JPS6369751A - ガラス質セラミツクスの製造法 - 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】 〔発明の目的〕 皮呈上少且朋分！ 本発明は、機器部品等を製作するに適する、機械加工可
能なガラス質セラミックスの製造法に関する。

猶】等１支徘 電気機器の部品などに使用されるセラミックス材料とし
て機械加工可能な結晶化ガラス質のセラミックスなどが
用いられることが多い。かかるガラス質セラミックスに
は、たとえば特公昭５４−３４７７５号に開示された、
フッ素金雲母固溶体の結晶を少くも５０容量％分散含有
しているガラス−セラミンク物品が知られている。この
ガラス−セラミックスは、原料配合物を溶融してガラス
化したのちフッ素金雲母の結晶を析出させたもので、微
細な結晶を無秩序に含んでおり、気密性が高く、切削等
の機械加工が容易であるが、特にガラス体を製造する工
程でクランクの発生が多く収率が低いという問題があっ
た。

また、特開昭６１−７２６５４号には、陶石を主原料と
するフッ素含有混合物を溶融して得たガラス化成形物と
、気化しやすいフン素化合物とを密閉容器中で１１００
〜１３６０℃で加熱し、ガラス成形物にフッ素雲母を結
晶化する方法が開示されている。この方法によれば、短
時間で結晶化ガラスセラミックスが得られるが、ガラス
体製造工程でのクラック発生および製品の強度はあまり
改良されなかった。

町　しようとする。　へ 前述のような従来技術におけるフッ素金雲母含有ガラス
質セラミックスは、切削加工が可能であり適当な機械的
強度を有するものであった。そして小型の製品を製造す
る際にはそれほど問題はないが、大型の製品（たとえば
ｌ　５ｃｍＸ　ｌ　５ｃｍＸ　３ω以上または同等形状
以上のサイズのもの。）を製造しようとするとガラス化
成形物（以下ガラス体という。）にクラックが発生し易
く、収率が低いという問題があった。さらに、強度も大
きいものが望まれるが、強度が大となるような原料配合
比と製造条件を選択すると切削性が低下するという問題
があった。

そこで本発明は、従来技術における上述のような問題点
を克服して、切削加工性が良好であって且つ充分な機械
的強度を有する大型のガラス質セラミックスを高収率で
製造する方法を提供しようとするものである。

〔発明の構成〕

。　占をゞするための 前述のような本発明の目的は、陶石５０〜７０重量部、
ジルコン１．５〜１０重量部、フン化マグネシウム５〜
１５重量部、マグネシア５〜１５重量部、酸化カリウム
４〜１０重量部を含むカリウム化合物、および酸化ホウ
素２．５〜１０重量部を含むホウ素化合物からなる配合
物を加熱溶融する工程と、前記溶融工程で得られた溶融
液を得られるガラス体の転移温度より少なくとも５０℃
高い温度から該温度より少なくとも７０℃低い温度まで
の間を１００℃／ｈｒ以下の冷却速度で徐冷してガラス
体を得る工程と、蓋付容器中で該ガラス体を１１００℃
を超え１３６０℃までの温度で熱処理する工程と、から
なるガラス質セラミックスの製造法によって達成される
。

すなわち、本発明によって得られるガラス質セラミック
スは、必須の原料成分として陶石、ジルコン、フッ化マ
グネシウムならびにマグネシアを用い、また酸化カリウ
ムおよび酸化ホウ素の含有量を調整するための適宜の化
合物をこれに配合して製造するものである。

陶石はシリカ、アルミナおよび酸化カリウムからなる複
合酸化物を主成分とする鉱物であるが、できるだけ高純
度のもので夾雑物を含まないものを使用することが望ま
しい。かかる各成分を含んで複合した構造を有する陶石
を用いることにより、溶融が早く微細な結晶を容易に生
成することが可能となるが、その使用量は、原料配合物
１００重量部に対して５０〜７０重量部の範囲であるの
が適当である。この範囲とすることにより、切削加工が
容易となるような適切な結晶化が達成される。

ジルコンはＺｒ５ｉＯ，（またはｚｒｏ２　　・ｓｊＯ
□）なる化学組成の複合酸化物であって、これまたでき
るだけ高純度のものを使用することが望ましい。複合構
造を有するジルコンを使用する代りに単味のジルコニア
またはジルコニアとシリカを使用した場合にはジルコニ
アが殆んど溶解せず、本発明の目的とする効果が発揮さ
れない。そして、ジルコンとして配合することではじめ
て迅速に溶融して均一なガラスが得られ、大型ガラス体
製造工程におけるワレ発生率が大巾に低下し、また均一
で微細な結晶を容易に生成できるようになるものであり
、物理強度を損わずに切削性を高めるに有効である。か
かるジルコンの使用量は、原料配合物１００重量部に対
して１．５〜１０重量部がよい。１．５％以下では充分
な効果が得られず、１０％を超えるとメルト中に溶解し
なくなる。

フン化マグネシウムおよびマグネシアは、それぞれ原料
配合物１００重量部に対して５〜１５重量部および５〜
１５重量部を使用するのが好ましい。この範囲とするこ
とにより、適切な結晶化度が得られる。

酸化カリウムを含むカリウム化合物としては、たとえば
炭酸カリウムやホウ酸カリウムなどを用いることができ
るが、配合物の組成に大巾な影響を及ぼさない限り他の
カリウム化合物を用いて差支えない。カリウム化合物の
使用量は、原料配合物１００重量部当り酸化カリウムと
して４〜１０重量部であるのが好ましい。これは溶融を
容易にするとともに、適切な結晶化度を与えるために必
要な範囲である。

酸化ホウ素を含む化合物としては、たとえばホウ酸、ホ
ウ酸カリウムなどを用いることができるが、原料配合物
の組成に本質的な影響を及ぼさない限り他のホウ素化合
物を用いてもよい。これらのホウ素化合物の使用量は、
原料配合物１００重量部当り酸化ホウ素として２．５〜
１０重量部であるのが好ましい。これは溶融を容易にす
るとともに、好ましいガラス形成性を与える範囲である
。

このような各成分を含む原料配合物は充分に粉砕混合さ
れたのち、高温炉中で溶融されてガラス転移温度がおよ
そ６００〜６８０℃の範囲内にあるガラス熔融液が得ら
れる。この溶融液はモールド内に注入され、たとえば７
３０℃すなわち前記の転移温度の範囲より少くとも５０
℃高い温度から、５３０℃すなわち前記の転移温度の範
囲により少くとも７０℃低い温度までの間では、１時間
当り１００℃以下の冷却速度となるようにして徐々に冷
却されて固化し、ガラス体となる。この際の冷却速度が
大きすぎるときは、得られたガラス体の内部歪が増大し
、大型のガラス体を得ようとするとクラックなどが住じ
て収率が低下する。また、冷却速度が小さければガラス
体の品質や収率などに問題はないが、生産性が低下する
から好ましくない。

このようにして得たガラス体は、容器中で１１００〜１
３６０℃で熱処理される。この際、容器が開放されてい
るとフッ素化合物の蒸気が揮散するから容器には蓋を施
すのが必要で、このようにすることによりガラス体の表
面からのフッ素化合物の揮散を最小限にすることができ
る。なお容器中に揮発性のフッ素化合物、たとえばフン
化マグネシウムなどを小量入れておくことにより、ガラ
ス体からのフッ素化合物の揮散が抑制される。こうして
容器中で熱処理することにより、ガラス体中にフッ素金
雲母の微細結晶が生成し、結晶化したガラス質セラミッ
クスが得られる。

作−尻 前述のような本発明の方法に従えば、従来技術の問題点
であった特に大形のガラス体製造工程におけるワレ発生
が防止されて、高い収率をあげることができるほか、製
品の機械的強度と切削加工性とのバランスが改良される
。

実施皿よ 表１の如き化学組成を有する精製陶石および表２の如き
化学組成を有する精製ジルコンを用い、フッ化マグネシ
ウム、マグネシア、炭酸カリウム、ホウ酸を添加し、ま
た、さらにジルコンをジルコニア、シリカなどで置きか
えて、それぞれ表３に示すような配合割合の原料配合物
を得た。

濠−１ 成　　　分　　　　　　　　　重　量　％灼熱減量　　
　　　　　　３．４１ ＳｉＯ□　　　　　　　６６．８６ Ａｐ２ｏ３　　　　　２３．２１ に２ｏ　　　　　　　　　　’５．５５不純物　　　　
　　　　　０．９７ 表−−１ 成　　　分　　　　　　　　　重　量　％灼熱減量　　
　　　　　　０．４６ ＺｒＳｉＯｎ　　　　　　　９７．７０不純物　　　　
　　　　　１，８４ 原料配合物はボールミルで１時間充分に混合し、ルツボ
炉に装入して１４５０℃で溶融させた。これを２５ｃｍ
Ｘ　２５ｃ＋ｎＸ４ｃｍの角型黒鉛製モールド中に注入
し、７５０℃から５００℃に至るまで５時間かけて冷却
し、以後はほぼ室温まで放冷してガラス体を得た。

このようなガラス体のガラス転移点およびワレ率を調べ
た結果を同じく表３に示す。

陶石　５８．８　５８．０　５２．８　６３．３　５３
．８　５７．７　６２．０　６１．０　−シルボン　　
　　２．９　　　５．０　　　５．４　　　８．０　　
　−　　　　　−　　　　　−　　　　　−−　　　　
　−５ｉＯｚ　　　　　　　　　　　　　　　　　　４
．５　５．０　　　　４４．５ＺｒＯｚ　　　　　　　
　　　　　　　　３．５　　　　０．３　　　　０．９
Ａ　ｉｔ　ｚ０３１６．１ ＭｇＦ２８．１　８．０　６．０　１０．０　７．８　
６．０　１０．０　８．４　７．２Ｍｇ０　　１１．６
　１０．５　１３．１　６．０　９．５　１１．５　１
０．２　１１．２　１３．８ＫｔＣＯｓ　　７．８　７
．８　９．２　６．５　１２．２　９．１　７．３　　
Ｂ、２　　］、０．７Ｈ３ＢＯａ　　１０．８　１０．
７　１３．５　６．２　１３．２　１１．２　５．２　
１１．２　６．８ワレ率”’２／８　　２／１０　　１
／８　　　１／７　　　３／６　　　４／９　　　４／
７　　　３／７　　　４／１０（１）　　対照例 （２）対照例（特公昭５４−３４７７５号の方法による
）。Ｋ２ＣＯ３およびＨ２ＢＯ３の代りに、それぞれに
２０およびＢ２Ｏ３の含量を示した。

（３）比熱法により測定。誤差±１０℃。

＋４１　２５　ａｍ　Ｘ　２５　ｃｍの面積のガラス体
を成形して、クランク発生のために最低２０ｃｍＸ２０
ｃｍの面積を有するガラス体が得られない場合をワレと
し、生産個数に対するワレ発生個数を表示。

次に、アルミナ製容器の中に、フッ化マグネシウムを入
れたルツボと並べて上記のガラス成形体を収容し、同じ
くアルミナ製の蓋を載置して電気炉中に入れ、４時間か
けて１１５０℃まで昇温し、その温度で３時間保持して
から徐冷した。

得られたガラス質セラミックスについて曲げ強さおよび
圧縮強さを測定し、また切削加工性を高速旋盤を用いて
試験した。これらの結果を表４に示す。

切削前 工性”２２２１３４１１２〜３ （１）対照例（表３に同じ） （２）対照例（表３に同じ） （５）円柱形に整形した製品を、超硬工具（Ｋ種）を用
いて旋盤で切削して工具の摩耗を顕微鏡により観察し、
摩耗の程度により５段階で評価。

良：ｌ　　−一一不良：５ 実施桝ｌ 実施例１における試験番号ＡおよびＣの配合に従って溶
融ガラスを製造し、次いで、ガラス化条件および結晶化
条件を種々変更したほかは実施例１におけると同様にし
て、ガラス質セラミックスを製造した。得られた製品の
曲げ強さ、圧縮強さおよび切削加工性についての試験結
果を合せて表５に示す。

、表−一」− 試験番号　　　　　　　　Ｊ　　　Ｋ　　　Ｌ　（６）
　　Ｍ　　　Ｎ　（６ゝ原原料台：　　　　　　　ＡＡ
Ａ　　　　ＣＣガラス体製造： 冷却速度（”ｃ／ｈｒ）　　６０　　９０　　１２０　
　６０　　６０ワレ率３７ゝ　　　　　Ｏ／４　２／６
　　４／４　　１／６　０／４結晶化： 熱処理温度（”ｃ）　　　１１５０　１１８０　−　　
１１５０　１０００保持時間　　　　　　４４−３１０ 曲げ強さ　（ｋｇｆ／ｃＪ）　　１６８０　１７００−
１２５０　１６４０圧縮強さくｋｇｆ／ａｎｔ）　　５
６５０　５６８０　−　　４９００　５６２０切削加工
性”’２２−２４ （６）対照例 （７）表−３におけるワレ率と同じ基準で評価。

（８）表−４における切削加工性と同じ基準で評価。

〔発明の効果〕

本発明のガラス質セラミックスの製造法は、特定原料を
特定量配合し、特定条件でガラス体を形成したのち特定
条件で結晶化させるもので、特に大型ガラス体製造時の
ワレ率を大巾に低下させることができるとともに、物理
的強度と切削性が共に良好であって均一性が高く欠陥の
ない大型成形物を高収率で得ることができる特長を有す
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　陶石５０〜７０重量部、ジルコン１．５〜１０重量部
   、フッ化マグネシウム５〜１５重量部、マグネシア５〜
   １５重量部、酸化カリウム４〜１０重量部を含むカリウ
   ム化合物、および酸化ホウ素２０５〜１０重量部を含む
   ホウ素化合物からなる配合物を加熱溶融する工程と、前
   記溶融工程で得られた溶融液を得られるガラス体の転移
   温度より少なくとも５０℃高い温度から該温度より少な
   くとも７０℃低い温度までの間を１００℃／ｈｒ以下の
   冷却速度で徐冷してガラス体を得る工程と、蓋付容器中
   で該ガラス体を１１００℃を超え１３６０℃までの温度
   で熱処理する工程と、からなるガラス質セラミックスの
   製造法。