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JP3130987B2 - Alumina ceramics and manufacturing method thereof - Google Patents

Alumina ceramics and manufacturing method thereof

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Publication number
JP3130987B2
JP3130987B2 JP03317136A JP31713691A JP3130987B2 JP 3130987 B2 JP3130987 B2 JP 3130987B2 JP 03317136 A JP03317136 A JP 03317136A JP 31713691 A JP31713691 A JP 31713691A JP 3130987 B2 JP3130987 B2 JP 3130987B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
particle diameter
content
weight
average crystal
alumina ceramics
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP03317136A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH05148013A (en
Inventor
武志 松元
裕二 小川
圭志 恒川
岳志 前田
毅 井塞
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.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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.)
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Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=18084846&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP3130987(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP03317136A priority Critical patent/JP3130987B2/en
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、耐食性および耐クリー
プ性の高いアルミナセラミックスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alumina ceramic having high corrosion resistance and high creep resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】ファインセラミックスは金属に比べ、耐
摩耗性、耐食性、耐熱性に優れる等の理由で近年種々の
構造部品として用いられており、例えば、アルミナセラ
ミックスは、その耐食性を利用してケミカルポンプ部品
や医療機器部品などに多く利用されている。このアルミ
ナセラミックスは、Al2 3 を主成分とし、焼結助剤
としてSiO2 、MgO、CaOなどを含有したもので
あって、例えば粒子径が数μmのAl2 3 原料99重
量%と、残部がSiO2 、MgO、CaOなどからなる
セラミック原料を造粒した後、所定形状に成形し、15
00〜1600℃で焼成することによって、平均結晶粒
子径20〜40μmのアルミナセラミックスを得ること
ができた。
2. Description of the Related Art Fine ceramics have recently been used as various structural parts because of their superior wear resistance, corrosion resistance and heat resistance compared to metals. It is widely used for pump parts and medical equipment parts. This alumina ceramic contains Al 2 O 3 as a main component and contains SiO 2 , MgO, CaO and the like as a sintering aid. For example, 99% by weight of an Al 2 O 3 raw material having a particle diameter of several μm is used. After granulating a ceramic raw material consisting of SiO 2 , MgO, CaO, etc., the remainder is formed into a predetermined shape,
By baking at 00 to 1600 ° C., alumina ceramics having an average crystal particle diameter of 20 to 40 μm could be obtained.

【0003】さらに、特公昭63−66795号、特公
平3−51244号公報などに示されるように、Al2
3 含有量を99.6〜99.9重量%とし、残部がS
iO 2 、MgO、CaOなどからなる高純度アルミナセ
ラミックスも用いられており、このような高純度アルミ
ナセラミックスは耐摩耗性が高く、不純物含有量も少な
いために装置内での不純物混入を防止できるという点で
金属材料に対して大きな利点があり、化学反応が発生す
る部位などにも利用されている。例えば、原子力エネル
ギー燃料であるウランの濃縮にも、最近積極的に利用さ
れるようになってきた。
Further, Japanese Patent Publication No. 63-66795,
As disclosed in JP-A-3-51244 and the like,Two
OThreeThe content is 99.6 to 99.9% by weight, and the balance is S
iO TwoHigh-purity alumina core made of MgO, CaO, etc.
Lamix is also used, and such high-purity aluminum
Ceramics have high wear resistance and low impurity content
In order to prevent contamination of the equipment with impurities.
Great advantage over metal materials, chemical reactions occur
It is also used for parts where For example, nuclear energy
Has recently been actively used for enrichment of uranium
It has come to be.

【0004】ウランの濃縮方法には既に実用化されてい
るガス拡散法(ウラン235と238を六フッカウラン
分子として多孔質膜を用いて分離)、遠心分離法(六フ
ッカウランを遠心分離機にかけ高速回転により分離)や
研究・開発中である化学法(ウランを酸に溶解しウラン
235と238の酸化還元反応の違いを利用し分離)、
分子レーザー法(六フッカウランにレーザー光を照射し
フッ素が取れた235とそのままの238を分離)、原
子レーザー法(特定の波長のレーザーを照射しウラン2
35のみをイオン化し電場をかけて分離)などがある。
この中で化学法は高効率であるが、プラントがかなり大
きなものとなるため実用化が困難である。またガス拡散
法については最も古くから行われているが低効率であ
り、他の方法に転換されつつある。さらに、遠心分離法
については現在最も盛んに行われているが、ガス拡散法
には優るものの依然低効率であり、ガス拡散法と同様に
ウランを必要な濃縮度に上げるためには濃縮操作の繰り
返しが必要となる。そのため効率の高いレーザー濃縮法
の実用化が課題となっている。
[0004] Uranium enrichment methods include gas diffusion methods (separation of uranium 235 and 238 using hexaporous uranium molecules using a porous membrane) and centrifugal separation method (hexafuuranium is centrifuged at a high speed by a centrifuge). ) Or a chemical method under research and development (separation by dissolving uranium in acid and utilizing the difference in the redox reaction between uranium 235 and 238),
A molecular laser method (irradiation of laser light to hexafluorouranium to separate 235 from which fluorine was removed and 238 as it is) and an atomic laser method (irradiation of a specific wavelength of laser to uranium 2
35 is ionized and separated by applying an electric field).
Among these, the chemical method is highly efficient, but it is difficult to put it into practical use because the plant becomes quite large. The gas diffusion method has been used for the longest time, but has a low efficiency, and is being converted to another method. Furthermore, although the centrifugal separation method is currently most popular, it is still superior to the gas diffusion method but still has low efficiency, and like the gas diffusion method, the concentration operation must be performed in order to raise uranium to the required concentration. It needs to be repeated. Therefore, practical use of a highly efficient laser concentration method has been a problem.

【0005】レーザー濃縮法の一つである原子レーザー
法は、ウラン235だけに吸収される特定波長のレーザ
ー光をウランに照射し、ウラン235のみをイオン化し
た後電場を発生させ、電極に回収しようというものであ
る。ここでレーザー光は波長が変えられる色素レーザー
として、銅蒸気レーザー(CVL)が主として用いられ
る。この銅蒸気レーザーは円筒状のセラミックチューブ
の内部でネオンガスをパルス放電させ、その放電により
チューブ内部を1400〜1600℃に上げ、高純度の
銅を溶解、蒸発させてレーザー光を発生させるようにな
っている。
The atomic laser method, which is one of the laser enrichment methods, irradiates uranium with a laser beam having a specific wavelength that is absorbed only by uranium 235, ionizes only uranium 235, generates an electric field, and recovers the electric field. That is. Here, as a laser beam, a copper vapor laser (CVL) is mainly used as a dye laser whose wavelength can be changed. In this copper vapor laser, neon gas is pulse-discharged inside a cylindrical ceramic tube, and the inside of the tube is raised to 1400 to 1600 ° C. by the discharge to dissolve and evaporate high-purity copper to generate a laser beam. ing.

【0006】このセラミックチューブに要求される特性
は、高温下で使用時に変形(高温クリープ)しないこ
と、不純物による放電への影響を極力防止するために
高純度であること等である。そこでAl2 3 含有量9
9.9重量%程度の高純度アルミナセラミックスが用い
られてきた。
The characteristics required of this ceramic tube are that it does not deform (high-temperature creep) during use at high temperatures, and that it has high purity in order to minimize the influence of impurities on electric discharge. Therefore, an Al 2 O 3 content of 9
High-purity alumina ceramics of about 9.9% by weight have been used.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
Al2 3 含有量の高い高純度アルミナセラミックス
は、焼結助剤となるSiO2 、MgO、CaOなどの含
有量が極めて少ないため、焼結しにくいものであった。
そこで、この難焼結性を改善するため、共沈法、アルコ
キシド法などの化学合成法によるアルミナ原料が開発さ
れ、実用的な温度域(1300〜1700℃)での焼結
が可能となり、この原料により原子レーザー法に必要な
高純度アルミナセラミックス製チューブを作製してい
た。。
However, such a high-purity alumina ceramic having a high Al 2 O 3 content has a very small content of SiO 2 , MgO, CaO, etc., which are sintering aids. It was hard to tie.
Therefore, in order to improve this difficulty in sintering, an alumina raw material has been developed by a chemical synthesis method such as a coprecipitation method or an alkoxide method, and sintering in a practical temperature range (1300 to 1700 ° C.) has become possible. High-purity alumina ceramic tubes required for the atomic laser method were manufactured using the raw materials. .

【0008】しかしながら、この原料は焼結性の改善の
ために一次原料の粒子径を0.4〜0.5μmと非常に
小さくしており、その結果得られたアルミナセラミック
スは、結晶粒子径が2μm以下、さらには1μm以下と
極めて小さいものであり、その結果高温クリープが発生
し易いという問題点があった。また、上記原子レーザー
法に用いるセラミックス製チューブは、直径100m
m、長さ3m程度の長尺物であり、高温で使用されるこ
とから自重で変形しやすく、数回の使用で使用不能とな
るため原子レーザー法の実用化を妨げていた。
However, this material has a very small primary material particle size of 0.4 to 0.5 μm in order to improve sinterability, and the resulting alumina ceramic has a crystal particle size of 0.4 to 0.5 μm. It is as small as 2 μm or less, further 1 μm or less, and as a result, there is a problem that high-temperature creep easily occurs. The ceramic tube used for the above atomic laser method has a diameter of 100 m.
m, a length of about 3 m, which is easily deformed by its own weight because it is used at a high temperature, and becomes unusable after several uses, thus hindering the practical use of the atomic laser method.

【0009】また、このような結晶粒子径の小さいアル
ミナセラミックスは、耐食性も悪くなり、ケミカルポン
プや医療機器などの分野に用いる場合は問題があった。
Also, such alumina ceramics having a small crystal particle diameter have poor corrosion resistance, and have a problem when used in fields such as chemical pumps and medical equipment.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】以上に鑑み、本発明はA
2 3含有量99.8重量%以上で、焼結体の平均結
晶粒子径を2μm以上として、1400℃でのクリープ
速度2.5×10-3/時間以下の耐クリープ性、耐食性
の高い高純度アルミナセラミックスを得るようにしたも
のである。
In view of the above, the present invention provides an A
When the l 2 O 3 content is 99.8% by weight or more, and the average crystal grain size of the sintered body is 2 μm or more, the creep resistance and corrosion resistance at a creep rate of 2.5 × 10 −3 / hour or less at 1400 ° C. It is intended to obtain high-purity alumina ceramics.

【0011】なお、本発明においてAl2 3 含有量を
99.8重量%以上としたのは、アルミナ含有量が9
9.8重量%より少ないと、耐クリープ性、耐食性が低
くなるとともに、不純物が多くなるためであり、好まし
くは99.9重量%以上が望ましい。また、Al2 3
以外には、焼結助剤として0.2重量%以下、好ましく
は0.1重量%以下のSiO2 、MgO、CaOを少な
くとも一種含有している。
In the present invention, the content of Al 2 O 3 is 99.8% by weight or more because the alumina content is 9% by weight.
If the amount is less than 9.8% by weight, the creep resistance and the corrosion resistance are reduced, and the amount of impurities is increased. Preferably, the amount is 99.9% by weight or more. Also, Al 2 O 3
In addition, the sintering aid contains at least one kind of SiO 2 , MgO, or CaO of 0.2% by weight or less, preferably 0.1% by weight or less.

【0012】さらに、前記したように、このような高純
度アルミナセラミックスは、一次原料の粒子径を小さく
する必要があるため、焼結体の結晶粒子径も小さくなる
傾向があるが、本発明ではこのような高純度アルミナセ
ラミックスに対して結晶粒子径を大きくすることによ
り、特に耐食性、耐クリープ性を高められることを見出
したのである。なお、本発明において焼結体の平均結晶
粒子径を2μm以上としたのは、平均結晶粒子径が2μ
mより小さいと耐クリープ性、耐食性が悪くなるためで
あり、好ましくは5μm以上が望ましい。一方、平均結
晶粒子径を大きくするとアルミナセラミックスの曲げ強
度が低下する傾向があり、通常の構造部材として用いる
ためには焼結体の平均結晶粒子径40μm以下、好まし
くは30μm以下がよい。
Further, as described above, in such high-purity alumina ceramics, it is necessary to reduce the particle size of the primary raw material, so that the crystal particle size of the sintered body tends to be small. It has been found that by increasing the crystal grain size of such high-purity alumina ceramics, corrosion resistance and creep resistance can be particularly improved. In the present invention, the average crystal grain size of the sintered body is set to 2 μm or more because the average crystal grain size is 2 μm.
If it is smaller than m, the creep resistance and corrosion resistance will be deteriorated, and preferably 5 μm or more. On the other hand, when the average crystal particle diameter is increased, the bending strength of the alumina ceramic tends to decrease. For use as a normal structural member, the average crystal particle diameter of the sintered body is preferably 40 μm or less, more preferably 30 μm or less.

【0013】ここで、本発明のアルミナセラミックス
が、耐食性、耐クリープ性を高められるメカニズムを説
明する。即ち、通常アルミナセラミックスは、Al2
3 結晶と、SiO2 、CaO、MgOなどの焼結助剤か
らなるガラス質マトリックス層から構成される。そし
て、薬品中などでは、このガラス層が浸食されて溶出
し、Al2 3 粒子の脱落などに結びつくため、アルミ
ナセラミックスの耐食性を高めるためには、このガラス
層をできるだけ少なくすればよい。
Here, the mechanism by which the alumina ceramics of the present invention can enhance corrosion resistance and creep resistance will be described. That is, usually alumina ceramics are Al 2 O
It is composed of three crystals and a vitreous matrix layer made of a sintering aid such as SiO 2 , CaO, MgO. In a chemical or the like, the glass layer is eroded and eluted, leading to the dropout of Al 2 O 3 particles. Therefore, in order to increase the corrosion resistance of alumina ceramics, the glass layer may be reduced as much as possible.

【0014】一方アルミナセラミックスに一定荷重を長
時間加え続けたような場合は、次第にAl2 3 結晶に
粒界すべりが生じてクリープが生じてしまう。そのた
め、耐クリープ性を高めるためには、粒界すべりの原因
となるガラス層をできるだけ少なくすればよい。また、
この粒界すべりはAl2 3 結晶の粒子径とも関係し、
粒子径が大きいほど各結晶のズレが発生しにくいため、
粒界すべりが少なく、耐クリープ性を高めることができ
ることを見出したのである。
On the other hand, when a constant load is continuously applied to the alumina ceramics for a long time, grain boundary sliding gradually occurs in the Al 2 O 3 crystal and creep occurs. Therefore, in order to increase the creep resistance, the glass layer that causes grain boundary sliding should be reduced as much as possible. Also,
This grain boundary slip is also related to the particle size of the Al 2 O 3 crystal,
The larger the particle size, the less likely each crystal is to shift,
They found that grain boundary slip was small and creep resistance could be increased.

【0015】そこで、本発明は、Al2 3 含有量を9
9.8重量%以上と多くし、ガラス層を形成する焼結助
剤の含有量を0.2重量%以下と少なくするとともに、
焼成温度を高くしてAl2 3 結晶を成長させて結晶粒
子径を大きくし、その過程において焼結助剤をAl2
3 結晶中に固溶させることによって、よりガラス層を少
なくしたものである。このように、本発明のアルミナセ
ラミックスは、ガラス層を極力少なくしたものであり、
その結果耐食性を高めることができる。また、ガラス層
が少なく、かつ焼結体の平均結晶粒子径を2μm以上と
大きくしたことによって、耐クリープ性を高めることが
できる。
Therefore, the present invention provides an Al 2 O 3 content of 9
9.8% by weight or more, and the content of the sintering aid for forming the glass layer is reduced to 0.2% by weight or less.
The firing temperature is increased to grow Al 2 O 3 crystals to increase the crystal particle diameter, and in the process, Al 2 O 3
The glass layer is further reduced by forming a solid solution in the three crystals. Thus, the alumina ceramics of the present invention has a glass layer as small as possible,
As a result, corrosion resistance can be improved. In addition, creep resistance can be increased by reducing the number of glass layers and increasing the average crystal grain size of the sintered body to 2 μm or more.

【0016】また、本発明のアルミナセラミックスは、
このような構成により、1400℃でのクリープ速度を
2.5×10-3/Hr以下としたものであるが、クリー
プ速度が2.5×10-3/Hrよりも大きいと、例えば
ウラン濃縮用セラミックチューブに用いる場合に、極端
に寿命が低くなってしまうためである。ここでクリープ
速度とは、4点曲げ試験機を用いてセラミックテストピ
ースに一定応力を加えた状態での、時間当たりのテスト
ピースの歪み量であり、計算式は、 ε={6d/(L−l)・(L+2l)}・D ε:歪み量 d:試料の幅 L:下部治具スパン l:上部治具スパン D:測定たわみ量 で得られる歪み量εを時間で割ったものである。また、
本発明では応力は1.5kg/mm2 とし、d=4.0
mm、L=30mm、l=10mmとした。
Further, the alumina ceramics of the present invention comprises:
With such a configuration, the creep rate at 1400 ° C. is set to 2.5 × 10 −3 / Hr or less, but if the creep rate is higher than 2.5 × 10 −3 / Hr, for example, uranium enrichment This is because when used for a ceramic tube, the life is extremely shortened. Here, the creep rate is the amount of strain of the test piece per hour in a state where a constant stress is applied to the ceramic test piece using a four-point bending tester, and the calculation formula is: ε = {6d / (L −l) · (L + 2l)} · D ε: strain amount d: sample width L: lower jig span l: upper jig span D: strain amount ε obtained by measuring deflection amount divided by time . Also,
In the present invention, the stress is 1.5 kg / mm 2 and d = 4.0.
mm, L = 30 mm, and l = 10 mm.

【0017】なお、このようにAl2 3 含有量を9
9.8重量%以上と多くし、焼結助剤を少なくしたもの
は焼結性が悪いため、完全な焼結体を得ることが困難で
ある。そこで、本発明では、共沈法、アルコキシド法な
どの化学合成法によって平均粒子径1μm以下の微小な
一次原料を用意し、この原料に所定のバインダーを添加
混合した後、造粒し、プレス成形等で所定形状に成形す
る。その後、最高焼成温度1500℃以上、好ましくは
1600℃以上で、昇温開始から降温終了までの焼成時
間を30時間以上として、焼結体の平均結晶粒子径が2
μm以上となるまで焼成すればよい。このとき、一次原
料の粒子径が小さいため、粒子の活性化エネルギーが高
く、焼結性を高めることができる。また、一次原料の粒
子径が小さいことから、焼結体の結晶粒子径も小さくな
りがちであるが、焼成温度を高くするか、または焼成時
間を長くすることによって、Al2 3 結晶を成長させ
ればよい。
As described above, the content of Al 2 O 3 is 9
When the content is increased to 9.8% by weight or more and the sintering aid is decreased, sinterability is poor, and it is difficult to obtain a complete sintered body. Therefore, in the present invention, a fine primary raw material having an average particle diameter of 1 μm or less is prepared by a chemical synthesis method such as a coprecipitation method or an alkoxide method, and a predetermined binder is added to the raw material, mixed, granulated, and pressed. And the like to form a predetermined shape. Thereafter, at a maximum firing temperature of 1500 ° C. or higher, preferably 1600 ° C. or higher, the firing time from the start of the temperature increase to the end of the temperature decrease is 30 hours or more, and the average crystal particle diameter of the sintered body is 2
What is necessary is just to bake until it becomes more than micrometer. At this time, since the particle diameter of the primary raw material is small, the activation energy of the particles is high, and the sinterability can be improved. Further, since the particle diameter of the primary raw material is small, the crystal particle diameter of the sintered body tends to be small. However, by increasing the firing temperature or lengthening the firing time, the Al 2 O 3 crystal grows. It should be done.

【0018】[0018]

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0019】実験例1 まず、アルミナセラミックスの平均結晶粒子径と耐クリ
ープ性の関係について調べる実験を行った。Al2 3
含有量99.95重量%で、残部の0.05重量%がS
iO2 、MgO、CaOなどからなり、平均粒子径0.
4〜0.5μmの一次原料にPVA、PEG等のバイン
ダを添加し、スプレードライヤーにより造粒した。これ
を1ton/cm2 の成形圧力で、JIS R1601
に基づくテストピース形状にプレス成形した後、電気炉
を用いて、酸化雰囲気中、最高焼成温度1300〜17
00℃で、昇温開始から降温終了までの焼成時間40時
間として焼成した。得られた焼結体の平均結晶粒子径、
曲げ強度、クリープ速度を測定した結果を表1に示す。
また、焼成温度と平均結晶粒子径の関係を図1に、平均
結晶粒子径とクリープ速度との関係を図2にそれぞれ示
す。
Experimental Example 1 First, an experiment was conducted to examine the relationship between the average crystal grain size of alumina ceramics and creep resistance. Al 2 O 3
The content is 99.95% by weight, and the remaining 0.05% by weight is S
It is composed of iO 2 , MgO, CaO, etc., and has an average particle size of 0.
A binder such as PVA or PEG was added to the primary raw material of 4 to 0.5 μm and granulated by a spray drier. This was applied at a molding pressure of 1 ton / cm 2 according to JIS R1601.
After press-forming into a test piece shape based on the above, using an electric furnace, in an oxidizing atmosphere, the maximum firing temperature 1300-17
The sintering was performed at 00 ° C. for a sintering time of 40 hours from the start of the temperature increase to the end of the temperature decrease. Average crystal particle diameter of the obtained sintered body,
Table 1 shows the measurement results of the bending strength and the creep rate.
FIG. 1 shows the relationship between the firing temperature and the average crystal particle diameter, and FIG. 2 shows the relationship between the average crystal particle diameter and the creep rate.

【0020】なお、平均結晶粒子径は、焼結体の表面を
画像処理装置(ルーゼックス)で分析して求めたもので
ある。また、クリープ速度は、前記したように4点曲げ
試験機を用いてセラミックテストピースに一定応力を加
えた状態での、時間当たりのテストピースの歪み量を求
めた。
The average crystal particle diameter is obtained by analyzing the surface of the sintered body with an image processing device (Luzex). As for the creep rate, the strain amount of the test piece per hour in a state where a constant stress was applied to the ceramic test piece using the four-point bending tester as described above was obtained.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】上記表1および図1の結果より明らかに、
焼成温度を高くするほど焼結体の平均結晶粒子径を大き
くすることができること、および焼成温度1500℃以
上では平均結晶粒子径2μm以上とでき、さらに焼成温
度1600℃以上とすれば平均結晶粒子径5μm以上と
できることがわかる。
From the results in Table 1 and FIG.
The average crystal particle diameter of the sintered body can be increased as the firing temperature is increased, and the average crystal particle diameter can be 2 μm or more at a firing temperature of 1500 ° C. or higher, and the average crystal particle diameter can be increased at a firing temperature of 1600 ° C. or higher. It can be seen that the thickness can be set to 5 μm or more.

【0023】また、表1および図2の結果より、結晶粒
子径を大きくすればクリープ速度が遅くなり、耐クリー
プ性を高められることもわかる。ここで、原子レーザー
法によるウラン濃縮において用いるセラミック製チュー
ブに求められる特性は、1400℃におけるクリープ速
度が2.5×10-3/時間以下であることが望ましい
が、上記結果から、焼結体の平均結晶粒子径を2μm以
上とすればこの要求特性を満たすことがわかる。
Further, from the results shown in Table 1 and FIG. 2, it can be seen that the larger the crystal particle diameter, the lower the creep speed and the higher the creep resistance. Here, the characteristics required for the ceramic tube used in uranium enrichment by the atomic laser method are desirably that the creep rate at 1400 ° C. is 2.5 × 10 −3 / hour or less. It can be understood that this required property is satisfied when the average crystal particle diameter of is 2 μm or more.

【0024】もちろん耐クリープ性は高いほど良いが、
結晶粒子径の増大化に伴い、曲げ強度が低下するため、
結晶粒子径の選択に当たっては必要な曲げ強度との兼ね
合いで決定する必要がある。実際には、構造部材として
用いるためには曲げ強度10kg/mm2 以上必要であ
り、そのためには平均結晶粒子径40μm以下、好まし
くは30μm以下とする必要がある。
Of course, the higher the creep resistance, the better.
With the increase in crystal grain size, the bending strength decreases,
In selecting the crystal grain size, it is necessary to determine it in consideration of the required bending strength. Actually, in order to be used as a structural member, the flexural strength needs to be 10 kg / mm 2 or more, and for that purpose, the average crystal grain size needs to be 40 μm or less, preferably 30 μm or less.

【0025】なお、この実験例では、焼成温度を高くす
ることによって平均結晶粒子径を大きくしたが、焼成時
間を長くして平均結晶粒子径を大きくすることも可能で
ある。
In this experimental example, the average crystal particle diameter was increased by increasing the firing temperature. However, the average crystal particle diameter can be increased by increasing the firing time.

【0026】実験例2 次に、Al2 3 含有量とクリープ速度との関係を調べ
る実験を行った。上記実験例1と同様にして、アルミナ
含有量を変化させたときのクリープ速度を調べた。結果
は表2に示す通りである。
Experimental Example 2 Next, an experiment was conducted to examine the relationship between the Al 2 O 3 content and the creep rate. The creep rate when the alumina content was changed was examined in the same manner as in Experimental Example 1. The results are as shown in Table 2.

【0027】[0027]

【表2】 [Table 2]

【0028】この結果より明らかに、Al2 3 含有量
を高くするにしたがってクリープ速度が遅くなり、耐ク
リープ性が向上することがわかる。また、上記したよう
にウラン濃縮において用いるセラミック製チューブに必
要な要求特性である、1400℃におけるクリープ速度
を2.5×10-3/時間以下とするためには、Al2
3 含有量99.8重量%以上とすればよいこともわか
る。
The results clearly show that as the Al 2 O 3 content increases, the creep speed decreases, and the creep resistance improves. In order to reduce the creep rate at 1400 ° C. to 2.5 × 10 −3 / hour or less, which is a required characteristic of the ceramic tube used for uranium enrichment as described above, Al 2 O
It is also understood that the content of 3 should be 99.8% by weight or more.

【0029】このように、Al2 3 含有量は耐クリー
プ性に関係が深い。これはSiO2 、MgO、CaOな
どのAl23 以外の成分が多いものは、それらが焼結
助剤として作用するため比較的容易に結晶粒径の大きな
焼結体を得られるが、これらの成分は通常Al2 3
晶粒界にガラス相として生成するため、高温で軟化しや
すく、耐クリープ性の劣化を招くためである。また、A
2 3 含有量の高いセラミックスは不純物が少ないた
め、ウラン濃縮用のセラミックチューブとして用いると
不要な放電現象を防止できる効果もある。
As described above, the Al 2 O 3 content is closely related to the creep resistance. This is because those having many components other than Al 2 O 3 such as SiO 2 , MgO and CaO can easily obtain a sintered body having a large crystal grain size because they act as a sintering aid. Is usually generated as a glass phase at the Al 2 O 3 crystal grain boundary, so that it is likely to be softened at high temperatures and to deteriorate the creep resistance. Also, A
Since ceramics with a high l 2 O 3 content have few impurities, when used as a ceramic tube for uranium enrichment, there is also an effect that unnecessary discharge phenomena can be prevented.

【0030】実験例3 さらに、Al2 3 含有量と耐食性の関係について調べ
る実験を行った。一次原料として平均粒子径1μm以下
のAl2 3 原料を用い、Al2 3 含有量をさまざま
に変化させて、所定の形状に成形した後、最高焼成温度
1400〜1700℃℃で、昇温開始から降温終了まで
の焼成時間60時間として焼成し、アルミナセラミック
スのテストピースを得た。このようにして得られたテス
トピースを、95℃に保持した各薬品中に10時間×1
0サイクル、合計100時間浸漬した後、その重量減少
を測定した。結果は表3に示す通りである。
EXPERIMENTAL EXAMPLE 3 Further, an experiment for examining the relationship between the Al 2 O 3 content and the corrosion resistance was conducted. An Al 2 O 3 raw material having an average particle diameter of 1 μm or less is used as a primary raw material, and the Al 2 O 3 content is variously changed to form a predetermined shape. Then, the temperature is raised at a maximum firing temperature of 1400 to 1700 ° C. Firing was performed for 60 hours from the start to the end of cooling to obtain a test piece of alumina ceramics. The test piece thus obtained was placed in each chemical kept at 95 ° C. for 10 hours × 1.
After soaking for 0 cycles for a total of 100 hours, the weight loss was measured. The results are as shown in Table 3.

【0031】[0031]

【表3】 [Table 3]

【0032】この結果より明らかに、Al2 3 含有量
が99.5重量%以下のものは薬品による重量減少が大
きいことがわかる。またAl2 3 含有量99.9重量
%のものでも、平均結晶粒子径が2μm以下のものは、
重量減少が大きく耐食性が悪かった。これは、結晶成長
に伴う焼結助剤のAl2 3 結晶中への固溶が少なく、
Al2 3 結晶の粒界にガラス層が多く存在したためで
ある。
The results clearly show that those having an Al 2 O 3 content of 99.5% by weight or less have a large weight loss due to chemicals. In addition, even if the Al 2 O 3 content is 99.9% by weight, the one having an average crystal particle diameter of 2 μm or less is
The weight loss was large and the corrosion resistance was poor. This is because the solid solution of the sintering aid in the Al 2 O 3 crystal accompanying the crystal growth is small,
This is because many glass layers were present at the grain boundaries of the Al 2 O 3 crystal.

【0033】これに対し、Al2 3 含有量99.8重
量%以上で、平均結晶粒子径2μm以上とした本発明実
施例は、薬品による重量減少が極めて小さく、耐食性に
優れていることがわかる。したがって、耐食性を高める
ためには、Al2 3 含有量99.8重量%以上とする
とともに、焼結体の平均結晶粒子径を2μm以上とすれ
ばよいことがわかる。
On the other hand, in Examples of the present invention in which the content of Al 2 O 3 was 99.8% by weight or more and the average crystal particle diameter was 2 μm or more, the weight loss due to chemicals was extremely small and the corrosion resistance was excellent. Understand. Therefore, it can be seen that in order to enhance the corrosion resistance, the Al 2 O 3 content should be 99.8% by weight or more and the average crystal grain size of the sintered body should be 2 μm or more.

【0034】実験例4 次に、本発明および比較例のアルミナセラミックスを用
いて、前記ウラン濃縮用のセラミックチューブを形成し
た。セラミックチューブは直径100mm、長さ3mの
円筒状とし、表4に示すさまざまなアルミナセラミック
スで形成して、原子レーザー法によるウラン濃縮用セラ
ミックチューブとして用いた。それぞれ、セラミックチ
ューブが変形して使用不可能となるまでの時間を比較し
た(Al2 3 99.5重量%で平均結晶粒子径10μ
mのものを1とした場合の比で表した)。結果は表4に
示す通りである。
Experimental Example 4 Next, the ceramic tube for enriching uranium was formed using the alumina ceramics of the present invention and the comparative example. The ceramic tube was formed into a cylindrical shape having a diameter of 100 mm and a length of 3 m, and was formed of various alumina ceramics shown in Table 4, and used as a uranium enrichment ceramic tube by an atomic laser method. The respective times until the ceramic tube was deformed and became unusable were compared (99.5% by weight of Al 2 O 3 and an average crystal particle diameter of 10 μm).
m was 1 and the ratio was 1). The results are as shown in Table 4.

【0035】[0035]

【表4】 [Table 4]

【0036】この結果より明らかに、比較例であるAl
2 3 含有量が99.5重量%と低いものや、平均結晶
粒子径が1μmと小さいものは、使用不可能となるまで
の時間が短かった。これに対し、本発明実施例は、長時
間の使用が可能であり優れた結果を示した。したがっ
て、ウラン濃縮用セラミックチューブとして、Al2
3 含有量99.8重量%以上で、かつ平均結晶粒子径2
μm以上の本発明のアルミナセラミックスを用いれば、
特に優れた効果を奏することがわかる。
The results clearly show that the comparative example Al
When the content of 2 O 3 was as low as 99.5% by weight or when the average crystal particle size was as small as 1 μm, the time until the sample became unusable was short. On the other hand, the examples of the present invention can be used for a long time and showed excellent results. Therefore, as a uranium enrichment ceramic tube, Al 2 O
3 The content is 99.8% by weight or more and the average crystal particle size is 2
If the alumina ceramic of the present invention having a size of μm or more is used,
It can be seen that particularly excellent effects are achieved.

【0037】[0037]

【発明の効果】叙上のように本発明によれば、アルミナ
セラミックスにおけるAl2 3 含有量を99.8重量
%以上とするとともに、焼結体の平均結晶粒子径を2μ
m以上として、1400℃におけるクリープ速度を2.
5×10-3/時間以下としたことによって、耐食性、耐
クリープ性を極めて高くすることができる。また、この
ようなアルミナセラミックスは、Al2 3 含有量9
9.8重量%以上で平均粒子径1μm以下の一次原料を
所定形状に成形した後、最高焼成温度1500℃以上
で、昇温開始から降温終了までの焼成時間を30時間以
上として平均結晶粒子径が2μm以上となるように焼成
することによって、容易に得ることができる。
As described above, according to the present invention, the content of Al 2 O 3 in alumina ceramics is 99.8% by weight or more, and the average crystal grain size of the sintered body is 2 μm.
m or more and the creep rate at 1400 ° C.
By setting it to 5 × 10 −3 / hour or less, corrosion resistance and creep resistance can be extremely increased. Such alumina ceramics have an Al 2 O 3 content of 9%.
After forming a primary material having a mean particle diameter of 1 μm or less into a predetermined shape at a rate of 9.8 wt% or more, the firing time from the start of temperature rise to the end of temperature drop is 30 hours or more at a maximum firing temperature of 1500 ° C. or more. Can be easily obtained by baking so that is not less than 2 μm.

【0038】このようにして得られた、本発明のアルミ
ナセラミックスは、優れた耐食性を利用してケミカルポ
ンプや医療機器などに応用したり、あるいは優れた耐ク
リープ性を利用してウラン濃縮用のセラミックチューブ
の他ロードセルや高温用治具などに用いれば、長期間良
好に使用することができる。
The alumina ceramics of the present invention thus obtained can be applied to chemical pumps and medical equipment by utilizing excellent corrosion resistance, or used for enriching uranium by utilizing excellent creep resistance. If used for a load cell or a high-temperature jig other than the ceramic tube, it can be favorably used for a long time.

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

【図1】アルミナセラミックスにおける、焼成温度と焼
結体の平均結晶粒子径の関係を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing a relationship between a firing temperature and an average crystal particle diameter of a sintered body in alumina ceramics.

【図2】アルミナセラミックスにおける、平均結晶粒子
径とクリープ速度との関係を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a relationship between an average crystal particle diameter and a creep rate in alumina ceramics.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井塞 毅 滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の1 京 セラ株式会社滋賀蒲生工場内 審査官 三崎 仁 (56)参考文献 特開 昭54−87716(JP,A) 特開 昭60−16861(JP,A) 特開 昭61−118905(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/10 C04B 35/64 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Takeshi Inoku, 10-10 Kawai, Gamo-cho, Gamo-gun, Shiga Prefecture Examiner Hitoshi Misaki in the Shiga Gamo Plant of Kyocera Corporation (56) References JP-A-54-87716 ( JP, A) JP-A-60-16861 (JP, A) JP-A-61-118905 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C04B 35/10 C04B 35/64

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】Al23含有量が99.8重量%以上、焼
結体の平均結晶粒子径が2μm以上であり、1400℃
におけるクリープ速度が2.5×10-3/時間以下であ
ることを特徴とするアルミナセラミックス。
1. The sintered body has an Al 2 O 3 content of 99.8% by weight or more, an average crystal grain size of 2 μm or more, and 1400 ° C.
Alumina ceramics having a creep rate of 2.5 × 10 −3 / hour or less.
【請求項2】Al23含有量99.8重量%以上で、平
均粒子径1μm以下の一次原料を所定形状に成形した
後、最高焼成温度1500℃以上で、昇温開始から降温
終了までの焼成時間を30時間以上として、焼結体の平
均結晶粒子径が2μm以上となるように焼成することを
特徴とする請求項1に記載のアルミナセラミックスの製
造方法。
2. After a primary raw material having an Al 2 O 3 content of 99.8% by weight or more and an average particle diameter of 1 μm or less is formed into a predetermined shape, the maximum firing temperature is 1500 ° C. or more, and from the start of temperature rise to the end of temperature fall. The method for producing alumina ceramics according to claim 1 , wherein the sintering is carried out so that the average crystal particle diameter of the sintered body is 2 µm or more, with the sintering time being 30 hours or more.
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