JP2017521249A - セラミック粒及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
・アルミナ、ジルコニア、任意に、1種以上の他の無機成分、及びゲル化剤を含むスラリーを作る工程、
・このスラリーの滴を作る工程、
・この滴を液体ゲル化反応媒体に導入して滴をゲル化する工程、
・ゲル化中又はその前後に滴を変形させる工程、
・ゲル化した変形済みの滴を乾燥させて乾燥粒を得る工程、並びに
・この乾燥粒を焼結してセラミック粒を得る工程
を備えるセラミック粒の調製方法に関する。
・本発明に係るセラミック構造を提供する工程、
・このセラミック構造の開気孔を液体金属で充填する工程、及び、
・この液体金属を固まるに任せて摩耗部品を形成する工程
を備える摩耗部品の調製方法に関する。
・3−55重量%、より好ましくは、10−45重量%、特に、14−40重量%のアルミナ、
・40−95重量、より好ましくは、45−90重量%、特に、55−95重量%のジルコニア、及び、
・1−30重量%、より好ましくは、2−10重量%の他の無機成分(この他の無機成分は、希土類金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物からなる群より選択される少なくとも1つの成分を含む)
を含む。
・アルミニウム含量:Al2O3として表して、14−50重量%、特に、14−39重量%
・ジルコニウム含量:ZrO2として表して、45−90重量%、特に、50−82重量%
・イットリウム含量:Y2O3として表して、0.5−4重量%
・カルシウム含量:CaOとして表して、0−2重量%、特に、0.03−1.5重量%、より特に、0.3−1.0重量%
・他の成分から形成される残余:0−5重量%、特に、0.2−4重量%、より特に、0.5−2重量%
・3−55重量%、特に、7−45重量%のアルファアルミナ
・40−95重量%、特に、45−90重量%、より特に、50−82重量%ののジルコニア(Hf及びYなどのジルコニア結晶構造の一部を形成し得るジルコニウム以外の元素も含む)
融解、急冷、そして破砕により製造されたセラミック粒のバッチを、サンゴバン(CE)から購入した。この粒は59重量%アルミナ、40重量%ジルコニア(HfO2を含む)、及び0.80重量%の酸化イットリウムを含む。
異なる組成の粒を以下のように調製した(特記のない限り、条件は、周囲条件であり、典型的には、20−30℃である)。金属酸化物粒子及びシリケート粒子の原材料混合物を以下の組成で調製した。
垂直シャフトインパクター(Vertical Shaft Impactor;VSI)クラッシャーのアンビルを作成するための3D開気孔質セラミック構造を、実施例1−3に記載したのと同様の方法で調製した粒から製造した。
・酸化アルミニウム 38.4%
・酸化ジルコニウム 54.0%
・酸化ケイ素 3.8%
・酸化イットリウム 3.10%
・酸化カルシウム 0.60%
特許文献4の方法を用いて粒を準備した。こうした粒は以下の組成を有していた。
・酸化アルミニウム 60.0%
・酸化ジルコニウム 39.0%
・酸化チタン 0.15%
・シリカ 0.35%
・酸化鉄 0.15%
・酸化ナトリウム 0.03%
・酸化カルシウム 0.09%
・酸化マグネシウム 0.02%
・イットリア 0.80%
実施例4のセラミック構造及び参考例1のセラミック構造から、セラミック金属摩耗部品(垂直シャフトインパクター用のアンビル)を以下の通り作成した。セラミック構造を個別に砂型内に置き、液体金属(鉄合金)をこの構造に注ぎ、放冷した。
実施例1−3に記載の方法を用いて、本発明に係る方法により作られた粒で、垂直ローラーミルのローラーを作った。
・酸化アルミニウム 14.8%
・酸化ジルコニウム 81.7%
・酸化イットリウム 3.50%
[付記1]
3−55重量%のアルミナ、40−95重量%のジルコニア、及び総相対量が1−30重量%の1種以上の他の無機成分を含む焼結セラミック粒であって、前記1種以上の他の無機成分が、希土類金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物からなる群より選択される少なくとも1つの成分を含む、焼結セラミック粒。
前記セラミック粒は巨視的レベルで観察すると細長い、付記1に記載の焼結セラミック粒。
前記セラミック粒は巨視的レベルで観察すると丸みを帯びている、付記1又は2に記載の焼結セラミック粒。
筋又は溝のある表面を有する、付記1から3のいずれか1つに記載の焼結セラミック粒。
最長投影サイズに対する最短投影サイズとして規定される真球度(異方度)が、Camsizer(登録商標)で求めて、(平均で)0.65−0.9の範囲、特に、0.70−0.80の範囲、より特に、0.71−0.77の範囲である、付記1から4のいずれか1つに記載の焼結セラミック粒。
アルファアルミナ含量が、5−45重量%、特に、10−40重量%、より特に、14−35重量%である、付記1から5のいずれか1つに記載の焼結セラミック粒。
ジルコニア含量が、50−90重量%、特に、52−85重量%、より特に、55−82重量%である、付記1から6のいずれか1つに記載の焼結セラミック粒。
前記ジルコニアは、25−100%、特に、35−95%の範囲のtqc比(即ち、[正方晶ZrO2+準安定正方晶(tetragonal−prime)+立方晶ジルコニア]の重量合計÷[正方晶ZrO2+単斜晶ZrO2+準安定正方晶ZrO2+立方晶ジルコニア]の重量合計×100%)を有する、付記1から7のいずれか1つに記載の焼結セラミック粒。
希土類金属含量が、その酸化物として表して、0.3−5重量%、特に、0.5−4重量%、より特に、0.8−3.5重量%である、付記1から8のいずれか1つに記載の焼結セラミック粒。
イットリウム含量が、その酸化物として表して、0.3−5重量%、特に、0.5−4重量%、より特に、0.8−3.5重量%である、付記1から9のいずれか1つに記載の焼結セラミック粒。
酸化物として表して、0−2重量%、好ましくは、0−1重量%、特に、0−0.5重量%のセリウムを含む、付記1から10のいずれか1つに記載の焼結セラミック粒。
カルシウム含量が、その酸化物として表して、0.01−5重量%、特に、0.5−3重量%である、付記1から11のいずれか1つに記載の焼結セラミック粒。
前記他の無機成分は、シリケート(ケイ酸ジルコニウムなど)、炭化物、窒化物、ホウ化物、及びカーボネートからなる群より選択される少なくとも1種の成分を含む、付記1から12のいずれか1つに記載の焼結セラミック粒。
10−45重量%、特に、14−40重量%のアルミナ、
45−90重量%、特に、50−85重量%のジルコニア、及び、
1−30重量%、好ましくは、2−10重量%の1種以上の他の無機成分
を含み、
前記他の無機成分は、希土類金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物からなる群より選択される少なくとも1種の成分を含む、
付記1から13のいずれか1つに記載の焼結セラミック粒。
アルミナ、ジルコニア、及びゲル化剤を含むスラリーを作る工程、
前記スラリーの滴を作る工程、
前記滴を液体ゲル化反応媒体に導入して前記滴をゲル化する工程、
ゲル化中又はその前後に前記滴を変形させる工程、
ゲル化した変形済みの前記滴を乾燥させて乾燥粒を得る工程、並びに
前記乾燥粒を焼結してセラミック粒を得る工程を備えるセラミック粒の調製方法により得ることが可能な、付記1から14のいずれか1つに記載の焼結セラミック粒。
前記液体ゲル化反応媒体は、希土類金属イオン及びアルカリ土類金属イオンからなる群より選択される少なくとも1種の成分を含む、付記15に記載の焼結セラミック粒。
アルミナ、ジルコニア、任意に、1種以上の他の無機成分、及びゲル化剤を含むスラリーを作る工程、
前記スラリーの滴を作る工程、
前記滴を液体ゲル化反応媒体に導入して滴をゲル化する工程、
ゲル化中又はその前後に前記滴を変形させる工程、
ゲル化した変形済みの前記滴を乾燥させて乾燥粒を得る工程、並びに
前記乾燥粒を焼結してセラミック粒を得る工程を備える、付記1から16のいずれか1つに記載の焼結セラミック粒の調製方法。
前記滴は、空気又は他の気体雰囲気を経て前記ゲル化反応媒体中に落下させることで、前記ゲル化反応媒体中に導入される、付記17に記載の方法。
前記滴は、前記滴を受け取る際に前記滴を変形させるために配置された変形機構に衝突することで変形させられ、好ましくは、前記変形機構は前記ゲル化反応媒体の表面又は前記ゲル化反応媒体中に存在する、付記17又は18に記載の方法。
前記変形機構は、貫通穴、グレーティング、グリッド、又は網を含む、付記19に記載の方法。
前記変形機構は傾けられている、付記19又は20に記載の方法。
変形は前記滴を押出成形工程に掛けることを含む、付記17から21のいずれか1つに記載の方法。
前記ゲル化剤は、陰イオン性ポリマーであり、好ましくは、アルギネートなどの陰イオン性多糖であり、前記ゲル化反応媒体は前記陰イオン性ポリマーと反応して前記滴をゲル化させる多価陽イオンを含む、付記17から22のいずれか1つに記載の方法。
前記多価陽イオンは、カルシウムイオン及び希土類金属イオンからなる群より、より特に、カルシウムイオン及びイットリウムイオンからなる群より、選択される、付記23に記載の方法。
前記スラリーは、アルミナ粒子、ジルコニア粒子、及び、任意に、希土類元素酸化物粒子からなる群より選択される少なくとも1種の成分を含む、付記17から24のいずれか1つに記載の方法。
前記スラリーは、シリケートの粒子(ケイ酸ジルコニウム粒子、粘土、タルクなど)、炭化物粒子、窒化物粒子、ホウ化物粒子、又は炭酸カルシウム粒子を含む、付記17から25のいずれか1つに記載の方法。
粒のパッキングが液体金属で充填可能な開気孔を粒間にもたらすように、結合剤で互いに結合された付記1から16のいずれか1つに記載の焼結セラミック粒又は付記17から26のいずれか1つに記載の方法により得ることが可能な焼結セラミック粒の三次元相互接続ネットワークから形成される開気孔質セラミック構造。
前記気孔と接続している供給路を含み、前記供給路はそれを介して前記液体金属が前記気孔に充填されることを可能とする、付記27に記載の開気孔質セラミック構造。
付記27又は28に記載の開気孔質セラミック構造と当該セラミック構造の少なくとも一部を囲む金属マトリックスとから作られた金属セラミック複合材料摩耗部品。
付記27又は28に記載のセラミック構造を提供する工程、
前記セラミック構造の前記開気孔を液体金属で充填する工程、及び、
前記液体金属を固まるに任せて前記摩耗部品を形成する工程、
を備える付記29に記載の摩耗部品の調製方法。
付記29に記載の摩耗部品を含む、粉砕装置、特に、研削装置及び破砕装置からなる群より選択される装置。
水平シャフトインパクター及びクラッシャー、磨砕機、垂直シャフトインパクター、垂直ローラーミルの群より選択される、付記31に記載の粉砕装置。
付記31又は32に記載の粉砕装置内に材料を導入する工程、及び、前記材料を粉砕過程に掛ける工程を備える材料の処理方法であって、前記摩耗部品が前記材料と接触しており、特に、粉砕過程が研削及び破砕からなる群より選択される処理方法。
前記材料は、ライムストーン、石炭、セメント、コンクリート、石油コークス、バイオマス、スラグ、油砂、鉱石、及び骨材から選択される、付記33に記載の方法。
付記1から16のいずれか1つに記載の焼結セラミック粒、付記17から26のいずれか1つに記載の方法により得られた焼結セラミック粒、又は付記27又は28に記載の開気孔質セラミック構造から作られた研磨切断工具。
付記1から15のいずれか1つに記載の焼結セラミック粒、付記16から24のいずれか1つに記載の方法により得られた焼結セラミック粒、又は付記25又は26に記載の開気孔質セラミック構造から作られた複合装甲。
付記27に記載の摩耗部品を含む浚渫ポンプ及び工具。
付記1から16のいずれか1つに記載の焼結セラミック粒又は付記17から26のいずれか1つに記載の方法により得ることが可能な焼結セラミック粒が施された研磨表面を有する、紙やすりなどの、可撓性被覆研磨製品。
Claims (38)
- 3−55重量%のアルミナ、40−95重量%のジルコニア、及び総相対量が1−30重量%の1種以上の他の無機成分を含む焼結セラミック粒であって、前記1種以上の他の無機成分が、希土類金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物からなる群より選択される少なくとも1つの成分を含む、焼結セラミック粒。
- 前記セラミック粒は巨視的レベルで観察すると細長い、請求項1に記載の焼結セラミック粒。
- 前記セラミック粒は巨視的レベルで観察すると丸みを帯びている、請求項1又は2に記載の焼結セラミック粒。
- 筋又は溝のある表面を有する、請求項1から3のいずれか1項に記載の焼結セラミック粒。
- 最長投影サイズに対する最短投影サイズとして規定される真球度(異方度)が、Camsizer(登録商標)で求めて、(平均で)0.65−0.9の範囲、特に、0.70−0.80の範囲、より特に、0.71−0.77の範囲である、請求項1から4のいずれか1項に記載の焼結セラミック粒。
- アルファアルミナ含量が、5−45重量%、特に、10−40重量%、より特に、14−35重量%である、請求項1から5のいずれか1項に記載の焼結セラミック粒。
- ジルコニア含量が、50−90重量%、特に、52−85重量%、より特に、55−82重量%である、請求項1から6のいずれか1項に記載の焼結セラミック粒。
- 前記ジルコニアは、25−100%、特に、35−95%の範囲のtqc比(即ち、[正方晶ZrO2+準安定正方晶(tetragonal−prime)+立方晶ジルコニア]の重量合計÷[正方晶ZrO2+単斜晶ZrO2+準安定正方晶ZrO2+立方晶ジルコニア]の重量合計×100%)を有する、請求項1から7のいずれか1項に記載の焼結セラミック粒。
- 希土類金属含量が、その酸化物として表して、0.3−5重量%、特に、0.5−4重量%、より特に、0.8−3.5重量%である、請求項1から8のいずれか1項に記載の焼結セラミック粒。
- イットリウム含量が、その酸化物として表して、0.3−5重量%、特に、0.5−4重量%、より特に、0.8−3.5重量%である、請求項1から9のいずれか1項に記載の焼結セラミック粒。
- 酸化物として表して、0−2重量%、好ましくは、0−1重量%、特に、0−0.5重量%のセリウムを含む、請求項1から10のいずれか1項に記載の焼結セラミック粒。
- カルシウム含量が、その酸化物として表して、0.01−5重量%、特に、0.5−3重量%である、請求項1から11のいずれか1項に記載の焼結セラミック粒。
- 前記他の無機成分は、シリケート(ケイ酸ジルコニウムなど)、炭化物、窒化物、ホウ化物、及びカーボネートからなる群より選択される少なくとも1種の成分を含む、請求項1から12のいずれか1項に記載の焼結セラミック粒。
- 10−45重量%、特に、14−40重量%のアルミナ、
45−90重量%、特に、50−85重量%のジルコニア、及び、
1−30重量%、好ましくは、2−10重量%の1種以上の他の無機成分
を含み、
前記他の無機成分は、希土類金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物からなる群より選択される少なくとも1種の成分を含む、
請求項1から13のいずれか1項に記載の焼結セラミック粒。 - アルミナ、ジルコニア、及びゲル化剤を含むスラリーを作る工程、
前記スラリーの滴を作る工程、
前記滴を液体ゲル化反応媒体に導入して前記滴をゲル化する工程、
ゲル化中又はその前後に前記滴を変形させる工程、
ゲル化した変形済みの前記滴を乾燥させて乾燥粒を得る工程、並びに
前記乾燥粒を焼結してセラミック粒を得る工程を備えるセラミック粒の調製方法により得ることが可能な、請求項1から14のいずれか1項に記載の焼結セラミック粒。 - 前記液体ゲル化反応媒体は、希土類金属イオン及びアルカリ土類金属イオンからなる群より選択される少なくとも1種の成分を含む、請求項15に記載の焼結セラミック粒。
- アルミナ、ジルコニア、任意に、1種以上の他の無機成分、及びゲル化剤を含むスラリーを作る工程、
前記スラリーの滴を作る工程、
前記滴を液体ゲル化反応媒体に導入して滴をゲル化する工程、
ゲル化中又はその前後に前記滴を変形させる工程、
ゲル化した変形済みの前記滴を乾燥させて乾燥粒を得る工程、並びに
前記乾燥粒を焼結してセラミック粒を得る工程を備える、請求項1から16のいずれか1項に記載の焼結セラミック粒の調製方法。 - 前記滴は、空気又は他の気体雰囲気を経て前記ゲル化反応媒体中に落下させることで、前記ゲル化反応媒体中に導入される、請求項17に記載の方法。
- 前記滴は、前記滴を受け取る際に前記滴を変形させるために配置された変形機構に衝突することで変形させられ、好ましくは、前記変形機構は前記ゲル化反応媒体の表面又は前記ゲル化反応媒体中に存在する、請求項17又は18に記載の方法。
- 前記変形機構は、貫通穴、グレーティング、グリッド、又は網を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記変形機構は傾けられている、請求項19又は20に記載の方法。
- 変形は前記滴を押出成形工程に掛けることを含む、請求項17から21のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ゲル化剤は、陰イオン性ポリマーであり、好ましくは、アルギネートなどの陰イオン性多糖であり、前記ゲル化反応媒体は前記陰イオン性ポリマーと反応して前記滴をゲル化させる多価陽イオンを含む、請求項17から22のいずれか1項に記載の方法。
- 前記多価陽イオンは、カルシウムイオン及び希土類金属イオンからなる群より、より特に、カルシウムイオン及びイットリウムイオンからなる群より、選択される、請求項23に記載の方法。
- 前記スラリーは、アルミナ粒子、ジルコニア粒子、及び、任意に、希土類元素酸化物粒子からなる群より選択される少なくとも1種の成分を含む、請求項17から24のいずれか1項に記載の方法。
- 前記スラリーは、シリケートの粒子(ケイ酸ジルコニウム粒子、粘土、タルクなど)、炭化物粒子、窒化物粒子、ホウ化物粒子、又は炭酸カルシウム粒子を含む、請求項17から25のいずれか1項に記載の方法。
- 粒のパッキングが液体金属で充填可能な開気孔を粒間にもたらすように、結合剤で互いに結合された請求項1から16のいずれか1項に記載の焼結セラミック粒又は請求項17から26のいずれか1項に記載の方法により得ることが可能な焼結セラミック粒の三次元相互接続ネットワークから形成される開気孔質セラミック構造。
- 前記気孔と接続している供給路を含み、前記供給路はそれを介して前記液体金属が前記気孔に充填されることを可能とする、請求項27に記載の開気孔質セラミック構造。
- 請求項27又は28に記載の開気孔質セラミック構造と当該セラミック構造の少なくとも一部を囲む金属マトリックスとから作られた金属セラミック複合材料摩耗部品。
- 請求項27又は28に記載のセラミック構造を提供する工程、
前記セラミック構造の前記開気孔を液体金属で充填する工程、及び、
前記液体金属を固まるに任せて前記摩耗部品を形成する工程、
を備える請求項29に記載の摩耗部品の調製方法。 - 請求項29に記載の摩耗部品を含む、粉砕装置、特に、研削装置及び破砕装置からなる群より選択される装置。
- 水平シャフトインパクター及びクラッシャー、磨砕機、垂直シャフトインパクター、垂直ローラーミルの群より選択される、請求項31に記載の粉砕装置。
- 請求項31又は32に記載の粉砕装置内に材料を導入する工程、及び、前記材料を粉砕過程に掛ける工程を備える材料の処理方法であって、前記摩耗部品が前記材料と接触しており、特に、粉砕過程が研削及び破砕からなる群より選択される処理方法。
- 前記材料は、ライムストーン、石炭、セメント、コンクリート、石油コークス、バイオマス、スラグ、油砂、鉱石、及び骨材から選択される、請求項33に記載の方法。
- 請求項1から16のいずれか1項に記載の焼結セラミック粒、請求項17から26のいずれか1項に記載の方法により得られた焼結セラミック粒、又は請求項27又は28に記載の開気孔質セラミック構造から作られた研磨切断工具。
- 請求項1から15のいずれか1項に記載の焼結セラミック粒、請求項16から24のいずれか1項に記載の方法により得られた焼結セラミック粒、又は請求項25又は26に記載の開気孔質セラミック構造から作られた複合装甲。
- 請求項27に記載の摩耗部品を含む浚渫ポンプ及び工具。
- 請求項1から16のいずれか1項に記載の焼結セラミック粒又は請求項17から26のいずれか1項に記載の方法により得ることが可能な焼結セラミック粒が施された研磨表面を有する、紙やすりなどの、可撓性被覆研磨製品。
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