JP2002173365A - リチウムアルミノシリケート系セラミックス - Google Patents
リチウムアルミノシリケート系セラミックスInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】軽量、低熱膨張で、高剛性のセラミックスを得
る。 【解決手段】リチウムアルミノシリケートと、剛性強化
剤として炭化珪素、窒化珪素、アルミナの少なくとも１
種と、焼結助剤として周期律表２ａ族元素の酸化物及び
酸化チタニウムの少なくとも１種を含有してリチウムア
ルミノシリケート系セラミックスを得る。
る。 【解決手段】リチウムアルミノシリケートと、剛性強化
剤として炭化珪素、窒化珪素、アルミナの少なくとも１
種と、焼結助剤として周期律表２ａ族元素の酸化物及び
酸化チタニウムの少なくとも１種を含有してリチウムア
ルミノシリケート系セラミックスを得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、精密機器用部品に
適したリチウムアルミノシリケート系セラミックスに関
する。
適したリチウムアルミノシリケート系セラミックスに関
する。
【０００２】
【従来の技術】精密機器用部品として、軽量で、熱的な
寸法変化が少なく、変形しにくいという理由で、アルミ
ナ系セラミックスや窒化珪素系セラミックスが広く用い
られている。
寸法変化が少なく、変形しにくいという理由で、アルミ
ナ系セラミックスや窒化珪素系セラミックスが広く用い
られている。
【０００３】また、最近では、コージェライトの低熱膨
張性を利用することも提案されている（特開平１−１９
１４２２、特公平６−９７６７５号各公報参照）。コー
ジェライト系セラミックスは、コージェライト粉末ある
いはコージェライトを形成するＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ
Ｏ2粉末を配合、合成して、これに焼結助剤として希土
類元素酸化物やＣａＯ、ＳｉＯ2、ＭｇＯなどを添加
し、所定形状に成形後、１０００〜１４００℃の温度で
焼成することによって得られる（特公昭５７−３６２９
号、特開平２−２２９７６０号各公報参照）。
張性を利用することも提案されている（特開平１−１９
１４２２、特公平６−９７６７５号各公報参照）。コー
ジェライト系セラミックスは、コージェライト粉末ある
いはコージェライトを形成するＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ
Ｏ2粉末を配合、合成して、これに焼結助剤として希土
類元素酸化物やＣａＯ、ＳｉＯ2、ＭｇＯなどを添加
し、所定形状に成形後、１０００〜１４００℃の温度で
焼成することによって得られる（特公昭５７−３６２９
号、特開平２−２２９７６０号各公報参照）。
【０００４】一般に低熱膨張材料としては、コージェラ
イト系セラミックスの他にリチウムアルミノシリケート
（以降、ＬＡＳと表記）系セラミックスがよく知られて
いる。ＬＡＳ系セラミックスの一種であるβ−スポジュ
メンについては、天然原料を使用して、所定形状に成形
後、１１００〜１４００℃で焼成することによって得ら
れる（特公昭５３−９６０５号、特公昭５６−１６４０
７号各公報参照）。
イト系セラミックスの他にリチウムアルミノシリケート
（以降、ＬＡＳと表記）系セラミックスがよく知られて
いる。ＬＡＳ系セラミックスの一種であるβ−スポジュ
メンについては、天然原料を使用して、所定形状に成形
後、１１００〜１４００℃で焼成することによって得ら
れる（特公昭５３−９６０５号、特公昭５６−１６４０
７号各公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】精密機器用部品とし
て、一般に用いられてきたアルミナ系セラミックス、窒
化珪素系セラミックスなどのセラミックスは、アルミナ
系セラミックスの比重が３．８、窒化珪素系セラミック
スの比重が３．０と金属と比べて軽量であるが、機器の
大型化に伴う重量の増加を抑えるため、更に軽量な素材
が必要とされるようになってきている。
て、一般に用いられてきたアルミナ系セラミックス、窒
化珪素系セラミックスなどのセラミックスは、アルミナ
系セラミックスの比重が３．８、窒化珪素系セラミック
スの比重が３．０と金属と比べて軽量であるが、機器の
大型化に伴う重量の増加を抑えるため、更に軽量な素材
が必要とされるようになってきている。
【０００６】また、測定温度範囲が０〜２０℃における
熱膨張係数は、アルミナ系セラミックスは約５．０×１
０-6／℃、窒化珪素系セラミックスは約１．５×１０-6
／℃であり、精密機器に用いるには熱の影響を受けやす
く、より低熱膨張の材料が必要とされてきている。
熱膨張係数は、アルミナ系セラミックスは約５．０×１
０-6／℃、窒化珪素系セラミックスは約１．５×１０-6
／℃であり、精密機器に用いるには熱の影響を受けやす
く、より低熱膨張の材料が必要とされてきている。
【０００７】精密機器用部品として望まれる材料の特性
は、低比重、低熱膨張、高剛性であるが上述したように
アルミナや窒化珪素系セラミックスでは、低比重、低熱
膨張の特性を満足できなかった。
は、低比重、低熱膨張、高剛性であるが上述したように
アルミナや窒化珪素系セラミックスでは、低比重、低熱
膨張の特性を満足できなかった。
【０００８】一方、低熱膨張材料として知られるコージ
ェライト系セラミックスは、比重が２．６〜２．７と低
いものの、ヤング率が７０〜９０ＧＰａと低いため、精
密機器用部品として用いる場合、たわみによる変形や部
材の固有振動数低下に伴う共振発生による誤差の影響が
増加するという問題があった。
ェライト系セラミックスは、比重が２．６〜２．７と低
いものの、ヤング率が７０〜９０ＧＰａと低いため、精
密機器用部品として用いる場合、たわみによる変形や部
材の固有振動数低下に伴う共振発生による誤差の影響が
増加するという問題があった。
【０００９】なお、最近の報告で希土類元素酸化物を焼
結助剤とするコージェライト系セラミックスは、比重
２．７、熱膨張係数−０．１〜０．１×１０-6／℃、ヤ
ング率１３０〜１４０ＧＰａを有するものがあり、変形
対策や固有振動数の向上に期待されている（特開平１１
−２５５５５７号公報参照）が、剛性はさらに大きなも
のが望ましい。
結助剤とするコージェライト系セラミックスは、比重
２．７、熱膨張係数−０．１〜０．１×１０-6／℃、ヤ
ング率１３０〜１４０ＧＰａを有するものがあり、変形
対策や固有振動数の向上に期待されている（特開平１１
−２５５５５７号公報参照）が、剛性はさらに大きなも
のが望ましい。
【００１０】石英もまた低熱膨張材料として知られる材
料であり、熱膨張係数は、測定温度範囲が０〜２０℃
で、０．４〜０．５×１０-6／℃、比重２．２である
が、ヤング率７０〜８０ＧＰａと剛性が低い材料であ
る。
料であり、熱膨張係数は、測定温度範囲が０〜２０℃
で、０．４〜０．５×１０-6／℃、比重２．２である
が、ヤング率７０〜８０ＧＰａと剛性が低い材料であ
る。
【００１１】ＬＡＳ系セラミックスの１種であるβ−ス
ポジュメンは、比重２．０〜２．４、熱膨張係数は室温
〜８００℃で０．３〜２．７×１０-6／℃、室温付近で
は０〜０．２×１０-6／℃であるが、ヤング率は６０〜
８０ＧＰａと剛性の低い材料である。
ポジュメンは、比重２．０〜２．４、熱膨張係数は室温
〜８００℃で０．３〜２．７×１０-6／℃、室温付近で
は０〜０．２×１０-6／℃であるが、ヤング率は６０〜
８０ＧＰａと剛性の低い材料である。
【００１２】本発明は軽量で低熱膨張を有するととも
に、剛性の高いセラミックスを提供することを目的とす
るものである。
に、剛性の高いセラミックスを提供することを目的とす
るものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明のリチウムアルミ
ノシリケート系セラミックスは、リチウムアルミノシリ
ケートと、剛性強化剤として炭化珪素、窒化珪素、及び
アルミナの少なくとも１種と、焼結助剤として周期律表
２ａ族元素の酸化物及び酸化チタニウムの少なくとも１
種とを含むことを特徴とする。
ノシリケート系セラミックスは、リチウムアルミノシリ
ケートと、剛性強化剤として炭化珪素、窒化珪素、及び
アルミナの少なくとも１種と、焼結助剤として周期律表
２ａ族元素の酸化物及び酸化チタニウムの少なくとも１
種とを含むことを特徴とする。
【００１４】また、剛性強化剤を成す炭化珪素、窒化珪
素、及びアルミナの少なくとも１種が合計で２１．９〜
８７．５重量％、上記焼結助剤を成す周期律表２ａ族元
素の酸化物及び酸化チタニウムの少なくとも１種が合計
で２．５〜３１．０重量％、残部がリチウムアルミノシ
リケートとからなることを特徴とする。
素、及びアルミナの少なくとも１種が合計で２１．９〜
８７．５重量％、上記焼結助剤を成す周期律表２ａ族元
素の酸化物及び酸化チタニウムの少なくとも１種が合計
で２．５〜３１．０重量％、残部がリチウムアルミノシ
リケートとからなることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明のリチウムアルミノシリケ
ート系セラミックスは、ＬＡＳと、剛性強化剤として炭
化珪素、窒化珪素、アルミナの少なくとも１種と、焼結
助剤として周期律表２ａ族元素の酸化物及び酸化チタニ
ウムの少なくとも１種とを複合化したことにより、高剛
性で低熱膨張特性を有したものである。
ート系セラミックスは、ＬＡＳと、剛性強化剤として炭
化珪素、窒化珪素、アルミナの少なくとも１種と、焼結
助剤として周期律表２ａ族元素の酸化物及び酸化チタニ
ウムの少なくとも１種とを複合化したことにより、高剛
性で低熱膨張特性を有したものである。
【００１６】剛性強化剤としては、剛性が３００ＧＰａ
以上と高く、軽量で、安価な材料という点で炭化珪素、
窒化珪素、アルミナの少なくとも１種を用いる。これら
の他に炭化硼素、炭化チタン、炭化タングステン等も挙
げられるが、炭化硼素は、ＬＡＳと複合化する場合、焼
成温度が高温となり、ＬＡＳの分解を生じさせる可能性
を有し、炭化チタン、炭化タングステンは重く、高価な
材料であるため不適当である。剛性強化剤を添加すると
剛性の増加と同時に熱膨張係数も増加するが、この添加
量は、最終焼結体のヤング率が１４０ＧＰａ以上、熱膨
張係数が１．５×１０-6／℃以下となるような範囲で調
整することが必要である。ヤング率は既存の低熱膨張材
料で最も高い値を示すコージェライトの１４０ＧＰａ以
上とし、熱膨張係数は窒化珪素の熱膨張係数１．５×１
０-6／℃と同等以下をその目標とした。そのためには、
剛性強化剤の含有量は２１．９〜８７．５重量％の範囲
が好ましい。
以上と高く、軽量で、安価な材料という点で炭化珪素、
窒化珪素、アルミナの少なくとも１種を用いる。これら
の他に炭化硼素、炭化チタン、炭化タングステン等も挙
げられるが、炭化硼素は、ＬＡＳと複合化する場合、焼
成温度が高温となり、ＬＡＳの分解を生じさせる可能性
を有し、炭化チタン、炭化タングステンは重く、高価な
材料であるため不適当である。剛性強化剤を添加すると
剛性の増加と同時に熱膨張係数も増加するが、この添加
量は、最終焼結体のヤング率が１４０ＧＰａ以上、熱膨
張係数が１．５×１０-6／℃以下となるような範囲で調
整することが必要である。ヤング率は既存の低熱膨張材
料で最も高い値を示すコージェライトの１４０ＧＰａ以
上とし、熱膨張係数は窒化珪素の熱膨張係数１．５×１
０-6／℃と同等以下をその目標とした。そのためには、
剛性強化剤の含有量は２１．９〜８７．５重量％の範囲
が好ましい。
【００１７】これは、剛性強化剤の総添加量が８７．５
重量％を越えるとＬＡＳの分解が発生し緻密化は困難と
なり、また、２１．９重量％未満であるとヤング率が１
４０ＧＰａ未満となるためである。
重量％を越えるとＬＡＳの分解が発生し緻密化は困難と
なり、また、２１．９重量％未満であるとヤング率が１
４０ＧＰａ未満となるためである。
【００１８】特に剛性強化剤が炭化珪素を主体とする場
合は、剛性強化剤の総添加量が２８．６重量％未満では
ヤング率は１４０ＧＰａを下回り、また５７．２重量％
を超えると熱膨張係数が１．５×１０-6／℃を超えてし
まうため、２８．６〜５７．２重量％の範囲が好まし
い。また、剛性強化剤がアルミナを主体とする場合は、
剛性強化剤の総添加量が５３．３重量％を超えると熱膨
張係数が１．５×１０-6／℃を超え、一方３０．０重量
％未満ではヤング率が１４０ＧＰａを下回るため、３
０．０〜５３．３重量％の範囲が好ましい。
合は、剛性強化剤の総添加量が２８．６重量％未満では
ヤング率は１４０ＧＰａを下回り、また５７．２重量％
を超えると熱膨張係数が１．５×１０-6／℃を超えてし
まうため、２８．６〜５７．２重量％の範囲が好まし
い。また、剛性強化剤がアルミナを主体とする場合は、
剛性強化剤の総添加量が５３．３重量％を超えると熱膨
張係数が１．５×１０-6／℃を超え、一方３０．０重量
％未満ではヤング率が１４０ＧＰａを下回るため、３
０．０〜５３．３重量％の範囲が好ましい。
【００１９】さらに、本発明のリチウムアルミノシリケ
ート系セラミックスは、焼結助剤として周期率表２ａ族
元素酸化物である酸化ストロンチウム、酸化バリウム、
または酸化チタニウムを総量で２．５〜３１．０重量％
含むことが好ましい。これは２．５重量％を下回ると母
材となるＬＡＳにクラックが発生し、３１．０重量％を
超えると熱膨張係数が１．５×１０-6／℃を超えるため
である。
ート系セラミックスは、焼結助剤として周期率表２ａ族
元素酸化物である酸化ストロンチウム、酸化バリウム、
または酸化チタニウムを総量で２．５〜３１．０重量％
含むことが好ましい。これは２．５重量％を下回ると母
材となるＬＡＳにクラックが発生し、３１．０重量％を
超えると熱膨張係数が１．５×１０-6／℃を超えるため
である。
【００２０】焼結助剤は、イオン半径が大きく、ＬＡＳ
の珪酸網目構造を切断し、液相生成を助長するような物
質を添加することで焼結を促進する。そのためには周期
律表２ａ族に属する元素の酸化物を用い、特に、イオン
半径が１．０Å以上の酸化ストロンチウム及び酸化バリ
ウムが好ましい。また、酸化ストロンチウムと酸化バリ
ウムとＬＡＳの化合物は熱処理により針状化し、破壊靱
性、強度の向上を促進する働きを有する。周期律表２ａ
族の酸化物としては酸化ストロンチウム、酸化バリウム
の他に酸化マグネシウムや酸化カルシウム等が同様に焼
結温度を低下させる効果を有する。また、他の焼結助剤
として酸化チタニウムは粒成長を抑制する効果を有し、
粒成長に起因するクラックを防止することができる。
の珪酸網目構造を切断し、液相生成を助長するような物
質を添加することで焼結を促進する。そのためには周期
律表２ａ族に属する元素の酸化物を用い、特に、イオン
半径が１．０Å以上の酸化ストロンチウム及び酸化バリ
ウムが好ましい。また、酸化ストロンチウムと酸化バリ
ウムとＬＡＳの化合物は熱処理により針状化し、破壊靱
性、強度の向上を促進する働きを有する。周期律表２ａ
族の酸化物としては酸化ストロンチウム、酸化バリウム
の他に酸化マグネシウムや酸化カルシウム等が同様に焼
結温度を低下させる効果を有する。また、他の焼結助剤
として酸化チタニウムは粒成長を抑制する効果を有し、
粒成長に起因するクラックを防止することができる。
【００２１】さらに、本発明のリチウムアルミノシリケ
ート系セラミックスは、上記剛性強化剤、焼結助材以外
の成分として、低熱膨張材料として知られるＬＡＳを使
用する。ＬＡＳは、酸化リチウムとアルミナと石英から
なる複合酸化物であり、ある特定の原料組成の比率で熱
膨張特性は負の値を示すことを特徴とする。特に、重量
比率でＬｉ2Ｏ：Ａｌ2Ｏ3：ＳｉＯ2＝１２．５：４０．
５：４７に処方したβ−ユークリプタイトという鉱物名
の原料が熱膨張係数で−６．０〜−５．０×１０-6／℃
を示し、好ましい。
ート系セラミックスは、上記剛性強化剤、焼結助材以外
の成分として、低熱膨張材料として知られるＬＡＳを使
用する。ＬＡＳは、酸化リチウムとアルミナと石英から
なる複合酸化物であり、ある特定の原料組成の比率で熱
膨張特性は負の値を示すことを特徴とする。特に、重量
比率でＬｉ2Ｏ：Ａｌ2Ｏ3：ＳｉＯ2＝１２．５：４０．
５：４７に処方したβ−ユークリプタイトという鉱物名
の原料が熱膨張係数で−６．０〜−５．０×１０-6／℃
を示し、好ましい。
【００２２】好ましい理由としては、負の熱膨張特性が
大きいほど複合時に少量でその効果が発現できるため、
より高剛性材料を得ることができるためである。他にＬ
ｉ2Ｏ：Ａｌ2Ｏ3：ＳｉＯ2＝４．６：１７．６：７７．
８、Ｌｉ2Ｏ：Ａｌ2Ｏ3：ＳｉＯ2＝８．５：３１．５：
６０、Ｌｉ2Ｏ：Ａｌ2Ｏ3：ＳｉＯ2＝１１：３８：５１
の組成のＬＡＳを用いると、熱膨張係数が−０．５〜
０．１×１０-6／℃となり、熱膨張係数−０．１〜０．
１×１０-6／℃で、ヤング率１４０〜１５０ＧＰａの高
剛性低熱膨張セラミックスを得ることができる。
大きいほど複合時に少量でその効果が発現できるため、
より高剛性材料を得ることができるためである。他にＬ
ｉ2Ｏ：Ａｌ2Ｏ3：ＳｉＯ2＝４．６：１７．６：７７．
８、Ｌｉ2Ｏ：Ａｌ2Ｏ3：ＳｉＯ2＝８．５：３１．５：
６０、Ｌｉ2Ｏ：Ａｌ2Ｏ3：ＳｉＯ2＝１１：３８：５１
の組成のＬＡＳを用いると、熱膨張係数が−０．５〜
０．１×１０-6／℃となり、熱膨張係数−０．１〜０．
１×１０-6／℃で、ヤング率１４０〜１５０ＧＰａの高
剛性低熱膨張セラミックスを得ることができる。
【００２３】以上の方法にて得られたセラミックスは、
比重２．５〜２．９と小さく、一般的な低熱膨張材セラ
ミックスの中ではヤング率１４２〜２４２ＧＰａと高
く、また、熱膨張係数は測定温度０〜２０℃で０．３〜
１．５×１０-6／℃で高剛性低熱膨張特性を有する。
比重２．５〜２．９と小さく、一般的な低熱膨張材セラ
ミックスの中ではヤング率１４２〜２４２ＧＰａと高
く、また、熱膨張係数は測定温度０〜２０℃で０．３〜
１．５×１０-6／℃で高剛性低熱膨張特性を有する。
【００２４】なお、上記ＬＡＳ、剛性強化剤、焼結助材
以外の成分として、ジルコニアを添加することもでき
る。ジルコニアは、酸化チタニウム同様に粒成長の抑制
に効果を有し、また、粒界に分散させることでその体積
変化特性により、少量の添加で強度向上に活用すること
ができる。ジルコニアは、１〜２０重量％の添加が好ま
しい。これは、添加量が１重量％未満では強度向上がほ
とんどなく、２０重量％を超えると比重が３．２を超え
て重くなるからである。
以外の成分として、ジルコニアを添加することもでき
る。ジルコニアは、酸化チタニウム同様に粒成長の抑制
に効果を有し、また、粒界に分散させることでその体積
変化特性により、少量の添加で強度向上に活用すること
ができる。ジルコニアは、１〜２０重量％の添加が好ま
しい。これは、添加量が１重量％未満では強度向上がほ
とんどなく、２０重量％を超えると比重が３．２を超え
て重くなるからである。
【００２５】次に本発明のリチウムアルミノシリケート
系セラミックスの製造方法を説明する。
系セラミックスの製造方法を説明する。
【００２６】比表面積２〜３ｍ2／ｇ、平均粒径５〜７
μｍのＬＡＳ原料粉末１００に対して、比表面積１〜２
ｍ2／ｇの酸化ストロンチウムと比表面積１〜２ｍ2／ｇ
の酸化バリウムと比表面積６〜７ｍ2／ｇの酸化チタニ
ウムを所定量配合する。次に、比表面積２０〜２３ｍ2
／ｇの炭化珪素粉末あるいは比表面積１５〜２０ｍ2／
ｇの窒化珪素粉末あるいは比表面積２〜４ｍ2／ｇのア
ルミナ粉末を所定量配合する。
μｍのＬＡＳ原料粉末１００に対して、比表面積１〜２
ｍ2／ｇの酸化ストロンチウムと比表面積１〜２ｍ2／ｇ
の酸化バリウムと比表面積６〜７ｍ2／ｇの酸化チタニ
ウムを所定量配合する。次に、比表面積２０〜２３ｍ2
／ｇの炭化珪素粉末あるいは比表面積１５〜２０ｍ2／
ｇの窒化珪素粉末あるいは比表面積２〜４ｍ2／ｇのア
ルミナ粉末を所定量配合する。
【００２７】配合の後、振動ミル等を使用して、平均粒
径１μｍ未満となるように粉砕混合し、所定形状に成形
後、焼成を行う。炭化珪素、窒化珪素を含む仕様では、
真空雰囲気下で１２００〜１４００℃で、好ましくは１
２５０〜１３７０℃で熱処理を行うことで欠陥のない焼
成体を得ることができる。また、アルミナを含む仕様で
は、大気雰囲気下で１１００〜１４００℃で、好ましく
は１２５０〜１３００℃で熱処理を行うことで欠陥のな
い焼成体を得ることができる。
径１μｍ未満となるように粉砕混合し、所定形状に成形
後、焼成を行う。炭化珪素、窒化珪素を含む仕様では、
真空雰囲気下で１２００〜１４００℃で、好ましくは１
２５０〜１３７０℃で熱処理を行うことで欠陥のない焼
成体を得ることができる。また、アルミナを含む仕様で
は、大気雰囲気下で１１００〜１４００℃で、好ましく
は１２５０〜１３００℃で熱処理を行うことで欠陥のな
い焼成体を得ることができる。
【００２８】本発明のリチウムアルミノシリケート系セ
ラミックスは、上述のような特徴を生かし、精密機器用
部品として用いることにより、温度変化に対して寸法安
定性に優れ、変形・振動の影響を極めて少なくすること
が可能となる。
ラミックスは、上述のような特徴を生かし、精密機器用
部品として用いることにより、温度変化に対して寸法安
定性に優れ、変形・振動の影響を極めて少なくすること
が可能となる。
【００２９】
【実施例】実施例１ 比表面積２．３ｍ2／ｇのβ−ユークリプタイト１００
重量％に対して、比表面積１．１ｍ2／ｇの酸化ストロ
ンチウムを０．５重量％、比表面積１．４ｍ2／ｇの酸
化バリウムを１．０重量％、比表面積６．２ｍ2／ｇの
酸化チタニウムを１．０重量％、また、比表面積２２ｍ
2／ｇの炭化珪素を２０．０〜９０．０重量％、比表面
積２２ｍ2／ｇの窒化珪素を２０．０〜９０．０重量
％、比表面積２．４ｍ2／ｇのアルミナを２６．７〜７
０．０重量％で各原料粉末を表１に示す組成でそれぞれ
配合し、振動ミルにより７２時間混合し、粉砕粒度をそ
れぞれ平均粒径で０．９〜１．０μｍとした。造粒後、
乾式プレス成形により抗折試験片形状に製作して成形体
を得た。
重量％に対して、比表面積１．１ｍ2／ｇの酸化ストロ
ンチウムを０．５重量％、比表面積１．４ｍ2／ｇの酸
化バリウムを１．０重量％、比表面積６．２ｍ2／ｇの
酸化チタニウムを１．０重量％、また、比表面積２２ｍ
2／ｇの炭化珪素を２０．０〜９０．０重量％、比表面
積２２ｍ2／ｇの窒化珪素を２０．０〜９０．０重量
％、比表面積２．４ｍ2／ｇのアルミナを２６．７〜７
０．０重量％で各原料粉末を表１に示す組成でそれぞれ
配合し、振動ミルにより７２時間混合し、粉砕粒度をそ
れぞれ平均粒径で０．９〜１．０μｍとした。造粒後、
乾式プレス成形により抗折試験片形状に製作して成形体
を得た。
【００３０】炭化珪素と窒化珪素を添加した成形体は、
真空雰囲気下で焼成し、焼成体を製作し評価を行った。
焼成は１２００〜１４００℃の範囲で条件を設定し、各
組成の最適な焼成温度を確認し、その最適な温度条件で
得られた焼成体の特性を記した。評価の結果、１２５０
〜１３７０℃の範囲で緻密な焼成体が得られることが確
認できた。アルミナを添加した成形体は、大気雰囲気下
で１２００〜１４００℃の範囲で条件を設定し、各組成
の最適な焼成温度を確認し、その最適な温度条件で得ら
れた焼成体の特性を記した。評価の結果、１２５０〜１
３００℃の範囲で緻密な焼成体が得られることが確認で
きた。評価は、焼成体の緻密性とヤング率１４０ＧＰａ
以上、熱膨張係数１．５×１０-6／℃以下で行った。
真空雰囲気下で焼成し、焼成体を製作し評価を行った。
焼成は１２００〜１４００℃の範囲で条件を設定し、各
組成の最適な焼成温度を確認し、その最適な温度条件で
得られた焼成体の特性を記した。評価の結果、１２５０
〜１３７０℃の範囲で緻密な焼成体が得られることが確
認できた。アルミナを添加した成形体は、大気雰囲気下
で１２００〜１４００℃の範囲で条件を設定し、各組成
の最適な焼成温度を確認し、その最適な温度条件で得ら
れた焼成体の特性を記した。評価の結果、１２５０〜１
３００℃の範囲で緻密な焼成体が得られることが確認で
きた。評価は、焼成体の緻密性とヤング率１４０ＧＰａ
以上、熱膨張係数１．５×１０-6／℃以下で行った。
【００３１】結果を表１に示す。表１において、炭化珪
素の添加量が２８．６〜５７．２重量％（Ｎｏ．２〜
５）でヤング率１４０ＧＰａ以上で、熱膨張係数が１．
５×１０-6／℃以下となる焼成体が得られた。添加量が
２０．０重量％以下ではヤング率が低く、添加量が６
８．６重量％以上では熱膨張係数が大きくなった。
素の添加量が２８．６〜５７．２重量％（Ｎｏ．２〜
５）でヤング率１４０ＧＰａ以上で、熱膨張係数が１．
５×１０-6／℃以下となる焼成体が得られた。添加量が
２０．０重量％以下ではヤング率が低く、添加量が６
８．６重量％以上では熱膨張係数が大きくなった。
【００３２】また、窒化珪素の添加量が２１．９〜８
７．５重量％（Ｎｏ．１０〜１６）でヤング率１４０Ｇ
Ｐａ以上で、熱膨張係数が１．５×１０-6／℃以下とな
る焼成体が得られた。添加量が２０．０重量％以下では
ヤング率が低かった。
７．５重量％（Ｎｏ．１０〜１６）でヤング率１４０Ｇ
Ｐａ以上で、熱膨張係数が１．５×１０-6／℃以下とな
る焼成体が得られた。添加量が２０．０重量％以下では
ヤング率が低かった。
【００３３】さらに、アルミナの添加量が３０．０〜５
３．３重量％（Ｎｏ．１９〜２１）でヤング率１４０Ｇ
Ｐａ以上で、熱膨張係数が１．５×１０-6／℃以下とな
る焼成体が得られた。添加量が２６．７重量％以下では
ヤング率が低く、添加量が５３．３重量％を越えると熱
膨張係数が大きくなった。
３．３重量％（Ｎｏ．１９〜２１）でヤング率１４０Ｇ
Ｐａ以上で、熱膨張係数が１．５×１０-6／℃以下とな
る焼成体が得られた。添加量が２６．７重量％以下では
ヤング率が低く、添加量が５３．３重量％を越えると熱
膨張係数が大きくなった。
【００３４】
【表１】
【００３５】実施例２ 比表面積２．３ｍ2／ｇのβ−ユークリプタイト１００
重量％に対して、比表面積１．１ｍ2／ｇの酸化ストロ
ンチウムを５．０重量％、比表面積１．４ｍ2／ｇの酸
化バリウムを３．０重量％、比表面積６．２ｍ2／ｇの
酸化チタニウムを１．０重量％、また、比表面積２２ｍ
2／ｇの炭化珪素を２０．０〜９０．０重量％、比表面
積２２ｍ2／ｇの窒化珪素を２０．０〜９０．０重量
％、比表面積２．４ｍ2／ｇのアルミナを２６．７〜７
０．０重量％で各原料粉末を表２に示す組成でそれぞれ
配合し、振動ミルにより７２時間混合し、粉砕粒度をそ
れぞれ平均粒径で０．９〜１．０μｍとした。造粒後、
乾式プレス成形により抗折試験片形状に製作して成形体
を得た。
重量％に対して、比表面積１．１ｍ2／ｇの酸化ストロ
ンチウムを５．０重量％、比表面積１．４ｍ2／ｇの酸
化バリウムを３．０重量％、比表面積６．２ｍ2／ｇの
酸化チタニウムを１．０重量％、また、比表面積２２ｍ
2／ｇの炭化珪素を２０．０〜９０．０重量％、比表面
積２２ｍ2／ｇの窒化珪素を２０．０〜９０．０重量
％、比表面積２．４ｍ2／ｇのアルミナを２６．７〜７
０．０重量％で各原料粉末を表２に示す組成でそれぞれ
配合し、振動ミルにより７２時間混合し、粉砕粒度をそ
れぞれ平均粒径で０．９〜１．０μｍとした。造粒後、
乾式プレス成形により抗折試験片形状に製作して成形体
を得た。
【００３６】炭化珪素と窒化珪素を添加した成形体は、
真空雰囲気下で焼成し、焼成体を製作し評価を行った。
焼成は１２００〜１４００℃の範囲で条件を設定し、各
組成の最適な焼成温度を確認し、その最適な温度条件で
得られた焼成体の特性を記した。評価の結果、１２５０
〜１３７０℃の範囲で緻密な焼成体が得られることが確
認できた。アルミナを添加した成形体は、大気雰囲気下
で１２００〜１４００℃の範囲で条件を設定し、各組成
の最適な焼成温度を確認し、その最適な温度条件で得ら
れた焼成体の特性を記した。評価の結果、１２５０〜１
３００℃の範囲で緻密な焼成体が得られることが確認で
きた。評価は、焼成体の緻密性とヤング率１４０ＧＰａ
以上、熱膨張係数１．５×１０-6／℃以下で行った。
真空雰囲気下で焼成し、焼成体を製作し評価を行った。
焼成は１２００〜１４００℃の範囲で条件を設定し、各
組成の最適な焼成温度を確認し、その最適な温度条件で
得られた焼成体の特性を記した。評価の結果、１２５０
〜１３７０℃の範囲で緻密な焼成体が得られることが確
認できた。アルミナを添加した成形体は、大気雰囲気下
で１２００〜１４００℃の範囲で条件を設定し、各組成
の最適な焼成温度を確認し、その最適な温度条件で得ら
れた焼成体の特性を記した。評価の結果、１２５０〜１
３００℃の範囲で緻密な焼成体が得られることが確認で
きた。評価は、焼成体の緻密性とヤング率１４０ＧＰａ
以上、熱膨張係数１．５×１０-6／℃以下で行った。
【００３７】結果を表２に示す。表２において、炭化珪
素の添加量が２８．６〜５７．２重量％（Ｎｏ．２５〜
２８）で、ヤング率１４０ＧＰａ以上で、熱膨張係数が
１．５×１０-6／℃以下となる焼成体が得られた。添加
量が２０．０重量％以下ではヤング率が低く、添加量が
６８．６重量％以上では熱膨張係数が大きくなった。
素の添加量が２８．６〜５７．２重量％（Ｎｏ．２５〜
２８）で、ヤング率１４０ＧＰａ以上で、熱膨張係数が
１．５×１０-6／℃以下となる焼成体が得られた。添加
量が２０．０重量％以下ではヤング率が低く、添加量が
６８．６重量％以上では熱膨張係数が大きくなった。
【００３８】また、窒化珪素の添加量が２１．９〜８
７．５重量％（Ｎｏ．３３〜３９）でヤング率１４０Ｇ
Ｐａ以上で、熱膨張係数が１．５×１０-6／℃以下とな
る焼成体が得られた。添加量が２０．０重量％以下では
ヤング率が低かった。
７．５重量％（Ｎｏ．３３〜３９）でヤング率１４０Ｇ
Ｐａ以上で、熱膨張係数が１．５×１０-6／℃以下とな
る焼成体が得られた。添加量が２０．０重量％以下では
ヤング率が低かった。
【００３９】さらに、アルミナの添加量が３０．０〜５
３．３重量％（Ｎｏ．４２〜４４）でヤング率１４０Ｇ
Ｐａ以上で、熱膨張係数が１．５×１０-6／℃以下とな
る焼成体が得られた。添加量が２６．７重量％以下では
ヤング率が低く、添加量が５３．３重量％以上では熱膨
張係数が大きくなった。
３．３重量％（Ｎｏ．４２〜４４）でヤング率１４０Ｇ
Ｐａ以上で、熱膨張係数が１．５×１０-6／℃以下とな
る焼成体が得られた。添加量が２６．７重量％以下では
ヤング率が低く、添加量が５３．３重量％以上では熱膨
張係数が大きくなった。
【００４０】また、β−ユークリプタイト１００重量％
に対して、酸化ストロンチウムを１５．０重量％、酸化
バリウムを１５．０重量％、酸化チタニウムを１．０重
量％および３．０重量％、炭化珪素を０．０重量％およ
び５．０重量％で各原料粉末を表２に示す組成でそれぞ
れ配合し、振動ミルにより７２時間混合し、粉砕粒度を
それぞれ平均粒径で０．９〜１．０μｍとした。造粒
後、乾式プレス成形により抗折試験片形状に製作して成
形体を得た。この成形体を真空雰囲気下で焼成し、焼成
体を製作し評価を行った。焼結助剤の合計添加量が３
１．０重量％の原料組成の焼成体の熱膨張係数は１．５
×１０-6／℃となり、３１．０重量％を超える組成では
熱膨張係数は１．５×１０-6／℃を上回る結果となっ
た。
に対して、酸化ストロンチウムを１５．０重量％、酸化
バリウムを１５．０重量％、酸化チタニウムを１．０重
量％および３．０重量％、炭化珪素を０．０重量％およ
び５．０重量％で各原料粉末を表２に示す組成でそれぞ
れ配合し、振動ミルにより７２時間混合し、粉砕粒度を
それぞれ平均粒径で０．９〜１．０μｍとした。造粒
後、乾式プレス成形により抗折試験片形状に製作して成
形体を得た。この成形体を真空雰囲気下で焼成し、焼成
体を製作し評価を行った。焼結助剤の合計添加量が３
１．０重量％の原料組成の焼成体の熱膨張係数は１．５
×１０-6／℃となり、３１．０重量％を超える組成では
熱膨張係数は１．５×１０-6／℃を上回る結果となっ
た。
【００４１】
【表２】
【００４２】実施例３ 比表面積２．３ｍ2／ｇのβ−ユークリプタイト１００
重量％に対して、比表面積１．１ｍ2／ｇの酸化ストロ
ンチウムを０．５重量％、比表面積１．４ｍ2／ｇの酸
化バリウムを１．０重量％、比表面積６．２ｍ2／ｇの
酸化チタニウムを１．０重量％、また、比表面積２２ｍ
2／ｇの炭化珪素を５．０重量％および５０．０重量
％、比表面積２２ｍ2／ｇの窒化珪素を５．０〜８５．
０重量％、比表面積２．４ｍ2／ｇのアルミナを５．０
〜３０．０重量％で各原料粉末を表３に示す組成でそれ
ぞれ配合し、振動ミルにより７２時間混合し、粉砕粒度
をそれぞれ平均粒径で０．９〜１．０μｍとした。造粒
後、乾式プレス成形により抗折試験片形状に製作して成
形体を得た。
重量％に対して、比表面積１．１ｍ2／ｇの酸化ストロ
ンチウムを０．５重量％、比表面積１．４ｍ2／ｇの酸
化バリウムを１．０重量％、比表面積６．２ｍ2／ｇの
酸化チタニウムを１．０重量％、また、比表面積２２ｍ
2／ｇの炭化珪素を５．０重量％および５０．０重量
％、比表面積２２ｍ2／ｇの窒化珪素を５．０〜８５．
０重量％、比表面積２．４ｍ2／ｇのアルミナを５．０
〜３０．０重量％で各原料粉末を表３に示す組成でそれ
ぞれ配合し、振動ミルにより７２時間混合し、粉砕粒度
をそれぞれ平均粒径で０．９〜１．０μｍとした。造粒
後、乾式プレス成形により抗折試験片形状に製作して成
形体を得た。
【００４３】これらの成形体は、真空雰囲気下で焼成
し、焼成体を製作し評価を行った。焼成は１２００〜１
４００℃の範囲で条件を設定し、各組成の最適な焼成温
度を確認し、その最適な温度条件で得られた焼成体の特
性を記した。評価の結果、１２５０〜１３７０℃の範囲
で緻密な焼成体が得られることが確認できた。評価は、
焼成体の緻密性とヤング率１４０ＧＰａ以上、熱膨張係
数１．５×１０-6／℃以下で行った。
し、焼成体を製作し評価を行った。焼成は１２００〜１
４００℃の範囲で条件を設定し、各組成の最適な焼成温
度を確認し、その最適な温度条件で得られた焼成体の特
性を記した。評価の結果、１２５０〜１３７０℃の範囲
で緻密な焼成体が得られることが確認できた。評価は、
焼成体の緻密性とヤング率１４０ＧＰａ以上、熱膨張係
数１．５×１０-6／℃以下で行った。
【００４４】結果を表３に示す。表３において、炭化珪
素の添加量が５．０重量％で窒化珪素が２０．０〜８
０．０重量％のもの（Ｎｏ．５１〜５３）でヤング率１
４０ＧＰａ以上で、熱膨張係数が１．５×１０-6／℃以
下となる焼成体が得られた。
素の添加量が５．０重量％で窒化珪素が２０．０〜８
０．０重量％のもの（Ｎｏ．５１〜５３）でヤング率１
４０ＧＰａ以上で、熱膨張係数が１．５×１０-6／℃以
下となる焼成体が得られた。
【００４５】また、炭化珪素の添加量が５０．０重量％
で窒化珪素が５．０〜１０．０重量％のもの（Ｎｏ．５
５、５６）でヤング率１４０ＧＰａ以上で、熱膨張係数
が１．５×１０-6／℃以下となる焼成体が得られた。窒
化珪素の添加量が３５．０重量％以上では、熱膨張係数
が１．５×１０-6／℃を超えた。
で窒化珪素が５．０〜１０．０重量％のもの（Ｎｏ．５
５、５６）でヤング率１４０ＧＰａ以上で、熱膨張係数
が１．５×１０-6／℃以下となる焼成体が得られた。窒
化珪素の添加量が３５．０重量％以上では、熱膨張係数
が１．５×１０-6／℃を超えた。
【００４６】また、窒化珪素の添加量が２０．０重量％
でアルミナが５．０〜２０．０重量％のもの（Ｎｏ．５
９、６０）でヤング率１４０ＧＰａ以上で、熱膨張係数
が１．５×１０-6／℃以下となる焼成体が得られた。窒
化珪素の添加量が３０．０重量％以上では、熱膨張係数
が１．５×１０-6／℃を超えた。
でアルミナが５．０〜２０．０重量％のもの（Ｎｏ．５
９、６０）でヤング率１４０ＧＰａ以上で、熱膨張係数
が１．５×１０-6／℃以下となる焼成体が得られた。窒
化珪素の添加量が３０．０重量％以上では、熱膨張係数
が１．５×１０-6／℃を超えた。
【００４７】
【表３】
【００４８】表１、表２、表３に見られるように、リチ
ウムアルミノシリケートと剛性強化剤として炭化珪素、
窒化珪素、アルミナを添加し、焼結助剤として酸化スト
ロンチウム、酸化バリウム、酸化チタニウムを総量で
２．５〜３１．０重量％含む組成で良好な焼成体を得る
ことができた。
ウムアルミノシリケートと剛性強化剤として炭化珪素、
窒化珪素、アルミナを添加し、焼結助剤として酸化スト
ロンチウム、酸化バリウム、酸化チタニウムを総量で
２．５〜３１．０重量％含む組成で良好な焼成体を得る
ことができた。
【００４９】表１と表２の結果から、助剤の添加量が多
い方がヤング率、熱膨張係数が大きくなる傾向にあるこ
とが分かる。４点曲げ強度、破壊靱性の向上は、炭化珪
素、窒化珪素、アルミナの高剛性材料との複合化と助剤
成分の針状化の効果を合わせた結果と考えられる。助剤
成分の針状化は、助剤添加量が多い方がよりアスペクト
比の大きい組織が得られる傾向がある。
い方がヤング率、熱膨張係数が大きくなる傾向にあるこ
とが分かる。４点曲げ強度、破壊靱性の向上は、炭化珪
素、窒化珪素、アルミナの高剛性材料との複合化と助剤
成分の針状化の効果を合わせた結果と考えられる。助剤
成分の針状化は、助剤添加量が多い方がよりアスペクト
比の大きい組織が得られる傾向がある。
【００５０】以上の方法にて得られたセラミックスは、
比重２．５〜２．９と小さく、一般的な低熱膨張材セラ
ミックスの中ではヤング率１４２〜２４２ＧＰａと高
く、また、熱膨張係数は測定温度０〜２０℃で０．３〜
１．５×１０-6／℃で高剛性低熱膨張特性を有する。
比重２．５〜２．９と小さく、一般的な低熱膨張材セラ
ミックスの中ではヤング率１４２〜２４２ＧＰａと高
く、また、熱膨張係数は測定温度０〜２０℃で０．３〜
１．５×１０-6／℃で高剛性低熱膨張特性を有する。
【００５１】
【発明の効果】以上、詳述したとおり、剛性強化剤とし
て炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア、及びアルミナの少
なくとも１種が合計で２１．９〜８７．５重量％と焼結
助剤を成す周期律表２ａ族の酸化物及び酸化チタニウム
の少なくとも１種が合計で２．５〜３１．０重量％、残
部がリチウムアルミノシリケートからなる組成に調整す
ることによって、比重２．５〜２．９、ヤング率１４２
〜２４２ＧＰａ、熱膨張係数０．３〜１．５×１０-6／
℃、破壊靱性２．５〜３．７ＭＰａ√ｍ、４点曲げ強度
１８２〜２３６ＭＰａとなるセラミックスを得ることが
できる。
て炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア、及びアルミナの少
なくとも１種が合計で２１．９〜８７．５重量％と焼結
助剤を成す周期律表２ａ族の酸化物及び酸化チタニウム
の少なくとも１種が合計で２．５〜３１．０重量％、残
部がリチウムアルミノシリケートからなる組成に調整す
ることによって、比重２．５〜２．９、ヤング率１４２
〜２４２ＧＰａ、熱膨張係数０．３〜１．５×１０-6／
℃、破壊靱性２．５〜３．７ＭＰａ√ｍ、４点曲げ強度
１８２〜２３６ＭＰａとなるセラミックスを得ることが
できる。
【００５２】本発明のリチウムアルミノシリケート系セ
ラミックスを精密機器用部品として用いることにより、
温度変化に対して寸法安定性に優れ、変形・振動の影響
を極めて少なくすることができる。
ラミックスを精密機器用部品として用いることにより、
温度変化に対して寸法安定性に優れ、変形・振動の影響
を極めて少なくすることができる。
Claims (5)
- 【請求項１】リチウムアルミノシリケートと、剛性強化
剤として炭化珪素、窒化珪素、及びアルミナの少なくと
も１種と、焼結助剤として周期律表２ａ族元素の酸化物
及び酸化チタニウムの少なくとも１種とを含むことを特
徴とするリチウムアルモニシリケート系セラミックス。 - 【請求項２】上記剛性強化剤を成す炭化珪素が合計で２
８．６〜５７．２重量％、上記焼結助剤を成す周期律表
２ａ族元素の酸化物及び酸化チタニウムの少なくとも１
種が合計で２．５〜３１．０重量％、残部がリチウムア
ルミノシリケートからなることを特徴とする請求項１記
載のリチウムアルミノシリケート系セラミックス。 - 【請求項３】上記剛性強化剤を成す窒化珪素が合計で２
１．９〜８７．５重量％、上記焼結助剤を成す周期律表
２ａ族元素の酸化物及び酸化チタニウムの少なくとも１
種が合計で２．５〜３１．０重量％、残部がリチウムア
ルミノシリケートからなることを特徴とする請求項１記
載のリチウムアルミノシリケート系セラミックス。 - 【請求項４】上記剛性強化剤を成すアルミナが合計で３
０．０〜５３．３重量％、上記焼結助剤を成す周期律表
２ａ族元素の酸化物及び酸化チタニウムの少なくとも１
種が合計で２．５〜３１．０重量％、残部がリチウムア
ルミノシリケートからなることを特徴とする請求項１記
載のリチウムアルミノシリケート系セラミックス。 - 【請求項５】上記剛性強化剤を成す炭化珪素、窒化珪
素、アルミナの２種以上が合計で２５．０〜８５．０重
量％、上記焼結助剤を成す周期律表２ａ族元素の酸化物
及び酸化チタニウムの少なくとも１種が合計で２．５〜
３１．０重量％、残部がリチウムアルミノシリケートか
らなることを特徴とする請求項１記載のリチウムアルミ
ノシリケート系セラミックス
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000371629A JP4610076B2 (ja) | 2000-12-06 | 2000-12-06 | リチウムアルミノシリケート系セラミックス |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000371629A JP4610076B2 (ja) | 2000-12-06 | 2000-12-06 | リチウムアルミノシリケート系セラミックス |
Publications (2)
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|---|---|
| JP2002173365A true JP2002173365A (ja) | 2002-06-21 |
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ID=18841323
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000371629A Expired - Fee Related JP4610076B2 (ja) | 2000-12-06 | 2000-12-06 | リチウムアルミノシリケート系セラミックス |
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|---|---|
| JP (1) | JP4610076B2 (ja) |
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| JP2013514960A (ja) * | 2009-12-21 | 2013-05-02 | コンセホ スペリオール デ インベスティガシオネス シエンティフィカス（セエセイセ） | 酸化物セラミックを含む、制御された熱膨張率を有する複合材料および当該複合材料を得るためのプロセス |
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