JP3629756B2

JP3629756B2 - 透光性セラミックスの製造方法

Info

Publication number: JP3629756B2
Application number: JP10733395A
Authority: JP
Inventors: 哲昭分藤
Original assignee: 東陶機器株式会社
Priority date: 1995-05-01
Filing date: 1995-05-01
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: JPH08301666A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は多結晶アルミナ等の透光性セラミックスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物内の照明装置の光源、ＯＨＰやカラー液晶プロジェクターの光源としてメタルハライドランプ等の高輝度放電灯（ＨＩＤ）が注目されている。この高輝度放電灯は、透光性の発光管内にＳｃＩ_３等の金属ハロゲン化物を封入し、発光管内に臨む電極間に高電圧を印加することでアーク放電を発生させ、このアーク放電による熱で封入した金属ハロゲン化物を蒸発させ、金属とハロゲンに解離し、金属特有の色を呈する発光を行なわせるようにしたものである。
【０００３】
所定形状のセラミックス製品を製造する方法として、セラミックス粉末をバインダー、溶剤或いは解膠剤等とともに混練してスラリー状或いはペースト状の原料を調製し、この原料を金型を用いて押出し成形したり、石膏型を用いて鋳込み成形し、この後成形体を焼成するようにしており、特に発光管のような形状の製品は、石膏型を用いた鋳込み成形が適している。
【０００４】
一方、セラミックス原料中にはもともと微量（ｐｐｍオーダー）ではあるが、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ等の不純物が混入している。特に石膏型を用いた鋳込み成形を利用する場合には、石膏に起因するＣａ及びＳｉが多量に混入してしまう。
【０００５】
そして上記の不純物によって発光管の内外表面で異常粒が形成されると、機械的強度が劣化し、また黒斑点や白斑点が生じて直線透過率が低下する。更に不純物と発光物質とが反応して発光物質が消失してしまう。
【０００６】
そこで、不純物を除去しなければならない。そのための手段として、粘土鉱物中に含まれる硫化鉱物をキレート剤と反応させて分離する方法が特開昭６３−２３０５５０号公報に開示されており、この方法を粉末セラミックス原料中の不純物を除去するために応用することが考えられる。
【０００７】
キレート剤（ＥＤＴＡ）による除去をＣａＳＯ_４を例にとって説明すると、ＣａＳＯ４は水中で以下の式（１）に示すようにその一部がイオンに分離している。
ＣａＳＯ_４←→Ｃａ^２＋＋ＳＯ_４ ^２−・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
そして、ＥＤＴＡを加えると式（２）に示すように、ＥＤＴＡに結合していたＮａとＣａとが置換する。
２Ｎａ−ＥＤＴＡ＋Ｃａ^２＋→Ｃａ⁻ＥＤＴＡ＋２Ｎａ^＋・・・・・・・（２）
【０００８】
式（２）の反応によって、Ｃａ^２＋が減少すると、式（１）の平衡が右方向に移行し、ＣａＳＯ_４の水中への溶解を促進する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、キレート剤による不純物の除去は、不純物の水への溶解を促進して除去するのであるから、多量の水で処理しているのと変わりなく、発光管等に要求される特性を得るレベルまで不純物を除去するには２４〜７２時間もかかり、処理効率が悪い。
【００１０】
また、一般にキレート剤はＳｉを多く含んでいるため、キレート剤による処理後は、他の不純物は除去できても、Ｓｉについては逆に増えてしまう。このため、不純物として含まれているＳｉ以上に増加したＳｉを除去するために、キレート剤による不純物の除去の後に、フッ酸（ＨＦ）等によるＳｉの除去を長時間行わなければならない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本発明は、粉末セラミックス原料をバインダー等とともに混合し、これを石膏型内に鋳込んで所定形状に成形し、この成形体を仮焼した後、仮焼体中にＨＣｌを含浸せしめて仮焼体中のＣａＳＯ_４及びＳｉ成分を除去し、次いで仮焼体を焼結するようにした。
【００１２】
仮焼体中にＨＣｌを含浸せしめるには、仮焼体を水中に浸漬して真空脱泡を行い、仮焼体の気孔内の空気を水に置換し、この後濃度差を利用して仮焼体中にＨＣｌを含浸せしめる方法（方法１とする）、仮焼体をＨＣｌに直接浸漬して真空脱泡を行い、仮焼体の気孔内の空気をＨＣｌに置換する方法（方法２とする）がある。
【００１３】
上記の方法１及び方法２によってＣａを非検出のレベルまで除去するのに要する時間とＨＣｌ濃度との関係を図２に示す。尚、仮焼温度は９００℃とした。
図２から処理時間を３時間以内とするには、方法１にあってはＨＣｌ濃度を０．５％以上、方法２にあってはＨＣｌ濃度を０．１％以上とする必要がある。
【００１４】
また、仮焼条件としては仮焼体の気孔率が２０％以上５０％以下となるような条件を選定する。これは気孔率が５０％を超えると仮焼体の強度不足となりハンドリングが困難となり、気孔率が２０％未満であると後工程でＨＣｌが仮焼体内に含浸せず、ＨＣｌによる溶出が困難になることによる。
【００１５】
ここで、気孔率と仮焼温度とは一定の関係があり、仮焼温度を高くすると気孔率が小さくなる。図３はＣａを非検出のレベルまで除去するのに要する時間と仮焼温度との関係を示すグラフであり、仮焼体中にＨＣｌを含浸せしめる手段としては前記方法２とし、ＨＣｌ濃度は５％とした。
図３から６００〜１２００℃の範囲で仮焼すれば、１０時間以内で処理を行うことができることが分る。
【００１６】
また、ＨＣｌによる溶出が終了した後に行う焼結は、一次焼結と二次焼結の２段階で行い、一次焼結は真空、空気、Ｎ_２、Ａｒ、Ｈ_２または水蒸気雰囲気中で、１３５０℃以上１８００℃以下、０．５時間以上とし、９８％の嵩密度を有するようにし、二次焼結は１３００℃以上１８００℃以下、圧力５００以上１２００ａｔｍ以下で行うＨＩＰ処理とするのが好ましい。
【００１７】
【作用】
鋳込み成形用の石膏型に起因するＣａ分は、ＣａＳＯ_４の形で仮焼体中に存在し、更にＣａＳＯ_４にＳｉ分が混在しており、ＨＣｌで処理すると、直接ＨＣｌによってＳｉを除去することはできないが、ＨＣｌによってＣａＳＯ_４が溶解し、これと一緒にＳｉも仮焼体から離脱する。
また、仮焼体は粉末原料の段階よりも最終段階に近いため、粉末原料に対してＨＣｌ処理を行う場合に比較して不純物が混入する機会は極めて少ない。
【００１８】
【実施例】
以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る透光性セラミックスの製造工程を示すブロック図であり、本発明にあっては、先ずＡｌ_２Ｏ_３原料およびＳｃ_２Ｏ_３原料とＬａ_２Ｏ_３原料とからなる粉末セラミックス原料と、純水、バインダー及び分散剤を湿式混合分散し、次いで真空脱泡した後、鋳込み成形し、この後乾燥させた後に仮焼を行う。
【００１９】
そして仮焼を行った後、成形体にＨＣｌ処理を施して成形体中の不純物金属イオン、例えばＣａＳＯ_４やＳｉ成分を溶融除去し、次いで仮焼体を一次焼結（本焼）し、更に二次焼結（ＨＩＰ処理）し、また必要に応じてＨＦ処理・洗浄・乾燥を行って発光管等の透光性セラミックス製品を得る。
【００２０】
ここで、上記Ａｌ_２Ｏ_３の出発原料としては、ＡＡＣＨ（アンモニウム・アルミニウム・カーボネイト・ハイドロオキサイド）を母塩とする４Ｎ（４ナイン）以上の純度で、０．０５〜１．０μｍの粒径分布の原料を用い、Ｓｃ_２Ｏ_３の出発原料としては、３Ｎ以上の純度で、０．５〜１０μｍの粒径分布の原料を用い、また、Ｌａ_２Ｏ_３の出発原料としては、３Ｎ以上の純度で、０．１〜２．０μｍの粒径分布の原料を用いる。
【００２１】
また、バインダーとしてはメチルセルロース、ポリビニルアルコール、アクリルエマルジョン、糖アルコール等が挙げられ、分散剤としてはポリカルボン酸やポリアクリル酸のアンモニウム塩等が挙げられる。
【００２２】
そして、石膏型、多孔質樹脂型或いは多孔質セラミックス型等を用いて鋳込み成形を行う場合には、上記のＳｃ２Ｏ３原料を０．００５〜１５ｗｔ％、Ｌａ_２Ｏ_３原料を０．０１〜１８ｗｔ％の範囲で添加し、この混合体（粉体）に対して前記バインダー及び分散剤を０．２〜１％、水を２０〜１００％の範囲で加え、ボールミル中で１０時間以上湿式混合してスラリーを得る。
【００２３】
以下の（表１）は本発明に係る実施例、比較例及び未処理品の処理時間、Ａｌに対するＳｉ、Ｃａの比を示したものである。ここで、実施例は仮焼体を５％希塩酸に３時間浸漬し、その後、外側（石膏型側）と内側に関し、蛍光Ｘ線にて分析したものである。また比較例は、仮焼体をＥＤＴＡ処理及びＨＦ処理したものである。更に、表中のＳｉ／Ａｌ、Ｃａ／Ａｌはそれぞれの元素の検出Ｘ線強度（ｋｃｐｓ）の比（×１０^−５）であり、測定するサンプルの大きさ（面積）の違いを補正するため、共にＡｌで割っている。
【００２４】
【表１】

【００２５】
（表１）より、未処理品の場合には、Ｓｉ及びＣａの含有量が極めて多く、また除去処理を行った比較例と本発明を比較した場合には、処理時間が本発明の方が大幅に短縮され、Ｓｉ及びＣａの除去効率も向上していることが分る。
【００２６】
【発明の効果】
以上に説明した如く本発明によれば、石膏型を用いて鋳込み成形した成形体を仮焼し、この仮焼体を焼成して透光性セラミックス製品とするにあたり、仮焼体中にＨＣｌを含浸せしめて仮焼体中の不純物であるＣａＳＯ_４及びＳｉ成分を除去するようにしたことで、不純物の除去率、機械的強度及び直線透過率が向上し、発光物質が不純物と反応して消失することがなくなった。
【００２７】
そして、キレート剤で不純物を除去する場合と比較して、処理時間が短くなり、また除去に２工程（キレート剤処理とＨＦ処理）を要することもなく、工程の簡略化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る透光性セラミックスの製造工程を示すブロック図
【図２】ＨＣｌ濃度と処理時間との関係を示すグラフ
【図３】仮焼温度と処理時間との関係を示すグラフ

Claims

粉末セラミックス原料をバインダー等とともに混合し、これを石膏型内に鋳込んで所定形状に成形し、この成形体を仮焼した後、この仮焼体を水中に浸漬して真空脱泡を行うことで仮焼体の気孔内の空気を水に置換し、この後濃度差を利用して仮焼体中にＨＣｌを含浸せしめて仮焼体中のＣａＳＯ_４をＨＣｌに溶解せしめ、また仮焼体中のＳｉ成分についてはＣａＳＯ_４と一緒に仮焼体から離脱せしめ、次いで洗浄した後、仮焼体を焼結するようにしたことを特徴とする透光性セラミックの製造方法。