JP3007730B2 - Rare earth oxide-alumina sintered body and method for producing the same - Google Patents

Rare earth oxide-alumina sintered body and method for producing the same

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JP3007730B2
JP3007730B2 JP3273601A JP27360191A JP3007730B2 JP 3007730 B2 JP3007730 B2 JP 3007730B2 JP 3273601 A JP3273601 A JP 3273601A JP 27360191 A JP27360191 A JP 27360191A JP 3007730 B2 JP3007730 B2 JP 3007730B2
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守 大森
敏雄 平井
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、希土類酸化物−アルミ
ナ焼結体およびその製造方法に関し、特に、強度や靱性
低下の原因となるセラミックス中のポアを少なくし、異
常粒成長を抑制することによって、高い強度ならびに靱
性をもつ組織的に緻密な希土類酸化物−アルミナ焼結体
について提案する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rare earth oxide-alumina sintered body and a method for producing the same, and more particularly, to reducing pores in ceramics which cause a reduction in strength and toughness and suppressing abnormal grain growth. Proposed a systematically dense rare earth oxide-alumina sintered body having high strength and toughness.

【0002】[0002]

【従来の技術】酸化物系セラミックスは、高温での強度
が高く、かつ耐熱性,耐酸化性および耐食性に優れてい
るため、少なくともその融点の数百度以下の温度までは
信頼して使用することができる。それ故に、融点が2000
℃を超える希土類酸化物(希土類元素およびそれらの混
合物の酸化物)やアルミナは、高温用セラミックス材料
として有望視されていた。特に、この2種類の酸化物か
らなる混合セラミックスの場合も、その融点は2000℃近
傍であり、いわゆる高温材料として有効なものと考えら
れている。
2. Description of the Related Art Oxide ceramics have high strength at high temperatures and are excellent in heat resistance, oxidation resistance and corrosion resistance. Therefore, they must be used at least up to several hundred degrees of their melting point. Can be. Therefore, the melting point is 2000
Rare earth oxides (oxides of rare earth elements and mixtures thereof) and alumina exceeding 0 ° C. have been regarded as promising ceramic materials for high temperatures. In particular, even in the case of a mixed ceramic comprising these two types of oxides, the melting point is around 2000 ° C., which is considered to be effective as a so-called high-temperature material.

【0003】しかしながら、一般に、酸化物混合セラミ
ックスについては、酸化物の混合物を焼成して焼結体を
得る際、結晶粒が異常成長を引起こし、100μm以上と
いう大きな結晶粒径となるために、ポアが形成されやす
く緻密化されにくいという問題があった。しかも、得ら
れる焼結体は、異常成長した結晶粒や前記ポアのため
に、強度,靱性ならびに硬度が著しく小さいものにしか
ならなかった。このような理由で、今日まで、このよう
な酸化物混合セラミックスの焼結体は、実用に供される
までに到らなかったのである。
[0003] However, in general, in the case of oxide-mixed ceramics, when a mixture of oxides is fired to obtain a sintered body, the crystal grains cause abnormal growth, resulting in a large crystal grain size of 100 μm or more. There is a problem that pores are easily formed and are not easily densified. Moreover, the obtained sintered body had extremely low strength, toughness and hardness due to the abnormally grown crystal grains and the pores. For these reasons, to date, such sintered bodies of such oxide-mixed ceramics have not reached practical use.

【0004】特に、希土類酸化物がLn4Al2O9やLnAlO3
る組成の化合物については、焼成の際に、マルテンサイ
ト変態によって双晶を生成するために、非常に脆い多結
晶焼結体しか得ることができないという致命的な欠点が
あった。
[0004] In particular, compounds having a composition of rare earth oxides of Ln 4 Al 2 O 9 and LnAlO 3 are very brittle polycrystalline sintered bodies because they form twins by martensitic transformation during firing. There was a fatal drawback that you could only get it.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した酸
化物混合セラミックスの多結晶焼結体の異常粒成長を抑
制する方法としては、従来、焼成温度と焼成時間とを制
御する方法が有効であると漠然と考えられていた。しか
し、希土類酸化物−アルミナ系の焼結体は、前記抑制技
術が未だ確立されていないため、セラミックス材料とし
て実用化されていないのが実情である。
As a method for suppressing abnormal grain growth of a polycrystalline sintered body of an oxide-mixed ceramic, a method of controlling a firing temperature and a firing time is conventionally effective. It was thought vaguely. However, rare earth oxide-alumina-based sintered bodies have not been put into practical use as ceramic materials because the suppression technology has not yet been established.

【0006】本発明の目的は、反復可能性のある前記抑
制技術を確立すること、即ち、酸化物混合セラミックス
の多結晶焼結体について、それの焼成温度と焼成時間の
好適条件を究明し、このことによって該焼結体の結晶粒
径を適性に制御し、もって強度ならびに靱性がともに優
れた,実用に適する希土類酸化物−アルミナ焼結体およ
びその製造方法を提案することにある。
An object of the present invention is to establish the above-mentioned suppression technique that can be repeated, that is, to find out suitable conditions for a firing temperature and a firing time of a polycrystalline sintered body of an oxide mixed ceramic, Accordingly, it is an object to propose a rare earth oxide-alumina sintered body suitable for practical use, in which the crystal grain size of the sintered body is appropriately controlled, and which has excellent strength and toughness, and is suitable for practical use.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上掲の目的を実現するた
めに鋭意研究した結果、発明者らは、希土類酸化物とア
ルミナとの混合物焼結体の結晶粒径を30μm以下に制御
すると、この種の焼結体に望まれている所望の強度なら
びに靱性が得られることを突き止めた。そこで、このよ
うな結晶粒径を得るための条件について、さらに研究を
行ったところ、所定の配合割合の下で、焼成温度を1500
〜1800℃の範囲内とし、焼成時間を0.1〜10時間とする
焼成を行うことが有効であるとの知見を得、次のような
要旨構成の本発明を完成した。
Means for Solving the Problems As a result of earnest studies to realize the above-mentioned object, the inventors have found that when the crystal grain size of a mixture sintered body of a rare earth oxide and alumina is controlled to 30 μm or less, It has been found that desired strength and toughness desired for such a sintered body can be obtained. Therefore, when further research was conducted on the conditions for obtaining such a crystal grain size, the firing temperature was set to 1500 under a predetermined mixing ratio.
It has been found that it is effective to perform calcination at a temperature within the range of ℃ 1800 ° C. and a calcination time of 0.1 to 10 hours, and the present invention having the following gist configuration has been completed.

【0008】すなわち、本発明は、希土類酸化物5〜95
wt%とアルミナ95〜5wt%との混合物を成形し、その
後、この混合物を1〜200 ℃/分の昇温速度にて加熱
し、1500〜1800℃の温度域で0.1 〜10時間保持して焼成
を行うことにより、LnAlOもしくはLnAlOを主成
分とする焼結体としたことを特徴とする希土類酸化物−
アルミナ焼結体の製造方法と、それによって合成される
結晶粒径が30μm以下である希土類酸化物−アルミナ焼
結体である。
That is, the present invention relates to a rare earth oxide
A mixture of wt% and 95-5 wt% of alumina is formed, and then the mixture is heated at a heating rate of 1-200 ° C / min and kept at a temperature range of 1500-1800 ° C for 0.1-10 hours. A rare earth oxide characterized by being fired to obtain a sintered body containing Ln 4 Al 2 O 9 or LnAlO 3 as a main component.
A method for producing an alumina sintered body, and a rare earth oxide-alumina sintered body having a crystal grain size of 30 μm or less synthesized by the method.

【0009】[0009]

【作用】発明者らの知見したところによれば、希土類酸
化物−アルミナ焼結体は、その構成粒子の粒径を30μm
以下に制御することが重要であり、このような結晶粒径
の制御は、焼成条件を工夫することによって達成される
ことに気づいた。そこで、さらに研究を進めたした結
果、適正な両者の配合と、適正焼成温度ならびに適性焼
成時間の焼結を施すことが、強度や靱性低下の原因とな
る焼結体中のポアや異常粒成長の防止に有効であること
を見出し、本発明に想到した。
According to the findings of the inventors, the rare earth oxide-alumina sintered body has a particle diameter of 30 μm.
It is important to control below, and it has been found that such control of the crystal grain size can be achieved by devising firing conditions. Therefore, as a result of further research, it was found that the proper combination of the two and sintering at the appropriate firing temperature and appropriate firing time required pores and abnormal grain growth in the sintered body, which reduced the strength and toughness. The present inventors have found that the present invention is effective in preventing the above, and arrived at the present invention.

【0010】本発明の希土類酸化物−アルミナ焼結体の
製造方法によれば、まず、希土類酸化物粉 5〜95wt%と
アルミナ粉95〜5wt%とを混合する。
According to the method for producing a rare earth oxide-alumina sintered body of the present invention, first, 5 to 95 wt% of rare earth oxide powder and 95 to 5 wt% of alumina powder are mixed.

【0011】ここで、希土類酸化物粉が5wt%未満で
は、得られる希土類酸化物−アルミナ系焼結体の特性が
アルミナ焼結体単独の特性に片寄ったものとなり、一
方、アルミナが5wt%未満では、得られる希土類酸化物
−アルミナ焼結体の特性が希土類酸化物単独の特性に片
寄ったものとなるため、上記範囲に限定したのである。
Here, when the rare earth oxide powder is less than 5 wt%, the properties of the obtained rare earth oxide-alumina sintered body are deviated from those of the alumina sintered body alone, while the alumina is less than 5 wt%. In this case, the properties of the obtained rare earth oxide-alumina sintered body are biased to the properties of the rare earth oxide alone, so the range is limited to the above range.

【0012】なお、希土類酸化物(Ln2O3 )としては、
例えば、Sc2O3,Y2O3, La2O3, CeO2,Pr2O3, Nd2O3, Sm2O
3,Eu2O3, Gd2O3, Tb2O3, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3, Tm2O3,
Yb2O3, Lu2O3が好適に用いられる。
The rare earth oxide (Ln 2 O 3 ) includes
For example, Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Pr 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Sm 2 O
3 , Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Er 2 O 3 , Tm 2 O 3 ,
Yb 2 O 3 and Lu 2 O 3 are preferably used.

【0013】また、前記酸化物粉の混合に当っては、粉
体の混合あるいは混練に用いられる通常の機械を使用す
ることができる。この混合は、乾式,湿式のどちらでも
よく、特に湿式の場合はエチルアミン,魚油等の表面活
性剤を使用すると効果的に混合できる。
In mixing the oxide powder, an ordinary machine used for mixing or kneading powder can be used. This mixing may be either a dry method or a wet method. Particularly in the case of the wet method, mixing can be effectively performed by using a surfactant such as ethylamine or fish oil.

【0014】次に、上述のようにして得られた混合原料
は一旦乾燥し、引続き所定形状の生成形体に成形する。
この成形工程では、成形助剤として有機高分子(ポリエ
チレングリコール, ポリビニルアルコール等)を上記混
合原料に添加し、常法の既知成形技術を適用して成形す
ることができる。
Next, the mixed raw material obtained as described above is dried once, and then continuously formed into a predetermined shape.
In this molding step, an organic polymer (polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, or the like) is added as a molding aid to the above-mentioned mixed raw material, and molding can be performed by applying a commonly known molding technique.

【0015】次に、前記生成形体は、1〜200 ℃の昇温
速度にて加熱し、1500〜1800℃の温度に、 0.1〜10時間
保持する焼成処理によって焼結体とする。この焼成温度
が、1500℃より低いと、焼結が不十分になるために緻密
な焼結体を得ることができず、一方1800℃より高いと結
晶粒の異常成長を招く。このことから適性焼成温度の範
囲は、1500〜1800℃の範囲に限定される。次に、焼成時
間は、前記焼成温度に関連し、焼成温度が低い時には長
く、また高い時には短くすることが好ましいが、0.1 時
間より短いと焼結が不十分なために緻密な焼結体を得る
ことができず、一方、10時間超では結晶粒の異常成長を
招くため、0.1 〜10時間の範囲に限定した。また、昇温
速度は、1℃/分より遅いと焼結に時間がかかりすぎて
経済的でなく、一方200 ℃/分より速いと緻密な焼結体
が得られないため、1〜200 ℃の範囲に限定される。
Next, the green compact is heated at a heating rate of 1 to 200 ° C. and is sintered at a temperature of 1500 to 1800 ° C. for 0.1 to 10 hours to form a sintered body. If the firing temperature is lower than 1500 ° C., a dense sintered body cannot be obtained due to insufficient sintering, while if it is higher than 1800 ° C., abnormal growth of crystal grains is caused. From this, the range of the appropriate firing temperature is limited to the range of 1500 to 1800 ° C. Next, the sintering time is related to the sintering temperature, and it is preferable that the sintering temperature be long when the sintering temperature is low and short when the sintering temperature is high. On the other hand, if it exceeds 10 hours, abnormal growth of crystal grains is caused, so that the range is limited to 0.1 to 10 hours. If the heating rate is lower than 1 ° C./min, sintering takes too much time, which is not economical. If the heating rate is higher than 200 ° C./min, a dense sintered body cannot be obtained. Is limited to the range.

【0016】なお、焼成時の雰囲気としては、酸化雰囲
気が好ましいが、非酸化雰囲気(例えば、窒素ガスやア
ルゴンガス,ヘリウムガス)でも良く、さらに真空中で
焼成してもよい。
The firing is preferably performed in an oxidizing atmosphere, but may be performed in a non-oxidizing atmosphere (eg, nitrogen gas, argon gas, helium gas) or in a vacuum.

【0017】このような焼成条件を適用して得られた希
土類酸化物−アルミナ系焼結体は、構成粒子の結晶粒径
が30μm以下に制御される。その結果、従来では期待で
きなかった強度と靱性値を有する希土類酸化物−アルミ
ナ焼結体を得ることができる。
In the rare earth oxide-alumina sintered body obtained by applying such firing conditions, the crystal grain size of the constituent particles is controlled to 30 μm or less. As a result, it is possible to obtain a rare earth oxide-alumina sintered body having strength and toughness that could not be expected in the related art.

【0018】一般にセラミックスは、構成粒子の結晶粒
径が50μmを超えると、強度の低下が著しくなる。従っ
て、高強度のセラミックス材料を得るためには、粒径を
50μm以下にしなければならない。それゆえに、本発明
では、平均粒径を30μm以下にすると、最大粒径が50μ
m以下となることから、平均結晶粒径を30μm以下に制
御しているのである。
In general, when the crystal grain size of the constituent particles of the ceramics exceeds 50 μm, the strength is significantly reduced. Therefore, in order to obtain a ceramic material with high strength,
Must be 50 μm or less. Therefore, in the present invention, when the average particle size is 30 μm or less, the maximum particle size is 50 μm.
m, the average crystal grain size is controlled to 30 μm or less.

【0019】次に、焼成条件の制御による結晶粒径の制
御は、焼成時にマルテンサイト変態を生じるLnAlO
もしくはLnAlOなる化合物を主成分とする希土類酸
化物−アルミナ焼結体のときにとくに有効である。すな
わち、配合組成がLnAlOあるいはLnAlOである希
土類酸化物とアルミナとの混合物を、上述した本発明方
法によって焼成して合成されるLnAlOもしくはLnA
lOを主成分とする希土類酸化物−アルミナ焼結体は、
結晶粒径が30μm以下に制御されているため、結晶粒径
が100μmの場合に見られた脆さは全く観察されなかっ
た。
Next, the control of the crystal grain size by controlling the sintering conditions is performed by controlling Ln 4 Al 2 O which causes martensitic transformation during sintering.
This is particularly effective in the case of a rare earth oxide-alumina sintered body containing a compound 9 or LnAlO 3 as a main component. That is, a mixture of a rare earth oxide having a composition of Ln 4 Al 2 O 9 or LnAlO 3 and alumina is fired by the above-described method of the present invention to synthesize Ln 4 Al 2 O 9 or LnA.
A rare earth oxide-alumina sintered body containing lO 3 as a main component is:
Since the crystal grain size was controlled to 30 μm or less, no brittleness was observed when the crystal grain size was 100 μm.

【0020】その理由は、前記焼結体中の構成粒子に双
晶が生成せず、クラックの進展に伴って初めて少ない数
の双晶が生成するが、この双晶は、クラックの歪みのエ
ネルギーを吸収し、かつ、この双晶面の動きによって
も、歪みのエネルギーを吸収できるため、前記焼結体の
強度と靱性とを大きくすると考えられる。これは、従来
知られていない強靱化の機構で、発明者らの新規の発見
である。以下実施例に従って説明する。
The reason is that twins are not generated in the constituent particles in the sintered body, and a small number of twins are generated only with the progress of the cracks. And the movement of the twin plane can also absorb the energy of the strain, so that the strength and toughness of the sintered body are considered to be increased. This is a previously unknown mechanism of toughening, and is a novel discovery of the inventors. Hereinafter, description will be made in accordance with embodiments.

【0021】[0021]

【実施例】【Example】

(実施例1)50mlのアルコール中にHo2O3 粉66gとAl2O
3 粉9gとを入れ、さらに1mlのジエチルアミンを添加
し、ボールミルを用いて48時間湿式混合した。混合終了
後、60℃に加熱して、アルコールを蒸発させ、次いで、
5%のポリエチレングリコール水溶液に入れて混合し、
これを乾燥した。その後、45×20×4mm3 の大きさの生
成形体に成形した。次に、この生成形体を、空気中で2
℃/分の昇温速度で500 ℃まで昇温し、500 ℃で1時間
保持して仮焼した。この仮焼試料を、空気中で10℃/分
の昇温速度で1650℃まで昇温し、1650℃に4時間保持し
て焼結体を得た。
(Example 1) in an alcohol solution of 50 ml Ho 2 O 3 powder 66g and the Al 2 O
9 g of the three powders were added, 1 ml of diethylamine was further added, and the mixture was wet-mixed using a ball mill for 48 hours. After mixing, heat to 60 ° C. to evaporate the alcohol, then
Mix in 5% polyethylene glycol aqueous solution,
This was dried. Thereafter, it was formed into a formed form having a size of 45 × 20 × 4 mm 3 . The resulting form is then placed in air for 2 hours.
The temperature was raised to 500 ° C. at a rate of 500 ° C./min, and calcined at 500 ° C. for 1 hour. The calcined sample was heated to 1650 ° C. in air at a rate of 10 ° C./min, and kept at 1650 ° C. for 4 hours to obtain a sintered body.

【0022】得られた焼結体の平均結晶粒径は、3μm
であった。また、焼結体の曲げ強度は600MPaであり、破
壊靱性値KIC=7MP・m1/2であった。
The average crystal grain size of the obtained sintered body is 3 μm
Met. Further, the bending strength of the sintered body was 600 MPa, and the fracture toughness value K IC was 7 MP · m 1/2 .

【0023】(実施例2) 100mlのアルコール中にNd2O
3 粉 115gとAl2O3 粉35gとを入れ、さらに2mlのジエ
チルアミンを添加し、ボールミルを用いて72時間湿式混
合した。混合終了後、60℃に加熱して、アルコールを蒸
発させ、次いで、5%のポリエチレングリコール水溶液
に入れて混合し、これを乾燥した。その後、45×20×4
mm3 の大きさの生成形体に成形した。次に、この生成形
体を、空気中で 1.5℃/分の昇温速度で500 ℃まで昇温
し、500 ℃で1時間保持して仮焼した。この仮焼試料
を、空気中で10℃/分の昇温速度で1550℃まで昇温し、
1550℃に2時間保持してNdAlO3焼結体を得た。
Example 2 Nd 2 O in 100 ml of alcohol
3 Put the flour 115g and Al 2 O 3 powder 35 g, further added diethylamine 2 ml, 72 hours a wet mixed using a ball mill. After the mixing was completed, the mixture was heated to 60 ° C. to evaporate the alcohol, and then mixed in a 5% aqueous polyethylene glycol solution and dried. Then 45 × 20 × 4
It was formed into green product of the magnitude of mm 3. Next, the green compact was heated to 500 ° C. in air at a rate of 1.5 ° C./min, and calcined at 500 ° C. for 1 hour. The calcined sample was heated to 1550 ° C. in air at a rate of 10 ° C./min,
It was kept at 1550 ° C. for 2 hours to obtain a NdAlO 3 sintered body.

【0024】得られた焼結体の平均結晶粒径は、3μm
であった。また、焼結体の曲げ強度は550MPaであり、破
壊靱性値KIC=7MP・m1/2であった。
The average crystal grain size of the obtained sintered body is 3 μm
Met. Further, the bending strength of the sintered body was 550 MPa, and the fracture toughness value K IC was 7 MP · m 1/2 .

【0025】(実施例3)70mlのアルコール中にEr2O3
粉88.2gとAl2O3 粉11.8gとを入れ、さらに1mlのジエ
チルアミンを添加し、ボールミルを用いて72時間湿式混
合した。混合終了後、60℃に加熱して、アルコールを蒸
発させ、次いで、5%のポリエチレングリコール水溶液
に入れて混合し、これを乾燥した。その後、45×20×4
mm3 の大きさの生成形体に成形した。次に、この生成形
体を、空気中で2℃/分の昇温速度で500 ℃まで昇温
し、500 ℃で2時間保持して仮焼した。この仮焼試料
を、空気中で15℃/分の昇温速度で1530℃まで昇温し、
1530℃に5時間保持して焼結体を得た。
Example 3 Er 2 O 3 in 70 ml of alcohol
88.2 g of the powder and 11.8 g of the Al 2 O 3 powder were added, and 1 ml of diethylamine was further added, followed by wet mixing using a ball mill for 72 hours. After the mixing was completed, the mixture was heated to 60 ° C. to evaporate the alcohol, and then mixed in a 5% aqueous polyethylene glycol solution and dried. Then 45 × 20 × 4
It was formed into green product of the magnitude of mm 3. Next, the green compact was heated to 500 ° C. in air at a rate of 2 ° C./min, and calcined at 500 ° C. for 2 hours. The calcined sample was heated to 1530 ° C. in air at a rate of 15 ° C./min,
It was kept at 1530 ° C. for 5 hours to obtain a sintered body.

【0026】得られた焼結体の平均結晶粒径は、5μm
以下であった。また、焼結体の曲げ強度は600MPaであ
り、破壊靱性値KIC=8MP・m1/2であった。
The average crystal grain size of the obtained sintered body is 5 μm
It was below. Further, the bending strength of the sintered body was 600 MPa, and the fracture toughness value K IC was 8 MP · m 1/2 .

【0027】(実施例4)70mlのアルコール中にTm2O3
粉88.3gとAl2O3 粉11.7gとを入れ、さらに1mlのジエ
チルアミンを添加し、ボールミルを用いて72時間湿式混
合した。混合終了後、60℃に加熱して、アルコールを蒸
発させ、次いで、5%のポリエチレングリコール水溶液
に入れて混合し、これを乾燥した。その後、45×20×4
mm3 の大きさの生成形体に成形した。次に、この生成形
体を、空気中で2℃/分の昇温速度で1600℃まで昇温
し、1600℃で2時間保持して焼結体を得た。
Example 4 Tm 2 O 3 in 70 ml of alcohol
88.3 g of the powder and 11.7 g of Al 2 O 3 powder were added, and 1 ml of diethylamine was further added, followed by wet mixing using a ball mill for 72 hours. After the mixing was completed, the mixture was heated to 60 ° C. to evaporate the alcohol, and then mixed in a 5% aqueous polyethylene glycol solution and dried. Then 45 × 20 × 4
It was formed into green product of the magnitude of mm 3. Next, the formed body was heated to 1600 ° C. in air at a rate of 2 ° C./min, and kept at 1600 ° C. for 2 hours to obtain a sintered body.

【0028】得られた焼結体の平均結晶粒径は、5μm
であった。また、焼結体の曲げ強度は550MPaであり、破
壊靱性値KIC=7MP・m1/2であった。
The average crystal grain size of the obtained sintered body is 5 μm
Met. Further, the bending strength of the sintered body was 550 MPa, and the fracture toughness value K IC was 7 MP · m 1/2 .

【0029】(実施例5)70mlのアルコール中にLa2O3
粉76.2gとAl2O3 粉23.8gとを入れ、さらに1mlのジエ
チルアミンを添加し、ボールミルを用いて72時間湿式混
合した。混合終了後、60℃に加熱して、アルコールを蒸
発させ、次いで、5%のポリエチレングリコール水溶液
に入れて混合し、これを乾燥した。その後、45×20×4
mm3 の大きさの生成形体に成形した。次に、この生成形
体を、空気中で2℃/分の昇温速度で500 ℃まで昇温
し、500 ℃で2時間保持して仮焼した。この仮焼試料
を、空気中で5℃/分の昇温速度で1650℃まで昇温し、
1650℃に2時間保持して焼結体を得た。
Example 5 La 2 O 3 in 70 ml of alcohol
76.2 g of the powder and 23.8 g of the Al 2 O 3 powder were added, and 1 ml of diethylamine was further added, followed by wet mixing using a ball mill for 72 hours. After the mixing was completed, the mixture was heated to 60 ° C. to evaporate the alcohol, and then mixed in a 5% aqueous polyethylene glycol solution and dried. Then 45 × 20 × 4
It was formed into green product of the magnitude of mm 3. Next, the green compact was heated to 500 ° C. in air at a rate of 2 ° C./min, and calcined at 500 ° C. for 2 hours. The calcined sample was heated to 1650 ° C. in air at a rate of 5 ° C./min.
It was kept at 1650 ° C. for 2 hours to obtain a sintered body.

【0030】得られた焼結体の平均結晶粒径は、4μm
であった。また、焼結体の曲げ強度は600MPaであり、破
壊靱性値KIC=6MP・m1/2であった。
The average crystal grain size of the obtained sintered body is 4 μm
Met. The bending strength of the sintered body was 600 MPa, and the fracture toughness value K IC was 6 MP · m 1/2 .

【0031】(実施例6)80mlのアルコール中にYb2O3
粉88.5gとAl2O3 粉11.5gとを入れ、さらに1mlのジエ
チルアミンを添加し、ボールミルを用いて72時間湿式混
合した。混合終了後、60℃に加熱して、アルコールを蒸
発させ、次いで、5%のポリエチレングリコール水溶液
に入れて混合し、これを乾燥した。その後、45×20×4
mm3 の大きさの生成形体に成形した。次に、この生成形
体を、空気中で2℃/分の昇温速度で500 ℃まで昇温
し、500 ℃で2時間保持して仮焼した。この仮焼試料
を、空気中で10℃/分の昇温速度で1600℃まで昇温し、
1600℃に2時間保持して焼結体を得た。
Example 6 Yb 2 O 3 in 80 ml of alcohol
88.5 g of the powder and 11.5 g of the Al 2 O 3 powder were added, and 1 ml of diethylamine was further added, followed by wet mixing using a ball mill for 72 hours. After the mixing was completed, the mixture was heated to 60 ° C. to evaporate the alcohol, and then mixed in a 5% aqueous polyethylene glycol solution and dried. Then 45 × 20 × 4
It was formed into green product of the magnitude of mm 3. Next, the green compact was heated to 500 ° C. in air at a rate of 2 ° C./min, and calcined at 500 ° C. for 2 hours. The calcined sample was heated to 1600 ° C. at a rate of 10 ° C./min in air,
It was kept at 1600 ° C. for 2 hours to obtain a sintered body.

【0032】得られた焼結体の平均結晶粒径は、3μm
であった。また、焼結体の曲げ強度は650MPaであり、破
壊靱性値KIC=6.5 MP・m1/2であった。
The average crystal grain size of the obtained sintered body is 3 μm
Met. Further, the bending strength of the sintered body was 650 MPa, and the fracture toughness value K IC was 6.5 MP · m 1/2 .

【0033】このように本発明の方法で得られた希土類
酸化物−アルミナ焼結体は、平均結晶粒径30μm以下の
粒子で構成されている。しかも、本発明の焼結体は、実
用に供されるに充分な強度ならびに破壊靱性値を有す
る。特に破壊靱性値に関しては、アルミナやムライトの
約2倍の値を有する。
Thus, the rare earth oxide-alumina sintered body obtained by the method of the present invention is composed of particles having an average crystal grain size of 30 μm or less. Moreover, the sintered body of the present invention has sufficient strength and fracture toughness for practical use. In particular, the fracture toughness value is about twice that of alumina or mullite.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、焼結
体の結晶粒径を30μm以下に制御することにより、ポア
の形成を阻止し、緻密で高い強度と靱性を有する組織的
に均一な希土類酸化物−アルミナ焼結体を容易に得るこ
とができる。それ故に、従来、セラミックス材料として
実用に供されなかった希土類酸化物−アルミナ焼結体を
実用に供することができる。
As described above, according to the present invention, by controlling the crystal grain size of the sintered body to 30 μm or less, formation of pores is prevented, and a dense and high strength and toughness can be obtained. A uniform rare earth oxide-alumina sintered body can be easily obtained. Therefore, a rare earth oxide-alumina sintered body that has not been conventionally put to practical use as a ceramic material can be put to practical use.

【0035】従って、本発明によれば、エンジン部品,
ガスタービン翼,ガスタービン用部品,腐食性装置部
品,坩堝,ボールミル用部品,高温炉用熱交換器および
耐火材,高空飛翔体用耐火材,燃焼管,ダイカスト用部
品,絶縁材料,核融合炉材料,原子炉用材料,太陽炉材
料,工具,熱遮蔽材料,電子回路用基体,シール材,継
手やバルブ用部品,人工骨や人工歯根等の生体材料,誘
電材料,刃物やカッター刃,スポーツ用品,ポンプ,ノ
ズル,磁気ヘッド,ローラー,ガイド,軸受,フェルー
ル,その他の広い分野で有効に用いられるものを提供で
きる。
Therefore, according to the present invention, the engine parts,
Gas turbine blades, parts for gas turbines, parts for corrosive equipment, parts for crucibles, parts for ball mills, heat exchangers and refractory materials for high temperature furnaces, refractory materials for high altitude flying objects, combustion tubes, die casting parts, insulating materials, fusion reactors Materials, reactor materials, solar furnace materials, tools, heat shielding materials, electronic circuit substrates, sealing materials, fittings and valve parts, biomaterials such as artificial bones and artificial roots, dielectric materials, blades and cutter blades, sports Supplies, pumps, nozzles, magnetic heads, rollers, guides, bearings, ferrules, and other items that can be effectively used in a wide range of fields can be provided.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/50 C04B 35/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C04B 35/50 C04B 35/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 希土類酸化物5〜95wt%とアルミナ95〜
5wt%とを焼成して得られる、Ln Al O もしくはLnA
lO (ただし、Lnは希土類元素およびそれらの混合物)
を主成分とする焼結体であって、この焼結体の結晶粒径
が30μm以下であることを特徴とする希土類酸化物−ア
ルミナ焼結体。
1. A rare earth oxide of 5 to 95% by weight and alumina of 95 to 95% by weight.
Ln 4 Al 2 O 9 or LnA obtained by firing 5 wt%
lO 3 (where Ln is a rare earth element and a mixture thereof)
The a sintered body composed mainly, rare earth oxide, characterized in that the crystal grain size of the sintered body is 30μm or less - alumina sintered body.
【請求項2】 希土類酸化物とアルミナとの混合物を成
形し、その後、この混合物を1〜200 ℃/分の昇温速度
にて加熱し、1500〜1800℃の温度域で0.1 〜10時間保持
して焼成することにより、Ln Al O もしくはLnAlO
(ただし、Lnは希土類元素およびそれらの混合物) を主
成分とする焼結体を生成させることを特徴とする希土類
酸化物−アルミナ焼結体の製造方法。
2. A mixture of a rare earth oxide and alumina is formed, and then the mixture is heated at a rate of 1 to 200 ° C./min and kept in a temperature range of 1500 to 1800 ° C. for 0.1 to 10 hours. And sintering , Ln 4 Al 2 O 9 or LnAlO 3
(However, Ln is a rare earth element and a mixture thereof)
A method for producing a rare earth oxide-alumina sintered body, which comprises producing a sintered body as a component.
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