JPS63239154A

JPS63239154A - 着色透光性多結晶セラミツクス製品及びその製造方法

Info

Publication number: JPS63239154A
Application number: JP62072673A
Authority: JP
Inventors: 浩一林; 健士鈴木
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1987-03-26
Filing date: 1987-03-26
Publication date: 1988-10-05

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）本発明はボンディングキャピラリー、光コネクタ−、ワ
イヤーガイドなどの超精密セラミックス製品或いは人工
宝石として用いる多結晶セラミックス製品及びその製造
方法に関する。

（従来の技術）酸化アルミニウム（Ａｕ２（ｈ）を主体とし、これに酸
化クロム（Ｃｒ２０３）、酸化鉄（Ｆ、２０３）等を添
加することで発色せしめるようにした単結晶のセラミッ
クス製品がベルヌイ方式によって従来から製造されてい
る。

しかしながら単結晶セラミックス製品はインゴットから
所望の形状にするまで手間がかかり、且つ強度にも方向
性がありチッピングも生じ易い。

そこで多結晶セラミックス製品としての人造ルビーの製
造方法が特開昭５９−９７５７２号として提案されてい
る。

この方法は酸化アルミニウム（ＡＡ２０３）、酸化クロ
ム（Ｃｒ２０３）及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の混
合物を成形した後、１０−’Ｔｏｒｒ以上の真空中で１
４００〜２０００℃の温度で焼結するようにしたもので
ある。

（発明が解決しようとする問題点）上述した方法によって製造した人造ルビー或いは上述し
た方法に基き、酸化クロムの代りに他の発色物質を添加
して製造した多結晶セラミックス製品は、いずれも焼結
温度が比較的高いため平均結晶粒径が大きく（２μｍ以
上）、組織も緻密になりにくく硬度のバラツキも犬であ
り、更には酸化アルミニウムと発色物質とを均質に混合
せしめるのが困難で、製品毎に発色の度合いが異ること
がある。

（問題点を解決するための手段）上記問題点を解決すべく本発明は、酸化アルミニウムに
対し、酸化鉄、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化ニッ
ケル、酸化クロム及び酸化コバルトのうちの少くとも一
種を０．０５〜３．Ｏｗｔ’ｌ；の割合で混合して酸化
物の混合微粉末とし、この混合微粉末に有機バインダー
を加え所望の形状に成形し、次いで成形体を低温である
程度焼結せしめた後、熱間静水圧プレスをかけるように
した。

（作用）低温で焼結が可能となるため緻密で微細な結晶組織とな
り、硬度、曲げ強度の他に透光性にも優れた多結晶セラ
ミックス製品が得られる。

（実施例）以下に本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する
。

第１図は本発明方法を工程順に示したブロック図であり
、本発明にあっては出発原料として噴霧乾燥後に熱分解
すると純度９９．９誌以上の酸化アルミニウムになるア
ルミニウム塩、噴霧乾燥後に熱分解すると純度９９．９
９零以上の発色物質になる発色物質の塩及び噴霧乾燥後
に熱分解すると純度９９．９９％Ｆ以上の酸化マグネシ
ウムになるマグネシウム塩を用意する。具体例を挙げる
と、アルミニウム塩としてはアンモニウム明ばん、或は
アルミニウム・アンモニウム・カーボナイト・ハイドロ
オキサイド（へへＣＨ：ＮＨ，＋Ａｎ　ＣＯ３（Ｏ旧、
）を用い、マグネシウム塩としては硝酸マグネシウムＭ
３　（ＮＯ３）　３・６１１□０を用い、更に発色物質
の塩としては塩化第１銖（ＦｅｃｆＬ２　・）−（）１
２０）、四塩化チタン（Ｔ＋１Ｑａ）、三塩化バナジウ
ム　（ＶＣｕ３）、塩化ニッケル（Ｎ、ｃｕ２・６１１
２０）　、硝酸クロム（Ｃｒ（Ｎ０３）ａ・９１ｈｏ）
　、塩化コバルト（ＣｏｃｆＬ２・６１１２０）を用意
し、これらの塩の少くとも一種以上を用いる。

そして上記の冬場を秤量して一旦懸濁水溶液とし、噴霧
乾燥法によって乾燥せしめた後、５００〜８００℃の温
度（例えば７８０℃で２時間）で熱分解し、酸化アルミ
ニウム、発色物質及び酸化マグネシウムを均一に混合し
てなる酸化物の混合微粉末を得る。ここで発色物質は前
記冬場から塩素等がとれた酸化物となっている。具体的
には塩化第１鉄は酸化鉄（Ｆｌ１２０３）に、四塩化チ
タンは酸化チタン（Ｔ１０２）に、三塩化バナジウムは
酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ３）に、塩化ニッケルは酸化ニ
ッケル（Ｎｅｏ）に、硝酸クロムは酸化クロム（（：ｒ
２０３）に、更に塩化コバルトは酸化コバルト（ＣｏＯ
）になる。

そして、前記混合微粉末を構成する各酸化物の割合は、
発色物質としての酸化物のトータルの割合を０．０５〜
３．０ｗｔ％、酸化マグネシウムを０〜０．０５ｗｔ％
、残部を酸化アルミニウムとする。尚、個々の発色物質
についてその割合を示せば、酸化鉄（Ｆｅ２０３）につ
いては１．０ｗｔ６４以下、酸化チタン（Ｔ１０２）に
ついては０．１ｗｔ零以下、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ３
）については３．０ｗｔＸ以下、酸化ニッケル（ＮＩＯ
）　　については０．３ｗｔ！に以下、酸化クロム（Ｃ
−２０３）については１．０＊ｔ’４以下、酸化コバル
ト（Ｃ０Ｏ）については１．０ｗｔ％ｉ以下となるよう
に冬場を秤量して混合する。

このように発色物質の添加割合をトータルとして０．０
５〜３．０ｗｔ＊とじたのは０．０５ｗｔ９６に満たな
いと発色が十分になされず、逆に３．Ｏｗｔ％Ｆを超え
ると透光性が失われることによる。また、酸化マグネシ
ウムについては焼結時の異常粒成長を抑制する効果があ
るが、後述するように本発明方法における焼結温度は低
いため特に酸化マグネシウムを用いなくとも十分微細で
緻密な結晶組織を得ることができる。そして、仮りに焼
結性を高めるため、酸化マグネシウムを混合する場合に
は０．０５ｗｔ零以下とする。これは０．０５ｗｔ９６
を超えると焼結後の製品中に０，１μｍ以上のボアが残
ることによる。

尚、酸化物の混合微粉末を得るには第２図に示すように
冬場を熱分解して酸化アルミニウム微粉末、発色物質の
微粉末及び酸化マグネシウム微粉末を別々に生成した後
、これらを秤量して水溶液中で湿式混合し、次いで噴露
乾燥して得るようにしてもよい。

以上の如くして酸化物の混合微粉末を得たならば、この
混合微粉末に熱可塑性樹脂を主体とする有機バインダー
を加え、所望の形状にインジェクション成形する。

次いでインジェクション成形によって得た成形体を脱脂
後焼結する。焼結の条件は１２８０〜１３００℃の大気
中、１２８０〜１３００℃で１（１−３〜１０−’Ｔｏ
ｒｒの真空中或いは１３００〜１３５０℃でＮ２．Ａ、
又はＮ２の雰囲気中で行うものとし、大気中で行う場合
は、例えば昇温速度を２００℃／ｈとして８００℃及び
１２９５℃それぞれ１時間保持する。

ここで、焼結条件を以上の温度範囲で行うようにしたの
は、１２８０℃以下（Ｎ２等の雰囲気中では１３００℃
以下）で行うと、焼結後の密度が理論密度に対して９繋
以下となり熱間静水圧プレスがかからず、焼結中に０．
１　μｍ以上のボアが残り、１３００℃以上では焼結体
中に４μｍ以上の粗大結晶が現われ、いずれの場合も強
度上不利となるためである。

また焼結を大気中で行う場合には、色ムラを少なくする
ため、同素材の鞘を使用し、発熱体と鞘との間にアルミ
ナの均熱管を設置することが好ましい。

以上のようにして得られた焼結体に熱間静水圧プレスを
かける。この時の条件としては１３００〜１３１０℃、
圧力１０Ｈ〜２０００ａｔｍでアルゴン雰囲中で１時間
行なう。このようにして得られた製品にダイヤモンド精
密研削及び精密研磨を施して最終製品を得る。

ここで熱間静水圧プレスを以上の条件で行うのは、１３
００℃未満或いは１１０００ａｔ未満で行うと焼結体内
に０．１μｍ以上のボアが残り、逆に１３１０℃を超え
たり或いは２０００ａｔｍを超えた条件で行うと焼結体
内に４μｍ以上の粗大粒子が現われ、前記同様に強度上
不利となることによる。

（発明の効果）第３図は発色物質の割合を変化させて製造した本発明品
の各種特性を示した図表であり、図表中の耐久性試験は
ウルトラソニックタイプのボンディングキャピラリーを
試作し、２００００回ワイヤーボンディングを繰り返し
た後に王水洗浄して先端使用面の状態を電子顕微鏡（４
００倍）で観察し、全く変化がない場合をＡ５多少の摩
耗がある場合をＢ、脱落やチッピングが認められた場合
をＣとした。

また、加工性試験は６０ｒｐｍで回転する摺り合せ精密
研削・精密研磨機に荷重５００ｇをかけて以下の精密研
削及び精密研磨を行った。

研肖り　　水　・　？閏式２００′メタルボンドダイヤ
モンド・　砥石　　１０ｍ１ｎ研磨　　オイル−？Ｈ式
　８μｍ　ダイヤモンドペースト・　陶板上１０＋ｎｉ
口研磨　　オイル・湿式　１μｍ　ダイヤモンドペース
ト・　銅板上２０ａ＋ｉｎ研磨　　オイル・湿式　０．
５μｍ　ダイヤモンドペーストバフ上　　１０ｍｉｎそ
して、精密研削・精密研磨後に鏡面となった場合をＡ１
一部に傷が残っている場合を８１チツピングが著しい場
合をＣとした。

また、透光性の良否については、得られた焼結体を厚さ
０．３ｍｍにスライス研磨したものを通して、１ｃｍ１
！ｉｆｆれた新聞紙面上の文字が見えるか否かで判定し
た。

第３図から明らかなように本発明によれば透光性に優れ
、高硬度且つ曲げ強度が大で、しかも耐久性及び加工性
に優れたセラミックス製品を得ることができる。

そして、以上の効果は以下の理由によって発揮される。

つまり出発原料として金属塩を用いているので低温で焼
結できる。即ち、金属塩を熱分解して得た高純度酸化物
は表面が活性化しているため、低い温度でも焼結させる
ことができ、焼結温度が低いと酸化マグネシウムを添加
しなくとも微細且つ緻密な結晶となる。また各物質の混
合には噴霧乾燥法を用いているので各物質を溶液のとき
と同じ状態のまま均質に混合することができ、発色がま
ばらになるようなことがない。そして更に熱間静水圧プ
レスを所定範囲においてかけるようにしたため、０．１
μｍ以上のボアが残ることがなく、４μｍ以上の異常粒
の成長がなく、硬度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を工程順に示したブロック図、第２
図は別実施例の工程を示す図、第３図は強度及び硬度等
を示した図表である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）酸化アルミニウムに対して、酸化鉄、酸化チタン
、酸化バナジウム、酸化ニッケル、酸化クロム及び酸化
コバルトのうちの少くとも一種以上の発色物質が固溶し
、平均粒径２μｍ以下で内部に存在するボアの径が０．
１μｍ以下であることを特徴とする着色透光性多結晶セ
ラミックス製品。
（２）前記酸化アルミニウムには発色物質の他に０．０
５ｗｔ％以下の酸化マグネシウムが固溶していることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の着色透光性多結
晶セラミックス製品。
（３）酸化鉄、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化ニッ
ケル、酸化クロム及び酸化コバルトのうちから一種以上
を発色物質として選択し、この発色物質を０．０５〜３
．０ｗｔ％、酸化マグネシウムを０〜０．０５ｗｔ％、
酸化アルミニウムを残部とした酸化物の混合微粉末を調
製し、この混合微粉末に有機バインダーを加え所望の形
状に成形し、この成形体を１２８０〜１３５０℃で焼結
し、次いでこの焼結体に１３００〜１３１０℃且つ１０
００〜２０００ａｔｍの条件下で熱間静水圧プレスをか
けるようにしたことを特徴とする着色透光性多結晶セラ
ミックス製品の製造方法。
（４）前記各酸化物の混合微粉末はそれぞれの塩を秤量
して均質な懸濁溶液とし、この懸濁溶液を噴霧乾燥法に
て乾燥して微粉末とし、この微粉末を加熱分解すること
で得るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第３
項記載の着色透光性多結晶セラミックス製品の製造方法
。
（５）前記成形体の焼結は大気中、１０＾−＾３乃至１
０＾−＾６Ｔｏｒｒの真空中若しくはＮ＿２、Ａｒ、又
はＨ＿２の雰囲気中で　行うことを特徴とする特許請求
の範囲第３項記載の着色透光性多結晶セラミックス製品
の製造方法。