JPH04231334A

JPH04231334A - マシナブルセラミックスの製造方法

Info

Publication number: JPH04231334A
Application number: JP40934590A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Kasuga; 智子春日; Toshihiro Kasuga; 敏宏春日
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1992-08-20

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マシナブルセラミック
スの製造方法に関する。さらに詳しくは、不燃性、耐熱
性、電気絶縁性等の他に靱性が要求される機器の耐熱部
材、成形型材（プラスチック成形型材、ガラス成形型材
）として多くの用途を有するマシナブルセラミックスの
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】雲母結晶を析出させた結晶化ガラスは機
械的に切削加工できるセラミックス、すなわちマシナブ
ルセラミックスであることが知られている。例えば特公
昭６２−４１１８２号公報には母材ガラス成分もしくは
その原料とフッ素雲母成分もしくはその原料とを溶融し
て一体化した後、冷却粉砕して粒径０．１〜１．０ｍｍ
の粉末を成形した後、焼結そして結晶化することにより
、フッ素雲母を含有する結晶化ガラス成形品を製造する
方法が記載されている。また特開昭６１−１５８８４０
号公報には、所望の雲母結晶を生成し得る組成の原料粉
末を溶融したのち、急冷して得たガラスを粉末化し、次
いでこれを成形したのち焼結し結晶化することにより、
雲母を含有する結晶化ガラスを製造する方法が記載され
ている。

【０００３】ところで、雲母結晶を含む結晶化ガラスは
、プラスチック、ガラスとの離型性が良いことなどから
、プラスチック成形品、ガラス成形品を製造するための
成形型として有用である。そしてこのような成形型は、
成形されるプラスチック成形品やガラス成形品の大きさ
にもよるが、しばしば大型のものが要求される。大型の
成形型を作製する場合、前記特公昭６２−４１１８２号
公報や特開昭６１−１５８８４０号公報に記載された焼
結工程を含む方法が適している。その理由は、ガラス粉
末を焼き固めて作成するので、大きなガラス体を製造す
る必要がないからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特公昭６２−
４１１８２号公報に示されている方法で得られた結晶化
ガラスは、曲げ強度が４７ＭＰａ　程度であり、成形型
材として用いるには不十分である。そして結晶生成量は
、６０ｗｔ％以下であり光線による内部屈折や反射作用
により天然の大理石のような美麗な外観を持った建築材
料としては有用であるものの、雲母結晶の析出量は少な
く優れた切削性を有することは困難である。また特開昭
６１−１５８８４０号公報に示されている方法で得られ
た結晶化ガラスも曲げ強度が６５０ｋｇ／ｃｍ２　（６
３．７ＭＰａ　）程度であり、成形型材として用いるの
は不十分である。これは焼結体の中に多数の気孔が残存することが原因と
考えられる。

【０００５】本発明の目的は、上述のような問題点を克
服した、切削性が良好であって、かつ高曲げ強度、高靱
性であり、成形型材のような大型のものをも作製可能と
する雲母含有結晶化ガラスからなるマシナブルセラミッ
クスの製造方法を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために成されたものであり、本発明のマシナブルセ
ラミックスの製造方法は、熱処理することにより雲母結
晶を析出する組成を有するガラスを、平均粒径５０μｍ
　以下かつ最大粒径７５μｍ　以下の粉末に粉砕する第
１の工程と、第１の工程により得られたガラス粉末を型
に入れ熱処理して、前記ガラス粉末を焼結し、前記ガラ
スから雲母結晶を析出させる第２の工程と、を含むこと
を特徴とする。

【０００７】本発明の好ましい態様によれば、前記の第
２の工程において、６００〜８００℃で熱処理すること
によりガラス粉末は焼結され、７００〜１２００℃で熱
処理することにより、ガラスから雲母結晶が析出される
。また本発明の好ましい態様によれば、得られたマシナ
ブルセラミックスは成形型材として用いられる。

【０００８】以下本発明を詳細に説明する。本発明の第
１の工程は、熱処理することにより雲母結晶を析出する
組成を有するガラスを、平均粒径５０μｍ　以下かつ最
大粒径７５μｍ　以下の粉末に粉砕する工程である。

【０００９】雲母結晶としては多種類の結晶があり、例
えば、熱処理によりカルシウム雲母、カリウム雲母ある
いはカルシウム−カリウム雲母を析出するガラスの組成
としては、例えば重量百分率で、ＣａＯ　　０〜２０％
、Ｋ２　Ｏ０〜１５％（但しＣａＯ＋Ｋ２　Ｏ＝２〜２
５％）、ＭｇＯ　　１０〜３５％、ＳｉＯ２　３０〜６
０％、Ａｌ２　Ｏ３　５〜３０％、Ｆ２　１．５〜１５
％の範囲で上記成分を含有し、ＣａＯ、Ｋ２　Ｏ、Ｍｇ
Ｏ、ＳｉＯ２　、Ａｌ２　Ｏ３　及びＦ２　の含有量合
計が９５％以上である組成を用いることができる。また
、熱処理によりカルシウム−ナトリウム雲母、カリウム
−ナトリウム雲母あるいはカルシウム−カリウム−ナト
リウム雲母を析出するガラスの組成としては、重量百分
率で、前記組成にＮａ２　Ｏを０．１〜１０％添加した
組成の範囲で上記成分を含有し、ＣａＯ、Ｋ２　Ｏ、Ｎ
ａ２　Ｏ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２　、Ａｌ２　Ｏ３　及びＦ
２　の含有量合計が９５％以上である組成を用いること
ができる。さらに、熱処理によりバリウム雲母、ストロ
ンチウム雲母あるいはバリウム−ストロンチウム雲母を
析出するガラスの組成としては、重量百分率で、ＢａＯ
０〜３０％、ＳｒＯ　　０〜３０％（但しＢａＯ＋Ｓｒ
Ｏ＝２〜３０％）、ＣａＯ０〜１６％、ＭｇＯ　　１０
〜３０％、ＳｉＯ２　２５〜６０％、Ａｌ２　Ｏ３　５
〜３５％、Ｐ２　Ｏ５　０〜１５％、Ｆ２２．５〜１４
％の範囲で上記成分を含有し、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ
、ＭｇＯ、ＳｉＯ２　、Ａｌ２　Ｏ３　、Ｐ２　Ｏ５　
及びＦ２　の含有量合計が９５％以上である組成、また
は、上記組成にＺｒＯ２　を０．１〜１０％加えた組成
の範囲で上記成分を含有し、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、
ＭｇＯ、ＳｉＯ２　、Ａｌ２　Ｏ３　、Ｐ２　Ｏ５　、
ＺｒＯ２　及びＦ２　の含有量合計が９５％以上である
組成を用いることができる。本発明において、熱処理により雲母結晶を析出するガラ
スの組成としては、上記のものに限定されるものでなく
、熱処理により雲母結晶を析出するガラス組成であれば
、いかなるものも用いることができる。

【００１０】雲母の結晶構造式は、Ｘ０．５−１　Ｙ２
−３　Ｚ４　Ｏ１０（ＯＨ，Ｆ）２　であらわされる。Ｘは配位数１２の位置を占める陽イオン、Ｙは八面体位
置を示めるもの、Ｚは四面体配位位置を占めるものであ
る。Ｘは、Ｋ＋　、Ｎａ＋　、Ｒｂ＋　、Ｃｓ＋　、Ｔ
ｉ＋　、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋など、Ｙとして
はＭｇ２＋、Ｆｅ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋、Ｍｎ２＋
、Ｌｉ＋　、Ｔｉ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｕ２＋、Ａｌ３＋
、Ｔｉ３＋、Ｃｒ３＋、Ｆｅ３＋、Ｍｎ３＋、Ｆｅ３＋
、Ｃｏ３＋、Ｔｉ４＋、Ｃｒ２＋などが相当する。Ｚは
本来Ｓｉ４＋で占められており、その一部をＡｌ３＋、
Ｂ３＋、Ｆｅ３＋、Ｍｎ３＋、Ｂｅ２＋、Ｚｎ２＋、Ｇ
ｅ４＋などで置き換えることもある。この様に、多種類
のイオンが配置し得る雲母が存在するが、本発明におい
てはどの雲母結晶が析出してもよい。さらに、本発明に
よれば、上記雲母結晶以外にセルジアン（ＢａＯ・２Ａ
ｌ２　Ｏ３　・２ＳｉＯ２　）、コージェライト（２Ｍ
ｇＯ・２Ａｌ２　Ｏ３　・５ＳｉＯ２　）、アパタイト
（Ｃａ１０（ＰＯ４　）６　（Ｏ０．５　，Ｆ）２　、
リン酸三カルシウム（ＴＣＰと略す。）（Ｃａ３　（Ｐ
Ｏ４　）２　）、ジルコニア（ＺｒＯ２　）、リヒテラ
イト（Ｎａ２　ＣａＭｇ５　Ｓｉ８　Ｏ２２Ｆ２　）、
フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２　）、エンスタ
タイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２　）、アノーサイト（ＣａＯ
・Ａｌ２　Ｏ３　・２ＳｉＯ２　）、ジオプサイド（Ｃ
ａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ２　）、トレモライト（Ｃａ２
　Ｍｇ５　Ｓｉ４　Ｏ１１Ｆ２　）等の結晶を含んでも
良い。

【００１１】本発明の第１の工程においては、上記の、
熱処理することにより雲母結晶を析出する組成を有する
ガラスを、平均粒径５０μｍ　以下かつ最大粒径７５μ
ｍ　以下の粉末に粉砕する。その理由は、ガラス粉末が
、平均粒径５０μｍ　かつ最大粒径７５μｍ　よりも粗
い粒度であると、後記の第２の工程における焼結により
得られる焼結体に気孔が入りやすく、機械的強度の大き
なマシナブルセラミックスを得ることができない。つま
り、気孔が少なく、結晶が均一に析出したマシナブルセ
ラミックスを得るためには、平均粒径５０μｍ　以下で
最大粒径７５μｍ　以下の粒度の微細なガラス粉末を用
いることが必須である。

【００１２】次に本発明の第２の工程は、前記第１の工
程で得られたガラス粉末を型に入れ、熱処理して、焼結
温度域で前記ガラス粉末を焼結し、結晶化温度域で前記
ガラス粉末から雲母結晶を析出させる工程である。

【００１３】焼結温度域は６００〜８００℃が好ましい
。その理由は、焼結温度が６００℃未満では、焼結が充
分でなく一方焼結温度が８００℃を越えても焼結がそれ
以上進まないので経済的でないからである。なお焼結時
間は３０分〜２０時間が好ましい。結晶化温度域は７０
０〜１２００℃が好ましい。その理由は、結晶化温度が
７００℃未満では、結晶化が充分でなく、一方結晶化温
度が１２００℃を越えても、結晶化がそれ以上進まない
ので経済的でないからである。なお結晶化時間は３０分
〜２０時間が好ましい。したがって、７００〜８００℃
で熱処理してガラス粉末を焼結し、その温度範囲で、さ
らに雲母結晶を析出させることができる。この理由は７
００〜８００℃の範囲であると、雲母結晶はゆっくり析
出するため、はじめに、ガラス粉末の焼結が始まり、そ
の後雲母結晶が析出するからである。なお、焼結温度域
は例えば熱分析装置等によりガラスの成形体を一定速度
で加熱し、その間の熱収縮を測定することにより求める
ことができる。熱収縮の開始温度から終了温度までが焼
結温度域である。また、雲母結晶の析出温度はガラスの
示差熱分析により求められる。示差熱分析曲線における
発熱ピークの温度で熱処理したガラス粉末のＸ線回折デ
ータを解析することにより、それぞれの発熱ピークに対
応する析出結晶を同定し、その発熱温度から発熱終了温
度までをそれぞれの結晶析出温度域とする。熱処理方法
としては任意の公知手段である常圧、減圧、真空、ホッ
トプレスやＨＩＰ法を用いて良い。２０ＭＰａ　以上の
加圧下での焼成により、焼結がより促進されて気孔が少
なくなり、より機械的強度の大きなものが得られる。

【００１４】上述の第１の工程と第２の工程とを順次実
施することによりマシナブルセラミックスが得られる。このマシナブルセラミックスに含まれる雲母結晶の量は
マシナブルセラミックス全量の３０ｖｏｌ％以上である
ことが好ましい。その理由は３０ｖｏｌ％以上であると
、特に切削性が優れたものになるからである。本発明に
より得られたマシナブルセラミックスは、各種の用途に
用いられるが、特にプラスチック成形型、ガラス成形型
などの成形型として好適に使用である。本発明によれは
、大型の成形型を製造することができる。

【００１５】

【実施例】以下実施例により本発明を更に説明する。実施例１〜２１酸化物、炭酸塩、水和物、フッ化物などを原料に用いて
、表１〜表３に示す組成に相当するガラスのバッチを調
合し、これを白金ルツボに入れて１４００〜１５５０℃
で９０分間溶融した。次いで融液を水中に投入して急冷
し、乾燥後ボールミルに入れて粉砕した（第１の工程）
。粉砕後のガラス粉末の平均粒径は７〜１０μｍ　であ
り、最大粒径は２０μｍ　であった。なお粒径の測定は
マイクロトラック装置（日機装（株）製）を用いて行な
った。

【００１６】得られたガラス粉末を黒鉛型に入れ、３０
ＭＰａ　の圧力をかけながら、６００〜８００℃で焼結
し、さらに７００〜１２００℃の範囲まで一定の昇温速
度３℃／ｍｉｎで加熱した（第２の工程）。しかる後、
炉内で室温まで冷却し、結晶化ガラスを得た。

【００１７】比較例１ガラス粉末の平均粒径を本発明の範囲外の１７０μｍ　
、最大粒径を本発明の範囲外の３００μｍ　にした以外
は実施例６と同様にして比較の結晶化ガラスを得た。

【００１８】こうして製造された実施例１〜２１および
比較例１のガラスセラミックスを粉砕し、Ｘ線回折によ
り析出結晶を同定した。その結果をガラス組成と共に表
１〜表３に示す。さらに、三点曲げ強度試験法（ＪＩＳ
　　Ｒ　　１６０１）に基づき曲げ強度を測定した。こ
の結果も表１〜表３に示した。また、切削性については
、１．５ｍｍφの工具鋼製ドリルで穴あけ可能か否かに
よって判断した。破壊靱性については、シェブロンノッ
チ法により測定した。この結果も表１〜表３に示した。表から明らかなように、本発明のマシナブルセラミック
スは優れた切削性を有し、９０〜２００ＭＰａ　の高い
曲げ強度、

【００１９】

【数１】

【００２０】の高い破壊靱性も有していた。これに対し
、比較例のマシナブルセラミックスは優れた切削性を有
しているものの、曲げ強度は６０ＭＰａ　と低く、破壊
靱性も

【００２１】

【数２】

【００２２】と低いものであった。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、得
られるマシナブルセラミックスの気孔が少なくなり、緻
密となるので、機械加工性に優れ、かつ高曲げ強度、高
靱性であるマシナブルセラミックスが提供される。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　熱処理することにより雲母結晶を析出
する組成を有するガラスを、平均粒径５０μｍ　以下か
つ最大粒径７５μｍ　以下の粉末に粉砕する第１の工程
と、第１の工程により得られたガラス粉末を型に入れ熱
処理して、前記ガラス粉末を焼結し、前記ガラスから雲
母結晶を析出させる第２の工程と、を含むことを特徴と
するマシナブルセラミックスの製造方法。
【請求項２】　　第２の工程において、６００〜８００
℃で熱処理して、ガラス粉末を焼結し、７００〜１２０
０℃で熱処理して、ガラスから雲母結晶を析出させる、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】　　請求項１または請求項２の方法により
得られたマシナブルセラミックスを用いた成形型。