JP2976226B2 - アルミナ・ジルコニア系焼結体の製造法 - Google Patents
アルミナ・ジルコニア系焼結体の製造法Info
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- C04B35/117—Composites
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Description
並びにその原料粉末の製法に関する。
を持つアルミナ・ジルコニア系セラミックスは、靱性、
曲げ強度及び硬度が高く、耐摩耗性に優れているため、
耐摩耗性、高強度及び硬度を要する構造材料として期待
されている。
同志のボールミルによる湿式混合法などの方法がある
が、気相法、共沈法で得られる粉末は、非常に微粒で活
性であるため、燒結時の焼成温度が1300〜1500℃と低い
が、粉末が凝集しやすく更には製造プロセスも複雑とな
るため製造コストが高くなる。粉末同志の湿式混合法
は、製造プロセスは簡単で製造コストも安価であるが、
長時間の混合が必要であり、作業上非効率的であり、焼
成温度も1500〜1700℃と高くなる。例えば、マトリック
スにジルコニアが分散した焼結体材料として、特開昭59
−190259号公報に記載のものでは、望ましい焼成温度は
1500〜1700℃であり、特開昭62−288157号公報の実施例
で行っている焼成温度は、1600℃と言うように高温であ
る。
は、曲げ強度の高いものは得られていない。例えば、気
相法で合成している特開昭61−6126号公報記載のもので
は78kg/mm2,スラリー同志の混合を行っている特開昭63
−103859号公報のものでは62kg/mm2程度であり、また19
89年12月6日付日刊工業新聞で発表されているアルミナ
・ジルコニア複合体の強度も80kg/mm2以下である。
得るためには、HIP焼結や、ホットプレス焼結などの高
圧下での焼結を行っているが、この製造プロセスは高価
であり、また複雑形状のものは製造が困難である。
の湿式混合法では、焼成温度が低く、常圧焼結で高強度
なアルミナ・ジルコニア系焼結体を得る方法はいまだ無
く、これらの要望に適合する焼結方法の開発が望まれて
いる。
である。
とは、原料粉末の粒径が小さくて均一に単粒子化され、
更に原料粉末が高純度であることが必要と考えた。この
ことは、焼結中において、原料粉末の粒径が小さくて均
一に単粒子化されていない場合、粒度のばらつきが大き
く異常粒成長が生じ易くなり、また原料粉末に不純物が
多く含まれていると粒界相に非晶質相が形成したり、液
相の生成により異常粒成長を起こす可能性が大きくな
り、そして強度低下が起こるからである。
志の湿式混合法で、焼成温度が低く、常圧焼結でも、高
強度で高硬度なアルミナ・ジルコニア系焼結体が得られ
る原料粉末の製法及び前記の新規な焼結体を提供するこ
とにある。
してアルミナ・ジルコニア混合粉末を得る方法におい
て、アルミナとして一次粒径0.15μm以下、平均粒径0.
3μm以下の単粒子化された高純度アルミナ粉末と、平
均粒径0.3μm以下の高純度部分安定化ジルコニア粉末
を用いることを特徴とするアルミナ・ジルコニア混合粉
末の製造、並びに、この混合粉末を成形後1300〜1500℃
で焼結することを特徴とするアルミナ・ジルコニア系焼
結体の製法に関する。
μm以下、平均粒径0.3μm以下の単粒子化された純度9
9.95%以上のものである。また本発明で用いる高純度ジ
ニルコニア粉末は、平均粒径0.3μm以下の部分安定化
された純度99.95%以上の粉末である。
のものとは、部分安定化剤とハフニア及びジルコニア以
外の不純物が0.05%未満である純度99.95%以上のもの
を言う。
のものが使用可能であるが、好ましくはイットリアを0.
5〜5モル%、より好ましくは2〜3.5モル%含有したも
のが良い。
上記した2種の粉末を通常行われている水又はアルコー
ル等の有機溶媒を用いる湿式混合法で行う。混合機とし
ては、通常用いられるもので良いが、短時間で均一に混
合できるアトリッションミル(例えば、三井三池工機社
製の商品名アトライター)を用いることが好ましい。ま
た更に、不純物の混入を防ぐためにボール及びベッセル
は高純度アルミナ又は高純度ジルコニア製のものを用い
ることが好ましい。混合は長時間行う必要はなく、アト
リッションミルを用いる場合は濃度や回転数にもよるが
3〜30時間で十分である。長時間行うと粉末が過粉砕さ
れて再凝集するため逆効果となる。
焼結体により異なるが、ジルコニアの容積割合で10〜50
%が好ましい。アルミナ含有量を多くすると高硬度の焼
結体が得られる。
度を4g/cm3、ジルコニア密度を6g/cm3として求めた値で
ある。したがって、例えばジルコニア40容量%の場合
は、重量%に換算するとジルコニア50重量%となる。得
られる焼結体中のアルミナとジルコニアの容積割合もほ
ゞ原料粉末の容積割合と同じである。
リーは、通常の方法で乾燥してアルミナ・ジルコニア混
合粉末を得る。例えば、使用した水又はアルコール等の
有機溶媒の沸点付近の温度に加熱して乾燥する。
コニア焼結体を得る方法は通常行われる方法で良い。即
ち、粉末を造粒、成形、焼結することにより得られる。
焼結方法は、本発明の原料粉末は微粒で単粒子化されて
いるので、通常の大気中の常圧焼結で十分であるが、HI
Pやホットプレス焼結等の高圧下での焼結方法で行って
も何等差し支えない。焼結温度は1300〜1500℃の範囲が
好ましい。1500℃を越えるとアルミナが粒成長し強度の
低下を招くので好ましくない。
均結晶粒径が0.7μm以下の緻密で微粒な新規な焼結体
であり、該焼結体の理論密度は98%以上、ビッカース硬
度は1500kg/mm2以上の高硬度で、曲げ強度の最大値はい
ずれも100kg/mm2以上の高強度な焼結体である。
である。即ち、測定すべき焼結体の一面を鏡面仕上し、
鏡面に磨かれた焼結体面をエッチングした後、走査形電
子顕微鏡によってその面を観察し、以下の式によって求
めたものである。
平均長さ 〔実施例〕 以下、実施例をもって本発明を更に詳細に説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。
純度99.99%のアルミナ粉末(大明化学工業社製)とイ
ットリアを3モル%含有した平均粒径0.2μmの純度99.
98%のジルコニア粉末(日産化学工業社製)を、体積割
合でジルコニアが40容量%含有されるように配合し、ア
トライターを用いて湿式混合を行った。混合条件として
は、ボールは直径3mmの高純度ジルコニア製のものを用
い、ペッセルも高純度ジルコニア製のものを用いた。分
散媒としてエタノールを使用し、濃度40重量%に調合し
た。混合は3時間行った。得られたスラリーを乾燥後、
2.6ton/cm2の圧力で等方的に成形し、1450℃の焼成温度
で、大気中2時間常圧焼結を行った。
カース硬度の測定を行った。嵩密度は水中重量法により
求め、3点曲げ強度はJIS−1601−1981に準じて行っ
た。ビッカース硬度は、曲げ強度試験後の試験片をダイ
ヤモンドペーストを用いて鏡面研磨した後、荷重1kgで
行った。
は平均値103kg/mm2(最大値115kg/mm2)、ビッカース硬
度1577kg/mm2であった。
条件で焼結してアルミナ・ジルコニア系焼結体を得、得
られた各燒結体の嵩密度、3点曲げ強度、ビッカース硬
度の測定を行った。測定結果も併せて表−1に示す。表
−1に示すように、本発明のアルミナ・ジルコニア系焼
結体は高強度、高硬度である。尚、実施例7によって得
られたアルミナ・ジルコニア系焼結体の走査形電子顕微
鏡写真を第1図に示す。写真は倍率2万倍で、写真中の
黒色粒子がアルミナで、白色粒子がジルコニアである。
・ジルコニア系焼結体の結晶構造を示す走査形電子顕微
鏡写真(2万倍)である。
Claims (2)
- 【請求項1】アルミナ粉末とジルコニア粉末を湿式混合
してアルミナ・ジルコニア混合粉末を得、成形後焼結し
てアルミナ・ジルコニア系焼結体を得る方法において、
アルミナとして一次粒径0.15μm以下、平均粒径0.3μ
m以下の単粒子化された高純度アルミナ粉末と、平均粒
径0.3μm以下の高純度部分安定化ジルコニア粉末を用
い、1300〜1500℃で焼結することを特徴とするアルミナ
・ジルコニア系焼結体の製法。 - 【請求項2】アルミナ粉末とジルコニア粉末を湿式混合
してアルミナ・ジルコニア混合粉末を得る方法におい
て、アルミナとして一次粒径0.15μm以下、平均粒径0.
3μm以下の単粒子化された高純度アルミナ粉末と、平
均粒径0.3μm以下の高純度部分安定化ジルコニア粉末
を用ることを特徴とするアルミナ・ジルコニア混合粉末
の製法。
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