JP2620287B2 - 透光性スピネル焼結体の製造方法 - Google Patents
透光性スピネル焼結体の製造方法Info
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- JP2620287B2 JP2620287B2 JP63055843A JP5584388A JP2620287B2 JP 2620287 B2 JP2620287 B2 JP 2620287B2 JP 63055843 A JP63055843 A JP 63055843A JP 5584388 A JP5584388 A JP 5584388A JP 2620287 B2 JP2620287 B2 JP 2620287B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は透光性にすぐれた多結晶スピネル結晶体の
製造方法に係り、特に波長２〜４μｍの中赤外領域での
赤外光透過窓として好適な高密度のスピネル結晶体の製
造方法に関するものである。
製造方法に係り、特に波長２〜４μｍの中赤外領域での
赤外光透過窓として好適な高密度のスピネル結晶体の製
造方法に関するものである。
＜従来の技術＞ スピネル（MgAl2O4）は結晶型が立方晶であるため、
粒界散乱が起こりにくく、従来各種の製法によって透光
性焼結体を得る試みがなされている。
粒界散乱が起こりにくく、従来各種の製法によって透光
性焼結体を得る試みがなされている。
例えば特開昭47−6028号公報に示されるように、弗化
リチウム（LiF）を添加して真空中でホットプレスする
方法や、特開昭59−121158号公報に示されるようにアル
コキシドを加水分解して得られた微粉末にLiFを添加し
て所定形状に成形したのち、水素中において焼結する方
法、さらに高純度MgAl2O4原料とアルコキシド法にて得
た超微粒子Al2O3との混合物を成形した後真空または水
素雰囲気中で焼成する方法（特開昭62−72556号）など
が知られている。この、いわゆる常圧焼結法（無加圧焼
結法）では、焼結助剤を添加することが必要であり、上
記のLiFのほかに酸化カルシウム（CaO）も有効であるこ
とが知られている。また常圧焼結法においては、Al2O3
とMgOの組成比がモル比で0.5:0.5の等モル比の焼結体の
ほかに、MgO過剰あるいはAl2O3が僅かに過剰の組成の焼
結体がある。
リチウム（LiF）を添加して真空中でホットプレスする
方法や、特開昭59−121158号公報に示されるようにアル
コキシドを加水分解して得られた微粉末にLiFを添加し
て所定形状に成形したのち、水素中において焼結する方
法、さらに高純度MgAl2O4原料とアルコキシド法にて得
た超微粒子Al2O3との混合物を成形した後真空または水
素雰囲気中で焼成する方法（特開昭62−72556号）など
が知られている。この、いわゆる常圧焼結法（無加圧焼
結法）では、焼結助剤を添加することが必要であり、上
記のLiFのほかに酸化カルシウム（CaO）も有効であるこ
とが知られている。また常圧焼結法においては、Al2O3
とMgOの組成比がモル比で0.5:0.5の等モル比の焼結体の
ほかに、MgO過剰あるいはAl2O3が僅かに過剰の組成の焼
結体がある。
＜発明が解決しようとする課題＞ 従来の真空中におけるホットプレス方法は、高温、高
圧力を要するため、設備が大型化し、生産性が悪く、高
価となる欠点がある。また、形状的にも円板状のものは
得られるが、異形品は歩留りよく作ることができないと
いう問題があった。
圧力を要するため、設備が大型化し、生産性が悪く、高
価となる欠点がある。また、形状的にも円板状のものは
得られるが、異形品は歩留りよく作ることができないと
いう問題があった。
また、常圧焼結法では空孔が残留しやすいため、透光
性のレベルが低く、焼結助剤を添加したり、モル比を変
化させた場合にも第２相が出現しやすく、これらの組織
的不均一性により光が散乱され、直線透過率が低下する
という欠点があった。
性のレベルが低く、焼結助剤を添加したり、モル比を変
化させた場合にも第２相が出現しやすく、これらの組織
的不均一性により光が散乱され、直線透過率が低下する
という欠点があった。
従来法による透光性スピネル焼結体の直線透過率は厚
さ1mmで75〜85％程度であったが、赤外光透過窓として
は厚さ2mm以上で使用される用途もあり、透光性の向上
が必要であった。
さ1mmで75〜85％程度であったが、赤外光透過窓として
は厚さ2mm以上で使用される用途もあり、透光性の向上
が必要であった。
＜課題を解決するための手段＞ この発明は上記従来法の課題を解決するべく検討の結
果、焼結の際に炉内に高圧ガスを導入することにより、
さらに高密度化を促進し、透光性にすぐれたスピネル焼
結体を効率よくしかも安価に製造する方法を見出したの
である。
果、焼結の際に炉内に高圧ガスを導入することにより、
さらに高密度化を促進し、透光性にすぐれたスピネル焼
結体を効率よくしかも安価に製造する方法を見出したの
である。
即ち、この発明は純度99.9％以上、比表面積10m2/g
（BET値）以上の高純度で、かつ微細なスピネル粉末を
圧力1.0ton/cm2以上で静圧成形し、成形比重を2.0以上
の成形体としたのち、真空またはは水素またはヘリウム
の雰囲気中で1400〜1800℃の範囲で２〜24時間多段階焼
結して理論密度の95％以上に高密度化し、次いで炉内に
圧力10〜150kg/cm2の高圧の窒素ガス、アルゴンガス、
ヘリウムガスまたはこれらの混合ガスを投入することに
より、さらに高密度で透光性にすぐれた透光性スピネル
焼結体を得ることのできる製造方法を提供するものであ
る。
（BET値）以上の高純度で、かつ微細なスピネル粉末を
圧力1.0ton/cm2以上で静圧成形し、成形比重を2.0以上
の成形体としたのち、真空またはは水素またはヘリウム
の雰囲気中で1400〜1800℃の範囲で２〜24時間多段階焼
結して理論密度の95％以上に高密度化し、次いで炉内に
圧力10〜150kg/cm2の高圧の窒素ガス、アルゴンガス、
ヘリウムガスまたはこれらの混合ガスを投入することに
より、さらに高密度で透光性にすぐれた透光性スピネル
焼結体を得ることのできる製造方法を提供するものであ
る。
＜作用＞ この発明において、焼結時に炉内に投入された高圧ガ
スは、焼結により95％以上に高密度化したスピネル焼結
体の表面を等方的に圧縮する方向に加圧するため、スピ
ネル焼結体の空孔の拡散除去が促進され、さらに高密度
化が達成される。これが透光性の向上に有効に寄与する
のである。高圧ガス投入前の密度が95％未満の場合に
は、残留空孔がいわゆる開気孔状態となって高圧ガスが
焼結体内部に侵入してしまうため、高密度化が十分に進
行しない。
スは、焼結により95％以上に高密度化したスピネル焼結
体の表面を等方的に圧縮する方向に加圧するため、スピ
ネル焼結体の空孔の拡散除去が促進され、さらに高密度
化が達成される。これが透光性の向上に有効に寄与する
のである。高圧ガス投入前の密度が95％未満の場合に
は、残留空孔がいわゆる開気孔状態となって高圧ガスが
焼結体内部に侵入してしまうため、高密度化が十分に進
行しない。
高圧ガスはスピネル焼結体に対して等方的に働くた
め、従来のホットプレス法による上下方向のみの加圧よ
りも均一に高密度化が進行し、透光性のバラツキが小さ
くなる。
め、従来のホットプレス法による上下方向のみの加圧よ
りも均一に高密度化が進行し、透光性のバラツキが小さ
くなる。
高圧ガスの圧力は10〜150kg/cm2であるため、通常の
高圧ボンベをそのまま使用することができ、特別な加圧
装置を必要としないため設備コストが比較的安価にでき
る。
高圧ボンベをそのまま使用することができ、特別な加圧
装置を必要としないため設備コストが比較的安価にでき
る。
高圧ガスの種類は窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴン
ガスまたはこれらの混合ガス等の不活性ガスを用いるの
が安全で取扱いやすい。しかし、若干の水素を含有する
ガスも使用することができる。
ガスまたはこれらの混合ガス等の不活性ガスを用いるの
が安全で取扱いやすい。しかし、若干の水素を含有する
ガスも使用することができる。
高圧ガス投入前の焼結は多段階で行なわれるが、スピ
ネル成形体の焼結による高密度化過程において残留空孔
の内部に窒素、アルゴン等の分子径の大きなガスが取り
込まれることは以後の高密度化を阻害するので、この焼
結は真空雰囲気または分子径の小さな水素やヘリウム雰
囲気が望ましい。
ネル成形体の焼結による高密度化過程において残留空孔
の内部に窒素、アルゴン等の分子径の大きなガスが取り
込まれることは以後の高密度化を阻害するので、この焼
結は真空雰囲気または分子径の小さな水素やヘリウム雰
囲気が望ましい。
そして焼結条件としては1400〜1800℃で２〜24時間が
好ましく、第１段階の焼結で理論密度の95％以上に高密
度化される。
好ましく、第１段階の焼結で理論密度の95％以上に高密
度化される。
またCaOまたはLiFなどの焼結助剤を添加した場合は４
〜10時間程度の短時間保持でも95％以上の高密度焼結を
容易に達成することができる。
〜10時間程度の短時間保持でも95％以上の高密度焼結を
容易に達成することができる。
この発明において使用するスピネル粉末は純度99.9％
以上で比表面積が10m2/g（BET値）以上であることが望
ましい。
以上で比表面積が10m2/g（BET値）以上であることが望
ましい。
これは一次粒子の粒径がおそよ0.2μｍ以下であるこ
とを示しており、上記の焼結条件で緻密な焼結体を得る
ためには必要な条件である。また純度を99.9％以上とす
るのは、不純物が多く含有していると、たとえ十分な高
密度化焼結体が得られたとしても不純物吸収により透光
性の低下をもたらすためである。
とを示しており、上記の焼結条件で緻密な焼結体を得る
ためには必要な条件である。また純度を99.9％以上とす
るのは、不純物が多く含有していると、たとえ十分な高
密度化焼結体が得られたとしても不純物吸収により透光
性の低下をもたらすためである。
特に鉄などの遷移金属元素を含むことは好ましくな
い。
い。
なお原料粉末としてはアルコキシド等の加水分解によ
るものが適当である。
るものが適当である。
上記したこの発明の製造方法によると、波長３〜４μ
ｍの赤外光による厚さ2mmの直線透過率が75％以上の透
光性スピネル焼結体を得ることができる。
ｍの赤外光による厚さ2mmの直線透過率が75％以上の透
光性スピネル焼結体を得ることができる。
＜実施例＞ 以下、この発明を実施例により詳細に説明する。
純度99.9％、比表面積14m2/g（BET値）の高純度スピ
ネル粉末にLiFを0.2％添加し、アルミナボールを用いて
24時間湿式混合した。この混合粉末を乾燥後、直径30mm
のゴムモールドを用いて2.0ton/cm2で静圧成形を行な
い、比重2.2の成形体を得た。
ネル粉末にLiFを0.2％添加し、アルミナボールを用いて
24時間湿式混合した。この混合粉末を乾燥後、直径30mm
のゴムモールドを用いて2.0ton/cm2で静圧成形を行な
い、比重2.2の成形体を得た。
この成形体を水素炉中で1100℃で３時間仮焼結した。
さらにこの焼結体を別の炉に装入し、真空中で1100℃で
２時間保持した後、１気圧のヘリウムガス中で1700℃で
10時間保持した。その後、直ちに圧力100kg/cm2のアル
ゴンガスを炉内に投入し、1700℃で１時間保持した。
さらにこの焼結体を別の炉に装入し、真空中で1100℃で
２時間保持した後、１気圧のヘリウムガス中で1700℃で
10時間保持した。その後、直ちに圧力100kg/cm2のアル
ゴンガスを炉内に投入し、1700℃で１時間保持した。
かくして得られたスピネル焼結体を厚さ2mmtに鏡面研
磨加工し、赤外分光光度計で透過率を測定したところ、
波長３〜４μｍの赤外領域で82％の良好な透光性を示し
た。
磨加工し、赤外分光光度計で透過率を測定したところ、
波長３〜４μｍの赤外領域で82％の良好な透光性を示し
た。
＜発明の効果＞ 以上説明したように、この発明によればスピネル成形
体の焼結工程において炉内に高圧ガスを投入することに
より、高密度でかつ透光性にすぐれたスピネル焼結体を
効率よく得ることができるのである。
体の焼結工程において炉内に高圧ガスを投入することに
より、高密度でかつ透光性にすぐれたスピネル焼結体を
効率よく得ることができるのである。
また、この発明により得られる透光性スピネル焼結体
は、透光性にすぐれているため2mm以上の厚肉で使用さ
れる赤外光透過窓材として有用である。
は、透光性にすぐれているため2mm以上の厚肉で使用さ
れる赤外光透過窓材として有用である。
Claims (2)
- 【請求項１】高純度かつ微細なマグネシア−アルミナス
ピネル粉末を圧力1.0ton/cm2以上で静圧成形し、成形比
重を2.0以上としたのち、真空または水素またはヘリウ
ムの雰囲気中で1400〜1800℃の範囲で２〜24時間焼結し
て理論密度の95％以上に高密度化し、次いで炉内に10kg
/cm2以上の高圧ガスを投入してさらに高密度で透光性に
すぐれた焼結体とすることを特徴とする透光性スピネル
焼結体の製造方法。 - 【請求項２】スピネル粉末は純度99.9％以上で比表面積
10m2/g以上であることを特徴とする請求項（１）記載の
透光性スピネル焼結体の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63055843A JP2620287B2 (ja) | 1988-03-09 | 1988-03-09 | 透光性スピネル焼結体の製造方法 |
| EP89302254A EP0332393B1 (en) | 1988-03-09 | 1989-03-07 | Method of producing a light-transmitting spinel sintered body |
| DE68916282T DE68916282T2 (de) | 1988-03-09 | 1989-03-07 | Verfahren zur Herstellung eines lichtdurchlässigen Körpers aus gesintertem Spinell. |
| US07/579,085 US5152940A (en) | 1988-03-09 | 1990-09-07 | Method of producing a light-transmitting spinel sintered body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63055843A JP2620287B2 (ja) | 1988-03-09 | 1988-03-09 | 透光性スピネル焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01230464A JPH01230464A (ja) | 1989-09-13 |
| JP2620287B2 true JP2620287B2 (ja) | 1997-06-11 |
Family
ID=13010293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63055843A Expired - Fee Related JP2620287B2 (ja) | 1988-03-09 | 1988-03-09 | 透光性スピネル焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2620287B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100334063B1 (ko) * | 1994-10-25 | 2002-10-31 | 삼성에스디아이 주식회사 | 원적외선 방사체의 제조방법 |
| CN101073021B (zh) * | 2004-12-09 | 2011-11-23 | 卡尔蔡司Smt有限责任公司 | 用于显微光刻投影曝光装置的传输光学元件和物镜 |
| WO2008074503A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-26 | Carl Zeiss Smt Ag | Transmitting optical element |
| JP2009126749A (ja) * | 2007-11-26 | 2009-06-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 透明多結晶スピネル基板とその製造方法および前記基板を用いた光学製品 |
| CN104220397A (zh) * | 2011-11-10 | 2014-12-17 | 陶瓷技术－Etec有限责任公司 | 借助流化床造粒制备透明陶瓷物品的方法 |
| JP7110175B2 (ja) | 2018-03-30 | 2022-08-01 | Ｊｘ金属株式会社 | ＭｇＡｌ２Ｏ４焼結体及び該焼結体を用いたスパッタリングターゲット、並びにＭｇＡｌ２Ｏ４焼結体の製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53106713A (en) * | 1977-03-01 | 1978-09-18 | Nippon Telegraph & Telephone | Process for making light permeable mgal204 ceramics |
| JPS59121158A (ja) * | 1982-12-27 | 1984-07-13 | 日本碍子株式会社 | 多結晶透明スピネル焼結体の製造法 |
-
1988
- 1988-03-09 JP JP63055843A patent/JP2620287B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01230464A (ja) | 1989-09-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |