JPH04175264A - ムライト質焼結体の原料粉末及びムライト質焼結体の製造方法 - Google Patents

ムライト質焼結体の原料粉末及びムライト質焼結体の製造方法

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JPH04175264A
JPH04175264A JP2325926A JP32592690A JPH04175264A JP H04175264 A JPH04175264 A JP H04175264A JP 2325926 A JP2325926 A JP 2325926A JP 32592690 A JP32592690 A JP 32592690A JP H04175264 A JPH04175264 A JP H04175264A
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JP
Japan
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mullite
powder
less
raw material
strength
Prior art date
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Pending
Application number
JP2325926A
Other languages
English (en)
Inventor
Jii Emu Yuu Isumairu Emu
エム.ジー.エム.ユー.イスマイル
Zenjiro Nakai
中井 善治郎
Keiichi Katayama
恵一 片山
Yukio Yuzawa
湯沢 幸男
Fumio Nemoto
根本 文男
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.)
Chichibu Cement Co Ltd
Original Assignee
Chichibu Cement Co Ltd
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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、例えば高温耐熱構造用セラミックスや集積回
路基板(絶縁セラミックス基板)として利用できるムラ
イト質焼結体の原料粉末及びムライト質焼結体の製造方
法に関するものである。
【従来の技術】
ムライト(3A]、03 ・2SjO2)質焼結体は、
高温における強度低下が小さ(、高温構造用セラミック
ス材料として、又、アルミナセラミックスに比べ誘電率
が低く、熱膨張率係数もシリコン半導体素子やガリウム
ーヒ素半導体素子に近い為、集積回路用絶縁性基板材料
としても注目を浴びている。 ところで、ムライト質焼結体の製造方法は、出発原料の
種類により次の三つに大別できる。 ■ カオリンなどの粘土FL物を出発原料とする方法 ■ アルミナ(A 12 C1+ )粉末とシリカ(S
i02)粉末を出発原料とする方法 ■ 電融法により合成したムライトを粉砕し、この粉末
を出発原料とする方法
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記■のカオリンなどの粘土鉱物を出発
原料とする製造方法により得られるムライト質焼結体は
、不純物が多く、高温における強度低下が大きく、高温
構造用セラミックス材料としては利用できない。 又、α線の放射量が多い為、半導体素子の集積回路用絶
縁性基板材料として用いた場合には、半導体素子に誤動
作を起こさせる恐れがある。 ■のA l z Ox粉末とSiO□粉末を出発原料と
する製造方法では、原料粉末を均一に混合するのが難し
く、焼結体組織が不均一になりやすく、又、焼結しにく
いため充分な強度をもったムライト質焼結体が得られに
くい。さらには、微粉末のAl2O.粉末及びSiO□
粉末を出発原料とする場合、成形性が悪く、焼成収縮も
バラツキ、製造されたムライト焼結体の形状及び寸法の
安定生が悪いなどの欠点もある。 ■の電融法により合成したムライトを粉砕した粉末を出
発原料とする製造方法では、高純度ではあるが、焼結し
にくい。 この為、微量のアルカリ金属、アルカリ土類金属等を添
加して焼結時に融液を生ぜしめ、焼結を促進させる方法
が試みられている。しかしながら、この方法で製造され
たムライト質セラミックスは、焼結体内部に20μmを
越える大きな気孔が形成されやすく、強度のバラツキが
大きく、又、高温での強度低下も著しいという欠点があ
る。 本発明の目的は、強度が充分に大きく、しかもバラツキ
は少なく、高温での強度低下の小さいムライト質焼結体
を容易に製造する技術を提供することである。
【課題を解決する為の手段】
本発明者は、高純度のアルミナゾルとシリカゾルを均質
に混合後、500°C−1600°Cの温度にて噴霧し
ながら焼成して種々の組成をもったムライト賞球状粉末
を合成し、このムライト質球状粉末単独を原料粉末とし
た場合、又、このムライト賞球状粉末にアルミナ粉末、
シリカ粉末及びムライト賞非球状粉末を添加したものを
原料粉末とした場合において、得られるムライト質焼結
体の強度が充分大きく、かつ、バラツキが少なく、しか
も高温での強度低下が小さいムライト質焼結体を簡単に
製造できる方法を鋭意研究した。 この結果、アルミナゾルとシリカゾルの混合物を噴霧す
ると球状粉末となるが、噴霧時の焼成温度が低いと、非
晶質の集合体で、比表面積も大きい為、成形性が悪く、
このようなものを出発原料としてムライト質焼結体を製
造した場合には、前配本発明の目的とするようなムライ
ト質焼結体は得られにくいことが判って来た。 すなわち、上記のような粉末を出発原料とした場合、成
形密度が低く、焼成収縮が大きく、安定しない為、焼成
中に割れが発生したり、焼結後の形状、寸法に大きなバ
ラツキが出たのである。 又、アルミナゾルとシリカゾルの混合物の噴霧時の焼成
温度を上げていくと、球状粉末は比表面積が象、激に小
さくなり、非晶質からムライトの結晶が生成されてくる
。さらに、噴霧時の焼成温度を上げていくと、ムライト
結晶の結晶子の大きさが微細なものから大きなものへと
変化していくことも判って来た。 これらの知見を基にして更なる研究が鋭意押し進められ
て行った結果、上記本発明の目的は、ムライト質粉末で
あり、このムライト質粉末のムライト結晶子径が200
nm以下であって、Al2O、/SiO□の重量比が4
0/60〜80/20で、平均粒径が10μm以下の球
状のものであることを特徴とするムライト質焼結体の原
料粉末によって達成されることが判明した。 又、ムライト結晶子径が200nm以下であって、A1
□O,/Si○2の重量比が40/60〜80/20で
、平均粒径が10μm以下の球状のムライト質粉末と、
ムライト結晶子径が200nm以下であって、A l 
t ox /S i 02の重量比が40/60〜80
/20で、平均粒径が10μm以下の非球状のムライト
質粉末とを含み、前記球状のムライト質粉末100重量
部に対して前記非球状のムライト質粉末が80重量部以
下であることを特徴とするムライト質焼結体の原料粉末
によって達成されることが判明した。 又、Al2O3及びSiO2以外の不純物が0゜5重量
%以下で、A 1203 /S i Ozの重量比が4
0/60〜80/20の範囲内の値であって、結晶子の
大きさが200nm以下のムライト結晶相を含む平均粒
径10μm以下のムライト質球状粉末を原料組成とし、
このムライト質球状粉末を含む原料を成形、焼成するこ
とを特徴とするムライト質焼結体の製造方法によって達
成されることが判明した。 又、A I 20ff及びSiO□以外の不純物が0゜
5重量%以下で、結晶子の大きさが200nm以下のム
ライト結晶相を含む平均粒径10μm以下のムライト質
球状粉末100重量部と、平均粒径が5μm以下のムラ
イト質非球状粉末、平均粒径が5μm以下のA I 2
03粉末及び平均粒径が5μm以下の5iOz粉末の群
の中から選ばれる少なくとも一種以上の粉末が合計80
重量部以下とを含み、これらの原料組成におけるAl2
O3/Si○2の重量比が40/60〜80/20の範
囲内の値となるよう調整されてなるものを原料組成とし
、このムライト質球状粉末を含む原料を成形、焼成する
ことを特徴とするムライト質焼結体の製造方法によって
達成されることが判明した。 上記ムライト質焼結体の製造方法において、出発原料と
なるムライト賞球状粉末のアルミナ及びシリカ以外の成
分、すなわち不純物は0.5重量%まで許される。尚、
高温強度を重視する用途では、不純物は0.3重量%以
下、より望ましくは0.1重量%以下であることが好ま
しい。すなわち、不純物が多いと高温における強度低下
が大きくなり、特に0.5重量%を越えて多くなりすぎ
ると、高温における強度低下が著しく、内部に20μm
を越える気孔が出来やすく、強度のバラツキも大きくな
る。 出発原料のアルミナ対シリカの重量比は40対60〜8
0対20の範囲内のものであるが、高温における強度を
重視する場合には、シリカの割合を減少させた方が好ま
しく、すなわち65対35〜80対20、より望ましく
は70対30〜80対20であることが好ましい。 出発原料のムライト質球状粉末のムライト結晶子の大き
さは200nm以下、好ましくは1100n以下で、ム
ライト結晶子の結晶相が含まれていることが必要である
が、ガラス相又はその他の結晶相を含んでいても良い。 すなわち、ムライト質球状粉末粒子中のムライト結晶子
の大きさが200nmを越えると、焼結しにくくなり、
充分な強度を持った焼結体が製造できにくくなる。 又、出発原料のムライト質球状粉末の平均粒径が10μ
mを越えて大きくなり過ぎた場合には、焼結しにくく、
充分な強度をもった焼結体が製造されにくいことから、
平均粒径が10μm以下であることが大事であり、51
m以下のものが好ましい。特に、0.3〜5μmのもの
が好ましい。 出発原料としてAl2O3及びSiO2以外の成分が0
.5重量%以下で、結晶子の大きさが200nm以下の
ムライト結晶相を含む平均粒径10μm以下のムライト
質球状粉末の他に、ムライト質非球状粉末、Al2O3
粉末及び5iC)z粉末の群の中から選ばれる少なくと
も一種以上の粉末が用いられる場合には、これらの原料
組成におけるA1201対SiO2の重量組成比が40
対60〜80対20の範囲内の値となるよう調整されな
ければならない。 尚、アルミナ対シリカの重量比は65対35〜80対2
0、より望ましくは70対30〜80対20であること
が好ましい。 ムライト質非球状粉末、へ1□03粉末及びSlO□粉
末は、平均粒径が5μm以下のものであることが好まし
く、より好ましくは0.3〜3μmのものである。すな
わち、平均粒径が大きくなると焼結しにくく、一方、平
均粒径が小さくなりすぎると成形性が悪(なり、焼結体
の形状及び寸法の安定性が悪くなることから、平均粒径
が5μm以下、好ましくは0. 3〜3μmのものであ
る。 又、アルミナ粉末、シリカ粉末及びムライト非球状粉末
の添加割合がムライ)1球状粉末100重量部に対し8
0重量部を越えて多くなりすぎると、成形性、焼結性が
悪くなり、良好なムライト質焼結体が製造しにくくなる
ことから、ムライト質球状粉末100重量部に対して平
均粒径が5am以下のムライト質非球状粉末、平均粒径
が5μm以下のA l 20s粉末及び平均粒径が5μ
m以下のSin、粉末の群の中から選ばれる少なくとも
一種以上の粉末が合計80重量部以下であることが好ま
しい。 尚、上記のようなムライト賞粉末は、ヘーマイトゾルと
シリカゾルとを所定の割合で混合し、ゲル化し、仮焼す
ることで得られる。 ヘーマイトゾルとしては、γ−A I z Oz ヤヘ
ーマイ) (A100H)の水分散液を加熱しながら硝
酸、塩酸などの無機酸や酢酸、ギ酸などの有機酸を加え
、解膠することによって得られたものがある。 シリカゾルとしては、シリカ微粒子、例えば湿式法で製
造されるホワイトカーボンや乾式法のヒユームドシリカ
を水中に分散させたコロイド水溶液がある。 出発原料として用いられるアルミナ粉末、シリカ粉末及
びムライト質非球状粉末は高純度のものが好ましく、出
発原料として用いる混合物の不純物(最終)の量は0.
5%以下、好ましくは0゜3%以下である。 又、ムライト質非球状粉末は電融法によって合成したム
ライトの粉砕品であるとか、ムライト質球状粉末を粉砕
したものでも良い。
【実施例】
表−1に示す粉末を出発原料として、ボールミルにて解
膠後、成形用バインダとしてポリビニルアルコール0.
8重量部とポリエチレングリコール2重量部を加えて2
0時間混合後、スプレードライ法により乾燥造粒し、プ
レス成形により成形後、1600℃〜1680°Cにて
3時間焼成してムライト質焼結体を作製した。 得られたムライト質焼結体について室温と1200℃に
て抗折強度を測定した。又、破断サンプルを用いて走査
型電子顕微鏡(SEM)により内部気孔の観察を行った
。 尚、用いたアルミナ粉末とシリカ粉末の純度は99.9
%であり、ムライト質非球状粉末はアルミナ対シリカの
重量比が70対30で、不純物は0.1以下であった。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ムライト質粉末であり、このムライト質粉末のム
    ライト結晶子径が200nm以下であって、A1_2O
    _3/SiO_2の重量比が40/60〜80/20で
    、平均粒径が10μm以下の球状のものであることを特
    徴とするムライト質焼結体の原料粉末。
  2. (2)ムライト結晶子径が200nm以下であって、A
    l_2O_3/SiO_2の重量比が40/60〜80
    /20で、平均粒径が10μm以下の球状のムライト質
    粉末と、ムライト結晶子径が200nm以下であって、
    Al_2O_3/SiO_2の重量比が40/60〜8
    0/20で、平均粒径が10μm以下の非球状のムライ
    ト質粉末とを含み、前記球状のムライト質粉末100重
    量部に対して前記非球状のムライト質粉末が80重量部
    以下であることを特徴とするムライト質焼結体の原料粉
    末。
  3. (3)Al_2O_3粉末及び/又はSiO_2粉末が
    さらに含まれてなる特許請求の範囲第1項又は第2項記
    載のムライト質焼結体の原料粉末。
  4. (4)Al_2O_3及びSiO_2以外の不純物が0
    .5重量%以下である特許請求の範囲第1項〜第3項記
    載のムライト質焼結体の原料粉末。
  5. (5)Al_2O_3及びSiO_2以外の不純物が0
    .5重量%以下で、Al_2O_3/SiO_2の重量
    比が40/60〜80/20の範囲内の値であって、結
    晶子の大きさが200nm以下のムライト結晶相を含む
    平均粒径10μm以下のムライト質球状粉末を原料組成
    とし、このムライト質球状粉末を含む原料を成形、焼成
    することを特徴とするムライト質焼結体の製造方法。
  6. (6)Al_2O_3及びSiO_2以外の不純物が0
    .5重量%以下で、結晶子の大きさが200nm以下の
    ムライト結晶相を含む平均粒径10μm以下のムライト
    質球状粉末100重量部と、平均粒径が5μm以下のム
    ライト質非球状粉末、平均粒径が5μm以下のAl_2
    O_3粉末及び平均粒径が5μm以下のSiO_2粉末
    の群の中から選ばれる少なくとも一種以上の粉末が合計
    80重量部以下とを含み、これらの原料組成におけるA
    l_2O_3/SiO_2の重量比が40/60〜80
    /20の範囲内の値となるよう調整されてなるものを原
    料組成とし、このムライト質球状粉末を含む原料を成形
    、焼成することを特徴とするムライト質焼結体の製造方
    法。
JP2325926A 1990-08-17 1990-11-29 ムライト質焼結体の原料粉末及びムライト質焼結体の製造方法 Pending JPH04175264A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8735309B2 (en) 2010-09-28 2014-05-27 Kyocera Corporation Mullite-based sintered body, circuit board using same and probe card
WO2015186560A1 (ja) * 2014-06-06 2015-12-10 日本碍子株式会社 ムライト焼結体、その製法及び複合基板

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