JPH0672045B2 - 透光性スピネル焼結体及びその製造方法 - Google Patents
透光性スピネル焼結体及びその製造方法Info
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- JPH0672045B2 JPH0672045B2 JP63167616A JP16761688A JPH0672045B2 JP H0672045 B2 JPH0672045 B2 JP H0672045B2 JP 63167616 A JP63167616 A JP 63167616A JP 16761688 A JP16761688 A JP 16761688A JP H0672045 B2 JPH0672045 B2 JP H0672045B2
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- spinel
- spinel sintered
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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
厚さ3mm以上で使用する赤外透過窓等の用途に好適な透
光性スピネル焼結体、及びその製造方法に関する。
厚さ3mm以上で使用する赤外透過窓等の用途に好適な透
光性スピネル焼結体、及びその製造方法に関する。
スピネル(MgAl2O4)はマグネシア(MgO)とアルミナ(Al
2O3)とからなる酸化物で、結晶型が立方晶であるため結
晶粒界での散乱が起り難く、高密度に焼結した場合良好
な透光性が得られることが知られている。
2O3)とからなる酸化物で、結晶型が立方晶であるため結
晶粒界での散乱が起り難く、高密度に焼結した場合良好
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0.4μ
ｍ付近から急激に高くなり、赤外領域の波長３〜５μｍ
付近で最高となる。従つて、スピネル焼結体は光学窓の
ような透光性材料として有望視され、従来から各種の方
法によつて製造が試みられている。
ｍ付近から急激に高くなり、赤外領域の波長３〜５μｍ
付近で最高となる。従つて、スピネル焼結体は光学窓の
ような透光性材料として有望視され、従来から各種の方
法によつ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
中でホツトプレスする方法がある。焼結助剤としては、
LiFの他に酸化カルシウム(CaO)も有効であることが知ら
れている。又、特開昭55-27837号公報にはMgOとAl2O3の
組成比を等モルから僅かにAl2O3過剰とし、焼結助剤と
してLiFを添加して常圧焼結する方法が、及び特開昭59-
121158号公報にはアルコキシド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。
に、焼結助剤として弗化リチウム(LiF)を添加して真空
中でホツトプレスする方法がある。焼結助剤としては、
LiFの他に酸化カルシウム(CaO)も有効であることが知ら
れている。又、特開昭55-27837号公報にはMgOとAl2O3の
組成比を等モルから僅かにAl2O3過剰とし、焼結助剤と
してLiFを添加して常圧焼結する方法が、及び特開昭59-
121158号公報にはアルコキシド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。
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LiF等の焼結助剤を添加す
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、直接透過率が低い欠点があつた。
ては、いずれも緻密化のためLiF等の焼結助剤を添加す
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、直接透過率が低い欠点があつた。
その他、前者の真空中のホツトプレス法では、1300〜16
00℃の高温と1000kg/cm2以上の高圧力を必要とするた
め、通常用いているグラフアイト等の型材では強度的に
不足し、大型の焼結体を製造し難い欠点があつた。又、
後者の常圧焼結法では粒成長のコントロールが難しく空
孔が残存しやすいため透光性のレベルが低く、焼結助剤
の添加以外にMgOとAl2O3の組成比を変えた場合にも第２
相が出現しやすく、直接透過率が更に低下する欠点があ
つた。
00℃の高温と1000kg/cm2以上の高圧力を必要とするた
め、通常用いているグラフアイト等の型材では強度的に
不足し、大型の焼結体を製造し難い欠点があつた。又、
後者の常圧焼結法では粒成長のコントロールが難しく空
孔が残存しやすいため透光性のレベルが低く、焼結助剤
の添加以外にMgOとAl2O3の組成比を変えた場合にも第２
相が出現しやすく、直接透過率が更に低下する欠点があ
つた。
この様に従来の方法に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1mmで75〜80％程度が最大
であり、試料厚さ3mm以上で使用される赤外透過窓の材
料に用いるためには更に直線透過率の向上が必要であつ
た。
では、直線透過率が試料厚さ1mmで75〜80％程度が最大
であり、試料厚さ3mm以上で使用される赤外透過窓の材
料に用いるためには更に直線透過率の向上が必要であつ
た。
本発明はかかる従来の事情に鑑み、高純度且つ高密度で
透光性のレベルが高く、特に厚さ3mm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、及びその製造方法を提供することを目的とする。
透光性のレベルが高く、特に厚さ3mm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、及びその製造方法を提供することを目的とする。
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99.5％以上及び比表面積（BET
値）10m2/g以上のスピネル粉末を、温度1200〜1700℃及
び圧力100〜500kg/cm2での真空中におけるホツトプレス
により理論密度比95％以上に緻密化し、次に温度1400〜
1800℃及び圧力500kg/cm2以上でHIP処理する。
体の製造方法では、純度99.5％以上及び比表面積（BET
値）10m2/g以上のスピネル粉末を、温度1200〜1700℃及
び圧力100〜500kg/cm2での真空中におけるホツトプレス
により理論密度比95％以上に緻密化し、次に温度1400〜
1800℃及び圧力500kg/cm2以上でHIP処理する。
上記方法によつて製造される本発明の透光性スピネル焼
結体は、純度99.5％以上の多結晶スピネル焼結体からな
り、試料厚さ3mmでの直線透過率が、波長0.4〜３μｍの
可視及び近赤外光で平均65％以上、及び波長３〜５μｍ
の赤外光で最高75％以上であつて、従来にない極めて優
れた直線透過率を有するもので、この透光性は赤外透過
窓材料として好適である。
結体は、純度99.5％以上の多結晶スピネル焼結体からな
り、試料厚さ3mmでの直線透過率が、波長0.4〜３μｍの
可視及び近赤外光で平均65％以上、及び波長３〜５μｍ
の赤外光で最高75％以上であつて、従来にない極めて優
れた直線透過率を有するもので、この透光性は赤外透過
窓材料として好適である。
上記の如く本発明においては、真空中でのホツトプレス
及びその後のHIP（熱間等方圧プレス）により、LiF等の
焼結助剤を添加せずに、高密度で直線透過率の高いスピ
ネル焼結体を得ることができる。
及びその後のHIP（熱間等方圧プレス）により、LiF等の
焼結助剤を添加せずに、高密度で直線透過率の高いスピ
ネル焼結体を得ることができる。
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99.5％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B
ET値で10m2/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、アルコキシドの加水分解によるもの等が
好適である。
下を防ぐために99.5％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B
ET値で10m2/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、アルコキシドの加水分解によるもの等が
好適である。
又、特にLiFやCaO等の焼結助剤を添加する必要がないの
で、従来のような第２相による透過率の低下がない。
で、従来のような第２相による透過率の低下がない。
ホツトプレスは真空中で行ない、温度が1200〜1700℃と
する。1200℃未満の温度では理論密度比95％以上の高密
度な焼結体が得られ難く、1700℃を超えると真空中では
MgOが蒸発し、冷却した際にAl2O3（コランダム）相が第
２相として析出しやすく、透光性が低下してしまう。
又、ホツトプレスの圧力が100kg/cm2未満では理論密度
比95％以上の高密度な焼結体が得られ難く、500kg/cm2
を超えると強度的に通常のグラフアイト型の使用が難し
くなる。
する。1200℃未満の温度では理論密度比95％以上の高密
度な焼結体が得られ難く、1700℃を超えると真空中では
MgOが蒸発し、冷却した際にAl2O3（コランダム）相が第
２相として析出しやすく、透光性が低下してしまう。
又、ホツトプレスの圧力が100kg/cm2未満では理論密度
比95％以上の高密度な焼結体が得られ難く、500kg/cm2
を超えると強度的に通常のグラフアイト型の使用が難し
くなる。
HIP処理においては、1400〜1800℃の温度及び500kg/cm2
以上の圧力で焼結体が等方的に加圧されるので、塑性変
形や拡散機構により空孔の除去が促進されて更に高密度
化が達成され、透光性が一層向上する。HIPで用いる高
圧ガスは、Ar等の不活性ガス、N2ガス又はO2ガス、或い
はこれらの混合ガスが好ましく、特にO2ガスを混合すれ
ばHIP処理時の焼結体からの脱酸素による透光性の低下
を防止できる利点がある。これらのガスは500kg/cm2以
上（2000kg/cm2以下）の高圧でしかも等方的に働くた
め、従来のホツトプレス法（約1000kg/cm2で上下二方向
加圧）よりも空孔の除去による緻密化が均一に進行し、
透光性に優れたスピネル焼結体が得られる。
以上の圧力で焼結体が等方的に加圧されるので、塑性変
形や拡散機構により空孔の除去が促進されて更に高密度
化が達成され、透光性が一層向上する。HIPで用いる高
圧ガスは、Ar等の不活性ガス、N2ガス又はO2ガス、或い
はこれらの混合ガスが好ましく、特にO2ガスを混合すれ
ばHIP処理時の焼結体からの脱酸素による透光性の低下
を防止できる利点がある。これらのガスは500kg/cm2以
上（2000kg/cm2以下）の高圧でしかも等方的に働くた
め、従来のホツトプレス法（約1000kg/cm2で上下二方向
加圧）よりも空孔の除去による緻密化が均一に進行し、
透光性に優れたスピネル焼結体が得られる。
尚、ホツトプレスで得られた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とな
り、この気孔を通つてHIPで用いる高圧ガスが焼結体内
部に侵入してしまうため、HIPによる高密度化が充分に
進行しない結果となる。
未満の場合には、残留気孔の多くが所謂解放気孔とな
り、この気孔を通つてHIPで用いる高圧ガスが焼結体内
部に侵入してしまうため、HIPによる高密度化が充分に
進行しない結果となる。
実施例１ 純度99.9％、比表面積14m2/g（BET値）の高純度スピネ
ル粉末を、１×10-1torrの真空中において内径50mmのグ
ラフアイト型を用いて1400℃の温度と300kg/cm2の圧力
で２時間ホツトプレスし、理論密度比97％の白色の焼結
体を得た。次に、この焼結体をHIP装置に入れ、Arガス
を用いて1600℃の温度及び2000kg/cm2の圧力で２時間の
HIP処理を行なつた。得られたスピネル焼結体は外観的
に無色透明であつた。
ル粉末を、１×10-1torrの真空中において内径50mmのグ
ラフアイト型を用いて1400℃の温度と300kg/cm2の圧力
で２時間ホツトプレスし、理論密度比97％の白色の焼結
体を得た。次に、この焼結体をHIP装置に入れ、Arガス
を用いて1600℃の温度及び2000kg/cm2の圧力で２時間の
HIP処理を行なつた。得られたスピネル焼結体は外観的
に無色透明であつた。
このスピネル焼結体を厚さ3mmに鏡面研磨加工し、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85％、及び波長0.4〜３μｍの領域で
平均75％の優れた透光性を示した。
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85％、及び波長0.4〜３μｍの領域で
平均75％の優れた透光性を示した。
実施例２ 純度99.7％、比表面積11m2/g（BET値）の高純度スピネ
ル粉末を、３×10-3torrの真空中において内径50mmのグ
ラフアイト型を用いて1600℃の温度と200kg/cm2の圧力
で１時間ホツトプレスし、理論密度比96％の白色の焼結
体を得た。更に、この焼結体をHIP装置に入れ、N2ガス
を用いて1700℃の温度及び1000kg/cm2の圧力で３時間の
HIP処理を行なつた。得られたスピネル焼結体は外観的
に無色透明であつた。
ル粉末を、３×10-3torrの真空中において内径50mmのグ
ラフアイト型を用いて1600℃の温度と200kg/cm2の圧力
で１時間ホツトプレスし、理論密度比96％の白色の焼結
体を得た。更に、この焼結体をHIP装置に入れ、N2ガス
を用いて1700℃の温度及び1000kg/cm2の圧力で３時間の
HIP処理を行なつた。得られたスピネル焼結体は外観的
に無色透明であつた。
このスピネル焼結体を厚さ3mmに鏡面研磨加工し、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83％、及び波長0.4〜３μｍの領域で
平均73％の優れた透光性を示した。
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83％、及び波長0.4〜３μｍの領域で
平均73％の優れた透光性を示した。
実施例３ 純度99.8％、比表面積20m2/g（BET値）の高純度スピネ
ル粉末を、８×10-2torrの真空中において内径50mmのグ
ラフアイト型を用いて1300℃の温度と400kg/cm2の圧力
で３時間ホツトプレスし、理論密度比98％の白色の焼結
体を得た。更に、この焼結体をHIP装置に入れ、Ar-5%O2
混合ガスを用いて1500℃の温度及び1500kg/cm2の圧力に
て2.5時間のHIP処理を行なつた。得られたスピネル焼結
体は外観的に無色透明であつた。
ル粉末を、８×10-2torrの真空中において内径50mmのグ
ラフアイト型を用いて1300℃の温度と400kg/cm2の圧力
で３時間ホツトプレスし、理論密度比98％の白色の焼結
体を得た。更に、この焼結体をHIP装置に入れ、Ar-5%O2
混合ガスを用いて1500℃の温度及び1500kg/cm2の圧力に
て2.5時間のHIP処理を行なつた。得られたスピネル焼結
体は外観的に無色透明であつた。
このスピネル焼結体を厚さ3mmに鏡面研磨加工し、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82％、及び波長0.4〜３μｍの領域で
平均75％の優れた透光性を示した。
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82％、及び波長0.4〜３μｍの領域で
平均75％の優れた透光性を示した。
本発明によれば、焼結助剤を用いずに、高密度であつて
可視及び赤外領域で非常に優れた直線透過率を有する透
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3mm以上の厚さで使用される赤外透過窓
の素材として特に有用である。
可視及び赤外領域で非常に優れた直線透過率を有する透
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3mm以上の厚さで使用される赤外透過窓
の素材として特に有用である。
Claims (3)
- 【請求項１】純度99.5％以上及び比表面積（BET値）10m
2/g以上のスピネル粉末を、温度1200〜1700℃及び圧力1
00〜500kg/cm2での真空中におけるホツトプレスにより
理論密度比95％以上に緻密化し、次に温度1400〜1800℃
及び圧力500kg/cm2以上で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。 - 【請求項２】HIP処理は不活性ガス、窒素ガス又は酸素
ガス、若しくはこれらの混合ガスを用いることを特徴と
する、請求項（１）記載の透光性スピネル焼結体の製造
方法。 - 【請求項３】純度99.5％以上の多結晶スピネル焼結体か
らなり、試料厚さ3mmでの直線透過率が、波長0.4〜３μ
ｍの可視及び近赤外光で平均65％以上、波長３〜５μｍ
の赤外光で最高75％以上であることを特徴とする赤外透
過窓用の透光性スピネル焼結体。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63167616A JPH0672045B2 (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | 透光性スピネル焼結体及びその製造方法 |
| DE68916282T DE68916282T2 (de) | 1988-03-09 | 1989-03-07 | Verfahren zur Herstellung eines lichtdurchlässigen Körpers aus gesintertem Spinell. |
| EP89302254A EP0332393B1 (en) | 1988-03-09 | 1989-03-07 | Method of producing a light-transmitting spinel sintered body |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP63167616A JPH0672045B2 (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | 透光性スピネル焼結体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0218354A JPH0218354A (ja) | 1990-01-22 |
| JPH0672045B2 true JPH0672045B2 (ja) | 1994-09-14 |
Family
ID=15853088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63167616A Expired - Lifetime JPH0672045B2 (ja) | 1988-03-09 | 1988-07-05 | 透光性スピネル焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0672045B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2904123B2 (ja) * | 1996-05-10 | 1999-06-14 | 日本電気株式会社 | 多層フィルムキャリアの製造方法 |
| JP4959909B2 (ja) * | 2003-03-19 | 2012-06-27 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 透光性ケイ酸マグネシウム焼結体の製造方法 |
| WO2008090909A1 (ja) * | 2007-01-23 | 2008-07-31 | World Lab. Co., Ltd. | 透明スピネルセラミックス及びその製造方法ならびにその透明スピネルセラミックスを用いた光学材料 |
| JP4830911B2 (ja) | 2007-03-02 | 2011-12-07 | 住友電気工業株式会社 | スピネル焼結体、その製造方法、透明基板と液晶プロジェクター |
| 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 |
| JP5168724B2 (ja) * | 2008-05-23 | 2013-03-27 | 住友電気工業株式会社 | 透明多結晶スピネル基板とその製造方法、および電気光学装置 |
| JP5435397B2 (ja) | 2009-04-02 | 2014-03-05 | 住友電気工業株式会社 | スピネル製光透過用窓材及びその製造方法 |
| JP2012017218A (ja) * | 2010-07-07 | 2012-01-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 基板、基板の製造方法、ｎｄフィルタおよび光特性測定装置 |
| AU2013360718A1 (en) * | 2012-12-19 | 2015-07-09 | Ceramtec-Etec Gmbh | Ceramic material |
| US9624136B2 (en) | 2014-07-01 | 2017-04-18 | Corning Incorporated | Transparent spinel article and tape cast methods for making |
| 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 |
-
1988
- 1988-07-05 JP JP63167616A patent/JPH0672045B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0218354A (ja) | 1990-01-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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