JPH1085619A - 粉砕機、粉砕機用部材、粉砕用媒体、複合セラミックス焼結体および粉砕方法 - Google Patents

粉砕機、粉砕機用部材、粉砕用媒体、複合セラミックス焼結体および粉砕方法

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JPH1085619A
JPH1085619A JP9150971A JP15097197A JPH1085619A JP H1085619 A JPH1085619 A JP H1085619A JP 9150971 A JP9150971 A JP 9150971A JP 15097197 A JP15097197 A JP 15097197A JP H1085619 A JPH1085619 A JP H1085619A
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信一 伊藤
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昭一郎 後藤
Yasuhiro Nakano
康博 中野
Toru Tsurumi
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、耐摩耗性と、硬度と、強度と、靭
性とが共に優れていることが要求される、乾式または湿
式による粉砕機等の耐摩耗性部材、たとえば、ボールミ
ルのボール等を提供することを目的とする。 【解決手段】 酸化アルミニウムを主成分とし、15〜
40重量%の酸化ジルコニウムを含み、Y23、CeO2
の一種または二種を0.1乃至2.0モル%を含むセラ
ミックス材料において、酸化ジルコニウムの平均結晶粒
径が2μm以下、酸化アルミニウムの平均結晶粒径が、
2μm以下であり、酸化ジルコニウムの体積比で50%
以上が正方晶で存在するアルミナ−ジルコニア系セラミ
ックス素材からなることを特徴とする耐摩耗性部材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐摩耗性、硬度、
強度、靭性に優れ、かつコンタミネーションの少ないこ
とが要求される、磁気記録材料、電子材料、薬品、塗
料、顔料、化粧品粉末、食品、飼料、肥料等、粉体を扱
う産業分野で粗原料を破砕、粉砕、混合、分散するた
め、乾式または湿式の粉砕機の耐摩耗性部材、たとえ
ば、砕分散用メディア単独或いは撹拌ピン乃至は撹拌デ
ィスクによる撹拌の併用によって粉砕物をスラリー化
し、該スラリーと未粉砕物及びメディアを分離するスク
リーンボールミルのボール、容器、容器の内張材、スク
リーンや、アトリッションミルなどの媒体撹拌ミルの容
器、容器の内張材、撹拌スクリュー、撹拌棒、回転ディ
スク、ピン、ボール、ペブル、ビーズ、スクリーンや、
ローラーミルのローラー、粉砕容器の内張材や、ジェッ
トミルの粉砕ノズル、粉砕室の内張材や、ハンマーミル
のローター、ハンマーや、ピンミルのピンローターや、
ディスクミルのローター、ブレードや、コロイドミルの
回転ディスクや、その他各種メカニカルシール、ローラ
といったダイス部品、軸受け部品、ポンプ部品等の用途
分野において、セラミックスが用いられる粉砕機乃至は
粉砕機用部材を提供することにある。
【0002】
【従来の技術】粉砕機としては、ボール、ビーズなどの
粉砕媒体を運動させ、その運動エネルギによる衝撃力や
摩擦力、圧縮力を利用して被砕物を粉砕するボールミ
ル、媒体撹拌ミルや、ローラによる圧縮力を利用して粉
砕を行うローラミルや、被砕物を高速で内張材に衝突さ
せ、その衝撃による衝撃力によって粉砕を行うジェット
ミルや、ハンマー、ブレード、ピンなどを固設したロー
ターの回転による衝撃力を利用して被砕物を粉砕するハ
ンマーミル、ピンミル、ディスクミルや、剪断力を利用
するコロイドミルなどが広く利用されている。
【0003】とりわけ、湿式の媒体攪拌型の粉砕機は粉
砕効率が高く、かつ、サブミクロンレベルのきわめて微
粉砕に適した方法である。この粉砕機の上述した粉砕媒
体や内張材などの部材としては、従来の粉砕機はスリッ
ト棒をはじめ、撹拌ピン、撹拌ディスク、スリーブ乃至
はカラーの構成材料は金属、主としてSUS304を含
むJIS G4305、3101で示される一般構造用
圧延鋼材で形成されている。例えば、スクリーンのスリ
ットについて、ウェッジワイヤ方式と呼ばれているが、
このスリット棒が一本一本鑞付によりベースに接合され
た一体物としてスクリーンが形成されていた。又、耐摩
耗性を向上させるためにスリット棒表面に高周波焼入
れ、或いはステライト溶射等の手段を用いて硬度を高め
ていた。近年は粉砕効率の向上、微粉砕の要求から上記
金属の他に、メノウ等の天然石や、アルミナセラミック
ス、ジルコニアセラミックスなどのセラミックス、樹
脂、超硬合金などで構成されたものが使用されているこ
とは周知である。
【0004】しかしながら、上述したような材料で構成
された部材は極めて摩耗しやすく、粉砕中に摩耗粉が不
純物として被砕物中に大量に混入して、被砕物や、その
被砕物を原料とする各種材料の物性や品質を低下させる
という問題がある。特に、被砕物が、ファインセラミッ
クス材料、磁性材料、電子材料などのいわゆる先端材料
に供するものである場合には、摩耗粉による不純物の混
入が大きな問題になる。
【0005】このような要求に対して、特開平4−28
5063号では、粉砕機用部材としての必要な特性、特
に、耐摩耗性と、強度と、靭性とをバランスよく備えて
いる素材として、Al23を主成分として含み、結晶構
造において少なくとも50体積%が正方晶であるZrO2
を20から40重量%の範囲で含み、TiO2を1から5
重量%の範囲で含み、MgOを0.1から1重量%の範囲
で含み、Al23の平均結晶粒径が1.5から5μmの範
囲にあり、かつ、ZrO2の少なくとも80%がAl23
の結晶粒界に存在しているセラミックスからなる粉砕機
用部材を提案している。しかしながら、この部材は、粉
砕機部材として必要な、硬度、並びに、強度、靭性とい
った特性が不十分であり、耐摩耗性及び対衝撃性の面で
実用上の問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】近年粉砕粒子の高分散
化の要求とあいまって、セラミックス製粉砕媒体の使用
により、粉砕機の性能が向上した反面、従来の金属材料
製のスクリーン、粉砕ピン、ディスク等の粉砕機の摩耗
部分の部材では摩耗が激しくなり、極端な場合では1ヶ
月以内という短期間にスリット部が摩耗し、使用に耐え
ない状態となり、スクリーン交換の費用増大、交換頻度
の増加のため作業効率の低下による粉砕物製造のランニ
ングコストが増大されてきた。
【0007】さらに粉砕機部材は摩耗し、製品への混入
によって、製品自体の品質の低下が問題になってきた。
例えば電子材料や磁性材料では、摩耗により混入した不
純物のため、電気特性や磁性特性の変化等が問題にな
り、塗料の場合では微妙な色調の変化が問題となってき
ている。
【0008】また、粉砕容器に該当するベッセルや攪拌
駆動部に当たるスリーブ、カラーは粉砕媒体の衝撃によ
って、長い使用期間のうちに内壁部分の欠け、脱落が生
じ、程度がひどくなると亀裂が発生し、破壊に至ってし
まう。このような部分に硬度の低いセラミックスを用い
ると摩耗が著しいので、極めて短時間に使用に耐えられ
なくほど変形が生じてしまう。
【0009】本発明はこれらの問題点を解決し、耐摩耗
性、耐蝕、耐薬品性に優れ、かつ、製品の電気的、磁気
的な特性劣化がなく、歪みのない、寸法精度の高い攪拌
ピン、攪拌ディスク、カラー、スリーブおよびスクリー
ンを提供するものである。
【0010】さらに、セラミックス製の粉砕媒体が使用
され始めてまだ日が浅いせいもあるが、品質のばらつき
が大きく、一定条件で操業しても被粉砕物の粒径や粒度
分布に違いが見られるなど工程管理の確立がままならな
い状況にあった。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記欠点
のない粉砕機用等の耐摩耗性部材について、鋭意検討し
た結果、次の発明に到達した。すなわち、基本的には、
「(a)粉砕容器、(b)粉砕用媒体、または(c)粉砕機部材
の少なくとも1つからなる粉砕機であって、少なくとも
(1)粉砕機部材表面、または(2)容器内表面のいずれかに
おいて、少なくとも50重量%以上の酸化アルミニウム
を含み、0.1から5モル%のY23および/またはC
eO2を含む15乃至40重量%の酸化ジルコニウムから
なる複合セラミックスを用いることを特徴とする粉砕
機。」、「酸化アルミニウムを60乃至85重量%含む
複合セラミックスであることを特徴とする特許請求項1
記載の粉砕機。」、又はそれに好適に用いられる粉砕機
用部材、粉砕用媒体、複合セラミックス焼結体あるいは
それらを用いた粉砕方法によって問題解決し、目標とす
る要求を達成することができる。
【0012】特に、焼結体の結晶粒径、緻密度、並びに
ZrO2の結晶形態が改良され、結果として硬度、強度、
靭性が高いことにより耐摩耗性及び対衝撃性に優れた粉
砕機用等の耐摩耗性部材を提供することを目的とする。
本願は、基本的に摩耗部分に耐磨耗性に優れたセラミ
ックス素材が用いられていることにより、その目的が達
成される。すなわち、酸化アルミニウムを主成分とし、
15から40重量%の酸化ジルコニウムを含み、Y
23、CeO2の一種または二種を0.1乃至5.0モル
%を含むセラミックス材料において、酸化ジルコニウム
の平均結晶粒径が2μm以下、酸化アルミニウムの平均
結晶粒径が、2μm以下であり、酸化ジルコニウムのう
ち50%以上が正方晶で存在するアルミナ−ジルコニア
系セラミックス素材からなることを特徴とする耐摩耗性
部材である。
【0013】一方、粉砕媒体については、粗粉砕、微粉
砕それぞれの粉砕効率を向上するために、最も適した媒
体形状とサイズが必要である。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための具
体的方法について、粉砕媒体および粉砕機用部材につい
て説明する。
【0015】〔粉末の種類および合成方法〕純度99.
9%のオキシ塩化ジルコニルと塩化イットリウム溶液を
ジルコニア(ZrO2)およびイットリア(Y2O3)とし
てのモル比率が95:5から98:2となるように混合
調整する。調整された混合溶液から100℃前後の温度
に設定したオートクレーブ中で結晶質水和ジルコニアを
得る加水分解法、またはアンモニア水などを添加するこ
とによって中和させて溶解度を低くし、非晶質の水酸化
ジルコニウムと水酸化イットリウムを沈殿析出させる中
和共沈法などの方法により、ジルコニア前駆体を得た
後、焼成して高強度ジルコニア粉末原料とする。
【0016】〔粉末の性状、物性〕粉末の1次粒子径は
焼成温度に影響され、800から1000℃にて焼成を
行うと、0.01から0.2μmの範囲に分布し、平均
1次粒子径は約0.1μmとなる。2次粒子径はレーザ
ー回折法により測定し、0.01から30μmの範囲に
分布し、平均2次粒子径は約0.5乃至2μmの範囲と
なるように粉砕調整する。
【0017】〔混合粉末スラリーの調製〕次に、アルミ
ナとの複合粉末を作製する場合の要領について述べる。
【0018】平均粒径が0.1から2.0μmで純度が
99.0%以上であるAl23粉末と0.1から5モル
%のイットリアおよび/またはセリアを含む平均粒径
0.03から1.0μmのZrO2粉末を所定の比率で混
合し、混合粉末を得る。粉砕容器、粉砕機部材用には、
高硬度の材料が好ましいので酸化アルミニウム量は少な
くとも50重量%、酸化ジルコニウムは15乃至40重
量%がよい。この範囲で適度に強度と靭性を有し、耐摩
耗性にも優れた材料が提供できる。さらに、酸化アルミ
ニウムの量が60乃至85重量%の範囲であれば耐摩耗
性が一層改善される。さらに望ましくは、65乃至75
重量%の酸化アルミニウムと25乃至35重量%の酸化
ジルコニウムからなる複合セラミックスを用いると上記
効果を一層引き立てることが可能である。また、粉砕媒
体用の材料としては上記部材よりも硬度が若干低く、靭
性が高いものが好ましいので酸化ジルコニウムを主成分
とし、40重量%以下の酸化アルミニウムを含み、酸化
ジルコニウムの中にイットリアおよび/またはセリアが
0.1乃至5モル%含むものが望ましい。混合操作は、
湿式でもよく、乾式でもよい。混合粉末は、必要に応じ
て乾燥した後、粗粉砕し、篩分けするか、造粒する。な
お、Al23粉末は、緻密な焼結を行えるという理由で、
平均粒径が0.3μmから2μmの範囲にあるのが好まし
い。ZrO2粉末は、Al23中への均一な分散を考える
と、平均粒径が1μm以下であるものが好ましい。さら
に、上述した各粉末の純度は、不純物による結晶粒の異
常成長を防止して、強度、硬度、破壊靭性などの機械的
性質を一層向上させるため、99%以上であるのが好ま
しい。なお、粉砕の程度は平均粒径が0.3μmから2
μmの範囲にあるAl23が平均粒径0.3μmから1.2
μm程度になるまで、あるいは平均粒径が0.3μmから
2μmの範囲にあるZrO2が平均粒径0.3μmから1.
2μm程度になるまで、行うことが好ましい。また、混
合の均一性に関しては、平均粒径が0.5μmで純度が
99.8%であるAl23粉末を70重量%、安定化剤と
して3モル%のY23を含む平均粒径1.0μmのZrO2
粉末を30重量%の割合で、3時間、純水中で湿式混合
粉砕して、平均粒径を0.6μmに調製することができ
る媒体撹拌ミルを、1時間以上用いるのと同程度の均一
性・混合程度が好ましい。より好ましくは2時間以上、
さらに好ましくは3時間以上用いるのと同程度の均一性
・混合程度である。
【0019】〔造粒、成形方法〕粉砕媒体を作製する方
法には、圧縮式、押出し式、転動式などがある。とりわ
け転動造粒法は、粉末を転がして球状ペレットをつくる
方法であり、またロータリープレスは粉末を圧縮してデ
ィスク状の円柱ペレットを作る方法であり、いずれも量
産化、低コスト化が容易であり好ましい。
【0020】とりわけ転動法は、回転容器、攪拌羽根の
作用により、または振動手段を用いる機械的方法で乾燥
粉末原料を転がしながら、液を散布して、ほぼ球状で必
要な強度を供えたペレットを作るため、0.3mmφか
ら50mmφ程度までの広い範囲の直径をもつボール状
粉砕媒体を作製するのに適している。
【0021】粉砕機用部材の成形には、ラバープレスお
よび金型プレスによって、所望する形状の粉砕機器部材
を作製する。ベッセル、スリーブ、スクリーン、粉砕ピ
ンなど複雑形状のものはラバープレス後、削り出しによ
って成形を行い、粉砕ディスクなどディスク状のものは
金型プレスにてニアネットシェイプに成形した。すなわ
ち、金型プレス法では上記粉末を金型に充填し、500
から4000kgf/cm2の圧力を加えて成形し成形体を得
た。また、ラバープレス法を用いた場合は、500から
2000kgf/cm2の圧力下において成形体を得た。
【0022】〔焼結、加工方法〕成形体は、大気中また
は不活性雰囲気中で1300から2200℃の範囲で3
0分から3時間の焼成することによって、緻密な焼結体
を得ることができる。焼結には、通常の常圧焼結法のほ
か、加圧焼結法や、ホットプレス法を用いることがで
き、あらかじめ成形することを要しない場合もある。焼
結時の雰囲気は、大気中など酸化性雰囲気とする。ま
た、焼結温度と時間は、Al23の平均結晶粒径が2μm
以下であり、ZrO2の平均結晶粒径が2μm以下になるよ
うに、かつ望ましくは、焼結体が緻密でビッカース硬度
(Hv)が1300kgf/mm2以上になるように注意深く制御
する。また、Al23が急激に粒成長を起こして焼結体の
硬度、強度を低下させないように、焼結温度近くでは、
0.5℃/分以下のゆっくりした速度で昇温する。一
方、焼結後は、冷却速度が遅すぎると単斜晶のZrO2
多く析出するため、5℃/分以上の速度で冷却する。仕
上げの研磨は両面ホーニング盤、バレル研磨機により研
磨し、最終的に最大粗さ50nm以下の鏡面に仕上げ
る。
【0023】次に、得られたセラミックスに研削、研磨
などの機械加工を施し、また、必要に応じて貼り付け施
工などを行って所望の部材を得る。
【0024】〔焼結体の組織、物性〕本発明の粉砕機部
材および/または粉砕用媒体の代表的素材として、アル
ミナ−ジルコニア系複合セラミックスがあり、特に限定
されるものではないが、粉砕機部材としては60乃至8
5重量%であることが好ましく、65乃至75重量%で
あることがより好ましい。また、粉砕用媒体としては、
酸化ジルコニウムを主成分とし、40重量%以下の酸化
アルミニウムを含み、酸化ジルコニウムの中にイットリ
アおよび/またはセリアが0.1乃至5モル%含むもの
が望ましい。上記アルミナは、純度が高い方が好まし
く、特に限定されるものではないが、純度は、99.8
重量%以上であることが好ましい。
【0025】上記部材は、15から40重量%の酸化ジ
ルコニウムを含み、酸化ジルコニウム中には、安定化剤
としてY23、CeO2の一種または二種を酸化ジルコニ
ウムに対し1.5乃至5モル%含み、酸化ジルコニウム
の平均結晶粒径が2μm以下、酸化アルミニウムの平均
結晶粒径が2μm以下であり、酸化ジルコニウムの体積
比で50%以上が室温で準安定な正方晶で存在するアル
ミナ−ジルコニアセラミックス素材からなることを特徴
とする粉砕機用部材である。さらに、粉砕機部材はビッ
カース硬度が1300kgf/mm2以上であるセラミックス
素材であることが望ましい。硬度が1300以下では、
十分な硬度がないので、使用中に摩耗が著しく生じてし
まう。さて、粉砕機用部材における摩耗機構は必ずしも
明らかではないが、硬度が高く、かつ、強度、靭性が高
いものが、耐摩耗性に優れると一般的に考えられてい
た。しかしながら、本発明では、素材として、例えば硬
度1650以上のアルミナ−ジルコニア素材を用いた場
合、当該アルミナ−ジルコニア素材よりも、Al23及び
ZrO2の結晶粒径及びZrO2の結晶形態、さらには、焼結
体の特性として重要なビッカース硬度(Hv)を精密に制御
することによって硬度、強度、靭性を向上させ、耐摩耗
性の優れた粉砕機が得られることが判明した。すなわ
ち、粉砕機部材よりもビッカース硬度が100から50
0kgf/mm2低い粉砕媒体を使用すると、粉砕部材は長期
間の使用によってもほとんど摩耗せず、かつ、粉砕媒体
も均一に摩耗が起こり、従来よりも長寿命することがわ
かった。より好ましくは、粉砕機部材よりもビッカース
硬度が200から400kgf/mm2低い材料を粉砕媒体に
用いると、さらにこの効果は顕著である。
【0026】本発明の粉砕機用部材で用いるセラミック
スの中には、15から40重量%のジルコニアを含む素
材がある。酸化ジルコニウムが15重量%未満であれ
ば、正方晶から単斜晶への応力誘起変態により強度向上
に寄与する酸化ジルコニウムの量が少ないため、本素材
で重要な強度向上の効果が達成できない。一方、酸化ジ
ルコニウムが40重量%を越えると酸化ジルコニウムの
結晶粒の凝集が起こり強度が低下し、また、酸化アルミ
ニウムの含有率が下がるため、硬度も低下する。よっ
て、酸化ジルコニウムの含有率は、15から40重量%
であることが必要である。なお、より好ましい含有率
は、20から35重量%である。
【0027】本発明の素材では、Y23、CeO2の一種
または二種を0.1乃至5.0モル%を含むことを必要
としており、好ましくは、酸化ジルコニウム中に、安定
化剤としてY23、CeO2の一種または二種を酸化ジル
コニウムに対し1.5乃至5モル%含んでいる。1.5
モル%未満であれば、酸化ジルコニウム中の正方晶が安
定化されず室温において単斜晶で存在する割合が多くな
り高強度が期待できない。5モル%を越えると逆に正方
晶が完全に安定化される方向になり、室温における応力
誘起変態が起こらず、強度が向上しない。より好ましく
は、安定化剤としてY23を酸化ジルコニウムに対して
2乃至3.5モル%含んでいることが望ましい。
【0028】本発明では、酸化ジルコニウムの平均結晶
粒径は、2μm以下である。粒径が2μmを越えると冷却
時に酸化ジルコニウムが単斜晶に変態し、強度が向上せ
ず、また、硬度も高くならない。なお、より好ましい平
均結晶粒径は0.2μm以上0.8μm以下であり、より好
ましい結晶粒径の範囲は、0.2μm以上0.6μm以下
である。
【0029】本発明では、酸化アルミニウムの平均結晶
粒径は、2μm以下である。2μmを越えると硬度が低下
し、また、酸化アルミニウム基質の強度が低下すると共
に酸化ジルコニウムの単斜晶への変態を抑えることがで
きず、強度が大きく低下するようになる。より好ましい
平均結晶粒径は0.5μm以上1.5μm以下である。
【0030】本発明では、酸化ジルコニウムの体積比で
50%以上が室温で準安定な正方晶である。正方晶が体
積比で50%未満である場合は、正方晶から単斜晶への
応力誘起変態による強度向上が期待できない。好ましく
は95%以上が望ましい。
【0031】本発明において、焼結体のビッカース硬度
(Hv)が1650kgf/mm2以上としたとき、耐摩耗性が一
層向上する。ビッカース硬度(Hv)が1650kgf/mm2
満では、本素材の主な用途である摺動部材の性能が低下
し、とくに、粉砕機部材における耐摩耗特性が著しく低
下する。
【0032】さらに、焼結体の曲げ強度が65kgf/mm
2 以上であることが望ましい。この値以上の強度で、衝
撃に対する抵抗の大きい丈夫な粉砕機用部材、粉砕用媒
体および/またはそれらからなる媒体攪拌型粉砕機を実
現することができる。より好ましくは、曲げ強度が80
kgf/mm2以上である。
【0033】また、JISR1607に準拠した予亀裂
導入破壊試験法による破壊靱性値が3以上10MPa・
1/2以下のセラミックスからなる媒体攪拌型粉砕機用
部材、および破壊靱性値が4以上20MPa・m1/2以下
のセラミックスからなる粉砕用媒体を用いることが好ま
しい。この組み合わせにおいて、粉砕部材は長期間の使
用によってもほとんど摩耗せず、かつ、粉砕媒体も均一
に摩耗が起こり、従来よりも長寿命する。
【0034】粉砕機ベッセルの外表面を金属、プラスチ
ックス、木材のいずれか、またはそれら2種以上の組み
合わせからなる衝撃吸収材によって被覆することによっ
て、粉砕機ベッセルの耐衝撃性が向上し、耐久性が発現
する。金属は比較的柔らかい軟鉄や真鍮、プラスチック
スはエポキシ樹脂、アクリル樹脂を含浸した織布などが
よい。これを外筒に張り付けることによって、内部から
受ける衝撃を吸収する効果がある。
【0035】セラミックス粉砕媒体の摩耗試験について
は、表面をバレル研磨などにより研磨し、直径5から2
0mmφのセラミックス媒体について、各々のボール20
0個を内容積1000mlのセラミックス製ポットミルに
入れ、さらに、媒体の総重量の20から50%の水と1
から10%の平均粒径が0.5から2μmのSiC粉末を
入れ、ポットミルを80から120rpmの速度で20か
ら100時間運転し、ボール重量の損耗率を算出した。
【0036】焼結体の表面粗さは任意の長さ40μmの
ラインについて、中心線平均粗さが20nm以下で、か
つ、最大表面粗さが100nm以下であることが望まし
い。この条件で表面は鏡面状態に近く、耐磨耗性は良好
な結果が得られた。粉砕媒体表面の平均表面粗さが10
nm以上、最大表面粗さが100nmを超えると、表面
が粗すぎて、効率よく粉砕を行えない。表面は急激に磨
耗が生じ、ボールからのコンタミが多くなってしまう。
以上から、ボールの平均表面粗さは20nm以下で、か
つ、最大表面粗さが100nm以下であることが望まし
い。より望ましくは、平均表面粗さが10nm以下で、
かつ、最大表面粗さが80μm以下であることが望まし
い。
【0037】また、粉砕媒体の表面において、任意の5
0μm角の範囲で幅0.5μm以上、深さ0.2μm以
上で、かつ、長さが10μm以上の研磨傷が2本以下で
あることが望ましい。研磨する過程において、幅0.5
μm以上であり、かつ、深さが0.35μm以上の溝状
の傷が発生すると、この部分に被粉砕物が挟み込まれて
デッドスペースとなり、効率よく粉砕が行えない。
【0038】粉砕用媒体の形状は球状、柱状、錐状のい
ずれでも特に限定されないが、球状のものは数ミクロン
以下の微粉砕用に、それ以外の形状は粗粉砕用に用いら
れることが望ましい。球状では0.2mm乃至20mm
までの直径サイズが用いられるが、細かい径のものほど
短時間で微粉砕が可能となるので好ましい。
【0039】また、球形以外の形状では平面部の面積が
全表面積の20乃至50%の範囲であることが粗粉砕に
おいては好ましい。粗粉砕では程度な範囲で平面部が大
きいほど効率よく衝撃を与えることができる。20%以
下では低すぎて十分平面を利用した破砕が行えない。ま
た、50%を超えると縁の部分が多くなって、媒体自体
の摩耗が問題となるので好ましくない。円柱形状の場
合、円柱の直径に対する高さのアスペクト比が0.5乃
至2であって、直径が0.5乃至15mmであることが
好ましい。
【0040】部材に適するセラミックの材質としては、
適度な硬度、強度および破壊靱性が必要である。硬度は
ビッカース硬度で1100以上3000以下が好まし
い。これ以下では柔らかすぎて、すぐに磨滅が生じてし
まうし、逆に堅すぎると、粉砕媒体側を早く磨滅させた
り、亀裂が生じやすくなる。
【0041】さらに、焼結体は粉末X線回折により結晶
構造を解析することによって、実質的に単斜晶を含まな
い正方晶系ジルコニアなど高強度セラミックスであるこ
とが望ましく、ボールの圧壊荷重は0.5mm径で20
0ニュートン以上、0.7mm径で300ニュートン以
上、1.0mm径で500ニュートン以上、2.0mm
径で1500ニュートン以上であることがさらに望まし
い。
【0042】次に、表面粗さの測定方法について述べ
る。
【0043】粉砕媒体の表面粗さは中心線平均粗さで
0.1μm以下であるため、触針式またはレーザーなど
の光学系位相差を用いて測定する方法では検出精度に限
界がある。このため、原子間力顕微鏡や複数の検出器の
ある走査型電子顕微鏡により、表面粗さを測定する方法
が再現性よく高精度の測定が可能となるので好ましい。
【0044】ここでは原子間力顕微鏡を用いて行った表
面粗さの測定方法について詳述する。原子間力顕微鏡
は、走査型トンネル顕微鏡の1種で、試料表面の微細形
状を非接触で3次元的に測定する顕微鏡である。試料と
カンチレバー先端の探針の間に働くファンデルワールス
力を利用するものである。探針はピラミッド型の突起状
であり、この頂点に試料を近づけることによって、原子
どうしの斥力が働き、カンチレバーが撓む。撓みを一定
に保つように試料高さを制御しながら試料を水平方向に
走査する。このときの高さ方向の制御信号から試料表面
の3次元形状を像に描くことができる。カンチレバーの
撓みはレーザー光の反射方向の変化を利用して検出す
る。原子間力顕微鏡は通常の走査型電子顕微鏡で必要な
導体膜のコーティングが必要ないため、より高精度の測
定が可能である。
【0045】本発明の粉砕機の主構成は、ベッセルと呼
ばれる粉砕容器部分、アジテータと呼ばれる攪拌駆動部
分および粉砕ビーズ、メディアと呼ばれる粉砕媒体部分
からなる。すなわち、粗原料を粉砕するため、粗原料の
粉砕物をメディア単独あるいは撹拌ピンまたは撹拌ディ
スクによる撹拌の併用によって粉砕物をスラリー化し、
該スラリーと未粉砕物及びメディアをスクリーンで分離
する構成が一般的である。その全体図を図1に示す。ベ
ッセル(1)と呼ばれる粉砕容器、回転軸となるアジテ
ータシャフト(2)にスリーブ(3)を介して嵌合され
た粉砕ピン(4)、スクリーン(5)と呼ばれる被粉砕
物と粉砕媒体を分離する部分および粉砕容器に充填され
た粉砕用媒体(6)から構成される。
【0046】本発明の粉砕機において摩耗する部分は、
前記粉砕容器部分、攪拌駆動部分および粉砕媒体部分の
すべてに該当する。とりわけ、スクリーンのスリット部
分、撹拌ピン、撹拌ディスク乃至はスリーブまたはカラ
ーなどの摩耗が特に問題とされる。これらの摩耗部分の
少なくとも1つを備え、かつ、上述したように硬度、強
度、靱性が高く、耐磨耗性に優れたセラミックス素材が
用いられていることにより、本発明の目的は達成される
が、好ましくは撹拌ピンまたは撹拌ディスクが、より好
ましくは、スクリーンも、さらに好ましくはスリーブま
たはカラーも、上述したセラミックスで構成されること
により本発明の目的は効果的に達成される。各部位をそ
れぞれセラミックス化することにより、それぞれ耐久性
は向上するが、金属成分の混入を防ぐためには、できる
だけすべての部位をセラミックス化することが有効であ
る。
【0047】本発明におけるセラミックス素材につい
て、耐摩耗性を有するセラミックス素材ならば特に限定
されるものではないが、具体例を挙げるならば、部分安
定化ジルコニア、特に正方晶系ジルコニア、ジルコニア
−アルミナ複合素材、窒化珪素、炭化珪素、金属シリコ
ン含有炭化珪素、アルミナ、超硬等が例示できる。一般
にセラミックスは金属材料に比べて耐摩耗性は非常に大
きい。特に正方晶のジルコニア(部分安定化ジルコニア
とも呼ばれる)及び窒化珪素はその曲げ強さは70から
150kgf/mm2 と高く、耐摩耗性も大きい、硬度はビッ
カース硬度で1200から1800kgf/mm2 である。ま
た、アルミナは更に硬度が高く、1600から2000
kgf/mm2 であり、硬度が高い材料に対しての耐摩耗性が
大きい。しかしながら、曲げ強さは50kgf/mm2 前後と
幾分低いので、比較的小型のものに適用するのが好まし
い。アルミナ−ジルコニア複合素材は曲げ強さは80kg
f/mm2 前後でアルミナより大きく、且つ硬度も1600
kgf/mm2以上と高く、耐摩耗性もあり、最適の材料の1
つである。正方晶のジルコニアは平均粒径 1μm 以下の
固溶化したY2 3を1.5 から 5モル%含み、平均粒径
0.5 から 2μm からなるものが好ましい。アルミナ−ジ
ルコニア複合素材(ZTA)では、酸化アルミニウムを
主成分とし、結晶構造として50体積%以上が正方晶で
あるZrO2を15から40重量%の範囲で含み、か
つ、Al23の平均粒径が5.0μm以下、ZrO2
平均粒径が2.0μm以下の範囲であることが好まし
い。かかる複合素材はAl23の優れた熱伝導率特性を
有しつつ、高い強度が発揮される。
【0048】本発明の媒体攪拌型粉砕機について構成部
品に分けて詳述する。前述したように、粉砕機はベッセ
ルと呼ばれる粉砕容器部材、カラー、スリーブと呼ばれ
るアジテータシャフトに付随する攪拌軸周辺部材、粉砕
ディスク、粉砕ピンと呼ばれる粉砕媒体を直接駆動させ
るためのシャフトに嵌合する部分、スクリーンと呼ばれ
る被粉砕物と粉砕媒体を分離する部分および粉砕容器に
充填されるボール状、ペレット状の粉砕媒体から構成さ
れる。
【0049】まず、スクリーンについて説明する。スク
リーンとは、粗原料を粉砕するため粗原料の粉砕物をメ
ディア単独或いは撹拌棒による撹拌の併用によって粉砕
物をスラリー化する粉砕機において該スラリーと未粉砕
物及びメディアを分離するための耐摩耗性のある部材で
ある。図2のスクリーンは円筒状の内側から外側へ濾過
されるようになっており、SUS304製ベース
(7)、ジルコニア製スリット棒(8)および補強棒
(9)で構成されている。環状のベース(7)の内側円
周上には溝が加工してあり、この溝にスリット棒(8)
が必要数量だけ嵌合セットしてある。嵌合されたスリッ
ト棒は押え板により、ずれないように嵌合され、取付け
ネジで機械的に締付け固定されている。このように固定
すれば、粉砕媒体や未粉砕物の動きや機械振動による動
荷重や衝撃荷重により、外れることなくしっかりと固定
される。環状で断面形状が三角形の押え板はベース
(7)の溝に嵌合されたスリット棒が使用中にずれない
ようにするための補助的な部品で、材料は比較的弾力性
のあるポリイミド樹脂などの素材が望ましい。通常のス
クリーンは、円筒形でスリットが円周上で軸と平行に同
心円状に配列されていて、外から中に濾過させる場合は
スリット棒を外側から、中から外に濾過させる場合はス
リット棒を内側に配列する等の工夫がされている。スク
リーンの直径は通常50mmから1mに達するものまで
あるが、それ以外の大きさでも何等問題ない。各部品は
その都度、所定のスリット幅の大きさ、全体の大きさか
らの設定強度の設計計算より任意の値を設定される。
【0050】次にスリット棒の形状であるが、基本的に
はその断面が4辺形であり、濾過するスクリーンである
ので、少なくとも濾過物が通過する入り口側が出口側よ
り大きい形状の方が、スリット棒どうしで構成されるス
リット幅を通じて濾過される際に通過物の詰まりが生じ
難い。好ましくはその断面形状が台形で長辺側が入り口
に来るように配列すると濾過物がスクリーンのスリット
棒を通過後詰まることなく排出される。又、ベースにス
リット棒を嵌合する際にも断面が台形または三角形が締
め込みが容易であるので好ましい。台形形状としては、
長辺部:短辺部=10:1から10:9、長辺部:高さ
=2:1から1:10の範囲のものが締め込みが簡単で
より好ましい。
【0051】スリット棒の角のエッジ部分は最も摩耗を
受け易く、又、衝撃的な荷重により欠け易い部位なの
で、予めエッジ部分はC面0.1から0.2程度の面取
りをしておくことは好ましいことである。
【0052】次にベースのスリット棒を受ける溝の形状
については、スリット棒が適度な嵌合深さおよび嵌合の
突出高さが得られるものであれば特に限定されるもので
はないが、たとえば、深さがスリット棒の肉厚よりも若
干浅くするか溝幅の勾配や形状(段差など)を調整する
ことにより達成できる。好ましくはスリット棒が台形で
ある場合、溝も勾配のついた台形の方がよい。
【0053】以上円筒形スクリーンの場合について説明
したが、他に円盤状のものもよく用いられる。
【0054】円盤状スクリーンの場合は、図3のように
中心部の円形のベースと外周部の環状のベースの間にス
リット棒を放射状に配列される。この場合はスリット幅
を一定にするためにスリット棒は錐状の放射状に先端が
太くなったものを使用することが好ましい。また、四角
型のスクリーンの場合は角型のベースにスリット棒を平
行に嵌合し、その両端を固定すれば良い。また、円盤状
スクリーンのスリットの外側嵌合部分は、その放射形状
のためL字型に切り込んだ形状にしても良い。この場
合、切り欠き部分と残った部分の比がおおよそ1:5か
ら1:40程度が好ましい。いずれの場合においても本
スクリーンはベースに嵌合するための溝とその溝の嵌合
する深さ以上の肉厚のセラミックス製のスリット棒をそ
の溝に嵌合させて一定幅のスリットを具現化する。この
ようにすれば、メディアや未粉砕物はベース材料に直接
触れることなく、耐摩耗性の良いスリット棒のみで濾過
され、又スリット幅は精度良く機械加工されたスリット
棒及び精度良く機械加工されたベースの溝に支配され、
鑞付や溶接による歪みも受けないので精度の良いスクリ
ーンが具現化できる。
【0055】さて、粉砕機において、粉砕媒体や粉砕物
を効果的に撹拌するのに、粉砕機内部で回転する撹拌手
段が好適に用いられる。典型的な撹拌手段として粉砕ピ
ンおよび撹拌ディスクが挙げられる。
【0056】まず、粉砕ピンについて説明する。粉砕ピ
ンは、回転中心軸に対しておおよそ直角に配置される。
図1のようにアジテータシャフト(2)により貫通され
たスリーブ(3)を介して取り付けられる方が、回転中
心軸シャフトに直接取り付けるよりも好ましい。粉砕ピ
ンのサイズは特に限定されるものではないが、直径は3
から30mm、長さは20から300mm、あるいは撹
拌機の内径の3%から10%程度が一般的サイズであ
る。また、先端部分はC面1から5mm程度の面取りさ
れていることが好ましい。本数は4から16が一般的で
ある。粉砕ピンは回転中心軸方向に多段に設けてもかま
わない。この場合、上段と下段の粉砕ピンは回転中心軸
の長軸方向上1列に設けてもよいが、互い違いになるよ
うに設置しても構わない。粉砕ピンの断面形状は耐久性
などを勘案して円形が好ましい。
【0057】粉砕ピンの固定方法としては、別のピンで
かしめて固定するピン留め式粉砕ピンや、ピン自身にネ
ジ切りして固定するねじ切り式粉砕ピンがある。ピン留
め式粉砕ピンでは、粉砕ピン自身のねじ切り部分が欠け
る恐れがないのでねじ切り式粉砕ピンよりも好ましい。
【0058】まず、前者のピン留め式粉砕ピンについて
説明する。これは、固定端部内部、例えばスリーブ内に
おいて、撹拌ピンの長軸に対して垂直に別のピンで締め
付ける。粉砕ピンが前記にように締め付けられる部位
は、好ましくは図4に示すピン留め括れ部を有する。ピ
ン留め括れ部は粉砕ピンの直径の70から90%程度の
直径であることが好ましい。70%以下では細すぎて強
度が弱くなり、90%以上では浅すぎて締め付け固定が
弱く、粉砕ピンが抜け落ちる心配がある。また、ピン留
め括れ部の回りにはC面加工して、C1からC3程度の
面取りをしておくことが好ましい。なお、ピン留め括れ
部を全周的に設けず締め付けられる方位にのみ設ける態
様もありえるが、これは位置合わせがやや困難となる。
また、ピン留め凹部を深くして、場合によっては貫通孔
にする態様もあり得る。ピン留め式粉砕ピンに用いるス
リーブとしては、差し込み孔に粉砕ピンが挿入される。
差し込み孔は製作の容易さから、スリーブの回転中心軸
貫通孔まで、貫通していることが好ましい。粉砕ピン差
し込み孔が貫通している場合、粉砕ピンの先端は回転中
心軸に到達して、締め付け位置の位置決めができる。差
し込まれた粉砕ピンは差し込みピン孔22より挿入され
た差し込みピンにより固定される。粉砕ピン方式のスリ
ーブの下端部にはスクリュー羽根が設けられていて、メ
ディアや粉砕粒子を遠心力を利用して外周部へ排除す
る。なお、粉砕機が大きく回転中心軸方向に沿って長い
場合、スリーブのスクリュー羽根を有さない端面側に両
端面が平坦なスリーブを端面同士で密着させ、複数並べ
て回転中心軸に取り付けて対応することもできる。
【0059】後者のネジ切り式撹拌ピンは、図5に示す
ように撹拌ピンの先端に雄ねじのねじ切り部、撹拌ピン
差し込み孔に雌ねじが切られ,差し止めピン及び差し止
めピン挿入孔を有さない以外は、ピン留め式撹拌ピンお
よびそのスリーブと同様である。なお、撹拌ピンをレン
チなどにより、締め付けるために、平面切り欠き部を設
けるとよい。
【0060】次に撹拌ディスクについて説明する。図6
に示したように撹拌ディスク(10)とカラー(11)
を交互に積み重ねた構造で構成される。これらは撹拌ピ
ンのスリーブの場合と異なり、長軸方向に締め付けられ
ることにより固定される。撹拌ディスクの直径はおおよ
そ50から400mm、あるいは粉砕装置内径の50か
ら90%であることが好ましい。また、厚みは3から2
0mmが好ましい。
【0061】図7に車輪型の撹拌ディスクの例を示す。
中心にはディスクの回転中心軸貫通孔を有する。この孔
の形状を見てもわかるとおり、撹拌ディスクの場合、回
転中心軸の断面形状は正方形など非真円形状であること
が好ましい。真円形状だと、回転時に、撹拌ディスクと
回転中心軸との間に滑りが発生して、回転効率が低下す
る恐れがあるからである。重量軽減と撹拌効率向上のた
め、撹拌ディスクには円周孔が設けられている。円周孔
の面積は撹拌ディスクの面積の10から50%程度が好
ましく、孔の数は2から6個が好ましい。また、回転方
向にスロープ部を設けることより抵抗が軽減されてよ
い。さらに円周上ピン部の出っ張りにより、撹拌効率を
高めることができる。図8には風車型の撹拌ディスクの
例を示す。これは円周孔の代わりに円周溝をを有する。
中心には車輪型の撹拌ディスクと同様にディスクの回転
中心軸貫通孔を有する。この図においては時計回りに回
るものである。溝の数などの好適範囲は車輪型の場合と
ほぼ同様である。
【0062】次に撹拌ディスクの間に設けられるカラー
を図9に説明する。カラー自身は撹拌ディスクほど抵抗
を受けないので、回転中心軸との滑りは殆ど問題となら
ないので、カラーの回転中心軸貫通孔は真円形状でもか
まわない。ただし、回転中心軸とカラー内径とは接する
ようサイズを調整することが好ましい。カラーの直径は
おおよそ20から200mmあるいは粉砕装置内径の2
0から50%であることが好ましい。また、厚みは15
から200mmが一般的である。
【0063】(物性測定の方法)このようにして得られ
たジルコニアセラミックスについて、平均結晶粒径、正
方晶ジルコニアの割合、及びビッカース硬度(Hv)を求
めた。
【0064】平均結晶粒径は、ジルコニア表面を研磨し
た後エッチングし、そのエッチング面の顕微鏡写真にお
いて、結晶粒の円相当径の数平均径を画像処理にて求め
た。
【0065】正方晶の割合は、セラミックスの表面を注
意深く鏡面研磨し、X線回折法によって分析したとき、
2θ=30.2°付近に現れる正方晶の(111)面の
回折ピークの積分強度T(111)と、2θ=28.2
°付近に現れる単斜晶の(111)面の回折ピークの積
分強度M(111)と、2θ=31.5°付近に現れる
単斜晶の(111-)面の回折ピークの積分強度M(1
11-)とから、式 T(111)/{T(111)+M(111)+M(111-)}×100 [体積%] によって求めた。なお、1- は、−1を表す。
【0066】ビッカース硬度(Hv)は、セラミックス表
面を注意深く鏡面研磨し、そこに、ビッカース圧子を、
加重P[kgf]でセラミックス表面に圧入したときにで
きる圧痕の対角線の長さをd [mm]とすると、式 Hv[kgf/mm2]=1.85437×P/(d×d) によって求め、7点測定した後、最高値と最低値を除く
5点の平均値とした。
【0067】破壊靱性値はJISR1607、曲げ強度
はJISR1601の3点曲げに準拠して行った。
【0068】
【実施例】以下に、本発明について、下記実施例を用い
て、具体的に説明する。ただし、本発明はこれに限定さ
れない。
【0069】[実施例1] (粉砕媒体)純度99.9%のオキシ塩化ジルコニウム
と塩化イットリウム溶液をジルコニアおよびイットリア
に換算して、モル比率97.25:2.75となるよう
に混合調製し、これにさらにAl2O3換算で0.375
重量%となるように塩化アルミニウムを添加する。調製
された混合溶液から、95℃に設定したオートクレーブ
中でジルコニア前駆体となる結晶質水和ジルコニアを得
た。これを800℃にて焼成し、平均粒子径0.12μ
mの粉末原料とする。
【0070】これを媒体撹拌型ミルを用いて、3時間、
純水中で湿式粉砕して、平均凝集粒径を0.6μmに調
製した後、バインダーとしてポリビニルアルコールを加
え、スプレードライヤーにより噴霧造粒乾燥し、平均1
50μmの造粒粉末を得た。
【0071】次に転動造粒法により粉砕媒体を成形し
た。ここでは、回転容器を用いて乾燥粉末原料を転がし
ながら、液を散布して、球状ペレットを作製した。
【0072】成形されたペレットは、大気中1400
℃、1時間焼成することによって、緻密な焼結体を得る
ことができた。仕上げの研磨はバレル研磨を用い、最終
的に最大粗さ0.03μmの鏡面に仕上げた。
【0073】 ZrO2の平均結晶粒径 : 0.5μm ZrO2の正方晶の割合 : 100体積% ビッカース硬度(Hv) : 1320kgf/mm2 曲げ強度 : 128kgf/mm2 破壊靱性値 : 7.3MPa・m-1/2 焼結体の表面粗さは、原子間力顕微鏡により測定した。
平均表面粗さは5.4nmで、最大粗さが76nmであ
った。また、観察したボールの表面において、巾0.5
μm以上で、かつ、深さ0.35μm以上、長さ10μ
m以上の研磨傷はなかった。
【0074】焼結体を粉末X線回折により結晶構造を解
析した結果、実質的に単斜晶を含まない正方晶系のジル
コニアであり、圧壊荷重は0.5mm径で250ニュー
トン、0.7mm径で430ニュートン、1.0mm径
で750ニュートンであった。
【0075】(粉砕機用部材)平均粒径が0.5μmで
純度が99.8%であるアルミナ粉末を70重量%、3
モル%のイットリアを含む平均粒径1.0μmのジルコ
ニア粉末を30重量%の割合で、媒体攪拌型ミルを用い
て、3時間、純水中で湿式混合粉砕して、平均凝集粒径
を0.6μmに調製した後、バインダーとしてポリビニ
ルアルコールを加え、スプレードライヤーにより噴霧造
粒乾燥し、混合粉末を得た。
【0076】次に、ラバープレスおよび金型プレスによ
って、所望する形状の粉砕機器部材を作製する。ベッセ
ル、スリーブ、スクリーン、粉砕ピンはラバープレス
法、粉砕ディスクは金型プレスにて作製した。すなわ
ち、金型プレス法では上記粉末を金型に充填し、100
0kgf/cm2の圧力を加えて成形し成形体を得た。また、
ラバープレス法を用いた場合は、1000kgf/cm2の圧
力下において、の成形体を得た。
【0077】次に、上記成形体を、大気中にて1550
℃、2時間焼結し、アルミナ−ジルコニア系複合セラミ
ックスを得た。
【0078】 Al23の平均結晶粒径 : 1.0μm ZrO2の平均結晶粒径 : 0.5μm ZrO2の正方晶の割合 : 100体積% ビッカース硬度(Hv) : 1710kgf/mm2 曲げ強度 : 85kgf/mm2 破壊靱性値 : 5.3MPa・m-1/2 摩耗試験については、表面をバレル研磨した直径10mm
の上記ジルコニア製ボールについて、そのボール200
個を内容積1000mlの上記アルミナ−ジルコニア製ポ
ットミルに入れ、さらに、ボール部材の総重量の36%
の水と4%の平均粒径が1μmのSiC粉末とを入れ、ポ
ットミルを100rpmの速度で50時間運転し、ボール
重量の損耗率を計算した。
【0079】 摩耗による損耗率 : 0.06% [実施例2] (粉砕媒体)実施例1の粉砕機部材に用いたアルミナ−
ジルコニア混合粉末を用いて、これを媒体撹拌型ミルを
用いて、3時間、純水中で湿式混合粉砕して、平均凝集
粒径を0.8μmに調製した後、バインダーとしてポリ
ビニルアルコールを5重量%加え、スプレードライヤー
により噴霧造粒乾燥し、平均150μmの造粒粉末を得
た。
【0080】造粒粉末をは転動造粒法により平均直径
0.8μmとなるように成形した。ここでは、回転容器
を用いて乾燥粉末原料を転がしながら、液を散布して、
球状ペレットを作製した。
【0081】成形されたペレットは、大気中1550
℃、1時間焼成することによって、緻密な焼結体を得る
ことができた。仕上げの研磨はバレル研磨を用い鏡面に
仕上げた。
【0082】焼結体の表面粗さは、原子間力顕微鏡によ
り測定した。平均表面粗さは7.4nmで、最大粗さが
88nmであった。また、観察したボールの表面におい
て、巾0.5μm以上で、かつ、深さ0.35μm以
上、長さ10μm以上の研磨傷はなかった。
【0083】焼結体を粉末X線回折により結晶構造を解
析した結果、実質的に単斜晶を含まない正方晶系のジル
コニアであり、圧壊荷重は0.5mm径で220ニュー
トン、0.7mm径で390ニュートン、1.0mm径
で710ニュートンであった。
【0084】(粉砕機用部材)アルミナの平均粒径は
0.17μmのものを用い、この粉末に、MgOを0.
5重量%、SiO2を0.2重量%添加し、バインダーに
はボリビニルアルコールを5重量%、溶媒は純水として
スラリーを調製した。
【0085】このスラリーを媒体攪拌型ミルを用いて、
3時間、純水中で湿式混合粉砕して、平均凝集粒径を
0.6μmに調製した後、バインダーとしてポリビニル
アルコールを加え、スプレードライヤーにより噴霧造粒
乾燥し、混合粉末を得た。
【0086】次に、実施例1と同じく金型プレスおよび
/またはラバープレスによって、所望する形状の粉砕機
器部材を作製する。
【0087】成形体は大気中1600℃にて2時間焼成
することによって、緻密なアルミナ焼結体を得ることが
できた。
【0088】 アルミナの平均結晶粒径 : 1.8μm ビッカース硬度(Hv) : 1850kgf/mm2 曲げ強度 : 47kgf/mm2 破壊靱性値 : 3.9MPa・m-1/2 摩耗試験については、表面をバレル研磨した直径10mm
の上記アルミナ−ジルコニア製ボールについて、そのボ
ール200個を内容積1000mlのアルミナ製ポットミ
ルに入れ、さらに、ボール部材の総重量の36%の水と
4%の平均粒径が1μmのSiC粉末とを入れ、ポットミ
ルを100rpmの速度で50時間運転し、ボール重量の
損耗率を計算した。
【0089】 摩耗による損耗率 : 0.09% [実施例3] (粉砕媒体)平均粒径0.12μmの炭化珪素粉末に、
Bを0.75重量%、Cを2.5重量%、金属Siを1
0重量%添加する。バインダーにはボリビニルアルコー
ルを5重量%添加し、溶媒には純水を用いてスラリーと
した。
【0090】これを媒体撹拌型ミルを用いて、3時間、
純水中で湿式混合粉砕して、平均凝集粒径を0.8μm
に調製した後、バインダーとしてポリビニルアルコール
を5重量%加え、スプレードライヤーにより噴霧造粒乾
燥し、平均120μmの造粒粉末を得た。
【0091】造粒粉末をは転動造粒法により平均直径
0.8μmとなるように成形した。ここでは、回転容器
を用いて乾燥粉末原料を転がしながら、液を散布して、
球状ペレットを作製した。
【0092】成形されたペレットは、アルゴン雰囲気中
1700℃、1時間焼成することによって、緻密な焼結
体を得ることができた。仕上げの研磨はバレル研磨を用
い鏡面に仕上げた。
【0093】焼結体の表面粗さは、原子間力顕微鏡によ
り測定した。平均表面粗さは10.5nmで、最大粗さ
が90nmであった。また、観察したボールの表面にお
いて、巾0.5μm以上で、かつ、深さ0.35μm以
上、長さ10μm以上の研磨傷はなかった。
【0094】本試料について、X線回折により分析した
結果、基材にはβ-SiC、C、Siの特性X線ピークが
観測された。
【0095】 粉砕媒体の平均結晶粒径 : 1.2μm ビッカース硬度(Hv) : 2350kgf/mm2 曲げ強度 : 33kgf/mm2 破壊靱性値 : 5.5MPa・m-1/2 (粉砕機部材)平均粒径0.12μmの炭化珪素粉末
に、Bを0.75重量%、Cを2.5重量%、Al2O
3を3.0重量%添加し、バインダーとしてボリビニル
アルコールを5重量%添加して、溶媒には純水を用いて
スラリーを調製した。このスラリーを媒体攪拌型ミルを
用いて、3時間、純水中で湿式混合粉砕して、平均凝集
粒径を0.9μmに調製した後、バインダーとしてポリ
ビニルアルコールを加え、スプレードライヤーにより噴
霧造粒乾燥し、混合粉末を得た。
【0096】次に、実施例1と同じく金型プレスおよび
/またはラバープレスによって、所望する形状の粉砕機
器部材を作製する。
【0097】成形体はアルゴン雰囲気中2150℃にて
3時間焼成することによって、緻密な焼結体を得ること
ができた。
【0098】 SiCの平均結晶粒径 : 2.2μm ビッカース硬度(Hv) : 2700kgf/mm2 曲げ強度 : 55kgf/mm2 破壊靱性値 : 3.5MPa・m-1/2 摩耗試験については、表面をバレル研磨した直径10mm
の上記金属シリコン含有炭化珪素製ボールについて、そ
のボール200個を内容積1000mlのSiC製ポット
ミルに入れ、さらに、ボール部材の総重量の36%の水
と4%の平均粒径が1μmのSiC粉末とを入れ、ポット
ミルを100rpmの速度で50時間運転し、ボール重量
の損耗率を計算した。
【0099】 摩耗による損耗率 : 0.08% [実施例4] (粉砕媒体)実施例2の粉砕媒体に用いたアルミナ−ジ
ルコニア混合粉末を用いて、これと同様に平均直径1.
2mmとなるように転動法により成形した。
【0100】成形体は、大気中1550℃、1時間焼成
することによって、緻密な焼結体を得ることができた。
仕上げの研磨はバレル研磨を用い鏡面に仕上げた。
【0101】焼結体の表面粗さは、原子間力顕微鏡によ
り測定した。平均表面粗さは7.7nmで、最大粗さが
68nmであった。また、観察したボールの表面におい
て、巾0.5μm以上で、かつ、深さ0.35μm以
上、長さ10μm以上の研磨傷はなかった。
【0102】焼結体特性は実施例2と同じである。
【0103】(粉砕機部材)平均粒径が0.5μmで純
度が99.8%であるアルミナ粉末を80重量%、3モ
ル%のイットリアを含む平均粒径1.0μmのジルコニ
ア粉末を20重量%の割合で、媒体攪拌型ミルを用い
て、3時間、純水中で湿式混合粉砕して、平均凝集粒径
を0.6μmに調製した後、バインダーとしてポリビニ
ルアルコールを加え、スプレードライヤーにより噴霧造
粒乾燥し、混合粉末を得た。
【0104】次に、実施例1と同様にラバープレスおよ
び金型プレスによって、所望する形状の粉砕機器部材を
作製する。ベッセル、スリーブ、スクリーン、粉砕ピン
はラバープレス法、粉砕ディスクは金型プレスにて作製
した。ベッセルの外表面にケブラー織布にエポキシ樹脂
を含浸したコンポジット繊維、厚さ10mmを張付けて
補強した。
【0105】次に、上記成形体を、大気中にて1550
℃、2時間焼結し、アルミナ−ジルコニア系複合セラミ
ックスを得た。さらに、ベッセルの外表面にケブラー織
布にエポキシ樹脂を含浸した厚さ10mmのコンポジッ
ト繊維を張付けて補強した。
【0106】 Al23の平均結晶粒径 : 1.2μm ZrO2の平均結晶粒径 : 0.6μm ZrO2の正方晶の割合 : 95体積% ビッカース硬度(Hv) : 1680kgf/mm2 摩耗試験については、表面をバレル研磨した直径15m
mの上記アルミナ−ジルコニア製粉砕媒体について、そ
のボール200個を内容積1000mlの上記粉砕機部材
を構成するアルミナ−ジルコニア製ポットミルに入れ、
さらに、媒体部材の総重量の36%の水と4%の平均粒
径が1μmのSiC粉末とを入れ、ポットミルを100rp
mの速度で50時間運転し、ボール重量の損耗率を計算
した。
【0107】 摩耗による損耗率 : 0.12% [実施例5] (粉砕媒体)実施例1と同様にして、粉末を調合し、造
粒後、ロータリープレス法によりディスク状の粉砕媒体
を成形した。
【0108】粉砕媒体のグリーン形状は、直径15mm
φ、高さ15mmであり、平面部面積は全表面積の33
%となる。アスペクト比(高さ/直径)は1である。
【0109】これを1400℃にて焼結し、表面粗さを
原子間力顕微鏡により測定した。平均表面粗さは5.1
nmで、最大粗さが74nmであった。また、観察した
ボールの表面において、巾0.5μm以上で、かつ、深
さ0.35μm以上、長さ10μm以上の研磨傷はなか
った。
【0110】(粉砕機用部材)平均粒径が0.5μmで
純度が99.8%であるアルミナ粉末を80重量%、3
モル%のイットリアを含む平均粒径1.0μmのジルコ
ニア粉末を20重量%の割合で、媒体攪拌型ミルを用い
て、3時間、純水中で湿式混合粉砕して、平均凝集粒径
を0.6μmに調製した後、バインダーとしてポリビニ
ルアルコールを加え、スプレードライヤーにより噴霧造
粒乾燥し、混合粉末を得た。
【0111】次に、実施例1と同様にラバープレスおよ
び金型プレスによって、所望する形状の粉砕機器部材を
作製する。ベッセル、スリーブ、スクリーン、粉砕ピン
はラバープレス法、粉砕ディスクは金型プレスにて作製
した。ベッセルの外表面にケブラー織布にエポキシ樹脂
を含浸したコンポジット繊維、厚さ10mmを張付けて
補強した。
【0112】次に、上記成形体を、大気中にて1550
℃、2時間焼結し、アルミナ−ジルコニア系複合セラミ
ックスを得た。さらに、ベッセルの外表面にケブラー織
布にエポキシ樹脂を含浸した厚さ10mmのコンポジッ
ト繊維を張付けて補強した。
【0113】 Al23の平均結晶粒径 : 1.2μm ZrO2の平均結晶粒径 : 0.6μm ZrO2の正方晶の割合 : 95体積% ビッカース硬度(Hv) : 1680kgf/mm2 摩耗試験については、表面をバレル研磨した直径15m
mの上記ジルコニア製粉砕媒体について、媒体200個
を内容積1000mlの上記アルミナ−ジルコニア製ポッ
トミルに入れ、さらに、媒体部材の総重量の36%の水
と4%の平均粒径が1μmのSiC粉末とを入れ、ポット
ミルを100rpmの速度で50時間運転し、粉砕媒体重
量の損耗率を計算した。
【0114】 摩耗による損耗率 : 0.15% [実施例6] (粉砕媒体)実施例1と同じ方法でジルコニア製ビーズ
を作製した。
【0115】(粉砕機用部材)ZrO2中に含まれる安定
化剤Y23の割合を2モル%とした他は、実施例1と同
様にしてアルミナ−ジルコニア系セラミックスを作り、
評価した。
【0116】試験結果を以下に示す。
【0117】 Al23の平均結晶粒径 : 1.0μm ZrO2の平均結晶粒径 : 0.6μm ZrO2の正方晶の割合 : 97体積% ビッカース硬度(Hv) : 1700kgf/mm2 摩耗のよる損耗率 : 0.21% [実施例7] (粉砕媒体)実施例1と同じ方法でジルコニア製ビーズ
を作製した。
【0118】(粉砕機用部材)ZrO2中に含まれる安定
化剤Y23の割合を4.5モル%とした他は、実施例1
と同様にしてアルミナ−ジルコニア系セラミックスを作
り、評価した。
【0119】試験結果を以下に示す。
【0120】 Al23の平均結晶粒径 : 1.1μm ZrO2の平均結晶粒径 : 0.5μm ZrO2の正方晶の割合 : 96体積% ビッカース硬度(Hv) : 1700kgf/mm2 摩耗による損耗率 : 0.25% [実施例8] (粉砕媒体)実施例1と同じ方法でジルコニア製ビーズ
を作製した。
【0121】(粉砕機用部材)焼結温度を1600℃と
した他は実施例1と同様にしてアルミナ−ジルコニア系
セラミックスを作り、評価した。
【0122】試験結果を以下に示す。
【0123】 Al23の平均結晶粒径 : 1.3μm ZrO2の平均結晶粒径 : 0.6μm ZrO2の正方晶の割合 : 100体積% ビッカース硬度(Hv) : 1700kgf/mm2 摩耗による損耗率 : 0.11% [比較例1] (粉砕媒体)実施例2と同じ方法でアルミナ−ジルコニ
ア製ビーズを作製した。
【0124】(粉砕機用部材)実施例1と同様にしてア
ルミナ−ジルコニア系セラミックスを作り、評価した。
【0125】試験結果を以下に示す。
【0126】 Al23の平均結晶粒径 : 1.0μm ZrO2の平均結晶粒径 : 0.3μm ZrO2の正方晶の割合 : 100体積% ビッカース硬度(Hv) : 1710kgf/mm2 摩耗のよる損耗率 : 0.65% [比較例2] (粉砕媒体)実施例1と同じ方法でジルコニア製ビーズ
を作製した。
【0127】(粉砕機用部材)実施例4と同じ方法でア
ルミナ−ジルコニア製部材を作製し、補強剤を用いなか
った。
【0128】試験結果を以下に示す。
【0129】 摩耗による損耗率 : 0.25% ベッセルの内表面に欠けによる脱落が見られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の粉砕機の断面矢視図である。
【図2】 本発明の粉砕機に用いる円筒状スクリーン
の側面図である。
【図3】 本発明の粉砕機に用いる円盤状スクリーン
の2面図である。
【図4】 本発明の粉砕機に用いるピン留め式撹拌ピ
ンに用いるスリーブである。
【図5】 本発明の粉砕機に用いるネジ留め式撹拌ピ
ンに用いるスリーブである。
【図6】 本発明の粉砕機に用いる攪拌ディスクとカ
ラーが積層された状態を示す図である。
【図7】 本発明の粉砕機に用いる車輪状攪拌ディス
クの2面図である。
【図8】 本発明の粉砕機に用いる風車状攪拌ディス
クの2面図である。
【図9】 本発明の粉砕機に用いるカラーの2面図で
ある。
【符号の説明】
1:補強棒 2:回転中心軸 3:スリーブ 4:正方晶ジルコニアセラミック製の攪拌ピン 5:棒状スリット棒 6:粉砕用媒体 7:SUS304製ベース 8:棒状スリット棒 9:補強棒 10:攪拌ディスク 11:カラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // C04B 35/10 C04B 35/10 E (72)発明者 後藤 昭一郎 滋賀県大津市園山1丁目1番1号東レ株式 会社滋賀事業場内 (72)発明者 中野 康博 滋賀県大津市園山1丁目1番1号東レ株式 会社滋賀事業場内 (72)発明者 鶴見 徹 滋賀県大津市園山1丁目1番1号東レ株式 会社滋賀事業場内

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)粉砕容器、(b)粉砕用媒体、または(c)
    粉砕機部材の少なくとも1つからなる粉砕機であって、
    少なくとも(1)粉砕機部材表面、または(2)容器内表面の
    いずれかにおいて、少なくとも50重量%以上の酸化ア
    ルミニウムを含み、0.1から5モル%のY23および
    /またはCeO2を含む15乃至40重量%の酸化ジルコ
    ニウムからなる複合セラミックスを用いることを特徴と
    する粉砕機。
  2. 【請求項2】酸化アルミニウムを60乃至85重量%含
    む複合セラミックスであることを特徴とする特許請求項
    1記載の粉砕機。
  3. 【請求項3】65乃至75重量%の酸化アルミニウムと
    25乃至35重量%の酸化ジルコニウムからなる複合セ
    ラミックスであることを特徴とする特許請求項2記載の
    粉砕機。
  4. 【請求項4】酸化ジルコニウムおよび/または酸化アル
    ミニウムの平均結晶粒径が、ともに2μm以下であっ
    て、酸化ジルコニウムのうち体積比で50%以上が正方
    晶で存在することを特徴とする特許請求項1記載の粉砕
    機。
  5. 【請求項5】酸化ジルコニウムを20乃至35重量%含
    む複合セラミックスであることを特徴とする特許請求項
    1記載の粉砕機。
  6. 【請求項6】2から3.5モル%のY23を含む酸化ジ
    ルコニウムからなる複合セラミックスを用いることを特
    徴とする特許請求項1記載の粉砕機。
  7. 【請求項7】酸化ジルコニウムが体積比で95%以上の
    正方晶で存在することを特徴とする特許請求項1記載の
    粉砕機。
  8. 【請求項8】酸化ジルコニウムの平均結晶粒径が0.2
    μm以上0.8μm以下であり、酸化アルミニウムの平
    均結晶粒径が0.5μm以上1.5μm以下であること
    を特徴とする特許請求項1記載の粉砕機。
  9. 【請求項9】少なくとも(1)粉砕機部材表面、(2)粉砕容
    器内表面において、少なくとも50重量%以上の酸化ア
    ルミニウムを含み、0.1から2モル%のY23および
    /またはCeO2を含む15乃至40重量%の酸化ジルコ
    ニウムからなる複合セラミックスを用い、粉砕用媒体が
    酸化ジルコニウムを主成分とし、40重量%以下の酸化
    アルミニウムを含み、酸化ジルコニウム中にY23およ
    び/またはCeO2を1.5乃至5モル%含む複合セラミ
    ックス材料からなることを特徴とする特許請求項1記載
    の粉砕機。
  10. 【請求項10】少なくとも(1)粉砕機部材表面または(2)
    粉砕容器内表面において、酸化アルミニウムが30乃至
    70重量%と残部が正方晶ジルコニアからなる複合セラ
    ミックスで構成され、粉砕用媒体が正方晶が90体積%
    以上からなり、実質的に単斜晶を含まないジルコニア、
    または前記ジルコニアを含むアルミナ複合セラミックス
    であることを特徴とする特許請求項1記載の粉砕機。
  11. 【請求項11】複合セラミックスのビッカース硬度(H
    v)が少なくとも1300kgf/mm2 以上であることを特
    徴とする特許請求項1記載の粉砕機。
  12. 【請求項12】複合セラミックスのビッカース硬度(H
    v)が少なくとも1650kgf/mm2 以上であることを特
    徴とする特許請求項11記載の粉砕機。
  13. 【請求項13】粉砕機部材、粉砕容器および粉砕用媒体
    からなる粉砕機において、粉砕機部材および粉砕容器の
    ビッカース硬度が1300kgf/mm2 以上であって、粉
    砕用媒体のビッカース硬度がそれよりも100乃至60
    0kgf/mm2 低いことを特徴とする粉砕機。
  14. 【請求項14】粉砕用媒体のビッカース硬度が粉砕機部
    材、粉砕容器の硬度よりも100乃至500kgf/mm2
    低いことを特徴とする特許請求項13記載の粉砕機。
  15. 【請求項15】粉砕用媒体のビッカース硬度が粉砕機部
    材、粉砕容器の硬度よりも200乃至400kgf/mm2
    低いことを特徴とする特許請求項14記載の粉砕機。
  16. 【請求項16】粉砕機部材および粉砕容器のビッカース
    硬度(Hv)が少なくとも1650kgf/mm2 以上であるこ
    とを特徴とする特許請求項13記載の粉砕機。
  17. 【請求項17】粉砕機部材、粉砕容器および粉砕用媒体
    のJISR1601による3点曲げ強度が、65kgf/m
    2 以上であることを特徴とする粉砕機。
  18. 【請求項18】JISR1607に規定された予亀裂導
    入破壊試験法による破壊靱性値において、粉砕機部材お
    よび粉砕容器の値が3乃至10MPa・m1/2であって、
    粉砕用媒体の値が4乃至20MPa・m1/2であることを
    特徴とする特許請求項1または13記載の粉砕機。
  19. 【請求項19】円柱の直径に対する高さのアスペクト比
    が0.5乃至2であって、直径が0.5乃至15mmで
    ある円柱形状を有する粉砕用媒体であることを特徴とす
    る特許請求項1または13記載の粉砕機。
  20. 【請求項20】粉砕容器の外表面を金属、プラスチック
    ス、木材のいずれか、またはそれら2種以上の組み合わ
    せからなる衝撃吸収材によって被覆することを特徴とす
    る特許請求項1または13記載の粉砕機。
  21. 【請求項21】少なくとも駆動部を有することを特徴と
    する特許請求項1または13記載の粉砕機。
  22. 【請求項22】少なくとも駆動部材表面および粉砕容器
    内表面に、少なくとも50重量%以上の酸化アルミニウ
    ムを含み、0.1から2モル%のY23および/または
    CeO2を含む15乃至40重量%の酸化ジルコニウムか
    らなる複合セラミックスを用いることを特徴とする媒体
    駆動型粉砕機。
  23. 【請求項23】粉砕用媒体において、 (a)酸化ジルコニウムを主成分とし、40重量%以下の
    酸化アルミニウムを含み、酸化ジルコニウム中にY23
    および/またはCeO2を0.1乃至5モル%含むこと、
    または、 (b)ビッカース硬度(Hv)が少なくとも1300kgf/mm
    2 以上であることの少なくとも1つを特徴とする複合セ
    ラミックスであって、 (a)表面の任意の長さ40μmのラインについて、平均
    表面粗さが0.02μm以下で、かつ、最大表面粗さが
    0.1μm以下であること、 (b)表面において、任意の50μm角の範囲で幅0.5
    μm以上、深さ0.2μm以上で、かつ、長さが10μ
    m以上の研磨傷が2本以下であること、または、 (c)平面部の面積が全表面積の20乃至50%の範囲で
    あることを特徴とする粉砕用媒体。
  24. 【請求項24】特許請求項1または13記載の粉砕機に
    おいて、特許請求項23記載の粉砕用媒体または、特許
    請求項22記載の駆動部材を用いることを特徴とする粉
    砕方法。
  25. 【請求項25】60乃至85重量%の酸化アルミニウム
    を含み、0.1から5モル%のY23および/またはC
    eO2を含む15乃至40重量%の酸化ジルコニウムから
    なることを特徴とする複合セラミックス焼結体。
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