JP2002012471A

JP2002012471A - 透光性アルミナ多結晶体およびその製造方法

Info

Publication number: JP2002012471A
Application number: JP2000194397A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Takiguchi; 義博瀧口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2002-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】着色剤として酸化コバルトを用いた場合、酸
化コバルトは焼成時に非常に気化しやすいために、焼結
体中のボイドが多くなり、その結果、非常に透光性の低
いアルミナ多結晶体しか得られず、サファイアと比べる
と深みが無く、装飾性の低いものであった。【解決の手段】アルミナ９５〜９９．７重量％、酸化
コバルト０．１〜１．０重量％、酸化ネオジウム或いは
酸化プラセオジムを０．１〜２．０重量％、酸化エルビ
ウムを０．１〜２．０重量％の混合物を成形し、脱脂し
た後、アルミナ匣鉢に入れて、１×１０^-1ｔｏｒｒ以下
の条件下で１４００℃以上で焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、装飾品、宝飾品等
の工芸品や、食器等の陶芸品等に利用できる透光性アル
ミナ多結晶体とその製造方法に関し、特にサファイアブ
ルーに発色する透光性アルミナ多結晶体とその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、宝飾品や装飾品で用いられている着色した透光性の
あるアルミナとして、サファイアやルビー等があり、こ
れらは、合成宝石としてベルヌイ法、ＣＺ法、ＦＺ法等
の単結晶育成法により製造されている。しかし、このプ
ロセスでは形状や大きさに制限があり、多大な時間と手
数を要するために非常に高価になるという問題があっ
た。

【０００３】そこで、これらの問題を解決する方法とし
て、アルミナに酸化マグネシウムと酸化コバルトを用い
て加圧成形した後、減圧もしくは水素雰囲気中の１４０
０〜２０００℃で２時間以上焼成し、さらに１４００〜
２０００℃で２時間以上酸化焼成することで、透光性の
高いブルーのアルミナ多結晶体が得られるとの報告があ
る（例えば特開昭５９−１６９９７９号公報参照）。

【０００４】ところが、実際には、酸化コバルトは焼成
時に非常に気化しやすいため、焼結体が緻密化せず、分
光測色計による光透過率は厚さ２ｍｍのもので１〜２％
であり、透光性が著しく低くなることがわかった。

【０００５】さらに、アルミナに着色剤として希土類酸
化物を添加して焼成後、ＨＩＰ処理して透光性の高い淡
いグリーン・ブルー・ピンクのアルミナ多結晶体が得ら
れている（例えば特開平４−１９３７６０号公報参
照）。

【０００６】以上のように、鮮やかな濃いブルー色を出
すためには、アルミナ粉体に酸化マグネシウムと酸化コ
バルトを添加する方法があるものの、着色剤として酸化
コバルトを用いた場合、酸化コバルトは焼成時に非常に
気化しやすいために、焼結体中のボイドが多くなり、そ
の結果、非常に透光性の低いアルミナ多結晶体しか得ら
れず、サファイアと比べると深みが無く、装飾性の低い
ものであった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
べく鋭意研究を重ねた結果、着色剤としての酸化コバル
トの添加量を必要最小限に抑え、焼結助剤としても有効
な着色剤である希土類を添加し、減圧下でアルミナ匣鉢
に入れて焼成することにより、鮮やかな赤味のある濃い
ブルーを呈し、非常に透光性の高い、サファイアと比較
しても遜色のない装飾性の高いサファイアブルーに発色
する透光性アルミナ多結晶体を得ることができることを
知見した。

【０００８】本発明は、上記知見に基づいてなされたも
のであり、請求項１に係る透光性アルミナ多結晶体は、
アルミナ９５〜９９．７重量％、酸化コバルト０．１〜
１．０重量％、酸化ネオジウム或いは酸化プラセオジム
を０．１〜２．０重量％、酸化エルビウムを０．１〜
２．０重量％からなる。

【０００９】また、請求項２に係る透光性アルミナ多結
晶体の製造方法は、アルミナ９５〜９９．７重量％、酸
化コバルト０．１〜１．０重量％、酸化ネオジウム或い
は酸化プラセオジムを０．１〜２．０重量％、酸化エル
ビウムを０．１〜２．０重量％の混合物を成形し、脱脂
した後、アルミナ匣鉢に入れて、１×１０^-1ｔｏｒｒ以
下の条件下で１４００℃以上で焼成する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、各請求項に係る発明の実施
の形態を詳細に説明する。

【００１１】請求項１に係る多結晶アルミナは、アルミ
ナ９５〜９９．７重量％、酸化コバルト０．１〜１．０
重量％、酸化ネオジウム或いは酸化プラセオジムを０．
１〜２．０重量％、酸化エルビウムを０．１〜２．０重
量％からなる。

【００１２】アルミナ原料は、純度９９．９％以上のも
のを用い、不純物による可視光線領域の固有吸収を抑制
させる必要がある。

【００１３】酸化コバルトはブルー着色剤としての働き
があるが、酸化コバルトの添加量が０．１重量％未満で
は、青味が弱く、１．０重量％を超えると焼成時の酸化
コバルトの気化によるボイドが多発し、著しく透光性が
低下する。

【００１４】また、酸化ネオジウムもしくは、酸化プラ
セオジムを添加することで焼結助剤（粒成長抑制剤）と
しての働きとブルー系の着色剤としての働きを兼ね備
え、透光性の向上を図ると共に青味を濃くすることがで
きる。但し、酸化ネオジウム或いは、酸化プラセオジム
の添加量が０．１重量％未満では、発色及び透光性共に
効果が無く、２．０重量％を超えると、Ａｌ₂Ｏ₃と光学
的特性の異なる（Ｐｒ、Ａｌ）₂Ｏ₃、（Ｎｄ、Ａｌ）₂
Ｏ₃の量が多くなるため、異相に基づく散乱が大きくな
り、透光性が低下する。

【００１５】さらに、酸化エルビウムを添加すると、焼
結助剤（粒成長抑制剤）としての効果と赤味を強くする
着色剤の効果があり、０．１重量％未満では効果が無
く、２．０重量％を超えると、Ａｌ₂Ｏ₃と光学的特性の
異なる（Ｅｒ、Ａｌ）₂Ｏ₃の量が多くなるため、異相に
基づく散乱が大きくなり、透光性が低下する。

【００１６】請求項２に係る透光性アルミナ多結晶体の
製造方法は、アルミナ９５〜９９．７重量％、酸化コバ
ルト０．１〜１．０重量％、酸化ネオジウム或いは酸化
プラセオジムを０．１〜２．０重量％、酸化エルビウム
を０．１〜２．０重量％の混合物を成形し、脱脂した
後、アルミナ匣鉢に入れて、１×１０^-1ｔｏｒｒ以下の
条件下で１４００℃以上で焼成する。

【００１７】上記組成の原料にポリカルボン酸アンモニ
ウム塩の分散剤とアクリル系のバインダー、ＰＥＧ系の
消泡剤、及びイオン交換水又は蒸留水を回転ボールミル
で混合してスラリーを作製する。このスラリーを攪拌真
空脱泡機で脱泡した後、鋳込み成形し、大気雰囲気の６
００〜１１００℃で１ｈｒ仮焼して、脱脂処理を行った
後、純度９９％以上のアルミナ匣鉢に入れて１×１０^-1
ｔｏｒｒ以下の条件下で、１４００℃以上で焼成する。

【００１８】図１（ａ）（ｂ）に焼成方法を示す。な
お、図１（ａ）はアルミナ匣鉢の上方から見た図、図１
（ｂ）は側方から見た図である。アルミナ匣鉢１は、リ
ング１ａと上蓋１ｂと底板１ｃとから成る。このような
アルミナ匣鉢１内に脱脂した成形品２を入れて、上蓋１
ｂを閉めて焼成する。

【００１９】脱脂処理をしない場合は、減圧焼成におい
て、灰分が残留し、密度が上がらないため、透光性は低
下する。

【００２０】また、真空度が１×１０^-1ｔｏｒｒ未満で
あると、焼結体内部の気孔を取り除けなくなるため、欠
陥による光の散乱が大きくなり、その結果、透光性が悪
くなる。

【００２１】また、アルミナ匣鉢１に入れずに焼成する
と、減圧雰囲気の容積が大きくなるため、ピグメントの
蒸発が活性化すると共に、真空炉内部の炉材が全てカー
ボンであるため、焼成時に焼結体が還元されて酸素欠陥
が多くなり、その結果、発色が淡く黒ずむという問題が
発生する。

【００２２】さらに、アルミナ匣鉢１の純度が９９％未
満であると、アルミナ匣鉢１の不純物が蒸発して、焼結
体を汚染し、透光性を低下させる。

【００２３】また、アルミナ匣鉢１を用いることで、他
のピグメントの蒸発による汚染が著しく抑制できるた
め、一度の真空炉焼成で様々な着色透光性アルミナを焼
成できるという効果もある。

【００２４】

【実施例】アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）に酸化コバルト（Ｃｏ
₃Ｏ₄）、酸化ネオジウム（Ｎｄ₂Ｏ₃）、酸化プラセオジ
ム（Ｐｒ₆Ｏ₁₁）、酸化エルビウム（Ｅｒ₂Ｏ₃）を各々
所定量添加し、さらにイオン交換水及び分散剤としてポ
リカルボン酸アンモニウム塩とバインダーとしてポリア
クリル酸及び消泡剤としてポリエチレングリコールを加
え、ボールミルで１６時間混合した。これらのスラリー
を２５μｍの篩に通し、３０ｍｉｎ攪拌真空脱泡した。
さらにこれらスラリーを加圧鋳込み成形し、脱脂のた
め、大気中の９００℃で１時間保持して仮焼し、一部は
脱脂処理しなかった。

【００２５】その後、真空炉にて純度９９％のアルミナ
匣鉢（図１）に入れ、一部は匣鉢に入れずに１×１０^-3
ｔｏｒｒの条件下で１７００℃で焼成した。

【００２６】これら焼結体を厚さ２ｍｍに研削し、鏡面
研磨後、発色は目視により評価し、透光性は、分光測色
計（ミノルタ製ＣＭ−３７００ｄ）を用い、基準光源Ｄ
６５で、波長範囲３６０〜７４０ｎｍの光透過率を測定
し、平均光透過率を求めた。これらの結果を表１に示
す。

【００２７】なお、脱脂欄では脱脂処理したものは
“○”、していないものは“×”と表示した。また匣鉢
欄では減圧焼成時に匣鉢に入れたものは“○”、入れて
いないものは“×”と表示した。さらに、透光性の評価
については平均光透過率が１０％以上のものは“○”、
１０％未満のものは“×”と表示した。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１から明らかなように、本発明に係る透
光性アルミナでは、平均光透過率が１０％以上となり、
しかもサファイアブルーに発色する透光性アルミナとな
る。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る透光性ア
ルミナによれば、アルミナ９５〜９９．７重量％、酸化
コバルト０．１〜１．０重量％、酸化ネオジウム或いは
酸化プラセオジムを０．１〜２．０重量％、酸化エルビ
ウムを０．１〜２．０重量％からなることから、従来に
ないサファイアの透明感と深みのある装飾性の高いブル
ー素材が簡単で安価に作れ、しかも形状や大きさに制限
されることなく、サファイアブルーに発色する透光性ア
ルミナ製品を作ることができる。

【００３１】また、請求項２に係る透光性アルミナの製
造方法によれば、アルミナ９５〜９９．７重量％、酸化
コバルト０．１〜１．０重量％、酸化ネオジウム或いは
酸化プラセオジムを０．１〜２．０重量％、酸化エルビ
ウムを０．１〜２．０重量％の混合物を成形し、脱脂し
た後、１×１０^-1ｔｏｒｒ以下の条件下でアルミナ匣鉢
に入れて、１４００℃以上で焼成することから、従来に
ないサファイアの透明感と深みのある装飾性の高いブル
ー素材が簡単で安価に作れ、しかも形状や大きさに制限
されること無く、サファイアブルーに発色する透光性ア
ルミナ製品を作ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係る透光性アルミナ多結晶体の製造
方法を説明するための図であり、（ａ）はアルミナ匣鉢
の上方から見た図、（ｂ）は側方から見た図である。

【符号の説明】

１：アルミナ匣鉢、２：成形品

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミナ９５〜９９．７重量％、酸化コ
バルト０．１〜１．０重量％、酸化ネオジウム或いは酸
化プラセオジムを０．１〜２．０重量％、酸化エルビウ
ムを０．１〜２．０重量％からなる透光性アルミナ多結
晶体。
【請求項２】アルミナ９５〜９９．７重量％、酸化コ
バルト０．１〜１．０重量％、酸化ネオジウム或いは酸
化プラセオジムを０．１〜２．０重量％、酸化エルビウ
ムを０．１〜２．０重量％の混合物を成形し、脱脂した
後、アルミナ匣鉢に入れて、１×１０^-1ｔｏｒｒ以下の
条件下で１４００℃以上で焼成することを特徴とする透
光性アルミナ多結晶体の製造方法。
【請求項３】前記アルミナ匣鉢のアルミナの純度が９
９％以上であることを特徴とする請求項２に記載の透光
性アルミナ多結晶体の製造方法。