JPS63134551A - アルミナ質焼結体およびその製造法 - 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、機械的特性に勝れたアルミナ質焼結体に関す
るものである。

［従来の技術］ 従来、高温用構造部材として用いられている酸化物セラ
ミックスの主なものに、アルミナ、ジルコニア、ムライ
ト等が知られている。しかし、それぞれ固有の欠点があ
り、高温用構造材料としての用途は限られ・ている。

アルミナ質焼結体は、優れた化学的安定性および、耐熱
性を有するが、強度および破壊靭性の点で劣っている。

また、アルミナ質焼結体中に部分安定化ジルコニアの粒
子を分散することにより、室温における強度および破壊
靭性が改善されることが知られている。しかし、ジルコ
ニアの正方晶から単斜晶へ相転移による高靭化機構は、
高温下では有効に作用せず、高温域では強度と破壊靭性
の低下が著しく、しかも、著しいクリープ現象を示し、
機械的特性の劣化が著しい。

現在、耐クリープ性を有する材質として最有望視されて
いるムライト質焼結体は、室温での強度および破壊靭性
の点で劣っている。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、室温で十分な強度および破壊靭性を持つだけ
でなく、高温においても、それらの特性の劣化の小さい
、しかも耐クリープ性の優れたアルミナ質焼結体の提供
を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 高温下での靭性低下の小さい強化機構の一つとして、焼
結体組織を制御し、柱状晶を成長させ、構成粒子形状に
異方性を持たせる方法が挙げられる。本発明は、この方
法を利用することによりなしとげられたものである。す
なわち、α型アルミナ−ランタン系β型アルミナ複合焼
結体においてランタン系β型アルミナが柱状結晶として
発達することを見出だした。ランタン系β型アルミナと
は、Ｌａ２Ｏ５，Ｎｄ２０３．　　ｃｅｚｏ３．　Ｇｄ
２０３．８１２０３等のランタン系希土類金属酸化物を
含むβ型アルミナでありランタン系希土類金属元素をＲ
ｅとし、理想式としては、Ｒｅ２Ｇ、、・　１ｌＡｆｔ
、ｆ）、で表される化合物である。

本発明の焼結体の特徴は、高温において強度および破壊
靭性の低下が小さく、耐クリープ性に優れてることであ
る。これらの諸特性は、焼結体中でランタン系β型アル
ミナが柱状晶として発達することに起因していると推察
される。焼結体に高温下での高強度、高靭性を持たせる
ためには、β型アルミナの柱状晶のアスペクト比を大き
くするのがよく、たと−えば長さ５〜２０μｍ１直径０
．５〜２μｍのものとし、マトリックスの粒径は、十分
小さくなるように制御されるべきである。

焼結体中に含まれるβ型アルミナの量比は、１０から６
０ｖｏ１％が好ましく　、１ｏｖｏ１％未満では、良好
な柱状晶の発達が起こりにくく、また、ＧＯｖｏ１％を
越えると、緻密な焼結体を製造するのが難しい。

出発原料粉末の合成は、０．５μｍ以下のアルミナ粉末
と０．３μｍ以下のランタン系希土類金属酸化物微粉末
を混合することによっても得られるが、Ｒｅ２０．＋　
　ＩＩＡＡ、０．→Ｒａ２０３−　１１＾ｊ２２０３・
（１）（１）式に示す、ランタン系希土類金属酸化物と
α型アルミナからランタン系β型アルミナを生成する反
応は、ランタン系希土類金属元素の拡散速度により律速
され、ランタン系β型アルミナの柱状晶の発達が不十分
になったり、中間生成物と考えられる希土類金属アルミ
ネート（Ｒｅ２０．・　＾１２０．　＞が焼結体１１ｍ
中に残存し、不均一な組織となりやすい。ランタン系β
型アルミナの柱状晶のよく発達した、均質な組織を持つ
焼結体を得るためには、ランタン系希土類金属元素が微
細なオーダーで均一に分布した粉末を出発原料とするこ
とが望ましい。

ランタン系希土類金属アルミネートの粉末と、α型アル
ミナおよび／またはγ型アルミナの粉末を混合したもの
を出発原料とすることは目的とする組織を有する焼結体
を製造するためにより良い方法である。ここで用いる希
土類金属アルミネートはα型アルミナあるいは、より反
応性に富むγ型アルミナとランタン系希土類金属のシュ
ウ酸塩等をよく混合し、焼成して得られる。ただし、β
型・アルミナの結晶構造を有する微粉末を出発原料とす
ることは、焼結体中でのランタン系β型アルミナの柱状
晶の発達を阻害するので好ましくない。

前記したように焼結体の組成をβ型アルミナ１０〜６０
ＶＯ１％とするためには、α型アルミナ、β型アルミナ
の比重が各々３．９８．４．０７であることを利用して
原料粉末の重量比を求めればよい。

得られた原料粉末をラバープレス、スリップキャスト法
などの成形法で所定の形状に成形した後、焼成する。１
４００℃以上の焼成温度でランタン系β型アルミナの生
成が起こるが、ランタン系β型アルミナの柱状晶が充分
発達したたとえば前記したように長さ　５〜２０μｍ１
直径０．５〜２μｍの焼結体組織を得るためには、１５
００℃以上の温度がよい。

しかし１７００℃よりも高い焼成温度では、粒成長が起
こり、ランタン系β型アルミナの柱状晶組織が損なわれ
るので好ましくない。

焼成は酸素を含む雰囲気中で行なうのが望ましい。前記
のβ型アルミナを生成する反応は、雰囲気中の酸素分圧
により律速され酸素の乏しい雰囲気中では、β型アルミ
ナの柱状晶の発達が不十分となりやすいからである。

また、常圧で焼成した後、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）
を施すことは、極めて有効である。例えば、常圧焼成に
おける温度以下、５００気圧以上で旧Ｐ処理を行えば破
壊源となる欠陥を小さくし、強度を上昇させ、また強度
のばらつきを少なくすることができる。

［発明の効果］ 本発明の焼結体は高強度、高靭性であり、高温において
もこれらの特性の低下が少なく、耐クリープ性にも優れ
ている。従って、高温で使用する構造部材、エンジン部
品、熱間押出ダイス、切削工具などに利用できる。

［実施例］ 実施例１〜８、比較例１．２ 平均粒径０．１μｍ以下のγ型アルミナ微粉末にＡｊ２
２０３　／Ｌａ２　ｏ３のモル比が１１となるようにシ
ュウ酸ランタンを添加し、エタノール中で混合した後、
乾燥し、１０５０℃で２時間仮焼し、γ型アルミナとラ
ンタンアルミネート（ＬａＡ１２０３　）からなる粉末
を得た。この粉末と平均粒径０．４μｍのα型アルミナ
粉末を所望の割合に秤量し、エタノール中で４８時間ボ
ールミルによる粉砕混合を行い、出発原料粉末を得た。

得られた粉末をラバープレスを用いて成形したのち、空
気中で１６００℃で６時間焼成して焼結体を得た。実施
例５〜８では、さらに１５００℃、アルゴンガスを圧力
媒体として１０００気圧の条件で１時間熱間静圧ブレス
゛（Ｉ（ＩＰ　）処理して最終焼結体とした。焼結体の
組織はランタン系β型アルミナの柱状晶がよく発達し、
マトリックスのα型アルミナの粒径は十分小さかった。

この焼結体を３　Ｘ４　Ｘ４０ｍｍのテストピースに加
工し、曲げ試験用試片とした。曲げ試験は、３点曲げ、
スパン３０市、クロスヘッドスピード０．５＋＋＋＋ｅ
／分の条件で測定した。

破壊靭性は、インデンテーション法により、高温ビッカ
ース硬度計を用いてアルゴン雰囲気中で室温および１２
００℃の温度で測定した。

耐クリープ性は、高温ビッカース硬度計を用いて、高温
硬度を測定することにより評価した。

得られた結果、と、比較例としてアルミナおよびムライ
トの測定値を表１に示す。

また、実施例６で得られた焼結体の結晶構造の顕微鏡写
真を第１図に、その一部分のスケッチを第２図に示す。

第２図において、棒状の白い部分１は柱状晶ランタン系
β型アルミナであり、斜線部分２はマトリックスのα型
アルミナである。

【図面の簡単な説明】 第１図は実施例６で得られた焼結体の結晶構造を示す電
子顕微鏡写真である。第２図は第１図の一部のスケッチ
である。 １・・・柱状晶ランタン系β型アルミナ２・・・α型ア
ルミナのマトリックス 特許出願人　東洋曹達工業株式会社 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）α型アルミナおよび柱状晶ランタン系β型アルミ
   ナからなるアルミナ質焼結体。
2. （２）Ｒｅ＿２Ｏ＿３・Ａｌ＿２Ｏ＿３で表されるラン
   タン系希土類金属アルミネート（ただし、Ｒｅはランタ
   ン系希土類金属を表す）とそれに対しモル比で１０倍を
   越える量のα型および／またはγ型アルミナとを含む混
   合粉末を成形し、１４００℃以上で焼成することからな
   るアルミナ質焼結体の製造法。
3. （３）常圧で焼成した後、熱間静水圧プレスを施すこと
   によって焼成する特許請求の範囲第２項記載の方法。