JP2009263198A - METHOD FOR PRODUCING MgO-BASED CERAMIC - Google Patents

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千尋 河合
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing MgO-based ceramics suitable for an optical material by a simple process. <P>SOLUTION: The method for producing MgO-based ceramics comprises: a first stage S1 where the powder of MgO as the first component and the powder of at least one kind of oxide selected from the group consisting of the oxides of Fe, Ni, Co, Cu, Mn and Zn as the second component are mixed to form solid solution powder in which the second component is solid-solubilized in the first component; a second stage S2 where the solid solution powder is molded to obtain a molded body; and a third stage S3 where the molded body is sintered to obtain a sintered compact. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光学材料などに好適に用いられるMgO系セラミックスの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing MgO-based ceramics suitably used for optical materials and the like.

MgO(酸化マグネシウムまたはマグネシア)は、その結晶構造が立方晶であり複屈折が無いため、空孔や不純物の偏析を除去することにより透光性に優れた焼結体を得ることが可能である。このようなMgOは、融点が2800℃と非常に高く、耐熱性、耐アルカリ性および高熱伝導性を有する優れた素材であることが知られている。しかしながら、MgOはその融点が極めて高いため、既存の単結晶合成技術では光学的に優れた大型結晶を合成することは困難であった。   Since MgO (magnesium oxide or magnesia) has a cubic crystal structure and no birefringence, it is possible to obtain a sintered body having excellent translucency by removing segregation of vacancies and impurities. . Such MgO is known to be an excellent material having a very high melting point of 2800 ° C. and having heat resistance, alkali resistance and high thermal conductivity. However, since MgO has an extremely high melting point, it has been difficult to synthesize large crystals that are optically superior with existing single crystal synthesis techniques.

一方セラミックス(多結晶体)は、融点以下の比較的低い温度での合成が可能であるため、MgO同様高融点の酸化イットリウム(イットリア)やその他希土類酸化物に関して、赤外用高温窓材、放電ランプ用エンベロープ、耐食部材などに適用すべく検討が盛んに行われている。   On the other hand, ceramics (polycrystals) can be synthesized at a relatively low temperature below the melting point. Therefore, high-temperature infrared window materials and discharge lamps are used for high-melting yttrium oxide (yttria) and other rare earth oxides like MgO. Many studies have been made to apply it to envelopes and corrosion-resistant members.

多結晶透光性MgO焼結体に関する報告例としては、MgO粉末を有機溶媒に分散し、再仮焼して焼結性を改善する方法などが挙げられる(たとえば特許文献1を参照)。また焼結助剤を添加する方法としては、溶液状のアルミニウム化合物を添加する方法(たとえば特許文献2を参照)、SiO2と微量のB23を添加する方法(たとえば特許文献3を参照)、酸化スカンジウム、酸化イッテルビウム、酸化ゲルマニウムを0.01〜0.5wt%添加し、不活性雰囲気で焼成する方法(たとえば特許文献4を参照)などが挙げられる。
特開昭51−80313号公報 特開昭59−50068号公報 特開2000−281428号公報 特開昭48−2883号公報
As a report example regarding the polycrystalline translucent MgO sintered body, there is a method of improving the sinterability by dispersing MgO powder in an organic solvent and re-calcining (see, for example, Patent Document 1). As a method for adding the sintering aid, a method of adding a solution-like aluminum compound (see, for example, Patent Document 2), a method of adding SiO 2 and a small amount of B 2 O 3 (for example, see Patent Document 3). ), Scandium oxide, ytterbium oxide, and germanium oxide in an amount of 0.01 to 0.5 wt%, and firing in an inert atmosphere (see, for example, Patent Document 4).
JP 51-80313 A JP 59-50068 JP 2000-281428 A JP-A-48-2883

しかし、MgOは耐水性に大きな課題があり、MgOは大気中の水分と室温(たとえば25℃)で容易に反応して、MgOより密度の低いMg(OH)2に転化する。このようなMg(OH)2の粉末をプレス成形して焼結すると、Mg(OH)2は300℃以上で再びMgOに転化する。かかる転化の際に、成形体中の粒子に大きな体積収縮を生じるため、300℃以上に加熱された成形体は、空孔が生じて、その相対密度が室温(たとえば25℃)時に比べて低下する。そのため、かかる空孔を除去するために、さらに高い温度で処理して、成形体を緻密化する。かかる緻密化の際に、成形体に大幅な収縮が生じて焼結体にクラックが発生したり、成形体の相対密度(MgOの理論密度に対する成形体の密度の百分率をいう。以下同じ。)が低いために緻密化が不十分となり空孔が残存し、焼結体が光学的に透明にならない、という課題があった。 However, MgO has a big problem in water resistance, and MgO easily reacts with moisture in the atmosphere at room temperature (for example, 25 ° C.) and is converted to Mg (OH) 2 having a lower density than MgO. When such Mg (OH) 2 powder is press-molded and sintered, Mg (OH) 2 is converted again to MgO at 300 ° C. or higher. During the conversion, the particles in the molded body cause a large volume shrinkage. Therefore, the molded body heated to 300 ° C. or more has voids and its relative density is lower than that at room temperature (for example, 25 ° C.). To do. Therefore, in order to remove such voids, the molded body is densified by processing at a higher temperature. During such densification, the molded body undergoes significant shrinkage and cracks are generated in the sintered body, or the relative density of the molded body (the percentage of the density of the molded body with respect to the theoretical density of MgO; the same applies hereinafter). Therefore, there is a problem that the densification is insufficient and pores remain, and the sintered body is not optically transparent.

本発明は、上記の課題を解決するために、簡易な方法により光学材料に好適なMgO系セラミックスの製造方法を提供することを目的とする。   In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a method for producing an MgO ceramic suitable for an optical material by a simple method.

本発明は、第1成分としてのMgOの粉末と、第2成分としてのFe、Ni、Co、Cu、MnおよびZnの酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種類の酸化物の粉末とを混合して、第1成分に第2成分が固溶した固溶体粉末を形成する第1の工程と、固溶体粉末を成形して成形体を得る第2の工程と、成形体を焼結して焼結体を得る第3の工程と、を備えるMgO系セラミックスの製造方法である。   The present invention mixes MgO powder as the first component and at least one oxide powder selected from the group consisting of oxides of Fe, Ni, Co, Cu, Mn and Zn as the second component. Then, a first step of forming a solid solution powder in which the second component is dissolved in the first component, a second step of forming the solid solution powder to obtain a molded body, and sintering and sintering the molded body And a third step of obtaining a body.

ここで、第2成分はZnO、NiOおよびCuOのいずれかとすることが好ましい。また、第1成分および第2成分の金属元素の総量に対する第2成分の金属元素の比率は、20mol%以上40mol%以下であることが好ましい。   Here, the second component is preferably any one of ZnO, NiO and CuO. The ratio of the second component metal element to the total amount of the first component and the second component metal element is preferably 20 mol% or more and 40 mol% or less.

また、上記第1の工程において、混合は、メカニカルアロイング法により行なうことが好ましい。さらに、このメカニカルアロイング法は、遊星ボールミルを用いることが好ましい。また、この遊星ボールミルによる粉砕加速度は、10G以上であることが好ましい。また、遊星ボールミルのボールとしてFe系ボールを用いることが好ましく、Fe系ボールはステンレスボールであることが好ましい。   In the first step, the mixing is preferably performed by a mechanical alloying method. Furthermore, this mechanical alloying method preferably uses a planetary ball mill. Moreover, it is preferable that the grinding | pulverization acceleration by this planetary ball mill is 10G or more. Further, it is preferable to use an Fe-based ball as a ball of the planetary ball mill, and the Fe-based ball is preferably a stainless ball.

また、上記焼結体を熱間等方圧プレス(HIP)処理してHIP体を得る第4の工程をさらに備えることが好ましい。また、MgOの理論密度に対する成形体の密度の百分率である成形体の相対密度は54%以上であることが好ましい。   Moreover, it is preferable to further include a fourth step of obtaining a HIP body by subjecting the sintered body to a hot isostatic pressing (HIP) treatment. The relative density of the molded body, which is a percentage of the density of the molded body with respect to the theoretical density of MgO, is preferably 54% or more.

本発明によれば、簡易な方法により光学材料に好適なMgO系セラミックスの製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of MgO type | system | group ceramics suitable for an optical material can be provided with a simple method.

<実施形態1>
図1を参照して、本発明にかかるMgO系セラミックスの製造方法の一実施形態は、第1成分としてのMgOの粉末と、第2成分としてのFe、Ni、Co、Cu、MnおよびZnの酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種類の酸化物の粉末とを混合して、第1成分に第2成分が固溶した固溶体粉末を形成する第1の工程S1と、固溶体粉末を成形して成形体を得る第2の工程S2と、成形体を焼結して焼結体を得る第3の工程S3と、を備える。
<Embodiment 1>
Referring to FIG. 1, an embodiment of a method for producing an MgO-based ceramic according to the present invention includes MgO powder as a first component and Fe, Ni, Co, Cu, Mn, and Zn as a second component. First step S1 of mixing at least one oxide powder selected from the group consisting of oxides to form a solid solution powder in which the second component is dissolved in the first component, and forming the solid solution powder The second step S2 for obtaining a molded body and the third step S3 for obtaining a sintered body by sintering the molded body.

(第1成分)
本実施形態のMgO系セラミックスの製造方法においては、第1成分としてMgOが用いられる。MgOは、その結晶構造が立方晶であり複屈折がない。このため、空孔や不純物の偏析を除去することにより、透光性が高い焼結体が得られる。また、MgOは、耐熱性、耐アルカリ性および熱伝導性の高い材料である。
(First component)
In the manufacturing method of the MgO-based ceramic of the present embodiment, MgO is used as the first component. MgO has a cubic crystal structure and no birefringence. For this reason, a sintered body with high translucency can be obtained by removing vacancies and segregation of impurities. MgO is a material having high heat resistance, alkali resistance, and thermal conductivity.

しかし、MgOは、融点が2800℃と非常に高いため、単結晶を成長させる場合には、チョコラルスキー(CZ)法、ベルヌイ法では困難であり、極めて高価な電融法を用いる必要がある。また、原料粉末を焼結させてセラミックスを製造する場合には、高い焼結温度が必要であり、また、ホットプレスなどの加圧焼結を用いて強制的に緻密化を図る必要がある。特に、MgOは、耐水性が低く、室温(たとえば25℃)で、大気中の水分と容易に反応してMgOよりも密度の低いMg(OH)2に転化する。 However, since MgO has a very high melting point of 2800 ° C., it is difficult to grow a single crystal by the chocolate ski (CZ) method or the Bernoulli method, and it is necessary to use an extremely expensive electrofusion method. Further, when producing ceramics by sintering raw material powder, a high sintering temperature is required, and it is necessary to forcibly densify using pressure sintering such as hot pressing. In particular, MgO has low water resistance, and easily reacts with moisture in the atmosphere at room temperature (for example, 25 ° C.) to be converted into Mg (OH) 2 having a lower density than MgO.

このようなMgOの粉末をプレス成形して焼結すると、Mg(OH)2は300℃以上で再度MgOに転化する。かかる転化の際に、成形体中の粒子に大きな体積収縮を生じるため、300℃以上に加熱された成形体は、空孔が生じて、その相対密度が室温(たとえば25℃)時に比べて低下する。そのため、かかる空孔を除去するために、さらに高い温度で処理して、成形体を緻密化する。かかる緻密化の際に、成形体に大幅な収縮が生じて焼結体にクラックが発生したり、成形体の相対密度が低いために緻密化が不十分となり空孔が除去できない場合がある。 When such MgO powder is press-molded and sintered, Mg (OH) 2 is converted again to MgO at 300 ° C. or higher. During the conversion, the particles in the molded body cause a large volume shrinkage. Therefore, the molded body heated to 300 ° C. or more has voids and its relative density is lower than that at room temperature (for example, 25 ° C.). To do. Therefore, in order to remove such voids, the molded body is densified by processing at a higher temperature. During such densification, the compact may shrink significantly and cracks may occur in the sintered body, or the compact may not be sufficiently densified due to the low relative density of the compact, and voids may not be removed.

(第2成分)
そこで、本実施形態のMgO系セラミックスの製造方法においては、第2成分としてFe、Ni、Co、Cu、MnおよびZnの酸化物が用いられる。
(Second component)
Therefore, in the method for manufacturing the MgO-based ceramic according to the present embodiment, Fe, Ni, Co, Cu, Mn, and Zn oxides are used as the second component.

図2を参照して、第1成分としてのMgOに、第2成分としてたとえばZnOを添加すると、第1成分(MgO)に第2成分(ZnO)が幅広い組成領域で固溶した固溶体が形成される。かかる固溶体は、第2相を形成せず立方晶を維持するため光学的等方性が確保され、かつ第2相が粒界に存在しないため透明になりやすい。また、第1成分(MgO)への第2成分(ZnO)の固溶とともに、融点および液相出現温度も低下するため、MgO系セラミックスの製造が容易となる。また、第1成分(MgO)中の金属元素(Mg)イオンと第2成分(ZnO)中の金属元素(Zn)イオンとのイオン半径が近い場合は、固溶体の格子歪みの程度が小さく、MgOの熱伝導度の低下が小さい。   Referring to FIG. 2, when, for example, ZnO is added as the second component to MgO as the first component, a solid solution is formed in which the second component (ZnO) is dissolved in a wide composition region in the first component (MgO). The Such a solid solution does not form a second phase and maintains a cubic crystal, so that optical isotropy is secured, and since the second phase does not exist at grain boundaries, it tends to be transparent. In addition, since the melting point and the liquid phase appearance temperature are lowered together with the solid solution of the second component (ZnO) in the first component (MgO), the production of MgO-based ceramics is facilitated. Further, when the ionic radii of the metal element (Mg) ion in the first component (MgO) and the metal element (Zn) ion in the second component (ZnO) are close, the degree of lattice distortion of the solid solution is small, and MgO The decrease in thermal conductivity is small.

ここで、第1成分(MgO)に第2成分(ZnO)が固溶した固溶体(MgOの固溶体)とは、第1成分(MgO)と同じ結晶構造を有し、その粉末X線回折パターンが第1成分(MgO)と実質的に同じであり、他のいかなる化学物質の回折パターンも現れない。固溶している第2成分に含まれる金属元素のイオン半径と固溶量によって、わずかに回折角度がシフトするものと定義する。たとえば、Mgのイオン半径よりも小さなイオンがMgOに固溶したMgOの固溶体は、MgOの格子定数が小さくなるため、回折パターンは高角度側にシフトする。   Here, the solid solution (MgO solid solution) in which the second component (ZnO) is dissolved in the first component (MgO) has the same crystal structure as the first component (MgO), and its powder X-ray diffraction pattern is It is substantially the same as the first component (MgO) and does not show the diffraction pattern of any other chemical substance. It is defined that the diffraction angle slightly shifts depending on the ionic radius and solid solution amount of the metal element contained in the second component that is in solid solution. For example, a MgO solid solution in which ions smaller than the Mg ion radius are dissolved in MgO has a small lattice constant of MgO, so that the diffraction pattern shifts to the high angle side.

本実施形態の製造方法において用いられる第2成分は、Fe、Ni、Co、CuおよびZnの酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種類の酸化物である。かかる第2成分は、第1成分であるMgOに固溶してMgOの固溶体を形成することによりその融点を低下させるとともに、MgOの表面活性を低下させて大気中の水分との反応性を抑制する。このため、第1成分(MgO)の固溶体の粉末は、MgO粉末に比べて、大気中の水分との反応が抑制され、低密度の水酸化物への転化が抑制される。そのため、かかる固溶体粉末をプレス成形して焼結する際、成形体の粒子の大きな体積収縮が生じないため、成形体の相対密度の低下が抑制される。さらに高い温度で処理して、成形体を緻密化する際に、成形体に大幅な収縮が生じず焼結体にクラックが発生するのが抑制され、緻密化が十分進み空孔の除去が進むため、光学的に透明なセラミックスが得られやすくなる。   The second component used in the manufacturing method of the present embodiment is at least one oxide selected from the group consisting of oxides of Fe, Ni, Co, Cu, and Zn. The second component is dissolved in MgO as the first component to form a solid solution of MgO, thereby lowering its melting point and reducing the surface activity of MgO to suppress the reactivity with moisture in the atmosphere. To do. For this reason, the solid solution powder of the first component (MgO) suppresses the reaction with moisture in the atmosphere and suppresses the conversion to a low-density hydroxide as compared with the MgO powder. Therefore, when the solid solution powder is press-molded and sintered, large volume shrinkage of the particles of the molded body does not occur, so that a decrease in the relative density of the molded body is suppressed. When the compact is densified by processing at a higher temperature, the compact is not significantly contracted and cracks are suppressed from occurring in the sintered compact, and the densification proceeds sufficiently and the removal of pores proceeds. Therefore, an optically transparent ceramic is easily obtained.

このような第2成分は、ZnO、NiO、またはCuOのいずれかであることが好ましく、特にZnOであることが好ましい。ZnOはそれ自体の熱伝導率が56W・m-1・K-1程度と高く、また、以下の表1の通りZnとMgとはイオン半径が近似しており、ZnOがMgOに固溶した場合に格子歪みの程度が小さく、MgOの熱伝導率を大きく低下させることがないというメリットを有しているためである。 Such a second component is preferably either ZnO, NiO, or CuO, and particularly preferably ZnO. ZnO has a high thermal conductivity of about 56 W · m −1 · K −1 itself, and Zn and Mg have similar ionic radii as shown in Table 1 below, and ZnO is dissolved in MgO. This is because the degree of lattice distortion is small in some cases, and the thermal conductivity of MgO is not greatly reduced.

なお、FeO、NiO、CoO、CuOまたはMnOを用いても上記ZnOと同様に、MgOの融点は低下し、かつ固溶体を形成する効果が得られる。しかし、MgOの高い熱伝導率が大きく低下しないか否かは、これらの金属元素のイオン半径を考慮する必要がある。MgOの結晶構造は塩化ナトリウム(NaCl)構造であり、金属元素原子は6配位の二価イオンとなる。以下の表1は、各種金属元素のイオン半径(Å)、ならびにMgイオンとのイオン半径の整合性Δr(%)を示している。なお、Δrは次の式(i)で表わされ、
Δr=(当該金属元素のイオン半径−Mgのイオン半径)/Mgのイオン半径×100(%) ・・・(i)
式(i)において、その絶対値が小さいものほどMgイオンのイオン半径に近似することを示している。
Even if FeO, NiO, CoO, CuO or MnO is used, the melting point of MgO is lowered and the effect of forming a solid solution can be obtained as in the case of ZnO. However, it is necessary to consider the ionic radius of these metal elements to determine whether or not the high thermal conductivity of MgO is greatly reduced. The crystal structure of MgO is a sodium chloride (NaCl) structure, and the metal element atom is a hexacoordinate divalent ion. Table 1 below shows the ion radius (Å) of various metal elements and the ion radius consistency Δr (%) with Mg ions. Δr is expressed by the following equation (i):
Δr = (ion radius of the metal element−ion radius of Mg) / ion radius of Mg × 100 (%) (i)
In formula (i), the smaller the absolute value, the closer to the ionic radius of Mg ions.

Figure 2009263198
Figure 2009263198

表1より明らかなように、整合性Δrが最も高いのはCuであるが、CuOは光学バンドギャップ(Eg=1.4eV)が小さいため、60mol%以上固溶させると、MgCuOの光学バンドギャップが400nm以上となり、一部の可視光が吸収されることがある。一方、ZnOに続いて比較的イオン半径の整合性の高いNiは、NiOの光学バンドギャップ(Eg=3.7eV)が大きく、組成に関わらずMgNiOの光学バンドギャップは紫外域に存在するため好ましい。   As is clear from Table 1, Cu has the highest matching Δr. However, since CuO has a small optical band gap (Eg = 1.4 eV), when 60 mol% or more is dissolved, the optical band gap of MgCuO Becomes 400 nm or more, and some visible light may be absorbed. On the other hand, Ni having relatively high ionic radius consistency following ZnO is preferable because the optical band gap (Eg = 3.7 eV) of NiO is large and the optical band gap of MgNiO exists in the ultraviolet region regardless of the composition. .

これに対して、CoはバンドギャップがZnOとほぼ同じで(Eg=3.2eV)、Niの場合と同様に、MgCoOは光学的に透明であるが、イオン半径の整合性が低いので少量の固溶でも熱伝導率は低下する傾向にある。また、Fe、Mnはイオン半径の整合性が最も低いので熱伝導率の低下が大きくなる傾向にある。   On the other hand, Co has the same band gap as that of ZnO (Eg = 3.2 eV), and MgCoO is optically transparent, as in the case of Ni. Even in solid solution, the thermal conductivity tends to decrease. In addition, Fe and Mn have the lowest ionic radius matching, and therefore the thermal conductivity tends to decrease greatly.

経験的には、整合性Δrの絶対値が5%以下であることが好ましく、この条件を満たすZn、Ni、Cuが好ましく、特に上記の通りZnO、NiO、またはCuOのいずれかを採用することが好ましい。   Empirically, the absolute value of the consistency Δr is preferably 5% or less, and Zn, Ni, and Cu satisfying this condition are preferable. In particular, any one of ZnO, NiO, or CuO is adopted as described above. Is preferred.

第1成分および第2成分の金属元素の総量に対する第2成分の金属元素の比率は、第2成分がZnOの場合、第1成分に第2成分が固溶した固溶体が得られる範囲であれば特に制限はないが、第1成分に第2成分が固溶した単相の固溶体が得られる範囲(図2においてMgO(SS)で示される領域)が好ましく、20mol%以上40mol%以下とすることが特に好ましい。40mol%を超えると、MgO(立方晶)と屈折率の異なる六方晶のZnO(第2成分)が共析する(図2においてMgO(SS)+ZnO(SS)で示される領域)ので、光学的に透明になりにくく、複屈折も起こりやすくなる。また、20mol%未満では融点の低下の度合いが小さくなるので、高い焼結温度が必要となる。   The ratio of the metal element of the second component to the total amount of the metal elements of the first component and the second component is within a range where a solid solution in which the second component is dissolved in the first component is obtained when the second component is ZnO. Although there is no particular limitation, a range in which a single-phase solid solution in which the second component is dissolved in the first component is obtained (region indicated by MgO (SS) in FIG. 2) is preferably 20 mol% or more and 40 mol% or less. Is particularly preferred. If it exceeds 40 mol%, MgO (cubic) and hexagonal ZnO (second component) having a different refractive index co-deposit (region shown by MgO (SS) + ZnO (SS) in FIG. 2). Therefore, it becomes difficult to be transparent and birefringence is likely to occur. Moreover, since the fall degree of melting | fusing point will become small if it is less than 20 mol%, high sintering temperature is needed.

また、第2成分がNiO、CoO、CuOまたはFeOの場合は、第2成分の比率の多寡にかかわらず、全比率範囲において第1成分(MgO)と固溶して、全組成領域において第2相の形成のない固溶体を形成する。   When the second component is NiO, CoO, CuO or FeO, the second component is dissolved in the first component (MgO) in the entire ratio range regardless of the ratio of the second component, and the second component in the entire composition range. A solid solution is formed with no phase formation.

(第1工程)
図1を参照して、本実施形態のMgO系セラミックスの製造方法における第1の工程S1は、第1成分としてのMgOの粉末と、第2成分としてのFe、Ni、Co、Cu、MnおよびZnの酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種類の酸化物の粉末とを混合して、第1成分に第2成分が固溶した固溶体粉末を形成する工程(固溶体粉末形成工程)である。
(First step)
Referring to FIG. 1, the first step S1 in the method for producing an MgO-based ceramic according to the present embodiment includes MgO powder as a first component and Fe, Ni, Co, Cu, Mn and the like as a second component. This is a step (solid solution powder forming step) in which at least one oxide powder selected from the group consisting of oxides of Zn is mixed to form a solid solution powder in which the second component is dissolved in the first component.

ここで、第1成分に第2成分が固溶した固溶体粉末は、第1成分に第2成分が固溶した固溶体を含むものであれば特に制限はないが、第1成分に第2成分が固溶した単相の固溶体(図2においてMgO(SS)で示される領域の固溶体)の粉末、すなわち第1成分に第2成分が固溶した固溶体の相のみで形成されている粉末であることが好ましい。固溶体粉末が、複数の相を有する固溶体で形成されていると、光学的に透明になりにくく、複屈折も起こりやすくなる。   Here, the solid solution powder in which the second component is dissolved in the first component is not particularly limited as long as it contains a solid solution in which the second component is dissolved in the first component, but the second component is included in the first component. It is a powder of a solid solution having a solid solution (solid solution in a region indicated by MgO (SS) in FIG. 2), that is, a powder formed only by a solid solution phase in which the second component is dissolved in the first component. Is preferred. When the solid solution powder is formed of a solid solution having a plurality of phases, it is difficult to be optically transparent and birefringence is likely to occur.

第1成分に第2成分が固溶した固溶体の粉末を製造するには、通常は、第1成分の粉末と、その第1成分と固溶体を形成する第2成分の粉末と、を混合して、適度な温度で仮焼して固溶体粉末を作製して、かかる固溶体粉末を成形および焼結する。   In order to produce a solid solution powder in which the second component is dissolved in the first component, usually, the first component powder and the second component powder that forms the solid solution with the first component are mixed. The solid solution powder is prepared by calcining at an appropriate temperature, and the solid solution powder is molded and sintered.

しかし、上記の仮焼により得られる固溶体粉末は、粒成長または微細粉末の凝集が生じているため、仮焼後成形および焼結前に、解砕または粉砕処理が必要となる。   However, since the solid solution powder obtained by the above calcining has grain growth or agglomeration of fine powder, it needs to be pulverized or pulverized before forming and sintering after calcining.

本実施形態のMgO系セラミックスの製造方法は、その第1の工程において、第1成分の粉末と第2成分の粉末とを混合して、第1成分に第2成分が固溶した固溶体粉末を形成するため、固溶体化させるための原料粉末の熱処理(仮焼)、およびその後の解砕または粉砕処理が不要となり、短時間で効率的にMgO系セラミックスを製造することができる。   The manufacturing method of the MgO-based ceramics according to the present embodiment includes a solid solution powder in which the first component powder and the second component powder are mixed in the first step, and the second component is dissolved in the first component. Therefore, heat treatment (calcination) of the raw material powder for forming a solid solution and subsequent pulverization or pulverization treatment are unnecessary, and the MgO-based ceramic can be efficiently produced in a short time.

第1の工程において、第1成分の粉末と第2成分の粉末との混合は、第1成分に第2成分が固溶した固溶体粉末が形成される方法であれば特に制限はないが、混合の際に大きなエネルギーを加えることができるメカニカルアロイング法により行なうことが好ましい。ここで、メカニカルアロイング法とは、固体粉末を機械的に微細に混合する方法をいう。メカニカルアロイング法は、たとえば、ボールミルを用いて、ボールの衝突エネルギーを利用して、第1成分の粉末と第2成分の粉末との折りたたみと圧延を繰り返し起こさせて、両粉末を微細に混合することができる。   In the first step, the mixing of the first component powder and the second component powder is not particularly limited as long as it is a method in which a solid solution powder in which the second component is dissolved in the first component is formed. In this case, it is preferable to perform the mechanical alloying method in which a large energy can be applied. Here, the mechanical alloying method refers to a method in which solid powder is mechanically finely mixed. The mechanical alloying method uses, for example, a ball mill to repeatedly fold and roll the first component powder and the second component powder using the collision energy of the ball, and finely mix both powders. can do.

メカニカルアロイング法には、特に制限はないが、粉末の混合の際に大きなエネルギーを加えることができる観点から、遊星ボールミルを用いることが好ましい。遊星ボールミルを用いることにより、第1成分の粉末と第2成分の粉末とを原子レベルで混ぜ合わせることができる。遊星ボールミルにより粉砕加速度(合成加速度ともいう。以下同じ。)は、10G以上であることが好ましい。遊星ボールミルにより10G以上の粉砕加速度で、第1成分の粉末と第2成分の粉末とを混合することにより、短時間で均一な固溶体粉末が得られる。遊星ボールミルのボールは、特に制限はないが、FeがMgOに広い範囲の組成領域で固溶する観点から、Fe系ボールが好ましい。さらに、Fe系ボールとしては、ステンレスボールがより好ましい。ステンレスボールは、高硬度で錆びにくく、またステンレスボールに含まれるNiおよびCrもMgOに広い範囲の組成領域で固溶するからである。   Although there is no restriction | limiting in particular in a mechanical alloying method, From a viewpoint which can add big energy at the time of powder mixing, it is preferable to use a planetary ball mill. By using a planetary ball mill, the powder of the first component and the powder of the second component can be mixed at the atomic level. The pulverization acceleration (also referred to as synthetic acceleration, hereinafter the same) by the planetary ball mill is preferably 10G or more. By mixing the first component powder and the second component powder with a planetary ball mill at a grinding acceleration of 10 G or more, a uniform solid solution powder can be obtained in a short time. The ball of the planetary ball mill is not particularly limited, but an Fe-based ball is preferable from the viewpoint that Fe dissolves in MgO in a wide composition range. Furthermore, stainless steel balls are more preferable as the Fe balls. This is because the stainless balls have high hardness and are not easily rusted, and Ni and Cr contained in the stainless balls are dissolved in MgO in a wide range of composition.

また、第1の工程において、第1成分および第2成分の粉末に焼結助剤を添加して混合することにより、固溶体粉末と焼結助剤との混合粉末を形成することもできる。   In the first step, a mixed powder of the solid solution powder and the sintering aid can be formed by adding and mixing the sintering aid to the powder of the first component and the second component.

(第2の工程)
図1を参照して、本実施形態のMgO系セラミックスの製造方法の第2工程S2は、上記第1の工程で得られた固溶体粉末を成形して成形体を得る工程(成形工程)である。かかる成形工程においては、固溶体粉末だけでなく、固溶体粉末と焼結助剤との混合粉末を成形して成形体を得てもよい。固溶体粉末を成形する方法には、特に制限はなく、このような成形体を得ることができる方法であれば、いずれの方法をも採用できる。たとえば、各成形型を用いる成形法、プレス成形法などを採用できる。また、成形のためのバインダーを添加してもよい。
(Second step)
Referring to FIG. 1, the second step S2 of the method for producing an MgO-based ceramic according to the present embodiment is a step (forming step) of forming the solid solution powder obtained in the first step to obtain a formed body. . In such a molding process, not only the solid solution powder but also a mixed powder of the solid solution powder and the sintering aid may be molded to obtain a molded body. There is no restriction | limiting in particular in the method of shape | molding solid solution powder, Any method can be employ | adopted if it is a method which can obtain such a molded object. For example, a molding method using each mold, a press molding method, or the like can be employed. Moreover, you may add the binder for shaping | molding.

MgOの理論密度に対する成形体の密度の百分率である成形体の相対密度は、54%以上であることが好ましい。成形体の相対密度が54%未満であると、成形体を焼結して得られる焼結体は、緻密化が不十分であり、セラミックスとしての特性が低くなる。かかる観点から、成形体の相対密度は、55%以上がより好ましく、60%以上がさらに好ましい。   The relative density of the molded body, which is a percentage of the density of the molded body with respect to the theoretical density of MgO, is preferably 54% or more. When the relative density of the molded body is less than 54%, the sintered body obtained by sintering the molded body is insufficiently densified, and the properties as a ceramic are lowered. From this viewpoint, the relative density of the molded body is more preferably 55% or more, and further preferably 60% or more.

(第3の工程)
図1を参照して、本実施形態のMgO系セラミックスの製造方法の第3の工程S3は、上記第2の工程で得られた成形体を焼結して焼結体を得る工程(焼結工程)である。成形体の焼結温度は、固溶体粉末を形成する固溶体の融点に依存して変化させればよい。焼結は一部に液相が出現する温度で行なうと液相焼結となり緻密化しやすい。もちろん、固相焼結でも焼結温度が融点に近づくほど緻密化はしやすい。液相焼結を行なうと、ホットプレスなどの加圧焼結をしなくても設備的に安価な常圧焼結でも容易に緻密化させることができる。もちろん、このような液相焼結の場合でもホットプレスしても構わない。
(Third step)
Referring to FIG. 1, the third step S3 of the method for producing an MgO-based ceramic according to the present embodiment is a step of sintering the formed body obtained in the second step to obtain a sintered body (sintering). Process). The sintering temperature of the molded body may be changed depending on the melting point of the solid solution forming the solid solution powder. If the sintering is performed at a temperature at which a liquid phase appears in part, it becomes liquid phase sintering and tends to be densified. Of course, even solid-phase sintering tends to be densified as the sintering temperature approaches the melting point. When liquid phase sintering is performed, even if pressure sintering such as hot pressing is not performed, it can be easily densified by atmospheric pressure sintering which is inexpensive in terms of equipment. Of course, hot pressing may be performed even in such liquid phase sintering.

このような焼結工程において、一般的な焼結炉を使用することを考慮した場合、1200〜2000℃程度で焼結することが好ましいので、この温度で液相が出現するように固溶体中の固溶種、固溶量を調整することが好ましい。   In consideration of using a general sintering furnace in such a sintering process, it is preferable to sinter at about 1200 to 2000 ° C., so that the liquid phase appears at this temperature so that the liquid phase appears. It is preferable to adjust the solid solution species and the solid solution amount.

なお、焼結を容易にするため、上記の固溶体粉末を形成する工程において、固溶体の粉末に対して焼結助剤を添加して混合粉末を調製することもできる。この場合は、上記の焼結温度や後述の熱間等方圧プレス(HIPという。以下同じ。)温度は、焼結助剤が液相に変化する温度に依存して決めればよい。焼結助剤としては、たとえば、ScとAlの酸化物を適当な比率で添加するなどの手段を採用することができる。なお、このような焼結助剤を用いた場合、最終的に得られるMgO系セラミックスは固溶体以外の第二相を含むこととなるため、そのような第二相の含有が所望されない場合は焼結助剤を使用しないことが好ましい。   In order to facilitate the sintering, in the step of forming the solid solution powder, a mixed powder can be prepared by adding a sintering aid to the solid solution powder. In this case, the sintering temperature and the hot isostatic press (hereinafter referred to as HIP), which will be described later, may be determined depending on the temperature at which the sintering aid changes to the liquid phase. As a sintering aid, for example, means such as adding an oxide of Sc and Al at an appropriate ratio can be employed. When such a sintering aid is used, the finally obtained MgO-based ceramic will contain a second phase other than the solid solution, so if such a second phase is not desired to be sintered, It is preferred not to use a binder.

このようにして得られる焼結体は、MgOの固溶体で形成されているため、透光性、耐熱性、耐水性および熱伝導性が高く複屈折の無いセラミックスであり、光学材料などに好ましく用いられる。   Since the sintered body obtained in this way is formed of a solid solution of MgO, it is a ceramic having high translucency, heat resistance, water resistance and thermal conductivity and no birefringence, and is preferably used for optical materials and the like. It is done.

なお、MgOは極めて水分と反応しやすいセラミックスであり、空気中の水分と反応してMg(OH)2を形成し失透していくだけでなく、やがて崩壊していく性質を持つ。このようなMgOを光学材料として使用すると、経時変化して表面が失透していく。この現象は、特にMgOの焼結体に顕著である。
本実施形態のMgO系セラミックス(焼結体)は、第1成分であるMgOにZnOなどの第2成分を固溶させたMgOの固溶体の焼結体であり、第1成分であるMgOの表面活性が低下し水分との反応が抑制されているため、長期的にも化学的に安定した材料となる。
Note that MgO is a ceramic that is very easy to react with moisture, and not only reacts with moisture in the air to form Mg (OH) 2 to devitrify, but also eventually collapses. When such MgO is used as an optical material, the surface devitrifies over time. This phenomenon is particularly remarkable in the sintered body of MgO.
The MgO-based ceramic (sintered body) of this embodiment is a sintered body of a solid solution of MgO in which a second component such as ZnO is solid-solved in MgO that is the first component, and the surface of MgO that is the first component Since the activity is reduced and the reaction with moisture is suppressed, the material is chemically stable even in the long term.

<実施形態2>
図1を参照して、本発明にかかるMgO系セラミックスの製造方法の他の実施形態は、上記実施形態1の第3の工程で得られた焼結体を熱間等方圧プレス(HIP)処理してHIP体を得る第4の工程S4をさらに備える。
<Embodiment 2>
Referring to FIG. 1, in another embodiment of the method for producing an MgO-based ceramic according to the present invention, a sintered body obtained in the third step of Embodiment 1 is subjected to hot isostatic pressing (HIP). A fourth step S4 for obtaining a HIP body by processing is further provided.

(第4の工程)
本実施形態のMgO系セラミックスの製造方法の第4の工程は、実施形態1の第3の工程で得られた焼結体をHIP処理してHIP体を得る工程(HIP処理工程)である。かかるHIP処理工程により、焼結体中の空孔が十分に除去され、高い透光性を有するHIP体が得られる。
(Fourth process)
The 4th process of the manufacturing method of MgO type ceramics of this embodiment is a process (HIP processing process) which carries out HIP processing of the sintered compact obtained at the 3rd process of Embodiment 1, and obtains a HIP body. By such a HIP treatment step, pores in the sintered body are sufficiently removed, and a HIP body having high translucency can be obtained.

このHIP処理工程において、圧力媒体は特に限定されるものではないが、工業的に入手可能な不活性ガスを用いることが好ましい。HIP処理温度は、概ね1200℃以上とすることが好ましい。1200℃よりも低いと空孔を完全に除去することができず、焼結温度を超えると粒成長が進行し、残留空孔を生じる傾向がある。このため、HIP処理温度の上限は焼結温度を超えないことが好ましい。一方、HIP処理圧力は500気圧(50.7MPa)以上2000気圧(202.7MPa)以下とすることが好ましい。500気圧(50.7MPa)を下回ると充分な効果が得られず、また2000気圧(202.7MPa)を超えても透光性をさらに向上させることにはならず、装置が大掛かりなものとなるため好ましくない。また、HIP処理時間は0.5時間以上であれば十分であり、たとえば0.5時間以上2時間以下とし、得られるMgO系セラミックスの厚さなどにより種々時間を変更して行なえばよい。このようなHIP処理時間は最高温度での保持時間に依存して変化する。   In this HIP treatment step, the pressure medium is not particularly limited, but it is preferable to use an industrially available inert gas. The HIP processing temperature is preferably about 1200 ° C. or higher. When the temperature is lower than 1200 ° C., vacancies cannot be completely removed, and when the sintering temperature is exceeded, grain growth proceeds and residual vacancies tend to occur. For this reason, it is preferable that the upper limit of the HIP processing temperature does not exceed the sintering temperature. On the other hand, the HIP treatment pressure is preferably 500 atm (50.7 MPa) or more and 2000 atm (202.7 MPa) or less. If the pressure is less than 500 atm (50.7 MPa), a sufficient effect cannot be obtained, and even if it exceeds 2000 atm (202.7 MPa), the translucency is not further improved, and the apparatus becomes large. Therefore, it is not preferable. Further, it is sufficient that the HIP treatment time is 0.5 hours or longer, for example, 0.5 hours or longer and 2 hours or shorter, and various times may be changed depending on the thickness of the obtained MgO ceramics. Such HIP processing time varies depending on the holding time at the maximum temperature.

このようにして得られる本実施形態のMgO系セラミックス(HIP体)は、実施形態1のMgO系セラミックス(焼結体)に比べて、透光性がより高く複屈折の無いセラミックスであり、光学レンズなどの光学材料に好ましく用いられる。   The MgO-based ceramics (HIP body) of the present embodiment obtained in this way is a ceramic having higher translucency and no birefringence compared to the MgO-based ceramics (sintered body) of the first embodiment. It is preferably used for optical materials such as lenses.

上記実施形態1および2において得られるMgO系セラミックス(焼結体およびHIP体)は、透光性、耐熱性および耐水性が高く複屈折が無いため、通常の光学レンズに要求される物性を満足し、特にカラー液晶プロジェクター用の光学素子として好ましく用いられる。   The MgO-based ceramics (sintered body and HIP body) obtained in Embodiments 1 and 2 above have high translucency, heat resistance and water resistance and no birefringence, and therefore satisfy the physical properties required for ordinary optical lenses. In particular, it is preferably used as an optical element for a color liquid crystal projector.

<実施例1>
(a)原料粉末
第1成分の粉末として、平均粒径5μmで純度99.99wt%のMgO粉末を用いた。第2成分の粉末として、平均粒径3μmで純度99.99wt%のZnO粉末、平均粒径10μmで純度99.99wt%のFeO粉末、平均粒径3μmで純度99.99wt%のCoO粉末、平均粒径3.8μmで純度99.99wt%のNiO粉末または平均粒径4.5μmで純度99.99wt%のCuO粉末を用いた。
<Example 1>
(A) Raw material powder As the first component powder, MgO powder having an average particle diameter of 5 μm and a purity of 99.99 wt% was used. As the second component powder, ZnO powder having an average particle diameter of 3 μm and a purity of 99.99 wt%, FeO powder having an average particle diameter of 10 μm and a purity of 99.99 wt%, CoO powder having an average particle diameter of 3 μm and a purity of 99.99 wt%, average NiO powder having a particle size of 3.8 μm and a purity of 99.99 wt% or CuO powder having an average particle size of 4.5 μm and a purity of 99.99 wt% was used.

(b)固溶体粉末を形成する工程(第1の工程)
表2を参照して、サンプルNo.1〜3、7〜9については、第1成分(MgO)の粉末と第2成分の粉末とを所定の組成比となるように配合し、直径3mmのステンレス(SUS304)ボール、SiC(SC360)ボールまたはアルミナ(Al23)ボールを加えて、ステンレス製ポットを用いた遊星ボールミルを用いて所定の破砕加速度で所定時間混合することにより、メカニカルアロイニング(MA)して、固溶体粉末を得た。
(B) Step of forming solid solution powder (first step)
Referring to Table 2, sample no. For 1-3, 7-9, the powder of the first component (MgO) and the powder of the second component are blended so as to have a predetermined composition ratio, and a stainless steel (SUS304) ball having a diameter of 3 mm, SiC (SC360) A ball or alumina (Al 2 O 3 ) ball is added and mixed for a predetermined time at a predetermined crushing acceleration using a planetary ball mill using a stainless steel pot to obtain a solid solution powder by mechanical alloying (MA). It was.

また、サンプルNo.4および5については、第1成分(MgO)の粉末と第2成分の粉末とを所定の組成比となるように配合し、直径3mmのステンレス(SUS304)ボールを加えて、通常のボールミル(BM)を用いて所定時間混合して、固溶体粉末を得た。サンプルNo.6については、第1成分(MgO)の粉末に第2成分の粉末を配合することなく、直径3mmのステンレス(SUS304)ボールを加えて、通常のボールミル(BM)を用いて所定時間混合した。さらに、サンプルNo.4〜6で得られた粉末を酸化アルミニウム(Al23)製の坩堝に入れて、大気中1360℃で13時間仮焼成した後、通常のボールミル(BM)を用いて1時間解砕処理した。 Sample No. For 4 and 5, the powder of the first component (MgO) and the powder of the second component were blended so as to have a predetermined composition ratio, a stainless steel (SUS304) ball having a diameter of 3 mm was added, and a normal ball mill (BM ) To obtain a solid solution powder. For sample No. 6, without adding the second component powder to the first component (MgO) powder, a stainless steel (SUS304) ball with a diameter of 3 mm was added, and a normal ball mill (BM) was used for a predetermined time. Mixed. Furthermore, sample no. The powder obtained in 4-6 is put in a crucible made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), calcined in the atmosphere at 1360 ° C. for 13 hours, and then crushed for 1 hour using a normal ball mill (BM). did.

なお、粉末X線回折により、上記で得られた固溶体粉末の生成相を同定した。結果を表2にまとめた。表2の「生成相」欄における「MgO」とは生成相がMgOの立方晶であることを示す。また「ZnO」とは、生成相がZnOの六方晶であることを示す。また、ピクノメータで固溶体粉末の真密度を測定し、第1成分(MgO)と第2成分の理論上の真密度(理論密度)の値から、固溶体粉末中の第1成分および第2成分の組成(mol%)を計算した結果、第1成分(MgO)の粉末と第2成分の粉末の配合の組成(mol%)と同じであった。ここで、各成分の組成は、全成分の金属元素の全体に対する各成分の金属元素の組成を意味する。   In addition, the production | generation phase of the solid solution powder obtained above was identified by powder X-ray diffraction. The results are summarized in Table 2. “MgO” in the “Formation phase” column of Table 2 indicates that the production phase is cubic MgO. “ZnO” indicates that the product phase is a hexagonal crystal of ZnO. Further, the true density of the solid solution powder is measured with a pycnometer, and the composition of the first component and the second component in the solid solution powder is determined from the theoretical true density (theoretical density) of the first component (MgO) and the second component. As a result of calculating (mol%), the composition (mol%) of the powder of the first component (MgO) and the powder of the second component was the same. Here, the composition of each component means the composition of the metal element of each component with respect to the whole of the metal elements of all components.

(c)成形体を得る工程(第2の工程)
上記で形成された各固溶体粉末50gに、バインダーとして積水化学製PVB−BL1(商品名)を0.22g添加してエタノール20gを加え、ナイロンポットおよびナイロンボールを用いて24時間混合した後回収した。
(C) Step of obtaining a molded body (second step)
To 50 g of each solid solution powder formed above, 0.22 g of PVB-BL1 (trade name) manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd. was added as a binder, 20 g of ethanol was added, and the mixture was collected after mixing for 24 hours using a nylon pot and nylon balls. .

回収後の固溶体粉末を成形型に装填し、直径20mm、厚さ2mmのディスク状成形体を作製した。このようにして得られた成形体の相対密度(MgOの理論密度に対する成形体の密度の百分率)をアルキメデス法により測定した。結果を表2にまとめた。   The solid solution powder after collection was loaded into a mold to produce a disk-shaped molded body having a diameter of 20 mm and a thickness of 2 mm. The relative density of the molded body thus obtained (percentage of the density of the molded body with respect to the theoretical density of MgO) was measured by the Archimedes method. The results are summarized in Table 2.

(d)焼結体を得る工程(第3の工程)
上記で得られた各成形体を真空炉にて100℃/hrで所定の温度(表2記載の焼結温度)まで昇温し、その温度で1時間保持した後に炉内で自然冷却させて焼結体を得た。焼成時の真空度は10-2Pa以下とした。焼結体の相対密度(MgOの理論密度に対する焼結体の密度の百分率)をアルキメデス法により測定した。また、生成相を粉末X線回折により確認した。結果を表2にまとめた。表2の「生成相」欄における「MgO」とは生成相がMgOの立方晶であることを示す。また「ZnO」とは、生成相がZnOの六方晶であることを示す。
(D) Step of obtaining a sintered body (third step)
Each molded body obtained above was heated to a predetermined temperature (sintering temperature described in Table 2) at 100 ° C./hr in a vacuum furnace, held at that temperature for 1 hour, and then naturally cooled in the furnace. A sintered body was obtained. The degree of vacuum during firing was set to 10 −2 Pa or less. The relative density of the sintered body (percentage of the density of the sintered body with respect to the theoretical density of MgO) was measured by the Archimedes method. The product phase was confirmed by powder X-ray diffraction. The results are summarized in Table 2. “MgO” in the “Formation phase” column of Table 2 indicates that the production phase is cubic MgO. “ZnO” indicates that the product phase is a hexagonal crystal of ZnO.

(e)HIP体を得る工程(第4の工程)
上記で得られた各焼結体をArガス中800℃/hrで所定の温度(表2記載のHIP温度)まで昇温し、1000気圧(101.3MPa)の圧力下で1時間保持してHIP(熱間等方圧プレス)処理を行なうことによりHIP体(厚さ1mm)を得た。このようにして得られたHIP体の相対密度(MgOの理論密度に対するHIP体の密度の百分率)をアルキメデス法により測定した。結果を表2にまとめた。なお、表2におけるサンプルNo.1〜5および7〜9が本発明の実施例であり、サンプルNo.6が比較例である。
(E) Step of obtaining a HIP body (fourth step)
Each sintered body obtained above was heated to a predetermined temperature (HIP temperature shown in Table 2) at 800 ° C./hr in Ar gas, and held at a pressure of 1000 atm (101.3 MPa) for 1 hour. A HIP body (thickness 1 mm) was obtained by performing a HIP (hot isostatic pressing) process. The relative density of HIP bodies thus obtained (percentage of density of HIP bodies relative to the theoretical density of MgO) was measured by the Archimedes method. The results are summarized in Table 2. In Table 2, sample No. 1 to 5 and 7 to 9 are examples of the present invention. 6 is a comparative example.

(f)評価
(f−1)直線透過率
上記で得られたMgO系セラミックス(HIP体)は、ダイヤモンドスラリーを用いて鏡面研磨を行ない、分光光度計にて直線透過率(厚さ1mm)を測定した。その結果、波長420nm〜680nmにおける直線透過率は420nmで最も低くなるため、各実施例及び比較例のサンプルにおいては420nmにおける直線透過率を測定した。結果を表2にまとめた。
(F) Evaluation (f-1) Linear transmittance The MgO-based ceramics (HIP body) obtained above is mirror-polished using a diamond slurry, and the linear transmittance (thickness 1 mm) is measured with a spectrophotometer. It was measured. As a result, the linear transmittance at a wavelength of 420 nm to 680 nm was lowest at 420 nm, and thus the linear transmittance at 420 nm was measured in the samples of the examples and comparative examples. The results are summarized in Table 2.

(f−2)耐水性
上記で得られたMgO系セラミックス(HIP体)の耐水性の加速試験を行なうことにより耐水性を評価した。すなわち、各MgO系セラミックスを遊星ボールミルで加速度が150Gで10分間粉砕して、BET比表面積値が約0.3m2/gになるまで粉末状にし、これを98℃の沸騰水中に5時間浸漬することにより浸漬後の重量増加比率を測定した。重量増加が大きくなるほど耐水性に劣っていることを示す。結果を表2の「耐水試験時重量増加率(wt%)」の欄にまとめた。
(F-2) Water resistance Water resistance was evaluated by conducting a water resistance acceleration test of the MgO-based ceramics (HIP body) obtained above. That is, each MgO-based ceramic was pulverized with a planetary ball mill at an acceleration of 150 G for 10 minutes to form a powder until the BET specific surface area value was about 0.3 m 2 / g, which was immersed in boiling water at 98 ° C. for 5 hours. The weight increase ratio after immersion was measured. It shows that it is inferior to water resistance, so that a weight increase becomes large. The results are summarized in the column of “weight increase rate during water resistance test (wt%)” in Table 2.

(f−3)熱伝導率
上記で得られたMgO系セラミックス(HIP体)(厚さ1mm)から直径10mmの試験片を切り出し、レーザーフラッシュ法により室温(たとえば25℃)での熱伝導率を測定した。結果を表2にまとめた。
(F-3) Thermal conductivity A test piece having a diameter of 10 mm is cut out from the MgO-based ceramics (HIP body) (thickness 1 mm) obtained above, and the thermal conductivity at room temperature (for example, 25 ° C.) is measured by a laser flash method. It was measured. The results are summarized in Table 2.

Figure 2009263198
Figure 2009263198

表2より明らかなように、本発明の実施例(サンプルNo.1〜5および7〜9)のMgO系セラミックスは、比較例(サンプルNo.6)のMgO系セラミックスに比べて、光学材料などに好適な透光性、耐水性および熱伝導性を有するセラミックスを、より短時間で効率的に低コストで製造することができる。なお、サンプルNo.1においては、直線透過率が低くなったが、これは混合が十分でなく、固溶体中にMgO相とZnO相の複数の相が形成されたためと考えられる。   As is apparent from Table 2, the MgO-based ceramics of the examples of the present invention (sample Nos. 1 to 5 and 7 to 9) are optical materials and the like as compared with the MgO-based ceramics of the comparative example (sample No. 6). It is possible to manufacture ceramics having translucency, water resistance and thermal conductivity suitable for the above in a short time and efficiently at a low cost. Sample No. In No. 1, the linear transmittance was low, but this was probably due to insufficient mixing and the formation of a plurality of MgO and ZnO phases in the solid solution.

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。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described as described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.

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。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明にかかるMgO系セラミックスの製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the MgO type | system | group ceramic concerning this invention. MgO−ZnO系固溶体の状態図である。It is a phase diagram of a MgO-ZnO type solid solution.

符号の説明Explanation of symbols

S1 第1の工程、S2 第2の工程、S3 第3の工程、S4 第4の工程。   S1 1st process, S2 2nd process, S3 3rd process, S4 4th process.

Claims (10)

第1成分としてのMgOの粉末と、第2成分としてのFe、Ni、Co、Cu、MnおよびZnの酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種類の酸化物の粉末とを混合して、前記第1成分に前記第2成分が固溶した固溶体粉末を形成する第1の工程と、
前記固溶体粉末を成形して成形体を得る第2の工程と、
前記成形体を焼結して焼結体を得る第3の工程と、を備えるMgO系セラミックスの製造方法。
Mixing the powder of MgO as the first component and the powder of at least one oxide selected from the group consisting of oxides of Fe, Ni, Co, Cu, Mn and Zn as the second component, A first step of forming a solid solution powder in which the second component is dissolved in the first component;
A second step of forming the solid solution powder to obtain a molded body;
And a third step of obtaining the sintered body by sintering the molded body.
前記第2成分がZnO、NiOおよびCuOのいずれかである請求項1に記載のMgO系セラミックスの製造方法。   The method for producing an MgO-based ceramic according to claim 1, wherein the second component is any one of ZnO, NiO, and CuO. 前記第1成分および前記第2成分の金属元素の総量に対する前記第2成分の金属元素の比率は、20mol%以上40mol%以下である請求項1または請求項2に記載のMgO系セラミックスの製造方法。   The method for producing an MgO-based ceramic according to claim 1 or 2, wherein a ratio of the metal element of the second component to a total amount of the metal elements of the first component and the second component is 20 mol% or more and 40 mol% or less. . 前記第1の工程において、前記混合は、メカニカルアロイング法により行なう請求項1から請求項3までのいずれかに記載のMgO系セラミックスの製造方法。   The method for producing an MgO-based ceramic according to any one of claims 1 to 3, wherein the mixing is performed by a mechanical alloying method in the first step. 前記メカニカルアロイング法は、遊星ボールミルを用いる請求項4に記載のMgO系セラミックスの製造方法。   The said mechanical alloying method is a manufacturing method of the MgO type | system | group ceramics of Claim 4 using a planetary ball mill. 前記遊星ボールミルによる粉砕加速度は、10G以上である請求項5に記載のMgO系セラミックスの製造方法。   The method for producing an MgO-based ceramic according to claim 5, wherein a grinding acceleration by the planetary ball mill is 10 G or more. 前記遊星ボールミルのボールとして、Fe系ボールを用いる請求項5または請求項6に記載のMgO系セラミックスの製造方法。   The method for producing an MgO-based ceramic according to claim 5 or 6, wherein an Fe-based ball is used as a ball of the planetary ball mill. 前記Fe系ボールは、ステンレスボールである請求項7に記載のMgO系セラミックスの製造方法。   The method for producing an MgO ceramic according to claim 7, wherein the Fe ball is a stainless ball. 前記焼結体を熱間等方圧プレス処理してHIP体を得る第4の工程をさらに備える請求項1から請求項8までのいずれかに記載のMgO系セラミックスの製造方法。   The method for producing an MgO-based ceramic according to any one of claims 1 to 8, further comprising a fourth step of obtaining a HIP body by subjecting the sintered body to hot isostatic pressing. MgOの理論密度に対する前記成形体の密度の百分率である前記成形体の相対密度が54%以上である請求項1から請求項9までのいずれかに記載のMgO系セラミックスの製造方法。   The method for producing an MgO-based ceramic according to any one of claims 1 to 9, wherein a relative density of the compact, which is a percentage of the density of the compact relative to a theoretical density of MgO, is 54% or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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