JP2000344569A - 高強度アルミナ質焼結体及びその製造方法 - Google Patents
高強度アルミナ質焼結体及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】少ないジルコニア量で７０ｋｇｆ／ｍｍ2 を越
える３点曲げ抗折強度を持ったアルミナ質焼結体を提供
する。 【解決手段】実質的に正方晶及び／又は立方晶からなる
ジルコニアを０．５〜２０重量％、シリカを０．０５重
量％以下含有し、残部がアルミナからなり、焼結体中の
ジルコニアの平均結晶粒子径を０．１〜１．０μｍ、ア
ルミナの平均結晶粒子径を０．５〜２．０μｍとすると
ともに、前記焼結体表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）を
０．２μｍ以下とし、その表面の反射電子像を画像解析
した時のジルコニアの占有面積率と、前記焼結体中のジ
ルコニアの含有率との比を０．８以上としてアルミナ質
焼結体を構成する。
える３点曲げ抗折強度を持ったアルミナ質焼結体を提供
する。 【解決手段】実質的に正方晶及び／又は立方晶からなる
ジルコニアを０．５〜２０重量％、シリカを０．０５重
量％以下含有し、残部がアルミナからなり、焼結体中の
ジルコニアの平均結晶粒子径を０．１〜１．０μｍ、ア
ルミナの平均結晶粒子径を０．５〜２．０μｍとすると
ともに、前記焼結体表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）を
０．２μｍ以下とし、その表面の反射電子像を画像解析
した時のジルコニアの占有面積率と、前記焼結体中のジ
ルコニアの含有率との比を０．８以上としてアルミナ質
焼結体を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジルコニアが含有
した高強度アルミナ質焼結体とその製造方法に関するも
のである。
した高強度アルミナ質焼結体とその製造方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、セラミック部材の中でも耐摩耗
性、耐熱性、耐薬品性等の点で優れた特性を有するとと
もに、圧倒的に安価でかつ工業的に有用な材料としてア
ルミナ質焼結体が使用されており、例えば、ディスクバ
ルブ、ベアリングボール、ベーンポンプのベーン、プラ
ンジャーポンプのプランジャーロッド等の摺動部材や粉
砕部材、さらには切削、研磨工具など様々な用途で使用
されている。
性、耐熱性、耐薬品性等の点で優れた特性を有するとと
もに、圧倒的に安価でかつ工業的に有用な材料としてア
ルミナ質焼結体が使用されており、例えば、ディスクバ
ルブ、ベアリングボール、ベーンポンプのベーン、プラ
ンジャーポンプのプランジャーロッド等の摺動部材や粉
砕部材、さらには切削、研磨工具など様々な用途で使用
されている。
【０００３】しかしながら、アルミナ質焼結体は上述の
ような優れた特性を有する反面、ジルコニア質焼結体や
窒化珪素質焼結体などの他のセラミック焼結体に比べて
抗折強度が低いことから、高い応力のかかる部分に安定
して使用することができなかった。
ような優れた特性を有する反面、ジルコニア質焼結体や
窒化珪素質焼結体などの他のセラミック焼結体に比べて
抗折強度が低いことから、高い応力のかかる部分に安定
して使用することができなかった。
【０００４】このような観点から、アルミナ質焼結体の
抗折強度を向上させるため、結晶構造が正方晶のジルコ
ニアを含有したアルミナ質焼結体が提案されている（特
公昭５９−２４７５１号公報、特公昭５９−２５７４８
号公報、特公昭６０−４６０５９号公報参照）。
抗折強度を向上させるため、結晶構造が正方晶のジルコ
ニアを含有したアルミナ質焼結体が提案されている（特
公昭５９−２４７５１号公報、特公昭５９−２５７４８
号公報、特公昭６０−４６０５９号公報参照）。
【０００５】この種のアルミナ質焼結体は、主体をなす
アルミナ粉末に対し、ＺｒＯ2 粉末及びＺｒＯ2 の安定
化剤としてＹ2 Ｏ3 粉末やＭｇＯ粉末等を添加したもの
を、ボールミルやビーズミル等を用いて攪拌し、混練乾
燥することにより造粒体を作製し、この造粒体を所定形
状に成形したあと、１４００〜１７５０℃の温度で焼成
することにより製造され、アルミナ質焼結体中の正方晶
ジルコニアは、粒界及びマトリックスと同程度まで粒成
長した状態で存在していた。
アルミナ粉末に対し、ＺｒＯ2 粉末及びＺｒＯ2 の安定
化剤としてＹ2 Ｏ3 粉末やＭｇＯ粉末等を添加したもの
を、ボールミルやビーズミル等を用いて攪拌し、混練乾
燥することにより造粒体を作製し、この造粒体を所定形
状に成形したあと、１４００〜１７５０℃の温度で焼成
することにより製造され、アルミナ質焼結体中の正方晶
ジルコニアは、粒界及びマトリックスと同程度まで粒成
長した状態で存在していた。
【０００６】このように、正方晶ジルコニアを含有させ
ることで強度が向上する理由としては、外部応力が加わ
ると焼結体の粒界やマトリックス状に存在するジルコニ
アが正方晶から単斜晶に相変態してマイクロクラックを
生じるため、このマイクロクラックにより外部からの破
壊エネルギーが吸収されるためであると考えられてい
る。
ることで強度が向上する理由としては、外部応力が加わ
ると焼結体の粒界やマトリックス状に存在するジルコニ
アが正方晶から単斜晶に相変態してマイクロクラックを
生じるため、このマイクロクラックにより外部からの破
壊エネルギーが吸収されるためであると考えられてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ジルコニア
原料はアルミナ原料に比べて高価な原料であり、前述し
たアルミナ質焼結体のように、正方晶ジルコニアを焼結
体の粒界やマトリックス状にのみ介在させたものでは、
強度を高めるために添加するジルコニア量が多くなり、
高価な材料となってしまうといった課題があった。
原料はアルミナ原料に比べて高価な原料であり、前述し
たアルミナ質焼結体のように、正方晶ジルコニアを焼結
体の粒界やマトリックス状にのみ介在させたものでは、
強度を高めるために添加するジルコニア量が多くなり、
高価な材料となってしまうといった課題があった。
【０００８】そこで、本件出願人らは、ジルコニアの添
加量を少なくしても高強度を有するアルミナ質焼結体を
得るために、Ｚｒイオンと、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙおよび希土
類元素のうち１種以上のイオン、ならびにＡｌイオンを
均一に混合した溶液を作製し、この溶液にアルミナ粉末
を添加し、アンモニアで中和反応させることにより、ア
ルミナ粉末とＺｒ−Ａｌ系水酸化物とからなる準原料粉
体を得たあと、この準原料粉体を仮焼きすることによ
り、アルミナ凝集体の表面に正方晶ジルコニアが付着し
た原料粉体を製作し、この原料粉体を所定形状に成形
後、焼成することにより、高強度でかつ高硬度を有する
アルミナ質焼結体が得られることを先に提案した（特願
平９−２８６６６０号公報参照）。
加量を少なくしても高強度を有するアルミナ質焼結体を
得るために、Ｚｒイオンと、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙおよび希土
類元素のうち１種以上のイオン、ならびにＡｌイオンを
均一に混合した溶液を作製し、この溶液にアルミナ粉末
を添加し、アンモニアで中和反応させることにより、ア
ルミナ粉末とＺｒ−Ａｌ系水酸化物とからなる準原料粉
体を得たあと、この準原料粉体を仮焼きすることによ
り、アルミナ凝集体の表面に正方晶ジルコニアが付着し
た原料粉体を製作し、この原料粉体を所定形状に成形
後、焼成することにより、高強度でかつ高硬度を有する
アルミナ質焼結体が得られることを先に提案した（特願
平９−２８６６６０号公報参照）。
【０００９】しかしながら、このようなアルミナ質焼結
体でもその抗折強度は最大で７０ｋｇｆ／ｍｍ2 程度で
あり、十分な強度ではなかった。
体でもその抗折強度は最大で７０ｋｇｆ／ｍｍ2 程度で
あり、十分な強度ではなかった。
【００１０】この理由について、本件発明者らは実験を
重ね検討したところ、前述した準原料粉体の製法におい
て、アルミナ粉末が凝集体を作り易く、Ｚｒ−Ａｌ系水
酸化物がアルミナ凝集体の表面にのみ付着し、凝集体を
構成する微細なアルミナ粉体の表面にＺｒ−Ａｌ系水酸
化物を付着させることができないため、焼結体中におけ
るジルコニアの分散状態が十分でなく、その結果、抗折
強度を高めることができなかった。
重ね検討したところ、前述した準原料粉体の製法におい
て、アルミナ粉末が凝集体を作り易く、Ｚｒ−Ａｌ系水
酸化物がアルミナ凝集体の表面にのみ付着し、凝集体を
構成する微細なアルミナ粉体の表面にＺｒ−Ａｌ系水酸
化物を付着させることができないため、焼結体中におけ
るジルコニアの分散状態が十分でなく、その結果、抗折
強度を高めることができなかった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】そこで、本件発明者らは
種々研究を繰り返したところ、中和反応後の準原料粉末
中におけるＺｒ−Ａｌ系水酸化物の付着状態が、最終的
にアルミナ質焼結体中におけるジルコニアの分散状態に
影響を与え、ひいてはアルミナ質焼結体の抗折強度に大
きな影響を与えることを知見し、前述したアルミナ質焼
結体について検討したところ、準原料粉体の製造段階に
おいて、ボールやビーズ等のメディアを用いてアルミナ
凝集体に剪断力を作用させることにより、アルミナ凝集
体を解砕させて微細なアルミナ粉体とし、この状態で中
和反応させることにより、微細なアルミナ粉体の表面に
Ｚｒ−Ａｌ系水酸化物が被着された準原料粉体を得るこ
とができるため、この準原料粉体を仮焼きして原料粉体
とし、これを成形、焼成することにより、ジルコニアの
含有量が少なくても極めて高い抗折強度を有するアルミ
ナ質焼結体が得られることを見出した。
種々研究を繰り返したところ、中和反応後の準原料粉末
中におけるＺｒ−Ａｌ系水酸化物の付着状態が、最終的
にアルミナ質焼結体中におけるジルコニアの分散状態に
影響を与え、ひいてはアルミナ質焼結体の抗折強度に大
きな影響を与えることを知見し、前述したアルミナ質焼
結体について検討したところ、準原料粉体の製造段階に
おいて、ボールやビーズ等のメディアを用いてアルミナ
凝集体に剪断力を作用させることにより、アルミナ凝集
体を解砕させて微細なアルミナ粉体とし、この状態で中
和反応させることにより、微細なアルミナ粉体の表面に
Ｚｒ−Ａｌ系水酸化物が被着された準原料粉体を得るこ
とができるため、この準原料粉体を仮焼きして原料粉体
とし、これを成形、焼成することにより、ジルコニアの
含有量が少なくても極めて高い抗折強度を有するアルミ
ナ質焼結体が得られることを見出した。
【００１２】即ち、本発明は上記課題に鑑み、実質的に
正方晶及び／又は立方晶からなるジルコニアを０．５〜
２０重量％、シリカを０．０５重量％以下含有し、残部
がアルミナからなる焼結体であって、前記焼結体中のジ
ルコニアの平均結晶粒子径が０．１〜１．０μｍ、アル
ミナの平均結晶粒子径が０．５〜２．０μｍであり、か
つ前記焼結体表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）を０．２μ
ｍ以下とするとともに、表面の反射電子像を画像解析し
た時のジルコニアの占有面積率と、前記焼結体中のジル
コニアの含有率との比が０．８以上である高強度アルミ
ナ質焼結体を構成したものである。
正方晶及び／又は立方晶からなるジルコニアを０．５〜
２０重量％、シリカを０．０５重量％以下含有し、残部
がアルミナからなる焼結体であって、前記焼結体中のジ
ルコニアの平均結晶粒子径が０．１〜１．０μｍ、アル
ミナの平均結晶粒子径が０．５〜２．０μｍであり、か
つ前記焼結体表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）を０．２μ
ｍ以下とするとともに、表面の反射電子像を画像解析し
た時のジルコニアの占有面積率と、前記焼結体中のジル
コニアの含有率との比が０．８以上である高強度アルミ
ナ質焼結体を構成したものである。
【００１３】また、本発明は、下記１〜４の工程より高
強度アルミナ質焼結体を製造することを特徴とする。
強度アルミナ質焼結体を製造することを特徴とする。
【００１４】１）Ｚｒイオンと、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙおよび
希土類元素のうち１種以上のイオン、ならびにＡｌイオ
ンを原子レベルで均一に混合した溶液を作製する工程 ２）前記溶液にアルミナ粉末を添加するとともに、メデ
ィアにて攪拌し、アルミナ粉末の表面にＺｒ−Ａｌ系水
酸化物を被着させた準原料粉体を作製する工程 ３）前記準原料粉体を３００〜１０００℃で仮焼きし、
表面に正方晶及び／又は立方晶からなるジルコニアが被
着された原料粉体を得る工程 ４）前記原料粉体に溶媒とバインダーを添加して造粒体
を作製し、これを所定形状に成形したあと１４５０〜１
６５０℃で焼成する工程
希土類元素のうち１種以上のイオン、ならびにＡｌイオ
ンを原子レベルで均一に混合した溶液を作製する工程 ２）前記溶液にアルミナ粉末を添加するとともに、メデ
ィアにて攪拌し、アルミナ粉末の表面にＺｒ−Ａｌ系水
酸化物を被着させた準原料粉体を作製する工程 ３）前記準原料粉体を３００〜１０００℃で仮焼きし、
表面に正方晶及び／又は立方晶からなるジルコニアが被
着された原料粉体を得る工程 ４）前記原料粉体に溶媒とバインダーを添加して造粒体
を作製し、これを所定形状に成形したあと１４５０〜１
６５０℃で焼成する工程
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
詳述する。
詳述する。
【００１６】本発明の高強度アルミナ質焼結体は、実質
的に正方晶及び／又は立方晶の結晶相を有する微細なジ
ルコニア、特に正方晶のジルコニアが、アルミナ質焼結
体中の粒界及びアルミナ結晶中に分散してなり、ジルコ
ニアの分散状態が極めて均一であることを特徴とする。
的に正方晶及び／又は立方晶の結晶相を有する微細なジ
ルコニア、特に正方晶のジルコニアが、アルミナ質焼結
体中の粒界及びアルミナ結晶中に分散してなり、ジルコ
ニアの分散状態が極めて均一であることを特徴とする。
【００１７】即ち、セラミックスの破壊メカニズムは一
般的に粒内破壊であることから、アルミナ結晶中に、正
方晶及び／又は立方晶の結晶相を有するジルコニア、特
に正方晶からなるジルコニアを分散させておくことによ
り、外部応力に対して正方晶ジルコニアを単斜晶に相変
態させ、この時に生じるマイクロクラックにより外部の
破壊エネルギーを吸収して粒内破壊を抑制することがで
きる。しかも、ジルコニアをアルミナ結晶中にも分散さ
せたことにより、高価なジルコニアの含有量を少量とし
ても粒内破壊を充分に抑制することができるとともに、
ジルコニアには焼成時におけるアルミナの粒成長を抑制
する作用があることから、緻密でかつ高強度を有する安
価なアルミナ質焼結体とすることができる。
般的に粒内破壊であることから、アルミナ結晶中に、正
方晶及び／又は立方晶の結晶相を有するジルコニア、特
に正方晶からなるジルコニアを分散させておくことによ
り、外部応力に対して正方晶ジルコニアを単斜晶に相変
態させ、この時に生じるマイクロクラックにより外部の
破壊エネルギーを吸収して粒内破壊を抑制することがで
きる。しかも、ジルコニアをアルミナ結晶中にも分散さ
せたことにより、高価なジルコニアの含有量を少量とし
ても粒内破壊を充分に抑制することができるとともに、
ジルコニアには焼成時におけるアルミナの粒成長を抑制
する作用があることから、緻密でかつ高強度を有する安
価なアルミナ質焼結体とすることができる。
【００１８】ここで、アルミナ質焼結体中におけるジル
コニアが実質的に正方晶及び／又は立方晶の結晶相から
なるとは、焼結体中に含有する全ジルコニア量に対し、
正方晶及び／又は立方晶の結晶相を有するジルコニアの
占める割合が９０ｍｏｌ％以上であることを言う。即
ち、焼結体中の全ジルコニア量に対し、正方晶及び／又
は立方晶の結晶相を有するジルコニアの占める割合が９
０ｍｏｌ％未満であると、正方晶ジルコニアが相変態し
たとしても外部応力を十分に吸収しきれず、アルミナ質
焼結体の抗折強度を向上させることができないからであ
る。
コニアが実質的に正方晶及び／又は立方晶の結晶相から
なるとは、焼結体中に含有する全ジルコニア量に対し、
正方晶及び／又は立方晶の結晶相を有するジルコニアの
占める割合が９０ｍｏｌ％以上であることを言う。即
ち、焼結体中の全ジルコニア量に対し、正方晶及び／又
は立方晶の結晶相を有するジルコニアの占める割合が９
０ｍｏｌ％未満であると、正方晶ジルコニアが相変態し
たとしても外部応力を十分に吸収しきれず、アルミナ質
焼結体の抗折強度を向上させることができないからであ
る。
【００１９】なお、全ジルコニア量に対し、正方晶及び
／立方晶の結晶相を有するジルコニアが占める割合は、
Ｘ線回折法にて測定することができる。
／立方晶の結晶相を有するジルコニアが占める割合は、
Ｘ線回折法にて測定することができる。
【００２０】即ち、Ｘ線回折により単斜晶ジルコニアの
ピーク強度と正方晶ジルコニア及び／又は立方晶ジルコ
ニアのピーク強度を測定し、数１に示す式から算出すれ
ば良い。
ピーク強度と正方晶ジルコニア及び／又は立方晶ジルコ
ニアのピーク強度を測定し、数１に示す式から算出すれ
ば良い。
【００２１】
【数１】
【００２２】また、本発明において、ジルコニアが極め
て均一に分散するとは、アルミナ質焼結体の表面を、中
心線平均粗さ（Ｒａ）で０．２μｍ以下の鏡面に仕上
げ、その表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による反射
電子像を画像解析した時のジルコニアの占有面積率と、
焼結体中におけるジルコニアの含有率との比が０．８以
上であることを言う。
て均一に分散するとは、アルミナ質焼結体の表面を、中
心線平均粗さ（Ｒａ）で０．２μｍ以下の鏡面に仕上
げ、その表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による反射
電子像を画像解析した時のジルコニアの占有面積率と、
焼結体中におけるジルコニアの含有率との比が０．８以
上であることを言う。
【００２３】即ち、ジルコニアがアルミナ質焼結体中に
均一に分散していれば、一定のジルコニア量に対し、走
査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による反射電子像を画像解析
した時のジルコニアの占有面積率が大きくなるため、ジ
ルコニアの占有面積率とジルコニアの含有率との比を見
ることでジルコニアの分散状態を確認することができ
る。そして、このジルコニアの占有面積率とジルコニア
の含有率との比が０．８未満であると、ジルコニアの分
散状態が十分ではないため、７０ｋｇｆ／ｍｍ2を越え
る抗折強度を得ることができないからである。
均一に分散していれば、一定のジルコニア量に対し、走
査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による反射電子像を画像解析
した時のジルコニアの占有面積率が大きくなるため、ジ
ルコニアの占有面積率とジルコニアの含有率との比を見
ることでジルコニアの分散状態を確認することができ
る。そして、このジルコニアの占有面積率とジルコニア
の含有率との比が０．８未満であると、ジルコニアの分
散状態が十分ではないため、７０ｋｇｆ／ｍｍ2を越え
る抗折強度を得ることができないからである。
【００２４】ところで、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に
よる反射電子像を画像解析すると、アルミナ質焼結体中
のジルコニア粒子は白色に見え、アルミナ粒子は黒色又
は灰色に見える。その為、ジルコニアの占有面積率を求
めるには、これらのコントラストの差を利用すれば良
く、ニレコ製のＬＵＺＥＸ−ＦＳと呼ばれる画像解析装
置を用い、３．３２４０９×１０2 μｍ2 の画像測定範
囲内に見られる白色のコントラストが明瞭な表層部にあ
るジルコニア粒子が占める面積率を求め、この作業を任
意の１０箇所で測定した面積率の平均値として算出す
る。なお、画像解析において、白色に見える粒子がジル
コニアであるかどうかは、波長分散型Ｘ線マイクロアナ
ライザー分析（ＥＰＭＡ）により定性分析し、その元素
を同定すれば良い。
よる反射電子像を画像解析すると、アルミナ質焼結体中
のジルコニア粒子は白色に見え、アルミナ粒子は黒色又
は灰色に見える。その為、ジルコニアの占有面積率を求
めるには、これらのコントラストの差を利用すれば良
く、ニレコ製のＬＵＺＥＸ−ＦＳと呼ばれる画像解析装
置を用い、３．３２４０９×１０2 μｍ2 の画像測定範
囲内に見られる白色のコントラストが明瞭な表層部にあ
るジルコニア粒子が占める面積率を求め、この作業を任
意の１０箇所で測定した面積率の平均値として算出す
る。なお、画像解析において、白色に見える粒子がジル
コニアであるかどうかは、波長分散型Ｘ線マイクロアナ
ライザー分析（ＥＰＭＡ）により定性分析し、その元素
を同定すれば良い。
【００２５】また、アルミナ質焼結体の粒界及びアルミ
ナ結晶中に分散するジルコニアの平均結晶粒子径は０．
１〜１．０μｍとし、かつアルミナの平均結晶粒子径は
０．５〜２．０μｍとすることが重要である。
ナ結晶中に分散するジルコニアの平均結晶粒子径は０．
１〜１．０μｍとし、かつアルミナの平均結晶粒子径は
０．５〜２．０μｍとすることが重要である。
【００２６】これは、ジルコニアの平均結晶粒子径が
１．０μｍより大きくなると、アルミナの結晶粒子径に
対して大きくなり過ぎるため、アルミナ質焼結体そのも
のの特性を劣化させ、７０ｋｇｆ／ｍｍ2 を越える抗折
強度を実現することができないからであり、逆に、平均
結晶粒子径が０．１μｍ未満のジルコニアを得ることは
製造上難しいからである。
１．０μｍより大きくなると、アルミナの結晶粒子径に
対して大きくなり過ぎるため、アルミナ質焼結体そのも
のの特性を劣化させ、７０ｋｇｆ／ｍｍ2 を越える抗折
強度を実現することができないからであり、逆に、平均
結晶粒子径が０．１μｍ未満のジルコニアを得ることは
製造上難しいからである。
【００２７】また、アルミナの平均結晶粒子径が２．０
μｍより大きくなると、強度低下を招き、７０ｋｇｆ／
ｍｍ2 を越える抗折強度を得ることができず、逆に、ジ
ルコニアが分散したアルミナの平均結晶粒子径を０．５
μｍ未満とすると、焼結体の緻密化が阻害されるからで
ある。
μｍより大きくなると、強度低下を招き、７０ｋｇｆ／
ｍｍ2 を越える抗折強度を得ることができず、逆に、ジ
ルコニアが分散したアルミナの平均結晶粒子径を０．５
μｍ未満とすると、焼結体の緻密化が阻害されるからで
ある。
【００２８】さらに、アルミナ質焼結体の抗折強度を向
上させるには、焼結体中におけるジルコニアの含有量も
重要な要件となる。
上させるには、焼結体中におけるジルコニアの含有量も
重要な要件となる。
【００２９】ジルコニアの含有量が０．５重量％未満で
は、焼結時におけるアルミナ結晶の粒成長を充分に抑制
することができないため、７０ｋｇｆ／ｍｍ2 を越える
抗折強度を得ることができず、ジルコニアの含有量が２
０重量％より多くなるとジルコニアの含有量が多くなり
過ぎるために高価なものとなってしまうとともに、アル
ミナ結晶中に多量のジルコニアが分散することになるた
め、アルミナ質焼結体そのものの特性を劣化させ、抗折
強度を低下させてしまうからである。
は、焼結時におけるアルミナ結晶の粒成長を充分に抑制
することができないため、７０ｋｇｆ／ｍｍ2 を越える
抗折強度を得ることができず、ジルコニアの含有量が２
０重量％より多くなるとジルコニアの含有量が多くなり
過ぎるために高価なものとなってしまうとともに、アル
ミナ結晶中に多量のジルコニアが分散することになるた
め、アルミナ質焼結体そのものの特性を劣化させ、抗折
強度を低下させてしまうからである。
【００３０】その為、アルミナ質焼結体中におけるジル
コニアの含有率は、０．５〜２０重量％の範囲で含有す
ることが良い。
コニアの含有率は、０．５〜２０重量％の範囲で含有す
ることが良い。
【００３１】また、アルミナ質焼結体中には不純物成分
としてシリカが含まれることがあるが、シリカ（ＳｉＯ
2 ) はアルミナの粒成長促進剤として働き、アルミナの
結晶粒子径が大きくなるとともに、結晶粒子の形状が不
揃いなものとなり、微結晶で結晶粒子の揃ったアルミナ
質焼結体を得ることができなくなる。そして、シリカの
含有率が０．０５重量％を越えると、７０ｋｇｆ／ｍｍ
2 を越える抗折強度を実現することができない。その
為、シリカの含有量は０．０５重量％以下とすることが
重要である。
としてシリカが含まれることがあるが、シリカ（ＳｉＯ
2 ) はアルミナの粒成長促進剤として働き、アルミナの
結晶粒子径が大きくなるとともに、結晶粒子の形状が不
揃いなものとなり、微結晶で結晶粒子の揃ったアルミナ
質焼結体を得ることができなくなる。そして、シリカの
含有率が０．０５重量％を越えると、７０ｋｇｆ／ｍｍ
2 を越える抗折強度を実現することができない。その
為、シリカの含有量は０．０５重量％以下とすることが
重要である。
【００３２】なお、焼結助剤としてＭｇＯ、ＣａＯなど
を若干含有させることもできるが、これらの焼結助剤は
多くとも１重量％以下とし、残部が実質的にアルミナか
らなるものであれば良い。
を若干含有させることもできるが、これらの焼結助剤は
多くとも１重量％以下とし、残部が実質的にアルミナか
らなるものであれば良い。
【００３３】次に、本発明に係る高強度アルミナ質焼結
体の製造方法について図１に示すフローチャートをもと
に説明する。
体の製造方法について図１に示すフローチャートをもと
に説明する。
【００３４】本発明に係る高強度アルミナ質焼結体を得
るには、まず、ジルコニアを構成するためにＺｒイオン
を、ジルコニアを部分安定化させるためにＭｇ、Ｃａ、
Ｙ、希土類元素のうち１種以上のイオンを、アルミナ結
晶中にジルコニアを微細な粒径で分散させるためにＡｌ
イオンをそれぞれ添加し、均一に混合された溶液を作製
する。具体的には水溶性のジルコニウム塩と、Ｍｇ、Ｃ
ａ、Ｙ、希土類元素等の安定化成分のうち１種以上から
なる塩、ならびにアルミニウム塩を水に溶解させて溶液
とする。
るには、まず、ジルコニアを構成するためにＺｒイオン
を、ジルコニアを部分安定化させるためにＭｇ、Ｃａ、
Ｙ、希土類元素のうち１種以上のイオンを、アルミナ結
晶中にジルコニアを微細な粒径で分散させるためにＡｌ
イオンをそれぞれ添加し、均一に混合された溶液を作製
する。具体的には水溶性のジルコニウム塩と、Ｍｇ、Ｃ
ａ、Ｙ、希土類元素等の安定化成分のうち１種以上から
なる塩、ならびにアルミニウム塩を水に溶解させて溶液
とする。
【００３５】この溶液を作製するにあたっては、Ｚｒイ
オンと安定化成分のイオンとの合計と、Ａｌイオンとの
比が、酸化物の重量換算で９５：５〜６０：４０となる
ように添加することが好ましく、さらに安定化成分のイ
オンは、Ｚｒイオンに対する酸化物換算で０．５ｍｏｌ
％以上となるように添加することが必要がある。特に、
前記安定化成分が、Ｚｒイオンに対する酸化物換算で
０．５ｍｏｌ％未満であると、アルミナ質焼結体中にお
ける全ジルコニア量に対し、正方晶及び／又は立方晶の
ジルコニアが占める割合を９０ｍｏｌ％以上とできない
からである。
オンと安定化成分のイオンとの合計と、Ａｌイオンとの
比が、酸化物の重量換算で９５：５〜６０：４０となる
ように添加することが好ましく、さらに安定化成分のイ
オンは、Ｚｒイオンに対する酸化物換算で０．５ｍｏｌ
％以上となるように添加することが必要がある。特に、
前記安定化成分が、Ｚｒイオンに対する酸化物換算で
０．５ｍｏｌ％未満であると、アルミナ質焼結体中にお
ける全ジルコニア量に対し、正方晶及び／又は立方晶の
ジルコニアが占める割合を９０ｍｏｌ％以上とできない
からである。
【００３６】次に、この溶液にアルミナ粉末を添加し、
さらにアンモニアを添加して中和反応させることによ
り、アルミナ粉体の表面にＺｒ−Ａｌ系水酸化物が被着
した準原料粉末を作製するのであるが、この中和反応と
同時にボールミルやビーズミルにてアルミナの凝集体を
解砕することが重要である。
さらにアンモニアを添加して中和反応させることによ
り、アルミナ粉体の表面にＺｒ−Ａｌ系水酸化物が被着
した準原料粉末を作製するのであるが、この中和反応と
同時にボールミルやビーズミルにてアルミナの凝集体を
解砕することが重要である。
【００３７】即ち、前記溶液中において、アルミナは凝
集体を作り易いため、中和反応させると、凝集体の表面
にのみＺｒ−Ａｌ系水酸化物が被着されたものとなり、
ジルコニアの分散性が不十分となるのであるが、中和反
応と同時にアルミナ凝集体を解砕することで、一つ一つ
の微細なアルミナ粉体の表面にＺｒ−Ａｌ系水酸化物が
被着した準原料粉体を得ることができる。
集体を作り易いため、中和反応させると、凝集体の表面
にのみＺｒ−Ａｌ系水酸化物が被着されたものとなり、
ジルコニアの分散性が不十分となるのであるが、中和反
応と同時にアルミナ凝集体を解砕することで、一つ一つ
の微細なアルミナ粉体の表面にＺｒ−Ａｌ系水酸化物が
被着した準原料粉体を得ることができる。
【００３８】ただし、アルミナ凝集体の解砕にあたり、
ボールやビーズ等のメディアとしては、アルミナ純度が
９９．５％以上の高純度アルミナやジルコニア純度が９
９．５％以上の高純度ジルコニアを用いる必要がある。
これはメディアの摩耗粉が不純物として混入しても組成
に悪影響を与えないようにするためで、ボールミルやピ
ンミル等の内張りライナーについてもシリカの混入が少
ない材質を選択することが好ましく、この準原料粉体中
におけるシリカの全含有量が０．０５重量％以下となる
ように調合する。
ボールやビーズ等のメディアとしては、アルミナ純度が
９９．５％以上の高純度アルミナやジルコニア純度が９
９．５％以上の高純度ジルコニアを用いる必要がある。
これはメディアの摩耗粉が不純物として混入しても組成
に悪影響を与えないようにするためで、ボールミルやピ
ンミル等の内張りライナーについてもシリカの混入が少
ない材質を選択することが好ましく、この準原料粉体中
におけるシリカの全含有量が０．０５重量％以下となる
ように調合する。
【００３９】しかるのち、得られた準原料粉体を３００
〜１０００℃で仮焼きすることにより、アルミナ粉体の
表面に正方晶及び／又は立方晶のジルコニアが被着され
た原料粉体を得ることができ、この原料粉体は、ジルコ
ニアが微細なアルミナ粉体の表面に付着していることか
ら、後述する焼成時におけるアルミナの粒成長を効果的
に抑制することができる。
〜１０００℃で仮焼きすることにより、アルミナ粉体の
表面に正方晶及び／又は立方晶のジルコニアが被着され
た原料粉体を得ることができ、この原料粉体は、ジルコ
ニアが微細なアルミナ粉体の表面に付着していることか
ら、後述する焼成時におけるアルミナの粒成長を効果的
に抑制することができる。
【００４０】次に、得られた原料粉体に、溶媒及びバイ
ンダーを添加して混練乾燥することにより造粒体を作製
し、この造粒体を一軸加圧成形法、泥しょう鋳込み法、
等軸加圧成形法、射出成形法など通常のセラミック成形
法により所定形状に成形したあと大気雰囲気あるいは水
素雰囲気中や窒素雰囲気中にて焼成する。この時、焼成
温度が１４５０℃未満では、焼結性が不十分であるため
に緻密化することができず、１６５０℃より高くなる
と、アルミナの粒成長を促進させてしまうため、いずれ
も得られたアルミナ質焼結体の抗折強度を７０ｋｇｆ／
ｍｍ2 より高くすることができないため、焼成温度は１
４５０℃〜１６５０℃の温度範囲で焼成する。
ンダーを添加して混練乾燥することにより造粒体を作製
し、この造粒体を一軸加圧成形法、泥しょう鋳込み法、
等軸加圧成形法、射出成形法など通常のセラミック成形
法により所定形状に成形したあと大気雰囲気あるいは水
素雰囲気中や窒素雰囲気中にて焼成する。この時、焼成
温度が１４５０℃未満では、焼結性が不十分であるため
に緻密化することができず、１６５０℃より高くなる
と、アルミナの粒成長を促進させてしまうため、いずれ
も得られたアルミナ質焼結体の抗折強度を７０ｋｇｆ／
ｍｍ2 より高くすることができないため、焼成温度は１
４５０℃〜１６５０℃の温度範囲で焼成する。
【００４１】このように、Ｚｒイオンと、Ｍｇ、Ｃａ、
Ｙ、希土類のうち１種以上のイオン、ならびにＡｌイオ
ンを均一に混合した溶液にアルミナ粉末を添加し、メデ
ィアによりアルミナ凝集体を解砕しつつ中和反応させた
ものを仮焼きし、微細なアルミナ粉体の表面にＺｒ−Ａ
ｌ系水酸化物が被着した原料粉体を作製し、これを成
形、焼成するようにしたことから、少ないジルコニア含
有量にもかかわらず、優れた抗折強度を有するアルミナ
質焼結体を得ることができる。
Ｙ、希土類のうち１種以上のイオン、ならびにＡｌイオ
ンを均一に混合した溶液にアルミナ粉末を添加し、メデ
ィアによりアルミナ凝集体を解砕しつつ中和反応させた
ものを仮焼きし、微細なアルミナ粉体の表面にＺｒ−Ａ
ｌ系水酸化物が被着した原料粉体を作製し、これを成
形、焼成するようにしたことから、少ないジルコニア含
有量にもかかわらず、優れた抗折強度を有するアルミナ
質焼結体を得ることができる。
【００４２】
【実施例】（実施例）以下、本発明の具体例について説
明する。
明する。
【００４３】ＺｒＯＣｌ2 ・８Ｈ2 Ｏを１１．６９８重
量％、ＹＣｌ3 ・６Ｈ2 Ｏを０．１６７重量％、ＡｌＣ
ｌ3 ・６Ｈ2 Ｏを１．３４６重量％の割合で水に混合し
て溶液を作製し、この溶液中にアルミナ粉末を８６．７
８９重量％添加混合してスラリーを製作した。そして、
このスラリーを、平均粒子径が０．３ｍｍ程度の高純度
ジルコニアビーズとともに、ビーズミルのベッセル内に
入れ、周速１９０００ｍｍ／ｓｅｃの速度で回転させ、
アルミナ凝集体を解砕しながら、アンモニア（２８％）
を加えて中和反応させることにより、アルミナ粉体の表
面にＺｒ（Ｙ）−Ａｌ系水酸化物が被着した準原料粉体
を得た。
量％、ＹＣｌ3 ・６Ｈ2 Ｏを０．１６７重量％、ＡｌＣ
ｌ3 ・６Ｈ2 Ｏを１．３４６重量％の割合で水に混合し
て溶液を作製し、この溶液中にアルミナ粉末を８６．７
８９重量％添加混合してスラリーを製作した。そして、
このスラリーを、平均粒子径が０．３ｍｍ程度の高純度
ジルコニアビーズとともに、ビーズミルのベッセル内に
入れ、周速１９０００ｍｍ／ｓｅｃの速度で回転させ、
アルミナ凝集体を解砕しながら、アンモニア（２８％）
を加えて中和反応させることにより、アルミナ粉体の表
面にＺｒ（Ｙ）−Ａｌ系水酸化物が被着した準原料粉体
を得た。
【００４４】次に、この準原料粉体を乾燥させたあと、
５００℃程度の温度で仮焼きして粗粉砕することによ
り、アルミナ粉体の表面にＺｒ（Ｙ）−Ａｌ系水酸化物
が被着された原料粉体を作製した。
５００℃程度の温度で仮焼きして粗粉砕することによ
り、アルミナ粉体の表面にＺｒ（Ｙ）−Ａｌ系水酸化物
が被着された原料粉体を作製した。
【００４５】次に、この原料粉体にバインダーと溶媒と
しての水を添加して混練乾燥することにより造粒体を作
製し、該造粒体を型内に充填して冷間静水圧成形法によ
り円柱状に成形したあと、この成形体を１５５０℃の大
気雰囲気中にて焼成することにより、ジルコニアを含有
してなるアルミナ質焼結体を得た。
しての水を添加して混練乾燥することにより造粒体を作
製し、該造粒体を型内に充填して冷間静水圧成形法によ
り円柱状に成形したあと、この成形体を１５５０℃の大
気雰囲気中にて焼成することにより、ジルコニアを含有
してなるアルミナ質焼結体を得た。
【００４６】そこで、このアルミナ質焼結体の組成及び
特性について調べた。
特性について調べた。
【００４７】アルミナ質焼結体の組成を調べるため、Ｉ
ＣＰ発光分光分析により測定したところ、ジルコニアが
５重量％、シリカが０．０３重量％、残部がアルミナか
らなるものであった。
ＣＰ発光分光分析により測定したところ、ジルコニアが
５重量％、シリカが０．０３重量％、残部がアルミナか
らなるものであった。
【００４８】ジルコニアの分散状態を確認するため、ア
ルミナ質焼結体の表面に研磨加工を施して中心線平均粗
さ（Ｒａ）０．２μｍの鏡面に仕上げ、その表面の反射
電子像を走査型電子顕微鏡にて撮影したところ、図２に
見られるように、ジルコニア（白色部分）が極めて均一
に分散しており、さらに反射電子像（以下、ＳＥＭ像と
言う）をニレコ製のＬＵＺＥＸ−ＦＳと呼ばれる画像解
析装置を用いて、３．３２４０９×１０2 μｍ2 の画像
測定範囲内に見られるジルコニアの占有面積率を求め、
ジルコニアの含有率との比を算出したところ１．６と、
ジルコニアが極めて均一に分散していることが確認でき
た。なお、ジルコニアの占有面積率とジルコニアの含有
率との比は、任意の１０箇所で測定した値の平均であ
る。
ルミナ質焼結体の表面に研磨加工を施して中心線平均粗
さ（Ｒａ）０．２μｍの鏡面に仕上げ、その表面の反射
電子像を走査型電子顕微鏡にて撮影したところ、図２に
見られるように、ジルコニア（白色部分）が極めて均一
に分散しており、さらに反射電子像（以下、ＳＥＭ像と
言う）をニレコ製のＬＵＺＥＸ−ＦＳと呼ばれる画像解
析装置を用いて、３．３２４０９×１０2 μｍ2 の画像
測定範囲内に見られるジルコニアの占有面積率を求め、
ジルコニアの含有率との比を算出したところ１．６と、
ジルコニアが極めて均一に分散していることが確認でき
た。なお、ジルコニアの占有面積率とジルコニアの含有
率との比は、任意の１０箇所で測定した値の平均であ
る。
【００４９】また、アルミナ及びジルコニアの平均結晶
粒子径を測定したところ、アルミナの平均結晶粒子径は
１．２μｍ、ジルコニアの平均結晶粒子径は０．２８μ
ｍであった。なお、平均結晶粒子径の測定は、３５００
倍に拡大したＳＥＭ写真に、長さ７０ｍｍの線を任意に
１０本引き、ジルコニアの平均結晶粒子径は、線上にあ
るジルコニア（白色部分）の総長さを、線上にあるジル
コニアの総個数で割り、アルミナの平均結晶粒子径は、
線上にあるアルミナ（黒色又は灰色部分）の総長さを、
線上にあるアルミナの総個数で割ることにより算出し
た。
粒子径を測定したところ、アルミナの平均結晶粒子径は
１．２μｍ、ジルコニアの平均結晶粒子径は０．２８μ
ｍであった。なお、平均結晶粒子径の測定は、３５００
倍に拡大したＳＥＭ写真に、長さ７０ｍｍの線を任意に
１０本引き、ジルコニアの平均結晶粒子径は、線上にあ
るジルコニア（白色部分）の総長さを、線上にあるジル
コニアの総個数で割り、アルミナの平均結晶粒子径は、
線上にあるアルミナ（黒色又は灰色部分）の総長さを、
線上にあるアルミナの総個数で割ることにより算出し
た。
【００５０】さらに、アルミナ質焼結体中に分散してい
るジルコニアの結晶状態について確認するため、Ｘ線回
折により正方晶及び／又は立方晶ジルコニアのピーク強
度と単斜晶ジルコニアのピーク強度をそれぞれ測定し、
数１により全ジルコニア量に対する正方晶及び／又は立
方晶のジルコニアが占める割合を測定したところ、９
４．２ｍｏｌ％と、焼結体中におけるジルコニアの大部
分が正方晶及び／又は立方晶のジルコニアであった。
るジルコニアの結晶状態について確認するため、Ｘ線回
折により正方晶及び／又は立方晶ジルコニアのピーク強
度と単斜晶ジルコニアのピーク強度をそれぞれ測定し、
数１により全ジルコニア量に対する正方晶及び／又は立
方晶のジルコニアが占める割合を測定したところ、９
４．２ｍｏｌ％と、焼結体中におけるジルコニアの大部
分が正方晶及び／又は立方晶のジルコニアであった。
【００５１】また、見掛け密度をＪＩＳ Ｃ ２１４１
のアルキメデス法に準拠して測定したところ、４．０３
ｇ／ｃｍ3 であった。
のアルキメデス法に準拠して測定したところ、４．０３
ｇ／ｃｍ3 であった。
【００５２】さらに、アルミナ質焼結体に切削加工を施
して３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍの角柱体を製作し、ＪＩ
Ｓ Ｒ １６０１に準拠して、スパン幅３０ｍｍ、クロ
スヘッドスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件にて３点曲
げ抗折強度を測定したところ、８９．１ｋｇｆ／ｍｍ2
を有していた。
して３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍの角柱体を製作し、ＪＩ
Ｓ Ｒ １６０１に準拠して、スパン幅３０ｍｍ、クロ
スヘッドスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件にて３点曲
げ抗折強度を測定したところ、８９．１ｋｇｆ／ｍｍ2
を有していた。
【００５３】（比較例）次に、準原料粉体を得る際に、
不純物としてシリカを比較的多く含む原料を用いるとと
もに、ビーズミルによるアルミナ凝集体の解砕を行わな
い以外は実施例と同様の条件にて、アルミナ凝集体の表
面にＺｒ（Ｙ）−Ａｌ系水酸化物が被着された原料粉体
を作製し、この原料粉体にバインダーと溶媒としての水
を添加して混練乾燥することにより造粒体を作製し、該
造粒体を型内に充填して冷間静水圧成形法により円柱状
に成形したあと、この成形体を１６００℃の大気雰囲気
中にて焼成することにより、ジルコニアを含有してなる
従来のアルミナ質焼結体を得た。
不純物としてシリカを比較的多く含む原料を用いるとと
もに、ビーズミルによるアルミナ凝集体の解砕を行わな
い以外は実施例と同様の条件にて、アルミナ凝集体の表
面にＺｒ（Ｙ）−Ａｌ系水酸化物が被着された原料粉体
を作製し、この原料粉体にバインダーと溶媒としての水
を添加して混練乾燥することにより造粒体を作製し、該
造粒体を型内に充填して冷間静水圧成形法により円柱状
に成形したあと、この成形体を１６００℃の大気雰囲気
中にて焼成することにより、ジルコニアを含有してなる
従来のアルミナ質焼結体を得た。
【００５４】そして、このアルミナ質焼結体の組成及び
特性について調べたところ、ジルコニアが５重量％、シ
リカが０．１２重量％、残部がアルミナからなる組成を
有し、全ジルコニア量に対する正方晶及び／又は立方晶
のジルコニアが占める割合が９４．１％と、焼結体中に
おけるジルコニアの大部分が正方晶及び／又は立方晶の
ジルコニアであった。なお、従来のアルミナ質焼結体の
ＳＥＭ写真は図３に示す通りであった。
特性について調べたところ、ジルコニアが５重量％、シ
リカが０．１２重量％、残部がアルミナからなる組成を
有し、全ジルコニア量に対する正方晶及び／又は立方晶
のジルコニアが占める割合が９４．１％と、焼結体中に
おけるジルコニアの大部分が正方晶及び／又は立方晶の
ジルコニアであった。なお、従来のアルミナ質焼結体の
ＳＥＭ写真は図３に示す通りであった。
【００５５】また、ジルコニアの占有面積率とジルコニ
アの含有率との比は０．７４、アルミナの平均結晶粒子
径は２．６μｍ、ジルコニアの平均結晶粒子径は０．８
２μｍ、見掛け密度は４．０３ｇ／ｃｍ3 、３点曲げ抗
折強度は６２．０ｋｇｆ／ｍｍ2 であった。
アの含有率との比は０．７４、アルミナの平均結晶粒子
径は２．６μｍ、ジルコニアの平均結晶粒子径は０．８
２μｍ、見掛け密度は４．０３ｇ／ｃｍ3 、３点曲げ抗
折強度は６２．０ｋｇｆ／ｍｍ2 であった。
【００５６】これら実施例と比較例の結果より判るよう
に、本発明のアルミナ質焼結体は、従来のアルミナ質焼
結体と同じ組成を有するものの、図２のＳＥＭ写真に見
られるように、アルミナ及びジルコニアの平均結晶粒子
径がさらに小さく、また、ジルコニアの分散状態は本発
明のアルミナ質焼結体の方が明らかに均一であった。こ
のことはジルコニアの占有面積率とジルコニアの含有率
との比からも明らかである。その為、実施例のアルミナ
質焼結体は抗折強度が８９．１ｋｇｆ／ｍｍ２と７０ｋ
ｇｆ／ｍｍ２ を越える強度を実現することができ、優
れていた。
に、本発明のアルミナ質焼結体は、従来のアルミナ質焼
結体と同じ組成を有するものの、図２のＳＥＭ写真に見
られるように、アルミナ及びジルコニアの平均結晶粒子
径がさらに小さく、また、ジルコニアの分散状態は本発
明のアルミナ質焼結体の方が明らかに均一であった。こ
のことはジルコニアの占有面積率とジルコニアの含有率
との比からも明らかである。その為、実施例のアルミナ
質焼結体は抗折強度が８９．１ｋｇｆ／ｍｍ２と７０ｋ
ｇｆ／ｍｍ２ を越える強度を実現することができ、優
れていた。
【００５７】（実験例）そこで、実施例で示した準原料
粉体の作製方法を用いて、アルミナ粉体の表面にＺｒ
（Ｙ）−Ａｌ系水酸化物が被着された原料粉体を作製
し、この原料粉体にバインダーと溶媒としての水を添加
して混練乾燥することにより造粒体を作製し、該造粒体
を型内に充填して冷間静水圧成形法により円柱状に成形
したあと、この成形体を１４５０℃〜１６５０℃の大気
雰囲気中にて焼成することにより、組成比率、ジルコニ
アの占有面積率とジルコニアの含有率との比、アルミナ
及びジルコニアの平均結晶粒子径の異なるアルミナ質焼
結体を製作し、その３点曲げ抗折強度と見掛け比重につ
いて調べる実験を行った。
粉体の作製方法を用いて、アルミナ粉体の表面にＺｒ
（Ｙ）−Ａｌ系水酸化物が被着された原料粉体を作製
し、この原料粉体にバインダーと溶媒としての水を添加
して混練乾燥することにより造粒体を作製し、該造粒体
を型内に充填して冷間静水圧成形法により円柱状に成形
したあと、この成形体を１４５０℃〜１６５０℃の大気
雰囲気中にて焼成することにより、組成比率、ジルコニ
アの占有面積率とジルコニアの含有率との比、アルミナ
及びジルコニアの平均結晶粒子径の異なるアルミナ質焼
結体を製作し、その３点曲げ抗折強度と見掛け比重につ
いて調べる実験を行った。
【００５８】それぞれの結果を表１に示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】この結果、表１より判るように、実質的に
正方晶及び／又は立方晶からなるジルコニアを０．５〜
２０重量％、シリカを０．０５重量％以下の範囲で含有
してなり、前記焼結体中のジルコニアの平均結晶粒子径
が０．１〜１．０μｍ、アルミナの平均結晶粒子径が
０．５〜２．０μｍで、かつ前記焼結体表面の中心線平
均粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以下とし、その表面の反射
電子像を画像解析した時のジルコニアの占有面積率と、
焼結体中のジルコニアの含有率との比が０．８以上であ
るものは、いずれも７０ｋｇｆ／ｍｍ2 を越える３点曲
げ抗折強度を得ることができた。
正方晶及び／又は立方晶からなるジルコニアを０．５〜
２０重量％、シリカを０．０５重量％以下の範囲で含有
してなり、前記焼結体中のジルコニアの平均結晶粒子径
が０．１〜１．０μｍ、アルミナの平均結晶粒子径が
０．５〜２．０μｍで、かつ前記焼結体表面の中心線平
均粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以下とし、その表面の反射
電子像を画像解析した時のジルコニアの占有面積率と、
焼結体中のジルコニアの含有率との比が０．８以上であ
るものは、いずれも７０ｋｇｆ／ｍｍ2 を越える３点曲
げ抗折強度を得ることができた。
【００６１】
【発明の効果】以上のように、本発明の高強度アルミナ
質焼結体によれば、実質的に正方晶及び／又は立方晶か
らなるジルコニアを０．５〜２０重量％、シリカを０．
０５重量％以下含有し、残部がアルミナからなり、焼結
体中のジルコニアの平均結晶粒子径を０．１〜１．０μ
ｍ、アルミナの平均結晶粒子径を０．５〜２．０μｍと
するとともに、前記焼結体表面の中心線平均粗さ（Ｒ
ａ）を０．２μｍ以下とし、その表面の反射電子像を画
像解析した時のジルコニアの占有面積率と、前記焼結体
中のジルコニアの含有率との比を０．８以上としたこと
から、アルミナ質焼結体でありながら７０ｋｇｆ／ｍｍ
2 を越える３点曲げ抗折強度を実現することができる。
質焼結体によれば、実質的に正方晶及び／又は立方晶か
らなるジルコニアを０．５〜２０重量％、シリカを０．
０５重量％以下含有し、残部がアルミナからなり、焼結
体中のジルコニアの平均結晶粒子径を０．１〜１．０μ
ｍ、アルミナの平均結晶粒子径を０．５〜２．０μｍと
するとともに、前記焼結体表面の中心線平均粗さ（Ｒ
ａ）を０．２μｍ以下とし、その表面の反射電子像を画
像解析した時のジルコニアの占有面積率と、前記焼結体
中のジルコニアの含有率との比を０．８以上としたこと
から、アルミナ質焼結体でありながら７０ｋｇｆ／ｍｍ
2 を越える３点曲げ抗折強度を実現することができる。
【００６２】また、本発明は、Ｚｒイオンと、Ｍｇ、Ｃ
ａ、Ｙおよび希土類元素のうち１種以上のイオン、なら
びにＡｌイオンを原子レベルで均一に混合した溶液を作
製する工程と、前記溶液にアルミナ粉末を添加するとと
もに、メディアにて攪拌し、アルミナ粉末の表面にＺｒ
−Ａｌ系水酸化物を被着させた準原料粉体を作製する工
程と、前記準原料粉体を３００〜１０００℃で仮焼き
し、表面に正方晶及び／又は立方晶からなるジルコニア
が被着された原料粉体を得る工程と、前記原料粉体に溶
媒とバインダーを添加して造粒体を作製し、これを所定
形状に成形したあと１４５０〜１６５０℃で焼成する工
程とから高強度アルミナ質焼結体を製造するようにした
ことから、ジルコニアを極めて均一に分散させることが
でき、また、少ないジルコニア量でも優れた抗折強度を
有するアルミナ質焼結体を安価に製造することができ
る。
ａ、Ｙおよび希土類元素のうち１種以上のイオン、なら
びにＡｌイオンを原子レベルで均一に混合した溶液を作
製する工程と、前記溶液にアルミナ粉末を添加するとと
もに、メディアにて攪拌し、アルミナ粉末の表面にＺｒ
−Ａｌ系水酸化物を被着させた準原料粉体を作製する工
程と、前記準原料粉体を３００〜１０００℃で仮焼き
し、表面に正方晶及び／又は立方晶からなるジルコニア
が被着された原料粉体を得る工程と、前記原料粉体に溶
媒とバインダーを添加して造粒体を作製し、これを所定
形状に成形したあと１４５０〜１６５０℃で焼成する工
程とから高強度アルミナ質焼結体を製造するようにした
ことから、ジルコニアを極めて均一に分散させることが
でき、また、少ないジルコニア量でも優れた抗折強度を
有するアルミナ質焼結体を安価に製造することができ
る。
【図１】本発明に係る高強度アルミナ質焼結体の製造プ
ロセスを示すフローチャート図である。
ロセスを示すフローチャート図である。
【図２】本発明に係る高強度アルミナ質焼結体のＳＥＭ
写真である。
写真である。
【図３】従来のアルミナ質焼結体のＳＥＭ写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久米 秀樹 大阪府和泉市あゆみ野２丁目７番１号 大 阪府立産業技術総合研究所内 (72)発明者 西川 義人 大阪府和泉市あゆみ野２丁目７番１号 大 阪府立産業技術総合研究所内 (72)発明者 稲村 偉 大阪府和泉市あゆみ野２丁目７番１号 大 阪府立産業技術総合研究所内 (72)発明者 有馬 秀徳 滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の１ 京セ ラ株式会社滋賀工場内 (72)発明者 加藤 泰三 大阪府大阪市東成区中道２丁目13番14号 株式会社奥村坩堝製造所内 Ｆターム(参考） 4G030 AA17 AA36 AA37 BA20 GA04 GA07 GA11 GA13 GA22 GA27 PA01
Claims (2)
- 【請求項１】実質的に正方晶及び／又は立方晶からなる
ジルコニアを０．５〜２０重量％、シリカを０．０５重
量％以下含有し、残部がアルミナからなる高強度アルミ
ナ質焼結体であって、前記焼結体中のジルコニアの平均
結晶粒子径が０．１〜１．０μｍ、アルミナの平均結晶
粒子径が０．５〜２．０μｍであり、かつ前記焼結体表
面の中心線平均粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以下とすると
ともに、表面の反射電子像を画像解析した時のジルコニ
アの占有面積率と、前記焼結体中のジルコニアの含有率
との比が０．８以上であることを特徴とする高強度アル
ミナ質焼結体。 - 【請求項２】下記１〜４の工程からなる高強度アルミナ
質焼結体の製造方法。 １）Ｚｒイオンと、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙおよび希土類元素の
うち１種以上のイオン、ならびにＡｌイオンを原子レベ
ルで均一に混合した溶液を作製する工程 ２）前記溶液にアルミナ粉末を添加するとともに、メデ
ィアにて攪拌し、アルミナ粉末の表面にＺｒ−Ａｌ系水
酸化物を被着させた準原料粉体を作製する工程 ３）前記準原料粉体を３００〜１０００℃で仮焼きし、
表面に正方晶及び／又は立方晶からなるジルコニアが被
着された原料粉体を得る工程 ４）前記原料粉体に溶媒とバインダーを添加して造粒体
を作製し、これを所定形状に成形したあと１４５０〜１
６５０℃で焼成する工程
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