JPS62283865A - 耐摩耗構造材用ＺｒＯ２基セラミックス焼結体 - Google Patents
耐摩耗構造材用ＺｒＯ２基セラミックス焼結体Info
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- JPS62283865A JPS62283865A JP61125120A JP12512086A JPS62283865A JP S62283865 A JPS62283865 A JP S62283865A JP 61125120 A JP61125120 A JP 61125120A JP 12512086 A JP12512086 A JP 12512086A JP S62283865 A JPS62283865 A JP S62283865A
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- zro2
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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】
発明の詳細な説明
〔産業上の利用分野〕
本発明は、刃物やダイス等の工具、切削工具等の耐摩耗
用の構造材として、使用される高強度でかつ高硬度なＺ
ｒｏ、基セラミックス焼結体に関するものである。
用の構造材として、使用される高強度でかつ高硬度なＺ
ｒｏ、基セラミックス焼結体に関するものである。
従来、Ｙ２Ｏ３を２〜３モル％添加し、主に正方品の結
晶構造を有するＺｒ○２基セラミックス焼結体は、他の
セラミックスに比べて高強度を示すことが知られている
。ここで、Ｙ、Ｏ，の効果は、ＺｒＯ，の高温型の正方
品が低温型の単斜晶へ変態することを抑制し、常温まで
、正方品を保持して安定化させることである。そして、
この正方晶のＺｒＯ２が高強度を発現させる。
晶構造を有するＺｒ○２基セラミックス焼結体は、他の
セラミックスに比べて高強度を示すことが知られている
。ここで、Ｙ、Ｏ，の効果は、ＺｒＯ，の高温型の正方
品が低温型の単斜晶へ変態することを抑制し、常温まで
、正方品を保持して安定化させることである。そして、
この正方晶のＺｒＯ２が高強度を発現させる。
ところで、この正方品型のＺｒＯ２に、ＨＩＰ（熱間静
水圧プレス、以後ＨＩＰと記す）を適用して、緻密化し
た焼結体では、抗折強度が約１６０ｋｇｆハ１に達する
ことが下記文献に報告されている。
水圧プレス、以後ＨＩＰと記す）を適用して、緻密化し
た焼結体では、抗折強度が約１６０ｋｇｆハ１に達する
ことが下記文献に報告されている。
“Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ Ｆｒａｃｔｕｒｅτｏｕ
ｇｈｎｅｓｓ ｏｆＩｓｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ ｔｌ
ｏｔ−Ｐｒｅｓｓｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｏｆＡ
１２０３ａｎｄ Ｙ２Ｏ，−Ｐａｒｔｉａｌｌｙ−５ｔ
ａｂｉｌｉｚｅｄ ＺｒＯ２’ 。
ｇｈｎｅｓｓ ｏｆＩｓｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ ｔｌ
ｏｔ−Ｐｒｅｓｓｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｏｆＡ
１２０３ａｎｄ Ｙ２Ｏ，−Ｐａｒｔｉａｌｌｙ−５ｔ
ａｂｉｌｉｚｅｄ ＺｒＯ２’ 。
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃ
ｅｒａｍｉｃ ５ｏｃｉｅｔｙ、６８゜Ｃ−４、１９８
５゜ また、このＺｒＯ２焼結体にＡ１□○、を２０重量％（
２８体積％）添加すると、さらに強度が向上し、ＨＩＰ
を適用すると、抗折強度が約２４０ｋｇｆハ１に達する
ことが上記文献中に報告されている。また、この焼結体
のビッカース硬さは、約１４００であるという報告もさ
れている。
ｅｒａｍｉｃ ５ｏｃｉｅｔｙ、６８゜Ｃ−４、１９８
５゜ また、このＺｒＯ２焼結体にＡ１□○、を２０重量％（
２８体積％）添加すると、さらに強度が向上し、ＨＩＰ
を適用すると、抗折強度が約２４０ｋｇｆハ１に達する
ことが上記文献中に報告されている。また、この焼結体
のビッカース硬さは、約１４００であるという報告もさ
れている。
２「０２基セラミツクスを低温で使用する構造材料に適
用する場合には、超硬材と競合する場合が多く、超硬の
機械的特性は、抗折強度が約３００ｋｇｆ／ ｍｍ ”
、ビッカース硬さは約１５００で、現状のＺｒＯ。
用する場合には、超硬材と競合する場合が多く、超硬の
機械的特性は、抗折強度が約３００ｋｇｆ／ ｍｍ ”
、ビッカース硬さは約１５００で、現状のＺｒＯ。
基セラミックス焼結体より優れており、さらに、強度、
硬度を向上させ、超硬材に匹敵するか或いは越える特性
が要求されてきた。
硬度を向上させ、超硬材に匹敵するか或いは越える特性
が要求されてきた。
本発明の目的は、強度、硬度を向上させたＺｒＯ，基セ
ラミックス焼結体とその製造方法を提供することである
。
ラミックス焼結体とその製造方法を提供することである
。
本願発明者は種々検討を重ねた結果、安定化剤としてＹ
２Ｏ１等を含有するＺｒＯ２暴セラミックス焼結体に０
ｒ２０３含有させることにより、ＺｒＯ。
２Ｏ１等を含有するＺｒＯ２暴セラミックス焼結体に０
ｒ２０３含有させることにより、ＺｒＯ。
基セラミックス焼結体の強度ならびに硬度の向上をなし
えたのである。
えたのである。
本発明において、Ｃｒ２Ｏ，の添加によるＺｒＯ２焼結
体の強度向上は、Ｃｒ２Ｏ３自体の弾性率がＺｒＯ２よ
り著しく大きくその効果によるものと考えられる。また
、Ｃ，ｒ２０．のビッカース硬度は。
体の強度向上は、Ｃｒ２Ｏ３自体の弾性率がＺｒＯ２よ
り著しく大きくその効果によるものと考えられる。また
、Ｃ，ｒ２０．のビッカース硬度は。
２９００と太き（Ｃｒ、Ｏｌの添加により硬度も向上す
る。Ｃｒ２Ｏ，が５体積％未満では、添加の効果が十分
でなく、従来の焼結体と同程度の強度、硬度しか得られ
ず、また６０体積％を越えると、硬度は上昇するものの
１強度が所望の値とならないので。
る。Ｃｒ２Ｏ，が５体積％未満では、添加の効果が十分
でなく、従来の焼結体と同程度の強度、硬度しか得られ
ず、また６０体積％を越えると、硬度は上昇するものの
１強度が所望の値とならないので。
Ｃｒ、○、は、５〜６０体積％の範囲で選択される。本
発明ＺｒＯ２基セラミックス焼結体には、Ｙ２Ｏ，、Ｃ
ｅＯ□等の安定化剤が含有される。
発明ＺｒＯ２基セラミックス焼結体には、Ｙ２Ｏ，、Ｃ
ｅＯ□等の安定化剤が含有される。
Ｙ２Ｏ，、ＣｅＯ２の添加により、ＺｒＯ２基セラミッ
クス焼結体の結晶構造は、主に正方品となるが添加量が
それぞれ１モル％未満、４モル％未満では、正方品を安
定化させる効果が小さく、単斜晶が生成しやすくなる傾
向にあり、またそれぞれ４モル％、１６モル％を越える
と立方晶が生成しやすくなるので、添加量はＹ２Ｏ３１
−４モル％、ＣｅＯ２４−１６モル％が望ましい。なお
、Ｙ２Ｏ，、ＣｅＯ□を複合添加しても良い。
クス焼結体の結晶構造は、主に正方品となるが添加量が
それぞれ１モル％未満、４モル％未満では、正方品を安
定化させる効果が小さく、単斜晶が生成しやすくなる傾
向にあり、またそれぞれ４モル％、１６モル％を越える
と立方晶が生成しやすくなるので、添加量はＹ２Ｏ３１
−４モル％、ＣｅＯ２４−１６モル％が望ましい。なお
、Ｙ２Ｏ，、ＣｅＯ□を複合添加しても良い。
また、Ｙ、Ｏ，、Ｃｅ Ｏ２が含有された場合でも。
得られた焼結体のＺｒＯ２の平均結晶粒径が、３ミクロ
ンを越えると、結晶構造が単斜晶に変態しやすくなり、
正方品の割合が減少するためＺｒＯ２の平均結晶粒径を
３ミクロン以下に抑制し、ＺｒＯ。
ンを越えると、結晶構造が単斜晶に変態しやすくなり、
正方品の割合が減少するためＺｒＯ２の平均結晶粒径を
３ミクロン以下に抑制し、ＺｒＯ。
の結晶構造が主に正方晶であることが重要である。
また、得られた焼結体のＣｒ２Ｏ，の結晶粒径は、Ｚｒ
０ｚ−ｃｒｚｏ３複合材の強度を考慮した場合、基本的
にＺ ｒ Ｏ２のそれより小さいことが望ましい。
０ｚ−ｃｒｚｏ３複合材の強度を考慮した場合、基本的
にＺ ｒ Ｏ２のそれより小さいことが望ましい。
次に、本発明焼結体の製造方法について説明する。
本発明焼結体は、Ｙ２Ｏ，、ＣｅＯ□等の安定化剤を含
有するＺｒＯ，粉末と所定の量のＣｒ、０３粉末を添加
、混合、成形した後、焼結することにより得ることがで
きるが、Ｃｒ２Ｏ，の微粉末は入手し難く、Ｃｒ粉末を
用いて、大気中焼結することによりＣｒ２Ｏ３を生成さ
せる手法を採用しても良い。
有するＺｒＯ，粉末と所定の量のＣｒ、０３粉末を添加
、混合、成形した後、焼結することにより得ることがで
きるが、Ｃｒ２Ｏ，の微粉末は入手し難く、Ｃｒ粉末を
用いて、大気中焼結することによりＣｒ２Ｏ３を生成さ
せる手法を採用しても良い。
また、ホットプレス或いはＨＩＰ（熱間プレス）を適用
して高密度化を図ることも可能である。ホットプレス条
件は、５０ｋｇｆ／ａｄ以上の圧力で温度は、１４００
〜１７００℃、ＨＩＰ条件は、 ５００ｋｇｆ／ｃｄ以
上の圧力で温度は１１ｉＯＯ〜１７００℃が適切である
。更にホットプレスで焼結した後、ＨＩＰを適用して緻
密化を図っても良い。
して高密度化を図ることも可能である。ホットプレス条
件は、５０ｋｇｆ／ａｄ以上の圧力で温度は、１４００
〜１７００℃、ＨＩＰ条件は、 ５００ｋｇｆ／ｃｄ以
上の圧力で温度は１１ｉＯＯ〜１７００℃が適切である
。更にホットプレスで焼結した後、ＨＩＰを適用して緻
密化を図っても良い。
また、原料粉末は１μｍ以下のものを使用することが強
度上必要である。
度上必要である。
Ｙ２Ｏ，を３モル％固溶した平均粒径が０．１ミクロン
のＺ ｒ Ｏ，の原料粉末と、粒径が０．１ミクロン以
下のＣｒ、○、粉末を添加量がＯ〜６０体積％となるよ
う秤量する。そして、上記２種類の粉末と純水とをポッ
トに入れて、ボールミルによって５０Ｌ混合した後、バ
インダーとしてポリビニルアルコールを添加し、さらに
５ｈ混合してスラリーとする。
のＺ ｒ Ｏ，の原料粉末と、粒径が０．１ミクロン以
下のＣｒ、○、粉末を添加量がＯ〜６０体積％となるよ
う秤量する。そして、上記２種類の粉末と純水とをポッ
トに入れて、ボールミルによって５０Ｌ混合した後、バ
インダーとしてポリビニルアルコールを添加し、さらに
５ｈ混合してスラリーとする。
スラリーをスプレードライヤー機によって乾燥させて造
粒した後、ゴム型に充填する。そして、ラバープレス機
で、このゴム型に５ｔｏｎｆ／ｃＪの圧力を加えて、造
粒粉を圧密化し、成形体を得る。得られた成形体を大気
中１５００℃１ｈ保持して焼結を完了した。次に、得ら
れた焼結体を圧力１５００ｋｇｆ／ｄ、＠度１５００℃
、１ｈ保持の条件で、ＨＩＰを適用してさらに緻密化し
た。以上の工程によって得られた焼結体から、 ＪＩＳ
規格（Ｒ１６０Ｌ）に従って抗折試験片を作成し、抗折
強度を測定した（試験片５本の平均値を求めて、１つの
データとした。）。また、硬度は、荷重１０ｋｇのビッ
カース法で測定した。抗折強度と硬度のテスト結果を第
１図に示す。これから、抗折強度は、Ｃｒ２Ｏ３の添加
量が３０体積％までは向上するが、それ以上では、逆に
低下すること、硬度は、Ｃｒ２Ｏ，の添加量が多い程向
上することがわかる。そして、抗折強度が１５０ｋｇｆ
／ｎｗｎ”以上、ビッカース硬度が１４００以上の特性
を目標としており、これを達成できる範囲は、１０〜５
０体積％であることがわかる。この範囲内の焼結体につ
いて、Ｘ線により、ＺｒＯ２の結晶構造を調べたところ
、９０％以上が正方品で、残りは立方晶であった。
粒した後、ゴム型に充填する。そして、ラバープレス機
で、このゴム型に５ｔｏｎｆ／ｃＪの圧力を加えて、造
粒粉を圧密化し、成形体を得る。得られた成形体を大気
中１５００℃１ｈ保持して焼結を完了した。次に、得ら
れた焼結体を圧力１５００ｋｇｆ／ｄ、＠度１５００℃
、１ｈ保持の条件で、ＨＩＰを適用してさらに緻密化し
た。以上の工程によって得られた焼結体から、 ＪＩＳ
規格（Ｒ１６０Ｌ）に従って抗折試験片を作成し、抗折
強度を測定した（試験片５本の平均値を求めて、１つの
データとした。）。また、硬度は、荷重１０ｋｇのビッ
カース法で測定した。抗折強度と硬度のテスト結果を第
１図に示す。これから、抗折強度は、Ｃｒ２Ｏ３の添加
量が３０体積％までは向上するが、それ以上では、逆に
低下すること、硬度は、Ｃｒ２Ｏ，の添加量が多い程向
上することがわかる。そして、抗折強度が１５０ｋｇｆ
／ｎｗｎ”以上、ビッカース硬度が１４００以上の特性
を目標としており、これを達成できる範囲は、１０〜５
０体積％であることがわかる。この範囲内の焼結体につ
いて、Ｘ線により、ＺｒＯ２の結晶構造を調べたところ
、９０％以上が正方品で、残りは立方晶であった。
本発明によれば、刃物やダイス等の耐摩耗用構造材とし
て用いる場合に、従来、超硬と比較して不十分であった
寿命が、同等以上となり、工業上非常に有益である。
て用いる場合に、従来、超硬と比較して不十分であった
寿命が、同等以上となり、工業上非常に有益である。
第１図は、本発明の実施例におけるＣｒ２Ｏ，の添加量
と抗折強度、ビッカース硬度の関係を示した図である。
と抗折強度、ビッカース硬度の関係を示した図である。
Claims (1)
- １ ＺｒＯ＿２を主成分としてＣｒ＿２Ｏ＿３５〜６０
体積％を含有することを特徴とするＺｒＯ＿２基セラミ
ックス焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61125120A JP2533854B2 (ja) | 1986-05-30 | 1986-05-30 | 耐摩耗構造材用ＺｒＯ２基セラミックス焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61125120A JP2533854B2 (ja) | 1986-05-30 | 1986-05-30 | 耐摩耗構造材用ＺｒＯ２基セラミックス焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62283865A true JPS62283865A (ja) | 1987-12-09 |
| JP2533854B2 JP2533854B2 (ja) | 1996-09-11 |
Family
ID=14902340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61125120A Expired - Lifetime JP2533854B2 (ja) | 1986-05-30 | 1986-05-30 | 耐摩耗構造材用ＺｒＯ２基セラミックス焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2533854B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008532915A (ja) * | 2005-03-15 | 2008-08-21 | サン−ゴベン・セントル・ドゥ・レシェルシェ・エ・デチュード・ユーロペアン | ガス化反応装置内部ライニング |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56145174A (en) * | 1980-04-12 | 1981-11-11 | Akira Yamaguchi | Manufacture of zirconia-chromium oxide sintered body |
| JPS6126561A (ja) * | 1984-07-13 | 1986-02-05 | 東芝モノフラツクス株式会社 | ジルコニア質セラミツクス |
-
1986
- 1986-05-30 JP JP61125120A patent/JP2533854B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56145174A (en) * | 1980-04-12 | 1981-11-11 | Akira Yamaguchi | Manufacture of zirconia-chromium oxide sintered body |
| JPS6126561A (ja) * | 1984-07-13 | 1986-02-05 | 東芝モノフラツクス株式会社 | ジルコニア質セラミツクス |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008532915A (ja) * | 2005-03-15 | 2008-08-21 | サン−ゴベン・セントル・ドゥ・レシェルシェ・エ・デチュード・ユーロペアン | ガス化反応装置内部ライニング |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2533854B2 (ja) | 1996-09-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |