WO2009142238A1

WO2009142238A1 - 焼結体およびその製造方法ならびに光学部品

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Publication number: WO2009142238A1
Application number: PCT/JP2009/059266
Authority: WO
Inventors: 幹人長谷川; 友之上野
Original assignee: 住友電気工業株式会社
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2009-11-26
Also published as: JPWO2009142238A1; US20110176958A1; JP5418231B2; US8298975B2; EP2213637A1; CN101795995A

Abstract

実用時に変形が生じ難く、かつ、表面層の設計の自由度が高い焼結体およびその製造方法、ならびに該焼結体を備えた光学部品を提供する。焼結体の製造方法は、セラミックスを基材とする所定形状の焼結体を製造する方法であって、セラミックス予備成形体を準備する工程（Ｓ１０）と、上型および下型を有する所定の成形型を用いてセラミックス予備成型体を加圧焼結して加圧焼結体を形成する工程（Ｓ２０）と、加圧焼結体を形成する工程時に付与される加圧荷重の５パーセント以上１００パーセント以下程度（好ましくは、１０パーセント以上２０パーセント以下程度）の加圧荷重を付与しながら加圧焼結体を冷却する工程（Ｓ３０）とを備える。

Description

焼結体およびその製造方法ならびに光学部品

本発明は、焼結体およびその製造方法ならびに光学部品に関し、特に、セラミックスを基材とした焼結体およびその製造方法ならびに該焼結体を備えた光学部品に関する。

特開昭５８－１１３９０１号公報（特許文献１）には、弾性基板に蒸着層を被覆する前に、被覆層の内部応力による変形量を予測し、基板面をその分だけ予め反対方向に変形加工し事後の変形や層の剥離を防ぐ方法が示されている。

特許第３６３９８２２号公報（特許文献２）には、基材と被覆層の剥離を防ぐため、両者の界面に密着層を設けるとともに、その上の被覆は積層構造とすることにより、層全体の内部応力を緩和する方法が示されている。

特開２００６－０５３１８０号公報（特許文献３）には、高低屈折率の層が積層された、広帯域で高い透過率を有する光学素子を備えた光学装置が示されている。

特開平２－２５２６２９号公報（特許文献４）には、ネット寸法で加熱加圧成形した光学素子に型を密着させて、形状精度を保ちながらスムーズに型離れさせるため、加熱加圧後に、低圧力で加圧しつつ冷却する方法が示されている。

特開昭６０－２４６２３１号公報（特許文献５）には、ガラスレンズのプレス成形に用いる上型、下型の材質を黒鉛とすることが示されている。

「ファインセラミックスの精密加工」（非特許文献１）には、ファインセラミックスの研削や研磨（ポリッシング）により、加工表面に変質層が形成されることが示されている。

「赤外透光性緻密質ＺｎＳ焼結体の光学特性」（非特許文献２）には、ＺｎＳ焼結体の研磨品の結晶組織が示されている（ｐ７６，図８）。

なお、「光学素子と機構の検査技法」（非特許文献３）には、レンズの歪測定（面の偏曲測定）の方法が示されている。

特開昭５８－１１３９０１号公報特許第３６３９８２２号公報特開２００６－０５３１８０号公報特開平２－２５２６２９号公報特開昭６０－２４６２３１号公報

セラミックス加工研究会編、「ファインセラミックスの精密加工」、工業調査会、ｐ２０９，ｐ２６４長谷川幹人，小村修，他５名、「赤外透光性緻密質ＺｎＳ焼結体の光学特性」、ＳＥＩテクニカルレビュー、２００２年３月発行、第１６０号、ｐ７３～ｐ８０井上弘、「光学素子と機構の検査技法」、オプトロニクス社、１９９５年５月１５日発行、ｐ８８～ｐ８９

セラミックスの加工は手間がかかるため、ホットプレス等でネット形状やニアネット形状に成形して加工を省くことによる簡素化が従来から図られてきた。このようなネット成形またはニアネット成形は、加工に手間のかかるセラミックス製品、中でも特にレンズ等の光学系製品では盛んに行なわれている。ネット成形品では、焼結後機械加工されていない未加工の面がそのまま機能面として用いられるが、その面には熱収縮による圧縮応力が残っている。また、加工された面では、非特許文献１に記載のように、加工表面に変質層が生じる。表面変質層には圧縮応力が残存する。

圧縮応力の残存した面を機能面としてそのまま使うと、機能面が変形し易い。また、その機能面に別の素材を被覆したり接合する際には、被覆や接合界面の剥離が問題になる。
たとえば、被覆によって耐食性を向上させるものを用いようとしても、その被覆層が基材よりも熱膨張係数の大きいものであれば、事後の加熱により基材と被覆層とを引き剥がす力が働き、密着力が低下することになる。このため、基材と表面層との組合せには自ずから限界が生じ得る。これに対し、状況に見合った応力緩和策の採れる設計（たとえば、特許文献１～３に例示）が必要である。また、非特許文献２に記載の硫化亜鉛燒結体の研磨加工面の実用にも、適正な応力緩和策が必要である。

以上のように、従来では、焼結体の機能面に特定機能の表面層を形成する場合、その機能面に圧縮応力が残留していることを念頭に置いて設計を進める必要があった。したがって、表面層の耐久性や寸法精度などの機能と、表面層および基材の密着性との双方を両立させることができない場合があった。これに対し、表面層の設計の自由度が高い焼結体の開発が望まれていた。

上記のような課題を解決可能な構成は、特許文献４，５にも記載されていない。たとえば、特許文献４では、ガラスにより光学素子を形成することが前提となっており、本願発明とは前提および構成が全く異なる。また、特許文献５においても、ガラスレンズのプレス成形に用いる上型、下型の材質が記載されているだけであり、本願発明の思想は記載も示唆もなされていない。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、実用時に変形が生じ難く、かつ、表面層の設計の自由度が高い焼結体およびその製造方法、ならびに該焼結体を備えた光学部品を提供することにある。

本発明に係る焼結体は、セラミックスを基材とした焼結体であって、表面の残留応力が無い、または、引張方向に向いている。

上記構成によれば、焼結体の表面に圧縮方向の残留応力が無いため、焼結体の実用時に変形が生じ難く、かつ、表面層の設計の自由度が高いという効果を奏する。

好ましくは、上記焼結体において、基材の表面に未加工面が設けられている。なお、「未加工面」とは、「研削、研磨のような機械加工、および、成膜、熱処理、化学処理のような表面処理が施されていない面」を意味する。また、未加工面は、基材の表面全体に設けられていてもよいし、基材の表面の一部に設けられていてもよい。

一般的に、基材の表面に研磨などの加工を施すことにより、基材表面に圧縮応力が残存する傾向にある。これに対し、上記のように、基材表面の少なくとも一部に「未加工面」を設けることにより、焼結体の表面に圧縮応力が残存することを抑制することができる。

好ましくは、上記焼結体において、上記残留応力が１ＭＰａ以上の引張応力である。
焼結体の表面の残留応力（引張方向）が１ＭＰａより小さい場合、焼結体の破損時に該焼結体が粉々になり難く、破損による交換の判断がつき難い場合が生じ得る。これに対し、引張方向の残留応力を上記のように１ＭＰａ以上とすることで、破損による交換の判断がつき易い焼結体を提供することができる。

１つの例として、上記焼結体において、基材は、硫化亜鉛、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、フッ化カルシウム、スピネルからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む。

本発明に係る焼結体の製造方法は、セラミックスを基材とする所定形状の焼結体を製造する方法であって、セラミックス予備成形体を準備する工程と、上型および下型を有する所定の成形型を用いてセラミックス予備成型体を加圧焼結して加圧焼結体を形成する工程と、加圧焼結体を形成する工程時に付与される加圧荷重の５パーセント以上１００パーセント以下（好ましくは、２０パーセント以上４０パーセント以下）の加圧荷重を付与しながら加圧焼結体を冷却する工程とを備える。

上記方法によれば、加圧焼結体の冷却工程において、該加圧焼結体に所定の加圧荷重を付与することにより、冷却後の焼結体の表面に引張応力を生じさせることができる。したがって、表面に圧縮方向の残留応力が無く、実用時に変形が生じ難い焼結体が提供される。なお、上記方法によって、表面に圧縮方向および引張方向の残留応力がいずれも形成されない場合もある。

好ましくは、上記焼結体の製造方法において、上型および下型の少なくとも一方の熱膨張係数が、焼結体の熱膨張係数よりも低い。

これにより、焼結体の表面に容易に引張応力を生じさせることができる。
本発明に係る光学部品は、上述した焼結体、または、上述した焼結体の製造方法により製造された焼結体を備える。これにより、変形の生じ難い焼結体を備えた光学部品が得られる。

なお、本発明に係る焼結体は、光学部品の他、たとえば、精密高精度部品等に使用可能である。基材としては、上述したものの他、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化シリコン等が使用可能である。

本発明によれば、実用時に変形の生じ難く、かつ、表面層の設計の自由度が高い焼結体を提供することができる。

本発明の１つの実施の形態に係る焼結体としての光学部品を示す図である。本発明の１つの実施の形態に係る焼結体の製造方法を説明するフロー図である。銅球落下による粉砕状態観察試験の方法を説明するための図である。本発明の実施例１に係る表面観察像を示す図である。比較例に係る表面観察像を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態および実施例について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態および実施例において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態および実施例において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態および実施例が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態および実施例の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係る焼結体としての光学部品を示す図である。図１を参照して、光学部品１は、硫化亜鉛、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、フッ化カルシウム、スピネルからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含むレンズ部材である。なお、本実施の形態においては、図１に示す光学部品１について説明するが、本発明に係る「焼結体」の範囲は、光学部品１に限定されない。

本実施の形態に係る光学部品１は、セラミックスを基材とした焼結体であって、表面の残留応力が無い、または、残留応力が引張方向に向いている。なお、セラミックスは、如何なる素材であってもよい。

セラミックスの表面の残留応力を上記のように調整することにより、セラミックス基材自体の熱的または機械的外力に対する耐力が増大する。さらに、基材自体に対して熱膨張係数の大きな素材を被覆した場合の基材と被覆材との密着性が向上する。したがって、メタライズ層や硬質膜の応力緩衝が容易になり、積層設計のバリエーションが増大する。また、冷熱サイクルでの耐久性が向上する。

基材は、ホットプレスなどの熱間成形法で形成された状態で、新たに化学的または物理的に加工されていない表面（本明細書では、「未加工面」と称する。）を有するものであってもよい。また、基材は、ホットプレスなどの熱間成形法で形成された後、新たに化学的または物理的な加工が施されたもの（たとえば粒界が腐食されたもの、切削加工されたり研磨仕上げされた後で熱処理されたもの、また別の素材を接合し複合化されたもの、未加工面に被覆層が形成されたものなど）であってもよい。

また、未加工面は、セラミックス基材の表面全体に設けられていてもよいし、セラミックス基材の表面の一部に設けられていてもよい。

セラミックス基材表面における上記残留応力は、１ＭＰａ以上（より好ましくは、４ＭＰａ以上）の引張応力である。

セラミックス基材表面の残留応力（引張方向）が１ＭＰａより小さい場合、光学部品１の破損時に光学部品１が粉々になり難く、比較的大きな範囲（たとえば５０パーセント以上程度）が残存することになるので、破損による交換の判断がつき難い場合が生じ得る。
これに対し、引張方向の残留応力を上記のように１ＭＰａ以上（より好ましくは、４ＭＰａ以上）とすることで、破損による交換の判断がつき易い光学部品１を提供することができる。

さらに、セラミックス基材表面の残留応力（引張方向）が１ＭＰａより小さい場合、表面に真空蒸着法によるコート層を設けた場合に、温度サイクル試験に対する耐久性が低下し易い。これに対し、引張方向の残留応力を上記のように１ＭＰａ以上とすることで、耐久性の高い光学部品１を提供することができる。

図２は、本実施の形態に係る光学部品１の製造方法を説明するフロー図である。図２を参照して、本実施の形態に係る光学部品１の製造方法は、セラミックスを基材とする所定形状（レンズ形状）の光学部品１を製造する方法であって、セラミックス予備成形体を準備する工程（Ｓ１０）と、上型および下型を有する所定の成形型を用いてセラミックス予備成型体を加圧焼結して加圧焼結体を形成する工程（Ｓ２０）と、加圧焼結体を形成する工程時に付与される加圧荷重の５パーセント以上１００パーセント以下程度（好ましくは、２０パーセント以上４０パーセント以下程度）の加圧荷重を付与しながら加圧焼結体を冷却する工程（Ｓ３０）とを備える。なお、上型および下型の少なくとも一方の熱膨張係数が、焼結体の熱膨張係数よりも低いことが好ましい。

上記方法によれば、加圧焼結体の冷却工程（Ｓ３０）において、該加圧焼結体に所定の加圧荷重を付与することにより、冷却後の焼結体の表面に引張応力を生じさせることができる。したがって、表面に圧縮方向の残留応力が無く、実用時に変形が生じ難い焼結体が提供される。なお、上記方法によって、表面に圧縮方向および引張方向の残留応力がいずれも形成されない場合もある。

ここで、冷却工程（Ｓ３０）時の加圧荷重が加圧焼結体を形成する工程時に付与される加圧荷重の５パーセント未満であると、引張方向の残留応力が必ずしも十分でなく、外的因子により光学部品が破損する場合に粉々になり難く、破損交換判断がつき難い。さらに、表面に真空蒸着法によるコート層を設けた場合に、温度サイクル試験に対する耐久性が低下し易い。

他方、冷却工程（Ｓ３０）時の加圧荷重が加圧焼結体を形成する工程時に付与される加圧荷重の１００パーセントを越えると、引張方向の残留応力が大きくなりすぎるため、成型品に歪（アス）を生じ、光学部品としての機能を低下させることになる。なお、上記観点から、より好ましくは、冷却工程（Ｓ３０）時の加圧荷重は、加圧焼結体を形成する工程時に付与される加圧荷重の２０パーセント以上４０パーセント以下である。

また、冷却工程（Ｓ３０）時の加圧の終点温度は、加圧焼結工程の保持温度の９０パーセント以下であることが好ましい。ただし、この終点温度が、加圧焼結工程の保持温度の２５パーセントよりも低いと、変形中に亀裂が発生することがある。したがって、好ましくは、冷却工程（Ｓ３０）時の加圧の終点温度は、加圧焼結工程の保持温度の２５パーセント以上９０パーセント以下である。

本実施の形態に係る光学部品１の製造方法では、冷却工程（Ｓ３０）における加圧により、セラミックス基材の加圧面に収縮による表面の圧縮方向の応力が残らず、むしろ引張方向の応力が残る。

他方、熱間加圧成形後、加圧せずに冷却する場合や、上型の自重程度の低い圧力下で冷却する場合（たとえば、特許文献４）には、基材の加圧面には圧縮方向の応力が残る。したがって、たとえば、これらの基材に他の素材を接合したり、被覆膜を形成したりして、高温部材として用いる場合、従来の基材面には相手材として熱膨張係数の大きな素材は使えず、低熱膨張係数の素材を使うか、応力緩和のために積層貼り合せを考える必要があった。これに対し、本実施の形態に係る光学部品１であれば、相手材として熱膨張係数の大きな素材を用いることも可能である。すなわち、本実施の形態によれば、実用時に変形の生じ難く、かつ、表面層の設計の自由度が高い光学部品１を提供することができる。

実施例１では、いずれも平均粒径１～３μｍ、純度９５．５％以上であるＺｎＳ（硫化亜鉛），ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛），ＣａＦ₂（フッ化カルシウム），スピネルおよびＧｅ（ゲルマニウム）の粉末からセラミックス予備成形体を成形し、そのセラミックス予備成形体を予備焼結することによって、寸法２０ｍｍ（φ）×５ｍｍ（厚さ）の平板形状、または２０ｍｍ（φ）×６ｍｍ（厚さ），曲率半径１８の平凸レンズ形状を有し、相対密度が約６０％である予備焼結されたセラミックス予備成形体（表１中のＮｏ．１～１８）を準備した。

次に、そのセラミックス予備成形体を成形型のガラス状カーボンからなる上型および下型の間に載置し、セラミックス予備成形体をそれぞれ焼結しながら加圧し、表１に記載された加圧焼結工程の保持温度および保持荷重に到達後３００秒保持した。その後、表１に記載された冷却工程の保持荷重まで減圧した後、該保持荷重を保った状態で冷却工程の保持温度（加圧の終点温度）まで冷却することによって、Φ２０ｍｍ×３ｍｍｔのセラミックス光学部品を得た。これら得られた試料の残留応力を、株式会社リガク製・微細部Ｘ線応力測定装置により測定した結果、表１に示す残留応力が検出された。なお、表１におけるＮｏ．７，１０，１３，１５，１７は、それぞれの粉末をホットプレスして得られたブロック（Φ１００ｍｍ×３０ｍｍｔ）からΦ２０ｍｍ×３ｍｍｔの平板を研削・研磨することにより得たものである。

表１に示すＮｏ．１～１８に係る試料について、波長２．５～２５μｍの光の直線透過率を、日本分光株式会社製・ＦＴ－ＩＲを用いて測定すると、波長１０μｍの透過率が、ＺｎＳ（硫化亜鉛），ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛），ＣａＦ₂（フッ化カルシウム），スピネルの場合７０パーセント以上程度、Ｇｅ（ゲルマニウム）の場合４０パーセント以上程度と、良好な結果を得た。

表１に示すＮｏ．１～１８に係る試料に対し、銅球落下試験による粉砕状態観察および成形品の面内での歪み測定を行った。具体的には、図３に示すように、各試料の外周部をリング２で固定し、５０ｇの銅球を高さ１５０ｍｍ（平板形状の試料の場合）から、または５００ｍｍ（平凸レンズ形状の試料の場合）から落下させた後に各試料を観察し、レンズとしての有効径内（ここではΦ１８ｍｍ）において、有効径の面積に対する残存したレンズ破片面積の割合を残存エリア率として算出した。

すなわち、
レンズ破片面積＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ＝Ｗ
有効径面積＝Ｓ
残存エリア率＝Ｗ／Ｓ
である（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは図３を参照）。

さらに、表１に示すＮｏ．１～１８に係る試料について、歪測定を行なった（歪測定の方法は、非特許文献３のｐ88～89の『5.2.4 面の偏曲（非球面度：アス）の判定』を参照）。

上記の銅球落下試験および歪測定の結果を表２に示す。なお、表２においては、銅球落下試験による評価について、以下のように標記している。
１．レンズの機能が完全に無くなる残存エリア率２０％未満：◎
２．レンズの機能性の低下が顕著に確認可能な残存エリア率２０％以上５０％未満：○
３．レンズを通した視認性に影響を与えるレベルの残存エリア率５０％以上８０％未満：△
４．レンズを通した視認性に影響が出ない残存エリア率８０％以上：×

表２を参照して、銅球落下試験より、圧縮方向の残留応力がある場合には、視認性に影響の出ないレベル（すなわち、表２中の×）となり、残留応力がゼロまたは引張方向に遷移するにつれて、レンズの機能性の低下認知レベルが上がり、引張方向の残留応力が４ＭＰａ以上となると、レンズの機能が完全に無くなる（すなわち、表２中の◎）レベルとなることが分かる。

他方、引張方向の残留応力が大きすぎると、得られた成型品に歪（形状誤差）を生じ、光学部品としての機能を低下させる。また、焼結体を機械部品として用いる場合は、所望の精度からずれてしまう、または、相手材と接合等を行う場合に面が合わない等の問題を招来する。実用的な耐久性と歪量の範囲を考慮すれば、引張方向の残留応力として好ましい範囲は、１ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下程度（さらに好ましくは、４ＭＰａ以上８ＭＰａ以下程度）である。

次に、該試料に対し、試料の温度を約１００～２００℃とした上で、真空蒸着法により所定のコート材を約０．５μｍ被覆し、それらを－４０℃および８０℃の恒温室に３０分毎に暴露する温度サイクル試験を行なった。そして、光学顕微鏡を用いて１０倍の倍率で表裏全面の観察を行ない、部分的な剥離が発生するまでのサイクル回数を計測した。さらに、これら試料について、上記と同様に、歪み測定及び銅球落下試験を行なった。なお、コートは、本実施例に記載の単層コートに限らず、多層コートでも構わない。また、膜厚も、本実施例に記載の厚みに捉われないものである。

上記試験の結果を表３に示す。なお、表３においては、温度サイクル試験による評価について、以下のように標記している。
１．部分的な剥離が発生するまでのサイクル回数が１０回以下：×
２．部分的な剥離が発生するまでのサイクル回数が１１～５００回：△
３．部分的な剥離が発生するまでのサイクル回数が５０１～１０００回：○
４．部分的な剥離が発生するまでのサイクル回数が１００１回以上：◎

表３の結果から明らかなように、残留応力が圧縮方向である場合（試料Ｎｏ．７，１０，１３，１５，１７）、実用的な膜密着力が得られず、少ないサイクル回数で剥離が発生した。他方、残留応力が引張方向である場合、温度サイクルによる耐久性は向上する。さらに、銅球落下試験によれば、表２の場合と同様に、圧縮方向の残留応力がある場合よりも、残留応力がゼロまたは引張方向に遷移するにつれて破砕性がよくなる。しかし、引張応力が大きすぎると、得られた成型品に歪（形状誤差）を生じ、光学部品としての機能を低下させるという問題がある。引張方向の残留応力として好ましい範囲は、上述のように、実用的な耐久性と歪量の範囲から定まるものである。

試料Ｎｏ．２，Ｎｏ．７，Ｎｏ．９，Ｎｏ．１０，Ｎｏ．１４～１７に上記とは別のコート材を約０．５μｍ被覆し、上記と同様にサイクル試験による耐久試験を実施した結果を表４に示す。表４においても、上記と同様の傾向が示されている。

なお、図４，図５は、それぞれ、試料Ｎｏ．２（本実施例），Ｎｏ．７（比較例）に関する表面観察像を示すものである。図５（比較例）に対して、図４（本実施例）では、結晶粒界が鮮明に確認出来るため、成形品における組織の良否判定を容易に行なうことが可能となる。

上述したように、本実施例に係る焼結体では、結晶粒界に相当する凹みが表面に存在するため、アンカー効果が得られてコート膜の密着力が向上する。

実施例２では、０．５ｗｔ％ＭｇＯ焼結助剤を含み、気中１５００℃で焼成されたアルミナ系予備焼結体、５ｗｔ％Ｙ₂Ｏ₃焼結助剤を含み、窒素中１６００℃で焼成された窒化アルミニウム系予備焼結体、および５ｗｔ％ＭｇＯ焼結助剤を含み、窒素中１６００℃で焼成された窒化珪素系予備焼結体を用意した。

これらの予備焼結体を、成形面がダイヤモンドで被覆された黒鉛製の成形型に入れ、アルミナ系の予備焼結体は、窒素中１６００℃で、窒化アルミニウム系および窒化珪素系の予備焼結体は、窒素中１７００℃で、いずれも７０ＭＰａの圧力を２０分間付与して熱間加圧成形を行なった。

その後、加熱を止め、同じ雰囲気中で下記表５の『冷却工程』欄に記載の保持圧力を、同欄記載の終点温度まで加圧し、その後、加圧も止めて同じ雰囲気中で室温まで冷却した。最終的には、外径がほぼ２０ｍｍ、厚みがほぼ５ｍｍのネット成形焼結体（試料Ｎｏ．１９～４５）が得られた。なお試料Ｎｏ．４３～４５は、それぞれ試料Ｎｏ．２４，Ｎｏ．３２，Ｎｏ．４０の円形面をさらに微粒ダイヤモンド砥粒で鏡面研磨したものである。

以上の試料の表面の残留応力を実施例１と同じ方法で確認した。その結果を表５，表６に示す。表５，表６を参照して、加圧焼結工程の保持温度の２５パーセント以上９０パーセント以下程度の温度まで熱間加圧時の５～１００％の圧力で加圧しつつ冷却された未加工面は、引張応力が残る面であり、粒界が鮮明に露呈していた。

また、本実施の形態においても、別途用意した試験片を用い、実施例１と同様な方法で銅球落下試験を行った。試験片は、上記と同じ条件でネット成形したもの１０個を加工せずそのまま用いて行った。その銅球落下試験結果も、表５，表６に併記している。なお、表５，表６における標記（◎等）は、表２，表３と同様である。

さらに、本実施の形態においても、各試料面に被覆層を形成し、実施例１と同じく、熱膨張係数のより大きな素材被膜を形成し、実施例１と同じ冷熱サイクルを付与して、被覆界面の密着耐久性を比較した。アルミナ系試料（素材の熱膨張係数は８×１０^-6／℃）にはクロム（素材の熱膨張係数は１１×１０^-6／℃）を、窒化アルミニウム系試料（素材の熱膨張係数は５×１０^-6／℃）には酸化チタン（素材の熱膨張係数は７．５×１０^-6／℃）を、窒化珪素系試料（素材の熱膨張係数は３×１０^-6／℃）にはダイヤモンド（素材の熱膨張係数は４．５×１０^-6／℃）を、それぞれ厚み２μｍ蒸着した。これらの試料の被覆層の密着性を確認するため、温度サイクル試験と損傷の確認のし易さを確認するための銅球落下試験を、実施例１と同じ手順で行った。その結果も表５，表６に併記する（『被覆後の温度サイクル試験結果』および『被覆後の銅球落下試験結果』の欄を参照）。

以上、本発明の実施の形態および実施例について説明したが、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、たとえば、セラミックスを基材とする焼結体およびその製造方法ならびに該焼結体を備えた光学部品や精密高精度部品等に適用され得る。

１光学部品、２リング。

Claims

セラミックスを基材とした焼結体であって、
表面の残留応力が無い、または、引張方向に向いている、焼結体。
前記基材の表面に未加工面が設けられている、請求項１に記載の焼結体。
前記残留応力が１ＭＰａ以上の引張応力である、請求項１または請求項２に記載の焼結体。
前記基材は、硫化亜鉛、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、フッ化カルシウム、スピネルからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む、請求項１から請求項３のいずれかに記載の焼結体。
  セラミックスを基材とする所定形状の焼結体を製造する焼結体の製造方法であって、
  セラミックス予備成形体を準備する工程と、
  上型および下型を有する所定の成形型を用いて前記セラミックス予備成型体を加圧焼結して加圧焼結体を形成する工程と、
  前記加圧焼結体を形成する工程時に付与される加圧荷重の５パーセント以上１００パーセント以下の加圧荷重を付与しながら前記加圧焼結体を冷却する工程とを備えた、焼結体の製造方法。
前記上型および前記下型の少なくとも一方の熱膨張係数が、前記焼結体の熱膨張係数よりも低い、請求項５に記載の焼結体の製造方法。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の焼結体、または、請求項５もしくは請求項６に記載の焼結体の製造方法により製造された焼結体を備えた、光学部品。