專利名稱：陶瓷燒結(jié)體的制造方法、陶瓷燒結(jié)體及發(fā)光容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷燒結(jié)體的制造方法、陶瓷燒結(jié)體及發(fā)光容器。
背景技術(shù)：
釔鋁石榴石(Y3Al5O12，YAG)陶瓷在從可見(jiàn)光到紅外區(qū)域的廣泛范圍內(nèi)表現(xiàn)出高透光性。因此，正在研究其在替代藍(lán)寶石窗口材料、放電燈用發(fā)光管材料、耐蝕部件方面的適用性。
本發(fā)明人，研究了將釔鋁石榴石燒結(jié)體用作為例如高壓放電燈(金屬鹵化物燈、水銀燈)的放電管。這些高壓放電燈有望用于汽車(chē)用前照燈或投影機(jī)的光源。這是因?yàn)?，釔鋁石榴石燒結(jié)體由于透光性高，所以通過(guò)由該燒結(jié)體形成放電管，可以利用放電管內(nèi)的放電弧光作為點(diǎn)光源。
在特開(kāi)平2003-73584號(hào)公報(bào)中，通過(guò)將陶瓷水溶性涂層液涂布在陶瓷燒結(jié)體上進(jìn)行燒成，得到?jīng)]有龜裂、表面平滑性優(yōu)良的具有透光性的薄膜。
在特許第3407284號(hào)公報(bào)中，在透光性母材的一個(gè)面上，形成由標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯自由能為負(fù)值并且絕對(duì)值比母材大的氧化物所形成的耐蝕膜。該耐蝕膜由構(gòu)成封入發(fā)光管內(nèi)的汞合金的主元素的氧化物形成。
在特開(kāi)11-255559號(hào)公報(bào)中，以提高耐蝕性為目的，在放電管的管狀YAG內(nèi)面上，形成TmAG、YbAG、LuAG的陶瓷膜。

發(fā)明內(nèi)容
但是，發(fā)光容器，例如圖5(a)所示，呈兩端狹窄的筒狀。該發(fā)光容器8，在燒結(jié)后僅有例如百分之幾左右的直線透過(guò)率。所以，需要對(duì)發(fā)光容器8的外側(cè)面8e和內(nèi)側(cè)面8d，通過(guò)由金剛石磨料等進(jìn)行研磨加工，以提高外側(cè)面8e和內(nèi)側(cè)面8d的平滑性，由此提高發(fā)光容器8的直線透過(guò)率。但是，發(fā)光容器8的兩個(gè)端部8a、8c與中央的發(fā)光部8b相比直徑小，因此面對(duì)于發(fā)光空間6的內(nèi)側(cè)面8d的研磨加工就變得困難，為了進(jìn)行研磨加工至獲得足夠高的直線透過(guò)率，就需要費(fèi)工夫和成本。
本發(fā)明的課題是提高陶瓷燒結(jié)體的表面的平滑性。
本發(fā)明涉及一種陶瓷燒結(jié)體的制造方法，其特征為，包括準(zhǔn)備陶瓷成形體的工序；準(zhǔn)備含有所述陶瓷的粉末和分散介質(zhì)的漿液的工序；對(duì)成形體的表面用漿液涂敷而形成自由表面的工序；以及接下來(lái)燒成成形體的工序。
另外，本發(fā)明涉及由上述方法得到的陶瓷燒結(jié)體，還涉及由該陶瓷燒結(jié)體構(gòu)成的發(fā)光容器。
本發(fā)明人想到了，將成形體的表面，用含有構(gòu)成該成形體的陶瓷粉末的漿液披覆而形成自由表面的方案。這樣，發(fā)現(xiàn)了能夠平滑地加工燒成后的表面。還有，經(jīng)過(guò)這樣，不再需要燒成后的研磨加工，或者將研磨加工降低到最少限度。
雖然其理由尚未明確，但可以如下考慮。首先在制造成形體時(shí)使用模具，模具的內(nèi)壁面的粗糙被轉(zhuǎn)印到成形體表面，留下若干凹凸。之后，以形成自由表面的形態(tài)，在成形體表面上涂敷至少構(gòu)成該成形體的一部分的粉末的漿液。在此階段，形成平滑的陶瓷面?？梢灾溃诮酉聛?lái)的燒成階段，表面粗糙度的劣化變小，可以形成平滑的燒成面。
還有，如特開(kāi)平2003-73584號(hào)公報(bào)所示，可以考慮將與燒結(jié)體的構(gòu)成材質(zhì)相同的材質(zhì)的漿液涂敷在該燒結(jié)體的表面上。但是這樣的方法中，需要另外的涂層膜的燒結(jié)工序，容易在涂膜與燒結(jié)體的界面產(chǎn)生裂紋。還有，在特許第3407284號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平11-255559號(hào)公報(bào)中，在陶瓷成形體上，涂敷耐蝕膜的漿液，然后燒結(jié)成形體。這樣的方法中，可以在燒結(jié)體表面形成具有耐蝕性的膜，但燒結(jié)體表面的平滑性無(wú)法保證。本發(fā)明的特征在于，在陶瓷成形體表面涂敷含有構(gòu)成該成形體的陶瓷粉末的漿液，以使其具有自由表面。


圖1是顯示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的步驟的流程圖。
圖2(a)是顯示成形體1的模式斷面圖。
圖2(b)是顯示成形體5的縱斷面圖。
圖3是顯示成形體5中的溶劑流動(dòng)方向的一個(gè)示例的模式圖。
圖4是顯示成形體5的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面上形成了涂層7的狀態(tài)的縱斷面圖。
圖5(a)是顯示發(fā)光管(燒結(jié)體)8的縱斷面圖。
圖5(b)是顯示成形體5的表面5d上的涂層7的模式斷面圖。
圖6是比較例1的試樣表面的電子顯微鏡照片。
圖7是實(shí)施例1的試樣表面的電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
以下，說(shuō)明本發(fā)明的適宜的實(shí)施方式。
圖1是適宜的實(shí)施方式的流程圖。依據(jù)該流程圖并參照適用于發(fā)光容器的圖2～圖5來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
首先，混合陶瓷粉末、分散介質(zhì)、以及根據(jù)需要的分散劑，得到漿液。這里，對(duì)陶瓷粉末沒(méi)有特別限定，可以有如下的示例氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、氧化硅、氧化鎂、鐵素體、堇青石、氧化釔等稀土元素的氧化物等氧化物系陶瓷；鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鋯酸鉛、稀土元素的水錳礦、稀土元素的鉻鐵礦等復(fù)合氧化物；氮化鋁、氮化硅、塞隆(Sialon)、氮氧化鋁等氮化物系陶瓷；碳化硅、碳化硼、碳化鎢等碳化物系列陶瓷；氟化鈹、氟化鎂、氟化鈣、氟化鍶、氟化鋇等氟化物陶瓷。
分散介質(zhì)，只要是可以利用于形成漿液則沒(méi)有特別限定，可以有如下的示例。即，可以舉出從①醇、②酮、③醚、④三乙酸甘油酯、⑤酯中，使用至少一種的分散介質(zhì)。
還有，根據(jù)需要還可以添加分散劑、膠化劑等其他的添加劑。
將該漿液注入成形模具中進(jìn)行成形。例如，圖2(a)所示的例子中，在成形模具1中插入型芯2，在型芯2上附加蠟型芯3。這樣就形成了成形空間4。成形空間4具有細(xì)長(zhǎng)的端部成形空間4a、4c和發(fā)光部成形空間4b。按照箭頭A所示從空間4a注入漿液，填充空間4b、4c。然后，過(guò)剩的漿液沿著箭頭B向模具外排出。之后，加熱模具1，將蠟型芯3脫蠟，打開(kāi)模具1。這樣獲得如圖2(b)所示的成形體5，進(jìn)行干燥。該成形體5具有例如端部5a、5c以及發(fā)光部5b，在發(fā)光部5b內(nèi)形成空間6。
然后，在成形體5的所希望的表面上涂敷陶瓷漿液。如果是發(fā)光管，就在外側(cè)面5e和內(nèi)側(cè)面5d上涂敷漿液。對(duì)于這時(shí)的合適的實(shí)施方式，要在涂敷漿液之前在成形體的表面上接觸溶劑。這樣，在成形體表面附近殘存的氣泡就被溶劑所置換，并且可以提高成形體表面的漿液的浸潤(rùn)性。對(duì)于溶劑的種類(lèi)沒(méi)有限定，但可以舉出如下物質(zhì)。即，可以舉出從①醇、②酮、③醚、④三乙酸甘油酯、⑤酯中，使用至少一種的分散介質(zhì)。
特別優(yōu)選對(duì)成形體表面的溶劑的浸潤(rùn)角小于等于60°。還有，特別優(yōu)選，在以下的工序中使用的構(gòu)成漿液的分散介質(zhì)，含有溶劑中的至少一種。
對(duì)于將溶劑接觸到成形體表面上的方法沒(méi)有特別限定。例如可以將成形體浸漬在溶劑中。或者可以使溶劑在成形體表面流延。例如圖3所示，按照箭頭C的方向使?jié){液從端部5a流入，按照箭頭E沿著面對(duì)空間6的內(nèi)側(cè)面5d流動(dòng)，按照箭頭D的方向排出。
然后，在成形體表面涂敷陶瓷漿液。對(duì)于該涂敷方法沒(méi)有特別限定。例如可以將成形體浸漬在漿液中。或者，可以使?jié){液在成形體表面流延。如圖3所示，漿液按照箭頭C的方向從端部5a流入，按照箭頭E沿著面對(duì)空間6的內(nèi)側(cè)面5d(乃至外側(cè)面5e)流動(dòng)，按照箭頭D的方向排出。這樣，如圖4所示，在成形體5的內(nèi)側(cè)面5d、外側(cè)面5e的整體上都可形成涂層7。這時(shí)，如圖5(b)所示，涂層7的表面7a，如上所述比涂敷前的成形體表面5d變得平滑。
通過(guò)對(duì)該成形體進(jìn)行脫脂、煅燒和正式燒成，得到圖5(a)所示的發(fā)光管(燒結(jié)體)8。也可以對(duì)該燒結(jié)體8進(jìn)行退火。這樣的燒結(jié)體8，具有端部8a、8c和發(fā)光部8b。
然后，對(duì)燒結(jié)體的表面涂敷漿液。這時(shí)，由于在此之后的燒結(jié)工序中，產(chǎn)生燒結(jié)體和涂膜的收縮差，所以在界面上產(chǎn)生剝離等成膜容易變得不良。相對(duì)于此，在未燒成的成形體表面涂敷漿液時(shí)，由于在燒結(jié)工序中收縮差小，所以不會(huì)剝離，能夠良好地成膜。
在本發(fā)明中，用漿液涂敷成形體的表面，以形成自由表面。在不施加外力的條件下將流動(dòng)體接觸于成形體上時(shí)，根據(jù)流動(dòng)體的表面張力而生成流動(dòng)體和氣氛的界面。該界面稱為自由表面。所以，為了形成自由表面，需要根據(jù)浸漬、流延等，在不直接對(duì)漿液施加外力的條件下，在成形體上涂敷漿液。
在成形體表面形成的涂層的膜厚，從降低燒結(jié)體表面的Ra的觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選為20μm或其以上，更加優(yōu)選35μm或其以上。
在適宜的實(shí)施方式中，通過(guò)凝膠注模工藝進(jìn)行成形體的成形。還有，在適宜的實(shí)施方式中，將涂敷于成形體上的漿液規(guī)定為凝膠注模漿液。這樣使得成形體和漿液的浸潤(rùn)性提高，還易于形成平滑的表面。
凝膠注模法是在將含有陶瓷粉末、分散劑和膠化劑的漿液注模后，將該漿液通過(guò)在一定溫度條件下以及通過(guò)添加交聯(lián)劑等，進(jìn)行凝膠化，固化而得到成形體的方法。
對(duì)于凝膠注模法，可以示例以下的方法(1)與陶瓷粉體一起，將作為膠化劑的聚乙烯醇、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂等預(yù)聚體分散到分散介質(zhì)中，調(diào)制成漿液，注模后，通過(guò)交聯(lián)劑形成三維交聯(lián)來(lái)進(jìn)行凝膠化，從而使?jié){液固化。
(2)通過(guò)使具有反應(yīng)性官能團(tuán)的有機(jī)分散介質(zhì)和膠化劑進(jìn)行化學(xué)結(jié)合，固化漿液。這種方法記載于本申請(qǐng)人的特開(kāi)2001-335371號(hào)公報(bào)中。
這樣的凝膠注模漿液，可以如下所示來(lái)制造。
(1)在分散介質(zhì)中分散陶瓷粉末而形成漿液后，添加膠化劑。
(2)在分散介質(zhì)中同時(shí)添加陶瓷粉末和膠化劑，進(jìn)行分散而形成漿液。
根據(jù)本發(fā)明得到的燒結(jié)體，與不形成涂層的情況相比，具有平滑的表面。燒結(jié)體為透光性的情況，與沒(méi)有形成涂層的情況相比直線透過(guò)率增大。而且，對(duì)這樣的燒結(jié)表面進(jìn)行研磨加工的情況，與沒(méi)有形成涂層的情況相比，由于研磨前的Ra小，可以削減研磨加工的時(shí)間和成本。通過(guò)研磨加工Ra進(jìn)一步減小，直線透過(guò)率提高。但是，燒結(jié)體表面的研磨加工并不是必須的。
實(shí)施例按照邊參照?qǐng)D1～圖5邊進(jìn)行說(shuō)明的上述步驟，制作由釔鋁石榴石構(gòu)成的實(shí)施例1～8的試樣，然后測(cè)定所得到試樣的膜厚、Ra、直線透過(guò)率。
對(duì)于實(shí)施例1～6，制作如下的凝膠注模漿液。
混合Y2O3粉末(“BB”，信越化學(xué)株式會(huì)社生產(chǎn))和Al2O3粉末(“UA-5100”，昭和電工株式會(huì)社生產(chǎn))，加熱混合粉末至1500℃，得到由釔鋁石榴石構(gòu)成的煅燒體。將該煅燒體粉碎得到粉末，添加分散介質(zhì)(三乙酸甘油酯和戊二酸二甲酯的混合物)和粘合劑，在樹(shù)脂罐中進(jìn)行48小時(shí)球磨混合。對(duì)于Y2O3粉末和Al2O3粉末，使得Y/Al(mol比)為0.600。所得到的漿液的固體成分濃度為72.3％、70.3％或68.3％。
對(duì)于實(shí)施例7、8，如下制作水系漿液。
混合Y2O3粉末(“BB”，信越化學(xué)株式會(huì)社生產(chǎn))和Al2O3粉末(“UA-5100”，昭和電工株式會(huì)社生產(chǎn))，加熱混合粉末至1500℃，得到由釔鋁石榴石構(gòu)成的煅燒體。將該煅燒體粉碎得到粉末，添加水和粘合劑，在樹(shù)脂罐中進(jìn)行48小時(shí)球磨混合。對(duì)于Y2O3粉末和Al2O3粉末，使得Y/Al(mol比)為0.600。所得到的漿液的固體成分濃度為69.3％。
在實(shí)施例1～8中，將所述各漿液注入模具內(nèi)，得到平板形狀的成形體。在95℃下干燥該成形體。然后，實(shí)施例1～6的成形體在溶劑(三乙酸甘油酯和戊二酸二甲酯的混合物)中浸漬。實(shí)施例7、8在水中浸漬。接著，各成形體在各自的漿液中再次浸漬，進(jìn)行涂敷。此時(shí)的浸漬時(shí)間和浸漬次數(shù)如表1所示。并且，形成的膜厚也示于表1中。所得到的各成形體在600℃進(jìn)行脫脂。在1600℃的大氣中煅燒，在1800℃的氫氣氛中進(jìn)行正式燒成。接著將所得的燒結(jié)體在1350℃進(jìn)行退火。
還有，比較例1是在制作上述的實(shí)施例1的成形體后，沒(méi)有在成形體表面形成膜。其他與實(shí)施例1相同地操作而制造燒結(jié)體。在參考例1中，將上述比較例1的燒結(jié)體的兩面由金剛石漿液進(jìn)行精密研磨加工。
測(cè)定各例的試樣表面的中心線平均表面粗糙度Ra、直線透過(guò)率，結(jié)果如表1所示。
表1

實(shí)施例1～6中，與比較例1相比，燒結(jié)體試樣的Ra小，直線透過(guò)率顯著增大。實(shí)施例7、8中，涂層的膜厚進(jìn)一步增大，由此燒結(jié)體試樣的Ra進(jìn)一步變小。還有，在參考例1中，通過(guò)對(duì)燒結(jié)體試樣進(jìn)行精密研磨加工，使試樣的直線透過(guò)率上升到62％，但是在本發(fā)明的實(shí)施例1～8中，即使在研磨前也能夠成功地得到高的直線透過(guò)率。
圖6是比較例1的試樣表面的電子顯微鏡照片(放大倍數(shù)為500倍)，圖7是實(shí)施例1的試樣表面的電子顯微鏡照片。由此可知，根據(jù)本發(fā)明，研磨前的燒結(jié)體表面顯著地變得平滑。
觀察實(shí)施例1的試樣表面附近的結(jié)果，成形體和成形體表面膜在燒結(jié)后完全成為一體，觀察不到膜和基底的接縫或裂紋。
作為實(shí)施例中用于漿液的陶瓷粉末，示例了釔鋁石榴石粉末，但能夠用作為漿液的陶瓷粉末并不限于釔鋁石榴石?？梢詫⒆鳛槟軌蚴褂玫奶沾煞勰┒谏厦媸纠难趸锵堤沾?、復(fù)合氧化物、氮化物系陶瓷、碳化物系陶瓷、氟化物系陶瓷的各粉末用作為漿液。
還有，實(shí)施例中燒結(jié)體的材質(zhì)為釔鋁石榴石粉末，但所制作的燒結(jié)體的材質(zhì)并不限定于釔鋁石榴石。還可以示例將作為陶瓷粉末而在上面示例的氧化物系陶瓷、復(fù)合氧化物、氮化物系陶瓷、碳化物系陶瓷、氟化物系陶瓷的各粉末作為原料獲得的燒結(jié)體。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷燒結(jié)體的制造方法，其特征在于，包括準(zhǔn)備陶瓷的成形體的工序；準(zhǔn)備含有所述陶瓷的粉末和分散介質(zhì)的漿液的工序；將所述成形體的表面用所述漿液涂敷，以形成自由表面的工序；以及，接下來(lái)燒成所述成形體的工序。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述成形體是由凝膠注模法成形。
3.權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，對(duì)所述成形體的表面接觸溶劑，然后涂敷所述漿液。
4.權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述漿液的所述分散介質(zhì)含有所述溶劑的至少一種。
5.權(quán)利要求1～4中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述漿液是凝膠注模用漿液。
6.一種陶瓷燒結(jié)體，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求1～5中的任一項(xiàng)所述的方法得到。
7.一種發(fā)光容器，其特征在于，由權(quán)利要求6所述的陶瓷燒結(jié)體構(gòu)成。
全文摘要
準(zhǔn)備陶瓷成形體，準(zhǔn)備含有所述陶瓷的粉末和分散介質(zhì)的漿液。將所述成形體的表面由所述漿液披覆，以形成自由表面。然后燒成成形體，得到陶瓷燒結(jié)體。這樣，就可以減少燒結(jié)體表面的凹凸，提高燒結(jié)體表面的平滑性。
文檔編號(hào)H01J61/35GK1852793SQ200480026878
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2004年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月19日
發(fā)明者鈴木道生 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社