JPH0357066B2 - - Google Patents
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- JPH0357066B2 JPH0357066B2 JP58233273A JP23327383A JPH0357066B2 JP H0357066 B2 JPH0357066 B2 JP H0357066B2 JP 58233273 A JP58233273 A JP 58233273A JP 23327383 A JP23327383 A JP 23327383A JP H0357066 B2 JPH0357066 B2 JP H0357066B2
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Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
本発明は靭性及び硬度が大で耐食耐摩耗性に優
れ、本来は絶縁材料に属するアルミナに導電性を
付与することにより抵抗発熱体として使用し得る
導電性アルミナ質抵抗体用材料並びにその製造方
法に関するものである。 現在抵抗発熱体（ヒーター材料）としては一般
に金属系材料が主に用いられており、またセラミ
ツク系抵抗発熱体としては絶縁性セラミツク材料
に導電発熱経路を接合したものや発熱体を埋込ん
だものの他SiO系やMoSi2系の発熱体及び高温用
としてZrO2系発熱体等が使用されている。 上記各種発熱体のうち金属系材料は耐食性、耐
酸化性及び耐摩性の点で劣る為、酸化性雰囲気や
酸及びアルカリ性物質或いは塩分等に浸される傾
向があると共に硬度が低い為に摩擦条件下で使用
する発熱体としては摩耗による寿命短縮の原因と
なり、SiC系及びMoSi2系発熱体については強度
が低い為に折損原因となる他構成結晶粒子が粗大
で組織が緻密でない為摩擦条件下での使用に際し
ては平滑な面が得られず粒子脱落摩耗及び相手材
に傷を付ける等の欠点がある。又ZrO2系抵抗発
熱体は低温域での導電性が殆んど無い為自己発熱
体とはなり得ず、他のヒーターで高温域まで予備
加熱しなけらば発熱体として使用出来ない欠点が
あつた。 また、金属材料系の抵抗発熱体は、一般的に抵
抗値が低い為にコイル状に加工したヒーターを使
用する他、ヘーズ加工或いは絶縁耐火管への巻付
加工等によりヒーターの全抵抗を大きくする策が
必要である為ヒーター部構造が複雑になる欠点が
あつた。 本発明は上記現状に鑑み、本来絶縁材料である
アルミナ質セラミツクに導電性を付与し、セラミ
ツクヒーターとして使用する他、耐摩耐食材料及
び耐摩耗性を利用する工具材料にも適用可能な導
電性アルミナ基焼結材料並びにその製造方法を提
供せんとするものであり、その要旨は、下記Ａ成
分群中の少なくとも１種、又はTiCと下記Ａ成分
群中の少なくとも１種17.5〜40.0容量％で、残部
がAl2O3若しくはその１重量％以下をMgOで置換
したAl2O3である様な物100重量部に対し、Y2O3、
ZrO2、TiO2の少なくとも１種が0.05〜５重量部
でありしかも組成の導電性アルミナ質低抗体用材
料。 Ａ成分：Mo2C、ZrC、NbC、TaC、WC、Cr3C2 並びにこの様な材料の製造方法として、ホツト
プレス（以下HPという）及びホツトアイソスタ
テイツクプレス（以下HPという）を採用する方
法である。 以下本発明を開発するに至つた実験と実施例及
びその結果を示す。 ＜実験１＞ 純度99.95％で0.5μｍの平均粒子径を有する
Al2O3粉末の0.5重量部を、純度99.9％で平均粒子
径が0.3μｍのMgOで置換したAl2O3成分と、純度
99％以上でかつ1μｍ以下の平均粒子径を有する
各種カーバイド成分とを第１表に示す如く100容
量％になるように秤量した主成分100重量部に対
し、純度99％以上で、平均粒子径を0.5μｍ以下に
調整した各種添加物を同第１表記載の如く2.5重
量部秤量し添加した後、湿式ボールミルにより粉
砕混合し、かつ必要に応じてバインダー（ワツク
ス）を配合して焼結要原料を得た。 上記焼結用原料を500Kg／cm2以上の圧力で成型
した後、非酸化性雰囲気（Arガス）炉で1400〜
1800℃の温度下に１時間保持して相対密度が94〜
98％の予備焼結体を得た。 なお、上記予備焼結温度は配合素成により最適
焼結温度が異なり、試料No.毎に相対密度が94.5〜
98％になる温度条件下で予備焼結を行なつた。 次いで予備焼結品をHIP装置で不活性ガス
（Ar）圧を1500気圧とし、温度は各試料No.の予備
焼結温度より150℃低目の温度条件下で１時間保
持することにより焼結素材を得た。 特性調査資料としては、ダイヤモンド砥石によ
る５×５×25mmの研削試片とし、第１表に示す各
種のデータを得た。 なお、気孔率については各試片を鏡面ラツプ仕
上した後、画像解析機により微細なスポツトから
大きなスポツトまで全てを解析することによりデ
ータを得た。
れ、本来は絶縁材料に属するアルミナに導電性を
付与することにより抵抗発熱体として使用し得る
導電性アルミナ質抵抗体用材料並びにその製造方
法に関するものである。 現在抵抗発熱体（ヒーター材料）としては一般
に金属系材料が主に用いられており、またセラミ
ツク系抵抗発熱体としては絶縁性セラミツク材料
に導電発熱経路を接合したものや発熱体を埋込ん
だものの他SiO系やMoSi2系の発熱体及び高温用
としてZrO2系発熱体等が使用されている。 上記各種発熱体のうち金属系材料は耐食性、耐
酸化性及び耐摩性の点で劣る為、酸化性雰囲気や
酸及びアルカリ性物質或いは塩分等に浸される傾
向があると共に硬度が低い為に摩擦条件下で使用
する発熱体としては摩耗による寿命短縮の原因と
なり、SiC系及びMoSi2系発熱体については強度
が低い為に折損原因となる他構成結晶粒子が粗大
で組織が緻密でない為摩擦条件下での使用に際し
ては平滑な面が得られず粒子脱落摩耗及び相手材
に傷を付ける等の欠点がある。又ZrO2系抵抗発
熱体は低温域での導電性が殆んど無い為自己発熱
体とはなり得ず、他のヒーターで高温域まで予備
加熱しなけらば発熱体として使用出来ない欠点が
あつた。 また、金属材料系の抵抗発熱体は、一般的に抵
抗値が低い為にコイル状に加工したヒーターを使
用する他、ヘーズ加工或いは絶縁耐火管への巻付
加工等によりヒーターの全抵抗を大きくする策が
必要である為ヒーター部構造が複雑になる欠点が
あつた。 本発明は上記現状に鑑み、本来絶縁材料である
アルミナ質セラミツクに導電性を付与し、セラミ
ツクヒーターとして使用する他、耐摩耐食材料及
び耐摩耗性を利用する工具材料にも適用可能な導
電性アルミナ基焼結材料並びにその製造方法を提
供せんとするものであり、その要旨は、下記Ａ成
分群中の少なくとも１種、又はTiCと下記Ａ成分
群中の少なくとも１種17.5〜40.0容量％で、残部
がAl2O3若しくはその１重量％以下をMgOで置換
したAl2O3である様な物100重量部に対し、Y2O3、
ZrO2、TiO2の少なくとも１種が0.05〜５重量部
でありしかも組成の導電性アルミナ質低抗体用材
料。 Ａ成分：Mo2C、ZrC、NbC、TaC、WC、Cr3C2 並びにこの様な材料の製造方法として、ホツト
プレス（以下HPという）及びホツトアイソスタ
テイツクプレス（以下HPという）を採用する方
法である。 以下本発明を開発するに至つた実験と実施例及
びその結果を示す。 ＜実験１＞ 純度99.95％で0.5μｍの平均粒子径を有する
Al2O3粉末の0.5重量部を、純度99.9％で平均粒子
径が0.3μｍのMgOで置換したAl2O3成分と、純度
99％以上でかつ1μｍ以下の平均粒子径を有する
各種カーバイド成分とを第１表に示す如く100容
量％になるように秤量した主成分100重量部に対
し、純度99％以上で、平均粒子径を0.5μｍ以下に
調整した各種添加物を同第１表記載の如く2.5重
量部秤量し添加した後、湿式ボールミルにより粉
砕混合し、かつ必要に応じてバインダー（ワツク
ス）を配合して焼結要原料を得た。 上記焼結用原料を500Kg／cm2以上の圧力で成型
した後、非酸化性雰囲気（Arガス）炉で1400〜
1800℃の温度下に１時間保持して相対密度が94〜
98％の予備焼結体を得た。 なお、上記予備焼結温度は配合素成により最適
焼結温度が異なり、試料No.毎に相対密度が94.5〜
98％になる温度条件下で予備焼結を行なつた。 次いで予備焼結品をHIP装置で不活性ガス
（Ar）圧を1500気圧とし、温度は各試料No.の予備
焼結温度より150℃低目の温度条件下で１時間保
持することにより焼結素材を得た。 特性調査資料としては、ダイヤモンド砥石によ
る５×５×25mmの研削試片とし、第１表に示す各
種のデータを得た。 なお、気孔率については各試片を鏡面ラツプ仕
上した後、画像解析機により微細なスポツトから
大きなスポツトまで全てを解析することによりデ
ータを得た。
【表】
【表】
＜実験２＞
実験１において用いたのと同じAl2O3成分と純
度99.5％で平均粒子径が0.9μｍのTiC粉末以外は
実験１に用いたのと同じ各種カーバイド粉末と
を、実験１と同じように秤量した主成分100重量
部に対し、実験１に用いたのと同じTiO2、Y2O3
及びZrO2を各々１重量部ずつ添加し、実験１と
同じ方法で焼結用原料を得た。 上記焼結用原料の成型及び予備焼結方法は実験
１と同じ方法とし、HIP焼結条件は各試料No.の最
適予備結晶温度より100℃低目で、かつ不活性ガ
ス（Ar）は1000気圧の下で１時間保持すること
により焼結体を得た後、各種調査したデータを第
３表に示す。
度99.5％で平均粒子径が0.9μｍのTiC粉末以外は
実験１に用いたのと同じ各種カーバイド粉末と
を、実験１と同じように秤量した主成分100重量
部に対し、実験１に用いたのと同じTiO2、Y2O3
及びZrO2を各々１重量部ずつ添加し、実験１と
同じ方法で焼結用原料を得た。 上記焼結用原料の成型及び予備焼結方法は実験
１と同じ方法とし、HIP焼結条件は各試料No.の最
適予備結晶温度より100℃低目で、かつ不活性ガ
ス（Ar）は1000気圧の下で１時間保持すること
により焼結体を得た後、各種調査したデータを第
３表に示す。
【表】
【表】
【表】
＜実験３＞
実験１に用いたのと同じAl2O3成分と第４表欄
外の注に示すＡ、Ｂ及びＣの複炭化物とを第４表
の容量％になるように秤量して得た主成分の100
重量部に対して、実験１に用いたのと同じTiO2、
Y2O3及びZrO2を各々0.25重量部ずつ添加し、実
験１と同じ方法で焼結用原料を得た。 上記焼結用原料の成型及び予備焼結方法は実験
１と同じ方法とし、HIP焼結条件は最適予備焼結
条件より50℃低目の温度で、かつ不活性ガス
（Ar）は750気圧の下で１時間保持することによ
り焼結体を得、実験１と同じ方法で第４表に示す
データを得た。
外の注に示すＡ、Ｂ及びＣの複炭化物とを第４表
の容量％になるように秤量して得た主成分の100
重量部に対して、実験１に用いたのと同じTiO2、
Y2O3及びZrO2を各々0.25重量部ずつ添加し、実
験１と同じ方法で焼結用原料を得た。 上記焼結用原料の成型及び予備焼結方法は実験
１と同じ方法とし、HIP焼結条件は最適予備焼結
条件より50℃低目の温度で、かつ不活性ガス
（Ar）は750気圧の下で１時間保持することによ
り焼結体を得、実験１と同じ方法で第４表に示す
データを得た。
【表】
＜実験４＞
実験１に用いたのと同じAl2O3成分と実験３に
用いたのと同じ複炭化物とを、第５表に示す如く
一定の容量部になるように秤量し、実験１に用い
たのと同じ添加物の配合量を第４表の如く変化さ
せて同様の方法で焼結用原料を得た。 成型方法及び予備焼結方法は実験１と同じとし
HIP条件は各試料No.の最適予備焼結温度より100
℃低目の温度で、かつ不活性ガス（Ar）圧を
1800気圧の下で１時間保持することにより焼結体
を得、これを実験１と同じ方法で各種調査し第５
表に示すデータを得た。
用いたのと同じ複炭化物とを、第５表に示す如く
一定の容量部になるように秤量し、実験１に用い
たのと同じ添加物の配合量を第４表の如く変化さ
せて同様の方法で焼結用原料を得た。 成型方法及び予備焼結方法は実験１と同じとし
HIP条件は各試料No.の最適予備焼結温度より100
℃低目の温度で、かつ不活性ガス（Ar）圧を
1800気圧の下で１時間保持することにより焼結体
を得、これを実験１と同じ方法で各種調査し第５
表に示すデータを得た。
【表】
【表】
実施例 １
抵抗発熱体用材料として実験１・２・３に示し
た各種試料に相当する材料で寸法が10×1.5×100
の板状ヒーターを作り、長手方向に５個直列に放
電加工孔を介して結線した後10ボルトの電圧で昇
温した結果いずれも５分間以内で400℃に達し10
個配列した各々のヒーター単体も同一温度であ
り、かつ熱硬化性接着剤の加熱炉の代りにアルミ
ナ系被接着物を直接ヒーターに乗せ加熱した結
果、電気炉による間接加熱方式に比べエネルギー
消費率は25％程度に節減出来る事が判明した。 実施例 ２ 前記実験１の試料No.２、４、11、13、19、20、
26、27、28と実験２の試料No.２、３、７、10、15
及び実験３の試料No.２、４、５、９、14、16に相
当する材料で、外径10mm内径６mm長さ400mmのパ
イプを作り、線引加工機のワイヤー予熱ヒーター
として350℃になるよう電流電圧を調整して使用
した結果、従来のニクロムヒーターによる間接加
熱方式に比べ40％のエネルギー消費率で多大な省
エネ効果が得られると共に、本発明材料は緻密で
組織も微細であり、かつワイヤーとの反応性が無
い為にヒーター材料と接触した場合に於いてもワ
イヤーに傷を発生させることもなく良好な線状が
得られた。 以下に上記実験結果をも勘案し乍ら、低抗体用
の材料として望ましい成分や特性並びにその様に
望ましい材料を得る為の製造条件等を考察する。 本発明の材料は、抵抗発熱体としての特性を有
する他、製品形状が複雑な場合や孔あけ加工等を
行なう場合に超音波加工よりも加工能率のよい放
電加工性も加味して材料成分及び比抵抗値の特性
を決定した。 即ち、一般にAl2O3系のセラミツク材料はその
硬さが大な為にダイヤモンド砥石による研削加工
が主流をなしているが、ダイヤモンド砥石による
研削加工で複雑な外径或いは内径加工や孔あけ加
工等を行なうには自ら一定の限度があり、放電加
工や超音波加工によらざるを得ない。ところで、
従来から一般に研削工具用や耐摩耗部材用として
使用されているAl2O3は導電性が無いので放電加
工法を採用するという訳には行かず上述の如き複
雑、小型の物の加工は超音波加工法に頼らざるを
得なかつた。しかしその加工能率は非常に悪いた
め、製品は必然的に高価なものとなり、用途開発
を行なう上において価格的に相応出来ないことが
ある。 一方、放電加工方法は超硬工具材料に一般的に
採用されており、超音波加工方法に比べ数倍以上
の加工能率を有しており、加工費面からはより良
い加工方法であるが、被加工物が導電性を有する
事が必須条件である。 まず、本発明の抵抗体用材料としてAl2O3ある
いはその１重量％以下を粒成長抑制剤あるいは焼
結促進剤としてよく知られ常用されているMgO
で置換したAl2O3に対して配合する上記カーバイ
ド成分の配合量について考察するに、上記実験結
果を総合すれば、これらのカーバイド成分が17.5
容量％未満に於いては、比抵抗値が大で放電加工
性が得られず17.5容量％以上とすることにより放
電加工性が容易になる。 一方、カーバイド成分の量が40容量％を越える
と、比抵抗は0.5×10-3Ω・cm以下となり放電加工
性はより優れる傾向となるが、難焼結性のカーバ
イド成分が多くなる程予備焼結時の最適温度が高
くなり、必然的に結晶粒径が粗大化する傾向が強
くなり好ましくない。一方、17.5容量％未満にお
いてもAl2O3の結晶粒が大きくなる傾向がある。
上記の如く結晶粒が粗大化すると、強度が低下し
かつ粗大スポツトの発生率が大となるため、摩擦
条件下の直接加熱方式の低抗体用としては好まし
くない。 次に配合するY2O3、ZrO2、TiO2の量について
はこれらの酸化物の量が0.05重量部未満では、こ
れら酸化物の効果たる粒成長抑制効果及び焼結促
進効果が十分ではなく組大な結晶粒を有する材料
が出来て強度が低下する傾向があり、かつ摩擦条
件下で使用する場合には粒子脱落原因となり相手
材に傷を付ける等好ましくない。かつ又これらの
添加酸化物は放電加工性改善剤としての作用もあ
り、同じ比抵抗値を示す材料の放電加工性を調査
した結果、該酸化物の添加量が0.05重量部未満の
試料は大幅に放電加工性が劣ることを見出した。 一方、添加酸化物の配合量が５重量部を越える
とTiO2及びY2O3を使用した場合微細スポツトが
増加し気孔率が大きくなる傾向にあり、好ましく
なくなると共に強度が低下する傾向がある。 なお、添加物としてZrO2を配合した場合、５
重量部を越えても気孔及び強度面で欠点は現われ
ないが、加工性が劣るようになる。又TiO2、
Y2O3、ZrO2の添加物を５重量部以上配合すると
HP法を採用する場合に黒鉛型との反応が著しく
なり焼結体が接着割れをおこす傾向が強くなる。 次に材料の電気伝導度について、比抵抗値の大
きさて考察すれば比抵抗値は低い方が放電加工性
は容易となるが本願発明材料においては、カーバ
イド成分の配合量により必然的に限界がありカー
バイド成分が、40容量％の場合0.5×10-3Ω・cmに
相当する。 なおカーバイド成分を40容量％配合した場合で
も製造方法によつては0.5×10-3Ω・cm以下の材料
を得ることが出来るが、その様にして得た材料は
Al2O3の結晶粒を粗大化させた試料において認め
られる現象であり、抵抗材料として適しなくな
る。 一方、比抵抗値が60×10-3Ω・cmを越えると放
電加工性は急激に困難となり特殊な形状に加工す
る場合に対応出来なくなる。 次に、材料の結晶粒子径については、平均粒子
系が4μｍを越えると、強度が低下し、かつ硬度
も低くなる傾向があり、取扱い中或いは使用中に
破損させる可能性があり、又硬さが低くなるため
摩擦条件下で使用する抵抗発熱体材料の表面をラ
ツプ仕上げを行なう必要がある場合、良好なラツ
プ面が得られなくなると共に耐摩耗性が劣ること
になる。 又、材料の気孔率が１容量％を越えると、強度
及び硬度が低下すると共に良好なラツプ面が得ら
れ難く、長時間のラツプ加工を要する他、スポツ
トの存在やナシ地状の製品が得られる可能性が強
くなり好ましくない。 又、抵抗発熱体や抵抗材料を製造する過程或い
は使用中において、強度の低いもの程破損しやす
いことは当然のことである。更に急熱急冷条件下
で使用される抵抗発熱体等においては熱衝撃を受
けることになる為、材料強度は大なる程好まし
い。 発明者等は上記現象における耐破損性は、セラ
ミツク材料に通常用いられている曲げ強さ（Kg／
mm2）よりもシヤルピー値の方が耐破損性と関連性
が高いこと、更にはシヤルピー値が0.1Kgｆｍ／
cm2未満の場合は、破損する可能性があることを見
出したものである。 この耐破損性は熱衝撃テストにより得た結論で
あり、シヤルピー衝撃試験片を炉中で加熱した後
23℃の水中に投入して急冷し微細クラツクが発生
するに至る急冷温度差を変化させることにより調
査したものである。 更に、本発明材料の硬度については摩擦条件下
で使用する場合硬い程好ましいが、用途的に91
（HRA）以上あればよいことが判つた。 なお、今まで述べて来た考察は、全て上記した
実験結果及び実施例を勘案したものであり、上記
実験結果として記載しているのはHIP法によつて
製造したものについてばかりであるが、同様の実
験をHP法によつても行なつた結果、上記HIP法
により得られた結果と殆んど同様の結果が得られ
た。但しHP法の場合では得られる製品の比抵抗
値はHIP法のそれに比べて若干高めの値となる傾
向があつた。 次に製造方法時の各条件について考察すれば、
まず、HP時の結晶温度が1300℃未満の場合は緻
密焼結体が得られ難く、又緻密に焼結する為には
長時間の保持を要する等経済的ではない。 一方、焼結温度が1800℃を越える場合はモール
ドとの反応接着等を起し、割れ不良品等が発生し
やすくなる他、結晶粒径の均一微細な材料が得ら
れず強度低下あるいは良好な光沢面が得にくくな
る。 次にHIP法による場合の非酸化性ガス（通常ア
ルゴンガス）圧力が500気圧未満の場合は加圧不
足に伴なう緻密度不足品が出来る頻度が多くな
り、ラツピング面がくもつたりナシ地状となつた
り、スポツトが存在する等の不良品が発生しやす
くなる。 又、HIP時の温度が1300℃未満の場合は、温度
不足に伴なうHIP効果即ち緻密化が不足すること
になる。一方、温度が1800℃を越えると、過焼結
のため結晶粒径が大きくなり、強度の高い製品が
得られなくなる。 又HIPに供する予備焼結体の相対密度が94.5％
未満の場合は、予備焼結体に局部的な密度ムラが
存在する場合があり、HIP処理しても局部的な緻
密度不足品が得られることになり、均質な材料を
得るためには少なくとも94.5％の相対密度を有す
るのが好ましいものである。 以上述べて来た如く、本発明によれば硬さが大
で耐摩耗性に富み、軽量であるというセラミツク
本来の利点を確保しつつ、均一微細な結晶である
為に必要に応じて良好なラツピング面を得ること
が出来、かつ衝撃値が大であるので破損し難いと
いう低抗体用増料として数々の利点を有する上
に、電気伝導性がある為に放電加工を行なう事が
出来るので複雑形状品及び孔あけ効果を行なう際
に加工能率のよい放電加工法を採用することが可
能となり、製品製造コストを低減することが出
来、かつ抵抗発熱材料として用いた場合、直接加
熱方式が採用可能となり、少なくとも50％の省エ
ネ効果を得ることが出来る。
た各種試料に相当する材料で寸法が10×1.5×100
の板状ヒーターを作り、長手方向に５個直列に放
電加工孔を介して結線した後10ボルトの電圧で昇
温した結果いずれも５分間以内で400℃に達し10
個配列した各々のヒーター単体も同一温度であ
り、かつ熱硬化性接着剤の加熱炉の代りにアルミ
ナ系被接着物を直接ヒーターに乗せ加熱した結
果、電気炉による間接加熱方式に比べエネルギー
消費率は25％程度に節減出来る事が判明した。 実施例 ２ 前記実験１の試料No.２、４、11、13、19、20、
26、27、28と実験２の試料No.２、３、７、10、15
及び実験３の試料No.２、４、５、９、14、16に相
当する材料で、外径10mm内径６mm長さ400mmのパ
イプを作り、線引加工機のワイヤー予熱ヒーター
として350℃になるよう電流電圧を調整して使用
した結果、従来のニクロムヒーターによる間接加
熱方式に比べ40％のエネルギー消費率で多大な省
エネ効果が得られると共に、本発明材料は緻密で
組織も微細であり、かつワイヤーとの反応性が無
い為にヒーター材料と接触した場合に於いてもワ
イヤーに傷を発生させることもなく良好な線状が
得られた。 以下に上記実験結果をも勘案し乍ら、低抗体用
の材料として望ましい成分や特性並びにその様に
望ましい材料を得る為の製造条件等を考察する。 本発明の材料は、抵抗発熱体としての特性を有
する他、製品形状が複雑な場合や孔あけ加工等を
行なう場合に超音波加工よりも加工能率のよい放
電加工性も加味して材料成分及び比抵抗値の特性
を決定した。 即ち、一般にAl2O3系のセラミツク材料はその
硬さが大な為にダイヤモンド砥石による研削加工
が主流をなしているが、ダイヤモンド砥石による
研削加工で複雑な外径或いは内径加工や孔あけ加
工等を行なうには自ら一定の限度があり、放電加
工や超音波加工によらざるを得ない。ところで、
従来から一般に研削工具用や耐摩耗部材用として
使用されているAl2O3は導電性が無いので放電加
工法を採用するという訳には行かず上述の如き複
雑、小型の物の加工は超音波加工法に頼らざるを
得なかつた。しかしその加工能率は非常に悪いた
め、製品は必然的に高価なものとなり、用途開発
を行なう上において価格的に相応出来ないことが
ある。 一方、放電加工方法は超硬工具材料に一般的に
採用されており、超音波加工方法に比べ数倍以上
の加工能率を有しており、加工費面からはより良
い加工方法であるが、被加工物が導電性を有する
事が必須条件である。 まず、本発明の抵抗体用材料としてAl2O3ある
いはその１重量％以下を粒成長抑制剤あるいは焼
結促進剤としてよく知られ常用されているMgO
で置換したAl2O3に対して配合する上記カーバイ
ド成分の配合量について考察するに、上記実験結
果を総合すれば、これらのカーバイド成分が17.5
容量％未満に於いては、比抵抗値が大で放電加工
性が得られず17.5容量％以上とすることにより放
電加工性が容易になる。 一方、カーバイド成分の量が40容量％を越える
と、比抵抗は0.5×10-3Ω・cm以下となり放電加工
性はより優れる傾向となるが、難焼結性のカーバ
イド成分が多くなる程予備焼結時の最適温度が高
くなり、必然的に結晶粒径が粗大化する傾向が強
くなり好ましくない。一方、17.5容量％未満にお
いてもAl2O3の結晶粒が大きくなる傾向がある。
上記の如く結晶粒が粗大化すると、強度が低下し
かつ粗大スポツトの発生率が大となるため、摩擦
条件下の直接加熱方式の低抗体用としては好まし
くない。 次に配合するY2O3、ZrO2、TiO2の量について
はこれらの酸化物の量が0.05重量部未満では、こ
れら酸化物の効果たる粒成長抑制効果及び焼結促
進効果が十分ではなく組大な結晶粒を有する材料
が出来て強度が低下する傾向があり、かつ摩擦条
件下で使用する場合には粒子脱落原因となり相手
材に傷を付ける等好ましくない。かつ又これらの
添加酸化物は放電加工性改善剤としての作用もあ
り、同じ比抵抗値を示す材料の放電加工性を調査
した結果、該酸化物の添加量が0.05重量部未満の
試料は大幅に放電加工性が劣ることを見出した。 一方、添加酸化物の配合量が５重量部を越える
とTiO2及びY2O3を使用した場合微細スポツトが
増加し気孔率が大きくなる傾向にあり、好ましく
なくなると共に強度が低下する傾向がある。 なお、添加物としてZrO2を配合した場合、５
重量部を越えても気孔及び強度面で欠点は現われ
ないが、加工性が劣るようになる。又TiO2、
Y2O3、ZrO2の添加物を５重量部以上配合すると
HP法を採用する場合に黒鉛型との反応が著しく
なり焼結体が接着割れをおこす傾向が強くなる。 次に材料の電気伝導度について、比抵抗値の大
きさて考察すれば比抵抗値は低い方が放電加工性
は容易となるが本願発明材料においては、カーバ
イド成分の配合量により必然的に限界がありカー
バイド成分が、40容量％の場合0.5×10-3Ω・cmに
相当する。 なおカーバイド成分を40容量％配合した場合で
も製造方法によつては0.5×10-3Ω・cm以下の材料
を得ることが出来るが、その様にして得た材料は
Al2O3の結晶粒を粗大化させた試料において認め
られる現象であり、抵抗材料として適しなくな
る。 一方、比抵抗値が60×10-3Ω・cmを越えると放
電加工性は急激に困難となり特殊な形状に加工す
る場合に対応出来なくなる。 次に、材料の結晶粒子径については、平均粒子
系が4μｍを越えると、強度が低下し、かつ硬度
も低くなる傾向があり、取扱い中或いは使用中に
破損させる可能性があり、又硬さが低くなるため
摩擦条件下で使用する抵抗発熱体材料の表面をラ
ツプ仕上げを行なう必要がある場合、良好なラツ
プ面が得られなくなると共に耐摩耗性が劣ること
になる。 又、材料の気孔率が１容量％を越えると、強度
及び硬度が低下すると共に良好なラツプ面が得ら
れ難く、長時間のラツプ加工を要する他、スポツ
トの存在やナシ地状の製品が得られる可能性が強
くなり好ましくない。 又、抵抗発熱体や抵抗材料を製造する過程或い
は使用中において、強度の低いもの程破損しやす
いことは当然のことである。更に急熱急冷条件下
で使用される抵抗発熱体等においては熱衝撃を受
けることになる為、材料強度は大なる程好まし
い。 発明者等は上記現象における耐破損性は、セラ
ミツク材料に通常用いられている曲げ強さ（Kg／
mm2）よりもシヤルピー値の方が耐破損性と関連性
が高いこと、更にはシヤルピー値が0.1Kgｆｍ／
cm2未満の場合は、破損する可能性があることを見
出したものである。 この耐破損性は熱衝撃テストにより得た結論で
あり、シヤルピー衝撃試験片を炉中で加熱した後
23℃の水中に投入して急冷し微細クラツクが発生
するに至る急冷温度差を変化させることにより調
査したものである。 更に、本発明材料の硬度については摩擦条件下
で使用する場合硬い程好ましいが、用途的に91
（HRA）以上あればよいことが判つた。 なお、今まで述べて来た考察は、全て上記した
実験結果及び実施例を勘案したものであり、上記
実験結果として記載しているのはHIP法によつて
製造したものについてばかりであるが、同様の実
験をHP法によつても行なつた結果、上記HIP法
により得られた結果と殆んど同様の結果が得られ
た。但しHP法の場合では得られる製品の比抵抗
値はHIP法のそれに比べて若干高めの値となる傾
向があつた。 次に製造方法時の各条件について考察すれば、
まず、HP時の結晶温度が1300℃未満の場合は緻
密焼結体が得られ難く、又緻密に焼結する為には
長時間の保持を要する等経済的ではない。 一方、焼結温度が1800℃を越える場合はモール
ドとの反応接着等を起し、割れ不良品等が発生し
やすくなる他、結晶粒径の均一微細な材料が得ら
れず強度低下あるいは良好な光沢面が得にくくな
る。 次にHIP法による場合の非酸化性ガス（通常ア
ルゴンガス）圧力が500気圧未満の場合は加圧不
足に伴なう緻密度不足品が出来る頻度が多くな
り、ラツピング面がくもつたりナシ地状となつた
り、スポツトが存在する等の不良品が発生しやす
くなる。 又、HIP時の温度が1300℃未満の場合は、温度
不足に伴なうHIP効果即ち緻密化が不足すること
になる。一方、温度が1800℃を越えると、過焼結
のため結晶粒径が大きくなり、強度の高い製品が
得られなくなる。 又HIPに供する予備焼結体の相対密度が94.5％
未満の場合は、予備焼結体に局部的な密度ムラが
存在する場合があり、HIP処理しても局部的な緻
密度不足品が得られることになり、均質な材料を
得るためには少なくとも94.5％の相対密度を有す
るのが好ましいものである。 以上述べて来た如く、本発明によれば硬さが大
で耐摩耗性に富み、軽量であるというセラミツク
本来の利点を確保しつつ、均一微細な結晶である
為に必要に応じて良好なラツピング面を得ること
が出来、かつ衝撃値が大であるので破損し難いと
いう低抗体用増料として数々の利点を有する上
に、電気伝導性がある為に放電加工を行なう事が
出来るので複雑形状品及び孔あけ効果を行なう際
に加工能率のよい放電加工法を採用することが可
能となり、製品製造コストを低減することが出
来、かつ抵抗発熱材料として用いた場合、直接加
熱方式が採用可能となり、少なくとも50％の省エ
ネ効果を得ることが出来る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 下記Ａ成分群中の少なくとも１種、又はTiC
と下記Ａ成分群中の少なくとも１種が17.5〜40.0
容量％で、残部がAl2O3若しくはその１重量％以
下をMgOで置換したAl2O3である様な物100重量
部に対し、Y2O3、ZrO2、TiO2の少なくとも１種
が0.05〜５重量部である様な組成のアルミナ質抵
抗体用材料。 Ａ成分：Mo2C、ZrC、NbC、TaC、WC、Cr3C2 ２ 平均結晶粒径が4μｍ以下で、気孔率が１容
量％以下であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のアルミナ質抵抗体用材料。 ３ 比抵抗値が（0.5〜60）×10-3Ω・cmであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項若しくは第
２項記載のアルミナ質抵抗体用材料。 ４ シヤルピー衝撃値が0.1Kgｆｍ／cm2以上であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３
項のいずれかに記載のアルミナ質抵抗体用材料。 ５ 下記Ａ成分群中の少なくとも１種、又はTiC
と下記Ａ成分群中の少なくとも１種が17.5〜40.0
容量％で、残部がAl2O3若しくはその１重量％以
下をMgOで置換したAl2O3である様な混合粉末
100重量部に対し、Y2O3、ZrO2、TiO2の少なく
とも１種が0.05〜５重量部添加された組成の混合
粉末を所要形状の型内で非酸化性雰囲気のホツト
プレス法により焼結することを特徴とするアルミ
ナ質抵抗体用材料の製造方法。 Ａ成分：Mo2C、ZrC、NbC、TaC、WC、Cr3C2 ６ ホツトプレス法の条件が、圧力50Kg／cm2以
上、温度1300〜1800℃であることを特徴とする特
許請求の範囲第５項記載のアルミナ質抵抗体用材
料の製造方法。 ７ 下記Ａ成分群中の少なくとも１種、又はTiC
と下記Ａ成分群中の少なくとも１種が17.5〜40容
量％で、残部Al2O3若しくはその１重量％以下を
MgOで置換したAl2O3である様な混合粉末100重
量部に対し、Y2O3、ZrO2、TiO2の少なくとも１
種が0.05〜５重量％添加された組成の混合粉末を
所要形状に成型し、次いで該成型体を相対密度
94.5％以上に予備焼結した後、非酸化性雰囲気の
ホツトアイソスタテイツクプレス法により焼結す
ることを特徴とするアルミナ質抵抗体用材料の製
造方法。 Ａ成分：Mo2C、ZrC、NbC、TaC、WC、Cr3C2 ８ ホツトアイソスタテイツクプレス法の条件
が、圧力500気圧以上、温度1300〜1800℃である
ことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載のア
ルミナ質低抗体用材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58233273A JPS60127260A (ja) | 1983-12-09 | 1983-12-09 | アルミナ質抵抗体用材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58233273A JPS60127260A (ja) | 1983-12-09 | 1983-12-09 | アルミナ質抵抗体用材料及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60127260A JPS60127260A (ja) | 1985-07-06 |
| JPH0357066B2 true JPH0357066B2 (ja) | 1991-08-30 |
Family
ID=16952499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58233273A Granted JPS60127260A (ja) | 1983-12-09 | 1983-12-09 | アルミナ質抵抗体用材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60127260A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63133056U (ja) * | 1987-02-20 | 1988-08-31 | ||
| JPS6433056A (en) * | 1987-07-27 | 1989-02-02 | Kobe Steel Ltd | Shaft shaped ceramic cutting tool |
| JPH01179754A (ja) * | 1988-01-11 | 1989-07-17 | Mitsubishi Metal Corp | 切削工具用セラミックス部材 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6348825A (ja) * | 1986-08-19 | 1988-03-01 | Tokyo Electron Ltd | アツシング装置 |
-
1983
- 1983-12-09 JP JP58233273A patent/JPS60127260A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6348825A (ja) * | 1986-08-19 | 1988-03-01 | Tokyo Electron Ltd | アツシング装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60127260A (ja) | 1985-07-06 |
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