JPH0920552A - アルミナ質焼結体及びその製造方法 - Google Patents
アルミナ質焼結体及びその製造方法Info
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- JPH0920552A JPH0920552A JP7165878A JP16587895A JPH0920552A JP H0920552 A JPH0920552 A JP H0920552A JP 7165878 A JP7165878 A JP 7165878A JP 16587895 A JP16587895 A JP 16587895A JP H0920552 A JPH0920552 A JP H0920552A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】アルミナ粉末と、雰囲気の違いによりアルミナ
およびβ型アルミナへの固溶限界量が異なる第１の金属
酸化物粉末と、アルミナとの反応によってβ型アルミナ
を生成し得る第２の金属酸化物粉末とを添加、混合、成
形した後，第１の金属酸化物の固溶−析出処理を行い、
アルミナ結晶相と、β型アルミナ結晶相とからなる複合
焼結体であって、前記アルミナ結晶相１およびβ型アル
ミナ結晶相２の粒内に、それぞれの結晶相とは異なる金
属酸化物結晶粒子３が分散してなるアルミナ質焼結体を
得る。 【効果】分散強化効果と形状異方性粒子による高強度高
靱性化の相乗効果により、室温から１２００℃まで高強
度と高靱性を図る。
およびβ型アルミナへの固溶限界量が異なる第１の金属
酸化物粉末と、アルミナとの反応によってβ型アルミナ
を生成し得る第２の金属酸化物粉末とを添加、混合、成
形した後，第１の金属酸化物の固溶−析出処理を行い、
アルミナ結晶相と、β型アルミナ結晶相とからなる複合
焼結体であって、前記アルミナ結晶相１およびβ型アル
ミナ結晶相２の粒内に、それぞれの結晶相とは異なる金
属酸化物結晶粒子３が分散してなるアルミナ質焼結体を
得る。 【効果】分散強化効果と形状異方性粒子による高強度高
靱性化の相乗効果により、室温から１２００℃まで高強
度と高靱性を図る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、室温から１２００℃の
高温強度に優れるとともに、高靱性を有するアルミナ質
焼結体に関するもので、特に、航空関連部材、精錬部
材、宇宙環境下で使用される部材、熱機関用部品に使用
されるものである。
高温強度に優れるとともに、高靱性を有するアルミナ質
焼結体に関するもので、特に、航空関連部材、精錬部
材、宇宙環境下で使用される部材、熱機関用部品に使用
されるものである。
【０００２】
【従来技術】従来より、アルミナ質焼結体は、代表的な
セラミック材料として、その優れた強度、耐薬品性から
あらゆる分野に使用されている。また、このアルミナ質
焼結体は、その強度がせいぜい２０〜４０ｋｇ／ｍｍ2
程度であるため、さらに高強度、高靱性化を図るために
各種の改良がなされている。
セラミック材料として、その優れた強度、耐薬品性から
あらゆる分野に使用されている。また、このアルミナ質
焼結体は、その強度がせいぜい２０〜４０ｋｇ／ｍｍ2
程度であるため、さらに高強度、高靱性化を図るために
各種の改良がなされている。
【０００３】例えば、アルミナに対して炭化珪素やジル
コニアを添加した複合材料が特開昭６１−１２２１６４
号、特開昭６３−１３９０４４号に提案されている。ま
た、アルミナに対して希土類元素を含有させた形状異方
性のβ型アルミナ結晶を分散させた材料も特開昭６３−
１３４５５１号にて提案されている。
コニアを添加した複合材料が特開昭６１−１２２１６４
号、特開昭６３−１３９０４４号に提案されている。ま
た、アルミナに対して希土類元素を含有させた形状異方
性のβ型アルミナ結晶を分散させた材料も特開昭６３−
１３４５５１号にて提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、アル
ミナ−炭化珪素系複合材料は、非酸化物を含んでいるた
めに高温の酸化性雰囲気中での耐酸化性に欠けるという
問題があった。また、アルミナ−ジルコニア系複合材料
は、９００℃付近から強度が極端に低下するために１２
００℃もの高温では使用できないという問題があった。
ミナ−炭化珪素系複合材料は、非酸化物を含んでいるた
めに高温の酸化性雰囲気中での耐酸化性に欠けるという
問題があった。また、アルミナ−ジルコニア系複合材料
は、９００℃付近から強度が極端に低下するために１２
００℃もの高温では使用できないという問題があった。
【０００５】さらに、希土類元素を含有するβ型アルミ
ナが分散した複合材料は、耐酸化性に優れ、しかも室温
から高温までの強度と靱性は無添加のアルミナ質焼結体
に比較して優れた材料ではあるが、１２００℃の高温強
度はせいぜい３８０ＭＰａ程度であり、強度が十分でな
いという問題があった。
ナが分散した複合材料は、耐酸化性に優れ、しかも室温
から高温までの強度と靱性は無添加のアルミナ質焼結体
に比較して優れた材料ではあるが、１２００℃の高温強
度はせいぜい３８０ＭＰａ程度であり、強度が十分でな
いという問題があった。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】本発明者は、特にアル
ミナにβ型アルミナ結晶を分散した複合材料を基礎とし
て、その高温強度および靱性を高める方法について検討
を重ねた結果、焼結体の組織的な改良に加え、焼結体を
構成する結晶相自体の強度を高めることが重要であると
の見地から検討を重ねた結果、アルミナ結晶相およびβ
型アルミナ結晶相の粒内にそれぞれの結晶相とは異なる
金属酸化物を微細な結晶として分散させることにより、
高温強度および靱性を向上できることを見いだしたもの
である。
ミナにβ型アルミナ結晶を分散した複合材料を基礎とし
て、その高温強度および靱性を高める方法について検討
を重ねた結果、焼結体の組織的な改良に加え、焼結体を
構成する結晶相自体の強度を高めることが重要であると
の見地から検討を重ねた結果、アルミナ結晶相およびβ
型アルミナ結晶相の粒内にそれぞれの結晶相とは異なる
金属酸化物を微細な結晶として分散させることにより、
高温強度および靱性を向上できることを見いだしたもの
である。
【０００７】即ち、本発明のアルミナ質焼結体は、アル
ミナ結晶相と、β型アルミナ結晶相とからなる複合焼結
体であって、前記アルミナ結晶相およびβ型アルミナ結
晶相の粒内に、それぞれの結晶相とは異なる金属酸化物
結晶粒子が分散してなることを特徴とするものである。
なお、前記金属酸化物結晶粒子が５００ｎｍ以下の粒子
径を有するものである。また、前記金属酸化物結晶粒子
がＴｉ、Ｍｇ、Ｆｅのうちの少なくとも１種を含み、さ
らには前記β型アルミナ結晶相が、アルミナと周期律表
第３ａ族、第２ａ族酸化物との複合酸化物からなり、平
均アスペクト比が３以上の粒子からなることを特徴とす
るものである。
ミナ結晶相と、β型アルミナ結晶相とからなる複合焼結
体であって、前記アルミナ結晶相およびβ型アルミナ結
晶相の粒内に、それぞれの結晶相とは異なる金属酸化物
結晶粒子が分散してなることを特徴とするものである。
なお、前記金属酸化物結晶粒子が５００ｎｍ以下の粒子
径を有するものである。また、前記金属酸化物結晶粒子
がＴｉ、Ｍｇ、Ｆｅのうちの少なくとも１種を含み、さ
らには前記β型アルミナ結晶相が、アルミナと周期律表
第３ａ族、第２ａ族酸化物との複合酸化物からなり、平
均アスペクト比が３以上の粒子からなることを特徴とす
るものである。
【０００８】さらに、本発明のアルミナ質焼結体の製造
方法によれば、アルミナ粉末に対して、雰囲気の違いに
よりアルミナおよびβ型アルミナへの固溶限界量が異な
る第１の金属酸化物粉末と、アルミナとの反応によって
β型アルミナを生成し得る第２の金属酸化物粉末とを添
加、混合、成形した後、該成形体を前記第１の金属酸化
物のアルミナおよびβ型アルミナへの固溶限界量が多く
なる雰囲気中で焼成して、前記第２の金属酸化物とアル
ミナとの反応によりβ型アルミナ結晶を生成させるとと
もに、前記第１の金属酸化物がアルミナ結晶およびβ型
アルミナ結晶内に固溶した焼結体を作製した後、この焼
結体を前記第１の金属酸化物のアルミナおよびβ型アル
ミナへの固溶限界量が少なくなる雰囲気中で熱処理し
て、アルミナ結晶およびβ型アルミナ結晶粒内に第１の
金属酸化物、あるいは第１の金属酸化物とアルミナまた
は第２の金属酸化物との複合酸化物を析出させたことを
特徴とするものであり、前記第１の金属酸化物が、酸化
チタン、酸化マグネシウム、酸化鉄のうちの少なくとも
１種であり、前記第２の金属酸化物が周期律表第２ａ
族、第３ａ族元素酸化物のうちの少なくとも１種からな
ることを特徴とするものである。
方法によれば、アルミナ粉末に対して、雰囲気の違いに
よりアルミナおよびβ型アルミナへの固溶限界量が異な
る第１の金属酸化物粉末と、アルミナとの反応によって
β型アルミナを生成し得る第２の金属酸化物粉末とを添
加、混合、成形した後、該成形体を前記第１の金属酸化
物のアルミナおよびβ型アルミナへの固溶限界量が多く
なる雰囲気中で焼成して、前記第２の金属酸化物とアル
ミナとの反応によりβ型アルミナ結晶を生成させるとと
もに、前記第１の金属酸化物がアルミナ結晶およびβ型
アルミナ結晶内に固溶した焼結体を作製した後、この焼
結体を前記第１の金属酸化物のアルミナおよびβ型アル
ミナへの固溶限界量が少なくなる雰囲気中で熱処理し
て、アルミナ結晶およびβ型アルミナ結晶粒内に第１の
金属酸化物、あるいは第１の金属酸化物とアルミナまた
は第２の金属酸化物との複合酸化物を析出させたことを
特徴とするものであり、前記第１の金属酸化物が、酸化
チタン、酸化マグネシウム、酸化鉄のうちの少なくとも
１種であり、前記第２の金属酸化物が周期律表第２ａ
族、第３ａ族元素酸化物のうちの少なくとも１種からな
ることを特徴とするものである。
【０００９】以下、本発明を詳述する。本発明のアルミ
ナ質焼結体は、組織上、図１に示すように、アルミナ結
晶相１と、β型アルミナ結晶相２およびそれらの結晶相
粒内に析出した金属酸化物結晶粒子３とから構成され
る。アルミナ結晶相１は、α型結晶構造からなるもので
ある。ここで、β型アルミナ結晶相２とは、アルミナを
主成分とし、周期律表第３ａ族あるいは第２ａ族酸化物
との複合酸化物であり、例えば、Ｌａ2 Ｏ3 ・１１Ａｌ
2 Ｏ3 、Ｎｄ2 Ｏ3 ・１１Ａｌ2 Ｏ3 、ＣａＯ・６Ａｌ
2 Ｏ3 、ＳｒＯ・６Ａｌ2 Ｏ3 、ＢａＯ・６Ａｌ2 Ｏ3
などが挙げられる。これらアルミナとの反応によってβ
型アルミナを生成し得る周期律表第３ａ族あるいは第２
ａ族酸化物は後述する製造方法においては「第２の金属
酸化物」として定義されるものである。
ナ質焼結体は、組織上、図１に示すように、アルミナ結
晶相１と、β型アルミナ結晶相２およびそれらの結晶相
粒内に析出した金属酸化物結晶粒子３とから構成され
る。アルミナ結晶相１は、α型結晶構造からなるもので
ある。ここで、β型アルミナ結晶相２とは、アルミナを
主成分とし、周期律表第３ａ族あるいは第２ａ族酸化物
との複合酸化物であり、例えば、Ｌａ2 Ｏ3 ・１１Ａｌ
2 Ｏ3 、Ｎｄ2 Ｏ3 ・１１Ａｌ2 Ｏ3 、ＣａＯ・６Ａｌ
2 Ｏ3 、ＳｒＯ・６Ａｌ2 Ｏ3 、ＢａＯ・６Ａｌ2 Ｏ3
などが挙げられる。これらアルミナとの反応によってβ
型アルミナを生成し得る周期律表第３ａ族あるいは第２
ａ族酸化物は後述する製造方法においては「第２の金属
酸化物」として定義されるものである。
【００１０】このβ型アルミナ結晶は、それ自体が形状
異方性成長を起こすために平均アスペクト比が３以上の
柱状結晶として存在する。なお、この柱状結晶の短軸径
は０．５〜５μｍ程度である。これに対してアルミナ結
晶相１は、通常アスペクト比が２以下、平均粒径が０．
５〜１０μｍの粒状結晶として存在するが、場合によっ
ては、アルミナ結晶相もアスペクト比２以上の粒子とし
て存在してもよい。
異方性成長を起こすために平均アスペクト比が３以上の
柱状結晶として存在する。なお、この柱状結晶の短軸径
は０．５〜５μｍ程度である。これに対してアルミナ結
晶相１は、通常アスペクト比が２以下、平均粒径が０．
５〜１０μｍの粒状結晶として存在するが、場合によっ
ては、アルミナ結晶相もアスペクト比２以上の粒子とし
て存在してもよい。
【００１１】このように、β型アルミナ結晶相を上記の
ような柱状結晶として分散させることにより、焼結体の
靱性が向上できるとともに、高温での粒界滑りをある程
度抑制し、焼結体の高温でのクリープ速度を低減でき
る。しかし、β型アルミナは、ヤング率が小さいために
クラックの粒内経由の進展に対する抑制効果が小さく、
また、高温で結晶自体の軟化、即ち転位の移動による塑
性変形を抑制する効果はない。
ような柱状結晶として分散させることにより、焼結体の
靱性が向上できるとともに、高温での粒界滑りをある程
度抑制し、焼結体の高温でのクリープ速度を低減でき
る。しかし、β型アルミナは、ヤング率が小さいために
クラックの粒内経由の進展に対する抑制効果が小さく、
また、高温で結晶自体の軟化、即ち転位の移動による塑
性変形を抑制する効果はない。
【００１２】本発明では、上記のようなアルミナ結晶相
およびβ型アルミナ結晶相からなる焼結体において、図
１に示すように、各結晶相の粒内にそれぞれの結晶相と
は異なる金属酸化物結晶粒子３が分散してなることが重
要である。ここで、粒内に分散させる金属の酸化物粒子
は、単一金属酸化物の他、２種以上の金属の複合酸化物
であってもよいし、これらの金属酸化物とアルミナある
いはβ型アルミナを形成する金属酸化物との複合酸化物
であってもよい。
およびβ型アルミナ結晶相からなる焼結体において、図
１に示すように、各結晶相の粒内にそれぞれの結晶相と
は異なる金属酸化物結晶粒子３が分散してなることが重
要である。ここで、粒内に分散させる金属の酸化物粒子
は、単一金属酸化物の他、２種以上の金属の複合酸化物
であってもよいし、これらの金属酸化物とアルミナある
いはβ型アルミナを形成する金属酸化物との複合酸化物
であってもよい。
【００１３】これら粒内に分散させる金属酸化物は、ア
ルミナまたはβ型アルミナに対して雰囲気によって固溶
限界量が変化する金属酸化物、即ち、後述する製造方法
において「第１の金属酸化物」として定義されるものが
含まれる。この第１の金属酸化物としては、ヤング率と
高温での安定性が高いという見地から、Ｍｇ、Ｃａ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、および周期律表の３ａ、４ａ、５ａ、６ａ族
金属の群から選ばれる少なくとも１種が好ましいがこれ
らの中でも固溶−析出の制御の容易性から酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化鉄
（Ｆｅ2 Ｏ3 ）が望ましい。なお、アルミナへの固溶
は、ＭｇＯはＭｇＴｉＯ3 の形態で多量に固溶する。
ルミナまたはβ型アルミナに対して雰囲気によって固溶
限界量が変化する金属酸化物、即ち、後述する製造方法
において「第１の金属酸化物」として定義されるものが
含まれる。この第１の金属酸化物としては、ヤング率と
高温での安定性が高いという見地から、Ｍｇ、Ｃａ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、および周期律表の３ａ、４ａ、５ａ、６ａ族
金属の群から選ばれる少なくとも１種が好ましいがこれ
らの中でも固溶−析出の制御の容易性から酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化鉄
（Ｆｅ2 Ｏ3 ）が望ましい。なお、アルミナへの固溶
は、ＭｇＯはＭｇＴｉＯ3 の形態で多量に固溶する。
【００１４】このアルミナ結晶およびβ型アルミナ結晶
相の粒内に分散する金属酸化物は、平均粒径が５００ｎ
ｍ以下であることが好ましい。この分散相の粒径が小さ
ければ、母体結晶との界面に結晶の整合性を保ち、歪み
を生じることにより、さらに大きな強化、靭化効果を示
すことができる。粒内分散相の平均粒径が１μｍ以上に
なると、上記結晶間の相互作用が小さくなり、場合には
熱応力により相界面に欠陥を生じる。分散相の平均粒径
は２００ｎｍ以下であることが望ましい。
相の粒内に分散する金属酸化物は、平均粒径が５００ｎ
ｍ以下であることが好ましい。この分散相の粒径が小さ
ければ、母体結晶との界面に結晶の整合性を保ち、歪み
を生じることにより、さらに大きな強化、靭化効果を示
すことができる。粒内分散相の平均粒径が１μｍ以上に
なると、上記結晶間の相互作用が小さくなり、場合には
熱応力により相界面に欠陥を生じる。分散相の平均粒径
は２００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００１５】本発明のアルミナ質焼結体においては、β
型アルミナ結晶相を形成するための周期律表第２ａ族、
第３ａ族酸化物は、全量中１〜６モル％の割合で含有す
ることが望ましく、また、これらの結晶粒内に析出する
金属酸化物は、前記Ｔｉ、ＭｇおよびＦｅの酸化物換算
量（ＴｉＯ2 、ＭｇＯおよびＦｅ2 Ｏ3 ）で全量中０．
５〜５モル％の割合で含有されることが望ましい。
型アルミナ結晶相を形成するための周期律表第２ａ族、
第３ａ族酸化物は、全量中１〜６モル％の割合で含有す
ることが望ましく、また、これらの結晶粒内に析出する
金属酸化物は、前記Ｔｉ、ＭｇおよびＦｅの酸化物換算
量（ＴｉＯ2 、ＭｇＯおよびＦｅ2 Ｏ3 ）で全量中０．
５〜５モル％の割合で含有されることが望ましい。
【００１６】次に、本発明のアルミナ質焼結体の製造方
法について説明する。本発明の製造方法によれば、ま
ず、出発原料として、アルミナ粉末と、雰囲気の違いに
よりアルミナおよびβ型アルミナへの固溶限界量が異な
る第１の金属酸化物粉末と、アルミナとの反応によって
β型アルミナを生成し得る第２の金属酸化物粉末とを準
備する。
法について説明する。本発明の製造方法によれば、ま
ず、出発原料として、アルミナ粉末と、雰囲気の違いに
よりアルミナおよびβ型アルミナへの固溶限界量が異な
る第１の金属酸化物粉末と、アルミナとの反応によって
β型アルミナを生成し得る第２の金属酸化物粉末とを準
備する。
【００１７】前記第１の金属酸化物としては、Ｍｇ、Ｃ
ａ、Ｆｅ、Ｃｏ、および周期律表の３ａ、４ａ、５ａ、
６ａ族金属の群から選ばれる少なくとも１種の酸化物か
ら選択されるが、固溶−析出の制御の容易性からＴｉＯ
2 、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＭｇＴｉＯ3 が挙げられ、その中でも
ＴｉＯ2 が最も望ましい。この第１の金属酸化物は、全
量中０．５〜５モル％の割合で添加される。
ａ、Ｆｅ、Ｃｏ、および周期律表の３ａ、４ａ、５ａ、
６ａ族金属の群から選ばれる少なくとも１種の酸化物か
ら選択されるが、固溶−析出の制御の容易性からＴｉＯ
2 、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＭｇＴｉＯ3 が挙げられ、その中でも
ＴｉＯ2 が最も望ましい。この第１の金属酸化物は、全
量中０．５〜５モル％の割合で添加される。
【００１８】また、前記第２の金属酸化物としては、周
期律表第２ａ族、第３ａ族元素の酸化物が挙げられる
が、その中でもアルミナとの反応の容易性の点でＬａ2
Ｏ3 が最も望ましい。この第２の金属酸化物は、全量中
に１〜６モル％の割合で添加される。
期律表第２ａ族、第３ａ族元素の酸化物が挙げられる
が、その中でもアルミナとの反応の容易性の点でＬａ2
Ｏ3 が最も望ましい。この第２の金属酸化物は、全量中
に１〜６モル％の割合で添加される。
【００１９】これら第１、第２の金属酸化物は、焼成工
程で酸化物を形成し得るものであれば、特に制限はな
く、例えば、金属粉末、その金属を含む有機、無機物お
よびその溶液のいずれでもよい。
程で酸化物を形成し得るものであれば、特に制限はな
く、例えば、金属粉末、その金属を含む有機、無機物お
よびその溶液のいずれでもよい。
【００２０】これらの粉末を添加混合した後、混合粉末
を所望の成形手段、例えば、金型プレス，冷間静水圧プ
レス，押出し成形等により任意の形状に成形する。
を所望の成形手段、例えば、金型プレス，冷間静水圧プ
レス，押出し成形等により任意の形状に成形する。
【００２１】次に、この成形体を公知の焼結法、例えば
ホットプレス法、常圧焼成法、ガス圧焼成法、更に、こ
れらの焼成後に熱間静水圧処理（ＨＩＰ）処理、および
ガラスシール後ＨＩＰ処理して、対理論密度比９５％以
上の緻密な焼結体を得る。
ホットプレス法、常圧焼成法、ガス圧焼成法、更に、こ
れらの焼成後に熱間静水圧処理（ＨＩＰ）処理、および
ガラスシール後ＨＩＰ処理して、対理論密度比９５％以
上の緻密な焼結体を得る。
【００２２】本発明によれば、この時の焼成は、第２の
金属酸化物とアルミナとが反応してβ型アルミナ結晶が
生成される条件であり、且つ焼成雰囲気が前記第１の金
属酸化物のアルミナまたはβ型アルミナへの固溶限界量
が多くなる雰囲気であることが必要である。この時の焼
成温度は、１３００℃〜１８００℃、特に１４００℃〜
１７５０℃であることが固溶性および母体結晶の緻密性
と粒成長の抑制から好ましい。
金属酸化物とアルミナとが反応してβ型アルミナ結晶が
生成される条件であり、且つ焼成雰囲気が前記第１の金
属酸化物のアルミナまたはβ型アルミナへの固溶限界量
が多くなる雰囲気であることが必要である。この時の焼
成温度は、１３００℃〜１８００℃、特に１４００℃〜
１７５０℃であることが固溶性および母体結晶の緻密性
と粒成長の抑制から好ましい。
【００２３】その後、上記のようにして第１の金属酸化
物を固溶させた焼結体を、第１の金属酸化物の前記固溶
限界量が少なくなる雰囲気中で熱処理する。この時の焼
成温度は１１００〜１７００℃が適当である。かかる条
件で処理することにより、過飽和の固溶元素をアルミナ
とβ型アルミナ結晶粒内に、酸化物あるいは複合酸化物
の形で均一に析出させることができる。
物を固溶させた焼結体を、第１の金属酸化物の前記固溶
限界量が少なくなる雰囲気中で熱処理する。この時の焼
成温度は１１００〜１７００℃が適当である。かかる条
件で処理することにより、過飽和の固溶元素をアルミナ
とβ型アルミナ結晶粒内に、酸化物あるいは複合酸化物
の形で均一に析出させることができる。
【００２４】上記の固溶−析出工程は、例えば、第１金
属酸化物としてＴｉＯ2 を用いる場合には、固溶工程を
Ｈ2 などの還元雰囲気、析出工程を大気中の酸化性雰囲
気に制御し、Ｔｉ／Ｍｇ（Ｔｉ：Ｍｇ＝１）、Ｆｅの酸
化物を用いた場合には固溶工程を大気などの酸化性雰囲
気、析出工程を還元雰囲気とすればよい。
属酸化物としてＴｉＯ2 を用いる場合には、固溶工程を
Ｈ2 などの還元雰囲気、析出工程を大気中の酸化性雰囲
気に制御し、Ｔｉ／Ｍｇ（Ｔｉ：Ｍｇ＝１）、Ｆｅの酸
化物を用いた場合には固溶工程を大気などの酸化性雰囲
気、析出工程を還元雰囲気とすればよい。
【００２５】
【作用】アルミナは、特に酸化雰囲気で室温から高温ま
で安定した特性を有するが、高温では転位が移動が発生
しやすいため、軟化、塑性変形を示すやすい。また、室
温では、結晶内でもクラックが進展しやすいため、破壊
靭性が低い。形状異方性のβ型アルミナの複合により材
料の破壊靭性と高温強度をある程度向上させたが、また
十分ではない。
で安定した特性を有するが、高温では転位が移動が発生
しやすいため、軟化、塑性変形を示すやすい。また、室
温では、結晶内でもクラックが進展しやすいため、破壊
靭性が低い。形状異方性のβ型アルミナの複合により材
料の破壊靭性と高温強度をある程度向上させたが、また
十分ではない。
【００２６】本発明によれば、アルミナ結晶相とβ型ア
ルミナ結晶相の粒内に、金属酸化物を分散させることに
より、結晶自体の強度と靱性を高め、クラックの粒内経
由の進展に対する抵抗および高温での塑性変形に対する
抵抗も大きく向上でき、その結果、分散強化効果と形状
異方性粒子による高強度高靱性化の相乗効果により、室
温から１２００℃の高温まで高い強度と、高靱性を有す
る焼結体を得ることができる。
ルミナ結晶相の粒内に、金属酸化物を分散させることに
より、結晶自体の強度と靱性を高め、クラックの粒内経
由の進展に対する抵抗および高温での塑性変形に対する
抵抗も大きく向上でき、その結果、分散強化効果と形状
異方性粒子による高強度高靱性化の相乗効果により、室
温から１２００℃の高温まで高い強度と、高靱性を有す
る焼結体を得ることができる。
【００２７】
【実施例】原料粉末としてアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸
化ランタニウム（Ｌａ2 Ｏ3 ）、酸化ネオジウム（Ｎｄ
2 Ｏ3 ）、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化マグネシウム
（ＭｇＯ）、酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）、酸化バリウム（Ｂ
ａＣＯ3 ）、酸化カルシウム（ＣａＣＯ3 ）、酸化スト
ロンチウム（ＳｒＣＯ3 ）を用いて、表１に示す組成比
に調合し、１ｔ／ｃｍ2 の圧力で金型成形した後、さら
に３ｔ／ｃｍ2 の圧力で静水圧処理を加えた。そして、
得られた成形体を表１に示す条件で固溶（焼成）、析出
処理を行った。
化ランタニウム（Ｌａ2 Ｏ3 ）、酸化ネオジウム（Ｎｄ
2 Ｏ3 ）、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化マグネシウム
（ＭｇＯ）、酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）、酸化バリウム（Ｂ
ａＣＯ3 ）、酸化カルシウム（ＣａＣＯ3 ）、酸化スト
ロンチウム（ＳｒＣＯ3 ）を用いて、表１に示す組成比
に調合し、１ｔ／ｃｍ2 の圧力で金型成形した後、さら
に３ｔ／ｃｍ2 の圧力で静水圧処理を加えた。そして、
得られた成形体を表１に示す条件で固溶（焼成）、析出
処理を行った。
【００２８】得られた焼結体を鏡面に加工して、走査型
電子顕微鏡により組織を観察し、Ｘ線回折により結晶相
と同定し、α−アルミナ結晶相以外の析出相を。表２に
示した。また電子顕微鏡写真により観察しアルミナ相や
β型アルミナ相中に析出した金属酸化物の平均粒径と、
β型アルミナの平均アスペクト比を測定し表２に示し
た。本実施例１で得られた焼結体の析出固溶処理後の組
織を図１に示した。
電子顕微鏡により組織を観察し、Ｘ線回折により結晶相
と同定し、α−アルミナ結晶相以外の析出相を。表２に
示した。また電子顕微鏡写真により観察しアルミナ相や
β型アルミナ相中に析出した金属酸化物の平均粒径と、
β型アルミナの平均アスペクト比を測定し表２に示し
た。本実施例１で得られた焼結体の析出固溶処理後の組
織を図１に示した。
【００２９】さらに機械的特性として、ＪＩＳ−Ｒ１６
０１にて指定されている形状まで研磨し抗折試料を作製
した。この試料についてＪＩＳ−Ｒ１６０１に基づく室
温および１２００℃での４点曲げ抗折強度試験を実施し
た。また、ビッカース圧痕法により破壊靭性（Ｋ1c）を
測定した。結果は表２に示した。
０１にて指定されている形状まで研磨し抗折試料を作製
した。この試料についてＪＩＳ−Ｒ１６０１に基づく室
温および１２００℃での４点曲げ抗折強度試験を実施し
た。また、ビッカース圧痕法により破壊靭性（Ｋ1c）を
測定した。結果は表２に示した。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】表１、２の結果から明らかなように、アル
ミナ単味の焼結体( 試料Ｎo.１）に対して、β型アルミ
ナ相と複合化させた試料Ｎo.２は，強度および靱性とも
に向上している。さらに，本発明に基づき得られたアル
ミナ結晶相とβ型アルミナ結晶相の粒内に金属酸化物あ
るいは複合酸化物が微細分散した焼結体（試料Ｎo.５〜
１２）は、試料Ｎo.１および試料Ｎo.２に比較していず
れも優れており、室温で６００ＭＰａ以上，１２００℃
で４００ＭＰａ以上，靱性が３．７ＭＰａｍ0. 5 以上が
達成された。
ミナ単味の焼結体( 試料Ｎo.１）に対して、β型アルミ
ナ相と複合化させた試料Ｎo.２は，強度および靱性とも
に向上している。さらに，本発明に基づき得られたアル
ミナ結晶相とβ型アルミナ結晶相の粒内に金属酸化物あ
るいは複合酸化物が微細分散した焼結体（試料Ｎo.５〜
１２）は、試料Ｎo.１および試料Ｎo.２に比較していず
れも優れており、室温で６００ＭＰａ以上，１２００℃
で４００ＭＰａ以上，靱性が３．７ＭＰａｍ0. 5 以上が
達成された。
【００３３】なお，第２の金属酸化物を添加した組成系
であっても固溶−析出工程を経ずに得られた試料Ｎo.
３、４はいずれも強度、靱性ともに低いものであり、試
料Ｎo.３では、粒内ではなく粒界に表２の複合酸化物が
析出した。
であっても固溶−析出工程を経ずに得られた試料Ｎo.
３、４はいずれも強度、靱性ともに低いものであり、試
料Ｎo.３では、粒内ではなく粒界に表２の複合酸化物が
析出した。
【００３４】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、ア
ルミナ結晶相とβ型アルミナ結晶相の粒内に、金属酸化
物を分散させることにより、結晶自体の強度と靱性を高
め、クラックの粒内経由の進展に対する抵抗および高温
での塑性変形に対する抵抗も大きく向上でき、その結
果、分散強化効果と形状異方性粒子による高強度高靱性
化の相乗効果により、室温から１２００℃の高温まで高
い強度と、高靱性を有する焼結体を得ることができる。
ルミナ結晶相とβ型アルミナ結晶相の粒内に、金属酸化
物を分散させることにより、結晶自体の強度と靱性を高
め、クラックの粒内経由の進展に対する抵抗および高温
での塑性変形に対する抵抗も大きく向上でき、その結
果、分散強化効果と形状異方性粒子による高強度高靱性
化の相乗効果により、室温から１２００℃の高温まで高
い強度と、高靱性を有する焼結体を得ることができる。
【図１】本発明のアルミナ質焼結体の組織を説明するた
めの図である。
めの図である。
１ アルミナ結晶相 ２ β型アルミナ結晶相 ３ 金属酸化物結晶粒子
Claims (6)
- 【請求項１】アルミナ結晶相と、β型アルミナ結晶相と
からなる複合焼結体であって、前記アルミナ結晶相およ
びβ型アルミナ結晶相の粒内に、それぞれの結晶相とは
異なる金属酸化物結晶粒子が分散してなることを特徴と
するアルミナ質焼結体。 - 【請求項２】前記金属酸化物結晶粒子が５００ｎｍ以下
の粒子径を有する請求項１記載のアルミナ質焼結体。 - 【請求項３】前記金属酸化物結晶粒子がチタン、マグネ
シウム、鉄のうちの少なくとも１種を含む請求項１また
は請求項２記載のアルミナ質焼結体。 - 【請求項４】前記β型アルミナ結晶相が、アルミナと周
期律表第３ａ族、第２ａ族酸化物との複合酸化物からな
り、平均アスペクト比が３以上の粒子である請求項１記
載のアルミナ質焼結体。 - 【請求項５】アルミナ粉末と、雰囲気の違いによりアル
ミナおよびβ型アルミナへの固溶限界量が異なる第１の
金属酸化物粉末と、アルミナとの反応によってβ型アル
ミナを生成し得る第２の金属酸化物粉末とを添加、混
合、成形する工程と、 該成形体を前記第１の金属酸化物の前記固溶限界量が多
くなる雰囲気中で焼成して、前記第２の金属酸化物とア
ルミナとの反応によりβ型アルミナ結晶を生成させると
ともに、前記第１の金属酸化物がアルミナ結晶およびβ
アルミナ結晶内に固溶した焼結体を作製する工程と、 この焼結体を前記第１の金属酸化物の前記固溶限界量が
少なくなる雰囲気中で熱処理して、アルミナ結晶および
β型アルミナ結晶粒内に、第１の金属酸化物、あるいは
第１の金属酸化物とアルミナまたは第２の金属酸化物と
の複合酸化物を析出させる工程とからなることを特徴と
するアルミナ質焼結体の製造方法。 - 【請求項６】前記第１の金属酸化物が、酸化チタン、酸
化マグネシウム、酸化鉄のうちの少なくとも１種であ
り、前記第２の金属酸化物が周期律表第２ａ族、第３ａ
族元素酸化物のうちの少なくとも１種である請求項５記
載のアルミナ質焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07165878A JP3101972B2 (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | アルミナ質焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07165878A JP3101972B2 (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | アルミナ質焼結体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0920552A true JPH0920552A (ja) | 1997-01-21 |
| JP3101972B2 JP3101972B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=15820702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07165878A Expired - Fee Related JP3101972B2 (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | アルミナ質焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3101972B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113366307A (zh) * | 2019-01-28 | 2021-09-07 | 株式会社电装 | 排气传感器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0584349U (ja) * | 1992-04-20 | 1993-11-16 | 株式会社大林組 | 消火栓ボックス |
-
1995
- 1995-06-30 JP JP07165878A patent/JP3101972B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| CN113366307A (zh) * | 2019-01-28 | 2021-09-07 | 株式会社电装 | 排气传感器 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3101972B2 (ja) | 2000-10-23 |
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