JP2005225739A - 高熱膨張係数を有したセラミックス焼結体、その製造方法、及び熱膨張係数調整方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】焼成温度が低い高熱膨張係数セラミックス焼結体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】Ｙ２Ｏ３を含有したエンスタタイト系焼結体よりなる高熱膨張係数を有したセラミックス焼結体。この焼結体の好適組成はＳｉＯ２６２〜６９重量％、ＭｇＯ２４〜３２重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜８重量％、Ｙ２Ｏ３４重量％以下である。この焼結体は８〜１２×１０−６／℃程度の高い熱膨張係数を有する。
【解決手段】Ｙ２Ｏ３を含有したエンスタタイト系焼結体よりなる高熱膨張係数を有したセラミックス焼結体。この焼結体の好適組成はＳｉＯ２６２〜６９重量％、ＭｇＯ２４〜３２重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜８重量％、Ｙ２Ｏ３４重量％以下である。この焼結体は８〜１２×１０−６／℃程度の高い熱膨張係数を有する。
Description
本発明は高熱膨張係数を有したセラミックス焼結体と、その製造方法と、その熱膨張係数調整方法とに関する。
熱膨張係数の大きいセラミックス材料としてはフォルステライト（熱膨張係数８〜１１×１０−６／℃）が用いられている。フォルステライトは化学組成が２ＭｇＯ・ＳｉＯ２にて表わされるものであるが、熱膨張係数を調整するためにＺｒＯ２・ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３が添加して焼結されることがある。Ａｌ２Ｏ３含有フォルステライト焼結体を主として天然鉱物原料から製造する場合、タルク（３ＭｇＯ・４ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）、カオリン（Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２・２Ｈ２Ｏ）、及びマグネシア（ＭｇＯ）を主原料とし、焼結促進用鉱化剤として長石（Ｋ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・６ＳｉＯ２）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）等が添加されることがある（ファインセラミックスハンドブック ｐ．６０８−６１２、１９８４年 朝倉書店）。
フォルステライト焼結体よりなるセラミックス及びこれよりなる磁気ディスク基板用保持部材が特開２００３−２８６０７０号公報に記載されている。同号公報では、焼成温度１５００〜１７００℃にて熱膨張係数８．４〜９．３×１０−６／℃の焼結体を得ている。
ファインセラミックスハンドブック ｐ．６０８−６１２、１９８４年 朝倉書店 特開２００３−２８６０７０号公報
ファインセラミックスハンドブック ｐ．６０８−６１２、１９８４年 朝倉書店
上記特開２００３−２８６０７０号公報にみられる通り、フォルステライト質焼結体は焼成温度が高い。
本発明は、フォルステライト系焼結体よりも焼成温度が低い高熱膨張係数セラミックス焼結体及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明（請求項１）の高熱膨張係数を有したセラミックス焼結体は、Ｙ２Ｏ３を含有したエンスタタイト系焼結体よりなるものである。
本発明（請求項２）のセラミックス焼結体は、請求項１において、該焼結体の組成がＳｉＯ２６２〜６９重量％、ＭｇＯ２４〜３２重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜８重量％、Ｙ２Ｏ３４重量％以下であることを特徴とするものである。
本発明（請求項３）のセラミックス焼結体は、請求項１又は２において、２０〜８００℃における熱膨張係数が８〜１２×１０−６／℃であることを特徴とするものである。
本発明（請求項４）のセラミックス焼結体の製造方法は、製造原料を平均粒径５μｍ以下にまで微粉砕した後、成形し、焼成炉中で焼成することにより、このような本発明の高熱膨張係数を有したセラミックス焼結体を製造することを特徴とするものである。
本発明（請求項５）のエンスタタイト系焼結体の熱膨張係数調整方法は、Ｙ２Ｏ３を含有したエンスタタイト系焼結体のＹ２Ｏ３含有量を調整することによりエンスタタイト系焼結体の熱膨張係数を調整することを特徴とするものである。
本発明のエンスタタイト系セラミックス焼結体は、Ｙ２Ｏ３の添加により、その焼成温度がフォルステライト系セラミックス焼結体に比べて十分に低いものとなっている。このエンスタタイト系焼結体は熱膨張係数が十分に高い。
本発明のエンスタタイト系焼結体において、組成をＳｉＯ２６２〜６９重量％、ＭｇＯ２４〜３２重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜８重量％、Ｙ２Ｏ３４重量％以下とすることにより、熱膨張係数を十分に高く、例えば８〜１２×１０−６／℃とすることができる。
このエンスタタイト系焼結体を製造するに際し、原料を平均粒径５μｍ以下にまで微粉砕することにより、エンスタタイト系焼結体の最大気孔径を１０μｍ以下とすることができる。
このエンスタタイト系焼結体のＹ２Ｏ３を調整することにより、その熱膨張係数を調整することができる。
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明のエンスタタイト系焼結体を製造するための原料は、好ましくは、タルク、カオリン、ワラストナイト、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の配合系とする。
本発明では、エンスタタイト系焼結体の組成がＳｉＯ２６２〜６９重量％、ＭｇＯ２４〜３２重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜８重量％、Ｙ２Ｏ３４重量％以下となるように各原料の配合量を決定するのが好ましい。
エンスタタイトはＭｇＯ・ＳｉＯ２なる化学組成のものである。ＭｇＯ−ＳｉＯ２相平衡状態図においてＳｉＯ２６３重量％付近に共融点があることからも推認されるように、このエンスタタイト系焼結体はフォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２）系焼結体に比べて焼成温度が低い。
ＳｉＯ２が６２重量％を下回ってもまた６９重量％を上回っても焼成温度が高くなる。ＳｉＯ２の特に好ましい範囲は６３〜６７重量％である。
ＭｇＯが２４重量％を下回ってもまた３２重量％を上回っても焼成温度が高くなる。ＭｇＯの特に好ましい範囲は２５〜３０重量％である。
Ａｌ２Ｏ３が６重量％を下回ると、焼結体の誘電損失が大きくなる。また、８重量％を上回ると、組成がコージェライトに近くなり、熱膨張係数が小さくなる。
Ｙ２Ｏ３は焼結体の焼成温度を低下させる焼結助剤として作用する。Ｙ２Ｏ３が０．５重量％よりも少ないと、焼成温度が高くなる。このＹ２Ｏ３は比較的高価であるため、その添加量はなるべく少ない方が好ましく、４重量％以下、特に０．５〜４重量％とりわけ１〜４重量％であることが好適である。
Ｙ２Ｏ３の添加量が多くなる程、エンスタタイト系焼結体の熱膨張係数が大きくなるので、Ｙ２Ｏ３の含有量（製造時の添加量）を調整することによりエンスタタイト系焼結体の熱膨張係数を調整することができる。
本発明では、これらの原料を平均粒径５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下、例えば１〜３μｍ程度に微粉砕する。この微粉砕を行うには、粉砕媒体としてジルコニア等の硬質ビーズを用いたビーズミルが好適である。
この微粉砕後、板状に成形して成形体とする。この成形は乾式プレス成形が好適である。本発明は、好ましくは大型板状のエンスタタイト系焼結体を提供するものであり、成形体の寸法は通常、１辺又は径が１００ｍｍ以上である。本発明によると、１辺が１０００ｍｍ以上例えば２０００×２０００ｍｍ程度の大形板状の焼結体も製造することが可能である。成形体は方形であることが好ましいが、円形、楕円形、多角形等であってもよい。
なお、この成形に際しては、ポリビニルアルコールなどの成形助剤を添加することが好ましい。
この成形体を焼成炉中にて焼成する。この焼成温度は１１００〜１２００℃程度が好適である。焼成炉としては、空気雰囲気とした電気炉の他、ガスや燃料油を燃料とした窯炉を用いることができる。焼成時間（焼成温度に維持される時間）は１〜２時間程度が好適である。
得られたエンスタタイト系焼結体の熱膨張係数（２０〜８００℃）は、通常、８〜１２×１０−６／℃程度である。なお、上記の通り、Ｙ２Ｏ３の添加量を調整することにより、エンスタタイト系焼結体の熱膨張係数を調整することができる。
製造時に原料を平均粒径５μｍ以下にまで微粉砕することにより、焼結体の最大気孔径が１０μｍ以下となる。
以下、実施例及び比較例について説明する。なお、以下の実施例及び比較例において採用した原料は次の通りである。
タルク：平均粒径３〜５μｍ
カオリン：２〜３μｍ
ワラストナイト：６〜８μｍ
酸化イットリウム：日本イットリウム（株）製、純度９９．９％以上
アルミナ：住友化学工業（株）製、純度９９．８％以上
タルク：平均粒径３〜５μｍ
カオリン：２〜３μｍ
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酸化イットリウム：日本イットリウム（株）製、純度９９．９％以上
アルミナ：住友化学工業（株）製、純度９９．８％以上
実施例１
タルク７５重量部、カオリン１５重量部、ワラストナイト１０重量部及び酸化イットリウム１重量部をビーズミルにて５０〜６０時間微粉砕し、平均粒径１．３μｍとした。
タルク７５重量部、カオリン１５重量部、ワラストナイト１０重量部及び酸化イットリウム１重量部をビーズミルにて５０〜６０時間微粉砕し、平均粒径１．３μｍとした。
この原料１００重量部に対しポリビニルアルコール２重量部を添加してプレス圧３００ｋｇ／ｃｍ２にて乾式プレス成形し、６３５×６３５×７ｍｍの成形体を成形し、この成形体を空気雰囲気の電気炉中にて１２８０℃にて２時間焼成し、薄板状エンスタタイト系焼結体を製造した。
この焼結体の熱膨張係数をＪＩＳ Ｒ１６１８に準拠して測定したところ１０．２×１０−６／℃であった。なお、この原料中のＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３の百分比及び焼結体嵩密度を表１に示す。
実施例２〜５
Ｙ２Ｏ３の添加量及び焼成温度を表１の通りとした他は実施例１と同様にしてエンスタタイト系焼結体を製造した。この焼結体の熱膨張係数及び焼結体嵩密度の測定結果を表１に示す。
Ｙ２Ｏ３の添加量及び焼成温度を表１の通りとした他は実施例１と同様にしてエンスタタイト系焼結体を製造した。この焼結体の熱膨張係数及び焼結体嵩密度の測定結果を表１に示す。
比較例１〜６
原料の配合及び焼成条件を表１の通りとしたこと以外は同様にしてエンスタタイト系焼結体を製造した。各焼結体の熱膨張係数及び焼結体嵩密度の測定結果を表１に示す。
原料の配合及び焼成条件を表１の通りとしたこと以外は同様にしてエンスタタイト系焼結体を製造した。各焼結体の熱膨張係数及び焼結体嵩密度の測定結果を表１に示す。
表１の通り、実施例１〜５は、熱膨張係数が高く、しかも焼成温度が低い。これに対し、比較例１〜６は、いずれも、焼成温度は高くなり、熱膨張係数が小さい。比較例１〜６は、タルク、カオリン及びワラストナイトの主配合は実施例１〜５と同一であるが、比較例１〜３ではＹ２Ｏ３を添加していないために熱膨張係数が小さい。比較例２，３ではＡｌ２Ｏ３を添加しているため、熱膨張係数が比較例１よりもさらに小さくなっている。また、この比較例２，３では、Ａｌ２Ｏ３を添加したため、実施例１〜５より焼成温度を３０〜５０℃程度高くしているにもかかわらず、嵩密度が実施例１〜５に比べて低いものとなっている。
比較例４〜６では、Ｙ２Ｏ３を２重量％添加しているものの、Ａｌ２Ｏ３添加によりＡｌ２Ｏ３含有量が本発明の好適範囲（Ａｌ２Ｏ３：６〜８重量％）を超えているため、熱膨張係数が小さい。また、この比較例４〜６では、Ａｌ２Ｏ３を添加したため、焼成温度を実施例２よりも３３℃高くしているにもかかわらず、焼結体の嵩密度が実施例２よりも約０．１程度低い。
Claims (5)
- Ｙ２Ｏ３を含有したエンスタタイト系焼結体よりなることを特徴とする高熱膨張係数を有したセラミックス焼結体。
- 請求項１において、該焼結体の組成が
ＳｉＯ２ ６２〜６９重量％
ＭｇＯ ２４〜３２重量％
Ａｌ２Ｏ３ ６〜８重量％
Ｙ２Ｏ３ ４重量％以下
であることを特徴とする高熱膨張係数を有したセラミックス焼結体。 - 請求項１又は２において、２０〜８００℃における熱膨張係数が８〜１２×１０−６／℃であることを特徴とする高熱膨張係数を有したセラミックス焼結体。
- 製造原料を平均粒径５μｍ以下にまで微粉砕した後、成形し、焼成炉中で焼成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高熱膨張係数を有したセラミックス焼結体の製造方法。
- Ｙ２Ｏ３を含有したエンスタタイト系焼結体のＹ２Ｏ３含有量を調整することによりエンスタタイト系焼結体の熱膨張係数を調整することを特徴とするエンスタタイト系焼結体の熱膨張係数調整方法。
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| JP2004038539A JP2005225739A (ja) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | 高熱膨張係数を有したセラミックス焼結体、その製造方法、及び熱膨張係数調整方法 |
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| CN112939588A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-06-11 | 中国轻工业陶瓷研究所 | 一种利用工业废料用微波加热制备高热膨胀系数材料的方法 |
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2004
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