JP2003321270A

JP2003321270A - 優れた耐摩耗性および耐食性を有するアルミナ質セラミックスおよびその成形物の製造方法

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Publication number: JP2003321270A
Application number: JP2002124672A
Authority: JP
Inventors: Koji Onishi; 宏司大西; Kazuyo Inui; 一代乾; Toshio Kawanami; 利夫河波
Original assignee: Nikkato Corp
Current assignee: Nikkato Corp
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2003-11-11
Anticipated expiration: 2022-04-25
Also published as: JP4927292B2

Abstract

(57)【要約】【課題】原料としてのアルミナの精製精度を特に高く
する必要もなく、優れた耐摩耗性と耐食性を有するアル
ミナ質セラミックスの提供および該アルミナ質セラミッ
クスからなる成形物の製造方法の提供。【解決手段】主としてＡｌ_２Ｏ_３からなり、ＳｉＯ_２
２０〜９０重量％、ＭｇＯ０〜７０重量％およびＣａＯ
１０〜８０重量％の三成分からなる焼結助剤の各成分を
合計量として０．１〜１．０重量％含有し、残部として
実質的に不可避的不純物が０．３重量％以下であり、平
均結晶粒径０．５〜５．０μｍ、かさ密度３．７０ｇ／
ｃｍ^３以上、粉砕用ボールとしての摩耗率が０．２％／
ｈ以下であることを特徴とする耐摩耗性および耐食性を
有するアルミナ質セラミックスおよび該アルミナ質セラ
ミックスの微粉末を所定形状に成形し焼成する、アルミ
ナ質セラミックス成形物の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐摩耗性および耐
食性を有するアルミナ質セラミックス、特に、耐摩耗性
部材材料として有用な耐摩耗性および耐食性を有するア
ルミナ質セラミックスおよび該アルミナ質セラミックス
からなる成形物の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】セラミックスは、金属と比べて耐摩耗性
および耐食性に優れたものであり、従来、金属が使用さ
れていた耐摩耗部材として、セラミックスが使用されて
いる。この様な耐摩耗部材として用いるセラミックスと
しては、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素等
が使用されているが、その中でもアルミナは硬度が高
く、耐食性に優れ、他のセラミックスに比べて安価であ
ることから広く使用されるようになってきた。しかしな
がら、従来の耐摩耗性アルミナセラミックスとしては、
アルミナ含有量が９０〜９２重量％程度のものが主とし
て用いられているが、不純物を多く含有するために、ア
ルミナ結晶以外にガラス相や第２相を多く含むものとな
り、高温下あるいは腐食雰囲気中などにおける使用では
粒界のガラス相が腐食されて摩耗特性が大幅に低下する
ことから、このような条件下では耐摩耗性部材として満
足して使用することはできなかった。そこで、例えば、
特開昭６２−１８７１５７号公報に示されているよう
に、アルミナ含有量を９９．９％以上とすることで、ガ
ラス相等のアルミナ結晶以外の第２相量をほとんど含有
しない高強度、高硬度としたアルミナ質セラミックスが
開発されているが、高純度のアルミナ原料を使用するた
め、その精製精度を上げる必要からコストが非常に高く
なるという問題点を有している。また、従来のアルミナ
質セラミックスでは、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が９９％以上
になると焼結助剤その他の添加剤の量が制限されるた
め、焼結性が低下するため高温で焼成しなければなら
ず、そのために結晶粒径が大きくなり、また焼成温度に
よっては結晶粒径分布が広くなりやすく、充分な耐摩耗
性が得られないという問題点があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、特にそ
の精製精度を上げることなく、安価な原料を用いて優れ
た耐摩耗性と耐食性を有するアルミナ質セラミックスお
よび該アルミナ質セラミックスからなる成形物の製造方
法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記した如
き従来技術の問題点に鑑みて、安価な原料を用いて優れ
た耐摩耗性と耐食性を有するアルミナ質セラミックスを
得るべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、アルミナ質
セラミックスにおいて、焼結助剤の組成を一定の範囲に
すると共に、その焼結助剤を均一に混合・分散すること
で、焼結性を向上させ、且つ、微細構造が均一な焼結体
を得ることができ、焼結体の結晶粒径および密度を一定
の範囲の値となるように制御されたアルミナ質セラミッ
クスは、極めて優れた耐摩耗性だけでなく耐食性をも有
するものとなることを見出し、ここに本発明を完成する
に至った。

【０００５】本発明の第１は、主としてＡｌ_２Ｏ_３から
なり、ＳｉＯ_２２０〜９０重量％、ＭｇＯ０〜７０重量
％およびＣａＯ１０〜８０重量％の三成分からなる焼結
助剤の各成分を合計量として０．１〜１．０重量％含有
し、残部として実質的に不可避的不純物が０．３重量％
以下であり、平均結晶粒径０．５〜５．０μｍ、かさ密
度３．７０ｇ／ｃｍ^３以上、粉砕用ボールとしての摩耗
率が０．２％／ｈ以下であることを特徴とする耐摩耗性
および耐食性を有するアルミナ質セラミックスに関す
る。本発明の第２は、主としてＡｌ_２Ｏ_３からなり、Ｓ
ｉＯ_２２０〜９０重量％、ＭｇＯ０〜７０重量％および
ＣａＯ１０〜８０重量％の三成分からなる焼結助剤の各
成分を合計量として０．１〜１．０重量％含有し、残部
として実質的に不可避的不純物からなる基本組成物１０
０重量部に対しＺｒＯ_２を１５重量部以下含有する請求
項１に記載の耐摩耗性および耐食性を有するアルミナ質
セラミックスに関する。本発明の第３は、前記不可避的
不純物として含まれるアルカリ金属酸化物が０．１重量
％以下、ＴｉＯ_２が０．０５重量％以下であることを特
徴とする請求項１または２に記載の耐摩耗性および耐食
性を有するアルミナ質セラミックスに関する。本発明の
第４は、主としてＡｌ_２Ｏ_３からなり、ＳｉＯ_２２０〜
９０重量％、ＭｇＯ０〜７０重量％およびＣａＯ１０〜
８０重量％の三成分からなる焼結助剤の各成分を合計量
として０．１〜１．０重量％含有し、残部として実質的
に不可避的不純物が０．３重量％以下であり、平均粒径
０．３〜０．７μｍの微粉末を所定形状に成形し、大気
中１３５０〜１６５０℃で焼成することを特徴とする耐
摩耗性および耐食性を有するアルミナ質セラミックスか
らなる成形物の製造方法に関する。本発明の第５は、焼
結助剤として、ＳｉＯ_２２０〜９０重量％、ＭｇＯ０〜
７０重量％およびＣａＯ１０〜８０重量％の三成分から
なる原料粉末混合物を９００から１３００℃で熱処理
し、この熱処理した焼結助剤とアルミナ純度９９．７％
以上のアルミナ粉末とを混合し、平均粒子径０．３〜
０．７μｍに微粉砕し、得られた微粉末を所定形状に成
形し、大気中１３５０〜１６５０℃で焼成することを特
徴とする請求項４に記載の耐摩耗性および耐食性を有す
るアルミナ質セラミックスからなる成形物の製造方法に
関する。本発明の第６は、主としてＡｌ_２Ｏ_３からな
り、ＳｉＯ_２２０〜９０重量％、ＭｇＯ０〜７０重量％
およびＣａＯ１０〜８０重量％の三成分からなる焼結助
剤の各成分を合計量として０．１〜１．０重量％含有
し、残部として実質的に不可避的不純物からなる基本組
成物１００重量部に対しＺｒＯ_２を１５重量部以下含有
する請求項４または５に記載の耐摩耗性および耐食性を
有するアルミナ質セラミックスからなる成形物の製造方
法に関する。

【０００６】即ち、本発明は、ＳｉＯ_２２０〜９０重量
％、ＭｇＯ０〜７０重量％およびＣａＯ１０〜８０重量
％の三成分からなる焼結助剤を用いることによって、焼
結性が向上し、粒成長の抑制、結晶粒径の均一性が達成
される。また、アルミナ結晶粒界強度を高めることがで
きるため、靱性の向上にも効果がある。使用する焼結助
剤は上記組成のＳｉＯ_２、ＭｇＯおよびＣａＯの三成分
からなることが必要であり、組成割合がこの範囲から外
れると焼結性が低下したり、異常粒成長を起こしやす
く、また焼結体中にアルミナ以外の結晶やガラス相が多
く生成して、硬さ、強度、靱性等の低下による耐摩耗性
の低下や耐食性の劣化をきたすので好ましくない。この
組成割合は、好ましくはＳｉＯ_２２５〜８５量％、Ｍｇ
Ｏ０〜６０重量％およびＣａＯ１５〜７５重量％、より
好ましくはＳｉＯ_２３０〜８０量％、ＭｇＯ０〜５０重
量％およびＣａＯ２０〜７０重量％である。

【０００７】得られる焼結体中では前記焼結助剤の各成
分を前記した組成比率の範囲内で含有すると共に、各成
分の合計量が焼結体中０．１〜１．０重量％であること
が必要である。この合計量が０．１重量％未満の場合に
は、焼結性が悪くなり、欠陥量が増え、硬さ、強度等が
低下するので好ましくなく、１．０重量％を越えると、
アルミナ結晶以外の結晶やガラス相が多く生成するので
好ましくない。各成分の合計量は、好ましくは焼結体中
の０．２〜０．８重量％である。

【０００８】アルミナ質セラミックスの原料には通常、
不可避的不純物、例えば、Ｆｅ_２Ｏ _３、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２
ＯおよびＴｉＯ_２等が含まれるが、不可避的不純物のう
ちアルカリ金属酸化物およびＴｉＯ_２はガラス相や第２
相を生成したり異常粒成長をきたすので、不可避的不純
物の含有量が可能な限り少ないものを使用する必要があ
り、焼結体中の不可避的不純物は０．３重量％以下、好
ましくは０．１重量％以下である。特に、Ｎａ_２Ｏおよ
びＫ_２ＯはＳｉＯ_２等と容易にガラス相を形成するた
め、アルカリ金属酸化物の含有量は０．１重量％以下、
好ましくは０．０８重量％以下、より好ましくは０．０
５％以下に、またＴｉＯ_２は結晶成長を促進させたり異
常粒成長の原因となることから、その含有量は０．０５
重量％以下、好ましくは０．０２重量％以下、より好ま
しくは０．０１重量％以下になるように原料を選択して
配合される。

【０００９】焼結体の平均結晶粒径は０．５〜５．０μ
ｍである。本発明は結晶粒径を小さくかつ均一にするこ
とによって耐摩耗性に優れたアルミナセラミックスが得
られることが明らかで、０．８〜３．０μｍが好まし
い。平均結晶粒径が０．５μｍを下回る場合は、靱性の
低下が起こり結果的に耐摩耗性の低下につながり、また
耐食性も低下するため好ましくない。また、平均結晶粒
径が５．０μｍを越えると硬さが低下し、また、大きい
結晶粒子より摩耗が優先的に起こり、粒離脱摩耗による
損耗が大きくなり耐摩耗性の低下をきたすため好ましく
ない。また、耐チッピング性が問題となる場合には耐摩
耗性とのバランスを考慮して０．５〜５．０μｍの範囲
内で適宜設定すればよい。また、焼結体を構成する結晶
粒子の最大径が１５μｍを越える場合には結晶粒径分布
が広く、硬度の低下が起こり、その結果、耐摩耗性の低
下につながるので好ましくなく、最大径が１５μｍ以
下、より好ましくは１０μｍ以下が好適である。本発明
の平均結晶粒径は焼結体を鏡面仕上げし、これを熱エッ
チングし、走査電子顕微鏡にて視野に結晶が１００個以
上観察できる倍率で観察して写真撮影し、その写真から
インターセプト法により１０点平均から求める。算出式
としてはＤ＝１．５×Ｌ／ｎ〔Ｄ：平均結晶粒径（μ
ｍ）、Ｌ：測定長さ（μｍ）、ｎ：長さＬあたりの結晶
数〕を用いる。最大径は１００個の粒子のうち最も大き
い粒子の長径とする。

【００１０】かさ密度を３．７０ｇ／ｃｍ^３以上とした
のは、かさ密度が３．７０ｇ／ｃｍ ^３未満の場合、焼結
度が不十分であると共に欠陥となるポアーが多く存在す
ることになり、強度、硬度および靱性の低下を引き起こ
すだけでなく、このポアーが起点となって摩耗を促進す
るので好ましくない。かさ密度はより好ましくは３．８
０ｇ／ｃｍ^３以上とする。

【００１１】また、かさ密度が所定の範囲であってもか
さ密度に現れない欠陥が存在する場合があり、その欠陥
量は、セラミックスの耐摩耗性に非常に大きな影響を与
えるため、鏡面仕上げ面での欠陥量は５％以下が好まし
い。これは、欠陥量が５％を越えるとこれらの欠陥が摩
耗の起点となって摩耗が促進され、耐摩耗性の低下を招
くと同時に耐衝撃強度の低下が起こるので好ましくな
く、また、耐食性の低下をきたすからである。この欠陥
量は、好ましくは３％以下、より好ましくは２％以下が
好適である。本発明において、セラミックスの欠陥量と
は、平面研削盤を用いてセラミックスを下記条件により
研削加工した後、研磨加工して鏡面仕上げし、その鏡面
仕上げした面（通常５００倍）を走査電子顕微鏡で写真
撮影を行い、その写真を画像解析にて欠陥部分と欠陥で
ない部分とを二値化により分離して、その欠陥部分が画
像全体に占める面積の割合、即ち、面積率（％）をい
う。この欠陥部分には、気孔だけでなく、焼結体の研削
および研磨加工して鏡面仕上げする際に発生する脱粒の
後、および焼結体のかさ密度値に影響を与えないレベル
の欠陥も含まれる。

【００１２】前記鏡面仕上げは、平面研削盤とレジンボ
ンドタイプのダイヤモンド砥石を用い、まず、粒度＃１
４０のダイヤモンド砥石で、その砥石の周速を１５００
ｍ／ｓｅｃ、切り込み深さを８μｍ、被研削物であるセ
ラミックス（以下、ワークという。）の左右の送り速度
（以下、ワーク速度という。）を１７ｍ／ｓｅｃとして
約８０μｍ研削した後、切込みを止めて砥石を５往復さ
せ、次に砥石を＃４００のダイヤモンド砥石に取り替
え、周速１５００ｍ／ｓｅｃ、切込み深さを５μｍ、ワ
ーク送り１３ｍ／ｓｅｃの条件下で約５０μｍ研削した
後、切込みを止めて砥石を１０往復させ、更に砥石を＃
６００のダイヤモンド砥石に取り替え、周速１５００ｍ
／ｓｅｃ、切込み深さを２μｍ、ワーク送り１０ｍ／ｓ
ｅｃの条件下で約２０〜３０μｍ研削した後、切込みを
止めて砥石を１５往復させることにより研削を行い、そ
の後、研削加工したセラミックスの研削面に、４０μｍ
のダイヤモンド砥粒を埋め込んだダイヤモンドパッドを
２．６ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧して３分研磨し、更に６μ
ｍのダイヤモンド砥粒で２．６ｋｇｆ／ｃｍ^２に加圧し
て５分研磨した後、３μｍのダイヤモンド砥粒で２．６
ｋｇｆ／ｃｍ^２に加圧して１５分間研磨し、最後に１μ
ｍのダイヤモンド砥粒で１．３ｋｇｆ／ｃｍ^２に加圧し
て５分研磨することにより行う。

【００１３】本発明の試料の粉砕用ボールとしての摩耗
率は０．２％／ｈ以下である。摩耗率がこれ以上になる
と粉砕用ボール等粉砕用部材として用いた場合、被粉砕
物への摩耗粉混入量が増加し得られた焼結体特性に問題
が生じる危険性があるため好ましくない。また、ベアリ
ングあるいは半導体用部材などの耐摩耗部材として用い
た場合にも、上記摩耗率を超えると使用中に摩耗が大き
くなり装置に支障をきたす可能性があるため好ましくな
い。本発明における粉砕用ボールとしての摩耗率は以下
に示す測定方法により求めた摩耗率が０．２％／ｈ以下
であると定義する。粉砕機として三井三池製アトライタ
ー（ＭＡ−０１Ｓ）を用い、容量６５０ｍｌのアルミナ
製〔純度９９．９％、（株）ニッカトー製ＳＳＡ−９９
９Ｗ〕タンク中にボール表面をバレル研磨したφ２ｍｍ
の粉砕用ボールを４００ｍｌ投入し、更に平均粒子径１
０μｍ、比表面積１．２ｍ^２／ｇのアルミナ粉末２００
ｇおよび水２００ｍｌを入れてジルコニア製〔（株）ニ
ッカトー製ＹＴＺ〕アームにて回転数４００ｒｐｍで２
４時間摩耗テストし、下式により摩耗率を求める。摩耗率＝｛〔（Ｗｂ−Ｗａ）／Ｗｂ〕×１００｝／２４（Ｗａ：テスト後のボール重量Ｗｂ：テスト前のボー
ル重量）

【００１４】また、本発明は、前記アルミナ質セラミッ
クスの焼結性の向上、強度および靱性を一段と向上させ
ると共に、その微細構造組織をより均一化するため、前
記成分組成からなる基本組成物１００重量部に対してＺ
ｒＯ_２を１５重量部以下、好ましくは１０重量部以下、
より好ましくは８重量部以下含有させることができる。
その添加量が基本組成物１００重量部に対して１５重量
部を越えると、硬度の低下を生じ、特に安定化剤の添加
されていないＺｒＯ_２粉体を用いると焼結体に単斜晶系
ジルコニアが存在しやすくなり、マイクロクラックの発
生が起こって耐摩耗性の低下につながるので好ましくな
い。この場合、添加するＺｒＯ_２原料はその平均粒子径
が１．０μｍ以下のものを使用するのが好適である。こ
れはＺｒＯ_２原料の平均粒子径が１．０μｍを越える
と、焼結体に単斜晶系ジルコニアが存在しやすくなり、
マイクロクラックの発生が起こって耐摩耗性、耐衝撃性
の低下につながるので好ましくない。また、ＺｒＯ_２原
料としては、希土類元素酸化物等の安定化剤を固溶させ
たものを用いることもできる。この場合、希土類元素酸
化物、例えばＹ_２Ｏ_３を安定化剤として含むＺｒＯ_２原
料の場合、Ｙ_２Ｏ_３の含有量は５モル％以下のものを使
用するのが好ましく、これによりジルコニアの応力誘起
変態効果により靱性の向上を図ることができる。

【００１５】更に本発明は原料粉末を所定の割合で配合
し、その混合物を平均粒径０．３〜０．７μｍ、比表面
積５〜１４ｍ^２／ｇに粉砕し、得られた粉末を所定形状
に成形し、大気中１３５０〜１６５０℃で焼成すること
により、優れた耐摩耗性および耐食性を有するアルミナ
質セラミックスからなる成形物を提供することができ
る。粉砕後の粒度が０．３μｍ以下であると成形性が低
下し、その結果、焼結体中に欠陥が多く含有し耐摩耗性
および耐食性の低下をもたらすので好ましくない。ま
た、０．７μｍを越えると焼結性の低下をもたらし、焼
結体に欠陥を生じやすいため好ましくない。粉砕後の平
均粒径は０．３〜０．５μｍ、比表面積は７〜１２ｍ^２
／ｇがより好ましい。また、焼成温度としては１４００
〜１６００℃がより好ましい。

【００１６】本発明の耐摩耗性および耐食性を有するア
ルミナ質セラミックスは以下に示す方法で製造できる。
アルミナ原料はアルミナ純度が９９．７％以上、比表面
積が３ｍ^２／ｇ以上、平均粒径２μｍ以下の原料を使用
する。使用するアルミナ原料は明礬法から作られた原料
でも良いが、バイヤー法アルミナ原料を使用することが
好ましく、安価に作ることができる。焼結助剤の原料と
しては平均粒径０．５μｍ以下、純度９８％以上のＭｇ
ＯおよびＣａＯ原料もしくは水酸化物、炭酸化物の塩を
使用することが可能である。ＳｉＯ_２は珪石、石英をは
じめシリカゾル、エチルシリケート等の塩も使用でき、
更にはカオリン等の粘土鉱物を用いても良い。これら原
料を所定量アルミナ原料に添加し粉砕・混合・分散して
も良いが、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＳｉＯ_２原料を先に混
合し、次いで熱処理することによって、更に均一に分散
することが可能となり、焼結性の向上、結晶粒径の微細
化および組織の均一化がはかれ、より耐摩耗性にすぐれ
た焼結体を得ることができる。熱処理した焼結助剤を用
いる場合は、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＳｉＯ_２原料を所定
量になるよう水もしくは有機溶媒中で湿式によってポッ
トミル、アトリッションミル等の粉砕機で粉砕、混合
し、９００℃〜１３００℃にて熱処理することによって
熱処理した焼結助剤を作製する。９００℃以下では熱処
理の効果が現れず、アルミナ原料に助剤原料を単体で添
加した場合と大差が見られない。また、１３００℃を越
えた場合には熱処理した焼結助剤の結合が強固で、助剤
として添加した場合に粉砕・分散が充分に行えないため
好ましくなく、１０００℃から１２００℃で加熱処理す
ることがより好ましい。

【００１７】アルミナ原料に所定のＭｇＯ、ＣａＯ、Ｓ
ｉＯ_２およびＺｒＯ_２量となるように、上記熱処理した
焼結助剤あるいは各焼結助剤原料と必要に応じＺｒＯ_２
原料を添加し、水もしくは有機溶媒中で湿式によってポ
ットミル、アトリッションミル等の粉砕機で粉砕、混
合、分散する。得られた粉体の平均粒径は０．３〜０．
７μｍ以下、比表面積は５〜１４ｍ^２／ｇにする必要が
ある。得られたスラリーにバインダーとしてポリビニル
アルコール（ＰＶＡ）、アクリル樹脂およびパラフィン
ワックスエマルジョン等を添加してスプレードライヤー
にて乾燥・造粒して成形用粉体とする。次いでこの粉体
を用いてセラミックスの製造における常法に従って金型
プレス、冷間静水圧成形（ＣＩＰ）等により所定の形状
に成形する。これらの成形方法以外に鋳込み成形、押出
成形、射出成形、造粒成形等の成形方法によっても成形
できる。得られた成形体を１３５０℃〜１６５０℃、好
ましくは１４００℃〜１６００℃の温度で焼成し耐摩耗
性および耐食性アルミナ質セラミックスとする。

【００１８】本発明の耐摩耗性アルミナセラミックス
は、耐摩耗性および耐食性に優れるため、粉砕用メディ
ア、ケージミル用部材、内張材、粉砕用容器、ノズル、
ローラ、ゲージ、ベアリング（軸受部品）および半導体
用治具等の耐摩耗部材として最適である。

【００１９】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、
本発明はこれにより何ら限定するものではない。

【００２０】実施例１各原料を表１に示す組成の焼結体が得られるように配合
し、得られた混合物を９２％アルミナ製〔（株）ニッカ
トー製ＨＤ〕ポットミル（内容積７．２リットル）とφ
１０ｍｍの９２％アルミナ製〔（株）ニッカトー製ＨＤ
−１１〕ボールを用いて濃度５０％で２４〜７２時間湿
式粉砕し、表２に示す平均粒径を有し比表面積が５ｍ^２
／ｇ以上の微粉末を含むスラリーを得た。得られたスラ
リーにポリビニルアルコール水溶液を３〜５重量％バイ
ンダとして添加して、粘度を３００ｃｐｓ以下に調整
し、これをスプレードライヤーにて乾燥・造粒し成形用
粉体を得た。続いてこの粉体を造粒成形にて球状に成形
し、１３００℃〜１７００℃で焼成して、φ２ｍｍのボ
ールとし、次いでこのボールの表面をバレル研磨して粉
砕用ボールとした。また、耐食性評価のため、成形用粉
体をＣＩＰ１ｔｏｎｆ／ｃｍ^３成形し、粉砕用ボールと
同様に焼成して１０×１０×３ｍｍの焼結体を作製し、
鏡面仕上げして評価用サンプルとした。

【００２１】アルミナ原料としては、試料Ｎｏ．１８、
１９は平均粒径が２μｍ、比表面積３ｍ^２／ｇ、純度９
９．７％のバイヤー法により作製されたローソーダアル
ミナ原料を、それ以外の試料は平均粒径１μｍ、比表面
積５ｍ^２／ｇ、純度９９．８％のリアクティブアルミナ
原料を用いた。助剤原料としては、ＭｇＯおよびＣａＯ
の原料として純度９９．５％の炭酸塩を使用し、ＳｉＯ
_２の原料としては珪石を使用した。更に、ＺｒＯ_２の原
料としては試料Ｎｏ．３，４および１４については平均
粒径１．０μｍ、比表面積１２ｍ^２／ｇ、純度９９．９
％の二酸化ジルコニウムを用い、試料Ｎｏ．２について
はＹ_２Ｏ_３を３．０モル％含有する平均粒径０．５μ
ｍ、比表面積１５ｍ^２／ｇの二酸化ジルコニウムを用い
た。

【００２２】試料Ｎｏ．２、５、７〜９、１３〜１７お
よび２２については、配合した助剤原料をポットミルで
２４時間湿式混合し、乾燥後９００℃〜１３００℃で熱
処理した後、上記アルミナ原料と配合し、試料Ｎｏ．２
および１４については更にＺｒＯ_２原料を配合した。ま
た、試料Ｎｏ．３および４については助剤原料とアルミ
ナ原料およびＺｒＯ_２原料を配合した。これら配合した
原料をポットミルで所定の粒度となるように湿式粉砕を
行い、次いでＰＶＡを加えた後、スプレードライヤーに
て乾燥・造粒し成形用粉体を得た。続いてこの粉体を造
粒成形にて球状に成形し、１３００℃〜１７００℃で焼
成して、φ２ｍｍのボールとし、次いでこのボールの表
面をバレル研磨して粉砕用ボールとした。また、耐食性
評価のため、成形用粉体をＣＩＰ１ｔｏｎｆ／ｃｍ^３成
形し、粉砕用ボールと同様に焼成して１０×１０×３ｍ
ｍの焼結体を作製し、鏡面仕上げして評価用サンプルと
した。

【００２３】得られた粉砕用ボールを下記の測定方法に
より摩耗率を求めた。粉砕機として三井三池製アトライ
ター（ＭＡ−０１Ｓ）を用い、容量６５０ｍｌのアルミ
ナ製〔純度９９．９％、（株）ニッカトー製ＳＳＡ−９
９９Ｗ〕タンク中にボール表面をバレル研磨したφ２ｍ
ｍの粉砕用ボールを４００ｍｌ投入し、更に平均粒子径
１０μｍ、比表面積１．２ｍ^２／ｇのアルミナ粉末２０
０ｇおよび水２００ｍｌを入れてジルコニア製〔（株）
ニッカトー製ＹＴＺ〕アームにて回転数４００ｒｐｍで
２４時間摩耗テストし、下式により摩耗率を求める。摩耗率＝｛〔（Ｗｂ−Ｗａ）／Ｗｂ〕×１００｝／２４（Ｗａ：テスト後のボール重量Ｗｂ：テスト前のボー
ル重量）また、これら試料の耐食性は下記の方法で評価した。鏡
面仕上げを行った１０×１０×３ｍｍのサンプルを容量
７０ｍｌの圧力分解容器に入れ、３０ｍｌのＨ _２ＳＯ_４
溶液（濃度２０％）中で１５０℃−４８ｈ保持し、サン
プルの表面積に対する重量減で評価した。これらの結果
を、粉砕用ボールのかさ密度、結晶粒径、欠陥量、並び
に粉砕粉体の平均粒径および焼成温度と共に表２に示
す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】表１中のＺｒＯ_２量はアルミナ、焼結助剤
および不可避的不純物からなる基本組成物１００重量部
に対する添加量（重量部）で示してある。表２中の耐食
性評価結果はＡが０．２４ｍｇ／ｃｍ^３／ｄａｙ以下で
優秀、Ｂが２．４ｍｇ／ｃｍ ^３／ｄａｙ以下で良好、Ｃ
が７．２ｍｇ／ｃｍ^３／ｄａｙ以下で十分、Ｄが２４ｍ
ｇ／ｃｍ^３／ｄａｙ以下で劣ることを示す。また、表１
および表２中の試料Ｎｏ．１〜１０の焼結体は本発明の
条件を満足するものであり、試料Ｎｏ．１１〜２３は本
発明において規定する条件を少なくとも１つを満たして
いない本発明の範囲外のものである。本発明の試料の摩
耗率は０．２％／ｈ以下とすぐれた摩耗特性を示し、ま
た耐食性にも非常にすぐれていた。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、原料としてのアルミナの精製
精度を特に高くする必要もなく、優れた耐摩耗性と耐食
性を有するアルミナ質セラミックスおよび該アルミナ質
セラミックスからなる成形物の製造方法を提供すること
ができた。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河波利夫大阪府堺市遠里小野町３丁２番24号株式会社ニッカトー内Ｆターム(参考） 4G030 AA01 AA07 AA08 AA16 AA17 AA36 AA37 BA19 BA33 CA04 GA27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主としてＡｌ_２Ｏ_３からなり、ＳｉＯ_２
２０〜９０重量％、ＭｇＯ０〜７０重量％およびＣａＯ
１０〜８０重量％の三成分からなる焼結助剤の各成分を
合計量として０．１〜１．０重量％含有し、残部として
実質的に不可避的不純物が０．３重量％以下であり、平
均結晶粒径０．５〜５．０μｍ、かさ密度３．７０ｇ／
ｃｍ^３以上、粉砕用ボールとしての摩耗率が０．２％／
ｈ以下であることを特徴とする耐摩耗性および耐食性を
有するアルミナ質セラミックス。
【請求項２】主としてＡｌ_２Ｏ_３からなり、ＳｉＯ_２
２０〜９０重量％、ＭｇＯ０〜７０重量％およびＣａＯ
１０〜８０重量％の三成分からなる焼結助剤の各成分を
合計量として０．１〜１．０重量％含有し、残部として
実質的に不可避的不純物からなる基本組成物１００重量
部に対しＺｒＯ_２を１５重量部以下含有する請求項１に
記載の耐摩耗性および耐食性を有するアルミナ質セラミ
ックス。
【請求項３】前記不可避的不純物として含まれるアル
カリ金属酸化物が０．１重量％以下、ＴｉＯ_２が０．０
５重量％以下であることを特徴とする請求項１または２
に記載の耐摩耗性および耐食性を有するアルミナ質セラ
ミックス。
【請求項４】主としてＡｌ_２Ｏ_３からなり、ＳｉＯ_２
２０〜９０重量％、ＭｇＯ０〜７０重量％およびＣａＯ
１０〜８０重量％の三成分からなる焼結助剤の各成分を
合計量として０．１〜１．０重量％含有し、残部として
実質的に不可避的不純物が０．３重量％以下であり、平
均粒径０．３〜０．７μｍの微粉末を所定形状に成形
し、大気中１３５０〜１６５０℃で焼成することを特徴
とする耐摩耗性および耐食性を有するアルミナ質セラミ
ックスからなる成形物の製造方法。
【請求項５】焼結助剤として、ＳｉＯ_２２０〜９０重
量％、ＭｇＯ０〜７０重量％およびＣａＯ１０〜８０重
量％の三成分からなる原料粉末混合物を９００から１３
００℃で熱処理し、この熱処理した焼結助剤とアルミナ
純度９９．７％以上のアルミナ粉末とを混合し、平均粒
子径０．３〜０．７μｍに微粉砕し、得られた微粉末を
所定形状に成形し、大気中１３５０〜１６５０℃で焼成
することを特徴とする請求項４に記載の耐摩耗性および
耐食性を有するアルミナ質セラミックスからなる成形物
の製造方法。
【請求項６】主としてＡｌ_２Ｏ_３からなり、ＳｉＯ_２
２０〜９０重量％、ＭｇＯ０〜７０重量％およびＣａＯ
１０〜８０重量％の三成分からなる焼結助剤の各成分を
合計量として０．１〜１．０重量％含有し、残部として
実質的に不可避的不純物からなる基本組成物１００重量
部に対しＺｒＯ_２を１５重量部以下含有することを特徴
とする請求項４または５に記載の耐摩耗性および耐食性
を有するアルミナ質セラミックスからなる成形物の製造
方法。