JP2003094414A - アモルファスセラミックスの成形法 - Google Patents
アモルファスセラミックスの成形法Info
- Publication number
- JP2003094414A JP2003094414A JP2001294483A JP2001294483A JP2003094414A JP 2003094414 A JP2003094414 A JP 2003094414A JP 2001294483 A JP2001294483 A JP 2001294483A JP 2001294483 A JP2001294483 A JP 2001294483A JP 2003094414 A JP2003094414 A JP 2003094414A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- amorphous
- temperature
- ceramics
- powder
- supercooled liquid
- 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.)
- Pending
Links
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、工業的に実現可能な温度域でアモ
ルファスセラミックスの塑性加工を行う方法を提供す
る。 【解決手段】 Ｌｎ（Ｌｎは少なくとも一種の希土類金
属元素）、Ａ（ＡはＡｌ，Ｃｒ，ＦｅおよびＧａからな
る群から選択される少なくとも一種の元素）およびＯか
ら構成され、アモルファス化した際に過冷却液体状態へ
の遷移現象を示すセラミックスの粉体、或いは成形体よ
りなる原料を溶解し、この溶融体（酸化物）を超急冷、
或いは気相蒸着等の手段によりアモルファス化し、この
アモルファス化した材料をプレス型に挿入し、該材料の
遷移温度から結晶化温度間の過冷却液体状態域で塑性加
工することを特徴とするアモルファス化したセラミック
スの成形法である。
ルファスセラミックスの塑性加工を行う方法を提供す
る。 【解決手段】 Ｌｎ（Ｌｎは少なくとも一種の希土類金
属元素）、Ａ（ＡはＡｌ，Ｃｒ，ＦｅおよびＧａからな
る群から選択される少なくとも一種の元素）およびＯか
ら構成され、アモルファス化した際に過冷却液体状態へ
の遷移現象を示すセラミックスの粉体、或いは成形体よ
りなる原料を溶解し、この溶融体（酸化物）を超急冷、
或いは気相蒸着等の手段によりアモルファス化し、この
アモルファス化した材料をプレス型に挿入し、該材料の
遷移温度から結晶化温度間の過冷却液体状態域で塑性加
工することを特徴とするアモルファス化したセラミック
スの成形法である。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱・耐摩耗性に
優れたアモルファス化したセラミックスの成形加工法に
関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、所定形状のセラミックス部品を製
作する方法として、粉体を焼結する方法、およびバルク
体を機械加工する方法がとられるが、焼結法では焼結後
の寸法予測に技術的困難が付随し、機械加工法では加工
コストが問題になる。これらの問題を解決する手段とし
て、高温環境下で発現する超塑性現象を利用したセラミ
ックスの塑性加工法が検討されているが、研究段階にと
どまっている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】超塑性現象は材料を構
成する結晶粒が各々回転することがことが発現のメカニ
ズムであり、そのためには極めて高い温度が必要であ
り、また原料粉末を極めて微細にしなければならないな
どの制限があって、工業的に実用化するのは困難であ
る。また、機械加工では製品コストが上昇する。これら
の傾向は、加工対象のセラミックスの耐熱性、耐摩耗
性、強度が高いほど困難になり、高性能セラミックスの
普及を妨げる要因になっている。本発明はかかる現状に
鑑みて成されたものであり、工業的に実現可能な温度域
でアモルファスセラミックスの塑性加工を行う方法を提
供するものである。 【０００４】 【課題を解決するための手段】アモルファス化された物
質の一部では、その物質に特有の温度で過冷却液体に遷
移する現象がみられる。本発明の加工法は、所定の組成
をもつセラミックスをアモルファス化し、これを過冷却
液体への遷移温度域で成形加工することにより達成す
る。すなわち本発明は、Ｌｎ（Ｌｎは少なくとも一種の
希土類金属元素）、Ａ（ＡはＡｌ，Ｃｒ，ＦｅおよびＧ
ａからなる群から選択される少なくとも一種の元素）お
よびＯから構成され、アモルファス化した際に過冷却液
体状態への遷移現象を示すセラミックスの粉体、或いは
成形体よりなる原料を溶解し、この溶融体（酸化物）を
超急冷、或いは気相蒸着等の手段によりアモルファス化
し、このアモルファス化した材料をプレス型に挿入し、
該材料の遷移温度から結晶化温度間の過冷却液体状態域
で塑性加工することを特徴とするアモルファス化したセ
ラミックスの成形法である。 【０００５】セラミックスのアモルファス化は特に限定
するものではないが、所定の組成（前記Ｌｎ−Ａ−Ｏ
系）を持つセラミックスの融体を超急冷法や、気相析出
法などの手法で可能であるが、特に限定するものではな
い。粉末化したアモルファス、またはアモルファスと結
晶質の混合体を原料に、過冷却液体温度域で成形加工す
れば、従来の熱間超塑性加工プロセスよりもはるかに低
温で緻密なバルク成形体を得ることが可能になり、加工
コストの低減が期待できる。ここで、「アモルファス」
とは、透過電子顕微鏡観察によっても結晶格子象を確認
することができない相の原子構造を意味し、「結晶質」
とは、透過電子顕微鏡観察によって結晶格子像を確認す
ることができる相の原子構造を意味する。 【０００６】 【発明の実施の形態】本発明において用いるセラミック
ス原料は、Ｌｎ−Ａ−Ｏ系の組成からなっている。Ｌｎ
としては、Ｅｒ，Ｙｂ，Ｄｙ，Ｙ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｓｍ，
Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｈｏ，Ｔｍ及びＬｕか
らなる群から選択される少なくとも一種の希土類金属元
素が挙げられ、特にＧｄ，Ｌａは得られるアモルファス
セラミックス過冷却液体の安定性が高くなるので好まし
い。Ａとしては、Ａｌ，Ｃｒ，Ｆｅ及びＧａからなる群
から選択される少なくとも一種の元素を用いる。 【０００７】Ｌｎ，Ａ，Ｏの好適な含有比率はＬｎ，Ａ
の組合せによって異なるが、それぞれの組成系における
共晶点組成を中心に±１０wt％程度の範囲である。組成
を上記範囲にしたのは、共晶点組成から離れるに伴って
過冷却液体状態に遷移する温度幅が狭まり、±１０wt％
以上離れた組成では過冷却液体状態を維持した加工が困
難になるからである。 【０００８】これら原料は、一般的にＬｎの酸化物及び
Ａの酸化物が用いられるが、溶融したときに酸化物にな
るものであれば良く、水酸化物、炭酸塩等を用いても良
い。原料の形態としては、粉体，成形体，焼結体，凝固
体のいずれでも良く、また、これらの二つ以上が組み合
わさったものでも良い。 【０００９】前記の原料の溶解方法は、その融点以上の
温度に加熱できる方法であれば、いかなる方法でも良
く、加熱源として、例えば、アーク，レーザー，電子ビ
ーム，光，赤外線，高周波などを用いることができる。
高周波を用いる場合、該原料が室温近傍においてほとん
ど導電性を有さないために、導電性を有しかつ該原料の
融点よりも高い融点を有する坩堝（容器）に該原料を収
容する必要がある。例えば、Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｉｒ，Ｎ
ｂ等からなる坩堝が好適に用いられる。また、原料が粉
体である場合も上記のような材質の坩堝やこれを支持す
る支持台などで構成される容器を用いる必要があるが、
この場合は上記坩堝に加えて、水などによって冷却を施
したＣｕ製の坩堝や支持台等からなる容器を使用するこ
ともできる。原料が粉体である場合以外でもこれらの坩
堝や支持台などからなる容器を好適に使用することがで
きる。 【００１０】原料の溶解は、大気中、不活性ガス中、還
元性ガス中、炭化水素ガス中、真空中などいかなる雰囲
気中で行われても良いが、高温環境下で酸化されやすい
容器などを用いる場合は、アルゴンガスやヘリウムガス
などの不活性ガス雰囲気中または真空中などで溶解を行
うことが望ましい。なお、アークにより原料を溶解する
場合は、アークが発生するに十分なアルゴンガスなどが
雰囲気中に含まれている必要がある。 【００１１】溶融酸化物のアモルファス化の方法には特
に制限はなく、単ロール法や双ロール法、またはハンマ
ーアンビル法などの超急冷方式や、melt−extraction法
などの繊維化、また、スパッタ方式などの気相蒸着法も
利用が可能である。 【００１２】この様にして得られたアモルファスセラミ
ックス原料を加工成形するには、この成形原料をプレス
型に挿入して加熱し、遷移温度（Tg）から結晶化温度
（Tx）の間の温度域の過冷却液体状態でプレス型を加圧
プレスすることで、所望の形状に成形加工する。遷移温
度，結晶化温度などの転移温度は、示差走査熱量計（Ｄ
ＳＣ）により測定が可能である。成形時の温度測定方法
は、金型温度と成形原料に温度差が存在するため、成形
原料温度を直接測定することがより好ましいが、適切な
補正により原料温度を推定しての成形も可能である。成
型加工法はプレス加工法に限らず、圧縮加工、圧延ロー
ル、押出し加工、引抜き加工、鍛造、せん断、曲げ、お
よび深絞り角の加工方を採用できる。 【００１３】成形時の雰囲気としては、大気中、不活性
ガス中、還元性ガス中、炭化水素ガス中、真空中などい
かなる雰囲気中で行われても良いが、高温環境下で酸化
されやすいプレス型などを用いる場合は、アルゴンガス
やヘリウムガスなどの不活性ガス雰囲気中または真空中
などで溶解を行うことが望ましい。特に成形原料やプレ
ス型の成形体内部の残留気泡を低減するためには、真空
中での成形が望ましい。 【００１４】原料成分によっては、アモルファス相から
の結晶化が段階的に進行する結果、複数の結晶化温度を
示すものがあるが、過冷却液体の流動性の面からは、最
も低温側の結晶化温度以下の温度域での加工が好まし
い。成形後の使用目的によっては、結晶化を部分的に進
める目的で、適切な加工温度を選択することが可能であ
る。成形後、適切な熱処理を施すことで、完全に、ある
いは部分的に結晶化させて、種々の特性をもった成形体
を得ることが可能である。 【００１５】 【実施例】以下、実施例及び比較例を示して本発明につ
いてさらに具体的に説明する。 ［実施例１］原料には、α−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＧｄ2 Ｏ
3 粉末を用いた。α−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＧｄ2 Ｏ3 粉末
をモル比で前者を７７．５、後者を２２．５の割合でエ
タノール中に投入し、ボールミルによって混合し、得ら
れたスラリーから、自然乾燥によりエタノールを除去し
て、混合粉末塊を得た。得られた混合粉末塊をアークに
より、溶解しボタン状の凝固体を得た。このボタン状凝
固体を再びアーク熔解し、図１に示す急冷装置により、
銅製ハンマーを衝突・急冷した。 【００１６】図１における冷却装置において、３は冷却
水４により冷却される銅製炉床であり、該炉床４にはス
トッパーピン６によって係止される銅製ハンマー９を回
動自在に支承し、スプリング７のばね操作で飛び出す操
作杆８がハンマー軸９を衝撃して回転させ、ハンマーヘ
ッド５をサンプル２に衝突し、サンプルを急冷する。 【００１７】上記装置による急冷により、白濁部分と透
明な部分が混合した凝固体が得られた。顕微鏡観察よ
り、白濁した部分では結晶粒が観察され、結晶粒の境界
で光線が乱反射されて白濁したと考えられた。凝固体の
うち、透明な部分のみを取り出して、粉末Ｘ線回折によ
り測定したところ、ハローパターンが観察され、この部
分が非晶質相であると確認した。さらに、ＤＳＣ分析に
より、図２に示すように１２１０Ｋと１２８８Ｋで結晶
化に伴う発熱と１１４９Ｋから１１９６Ｋの温度域で過
冷却液体への遷移に伴う吸熱が観察された。 【００１８】急冷して得られたアモルファス片を粉砕し
てた粉末とし、これを内径９mmφ×高さ１５mm程度の円
筒状試料室を有する黒鉛製のプレス型に入れ、所定の圧
力（６０ＭＰａ）をかけた状態で雰囲気を真空とし、所
定の温度（１２０３Ｋ）まで昇温した。図３に示す成形
時の温度と変位の記録より、ＤＳＣで測定された過冷却
液体遷移温度（８７６℃）域で急激な収縮がみられた。
原料粉末が過冷却液体状態に遷移すると同時に、急激に
緻密化したと考えられる。 【００１９】取り出した成形体の断面は一様に緻密化し
ており、さらに高倍率の組織観察でも、一様な組織中に
多角形形状の結晶片が浮遊している様子が観察された。
原料中に混入した結晶片の周囲に過冷却液体状態のセラ
ミックスが回り込み、緻密化したものである。このよう
に、原料中に結晶質が混入しても、成形緻密化は可能で
ある。本方法で得られた成形体は１８００ＭＰａの圧縮
強度を示し、セラミックスとしては極めて低温で成形さ
れたにもかかわらず、通常のセラミックスと同等の強度
を示した。 【００２０】［実施例２］実施例１と同様の工程で、α
−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＧｄ2 Ｏ3 粉末の混合粉末塊を制作
し、これをアークにより溶解し、ボタン状の凝固体を得
た。得られたボタン状凝固体をアークにより熔解しなが
ら、これを回転する銅製ディスクを接触させるmelt-ext
raction 法によって繊維状セラミックスを得た。この繊
維状セラミックスは、急冷によりアモルファス化してお
り、これを粉砕加工した上で粉末を実施例１に示した方
法により、低温で成型加工することができた。 【００２１】［実施例３］実施例１と同様の工程で、α
−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＧｄ2 Ｏ3 粉末の混合粉末塊を制作
し、これをアークにより溶解し、ボタン状の凝固体を得
た。得られたボタン状凝固体を高速回転させた状態でア
ーク溶解し、溶融飛散したセラミックス液滴を周囲に設
置した冷却板で冷却する急冷式プラズマ回転電極型粉末
作成装置により、アモルファスプラスチックスチップを
得た。このアモルファスセラミックスチップを粉砕加工
した上で粉末を実施例１に示した方法により、低温で成
型加工することができた。 【００２２】［実施例４］原料に、α−Ａｌ2 Ｏ3 粉末
とＧｄ2 Ｏ3 粉末をモル比で前者を７７．５、後者を２
２．５の割合で混合した粉末にモル比で１００ｐｐｍ、
および１％のＳｉＯ2 粉末を添加し、実施例１と同様の
方法でアモルファス化した。得られたアモルファスセラ
ミックスは、ＳｉＯ2 を添加しない場合とほぼ同様の結
晶化挙動を示した。さらに、粉砕したアモルファス粉末
を実施例１と同様の方法で成形することで、緻密な成形
体を得ることができた。 【００２３】［比較例］原料には、α−Ａｌ2 Ｏ3 粉末
とＧｄ2 Ｏ3 粉末を用いた。α−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＧｄ
2 Ｏ3 粉末をモル比で前者を７７．５、後者を２２．５
の割合でエタノール中に投入してボールミルにより混合
し、得られたスラリーから、自然乾燥によりエタノール
を除去して、混合粉末を得た。混合粉末を不活性雰囲気
中１９２３Ｋ×２時間のホットプレスにより９mmφ×２
mm厚さの円盤状に成形した。得られた成形体の断面組織
は、微細なＡｌ2 Ｏ3 とＧｄ2 Ｏ3 の粒子が凝集した構
造が観察された。また、粒子間結合も不十分なために、
組織断面研磨時の粒子脱落が観察された。したがって、
ホットプレス法により本組成系の成形体を得るにはさら
に高温での成形が必要である。 【００２４】 【発明の効果】本発明により、工業的に実現可能な温度
域でセラミックスの塑性加工を行うことで、セラミック
スの塑性加工コストを低減することが可能である。特に
難加工性の耐熱、耐摩耗セラミックスの加工で効果が大
きく、これらセラミックスの普及を促進することができ
る。
優れたアモルファス化したセラミックスの成形加工法に
関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、所定形状のセラミックス部品を製
作する方法として、粉体を焼結する方法、およびバルク
体を機械加工する方法がとられるが、焼結法では焼結後
の寸法予測に技術的困難が付随し、機械加工法では加工
コストが問題になる。これらの問題を解決する手段とし
て、高温環境下で発現する超塑性現象を利用したセラミ
ックスの塑性加工法が検討されているが、研究段階にと
どまっている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】超塑性現象は材料を構
成する結晶粒が各々回転することがことが発現のメカニ
ズムであり、そのためには極めて高い温度が必要であ
り、また原料粉末を極めて微細にしなければならないな
どの制限があって、工業的に実用化するのは困難であ
る。また、機械加工では製品コストが上昇する。これら
の傾向は、加工対象のセラミックスの耐熱性、耐摩耗
性、強度が高いほど困難になり、高性能セラミックスの
普及を妨げる要因になっている。本発明はかかる現状に
鑑みて成されたものであり、工業的に実現可能な温度域
でアモルファスセラミックスの塑性加工を行う方法を提
供するものである。 【０００４】 【課題を解決するための手段】アモルファス化された物
質の一部では、その物質に特有の温度で過冷却液体に遷
移する現象がみられる。本発明の加工法は、所定の組成
をもつセラミックスをアモルファス化し、これを過冷却
液体への遷移温度域で成形加工することにより達成す
る。すなわち本発明は、Ｌｎ（Ｌｎは少なくとも一種の
希土類金属元素）、Ａ（ＡはＡｌ，Ｃｒ，ＦｅおよびＧ
ａからなる群から選択される少なくとも一種の元素）お
よびＯから構成され、アモルファス化した際に過冷却液
体状態への遷移現象を示すセラミックスの粉体、或いは
成形体よりなる原料を溶解し、この溶融体（酸化物）を
超急冷、或いは気相蒸着等の手段によりアモルファス化
し、このアモルファス化した材料をプレス型に挿入し、
該材料の遷移温度から結晶化温度間の過冷却液体状態域
で塑性加工することを特徴とするアモルファス化したセ
ラミックスの成形法である。 【０００５】セラミックスのアモルファス化は特に限定
するものではないが、所定の組成（前記Ｌｎ−Ａ−Ｏ
系）を持つセラミックスの融体を超急冷法や、気相析出
法などの手法で可能であるが、特に限定するものではな
い。粉末化したアモルファス、またはアモルファスと結
晶質の混合体を原料に、過冷却液体温度域で成形加工す
れば、従来の熱間超塑性加工プロセスよりもはるかに低
温で緻密なバルク成形体を得ることが可能になり、加工
コストの低減が期待できる。ここで、「アモルファス」
とは、透過電子顕微鏡観察によっても結晶格子象を確認
することができない相の原子構造を意味し、「結晶質」
とは、透過電子顕微鏡観察によって結晶格子像を確認す
ることができる相の原子構造を意味する。 【０００６】 【発明の実施の形態】本発明において用いるセラミック
ス原料は、Ｌｎ−Ａ−Ｏ系の組成からなっている。Ｌｎ
としては、Ｅｒ，Ｙｂ，Ｄｙ，Ｙ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｓｍ，
Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｈｏ，Ｔｍ及びＬｕか
らなる群から選択される少なくとも一種の希土類金属元
素が挙げられ、特にＧｄ，Ｌａは得られるアモルファス
セラミックス過冷却液体の安定性が高くなるので好まし
い。Ａとしては、Ａｌ，Ｃｒ，Ｆｅ及びＧａからなる群
から選択される少なくとも一種の元素を用いる。 【０００７】Ｌｎ，Ａ，Ｏの好適な含有比率はＬｎ，Ａ
の組合せによって異なるが、それぞれの組成系における
共晶点組成を中心に±１０wt％程度の範囲である。組成
を上記範囲にしたのは、共晶点組成から離れるに伴って
過冷却液体状態に遷移する温度幅が狭まり、±１０wt％
以上離れた組成では過冷却液体状態を維持した加工が困
難になるからである。 【０００８】これら原料は、一般的にＬｎの酸化物及び
Ａの酸化物が用いられるが、溶融したときに酸化物にな
るものであれば良く、水酸化物、炭酸塩等を用いても良
い。原料の形態としては、粉体，成形体，焼結体，凝固
体のいずれでも良く、また、これらの二つ以上が組み合
わさったものでも良い。 【０００９】前記の原料の溶解方法は、その融点以上の
温度に加熱できる方法であれば、いかなる方法でも良
く、加熱源として、例えば、アーク，レーザー，電子ビ
ーム，光，赤外線，高周波などを用いることができる。
高周波を用いる場合、該原料が室温近傍においてほとん
ど導電性を有さないために、導電性を有しかつ該原料の
融点よりも高い融点を有する坩堝（容器）に該原料を収
容する必要がある。例えば、Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｉｒ，Ｎ
ｂ等からなる坩堝が好適に用いられる。また、原料が粉
体である場合も上記のような材質の坩堝やこれを支持す
る支持台などで構成される容器を用いる必要があるが、
この場合は上記坩堝に加えて、水などによって冷却を施
したＣｕ製の坩堝や支持台等からなる容器を使用するこ
ともできる。原料が粉体である場合以外でもこれらの坩
堝や支持台などからなる容器を好適に使用することがで
きる。 【００１０】原料の溶解は、大気中、不活性ガス中、還
元性ガス中、炭化水素ガス中、真空中などいかなる雰囲
気中で行われても良いが、高温環境下で酸化されやすい
容器などを用いる場合は、アルゴンガスやヘリウムガス
などの不活性ガス雰囲気中または真空中などで溶解を行
うことが望ましい。なお、アークにより原料を溶解する
場合は、アークが発生するに十分なアルゴンガスなどが
雰囲気中に含まれている必要がある。 【００１１】溶融酸化物のアモルファス化の方法には特
に制限はなく、単ロール法や双ロール法、またはハンマ
ーアンビル法などの超急冷方式や、melt−extraction法
などの繊維化、また、スパッタ方式などの気相蒸着法も
利用が可能である。 【００１２】この様にして得られたアモルファスセラミ
ックス原料を加工成形するには、この成形原料をプレス
型に挿入して加熱し、遷移温度（Tg）から結晶化温度
（Tx）の間の温度域の過冷却液体状態でプレス型を加圧
プレスすることで、所望の形状に成形加工する。遷移温
度，結晶化温度などの転移温度は、示差走査熱量計（Ｄ
ＳＣ）により測定が可能である。成形時の温度測定方法
は、金型温度と成形原料に温度差が存在するため、成形
原料温度を直接測定することがより好ましいが、適切な
補正により原料温度を推定しての成形も可能である。成
型加工法はプレス加工法に限らず、圧縮加工、圧延ロー
ル、押出し加工、引抜き加工、鍛造、せん断、曲げ、お
よび深絞り角の加工方を採用できる。 【００１３】成形時の雰囲気としては、大気中、不活性
ガス中、還元性ガス中、炭化水素ガス中、真空中などい
かなる雰囲気中で行われても良いが、高温環境下で酸化
されやすいプレス型などを用いる場合は、アルゴンガス
やヘリウムガスなどの不活性ガス雰囲気中または真空中
などで溶解を行うことが望ましい。特に成形原料やプレ
ス型の成形体内部の残留気泡を低減するためには、真空
中での成形が望ましい。 【００１４】原料成分によっては、アモルファス相から
の結晶化が段階的に進行する結果、複数の結晶化温度を
示すものがあるが、過冷却液体の流動性の面からは、最
も低温側の結晶化温度以下の温度域での加工が好まし
い。成形後の使用目的によっては、結晶化を部分的に進
める目的で、適切な加工温度を選択することが可能であ
る。成形後、適切な熱処理を施すことで、完全に、ある
いは部分的に結晶化させて、種々の特性をもった成形体
を得ることが可能である。 【００１５】 【実施例】以下、実施例及び比較例を示して本発明につ
いてさらに具体的に説明する。 ［実施例１］原料には、α−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＧｄ2 Ｏ
3 粉末を用いた。α−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＧｄ2 Ｏ3 粉末
をモル比で前者を７７．５、後者を２２．５の割合でエ
タノール中に投入し、ボールミルによって混合し、得ら
れたスラリーから、自然乾燥によりエタノールを除去し
て、混合粉末塊を得た。得られた混合粉末塊をアークに
より、溶解しボタン状の凝固体を得た。このボタン状凝
固体を再びアーク熔解し、図１に示す急冷装置により、
銅製ハンマーを衝突・急冷した。 【００１６】図１における冷却装置において、３は冷却
水４により冷却される銅製炉床であり、該炉床４にはス
トッパーピン６によって係止される銅製ハンマー９を回
動自在に支承し、スプリング７のばね操作で飛び出す操
作杆８がハンマー軸９を衝撃して回転させ、ハンマーヘ
ッド５をサンプル２に衝突し、サンプルを急冷する。 【００１７】上記装置による急冷により、白濁部分と透
明な部分が混合した凝固体が得られた。顕微鏡観察よ
り、白濁した部分では結晶粒が観察され、結晶粒の境界
で光線が乱反射されて白濁したと考えられた。凝固体の
うち、透明な部分のみを取り出して、粉末Ｘ線回折によ
り測定したところ、ハローパターンが観察され、この部
分が非晶質相であると確認した。さらに、ＤＳＣ分析に
より、図２に示すように１２１０Ｋと１２８８Ｋで結晶
化に伴う発熱と１１４９Ｋから１１９６Ｋの温度域で過
冷却液体への遷移に伴う吸熱が観察された。 【００１８】急冷して得られたアモルファス片を粉砕し
てた粉末とし、これを内径９mmφ×高さ１５mm程度の円
筒状試料室を有する黒鉛製のプレス型に入れ、所定の圧
力（６０ＭＰａ）をかけた状態で雰囲気を真空とし、所
定の温度（１２０３Ｋ）まで昇温した。図３に示す成形
時の温度と変位の記録より、ＤＳＣで測定された過冷却
液体遷移温度（８７６℃）域で急激な収縮がみられた。
原料粉末が過冷却液体状態に遷移すると同時に、急激に
緻密化したと考えられる。 【００１９】取り出した成形体の断面は一様に緻密化し
ており、さらに高倍率の組織観察でも、一様な組織中に
多角形形状の結晶片が浮遊している様子が観察された。
原料中に混入した結晶片の周囲に過冷却液体状態のセラ
ミックスが回り込み、緻密化したものである。このよう
に、原料中に結晶質が混入しても、成形緻密化は可能で
ある。本方法で得られた成形体は１８００ＭＰａの圧縮
強度を示し、セラミックスとしては極めて低温で成形さ
れたにもかかわらず、通常のセラミックスと同等の強度
を示した。 【００２０】［実施例２］実施例１と同様の工程で、α
−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＧｄ2 Ｏ3 粉末の混合粉末塊を制作
し、これをアークにより溶解し、ボタン状の凝固体を得
た。得られたボタン状凝固体をアークにより熔解しなが
ら、これを回転する銅製ディスクを接触させるmelt-ext
raction 法によって繊維状セラミックスを得た。この繊
維状セラミックスは、急冷によりアモルファス化してお
り、これを粉砕加工した上で粉末を実施例１に示した方
法により、低温で成型加工することができた。 【００２１】［実施例３］実施例１と同様の工程で、α
−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＧｄ2 Ｏ3 粉末の混合粉末塊を制作
し、これをアークにより溶解し、ボタン状の凝固体を得
た。得られたボタン状凝固体を高速回転させた状態でア
ーク溶解し、溶融飛散したセラミックス液滴を周囲に設
置した冷却板で冷却する急冷式プラズマ回転電極型粉末
作成装置により、アモルファスプラスチックスチップを
得た。このアモルファスセラミックスチップを粉砕加工
した上で粉末を実施例１に示した方法により、低温で成
型加工することができた。 【００２２】［実施例４］原料に、α−Ａｌ2 Ｏ3 粉末
とＧｄ2 Ｏ3 粉末をモル比で前者を７７．５、後者を２
２．５の割合で混合した粉末にモル比で１００ｐｐｍ、
および１％のＳｉＯ2 粉末を添加し、実施例１と同様の
方法でアモルファス化した。得られたアモルファスセラ
ミックスは、ＳｉＯ2 を添加しない場合とほぼ同様の結
晶化挙動を示した。さらに、粉砕したアモルファス粉末
を実施例１と同様の方法で成形することで、緻密な成形
体を得ることができた。 【００２３】［比較例］原料には、α−Ａｌ2 Ｏ3 粉末
とＧｄ2 Ｏ3 粉末を用いた。α−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とＧｄ
2 Ｏ3 粉末をモル比で前者を７７．５、後者を２２．５
の割合でエタノール中に投入してボールミルにより混合
し、得られたスラリーから、自然乾燥によりエタノール
を除去して、混合粉末を得た。混合粉末を不活性雰囲気
中１９２３Ｋ×２時間のホットプレスにより９mmφ×２
mm厚さの円盤状に成形した。得られた成形体の断面組織
は、微細なＡｌ2 Ｏ3 とＧｄ2 Ｏ3 の粒子が凝集した構
造が観察された。また、粒子間結合も不十分なために、
組織断面研磨時の粒子脱落が観察された。したがって、
ホットプレス法により本組成系の成形体を得るにはさら
に高温での成形が必要である。 【００２４】 【発明の効果】本発明により、工業的に実現可能な温度
域でセラミックスの塑性加工を行うことで、セラミック
スの塑性加工コストを低減することが可能である。特に
難加工性の耐熱、耐摩耗セラミックスの加工で効果が大
きく、これらセラミックスの普及を促進することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶融セラミックスに銅製ハンマーを衝突させて
急冷する装置の一例を示す図である。 【図２】本発明で得られたアモルファスセラミックスの
ＤＳＣ測定の一例であり、温度が１２１０Ｋと１２８８
Ｋの２段階の結晶化発熱と、１１４９Ｋから１１９６Ｋ
におよぶ過冷却液体への遷移に伴う吸熱が示されてい
る。 【図３】アモルファスセラミックスを熱間成形した際の
温度と変位を記録した一例である。昇温中の熱膨張に伴
う＋側への変位と、過冷却液体状態に遷移する温度域で
の急激な収縮（−側への変位）が示されている。 【符号の説明】 １：アーク ２：サンプル ３：銅製炉床 ４：冷却水 ５：銅製ハンマーヘッド ６：ストッパーピン ７：スプリング ８：操作杆 ９：ハンマー軸
急冷する装置の一例を示す図である。 【図２】本発明で得られたアモルファスセラミックスの
ＤＳＣ測定の一例であり、温度が１２１０Ｋと１２８８
Ｋの２段階の結晶化発熱と、１１４９Ｋから１１９６Ｋ
におよぶ過冷却液体への遷移に伴う吸熱が示されてい
る。 【図３】アモルファスセラミックスを熱間成形した際の
温度と変位を記録した一例である。昇温中の熱膨張に伴
う＋側への変位と、過冷却液体状態に遷移する温度域で
の急激な収縮（−側への変位）が示されている。 【符号の説明】 １：アーク ２：サンプル ３：銅製炉床 ４：冷却水 ５：銅製ハンマーヘッド ６：ストッパーピン ７：スプリング ８：操作杆 ９：ハンマー軸
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 坂田 信一
宇部市大字沖宇部573番地の３ 株式会社
超高温材料研究所内
(72)発明者 住友 秀彦
宇部市大字沖宇部573番地の３ 株式会社
超高温材料研究所内
Ｆターム(参考） 4G054 AA05 BA27
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 Ｌｎ（Ｌｎは少なくとも一種の希土類金
属元素）、Ａ（ＡはＡｌ，Ｃｒ，ＦｅおよびＧａからな
る群から選択される少なくとも一種の元素）およびＯか
ら構成され、アモルファス化した際に過冷却液体状態へ
の遷移現象を示すセラミックスの粉体、或いは成形体よ
りなる原料を溶解し、この溶融体（酸化物）を超急冷、
或いは気相蒸着等の手段によりアモルファス化し、この
アモルファス化した材料をプレス型に挿入し、該材料の
遷移温度から結晶化温度間の過冷却液体状態域で塑性加
工することを特徴とするアモルファスセラミックスの成
形法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001294483A JP2003094414A (ja) | 2001-09-26 | 2001-09-26 | アモルファスセラミックスの成形法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001294483A JP2003094414A (ja) | 2001-09-26 | 2001-09-26 | アモルファスセラミックスの成形法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003094414A true JP2003094414A (ja) | 2003-04-03 |
Family
ID=19116077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001294483A Pending JP2003094414A (ja) | 2001-09-26 | 2001-09-26 | アモルファスセラミックスの成形法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003094414A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001328871A (ja) * | 2000-05-17 | 2001-11-27 | Univ Osaka | 高融点材料からなる成形体の製造方法 |
| JP2005519846A (ja) * | 2001-08-02 | 2005-07-07 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | アルミナ−イットリア−酸化ジルコニウム／酸化ハフニウム材料およびその製造方法ならびに使用方法 |
-
2001
- 2001-09-26 JP JP2001294483A patent/JP2003094414A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001328871A (ja) * | 2000-05-17 | 2001-11-27 | Univ Osaka | 高融点材料からなる成形体の製造方法 |
| JP2005519846A (ja) * | 2001-08-02 | 2005-07-07 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | アルミナ−イットリア−酸化ジルコニウム／酸化ハフニウム材料およびその製造方法ならびに使用方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3011904B2 (ja) | 金属ガラスの製造方法および装置 | |
| US4290808A (en) | Metallic glass powders from glassy alloys | |
| JP5850945B2 (ja) | 赤外線領域で光学的に透明なガラス−セラミック材料を得るための方法 | |
| NO177572B (no) | Amorfe legeringer med höy mekanisk styrke, korrosjonsmotstand og formbarhet | |
| KR101624763B1 (ko) | 연성을 보이는 금속성 유리 복합체에 대한 구조 형성의 메커니즘 | |
| US4824481A (en) | Sputtering targets for magneto-optic films and a method for making | |
| JP4729253B2 (ja) | 一酸化けい素焼結体および一酸化けい素焼結ターゲット | |
| JP7153674B2 (ja) | セラミックを含む物品及びその作製方法 | |
| JP3893729B2 (ja) | Ｎｂ・Ａｌ系金属材料の球状粉末とその製造体の製造方法 | |
| CN109338252B (zh) | 一种锆基多孔非晶合金及制备方法 | |
| Suárez et al. | Consolidation and mechanical properties of ZrCu39. 85Y2. 37Al1. 8 bulk metallic glass obtained from gas-atomized powders by spark plasma sintering | |
| JPS61139637A (ja) | スパツタ用タ−ゲツトとその製造方法 | |
| JP3200935B2 (ja) | アルミニウム合金の製造方法 | |
| JPS642177B2 (ja) | ||
| JP2003094414A (ja) | アモルファスセラミックスの成形法 | |
| Ercenk et al. | Glass and glass-ceramics produced from fly ash and boron waste | |
| JPH0119448B2 (ja) | ||
| Méar et al. | Spark plasma sintering of Mg-based amorphous ball-milled powders | |
| JPH01246342A (ja) | 超磁歪材料とその製造方法 | |
| JPH1171602A (ja) | 微細な凹凸部を有する部品の製造方法 | |
| JP7261694B2 (ja) | スパッタリングターゲット及び、スパッタリングターゲットの製造方法 | |
| CN112481558A (zh) | 一种高硬度钴基金属玻璃及其制备方法 | |
| JPH075379B2 (ja) | 溶鋼用耐火物の製造方法 | |
| Chan et al. | Compaction of bulk ferromagnetic Fe80P13C7amorphous alloys | |
| JP3690908B2 (ja) | 非晶質無機繊維 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080804 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101201 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111108 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120306 |