JPS62113756A - 低温焼結性無機材料の製法 - Google Patents

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、低温焼結性無機材料の製法にＰＡする。

さらに詳しくは耐熱性や不燃性を必要とするたとえば消
弧材料、絶縁スペーサなどの電気絶縁材料に好適に使用
しつる低温焼結性無機材料の製法に関する。

［従来の技術］ 耐熱不燃性に優れた電気絶縁材料として、その代表的な
ものは、マイカ粉末とガラス粉末からなる混合粉末をガ
ラス粉末が溶融する温度に加熱し、加圧成形してなるマ
イカ型造物が知られている。

この絶縁材料は、耐熱性、不燃性をはじめ機械加工性に
も優れた電気絶縁材料として従来より用いられている。

このほか近年、耐熱性や不燃性に優れた電気絶縁材料と
しては、アルミナセラミックス、コープイライトセラミ
ックスなどのいわゆるセラミック材料が用いられてきて
いる。

ところでマイカ型造物のガラス原料は一般に低融点の鉛
系ガラスが使用さ机ているが、加熱温度は６００〜８０
０℃と高温であり、しかも成形時にはプレスなどを用い
て３００〜７００ｋｇ／ｃｍ２で加圧しなければならな
いので製造経費が高くなり、したがって製品コストも一
般に高価である。

またこの種の材料は優れた不燃性を呈するが、耐熱温度
は３００〜５００℃程度であり、この温度範囲をこえた
ばあい、強度劣化、火膨れ、層間割れなどの欠陥を生じ
やすいという欠点がある。これはガラス原料の性状によ
り左右され、一般に耐熱温度は使用するガラス原料のガ
ラス転移点以下の温度で設定するのが好ましいとされて
いる。耐熱性を高めるためには、融点の高いガラス原料
を使用すればよいが、成形時には加熱温度をさらに高め
る必要があり、また製造工程もさらに複雑となり、製品
コストが＾くなるという問題がある。

一方セラミック材料は成形体を焼結する過程で加熱温度
を１４００〜１６００℃と非常に高い温度で行なう必要
があり、製造経費が高くなり、したがって製造コストも
高くなるという問題がある。

［発明が解決しようとする問題点コ 本発明は、耐熱性、不燃性に優れた電気絶縁材料をつる
ためになされたものであり、従来のマイカ型造物よりも
さらに耐熱性に優れ、またセラミック材料よりも９００
〜１１００℃と低い温度で焼結しうるいわゆる低温焼結
性無機材料をうるためになされたものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明はくａ）酸化亜鉛粉末、シリカ粉末、ホウ酸粉末
を混合し、混合物を作製する工程、＋ｂ＋混合物を２５
０〜５００℃で加熱し、焼成物を作製する工程、 （ｃ）焼成物を粉砕し、成形材料を作製する工程、（ｄ
）成形材料を成形体とする工程および（ｅ）成形体を９
００〜１１００℃で加熱し、焼結体とする工程 から製造されることを特徴とする低温焼結性無機材料の
製法に関する。

［実施例］ 本発明は、 （ω酸化亜鉛粉末、シリカ粉末、ホウ酸粉末、を混合し
、混合物を作製する工程、 （ｂ）混合物を２５０〜５００℃で加熱し、焼成物を作
製する工程、 （ｃ）焼成物を粉砕し、成形材料を作製する工程、＜ｃ
ｂ成形材料を成形体とする工程およびｆｅ）成形体を９
００〜１１００℃で加熱し、焼結体とする工程 から低温焼結性無機材料がえられる。

混合物は、酸化亜鉛粉末、シリカ粉末、ホウ酸粉末を混
合す′ることによりえられる。

前記酸化亜鉛粉末塾よ、ホウ酸およびシリカ粉末と反応
して低温焼結性および低膨張性を付与するための成分で
あるが平均粒径が１．０ρ以下で一般に市販されている
ものを用いることができるが、これらのばか水酸化亜鉛
、炭酸亜鉛などを加熱分解させ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。前記平均粒径が１．
０通をこえると２５０〜５００℃で焼成した時に材料間
の反応が充分でなく、それを用いた成形体は焼結する過
程で多孔質体となりやすく、また低膨張性、低温焼結性
を消失することがある。

前記シリカ粉末は、とくに酸化亜鉛粉末と反応して低膨
張性を付与するための成分であるが、平均粒径が１０．
０ρ以下の通常市販されている無水ケイ酸粉末を用いる
ことができる。平均粒径は１０．０−をこえると最終的
にえられる焼結体は多孔質体となりやすい。

前記ホウ酸粉末は酸化亜鉛と反応して低温焼結性を付与
するための成分であるが、平均粒径が１０．０ρ以下の
ものが好ましい。平均粒径が１０．　Ｏｔｒｍをこえる
と９００〜１１００℃の温度範囲で焼結しがたくなり、
また緻密な焼結体がえられがたい。

またホウ酸は無水ホウ酸、メタホウ酸などを加水分解に
より生成されたホウ酸をも用いることができる。

上記の成分を混合することにより混合物かえられるが、
該混合物中には加０は９．７１〜８９．６７　重陽％、
５ｉ０２はＯ〜４０．１４７４Ｍ％、またＨｊＢ（ｈは
８．８９〜５０．１５　ｍｍ％含有するように調製して
用いる。

前記２ｎＯは９．７１重量％未満のとき、５ｉ０２、８
．８０３の占める比率が大きくなり、成形体を焼結する
過程で焼結湿度が高くなり、また８９．６７重量％をこ
えると１２密な焼結体かえられがたい。

前記ｓ　ｒ　０２は４０．１４１ｆｆｌＸをこえると、
成形体を焼結する過程で焼結温度が高くなる。

前記８３Ｂ０３は８．８９ｆｉｉ１％未満のばあい、緻
密な焼結体がえられがたく、また５０．１５　＠＠％を
こえるとＺｎＯおよび５ｉ０２の占める比率が小さくな
り、緻密な焼結体がえられがたく、耐水性も低下する。

つぎにえられた混合物をボールミル、擢潰機などで均一
に混合したのち、磁製容器あるいはステンレス製容器に
入れ、２５０〜５００℃の温度範囲で３〜５時間加熱す
ることにより焼成物がえられる。

前記温度範囲内で加熱するのは、推測であるが、混合物
中に介在するホウ酸が脱水し、とくに酸化亜鉛と反応し
て、含水ホウ酸亜鉛塩あるいはホウ酸亜鉛塩を形成させ
るためである。なお、５００℃をこえ１１００℃までの
温度範囲でも本発明の焼成物をうろことができるが、製
造ｆ￥費が高くなるので好ましくない。また２５０℃未
満では完全にホウ酸の分解が進まず、それを用いた焼結
体は多孔質となりやすいので好ましくない。えられた焼
成物を振動ミルなどで平均粒径１０項以下に粉砕するこ
とにより成形材料がえられる。該平均粒径は１０如をこ
えるばあい緻密な焼結体がえられがたい。

この成形材料にたとえばポリビニルアルコール、メチル
セルロースなどの有機系バインダーを必要に応じて成形
体の形状を維持するため適量添加してもよい。

これらの有機系バインダーの添加ｌは該有機系バインダ
ーの種類および成形方法により異なるばあいが多く、通
常実験により決定されるが、本発明のばあい、メチルセ
ルロース２％水溶液を成形材料１００重量部に対して１
０重量部添加して用いた。

つぎにえられた成形材料を金型に入れ、加圧力１００〜
３００ｋｆＪ／Ｃｌ１１２程度で１〜３分間常温で加圧
して成形体を作製する。

えられた成形体を焼成炉に入れ、常温から３℃／ａｋｉ
ｎの昇温速度で加熱し、９００〜１１００℃で１〜３時
間加熱保持したのち、徐冷して焼結体を作製する。前記
焼結温度が９００℃未満のばあい、緻密な焼結体かえら
れがたく、また１１００℃をこえると変形した焼結体と
なり、所望の形状のものかえられがたいので好ましくな
い。

つぎに本発明の製法を実施例にもとづいてさらに詳細に
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 組成が酸化亜鉛粉末（平均粒径Ｏ，ａｕｊｎ、堺化学工
業■製）　ｓｏｏｇ、シリカ粉末（平均粒径１０遍、今
生興業■製）　３００（１、正ホウ酸粉末（平均粒径１
０ＪＪＭ、６津製薬側製）　２００ＬＪを調合し、ボー
ルミルで２４時間抜合して混合物を作製した。

えられた混合物をステンレス類の容器に入れ、蓋をした
のち常温から昇温速度５℃／ｍｉｎで４００℃まで昇温
したのち３時間保持した。つぎに常温付近まで徐冷した
のちえられた焼成物を容器から取り出した。

焼成物は手でｅＪ単にほぐせる状態のものであった。

この焼成物を振動ミルに入れ、２４時間粉砕して平均粒
径が８−の成形材料をえた。

つぎにこの成形材料１００（］に対してメチルセルロー
ス２％水溶液を１０（ｌ添加し、石川式宿潰機で３０分
間混合したものを直径１１０ｎ＋ｍ　、深さ５０＋ｎｍ
の金型に入れ、加圧力２００ｋｇ／ｃｍ２で１分間常温
加圧して厚さ約５１１１ｉｌ、直径１１０＋ｙ＋ｎ＋の
円板状の成形体をえた。

この成形体を常温の焼成炉に入れ、３℃／ｍｉｎの昇温
速度で９８０℃まで昇温し、１時間保持したのち徐冷し
て焼結体を取り出した。焼結体は白色で１３〜１５％収
縮し、金属片でたたくと澄んだ音を発する緻密体であっ
た。

コノ焼結体を原厚さで１１ｉｉｉ１１０ＩｊＩｌｌ、長
さ８０ｍｍの寸法にダイヤモンドカッターで切断して、
常態の曲げ強さ試料とし、支点間５０ｍｍ、三点曲げ試
験法で測定した。

また原厚ざて幅５ｍｍ、艮ざ５０ｍｍの寸法に切断して
２５〜４００℃の平均熱膨張率を測定する試料とした。

また電気絶縁抵抗を測定する試料は、原厚さで幅２０ｍ
ｒＡ、長さ４００Ｉの寸法となるように切り出しＪＩＳ
に６９１１５．１２．３項ニ準シ、直径ｓｍｍノｍ通孔
を２ケ所設は銅ピンを取り付けて常態ならびに２５℃、
湿度９０％の雰囲気中に　１００時間放置した債の電気
絶縁抵抗を測定した。

測定には１０００ボルトのポータプルメガ−絶縁計を用
いた。その測定結果を第１表に示す。

実施例２ 実施例１で用いたものと同じ成分を用いて組成が酸化亜
鉛粉末８９６．７ｇ、シリカ粉末１４．４ｆ；ｌ　、正
ホウ酸粉末８８９ｇとなるように調合し、ボールミルで
２４時間抜合して混合粉末を作製した。

えられた混合粉末をステンレス製の容器に入れて蓋をし
たのち、常温から昇温速度５℃／ｗｉｎで２５０℃まで
昇温して５時間保持し、ついで常温まで徐冷して取り出
した。

以下実施例１と同様にして成形体をえた。この成形体を
常温の焼成炉に入れ、昇温速度３℃／ｎ＋ｉｎで１１０
０℃まで昇温し、ついで１．５時間保持して焼結体をえ
た。えられた焼結体の曲げ強さ、平均熱膨張率および電
気絶縁抵抗を実施例１と同様にして測定した。その測定
結果を第１表に示す。

実施例３ 実施例１で用いたものと同じ成分を用いて組成が酸化亜
鉛粉末９７．１１；ｌ　、シリカ粉末４ｏｉ、４ｇ　、
正ホウ酸粉末５０１．５（＋となるように調合し、ボー
ルミルで２４時間抜合して混合粉末を作製した。

えられた混合粉末をステンレス製の容器に入れて蓋をし
たのち、常温から昇温速度５℃／ｍｉｎで５００℃まで
昇温して３時間保持し、ついで室温まで徐冷して取り出
した。

以下実施例１と同様にして成形体をえた。えられた成形
体を常温の焼成炉に入れ、３℃／ｍｉｎの昇温速度で９
００℃まで昇温して３時間保持したのち、空温まで徐冷
して焼結体をえた。

この焼結体の曲げ強さ、平均熱膨張率および電気絶縁抵
抗を実施例１と同様にして測定した。その測定結果を第
１表に示す。

実施例４ 実施例１で用いたものと同じメーカーのものを組成が酸
化亜鉛粉末８００ｑ、正ホウ酸粉末２００ｇとなるよう
に調合し、ボールミルで２４時間抜合して混合粉末を作
製した。

えられた混合粉末をステンレス容器に入れ、蓋をしたの
ち、常温から昇温速度５℃／ｍｉｎで４５０℃まで昇温
して３時間保持し、ついで徐冷して取り出した。

以下実施例１と同様にして成形体をえた。えられた成形
体を常温の焼成炉に入れ、３℃／ｍｉｎの昇温速度で１
０００℃まで昇温しで２時間保持したのち常温まで徐冷
して焼結体をえた。

この焼結体の曲げ強さ、平均熱膨張率および電気絶縁抵
抗を実施例１と同様にして測定した。その測定結果を第
１表に示す。

比較例１ 実施例で用いたシリカ粉末８ｏ０９、正ホウ酸粉末２ｏ
ｏｇを調合し、ボールミルで２４時間抜合して混合粉末
を作製した。

以下実施例４と同様にして焼結体をえた。

えられた焼結体の曲げ強さ、平均熱膨張率および電気絶
縁抵抗を実施例１と同様にして測定した。

その測定結果を第１表に示す。

以上の結果から実施例１〜４でえられた焼結体は、混合
物を２５０〜５００℃で焼成し、これを用いた成形体を
９００〜１１００℃で焼成することによりえたものであ
るが、緻密でしかも曲げ強さは４８０ｋａ／−以上を有
する。

また平均熱膨張率の結果から低膨張性を有し、耐熱衝撃
性に優れている。

また電気絶縁性も優れ、消弧材料、絶縁スペーサーなど
耐熱不燃性が必要とされる電気機器の絶縁物として適用
することができる。

［発明の効果］ 本発明の製法によりえられる低温焼結性セラミック材料
は、従来のマイカ塑造物材料よりも安価でその製法が簡
単であり、また従来のセラミック材料の焼成温度よりも
低い塩度で焼成することができるので、えられる製品の
コストが安価となるという効果を奏する。

さらに本発明の製法によってえられた低温焼結性セラミ
ック材料は優れた耐熱性を呈するが、たとえばアルミナ
粉末、コープイライト粉末、ジルコン粉末、合成マイカ
粉末、チタン酸カリ繊維などの無機フィラーを適量添加
・すると曲げ強さ、圧縮強さなどの強度特性が著しく向
上することができるという効果を奏する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）酸化亜鉛粉末、シリカ粉末、ホウ酸粉末を
   混合し、混合物を作製する工程、 （ｂ）混合物を２５０〜５００℃で加熱し、焼成物を作
   製する工程、 （ｃ）焼成物を粉砕し、成形材料を作製する工程、 （ｄ）成形材料を成形体とする工程および （ｅ）成形体を９００〜１１００℃で加熱し、焼結体と
   する工程 から製造されることを特徴とする低温焼結性無機材料の
   製法。
2. （２）混合物がＺｎＯ９．７１〜８９．６７重量％、Ｓ
   ｉＯ＿２０〜４０．１４重量％、Ｈ＿３ＢＯ＿３８．８
   ９〜５０．１５重量％である特許請求の範囲第（１）項
   記載の製法。