JP2010247487A - 寸法精度に優れたセラミック焼結体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法精度に優れたセラミック焼結体を得る。
【解決手段】平均粒子径及び／又はＢＥＴ比表面積の異なる２種類以上のセラミック粉末、分散剤及び溶媒を混合することにより、スラリーを調製する工程（ａ）と、スラリーを鋳型に挿入し、脱型して、成形体を得る工程（ｂ）と、成形体を焼成し、セラミック焼結体を得る工程（ｃ）とを含む、セラミック焼結体の製造方法である
【選択図】なし

Description

本発明は、寸法精度に優れたセラミック焼結体の製造方法及びその製造方法により製造されるセラミック焼結体に関する。

従来、シリカガラスのパイプや板は、珪石、珪砂、水晶などを原料素材として、これを２０００℃以上の高温度で溶解し、溶融状態でパイプや板の形に加工して連続的に凝固させる方法によって製造している。しかしながら、この方法では、熟練工がガスバーナーを使って１７１３℃以上に加熱しなければならず、生産性が低いという問題がある。このため生産性を向上するために、溶融した原料素材を鋳型に直接鋳造して複雑形状の製品を製造することも試みられているが、シリカガラスの粘性が大きく鋳造は困難である。

また、シリカガラス粉末のスラリーを鋳込成型する製造方法も試みられているが、成形体の密度が低く、焼結体の寸法精度の向上も困難である。

特許文献１には、金属アルコキシドを原料とするゾル−ゲル法による石英ガラスの低温合成法において、金属アルコキシド、水及び酸等の混合溶液に、超微粉末シリカを金属アルコキシドに対してモル比で０．２〜５倍量添加することを特徴とする石英ガラスの製造方法が記載されている。

特許文献２には、アルカリ金属ケイ酸水溶液と酸とを反応させて得たシリカを精製して得られた平均粒径が２０μｍ以上ないし１ｍｍ以下の範囲であるシリカを、液体分散媒体の存在下で粉砕することによって得たアルカリ金属含有率が１０ｐｐｍ以下であり、かつ、平均粒径が２０μｍ未満である微粒子シリカスラリーを成形し、乾燥した後、焼成することを特徴とするガラス成形体の製造方法が記載されている。特許文献２記載の製造方法の場合には、シリカに数百〜数千ｐｐｍ程度のナトリウムが含有されているため、焼成品を室温に冷却したときに無数の亀裂が発生する。これを避けるためには低温で焼成することを要するが、その場合には十分な焼結ができないという問題がある。

特許文献３には、アルカリ金属ケイ酸水溶液と酸とを反応させて得たシリカを精製して得られた平均粒径が２０μｍ以上ないし１ｍｍ以下の範囲であるシリカを、焼成した後、粉砕することによって得たアルカリ金属含有率が１０ｐｐｍ以下であり、かつ、平均粒径が２０μｍ未満である微粒子シリカを成形し、焼成することを特徴とするガラス成形体の製造方法が記載されている。特許文献３の製造方法によると、Ｎａなどアルカリ金属やその他の不純物含量の少ない高純度で、かつ、高密度で透明なシリカガラス成形体を生成することができるが、焼結後の成形体の寸法精度が十分でないという問題がある。

特許文献４には、シリカ粉末を減圧雰囲気中でクリストバライト溶融温度１７１３℃以上に加熱して透明石英ガラスを得る方法において、非晶質シリカ微粉末を水溶媒に分散したスラリーを噴霧乾燥により造粒した平均粒径４０〜２００μｍの球状顆粒シリカ粉末を用い、これを１ｇ／ｃｍ^２以上の荷重を印加した状態でカ−ボン製容器に充填し、カサ密度０．４〜１．０ｇ／ｃｍ^３とし、１０ｔｏｒｒ以下の減圧雰囲気下で溶融して１ｍｍ以上の気泡を消滅させた透明石英ガラスとし、熱間静水圧プレス装置を用い、１２００〜１３５０℃の温度範囲で１００〜２００ＭＰａのＡｒ又はＮ_２ガス圧力を作用させ、ガラス中の１ｍｍ未満の気泡を消滅させる無気泡透明石英ガラスの製造方法が記載されている。特許文献４記載の製造方法によると、無気泡透明のシリカガラスを得ることができるが、１７１３℃以上のかなりの高温を必要とするために、得られるシリカガラスのひずみが大きく、焼結後の成形体の寸法精度が十分でないという問題がある。

特許文献５には、シリカガラス粉末を成形する工程と、該成形体を酸処理する工程と、該酸処理した成形体を該ガラス粉末の焼結開始温度以下の温度で脱気処理する工程と、該脱気した成形体を焼結する工程を備えていることを特徴とするシリカガラス焼結体の製造方法が記載されている。特許文献５には、特許文献５記載の製造方法によって不純物含有量の少ない透明シリカガラス焼結体が得られることが記載されているが、焼結体の寸法精度に関する知見については記載されていない。

特開昭６０−１３１８３３号公報 特公平７−７６１００号公報 特公平７−７６１０１号公報 特開平９−２９５８２５号公報 特開平１１−１８９４２７号公報

本発明は、寸法精度に優れたセラミック焼結体を得ることを目的とする。

本発明は、平均粒子径及び／又はＢＥＴ比表面積の異なる２種類以上のセラミック粉末、分散剤及び溶媒を混合することにより、スラリーを調製する工程（ａ）と、スラリーを鋳型に挿入し、脱型して、成形体を得る工程（ｂ）と、成形体を焼成し、セラミック焼結体を得る工程（ｃ）とを含む、セラミック焼結体の製造方法である。

本発明の製造方法の好ましい態様を以下に示す。本発明では、これらの態様を適宜組み合わせることができる。
（１）工程（ａ）において、セラミック粉末が、第一セラミック粉末と、第二セラミック粉末とからなり、第一セラミック粉末の平均粒子径が、第二セラミック粉末の平均粒子径より大きく、第一セラミック粉末と第二セラミック粉末とを、乾燥後の成形体の成形体密度が７７％以上となるように、第一セラミック粉末及び第二セラミック粉末の平均粒子径及び／又はＢＥＴ比表面積並びに混合割合を選択する。
（２）工程（ａ）において、セラミック粉末が、第一セラミック粉末と、第二セラミック粉末とからなり、第一セラミック粉末の平均粒子径が、第二セラミック粉末の平均粒子径より大きく、第一セラミック粉末と第二セラミック粉末とのＢＥＴ比表面積の差が、３ｍ^２／ｇ以上である。
（３）第一セラミック粉末が、平均粒子径１.０〜１０μｍ及びＢＥＴ比表面積０．１〜５ｍ^２／ｇであり、並びに第二セラミック粉末が、平均粒子径０．１〜５μｍ及びＢＥＴ比表面積５〜３０ｍ^２／ｇである。
（４）第一セラミック粉末及び第二セラミック粉末の合計重量に対する第二セラミック粉末の重量が、６０重量％以下である。
（５）乾燥後の成形体の成形体密度が、７７％以上である。
（６）工程（ｂ）において、鋳型が多孔質樹脂製である。
（７）工程（ｂ）において、スラリーを鋳型に挿入するときに加圧し、その挿入圧力が０．１〜１ＭＰａである。
（８）工程（ｂ）において、スラリーを鋳型に挿入するのと同時に、鋳型の内部を減圧する。
（９）工程（ｂ）において、成形体を脱型するときに、成形体と鋳型の内壁との間の少なくとも一部に加圧空気を導入する。
（１０）工程（ｃ）において、成形体を、真空雰囲気中で焼成する。
（１１）セラミック粉末が、シリカ、球状シリカ、セリア、イットリア、アルミナ、ジルコニア及びマグネシアからなる群より選択される一種以上の粉末である。
（１２）セラミック焼結体の、同一の設計寸法の部分の長さを複数箇所測定し、測定値の最大値と最小値との差を設計寸法で除した値である焼結体歪が、１％以下である。

また、本発明は、上述の製造方法によって得られる、光学材料用焼結体、光デバイス用セラミック焼結体又はランプの反射鏡用のセラミック焼結体である。具体的には、本発明のセラミック焼結体は、各種放電灯用発光管、超高温用透明炉心管、レーザーホスト材料、光学デバイス等に使用されるレンズ、ミラー、電極、基板、ランプ等の反射鏡等に使用されるセラミック焼結体である。

本発明より、寸法精度に優れたセラミック焼結体及びその製造方法を得ることができる。

成型体密度と焼結体歪との関係を示し、成型体密度が７７％以上である場合には、成形体密度が７７％未満のものと比べて、後述する焼結体歪（Δφ）が非常に小さいことを示す図である。

本発明は、寸法精度に優れたセラミック焼結体を得ることを目的とする。本発明において、寸法精度に優れるとは、セラミック焼結体を製造する際に生じるセラミック焼結体の変形（所定の設計寸法からのずれ）が小さいことをいう。以下、本発明のセラミック焼結体の製造方法について説明する。

本発明のセラミック焼結体の製造方法は、平均粒子径及び／又はＢＥＴ比表面積の異なる２種類以上のセラミック粉末、分散剤及び溶媒を混合することにより、スラリーを調製する工程（ａ）を含む。本発明において、「平均粒子径」とは、粒度分布測定装置を用いて測定した場合の、累積５０％粒子径（Ｄ５０）のことをいう。

本発明の製造方法に用いるセラミック粉末は、任意のセラミック粉末を用いることができる。セラミック粉末としては、具体的には、シリカ、セリア、イットリア、アルミナ、ジルコニア及びマグネシアを主成分とした群より選択される一種以上の粉末を用いることができる。なお、シリカは、球状シリカの粉末又はその他の形状のシリカ粉末を用いることができる。本発明の製造方法により、セラミック焼結体として、寸法精度に優れ、透明度の高い透明シリカ焼結体を得ることができることから、セラミック粉末として球状シリカを用いることが好ましい。

本発明の製造方法において、同じ材料のセラミック粉末であって、平均粒子径及び／又はＢＥＴ比表面積の異なる２種類以上のセラミック粉末を用いることが好ましい。また、本発明の製造方法において、セラミック粉末としては、２種類以上の異なった材料のセラミック粉末であって、平均粒子径及び／又はＢＥＴ比表面積の異なる２種類以上のセラミック粉末を用いることもできる。

本発明の製造方法では、平均粒子径及び／又はＢＥＴ比表面積の異なる２種類以上のセラミック粉末を原料として用いることに特徴がある。製造プロセスの制御の容易性及び低コストの製造プロセスを得る点から、本発明の製造方法では、平均粒子径及び／又はＢＥＴ比表面積の異なる２種類のセラミック粉末を原料として用いることが好ましい。なお、本発明において、２種類のセラミック粉末を原料として用いる場合、比較的平均粒子径の大きい方のセラミック粉末を「第一セラミック粉末」、比較的平均粒子径の小さい方のセラミック粉末を「第二セラミック粉末」という。

本願発明者らは、図１に示すように、脱型及び乾燥後の成形体の成形体密度が７７％以上である場合には、成形体密度が７７％未満のものと比べて、後述する焼結体歪（Δφ）が非常に小さいことを見出した。なお、本発明において成形体密度とは、成形体の体積及び質量を測定し、成形体密度＝質量／体積の式によって算出された成形体密度のことをいう。高い成形体密度の成型体を焼成することによって、寸法精度に優れたセラミック焼結体を得ることができるのである。

また、本願発明者らは、２種類のセラミック粉末を原料として用いる場合、それらの平均粒子径及び／又はＢＥＴ比表面積を、適宜選択することにより、成形体密度を制御することができることを見出した。なお、平均粒子径及び／又はＢＥＴ比表面積の異なる２種類以上のセラミック粉末を用いる場合には、比較的大きい粒子径の粒子の隙間に、比較的小さい粒子径の粒子が入り込むことができるため、高い成形体密度の成型体を得ることができると推論されるが、本願発明はその理論に制限されるものではない。

上述の知見から、本発明の製造方法では、寸法精度に優れるセラミック焼結体を得るために、次のような方法を採用することが好ましいことが明らかとなった。すなわち、本発明の製造方法では、セラミック粉末が、第一セラミック粉末と、第二セラミック粉末とからなり、第一セラミック粉末の平均粒子径が、第二セラミック粉末の平均粒子径より大きく、第一セラミック粉末と第二セラミック粉末とを、乾燥後の成形体の成形体密度が７７％以上となるように、第一セラミック粉末及び第二セラミック粉末の平均粒子径及び／又はＢＥＴ比表面積を選択すること、並びにそのようにして選択した第一セラミック粉末及び第二セラミック粉末の混合割合を選択することが好ましい。

本発明において「焼結体歪」（「Δφ」ともいう）とは、同一の設計寸法の部分の長さを複数箇所測定し、測定値の最大値と最小値との差を設計寸法で除した値をパーセント表示した値のことをいう。設計寸法とは、得られるセラミック焼結体の設計された寸法のことである。「焼結体歪」の測定方法について具体的に説明すると、円柱の形状のセラミック焼結体の場合には、円柱の直径を所定の角度間隔ごとに複数箇所測定し、測定直径の最大値（φＭＡＸ）及び最小値（φＭＩＮ）を求め、φＭＡＸとφＭＩＮとの差を算出する。そして、下記の式から、焼結体歪（Δφ）を算出することができる。なお、この場合の設計寸法は、円柱の直径の設計値（例えば、鋳型の設計値）である。
焼結体歪（Δφ）［％］＝［φＭＡＸ（測定値の最大値）−φＭＩＮ（測定値の最小値）］／設計寸法×１００

また、セラミック粉末が、第一セラミック粉末と、平均粒子径が第一セラミック粉末より小さい第二セラミック粉末とからなる場合、本発明の製造方法では、寸法精度に優れるセラミック焼結体を得るために、第一セラミック粉末と第二セラミック粉末とのＢＥＴ比表面積の差が、３ｍ^２／ｇ以上であることが好ましい。

また、より寸法精度に優れるセラミック焼結体を得るために、第一セラミック粉末が、平均粒子径１.０〜１０μｍ及びＢＥＴ比表面積０．１〜５ｍ^２／ｇであり、並びに第二セラミック粉末が、平均粒子径０．１〜５μｍ及びＢＥＴ比表面積５〜３０ｍ^２／ｇであることが好ましい。

また、さらに寸法精度に優れるセラミック焼結体を得るために、第一セラミック粉末及び第二セラミック粉末の合計重量に対する第二セラミック粉末の重量が、６０重量％以下であることが好ましい。

本発明のセラミック焼結体の製造方法の工程（ａ）では、セラミック粉末、分散剤及び溶媒を混合することにより、スラリーを調製する。また、必要に応じバインダーを添加することができる。

本発明の製造方法において、分散剤は、カルボン酸系、スルホン酸系、硫酸エステル系、燐酸エステル系、ポリカルボン酸型アンモニウム塩及びアンモニウム化合物等のアニオン系分散剤の１種以上を適宜選択して用いることができる。スラリーを調製する際の分散剤の配合量は、適宜選択することができる。具体的には分散剤の配合量は、セラミック粉末の合計重量を１００重量部として、好ましくは０．１〜１重量部、より好ましくは０．２〜０．８重量部である。分散剤は、分散剤の種類に適した、純水又は有機溶媒を希釈媒体として１０重量％に希釈したものを用いることが好ましい。

本発明の製造方法において、バインダーは、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、アクリル系樹脂及び酢酸ビニル系樹脂バインダーの１種以上を適宜選択して用いることができる。スラリーを調製する際のバインダーの配合量は、適宜選択することができる。具体的にはバインダーの配合量は、セラミック粉末の合計重量を１００重量部として、好ましくは０．１〜１重量部、より好ましくは０．２〜０．８重量部である。バインダーは、バインダーの種類に適した、純水又は有機溶媒を希釈媒体として１０重量％に希釈したものを用いることが好ましい。

本発明の製造方法において、溶媒は、アルコール、アセトン、ヘキサン等の有機溶媒又はイオン交換水若しくは蒸留水等の純水を用いることが好ましい。溶媒が不純物を含む場合には、得られるセラミック焼結体も不純物を含むこととなり、セラミック焼結体の性能が低下する恐れがあるためである。スラリーを調製する際の溶媒の配合量は、適宜選択することができる。具体的には溶媒の配合量は、セラミック粉末の合計重量を１００重量部として、好ましくは５〜５０重量部、より好ましくは１０〜３０重量部である。

セラミック粉末、分散剤、バインダー及び溶媒の混合は、公知の方法を用いて行うことができるが、例えばポットミルを用いて行うことができる。混合時間は、セラミック粉末の種類及び粒子径等の条件によって、適宜選択することができる。混合を効率的に十分行うための具体的な混合時間は、好ましくは１０〜４０時間、より好ましくは１５〜２５時間である。

混合して得られたスラリーは、脱泡することが好ましい。脱泡することにより、焼成の際の割れや亀裂等の発生を防止することができる。脱泡は、真空攪拌脱泡機を用い、攪拌しながら３０〜１２０分、具体的は６０分間行うことができる。

本発明のセラミック焼結体の製造方法は、上述のように調整したスラリーを鋳型に挿入し、脱型して、成形体を得る工程（ｂ）を含む。鋳型は公知のものを用いることができる。寸法精度に優れたセラミック焼結体を得るために、多孔質樹脂製の鋳型を用いることが好ましい。鋳型に挿入されたスラリーは、多孔質樹脂中の多数の細孔を通して、スラリーからの溶媒分の除去を行うことができる。多孔質樹脂製の鋳型としては、公知のものを用いることができる。

鋳込成形は、公知の方法を用いて行うことができる。具体的には、スラリーを鋳型に挿入することにより、成形体を得ることができる。スラリーを鋳型に挿入するときに、スラリーを加圧しながら挿入することにより、スラリーの挿入をより確実に行うことができる。この場合の挿入圧力（鋳込圧力）は、スラリーの鋳型への挿入を確実にする点から、０．１〜１ＭＰａであることが好ましく、０．１５〜０．６ＭＰａであることがより好ましい。

高密度の成形体を得るために、鋳型の内部のスラリーに対する上述の挿入圧力を、スラリーの挿入後、１〜１０分間保持することが好ましく、３〜７分間保持することがより好ましい。保持時間は、具体的には５分間程度とすることができる。また、樹脂型への着肉性を向上するために、スラリーの挿入と同時に、鋳型の裏側等から鋳型の内部を減圧し、鋳型の内部の空気を抜くことが好ましい。挿入又は加圧挿入されたスラリー中の溶媒分は、多孔質樹脂中の多数の細孔を通して除去することができる。

次に、成形体を鋳型から脱型する。なお、成形体を鋳型から剥離して脱型するときに、成形体と鋳型の内壁との間の少なくとも一部に加圧空気を導入することが、成形体の脱型を容易にする点から好ましい。

一般に、鋳型中のスラリーを鋳型に挿入する又は挿入及び加圧するだけでは、成形体からの溶媒分の除去を完全に行うことはできない。したがって、優れた寸法精度のセラミック焼結体を得るために、脱型した成形体が溶媒分を含有する場合には、脱型した成形体を乾燥することが必要である。

上述の手順により、高密度の成形体を形成することができる。本発明の製造方法において、脱型及び乾燥後の乾燥した成形体の成形体密度を測定することにより、高密度の成形体であるかどうかを検査することができる。図１に示すように、脱型及び乾燥後の成形体の成形体密度が７７％以上である場合には、成形体密度が７７％未満のものと比べて、焼結体歪（Δφ）が非常に小さいためである。すなわち、本発明の製造方法において、脱型及び乾燥後の成形体の成形体密度が７７％以上であることが、焼結体歪を小さくするために好ましい。成形体密度の測定結果をフィードバックして用いることによって、乾燥後の成形体の成形体密度が７７％以上となるように、第一セラミック粉末及び第二セラミック粉末の平均粒子径及び／又はＢＥＴ比表面積を選択すること、並びにそのようにして選択した第一セラミック粉末及び第二セラミック粉末の混合割合を選択することができる。

本発明のセラミック焼結体の製造方法は、成形体を焼成し、セラミック焼結体を得る工程（ｄ）を含む。成形体の焼成条件は、適宜選択することができる。例えば、次に述べるような手順により成形体の乾燥、仮焼及び焼成を行うことによって、セラミック焼結体の寸法精度を向上することができる。

成形体の焼成前に、鋳型から脱型した成形体を８〜２４時間自然乾燥することが好ましい。また、成形体の乾燥の後、電気炉等の加熱炉を用いて、５００〜７００℃の温度、例えば６００℃の温度で、３０分〜２時間、例えば１時間の脱脂を行うことが好ましい。

さらに成形体の焼成前に、乾燥及び脱脂の後に、仮焼することが好ましい。仮焼は、成形体の焼成温度より１００〜２００℃低い温度で、１〜３時間、具体的には２時間行うことが好ましい。なお、常温から仮焼温度までの昇温時間は６〜１０時間、具体的には８時間とすることが好ましい。

成形体の焼成は、雰囲気炉の温度を上昇させ、焼成温度１３００〜１５００℃、好ましくは１３５０〜１４５０℃で行うことができる。成形体の焼成時間は、１〜３時間であることが好ましく、具体的には２時間とすることができる。なお、仮焼温度から焼成温度までの昇温時間は１〜８時間とすることが好ましく、２〜６時間とすることが好ましい。具体的には、仮焼を例えば、焼成温度より２００℃低い温度で行う場合、焼成温度まで２００℃昇温するための昇温時間は２〜６時間とすることが好ましく、昇温時間を４時間とすることができる。

なお、上述の成形体の仮焼及び焼成は、真空雰囲気中で行うことが好ましい。具体的には、成形体の仮焼及び焼成は、焼成雰囲気を制御することのできる雰囲気炉又は真空炉を用い、高真空下（例えば、１０^−２Ｐａ以下の圧力）で行うことが好ましい。

焼成後、炉の温度を常温まで降温する。なお、焼成温度から常温までの降温時間は、４〜２４時間、好ましくは８〜１６時間とすることができる。

上述のような成形体の焼成により、寸法精度に優れた本発明のセラミック焼結体を得ることができる。また、セラミック粉末としてシリカ、例えば球状シリカを用いた場合には、上述のような成形体の焼成により、透明なシリカ焼結体（石英の焼結体）を得ることができる。

本発明のセラミック焼結体の製造方法により製造したセラミック焼結体の歪（焼結体歪）は、１％以下であることが好ましい。

本発明のセラミック焼結体の製造方法は、様々な用途に用いられるセラミック焼結体を得るために用いることができ、特に、寸法精度を要求される様々な部品、例えば光学材料、光デバイス、ランプの反射鏡及びその他の光学部品等の用途に用いられるセラミック焼結体を得ることができる。例えば、本発明のセラミック焼結体は、光デバイス等に使用される電極、基板、レンズ、ミラーや、光学部品である医療及び食品分野などの殺菌用ランプ、各種照明、光学器具、半導体・液晶製造プロセスの露光装置用光源並びに洗浄用ランプ等に使用される部品を製造するために用いることができる。本発明のセラミック焼結体の製造方法を用いるならば、高い精度の光デバイス材料や光学部品用セラミック焼結体を製造することができる。

本発明の製造方法において、原料となるセラミック粉末として、シリカ粉末、具体的には球状シリカ粉末を用いた場合には、寸法精度に優れ、透明度の高い透明シリカ焼結体を得ることができる。発明の製造方法によって得られた透明シリカ焼結体は、高い精度の必要なランプの反射鏡用セラミック焼結体として用いることができる。

以下、実施例により、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例及び比較例においては、１種類のセラミック粉末又は２種類のセラミック粉末を用いた。２種類のセラミック粉末を用いる場合には、区別するために、比較的大きい平均粒子径のセラミック粉末を「第一セラミック粉末」及び比較的小さい平均粒子径のセラミック粉末を「第二セラミック粉末」という。

＜実施例１＞
セラミック粉末は、第一セラミック粉末としてシリカ粉末Ａ１００ｇ、第二セラミック粉末としてシリカ粉末Ｂ１００ｇを用いた。すなわち、（シリカ粉末Ａの重量）：（シリカ粉末Ｂの重量）＝５：５である。以下、「（シリカ粉末Ａの重量）：（シリカ粉末Ｂの重量）」を「Ａ：Ｂ」のように簡略化して混合割合を記載する。この記載法によると、実施例１の場合には、Ａ：Ｂ＝５：５である。

第一セラミック粉末、第二セラミック粉末、１０重量％に希釈した分散剤及び純水（溶媒）をポットミルで２０時間混合して鋳造用のスラリーを作製した。配合量は、セラミック粉末合計量１００重量部に対して、１０重量％に希釈した分散剤を５重量部（すなわち、分散剤を０．５重量部）及び純水を２０重量部とした。

次に、スラリーを真空攪拌脱泡機で６０分攪拌し、脱泡した。

次に、スラリーを多孔質樹脂製の鋳型に０．３ＭＰａの挿入圧力（鋳込圧力）で加圧挿入し、鋳型内の挿入圧力を５分間保持することによって鋳込成型を行った。加圧挿入と同時に、鋳型の裏側から減圧し、鋳型内の脱気、及び樹脂型の着肉性を向上させた。鋳型内の挿入圧力を５分間保持した後、大気圧まで減圧し、成形体を脱型することによって、高密度の成形体を得た。作製した成形体の形状は、φ１５ｍｍ、長さ３０ｍｍの筒状とした。

次に、得られた成形体を８〜２４時間自然乾燥した。成形体の乾燥の後、電気炉を用いて６００℃の温度で１時間の脱脂を行った。

次に、雰囲気炉を用いた高真空下（１０^−２Ｐａ）で、１２００℃の温度で２時間、成形体を仮焼した。なお、常温から１２００℃までの昇温時間は８時間とした。

次に、雰囲気炉の温度を上昇させ、１４００℃で２時間焼成し、セラミック焼結体を得た。なお、１２００℃から１４００℃までの昇温時間は４時間とした。

次に、雰囲気炉の温度を常温まで降温した。なお、１４００℃から常温までの降温時間は１２時間とした。以上のようにして実施例１のセラミック焼結体を得た。

＜ＢＥＴ比表面積の測定＞
比表面積測定装置（商品名：Ｍａｃｓｏｒｂ１２１０、（株）マウンテック製）を使用して、ガス吸着法（ＢＥＴ法）によりＢＥＴ比表面積を測定した。

＜平均粒子径測定＞
レーザ回折散乱式粒度分布測定装置（商品名：HIRA、日機装製）を使用して累積５０％粒子径（Ｄ５０）を測定し、平均粒子径とした。

＜セラミック粉末の純度測定法＞
セラミック粉末の純度は、１００質量％から測定した不純物含有量の合計を差し引いた値として算出した。セラミック粉末中の不純物含有量は、ＩＣＰ発光分析装置（商品名：ＳＰＳ−１７００、セイコーインスツルメンツ株式会社製）を使用して、試料を酸に溶解した後に測定した。

＜成形体の密度測定＞
上述の鋳造用のスラリーを用いて成形体テストピースを作製し、体積と重量とから成形体の密度を算出した。テストピースの外形は、４０ｍｍ×２５ｍｍ×５ｍｍとした。

＜寸法精度＞
上述のように作製した円柱状のセラミック焼結体（φ１５ｍｍ）の直径を、角度１０°ごとに３６箇所、デジタルノギスで測定し、測定直径の最大値（φＭＡＸ）及び最小値（φＭＩＮ）を求め、φＭＡＸとφＭＩＮとの差を算出した。下記の式に示すように、その差と目的の設計値φ（この場合にはφ１５ｍｍ）との比を、焼結体歪（Δφ）とした。
Δφ［％］＝（φＭＡＸ（測定直径の最大値）−φＭＩＮ（測定直径の最小値））／φ１５ｍｍ×１００

＜実施例２＞
第一セラミック粉末として球状シリカ粉末Ａ８０ｇ、第二セラミック粉末として球状シリカ粉末Ｂ１２０ｇ（Ａ：Ｂ＝４：６）に変更した以外は実施例１と同じようにしてセラミック焼結体を得た。

＜実施例３＞
第一セラミック粉末として球状シリカ粉末Ａ１２０ｇ、第二セラミック粉末として球状シリカ粉末Ｂ８０ｇ（Ａ：Ｂ＝６：４）に変更した以外は実施例１と同じようにしてセラミック焼結体を得た。

＜実施例４＞
第一セラミック粉末として球状シリカ粉末Ａ１４０ｇ、第二セラミック粉末として球状シリカ粉末Ｂ６０ｇ（Ａ：Ｂ＝７：３）に変更した以外は実施例１と同じようにしてセラミック焼結体を得た。

＜実施例５＞
第一セラミック粉末として球状シリカ粉末Ｃ１００ｇ、第二セラミック粉末として球状シリカ粉末Ｂ１００ｇ（Ｃ：Ｂ＝５：５）に変更した以外は実施例１と同じようにしてセラミック焼結体を得た。

＜実施例６＞
第一セラミック粉末として球状シリカ粉末Ｄ１００ｇ、第二セラミック粉末として球状シリカ粉末Ｂ１００ｇ（Ｄ：Ｂ＝５：５）に変更した以外は実施例１と同じようにしてセラミック焼結体を得た。

＜実施例７＞
第一セラミック粉末として球状シリカ粉末Ｄ１００ｇ、第二セラミック粉末として球状シリカ粉末Ｅ１００ｇ（Ｄ：Ｅ＝５：５）に変更した以外は実施例１と同じようにしてセラミック焼結体を得た。

＜実施例８＞
第一セラミック粉末として球状シリカ粉末Ｇ１００ｇ、第二セラミック粉末として球状シリカ粉末Ｆ１００ｇ（Ｇ：Ｆ＝５：５）に変更した以外は実施例１と同じようにしてセラミック焼結体を得た。

＜比較例１＞
セラミック粉末として球状シリカ粉末Ａ２００ｇのみを用いた以外は実施例１と同じようにしてセラミック焼結体を得た。

＜比較例２＞
セラミック粉末として球状シリカ粉末Ｂ２００ｇのみを用いた以外は実施例１と同じようにしてセラミック焼結体を得た。

＜比較例３＞
セラミック粉末として球状シリカ粉末Ｃ２００ｇのみを用いた以外は実施例１と同じようにしてセラミック焼結体を得た。

＜比較例４＞
第一セラミック粉末として球状シリカ粉末Ａ６０ｇ、第二セラミック粉末として球状シリカ粉末Ｂ１４０ｇに変更した以外は実施例１と同じようにしてセラミック焼結体を得た。

表１に、原料であるセラミック粉末Ａ〜Ｇの材料、純度、平均粒子径及びＢＥＴ比表面積を示す。また、表２に、セラミック粉末Ａ〜Ｇの混合割合、成形体密度及びセラミック焼結体の歪（焼結体歪）を示す。表２の結果から明らかなように、本発明の実施例の焼結体歪は、すべて１％より低い値だった。したがって、本発明のセラミック焼結体の製造方法により、寸法精度に優れたセラミック焼結体を得ることができることが明らかとなった。この結果は、２種類のセラミック粉末を原料として用いる場合、それらの平均粒子径及び／又はＢＥＴ比表面積並びに混合割合を、適宜選択することにより、成形体密度を制御することができたことを示している。

図１に、本発明の実施例及び比較例の、成型体密度と焼結体歪との関係を示す。図１から明らかなように、実施例である成型体密度が７７％以上の場合には、比較例である成型体密度が７７％未満と比べて、焼結体歪が非常に小さくなることが明らかになった。

Claims (14)

1. 平均粒子径及び／又はＢＥＴ比表面積の異なる２種類以上のセラミック粉末、分散剤及び溶媒を混合することにより、スラリーを調製する工程（ａ）と、
   スラリーを鋳型に挿入し、脱型して、成形体を得る工程（ｂ）と、
   成形体を焼成し、セラミック焼結体を得る工程（ｃ）と
   を含む、セラミック焼結体の製造方法。
2. 工程（ａ）において、
   セラミック粉末が、第一セラミック粉末と、第二セラミック粉末とからなり、
   第一セラミック粉末の平均粒子径が、第二セラミック粉末の平均粒子径より大きく、
   第一セラミック粉末と第二セラミック粉末とを、乾燥後の成形体の成形体密度が７７％以上となるように、第一セラミック粉末及び第二セラミック粉末の平均粒子径及び／又はＢＥＴ比表面積並びに混合割合を選択する、請求項１記載の製造方法。
3. 工程（ａ）において、
   セラミック粉末が、第一セラミック粉末と、第二セラミック粉末とからなり、
   第一セラミック粉末の平均粒子径が、第二セラミック粉末の平均粒子径より大きく、
   第一セラミック粉末と第二セラミック粉末とのＢＥＴ比表面積の差が、３ｍ^２／ｇ以上である、請求項１記載の製造方法。
4. 第一セラミック粉末が、平均粒子径１.０〜１０μｍ及びＢＥＴ比表面積０．１〜５ｍ^２／ｇであり、並びに
   第二セラミック粉末が、平均粒子径０．１〜５μｍ及びＢＥＴ比表面積５〜３０ｍ^２／ｇである、請求項３記載の製造方法。
5. 第一セラミック粉末及び第二セラミック粉末の合計重量に対する第二セラミック粉末の重量が、６０重量％以下である、請求項３又は４記載の製造方法。
6. 乾燥後の成形体の成形体密度が、７７％以上である、請求項３〜５のいずれか１項記載の製造方法。
7. 工程（ｂ）において、鋳型が多孔質樹脂製である、請求項１〜６のいずれか１項記載の製造方法。
8. 工程（ｂ）において、スラリーを鋳型に挿入するときに加圧し、その挿入圧力が０．１〜１ＭＰａである、請求項１〜７のいずれか１項記載の製造方法。
9. 工程（ｂ）において、スラリーを鋳型に挿入するのと同時に、鋳型の内部を減圧する、請求項１〜８のいずれか１項記載の製造方法。
10. 工程（ｂ）において、成形体を脱型するときに、成形体と鋳型の内壁との間の少なくとも一部に加圧空気を導入する、請求項１〜９のいずれか１項記載の製造方法。
11. 工程（ｃ）において、成形体を、真空雰囲気中で焼成する、請求項１〜１０のいずれか１項記載の製造方法。
12. セラミック粉末が、シリカ、球状シリカ、セリア、イットリア、アルミナ、ジルコニア及びマグネシアからなる群より選択される一種以上の粉末である、請求項１〜１１のいずれか１項記載の製造方法。
13. セラミック焼結体の、同一の設計寸法の部分の長さを複数箇所測定し、測定値の最大値と最小値との差を設計寸法で除した値である焼結体歪が、１％以下である、請求項１〜１２のいずれか１項記載の製造方法。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項記載の製造方法により得られる、光学材料用、光デバイス用又はランプの反射鏡用のセラミック焼結体。

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