JPH01320263A

JPH01320263A - アルミナ系セラミックスの製造方法

Info

Publication number: JPH01320263A
Application number: JP63152865A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Matsumoto; 浩和松本
Original assignee: Inax Corp
Current assignee: Inax Corp
Priority date: 1988-06-21
Filing date: 1988-06-21
Publication date: 1989-12-26
Also published as: JPH0577624B2

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］本発明はアルミナ系セラミックスの製造方法に係り、特
に優れた機械的強度、耐熱衝撃性を有するアルミナ系セ
ラミックスを製造する方法に関する。

［従来の技術］アルミナ系セラミックスは、機械的特性、電気的特性等
に優れることから、これらの特性を利用して、各種工業
用製品の構成材等として幅広く応用されている。そして
、従来より、強度、耐熱衝撃性の向上あるいは焼成温度
の低減等のために種々の添加物が用いられ、また特性改
善のための添加物についての研究がなされている。

これらの研究の一例として、ジルコニア添加によるアル
ミナ系セラミックスの強度、靭性及び耐熱衝悠性の向上
があり、例えば特開昭５２−８６４１３号公報には、ジ
ルコニア添加により耐熱？Ｅ’５性が向上することが示
されている。また、特開昭５５−１５８１７３号公報及
び特開昭６１−２６５５８号公報には、アルミナに対し
て、ジルコニア含有酸化物としてジルコン（ＺｒＳｉＯ
４）を添加することにより耐熱衝撃性が改善されること
が開示され、この理由としてジルコンがアルミナと反応
し、ムライト（３Ａｕ２０ｓ・２Ｓ　ｔ　０２　）が生
成すること、そして、生成するジルコニアは単斜晶量が
多いため、それによるマイクロクラックが発生するため
であるとしている。また、特公昭５９−２４７５１号公
報には、靭性、曲げ強度の改善のためにジルコニアを添
加することが開示されている。更に、特開昭５３−１２
６００８号公報には、フラックス及びジルコン化合物を
添加することが開示されている。

［発明が解決しようとする課題］このように、ジルコニアあるいはジルコンを添加するこ
とにより、アルミナの特性を改善することは公知の技術
であるが、上記いずれの方法によっても、要求特性をす
べて満足し得るアルミナ系セラミックスは得られていな
い。

即ち、特開昭５２−８６４１３号公報に記載の方法は、
具体的にはアルミナに約ｘｓｉ量％の未安定化ジルコニ
アを添加し、微細なマイクロクランクにより破壊靭性を
改善するものであるが、マイクロクランクにより曲げ強
度は低下する。

特開昭５５−１５８１７３号公報に記載される方法は、
具体的にはアルミナ５５〜６０重量％に対してジルコン
４５〜６０重量％を配合するものであり、また、特開昭
６１−２６５５８号公報に記載される方法は、ジルコン
５〜２５重量％を配合するものである。これらはいずれ
もジルコンの配合量が多いため、緻密化のためには１６
００℃以上の高温焼成又は加圧焼成が必要である。この
ため、高温焼成によるアルミナの粒成長に起因する強度
劣化、更には生成する単斜晶ジルコニアに起因する強度
劣化が起こる。しかも、ジルコンの多量使用はコスト面
からも不利である。特に、特開昭５５−１５８１７３号
公報の方法では、４５〜６０重量％という多量のジルコ
ンを配合するため、ムライト（２Ａλ２０３・２ＳｉＯ
２）が多量に生じ、アルミナ系セラミックスとしての特
性が得られない。

特開昭５９−２４７５１号公報に記載の焼結体では、フ
ラックス成分を用いないために、焼成温度が高い（１６
００℃以上）という欠点がある。

更に、特開昭５３−１２６００８号公報に記載の方法は
、具体的にはアルミナに、Ｃａｂ。

ＭｇＯ，ＳｉＯ：＋のフラックス４〜６重量％と、ジル
コン化合物としてのジルコニアあるいは酸塩化ジルコニ
ウム、水酸化ジルコニウムなどをＺｒＯ２に換算して１
〜１５重量％配合するものであるが、この方法も、Ｚｒ
Ｏ２が焼結体中で単斜晶として残り、内部に圧縮応力が
残留する。即ち、ＺｒＯ２がマイクロクラックを形成す
るための相転移を起して単斜晶Ｚ　ｒｏ２となることに
より、耐熱衝撃束が付与されるのであるが、マイクロク
ラック形成による曲げ強度低下の問題がある。

本発明は上記従来の問題点を解決し、優れた機械的強度
、耐熱衝撃性を備え、しかも低い焼成温度で焼結するこ
とが可能なアルミナ系セラミックスの製造方法を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明のアルミナ系セラミックスの製造方法は、平均粒
径０．１〜５μｍのジルコン１〜４重量部、下記組成の
ケイ酸塩フラックス１〜１４重量部及び残部が実質的に
アルミナで合計が１００重量部となるように配合してな
る原料を、成形後焼結することにより、アルミナの結晶
粒界のガラス質結合相中に正方晶ジルコニアが分散した
焼結体を得ることを特徴とする。

ＳｉＯ２：　　４０〜９５重量％ＣａＯ：　５〜６０重量％ＭｇＯ：　　０〜５５重量％Ｂ２Ｏ３，Ｂａｄ、ＳｒＯ，Ｎｉｐ。

ＣｄＯ，ＺｎＯ，ＭｎＯ及びＣｒＯよりなる群から選ばれる１種又は２種以上：０〜５重量
％以下に本発明の詳細な説明する。

本発明において、ジルコン（ＺｒＳｉＯ＋）の配合量は
１〜４重量部とし、またその平均粒径は０．１〜５μｍ
のものを用いる。

ジルコンの配合量が１重量部未満では、ジルコン添加に
よる十分な強度、靭性等の改善効果が得られない。ジル
コンの配合量が４重量部を超えると、ジルコンの分解に
高温を要することから、焼成温度が上昇し、得られるア
ルミナ系セラミックスの特性が低下する。従って、ジル
コンの配合量は１〜４重量部とする。

また、ジルコンの平均粒径が５μｍを超えると、得られ
るアルミナ系セラミックス中のジルコニアが正方晶ジル
コニアとならず、単斜晶成分が多くなり、強度が低下す
る。平均粒径が０．１μｍ未満のジルコンは、その特性
改善効果に差異はない上に、微粒化のために価格や取り
扱い性が悪い。従って、用いるジルコンの平均粒径は０
．１〜５μｍとする。

本発明で用いるケイ酸塩フラックスは、ＳｉＯ２，Ｍｇ
Ｏ及びＣａＯの比が第１図に示す三元組成図において、
Ａ　（９５，０，５）、Ｂ（４０，５５，５）及びＣ（
４０，０，６０）（いずれも重量％）の各点で囲まれる
領域にあるのが好適である。特に好適なものとしては、
ＳｉＯ２が５０重量％以上で、例えば５ｉ０２：ＭｇＯ：Ｃａ０＝７：２：ｌ５ｉ０２：Ｍｇ
Ｏ：Ｃａ０＝６＋３＋ｌ５ｉ０２：ＭｇＯ：Ｃａ０＝６
：２：２である配合が挙げられる。

このようなケイ酸塩フラックスは、アルミナ粒界にガラ
ス質の結合相を形成し、得られるアルミナ系セラミック
スの強度を向上させる。用いるケイ酸塩フラックスの各
成分の組成が本発明で規定する範囲外であると、優れた
強度向上効果を有する良好なガラス相を形成し得ない。

また、ケイ酸塩フラックスの配合量が１重量部未満では
、形成されるガラス相が少な過ぎて、十分な強度が得ら
れない。逆に、ケイ酸塩フラックスの配合量が１４重量
部を超えると、相対的にアルミナが少なくなりアルミナ
としての特性が損なわれる。従って、ケイ酸塩フラック
スの配合量は１〜１４重量部とする。

本発明において、ケイ酸塩フラックスの添加形態ニハ特
に制限はなく、Ｓ　ｆ　０２　、ＣａＣ０ｚ　。

ＭｇＣＯ３等の試薬の形で添加しても良く、また、タル
ク、カオリン、石灰等のケイ酸塩フラックスの成分を含
む天然原料の形で添加しても良い。

本発明のアルミナ系セラミックスの製造にあたっては、
ジルコン、ケイ酸塩フラックス及びアルミナを所定の配
合量となるように水、必要に応じてポリビニルアルコー
ル等の有機結合剤を加えて混合し、これを常法に従って
、成形、焼成する。成形に際しては、まず原料を混合し
て得られたスラリーをスプレー造粒する。スプレー造粒
することにより、原料の流動性が改善され、成形型内へ
の充填性等が向上される。この原料粉末を、金型ブレス
等により成形体（圧粉体）を得る。

本発明において、成形体の焼成は、１４７５〜１５５０
℃ノ比較的低温で行うことができ、また焼成時間は１〜
３時間程度で良し１゜焼成温度力（１４７５℃未満では
焼結反応が不十分となり、好ましくない。また、１５５
０℃を超える高温焼成は、その必要がない上に、結晶粒
の成長、粗大化による強度、靭性等の特性低下を招き好
ましくない。

［作用］本発明におけるジルコン添加のアルミナ系セラミックス
は、従来のジルコン添加アルミナ系セラミックスに比べ
、その添加量が非常に少ないにもかかわらず、その特性
は従来品より非常に優れたものであり、しかも従来法よ
りも低い焼成温度で焼結することができる。

従来のようにジルコンを過剰にすると、アルミナとジル
コンとの反応によりムライトが晶出する固相反応で焼結
が進行することから焼結性が乏しい。また、焼結性が乏
しいために１６００℃以上での高温焼成を必要とし、そ
のために結晶粒が粗大化し、そのジルコン添加量に相当
する十分な特性が得られない。しかも、ジルコンから生
成するジルコニアは、殆ど単斜晶として存在し、この単
斜晶ジルコニアは耐ｉ［ｉ性の向上に寄与する反面、曲
げ強度の低下を引き起こす。

これに対し、本発明においては、ジルコンは焼成過程で
、ジルコニアとシリカに分解するのは従来品と変わりは
ないが、生成するシリカは、アルミナと反応するのでは
なく、別に添加したケイ酸塩フラックスとともにガラス
相を形成して、アルミナ粒子を強固に結合する。即ち、
この場合の焼結は液相焼結であり、このため焼成温度の
著しい低減が可能とされる。そして、ジルコンが分解し
て生・成するジルコニアは、シリカとケイ酸塩フラック
スとの反応により形成されるガラス相中に、非常に微細
なジルコニア粒子として均一に分散し、これによりガラ
ス相が強化され、より一層の強度、靭性の向上効果が得
られる。

しかも、本発明においては、ジルコンが分解して生成す
るジルコニアは、大部分が準安定な正方品ジルコニア（
部分安定化ジルコニア）となって存在する上に、ガラス
層に拘束されるため、相転移を起こすことは殆どなく（
なお、一部が単斜晶になることはある。）、マイクロク
ラックを生じないため、強度も著しく高い。

本発明におけるこのような特性の改善効果は、特定組成
のケイ酸塩フラックスの特定量と共に、平均粒径０．１
〜５μｍという極めて微細なジルコンを１〜４重量部と
いう少量添加することにより達成されるものである。

［実施例］以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の
実施例に限定されるものではない。

実施例°１〜３、比較例１ジルコン、ケイ酸塩フラックス及びアルミナの配合量が
第１表に示す割合となるように、原料を配合しくただし
、比較例１ではジルコンを添加せず。）、原料粉末ｔ　
０００ｇに対して水１０００ｇ、有機結合剤としてポリ
ビニルアルコール（信越化学（株）製、１０重量％水溶
液）を固形分重景で２０ｇ加え、ボールミリングにより
７０時間混合してスラリーを得た。なお、用いたジルコ
ン粉末の平均粒径は１．０μｍである。ケイ酸フラック
スとしては、５ｉＱ２．ＣａＣＯ３及びＭ　ｇ　ＣＯ３
をＳｉＯ２：　　６０重量％ＭｇＯ：　　２５重量％Ｃａｂ：　　１５重量％となるように配合したものを用いた。

得られたスラリーをスプレー造粒して原料粉末を得、こ
の原料粉末を１００１００Ｏ／ｃｒｎ”の金型プレスに
より大きさ５、ＯＸ５．ＯＸ４０ｍｍに成形し、これを
電気炉にて、第１表に示す焼成温度に２時間保持して焼
成した。

得られたアルミナ系焼結体について、各種特性を調べ、
結果を第１表に示した。

第１表より明らかなように、本発明方法によれば、低い
焼成温度で緻密な焼結体を得ることができ、得られるア
ルミナ系セラミックスは著しく曲げ強度が高く耐熱衝撃
性にも優れる。

［発明の効果コ以上詳述した通り、本発明のアルミナ系セラミックスの
製造方法によれば、低い焼成温度で、曲げ強度が高く、
しかも耐熱衝撃性にも優れたアルミナ系セラミックスを
製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いるケイ酸塩フラックスの組成を示
す三元組成図である。特許出願人　株式会社イナックス代　　理　　人　　弁理士　　重　　野　　　剛第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）平均粒径０．１〜５μｍのジルコン１〜４重量部下記組成のケイ酸塩フラックス１〜１４重量部ＳｉＯ＿
２：４０〜９５重量％ＣａＯ：５〜６０重量％ＭｇＯ：０〜５５重量％Ｂ＿２Ｏ＿３，ＢａＯ，ＳｒＯ，ＮｉＯ，ＣｄＯ，ＺｎＯ，ＭｎＯ及びＣｒＯよりなる群から選ばれる１種又は２種以上：０〜５重量
％及び残部が実質的にアルミナで合計が１００重量部とな
るように配合してなる原料を、成形後焼結することによ
り、アルミナの結晶粒界のガラス質結合相中に正方晶ジ
ルコニアが分散した焼結体を得ることを特徴とするアル
ミナ系セラミックスの製造方法。