JPH01122962A

JPH01122962A - 耐水和性高強度マグネシア質焼結体及びその製造法

Info

Publication number: JPH01122962A
Application number: JP62279045A
Authority: JP
Inventors: Akio Nishida; 明生西田; Tsuneo Shimamura; 島村　常夫
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1987-11-06
Filing date: 1987-11-06
Publication date: 1989-05-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は緻密で耐水和性及び機械的性質の優れたマグネ
シア質焼結体及びその製造法に関する。

さらに詳しくは、本発明は、緻密であり、耐水和性、機
械的強度、破壊靭性、耐熱性、耐熱衝撃性に優れ、電子
セラミックス焼成用磁器などの耐熱材料及び回路基板な
どの絶縁材料として好適に使用することのできるマグネ
シア質焼結体及びその製造法に関する。

（従来の技術及びその問題点）マグネシアは融点が２８００℃と高く、優れた電気絶縁
性、高い熱伝導性を存し、また高ｄ麿焼結体は赤外及び
可視光の透過率が高いなどの特性を有している。そのた
め、マグネシア焼結体は衛星絶縁材料、高温照明材料、
ＩＣ基板材料などへの用途が検討されているが、実際に
実用化に至っているのは坩堝、熱電対保護管などの一部
の用途に限られている。これはマグネシアが耐水和性に
劣り、空気中の水分により水和され特性が著しく劣化す
るためであり、さらに、マグネシアの機成的特性が劣る
ためであった。

従来、このマグネシアの二つの欠点は別々に検討がなさ
れていた。

耐水和性の向上については、特開昭５８−２１７４８０
号公報にマグネシア焼結体表面をシリカとマグネシアの
反応で生成したフォルステライトで被覆する方法が、ま
た特開昭６０−１６６２６０号公報にアルコキシシラン
化合物又はシラザン化合物で処理されたマグネシア粉末
を成形、焼結することにより、マグネシアの粒子界面に
フォルステライトの薄層を形成させる方法が開示されて
いる。しかし、これらの方法では耐水和性は向上するが
、機械的性質の向上は図れない。

一方、機械的性質の向上については、特開昭５９−１８
２２６８号公報及び”ＧＹＰＳＵＭ　＆　ＬＩＮＥ”　
Ｎｏ、２０９．２１９−２２４　（１９８７）には、マ
グネシアにジルコニアを添加して焼結することにより、
マグネシアの機械的性質を向上させる方法が開示されて
いる。しかし、この方法で得られたマグネシア質焼結体
は耐水和性に劣るという欠点を有する。

（問題点を解決するための技術的手段）本発明の目的は
、耐水和性及び機械的性質が著しく改善されたマグネシ
ア質焼結体及びその製造法を提供することにある。

零発、明の上記目的は、粒径３μｍ以下で粒子界面がフ
ォルステライトで被覆されたマグネシア粒子７０〜９９
重量％と粒径３μｍ以下のジルコニア粒子１〜３０重量
％とからなる気孔率１％以下のマグネシア質焼結体によ
って達成される。

本発明のマグネシア質焼結体は、純度９９．９％以上、
比表面積５ｒｒｒ／ｇ以上で等軸形の一次粒子からなり
、粒子表面に純度９９．９％以上のシリカの均一な被膜
を有するマグネシア粉末７０〜９９重量％と、純度９９
．９％以上、比表面積５ボ／ｇ以上の粒状ジルコニア粉
末１〜３０重量％との混合粉末を成形し、成形体を１２
００〜１８５０℃で焼結することにより得られる。

上記マグネシア粉末は、次に示す方法に従って調製する
ことが好ましい。

先ず、特開昭６１−１２２１０６号公報に記載の方法に
従って等軸形の一次粒子からなるマグネシア粉末を得る
。この方法はマグネシウム蒸気と酸素含有気体との気相
反応によってマグネシア粉末を製造する方法である。

次に、特願昭６１−１２７３７２号公報に記載の方法に
従ってマグネシア粉末粒子表面にシリカの均一な被膜を
形成する。これはマグネシア粉末と有機シリケート化合
物の蒸気とを流動層反応器に入れ、マグネシア粒子表面
での有機シリケート化合物の熱分解及び／又は加水分解
によりシリカの被膜を析出させる方法である。

上記方法で得られるマグネシア粉末は等軸形の一次粒子
で構成されており、凝集が非常に少ないという特徴を有
している。このため、上記マグネシア粉末はジルコニア
粉末と一次粒子レベルでの混合が可能となる。

一般に、マグネシア粉末は水酸化マグネシウム、塩基性
炭酸マグネシウムなどのマグネシウム塩を熱分解して製
造される。しかし、この熱分解法で得られるマグネシア
粉末は、残留する母塩の形骸のため凝集粒子を形成する
。そしてこの凝集粒子はジルコニア粉末と混合した後も
残存するので、得られるマグネシア質焼結体は組繊が不
均一になり、機械的性質の劣ったものとなる。

これに対して、前記方法で得られるマグネシア粉末は粒
子表面がシリカによって均一に被膜されているため、焼
結の際にマグネシアとシリカが反応してマグネシア粒子
界面にフォルステライトの被膜が形成される。このフォ
ルステライトは耐水性に優れるため、マグネシアの水和
を防止する。

本発明において、マグネシア粉末粒子表面を被覆するシ
リカ被膜は単分子層であることが好ましい。シリカ被膜
があまり多層になると生成するフォルステライトの量が
多くなり機械的性質の劣ったものとなる。またマグネシ
ア粉末とシリカ粉末との混合粉末を成形し、成形体を焼
結した場合には、マグネシア粒子とフォルステライト粒
子が別々に生成し、マグネシア粒子をフォルステライト
で完全に被うことができない。従って、耐水和性に劣っ
たマグネシア質焼結体となる。

本発明で使用されるジルコニア粉末は、例えばアルコキ
シド法によって調製することができる。

この方法で得られるジルコニア粉末は分散性が良好であ
り、マグネシア粉末と均一に混合することができる。

本発明で使用されるマグネシア粉末、ジルコニア粉末及
びシリカ被膜は、それぞれ純度が９９．９％以上である
ことが必要である。一般に焼結体中の粒子径が小さいほ
ど焼結体の機械的性質が優れるが、両粉末及び被膜の純
度が上記下限より低いと、混合粉末の焼結時に粒成長が
進み、得られる焼結体の機械的性質が低下する。

また、本発明で使用されるマグネシア粉末及びジルコニ
ア粉末は、共に比表面積が５％／ｇ以上であることが必
要である。一般に焼結の駆動力は表面エネルギーであり
、比表面積が大きい粉末はど焼結性が良好であるが、両
粉末の比表面積が前記下限より小さいと、焼結性が低下
し気孔率１％以下の焼結体が得られなくなる。

マグネシア粉末とジルコニア粉末との合計量に対するジ
ルコニア粉末の割合は１〜３０重量％、好ましくは４〜
２５重量％である。本発明において、ジルコニアは、マ
グネシアの焼結促進効果と焼結体の強化効果とを有する
。ジルコニア粉末の配合割合が１重量％未満であると、
マグネシアの焼結促進効果が小さく気孔率１％以下の撤
回な焼結体が得られない、ジルコニア粉末の配合割合が
４重量％以上になるとジルコニアによる強化効果が発弾
されるようになるが、その割合が３０重量％を超えると
もはや焼結促進効果及び焼結体の強化効果に変化が認め
られなくなる。

マグネシア粉末とジルコニア粉末との混合方法について
は特に制限はなく、それ自体公知の方法、例えば両者を
乾式混合する方法、両者をメタノール、エタノールなど
の有機溶媒中で湿式混合した後に有機溶媒を除去する方
法を採用することができる。

マグネシア粉末及びジルコニア粉末との混合粉末から成
形体を調製する方法についても特に制限はなく、バイン
ダ類を用いて押出成形又は射出成形する方法、ラバープ
レス成形する方法などを適宜採用することができる。

つぎに、成形体を１２００〜１日５０℃で焼結すること
によって、本発明のマグネシア質焼結体が得られる。

焼結温度が１２００〜１４００℃では、焼結体中のジル
コニアは正方晶となり、室温強度及び電気絶縁性に優れ
たマグネシア質焼結体が得られる。

焼結温度が１４００〜１８５０℃では、生成するジルコ
ニアはマグネシアによって安定化された立方晶となり、
相転移しに（くなる。この拮果、熱的に安定で機械的性
質の優れたマグネシア質焼結体が得られる。焼結温度が
１８５０℃以上ではフォルステライトの液相が生成する
ため好ましくない。

本発明で特定した純度及び比表面積を有し、粒子表面を
シリカで被覆されたマグネシア粉末とジルコニア粉末と
の混合粉末を焼結することによって、粒子界面がフォル
ステライトで被覆され、粒径３μｍ以下のマグネシア粒
子７０〜９９重１％と粒径３μｍ以下のジルコニア粒子
１〜３０重量％とからなる気孔率１％以下のマグネシア
質焼結体が得られる。

（実施例）以下に本発明の実施例及び比較例を示す。以下において
、焼結体の嵩密度はアルキメデス法によって測定し、理
論密度に対する百分率で示した。

焼結体の曲げ強度はＪＩＳ　Ｒ１６０１に従い、焼結体
から３Ｘ４Ｘ４０ｍの棒状試験片を切り出し、表面をダ
イヤモンド砥石で研磨した後、スパン３゜■、クロスヘ
ツドスピード０．５　ｒａｎ　／分の条件で室温及び１
２００℃で３点曲げ試験を行い測定した。

また、焼結体の破壊靭性（Ｋ　Ｉ　Ｃ）はビッカース圧
痕法によって求めた。また、耐水和性は焼結体を１８０
℃、１０気圧の水蒸気圧のオートクレーブ中に１時間静
置後の酸化マグネシウムが水酸１ヒマグネシウムに変化
することによる重量増加率で表した。

実施例１〜４純度９９．９８％、比表面積８．４　ｍ　／　ｇの等軸
形の−成粒子からなり、粒子表面に純度９９．９９％の
シリカの単分子層被膜を有するマグネシア粉末と、純度
９９．９５％、比表面積８．６ｒｒｆ／ｇの粒状ジルコ
ニア粉末とを、第１表に記載の割合で配合し、エタノー
ル溶媒を用いて３７時間ボールミルにより混合した後、
エタノールを除去して、粉末混合物を得た。

粉末混合物５０ｇを８０Ｘ５４ｍｍの金型に充填し、１
００、ｋｇ／ｄで一軸加圧成形した後に１．１．５ｔｏ
ｎ／ｃｎの圧力でラバープレスして成形体を得た。

つぎにこの成形体を電気炉に入れ、１６５０℃で４時間
焼結して、マグネシア質焼結体を製造した。

得られたマグネシア質焼結体の特性を第１表に示す。各
実施例で得られた焼結体中のジルコニアの結晶系は立方
晶であった。

実施例５焼結温度を１３５０℃に変えた以外は実施例３を操り返
した。結果を第１表に示す。得られた焼結体中のジルコ
ニアの結晶系は正方晶であった。

比較例１純度９９．９８％、比表面積８．４ボ／ｇの等軸形の一
次粒子からなるマグネシア粉末と、純度９９゜９７％、
比表面積８５．４ｒｙ？／ｇのシリカ粒子を使用した以
外は実施例３を繰り返した。結果を第１表に示す。

比較例２マグネシア粉末として比表面積２ｍ／ｇのものを使用し
た以外は実施例３を繰り返した。結果を第１表に示す。

比較例３ジルコニア粉末として比表面ａ２ｍ／ｇのものを使用し
た以外は実施例３を操り返した。結果を第１表に示す。

尚、比較例１〜４で得られた焼結体中のジルコニアの結
晶系は立方晶であった。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）粒径３μｍ以下で粒子界面がフォルステライトで
被覆されたマグネシア粒子７０〜９９重量％と粒径３μ
ｍ以下のジルコニア粒子１〜３０重量％とからなる気孔
率１％以下の耐水和性高強度マグネシア質焼結体。
（２）純度９９．９％以上、比表面積５ｍ＾２／ｇ以上
で等軸形の一次粒子からなり、粒子表面に純度９９．９
％以上のシリカの均一な被膜を有するマグネシア粉末７
０〜９９重量％と、純度９９．９％以上、比表面積５ｍ
＾２／ｇ以上の粒状ジルコニア粉末１〜３０重量％との
混合粉末を成形し、成形体を１２００〜１８５０℃で焼
結することを特徴とする耐水和性高強度マグネシア質焼
結体の製造法。