JPH054863A

JPH054863A - アルミナ製粉砕機用部材の製造方法

Info

Publication number: JPH054863A
Application number: JP3286678A
Authority: JP
Inventors: Koji Onishi; 宏司大西; Katsumi Maeda; 克己前田; Toshio Kawanami; 利夫河波
Original assignee: Nikkato Corp
Current assignee: Nikkato Corp
Priority date: 1991-10-31
Filing date: 1991-10-31
Publication date: 1993-01-14
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: JP2631924B2

Abstract

(57)【要約】【構成】アルミナ含有量が９９．９重量％以上で平均
結晶径が０．５μｍ以下のアルミナ原料を粉砕・分散
し、成形、焼成することを特徴とするアルミナ含有率９
９．９重量％以上、アルミナ結晶の平均粒子径２．５μ
ｍ以下、相対密度９８％以上の焼結体からなるアルミナ
製粉砕機用部材の製造方法。【効果】本発明方法により得られる粉砕機用部材は、
安価であり、耐摩耗性に優れ、摩耗粉が微細である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は粉砕機用部材の製造法に
関し、更に詳しくは乾式又は湿式の粉砕機における粉砕
媒体、内張材等の部材の製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】従来、粉砕媒体を用いる粉
砕機としては、ボールミル、サンドミル、振動ミル、ア
トリッションミル、ロッドミル等が広く使用されてい
る。これらの粉砕機では、ボ−ル、ビーズ、ロールなど
と称される粉砕媒体に運動を与えて、その衝撃、圧壊、
摩擦などの応力を利用して被砕物の粉砕、分散を行なっ
ている。またジェットミル等では被粉砕物に運動エネル
ギーを与えて、被粉砕物相互間又は被粉砕物と内張材と
の衝突などによって粉砕が行われている。このような粉
砕機では、内張材や粉砕媒体等の摩耗し易い部材には、
一般に天然石、アルミナ、ジルコニア、ガラス、ゴム、
プラスチック、合金などが使用されているが、これらの
内張材や粉砕媒体は、粉砕工程において摩耗することは
阻けられず、このため摩耗粉が被砕物中へ混入するとい
う問題が生ずる。特に、ファインセラミックス、電子材
料、半導体工業、コーティング材、粉体等の各分野にお
いては、この摩耗粉が被砕物の純度を低下させ、また電
気的、磁気的、化学的性質等に影響を及ぼし、被砕物粉
体の品質管理上大きな問題となっている。

【０００３】そこで、粉砕機用部材として、被砕物と同
材料からなる焼結体を用いて、摩耗粉の混入の影響を減
少させる試みがなされているが、耐摩耗性が悪い材料の
場合には、粉砕機用部材の損傷が大きく、また混入する
摩耗粉の粉形が被砕物と異なったものとなり被砕物の品
質の均一性が低下するという欠点がある。

【０００４】このため、一般に粉砕機用部材としては、
アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素等の耐
摩耗性に優れた材料が使用されることが多い。しかしな
がら、これらの材料のうち窒化ケイ素や炭化ケイ素は、
耐摩耗性に優れ、被砕物がこれらの部材と同じ材料の場
合の粉砕には適するものの、色調が灰黒色であるため
に、白色粉体を被砕物とする際には磨耗粉の混入による
着色が生じ、また、被砕物を粉砕後大気下で焼成するセ
ラミックス成形体の場合には混入した摩耗粉の影響で発
泡が生じ、焼成物に欠陥部が形成されるという欠点があ
る。

【０００５】また、変態強化ジルコニアは、高比重であ
るため、粉砕媒体として効率的であり摩耗も少ないとい
う利点があるが、高価であり、また高い衝撃力が加わっ
た場合や温度が上昇した場合に摩耗が増大するという欠
点がある。更にＵ、Ｔｈ等が混入し易く、その除去も困
難であり、被粉砕物にこれらが混入して被砕物の品質の
低下を生じるという問題点もある。

【０００６】一方、アルミナは、ジルコニア、窒化ケイ
素、炭化ケイ素等に比べると摩耗が多いという欠点があ
るが、安価であることから、被砕物の品質にとって、摩
耗粉の混入があまり問題とならない場合には、８５〜９
７％程度の純度の焼結体が使用されている。また、アル
ミナ中のＳｉＯ₂やアルカリ分の被砕物中の混入が問題
となる場合には、アルミナ量が９９．０〜９９．７％程
度の焼結体を用いることもある。しかしながら、このよ
うな純度の高いアルミナ焼結体を用いる場合にも、やは
り摩耗量が多いという問題点がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記した如
き従来技術の問題点に鑑みて、優れた耐摩耗性を有する
粉砕機用部材を見出すべく鋭意研究を重ねてきた。その
過程において、従来、摩耗が多いにもかかわらず安価で
あることから、粉砕機用部材として広く用いられている
アルミナ焼結体に着目し、その耐摩耗性の向上について
種々研究を行なってきた。その結果、特定のアルミナ原
料を用い、アルミナ焼結体におけるアルミナ純度、結晶
粒径及び密度を特定範囲の値となるように制御すること
によって、極めて優れた耐摩耗性を有する焼結体が得ら
れることを見出し、ここに本発明を完成した。

【０００８】即ち本発明は、アルミナ含有量が９９．９
重量％以上で平均結晶径が０．５μｍ以下のアルミナ原
料を粉砕・分散し、成形、焼成することを特徴とするア
ルミナ含有率９９．９重量％以上、アルミナ結晶の平均
粒子径２．５μｍ以下、相対密度９８％以上の焼結体か
らなるアルミナ製粉砕機用部材の製造方法に係る。

【０００９】本発明方法により得られる粉砕機用部材が
満足すべき要件について、以下に具体的に示す。

【００１０】（ａ）焼結体中のアルミナ含有量を９
９．９重量％以上とする。

【００１１】本発明者の研究によれば、焼結体中のアル
ミナ含有量を９９．９％以上とすることにより、焼結体
の耐摩耗性が急激に向上することが判った。この関係
は、後記実施例１の結果を示す図１から明らかである。

【００１２】アルミナ量が９９．９％以上となることに
よる急激な耐摩耗性の向上の理由は、明確ではないが、
焼結体が高純度化するに従って、粒界巾が狭くなり、そ
の結果、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、所謂粒子脱離摩耗が生じ難くなることが理由
であると推測される。従って焼結体中のアルミナ量は９
９．９％以上とし、好ましくは、９９．９５％以上とす
る。

【００１３】（ｂ）焼結体中のアルミナ結晶の平均粒
径を２．５μｍ以下とする。

【００１４】焼結体中のアルミナ結晶の粒径が大きい場
合には、同一アルミナ含有量の焼結体では、粒界が減少
するので粒界巾が広くなる。その結果、前記した粒子脱
離磨耗が生じ易くなり、摩耗量が増加すると考えられ
る。本発明者の研究によれば、平均結晶径を２．５μｍ
以下とすることより、急激な耐摩耗性の向上があること
が判った。この結果は、後記実施例１の結果を示す図２
から明らかである。従って、本発明により得られる粉砕
機用部材では、アルミナ結晶の平均粒径を２．５μｍ以
下とし、好ましくは２μｍ以下とする。

【００１５】（ｃ）アルミナ焼結体の相対密度を９８
％以上とする。

【００１６】本発明において、相対密度とは、その焼結
体の理論密度に対する相対値を百分率で表わしたもので
ある。ここで理論密度とは、空孔の存在しない１００％
緻密な焼結体の密度をいう。

【００１７】アルミナ焼結体の耐摩耗性は、その相対密
度によって大きく影響を受け、相対密度が低い程摩耗量
が増大する。これは、相対密度が低くなるに従って粒界
に空孔の存在が多くなり、この空孔が摩耗の起点となっ
て結晶粒離脱摩耗が促進されるからであると考えられ
る。従って、本発明では、焼結体の相対密度を９８％以
上とし、好ましくは９８．５％以上とする。

【００１８】上記した要件を満足する粉砕機用部材は、
優れた耐摩耗性を有するものであるが、電子部品に使用
される材料を粉砕する場合には、更に以下に示す要件を
満足する部材とすることが好ましい。

【００１９】即ち、電子部品に使用される材料を粉砕す
る場合には、従来の粉砕機用部材のように部材中にウラ
ン、トリウム等の放射性元素が含まれると、これらの元
素が被砕物中に混入して電子部品の品質を低下させる原
因となる。従って、本発明により得られる部材を、電子
部品用材料の粉砕用として使用するが場合には、ウラン
及びトリウム量を少なくすることが適当であり、夫々５
０ｐｐｂ（放射化分析法による）以下とすることが好ま
しく、３０ｐｐｂ以下とすることがより好ましい。この
ようなウラン及びトリウム量の少ない粉砕機用部材で
は、部材自体の摩耗量が非常に少ないこともあって、被
砕物中へのウラン及びトリウムの混入量が極めて少な
く、電子部品の品質を低下させることはほとんどない。

【００２０】本発明粉砕機用部材の製造方法は、以下の
ようにして実施される。

【００２１】原料としては、アルミナ含有量９９．９重
量％以上で、平均結晶径０．５μｍ以下のアルミナ原料
を使用する。アルミナ原料としては、アルコキシド法、
明バン法等のバイヤー法以外の方法で製造されたものが
好ましい。アルミナ含有量が９９．９重量％未満の場合
は先に示したことから耐摩耗性が劣る。また、平均結晶
径が０．５μｍを越えると粉砕・分散工程で所定の結晶
径にするまでに時間を要し、その結果不純物の混入量が
多くなりこれも耐摩耗性の低下をきたすので好ましくな
い。

【００２２】本発明方法では、まず、アルミナ原料を振
動ミルなどの粉砕機を用いて乾式又は湿式で、粉砕・分
散し、乾燥して原料粉体を得る。次いでこの粉体を用い
て、セラミックスの製造における常法に従って鋳込み成
形、射出成形、押出し成形、プレス成形などの方法で所
定の形状に成形した後、１２５０〜１６００℃程度の温
度で焼成し、アルミナ焼結体とする。更に、粉砕機用部
材に仕上げ加工し、必要に応じて接着などの方法で施工
を行なうことにより粉砕機用部材が得られる。

【００２３】上記製造方法においては、成形助剤、焼結
助剤、水等の種類や品質の選定、また、粉砕工程、焼成
道具等の選定を適宜行なうことにより、焼成などにより
飛散除去できない成分の混入をできるだけ防ぎ、アルミ
ナ含有量を所定範囲内とすることが必要である。また、
粒径、焼結体密度を所定の範囲内にするためには、焼結
過程で粒成長を促進する成分、例えばＴｉ，Ｃａ、アル
カリ等の混入を避けると共に、粉砕等の処理で原料を微
粉化し、易焼結性とすることが望ましく、また、焼成前
の成形体の相対密度を４０％以上とすることが望まし
い。尚、Ｔｉ、Ｃａ、アルカリ等の不純物の混入は焼結
過程で粒成長を促進したり粒界にアルミナ以外の不純物
相を形成したりするので好ましくない。そのため５００
ｐｐｍ以下にすることが好ましい。

【００２４】本発明粉砕機用部材では、前記（ａ）〜
（ｃ）の要件を満足するために、高純度アルミナ原料を
使用することが必要である。アルミナ原料の高純度化
は、アルコキシド法や明バン法では一般に原料の合成工
程での酸処理、熱処理、Ａｌの誘導化合物の精製処理等
において行なわれる。ウラン及びトリウム量は、これら
の工程で低減させればよく、これらの処理工程では、ウ
ラン及びトリウム量を比較的容易に低減させることがで
きる。このようなウラン及びトリウムを低減させたアル
ミナ原料を用い、かつ粉砕機用部材の製造工程でウラン
及びトリウムの混入を防止することにより、ウラン及び
トリウム量が少ない部材、例えばウラン及びトリウムが
夫々５０ｐｐｂ以下の粉砕機用部材を製造できる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の製造法により得られた粉砕機用
部材は、以下に示す如き優れた特性を有するものであっ
て、ボールミル、振動ミル、アトリッションミルなどの
粉砕媒体（ボール、メディア等）、粉砕機における被粉
砕物が接触する部分の内張材、部材等、特に摩耗しやす
い部分の材料として極めて有用である。

【００２６】（１）耐摩耗性に優れたものであって、
被砕物中への摩耗粉の混入が少ない。（２）原料として安価なアルミナを用いる。

【００２７】（３）粉砕機用部材の摩耗粉が微細であ
り、被砕物中に混入する場合にも被砕物の均一性を害す
ることが少ない。

【００２８】（４）ウラン及びトリウム量が非常に少
ない粉砕機用部材は、該部材自体が非常に耐摩耗性に優
れていることもあって、被砕物中へのウラン及びトリウ
ムの混入量を極めて少なくすることができ、それ故電子
部品用材料の粉砕用として好適である。

【００２９】

【実施例】以下実施例を示して本発明を更に詳細に説明
する。

【００３０】

【実施例１】アルミナ含有量９９．９９９％の原料を用
い、表１に示す組成となるようにＳｉＯ₂等の成分を液
状でアルミナ原料中に均一に加えたのち、焙焼して原料
を調製した。尚、試料Ｎｏ５のものについては、アルミ
ナ含有量９９．９９９％原料をそのまま用いた。

【００３１】まず、原料を振動ミルで比表面積５ｍ²／
ｇ以上となるように湿式粉砕を行ない、次いでポリビニ
ルアルコールを加えた後、スプレードライヤーで乾燥
し、成形用粉体を得た。続いて、この粉体をＣＩＰ２ト
ン／ｃｍ²で球状に成形し、１２５０〜１６００℃で焼
成して、１０ｍｍφのボールとし、次いでこのボールの
表面をバレル研磨して粉砕用ボールとした。焼結体の化
学組成（重量％）は表１に示す通りである。

【００３２】表１試料番号１２３４５Ａｌ₂Ｏ₃ 99.5 99.8 99.91 99.99 99.995 ＳｉＯ₂ 0.17 0.04 0.04 0.008 0.004 Ｆｅ₂Ｏ₃ 0.03 0.03 0.01 0.0004 0.0003 ＣａＯ 0.12 0.05 0.01 0.0001 <0.0001 ＭｇＯ 0.15 0.05 0.01 0.0004 0.0003 Na₂Ｏ 0.03 0.03 0.02 0.0004 0.0002 Ｋ₂Ｏトレーストレーストレース 0.0003 0.0001 これらの粉砕機用のボールを容量２リットルのボール
ミル中に半分まで入れ、更に水０．８リットルとシリカ
粉２００ｇを加えた後、ボールミルを１００ｒ．ｐ．
ｍ．で５０時間運転してボールの摩耗量を求めた。粉砕
機用ボール中のアルミナ量とボールの１時間当りの摩耗
量との関係を図１に示す。尚、ボールの相対密度は９９
±０．３％であり、平均結晶粒径は２±０．２μｍであ
った。

【００３３】図１から、アルミナ含有量が９９．９％未
満では、摩耗量はアルミナ成分量に大きく関係しないが
９９．９％以上となると耐摩耗性が急激に向上し、摩耗
量はアルミナ成分量が９９．９％未満の場合の１／１０
以下に減少することが判る。

【００３４】また、アルミナ成分量９９．９９％で相対
密度が９９±０．３％の焼結体について、上記方法と同
様にして摩耗試験を行ない、アルミナの平均結晶粒径と
１時間当りのボールの摩耗量との関係を求めた結果を図
２に示す。図２から、アルミナの平均結晶粒径が２．５
μｍ以下となることにより摩耗量の急激な減少があるこ
とが判る。

【００３５】更に、アルミナ成分率９９．９９５％、平
均結晶粒径１．２±０．２μｍの焼結体について、上記
と同様にして、焼結体の相対温度と摩耗量との関係を求
めた結果を図３に示す。図３から焼結体の相対密度が９
８％以上となることにより耐摩耗性の向上が認められ
る。

【００３６】

【実施例２】アルミナ含有率９９．９９％、相対密度９
９±０．３％、アルミナ結晶の平均粒径０．８μｍのア
ルミナ焼結体で内容積が２リットルの振動ミル用の容器
を製造し、鋼球をナイロンでコーティングしたボールを
用いてシリカ粉２００ｇ、水４００ｇを入れて１０時間
運転した後、シリカ粉中に混入したアルミナ量を化学分
析により求めた。その結果アルミナ量は８０ｐｐｍであ
った。

【００３７】これに対して、アルミナ含有率９９．９９
％、相対密度９９±０．３％、アルミナ結晶の平均粒径
４μｍのアルミナ焼結体で同様の試験を行なったとこ
ろ、シリカ粉中へのアルミナの混入量は６００ｐｐｍで
あった。

【図面の簡単な説明】

【図１】アルミナ含有率と摩耗量との関係のグラフ。

【図２】アルミナ結晶の平均粒径と摩耗量との関係のグ
ラフ。

【図３】焼結体の相対密度と摩耗量との関係のグラフ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミナ含有量が９９．９重量％以上で
平均結晶径が０．５μｍ以下のアルミナ原料を粉砕・分
散し、成形、焼成することを特徴とするアルミナ含有率
９９．９重量％以上、アルミナ結晶の平均粒子径２．５
μｍ以下、相対密度９８％以上の焼結体からなるアルミ
ナ製粉砕機用部材の製造方法。
【請求項２】アルミナ製粉砕機用部材におけるウラン
含有量が５０ｐｐｂ以下、トリウム含有量が５０ｐｐｂ
以下である請求項１に記載のアルミナ製粉砕機用部材の
製造方法。