JP2805969B2 - 高靭性および高強度を有する酸化アルミニウム基セラミックス - Google Patents
高靭性および高強度を有する酸化アルミニウム基セラミックスInfo
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、特に高靭性を有し、かつ高強度も合せも
ち、さらに電気導電性にもすぐれているので、放電加工
による成形も可能であり、したがってこれらの特性が要
求される、例えばAlなどの押出し加工やCu合金板材の打
抜き加工、さらに粉末冶金法による圧粉体形成加工など
に用いられるダイスとして使用するのに適した酸化アル
ミニウム基セラミックス（以下、単にセラミックスと云
う）に関するものである。
ち、さらに電気導電性にもすぐれているので、放電加工
による成形も可能であり、したがってこれらの特性が要
求される、例えばAlなどの押出し加工やCu合金板材の打
抜き加工、さらに粉末冶金法による圧粉体形成加工など
に用いられるダイスとして使用するのに適した酸化アル
ミニウム基セラミックス（以下、単にセラミックスと云
う）に関するものである。
従来、セラミックスとして、例えば特開昭53−118410
号公報に記載される通り、重量％で（以下、％は重量％
を示す）、 結合相形成成分として酸化イットリウム（以下、Y2O3
で示す）および／または酸化マグネシウム（以下MgOで
示す）:0.5〜10％、 分散相形成成分としてTiおよびZrの炭化物および炭窒
化物［以下、それぞれTiC,TiCN,ZrC、およびZrCNで示
し、これらを総称して（Ti,Zr）Ｃ・Ｎで表わす］のう
ちの１種以上:2〜40％、 を含有し、残りが実質的分散相形成成分としての酸化ア
ルミニウム（以下、Al2O3で示す）からなる組成をもつ
ものが知られている。
号公報に記載される通り、重量％で（以下、％は重量％
を示す）、 結合相形成成分として酸化イットリウム（以下、Y2O3
で示す）および／または酸化マグネシウム（以下MgOで
示す）:0.5〜10％、 分散相形成成分としてTiおよびZrの炭化物および炭窒
化物［以下、それぞれTiC,TiCN,ZrC、およびZrCNで示
し、これらを総称して（Ti,Zr）Ｃ・Ｎで表わす］のう
ちの１種以上:2〜40％、 を含有し、残りが実質的分散相形成成分としての酸化ア
ルミニウム（以下、Al2O3で示す）からなる組成をもつ
ものが知られている。
一方、近年の各種産業分野における省力化およびコス
ト低減に対する要求は一段と厳しさを増し、例えばダイ
スによる成形加工の分野においても同様であり、これに
伴ない使用条件が増々苛酷になると共に、使用寿命のよ
り一層の延命化が要求される傾向にあるが、上記の従来
セラミックスはじめ、その他のいずれのセラミックスも
未だ十分満足する靭性および強度を具備したものでない
ために、これに対応することができないのが現状であ
る。
ト低減に対する要求は一段と厳しさを増し、例えばダイ
スによる成形加工の分野においても同様であり、これに
伴ない使用条件が増々苛酷になると共に、使用寿命のよ
り一層の延命化が要求される傾向にあるが、上記の従来
セラミックスはじめ、その他のいずれのセラミックスも
未だ十分満足する靭性および強度を具備したものでない
ために、これに対応することができないのが現状であ
る。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、高靭
性および高強度を具備したセラミックスを開発すべく研
究を行った結果、 原料粉末として、平均粒径:0.6μｍ以下のAl2O3粉
末、同１μｍ以下のY2O3粉末およびMgO粉末、さらに平
均粒径:1.5μｍ以下にして、0.3μｍ以下の粒径が10％
以上を占める（Ti,Zr）Ｃ・Ｎ粉末を用い、これら原料
粉末を、 Y2O3および／またはMgO粉末:1〜12％、 （Ti,Zr）Ｃ・Ｎ粉末のうちの１種以上:2.1〜50％、 Al2O3粉末：残り、 からなる配合組成に配合し、通常の条件で混合し、圧粉
体に成形した後、この圧粉体に、 0.8〜５気圧のArまたはArと不活性ガスの混合ガス雰
囲気中、温度:1680〜1830℃に10〜40分間保持、 の条件で高温短時間焼結を施すと、この高温短時間焼結
で上記Y2O3および／またはMgOの一部が素地を構成するA
l2O3中に固溶し、残りがAl2O3と複合酸化物を形成して
前記Al2O3素地の結晶粒界に存在し、さらにAl2O3素地の
結晶粒界には硬質分散相に占める割合で10％以上が0.3
μｍ以下の粒径で、半径粒径が1.5μｍ以下の（Ti,Zr）
Ｃ・Ｎが硬質分散相として分布した組織をもったセラミ
ックスが形成され、さらに、これに前記高温短時間焼結
に連続して、あるいは断続的に、 100〜2000気圧のArまたはArと不活性ガスの混合ガス
雰囲気中、温度:1300〜150℃に２〜10時間保持、 の条件で熱処理を施すと、この熱処理でAl2O3素地中に
固溶するY2O3および／またはMgOがAl2O3素地の結晶粒成
長を促進することと合まって、Al2O3が前記（Ti,Zr）Ｃ
・Ｎのうちの0.3μｍ以下の微細な粒径の（Ti,Zr）Ｃ・
Ｎを結晶粒内に取り込みながら粒成長し、前記Al2O3素
地の結晶粒界に硬質分散相として（Ti,Zr）Ｃ・Ｎが分
布するが、Al2O3結晶粒内にも0.3μｍ以下の微細粒径の
（Ti,Zr）Ｃ・Ｎが分布した組織をもつようになり、こ
の結果のセラミックスは、Al2O3素地の結晶粒内に分布
した微細な（Ti,Zr）Ｃ・Ｎによって、これの存在しな
いセラミックスに比して著しく高い強度と靭性をもつよ
うになるという研究結果を得たのである。
性および高強度を具備したセラミックスを開発すべく研
究を行った結果、 原料粉末として、平均粒径:0.6μｍ以下のAl2O3粉
末、同１μｍ以下のY2O3粉末およびMgO粉末、さらに平
均粒径:1.5μｍ以下にして、0.3μｍ以下の粒径が10％
以上を占める（Ti,Zr）Ｃ・Ｎ粉末を用い、これら原料
粉末を、 Y2O3および／またはMgO粉末:1〜12％、 （Ti,Zr）Ｃ・Ｎ粉末のうちの１種以上:2.1〜50％、 Al2O3粉末：残り、 からなる配合組成に配合し、通常の条件で混合し、圧粉
体に成形した後、この圧粉体に、 0.8〜５気圧のArまたはArと不活性ガスの混合ガス雰
囲気中、温度:1680〜1830℃に10〜40分間保持、 の条件で高温短時間焼結を施すと、この高温短時間焼結
で上記Y2O3および／またはMgOの一部が素地を構成するA
l2O3中に固溶し、残りがAl2O3と複合酸化物を形成して
前記Al2O3素地の結晶粒界に存在し、さらにAl2O3素地の
結晶粒界には硬質分散相に占める割合で10％以上が0.3
μｍ以下の粒径で、半径粒径が1.5μｍ以下の（Ti,Zr）
Ｃ・Ｎが硬質分散相として分布した組織をもったセラミ
ックスが形成され、さらに、これに前記高温短時間焼結
に連続して、あるいは断続的に、 100〜2000気圧のArまたはArと不活性ガスの混合ガス
雰囲気中、温度:1300〜150℃に２〜10時間保持、 の条件で熱処理を施すと、この熱処理でAl2O3素地中に
固溶するY2O3および／またはMgOがAl2O3素地の結晶粒成
長を促進することと合まって、Al2O3が前記（Ti,Zr）Ｃ
・Ｎのうちの0.3μｍ以下の微細な粒径の（Ti,Zr）Ｃ・
Ｎを結晶粒内に取り込みながら粒成長し、前記Al2O3素
地の結晶粒界に硬質分散相として（Ti,Zr）Ｃ・Ｎが分
布するが、Al2O3結晶粒内にも0.3μｍ以下の微細粒径の
（Ti,Zr）Ｃ・Ｎが分布した組織をもつようになり、こ
の結果のセラミックスは、Al2O3素地の結晶粒内に分布
した微細な（Ti,Zr）Ｃ・Ｎによって、これの存在しな
いセラミックスに比して著しく高い強度と靭性をもつよ
うになるという研究結果を得たのである。
この発明は、上記研究結果に基づいてなされたもので
あって、 Y2O3および／またはMgOが固溶したAl2O3からなる素地
の結晶粒界に、 Al2O3と、Y2O3および／またはMgOの複合酸化物相:0.5
〜10％と、 （Ti,Zr）Ｃ・Ｎのうちの１種以上からなる結晶粒界
硬質分散相:2〜40％、 が存在し、さらにAl2O3素地の結晶粒内に0.3μｍ以下の
粒径の（Ti,Zr）Ｃ・Ｎのうちの１種以上からなる結晶
粒内硬質分散相が0.1〜30％の割合で存在（ただし結晶
粒界および結晶粒内の上記硬質分散相の合計量:50重量
％以下）してなるセラミックスに特徴を有するものであ
る。
あって、 Y2O3および／またはMgOが固溶したAl2O3からなる素地
の結晶粒界に、 Al2O3と、Y2O3および／またはMgOの複合酸化物相:0.5
〜10％と、 （Ti,Zr）Ｃ・Ｎのうちの１種以上からなる結晶粒界
硬質分散相:2〜40％、 が存在し、さらにAl2O3素地の結晶粒内に0.3μｍ以下の
粒径の（Ti,Zr）Ｃ・Ｎのうちの１種以上からなる結晶
粒内硬質分散相が0.1〜30％の割合で存在（ただし結晶
粒界および結晶粒内の上記硬質分散相の合計量:50重量
％以下）してなるセラミックスに特徴を有するものであ
る。
つぎに、この発明のセラミックスにおいて、その成分
組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）Al2O3とY2O3および／またはMgOとの複合酸化物相 この複合酸化物は、上記の通り高温短時間焼結時に形
成され、焼結性を向上させてセラミックスを緻密化し、
靭性を向上させる作用をもつが、その含有量が0.5％未
満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有
量が10％を越えると硬さが低下し、耐摩耗性が劣化する
ようになることから、その含有量を0.5〜10％と定め
た。
成され、焼結性を向上させてセラミックスを緻密化し、
靭性を向上させる作用をもつが、その含有量が0.5％未
満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有
量が10％を越えると硬さが低下し、耐摩耗性が劣化する
ようになることから、その含有量を0.5〜10％と定め
た。
（ｂ）結晶粒界硬質分散相 これには、セラミックスの耐摩耗性を向上させる作用
があるが、その含有量が２％未満では所望の耐摩耗性向
上効果が得られず、一方その含有量が40％を越えると、
セラミックスの強度が低下するようになることから、そ
の含有量を２〜40％と定めた。
があるが、その含有量が２％未満では所望の耐摩耗性向
上効果が得られず、一方その含有量が40％を越えると、
セラミックスの強度が低下するようになることから、そ
の含有量を２〜40％と定めた。
（ｃ）結晶粒内硬質分散相 これには、上記の通りセラミックスの靭性と強度を飛
躍的に向上させる作用があるが、その含有量が0.1％未
満では前記作用に所望の効果が得られず、その含有量が
30％を越えると靭性が低下するようになることから、そ
の含有量を0.1〜30％と定めた。ただし、この場合上記
の通り結晶粒界および結晶粒内の硬質分散相は合計で50
％を越えてはならない。
躍的に向上させる作用があるが、その含有量が0.1％未
満では前記作用に所望の効果が得られず、その含有量が
30％を越えると靭性が低下するようになることから、そ
の含有量を0.1〜30％と定めた。ただし、この場合上記
の通り結晶粒界および結晶粒内の硬質分散相は合計で50
％を越えてはならない。
また、上記の通り、この発明のセラミックスは、 原料粉末として、平均粒径:0.6μｍ以下のAl2O3粉
末、同１μｍ以下のY2O3粉末およびMgO粉末、および平
均粒径:1.5μｍ以下にして、0.3μｍ以下の粒径が10％
以上が含有の（Ti,Zr）Ｃ・Ｎ粉末を用い、これら原料
粉末を、 Y2O3および／またはMgO:1〜12％、 （Ti,Zr）Ｃ・Ｎのうちの１種以上:2.1〜50％、 Al2O3:残り、 からなる配合組成に配合し、通常の条件で、混合し、圧
粉体に成形した後、この圧粉体を、 0.8〜５気圧のArまたはArと不活性ガスの混合ガス雰
囲気中、温度:1680〜1830℃に10〜40分間保持、 の条件で高温短時間焼結し、引続いて連続的に、あるい
は断続的に、 100〜2000気圧のArまたはArと不活性ガスの混合ガス
雰囲気中、温度:1300〜1450℃に２〜10時間保持、 の条件でAl2O3結晶粒成長処理を施すことにより製造さ
れるが、以下にその製造条件を上記の通りに限定した理
由を説明する。
末、同１μｍ以下のY2O3粉末およびMgO粉末、および平
均粒径:1.5μｍ以下にして、0.3μｍ以下の粒径が10％
以上が含有の（Ti,Zr）Ｃ・Ｎ粉末を用い、これら原料
粉末を、 Y2O3および／またはMgO:1〜12％、 （Ti,Zr）Ｃ・Ｎのうちの１種以上:2.1〜50％、 Al2O3:残り、 からなる配合組成に配合し、通常の条件で、混合し、圧
粉体に成形した後、この圧粉体を、 0.8〜５気圧のArまたはArと不活性ガスの混合ガス雰
囲気中、温度:1680〜1830℃に10〜40分間保持、 の条件で高温短時間焼結し、引続いて連続的に、あるい
は断続的に、 100〜2000気圧のArまたはArと不活性ガスの混合ガス
雰囲気中、温度:1300〜1450℃に２〜10時間保持、 の条件でAl2O3結晶粒成長処理を施すことにより製造さ
れるが、以下にその製造条件を上記の通りに限定した理
由を説明する。
Al2O3粉末の平均粒径 その平均粒径が0.6μｍを越えて大きくなると、セラ
ミックスにおけるAl2O3結晶粒の平均粒径を0.9μｍ以下
に抑制することが困難になり、Al2O3結晶粒が0.9μｍを
越えたセラミックスは強度低下が著しくなることから、
その平均粒径を0.6μｍ以下と定めた。
ミックスにおけるAl2O3結晶粒の平均粒径を0.9μｍ以下
に抑制することが困難になり、Al2O3結晶粒が0.9μｍを
越えたセラミックスは強度低下が著しくなることから、
その平均粒径を0.6μｍ以下と定めた。
（TI,Zr）Ｃ・Ｎ粉末の配合割合 （Ti,Zr）Ｃ・Ｎには、素地を構成するAl2O3の結晶粒
界に硬質分散相として分布してセラミックスの耐摩耗性
を向上させ、かつAl2O3結晶粒内にも分布してセラミッ
クスの強度と靭性を向上させる作用があるが、その配合
割合が2.1％未満ではセラミックスにおける含有割合も
2.1％未満になって前記作用に所望の効果が得られず、
一方その配合割合が50％を越えると焼結性が低下し、セ
ラミックスにおける含有割合も50％を越えて高くなり、
相対的にAl2O3の含有割合が低くなって、Al2O3によって
もたらされる耐熱性および耐酸化性が低下するようにな
ることから、配合割合を2.1〜50％と定めた。この場
合、粉末の平均粒径が1.5μｍを越えると、セラミック
スにおける平均粒径も1.5μｍを越えて粗くなり、強度
低下の原因となることから、その平均粒子を1.5μｍ以
下にしなければならない。また、Al2O3結晶粒成長熱処
理時にAl2O3結晶粒内に（Ti,Zr）Ｃ・Ｎを取込み、分布
させ易くするには、その粒径を0.3μｍ以下にしなけれ
ばならず、さらにこの場合0.3μｍ以下のの粒径のもの
を（Ti,Zr）Ｃ・Ｎ粉末に占める割合で10％以上にする
ことにより、（Ti,Zr）Ｃ・ＮのAl2O3結晶粒成長時にお
ける結晶粒内への取込みを活発にし、その割合をセラミ
ックス全体に占める割合で0.1〜30％とすることにより
セラミックスの強度と靭性の著しい向上がはかれるもの
である。
界に硬質分散相として分布してセラミックスの耐摩耗性
を向上させ、かつAl2O3結晶粒内にも分布してセラミッ
クスの強度と靭性を向上させる作用があるが、その配合
割合が2.1％未満ではセラミックスにおける含有割合も
2.1％未満になって前記作用に所望の効果が得られず、
一方その配合割合が50％を越えると焼結性が低下し、セ
ラミックスにおける含有割合も50％を越えて高くなり、
相対的にAl2O3の含有割合が低くなって、Al2O3によって
もたらされる耐熱性および耐酸化性が低下するようにな
ることから、配合割合を2.1〜50％と定めた。この場
合、粉末の平均粒径が1.5μｍを越えると、セラミック
スにおける平均粒径も1.5μｍを越えて粗くなり、強度
低下の原因となることから、その平均粒子を1.5μｍ以
下にしなければならない。また、Al2O3結晶粒成長熱処
理時にAl2O3結晶粒内に（Ti,Zr）Ｃ・Ｎを取込み、分布
させ易くするには、その粒径を0.3μｍ以下にしなけれ
ばならず、さらにこの場合0.3μｍ以下のの粒径のもの
を（Ti,Zr）Ｃ・Ｎ粉末に占める割合で10％以上にする
ことにより、（Ti,Zr）Ｃ・ＮのAl2O3結晶粒成長時にお
ける結晶粒内への取込みを活発にし、その割合をセラミ
ックス全体に占める割合で0.1〜30％とすることにより
セラミックスの強度と靭性の著しい向上がはかれるもの
である。
Y2O3粉末およびMgO粉末の配合割合 これらの酸化物には、高温短時間焼結時にその一部が
Al2O3と複合酸化物を形成して焼結性を向上させ、もっ
てセラミックスの強度を向上させるほか、残りが素地の
Al2O3に固溶してAl2O3結晶粒成長熱処理時に0.3μｍ以
下の微細な（Ti,Zr）Ｃ・Ｎを結晶粒内に取込みながら
素地のAl2O3結晶粒が粒成長するのを促進させる作用が
あるが、その配合割合が１％未満では前記作用に所望の
効果が得られず、一方その配合割合が12％を越えると、
セラミックス中にY2O3およびMgOの形で残留するように
なって、特に高温での硬さおよび強度が低下するように
なることから、その配合割合を１〜12％と定めた（この
当然の結果としてセラミックスにおける含有割合も１〜
12％となる）。また、その平均粒径が１μｍを越える
と、Al2O3への固溶および複合酸化物形成が困難にな
り、粒界にY2O3およびMgOの状態で残留するようになっ
て、セラミックスの高温での強度および硬さ低下の原因
となることから、その平均粒径を１μｍ以下に定めた。
Al2O3と複合酸化物を形成して焼結性を向上させ、もっ
てセラミックスの強度を向上させるほか、残りが素地の
Al2O3に固溶してAl2O3結晶粒成長熱処理時に0.3μｍ以
下の微細な（Ti,Zr）Ｃ・Ｎを結晶粒内に取込みながら
素地のAl2O3結晶粒が粒成長するのを促進させる作用が
あるが、その配合割合が１％未満では前記作用に所望の
効果が得られず、一方その配合割合が12％を越えると、
セラミックス中にY2O3およびMgOの形で残留するように
なって、特に高温での硬さおよび強度が低下するように
なることから、その配合割合を１〜12％と定めた（この
当然の結果としてセラミックスにおける含有割合も１〜
12％となる）。また、その平均粒径が１μｍを越える
と、Al2O3への固溶および複合酸化物形成が困難にな
り、粒界にY2O3およびMgOの状態で残留するようになっ
て、セラミックスの高温での強度および硬さ低下の原因
となることから、その平均粒径を１μｍ以下に定めた。
高温短時間焼結条件 その雰囲気圧力が0.8気圧未満でも、また温度および
保持時間がそれぞれ1680℃未満および10分未満でも満足
な焼結を行なうことができず、この結果Y2O3およびMgO
のAl2O3への固溶および複合酸化物による緻密化が不十
分となり、一方その雰囲気圧力が５気圧を越えると、焼
結時に発生したガスが内在するようになって、緻密な焼
結体を得ることができず、また温度が1830℃を越えると
原料粉末に分解が起るようになり、この分解によって発
生したガスにより焼結性が低下するようになり、さらに
保持時間が40分を越えると、特に（Ti,Zr）Ｃ・Ｎのう
ちの微細な0.3μｍ以下の粒径に粒成長が起り、後工程
でのAl2O3結晶粒内への取込みが十分に行なわれなくな
ることから、その条件を、雰囲気圧力:0.8〜５気圧、温
度:1680〜1830℃、保持時間:10〜40分と定めた。
保持時間がそれぞれ1680℃未満および10分未満でも満足
な焼結を行なうことができず、この結果Y2O3およびMgO
のAl2O3への固溶および複合酸化物による緻密化が不十
分となり、一方その雰囲気圧力が５気圧を越えると、焼
結時に発生したガスが内在するようになって、緻密な焼
結体を得ることができず、また温度が1830℃を越えると
原料粉末に分解が起るようになり、この分解によって発
生したガスにより焼結性が低下するようになり、さらに
保持時間が40分を越えると、特に（Ti,Zr）Ｃ・Ｎのう
ちの微細な0.3μｍ以下の粒径に粒成長が起り、後工程
でのAl2O3結晶粒内への取込みが十分に行なわれなくな
ることから、その条件を、雰囲気圧力:0.8〜５気圧、温
度:1680〜1830℃、保持時間:10〜40分と定めた。
Al2O3結晶粒成長熱処理 この熱処理は、セラミックス中のポアを減少させて、
これを真密度に近いものとすると共に、Al2O3結晶粒の
成長をはかり、同時にAl2O3結晶粒界に存在する（Ti,Z
r）Ｃ・Ｎのうちの粒径が0.3μｍ以下の微細な（Ti,Z
r）Ｃ・Ｎを取込んで、これを結晶粒内に分布せしめ、
もってセラミックスの強度と靭性を向上させるために行
なわれるが、その雰囲気圧力が100気圧未満ではポアの
除去が不十分であり、また温度が1300℃未満ではAl2O3
結晶粒の成長がきわめて遅く、実用的でなく、さらに保
持時間が２時間未満ではAl2O3結晶粒内に分布する（Ti,
Zr）Ｃ・Ｎの割合をセラミックス全体に占める割合で0.
5％以上とすることができず、一方2000気圧を越えた雰
囲気圧力は技術的実用的に無意味であり、また1450℃を
越えた温度は、Al2O3結晶粒の成長そ同時に、（Ti,Zr）
Ｃ・Ｎも粒成長してしまい、Al2O3結晶粒内に分布する
（Ti,Zr）C.Nの割合が著しく少なくなり、さらに10時間
を越えた保持時間は技術的に無意味で、コスト高の原因
となることから、その条件を雰囲気圧力:100〜2000気
圧、温度:1300〜1450℃、保持時間:2〜10時間と定め
た。
これを真密度に近いものとすると共に、Al2O3結晶粒の
成長をはかり、同時にAl2O3結晶粒界に存在する（Ti,Z
r）Ｃ・Ｎのうちの粒径が0.3μｍ以下の微細な（Ti,Z
r）Ｃ・Ｎを取込んで、これを結晶粒内に分布せしめ、
もってセラミックスの強度と靭性を向上させるために行
なわれるが、その雰囲気圧力が100気圧未満ではポアの
除去が不十分であり、また温度が1300℃未満ではAl2O3
結晶粒の成長がきわめて遅く、実用的でなく、さらに保
持時間が２時間未満ではAl2O3結晶粒内に分布する（Ti,
Zr）Ｃ・Ｎの割合をセラミックス全体に占める割合で0.
5％以上とすることができず、一方2000気圧を越えた雰
囲気圧力は技術的実用的に無意味であり、また1450℃を
越えた温度は、Al2O3結晶粒の成長そ同時に、（Ti,Zr）
Ｃ・Ｎも粒成長してしまい、Al2O3結晶粒内に分布する
（Ti,Zr）C.Nの割合が著しく少なくなり、さらに10時間
を越えた保持時間は技術的に無意味で、コスト高の原因
となることから、その条件を雰囲気圧力:100〜2000気
圧、温度:1300〜1450℃、保持時間:2〜10時間と定め
た。
なお、上記の製造条件において、0.3μｍ以下の微細
粒径を10％以上含有する平均粒径:1.5μｍ以下の（Ti,Z
r）Ｃ・Ｎ粉末は、平均粒径:0.7〜２μｍの（Ti,Zr）Ｃ
・Ｎ粉末を直径:1〜３μｍのWC基超硬合金製ボールと一
緒にアトライターに装入し、10〜100時間の粉砕を施す
ことにより調製される。
粒径を10％以上含有する平均粒径:1.5μｍ以下の（Ti,Z
r）Ｃ・Ｎ粉末は、平均粒径:0.7〜２μｍの（Ti,Zr）Ｃ
・Ｎ粉末を直径:1〜３μｍのWC基超硬合金製ボールと一
緒にアトライターに装入し、10〜100時間の粉砕を施す
ことにより調製される。
つぎに、この発明のセラミックスを実施例により具体
的に説明する。
的に説明する。
原料粉末として、それぞれ第１表に示される各種のAl
2O3粉末、（Ti,Zr）Ｃ・Ｎ粉末、Y2O3粉末、およびMgO
粉末を用い、これら原料粉末を同じく第１表に示される
配合組成に配合し、ボールミルで72時間湿式混合し、乾
燥した後、平面:30mm×30mm、厚さ:10mmの寸法をもった
圧粉体、並びに直径:120mm×厚さ:60mmの寸法をもった
圧粉体に1ton/cm2の圧力にてプレス成形し、ついでこれ
らの圧粉体に同じく第２表に示される条件で高温短時間
焼結およびAl2O3結晶粒成長熱処理を施すことにより本
発明セラミックス１〜４をそれぞれ製造した。
2O3粉末、（Ti,Zr）Ｃ・Ｎ粉末、Y2O3粉末、およびMgO
粉末を用い、これら原料粉末を同じく第１表に示される
配合組成に配合し、ボールミルで72時間湿式混合し、乾
燥した後、平面:30mm×30mm、厚さ:10mmの寸法をもった
圧粉体、並びに直径:120mm×厚さ:60mmの寸法をもった
圧粉体に1ton/cm2の圧力にてプレス成形し、ついでこれ
らの圧粉体に同じく第２表に示される条件で高温短時間
焼結およびAl2O3結晶粒成長熱処理を施すことにより本
発明セラミックス１〜４をそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、第１表に示される原料粉末を用
い、同じく第１表に示される配合組成に配合し、さらに
上記の高温短時間焼結およびAl2O3結晶粒成長熱処理に
代って、同じく第２表に示される条件でホットプレスを
行なう以外は同一の条件で従来セラミックスを製造し
た。
い、同じく第１表に示される配合組成に配合し、さらに
上記の高温短時間焼結およびAl2O3結晶粒成長熱処理に
代って、同じく第２表に示される条件でホットプレスを
行なう以外は同一の条件で従来セラミックスを製造し
た。
つぎに、この結果得られた各種のセラミックスについ
て、成分組成、理論密度比、ロックウェル硬さ（Ａスケ
ール）、抗折力、およびインデンテーション法（IM法）
による破壊靭性値を測定した。
て、成分組成、理論密度比、ロックウェル硬さ（Ａスケ
ール）、抗折力、およびインデンテーション法（IM法）
による破壊靭性値を測定した。
また、上記の直径:120mm×厚さ:60mmの円板状セラミ
ックスの中央部に、放 電加工により一辺長が30mmのＬ字状貫通孔をあけ、これ
をダイスとして用い、 被加工材：純Al（加熱温度:480℃）、 押出し速度:20m/min.、 の条件でAlの温間押出し加工を行ない、ダイスに割れが
発生し、使用寿命に至るまでの押出し加工時間を測定し
た。これらの結果を第３表に示した。
ックスの中央部に、放 電加工により一辺長が30mmのＬ字状貫通孔をあけ、これ
をダイスとして用い、 被加工材：純Al（加熱温度:480℃）、 押出し速度:20m/min.、 の条件でAlの温間押出し加工を行ない、ダイスに割れが
発生し、使用寿命に至るまでの押出し加工時間を測定し
た。これらの結果を第３表に示した。
第１〜第３表に示される結果から、本発明セラミック
ス１〜４は、いずれも99％以上の理論密度比をもち、緻
密で、マイクロポアの形成もきわめて少なく、従来セラ
ミックスに比して一段とすぐれた強度と靭性を有し、か
つ高硬度をも合せもつので、これらの特性が要求される
苛酷な条件下での押出し加工にダイスとして用いた場合
にすぐれた耐欠損性を示し、長期に亘ってすぐれた性能
を発揮することが明らかである。
ス１〜４は、いずれも99％以上の理論密度比をもち、緻
密で、マイクロポアの形成もきわめて少なく、従来セラ
ミックスに比して一段とすぐれた強度と靭性を有し、か
つ高硬度をも合せもつので、これらの特性が要求される
苛酷な条件下での押出し加工にダイスとして用いた場合
にすぐれた耐欠損性を示し、長期に亘ってすぐれた性能
を発揮することが明らかである。
上述のように、この発明のセラミックスは、高強度お
よび高靭性を有し、さらに耐摩耗性および電気伝導性に
もすぐれた特性を有するので、ダイスの製造に用いた場
合は勿論のこと、その他の産業技術分野の高速化および
高性能化、さらに省力化に寄与するところ大であるなど
の工業上有用な効果をもたらすものである。
よび高靭性を有し、さらに耐摩耗性および電気伝導性に
もすぐれた特性を有するので、ダイスの製造に用いた場
合は勿論のこと、その他の産業技術分野の高速化および
高性能化、さらに省力化に寄与するところ大であるなど
の工業上有用な効果をもたらすものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大島 秀夫 埼玉県大宮市北袋町１―297 三菱金属 株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 平１−119558（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−59567（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−174165（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 35/00 - 35/22
Claims (1)
- 【請求項１】酸化イットリウムおよび／または酸化マグ
ネシウムが固溶した酸化アルミニウムからなる素地の結
晶粒界に、 酸化アルミニウムと、酸化イットリウムおよび／または
酸化マグネシウムの複合酸化物相:0.5〜10重量％と、 TiおよびZrの炭化物および炭窒化物のうちの１種以上か
らなる結晶粒界硬質分散相:2〜40重量％、 が存在し、さらに、上記酸化アルミニウム素地の結晶粒
内に0.3μｍ以下の微細粒径のTiおよびZrの炭化物およ
び炭窒化物のうちの１種以上からなる結晶粒内硬質分散
相が0.1〜30重量％の割合で存在すること（ただし結晶
粒界および結晶粒内の上記硬質分散相の合計量は50重量
％以下）、 を特徴とする高靭性および高強度を有する酸化アルミニ
ウム基セラミックス。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2090783A JP2805969B2 (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 高靭性および高強度を有する酸化アルミニウム基セラミックス |
| US07/658,914 US5188908A (en) | 1990-02-23 | 1991-02-22 | Al2 O3 Based ceramics |
| DE69104862T DE69104862T2 (de) | 1990-02-23 | 1991-02-23 | Keramisches Material auf Basis von Tonerde. |
| EP91102673A EP0443624B1 (en) | 1990-02-23 | 1991-02-23 | Alumina based ceramics |
| US07/932,195 US5275981A (en) | 1990-02-23 | 1992-08-20 | Al2 O3 based ceramic |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2090783A JP2805969B2 (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 高靭性および高強度を有する酸化アルミニウム基セラミックス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03290356A JPH03290356A (ja) | 1991-12-20 |
| JP2805969B2 true JP2805969B2 (ja) | 1998-09-30 |
Family
ID=14008198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2090783A Expired - Lifetime JP2805969B2 (ja) | 1990-02-23 | 1990-04-05 | 高靭性および高強度を有する酸化アルミニウム基セラミックス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2805969B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014080311A (ja) * | 2012-10-15 | 2014-05-08 | Nippon Tungsten Co Ltd | セラミックス材料およびそれを用いた耐摩耗部材 |
| JP6052976B2 (ja) * | 2012-10-15 | 2016-12-27 | 日本タングステン株式会社 | 静電チャック誘電体層および静電チャック |
| JP6683887B2 (ja) | 2017-09-27 | 2020-04-22 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックス焼結体、インサート、切削工具、及び摩擦攪拌接合用工具 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61174165A (ja) * | 1985-01-25 | 1986-08-05 | 株式会社 リケン | 切削工具用チップ及びその製造方法 |
| JPS6259567A (ja) * | 1985-09-06 | 1987-03-16 | 日本タングステン株式会社 | 耐摩耗性に優れたセラミツクス材料 |
| JP2673523B2 (ja) * | 1987-10-30 | 1997-11-05 | 京セラ株式会社 | 切削工具用アルミナ質焼結体及びその製法 |
-
1990
- 1990-04-05 JP JP2090783A patent/JP2805969B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03290356A (ja) | 1991-12-20 |
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