JP2620288B2 - 透光性スピネル焼結体の製造方法 - Google Patents
透光性スピネル焼結体の製造方法Info
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- JP2620288B2 JP2620288B2 JP63055844A JP5584488A JP2620288B2 JP 2620288 B2 JP2620288 B2 JP 2620288B2 JP 63055844 A JP63055844 A JP 63055844A JP 5584488 A JP5584488 A JP 5584488A JP 2620288 B2 JP2620288 B2 JP 2620288B2
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- sintered body
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は透光性にすぐれた多結晶スピネル焼結体の
製造方法に係り、特に波長２〜４μｍの中赤外領域での
赤外光透過窓として好適な高密度のスピネル焼結体の製
造方法に関するものである。
製造方法に係り、特に波長２〜４μｍの中赤外領域での
赤外光透過窓として好適な高密度のスピネル焼結体の製
造方法に関するものである。
＜従来の技術＞ スピネル（MgAl2O4）は焼結型が立方晶であるため、
粒界散乱が起こりにくく、従来各種の製法によって透光
性焼結体を得る試みがなされている。
粒界散乱が起こりにくく、従来各種の製法によって透光
性焼結体を得る試みがなされている。
例えば特開昭47−6028号公報に示されるように、弗化
リチウム（LiF）を添加して真空中でホットプレスする
方法や、特開昭59−121158号公報に示されるようにアル
コキシドを加水分解して得られた微粉末にLiFを添加し
て所定形状に成形したのち、水素中において焼結する方
法、さらに高純度MgAl2O4原料とアルコキシド法にて得
た超微粒子Al2O3との混合物を成形した後真空または水
素雰囲気中で焼成する方法（特開昭62−72556号）など
が知られている。この、いわゆる常圧焼結法（無加圧焼
結法）では、焼結助剤を添加することが必要であり、上
記のLiFのほかに酸化カルシウム（CaO）も有効であるこ
とが知られている。
リチウム（LiF）を添加して真空中でホットプレスする
方法や、特開昭59−121158号公報に示されるようにアル
コキシドを加水分解して得られた微粉末にLiFを添加し
て所定形状に成形したのち、水素中において焼結する方
法、さらに高純度MgAl2O4原料とアルコキシド法にて得
た超微粒子Al2O3との混合物を成形した後真空または水
素雰囲気中で焼成する方法（特開昭62−72556号）など
が知られている。この、いわゆる常圧焼結法（無加圧焼
結法）では、焼結助剤を添加することが必要であり、上
記のLiFのほかに酸化カルシウム（CaO）も有効であるこ
とが知られている。
また常圧焼結法においては、Al2O3とMgOの組成比がモ
ル比で0.5:0.5の等モル比の焼結体のほかに、MgO過剰あ
るいはAl2O3が僅かに過剰の組成の焼結体がある。
ル比で0.5:0.5の等モル比の焼結体のほかに、MgO過剰あ
るいはAl2O3が僅かに過剰の組成の焼結体がある。
＜発明が解決しようとする課題＞ 従来の真空中におけるホットプレス方法は、高温、高
圧力を要するため、設備が大型化し、生産性が悪く、効
果となる欠点がある。また、形状的にも円板状のものは
得られるが、異形品は歩留りよく作ることができないと
いう問題があった。
圧力を要するため、設備が大型化し、生産性が悪く、効
果となる欠点がある。また、形状的にも円板状のものは
得られるが、異形品は歩留りよく作ることができないと
いう問題があった。
また、常圧焼結法では空孔が残留しやすいため、透光
性のレベルが低く、焼結助剤を添加したり、モル比を変
化させた場合にも第２相が出現しやすく、これらの組織
的不均一性により光が散乱され、直線透過率が低下する
という欠点があった。
性のレベルが低く、焼結助剤を添加したり、モル比を変
化させた場合にも第２相が出現しやすく、これらの組織
的不均一性により光が散乱され、直線透過率が低下する
という欠点があった。
従来法による透光性スピネル焼結体の直線透過率は厚
さ1mmで75〜80％程度であったが、赤外光透過窓として
は厚さ3mm以上で使用される用途もあり、透光性の向上
が必要であった。
さ1mmで75〜80％程度であったが、赤外光透過窓として
は厚さ3mm以上で使用される用途もあり、透光性の向上
が必要であった。
＜課題を解決するための手段＞ この発明は上記従来法の課題を解決するべく検討の結
果、いったん焼結した高密度スピネル焼結体を、さらに
高温高圧で熱間静水圧（HIP）処理することにより、さ
らに高密度化を促進し、厚肉材料でも透光性にすぐれた
スピネル焼結体を製造する方法を見出したのである。
果、いったん焼結した高密度スピネル焼結体を、さらに
高温高圧で熱間静水圧（HIP）処理することにより、さ
らに高密度化を促進し、厚肉材料でも透光性にすぐれた
スピネル焼結体を製造する方法を見出したのである。
即ち、この発明は純度99.9％以上、比表面積10m2/g
（BET値）以上の高純度で、かつ微細なスピネル粉末を
圧力1.0ton/cm2以上で静圧成形し、成形比重を2.0以上
の成形体としたのち、真空または水素またはヘリウムの
雰囲気中で1400〜1800℃の範囲で２〜24時間多段階焼結
して理論密度の95％以上に高密度化し、次いでこの焼結
体をさらに1400〜1800℃、圧力500〜2000kg/cm2の高圧
の窒素ガス、アルゴンガスまたは酸素ガスの雰囲気下で
HIP処理することによりさらに高密度で透光性にすぐれ
た透光性スピネル焼結体を得ることのできる製造方法を
提供するものである。
（BET値）以上の高純度で、かつ微細なスピネル粉末を
圧力1.0ton/cm2以上で静圧成形し、成形比重を2.0以上
の成形体としたのち、真空または水素またはヘリウムの
雰囲気中で1400〜1800℃の範囲で２〜24時間多段階焼結
して理論密度の95％以上に高密度化し、次いでこの焼結
体をさらに1400〜1800℃、圧力500〜2000kg/cm2の高圧
の窒素ガス、アルゴンガスまたは酸素ガスの雰囲気下で
HIP処理することによりさらに高密度で透光性にすぐれ
た透光性スピネル焼結体を得ることのできる製造方法を
提供するものである。
＜作用＞ この発明において、HIP処理は焼結により95％以上に
高密度化したスピネル焼結体の表面を1400〜1800℃の高
温下、500〜2000kg/cm2の高圧で等方的に圧縮する方向
に加圧するため、塑性変形および拡散機構による空孔の
除去が促進され、さらに高密度化が達成される。これが
透光性の向上に有効に寄与するのである。HIP処理前の
密度が95％未満の場合には残留空孔の多くがいわゆる開
気孔状態となって高圧ガスが焼結体内部に侵入してしま
うため、HIP処理による高密度化が十分に進行しない。
高密度化したスピネル焼結体の表面を1400〜1800℃の高
温下、500〜2000kg/cm2の高圧で等方的に圧縮する方向
に加圧するため、塑性変形および拡散機構による空孔の
除去が促進され、さらに高密度化が達成される。これが
透光性の向上に有効に寄与するのである。HIP処理前の
密度が95％未満の場合には残留空孔の多くがいわゆる開
気孔状態となって高圧ガスが焼結体内部に侵入してしま
うため、HIP処理による高密度化が十分に進行しない。
HIP処理における高圧ガスはスピネル焼結体に対して
等方的に働くため、従来のホットプレス法による上下方
向のみの加圧よりも均一に高密度化が進行し、透光性の
均一な焼結体が得られる。また焼結時に発生した不均一
相も均一化する効果がある。
等方的に働くため、従来のホットプレス法による上下方
向のみの加圧よりも均一に高密度化が進行し、透光性の
均一な焼結体が得られる。また焼結時に発生した不均一
相も均一化する効果がある。
高圧ガスの圧力は500〜2000kg/cm2と高圧であるた
め、従来のホットプレス法（1000kg/cm2が限度）よりも
空孔の除去効果が大きく、すぐれた透光性の焼結体が得
られる。
め、従来のホットプレス法（1000kg/cm2が限度）よりも
空孔の除去効果が大きく、すぐれた透光性の焼結体が得
られる。
高圧ガスの種類はアルゴンガスまたは窒素ガスまたは
酸素ガスあるいはこれらの混合ガスが望ましく、若干の
酸素ガスを混合することにより、HIP処理時のスピネル
焼結体からの脱酸素による透光性の低下を防止できる効
果を有する。
酸素ガスあるいはこれらの混合ガスが望ましく、若干の
酸素ガスを混合することにより、HIP処理時のスピネル
焼結体からの脱酸素による透光性の低下を防止できる効
果を有する。
高圧ガス投入前の焼結は多段階で行なわれるが、スピ
ネル成形体の焼結による高密度化過程において残留空孔
の内部に窒素、アルゴン等の分子径の大きなガスが取り
込まれることは以後の高密度化を阻害するので、この焼
結は真空雰囲気または分子径の小さな水素やヘリウム雰
囲気が望ましい。
ネル成形体の焼結による高密度化過程において残留空孔
の内部に窒素、アルゴン等の分子径の大きなガスが取り
込まれることは以後の高密度化を阻害するので、この焼
結は真空雰囲気または分子径の小さな水素やヘリウム雰
囲気が望ましい。
その焼結条件としては1400〜1800℃で２〜24時間が好
ましく、第１段階の焼結で理論密度の95％以上に高密度
化される。
ましく、第１段階の焼結で理論密度の95％以上に高密度
化される。
またCaOまたはLiFなどの焼結助剤を添加した場合には
４〜10時間程度の短時間保持でも95％以上の高密度焼結
を容易に達成することができる。
４〜10時間程度の短時間保持でも95％以上の高密度焼結
を容易に達成することができる。
この発明において使用するスピネル粉末は純度99.9％
以上で比表面積が10m2/g（BET値）以上であることが望
ましい。
以上で比表面積が10m2/g（BET値）以上であることが望
ましい。
これは一次粒子の粒径がおよそ0.2μｍ以下であるこ
とを示しており、上記の焼結条件で緻密な焼結体を得る
ためには必要な条件である。また純度を99.9％以上とす
るのは、不純物が多く含有しているとたとえ十分な高密
度化焼結体が得られたとしても不純物吸収により透光性
の低下をもたらすためである。
とを示しており、上記の焼結条件で緻密な焼結体を得る
ためには必要な条件である。また純度を99.9％以上とす
るのは、不純物が多く含有しているとたとえ十分な高密
度化焼結体が得られたとしても不純物吸収により透光性
の低下をもたらすためである。
特に鉄などの繊維金属元素を含むことは好ましくな
い。
い。
なお原料粉末としてはアルコキシド等の加水分解によ
るものが適当である。
るものが適当である。
上記したこの発明の製造方法によると、波長３〜４μ
ｍの赤外光による厚さ3mmの直線透過率が75％以上の透
光性スピネル焼結体を得ることができる。
ｍの赤外光による厚さ3mmの直線透過率が75％以上の透
光性スピネル焼結体を得ることができる。
＜実施例＞ 以下、この発明を実施例により詳細に説明する。
純度99.9％、比表面積14m2/g（BET値）の高純度スピ
ネル粉末にLiFを0.2％添加し、アルミナボールを用いて
24時間湿式混合した。この混合粉末を乾燥後、直径30mm
のゴムモールドを用いて2.0ton/cm2で静圧成形を行な
い、比重2.2の成形体を得た。
ネル粉末にLiFを0.2％添加し、アルミナボールを用いて
24時間湿式混合した。この混合粉末を乾燥後、直径30mm
のゴムモールドを用いて2.0ton/cm2で静圧成形を行な
い、比重2.2の成形体を得た。
この成形体を水素炉中で1100℃で３時間仮焼結した
後、1800℃で24時間焼結し、理論密度比98％以上の焼結
体を得た。さらにこの焼結体をHIP装置に入れ、10％O2
−Arの混合ガスを用いて2000kg/cm2で１時間保持した。
後、1800℃で24時間焼結し、理論密度比98％以上の焼結
体を得た。さらにこの焼結体をHIP装置に入れ、10％O2
−Arの混合ガスを用いて2000kg/cm2で１時間保持した。
かくして得られたスピネル焼結体を厚さ3mmに鏡面研
磨加工し、赤外分光光度計で透過率を測定したところ、
波長３〜４μｍの赤外領域で最高84％の良好な透光性を
示した。
磨加工し、赤外分光光度計で透過率を測定したところ、
波長３〜４μｍの赤外領域で最高84％の良好な透光性を
示した。
＜発明の効果＞ 以上説明したように、この発明によればスピネル成形
体をいったん高密度に焼結したのち、さらに高温高圧で
HIP処理を施すことにより、高密度で透光性にすぐれた
スピネル焼結体を得ることができるのである。
体をいったん高密度に焼結したのち、さらに高温高圧で
HIP処理を施すことにより、高密度で透光性にすぐれた
スピネル焼結体を得ることができるのである。
また、この発明により得られる透光性スピネル焼結体
は、透光性にすぐれているため、3mm以上の厚肉で使用
される赤外光透過窓材として有用である。
は、透光性にすぐれているため、3mm以上の厚肉で使用
される赤外光透過窓材として有用である。
Claims (2)
- 【請求項１】高純度かつ微細なマグネシア−アルミナス
ピネル粉末を圧力1.0ton/cm2以上で静圧成形し、成形比
重を2.0以上としたのち、真空または水素またはヘリウ
ムの雰囲気中で1400〜1800℃の範囲で２〜24時間焼結し
て理論密度の95％以上に高密度化し、次いで1400〜1800
℃、500kg/cm2以上にて熱間静水圧処理することにより
さらに高密度で透光性にすぐれた焼結体とすることを特
徴とする透光性スピネル焼結体の製造方法。 - 【請求項２】スピネル粉末は純度99.9％以上で比表面積
10m2/g以上であることを特徴とする請求項（１）記載の
透光性スピネル焼結体の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63055844A JP2620288B2 (ja) | 1988-03-09 | 1988-03-09 | 透光性スピネル焼結体の製造方法 |
| EP89302254A EP0332393B1 (en) | 1988-03-09 | 1989-03-07 | Method of producing a light-transmitting spinel sintered body |
| DE68916282T DE68916282T2 (de) | 1988-03-09 | 1989-03-07 | Verfahren zur Herstellung eines lichtdurchlässigen Körpers aus gesintertem Spinell. |
| US07/579,085 US5152940A (en) | 1988-03-09 | 1990-09-07 | Method of producing a light-transmitting spinel sintered body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63055844A JP2620288B2 (ja) | 1988-03-09 | 1988-03-09 | 透光性スピネル焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01230465A JPH01230465A (ja) | 1989-09-13 |
| JP2620288B2 true JP2620288B2 (ja) | 1997-06-11 |
Family
ID=13010326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63055844A Expired - Lifetime JP2620288B2 (ja) | 1988-03-09 | 1988-03-09 | 透光性スピネル焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2620288B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8097550B2 (en) | 2005-03-30 | 2012-01-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Spinel sintered body, light transmitting window and light transmitting lens |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006315878A (ja) * | 2005-05-10 | 2006-11-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 透光性セラミックスおよびその製造方法 |
| JP4830911B2 (ja) * | 2007-03-02 | 2011-12-07 | 住友電気工業株式会社 | スピネル焼結体、その製造方法、透明基板と液晶プロジェクター |
| JP2009126749A (ja) * | 2007-11-26 | 2009-06-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 透明多結晶スピネル基板とその製造方法および前記基板を用いた光学製品 |
| JP5168724B2 (ja) * | 2008-05-23 | 2013-03-27 | 住友電気工業株式会社 | 透明多結晶スピネル基板とその製造方法、および電気光学装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53106713A (en) * | 1977-03-01 | 1978-09-18 | Nippon Telegraph & Telephone | Process for making light permeable mgal204 ceramics |
| JPS59121158A (ja) * | 1982-12-27 | 1984-07-13 | 日本碍子株式会社 | 多結晶透明スピネル焼結体の製造法 |
-
1988
- 1988-03-09 JP JP63055844A patent/JP2620288B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8097550B2 (en) | 2005-03-30 | 2012-01-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Spinel sintered body, light transmitting window and light transmitting lens |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01230465A (ja) | 1989-09-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |