大的情况下，由于烧结体中容易产生裂纹，所以优选进行像这样的卸压。另外，在采用热压烧成、SPS烧成的情况下，优选进行像这样的卸压。如上所述，从透明性的观点和抑制裂纹的观点考虑，压制压力的卸压时机极其重要。作为兼顾这些观点的卸压时机，特别优选降温中的1200℃。
通过本发明的制法得到的氧化铝烧结体的取向度高、致密、高纯度，具有高的透明性。对于取向度而言，可以得到c晶面取向度为5％以上(优选为80％以上，更优选为90％以上)的氧化铝烧结体，该c晶面取向度是使用照射X射线时在2θ＝20°～70°的范围内的X射线衍射图谱利用Lotgering法求出的。对于致密度而言，可以得到通过离子铣削对任意的截面进行研磨后利用扫描型电子显微镜以倍率5000倍进行查看时的气孔的数量为0～5个的氧化铝烧结体。对于纯度而言，可以得到Mg、C以外的杂质元素的合计的质量比例为100ppm以下(优选为50ppm以下，更优选为10ppm以下)的氧化铝烧结体。氧化铝烧结体中所包含的Mg、C、F以外的各杂质元素优选为10质量ppm以下。关于氧化铝含量，如果为了方便使其为100减去杂质元素的合计的质量(％)得到的值，则可以得到99.8质量％以上、优选为99.9质量％以上的氧化铝烧结体。对于透光性而言，可以得到从氧化铝烧结体中取出的厚度0.2mm的试样在波长350～1000nm处的直线透过率为60％以上(优选为70％以上)的氧化铝烧结体。另外，可以得到厚度0.5mm的试样在波长300～1000nm处的直线透过率为50％以上的氧化铝烧结体。
实施例
[实验例1]
1.氧化铝烧结体的制作
(1)板状氧化铝粉末的制作
溶剂为IPA(异丙醇)，使用的氧化铝球，将高纯度γ－氧化铝(TM－300D、大明化学制)96质量份、高纯度AlF3(关东化学制、鹿特级)4质量份、作为晶种的高纯度α－氧化铝(TM－DAR、大明化学制、D50＝1μm)0.17质量份在罐磨机中混合5小时。得到的混合粉末中的F、H、C、S以外的杂质元素的质量比例的合计为1000ppm以下。将得到的混合原料粉末300g放入纯度99.5质量％的高纯度氧化铝制的匣钵(容积750cm3)中，盖上纯度99.5质量％的高纯度氧化铝制的盖子，在电炉内，空气流中，900℃进行3小时的热处理。空气的流量为25000cc/min。将热处理后的粉末在大气中、于1150℃进行40小时的退火处理后，使用的氧化铝球进行4小时的粉碎，得到平均粒径2μm、厚度0.2μm、纵横尺寸比10的板状氧化铝粉末。利用扫描型电子显微镜(SEM)观察板状氧化铝粉末中的任意100个粒子来确定粒子的平均粒径、平均厚度。平均粒径是粒子的长轴长的平均值，平均厚度是粒子的短轴长的平均值，纵横尺寸比是平均粒径/平均厚度。得到的板状氧化铝粉末为α－氧化铝。
关于如上所述得到的板状氧化铝粉末中的杂质元素，利用下述方法进行定量分析。然后，求出板状氧化铝粉末中的F相对于Al的质量比X(质量ppm)及板状氧化铝粉末中的F含有率x1(质量ppm)。质量比X是使用以高温水解－离子色谱法求出的F的质量算出的值，质量比x1是使用碱熔－离子色谱法求出的F的质量算出的值。高温水解－离子色谱法中，主要测定试样表面的F，碱熔－离子色谱法中，由于将试样熔融来测定F，所以测定试样整体的F。实验例1的板状氧化铝粉末的质量比X、x1分别为490ppm、5600ppm。另外，Al以外的杂质元素中检测到的仅为F，其它分析元素全部在检测极限以下。以(100－F质量(％))的形式求出板状氧化铝粉末的纯度，结果为99.97％。
C、S：燃烧(高频加热)－红外线吸收法
N：惰性气体熔融－热导法
H：惰性气体熔融－非分散型红外线吸收法
F：高温水解－离子色谱法、碱熔－离子色谱法
上述以外的杂质元素(主要为Si、Fe、Ti、Na、Ca、Mg、K、P、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Pb、Bi、Li、Be、B、Cl、Sc、Ga、Ge、As、Se、Br、Rb、Sr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Cs、Ba、Hf、Ta、W、Ir、Pt、Au、Hg、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)：ICP发光分析
(2)流延成型
将上述(1)中制作的板状氧化铝粉末5质量份和微细氧化铝粉末(TM－DAR、平均粒径0.1μm、大明化学制)95质量份混合，制成混合氧化铝粉末。相对于该混合氧化铝粉末100质量份加入氧化镁(500A、Ubematerials制)0.025质量份(250质量ppm)、石墨粉末(UF－G5、昭和电工制)0.01质量份、作为粘合剂的聚乙烯醇缩丁醛(产品编号BM－2、积水化学工业制)7.8质量份、作为增塑剂的二(2－乙基己基)邻苯二甲酸酯(黑金化成制)3.9质量份、作为分散剂的失水山梨糖醇三油酸酯(Rheodol SP－O30、花王制)2质量份、以及作为分散介质的2－乙基己醇，进行混合。分散介质的量按浆料粘度为20000cP进行调整。将像这样调制的浆料通过刮刀法按干燥后的厚度为20μm在PET膜上成型为片状。将得到的带切成口径50.8mm(2英寸)的圆形后，层叠150张，载置于厚度10mm的Al板上，然后，放入箱体中并使内部为真空，由此得到真空包装。将该真空包装在85℃的温水中以100kgf/cm2的压力进行等静压压制，得到圆板状的成型体。
混合氧化铝粉末中的F相对于Al的质量比R1、R2(ppm)分别由上述式(1)、(2)求出。实验例1中，混合氧化铝粉末的质量比R1、R2分别为24ppm、529ppm。
(3)烧成
将得到的成型体配置在脱脂炉中，在600℃、10小时的条件下进行脱脂。将得到的脱脂体使用石墨制的模具以热压在氮气中1800℃、4小时、表面压力200kgf/cm2的条件下进行烧成，得到氧化铝烧结体。将得到的氧化铝烧结体的样品的外观照片示于图3。图3中所画的带NGK标的标志是日本碍子(株)的注册商标。
应予说明，上述1.(1)、(2)相当于本发明的工序(a)，上述1.(3)相当于本发明的工序(b)。
2.氧化铝烧结体的特性
(1)c晶面取向度
为了确认得到的氧化铝烧结体的取向度，实施研磨加工，使其相对于圆板状的氧化铝烧结体的上表面平行后，对其研磨面照射X射线，测定c晶面取向度。使用XRD装置(Rigaku制、RINT－TTR III)，在2θ＝20～70°的范围内测定XRD图谱。具体而言，使用CuKα射线在电压50kV、电流300mA这样的条件下进行测定。通过Lotgering法计算c晶面取向度。具体而言，利用以下的式子进行计算。所谓c晶面，是氧化铝的(006)晶面。式中，P是由制作的氧化铝烧结体的XRD得到的值，P0是由标准α－氧化铝(JCPDS Card No.46－1212)计算得到的值。实验例1的氧化铝烧结体的c晶面取向度为99.7％。
数学式1
(2)气孔数(密度)
用截面抛光机(CP)(日本电子制、IB－09010CP)对得到的氧化铝烧结体的任意截面进行研磨。CP属于离子铣削的范畴。使用CP是因为不会在研磨面发生脱粒。利用扫描型电子显微镜(日本电子制、JSM－6390)对得到的截面进行拍摄。具体而言，将像图4那样的纵向19.0μm×横向25.4μm的视野以倍率5000倍进行拍摄得到的照片如图5那样排列成纵6张、横5张连续的照片(纵向114μm×横向127μm)，通过肉眼观察来数出气孔的数量。气孔和非气孔部分的明暗鲜明，因此，通过肉眼观察能够容易地区别。实验例1的氧化铝烧结体中所确认的气孔数为0个。另外，将纵向223.4μm×横向321.4μm的视野以倍率500倍拍摄得到的照片排列成纵6张、横5张连续的照片(纵向1340.4μm×横向1607.0μm)，通过肉眼观察来数出直径1μm以上的气孔的数量。这种情况下，实验例1的氧化铝烧结体中所确认到的气孔数为2个。
(3)杂质量
将氧化铝烧结体用纯度99.9％的氧化铝研钵粉碎后，利用下述方法对杂质元素进行定量分析。然后，求出氧化铝烧结体中的Mg、C以外的杂质元素的合计的质量比例(ppm)、氧化铝烧结体中所包含的Mg、C的质量比例(ppm)。实验例1的氧化铝烧结体中的Mg、C以外的杂质元素均在检测极限以下，检测到112ppm的Mg、40ppm的C。
C、S：燃烧(高频加热)－红外线吸收法
N：惰性气体熔融－热导法
H：惰性气体熔融－非分散型红外线吸收法
F：高温水解－离子色谱法
上述以外的杂质元素(主要为Si、Fe、Ti、Na、Ca、Mg、K、P、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Pb、Bi、Li、Be、B、Cl、Sc、Ga、Ge、As、Se、Br、Rb、Sr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Cs、Ba、Hf、Ta、W、Ir、Pt、Au、Hg、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)：ICP发光分析
(4)Al2O3含量
关于氧化铝烧结体的Al2O3含量(质量％)，计算由上述的定量分析得到的氧化铝烧结体中的Al、O以外的元素的质量％的和S，利用100－S方便地求出Al2O3含量。实验例1的氧化铝烧结体的Al2O3含量为99.98质量％。
(5)直线透过率
将得到的氧化铝烧结体切成10mm×10mm的大小，在的金属制平台的最外周部间隔90°固定4个，在SiC研磨纸上，在仅施加金属制平台和研磨夹具的载荷(合计1314g)的状态下，用#800精研(预研磨)10分钟，用#1200精研(预研磨)5分钟。然后，在陶瓷平台上，使用金刚石磨粒进行精研。关于精研，以磨粒尺寸1μm进行30分钟，然后，以磨粒尺寸0.5μm进行2小时。将研磨后的10mm×10mm×0.2mm厚的试样依次用丙酮、乙醇、离子交换水分别清洗3分钟后，利用分光光度计(PerkinElmer制、Lambda900)测定在波长350～1000nm处的直线透过率。实验例1的氧化铝烧结体在波长350～1000nm处的直线透过率为80.3％以上。另外，0.5mm厚的试样在波长300～1000nm处的直线透过率为66.0％以上。
将实验例1的氧化铝烧结体的制造条件及特性汇总于表1。
表1
[实验例2]
使制作板状氧化铝粉末时的退火温度为1180℃，除此以外，与实验例1同样地制作氧化铝烧结体。由于热处理温度高且F的挥发量增加，所以混合氧化铝粉末的质量比R1、R2分别为11、491。关于得到的氧化铝烧结体，求出上述2.(1)～(5)的特性。将其结果示于表1。
[实验例3]
使流延成型时的板状氧化铝粉末与微细氧化铝粉末的混合比以质量比计为1.5：98.5，除此以外，与实验例1同样地制作氧化铝烧结体。由于降低了含有F的板状氧化铝粉末的混合比例，所以混合氧化铝粉末的质量比R1、R2分别为7、159。关于得到的氧化铝烧结体，求出上述2.(1)～(5)的特性。将其结果示于表1。
[实验例4]
使流延成型时的氧化镁的添加量为2500质量ppm，除此以外，与实验例1同样地制作氧化铝烧结体。关于得到的氧化铝烧结体，求出上述2.(1)～(5)的特性。将其结果示于表1。
[实验例5]
在烧成时不添加氧化镁，除此以外，与实验例1同样地制作氧化铝烧结体。关于得到的氧化铝烧结体，求出上述2.(1)～(5)的特性。将其结果示于表1。
[实验例6]
在制作板状氧化铝粉末时使退火温度为1200℃，在流延成型时(另行)添加0.025质量份的AlF3，除此以外，与实验例1同样地制作氧化铝烧结体。混合氧化铝粉末的质量比R2为652。关于得到的氧化铝烧结体，求出上述2.(1)～(5)的特性。将其结果示于表1。
[实验例7]
在烧成时，进行常压大气烧成之后进行HIP烧成，除此以外，与实验例1同样地制作氧化铝烧结体。氧化铝原料粉末的质量比R1、R2分别为24、529。常压大气烧成的条件：于1350℃保持4小时。另外，HIP烧成的条件：以Ar为压力介质，于压力185MPa、1800℃保持2小时。关于得到的氧化铝烧结体，求出上述2.(1)～(5)的特性。将其结果示于表1。
[实验例8]
在制作板状氧化铝粉末时不进行板状氧化铝粉末的退火处理，除此以外，与实验例1同样地制作氧化铝烧结体。由于板状氧化铝粉末中残留有较多的F，所以氧化铝原料粉末的质量比R1、R2分别为1439、2271。关于得到的氧化铝烧结体，求出上述2.(1)～(5)的特性。将其结果示于表1。
[实验例9]
使制作板状氧化铝粉末时的退火温度为1200℃，除此以外，与实验例1同样地制作氧化铝烧结体。由于热处理温度高且F的挥发量增加，所以混合氧化铝粉末的质量比R1、R2分别为5、331。关于得到的氧化铝烧结体，求出上述2.(1)～(5)的特性。将其结果示于表1。
[实验例10]
使制作板状氧化铝粉末时的退火温度为900℃，并使热压烧成温度为1650℃，除此以外，与实验例1同样地制作氧化铝烧结体。混合氧化铝粉末的质量比R1、R2分别为343、747。关于得到的氧化铝烧结体，求出上述2.(1)～(5)的特性。将其结果示于表1。
[实验例11]
在流延成型时使氧化铝原料粉末仅为作为微细氧化铝粉末的TM－DAR，在混合时(另行)添加0.004质量份的氟化铝粉末，除此以外，与实验例1同样地制作氧化铝烧结体。氧化铝原料粉末的质量比R2为51。关于得到的氧化铝烧结体，求出上述2.(1)～(5)的特性。将其结果示于表1。
[实验例12]
于常压大气1700℃实施烧成方法，除此以外，与实验例1同样地制作氧化铝烧结体。混合氧化铝粉末的质量比R1、R2分别为24、529。关于得到的氧化铝烧结体，求出上述2.(1)～(5)的特性。将其结果示于表1。
[评价]
实验例1～7、9中，将包含板状氧化铝粉末的氧化铝原料粉末调制成该氧化铝原料粉末中的F相对于Al的质量比R1为5ppm以上、质量比R2为15ppm以上，将包含该氧化铝原料粉末的成型用原料流延成型后，于1700℃以上进行加压烧成(热压烧成或HIP烧成)。因此，实验例1～7、9的氧化铝烧结体的、c晶面取向度为90％以上，气孔的数量在视野114×127μm的范围内为0个，在视野1340.4×1607.0μm的范围内为0～2个，Mg、C以外的杂质元素的合计为100ppm以下，氧化铝含量为99.8质量％以上，是高取向、高致密性且高纯度的氧化铝烧结体。另外，0.2mm厚且350～1000nm处的直线透过率为60％以上，0.5mm厚且300～1000nm处的直线透过率为50％以上，显示高的透光性。实验例8中，由于混合氧化铝粉末中的R1、R2较高，所以得到的氧化铝烧结体的粒生长稍微过量，c晶面取向度、直线透过率稍微降低，但是将其称为高取向、高致密性且高纯度。
另一方面，实验例10中，由于烧成温度过低，所以得到的氧化铝烧结体的c晶面取向度低且还残留有较多的气孔，直线透过率非常低。实验例11中，由于不使用板状氧化铝粉末，所以得到的氧化铝烧结体的c晶面取向度极低，无法得到充分的直线透过率。实验例12中，由于使用常压大气烧成而不是加压烧成，所以得到的氧化铝烧结体的c晶面取向度低且还残留有较多的气孔，直线透过率非常低。
[实验例13～22]
使流延成型时的板状氧化铝粉末与微细氧化铝粉末的混合比、MgO量、烧成时的烧成温度如表2所示，自烧成温度进行降温时，维持压制压力直至达到1200℃，在低于1200℃的温度域，释放压制压力为零，除此以外，与实验例1同样地制作氧化铝烧结体。关于得到的氧化铝烧结体，求出上述2.(1)～(5)的特性。将其结果示于表2。
表2
[实验例23～25]
使流延成型时的板状氧化铝粉末与微细氧化铝粉末的混合比、MgO量、烧成时的烧成温度如表2所示，自烧成温度进行降温时，维持压制压力直至达到1200℃，在低于1200℃的温度域，释放压制压力为零，除此以外，与实验例8同样地制作氧化铝烧结体。关于得到的氧化铝烧结体，求出上述2.(1)～(5)的特性。将其结果示于表2。
[实验例26、27]
使制作板状氧化铝粉末时的退火条件为900℃、3小时、空气流(空气的流量为25000cc/min)，使流延成型时的板状氧化铝粉末与微细氧化铝粉末的混合比、烧成时的烧成温度如表2所示，自烧成温度进行降温时，维持压制压力直至达到1200℃，在低于1200℃的温度域，释放压制压力为零，除此以外，与实验例1同样地制作氧化铝烧结体。关于得到的氧化铝烧结体，求出上述2.(1)～(5)的特性。将其结果示于表2。
[实验例28]
使流延成型时的氧化铝原料粉末仅为微细氧化铝粉末，并且，使F含量为零，使烧成时的烧成温度如表2所示，自烧成温度进行降温时，维持压制压力直至达到1200℃，在低于1200℃的温度域，释放压制压力为零，除此以外，与实验例1同样地制作氧化铝烧结体。关于得到的氧化铝烧结体，求出上述2.(1)～(5)的特性。将其结果示于表2。
[评价]
实验例13～27中，将包含板状氧化铝粉末的氧化铝原料粉末调制成该氧化铝原料粉末中的F相对于Al的质量比R1为5ppm以上、质量比R2为15ppm以上，将包含该氧化铝原料粉末的成型用原料流延成型后，于1700℃以上进行加压烧成(热压烧成)。因此，实验例13～27的氧化铝烧结体的、c晶面取向度为5％以上，气孔的数量在视野114×127μm的范围内为0～4个，在视野1340.4×1607.0μm的范围内为0～17个，Mg、C以外的杂质元素的合计为100ppm以下，氧化铝含量为99.8质量％以上，是高取向、高致密性且高纯度的氧化铝烧结体。另外，0.2mm厚且350～1000nm处的直线透过率为70％以上，0.5mm厚且300～1000nm处的直线透过率为60％以上，显示出高的透光性。
另一方面，实验例28中，由于没有使用板状氧化铝粉末，所以得到的氧化铝烧结体的c晶面取向度极低，无法得到充分的直线透过率。
应予说明，实验例1～28中，实验例1～9、13～27相当于本发明的实施例。本发明并不受这些实施例任何限定，只要属于本发明的技术范围，就可以以各种方案进行实施。
本申请以2014年11月28日所申请的日本专利申请第2014－241685号及2015年5月13日所申请的日本专利申请第2015－98524号为主张优先权的基础，它们所有内容通过引用包含在本说明书中。
产业上的可利用性
本发明可用于例如高压钠灯用发光管、高耐热窗部件、半导体装置用部件、光学零部件用基板等。

Claims (6)

1.一种透明氧化铝烧结体的制法，其包括以下工序：
(a)将包含纵横尺寸比为3以上的板状氧化铝粉末的氧化铝原料粉末调制成该氧化铝原料粉末中的F相对于Al的质量比R1为5ppm以上，将包含所述氧化铝原料粉末的成型用原料成型，制成成型体，
(b)将所述成型体于1700℃以上进行加压烧成，由此得到透明氧化铝烧结体，
其中，质量比R1是由下述式(1)算出的值，单位为质量ppm，
R1＝X×(板状氧化铝的质量/氧化铝原料粉末的质量)…(1)
式(1)中，X是板状氧化铝粉末中的F相对于Al的质量比(质量ppm)，板状氧化铝粉末的F含量由高温水解－离子色谱法求出，板状氧化铝粉末的Al含量是使用板状氧化铝粉末的氧化铝纯度乘以0.529得到的值算出的，该板状氧化铝粉末的氧化铝纯度是以100－(Al、O以外的杂质元素的质量％的和)的形式求出的，杂质元素的质量％如下定量，即，S用燃烧(高频加热)－红外线吸收法定量，N用惰性气体熔融－热导法定量，H用惰性气体熔融－非分散型红外线吸收法定量，F用高温水解－离子色谱法定量，其它元素用ICP(电感耦合等离子体)发光分析定量。
2.一种透明氧化铝烧结体的制法，其包括以下工序：
(a)将包含纵横尺寸比为3以上的板状氧化铝粉末的氧化铝原料粉末调制成该氧化铝原料粉末中的F相对于Al的质量比R2为15ppm以上，
(b)将所述成型体于1700℃以上进行加压烧成，由此得到透明氧化铝烧结体，
其中，质量比R2是由下述式(2)算出的值，单位为质量ppm，
R2＝100×[x1×T+x2×(100-T)+x3×Z]/[y1×T+y2×(100-T)+y3×Z}…(2)
氧化铝原料粉末中的、板状氧化铝粉末与微细氧化铝粉末的混合比例以质量比计为T：(100－T)，在氧化铝原料粉末中另行添加添加物的情况下，使添加物相对于氧化铝原料粉末的比例为Z(质量％)，x1为板状氧化铝粉末中的F含有率(质量ppm)，x2为微细氧化铝粉末中的F含有率(质量ppm)，x3为添加物中的F含有率(质量ppm)，F含量由碱熔－离子色谱法求出，y1为板状氧化铝粉末中的Al含有率(质量％)，y2为微细氧化铝粉末中的Al含有率(质量％)，Al含有率为各氧化铝粉末的氧化铝纯度乘以0.529得到的值(质量％)，该各氧化铝粉末的氧化铝纯度是以100－(Al、O以外的杂质元素的质量％的和)的形式求出的，杂质元素的质量％如下定量，即，S用燃烧(高频加热)－红外线吸收法定量，N用惰性气体熔融－热导法定量，H用惰性气体熔融－非分散型红外线吸收法定量，F用碱熔－离子色谱法定量，其它元素用ICP发光分析定量，y3为添加物中的Al含有率(质量％)，用ICP发光分析定量。
3.根据权利要求1或2所述的透明氧化铝烧结体的制法，其中，
所述工序(a)中，相对于所述氧化铝原料粉末100质量份，添加100～5000质量ppm的MgO，进行混合，由此制成混合原料粉末。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的透明氧化铝烧结体的制法，其中，
所述工序(b)中，烧成为所述透明氧化铝烧结体中所包含的Mg、C以外的各杂质元素为10质量ppm以下。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的透明氧化铝烧结体的制法，其中，
所述工序(a)中，将包含所述板状氧化铝粉末和平均粒径比所述板状氧化铝粉末小的微细氧化铝粉末的氧化铝原料粉末调制成所述板状氧化铝粉末与所述微细氧化铝粉末的混合比例以质量比计为0.1：99.9～15：85。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的透明氧化铝烧结体的制法，其中，
所述工序(b)中，在降温时，持续施加50kgf/cm2以上的压力直至达到在1000～1400℃的范围内设定的规定温度，在所述规定温度以下的温度域，卸压至低于50kgf/cm2。
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