JP4658311B2

JP4658311B2 - Lithium aluminosilicate ceramics

Info

Publication number: JP4658311B2
Application number: JP2000371627A
Authority: JP
Inventors: 俊之井原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2020-12-06
Also published as: JP2002173363A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密機器用部品に適したリチウムアルミノシリケート系セラミックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
精密機器用部品としては、軽量で、熱的な寸法変化が少なく、変形しにくいという特徴からアルミナや窒化珪素などのセラミックスが広く用いられている。
【０００３】
また、低熱膨張材料として、コージェライトやリチウムアルミノシリケート（以降、ＬＡＳと表記。）がよく知られている。コージェライト系焼結体は特公昭５７−３６２９号、特開平２−２２９７６０号等に示されるようにコージェライト粉末あるいはコージェライトを形成するＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２粉末を配合・合成して、これに焼結助剤として希土類酸化物やＣａＯ、ＳｉＯ_２、ＭｇＯなどを添加し、所定形状に成形後、１０００〜１４００℃の温度で焼成することによって得られる。
【０００４】
ＬＡＳ系焼結体で特にβ−スポジュメンは一般式ＬｉＡｌＳｉ_２Ｏ_６で表され、特公昭５３−９６０５号、特公昭５６−１６４０７０号等に示されるように天然原料を使用して、所定形状に成形後、１１００〜１４００℃で焼成することによって作製される。
【０００５】
このβ−スポジュメンは、比重２．０〜２．４と低く、熱膨張率は室温〜８００℃で０．３〜２．７×１０^−６／℃、室温付近では０〜０．２×１０^−６／℃と低いものである。ＬＡＳ系焼結体の熱膨張率の低さは、結晶軸方向の異方性によるものとそれに伴うマイ
クロクラックの存在がその要因とされる。マイクロクラックは、結晶軸方向の異方性が大きいほどよく見られ、マイクロクラックを抑制する方法は、マイクロクラック発生の臨界粒径を見極め、臨界粒径内で磁器結晶を制御することとされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
精密機器用部品として、一般に用いられてきたアルミナ、窒化珪素などのセラミックスの比重は、アルミナが３．８、窒化珪素が３．０と金属に比べ低いものの、機器の軽量化、振動抑制のためにより軽量材が必要とされてきている。また、熱膨張率は、０〜２０℃でアルミナが約５．０×１０^−６／℃、窒化珪素が約１．５×１０^−６／℃であるが、精密機器の熱変形を軽減するために、より低熱膨張材が必要とされてきている。精密機器用部品として望まれる材料の特性は、低比重、低熱膨張、高剛性であるが、上記アルミナ、窒化珪素は、これを満足することができなかった。
【０００７】
一方、低熱膨張材料として知られるコージェライトは、比重２．６〜２．７と低いものの、ヤング率が７０〜９０ＧＰａと小さいため、精密機器用部品として用いる場合、たわみによる変形や部材の固有振動数低下に伴う共振発生等の問題があった。
【０００８】
これに対して、最近の報告では希土類酸化物を焼結助剤とするコージェライト系セラミックスは、比重２．７、熱膨張率−０．１〜０．１×１０^−６／℃、ヤング率１３０〜１４０ＧＰａを有するものがあり、変形対策や固有振動数の向上に期待されている（特開平１１−２５５５５７号公報参照）。しかし、焼結助剤として用いる希土類酸化物はそれ自体高価であるため、原料単価が比較的高くなるという問題があった。
【０００９】
一方、ＬＡＳ系セラミックスの１種であるβ−スポジュメン、ペタライトは、比重２．０〜２．４と低く、熱膨張率は室温〜８００℃で０．３〜２．７×１０^−６／℃、室温付近では０〜０．２×１０^−６／℃と低いものの、ヤング率は６０〜８０ＧＰａと剛性の低い材料である。また、この材料は結晶軸方向の異方性が大きく、焼結時の粒成長に伴い、クラックが発生するため欠陥のない焼結体を得ることは難しいという課題があった。
【００１０】
本発明は軽量で低熱膨張を有するとともに、焼結後、クラックの発生することのない、しかも剛性の高いセラミックスを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、低熱膨張材料の中でも特に比重の低いＬＡＳ系焼結体で特に熱膨張率が低いβ−ユークリプタイト材料を用い、微細な結晶組織の状態で緻密化することでマイクロクラック発生を抑え、低熱膨張特性を有し、かつ比較的剛性の高い材料を得るようにした。
【００１２】
即ち、本発明のリチウムアルミノシリケート系セラミックスは、化学式ＬｉＡｌＳｉＯ_４で表されるβ−ユークリプタイト９０〜９９質量％と酸化イットリウム１０〜１質量％の焼結体からなり、ヤング率が１０８〜１１９ＧＰａであり、測定温度０〜２０℃での熱膨張率が−１．１〜−０．３×１０^−６／℃であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のリチウムアルミノシリケート系セラミックスは、化学式ＬｉＡｌＳｉＯ_４で表されるβ−ユークリプタイト８０〜９０質量％と酸化チタニウム２０〜１質量％の焼結体からなり、ヤング率が１２２〜１２８ＧＰａであり、測定温度０〜２０℃での熱膨張率が−０．４〜０．４×１０^−６／℃であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の軽量低熱膨張セラミックスは、軽量低熱膨張特性を有するＬＡＳ系焼結体で特にβ−ユークリプタイトとして知られる化学式ＬｉＡｌＳｉＯ_４で表される複合酸化物を
主成分とし、焼結助剤として酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）を１〜１０質量％含有させた焼結体からなるものである。酸化イットリウムが、１質量％未満では粒成長が伴わず、β−ユークリプタイトが緻密化しない。また、添加量が１０質量％を超えると助剤過多により焼成温度幅が狭まるため緻密なβ−ユークリプタイトを得ることが難しくなる。
【００１５】
また、焼結助剤として上記酸化イットリウムにかえて、酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）を１〜２０質量％含有させることもできる。この系においては、添加量が１質量％未満では粒成長により、マイクロクラックが発生するようになり、添加量が２０質量％を超えると助剤過多により焼成温度幅が狭まるため緻密なβ−ユークリプタイトを得ることが難しくなる。低熱膨張特性を有し、かつ剛性を高めるため、本発明において、酸化チタニウム（ＴｉＯ _２）の添加量は１０〜２０質量％とする。
【００１６】
また、上記、主成分を成すβ−ユ−クリプタイトを作製するには、質量比率でＬｉ_２Ｏ：Ａｌ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２＝１２．５：４０．５：４７に処方した原料粉末を用いる。各成分の増減により結晶中にムライト生成や、クリストバライト生成が見られるようになり、その結果、熱膨張率が増加するため、質量比率のバラツキは各成分とも、上記質量比率の±０．５％以内に抑える必要がある。
【００１７】
アルコキシド法にて上記組成比率で処方された平均粒径５〜７μｍのＬＡＳ原料粉末１００に対して、比表面積８〜９ｍ^２／ｇ、平均粒径０．８〜０．９μｍの酸化イットリウムを所定量添加する。配合の後、振動ミル等を使用して、平均粒径１μｍ未満となるように粉砕混合し、所定形状に成形後、大気雰囲気下で１１９０〜１２１０℃で熱処理を行うことにより、比重２．３５〜２．５、熱膨張率は測定温度０〜２０℃で−１．１〜−０．３×１０^−６／℃、ヤング率１０８〜１１９ＧＰａ、平均結晶粒径１．３〜１．７μｍとなるセラミックスを得ることが出来る。
【００１８】
または、アルコキシド法にて上記組成比率で処方された平均粒径５〜７μｍのＬＡＳ原料粉末１００に対して、比表面積７〜８ｍ^２／ｇ、平均粒径０．９〜１．０μｍの酸化チタニウムを所定量添加する。配合の後、振動ミル等を使用して、平均粒径１μｍ未満となるように粉砕混合し、所定形状に成形後、大気雰囲気下で１１７５〜１２２４℃で熱処理を行うことにより、比重２．４４〜２．５５、熱膨張率は測定温度０〜２０℃で−０．４〜０．４×１０^−６／℃、ヤング率１２２〜１２８ＧＰａ、平均結晶粒径１．３〜２．２μｍとなるセラミックスを得ることが出来る。
【００１９】
以上の仕様にて得られた本発明の軽量低熱膨張セラミックスは、比重２．３５〜２．５５と小さく、低熱膨張材料群の中ではヤング率１０８〜１１９ＧＰａまたは１２２〜１２８ＧＰａと高く、また、アルミナ、窒化珪素と比較して熱膨張率は測定温度０〜２０℃で−１．１〜−０．３×１０^−６／℃または−０．４〜０．４×１０^−６／℃と熱膨張が０に近く、軽量低熱膨張特性を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明のリチウムアルミノシリケート系セラミックスは、上記特徴を生かし、精密機器用部品として用いることにより、温度変化に対して寸法安定性に優れ、変形・振動の影響を極めて少なくすることができる。
【００２１】
【実施例】
実施例１
平均粒径５．５μｍのβ−ユークリプタイトに対して、比表面積８．８ｍ^２／ｇ、平均粒径０．９μｍの酸化イットリウム原料粉末を０．５〜１５質量％の仕様で配合し、振動ミルにより７２時間混合し、粉砕粒度をそれぞれ平均粒径０．９μｍとした。造粒後、乾式プレス成形により抗折試験片形状に製作した。得られた各条件毎の試験片を表１に記した焼成温度にて大気雰囲気下で熱処理しセラミックス磁器を製作し評価を行った。なお、緻密な磁器が得られたか否かについて、判定欄に○×で示した。また、熱膨張率の測定温度範囲は０〜２０℃とした。
【００２２】
テストの結果を表１に示すように、Ｎｏ．１の酸化イットリウム０．５質量％添加仕様、Ｎｏ．６の１５．０質量％添加仕様では、緻密体を得ることができなかった。これは、１．０質量％未満では粒成長が伴わずに緻密化できず、また、１０．０質量％を越えると助剤過多により焼成温度幅が狭まるため緻密な磁器を得ることが難しくなるためである。
【００２３】
これに対し、Ｎｏ．２の酸化イットリウム１．０質量％添加仕様では、焼成温度１２１０℃で比重２．３５、ヤング率１０８ＧＰａ、熱膨張率−１．１×１０^−６／℃が得られ、平均結晶粒径は１．３μｍとなった。Ｎｏ．３の酸化イットリウム２．０質量％添加仕様では、焼成温度１２１０℃で比重２．３７、ヤング率１１０ＧＰａ、熱膨張率−０．９×１０^−６／℃が得られ、平均結晶粒径は１．４μｍとなった。Ｎｏ．４の酸化イットリウム５．０質量％添加仕様では、焼成温度１２１０℃で比重２．４１、ヤング率１１４ＧＰａ、熱膨張率−０．８×１０^−６／℃が得られ、平均結晶粒径は１．４μｍとなった。Ｎｏ．５の酸化イットリウム１０．０質量％添加仕様では、焼成温度１１９０、１２１０℃で比重２．４８〜２．５０、ヤング率１１５〜１１９ＧＰａ、熱膨張率−０．４〜−０．３×１０^−６／℃が得られ、平均結晶粒径は１．５〜１．７μｍとなった。
【００２４】
このように本発明に基づき、β−ユークリプタイトに、比表面積８．８ｍ^２／ｇ、平均粒径０．９μｍの酸化イットリウム原料粉末を１〜１０質量％加え、平均粒径０．９μｍに粉砕した原料系を使用して、大気雰囲気下で１１９０℃（試料Ｎｏ．５）または１２１０℃（試料Ｎｏ．２〜５）で熱処理したことによって得られたセラミックス磁器については、比重２．３５〜２．５、ヤング率１０８〜１１９ＧＰａ、熱膨張率は測定温度範囲０〜２０℃で−１．１〜−０．３×１０^−６／℃で平均結晶粒径１．３〜１．７μｍとなる緻密なセラミックスとなった。
【００２５】
【表１】

【００２６】
実施例２
平均粒径５．５μｍのβ−ユークリプタイトに対して、比表面積７．２ｍ^２／ｇ、平均粒径０．９μｍの酸化チタニウム原料粉末を０．５〜２５質量％の仕様で配合し、振動ミルにより７２時間混合し、粉砕粒度をそれぞれ平均粒径０．９μｍとした。造粒後、乾式プレス成形により抗折試験片形状に製作した。得られた各条件毎の試験片を表２に記した焼成温度にて大気雰囲気下で熱処理しセラミックス磁器を製作し評価を行った。なお、緻密な磁器が得られたか否かについて、判定欄に○×で示した。また、熱膨張率の測定温度範囲は０〜２０℃とした。
【００２７】
テストの結果を表２に示すように、Ｎｏ．７の酸化チタニウム０．５質量％添加仕様、Ｎｏ．１４の２５．０質量％添加仕様では、緻密体を得ることができなかった。これは、１．０質量％未満では粒成長によりクラックが発生し、また、２０．０質量％を越えると助剤過多により焼成温度幅が狭まるため緻密な磁器を得ることが難しくなるためである。
【００２８】
これに対し、Ｎｏ．８の酸化チタニウム１．０質量％添加仕様では、焼成温度１１７５、１１９０、１２１０、１２２４℃で比重２．３５〜２．３６、ヤング率１１５〜１１８ＧＰａ、熱膨張率−０．９〜−０．７×１０^−６／℃が得られ、平均結晶粒径は０．９〜１．２μｍとなった。Ｎｏ．９の酸化チタニウム２．０質量％添加仕様では、焼成温度１１７５、１１９０、１２１０、１２２４℃で比重２．３３〜２．３７、ヤング率１１５〜１１９ＧＰａ、熱膨張率−０．９〜−０．７×１０^−６／℃が得られ、平均結晶粒径は０．９〜１．３μｍとなった。
【００２９】
Ｎｏ．１０の酸化チタニウム５．０質量％添加仕様では、焼成温度１１７５、１１９０
、１２１０、１２２４℃で比重２．３６〜２．４０、ヤング率１１７〜１１９ＧＰａ、熱膨張率−０．８〜０．６×１０^−６／℃が得られ、平均結晶粒径は１．１〜１．４μｍとなった。Ｎｏ．１１の酸化チタニウム１０．０質量％添加仕様では、焼成温度１１７５、１１９０、１２１０、１２２４℃で比重２．４４〜２．４５、ヤング率１２２〜１２４ＧＰａ、熱膨張率−０．４〜−０．１×１０^−６／℃が得られ、平均結晶粒径は１．３〜１．８μｍとなった。
【００３０】
Ｎｏ．１２の酸化チタニウム１５．０質量％添加仕様では、焼成温度１１７５、１１９０、１２１０、１２２４℃で比重２．４９〜２．５０、ヤング率１２５〜１２６ＧＰａ、熱膨張率−０．１〜０．２×１０^−６／℃が得られ、平均結晶粒径は１．５〜２．０μｍとなった。Ｎｏ．１３の酸化チタニウム２０．０質量％添加仕様では、焼成温度１１７５、１１９０、１２１０、１２２４℃で比重２．５４〜２．５５、ヤング率１２８ＧＰａ、熱膨張率０．３〜０．４×１０^−６／℃が得られ、平均結晶粒径は１．６〜２．２μｍとなった。
【００３１】
このように本発明に基づき、β−ユークリプタイトに、比表面積７．２ｍ^２／ｇ、平均粒径０．９μｍの酸化チタニウム原料粉末を１０〜２０質量％加え、平均粒径０．９μｍに粉砕した原料系を使用して、大気雰囲気下で１１７５〜１２２４℃で熱処理したことにより、比重２．４４〜２．５５、ヤング率１２２〜１２８ＧＰａ、熱膨張率は測定温度範囲０〜２０℃で−０．４〜０．４×１０^−６／℃で平均結晶粒径１．３〜２．２μｍとなる緻密なセラミックスを得ることができた。
【００３２】
【表２】

【００３３】
【発明の効果】
以上、詳述したとおり本発明のリチウムアルミノシリケート系セラミックスによれば、一般式ＬｉＡｌＳｉＯ_４で表されるβ−ユークリプタイトを９０〜９９質量％、酸化イットリウムを１０〜１質量％の焼結体からなり、ヤング率が１０８〜１１９ＧＰａ、熱膨張率が−１．１〜−０．３×１０^−６／℃であることによって、軽量で低熱膨張を有するとともに、剛性の高いセラミックスを提供することができる。
【００３４】
また、一般式ＬｉＡｌＳｉＯ_４で表されるβ−ユ−クリプタイトを８０〜９０質量％、酸化チタニウムを２０〜１０質量％の焼結体からなり、ヤング率が１２２〜１２８ＧＰａ、熱膨張率は測定温度範囲０〜２０℃で−０．４〜０．４×１０^−６／℃であることによって、軽量で低熱膨張を有するとともに、剛性の高いセラミックスを提供することができる。
【００３５】
このリチウムアルミノシリケート系セラミックスを精密機器用部品として用いることにより温度変化に対して寸法安定性に優れ、変形・振動の影響を極めて少なくすることができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a lithium aluminosilicate ceramic suitable for precision equipment parts.
[0002]
[Prior art]
Ceramics such as alumina and silicon nitride are widely used as precision equipment parts because of their light weight, little thermal dimensional change, and difficulty in deformation.
[0003]
Further, as the low thermal expansion material, cordierite, lithium aluminosilicate (hereinafter, LAS denoted.) Is well known. The cordierite-based sintered body is prepared by blending and synthesizing cordierite powder or MgO, Al ₂ O ₃ , SiO ₂ powder forming cordierite as disclosed in Japanese Patent Publication No. 57-3629, JP-A-2-229760, etc. Then, a rare earth oxide, CaO, SiO ₂ , MgO or the like is added as a sintering aid to this, and after molding into a predetermined shape, it is obtained by firing at a temperature of 1000 to 1400 ° C.
[0004]
In particular, β-spodumene in the LAS-based sintered body is represented by the general formula LiAlSi ₂ O ₆ and is made into a predetermined shape by using natural raw materials as shown in Japanese Patent Publication No. 53-9605, Japanese Patent Publication No. 56-164070, and the like. It is produced by firing at 1100 to 1400 ° C. after molding.
[0005]
This β-spodumene has a low specific gravity of 2.0 to 2.4, a thermal expansion coefficient of 0.3 to 2.7 × 10 ⁻⁶ / ° C. at room temperature to 800 ° C., and 0 to 0.2 × 10 at around room temperature. It is as low as ^-6 / ° C. The low coefficient of thermal expansion of the LAS sintered body is attributed to the anisotropy in the crystal axis direction and the presence of microcracks associated therewith. Microcracks are often seen as the crystal axis direction anisotropy increases, and the method of suppressing microcracks is to determine the critical grain size of microcracks and control the ceramic crystal within the critical grain size. .
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The specific gravity of ceramics such as alumina and silicon nitride, which are generally used for precision equipment parts, is 3.8 for alumina and 3.0 for silicon nitride, which is lower than metal, but for weight reduction of equipment and vibration suppression. Therefore, lightweight materials have been required. In addition, the coefficient of thermal expansion is about 5.0 × 10 ⁻⁶ / ° C. for alumina and about 1.5 × 10 ⁻⁶ / ° C. for silicon nitride at 0 to 20 ° C., which reduces thermal deformation of precision instruments. Therefore, a lower thermal expansion material has been required. The characteristics of materials desired as parts for precision instruments are low specific gravity, low thermal expansion, and high rigidity, but the above-mentioned alumina and silicon nitride could not satisfy this.
[0007]
On the other hand, cordierite, which is known as a low thermal expansion material, has a low specific gravity of 2.6 to 2.7, but its Young's modulus is as small as 70 to 90 GPa. There was a problem such as the occurrence of resonance due to a decrease in the number.
[0008]
On the other hand, in recent reports, cordierite ceramics using rare earth oxide as a sintering aid have a specific gravity of 2.7, a thermal expansion coefficient of -0.1 to 0.1 × 10 ⁻⁶ / ° C., and a Young's modulus. Some have 130 to 140 GPa, and are expected to prevent deformation and improve the natural frequency (see JP-A-11-255557). However, since the rare earth oxide used as a sintering aid is expensive in itself, there is a problem that the raw material unit price is relatively high.
[0009]
On the other hand, β-spodumene and petalite, which are one type of LAS-based ceramics, have a low specific gravity of 2.0 to 2.4 and a coefficient of thermal expansion of 0.3 to 2.7 × 10 ⁻⁶ / ° C. at room temperature to 800 ° C. Although it is as low as 0 to 0.2 × 10 ⁻⁶ / ° C. near room temperature, the Young's modulus is a material having a low rigidity of 60 to 80 GPa. Further, this material has a large anisotropy in the crystal axis direction, and cracks are generated along with grain growth during sintering, so that it is difficult to obtain a sintered body having no defects.
[0010]
It is an object of the present invention to provide a ceramic that is lightweight and has low thermal expansion, does not generate cracks after sintering, and has high rigidity.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention uses a β-eucryptite material having a low specific gravity, especially a LAS-based sintered body having a low specific gravity among low thermal expansion materials, and micro-cracking is generated by densification in the state of a fine crystal structure. A material having low thermal expansion characteristics and relatively high rigidity was obtained.
[0012]
That is, the lithium aluminosilicate-based ceramics of the present invention is represented by Formula LiAlSiO ₄ beta-Yuktobanian descriptor consists tight 90-99 wt% yttrium oxide 10-1% by weight of the sintered body, the Young's modulus 108~119GPa The coefficient of thermal expansion at a measurement temperature of 0 to 20 ° C. is −1.1 to −0.3 × 10 ⁻⁶ / ° C.
[0013]
Further, the lithium aluminosilicate-based ceramics of the present invention is represented by Formula LiAlSiO ₄ beta-Yuktobanian descriptor consists tight 80-9 0% by mass and titanium oxide 20 to 1% by weight of the sintered body, the Young's modulus of 1 22 -128 GPa, and the coefficient of thermal expansion at a measurement temperature of 0-20 ° C. is -0. 4-0. 4 × 10 ⁻⁶ / ° C.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The light weight low thermal expansion ceramic of the present invention is a LAS-based sintered body having a light weight and low thermal expansion characteristic, and is mainly composed of a composite oxide represented by the chemical formula LiAlSiO ₄ known as β-eucryptite as a sintering aid. is made of yttrium oxide _(Y 2 _{O 3)} sintered body was allowed to contain 1 to 10 mass%. Yttrium oxide, without grain growth is less than 1 mass%, beta-eucryptite is not densified. Further, the addition amount is obtained a dense β- eucryptite for firing temperature range is narrowed by auxiliary excessive if it exceeds 10 mass% is difficult.
[0015]
Further, instead of the yttrium oxide as a sintering aid, a titanium oxide (TiO ₂₎ may be contained 1 to 20 mass%. In this system, when the addition amount is less than 1% by mass, microcracking occurs due to grain growth, and when the addition amount exceeds 20% by mass, the firing temperature range is narrowed due to excessive auxiliary agent, so that a dense β- It becomes difficult to obtain cryptite. In order to have low thermal expansion characteristics and increase rigidity, in the present invention, the amount of titanium oxide (TiO ₂ ) added is 10 to 20% by mass.
[0016]
Moreover, the forms of the main component β- Yu - To prepare a Kuriputaito is a mass ratio _{_{_{_{Li 2 O: Al 2 O 3}}}} : SiO 2 = 12.5: 40.5: 47 raw material powder formulated Use. Mullite product or into the crystal increase or decrease of the component, now cristobalite generation is seen, as a result, the thermal expansion rate increases, with the variation in each component of the mass ratio, ± of the Mass Ratio 0. It is necessary to keep it within 5%.
[0017]
With respect to the LAS raw material powder 100 having an average particle diameter of 5 to 7 μm formulated at the above composition ratio by the alkoxide method, a specific surface area of 8 to 9 m ² / g and an yttrium oxide having an average particle diameter of 0.8 to 0.9 μm are provided. Add a fixed amount. After compounding, using vibration mill or the like, the average particle diameter were ground and mixed to be less than 1 [mu] m, after molding into a predetermined shape, by performing a heat treatment at 1 190-1210 ° C. in an air atmosphere, the specific gravity 2. 3 5 to 2.5, the thermal expansion coefficient -1.1~-0.3 × ^{10 -6} / ℃ at a measurement temperature of 0 to 20 ° C., Young's modulus 108～119GPa, average grain size 1.3 to 1. Ceramics with a thickness of 7 μm can be obtained.
[0018]
Alternatively, for the LAS raw material powder 100 having an average particle diameter of 5 to 7 μm prescribed by the above composition ratio by the alkoxide method, a specific surface area of 7 to 8 m ² / g and an average particle diameter of 0.9 to 1.0 μm of titanium oxide Is added in a predetermined amount. After blending, using a vibration mill or the like, the mixture is pulverized and mixed so as to have an average particle size of less than 1 μm, molded into a predetermined shape, and then heat treated at 1175-1224 ° C. in an air atmosphere to obtain a specific gravity of 2. 44 to 2.55 and the coefficient of thermal expansion is -0. 4-0. 4 × ^{10 -6} / ℃, Young's modulus 1 22 ~128GPa, the average crystal grain size of 1. A ceramic having a thickness of 3 to 2.2 μm can be obtained.
[0019]
Lightweight low thermal expansion ceramic of the present invention obtained by the above specifications, specific gravity 2.3 5-2. As small as 55, it is in a low-thermal-expansion material group high Young's modulus 108~119GPa or 1 22 ~128GPa, also alumina, the thermal expansion coefficient compared to silicon nitride at a measurement temperature of 0~20 ℃ -1.1~ −0.3 × 10 ⁻⁶ / ° C. or −0. 4-0. 4 × 10 -6 ^/ ℃ thermal expansion is close to 0, and having a light weight low thermal expansion characteristics.
[0020]
The lithium aluminosilicate ceramics of the present invention are excellent in dimensional stability with respect to temperature changes and can greatly reduce the influence of deformation / vibration by utilizing the above characteristics and being used as a precision instrument part.
[0021]
【Example】
Example 1
A β-eucryptite having an average particle size of 5.5 μm is blended with a yttrium oxide raw material powder having a specific surface area of 8.8 m ² / g and an average particle size of 0.9 μm in a specification of 0.5 to 15% by mass, The mixture was mixed for 72 hours by a vibration mill, and the pulverized particle size was adjusted to an average particle size of 0.9 μm. After granulation, it was manufactured in the shape of a bending specimen by dry press molding. The obtained test pieces for each condition were heat-treated in the air atmosphere at the firing temperature shown in Table 1, and ceramic porcelains were produced and evaluated. In addition, it was shown by (circle) in the determination column about whether the fine porcelain was obtained. The measurement temperature range of the thermal expansion coefficient was 0 to 20 ° C..
[0022]
As shown in Table 1, the results of the test are No. 1 of yttrium oxide 0.5 mass% added specifications, No. The 6 15.0 mass% added specifications, it was impossible to obtain a dense body. This is 1.0 is less than mass% can not be densified without grain growth, also be obtained dense porcelain for firing temperature range is narrowed by auxiliary excessive if it exceeds 10.0 mass% This is because it becomes difficult.
[0023]
In contrast, no. In two of yttrium oxide 1.0 mass% added specification, specific gravity 2.35 at sintering temperature 1210 ° C., Young's modulus 108GPa, thermal expansion coefficient -1.1 × ^{10 -6} / ℃ is obtained, an average crystal grain size It was 1.3 μm. No. The 3 yttrium oxide 2.0 mass% added specifications, specific gravity 2.37 at sintering temperature 1210 ° C., Young's modulus 110 GPa, the thermal expansion coefficient of -0.9 × ^{10 -6} / ℃ is obtained, an average crystal grain size It became 1.4 μm. No. The 4 yttrium oxide 5.0 mass% added specifications, specific gravity 2.41 at sintering temperature 1210 ° C., Young's modulus 114 GPa, the thermal expansion coefficient of -0.8 × ^{10 -6} / ℃ is obtained, an average crystal grain size It became 1.4 μm. No. The 5 yttrium oxide 10.0 mass% added specifications, firing temperature 1190,1210 ° C. in specific gravity from 2.48 to 2.50, the Young's modulus 115～119GPa, thermal expansion coefficient -0.4 to-0.3 × 10 ⁻⁶ / ° C. was obtained, and the average crystal grain size was 1.5 to 1.7 μm.
[0024]
Thus based on the present invention, beta-Yuktobanian descriptor tight, specific surface area 8.8 m ² / g, was added to 10 mass% of yttrium oxide raw material powder having an average particle diameter 0.9 .mu.m, the average particle diameter of 0.9 .mu.m use crushed material system, for 1190 ° C. (sample No.5) or 1210 ° C. ceramics porcelain obtained I by the fact that heat treatment at (sample Nanba2～5) in the atmosphere, the specific gravity 2.3 5 to 2.5, Young's modulus 108 to 119 GPa, coefficient of thermal expansion is −1.1 to −0.3 × 10 ⁻⁶ / ° C. in the measurement temperature range 0 to 20 ° C., and average crystal grain size 1.3 It became a dense ceramic with a thickness of ˜1.7 μm.
[0025]
[Table 1]

[0026]
Example 2
With respect to β-eucryptite having an average particle size of 5.5 μm, a titanium oxide raw material powder having a specific surface area of 7.2 m ² / g and an average particle size of 0.9 μm is blended in a specification of 0.5 to 25% by mass, The mixture was mixed for 72 hours by a vibration mill, and the pulverized particle size was adjusted to an average particle size of 0.9 μm. After granulation, it was manufactured in the shape of a bending specimen by dry press molding. The obtained test pieces for each condition were heat-treated in the air atmosphere at the firing temperature shown in Table 2, and ceramic porcelains were produced and evaluated. In addition, it was shown by (circle) in the determination column about whether the fine porcelain was obtained. The measurement temperature range of the thermal expansion coefficient was 0 to 20 ° C..
[0027]
As shown in Table 2, the results of the test are No. 7 titanium oxide 0.5 mass% added specifications, No. In 14 25.0 mass% added specifications, it was impossible to obtain a dense body. This is 1.0 is less than mass% cracks caused by grain growth, and it since it is difficult to obtain a dense porcelain for firing temperature range is narrowed by auxiliary excessive if it exceeds 20.0 mass% It is.
[0028]
In contrast, no. The 8 titanium oxide 1.0 mass% added specifications, firing temperature 1175,1190,1210,1224 ° C. in specific gravity from 2.35 to 2.36, the Young's modulus 115～118GPa, thermal expansion coefficient -0.9～-0 0.7 × 10 ⁻⁶ / ° C. was obtained, and the average crystal grain size was 0.9 to 1.2 μm. No. 9 The titanium oxide 2.0 mass% added specifications, firing temperature 1175,1190,1210,1224 ° C. in specific gravity from 2.33 to 2.37, the Young's modulus 115～119GPa, thermal expansion coefficient -0.9～-0 0.7 × 10 ⁻⁶ / ° C. was obtained, and the average crystal grain size was 0.9 to 1.3 μm.
[0029]
No. The 10 titanium oxide 5.0 mass% added specifications, the firing temperature 1175,1190
, 1210, 1224 ° C., specific gravity 2.36 to 2.40, Young's modulus 117 to 119 GPa, coefficient of thermal expansion −0.8 to 0 . 6 × 10 ⁻⁶ / ° C. was obtained, and the average crystal grain size was 1.1 to 1.4 μm. No. The 11 titanium oxide 10.0 mass% added specifications, firing temperature 1175,1190,1210,1224 ° C. in specific gravity from 2.44 to 2.45, the Young's modulus 122～124GPa, thermal expansion coefficient -0.4-0 0.1 × 10 ⁻⁶ / ° C. was obtained, and the average crystal grain size was 1.3 to 1.8 μm.
[0030]
No. The 12 titanium oxide 15.0 mass% added specifications, firing temperature 1175,1190,1210,1224 ° C. in specific gravity from 2.49 to 2.50, the Young's modulus 125～126GPa, thermal expansion -0.1～0. 2 × 10 ⁻⁶ / ° C. was obtained, and the average crystal grain size was 1.5 to 2.0 μm. No. The 13 titanium oxide 20.0 mass% added specifications, firing temperature 1175,1190,1210,1224 ° C. in specific gravity from 2.54 to 2.55, the Young's modulus 128GPa, the coefficient of thermal expansion 0.3 to 0.4 × 10 ⁻⁶ / ° C. was obtained, and the average crystal grain size was 1.6 to 2.2 μm.
[0031]
Thus, based on the present invention, 10 to 20% by mass of titanium oxide raw material powder having a specific surface area of 7.2 m ² / g and an average particle size of 0.9 μm is added to β-eucryptite, and an average particle size of 0.9 μm is added. A specific gravity of 2. by heat treatment at 1175-1224 ° C. in an air atmosphere using the raw material system pulverized to 1. 44 to 2.55, the Young's modulus 1 22 ~128GPa, thermal expansion coefficient at the measurement temperature range 0 to 20 ° C. -0. 4-0. 4 × 10 ⁻⁶ / ° C. Average crystal grain size 1 . A dense ceramic having a thickness of 3 to 2.2 μm could be obtained.
[0032]
[Table 2]

[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the lithium aluminosilicate-based ceramics of the present invention as detailed formula LiAlSiO 90 to 99 mass% of the β- eucryptite represented by _4, the yttrium oxide 10-1 mass% tempered consists body, Young's modulus is 108～119GPa, by thermal expansion rate of ^{-1.1~-0.3 × 10 -6 / ℃} , which has a low thermal expansion lightweight, high rigidity ceramics can it to provide.
[0034]
In general formula LiAlSiO ₄ represented by β- Yoo - Kuriputaito the 80-9 0 wt%, the oxide of titanium from 20 to 1 0% by weight of the sintered body, a Young's modulus of 1 22 ~128GPa, coefficient of thermal expansion Is -0. 4-0. By being 4 × 10 ⁻⁶ / ° C., it is possible to provide ceramics that are lightweight and have low thermal expansion and high rigidity.
[0035]
By using this lithium aluminosilicate ceramic as a precision device part, it is excellent in dimensional stability against temperature change, and the influence of deformation and vibration can be extremely reduced.

Claims

It consists of a sintered body of 90 to 99% by mass of β-eucryptite represented by LiAlSiO ₄ and 10 to 1% by mass of yttrium oxide, has a Young's modulus of 108 to 119 GPa, and a measurement temperature of 0 to 20 ° C. A lithium aluminosilicate ceramic having a thermal expansion coefficient of -1.1 to -0.3 × ^10-6 / ° C.

LiAlSiO 80-9 0% by weight β- eucryptite represented by _4, becomes a titanium oxide from 20 to 1 0% by weight of the sintered body, the Young's modulus is 1 22 ~128GPa, measured temperature 0-20 The coefficient of thermal expansion at 0 ° C. is −0. 4-0. Lithium aluminosilicate ceramics characterized by 4 × 10 ⁻⁶ / ° C.