JPH04270169A - 快削性複合セラミックス - 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、快削性複合セラミック
ス、特に高温での強度が要求される機器部品等を製作す
るに適する、機械加工可能なガラス質セラミックスに関
する。

【０００２】

【従来の技術】電気機器の部品などに使用されるセラミ
ックス材料として機械加工可能な結晶化ガラス質のセラ
ミックスなどが用いられることが多い。かかるガラス質
セラミックスには、たとえば特公昭５４−３４７７５　
号公報に開示された、フッ素金雲母固溶体の結晶を少な
くも５０容量％分散含有しているガラス質セラミック部
品が知られている。このガラス質セラミックスは、原料
配合物を溶融してガラス化したのちフッ素金雲母の結晶
を析出させたもので、微細な結晶を無秩序に含んでおり
、気密性が高く、切削等の機械加工が容易であるが、し
かし、特にガラス質を製造する工程でクラックの発生が
多く収率が低いという問題があった。

【０００３】また、特開昭６１−７２６５４　号公報に
は、陶石を主原料とするフッ素含有混合物を溶融して得
たガラス化成形物と、気化しやすいフッ素化合物とを密
閉容器中で１１００〜１３６０℃で加熱し、ガラス成形
物にフッ素雲母を結晶化する方法が開示されている。こ
の方法によれば、短時間で結晶化ガラス質セラミックス
が得られるが、ガラス質製造工程でのクラック発生およ
び製品強度はあまり改良されなかった。

【０００４】前記の点を解決するため、特開昭６３−６
９７５１　号公報には、陶石５０〜７０重量部、珪酸ジ
ルコニウム１．５　〜１０重量部、フッ化マグネシウム
５〜１５重量部、酸化マグネシウム５〜１５重量部、酸
化カリウム４〜１０重量部を含むカリウム化合物、およ
び酸化ホウ素２．５　〜１０重量部を含むホウ素化合物
からなる配合物を加熱溶融する工程と、前記溶融工程で
得られた溶融液を得られるガラス質の転移温度より少な
くとも５０℃高い温度から該温度より少ないとも７０℃
低い温度までの間を１００　℃／ｈｒ　以下の冷却速度
で徐冷してガラス質を得る工程と、蓋付容器中で該ガラ
ス質を１１００℃を超え１３６０℃までの温度で熱処理
する工程と、から成るガラス質セラミックスの製造法が
提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】結晶化したマイカがガ
ラス質中に分散したセラミックス　（以下、マイカ分散
ガラス質セラミックスという）　は、大型のガラス質製
造工程におけるワレ発生が防止されて、高い収率をあげ
ることができるほか、製品の機械的強度と切削加工性と
のバランスが改良された。

【０００６】しかしながら、これら従来の快削性マイカ
ガラスセラミックスは、優れた加工性を有するもの、マ
トリックスがガラスであるため、高温　（ガラス転移点
である約６５０　℃以上）　において大幅な強度低下お
よび熱膨脹の増大を示すという問題点を有していた。本
発明は、前記した問題点を解決し、高温特性と同時に加
工性および機械的強度の改善された快削性複合セラミッ
クスおよびその製造方法を提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成すべく、鋭意研究を重ねた結果、高温特性に優れ
た珪酸ジルコニウムを前記マイカ分散ガラス質セラミッ
クスに分散させて含有させた複合セラミックスが有効な
ことを確認し、本発明を完成するに至った。すなわち、
本発明は、マイカ分散ガラス質セラミックスに２０〜６
０重量％の珪酸ジルコニウムを分散して成る快削性複合
セラミックスである。

【０００８】本発明の好適態様によれば、陶石５０〜７
０重量部、珪酸ジルコニウム１．５　〜１０重量部、フ
ッ化マグネシウム５〜１５重量部、および酸化マグネシ
ウム５〜１５重量部を溶融・結晶化したものから成るマ
イカ分散ガラス質セラミックスのマトリックスに珪酸ジ
ルコニウムが分散して成る快削性複合セラミックスであ
る。本発明のさらなる好適態様によれば、前記マイカ分
散ガラス質セラミックスがさらに酸化カリウム３〜１０
重量部もしくは酸化カリウム３〜１０重量部を含むカリ
ウム化合物および／　または酸化ホウ素２．５　〜１０
重量部もしくは酸化ホウ素２．５　〜１０重量部を含む
ホウ素化合物を含むものであってもよい。

【０００９】ここに、上記「マイカ分散ガラス質セラミ
ックス」は、陶石５０〜７０重量部、珪酸ジルコニウム
１．５　〜１０重量部、フッ化マグネシウム５〜１５重
量部、および酸化マグネシウム５〜１５重量部、さらに
必要により酸化カリウム３〜１０重量部および／　また
は酸化ホウ素２．５　〜１０重量部からなる配合物を溶
融・冷却して得たガラス質を熱処理して得られたもので
ある。一般に、３０〜７０容積％を占めるフッ素雲母、
つまりマイカが分散されている。

【００１０】

【作用】本発明の構成と作用を説明する。図１は、本発
明にかかる複合セラミックスの組織の模式的説明図であ
り、マイカ１０とガラス質セラミックス１２とから構成
されるマトリックス１４には２０〜６０重量％の珪酸ジ
ルコニウム１６が分散されている。本発明にかかる快削
性複合セラミックスにあっては、珪酸ジルコニウムの割
合が２０重量％以上で高温強度が顕著に向上する。しか
しながら、６０重量％超では、複合体中に切削性の高い
ガラス量の割合が減少し、硬い珪酸ジルコニウムが多く
なるため、工具摩耗が著しくなり、切削性が低下するの
で好ましくない。

【００１１】マイカ分散ガラス質セラミックス中のマイ
カ量は、機械的強度、耐熱衝撃性、機械加工性、誘電特
性等によってきめられるものであるが、３０〜７０容積
％であれば好ましい結果が得られる。本発明にかかる複
合セラミックスを製造するには、まず複合体の原料であ
るマイカ分散ガラス質セラミックス粉末を製造するが、
これは前述の各配合原料を混合してから溶融・結晶化法
で製造する方法や、ガラス原料のみでガラスを作り、そ
れを粉砕したガラス粉とマイカを混合、焼結する方法等
がある。かかるマイカ分散ガラス質セラミックスの組成
割合を上述の好適態様のように限定した理由を説明する
。

【００１２】陶石：これは主成分として配合されるので
あって、５０〜７０重量部配合される。 珪酸ジルコニウム：良好な切削性を得るために添加する
のであって、１．５　〜１０重量部に制限する。 フッ化マグネシウム：５〜１５重量部配合して所定量の
マイカの分散量を確保する。 酸化マグネシウム：これも所定量のマイカの分散量を確
保するために５〜１５重量部配合する。

【００１３】これらの他に、さらに必要により酸化カリ
ウム３〜１０重量部および／　または酸化ホウ素２．５
　〜１０重量部を配合してもよい。これらは融点低下、
結晶化度改善を目的に配合される。なお、これらの化合
物は酸化物ばかりでなく、酸化物として所定量含むもの
であれば、例えば炭酸塩、ほう酸塩などであってもよい
。マイカ分散ガラス質セラミックスを製造するのに用い
る精製陶石は例えば表１に示す組成を有しており、一方
精製珪酸ジルコニウムも例えば表２のような組成を有し
ている。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】 　　なお、かかるマイカ分散ガラス質セラミックスそれ
自体は商品名「ホトベール」として本件特許出願人の一
人である住金ホトンセラミックス　（株）　から市販さ
れている。

【００１６】このようにして用意されたマイカ分散ガラ
ス質セラミックスをボールミルで例えば平均粒径１〜５
μｍ　にまで粉砕し、次いで珪酸ジルコニウム粉　（平
均粒径１〜５μｍ）を混合して、泥漿鋳込み・焼結して
複合セラミックスを製造する。泥漿鋳込み（　スリップ
注型法）　それ自体はセラミックスの分野でよく知られ
ており、これ以上の説明を割愛する。ボールミル処理、
泥漿鋳込み、焼結などの操作および条件は特に制限はな
く、慣用のそれであってもよく、これまでの説明からも
当業者には明らかであろう。

【００１７】

【実施例】本発明を実施例により説明するが、これは単
に本発明の例示のためであってこれによって本発明が限
定されるものではない。平均粒径１〜５μｍ　のマイカ
分散ガラス質セラミックス粉末　［商品名「ホトベール
」住金ホトンセラミックス　（株）］と、市販の平均粒
径約２μｍ　の珪酸ジルコニウムを合計で６５重量％　
（珪酸ジルコニウムの混合比２０〜７０重量％）　、市
販の解こう剤　［商品名「セルナＤ−３０５」中京油脂
　（株）］　０．１〜０．２　重量％、および水３４．
８〜３４．９重量％をボールミル中で１時間混合・粉砕
し、得られた泥漿に鋳込成形用バインダー　［商品名「
ＷＡ−３２０」三井東圧化学　（株）］３重量％を添加
したものを鋳型に鋳込み、得られた成形体を乾燥・仮焼
（８００℃）　後、アルミナ粉末中に埋設して１０７５
℃で本焼成した。本例で使用したマイカ分散ガラス質セ
ラミックスの原料配合は表３に示す通りであった。

【００１８】

【表３】 　　　　　　陶石　　　　　　　　　　　　　　：　　
５８　重量部　　　　　　珪酸ジルコニウム　　：　　
　４　重量部　　　　　　　　フッ化マグネシウム：　
　　６　重量部　　　　　　　　酸化マグネシウム　　
：　　　８　重量部　　　　　　炭酸カリウム　　　　
　　：　　　８　重量部　（酸化カリウム換算で４重量
部）　　　　　　　ホウ酸　　　　　　　　　　　　：
　　１２　重量部　（酸化ホウ素換算で６重量部）　　
　　　　　　（注）Ｋ２ＣＯ３＝９８、Ｋ２Ｏ＝５４、
Ｈ３ＢＯ３＝５６、１／２Ｂ２Ｏ３＝２９ このようにして製造された複合セラミックスについて、
その硬度、切削加工性、高温強度、および熱膨張率を評
価する性能試験をそれぞれ行った。

【００１９】複合セラミックスの珪酸ジルコニウム添加
率に対する硬度および切削加工性を表４に示す。なお、
切削加工性試験における旋盤による切削条件は次の通り
であった。 切削チップ：　　　超硬工具Ｋ−１０ 切削速度　　：　　　５０　ｍ／ｍｉｎ送り　　　　　
　：　　　０．０２５　ｍｍ／ｒｅｖ切り込み深さ：　
０．２　ｍｍ 評価基準　　：　２０分連続切削後の工具のフランク摩
耗幅によって評価した。 ◎　：　　優　　　　フランク摩耗幅　０．１ｍｍ未満
○　：　　良　　　　フランク摩耗幅　０．１〜０．５
ｍｍ△　：　　可　　　　フランク摩耗幅　０．５ｍｍ
以上×　：　　不可　　切削加工不能

【００２０】

【表４】

【００２１】図２に珪酸ジルコニウム　（ジルコン）　
添加率に対する高温の曲げ強さをグラフにまとめて示す
。８００　℃におけるジルコン５０％添加品の曲げ強さ
は１４５０ｋｇｆ／ｃｍ２　であり、これは室温におけ
るマイカ分散ガラス質セラミックスの強度並であり、８
００　℃ではマイカ分散ガラス質セラミックスの約４．
５　倍の強度を有している。図３にジルコン添加率に対
する熱膨脹率　（熱膨脹量÷サンプル長さ×１００）を
グラフにまとめて示す。

【００２２】これらの試験結果から次のような結論が導
き出される。 （１）　超硬工具により加工可能なジルコン添加率は約
６０％までである。 （２）　８００　℃において、マイカ分散ガラス質セラ
ミックスより明らかに優れた曲げ強さを示すのは、ジル
コン添加率２０％以上のときであり、添加率の増加に伴
ない高温強度が向上する。 （３）　マイカ分散ガラス質セラミックスよりも小さな
熱膨脹率を示すのは、添加率０％超であり、ジルコン添
加率の増加に伴ない熱膨脹が小さくなる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるから、高温強度に優れた切削性の高い複合ガラスセ
ラミックスが提供され、従来その高温特性のため利用で
きなかった電気機器部品や断熱部品にもマイカ分散ガラ
ス質セラミックスが使用できるようになり、産業上きわ
めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の快削性複合セラミックスの模式的組織
図である。

【図２】珪酸ジルコニウムの割合と高温強度の関係を示
すグラフである。

【図３】珪酸ジルコニウムの割合と熱膨脹率の変化を示
すグラフである。 〔符号の説明〕 １０　：　　　マイカ １２　：　　　ガラス質セラミックス １４　：　　　マトリックス １６　：　　　珪酸ジルコニウム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　マイカ分散ガラス質セラミックスのマ
   トリックスに２０〜６０重量％の珪酸ジルコニウムを分
   散して成る快削性複合セラミックス。
2. 【請求項２】　　前記マイカ分散ガラス質セラミックス
   が陶石５０〜７０重量部、珪酸ジルコニウム　１．５〜
   １０重量部、フッ化マグネシウム５〜１５重量部、およ
   び酸化マグネシウム５〜１５重量部を溶融・結晶化した
   ものから成る請求項１記載の快削性複合セラミックス。
3. 【請求項３】　　前記マイカ分散ガラス質セラミックス
   のマトリックスがさらに酸化カリウム３〜１０重量部お
   よび／または酸化ホウ素　２．５〜１０重量部を含有す
   る請求項２記載の快削性複合セラミックス。