JPH02275751A - アルミナージルコニア複合焼結体及びその製造方法 - Google Patents

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、構造材料、耐火、耐熱材料、耐蝕材料、切削
、研削、研摩材料などとして有用な高耐摩耗性アルミナ
−ジルコニア複合焼結体及びその製造方法に関するもの
である。

（従来の技術） 先に本発明者らは高靭性アルミナージルコニア複合焼結
体の製造方法を発明した（特願昭６２−２０６３９３）
。この方法によって製造された焼結体は、アルミナに比
較して２倍以上の曲げ強度及び靭性を有している。この
焼結体の用途を考えると金属材料の使えないような厳し
い環境での使用に大きな利点があり高温度の場所や高温
と低温の繰り返される環境、高腐食性雰囲気での使」な
どがあげられる。しかしこのような環境下では、添加さ
れたジルコニアに未安定化ジルコニアが存在すると、高
温和と低温相での変態点で急激な体積の変化をおこすの
で耐久性の面で問題の発生する虞れがあった。また体積
変化を起こすため焼結体の粒界に隙間が発生し、これが
摺動摩耗や衝撃摩耗の発生源になりえた。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は前述の欠点を解決すべくなされたものであって
、その主たる目的は耐摩耗性に優れたアルミナ−ジルコ
ニア複合焼結体及びその製造方法を提供することにある
。

（問題点を解決するための手段） すなわちジルコニア分を１０〜２０ｗｔ％、セリア分を
３〜７ｗｔ％、残分をアルミナ分とする粉体を成型、焼
結することにより得られるアルミナ−ジルコニア複合焼
結体である。この時ジルコニア分としてバデライトを使
用することができる。焼結体組成中のジルコニア分がｆ
ｏｗｔ％より少ないと強度の不足を来たし、耐摩耗性の
改善が期待できない。また、２０ｗｔ％より多いと添加
するセリアの量によっては、いわゆる未安定化ジルコニ
アと呼ばれる単斜晶のジルコニアが存在し、耐摩耗性を
低下させる虞れがある。セリア分としては酸化セリウム
を使用することができ、添加量が３ｗｔ％より少ないと
、耐摩耗性改善の効果が薄＜、７ｗｔ％より多いと焼結
体としての硬度が低くなり、高硬度材との摺動の場合な
どでは耐摩耗性が劣る。

残分としてアルミナを使用するが、安価で入手しやすい
バイヤーアルミナを使用することができる。

各原料に普通に含まれる微量成分は特に問題としていな
い。

製造方法としては、ジルコニア分とアルミナ分とをあら
かじめ秤量、混合した後、ガス炉や誘導加熱炉、アーク
炉などの加熱炉により加熱熔融する。得られた融体をア
ルミナとジルコニアの相分離が発生しないように双ロー
ラの間を通す、あるいは冷えた鉄板の間に挾むなどして
急冷し、粗粉砕、中粉砕、微粉砕を行なう。このときセ
リア分をその粒度に応じた粉砕段階で所定量添加する。

特に微粉砕工程は球形や円柱形などの固型物をメディア
として粉砕エネルギーを伝達する方式にて微粉砕を行な
う粉砕装置を用いると効率が良い。

例えば、ボールミル、振動ミル、メディアを撹拌して摩
砕を行なう粉砕装置などがあげられる。また、メディア
の摩滅による被砕物の汚染や組成変動を少なくするため
にはメディアの材質はアルミナ又はジルコニアでも良い
が、特にアルミナ−ジルコニア製メディアは組成の変動
をより少なくするために好都合である。粉砕は平均粒子
径１．５μｍ以下にすることが望ましい。１．５μｍを
越えると、緻密な焼結体を得るためには、焼結温度を高
くしなければならないので不経済である。平均粒子径が
細かい程、緻密な焼結体を得るための焼結温度が低くな
るが、粉砕に要す時間と費用を考えると不経済であり、
０．５μｍ程度までと考える。平均粒子径の測定手段は
、Ｘ線回折法、レーザー回折法、電気抵抗法、沈降粒度
を光学的透過度などによって測定する方法があげられる
。

このようにして得た粉体を一軸プレスあるいは静水圧プ
レスなどの方法により、所定の形状に成型し、電気炉、
ガス炉などにより常圧焼結すると、構造材料、耐火、耐
熱材料、切削、研削、研摩材料などの用途に有用な高耐
摩耗性アルミナ−ジルコニア複合焼結体が得られる。こ
のときの焼結温度は１４５０〜１８００℃が緻密な高い
密度を持った焼結体を得るのに適した焼結温度であり、
１４５０℃より低い温度では緻密な高い密度を持った焼
結体が得られず、１６００℃を越える温度では焼結体を
構成する粒子の成長が促進されて高耐摩耗性焼結体が得
られない。

（実　施　例） 以下本発明の効果を実施例によって脱明する。

実１ＬＬＬ二」 ジルコニア原料としてバデライトを用い、アルミナ原料
としてバイヤーアルミナを用い、セリア原料として酸化
セリウムを用いた。これらの原料を第１表の組成になる
ように秤量し、予めジルコニア分とアルミナ分を混合し
、アーク炉にて加熱、熔融した。均一な融液を得た後、
この融液をウォータージャケットを備えた鉄板の間に流
しこんで急冷し、得られた固形物を粉砕した。粉砕時に
所定量の酸化セリウムを添加し、微粉砕はアルミナ−ジ
ルコニアでできた球をメディアとする撹拌型粉砕機（商
品名アトライタ　三井三池化工機（株）製）にて水を添
加して湿式粉砕を行なった。得られたスラリーは電気抵
抗法により粒度分布を測定後、バインダー等を添加混合
し、スプレードライヤーにて噴霧乾煽を行ない、球状の
造粒粉体を得た。この粉体を金型にて一軸成型の後、ゴ
ム袋に入れ１　＊　ＯＯＯＫｇ／ｃｍ２の圧力で静水圧
プレスし、第１表に示す温度で焼結して焼結体を得た。

焼結体かさ比重はアルキメデス法により測定した。摺動
摩耗は以下に述べる方法により摩耗量を測定した。まず
焼結体を長さ４０　ｍｆｆ１１幅４　ｍｍ、厚さ３ｍｍ
に切り出し、＃２２０のダイヤモンドパッドで粗研摩を
行うことで平坦面を得、重量を測った後、＃４００のダ
イヤモンドパッドにて１０分間研摩をし重量測定を行な
い除去重量を算出した。

３点曲げ強度はＪＩＳ−１３１６０１に規定された方法
に準拠して測定した。結果を第１表に示した。

、比重に」 比較のために、本発明の組成比外の焼結体を実施例と同
様にして作成し、実施例と同様の測定を行なった。得ら
れた結果を第１表に示す。なお、比較例４の試料は市販
のローソーダ易焼結アルミナ（昭和電工（株）ＡＬ−１
８０３Ｇ）を実施例１に示した方法で成型、焼結したも
のである。

（発明の効果） 実施例および比較例の結果から明らかなように、本発明
のアルミナ−ジルコニア複合焼結体は、特に耐摺動摩耗
性に優れているため、構造用材料、耐火、耐熱材料、耐
蝕材料、切削、研削、研摩材料として摺動などにより摩
耗が発生する部分に、従来材料に比較して高い信頼性を
持つ材料として使用できるようになった。

使用する原料も特に純粋なものを必要とせず、安価で入
手しやすいバデライト、酸化セリウム、バイヤーアルミ
ナを使用することができ、前記成分中、バデライトとバ
イヤーアルミナとを予め加熱、熔融、急冷したものを用
いることにより、焼結体の機械的強度の向上を計ること
ができた。

また、本発明の焼結体の製造において、粉砕時に固形物
をメディアとして粉砕エネルギーを伝達する粉砕装置を
用いることにより粉砕の効率化を計ることができ、粉砕
メディアにアルミナ−ジルコニア製のメディアを使用す
ることにより、得られる焼結体の組成の変動を少なくす
ることができた。

特許出願人　日本カーリット株式会社

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ジルコニア分を１０〜２０ｗｔ％、セリア分を３
   〜７ｗｔ％、残分がアルミナ分より成る粉体を成形、焼
   結して得られるアルミナ−ジルコニア複合焼結体。
2. （２）ジルコニア分としてバデライトを、セリア分とし
   て酸化セリウムを、アルミナ分としてバイヤーアルミナ
   を使用する請求項（１）記載のアルミナ−ジルコニア複
   合焼結体。
3. （３）バデライトとバイヤーアルミナが、両者を予め加
   熱、熔融、急冷したものである請求項（２）記載のアル
   ミナ−ジルコニア複合焼結体。
4. （４）ジルコニア分を１０〜２０ｗｔ％、セリア分を３
   〜７ｗｔ％及び残分をアルミナ分とする粉体のうち、ジ
   ルコニア分とアルミナ分とを予め加熱、熔融し、得られ
   た融体を急冷した後、セリア分を添加しながら粉砕して
   、平均粒子径が０．５〜１．５μｍの粉体とし、この粉
   体を成形、１４５０〜１６００℃の温度で焼結すること
   を特徴とするアルミナ−ジルコニア複合焼結体の製造方
   法。
5. （５）球形又は円柱形等の形状をした固型物をメディア
   として粉砕エネルギーを伝達する装置を用いて粉砕する
   ことを特徴とする請求項（４）記載のアルミナ−ジルコ
   ニア複合焼結体の製造方法。
6. （６）メディアとして使用する固型物の材質がアルミナ
   −ジルコニアでできた焼結体であることを特徴とする請
   求項（５）記載のアルミナ−ジルコニア複合焼結体の製
   造方法。