JPH01145367A - アルミナ質焼結体及びその製造方法 - Google Patents

アルミナ質焼結体及びその製造方法

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JPH01145367A
JPH01145367A JP62304131A JP30413187A JPH01145367A JP H01145367 A JPH01145367 A JP H01145367A JP 62304131 A JP62304131 A JP 62304131A JP 30413187 A JP30413187 A JP 30413187A JP H01145367 A JPH01145367 A JP H01145367A
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alumina
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Katsura Hayashi
桂 林
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/53After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone involving the removal of at least part of the materials of the treated article, e.g. etching, drying of hardened concrete

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアルミナを主成分としてジルコニアを含有する
焼結体とその製造方法に関し、特に切削工具或いは高温
用材料あるいは産業用機械材料として有用な焼結体の改
良に関する。
〔従来技術〕
セラミックから成る工具は、硬度、耐摩耗性、耐熱性に
優れる等の長所を有する反面、チッピングや欠損を生じ
易いという問題を有し、その用途も仕上げ加工等に限ら
れていた。
しかし、近年、窒化珪素など高強度セラミックスの出現
により、セラミック工具で中〜重切削を行う事が増して
いる。このような高強度セラミックスとしては窒化珪素
やジルコニアが代表的であるが、ともに耐摩耗性が悪い
ため切削加工の一部の分野にしか用いられていない。
アルミナ(以下、Ah03という)は金属との反応性が
低く耐摩耗性に優れることから、切削工具として有用な
材料として注目され、使用されているが破壊靭性(K 
lc)が低いという問題があった。
またジルコニア(以下、ZrO□という)は、抗折強度
および破壊靭性は高いものの200〜300℃で急激な
強度低下を示し、熱的に不安定であり、しかも硬度が低
く変形が大きいため切削工具として実用に耐えないもの
であった。
そこで、AIZO:l中にZrO□を分散含有させるこ
とにより、A1□O1の破壊靭性を改善する事がおこな
われている。この破壊靭性の改善法については従来より
2つのタイプが提案されている。1つは、A1□03質
焼結体中に単斜晶Zr0zを分散させたもので、ZrO
,の相転移によりマイクロクラックを発生させるもので
ある。他の1つはAha3質焼結体中に正方晶ZrO□
を分散させることによりクラック先端のエネルギーをZ
rO□の相転移で吸収させるものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記の従来技術によれば、分散されるZrO2の粒径が
1 tttm以下では前述の靭性改善の効果は弱まるこ
とが指摘されている。これはZr0tの正方晶から単斜
晶への相転移が起こりにくくなるためである。
一方、抗折強度の観点からは、ZrO□が微粒の方がよ
り、Zrot粒子が1μ−より大きいと2〜3μIのZ
rO,粒子が破壊源となり抗折強度が低下するためであ
る。このようにA1.O,−Zr0t系材料では、破壊
靭性と抗折強度をともに向上させる事はできなかった。
〔発明の目的〕
本発明は上述のAh(h −ZrO□系焼結体の欠点を
解消し、破壊靭性、抗折強度の双方に優れた焼結体及び
その製造方法を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者等は上記問題点に対し、研究を重ねた結果、Z
rO□を分散したAIto、質焼結体に対し、機械的或
いは熱的衝撃を与えると焼結体の表面付近に破壊靭性が
中心部より大きい高靭性の層が生成され、ZrO2粒子
が小さい場合でもZrO,の相転移が容易となり、抗折
強度を低下させることなく破壊靭性を向上させることが
できることを知見した。
即ち、本発明はジルコニアが1乃至30重量%、残部が
アルミナを主体として成るアルミナ質焼結体であり、そ
の表面部の破壊靭性が中心部に比較して高いことを特徴
とするもので、その製造方法としてはジルコニアを1乃
至30重量%含有するアルミナ質焼結体に機械的或いは
熱的衝撃を与えることを特徴とするものである。
以下、本発明をさらに詳述する。
通常、粒径1μ−以下のZrO□を分散したAh(h質
焼結体ではZrO□粒子のまわりのAlzOi粒子の存
在によってZrO□の相転移が起こり難い状態にある。
ところが、このような焼結体に対し、適度な機械的ある
いは熱的衝撃を与えておくと、ZrO,の相転移が容易
となる。このように相転移が容易となる機構については
明確でないが、本発明者は与えた衝撃によってZroz
粒子内に歪みが生じ、或いは粒子内に転移等の欠陥が増
加することによって、相転移に至るまでのエネルギー量
が低減されたためと推測する。
このような処理により、焼結体の表面部には破壊靭性が
中心部より大きい高靭性な層が形成され、表面部から中
心部になるに従いその靭性値はほぼ連続的に低下するよ
うな靭性勾配を有する。なお、この高靭性な層と中心部
の靭性差は後述する実施例からも明らかなように抗折強
度と関連が有り、その差が大きい程、抗折強度も太き(
なる傾向にある。よって本発明の焼結体によれば、表面
から具体的には5μ−の位置(測定限界)の破壊靭性値
が中心部の破壊靭性値より10%以上、特に20%以上
大きいことが望ましい。
また、本発明によれば、焼結体の組成においてZrO□
が1乃至30重量%、特に10乃至25重量%、残部が
Ah03を主体として成ることが重要であり、ZrO□
の量が1重量%を下回ると靭性が低下し、30重量%を
越えると抗折強度、靭性が低下する。
さらに、本発明の焼結体中のZroz粒子は1.5μ−
以下、特に0.5μ輌の微細な粒子としてAlzOz中
に分散されていることが望ましく、ZrO□の粒径が1
.5μmより大きくなると表面の高靭性化の効果が期待
できなくなる傾向にある。このZrO□粒子は焼結体中
では、正方晶あるいは立方晶として存在していることが
望ましいが、特にCuKα線解析チャートにおいて20
が62.0〜63.5°の間のZrOzのピーク(t+
*z) 、2θが27.5〜29°の間のZrO2のピ
ーク(Iha) 、2θが59.5〜61 ”の間のZ
rO,のピーク(Hie) 、2θが42.5〜44 
@の間にあるZr02のピーク(H41)の各強度(ピ
ーク高さ)がHb3/Hza>0.I  Hho/Ha
s >0.07を満たすことが望ましい。
本発明の焼結体の製造にあたり、焼結体の表面部に高靭
性な層を形成するために機械的或いは熱的衝撃を与える
方法としては (1)500番以下の粒度のダイヤモンド砥石で表面を
研削する方法(この場合、砥石の材質、目詰まりの程度
により効果に若干のバラツキを生じることがある) (2)焼結体を300〜400℃に熱した後、水中投下
する方法 (3)ショットピーニング法 等が挙げられる。
なお、上記の処理を行う前の焼結体はZrO□粉末を1
乃至30重量%、残部がAIZO3粉末を主体としてな
る原料粉末を用いることを必須とする他は、公知の方法
により製造され、具体的には、まず、上記のA1.0.
 、ZrO,微粉体を前述の割合で混合した混合粉末を
プレス成形、冷間成形(CIP) 、射出成形、泥漿鋳
込み成形等で成形した後、1250乃至1600℃、望
ましくは1350乃至1500℃の大気中或いは不活性
ガス中で常圧焼成、ホットプレス等により1〜6時間焼
成する。さらに高密度化するためにはこのようにして得
られた焼結体を1200〜1500℃の温度で熱間静水
圧焼成することも可能である。
なお、この処理前の焼結体としては特にZr0tが1.
5μ−以下の正方晶、立方晶あるいはこれらに類似の結
晶詐称で残存していることが望ましく、そのためには例
えば特開昭57−100976号にて開示されている通
り、粒径が1.5μm以下の高純度のZr0z粉末及び
^tzo3粉末を用いるとともにMgO1Y201、C
rzOz 、NtO等の添加剤を加えるか、添加剤を加
えない系では本発明者が特願昭62−247413で分
散させることができる。特に機械的特性の面からは後者
が望ましい。
以下、本発明を次の例で説明する。
(実施例) 平均粒径1μ曽以下、純度99%以上のAh(h粉末及
びZr0tを$1表に示す割合で調合し、ボールミルに
て36時間調合した。混合後の原料にバインダーを添加
し、4 t/c+++”の圧力でCIP(冷間静水圧プ
レス)処理して試験片を成形した。得られた成形体を3
50℃で脱バインダーした後、1450℃で2時間大気
中で予備焼成した後、1500Kg/cn+zのArガ
ス雰囲気で熱間静水圧処理を行った。
得られた焼結体から3 x4 x40mmの試験片を切
出し、分析を行ったところ、Alz(h平均粒径0.5
μta 、 ZrO□平均粒径0.3μ−でZrO□は
全量のうち正方晶ZrO□に対し5χが単斜晶で、残部
が正方晶及び立方晶から成ることが認められた。
試験片に対し、第1表に示す処理を行った後にJIS 
3点曲げ抗折試験を行った。なお、処理のうちダイヤモ
ンド砥石による研削処理は抗折試験時、引っ張り応力の
加わる面のみ行った。
各処理において研削は切込み10μm、送り6m/mi
nで5分間行い、水中投下は各試料をさらに325番の
ダイヤモンド砥石で表面研磨した後、所定の温度に熱し
20℃の水中に投下した。またショットピーニングは3
25番のダイヤモンド砥石で表面研磨した後、直径1+
+v+の鋼製の球を用いて、1分間行った。
〔以下余白〕
第1表から明らかなように何ら処理を施さない隘8では
抗折強度65Kg/mn+”で、5μmの位置から中心
まで破壊靭性はほとんど変わりがないが、処理にあたり
、衝撃が過小なNllでは高靭性の層が形成されず、衝
撃が過大な隘4では試料に割れが生じた。適度の処理を
行ったものはいずれも高靭性の層が形成されたが、Zr
0zの量が30重量%を越えるN112では抗折強度が
極端に低くなる。
本発明の試料魚2.3.5.6.7.9.10.11は
いずれも抗折強度65Kg/a+m”以上で、表面部の
靭性改善効果が見られたが、水中投下において200℃
からの投下ではその効果はあまり顕著ではない。またZ
rO。
が3重量%の場合(患9)では抗折強度が低い傾向にあ
ることが理解される。
〔発明の効果〕
以上詳述した通り、本発明によればA1□03− Zr
O3系焼結体の表面に対して、機械的あるいは熱的な衝
撃を与えることにより、表面部に高靭性の層が形成され
るとともに抗折強度までも向上させることができ、これ
を例えば工具等へ応用した場合、靭性向上により刃先の
欠損を防止することができ工具の長寿命化を図ることが
できる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ジルコニアが1乃至30重量%、残部がアルミナ
    を主体として成るアルミナ質焼結体において、表面部の
    破壊靭性が中心部より高いことを特徴とするアルミナ質
    焼結体。
  2. (2)ジルコニアが1乃至30重量%、残部がアルミナ
    を主体として成るアルミナ質焼結体に機械的或いは熱的
    衝撃を加え、表面部を中心部よりも高靭性化したことを
    特徴とするアルミナ質焼結体の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19652872A1 (de) * 1996-12-18 1998-07-02 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Steigerung der Randschichtfestigkeit an Oberflächen von aus sprödharten Werkstoffen gefertigten Werkstücken
CN116768607A (zh) * 2023-06-01 2023-09-19 广东佛山市陶瓷研究所控股集团股份有限公司 梯度结构的耐磨锆铝复合陶瓷球及其制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19652872A1 (de) * 1996-12-18 1998-07-02 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Steigerung der Randschichtfestigkeit an Oberflächen von aus sprödharten Werkstoffen gefertigten Werkstücken
DE19652872C2 (de) * 1996-12-18 2000-07-06 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Steigerung der Randschichtfestigkeit an Oberflächen von aus sprödharten Werkstoffen gefertigten Werkstücken
CN116768607A (zh) * 2023-06-01 2023-09-19 广东佛山市陶瓷研究所控股集团股份有限公司 梯度结构的耐磨锆铝复合陶瓷球及其制备方法

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