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公開番号2025002948
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-09
出願番号2023103358
出願日2023-06-23
発明の名称酸化物セラミックス及びその製造方法
出願人株式会社ワールドラボ
代理人個人
主分類C04B 35/50 20060101AFI20241226BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】希土類酸化物セラミックス又はジルコニアセラミックスにおいて、より緻密なセラミックスを提供する。
【解決手段】(1)(1-1)原子番号21(Sc)、原子番号39(Y)及び原子番号57(La)～71(Lu)のランタノイド系希土類の少なくとも1種の元素を含む立方晶系酸化物セラミックス又は(1-2)ジルコニウムを含む単斜晶系酸化物セラミックスであって、(2)前記(1-1)又は(1-2)の酸化物セラミックスは、(a)ZnO及びTi酸化物の少なくとも1種:合計50～10000重量ppm(ただし、当該元素として原子番号65(Tb)を含む場合は、Ti酸化物の含有量は1000重量ppm未満である。)及び(b)MgO、CaO及びSrOの少なくとも1種:合計0～0.3重量%を含むことを特徴とする酸化物セラミックスに係る。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
（１）（１－１）原子番号２１（Ｓｃ）、原子番号３９（Ｙ）及び原子番号５７（Ｌａ）～７１（Ｌｕ）のランタノイド系希土類の少なくとも１種の元素を含む立方晶系酸化物セラミックス又は（１－２）ジルコニウムを含む単斜晶系酸化物セラミックスであって、
（２）前記（１－１）又は（１－２）の酸化物セラミックスは、
（ａ）ＺｎＯ及びＴｉ酸化物の少なくとも１種：合計５０～１００００重量ｐｐｍ（ただし、当該元素として原子番号６５（Ｔｂ）を含む場合は、Ｔｉ酸化物の含有量は１０００重量ｐｐｍ未満である。）及び
（ｂ）ＭｇＯ、ＣａＯ及びＳｒＯの少なくとも１種：合計０～０．３重量％
を含むことを特徴とする酸化物セラミックス。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
相対密度が９８％以上である、請求項１に記載の酸化物セラミックス。
【請求項３】
平均結晶粒径が０．３～５０μｍである、請求項１に記載の酸化物セラミックス。
【請求項４】
前記（１－１）の酸化物セラミックスの厚み２ｍｍのサンプルの当該厚み方向において、波長１μｍの光線に対する光学ロスが５％／ｃｍ以下である、請求項１に記載の酸化物セラミックス。
【請求項５】
前記（１－１）の酸化物セラミックスの厚み２ｍｍのサンプルの当該厚み方向において、波長１μｍの光線に対する消光比が２５ｄＢ以上である、請求項４に記載の酸化物セラミックス。
【請求項６】
請求項４に記載の酸化物セラミックスを含む光学素子。
【請求項７】
光パッシブ製品又は光アクティブ製品に用いられる、請求項４に記載の光学素子。
【請求項８】
希土類酸化物セラミックスを製造する方法であって、
（１）（ａ）平均一次粒子径が０．０５～３μｍの希土類元素含有物質の粉末と、（ｂ）焼結助剤としてＺｎ及びＴｉの少なくとも１種を含む化合物とを含む原料をアルコール中で湿式混合することにより混合物を得る工程、
（２）前記混合物又はその乾燥物を成形することにより圧粉体を得る工程、
（３）前記圧粉体を温度９００～１４５０℃で予備焼結することにより相対密度９１～９９.８％の予備焼結体を得る工程、及び
（４）前記予備焼結体を温度１０００～１６００℃、かつ、圧力９８～３９２ＭＰａにてＨＩＰ処理する工程
を含むことを特徴する希土類酸化物セラミックスの製造方法。
【請求項９】
ジルコニアセラミックスを製造する方法であって、
（１）（ａ）平均一次粒子径が０．０２～０．２μｍの単斜晶ジルコニアの粉末と、（ｂ）焼結助剤としてＺｎ及びＴｉの少なくとも１種を含む化合物とを含む原料をアルコール中で湿式混合することにより混合物を得る工程、
（２）前記混合物又はその乾燥物を成形することにより圧粉体を得る工程、及び
（３）前記圧粉体を温度１０００～１１００℃で焼結することにより相対密度９２～９９.８％の焼結体を得る工程
を含むことを特徴するジルコニアセラミックスの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な酸化物セラミックス及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
酸化物セラミックスを緻密化することは、酸化物セラミックスの透光性、機械的強度（耐摩耗性等）等を高めるうえできわめて重要であることから、これまで各種の製造方法が提案されている。
【０００３】
例えば、希土類酸化物に透明を付与する方法として、２４００℃程度以上の高温で目的の酸化物を溶融し、凝固させる方法で単結晶を得る方法が知られている。ところが、例えばＹ
２
Ｏ
３
のような希土類酸化物では、２４００℃の融点以下の２２８０℃で斜方晶～立方晶の相転移するため、単結晶化に成功したとしても、相転移による結晶構造の変化及び容積変化が起こり、これにより単結晶内に歪みが入る。このため、最悪の場合はその歪みによる亀裂又は材料の崩壊を伴うことから、透明性のある単結晶を安定的に得ることは事実上不可能である。
【０００４】
上記のような単結晶に対し、融点以下の温度で焼結法により多結晶を合成する方法がある。この方法によれば、特にイオン半径の小さなＳｃ、Ｌｕ、Ｙ等の酸化物は、斜方晶～立方晶の相転移温度も高いので、緻密かつ透明な希土類酸化物セラミックスを得ることができる。これら希土類酸化物セラミックスの合成に際しては、焼結過程で希土類酸化物粒子どうしの合体による粒成長を防止し、残留気孔の排除を促すために焼結助剤が通常使用されている。
【０００５】
Greskovicは、Ｙ
２
Ｏ
３
に焼結助剤として１０％ＴｈＯ
２
を添加した材料を水素雰囲気中２１７０℃で３０時間以上焼結することによって透明な希土類酸化物セラミックを合成している（非特許文献１）。この材料は、透過率８０％程度に達しているが、オレンジピールと呼ばれるインクリュージョンが大量に検出され、散乱は数％／ｃｍと大きく、光学的不均一状態であるので、複屈折が極めて大きくなるおそれがある。また、レーザー光のようなコヒーレンス光が入射すると、ビームの歪みを生じるおそれもある。
【０００６】
その他にも、焼結助剤を用いて希土類酸化物セラミックを合成する方法が提案されている。例えば、J. Zhangらは、Ｌｕ
２
Ｏ
３
に焼結助剤としてＺｒＯ
２
を添加し、１６００℃で予備焼結した後、温度１７００℃及び圧力１９６ＭＰａでＨＩＰ処理することで透明体を得ている（非特許文献２）。
【０００７】
また例えば、池末らは、レーザー活性元素としてＮｄを添加した透明なＹ
２
Ｏ
３
セラミックスを得るために少量のＨｆＯ
２
を添加して１６５０℃の予備焼結を行い、１７００℃でＨＩＰ処理する方法を報告している（非特許文献３）。
【０００８】
透明なＹ
２
Ｏ
３
焼結体を得ることを目的として、少量のＢｅＯを添加し、２１５０℃以上の高温で焼結させる方法が提案されている（非特許文献４）。
【０００９】
また、J. Zhangらによれば、透明なＴｂ
２
Ｏ
３
－Ｌｕ
２
Ｏ
３
系セラミックスを作製するために少量のＺｒＯ
２
を添加した後、これをＨＩＰ処理する方法が提案されている（非特許文献６）。
【００１０】
これらの報告にもあるように、これまでの透明な希土類酸化物セラミックスの合成温度は、予備焼結及び高圧焼結も含めて１６００℃以上であり、常圧焼結にあっては２０００℃付近以上と極めて高温である。
（【００１１】以降は省略されています）

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