JPH08169753A - ヘキサアルミネート系焼結体の製造方法 - Google Patents
ヘキサアルミネート系焼結体の製造方法Info
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- JPH08169753A JPH08169753A JP6333458A JP33345894A JPH08169753A JP H08169753 A JPH08169753 A JP H08169753A JP 6333458 A JP6333458 A JP 6333458A JP 33345894 A JP33345894 A JP 33345894A JP H08169753 A JPH08169753 A JP H08169753A
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- hexaaluminate
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 β−アルミナ型構造を有し高強度、耐熱性に
優れ、高温構造用セラミックスとして有用なヘキサアル
ミネート系焼結体の製造方法の提供。 【構成】 Ｌａ2Ｏ3粉末とγ−Ａｌ2Ｏ3粉末を焼成後に
Ｌａ2Ｏ3・１１Ａｌ2Ｏ3組成となるよう秤量し、エタノ
ールとともにアルミナ質ボールミルで１６時間混合後、
乾燥、篩い通しをして得られた混合粉末をカーボン型内
に充填し、１６５０℃、３９ＭＰａ、１時間保持の条件
でホットプレスして角板状焼結体を作製する。さらにこ
の角板状焼結体に対し、大気中にて１２５０℃、１２時
間保持の熱処理を行なう。
優れ、高温構造用セラミックスとして有用なヘキサアル
ミネート系焼結体の製造方法の提供。 【構成】 Ｌａ2Ｏ3粉末とγ−Ａｌ2Ｏ3粉末を焼成後に
Ｌａ2Ｏ3・１１Ａｌ2Ｏ3組成となるよう秤量し、エタノ
ールとともにアルミナ質ボールミルで１６時間混合後、
乾燥、篩い通しをして得られた混合粉末をカーボン型内
に充填し、１６５０℃、３９ＭＰａ、１時間保持の条件
でホットプレスして角板状焼結体を作製する。さらにこ
の角板状焼結体に対し、大気中にて１２５０℃、１２時
間保持の熱処理を行なう。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、β−アルミナ型構造を
有し機械的特性に優れたヘキサアルミネート系焼結体の
製造方法に関する。
有し機械的特性に優れたヘキサアルミネート系焼結体の
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、構造材料として用いられている酸
化物セラミックスの主なものに、アルミナ、ムライトな
どがある。アルミナ質焼結体、ムライト質焼結体は優れ
た化学的安定性、耐熱性を有するが、高温構造材料とし
ては強度の点で不十分である。一方、アルミナに希土類
元素酸化物を添加したＲ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系（Ｒは希土類
元素）のセラミックス、特にヘキサアルミネートと呼ば
れるＲ2Ｏ3：Ａｌ2Ｏ3＝１：１１（モル比）の組成の化
合物はβ−アルミナ型の結晶構造を有し、酸化物セラミ
ックスの中でも比較的高い融点を持つため耐熱性材料と
して注目されている。また、このヘキサアルミネートは
異方性のある板状結晶を有している。
化物セラミックスの主なものに、アルミナ、ムライトな
どがある。アルミナ質焼結体、ムライト質焼結体は優れ
た化学的安定性、耐熱性を有するが、高温構造材料とし
ては強度の点で不十分である。一方、アルミナに希土類
元素酸化物を添加したＲ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系（Ｒは希土類
元素）のセラミックス、特にヘキサアルミネートと呼ば
れるＲ2Ｏ3：Ａｌ2Ｏ3＝１：１１（モル比）の組成の化
合物はβ−アルミナ型の結晶構造を有し、酸化物セラミ
ックスの中でも比較的高い融点を持つため耐熱性材料と
して注目されている。また、このヘキサアルミネートは
異方性のある板状結晶を有している。
【０００３】ヘキサアルミネートを用いた焼結体として
は、この結晶の異方性を利用して、アルミナ質あるいは
アルミナ−ジルコニア質焼結体中にランタン系β型アル
ミナの柱状晶を生成させ強度及び破壊靱性を改善したも
の（特開昭６３−１３４５５１号公報、特開昭６３−１
３９０４４号公報）や、セリア安定化ジルコニアにアル
ミナとランタン系β−アルミナを加えたもの（特開平４
−２３８８６１号公報、特開平５−３０１７６７号公
報）などがある。
は、この結晶の異方性を利用して、アルミナ質あるいは
アルミナ−ジルコニア質焼結体中にランタン系β型アル
ミナの柱状晶を生成させ強度及び破壊靱性を改善したも
の（特開昭６３−１３４５５１号公報、特開昭６３−１
３９０４４号公報）や、セリア安定化ジルコニアにアル
ミナとランタン系β−アルミナを加えたもの（特開平４
−２３８８６１号公報、特開平５−３０１７６７号公
報）などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の各焼結体は、い
ずれもヘキサアルミネートを他の材料中に加えたもので
あって、ヘキサアルミネートを主成分とする焼結材料で
はなく、ヘキサアルミネート自体の優れた高温特性を十
分に活用するものではない。しかし、ヘキサアルミネー
トは単味で焼成しても、常圧焼結法では緻密に焼結させ
ることが困難であり、また、公知の焼結助剤を添加して
も高温特性を十分に発揮できるような焼結体は得られて
いない。そこで、ホットプレス等の加圧焼結法による焼
結体の作製が試みられているが、得られる焼結体の強度
はアルミナセラミックスやムライトセラミックス等より
優れているとは言えず、構造材料として用いられるまで
には至っていない。本発明は、高強度（具体的には曲げ
強度で５００ＭＰａ以上）を有し、高温構造材料として
も適したヘキサアルミネート系焼結体の製造方法を提供
することを目的とする。
ずれもヘキサアルミネートを他の材料中に加えたもので
あって、ヘキサアルミネートを主成分とする焼結材料で
はなく、ヘキサアルミネート自体の優れた高温特性を十
分に活用するものではない。しかし、ヘキサアルミネー
トは単味で焼成しても、常圧焼結法では緻密に焼結させ
ることが困難であり、また、公知の焼結助剤を添加して
も高温特性を十分に発揮できるような焼結体は得られて
いない。そこで、ホットプレス等の加圧焼結法による焼
結体の作製が試みられているが、得られる焼結体の強度
はアルミナセラミックスやムライトセラミックス等より
優れているとは言えず、構造材料として用いられるまで
には至っていない。本発明は、高強度（具体的には曲げ
強度で５００ＭＰａ以上）を有し、高温構造材料として
も適したヘキサアルミネート系焼結体の製造方法を提供
することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、アルミナ源及び希土類元素酸化物源を含
む原料組成物を加圧焼成した後、酸化雰囲気中で熱処理
することを特徴とするヘキサアルミネート系焼結体の製
造方法を要旨とする。
に、本発明は、アルミナ源及び希土類元素酸化物源を含
む原料組成物を加圧焼成した後、酸化雰囲気中で熱処理
することを特徴とするヘキサアルミネート系焼結体の製
造方法を要旨とする。
【０００６】本発明によって製造されるヘキサアルミネ
ート系焼結体は、Ｒ2Ｏ3・１１Ａｌ2Ｏ3の組成式で表わ
されるβ−アルミナ型構造の結晶相を主成分として含有
するものである。Ｒ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系では原料調製条件
や焼成条件等によって組成が変動すると、Ｒ2Ｏ3・１１
Ａｌ2Ｏ3結晶相の他にα−Ａｌ2Ｏ3結晶相またはＲ2Ｏ3
・Ａｌ2Ｏ3結晶相を生成しやすいが、これらはあまり多
く含まれていると焼結体の高温強度が低下するので少量
である方がよく、Ｒ2Ｏ3・１１Ａｌ2Ｏ3結晶相が焼結体
中に６５重量％以上、特に８０重量％以上含まれること
が好ましい。この場合、原料組成物中のアルミナ源と希
土類元素酸化物源とが、両者のモル比（Ｒ2Ｏ3／Ａｌ2
Ｏ3）に換算して０．０５以上または０．１２以下の範
囲内となるように調製されていることは、Ｒ2Ｏ3・１１
Ａｌ2Ｏ3結晶相の含有量を高められる点で望ましい。
ート系焼結体は、Ｒ2Ｏ3・１１Ａｌ2Ｏ3の組成式で表わ
されるβ−アルミナ型構造の結晶相を主成分として含有
するものである。Ｒ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系では原料調製条件
や焼成条件等によって組成が変動すると、Ｒ2Ｏ3・１１
Ａｌ2Ｏ3結晶相の他にα−Ａｌ2Ｏ3結晶相またはＲ2Ｏ3
・Ａｌ2Ｏ3結晶相を生成しやすいが、これらはあまり多
く含まれていると焼結体の高温強度が低下するので少量
である方がよく、Ｒ2Ｏ3・１１Ａｌ2Ｏ3結晶相が焼結体
中に６５重量％以上、特に８０重量％以上含まれること
が好ましい。この場合、原料組成物中のアルミナ源と希
土類元素酸化物源とが、両者のモル比（Ｒ2Ｏ3／Ａｌ2
Ｏ3）に換算して０．０５以上または０．１２以下の範
囲内となるように調製されていることは、Ｒ2Ｏ3・１１
Ａｌ2Ｏ3結晶相の含有量を高められる点で望ましい。
【０００７】前記組成式中のＲは希土類元素であるが、
本発明では特に、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄのうちから選ばれる
一種または二種以上の元素であることが好ましい。ま
た、上記元素の一部が、イオン半径の差が±１０％以内
である他の元素で５０％以内で置換されたものであって
もよい。たとえば、Ｌａ3+、Ｐｒ3+、Ｎｄ3+のイオン半
径はそれぞれ、１．２２、１．１６、１．１５オングス
トロームであり、これらの元素相互間で置換されていて
もよいし、これらに近いイオン半径を有する他の元素、
たとえば、Ｓｒ2+（１．２７オングストローム）、Ｋ+
（１．３３オングストローム）、Ｃａ2+（１．０６オン
グストローム）等で置換されていてもよい。このような
ものの具体的な例として、（Ｌａ1-xＳｒx）2Ｏ3・１１
Ａｌ2Ｏ3、（Ｌａ1-xＮｄx）2Ｏ3・１１Ａｌ2Ｏ3などが
挙げられる。
本発明では特に、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄのうちから選ばれる
一種または二種以上の元素であることが好ましい。ま
た、上記元素の一部が、イオン半径の差が±１０％以内
である他の元素で５０％以内で置換されたものであって
もよい。たとえば、Ｌａ3+、Ｐｒ3+、Ｎｄ3+のイオン半
径はそれぞれ、１．２２、１．１６、１．１５オングス
トロームであり、これらの元素相互間で置換されていて
もよいし、これらに近いイオン半径を有する他の元素、
たとえば、Ｓｒ2+（１．２７オングストローム）、Ｋ+
（１．３３オングストローム）、Ｃａ2+（１．０６オン
グストローム）等で置換されていてもよい。このような
ものの具体的な例として、（Ｌａ1-xＳｒx）2Ｏ3・１１
Ａｌ2Ｏ3、（Ｌａ1-xＮｄx）2Ｏ3・１１Ａｌ2Ｏ3などが
挙げられる。
【０００８】本発明のヘキサアルミネート系焼結体の製
造方法において用いられるアルミナ源及び希土類元素酸
化物源とは、焼成によってアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）及び希
土類元素酸化物（Ｒ2Ｏ3）またはこれらの化合物（Ｒ2
Ｏ3・ｎＡｌ2Ｏ3）となり得るものであれば特に限定さ
れない。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）または希土
類元素（Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ等）の単体、酸化物、水酸化
物、炭酸塩、硝酸塩、蓚酸塩等の他に、アルコキシド、
キレート化合物等の有機金属化合物等を出発原料として
用いることができる。なお、これらの出発原料は高純度
（９９％以上）であることが好ましく、また、粉末状で
ある場合にはできるだけ微粉末のもの（平均粒径２μｍ
以下、もしくは比表面積１０ｍ2／ｇ以上）であること
が好ましい。
造方法において用いられるアルミナ源及び希土類元素酸
化物源とは、焼成によってアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）及び希
土類元素酸化物（Ｒ2Ｏ3）またはこれらの化合物（Ｒ2
Ｏ3・ｎＡｌ2Ｏ3）となり得るものであれば特に限定さ
れない。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）または希土
類元素（Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ等）の単体、酸化物、水酸化
物、炭酸塩、硝酸塩、蓚酸塩等の他に、アルコキシド、
キレート化合物等の有機金属化合物等を出発原料として
用いることができる。なお、これらの出発原料は高純度
（９９％以上）であることが好ましく、また、粉末状で
ある場合にはできるだけ微粉末のもの（平均粒径２μｍ
以下、もしくは比表面積１０ｍ2／ｇ以上）であること
が好ましい。
【０００９】ヘキサアルミネート系焼結体の製造に際し
ては、まず、上記アルミナ源及び希土類元素酸化物源を
所定の組成割合となるよう秤量し、公知の手法により混
合し、必要に応じて乾燥、造粒操作を行ない、原料組成
物とする。このとき、原料組成物を一旦仮焼して出発原
料中の炭酸基、水酸基、有機官能基等を焼失除去させて
おいてもよい。また、原料組成物の平均粒径が２５０μ
ｍ以下であると焼成後において均質な緻密体が得られ易
くなるので、ふるいなどで予め粒度を調製しておくのが
好ましい。
ては、まず、上記アルミナ源及び希土類元素酸化物源を
所定の組成割合となるよう秤量し、公知の手法により混
合し、必要に応じて乾燥、造粒操作を行ない、原料組成
物とする。このとき、原料組成物を一旦仮焼して出発原
料中の炭酸基、水酸基、有機官能基等を焼失除去させて
おいてもよい。また、原料組成物の平均粒径が２５０μ
ｍ以下であると焼成後において均質な緻密体が得られ易
くなるので、ふるいなどで予め粒度を調製しておくのが
好ましい。
【００１０】次いで、上記原料組成物を加圧焼成する。
これはヘキサアルミネートは六方晶の板状結晶構造を有
し、異方性が大きいために、常圧焼結法では十分に緻密
化できず高強度焼結体が得られないからである。加圧焼
成の手法としては、例えばホットプレス（ＨＰ）法、ホ
ットアイソスタティックプレス（ＨＩＰ）法などを用い
ることができる。特に、ホットプレス法は予備焼成など
を必要とせずに緻密体を得ることができる点で好まし
く、また、ホットアイソスタティックプレス法は複雑形
状品の焼成に好適である。
これはヘキサアルミネートは六方晶の板状結晶構造を有
し、異方性が大きいために、常圧焼結法では十分に緻密
化できず高強度焼結体が得られないからである。加圧焼
成の手法としては、例えばホットプレス（ＨＰ）法、ホ
ットアイソスタティックプレス（ＨＩＰ）法などを用い
ることができる。特に、ホットプレス法は予備焼成など
を必要とせずに緻密体を得ることができる点で好まし
く、また、ホットアイソスタティックプレス法は複雑形
状品の焼成に好適である。
【００１１】加圧焼成時の焼成温度は、１６００℃未満
では十分な緻密体が得られず、ヘキサアルミネートの結
晶も十分発達しないため、１６００℃以上であることが
好ましい。一方、１７５０℃より高温になると逆にヘキ
サアルミネート結晶が著しく粒成長しすぎてしまい、か
えって強度の低下をきたすため、１７５０℃以下である
ことが好ましい。また、加圧焼成の際に付加する圧力が
５ＭＰａ未満では焼結体が十分緻密化しないため、５Ｍ
Ｐａ以上で行なうのが好ましい。焼成温度と圧力は上記
範囲内で適宜調整されればよいが、加圧焼成後の焼結体
の密度（理論密度比）が９５％以上となる条件に選択さ
れていると、最終的に高強度の焼結体が得られるので特
に好ましい。
では十分な緻密体が得られず、ヘキサアルミネートの結
晶も十分発達しないため、１６００℃以上であることが
好ましい。一方、１７５０℃より高温になると逆にヘキ
サアルミネート結晶が著しく粒成長しすぎてしまい、か
えって強度の低下をきたすため、１７５０℃以下である
ことが好ましい。また、加圧焼成の際に付加する圧力が
５ＭＰａ未満では焼結体が十分緻密化しないため、５Ｍ
Ｐａ以上で行なうのが好ましい。焼成温度と圧力は上記
範囲内で適宜調整されればよいが、加圧焼成後の焼結体
の密度（理論密度比）が９５％以上となる条件に選択さ
れていると、最終的に高強度の焼結体が得られるので特
に好ましい。
【００１２】さらに、加圧焼成後の焼結体を酸化雰囲気
中で熱処理する。このとき、熱処理温度が１０００℃未
満であると高強度の焼結体が得られないため、１０００
℃以上であることが好ましいが、１４００℃を超える温
度で行なうと再び強度が低下する傾向にあるため、１４
００℃以下であることが好ましい。また、熱処理に要す
る時間は、温度や処理する焼結体の量にもよるが、通常
３時間以上とするのが好ましい。より好ましい熱処理条
件は、１２００〜１３００℃で１０〜２０時間である。
酸化雰囲気中とは、少なくとも酸素を含み、焼結体中の
炭素分を酸化焼失させることができる雰囲気であれば特
に限定されるものではないが、通常、大気中で行なえば
よい。
中で熱処理する。このとき、熱処理温度が１０００℃未
満であると高強度の焼結体が得られないため、１０００
℃以上であることが好ましいが、１４００℃を超える温
度で行なうと再び強度が低下する傾向にあるため、１４
００℃以下であることが好ましい。また、熱処理に要す
る時間は、温度や処理する焼結体の量にもよるが、通常
３時間以上とするのが好ましい。より好ましい熱処理条
件は、１２００〜１３００℃で１０〜２０時間である。
酸化雰囲気中とは、少なくとも酸素を含み、焼結体中の
炭素分を酸化焼失させることができる雰囲気であれば特
に限定されるものではないが、通常、大気中で行なえば
よい。
【００１３】なお、本発明の製造方法は、特に、Ｒ2Ｏ3
・１１Ａｌ2Ｏ3で示されるヘキサアルミネート単味の焼
結体の製造に用いることにより優れた高温特性を維持し
つつ強度向上させる点で大きな効果が得られるものでは
あるが、従来の焼結助剤を添加した焼結体の製造に用い
ても強度向上という効果は得られる。
・１１Ａｌ2Ｏ3で示されるヘキサアルミネート単味の焼
結体の製造に用いることにより優れた高温特性を維持し
つつ強度向上させる点で大きな効果が得られるものでは
あるが、従来の焼結助剤を添加した焼結体の製造に用い
ても強度向上という効果は得られる。
【００１４】
【作用】本発明は加圧焼結の後に酸化雰囲気中で熱処理
を施すことを特徴としている。加圧焼結法においては、
一般に、カーボン質の型及びヒーターが用いられ、しか
も還元雰囲気中で焼成を行なうため、焼成時の雰囲気中
には多量の炭素が含まれている。そのため、焼成物の中
に上記型やヒーターに由来する炭素が取り込まれたまま
の状態で焼結が進行し、その結果として見掛け上はある
程度緻密化されていても機械的強度の面で優れたものが
得られない。そこで、本発明のように、加圧焼成後に酸
化雰囲気中で熱処理を施すことにより、焼結体中に残存
する炭素が二酸化炭素として焼失除去されるため、焼結
体を一層高強度化させることができる。
を施すことを特徴としている。加圧焼結法においては、
一般に、カーボン質の型及びヒーターが用いられ、しか
も還元雰囲気中で焼成を行なうため、焼成時の雰囲気中
には多量の炭素が含まれている。そのため、焼成物の中
に上記型やヒーターに由来する炭素が取り込まれたまま
の状態で焼結が進行し、その結果として見掛け上はある
程度緻密化されていても機械的強度の面で優れたものが
得られない。そこで、本発明のように、加圧焼成後に酸
化雰囲気中で熱処理を施すことにより、焼結体中に残存
する炭素が二酸化炭素として焼失除去されるため、焼結
体を一層高強度化させることができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明のヘキサアルミネート系焼結体
の製造方法について、実施例を挙げて説明する。Ｌａ2
Ｏ3粉末（純度９９．９％、平均粒径１．５μｍ）、Ｐ
ｒ2Ｏ3粉末（純度９９．９％、平均粒径１．８μｍ）、
Ｎｄ2Ｏ3粉末（純度９９．９％、平均粒径１．８μｍ）
及びγ−Ａｌ2Ｏ3粉末（純度９９．９９５％、比表面積
８５ｍ2／ｇ ）を出発原料として用い、焼成後にＲ2Ｏ3
・１１Ａｌ2Ｏ3組成（ＲはＬａ，Ｐｒ，Ｎｄのいずれ
か）となる比率、すなわち、Ｒ2Ｏ3／Ａｌ2Ｏ3モル比を
０．０９として秤量し、エタノールとともにアルミナ質
ボールミルで１６時間湿式混合した。
の製造方法について、実施例を挙げて説明する。Ｌａ2
Ｏ3粉末（純度９９．９％、平均粒径１．５μｍ）、Ｐ
ｒ2Ｏ3粉末（純度９９．９％、平均粒径１．８μｍ）、
Ｎｄ2Ｏ3粉末（純度９９．９％、平均粒径１．８μｍ）
及びγ−Ａｌ2Ｏ3粉末（純度９９．９９５％、比表面積
８５ｍ2／ｇ ）を出発原料として用い、焼成後にＲ2Ｏ3
・１１Ａｌ2Ｏ3組成（ＲはＬａ，Ｐｒ，Ｎｄのいずれ
か）となる比率、すなわち、Ｒ2Ｏ3／Ａｌ2Ｏ3モル比を
０．０９として秤量し、エタノールとともにアルミナ質
ボールミルで１６時間湿式混合した。
【００１６】次いで、これを乾燥させ、目開き２５０μ
ｍの標準ふるいを通して原料組成物とした。これをカー
ボン型内に充填し、所定の温度及び圧力のもと１時間保
持の条件でホットプレスし、全体が黒褐色の角板状焼結
体（４０×４０×５ｍｍ）を得た。さらに、一部のもの
を除いて、大気中にて所定の温度で１２時間保持の熱処
理を行なった。このようにして、試料番号１〜３，５〜
１６の各試料を得た。
ｍの標準ふるいを通して原料組成物とした。これをカー
ボン型内に充填し、所定の温度及び圧力のもと１時間保
持の条件でホットプレスし、全体が黒褐色の角板状焼結
体（４０×４０×５ｍｍ）を得た。さらに、一部のもの
を除いて、大気中にて所定の温度で１２時間保持の熱処
理を行なった。このようにして、試料番号１〜３，５〜
１６の各試料を得た。
【００１７】また、試料番号４は、出発原料として金属
アルコキシドを用いて焼結体を作製した例である。ラン
タン−イソプロポキシド（Ｌａ（ｉ−ＯＰｒ）3 ）とア
ルミニウム−イソプロポキシド（Ａｌ（ｉ−ＯＰｒ）
3 ）を、焼成後にＬａ2Ｏ3・１１Ａｌ2Ｏ3組成となる比
率で秤量し、イソプロパノールとともに、８０℃で３時
間混合し溶解させた。次いで得られた溶液の加水分解に
よって生成した沈澱物を乾燥し、粉砕して原料組成物と
した。これを上述の試料番号１と同様にしてホットプレ
スして焼結体を作製し、さらに同様の熱処理を行なっ
た。
アルコキシドを用いて焼結体を作製した例である。ラン
タン−イソプロポキシド（Ｌａ（ｉ−ＯＰｒ）3 ）とア
ルミニウム−イソプロポキシド（Ａｌ（ｉ−ＯＰｒ）
3 ）を、焼成後にＬａ2Ｏ3・１１Ａｌ2Ｏ3組成となる比
率で秤量し、イソプロパノールとともに、８０℃で３時
間混合し溶解させた。次いで得られた溶液の加水分解に
よって生成した沈澱物を乾燥し、粉砕して原料組成物と
した。これを上述の試料番号１と同様にしてホットプレ
スして焼結体を作製し、さらに同様の熱処理を行なっ
た。
【００１８】以上の各試料から、切断加工によって３×
４×４０（ｍｍ）の角棒状の試験片を作製し、ＪＩＳ三
点曲げ法（ＪＩＳ Ｒ１６０１）に準じて強度の評価を
行なった。また、ホットプレス後の焼結体について、ア
ルキメデス法を用いて密度を求めた。各試験片について
強度及び密度を測定した結果をホットプレス及び熱処理
の条件とともに表１に示す。
４×４０（ｍｍ）の角棒状の試験片を作製し、ＪＩＳ三
点曲げ法（ＪＩＳ Ｒ１６０１）に準じて強度の評価を
行なった。また、ホットプレス後の焼結体について、ア
ルキメデス法を用いて密度を求めた。各試験片について
強度及び密度を測定した結果をホットプレス及び熱処理
の条件とともに表１に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】本発明の範囲内である試料番号１〜９の１
０００℃以上の温度で熱処理を施したものは完全に白色
化し脱炭されており、熱処理を行なわなかった試料番号
１０〜１２や１０００℃未満の温度で熱処理を施した試
料番号１３に比べて強度が増大していた。一方、試料番
号１４は熱処理温度が高すぎ、試料番号１５及び１６は
加圧焼成後の密度が低く、十分な強度が得られなかっ
た。また、試料番号１の焼結体の他の特性についても調
査したところ、破壊靱性値３．０ＭＰａ・ｍ1/2、ビッ
カース硬度ＨＶ（10）１３４０、ヤング率２６０ＧＰ
ａ、熱膨張係数８．５×１０-6／℃、熱伝導度３．１Ｗ
／ｍ・Ｋ、と構造材料としての良好な特性を有している
ことが確かめられた。
０００℃以上の温度で熱処理を施したものは完全に白色
化し脱炭されており、熱処理を行なわなかった試料番号
１０〜１２や１０００℃未満の温度で熱処理を施した試
料番号１３に比べて強度が増大していた。一方、試料番
号１４は熱処理温度が高すぎ、試料番号１５及び１６は
加圧焼成後の密度が低く、十分な強度が得られなかっ
た。また、試料番号１の焼結体の他の特性についても調
査したところ、破壊靱性値３．０ＭＰａ・ｍ1/2、ビッ
カース硬度ＨＶ（10）１３４０、ヤング率２６０ＧＰ
ａ、熱膨張係数８．５×１０-6／℃、熱伝導度３．１Ｗ
／ｍ・Ｋ、と構造材料としての良好な特性を有している
ことが確かめられた。
【００２１】次に、焼結体の組成を変化させた場合につ
いて説明する。試料番号１７〜２０，２６，２７は、Ｌ
ａ2Ｏ3とＡｌ2Ｏ3とのモル比を変化させて焼結体を作製
した例である。ただし、試料番号１９は試料番号１と同
じものである。また、試料番号２１〜２５は、希土類元
素の一部を他の元素で置換して焼結体を作製した例であ
る。いずれも、上記組成が異なること以外は前述の試料
番号１と同様にして焼結体を作製した。試料番号１〜１
６と同様にして試験片を作製し、室温及び１２００℃に
おける焼結体の曲げ強度、及び構成結晶相について調べ
た結果を表２に示す。なお、同表中、試料番号２１〜２
５の希土類元素酸化物（Ｒ2Ｏ3）は、原料組成物におけ
る調合組成で示した。また、焼結体の構成結晶相はＸ線
回折法により同定した。
いて説明する。試料番号１７〜２０，２６，２７は、Ｌ
ａ2Ｏ3とＡｌ2Ｏ3とのモル比を変化させて焼結体を作製
した例である。ただし、試料番号１９は試料番号１と同
じものである。また、試料番号２１〜２５は、希土類元
素の一部を他の元素で置換して焼結体を作製した例であ
る。いずれも、上記組成が異なること以外は前述の試料
番号１と同様にして焼結体を作製した。試料番号１〜１
６と同様にして試験片を作製し、室温及び１２００℃に
おける焼結体の曲げ強度、及び構成結晶相について調べ
た結果を表２に示す。なお、同表中、試料番号２１〜２
５の希土類元素酸化物（Ｒ2Ｏ3）は、原料組成物におけ
る調合組成で示した。また、焼結体の構成結晶相はＸ線
回折法により同定した。
【００２２】
【表２】
【００２３】Ｌａ2Ｏ3／Ａｌ2Ｏ3のモル比が小さくなる
とα−Ａｌ2Ｏ3相が増加し、逆に大きくなるとＬａ2Ｏ3
・Ａｌ2Ｏ3相が増加する傾向が認められた。Ｘ線回折で
の定量の結果、上記モル比が本発明範囲内である試料番
号１７ではＬａ2Ｏ3・１１Ａｌ2Ｏ3相が６５重量％以
上、試料番号１８〜２０ではＬａ2Ｏ3・１１Ａｌ2Ｏ3相
が８０重量％以上であったのに対し、上記モル比が０．
０５未満である試料番号２６ではα−Ａｌ2Ｏ3相が６０
重量％であり、また、０．１２より大きい試料番号２７
ではＬａ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3相が１８重量％であり、これら
はいずれも試料番号１７〜２０に比べて室温強度及び高
温強度が劣っていた。一方、希土類元素の一部を他の元
素で置換した試料番号２１〜２５では、特に高温での強
度が低下することもなく、置換しない場合と同様に良好
な特性を有する焼結体が得られることが確かめられた。
とα−Ａｌ2Ｏ3相が増加し、逆に大きくなるとＬａ2Ｏ3
・Ａｌ2Ｏ3相が増加する傾向が認められた。Ｘ線回折で
の定量の結果、上記モル比が本発明範囲内である試料番
号１７ではＬａ2Ｏ3・１１Ａｌ2Ｏ3相が６５重量％以
上、試料番号１８〜２０ではＬａ2Ｏ3・１１Ａｌ2Ｏ3相
が８０重量％以上であったのに対し、上記モル比が０．
０５未満である試料番号２６ではα−Ａｌ2Ｏ3相が６０
重量％であり、また、０．１２より大きい試料番号２７
ではＬａ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3相が１８重量％であり、これら
はいずれも試料番号１７〜２０に比べて室温強度及び高
温強度が劣っていた。一方、希土類元素の一部を他の元
素で置換した試料番号２１〜２５では、特に高温での強
度が低下することもなく、置換しない場合と同様に良好
な特性を有する焼結体が得られることが確かめられた。
【００２４】
【発明の効果】本発明の方法を採用することにより、高
温特性に優れたβ−アルミナ型構造のヘキサアルミネー
ト結晶相を主体とする高密度の焼結体が容易に得られ、
耐熱性を低下させるα−Ａｌ2Ｏ3相やＲ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3
相の含有量が少なく、しかも５００ＭＰａ以上という高
い強度を有するため、高温構造材料用セラミックスの製
造方法として極めて有用である。
温特性に優れたβ−アルミナ型構造のヘキサアルミネー
ト結晶相を主体とする高密度の焼結体が容易に得られ、
耐熱性を低下させるα−Ａｌ2Ｏ3相やＲ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3
相の含有量が少なく、しかも５００ＭＰａ以上という高
い強度を有するため、高温構造材料用セラミックスの製
造方法として極めて有用である。
Claims (8)
- 【請求項１】 アルミナ源及び希土類元素酸化物源を含
む原料組成物を加圧焼成した後、酸化雰囲気中で熱処理
することを特徴とするヘキサアルミネート系焼結体の製
造方法。 - 【請求項２】 希土類元素が、Ｌａ，Ｐｒ及びＮｄのう
ちから選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の
ヘキサアルミネート系焼結体の製造方法。 - 【請求項３】 加圧焼成が、ホットプレスまたはホット
アイソスタティックプレスである請求項１または請求項
２に記載のヘキサアルミネート系焼結体の製造方法。 - 【請求項４】 熱処理が、１０００〜１４００℃の温度
中で行なわれることを特徴とする請求項１ないし請求項
３のいずれかに記載のヘキサアルミネート系焼結体の製
造方法。 - 【請求項５】 原料組成物中のアルミナ源及び希土類元
素酸化物源が、アルミナに対する希土類元素酸化物のモ
ル比換算で０．０５〜０．１２の範囲内に調製されてな
る請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のヘキサア
ルミネート系焼結体の製造方法。 - 【請求項６】 原料組成物中の希土類元素の一部が、そ
のイオン半径の±１０％の範囲内のイオン半径を有する
他の元素でもって置換されたものである請求項１ないし
請求項５のいずれかに記載のヘキサアルミネート系焼結
体の製造方法。 - 【請求項７】 β−アルミナ型構造のヘキサアルミネー
ト結晶相を重量基準で６５％以上含有する請求項１ない
し請求項６のいずれかに記載のヘキサアルミネート系焼
結体の製造方法。 - 【請求項８】 加圧焼成後の焼結体の密度が９５％以上
である請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のヘキ
サアルミネート系焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6333458A JPH08169753A (ja) | 1994-12-14 | 1994-12-14 | ヘキサアルミネート系焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6333458A JPH08169753A (ja) | 1994-12-14 | 1994-12-14 | ヘキサアルミネート系焼結体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08169753A true JPH08169753A (ja) | 1996-07-02 |
Family
ID=18266312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6333458A Pending JPH08169753A (ja) | 1994-12-14 | 1994-12-14 | ヘキサアルミネート系焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08169753A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011001699A1 (ja) * | 2009-07-03 | 2011-01-06 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
-
1994
- 1994-12-14 JP JP6333458A patent/JPH08169753A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011001699A1 (ja) * | 2009-07-03 | 2011-01-06 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
| CN102474079A (zh) * | 2009-07-03 | 2012-05-23 | 日本特殊陶业株式会社 | 火花塞 |
| US8749125B2 (en) | 2009-07-03 | 2014-06-10 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Spark plug |
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