JP3350710B2 - Alumina-based superplastic ceramics - Google Patents
Alumina-based superplastic ceramicsInfo
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- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、アルミナ
系超塑性セラミックスに関するものである。さらに詳し
くは、この出願の発明は、合成に特別な粉体プロセスを
必要とせず、かつ、可能なひずみ速度が従来の10〜100
倍にも達する、新しいアルミナ系超塑性セラミックスに
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alumina-based superplastic ceramic. More specifically, the invention of this application does not require a special powder process for synthesis, and the possible strain rate is 10 to 100
This is a new type of alumina-based superplastic ceramics that is twice as large.
【0002】[0002]
【従来の技術とその課題】従来より、アルミナ系セラミ
ックスは優れた耐熱性、耐食性、耐摩耗性、および硬度
を有することから、高温材料、高剛性材料等として幅広
く使用されてきた。しかし、これら従来のアルミナ系セ
ラミックスは脆く、高温でも延性を示さないため、金属
材料のような塑性加工ができなかった。さらに、硬度が
高いために切削や研磨などが難しく、非常に加工コスト
のかかる材料であった。最近になって、アルミナにジル
コニア粒子を分散させて粒径を微細化することにより、
200 〜500%程度の引張延性を有するアルミナ系セラミッ
クスが得られるようになった。一般に、結晶粒組織が微
細なセラミックスを作製するには、アルミナやジルコニ
アなどの原料粉体の調整に微粒子を用いることや、さら
に、高温引張変形中に発生する粒成長を抑えることが必
要とされる。しかし、粒子は細かくなればなるほど凝集
しやすくなるため、アルミナ系セラミックスのアルミナ
母相の粒径を細かくすることや、ジルコニアを微粒子の
まま分散させることは、非常に困難である。そのため、
このような延性を得るためには、セラミックスの合成に
際して原料の微粉体を分散させるための高度な制御を要
するほか、塑性加工の時のひずみ速度を1 ×10-4〜2 ×
10-3/sec以下と極めて小さくする必要があった。2. Description of the Related Art Alumina-based ceramics have been widely used as high-temperature materials, high-rigidity materials and the like because of their excellent heat resistance, corrosion resistance, wear resistance, and hardness. However, these conventional alumina-based ceramics are brittle and do not exhibit ductility even at a high temperature, so that plastic working like a metal material cannot be performed. Further, the material has a high hardness and is difficult to cut or grind, so that the material is very expensive to process. Recently, by dispersing zirconia particles in alumina to reduce the particle size,
Alumina ceramics having a tensile ductility of about 200 to 500% can be obtained. In general, in order to produce ceramics having a fine grain structure, it is necessary to use fine particles for adjusting raw material powders such as alumina and zirconia, and to further suppress grain growth occurring during high-temperature tensile deformation. You. However, the finer the particles, the more likely they are to agglomerate. Therefore, it is very difficult to reduce the particle size of the alumina matrix of the alumina-based ceramics or to disperse zirconia as fine particles. for that reason,
In order to obtain such ductility, a high level of control is required to disperse the fine powder of the raw material during the synthesis of ceramics, and the strain rate during plastic working is 1 × 10-4 to 2 ×
It was necessary to be extremely small, 10-3 / sec or less.
【0003】また一方で、基質をイットリア添加ジルコ
ニアとするセラミックスにおいては、応力集中を緩和す
るためにSiO2系ガラス相を多量に添加することで、比較
的大きなひずみ速度や高延性を有するセラミックスを得
ることができる。しかし、セラミックスにガラス相を共
存させることで、靱性を低下させたり、繰り返し疲労特
性を劣化させてしまっていた。その他のジルコニア系以
外の既存のセラミックスについても、たとえ超塑性が発
現しても、そのひずみ速度は10-4/sec以下と極めて小さ
いものであった。On the other hand, in the case of ceramics using zirconia doped with yttria as a substrate, ceramics having a relatively high strain rate and high ductility can be obtained by adding a large amount of a SiO2 glass phase to alleviate stress concentration. be able to. However, coexistence of a glass phase in ceramics has reduced toughness and repeatedly deteriorated fatigue properties. Even for other existing ceramics other than zirconia-based ceramics, even if superplasticity was exhibited, the strain rate was extremely low at 10-4 / sec or less.
【0004】これらの様に小さなひずみ速度では、実際
にセラミックス材料を工業上の塑性加工に適用すること
は不可能である。このため、アルミナ系セラミックスの
加工を可能とする速度、つまりひずみ速度を高めること
が強く求められている。そこで、この出願の発明は、以
上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術
の問題点を解消し、合成に特別な粉体プロセスを必要と
せず簡単に、かつ、可能なひずみ速度が従来の10〜100
倍にも達する、新しいアルミナ系超塑性セラミックスを
提供することを課題としている。At such a low strain rate, it is impossible to actually apply the ceramic material to industrial plastic working. For this reason, it is strongly required to increase the speed at which the processing of alumina-based ceramics is possible, that is, the strain speed. Therefore, the invention of this application has been made in view of the circumstances described above, and solves the problems of the prior art, and does not require a special powder process for synthesis, and can easily perform the distortion. Speed is 10 ~ 100
It is an object to provide a new alumina-based superplastic ceramic that is twice as large.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、以下の通りの発明を提供
する。すなわち、まず第1には、この出願の発明は、ジ
ルコニアおよびマグネシア・アルミナ系スピネルを含有
したアルミナ系超塑性セラミックスであって、ジルコニ
ア相、マグネシア・アルミナ系スピネル相およびアルミ
ナ相の三相の合計が90vol%以上であり、焼結後の各相の
平均結晶粒径が、マグネシア・アルミナ系スピネル相お
よびアルミナ相では各々2.5 μm以下であって、ジルコ
ニア相では1.0μm 以下であり、1300℃以上の温度にお
ける1.0 ×10-4/sec以上のひずみ速度での引張延性が20
0%以上であることを特徴とする、アルミナ系超塑性セラ
ミックスを提供する。また、第2には、この出願の発明
は、ジルコニア相が20〜40vol%、マグネシア・アルミナ
系スピネル相が20〜40vol %、およびアルミナ相が20〜
60vol%であって、1300℃以上の温度における1.0 ×10-4
〜1.0 ×10-2/secのひずみ速度での引張延性が500%以上
であることを特徴とする、上記第1の発明のアルミナ系
超塑性セラミックスを提供する。Means for Solving the Problems The invention of this application provides the following inventions to solve the above problems. That is, first of all, the invention of this application relates to an alumina-based superplastic ceramic containing zirconia and magnesia-alumina-based spinel, wherein a total of three phases of a zirconia phase, a magnesia-alumina-based spinel phase and an alumina phase is provided. Is 90 vol% or more, and the average crystal grain size of each phase after sintering is 2.5 μm or less for each of the magnesia-alumina-based spinel phase and the alumina phase, 1.0 μm or less for the zirconia phase, and 1300 ° C. or more. Tensile ductility at a strain rate of 1.0 × 10-4 / sec or more at a temperature of 20
An alumina-based superplastic ceramic characterized by being at least 0%. Secondly, the invention of the present application discloses that the zirconia phase is 20 to 40 vol%, the magnesia-alumina spinel phase is 20 to 40 vol%, and the alumina phase is 20 to 40 vol%.
60 vol%, 1.0 × 10-4 at a temperature of 1300 ° C or higher
The alumina-based superplastic ceramic according to the first aspect of the present invention is characterized in that the tensile ductility at a strain rate of 1.0 to 10-2 / sec is 500% or more.
【0006】そして、第3には、この出願の発明は、ジ
ルコニア相、マグネシア・アルミナ系スピネル相および
アルミナ相のうちの1種または2種以上の相に、Y 、C
e、Ca、Ti、Cr、Mn、Feのうちの1種または2種以上の
元素を合計10wt% 以下まで含むことや、第4には、ジル
コニア相、マグネシア・アルミナ系スピネル相およびア
ルミナ相以外の化合物の合計が10vol%未満であって、そ
れらの化合物がZr、Mg、Al、Y 、Ce、Ca、Ti、Cr、Mn、
Feのうちの1種または2種以上の元素からなる酸化物で
あることを特徴とする、上記第1または第2の発明のア
ルミナ系超塑性セラミックスを提供する。また、第5に
は、この出願の発明は、ジルコニア相は正方晶もしくは
立方晶であり、マグネシア・アルミナ系スピネル相はマ
グネシアとアルミナのモル比が1 :1 〜1 :1.5 の範囲
にあって、アルミナ相は菱面体構造であることを特徴と
する、上記いずれかのアルミナ系超塑性セラミックスを
提供する。Thirdly, the invention of the present application discloses that one or more of a zirconia phase, a magnesia-alumina-based spinel phase and an alumina phase contain Y, C
e, containing at least one element of Ca, Ti, Cr, Mn, and Fe up to a total of 10 wt% or less; and fourth, other than zirconia phase, magnesia-alumina spinel phase and alumina phase. Is less than 10 vol%, and those compounds are Zr, Mg, Al, Y, Ce, Ca, Ti, Cr, Mn,
The present invention provides the alumina-based superplastic ceramic according to the first or second invention, which is an oxide composed of one or more elements of Fe. Fifth, according to the invention of this application, the zirconia phase is tetragonal or cubic, and the magnesia-alumina spinel phase has a molar ratio of magnesia to alumina in the range of 1: 1 to 1: 1.5. The present invention provides any one of the above alumina-based superplastic ceramics, wherein the alumina phase has a rhombohedral structure.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記の通りの
特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態につい
て詳しく説明する。この出願の第1の発明のアルミナ系
超塑性セラミックスは、原材料であるアルミナ、マグネ
シア、ジルコニアの微粉体を、ジルコニア相、マグネシ
ア・アルミナ系スピネル相およびアルミナ相の三相の合
計が90vol%以上となるように調整され、ボールミルで混
合されて得られた原料粉体に、通常のCIP成形(静水
圧成形)および焼結処理が施されて作製される。原料微
粉体の好ましい粒径範囲としては、アルミナが0.03〜0.
5 μm 、マグネシアが0.017 〜0.3 μm 、およびジルコ
ニアが0.025 〜0.1 μm である。また、焼結処理は、常
圧、大気雰囲気の下で、1350〜1500℃の温度条件で行わ
れるのが好ましい。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention of this application has the features as described above, and the embodiments will be described in detail below. The alumina-based superplastic ceramics of the first invention of the present application is obtained by mixing fine powder of alumina, magnesia, and zirconia, which are raw materials, with a total of three phases of a zirconia phase, a magnesia-alumina-based spinel phase, and an alumina phase of 90 vol% or more. It is prepared by subjecting the raw material powder obtained by mixing and mixing with a ball mill to ordinary CIP molding (hydrostatic molding) and sintering. As a preferable particle size range of the raw material fine powder, alumina is 0.03 to 0.
5 μm, magnesia 0.017-0.3 μm, and zirconia 0.025-0.1 μm. Further, the sintering treatment is preferably performed at a temperature of 1350 to 1500 ° C. under normal pressure and atmospheric atmosphere.
【0008】得られたアルミナ系超塑性セラミックス
は、ジルコニア粒子とマグネシア・アルミナ系スピネル
粒子がアルミナ母相に同時多量分散した構造となり、マ
グネシア・アルミナ系スピネル相およびアルミナ相の平
均結晶粒径は各々2.5 μm以下に、ジルコニア相の平均
結晶粒径は1.0 μm 以下に微細化される。この構造によ
って、高温引張変形中に発生する超塑性を阻害する粒成
長と粒界の応力集中による損傷とを抑止することができ
る。The obtained alumina-based superplastic ceramics has a structure in which zirconia particles and magnesia-alumina-based spinel particles are simultaneously and largely dispersed in an alumina matrix, and the average crystal grain size of the magnesia-alumina-based spinel phase and the alumina phase is respectively The average crystal grain size of the zirconia phase is refined to 2.5 μm or less and 1.0 μm or less. With this structure, it is possible to suppress grain growth that inhibits superplasticity generated during high-temperature tensile deformation and damage caused by stress concentration at grain boundaries.
【0009】これによって、1300℃以上の温度における
1.0 ×10-4/sec以上でのひずみ速度で、200%以上の引張
延性を示すアルミナ系超塑性セラミックスが実現され
る。また、この出願の第2の発明のアルミナ系超塑性セ
ラミックスは、上記第1の発明において、原材料である
アルミナ、マグネシア、ジルコニアの微粉体を、ジルコ
ニア相およびマグネシア・アルミナ系スピネル相がそれ
ぞれ20〜40vol%に、アルミナ相が20〜60vol%となるよう
に調整され、その後同様に成形、焼結されることによっ
て作製される。[0009] Thereby, at a temperature of 1300 ° C or more,
At a strain rate of 1.0 × 10−4 / sec or more, an alumina-based superplastic ceramic exhibiting a tensile ductility of 200% or more is realized. Further, the alumina-based superplastic ceramics of the second invention of this application is the same as the first invention, wherein the fine powder of alumina, magnesia, and zirconia as raw materials is mixed with a zirconia phase and a magnesia-alumina-based spinel phase each having a particle size of 20 to 50%. The alumina phase is adjusted to 20 to 60 vol% to 40 vol%, and then molded and sintered in the same manner.
【0010】これによって、1300℃以上の温度における
1.0 ×10-4〜1.0 ×10-2/secのひずみ速度で、500%以上
の引張延性を示すアルミナ系超塑性セラミックスが実現
される。さらに、上記第1もしくは第2の発明のアルミ
ナ系超塑性セラミックスにおいて、この出願の第3の発
明によると、ジルコニア相、マグネシア・アルミナ系ス
ピネル相およびアルミナ相のうちの1種または2種以上
の相に、Y 、Ce、Ca、Ti、Cr、Mn、Feのうちの1種また
は2種以上の元素を合計10wt% 以下まで含むように作製
されても良いし、また、第4の発明によると、ジルコニ
ア相、マグネシア・アルミナ系スピネル相およびアルミ
ナ相以外の化合物の合計が10vol%未満であって、それら
の化合物がZr、Mg、Al、Y 、Ce、Ca、Ti、Cr、Mn、Feの
うちの1種または2種以上の元素からなる酸化物となる
ように作製されてもよい。Cr、Feはアルミナ相に、Y 、
Ce、Ca、Tiはジルコニア相に、Y 、Cr、Mn、Feはマグネ
シア・アルミナ系スピネル相に固溶させることで、粒子
の拡散を促進させる効果がある。また、Y3Al5O12、ZrTi
O4、AlFeO4、Al2TO5、CaZrO3、MgCr2O4 、MgMn2O4 等の
酸化物が形成されると、粒成長を抑制させる効果があ
る。[0010] Thereby, at a temperature of 1300 ° C or more,
At a strain rate of 1.0 × 10−4 to 1.0 × 10−2 / sec, an alumina-based superplastic ceramic exhibiting a tensile ductility of 500% or more is realized. Further, in the alumina-based superplastic ceramic of the first or second invention, according to the third invention of this application, one or more of a zirconia phase, a magnesia-alumina-based spinel phase and an alumina phase are provided. The phase may contain one or more of Y, Ce, Ca, Ti, Cr, Mn, and Fe elements up to a total of 10 wt% or less. And, the total of the compounds other than the zirconia phase, the magnesia-alumina-based spinel phase and the alumina phase is less than 10 vol%, and those compounds are Zr, Mg, Al, Y, Ce, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe May be made to be an oxide composed of one or more of the above elements. Cr and Fe are converted to alumina phase, Y and
Ce, Ca, and Ti are dissolved in the zirconia phase and Y, Cr, Mn, and Fe are dissolved in the magnesia-alumina-based spinel phase, thereby promoting the diffusion of particles. Also, Y3Al5O12, ZrTi
When oxides such as O4, AlFeO4, Al2TO5, CaZrO3, MgCr2O4, and MgMn2O4 are formed, there is an effect of suppressing grain growth.
【0011】これによっても、上記第1もしくは第2の
発明と同じ引張延性を示すアルミナ系超塑性セラミック
スが実現される。この出願の第5の発明のアルミナ系超
塑性セラミックスは、ジルコニア相は正方晶もしくは立
方晶であり、マグネシア・アルミナ系スピネル相はマグ
ネシアとアルミナのモル比が1 :1 〜1.5 の範囲にあっ
て、アルミナ相は菱面体構造である、最も安定な構造を
とることを特徴とする、上記いずれかの発明のアルミナ
系超塑性セラミックスである。According to this, the alumina-based superplastic ceramics having the same tensile ductility as the first or second invention is realized. In the alumina-based superplastic ceramics according to the fifth invention of this application, the zirconia phase is tetragonal or cubic, and the magnesia-alumina-based spinel phase has a molar ratio of magnesia to alumina in the range of 1: 1 to 1.5. The alumina-based superplastic ceramic according to any one of the above inventions, characterized in that the alumina phase has the most stable structure having a rhombohedral structure.
【0012】これによって、例えば、1300℃以上の温度
における8 ×10-4〜2 ×10-2/secのひずみ速度で500 〜
1000% という、最も高い引張延性を示すアルミナ系超塑
性セラミックスが実現される。以上のように、この発明
のアルミナ系超塑性セラミックスは、アルミナ系超塑性
セラミックスとしては従来報告されていない新しい成分
系であって、特別な粉体プロセスを要せずに合成でき、
かつ可能なひずみ速度が既存のアルミナ系セラミックス
の約10〜100 倍にも達する。この発明のアルミナ系超塑
性セラミックスは、例えば、500 %以上の高延性が得ら
れる時のひずみ速度は、既存のアルミナ系セラミックス
の約5 〜60倍の速さである。また、超塑性自体が得られ
がたいとされるアルミナ系セラミックスで、1000%に達
する引張延性を初めて実現させており、1000%もの引張
延性が得られる場合でも、既存のアルミナ系セラミック
スが最も高延性を示す条件の約20倍の速さのひずみ速度
で実現される。Thus, for example, at a strain rate of 8.times.10.sup.-4 to 2.times.10.sup.-2 / sec at a temperature of 1300.degree.
Alumina-based superplastic ceramics with the highest tensile ductility of 1000% are realized. As described above, the alumina-based superplastic ceramics of the present invention is a new component system that has not been conventionally reported as alumina-based superplastic ceramics, and can be synthesized without requiring a special powder process.
And the possible strain rate is about 10 to 100 times that of existing alumina ceramics. In the alumina-based superplastic ceramics of the present invention, for example, the strain rate when a high ductility of 500% or more is obtained is about 5 to 60 times that of the existing alumina-based ceramics. In addition, superplasticity itself is difficult to obtain in alumina-based ceramics, which has achieved tensile ductility of up to 1000% for the first time. Even when tensile ductility as high as 1000% can be obtained, existing alumina-based ceramics have the highest performance. It is realized at a strain rate about 20 times faster than the condition showing ductility.
【0013】さらに、この発明のアルミナ系超塑性セラ
ミックスは、アルミナ母相に分散されたジルコニア微粒
子などの分散相によって粒成長を抑制すると同時に、そ
の塑性変形によって粒界の応力集中を緩和させて高延性
を実現させている。分散相による応力集中の緩和は、従
来知られていなかった新しい手法である。そのほか、こ
の発明のアルミナ系超塑性セラミックスに近いひずみ速
度や引張延性を得るには、基質をイットリア添加ジルコ
ニアとし、応力集中の緩和のためにSiO2系ガラス相を多
量添加する必要があったが、ガラス相が共存すること
で、靱性や繰り返し疲労特性が劣化されていた。これに
対して、この発明のアルミナ系超塑性セラミックスは、
ガラス相を含まず、これらのマイナス要因を内包してい
ない。Further, the alumina-based superplastic ceramic of the present invention suppresses grain growth by a dispersed phase such as zirconia fine particles dispersed in an alumina matrix, and at the same time, reduces stress concentration at grain boundaries by plastic deformation thereof. Has achieved ductility. Relaxation of stress concentration by the dispersed phase is a new method that has not been known before. In addition, in order to obtain a strain rate and tensile ductility close to those of the alumina-based superplastic ceramics of the present invention, it was necessary to use zirconia with yttria as a substrate and to add a large amount of a SiO2-based glass phase to alleviate stress concentration. Due to the coexistence of the glass phase, toughness and repeated fatigue properties were deteriorated. In contrast, the alumina-based superplastic ceramics of the present invention
It does not contain a glass phase and does not include these negative factors.
【0014】以上の、この出願の発明によると、特別な
手法を必要とせずにアルミナ系超塑性セラミックスが合
成できるため、製造コストを抑えることができる。さら
に、この発明は、セラミックスの超塑性を実際の工業に
おける塑性加工に適用し、高速でのアルミナ系セラミッ
クスのネットシェイプ加工を可能にするものである。従
来より、セラミックス部材は、その加工に多くのコスト
を要していたため、ネットシェイプ加工によって加工コ
ストを低く抑えることができ、広く利用の拡大を望むこ
とができる。たとえば、ネットシェイプ加工によって、
仕上げの切削加工を必要としない寸法精度が実現できれ
ば、切削加工に伴って生じる表面傷による靱性劣化の問
題を回避できるので、部材の機械的性質を向上させた
り、部材の仕上げ加工コストを低減させることが可能と
なる。またネットシェイプ加工によって、複数の部品か
らなる複雑な形状の部材を一体化して作製することで、
工程数を減少させたり、部品点数を減少させることが可
能となる。これらは、自動車エンジン、航空宇宙機エン
ジン、化学プラント、切削材チップ等の耐熱・耐摩耗性
あるいは高靱性が求められるセラミックス製部材の精密
塑性加工に、広く利用できる。According to the invention of the present application, alumina-based superplastic ceramics can be synthesized without requiring any special method, and therefore, the production cost can be reduced. Further, the present invention applies superplasticity of ceramics to plastic working in actual industry, thereby enabling high-speed net-shaping of alumina-based ceramics. Conventionally, ceramic members have required a lot of cost for processing, and therefore, the processing cost can be reduced by the net shape processing, and it is hoped that the use thereof can be widely expanded. For example, by net shape processing,
If dimensional accuracy that does not require finishing cutting can be achieved, the problem of toughness degradation due to surface scratches caused by cutting can be avoided, so that the mechanical properties of the member can be improved or the finishing cost of the member can be reduced. It becomes possible. In addition, by forming a member of a complex shape consisting of multiple parts integrally by net shape processing,
It is possible to reduce the number of steps and the number of parts. They can be widely used for precision plastic working of ceramic members, such as automobile engines, aerospace engines, chemical plants, and cutting material chips, which require heat resistance, wear resistance, or high toughness.
【0015】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
【0016】[0016]
【実施例】(実施例1)粒径0.2 μm のAl2O3 粒子、粒
径0.07μm のZr2O粒子および粒径17nmのMgO 粒子を、各
々重量比が83.5% 、14.7% 、1.8%になるように秤量し、
ボールミルにより混合した。混合粉体は、20MPa で予備
成形を、200MPaでCIP 処理を、さらに1450℃で1 時間の
加熱過程を経て焼結体とした。EXAMPLES Example 1 Al2O3 particles having a particle size of 0.2 μm, Zr2O particles having a particle size of 0.07 μm, and MgO particles having a particle size of 17 nm were weighed so that the weight ratios became 83.5%, 14.7% and 1.8%, respectively. And
The mixture was mixed by a ball mill. The mixed powder was preformed at 20 MPa, subjected to CIP treatment at 200 MPa, and further heated at 1450 ° C. for 1 hour to obtain a sintered body.
【0017】得られた焼結体の微視組織を図1に、X線
同定結果を図2示す。得られた焼結体について、アルミ
ナ相、ジルコニア相、マグネシア・アルミナ系スピネル
相の体積比は、78.5%:9.5%:12% であり、平均粒径
は、それぞれ0.8 μm 、0.15μm 、0.42μm であった。
また、得られた焼結体から試験片を切り出し、1500℃で
8.3 ×10-4/secのひずみ速度で引張試験を行った。その
結果、560%の伸びが得られた。 (実施例2)粒径0.2 μm のAl2O3 粒子、粒径0.07μm
のZr2O粒子および粒径17nmのMgO 粒子を、各々重量比が
54.4% 、40.6% 、5.0%になるように秤量し、ボールミル
により混合した。混合粉体は、20MPa で予備成形を、20
0MPaでCIP 処理を、さらに1400℃で1 時間の加熱過程を
経て焼結体とした。得られた焼結体から試験片を切り出
し、1500℃で1.0 ×10-2/secのひずみ速度で引張試験を
行ったところ、500%の伸びが得られた。また、1500℃で
2.8 ×10-3/secのひずみ速度で引張試験を行ったとこ
ろ、900%の伸びが得られた。 (実施例3)粒径0.2 μm のAl2O3 粒子、粒径0.07μm
のZr2O粒子、粒径17nmのMgO 粒子および粒径0.02μm の
Y2O3粒子を、各々の重量比が76.3% 、14.5% 、1.8%、7.
4%になるように秤量し、ボールミルにより混合した。混
合粉体は、20MPa で予備成形を、200MPaでCIP 処理を、
さらに1400℃で2 時間の加熱過程を経て焼結体とした。
得られた焼結体から試験片を切り出し、1500℃で1.4 ×
10-3/secのひずみ速度で引張試験を行った。その結果、
380%の伸びが得られた。FIG. 1 shows the microstructure of the obtained sintered body, and FIG. 2 shows the result of X-ray identification. In the obtained sintered body, the volume ratio of the alumina phase, the zirconia phase, and the magnesia-alumina-based spinel phase was 78.5%: 9.5%: 12%, and the average particle diameters were 0.8 μm, 0.15 μm, and 0.42 μm, respectively. Met.
Also, a test piece was cut out from the obtained sintered body and
A tensile test was performed at a strain rate of 8.3 × 10−4 / sec. As a result, a 560% elongation was obtained. (Example 2) Al2O3 particles having a particle size of 0.2 μm, particle size 0.07 μm
Of Zr2O particles and MgO particles having a particle size of 17 nm, each having a weight ratio of
It was weighed so as to be 54.4%, 40.6% and 5.0% and mixed by a ball mill. The mixed powder is preformed at 20MPa,
The sintered body was subjected to a CIP treatment at 0 MPa and a heating process at 1400 ° C. for 1 hour. A test piece was cut out from the obtained sintered body and subjected to a tensile test at 1500 ° C. at a strain rate of 1.0 × 10 −2 / sec. As a result, an elongation of 500% was obtained. Also, at 1500 ° C
When a tensile test was performed at a strain rate of 2.8 × 10 −3 / sec, an elongation of 900% was obtained. (Example 3) Al2O3 particles with a particle size of 0.2 μm, particle size 0.07 μm
Zr2O particles, 17 nm MgO particles and 0.02 μm particle size
Y2O3 particles, the weight ratio of each is 76.3%, 14.5%, 1.8%, 7.
It was weighed to 4% and mixed by a ball mill. The mixed powder is preformed at 20 MPa, CIP treated at 200 MPa,
Further, a sintered body was obtained through a heating process at 1400 ° C. for 2 hours.
A test piece was cut out from the obtained sintered body, and 1.4 × at 1500 ° C.
Tensile tests were performed at a strain rate of 10-3 / sec. as a result,
A 380% growth was obtained.
【0018】[0018]
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、特別な粉体プロセスを必要とせずに合成でき、か
つ、可能なひずみ速度が従来の10〜100 倍にも達する、
ジルコニアおよびマグネシア・アルミナ系スピネルを含
有するアルミナ系超塑性セラミックスが提供される。As described in detail above, according to the present invention, it is possible to synthesize without a special powder process, and the possible strain rate is 10 to 100 times that of the conventional one.
An alumina-based superplastic ceramic containing zirconia and magnesia-alumina-based spinel is provided.
【図1】この出願の発明の、アルミナ系超塑性セラミッ
クスの微視組織を示した写真である。(図中のアルファ
ベットはそれぞれ、A:アルミナ、Z:ジルコニア、
S:マグネシア・アルミナ系スピネルを示す。)FIG. 1 is a photograph showing a microstructure of an alumina-based superplastic ceramic according to the invention of this application. (The alphabets in the figure are A: alumina, Z: zirconia,
S: Magnesia-alumina spinel. )
【図2】この出願の発明の、アルミナ系超塑性セラミッ
クスの、X 線による各相の同定結果である。(図中のア
ルファベットはそれぞれ、A:アルミナ相、Z:ジルコ
ニア相、S:マグネシア・アルミナ系スピネル相を示
す。)FIG. 2 shows the results of X-ray identification of each phase of the alumina-based superplastic ceramics of the present invention. (The alphabets in the figure indicate A: alumina phase, Z: zirconia phase, and S: magnesia-alumina spinel phase, respectively.)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−71166(JP,A) 特開 平1−242462(JP,A) 特開 平1−242461(JP,A) 特開 昭64−83566(JP,A) 特開 平9−194257(JP,A) 特開 平3−237059(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-11-71166 (JP, A) JP-A-1-242462 (JP, A) JP-A-1-242461 (JP, A) JP-A 64-64 83566 (JP, A) JP-A-9-194257 (JP, A) JP-A-3-237059 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C04B 35/10
Claims (5)
系スピネルを含有したアルミナ系超塑性セラミックスで
あって、ジルコニア相、マグネシア・アルミナ系スピネ
ル相およびアルミナ相の三相の合計が90vol%以上であ
り、焼結後の各相の平均結晶粒径が、マグネシア・アル
ミナ系スピネル相およびアルミナ相では各々2.5 μm以
下であって、ジルコニア相では1.0 μm 以下であり、13
00℃以上の温度における1.0 ×10-4/sec以上のひずみ速
度での引張延性が200%以上であることを特徴とする、ア
ルミナ系超塑性セラミックス。An alumina-based superplastic ceramic containing zirconia and magnesia-alumina-based spinel, wherein a total of three phases of a zirconia phase, a magnesia-alumina-based spinel phase and an alumina phase is 90 vol% or more, and The average crystal grain size of each of the subsequent phases is 2.5 μm or less in each of the magnesia-alumina spinel phase and the alumina phase, and is 1.0 μm or less in the zirconia phase.
Alumina-based superplastic ceramics having a tensile ductility of 200% or more at a strain rate of 1.0 × 10 −4 / sec or more at a temperature of 00 ° C. or more.
・アルミナ系スピネル相が20〜40vol %、およびアルミ
ナ相が20〜60vol%であって、1300℃以上の温度における
1.0 ×10-4〜1.0 ×10-2/secのひずみ速度での引張延性
が500%以上であることを特徴とする、請求項1記載のア
ルミナ系超塑性セラミックス。2. A zirconia phase of 20 to 40 vol%, a magnesia-alumina spinel phase of 20 to 40 vol%, and an alumina phase of 20 to 60 vol% at a temperature of 1300 ° C. or more.
The alumina-based superplastic ceramic according to claim 1, wherein the tensile ductility at a strain rate of 1.0 x 10-4 to 1.0 x 10-2 / sec is 500% or more.
スピネル相およびアルミナ相のうちの1種または2種以
上の相に、Y 、Ce、Ca、Ti、Cr、Mn、Feのうちの1種ま
たは2種以上の元素を合計15モル% 以下まで含むことを
特徴とする、請求項1または2記載のアルミナ系超塑性
セラミックス。3. One or more of a zirconia phase, a magnesia-alumina-based spinel phase, and an alumina phase, one or more of Y, Ce, Ca, Ti, Cr, Mn, and Fe. 3. The alumina-based superplastic ceramic according to claim 1, wherein the total amount of the elements is at least 15 mol% or less.
スピネル相およびアルミナ相以外の化合物の合計が10vo
l%未満であって、それらの化合物がZr、Mg、Al、Y 、C
e、Ca、Ti、Cr、Mn、Feのうちの1種または2種以上の
元素からなる酸化物であることを特徴とする、請求項
1、2または3記載のアルミナ系超塑性セラミックス。4. The total of compounds other than the zirconia phase, the magnesia / alumina spinel phase and the alumina phase is 10 vol.
less than 1% and the compounds are Zr, Mg, Al, Y, C
4. The alumina-based superplastic ceramic according to claim 1, wherein the oxide is an oxide composed of one or more of e, Ca, Ti, Cr, Mn, and Fe.
あり、マグネシア・アルミナ系スピネル相はマグネシア
とアルミナのモル比が1 :1 〜1 :1.5 の範囲にあっ
て、アルミナ相は菱面体構造であることを特徴とする、
請求項1ないし4のいずれかに記載のアルミナ系超塑性
セラミックス。5. The zirconia phase is tetragonal or cubic, the magnesia-alumina spinel phase has a molar ratio of magnesia to alumina in the range of 1: 1 to 1: 1.5, and the alumina phase has a rhombohedral structure. Characterized by the fact that
The alumina-based superplastic ceramic according to any one of claims 1 to 4.
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