JPH064516B2 - 溶融金属用セラミックス焼結体および製造方法 - Google Patents
溶融金属用セラミックス焼結体および製造方法Info
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- JPH064516B2 JPH064516B2 JP2008131A JP813190A JPH064516B2 JP H064516 B2 JPH064516 B2 JP H064516B2 JP 2008131 A JP2008131 A JP 2008131A JP 813190 A JP813190 A JP 813190A JP H064516 B2 JPH064516 B2 JP H064516B2
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- sintered body
- aluminum oxynitride
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、溶融金属、特に溶鋼に対する耐エロージョン
性・耐食性・難濡れ性に優れたBNを含酸窒化アルミニウ
ム系セラミックス焼結体に関するものである。
性・耐食性・難濡れ性に優れたBNを含酸窒化アルミニウ
ム系セラミックス焼結体に関するものである。
従来の技術 近年、溶融金属溶セラミックスは、ノズル等への適用が
検討されている。その一例として、酸窒化アルミニウム
と炭素成分を配合したセラミックス（特開昭61−10145
4）が提案されている。ここで、酸窒化アルミニウムは
良好な耐食性・耐火性・耐熱性も兼ね備えた物質である
が、炭素成分が溶鋼へ溶解し易いという問題がある。そ
こで、一般に溶融金属に対し難濡れ性・難溶解性を有す
るBNを添加することが考えられる。
検討されている。その一例として、酸窒化アルミニウム
と炭素成分を配合したセラミックス（特開昭61−10145
4）が提案されている。ここで、酸窒化アルミニウムは
良好な耐食性・耐火性・耐熱性も兼ね備えた物質である
が、炭素成分が溶鋼へ溶解し易いという問題がある。そ
こで、一般に溶融金属に対し難濡れ性・難溶解性を有す
るBNを添加することが考えられる。
例えば、BNに1.0〜50％のAlNを含有させ、耐エロージョ
ン性に優れた溶融金属用セラミックス（特開昭64-6507
2）が提案されている。しかしBN系セラミックスは、BN
自身難焼結材であることから、密度の低いセラミックス
焼結体となる欠点がある。
ン性に優れた溶融金属用セラミックス（特開昭64-6507
2）が提案されている。しかしBN系セラミックスは、BN
自身難焼結材であることから、密度の低いセラミックス
焼結体となる欠点がある。
したがって、高密度と耐エロージョン性・耐食性・難濡
れ性を有する溶融金属用セラミックス焼結体として活か
すためには、BNを添加・緻密化処理した酸窒化アルミニ
ウム系セラミックス焼結体が必要である。
れ性を有する溶融金属用セラミックス焼結体として活か
すためには、BNを添加・緻密化処理した酸窒化アルミニ
ウム系セラミックス焼結体が必要である。
発明が解決しようとする課題 本発明は、かかる現状技術の問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、溶融金属に対し難濡れ
性を示し、耐エロージョン性・耐熱衝撃性に優れた、し
かも、低気孔率の新しい酸窒化アルミニウム系セラミッ
クス焼結体及びその製造方法を提供することにある。
ので、その目的とするところは、溶融金属に対し難濡れ
性を示し、耐エロージョン性・耐熱衝撃性に優れた、し
かも、低気孔率の新しい酸窒化アルミニウム系セラミッ
クス焼結体及びその製造方法を提供することにある。
課題を解決するための手段 本発明はかかる状況に鑑みなされたものである。その要
旨とするところは、 BN 0.1〜30wt％、Y2O3、CeO2のうち一種以上１〜15wt
％で、残部をAlNとAl2O3のモル比１：１〜１：2.65とす
る酸窒化アルミニウムからなる焼結体であること。
旨とするところは、 BN 0.1〜30wt％、Y2O3、CeO2のうち一種以上１〜15wt
％で、残部をAlNとAl2O3のモル比１：１〜１：2.65とす
る酸窒化アルミニウムからなる焼結体であること。
また、BNが0.1〜30wt％，Y2O3，CeO2のうち一種以上
が１〜15wt％、ZrO2，ＭｇＯのうち一種以上0.1〜5wt％
からなり、残部をAlNとAl2O3のモル比１：１〜１：2.65
とする酸窒化アルミニウムからなる焼結体であること。
が１〜15wt％、ZrO2，ＭｇＯのうち一種以上0.1〜5wt％
からなり、残部をAlNとAl2O3のモル比１：１〜１：2.65
とする酸窒化アルミニウムからなる焼結体であること。
上記手段あるいはの組成となるように配合しそれ
ぞれ、水系または非水系において混練成形する。その後
窒素雰囲気中1850℃〜1950で１時間以上保持して焼結体
を得ること。
ぞれ、水系または非水系において混練成形する。その後
窒素雰囲気中1850℃〜1950で１時間以上保持して焼結体
を得ること。
得られた焼結体は、密度が高く、それぞれ溶融金属に
対し、優れた難濡れ性、耐エロージョン性、耐熱衝撃性
および強度を有することを特徴としている。すなわち、
これらのセラミックス焼結体は、耐エロージョン性を要
求される溶融金属ノズルに適用可能であり、特に0.3mm
以上のノズル穴径でも閉塞がなく、連続使用可能を特徴
とする。
対し、優れた難濡れ性、耐エロージョン性、耐熱衝撃性
および強度を有することを特徴としている。すなわち、
これらのセラミックス焼結体は、耐エロージョン性を要
求される溶融金属ノズルに適用可能であり、特に0.3mm
以上のノズル穴径でも閉塞がなく、連続使用可能を特徴
とする。
作用 本発明の溶融金属用セラミックス焼結体の主成分となる
酸窒化アルミニウムは、スピネル構造を有しており、機
械的強度はもとより、良好な耐火性・耐熱性さらに溶融
金属に対し優れた耐食性を示し、ことに還元性雰囲気中
で安定して使用できる。この酸窒化アルミニウムの主成
分のAlNとAl2O3の成分比は、熱処理により酸窒化アルミ
ニウムとなる組成比で、モル比は１：１〜１：2.65であ
る。
酸窒化アルミニウムは、スピネル構造を有しており、機
械的強度はもとより、良好な耐火性・耐熱性さらに溶融
金属に対し優れた耐食性を示し、ことに還元性雰囲気中
で安定して使用できる。この酸窒化アルミニウムの主成
分のAlNとAl2O3の成分比は、熱処理により酸窒化アルミ
ニウムとなる組成比で、モル比は１：１〜１：2.65であ
る。
さらに本発明では、0.1〜30wt％のBNを添加する。ここ
で、BN添加量が0.1wt％未満であるとセラミックス焼結
体へのBN効果がなくなり、30wt％超であるとセラミック
ス焼結体の緻密化を阻害する。
で、BN添加量が0.1wt％未満であるとセラミックス焼結
体へのBN効果がなくなり、30wt％超であるとセラミック
ス焼結体の緻密化を阻害する。
すなわち、そのBN効果とは、BNは極めて反応性に乏しい
ので溶融金属との濡れ性が悪く、また低熱膨張性とそれ
による高耐熱衝撃性を有するという効果である。しか
し、BNを酸窒化アルミニウムに添加する欠点として、BN
自身が有する低強度・難焼結性が、大きく酸窒化アルミ
ニウム系セラミックスの緻密化を阻害することが挙げら
れる。
ので溶融金属との濡れ性が悪く、また低熱膨張性とそれ
による高耐熱衝撃性を有するという効果である。しか
し、BNを酸窒化アルミニウムに添加する欠点として、BN
自身が有する低強度・難焼結性が、大きく酸窒化アルミ
ニウム系セラミックスの緻密化を阻害することが挙げら
れる。
そこで本発明は、焼結性向上の目的で、製造方法と第１
種、第２種焼結助剤を使用することを特徴とする。
種、第２種焼結助剤を使用することを特徴とする。
最初の製造方法については、配合した粉体の混練成形時
に、非水系か水系で行う二種類の方法に分類できる。す
なわち、非水系（例えばアセトン）で混練を行う場合
は、AlNの性質を損なうことはない。なぜなら、AlNは水
分と反応しやすく、Al(OH)3とNH3を生成し、AlN本来の
性質を失ってしまうからである。
に、非水系か水系で行う二種類の方法に分類できる。す
なわち、非水系（例えばアセトン）で混練を行う場合
は、AlNの性質を損なうことはない。なぜなら、AlNは水
分と反応しやすく、Al(OH)3とNH3を生成し、AlN本来の
性質を失ってしまうからである。
一方、水系で混練を行う場合は、AlNが水と反応しない
処理がなされていれば良い。例えば、AlN粉に代わり、A
lN本来の性質を持ち、かつ水に対し安定なポリタイプ構
造（21R）の粉体を混練に使用すれば、水系で混練可能
である。
処理がなされていれば良い。例えば、AlN粉に代わり、A
lN本来の性質を持ち、かつ水に対し安定なポリタイプ構
造（21R）の粉体を混練に使用すれば、水系で混練可能
である。
また、製造方法の熱処理条件は、粉体中の窒素成分が熱
分解・消失を防ぐ目的で、窒素雰囲気中で熱処理を行
い、さらに酸窒化アルミニウム生成と焼結助剤による緻
密化のため、1850℃〜1950℃を１時間以上保持する。
分解・消失を防ぐ目的で、窒素雰囲気中で熱処理を行
い、さらに酸窒化アルミニウム生成と焼結助剤による緻
密化のため、1850℃〜1950℃を１時間以上保持する。
次に、焼結助剤の作用について説明する。第１種焼結助
剤として、Y2O3あるいはCeO2を使用する。この助剤は、
酸窒化アルミニウムの成分であるAl2O3とAlNおよび酸窒
化アルミニウムとBNの焼結助剤として作用する。第一種
焼結助剤配合量は、１wt％未満であると焼結助剤の効果
はなく、逆に15wt％超であると得られるセラミックス焼
結体の特性を変化させる。
剤として、Y2O3あるいはCeO2を使用する。この助剤は、
酸窒化アルミニウムの成分であるAl2O3とAlNおよび酸窒
化アルミニウムとBNの焼結助剤として作用する。第一種
焼結助剤配合量は、１wt％未満であると焼結助剤の効果
はなく、逆に15wt％超であると得られるセラミックス焼
結体の特性を変化させる。
次に、第２種焼結助剤としてのZrO2とMgOは、これらの
材料自身が溶融金属に対し難濡れ性を有しているため、
ノズル適用時は耐閉塞性として作用し、かつ焼結助剤と
してセラミックス焼結体の緻密化をはかり、耐エロージ
ョン性を助長する作用を持つ。第二種焼結助剤配合量
は、0.1wt％未満であると焼結助剤の効果はなく、逆に
５wt％超であると得られるセラミックス焼結耐の機械的
強度を著しく劣化させる。
材料自身が溶融金属に対し難濡れ性を有しているため、
ノズル適用時は耐閉塞性として作用し、かつ焼結助剤と
してセラミックス焼結体の緻密化をはかり、耐エロージ
ョン性を助長する作用を持つ。第二種焼結助剤配合量
は、0.1wt％未満であると焼結助剤の効果はなく、逆に
５wt％超であると得られるセラミックス焼結耐の機械的
強度を著しく劣化させる。
以上の酸窒化アルミニウムと各焼結助剤の有する作用に
より、焼結体を緻密化し、さらに溶融金属用セラミック
ス焼結体として優れた性質を示す。例えば、第１図の溶
融金属ノズル１において、毎秒0.1〜５ｍの溶鋼３を通
過させる場合、酸窒化アルミニウムの有する耐食性・耐
熱性、BNの有する難濡れ性、さらに各種焼結助剤で緻密
化することによる耐エロージョン性・機械的強さで、エ
ロージョンがなく、かつ穴の閉塞を示さない。
より、焼結体を緻密化し、さらに溶融金属用セラミック
ス焼結体として優れた性質を示す。例えば、第１図の溶
融金属ノズル１において、毎秒0.1〜５ｍの溶鋼３を通
過させる場合、酸窒化アルミニウムの有する耐食性・耐
熱性、BNの有する難濡れ性、さらに各種焼結助剤で緻密
化することによる耐エロージョン性・機械的強さで、エ
ロージョンがなく、かつ穴の閉塞を示さない。
実施例 以下、本発明を実施例に基づいて、さらに詳細に説明す
る。
る。
実施例１ AlN粉末（平均粒径1.8μｍ以下）、Al2O3粉末（平均粒
径1.0μｍ以下）を用い、モル比を１：0.5、１：１、
１：1.5、１：1.8、：2.65、１：３の６種類とし、それ
にBN粉末（平均粒径3.5μｍ）を10、20、30wt％、更に
第一種焼結助剤Y2O3（平均粒径3.0〜5.0μｍ）あるいは
CeO2（平均粒径1.0〜10.0μｍ）を、４、６、８wt％と
し、焼結した等一種焼結助剤含有のセラミックス焼結体
の相対密度、低炭素鋼との濡れ性を調査した。
径1.0μｍ以下）を用い、モル比を１：0.5、１：１、
１：1.5、１：1.8、：2.65、１：３の６種類とし、それ
にBN粉末（平均粒径3.5μｍ）を10、20、30wt％、更に
第一種焼結助剤Y2O3（平均粒径3.0〜5.0μｍ）あるいは
CeO2（平均粒径1.0〜10.0μｍ）を、４、６、８wt％と
し、焼結した等一種焼結助剤含有のセラミックス焼結体
の相対密度、低炭素鋼との濡れ性を調査した。
濡れ性の調査は、接触角を１気圧の窒素ガス中で測定し
た。表１にそれぞれの焼結体の構成比と相対密度、接触
角を示す。表１より、AlNとAl2O3のモル比が酸窒化アル
ミニウム組成となる１：１〜１：2.65範囲の場合、低炭
素鋼に対する難ぬれ性を示すことが認められる。また、
焼結助剤Y2O3あるいはCeO2の焼結対緻密化効果も認めら
れる。
た。表１にそれぞれの焼結体の構成比と相対密度、接触
角を示す。表１より、AlNとAl2O3のモル比が酸窒化アル
ミニウム組成となる１：１〜１：2.65範囲の場合、低炭
素鋼に対する難ぬれ性を示すことが認められる。また、
焼結助剤Y2O3あるいはCeO2の焼結対緻密化効果も認めら
れる。
実施例２ AlN粉末（平均粒径1.8μｍ以下）、Al2O3粉末（平均粒
径1.0μｍ以下）を用い、モル比を１：1.5，１：1.8の
２種とし、BN粉末（平均粒径3.5μｍ）10wt％、更に第
一種焼結助剤のY2O3（平均粒径3.0〜5.0μｍ）を4,6,8w
t％、第二種焼結助剤のZrO2（平均粒径0.4μｍ），MgO
（平均粒径0.3μｍ）を0.1,1,2,10wt％とし、焼結した
セラミックス焼結体を実施例１と同様に、相対密度なら
びに低炭素鋼との濡れ性を調査した。表２にそれらの構
成比と相対密度・接触角を示す。表２より、第二種焼結
助剤の作用により、さらに焼結体が緻密化し、低炭素鋼
に対し難濡れ性の酸窒化アルミニウム焼結体が得られる
ことが認められる。
径1.0μｍ以下）を用い、モル比を１：1.5，１：1.8の
２種とし、BN粉末（平均粒径3.5μｍ）10wt％、更に第
一種焼結助剤のY2O3（平均粒径3.0〜5.0μｍ）を4,6,8w
t％、第二種焼結助剤のZrO2（平均粒径0.4μｍ），MgO
（平均粒径0.3μｍ）を0.1,1,2,10wt％とし、焼結した
セラミックス焼結体を実施例１と同様に、相対密度なら
びに低炭素鋼との濡れ性を調査した。表２にそれらの構
成比と相対密度・接触角を示す。表２より、第二種焼結
助剤の作用により、さらに焼結体が緻密化し、低炭素鋼
に対し難濡れ性の酸窒化アルミニウム焼結体が得られる
ことが認められる。
実施例３ 構成比を表１に示すサンプル番号２あるいは７とする、
第一種焼結助剤含有のセラミックス焼結体を、溶融金属
用ノズルとして、セラミックス焼結体の耐エロージョン
性・耐熱性・耐閉塞性等を評価した。
第一種焼結助剤含有のセラミックス焼結体を、溶融金属
用ノズルとして、セラミックス焼結体の耐エロージョン
性・耐熱性・耐閉塞性等を評価した。
サンプル番号２は、比較サンプルとして使用した。この
サンプルは、AlNとAl2O3のモル比が１：0.5と酸窒化ア
ルミニウム組成でなく、しかも密度が低い材料である。
サンプルは、AlNとAl2O3のモル比が１：0.5と酸窒化ア
ルミニウム組成でなく、しかも密度が低い材料である。
一方サンプル番号７は、AlNとAl2O3のモル比が１：1.5
と酸窒化アルミニウム組成で、90％以上の相対密度の材
料である。
と酸窒化アルミニウム組成で、90％以上の相対密度の材
料である。
その評価方法は、上記セラミックス焼結体を、第１図に
示す溶融金属用ノズルのノズル部形状に加工し、坩堝の
低に装着した。ノズル形状は、φ10×５tmmとし、ノズ
ル穴径は、0.3、1.0、3.0、5.0mmの４種とした。第１図
の溶融金属用ノズルは、一般に坩堝部に溶融金属をた
め、ノズル穴から急速に溶融金属を噴出させ、金属箔・
金属粉末・金属ファイバーを作製するための物である。
示す溶融金属用ノズルのノズル部形状に加工し、坩堝の
低に装着した。ノズル形状は、φ10×５tmmとし、ノズ
ル穴径は、0.3、1.0、3.0、5.0mmの４種とした。第１図
の溶融金属用ノズルは、一般に坩堝部に溶融金属をた
め、ノズル穴から急速に溶融金属を噴出させ、金属箔・
金属粉末・金属ファイバーを作製するための物である。
実験条件は、溶融金属を溶鋼とし、湯面とノズルとの距
離が一定となるように湯を継ぎ足しながら、１m/secの
流速で５分間ノズル穴部を通過させた。特に、第一種焼
結助剤含有酸窒化アルミニウムであるサンプル番号７に
おいて、４種の穴径のノズルとも、亀裂・閉塞はなくエ
ロージョンもほとんど認められなかった。それぞれの穴
径の変化量を表３に示す。
離が一定となるように湯を継ぎ足しながら、１m/secの
流速で５分間ノズル穴部を通過させた。特に、第一種焼
結助剤含有酸窒化アルミニウムであるサンプル番号７に
おいて、４種の穴径のノズルとも、亀裂・閉塞はなくエ
ロージョンもほとんど認められなかった。それぞれの穴
径の変化量を表３に示す。
発明の効果 本発明により、各種焼結助剤の作用で焼結体の緻密化が
向上し、溶融金属に対する耐エロージョン性・耐熱性・
耐閉塞性が優れた酸窒化アルミニウム系セラミックス焼
結体が得られた。
向上し、溶融金属に対する耐エロージョン性・耐熱性・
耐閉塞性が優れた酸窒化アルミニウム系セラミックス焼
結体が得られた。
また本発明の酸窒化アルミニウム系セラミックス焼結体
を、溶融金属用ノズルに適用することにより、ノズルの
高寿命化が可能となった。本発明の酸窒化アルミニウム
系セラミックス焼結体は、溶融金属用ノズルに限定され
るものではなく、溶融金属と接触するその他の部材に適
用が可能である。
を、溶融金属用ノズルに適用することにより、ノズルの
高寿命化が可能となった。本発明の酸窒化アルミニウム
系セラミックス焼結体は、溶融金属用ノズルに限定され
るものではなく、溶融金属と接触するその他の部材に適
用が可能である。
第１図は溶融金属用ノズルを示す説明図である。 １・・・ノズル部、２・・・坩堝部、３・・・溶鋼。
Claims (4)
- 【請求項１】BN 0.1〜30wt％、Y2O3、CeO2のうち一種以
上１〜15wt％で、残部が酸窒化アルミニウムから成り、
酸窒化アルミニウム成分のAlNとＡl2O3のモル比が１：
１〜１：2.65であることを特徴とする溶融金属用セラミ
ックス焼結体。 - 【請求項２】BN 0.1〜30wt％、Y2O3、CeO2のうち一種以
上１〜15wt％、ZrO2、ＭｇＯのうち一種以上0.1〜５wt
％で、残部が酸窒化アルミニウムから成り、酸窒化アル
ミニウム成分のAlNとＡl2O3のモル比が１：１〜１：2.6
5であることを特徴とする溶融金属用セラミックス焼結
体。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項又は第２項の組成と
なるように化合物を配合し、非水系または水系に於て、
混練し成形後、窒素雰囲気中1850℃〜1950℃で１時間以
上保持して焼結することを特徴とする溶融金属用セラミ
ックス焼結体の製造方法。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載
の溶融金属用セラミックス焼結体からなることを特徴と
する溶融金属用ノズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008131A JPH064516B2 (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | 溶融金属用セラミックス焼結体および製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008131A JPH064516B2 (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | 溶融金属用セラミックス焼結体および製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03215364A JPH03215364A (ja) | 1991-09-20 |
| JPH064516B2 true JPH064516B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=11684735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008131A Expired - Lifetime JPH064516B2 (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | 溶融金属用セラミックス焼結体および製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH064516B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7494635B2 (en) | 2003-08-21 | 2009-02-24 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Boron nitride agglomerated powder |
| EP2018533B1 (en) * | 2006-04-25 | 2018-10-03 | Rosemount, Inc. | Pressure sensor using near net shape sintered ceramics |
| WO2008047955A1 (en) * | 2006-10-16 | 2008-04-24 | Industry-Academic Cooperation Foundation, Yeungnam University | Method for manufacturing transparent polycrystalline aluminum oxynitride |
| KR101151208B1 (ko) * | 2010-10-26 | 2012-05-31 | 한국세라믹기술원 | 머시너블 세라믹 복합체 및 그 제조방법 |
| KR101151209B1 (ko) * | 2010-10-26 | 2012-05-31 | 한국세라믹기술원 | 머시너블 흑색 세라믹 복합체 및 그 제조방법 |
| KR20120098118A (ko) | 2011-02-28 | 2012-09-05 | 영남대학교 산학협력단 | 투명도가 향상된 다결정 산질화알루미늄의 제조방법 |
| CN112521159A (zh) * | 2020-03-20 | 2021-03-19 | 山东晶亿新材料有限公司 | 一种氮化硼复合陶瓷及其制备方法和应用 |
-
1990
- 1990-01-19 JP JP2008131A patent/JPH064516B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03215364A (ja) | 1991-09-20 |
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