JP3145597B2 - アルミナ質焼結体およびその製造方法 - Google Patents
アルミナ質焼結体およびその製造方法Info
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- JP3145597B2 JP3145597B2 JP01910395A JP1910395A JP3145597B2 JP 3145597 B2 JP3145597 B2 JP 3145597B2 JP 01910395 A JP01910395 A JP 01910395A JP 1910395 A JP1910395 A JP 1910395A JP 3145597 B2 JP3145597 B2 JP 3145597B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温強度特性、高温安
定性、耐酸化性に優れたアルミナ質焼結体およびその製
造方法に関わり、特に、航空・宇宙業界、製錬業界、化
学業界等で用いられたり、ガスタ−ビン，エンジン用部
品等に使用される耐高温構造材料アルミナ質焼結体およ
びその製造方法に関する。
定性、耐酸化性に優れたアルミナ質焼結体およびその製
造方法に関わり、特に、航空・宇宙業界、製錬業界、化
学業界等で用いられたり、ガスタ−ビン，エンジン用部
品等に使用される耐高温構造材料アルミナ質焼結体およ
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、アルミナは、耐高温の構造部
材として、耐環境性，高温強度ともに優れることで注目
されてきた。また、高温強度と破壊靭性をさらに向上さ
せるために、種々の複合化が試みられている。例えば、
Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＣコンポジィット、Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2
複合材料が知られており（特開昭６１−１２２１６４号
公報、特開昭６３−１３９０４４号公報等参照）、この
ような複合材料によれば、純粋なアルミナ質焼結体より
も強度および靭性を向上することができる。
材として、耐環境性，高温強度ともに優れることで注目
されてきた。また、高温強度と破壊靭性をさらに向上さ
せるために、種々の複合化が試みられている。例えば、
Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＣコンポジィット、Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2
複合材料が知られており（特開昭６１−１２２１６４号
公報、特開昭６３−１３９０４４号公報等参照）、この
ような複合材料によれば、純粋なアルミナ質焼結体より
も強度および靭性を向上することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】しかし、上記したＡ
ｌ2Ｏ3−ＳｉＣコンポジットでは、アルミナ中に非酸化
物のＳｉＣを分散させているために、酸化雰囲気におい
て高温状態で使用される場合には耐酸化性に欠けるとい
う問題があった。
ｌ2Ｏ3−ＳｉＣコンポジットでは、アルミナ中に非酸化
物のＳｉＣを分散させているために、酸化雰囲気におい
て高温状態で使用される場合には耐酸化性に欠けるとい
う問題があった。
【０００４】また、Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2複合材料は９０
０℃付近の温度で強度が急激に低下するため、高温下に
おいて応力が作用するような状態での使用には適しない
という問題があった。
０℃付近の温度で強度が急激に低下するため、高温下に
おいて応力が作用するような状態での使用には適しない
という問題があった。
【０００５】本発明は、高温での耐酸化性に優れ、さら
に、破壊靭性と高温強度に優れたアルミナ質焼結体およ
びその製造方法を提供することを目的とするものであ
る。
に、破壊靭性と高温強度に優れたアルミナ質焼結体およ
びその製造方法を提供することを目的とするものであ
る。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】本発明者は、アルミナ
を高温構造材料として実用化するために、高温強度およ
び破壊靭性を改善する方法について鋭意検討した結果、
アルミナ結晶中に同時に固溶できる価数４＋の金属元素
Ａと２＋の金属元素Ｂを含むアルミナ質焼結体に対し
て、価数４＋の金属元素Ａを価数を３＋に変化させるこ
とにより、金属元素Ａが単独でもアルミナ結晶中に多く
固溶できるようになり、そして、固溶できなくなった金
属元素Ｂを酸化物および／またはＡｌとの複合酸化物と
してアルミナ結晶粒内および／またはその粒界に析出さ
せ、固溶強化と析出強化により焼結体の塑性変形抵抗を
向上させて高温強度を向上することができるとともに、
クラックの進展を妨害し、破壊エネルギーを吸収する組
織構成とし、これにより破壊靭性を向上することができ
ることを見い出し、本発明に至った。
を高温構造材料として実用化するために、高温強度およ
び破壊靭性を改善する方法について鋭意検討した結果、
アルミナ結晶中に同時に固溶できる価数４＋の金属元素
Ａと２＋の金属元素Ｂを含むアルミナ質焼結体に対し
て、価数４＋の金属元素Ａを価数を３＋に変化させるこ
とにより、金属元素Ａが単独でもアルミナ結晶中に多く
固溶できるようになり、そして、固溶できなくなった金
属元素Ｂを酸化物および／またはＡｌとの複合酸化物と
してアルミナ結晶粒内および／またはその粒界に析出さ
せ、固溶強化と析出強化により焼結体の塑性変形抵抗を
向上させて高温強度を向上することができるとともに、
クラックの進展を妨害し、破壊エネルギーを吸収する組
織構成とし、これにより破壊靭性を向上することができ
ることを見い出し、本発明に至った。
【０００７】即ち、本発明のアルミナ質焼結体は、価数
４＋から価数３＋に変化可能な金属元素Ａと、価数２＋
から価数３＋に変化可能な金属元素Ｂを含有するもので
あって、アルミナ結晶中に少なくとも前記金属元素Ａが
固溶しているとともに、少なくとも前記金属元素Ｂが価
数２＋の元素として酸化物および／またはＡｌとの複合
酸化物を形成し、前記アルミナ結晶粒内および／または
その粒界に析出していることを特徴とするものである。
また、本発明の他のアルミナ質焼結体は、Ｔｉと、Ｍ
ｇ、ＦｅおよびＣｏのうちの１種以上とを含有するもの
であって、アルミナ結晶中にＴｉが固溶しているととも
に、少なくとも前記Ｍｇ、ＦｅおよびＣｏの１種以上が
価数２＋の元素として酸化物および／またはＡｌとの複
合酸化物を形成し、前記アルミナ結晶粒内および／また
はその粒界に析出していることを特徴とするものであ
る。
４＋から価数３＋に変化可能な金属元素Ａと、価数２＋
から価数３＋に変化可能な金属元素Ｂを含有するもので
あって、アルミナ結晶中に少なくとも前記金属元素Ａが
固溶しているとともに、少なくとも前記金属元素Ｂが価
数２＋の元素として酸化物および／またはＡｌとの複合
酸化物を形成し、前記アルミナ結晶粒内および／または
その粒界に析出していることを特徴とするものである。
また、本発明の他のアルミナ質焼結体は、Ｔｉと、Ｍ
ｇ、ＦｅおよびＣｏのうちの１種以上とを含有するもの
であって、アルミナ結晶中にＴｉが固溶しているととも
に、少なくとも前記Ｍｇ、ＦｅおよびＣｏの１種以上が
価数２＋の元素として酸化物および／またはＡｌとの複
合酸化物を形成し、前記アルミナ結晶粒内および／また
はその粒界に析出していることを特徴とするものであ
る。
【０００８】さらに、本発明のアルミナ質焼結体の製造
方法は、価数４＋から価数３＋に変化可能な金属元素Ａ
と、価数２＋から価数３＋に変化可能な金属元素Ｂと
が、アルミナ結晶中に平均価数３＋の金属元素として固
溶したアルミナ質焼結体を作製した後、該焼結体を前記
金属元素Ａの価数が変化し得る雰囲気中で熱処理するこ
とにより、少なくとも前記金属元素Ａを価数３＋に変化
させてアルミナ結晶中に固溶させるとともに、少なくと
も前記金属元素Ｂを酸化物および／またはＡｌとの複合
酸化物としてアルミナ結晶粒内および／またはその粒界
に析出させることを特徴とするものである。
方法は、価数４＋から価数３＋に変化可能な金属元素Ａ
と、価数２＋から価数３＋に変化可能な金属元素Ｂと
が、アルミナ結晶中に平均価数３＋の金属元素として固
溶したアルミナ質焼結体を作製した後、該焼結体を前記
金属元素Ａの価数が変化し得る雰囲気中で熱処理するこ
とにより、少なくとも前記金属元素Ａを価数３＋に変化
させてアルミナ結晶中に固溶させるとともに、少なくと
も前記金属元素Ｂを酸化物および／またはＡｌとの複合
酸化物としてアルミナ結晶粒内および／またはその粒界
に析出させることを特徴とするものである。
【０００９】本発明において、価数３＋の金属元素Ａを
アルミナ結晶中に０．１モル％以上固溶させることが望
ましい。これは、０．１モル％よりも少ない場合には、
固溶強化の効果が小さいからである。価数３＋の金属元
素Ａのアルミナへの固溶量は０．５モル％以上であるこ
とが望ましい。
アルミナ結晶中に０．１モル％以上固溶させることが望
ましい。これは、０．１モル％よりも少ない場合には、
固溶強化の効果が小さいからである。価数３＋の金属元
素Ａのアルミナへの固溶量は０．５モル％以上であるこ
とが望ましい。
【００１０】また、金属元素Ａがアルミナ結晶中に価数
３＋の金属元素Ａとして固溶してなるものであるが、価
数３＋に変化可能な価数４＋の金属元素Ａとしては、例
えばチタン（Ｔｉ）があり、価数３＋に変化可能な価数
２＋の金属元素Ｂとしては、例えばマグネシウム（Ｍ
ｇ），Ｆｅ，Ｃｏがある。価数４＋の金属元素Ａとして
Ｔｉが、価数２＋の金属元素ＢとしてＭｇが望ましい。
３＋の金属元素Ａとして固溶してなるものであるが、価
数３＋に変化可能な価数４＋の金属元素Ａとしては、例
えばチタン（Ｔｉ）があり、価数３＋に変化可能な価数
２＋の金属元素Ｂとしては、例えばマグネシウム（Ｍ
ｇ），Ｆｅ，Ｃｏがある。価数４＋の金属元素Ａとして
Ｔｉが、価数２＋の金属元素ＢとしてＭｇが望ましい。
【００１１】さらに、本発明のアルミナ質焼結体は、少
なくとも価数２＋の金属元素Ｂが、特に金属元素Ｂの
み、または価数４＋の金属元素Ａおよび前記価数２＋の
金属元素が、酸化物および／またはＡｌとの複合酸化物
としてアルミナ結晶粒内および／またはその粒界に析出
しているもので、これにより、焼結体を固溶強化すると
同時に析出強化させ、強度および靱性を向上することが
できるのである。
なくとも価数２＋の金属元素Ｂが、特に金属元素Ｂの
み、または価数４＋の金属元素Ａおよび前記価数２＋の
金属元素が、酸化物および／またはＡｌとの複合酸化物
としてアルミナ結晶粒内および／またはその粒界に析出
しているもので、これにより、焼結体を固溶強化すると
同時に析出強化させ、強度および靱性を向上することが
できるのである。
【００１２】価数４＋の金属元素Ａおよび２＋の金属元
素Ｂは単独ではアルミナ結晶内に多量に固溶できない
が、それらが１：１の原子比で存在する場合は上記２つ
の金属元素Ａ、Ｂの平均価数が３＋となり、アルミナ結
晶中に酸化物に換算して数モル％まで固溶できる。
素Ｂは単独ではアルミナ結晶内に多量に固溶できない
が、それらが１：１の原子比で存在する場合は上記２つ
の金属元素Ａ、Ｂの平均価数が３＋となり、アルミナ結
晶中に酸化物に換算して数モル％まで固溶できる。
【００１３】そして、アルミナ結晶中に固溶する価数４
＋の金属元素Ａが一定条件で価数３＋に変化することに
より、金属元素Ａは単独でもアルミナ結晶中に多くに固
溶し、金属元素Ｂはアルミナ結晶中に固溶できなくな
り、酸化物および／またはＡｌとの複合酸化物の形でア
ルミナ結晶粒内および／またはその粒界に析出する。こ
のようにして本発明の焼結体の組織が形成されるのであ
る。
＋の金属元素Ａが一定条件で価数３＋に変化することに
より、金属元素Ａは単独でもアルミナ結晶中に多くに固
溶し、金属元素Ｂはアルミナ結晶中に固溶できなくな
り、酸化物および／またはＡｌとの複合酸化物の形でア
ルミナ結晶粒内および／またはその粒界に析出する。こ
のようにして本発明の焼結体の組織が形成されるのであ
る。
【００１４】この場合、熱処理する以前の焼結体中にお
ける価数４＋の金属元素Ａと２＋の金属元素Ｂの含有量
が少なければ、焼結体の固溶強化と析出強化の効果が小
さいため、熱処理する以前の焼結体中には、価数４＋の
金属元素Ａと２＋の金属元素Ｂの含有量が酸化物換算で
総量０．５モル％以上、特に２モル％以上含有している
ことが望ましい。
ける価数４＋の金属元素Ａと２＋の金属元素Ｂの含有量
が少なければ、焼結体の固溶強化と析出強化の効果が小
さいため、熱処理する以前の焼結体中には、価数４＋の
金属元素Ａと２＋の金属元素Ｂの含有量が酸化物換算で
総量０．５モル％以上、特に２モル％以上含有している
ことが望ましい。
【００１５】Ｔｉは価数が４＋の金属元素、Ｍｇは価数
２＋の金属元素である。両元素は単独ではアルミナ結晶
中に数１００ｐｐｍ程度しか固溶できないが、Ｔｉ，Ｍ
ｇが１：１の原子比で添加されるならば、アルミナ結晶
中に酸化物換算で総量２モル％以上固溶できる。この固
溶体を適切な処理によりＴｉ4+をＴｉ3+に変化させれ
ば、Ｔｉが単独でもアルミナ結晶中に固溶し、ＭｇはＡ
ｌ2ＭｇＯ4の形でアルミナ結晶粒内および／またはその
粒界に微細に析出する。このような固溶強化と析出強化
が同時作用することにより、材料の室温と高温強度およ
び破壊靭性が大幅向上される。
２＋の金属元素である。両元素は単独ではアルミナ結晶
中に数１００ｐｐｍ程度しか固溶できないが、Ｔｉ，Ｍ
ｇが１：１の原子比で添加されるならば、アルミナ結晶
中に酸化物換算で総量２モル％以上固溶できる。この固
溶体を適切な処理によりＴｉ4+をＴｉ3+に変化させれ
ば、Ｔｉが単独でもアルミナ結晶中に固溶し、ＭｇはＡ
ｌ2ＭｇＯ4の形でアルミナ結晶粒内および／またはその
粒界に微細に析出する。このような固溶強化と析出強化
が同時作用することにより、材料の室温と高温強度およ
び破壊靭性が大幅向上される。
【００１６】次に、本発明のアルミナ質焼結体の製法で
あるが、まず、アルミナ結晶中に同時に固溶できる価数
４＋の金属元素Ａと価数２＋の金属元素Ｂを含む原料粉
末をアルミナ粉末に添加、混合、成形後、適当な温度で
焼成することにより、価数４＋の金属元素Ａと２＋の金
属元素Ｂがアルミナ結晶中に固溶した焼結体を作製す
る。
あるが、まず、アルミナ結晶中に同時に固溶できる価数
４＋の金属元素Ａと価数２＋の金属元素Ｂを含む原料粉
末をアルミナ粉末に添加、混合、成形後、適当な温度で
焼成することにより、価数４＋の金属元素Ａと２＋の金
属元素Ｂがアルミナ結晶中に固溶した焼結体を作製す
る。
【００１７】価数４＋の金属元素Ａと２＋の金属元素Ｂ
の原料粉末は、酸化物粉末，金属粉末，当該金属を含む
有機、無機物およびそれらの溶液のいずれでもよい。
の原料粉末は、酸化物粉末，金属粉末，当該金属を含む
有機、無機物およびそれらの溶液のいずれでもよい。
【００１８】上記成形体の成型手段として、例えば、金
型プレス，鋳込み成型，押出成型，射出成型，冷間静水
圧プレスなどにより任意の形状に成形する。
型プレス，鋳込み成型，押出成型，射出成型，冷間静水
圧プレスなどにより任意の形状に成形する。
【００１９】上記成形体の焼成方法として、例えば、ホ
ットプレス法，常圧焼成法，ガス加圧焼成法，更に、こ
れらの焼成後に熱間静水圧処理（ＨＩＰ）処理、および
ガラスシール後ＨＩＰ処理して、対理論密度比９５％以
上の緻密な焼結体を得る。この時、本発明によれば、前
記金属元素が所定量以上アルミナ中に固溶できる焼成温
度および焼成雰囲気が重要である。このように固溶量を
増加するには、１４００℃以上の焼成温度および焼成雰
囲気を酸化雰囲気にする必要がある。
ットプレス法，常圧焼成法，ガス加圧焼成法，更に、こ
れらの焼成後に熱間静水圧処理（ＨＩＰ）処理、および
ガラスシール後ＨＩＰ処理して、対理論密度比９５％以
上の緻密な焼結体を得る。この時、本発明によれば、前
記金属元素が所定量以上アルミナ中に固溶できる焼成温
度および焼成雰囲気が重要である。このように固溶量を
増加するには、１４００℃以上の焼成温度および焼成雰
囲気を酸化雰囲気にする必要がある。
【００２０】そして、本発明によれば、上記焼結体を特
定の雰囲気中において熱処理することが重要である。こ
こで特定な雰囲気とは、前記アルミナ結晶中に固溶した
金属元素Ａが価数３＋に変化する雰囲気である。例え
ば、Ｔｉ4+→Ｔｉ3+への変化はＨ2等の還元雰囲気で発
生する。また、熱処理温度が１０００℃よりも低いと、
析出相の核形成速度と成長速度が低いため、本発明の組
織を形成するためには長時間の処理を要する。逆に、処
理温度が１７５０℃よりも高いと粒内析出相の粗大化、
あるいは粒界へ拡散成長することがある。よって、熱処
理温度は１０００〜１７５０℃とすることが望ましく、
特には１２００〜１７５０℃であることが望ましい。
定の雰囲気中において熱処理することが重要である。こ
こで特定な雰囲気とは、前記アルミナ結晶中に固溶した
金属元素Ａが価数３＋に変化する雰囲気である。例え
ば、Ｔｉ4+→Ｔｉ3+への変化はＨ2等の還元雰囲気で発
生する。また、熱処理温度が１０００℃よりも低いと、
析出相の核形成速度と成長速度が低いため、本発明の組
織を形成するためには長時間の処理を要する。逆に、処
理温度が１７５０℃よりも高いと粒内析出相の粗大化、
あるいは粒界へ拡散成長することがある。よって、熱処
理温度は１０００〜１７５０℃とすることが望ましく、
特には１２００〜１７５０℃であることが望ましい。
【００２１】
【作用】アルミナは特に酸化雰囲気で室温から高温まで
安定した特性を有するが、高温では転位が発生しやすい
ため、軟化、塑性変形を示しやすい。また、室温では、
アルミナ結晶内でもクラックが進展しやすいため、破壊
靭性が低い。
安定した特性を有するが、高温では転位が発生しやすい
ため、軟化、塑性変形を示しやすい。また、室温では、
アルミナ結晶内でもクラックが進展しやすいため、破壊
靭性が低い。
【００２２】アルミナの耐酸化性を損なわずに靭性およ
び高温強度を向上させるには、固溶原子による強化およ
び酸化物の第二相を粒内、粒界に微細に分散させること
が有効である。アルミナに他の酸化物を添加し、強靭化
を図った研究があるが、焼成中に第二相が粒成長するこ
とにより微細な粒内分散は困難である。
び高温強度を向上させるには、固溶原子による強化およ
び酸化物の第二相を粒内、粒界に微細に分散させること
が有効である。アルミナに他の酸化物を添加し、強靭化
を図った研究があるが、焼成中に第二相が粒成長するこ
とにより微細な粒内分散は困難である。
【００２３】また、焼成温度でアルミナ中に固溶できる
金属酸化物をアルミナに添加し、冷却中或は焼成温度よ
り低い温度で熱処理する過程で、過飽和の金属イオンが
酸化物の形で析出することも考えられたが、普通の焼成
法で、アルミナ中に固溶でき、しかも高温強度と靭性の
向上に寄与出来るほどの析出量を有する酸化物は非常に
限られている。
金属酸化物をアルミナに添加し、冷却中或は焼成温度よ
り低い温度で熱処理する過程で、過飽和の金属イオンが
酸化物の形で析出することも考えられたが、普通の焼成
法で、アルミナ中に固溶でき、しかも高温強度と靭性の
向上に寄与出来るほどの析出量を有する酸化物は非常に
限られている。
【００２４】本発明によれば、アルミナ結晶中に、例え
ば、酸化物換算で総量０．５モル以上同時に固溶できる
価数４＋の金属元素Ａと価数２＋の金属元素Ｂを含むア
ルミナ固溶体を、適切な処理で、その中の金属元素Ａを
３＋に価数を変化させ、例えば０．１モル％以上アルミ
ナに固溶させるとともに、少なくとも金属元素Ｂの酸化
物および／またはＡｌとの複合酸化物がアルミナ結晶粒
内および／またはその粒界に析出させ、従来より優れた
高温強度と破壊靭性を有する高温構造材料を提供でき
る。
ば、酸化物換算で総量０．５モル以上同時に固溶できる
価数４＋の金属元素Ａと価数２＋の金属元素Ｂを含むア
ルミナ固溶体を、適切な処理で、その中の金属元素Ａを
３＋に価数を変化させ、例えば０．１モル％以上アルミ
ナに固溶させるとともに、少なくとも金属元素Ｂの酸化
物および／またはＡｌとの複合酸化物がアルミナ結晶粒
内および／またはその粒界に析出させ、従来より優れた
高温強度と破壊靭性を有する高温構造材料を提供でき
る。
【００２５】
【実施例】原料粉末としてアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）と酸化
チタン（ＴｉＯ2）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）
を用いて、ＴｉＯ2およびＭｇＯを表１に示す組成比、
残部をＡｌ2Ｏ3に調合し、１ｔ／ｃｍ2の圧力で金型成
形した後、３ｔ／ｃｍ2の圧力で静水圧処理を加えた。
成形体を１７００℃において５時間大気中で焼成し、そ
して、表１に示す条件で水素雰囲気で２時間熱処理し
た。
チタン（ＴｉＯ2）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）
を用いて、ＴｉＯ2およびＭｇＯを表１に示す組成比、
残部をＡｌ2Ｏ3に調合し、１ｔ／ｃｍ2の圧力で金型成
形した後、３ｔ／ｃｍ2の圧力で静水圧処理を加えた。
成形体を１７００℃において５時間大気中で焼成し、そ
して、表１に示す条件で水素雰囲気で２時間熱処理し
た。
【００２６】
【表１】
【００２７】焼結体を鏡面に加工して、走査型電子顕微
鏡により組織を観察した。また、焼結体をＪＩＳ−Ｒ１
６０１にて指定されている形状まで研磨し抗折試料を作
製した。この試料についてＪＩＳ−Ｒ１６０１に基づく
室温および１２００℃での４点曲げ抗折強度試験を実施
した。さらに、ビッカース圧痕法により破壊靭性
（Ｋ1c）を測定した。結果を表１に示した。本実施例で
得られた焼結体は、組織観察により図１に示すように、
アルミナ結晶１の粒内およびその粒界に第２相２が分散
析出していることを確認した。また、Ｘ線回折測定によ
り、分散相（第２相）はスピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）また
はＡｌとの複合酸化物（Ａｌ2ＴｉＯ5）であることを確
認した。尚、試料Ｎｏ．１，２，３，５，８は、Ｘ線回
折ではＴｉに関連した結晶相の生成が認められず、添加
したＴｉの殆どがアルミナ結晶に固溶していると考えら
れる。
鏡により組織を観察した。また、焼結体をＪＩＳ−Ｒ１
６０１にて指定されている形状まで研磨し抗折試料を作
製した。この試料についてＪＩＳ−Ｒ１６０１に基づく
室温および１２００℃での４点曲げ抗折強度試験を実施
した。さらに、ビッカース圧痕法により破壊靭性
（Ｋ1c）を測定した。結果を表１に示した。本実施例で
得られた焼結体は、組織観察により図１に示すように、
アルミナ結晶１の粒内およびその粒界に第２相２が分散
析出していることを確認した。また、Ｘ線回折測定によ
り、分散相（第２相）はスピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）また
はＡｌとの複合酸化物（Ａｌ2ＴｉＯ5）であることを確
認した。尚、試料Ｎｏ．１，２，３，５，８は、Ｘ線回
折ではＴｉに関連した結晶相の生成が認められず、添加
したＴｉの殆どがアルミナ結晶に固溶していると考えら
れる。
【００２８】表１の結果から、本発明に基づいて得られ
た粒内、粒界に第二相微細分散し、固溶強化と析出強化
が同時に作用するアルミナ質焼結体は、従来のアルミナ
材料に比べて、室温強度が５８０ＭＰａ以上、高温強度
が４８０ＭＰａ以上および破壊靭性が４．１ＭＰａ・ｍ
1/2以上と大幅に向上されることが判る。
た粒内、粒界に第二相微細分散し、固溶強化と析出強化
が同時に作用するアルミナ質焼結体は、従来のアルミナ
材料に比べて、室温強度が５８０ＭＰａ以上、高温強度
が４８０ＭＰａ以上および破壊靭性が４．１ＭＰａ・ｍ
1/2以上と大幅に向上されることが判る。
【００２９】
【発明の効果】本発明のアルミナ質焼結体では、アルミ
ナ結晶中に価数３＋の金属元素を多く固溶させ、また、
アルミナ結晶粒内および／またはその粒界に、特定金属
元素を酸化物および／またはＡｌとの複合酸化物として
析出させ、固溶強化と析出強化により焼結体の塑性変形
抵抗を向上させて高温強度を向上することができるとと
もに、クラックの進展を妨害し、破壊エネルギーを吸収
する組織構成とし、これにより破壊靭性を向上すること
ができる。
ナ結晶中に価数３＋の金属元素を多く固溶させ、また、
アルミナ結晶粒内および／またはその粒界に、特定金属
元素を酸化物および／またはＡｌとの複合酸化物として
析出させ、固溶強化と析出強化により焼結体の塑性変形
抵抗を向上させて高温強度を向上することができるとと
もに、クラックの進展を妨害し、破壊エネルギーを吸収
する組織構成とし、これにより破壊靭性を向上すること
ができる。
【図１】本発明のアルミナ質焼結体の組織図である。
１・・・アルミナ結晶 ２・・・第２相
Claims (3)
- 【請求項１】価数４＋から価数３＋に変化可能な金属元
素Ａと、価数２＋から価数３＋に変化可能な金属元素Ｂ
を含有するアルミナ質焼結体であって、アルミナ結晶中
に少なくとも前記金属元素Ａが固溶しているとともに、
少なくとも前記金属元素Ｂが価数２+の元素として酸化
物および／またはＡｌとの複合酸化物を形成し、前記ア
ルミナ結晶粒内および／またはその粒界に析出している
ことを特徴とするアルミナ質焼結体。 - 【請求項２】Ｔｉと、Ｍｇ、ＦｅおよびＣｏのうちの１
種以上とを含有するアルミナ質焼結体であって、アルミ
ナ結晶中にＴｉが固溶しているとともに、少なくとも前
記Ｍｇ、ＦｅおよびＣｏの１種以上が価数２＋の元素と
して酸化物および／またはＡｌとの複合酸化物を形成
し、前記アルミナ結晶粒内および／またはその粒界に析
出していることを特徴とするアルミナ質焼結体。 - 【請求項３】価数４＋から価数３＋に変化可能な金属元
素Ａと、価数２＋から価数３＋に変化可能な金属元素Ｂ
とが、アルミナ結晶中に平均価数３＋の金属元素として
固溶したアルミナ質焼結体を作製した後、該焼結体を前
記金属元素Ａの価数が変化し得る雰囲気中で熱処理する
ことにより、少なくとも前記金属元素Ａを価数３＋に変
化させてアルミナ結晶中に固溶させるとともに、少なく
とも前記金属元素Ｂを酸化物および／またはＡｌとの複
合酸化物としてアルミナ結晶粒内および／またはその粒
界に析出させることを特徴とするアルミナ質焼結体の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01910395A JP3145597B2 (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | アルミナ質焼結体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP01910395A JP3145597B2 (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | アルミナ質焼結体およびその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH08217530A JPH08217530A (ja) | 1996-08-27 |
| JP3145597B2 true JP3145597B2 (ja) | 2001-03-12 |
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|---|---|---|---|
| JP01910395A Expired - Fee Related JP3145597B2 (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | アルミナ質焼結体およびその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
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-
1995
- 1995-02-07 JP JP01910395A patent/JP3145597B2/ja not_active Expired - Fee Related
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