JPH0248463A - 透光性スピネル焼結体の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、透光性に優れた多結晶スピネル焼結体、特に
波長３〜５μｍの中赤外領域で使用する赤外透過窓材と
して好適な透光性スピネル焼結体の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

スピネル（ＭｇＡｊ○）はマグネシアＣＭｇｏ）とアル
ミナ（Ａｊ　Ｏ）とからなる酸化物で、結晶型が立方晶
であるため結晶粒界での散乱がおこり難く、高密度に緻
密化した場合良好な透光性が得られることが知られてい
る。

通常、スピネル焼結体の透光性は可視領域の波長０．４
μｍ付近から急激に高くなり、赤外領域の波長３〜５μ
ｍ付近で最高となる。従って、スピネル焼結体は光学窓
のような透光性材料として、特に波長３〜５μｍの中赤
外領域で使用する赤外透過窓材として宥望視され、従来
から各種の方法によって製造が試みられている。

例えば、特開昭４７−６０２８号公報に記載されている
ように、焼結助剤として弗化リチウム（ＬｉＦ）を添加
して真空中でホットプレスする方法がある。

焼結助剤としてはＬｉＦのほかに酸化カルシウム（Ｃ！
ａｏ）も有効であることが知られている。又、特開昭５
５−２７８３７号公報にはＭｇＯとＡｌ２Ｏ３の組成比
を等モルから僅かにＡｌＯ過剰とし、焼結助剤としてＬ
ｉＦを添加して常圧焼結する方法が、及び特開昭５９−
１２１１５８号公報にはアルフキシトを加水分解して得
られたスピネル微粉末にＬｉＦを添加して水素中で常圧
焼結する方法が記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した従来の透光性スピネル焼結体の製造方法におい
ては、いずれも緻密化のため焼結助剤としてＬｉＦやＣ
ａＯ企添加し更にはＭｇ０−ＡＩＯの組成比を変化させ
るので第２相が出現しやすく、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欠点があった。

又、常圧焼結法による場合には不均一な粒成長により空
孔が残留しやすいため、透光性のレベルが低かった。そ
の点、ホットプレス法では空孔が残留しにくいが、高温
と高圧を要するため設備の大型化に加え強度的制約のた
めに通常用いているカーボンの型材を使用できず、大型
材の製造が嬉しい欠点があった。又、形状的にも円板状
のものは得られるが、異形品は歩留良く製造できない等
、生産性が悪いという問題があった。

このように従来の方法で製造された透光性スピネル焼結
体では、直線透過率が試料厚さｌ　ｗｓで７５〜８０％
程度が最大であり、試料厚さ３　ｍｓ以上で使用される
赤外透過窓材とするためには更に直線透過率の向上が必
要であった。

本発明はかかる従来の事情に鑑み、高密度で透光性のレ
ベルが高く、特にＨさ３朋以上の赤外透過窓材として好
適な直線透過率を有する透光性スピネル焼結体の製造方
法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の透光性スピネル焼結
体の製造方法では、純度９９．９％以上及び比表面積（
ＢＥＴ値）　１０　ｉ／ｇ以上のスピネル粉末に０．１
〜２．０重量％の弗化カリウムを添加混合し、成形した
後１５００〜１７００　Ｃの温度で焼結し、更に１５０
０〜１８００　ｔ？の温度及び５００◆伽以上の圧力で
ＨＩＰ処理することを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、焼結助剤として添加する弗化カリウ
ム（ＫＦ）は融点が８６０　Ｃであるため、その温度以
上では液相となって焼結は液相焼結となるので、常圧焼
結であっても助剤無添加の場合と比較して均一に粒成長
し、粒内空孔を生じにくい。

この作用に限っては従来の融点８４２Ｃの弗化リチウム
（ＬｉＦ）も同様であるが、ＬｉＦは沸点が１６７６７
：”と高く、この温度以下で焼結した場合にＬｉＦが第
２相として残存し透光性を低下させる。又、ＬｉＦの沸
点を超える高温での焼結では粒成長のフントロールが難
しく、やはり残留空孔によって透光性が低下する恐れが
ある。

然るに、本発明で用いる弗化カリウム（ＫＦ）は沸点が
１５０５　ｔ：’であるため、１５００〜１７００　Ｃ
での常圧焼結によりＫＦを残留させることなく粒成長を
フントロールして、理論密度比９５％以上に緻密化する
ことが可能である。

弗化カリウム（ＫＦ）の添加量は０．１〜２．０重量％
が好ましく、０．１重量％未満では上記した作用による
常圧焼結による緻密化が得られず、２．０重量％を超え
るとＫＦの充分な除去が困難になり、透光性の低下をき
たす為である。

原料であるスピネル粉末は不純物吸収による透光性の低
下を防ぐために９９゜９％以上の純度のものを使用し、
特にＦｅ等の遷移金属元素の含有は好ましくない。又ス
ピネル粉末は一次粒子の粒径が約０．２μｍ以下、即ち
表面積がＢＥＴ値で１０　ｍ／ｇ以上であることが緻密
な焼結体を得るために必要である。このように高純度で
且つ微細なスピネル粉末としては、アルフキシトの加水
分解によるもの、或いは共沈法によるもの等が好適であ
る。

スピネル粉末は焼結に際して成形するが、成形比重を２
．０以上とすることが好ましい。焼結は真空中か、又は
水素やヘリウム等の分子径の小さいガス雰囲気中で行な
う。窒素やアルゴン等の分子径の大きなガス雰囲気中で
焼結することにより、これらの分子が空孔内に取り込ま
れると、以後の高密度化を阻害するからである。又、焼
結時間は２〜１２時間が好ましい。

ＨＩＰ処理においては、１５００〜１８００　ｔｒの温
度及び５００１％４以上の圧力で焼結体が等方的に加圧
され、塑性変形や拡散機構により空孔の除去が促進され
、透光性が一層向上する。但し、ＨＩＰ処理前の焼結体
の理論密度比が９５％未満の場合には残留気孔の多くが
所謂解放気孔状態となり、この解放気孔内にＨＩＰ処理
で用いるアルゴン、窒素、酸素等のガスが侵入して、高
密度化が充分に進行しない恐れがあるので、焼結体は理
論密度比９５％以上に緻密化するのが好ましい。

かかる本発明方法により、試料厚さ３朋での直線透過率
が波長３〜５μｍの赤外光で最高７５％以上と従来にな
い極めて優れた直線透過率を宥し、赤外透過窓材として
好適なスピネル焼結体を得ることができる。

〔実施例〕

実施例１ 純度９９．９％、比表面積１４．６　ｒｒｊ／ｇ　（Ｂ
　Ｋ　Ｔ値）の高純度スピネル粉末に弗化カリウム２０
．２重量％添加し、アルミナボールを用いて２４時時間
式混合した。乾燥後、篩分６０メツシユで整粒し、内径
５０謂の金型にて２　ｔｏｎ／ｅＢの圧力で加圧成形す
ることにより比重２．２の成形体な得た。この成形体を
水素炉中において１６００　ｔｌｌ”の温度で４時間常
圧焼結し、理論密度比９８％の焼結体を得た。更に、こ
の焼結体をＨＩＰ装置に入れ、Ａｒガスを用いて１７０
０　ｔｌｌ”の温度及び２０００　Ｐｃ９／ｌＩｎの圧
力で２時間ＨＩＰ処理した。

得られたスピネル焼結体を厚さ３朋に鏡面研磨加工した
後、赤外分光光度計で直線透過率を測定したところ、波
長３〜５μｍの赤外領域で最高ピーク値で″１５％以上
の良好な透光性を示した。

実施例２ 純度９９．９％、比表面積１９，４→’ｇ（ＢＥＴ値ン
の高純度スピネル粉末に弗化カリウムを１．０重量％添
加し、実施例１と同様に混合及び整粒した後、直径３０
謂のゴムモールドを用いて１．５　ｔｏｎ、Δ扁で静圧
成形することにより比重２．１の成形体を得た。

この成形体をＨｅ雰囲気中において１５５０　ｔ：’の
温度で１２時間常圧焼結し、理論密度比９７％の焼結体
３得た。更にこの焼結体をＨＩＰ装置に入れ、Ａｒガス
を用いて１６００　Ｃの温度及び２０００’％４の圧力
で２時間ＨＩＰ処理した。

得られたスピネル焼結体を厚さ３ｆｉｌｌｌに鏡面研磨
加工した後、実施例１と同様に直線透過率を測定したと
ころ、波長３〜５μｍの赤外領域で最高ピーク値で７８
％以上の良好な透光性を示した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、焼結助剤として弗化カリウム？用いた
常圧焼結により高密度に焼結した後、更にＨＩＰ処理す
ることにより、高密度であって赤外領域での透光性に優
れた透光性スピネル焼結体を得ることができる。この透
光性スピネル焼結体は３朋以上の厚さでも透光性に優れ
、肉厚で使用される赤外透過窓材として特に有用である
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）純度９９．９％以上及び比表面積（ＢＥＴ値）１
   ０ｍ＾２／ｇ以上のスピネル粉末に０．１〜２．０重量
   ％の弗化カリウムを添加混合し、成形した後１５００〜
   １７００℃の温度で焼結し、更に１５００〜１８００℃
   の温度及び５００ｋｇ／ｃｍ＾２以上の圧力でＨＩＰ処
   理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。
2. （２）上記焼結は真空中、又は水素ガス若しくはヘリウ
   ムガスの常圧雰囲気中で行なうことを特徴とする、請求
   項（１）記載の透光性スピネル焼結体の製造方法。