JPH0437653A - Production of ceramics sintered body - Google Patents

Production of ceramics sintered body

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JPH0437653A
JPH0437653A JP2140378A JP14037890A JPH0437653A JP H0437653 A JPH0437653 A JP H0437653A JP 2140378 A JP2140378 A JP 2140378A JP 14037890 A JP14037890 A JP 14037890A JP H0437653 A JPH0437653 A JP H0437653A
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aluminum
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aluminum oxide
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勝伺 坂上
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Abstract

PURPOSE:To obtain the ceramic sintered body having excellent wear resistance, hardness, toughness, etc., and uniform characteristics by adding a specific ratio of carbon powder to a powder mixture composed of AlB12 powder and Al2O3, powder, molding the powder mixture and calcining the molding at a prescribed temp. CONSTITUTION:Aluminum boride powder and the aluminum oxide powder or the compd. which can form the aluminum oxide by calcination are mixed. The carbon powder or the compd. (e.g.: phenolic resin) which forms carbon by calcination is added at 0.05 to 8 pts.wt. in terms of carbon to 100 pts. wt. powder mixture. After the powder mixture is molded to a desired shape, the molding is calcined at 1200 to 1900 deg.C, by which the ceramic sintered body is obtd. The carbon powder is added to the powder mixture at the prescribed ratio in this way and, therefore, the characteristics are uniformized as a whole even with the large-sized molding. The resulted sintered body is adequately used as large-sized materials for various kinds of industrial mechanical parts, tool materials, etc.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、耐摩耗性および靭性に優れた特に切削工具を
はじめとする各種構造材料として適したセラミックス焼
結体の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for producing a ceramic sintered body that has excellent wear resistance and toughness and is particularly suitable as a variety of structural materials including cutting tools.

(従来技術及びその問題点) アルミナ(A1203)質焼結体をはじめとするセラミ
ック材料は、従来から金属材料などに比較して耐摩耗性
等の機械的特性に優れていることから金属材料に代わる
材料として各種の構造用部品として使用されている。
(Prior art and its problems) Ceramic materials such as alumina (A1203) sintered bodies have traditionally been used as metal materials because they have superior mechanical properties such as wear resistance compared to metal materials. It is used as an alternative material for various structural parts.

しかしながら、最近に至ってはセラミックスに対してさ
らに高い特性が要求されており、アルミナ質焼結体に対
しても他のセラミックスとの複合化により各種特性の改
善を図ることが提案されている。
However, in recent years, ceramics have been required to have even higher properties, and it has been proposed to improve various properties of alumina sintered bodies by combining them with other ceramics.

また、セラミックスの中でも特に耐摩耗性に優れた材料
として、硼化チタンや硼化ジルコニウムなどの硼化物の
研究開発が盛んに行われている。
Further, among ceramics, research and development of borides such as titanium boride and zirconium boride are being actively conducted as materials with particularly excellent wear resistance.

(発明が解決しようとする問題点) このような硼化物を生体とするセラミックスは高い硬度
を有する反面、強度や靭性が低く応用分野が限られてい
た。
(Problems to be Solved by the Invention) Although such ceramics containing boride as a living body have high hardness, their strength and toughness are low, and the fields of application thereof are limited.

硼化チタンは硬度が高く、熱伝導性が良いことから切削
工具用材料として有望と考えられていたが、靭性を改善
する方法を見出すことが出来ず実用には到っていない。
Titanium boride has high hardness and good thermal conductivity, so it was thought to be a promising material for cutting tools, but it has not been put into practical use because no method has been found to improve its toughness.

硼化ジルコニウムは金属との反応性が低いことから、金
属溶湯用るつぼ等としての応用が期待されているが、強
度が低いことから構造材料としての応用分野は限られて
いる。
Since zirconium boride has low reactivity with metals, it is expected to be used as crucibles for molten metal, but its low strength limits its application as a structural material.

また、硼化アルミニウムは酸化アルミニウムに比較して
硬度に優れた材料であるが未知の部分が多く、焼結体と
して優れた特性を有するものは未だ開発されていなかっ
た。
Furthermore, although aluminum boride is a material with superior hardness compared to aluminum oxide, there are many unknown aspects, and a sintered body with excellent properties has not yet been developed.

そこで、本発明者等は、先に上記の硼化物中から硼化ア
ルミニウムを選択し、その焼結性や特性の改善について
検討を進めたところ、硼化アルミニウムに対して酸化ア
ルニウム成分を混合して成形、焼成することにより、硼
化アルミニウムの一部あるいは全部を分解せしめること
により酸化アルミニウムを含有する高い硬度を有し且つ
高い靭性を有する特異的な材料が得られることを提案し
た(特願平1−312735号)。しかしながら、この
材料は焼結中に硼素が揮散しやすいことから焼結体組成
のコントロールが難しいために特性が安定せず、特に大
型の焼結体を作成する場合に該焼結体内の各元素、特に
硼素が偏析し焼結体の内部と周辺部で特性のバラツキが
生しるという問題があった。
Therefore, the present inventors first selected aluminum boride from among the borides mentioned above and proceeded with studies on improving its sinterability and properties. We proposed that a unique material containing aluminum oxide, which has high hardness and high toughness, could be obtained by decomposing some or all of the aluminum boride by molding and firing the aluminum boride (patent application). No. 1-312735). However, with this material, boron easily volatilizes during sintering, making it difficult to control the composition of the sintered body, resulting in unstable properties. In particular, there was a problem in that boron segregated, resulting in variations in properties between the inside and the periphery of the sintered body.

(問題点を解決するための手段) そこで、本発明者等は硼化アルミニウムの焼結性ならび
にその特性改善について検討を進めた結果、上記の系に
対して炭素粉末を特定の割合で添加することにより大型
品においても全体として特性が均質で且つ高い硬度、靭
性を有する焼結体が得られることを知見した。
(Means for Solving the Problems) Therefore, the present inventors investigated the sintering properties of aluminum boride and the improvement of its properties.As a result, the present inventors added carbon powder at a specific ratio to the above system. It has been found that by doing this, even in large-sized products, a sintered body having homogeneous properties as a whole and high hardness and toughness can be obtained.

即ち、本発明は、硼化アルミニウムと、酸化アルミニウ
ムあるいは焼成により酸化アルミニウムを生成しうる化
合物からなる組成物100重量部に対して炭素あるいは
焼成により炭素を生成する化合物を炭素換算で0.05
〜8重量部を添加した混合物を成形後、1200〜19
00 ’Cの温度で焼成することを特徴とするもので、
さらに上記構成において、酸化アルミニウムあるいは焼
成によって酸化アルミニウムを生成する物質として針状
の結晶粒子からなるものを用いること乙こよって焼結体
中に酸化アルミニウムの針状晶の粒子を存在させ、これ
により焼結体の靭性をさらに向上させることができる。
That is, the present invention provides 0.05 parts by weight of carbon or a compound that produces carbon when fired, in terms of carbon, per 100 parts by weight of a composition consisting of aluminum boride, aluminum oxide, or a compound that can produce aluminum oxide when fired.
After molding the mixture to which ~8 parts by weight was added, the temperature was 1200 ~ 19
It is characterized by being fired at a temperature of 00'C,
Furthermore, in the above configuration, aluminum oxide or a substance that generates aluminum oxide by firing is made of needle-shaped crystal particles. The toughness of the sintered body can be further improved.

以下、本発明を詳述する。The present invention will be explained in detail below.

本発明のセラミックス焼結体の製造方法は、原料の調製
、成形、焼成の三つの工程により構成される。
The method for manufacturing a ceramic sintered body of the present invention includes three steps: preparation of raw materials, molding, and firing.

〔原料の調製] 出発原料としては硼化アルミニウム粉末及び酸化アルミ
ニウム粉末あるいは焼成によって酸化アルミニウムを生
成する化合物粉末および炭素を用いる。
[Preparation of Raw Materials] As starting materials, aluminum boride powder and aluminum oxide powder, or compound powders that produce aluminum oxide upon firing, and carbon are used.

硼化アルミニウム粉末は、平均粒径200メンシユ以下
、望ましくは3μm以下、最適には1μm以下の粉末で
あり、一般に化学式AIB、□、AlB2もしくは非化
学量論組成の硼化アルミニウムであってもよく、またこ
れらの混合物であってもよい。現在市販されているAl
B12は部分的にAIB+oを含んでいるものもあるが
その場合も問題は生じない。
The aluminum boride powder is a powder with an average particle size of 200 mensius or less, preferably 3 μm or less, optimally 1 μm or less, and may generally be aluminum boride with the chemical formula AIB, □, AlB2 or a non-stoichiometric composition. , or a mixture thereof. Currently commercially available Al
B12 may partially contain AIB+o, but no problem occurs in that case either.

一方、酸化アルミニウム粉末或いは焼成により酸化アル
ミニウムを生成する物質は、いずれも平均粒径3μm以
下、特に1μm以下の微細な粒子を用いるのが望ましい
。なお、焼成により酸化アルミニウムを生成する物質と
しては、金属アルミニウム、硼酸アルミニウムなどが挙
げられ、硼酸アルミニウムは9A+□03・B z O
]または2A1203  ・2B20:lの化学式で表
される。
On the other hand, for the aluminum oxide powder or the substance that produces aluminum oxide by firing, it is desirable to use fine particles with an average particle size of 3 μm or less, particularly 1 μm or less. In addition, examples of substances that generate aluminum oxide by firing include metal aluminum, aluminum borate, etc. Aluminum borate is 9A+□03・B z O
] or represented by the chemical formula 2A1203 ・2B20:l.

また、本発明によれば酸化アルミニウムあるいは焼成に
より酸化アルミニウムを生成する物質として針状形態か
らなるものを用いることにより焼結体の靭性をさらに高
めることができる。具体的には、針状晶酸化アルミニウ
ム、あるいは焼結時の加熱により針状晶酸化アルミニウ
ムを生成する物質として9AI□03 ・2BzOiの
化学式を有する針状晶硼酸アルミニウムが用いられる。
Furthermore, according to the present invention, the toughness of the sintered body can be further improved by using aluminum oxide or a substance that produces aluminum oxide upon firing that has a needle-like shape. Specifically, acicular aluminum borate having the chemical formula 9AI□03.2BzOi is used as acicular aluminum oxide or as a substance that generates acicular aluminum oxide upon heating during sintering.

なお、これらの針状物質は、平均径(短径)が2μm以
下、特に0.2乃至0.7μmであることが好ましく、
また長径/短径で表わされるアスペクト比の平均が3〜
100、特に10乃至30のものが好適に用いられる。
In addition, it is preferable that these acicular substances have an average diameter (minor axis) of 2 μm or less, particularly 0.2 to 0.7 μm,
Also, the average aspect ratio expressed by major axis / minor axis is 3~
100, particularly 10 to 30, is preferably used.

上記平均径を2μm以下に特定したのは焼結時の粒成長
が過大にならず、高い抗折強度を維持できるからであり
、2μmより大きいと焼結時の結晶粒子の粒成長が著し
く、粒子径のコントロールが難しくなり、靭性にばらつ
きが生じ、また切削工具として用いた際に逃げ面の境界
摩耗が大きくなる傾向にあるためである。
The above average diameter is specified to be 2 μm or less because grain growth during sintering does not become excessive and high bending strength can be maintained.If it is larger than 2 μm, grain growth of crystal grains during sintering becomes significant This is because it becomes difficult to control the particle size, variations in toughness occur, and boundary wear on the flank surface tends to increase when used as a cutting tool.

一方、アスペクト比の平均が3より小さいと繊維強化の
効果が少ないために靭性の向上効果はなく、100より
大きいと原料の取扱が難しく、均一に分散できないため
に靭性が低下する傾向にある。
On the other hand, if the average aspect ratio is smaller than 3, there is no effect of improving the toughness because the effect of fiber reinforcement is small, and if it is larger than 100, the raw material is difficult to handle and cannot be uniformly dispersed, so the toughness tends to decrease.

なお、この場合でもウィスカーの一部を粉砕しながら混
合すれば問題なく使用できる。
Even in this case, it can be used without any problem if the whiskers are mixed while pulverizing some of them.

上述の硼化アルミニウム粉末および酸化アルミニウム粉
末あるいは焼成により酸化アルミニウムを生成する物質
の調合は、硼化アルミニウム粉末が5〜95重量%、好
ましくは30〜80重量%、酸化アルミニウム粉末ある
いは焼成により酸化アルミニウムを生成する物質が酸化
アルミニウムに換算して3〜90重量%、好ましくは2
0〜70重量%の割合で混合される。また特に高硬度の
材質を得るためには、硼化アルミニウム55〜80重量
%、酸化アルミニウム20〜45重量%が最適であり、
特に高靭性の材質を得るためには、硼化アルミニウム3
0〜55重量%、酸化アルミニウム45〜70重量%が
最適である。
The above-mentioned formulation of aluminum boride powder and aluminum oxide powder or a substance that produces aluminum oxide by firing is such that aluminum boride powder is 5 to 95% by weight, preferably 30 to 80% by weight, and aluminum oxide powder or aluminum oxide is produced by firing. 3 to 90% by weight, preferably 2% by weight in terms of aluminum oxide.
They are mixed in a proportion of 0 to 70% by weight. In addition, in order to obtain a material with particularly high hardness, 55 to 80% by weight of aluminum boride and 20 to 45% by weight of aluminum oxide are optimal.
In order to obtain a material with particularly high toughness, aluminum boride 3
0 to 55% by weight and 45 to 70% by weight of aluminum oxide are optimal.

混合割合を上記の範囲に設定したのは、硼化アルミニウ
ムが95重量%を越えると焼結が難しく、また、硼化ア
ルミニウムが5重量%を下回ると焼結体の硬度が低下す
るからである。酸化アルミニウムが3重量%を下回ると
強靭化の効果がなく、90重量%を越えると硬度が低下
する。
The reason for setting the mixing ratio within the above range is that if the aluminum boride content exceeds 95% by weight, sintering will be difficult, and if the aluminum boride content falls below 5% by weight, the hardness of the sintered body will decrease. . If the aluminum oxide content is less than 3% by weight, there is no toughening effect, and if it exceeds 90% by weight, the hardness decreases.

また、高靭性化を目的に酸化アルミニウム粉末の代わり
に添加される針状粒子は、全量中に3〜75体積%の割
合で含有することが望ましい。
Further, it is desirable that the acicular particles added in place of the aluminum oxide powder for the purpose of increasing toughness be contained in a proportion of 3 to 75% by volume in the total amount.

本発明によれば、系の焼結性および均質化を図る上で、
上記硼化アルミニウムと酸化アルミニウム成分からなる
組成物100重量部に対して炭素粉末あるいは焼成によ
り炭素を生成する化合物を炭素換算で0.05〜8重量
部、特に1〜3重量部の割合で混合する。炭素量を上記
の範囲に限定したのは、炭素量が0605重量部未満で
は焼結体の硬度および強度の均一化が達成されず、8重
量部を越えると逆に焼結性が低下し緻密体が得られない
からである。
According to the present invention, in order to improve the sinterability and homogenization of the system,
Carbon powder or a compound that generates carbon by firing is mixed at a ratio of 0.05 to 8 parts by weight, especially 1 to 3 parts by weight in terms of carbon, to 100 parts by weight of the composition consisting of aluminum boride and aluminum oxide components. do. The reason why the carbon content is limited to the above range is that if the carbon content is less than 0.605 parts by weight, uniform hardness and strength of the sintered body will not be achieved, and if it exceeds 8 parts by weight, the sinterability will decrease and the density will be reduced. This is because the body cannot be obtained.

なお、炭素成分としてはフェノール樹脂等の焼成により
炭素を生成する化合物の他、カーボン型を用いたホット
プレス焼成時に型から混入する場合もあるためにこれら
を総合して炭素添加量を調整することが望ましい。
In addition to compounds that generate carbon when fired, such as phenol resins, the carbon component may also be mixed in from the mold during hot press firing using a carbon mold, so the amount of carbon added should be adjusted by taking these into account. is desirable.

さらに、本発明によれば、焼結性を改善する目的で上記
の混合物に酸化硼素を20重量%以下の割合で添加する
こともできる。この酸化硼素はその量が20重量%を越
えると焼結体の硬度および靭性が低下するため好ましく
ない。また、この酸化硼素は、硼化アルミニウム粉末表
面の酸化膜から生成されたものであってもよく、硼化ア
ルミニウムの一部を酸化させてもよい。
Furthermore, according to the present invention, boron oxide can be added to the above mixture in a proportion of 20% by weight or less for the purpose of improving sinterability. If the amount of boron oxide exceeds 20% by weight, the hardness and toughness of the sintered body will decrease, which is not preferable. Further, this boron oxide may be generated from an oxide film on the surface of the aluminum boride powder, or a part of the aluminum boride may be oxidized.

C成形〕 硼化アルミニウム、酸化アルミニウム成分、炭素、所望
により酸化硼素を上記の割合で混合後、衆知の成形手段
で所望の形状に成形できる。成形手段は、例えばプレス
成形、押し出し成形、射出成形、鋳込み成形、冷間静水
圧成形等が用いられる。成形性を向上させるため公知の
バインダーや分散剤を用いてもよい。
C-forming] After mixing aluminum boride, an aluminum oxide component, carbon, and, if desired, boron oxide in the above proportions, it can be molded into a desired shape by a well-known molding means. As the shaping means, for example, press molding, extrusion molding, injection molding, cast molding, cold isostatic pressing, etc. are used. Known binders and dispersants may be used to improve moldability.

〔焼成〕[Firing]

次に、これらの成形体を所望により真空中もしくは窒素
ガスもしくはアルゴンガス等の不活性ガス中で脱脂した
のち焼成を行う。焼成は1200乃至1900℃の温度
でAr、He等の不活性ガスもしくはカーボン等の存在
する還元性雰囲気およびそれらの加圧もしくは減圧雰囲
気で0.5乃至6.0時間程度行えばよい。焼成手段と
しては、常圧焼成、ホットプレス法および熱間静水圧焼
成法(HI P法)等が適用され、特に高密度の焼結体
を得るために、普通焼成、ホットプレス法によって対理
論密度比96%以上の焼結体を作成し、さらに500〜
2000気圧の高圧下で1200〜1900°Cの焼成
温度で熱間静水圧焼成すればよい。焼成温度を上記の範
囲に設定したのは、焼成温度が1200°Cより低いと
焼結が不十分でボイド等が発生するために十分な特性が
得られず、1900 ”Cを越えると酸化アルミニウム
が粒成長してボアが発生し強度が低下するためである。
Next, these molded bodies are degreased in vacuum or in an inert gas such as nitrogen gas or argon gas, if desired, and then fired. Firing may be carried out at a temperature of 1200 to 1900° C. for about 0.5 to 6.0 hours in a reducing atmosphere in which an inert gas such as Ar or He or carbon is present, and in a pressurized or reduced pressure atmosphere thereof. As the firing method, normal pressure firing, hot pressing method, hot isostatic pressing method (HIP method), etc. are applied. Create a sintered body with a density ratio of 96% or more, and further
Hot isostatic firing may be performed at a firing temperature of 1200 to 1900°C under a high pressure of 2000 atm. The reason why the firing temperature was set in the above range is that if the firing temperature is lower than 1200°C, sufficient properties will not be obtained due to insufficient sintering and voids will occur, and if the firing temperature exceeds 1900°C, aluminum oxide will be formed. This is because grains grow and bores occur, reducing strength.

上記の焼成によれば、原料中の硼化アルミニウムは一部
または全部がアルミニウムと硼素に分離するとともに系
中の酸素と反応し酸化アルミニウムや硼酸アルミニウム
と、アルミニウム、酸素、硼素からなるガラス状物質を
生成する。これに対し、酸化アルミニウムはそのままの
状態で残存し焼結される。一方、酸化アルミニウムの代
わりに硼酸アルミニウムを用いた場合は、1400°C
付近で一部または全部が酸化アルミニウムと酸化硼素と
に分離し、それぞれを添加した場合と同様な効果をもた
らす。他方、アルミニウム金属を用いた場合は、系中の
酸素もしくは硼素と反応しAlB2等の硼化アルミニウ
ム、酸化アルミニウムあるいは硼酸アルミニウムを生成
しそれぞれを添加した場合と同様な効果をもたらす。
According to the above firing, part or all of the aluminum boride in the raw material is separated into aluminum and boron, and reacts with oxygen in the system to form a glassy substance consisting of aluminum oxide, aluminum borate, aluminum, oxygen, and boron. generate. In contrast, aluminum oxide remains as it is and is sintered. On the other hand, when aluminum borate is used instead of aluminum oxide, the temperature is 1400°C.
Some or all of the aluminum oxide separates into aluminum oxide and boron oxide in the vicinity, producing the same effect as when each is added. On the other hand, when aluminum metal is used, it reacts with oxygen or boron in the system to produce aluminum boride such as AlB2, aluminum oxide, or aluminum borate, producing the same effect as when each is added.

上記の焼成過程において各化合物の分離、反応によって
生成した酸化硼素は1500°C以上では蒸発するが、
いずれも焼結助剤としての効果を示し焼結体の高緻密化
を促進する。しかし、酸化硼素が焼結体中に多く含有さ
れると硬度や強度が低下するので、含有量は20重量%
以下、望ましくは10重量%以下にするのがよい。
The boron oxide produced by the separation and reaction of each compound in the above firing process evaporates at temperatures above 1500°C.
Both exhibit the effect of sintering aids and promote high densification of the sintered body. However, if a large amount of boron oxide is contained in the sintered body, the hardness and strength will decrease, so the content should be 20% by weight.
The content below is desirably 10% by weight or less.

(作用) 上述した本発明の焼結体が高強度、高靭性且つ高硬度を
有する理由についてはおよそ次の3つの要因が考えられ
る。
(Function) The following three factors are considered to be the reason why the sintered body of the present invention described above has high strength, high toughness, and high hardness.

■粒子結合力の向上 焼結時、硼化アルミニウムの一部または全部が分解し活
性なアルミニウムと硼素が生成される。
■Improvement of particle bonding strength During sintering, part or all of aluminum boride decomposes and active aluminum and boron are generated.

このアルミニウムと硼素により強固に結合された新たな
粒子が形成され粒子結合力の向上が図られる。
New particles are formed that are strongly bonded to each other by this aluminum and boron, and the bonding force of the particles is improved.

■粒子形状の複雑化 従来の酸化アルミニウムでは結晶粒子は球形に近いもの
が多く、破壊はそれらの粒界から起こっていた。本発明
の材料では■に記述した分解生成反応を伴って焼結され
るため粒子形状は複雑に入り組んだ形状となっている。
■Complicated particle shapes In conventional aluminum oxide, many of the crystal particles were close to spherical, and fracture occurred at their grain boundaries. Since the material of the present invention is sintered with the decomposition and production reaction described in (2), the particle shape is complicated.

このため新たなりラックの進展が阻止されその結果破壊
靭性が向上する。なお、針状の酸化アルミニウムもしく
は分解により針状の酸化アルミニウムを生成する物質を
添加すると粒子形状の複雑化は更に促進され、針状結晶
が入り組んだ組織を持つようになるため靭性は更に向上
する。
Therefore, new rack development is prevented, and as a result, fracture toughness is improved. Furthermore, if acicular aluminum oxide or a substance that generates acicular aluminum oxide through decomposition is added, the particle shape will become more complex, and the acicular crystals will have an intricate structure, which will further improve the toughness. .

■酸化硼素のガス化の促進 上記の焼成過程において各化合物の分離、反応によって
生成し7た酸化硼素は1500“C以上では蒸発するが
、いずれも焼結助剤としての効果を示し焼結体の高緻密
化を促進する。しかし、大型品においては構成元素、特
に化合物として酸化硼素が焼結体中に偏在しやすく、特
に焼結体の内部と外部において硬度や靭性の特性のバラ
ツキが生じる。炭素成分の存在により還元雰囲気中、過
剰な酸化硼素の酸化硼素のガス化が促進されるために成
分の偏析が少なくなり均一な特性を有する焼結体が得ら
れる。
■Promotion of gasification of boron oxide The boron oxide produced by the separation and reaction of each compound in the above firing process evaporates at temperatures above 1500"C, but all of them are effective as sintering aids and the sintered body However, in large products, constituent elements, especially boron oxide as a compound, tend to be unevenly distributed in the sintered body, resulting in variations in hardness and toughness, especially between the inside and outside of the sintered body. The presence of the carbon component promotes gasification of excess boron oxide in a reducing atmosphere, resulting in less segregation of components and a sintered body with uniform properties.

以下、本発明を次の例で説明する。The invention will now be explained with the following examples.

(実施例1) 原料として、酸化アルミニウム粉末(平均粒径1μm以
下、純度99.9%以上)と、AIB+z粉末(粒径2
00メツシユ以下)と、針状酸化アルミニウム(平均粒
径0.7μm、平均アスペクト比15)と、硼酸アルミ
ニウム(平均粒径0.7μm、平均アスペクト比20)
並びに平均粒径が1.0μmの炭素粉末を用いて第1表
に示す割合に秤量後、回転ミルで12時間混合粉砕した
。混合後のスラリーを乾燥してホットプレス用原料とし
た。 この原料をカーボン型に充填し、1500〜18
00′Cで1時間、300 kg/cm2の圧力でホッ
トプレス焼成した。
(Example 1) As raw materials, aluminum oxide powder (average particle size 1 μm or less, purity 99.9% or more) and AIB+z powder (particle size 2
00 mesh or less), acicular aluminum oxide (average particle size 0.7 μm, average aspect ratio 15), and aluminum borate (average particle size 0.7 μm, average aspect ratio 20)
Carbon powder having an average particle size of 1.0 μm was weighed in the proportions shown in Table 1, and then mixed and ground in a rotary mill for 12 hours. The slurry after mixing was dried and used as a raw material for hot pressing. Fill a carbon mold with this raw material and
Hot press firing was carried out at 00'C for 1 hour at a pressure of 300 kg/cm2.

得られた各試料を研磨して鏡面状態にポリッシングして
焼結体の内部および周辺部をIM法でKICを、さらに
ビッカース硬度を測定した。
Each of the obtained samples was polished to a mirror-like state, and the inside and peripheral parts of the sintered bodies were measured for KIC and Vickers hardness using the IM method.

結果は第1表に示す。The results are shown in Table 1.

(以下余白) 第1表によれば、硼化アルミニウムー酸化アルミニウム
系に対して炭素を全く添加しなかった試料No、 1で
は、硬度については内部が高く、靭性については周辺部
が高くなる傾向を示し、焼結体の特性に内外で差が生じ
た。これに対して炭素を添加した系については内外差は
20%以内に抑えることができるが、炭素量が8重量%
を越えた試料No、 7については、焼結不良が発生し
、抗折強度等の特性の劣化を招いた。
(Margins below) According to Table 1, in sample No. 1, in which no carbon was added to the aluminum boride-aluminum oxide system, the hardness tended to be higher in the interior, and the toughness tended to be higher in the periphery. , and there was a difference in the properties of the sintered body between the inside and outside. On the other hand, for systems with added carbon, the difference between the inside and outside can be suppressed to within 20%, but the carbon content is 8% by weight.
Regarding sample No. 7, which exceeded the above, sintering failure occurred, resulting in deterioration of properties such as flexural strength.

また、硼化アルミニウム単体からなる試料No、 20
では、焼成温度を高めても焼結不良を越し特性も低いも
のであった。酸化アルミニウム単体の試料No、 21
 Lこおいては特性上不十分であった。
In addition, sample No. 20 consisting of aluminum boride alone
However, even if the firing temperature was increased, the properties were poor beyond sintering failure. Single aluminum oxide sample No. 21
Regarding L, the properties were insufficient.

さらに、焼成温度に関しては、1300°Cより低い試
料No、23は焼結不良により、また1900°Cより
高い試料階22は酸化アルミニウムの粒成長によってい
ずれも焼結体中にボイドが発生し、特性が劣化した。
Furthermore, regarding the firing temperature, voids were generated in the sintered body in Sample No. 23, which was lower than 1300°C, due to poor sintering, and in Sample No. 22, which was higher than 1900°C, due to grain growth of aluminum oxide. Characteristics have deteriorated.

これらの比較例に対して、本発明の試料はいずれも硬度
、靭性とも特性の内外差がなく、抗折強度60 kg/
mm2以上、靭性4. OMPa −m””以上、ビア
カース硬度18. OMPa−m””以上が達成された
In contrast to these comparative examples, the samples of the present invention had no difference in hardness or toughness, and had a bending strength of 60 kg/
mm2 or more, toughness 4. OMPa -m"" or more, via cast hardness 18. OMPa-m"" or higher was achieved.

特に、焼結体中に針状の硼酸アルミニウムや酸化アルミ
ニウムを添加したものでは、靭性が最大10MPa  
−g”’の焼結体が得られた。
In particular, sintered bodies with needle-shaped aluminum borate or aluminum oxide added have a toughness of up to 10 MPa.
-g"' sintered body was obtained.

(発明の効果) 以上詳述した通り、本発明によれば硼化アルミニウムに
、酸化アルミニウム成分を添加した系にさらに炭素成分
を適量添加し、成形焼成することにより高い硬度、靭性
を維持しつつ焼結体の内外の特性を均一化することがで
きる。
(Effects of the Invention) As detailed above, according to the present invention, an appropriate amount of carbon component is further added to a system in which an aluminum oxide component is added to aluminum boride, and high hardness and toughness are maintained by molding and firing. The internal and external properties of the sintered body can be made uniform.

これにより、工具材料をはじめとする大型形状の各種産
業機械部品用材f)としての応用範囲をさらに拡大する
ことができる。
As a result, the range of applications can be further expanded as a material f) for various large-sized industrial machine parts including tool materials.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  硼化アルミニウム粉末と、酸化アルミニウム粉末ある
いは焼成により酸化アルミニウムを生成しうる化合物と
からなる組成物100重量部に対して炭素粉末あるいは
焼成により炭素を生成する化合物を炭素に換算して0.
05〜8重量部添加し、これを成形後、1200〜19
00℃の温度で焼成することを特徴とするセラミックス
焼結体の製造方法。
For 100 parts by weight of a composition consisting of aluminum boride powder and aluminum oxide powder or a compound capable of producing aluminum oxide upon firing, the amount of carbon powder or a compound capable of producing carbon upon firing is 0.0% in terms of carbon.
05 to 8 parts by weight was added, and after molding, 1200 to 19
A method for producing a ceramic sintered body, characterized by firing at a temperature of 00°C.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015078078A (en) * 2013-10-15 2015-04-23 独立行政法人産業技術総合研究所 Low-friction, low-wear sliding member for water lubrication and production method thereof
CN116041070A (en) * 2022-12-27 2023-05-02 北京理工大学 High-toughness boron-aluminum composite material

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