JP2002173364A - リチウムアルミノシリケート系セラミックス - Google Patents

リチウムアルミノシリケート系セラミックス

Info

Publication number
JP2002173364A
JP2002173364A JP2000371628A JP2000371628A JP2002173364A JP 2002173364 A JP2002173364 A JP 2002173364A JP 2000371628 A JP2000371628 A JP 2000371628A JP 2000371628 A JP2000371628 A JP 2000371628A JP 2002173364 A JP2002173364 A JP 2002173364A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide
thermal expansion
weight
lithium aluminosilicate
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2000371628A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4658312B2 (ja
Inventor
Toshiyuki Ihara
俊之 井原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2000371628A priority Critical patent/JP4658312B2/ja
Publication of JP2002173364A publication Critical patent/JP2002173364A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4658312B2 publication Critical patent/JP4658312B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】比重2.4〜2.8、ヤング率115〜128
GPa、0〜20℃での熱膨張率−1.3〜+2.0×
10-6/℃、平均結晶粒径が1.0〜2.3μmである
軽量低熱膨張セラミックスを提供する。 【解決手段】リチウムアルミノシリケートを主成分と
し、副成分として周期律表2a族元素の酸化物、酸化チ
タニウムのいずれか1種を6〜45重量%を含有させ
る。または、リチウムアルミノシリケートを主成分と
し、副成分として周期律表2a族元素の酸化物、酸化チ
タニウムのうち、いずれか2種以上を2.5〜45重量
%含有させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、精密機器用部品に
適したリチウムアルミノシリケート系セラミックスに関
する。
【0002】
【従来の技術】精密機器用部品としては、軽量で、熱的
な寸法変化が少なく、変形しにくいという理由で、アル
ミナ系セラミックスや窒化珪素系セラミックスが広く用
いられている。
【0003】また、低熱膨張材料であるコージェライト
系セラミックスは、コージェライト粉末あるいはコージ
ェライトを形成するMgO、Al23、SiO2粉末を
配合、合成して、これに焼結助剤として希土類酸化物や
CaO、SiO2、MgOなどを添加し、所定形状に成
形後、1000〜1400℃の温度で焼成することによ
って得られる(特公昭57−3629号、特開平2−2
29760号各公報参照)。
【0004】また、その他の低熱膨張材料としては、リ
チウムアルミノシリケート(以降、LASと表記)系セ
ラミックスがよく知られている。LAS系セラミックス
の一種であるβ−スポジュメンについては、天然原料を
使用して、所定形状に成形後、1100〜1400℃で
焼成することによって得られる(特公昭53−9605
号、特公昭56−16407号各公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】精密機器用部品として
一般に用いられてきたアルミナ系セラミックスは比重が
3.8、窒化珪素系セラミックスは比重が3.0と、金
属に較べて低いものの、機器の大型化に伴う重量の増加
を抑えるため、更に軽量な素材が必要とされるようにな
ってきている。また、測定温度範囲0〜20℃における
アルミナ系セラミックスの熱膨張率は約5.0×10-6
/℃、窒化珪素系セラミックスの熱膨張率は約1.5×
10-6/℃であるが、より低熱膨張の材料が必要とされ
ている。
【0006】一般に、精密機器用部品として望まれる材
料の特性は、低比重、低熱膨張、高剛性である。
【0007】低熱膨張材料として知られるコージェライ
ト系セラミックスは、比重が2.6〜2.7と低いもの
の、ヤング率が70〜90GPaと低く、このヤング率
では、精密機器用部品として用いる場合、たわみによる
変形や部材の固有振動数低下に伴う共振発生という課題
があった。
【0008】これに対して、最近の報告では希土類酸化
物を焼結助剤とするコージェライト系セラミックスは、
比重2.7、熱膨張率−0.1〜0.1×10-6/℃、
ヤング率130〜140GPaを有するものがあり、変
形対策や固有振動数の向上に期待されている(特開平1
1−255557号公報参照)。しかし、焼結助剤とし
て用いる希土類酸化物はそれ自体高価であるため、原料
単価が比較的高くなるという問題があった。
【0009】一方、LAS系セラミックスの1種である
β−スポジュメン、ペタライトは、比重2.0〜2.4
と低く、熱膨張率は室温〜800℃で0.3〜2.7×
10 -6/℃、室温付近では0〜0.2×10-6/℃と低
いものの、ヤング率は60〜80GPaと剛性の低い材
料である。また、この材料は結晶軸方向の異方性が大き
く、焼結時の粒成長に伴い、クラックが発生するため欠
陥のない焼結体を得ることは難しいという課題があっ
た。
【0010】本発明は軽量で低熱膨張を有するととも
に、焼結後、クラックの発生することのない、しかも剛
性の高いセラミックスを提供することを目的とするもの
である。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の軽量低熱膨張セ
ラミックスは、リチウムアルミノシリケートを主成分と
し、副成分として周期律表2a族元素の酸化物、酸化チ
タニウムのいずれか1種を6〜45重量%含むことを特
徴とする。
【0012】また、本発明の軽量低熱膨張セラミックス
は、リチウムアルミノシリケートを主成分とし、副成分
として周期律表2a族元素の酸化物、酸化チタニウムの
うち、いずれか2種以上を2.5〜45重量%含むこと
を特徴とする。
【0013】また、本発明の軽量低熱膨張セラミックス
は、比重2.4〜2.8、平均結晶粒径が1.0〜2.
3μmであることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の軽量低熱膨張セラミック
スは、軽量低熱膨張特性を有するLAS系焼結体であ
り、リチウムアルミノシリケート、特に化学式LiAl
SiO4で表されるβ−ユークリプタイトを主成分と
し、副成分として周期律表2a族元素の酸化物及び/ま
たは酸化チタニウムを含むものである。そして、これら
の副成分を1種のみ含有する場合は、その含有量は6〜
45重量%とし、2種以上を含有する場合は、その含有
量は2.5〜45重量%とする。このように含有量の範
囲が異なる理由は、複合効果による組織の微細化または
針状組織の分散によるものである。
【0015】なお、主成分をなすリチウムアルミノシリ
ケートとは、Li、Al、Siの複合酸化物のことであ
り、β−ユークリプタイト、β−スポジュメン、ペタラ
イトなどがあるが、本発明では特にβ−ユークリプタイ
トが好ましい。
【0016】上記副成分のうち、周期律表2a族元素の
酸化物はLAS中のLiと置換し液層成分を生成するこ
とによって、焼結温度を下げる効果がある。特に、イオ
ン半径が1.0Å以上の酸化ストロンチウム及び酸化バ
リウムは焼結温度を下げる効果が大きい。周期律表2a
族の酸化物としては酸化ストロンチウム、酸化バリウム
の他に酸化マグネシウムや酸化カルシウム、酸化ベリリ
ウム、酸化ラジウム等が同様に焼結温度を低下させる効
果を有する。また、酸化バリウム、酸化ストロンチウム
成分を針状組織として分散することにより強度、破壊靱
性が向上する効果を有している。特に、酸化バリウムと
酸化ストロンチウムを複合した組成が針状化の傾向が大
きい。
【0017】また、酸化チタニウムは、結晶の粒成長を
抑制するため、粒成長に起因するクラックを発生させな
い効果がある。
【0018】ここで、2a族元素の酸化物、酸化チタニ
ウムのうち、いずれか1種のみを含有する場合、その含
有量が6重量%未満では、前記効果が十分得られず、ク
ラックが発生してしまう。添加量が45重量%を超える
と熱膨張係数は、2.0×10-6/℃を超えてしまう。
【0019】また、周期律表2a族元素の酸化物と酸化
チタニウムのうち、いずれか2種以上を含む場合は、合
計含有量が2.5重量%未満では、クラックが発生して
しまう。添加量が45重量%を越えると熱膨張係数は、
2.0×10-6/℃を超えてしまう。
【0020】その他の成分としては、ジルコニア等のL
ASと反応性の低い酸化物は酸化チタニウム同様に結晶
の微細化の効果があると考えられ特に存在しても良い。
ただし、0.1重量%を超えると熱膨張係数を増大する
ことになるため、不純物量は0.1重量%未満が望まし
い。
【0021】また、平均結晶粒径は1.0〜2.3μm
が望ましい。1.0μm未満では磁器の緻密化が不十分
であり、2.3μmを超えるとクラックが発生してしま
う。
【0022】本発明の軽量低熱膨張セラミックスを得る
には、先ず、重量比率でLi2O:Al23:SiO2
12.5:40.5:47に処方したβ−ユークリプタ
イト原料粉末を用いる。
【0023】ここで、重量比率のばらつきは1%以内に
抑えることが必要である。重量比率が1%を超えると、
結晶中にムライト生成や、クリストバライト生成が見ら
れるようになり、その結果、熱膨張率が増加するからで
ある。
【0024】そして、アルコキシド法にて上記重量比率
で処方した後、仮焼合成し、更に粉砕した比表面積2〜
3m2/g、平均粒径5〜7μmのLAS原料粉末10
0に対して、比表面積1〜2m2/gの酸化ストロンチ
ウム、酸化バリウム等の周期律表2a族元素の酸化物、
及び/または、比表面積6〜7m2/gの酸化チタニウ
ムを所定量配合する。配合の後、振動ミル等を使用し
て、平均粒径1μm未満となるように粉砕混合し、乾式
プレス等を用いて、所定形状に成形後、大気雰囲気下で
900〜1200℃、好ましくは、990〜1100℃
で焼成することで欠陥のない焼結体を得ることができ
る。
【0025】以上の方法にて得られたセラミックスは、
比重2.4〜2.8と小さく、ヤング率115〜128
GPaと比較的高く、また熱膨張率は測定温度0〜20
℃で−1.3〜+2.0×10-6/℃で軽量低熱膨張高
剛性特性を有している。
【0026】本発明のリチウムアルミノシリケート系セ
ラミックスは、上述のような特徴を生かし、精密機器用
部品として用いることにより、温度変化に対して寸法安
定性に優れ、変形・振動の影響を極めて少なくすること
ができる。
【0027】
【実施例】比表面積2.3m2/gのβ−ユークリプタ
イト単体と、β−ユークリプタイトに対して、比表面積
1.1m2/gの酸化ストロンチウム原料粉末を0〜4
5.0重量%、また、比表面積1.4m2/gの酸化バ
リウムを0〜45.0重量%、また、比表面積6.2m
2/gの酸化チタニウムを0〜45.0重量%の範囲で
表1に示す組成でそれぞれ配合し、振動ミルにより72
時間混合し、粉砕粒度をそれぞれ平均粒径で0.9〜
1.0μmとした。造粒後、乾式プレス成形により抗折
試験片形状に製作した。次に、試験片を大気雰囲気下で
焼成し、焼結体を製作しヤング率、熱膨張係数、外観の
評価を行った。ここで、熱膨張率の測定温度範囲は、0
〜20℃とした。
【0028】熱処理は900〜1200℃の範囲で条件
を設定し、各組成の最適な焼成温度を確認し、その最適
な温度条件で得られた焼結体の特性を記した。評価の結
果、990〜1100℃の範囲で外観上良好な焼結体が
得られることが確認できた。焼結体は、クラックの発生
が無いものを良好と判定した。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】評価の結果、酸化ストロンチウム、酸化バ
リウムのいずれか1種のみを6重量%以上含む焼結体N
o.11,12,14,16,54,56,58は、ク
ラックのない良好な焼結体であったが、添加量6重量%
未満の焼結体No.8,17,36,49ではクラック
が発生して良好な焼結体が得られなかった。
【0032】また、酸化チタニウムを6重量%以上含む
焼結体No.2,3,4は、クラックのない良好な焼結
体であったが、添加量6重量%未満の焼結体No.1で
は、クラックが発生して良好な焼結体が得られなかっ
た。
【0033】また、酸化ストロンチウム、酸化バリウ
ム、酸化チタニウムのうち、いずれか2種以上を2.5
重量%以上含む焼結体No.6,7,9,10,13,
15,16,19〜21,24,25,28〜35,3
8,39,42,43,45〜48,50〜53,5
5,57,59は、クラックのない良好な焼結体であっ
た。これに対し、添加量2.5重量%未満の焼結体N
o.5,18,22,23,26,27,37,40,
41,44では、クラックが発生して良好な焼結体が得
られなかった。
【0034】表1、2に見られるように、リチウムアル
ミノシリケートを主成分とし、副成分として酸化ストロ
ンチウム、酸化バリウムまたは酸化チタニウムのいずれ
か1種のみを6重量%以上含む組成、または、酸化スト
ロンチウム、酸化バリウム、酸化チタニウムの内、いず
れか2種以上を2.5重量%以上含む組成で良好な焼結
体を得ることができた。
【0035】また、平均粒径0.9μmに粉砕した原料
系を使用して、大気雰囲気下で990〜1100℃で熱
処理することにより、比重2.4〜2.8、熱膨張率は
測定温度範囲0〜20℃で−1.3〜+2.0×10-6
/℃以上、ヤング率115〜128GPaで平均結晶粒
径が1.0〜2.3μmとなるクラックのない緻密なセ
ラミックスを得ることができた。
【0036】
【発明の効果】以上、詳述したとおり、リチウムアルミ
ノシリケートを主成分とし、副成分として、周期律表2
a族元素の酸化物と酸化チタニウムのいずれか1種を6
〜45重量%含ませることにより、比重2.4〜2.
8、ヤング率115〜128GPa、熱膨張率−1.3
〜+2.0×10-6/℃、平均結晶粒径1.0〜2.3
μmとなるセラミックスを得ることができる。
【0037】さらに、リチウムアルミノシリケートを主
成分とし、副成分として、周期律表2a族元素の酸化物
と酸化チタニウムのうち、いずれか2種以上を2.5〜
45重量%含ませることにより、比重2.4〜2.8、
ヤング率115〜128GPa、熱膨張率−1.3〜+
2.0×10-6/℃以上で平均結晶粒径1.0〜2.3
μmとなるセラミックスを得ることができる。
【0038】また、本発明のリチウムアルミノシリケー
ト系セラミックスは、クラックの発生がないため、精密
機器用部品として用いた場合、その信頼性は高いものと
なり、温度変化に対して寸法安定性に優れ、変形・振動
の影響を極めて少なくすることができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リチウムアルミノシリケートを主成分と
    し、副成分として周期律表2a族元素の酸化物、酸化チ
    タニウムのいずれか1種を6〜45重量%含むことを特
    徴とするリチウムアルミノシリケート系セラミックス。
  2. 【請求項2】リチウムアルミノシリケートを主成分と
    し、副成分として周期律表2a族元素の酸化物、酸化チ
    タニウムのうち、いずれか2種以上を2.5〜45重量
    %含むことを特徴とするリチウムアルミノシリケート系
    セラミックス。
  3. 【請求項3】比重2.4〜2.8、平均結晶粒径が1.
    0〜2.3μmであることを特徴とする請求項1または
    2に記載のリチウムアルミノシリケート系セラミック
    ス。
JP2000371628A 2000-12-06 2000-12-06 リチウムアルミノシリケート系セラミックス Expired - Fee Related JP4658312B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000371628A JP4658312B2 (ja) 2000-12-06 2000-12-06 リチウムアルミノシリケート系セラミックス

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000371628A JP4658312B2 (ja) 2000-12-06 2000-12-06 リチウムアルミノシリケート系セラミックス

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002173364A true JP2002173364A (ja) 2002-06-21
JP4658312B2 JP4658312B2 (ja) 2011-03-23

Family

ID=18841322

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000371628A Expired - Fee Related JP4658312B2 (ja) 2000-12-06 2000-12-06 リチウムアルミノシリケート系セラミックス

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4658312B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002173365A (ja) * 2000-12-06 2002-06-21 Kyocera Corp リチウムアルミノシリケート系セラミックス
JP2003026470A (ja) * 2001-07-11 2003-01-29 Taiheiyo Cement Corp 低熱伝導高剛性セラミックス

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5030648B1 (ja) * 1970-12-28 1975-10-02
JPS56109869A (en) * 1980-02-01 1981-08-31 Narumi China Corp Manufacture of low expansion ceramics
JPH1192216A (ja) * 1997-09-16 1999-04-06 Taiheiyo Cement Corp 酸化物セラミックス及びその製造方法
JP2000128629A (ja) * 1998-10-27 2000-05-09 Nichias Corp 低熱膨張性セラミックス大平板及びその製造方法
JP2000219572A (ja) * 1999-01-29 2000-08-08 Kyocera Corp 低熱膨張性セラミックス及びその製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5030648B1 (ja) * 1970-12-28 1975-10-02
JPS56109869A (en) * 1980-02-01 1981-08-31 Narumi China Corp Manufacture of low expansion ceramics
JPH1192216A (ja) * 1997-09-16 1999-04-06 Taiheiyo Cement Corp 酸化物セラミックス及びその製造方法
JP2000128629A (ja) * 1998-10-27 2000-05-09 Nichias Corp 低熱膨張性セラミックス大平板及びその製造方法
JP2000219572A (ja) * 1999-01-29 2000-08-08 Kyocera Corp 低熱膨張性セラミックス及びその製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002173365A (ja) * 2000-12-06 2002-06-21 Kyocera Corp リチウムアルミノシリケート系セラミックス
JP4610076B2 (ja) * 2000-12-06 2011-01-12 京セラ株式会社 リチウムアルミノシリケート系セラミックス
JP2003026470A (ja) * 2001-07-11 2003-01-29 Taiheiyo Cement Corp 低熱伝導高剛性セラミックス

Also Published As

Publication number Publication date
JP4658312B2 (ja) 2011-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1510509B1 (en) Alumina/zirconia ceramics and method of producing the same
US9272956B2 (en) Method for controlling aluminum titanate ceramic filter properties
JP2009538819A (ja) 強靭なコージエライト・ガラスセラミック
JP4416191B2 (ja) 低熱膨張セラミックスおよびその製造方法、並びに半導体製造用部品
US20120309609A1 (en) Composite material with controlled coefficient of thermal expansion with oxidic ceramics and process for obtaining same
KR0168302B1 (ko) 질화 알루미늄 소결체 및 그의 제조방법
JP2002173364A (ja) リチウムアルミノシリケート系セラミックス
JP4610076B2 (ja) リチウムアルミノシリケート系セラミックス
JP2006232667A (ja) 低熱膨張性セラミックスおよびそれを用いた半導体製造装置用部材
JPS6265976A (ja) 窒化珪素焼結体およびその製造法
JP4658311B2 (ja) リチウムアルミノシリケート系セラミックス
JP3805119B2 (ja) 低熱膨張性セラミックスの製造方法
JP2005097077A (ja) アルミナ・ジルコニア系セラミックス及びその製法
JPH07237958A (ja) 高強度陶磁器及びその製造方法
JP2002167267A (ja) 低熱膨張セラミックス及びその製造方法
JP2000128625A (ja) アルミナ質セラミックス焼結体及びその製造方法
JPH0640765A (ja) スピネルセラミックス及びその製造方法
JP2004250249A (ja) 塑性セラミックス及びその製造方法
JP4047050B2 (ja) 低温焼成磁器組成物及び低温焼成磁器並びにそれを用いた配線基板
JPH1095662A (ja) 低熱膨張リン酸塩焼結体
US5110772A (en) Fabrication of dense SI3 N4 ceramics using CaO-TiO2 SiO.sub.2
JP2003026470A (ja) 低熱伝導高剛性セラミックス
JPH03109077A (ja) 生体材料
JPH035371A (ja) Si↓3N↓4焼結体の製造方法
JP2000178072A (ja) 窒化アルミニウム質焼結体

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071019

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100430

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100525

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100722

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100914

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101101

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20101125

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20101224

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140107

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees