晶化焼結法による高熱機能性セラミックスの開発

セラミックスの構成成分の原子レベルでの均質混合が可能な溶融プロセスにより原料を非晶質化し,その粉砕物の成形体を1000℃以下で熱処理した際に同時におこる緻密化と結晶化により,熱的性質が制御されたセラミックスの創製を図り,以下のような結果を得た。1)SiO_2:Al_2O_3:MgO:CaO:TiO_2:ZrO_2:FeO_2=49.5:25.2:23.2:0.68:0.22:0.21:0.12wt%のような化学組成を有する原料を1500℃で3時間溶融し,氷水中に急冷することによりガラス状固化物を得た。2)これを微粉砕し成形した後6℃/minの速度で加熱したところ,850℃近傍でガラスの粘性流動による焼結が完了したと同時に,ガラスの結晶化が始まり,コ-ディエライトを主結晶相とする緻密焼結体が得られた。3)ガラス〓粉体の緻密化が完了した1000℃において,1〜30時間焼成して得られた焼結体中に析出した結晶相は,1〜10時間の間で直線的に増加した後,30時間まではほぼ一定の値となった。これらの焼結体の熱拡散率(α),比熱(Cp)及び熱伝導率(λ)をレ-ザフラッシュ法で測定したところ,αは焼成時間が20時間までは単調に増大し,20〜30時間の間で一定となった。また1000〜1200℃の範囲で1時間焼成したものでは,結晶析出量が1000〜1100℃の間で急増した後,ほぼ一定になった。これらの焼結体のα値は焼成温度が高くなるほど大きくなり結晶析出量に依存することがわかった。これに対してCpの方は焼成温度や焼成時間には影響されず,0.6〜0.7J/g・kの範囲にあった。従って,αとCpの積であらわされるλは,αと同様の焼成温度,焼成時間依存性を示した。4)同様の方法で得られたLi_2O・SiO_2結晶が析出するガラス圧粉体は,650℃付近で急激な収縮を伴って焼結し,多結晶体となった。この種のガラスは結晶し易いため粘性流動による十分な緻密化は進まなかったが14%の気孔率を有するものでも9.5×10^<‐6>/℃の熱膨張率を示した。

セラミックスの構成成分の原子レベルでの均質混合が可能な溶融プロセスにより原料を非晶質化し,その粉砕物の成形体を1000℃以下で熱処理した際に同時におこる緻密化と結晶化により,熱的性質が制御されたセラミックスの創製を図り,以下のような結果を得た。1)SiO_2:Al_2O_3:MgO:CaO:TiO_2:ZrO_2:FeO_2=49.5:25.2:23.2:0.68:0.22:0.21:0.12wt%のような化学組成を有する原料を1500℃で3時間溶融し,氷水中に急冷することによりガラス状固化物を得た。2)これを微粉砕し成形した後6℃/minの速度で加熱したところ,850℃近傍でガラスの粘性流動による焼結が完了したと同時に,ガラスの結晶化が始まり,コ-ディエライトを主結晶相とする緻密焼結体が得られた。3)ガラス〓粉体の緻密化が完了した1000℃において,1〜30時間焼成して得られた焼結体中に析出した結晶相は,1〜10時間の間で直線的に増加した後,30時間まではほぼ一定の値となった。これらの焼結体の熱拡散率(α),比熱(Cp)及び熱伝導率(λ)をレ-ザフラッシュ法で測定したところ,αは焼成時間が20時間までは単調に増大し,20〜30時間の間で一定となった。また1000〜1200℃の範囲で1時間焼成したものでは,結晶析出量が1000〜1100℃の間で急増した後,ほぼ一定になった。これらの焼結体のα値は焼成温度が高くなるほど大きくなり結晶析出量に依存することがわかった。これに対してCpの方は焼成温度や焼成時間には影響されず,0.6〜0.7J/g・kの範囲にあった。従って,αとCpの積であらわされるλは,αと同様の焼成温度,焼成時間依存性を示した。4)同様の方法で得られたLi_2O・SiO_2結晶が析出するガラス圧粉体は,650℃付近で急激な収縮を伴って焼結し,多結晶体となった。この種のガラスは結晶し易いため粘性流動による十分な緻密化は進まなかったが14%の気孔率を有するものでも9.5×10^<‐6>/℃の熱膨張率を示した。