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JP2003261375A - High density alumina produced by pressureless sintering and production method thereof - Google Patents

High density alumina produced by pressureless sintering and production method thereof

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Publication number
JP2003261375A
JP2003261375A JP2002066522A JP2002066522A JP2003261375A JP 2003261375 A JP2003261375 A JP 2003261375A JP 2002066522 A JP2002066522 A JP 2002066522A JP 2002066522 A JP2002066522 A JP 2002066522A JP 2003261375 A JP2003261375 A JP 2003261375A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alumina
density
mold
purity
thickness
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.)
Pending
Application number
JP2002066522A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihito Kondou
祥人 近藤
Kozo Yokota
耕三 横田
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.)
Kagawa Prefectural Government
Original Assignee
Kagawa Prefectural Government
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 Kagawa Prefectural Government filed Critical Kagawa Prefectural Government
Priority to JP2002066522A priority Critical patent/JP2003261375A/en
Publication of JP2003261375A publication Critical patent/JP2003261375A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To inexpensively provide a light emission tube of a high intensity discharge (HID) lamp and a semiconductor production apparatus member of high quality. <P>SOLUTION: The high density alumina is produced by adopting a pressureless sintering in an air atmosphere as a firing method. The high density alumina has a relative density of ≥99.5%, provided that the theoretical density of α-alumina is 3.987 g/ml, and has light transmittance that the total transmittance of visible rays is ≥85% in a thickness of 0.6 mm, and straight line transmittance is ≥20% in a thickness of 1 mm. As the molding method therefor, a cast molding method is adopted. A porous alumina mold having a pore size of ≤0.6 μm, a porosity of ≥15% and a purity of ≥90% is used. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】本発明は、安価かつ品質に優れた透光性を
有する高密度アルミナ及びその製造技術に関する。
The present invention relates to a high-density alumina which is inexpensive and excellent in quality and has a light-transmitting property, and a manufacturing technique thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】アルミナは高硬度で耐摩耗性、熱伝導
性、電気絶縁性、耐腐食性等に優れた最も汎用的な酸化
物系セラミックスである。電気・電子材料をはじめ、光
学材料、構造用材料、生体材料、断熱材料、耐薬品材
料、研磨材など広く利用されており、例えば、自動車エ
ンジンの点火プラグや、半導体集積回路のICパッケー
ジ、人工骨・人工歯根、粉砕用ボール、切削工具などが
ある。通常これら工業製品に利用されているアルミナ
は、バイヤー法等により製造された純度99.9%以下
の安価な粉末を用いて造られており、焼結体の相対密度
は、α−アルミナの理論密度を3.987g/mlとし
たとき、99%以下であることが多い。一方、高圧ナト
リウムランプやメタルハライドランプ等の高輝度放電灯
(HIDランプ)の発光管や半導体製造装置部材等とし
て使用されているアルミナは、相対密度99.5%以上
の高密度焼結体が要求されており、特に発光管には可視
光域での透光性が必要とされている。
2. Description of the Related Art Alumina is the most general-purpose oxide-based ceramics having high hardness and excellent wear resistance, thermal conductivity, electrical insulation and corrosion resistance. It is widely used in electrical and electronic materials, optical materials, structural materials, biomaterials, heat insulating materials, chemical resistant materials, and abrasive materials. For example, spark plugs for automobile engines, IC packages for semiconductor integrated circuits, and artificial materials. Bone / artificial roots, grinding balls, cutting tools, etc. Alumina, which is usually used in these industrial products, is made by using inexpensive powder having a purity of 99.9% or less manufactured by the Bayer method, etc., and the relative density of the sintered body is the theory of α-alumina. When the density is 3.987 g / ml, it is often 99% or less. On the other hand, alumina used as light emitting tubes for high-intensity discharge lamps (HID lamps) such as high-pressure sodium lamps and metal halide lamps and semiconductor manufacturing equipment members requires a high-density sintered body with a relative density of 99.5% or more. In particular, arc tubes are required to have translucency in the visible light range.

【0003】多結晶アルミナが光を透過させるには、表
面がなめらかで、結晶粒界に不純物層がなく、かつ結晶
粒界や粒内に光の波長より大きい気孔が残存しない高密
度焼結体でなくてはならない。このため、高純度の原料
が必要で、成形過程で大きな欠陥を作らず、かつ焼結過
程でほぼ完全に残留気孔を除去することが必要である。
透光性を有する高密度アルミナの製造方法については、
一般的に以下に示す方法が採用されている。まず原料粉
末は、純度が99.9%以上の高純度でサブミクロンサ
イズのアルミナ粉末である。成形方法は、等方圧加圧成
形(CIP成形)、射出成形、鋳込み成形がある。焼結
方法は、真空焼結または水素雰囲気焼結、さらに高温等
方圧加圧処理(HIP処理)である。
In order for polycrystalline alumina to transmit light, the surface is smooth, there is no impurity layer at the crystal grain boundaries, and no pores larger than the wavelength of light remain in the crystal grain boundaries or grains. It must be Therefore, it is necessary to use a high-purity raw material, to make no major defects in the molding process, and to almost completely remove the residual pores in the sintering process.
For the production method of high density alumina having translucency,
Generally, the following method is adopted. First, the raw material powder is a high-purity submicron-sized alumina powder having a purity of 99.9% or more. The molding method includes isotropic pressure molding (CIP molding), injection molding and cast molding. The sintering method is vacuum sintering or hydrogen atmosphere sintering, and further high temperature isotropic pressure pressurization treatment (HIP treatment).

【0004】従来技術の問題について説明する。透光性
を有する高密度アルミナの製造方法において、成形方法
では成形体中に大きな欠陥の生成や不純物による成形体
の汚染による焼結体密度や透光性の低下、また形状付与
の限界、さらに焼結過程でのコスト上昇などが大きな問
題となっている。まず、CIP成形法では、成形できる
形状が限定される。例えば、HIDランプ発光管では、
直管形状のものに限定され、HIDランプに使用する
際、金属ガスの封着技術に多くの課題を残し、ランプの
寿命に大きく影響した。このため、透光管の形状を放電
部である中央部に比較して両端を細くした異形管にし、
封着し易くしようとする試みがなされている。この形状
であると、CIP成形法は適用できない。また、射出成
形法ではセラミックス粉末と樹脂の混合物を金型に圧入
して形状付与を行う。したがって、管状の成形体を作製
するためには、可燃性中子が必要であり、焼成課程で中
子と成形体の熱膨張の差が歩留まり低下の原因となる。
さらに、射出成形機のスクリューや金型からの鉄による
成形体の汚染が激しく、これが焼結体密度や透光性を低
下させる。
The problems of the prior art will be described. In the method of manufacturing high density alumina having translucency, in the molding method, the density of the sintered body and the translucency are lowered due to the generation of large defects in the molded body and the contamination of the molded body with impurities, and the limit of shape imparting The cost increase in the sintering process is a big problem. First, in the CIP molding method, the shape that can be molded is limited. For example, in the HID lamp arc tube,
It was limited to a straight tube shape, and when used in an HID lamp, many problems remained in the metal gas sealing technology, which greatly affected the life of the lamp. For this reason, the shape of the light-transmitting tube is a modified tube with both ends thinner than the central part, which is the discharge part,
Attempts have been made to facilitate sealing. With this shape, the CIP molding method cannot be applied. Further, in the injection molding method, a mixture of ceramic powder and resin is pressed into a mold to give a shape. Therefore, a combustible core is required to produce a tubular molded body, and a difference in thermal expansion between the core and the molded body during the firing process causes a reduction in yield.
Further, the contamination of the molded body with iron from the screw of the injection molding machine or the mold is severe, which reduces the density of the sintered body and the translucency.

【0005】鋳込み成形法は、通常は型材としては石膏
が使用されている。この場合、成形体はカルシウムで汚
染され、これが焼結後の焼結体に亀裂を発生させ、焼結
体密度や透光性の低下の原因となる。成形体中のカルシ
ウムを除去するためには、特開平8−301666のよ
うに、成形体を仮焼後、塩酸等で酸処理する工程が必要
である。また、石膏型を使用する限りにおいては、成形
速度が遅く量産システムの構築が困難であるだけでな
く、石膏型が産業廃棄物として大量に発生する。
In the cast molding method, gypsum is usually used as a mold material. In this case, the molded body is contaminated with calcium, which causes cracks in the sintered body after sintering, which causes a decrease in density and translucency of the sintered body. In order to remove calcium in the molded body, it is necessary to carry out the step of acidizing the molded body with hydrochloric acid or the like after calcining the molded body as in JP-A-8-301666. Further, as long as the plaster mold is used, the molding speed is slow and it is difficult to construct a mass production system, and a large amount of plaster mold is generated as industrial waste.

【0006】つぎに、透光性を有する高密度アルミナの
焼結は、真空焼結あるいは水素雰囲気焼結法により行わ
れている。これは、焼結過程で残留する気孔を極力少な
くするために採用されている方法であり、真空、水素雰
囲気焼結で残留した気孔はHIP処理により除去され
る。しかし、真空、水素雰囲気、HIPいずれの方法に
おいても、その装置が高額であり、多額の維持管理費必
要となる。特に、水素雰囲気焼結法については、高温状
態における水素の腐食性に起因する炉材やヒーター等の
消耗の激しさや大量の不活性ガスの置換が焼結コストの
低減化を妨げている。
Next, the translucent high density alumina is sintered by vacuum sintering or hydrogen atmosphere sintering. This is a method adopted to minimize the pores remaining in the sintering process, and the pores remaining in the vacuum and hydrogen atmosphere sintering are removed by the HIP process. However, in any of the vacuum, hydrogen atmosphere, and HIP methods, the equipment is expensive and requires a large amount of maintenance costs. In particular, in the hydrogen atmosphere sintering method, the exhaustion of furnace materials, heaters, etc. due to the corrosiveness of hydrogen at high temperatures and the replacement of a large amount of inert gas impede the reduction of the sintering cost.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高純度で粒
子径分布幅の極めて狭いα−アルミナ粉末を調製し、カ
ルシウムや鉄等の汚染がなく、生産性のよい鋳込み成形
法で成形し、かつ最もコストのかからない常圧焼結法に
より焼結することにより、α−アルミナの理論密度を
3.987g/mlとしたときの相対密度が99.5%
以上で、可視光の全透過率が0.6mm厚で85%以上
および直線透過率が1mm厚で20%以上の透光性を有
する高密度アルミナを製造し、安価かつ品質に優れた高
輝度放電灯(HIDランプ)の発光管や半導体製造装置
部材を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, α-alumina powder having a high purity and an extremely narrow particle size distribution width is prepared and molded by a cast molding method which is free from contamination such as calcium and iron and has good productivity. Moreover, the relative density is 99.5% when the theoretical density of α-alumina is set to 3.987 g / ml by sintering by the atmospheric pressure sintering method which is the least costly.
As described above, a high-density alumina having a total transmittance of visible light of 85% or more at a thickness of 0.6 mm and a linear transmittance of 20% or more at a thickness of 1 mm is manufactured, and is inexpensive and excellent in high brightness. It is an object to provide an arc tube of a discharge lamp (HID lamp) and a semiconductor manufacturing device member.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

【0009】本発明は、焼成方法として、大気雰囲気の
常圧焼結を採用して作製した、α−アルミナの理論密度
を3.987g/mlとしたときの相対密度が99.5
%以上で、可視光の全透過率が0.6mm厚で85%以
上および直線透過率が1mm厚で20%以上の透光性を
有する高密度アルミナを要旨としている。成形方法とし
て純度90%以上の多孔質アルミナ型を使用する鋳込み
成形法を採用しており、その場合、本発明は、成形方法
として純度90%以上の多孔質アルミナ型を使用する鋳
込み成形法を採用し、焼成方法として、大気雰囲気下で
常圧焼結を採用して作製した、α−アルミナの理論密度
を3.987g/mlとしたときの相対密度が99.5
%以上で、可視光の全透過率が0.6mm厚で85%以
上および直線透過率が1mm厚で20%以上の透光性を
有する高密度アルミナである。
The present invention has a relative density of 99.5 when the theoretical density of α-alumina produced by employing atmospheric pressure sintering as a firing method is 3.987 g / ml.
A high density alumina having a total transmittance of visible light of not less than 85% and a linear transmittance of not less than 85% at a thickness of 0.6 mm and a linear transmittance of not less than 20% at a thickness of 1 mm is defined as the gist. As a molding method, a cast molding method using a porous alumina mold having a purity of 90% or more is adopted. In that case, the present invention uses a cast molding method using a porous alumina mold having a purity of 90% or more as a molding method. The relative density of α-alumina, which was produced by adopting atmospheric pressure sintering in an air atmosphere as a firing method, was 99.5 when the theoretical density of α-alumina was 3.987 g / ml.
% High density alumina having a total visible light transmittance of 0.6% at a thickness of 85% or more and a linear transmittance of 1 mm at a thickness of 20% or more.

【0010】気孔径0.6μm以下、気孔率15%以上
で、純度90%以上の多孔質アルミナ型を使用してお
り、その場合、本発明は、気孔径0.6μm以下、気孔
率15%以上で、純度90%以上の多孔質アルミナ型を
使用する鋳込み成形法を採用し、焼成方法として、大気
雰囲気下で常圧焼結を採用して作製した、α−アルミナ
の理論密度を3.987g/mlとしたときの相対密度
が99.5%以上で、可視光の全透過率が0.6mm厚
で85%以上および直線透過率が1mm厚で20%以上
の透光性を有する高密度アルミナである。
A porous alumina type having a pore diameter of 0.6 μm or less, a porosity of 15% or more, and a purity of 90% or more is used. In that case, the present invention provides a pore diameter of 0.6 μm or less and a porosity of 15%. As described above, the theoretical density of α-alumina produced by adopting the casting method using a porous alumina mold having a purity of 90% or more and adopting atmospheric pressure sintering in the atmosphere as the firing method is 3. It has a relative density of 99.5% or more at 987 g / ml, a total transmittance of visible light of 85% or more at a thickness of 0.6 mm, and a linear transmittance of 20% or more at a thickness of 1 mm. Density alumina.

【0011】また、本発明は、粒子径分布幅を調整して
得た粒子径分布幅の極めて狭い99.9%以上の高純度
アルミナ粉末原料を、純度90%以上の多孔質アルミナ
型を使用して鋳込み成形し、次いで成形体を大気雰囲気
下で常圧焼結して、α−アルミナの理論密度を3.98
7g/mlとしたときの相対密度が99.5%以上で、
可視光の全透過率が0.6mm厚で85%以上および直
線透過率が1mm厚で20%以上の透光性を有する高密
度アルミナを特徴とする高密度アルミナの製造方法を要
旨としている。
Further, in the present invention, a high-purity alumina powder raw material having a narrow particle size distribution width of 99.9% or more obtained by adjusting the particle size distribution width and a porous alumina type having a purity of 90% or more are used. And then cast-molded, and then the molded body is subjected to atmospheric pressure sintering in an air atmosphere to obtain a theoretical density of α-alumina of 3.98.
When the relative density at 7 g / ml is 99.5% or more,
The gist is a method for producing high-density alumina, which is characterized by high-density alumina having a total visible light transmittance of 0.6 mm and a transmissivity of 85% or more and a linear transmittance of 1 mm and a transmissivity of 20% or more.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明で使用するアルミナ粉末原
料は、アルミナ工具や透光性アルミナ用原料として公知
の3N(99.9%)以上の高純度アルミナであって、
粒子径分布幅を調製して得た粒子径分布幅の極めて狭い
原料粉末を使用する。粒子径分布幅の狭い原料粉末を使
用することにより、ミクロ的にみて焼結過程での大きい
残留気孔の生成を防止することが可能となる。一般に広
い粒子径分布幅を有するアルミナ原料を使用して作製さ
れた成形体は、焼結過程において気孔の成長が起こり、
焼結体中に気孔を残留させる。大きい粉末に比べ小さい
粉末は大きい表面エネルギーを有し、焼結過程で小さい
粉末は大きい粉末側に移動し粒成長するが、そこに気孔
が残留する。そこで粒子径分布幅の狭い原料粉末を使用
することにより、粉末間の表面エネルギー準位の差が小
さくなり、ミクロ的にみて焼結過程での大きい残留気孔
の生成を防止することが可能となる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The alumina powder raw material used in the present invention is a high-purity alumina of 3N (99.9%) or more known as a raw material for alumina tools and translucent alumina.
A raw material powder having an extremely narrow particle size distribution width obtained by adjusting the particle size distribution width is used. By using the raw material powder having a narrow particle size distribution width, it is possible to prevent generation of large residual pores in the sintering process in a microscopic view. Generally, a molded body produced by using an alumina raw material having a wide particle size distribution width causes pore growth in the sintering process,
The pores are left in the sintered body. The small powder has a large surface energy as compared with the large powder, and the small powder moves to the large powder side and grows grains during the sintering process, but pores remain therein. Therefore, by using a raw material powder with a narrow particle size distribution width, the difference in surface energy level between the powders becomes small, and it becomes possible to prevent the generation of large residual pores in the sintering process from a microscopic viewpoint. .

【0013】本発明では、まず、粒子径分布幅の極めて
狭いアルミナ原料粉末を調製する。粒子径分布幅の極め
て狭いアルミナ原料粉末は、いかなる調製法で得られた
ものでもよい。これまで透光性アルミナ用原料として使
用されている、3N(99.9%)以上の高純度アルミ
ナ粉末を、水簸分級法により整粒されてもよい。また、
純度99.99%、粒子径分布を対数正規分布で整理し
た場合、標準偏差が1.24の粒子径分布幅の狭いアル
ミナ粉末は、気相合成法により作製されている。さら
に、これまで透光性アルミナ用原料として使用されてい
る、3N(99.9%)以上の高純度アルミナ粉末の成
形体を、焼成過程における700〜1000℃の間の適
当な温度で、5〜50時間保持することにより粒子径分
布幅を狭くすることが可能である。すなわち、上記70
0〜1000℃の間の適当な温度で、5〜50時間保持
することにより粒子径分布の微小粒子が成長し、全体と
して粒子径分布幅が狭くなる。
In the present invention, first, an alumina raw material powder having an extremely narrow particle size distribution width is prepared. The alumina raw material powder having an extremely narrow particle size distribution width may be obtained by any preparation method. High-purity alumina powder of 3N (99.9%) or more, which has been used as a raw material for translucent alumina, may be sized by an elutriation classification method. Also,
When the purity is 99.99% and the particle size distribution is arranged by a logarithmic normal distribution, an alumina powder having a standard deviation of 1.24 and a narrow particle size distribution width is produced by a vapor phase synthesis method. Furthermore, a molded body of 3N (99.9%) or higher high-purity alumina powder, which has been used as a raw material for translucent alumina so far, is heated at a suitable temperature between 700 and 1000 ° C. It is possible to narrow the width of the particle size distribution by holding it for about 50 hours. That is, the above 70
By holding at a suitable temperature between 0 to 1000 ° C. for 5 to 50 hours, fine particles having a particle size distribution grow and the width of the particle size distribution becomes narrow as a whole.

【0014】本発明は、透光性を有する高密度アルミナ
の製造に採用されていなかった、鋳込み成形法を採用す
る。鋳込み成形法は複雑・大型品の成形が可能で、かつ
高密度成形品が得られていることから、アルミナ、ジル
コニア、窒化珪素などの成形法に関する研究が盛んにお
こなわれている。本発明が採用する鋳込み成形法の基本
技術は、本発明者の発明に係る特開平6−170821
号に記載されている。該公報には、特定の成形型を用い
ることを特徴とする泥漿鋳込み成形法が記載され、該発
明は、セラミックスの鋳込み成形において、成形速度が
遅いという従来技術の問題点をスラリーに外圧をかける
という手段ではなく、セラミックス成形型の気孔率及び
気孔径を制御することにより解決するものである。すな
わち、セラミックスの鋳込み成形において、石膏型の替
わりに気孔率、気孔径を制御した多孔質セラミックスを
使用することにより成形速度を飛躍的に向上させてい
る。
The present invention employs a casting method that has not been used for producing a high density alumina having a light transmitting property. The cast molding method is capable of molding complicated and large-sized products, and high-density molded products have been obtained. Therefore, researches on molding methods of alumina, zirconia, silicon nitride, etc. have been actively conducted. The basic technique of the casting method adopted by the present invention is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-170821 of the present inventor.
No. The publication describes a slurry casting method characterized by using a specific shaping die. The present invention, in the casting method of ceramics, applies the external pressure to the slurry, which is a problem of the conventional technique that the shaping speed is slow. This problem is solved by controlling the porosity and the pore diameter of the ceramics molding die instead of the above means. That is, in the cast molding of ceramics, the molding speed is dramatically improved by using porous ceramics having controlled porosity and pore diameter instead of the gypsum mold.

【0015】本発明では多孔質アルミナ型を用いる。上
記特開平6−170821号には、ガラス質結合剤10
重量%以下を含有する粒径が2.0μ以下でかつよく整
粒されたセラミックス化合物粉末原料、好ましくはアル
ミナ粉末原料の成形体の焼結物である気孔径が0.6μ
以下で、かつ気孔率が30体積%以上である成形型を使
用することが記載されている。ガラス質結合剤としては
公知のアルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物
が用いられる。
In the present invention, a porous alumina type is used. In the above-mentioned JP-A-6-170821, the vitreous binder 10
Sintered compacts of ceramic compound powder raw material, preferably alumina powder raw material, containing less than 2.0% by weight and having a particle size of 2.0 μ or less and having a pore diameter of 0.6 μ.
It is described below that a mold having a porosity of 30% by volume or more is used. As the glassy binder, known alkali metal compounds and alkaline earth metal compounds are used.

【0016】本発明において、多孔質アルミナ型として
気孔径0.6μm以下、気孔率15体積%以上で、純度
90%以上の多孔質アルミナ型を使用することが好まし
く、その理由は以下の通りである。鋳込み成形により製
造されるセラミックス粉末はサブミクロン粉末を含有す
るため、0.6μm以上の気孔径をもつ多孔質アルミナ
型では、0.6μm以下の粒子は多孔質型に進入し、目
詰まりを生じさせるため、多孔質型の吸水圧力(毛細管
力)を低下させ、成形速度を遅くする。また、気孔率に
ついては、厚肉の鋳込み成形体を作製する場合に使用す
る多孔質アルミナ型は、成形速度を速くする必要があ
り、このため気孔径を小さくして毛細管力を高め、かつ
多孔質型中に吸収させた媒液を速く移動させるため、気
孔率を高くする必要がある。一方、1mmあるいは2m
m以下の薄い厚みの成形体を鋳込み成形する場合、成形
速度が速すぎると、鋳込み時間による厚み制御が困難と
なるため、多孔質アルミナ型の気孔率を低くし、成形速
度を遅くすることにより制御する必要がある。以上のよ
うな理由により、多孔質アルミナ型の気孔径は0.6μ
m以下、気孔率15体積%以上である必要がある。
In the present invention, it is preferable to use a porous alumina type having a pore diameter of 0.6 μm or less, a porosity of 15% by volume or more and a purity of 90% or more, for the following reason. is there. Since the ceramic powder produced by cast molding contains submicron powder, in the porous alumina type having a pore size of 0.6 μm or more, particles of 0.6 μm or less enter the porous type and cause clogging. Therefore, the water absorption pressure (capillary force) of the porous type is lowered, and the molding speed is slowed. Regarding the porosity, the porous alumina mold used when producing a thick cast-molded body needs to have a high molding speed, and therefore the pore diameter is reduced to enhance the capillary force and It is necessary to increase the porosity in order to quickly move the liquid medium absorbed in the mold. On the other hand, 1 mm or 2 m
When casting a molded article with a thin thickness of m or less, if the molding rate is too fast, it becomes difficult to control the thickness by the casting time. Therefore, by lowering the porosity of the porous alumina mold and slowing the molding rate, Need to control. For the above reasons, the pore size of the porous alumina type is 0.6μ.
m or less and porosity of 15 vol% or more.

【0017】多孔質セラミックス成形型の気孔率及び気
孔径の制御について説明する。多孔質セラミックスは色
々な方法で製造されるが、最も簡単な方法はセラミック
ス原料を成形し、緻密な焼結体が得られる焼結温度より
100〜400℃低い温度で焼結することにより得られ
る。多孔質セラミックスの最も重要な因子である気孔率
は、成形密度および焼結温度により決定され、成形密度
および焼結温度が低いほど気孔率は高くなる。また、気
孔径の制御については、よく整粒されたセラミックス原
料を使用すれば、その平均粒子径の約1/3の気孔径に
制御することが可能である。使用される型材としての多
孔質アルミナは、整粒されたアルミナにガラス質結合剤
を0〜10wt%添加し、気孔径および気孔率を制御す
る方法で製造されたものである。よく整粒されたアルミ
ナ粉末とは粒度分布の狭い粉末のことで、対数正規分布
式の標準偏差σが1.0〜2.0の範囲にあるものであ
る。
The control of the porosity and the pore diameter of the porous ceramics mold will be described. Porous ceramics are manufactured by various methods, but the simplest method is obtained by molding a ceramic raw material and sintering at a temperature 100 to 400 ° C. lower than the sintering temperature at which a dense sintered body is obtained. . The porosity, which is the most important factor of the porous ceramics, is determined by the molding density and the sintering temperature. The lower the molding density and the sintering temperature, the higher the porosity. Regarding the control of the pore diameter, if a well-sized ceramic raw material is used, the pore diameter can be controlled to about 1/3 of the average particle diameter. The porous alumina used as a mold material is manufactured by a method of controlling the pore diameter and the porosity by adding 0 to 10 wt% of a vitreous binder to sized alumina. The well-sized alumina powder is a powder having a narrow particle size distribution, and the standard deviation σ of the lognormal distribution formula is in the range of 1.0 to 2.0.

【0018】鋳込み成形型としての気孔径制御の意味に
ついて説明する。セラミックスの鋳込み成形において、
スラリーを加圧した場合、圧力が高くなればなるほど成
形速度は早くなる。親水性の多孔体における液体の浸透
圧力△Pは、常圧での鋳込み成形では液体のぬれ効果に
よるものであることから、式Iで表すことができる。
The meaning of controlling the pore size of the casting mold will be described. In cast molding of ceramics,
When the slurry is pressurized, the higher the pressure, the faster the molding speed. The osmotic pressure ΔP of the liquid in the hydrophilic porous body can be represented by the formula I because it is due to the wetting effect of the liquid in the casting at normal pressure.

【数1】 ここで、γLcosθはぬれの自由エネルギー、rは気孔半
径である。式Iより、水とのぬれの自由エネルギーが大
きい材質ほど、また気孔径が小さい多孔質セラミックス
ほど浸透圧力は大きくなり、鋳込み成形における成形速
度は速くなることがわかる。また、セラミックス原料は
微粒子化がすすみ、スラリー中に分散されたセラミック
ス粉末は、鋳込み型の気孔径が大きいと気孔中に入り、
目詰まりの原因ともなることから、気孔径が制御できる
ことは意味あることである。
[Equation 1] Here, γLcosθ is the free energy of wetting, and r is the pore radius. From the formula I, it can be seen that the material having a larger free energy of wetting with water and the porous ceramic having a smaller pore diameter have a higher osmotic pressure and a higher molding speed in casting. In addition, the ceramic raw material is becoming finer particles, and the ceramic powder dispersed in the slurry enters the pores when the porosity of the casting mold is large,
It is significant that the pore size can be controlled because it also causes clogging.

【0019】多孔質アルミナと石膏の型材としての性能
比較について説明する。従来の石膏型を使用する鋳込み
成形法の問題点は、(1)成形速度が遅い、(2)石膏型の摩
耗・溶解による成形体のCa汚染および寸法精度の低下
等である。石膏型の摩擦・溶解に対しては樹脂型等、脱
石膏型化が検討されているが、型材質が疎水性のため加
圧の必要性がある。また、焼結したセラミックス化合物
焼結体からなる細孔直径が1μm以下である成形型も開
発されているが、半永久的に使用できるという脱石膏型
化の検討がなされているだけである(特開昭62−24
4603号公報)。鋳込み成形における成形速度は均一
な組織を有する成形体を得るためには重要な因子であ
る。すなわち、スラリー中に分散されたセラミックス原
料は時間の経過とともに凝集するため、成形時間が経過
するとともに成形体密度は低下する。この凝集の現象は
セラミックス原料が微粒子になるほど強くなる。鋳込み
成形速度は石膏型の吸水圧力および吸水速度に支配され
ることから、スラリーに外圧をかけることにより成形速
度を早くすることが試みられている。石膏型としては、
ファインセラミックスの鋳込み成形に一般的に使用され
ているα石膏100部に対して水45部を加え、5分間
攪拌し、5分間静置した後、石膏型とした(型1とい
う。)。一方、多孔質アルミナについては、平均粒子径
が20μm、3μm、1.3μmの各アルミナを30M
paの圧力でプレス成形し、20μmのアルミナについ
ては1650℃、3μmおよび1.3μmについては1
400℃で焼結し多孔体とした(型2〜型4とい
う。)。さらに、平均粒子径1.3μmについては、3
つの試験体について、60Mpaの圧力でプレス成形
し、焼結温度を変えて(1400℃、1500℃、15
50℃)多孔体とした(型5〜型7という。)。石膏お
よび多孔質アルミナの物理特性、すなわち平均気孔径
(水銀ポロシーメータ法)、気孔率(水中重量法)およ
び水に対するぬれの自由エネルギー(浸透速度法)を表
1に示す。
A performance comparison between porous alumina and gypsum as a mold material will be described. Problems of the conventional cast molding method using a gypsum mold are (1) slow molding speed, (2) Ca contamination of the molded body due to wear and dissolution of the gypsum mold, and deterioration of dimensional accuracy. For the friction and dissolution of the gypsum mold, it has been considered to use a deplaster mold such as a resin mold, but it is necessary to apply pressure because the mold material is hydrophobic. In addition, although a mold made of a sintered ceramic compound sintered body and having a pore diameter of 1 μm or less has been developed, only a study on making a gypsum mold that can be used semipermanently has been made. Kaisho 62-24
4603 publication). The molding speed in cast molding is an important factor for obtaining a molded product having a uniform structure. That is, since the ceramic raw material dispersed in the slurry aggregates with the passage of time, the compact density decreases with the passage of the shaping time. This agglomeration phenomenon becomes stronger as the ceramic raw material becomes finer particles. Since the casting speed is governed by the water absorption pressure and water absorption speed of the gypsum mold, it has been attempted to increase the molding speed by applying external pressure to the slurry. As a plaster mold,
45 parts of water was added to 100 parts of α-gypsum generally used for cast molding of fine ceramics, and the mixture was stirred for 5 minutes and allowed to stand for 5 minutes to obtain a plaster mold (referred to as mold 1). On the other hand, for porous alumina, 30 M of each alumina having an average particle size of 20 μm, 3 μm, and 1.3 μm is used.
Press molded at a pressure of pa, 1650 ° C. for 20 μm alumina, 1 for 3 μm and 1.3 μm.
It was sintered at 400 ° C. to obtain a porous body (referred to as mold 2 to mold 4). Furthermore, for an average particle size of 1.3 μm, 3
One test piece was press-molded at a pressure of 60 MPa and the sintering temperature was changed (1400 ° C, 1500 ° C, 15 ° C).
50 ° C.) A porous body (types 5 to 7). Table 1 shows the physical properties of gypsum and porous alumina, that is, the average pore diameter (mercury porosimeter method), porosity (weight method in water), and free energy of wetting with water (penetration rate method).

【0020】[0020]

【表1】 ────────────────────────────────── 平均気孔径気孔率ぬれの自由エネルギー 型 試験体 μm % mN/m ────────────────────────────────── 1 石膏 4.39 43.5 0.92 2 アルミナ20μm 7.46 45.1 7.98 3 アルミナ3μm 1.12 43.4 11.87 4 アルミナ1.3μm 0.56 40.4 14.37 5 アルミナ1.3μm 0.47 36.6 14.90 6 アルミナ1.3μm 0.45 30.3 14.82 7 アルミナ1.3μm 0.42 24.0 8.59 ──────────────────────────────────[Table 1] ───────────────────────────────────                               Average Pore Size Porosity Wetting Free Energy        Type Specimen μm% mN / m ───────────────────────────────────   1 gypsum 4.39 43.5 0.92   2 Alumina 20 μm 7.46 45.1 7.98   3 Alumina 3 μm 1.12 43.4 11.87   4 Alumina 1.3 μm 0.56 40.4 14.37   5 Alumina 1.3 μm 0.47 36.6 14.90   6 Alumina 1.3 μm 0.45 30.3 14.82   7 Alumina 1.3 μm 0.42 24.0 8.59 ───────────────────────────────────

【0021】表1において、型1の石膏の平均気孔径が
4.4μmであるのに対して、多孔質アルミナの平均気
孔径は型2〜型4と使用した原料の平均粒子径が小さく
なるとともに減少しており、使用した原料の平均粒子径
のほぼ1/3となっている。型4と型5とは成形密度だ
けが異なっており、型5と型6とは焼結温度だけが異な
っており、気孔率は成形密度および焼結温度によって決
定されることが裏付けられている。多孔質アルミナのぬ
れの自由エネルギーは、平均気孔径が小さくなるほど大
きくなり、一定の値を示していない。これは気孔の形状
および気孔表面の状態に左右されたものと考えられる
が、いずれにしても多孔質アルミナのぬれの自由エネル
ギーは石膏に対して8〜14倍の大きい値を示してい
る。したがって、式 から、石膏に比較して多孔質アル
ミナは平均気孔径が小さくなるほどぬれ効果による浸透
圧力は大きくなるといえる。
In Table 1, the average pore diameter of the plaster of type 1 is 4.4 μm, whereas the average pore diameter of the porous alumina is smaller than the average particle diameter of the raw materials used in types 2 to 4. The average particle size of the raw materials used is about 1/3. It is proved that the mold 4 and the mold 5 are different from each other only in the molding density, and the molds 5 and 6 are different from each other only in the sintering temperature, and the porosity is determined by the molding density and the sintering temperature. . The free energy of wetting of porous alumina increases as the average pore diameter decreases, and does not show a constant value. It is considered that this depends on the shape of the pores and the state of the surface of the pores, but in any case, the free energy of wetting of the porous alumina is 8 to 14 times as large as that of gypsum. Therefore, from the equation, it can be said that, as compared with gypsum, the smaller the average pore diameter, the higher the osmotic pressure due to the wetting effect.

【0022】表1に示した7種類の多孔体、型1〜型7
についてアルミナの鋳込み成形試験を実施した。平均粒
子径0.6μmのアルミナ100部に対して、水30
部、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム塩0.4
部、アクリル系バインダー1.5部を加えて作製したア
ルミナスラリーについて、鋳込み時間tに対する着肉厚
さLを測定し、着肉速度定数(L2/t)を算出した。
図1に水の浸透圧力△Pと着肉速度定数との関係を示
す。図1において、石膏の着肉速度定数はアルミナ20
μmより少し大きい値を示しているが、多孔質アルミナ
の平均気孔径が小さくなるとともに着肉速度定数は増大
し、石膏に比較してアルミナ1.3μmの着肉速度定数
は最大約12倍の値を示している。この事実は、水に対
するぬれの自由エネルギーが大きい材質で、かつ平均気
孔径が極力小さい多孔質セラミックスをセラミックスの
鋳込み成形用型として使用すれば、石膏型に比較して飛
躍的に成形速度が速くなることを教示するものである。
7 types of porous materials shown in Table 1, type 1 to type 7
The alumina casting test was carried out. 30 parts of water to 100 parts of alumina having an average particle size of 0.6 μm
Parts, polycarboxylic acid ammonium salt 0.4 as a dispersant
Parts, and an alumina slurry prepared by adding 1.5 parts of an acrylic binder, the thickness L of the wall thickness with respect to the casting time t was measured, and the rate constant (L2 / t) of the wall thickness was calculated.
FIG. 1 shows the relationship between the water penetration pressure ΔP and the inking rate constant. In FIG. 1, the rate of infiltration rate of gypsum is 20 for alumina.
Although it shows a value slightly larger than μm, the average pore size of porous alumina decreases and the rate of deposition rate increases, and the rate of deposition rate of 1.3 μm of alumina is up to about 12 times that of gypsum. Indicates the value. This fact is that if porous ceramics, which is a material with high free energy of wetting against water and has an average pore size as small as possible, is used as a casting mold for ceramics, the molding speed is dramatically faster than that of a plaster mold. It teaches that

【0023】焼結は大気雰囲気の常圧焼結により行う。
粒子径分布幅の極めて狭い高純度アルミナ原料を使用
し、成形過程で大気孔のない成形体を作製すれば、常圧
焼結法でも透光性を有する高密度アルミナを製造するこ
とが可能である。本発明の焼結法は最も安価な常圧焼結
により行う。一般に、ある粒子径分布幅を有するアルミ
ナ原料を使用して作製された成形体は、焼結過程、特に
焼結初期、中期過程において気孔の成長が起こり、焼結
体中の気孔を残留させる。粒子径の大きい粉末に比較し
て、小さい粉末は表面エネルギーが大きく、焼結過程で
小さい粉末は大きい粉末側に移動して、そこに気孔が残
留する。そこで粒子径分布幅の狭い原料粉末を使用する
ことにより、粉末間の表面エネルギー準位の差が小さく
なり、ミクロ的にみて焼結過程での大きい残留気孔の生
成を防止することが可能となる。したがって、粒子径分
布幅の極めて狭い高純度アルミナを使用し、成形過程で
大気孔のない成形体を作製すれば、常圧焼結でも透光性
を有する高純度高密度アルミナ焼結体を製造することが
可能である。また、これまで透光性アルミナ用原料とし
て使用されている、3N(99.9%)以上の高純度ア
ルミナ粉末の成形体を、焼成過程における700〜10
00℃の間の適当な温度で、5〜50時間保持すること
により粒子径分布幅を狭くすることが可能である。すな
わち、上記700〜1000℃の間の適当な温度で、5
〜50時間保持することにより粒子径分布の微小粒子が
成長し、全体として粒子径分布幅が狭くなる。結果とし
て、粒子径分布幅の狭い原料粉末を使用した場合と、同
様の効果が得られ、結果として、常圧焼結により透光性
を有する高純度高密度アルミナ焼結体を製造することが
可能である。
Sintering is performed by atmospheric pressure sintering in an air atmosphere.
If high-purity alumina raw material with an extremely narrow particle size distribution width is used and a molded product with no air holes is created during the molding process, it is possible to manufacture a high-density alumina that has translucency even by the atmospheric pressure sintering method. is there. The sintering method of the present invention is performed by the most inexpensive atmospheric pressure sintering. In general, a molded body produced by using an alumina raw material having a certain particle size distribution width causes pores to grow in the sintering process, particularly in the early and middle stages of sintering, so that the pores in the sintered body remain. Smaller powders have a larger surface energy than powders with a larger particle size, and smaller powders move to the larger powder side during the sintering process, leaving pores therein. Therefore, by using a raw material powder with a narrow particle size distribution width, the difference in surface energy level between the powders becomes small, and it becomes possible to prevent the generation of large residual pores in the sintering process from a microscopic viewpoint. . Therefore, if high-purity alumina with an extremely narrow particle size distribution is used and a molded body with no air holes is produced during the molding process, a high-purity high-density alumina sintered body that has translucency even under normal pressure sintering can be manufactured. It is possible to In addition, a molded body of 3N (99.9%) or higher high-purity alumina powder, which has been used as a raw material for translucent alumina, is used in the firing process at 700 to 10%.
It is possible to narrow the particle size distribution width by holding the powder at a suitable temperature between 00 ° C. for 5 to 50 hours. That is, at an appropriate temperature between 700 and 1000 ° C., 5
By holding for up to 50 hours, fine particles having a particle size distribution grow and the particle size distribution width becomes narrow as a whole. As a result, the same effect as in the case of using the raw material powder having a narrow particle size distribution width can be obtained, and as a result, it is possible to produce a high-purity high-density alumina sintered body having translucency by pressureless sintering. It is possible.

【0024】HIDランプ用発光管について、高圧・低
圧ナトリウムランプ、水銀灯、メタルハライドランプな
どのHID(高輝度放電、High Intensity Discharge
d)ランプは、低電力で高輝度を得られる省エネルギー
型のランプとして、その効率の良さと演色性の良さか
ら、最近急激に利用範囲が拡大される傾向にある。これ
まで、高圧・低圧ナトリウムランプの発光管として透光
性アルミナ発光管が、水銀灯及びメタルハライドランプ
の発光管には石英ガラス発光管が使用されてきた。しか
し、さらにエネルギー効率のよい省エネルギー型のメタ
ルハライドランプを商品化し普及させるためには、発光
管の温度を上げることにより高輝度化を達成し、かつ長
寿命化を可能にする発光管を安価に供給することの開発
が不可欠となっている。近年、このような要求に応える
発光管として透光性アルミナがクローズアップされ、検
討され始めたところである。本発明は透光性アルミナ管
の安価な製造技術を提供し、省エネルギー型のHIDラ
ンプの製造コストの低減化に寄与し、HIDランプの普
及を図ることにより、省エネルギー対策に貢献すること
が可能である。
Regarding HID lamp arc tubes, HID (high intensity discharge, high intensity discharge, high pressure / low pressure sodium lamps, mercury lamps, metal halide lamps, etc.)
d) Lamps are energy-saving lamps that can obtain high brightness with low power consumption, and due to their high efficiency and good color rendering properties, their usage range has recently been rapidly expanding. Heretofore, a translucent alumina arc tube has been used as the arc tube of the high pressure / low pressure sodium lamp, and a quartz glass arc tube has been used as the arc tube of the mercury lamp and the metal halide lamp. However, in order to commercialize and popularize energy-saving metal halide lamps that are even more energy efficient, it is possible to inexpensively supply arc tubes that achieve higher brightness and longer life by raising the temperature of the arc tubes. The development of things to do is essential. In recent years, translucent alumina has been highlighted as a light-emitting tube that meets such demands, and is being studied. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides an inexpensive manufacturing technique for a translucent alumina tube, contributes to a reduction in the manufacturing cost of an energy-saving HID lamp, and contributes to energy-saving measures by promoting the spread of HID lamps. is there.

【0025】[0025]

【作用】本発明は、石膏型の代わりに気孔径0.6μm
以下、気孔率15%以上で、純度90%以上の多孔質ア
ルミナ型を使用した鋳込み成形法を採用することによ
り、カルシウム汚染のない高密度成形体が得られ、かつ
多孔質アルミナ型は石膏型に比較して毛細管力、すなわ
ち吸引力が大きく、成形速度がはるかに速いことから、
低コストで高密度のアルミナの成形が可能となる。ま
た、多孔質アルミナ型は半永久的に使用することが可能
であり、石膏型のような産業廃棄物の発生はない。
The function of the present invention is to replace the plaster mold with a pore size of 0.6 μm.
Hereinafter, by adopting a casting method using a porous alumina mold having a porosity of 15% or more and a purity of 90% or more, a high density molded body free of calcium contamination can be obtained, and the porous alumina mold is a gypsum mold. Capillary force, that is, suction force is large compared to, and the molding speed is much faster,
It is possible to mold high density alumina at low cost. In addition, the porous alumina type can be used semipermanently and does not generate industrial waste unlike the gypsum type.

【0026】本発明の焼結法は最も安価な大気雰囲気の
常圧焼結により行う。一般にある粒子径分布幅を有する
アルミナ原料を使用して作製された成形体は、焼結過程
において気孔の成長が起こり、焼結体中に気孔を残留さ
せる。大きい粉末に比べ小さい粉末は大きい表面エネル
ギーを有し、焼結過程で小さい粉末は大きい粉末側に移
動し、そこに気孔が残留する。そこで粒子径分布幅の狭
い原料粉末を使用することにより、粉末間の表面エネル
ギー単位の差が小さくなり、ミクロ的にみて焼結過程で
の大きい残留気孔の生成を防止することが可能となる。
したがって、粒子径分布幅の極めて狭い高純度アルミナ
原料を使用し、成形過程で大気孔のない成形体を作製す
れば、常圧焼結法でも透光性を有する高密度アルミナを
製造することが可能である。
The sintering method of the present invention is performed by atmospheric pressure sintering in the cheapest atmosphere. Generally, in a molded body produced using an alumina raw material having a certain particle size distribution width, pores grow in the sintering process, and the pores remain in the sintered body. Smaller powders have higher surface energy than larger ones, and smaller powders move to the larger powder side during the sintering process, leaving pores there. Therefore, by using the raw material powder having a narrow particle size distribution width, the difference in surface energy unit between the powders becomes small, and it becomes possible to prevent the generation of large residual pores in the sintering process in a microscopic view.
Therefore, if a high-purity alumina raw material with an extremely narrow particle size distribution width is used and a molded body without atmospheric holes is manufactured in the molding process, it is possible to manufacture a high-density alumina having a light-transmitting property even by an atmospheric pressure sintering method. It is possible.

【0027】[0027]

【実施例】本願発明の詳細を実施例で説明する。本願発
明はこれら実施例によって何ら限定されるものではな
い。
The details of the present invention will be described with reference to Examples. The present invention is not limited to these examples.

【0028】実施例1 粒子径分布幅の狭い高純度アルミナ原料を使用し、多孔
質アルミナ型を使用して鋳込み成形後、常圧焼結により
作製したアルミナ焼結体の一製造方法と特性を示す。純
度99.99%、平均粒子径0.45μm、粒子径分布
を対数正規分布で整理した場合の標準偏差1.24のア
ルミナ粉末100gに対して、酸化マグネシウム換算で
0.03mass%、分散剤(ポリカルボン酸アンモニ
ウム塩)0.225mass%、バインダー(アクリル
系)1.5mass%、蒸留水43.8mass%を加
え、プラスチックポット及びボールを使用してスラリー
を作製した。
Example 1 A method for producing an alumina sintered body prepared by casting using a high-purity alumina raw material having a narrow particle size distribution width, using a porous alumina mold, and then performing normal pressure sintering Show. Purity 99.99%, average particle diameter 0.45 μm, 0.03 mass% in terms of magnesium oxide, with respect to 100 g of alumina powder having a standard deviation of 1.24 when the particle diameter distribution is arranged by a logarithmic normal distribution, a dispersant ( 0.225 mass% of polycarboxylic acid ammonium salt), 1.5 mass% of binder (acrylic) and 43.8 mass% of distilled water were added, and a slurry was prepared using a plastic pot and a ball.

【0029】これを平均気孔径0.4μ、気孔率19%
(A)及び29%(B)の多孔質アルミナ型を使用して
鋳込み成形した。60秒後の成形体の厚みは、型Aで
1.9mm、型Bで2.2mmであった。乾燥後、16
50℃で5時間焼結させたところ、得られた焼結体はい
ずれも白色で、透光性を示し、かさ比重3.98、相対
密度99.8%の高密度焼結体が得られた。本焼結体
は、従来の水素雰囲気焼結等により作製された焼結体
と、同等以上の高密度焼結体であった。
This has an average pore diameter of 0.4 μ and a porosity of 19%.
(A) and 29% (B) porous alumina molds were used for casting. The thickness of the molded body after 60 seconds was 1.9 mm in the mold A and 2.2 mm in the mold B. 16 after drying
When sintered at 50 ° C. for 5 hours, all of the obtained sintered bodies were white and showed translucency, and a high-density sintered body having a bulk specific gravity of 3.98 and a relative density of 99.8% was obtained. It was The present sintered body was a high density sintered body equivalent to or higher than the conventional sintered body produced by hydrogen atmosphere sintering or the like.

【0030】実施例2 全透過率及び直線透過率のデータを明示する。純度 9
9.99%、平均粒子径 0.45μm、粒子径分布を
対数正規分布で整理した場合の標準偏差1.24のアル
ミナ粉末に、分散剤(ポリカルボン酸アンモニウム塩)
0.3mass%、バインダー(ポリビニルアルコール
系もしくはアクリル系)2mass%、蒸留水 43.
8mass%を加え、プラスチックスポット及びボール
を使用してスラリーを作製した。これを平均気孔径0.
4μm、気孔率25%で純度99.8%の多孔質アルミ
ナ型を使用して鋳込み成形により、50×50×3mm
の平板、及び外径11mm、長さ30mm、厚み0.8
mmの円筒の成形体を作製した。乾燥後、大気雰囲気の
常圧焼結により1650〜1750℃で3時間焼結させ
た。得られた焼結体はいずれも白色で、透光性を示し、
相対密度99.6〜99.8%の高密度焼結体であっ
た。平板の焼結体を40×40×1mmに、円筒の焼結
体を外径9mm、長さ25mm、厚み0.6〜0.7m
mに加工し、両焼結体の表面粗さを約0.4μmRyに
研磨した。平板の焼結体を用いて直線透過率を測定した
結果の一例を図2に示す。可視光の波長領域においてい
ずれも直線透過率は30%以上を示した。円筒状の焼結
体を用いて全透過率を測定した結果、全透過率は89.
60%〜91.96%を示した。直線透過率及び全透過
率とも大気雰囲気の常圧焼結において作製したアルミナ
焼結体としては極めて高い値を示した。
Example 2 The data of total transmittance and linear transmittance are specified. Purity 9
Dispersant (polycarboxylic acid ammonium salt) was added to alumina powder having 9.99%, an average particle diameter of 0.45 μm, and a standard deviation of 1.24 when the particle diameter distribution is arranged in a lognormal distribution.
0.3 mass%, binder (polyvinyl alcohol-based or acrylic-based) 2 mass%, distilled water 43.
8 mass% was added to make a slurry using plastic spots and balls. This has an average pore diameter of 0.
50 μm × 50 mm × 3 mm by casting using a porous alumina mold with 4 μm, porosity of 25% and purity of 99.8%.
Flat plate and outer diameter 11 mm, length 30 mm, thickness 0.8
A cylindrical molded body of mm was produced. After drying, it was sintered by atmospheric pressure sintering at 1650 to 1750 ° C. for 3 hours. All the obtained sintered bodies were white and showed translucency.
The high density sintered body had a relative density of 99.6 to 99.8%. The flat plate sintered body has a size of 40 × 40 × 1 mm, and the cylindrical sintered body has an outer diameter of 9 mm, a length of 25 mm, and a thickness of 0.6 to 0.7 m.
m, and the surface roughness of both sintered bodies was polished to about 0.4 μm Ry. FIG. 2 shows an example of the result of measuring the linear transmittance using a flat plate sintered body. In the visible wavelength region, the linear transmittance was 30% or more in all cases. As a result of measuring the total transmittance using a cylindrical sintered body, the total transmittance was 89.
It showed 60% to 91.96%. Both the linear transmittance and the total transmittance were extremely high values for an alumina sintered body prepared by atmospheric pressure sintering in an air atmosphere.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明は安価にα−アルミナの理論密度
を3.987g/mlとしたときの相対密度が99.5
%以上で、可視光の全透過率が0.6mm厚で85%以
上および直線透過率が1mm厚で20%以上の透光性を
有する高密度アルミナを製造することができる。最終製
品である省エネタイプのHIDランプや半導体製造装置
の社会的必要性が高いことから考えて、本発明は安価か
つ品質に優れたHIDランプ用発光管や半導体製造装置
部材を提供することができる。
According to the present invention, when the theoretical density of α-alumina is set to 3.987 g / ml at low cost, the relative density is 99.5.
%, It is possible to produce a high-density alumina having a total transmittance of visible light of not less than 85% at a thickness of 0.6 mm and a linear transmittance of not less than 20% at a thickness of 1 mm. Considering that the energy saving type HID lamp and the semiconductor manufacturing equipment, which are the final products, are highly needed by the society, the present invention can provide a light emitting tube for HID lamp and a semiconductor manufacturing equipment member which are inexpensive and excellent in quality. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】水の浸透圧力△Pと着肉速度定数との関係を示
す。
FIG. 1 shows the relationship between the water penetration pressure ΔP and the inking rate constant.

【図2】実施例2の平板の焼結体を用いて直線透過率を
測定した結果を示す。
FIG. 2 shows the results of measurement of linear transmittance using the flat plate sintered body of Example 2.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 焼成方法として、大気雰囲気の常圧焼結
を採用して作製した、α−アルミナの理論密度を3.9
87g/mlとしたときの相対密度が99.5%以上
で、可視光の全透過率が0.6mm厚で85%以上およ
び直線透過率が1mm厚で20%以上の透光性を有する
高密度アルミナ。
1. The theoretical density of α-alumina prepared by employing atmospheric pressure sintering as a firing method is 3.9.
It has a relative density of 99.5% or more at 87 g / ml, a total transmittance of visible light of 85% or more at a thickness of 0.6 mm, and a linear transmittance of 20% or more at a thickness of 1 mm. Density alumina.
【請求項2】 成形方法として、純度90%以上の多孔
質アルミナ型を使用する鋳込み成形法を採用した請求項
1の高密度アルミナ。
2. The high-density alumina according to claim 1, wherein a casting method using a porous alumina mold having a purity of 90% or more is adopted as a molding method.
【請求項3】 気孔径0.6μm以下、気孔率15%以
上で、純度90%以上の多孔質アルミナ型を使用する請
求項2の安価な高密度アルミナ。
3. The inexpensive high-density alumina according to claim 2, wherein a porous alumina type having a pore diameter of 0.6 μm or less, a porosity of 15% or more, and a purity of 90% or more is used.
【請求項4】 粒子径分布幅を調整して得た粒子径分布
幅の極めて狭い99.9%以上の高純度アルミナ粉末原
料を、純度90%以上の多孔質アルミナ型を使用して鋳
込み成形し、次いで成形体を大気雰囲気下で常圧焼結し
て、α−アルミナの理論密度を3.987g/mlとし
たときの相対密度が99.5%以上で、可視光の全透過
率が0.6mm厚で85%以上および直線透過率が1m
m厚で20%以上の透光性を有する高密度アルミナを特
徴とする高密度アルミナの製造方法。
4. A high-purity alumina powder raw material having an extremely narrow particle size distribution width of 99.9% or more obtained by adjusting the particle size distribution width is cast-molded using a porous alumina mold having a purity of 90% or more. Then, the molded body is sintered under atmospheric pressure at atmospheric pressure to obtain a relative density of 99.5% or more when the theoretical density of α-alumina is 3.987 g / ml, and the total transmittance of visible light is 85% or more at 0.6 mm thickness and linear transmittance of 1 m
A method for producing high-density alumina, which is characterized in that the high-density alumina has a light-transmitting property of 20% or more in m thickness.
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