WO2017086026A1 - 配向焼結体の製法 - Google Patents

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alumina
fine
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佐藤　圭
高宏 前田
守道 渡邊
七瀧　努
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日本碍子株式会社
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    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/787—Oriented grains

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an oriented sintered body.
  • TGG Temporated Grain Growth
  • the apparatus is restricted.
  • the tape molding machine needs to increase the molding speed in order to give a shearing force.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and its main object is to produce an oriented sintered body more easily than the TGG method.
  • the method for producing the oriented sintered body of the present invention is as follows.
  • the method for producing an oriented sintered body of the present invention a laminated body in which fine raw material powder layers and plate-like raw material powder layers are alternately laminated is produced, and the laminated body is fired.
  • the plate-like raw material powder layer the plate-like raw material particles are arranged so that the plate surfaces thereof are along the surface of the fine raw material powder layer.
  • a very high shearing force has to be applied in order to arrange the plate-like raw material powder.
  • the apparatus configuration is more compact than the TGG method. Therefore, according to the method for producing an oriented sintered body of the present invention, an oriented sintered body can be easily produced as compared with the TGG method.
  • FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the oriented sintered body 20, (a) is a cross-sectional view of the laminated body 10, and (b) is a cross-sectional view of the oriented sintered body 20. Explanatory drawing of a tilt angle. Explanatory drawing of a rocking curve measurement.
  • the method for producing the oriented sintered body of the present invention is as follows.
  • the fine raw material powder layer used in step (a) is a layer of aggregates of fine raw material particles.
  • the fine raw material powder is a powder having an average particle size smaller than that of the plate-like raw material powder.
  • the fine raw material powder layer may be a layer obtained by molding the fine raw material powder itself, or may be a layer obtained by shaping the fine raw material powder added with an additive.
  • the additive include a sintering aid, graphite, a binder, a plasticizer, a dispersant, and a dispersion medium.
  • the molding method is not particularly limited, and examples thereof include tape molding, extrusion molding, casting molding, injection molding, and uniaxial press molding.
  • the thickness of the fine raw material powder layer is preferably 5 to 100 ⁇ m, more preferably 10 to 100 ⁇ m, and still more preferably 20 to 60 ⁇ m.
  • the plate-like raw material powder layer used in the step (a) is a layer of aggregates of plate-like raw material particles.
  • the plate-like raw material powder preferably has an aspect ratio of 3 or more.
  • the aspect ratio is average particle size / average thickness.
  • the average particle diameter is the average value of the major axis length of the particle plate surface
  • the average thickness is the average value of the minor axis length of the particles.
  • the plate-like alumina particles have a substantially hexagonal shape when viewed in plan, the particle size is as shown in FIG. 1 (a), and the thickness is as shown in FIG. 1 (b).
  • the average particle size of the plate-like raw material powder is preferably larger from the viewpoint of high orientation of the oriented sintered body, preferably 1.5 ⁇ m or more, more preferably 5 ⁇ m or more, still more preferably 10 ⁇ m or more, and particularly preferably 15 ⁇ m or more. preferable. However, the smaller one is preferable from the viewpoint of densification, and 30 ⁇ m or less is preferable. Therefore, the average particle size is preferably 1.5 ⁇ m to 30 ⁇ m in order to achieve both high orientation and densification.
  • the plate-like raw material powder layer may be a layer of the plate-like raw material powder itself or a layer obtained by adding an additive to the plate-like raw material powder.
  • the additive include a sintering aid, graphite, a binder, a plasticizer, a dispersant, and a dispersion medium.
  • the plate-like raw material powder layer is arranged so that the plate surfaces of the plate-like raw material particles constituting the plate-like raw material powder are along the surface of the fine raw material powder layer.
  • the plate-like raw material powder is preferably single particles. If the particles are not single particles, the degree of orientation and tilt angle may be deteriorated.
  • a classification process In order to make a single particle, at least one of a classification process, a crushing process, and a water tank process may be employed, but it is preferable to employ all the processes.
  • the classification process and the crushing process are preferably employed when there is aggregation or the like.
  • Examples of the classification treatment include air classification.
  • Examples of the crushing treatment include pot crushing and wet atomization.
  • the varicella treatment is preferably employed when fine powder is mixed.
  • the laminate produced in the step (a) is obtained by alternately laminating fine raw material powder layers and plate-like raw material powder layers.
  • a laminated body a single-side processed body in which one side of a molded body of fine raw material powder is entirely or partially covered with a plate-like raw material powder layer is manufactured, and a laminated body is manufactured using the single-side processed body May be.
  • a double-sided processed body in which both surfaces of a molded body of fine raw material powder are entirely or partially covered with a plate-like raw material powder layer is produced, and a laminate using the double-sided processed body and an unprocessed molded body May be produced.
  • the single-sided processed body or the double-sided processed body may be produced by laminating a molded body of plate-shaped raw material powder having a thickness smaller than that of the molded body on one side or both sides of the molded body of fine raw material powder.
  • the molded body of the plate-shaped raw material powder may be formed by applying a shearing force by tape molding or printing so that the plate surface of the plate-shaped raw material particles is along the surface of the molded body.
  • the single-sided processed body or the double-sided processed body may be produced by printing, spray-coating, spin-coating, or dip-coating a dispersion of the plate-shaped raw material powder on one or both surfaces of the compact of the raw material powder.
  • the plate surfaces of the plate-like raw material particles are arranged so as to be along the surface of the molded body without forcing a shearing force.
  • the plate-like raw material particles arranged on the surface of the molded body may overlap several plate-like raw material particles, but preferably do not overlap other plate-like raw material particles.
  • screen printing is preferably used.
  • a mesh mask or a metal mask may be used.
  • the wire diameter is preferably smaller, and the mesh mask has an opening of 50 ⁇ m or less.
  • screen printing is preferably used.
  • a mesh mask or a metal mask may be used.
  • a mesh mask when printing on a thin film, it is preferable to use a mesh mask.
  • the wire diameter is small, and the mesh mask has an opening of 50 ⁇ m or less.
  • the single-sided processed body When using a single-sided processed body, the single-sided processed body may be stacked so that fine raw material powder layers and plate-shaped raw material powder layers are alternately stacked. When the double-sided processed body is used, the double-sided processed body and the green processed raw material powder compact may be alternately laminated.
  • a laminated body may be produced using both a single-sided processed body and a double-sided processed body, or a laminated body may be produced using a single-sided processed body, a double-sided processed body, and an unprocessed molded body. Good.
  • the laminate is fired.
  • pressure-fire the laminate examples include hot press firing and HIP firing.
  • a capsule method can also be used.
  • Pressure when the hot-press firing is preferably 50 kgf / cm 2 or more, 200 kgf / cm 2 or more is more preferable.
  • Pressure when the HIP sintering is preferably 1000 kgf / cm 2 or more, 2,000 kgf / cm 2 or more is more preferable.
  • the firing atmosphere is not particularly limited, but any one of air, an inert gas such as nitrogen and Ar, and a vacuum atmosphere is preferable, nitrogen and Ar atmosphere are particularly preferable, and nitrogen atmosphere is most preferable.
  • FIG. 2 is a schematic view of a process for producing an oriented sintered body by the production method of the present invention.
  • the laminate 10 includes a fine raw material powder layer 12 that is an aggregate layer of fine raw material particles 12a and a plate surface of the plate-like raw material particles 14a on the surface of the fine raw material powder layer 12.
  • the plate-like raw material powder layers 14 arranged along are alternately laminated.
  • the plate-like raw material particles 14a become seed crystals (templates)
  • the fine raw material particles 12a become a matrix
  • the template grows homoepitaxially while taking in the matrix. Therefore, as shown in FIG.
  • the obtained sintered body is an oriented sintered body 20 having a high degree of orientation and a small tilt angle.
  • the degree of orientation and the tilt angle depend on the coverage with which the plate-like raw material powder covers the surface of the fine raw material powder layer. When the coverage is 1 to 60% (preferably 1 to 20%, more preferably 3 to 20%), the degree of orientation is high and the tilt angle is small. Further, the degree of orientation and the tilt angle depend on the thickness of the fine raw material powder layer. When the thickness of the fine raw material powder layer is 5 to 100 ⁇ m (preferably 10 to 100 ⁇ m, more preferably 20 to 60 ⁇ m), the degree of orientation is high and the tilt angle is small.
  • the degree of orientation refers to the degree of c-plane orientation obtained by the Lotgering method using an X-ray diffraction profile, and the tilt angle uses an XRC half width (XRC ⁇ FWHM).
  • Examples of the main component of the fine raw material powder and the plate-like raw material powder include alumina, lead zirconate titanate (PZT), ZnO, BaTiO 3 , (K, Na) NbO 3, and among these, alumina is preferable. . This is because when the main component is alumina, the effects of the present invention are remarkably obtained.
  • the firing temperature is preferably 1850 to 2050 ° C., more preferably 1900 to 2000 ° C.
  • the “main component” refers to a component having a mass ratio of 50% (preferably 60%, more preferably 70%, still more preferably 80%) or more in the entire powder.
  • the oriented sintered body obtained by the production method of the present invention has a high degree of c-plane orientation and a small tilt angle.
  • a c-plane orientation degree of 80% or more preferably 90% or more, more preferably 96% or more
  • XRC / FWHM measured using the X-ray rocking curve method can be 5 ° or less (preferably 2.5 ° or less, more preferably 1.5 ° or less). It becomes.
  • FIG. 3 is a schematic explanatory view of the tilt angle of the alumina crystal.
  • the oriented sintered body thus obtained can be used for an optical element, a base substrate for an optical element, an epitaxial growth substrate, an electrostatic chuck, and the like.
  • the optical element and the base substrate for the optical element include LED, LD, solar cell, sensor, photodiode, optical member, window material and the like.
  • [Experimental Example 1] Production of Alumina Sintered Body (1) Production of Laminate Magnesium oxide (500A, manufactured by Ube Materials) 0 to 100 parts by mass of fine alumina powder (TM-DAR (average particle size 0.1 ⁇ m), manufactured by Daimei Chemical) 0.125 parts by mass (125 ppm by mass), 7.8 parts by mass of polyvinyl butyral (product number BM-2, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) as a binder, and di (2-ethylhexyl) phthalate (manufactured by Kurokin Kasei) 3 as a plasticizer .9 parts by mass, 2 parts by mass of sorbitan trioleate (Leodol SP-O30, manufactured by Kao) as a dispersant, and 2-ethylhexanol as a dispersion medium were added and mixed.
  • TM-DAR fine particle size 0.1 ⁇ m
  • BM-2 polyvinyl butyral
  • the amount of the dispersion medium was adjusted so that the slurry viscosity was 20000 cP.
  • the slurry thus prepared was molded into a sheet shape on a PET film by a doctor blade method so that the thickness after drying was 40 ⁇ m, and a fine alumina powder layer was formed.
  • the amount of the dispersion medium was adjusted so that the slurry viscosity was 5000 cP.
  • the slurry thus prepared was molded into a sheet shape on a PET film so as to have a thickness after drying of 3 ⁇ m on a PET film by a reverse doctor blade method to obtain a plate-like alumina powder layer.
  • the fine alumina powder layer and the plate-like alumina powder layer peeled off from the PET film are alternately laminated to each other, placed on an Al plate having a thickness of 10 mm, and then put in a package to make the inside vacuum. And made a vacuum pack.
  • This vacuum pack was hydrostatically pressed at a pressure of 100 kgf / cm 2 in warm water at 85 ° C. to obtain a laminate.
  • the coverage of the plate-like alumina powder layer covering the surface of the fine alumina powder layer was 60%. The coverage was calculated as follows.
  • the surface of the fine alumina powder layer is observed with an optical microscope, and this observation photograph is separated into a plate-like alumina powder portion and the other by image processing, and the plate-like alumina powder with respect to the area of the fine alumina powder layer surface in the observation photograph
  • the area ratio was defined as the coverage.
  • P is a value obtained from XRD of the alumina sintered body
  • P 0 is a value calculated from standard ⁇ -alumina (JCPDS card No. 46-1212).
  • JCPDS card No. 46-1212 The c-plane orientation degree of the alumina sintered body of Experimental Example 1 was 100%.
  • the tilt angle is a tilt distribution of the crystal axis and is a parameter for evaluating how often the crystal orientation of alumina is tilted from the c-axis.
  • the tilt angle is represented by an X-ray rocking curve (XRC) half width (FWHM).
  • XRC ⁇ FWHM scans the surface of the alumina sintered body (the same surface as the c-plane orientation degree measurement) in conjunction with the X-ray source and detector as shown in Fig. 4, and the half-width of the obtained curve. was measured.
  • the rocking curve measurement is a measurement method in which the value of 2 ⁇ (angle between the detector and the incident X-ray) is fixed at the diffraction peak position and only ⁇ (angle between the sample substrate surface and the incident X-ray) is scanned. Called.
  • the apparatus used was RINT-TTR III manufactured by Rigaku, and the scanning range of ⁇ was set to 3.8 ° to 38.8 ° using CuK ⁇ rays under the conditions of a voltage of 50 kV and a current of 300 mA.
  • XRC ⁇ FWHM of the alumina sintered body of Experimental Example 1 was 2.2 °.
  • Example 3 Experimental Example 1 In Example 1, except that AKP-20 (average particle size 0.4 ⁇ m, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was used as the fine alumina powder in (1) and the thickness after drying of the fine alumina powder layer was 100 ⁇ m. In the same manner as above, an alumina sintered body was produced and its characteristics were measured. The results are shown in Table 1.
  • AKP-20 average particle size 0.4 ⁇ m, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.
  • Experimental Example 1 In (1), when producing a laminated body, after printing a plate-like alumina printing paste on one side of the fine alumina powder layer to form a single-sided processed body, 50 layers of the single-sided processed body are stacked. An alumina sintered body was produced in the same manner as in Experimental Example 1 except that the characteristics were measured. Table 1 shows the characteristics of the laminate and the characteristics of the alumina sintered body.
  • a single-sided processed body was produced as follows. 100 parts by mass of polyvinyl butyral (product number BLS, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) as a binder and 2 ethylhexanol as a dispersion medium were added to and mixed with 100 parts by mass of plate-like alumina powder (YFA10030, manufactured by Kinsei Tech). The amount of the dispersion medium was adjusted so that the paste viscosity was 50000 cP to obtain a printing paste.
  • polyvinyl butyral product number BLS, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.
  • 2 ethylhexanol as a dispersion medium
  • This printing paste was printed on one side of a fine alumina powder layer by a plate making with emulsion (SX360 mesh, emulsion thickness: 5 ⁇ m) so that the thickness after drying was 20 ⁇ m to obtain a one-side processed body.
  • emulsion SX360 mesh, emulsion thickness: 5 ⁇ m
  • Example 5 In Example 4, except that AKP-20 (average particle size 0.4 ⁇ m, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was used as the fine alumina powder, an alumina sintered body was produced in the same manner as in Example 4 and its characteristics were measured. . Table 1 shows the characteristics of the laminate and the characteristics of the alumina sintered body.
  • Example 6 In Experimental Example 4, an alumina sintered body was produced in the same manner as in Experimental Example 4 except that the method for producing a single-side processed body was changed as follows, and the characteristics thereof were measured. Table 1 shows the characteristics of the laminate and the characteristics of the alumina sintered body.
  • a single-sided processed body was produced as follows. 100 parts by mass of plate-like alumina powder (YFA10030, manufactured by Kinsei Tech), 100 parts by mass of polyvinyl butyral (product number BLS, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) as a binder and 3500 parts by mass of terpineol as a dispersant are mixed and mixed, and printing paste Got.
  • This printing paste was printed on one side of a fine alumina powder layer by a plate making with emulsion (ST640 mesh, emulsion thickness: 5 ⁇ m) to obtain a one-side processed body.
  • the thickness of the plate-like alumina powder layer at this time was 0.5 ⁇ m.
  • Example 8 In Example 7, except that AKP-20 (average particle size 0.4 ⁇ m, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was used as the fine alumina powder, an alumina sintered body was produced in the same manner as in Example 7 and its characteristics were measured. . Table 1 shows the characteristics of the laminate and the characteristics of the alumina sintered body.
  • Example 9 In Experimental Example 4, an alumina sintered body was prepared in the same manner as in Experimental Example 4 except that the thickness of the fine alumina powder layer was changed to 80 ⁇ m and the manufacturing method of the single-side processed body was changed as follows, and the characteristics were measured. did. Table 1 shows the characteristics of the laminate and the characteristics of the alumina sintered body.
  • a single-sided processed body was produced as follows.
  • Kinsei Matech YFA10030 was classified with an airflow classifier (TC-15N made by Nisshin Engineering) with a cut point set to 3 ⁇ m, and then with a crusher of ⁇ 0.3 mm with a pot crusher After pulverizing for 20 hours and finally removing fine powder with water tank, 100 parts by weight of polyvinyl butyral (product number BLS, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) 60 parts by weight and terpineol 2000 parts as a dispersion medium Were added and mixed to obtain a printing paste.
  • an airflow classifier TC-15N made by Nisshin Engineering
  • a crusher of ⁇ 0.3 mm with a pot crusher After pulverizing for 20 hours and finally removing fine powder with water tank, 100 parts by weight of polyvinyl butyral (product number BLS, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) 60 parts by weight and terpineol 2000 parts as
  • This printing paste was printed on one side of a fine alumina powder layer by a plate making with emulsion (ST640 mesh, emulsion thickness: 5 ⁇ m) to obtain a one-side processed body.
  • the thickness of the plate-like alumina powder layer at this time was 1 ⁇ m.
  • Example 10 In Example 9, except that AKP-20 (average particle size 0.4 ⁇ m, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was used as the fine alumina powder, an alumina sintered body was produced in the same manner as in Example 9 and its characteristics were measured. . Table 1 shows the characteristics of the laminate and the characteristics of the alumina sintered body.
  • a single-sided processed body was produced as follows. 5000 parts by mass of isopropyl alcohol was added as a dispersion medium to 100 parts by mass of plate-like alumina powder (YFA10030, manufactured by Kinsei Matech). The obtained dispersion (plate-like alumina slurry) was dispersed with an ultrasonic disperser for 5 minutes, and then sprayed with a spray gun (Tamiya Spray Work HG Airbrush Wide) with a spray pressure of 0.2 MPa, a spray distance of 20 cm, Was sprayed onto the fine particle compact so that the coverage was 1% to obtain a one-side processed body.
  • a spray gun Teleya Spray Work HG Airbrush Wide
  • Example 12 In Example 11, except that AKP-20 (average particle size 0.4 ⁇ m, manufactured by Sumitomo Chemical Co.) was used as the fine alumina powder, an alumina sintered body was produced in the same manner as in Example 11 and its characteristics were measured. . Table 1 shows the characteristics of the laminate and the characteristics of the alumina sintered body.
  • Example 13 In Experimental Example 11, as a plate-like alumina powder, YSE10030 manufactured by Kinsei Tech Co. was classified using an air classifier (TC-15N manufactured by Nissin Engineering Co., Ltd.) with a cut point set to 3 ⁇ m, and then ⁇ 0 by a pot crusher. An alumina sintered body was produced in the same manner as in Experimental Example 11 except that a powder with a 3 mm cobblestone was crushed for 20 hours and fine powder was finally removed with waterpox, and its characteristics were measured. Table 1 shows the characteristics of the laminate and the characteristics of the alumina sintered body.
  • Example 14 In Experimental Example 11, an alumina sintered body was produced in the same manner as in Experimental Example 11 except that the in-house product was used as the plate-like alumina powder, and the characteristics thereof were measured. Table 1 shows the characteristics of the laminate and the characteristics of the alumina sintered body.
  • IPA isopropyl alcohol
  • 300 g of the obtained mixed raw material powder was placed in a sheath made of high-purity alumina having a purity of 99.5% by mass (volume: 750 cm 3 ), covered with a lid made of high-purity alumina having a purity of 99.5% by mass, and airflow in an electric furnace.
  • Heat treatment was performed at 900 ° C. for 3 hours.
  • the air flow rate was 25000 cc / min.
  • the heat-treated powder was annealed at 1150 ° C. for 40 hours in the atmosphere, and then pulverized for 4 hours using ⁇ 2 mm alumina balls to obtain a plate-like alumina powder having an average particle diameter of 2 ⁇ m, an average thickness of 0.2 ⁇ m, and an aspect ratio of 10. Obtained.
  • the average particle diameter and average thickness of the particles were determined by observing 100 arbitrary particles in the plate-like alumina powder with a scanning electron microscope (SEM).
  • the average particle diameter is the average value of the major axis length of the particle
  • the average thickness is the average value of the minor axis length of the particle
  • the aspect ratio is the average particle diameter / average thickness.
  • the obtained plate-like alumina powder was ⁇ -alumina.
  • Example 15 In Experimental Example 13, an alumina sintered body was produced in the same manner as in Experimental Example 13 except that 1000 parts by mass of the dispersion medium was used with respect to 100 parts by mass of the plate-like alumina powder, and the characteristics thereof were measured. Table 1 shows the characteristics of the laminate and the characteristics of the alumina sintered body.
  • Example 16 In Experimental Example 15, a single-sided processed body was sprayed onto a fine alumina powder layer at a spray pressure of 0.2 MPa and a spray distance of 20 cm with a spray gun (Tamiya Spray Work HG Airbrush Wide) with a coverage of 5%. An alumina sintered body was produced in the same manner as in Experimental Example 15 except that it was produced by spraying, and its characteristics were measured. Table 1 shows the characteristics of the laminate and the characteristics of the alumina sintered body.
  • Example 17 In Example 16, except that AKP-20 (average particle size 0.4 ⁇ m, manufactured by Sumitomo Chemical) was used as the fine alumina powder, an alumina sintered body was produced in the same manner as in Example 16 and its characteristics were measured. . Table 1 shows the characteristics of the laminate and the characteristics of the alumina sintered body.
  • a single-sided processed body was produced as follows. 1000 parts by mass of isopropyl alcohol was added as a dispersion medium to 100 parts by mass of plate-like alumina powder (YFA10030, manufactured by Kinsei Matech). The obtained dispersion (plate-like alumina slurry) was dispersed with an ultrasonic disperser for 5 minutes, and then applied onto the fine particle compact with a spin coater to obtain a single-side processed body. The application conditions were a rotation speed of 2000 rpm and a dropping amount of 3 parts by mass.
  • Example 19 In Experimental Example 18, an alumina sintered body was produced in the same manner as in Experimental Example 18 except that the thickness of the fine alumina powder layer after drying was 10 ⁇ m, and the characteristics thereof were measured. Table 1 shows the characteristics of the laminate and the characteristics of the alumina sintered body.
  • Example 20 In Experimental Example 18, when producing a single-sided processed body, the same as in Example 18 except that 3,000 parts by mass of isopropyl alcohol was used as a dispersion medium with respect to 100 parts by mass of plate-like alumina powder (YFA10030, manufactured by Kinsei Matec). Thus, an alumina sintered body was produced and its characteristics were measured. Table 1 shows the characteristics of the laminate and the characteristics of the alumina sintered body.
  • Example 21 In Example 18, except that AKP-20 (average particle size 0.4 ⁇ m, manufactured by Sumitomo Chemical Co.) was used as the fine alumina powder, an alumina sintered body was produced in the same manner as in Example 18 and its characteristics were measured. . Table 1 shows the characteristics of the laminate and the characteristics of the alumina sintered body.
  • a double-sided processed body was produced as follows. 700 parts by mass of isopropyl alcohol was added as a dispersion medium to 100 parts by mass of plate-like alumina powder (YFA10030, manufactured by Kinsei Matech). After the obtained mixed liquid was dispersed for 5 minutes with an ultrasonic disperser, the fine particle molded body was immersed in the liquid with a dip coater and pulled up at a lifting speed of 4 mm / min. Thus, the double-sided processed body in which the plate-like alumina powder layer was formed on both surfaces of the fine alumina powder layer was obtained.
  • plate-like alumina powder YFA10030, manufactured by Kinsei Matech
  • Example 23 In Experimental Example 22, an alumina sintered body was produced in the same manner as in Experimental Example 22 except that the pulling rate was 10 mm / min, and the characteristics thereof were measured. Table 1 shows the characteristics of the laminate and the characteristics of the alumina sintered body.
  • Example 24 In Example 22, except that AKP-20 (average particle size 0.4 ⁇ m, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was used as the fine alumina powder, an alumina sintered body was produced in the same manner as in Example 13, and its characteristics were measured. . Table 1 shows the characteristics of the laminate and the characteristics of the alumina sintered body.
  • the thickness of the plate-like alumina powder layer in Table 1 will be described.
  • the plate-like alumina powder layer was produced by tape molding or screen printing, not only the plate-like alumina powder but also other components remained after drying, so that the plate-like alumina powder layer became a uniform layer as a whole. The thickness of can be measured.
  • the plate-like alumina powder layer is produced by spray coating, spin coating, or dip coating, the plate-like alumina powder remains in a dispersed state after drying, so it does not become a uniform layer as a whole. The thickness of the alumina powder layer could not be measured. In the column of the thickness of the plate-like alumina powder layer, “ ⁇ ” indicating that measurement was impossible was entered.
  • the oriented sintered body of the present invention can be used for, for example, an optical element, a base substrate for an optical element, a substrate for epitaxial growth, an electrostatic chuck, and the like.

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Abstract

本発明の配向焼結体の製法は、（ａ）微細原料粉末層と、板状原料粒子の板面が前記微細原料粉末層の表面に沿うように配列された板状原料粉末層とが、交互に積層された積層体を作製する工程と、（ｂ）前記積層体を焼成する工程と、を含むものである。

Description

配向焼結体の製法
　本発明は、配向焼結体の製法に関する。
　配向焼結体を得るために、従来、ＴＧＧ（Ｔｅｍｐｌａｔｅｄ　Ｇｒａｉｎ　Ｇｒｏｗｔｈ）法を用いることが提案されている（例えば特許文献１参照）。この方法は、微細原料粒子と板状原料粒子（テンプレート粒子）を所定の割合で混合し、ドクターブレードのようなテープ成形においてせん断のかかる方法で成形体中の板状原料粒子を並べ、焼成時にこの板状原料粒子が微細原料粒子を取り込みながら、ホモエピタキシャル成長させるというものである。
特許第５７７０９０５号公報（段落００３６及び００３７）
　しかしながら、この方法では、装置が制約される。たとえば、テンプレート粒子を配列させるにあたり、テープ成形時に、非常に高いせん断力を与えることが必要であるため、大型のテープ成形機が必要になる。すなわち、テープ成形機は、せん断力を与えるために成形速度を早くする必要がある。この場合、乾燥不足となるのを防ぐため、成形機の長さを長くすることで乾燥させることが必要となる。そのため、テープ成形機が大型化するのである。こうしたことから、ＴＧＧ法と比べて簡便に配向焼結体を製造する方法の開発が望まれていた。
　本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、ＴＧＧ法と比べて簡便に配向焼結体を製造することを主目的とする。
　本発明の配向焼結体の製法は、
（ａ）微細原料粉末層と、板状原料粒子の板面が前記微細原料粉末層の表面に沿うように配列された板状原料粉末層とが、交互に積層された積層体を作製する工程と、
（ｂ）前記積層体を焼成する工程と、
　を含むものである。
　本発明の配向焼結体の製法では、微細原料粉末層と板状原料粉末層とが交互に積層された積層体を作製してその積層体を焼成する。板状原料粉末層では、板状原料粒子の板面が微細原料粉末層の表面に沿うように配列されている。従来のＴＧＧ法では、微細原料粉末と板状原料粉末との混合粉末をテープ成形する際、板状原料粉末を配列させるために非常に高いせん断力を与えなければならなかった。しかし、本発明では、混合粉末ではなく板状原料粉末を配列させるため、ＴＧＧ法のような大きなせん断力は必要にならない。そのため、装置構成はＴＧＧ法に比べてコンパクトになる。したがって、本発明の配向焼結体の製法によれば、ＴＧＧ法と比べて簡便に配向焼結体を製造することができる。
板状アルミナ粒子の模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。 配向焼結体２０の製造工程図で、（ａ）は積層体１０の断面図、（ｂ）は配向焼結体２０の断面図。 チルト角の説明図。 ロッキングカーブ測定の説明図。
　本発明の配向焼結体の製法は、
（ａ）微細原料粉末層と、板状原料粒子の板面が前記微細原料粉末層の表面に沿うように配列された板状原料粉末層とが、交互に積層された積層体を作製する工程と、
（ｂ）前記積層体を焼成する工程と、
　を含むものである。
　工程（ａ）で用いる微細原料粉末層は、微細原料粒子の集合体の層である。微細原料粉末は、平均粒径が板状原料粉末よりも小さい粉末である。微細原料粉末層は、微細原料粉末そのものを成形した層であってもよいし微細原料粉末に添加剤を加えたものを成形した層であってもよい。添加剤としては、例えば焼結助剤やグラファイト、バインダー、可塑剤、分散剤、分散媒などが挙げられる。成形方法は特に限定するものではないが、例えば、テープ成形、押出成形、鋳込み成形、射出成形、一軸プレス成形等が挙げられる。微細原料粉末層の厚みは、５～１００μｍであることが好ましく、１０～１００μｍであることがより好ましく、２０～６０μｍであることが更に好ましい。
　工程（ａ）で用いる板状原料粉末層は、板状原料粒子の集合体の層である。板状原料粉末は、アスペクト比が３以上のものが好ましい。アスペクト比は、平均粒径／平均厚さである。ここで、平均粒径は、粒子板面の長軸長の平均値、平均厚さは、粒子の短軸長の平均値である。これらの値は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で板状原料粉末中の任意の粒子１００個を観察して決定する。図１は、板状原料粒子の一例である板状アルミナ粒子の模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。板状アルミナ粒子は、平面視したときの形状が略六角形状であり、その粒径は図１（ａ）に示したとおりであり、厚みは図１（ｂ）に示したとおりである。板状原料粉末の平均粒径は、配向焼結体の高配向化の観点からは大きい方が好ましく、１．５μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましく、１０μｍ以上が更に好ましく、１５μｍ以上が特に好ましい。但し、緻密化の観点からは小さい方が好ましく、３０μｍ以下が好ましい。こうしたことから、高配向と緻密化を両立するには平均粒径が１．５μｍ～３０μｍであることが好ましい。板状原料粉末層は、板状原料粉末そのものの層であってもよいし板状原料粉末に添加剤を加えたものの層であってもよい。添加剤としては、例えば焼結助剤やグラファイト、バインダー、可塑剤、分散剤、分散媒などが挙げられる。板状原料粉末層は、板状原料粉末を構成する板状原料粒子の板面が微細原料粉末層の表面に沿うように配列されている。板状原料粉末は、単一粒子になっていることが好ましい。単一粒子になっていない場合には、配向度やチルト角を悪化させることがある。粒子を単一にするには、分級処理、解砕処理及び水簸処理の少なくとも１つの処理を採用すればよいが、すべての処理を採用するのが好ましい。分級処理や解砕処理は、凝集等がある際に採用するのが好ましい。分級処理としては、気流分級等が挙げられる。解砕処理としては、ポット解砕、湿式微粒化方式等が挙げられる。水簸処理は、微粒粉が混入している際に採用するのが好ましい。
　工程（ａ）で作製される積層体は、微細原料粉末層と板状原料粉末層とが交互に積層されたものである。積層体を作製する際、微細原料粉末の成形体の片面を板状原料粉末層で全面的に又は部分的に被覆した片面加工体を作製し、該片面加工体を利用して積層体を作製してもよい。あるいは、微細原料粉末の成形体の両面を板状原料粉末層で全面的に又は部分的に被覆した両面加工体を作製し、該両面加工体と未加工の成形体とを利用して積層体を作製してもよい。
　片面加工体又は両面加工体は、微細原料粉末の成形体の片面又は両面に該成形体よりも厚みの薄い板状原料粉末の成形体を積層することにより作製してもよい。この場合、板状原料粉末の成形体は、板状原料粒子の板面がその成形体の表面に沿うようにテープ成形や印刷などによってせん断力を与えて成形したものを用いてもよい。あるいは、片面加工体又は両面加工体は、微細原料粉末の成形体の片面又は両面に板状原料粉末の分散液を印刷、スプレーコート、スピンコート又はディップコートすることにより作製してもよい。スプレーコート、スピンコート、ディップコートでは、強制的にせん断力を与えずとも、板状原料粒子の板面がその成形体の表面に沿うように配列する。成形体の表面に配列した板状原料粒子は、数個の板状原料粒子が重なっていてもよいが、他の板状原料粒子と重なっていないことが好ましい。印刷においては、スクリーン印刷が好適に用いられる。この場合、メッシュマスクを用いてもよいし、メタルマスクを用いてもよい。ただし薄膜に印刷する場合には、メッシュマスクを用いるほうが好ましい。また、メッシュマスクを用いる場合は、粒子を重ならずに配列させるには、線径は小さいほうが好ましく、メッシュマスクの目開きは、５０μｍ以下が好ましい。印刷においては、スクリーン印刷が好適に用いられる。この場合、メッシュマスクを用いてもよいし、メタルマスクを用いてもよい。但し、薄膜に印刷する場合には、メッシュマスクを用いる方が好ましい。また、メッシュマスクを用いる場合、粒子を重ならずに配列させるには、線径は小さい方が好ましく、メッシュマスクの目開きは、５０μｍ以下が好ましい。
　片面加工体を利用する場合、微細原料粉末層と板状原料粉末層とが交互に積層されるように片面加工体を積み重ねていけばよい。両面加工体を利用する場合、両面加工体と未加工の微細原料粉末の成形体とを交互に積層すればよい。なお、片面加工体と両面加工体の両方を利用して積層体を作製してもよいし、片面加工体と両面加工体と未加工の成形体とを利用して積層体を作製してもよい。
　工程（ｂ）では、積層体を焼成する。この場合、積層体を加圧焼成するのが好ましい。加圧焼成としては、例えばホットプレス焼成やＨＩＰ焼成などが挙げられる。なお、加圧焼成前に常圧予備焼成を行ってもよい。ＨＩＰ焼成を行うときにはカプセル法を用いることもできる。ホットプレス焼成の場合の圧力は、５０ｋｇｆ／ｃｍ2以上が好ましく、２００ｋｇｆ／ｃｍ2以上がより好ましい。ＨＩＰ焼成の場合の圧力は、１０００ｋｇｆ／ｃｍ2以上が好ましく、２０００ｋｇｆ／ｃｍ2以上がより好ましい。焼成雰囲気は特に限定はないが、大気、窒素、Ａｒ等の不活性ガス、真空雰囲気下のいずれかが好ましく、窒素、Ａｒ雰囲気下が特に好ましく、窒素雰囲気が最も好ましい。図２は、本発明の製法で配向焼結体を作製する工程の模式図である。図２（ａ）に示すように、積層体１０は、微細原料粒子１２ａの集合体の層である微細原料粉末層１２と、板状原料粒子１４ａの板面が微細原料粉末層１２の表面に沿って配列された板状原料粉末層１４とが、交互に積層されたものである。積層体１０を焼成すると、板状原料粒子１４ａが種結晶（テンプレート）となり、微細原料粒子１２ａがマトリックスとなって、テンプレートがマトリックスを取り込みながらホモエピタキシャル成長する。そのため、図２（ｂ）に示すように、得られる焼結体は配向度が高く、かつ、チルト角が小さい配向焼結体２０となる。配向度とチルト角は、板状原料粉末が微細原料粉末層の表面を覆う被覆率に依存する。この被覆率が１～６０％（好ましくは１～２０％、さらに好ましくは３～２０％）のときに配向度が高く、チルト角が小さくなる。また、配向度とチルト角は、微細原料粉末層の厚みに依存する。微細原料粉末層の厚みが５～１００μｍ（好ましくは１０～１００μｍ、より好ましくは２０～６０μｍ）のときに配向度が高く、チルト角は小さくなる。ここで、配向度は、Ｘ線回折プロファイルを用いてロットゲーリング法により求めたｃ面配向度を指し、チルト角は、ＸＲＣ半値幅（ＸＲＣ・ＦＷＨＭ）を用いる。
　微細原料粉末及び板状原料粉末の主成分としては、例えば、アルミナ、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ＺｎＯ、ＢａＴｉＯ3、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ3などが挙げられるが、このうちアルミナが好ましい。主成分がアルミナの場合、本発明の効果が顕著に得られるからである。主成分がアルミナの場合、焼成温度（最高到達温度）は１８５０～２０５０℃が好ましく、１９００～２０００℃がより好ましい。なお、「主成分」とは、粉末全体に占める質量割合が５０％（好ましくは６０％、より好ましくは７０％、更に好ましくは８０％）以上の成分のことをいう。
　本発明の製法によって得られる配向焼結体は、ｃ面配向度が高く、チルト角が小さいものである。例えば、Ｘ線回折プロファイルを用いてロットゲーリング法により求めたｃ面配向度が８０％以上（好ましくは９０％以上、より好ましくは９６％以上）のものを得ることが可能となる。また、チルト角についていえば、Ｘ線ロッキングカーブ法を用いて測定したＸＲＣ・ＦＷＨＭは５°以下（好ましくは２．５°以下、より好ましくは１．５°以下）のものを得ることが可能となる。図３にアルミナ結晶のチルト角の模式的な説明図を示す。
　このようにして得られた配向焼結体は、光学素子や光学素子用下地基板、エピタキシャル成長用基板、静電チャックなどに用いることができる。光学素子、光学素子用下地基板としては、例えばＬＥＤ、ＬＤ、太陽電池、センサ、フォトダイオード、光学部材、窓材等が挙げられる。
［実験例１］
１．アルミナ焼結体の作製
（１）積層体の作製
　微細アルミナ粉末（ＴＭ－ＤＡＲ（平均粒径０．１μｍ）、大明化学製）１００質量部に対し、酸化マグネシウム（５００Ａ、宇部マテリアルズ製）０．０１２５質量部（１２５質量ｐｐｍ）と、バインダーとしてポリビニルブチラール（品番ＢＭ－２、積水化学工業製）７．８質量部と、可塑剤としてジ（２－エチルヘキシル）フタレート（黒金化成製）３．９質量部と、分散剤としてトリオレイン酸ソルビタン（レオドールＳＰ－Ｏ３０、花王製）２質量部と、分散媒として２－エチルヘキサノールとを加えて混合した。分散媒の量は、スラリー粘度が２００００ｃＰとなるように調整した。このようにして調製されたスラリーを、ドクターブレード法によってＰＥＴフィルムの上に乾燥後の厚みが４０μｍとなるようにシート状に成形し、微細アルミナ粉末層とした。
　板状アルミナ粉末（ＹＦＡ１００３０（平均粒径１０μｍ、平均厚み０．３μｍ、アスペクト比３３）、キンセイマテック製）１００質量部に対し、バインダーとしてポリビニルブチラール（品番ＢＭ－２、積水化学工業製）５０質量部と、可塑剤としてジ（２－エチルヘキシル）フタレート（黒金化成製）２５質量部と、分散剤としてトリオレイン酸ソルビタン（レオドールＳＰ－Ｏ３０、花王製）２質量部と、分散媒としてキシレンと１－ブタノールの混合溶液（混合比率１：１）とを加えて混合した。分散媒の量は、スラリー粘度が５０００ｃＰとなるように調整した。このようにして調製されたスラリーを、リバースドクターブレード法によってＰＥＴフィルムの上に乾燥後の厚さが３μｍとなるようにシート状に成形し、板状アルミナ粉末層とした。
　ＰＥＴフィルムから剥がした微細アルミナ粉末層と板状アルミナ粉末層とを各５０層、交互に積層し、厚さ１０ｍｍのＡｌ板の上に載置した後、パッケージに入れて内部を真空にすることで真空パックとした。この真空パックを８５℃の温水中で１００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力にて静水圧プレスを行い、積層体を得た。このとき、板状アルミナ粉末層が微細アルミナ粉末層の表面を被覆する被覆率は６０％であった。なお、被覆率は、以下のようにして算出した。すなわち、微細アルミナ粉末層表面を光学顕微鏡で観察し、この観察写真を画像処理にて、板状アルミナ粉末の部分とそれ以外に切り分け、観察写真における微細アルミナ粉末層表面の面積に対する板状アルミナ粉末の面積の割合を、被覆率とした。
（２）積層体の焼成
　得られた積層体を脱脂炉中に配置し、６００℃で１０時間の条件で脱脂を行った。得られた脱脂体を黒鉛製の型を用い、ホットプレスにて窒素中、焼成温度（最高到達温度）１９７５℃で４時間、面圧２００ｋｇｆ／ｃｍ2の条件で焼成し、アルミナ焼結体を得た。なお、焼成温度から降温する際に１２００℃までプレス圧を維持し、１２００℃未満の温度域ではプレス圧をゼロに開放した。
２．アルミナ焼結体の特性
（１）ｃ面配向度
　得られたアルミナ焼結体の配向度を確認するため、アルミナ焼結体の上面に対して平行になるように研磨加工した後、その研磨面に対してＸ線を照射しｃ面配向度を測定した。ＸＲＤ装置（リガク製、ＲＩＮＴ－ＴＴＲ　ＩＩＩ）を用い、２θ＝２０～７０°の範囲でＸＲＤプロファイルを測定した。具体的には、ＣｕＫα線を用いて電圧５０ｋＶ、電流３００ｍＡという条件で測定した。ｃ面配向度は、ロットゲーリング法によって算出した。具体的には、以下の式により算出した。式中、Ｐはアルミナ焼結体のＸＲＤから得られた値であり、Ｐ0は標準α－アルミナ（ＪＣＰＤＳカードＮｏ．４６－１２１２）から算出された値である。実験例１のアルミナ焼結体のｃ面配向度は１００％であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
（２）チルト角
　チルト角は、結晶軸の傾き分布であり、アルミナの結晶方位がｃ軸からどの程度の頻度で傾いているかを評価するパラメータである。ここでは、チルト角をＸ線ロッキングカーブ（ＸＲＣ）半値幅（ＦＷＨＭ）で表す。ＸＲＣ・ＦＷＨＭは、アルミナ焼結体の板面（ｃ面配向度測定と同じ面）に対し、図４のようにＸ線源と検出器を連動させてスキャンし、得られたカーブの半値幅を測定した。このように２θ（検出器と入射Ｘ線とのなす角度）の値をその回折ピーク位置に固定し、ω（試料基板面と入射Ｘ線とのなす角度）のみ走査する測定方法をロッキングカーブ測定とよぶ。装置はリガク製、ＲＩＮＴ－ＴＴＲ　ＩＩＩを用い、ＣｕＫα線を用いて電圧５０ｋＶ、電流３００ｍＡという条件でωの走査範囲を３．８°～３８．８°とした。実験例１のアルミナ焼結体のＸＲＣ・ＦＷＨＭは２．２°であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
［実験例２］
　実験例１の１．（１）において、微細アルミナ粉末としてＡＫＰ－２０（平均粒径０．４μｍ、住友化学製）を用いた以外は、実験例１と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。結果を表１に示す。
［実験例３］
　実験例１の１．（１）において、微細アルミナ粉末としてＡＫＰ－２０（平均粒径０．４μｍ、住友化学製）を用いたことと、微細アルミナ粉末層の乾燥後の厚みを１００μｍとしたこと以外は、実験例１と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。結果を表１に示す。
［実験例４］
　実験例１の１．（１）において、積層体を作製する際に、微細アルミナ粉末層の片面に板状アルミナの印刷ペーストをスクリーン印刷して片面加工体としたあと、その片面加工体を５０層積層して積層体を作製した以外は、実験例１と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
　実験例４では、片面加工体を以下のようにして作製した。板状アルミナ粉末（ＹＦＡ１００３０、キンセイマテック製）１００質量部に対し、バインダーとしてポリビニルブチラール（品番ＢＬＳ、積水化学工業製）１００質量部と、分散媒として２エチルヘキサノールを加えて混合した。分散媒の量は、ペースト粘度が５００００ｃＰとなるように調整して印刷ペーストを得た。この印刷ペーストを、乳剤付の製版（ＳＸ３６０メッシュ、乳剤厚：５μｍ）にて、乾燥後の厚さが２０μｍとなるように微細アルミナ粉末層の片面に印刷して片面加工体を得た。
［実験例５］
　実験例４において、微細アルミナ粉末としてＡＫＰ－２０（平均粒径０．４μｍ、住友化学製）を用いた以外は、実験例４と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
［実験例６］
　実験例４において、片面加工体の作製方法を以下のように変更した以外は、実験例４と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
　実験例６では、片面加工体を以下のようにして作製した。板状アルミナ粉末（ＹＦＡ１００３０、キンセイマテック製）１００質量部に対し、バインダーとしてポリビニルブチラール（品番ＢＬＳ、積水化学工業製）１００質量部と、分散剤としてテルピネオール３５００質量部を加えて混合し、印刷ペーストを得た。この印刷ペーストを、乳剤付の製版（ＳＴ６４０メッシュ、乳剤厚：５μｍ）にて、微細アルミナ粉末層の片面に印刷して片面加工体を得た。このときの板状アルミナ粉末層の厚みは０．５μｍであった。
［実験例７］
　実験例６において、板状アルミナ粉末として、キンセイマテック製のＹＦＡ１００３０を気流分級機（日清エンジニアリング製ＴＣ－１５Ｎ）にてカット点を３μｍに設定して分級し、次にポット解砕機にてφ０．３ｍｍの玉石で２０時間解砕し、最後に水簸にて微粒粉末を除去したものを使用したこと以外は、実験例６と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
［実験例８］
　実験例７において、微細アルミナ粉末としてＡＫＰ－２０（平均粒径０．４μｍ、住友化学製）を用いた以外は、実験例７と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
［実験例９］
　実験例４において、微細アルミナ粉末層の厚みを８０μｍとし、片面加工体の作製方法を以下のように変更した以外は、実験例４と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
　実験例９では、片面加工体を以下のようにして作製した。板状アルミナ粉末として、キンセイマテック製のＹＦＡ１００３０を気流分級機（日清エンジニアリング製ＴＣ－１５Ｎ）にてカット点を３μｍに設定して分級し、次にポット解砕機にてφ０．３ｍｍの玉石で２０時間解砕し、最後に水簸にて微粒粉末を除去したものを、１００重量部に対し、バインダーとしてポリビニルブチラール（品番ＢＬＳ、積水化学工業製）６０質量部と、分散媒としてテルピネオール２０００部を加えて混合し、印刷ペーストを得た。この印刷ペーストを、乳剤付の製版（ＳＴ６４０メッシュ、乳剤厚：５μｍ）にて、微細アルミナ粉末層の片面に印刷して片面加工体を得た。このときの板状アルミナ粉末層の厚みは１μｍであった。
［実験例１０］
　実験例９において、微細アルミナ粉末としてＡＫＰ－２０（平均粒径０．４μｍ、住友化学製）を用いた以外は、実験例９と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
［実験例１１］
　実験例１の１．（１）において、積層体を作製する際に、微細アルミナ粉末層の片面に板状アルミナスラリーをスプレーコートして片面加工体としたあと、その片面加工体を５０層積層して積層体を作製した以外は、実験例１と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
　実験例１１では、片面加工体を以下のようにして作製した。板状アルミナ粉末（ＹＦＡ１００３０、キンセイマテック製）１００質量部に対し、分散媒としてイソプロピルアルコール５０００質量部を加えた。得られた分散液（板状アルミナスラリー）を超音波分散機で５分間分散させた後、スプレーガン（タミヤ製スプレーワークーＨＧ　エアーブラシワイド）にて、噴霧圧０．２ＭＰａ、噴射距離２０ｃｍ、にて微粒子成形体上に、被覆率が１％となるように噴霧して片面加工体を得た。
［実験例１２］
　実験例１１において、微細アルミナ粉末としてＡＫＰ－２０（平均粒径０．４μｍ、住友化学製）を用いた以外は、実験例１１と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
［実験例１３］
　実験例１１において、板状アルミナ粉末として、キンセイマテック製のＹＦＡ１００３０を気流分級機（日清エンジニアリング製ＴＣ－１５Ｎ）にてカット点を３μｍに設定して分級し、次にポット解砕機にてφ０．３ｍｍの玉石で２０時間解砕し、最後に水簸にて微粒粉末を除去したものを用いた以外は、実験例１１と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
［実験例１４］
　実験例１１において、板状アルミナ粉末として、自社製のものを用いた以外は、実験例１１と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
　自社製の板状アルミナ粉末は、以下のようにして作製した。高純度γ－アルミナ（ＴＭ－３００Ｄ、大明化学製）９６質量部と、高純度ＡｌＦ3（関東化学製、鹿特級）４質量部と、種結晶として高純度α－アルミナ（ＴＭ－ＤＡＲ、大明化学製、Ｄ５０＝１μｍ）０．１７質量部とを、溶媒をＩＰＡ（イソプロピルアルコール）としてφ２ｍｍのアルミナボールを用いて５時間ポットミルで混合した。得られた混合粉末中のＦ，Ｈ，Ｃ，Ｓ以外の不純物元素の質量割合の合計は１０００ｐｐｍ以下であった。得られた混合原料粉末３００ｇを純度９９．５質量％の高純度アルミナ製のさや（容積７５０ｃｍ3）に入れ、純度９９．５質量％の高純度アルミナ製の蓋をして電気炉内でエアフロー中、９００℃、３時間熱処理した。エアの流量は２５０００ｃｃ／ｍｉｎとした。熱処理後の粉末を大気中、１１５０℃で４０時間アニール処理した後、φ２ｍｍのアルミナボールを用いて４時間粉砕して平均粒径２μｍ、平均厚み０．２μｍ、アスペクト比１０の板状アルミナ粉末を得た。粒子の平均粒径、平均厚みは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で板状アルミナ粉末中の任意の粒子１００個を観察して決定した。平均粒径は、粒子の長軸長の平均値、平均厚みは、粒子の短軸長の平均値、アスペクト比は平均粒径／平均厚みである。得られた板状アルミナ粉末は、α－アルミナであった。
［実験例１５］
　実験例１３において、板状アルミナ粉末１００質量部に対して分散媒を１０００質量部用いた以外は、実験例１３と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
［実験例１６］
　実験例１５において、片面加工体を、スプレーガン（タミヤ製スプレーワークーＨＧ　エアーブラシワイド）にて、噴霧圧０．２ＭＰａ、噴射距離２０ｃｍにて微細アルミナ粉末層上に、被覆率が５％となるように噴霧して作製した以外は、実験例１５と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
［実験例１７］
　実験例１６において、微細アルミナ粉末としてＡＫＰ－２０（平均粒径０．４μｍ、住友化学製）を用いた以外は、実験例１６と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
［実験例１８］
　実験例１の１．（１）において、積層体を作製する際に、微細アルミナ粉末層の片面に板状アルミナスラリーをスピンコートして片面加工体としたあと、その片面加工体を５０層積層して積層体を作製した以外は、実験例１と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
　実験例１８では、片面加工体を以下のようにして作製した。板状アルミナ粉末（ＹＦＡ１００３０、キンセイマテック製）１００質量部に対し、分散媒としてイソプロピルアルコール１０００質量部を加えた。得られた分散液（板状アルミナスラリー）を超音波分散機で５分間分散させた後、スピンコーターにて、微粒子成形体上に塗布して片面加工体を得た。塗布条件は、回転速度２０００ｒｐｍ、滴下量は３質量部とした。
［実験例１９］
　実験例１８において、微細アルミナ粉末層の乾燥後の厚みを１０μｍとした以外は、実験例１８と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
［実験例２０］
　実験例１８において、片面加工体を作製する際に、板状アルミナ粉末（ＹＦＡ１００３０、キンセイマテック製）１００質量部に対し、分散媒としてイソプロピルアルコール３０００質量部としたこと以外は、実施例１８と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
［実験例２１］
　実験例１８において、微細アルミナ粉末としてＡＫＰ－２０（平均粒径０．４μｍ、住友化学製）を用いた以外は、実験例１８と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
［実験例２２］
　実験例１の１．（１）において、積層体を作製する際に、微細アルミナ粉末層を板状アルミナスラリーにディップコートして両面加工体としたあと、その両面加工体と未加工の微細アルミナ粉末層とを５０層ずつ交互に積層して積層体を作製した以外は、実験例１と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
　実験例２２では、両面加工体を以下のようにして作製した。板状アルミナ粉末（ＹＦＡ１００３０、キンセイマテック製）１００質量部に対し、分散媒としてイソプロピルアルコール７００質量部を加えた。得られた混合液を超音波分散機で５分間分散させた後、ディップコーターにて、微粒子成形体を液中に浸し、引き上げ速度４ｍｍ／ｍｉｎにて引き上げた。このようにして、微細アルミナ粉末層の両面に板状アルミナ粉末層が形成された両面加工体を得た。
［実験例２３］
　実験例２２において、引き上げ速度を１０ｍｍ／ｍｉｎとしたこと以外は、実験例２２と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
［実験例２４］
　実験例２２において、微細アルミナ粉末としてＡＫＰ－２０（平均粒径０．４μｍ、住友化学製）を用いた以外は、実験例１３と同様にしてアルミナ焼結体を作製し、その特性を測定した。積層体の特徴及びアルミナ焼結体の特性を表１に示す。
　ここで、表１の板状アルミナ粉末層の厚みについて説明する。板状アルミナ粉末層をテープ成形やスクリーン印刷で作製した場合には、乾燥後に板状アルミナ粉末だけでなくその他の成分も残っていて全体として一様な層になっていたため、板状アルミナ粉末層の厚みを測定することができた。しかし、板状アルミナ粉末層をスプレーコートやスピンコート、ディップコートで作製した場合には、乾燥後に板状アルミナ粉末が分散した状態で残っただけで全体として一様な層にならないため、板状アルミナ粉末層の厚みを測定することができなかった。それらの板状アルミナ粉末層の厚みの欄には、測定不可を示す「－」を記入した。
［評価］
　実験例１～２４では、ｃ面配向度が１００％、ＸＲＣ・ＦＷＨＭが２．５°以下の高配向焼結体が得られた。このうち、板状アルミナ粉末層をスプレーコート、スピンコート又はディップコートで形成した実験例１１～２４では、ＸＲＣ・ＦＷＨＭが１．５°以下であり、一段と配向度の高い焼結体が得られた。その理由は、定かではないが、板状アルミナ粒子をテープ成形やスクリーン印刷した場合に比べてスプレーコートやスピンコート、ディップコートした場合の方が板状アルミナ粒子同士の重なり合う程度が少なく、また、微細アルミナ粉末の成形体上に沿うように配列するためだと推察される。特に、板状アルミナ粉末として分級等の処理を施したものを用いた場合（実験例８）や自社製のものを用いた場合（実験例９）には、ＸＲＣ・ＦＷＨＭが１．０°以下となり、最も配向度の高い焼結体が得られた。また、スクリーン印刷を採用した実験例５～１０においても、板状アルミナ粉末層の厚みを薄く形成できたものについては、ＸＲＣ・ＦＷＨＭが１．５°以下であり、一段と配向度の高い焼結体が得られた。この理由についても定かではないが、上述したように、板状アルミナ粒子同士の重なり合う程度が少なく、また、微細アルミナ粉末の成形体上に沿うように配列するためだと推察される。
　実験例１～２４では、ＴＧＧ法のように微細アルミナ粉末と板状アルミナ粉末との混合粉末中の板状アルミナ粒子を配列させるのではなく、板状アルミナ粉末を配列させればよいため、ＴＧＧ法のような大きなせん断力は必要にならない。そのため、装置構成をＴＧＧ法に比べてコンパクトにすることができる。したがって、ＴＧＧ法と比べて簡便に配向焼結体を製造することができる。
　なお、実験例１～２４が本発明の実施例に相当する。本発明は、上述した実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
　本出願は、２０１６年７月１４日に出願された日本国特許出願第２０１６－１３９５０８号及び２０１５年１１月１６日に出願された日本国特許出願第２０１５－２２４１６４号を優先権主張の基礎としており、引用によりそれらの内容の全てが本明細書に含まれる。
　本発明の配向焼結体は、例えば、光学素子や光学素子用下地基板、エピタキシャル成長用基板、静電チャックなどに用いることができる。
１０　積層体、１２　微細原料粉末層、１２ａ　微細原料粒子、１４　板状原料粉末層、１４ａ　板状原料粒子、２０　配向焼結体。

Claims (9)

  1. （ａ）微細原料粉末層と、板状原料粒子の板面が前記微細原料粉末層の表面に沿うように配列された板状原料粉末層とが、交互に積層された積層体を作製する工程と、
    （ｂ）前記積層体を焼成する工程と、
    　を含む、配向焼結体の製法。
  2. 　前記板状原料粉末が前記微細原料粉末層の表面を覆う被覆率は、１～６０％である、
    　請求項１に記載の配向焼結体の製法。
  3. 　前記微細原料粉末層の厚みは、５～１００μｍである、
    　請求項１又は２に記載の配向焼結体の製法。
  4. 　前記工程（ａ）では、前記微細原料粉末の成形体の片面を前記板状原料粉末層で被覆した片面加工体を作製し、該片面加工体を利用して前記積層体を作製する、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の配向焼結体の製法。
  5. 　前記片面加工体は、前記微細原料粉末の成形体の片面に該成形体よりも厚みの薄い前記板状原料粉末の成形体を積層することにより作製するか、前記微細原料粉末の成形体の片面に前記板状原料粉末の分散液を印刷、スプレーコート、スピンコート又はディップコートで塗布することにより作製する、
    　請求項４に記載の配向焼結体の製法。
  6. 　前記工程（ａ）では、前記微細原料粉末の成形体の両面に前記板状原料粉末の板面が前記成形体の片面に沿うように前記板状原料粉末が配列された両面加工体を作製し、該両面加工体と未加工の前記成形体とを利用して前記積層体を作製する、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の配向焼結体の製法。
  7. 　前記両面加工体は、前記微細原料粉末の成形体の両面に該成形体よりも厚みの薄い前記板状原料粉末の成形体を積層することにより作製するか、前記微細原料粉末の成形体の両面に前記板状原料粉末の分散液を印刷、スプレーコート、スピンコート又はディップコートで塗布することにより作製する、
    　請求項６に記載の配向焼結体の製法。
  8. 　前記工程（ｂ）では、前記積層体を加圧焼成する、
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の配向焼結体の製法。
  9. 　前記微細原料粉末及び前記板状原料粉末は、いずれも主成分がアルミナである、
    　請求項１～８のいずれか１項に記載の配向焼結体の製法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019006648A (ja) * 2017-06-27 2019-01-17 日本碍子株式会社 配向セラミックス焼結体及びその製法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111201208B (zh) 2017-10-05 2023-05-23 阔斯泰公司 氧化铝质烧结体及其制造方法
CN115536369B (zh) * 2022-10-18 2023-09-26 湖北晶耐新材料有限公司 一种自增韧氧化铝陶瓷材料的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6433055A (en) * 1987-07-27 1989-02-02 Sumitomo Cement Co Sintered body of alumina having high strength and its production
JP2007173679A (ja) * 2005-12-26 2007-07-05 Murata Mfg Co Ltd 圧電セラミックおよびその製造方法ならびに圧電共振子およびその製造方法
JP2009046376A (ja) * 2007-02-26 2009-03-05 Ngk Insulators Ltd セラミックスシート、その製造方法及び結晶配向セラミックスの製造方法
JP2010018510A (ja) * 2007-12-27 2010-01-28 Ngk Insulators Ltd 結晶配向セラミックス
JP2010163313A (ja) * 2009-01-15 2010-07-29 Denso Corp 結晶配向セラミックスの製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080248277A1 (en) 2007-02-26 2008-10-09 Ngk Insulators, Ltd. Ceramic sheet, method for producing the same, and method for producing crystallographically-oriented ceramic
US7799158B2 (en) * 2007-05-28 2010-09-21 Ngk Insulators, Ltd. Method for producing crystallographically-oriented ceramic
JP5464317B2 (ja) * 2007-11-22 2014-04-09 Ｊｆｅスチール株式会社 焼結鉱製造用成形原料の製造方法
US8211328B2 (en) 2007-12-27 2012-07-03 Ngk Insulators, Ltd. Crystallographically-oriented ceramic
JP5185224B2 (ja) * 2008-09-24 2013-04-17 日本碍子株式会社 結晶配向セラミックスの製造方法
US9312446B2 (en) 2013-05-31 2016-04-12 Ngk Insulators, Ltd. Gallium nitride self-supported substrate, light-emitting device and manufacturing method therefor
JP5770905B1 (ja) 2013-12-18 2015-08-26 日本碍子株式会社 窒化ガリウム自立基板、発光素子及びそれらの製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6433055A (en) * 1987-07-27 1989-02-02 Sumitomo Cement Co Sintered body of alumina having high strength and its production
JP2007173679A (ja) * 2005-12-26 2007-07-05 Murata Mfg Co Ltd 圧電セラミックおよびその製造方法ならびに圧電共振子およびその製造方法
JP2009046376A (ja) * 2007-02-26 2009-03-05 Ngk Insulators Ltd セラミックスシート、その製造方法及び結晶配向セラミックスの製造方法
JP2010018510A (ja) * 2007-12-27 2010-01-28 Ngk Insulators Ltd 結晶配向セラミックス
JP2010163313A (ja) * 2009-01-15 2010-07-29 Denso Corp 結晶配向セラミックスの製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019006648A (ja) * 2017-06-27 2019-01-17 日本碍子株式会社 配向セラミックス焼結体及びその製法

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