JPH026367A - 高靭性酸化アルミニウム基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】 （Ｐ’ｒ　Ｘ、Ｉ−の利用分野） 本発明は、切削【−具材料、　４１摩耗上貝材料。

耐介性材料、高温機械部品用材料、精密機械部品用材料
、電ｒ部品材料、磁気ヘッド基板用材料及び時計側を含
めた装飾用材料に適する高靭性酸化アルミニウム基焼結
体及びその製造方法に関するものである。

（従来の技術） 一般に、酸化アルミニウムにＳｉＯ□、　ＭｇＯ。

Ｎｉｐ、　Ｍ１１０２．　ＺｒＬ、　ＴｉＣ，ＴｉＮ、
　Ｔｉ（ＣＮ）、　５ｉＣ３ｉｚＮｎ、ＴｉＢ２．Ｚｒ
１ｌｚなどを添加してなる酸化アルミニウムを主成分と
する焼結体は、耐酸化性及び金属との耐溶着性にすぐれ
ていて、しかも低価格であることから、例えば切削工具
材料、耐摩耗［′。

具材料又は電子部品材料などの各種の産業分野で利用さ
れている。これらの酸化アルミニウムを１：。

成分とする焼結体の内、Ａ２□Ｌ　　ＴｉＣ基焼結体に
他物質の添加又はゝＩＬ均粒径の制御により切断加［や
研削加工時に生じるチッピングもしくは欠損を改冴した
ものに特開昭６３−８２５７号公報及び特開昭６３−　
［１２５８号公報がある。

また、酸化アルミニウムのマトリックス中にＬａ１ＯＪ
・ＩＩＡβ２０．の複合酸化物を析出させて、高温にお
ける強度及び硬度の改斗を行っている例がアルドビア、
　　＋　＋１９８８１．１７に示されている。

さらに、酸化アルミニウムに主としてカーボンを添加し
てなる炭素含有酸化アルミニウム基焼結体は、鋳造Ｊ１
１ノズル又は製鉄や製鋼用炉の内壁などの耐火物として
利用されて、その代表的なものとしては、特開昭５７−
１２３８６０号公報及び特開昭５８９９＋５４り公報が
ある。

（９！、明が解決しようとする問題点）酸化アルミニウ
ムを１’成分とする焼結体の内、酸化アルミニウムに０
，１〜：３ｗ（％のＭｇＯを添加してなるｉ　ＪＯＪ−
Ｍｇ０）、（焼結体は、焼結「程においてＭｇ口がＡｌ
３口、の粒成長抑制作用をし、焼結後へ氾２０３粒界に
Ｍｇ口・　Ａβ２０Ｊのスビ早ルを形成することにより
緻密な焼結体になっているものである。しかしながら、
このＡｌ１口。

ＭｇＯＪ、１．焼結体は、　Ｍｇ口の粒成長抑制効果が
それほど苦しくなく、又出発物中に含有する　ＮａＪＯ
やに２０　　などの微ちｌの不純物によりその効果がさ
らに低トするなどのために低強度であるという問題があ
る。この問題を解決しようとした酸化アルミニウムをｌ
ｉ酸成分する焼結体の内、酸化アルミニウムに　１ｒ０
２．　’ｒｉＣ，Ｔｉ１ｈ、　ＳｉＣ又は５ＬＮａなど
を添加してなる酸化アルミニウム基焼結体は。

ＡＡ　ｉｔｓ　−ＭｇＯ基焼結体に比較して高強度とな
り、耐衝撃性を必要とする領域にまで応用されているも
のである。しかしながら、これらの酸化アルミニウム基
焼結体は、Ａ℃、ｏ、　−ＭｇＯ基焼結体に比べ高強度
であるけれども、まだ強度的に低いこと及び難焼結性で
あるという問題がある。

１１；１述した特開昭６３−８２５７号公服４．酸化ア
ルミニウムと炭化チタンの中にＧａ、　Ｂａ、　Ｃｅ、
　Ｎｂ及びｒｉの酸化物の少なくとも１種を添加し、炭
化チタンの・Ｖ均拉径を：ｂ制御した焼結体が示されて
おり、特開昭６３−８２５８号公報は、酸化アルミニウ
ムと炭化チタンに酸化マンガンと酸化チタンを添加した
焼結体、又は酸化マンガンと酸化チタンとＬａ、　ｌ１
ａＣｃ及びＮｂの酸化物の少なくとも１種を添加した焼
結体が示されている。この特開昭６３−８２５７し公報
及び特開昭６３−８２５１１号公報に開示のそれぞれの
焼結体は、切断加工や鏡面加工時におけるチッピングが
少なく加工性のすぐれた焼結体であるけれども、靭性及
び強度が低く、切削工具などの過酷な領域では使用でき
ないという問題がある。

また、アルドビア、　　ｌ　Ｔ＋９８８１．１７に開示
されている１、Ｊ１□０１．・ｌｌＡｇ、０．の複合酸
化物の析出してなる　Ａｇ２Ｏ，基焼結体は、高温にお
ける強度及び硬度が敗訴されているけれども、室温での
強度が低いこと及び耐熱衝撃性に劣るという問題がある
。

さらに、炭素含イ１酸化アルミニウム基焼結体である特
開昭５７−１２３８６０号公報及び特開昭５８−９１３
１６４Ｓ″ｉ公報は、　ｌｉ４火物を［１的に開発され
たもので、そのために耐火物としての強度、耐食性及び
耐スポーリング性にすぐれているけれども、気孔率が高
く、強度がＡ２２１１　ＪＴ　ｉ　Ｃ基焼結体の１／２
０〜１７３０程度の低さであるという問題がある。

本発明は、ｌ二連のような問題点を解決したもので、具
体的には、酸化アルミニウムと複合酸化物との粒界に微
１ｊ１のカーボンを介在させて酸化アルミニウムの粒成
長を抑制し、しかも密着性を高めることにより、マトリ
ックス中の複合酸化物の効果を最大限に定押させること
に成功した高硬度。

高強度、高耐熱衝撃性及び高靭性を具備してなる酸化ア
ルミニウム基焼結体及びその製造方法の提供を［１的と
するものである。

（問題点を解決するための１段） 本発明者らは、酸化アルミニウムの粒成長を抑制して、
しかも酸化アルミニウム基焼結体の硬さ１強度及び破壊
靭性値などの諸特性値を低下させずに、耐摩耗性及び耐
欠損性の向］二に寄与するような添加物について検討し
ていた所、特定：１１のカーボン、特に微頃のカーボン
を分散性よく添加し、酸化アルミニウムの結晶粒界を連
続的に巡る状態にすると、酸化アルミニウムの粒成長が
Δしく抑お１されて高硬度及び高強度になること、　４
１２ひに耐摩耗性及び耐欠損性にすぐれるようになると
いう第１の知見を得て、特願昭６２−　＋６ａ＋＋ａｙ
；　、特願昭６２−１７０１２０号及び特願昭６２−１
７２４２［１号で提案しているものである。

次に、酸化アルミニウム基焼結体にクラック・デフレク
ションの理論及び形状異方性を持った結晶の引抜効果と
いう破壊靭性に関する理論を適用して高靭化にすること
を検討していた所、酸化アルミニウム基焼結体の焼結工
程中において、収縮のほぼ完ｒした過程の中期及び後期
に焼結体の中で形状５゛４方性の結晶を生成及び成長さ
せると、従来のウィスカー添加による形状異方性に比較
して成形加りが容易で、易焼結性になること、また酸化
アルミニウム基焼結体の中で形状異方性の結晶を生成及
び成長させるには、アルミニウムと酸素とその他少なく
とも１種の元素の含有した複合酸化物が適していること
、さらにこの複合酸化物と酸化アルミニウムとの結晶粒
界に微：１【のカーボンを（ｆ在させると緻密化が促進
されて、−層高期化になると共に：３価の希Ｊ−類元ふ
を２価に還元しやすくするという第２の知見を得たもの
である。この第１の知見及び第２の知見に基づいて、本
発明を完成するに至ったものである。

すなわち１本発明の高靭性酸化アルミニウム基焼結体は
、カーボン０．０３〜３ｗｔ％と、残り酸化アルミニウ
ムを主成分とするマトリックスと不可避不純物とからな
る焼結体であって、該マトリックス中にアルミニウムと
酸素の他に少なくとも１種の元素を含有してなる複合酸
化物が該焼結体に対して０．２〜４０ｖｏＩ２％混在し
ていることを特徴とするものである。

本発明の高靭性酸化アルミニウム基焼結体におけるカー
ボンは、特に非晶質カーボン、その中でもフェノール樹
脂を１３００〜３０００℃に加熱することにより形成さ
れるといわれているガラス状カーボン、又は高硬度及び
高強度などの特性を何するガラス状カーボンに相？１す
る場合は、焼結体の強度、耐摩耗性及び耐欠損性がすぐ
れることから、特に好ましいことである。このカーボン
’＋ｔが００３ｗｔ％未満では、酸化アルミニウムの粒
成長抑制効果が低く、焼結体の強度及びｆ＃ｌ欠損性が
低ドする。逆に、カーボン丁１１が：３ｗｔ％を超えて
多くなると、焼結体の硬さ及び耐摩耗性が低下する。こ
のために、焼結体中のカーボン１１は、００３〜３ｗｔ
％と定めたものである。特に、焼結体中のカーボン量が
１〜３ｗｔ％の場合は、カーボンの連続した組織からな
る焼結体になり、その結果電気伝導性を示し、放電加Ｉ
′、による良ｌＩｆな被加玉性をイｆするようになるこ
とから複雑形状を形成するための焼結体として好ましい
ものである。

本発明の高靭性酸化アルミニウム基焼結体における複合
酸化物は、アルミニウムと酸素の池に少なくともｌ柿の
元素の含有しているもので、このアルミニウムと酸素の
他に含イｉする元素としては、６神の元素を対象とする
ことが＋１丁能で１例えば１１１ｔｈのカチオンの含イ
了されてなる「２０・１ｌＡｆｌ、Ｏ，＋　、　２価の
カチオンの含有されてなるＭ２Ｏ・５Ａβ２０３　、　
：３　ｆｌｌｌｉのカチオンの含イ１されてなるＭ′□
０．・ＩＩ　１，０．のようなマグネトプラムバイト（
１η造叉はその構造に′ｆ、ｎ似した六方晶の結晶（ｌ
η造、もしくはＭ”０・　Ａ２□Ｌのよりな＼γ〕Ｊｆ
ｌ’ｌのスピネル構造からなるものを挙げることができ
る。これらの複合酸化物の内、結晶構造が六方１１’ｌ
　＋ｉη造の複合酸化物でなる場合、又は六方晶構造の
複合酸化物を主体とする場合には、靭性及び強度がすぐ
れるので好ましいことである。この六方−′１構造の複
合酸化物がアルミニウムと酸素の他にＳｒ、　　Ｂａ、
　　Ｌａ、　　Ｃｅ、　　Ｐｒ、　　Ｎｄ、　　Ｓｍ、
　　Ｅｕ、　Ｇｄ、　　Ｐｂの中の少なくとも１種から
なる場合、又はアルミニウムと酸素の他にＳｒ、　Ｉｌ
ａ、　Ｌａ、　Ｃｅ、Ｐｒ、　Ｎｄ、　Ｓｎ＋、Ｆ、ｕ
。

Ｇｄ、　Ｐｂの中の少なくとも１種と、Ｍｇ、　Ｃａ、
　ＭｎＦｃ、　Ｃｏ、旧、　Ｃｕ、　Ｚｎ、　Ｓｎ、　
Ｃｒ、　Ｇａ、　Ｉｎ、　Ｓｃ、　Ｙ’ｒｂ、　Ｄｙ、
　Ｉｌｏ、　Ｅｒ、　Ｔｍ、　Ｙｂ、　Ｌｕの中の少な
くとも１種とからなる場合で、特にアルミニウム以外の
カチオンがカーボンに還元されて形成される、例えば　
ＭＯ・２Ｍ′　０　・８　八２□０３．　２藺０・２Ｍ
’　　ロ・　６　Ａ氾２０．。

２ＭＯ・２Ｍ゛０・＋２　ＡβＪ＊、　　３ＭＯ・２Ｍ
′０・１２　Ａｆｌ　２０＝（Ｍ、Ｍ’はへ２以外の元
素でＭ＝Ｍ　’Ｍ≠Ｍ′の場合がある。）で表わせるマ
グネトプラムバイト構造に類似の六方晶構造の複合酸化
物である場合が好ましいことである。これらの六方７、
構造の複合酸化物は、Ｃ軸に川直な方向に成長した結晶
形態、すなわち扁！トな板状晶でなる場合が前述のクラ
ック・デフ−クシ：１ン理論及び形状異方性を持った結
晶の引抜効果による高靭性及び高強度を達成しやすくな
るので、特に好ましいことである。この複合酸化物の發
は、焼結体全体に対して０．２ｖｏｌ％未満になると靭
性及び強度に対する効果が低く、逆に４０ｖｏＡ％を超
えて多くなると耐摩耗性が低ドする傾向になる。このた
めに、複合酸化物は、焼結体全体に対して０．２〜４０
ｖｏｆ１％、特に５〜２５ｖｏβ％の場合は、靭性１強
度、　ｆｉ−１摩耗性及び耐熱ｉｈ撃件の全てにすぐれ
る傾向にあることから好ましいことである。

本発明の高靭性酸化アルミニウムノミ焼結体におけるマ
トリックスは、酸化アルミニウムと１−述の複合酸化物
とでなる場合、又は酸化アルミニウムと１ユ述の複合酸
化物との他に周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化
物、窒化物、酸化物、Ｉ１１！化物及びこれらの相−リ
：　ｒ、’１溶体、あるいは炭化ケイ素、窒化ケイふ、
サイアロン、安定化酸化ジルコニウム、部分安定化酸化
ジルコニウムの中の少なくとも１種とからなる場合であ
る。このマトリックスは、酸化アルミニウムが少なくと
も５５ｖｏＩ２％含Ｎ　Ｌでいるのが好ましく、特に酸
化アルミニウムが少なくとも５５ｖｏβ％と、に記複合
酸化物と、残り酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、炭化チ
タン、窒化チタン、炭窒化チタン、炭酸化チタン、窒酸
化チタン、炭窒酸化チタン、ｒｉとｒｉを除いた４ａ、
５ａ、６ａ族金属の中の少なくとも１種との複合炭化物
、複合炭窒化物、複合炭酸化物、複合炭窒酸化物の中の
少なくとも１種とからなる場合が靭性３強度、耐摩耗性
、耐熱衝撃性及び耐欠損性にすぐれるので好ましいこと
である。

本発明の高靭性酸化アルミニウム基焼結体を製造する方
法としては、従来の粉末冶金法及びウィスカーの含イｌ
た粉末冶金法を適用することにより得ることができるけ
れども、特に１次の製造方法で行うと緻密な焼結体を安
定に得ることができるのでｉＩｒましいことである。

すなわち５本発明の高靭性酸化アルミニウム基焼結体の
’３２造方法は、酸化アルミニウムを１：、成分とする
粉末の表面をカーボンで被覆してなる複合粉末と、酸化
アルミニウムと反応して複合酸化物を生成する物質とを
混合及び成形後、真空又は非酸化性ガス中で加熱焼結し
て、カーボン０．０３〜３ｗｔ％と、アルミニウムと酸
素の他に少なくとも１種の元素を含有してなる複合酸化
物が焼結体に対して０．２〜４０ｖｏｊ２％混在した酸
化アルミニウムを体とするマトリックスと不可避不純物
とでなる焼結体を得ることを特徴とする方法である。

本発明の高靭性酸化アルミニウム基焼結体の製造方法に
おける酸化アルミニウムを主成分とする粉末とは、ａ−
ＡＩ２．ｏ、、０−＾Ｉ１．Ｏ，ｌ。

γ−八β□０１．　　θ−Ａｊ２ａＯａ、非晶質の＾β
３口。

の中の少なくとも１種の粉末、もしくはこれらの酸化ア
ルミニウムの粉末と、池の粉末及び／又はウィスカー、
例えば、具体的にはＴｉＣ，ＴｉＮ。

ｒｉ［ｃＮｌ、　ＴｉｆＣＯｌ、　ＴｉｆＮｆｌ）、　
ＴｉｆＣＮＯｌ、　　（’ｒｉ、■）Ｃ（’ｒｉ、’ｒ
、１．Ｗｌｃ、　ＺｒＯ□、　ＳｉＣ，５ｉＪ４からな
る粉末及び／叉はウィスカーである。この酸化アルミニ
ウムを１゛成分とする粉末の表面をカーボンで被）ａす
る方法は、有機化合物１例えばフェノール樹脂、ビニル
樹脂、ポリビニルピロリドンなどを溶剤で溶解してなる
溶液中でト述の酸化アルミニウムなト成分とする粉末を
混合し、乾燥後、加熱処理する方法がに程の容易性から
好ましいことである。このようにして得る複合粉末中の
カーボン］ｄは、主として、有機化合物の種類及びその
含有ら１により制御できるものである。

こよりにして得た複合粉末と、酸化アルミニウムと反応
して複合酸化物を生成する物質に、必要に応じてパラフ
ィン、ポリビニルアルコール、ポリスチレンなどの成形
用滑剤を添加、造粒及び篩別を施こした後、型押し、押
出し及び射出成形などの従来の粉末冶金の方法でもって
成形し１次いで、真空中又は非酸化性ガス中で加熱処理
して滑剤を飛散させた後、１１１び真空中又は非酸化性
ガス中で加熱焼結することにより得ることができる。

このときの加熱焼結は、例えば５真空中又は計。

Ｎ□などの非酸化性ガス中で減圧、常圧又は２００〜５
００にｇｆ／ｃｍ”の加圧Ｆで１３００〜１８００℃の
加熱して１〜４時間保持する方法である。また、このよ
うにして焼結した後、必要に応じて５例えば１０００気
圧以」−の圧力、　＋３００−１６００℃の温度により
熱間静水圧処理（ＩＩＩＰ処理）することは、焼結体の
緻密化及び強度向上から好ましいことである。

本発明の高靭性酸化アルミニウム基焼結体の製造方法に
おける酸化アルミニウムと反応して複合酸化物を生成す
る物質は、Ｓｉを含めた金属１合金又はＳｉＯ□を含め
た金属酸化物、もしくはこれらの＋ｉｉｉ　’Ｍ体を現
わし、具体的には１例えばＳｒ、　ＢａＬａ、　Ｃｃ、
　Ｐｒ、　Ｎｄ、　Ｓｍ、　Ｅｕ、　Ｇｄ、　Ｐｂの酸
化物又はこれらの金属元素を含イ■してなる水酸化物、
炭酸塩、硝酸塩、もしくはアルコキシドなどの有機金属
化合物などの１１」駆体の中の少なくとも１種の第物質
の場合、あるいは該第１物質と酸化アルミニウムとでな
る第１化合物でなる場合、またはこの第１物質と、Ｍｇ
、　Ｃａ、　Ｍｎ、　Ｆｃ、　Ｃｏ、　Ｎｉ、　Ｃｕ。

Ｚｎ、　　Ｓｎ、　　Ｃｒ、　　Ｇａ、　　Ｉｎ、　　
Ｓｃ、　　Ｙ、　’ｒ　ｂ　、　　Ｄ　ｙ　、ＩＩ　ｏ
　、　　ヒ「。

Ｉ’ｍ、　Ｈ）、　１．ｕの酸化物又はこれらの金属元
素を含有してなる水酸化物、炭酸塩、　１ｉｒｌ酸塩、
もしくはアルコキシドなどの有機金属化合物などの１１
１１駆体の１１の少なくとも１種の第２物質とからなる
場合。

あるいは第２物質と酸化アルミニウムとでなる第２化合
物、さらには第１物質と第２物質と酸化アルミニウムと
でなる第３化合物でなる場合には焼粘体中に六方晶構造
の複合酸化物の生成を容易にすることから好ましいこと
である。ここで述べてきた第１化合物とは１例えば１゜
ａＡｆｉ　Ｌ、　ＣｃＡｊ２０Ｊなどを表わし、第２物
質とは、　　Ｎ１Ａｊ２．口、。

Ｍ）ＢＡＡ　２０４などを表わし、第３化合物とは。

（Ｙ、Ｎｂ）、　Ａｆｉ　、口１２　、（Ｄｙ、Ｃｃ）
ｚ　Δｎ、ｏ、、などを表才）すものである。

これらの酸化アルミニウムと反応して複合酸化物を生成
する物質の内、酸化物として添加する場合は、全体に対
して０．５〜４ｗＬ％の添加；ｉ目こすると、複合酸化
物の六方晶化が促進されること、この六方晶の複合酸化
物の形状及び分散状態がすぐれことから好ましいことで
ある。

（作用） 本発明の高靭性酸化アルミニウム基焼結体は、マトリッ
クスの粒界に存在しているカーボンが焼結体工程におい
て、緻密化の促進作用、マトリックス粒子、特に酸化ア
ルミニウムの粒成長を抑制する作用、及び複合酸化物を
還元して六方晶化を容易にする作用をし、またマトリッ
クス中の複合酸化物が高靭性、　ＩＸ’Ｇ強度及び耐熱
？！ｒ撃性な高める作用をし、特に複合酸化物が六方晶
の複合酸化物の場合はその作用が祥しく、さらにマトリ
ックスのＬ成分である酸化アルミニウムが１１摩耗性及
び耐酸化性をたかぬる作用をしているものである。

本発明の高靭性酸化アルミニウム基焼結体の製造方法は
、酸化アルミニウムをＩＥ酸成分する粉末の表面をカー
ボンで被覆したことが焼結の促進作用及び緻密の促進作
用を高めており、また上“（空又は非酸化性ガス中での
加熱焼結がカーボンによる還元作用を促進して、板状の
へ方品ｍ合酸化物の生成を促進しているものである。

（実施例） 実施例１ １ｉｌｌ！１２の一＋１均粒径０．２μｍのＡｌ１．０
．粉末及びＭｇＯ扮末の出発原料を用いて、　９９．５
ｗＬ％Ａｊ２．０３０．５＊Ｌ％ＭｇＯに配合し、この
配合粉末とジルコニア製ボールとメチルアルコールとを
ゴム内張ポットに入れて湿式混合粉末した。こうして得
たスラリーに、メチルアルコールに溶解したレゾール形
フェノール樹脂を混合した後、アルミナ製容器中で攪拌
しながら乾燥して混合粉末を得た。この混合粉末を黒鉛
ボードに充填し、窒素中、５’Ｃ／ｍｉｎの定速芹温で
８００℃まで昇温して八℃２０゜−ｖｇｏ混合粉末の表
面にカーボンを被覆した複合粉末を作製した。この複合
粉末は、０．５ｗＬ％カーボンｊｉｌの複合粉末（１）
と４．ＯｗＬ％カーボンｉ１１の複合粉末（１■）の２
種類を作製した。これらの複合粉末と市販の・［均粒径
０．５μｍの各種原料粉末を用いて第１表のごとくに配
合した。

この第暑表に示した各種複合粉末をジルコニア製ボール
、ゴム内張ポット及びメチルアルコールを用いてＩり度
々式混合粉砕し、さらに成形ａｌｊ’ｒｌｌとしてパラ
フィンを添加した。次いで、これらの混合粉末をＩ　Ｌ
ｏａ／ｃｓ”の圧力で所定形状に成形した後、大気圧室
ふ中、　１５００℃で２時間保持にて焼結した。こうし
て得た焼結体を、さらに１５００気圧。

アルゴン雰９１１２中、　１３５０℃で３０分間１１１
Ｐ処理を行った。第１表の内、比較品４は、複合粉末を
用いずに、　＾１２ｘＯ＊に０．５ｗＬ％Ｍｇ口を添加
して１人気中焼結の他は同様にして焼結体を得た。

こうして得た各焼結体の硬さ（１１ｖ荷ｆ［ｊｌＯｋｇ
）。

抗折力（３点曲げ、３ｘ４ｘ支点間３０ｍｍ）　、破壊
靭性値（マイクロクラック・インデンデージョン法）及
び熱１！Ｐｉ撃試験（３ｘ　４　ｘ　３５ｍｍ試片、所
定Ｉ！−度から　１００℃熱水中へ３回焼入）を測定し
、その結果を第２表に示した。さらにＸ線回折、Ｘ線マ
イクロアナライザーにて各焼結体の生成相の同定および
組織を調べて生成六方品複合酸化物の体積分率を測定し
て第２表に併記した。また、ラマン分光測定装置によっ
て焼結体のカーボン状態を調べた所、比較品４にはカー
ボンに起因するラマンシフトが検出されなかったのに対
し、複合粉末を用いた焼結体にはいずれもガラス状カー
ボン又は非晶質カーボンに相当する１３５０．１６００
ｃｍ−’にラマンシフトが検出された。

以十余１′ 実施例２ 実施例１と同様にして９９．４３　ｗｔ％Ａ℃２０３０
．５ｗＬ％ＭｇＯ−０．０７ｗＬ％Ｙ□０３混合粉末に
口５　ｗＬ％カーボンを被覆した複合粉末（Ｉｌｌ　”
）と市販の゛ド均杓径１ｇｍのｒｉＣ，’ｒｉ（Ｎ、Ｃ
Ｎ１’ｉＮ／’ｒｉＣ＝７／３１各粉末及び実施例１の
Ａ２よＬ　、　ＭｇＯ扮末を用いて第３人のごとくに配
合した。

この第：３表に示したそれぞれの配合粉末をアルミナ製
ボール、アルミナ製ポット及びメタノールを用いてＩ１
１度４式混合粉砕し、さらに成形ｄ１削としてパラフィ
ンを添加した。次いで、これらの混合粉末をｌ　Ｌｏｎ
／ｃｍ”の圧力で所定形状に成形した後，第３表に併記
した条件で焼結体後、アルゴン雰囲気中、　１５００気
圧、　１４００℃で３０分間保持の条件で　ｉ　＋　１
１処理した。こうして得た各焼結体の硬さ（１１ｖ荷屯
１０ｋｇ）−抗折力（：Ｓ点曲げ、：３Ｘ４Ｘ支点間３
０ｍｍ）　、破壊靭性１／ｌ　（マイクロクラック・イ
ンデンデージ三］ン法）及び熱衝撃試験（：３　Ｘ　４
　Ｘ３５ｍｍ試片、所定４度から　１００℃熱水中へ３
回焼入）を測定し、その結果を第４表に示した。さらに
Ｘ線回折、Ｘ線マイクロアナライザーにて各焼結体の生
成相の同定および組織を調べて生成六方品複合酸化物の
体積分率を測定して第４表に併記した。また、ラマン分
光測定装置によって焼結体のカーボン状態を調べた所、
Ｃ被覆複合粉末を用いた焼結体にはいずれもガラス状カ
ーボン又は非晶質カーボンに相当する１３５０．１６０
０ｃｍ−’にラマンシフトが検出されたが、Ｃ被覆複合
粉末を用いていない焼結体にはカーボンに相当するラマ
ンシフトが検出されなかった。

さらに第４表の各焼結体を用いて下記の乾式旋削条件、
湿式旋削条件及びフライス切削条件により切削試験を行
い、耐摩耗性及び耐チッピング性及び耐欠損性を比較し
、その結果を第４表に併記した。

乾式旋削試験条件 披　　削　　材　　　ＦＣ３５（１１１１２３０１チツ
プ形状　　５ＮＧＮ　１２０８０４（Ｑ、　ｌＸ−３０
°ホーニング付） 切削速度　３００　ｍ／ｍｉ口 送　　　　リ　　　　：＋（０，２ｍｍ／ｒｃｖ切り込
みＩ１え　　１．５ｍｍ 切削時間　３０　ｍｉｎ ル１式旋削パ験条件 被　　削　　材　　　　ＦＣ３５（ＩＩＢ　　２Ｆ＋口
）チップ形状　　５ＮＧＮ　１２０１１０４（０，ｌＸ
−３０°ホーニング付） 切削速度　３００　ｍ／ｍｉｎ 送　　　　リ　　　　；Ｉ２　　　　　　０．３　　ｍ
ｍ／ｒＣｖＱノり込み：＋＞　　　’１．５ｎ＋ｍ切削
曲剤　　旧−２（水溶性） 寿命判定及び切削打切時間 チッピングまでの切削時間最長 ３０ｍ１ｎで打９ノ フライス切削試験条件 被　　削　　材　　　　ＦＣＤ　　６０　　ｆｌｌｌｌ
　　３３０１チツプ形状　　５ＮＧＮ　１２０１１０４
切削速度　２００　ｍ／ｎ＋ｉｎ 切り込みｒｊｔ　　　１．５ｍｍ 寿命判定　　０．ｌＩ］ｍｍ／刃の送り速度から乾式断
続切削を行い、２００ｍｍ切削ごと に送りを増加させて、チップが欠 損した時の送り速度で示した。

以Ｆ余自 実施例：３ 実施例１と同様にして、市販の十均拉径０２μｍのＡｌ
１．ｆ］、、粉末と１２００℃のｒ備仮焼で作製した下
均ｉ：（径０８４μｍのＭｎＡｊ２Ｊａ粉末を用いて、
’ｌ’１ｗＬ％Ａｌ２ａ０２　１ｗＬ％ＭｎＡｊ２ｚＯ
ｎに配合し、この配合粉末とジルコニア製ボールと蒸留
水とをゴム内ＪＬＱポットに入れて湿式混合粉砕した。

こうして得たスラリーに蒸留水に溶解したポリビニルビ
ｒ、Ｊリドンを混合した後、アルミナ製容器中で攪拌し
ながら乾燥して混合粉末を得た。この混合粉末を黒鉛ボ
ードに充填し、窒素中、５℃／ｍｉｎの定速？ｌ′７！
ｌ！で　８０口℃まで７１’４してＡｌ１　ｚＬ　　　
ＭｎＡｊ２　ｘＯａ混合粉末の表面にカーボンを被覆し
た複合粉末（１ｖ）を作製した。この複合粉末（１ｖ）
のカーボン：１：は０３ｗし％であった。この複合粉末
（１ｖ）と実施例１の複合粉末（１）とｉ［シ均粒度０
１μｍの：３ｍｏＱ％Ｙ　ａ　Ｆｌ　ＪＩＩＩＩｌ溶の
ＺｒＯ，粉末を出発原料として、第５表のごとくに配合
し、第５表に併記した焼結条ｆ’ｌの他は実施例１と同
様にして焼結体を得た。

こうして得た各焼結体を実施例１と同様にして調べ、そ
の諸特性を第６表に示した。

以ド余白 実施例４ 実施例１と同様にして、市販の゛ＩＬ均粒径０．２ｕｍ
の＾氾２０．粉末と、ＭｇＯ粉末と、０．５ｕｍのＹｂ
、０．粉末を用いて、　９９ｗＬ％八Ａｘｉｓ　−Ｑ、
５ｗｔ％ｌＪｇＯ−０，５ｗＬ％Ｙｂ、０．に配合し、
この配合粉末とジルコニア製ボールとメチルアルコール
とをゴム内ツ１（ホットに入れて湿式混合粉砕した。こ
うしてｉ１？たスラリーに、イツトリウムメトキシドを
Ｙ、０３換算で０．０５ｗＬ％になるように混合した後
、イツトリウムメトキシドの加水分解に必°皮な１．ｔ
の：３イ１″Ｘ　’Ｉｆの蒸留水をこのスラリーに混合
しさらに追加の混合粉砕をした。こうして得たスラリー
にメチルアルコールに溶解したポリビニルピロリドンを
混合して、アルミナ製容器中で攪拌しながら乾燥して混
合粉末を得た。この混合粉末を黒鉛ボードに充填し、窒
素中、５℃／ｍｉｎの定速シ１′温で　８００　”Ｃま
でシ＋１ｆＡＬ／てΔ１２　ｚＯｚ　−ＭｇＯ−ＹｂＪ
ｉ　−ＹｊｉｌＪ混合粉末の表面にカーボンを被覆した
複合粉末（Ｖ）を作文した。この複合粉末（Ｖ）のカー
ボンニー：は０４賃Ｌ％であった。この複合粉末（Ｖ）
と平均径１μｍのＳｉＣウィスカーを出発原料として２
第７表の如くに配合し、第７表に併記した５００ｋｇ／
ｃｍ”Ｌ「力のホットプレスによる焼結条件及び粉砕を
押えてＳｉＣウィスカーの゛ト均アスペクト比Ｉ口の時
点で混合を終ｒし、　１１１Ｐ未処理以外は実施例２と
同様にして焼結体を得た。こうして得た各焼結体を実施
例２と同様にしてその７特性を調べまたド記の湿式旋削
条件及び実施例２と同条件のフライス切削条件により切
削試験を行い、耐摩耗性及び１１欠損性を比較し、その
結果を第８人に併記した。

ルー式旋削試験条件 披　　削　　材　　　　　ｌＮＣ０ＮＥ１．　６０Ｇチ
ツプ形状　　５ＮＧ８１２０８０４ （０，ＩＸ　−３０”ホーニング付） ｔ２５　　ｍ／ｍ１ｎ ０、１５　ｍｍ／ｒｅｖ ２、Ｏｍ中 （水溶性） 切削速度 送　　　　リ　　　　；ＩＩ 切り込みＨｌＢ 切削油剤 切削時間 （発明の効果） 以１−の結果から、本発明の高靭性酸化アルミニウｌ＼
基焼結体は、高硬度で耐摩耗性にすぐれ、しかも機械的
及び熱的なｉ！ｉ撃を伴なう断続切削時の耐ヂッピング
ヤ］、耐欠損性も２〜４ランク向卜する。“ｉ’：’＋
　ＭＪＪ　’Ｉ’ｌセラミックスであることから切削上
具として（，１頼性の而で苦しい改善がなされたもので
ある。又、微細組織のセラミックスであることからシャ
ープエツジに加「したときの刀＼“ｌち性が良くかつ耐
摩耗性にすぐれているので耐摩耗用［只として利用して
もすぐれた特性を示す。さらに、酸化アルミニラ１１を
１体としているので耐酸化ヤ１．耐介性にずぐれ、かつ
また、研摩後の面荒さ及び］４■１度にすぐれているの
でメカニカルシール、バルブ、バルブシート、ボール、
摺動材料などにも利用できると共に黒色系色調をイｆす
る材料であることから、時計用外装部品、釣り！１　：
Ｎ品ゴルフクラブヘッドなどを含めた装飾部品にも適用
できる産業１゛有用な材料である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）カーボン０．０３〜３ｗｔ％と、残り酸化アルミ
   ニウムを主成分とするマトリックスと不可避不純物とか
   らなる焼結体であって、該マトリックス中にアルミニウ
   ムと酸素の他に少なくとも１種の元素を含有してなる複
   合酸化物が該焼結体に対して０．２〜４０ｖｏｌ％混在
   していることを特徴とする高靭性酸化アルミニウム基焼
   結体。
2. （２）上記複合酸化物は、結晶構造が六方晶構造である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高靭性酸
   化アルミニウム基焼結体。
3. （３）上記複合酸化物は、アルミニウムと酸素の他に、
   Ｓｒ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇ
   ｄ，Ｐｂの中の少なくとも１種の元素を含有したもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の高靭性酸化アルミニウム基焼結体。
4. （４）上記複合酸化物は、アルミニウムと酸素の他に、
   Ｓｒ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇ
   ｄ，Ｐｂの中の少なくとも１種と、Ｍｇ，Ｃａ，Ｍｎ，
   Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｃｒ，Ｇａ，Ｉ
   ｎ，Ｓｃ，Ｙ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，
   Ｌｕの中の少なくとも１種との元素を含有したものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記
   載の高靭性酸化アルミニウム基焼結体。
5. （５）上記カーボンは、非晶質カーボン及び／又はガラ
   ス状カーボンでなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項，第２項，第３項又は第４項記載の高靭性酸化アル
   ミニウム基焼結体。
6. （６）上記マトリックスは、上記複合酸化物と、酸化ア
   ルミニウムが少なくとも５５ｖｏｌ％と、残り酸化ジル
   コニウム，炭化ケイ素，炭化チタン，窒化チタン，炭窒
   化チタン，炭酸化チタン，窒酸化チタン，炭窒酸化チタ
   ン，ＴｉとＴｉを除いた４ａ，５ａ，６ａ族金属の中の
   少なくとも１種との複合炭化物，複合炭窒化物，複合炭
   酸化物，複合炭窒酸化物の中の少なくとも１種とでなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項，第２項，第３
   項，第４項又は第５項記載の高靭性酸化アルミニウム基
   焼結体。
7. （７）酸化アルミニウムを主成分とする粉末の表面をカ
   ーボンで被覆してなる複合粉末と、酸化アルミニウムと
   反応して複合酸化物を生成する物質とを混合及び成形後
   、真空又は非酸化性ガス中で加熱焼結して、カーボン０
   ．０３〜３ｗｔ％と、アルミニウムと酸素の他に少なく
   とも１種の元素を含有してなる複合酸化物が焼結体に対
   して０．２〜４０ｖｏｌ％混在した酸化アルミニウムを
   主体とするマトリックスと不可避不純物とでなる焼結体
   を得ることを特徴とする高靭性酸化アルミニウム基焼結
   体の製造方法。
8. （８）上記酸化アルミニウムと反応して複合酸化物を生
   成する物質は、Ｓｒ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，
   Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｐｂの酸化物又はその前駆体の中の
   少なくとも１種の第１物質、もしくは該第１物質と酸化
   アルミニウムとでなる第１化合物であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第７項記載の高靭性酸化アルミニウム
   基焼結体の製造方法。
9. （９）上記酸化アルミニウムと反応して複合酸化物を生
   成する物質は、Ｓｒ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，
   Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｐｂの酸化物又はその前駆体の中の
   少なくとも１種の第１物質と、Ｍｇ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｆｃ
   ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｃｒ，Ｇａ，Ｉｎ，
   Ｓｃ，Ｙ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ
   の酸化物又はその前駆体の中の少なくとも１種の第２物
   質とからなる場合、もしくは該第２物質と酸化アルミニ
   ウムとでなる第２化合物、あるいは該第１物質と該第２
   物質と酸化アルミニウムとでなる第３化合物であること
   を特徴とする特許請求の範囲第７項記載の高靭性酸化ア
   ルミニウム基焼結体の製造方法。