JPH0952758A - アルミナセラミックス及びその製造方法 - Google Patents
アルミナセラミックス及びその製造方法Info
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- JPH0952758A JPH0952758A JP7224600A JP22460095A JPH0952758A JP H0952758 A JPH0952758 A JP H0952758A JP 7224600 A JP7224600 A JP 7224600A JP 22460095 A JP22460095 A JP 22460095A JP H0952758 A JPH0952758 A JP H0952758A
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】 原料費が低く、加工性を高揚させることによ
るコスト低減。 【解決手段】 Al 2O 3含有量が99.05〜99.8
5重量%、MgO、SiO2、CaOの少なくとも1種
の酸化物の合計含有量0.05〜0.50重量%、Y2
O3含有量0.05〜0.50重量%によって構成され
る原料粉末を最高焼成温度が1550〜1650℃で1
時間以上保持してなるアルミナセラミックス焼結体にお
いて、焼結体のアルキメデス密度が3.85g/cm3
以上、平均粒径が5〜20μm、ビッカース硬さが15
00kgf/mm2以下、弾性率が370MPa以上で
あるアルミナセラミックスである。焼結体の主原料であ
るAl 2O3粉末は平均粒子径が0.4〜1.0μm、B
ET比表面積が5m2 /g以上である。
るコスト低減。 【解決手段】 Al 2O 3含有量が99.05〜99.8
5重量%、MgO、SiO2、CaOの少なくとも1種
の酸化物の合計含有量0.05〜0.50重量%、Y2
O3含有量0.05〜0.50重量%によって構成され
る原料粉末を最高焼成温度が1550〜1650℃で1
時間以上保持してなるアルミナセラミックス焼結体にお
いて、焼結体のアルキメデス密度が3.85g/cm3
以上、平均粒径が5〜20μm、ビッカース硬さが15
00kgf/mm2以下、弾性率が370MPa以上で
あるアルミナセラミックスである。焼結体の主原料であ
るAl 2O3粉末は平均粒子径が0.4〜1.0μm、B
ET比表面積が5m2 /g以上である。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高純度及び緻密性
・切削性に優れたアルミナセラミックスに関する。
・切削性に優れたアルミナセラミックスに関する。
【0002】
【従来の技術】アルミナ(Al2O3)に代表されるファ
インセラミックスは、金属やプラスチックに比べ耐熱性
や耐摩耗性に優れるが、難加工性の故に高価となり充分
に実用化が進んでいるとは言い難い。
インセラミックスは、金属やプラスチックに比べ耐熱性
や耐摩耗性に優れるが、難加工性の故に高価となり充分
に実用化が進んでいるとは言い難い。
【0003】これまで、平均粒子径が数μm(1μm
超)のAl2O3を主成分(99重量%)とし、焼結助剤
であるSiO2、MgO、CaO等のガラス相成分を合
計で1重量%を含有するセラミックス原料を、1500
〜1600℃で焼成することによって平均粒子径が20
〜40μmのアルミナセラミックスを得る方法が開示さ
れている。
超)のAl2O3を主成分(99重量%)とし、焼結助剤
であるSiO2、MgO、CaO等のガラス相成分を合
計で1重量%を含有するセラミックス原料を、1500
〜1600℃で焼成することによって平均粒子径が20
〜40μmのアルミナセラミックスを得る方法が開示さ
れている。
【0004】特公昭63―66795号、特公平3―5
1244号公報などに示されるように、Al2O3含有量
を99.6〜99.9重量%とし、残部がSiO2、M
gO、CaOなどからなる高純度アルミナセラミックス
は耐摩耗性が高く、不純物量が少ないことを特長として
いる。これらには、Y2O3を添加する記述は見受けられ
ない。
1244号公報などに示されるように、Al2O3含有量
を99.6〜99.9重量%とし、残部がSiO2、M
gO、CaOなどからなる高純度アルミナセラミックス
は耐摩耗性が高く、不純物量が少ないことを特長として
いる。これらには、Y2O3を添加する記述は見受けられ
ない。
【0005】特公平7―12969、特公平7―174
59号公報には、Y2O3、MgO、La2O3、ZrO2
添加によるAl2O3焼結体結晶粒径の縮小に伴う絶縁性
の向上効果を述べているが、本願発明のMgO―SiO
2―Y2O3及びSiO2―Y2O3系による焼結時の液相析
出温度の低下によるAl2O3焼結体の結晶粒成長の促
進、増大効果は調べられていない。さらに、SiO2は
出来る限り添加しないことが望ましいという記述があ
る。
59号公報には、Y2O3、MgO、La2O3、ZrO2
添加によるAl2O3焼結体結晶粒径の縮小に伴う絶縁性
の向上効果を述べているが、本願発明のMgO―SiO
2―Y2O3及びSiO2―Y2O3系による焼結時の液相析
出温度の低下によるAl2O3焼結体の結晶粒成長の促
進、増大効果は調べられていない。さらに、SiO2は
出来る限り添加しないことが望ましいという記述があ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
Al2O3含有量の高いアルミナセラミックスは焼結時に
緻密化させることが困難である。
Al2O3含有量の高いアルミナセラミックスは焼結時に
緻密化させることが困難である。
【0007】そこで、特公平6―88832号公報に見
られるように、アルコキシド法などの高価な化学合成法
による高密度化や、Al2O3の原料粒子径が0.3μm
以下の原料を用いた研究も盛んに行われているが、焼結
体の平均粒径が2μm以下で加工性が低く、原料や粉末
価格が高い、製造工程が複雑なことが問題であった。
られるように、アルコキシド法などの高価な化学合成法
による高密度化や、Al2O3の原料粒子径が0.3μm
以下の原料を用いた研究も盛んに行われているが、焼結
体の平均粒径が2μm以下で加工性が低く、原料や粉末
価格が高い、製造工程が複雑なことが問題であった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、Al2O3含有
量が99.05〜99.85重量%、MgO、Si
O2、CaOの少なくとも1種の酸化物の合計含有量
0.05〜0.50重量%、Y2O3含有量0.05〜
0.50重量%によって構成される原料粉末を最高焼成
温度が1550〜1650℃の範囲内で少なくとも1時
間以上保持してなるアルミナセラミックス焼結体におい
て、該焼結体のアルキメデス密度が3.85g/cm3
以上、平均粒径が5〜20μmの範囲内、ビッカース硬
さが1500kgf/mm2以下、かつ弾性率が370
MPa以上であることを特徴とするアルミナセラミック
スが得られる方法を明らかにしたものである。
量が99.05〜99.85重量%、MgO、Si
O2、CaOの少なくとも1種の酸化物の合計含有量
0.05〜0.50重量%、Y2O3含有量0.05〜
0.50重量%によって構成される原料粉末を最高焼成
温度が1550〜1650℃の範囲内で少なくとも1時
間以上保持してなるアルミナセラミックス焼結体におい
て、該焼結体のアルキメデス密度が3.85g/cm3
以上、平均粒径が5〜20μmの範囲内、ビッカース硬
さが1500kgf/mm2以下、かつ弾性率が370
MPa以上であることを特徴とするアルミナセラミック
スが得られる方法を明らかにしたものである。
【0009】本発明において、Al2O3含有量を99.
05〜99.85重量%の範囲に限定した理由を示す。
99.05重量%未満ではガラス相または希土類酸化物
相が粒界に偏析し、Al2O3本来の機械的特性の低下を
もたらすために好ましくなく、99.85重量%を超え
ると緻密化や結晶粒径の粗大化が困難となり、加工性の
向上が望めなくなるため不適である。
05〜99.85重量%の範囲に限定した理由を示す。
99.05重量%未満ではガラス相または希土類酸化物
相が粒界に偏析し、Al2O3本来の機械的特性の低下を
もたらすために好ましくなく、99.85重量%を超え
ると緻密化や結晶粒径の粗大化が困難となり、加工性の
向上が望めなくなるため不適である。
【0010】MgO、SiO2、CaOについても同様
であり、公知の焼結助剤であり、焼結体の色あいに留意
した。中でもSiO2含有量の0.05〜0.50重量
%は、後述するY2O3と同量もしくは1:4〜4:1、
好ましくは1:2〜2:1の範囲内で用いることが有効
であったため、この範囲とした。
であり、公知の焼結助剤であり、焼結体の色あいに留意
した。中でもSiO2含有量の0.05〜0.50重量
%は、後述するY2O3と同量もしくは1:4〜4:1、
好ましくは1:2〜2:1の範囲内で用いることが有効
であったため、この範囲とした。
【0011】ここで、SiO2とY2O3の配合比を同量
もしくは1:4〜4:1の範囲内にする根拠として、こ
の組成域で比較的低融点の液相を形成するため、結晶の
粒成長を促進することが挙げられる。
もしくは1:4〜4:1の範囲内にする根拠として、こ
の組成域で比較的低融点の液相を形成するため、結晶の
粒成長を促進することが挙げられる。
【0012】Y2O3は、本願発明による新たな配合系の
特徴要素であり、結晶構造がいずれも希土類酸化物C型
であり、同時にイオン半径の比(rcation/ranion)
が0.693である。α―Al2O3はコランダム型であ
るがいずれも6配位の酸素イオンを有する点で一致す
る。
特徴要素であり、結晶構造がいずれも希土類酸化物C型
であり、同時にイオン半径の比(rcation/ranion)
が0.693である。α―Al2O3はコランダム型であ
るがいずれも6配位の酸素イオンを有する点で一致す
る。
【0013】しかも希土類酸化物C型は8配位の2個の
酸素イオンが抜けた構造であるため、ここにアルミニウ
ムイオンが入り込み易く、置換が進行し易い特徴を有す
る。
酸素イオンが抜けた構造であるため、ここにアルミニウ
ムイオンが入り込み易く、置換が進行し易い特徴を有す
る。
【0014】例えば、Si3N4の焼結助剤としてAl2
O3―Y2O3系が広く用いられる理由の一つにAl2O3
―Y2O3の融液が1550〜1650℃の温度域で安定
かつSi3N4のα→β相転移を円滑に行う機能があげら
れる。
O3―Y2O3系が広く用いられる理由の一つにAl2O3
―Y2O3の融液が1550〜1650℃の温度域で安定
かつSi3N4のα→β相転移を円滑に行う機能があげら
れる。
【0015】反面、Paulingによって示された結
合のイオン性がPMg-O=PY-O=0.73で等しく、A
l2O3のPAl-O=0.63より高いことからイオン結合
性がMgO並に高いため、高温での易動性が著しいこと
が特徴である。
合のイオン性がPMg-O=PY-O=0.73で等しく、A
l2O3のPAl-O=0.63より高いことからイオン結合
性がMgO並に高いため、高温での易動性が著しいこと
が特徴である。
【0016】したがって、Al2O3の拡散を促進する
が、固溶量は比較的少なくAl2O3単味の結晶粒成長を
促進するはたらきをもつ。
が、固溶量は比較的少なくAl2O3単味の結晶粒成長を
促進するはたらきをもつ。
【0017】最高焼成温度を1550〜1650℃にし
た理由として、1550℃未満では充分に緻密化が進行
せず、1650℃以上では分解が発生し組成が外れるこ
とに加え、結晶粒が40μm以上に巨大化するため機械
的性質の低下が起こり、好ましくない。
た理由として、1550℃未満では充分に緻密化が進行
せず、1650℃以上では分解が発生し組成が外れるこ
とに加え、結晶粒が40μm以上に巨大化するため機械
的性質の低下が起こり、好ましくない。
【0018】同様に最高温度で1時間未満の保持時間で
は充分に緻密化が進行せず粒成長も起こらないため好ま
しくない。工業的な生産性と焼結体の適切な結晶粒成長
範囲から考えれば、1〜8時間が適している。
は充分に緻密化が進行せず粒成長も起こらないため好ま
しくない。工業的な生産性と焼結体の適切な結晶粒成長
範囲から考えれば、1〜8時間が適している。
【0019】また、Al2O3粉末の平均粒子径が0.4
μm未満では通常市販されていないか、もしくは高価か
つ取り扱いが困難なため除外した。
μm未満では通常市販されていないか、もしくは高価か
つ取り扱いが困難なため除外した。
【0020】1.0μmを超えると緻密化が阻害され
た。BET比表面積が5m2/g未満では同様に焼結時
の緻密化が低下したため除外した。
た。BET比表面積が5m2/g未満では同様に焼結時
の緻密化が低下したため除外した。
【0021】
【作用】通常市販のAl2O3粉末や焼成炉を用いること
が可能なため、製造費の増加を考慮せずに加工時間や費
用の低減が可能になった。
が可能なため、製造費の増加を考慮せずに加工時間や費
用の低減が可能になった。
【0022】
【実施例】以下、本発明の実施例の一例を示す。
【0023】Al2O3原料粉末として、純度99.85
重量%(残分はNa2O、Fe2O3等の不可避化合物)
かつ平均粒子径が0.6μmを用い、純度99.99重
量%のMgO、純度99.99重量%のSiO2、純度
99.9重量%のCaO、純度99.9重量%のY2O3
を以下の第1表に示す配合系で評価を行った。
重量%(残分はNa2O、Fe2O3等の不可避化合物)
かつ平均粒子径が0.6μmを用い、純度99.99重
量%のMgO、純度99.99重量%のSiO2、純度
99.9重量%のCaO、純度99.9重量%のY2O3
を以下の第1表に示す配合系で評価を行った。
【0024】これらの配合をボールミルで24時間混合
した後、公知の噴霧乾燥法によって造粒した。これを
1.4t/cm2の静水圧加圧により75×100×2
0mmの板状体に成形した。
した後、公知の噴霧乾燥法によって造粒した。これを
1.4t/cm2の静水圧加圧により75×100×2
0mmの板状体に成形した。
【0025】この成形体を大気雰囲気中で各最高温度ま
で昇温した後、同保持時間で焼成した。この焼結体をア
ルキメデス法にて嵩密度の測定を行い、荷重10kgf
のビッカース硬さを測定した。
で昇温した後、同保持時間で焼成した。この焼結体をア
ルキメデス法にて嵩密度の測定を行い、荷重10kgf
のビッカース硬さを測定した。
【0026】また、焼結体の平均粒径は研磨面のSEM
写真を拡大し、一線破断法にて測定した。
写真を拡大し、一線破断法にて測定した。
【0027】次に、以上の測定を終えた焼結体の切削加
工性を評価する目的で、以下の加工条件で切断加工を行
った。
工性を評価する目的で、以下の加工条件で切断加工を行
った。
【0028】 研削方式:ボーリング穴開け加工(軸心注水) 使用砥石:メタルボンドダイヤモンドコアドリル砥石
(#120、φ8mm) 砥石周速:60m/min. 切り込み:40mm/min. 総切り込み:10mm×10回
(#120、φ8mm) 砥石周速:60m/min. 切り込み:40mm/min. 総切り込み:10mm×10回
【0029】これらの条件でGC(グラインディングセ
ンター)による穴開け加工を行い、この加工中のZ軸方
向の研削抵抗値をキスラー動力計により検出し、研削加
工性の評価指標とした。
ンター)による穴開け加工を行い、この加工中のZ軸方
向の研削抵抗値をキスラー動力計により検出し、研削加
工性の評価指標とした。
【0030】研削抵抗値が600(N)以下であれば良
好な加工性を有するものとした。これらの結果を第1表
に示した。
好な加工性を有するものとした。これらの結果を第1表
に示した。
【0031】
【表1】
【0032】以上の結果より、本発明のアルミナセラミ
ックスは3.85g/cm3以上の焼結体密度と焼結体
平均粒径が5〜20μmにあり、良好な加工性を有する
ことが確認された。
ックスは3.85g/cm3以上の焼結体密度と焼結体
平均粒径が5〜20μmにあり、良好な加工性を有する
ことが確認された。
【0033】図1に本発明のアルミナセラミックス研磨
面のSEM写真の模式図を示した。
面のSEM写真の模式図を示した。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、アルミナセラミックス
におけるAl2O3含有量を99.05〜99.85重量
%に保持しながら、容易に緻密化が可能であり、かつ切
削性に優れる配合系が確立出来た。
におけるAl2O3含有量を99.05〜99.85重量
%に保持しながら、容易に緻密化が可能であり、かつ切
削性に優れる配合系が確立出来た。
【0035】ここに示したアルミナセラミックスは、A
l2O3含有量が99.05〜99.85重量%、Mg
O、SiO2、CaOの少なくとも1種の酸化物の合計
含有量0.05〜0.50重量%、Y2O3添加量0.0
5〜0.50重量%によって構成される原料粉末を最高
焼成温度が1550〜1650℃の範囲内で少なくとも
1時間以上保持して得られる。
l2O3含有量が99.05〜99.85重量%、Mg
O、SiO2、CaOの少なくとも1種の酸化物の合計
含有量0.05〜0.50重量%、Y2O3添加量0.0
5〜0.50重量%によって構成される原料粉末を最高
焼成温度が1550〜1650℃の範囲内で少なくとも
1時間以上保持して得られる。
【0036】本発明により、アルミナセラミックス部材
を製造する際に、原料費が安く抑えながら切削加工性に
優れることが可能になったので、製造コストの低減が達
成された。
を製造する際に、原料費が安く抑えながら切削加工性に
優れることが可能になったので、製造コストの低減が達
成された。
【図1】本発明のアルミナセラミックスの研磨面をSE
M観察した際の写真の模式図である。
M観察した際の写真の模式図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 英宏 川崎市中原区井田1618番地 新日本製鐵株 式会社先端技術研究所内 (72)発明者 佐藤 裕 川崎市中原区井田1618番地 新日本製鐵株 式会社先端技術研究所内
Claims (2)
- 【請求項1】 Al2O3含有量が99.05〜99.8
5重量%、MgO、SiO2、CaOの少なくとも1種
の酸化物の合計含有量が0.05〜0.50重量%、Y
2O3含有量が0.05〜0.50重量%によって構成さ
れる原料粉末を最高焼成温度が1550〜1650℃の
範囲内で少なくとも1時間以上保持してなるアルミナセ
ラミックス焼結体において、該焼結体のアルキメデス密
度が3.85g/cm3 以上、平均粒径が5〜20μm
の範囲内、ビッカース硬さが1500kgf/mm2以
下、かつ弾性率が370MPa以上であることを特徴と
するアルミナセラミックス。 - 【請求項2】 Al2O3含有量が99.05〜99.8
5重量%、MgO、SiO2、CaOの少なくとも1種
の酸化物の合計含有量が0.08〜0.50重量%、Y
2O3含有量が0.08〜0.50重量%によって構成さ
れる原料粉末を最高焼成温度が1550〜1650℃の
範囲内で少なくとも1時間以上保持してなるアルミナセ
ラミックス焼結体において、該焼結体の主原料であるA
l2O3粉末の平均粒子径が0.4〜1.0μm、BET
比表面積が5m2/g以上であり、該焼結体のアルキメ
デス密度が3.85g/cm3以上、平均粒径が5〜2
0μmの範囲内、ビッカース硬さが1500kgf/m
m2以下、かつ弾性率が370MPa以上であることを
特徴とするアルミナセラミックスの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7224600A JPH0952758A (ja) | 1995-08-10 | 1995-08-10 | アルミナセラミックス及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7224600A JPH0952758A (ja) | 1995-08-10 | 1995-08-10 | アルミナセラミックス及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0952758A true JPH0952758A (ja) | 1997-02-25 |
Family
ID=16816271
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7224600A Withdrawn JPH0952758A (ja) | 1995-08-10 | 1995-08-10 | アルミナセラミックス及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0952758A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6159885A (en) * | 1996-12-26 | 2000-12-12 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Alumina-based sintered material |
JP2005112635A (ja) * | 2003-10-02 | 2005-04-28 | Nitsukatoo:Kk | 耐熱衝撃抵抗性及び耐食性に優れたアルミナ質焼結体及びそれを用いた熱処理用部材 |
JP2017095333A (ja) * | 2015-11-27 | 2017-06-01 | 株式会社ニッカトー | 高温特性及び耐食性に優れたアルミナ焼結体 |
CN111620674A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-09-04 | 宜兴市奥米那陶瓷有限公司 | 一种氧化铝九五磁热压铸原料配方 |
-
1995
- 1995-08-10 JP JP7224600A patent/JPH0952758A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6159885A (en) * | 1996-12-26 | 2000-12-12 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Alumina-based sintered material |
JP2005112635A (ja) * | 2003-10-02 | 2005-04-28 | Nitsukatoo:Kk | 耐熱衝撃抵抗性及び耐食性に優れたアルミナ質焼結体及びそれを用いた熱処理用部材 |
JP2017095333A (ja) * | 2015-11-27 | 2017-06-01 | 株式会社ニッカトー | 高温特性及び耐食性に優れたアルミナ焼結体 |
CN111620674A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-09-04 | 宜兴市奥米那陶瓷有限公司 | 一种氧化铝九五磁热压铸原料配方 |
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