JP3221284B2 - 金属−酸化物セラミックス複合焼結体の製造方法 - Google Patents
金属−酸化物セラミックス複合焼結体の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はアルミナ等の酸化物セラ
ミックスに金属粒子が複合された金属−酸化物セラミッ
クス複合焼結体の製造方法に関する。
ミックスに金属粒子が複合された金属−酸化物セラミッ
クス複合焼結体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】雑誌『日経マテリアル＆テクノロジー』
（１９９３，１０，Ｎｏ．１３４，Ｐ１８〜Ｐ１９）に
は、イットリア含有の部分安定化ジルコニア（Ｙ−ＰＳ
Ｚ）のセラミックスマトリックスにｎｍオーダの極微小
のモリブデン粒子を分散させた複合焼結体からなるナノ
複合材料が開示されている。
（１９９３，１０，Ｎｏ．１３４，Ｐ１８〜Ｐ１９）に
は、イットリア含有の部分安定化ジルコニア（Ｙ−ＰＳ
Ｚ）のセラミックスマトリックスにｎｍオーダの極微小
のモリブデン粒子を分散させた複合焼結体からなるナノ
複合材料が開示されている。
【０００３】このものによれば、ｎｍオーダの極微小の
モリブデン粒子をジルコニアに複合化しているので、複
合焼結体の曲げ強さや靭性を大幅に改善できると報告さ
れている。この複合材料を製造するには、ジルコニア粉
末とｎｍオーダの極微小のモリブデン粉末とを原料粉末
として用い、アセトン溶媒中で２４時間ボールミルで機
械的に混合し混合粉末を得る。その後、その混合粉末を
真空雰囲気において１４００〜１６００℃、圧力３０Ｍ
Ｐａにて１時間ＨＰ（Ｈｏｔ Ｐｒｅｓｓ）法で焼結
し、複合焼結体を得ることにしている。
モリブデン粒子をジルコニアに複合化しているので、複
合焼結体の曲げ強さや靭性を大幅に改善できると報告さ
れている。この複合材料を製造するには、ジルコニア粉
末とｎｍオーダの極微小のモリブデン粉末とを原料粉末
として用い、アセトン溶媒中で２４時間ボールミルで機
械的に混合し混合粉末を得る。その後、その混合粉末を
真空雰囲気において１４００〜１６００℃、圧力３０Ｍ
Ｐａにて１時間ＨＰ（Ｈｏｔ Ｐｒｅｓｓ）法で焼結
し、複合焼結体を得ることにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
方法によれば、原料粉末をボ−ルミルで混合している関
係上、モリブデン粉末の混合分散性は必ずしも充分では
ない。また粉末の段階ではセラミックス粒子の粒界にモ
リブデンが存在し易い。この場合にはセラミックス粒子
同士の焼結性が損なわれる。
方法によれば、原料粉末をボ−ルミルで混合している関
係上、モリブデン粉末の混合分散性は必ずしも充分では
ない。また粉末の段階ではセラミックス粒子の粒界にモ
リブデンが存在し易い。この場合にはセラミックス粒子
同士の焼結性が損なわれる。
【０００５】また上記した方法によれば、セラミックス
粒子の粒内にモリブデン粒子が内在することがあるとし
ても、焼結に伴いセラミックス粒子が成長して大きくな
り、元々セラミックス粒子の粒界に存在していたモリブ
デン粒子が取り込まれたためである。更に大粒なモリブ
デンが生成されがちのため、ナノ複合材料の恩恵を充分
に受けているとは言いがたい。
粒子の粒内にモリブデン粒子が内在することがあるとし
ても、焼結に伴いセラミックス粒子が成長して大きくな
り、元々セラミックス粒子の粒界に存在していたモリブ
デン粒子が取り込まれたためである。更に大粒なモリブ
デンが生成されがちのため、ナノ複合材料の恩恵を充分
に受けているとは言いがたい。
【０００６】この様な上記した方法によれば、焼結性を
確保するには、前記したＨＰ法、或いは、等方加圧しつ
つ焼結加熱するＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｏｓｏｓｔａｔｉｃ
Ｐｒｅｓｓ）法を採用するしかない。よって成形体形
状に制約を受け易い。本発明は上記した実情に鑑みなさ
れたものであり、その課題は、複合粉末における酸化物
セラミックスと金属との混合分散性が向上し、ひいては
焼結性が向上し、ＨＰ法やＨＩＰ法を必須とせず、更
に、複合焼結体の高強度及び高靭性化に有利な複合焼結
体の製造方法を提供することにある。
確保するには、前記したＨＰ法、或いは、等方加圧しつ
つ焼結加熱するＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｏｓｏｓｔａｔｉｃ
Ｐｒｅｓｓ）法を採用するしかない。よって成形体形
状に制約を受け易い。本発明は上記した実情に鑑みなさ
れたものであり、その課題は、複合粉末における酸化物
セラミックスと金属との混合分散性が向上し、ひいては
焼結性が向上し、ＨＰ法やＨＩＰ法を必須とせず、更
に、複合焼結体の高強度及び高靭性化に有利な複合焼結
体の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る金属−酸
化物セラミックス複合焼結体の製造方法は、酸化物セラ
ミックスとなるセラミックス構成成分と酸化物セラミッ
クスに複合される金属成分とを含む溶液の加水分解、縮
重合を経てゾルを形成し、ゾルを経てゲルを形成し、ゲ
ルに対して水素雰囲気で熱処理して選択的に還元するこ
とにより、金属成分からなる金属粒子を形成し、金属成
分からなる金属粒子を１０〜５０ｖｏｌ％含む金属−酸
化物セラミックスの複合粉末を得る工程と、複合粉末を
所定形状に成形すると共に非酸化性雰囲気中で焼結して
複合焼結体を得る工程とを順に実施することを特徴とす
るものである。
化物セラミックス複合焼結体の製造方法は、酸化物セラ
ミックスとなるセラミックス構成成分と酸化物セラミッ
クスに複合される金属成分とを含む溶液の加水分解、縮
重合を経てゾルを形成し、ゾルを経てゲルを形成し、ゲ
ルに対して水素雰囲気で熱処理して選択的に還元するこ
とにより、金属成分からなる金属粒子を形成し、金属成
分からなる金属粒子を１０〜５０ｖｏｌ％含む金属−酸
化物セラミックスの複合粉末を得る工程と、複合粉末を
所定形状に成形すると共に非酸化性雰囲気中で焼結して
複合焼結体を得る工程とを順に実施することを特徴とす
るものである。
【０００８】請求項２に係る金属−酸化物セラミックス
複合焼結体の製造方法は、請求項１において、金属粒子
はチタン、酸化物セラミックスはアルミナまたはムライ
トであることを特徴とするものである。
複合焼結体の製造方法は、請求項１において、金属粒子
はチタン、酸化物セラミックスはアルミナまたはムライ
トであることを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】請求項１に係る方法によれば、ゾル−ゲル法に
より金属−酸化物セラミックスの複合粉末を調整する。
ゾル−ゲル法は、金属の化合物の溶液を出発原料とし
て、溶液中での加水分解と加水分解後に生じる縮重合と
によって、溶液を、金属酸化物や金属水酸化物等の極微
粒子であるコロイド粒子が分散したゾルとし、更にコロ
イド粒子が集合してゲル化する方法である。
より金属−酸化物セラミックスの複合粉末を調整する。
ゾル−ゲル法は、金属の化合物の溶液を出発原料とし
て、溶液中での加水分解と加水分解後に生じる縮重合と
によって、溶液を、金属酸化物や金属水酸化物等の極微
粒子であるコロイド粒子が分散したゾルとし、更にコロ
イド粒子が集合してゲル化する方法である。
【００１０】この様にゾル−ゲル法で複合粉末を調整す
れば、粒径が微小や極微小（例えば０．１μｍ以下＝１
００ｎｍ以下）の金属粒子が得られ易い。更に、粉末の
段階で酸化物セラミックスの内に金属粒子を内在させる
のに有利となる。原子レベルや分子レベルでの混合が可
能と考えられるからである。請求項１に係る方法で用い
る金属としてはチタン、モリブデン、タンタル等の遷移
金属を採用できる。ゾル−ゲル法では一般的に出発原料
として金属アルコキシドを用いるので、酸化物セラミッ
クスに複合される金属は金属アルコキシドとなり得るも
のが好ましい。また複合焼結体の軽量化を図る意味で
は、比重が軽い金属が好ましい。セラミックスは酸化物
セラミックスとする。ゾル−ゲル法を採用するには酸化
物系が好ましいからである。酸化物セラミックスとして
はアルミナ（以下Ａｌ2 Ｏ3 ともいう）、ムライト、ジ
ルコニア、マグネシアを採用できる。
れば、粒径が微小や極微小（例えば０．１μｍ以下＝１
００ｎｍ以下）の金属粒子が得られ易い。更に、粉末の
段階で酸化物セラミックスの内に金属粒子を内在させる
のに有利となる。原子レベルや分子レベルでの混合が可
能と考えられるからである。請求項１に係る方法で用い
る金属としてはチタン、モリブデン、タンタル等の遷移
金属を採用できる。ゾル−ゲル法では一般的に出発原料
として金属アルコキシドを用いるので、酸化物セラミッ
クスに複合される金属は金属アルコキシドとなり得るも
のが好ましい。また複合焼結体の軽量化を図る意味で
は、比重が軽い金属が好ましい。セラミックスは酸化物
セラミックスとする。ゾル−ゲル法を採用するには酸化
物系が好ましいからである。酸化物セラミックスとして
はアルミナ（以下Ａｌ2 Ｏ3 ともいう）、ムライト、ジ
ルコニア、マグネシアを採用できる。
【００１１】請求項１に係る方法によれば、複合粉末を
所定形状に成形すると共に非酸化性雰囲気中で焼結して
複合焼結体を得る。非酸化性雰囲気としては真空雰囲
気、アルゴンや窒素等の不活性雰囲気を採用できる。焼
結温度は酸化物セラミックスの種類に応じて適宜選択
し、酸化物セラミックスがアルミナの場合には１４５０
〜１６００℃程度を採用できる。
所定形状に成形すると共に非酸化性雰囲気中で焼結して
複合焼結体を得る。非酸化性雰囲気としては真空雰囲
気、アルゴンや窒素等の不活性雰囲気を採用できる。焼
結温度は酸化物セラミックスの種類に応じて適宜選択
し、酸化物セラミックスがアルミナの場合には１４５０
〜１６００℃程度を採用できる。
【００１２】請求項１に係る方法によれば、前述の様に
粉末の段階で酸化物セラミックスの内に金属粒子が内在
し易いので、焼結の際に酸化物セラミックス同士の粒界
における焼結特性を金属粒子が阻害することは、抑制さ
れる。よって酸化物セラミックスの焼結は良好に進行す
る。更にゾル−ゲル法で形成した複合粉末は粒径が微小
になり易い。この意味でも酸化物セラミックスの焼結は
良好に進行する。
粉末の段階で酸化物セラミックスの内に金属粒子が内在
し易いので、焼結の際に酸化物セラミックス同士の粒界
における焼結特性を金属粒子が阻害することは、抑制さ
れる。よって酸化物セラミックスの焼結は良好に進行す
る。更にゾル−ゲル法で形成した複合粉末は粒径が微小
になり易い。この意味でも酸化物セラミックスの焼結は
良好に進行する。
【００１３】故に大気圧下における焼結をしても、複合
焼結体の機械的強度は確保される。勿論、更なる焼結性
を期待する場合には、加圧しつつ焼結するＨＰ法やＨＩ
Ｐ法を採用することもできる。従って請求項１の方法に
よればＨＰ法やＨＩＰ法は必須ではない。請求項１の方
法によれば、金属粒子が１０ｖｏｌ％未満であれば金属
粒子が少なすぎ、複合焼結体の破壊靱性が低下し易くな
り、金属粒子が５０ｖｏｌ％を越えると金属が過剰とな
り、酸化物セラミックスの特性が失われ、複合焼結体の
強度が低下する。
焼結体の機械的強度は確保される。勿論、更なる焼結性
を期待する場合には、加圧しつつ焼結するＨＰ法やＨＩ
Ｐ法を採用することもできる。従って請求項１の方法に
よればＨＰ法やＨＩＰ法は必須ではない。請求項１の方
法によれば、金属粒子が１０ｖｏｌ％未満であれば金属
粒子が少なすぎ、複合焼結体の破壊靱性が低下し易くな
り、金属粒子が５０ｖｏｌ％を越えると金属が過剰とな
り、酸化物セラミックスの特性が失われ、複合焼結体の
強度が低下する。
【００１４】請求項２に係る方法によれば、粉末の段階
でアルミナセラミックスの粒内にチタン（以下Ｔｉとも
いう）粒子が内在し易いので、焼結の際にアルミナセラ
ミックス粒子同士の粒界における焼結特性をチタン粒子
が阻害することは、抑制される。よってアルミナセラミ
ックスの焼結は良好に進行する。
でアルミナセラミックスの粒内にチタン（以下Ｔｉとも
いう）粒子が内在し易いので、焼結の際にアルミナセラ
ミックス粒子同士の粒界における焼結特性をチタン粒子
が阻害することは、抑制される。よってアルミナセラミ
ックスの焼結は良好に進行する。
【００１５】
【実施例】本発明方法をアルミナセラミックスに適用し
た実施例１を説明する。 （１）複合粉末の調整 まず、目的とする酸化物セラミックスや金属粒子に対応
する金属アルコキシドを選択する。即ち、出発原料とし
て金属アルコキシドとしてＡｌ（Ｏi Ｐｒ）3及びＴｉ
（Ｏi Ｐｒ）4 を選択する。
た実施例１を説明する。 （１）複合粉末の調整 まず、目的とする酸化物セラミックスや金属粒子に対応
する金属アルコキシドを選択する。即ち、出発原料とし
て金属アルコキシドとしてＡｌ（Ｏi Ｐｒ）3及びＴｉ
（Ｏi Ｐｒ）4 を選択する。
【００１６】上記した出発原料の金属アルコキシドのモ
ル比を適宜変えることにより、得られる複合粉末におけ
るＴｉのｖｏｌ％を調整した。これを表１のＮＯ．１〜
ＮＯ．５に示す。複合粉末におけるＴｉ％は、ＮＯ．１
では７．６ｖｏｌ％、ＮＯ．２では１７．２ｖｏｌ％、
ＮＯ．３では２９．４ｖｏｌ％、ＮＯ．４では４５．４
ｖｏｌ％、ＮＯ．５では５５．５ｖｏｌ％である。
ル比を適宜変えることにより、得られる複合粉末におけ
るＴｉのｖｏｌ％を調整した。これを表１のＮＯ．１〜
ＮＯ．５に示す。複合粉末におけるＴｉ％は、ＮＯ．１
では７．６ｖｏｌ％、ＮＯ．２では１７．２ｖｏｌ％、
ＮＯ．３では２９．４ｖｏｌ％、ＮＯ．４では４５．４
ｖｏｌ％、ＮＯ．５では５５．５ｖｏｌ％である。
【００１７】
【表１】 得られた複合粉末では、平均粒径０．５μｍの複合粉末
粒子に平均粒径０．０２μｍのＴｉ粒子が分散してい
た。この様に複合粉末の粒径は微小のため焼結性は良好
と考えられる。
粒子に平均粒径０．０２μｍのＴｉ粒子が分散してい
た。この様に複合粉末の粒径は微小のため焼結性は良好
と考えられる。
【００１８】以下、ＮＯ．３に係る複合粉末を例にとっ
て、複合粉末の調整方法を説明する。図１はこの調整方
法のフローチャートを示す。図１から理解できる様にＡ
ｌ（Ｏi Ｐｒ）3 ２モルを有機溶媒としてのＥＥ２０モ
ルに溶解する。ＥＥはエチレングリコールモノエチルエ
ーテル（構造式；Ｃ2 Ｈ5 Ｏ−Ｃ−Ｃ−ＯＨ）である。
て、複合粉末の調整方法を説明する。図１はこの調整方
法のフローチャートを示す。図１から理解できる様にＡ
ｌ（Ｏi Ｐｒ）3 ２モルを有機溶媒としてのＥＥ２０モ
ルに溶解する。ＥＥはエチレングリコールモノエチルエ
ーテル（構造式；Ｃ2 Ｈ5 Ｏ−Ｃ−Ｃ−ＯＨ）である。
【００１９】更に触媒として機能する塩酸（０．０２モ
ル）を加え、塩酸酸性下にて、上記液を室温にて１時間
攪拌する。このとき、加水分解に必要な純水２モルをＥ
Ｅ２０モルにて希釈した希釈液を滴下し、部分加水分解
を行う。これを溶液Ａとする。溶液Ａと同様の手順にて
溶液Ｂを調整する。即ち、Ｔｉ（Ｏi Ｐｒ）4 １モルを
有機溶媒としてのＥＥ１０モルに溶解する。更に塩酸
（０．０１モル）を加え、塩酸酸性下にて室温にて攪拌
する。このとき純水２モルをＥＥ２０モルにて希釈した
希釈液を滴下し、部分加水分解を行う。これを溶液Ｂと
する。
ル）を加え、塩酸酸性下にて、上記液を室温にて１時間
攪拌する。このとき、加水分解に必要な純水２モルをＥ
Ｅ２０モルにて希釈した希釈液を滴下し、部分加水分解
を行う。これを溶液Ａとする。溶液Ａと同様の手順にて
溶液Ｂを調整する。即ち、Ｔｉ（Ｏi Ｐｒ）4 １モルを
有機溶媒としてのＥＥ１０モルに溶解する。更に塩酸
（０．０１モル）を加え、塩酸酸性下にて室温にて攪拌
する。このとき純水２モルをＥＥ２０モルにて希釈した
希釈液を滴下し、部分加水分解を行う。これを溶液Ｂと
する。
【００２０】溶液Ａと溶液Ｂとを混ぜ合わせ、室温で１
時間攪拌混合する。更に触媒として機能するアンモニア
水溶液を添加し、液がｐＨ＝１１になる様にする。この
液に、純水６モルをＥＥ６０モルに希釈した希釈液を加
え、加水分解を行なう。更に室温で攪拌し脱水縮重合反
応を促す。これによりコロイド粒子が分散したゾルが得
られる。更に縮重合反応が進み、アルミナ及びチタニヤ
（以下ＴｉＯ2 ともいう）を複合化したゲルの沈澱が得
られる。
時間攪拌混合する。更に触媒として機能するアンモニア
水溶液を添加し、液がｐＨ＝１１になる様にする。この
液に、純水６モルをＥＥ６０モルに希釈した希釈液を加
え、加水分解を行なう。更に室温で攪拌し脱水縮重合反
応を促す。これによりコロイド粒子が分散したゾルが得
られる。更に縮重合反応が進み、アルミナ及びチタニヤ
（以下ＴｉＯ2 ともいう）を複合化したゲルの沈澱が得
られる。
【００２１】このゲルを吸引濾過にて選別し、濾過物を
２００℃×１ｈｒ（大気中）乾燥する。その後、濾過物
を１０００℃×３ｈｒ水素流にて熱処理し、ＴｉＯ2 の
みを選択的に還元し、チタン及びアルミナが複合化した
複合粉末を得る。この複合粉末は微小粉末粒子である。
図１に示す〜の反応は以下の通りと考えられる。 ：Ａｌ（Ｏi Ｐｒ）3 →Ａｌ（ＯＲ）3 ここでＲ：−（ＣＨ2 ）2 −（ＯＣ2 Ｈ5 ） ’：Ｔｉ（Ｏi Ｐｒ）4 →Ｔｉ（ＯＲ）4 ：Ａｌ（ＯＲ）3 →（ＲＯ）2 ＡｌＯＨ ’：Ｔｉ（ＯＲ）4 →（ＲＯ）2 Ｔｉ（ＯＨ）2 （２）焼結 得られた表１に示す組成の複合粉末を用い、それぞれの
複合粉末を２００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で一軸プレスによ
り成形した。更にこの成形体を薄肉ゴム袋に詰め、袋内
を真空にした後にＣＩＰ法（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔ
ｉｃ Ｐｒｅｓｓ）法にて３０００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力
で常温域において加圧した。
２００℃×１ｈｒ（大気中）乾燥する。その後、濾過物
を１０００℃×３ｈｒ水素流にて熱処理し、ＴｉＯ2 の
みを選択的に還元し、チタン及びアルミナが複合化した
複合粉末を得る。この複合粉末は微小粉末粒子である。
図１に示す〜の反応は以下の通りと考えられる。 ：Ａｌ（Ｏi Ｐｒ）3 →Ａｌ（ＯＲ）3 ここでＲ：−（ＣＨ2 ）2 −（ＯＣ2 Ｈ5 ） ’：Ｔｉ（Ｏi Ｐｒ）4 →Ｔｉ（ＯＲ）4 ：Ａｌ（ＯＲ）3 →（ＲＯ）2 ＡｌＯＨ ’：Ｔｉ（ＯＲ）4 →（ＲＯ）2 Ｔｉ（ＯＨ）2 （２）焼結 得られた表１に示す組成の複合粉末を用い、それぞれの
複合粉末を２００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で一軸プレスによ
り成形した。更にこの成形体を薄肉ゴム袋に詰め、袋内
を真空にした後にＣＩＰ法（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔ
ｉｃ Ｐｒｅｓｓ）法にて３０００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力
で常温域において加圧した。
【００２２】次にこの成形体を大気圧の非酸化性雰囲気
中（Ａｒ）の炉内に装入し、昇温速度１℃／ｍｉｎで昇
温し、１５００℃において１時間焼結し、これによりチ
タンとアルミナとを複合化した複合焼結体を得た。得ら
れた複合焼結体をＪＩＳ１６０１に準じて加工し、室温
において４点曲げ強度を測定した。さらにＪＩＳ１６０
７に準じて複合焼結体の破壊靱性を測定し、表２に示す
結果を得た。
中（Ａｒ）の炉内に装入し、昇温速度１℃／ｍｉｎで昇
温し、１５００℃において１時間焼結し、これによりチ
タンとアルミナとを複合化した複合焼結体を得た。得ら
れた複合焼結体をＪＩＳ１６０１に準じて加工し、室温
において４点曲げ強度を測定した。さらにＪＩＳ１６０
７に準じて複合焼結体の破壊靱性を測定し、表２に示す
結果を得た。
【００２３】
【表２】 表２に示す様にＴｉが７．６ｖｏｌ％含まれる比較例１
では室温強度は８１０ＭＰａ、破壊靭性値は３．３ＭＰ
ａ√ｍである。Ｔｉが１７．２ｖｏｌ％含まれる試験例
１では室温強度は８３０ＭＰａ、破壊靭性値は７．２Ｍ
Ｐａ√ｍである。Ｔｉが２９．４ｖｏｌ％含まれる試験
例２では室温強度は８５０ＭＰａ、破壊靭性値は１０．
２ＭＰａ√ｍである。Ｔｉ４５．４ｖｏｌ％含まれる試
験例３では室温強度は７３０ＭＰａ、破壊靭性値は１
２．５ＭＰａ√ｍである。Ｔｉが５５．５ｖｏｌ％含ま
れる比較例２では室温強度は５８０ＭＰａ、破壊靭性値
は１２．３ＭＰａ√ｍである。ちなみにＴｉを含有しな
いアルミナ焼結体では破壊靭性値は２〜３ＭＰａ√ｍ程
度である。
では室温強度は８１０ＭＰａ、破壊靭性値は３．３ＭＰ
ａ√ｍである。Ｔｉが１７．２ｖｏｌ％含まれる試験例
１では室温強度は８３０ＭＰａ、破壊靭性値は７．２Ｍ
Ｐａ√ｍである。Ｔｉが２９．４ｖｏｌ％含まれる試験
例２では室温強度は８５０ＭＰａ、破壊靭性値は１０．
２ＭＰａ√ｍである。Ｔｉ４５．４ｖｏｌ％含まれる試
験例３では室温強度は７３０ＭＰａ、破壊靭性値は１
２．５ＭＰａ√ｍである。Ｔｉが５５．５ｖｏｌ％含ま
れる比較例２では室温強度は５８０ＭＰａ、破壊靭性値
は１２．３ＭＰａ√ｍである。ちなみにＴｉを含有しな
いアルミナ焼結体では破壊靭性値は２〜３ＭＰａ√ｍ程
度である。
【００２４】この様にＴｉが１０ｖｏｌ％未満である比
較例１によれば、室温強度を確保できるものの、破壊靭
性値は低い。表２から理解できる様にＴｉのｖｏｌ％が
増加すれば、破壊靭性値は確保できる。しかしＴｉｖｏ
ｌ％が過剰に増加すれば、即ち比較例２の様にＴｉが５
０ｖｏｌ％を越えれば室温強度が低下する傾向となる。
従って室温強度及び破壊靭性値の双方の確保を考慮する
と、Ｔｉは１０〜５０ｖｏｌ％が好ましいことがわか
る。 （３）実施例２ 実施例２は、酸化物セラミックスであるムライト（３Ａ
ｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2）とチタンとを複合したチタン−
ムライト複合粉末を用いる例である。
較例１によれば、室温強度を確保できるものの、破壊靭
性値は低い。表２から理解できる様にＴｉのｖｏｌ％が
増加すれば、破壊靭性値は確保できる。しかしＴｉｖｏ
ｌ％が過剰に増加すれば、即ち比較例２の様にＴｉが５
０ｖｏｌ％を越えれば室温強度が低下する傾向となる。
従って室温強度及び破壊靭性値の双方の確保を考慮する
と、Ｔｉは１０〜５０ｖｏｌ％が好ましいことがわか
る。 （３）実施例２ 実施例２は、酸化物セラミックスであるムライト（３Ａ
ｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2）とチタンとを複合したチタン−
ムライト複合粉末を用いる例である。
【００２５】フローチャートを示す図２に基づいて説明
する。まず、アルミニウムのアルコキシドＡｌ（Ｏi Ｐ
ｒ）3 １モルを、溶媒としてのＥＥ２０モルに溶解す
る。更にその液にテトラエトキシシランＳｉ（ＯＣ2 Ｈ
5 ）4 を１モル添加し、室温で１時間攪拌する。更に触
媒として機能する塩酸（０．０２モル）を加え、塩酸酸
性下にて、上記液を室温にて攪拌する。このとき、加水
分解に必要な純水４モルをＥＥ２０モルにて希釈した希
釈液を滴下し、部分加水分解を行う。更に１２５℃で３
時間還流する。これを溶液Ｃとする。
する。まず、アルミニウムのアルコキシドＡｌ（Ｏi Ｐ
ｒ）3 １モルを、溶媒としてのＥＥ２０モルに溶解す
る。更にその液にテトラエトキシシランＳｉ（ＯＣ2 Ｈ
5 ）4 を１モル添加し、室温で１時間攪拌する。更に触
媒として機能する塩酸（０．０２モル）を加え、塩酸酸
性下にて、上記液を室温にて攪拌する。このとき、加水
分解に必要な純水４モルをＥＥ２０モルにて希釈した希
釈液を滴下し、部分加水分解を行う。更に１２５℃で３
時間還流する。これを溶液Ｃとする。
【００２６】溶液Ｄは次の様に調整する。即ち、Ｔｉ
（Ｏi Ｐｒ）4 １モルを溶媒としてのＥＥ１０モルに溶
解し、室温にて１時間攪拌する。更に触媒として機能す
る塩酸（０．０１モル）を加え、室温にて攪拌する。こ
のとき純水２モルをＥＥ２０モルにて希釈した希釈液を
滴下し、部分加水分解を行う。これを溶液Ｄとする。そ
して溶液Ｃと溶液Ｄとを混ぜ合わせ、室温で１時間攪拌
混合する。ここに触媒として機能するアンモニア水溶液
を添加し、液がｐＨ＝１１になる様にする。
（Ｏi Ｐｒ）4 １モルを溶媒としてのＥＥ１０モルに溶
解し、室温にて１時間攪拌する。更に触媒として機能す
る塩酸（０．０１モル）を加え、室温にて攪拌する。こ
のとき純水２モルをＥＥ２０モルにて希釈した希釈液を
滴下し、部分加水分解を行う。これを溶液Ｄとする。そ
して溶液Ｃと溶液Ｄとを混ぜ合わせ、室温で１時間攪拌
混合する。ここに触媒として機能するアンモニア水溶液
を添加し、液がｐＨ＝１１になる様にする。
【００２７】この液に、純水７モルをＥＥ７０モルにて
希釈した液を加え、加水分解を行なう。更に室温で攪拌
し脱水縮重合反応を促す。これによりコロイド粒子が分
散したゾルが得られる。更に縮重合反応が進行して３Ａ
ｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 及びＴｉＯ2 を複合化した粒子か
らなるゲルの沈澱が得られる。このゲルを吸引濾過にて
選別し、２００℃で１ｈｒ大気中で乾燥する。その後、
１０００℃×３ｈｒ水素流にて熱処理し、ＴｉＯ2 のみ
を選択的に還元し、Ｔｉ、Ａｌ2 Ｏ3 を複合化した微細
な複合粉末を得る。
希釈した液を加え、加水分解を行なう。更に室温で攪拌
し脱水縮重合反応を促す。これによりコロイド粒子が分
散したゾルが得られる。更に縮重合反応が進行して３Ａ
ｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 及びＴｉＯ2 を複合化した粒子か
らなるゲルの沈澱が得られる。このゲルを吸引濾過にて
選別し、２００℃で１ｈｒ大気中で乾燥する。その後、
１０００℃×３ｈｒ水素流にて熱処理し、ＴｉＯ2 のみ
を選択的に還元し、Ｔｉ、Ａｌ2 Ｏ3 を複合化した微細
な複合粉末を得る。
【００２８】上記した様にムライト系の複合粉末を得る
場合にはＡｌ（Ｏi Ｐｒ）3 とＴｉ（Ｏi Ｐｒ）4 とを
混合する前に、Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 を加え還流を施す
ことにより、ＡｌとＳｉとを複合化する。この様にして
調整した複合粉末では、平均粒径０．６μｍのＡｌ2 Ｏ
3 粒子に平均粒径０．０３μｍＴｉ粒子が分散してい
た。この複合粉末ではＡｌ2 Ｏ3 粒子の内部にＴｉ粒子
が内在していると考えられる。
場合にはＡｌ（Ｏi Ｐｒ）3 とＴｉ（Ｏi Ｐｒ）4 とを
混合する前に、Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 を加え還流を施す
ことにより、ＡｌとＳｉとを複合化する。この様にして
調整した複合粉末では、平均粒径０．６μｍのＡｌ2 Ｏ
3 粒子に平均粒径０．０３μｍＴｉ粒子が分散してい
た。この複合粉末ではＡｌ2 Ｏ3 粒子の内部にＴｉ粒子
が内在していると考えられる。
【００２９】得られた複合粉末を用い、実施例１の場合
と同様に成形し、大気圧下の非酸化性雰囲気（Ａｒ）中
で焼結し、複合焼結体を得た。この複合焼結体は、実施
例１の場合と同様に室温強度及び破壊靭性が共に良好で
あった。 （他）なお上記したゾル−ゲル法では、原料として用い
る金属アルコキシドの種類に応じてｐＨ調整を調整する
ことが好ましい。
と同様に成形し、大気圧下の非酸化性雰囲気（Ａｒ）中
で焼結し、複合焼結体を得た。この複合焼結体は、実施
例１の場合と同様に室温強度及び破壊靭性が共に良好で
あった。 （他）なお上記したゾル−ゲル法では、原料として用い
る金属アルコキシドの種類に応じてｐＨ調整を調整する
ことが好ましい。
【００３０】本発明方法に係る複合粉末は、金属粒子を
１０〜５０ｖｏｌ％含むものであるが、酸化物セラミッ
クスの種類、金属粒子の種類、複合焼結体の用途等に応
じて金属粒子の割合は適宜変更できるものであり、また
表２に示す特性から理解できる様に金属粒子の割合が多
くなると破壊靭性値は確保できるものの、強度が低下す
る傾向がある。また酸化物セラミックスよりも比重が大
きな金属粒子の場合には、金属粒子の割合が増すと複合
焼結体の比重が増加し易い。これらの事情を考慮して金
属粒子の割合を選択することが好ましく、従って金属粒
子は例えば上限値が４０ｖｏｌ％、３５ｖｏｌ％、３０
ｖｏｌ％にでき、下限値が１５ｖｏｌ％、２０ｖｏｌ
％、２５ｖｏｌ％にすることもできる。
１０〜５０ｖｏｌ％含むものであるが、酸化物セラミッ
クスの種類、金属粒子の種類、複合焼結体の用途等に応
じて金属粒子の割合は適宜変更できるものであり、また
表２に示す特性から理解できる様に金属粒子の割合が多
くなると破壊靭性値は確保できるものの、強度が低下す
る傾向がある。また酸化物セラミックスよりも比重が大
きな金属粒子の場合には、金属粒子の割合が増すと複合
焼結体の比重が増加し易い。これらの事情を考慮して金
属粒子の割合を選択することが好ましく、従って金属粒
子は例えば上限値が４０ｖｏｌ％、３５ｖｏｌ％、３０
ｖｏｌ％にでき、下限値が１５ｖｏｌ％、２０ｖｏｌ
％、２５ｖｏｌ％にすることもできる。
【００３１】（付記）上記した実施例から次の技術的思
想も把握できる。 ○酸化物セラミックスの粉末粒子の粒内にｎｍオーダの
超微粒子状の金属が内在するナノ複合粉末及びその製造
方法。 ○複合粉末の平均粒径は０．１〜１μｍ、金属粒子は
０．００５〜０．１μｍである請求項１に記載の方法。 ○室温強度が７００ＭＰａ以上で、破壊靭性値が５ＭＰ
ａ√ｍ以上であるアルミナセラミックス。
想も把握できる。 ○酸化物セラミックスの粉末粒子の粒内にｎｍオーダの
超微粒子状の金属が内在するナノ複合粉末及びその製造
方法。 ○複合粉末の平均粒径は０．１〜１μｍ、金属粒子は
０．００５〜０．１μｍである請求項１に記載の方法。 ○室温強度が７００ＭＰａ以上で、破壊靭性値が５ＭＰ
ａ√ｍ以上であるアルミナセラミックス。
【００３２】
【発明の効果】請求項１に係る方法によれば、高強度、
高靭性の金属−酸化物セラミックスの複合焼結体が得ら
れる。請求項１に係る方法によれば、粉末の段階で酸化
物セラミックスの内に金属粒子が内在し易いので、複合
粉末の焼結の際に酸化物セラミックス粒子同士の焼結特
性を金属粒子が阻害することは、抑制され、酸化物セラ
ミックスの焼結性は良好に確保される。故に焼結の際に
加圧するＨＰ法やＨＩＰ法が必須ではなく、大気圧下で
の焼結も可能となる利点が得られる。
高靭性の金属−酸化物セラミックスの複合焼結体が得ら
れる。請求項１に係る方法によれば、粉末の段階で酸化
物セラミックスの内に金属粒子が内在し易いので、複合
粉末の焼結の際に酸化物セラミックス粒子同士の焼結特
性を金属粒子が阻害することは、抑制され、酸化物セラ
ミックスの焼結性は良好に確保される。故に焼結の際に
加圧するＨＰ法やＨＩＰ法が必須ではなく、大気圧下で
の焼結も可能となる利点が得られる。
【００３３】請求項２に係る方法によれば、高強度、高
靭性のチタン−アルミナの複合焼結体が得られる。チタ
ンは比重が比較的軽いので、複合焼結体の軽量化にも有
利である。
靭性のチタン−アルミナの複合焼結体が得られる。チタ
ンは比重が比較的軽いので、複合焼結体の軽量化にも有
利である。
【図１】実施例１に係る複合粉末を製造する過程を示す
フローチャートである。
フローチャートである。
【図２】実施例２に係る複合粉末を製造する過程を示す
フローチャートである。
フローチャートである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/00,35/10 C04B 35/622 - 35/64 C22C 1/05
Claims (2)
- 【請求項１】酸化物セラミックスとなるセラミックス構
成成分と該酸化物セラミックスに複合される金属成分と
を含む溶液の加水分解、縮重合を経てゾルを形成し、該
ゾルを経てゲルを形成し、該ゲルに対して水素雰囲気で
熱処理して選択的に還元することにより、金属成分から
なる金属粒子を形成し、該金属成分からなる金属粒子を
１０〜５０ｖｏｌ％含む金属−酸化物セラミックスの複
合粉末を得る工程と、 該複合粉末を所定形状に成形すると共に非酸化性雰囲気
中で焼結して複合焼結体を得る工程とを順に実施するこ
とを特徴とする金属−酸化物セラミックス複合焼結体の
製造方法。 - 【請求項２】金属はチタン、酸化物セラミックスはアル
ミナまたはムライトであることを特徴とする請求項１に
記載の金属−酸化物セラミックス複合焼結体の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12775595A JP3221284B2 (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | 金属−酸化物セラミックス複合焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12775595A JP3221284B2 (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | 金属−酸化物セラミックス複合焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08325069A JPH08325069A (ja) | 1996-12-10 |
| JP3221284B2 true JP3221284B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=14967894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12775595A Expired - Fee Related JP3221284B2 (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | 金属−酸化物セラミックス複合焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3221284B2 (ja) |
-
1995
- 1995-05-26 JP JP12775595A patent/JP3221284B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08325069A (ja) | 1996-12-10 |
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