JPH04231370A - 酸化アルミニウム質焼結体 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば耐熱部品、耐摩
耗部品、耐化学薬品性部品として使用可能な高靱性の酸
化アルミニウム質焼結体に関する。

【０００２】

【従来技術】酸化アルミニウム（以下、単にアルミナと
いう）は、セラミック材料の中で最も一般的な材料とし
て各種の分野で用いられている。これは製造方法が比較
的簡単で単価が安いためである。しかし、アルミナはジ
ルコニアや窒化珪素に比較して靱性が低いという問題が
あったため強度や靱性が要求される部分にはより高価な
ジルコニアや窒化珪素が使用される傾向にある。

【０００３】そのため、従来からアルミナ質焼結体の靱
性改善の方法が種々検討されている。たとえばアルミナ
にジルコニアを添加したり（　特公昭５９−６２７４　
号）、炭化珪素のウイスカーを添加したりする方法（特
開昭６１−２７４８０３　号）がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題点】しかし、これらの方
法は確かに高靱化に対しては有効な方法ではあるものの
、ある程度の効果を得るためには多量のジルコニアある
いは炭化珪素を添加する必要があり、いずれも硬度や耐
酸化性あるいは低コストといったアルミナの有する本来
の特徴を損なうことがあった。

【０００５】

【問題点を解決するための手段】本発明は１新規微構造
を有する高靱性のアルミナ質焼結体を提供することを目
的とするものであり、本発明者らは、上記問題点に対し
研究を重ねた結果、これまで用いられている粒状酸化ア
ルミニウムの一部を５〜９０体積％の割合で鱗片状アル
ミナ粒子に換えることにより、アルミナ本来の性質を阻
害することなく高靱性のアルミナ質焼結体が得られるこ
とを知見したのである。

【０００６】本発明の酸化アルミニウム質焼結体によれ
ば、鱗片状のアルミナ粒子を含むことを大きな特徴とす
る。この鱗片状のアルミナ粒子は、結晶構造的にはα−
アルミナであって、多くの場合１結晶のｃ軸方向が薄く
なっており、およそ６角形の鱗片状を有している。

【０００７】焼結体中において、上記鱗片状アルミナの
量はアルミナ全量に対して５体積％程度からその効果が
認められるが、９０体積％を越えると焼結性が低下する
ために強度も低下する。また、焼結体中の鱗片状アルミ
ナ粒子の形状は直径５μｍ以下が望ましく、特に高強度
を望む場合は２μｍ以下がよい。鱗片状アルミナの厚さ
は２μｍ　以下、望ましくは０．７μｍ　以下　　、特
に高強度を望む場合には０．４μｍ　以下がよい。また
、鱗片状アルミナの平均アスペクト比は１を越えていれ
ば効果が認められるが、鱗片状アルミナの含有量が５０
体積％より少ない場合は、アスペクト２以上が望ましい
。平均アスペクト比は高くても特に問題は生じないが、
通常混合工程において粉砕され、およそアスペクト比は
３０以下に成ってしまう。なお、最適な平均アスペクト
比は３から１５である。

【０００８】また、本発明によれば、上記のアルミナ質
焼結体に対し、その焼成時の粒成長を抑制するために融
点が２０００℃を越える材料の粒子を混合するのがよい
。融点が２０００℃以下の材料であれば焼結時に集合粒
子を形成し粒成長抑制の効果が無くなる。この場合添加
する材料の粒子径は２μｍ　以下がよい。粒子径は２μ
ｍ　を越えると粒成長抑制の効果が小さくなり、望まし
くは１μｍ　以下、最適には０．５μｍ　以下の粒子が
アルミナに対して３〜５０重量％含まれていればよい。 かかる高融点の粒子としては、ＴｉＣ、ＳｉＣ等の炭化
物、ＺｒＯ２　等の酸化物、ＴｉＮ等の窒化物が適して
いる。

【０００９】さらに、本発明によれば焼結助剤としてア
ルミナ用焼結助剤として公知の物質を添加することでき
、具体的にはＭｇＯ、ＳｉＯ２　、ＮｉＯ、Ｙ２　Ｏ３
　等が使用でき、これらは全量に対し０．０５〜５重量
％の割合で配合される。

【００１０】本発明のアルミナ質焼結体を製造する方法
としては通常の粒子状アルミナ粒子に対し、鱗片状アル
ミナ粒子を添加混合する。鱗片状アルミナ粒子としては
その直径が５μｍ　以下、厚み２μｍ　以下の粒子を用
いる。この鱗片状アルミナ粉末は焼結体中のアルミナ成
分中５体積％以上の割合となるように添加する。アルミ
ナ成分をすべて鱗片状アルミナにより構成することもで
きるが、製造時においてプレス成型時の成形性や焼成時
の焼結性が低下する傾向に有る。その為鱗片状アルミナ
は、通常使用される粒状アルミナとの混合系として９０
体積％以下と成るように調整することが望ましい。好適
には、鱗片状アルミナはアルミナ成分中３０〜８０体積
％で添加するのが望ましい。

【００１１】上記のアルミナ成分に対して前述したよう
な粒成長抑制剤および焼結助剤を適宜添加混合し、プレ
ス成形、押し出し成形、射出成形、冷間静水圧成形等の
成形法で所望の形状に成形後、焼成する。

【００１２】焼成工程は、真空焼成、ホットプレス法、
ＨＩＰ法等の他にＡｒ、Ｎ２　、Ｈ２　等の雰囲気中で
焼成することができる。この時の焼成温度は１３００〜
１８００℃が抵当で、１３００℃未満では緻密な焼結体
が得られず、１８００℃を越える温度では特にアルミナ
粒子が異常粒成長をきたし焼結体の特性が低下する傾向
にある。望ましくは１４００〜１６００℃である。

【００１３】

【実施例】原料粉末として平均粒径が０．５μｍ　の粒
子状のアルミナ粉末と、平均粒径および厚みの異なる数
種の鱗片状アルミナ粉末、及び平均粒径０．５μｍ　の
各種の高融点材料の粉末を表１に示す組成で混合し、さ
らにＭｇＯ粉末を０．３重量％の割合で全ての試料に添
加し調合した。この粉末に粉砕用ボールと分散媒を加え
てボールミルで２４時間粉砕後、バインダーを添加して
乾燥させた。なお、表１中、試料Ｎｏ，１８、１９、２
０については粒成長抑制剤の粒径を変えて添加した。

【００１４】乾燥後の原料粉末を成形圧２ｔ／ｃｍ２　
でプレス成形し、１７５０℃のＡｒ雰囲気中で１時間焼
結した。

【００１５】得られた各焼結体を研磨の後ポリッシング
をし、さらにエッチングを行って焼結体の組織構造を観
察し、焼結体内の鱗片状粒子の平均アスペクト比および
平均粒径を測定した。更にＩＦ法によりＫ１ｃを、ＪＩ
ＳＲ１６０１に基づき３点曲げ試験法により抗折強度を
測定した。結果は、表１に示した。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１より明らかなように、鱗片状粒子が含
まれない場合に比較して鱗片状粒子が含まれる試料では
、アルミナ単体、アルミナ−粒成長抑制材のいずれの系
において破壊靱性および抗折強度の向上が認められた。

【００１８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
高靱性を有する鱗片状晶アルミナを含有する焼結体を製
造することができることから、アルミナの優れた特性を
劣化させることなく靱性を高めることができ、これによ
ってアルミナ質焼結体の用途をさらに拡げることができ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　酸化アルミニウムを主体とする焼結体
   において、鱗片状の酸化アルミニウム結晶が酸化アルミ
   ニウム成分中５〜９０体積％の割合で存在することを特
   徴とする酸化アルミニウム質焼結体。