JPS6158858A - アルミナ系セラミツク焼結体の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パルプ、ポンプ、その他の構造用材料として
有用な耐摩耗性にすぐれたアルミナ系セラミック焼結体
の製造方法に関する。　　　　゛〔従来技術の問題点〕 アルミナ（ＡｌｚＯユ）セラミックは耐熱性、電気絶縁
性、耐薬品性等にすぐれた材料である。従来、耐摩耗性
アルミナ系セラミック焼結晶として、アルミナ−シリカ
（ＳｉＯ□）系、及びアルミナ−シリカ−マグネシア（
ＭｇＯ）系焼結晶が知られている・が、構造材料として
の信頼性を畜め、用途の拡大・多様化を図るには、更に
耐摩耗性を改善することが必要である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、耐摩耗性の改善されたアルミナ系セラ
ミック焼結体の製造方法を提供するにある。

〔技術的手段および作用〕

本発明のアルミナ系セラミック焼結体の製造方法は、ジ
ルコニア（Ｚ　ｒ　Ｏｚ）　１５．０〜２５．０重量％
、シリカ（ＳｉＯ□）２．５〜８．０重量％、イツトリ
ア（ＹｚＯｚ）０．５〜２．５重量％、マグネシア０．
５〜１．５重量％、残部実質的にアルミナから成る原料
粉末混合物を成形し、焼結することを特徴とするもので
ある。

本発明における原料粉末混合物の配合組成の限定理由は
次のとおりである。

シリカ：シリカは焼結体中でムライト（３Ａβ２０、・
２ＳｉＯｚ）どして存在し、耐摩耗性を高める。その焼
結体中に占めるＳ　ｉ　Ｏｚ　ＰＪを２．５〜８．０重
量％とするのは、２．５重量％に満たないと、ムライト
の効果が不足するからであり、８．０重量％を上限とす
るのは、それを越えると、焼結不足となり、焼結体中に
気孔が発生し、強度が低下するからである。より好まし
い量は３．０〜４．５重量％である。

ジルコニア：ジルコニアは、イツトリアが約２〜５ｍｏ
　１％、固溶することにより部分安定化ジコニアとなっ
て焼結体を強化すると共にアルミナの粒成長を抑制する
。ジルコニア量を１５．０〜２５．０１ｉ景％とするの
は、１５．０重量％に満たないと、焼結体の強化材とし
ての効果が不足し、一方２５．０　重量％を越えると、
かえって強度の低下を引起こすからである。この強度低
下は、アルミナとジルコニアとの熱膨張係数の差異に起
因して焼結工程での降温時に微細なりランクが発生する
ことによるのであろう。ジルコニアのより好ましい量は
１８．０〜２３．０重量％である。

イットリア：イツトリアはジルコニアの部分安定化剤で
ある。その量を０．５〜２．５重量％とするのは、０．
５重量％に満たないと、ジルコニアの部分安定化が不足
し、一方２．５重量％を越えると、ジルコニアの和が立
方晶に固定され、相転移が生じなくなることにより、焼
結体の強度が低下するからである。より好ましい量は０
．８〜１．５重量％である。

マグネシア：マグネシアは焼結体の焼成過程におけるＡ
ｆｆ２０３の粒成長を抑制する効果を有する。その量を
０．５〜１．５　ｆｆｌｉ％とするのは、０．５ｆｆｌ
ｆｆｉ％に満たないと、粒成長抑制効果が不足するから
であり、一方１．５重皿％を越えると効果がほぼ飽和す
るからである。より好ましい量は０．７〜１．２重量％
である。

本発明における上記配合組成を有する原料粉末混合物は
、アルミナに、ムライト（３Ａｊ２ｚＯ３・２ＳｉＯｚ
）、部分安定化ジルコニア（約２〜６ｍ　ｏ　１１％の
Ｙ　ｚ　Ｏ３を含有）、およびマグネシアまたはスピネ
ル（Ｍ　ｇ　Ａ　１２０　＃）をそれぞれ所要量配合す
ることにより調整することができる。

上記原料粉末混合物は、その後の成形体の加圧成形上の
必要に応じて適当な成形助剤（例えば、カルボキシメチ
ルセルロースの希釈液）が加えられ、十分に混練された
のち、そのまま、またはラバーモールドへの充填時にお
ける粉末の流動性の改善、更には成形体の強度付与のた
めに適当な粒径に造粒された造粒粉として、成形および
焼結工程に付される。その成形および焼結処理は、公知
の手法に従い、まず適当な加圧成形（例えば、−軸プレ
ス、ラバープレス、静水圧加圧成形法等）にて所要形状
の成形体を得たのち、その成形体を焼結炉内で焼成する
常圧焼結法、または原料粉末混合物（もしくは、該混合
物を常圧で加圧成形して得られた成形体）をモールド内
に装填し、加圧下に焼成する加圧焼結法により行うこと
ができる。。

焼結処理温度は、１５００〜１７００℃の範囲が適当で
ある。１ｓｏｏ℃を下限とするのは、それより低いと、
焼結反応が不十分となるからであり、１７００°Ｃを上
限とするのは、それを越え高温を必要としないだけでな
く、結晶粒の粗大化による強度・靭性等の材質の低下が
生じるからである。

〔実施例〕

アルミナ（α−Ａβ２０．）粉末およびその他の粉末を
配合して原料粉末混合物とし、常圧焼結法または加圧焼
結法によりアルミナ系セラミック焼結体（８０＋ｕ　Ｘ
　ＳＱ龍Ｘ　５　ｍｌ＋）を得た。各焼結体の原料粉末
混合物の配合組成および耐摩耗性試験結果を第１表に示
す０表中、供試番号１〜３は本発明例、１０〜１４は比
較例である。賦香１〜３および試・番１２．１３の焼結
体−原料粉末混合物はアルミナ（αＡｊ’ｚＯ：＋）、
ムライト（３Ａｊ！ｚｏ３・２ＳｉＯ□）、部分安定化
ジルコニア（ＺｒＯｚ）およびスピネル（Ｍ　ｇ　Ａ　
１　ｔｏａ）、の各粉末を用い、賦香１１の焼結体の原
料粉末混合物は、アルミナ、ムライト（３Ａ　１ｇｏ３
’　２　Ｓ　ｉ　Ｏｘ）およびマグネシア（Ｍ　ｇＯ）
の各粉末を用い、また賦香１４の焼結体の原料粉末混合
物は、アルミナとジルコニア（ＺｒＯ□）の各粉末を用
いてそれぞれ調整した。

各焼結体の製造条件および耐摩耗試験法は次のとおりで
ある。

（１）常圧焼結 所定の成分組成となるように配合された原料粉末混合物
に成形助剤としてアクリル系バインダを２％加え、湿式
混練したのち、スプレードライヤにて粒径４０〜１２０
μｍに造粒する。造粒粉をラバーモールドに充填し、１
５００ｋｇ　ｆ　／　ｃｏｔの静水圧力にて加圧成形し
たのち、脱脂し、ついで１６００℃で２時間を要して焼
結を行った。

（ｎ）加圧焼結 所定の成分組成となるように配合された原料粉末混合物
を湿式混練したのち乾燥し、その粉末混合物をホットプ
レス用モールドに充填し、２００ｋｇｆ／ｃｒｌｒの加
圧下に、１６００°Ｃに３０分間保持して焼結を完了し
た。

ＣＩ［］耐摩耗性試験 サンドエロージョン試験法による。加圧空気をキャリア
ガスとして媒体（サンド）を各焼結体試験片（８０龍Ｘ
５０ｍｍｘ５　［）の８０＋ｉｍＸ５０ｍｍの表面に吹
き付け、試験前後の試験片の重量減少量と媒体吹き付は
量から、媒体吹き付けｍ　１　ｋｇ当たりの試験片の体
積減少量（摩耗Ｎ）を求める。

試験条件： 媒体：モランダム３６＃（昭和電工（株）社製）試験温
度：常温 媒体投射速度：５５ｍ／ｓｅｃ 媒体投射角度：１５゜ 第１表中、「相対摩耗量」欄は、賦香１０の焼結体（ア
ルミナ１００％）の摩耗量に対する比を表す。

第１表に示されるように、本発明により得られるアルミ
ナ系セラミック焼結体は、従来のアルミナ単体の焼結体
（賦香１０）、アルミナ−シリカ−マグネシア系セラミ
ック焼結体（賦香１１）、またはアルミナ−ジルコニア
系セラミック焼結体に比し、摩耗量は約１／３以下と、
極めて高い耐摩耗性を有している。なお、賦香１２．１
３のように成分系が本発明の焼結体と同じであっても、
その配合量が本発明の規定からはずれたものは、耐摩耗
性の向上は殆どなく、従来材の水準にとどまっている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来のアルミナ系セラミック焼結体を
凌ぐすぐれた耐摩耗性を存するアルミナ系セラミック焼
結体が得られる。また、本発明に。

より得られる焼結体は緻密性が高く、良好な機械的緒特
性を備えている。従って、本発明により、得られる焼結
体は、バルブ、ポンプ、その他の各種構造用材料として
有用である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ジルコニア１５．０〜２５．０重量％、シリカ２
   ．５〜８．０重量％、イットリア０．５〜２．５重量％
   、マグネシア０．５〜１．５重量％、残部実質的にアル
   ミナからなる原料粉末混合物を成形し、焼結することを
   特徴とするアルミナ系セラミック焼結体の製造方法。