JPS60251171A - ＡｌｚＯ↓３系高強度焼結材料 - Google Patents
ＡｌｚＯ↓３系高強度焼結材料Info
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- JPS60251171A JPS60251171A JP59062045A JP6204584A JPS60251171A JP S60251171 A JPS60251171 A JP S60251171A JP 59062045 A JP59062045 A JP 59062045A JP 6204584 A JP6204584 A JP 6204584A JP S60251171 A JPS60251171 A JP S60251171A
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- phase
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、Ａｌ２０３ ＺｒＯ２系高強度ｍ結材料に関
するものであり特に、強度の温度依存性の改良に関する
ものである。
するものであり特に、強度の温度依存性の改良に関する
ものである。
Ａｌ２０３系セラミツクスの強度と靭性を改善するため
、Ｚｒ ０２を添加することは良く知られており、西独
公開公報第２５４９６５２号ではＡｌ２０。
、Ｚｒ ０２を添加することは良く知られており、西独
公開公報第２５４９６５２号ではＡｌ２０。
中に分散したＺｒ ０２の冷却中での変態により発生す
るマイクロクラックによる靭性改善が報告されている。
るマイクロクラックによる靭性改善が報告されている。
しかしながら、この方法ではマイクロクランクが潜在す
るため、強度の改善にはいたらなかった。
るため、強度の改善にはいたらなかった。
その後、米国特許第４３３１０４８号公報や日本公開特
許５８−１５０７４号公報で焼結体中のＺｒ ０２を［
相のまま残し、このｔ相が応力のががったところで、ｍ
相へ応力誘発変態することにより応力緩和を計り、強靭
化を達成しようという考え方が出されている。この場合
、Ｚｒ ０２をｔ相として安定に残留させることは文献
（ Ｚ 、 Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆｔｅｃｈ１３巻Ｐ．１
３８）から見ると難しく、焼結体中のＺｒ０２の粒径を
０．５２μｍ以下にする必要があるとされている。
許５８−１５０７４号公報で焼結体中のＺｒ ０２を［
相のまま残し、このｔ相が応力のががったところで、ｍ
相へ応力誘発変態することにより応力緩和を計り、強靭
化を達成しようという考え方が出されている。この場合
、Ｚｒ ０２をｔ相として安定に残留させることは文献
（ Ｚ 、 Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆｔｅｃｈ１３巻Ｐ．１
３８）から見ると難しく、焼結体中のＺｒ０２の粒径を
０．５２μｍ以下にする必要があるとされている。
この困難さを解決するため、Ｙを使って化学的に安定化
する方法が米国特許第４３１６９６４号公報及び文献（
Ｊ、 Ｍａｔ、 ｓｃｉ、 １７巻Ｐ、２４７〜２６３
） ｒ提案されており、すぐれた強度が報告されている
。
する方法が米国特許第４３１６９６４号公報及び文献（
Ｊ、 Ｍａｔ、 ｓｃｉ、 １７巻Ｐ、２４７〜２６３
） ｒ提案されており、すぐれた強度が報告されている
。
しかしながら、この提案では文献にも記載されているよ
うに、使用温度が上昇するにしたがって強度は低下する
という欠点を持っており、使用時に温度のあがる１各種
工程や摺動部品に使った場合、高強度という特徴を」−
分に生かしきれない。第１図は上記文献より引用した図
であり、温度と共に強度が劣化することを示した例であ
る。この理由は、ＺｒＯ２添加による強靭化がｔ相から
ｍ相への応力による変態によるものであり、温度が上が
ると高温相であるｔ相が安定化しすぎ、応力下でｍ相へ
変態しなくなるためと考えられる。これを防ぐには し
相の安定度を下げれば良いことになるが、下げすぎると
冷却中に無応力下でも変態してしまい、マイクロクラッ
クを生じ、室温での強度が低下する。したがって、無応
力下でのマルテンサイ１〜変態点（ＭＳ点）と応力下で
の変態点（Ｍ、１点）との温度区間をひろげてやれば、
空温の強度を損うことなく、強度の温度依存性を小さく
できる。この考え方は鉄鋼材料の分野では良く知られて
おり、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ系合金にＣｒを入れるとＭＳ
とＭｄとの温度差が拡がることがわかっている。
うに、使用温度が上昇するにしたがって強度は低下する
という欠点を持っており、使用時に温度のあがる１各種
工程や摺動部品に使った場合、高強度という特徴を」−
分に生かしきれない。第１図は上記文献より引用した図
であり、温度と共に強度が劣化することを示した例であ
る。この理由は、ＺｒＯ２添加による強靭化がｔ相から
ｍ相への応力による変態によるものであり、温度が上が
ると高温相であるｔ相が安定化しすぎ、応力下でｍ相へ
変態しなくなるためと考えられる。これを防ぐには し
相の安定度を下げれば良いことになるが、下げすぎると
冷却中に無応力下でも変態してしまい、マイクロクラッ
クを生じ、室温での強度が低下する。したがって、無応
力下でのマルテンサイ１〜変態点（ＭＳ点）と応力下で
の変態点（Ｍ、１点）との温度区間をひろげてやれば、
空温の強度を損うことなく、強度の温度依存性を小さく
できる。この考え方は鉄鋼材料の分野では良く知られて
おり、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ系合金にＣｒを入れるとＭＳ
とＭｄとの温度差が拡がることがわかっている。
本発明は、上記考え方に基づぎ、ＺｒＯ２の安定化度に
及ぼす各種希土類酸化物について詳細に検討を加え、Ｚ
ｒ ０２の安定化に影響する希土類酸化物が３つに大別
されることを見出した。
及ぼす各種希土類酸化物について詳細に検討を加え、Ｚ
ｒ ０２の安定化に影響する希土類酸化物が３つに大別
されることを見出した。
第１表は、△１２０３２５モル％Ｚｒ○２において、各
希土類酸化物をＺｒ０９に対して２モル％になるように
加えて焼結したとぎの を相の安定度を調べた結果であ
る。を相の安定度はＸ線により測定したｔ相の比率で表
わしである。ＺｒＯ２安定化に対して希土類酸化物は規
則性をもって３つに大別される。
希土類酸化物をＺｒ０９に対して２モル％になるように
加えて焼結したとぎの を相の安定度を調べた結果であ
る。を相の安定度はＸ線により測定したｔ相の比率で表
わしである。ＺｒＯ２安定化に対して希土類酸化物は規
則性をもって３つに大別される。
タイプ１：安定化に寄与しないもの
タイプ２：安定化にゆるやかに寄与するものタイプ３：
安定化に鋭く寄与するもの この規則性は、１２００℃における各種希土類酸化物の
結晶型とＴｂの酸化物を除き、比較的良く対応している
。１２００℃での結晶型で比較したのは純ＺｒＯ２の変
態点がこの温度付近にあるためである。
安定化に鋭く寄与するもの この規則性は、１２００℃における各種希土類酸化物の
結晶型とＴｂの酸化物を除き、比較的良く対応している
。１２００℃での結晶型で比較したのは純ＺｒＯ２の変
態点がこの温度付近にあるためである。
本発明は、この規則性を見出し、安定化度の異る希土類
酸化物を複合で添加することにより、ＭＳとＭｄとの温
度区間を拡げ、ＡＩ ２０３−Ｚｒ ０２の欠点であっ
た強度の温度依存性を小ざくせしめたものである。
酸化物を複合で添加することにより、ＭＳとＭｄとの温
度区間を拡げ、ＡＩ ２０３−Ｚｒ ０２の欠点であっ
た強度の温度依存性を小ざくせしめたものである。
次に組成を限定した理由につき簡単に述べる。
第２図はＹの酸化物でｔ相としたＺｒＯ２の量をかえ、
強度と硬さの変化を示したものであり、ＺＴ−０２が１
０％より少ないと強度改善の効果が少なく、またＺｒＯ
２が４０％を越えると硬さの低下が著しい。したがって
、Ｚｒ ０２は１０〜４０モル％とした。
強度と硬さの変化を示したものであり、ＺＴ−０２が１
０％より少ないと強度改善の効果が少なく、またＺｒＯ
２が４０％を越えると硬さの低下が著しい。したがって
、Ｚｒ ０２は１０〜４０モル％とした。
加えるべき希土類酸化物は、Ｚｒ ０２量に対して１モ
ル％以下ではｍ相を多く残し強度が向上しない。また、
４モル％を越えると完全に安定化し応力誘発変態を起さ
ず、強度は改善されない。
ル％以下ではｍ相を多く残し強度が向上しない。また、
４モル％を越えると完全に安定化し応力誘発変態を起さ
ず、強度は改善されない。
第２表は、Ａｌ２Ｏ３−２０モル％ＺｒＯ２をベースに
タイプ３およびタイプ２の希土類酸化物を複合添加した
場合の室温における強度と５００℃における強度とを示
している。いずれも焼結は１６００℃で行い、強度測定
は曲げ試験によった。タイプ３同士の組合せ、さらに望
ましくはタイプ３とタイプ２の組合せにより、強度の温
度依存性が改良されているのが明らかである。
タイプ３およびタイプ２の希土類酸化物を複合添加した
場合の室温における強度と５００℃における強度とを示
している。いずれも焼結は１６００℃で行い、強度測定
は曲げ試験によった。タイプ３同士の組合せ、さらに望
ましくはタイプ３とタイプ２の組合せにより、強度の温
度依存性が改良されているのが明らかである。
本発明は、７ｒ ０２の安定度を細かくコン１−ロール
することにより、強度の温度依存性を改良したものであ
り、従来よりＡＩ２’０３の焼結助剤として知られてい
るＭｃ＋Ｏ，Ｎｉ○、Ｃｒ２０ａ等を加えることも、ま
た圧密化手法として知られているホラ［・プレス、熱間
静水圧プレス（ＨＩＰ＞を使用することも何ら発明の効
果を減するものではない。
することにより、強度の温度依存性を改良したものであ
り、従来よりＡＩ２’０３の焼結助剤として知られてい
るＭｃ＋Ｏ，Ｎｉ○、Ｃｒ２０ａ等を加えることも、ま
た圧密化手法として知られているホラ［・プレス、熱間
静水圧プレス（ＨＩＰ＞を使用することも何ら発明の効
果を減するものではない。
第１図はＡ Ｉ ２０３ ２９，３ ｖｏ１％Ｚｒ ０
２にＹ２Ｏ３を２ｍｏ １％添加したものを１３００’
Ｃで焼鈍した材料における曲げ強さの温度依存性を示す
図、第２図はＺｒ Ｏ２１と抗折強度、硬さの関係を示
す図である。 手続補正間 昭和５９ 年６ 爪 □ 日 昭和５９イｔ 特訂願 第６２０４５号発明の名称 Ａ
ｌ２Ｏ３系高強度焼結材利補正をづ−る者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都千代田区丸ノ内二丁目１番２号名称 （５
０８）日立金属株式会社 代表者 河 野 典 夫 代理人 居所 箪京都千代田区丸の内二丁目１番２号日 立 金
属 株 式 会 社 内 電話 東京２８４−４６４２ （代表）氏名 （８００
１） 弁理士 高 石 橘 馬補正の対象 ［発明の詳
細な説明」の欄。 補正の内容 特許庁長官殿 ３’−”’Ｉ ”” 名ｎ ＡＺ ｓ ＯＧ糸高強度焼
結材料補正をする者 ｒ、 椅 （ｓｏｓ＋ Ｅｌ立金属株式会社代表者河野
典夫 代 理 人 補正命令の日刊 昭和５９年６月２６日（発送日〕手続
補正間（ｑ） 昧６亦６・ｉ了 。 事件の表示 昭和５９年 特許願 第 ６２０４５ 号発 明 の
名 称 ＡＱ２０３系高強度焼結材料明細書の全文 明 細 書 発明の名称 アルミナ系高強度焼結材料特許請求の範囲 １．１０〜４０モル％のＺｒ ０２と、希土類元素Ｄｙ
。 Ｈｏ 、Ｙｂの酸化物のうち少なくとも１種を総量で前
記Ｚｒ ０２に対する割合で １．０〜４．０モル％含
み、残部が実質的にＡ（１２０３から成り、かつＺｒ
０２の８０％以上は正方品で存在することを特徴とする
特許 焼結材料。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、希土類
元素Ｄｙの酸化物を前記Ｚｒ○２に対する割合で１．０
〜４．０モル％含有することを特徴とする温度特性にす
ぐれたＡＩ２０３系高強度焼結材料。 ３、特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、Ｄｙの
酸化物を面記Ｚｒ ０２に対Ｊる割合で１．５〜２．５
モル％含有することを特徴とする温度特性にずぐれたＡ
Ｉ２０３系高強度焼結材料。 ４、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、更にＳ
ｍ 、Ｅｕ 、Ｇｄ 、Ｔｂ ％Ｙの酸化物のうち少な
くとも１種を前記Ｚｒ ０２に対する割合で０．０５モ
ル％以上含有することを特徴とする特許性にすぐれたＡ
Ｑ．２０３系高強度焼結材料。 ５、特許請求の範囲第４項のものにおいて、ＤＶの酸化
物を前記７ｒ ０２に対する割合で１．０〜４、０モル
％含有することを特徴とする温度特性にすぐれたＡＱ．
２０３系高強度焼結材料。 ６、特許請求の範囲第５項のものにおいて、Ｙの酸化物
を前記Ｚｒ ０２に対ずる割合で、０．０５〜０、５七
％含有することを特徴．とする温度特性にすぐれたＡＱ
．２０３系高強度焼結材料。 発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明ハ、ＡＩ ２ ０３−Ｚｒ ０２系高強度焼結材
料に関するものであり特に、強度の温度依存性の改良に
関するものである。 し従来の技術］ ＡＩ２０３系セラミックスの強度と靭性を改善ずるため
、ｚｒ ０２を添加することは良く知られており、西独
公開公報第２５４９６５２号ではＡ１２０中に分散した
Ｚｒ ０２の冷却中での変態により発生ずるマイクロク
ラックによる靭性改善が報告されている。しかしながら
、この方法ではマイクロクラックが潜在するため、強度
の改善にはいたらなかった。 その後、米国特許第４３３１０４８号公報や日本公開特
許５８− １５０７４号公報で焼結体中のＺｒＣ）２を
正方晶（ ［相）のまま残し、このｔ相が応力のががっ
たところで、単斜晶（ｍ相）へ応力誘発変態することに
より応力緩和を計り、強靭化を達成しようという考え方
が出されている。この場合、Ｚｒ ０２をｔ相として安
定に残留させることは文献（ Ｚ 、 Ｗｅｒｋｓｔｏ
Ｈｔｅｃｈｌ３巻ｐ，１３８）から見ルト難しく、焼結
体中のＺｒ ０２の粒径を０．５２μｍ以下にする必要
があるとされている。 この困難さを解決するため、Ｙを使って化学的に安定化
する方法が米国特許第４３１６９６４号公報及び文献（
Ｊ． Ｍａｔ． Ｓｃｉ． １７巻Ｐ．２４７ 〜２６
３） ｒ提案されており、すぐれた強度が報告されてい
る。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、この提案では文献にも記載されているよ
うに、使用温度が上昇するにしたがって強度は低下する
という欠点を持っており、使用時に温度のあがる各種工
程や摺動部品に使った場合、高強度という特徴を十分に
生かしきれない。第１図は上記文献より引用した図であ
り、温度と共に強度が劣化することを示した例である。 この理由は、７『０２添加による強靭化がｔ相がらｍ相
への応力による変態によるものであり、温度が上がると
高温相であるｔ相が安定化しすぎ、応力下でＩ相へ変態
しなくなるためと考えられる。これを防ぐにはｔ相の安
定度を下げれば良いことになるが、下げすぎると冷却中
に無応力下でも変態してしまい、マイクロクラックを生
じ、室温での強度が低下する。 本発明は高温、室温とも強度に優れたＡＱ．０３系高強
度焼結材料を提案することを目的とする。 ［問題点を解決するための手段］ そこで、本発明の特徴とするところは、１０〜４。 モル％のＺｒ ０２と、Ｄｙ ＳＨＯ 、Ｙｂの酸化物
のうちの少なくとも１種を前記Ｚｒ ０２に対する割合
で１．０〜４．０モル％含み、残部が実質的にＡｇ２Ｏ
３から成り、がっＺｒ Ｏ：］の８０％以上は［相で存
在する温度特性にすぐれたＡｃＬ２ ０３系高強度焼結
材料である。 上記ＤＶ 、 ｝−１０ 、 Ｙｂの酸化物のうちＤＶ
は入手が容易であるという面から考えて最も適切なもの
である。 希土類元素の酸化物はＺｒ ０２をｔ相にするのに必要
な量だけ添加するが、Ｄｙ２０３の場合の最も適切な量
はＺｒ ０２の量の２モル％である。 そこで、この２モル％の前後の１．５〜２．５モル％が
望ましい。 本発明において、第２の希土類元素のグループＳｍ 、
ｆＥｕ ＸＧｂ 、Ｔｂ及びＹの酸化物の少なくとも１
種をＺｒ ０２に対する割合で０． ０５モル以上含有
することができる。この第２の希土類元素グループのう
ち、Ｓｍ 、Ｅｕ 、Ｇｄ及びＴｂは上記した第１の希
土類元素のグループＤ’Ｖ，Ｎｏ。 ＹｂよりもＺｒ ０２をｔ相に保つ力は小さい。一方Ｙ
は第１の希土類元素のグループＤｙ 、Ｈｏ、Ｙｂより
もＺｒ ０２をｔ相に保つ力は大ぎい。これらを適当に
組合せることによって高温においても室温においても強
度のすぐれたＡＱ ２０３−ＺｒＯ２焼結月焼結砥料。 ＤＶ２０３を１．０〜４．０モル％含む場合にＹ２Ｏ３
を加えて正方晶を安定にする場合、Ｙ２Ｏ３量は０．０
５〜０．５モル％が適している。０．０５モル％よりも
少ない場合、ＺｒＯ２の１相の安定化に寄与しない。ま
た、０．５モル％以上になった場合、を相をあまりにも
安定にするので高温強度の低下につながる。 ［作用］ Ｚｒ ０２の安定化度に及ぼす各種希土類酸化物につい
て詳細に検討を加え、Ｚｒ ０２の安定化に影響する希
土類酸化物が４つに大別されることを見出した。 第１表は、Ａｌ２Ｏ３−２５モル％ＺｒＯ２において、
各希土類酸化物をＺｒ ０２に対して２モル％になるよ
うに加えて焼結したときのｔ相の安定度を調べた結果で
ある。を相の安定度はＸ線により測定したｔ相の比率で
表わしである。Ｚｒ○２安定化に対して希土類酸化物は
規則性をもって４つに大別される。 十のグループ１のＤｙ、トｔｏ 、 Ｙｂの酸化物はＺ
ｒ ０２のｔ相の安定化に鋭く寄与している。 グループ２のＳ＋ｎ 、Ｅｕ 、Ｇｄ 、Ｔｂの酸化物
はグループ１のものよりもＺｒ ０２のｔ相の安定化に
弱く働いている。グループ２′のＹ２０３はグループ１
のものよりも強く寄与している。 グループ３のものは、希土類元素の酸化物の無添加のも
ののｔ相の量は２０％なので、無添加のものとほぼ同じ
である。 この規則性は、１２００℃における各種希土類酸化物の
結晶型とＴｂの酸化物を除き、比較的良く対応している
。１２００℃での結晶型で比較したのは純Ｚｒ ０２の
変態点がこの温度付近にあるためである。 本発明は、この規則性を見出し、安定化度の異る希土類
酸化物を複合で添加することにより、無応力下でのマル
テンサイト変態点（Ｍｓ点）と応力下での変態点（Ｍｄ
点）との温度区間を拡げ、Ａｌ２０３−ＺｒＯ２の欠点
であった強度の温度依存性を小さくさせたものである。 次に組成を限定した理由につき簡単に述べる。 第２図はｔ相としたＺｒ ０２の量をかえ、強度と硬さ
の変化を示したものであり、Ｚｒ ０２が１０％より少
ないと強度改善の効果が少なく、またＺｒＯ２が４０％
を越えると硬さの低下が著しい。 したがって、ＺｒＯ２は１０〜４０モル％とした。加え
るべき希土類酸化物は、ｚｒ ０２最に対して１モル％
以下ではｍ相を多く残し強度が向上しない。 また、４モル％を越えると完全に安定化し応力誘発変態
を起さず、強度は改善されない。 ［実施例１ 実施例１ 第２表は、Ａｌ２Ｏ３−２０モル％Ｚｒ ０２をベース
にグループ１およびグループ２の希土類酸化物を複合添
加した場合の室温にあける強度と５００℃における強度
とを示している。いずれも焼結は１６００°Ｃで行い、
強度測定は曲げ試験によった。グループ１同士の組合せ
、さらに望ましくはグループ１とグループ２の組合せに
より、強度の濃度依存性が改良されているのが明らかで
ある。 実施例２ ＡＱ２０３−２０モル％Ｚ ｒ Ｏ２−０，４−Ｅ／ｌ
／％Ｄｙ２Ｏ３のセラミックを１６００℃で焼結して作
成した。また同じ組成のものにＹ２Ｏ３を０．０２８モ
ル％（０，０６ｗｔ％）含むセラミックを作成した。こ
のＹ２０３量はＺｒ ０２対比テ０．１４モル％となる
。 これらを室温及び５００℃で曲げ試験を行なった。 その結果、下記のように優れた強度が得られた。 ［発射の効果］ 以上詳細に述べたように本発明は、Ｚｒ ０２の安定度
を細かくコントロールすることにより、強度の温度依存
性を改良した。従来よりＡｌ２Ｏ３の焼結助剤として知
られているＭ（１０，Ｎｉ Ｏ。 ０ｒ２０３等を加えることも、また圧密化手法として知
られているホットプレス、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ＞
を使用することも何ら本発明の効果を減するものではな
い。 図面の簡単な説明 第１図はＡ Ｉ ２０３−２９．３ ＶＯＩ％Ｚｒ ０
２にＹＯ２を２ｎ＋ｏ １％添加したものを１３００℃
で焼鈍した材料における曲げ強さの温度依存性を示す図
、第２図はＺｒ ０２量と抗折強度、硬さの関係を示す
図である。 代理人 弁理士 高 石 橘 馬
２にＹ２Ｏ３を２ｍｏ １％添加したものを１３００’
Ｃで焼鈍した材料における曲げ強さの温度依存性を示す
図、第２図はＺｒ Ｏ２１と抗折強度、硬さの関係を示
す図である。 手続補正間 昭和５９ 年６ 爪 □ 日 昭和５９イｔ 特訂願 第６２０４５号発明の名称 Ａ
ｌ２Ｏ３系高強度焼結材利補正をづ−る者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都千代田区丸ノ内二丁目１番２号名称 （５
０８）日立金属株式会社 代表者 河 野 典 夫 代理人 居所 箪京都千代田区丸の内二丁目１番２号日 立 金
属 株 式 会 社 内 電話 東京２８４−４６４２ （代表）氏名 （８００
１） 弁理士 高 石 橘 馬補正の対象 ［発明の詳
細な説明」の欄。 補正の内容 特許庁長官殿 ３’−”’Ｉ ”” 名ｎ ＡＺ ｓ ＯＧ糸高強度焼
結材料補正をする者 ｒ、 椅 （ｓｏｓ＋ Ｅｌ立金属株式会社代表者河野
典夫 代 理 人 補正命令の日刊 昭和５９年６月２６日（発送日〕手続
補正間（ｑ） 昧６亦６・ｉ了 。 事件の表示 昭和５９年 特許願 第 ６２０４５ 号発 明 の
名 称 ＡＱ２０３系高強度焼結材料明細書の全文 明 細 書 発明の名称 アルミナ系高強度焼結材料特許請求の範囲 １．１０〜４０モル％のＺｒ ０２と、希土類元素Ｄｙ
。 Ｈｏ 、Ｙｂの酸化物のうち少なくとも１種を総量で前
記Ｚｒ ０２に対する割合で １．０〜４．０モル％含
み、残部が実質的にＡ（１２０３から成り、かつＺｒ
０２の８０％以上は正方品で存在することを特徴とする
特許 焼結材料。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、希土類
元素Ｄｙの酸化物を前記Ｚｒ○２に対する割合で１．０
〜４．０モル％含有することを特徴とする温度特性にす
ぐれたＡＩ２０３系高強度焼結材料。 ３、特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、Ｄｙの
酸化物を面記Ｚｒ ０２に対Ｊる割合で１．５〜２．５
モル％含有することを特徴とする温度特性にずぐれたＡ
Ｉ２０３系高強度焼結材料。 ４、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、更にＳ
ｍ 、Ｅｕ 、Ｇｄ 、Ｔｂ ％Ｙの酸化物のうち少な
くとも１種を前記Ｚｒ ０２に対する割合で０．０５モ
ル％以上含有することを特徴とする特許性にすぐれたＡ
Ｑ．２０３系高強度焼結材料。 ５、特許請求の範囲第４項のものにおいて、ＤＶの酸化
物を前記７ｒ ０２に対する割合で１．０〜４、０モル
％含有することを特徴とする温度特性にすぐれたＡＱ．
２０３系高強度焼結材料。 ６、特許請求の範囲第５項のものにおいて、Ｙの酸化物
を前記Ｚｒ ０２に対ずる割合で、０．０５〜０、５七
％含有することを特徴．とする温度特性にすぐれたＡＱ
．２０３系高強度焼結材料。 発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明ハ、ＡＩ ２ ０３−Ｚｒ ０２系高強度焼結材
料に関するものであり特に、強度の温度依存性の改良に
関するものである。 し従来の技術］ ＡＩ２０３系セラミックスの強度と靭性を改善ずるため
、ｚｒ ０２を添加することは良く知られており、西独
公開公報第２５４９６５２号ではＡ１２０中に分散した
Ｚｒ ０２の冷却中での変態により発生ずるマイクロク
ラックによる靭性改善が報告されている。しかしながら
、この方法ではマイクロクラックが潜在するため、強度
の改善にはいたらなかった。 その後、米国特許第４３３１０４８号公報や日本公開特
許５８− １５０７４号公報で焼結体中のＺｒＣ）２を
正方晶（ ［相）のまま残し、このｔ相が応力のががっ
たところで、単斜晶（ｍ相）へ応力誘発変態することに
より応力緩和を計り、強靭化を達成しようという考え方
が出されている。この場合、Ｚｒ ０２をｔ相として安
定に残留させることは文献（ Ｚ 、 Ｗｅｒｋｓｔｏ
Ｈｔｅｃｈｌ３巻ｐ，１３８）から見ルト難しく、焼結
体中のＺｒ ０２の粒径を０．５２μｍ以下にする必要
があるとされている。 この困難さを解決するため、Ｙを使って化学的に安定化
する方法が米国特許第４３１６９６４号公報及び文献（
Ｊ． Ｍａｔ． Ｓｃｉ． １７巻Ｐ．２４７ 〜２６
３） ｒ提案されており、すぐれた強度が報告されてい
る。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、この提案では文献にも記載されているよ
うに、使用温度が上昇するにしたがって強度は低下する
という欠点を持っており、使用時に温度のあがる各種工
程や摺動部品に使った場合、高強度という特徴を十分に
生かしきれない。第１図は上記文献より引用した図であ
り、温度と共に強度が劣化することを示した例である。 この理由は、７『０２添加による強靭化がｔ相がらｍ相
への応力による変態によるものであり、温度が上がると
高温相であるｔ相が安定化しすぎ、応力下でＩ相へ変態
しなくなるためと考えられる。これを防ぐにはｔ相の安
定度を下げれば良いことになるが、下げすぎると冷却中
に無応力下でも変態してしまい、マイクロクラックを生
じ、室温での強度が低下する。 本発明は高温、室温とも強度に優れたＡＱ．０３系高強
度焼結材料を提案することを目的とする。 ［問題点を解決するための手段］ そこで、本発明の特徴とするところは、１０〜４。 モル％のＺｒ ０２と、Ｄｙ ＳＨＯ 、Ｙｂの酸化物
のうちの少なくとも１種を前記Ｚｒ ０２に対する割合
で１．０〜４．０モル％含み、残部が実質的にＡｇ２Ｏ
３から成り、がっＺｒ Ｏ：］の８０％以上は［相で存
在する温度特性にすぐれたＡｃＬ２ ０３系高強度焼結
材料である。 上記ＤＶ 、 ｝−１０ 、 Ｙｂの酸化物のうちＤＶ
は入手が容易であるという面から考えて最も適切なもの
である。 希土類元素の酸化物はＺｒ ０２をｔ相にするのに必要
な量だけ添加するが、Ｄｙ２０３の場合の最も適切な量
はＺｒ ０２の量の２モル％である。 そこで、この２モル％の前後の１．５〜２．５モル％が
望ましい。 本発明において、第２の希土類元素のグループＳｍ 、
ｆＥｕ ＸＧｂ 、Ｔｂ及びＹの酸化物の少なくとも１
種をＺｒ ０２に対する割合で０． ０５モル以上含有
することができる。この第２の希土類元素グループのう
ち、Ｓｍ 、Ｅｕ 、Ｇｄ及びＴｂは上記した第１の希
土類元素のグループＤ’Ｖ，Ｎｏ。 ＹｂよりもＺｒ ０２をｔ相に保つ力は小さい。一方Ｙ
は第１の希土類元素のグループＤｙ 、Ｈｏ、Ｙｂより
もＺｒ ０２をｔ相に保つ力は大ぎい。これらを適当に
組合せることによって高温においても室温においても強
度のすぐれたＡＱ ２０３−ＺｒＯ２焼結月焼結砥料。 ＤＶ２０３を１．０〜４．０モル％含む場合にＹ２Ｏ３
を加えて正方晶を安定にする場合、Ｙ２Ｏ３量は０．０
５〜０．５モル％が適している。０．０５モル％よりも
少ない場合、ＺｒＯ２の１相の安定化に寄与しない。ま
た、０．５モル％以上になった場合、を相をあまりにも
安定にするので高温強度の低下につながる。 ［作用］ Ｚｒ ０２の安定化度に及ぼす各種希土類酸化物につい
て詳細に検討を加え、Ｚｒ ０２の安定化に影響する希
土類酸化物が４つに大別されることを見出した。 第１表は、Ａｌ２Ｏ３−２５モル％ＺｒＯ２において、
各希土類酸化物をＺｒ ０２に対して２モル％になるよ
うに加えて焼結したときのｔ相の安定度を調べた結果で
ある。を相の安定度はＸ線により測定したｔ相の比率で
表わしである。Ｚｒ○２安定化に対して希土類酸化物は
規則性をもって４つに大別される。 十のグループ１のＤｙ、トｔｏ 、 Ｙｂの酸化物はＺ
ｒ ０２のｔ相の安定化に鋭く寄与している。 グループ２のＳ＋ｎ 、Ｅｕ 、Ｇｄ 、Ｔｂの酸化物
はグループ１のものよりもＺｒ ０２のｔ相の安定化に
弱く働いている。グループ２′のＹ２０３はグループ１
のものよりも強く寄与している。 グループ３のものは、希土類元素の酸化物の無添加のも
ののｔ相の量は２０％なので、無添加のものとほぼ同じ
である。 この規則性は、１２００℃における各種希土類酸化物の
結晶型とＴｂの酸化物を除き、比較的良く対応している
。１２００℃での結晶型で比較したのは純Ｚｒ ０２の
変態点がこの温度付近にあるためである。 本発明は、この規則性を見出し、安定化度の異る希土類
酸化物を複合で添加することにより、無応力下でのマル
テンサイト変態点（Ｍｓ点）と応力下での変態点（Ｍｄ
点）との温度区間を拡げ、Ａｌ２０３−ＺｒＯ２の欠点
であった強度の温度依存性を小さくさせたものである。 次に組成を限定した理由につき簡単に述べる。 第２図はｔ相としたＺｒ ０２の量をかえ、強度と硬さ
の変化を示したものであり、Ｚｒ ０２が１０％より少
ないと強度改善の効果が少なく、またＺｒＯ２が４０％
を越えると硬さの低下が著しい。 したがって、ＺｒＯ２は１０〜４０モル％とした。加え
るべき希土類酸化物は、ｚｒ ０２最に対して１モル％
以下ではｍ相を多く残し強度が向上しない。 また、４モル％を越えると完全に安定化し応力誘発変態
を起さず、強度は改善されない。 ［実施例１ 実施例１ 第２表は、Ａｌ２Ｏ３−２０モル％Ｚｒ ０２をベース
にグループ１およびグループ２の希土類酸化物を複合添
加した場合の室温にあける強度と５００℃における強度
とを示している。いずれも焼結は１６００°Ｃで行い、
強度測定は曲げ試験によった。グループ１同士の組合せ
、さらに望ましくはグループ１とグループ２の組合せに
より、強度の濃度依存性が改良されているのが明らかで
ある。 実施例２ ＡＱ２０３−２０モル％Ｚ ｒ Ｏ２−０，４−Ｅ／ｌ
／％Ｄｙ２Ｏ３のセラミックを１６００℃で焼結して作
成した。また同じ組成のものにＹ２Ｏ３を０．０２８モ
ル％（０，０６ｗｔ％）含むセラミックを作成した。こ
のＹ２０３量はＺｒ ０２対比テ０．１４モル％となる
。 これらを室温及び５００℃で曲げ試験を行なった。 その結果、下記のように優れた強度が得られた。 ［発射の効果］ 以上詳細に述べたように本発明は、Ｚｒ ０２の安定度
を細かくコントロールすることにより、強度の温度依存
性を改良した。従来よりＡｌ２Ｏ３の焼結助剤として知
られているＭ（１０，Ｎｉ Ｏ。 ０ｒ２０３等を加えることも、また圧密化手法として知
られているホットプレス、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ＞
を使用することも何ら本発明の効果を減するものではな
い。 図面の簡単な説明 第１図はＡ Ｉ ２０３−２９．３ ＶＯＩ％Ｚｒ ０
２にＹＯ２を２ｎ＋ｏ １％添加したものを１３００℃
で焼鈍した材料における曲げ強さの温度依存性を示す図
、第２図はＺｒ ０２量と抗折強度、硬さの関係を示す
図である。 代理人 弁理士 高 石 橘 馬
Claims (1)
- １．１０〜４０モル％のＺｒ ０２と前記ＺｒＯ’２に
対する割合が１．０〜４．０モル％の希土類酸化物と残
部が実質的にＡｌ２Ｏ３から成り、かつＺｒＯ２のｔ相
が８０％以上である゛ことを特徴とする特許性にすぐれ
たＡｌ２０３系高 ２、特許請求の範囲第１項記載の希土類酸化物として、
Ｄｙ 、 ｆ−１ｏ 、 Ｙｂの酸化物のうち１種以上
を使用することを特徴とする温度特性にすぐれたＡｌ２
０ａ系高強度焼結材料。 ３、特許請求の範囲第１項記載の希土類酸化物として、
Ｄｙ 、Ｈｏ 、Ｙｂ 、Ｙの酸化物のうちの１種以上
と、Ｓｍ 、Ｅｕ 、Ｇｄ 、Ｔｂの酸化物のうちの、
少なくとも１種を含むことを特徴とする温度特性にすぐ
れたＡ ！ ’２ ０ ３系高強度焼結材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59062045A JPS60251171A (ja) | 1984-03-29 | 1984-03-29 | ＡｌｚＯ↓３系高強度焼結材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59062045A JPS60251171A (ja) | 1984-03-29 | 1984-03-29 | ＡｌｚＯ↓３系高強度焼結材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60251171A true JPS60251171A (ja) | 1985-12-11 |
Family
ID=13188793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59062045A Pending JPS60251171A (ja) | 1984-03-29 | 1984-03-29 | ＡｌｚＯ↓３系高強度焼結材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60251171A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63134552A (ja) * | 1986-11-22 | 1988-06-07 | 大光炉材株式会社 | 溶接用ワイヤ−送給ロ−ラ− |
| JPH0255261A (ja) * | 1988-08-22 | 1990-02-23 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 切削工具用セラミックス焼結体 |
| JP2013514104A (ja) * | 2009-12-16 | 2013-04-25 | セラムテック ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムを主要な構成成分としてなるセラミック複合材料 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5832066A (ja) * | 1981-08-13 | 1983-02-24 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性ジルコニア焼結体 |
| JPS5855373A (ja) * | 1981-09-24 | 1983-04-01 | 日本碍子株式会社 | ジルコニア磁器およびその製造法 |
| JPS58120571A (ja) * | 1982-01-09 | 1983-07-18 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性セラミツク焼結体 |
-
1984
- 1984-03-29 JP JP59062045A patent/JPS60251171A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5832066A (ja) * | 1981-08-13 | 1983-02-24 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性ジルコニア焼結体 |
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