JPS62100412A - アルミナ−ジルコニア複合粉体の製造方法 - 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、構造材料、電子材料、耐熱・断熱材料、研削
材料、研摩ヰ（料等の原料として有用なアルミナ−ジル
コニア複合粉体の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 一般的にセラミックスと呼ばれる酸化物及び非酸化物無
酸粉体の焼結体において、より低温度で高密度の焼結体
が得られれば、それを構成する粒子の成長は抑えられて
機械的強度の高いものになるといわれている。しかも焼
結温度の低下は省エネルギーになり、その温度を得る方
法においてもより容易な各種の方式を採用することが可
能である。

このため種々の黒磯粉体の製造方法が開発されており、
アルミナ−ジルコニア系の複合粉体の製造方法に関して
は、塩化アルミニウムと塩化シ゛ルフニウムとを気相状
態で反応せしめてアルミナ−ジルコニア粉体を得る方法
が知られている（特開昭５９−１２８２６８、特開昭６
０−１３１８６０）。しかしこの方法の欠点としては出
発原料が塩化物であるため、反応装置の材質には耐食性
が要求され、反応生成物中に塩素イオンの混入は避けら
れず、なおかつその分離か難しく、反応系外に塩素イオ
ンを除去してからち公害防止の対策を講じなければなら
ない。また塩素イオンを効果的に除去するために仮焼し
た物質は、その粉末の微粉性故に焼き固まりの現象が生
じ、例えば構造材料の目的で使用する場合は特に十分解
砕する必要がある。このように塩素イオンの副生する反
応系は、大量生産し上とする場合は、解決すべき問題点
が特に多く、そのためコストも大きくなる。

一方、単にアルミナ粉体とジルコニア粉体とを混合させ
た場合、その混合物を成型、加熱して焼結を行なったも
のは、ジルコニアがアルミナ中に均一に分散せず、焼結
しにくいことから、必然的に焼結温度を高くしなければ
ならない。その結果として、アルミナ粒子の成長が促進
され機械的強度が低下するという欠点があり、例えば構
造材料としての使用には不向外である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、前述の欠点を解決すべくなされたものであっ
て、その主たる目的はアルミナ及びジルコニアが相互に
均一・に分散され、焼結性及び機械的強度の優れたアル
ミナ−ジルコニア複合粉体の製造方法を提供することに
ある。

（問題点を解決するための手段） すなわも本発明は、バイヤーアルミナおよび／まｊこは
ボーキガイトから得たアルミナとバデライトおよび／ま
たはジルコンサンドから得たジルコニアとをそれぞれ５
０・〜９５重社％と５〜５０重量％とになるように混合
してから加熱、熔融、急冷したのち、平均粒径で１０μ
ｍ以下に粉砕することをｖｊ徴とするアルミナ−ジルコ
ニア複合粉体の製造方法である。

本発明の方法により得られるアルミナ−ジルコニア複合
粉体は、出発原料として、アルミナ分はボーキサイトお
よび／主たけバイヤーアルミナから得られた９Ｓ％かそ
れ以−Ｌの純度のアルミナを用い、ジルコニア分は、バ
デライトおよび／またはノルコンサンドより得られた９
０％かそれ以−１−の純度のジルコニアを用いる。これ
らの原料中に普通に含まれる１；鈍物は特に問題としな
い。組成としてアルミナを５０〜９５重量％、ジルコニ
アを５〜５０重量％添加する。ジルコニアの添加量が５
重量％より少ないと、得られる粉体の焼結特性にジルコ
ニア添加による効果が期待で外ず、ジルコニアの添加量
が５０重駿％を越えると、得られる粉体を用いた焼結体
の強度の低下が太無く、また、アルミナに比較して高価
なジルコニアを大量に使用することは経済的にも利点に
乏しい。このアルミナとジルコニアの混合物をアーク炉
、高周波誘導加熱炉、集光加熱炉、ガス炉などの炉を用
いて、この原料をその融点以−１−に加熱熔融し均一な
融液を得たらこれを急冷させる。急冷の手段としては、
融液を冷却するのに十分な肉厚をもち、融液と容易に反
応しない金属板の間に融液を入れる方法、複数のローラ
ーの問を通す方法、融液を冷却するのに十分な肉厚を持
ち、融液と容易に反応しない金属板の間に融液をはさん
でローラの間を通す方法、回転する円板に融液を細く射
出して当てる方法、圧縮空気などで融液を吹外飛ばし小
滴を作りこれを水中に落とす方法などがある。

このようにして得たアルミナ−ジルコニア急冷物はアル
ミナとジルコニアが均一に分散し、ジルコニアの結晶相
が準安定相である正方品（を相）の多い固体となる。こ
の固体を適当な粉砕機械類を用いて平均粒径で１０μ−
以下に粉砕する。より機械的強度の優れた焼結体を望む
場合は５μｍ以下、より低い焼結温度にて機械的強度の
優れた焼°　粘体を望む場合は１．５μひ１以Ｆに粉砕
を行なう。

この粉砕を行なう時、焼結性、機械的強度および成型性
の向−Ｌの目的で、あるいは焼結体への着色の目的でア
ルミナ、ジルコニアあるいは他の成分を添加することも
可能である。ただしアルミナ−ジルコニアの組成比を変
更するなどの目的でアルミナあるいはジルコニアを添加
する場合、その添加量は急冷一固体重量と等量程度まで
に抑えたほうがよい。添加量の比率が高すぎると焼結性
、常温および高温におけＬ機械的強度、急激な温度変化
に対する耐久性が大幅に低下する場合がある。

またこの微粉砕を水などの媒体を使用して湿式にて行な
った場合には、乾燥方法として流動床乾燥、噴霧乾燥、
凍結乾燥など粒子の凝集による塊状物が生じにくい方法
が望ましいが粉体成型時のプレス圧で容易に壊れる程度
の凝集はかまわない。

本発明の方法により得られた乾燥粉体を所定の型に成型
し、必要に応じて一紬プレスあるいは静水圧プレスなど
の処理を行なって常圧焼結するとセラミンク工具、ガイ
ドローラー、線引外ダイス、メカニカルシール、製糸用
糸道、粉砕メディア及び粉酔器内張り材などの高強度、
高靭性の要求される用途に、また、耐熱衝撃性を生かし
た用途としてトンネル炉内部のローラー等の部品、焼成
用中休、ルツボ、高出力Ｔ　（ｉ用スペーサーなどがあ
り、さらにセラミックエンジン材料、重研削向は砥料、
切削用バイトなどの高強度、高靭性、高耐熱衝撃性の要
求される用途にも好適な焼結体が得られる。この時、焼
結温度が１２０　（ｌ　’Ｃより低いと焼結があまり進
まず、機械的強度か低下する。

また１　８　（ｌ　Ｏ’Ｃ上１）高い温度で焼結すると
焼結体を構成する杓子の成長が進み、これが密度の低下
を招き機械的強度も′急激に低下してしまうので１２０
０〜１８　（１（１’Ｃの温度で焼結することが望まし
い。

以下本発明の効果を実施例及び試験例によって説明する
。

（実施例１） アルミナ原料としてバイヤーアルミナを用い、ジルコニ
ア原料としてバデライトを用い、アルミナとジルコニア
の原料重量比が第１表の組成になるように調整してアー
ク炉にて加熱、熔融した。

均一・な融液を得た後、融液を鉄板の間に流し込んで急
冷し、得られた固形物を粉砕した。微粉砕は、振動ミル
にて水を媒体として加え湿式粉砕を行なった。Ｉｔられ
たアルミナ−ジルコニア微粉を含むスラリーは粒度分布
を測定した後、スプレードライヤーにて噴霧乾燥を行な
い乾燥粉体を得た。粒度分布の測定は、遠心沈降粒度分
布測定装置を使用し、水を沈降媒として分散剤１こはピ
ロ硫酸ソーダを数滴添加した。振動ミルの粉砕時間を調
整して平均粒径が１．５μｍｎのアルミナ−ジルコニア
複合粉体を得た。

（比較例１） アルミナ原料としてバイヤーアルミナを湿式振動ミル粉
砕を行ない、ＪＩＳ−Ｒ６００２に規定された方法に１
倉）平均粒径を測定し、平均粒径が１．５μ…になるよ
うに調整した後、スプレードライヤーにて噴霧乾燥を行
ない出発原料とした。ノルコニア原ネ１としてバデライ
トを湿式振動ミル粉砕を行ない、アルミナと同様に測定
してＩｌｌ均粒径が１．５μ＋１１１こなるよう（こ調
整し、スプレードライヤーにて噴霧乾燥を行ない出発原
料とした。これらを第１表の組成になるように秒置して
Ｖ型混合器にて混合し、４１均粒径が１．５μ＋ｎのア
ルミナ−ジルコニア混合粉体を４！］ｊこ。

（実施例２） アルミナ原料としてバイヤーアルミナを用い、ジルコニ
ア原料としてバデライトを用い、アルミナとジルコニア
の原料重量比が７５：２５になるように調整した。これ
をアーク炉にて加熱、熔融を行ない以降は実施例１と同
様の操作により平均粒径１μＩｎのアルミナ−ジルコニ
ア複合粉体を得た。ただ１．湿式振動ミル粉砕時に、１
つは増量を目的として急冷物の重量の各３３％にあたる
量のバイヤーアルミナとバデライトを添加し、池の１つ
はアルミナとジルコニアの組成比を８５：Ｉ　Ｓに変更
する目的で急冷物の重量の６６％にあたる量のバイヤー
アルミナを添加した。なお粒度分布の測定は遠心沈降粒
度分布測定装置を使用しｔこ。

（比較例２） アルミナ原料として市販の易焼結性アルミナ（平均粒径
１μＩｏ；遠心沈降粒度測定装置にて測定）を用いた。

ジルコニア原料としてバデライトの湿式振動ミル粉砕品
（平均粒径を１μｍに調整；遠心沈降粒度測定装置にて
測定）を用いた。これらの秤量し、■型混合器にて混合
して、平均粒径Ｉ　Ｉｔ　ｍのアルミナ−ジルコニア混
合粉体を得た。

（実施例３） シ゛ルコニア原料として、ジルコンサンドをアーク炉に
て加熱、熔融を行ない、その間に共存しているシリカ（
ＳｉＯ２）を揮発させ、ジルコニアの純度を−ｈａさせ
た後、冷却、固化させ粉砕し目開き４４μｍのフルイを
通過したものを使用した。アルミナ原料として、ボーキ
サイトをアーク炉にて加熱、熔融を行ない、その間に、
ト鈍物成分のうち比重の高いものを沈澱させ、沸点の低
いものを揮発させ、アルミナの純度を向−１〕させた後
、冷却固化させ粉砕し口開ト４４μｍのフルイを通過し
たものを使用した。これらの粉末をアルミナ原料とジル
コニア原料の重量比が８５：１５および７５：２５にな
るよう秤量混合した。これを丸棒状に成型し、キセノン
アークランプを熱源として用いた集光加熱炉に取り付け
、棒の下端部より熔の開を通過させて急冷した。得られ
た固体を乳鉢で粉砕後ジェン）ミルにて微粉砕を行ない
平均料径５μｍと１０μ【０のアルミナ−ジルコニア複
合粉体を得た。この粒度測定はＪＩＳ−Ｒ６００２に規
定された方法によった。

（比較例３） 実施例３で使用したジルコニア原料及びアルミナ原料を
それぞれジェットミルにて平均粒径で５μＩと１０μ餉
に粉砕しｒこ。この粒度測定はＪＴＳ−Ｒ６０（’１２
に規定されたｊｉ法１τ８よった。

これらの粉末をアルミナ原料とノルフェア原料の重量比
が各々８５：１．５及び７５：２５の組成になるように
秤量、■型混合器にて混合してアルミナ−ジルコニア混
合粉体を得た。

（試験例１） 実施例１で得た粉体を金型に詰め３００Ｋｇ／ｃｏ＋２
の圧力で一軸プレス１こて角柱状に成型し、次いでこの
成塑体をゴム袋に入れて１０１）ＯＫ　ｇ／　ｃｍ　’
で得られた焼結体はアルＡ・メデス法によりその密度を
測定し、ＪＩＳ−Ｒ１６０１に規定された方法に亭拠し
て３点曲げ強度を測定し、ノッチドビーム法（７ツチ１
↑１０　、　ｉ　＋ｎ＋ｌｌ）にて靭性値を測定した。

比較のため、比較例１で得た混合粉体を前記と同様の方
法により成型、焼結して、得られた焼結体の物性を測定
した。これらの結果を第１表に示した。

第　１　表　　試験例１の結果 （試験例２） 実施例２で得た複合粉体な試験例１と同一・の方の沸騰
する水中に放り込み熱衝撃をｌｊえ、３点曲げ強度測定
を行なった。これらの結果を第３表と第４表に示した。

（試験例３） 実施例３で得た複合粉体を試験例１の方法に従って金型
にて成型し、静水圧プレス後、ガス炉にて１８００℃で
２時間焼結した。比較のため、比較例３で得た混合粉体
も同様の方法により成型、焼結した。それらの密度及び
３点曲げ試験の結果を第５表に示した。

（試験例４） 柱状に造粒した。焼結は電気炉を用い大気圧下空気雰囲
気で１５　＋ｌ　＋）’（”で２時間行なった。比較の
ため、比較例１で１また混合粉体も同様の方法で造粒、
焼結した。得られた焼結体はフルイにて選別し、目間％
　２００　＋ｌμＩ１１を通過し、１１開き１６００μ
ｍに留まった杓子を選び、アムスラータイプの圧縮機に
かけ単粒圧壊強度を測定し、ヌープ硬さ測定機にてヌー
プ硬さく荷重］（ｌｌ’１８）を測定した。

これらの測定値を第６表に示す。

第　５　表　　　試験例３の結果 第　６　表　　試験例４の結果 （試験例５） 実施例３で得た複合粉体を試験例４と同一の方法に上り
造粒、焼結した。ただし粉子の焼結は１８００℃で２時
間行なった。比較のため比較例３で得た混合粉体も同様
の方法に上り造粉、焼結した。得られた焼結体の単粒圧
壊試験の測定値を第７表にヌープ硬さく１０（１ｇ荷重
）の測定値を第８表に示した。

第　７　表　　試験例５の結果　＠粒圧壊強度第　８　
表　　試験例５の結果　　ヌープ硬さく発明の効果） 試験例の結果から、本発明の方法による複合粉体を成型
、焼結した材料は、単純にアルミナとジルコニアとを混
合、成型、焼結した材料に比べ易規結性で、機械的強度
においても優れている。また高温熱強度及び耐熱衝撃性
の点においても十分な強度を持っていることから、本島
の使用される環境が単に室温のみならず高温度の場所、
あるいは高温と低温の繰り返される場所においても使用
可能であることを示している。また本来が酸化物を出発
原料としていることから、その使用される雰囲気につい
ても、酸化性から還元性まで広い範囲にわたって使用可
能である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. バイヤーアルミナおよび／またはボーキサイトから得た
   アルミナと、バデライトおよび／またはジルコンサンド
   から得たジルコニアとを、それぞれ５０〜９５重量％と
   ５〜５０重量％とになるように混合してから加熱、熔融
   、急冷したのち、平均粒度で１０μｍ以下に粉砕するこ
   とを特徴とするアルミナ−ジルコニア複合粉体の製造方
   法。