JPH04325456A - 褐色酸化アルミニウム成形物及びその製法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に酸化鉄を含み、か
つ良好な耐食性及び高い機械的強度を有する、約９０−
９８重量％のＡｌ２Ｏ３を含有する焼結酸化アルミニウ
ムの成形物に関する。

【０００２】

【従来の技術】酸化アルミニウム材料は装置工業で用い
られることがしだいに増えている。ここで重要な役割を
果たすのは、酸化アルミニウムの機械的性質、特に耐摩
耗性に加えて、とりわけ高い化学安定性である。このた
め、特にシール、スライドリング又はポンプピストンが
この材料から製造される。

【０００３】化学装置工業では、輸送液体媒体、例えば
強酸又はアルカリが、同時に可動セラミック部品のため
の潤滑剤として働かなければならないことがしばしば生
じる。従って、用いるセラミックの耐食特性が非常に重
要なことは明らかである。

【０００４】工業グレードの酸化アルミニウムは、酸化
アルミニウム粉末を有機助剤及び焼結促進剤と共に１，
６００−１，７５０℃で焼結することによって得られる
。この操作の間、焼結促進剤は溶融して、ガラス相を形
成し、これが酸化アルミニウム粒を結合する。

【０００５】ポンプ用の褐色の酸化アルミニウムスピン
ドル及び軸受けリングはすでにあり、これは、本出願人
が実施した分析によると、酸化鉄も酸化クロムも含有し
ないが、着色成分としての酸化マンガン及びＳｉＯ２含
有ガラス相を含む。この材料は良好な耐食性を有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、薬品、特に水溶液に対して前記のものと同等の耐食
性を有し、硬化後、良好な表面特性を有する焼結酸化ア
ルミニウムでつくられたセラミック材料を提供すること
である。微粉砕酸化マンガンは毒性であるので、その製
造において避けるのが好ましい。

【０００７】

【課題を解決するための手段】意外にも、酸化アルミニ
ウム材料のガラス相の組成が、水溶液に対する耐食特性
に決定的な影響を及ぼすこと、そしてＡｌ２Ｏ３材料に
一般的なＳｉＯ２ベース相を、Ｆｅ２Ｏ３がベースのガ
ラス相で置き換えると、薬品腐食に対する安定性に好ま
しい効果があることを見いだした。

【０００８】本発明では、９０−９８重量％のＡｌ２Ｏ
３を含有する焼結酸化アルミニウムの成形物を提供する
ものであり、構造中のその微結晶成分の平均微結晶サイ
ズは５−１５μｍである。この成形物は重量に基づいて
、１．２−６％の酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３として計算して）
、０．１−０．３％の酸化マグネシウム、０．１−０．
６％の酸化珪素、０−２．５％の酸化マンガン（Ｍｎ３
Ｏ４として計算して）及び０−１．１％のＣｒ２Ｏ３を
含有する。酸化マンガン含有量は０．１−０．３％、特
に０．９−１．３％であり、酸化クロム含有量は０−０
．６％、特に０．２−０．６％であるのが好ましい。Ａ
ｌ２Ｏ３含有量は９４．７−９５．７％であるのが好ま
しい。

【０００９】本発明の材料は酸化銅を含まないのが都合
よい。酸化銅は高い焼成温度で著しく揮発性であり、ま
だらな変色の原因となる。

【００１０】本発明の成形物を製造するには、上記の酸
化物組成を有する酸化物又は酸化物先駆体の混合物を、
有機添加剤（例えば、結合剤、可塑剤）と共に成形して
未焼成成形物を得る。ここで用いる酸化アルミニウムは
（粉砕後）平均粒度が２．５−３．５μｍそして平均表
面積が０．６−１．３ｍ２／ｇの製品であるのが好まし
い。加工衛生上、マンガンは毒性の遊離ＭｎＯ２の形で
はなく、鉄及びクロムとの混合酸化物の形で混合物に導
入するのが好ましい。この種類の混合酸化物は、好まし
くはＡｌ２Ｏ３の存在下、個々の酸化物を焼結すること
によって製造することができる。予備焼成混合酸化物を
用いると、同じ酸化物の混合物より焼成温度を低くする
ことができる。その後、成形未焼結圧縮粉を、好ましく
は１，６００−１，６５０℃で焼成する。焼結温度がこ
のように低いので、酸化鉄を含有し、ＳｉＯ２を実質的
に含有しないガラス相を用いることが可能となる。酸化
マグネシウムは、焼結中に結晶が大きくなりすぎないよ
うに抑制するためのものである。これによって、粗い結
晶構造の有利な耐食特性と細かな結晶構造の機械的によ
り有利な特性とを組み合わせた構造が確実に現れる平衡
が得られる。

【００１１】ガラス相の割合は、Ａｌ２Ｏ３含有量に基
づいて、２−１０％である。ガラス相はＳｉＯ２、Ｍｇ
Ｏ、Ｃｒ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３及び酸化マンガンからなる
。

【００１２】Ｊ．Ｒ．ケスキー（Ｋｅｓｋｉ）及びＩ．
Ｂ．カトラー（Ｃｕｔｌｅｒ）、Ｊ．　Ａｍ．　Ｃｅｒ
．　Ｓｏｃ．　　４８、６５３には、酸化マンガンが酸
化アルミニウムの焼結を促進することが記載されている
。これを添加することによって、焼成温度を低くするこ
と及び焼成時間を減少させることが可能となり、これは
経済的に大きな利点である。 用いる酸化アルミニウムの平均粒度が５μｍより大きい
か及び／又は平均表面積が０．８ｍ２／ｇ未満であると
、必要な焼結温度は高くなる。

【００１３】用いうる酸化物先駆体は鉄、マンガン及び
クロム水酸化物又は鉄、マンガン及びクロム塩、例えば
硝酸塩、酢酸塩及びシュウ酸塩であり、これらは焼結温
度の下で分解して、酸化物を形成する。

【００１４】非常に不活性なアルミナ（表面積が小さく
、一次粒子が大きい）を用いるならば、焼結温度は約１
７５０℃に上昇させなければならない。これは経済的で
はなく、酸化アルミニウム結晶が焼結中に相当成長する
危険性が高くなる。

【００１５】用いるＦｅ２Ｏ３はできるだけ純粋でなけ
ればならない。例えば、９０−９６％のＦｅ２Ｏ３を含
有しなければならない。

【００１６】上記の特性を得るために、出発粉末の混合
を最適なものにする必要がある。

【００１７】用いるアルミナは、Ａｌ２Ｏ３含有量が少
なくとも９９．５％、好ましくは９９．７％、さらに好
ましくは９９．８％Ａｌ２Ｏ３でなければならない。Ａ
ｌ２Ｏ３のＣａＯ含有量は多くとも０．０３％でなけれ
ばならない。Ａｌ２Ｏ３のアルカリ金属酸化物含有量は
、多くとも０．１重量％でなければならない。Ａｌ２Ｏ
３の表面積は、ＢＥＴ法で測定して、好ましくは０．４
−２ｍ２／ｇ、より好ましくは０．５−１．５ｍ２／ｇ
である。焼結活性アルミナ（比較的低い焼結温度を有す
る）の表面積は０．８−１．０ｍ２／ｇ、それほど活性
ではないアルミナの表面積は１−１．５ｍ２／ｇである
。ｄ５０値は（粉砕後）２−３．３μｍ、好ましくは２
．３−３μｍである。

【００１８】クロム含有量は重要ではない。

【００１９】酸化マグネシウム成分はステアタイトの形
で配合することができる。０．３％未満（０．１％以上
）のＳｉＯ２含有量は、非常に純粋な出発材料でのみ得
ることができる。実際には、０．３−０．６％ＳｉＯ２
の含有量でも良好な結果が得られる。０．６％より上の
酸化珪素含有量は避けるべきである。しかしながら、純
粋な酸化マグネシウム（又は炭酸マグネシウム）もＭｇ
Ｏ成分として加えることができる。

【００２０】セラミックバッチの有機成分含有量は、固
体の全重量に基づいて、１．５−４．５重量％であるの
が好ましい。

【００２１】成形は、一般的なセラミック成形法、例え
ば軸方向又は等圧プレス法又は押し出しによって行う。

【００２２】新規な酸化アルミニウム材料から、スライ
ド及びシール面を有する部材を製造するために、相当す
る成形（例えば等圧プレスした）未焼結圧縮粉を焼結し
、そして磨いてもよい。目標の粗さは０．２−１μｍ、
特に０．３−０．８μｍ、好ましくは約０．４ミクロン
であり、支持分率は２５−９５％にすべきである。

【００２３】燃焼は、３．７７ｇ／ｃｍ２より上の高い
焼結密度が、できるだけ細かい構造で最終的に得られる
ように実施しなければならない。従って、焼結温度及び
焼結時間も、炉（大きさ、連続／不連続、雰囲気等）及
び製造する成形物の大きさによって決まる。

【００２４】新規な材料からつくられる本発明の成形物
は、様々な用途、例えばラジアル又は軸方向摩擦軸受け
、回転メカニカルシールにおけるスライドリング、往復
ポンプ用のピストン又はピストンケーシング、噴霧液又
は懸濁液用のノズル、調整／制御液体流（例えば、バル
ブ及び継ぎ手における）又は低電力モーターにおけるガ
ス流（例えば、ファン）用のシーリングディスク及び制
御ディスク、容器及びダクトのライニング、ミルにおけ
る、又はねじガイドのようなガイド部材としての、耐摩
耗性表面に適している。

【００２５】本発明を実施例によってさらに詳しく説明
する。

【００２６】

【実施例】

実施例１ 平均粒度１．５−２．５μｍ、Ａｌ２Ｏ３含有量９９．
５％より上、ＳｉＯ２及びＮａ２Ｏ含有量それぞれ０．
１％未満及びＢＥＴ表面積０．５−１．５ｍ２／ｇのア
ルミナ９５ｇをボールミル（遊星型ミル）中で１０分間
、下記の金属酸化物と共に湿式粉砕する： Ｆｅ酸化物　　２．８ｇ、　　Ｍｎ酸化物　　１．２ｇ
、　　Ｃｒ酸化物　　０．３ｇ、Ｍｇ酸化物　　０．２
ｇ及びＳｉＯ２酸化物　　０．５ｇ。

【００２７】用いる混合液は水であり、混合容器はＡｌ
２Ｏ３でできたものであり、直径約１０ｍｍのＡｌ２Ｏ
３粉砕ボールを含んでいる。混合物を有機結合剤で可塑
化し、そしてオーブン中で９０にて乾燥する。圧縮性顆
粒をこれから製造し、篩分けによって得た３２５μｍ未
満のフラクションをさらに用いる。軸方向プレスによる
圧潰粒子から部材を製造し、これらを約１，６３５℃で
の燃焼で緻密に焼結する。その後、一般的な硬化法を行
って、部材の仕上げを行う。

【００２８】実施例２ 出発成分を計量し、実施例１のように均質化する。噴霧
乾燥により水性スリップから顆粒を製造し、軸方向又は
等圧圧縮して未焼結圧縮物を得る。未焼結物をその後加
工することは可能である。燃焼は酸化条件下で１，６３
５℃にて行い、その後一般的な硬化工程を行う。

【００２９】この材料は主に丸い結晶を有する非常に均
一な構造のものである。平均粒度は約８μｍである。最
も大きい粒子は約１８μｍであり、最も小さい粒子は約
２μｍである。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量に基づいて、１．２−６％のＦｅ
   ２Ｏ３、０．１−０．３％のＭｇＯ、０．１−０．６％
   のＳｉＯ２、０−２．５％の酸化マンガン（Ｍｎ３Ｏ４
   として計算して）及び０−１．１％のＣｒ２Ｏ３を含有
   する、結晶性成分の平均粒度が５−１５μｍである、９
   ０−９８重量％のＡｌ２Ｏ３を含有する焼結酸化アルミ
   ニウムの成形物。
2. 【請求項２】　　重量に基づいて、２．５−３％のＦｅ
   ２Ｏ３、０．１−０．３％のＭｇＯ、０．１−０．６％
   のＳｉＯ２、０−１．３％の酸化マンガン（Ｍｎ３Ｏ４
   として計算して）及び０−０．６％のＣｒ２Ｏ３を含有
   する、請求項１の成形物。
3. 【請求項３】　　０．９−１．３％の酸化マンガン（Ｍ
   ｎ３Ｏ４として計算して）を含有する、請求項２の成形
   物。
4. 【請求項４】　　０．２−０．６％のＣｒ２Ｏ３を含有
   する、請求項３の成形物。
5. 【請求項５】　　混合物が請求項１の組成を有するよう
   に、微細酸化アルミニウムを他の酸化物又は酸化物先駆
   体と混合し、焼結促進剤及び有機添加物を加え、該混合
   物を成形して未焼結成形物を形成し、該成形物を乾燥し
   、そして１，６００−１，７５０℃で焼結することより
   なる、請求項１の酸化アルミニウム成形物の製法。
6. 【請求項６】　　用いる酸化鉄の少なくとも一部が、鉄
   、クロム及びマンガンを含有する混合酸化物の形である
   、請求項５の方法。
7. 【請求項７】　　遠心ポンプにおけるラジアル又は軸方
   向スライド軸受けとしての、請求項１の成形物の用途。
8. 【請求項８】　　回転メカニカルシールにおけるスライ
   ドリングとしての、請求項１の成形物の用途。
9. 【請求項９】　　往復ポンプ用のピストン又はピストン
   ケーシングとしての、請求項１の成形物の用途。
10. 【請求項１０】　　液体又は懸濁液を噴霧するためのノ
    ズルとしての、請求項１の成形物の用途。
11. 【請求項１１】　　液体流又はガス流を調整／制御する
    ためのシール及び制御ディスクとしての、請求項１の成
    形物の用途。
12. 【請求項１２】　　低電力モーターにおける、請求項１
    の成形物の用途。
13. 【請求項１３】　　容器のライニングとしての、請求項
    １の成形物の用途。
14. 【請求項１４】　　ミルにおける、請求項１の成形物の
    用途。
15. 【請求項１５】　　ねじガイドとしての、請求項１の成
    形物の用途。