【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はジルコニア焼結体の製造方法及びそれを用いた光通信用部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的にセラミックス焼結体を得る場合、原料粉体に、少量の分散剤を添加して原料粉末を十分に分散させた後、バインダを添加して流動性を付与させ、所望の形に成形する方法がある。この分散剤の添加方法には、分散剤を可溶な溶媒に溶かし、それを原料粉末に混合させている。このように、分散剤を用いて原料粉末を分散させると、分散剤を用いない場合よりも、少ないバインダで成形に適する粘度にすることができ、高い原料充填率の混合原料を得ることができる。
【０００３】
この分散剤の添加工程で、原料粉体が均一に分散されなければ、均一な密度の成形体は得ることはできず、ひいては乾燥収縮、焼成収縮に伴う変形は避けられない。従って、焼結体の密度や強度の向上させるには、４０体積％程度の高い原料充填率及び、それが均一に分散されていることが好ましいとされている。これは、焼成体の充填率が１００％により近くなる高充填のものについては、成形体の気孔率がそのまま焼成収縮率となるため、高充填の成形体は焼成収縮が小さく、寸法安定性に優れているからで、複雑な形状の製品の製造が可能となるばかりか、焼結温度が高い難焼結性のセラミックについては、上述のように高充填の成形品を作ることにより焼成温度を低くすることもできるためである。ところでセラミック粉体に分散剤を用いて混合する場合には、一般的に溶媒を用いてスラリー状にしたものを攪拌する方法が利用されている（特許文献１、２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２１１５７０号公報
【特許文献２】
特開２００１―３４８２６５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の溶媒を用いる混合方法は、バインダと分散剤を混ぜた多量の溶媒と、原料粉体を混ぜてスラリー状にしたものを混合するので、混合に多大な時間と労力を要する。そのため、分散剤を均一に混ぜ、原料粉体を十分に分散させることが難しい。ところが、分散剤のジルコニアに対する量が少ない上、特に原料粉末が粒子間で凝集しやすい微小なジルコニア粉体を用いる場合、分散剤で十分に原料粉末と混合させ分散させるには、多大な時間と労力が必要であった。
【０００６】
また、溶媒を用いて混合すると、成形可能な可塑性を得るのに必要なバインダ量を増加せねばならず、必然的に成形体の原料比率を低下せざるをえない。従って、成形体の生密度が低くなり乾燥時の収縮による変形が大きく、せっかくの成形の効果が薄れてしまう。また、収縮が大きいため、乾燥後の密度が低く、焼結に高い温度を要し、更に、機械的強度も低い焼結体しか得られないという課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、純水に溶解させた水溶性分散剤をセラミック粉体からなる原料粉体に混ぜてなる溶液を用意し、該溶液を攪拌しながら冷却して凍結させるとともに、凍結後に解凍した溶液にバインダを添加してスラリーを作製するとともに、該スラリーを所定形状に成形して脱脂し、しかる後、焼成することを特徴とするセラミック焼結体の製造方法を提供する。
【０００８】
更に、上記セラミック粉体としてジルコニア粉体を用いたことを特徴とする。
【０００９】
また、水溶性分散剤が、ポリカルボン酸アンモニウム塩アニオン系、ポリアクリル酸アンモニウム系、アニオン界面活性剤系のうち１種以上を含むことを特徴とする。
【００１０】
加えて、セラミック焼結体に切削加工もしくは研磨加工のいずれか、もしくは双方の加工を行うことにより得られることを特徴とする。
【００１１】
すなわち、ジルコニア原料粉末と水に溶かした水溶性界面活性剤を混合した溶液を攪拌により分散剤を分布させ、原料二次粒子の解砕を行うが、本発明では、更に、冷却して凝固させることで粒子間に攪拌のみでは、分散剤水溶液が入り込めないところを、水の凝固時の体積膨張により二次粒子を砕いて一次粒子として分散するもので、原料粉体の分散を短時間で完了させることができるものである。その後に常温に戻してバインダを混合することでスラリーを形成し、均質なセラミック焼結体を容易に得ることができるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
本発明セラミック焼結体製造方法は、セラミック原料粉体からなるセラミック焼結体を得る場合、純水に溶解させた水溶性分散剤をセラミック粉体からなる原料粉体に混ぜてなる溶液を用意し、該溶液を攪拌しながら冷却して凍結させるとともに、凍結後に解凍した溶液にバインダを添加してスラリーを作製するとともに、該スラリーを所定形状に成形して脱脂し、しかる後、焼成することにより、混合の容易化、機械的強度の上昇を図るものである。
【００１４】
ここで、原料粉末とは、上記のセラミック粉体だけでなく、焼結助剤も含有されている。焼結助剤としては、例えばＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｉＯ ２ 、Ａｌ２Ｏ３を一種以上含有している。また、特にジルコニアを主成分とする場合には、安定化剤としてＹ２Ｏ３が加えられることが望ましい。
【００１５】
セラミック粉体として、アルミナ、窒化珪素、ジルコニアが用いられるが、特に本発明の製造方法に有力なセラミックス粉体としては、ジルコニア粉体が望ましい。セラミック粉体の粒径０．２〜１．０μｍが好ましく、特にジルコニア原料粉体の粒径は、０．３〜０．８μｍが好ましい。また、セラミックス粉体の量は、全ての原料粉体、分散剤、純水、バインダを加えた混合物に対して、３５〜５０体積％程度あることが好ましく、特にジルコニア粉体では、４０〜５０体積％が好ましい。これは、上記のように、高充填の成形体は焼成収縮が小さく、寸法安定性に優れた複雑な形状の製品の製造が可能となるためである。
【００１６】
また、ここでのバインダとは、セルロース系結合剤であり、そのなかでも、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、潤滑剤である、ワックスエマルジョン、セロゾール、溶媒として、純水等を、成形条件に合わせて組成比率を変えた、混合組成物であり、水溶性のものに限られる。ここでの純水とは、純度１０ｐｐｍ〜１０ｐｐｂまでのものを指す。
【００１７】
また、水溶性分散剤とは、ポリカルボン酸アンモニウム塩アニオン系では、ＳＮ−ディスパーサント、ポリアクリル酸アンモニウム系では、アロンＴＨ−１４、アニオン界面活性剤系では、ノイゲン等である。これらは、粒子界面の活性作用はもちろんの事、可塑剤としても用いられるものであり、水と分離しないものである。これら、分散剤の具体的な添加量は、成形条件にもよるが原料粉体に対し、０．５〜３．０重量％である。また、溶媒となる純水の量だが、溶液にするため原料粉体の全重量に対し２０〜４０重量％が望ましい。ここで溶液にすることにより、後の攪拌による界面活性剤の分布を均一にすることができる。また、その攪拌時の周速は０．７〜０．５ｍ／ｓが望ましい。
【００１８】
上述のように純水、水溶性分散剤、セラミック粉体、安定化剤とからなる溶液で攪拌を行いながら、冷却・凍結する温度プロファイルとしては、まず、５℃程度まで冷却し、その後、０〜−１０℃まで冷却し、純水が完全に固化するのを待つ。この温度は、上記の値に限らず、溶液が凍結するまでである。その後、解凍し、常温に戻すまで、同上の条件にて攪拌することが望ましい。ここでの、純水量は、溶液に必要な量を書いたが求める混合組成比率より過剰な純水は、攪拌しながら高温、真空脱気することにより容易に調節できる。
【００１９】
本発明によれば、一般的に凝集した二次粒子となっているセラミック粒子が、溶液を攪拌することにより一次粒子に分散して均一に充填されるが、この分散までに時間と多大な労力を必要とするものであるのに対し、溶液を攪拌しながら冷却することで、水の凍結時の体積膨張により、二次粒子が周囲の応力により一次粒子に砕かれて分散し、なおかつ分散剤が均一に粒子間に入り込んでいく。その後、水を融解すると、分散剤の効能により、セラミック粒子界面の活性化が図られ、添加バインダと結びつきやすくなり、密度に偏りのない成形体が得られるものと考えられる。そして、焼成することにより、緻密なセラミック焼結体が得られる。
【００２０】
具体例として、原料に例えればジルコニア粉体を用いて成る光通信用部品の製造例を挙げる。本発明のジルコニア焼結体の一実施例である光コネクタ用のフェルール１は図１（ａ）に示すように原料粉末として、ジルコニア（ＺｒＯ２）を主成分とし、相変態の抑制を目的とする安定化剤としてのイットリア（Ｙ２Ｏ３）及び主に焼結助剤としてのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）を含有し、Ｙ２Ｏ３が４〜７重量％、Ａｌ２Ｏ３が０．１〜０．４重量％、ＳｉＯ２が０．００５〜０．１重量％を含有してなる。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、中央に光ファイバ３を挿入する貫通孔１ａを有し、貫通孔１ａの後端側には光ファイバ３の挿入を容易にするために円錐部１ｂを備え、外周部１ｃと凸球面状の先端面１ｄの境界にはスリーブ挿入時にガイド面となる面取部１ｅを備えている。
【００２２】
また、図２に示すように、スリーブ４は筒状体であり、その軸方向にスリットを有することにより、フェルール１を弾性的に保持するものであるが、スリットはなくても良い。さらに、内周面に３箇所程度の凸部を形成し、この凸部でフェルール１を支持することもできる。
【００２３】
上記フェルール１は、その後方を金属製の支持体２に接合し、上記貫通孔１ａに光ファイバ３を挿入して接合した後、先端面１ｄを曲率半径１０〜２５ｍｍ程度の凸球面状に研磨する。このような一対のフェルール１をスリーブ４の両端から挿入し、バネ等で押圧して先端面１ｄ同士を当接させることによって、光ファイバ３同士の接続を行うことができる。
【００２４】
次に上記フェルール１及びスリーブ４の製造方法について説明する。
【００２５】
まず、出発原料である、ジルコニア原料粉体は粒径が０．３〜０．７μｍと細かく、粒子間の結合エネルギーが大きい。そのため、分散剤を用いて、原料粉体を分散させるためには、多大なエネルギーと時間を必要とする。更に、光コネクタ用部品の製造には、押し出し成形という成形法が適しているが、粉体プレスに比べると、混合組成物に多大な可塑性をもたせなければならない。つまり、界面活性剤により、原料粉体を十分に分散し、成形に足る可塑性、保形性をバインダにより添加することが要求される。
【００２６】
混合方法については、原料粉体と、純水、水溶性分散剤を混合し、冷却固化、解凍後、水分を調整、除去し、バインダを混ぜることで、セラミック組成物を得る。このジルコニア粉体とバインダの組成物を１００体積％としたとき、原料粉体を４０体積％以下とするのが好ましい。４０体積％以上の組成にすると、少量であることと、高粘土のため、バインダのみでの、分散を図ることが難しい。
【００２７】
次に得られた原料を押出成形やプレス成形や射出成形等により所定形状に成形し、必要があれば切削等を行った後、焼成温度１３５０℃〜１４５０℃の範囲の大気雰囲気中で焼成する。
【００２８】
フェルール１やスリーブ４はこの焼結体をさらに研削加工もしくは研磨加工のいずれか、もしくは双方の加工を行うことによって得ることができる。研削加工は通常ダイヤモンド砥石またはダイヤモンド砥粒を用いて行われる。
【００２９】
なお、図２では光ファイバ４同士を接続するための光コネクタを示したが、上記フェルール１やスリーブ２は、レーザダイオードやフォトダイオード等の光素子と光ファイバを接続する光モジュールに用いることもできる。
【００３０】
また、本発明に用いる光コネクタ用のジルコニア焼結体は、上述した光ファイバ同士、又は光ファイバと各種光素子との接続に用いるさまざまな部材に適用することができ、上述したフェルール１やスリーブ２に限らない。例えば、光ファイバ同士を完全に接続するために用いるスプライサや、光モジュールに用いるダミーフェルール等にも適用することができる。
【００３１】
以上、本発明のジルコニア焼結体の例として光通信用部品であるフェルール１及びスリーブ４を紹介してきたが、これに限ることなくノズル等、各種産業用構造部材に使用するセラミック焼結体に用いることができる。
【００３２】
【実施例】
以下本発明の実施例を説明する。
用いるジルコニア原料粉体は、上述した、各種安定化剤を含むものである。また、水溶性分散剤には、ポリカルボン酸アンモニウム塩アニオン系のＳＮディスパーサントを用いた。ジルコニア粉体の重量に対して、３０％の純水２％の分散剤を加えて溶液にした。これを、混合機にて周速０．６ｍ／ｓで冷却しながら１時間攪拌した後、マイナス５度まで冷却して凝結させた。その後、加温、攪拌しながら常温に戻した。
【００３３】
次に、元の組成に戻すため、更に加温し、真空度１Ｔｏｒｒ、７０〜８０℃にて攪拌しながら、余分な純水を蒸発除去する。
【００３４】
次に、セロゲン、マルレックス、純水を、２重量％、４８重量％、５０重量％の比率になるように秤量した。
【００３５】
次に、上記バインダを、先ほどの原料水溶液に加え、周速１０ｍ／ｓにて、５分間攪拌してスラリーを作製した。このとき、ミキサーは、３５度に保った。このようにして、実施例１の混合組成物を作った。
【００３６】
更に、実施例２として、水溶性分散剤に、アニオン界面活性剤系のノイゲンを用いたものを示す。分散剤は、原料粉体の重量に対し１重量％加え、上記と同様の方法にて混合する。このようにして、実施例２の混合組成物を作った。
【００３７】
また、比較例１として、水溶性分散剤には、ポリカルボン酸アンモニウム塩アニオン系のＳＮディスパーサントを用いて、ジルコニア粉体の重量に対して、３０％の純水、２％の分散剤を加えて溶液にした後、ボールミルにて、２４時間攪拌したものを取り出した後、加温し、真空度１Ｔｏｒｒ、７０〜８０℃にて攪拌しながら、余分な純水を蒸発除去する。
【００３８】
次に、実施例１と同様に、セロゲン、マルレックス、純水を２重量％、４８重量％、５０重量％の比率になるように秤量、添加し、周速１０ｍ／ｓにて５分間攪拌してスラリーを作製した。このとき、ミキサーは３５度に保った。このようにして、比較例１の混合組成物を作った。
【００３９】
更に、比較例２として、水溶性分散剤に、アニオン界面活性剤系のノイゲンを用いたものを示す。分散剤は、原料粉体の重量に対し１重量％加え、上記比較例１と同様の方法にて混合する。このようにして比較例２の混合組成物を作った。
【００４０】
上記４混合組成物を押し出し成形機にて、外形φ４．３０．ｍｍ、内径φ０．１６ｍｍ、長さ１９ｍｍの筒状に成形した。それらを、実施例、比較例ともに、１０サンプル作成し、この成形体を焼成温度１４００℃の条件で焼成して、ヘリウム比重計（島津社製）によりそれぞれの成形体の焼結密度を測定した。
【００４１】
また、上記筒状成形体を、最終製品の寸法が外径２．５ｍｍ、長さ１０．５ｍｍとなるように、この成形体を焼成温度１４００℃の条件で焼成して磁器を得た。次にこの磁器を加工してフェルール１を作製した。このフェルールについて、ＪＩＳ規格にある３点曲げ強度試験を行い、実施例、比較例との機械的強度の比較を行った。
【００４２】
表１に各サンプルの焼結密度、表２に３点曲げ強度の結果を示す。
【００４３】
まず、焼結密度については、分散剤にＳＮディスパーサントを用いたものでは、比較例１の焼結密度の平均値が６．０７ｇ／ｃｍ３であるのに対し、本実施例では、６．０７ｇ／ｃｍ３であった。
次に、分散剤にノイゲンを用いたものでは、比較例２の焼結密度の平均値が６．０６ｇ／ｃｍ３であるのに対し、本実施例では、６．０６ｇ／ｃｍ３であった。
このことより、実施例のものは、時間のかかる従来の方法と同じ効果が得られることがわかった。
また、焼結体の曲げ強度については、ＳＮディスパーサントを用いたものでは、比較例１の平均値１４０３ＭＰａであるのに対し、本発明の実施例では、平均値１４１１ＭＰａであった。
【００４４】
次に、ノイゲンを用いたものは、比較例２の平均値１３９３［ＭＰａ］であるのに対し、本発明の実施例では、平均値１３４０［ＭＰａ］であった。また、標準偏差の示すように、サンプル間のバラツキが少ない焼結体が得られたこともわかった。このことからも、機械的強度も、従来のものと遜色ないことがわかった。これらのことより、本発明の製造方法が優れていることがわかった。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
【００４７】
なお、本実施例とは別にアルミナ焼結体についても実施例１，２と同様の実験を行ったが、上述と同様の結果が得られた。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明のセラミック粉体の製造方法によれば、分散剤の効果を最大限に生かすことができ、長時間の攪拌を必要とせずに、成形に必要とする可塑性を混合組成物に付与できる。
【００４９】
更に、焼結密度が高く、機械的強度の良いセラミック焼結体、特にジルコニア焼結体及び、それを用いた光通信用部品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のジルコニア焼結体を用いたフェルールの中央縦断面図、（ｂ）はフェルールを用いた光コネクタ用部材を示す中央縦断面図である。
【図２】本発明のジルコニア焼結体からなる光コネクタ用部材を用いた光コネクタを示す断面図である。
【符号の説明】
１：フェルール
２：支持体
３：光ファイバ
４：スリーブ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a zirconia sintered body and an optical communication component using the same.
[0002]
[Prior art]
Generally, when obtaining a ceramic sintered body, a small amount of a dispersant is added to the raw material powder to sufficiently disperse the raw material powder, and then a binder is added to impart fluidity, and the raw material powder is formed into a desired shape. There is a way to do that. According to the method of adding the dispersant, the dispersant is dissolved in a soluble solvent and mixed with the raw material powder. As described above, when the raw material powder is dispersed using the dispersant, it is possible to obtain a viscosity suitable for molding with a smaller amount of binder than when the dispersant is not used, and to obtain a mixed raw material having a high raw material filling rate. .
[0003]
Unless the raw material powder is uniformly dispersed in the dispersant addition step, a molded article having a uniform density cannot be obtained, and deformation due to drying shrinkage and firing shrinkage cannot be avoided. Therefore, in order to improve the density and strength of the sintered body, it is preferable that the raw material filling rate be as high as about 40% by volume and that the raw material filling rate be uniformly dispersed. This is because the porosity of the molded body becomes the firing shrinkage rate as it is for a highly filled one in which the filling rate of the fired body is closer to 100%, so that the highly filled molded body has a small firing shrinkage and has a high dimensional stability. Because of its superiority, not only is it possible to manufacture products with complex shapes, but also for sinterable ceramics with a high sintering temperature, the firing temperature can be reduced by making a highly filled molded product as described above. This is because it can be lowered. When mixing a ceramic powder with a dispersant, a method of stirring a slurry obtained by using a solvent is generally used (see Patent Documents 1 and 2).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-212570 [Patent Document 2]
JP 2001-348265 A [0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the mixing method using a solvent according to the above-described conventional technique requires a great amount of time and labor for mixing because a large amount of a solvent obtained by mixing a binder and a dispersant and a raw material powder are mixed to form a slurry. . Therefore, it is difficult to uniformly mix the dispersant and sufficiently disperse the raw material powder. However, the amount of the dispersant relative to zirconia is small, and particularly when the raw material powder is minute zirconia powder that easily aggregates between particles, it takes a great deal of time and time to sufficiently mix and disperse the raw material powder with the dispersant. Effort was needed.
[0006]
In addition, when a solvent is used for mixing, the amount of binder required to obtain moldable plasticity must be increased, and the raw material ratio of the molded body must be necessarily reduced. Therefore, the green density of the molded body is reduced, the deformation due to shrinkage during drying is large, and the effect of the precious molding is reduced. Further, since the shrinkage is large, there is a problem that the density after drying is low, a high temperature is required for sintering, and only a sintered body having low mechanical strength can be obtained.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, a solution prepared by mixing a water-soluble dispersant dissolved in pure water with a raw material powder made of ceramic powder, and stirring the solution. A ceramic sintering method characterized by cooling and freezing while adding a binder to a solution thawed after freezing to form a slurry, shaping the slurry into a predetermined shape, degreased, and then firing. A method for producing a body is provided.
[0008]
Further, a zirconia powder is used as the ceramic powder.
[0009]
Further, the water-soluble dispersant is characterized by containing one or more of an ammonium polycarboxylate anion, a polyammonium ammonium acrylate, and an anionic surfactant.
[0010]
In addition, it is characterized in that the ceramic sintered body is obtained by performing either cutting processing or polishing processing or both processing.
[0011]
In other words, the dispersant is distributed by stirring the solution obtained by mixing the zirconia raw material powder and the water-soluble surfactant dissolved in water, and the raw material secondary particles are crushed. In the present invention, the raw material is further cooled and solidified. By only stirring between the particles, the place where the aqueous solution of the dispersant cannot enter can be crushed by the volume expansion at the time of solidification of water and the secondary particles are crushed and dispersed as primary particles. It can be completed. Thereafter, the temperature is returned to normal temperature, and a slurry is formed by mixing the binder, whereby a homogeneous ceramic sintered body can be easily obtained.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0013]
In the method for producing a ceramic sintered body of the present invention, when a ceramic sintered body made of ceramic raw material powder is obtained, a solution is prepared by mixing a water-soluble dispersant dissolved in pure water with a raw material powder made of ceramic powder. Then, while cooling and freezing the solution with stirring, a binder is added to the solution thawed after freezing to prepare a slurry, and the slurry is formed into a predetermined shape, degreased, and then fired. Thereby, mixing is facilitated and mechanical strength is increased.
[0014]
Here, the raw material powder contains not only the above-mentioned ceramic powder but also a sintering aid. As the sintering aid, for example, one or more of MgO, CaO, SiO 2 , and Al 2 O 3 are contained. In particular, when zirconia is the main component, it is desirable to add Y 2 O 3 as a stabilizer.
[0015]
Alumina, silicon nitride, and zirconia are used as the ceramic powder, and zirconia powder is particularly preferable as the ceramic powder that is effective in the production method of the present invention. The particle diameter of the ceramic powder is preferably from 0.2 to 1.0 μm, and particularly preferably the particle diameter of the zirconia raw material powder is from 0.3 to 0.8 μm. The amount of the ceramic powder is preferably about 35 to 50% by volume with respect to the mixture of all the raw material powder, the dispersant, the pure water, and the binder. % By volume is preferred. This is because, as described above, a highly-filled molded product has a small firing shrinkage and can produce a product having a complicated shape with excellent dimensional stability.
[0016]
In addition, the binder herein is a cellulose-based binder, and among them, carboxymethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, a lubricant, a wax emulsion, a cellosol, pure water as a solvent, etc., according to molding conditions. It is a mixed composition having a different composition ratio, and is limited to a water-soluble composition. Here, pure water refers to water having a purity of 10 ppm to 10 ppb.
[0017]
Examples of the water-soluble dispersant include SN-dispersant for ammonium polycarboxylate, Alon TH-14 for ammonium polyacrylate, and Neugen for anionic surfactant. These are used as a plasticizer, as well as the activating action at the particle interface, and do not separate from water. The specific addition amount of these dispersants is 0.5 to 3.0% by weight based on the raw material powder, though it depends on the molding conditions. The amount of pure water as a solvent is desirably 20 to 40% by weight based on the total weight of the raw material powder in order to form a solution. By forming the solution here, the distribution of the surfactant by the subsequent stirring can be made uniform. The peripheral speed during the stirring is desirably 0.7 to 0.5 m / s.
[0018]
As described above, the temperature profile for cooling and freezing while stirring with a solution comprising pure water, a water-soluble dispersant, a ceramic powder, and a stabilizer is as follows. Cool to ~ -10 ° C and wait for the pure water to solidify completely. This temperature is not limited to the above value, but is until the solution freezes. Thereafter, it is desirable to thaw and stir under the same conditions until the temperature is returned to room temperature. Here, the amount of pure water is described as an amount necessary for the solution, but pure water in excess of the required mixture composition ratio can be easily adjusted by degassing at high temperature and under vacuum with stirring.
[0019]
According to the present invention, the ceramic particles, which are generally agglomerated secondary particles, are dispersed and uniformly filled in the primary particles by stirring the solution. On the other hand, by cooling the solution while stirring it, the secondary particles are crushed and dispersed into the primary particles by the surrounding stress due to the volume expansion when the water is frozen, and the dispersing agent is also used. Uniformly penetrate between the particles. After that, when water is melted, it is considered that the effect of the dispersing agent activates the interface of the ceramic particles, makes it easier to associate with the added binder, and obtains a molded article having a uniform density. Then, by firing, a dense ceramic sintered body is obtained.
[0020]
As a specific example, a production example of an optical communication component using zirconia powder as a raw material will be described. As shown in FIG. 1A, a ferrule 1 for an optical connector, which is an embodiment of a zirconia sintered body of the present invention, contains zirconia (ZrO 2 ) as a main component as a raw material powder, and aims at suppressing phase transformation. (Y 2 O 3 ) as a stabilizer and alumina (Al 2 O 3 ) and silica (SiO 2 ) as sintering aids, and Y 2 O 3 is 4 to 7% by weight. Al 2 O 3 contains 0.1 to 0.4% by weight, and SiO 2 contains 0.005 to 0.1% by weight.
[0021]
As shown in FIG. 1B, a through hole 1a for inserting the optical fiber 3 is provided at the center, and a conical portion 1b is provided at the rear end side of the through hole 1a to facilitate insertion of the optical fiber 3. At the boundary between the outer peripheral portion 1c and the convex spherical end surface 1d, there is provided a chamfered portion 1e serving as a guide surface when the sleeve is inserted.
[0022]
Further, as shown in FIG. 2, the sleeve 4 is a cylindrical body, and has a slit in its axial direction to elastically hold the ferrule 1. However, the slit may not be provided. Further, about three convex portions may be formed on the inner peripheral surface, and the ferrule 1 may be supported by the convex portions.
[0023]
The ferrule 1 is joined to a metal support 2 at the back thereof, an optical fiber 3 is inserted into the through hole 1a and joined, and then the tip surface 1d is polished into a convex spherical shape having a radius of curvature of about 10 to 25 mm. I do. The optical fibers 3 can be connected to each other by inserting such a pair of ferrules 1 from both ends of the sleeve 4 and pressing them with a spring or the like to bring the tip surfaces 1d into contact with each other.
[0024]
Next, a method for manufacturing the ferrule 1 and the sleeve 4 will be described.
[0025]
First, zirconia raw material powder, which is a starting material, has a fine particle size of 0.3 to 0.7 μm, and has a large binding energy between particles. Therefore, enormous energy and time are required to disperse the raw material powder using the dispersant. In addition, a molding method called extrusion molding is suitable for the production of optical connector parts, but the mixed composition must have great plasticity as compared with powder pressing. That is, it is required that the raw material powder be sufficiently dispersed by the surfactant and that the plasticity and shape retention sufficient for molding be added by the binder.
[0026]
As for the mixing method, a ceramic composition is obtained by mixing raw material powder, pure water and a water-soluble dispersant, cooling and solidifying and thawing, adjusting and removing water, and mixing a binder. When the composition of the zirconia powder and the binder is 100% by volume, the raw material powder is preferably 40% by volume or less. When the composition is 40% by volume or more, it is difficult to disperse only with the binder because of the small amount and the high clay.
[0027]
Next, the obtained raw material is formed into a predetermined shape by extrusion molding, press molding, injection molding, or the like, and if necessary, after cutting or the like, firing is performed in an air atmosphere at a firing temperature of 1350 ° C to 1450 ° C. .
[0028]
The ferrule 1 and the sleeve 4 can be obtained by further subjecting the sintered body to either grinding or polishing, or both. Grinding is usually performed using a diamond grindstone or diamond abrasive grains.
[0029]
Although FIG. 2 shows an optical connector for connecting the optical fibers 4 to each other, the ferrule 1 and the sleeve 2 may be used for an optical module for connecting an optical element such as a laser diode or a photodiode to an optical fiber. it can.
[0030]
In addition, the zirconia sintered body for an optical connector used in the present invention can be applied to various members used for connecting the above-described optical fibers or between the optical fibers and various optical elements. Not limited to two. For example, the present invention can be applied to a splicer used for completely connecting optical fibers to each other, a dummy ferrule used for an optical module, and the like.
[0031]
As described above, the ferrule 1 and the sleeve 4, which are optical communication components, have been introduced as examples of the zirconia sintered body of the present invention. However, the present invention is not limited to this. Can be used.
[0032]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The zirconia raw material powder used contains the various stabilizers described above. As the water-soluble dispersant, a polycarboxylate ammonium salt anion SN dispersant was used. A dispersant of 30% pure water and 2% based on the weight of the zirconia powder was added to form a solution. This was stirred for 1 hour while being cooled at a peripheral speed of 0.6 m / s by a mixer, and then cooled to minus 5 degrees to coagulate. Thereafter, the temperature was returned to normal temperature while heating and stirring.
[0033]
Next, in order to return to the original composition, the mixture is further heated, and excess pure water is removed by evaporation while stirring at a degree of vacuum of 1 Torr and 70 to 80 ° C.
[0034]
Next, cellogen, Marlex, and pure water were weighed so as to have a ratio of 2% by weight, 48% by weight, and 50% by weight.
[0035]
Next, the above-mentioned binder was added to the raw material aqueous solution and stirred at a peripheral speed of 10 m / s for 5 minutes to prepare a slurry. At this time, the mixer was kept at 35 degrees. Thus, the mixed composition of Example 1 was prepared.
[0036]
Further, Example 2 shows the case where Neugen of an anionic surfactant is used as the water-soluble dispersant. The dispersant is added in an amount of 1% by weight based on the weight of the raw material powder, and mixed in the same manner as described above. Thus, the mixed composition of Example 2 was prepared.
[0037]
Further, as Comparative Example 1, as a water-soluble dispersant, a polycarboxylate ammonium salt anion SN dispersant was used, and 30% pure water and 2% dispersant based on the weight of zirconia powder were used. After adding a solution, the mixture was stirred for 24 hours with a ball mill, taken out, heated, and heated to a degree of vacuum of 1 Torr while stirring at 70 to 80 ° C. to remove excess pure water by evaporation.
[0038]
Next, in the same manner as in Example 1, cellogen, malrex, and pure water were weighed and added at a ratio of 2% by weight, 48% by weight, and 50% by weight, and stirred at a peripheral speed of 10 m / s for 5 minutes. Thus, a slurry was prepared. At this time, the mixer was kept at 35 degrees. Thus, the mixed composition of Comparative Example 1 was prepared.
[0039]
Further, as Comparative Example 2, a water-soluble dispersant using Neugen of an anionic surfactant is shown. The dispersant is added in an amount of 1% by weight based on the weight of the raw material powder, and mixed in the same manner as in Comparative Example 1. Thus, a mixed composition of Comparative Example 2 was prepared.
[0040]
The above four mixed composition was extruded with an extrusion molding machine to obtain an outer diameter of 4.30. mm, an inner diameter of 0.16 mm, and a length of 19 mm. Ten samples were prepared for each of the examples and comparative examples, and the molded bodies were fired at a firing temperature of 1400 ° C., and the sintered density of each molded body was measured with a helium hydrometer (manufactured by Shimadzu Corporation). .
[0041]
Further, the above-mentioned cylindrical molded body was fired at a firing temperature of 1400 ° C. so that the final product had an outer diameter of 2.5 mm and a length of 10.5 mm to obtain a porcelain. Next, this porcelain was processed to produce a ferrule 1. The ferrule was subjected to a three-point bending strength test according to the JIS standard, and the mechanical strength of the ferrule was compared with the examples and the comparative examples.
[0042]
Table 1 shows the sintered density of each sample, and Table 2 shows the results of the three-point bending strength.
[0043]
First, regarding the sintering density, the average value of the sintering density in Comparative Example 1 was 6.07 g / cm 3 in the case of using SN dispersant as the dispersant, whereas in the present example, the average value was 6. 07 g / cm 3 .
Next, when Neugen was used as the dispersant, the average value of the sintered density in Comparative Example 2 was 6.06 g / cm 3 , whereas the average value in the present example was 6.06 g / cm 3 . .
From this, it was found that the embodiment has the same effect as the time-consuming conventional method.
In addition, the bending strength of the sintered body using the SN dispersant was 1403 MPa in the average value of Comparative Example 1, while the average value was 1411 MPa in the example of the present invention.
[0044]
Next, in the case of using Neugen, the average value of Comparative Example 2 was 1393 [MPa], while the average value of Example in the present invention was 1340 [MPa]. In addition, as shown by the standard deviation, it was found that a sintered body with little variation between samples was obtained. This also indicates that the mechanical strength is not inferior to the conventional one. From these, it was found that the production method of the present invention was excellent.
[0045]
[Table 1]
[0046]
[Table 2]
[0047]
The same experiment as in Examples 1 and 2 was performed on an alumina sintered body separately from this example, but the same results as described above were obtained.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for producing a ceramic powder of the present invention, the effect of the dispersant can be maximized, without the need for long-time stirring, the plastic composition required for molding the mixed composition Can be given to
[0049]
Further, a ceramic sintered body having a high sintering density and excellent mechanical strength, particularly a zirconia sintered body, and an optical communication component using the same can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (a) is a central longitudinal sectional view of a ferrule using a zirconia sintered body of the present invention, and FIG. 1 (b) is a central longitudinal sectional view showing an optical connector member using a ferrule.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an optical connector using an optical connector member made of a zirconia sintered body of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: ferrule 2: support 3: optical fiber 4: sleeve
