JPH0544428B2 - - Google Patents
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- JPH0544428B2 JPH0544428B2 JP63332466A JP33246688A JPH0544428B2 JP H0544428 B2 JPH0544428 B2 JP H0544428B2 JP 63332466 A JP63332466 A JP 63332466A JP 33246688 A JP33246688 A JP 33246688A JP H0544428 B2 JPH0544428 B2 JP H0544428B2
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は、耐摩耗性アルミナスラミツクスおよ
びその製造方法に関し、さらに詳しくは、特に高
硬度、耐摩耗性、耐エロージヨン性などが要求さ
れる機械部品、粉砕機用部材などとして好適な耐
摩耗性アルミナセラミツクスおよびその製造方法
にする。 なお、本明細書においては、“％”とあるのは、
全て“重量％”を意味する。 従来技術とその問題点 従来、耐摩耗性アルミナセラミツクスとして
は、アルミナ含有量90％程度の材料に粘土などの
添加剤を加え、焼成したものが使用されてきた
（例えば、“窯業工学ハンドブツク（新版）”(株)技
報堂、（昭和41年12月25日発行）、第1262頁）。し
かしながら、このセラミツクスは、硬度が低く、
結晶組織が不均一であるため、耐摩耗性が十分で
ないという欠点がある。 最近、アムミナ99.9％以上の高純度アルミナを
使用する耐摩耗性アルミナセラミツクスも提案さ
れている。しかしながら、焼結工程で結晶粒径が
大きくなるため、耐摩耗性はやはり満足すべきも
のとはいえない。高純度アルミナ原料にTiCなど
の非酸化物を添加し、ポツトプレスして得たもの
は、十分な耐摩耗性を発揮するが、非酸化性雰囲
気中で加圧下に焼成を行なう必要があるため、製
造コストが極めて高いという問題点がある。 問題点を解決するための手段 本発明者は、上記の如き従来技術の問題点に鑑
みて、鋭意研究を重ねてきた。その過程におい
て、従来、耐摩耗性には劣るものの、安価である
ために耐摩耗性用部材として広く使用されてきた
アルミナ焼結体に着目し、その耐摩耗性を向上さ
せるべく研究を重ねた結果、アルミナ焼結体の粒
界成分、結晶粒径、密度、硬度などを特定の範囲
内に制御することにより、耐摩耗性に極めて優れ
たアルミナ焼結体が得られることを見出した。 すなわち、本発明は、下記に示す耐摩耗性アル
ミナセラミツクスおよびその製造方法を提供する
ものである： マグネシアとシリカとを合計0.025〜0.12％
含有し、MgO／SiO2（モル比）が２〜15であ
り、残部がアルミナからなる焼結体であつて、
密度3.90ｇ／cm3、平均結晶粒径1.5μｍ以下且つ
硬度1900Kgｆ／mm2以上であることを特徴とする
耐摩耗性アルミナセラミツクス。 平均結晶子径0.05〜0.3μｍのα−アルミナ粉
末に、マグネシアとシリカとの合計含有量が
0.025〜0.12％となり且つMgO／SiO2（モル比）
が２〜15となるように平均粒径0.3μｍ以下のマ
グネシアとシリカとを加えて粉砕混合し、成形
した後、1300〜1550℃で焼成することを特徴と
する耐摩耗性アルミナセラミツクスの製造方
法。 マグネシアおよびシリカ成分をMgおよびSi
を含有する溶液、ゾルまたはゲルの状態で添加
する上記項に記載の耐摩耗性アルミナセラミ
ツクスの製造方法。 アルミナ水和物またはアルミナにMgおよび
Siを含有する溶液、ゾルまたはゲルを添加し、
焼成することにより得たマグネシアとシリカと
の合計含有量が0.025〜0.12％且つMgO／SiO2
（モル比）が２〜15で平均結晶子径0.05〜0.3μ
ｍのα−アルミナ粉末を成形した後、1300〜
1550℃で焼成することを特徴とする耐摩耗性ア
ルミナセラミツクスの製造方法。 アルミナ水和物またはアルミナにMgを含有
する溶液、ゾルまたはゲルを添加し、焼成する
ことにより得たマグネシアを含有する平均結晶
子径0.05〜0.3μｍのα−アルミナ粉末に、マグ
ネシアとシリカとの合計含有量が0.025〜0.12
％となり且つMgO／SiO2（モル比）が２〜15と
なるように平均粒径0.3μｍ以下のシリカを加え
て混合分散させ、成形した後、1300〜1550℃で
焼成することを特徴とする耐摩耗性アルミナセ
ラミツクスの製造方法。 以下、本発明の耐摩耗性アルミナセラミツクス
が具備すべき要件とそれに基く効果などについて
詳細に説明する。なお、本発明の効果自体は、必
ずしも単一の要件のみにより達成されるものでは
なく、二以上の要件により相乗的に達成される場
合もある。従つて、以下の記載は、必ずしも発明
の構成と効果との対応を完全に説明するものでは
ないことを付言しておく。 (1) アルミナ焼結体中のマグネシアとシリカの合
計量を0.025〜0.12％且つMgO／SiO2（モル比）
を２〜15の範囲内とする。 本発明者の研究によれば、アルミナ原料にア
ルミナの機械的特性を阻害しない範囲内で特定
量のマグネシアとシリカとを添加して、焼結す
る場合には、緻密化の過程でアルミナ結晶粒界
にスピネル結晶（MgAl2O4）とマグネシウ
ム・シリケートおよび／またはマグネシウム・
アルミニウム・シリケートのガラス相が形成さ
れ、その結果、アルミナ結晶の粒成長が抑制さ
れ、結晶組織が均一となつて、緻密化が一層促
進されることが判明した。 アルミナ原料に添加するマグネシアとシリカ
の合計量が、アルミナ焼結体中の0.025％未満
となる量である場合には、アルミナ結晶の粒成
長抑制の効果が十分発揮されない。一方、0.12
％を上回る場合には、緻密化が阻害されるの
で、空孔の増大抑制または緻密化の促進のため
に、高温で焼成しなければならない。その結
果、アルミナ結晶粒径が大きく且つ不均一とな
るので、アルミナ結晶粒の粒界が優先的に破壊
されて生じる摩耗、すなわち、粒子離脱摩耗が
生じ易くなる。 アルミナ焼結体中のマグネシウムとシリカの
合計量は0.03〜0.1％であることがより好まし
い。 また、シリカを単独で添加する場合或いは
MgO／SiO2（モル比）が２未満である場合に
は、スピネル結晶の生成量が少なくなり、一
方、マグネシアを単独で添加する場合或いは
MgO／SiO2（モル比）が15を上回る場合には、
シリケート相の生成量が少なくなつて、いずれ
の場合にも、均一で微細な結晶組織を有する高
硬度のアルミナ焼結体は得られない。 アルミナ焼結体中のMgO／SiO2（モル比）
は、３〜15であることがより好ましい。 (2) アルミナ焼結体の密度を3.90ｇ／cm3以上とす
る。 アルミナ焼結体の耐摩耗性は、その密度によ
つても、大きく影響され、密度が低い程、摩耗
量は増大する。これは、密度が低い程、粒内、
粒界などに存在する空孔が多くなり、この空孔
が摩耗の起点となつて、結晶粒離脱摩耗が促進
されるためと推考される。 従つて、本発明では、アルミナ焼結体の密度
を3.90ｇ／cm3以上とし、より好ましくは3.92
ｇ／cm3以上とする。 (3) アルミナ焼結体中のアルミナ結晶の平均粒径
を1.5μｍ以下とし、ビツカース硬度を1900Kg
ｆ／mm2以上とする。 焼結体中のアルミナ結晶の粒径が大きい場合
には、同一組成の焼結体では、粒界巾が広くな
つたり、低硬度となつたりする。その結果、前
述の結晶粒離脱摩耗が発生し易くなり、摩耗量
が増大するものと推考される。本発明者の研究
によれば、平均結晶粒径を1.5μｍ以下且つビツ
カース硬度を1900Kgｆ／mm2以上とすることによ
り、耐摩耗性が著しく改善されることが判明し
た。 アルミナ焼結体中のアルミナ結晶の平均粒径
は1.2μｍ以下とし、ビツカース硬度を1950Kg
ｆ／mm2以上とすることがより好ましい。 なお、本発明のアルミナ焼結体を製造するに
際し、焼成温度が1300℃未満の場合には、焼結
不十分となつて、密度が低くなり、一方、1550
℃を上回る場合には、粒成長が著しくなるの
で、焼結体の特性が低下する。従つて、焼成を
1300〜1550℃の範囲で行なうことを必須とす
る。焼成は、1300〜1500℃の範囲で行なうこと
がより好ましい。 (4) 原料として使用するα−アルミナ粉末の平均
結晶子径を0.05〜0.3μｍとし、且つマグネシア
およびシリカの平均粒径を0.3μｍ以下とする。 α−アルミナ粉末が0.05μｍ未満である場合
には、凝集を生じ易いので、成形性が低下し
て、焼結体に空孔などの欠陥を生じ易くなる。
一方、α−アルミナ粉末が0.3μｍを上回る場合
には、焼結体の結晶粒径が大くきなり、低硬度
となつて、耐摩耗性が低下する。α−アルミナ
粉末の平均結晶子径は、0.05〜0.2μｍであるこ
とがより好ましい。 マグネシアおよびシリカの平均粒径が、α−
アルミナ粉末のそれよりも大きい場合には、原
料粉の均一な分散が困難となるため、良好な特
性を有するアルミナ焼結体が得られない。従つ
て、マグネシアおよびシリカの平均粒径は、
0.3μｍ以下とする必要があり、より好ましくは
0.2μｍ以下とする。使用量が少ないマグネシア
およびシリカの場合には、粒径が小さ過ぎて
も、成形性を阻害しないので、粒径に下限はな
い。 本発明による耐摩耗性アルミナセラミツクス
は、例えば、下記の様にして製造される。好ま
しくはアルコキシド法、明バン法などにより製
造された純度99.9％以上のα−アルミナ粉末に
マグネシアとシリカとを加え、常法に従つて、
ボールミルなどの粉砕機を使用して乾式または
湿式で均一に粉砕混合し、乾燥して原料粉体を
得る。次いで、常法に従つて、鋳込み成形、射
出成形、押出形成、プレス成形などの方法で所
定の形状に成形した後、常圧下に1300〜1550℃
で焼成し、アルミナ焼結体を得る。成形に際し
て、必要ならば、スラリーを調製したり、成形
助剤を使用して予備造粒したりすることは、常
法と同様である。 なお、マグネシア成分とシリカ成分は、アル
ミナ成分との混合分散性を改善するために、
MgとSiとを含有する溶液、ゾルまたはゲルの
状態でα−アルミナ粉末またはアルミナ水和物
に添加した後、1300℃未満で焼成することによ
り得られたMgおよびSi含有α−アルミナ粉末
（0.05〜0.3μｍ）を形成し、次いで常圧下に
1300〜1550℃で焼成しても良い。或いは、Mg
を含有する溶液、ゾルまたはゲルの状態でα−
アルミナ粉末または水和アルミナにMgを添加
した後、1300℃未満で焼成することにより得ら
れたMg含有α−アルニナ粉末（0.05〜0.3μｍ）
にシリカ粉末を粉砕混合させ、成形し、次いで
常圧下に1300〜1550℃で焼成しても良い。 なお、上記の焼結体の製造に際しては、成形
助剤、水などの純度および種類の選択、粉砕機
器類、焼成治具などの選択などを適宜行なうこ
とにより、焼結体の特性に悪影響を及ぼす不純
物の混入を防止することが望ましい。また、焼
結体の結晶粒径、密度、硬度などを所定の範囲
内とするためには、(イ)焼結過程で粒成長を促進
するTiO2、Na2Oなどの混入を防止する、(ロ)粉
砕などの処理により、原料を微粉砕して、焼結
性を改善する、(ニ)焼結前の成形体の密度を1.60
ｇ／cm3以上としておくことなどが好ましい。 発明の効果 本発明によれば、粒界成分、結晶粒径、密度、
硬度などを特定の範囲内に制御することにより、
緻密で、高硬度の耐摩耗性に極めて優れたアルミ
ナ焼結体が得られる。また、その製造に際して
は、常圧下での焼結を行なうだけでも、耐摩耗性
に優れた焼結体が得られる。 実施例 以下に実施例および比較例を示し、本発明の特
徴とするところをより一層明確にする。 実施例 １ 純度99.995％のα−アルミナ粉末と平均粒径
0.2μｍ以下のマグネシア粉末とシリカ粉末とを下
記第１表に示す割合で配合し、ボールミルにて10
時間湿式粉砕混合した後、成形助剤としてアクリ
ル酸共重合体を原料重量の３％加え、スプレード
ライヤーで平均粒径60μｍに整粒して、成形用粉
体を得た。 第１表に（）α−アルミナ粉末の平均結晶子
径（μｍ）、（）原料中に占めるマグネシア粉末
とシリカ粉末と割合（％）、および（）MgO／
SiO2（モル比）を示す。 なお、第１表において、No.１、２および４が、
実施例であり、その他は比較例である。 第１表 （） （） （） No. １ 0.10 0.040 3.5 ２ 0.15 0.055 6.75 ３ 0.15 0.070 1.13 ４ 0.20 0.090 12 ５ 0.20 0.150 ３ ６ 0.35 0.075 ６ ７ 0.15 0.065 − （MgOのみ） 次いで、この粉体を2ton／cm2の成形圧で65mm×
65mm×７mmに板状にCIP成形し、下記第２表に示
す条件で常圧下に焼成した。 得られた焼結体の（）密度（ｇ／cm3）、（）
平均結晶粒径（μｍ）、（）マイクロビツカース
硬度（Kgｆ／mm2）および（）耐摩耗性（重量
減：ｇ）を下記第３表に示す。 第３表は、以下の実施例２および実施例３で得
られた焼結体についての結果をも併せて示す。第
３表において、試料No.１、３、６、10及び11が実
施例であり、他は比較例である。 なお、マイクロビツカース硬度は、500ｇ荷重
にて測定した。また、耐摩耗性は、ダイヤモンド
砥石により、焼結体を研削した後、表面粗さ
Rmax＝0.8μｍ以下に仕上げした50mm×50mm×５
mmの焼結体に電融アルミナ粒（35〜60メツシユ）
を５Kgｆ／mm2の圧力で10分間吹付け、焼結体の重
量減を測定した。 実施例 ２ 純度99.995％のα−アルミナ粉末に、原料中の
マグネシアとシリカとの合計量が0.060％、
MgO／SiO2（モル比）が５となる様に、硝酸マグ
ネシウム溶液とケイ酸エチル溶液とを配合した
後、実施例１と同様にして、成形体を作成し、第
２表に示す条件で常圧下に焼成した。 実施例 ３ アルミナ水和物に、原料中のマグネシアとシリ
カとの合計量が0.050％、MgO／SiO2（モル比）
が７となる様に、硝酸マグネシウム溶液とケイ酸
エチル溶液とを配合し、乾燥した後、1200℃で焼
成して、α−アルミナ粉末を得た。得られたα−
アルミナ粉末をボールミルにて平均結晶子径が
0.15μｍとなるまで湿式粉砕し、以後実施例１と
同様にして、成形体を作成し、第２表に示す条件
で常圧下に焼成した。 第２表 試料No. 使用粉末 焼成温度(℃) １ No.１ 1400 ２ No.２ 1250 ３ No.２ 1350 ４ No.２ 1600 ５ No.３ 1400 ６ No.４ 1450 ７ No.５ 1350 ８ No.６ 1400 ９ No.７ 1400 10 実施例２ 1400 11 実施例３ 1400
びその製造方法に関し、さらに詳しくは、特に高
硬度、耐摩耗性、耐エロージヨン性などが要求さ
れる機械部品、粉砕機用部材などとして好適な耐
摩耗性アルミナセラミツクスおよびその製造方法
にする。 なお、本明細書においては、“％”とあるのは、
全て“重量％”を意味する。 従来技術とその問題点 従来、耐摩耗性アルミナセラミツクスとして
は、アルミナ含有量90％程度の材料に粘土などの
添加剤を加え、焼成したものが使用されてきた
（例えば、“窯業工学ハンドブツク（新版）”(株)技
報堂、（昭和41年12月25日発行）、第1262頁）。し
かしながら、このセラミツクスは、硬度が低く、
結晶組織が不均一であるため、耐摩耗性が十分で
ないという欠点がある。 最近、アムミナ99.9％以上の高純度アルミナを
使用する耐摩耗性アルミナセラミツクスも提案さ
れている。しかしながら、焼結工程で結晶粒径が
大きくなるため、耐摩耗性はやはり満足すべきも
のとはいえない。高純度アルミナ原料にTiCなど
の非酸化物を添加し、ポツトプレスして得たもの
は、十分な耐摩耗性を発揮するが、非酸化性雰囲
気中で加圧下に焼成を行なう必要があるため、製
造コストが極めて高いという問題点がある。 問題点を解決するための手段 本発明者は、上記の如き従来技術の問題点に鑑
みて、鋭意研究を重ねてきた。その過程におい
て、従来、耐摩耗性には劣るものの、安価である
ために耐摩耗性用部材として広く使用されてきた
アルミナ焼結体に着目し、その耐摩耗性を向上さ
せるべく研究を重ねた結果、アルミナ焼結体の粒
界成分、結晶粒径、密度、硬度などを特定の範囲
内に制御することにより、耐摩耗性に極めて優れ
たアルミナ焼結体が得られることを見出した。 すなわち、本発明は、下記に示す耐摩耗性アル
ミナセラミツクスおよびその製造方法を提供する
ものである： マグネシアとシリカとを合計0.025〜0.12％
含有し、MgO／SiO2（モル比）が２〜15であ
り、残部がアルミナからなる焼結体であつて、
密度3.90ｇ／cm3、平均結晶粒径1.5μｍ以下且つ
硬度1900Kgｆ／mm2以上であることを特徴とする
耐摩耗性アルミナセラミツクス。 平均結晶子径0.05〜0.3μｍのα−アルミナ粉
末に、マグネシアとシリカとの合計含有量が
0.025〜0.12％となり且つMgO／SiO2（モル比）
が２〜15となるように平均粒径0.3μｍ以下のマ
グネシアとシリカとを加えて粉砕混合し、成形
した後、1300〜1550℃で焼成することを特徴と
する耐摩耗性アルミナセラミツクスの製造方
法。 マグネシアおよびシリカ成分をMgおよびSi
を含有する溶液、ゾルまたはゲルの状態で添加
する上記項に記載の耐摩耗性アルミナセラミ
ツクスの製造方法。 アルミナ水和物またはアルミナにMgおよび
Siを含有する溶液、ゾルまたはゲルを添加し、
焼成することにより得たマグネシアとシリカと
の合計含有量が0.025〜0.12％且つMgO／SiO2
（モル比）が２〜15で平均結晶子径0.05〜0.3μ
ｍのα−アルミナ粉末を成形した後、1300〜
1550℃で焼成することを特徴とする耐摩耗性ア
ルミナセラミツクスの製造方法。 アルミナ水和物またはアルミナにMgを含有
する溶液、ゾルまたはゲルを添加し、焼成する
ことにより得たマグネシアを含有する平均結晶
子径0.05〜0.3μｍのα−アルミナ粉末に、マグ
ネシアとシリカとの合計含有量が0.025〜0.12
％となり且つMgO／SiO2（モル比）が２〜15と
なるように平均粒径0.3μｍ以下のシリカを加え
て混合分散させ、成形した後、1300〜1550℃で
焼成することを特徴とする耐摩耗性アルミナセ
ラミツクスの製造方法。 以下、本発明の耐摩耗性アルミナセラミツクス
が具備すべき要件とそれに基く効果などについて
詳細に説明する。なお、本発明の効果自体は、必
ずしも単一の要件のみにより達成されるものでは
なく、二以上の要件により相乗的に達成される場
合もある。従つて、以下の記載は、必ずしも発明
の構成と効果との対応を完全に説明するものでは
ないことを付言しておく。 (1) アルミナ焼結体中のマグネシアとシリカの合
計量を0.025〜0.12％且つMgO／SiO2（モル比）
を２〜15の範囲内とする。 本発明者の研究によれば、アルミナ原料にア
ルミナの機械的特性を阻害しない範囲内で特定
量のマグネシアとシリカとを添加して、焼結す
る場合には、緻密化の過程でアルミナ結晶粒界
にスピネル結晶（MgAl2O4）とマグネシウ
ム・シリケートおよび／またはマグネシウム・
アルミニウム・シリケートのガラス相が形成さ
れ、その結果、アルミナ結晶の粒成長が抑制さ
れ、結晶組織が均一となつて、緻密化が一層促
進されることが判明した。 アルミナ原料に添加するマグネシアとシリカ
の合計量が、アルミナ焼結体中の0.025％未満
となる量である場合には、アルミナ結晶の粒成
長抑制の効果が十分発揮されない。一方、0.12
％を上回る場合には、緻密化が阻害されるの
で、空孔の増大抑制または緻密化の促進のため
に、高温で焼成しなければならない。その結
果、アルミナ結晶粒径が大きく且つ不均一とな
るので、アルミナ結晶粒の粒界が優先的に破壊
されて生じる摩耗、すなわち、粒子離脱摩耗が
生じ易くなる。 アルミナ焼結体中のマグネシウムとシリカの
合計量は0.03〜0.1％であることがより好まし
い。 また、シリカを単独で添加する場合或いは
MgO／SiO2（モル比）が２未満である場合に
は、スピネル結晶の生成量が少なくなり、一
方、マグネシアを単独で添加する場合或いは
MgO／SiO2（モル比）が15を上回る場合には、
シリケート相の生成量が少なくなつて、いずれ
の場合にも、均一で微細な結晶組織を有する高
硬度のアルミナ焼結体は得られない。 アルミナ焼結体中のMgO／SiO2（モル比）
は、３〜15であることがより好ましい。 (2) アルミナ焼結体の密度を3.90ｇ／cm3以上とす
る。 アルミナ焼結体の耐摩耗性は、その密度によ
つても、大きく影響され、密度が低い程、摩耗
量は増大する。これは、密度が低い程、粒内、
粒界などに存在する空孔が多くなり、この空孔
が摩耗の起点となつて、結晶粒離脱摩耗が促進
されるためと推考される。 従つて、本発明では、アルミナ焼結体の密度
を3.90ｇ／cm3以上とし、より好ましくは3.92
ｇ／cm3以上とする。 (3) アルミナ焼結体中のアルミナ結晶の平均粒径
を1.5μｍ以下とし、ビツカース硬度を1900Kg
ｆ／mm2以上とする。 焼結体中のアルミナ結晶の粒径が大きい場合
には、同一組成の焼結体では、粒界巾が広くな
つたり、低硬度となつたりする。その結果、前
述の結晶粒離脱摩耗が発生し易くなり、摩耗量
が増大するものと推考される。本発明者の研究
によれば、平均結晶粒径を1.5μｍ以下且つビツ
カース硬度を1900Kgｆ／mm2以上とすることによ
り、耐摩耗性が著しく改善されることが判明し
た。 アルミナ焼結体中のアルミナ結晶の平均粒径
は1.2μｍ以下とし、ビツカース硬度を1950Kg
ｆ／mm2以上とすることがより好ましい。 なお、本発明のアルミナ焼結体を製造するに
際し、焼成温度が1300℃未満の場合には、焼結
不十分となつて、密度が低くなり、一方、1550
℃を上回る場合には、粒成長が著しくなるの
で、焼結体の特性が低下する。従つて、焼成を
1300〜1550℃の範囲で行なうことを必須とす
る。焼成は、1300〜1500℃の範囲で行なうこと
がより好ましい。 (4) 原料として使用するα−アルミナ粉末の平均
結晶子径を0.05〜0.3μｍとし、且つマグネシア
およびシリカの平均粒径を0.3μｍ以下とする。 α−アルミナ粉末が0.05μｍ未満である場合
には、凝集を生じ易いので、成形性が低下し
て、焼結体に空孔などの欠陥を生じ易くなる。
一方、α−アルミナ粉末が0.3μｍを上回る場合
には、焼結体の結晶粒径が大くきなり、低硬度
となつて、耐摩耗性が低下する。α−アルミナ
粉末の平均結晶子径は、0.05〜0.2μｍであるこ
とがより好ましい。 マグネシアおよびシリカの平均粒径が、α−
アルミナ粉末のそれよりも大きい場合には、原
料粉の均一な分散が困難となるため、良好な特
性を有するアルミナ焼結体が得られない。従つ
て、マグネシアおよびシリカの平均粒径は、
0.3μｍ以下とする必要があり、より好ましくは
0.2μｍ以下とする。使用量が少ないマグネシア
およびシリカの場合には、粒径が小さ過ぎて
も、成形性を阻害しないので、粒径に下限はな
い。 本発明による耐摩耗性アルミナセラミツクス
は、例えば、下記の様にして製造される。好ま
しくはアルコキシド法、明バン法などにより製
造された純度99.9％以上のα−アルミナ粉末に
マグネシアとシリカとを加え、常法に従つて、
ボールミルなどの粉砕機を使用して乾式または
湿式で均一に粉砕混合し、乾燥して原料粉体を
得る。次いで、常法に従つて、鋳込み成形、射
出成形、押出形成、プレス成形などの方法で所
定の形状に成形した後、常圧下に1300〜1550℃
で焼成し、アルミナ焼結体を得る。成形に際し
て、必要ならば、スラリーを調製したり、成形
助剤を使用して予備造粒したりすることは、常
法と同様である。 なお、マグネシア成分とシリカ成分は、アル
ミナ成分との混合分散性を改善するために、
MgとSiとを含有する溶液、ゾルまたはゲルの
状態でα−アルミナ粉末またはアルミナ水和物
に添加した後、1300℃未満で焼成することによ
り得られたMgおよびSi含有α−アルミナ粉末
（0.05〜0.3μｍ）を形成し、次いで常圧下に
1300〜1550℃で焼成しても良い。或いは、Mg
を含有する溶液、ゾルまたはゲルの状態でα−
アルミナ粉末または水和アルミナにMgを添加
した後、1300℃未満で焼成することにより得ら
れたMg含有α−アルニナ粉末（0.05〜0.3μｍ）
にシリカ粉末を粉砕混合させ、成形し、次いで
常圧下に1300〜1550℃で焼成しても良い。 なお、上記の焼結体の製造に際しては、成形
助剤、水などの純度および種類の選択、粉砕機
器類、焼成治具などの選択などを適宜行なうこ
とにより、焼結体の特性に悪影響を及ぼす不純
物の混入を防止することが望ましい。また、焼
結体の結晶粒径、密度、硬度などを所定の範囲
内とするためには、(イ)焼結過程で粒成長を促進
するTiO2、Na2Oなどの混入を防止する、(ロ)粉
砕などの処理により、原料を微粉砕して、焼結
性を改善する、(ニ)焼結前の成形体の密度を1.60
ｇ／cm3以上としておくことなどが好ましい。 発明の効果 本発明によれば、粒界成分、結晶粒径、密度、
硬度などを特定の範囲内に制御することにより、
緻密で、高硬度の耐摩耗性に極めて優れたアルミ
ナ焼結体が得られる。また、その製造に際して
は、常圧下での焼結を行なうだけでも、耐摩耗性
に優れた焼結体が得られる。 実施例 以下に実施例および比較例を示し、本発明の特
徴とするところをより一層明確にする。 実施例 １ 純度99.995％のα−アルミナ粉末と平均粒径
0.2μｍ以下のマグネシア粉末とシリカ粉末とを下
記第１表に示す割合で配合し、ボールミルにて10
時間湿式粉砕混合した後、成形助剤としてアクリ
ル酸共重合体を原料重量の３％加え、スプレード
ライヤーで平均粒径60μｍに整粒して、成形用粉
体を得た。 第１表に（）α−アルミナ粉末の平均結晶子
径（μｍ）、（）原料中に占めるマグネシア粉末
とシリカ粉末と割合（％）、および（）MgO／
SiO2（モル比）を示す。 なお、第１表において、No.１、２および４が、
実施例であり、その他は比較例である。 第１表 （） （） （） No. １ 0.10 0.040 3.5 ２ 0.15 0.055 6.75 ３ 0.15 0.070 1.13 ４ 0.20 0.090 12 ５ 0.20 0.150 ３ ６ 0.35 0.075 ６ ７ 0.15 0.065 − （MgOのみ） 次いで、この粉体を2ton／cm2の成形圧で65mm×
65mm×７mmに板状にCIP成形し、下記第２表に示
す条件で常圧下に焼成した。 得られた焼結体の（）密度（ｇ／cm3）、（）
平均結晶粒径（μｍ）、（）マイクロビツカース
硬度（Kgｆ／mm2）および（）耐摩耗性（重量
減：ｇ）を下記第３表に示す。 第３表は、以下の実施例２および実施例３で得
られた焼結体についての結果をも併せて示す。第
３表において、試料No.１、３、６、10及び11が実
施例であり、他は比較例である。 なお、マイクロビツカース硬度は、500ｇ荷重
にて測定した。また、耐摩耗性は、ダイヤモンド
砥石により、焼結体を研削した後、表面粗さ
Rmax＝0.8μｍ以下に仕上げした50mm×50mm×５
mmの焼結体に電融アルミナ粒（35〜60メツシユ）
を５Kgｆ／mm2の圧力で10分間吹付け、焼結体の重
量減を測定した。 実施例 ２ 純度99.995％のα−アルミナ粉末に、原料中の
マグネシアとシリカとの合計量が0.060％、
MgO／SiO2（モル比）が５となる様に、硝酸マグ
ネシウム溶液とケイ酸エチル溶液とを配合した
後、実施例１と同様にして、成形体を作成し、第
２表に示す条件で常圧下に焼成した。 実施例 ３ アルミナ水和物に、原料中のマグネシアとシリ
カとの合計量が0.050％、MgO／SiO2（モル比）
が７となる様に、硝酸マグネシウム溶液とケイ酸
エチル溶液とを配合し、乾燥した後、1200℃で焼
成して、α−アルミナ粉末を得た。得られたα−
アルミナ粉末をボールミルにて平均結晶子径が
0.15μｍとなるまで湿式粉砕し、以後実施例１と
同様にして、成形体を作成し、第２表に示す条件
で常圧下に焼成した。 第２表 試料No. 使用粉末 焼成温度(℃) １ No.１ 1400 ２ No.２ 1250 ３ No.２ 1350 ４ No.２ 1600 ５ No.３ 1400 ６ No.４ 1450 ７ No.５ 1350 ８ No.６ 1400 ９ No.７ 1400 10 実施例２ 1400 11 実施例３ 1400
【表】
第３表に示す結果から明らかなように、成形体
の焼成温度が1300℃未満である場合には（試料No.
２）、焼結が不十分となり、密度、硬度および耐
摩耗性が低い。 また、成形体の焼成温度が1550℃を上回る場合
には（試料No.４）、密度は高くなるものの、平均
結晶粒径が大きくなり、硬度および耐摩耗性が劣
つている。 さらに、MgO／SiO2（モル比）が２未満である
場合には（試料No.５）、密度および硬度が低く、
耐摩耗性が劣つている。 マグネシアとシリカの含有量が0.12％を上回る
場合には（試料No.７）、粒界の特性が不良である
ため、耐摩耗性が劣つている。 α−アルミナ粉末の平均結晶子径が0.3μｍを上
回る場合には（試料No.８）、密度、硬度および耐
摩耗性のいずれもが劣るものとなつている。 また、マグネシアのみを配合する場合には（試
料No.９）、密度および平均結晶粒径は好ましい範
囲のものが得られが、結晶組織が、不均一であ
り、低硬度となるため、耐摩耗性が低下した。 これに対し、本発明の要件を全て充足する試料
No.１、３、６、10および11の場合には、優れた耐
摩耗性を発揮することが出来る。 実施例 ４ 焼成物中のアルミナ、マグネシア及びシリカの
合計重量中のマグネシア及びシリカの合計量が
0.065％となる様に且つMgO／SiO2（モル比）が
10となる様に、アルミナ水和物、硝酸マグネシウ
ム溶液およびケイ酸エチル溶液を秤量した。 次いで、アルミナ水和物に硝酸マグネシウム溶
液を混合し、乾燥し、1200℃で焼成して、Mg含
有α−アルミナ粉末を得た後、ケイ酸エチル溶液
を加え、混合し、ボールミルにて平均結晶子径が
0.1μｍ以下となるまで湿式粉砕し、実施例１と同
様にして成形し、1350℃で常圧下に焼成した。 得られた焼結体の物性は、以下の通りの優れた
ものであつた。 密度：3.97ｇ／cm3、平均結晶粒径：0.8μｍ、硬
度：2140Kgｆ／mm2、耐摩耗性：0.03ｇ 実施例 ５ 実施例３の第２表の試料No.３及び５と同様の条
件で粉末を成形し、直径５mmのボールを製造し、
その表面をバレル研摩した。 かくして得たボールを容量５のアトリシヨン
ミル中に3.5入れ、さらに水1.6とジルコニア
粉1.6Kgを加えた後、アトリシヨンミルを200rpm
で８時間運転して、ボールの摩耗量を求めた。 試料No.３によるボールの１時間当りの摩耗量
は、20ppmであつたのに対し、試料No.５によるボ
ールの１時間当りの摩耗量は、1900ppmであつ
た。 この結果からも明らかな様に、本発明によるア
ルミナセラミツクスは、粉砕用ボールとした場合
にも、優れた耐摩耗性を発揮する。
の焼成温度が1300℃未満である場合には（試料No.
２）、焼結が不十分となり、密度、硬度および耐
摩耗性が低い。 また、成形体の焼成温度が1550℃を上回る場合
には（試料No.４）、密度は高くなるものの、平均
結晶粒径が大きくなり、硬度および耐摩耗性が劣
つている。 さらに、MgO／SiO2（モル比）が２未満である
場合には（試料No.５）、密度および硬度が低く、
耐摩耗性が劣つている。 マグネシアとシリカの含有量が0.12％を上回る
場合には（試料No.７）、粒界の特性が不良である
ため、耐摩耗性が劣つている。 α−アルミナ粉末の平均結晶子径が0.3μｍを上
回る場合には（試料No.８）、密度、硬度および耐
摩耗性のいずれもが劣るものとなつている。 また、マグネシアのみを配合する場合には（試
料No.９）、密度および平均結晶粒径は好ましい範
囲のものが得られが、結晶組織が、不均一であ
り、低硬度となるため、耐摩耗性が低下した。 これに対し、本発明の要件を全て充足する試料
No.１、３、６、10および11の場合には、優れた耐
摩耗性を発揮することが出来る。 実施例 ４ 焼成物中のアルミナ、マグネシア及びシリカの
合計重量中のマグネシア及びシリカの合計量が
0.065％となる様に且つMgO／SiO2（モル比）が
10となる様に、アルミナ水和物、硝酸マグネシウ
ム溶液およびケイ酸エチル溶液を秤量した。 次いで、アルミナ水和物に硝酸マグネシウム溶
液を混合し、乾燥し、1200℃で焼成して、Mg含
有α−アルミナ粉末を得た後、ケイ酸エチル溶液
を加え、混合し、ボールミルにて平均結晶子径が
0.1μｍ以下となるまで湿式粉砕し、実施例１と同
様にして成形し、1350℃で常圧下に焼成した。 得られた焼結体の物性は、以下の通りの優れた
ものであつた。 密度：3.97ｇ／cm3、平均結晶粒径：0.8μｍ、硬
度：2140Kgｆ／mm2、耐摩耗性：0.03ｇ 実施例 ５ 実施例３の第２表の試料No.３及び５と同様の条
件で粉末を成形し、直径５mmのボールを製造し、
その表面をバレル研摩した。 かくして得たボールを容量５のアトリシヨン
ミル中に3.5入れ、さらに水1.6とジルコニア
粉1.6Kgを加えた後、アトリシヨンミルを200rpm
で８時間運転して、ボールの摩耗量を求めた。 試料No.３によるボールの１時間当りの摩耗量
は、20ppmであつたのに対し、試料No.５によるボ
ールの１時間当りの摩耗量は、1900ppmであつ
た。 この結果からも明らかな様に、本発明によるア
ルミナセラミツクスは、粉砕用ボールとした場合
にも、優れた耐摩耗性を発揮する。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ マグネシアとシリカとを合計0.025〜0.12％
含有し、MgO／SiO2（モル比）が２〜15であり、
残部がアルミナからなる焼結体であつて、密度
3.90ｇ／cm3、平均結晶粒径1.5μｍ以下且つ硬度
1900Kgｆ／mm2以上であることを特徴とする耐摩耗
性アルミナセラミツクス。 ２ 平均結晶子径0.05〜0.3μｍのα−アルミナ粉
末に、マグネシアとシリカとの合計含有量が
0.025〜0.12％となり且つMgO／SiO2（モル比）が
２〜15となるように平均粒径0.3μｍ以下のマグネ
シアとシリカとを加えて粉砕混合し、成形した
後、1300〜1550℃で焼成することを特徴とする耐
摩耗性アルミナセラミツクスの製造方法。 ３ マグネシアおよびシリカ成分をMgおよびSi
を含有する溶液、ゾルまたはゲルの状態で添加す
る請求項２に記載の耐摩耗性アルミナセラミツク
スの製造方法。 ４ アルミナ水和物またはアルミナにMgおよび
Siを含有する溶液、ゾルまたはゲルを添加し、焼
成することにより得たマグネシアとシリカとの合
計含有量が0.025〜0.12％且つMgO／SiO2（モル
比）が２〜15で平均結晶子径0.05〜0.3μｍのα−
アルミナ粉末を成形した後、1300〜1550℃で焼成
することを特徴とする耐摩耗性アルミナセラミツ
クスの製造方法。 ５ アルミナ水和物またはアルミナにMgを含有
する溶液、ゾルまたはゲルを添加し、焼成するこ
とにより得たマグネシアを含有する平均結晶子径
0.05〜0.3μｍのα−アルミナ粉末に、マグネシア
とシリカとの合計含有量が0.025〜0.12％となり
且つMgO／SiO2（モル比）が２〜15となるように
平均粒径0.3μｍ以下のシリカを加えて混合分散さ
せ、成形した後、1300〜1550℃で焼成することを
特徴とする耐摩耗性アルミナセラミツクスの製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63332466A JPH02180747A (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 耐摩耗性アルミナセラミックスおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63332466A JPH02180747A (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 耐摩耗性アルミナセラミックスおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02180747A JPH02180747A (ja) | 1990-07-13 |
| JPH0544428B2 true JPH0544428B2 (ja) | 1993-07-06 |
Family
ID=18255288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63332466A Granted JPH02180747A (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 耐摩耗性アルミナセラミックスおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02180747A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2592223B2 (ja) * | 1993-12-27 | 1997-03-19 | 品川白煉瓦株式会社 | ボンディングキャピラリー用アルミナセラミックスおよびその製造方法 |
| JP3859354B2 (ja) * | 1998-04-30 | 2006-12-20 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ及びスパークプラグ用絶縁体及びその製造方法 |
| JP5236203B2 (ja) * | 2006-04-18 | 2013-07-17 | 株式会社松風 | 顎歯模型用の歯牙 |
| JP2007323052A (ja) * | 2006-05-02 | 2007-12-13 | Shiyoufuu:Kk | 顎歯模型用複合歯牙及びその製造方法とその応用 |
| JP5236204B2 (ja) * | 2006-05-23 | 2013-07-17 | 株式会社松風 | 顎歯模型用の歯牙及びその製造方法 |
| JP5351405B2 (ja) * | 2007-10-09 | 2013-11-27 | 株式会社ニッカトー | 耐摩耗性にすぐれたアルミナ質セラミックス |
-
1988
- 1988-12-28 JP JP63332466A patent/JPH02180747A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02180747A (ja) | 1990-07-13 |
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