JPS62265162A - マイカ複合セラミツク材料の製法 - Google Patents

マイカ複合セラミツク材料の製法

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JPS62265162A
JPS62265162A JP61107203A JP10720386A JPS62265162A JP S62265162 A JPS62265162 A JP S62265162A JP 61107203 A JP61107203 A JP 61107203A JP 10720386 A JP10720386 A JP 10720386A JP S62265162 A JPS62265162 A JP S62265162A
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mica
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村上 忠禧
加藤 和晴
清 高田
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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、耐熱性、機械的強度および電気絶縁性に優れ
、かつ製造に際し1000℃付近の低温で焼成すること
ができ、しかも機械加工が可能なマイカ複合セラミック
材料の製法に関する。
さらに詳しくは本発明のマイカ複合セラミック材料は、
車輌抵抗器用耐熱絶縁支持部材、消弧材料、断熱材料な
どのように不燃性、耐熱性、電気絶縁性などが要求され
る様器の構造部材などとして種々の用途に好適に使用し
うるマイカ複合セラミック材料に関する。
[従来の技術] 機械加工ができるこの種の材料としては、マイカ粉末と
ガラス粉末からなる混合物を金型に入れ、ガラス粉末が
溶融する温度まで加熱し同時に加圧する、いわゆるホッ
トプレス法で成形するマイカ型造物が古くから知られて
いる。
マイカ型造物は、電気絶縁性、寸法安定性あるいは機械
加工が可能なため耐熱電気絶縁物として使用さ机でいる
。しかしこの材料においても問題があり、そのひとつは
600〜800℃の温度で加熱し、500kg/Cl1
2以上の加圧力で加圧成形する必要があるため、小形寸
法形状品をうるためには適するが大形寸法形状品の作製
は設備的にも困難であり、また厚物寸法品は、厚さ30
1mをこえるとクラックが発生するなどの問題も有する
前記マイカ型造物に使用されているガラス粉末は、一般
にはホウケイ酸鉛系の低融点ガラスが用いられており、
マイカ型造物の耐熱温度が300〜500℃と低い。そ
れ以上の温度にさらされるとガラスが溶融しはじめるた
め、火膨れ、クラッタなどの変形をきたす。また低融点
ガラスには、PbOを多く含むため安全衛生面でも問題
を有する。
耐熱温度が1000℃付近と高いものとしては、ガラス
中に微細なマイカ結晶を析出させたガラスセラミックと
称するものが知られている。この種の材料は、精密な機
械加工が可能であり、気密性、電気絶縁性、機械強度な
どに優れているため、宇宙関係、電子関係をはじめ一般
工業材料として、多くの用途に使用されているが、非常
に高価な材料のひとつである。
これ以外の材料としては、マイカの微粉末を1000℃
以上の高温で加圧してうるマイカセラミックと称するも
の、あるいは金属アルコキシドを用いたものなどが報告
されているが、寸法形状が限定され、またコストも高価
である。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、硬くて加工が困難とされているいわゆるセラ
ミック材料を加工可能な材料とし、また従来のガラスセ
ラミック、マイカセラミック、今風アルコキシドを用い
たものなどの材料より安価でかつ従来のマイカ型造物で
は困難であった大型寸法形状品をうろことを目標に材料
ならびに製造プロセスを鋭意検討して、見出したもので
ある。
[問題点を解決するための手段] 本発明は従来にない材料および製造プロセスで作製する
マイカ複合セラミック材料の製法である。
本発明のマイカ複合セラミック材料の製法は、マイカ粉
末と、Zn 0−9i 02−B2O3系粉末、コーデ
ィエライト粉末および酸化スズ粉末を原料として用いる
。原料中、マイカ粉末、コーディエライト粉末および酸
化スズ粉末は、一般に市販されている既知のものを用い
ることができるが、ZnO−9LO2−B203系粉末
は所定の材料を加熱合成して作製したものを使用する。
すなわち酸化亜鉛粉末、シリカ粉末、ホウ酸粉末からな
る混合物を940〜1050℃の温度で加熱してえた焼
成物を粉末にしたものでこれらの原料を用いることによ
り、従来にないマイカ複合セラミック材料をうるに至っ
た。
すなわち本発明はマイカ粉末15〜50重重%、2nO
−SiO2−B2O3系粉末25〜80重世%、コーデ
ィエライト粉末2.5〜35重量%、酸化スズ粉末2.
5〜20重旦%重旦成された混合粉末を成形体とし、該
成形体を940〜1050℃の温度で加熱し焼成体とす
る工程により製造されることを特徴とするマイカ複合セ
ラミック材料の製法に関する。
前記成形体をうるための設備は加熱を必要としないため
簡単であり、大型寸法形状品、厚物寸法形状品など容易
にえられる。
以上のような材料ならびに製造プロセスにより作製する
本発明の製法のおもな特徴は、■ 原料が比較的安価で
ある ■ 成形体をうる設備が簡単であり、大型寸法形状品、
厚物寸法形状品がえられる ■、焼成体は比較的低温加熱(1000℃近辺)でえら
れる ■ えられた本発明によるマイカ複合セラミック材料は
機械加工性を有し、耐熱性、電気絶縁性、機械的強度に
優れる などであり、機械加工性を有する、新しいセラミック材
料の一種である。
[実施例] 本発明のマイカ複合セラミック材料の製法について説明
する。
まず本発明では、機械加工性を付与するためマイカ粉末
を用いる。マイカ粉末は、従来品にも使用されているが
、耐熱性、電気絶縁性に優れ、かつ硬度の小さい材料で
あり、これがセラミック材料あるいは、ガラス材料中に
介在すると、機械加工時、マイカの部分で破壊され、加
工が可能となる。かかるマイカ粉末としては通常平均粒
径が10L以下のものを用いるのが好ましい。
本発明ではマイカ粉末を、マイカ粉末、2nO−3iO
2−B203系粉末、コーディエライト粉末および酸化
スズ粉末からなる混合粉末中15〜50χ(重量%、以
下同様)の比率で用いる。
マイカ粉末の比率が15%未満のばあい、マイカ粉末を
複合する効果が乏しく機械加工が困難となる。また50
χをこえると多孔質な状態となり機械加工が容易となる
が、機械的強度、電気絶縁性が劣る結果となり、総合的
には使用し難い。
マイカ粉末以外の原料としては、Zn 0−94 Q2
−B2O3系粉末、コーディエライト粉末(210・2
/V 20s ・5sLo7 )および酸化スズ粉末(
Sn02)からなる原料で構成されたセラミック材料が
あげられる。
前記Zn 0−SL 02−B2O3系粉末は、マイカ
粉末を強固に結着させ、940〜1050℃の比較的低
温で焼成でき、かつ耐熱性、電気絶縁性に優れたセラミ
ック材料の成分として用いられる。コーディエライト粉
末および酸化スズ粉末は、Zn o−sL 02−B2
O3系粉末と加熱時(成形体を加熱して焼成体をうる過
程)に相互的に反応してマイカ粉末をさらに結着させ、
しかも緻密体とし、機械的強度、電気絶縁性などを高め
る効果を有する。
ところでコーディエライト粉末および酸化スズ粉末は、
一般に市販されており容易に入手できる原料であるが、
Zn O−S; 02−B2O3系粉末は本発明のばあ
い、作製しなければならない。
Zn 0−5i 02−B2O3系粉末の作製法は、酸
化亜鉛粉末35〜60%、シリカ粉末10〜35%、ホ
ウ酸粉末15〜45%からなる混合物をまず調整する。
つぎにこの混合物を磁製容器などに入れ、940〜10
50℃の温度で加熱し焼成物をつる。
この焼成物を粉砕し粉末にしたものが本発明でいうZn
 0−9L 02−B2O3系粉末である。かかるzn
 0−SL 02−B2O3系粉末としては、通常平均
粒径が10摩以下となるように粉砕したものを用いるの
が好ましい。
酸化亜鉛粉末は、粒径0.8〜1.5−の一般に市販さ
れているものを使用したが、水酸化亜鉛、炭酸亜鉛など
加熱により最終的に酸化亜鉛となるものであれば使用で
きる。
酸化亜鉛粉末の前記混合粉末中の比率が35%未満のば
あい、シリカ粉末、ホウ酸粉末の比率が高まり最終工程
でえられる焼成体すなわちセラミック材料の機械的強度
が劣る結果となり好ましくない。また60χをこえたば
あいでも緻密な焼成体がえられず機械的強度、電気絶縁
性などが劣る結果となる。
シリカ粉末は、市販品を撮動ミルなどで粒径10虜以下
となるように粉砕したものを使用するのが好ましい。粒
径を10屡以下にしたのは、酸化亜鉛粉末ならびにホウ
酸粉末と加熱時に反応しやすくさせるためである。シリ
カ粉末は、前記混合粉末中の比率が10%未満のばあい
でも、また35%をこえたばあいでもえられる焼成体の
緻密性が劣り、機械的強度、電気絶縁性などが劣るよう
になる。
ホウ酸粉末は、正ホウ酸粉末(83BO3)が適し、市
販品を撮動ミルなどで粒径10−以下となるように粉砕
したものを使用するのが好ましい。粒径を10−以下に
したのは、酸化亜鉛粉末およびシリカ粉末と加熱時に反
応しやすくさせるためである。
ホウM粉末は、前記混合粉末中の比率が15〜40%の
範囲で用いられる。ホウ酸粉末の比率が15%未満のば
あい、最終工程でえられる焼成体の緻苫性が劣り、また
マイカ粉末を複合させることが困難となり機械加工性、
機械的強度、電気絶縁性などが劣るようになる。また4
0%をこえると焼成物中にガラス質が多く介在し、最終
工程でえられる焼成体が多孔質となりやすい。
以上のようにしてZn 0−Si 02−B203系粉
末が作製される。
コーディエライト粉末および酸化スズ粉末の用いる理由
については、前記のとおりであるが、コーディエライト
粉末は、前記混合粉末中2.5〜35%の範囲で用いら
れる。コーディエライト粉末の比率が2,5%未満のば
あい添加した効果が乏しく、機械的強度、電気絶縁性な
どが劣るようになる。
また35%をこえると最終工程でえられる焼成体が多孔
質となりやすく、機械的強度、電気絶縁性などが劣るよ
うになる。酸化スズ粉末は前記混合粉末中2,5〜20
%の範囲で用いられる。酸化スズ粉末の比率が2.5%
未満のばあい添加した効果が乏しく機械的強度、電気絶
縁性などが劣るようになる。また20χをこえると最終
工程でえられる焼成体が多孔質となりやすく、機械的強
度、電気絶縁性などが劣るようになる。つぎに本発明で
は、前記のマイカ粉末、zn O−S; 02−B20
3系粉末、コーチイエライト粉末、酸化スズ粉末を混合
し、混合粉末を作製する。混合は、通常ボールミルまた
は嬬潰機などを用いて行なわれる。
混合粉末に有機系バインダーを適量加え、油圧プレスな
どによる加圧成形あるいは真空押出成形機などによる可
塑成形などにより常温で成形することにより所望の成形
体が作製される。
成形体を60〜100℃の温度で乾燥し溶媒を除去した
のち、940〜1050℃の温度で加熱し焼成体がえら
れる。加熱温度が940℃未満のばあい緻密な焼成体が
えられず、また1050℃をこえると焼成体が多孔質と
なりやすく形状も変形しやすい。いずれも機械的強度、
電気絶縁性などが劣り好ましくない。
本発明をさらに実施例に基づき詳細に説明するが、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 マイカ粉末として合成マイカ粉末(粒径8〜10虜、大
竹碍子1’il 1!J )  300 g、Zn o
−sL 02−B203系粉末(以下、73B粉末とい
う)  400jJ、コーディエライト粉末(粒径5〜
10項、瀬戸窯業原料11200g、酸化スズ粉末(粒
径6〜8如、6津製薬味製)  1009を調合し、ボ
ールミルで3時間混合して、混合粉末を作製した。
なおこの実施例で用いたZSB粉末は、酸化亜鉛粉末(
粒I O,8〜1.5通、堺化学工業viJ製)50%
、シリカ粉末(粒径3〜8虜、電気化学工業@製)30
%、正ホウ酸粉末(粒径5〜10虜、石津製薬■製> 
20χからなる混合物をアルミナ製容器に入れ、100
0℃で3時間加熱してえた焼成物を乳鉢の中で粗粉砕(
約40〜60メツシユ)したのち、振動ミルで粒径が5
〜8卯となるように粉砕したものを使用した。
つぎに前記混合粉末400gを採取し、メチルセルロー
ス2%水溶液40gを添加し、石川式描潰機で30分間
混合した。直径1101M高さ100m+の金型に入れ
、300に9/ciの加圧力で1分間、常温で加圧し厚
さ19姻直径約110a+の円板の成形体を作製した。
成形体を60〜100℃の温度で3時間乾燥して水分を
除去した。つぎに電気炉に入れ、600℃で1時間、1
000℃で1時間加熱し焼成体を作製した。焼成体は厚
さ方向で10〜12%、径方向で15〜17%程度収縮
を呈し、金属片でたたくと澄んだ金属音を発した。
この焼成体を複数枚作製し、機械的強度、電気絶縁性、
機械加工性を測定した。機械的強度としては、曲げ強さ
を測定した。曲げ強さ試料としては、原厚さで幅10m
、長ざ70trvnに切断加工したものを試験片として
、三点曲げ試験法により常温で測定した。支点間距離は
50mである。
電気絶縁性としては、JISK6911 (熱硬化性プ
ラスチック一般試験法)に準じ体積抵抗率を測定した。
測定雰囲気は、常態と相対湿度90@Aの状態を設定し
100時間後の値を測定した。測定電圧はDClooo
Vに設定し測定した。
様械加工性は、原厚さで幅50M、長さ50Mの試験片
を用い、直径1ommの超硬ドリルで貫通孔を複数個設
ける試験を行なった。また原厚さで幅14M、長さ50
mに切断加工した試験片の一端をチャックではさみ、直
径10m、長さ40門の丸棒を旋盤加工別により行なっ
た。いずれもカケ、割れなどが発生せず所定の寸法形状
を有する加工ができたものについては、礪械加工性を良
または優と判顕した。
一部小さいカケなどが認められるがほとんど所定の寸法
形状を有する加工ができたものについては、機械加工性
可と判断した。それ以外は礪械加工性不可と判断した。
これらの測定結果を第1表に示す。
実施例2 マイカ粉末(実施例1同じ)  3009、ZSB扮末
6so9 (実施例1と同じ)、コーディエライト扮末
(実施例1と同じ)25g、酸化スズ粉末(実施例1と
同じ)25gを調合しボールミルで3時間混合して混合
粉末を作製した。つぎに前記混合粉末4009を採取し
、以下実施例1と同様にして成形体、焼成体を作製し、
焼成体の機械的強度、電気絶縁性、機械加工性を測定し
た。その測定結果を第1表に示す。
実施例3 マイカ粉末(実施例1と同じ)  200g、ZSB粉
末〈実施例1と同じ)  350g、コーディエライト
粉末(実施例1と同じ)  3509、酸化スズ粉末(
実施例1と同じ)  200gを調合し、ボールミルで
3時間混合して混合粉末を作製した。つぎに前記混合粉
末400 gを採取し、以下実施例1と同様にして成形
体、焼成体を作製し、焼成体の機械的強度、電気絶縁性
、機械加工性を測定した。その測定結果を第1表に示す
実施例4 マイカ粉末(実施例1と同じ)  400g、ZSB粉
末3409、コーディエライト粉末(実施例1と同じ)
160g、M化スズ粉末(実施例1と同じ)100gを
調合し、ボールミルで3時間混合して混合粉末を作製し
た。なおこの実施例で用いたZSB粉末は、酸化亜鉛粉
末55%、シリカ粉末30%、正ホウ酸粉末15%から
なる混合物をアルミナ製容器に入れ1050℃で3時間
加熱してえられた焼成物を実施例1と同様にして粒径5
〜8左に粉砕したものを使用した。酸化亜鉛粉末、シリ
カ粉末および正ホウ酸粉末は実施例1と同じものを使用
した。
つぎに前記混合粉末4009を採取し、以下実施例1と
同様にして成形体を作製した。
成形体を60〜100℃の温度で乾燥し、溶媒を除去し
たのち、電気炉に入れ600℃で1時間、1050℃で
1時間加熱し焼成体を作製した。
焼成体の機械的強度、電気絶縁性、機械加工性を測定し
た。その測定結果を第1表に示す。
実施例5 マイカ粉末(実施例1と同じ) 500(1、ZSB粉
末250g、コーディエライト粉末(実施例1と同じ)
150g、酸化スズ粉末(実施例1と同じ) ioog
を調合しボールミルで3時間混合して混合粉末を作製し
た。
なおこの実施例で用いたZSB粉末は、酸化亜鉛粉末5
0%、シリカ粉末10% 、正ホウ酸粉末40χからな
る混合物をアルミナ製容器に入れ、940℃で3時間加
熱してえた焼成物を実施例1と同様にして粒径5〜8摩
に粉砕したものを使用した。酸化亜鉛粉末、シリカ粉末
および正ホウ酸粉末は実施例1と同じものを使用した。
つぎに前記混合粉末400jJを採取し、以下実施例1
と同様にして成形体を作製した。
成形体を60〜100℃の温度で乾燥し、溶媒を除去し
たのち電気炉に入れ600℃で1時間、940℃で1時
間加熱し焼成体を作製した。
焼成体の機械的強度、電気絶縁性、機械加工性を測定し
た。その測定結果を第1表に示す。
実施例6 ・ マイカ粉末(実施例1と同じ) 150(1,2SB粉
末aoog、コーディエライト粉末(実施例1と同じ)
25g、酸化スズ粉末(実施例1と同じ)25gを調合
しボールミルで3時間混合して混合粉末を作製した。
なおこの実施例で用いたZSB粉末は、酸化亜鉛粉末6
0%、シリカ粉末15%、正ホウ酸粉末25%からなり
、酸化亜鉛粉末、シリカ粉末および正ホウ酸粉末ならび
に焼成粉末をうる方法は、実施例1と同じである。
つぎに前記混合粉末400りを採取し、以下実施例1と
同様にして焼成体を作製し、焼成体の機械的強度、電気
絶縁性、n械加工性を3111定した。その測定結果を
第1表に示す。
実施例7 マイカ粉末(実施例1と同じ)、250(1、ZSB粉
末soog、コーディエライト粉末(実施例1と同じ)
100g、酸化スズi5)末〈実施例1と同じ)50g
を調合しボールミルで3時間混合して混合粉末を作製し
た。なおこの実施例で用いた73B粉末は、酸化亜鉛粉
末35x1シリカ粉末30%、正ホウ酸粉末35%から
なる混合物をアルミナ製容器に入れ、980℃で3時間
加熱してえた焼成物を実施例1と同様にして粒径5〜8
通に粉砕したものを使用した。
酸化亜鉛粉末、シリカ粉末および正ホウ酸粉末は実施例
1と同じものを使用した。
つぎに前記混合粉末400(]を採取し、以下実施例1
と同様にして成形体を作製した。
成形体を60〜100℃の温度で乾燥し、溶媒を除去し
たのち電気炉に入れ600℃で1時間、980℃で11
1加熱し焼成体を作製した。
焼成体の機械的強度、電気絶縁性、機械加工性を測定し
た。その測定結果を第1表に示す。
実施例8 マイカ粉末(実施例1と同じ) 250!II、ZSB
粉末(実施例1と同じ) soog、コーディエライト
粉末(実施例1と同じ) 170(J、酸化スズ粉末(
実施例1と同じ)809を調合し、ボールミルで3時間
混合して混合粉末を作製した。
つぎに前記混合粉末400gを採取し、以下実施例1と
同様にして焼成体を作製し焼成体の機械的強度、電気絶
縁性、機械加工性を測定した。その測定結果を第1表に
示す。
比較例1 比較−例1の組成は実施例1の組成からマイカ粉末を除
いた組成とした。すなわち23B粉末(実施例1と同じ
)  571.4(1、コーディエライト粉末(実施例
1と同じ)  285.7!J 、酸化スズ粉末(実施
例1と同じ)  142.9(lを調合しボールミルで
3時間混合して混合粉末を作製した。
つぎに前記混合粉末400gを採取し以下実施例1と同
様にして、成形体、焼成体を作製し、焼成体の機械的強
度、電気絶縁性、機械加工性を測定した。その測定結果
を第1表に示す。
比較例2 マイカ粉末(実施例1と同じ) eoog、ZSB粉末
(実施例1と同じ) 3500、コーディエライト粉末
(実施例1と同じ)25g、酸化スズ粉末(実施例1と
同じ)25gを調合しボールミルで3時間混合して混合
粉末を作製した。
つぎに前記混合粉末400gを採取し、以下実施例1と
同様にして成形体、焼成体を作製し、焼成体の機械的強
度、電気絶縁性、機械加工性を測定した。その測定結果
を第1表に示す。。
第1表の結果から本発明によってえられるマイカ複合セ
ラミック材料は、940〜1050℃の比較的低温で加
熱することによりえられ、曲げ強さも720kg/cm
2以上と優れている。また体積抵抗率も常態では10″
Ω・cm以上を示し、90XRH中でも1012Ω・c
m以上を示し、電気絶縁性に優れている。
本発明によってえられたマイカ複合セラミツ″り材料は
機械加工できる特徴も有し、これはマイカ粉末の複合化
の効果が明らかにあられれている。
比較例1はマイカ粉末を用いないばあいの一例であるが
、曲げ強さ、体積抵抗率などの機械的強度、電気絶縁性
などが非常に優れているが、機械加工性は劣り、旋盤な
どで丸棒加工するとカケ、割れなどが発生し、加工でき
なかった。
比較例2はマイカ粉末の量が多いばあいであるが比較例
1とは逆に加工しやすいが、機械的強度、電気絶縁性が
劣るものであった。
[発明の効果] 本発明のマイカ複合セラミック材料の製法によればマイ
カ粉末とZSB粉末、コーディエライト粉末、酸化スズ
粉末を混合し、940〜1050℃の比較的低温で緻密
な焼成体をうろことができる。
本発明のマイカ複合セラミック材料の製法は、940〜
1050℃の加熱温度で緻密な焼成体が作製でき、えら
れたセラミック材料は機械的強度、電気絶縁性に優れ、
かつ機械加工が可能である特徴を有する。
また成形体は常温で加圧することによりえられる!こめ
複雑な製造設備が不要であるので製造コストの低減に大
きく寄与し、厚物寸法量、大形寸法品などの作製も容易
である。
したがって本発明は、車輌抵抗器用耐熱絶縁支持部材、
消弧材料、断熱材料などのように不燃性、耐熱性、電気
絶縁性などが要求される機器の構造部材などとして種々
の用途に好適に使用できる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)マイカ粉末15〜50重量%、ZnO−SiO_
    2−B_2O_3系粉末25〜80重量%、コーデイエ
    ライト粉末2.5〜35重量%、酸化スズ粉末2.5〜
    20重量%で構成された混合粉末を成形体とし、該成形
    体を940〜1050℃の温度で加熱し焼成体とする工
    程により製造されることを特徴とするマイカ複合セラミ
    ック材料の製法。
  2. (2)ZnO−SiO_2−B_2O_3系粉末が酸化
    亜鉛粉末35〜60重量%、シリカ粉末10〜35重量
    %、ホウ酸粉末15〜40重量%からなる混合物を94
    0〜1050℃の温度で加熱することによりえられた焼
    成物を粉末にしたものである特許請求の範囲第(1)項
    記載のマイカ複合セラミック材料の製法。
JP61107203A 1986-05-09 1986-05-09 マイカ複合セラミツク材料の製法 Pending JPS62265162A (ja)

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