JP2880860B2 - 透光性セラミックス及びその製造方法 - Google Patents
透光性セラミックス及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アモルファス合金を酸
化することによって得られる透光性セラミックス及びそ
の製造方法に関する。
化することによって得られる透光性セラミックス及びそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にセラミックスは、不透明で光学材
料には不向きとされていたが、近年、各種の透光性セラ
ミックスが開発され、耐熱性透明材料として、例えば、
高圧ナトリウム放電灯、高温用のぞき窓、光学レンズ、
赤外光用窓、機能素子搭載用基板、光メモリ、光シャッ
ター等の用途に利用されている。
料には不向きとされていたが、近年、各種の透光性セラ
ミックスが開発され、耐熱性透明材料として、例えば、
高圧ナトリウム放電灯、高温用のぞき窓、光学レンズ、
赤外光用窓、機能素子搭載用基板、光メモリ、光シャッ
ター等の用途に利用されている。
【０００３】これまでに知られている代表的な透光性セ
ラミックスとしては、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、
ＢｅＯ、Ｇｄ2 Ｏ3 、ＣａＯ、ＴｈＯ2 、ＰＬＺＴなど
が挙げられる。このうち多結晶体のセラミックスは、そ
の微細構造や粒界の性質を適当に制御することにより透
光性を示すものであり、次のような条件が必要と言われ
ている。
ラミックスとしては、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、
ＢｅＯ、Ｇｄ2 Ｏ3 、ＣａＯ、ＴｈＯ2 、ＰＬＺＴなど
が挙げられる。このうち多結晶体のセラミックスは、そ
の微細構造や粒界の性質を適当に制御することにより透
光性を示すものであり、次のような条件が必要と言われ
ている。
【０００４】高密度であること（理論密度の９９．５
％以上）。 粒界に気孔や空孔が全くないか、又はその大きさが可
視光波長より十分小さいこと。 粒界に不純物やガラス質部分がないか、又はそれらが
十分小さく、結晶部分との光学的性質の差が十分小さい
こと。 結晶粒界は均一で、焼結時の粒成長速度が遅く、気孔
が粒内に閉じ込められていないこと。 光学的な研磨面が得られること。
％以上）。 粒界に気孔や空孔が全くないか、又はその大きさが可
視光波長より十分小さいこと。 粒界に不純物やガラス質部分がないか、又はそれらが
十分小さく、結晶部分との光学的性質の差が十分小さい
こと。 結晶粒界は均一で、焼結時の粒成長速度が遅く、気孔
が粒内に閉じ込められていないこと。 光学的な研磨面が得られること。
【０００５】こうした特性を得るため、緻密化を阻害し
たり、光学的性質の違う異相を形成する不純物を原料粉
末から除去し、かつ、原料粉末をできるだけ微細にする
ことが必要とされる。
たり、光学的性質の違う異相を形成する不純物を原料粉
末から除去し、かつ、原料粉末をできるだけ微細にする
ことが必要とされる。
【０００６】このため、従来の多結晶体の透光性セラミ
ックスは、高純度で微細化された原料粉末を用い、これ
を静水圧成形・雰囲気焼結法又はホットプレス法等で焼
結することにより製造されている。例えば透光性セラミ
ックスとして代表的なＭｇＯの場合、高純度で微細化さ
れたＭｇＯ粉末に、微量の添加剤としてＬｉＦ、ＮａＦ
等を加え、ホットプレス法で作られている。
ックスは、高純度で微細化された原料粉末を用い、これ
を静水圧成形・雰囲気焼結法又はホットプレス法等で焼
結することにより製造されている。例えば透光性セラミ
ックスとして代表的なＭｇＯの場合、高純度で微細化さ
れたＭｇＯ粉末に、微量の添加剤としてＬｉＦ、ＮａＦ
等を加え、ホットプレス法で作られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の透光性セラミックスの製造においては、原材料の微
粉末化、原料の品質、混合の均一化、静水圧成形、雰囲
気焼結、ホットプレス等の条件など、制御すべき因子が
多く、完全な透光性のものを得ることが困難であった。
来の透光性セラミックスの製造においては、原材料の微
粉末化、原料の品質、混合の均一化、静水圧成形、雰囲
気焼結、ホットプレス等の条件など、制御すべき因子が
多く、完全な透光性のものを得ることが困難であった。
【０００８】したがって、本発明の目的は、原料の調製
や、成形・焼成条件などの複雑な制御を必要とせずに、
簡単な方法で容易に製造できるようにした透光性セラミ
ックス及びその製造方法を提供することにある。
や、成形・焼成条件などの複雑な制御を必要とせずに、
簡単な方法で容易に製造できるようにした透光性セラミ
ックス及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による透光性セラミックスの一つは、Ａｌ
と、Ｙ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｐｒからなる
群より選ばれた一種又は二種以上の元素Ｍとをセラミッ
クス中の金属元素として含有する酸化物セラミックスで
あって、前記セラミックス中の金属元素の組成を原子％
でＡｌ100-a Ｍa としたとき、４０≦ａ≦７０であり、
結晶粒径が１００ｎｍ以下であることを特徴とする。
め、本発明による透光性セラミックスの一つは、Ａｌ
と、Ｙ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｐｒからなる
群より選ばれた一種又は二種以上の元素Ｍとをセラミッ
クス中の金属元素として含有する酸化物セラミックスで
あって、前記セラミックス中の金属元素の組成を原子％
でＡｌ100-a Ｍa としたとき、４０≦ａ≦７０であり、
結晶粒径が１００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】また、本発明による透光性セラミックスの
製造方法の一つは、一般式Ａｌ100- a Ｍa （ただし、Ｍ
はＹ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｐｒからなる群
より選ばれた一種又は二種以上の元素、ａは原子％で４
０≦ａ≦７０である）で表される組成からなるアモルフ
ァス合金を酸素又は大気雰囲気中で加熱することを特徴
とする。
製造方法の一つは、一般式Ａｌ100- a Ｍa （ただし、Ｍ
はＹ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｐｒからなる群
より選ばれた一種又は二種以上の元素、ａは原子％で４
０≦ａ≦７０である）で表される組成からなるアモルフ
ァス合金を酸素又は大気雰囲気中で加熱することを特徴
とする。
【００１１】更に、本発明による透光性セラミックスの
もう一つは、Ａｌと、Ｙ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｌａ，Ｇ
ｄ，Ｐｒからなる群より選ばれた一種又は二種以上の元
素Ｍと、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏからなる群より選ばれ
た一種又は二種以上の元素Ｘとをセラミックス中の金属
元素として含有する酸化物セラミックスであって、前記
セラミックス中の金属元素の組成を原子％でＡｌ
100-b-c Ｍb Ｘc としたとき、３５≦ｂ≦６５、かつ、
０＜ｃ≦２０であり、結晶粒径が１００ｎｍ以下である
ことを特徴とする。
もう一つは、Ａｌと、Ｙ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｌａ，Ｇ
ｄ，Ｐｒからなる群より選ばれた一種又は二種以上の元
素Ｍと、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏからなる群より選ばれ
た一種又は二種以上の元素Ｘとをセラミックス中の金属
元素として含有する酸化物セラミックスであって、前記
セラミックス中の金属元素の組成を原子％でＡｌ
100-b-c Ｍb Ｘc としたとき、３５≦ｂ≦６５、かつ、
０＜ｃ≦２０であり、結晶粒径が１００ｎｍ以下である
ことを特徴とする。
【００１２】更にまた、本発明による透光性セラミック
スの製造方法のもう一つは、一般式Ａｌ100-b-c Ｍb Ｘ
c （ただし、ＭはＹ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｌａ，Ｇｄ，
Ｐｒからなる群より選ばれた一種又は二種以上の元素、
ＸはＣｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏからなる群より選ばれた一
種又は二種以上の元素、ｂは原子％で３５≦ｂ≦６５、
ｃは原子％で０＜ｃ≦２０である）で表される組成から
なるアモルファス合金を酸素又は大気雰囲気中で加熱す
ることを特徴とする。
スの製造方法のもう一つは、一般式Ａｌ100-b-c Ｍb Ｘ
c （ただし、ＭはＹ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｌａ，Ｇｄ，
Ｐｒからなる群より選ばれた一種又は二種以上の元素、
ＸはＣｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏからなる群より選ばれた一
種又は二種以上の元素、ｂは原子％で３５≦ｂ≦６５、
ｃは原子％で０＜ｃ≦２０である）で表される組成から
なるアモルファス合金を酸素又は大気雰囲気中で加熱す
ることを特徴とする。
【００１３】上記一般式Ａｌ100-a Ｍa において、原子
％で４０≦ａ≦７０とした理由は、その組成の範囲にお
いて非晶質相が形成されるからである。同様に、上記一
般式Ａｌ100-b-c Ｍb Ｘc において、原子％で３５≦ｂ
≦６５、かつ、０＜ｃ≦２０とした理由も、その組成の
範囲において非晶質相が形成されるからである。
％で４０≦ａ≦７０とした理由は、その組成の範囲にお
いて非晶質相が形成されるからである。同様に、上記一
般式Ａｌ100-b-c Ｍb Ｘc において、原子％で３５≦ｂ
≦６５、かつ、０＜ｃ≦２０とした理由も、その組成の
範囲において非晶質相が形成されるからである。
【００１４】本発明で用いるアモルファス合金は、公知
の片ロール法、双ロール法、スパッタリング法、アトマ
イズ法、液中紡糸法などで作ったアモルファス合金箔や
粉末等を用いることができる。
の片ロール法、双ロール法、スパッタリング法、アトマ
イズ法、液中紡糸法などで作ったアモルファス合金箔や
粉末等を用いることができる。
【００１５】本発明において、アモルファス合金の酸素
又は大気雰囲気中での加熱条件は、１５００〜１８００
℃で１〜２時間程度が好ましい。また、前記温度までの
昇温速度は、１ｋ／時間〜４０ｋ／分が好ましい。この
場合、加熱雰囲気を酸素とするか大気中とするかは、原
材料のアモルファス合金組成と用途に応じて決めればよ
い。
又は大気雰囲気中での加熱条件は、１５００〜１８００
℃で１〜２時間程度が好ましい。また、前記温度までの
昇温速度は、１ｋ／時間〜４０ｋ／分が好ましい。この
場合、加熱雰囲気を酸素とするか大気中とするかは、原
材料のアモルファス合金組成と用途に応じて決めればよ
い。
【００１６】
【作用】アモルファス合金は、急冷凝固させることによ
り作られるために、偏析の極めて少ない均一な材料であ
る。この素材を酸化すると、組織が均一なことから酸化
は表面近傍から始まり、ほぼ均等に内部に向かって酸化
すると共に、酸化物の成長は外に向かって起こり、酸素
の体積分だけ体積は増大する。この場合、酸化の進行と
共に結晶粒の成長も当然起こるはずであるが、体積増加
のために結晶粒の成長を遅くする働きが作用して、結果
的に微細な酸化物が形成される。
り作られるために、偏析の極めて少ない均一な材料であ
る。この素材を酸化すると、組織が均一なことから酸化
は表面近傍から始まり、ほぼ均等に内部に向かって酸化
すると共に、酸化物の成長は外に向かって起こり、酸素
の体積分だけ体積は増大する。この場合、酸化の進行と
共に結晶粒の成長も当然起こるはずであるが、体積増加
のために結晶粒の成長を遅くする働きが作用して、結果
的に微細な酸化物が形成される。
【００１７】こうして得られたセラミックスは、結晶粒
が小さく、粒界に不純物がないという、透光性セラミッ
クスに要求される要件を満足したものとなり、優れた透
光性を有している。
が小さく、粒界に不純物がないという、透光性セラミッ
クスに要求される要件を満足したものとなり、優れた透
光性を有している。
【００１８】一方、前記一般式Ａｌ100-a Ｍa 又はＡｌ
100-b-c Ｍb Ｘc で示される組成のアモルファス合金
は、通常の純度の材料で作ることができる。また、本発
明の方法によれば、ホットプレス、静水圧プレス等の高
価な装置を使う必要もない。したがって、透光性に優れ
たセラミックスを簡単な工程で容易にかつ安価に製造す
ることが可能となる。
100-b-c Ｍb Ｘc で示される組成のアモルファス合金
は、通常の純度の材料で作ることができる。また、本発
明の方法によれば、ホットプレス、静水圧プレス等の高
価な装置を使う必要もない。したがって、透光性に優れ
たセラミックスを簡単な工程で容易にかつ安価に製造す
ることが可能となる。
【００１９】また、本発明の透光性セラミックスは、ア
モルファス合金を出発原料とするので、複数の金属の酸
化物からなる多元系のセラミックスからなっている。こ
のように、多元系のセラミックスを容易に得ることがで
きる点も本発明の特徴の一つである。
モルファス合金を出発原料とするので、複数の金属の酸
化物からなる多元系のセラミックスからなっている。こ
のように、多元系のセラミックスを容易に得ることがで
きる点も本発明の特徴の一つである。
【００２０】
実施例１ Ａｌ50Ｙ50の組成を有する、厚さ２０μｍ、幅１mm、長
さ５０mmのアモルファス合金の箔を、液体急冷凝固法の
一つである片ロール法により製造した。このアモルファ
ス合金箔を電気炉に入れ、大気中で１５００℃まで２０
Ｋ／分の昇温速度で加熱し、１時間保持した後、炉冷し
た。
さ５０mmのアモルファス合金の箔を、液体急冷凝固法の
一つである片ロール法により製造した。このアモルファ
ス合金箔を電気炉に入れ、大気中で１５００℃まで２０
Ｋ／分の昇温速度で加熱し、１時間保持した後、炉冷し
た。
【００２１】得られたサンプルの組織をＸ線回折により
調べたところ、Ｙ2 Ｏ3 と、３Ｙ2Ｏ3 ・５Ａｌ2 Ｏ3
と、Ａｌ2 Ｏ3 とからなる複合組織を有し、結晶粒径が
１００ｎｍ以下のセラミックスであることがわかった。
このセラミックスは、極めて良好な透光性を有してい
た。
調べたところ、Ｙ2 Ｏ3 と、３Ｙ2Ｏ3 ・５Ａｌ2 Ｏ3
と、Ａｌ2 Ｏ3 とからなる複合組織を有し、結晶粒径が
１００ｎｍ以下のセラミックスであることがわかった。
このセラミックスは、極めて良好な透光性を有してい
た。
【００２２】実施例２ Ａｌ50Ｎｄ50の組成を有する、厚さ３０μｍ、幅１mm、
長さ５０mmのアモルファス合金の箔を、液体急冷凝固法
の一つである片ロール法により製造した。このアモルフ
ァス合金箔を電気炉に入れ、大気中で１５００℃まで２
０Ｋ／分の昇温速度で加熱し、１時間保持した後、炉冷
した。
長さ５０mmのアモルファス合金の箔を、液体急冷凝固法
の一つである片ロール法により製造した。このアモルフ
ァス合金箔を電気炉に入れ、大気中で１５００℃まで２
０Ｋ／分の昇温速度で加熱し、１時間保持した後、炉冷
した。
【００２３】得られたサンプルの組織をＸ線回折により
調べたところ、ＡｌＮｄＯ3 からなり、結晶粒径が１０
０ｎｍ以下のセラミックスであることがわかった。この
セラミックスの光学特性を評価したところ、紫色の透光
性を有するものであることがわかった。
調べたところ、ＡｌＮｄＯ3 からなり、結晶粒径が１０
０ｎｍ以下のセラミックスであることがわかった。この
セラミックスの光学特性を評価したところ、紫色の透光
性を有するものであることがわかった。
【００２４】図１は、実施例１、２で得られたセラミッ
クス１を「字」という文字２の上に重ねた状態を示し、
「字」という文字２がセラミックス１を透かして視認す
ることができる。
クス１を「字」という文字２の上に重ねた状態を示し、
「字」という文字２がセラミックス１を透かして視認す
ることができる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
特定組成のアモルファス合金を酸素又は大気雰囲気中で
加熱するという簡単かつ容易な方法で透光性セラミック
スを製造することができる。このセラミックスは、結晶
粒径１００ｎｍ以下の均一な組織を有するので、優れた
透光性を有している。更に、本発明の製造方法によれ
ば、アモルファス合金の段階で容易に成形及び加工を行
うことができるので、透光性セラミックスの成形が容易
に行える。
特定組成のアモルファス合金を酸素又は大気雰囲気中で
加熱するという簡単かつ容易な方法で透光性セラミック
スを製造することができる。このセラミックスは、結晶
粒径１００ｎｍ以下の均一な組織を有するので、優れた
透光性を有している。更に、本発明の製造方法によれ
ば、アモルファス合金の段階で容易に成形及び加工を行
うことができるので、透光性セラミックスの成形が容易
に行える。
【図１】本発明の透光性セラミックスを「字」という文
字の上に重ねて見た状態を示す説明図である。
字の上に重ねて見た状態を示す説明図である。
１ 透光性セラミックス ２ 「字」という文字
フロントページの続き (72)発明者 増本 健 宮城県仙台市青葉区上杉３丁目８番22号 (72)発明者 井上 明久 宮城県仙台市青葉区川内無番地川内住宅 11−806 (72)発明者 西山 信行 東京都中央区八重洲１−９−９ 帝国ピ ストンリング株式会社内 (72)発明者 柴田 利介 宮城県仙台市青葉区世米ケ袋１丁目５番 12号 (56)参考文献 特開 昭54−163909（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−251572（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 35/115 C04B 35/50
Claims (4)
- 【請求項１】 Ａｌと、Ｙ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｌａ，
Ｇｄ，Ｐｒからなる群より選ばれた一種又は二種以上の
元素Ｍとをセラミックス中の金属元素として含有する酸
化物セラミックスであって、前記セラミックス中の金属
元素の組成を原子％でＡｌ100-a Ｍa としたとき、４０
≦ａ≦７０であり、結晶粒径が１００ｎｍ以下であるこ
とを特徴とする透光性セラミックス。 - 【請求項２】 一般式Ａｌ100-a Ｍa （ただし、Ｍは
Ｙ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｐｒからなる群よ
り選ばれた一種又は二種以上の元素、ａは原子％で４０
≦ａ≦７０である）で表される組成からなるアモルファ
ス合金を酸素又は大気雰囲気中で加熱することを特徴と
する透光性セラミックスの製造方法。 - 【請求項３】 Ａｌと、Ｙ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｌａ，
Ｇｄ，Ｐｒからなる群より選ばれた一種又は二種以上の
元素Ｍと、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏからなる群より選ば
れた一種又は二種以上の元素Ｘとをセラミックス中の金
属元素として含有する酸化物セラミックスであって、前
記セラミックス中の金属元素の組成を原子％でＡｌ
100-b-c Ｍb Ｘc としたとき、３５≦ｂ≦６５、かつ、
０＜ｃ≦２０であり、結晶粒径が１００ｎｍ以下である
ことを特徴とする透光性セラミックス。 - 【請求項４】 一般式Ａｌ100-b-c Ｍb Ｘc （ただし、
ＭはＹ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｐｒからなる
群より選ばれた一種又は二種以上の元素、ＸはＣｒ，Ｍ
ｎ，Ｆｅ，Ｃｏからなる群より選ばれた一種又は二種以
上の元素、ｂは原子％で３５≦ｂ≦６５、ｃは原子％で
０＜ｃ≦２０である）で表される組成からなるアモルフ
ァス合金を酸素又は大気雰囲気中で加熱することを特徴
とする透光性セラミックスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4234195A JP2880860B2 (ja) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | 透光性セラミックス及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4234195A JP2880860B2 (ja) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | 透光性セラミックス及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0656514A JPH0656514A (ja) | 1994-03-01 |
| JP2880860B2 true JP2880860B2 (ja) | 1999-04-12 |
Family
ID=16967176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4234195A Expired - Lifetime JP2880860B2 (ja) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | 透光性セラミックス及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2880860B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001322867A (ja) | 2000-05-09 | 2001-11-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 透光性焼結体と、これを用いた発光管及び放電灯 |
| JP5013653B2 (ja) * | 2003-06-30 | 2012-08-29 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータの製造方法 |
| US20060100088A1 (en) * | 2004-11-09 | 2006-05-11 | General Electric Company | Transparent multi-cation ceramic and method of making |
| JP2006315878A (ja) * | 2005-05-10 | 2006-11-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 透光性セラミックスおよびその製造方法 |
| JP4729705B2 (ja) * | 2006-01-06 | 2011-07-20 | 国立大学法人鳥取大学 | 透光性アルミナ焼結体の製造方法と光フィルタの製造方法 |
| JP5235584B2 (ja) | 2008-09-30 | 2013-07-10 | キヤノン株式会社 | 光学素子 |
| JP5188544B2 (ja) * | 2010-06-30 | 2013-04-24 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータ、液体吐出装置及び電子機器 |
-
1992
- 1992-08-10 JP JP4234195A patent/JP2880860B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0656514A (ja) | 1994-03-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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