JPS5910946B2 - アルミナシツセラミツクザイリヨウノ セイゾウホウ - Google Patents

アルミナシツセラミツクザイリヨウノ セイゾウホウ

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JPS5910946B2
JPS5910946B2 JP50134353A JP13435375A JPS5910946B2 JP S5910946 B2 JPS5910946 B2 JP S5910946B2 JP 50134353 A JP50134353 A JP 50134353A JP 13435375 A JP13435375 A JP 13435375A JP S5910946 B2 JPS5910946 B2 JP S5910946B2
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JP
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powder
glass
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sintered body
carbon
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隆 小南
陽 土居
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は不活性ガスを使用した熱間静水圧成型法を利用
し、均一微粒なアルミナ結晶粒を有する高密度なアルミ
ナ質セラミック焼結体の製法に関するものである。
一般に「セラミック材料の強度は結晶粒度が小さい程、
又密度が高い程大きくなる」と言われて居り、この考え
に基き、微粒且つ高密度化する事によって高強度のセラ
ミック材料を開発する試みが古くから成されて来た。
セラミック材料の殆んど総ては鉄等の金属材料と異り、
熱処理によって結晶粒度をコントロールする事は困難で
ある為、微粒セラミック材料の開発方法としては微粉末
を原料とし、これを出来る限り粒成長しない条件下で圧
密化する方法が採用されて来た。
この方法の最も一般的な方法として機械的ホットプレス
による加圧焼成法がある。
しかしこの方法は加圧方向が一軸方向である為に焼成体
に異方性が生ずる事と、焼成時に原料粉末の脱ガスを行
い難い欠点を有する。
後者の欠点を例えば、高温域迄原料粉末を加圧せず、充
分なる脱ガスを図る事Rfより改善しようとしても、そ
れに続く加圧・焼成が次の理由で困難となる新たなる欠
点が生ずる。
即ち、原料粉末集合体はb目圧前に粉末の流れ性が悪く
なる程度に焼結が進み且つ収縮しているので、後に続く
一軸方向の加圧により加圧方向と平行なモールド壁から
の圧力が充分に粉末に作用しない結果となる。
本発明はこの様な欠点を克服し、異方性の少ない微粒且
つ高密度の高強度のアルミナを主成分とするセラミック
材料の製造法を提供するものである。
本発明では従来のホットプレスを焼成手段として用いず
、熱間静水圧成型法を採用する事を原則とする。
即ら本発明法では、1ミクロン以下の粒子が大部分であ
る微粒アルミナ粉末もしくは上記粉末を50%(重量%
)以上含む混合粉末を一旦成型し、この成型体のま5、
或いはこの成型体を真空中で予備焼結した通気性のある
焼結体(以下予備焼結体と呼ぶ)にカーボン又は99%
以上の高純度のB N粉末を塗布し、更ζここの全体を
ガラス又はガラス質粉末、もしくは通気性ガラス又はガ
ラス質容器で包んだ後一旦真空中で加熱し、上記成型体
又は予備焼結体に存在する吸着水分、有機物等の不純物
を充分に蒸発除去した後、ガラスの軟化を生ぜしめ、カ
ーボン又はBN粉末を上記成型体又は予備焼結体とガラ
ス(又はガラス質材料)の間に介在させた状態で上記成
型体又は予備焼結体をガラス(又はガラス質材料)によ
って真空密閉する事を第1のプロセスとする。
真空予備焼成及び真空中でのガラス(又はガラス質材料
)による密閉はI. O −2mmHg以下の高真空中
で行う事が、吸着水分、有機物等の不純物の蒸発除去の
上で望ましい。
又成型体(又は予備焼結体)とガラス(又はガラス質材
料)粉末の間にカーボン又はBN粉末を介在させる理由
は、これ等の粉末がアルミナとも、ガラスとも反応性が
低く且つアルミナ中へ固溶し難い為である。
BN粉末を使用する場合は、その純度を90%以上にす
る事が望ましい。
BN粉末は表面に通常B203を形成しており、そのB
Hに対する重量比率はBN粒度が細かい程大きい。
B203はA I ,2 0 3と反応して低融点の化
合物を形成し、従ってBN粉末同志の焼結を促進しBN
粉末の再使用を困難とするばかりでなくアルミナの焼成
体の強度を劣化させるのでBN中のB203の量は1重
量%以下である事が望ましい。
又Na20,K20等の他不純分も同様にアルミナ焼成
体の強度を劣化させるのでBN中の不純分の量としては
1重量%以下である事が望ましい。
BN粉末は容器に働く静水圧を被処理体に充分均等に伝
達する必要がある。
従ってその粒度は小さい程良いが、細粒のもの程不純物
として含まれるB203の重量比率が大きくなる為粒度
は実用−ヒ下限界が生ずる。
即ち粒度は圧力伝達性を考慮して5ミクロン以下、主た
る不純物としてのB203の量的上限から考えてO.1
ミクロン以上である事が望ましい。
成型体(又は予備焼成体)の真空密閉の目的で使用する
ガラス及びガラス質粉末は、アルミナ粉末もしくはアル
ミナ粉末を50%(重量%)以上含む混合粉末から成る
成型体(又は予備焼結体)に存在する吸着水分、有機物
等の不純物の大部分を蒸発除去出来得る温度範囲の下限
で気密化しない程度の粘度と粒度を有する事が必要であ
る。
又このガラス及びガラス質材料は以後に続く熱間静水圧
成型による緊密化温度で103poise以上108p
oise以下の粘度を有する事が本発明の実施上望まし
い。
ガラス及びガラス質粉末は真空中で飛散が著しくない程
度の粒度を有するものを選ぶ事が望ましい。
この粒度は使用上数10・μ〜数mrttlJ3適当で
ある製造上の具体例としては第1図Aに示す様な金属ガ
ラス或いはセラミック等で出来た好ましくは通気性のあ
る容器1にガラス又はガラス質粉末2に埋め込む様にし
て成型体(又は予備焼結体)3を表面全体にカーボン又
はBN粉末4を塗布して装填し、金属、ガラス或いはセ
ラミック等で出来た容器1とガラス(以下ガラス質材料
を含めてガラスと総称する)粉末2の間にガラス粉末に
よる成型体(又は予備焼結体)の軟化密閉温度域で容器
1及びガラス粉末2との反応或いは焼結が著しくない粉
末(たとえば、カーボン又はBN粉末)4を1と2の間
に介在させた構造、或いは第1図Bに示す様にガラス粉
末2と粉末4′ の直接的又は全面的接触を避ける為の
好ましくは通気性を有するガラス容器6を更に装填する
構造等を採用する。
こうした構造物全体を真空中で加熱する。被処理体(以
下、成型体及び予備焼結体を総称して被処理体と呼ぶ)
、それを蔽うガラス粉末及び被処理体とガラス粉末の間
に介在させたカーボン或いはBN粉末は通気性がある為
に、ガラス粉末の軟化温度以下の温度範囲での真空加熱
により、被処理体より発生するガス(吸着水分、有機不
純物等から発生するガス)が排気除去される。
こうして被処理体より発生するガスを充分排気除去した
る後ガラス粉末が軟化する温度域迄昇温しガラス粉末が
互に軟化・焼結し、被処理体或いはガラス粉末と被処理
体の間に介在する粉末で蔽われた被処理体を密閉する様
に蔽わせる。
こうしてガラスで密閉された被処理体をガラスと反応性
の低い高温ガス中で静水圧状態で加圧焼成する。
熱間静水圧成型の条件は被処理体の組成によって異なる
が粒度が1ミクロン以下の粒子が大部分であるアルミナ
粉末の成型体の場合は1300°C〜1500℃、10
00〜2000atm下の高温静水圧下で10〜60分
間保持する焼成条件が適当である。
こうして熱間静水圧成型を施した后、被覆ガラスを破壊
して取り除く事により高密度化したアルミナ質セラミッ
ク焼結体が得られる。
なお、真空加熱が可能な熱間静水圧成型装置を用いれば
、真空中での加熱処理並びに高温高圧下での熱間静水圧
成型が同じ装置内で行え、真空中での加熱処理と熱間熱
間静水圧成型が連続化できる。
以下実施例を示し本発明法による具体例Qこついて述べ
る。
実施例 1 平均粒径0.3μのα.A203粉末99.4重量部と
MgO粉末0.5重量部及びY203粉末0.1重量部
からなる混合粉末に混合粉末重量の10重量パーセント
に相当する懸濁状ワックス(固形分一45重量パーセン
ト)を加え、この全体を蒸溜水を溶媒として高純度アル
ミナの内張りをした振動ボールミル中で高純度アルミナ
ボールを用いて4日間湿式混砕を行った。
こうして得た混合粉末を乾燥した後100ψ×20朋の
円板状に型押圧It/fflで機械プレスした。
この成型体を一旦1000℃で約1/2hr保持し、ワ
ックスを昇華除去したる后、第1図Aに示す様に石英ガ
ラス坩堝1にこの成型体を装填した。
成型体3とガラス粉末2の間、及びガラス坩堝1とガラ
ス粉末2の間に純度99%、平均粒径1μのBN粉末4
及び4′ を入れ、ガラス粉末としては平均粒度200
μのパイレツクスガラス粉末を用いた。
次いでこの全体を熱間静水圧成型装置に入れ、真空中で
脱ガスしながら1300℃x1/2h市持した後、除々
にArガスを入れて1400゜C×30分間、2000
atm の高温高圧Arガス中にて加圧焼成した。
焼成後、ガラス及びBN層を破壊して除外した焼結体を
取り出し比重を測定した結果理論密度の99.2%に焼
結して居り、又結晶粒度は平均粒度で0.9μの均一微
細な組織を有するアルミナ焼結体となって居た。
この焼結体から4.O X 3.5 X 1 3mmの
抗折片を切り出して抗折力を測定した結果1 0 5
kg/rruAの強度を示した。
実施例 2 平均粒径0.3μのα.AI203粉末70重量部と平
均粒径1.5μのTiC粉末29重量部とMgO粉末1
重量部をアルコールを溶媒として高純度アルミナポット
中で、アルミナ・ボールにより約2日間混砕した。
この混合粉末を乾燥后、カンファ一2重量%を混じ、6
0ψX10mmの円板状に型押圧1t/iで機械プレス
し、更にこれを静水圧成型装置中で3t/iの静水圧下
でラバープレスした。
この成型体を第1図Bに示す様に通気性コランダム容器
1に装填した。
成型体3とガラス粉末2の間、及びガラス坩堝6とコラ
ンダム容器1の間にカーボン粉末4及び4′を人札ガラ
ス粉末2としてはS i02 8 8%,B20312
%の硼珪酸ガラス粉末を(平均粒度100μ)、ガラス
坩堝6には石英ガラスを用いた。
次いでこの全体を真空中で加熱し充分に脱ガスしつつ1
300°CX 1/2 h r保持し、炉冷した後、こ
の全体を炉より取り出した。
上記成型体は硼珪酸ガラスにより密閉被覆されていた。
次いでこの全体を熱間静水圧成型装置に入れて、139
0℃×45分間、2000atm の高温高圧Arガ
ス中にて加圧焼成した。
処理後、ガラス被覆を除去し取り出した上記成型体は理
論密度の99.6%に焼結して居り、X線で調べた結果
アルミナ結晶の配向も生じて居なかった。
この焼結体から4.O X 3.5 X 1 3mmの
抗折片を切り出して抗折力を測定した結果1 3 0
kg/mrnの強度を示した。
実施例 3 α。
Al203粉末(平均粒度0.6μ)に0.3重量%の
MgO粉末を加え、高純度(純度99.7%)のアルミ
ナ製ボールミル・ポットとボールを用いて蒸溜水中で約
4日間混砕を行った。
この混合粉末を乾燥した後、約2重量%のカンファーを
加え、油圧プレスにて30ψX90mmの円柱状に成型
し、10 −3mmH gの真空中で1350℃×1時
間加熱保持した。
この予備焼結体の密度は理論密度の略80%であった。
次いでこの予備焼結体を実施例1に示す方法で装填した
なお、この際使用したBN粉末は入手状態の粉末を80
゜Cの温水中で数回洗浄し、沈澱炉過した後乾燥したも
のを用いた。
このBN粉末中に不純物として含まれるB203の量は
洗浄処理後は0.1%以下であった。
次いでこの全体を熱間静水圧成型機に入れ1380℃×
25分間2000気圧のアルゴン中にて圧密化焼結を行
った。
容器から取り出し、ガラス及びBN層を除外し平均粒度
1.2μで理論密度の99.8%の高密度を有していた
又X線回折を行った結果、ホットプレス法で作成した同
組成のアルミナ質焼成体と異なって、結晶の配合性が全
く認められなかった。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明方法の実施例を説明するもので、第1図A
, Bは倒れも本発明における成型体の加熱に際する包
被状態を示す縦断面図である。 図中1は容器、3は成型体、2はガラス帯のガラス質粉
末を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 粒度が1ミクロン以下の粒子が大部分である微粒ア
    ルミナ粉末もしくは上記粉末を50%(重量%)以上含
    む混合粉末に粒成長抑制剤を加え混合した後、常温で成
    型し、上記成型体の表面全体をカーボン又はBN粉末で
    包被し、更にこの全体をガラス又はガラス質粉末もしく
    は通気性ガラス又はガラス質容器で包んだ後一旦真空中
    で加熱し上記成型体に存在する吸着水分、有機物等の不
    純物の大部分を蒸発除去したる後、ガラスの軟化を生せ
    しめ、カーボン又はBN粉末を上記成型体とガラス又は
    ガラス質材料の間に介在させた状態で上記の通り充分脱
    ガスされ、ガラス又はガラス質材料によって真空密閉さ
    れた成型体を得る。 次いでこの成型体を熱間静水圧装置内に入れ高温加圧焼
    成して得た焼結体の表面のガラス又はガラス質材料およ
    びカーボン又はBN粉末を除去する事を特徴とする微粒
    且つ高密度のアルミナ質セラミック材料の製造法。 2 粒度が1ミクロン以下の粒子が大部分である微粒ア
    ルミナ粉末もしくは上記粉末を50%(重量%)以上含
    む混合粉末に粒成長抑制剤を加え混合し、常温で成型し
    た後、成型体を真空中で加熱保持し、結晶粒度が加熱前
    のアルミナ粉末の粒度の3倍以上にならぬ温度と保持時
    間の上限で脱ガスを行い、一旦予備焼結体を得た後、こ
    の予備焼結体の表面全体にカーボン又は純度99%以上
    のBN粉末を塗布し、更にこの全体をガラス又はガラス
    質粉末もしくは通気性ガラス又はガラス質容器で包んだ
    後ガラスの軟化を生ぜしめ、カーボン又はBN粉末を予
    備焼結体とガラス又はガラス質材料の間に介在させた状
    態で真空密閉された予備焼結体を得る。 次いでこの予備焼結体を熱間静水圧装置内に入れ高温加
    圧焼成して得た焼結体の表面のガラス又はガラス質材料
    およびカーボン又はBN粉末を除去する事を特徴とする
    微粒且つ高密度のアルミナ質セラミック材料の製造法。 3 粒度が1ミクロン以下の粒子が大部分である微粒ア
    ルミナ粉末もしくは上記粉末を50%(重量%)以上含
    む混合粉末に粒成長抑制剤を加え混合した後、常温で成
    型し、上記成型体の表面全体をカーボン又はBN粉末で
    包被し、更にこの全体をガラス又はガラス質粉末もしく
    は通気性ガラス又はガラス質容器で包んだ後、熱間静水
    圧装置内に入れ、一旦真空中で加熱し、上記成型体に存
    在する吸着水分、有機物等の不純物の大部分を蒸発除去
    したる後、ガラスの軟化を生ぜしめ、カーボン又はBN
    粉末を上記成型体とガラス又はガラス質材料の間に介在
    させた状態で上記の通り充分脱ガスされた成型体をガラ
    ス又はガラス質材料によって真空密閉し、次いでこの全
    体を同じ熱間静水圧装置内で連続して高温加圧焼成し、
    得られた焼結体の表面のガラス又はガラス質材料および
    カーボン又はBN粉末を除去することを特徴とする微粒
    且つ高密度のアルミナ質セラミック材料の製造法。
JP50134353A 1975-11-08 1975-11-08 アルミナシツセラミツクザイリヨウノ セイゾウホウ Expired JPS5910946B2 (ja)

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