JP4949657B2 - 高耐摩耗性ジルコニア微小球とその製造方法 - Google Patents
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ここでいうジルコニア微小球とは、ZrO2 のみでなく、イットリウム部分安定化ジルコニアやカルシア安定化ジルコニアなどを含むものをいう。
プラズマ球状化の原料粉末にはZrO2 +5.3wt%Y2 O3 を用いた。表1の条件の詳細については、各実施例において説明する。
(1)プラズマ球状化したジルコニア微小球は、従来方法の試料No.15のAr+O2 の酸化雰囲気で球状化した微小球でも、試料No.16の市販品のジルコニア微小球よりはるかに耐摩耗性が良い。
(2)プラズマ雰囲気がAr+O2 の酸化雰囲気でも、これに水噴霧して球状化した試料No.1Aの微小球は、単にAr+O2 の酸化雰囲気で球状化した試料No.15の微小球と濁り度試験で比較すると、1hのからずりでは差が無いが、30hのからずりでは試料No.1Aが試料No.15より濁り度が小さく試料No.1Aの耐摩耗性が高い。図1のからずり耐摩耗性曲線においても同様である。すなわちAr+O2 の酸化雰囲気で熱プラズマ球状化する場合も、水噴霧することにより、従来の単に酸化雰囲気で球状化したものに対して耐摩耗性を向上できることが判った。
(3)Ar+N2 の非酸化雰囲気でプラズマ球状化した試料No.1の微小球は、Ar+O2 の酸化雰囲気で球状化した試料No.15の微小球と濁り度試験で比較すると、前記試料No.1Aと同様に1hのからずりでは濁り度に差が無いが、30hのからずりでは試料No.1が試料No.15より濁り度が小さく試料No.1の耐摩耗性が高い。図1のからずり耐摩耗性曲線においても同様である。すなわちN2 を含む雰囲気で熱プラズマ球状化することにより、従来の酸化雰囲気で球状化したものに対して耐摩耗性を向上できることが判った。
(4)Ar+O2 の酸化雰囲気に水噴霧した試料No.1Aの微小球は、Ar+N2 の非酸化雰囲気で球状化した試料No.1の微小球と濁り度試験ではほぼ同じであるが、図1のからずり耐摩耗性曲線においては、Ar+O2 の酸化雰囲気に水噴霧した試料No.1AがAr+N2 の非酸化雰囲気の試料No.1よりやや耐摩耗性が高い傾向が見られる。
試料No.2:試料No.16の市販のジルコニア微小球
試料No.5:Ar+O2 の酸化雰囲気で熱プラズマにより球状化したもの
試料No.5A:Ar+O2 の酸化雰囲気に水噴射して熱プラズマにより球状化したもの
試料No.11:Ar+N2 の非酸化雰囲気で熱プラズマにより球状化したもの
濁り度測定の試験結果は表2に、ICP発光分光分析の摩耗率の試験結果は図1の曲線に示す。
1.試料No.16の市販品の焼結によるジルコニア微小球でも、N2 +H2 の非酸化雰囲気中で加熱処理することにより、試料No.2のように濁り度で見ると耐摩耗性が向上するが、まだ熱プラズマ球状化処理したジルコニア微小球の試料No.1,1Aに比べると劣る。
2. Ar+O2 の酸化雰囲気で熱プラズマ球状化した試料No.5、Ar+O2 の酸化雰囲気に水噴射して熱プラズマ球状化した試料No.5A、Ar+N2 の非酸化雰囲気で熱プラズマ球状化した試料No.11のいずれも、からずり濁り度では差が認められなかったが、図1の摩耗率の試験では、酸化雰囲気に水噴霧した試料No.5Aと、Ar+N2 の非酸化雰囲気で球状化した試料No.11がほとんど同じ高い耐摩耗性を示した。そして、Ar+O2 の酸化雰囲気で熱プラズマ球状化した試料No.5も加熱処理により耐摩耗性は大幅に向上したが、上記試料No.5A,11より劣ることが判った。
実施例3は、前記のAr+O2 の酸化雰囲気で熱プラズマ球状化した試料とAr+N2 の非酸化雰囲気で熱プラズマ球状化した試料とのそれぞれについて、N2 +H2 の非酸化雰囲気で150℃〜1,050℃×4hの範囲に温度を変えて加熱処理を行い加熱温度の影響を試験した。その結果を、表2の試料No.3〜7,9〜13及び試料No.17、18、20、21に示す。
表2から、400℃〜1,500℃の範囲の加熱処理の試料No.3〜7,及び試料No.9〜13では、いずれも耐摩耗性が良好であったが、加熱温度が150〜300℃の試料No.17、18、20、21では、加熱処理前より耐摩耗性が低下した。
非酸化雰囲気のAr+H2 中加熱の試料No.8、14は、前記N2 +H2 中加熱の試料No.5、11と同等であったが、酸化雰囲気の大気中加熱の試料No.19、20は加熱処理前より大幅に耐摩耗性が低下した。
(1)熱プラズマにより球状化した微小球をN2 +H2 の非酸化雰囲気で400℃以上の加熱処理することにより耐摩耗性が向上する(試料No.3〜7,5A,9〜13)。この効果はAr+H2 の非酸化雰囲気の加熱でも認められる(試料No.8,14)。
(2)しかし、非酸化雰囲気中の加熱処理でも、300℃以下の加熱処理ではかえって球状化のままよりも耐摩耗性が低下する(試料No.17、18及び20,21参照)。したがって、加熱処理には400℃以上の加熱が必要であることが判った。しかし、1500℃以上では粒子間の固着が生ずる恐れがあるので1500℃以下とした。
(3)加熱処理による耐摩耗性の向上は、試料No.3〜8のAr+O2 の酸化性プラズマ雰囲気の球状化の場合も、試料No.9〜14のAr+N2 の非酸化性プラズマ雰囲気の球状化のいずれの加熱処理でも大幅に耐摩耗性が向上する。しかし、図1の摩耗曲線の試料No.5と試料No.11の比較から見られるように、Ar+N2 の非酸化性プラズマ雰囲気で球状化した試料No.9〜14の方が、Ar+O2 の酸化性プラズマ雰囲気で球状化した試料No.3〜8よりも耐摩耗性が高い。
(4)Ar+O2 の酸化雰囲気で水噴霧して球状化し、N2 +H2 の非酸化雰囲気で加熱処理した試料No.5Aは、Ar+N2 の非酸化性プラズマ雰囲気で球状化して加熱処理した試料No.9〜14と同等の耐摩耗性を示した。
(5)図1に見られるように、Ar+O2 雰囲気で球状化しN2 +H2 の非酸化雰囲気で加熱処理した試料No.5のジルコニア微小球でも、その摩耗率は、市販品のままのジルコニア微小球の試料No.16の摩耗率の1000分の1であり(図1の摩耗率は対数表示)、市販品に比して大幅に耐摩耗性が高い。
(6)Ar+N2 の非酸化性プラズマ雰囲気で球状化し加熱処理した試料No.11、あるいはAr+O2 雰囲気で水噴霧して球状化し、加熱処理した試料No.5Aのジルコニア微小球の摩耗率は、前記の試料No.5よりさらに10分の1である。
(7)市販品のジルコニア微小球も非酸化雰囲気中で加熱処理すると、耐摩耗性が向上する(試料No.2と試料No.16を比較)。この市販品を加熱処理したジルコニア微小球の試料No.2は、比較例の従来の酸化雰囲気のプラズマ球状化のままの試料No.15より短時間のからずりでは耐摩耗性が低いが、長時間のからずり(30h)では耐摩耗性が高い。
(8)また大気中の酸化雰囲気で加熱処理すると、Ar+N2 、Ar+O2 雰囲気のいずれのプラズマ雰囲気で球状化した場合も耐摩耗性は低下し、市販品のままの耐摩耗性程度になる(表2の試料No.19,22と16及び図1の試料No.19と16参照)。
1.非酸化雰囲気でプラズマ球状化したジルコニア微小球を非酸化雰囲気で加熱処理したもの(試料No.11)。
2.酸化雰囲気で水噴霧してプラズマ球状化したジルコニア微小球を非酸化雰囲気で加熱処理したものは、上記1とほぼ同等の耐摩耗性を示す(試料No.5A)。
3.酸化雰囲気でプラズマ球状化したジルコニア微小球を非酸化雰囲気で加熱処理したもの(試料No.5)。
4.酸化雰囲気で水噴霧してプラズマ球状化したジルコニア微小球のそのままのもの(試料No.1A)。
5.非酸化雰囲気でプラズマ球状化したジルコニア微小球のそのままのもの(試料No.1)。
6.市販品を非酸化雰囲気で加熱処理したもの(短時間のからずりにおいては酸化雰囲気のプラズマ球状化に劣るが長時間のからずりにおいて優れる)(試料No.2)。
7.酸化雰囲気でプラズマ球状化したジルコニア微小球のそのままのもの(短時間のからずりにおいては市販品を非酸化雰囲気で加熱処理したものに優れるが長時間のからずりにおいて劣る)(試料No.15)。
8.プラズマ球状化したジルコニア微小球を酸化雰囲気中で加熱処理したものと、市販品のそのままのものが最も耐摩耗性が悪い(試料No.16と試料No.19)。
なお、本実施例では示さないが、非酸化雰囲気で水噴射してプラズマ球状化したジルコニア微小球を非酸化雰囲気で加熱処理したものは、上記1及び2と同等の耐摩耗性を示すものと推定される。
Claims (10)
- 原料粉末を熱プラズマフレームで加熱溶融して微小球に球状化処理する際に、Ar+O2 の酸化雰囲気中で水噴霧を行って球状化処理することにより耐摩耗性を向上させたことを特徴とする高耐摩耗性ジルコニア微小球。
- 原料粉末を熱プラズマフレームで加熱溶融して微小球に球状化処理する際に、N2 ,H2 又はアンモニアを含む非酸化雰囲気で球状化処理することにより耐摩耗性を向上させたことを特徴とする高耐摩耗性ジルコニア微小球。
- 原料粉末を熱プラズマフレームで加熱溶融して球状化処理したジルコニア微小球を、非酸化雰囲気中で400〜1500℃に加熱処理することにより耐摩耗性を向上させたことを特徴とする高耐摩耗性ジルコニア微小球。
- 原料粉末を熱プラズマフレームで加熱溶融して球状化処理したジルコニア微小球を、N2 ,H2 ,Ar又はアンモニアの単独あるいはそれらの混合の非酸化雰囲気中、若しくは100Pa以下の真空中で400〜1500℃に加熱処理することにより耐摩耗性を向上させたことを特徴とする高耐摩耗性ジルコニア微小球。
- 前記微小球の径が10〜100μmであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の高耐摩耗性ジルコニア微小球。
- 原料粉末を熱プラズマフレームで加熱溶融して微小球に球状化処理する際に、Ar+O2 の酸化雰囲気中で水噴霧を行って球状化処理することにより耐摩耗性を向上させたことを特徴とする高耐摩耗性ジルコニア微小球の製造方法。
- 原料粉末を熱プラズマフレームで加熱溶融して微小球に球状化処理する際に、N2 ,H2 又はアンモニアを含む非酸化雰囲気で球状化処理することにより耐摩耗性を向上させたことを特徴とする高耐摩耗性ジルコニア微小球の製造方法。
- 原料粉末を熱プラズマフレームで加熱溶融して球状化処理したジルコニア微小球を、非酸化雰囲気中で400〜1500℃に加熱処理することにより耐摩耗性を向上させたことを特徴とする高耐摩耗性ジルコニア微小球の製造方法。
- 原料粉末を熱プラズマフレームで加熱溶融して球状化処理したジルコニア微小球を、N2 ,H2 ,Ar又はアンモニアの単独あるいはそれらの混合の非酸化雰囲気中、若しくは100Pa以下の真空中で400〜1500℃に加熱処理することにより耐摩耗性を向上させたことを特徴とする高耐摩耗性ジルコニア微小球の製造方法。
- 前記微小球の径が10〜100μmであることを特徴とする請求項6から9のいずれかに記載の高耐摩耗性ジルコニア微小球の製造方法。
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