JPH0413311B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は耐熱性および電気絶縁性に優れたマイ
カ複合セラミツクス材料の製法に関する。 さらに詳しくは耐熱性あるいは電気絶縁性が必
要とされる電気絶縁部品、たとえば消弧材料、車
輌の抵抗器用絶縁枠、ヒータープレート端子板な
どに用いることができるマイカ複合セラミツクス
材料の製法に関する。 〔従来の技術〕 一般にセラミツクス材料は硬くて機械加工性が
困難な材料であるといわれている。 そのなかでも加工性に優れたセラミツクとして
マイカセラミツクが注目され、近年活発に研究開
発が行なわれている。 マイカセラミツクを製造する方法として(1)ガラ
スからマイカ結晶を析出する方法、(2)合成マイカ
粉末を高温高圧下で焼結するホツトプレス法など
がある。マイカ複合セラミツクス材料のなかで、
もつとも古くから製造されているものは、マイカ
粉末とガラス粉末を混合した後600〜800℃に加熱
し、ガラスが溶融した時点で加圧して型造物とし
てえられたマイカ−ガラス複合系の材料である。 このマイカ−ガラス複合系の材料を用いたばあ
い、比較的寸法精度の優れた型造物がえられ、さ
らに電気絶縁性にも優れており、また金属材料と
複合することも可能であるため、今日でも、気密
絶縁端子、絶縁ワツシヤなどに利用されている。 しかしこの種の材料には、一般にガラスとして
低融点ガラスが用いられているため、耐熱性が
300〜500℃と低く、さらに低融点ガラスにはPbO
を含むガラスが多く使用されるため安全衛生面で
も問題がある。 上記のほか、マイカ複合セラミツクス材料とし
ては、一種の結晶化ガラスを用いたものが知られ
ている。このマイカ複合セラミツクス材料は一度
溶融したガラスを再加熱することによりガラス中
にマイカの微結晶を生成させたものである。この
マイカ複合セラミツクス材料は耐熱温度が約1000
℃と高く、また機械加工が可能であるので、電
気、機械、原子力、宇宙航空などの各分野で耐熱
構造用材料として使用されているが、このマイカ
複合セラミツクス材料は非常に高価な材料であ
る。 これらのほか、合成マイカ粉末を高温高圧でホ
ツトプレスしてえられるマイカセラミツクや金属
アルコキシドを出発原料として製造されるマイカ
セラミツクが知られている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明者らは従来のセラミツクの焼成温度より
もさらに低温で焼成でき、しかも耐熱性、電気絶
縁性、機械強度、機械加工性に優れた緻密なマイ
カ複合セラミツクス材料をうるべく鋭意研究を重
ねたところ、マイカとくに合成マイカの熱安定性
に着目し、1200℃以下の温度で焼成することが可
能なセラミツクス材料としてZnO−SiO₂−B₂O₃
系の合成粉末を併用したばあい、かかる問題点が
解決されることを見出し、本発明を完成するに至
つた。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は酸化亜鉛粉末9.71〜89.67重量％、シ
リカ粉末０〜40.14重量％、ホウ酸粉末8.89〜
50.15重量％を900〜1100℃で加熱焼成後粉砕して
なるZnO−SiO₂−B₂O₃系の合成粉末とマイカ粉
末とからなる成形材料を成形してえられた成形体
を、900〜1100℃で加熱して焼結体をうることを
特徴とするマイカ複合セラミツクス材料の製法に
関する。 〔実施例〕 本発明に用いる成形材料は、マイカ粉末とZnO
−SiO₂−B₂O₃系（以下、ZSBという）の合成粉
末から構成される。 前記マイカ粉末のなかでも合成マイカ末
（KMg₃（Si₃Al）O₁₀F₂）は耐熱性に優れているの
でとくに好ましい。合成マイカ粉末の分解温度は
1000〜1200℃であり、天然の金マイカ粉末
（KMg₃（Si₃Al）O₁₀（OH）₂）あるいは白マイカ粉
末（KAl₂（Si₃Al）O₁₀（OH）₂）の分解温度550〜
800℃よりも高いが、本発明の製法において、成
形体の焼成温度は900〜1100℃であるため、マイ
カの特性、すなわちえられたマイカ複合セラミツ
クス材料の強度および機械加工性を付与すること
ができる。 本発明において、合成マイカ粉末のかわりに金
マイカ粉末、あるいは白マイカ粉末を用いること
ができるが、成形体を加熱して焼結体をうる過程
でマイカ中に含まれている結晶水が分解して気孔
が発生し、緻密なマイカ複合セラミツクス材料が
えられないので、あらかじめマイカ粉末を焼成し
て結晶水の一部または全部を除去した後に使用す
るのが好ましい。しかしながらこのような処理を
施したばあい、マイカ自体の特性すなわち強度な
らびに機械加工性が劣るので好ましいものではな
い。 使用するマイカ粉末の平均粒径は44μmをこえ
るばあい、材料組成が不均一となりやすく、えら
れたマイカ複合セラミツクス材料の強度ならびに
加工性などにバラツキを生じやすいので44μm以
下であるのが好ましい。 前記ZSB合成粉末は原料として酸化亜鉛粉末
9.71〜89.67重量％、シリカ粉末０〜40.14重量％、
ホウ酸粉末8.89〜50.15重量％を均一に混合し、
900〜1100℃焼成温度で焼成したのち粉砕するこ
とによりえられる。 えられた焼成物は3ZnO・2B₂O₃，2ZnO・
B₂O₃，β−ZnO・B₂O₃などの合成物から形成さ
れてなる。 酸化亜鉛粉末は、低温焼結性、低膨脹性を付与
するための成分であるが、平均粒径が0.8μm以下
で一般に市販されているもの、あるいは水酸化亜
鉛、炭酸亜鉛などを加熱することにより酸化亜鉛
としたものをも用いることができる。 該酸化亜鉛粉末の平均粒径は0.8μmよりも大き
いばあい、シリカ粉末、ホウ酸粉末と均一に混合
しないばかりか焼成時の反応性がいずれも不充分
となり、えられる焼成物は不均一な組成となりや
すい。 また酸化亜鉛粉末はZSBの合成粉末に占める比
率が、9.71重量％未満のばあい、えられるマイカ
複合セラミツクス材料の強度および耐水性が低下
し、また、89.67重量％をこえるばあい、強度が
劣り、かつ焼成温度を高める必要があり、好まし
くない。 シリカ粉末は低膨脹性を付与するための成分で
あるが、平均粒径が10μm以下の無水ケイ酸が適
している。 該無水ケイ酸粉末の平均粒径は10μmよりも大
きいばあい焼成時の反応性が充分でなく、かつ不
均一な組成となりやすい。またシリカ粉末は、
ZSBの合成粉末に占める比率が40.14重量％をこ
えるばあい、えられるマイカ複合セラミツクス材
料の焼成温度が1100℃をこえる。 ホウ酸粉末は、酸化亜鉛粉末およびシリカ粉末
と反応して低温焼結性を付与するため成分である
が、平均粒径が10μm以下の正ホウ酸粉末をはじ
め、無水ホウ酸、メタホウ酸などの加水分解によ
り生成される正ホウ酸粉末を用いることができ
る。 該ホウ酸粉末の平均粒径は10μmよりも大きい
ばあい、酸化亜鉛粉末およびシリカ粉末との混合
が不均一となりやすく、またえられる焼成物も不
均一な組成となりやすい。またホウ酸粉末はZSB
の合成粉末に占める比率が8.89重量％未満のばあ
い900〜1100℃の温度範囲では焼成できなくなり、
また50.15重量％をこえるばあい、えられるマイ
カ複合セラミツクスの強度ならびに耐水が低下す
る。 上記のようにして酸化亜鉛粉末、シリカ粉末お
よびホウ酸粉末からなる焼成物をボールミルなど
で平均粒径が10μm以下となるように粉砕して本
発明に用いるZSBの合成粉末がえられる。 また前記原料の焼成温度は900℃未満のばあい、
原料相互間の反応が充分でなく、しかも緻密なマ
イカ複合セラミツクス材料をうることが困難とな
る。また1100℃をこえるばあい、ZSBの合成物の
一部が溶融して焼成容器に付着し、該容器から取
りだすのが困難となり、また消費エネルギーが無
駄となる。 また前記成形材料の組成マイカ粉末５〜50重量
％およびZSBの合成粉末50〜95重量％であるのが
好ましい。 マイカ粉末の占める比率が５重量％未満すなわ
ちZSBの合成粉末の占める比率が95重量％をこえ
るばあい、マイカ粉末を複合した効果が顕著に現
れず、えられたマイカ複合セラミツクス材料は強
度的にもまた機械加工性の面からもZSBの合成粉
末を単独で用いたものとほとんど差異がなく、強
度が低く、また機械加工が困難となりやすい。ま
たマイカ粉末が50重量％をこえるすなわち、ZSB
の合成粉末が50重量％未満のばあいには、焼成時
に膨れ、クラツクなどが発生しやすく、また緻密
なマイカ複合セラミツクス材料をうるのが困難と
なる。 つぎにマイカ粉末とZSBの混合粉末をボールミ
ルなどで均一に混合し、有機系バインダーを添加
した後、従来から知られているプロセスとしてた
とえば鋳込成形、可塑成形、加圧成形などによつ
て所望の成形体を作成し、900〜1100℃の焼成温
度で加熱処理することにより、本発明のマイカ複
合セラミツクス材料がえられる。 前記焼成温度は900℃未満のばあい、緻密なマ
イカ複合セラミツクスをうるのが困難となり、ま
た1100℃をこえると、変形、膨れあるいは多孔質
のマイカ複合セラミツクスしかえられない。 つぎに本発明の製法を実施例に基づきさらに詳
細に説明するが本発明は、かかる実施例のみに限
定されるものではない。 実施例 １ 平均粒径0.8μmの酸化亜鉛粉末（堺化学工業(株)
製）50重量％、平均粒径10μmのシリカ粉末（電
気化学工業(株)製）30重量％、平均粒径10μmの正
ホウ酸粉末（石津製薬(株)製）20重量％からなる原
料をボールミルで３時間混合した。つぎに磁製ル
ツボまたは白金ルツボに入れ、1000℃で３時間加
熱して焼成物をえた。えられた焼成物を粗粉砕し
た後、ボールミルなどで平均粒径が8μmとなるよ
うに微粉末にしてZSBの合成粉末を作製した。 つぎに平均粒系44μm以下に微粉砕した合成マ
イカ粉末（大竹碍子(株)製）40ｇとZSBの合成粉末
160ｇを調合し、ボールミルで３時間混合して成
形材料をえた。えられた成形材料に有機バインダ
ーとしてメチルセルロース２％水溶液を10ｇ添加
し、石川式擂潰機で30分間混合した。 つぎに高さ50mm、幅125mm、長さ125mmの金型に
成形材料を充填した後、加圧成形法により常温で
加圧力250Kg／cm²で５分間加圧し、厚さ５mm、幅
約125mm、長さ125mmの成形体を作製した。 つぎにこの成形体を70〜100℃の温度で３〜５
時間乾燥した後、電気炉に入れ、昇温速度３℃／
minで常温から1000℃まで昇温し、ついで1000℃
で1.5時間保持した。つぎに200℃まで徐冷した
後、電気炉からえられた焼結体をとりだした。焼
結体は薄いクリーム色を呈した緻密体で厚さ、長
さ、幅とも13〜15％収縮していた。 この焼成体から原厚さで幅10mm、長さ100mmの
寸法に切断加工して常態の曲げ強さ試料を作製
し、支点間80mmで曲げ強さを測定した。 また同様にして作製した焼結体から原厚さで幅
100mm、長さ100mmの寸法に切断加工し、体積抵抗
率を測定する試料とした。体積抵抗率はJIS
K6911の5.13項に準じて、常態（室温25℃）のも
のならびに25℃、相対湿度90％の雰囲気中に100
時間放置したものについて測定した。 また同様にして作製した焼結体から原厚さで幅
50mm、長さ50mmの寸法に切断加工したものを加工
性を測定する試料とし、ボール盤に直径５mm、10
mmおよび15mmの超硬ドリルを取付け、穴加工を行
なつた。 穴加工時、割れを発生したり、貫通できなかつ
たものを不可と表示し、穴加工が可能であつた
が、穴の周辺がカケたものを可と表示し、また穴
が均一に貫通し、カケなどの欠陥を生じなかつた
ものを良と表示し、相対比較で判断した。 曲げ強さ、体積抵抗率、加工性の測定結果を第
１表にそれぞれ示す。 実施例 ２ 実施例１でえられた合成マイカ粉末およびZSB
の合成粉末を用いて合成マイカ粉末10ｇ、ZSBの
合成粉末190ｇとなるように調合しボールミルで
３時間混合して成形材料をえた。以下、実施例１
と同様にして成形体ならびに焼結体をえた。えら
れた焼結体の曲げ強さ、体積抵抗率、加工性の測
定結果をそれぞれ第１表に示す。 実施例 ３ 実施例１でえられた合成マイカ粉末およびZSB
の合成粉末を用いて合成マイカ粉末100ｇ、ZSB
の合成粉末100ｇとなるように調合し、ボールミ
ルで３時間混合して成形材料をえた。 以下、実施例１と同様にして成形体ならびに焼
結体をえた。えられた焼結体の曲げ強さ、体積抵
抗率、加工性の測定結果をそれぞれ第１表に示
す。 実施例 ４ 平均粒径0.8μmの酸化亜鉛粉末（堺化学工業(株)
製）9.71重量％、平均粒径10μmのシリカ粉末
（電気化学工業(株)）40.14重量％、平均粒径10μm
の正ホウ酸粉末（石津製薬(株)）50.15重量％から
なる原料をボールミルで３時間混合した。つぎに
磁製ルツボまたは白金ルツボに入れ、900℃で３
時間加熱して焼成物をえた。この焼成物を粗粉砕
した後、ボールミルなどで平均粒径が8μmとなる
ように微粉砕してZSBの合成粉末を作製した。 つぎに平均粒径44μm以下に微粉砕した合成マ
イカ粉末（大竹碍子(株)製）40ｇとZSBの合成粉末
160ｇを調合し、ボールミルで３時間混合して成
形材料をえた。 えられた成形材料にメチルセルロース２％水溶
液10ｇを添加し、石川式擂潰機で30分間混合し
た。 以下、実施例１と同様にして成形体をえた。 つぎにえられた成形体を70〜100℃の温度で３
〜５時間乾燥した後、電気炉に入れ、昇温速度３
℃／minで常温から900℃まで昇温し、ついで５
時間保持した。つぎに200℃まで徐冷した後、電
気炉からえられた焼結体をとりだした。 えられた焼結体の曲げ強さ、体積抵抗率、加工
性を実施例１と同様にして測定したその結果を第
１表に示す。 実施例 ５ 平均粒径0.8μmの酸化亜鉛粉末（堺化学工業(株)
製）80重量％、平均粒径10μmの正ホウ酸粉末
（石津製薬(株)）20重量％からなる原料をボールミ
ルで３時間混合した。 つぎに磁製ルツボまたは白金ルツボに入れ、
980℃で３時間加熱して焼成物をえた。 えられた焼成物を粗粉砕した後、ボールミルな
どで平均粒径が8μmとなるように微粉砕してZSB
の合成粉末を作製した。 つぎに平均粒径44μm以下に微粉砕した合成マ
イカ粉末（大竹碍子(株)製）40ｇとZSBの合成粉末
160ｇを調合し、ボールミルで３時間混合して成
形材料をえた。 えられた成形材料にメチルセルロース２％水溶
液10ｇを添加し、石川式擂潰機で30分間混合し
た。 以下、実施例１と同様にして成形体をえた。 つぎにえられた成形体を70〜100℃の温度で３
〜５時間乾燥した後、電気炉に入れ、昇温速度３
℃／minで常温から980℃まで昇温し３時間保持
した。 200℃まで徐冷した後、電気炉からとりだして
焼結体をえた。えられた焼結体の曲げ強さ、体積
抵抗率、加工性の測定結果をそれぞれ第１表に示
す。 実施例 ６ 平均粒径0.8μmの酸化亜鉛粉末（堺化学工業(株)
製）89.67重量％、平均粒径10μmのシリカ粉末
（電気化学工業(株)）1.44重量％、平均粒径10μmの
正ホウ酸粉末（石津製薬(株)）8.89重量％からなる
原料をボールミルで３時間混合した。 つぎに磁製ルツボまたは白金ルツボに入れ、
1100℃で３時間加熱して焼成物をえた。 えられた焼成物を粗粉砕した後、ボールミルな
どで平均粒径が8μmとなるように微粉砕してZSB
の合成粉末を作製した。 つぎに平均粒径44μm以下に微粉砕した合成マ
イカ粉末（大竹碍子(株)製）40ｇとZSBの合成粉末
160ｇを調合し、ボールミルで３時間混合して成
形材料をえた。 えられた成形材料にメチルセルロース２％水溶
液10ｇを添加し、石川式擂潰機で30分間混合し
た。 以下、実施例１と同様にして成形体をえた。 つぎにえられた成形体を70〜100℃の温度で３
〜５時間乾燥した後、電気炉に入れ、昇温速度３
℃／minで常温から1100℃まで昇温し、ついで５
時間保持した。つぎにこの成形体を200℃まで徐
冷した後、電気炉からえられた焼結体をとりだし
た。えられた焼結体の曲げ強さ、体積抵抗率、加
工性の測定結果を第１表に示す。 実施例 ７ マイカ粉末として金マイカ粉末（岡部マイカ工
業(株)製）を800℃で１時間加熱焼成した後、平均
粒径44μmに微粉砕したものを用いた以外は実施
例１と同様にして焼結体をえた。えられた焼結体
の曲げ強さ、体積抵抗率、加工性の測定結果をそ
れぞれ第１表に示す。 実施例 ８ マイカ粉末として白マイカ粉末（岡部マイカ工
業(株)製）を550℃で１時間加熱焼成した後、平均
粒径44μmに微粉砕したものを用いた以外は実施
例１と同様にして焼結体をえた。えられた焼結体
の曲げ強さ、体積抵抗率、加工性の測定結果をそ
れぞれ第１表に示す。 比較例 １ マイカ粉末を用いないで、実施例１でえられた
ZBSの合成粉末200ｇにメチルセルロール２％水
溶液10ｇを添加したものを実施例１と同様にして
成形体を作製したのち、1000℃で1.5時間焼成し
て焼結体をえた。えられた焼結体の曲げ強さ、体
積抵抗率、加工性の測定結果を第１表に示す。

〔発明の効果〕

本発明は合成マイカ粉末とセラミツク材料を複
合し焼成する方法であり、900〜1100℃の低温焼
成で緻密な焼結体をうることができる。さらに本
発明の製法によれば耐熱性、電気絶縁性、強度な
らびに機械加工性に優れたマイカをその特性を損
なうことなく複合できるため、機械加工性に優
れ、しかも耐熱性、電気絶縁性、強度に優れたマ
イカ複合セラミツクス材料をうることができるの
で消弧材料、車輌抵抗器用絶縁枠、ヒータープレ
ート、端子板などに好適に使用しうるという効果
を奏する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸化亜鉛粉末9.71〜89.67重量％、シリカ粉
   末０〜40.14重量％、ホウ酸粉末8.89〜50.15重量
   ％を900〜1100℃で加熱焼成後粉砕してなるZnO
   −SiO₂−B₂O₃系の合成粉末とマイカ粉末とから
   なる成形材料を成形してえられた成形体を、900
   〜1100℃で加熱して焼結体をうることを特徴とす
   るマイカ複合セラミツクス材料の製法。 ２ 成形材料の組成がマイカ粉末５〜50重量％お
   よびZnO−SiO₂−B₂O₃系の合成粉末50〜95重量
   ％である特許請求の範囲第１項記載のマイカ複合
   セラミツクス材料の製法。