TW448135B - Wear resistant aluminous ceramics and its production - Google Patents

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448 1 A7 B7 五、發明説明（i ) 本發明係有關耐磨損性礬土陶瓷，特別是，做爲耐磨 損性部材料之有用的耐磨損性礬土陶瓷及其製造方法者。 近年來，以更優質之耐磨損性及耐侵蝕@之陶瓷取代 金屬材料爲目標，陶瓷取代了先行技術之金屬做爲耐摩損 部材料被使用之》做爲此種陶瓷者，一般有礬土、銷、氮 化矽、碳化矽等爲公知者，而其中又以高硬度、優異耐侵 蝕性、價廉之礬土爲主體之礬土陶瓷被廣泛使用之。先行 技術中；一般礬土陶瓷爲礬土單獨時煅燒性不良易產生缺 陷，因此，添加煅燒助劑其他添加劑進行煅燒者。 惟，先行技術中礬土陶瓷添加含A 1 20 3之9 0〜 9 5重量％之多量添加劑，因此，礬土結晶粒界中產生礬 土結晶以外之第2相及玻璃相，而無法取得原有礬土之硬 度及強度，亦無法取得充份耐摩損性等問題ώ現*爲解決 此問題於特開平0 6 5 1 4號公報被提出於9 5〜 9 8重量％之A 1 203主成份中加入由S i 024 0〜 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 85 重暈％、Mg〇l〇~55 重量％、Ca〇5 〜50 重量％所組成之煅燒助劑2〜5重量％之礬土陶瓷，其他 於特開平7_2 3 7 9 6 1號公報被提出於主成份 Α12Ο390〜95重量％中加入Si023. 0〜 5. 0重量％、Mg01. 0〜1. 5重量％，以及 B 2 0 3 0 5〜3. 5重量％之礬土陶瓷。 '畫漏靈1^1 - 2 0 6 ~_麵薄象中，加入少量煅燒助 劑係可提昇耐摩損性，而礬土含量愈多煅燒性愈低下，務 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2Ι0Χ：Σ97公釐） 一 4 — 448 ? 35 Α7 Β7 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 五、發明説明（2 ) 必高溫煅燒，且煅燒溫度使結晶粒度分怖變廣，因造易造 成耐摩損性低減之問題。又，當此礬土陶瓷使用粉碎用球 磨機時，空轉摩損，亦即，球磨機中粉碎用球磨機置入水 後旋轉時之摩損顯示優異特性，而實際上，粉碎礬土等粉 體時，顯示未能滿足其實摩損性。 另外，特開平7 — 237961號公報中含.9 ◦〜 9 5重量％之A 1 20 3與先行技術同程度亦顯示優異之耐 摩損性而爲控制粒子成長及煅燒溫度低溫化之目的所添加 之b2o3爲1 0 0 0 °C之相當大的蒸氣壓，因而煅燒中極 易蒸發造成組成變動，同時造成不均勻，B20 3蒸發而陶 瓷內部出現空孔，而導致耐摩損性低減之慮。 因此，本發明以取得其低溫煅燒可能且均匀之特性， 具優異耐摩損性且價廉之礬土陶瓷爲目的者。 爲達成本發明之上述目的，基本上以A 1 2〇38 8重 量％以上9 5重量％以下做爲礬土陶瓷之主成份，再加入 由S i 0272〜85重量％、Mg〇3〜25重量％以 及C a 0 3〜2 5重量％所組成之副成份，該副成份之各 成份含’量爲Si 023. 6〜10重量％、MgOO. 2 〜2. 5重量％及（：3〇0. 2〜2. 5重量％，其合計 量爲5〜1 2重量％者，另外將不可避免之不純物控制於 0. 5重量％以下，而陶瓷之缺陷量控制於5%以下者》 本明細書中所謂陶瓷之缺陷量係指以平面削研盤將陶 瓷依下記條件研削加工後，研磨加工後使成鏡面，其完成 之鏡面之面（以下稱鏡面完成面。）以所定之倍率（一般 本紙‘尺度適用中國國家標準7~CNsTa4規格~ 一 5 - H. ! - —- - I I 1- II I ! 1 - I I I 1— I 1..— *^ (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 448 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3 ) 爲5 0 0倍）之掃描電子顯微鏡進行相片攝影，其相片經 畫面解析經二值化分離成缺陷部份與無缺陷部份後，其缺 陷部份爲全畫面所佔面積之比例（即，面積比例（％ )) 謂之。此缺陷部份中，不只氣孔，連煆燒體之研削及研磨 加工後完成鏡面時發生脫粒後，以及包括不影響煅燒體容 積密度值程度者。 上述完成鏡面係水平面研削盤與樹脂結合型金鋼石砥 石，首先，以粒度# 1 4 0之金鋼石砥石，其砥石周速爲 1 5 0 Om/s e c ，割切深度爲8/zm，非研削物之陶 瓷（以下稱框* )之左右之輸送速度（以下稱輸送框。） 以1 e c約8 O/im研削後，砥石5次重覆停止 切入，再更換砥石#400之金鋼石砥石，周速1500 m/s e c，切割深度爲5j«m，輸送框1 3m/s e c .之條件下約50研削後，將砥石10次重覆停止切入 ，'更改以砥石#600之金鋼石砥石，周速1 500m/ s e c切割深度爲2/im，輸送框1 〇m/s e c之條件 下約2 0〜3 0 //m研削後，砥石1 5次重覆停止切入後 進行研削，之後，於研削加工後之陶瓷研削面，埋入4 ◦ 私111之金鋼石砥粒之金鋼石襯墊以2. 6kgf/cm2 加壓後研磨3分鐘後，再以6 jum之金鋼石砥粒以2. 6 k g f/cm2加壓研磨5分鐘後，3 jam金鋼石砥粒 2. 6kgf/cm2加壓後，研磨15分鐘，最後再以 1以m之金鋼石砥粒1 . 3 k g f/cm2加壓後研磨5 分鐘後進行之。 本紙杀尺度述用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） „ ~ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

4 4 8 7 3 ιό A7 B7 五、發明説明（4 ) 亦即本發明耐摩損性礬土陶瓷係由A 1 2〇38 8重量 %以上95重量％以下，S i 023. 6〜10重量％、

Mg〇〇. 2〜2. 5重量％、Ca〇0. 2〜2. 5重 量％，殘留實質不可避免之不純物所組成，上述S i 〇2 、Mg ◦、及C aO之含量總和爲5〜1 2重量％，當該 S i 02、MgO及C a 0之含量總和爲1 0 0時，則各 成份比例分別爲S i 0272〜85重量％、Mg〇3〜 25重量％、Ca03〜25重量％，上述不可避免之不 純物爲0. 5重量％以下缺陷量爲5%以下者爲其特徵。 上述主成份之A120 3含量以90〜94. 5重量％

之範圍者最適當。又，上述副成份之含量以S i 02爲5 〜10重量％、MgO爲〇. 4〜1. 5重量％、CaO 爲0. 3〜1. 5重量％，當此含量總和爲100時，各 成份比例以S i 〇2爲73〜84重量％、MgO爲 3·. 5〜1重量％、CaO爲4〜15重量％之範圍爲最 適當者。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，本發明在提昇上述礬土陶瓷之強度及韌性之同時 ，爲使其大型組織更均勻化，當上述成份組成之基本組成 物爲100重量份時，21"〇2爲0. 01〜15重量份 ，較佳者爲0. 05〜10重量份，更佳者則以0.1〜 8重量份者。 更者，本發明係提供以固定比例配合原料粉末，其混 合物以平均粒徑〇· 5〜1. 0j«m粉未做微粉碎，取得 之微粉未使成一定形狀成形後，取得容積密度爲1. 90 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -7 - 8 4 I 3 5 A7 ___ B7 __ 五、發明説明（5 ) 〜2 · 1 0 g/cm3之成形體，將此煅燒爲其特徵之耐. (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 摩損性礬土陶瓷之製造方法者。此時，粉碎後微粉末之比 表面積爲〜1 5m2/g爲宜，又，成形體之煅燒 溫度以1 3 5 0〜1 6 0 0 t爲最佳。 上述將不可避免之不純物含量設定爲0. 5重量％， 而其中之N a 2 Ο、Κ 2〇等碱性金屬氧化物之含量以'控制 爲0. 45重量％以下，較佳者爲0. 4重量％以下，又 ，710 2之含量爲〇. 2重量％以下，較佳者爲 0. 15%以下者爲佳。 又，上述缺陷量由於對陶瓷耐摩損性有極大影響，因 此，完成鏡面之缺陷量以5%以下者爲佳。當缺陷量超過 5 %則此缺陷將成爲摩損之起因而促進摩損，低減耐摩損 性而導致耐衝擊強度之低減因此不適當。此缺陷量以3 % 以下爲宜，較佳者爲2 %以下者》 經濟部中央標準局W：工消費合作社印製 •本發明之耐摩損性礬土陶瓷如上所述，由上述組成配 合原料後，將其混合物粉碎後，平均粒徑爲1. Ovm以 下，比表面積爲8 m2/g以上、更具體而言係》調製成 平均粒徑爲0· 5〜1. Oj«m，比表面積爲8m2/g 〜1 5m2/g之原料粉末，取得之原料粉末以一定形狀 成形後，取得容積密度爲1. 90〜2. 1 0 g / c m 3 之成形體，將此經1 3 5 0〜1 6 0 0°C之溫度煅燒後製 成者，更具體之例如以下方法製造者。 (1 )先將組成礬土陶瓷之各組成元素化合物如上述 組成比配合之，必要時加入Z r 02原料，於水或有機溶 本紙i尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ~ ~ 4 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 4 ? 3 5 A7 _______ B7 五、發明説明i6 ) 媒中濕式之使用球磨機’磨碎機等等公知之粉碎機將之粉 碎後’混合、分散、進行原料粉末之調製。 做爲礬土原料者以礬土純度爲99. 7重量％以上， 比表面積爲2m2/g以上，平均粒徑爲3 /zm以下，較 佳以0‘ 5〜3iim者。又，此礬土原料可以明礬法等製 造之，但以拜耳法使用之礬土原料者較佳，此有價廉之優 點》 副成份中之Mg ◦、C a 0之原料可使用氧化物、氫 氧化物 '碳酸鹽等鹽類：但平均粒徑以3 . 0 juxn以下， 較佳者爲0. 5〜3. Ojum者較爲適當。又，Si02 原料則使用矽石、石英、矽膠、乙基矽酸鹽等，又陶土等 之粘土鑛物、Zr〇2中以丫_2 03等之稀土類元素做爲安 定化劑使固溶之正方晶等鉻之使用亦可。做爲此z 20 3之 原料者以平均粒徑爲1. Oiim以下，更佳者爲0. 5〜 1·. O/zm，比表面積爲5m2/g以下，更佳者爲5〜 1 6m2/g者，將Y20 3等之安定化劑固溶之正方晶系 •銷做爲原料使用時因應力誘起變態效果而提昇韌性。 上述礬土陶瓷原料中之不可避免之不純物如含 F e2〇3、N a20、Κ2〇以及T i 02等，但由於不可 避之不純物中碱性金屬氧化物及T i ◦ 2產生第2相或異 常粒生長，因此，不可避不純物之含量以限於最小量者爲 宜，特別是，N 320及1<；20易與S i 02等形成玻璃相 ，因此碱性金屬氧化物含量爲〇 45重量％以下’又， T i 02爲促進結晶成長或形成異常粒成長之原因’因此 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）_ 9 _ ----------ο 裝--------# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

4 48 13Q 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 真、發明説明_(7 ). 其含量以0. 2重量％以下，較佳者爲〇. 15%以下選 取原料配合之。 粉碎、混合及分散於水或有機溶媒中以濕式進行之， 而其生料之粘性以50〜1 500 c p s爲適當。粘性太 高時則以丙烯酸碱、聚羧酸鹽等之分散劑做適當添加調節 粘性爲宜。粉碎後取得之粉體平均粒徑爲1. 0#m以下 ，比表面積爲5m 2/ g以上，更具體而言係將之粉碎爲 平均粒徑0. 5〜1. 0；am，比表面積爲8m2/g〜 1 5m g者。粉碎所定之粒度如以球磨機於20mm 中之鋁製球中進行9 6小時之粉碎者。 (2 )如此取得之生料經乾燥及造粒後取得造粒粉末 。乾燥方法因應所使用之成形方法選取，一般做爲成形法 之模具加壓或CIP(冷間等方壓加壓）成形法採用時或 .採用擠壓成形及注射成形時選以乾燥器乾燥者佳。 •造粒後之粉體如下工程之成形中，其低壓力亦可崩碎 者爲重點，崩碎性不佳之造粒粉體關係著煅燒體所含之缺 陷量增加。崩碎性良好之造粒粉體係於生料中所添加之粘 合劑種類及其量以及加壓乾燥處理時之各條件經過適當選 取後方可取得者。另外，做爲粘合劑者可以聚乙烯醇（ p v A )、丙烯酸樹脂、石蠟乳膠等原被使用者可任意使 用之，而分散劑可以丙烯酸碱、聚羧酸鹽等使用之》 如以加壓乾燥做乾燥時，於上述工程之粉碎生料中其 固形份（原料粉末）以添加1〜5重量％之粘合劑者即可 。添加粘合劑時，若粘性超過5 0 0 c p s時，可添加分 本ϋ又度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ _ —I. 1 I - : - ^^1 In ^^1 ί ^^1 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7

4 d8 13 S 五、發明説明（8 ) (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 散劑調製成粘性爲5 Ο 0 c p s以下。取得生料以加壓乾 燥於溫度1 5 0〜2 5 0 °C下噴霧乾燥、造粒之。此成形 用粉體通常調成含水率0. 2〜2%、粒子徑40〜 1 0 0 之範圍。再以此粉體製造陶瓷中依常法經模具 加壓，C I P等使成形於成形壓5 0 0〜2 0 0 0 kg f /cm 2之固定形狀。 又，以轉動造粒、注入成形、擠壓成形、注射成形等 成形方法成形時，省略加壓乾燥工程’直接以生料或僅乾 燥後做爲成形用原料者使用之。如做爲成形方法以使用注 入成形時，將粉碎後生料以丙烯酸碱、聚羧酸鹽等之分散 劑調爲粘性爲1 5 0 c p s以下’以石膏型成形之。 以轉動造粒成形做爲成形方法時，於粉碎生料中加入 粘合劑，經乾燥器於8 0〜1 2 0°C下使乾燥之，乾燥粉 .體於噴_器等之粉碎機下粉碎後，通過# 4 0〜# 8 0網 篩'取得篩下之粉體》直接以此粉體轉動造粒成形。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 更者，採用擠壓成形率注射成形做爲成形方法時，將 粉碎生料於乾燥器80〜1 20 °C下使乾燥之，乾燥粉體 以噴霧器等之粉碎機粉碎之，通過# 4 0〜# 8 0網篩取 得篩下粉體，於此似粘合劑擠壓成形時· 3〜1 0%注射 成形時添加1 5〜3 0%後於混合機內混合之，調製成形 用坏土後，擠壓成形或注射成形之。 不拘上述成形方法取得之成形體務必爲容積密度 1. 9〇g/cm3以上者，更佳者爲1. 95g/cm3 以上者。若容積密度未滿1 . 9 0 g / c m 3則取得煅燒 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（9 ) 體中之缺陷量增加不理想。 此取得之成形體以1 3 5 0〜1 6 0 0 °C，更佳者 1 4 0 0〜1 5 5 0 °C之溫度下煅燒者後，可取得目的物 耐摩損性礬土陶瓷。 本發明之耐摩損性礬土陶瓷限定以上述範圍內之組成 其理如下。亦即，A120 3含量爲88重量％以上95重 量％以下若A 1 20 3含量未滿8 8重量％時，則煅燒體內 部產生之玻璃相、第2相之量變多，使得煅燒體之強度、 硬度減低、耐衝擊性及耐摩損性減低因而不理想。又， A 1 20 3含量超過9 5重量％時，則煅燒體內部產生之玻 璃相之量太少，使得煅燒性減低，且隨著煅燒溫度之上昇 ，易於礬土結晶粒界產生玻璃相之偏析，造成異常粒成長 之因、硬度、韌性、強度之低下因而不理想。 又，上述副成份之S i 02、Mg0及Ca ◦做爲煅 燒 '助劑之添加，此副成份於礬土結晶粒界中主要存在玻璃 相，抑制其結晶粒成長，抑制容積密度之提昇及內部缺陷 +，以提昇耐摩損性。副成份之各成份含量受限於上述範圍 之理由如下。 亦即，S i 〇2、MgO及CaO含量爲s i 02 3. 6〜10重量％，MgOO. 2〜2. 5重量％、 C a 0 0 . 2〜2. 5重量％之範圍內時，αι203結晶 與其熱膨脹差，濕潤性均恰當’且容易結晶粒徑及分佈之 調節，礬土結晶粒界強度、韌性亦高，可提昇耐衝擊性及 耐摩損性。惟，當S i 02、MgO、c a Ο含量任一含 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) 乂4規格（210X297公釐） ~ " ~ 12 - ....... ^^1 ^^1 1^1 —.1» I. 一水 ^ϋ· I-1 ^^1 1^1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ο Α7 Β7 經濟部中失標準局負工消費合作社印製 五、 發明説明 10 ) ! 量 不 在 上 述 範 圍 內 時 » 則 礬 土 結 晶 粒 界 強 度 變 低 產生第 1 2 相 粒 子 ， 與 對 相 材 料 產 生 衝 擊 摩 擦 而 使 結 晶 粘 徑之脫 1 1 粒 、 韌 性 減 低 結 晶 烺 燒 階 層 變 大 易 出 現 異 常 粒 成長， I 1 必 然 的 使 得 結 晶 粒 徑 不 均 耐 衝 擊 性 、 rrrr 耐 摩 損 性 均 減低， 請 先 閱 1 | 而 不 理 想 9 因 此 必 保 持 上 述 範 圍 含 量 讀 背 面 1 1 I 具 體 而 係 S i 〇 2含量未滿3 . 6重量％則煅燒性 之 注 1 意 | 減 低 > 反 之 » 超 過 1 0 重 量 % 則 礬 土 結 晶 粒 界 強 度 低減， 事 項 1 I 再 1 \ 因 此 應 爲 上 述 Αί*Τ 範 圍 者 宜 又 Μ g 0 含 量 若 不 足 0 .2重 填 寫 本 ) 装 1 量 % 則 結 晶 粒 徑 不 均 匀 反 之 超 過 2 5 重 量 % 則析出 買 1 | 第 2 相 故 Μ g 0 之 含 量 應 爲 0 2 2 5 重 量 %。更 1 1 者 * C a 〇 含 量 爲 0 2 重 量 % 以 下 時 煅 燒 性 減 低，超 1 1 過 2 - 5 重 里 % 則 造 成 煅 燒 性 減 低 異 常 粒 成 長 之 產生， 1 -訂 I 因 此 應 爲 0 - 2 2 5 重 量 % 之 範 圍 者 〇 1 J 另 外 S i 0 2 ’ ' M g 0 • c a 0之含童和 亦即副 1 1 成粉 之 總 含 量 爲 5 1 2 重 量 % 若 不 足 5 重 量 % 則存在 I f 於 礬 土 結 晶 粒 界 之 玻璃 相 之 量 變 少 造 成 玻 璃 相 存 在不均 1 X 煅 燒 性 減 低 V 結 晶 異 常 粒 成 長 產 生 耐 衝 擊 性 及 耐摩損 1 I 性 減 低 不 理 想 〇 反 之 副 成 份 含 量 超 過 1 2 重 量 %，則 1 1 I 玻璃 相 變 得 過 多 硬 度 、 韌 性 及 強 度 均 減 低 耐 衝 擊 性與耐 1 1 摩 損 性 亦 減 低 因 此 以 上 述 範 圍 者 爲 宜 A 1 1 更 且 當 S i 0 2、 M g 0 C a ◦之含量總和爲 ] 1 1 0 0 時 各 成 份 比 例 亦 即 副 成 份組 成 之 S i 0 2爲7 2〜 1 8 5 重 量 % Μ S 0 局 3 2 5 重 量 % 、 C a 0 爲 3〜 1 2 5 重 量 % 其 理 由 如 下 〇 即 若 副 成 份 中 之 S i 0 2不 1 1 準 標 家 國 圉 中 用 適 度 尺 紙 本 格 Μ 公 7 9 2 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（11 ) 足7 2重量％則煅燒性減低，超過8 5重量％則玻璃相之 量增加，因此應爲7 2〜8 5重量％者宜。又，當Mg 0 含量不足3重量％則結晶粒徑不均，超過2 5重量％則將 析出第2相，因此應爲3〜2 5重量％之範圍者。副成份 中之C a 0比例未滿3重量％則煅燒性減低，超過2 5重 量％則不僅煅燒性低減且易使結晶成長，故爲上述C a 0 含量之範圍內方適當。 本發明之耐摩損性礬土陶瓷當上述成份組成之基本組 成物爲100重量份時若添加0. 01〜15重量份之 2 r 02後，則不但更提高強度及韌性，同時可使礬土粒 界玻璃相均勻分散，縮小結晶粒徑分佈，可使服燒體組織 .均勻。其添加量當基本組成物爲1 0 0重量份時，若不足 0 0 1重量％則無法取得充份添加效果，反之超過15 .重量份則出現硬度低減，特別是使用未添加安定化劑之 Z _r ◦ 2粉體則於煅燒體易存在單斜晶系锆.，產生微裂化 ，造成耐摩損性、耐衝擊性低減不儘理想。上述Z r 02 之添加量通常應以當上述基本組成1 〇 〇重量份時爲 0. 01〜15重量份，較佳以0. 05〜10重量份， 更佳者爲0.1〜8重量份。 此時，添加Z r 〇2原料之平均粒徑以使用1 . .〇 以m以下者爲宜。當此z r 02原料之平均粒徑超過 1 _ 〇 β m時，則易於锻燒體存在單斜晶系鉻，造成微裂 化’耐摩損性耐衝擊性均低減不盡理想》另外，做爲 Z r 02原料者，可使稀土類元素氧化物等之安定化劑固 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) M規格（21 〇 X 297公釐） 14 i nn mu ^^^1 ^^^1xI, < ϋ (^ϋ ^^^1 ^^^1 ^^^1 -.¾. 、vy (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 448135 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（l2) 溶。此時，稀土類元素氧化物若以Y20 3做爲安定化劑之 含Z r 02原料時，Υ203之含置以5莫耳分子％以下者 佳，此可經錆之應力請起變態效果而提昇韌性。 本發明如上述於主成份A 1 2〇3中添加特定固定比例 之固定量副成份，同時於原料中控制所含不可避免之不純 物量，可取得1. 0〜5. O/im範圍內之平均結晶粒徑 與3. 6Og/cm2以上之容積密度，且經氣孔，完成 加工後，·使脫粒等缺陷減至5 %以下，具優異耐摩損性之 礬土陶瓷者。 另外，當煅燒體之平均結晶粒徑超過5 /zm則硬度減 低，耐摩性亦減低不理想》此煅燒體之平均結晶粒徑以3 以下，更佳者爲2. 5#m以下者宜。又，當出現耐 削平均時顧及耐摩損性之均衡可將設定於5 以下之範 .圍者。更且，當最大徑（累積容積1 0 0%時之結晶粒徑 )·超過1 0 時，結晶粒徑分佈變廣、硬度減低，其結 果，造成耐摩損性低減而不理想，因此，最大徑以1 0 /zm以下，更佳者爲8 以下者宜。 又，容積密度設爲3. 60g/cm3以上，若容積 密度不足3. 60g/cm3時，煅燒度不足，同時缺陷 增大、強度、硬度及韌度均低下，更且促進摩損，不理想 。適當之容積密度爲3. 65g/cm3以上》 本申請發明之礬土·陶瓷之結晶粒徑小且密緻、缺陷可 ，因此具優異耐衝擊性及耐摩損性之特性。因此，與先行 技術之A 1 20 3含量同等煅燒體相比爲較高強度、高硬度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） ，c -10 - - - - - --- ! 1 1H ^ I ^^^1 n^i *^—^1 \ v Fni ^^^1 r、穿'- (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 448135 A7 B7 五、發明説明（I3 ) 及高韌性者。本申請發明之礬土陶瓷之維氏硬度於載重 1 Okg f中顯示1 1 00以上之高硬度，於彎曲強库端 S 1 6 0 1規則之3點彎曲法中具有4 0 k g f/mm2 以上之高強度。更且，如粉碎用球磨機之球狀時，1球夾 於超硬合金板加入應力後測定其壓壞強度爲2 5 k g f / mm2以上。此壓壞強度c)爲式：σ c = 4xP/ (π x Ό 2 ) (kgi/mm2)。式中Ρ爲破壞強度（ kgf) ，D爲球之直徑（mm) * 當維氏之硬度不足1 1 0 0則耐摩損性減低不盡理想 〇又，彎曲強度未滿4 0 k g f/mm2或壓壤強度不足 2 5 k g f / mm 2則耐衝擊性及耐摩損性減低而不理想 。更且，破壤韌性以J I s 1 6 0 7 ( I F法）規則之測 定方法中以3. OMPa ΠΪΓ以上者》 〔實施例1〕 配合表1 ，表2所示之各原料組成取得煅燒體，將取 '得各混合物以9 2%礬土製之熱水器（內容積7. 2义） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁〕 與2 Omm?)之9 2礬土製粉碎球以濃度6 0%做4 8小 時之濕式粉碎，取得表3，表4所示之平均粒徑，比表面 積爲8 m2/g以上之微料末生料。取得之生料加入聚乙 稀醇水溶液中3〜5重量％之粘合割，調整粘度爲3 5 0 c p s，將之保持於2 0 0 °C後於加壓乾燥器下乾燥，造 粒後取得成形用粉體。此成形用粉體以成形壓力1 tonf/ cm2 (試料No. 20及38之成形壓力：300 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐），c _ 1 b 一 448 ί35 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（14 )

kg f/cm2)經C I P成形法使成形爲球狀及板狀。. 取得之成形體以1 3 8 0〜1 6 0 0。(：煅燒後，取得直徑 1 Omm之球及5 Ο X 5 Ο X 4mm之板。球爲桶式研磨 後之粉碎用球者，板爲進行切割，研削加工後於J I S 1 6 0 1規則之彎曲強度測定用之試驗片者。 做爲礬土原料者，分別使用試料No.1〜21， 24〜39之由凝聚之二次粒徑45ium，比表面積 2.5111'2/忌、純度9 9.6%之拜耳法所製成之兄〇3〇-da礬土原料’又，試料No. 2 2之平均粒徑1. OMin 、.比表面積6 m2/ g、純度9 9 · 8%之Reactive攀土 原料，更有試料No. 23之由2次粒徑55em，比表 面積1. 51112/@、純度9 9· 7%之拜耳法製法之

Rosoda礬土原料者。 另外，做爲Mg◦及CaO之原料者，使用純度 9 9 . 5%之碳酸鹽；做爲S i 〇2之原料者使用陶土。 又，做爲Zr02i原料者，試料5、8、10、15及 2 5以使用平均粒徑1 . 〇 ，比表面積1 2m2/g ，純度9 9 . 9%之二氧化锆者，試料1 3以丫2〇3含 2. 8莫耳％之平均粒徑0. 5 /ίΐη，比表面積18m2 /g之二氧化锆使用之。 更且’以取得各粉碎球依下記方法做耐摩損試驗。亦 即’將粉碎用球以入容量2 之礬土製（純度9 2%)球 磨機中至其容積之一半後，再加入平均粒徑2 5 jam，比 表面積1. 2m2/ g之礬土原料粉體9 0 0 g與水 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS } A4規格（210X297公釐） .Β^ϋ I i 1^1 ^^1 - n^i n ·· ^^1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -17- 448J35 A7 B7 五、發明説明（1δ ) 〇 7升，以球磨機旋轉數100rpm做24小時粉碎 。以試驗前後之球重量差求出試驗前球重量之百分比，此 做爲摩損率。取得結果之粉碎用球之容積密度、結晶粒徑 '缺陷量、維氏硬度及彎曲強度以及成形體之容積密度、 粉碎粉體之平均粒徑及比表面積均示於表3，表4中，彎 曲強度以板經加工之試驗片測出。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 18 — 448 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（16 ) 〔表1〕 物 謝 挪分 副成分 不純物 ZrOa No. AI2O3 副成分紹戍 添加量 CwtK) (駿部） (wt%) si〇2 HgO CaO Si〇z MgO CaO Naz〇fK2〇 Ti〇2 其他 SCwtSi) 92. 69 6. 84 5.04 0.40 1.40 73.6 5.9 20.5 0.35 0.07 0.05 0.47 0 2 91.73 7. 85 6.04 0.67 1.14 77.0 8.5 14.5 0. 32 0.06 0.04 0.42 0 3 93.06 6.51 5.38 0.77 0. 36 82,7 11.B 5.5 0. 30 0.07 0.06 0,43 0 4 91.54 8. 00 6,64 3,00 0,36 83,0 12.5 4.5 0.34 0.06 0.06 0.46 0 5 92.69 6. 84 5.04 0.40 K40 73,6 5.9 20.5 0,35 0,07 0,05 0,47 14,5 6 89.71 9,85 7.12 2.38 0. 35 72.2 24,2 3.6 33 0.06 0.05 0.44 ϋ 7 92. 55 7.00 5. 92 0.25 0. 83 84.5 3.6 11.9 0. 34 0.06 0.05 0.45 0 8 9I.34 -8‘ 20 6,89 0.73 0.58 84.0 8.9 7.1 ΰ. 34 0.05 0. 07 0.46 5.4 Θ Θ3.1Θ 6.35 4,83 0.92 fl. 60 76.1 14.5 9.4 0.33 0.09 D. 07 0.49 0 10 93. 73 5.80 4. 61 0.70 0.49 79.4 12· 1 8.5 0.33 0.08 Q. 06 0.47 0.5 Π 88. 97 30.54 7.70 0.41 % 43 73.1 3.9 23.1 0.32 0.10 0. 07 0.49 0 12 92.38 7, IS 5· 38 1.48 0.32 74.9 20.6 4.5 0,31 0.07 0.06 0.44 0 13 94.30 5,21 4.11 0,67 0,43 78.8 12.9 8.3 0. 36 0.09 Q. 04 0.49 8.0 14 90. 58 S. 95 6.46 1.49 ].00 72.2 16.7 11.1 0. 35 0.07 0.05 0.47 0 15 93.04 6.50 5. 36 0.79 0.35 82.4 12.2 5.4 0.33 0.06 0,07 0.46 2.3 16 90.28 9.25 7.32 0. SB 1-05 79,2 9.5 11.3 0,34 0.05 0.08 0.47 0 17 88.02 11.50 8.66 1.41 1.43 75.3 12.3 12.4 0.38 0. 05 0.07 0.50 0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -1 - - -J-! · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） n n -19 - A7 B7 五、發明説明（1?) 經濟部中央標率局貝工消費合作社印製 〔表2〕（續表1) 18 92.25 7. 26 5.13 1.41 0.72 Yfl.6 19.5 S.9 0,36 0.05 0. 08 0.49 0 19 94.98 4.58 3.30 0.64 0.64 72. 0 14.0 14.0 0,31 0,08 0. 05 0.44 0 20 92. 30 7. 27 5, 89 0. 32 1.06 31,0 4.4 14.8 0,32 0.05 0. 06 0.43 0 21 90.44 9. 09 T. 50 1.39 0.20 82.5 15.3 2,2 0,35 0. 06 0.06 0.47 0 22 96. 51 3.00 2.53 0. 30 0,17 84,3 10,0 5.7 0.35 0.09 0.05 0.49 0 23 91.56 7. 98 6.40 0.83 0.75 80.2 10.4 9,4 0.32 0.07 0.07 0.46 0 24 93.32 5.14 4, 33 ΰ. 18 0,63 84,3 3,5 12.2 0.31 0.07 0.05 0,43 0 25 90.28 9.25 7. 32 0.88 1.05 79. Z 9.5 11,3 0.34 0. 05 0.08 0.47 16.0 26 88.07 1.43 9.2 0.24 1.99 80.5 2.1 17.4 0.37 0. 06 0,07 0.50 0 27 90.07 9.49 6,69 0.36 2.44 70,5 3.8 25.7 0.31 0. 07 0.06 0,44 0 28 87. 60 1.97 9.80 0.90 1.2Τ 81.9 7.5 10.6 0.32 0.05 0.06 0.43 0 29 92.39 6.63 4.98 0.43 1.22 75.1 6.5 18.4 0.33 0. 58 0.07 0* 9'8 0 30 88. 82 0.73 7.74 0.3G 2.63 72.1 S.4 24,5 0.33 0. 05 0.07 0.45 D 31 93,57. 6.00 5.00 0.81 Q.19 83.4 13.5 3.1 0.30 0. 06 0.07 0.43 0 32 90,00 9, 57 6. S0 % 45 0.32 71.1 25.6 3.3 0.31 0. 06 0.06 0.43 D 33 90.77 8. 76 7.64 0,83 0. 2Θ 87.2 9,5 3.3 0.30 0.10 0.07 0,47 0 34 91,54 7.76 6.57 0.83 0.36 84.7 10.7 4.6 0.55 0. 07 0,08 0. 7Q 0 35 88.91 0.66 7. 70 % 59 0.37 72.2 24.3 3,5 0.32 0. 06 0.05 ΰ. 43 0 36 87.14 2.37 10. 50 0, 73 LU 84.9 5.9 9.2 0.34 0. 08 0.06 0.49 0 37 91,的 7,51 6. 29 0.47 0.75 83.8 Θ.2 10.0 0.32 0.07 0.21 0. 60 0 38 91.50 8. 05 6. 08 0, 57 1.40 75.5 7.1 17,4 0.34 0,06 0.05 0. 45 0 39 92.59 6, 95 5.85 0, 35 0.75 84.2 5.0 10.8 0.35 0.07 0.04 0. 46 0 ---------:;)裝— (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

-1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 20 A7 B7 五、發明説明（is ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 〔表3〕 No. 平均粒徑 (.am') 成形體容積密 度（g/cEl3) 麵酿 ΓΟ 额密度 (g/cm3) 結晶 平均值最大值 缺陷量 (%) HV 彎曲強度 (KgF/min2) 摩損率 (%) 1 0. 75 2.00 1520 3.70 2.3 4.8 0.9 1210 43 0. 08 2 0.81 2.02 1470 3.68 1.8 4.Ζ 0.9 1200 44 0.05 3 0.75 2.04 1450 3. 6Θ 1.2 2.8 0.5 1250 42 0.04 4 0.90 2.10 1500 3.72 2.0 4-0 0.7 1210 41 0.05 5 0.88 2.07 1450 3,79 1.3 2.5 0.6 1190 52 0.02 6 0. 76 2,06 1550 3.65 2.8 4.2 2.2 1180 41 0.09 T 0,85 2.09 1460 3.68 1.7 4.3 1.2 1210 46 M6 8 0.89 1.99 1380 3.73 1.2 2,5 1.0 1220 4B 0. 03 9 0.75 2.03 1480 3.72 Π 3.5 0.9 1210 45 0.05 10 0.73 1.98 1470 3.72 1.9 3.7 0.6 1220 42 0. 04 11 0.77 2.02 1450 3,68 1.7 3.9 2,3 11B0 40 0.09 12 0. 95 .2.00 1500 3,70 2.1 3.9 2.9 1200 40 0.07 13 0. 70 2.04 1400 S. 73 1.5 2.3 0.0 1190 48 0.02 14 0,85 1.99 1500 3. TO 19 3.8 1.5 1200 43 0.07 15 0.87 2. 03 1430 3. 72 1.2 3.0 0.7 1200 44 0.03 16 0. 87 2.01 1490 3.70 2Α 4.2 1.7 1180 42 0.05 17 0. 92 2.01 1430 3,60 1.3 3.0 3.9 1130 40 0. 08 I---------C~1 装------訂—， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〖〇X：Z97公釐）_ μ 48 135 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（ig) 〔表4〕（續表3) Ϊ8 0.91 2.02 1480 3.65 2.2 4.8 7.2 1010 37 0.71 19 0,78 2.00 1530 3.70 2.4 7.5 6,0 1100 37 0. 52 20 0,70 1,75 1500 3.57 2.8 5.8 9,8 1080 32 0.75 21 0.78 2.00 1460 3-65 2,7 5.2 Μ 1020 37 0.49 22 0.80 1.02 1520 3.78 2.3 3.5 9.6 1350 45 0. 21 23 1.25 1.94 1470 3.53 1.1 3.2 12.0 980 35 3.1 24 0.92 1.98 148Q 3.68 2.2 7.B Β.5 1020 36 D. 65 25 0.76 2.04 1500 3. 72 3.8 7.1 9.5 1040 32 1.7 26 0.91 2· 01 1500 3, 67 2,8 7.0 6.8 1010 39 l.B 27 0. 75 2. 00 1480 3.62 3.7 8.5 s.g gg〇 35 2.1 28 0.81 2.Q9 1520 3,66 2,7 6,5 8.0 1000 38 1.0 29 0.98 1.99 1530 3.67 4.0 10.5 6.2 1000 35 3.5 30 0. 95 1.93 1470 3· 65 3.0 7.2 8.7 1100 34 1.9 31 D. 82' 1.98 1480 3. 64 2.5 5.9 5.7 1010 3了 0,88 32 0.B8 - 2.02 1500 3.63 2.7 6.2 7.8 lflflO 34 0.90 33 0.80 2.01 1470 3.67 2.3 5.6 6.3 1070 35 0.47 34 0:77 2,01 1470 3.66 1.8 3.5 8,0 1130 39 0,95 35 0.80 1.92 1520 3.6fi 3.0 7.0 9.6 1000 33 2.0 36 0,95 1.93 1480 3. 63 2.2 5.9 6.8 1010 36 1.3 37 0.84 1.96 1550 3, 65 4 5 9.0 7.8 1000 35 3.9 3B 0.75 1.B2 1550 3. 60 4 3 8.9 8.5 1100 36 3.7 39 1.34 2.01 1580 3.62 5.2 9.5 7.9 1010 33 4.3 ---------0 裝— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -ΪΤ· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 22 4 4 8 13 5 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（2〇 ) 表1，表2係代表當礬土，煅燒助劑及不可避免之不 純物所組成之基本組成物爲1 0 0重量份時Z r 02之添 加量（重量份）者。又，表2，表3及表4之試料No. 1〜1 7之煅燒體係爲滿足本發明條件者，試料N 0 . 1 8〜3 9係於本發明規定條件中，至少有一項不符合本 發明範圍者。 . 平均結晶粒徑係使煅燒體以金鋼石砥石依# 1 4 Οι 4 0 0_—# 6 0 0 之順序研削加工後 ，更以金鋼 石砥粒 依4 0 jam— 6 em— 3 jwm— 1 μιη之順序研磨加工係 完成鏡面，再將此熱腐蝕後，於掃描電子顯微鏡下使可觀 察至結晶爲1 0 0個以上之倍率，觀察係攝影，經由相片 做畫像剖析、測定1個結晶之面積，以等圓直徑（D )換 算後Dxl. 5爲其結晶之粒徑，以此類推測出1〇〇個 結晶之結晶粒徑，以此值求取結晶之容積，當累積容積爲 5/0 %時之結晶粒徑做爲平均結晶粒徑者。 又，煆燒體之缺陷量其測定供應試料與結晶粒徑測定 相同完成鏡面後，此完成鏡面之面以原狀於掃描電子顯微 鏡下5 0 〇倍之倍率下觀察後進行攝影，將此相片經畫像 解析成缺陷部與非缺陷部之二值化分離，求出缺陷部所佔 面積率（％)後，將此做爲煅燒體之缺陷量。此缺陷包括 氣孔，以及煅燒體經上述研削及研磨加工完成時產生之脫 粒’或不影響煅燒體密度程度之缺陷者·>本發明之礬土陶 瓷（試料No. 1)及本發明範圍外之礬土陶瓷（試料 No. 22)之完成鏡面之面經掃描電子顯微鏡影像解析 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

In· urt vtit Afft ftn t^i^i n^i— ^ —Bi \* r、4 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -23 - A7 __B7 五、發明説明（21 ) 後之二值比缺陷部及非缺陷部分別示於圖1及圖2。圖中 之黑色部份代表缺陷》 由表3 ·表4之結果清楚顯示，本發明礬土陶瓷製粉 碎用球之摩損率爲0.1%以下，具極優異之耐摩損性： 又，由圖1 ，圖2之結果顯示，本發明礬土陶瓷之缺陷量 爲0. 5%之極少量者而試料No. 22之缺陷量則爲 9. 6%之大量者。另外，由試料No. 38，39結果 顯示，儘管成份組成爲本發明範圍內而其缺陷量若多量仍 使耐摩損性低減，又，顯示缺陷量於其製造過程中由其粉 碎後之平均粒徑及成形體之容積密度所控制者》 〔發明效果〕 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 --- -.1- I n I - -I 11 |\ /-- - - I (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 由以上說明可清楚發現，本發明具有a )優異的強度 、硬度、韌度及耐衝撃性因此高負荷下之耐摩損性良好， b_)以粉碎機用之材料使用時，具優異的耐摩損性，因此 混入被粉碎物之摩損粉極少，又，當摩損粉混入時，由於 摩損粉極微細，因此被粉碎物均勻而極小障礙，c )具有 價廉物美之礬土做爲原料之優異性質可取得高耐摩損性攀 土陶瓷。 因此，本發明之耐摩損性礬土陶瓷不僅爲粉碎、分散 用手段，粉碎機之內張材料、容器、攪拌機等之粉碎機用 材料，更且爲各種產業用耐摩損部材料之最佳選擇》 〔圖面之簡單說明〕 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS )八4規格（210X297公釐） 4 4 8 13 5 A7 B7 五、發明説明uz) 〔圖1〕係代表本發明耐摩損性礬土陶瓷之完成鏡面 較二值化象之說明圖。 〔圖2〕係爲本發明範圍外之耐摩損性礬土陶瓷之完 成鏡面後二值化像之說明圖β (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨ΟΧ297公釐） -25 -

Claims (1)

1. 4 48 I ej

   A8 BS CS D8 經濟部中央標率局員工消費合作社印裂 六、申請專利範園 第86100526號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國87年4月修正 1 . 一種耐摩損性礬土陶瓷；其特徵係由A 1 203 88重量％以上9 5重量％以下，Si 023. 6〜10 重量％、MgOO. 2〜2. 5重量％、CaOO. 2〜 2. 5重量％，不可避免之實質殘留不純物所組成，上述 S i 02、MgO及C a Ο之總含量爲5~1 2重量％， 當該S i 02、MgO及C a ◦總含量爲1 〇 0時各成份 比例應爲S i 027 2〜8 5重量％、Mg03〜2 5重 量％、C a Ο 3〜2 5重量％，而上述不可避免之不純物 爲0. 5重量％以下，缺陷置爲5%以下，平均結晶粒徑 爲1. 0〜5. 0卩m，容積密度爲3. 6g/cm3以 上。 2. 如申請專利範圍第1項之耐摩損性礬土陶瓷；其 中上述當A 1 2038 8重量％〜9 5重量％， S i Ο 2 3 . 6 〜10 重量％、MgO〇. 2 〜2. 5 重 量％、〇3〇0. 2〜2. 5重量％，不可避免實質殘留 之不純物之基本組成物爲1 0 0重量％時，Z r 02之含 量爲0.01〜15重量％者。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項之耐摩損性礬土 陶瓷，其中上述不可避免之不純物所含碱性金屬氧化物爲 0. 4重量％以下，Ti02爲0. 2重量％以下者。 4- 一種如申請專利範圍第1項所載之耐摩損性礬土 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   4s is5 A8 BB C8 m 六、申請專利範圍 陶瓷之製造方法，其特徵係以一定比例配合原， 使其混合物微粉碎成爲平均粒徑0. 5〜1. 〇#m，比 表面積8 m2/ g以上之粉末，取得之微粉末以一定形狀 成形後，得到容積密度爲1. 90〜2.l〇g/cm3 之成形體，再將此煅燒者。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度顧家轉（哪> Μ· ( 2歐297公釐） -2 -