JP2008285371A

JP2008285371A - 多結晶ＭｇＯ焼結体

Info

Publication number: JP2008285371A
Application number: JP2007133266A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sato; 武佐藤; Masashi Yoshimura; 雅司吉村; Takashi Harada; 高志原田; Naohiro Toda; 直大戸田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2008-11-27

Abstract

【課題】優れた光透過性と強度とを併せ持つ多結晶ＭｇＯ焼結体を提供する。
【解決手段】原料粉末平均粒径が１μｍ以下、かつ不純物濃度が１５００ｐｐｍ未満の原料を用い、焼結条件として温度５００〜９００℃、圧力５００ＭＰａ以上で焼結する事により、多結晶ＭｇＯ焼結体として、複数の結晶粒が結合してなるものであって、波長が０．４μｍ以上１μｍ以下の範囲にある光の直線透過率が６５％以上であるものが出来る。
【選択図】なし

Description

本発明は、多結晶ＭｇＯ焼結体に関する。より詳細には、本発明は、レンズや窓等の光学用途に好適に用いることがてきる高強度かつ光透過性に優れる多結晶ＭｇＯ焼結体に関する。

ＭｇＯ（酸化マグネシウムまたはマグネシアとも呼ばれる）は、電気絶縁性および耐熱性に優れることから各種の用途において重要な材料の一つとして従来用いられてきた。近年、このＭｇＯの多結晶焼結体（すなわち多結晶ＭｇＯ焼結体）が優れた光透過性を示すという特性が注目され、高機能性材料として各種用途への応用が種々検討されている。

このような状況下において、この多結晶ＭｇＯ焼結体に対してさらに高度な特性を付与するべく種々の研究開発が進められており、特により高度な光透過性と強度とを併せ持つ多結晶ＭｇＯ焼結体を得る努力が種々重ねられている（非特許文献１〜非特許文献４）。

しかしながら、従来の通常の焼結条件下で多結晶ＭｇＯ焼結体を製造すると、緻密化が十分に促進されず優れた強度（機械的特性）を有する焼結体を得ることができないという問題があった。この点を解決するべく１５００℃以上という超高温の焼結条件を採用すると（非特許文献１、２）、焼結体を構成する結晶粒の粒径が大きくなってしまい強度が低下するという問題があった。

一方、このような緻密化を促進させる別の試みとしてＬｉＦ（非特許文献４）や塩化物（非特許文献２）等の焼結助剤を添加させて焼結を実行することが提案されているが、これらの焼結助剤とＭｇＯとは屈折率が異なることから、これら両者の粒界において光が散乱され光透過性が低下するという問題があった。

さらに、焼結雰囲気が高真空でないと、焼結体から発生した不純物ガスが除去されずに焼結体中に気孔（ポア、閉気孔）として残存してしまい、上記同様に光透過性が低下するという問題があった。

また、プラズマを利用した焼結方法（非特許文献３）は短時間で焼結できることから粒径は一般に０．０８μｍと小さい。しかし、焼結体中に酸素欠陥ができるために特定波長（３２０ｎｍ、３８４ｎｍ、５６０ｎｍ、６９０ｎｍ）にて光の吸収ピークが存在し、無色透明な焼結体は得られず、茶褐色に着色するという問題があった。この理由は、型材質にカーボンを使用し、かつ焼結中は常に真空ポンプにより吸引され原料のＭｇＯが真空に曝されることから、ＭｇＯが還元されて酸素欠陥ができるために上記の特定波長での吸収が生ずるものと推定される。このため、光の直線透過率は最大でも６０％程度であった。
ＫｕｎｉｈｉｒｏＹＡＮＡＧＩＴＡ、外４名、ＰＡＣＲＩＭ５、ｐ．９０、０４−Ｐ−０４鈴木真、外４名、ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｙｏｆＪａｐａｎ、２００５年、第１１３巻、第２号、ｐ．１４９−１５３ＲａｃｈｍａｎＣｈａｉｍ、外２名、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．、ＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈＳｏｃｉｅｔｙ、２００４年９月、第１９巻、第９号、ｐ．２５２７−２５３１ＹｉＦａｎｇ、外３名、ＭａｔｅｒｉａｌｓＬｅｔｔｅｒｓ、２００４年、第５８巻、ｐ．５５１−５５４

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、優れた光透過性と強度とを併せ持つ多結晶ＭｇＯ焼結体を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するべく種々の検討を重ねたところ、焼結条件を制御することにより多結晶ＭｇＯ焼結体が特定の物性値を有するようにすれば、上記の問題点を一掃できるとの知見を得、さらに鋭意研究を重ねることによりついに本発明を完成させることに成功したものである。

すなわち、本発明の多結晶ＭｇＯ焼結体は、複数の結晶粒が結合してなるものであって、波長が０．４μｍ以上１μｍ以下の範囲にある光の直線透過率が６５％以上であることを特徴としている。このような多結晶ＭｇＯ焼結体は、該結晶粒の平均粒径が１μｍ以下であり、該焼結体の相対密度が９９．８％以上であり、該焼結体中の気孔の平均径が０．５μｍ以下であり、該焼結体中の酸素欠陥が１．３×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であるという物性を有していることが好ましい。

また、該焼結体中の気孔の平均径は０．１μｍ以下であることが好ましく、不純物量は１０００ｐｐｍ以下であることが好ましく、さらに該焼結体のビッカース硬度が７ＧＰａ以上であることが好ましい。

また、本発明は、複数の結晶粒が結合してなる多結晶ＭｇＯ焼結体の製造方法であって、この製造方法は、原料粉末を準備する準備工程と、該原料粉末を焼結する焼結工程と、を含み、該原料粉末は、その平均粒径が１μｍ以下であり、かつその不純物濃度が１５００ｐｐｍ未満であり、該焼結工程は、実質的に気体が存在しない雰囲気下において、温度が５００℃以上９００℃以下であり、圧力が５００ＭＰａ以上となる条件下で実行されることを特徴とする多結晶ＭｇＯ焼結体の製造方法に係るものである。このような製造方法を採用することにより、上記のような特性を有する多結晶ＭｇＯ焼結体を得ることができる。

本発明の多結晶ＭｇＯ焼結体は、上記のような構成を採用したことにより、優れた光透過性と強度とを併せ持つ特性を有したものとなる。

以下、本発明につきさらに詳細に説明する。
＜多結晶ＭｇＯ焼結体＞
本発明の多結晶ＭｇＯ焼結体は、複数のＭｇＯの結晶粒が結合してなるものであって、波長が０．４μｍ以上１μｍ以下の範囲にある光の直線透過率が６５％以上であることを特徴としている。このような多結晶ＭｇＯ焼結体は、該結晶粒の平均粒径が１μｍ以下であり、該焼結体の相対密度が９９．８％以上であり、該焼結体中の気孔の平均径が０．５μｍ以下であり、該焼結体中の酸素欠陥が１．３×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であることが好ましい。

また、前述の非特許文献３の焼結体では可視域において特定波長（３２０ｎｍ、３８４ｎｍ、５６０ｎｍ、６９０ｎｍ）の吸収ピークが存在し、該焼結体は茶褐色を呈する。これに対して、本発明は、後述のように容器に原料粉末を封入する等して実質的に気体が存在しない雰囲気下において制御して焼結することから、無色透明で透過率の高い多結晶ＭｇＯ焼結体が得られる。すなわち、このような特性を備える多結晶ＭｇＯ焼結体は、後述の製造方法により好適に製造することができる。

本発明の多結晶ＭｇＯ焼結体は、このような特性（物性）を有することにより優れた光透過性と強度（機械的特性）とを併せ持ったものとなる。このため、本発明の多結晶ＭｇＯ焼結体は、高輝度ランプの発光管、高温用のぞき窓、高温用光学レンズまたは光シャッタなどの光学材料として有用である。以下、これらの各特性について詳述する。

なお、本発明の多結晶ＭｇＯ焼結体は、該結晶粒の平均粒径が１μｍ以下であり、該焼結体の相対密度が９９．８％以上であり、該焼結体中の気孔の平均径が０．５μｍ以下であり、該焼結体中の酸素欠陥が１．３×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であるという特性を満たす限り、波長が０．４μｍ以上１μｍ以下の範囲にある光の直線透過率がたとえ６５％未満となったとしても、優れた強度と通常用途では十分な光透過性とを兼ね備えたものとなるため、本発明の範囲を逸脱するものではない。

＜直線透過率＞
本発明の多結晶ＭｇＯ焼結体は、その厚みを１．４ｍｍ以上１．６ｍｍ以下の範囲、上下面（厚み方向に対して垂直となる表面）の平均表面粗さ（Ｒａ（ＪＩＳＢ０６０１−２００１））を４ｎｍ以上６ｎｍ以下の範囲とした場合において、波長が０．４μｍ以上１μｍ以下の範囲にある光の直線透過率が６５％以上であることを特徴とするものである。この直線透過率は、より好ましくは７５％以上、さらに好ましくは８０％以上である。一方、この直線透過率の上限はＭｇＯの屈折率（１．７５）から算出され、約８５％となるのが理想である。ここで、この直線透過率とは、多結晶ＭｇＯ焼結体の表面に対する垂直方向（すなわち厚みの深さ方向）の光の透過率を示す。このような直線透過率は、分光光度計により測定することができる。

本発明の多結晶ＭｇＯ焼結体は、このように高い直線透過率を有することにより、実質的に無色透明となるものである。しかも、このような高い直線透過率は、該焼結体を構成する結晶粒の平均粒径や該焼結体中の気孔の平均径等の物性を制御することにより得られるため、そのような物性の制御により同時に強度（機械的特性）も向上したものとなる。すなわち、光の直線透過率を上記のように規定することにより、優れた光透過性と高強度との両立を達成し得るものとなる。

一方、この直線透過率が６５％未満になると十分な光透過性が示されなくなるとともに、関連する諸物性も同時に変化することから強度（機械的特性）も不十分なものとなる。このため、従来技術において最大でも６０％程度であった直線透過率を６５％以上にまで向上させたことは、産業上の利用性を飛躍的に増大させるものであって、極めて大きな意義を有するものである。

＜相対密度＞
本発明の多結晶ＭｇＯ焼結体は、その相対密度が９９．８％以上となるものである。ここで、相対密度とは、ＭｇＯ自体が固有に有する理論密度（３．５８５ｇ／ｃｍ³）に対する多結晶ＭｇＯ焼結体の密度を％表示で表わした数値である。したがって、多結晶ＭｇＯ焼結体中の気孔の存在割合が低下する程、この相対密度は１００％に近づく数値を示すことになる。よって、この相対密度が高くなればなる程、ＭｇＯと気孔との界面の存在割合が減少しその界面における光の散乱も抑制されることから、該多結晶ＭｇＯ焼結体の光透過性（透明性）は向上する。

このため、該相対密度は９９．９％以上とすることがより好ましく、さらに好ましくは９９．９５％以上である。このように、該相対密度は高くなればなる程好ましいためあえてその上限を規定する必要はなく、１００％に可能な限り近づけるのが理想である。逆に、この相対密度が９９．８％未満になると、該多結晶ＭｇＯ焼結体の光透過性が低下するため好ましくない。

なお、このような相対密度は多結晶ＭｇＯ焼結体の密度をアルキメデス法（ＪＩＳＲ１６３４）にて測定することにより求めることができる。

＜気孔＞
本発明の多結晶ＭｇＯ焼結体は、上記の通りこの焼結体中の気孔の存在割合が低ければ低い程好ましいものとなる。しかし、該気孔を完全に除去することは技術的に困難であるため、極僅かに存在する気孔の平均径は０．５μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、そのような気孔の平均径は０．１μｍ以下、さらに好ましくは０．０５μｍ以下である。一方、その平均径は小さくなればなる程好ましいためその下限はあえて規定する必要がないものであるが、製造技術上の観点から通常その下限は０．００５μｍ以上となる。

これに対して、存在する気孔の平均径が０．５μｍを超えるとＭｇＯとの界面における光の散乱が顕著になり、光透過性が低下するばかりか強度も低下することになる。

このような気孔は、多結晶ＭｇＯ焼結体を製造する工程（すなわち後述の準備工程および焼結工程）において、不純物ガスが存在するとこれが焼結体中に取り込まれ、その後焼結体中から外部へと拡散できないために形成されるものと推測される。

ここで、このような気孔の平均径は、該多結晶ＭｇＯ焼結体の鏡面仕上げした表面を走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を用いて１万倍〜５０万倍で観察し、その表面を写真撮影し、その写真に基き、任意の３μｍ四方の視野における気孔径を測定して、その平均値を気孔の平均径とする。なお、該気孔の形状が真円でない場合にはその形状の最大径を基準として算出することとする。

＜結晶粒＞
本発明の多結晶ＭｇＯ焼結体は、複数のＭｇＯの結晶粒が結合してなるものであり、その結晶粒の平均粒径が１μｍ以下となることが好ましい。この平均粒径は小さくなればなる程、優れた強度が達成されるとともに、より優れた光透過性も示される。

このため、該平均粒径はより好ましくはその上限が０．５μｍ以下、さらに好ましくは０．３μｍ以下である。その平均粒径が１μｍを超えると機械的特性が低下する場合がある。一方、その平均粒径の下限はあえて規定する必要がないものであるが、製造技術上の観点から通常は０．０１μｍ程度となる。

ここで、このような結晶粒の平均粒径は走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡により、倍率１０万倍〜５０万倍で該焼結体を観察し、それを写真撮影したものを用いて、任意の５μｍの線分上にある結晶粒の個数を数えることにより、この線分の長さ（５μｍ）を当該結晶粒の個数で除した値を結晶粒径とし、５本の線分について求めた結晶粒径の平均を当該結晶粒の平均粒径とする。

＜焼結体中の酸素欠陥量＞
本発明の多結晶ＭｇＯ焼結体は、該焼結体中の酸素欠陥が１．３×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であることが好ましい。これにより、特定波長での光の吸収を効果的に防止することができ、以って該焼結体を実質的に無色透明のものとすることができる。

該焼結体中の酸素欠陥は、より好ましくは１．２×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であり、さらに好ましくは１．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下である。なお、酸素欠陥は低ければ低い程好ましいため、その下限を規定する必要はないが、製造技術上の観点から通常その下限は０．０１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上となる。

ここで、酸素欠陥とは、立方晶であるＭｇＯの結晶構造において、酸素原子の一部が抜けた（酸素空孔）状態と定義されるものであり、具体的には単位体積当りの酸素空孔の数により示される。このような酸素欠陥は非特許文献３と同様、励起エネルギー３．２３ｅＶと２．２１ｅＶのそれぞれのフォトルミネッセンスの吸収係数を測定し、その高い方の吸収係数の値を下記式（１）に代入して算出することができる。

酸素欠陥＝５．０×１０¹⁵×吸収係数・・・（１）
＜ビッカース硬度＞
本発明の多結晶ＭｇＯ焼結体は、ビッカース硬度が７ＧＰａ以上となることが好ましく、より好ましくは７．３ＧＰａ以上、さらに好ましくは７．５ＧＰａ以上である。このビッカース硬度は高くなればなる程、強度（機械的特性）が優れていること示すためあえてその上限を規定する必要はないが、製造技術上の観点から通常その上限は１５ＧＰａ以下となる。

なお、このビッカース硬度が７ＧＰａ未満になると十分な強度が示されなくなるので好ましくない場合がある。このようなビッカース硬度は、ＪＩＳＲ１６１０により測定することができる。

＜焼結体中の不純物量＞
本発明の多結晶ＭｇＯ焼結体は、その不純物量が１５００ｐｐｍ未満であることが好ましく、１０００ｐｐｍ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは５００ｐｐｍ以下である。このように、その不純物量を少なくすることにより多結晶ＭｇＯ焼結体の光透過性と強度とをさらに向上させることができる。この不純物量は、低ければ低い程好ましいためその下限をあえて規定する必要はないが、原料精製上の観点から通常その下限は１０ｐｐｍ程度となる。

なお、多結晶ＭｇＯ焼結体中の不純物量は、その製造に用いる原料粉末中の不純物量により制御することができ、通常、原料粉末中の不純物量（濃度）に等しくなる。このため、多結晶ＭｇＯ焼結体中の不純物量を低減するためには、後述の通りその原料粉末中の不純物量を低減させることが必要となる。

なお、該焼結体中の不純物量は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）法により測定することができる。

＜多結晶ＭｇＯ焼結体の製造方法＞
本発明に係る製造方法は、複数のＭｇＯの結晶粒が結合してなる多結晶ＭｇＯ焼結体の製造方法であって、この製造方法は、原料粉末を準備する準備工程と、該原料粉末を焼結する焼結工程と、を含み、該原料粉末は、その平均粒径が１μｍ以下であり、かつ不純物濃度が１５００ｐｐｍ未満であり、該焼結工程は、実質的に気体が存在しない雰囲気下において、温度が５００℃以上９００℃以下であり、圧力が５００ＭＰａ以上となる条件下で実行されることを特徴としている。このような製造方法を採用することにより、上記のような優れた特性を有する多結晶ＭｇＯ焼結体を得ることができる。なお、本発明の製造方法は、上記のように実質的に焼結助剤を用いることなく実行されるものである。

以下、各工程についてさらに詳述する。なお、本発明の製造方法は、以下の２つの工程、すなわち原料粉末を準備する準備工程と、該原料粉末を焼結する焼結工程とを含む限り、他の工程を含んでいても差し支えない。

＜準備工程＞
本発明の準備工程は、上記の通り原料粉末を準備する工程である。本発明の製造方法は、このような原料粉末としてＭｇＯ粉末を用いるものであるが、この原料粉末の平均粒径を１μｍ以下とし、その不純物濃度を１５００ｐｐｍ未満とすることを特徴のひとつとするものである。この点、後述の焼結工程において、このような原料粉末を焼結することができる限り、この準備工程はいかなる手段によって原料粉末を準備するものであっても差し支えなく、何等限定されるものではない。

このように原料粉末としてその平均粒径が１μｍ以下のものを用いることにより、焼結後の多結晶ＭｇＯ焼結体を構成する結晶粒の平均粒径を１μｍ以下とすることができ、以って該焼結体の機械的特性および光透過性を高めることができる。この点、該原料粉末の平均粒径は、より好ましくは０．５μｍ以下、さらに好ましくは０．３μｍ以下である。一方、この平均粒径は、小さくなればなる程好ましい特性が得られるためその下限はあえて規定する必要がないものであるが、技術上の観点からその下限は通常０．０１μｍ程度となる。なお、このような原料粉末の平均粒径は、ＪＩＳＲ１６２９または前述の結晶粒の平均粒径を求めたのと同様の方法により測定することができる。

また、本発明の原料粉末は、その組成として高純度のＭｇＯを用いることが好ましい。従来、多結晶ＭｇＯ焼結体を製造するに際し、該焼結体の緻密化を目的としてＬｉＦなどの焼結助剤が原料粉末に配合されていたが、このような焼結助剤を原料粉末に配合すると母材であるＭｇＯに対して異なる屈折率の粒界相が形成されることとなるため、透過光が散乱し光透過性が低下することになる。したがって、光学的性質の異なる異相を排除する観点から、原料粉末における不純物（上記焼結助剤を含む）の濃度（すなわち不純物量）は、１５００ｐｐｍ未満とすることが好ましく、１０００ｐｐｍ以下とすることがより好ましく、５００ｐｐｍ以下とすることがさらに好ましい。一方、この不純物量は、低ければ低い程好ましいためその下限をあえて規定する必要はないが、原料精製上の観点等から通常その下限は１０ｐｐｍ程度となる。

なお、原料粉末中の不純物量は、誘導プラズマ（ＩＣＰ）法により測定することができる。

＜焼結工程＞
本発明の焼結工程は、実質的に気体が存在しない雰囲気下において、温度が９００℃以下であり、圧力が５００ＭＰａ以上となる条件下で実行される。

焼結時の温度を９００℃以下に制御することにより、焼結時の粒成長を抑制することができるため好ましい。この焼結温度は、より好ましくは８５０℃以下である。一方、十分な焼結を達成し、緻密化を促進し、かつ気孔を除去するためには、焼結時の温度を５００℃以上とすることが好ましく、７００℃以上とすることがより好ましい。

また、焼結時の圧力は、光散乱因子である気孔を除去し、相対密度を高めて、光の直線透過率を向上させる点で、５００ＭＰａ以上とすることが好ましく、３０００ＭＰａ以上とすることがより好ましい。焼結時の圧力が大きい程、焼結温度を低くすることができるため、粒成長を抑制し該焼結体の結晶粒の平均粒径を小さくすることができる。一方、この焼結時の圧力は、大きくなればなる程好ましい特性が得られるためその上限はあえて規定する必要がないものであるが、技術上の観点からその上限は通常８０００ＭＰａ程度となる。

また、上記の焼結時の温度と圧力が最高となる（所定値以上となる）保持時間（以下最高保持時間という）は、該焼結体の結晶粒の平均粒径を１μｍ以下とすることを目的とし、かつ機械的特性、光透過性および製造コストの観点から、６０分以内とすることが好ましく、１５分以内とすることがより好ましい。一方、この最高保持時間は、焼結を十分に進行させる観点から５分以上とすることが好ましく、より好ましくは１０分以上である。

また、実質的に気体が存在しない雰囲気を必要とするのは、不純物ガスが該焼結体に取り込まれ、気孔発生の原因を防止するためである。このため、実質的に気体が存在しない雰囲気とは、真空雰囲気を意味し、気圧が０．０２Ｐａ以下となる雰囲気を意味するものとする。

このような焼結工程は、原料粉末を容器に真空封入する（封止する）ことにより実行することが好ましい。容器を真空封入せずに焼結雰囲気自体を真空にする方法もあるが、酸素欠陥の増加が懸念されることから上記のように容器に真空封入することが好ましい。

このように本発明の製造方法は、原料粉末を容器に充填して焼結するという極めてシンプルな構成であるにもかかわらず、直線透過率が高く、強度（機械的特性）の大きい焼結体を得ることができる極めて有利なものである。したがって、従来技術のように高分散スラリの調製や成形などの複雑な工程が不要となるため、製造工程がシンプルでかつ製造時間も短縮でき、以って製造コストを低減することができるというメリットを有する。このような製造方法により製造された多結晶ＭｇＯ焼結体は、酸素欠陥量が１．３×１０¹⁷ｃｍ^-3以下となり特定波長（たとえば３２０ｎｍ、３８４ｎｍ、５６０ｎｍ、６９０ｎｍ）での吸収ピークを有さず、波長が０．４μｍ以上１μｍ以下の範囲にある光の直線透過率が６５％以上となる。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１＞
まず、平均粒径が０．０６μｍであり不純物量が３００ｐｐｍであるＭｇＯ粉末を原料粉末として準備し（準備工程）、この原料粉末を容器に充填して蓋をした後、８００℃の真空中（気圧０．０１Ｐａ）で該蓋と該容器とを封止した。これにより、該容器内の気圧は０．０１Ｐａとなる。

次いで、この封止した容器をそのまま引き続きプレス設備に投入し、プレス法により、温度が７００℃であり圧力が５００ＭＰａとなる条件下で焼結した（焼結工程）。最高保持時間は１５分間とした。

このようにして製造された多結晶ＭｇＯ焼結体は、複数の結晶粒が結合してなるものであり、該焼結体中の結晶粒の平均粒径が０．０６２μｍであり、該焼結体の相対密度が９９．８％であり、該焼結体中の気孔の平均径が０．１μｍであり、該焼結体のビッカース硬度が７．１ＧＰａであった。また、得られた多結晶ＭｇＯ焼結体の厚さを１．５ｍｍとし、表面粗さＲａを５ｎｍとした場合、波長０．５μｍの光の直線透過率は６５％であり、波長０．８μｍの光の直線透過率は７０％であった（波長が０．４μｍ以上１μｍ以下の範囲にある光の直線透過率が６５％未満になることはなかった）。また、該焼結体の酸素欠陥は、０．５×１０¹⁷ｃｍ^-3であった。

＜実施例２＞
まず、平均粒径が０．０６２μｍであり不純物量が３００ｐｐｍであるＭｇＯ粉末を原料粉末として準備し（準備工程）、この原料粉末を容器に充填して蓋をした後、８００℃の真空中（気圧０．０２Ｐａ）で該蓋と該容器とを封止した。これにより、該容器内の気圧は０．０２Ｐａとなる。

次いで、この封止した容器をそのまま引き続きプレス設備に投入し、プレス法により、温度が７００℃であり圧力が１０００ＭＰａとなる条件下で焼結した（焼結工程）。最高保持時間は１５分間とした。

このようにして製造された多結晶ＭｇＯ焼結体は、複数の結晶粒が結合してなるものであり、該焼結体中の結晶粒の平均粒径が０．０６５μｍであり、該焼結体の相対密度が９９．９％であり、該焼結体中の気孔の平均径が０．０４５μｍであり、該焼結体のビッカース硬度が８．５ＧＰａであった。また、得られた多結晶ＭｇＯ焼結体の厚さを１．５ｍｍとし、表面粗さＲａを６ｎｍとした場合、波長０．５μｍの光の直線透過率は８０％であり、波長０．８μｍの光の直線透過率は８２％であった（波長が０．４μｍ以上１μｍ以下の範囲にある光の直線透過率が６５％未満になることはなかった）。また、該焼結体の酸素欠陥は、０．４×１０¹⁷ｃｍ^-3であった。

＜実施例３〜１１＞
実施例１の焼結工程において、実施例１の条件に代えて表１に記載した圧力、温度、および最高保持時間を採用することを除き、他はすべて実施例１と同様にして多結晶ＭｇＯ焼結体を製造した。このようにして得られた多結晶ＭｇＯ焼結体は複数の結晶粒が結合してなるものであり、表１に示す物性を有するものであった。

表１より明らかなように、焼結工程において圧力を５００〜５０００ＭＰａ、温度を５００〜９００℃、最高保持時間を１５〜６０分とすれば、波長が０．４μｍ以上１μｍ以下の範囲にある光の直線透過率（実施例１と同条件で測定）が６５％以上となる多結晶ＭｇＯ焼結体が得られる。なお、焼結温度が９００℃を超えたり、最高保持時間が６０分を超えると、光の直線透過率は６５％以上を維持するものの、ビッカース硬度は低下する傾向を示す（実施例１０および１１）。

＜比較例１〜５＞
実施例１の焼結工程において、実施例１の条件に代えて表１に記載した原料粉末、雰囲気、圧力、温度、および最高保持時間を採用することを除き、他はすべて実施例１と同様にして多結晶ＭｇＯ焼結体を製造した。このようにして得られた多結晶ＭｇＯ焼結体の物性を同じく表１に示す。

表１より明らかなように、焼結工程において圧力を５００ＭＰａ未満としたり、温度を５００℃未満としたり、最高保持時間を極めて長くすると、波長が０．４μｍ以上１μｍ以下の範囲にある光の直線透過率が６５％未満となる多結晶ＭｇＯ焼結体が得られることになる。

＜実施例１２〜１８および比較例６〜７＞
実施例１において用いた原料粉末に代えて表２に記載した原料粉末を用いること、および実施例１において採用した焼結工程の条件に代えて表２に記載した焼結工程の条件を採用することを除き、他はすべて実施例１と同様にして多結晶ＭｇＯ焼結体を製造した。このようにして得られた多結晶ＭｇＯ焼結体は複数の結晶粒が結合してなるものであり、表２に示す物性を有するものであった。

表２より明らかなように、原料粉末として平均粒径が１μｍ以下となるもの（たとえば実施例１２〜１８）を用いれば、得られる多結晶ＭｇＯ焼結体の結晶粒の平均粒径も１μｍ以下に制御することができ、以って高いビッカース硬度が得られることから優れた強度を有する多結晶ＭｇＯ焼結体を得ることができるとともに、波長が０．４μｍ以上１μｍ以下の範囲にある光の直線透過率（実施例１と同条件で測定）も６５％以上となった。これに対して、原料粉末として平均粒径が１μｍを超えるもの（比較例６）を用いれば、得られる多結晶ＭｇＯ焼結体の結晶粒の平均粒径も１μｍを超えたものとなり、得られる多結晶ＭｇＯ焼結体は、強度および光の直線透過率がともに劣るものであった。

一方、同じく表２より明らかなように、原料粉末として不純物量が１５００ｐｐｍ未満となるもの（たとえば実施例１８）を用いれば、得られる多結晶ＭｇＯ焼結体の不純物量も１０００ｐｐｍ以下に制御することができ（不純物量が原料粉末の不純物量とほぼ同一になることをＩＣＰ法で確認した）、以ってこれにより得られる多結晶ＭｇＯ焼結体は波長が０．４μｍ以上１μｍ以下の範囲にある光の直線透過率（実施例１と同条件で測定）が６５％以上となるものであった。これに対して、原料粉末として不純物量が１５００ｐｐｍとなるもの（比較例７）を用いると、得られる多結晶ＭｇＯ焼結体は、光の直線透過率が劣るものであった。

なお、上記の実施例では、原料粉末を充填する容器（蓋を封止したコップ）内のみを真空（実質的に気体が存在しない雰囲気）としたが、このような条件に限られるものではない。たとえば、その他の方法として、容器を封止せずに、プレス設備側のチャンバー内を真空（実質的に気体が存在しない雰囲気）にして焼結することも可能である。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims

複数の結晶粒が結合してなる多結晶ＭｇＯ焼結体であって、
波長が０．４μｍ以上１μｍ以下の範囲にある光の直線透過率が６５％以上であることを特徴とする多結晶ＭｇＯ焼結体。
複数の結晶粒が結合してなる多結晶ＭｇＯ焼結体であって、
前記結晶粒の平均粒径は１μｍ以下であり、
前記焼結体の相対密度は９９．８％以上であり、
前記焼結体中の気孔の平均径は０．５μｍ以下であり、
前記焼結体中の酸素欠陥は１．３×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であることを特徴とする多結晶ＭｇＯ焼結体。
前記焼結体中の気孔の平均径は０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の多結晶ＭｇＯ焼結体。
前記焼結体中の不純物量は１０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多結晶ＭｇＯ焼結体。
前記焼結体のビッカース硬度は７ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多結晶ＭｇＯ焼結体。
複数の結晶粒が結合してなる多結晶ＭｇＯ焼結体の製造方法であって、
前記製造方法は、原料粉末を準備する準備工程と、
前記原料粉末を焼結する焼結工程と、を含み、
前記原料粉末は、その平均粒径が１μｍ以下であり、かつその不純物濃度が１５００ｐｐｍ未満であり、
前記焼結工程は、実質的に気体が存在しない雰囲気下において、温度が５００℃以上９００℃以下であり、圧力が５００ＭＰａ以上となる条件下で実行されることを特徴とする多結晶ＭｇＯ焼結体の製造方法。