JPH11130523A - Calcium silicate complex sintered compact and its production - Google Patents

Calcium silicate complex sintered compact and its production

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JPH11130523A
JPH11130523A JP9298423A JP29842397A JPH11130523A JP H11130523 A JPH11130523 A JP H11130523A JP 9298423 A JP9298423 A JP 9298423A JP 29842397 A JP29842397 A JP 29842397A JP H11130523 A JPH11130523 A JP H11130523A
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JP
Japan
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calcium silicate
sintered body
sintered compact
wollastonite
lithium aluminosilicate
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Application number
JP9298423A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Hashida
俊之 橋田
Masahiro Saito
雅弘 斎藤
Yoichi Watanabe
洋一 渡辺
Chiharu Wada
千春 和田
Makoto Katagiri
誠 片桐
Makoto Sakamaki
誠 酒巻
Norihiko Misaki
紀彦 三崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiheiyo Cement Corp
Miyagi Prefectural Government.
Original Assignee
Taiheiyo Cement Corp
Miyagi Prefectural Government.
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a calcium silicate complex sintered compact having an extremely small number of pores and extremely small pores, consequently having excellent mechanical properties such as strength and plane roughness in precision processing and to provide a method for producing the sintered compact. SOLUTION: This sintered compact is one obtained by pressure/electrical conductive sintering, comprises a crystal texture obtained by combining calcium silicate with aluminum silicate as a main component, has a density of >=98% the theoretical density and a maximum pore diameter of <=20% the average crystal particle diameter. The sintered compact is produced by baking a raw material mixture of at least one of wollastonite and a calcium silicate to be transferred to wollastonite by baking and at least one lithium aluminosilicate by a pressure/electrical conducting sintering. In a calcium silicate complex sintered compact having temperature effects in a wide use requiring thermal shock resistance, heat insulating properties, low thermal expansion, etc., since the sintered compact is baked without grain growth and hardly has pores or even if has any pores, the pores are extremely small and the sintered compact has excellent strength and plane roughness in processing.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱衝撃性を要求
される各種低高温部品・治具・機器、低熱膨脹性を要求
される各種精密型材・精密検査装置部品・高温計器部
品、断熱性を要求される半導体用断熱材、精密加工性を
要求される各種精密部品等に好適なカルシウムシリケー
ト複合焼結体に関し、特に、気孔が極めて少なくかつ極
めて小さい、従って強度等の機械的性質や精密加工時の
面粗さに優れるカルシウムシリケート複合焼結体及びそ
の製造方法に関する。
The present invention relates to various low- and high-temperature parts / jigs / equipments requiring thermal shock resistance, various precision mold materials / precision inspection equipment parts / high-temperature instrument parts requiring low thermal expansion properties, and heat insulating properties. Calcium silicate composite sintered body suitable for heat insulating materials for semiconductors that require high precision, various precision parts that require high precision workability, etc. The present invention relates to a calcium silicate composite sintered body having excellent surface roughness during processing and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のセラミックス、アルミナ、ジルコ
ニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素等は、個々の特性には優
れたものがあるが、全体的には一長一短があり、一種の
素材では耐熱衝撃性を要求される各種低高温部品・治具
・機器、低熱膨脹性を要求される各種精密型材・精密検
査装置部品・高温計器部品、断熱性を要求される半導体
用断熱材、精密加工性を要求される各種精密部品等の種
々の用途に対応することはできない現状にある。
2. Description of the Related Art Conventional ceramics, alumina, zirconia, silicon nitride, silicon carbide, etc. have excellent individual characteristics, but have advantages and disadvantages as a whole, and a kind of material requires thermal shock resistance. Required low-high temperature parts, jigs and equipment, various precision mold materials requiring low thermal expansion, precision inspection equipment parts, high-temperature instrument parts, heat-insulating materials for semiconductors requiring heat insulation, precision processing At present, it cannot be used for various applications such as various precision parts.

【0003】例えば、アルミナはICパッケージ基板を始
め各種用途に用いられているが、耐熱衝撃性に劣るた
め、圧電素子、磁性材料等の熱処理治具の如き急激な昇
降温を受ける高温治工具、超電導コイル用ボビンの如き
-269℃の極低温液体ヘリウム環境で使用される低温治工
具等に使用することはできない。
[0003] For example, alumina is used for various applications including IC package substrates. However, since it is inferior in thermal shock resistance, high temperature tools such as jigs for heat treatment of piezoelectric elements, magnetic materials, etc. Like bobbin for superconducting coil
It cannot be used for low-temperature jigs and tools that are used in a cryogenic liquid helium environment at -269 ° C.

【0004】ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素等も
いずれかの特性に問題がある点では同様であり、更にこ
れらの材料は難加工性のため加工コストが高く、また素
材コストも非常に高いという問題があることから、よほ
どの高付加価値用途でなければ使用には至らない。
[0004] Zirconia, silicon nitride, silicon carbide and the like are similar in that they have problems in any of the properties, and furthermore, these materials are difficult to process, so that the processing cost is high and the material cost is very high. Therefore, it cannot be used unless it has a very high added value.

【0005】その他のセラミックスとして、コーディエ
ライト、スポジューメン、チタン酸アルミ等に代表され
る低熱膨脹セラミックスや、マシナブルセラミックスと
称される加工性に富むセラミックスが挙げられる。
[0005] Other ceramics include low thermal expansion ceramics represented by cordierite, spodumene, aluminum titanate and the like, and ceramics having excellent workability called machinable ceramics.

【0006】しかしながら、低熱膨脹セラミックスの最
大の欠点は、難焼結性のため緻密化せず多孔質であると
いう点であり、ごく限定された用途にしか用いられな
い。またマシナブルセラミックスは、断熱性に富み、空
隙率0%の緻密質セラミックスが多いことから、素材か
らのガス放出を嫌う半導体分野での断熱材や各種治工具
として用いられる。しかし、耐熱性の低さ、素材コスト
の高さ等の点から汎用材料としては使用にしくく、大半
はプロトタイプの試作に留まっている。
However, the biggest drawback of low thermal expansion ceramics is that they are not densified due to their difficulty in sintering and are porous, so that they are used only for very limited applications. Further, since machinable ceramics are rich in heat insulating properties and are often dense ceramics having a porosity of 0%, they are used as heat insulating materials and various jigs and tools in the semiconductor field where gas emission from raw materials is unfavorable. However, it is difficult to use as a general-purpose material in terms of low heat resistance, high material cost, and the like, and most of them are only prototype prototypes.

【0007】このように、従来のセラミックスは何れも
一長一短があり、広範な用途に使用することができなか
った。
As described above, all of the conventional ceramics have advantages and disadvantages and cannot be used for a wide range of applications.

【0008】このような既存のセラミックスが抱えてい
る問題を解決するものとして、先に本出願人は、カルシ
ウムシリケートとリチウムアルミノシリケートを複合化
することにより、カルシウムシリケートの断熱性及び易
加工性と、リチウムアルミノシリケートの低熱膨張性及
び断熱性の双方を併せ持ったカルシウムシリケート複合
焼結体を開発した(特開平4-305046号公報,特開平6-55
394号公報)。このカルシウムシリケート複合焼結体
は、焼結時の液相生成が著しいためホットプレス等の熱
間加圧手段を用いなくても、常圧焼結で容易に相対密度
92〜97%程度に緻密化する焼結体である。
As a solution to the problems of such existing ceramics, the present applicant has previously made the calcium silicate and lithium aluminosilicate complex to improve the heat insulation and workability of calcium silicate. Has developed a calcium silicate composite sintered body having both low thermal expansion and heat insulating properties of lithium aluminosilicate (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-305046 and 6-55).
No. 394). Since the calcium silicate composite sintered body generates a remarkable liquid phase during sintering, the relative density can be easily obtained by normal pressure sintering without using hot pressing means such as hot pressing.
It is a sintered body that densifies to about 92 to 97%.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】一般に、焼結時の温度
が高いほど、かつ焼結時間が長いほど、液相により焼結
体中に形成されるガラス相は厚くなり、また粒成長も顕
在化するようになる。すなわち、この液相焼結により焼
結時の粒成長が助長されるため、結晶粒径が大径化し強
度が上昇しにくくなる。また上記のようなリチウムアル
ミノシリケートを含有する焼結体においては、詳細は定
かでないが液相生成時にリチウムアルミノシリケート中
のLi成分が揮発するためか、10μm程度の比較的大きな
気孔が焼結体中に形成されてしまい、密度の低下、強度
などの機械的性質の低下、研削・研磨加工を施した際の
加工面粗さの増大等の原因となる。
Generally, the higher the temperature at the time of sintering and the longer the sintering time, the thicker the glass phase formed in the sintered body by the liquid phase and the more apparent the grain growth. It becomes to become. That is, since the liquid phase sintering promotes the grain growth during sintering, the crystal grain size increases and the strength is hardly increased. Further, in the sintered body containing lithium aluminosilicate as described above, the details are not clear, but because the Li component in the lithium aluminosilicate is volatilized when a liquid phase is formed, relatively large pores of about 10 μm are formed. It is formed inside, causing a decrease in density, a decrease in mechanical properties such as strength, and an increase in roughness of a machined surface upon grinding and polishing.

【0010】従って本発明は、カルシウムシリケートと
リチウムアルミノシリケートからなるカルシウムシリケ
ート複合焼結体において、気孔を極めて少なくかつ極め
て小さくした、機械的性質や加工面粗さ等が飛躍的に向
上した焼結体及びその製造方法を提供することを目的と
するものである。
[0010] Accordingly, the present invention provides a calcium silicate composite sintered body comprising calcium silicate and lithium aluminosilicate, having extremely small and extremely small pores and having significantly improved mechanical properties and processed surface roughness. It is an object to provide a body and a method for producing the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者らは上記のような粒成長及び気孔形成を極力回避
しつつ焼成を行うべく鋭意研究を重ねた結果、熱効率の
悪い従来の外部加熱ではこれらを抑制するには限界があ
ること、これに対し粉末内部からの発熱、すなわち一種
の自己発熱状態においては、急速昇温、短時間焼結が可
能となり、粒成長や気孔形成が著しく抑制され、緻密
で、高強度かつ面粗さに優れたカルシウムシリケート複
合焼結体が得られること、その結果従来法では緻密化が
困難で高強度、精密加工面の得られにくいような粗粒原
料をも使用できるようになること、そしてその加熱方式
として放電プラズマ焼結、プラズマ活性化焼結等の加圧
・通電加熱焼結法が最も有効であることを見出し、本発
明を完成した。
Under these circumstances, the present inventors have conducted intensive studies to carry out firing while avoiding the above-mentioned grain growth and pore formation as much as possible. However, in the case of heat generated from the inside of the powder, that is, a kind of self-heating, rapid temperature rise and short-time sintering are possible, and grain growth and pore formation are significantly suppressed. A dense, high-strength, and high-surface-roughness calcium silicate composite sintered body can be obtained. It has been found that pressure and current heating sintering methods such as discharge plasma sintering and plasma activated sintering are the most effective as the heating method, and completed the present invention.

【0012】すなわち本発明は、加圧・通電加熱焼結法
により得られた焼結体であって、カルシウムシリケート
とリチウムアルミノシリケートとが複合した結晶組織を
主体とし、密度が理論密度の98%以上で最大気孔径が平
均結晶粒径の20%以下であることを特徴とするカルシウ
ムシリケート複合焼結体を提供するものである。
That is, the present invention relates to a sintered body obtained by a pressure / current heating sintering method, wherein the sintered body is mainly composed of a composite structure of calcium silicate and lithium aluminosilicate, and has a density of 98% of the theoretical density. As described above, the present invention provides a calcium silicate composite sintered body characterized in that the maximum pore size is 20% or less of the average crystal grain size.

【0013】また本発明は、ウォラストナイト又は焼成
によりウォラストナイトに転移するカルシウムシリケー
トの少なくとも1種と、リチウムアルミノシリケートの
少なくとも1種を含む原料配合物を、加圧・通電加熱焼
結法で焼成することを特徴とする上記カルシウムシリケ
ート複合焼結体の製造方法を提供するものである。
[0013] The present invention also relates to a pressure / current heating sintering method using a raw material blend containing at least one kind of wollastonite or calcium silicate which is transformed into wollastonite by firing and at least one kind of lithium aluminosilicate. And a method for producing the calcium silicate composite sintered body, characterized by firing.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明のカルシウムシリケート複
合焼結体は、カルシウムシリケートとリチウムアルミノ
シリケートを主要構成相とする複合焼結体である。カル
シウムシリケートあるいはリチウムアルミノシリケート
のいずれか1種類のみでは、緻密化が成されず、強度、
面粗さなどが劣ることとなる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The calcium silicate composite sintered body of the present invention is a composite sintered body containing calcium silicate and lithium aluminosilicate as main constituent phases. With only one of calcium silicate and lithium aluminosilicate, densification is not achieved, and strength,
The surface roughness is inferior.

【0015】本発明のカルシウムシリケート複合焼結体
の密度は理論密度の98%以上でなくてはならない。密度
がこれに満たない場合、空隙の増大に応じて強度は低下
し、また加工面の粗さも劣るものとなる。なお、本発明
のカルシウムシリケート複合焼結体中には原料に含まれ
る不純物、製造工程上の不可避の不純物が2重量%程度
まで含まれていても構わない。従って、上記理論密度の
98%以上とは、厳密にはこの2重量%以下の不純物を考
慮したものであるべきであるが、ここではカルシウムシ
リケートとリチウムアルミノシリケートのみからなるも
のと考えて換算した数値をいう。
The density of the calcium silicate composite sintered body of the present invention must be 98% or more of the theoretical density. If the density is less than this, the strength decreases as the voids increase, and the roughness of the processed surface becomes poor. The calcium silicate composite sintered body of the present invention may contain up to about 2% by weight of impurities contained in the raw material and inevitable impurities in the production process. Therefore, the above theoretical density
Strictly, 98% or more should be considered in consideration of the impurities of 2% by weight or less, but here, it is a numerical value converted by considering that it is composed only of calcium silicate and lithium aluminosilicate.

【0016】また、本発明のカルシウムシリケート複合
焼結体中に存在する気孔の大きさは、最大でも焼結体の
平均結晶粒径の20%以下でなくてはならない。最大気孔
径がこれより大きいと、強度、面粗さ等が低下し、好ま
しくない。最大気孔径は、好ましくは平均結晶粒径の10
%以下、より好ましくは5%以下であり、これにより上
記特性は更に飛躍的に向上する。
The size of the pores present in the calcium silicate composite sintered body of the present invention must be at most 20% or less of the average crystal grain size of the sintered body. If the maximum pore diameter is larger than this, strength, surface roughness, etc. decrease, which is not preferable. The maximum pore diameter is preferably 10 times the average crystal grain size.
%, More preferably 5% or less, whereby the above-mentioned properties are further improved.

【0017】本発明のカルシウムシリケート複合焼結体
中のカルシウムシリケートとリチウムアルミノシリケー
トの比率としては、両者の合量に対するリチウムアルミ
ノシリケートの比率が1〜99重量%、特に5〜95重量%
であるのが好ましい。カルシウムシリケートもリチウム
アルミノシリケートも単味材では難焼結性であることが
知られており、リチウムアルミノシリケートが1重量%
未満の場合、及び99重量%を超える場合には、いずれか
の単味に近付くため、焼結過程において液相の生成が減
じ、焼結体は理論密度の98%まで緻密化せず、強度が低
下し、また加工面も粗いものとなる。
The ratio of calcium silicate and lithium aluminosilicate in the calcium silicate composite sintered body of the present invention is such that the ratio of lithium aluminosilicate to the total amount of both is 1 to 99% by weight, particularly 5 to 95% by weight.
It is preferred that Both calcium silicate and lithium aluminosilicate are known to be difficult to sinter with simple materials, and lithium aluminosilicate is 1% by weight.
If it is less than 99% by weight or more than 99% by weight, it will be close to any one of them, so the generation of liquid phase will decrease during the sintering process, and the sintered body will not be densified to 98% of the theoretical density, And the processed surface becomes rough.

【0018】カルシウムシリケートとリチウムアルミノ
シリケートの比率は、より厳密には、用いる両者の粉末
の平均粒径のバランスとの関係で定められる。すなわ
ち、一方の平均粒径が相対的により小さくなれば、焼結
性の向上により両者の合量に対するその粉末の好ましい
比率は低減され、平均粒径が大きくなればその粉末の好
ましい比率は増大することになる。
The ratio of calcium silicate to lithium aluminosilicate is more strictly determined in relation to the balance between the average particle sizes of the two powders used. That is, if one average particle size is relatively smaller, the preferred ratio of the powder to the total amount of both is reduced due to improvement in sinterability, and if the average particle size is larger, the preferred ratio of the powder is increased. Will be.

【0019】本発明のカルシウムシリケート複合焼結体
を構成するカルシウムシリケートとしては、CaOをC、S
iO2をSと略し、CS、C2S、C3S、C3S2等が挙げられる
が、このうちCSのウォラストナイトが好ましく、更にウ
ォラストナイトにはαとβの2種類があるがβ-ウォラ
ストナイトが最も好ましい。C2S、C3S等が含まれても構
わないが量的に多いと緻密化が損なわれるため、2重量
%までとするのが好ましい。
As the calcium silicate constituting the calcium silicate composite sintered body of the present invention, CaO is C, S
iO 2 is abbreviated as S and includes CS, C 2 S, C 3 S, C 3 S 2 and the like. Among them, CS wollastonite is preferable, and wollastonite has two types of α and β. However, β-wollastonite is most preferred. C 2 S, C 3 S, etc. may be contained, but if the amount is large, densification is impaired, so it is preferably up to 2% by weight.

【0020】本発明のカルシウムシリケート複合焼結体
を構成するリチウムアルミノシリケートとしては、Li2O
をL、Al2O3をA、SiO2をSと略し、LAS2のユークリプ
タイト、LAS4のスポジューメン、スポジューメン固溶体
が挙げられる。このうちスポジューメンがユークリプタ
イトに比べてコスト面などで好ましい。更にスポジュー
メンにはαとβの2種類があるが、β-スポジューメン
が最も好ましい。
As the lithium aluminosilicate constituting the calcium silicate composite sintered body of the present invention, Li 2 O
Is L, Al 2 O 3 is A, SiO 2 is S, and LAS 2 eucryptite, LAS 4 spodumene, and spodumene solid solution are exemplified. Of these, spojumen are preferred in terms of cost and the like as compared with eucryptite. Furthermore, although there are two types of spojumen, α and β, β-spodumene is most preferred.

【0021】またこれら以外に、本発明のカルシウムシ
リケート複合焼結体には、2重量%程度までであれば、
焼結助剤又は不可避の不純物成分に起因するFe、Mg、M
n、P、Al、Na、K等の酸化物が含まれていてもかまわ
ない。
In addition to the above, the calcium silicate composite sintered body of the present invention has a content of up to about 2% by weight.
Fe, Mg, M due to sintering aids or unavoidable impurity components
An oxide such as n, P, Al, Na, or K may be contained.

【0022】本発明のカルシウムシリケート複合焼結体
中の各元素の含有量としては、酸化物換算の重量%で、
0.1≦Li2O≦10.0、50.0≦SiO2≦65.0、0.1≦CaO≦48.
0、0.5≦Al2O3≦35.0であるのが好ましい。
The content of each element in the calcium silicate composite sintered body of the present invention is expressed in terms of% by weight in terms of oxide.
0.1 ≦ Li 2 O ≦ 10.0, 50.0 ≦ SiO 2 ≦ 65.0, 0.1 ≦ CaO ≦ 48.
It is preferable that 0, 0.5 ≦ Al 2 O 3 ≦ 35.0.

【0023】各成分の含有量が当該範囲の下限に満たな
い場合、 Li2Oの場合 :強度,緻密化,耐熱衝撃性,低熱膨張 SiO2の場合 :強度,緻密化,耐熱衝撃性,断熱性,低
熱膨張 CaOの場合 :強度,緻密化,断熱性 Al2O3の場合:強度,緻密化,耐熱衝撃性,低熱膨張 の特性がそれぞれ劣ることとなる。
When the content of each component is less than the lower limit of the range, Li 2 O: strength, densification, thermal shock resistance, low thermal expansion SiO 2 : strength, densification, thermal shock resistance, heat insulation gender, if the low thermal expansion CaO: strength, densification, when the heat-insulating Al 2 O 3: strength, densification, heat shock resistance, characteristics of low thermal expansion is inferior, respectively.

【0024】また、各成分の含有量が当該範囲の上限を
超える場合、 Li2Oの場合 :強度,緻密化 SiO2の場合 :強度,緻密化 CaOの場合 :強度,緻密化,耐熱衝撃性,低熱膨張 Al2O3の場合:強度,緻密化,耐熱衝撃性,断熱性,熱
膨張係数 の特性がそれぞれ劣ることとなる。
When the content of each component exceeds the upper limit of the range, Li 2 O: strength, densified SiO 2 : strength, densified CaO: strength, densification, thermal shock resistance , Low thermal expansion Al 2 O 3 : The properties of strength, densification, thermal shock resistance, heat insulation, and thermal expansion coefficient are each inferior.

【0025】また、本発明のカルシウムシリケート複合
焼結体の平均結晶粒径は10μm以下、更に2μm以下、
特に1μm以下であるのが好ましい。平均結晶粒径が10
μmを超えると、焼結体の強度は向上せず、またその研
削・研磨加工面も粗いものとなる。一般に、強度及び面
粗さは、焼結体を構成する結晶粒径に依存し、粒径が小
さければ強度、面粗さ共に向上する。
Further, the average crystal grain size of the calcium silicate composite sintered body of the present invention is 10 μm or less, further 2 μm or less,
In particular, it is preferably 1 μm or less. Average grain size is 10
If it exceeds μm, the strength of the sintered body will not be improved, and its ground / polished surface will be rough. Generally, the strength and the surface roughness depend on the crystal grain size constituting the sintered body. If the grain size is small, both the strength and the surface roughness are improved.

【0026】更に、本発明のカルシウムシリケート複合
焼結体の結晶粒径は最大でも50μm以下、更に10μm以
下、特に5μm以下であるのが好ましい。平均結晶粒径
に比べて著しく粗大な結晶が存在すると、その結晶粒子
が欠陥として作用するため、強度が著しく低下する原因
になり、また必然的に面粗さも著しく損なわれる結果と
なるためである。
Further, the crystal grain size of the calcium silicate composite sintered body of the present invention is preferably at most 50 μm, more preferably at most 10 μm, particularly preferably at most 5 μm. When there is a crystal that is significantly coarser than the average crystal grain size, the crystal grain acts as a defect, causing a significant decrease in strength, and inevitably results in a significant loss of surface roughness. .

【0027】本発明のカルシウムシリケート複合焼結体
は、ウォラストナイト又は焼成によりウォラストナイト
に転移するカルシウムシリケートの少なくとも1種と、
リチウムアルミノシリケートの少なくとも1種を含む原
料配合物を、加圧・通電加熱焼結法で焼成することによ
り製造することができる。
[0027] The calcium silicate composite sintered body of the present invention comprises at least one of wollastonite or calcium silicate which is transformed into wollastonite by firing;
It can be produced by sintering a raw material mixture containing at least one kind of lithium aluminosilicate by a pressurized / electrically heated sintering method.

【0028】出発原料であるカルシウムシリケートとし
ては、ウォラストナイトのほか、CSH(カルシウムシリ
ケート結晶質水和物の前駆体であり、CaとSiのモル比Ca
/Siが種々の比率を取り得る非晶質水和物の総称)、ト
バモライト、ゾノトライト、ジャイロライト、オーケナ
イト等が挙げられ、いずれかを単独で又は2種以上を組
合せて使用することができる。このうち、CSH、ゾノト
ライト及びウォラストナイトが好ましく、CSHはCa/Siモ
ル比が0.5〜1.5前後のCSHが、ウォラストナイトは天然
のβ-ウォラストナイトが好ましい。
Examples of the calcium silicate as a starting material include wollastonite and CSH (a precursor of calcium silicate crystalline hydrate, and a molar ratio of Ca and Si of Ca).
/ Si is a general term for amorphous hydrates that can have various ratios), tobermorite, zonotolite, gyrolite, orkenite, and the like. Any of these can be used alone or in combination of two or more. Among them, CSH, zonotolite and wollastonite are preferable, CSH having a Ca / Si molar ratio of about 0.5 to 1.5 is preferable, and wollastonite is preferably natural β-wollastonite.

【0029】もう一方の出発原料であるリチウムアルミ
ノシリケートとしては、L:A:S=1:1:2、1:1:3、1:1:4、
1:1:6、1:1:8、1:1:10、1:1:12、1:1:15等のものが挙げ
られ、いずれかを単独で又は2種以上を組合せて使用す
ることができる。このうち、LAS2のユークリプタイト、
LAS4のスポジューメン及びLAS8のペタライトが好まし
く、特にコスト面等の点から天然に産するα-スポジュ
ーメンもしくはそれを焼成して転移させたβ-スポジュ
ーメン、又は天然のペタライトが好ましい。ペタライト
は高温でβ-スポジューメン固溶体となる。
As the other starting materials, lithium aluminosilicate, L: A: S = 1: 1: 2, 1: 1: 3, 1: 1: 4,
1: 1: 6, 1: 1: 8, 1: 1: 10, 1: 1: 12, 1: 1: 15, etc., either of which is used alone or in combination of two or more. be able to. Of these, LAS 2 eucryptite,
The LAS 4 spodumene and the LAS 8 petalite are preferred, and from the viewpoint of cost and the like, naturally-occurring α-spodumene, β-spodumene obtained by calcining the α-spodumene, and natural petalite are preferred. Petalite becomes a β-spodumene solid solution at high temperatures.

【0030】これら出発原料は、前述したような結晶粒
径の小さい焼結体を得るためには、平均粒径が10μm以
下、特に1μm以下であるのが好ましい。焼結体中の結
晶粒径の大きさは、用いる出発原料の粒径に依存するた
めである。
These starting materials preferably have an average particle size of 10 μm or less, particularly 1 μm or less, in order to obtain a sintered body having a small crystal grain size as described above. This is because the size of the crystal grain size in the sintered body depends on the grain size of the starting material used.

【0031】なお、これら出発原料の1μm以下の超微
粒子を容易に得る方法としては、例えば、以下の方法が
挙げられる。
As a method for easily obtaining ultrafine particles of 1 μm or less of these starting materials, the following methods are exemplified.

【0032】すなわち、ウォラストナイトの超微粒子
は、Si原料とCa原料のCa/Siモル比を0.5〜1.5に調合し
たスラリーを水熱処理してケイ酸カルシウム水和物を合
成した後、700〜1200℃で焼成し、必要に応じて粉砕す
ることにより、また、スポジューメンの超微粒子は、α
-スポジューメンを1000〜1300℃で焼成し相転移させて
得られたβ-スポジューメンを粉砕することにより製造
することができる。
That is, ultra-fine particles of wollastonite are obtained by hydrothermally treating a slurry in which the Ca / Si molar ratio of the Si raw material and the Ca raw material is adjusted to 0.5 to 1.5 to synthesize calcium silicate hydrate. By firing at 1200 ° C and pulverizing if necessary,
Β-spodumene can be manufactured by sintering the spodumene at 1000 to 1300 ° C. and subjecting it to a phase transition to pulverize the obtained β-spodumene.

【0033】上記のごとく焼成することにより、前者は
β-ウォラストナイトの微粒子ないしその集合体が得ら
れ、後者はβ-スポジューメンの微細な結晶粒界を有す
る多結晶体的構造が得られ、いずれもアトライター等の
特殊な超微粉砕機を用いることなく、ボールミル等によ
って容易に超微粒子を得ることができる。
By calcination as described above, the former provides fine particles of β-wollastonite or an aggregate thereof, and the latter obtains a polycrystalline structure having fine β-spodumene crystal grain boundaries, In each case, ultrafine particles can be easily obtained by a ball mill or the like without using a special ultrafine pulverizer such as an attritor.

【0034】原料配合物の組成としては、焼成後に焼結
体結晶相中のカルシウムシリケートとリチウムアルミノ
シリケートの合量に対しリチウムアルミノシリケートが
1〜99重量%となる比率で配合すればよいが、不純物成
分の含量が2重量%以下であるような原料を用いた場
合、カルシウムシリケート原料とリチウムアルミノシリ
ケート原料の合量に対しリチウムアルミノシリケート原
料が1〜99重量%となる比率で配合することができる。
The composition of the raw material blend may be such that after firing, the lithium aluminosilicate is blended at a ratio of 1 to 99% by weight based on the total amount of calcium silicate and lithium aluminosilicate in the crystal phase of the sintered body. When a raw material having an impurity component content of 2% by weight or less is used, the lithium aluminosilicate raw material may be blended at a ratio of 1 to 99% by weight based on the total amount of the calcium silicate raw material and the lithium aluminosilicate raw material. it can.

【0035】またこれら原料中には、2重量%程度まで
であれば、焼結助剤又は不可避の不純物成分としてFe、
Mg、Mn、P、Al、Na、K等の酸化物又はその混合物が含
まれても問題無く用いることができ、通常工業的レベル
で使用されるカルシウムシリケート粉末とリチウムアル
ミノシリケート粉末であれば、特別な制約なく用いるこ
とができる。
In these raw materials, up to about 2% by weight, as a sintering aid or an unavoidable impurity component, Fe,
Mg, Mn, P, Al, Na, oxides such as K or a mixture thereof can be used without any problem, if it is a calcium silicate powder and lithium aluminosilicate powder usually used at an industrial level, It can be used without any special restrictions.

【0036】上記の原料配合物を加圧・通電加熱焼結法
で焼成することにより、本発明のカルシウムシリケート
複合焼結体が得られる。この加圧・通電加熱焼結法とし
ては、放電プラズマ焼結法、プラズマ活性化焼結法等が
挙げられ、これらによれば従来の外熱方式による焼成と
異なり、粒成長及び気孔の形成を抑制しつつ、低温かつ
短時間で焼成することができる。
The calcium silicate composite sintered body of the present invention can be obtained by sintering the above-mentioned raw material mixture by a pressure / current heating sintering method. Examples of the pressurized / electrically heated sintering method include a discharge plasma sintering method and a plasma activated sintering method. According to these methods, unlike conventional sintering using an external heat method, grain growth and pore formation are performed. The sintering can be performed at a low temperature and in a short time while suppressing.

【0037】次に、加圧・通電加熱焼結法がカルシウム
シリケート複合焼結体の焼結に対し効果的に作用するプ
ロセスについて、放電プラズマ焼結法を例にとり説明す
る。放電プラズマ焼結法は、特殊なパルス電源装置によ
り直流の電圧・電流のオン/オフ比を任意に変え、ダイ
ス中の原料粉末に対して直流のパルス電圧・電流を印加
することにより焼成を行う方法である。直流電圧がオン
の時に粉体は急激に体積膨張し、逆にオフの時には体積
収縮するため、オン/オフの繰り返しにより原料粉末表
面に付着していた不純物は脱離し、表面がクリーニング
されるため、極めて活性化された状態となる。
Next, a process in which the pressurized / electrically heated sintering method effectively acts on the sintering of the calcium silicate composite sintered body will be described with reference to the discharge plasma sintering method as an example. In the spark plasma sintering method, the sintering is performed by applying a DC pulse voltage / current to the raw material powder in the die by arbitrarily changing the on / off ratio of the DC voltage / current using a special pulse power supply device. Is the way. When the DC voltage is on, the powder rapidly expands in volume, and conversely when it is off, the volume contracts, so that the impurities adhering to the surface of the raw material powder are eliminated by repeated on / off, and the surface is cleaned. , Resulting in an extremely activated state.

【0038】次いで、通電により発生したジュール熱と
粉体間に発生した火花放電による自己発熱作用とによ
り、カルシウムシリケートとリチウムアルミノシリケー
トの粒子接点が局所的に共晶点に到達する。こうして生
じた液相が、更にオン/オフパルス通電に伴う電界効果
により極めて高速・短時間で、活性化されたカルシウム
シリケート複合焼結体粉末の表面に体積拡散・表面拡散
・粒界拡散していく。
Next, due to the Joule heat generated by energization and the self-heating effect due to the spark discharge generated between the powders, the calcium silicate and lithium aluminosilicate particle contacts locally reach the eutectic point. The liquid phase thus generated is further diffused in volume, surface and grain boundaries on the surface of the activated calcium silicate composite sintered powder at a very high speed and in a short time by the electric field effect accompanying the on / off pulse current. .

【0039】以上のプロセスにより得られたカルシウム
シリケート複合焼結体は、粒成長が全く認められない、
ないしは極めて僅かであり、また、従来生じていた気孔
は、低温焼結と加圧・通電加熱が相俟ってほとんど認め
られなくなる。このため、得られるカルシウムシリケー
ト複合焼結体は、高強度でかつ精密加工が可能な極めて
面粗さに優れた焼結体になるものと考えられる。
In the calcium silicate composite sintered body obtained by the above process, no grain growth is observed.
In addition, the pores which have been generated in the past are scarcely recognized due to the combination of low-temperature sintering and pressurization / electric heating. For this reason, it is considered that the obtained calcium silicate composite sintered body is a sintered body having high strength and extremely excellent surface roughness, which can be precisely machined.

【0040】なお、上では放電プラズマ焼結法を例にと
り説明したが、低電圧高電流制御(電流制御)である上
記放電プラズマ焼結法のほか、高電圧低電流制御(電圧
制御)であるプラズマ活性化焼結法においても、粉体に
直接電圧を加え粉体粒子間隙に生じるプラズマを利用し
て焼結させる点では同様であり、これによっても本発明
の目的を達成することができる。
In the above description, the discharge plasma sintering method has been described as an example. In addition to the above-described discharge plasma sintering method which is a low-voltage high-current control (current control), a high-voltage low-current control (voltage control) is also used. The plasma-activated sintering method is the same in that the powder is directly applied with a voltage and sintering is performed using plasma generated in the gap between the powder particles, thereby achieving the object of the present invention.

【0041】焼成温度は、用いる出発原料の平均粒径に
も依存するが、通常900〜1200℃の範囲、特に950〜1150
℃の範囲が好ましい。この温度範囲の下限に満たない場
合は、焼結体は緻密化せず、強度、面粗さ共に低下す
る。また上限を超える場合は、緻密化はするが液相が卓
越して粒成長が顕著となり強度、面粗さが低下する。ま
た焼結体中に発泡が生じる結果、緻密化が損なわれるこ
ととなる。
The firing temperature depends on the average particle size of the starting materials used, but is usually in the range of 900 to 1200 ° C., particularly 950 to 1150 ° C.
C. is preferred. If the temperature is below the lower limit of this temperature range, the sintered body does not become dense, and both the strength and the surface roughness decrease. On the other hand, if the upper limit is exceeded, densification is achieved, but the liquid phase becomes dominant and grain growth becomes remarkable, resulting in reduced strength and surface roughness. In addition, as a result of foaming in the sintered body, densification is impaired.

【0042】[0042]

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, but it should not be construed that the invention is limited thereto.

【0043】なお、各実施例において、β-ウォラスト
ナイトとβ-スポジューメンの一方が少ない場合に焼結
体の結晶相を完全に同定するのは難しいため、予備試験
として、実施例1〜4で用いたβ-ウォラストナイトと
β-スポジューメンを50:50の割合として得られた焼結
体の結晶相を確認したところ、結晶相はβ-ウォラスト
ナイトとβ-スポジューメンであり、反応生成物は認め
られなかった。従って、個々の出発原料の高温における
重量減(強熱減量)を考慮すれば、焼結体結晶相の割合
は出発原料配合とほぼ同じ数値ということになるが、以
下の実施例における結晶相の割合の数値は、この不純物
を除いた純分としての値を示す。
In each of the examples, when one of β-wollastonite and β-spodumene is small, it is difficult to completely identify the crystal phase of the sintered body. The crystal phase of the sintered body obtained with the ratio of β-wollastonite and β-spodumene used at 50:50 was confirmed. The crystal phases were β-wollastonite and β-spodumene. Nothing was found. Therefore, taking into account the weight loss (ignition loss) of each starting material at a high temperature, the ratio of the crystal phase of the sintered body is almost the same as that of the starting material, but the ratio of the crystal phase in the following examples is The numerical value of the ratio indicates a value as a pure content excluding this impurity.

【0044】実施例1〜4 (1) 使用原料 リチウムアルミノシリケート原料として、天然のα-ス
ポジューメン(Li2O:7.6重量%,Al2O3:26.5重量%,
SiO2:64.5重量%,その他:1.2重量%,強熱減量0.2重
量%)を、カルシウムシリケート原料として、天然のβ
-ウォラストナイト(CaO:46.2重量%,SiO2:51.1重量
%,その他:1.6重量%,強熱減量1.1重量%)を用い
た。
Examples 1 to 4 (1) Raw Materials Used As a lithium aluminosilicate raw material, natural α-spodumene (Li 2 O: 7.6% by weight, Al 2 O 3 : 26.5% by weight,
SiO 2 : 64.5% by weight, other: 1.2% by weight, ignition loss 0.2% by weight)
- wollastonite (CaO: 46.2 wt%, SiO 2: 51.1 wt%, Other: 1.6 wt%, ignition loss 1.1 wt%) was used.

【0045】(2) 原料微粒子の製造 (a) 使用した天然のα-スポジューメンは平均粒径200
μmであり、これを5℃/分で1100℃まで昇温し、この
温度で1時間焼成した後、徐冷してβ-スポジューメン
を得た。このβ-スポジューメン中には微細な亀裂が多
数入っており、また0.5μm前後のサイズで一種の結晶
粒界が現出していた。この粉末をボールミルにより72時
間湿式粉砕しところ、平均粒径0.45μmの超微粒子が容
易に得られた。粉砕条件は、ミル容積:400リットル、
ミル回転数:100rpm、メディア:φ5mmのアルミナボー
ル400kg、上記β-スポジューメン粗粒100kgに水100kgを
加えてスラリー濃度50%とした。 (b) 一方、使用した天然のβ-ウォラストナイトは平均
粒径2.5μmであり、これを72時間粉砕し、平均粒径0.5
2μmの超微粒子を得た。粉砕条件は、粉砕時に固形分1
00重量%に対し外割で15重量%の分散剤を加えた以外は
スポジューメンの場合と同様である。
(2) Production of Raw Material Fine Particles (a) The natural α-spodumene used has an average particle diameter of 200
The temperature was raised to 1100 ° C. at a rate of 5 ° C./min, baked at this temperature for 1 hour, and then gradually cooled to obtain β-spodumene. The β-spodumene contained many fine cracks, and a kind of grain boundary appeared at a size of about 0.5 μm. When this powder was wet-pulverized by a ball mill for 72 hours, ultrafine particles having an average particle diameter of 0.45 μm were easily obtained. Milling conditions are mill volume: 400 liters,
Mill rotation speed: 100 rpm, media: 400 kg of alumina balls having a diameter of 5 mm, 100 kg of the above-mentioned β-spodumene coarse particles, and 100 kg of water were added to make a slurry concentration of 50%. (b) On the other hand, the natural β-wollastonite used had an average particle size of 2.5 μm, which was pulverized for 72 hours to obtain an average particle size of 0.5 μm.
2 μm ultrafine particles were obtained. Grinding conditions are as follows:
It is the same as in the case of spojumen except that 15% by weight of the dispersant is added to 00% by weight.

【0046】(3) 焼成・加工 それぞれのスラリーから、種々の比率でβ-ウォラスト
ナイト原料とβ-スポジューメン原料を採取し、このス
ラリーに結合剤として3重量%のポリビニルアルコール
を加えて混合し、スプレードライヤーにて造粒した。こ
の顆粒を下パンチャーがセットされているダイスに充填
した後、上パンチャーをセットして顆粒を挟み、更に上
下にパンチを挿入し油圧ジャッキで約100kgfの予備加圧
を行った。なお、パンチ、ダイス及びパンチャーの材質
はグラファイトであり(東洋炭素製)、ダイスのサイズ
はφ90mm×φ50.4mm×100mm、パンチャ−のサイズはφ5
0mm×50mmである。更に、焼結体の離型性を確保するた
め、原料粉と接触しているダイスの内壁及び上下パンチ
ャー面には、それぞれ0.2mm厚のカーボンシートを設置
した。以上の前処理の後、パンチ、ダイスごと放電プラ
ズマ焼結機(住友石炭鉱業社製,SPS-7.40)にセットし
焼結を行った。本装置は、縦一軸方向の加圧機構を有す
る本体と、水冷却部内蔵の特殊通電機構、水冷真空チャ
ンバー、真空・大気・ガス雰囲気制御機構、真空排気装
置、特殊DCパルス焼結電源、冷却水制御ユニット、位
置計測機構、変位量計測装置、温度計測装置及びこれら
を制御する操作制御盤から成っている。以上の装置を用
い、真空雰囲気下において所定の圧力をかけながら、70
℃毎分で昇温し、所定の温度で所定時間保持した後、冷
却し500℃で大気開放した。諸条件は表1に示す通りで
ある。得られた焼結体の両面を#400のダイヤモンド砥石
で平面研削し(岡本工作機械社製,精密平面研削盤PSG-
52DX)、その後、3μmのダイヤモンド砥粒で30分間研
磨を行った(芝山機械社製,ラップマスター15)。
(3) Firing / Processing From the respective slurries, β-wollastonite raw material and β-spodumene raw material are collected at various ratios, and 3% by weight of polyvinyl alcohol as a binder is added to the slurry and mixed. And granulated with a spray dryer. After filling the granules in a die in which a lower puncher was set, the upper puncher was set to sandwich the granules, and further, punches were inserted vertically and pre-pressurized to about 100 kgf with a hydraulic jack. The material of the punch, die and puncher is graphite (made by Toyo Tanso), the size of the die is φ90mm × φ50.4mm × 100mm, and the size of the puncher is φ5
It is 0 mm x 50 mm. Further, in order to ensure the releasability of the sintered body, a 0.2 mm-thick carbon sheet was provided on each of the inner wall and the upper and lower puncher surfaces of the die in contact with the raw material powder. After the above pretreatment, the punch and the die were set in a spark plasma sintering machine (Sumitomo Coal Mining Co., Ltd., SPS-7.40) and sintering was performed. This device has a main body with a vertical uniaxial pressurizing mechanism, a special energizing mechanism with a built-in water cooling unit, a water-cooled vacuum chamber, a vacuum / atmosphere / gas atmosphere control mechanism, a vacuum exhaust device, a special DC pulse sintering power supply, and cooling. It consists of a water control unit, a position measuring mechanism, a displacement measuring device, a temperature measuring device and an operation control panel for controlling these. Using the above equipment, apply a predetermined pressure in a vacuum atmosphere,
The temperature was raised at a predetermined rate of 1 minute per minute, kept at a predetermined temperature for a predetermined time, cooled, and opened to the atmosphere at 500 ° C. Various conditions are as shown in Table 1. Both sides of the obtained sintered body are ground with a # 400 diamond grinding wheel (Okamoto Machine Tool Co., Ltd., precision surface grinder PSG-
52DX), and then polished for 30 minutes with 3 μm diamond abrasive grains (Shibayama Kikai Co., Ltd., Lapmaster 15).

【0047】(4) 各種測定法 面粗さ:上記研磨面について、JIS B 0601に基づきR
max、Raで評価した(東京精密社製,サーフコム300B,
触針曲率半径5μm,測定距離3mm)。 密度:アルキメデス法により算出した。 曲げ強度:焼結体を3×4×40mmに加工し、JIS R 1601
により測定した。 結晶粒径及び気孔径:焼結体組織の走査型電子顕微鏡
(SEM)観察により測定した。
(4) Various Measurement Methods Surface Roughness: The above polished surface was measured according to JIS B0601.
max, was evaluated by the R a (manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd., Surfcom 300B,
The radius of curvature of the stylus is 5 μm and the measuring distance is 3 mm). Density: Calculated by Archimedes' method. Flexural strength: Processing a sintered body to 3 × 4 × 40mm, JIS R 1601
Was measured by Crystal grain size and pore size: measured by scanning electron microscope (SEM) observation of the structure of the sintered body.

【0048】(5) 結果 この結果を表2に示すように、得られた焼結体はいずれ
も粒成長は全く認められずその平均粒径は出発原料粒径
と同等であり、また気孔は平均結晶粒径に比べて極めて
小さいか又は全く観察されず、従来に無い高緻密度、高
強度、良好な面粗さを有するものであった。
(5) Results As shown in Table 2, no grain growth was observed in any of the obtained sintered bodies, the average grain size was equivalent to the starting material grain size, and the pores were small. It was extremely small or not observed at all in comparison with the average crystal grain size, and had high density, high strength, and good surface roughness, which were not found in the past.

【0049】実施例5 珪藻土と工業用消石灰をCa/Siモル比1の割合で混合
し、水/固体比(W/S)=10.0のスラリーを調製し、200℃
で1時間水熱合成し、ゾノトライトを得た。このゾノト
ライトを120℃で乾燥した後、1000℃で焼成して転移さ
せβ-ウォラストナイトを得た。得られたβ-ウォラスト
ナイトは平均粒径0.6μmの超微粒子であった。なお、
この際の重量減は4.6%であり、またこのものは反応生
成物を含まない100%β-ウォラストナイトであった。こ
のβ-ウォラストナイトと、実施例1〜4と同様に相転
移させて得た粉砕前のβ-スポジューメンを表1の条件
で配合し、実施例1〜4と同様にしてボールミルで粉砕
し平均粒径0.25μmの超微粒子を得た。これを表1に示
す温度で実施例1〜4と同様にして放電プラズマ焼成を
行って焼結体を得、研削、研磨を施した後、各種特性値
を測定した。この結果、表2に示すように、得られた焼
結体は粒成長は全く認められずその平均粒径は出発原料
粒径と同等であり、また気孔は観察されず、従来に無い
高緻密度、高強度、良好な面粗さを有するものであっ
た。
Example 5 Diatomaceous earth and slaked lime for industrial use were mixed at a Ca / Si molar ratio of 1 to prepare a slurry having a water / solids ratio (W / S) of 10.0, and a slurry of 200 ° C.
For 1 hour to obtain zonotlite. After drying this zonotorite at 120 ° C., it was fired at 1000 ° C. to be transformed to obtain β-wollastonite. The obtained β-wollastonite was ultrafine particles having an average particle size of 0.6 μm. In addition,
At this time, the weight loss was 4.6%, and this was 100% β-wollastonite containing no reaction product. This β-wollastonite and β-spodumene before pulverization obtained by phase transition in the same manner as in Examples 1 to 4 were blended under the conditions shown in Table 1, and pulverized with a ball mill in the same manner as in Examples 1 to 4. Ultra fine particles having an average particle size of 0.25 μm were obtained. This was subjected to discharge plasma firing at the temperature shown in Table 1 in the same manner as in Examples 1 to 4, to obtain a sintered body, and after grinding and polishing, various characteristic values were measured. As a result, as shown in Table 2, no grain growth was observed in the obtained sintered body, the average grain size was equivalent to the starting material grain size, no pores were observed, and a high density , High strength and good surface roughness.

【0050】実施例6 リチウムアルミノシリケートとして、天然鉱物である平
均粒径8μmのペタライト(Li2O:4.2重量%,Al2O3
16.6重量%,SiO2:76.8重量%,その他:1.4重量%,
強熱減量1重量%)を、カルシウムシリケートとして、
実施例5と同様にゾノトライトを転移させて得た粉砕前
の0.6μmのβ-ウォラストナイトを用いた。これらの原
料を表1の条件で配合し、実施例1と同様にしてボール
ミルで粉砕し平均粒径0.36μmとした。これを表1に示
す温度で実施例1〜4と同様にして放電プラズマ焼成を
行って焼結体を得、研削、研磨を施した後、各種特性値
を測定した。この結果、表2に示すように、得られた焼
結体は粒成長は全く認められずその平均粒径は出発原料
粒径と同等であり、また気孔は観察されず、従来に無い
高緻密度、高強度、良好な面粗さを有するものであっ
た。
Example 6 As a lithium aluminosilicate, a natural mineral, petalite having an average particle diameter of 8 μm (Li 2 O: 4.2% by weight, Al 2 O 3 :
16.6 wt.%, SiO 2: 76.8% by weight, other: 1.4% by weight,
Loss on ignition 1% by weight) as calcium silicate
In the same manner as in Example 5, 0.6 μm β-wollastonite before pulverization obtained by transferring zonotolite was used. These raw materials were blended under the conditions shown in Table 1 and pulverized by a ball mill in the same manner as in Example 1 to obtain an average particle size of 0.36 μm. This was subjected to discharge plasma firing at the temperature shown in Table 1 in the same manner as in Examples 1 to 4, to obtain a sintered body, and after grinding and polishing, various characteristic values were measured. As a result, as shown in Table 2, no grain growth was observed in the obtained sintered body, the average grain size was equivalent to the starting material grain size, no pores were observed, and a high density , High strength and good surface roughness.

【0051】実施例7〜8 珪藻土と工業用消石灰をCa/Siモル比1の割合で混合
し、水/固体比(W/S)=10.0のスラリーを調製し、140℃
で1時間水熱処理しCSHを合成した。このCSHを120℃で
乾燥した後、1000℃で1時間焼成した。X線回折により
結晶相を同定したところ、このものは不純物を含まない
100%転移したβ-ウォラストナイトであった。このもの
の平均粒径は0.25μmであった。なお、この際の重量減
は13%である。実施例1〜4と同様に相転移させた粉砕
前のβ-スポジューメンと上記CSHから得たβ-ウォラス
トナイトを配合し、実施例1〜4と同様にしてボールミ
ルにて粉砕し平均粒径0.15μmの原料を得た。これを表
1に示す温度で実施例1〜4と同様にして放電プラズマ
焼成を行って焼結体を得、研削、研磨を施した後、各種
特性値を測定した。この結果、表2に示すように、得ら
れた焼結体は粒成長は全く認められずその平均粒径は出
発原料粒径と同等であり、また気孔は観察されず、従来
に無い高緻密度、高強度、良好な面粗さを有するもので
あった。
Examples 7 to 8 Diatomaceous earth and slaked lime for industrial use were mixed at a Ca / Si molar ratio of 1 to prepare a slurry having a water / solids ratio (W / S) of 10.0.
For 1 hour to synthesize CSH. After drying this CSH at 120 ° C., it was baked at 1000 ° C. for 1 hour. When the crystal phase was identified by X-ray diffraction, it contained no impurities
It was β-wollastonite that was 100% transformed. Its average particle size was 0.25 μm. The weight loss at this time is 13%. The β-spodumene before the pulverization that had undergone the phase transition as in Examples 1 to 4 and the β-wollastonite obtained from the above CSH were blended, and pulverized with a ball mill in the same manner as in Examples 1 to 4, and the average particle size was determined A 0.15 μm raw material was obtained. This was subjected to discharge plasma firing at the temperature shown in Table 1 in the same manner as in Examples 1 to 4, to obtain a sintered body, and after grinding and polishing, various characteristic values were measured. As a result, as shown in Table 2, no grain growth was observed in the obtained sintered body, the average grain size was equivalent to the starting material grain size, no pores were observed, and a high density , High strength and good surface roughness.

【0052】実施例9 実施例1〜4と同様に相転移させた粉砕前のβ-スポジ
ューメンに、実施例5に用いたゾノトライトを強熱減量
を考慮した固形分換算で表1のように配合し、実施例1
〜4と同様にして粉砕し平均粒径0.6μmの原料を得
た。これを表1に示す温度で実施例1〜4と同様にして
放電プラズマ焼成を行って焼結体を得、研削、研磨を施
した後、各種特性値を測定した。この結果、表2に示す
ように、得られた焼結体は粒成長は全く認められずその
平均粒径は出発原料粒径と同等であり、また気孔は観察
されず、従来に無い高緻密度、高強度、良好な面粗さを
有するものであった。
Example 9 Zonotolite used in Example 5 was mixed with β-spodumene before pulverization, which had undergone phase transition in the same manner as in Examples 1 to 4, in terms of solid content in consideration of loss on ignition, as shown in Table 1. Example 1
4 to obtain a raw material having an average particle diameter of 0.6 μm. This was subjected to discharge plasma firing at the temperature shown in Table 1 in the same manner as in Examples 1 to 4, to obtain a sintered body, and after grinding and polishing, various characteristic values were measured. As a result, as shown in Table 2, no grain growth was observed in the obtained sintered body, the average grain size was equivalent to the starting material grain size, no pores were observed, and a high density , High strength and good surface roughness.

【0053】実施例10 実施例1〜4に用いた相転移前のα-スポジューメンを
実施例1〜4と同様の条件で粉砕し、0.9μmとした。
このα-スポジューメンに実施例7に用いたCSHを強熱減
量を考慮した固形分換算で表1のように配合し、実施例
1〜4と同様にして粉砕し、平均粒径0.5μmの原料を
得た。これを表1に示す温度で実施例1〜4と同様にし
て放電プラズマ焼成を行って焼結体を得、研削、研磨を
施した後、各種特性値を測定した。この結果、表2に示
すように、得られた焼結体は粒成長は全く認められずそ
の平均粒径は出発原料粒径と同等であり、また気孔は観
察されず、従来に無い高緻密度、高強度、良好な面粗さ
を有するものであった。
Example 10 The α-spodumene before the phase transition used in Examples 1 to 4 was pulverized under the same conditions as in Examples 1 to 4 to 0.9 μm.
This α-spodumene was blended with the CSH used in Example 7 in terms of solid content in consideration of loss on ignition, as shown in Table 1, and pulverized in the same manner as in Examples 1-4 to obtain a raw material having an average particle size of 0.5 μm. I got This was subjected to discharge plasma firing at the temperature shown in Table 1 in the same manner as in Examples 1 to 4, to obtain a sintered body, and after grinding and polishing, various characteristic values were measured. As a result, as shown in Table 2, no grain growth was observed in the obtained sintered body, the average grain size was equivalent to the starting material grain size, no pores were observed, and a high density , High strength and good surface roughness.

【0054】実施例11〜14 実施例1〜4と同様の粉砕前のβ-スポジューメンと、
実施例1〜4と同様の天然鉱物で但し平均粒径が25μm
のβ-ウォラストナイトをボールミルにて混合粉砕し
て、平均粒径2μm(実施例11)、4.5μm(実施例1
2)、7.3μm(実施例13)及び10μm(実施例14)の原
料を得た。これを表1に示す温度で実施例1〜4と同様
にして放電プラズマ焼成を行って焼結体を得、研削、研
磨を施した後、各種特性値を測定した。この結果、表2
に示すように、得られた焼結体は、出発原料の粒径が大
きいため実施例1〜10よりは劣るものであるが、比較例
よりは遥かに優れ、粒成長は全く認められずその平均粒
径は出発原料粒径と同等であり、また気孔は観察されな
い(実施例11)か、又は観察されても平均結晶粒径に比
べて極めて小さい(実施例12〜14)ものであった。これ
らの焼結体は、従来に無い高緻密度、高強度、良好な面
粗さを有するものであった。
Examples 11 to 14 Same as in Examples 1 to 4, but before the pulverization of β-spodumene,
The same natural mineral as in Examples 1 to 4 except that the average particle size is 25 μm
Β-wollastonite was mixed and pulverized with a ball mill to obtain an average particle size of 2 μm (Example 11) and 4.5 μm (Example 1).
2), 7.3 μm (Example 13) and 10 μm (Example 14) raw materials were obtained. This was subjected to discharge plasma firing at the temperature shown in Table 1 in the same manner as in Examples 1 to 4, to obtain a sintered body, and after grinding and polishing, various characteristic values were measured. As a result, Table 2
As shown in the figure, the obtained sintered body is inferior to Examples 1 to 10 due to the large particle size of the starting material, but is far superior to Comparative Example, and no grain growth is observed. The average particle size was equivalent to the starting material particle size, and no porosity was observed (Example 11), or even if observed, it was extremely small compared to the average crystal particle size (Examples 12 to 14). . These sintered bodies had unprecedented high density, high strength, and good surface roughness.

【0055】実施例15 加圧・通電加熱焼結法として、放電プラズマ焼結法に代
えてプラズマ活性化焼結法(ソディックメカテック社
製,PASV(30tonf))を用いた以外は実施例2と全く同様
にして焼結体を得た。この結果、表2に示すように、得
られた焼結体は粒成長は全く認められずその平均粒径は
出発原料粒径と同等であり、また気孔は観察されず、従
来に無い高緻密度、高強度、良好な面粗さを有するもの
であった。
Example 15 The same procedure as in Example 2 was carried out except that a plasma activated sintering method (PASV (30 tonf) manufactured by Sodick Mechatech Co., Ltd.) was used instead of the discharge plasma sintering method as the pressurized / electrically heated sintering method. A sintered body was obtained in exactly the same manner. As a result, as shown in Table 2, no grain growth was observed in the obtained sintered body, the average grain size was equivalent to the starting material grain size, no pores were observed, and a high density , High strength and good surface roughness.

【0056】比較例1〜2 カルシウムシリケートの配合を100重量%(比較例1)
又は0重量%(比較例2)とし、放電プラズマ焼結の焼
結条件を表1の通りとする以外は実施例1又は2と同様
にして焼成物を得た。この結果、表2に示すように、こ
れらのものは緻密化せず、密度、気孔径、強度、面粗さ
のいずれも実施例1及び2に比し著しく劣るものであっ
た。
Comparative Examples 1 and 2 100% by weight of calcium silicate (Comparative Example 1)
Alternatively, a fired product was obtained in the same manner as in Example 1 or 2, except that the sintering conditions for spark plasma sintering were as shown in Table 1 except that the content was 0% by weight (Comparative Example 2). As a result, as shown in Table 2, they did not densify, and all of the density, the pore diameter, the strength, and the surface roughness were significantly inferior to Examples 1 and 2.

【0057】比較例3〜4 放電プラズマ焼結によらず、表1の条件で大気中常圧焼
結を行った以外は実施例9(比較例3)又は実施例10
(比較例4)と同様にして焼結体を得た。この結果、表
2に示すように、これらのものは密度は高いものの、実
施例に比べて結晶粒径が大きく、また最大気孔径も平均
結晶粒径の20%を超えるものであり、強度及び面粗さは
実施例より劣るものであった。
Comparative Examples 3 and 4 Example 9 (Comparative Example 3) or Example 10 except that atmospheric pressure sintering was performed under the conditions shown in Table 1 without using discharge plasma sintering.
A sintered body was obtained in the same manner as in (Comparative Example 4). As a result, as shown in Table 2, although these materials had a high density, the crystal grain size was larger than that of the examples, and the maximum pore size also exceeded 20% of the average crystal grain size. The surface roughness was inferior to the examples.

【0058】比較例5〜7 放電プラズマ焼結によらず、表1に示す出発原料粒径、
焼成条件で常圧焼結を行った以外は実施例2と同様にし
て焼結体を得た。この結果、表2に示すように、これら
のものは平均結晶粒径が原料粒径よりはるかに大きく粒
成長しており、また最大気孔径は平均結晶粒径の20%を
はるかに超えるものであった。これらの焼結体の密度、
強度及び面粗さはいずれも実施例より劣るものであっ
た。
Comparative Examples 5 to 7 Regardless of the discharge plasma sintering,
A sintered body was obtained in the same manner as in Example 2 except that normal-pressure sintering was performed under firing conditions. As a result, as shown in Table 2, these have grown so that the average crystal grain size is much larger than the raw material grain size, and the maximum pore size is much larger than 20% of the average crystal grain size. there were. The density of these sintered bodies,
Both the strength and the surface roughness were inferior to the examples.

【0059】比較例8 放電プラズマ焼結によらず、表1に示す出発原料粒径、
焼成条件で常圧焼結を行った以外は実施例3と同様にし
て焼結体を得た。この結果、表2に示すように、これら
のものは平均結晶粒径が原料粒径よりはるかに大きく粒
成長しており、また最大気孔径は平均結晶粒径の20%を
はるかに超えるものであった。この焼結体の密度、強度
及び面粗さは実施例より劣るものであった。
Comparative Example 8 Regarding the starting material particle diameters shown in Table 1,
A sintered body was obtained in the same manner as in Example 3, except that normal-pressure sintering was performed under firing conditions. As a result, as shown in Table 2, these have grown so that the average crystal grain size is much larger than the raw material grain size, and the maximum pore size is much larger than 20% of the average crystal grain size. there were. The density, strength and surface roughness of this sintered body were inferior to those of the examples.

【0060】[0060]

【表1】 [Table 1]

【0061】[0061]

【表2】 [Table 2]

【0062】[0062]

【発明の効果】本発明のカルシウムシリケート複合焼結
体は、耐熱衝撃性、断熱性、低熱膨張性等を必要とする
幅広い用途に優れた効果を有するカルシウムシリケート
複合焼結体において、粒成長することなく焼成され、気
孔がほとんどないか又はあっても極めて小さいために、
強度及び加工時の面粗さが飛躍的に向上したものであ
る。
The calcium silicate composite sintered body of the present invention grows in a calcium silicate composite sintered body having excellent effects in a wide range of applications requiring thermal shock resistance, heat insulation, low thermal expansion, and the like. Calcined without any pores or very small if any,
The strength and surface roughness during processing are dramatically improved.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋田 俊之 宮城県仙台市太白区三神峯1−3−1− 204 (72)発明者 斎藤 雅弘 宮城県仙台市太白区長町8−7−20 宮城 県工業技術センター内 (72)発明者 渡辺 洋一 宮城県仙台市太白区長町8−7−20 宮城 県工業技術センター内 (72)発明者 和田 千春 千葉県佐倉市大作二丁目4番2号 秩父小 野田株式会社中央研究所内 (72)発明者 片桐 誠 千葉県佐倉市大作二丁目4番2号 秩父小 野田株式会社中央研究所内 (72)発明者 酒巻 誠 千葉県佐倉市大作二丁目4番2号 秩父小 野田株式会社中央研究所内 (72)発明者 三崎 紀彦 山口県小野田市大字小野田6276番地 秩父 小野田株式会社中央研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Toshiyuki Hashida 1-4-1-204, Mijinmine, Taihaku-ku, Sendai, Miyagi Prefecture (72) Inventor Masahiro Saito 8-7-20 Nagamachi, Taihaku-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture Miyagi Kogyo Inside the Technical Center (72) Inventor Yoichi Watanabe 8-7-20 Nagamachi, Taihaku-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture Inside the Miyagi Prefectural Industrial Technology Center (72) Inventor Chiharu Wada 2-4-2 Daisaku Sakura City, Chiba Prefecture Chichibu Onoda Co., Ltd. Inside the Central Research Laboratory of the Company (72) Inventor Makoto Katagiri 2-4-2 Daisaku, Sakura City, Chiba Prefecture Kochi Chichibu Inside the Central Research Laboratory of Noda Co., Ltd. (72) Inventor Makoto Sakemaki 2-4-2 Daisaku Sakura City, Chiba Prefecture Small Chichibu Noda Central Research Laboratory (72) Inventor Norihiko Misaki 6276 Onoda, Chiba, Onoda City, Yamaguchi Prefecture Chinobu Onoda Central Research Laboratory

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 加圧・通電加熱焼結法により得られた焼
結体であって、カルシウムシリケートとリチウムアルミ
ノシリケートとが複合した結晶組織を主体とし、密度が
理論密度の98%以上で最大気孔径が平均結晶粒径の20%
以下であることを特徴とするカルシウムシリケート複合
焼結体。
1. A sintered body obtained by a pressure / current heating sintering method, wherein the sintered body is mainly composed of a crystal structure of calcium silicate and lithium aluminosilicate, and has a maximum density of 98% or more of the theoretical density. Pore size is 20% of average crystal grain size
A calcium silicate composite sintered body, characterized in that:
【請求項2】 カルシウムシリケートとリチウムアルミ
ノシリケートの合量に対して、リチウムアルミノシリケ
ートが1〜99重量%含まれるものである請求項1記載の
カルシウムシリケート複合焼結体。
2. The calcium silicate composite sintered body according to claim 1, wherein the lithium aluminosilicate is contained in an amount of 1 to 99% by weight based on the total amount of the calcium silicate and the lithium aluminosilicate.
【請求項3】 カルシウムシリケートがウォラストナイ
トであり、リチウムアルミノシリケートがユークリプタ
イト、スポジューメン及びスポジューメン固溶体から選
ばれる少なくとも1種である請求項1又は2記載のカル
シウムシリケート複合焼結体。
3. The calcium silicate composite sintered body according to claim 1, wherein the calcium silicate is wollastonite and the lithium aluminosilicate is at least one selected from eucryptite, spodumene, and spodumene solid solution.
【請求項4】 各元素の含有量が、酸化物換算の重量%
で、0.1≦Li2O≦10.0、50.0≦SiO2≦65.0、0.1≦CaO≦4
8.0、0.5≦Al2O3≦35.0である請求項1〜3のいずれか
に記載のカルシウムシリケート複合焼結体。
4. The content of each element is expressed in terms of weight% in terms of oxide.
In, 0.1 ≦ Li 2 O ≦ 10.0, 50.0 ≦ SiO 2 ≦ 65.0, 0.1 ≦ CaO ≦ 4
The calcium silicate composite sintered body according to claim 1, wherein 8.0, 0.5 ≦ Al 2 O 3 ≦ 35.0.
【請求項5】 ウォラストナイト又は焼成によりウォラ
ストナイトに転移するカルシウムシリケートの少なくと
も1種と、リチウムアルミノシリケートの少なくとも1
種を含む原料配合物を、加圧・通電加熱焼結法で焼成す
ることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のカ
ルシウムシリケート複合焼結体の製造方法。
5. At least one of wollastonite or calcium silicate which is transformed into wollastonite by firing, and at least one of lithium aluminosilicate
The method for producing a calcium silicate composite sintered body according to any one of claims 1 to 4, wherein the raw material mixture containing the seed is fired by a pressurized / electrically heated sintering method.
【請求項6】 原料配合物の組成が、カルシウムシリケ
ートとリチウムアルミノシリケートの合量に対するリチ
ウムアルミノシリケートの比率として1〜99重量%であ
る請求項5記載の製造方法。
6. The method according to claim 5, wherein the composition of the raw material mixture is 1 to 99% by weight as a ratio of lithium aluminosilicate to the total amount of calcium silicate and lithium aluminosilicate.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001302337A (en) * 2000-04-25 2001-10-31 Nitsukatoo:Kk Ceramic-made heat treating member excellent in thermal shock resistance
JP2002128563A (en) * 2000-10-23 2002-05-09 Nitsukatoo:Kk Ceramic member for thermal treatment which has good thermal shock resistance
JP2002137962A (en) * 2000-10-24 2002-05-14 Nitsukatoo:Kk Component for heat treatment consisting of mullite-based sintered compact
JP2007033438A (en) * 2005-06-23 2007-02-08 Toto Ltd Guide part for probe card, and probe card

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