JPH07172905A - Production of alumina ceramics - Google Patents

Production of alumina ceramics

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JPH07172905A
JPH07172905A JP5317855A JP31785593A JPH07172905A JP H07172905 A JPH07172905 A JP H07172905A JP 5317855 A JP5317855 A JP 5317855A JP 31785593 A JP31785593 A JP 31785593A JP H07172905 A JPH07172905 A JP H07172905A
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JP
Japan
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powder
weight
cao
alumina ceramics
average size
Prior art date
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Application number
JP5317855A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuki Yoshitomi
靖樹 吉富
Hiroshi Tanaka
宏 田中
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH07172905A publication Critical patent/JPH07172905A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve sliding characteristics, mechanical strengths and heat and impact resistance by molding and baking mixed powders consisting of a given amount of a sintering assistant, Al2O3 powder and SiO2 powder. CONSTITUTION:A 0<=TiO2<=95wt.% TiO2 powder having 0.2-20mum average size, 5<=B2O3<=80wt.% B2O3 powder having 0.5-50mum average size and 0<=CaO<=50wt.% CaO powder having 0.5-50mum average size are compounded to obtain a sintering assistant. Then, to 85-94wt.% Al2O3 powder having 0.2-25mum average size and 2-7.5wt.% SiO2 which is a sub-component having 0.2-25mum average size, the this sintering assistant is mixed as the sintering assistant so that 2-13wt.% sum of TiO2, B2O3 and CaO powders are contained to obtain mixed powders. Then, the mixed powders are molded and baked to produce alumina ceramics having 5-500mum open pore.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はアルミナセラミックスの
製造方法に関し、より詳細には、セラミックス基板、熱
電対保護管、湯水混合用水栓バルブ等に利用され得るア
ルミナセラミックスの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing alumina ceramics, and more particularly to a method for producing alumina ceramics that can be used in ceramic substrates, thermocouple protection tubes, faucet valves for mixing hot and cold water, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】各種の工業材料として広く実用されてい
るアルミナセラミックスは、Al23 原料にSiO
2 、CaO、MgO等の焼結助剤を添加し、高温で焼成
したものであり、通常Al23 を80重量%以上含有
している。
2. Description of the Related Art Alumina ceramics, which are widely used as various industrial materials, use SiO 2 as a raw material for Al 2 O 3.
2 , a sintering aid such as CaO, MgO, etc. was added and fired at a high temperature, and usually contains Al 2 O 3 in an amount of 80% by weight or more.

【0003】このアルミナセラミックスは、電気的絶縁
性、機械的特性、耐食性、耐熱性等に優れるため、ハイ
ブリットIC基板、セラミックス工具、内燃機関用点火
栓等として使用されている他、優れた耐熱衝撃性や摺動
特性を利用して、熱電対保護管やメカニカルシール部品
等としても使用されている。
Since this alumina ceramic is excellent in electrical insulation, mechanical properties, corrosion resistance, heat resistance, etc., it is used as a hybrid IC substrate, a ceramic tool, an ignition plug for an internal combustion engine, etc., and has an excellent thermal shock resistance. It is also used as a thermocouple protection tube, mechanical seal parts, etc., by utilizing its properties and sliding characteristics.

【0004】このような用途に用いるアルミナセラミッ
クスとして、まず主成分のAl23 粉末にZrO2
末とTiO2 粉末と珪酸塩フラクッス成分とを所定の比
率で配合し、焼成することにより、アルミナの結晶粒界
のガラス質結合相中に正方晶ジルコニアを分散させたも
のが特開平1−320264号公報に開示されている。
この製造方法により得られたアルミナセラミックスは、
曲げ強度が高く、耐熱衝撃性に優れることが記載されて
いる。
As an alumina ceramic used for such an application, first, ZrO 2 powder, TiO 2 powder, and silicate flux component are mixed in a predetermined ratio with Al 2 O 3 powder as a main component, and the mixture is fired to obtain alumina. JP-A-1-320264 discloses a dispersion of tetragonal zirconia in the vitreous binder phase at the crystal grain boundary.
Alumina ceramics obtained by this manufacturing method,
It is described that the bending strength is high and the thermal shock resistance is excellent.

【0005】また特開昭61−291450号公報にお
いては、主成分のAl23 粉末にSiO2 粉末とTi
2 粉末とCaO粉末とを所定の比率で配合した後、1
450℃以下で焼成するアルミナセラミックスが開示さ
れている。このアルミナセラミックスも機械的強度や耐
熱衝撃性に優れ、各種の機械装置部品等に使用できるこ
とが記載されている。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 61-291450, Al 2 O 3 powder, which is the main component, is added to SiO 2 powder and Ti.
After blending O 2 powder and CaO powder in a predetermined ratio, 1
Alumina ceramics that are fired at 450 ° C. or lower are disclosed. It is described that this alumina ceramic is also excellent in mechanical strength and thermal shock resistance and can be used for various machine parts.

【0006】さらに特公昭61−56184号公報にお
いては、ムライト粉末とAl23粉末とB23 粉末
を所定の比率で混合して成形後、焼成する低膨張性磁器
組成物の製造方法が開示されている。この製造方法によ
り得られたアルミナとムライトを構成成分とする磁器組
成物は、耐熱衝撃性に優れ、熱電対の保護管として使用
できることが記載されている。
Further, in Japanese Patent Publication No. 61-56184, a method for producing a low-expansion porcelain composition in which mullite powder, Al 2 O 3 powder and B 2 O 3 powder are mixed at a predetermined ratio, molded, and fired Is disclosed. It is described that the porcelain composition containing alumina and mullite as constituent components obtained by this production method has excellent thermal shock resistance and can be used as a protective tube for a thermocouple.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した特開
平1−320264号公報、特開昭61−291450
号公報、及び特公昭61−56184号公報に開示され
たアルミナセラミックスは、耐熱衝撃性及び抗析強度等
の改良を目的として製造されたものであるので、前記し
た特性に関しては良好であるが、潤滑剤を媒介として使
用する摺動部材に使用しようとすると、その摺動特性は
満足できるものではなかった。以下、アルミナセラミッ
クスの摺動特性について説明する。
However, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open Nos. 1-320264 and 61-291450.
The alumina ceramics disclosed in JP-B No. 61-56184 and JP-B No. 61-56184 are manufactured for the purpose of improving thermal shock resistance, segregation strength and the like, and thus have good properties as described above. When it is used for a sliding member that uses a lubricant as a medium, its sliding characteristics are not satisfactory. The sliding characteristics of alumina ceramics will be described below.

【0008】アルミナセラミックスを摺動部材として用
いた具体例としては、例えばアルミナセラミックスを温
水混合用のバルブとして用いた例が挙げられる。この温
水混合栓は2枚のディスク状弁体を互いに摺接させた状
態で相対移動させることにより、各弁体に形成した流体
通路の連通、遮断を行うようにしたものである。
A specific example of using alumina ceramics as a sliding member is an example of using alumina ceramics as a valve for mixing hot water. In this hot water mixing plug, two disc-shaped valve bodies are slidably brought into contact with each other so that fluid passages formed in the respective valve bodies are connected or disconnected.

【0009】図1(a)は温水混合栓を模式的に示した
縦断面図であり、図1(b)は(a)に示した温水混合
栓おけるb−b線断面図である。
FIG. 1 (a) is a vertical sectional view schematically showing the hot water mixing stopper, and FIG. 1 (b) is a sectional view taken along the line bb of the hot water mixing stopper shown in FIG. 1 (a).

【0010】図1(a)に示したように可動弁体11と
固定弁体12とが摺接面11a、12aで接した状態で
管状部材16の内部に配設されている。この可動弁体1
1の上部には凹部14が形成され、この凹部14には、
可動弁体11を移動させるために棒状体15の丸く加工
された一端部が差し込まれている。この棒状体15はて
こを利用して簡単に操作できるようにに可動弁体11の
1点で支持され、棒状体15の他端はレバー13に接続
されている。
As shown in FIG. 1A, the movable valve body 11 and the fixed valve body 12 are arranged inside the tubular member 16 in a state of being in contact with each other at the sliding contact surfaces 11a, 12a. This movable valve body 1
A concave portion 14 is formed on the upper part of 1, and the concave portion 14 has
In order to move the movable valve body 11, one rounded end of the rod-shaped body 15 is inserted. The rod-shaped body 15 is supported at one point of the movable valve body 11 so that it can be easily operated by using a lever, and the other end of the rod-shaped body 15 is connected to the lever 13.

【0011】また図1(b)に示すように、管状部材1
6の内部には、3個の通路16a、16b、16cが形
成されており、通路16a、16bから温水及び冷水が
流入し、一方通路16cから流入、混合された液が流出
するようになっている。
Further, as shown in FIG. 1B, the tubular member 1
Three passages 16a, 16b, 16c are formed in the inside of 6, and the hot water and the cold water flow in from the passages 16a, 16b, while the inflow and mixed liquids flow out from the passage 16c. There is.

【0012】図1(a)及び(b)からわかるように、
レバー13を上下、左右に動かすことにより可動弁体1
1を摺接面12a内で固定弁体12に接した状態で自由
に移動させることができる。従って、これにより通路1
6a、16b、16cをお互いに連通、遮断することが
でき、通路16a、16bより流入する液体の流通量も
制御することができる。
As can be seen from FIGS. 1 (a) and 1 (b),
By moving the lever 13 up and down, left and right, the movable valve body 1
1 can be freely moved in a state of being in contact with the fixed valve body 12 within the sliding contact surface 12a. Therefore, this allows passage 1
6a, 16b and 16c can be connected to and cut off from each other, and the flow rate of the liquid flowing from the passages 16a and 16b can be controlled.

【0013】このような温水混合栓の弁体として上記ア
ルミナセラミックスを使用した場合、可動弁体11と固
定弁体12の双方の摺接面11a、11bにシリコング
リース等の潤滑剤を塗布して摺動特性を維持せねばなら
ないが、上記したアルミナセラミックスを使用した場
合、長期間の使用中に潤滑剤が流出し、摺動摩擦が大き
くなりレバー13の操作を容易に行えなくなり、また摺
動摩擦によりアルミナセラミックスが傷ついたり摩耗す
る等、その摺動特性が悪化するという課題があった。
When the above-mentioned alumina ceramics is used as the valve body of such a hot water mixing plug, a lubricant such as silicone grease is applied to the sliding contact surfaces 11a and 11b of both the movable valve body 11 and the fixed valve body 12. Although the sliding characteristics must be maintained, when the above-mentioned alumina ceramics are used, the lubricant leaks out during long-term use, the sliding friction becomes large, and the lever 13 cannot be operated easily. There is a problem in that the sliding characteristics of the alumina ceramics are deteriorated, such as being damaged or worn.

【0014】このような潤滑剤の流出を防止するため
に、弁体の材料として、例えば炭化珪素等から構成され
る3次元網目構造の開放気孔を有する多孔質セラミック
ス焼結体を使用する提案がなされている(特開昭61−
206875号公報、特開昭61−244980号公
報、特開昭62−37517号公報参照)。
In order to prevent such a lubricant from flowing out, it has been proposed to use a porous ceramics sintered body having open pores of a three-dimensional mesh structure made of, for example, silicon carbide as a material of the valve body. Has been made (Japanese Patent Laid-Open No. 61-
(JP-A-206875, JP-A-61-244980, JP-A-62-37517).

【0015】これらの多孔質材料では、潤滑剤や樹脂等
を開放気孔中に浸透させて保持させることにより、長期
間の使用によってもこれらの潤滑剤等が流出せず、摺動
特性を維持することができるという利点を有することが
記載されている。
In these porous materials, the lubricant, resin, etc. are permeated and retained in the open pores, so that these lubricants, etc. do not flow out even after long-term use, and the sliding characteristics are maintained. It has been described that it has the advantage of being able to.

【0016】しかしながら、これらの材料は複合材料で
あるので製造コストが高くなり、また性能面でも長時間
の使用により耐摩耗性及び材料強度の低下等が問題とな
り、実用的であるとは言えないという課題があった。
However, since these materials are composite materials, the manufacturing cost is high, and in terms of performance, wear resistance and deterioration of material strength become problems when used for a long time, which is not practical. There was a problem.

【0017】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、摺動特性、機械的強度、及び耐熱衝撃性に優
れ、特に優れた摺動特性を長期に亙って維持することが
できるアルミナセラミックスの製造方法を提供すること
を目的としている。
The present invention has been made in view of these problems, and is excellent in sliding characteristics, mechanical strength, and thermal shock resistance, and particularly excellent sliding characteristics can be maintained for a long period of time. It is an object of the present invention to provide a method for producing alumina ceramics.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るアルミナセラミックスは、主成分として
Al23 粉末を85〜94重量%、副成分としてSi
2 粉末を2〜7.5重量%含有し、さらに焼結助剤と
してTiO2 、B23 及びCaOの粉末を合計で2〜
13重量%含有する混合粉末であって、前記焼結助剤中
の各成分の含有量が、0≦TiO2 ≦95重量%、5≦
23 ≦80重量%、0≦CaO≦50重量%の範囲
内にある混合粉末を、成形し、焼成することを特徴とし
ている。
In order to achieve the above object, the alumina ceramics according to the present invention comprises 85 to 94% by weight of Al 2 O 3 powder as a main component and Si as an auxiliary component.
The powder contains 2 to 7.5% by weight of O 2 powder, and further contains 2 to 3 powders of TiO 2 , B 2 O 3 and CaO as a sintering aid in total.
A mixed powder containing 13% by weight, wherein the content of each component in the sintering aid is 0 ≦ TiO 2 ≦ 95% by weight, 5 ≦
It is characterized in that a mixed powder in the range of B 2 O 3 ≦ 80 wt% and 0 ≦ CaO ≦ 50 wt% is molded and fired.

【0019】本発明に係るアルミナセラミックスの製造
方法において、主成分であるAl23 粉末は、平均粒
径が0.2〜25μm、さらには0.5〜10μmが好
ましく、原料粉末中の含有量は85〜94重量%の範囲
が好ましい。
In the method for producing alumina ceramics according to the present invention, the main component Al 2 O 3 powder has an average particle size of 0.2 to 25 μm, more preferably 0.5 to 10 μm. The amount is preferably in the range of 85 to 94% by weight.

【0020】Al23 粉末の平均粒径が0.2μm未
満であると焼成時の収縮が大きくなりすぎ、反り等が発
生し易く、また焼結体中の粒子の大きさが不均一になる
ために機械的強度が低下し、他方平均粒径が25μmを
超えると緻密化が難しくなり、機械的強度が低下する。
If the average particle size of the Al 2 O 3 powder is less than 0.2 μm, the shrinkage during firing becomes too large, and warpage is likely to occur, and the size of the particles in the sintered body becomes uneven. Therefore, the mechanical strength is lowered, and on the other hand, if the average particle diameter exceeds 25 μm, densification becomes difficult and the mechanical strength is lowered.

【0021】またAl23 粉末の含有量が85重量%
未満であると硬度が低下して耐摩耗性も低下し、他方A
23 粉末の含有量が94重量%を超えると耐熱衝撃
性が低下する。
The content of Al 2 O 3 powder is 85% by weight.
If it is less than A, the hardness is lowered and the wear resistance is also lowered.
If the content of the l 2 O 3 powder exceeds 94% by weight, the thermal shock resistance is deteriorated.

【0022】副成分であるSiO2 粉末は、Al23
と反応することにより適正な量のムライト(3Al2
3 :2SiO2 )を生成させるために加えるものであ
り、その平均粒径は0.2〜25μm、さらには0.5
〜10μmが好ましく、原料粉末中のSiO2 粉末の含
有量は2〜7.5重量%の範囲が好ましい。
SiO 2 powder, which is an accessory component, is Al 2 O 3
The appropriate amount of mullite (3Al 2 O
3 : 2SiO 2 ) and has an average particle size of 0.2 to 25 μm, further 0.5.
The content of the SiO 2 powder in the raw material powder is preferably in the range of 2 to 7.5% by weight.

【0023】SiO2 粉末の平均粒径が0.2μm未満
の場合は、混合の際に一次粒子の凝集等により均一な分
散が困難になり、他方SiO2 粉末の平均粒径が25μ
mを超えると、今度は粒径が大きすぎるため均一な混合
が難しくなり、ともに適正な量のムライトを生成させる
のが難しくなる。
If the average particle size of the SiO 2 powder is less than 0.2 μm, it becomes difficult to uniformly disperse the primary particles during mixing, while the average particle size of the SiO 2 powder is 25 μm.
When it exceeds m, the particle size is too large, which makes uniform mixing difficult, and it becomes difficult to form an appropriate amount of mullite.

【0024】またSiO2 粉末の含有量が2%未満であ
るとムライトの生成が少なく耐熱衝撃性が劣り、他方S
iO2 粉末の含有量が7.5%を超えるとムライトの生
成量が多くなりすぎるために機械的強度が低下する。
When the content of SiO 2 powder is less than 2%, mullite is less produced and the thermal shock resistance is inferior.
If the content of the iO 2 powder exceeds 7.5%, the amount of mullite produced becomes too large and the mechanical strength decreases.

【0025】本発明に係るアルミナセラミックスの製造
方法においては、原料粉末中にSiO2 の他に、焼結助
剤としてTiO2 、B23 及びCaOの粉末を配合さ
せるが、これはSiO2 とともにガラス相を粒界に形成
して、低温焼成を可能にするため、及び耐熱衝撃性を確
保するために配合するものであり、その含有量は2〜1
3重量%が好ましい。
[0025] In the production method of alumina ceramics according to the present invention, in addition to SiO 2 in the raw material powder, but is blended powder TiO 2, B 2 O 3 and CaO as a sintering aid, which is SiO 2 Along with this, a glass phase is formed in the grain boundary to enable low temperature firing and to secure thermal shock resistance, and the content is 2-1.
3% by weight is preferred.

【0026】これら焼結助剤の合計量が2重量%未満で
あると低温焼成が難しくなり、他方これら焼結助剤の含
有量が13重量%を超えると機械的強度が低下する。
If the total amount of these sintering aids is less than 2% by weight, low-temperature firing becomes difficult, while if the content of these sintering aids exceeds 13% by weight, the mechanical strength decreases.

【0027】前記焼結助剤の成分であるTiO2 粉末
は、Al23 とSiO2 からのムライトの合成を促進
させ、低熱膨張化をはかるために配合するものであり、
その平均粒径は0.2〜20μmが好ましく、その含有
量は焼結助剤全体に対して0≦TiO2 ≦95重量%の
範囲が好ましい。
The TiO 2 powder, which is a component of the sintering aid, is added to promote the synthesis of mullite from Al 2 O 3 and SiO 2 and to achieve low thermal expansion.
The average particle diameter is preferably 0.2 to 20 μm, and the content thereof is preferably in the range of 0 ≦ TiO 2 ≦ 95% by weight with respect to the whole sintering aid.

【0028】TiO2 粉末の平均粒径が0.2μm未満
では、混合の際に一次粒子の凝集等により均一な分散が
困難になり、他方TiO2 の平均粒径が20μmを超え
るとTiO2 成分の偏析により機械的強度等の特性が劣
化する。
[0028] In the mean particle size of the TiO 2 powder is less than 0.2 [mu] m, uniform dispersion due to aggregation or the like of the primary particles upon mixing becomes difficult and an average particle diameter of the other TiO 2 is more than 20μm when TiO 2 component Segregation deteriorates properties such as mechanical strength.

【0029】TiO2 粉末の焼結助剤全体に対する量が
95重量%を超えるとガラス相が形成されにくくなり、
低温焼成が難しくなる。
If the amount of the TiO 2 powder with respect to the total amount of the sintering aid exceeds 95% by weight, it becomes difficult to form a glass phase,
Low temperature firing becomes difficult.

【0030】前記焼結助剤中のB23 は、ガラス相を
生成させることで焼成温度を下げ、その後の焼成により
ガラス相を揮散させ、焼結体内部に開放気孔を形成する
ために配合されるものであり、その平均粒径は0.5〜
50μmが好ましく、その含有量は焼結助剤全体に対し
て5≦B23 ≦80重量%の範囲が好ましい。
B 2 O 3 in the sintering aid is used to form a glass phase to lower the firing temperature, and to volatilize the glass phase by the subsequent firing to form open pores inside the sintered body. The average particle size is 0.5 to
50 μm is preferable, and the content thereof is preferably in the range of 5 ≦ B 2 O 3 ≦ 80 wt% with respect to the whole sintering aid.

【0031】B23 粉末の平均粒径が0.5μm未満
では、混合の際に一次粒子の凝集等により均一な分散が
困難になり、他方B23 の平均粒径が50μmを超え
るとB23 成分の偏析により機械的強度等の特性が劣
化する。
If the average particle diameter of the B 2 O 3 powder is less than 0.5 μm, it becomes difficult to uniformly disperse the primary particles during mixing, while the average particle diameter of B 2 O 3 exceeds 50 μm. And segregation of B 2 O 3 components deteriorates properties such as mechanical strength.

【0032】またB23 粉末が5重量%未満であると
焼成途中で形成されるガラス相が揮散しにくくなって焼
結体に開放気孔が形成されず、他方B23 粉末の焼結
助剤全体に対する量が80重量%を超えるとガラス相の
揮散量が多くなりすぎ、焼結体中の空隙量が多くなりす
ぎ、機械的強度が低下する。
If the B 2 O 3 powder content is less than 5% by weight, the glass phase formed during firing is less likely to volatilize and open pores are not formed in the sintered body, while the B 2 O 3 powder is fired. If the amount with respect to the total amount of the auxiliary agent exceeds 80% by weight, the volatilization amount of the glass phase becomes too large, the void amount in the sintered body becomes too large, and the mechanical strength decreases.

【0033】前記焼結助剤中のCaOは、焼結を促進さ
せるために配合されるもので、その平均粒径は0.5〜
50μmが好ましく、その含有量は焼結助剤全体に対し
て0≦CaO≦50重量%の範囲が好ましい。
CaO in the above-mentioned sintering aid is added to promote sintering, and its average particle size is 0.5 to 0.5.
50 μm is preferable, and the content thereof is preferably in the range of 0 ≦ CaO ≦ 50% by weight with respect to the entire sintering aid.

【0034】CaO粉末の平均粒径が0.5μm未満で
は、混合の際に一次粒子の凝集等により均一な分散が困
難になり、他方CaOの平均粒径が50μmを超えると
CaO成分の偏析により機械的強度等の特性が劣化す
る。
If the average particle size of the CaO powder is less than 0.5 μm, it becomes difficult to uniformly disperse the primary particles during the mixing, while if the average particle size of CaO exceeds 50 μm, the CaO component is segregated. Characteristics such as mechanical strength are deteriorated.

【0035】またCaO粉末の焼結助剤全体に対する量
が50重量%を超えると耐熱衝撃性が低下する。
If the amount of CaO powder with respect to the total amount of the sintering aid exceeds 50% by weight, the thermal shock resistance deteriorates.

【0036】[0036]

【作用】本発明に係るアルミナセラミックスによれば、
主成分としてAl23 粉末を85〜94重量%、副成
分としてSiO2 粉末を2〜7.5重量%含有し、さら
に焼結助剤としてTiO2 、B23 及びCaOの粉末
を合計で2〜13重量%含有する混合粉末であって、前
記焼結助剤中の各成分の含有量が、0≦TiO2≦95
重量%、5≦B23 ≦80重量%、0≦CaO≦50
重量%の範囲内にある混合粉末を、成形し、焼成するの
で、前記B23 の添加により、他の3成分(SiO
2 、TiO2 、CaO)添加の場合よりも更に一層低融
点のガラスが粒界に生成して低温での焼成が実現され、
さらに焼成時に形成されるこのガラス相の一部が揮発し
て大きな開放気孔が形成され、一方このガラス相は焼結
体の機械的特性を劣化させないので、摺動特性、機械的
強度、及び耐熱衝撃性に優れたアルミナセラミックスが
製造される。
According to the alumina ceramics of the present invention,
85 to 94% by weight of Al 2 O 3 powder as a main component, 2 to 7.5% by weight of SiO 2 powder as a secondary component, and further powders of TiO 2 , B 2 O 3 and CaO as a sintering aid. It is a mixed powder containing 2 to 13 wt% in total, and the content of each component in the sintering aid is 0 ≦ TiO 2 ≦ 95.
% By weight, 5 ≦ B 2 O 3 ≦ 80% by weight, 0 ≦ CaO ≦ 50
Since the mixed powder in the range of wt% is molded and fired, the addition of B 2 O 3 causes the other three components (SiO 2) to be added.
(2 , TiO 2 , CaO), a glass having a much lower melting point is formed at the grain boundaries, and firing at low temperature is realized.
Furthermore, a part of this glass phase formed during firing volatilizes to form large open pores, while this glass phase does not deteriorate the mechanical properties of the sintered body, so sliding properties, mechanical strength, and heat resistance are improved. Alumina ceramics having excellent impact properties are manufactured.

【0037】従って、このアルミナセラミックスは、上
記特性を利用した種々の部材に使用されるが、例えばバ
ルブ等の潤滑剤を介した摺動部材として使用する際、潤
滑剤としてのグリース等が開放気孔内部に多量に充填さ
れ、使用中に潤滑剤が徐々に表面にしみ出すことで、初
期の優れた摺動特性が維持され、しかも機械的強度や耐
熱衝撃性にも優れているので長時間の使用で機械的特性
が劣化することもない。
Therefore, this alumina ceramics is used for various members utilizing the above characteristics, but when it is used as a sliding member through a lubricant such as a valve, grease as a lubricant has open pores. It is filled in a large amount inside, and the lubricant gradually exudes to the surface during use, so the initial excellent sliding characteristics are maintained, and in addition it has excellent mechanical strength and thermal shock resistance The mechanical properties do not deteriorate with use.

【0038】このアルミナセラミックス中の開放気孔の
直径は通常5〜500μmとなり、特に最高密度が得ら
れる温度以上に焼成温度を上げた時(過焼成状態)にお
いて大型のポアが得られる。従って、この開放気孔中に
グリース等の潤滑剤を多量に保持することが可能にな
る。
The diameter of the open pores in this alumina ceramics is usually 5 to 500 μm, and large pores are obtained especially when the firing temperature is raised above the temperature at which the maximum density is obtained (over-fired state). Therefore, a large amount of lubricant such as grease can be retained in the open pores.

【0039】一方通常のアルミナセラミックスにおいて
は、開放気孔の径は0.1〜5μmと小さく、グリース
を表面に塗布しても、このグリースを保持するための容
積が小さいために、短時間で表面から流出する。
On the other hand, in ordinary alumina ceramics, the diameter of the open pores is as small as 0.1 to 5 μm, and even if grease is applied to the surface, the volume for holding this grease is small, so that the surface can be kept in a short time. Drained from.

【0040】[0040]

【実施例】以下、本発明に係るアルミナセラミックスの
製造方法の実施例を図面に基づいて説明する。
Embodiments of the method for producing alumina ceramics according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0041】平均粒径が1μm、純度が99.9重量%
以上のAl23 粉末、平均粒径が2μmの珪石粉末、
試薬1級で平均粒径が1μmのTiO2 粉末、試薬1級
で平均粒径が1μmのCaCO3 粉末及び試薬1級で平
均粒径が5μmのB23 粉末を、表1に示した酸化物
重量換算割合で調合し、これに解膠剤としてヘキサメタ
燐酸ソーダを0.1重量%添加し、アルミナ製のポット
ミルにて10時間湿式混合を行った。
The average particle size is 1 μm and the purity is 99.9% by weight.
The above Al 2 O 3 powder, silica stone powder having an average particle size of 2 μm,
Table 1 shows a TiO 2 powder having a reagent grade 1 and an average grain size of 1 μm, a CaCO 3 powder having a reagent grade 1 and an average grain size of 1 μm, and a B 2 O 3 powder having a reagent grade 1 and an average grain size of 5 μm. The mixture was mixed at a ratio of oxide weight, 0.1% by weight of sodium hexametaphosphate was added as a deflocculant, and wet mixing was performed for 10 hours in a pot mill made of alumina.

【0042】次に、前記湿式混合により得られた泥しょ
うをスプレードライヤーにて造粒し、80メッシュの篩
を通した。その後、この粉末を1200Kg/cm2
圧力で成形し、1250〜1600℃の範囲内で2時間
焼成し、10mm×50mm×50mmのアルミナセラ
ミックスを得た。
Next, the slurry obtained by the wet mixing was granulated with a spray dryer and passed through an 80 mesh screen. Then, this powder was molded under a pressure of 1200 Kg / cm 2 and fired within a range of 1250 to 1600 ° C. for 2 hours to obtain an alumina ceramics of 10 mm × 50 mm × 50 mm.

【0043】次に、前記工程で得られたアルミナセラミ
ックスを研削により3mm×4mm×50mmの大きさ
に加工し、表1に示した種々の特性について評価を行っ
た。その結果を表1に示す。
Next, the alumina ceramics obtained in the above process was processed into a size of 3 mm × 4 mm × 50 mm by grinding, and various characteristics shown in Table 1 were evaluated. The results are shown in Table 1.

【0044】ここで、抗折強度はJIS1601に従
い、ヘッドスピード0.5mm/minの条件で3点曲
げにより測定し、耐熱衝撃温度は、各試料(3mm×4
mm×50mm)を一定の温度に1時間保持した後、0
℃の氷水中に投下し、試料がクラックを生じない最大の
温度差とした。
Here, the bending strength was measured by three-point bending in accordance with JIS1601 at a head speed of 0.5 mm / min, and the thermal shock resistance was measured for each sample (3 mm × 4
(mm × 50 mm) is kept at a constant temperature for 1 hour, and then 0
It was dropped in ice water at ℃, and the maximum temperature difference was set so that the sample did not crack.

【0045】次に、上記した各実施例及び比較例と同様
の条件で、図1に示した温水混合栓の可動弁体11及び
固定弁体12と同様の形状のものを製造した。そして、
この固定弁体11と可動弁体12の各摺接面11a、1
1bを、その表面粗さが0.3μRa、平坦度が0.3
μm以下となるようにラップし、各摺動面11a、11
bにシリコングリースを塗布し、専用のカートリッジに
装着した。このとき、カートリッジの締付トルクは20
0kg・cmとした。
Next, under the same conditions as those of the above-mentioned respective examples and comparative examples, the hot water mixing valve having the same shape as the movable valve body 11 and the fixed valve body 12 shown in FIG. 1 were manufactured. And
The sliding contact surfaces 11a, 1 of the fixed valve body 11 and the movable valve body 12
1b has a surface roughness of 0.3 μRa and a flatness of 0.3.
The sliding surfaces 11a, 11
Silicon grease was applied to b and the cartridge was attached to a dedicated cartridge. At this time, the tightening torque of the cartridge is 20
It was set to 0 kg · cm.

【0046】次に、この温水混合栓を用い、可動弁体1
1の繰り返し移動操作を行い、一定の回数操作した後、
操作トルクを測定し、また水圧17.5kgf/cm2
を1分間加えて、水漏れがないか否かを調べた。
Next, by using this hot water mixing stopper, the movable valve body 1
Repeatedly performing the moving operation 1 and after a certain number of times,
Measure the operating torque, water pressure 17.5 kgf / cm 2
Was added for 1 minute, and it was examined whether there was any water leakage.

【0047】結果を同じく表1に示す。なお表1中、操
作トルクの評価は、10万回操作後の操作トルクの大き
さが10kgf・cm未満のものを○、10kgf・c
m以上のものを×としている。また、水漏れ評価は、1
0万回操作後に全く水漏れがなかったものを○、水漏れ
を生じたものを×としている。
The results are also shown in Table 1. In Table 1, the evaluation of the operating torque is that the magnitude of the operating torque after 100,000 operations is less than 10 kgf · cm, ○, 10 kgf · c
Those with m or more are marked with x. Also, the water leakage evaluation is 1
The case where there was no water leakage after the operation of 0,000 times was marked with ◯, and the case where water leakage occurred was marked with x.

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】表1の結果より明らかなように、実施例に
係るアルミナセラミックスにあっては、機械的強度及び
耐熱衝撃性に優れ、温水混合栓を10万回操作後も操作
トルクが10kgf・cm未満と実用に耐えるレベルに
あり、水漏れもない。
As is clear from the results shown in Table 1, the alumina ceramics of the examples have excellent mechanical strength and thermal shock resistance, and the operating torque is 10 kgf · cm even after operating the hot water mixing plug 100,000 times. It is less than the practical level and does not leak.

【0050】一方、比較例1、3に係るアルミナセラミ
ックスのようにアルミナ成分の多いものは、機械的強度
が十分でない。比較例2の場合にように、焼結助剤全体
の含有量が2wt%未満のものは、耐熱衝撃性が十分で
ない。比較例4〜7の場合のように、各焼結助剤の割合
が本発明の範囲外のものは、耐熱性が十分でないか、操
作トルクが大きく、又水漏れが発生している。特に、比
較例4、6においては、B23 の含有量が少ないため
に、グリースが充填されるポアが微小になり、操作トル
クが大きくなったと考えられる。また比較例7において
は、B23 が多すぎるため、ポアの径が大きくなりす
ぎ、操作トルクは十分に小さいが、水漏れを発生させて
いる。比較例8、10の場合においては、Al23
分の量が少ないため、また比較例9においてはSiO2
の含有量が多すぎるため、いずれも機械的強度が不十分
となっている。
On the other hand, the alumina ceramics having a large amount of alumina components, such as the alumina ceramics according to Comparative Examples 1 and 3, have insufficient mechanical strength. As in the case of Comparative Example 2, the thermal shock resistance is insufficient when the content of the entire sintering aid is less than 2 wt%. As in Comparative Examples 4 to 7, when the proportion of each sintering aid is outside the range of the present invention, the heat resistance is not sufficient, the operating torque is large, or water leakage occurs. In particular, in Comparative Examples 4 and 6, it is considered that since the content of B 2 O 3 was small, the pores filled with grease became minute and the operating torque increased. Further, in Comparative Example 7, since the amount of B 2 O 3 was too large, the pore diameter became too large, and the operating torque was sufficiently small, but water leakage occurred. In the cases of Comparative Examples 8 and 10, the amount of Al 2 O 3 component was small, and in Comparative Example 9, SiO 2
Since the content of is too large, the mechanical strength is insufficient in all cases.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るアルミ
ナセラミックスにあっては、主成分としてAl23
末を85〜94重量%、副成分としてSiO2 粉末を2
〜7.5重量%含有し、さらに焼結助剤としてTiO
2 、B23 及びCaOの粉末を合計で2〜13重量%
含有する混合粉末であって、前記焼結助剤中の各成分の
含有量が、0≦TiO2 ≦95重量%、5≦B23
80重量%、0≦CaO≦50重量%の範囲内にある混
合粉末を、成形し、焼成するので、前記B23 の添加
により低融点のガラスを粒界に生成させて低温で焼成す
ることができ、さらに焼成時に形成されるこのガラス相
の一部を揮発させることにより開放気孔を形成すること
ができ、一方このガラス相は焼結体の機械的特性を劣化
させないので、摺動特性、機械的強度、及び耐熱衝撃性
に優れたアルミナセラミックスを製造することができ
る。
As described in detail above, in the alumina ceramics according to the present invention, Al 2 O 3 powder is used as the main component in an amount of 85 to 94% by weight, and SiO 2 powder is used as an auxiliary component.
~ 7.5 wt% TiO as a sintering aid
2, B 2 O 3 and 2-13% by weight of powder of CaO in total
A mixed powder containing, wherein the content of each component in the sintering aid is 0 ≦ TiO 2 ≦ 95% by weight, 5 ≦ B 2 O 3
Since a mixed powder in the range of 80% by weight and 0 ≦ CaO ≦ 50% by weight is molded and fired, a glass having a low melting point is generated at the grain boundary by adding B 2 O 3 and fired at a low temperature. In addition, open pores can be formed by volatilizing a part of this glass phase formed during firing, while this glass phase does not deteriorate the mechanical properties of the sintered body, so sliding characteristics Alumina ceramics having excellent mechanical strength and thermal shock resistance can be manufactured.

【0052】従って、このアルミナセラミックスは、上
記特性を利用したセラミックス基板や熱電対保護管等の
種々の部材に使用され得るが、例えばバルブ等の潤滑剤
を介した摺動部材として使用すると、潤滑剤としてのグ
リース等がポア内部に多量に充填され、使用中に潤滑剤
が徐々に表面にしみ出すことで、初期の優れた摺動特性
を維持することができ、しかも機械的特性を劣化させる
ことなく、長時間使用することができる。
Therefore, the alumina ceramics can be used for various members such as a ceramic substrate and a thermocouple protection tube utilizing the above characteristics, but when it is used as a sliding member through a lubricant such as a valve, it is lubricated. A large amount of grease, etc., as an agent is filled inside the pores, and the lubricant gradually exudes to the surface during use, which makes it possible to maintain the initial excellent sliding characteristics and also to deteriorate the mechanical characteristics. It can be used for a long time without.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)は温水混合栓を模式的に示した縦断面図
であり、(b)は(a)に示した温水混合栓おけるb−
b線断面図である。
FIG. 1 (a) is a vertical cross-sectional view schematically showing a hot water mixing stopper, and FIG. 1 (b) is b- in the hot water mixing stopper shown in (a).
It is a b line sectional view.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主成分としてAl23 粉末を85〜9
4重量%、副成分としてSiO2 粉末を2〜7.5重量
%含有し、さらに焼結助剤としてTiO2 、B23
びCaOの粉末を合計で2〜13重量%含有する混合粉
末であって、前記焼結助剤中の各成分の含有量が、0≦
TiO2 ≦95重量%、5≦B23≦80重量%、0
≦CaO≦50重量%の範囲内にある混合粉末を、成形
し、焼成することを特徴とするアルミナセラミックスの
製造方法。
1. Al 2 O 3 powder as a main component is 85-9.
4% by weight, a mixed powder containing 2 to 7.5% by weight of SiO 2 powder as an accessory component, and further containing 2 to 13% by weight of TiO 2 , B 2 O 3 and CaO powder as a sintering aid in total. And the content of each component in the sintering aid is 0 ≦
TiO 2 ≦ 95% by weight, 5 ≦ B 2 O 3 ≦ 80% by weight, 0
A method for producing alumina ceramics, which comprises molding and firing a mixed powder within a range of ≤ CaO ≤ 50% by weight.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6348424B1 (en) 1998-11-11 2002-02-19 Nec Corporation Low-temperature calcined glass ceramic and a manufacturing process therefor
KR20170089578A (en) * 2016-01-27 2017-08-04 삼성전기주식회사 Ceramic Composition, Electrostatic Chuck, and Manufacturing Method of Electrostatic Chuck

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