JP4989792B2 - アルミナ質焼結体の製造方法、アルミナ質焼結体、砥粒、及び砥石 - Google Patents

Description

本発明は、アルミナ質焼結体の製造方法、当該製造方法により得られるアルミナ質焼結体、当該アルミナ質焼結体を用いてなる砥粒、及び当該砥粒を用いてなる砥石に関する。

アルミナ質焼結体は、高硬度、高強度、高耐熱性、高耐摩耗性及び高耐薬品性等に優れるという特徴を生かして様々な産業分野で使用されている。特に、鉄鋼産業における重研削砥石の原料（砥粒）として使用されている。

また、自動車を中心とする輸送用機器あるいは産業用機械を構成する部品の材料として、特殊合金が多用されつつある。これらの特殊合金は通常のＳＵＳ３０４等に比べて硬いため、従来にはなかった「研削比」の高い重研削砥石が市場で求められている。ここで、「研削比」とは砥石の性能を示す指標で以下の式によって示される。
研削比＝被削材が削られた量（研削量）／砥石の摩耗量

一般的に、少ない砥石で多くの被削材を削ることができれば性能が良いと判断されるが、砥石の研削比はその砥石に使用される砥粒の「硬度」と「破壊靭性」に影響される。「研削比と硬度」、及び「研削比と破壊靱性」の間には、次のような関係があると考えられている。
（１）砥粒の硬度が高くなると研削量が増えるため研削比は大きくなる。
（２）破壊靱性が高くなると砥粒の摩耗量が少なくなるため研削比は大きくなる。

上記（１）及び（２）を考慮すれば、研削比の式における分子部分は研削量によって影響され、分母部分は摩耗量によって影響される。砥石の研削比を向上させるためには硬度及び破壊靱性がともに高いことが理想的である。

そこで、高硬度及び高破壊靱性を有する耐摩耗性に優れたアルミナ焼結体として、アルミナ結晶中に固溶可能なＴｉ、Ｍｇ、Ｆｅ等の金属化合物を添加したアルミナ焼結体が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１５７９６２号公報

しかし、特許文献１のアルミナ焼結体は、ＴｉとＭｇとの組み合わせ、及びＦｅとＭｇとの組み合わせだけを開示し、その他の組み合わせについては具体的に開示されていない。また、特許文献１の実施例で使用されている金属化合物は、酸化チタン粉末やＦｅ₂Ｏ₃粉末といった単一の金属を含む金属酸化物である。これら金属酸化物を使用する場合は、通常、純度の高いものを使用することになるため、生産コストが高くなって生産性を低下させてしまうことがある。

本発明は、このような状況下になされたものであり、高硬度で破壊靭性の優れた砥粒を与えるアルミナ質焼結体を、生産コストを抑えて効率よく製造できる製造方法を提供することを目的とするものである。また、当該製造方法により得られ、高硬度で破壊靭性の優れた砥粒を与えるアルミナ質焼結体、当該アルミナ質焼結体を用いてなる砥粒及び当該砥粒を用いてなる砥石を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、アルミナ質焼結体を製造するにあたってアルミナと共に含有させる化合物としてイルメナイト粉末を用いると、高硬度で破壊靭性の優れた砥粒を与えるアルミナ質焼結体を、生産コストを抑えて効率よく製造できることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。

すなわち、本発明は下記のとおりである。
［１］ イルメナイト粉末とアルミナ粉末とを混合し焼結することを特徴とする下記（１）及び（２）を満たすアルミナ質焼結体の製造方法。
（１）チタン化合物をＴｉＯ₂換算した含有量と鉄化合物をＦｅ₂Ｏ₃換算した含有量とアルミナの含有量との合計量が９８質量％以上
（２）チタン化合物をＴｉＯ₂換算した含有量と鉄化合物をＦｅ₂Ｏ₃換算した含有量との合計量が５〜１３質量％
［２］ アルミナ粉末に対するイルメナイト粉末の質量混合比（イルメナイト粉末：アルミナ粉末）を０．０５：０．９５〜０．１６：０．８４とする上記［１］に記載のアルミナ質焼結体の製造方法。
［３］ イルメナイト粉末及びアルミナ粉末の累積質量５０％径（ｄ５０）がそれぞれ３μｍ以下である上記［１］又は［２］に記載のアルミナ質焼結体の製造方法。
［４］ さらに、ケイ素化合物粉末及び／又はカルシウム化合物粉末を混合する上記［１］〜［３］のいずれかに記載のアルミナ質焼結体の製造方法。
［５］ 前記ケイ素化合物粉末がシリカであり、前記カルシウム化合物粉末が酸化カルシウム又は炭酸カルシウムである上記［４］に記載のアルミナ質焼結体の製造方法。
［６］ さらに、シリカ、酸化カルシウム及びアルミナの全部あるいはそれらの中の２種が複合酸化物を形成した複合酸化物粉末を混合する上記［１］〜［３］のいずれかに記載のアルミナ質焼結体の製造方法。
［７］ 上記［１］〜［６］のいずれかに記載の製造方法により得られるアルミナ質焼結体。
［８］ 上記［７］に記載のアルミナ質焼結体からなる砥粒。
［９］ 上記［８］に記載の砥粒の層を作用面に有する砥石。

本発明によれば、高硬度で破壊靭性の優れた砥粒を与えるアルミナ質焼結体を、生産コストを抑えて効率よく製造できる製造方法を提供することができる。また、当該製造方法により得られ、高硬度で破壊靭性の優れた砥粒を与えるアルミナ質焼結体、当該アルミナ質焼結体を用いてなる砥粒及び当該砥粒を用いてなる砥石を提供することができる。

本発明の製造方法により得られたアルミナ質焼結体に対する衝撃の伝わり方を説明する作用説明図である。 本発明の製造方法により得られたアルミナ質焼結体に対する衝撃試験前後のＳＥＭ写真であり、（Ａ）は衝撃試験前の結晶組織の様子（サーマルエッチング処理済み）を示し、（Ｂ）は衝撃試験後のクラック伝播の様子（サーマルエッチング処理なし）を示す。 アルミナだけからなる焼結体に対する衝撃の伝わり方を説明する作用説明図である。 アルミナだけからなる焼結体に対する衝撃試験前後のＳＥＭ写真であり、（Ａ）は衝撃試験前の結晶組織の様子（サーマルエッチング処理済み）を示し、（Ｂ）は衝撃試験後のクラック伝播の様子（サーマルエッチング処理なし）を示す。 実施例７のアルミナ質焼結体の組成分析（Ｘ線回折測定）結果を示すＸ線回折図である。

［アルミナ質焼結体の製造方法及びアルミナ質焼結体］
本発明のアルミナ質焼結体の製造方法は、イルメナイト粉末とアルミナ粉末とを混合し焼結することを特徴とする下記（１）及び（２）を満たすアルミナ質焼結体の製造方法である。
（１）チタン化合物をＴｉＯ₂換算した含有量（以下、「ＴｉＯ₂換算含有量」ということがある）と鉄化合物をＦｅ₂Ｏ₃換算した含有量（以下、「Ｆｅ₂Ｏ₃換算含有量」ということがある）とアルミナの含有量との３成分合計量が９８質量％以上
（２）ＴｉＯ₂換算含有量とＦｅ₂Ｏ₃換算含有量との２成分合計量が５〜１３質量％

本発明のアルミナ質焼結体の製造方法の詳細について下記のとおり説明する。
（原料）
本発明のアルミナ質焼結体の製造方法においては、原料としてイルメナイト粉末及びアルミナ粉末を用いる。必要に応じてさらにケイ素化合物粉末及び／又はカルシウム化合物粉末を用いる。

これらの原料の形態としては、粉末、金属粉末、スラリー、水溶液等が挙げられるが、本発明においては、作業時のハンドリングのし易さ等の観点から、粉末の原料を用いるのが好ましい。粉末原料を用いる場合、アルミナ粉末、イルメナイト粉末、ケイ素化合物粉末、及びカルシウム化合物粉末の累積質量５０％径（ｄ₅₀）は、均質な混合粉末を得るために、それぞれ３μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であることがより好ましい。
ここで、各種粉末の累積質量５０％径（ｄ₅₀）は、レーザー回折法により測定することができる。

アルミナ粉末は、得られるアルミナ質焼結体において、コランダム結晶からなる主結晶相を形成するための原料であることから、高純度のものが好ましく、例えばバイヤー法で形成されたアルミナ等を用いるのが好ましい。

イルメナイトはチタン鉄鉱とも呼ばれ、天然産の鉄及びチタンの酸化鉱物で、組成としてはＦｅＴｉＯ₃で表される。産地としては、オーストラリア、ノルウェー、ロシアウラル地方、インド、カナダ、アメリカ、マレーシア等であり、産地によって化学組成が異なる。ＦｅＴｉＯ₃のＦｅ²⁺の一部がＭｇ²⁺で置換されたものもある。
イルメナイト粉末は高純度のＴｉＯ₂粉末及び高純度のＦｅ₂Ｏ₃粉末よりも安価であるため、砥粒の製造コストを抑えることができる。

イルメナイト（オーストラリア クイーンズランド産）を構成する成分のうち、アルミナ成分と、鉄化合物、チタン化合物、ケイ素化合物及びカルシウム化合物を酸化物換算した場合のそれぞれの化学組成を下記表１に示す。

イルメナイト粉末を使用する場合、アルミナ粉末に対するイルメナイト粉末の質量混合比（イルメナイト粉末：アルミナ粉末）は０．０５：０．９５〜０．１６：０．８４とすることが好ましく、０．０８：０．９２〜０．１２：０．８８とすることがより好ましい。質量混合比を０．０５：０．９５〜０．１６：０．８４とすることで、ＴｉＯ₂換算含有量とＦｅ₂Ｏ₃換算含有量との２成分合計量を５〜１３質量％することができる。

また、ケイ素化合物やカルシウム化合物を用いる場合は、ケイ素化合物をＳｉＯ₂換算した含有量（以下、「ＳｉＯ₂換算含有量」ということがある）とカルシウム化合物をＣａＯ換算した含有量（以下、「ＣａＯ換算含有量」ということがある）とが合計２質量％以下、好ましくは０．５〜２質量％となるようにする。これらを用いることで破壊靭性値をより向上させることができる。
ケイ素化合物粉末、カルシウム化合物粉末としては、それぞれ高純度のＳｉＯ₂粉末及び高純度のＣａＯ粉末、炭酸カルシウム粉末等であってもよい。また、シリカ、酸化カルシウム、アルミの全部あるいはそれらの中の２種が複合酸化物を形成した複合酸化物粉末であってもよい。複合酸化物粉末としては、ムライト、ゼオライト、ベントナイト、ゲーレナイト、アノーサイト等の粉末が挙げられる。

（混合物の調製）
本発明のアルミナ質焼結体の製造方法において、原料の混合物を調製する方法に特に制限はないが、例えば下記の方法を好ましく採用することができる。
まず、ポリビニルアルコールを含む水性媒体中に、バイヤー法で得られたアルミナ粉末、イルメナイト粉末を、それぞれ所定量を加える。その後、例えば、超音波分散機、遊星ボールミル、ボールミル、サンドミル等のメディアを用いた分散機、アルティマイザー（商品名）、ナノマイザー（商品名）等のメディアレス分散機等を用いて均質なスラリーを得る。次いで、このスラリーを乾燥処理したのち、粉砕して、累積質量５０％径（ｄ₅₀）３μｍ以下、好ましくは１μｍ以下の混合物（粉末）を調製する。

（混合物の焼結）
上記のようにして調製された原料の混合物の成形体を焼結して、相対密度９５％以上、好ましくは９７％以上である本発明のアルミナ質焼結体を得る。相対密度が９５％以上であることで、焼結体中の気孔・空隙に起因する焼結体硬度および破壊靭性の低下を抑制することができる。なお、相対密度はアルキメデス法で測定した焼結嵩密度を真密度で除して求めることができる。
また、焼結に際しては、公知の成形手段、例えば金型プレス、冷間静水圧プレス、鋳込成形、射出成形、押出し成形等により任意の形状に成形し、次いでこの成形体を公知の焼結法、例えば、ホットプレス法、常圧焼成法、ガス加圧焼成法、マイクロ波加熱焼成法等、種々の焼結手法によって焼結する。

このようにして得られた本発明のアルミナ質焼結体は、既述のとおりＴｉＯ₂換算含有量とＦｅ₂Ｏ₃換算含有量とアルミナの含有量との３成分合計量が９８質量％以上で、ＴｉＯ₂換算含有量とＦｅ₂Ｏ₃換算含有量との２成分合計量が５〜１３質量％となっており、８〜１０質量％となっていることが好ましい。

ここで、ＴｉＯ₂換算含有量及びＦｅ₂Ｏ₃換算含有量の２成分合計量と硬度との関係については、合計量が多くなるほど硬度は低くなるという関係にあるが、２成分合計量が本発明の範囲にあれば、硬度の指標である平均ビッカース硬度が例えば１６ＧＰａ以上となり、実用的にも優れた硬度を有することになる。

一方、２成分合計量と破壊靭性との関係については、上記硬度のような関係はないが、本発明者らは、２成分合計量が特定の範囲において、破壊靭性が著しく高くなることを見出した。すなわち、２成分合計量が本発明の範囲にあれば、破壊靭性値が例えば３．０ＭＰａ・ｍ^1/2以上になる。

ここで、上記のような効果が得られると推察されるメカニズムについて説明する。
まず、アルミナだけからなる焼結体の場合は、図３に示すように、クラックの伝わり方は、アルミナ粒子１２の粒界に沿って矢印Ｙ方向に進行することになる。そして、衝撃の大きさによっては、図４（Ｂ）のＳＥＭ写真に示すように、粒界に沿って直線的に亀裂が生じることになる。なお、図４は、後述の比較例１に係る焼結体のＳＥＭ写真であり、図４（Ａ）は衝撃を加える前の結晶組織の様子を示し、図４（Ｂ）は衝撃を加えた後のクラック伝播の様子を示す。

一方で、チタン化合物及び鉄化合物を含有させることで、図１に示すように、破壊靱性値の高い複合金属酸化物の結晶相（例えばＦｅＴｉＡｌＯ₅粒子１０）がアルミナ粒子１２の粒界に生成する。このＦｅＴｉＡｌＯ₅粒子１０がアルミナ粒子１２の粒界に存在することで、衝撃を加えた際に発生するクラックが進行しても、当該粒子１０を起点にクラックが矢印Ｘ方向に迂回するように偏向するため、衝撃力が一方向でなく分散して緩和される。そのため全体として破壊靱性値が高くなると考えられる。
このことは、図２に示す衝撃試験の結果を示すＳＥＭ写真からもわかる。すなわち、図２（Ａ）のＳＥＭ写真のようにアルミナ粒子の粒界にＦｅＴｉＡｌＯ₅粒子が存在する状態で衝撃を加えると、図２（Ｂ）のようにクラックはＦｅＴｉＡｌＯ₅粒子を起点にこれを迂回するように進行する。
なお、図２は、後述の実施例３に係る焼結体のＳＥＭ写真であり、当該図中、アルミナ粒子の粒界にある三重点に位置する灰色部分（色の薄い部分）がＦｅＴｉＡｌＯ₅粒子に相当する。

本発明の製造方法で得られたアルミナ質焼結体においては、コランダム結晶から構成される主結晶相の粒界に、既述のようにＴｉ、Ｆｅ及びＡｌを含む複合金属酸化物の結晶相、具体的にはＦｅＴｉＡｌＯ₅粒子が存在する。このＦｅＴｉＡｌＯ₅粒子の存在により、高硬度で破壊靭性に優れた砥粒を与えるアルミナ質焼結体となる。特に、ＦｅＴｉＡｌＯ₅粒子は、コランダム相よりも破壊靭性が高いといった作用により、高硬度で破壊靭性に優れたアルミナ質焼結体が得られる。ＦｅＴｉＡｌＯ₅粒子からなる結晶相の存在及び平均結晶サイズは、後述の実施例に記載の方法により確認することができる。

Ｔｉ、Ｆｅ及びＡｌを含む複合金属酸化物の結晶相（ＦｅＴｉＡｌＯ₅粒子）の平均結晶サイズは、高破壊靭性化の観点から、３．４〜７．０μｍであることが好ましく、３．７〜６．５μｍであることがより好ましい。３．４〜７．０μｍであることで、破壊時に生じるクラックの進行を抑制する効果が大きくなる。これは、平均結晶サイズがこの範囲にあることで、当該ＦｅＴｉＡｌＯ₅粒子によるクラックの偏向効果を良好に保つことができる。

また、本発明の製造方法で得られたアルミナ質焼結体は、より高い破壊靭性を有する焼結体を得るために、ＴｉＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃及びＡｌ₂Ｏ₃以外の金属化合物であるケイ素化合物及び／又はカルシウム化合物を含有することが好ましい。
ケイ素化合物をＳｉＯ₂換算した含有量（以下、「ＳｉＯ₂換算含有量」ということがある）とカルシウム化合物をＣａＯ換算した含有量（以下、「ＣａＯ換算含有量」ということがある）との合計量は２質量％以下となっていることが好ましく、０．５〜２質量％となっていることがより好ましい。
ケイ素化合物及びカルシウム化合物は粒成長剤として作用し、これらが酸化物換算で２質量％以下存在することで、アルミナのコランダム結晶の形状・サイズを不均一にし、クラックの偏向を生じさせるものと考えられる。つまり、特定量のチタン化合物及び鉄化合物、及び特定量のケイ素化合物及びカルシウム化合物の存在により、それぞれの作用が組み合わさってクラックの偏向が効率よく生じ、より高い破壊靭性化の効果が得られると考えられる。

ここで、アルミナの含有量や、ＴｉＯ₂換算含有量、Ｆｅ₂Ｏ₃換算含有量、ＳｉＯ₂換算含有量、ＣａＯ換算含有量、その他の金属化合物の金属酸化物換算含有量は、蛍光Ｘ線元素分析法によって求めることができる。具体的には下記のようにして求める。
まず測定を行うために、元素の組成が既知の標準酸化物試料の湿式分析を行う。得られた湿式分析値を基準値として、測定の際に必要な検量線を作成する。サンプルの定量分析は、この作成した検量線を基に行う。測定機器としては、Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ社製、「ＰＷ２４００型」を用いることができる。また測定は、管球：ロジウム管球、特性Ｘ線：Ｋα線の条件で実施することが好ましい。管電圧及び管電流は元素ごとに異なる条件で測定を行うことが好ましい。管電圧と管電流の条件の一例を下記表２に示す。
なお、本明細書において、各金属酸化物換算含有量を求める際の分母となる全体量は、アルミナ質焼結体に含まれる全ての金属元素を酸化物に換算して合計した量となる。

以上のように、本発明の製造方法で得られるアルミナ質焼結体は、高硬度で優れた破壊靭性を有しており、例えば研削材、切削材、研磨材等の研削・切削・研磨等の工具、さらには鉄鋼産業における重研削用砥石の砥粒として好適である。

［砥粒］
本発明の砥粒は、本発明のアルミナ質焼結体からなる。本発明のアルミナ質焼結体は、粉砕処理、混練処理、成形処理、乾燥処理、焼結処理を順次施すことで得られる。

［砥石］
本発明の砥石は、本発明の砥粒の層を作用面に有するものである。
本発明の砥石における砥粒の作用面への固定方法としては、レジンボンド、ビトリファイドボンド、メタルボンド、電着等が挙げられる。
また、台金の材質としては、スチール、ステンレス合金、アルミニウム合金等が挙げられる。

レジンボンドは、切れ味は良好であるが、耐久性が低い。ビトリファイドボンドは、切れ味がよく、耐摩耗性も良好であるが、砥粒に内部応力が発生し、砥粒が割れたり、欠けたりしやすくなる。電着は、形状の自由度が大きく、切れ味も良好である。
以上に鑑み、砥石においては、その用途に応じて砥粒の固定方法が選択される。

具体的には、例えばレジンボンド砥石の場合、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の結合剤の粉末と砥粒を混合し、又は、結合剤を砥粒にコーティングし、金型に充填してプレス成形する方法、あるいは、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の液状の結合剤と砥粒を混合し、型に流し込んで硬化させる方法により、台金の作用面に砥粒層を固定してなる本発明の砥石が得られる。
本発明の砥石の形状については特に制限はなく、砥石の用途に応じて、ストレート型やカップ型等の形状から適宜選択すればよい。

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
なお、各例における諸特性は以下に示す方法に従って求めた。

（１）原料粉末の累積質量５０％径（ｄ₅₀）測定
原料粉末の累積質量５０％径（ｄ₅₀）は、レーザー回折法（日機装（株）製 マイクロトラック ＨＲＡ）により測定した。

（２）アルミナ質焼結体の平均ビッカース硬度測定
装置として（株）アカシ製、機種名「ＭＶＫ−ＶＬ、Ｈａｒｄｎｅｓｓ Ｔｅｓｔｅｒ」を用い、測定は、荷重０．９８Ｎ、圧子の打ち込み時間１０秒の条件とし、１５点の測定値の平均値を平均ビッカース硬度とした。平均ビッカース硬度が１６ＧＰａ以上であれば実用上問題ない。

（３）アルミナ質焼結体の平均破壊靭性値
装置として松沢精機（株）製、機種名「ＤＶＫ−１」を用い、測定は、最大荷重９．８１Ｎ、圧子の打ち込み速度５０μｍ／ｓｅｃ、圧子の打ち込み時間１５秒の条件にて１５点の平均値を平均破壊靱性値とした。計算式は以下の通りである。また、平均破壊靱性値が３．０ＭＰａ・ｍ^1/2以上であれば実用上問題ない。
Ｋ_IC ＝ ０．０２６ ＊ Ｅ^1/2 ＊ Ｐ^1/2 ＊ ａ ／ ｃ^3/2
Ｋ_IC ： 破壊靱性値（ＭＰａ・ｍ^1/2）
Ｅ ： ヤング率（Ｐａ）
Ｐ ： 最大荷重（Ｎ）
ａ ： 圧痕寸法（ｍ）
ｃ ： クラックの寸法（ｍ）
なお、本発明において上記ヤング率Ｅは、アルミナの値（３．９×１０¹¹Ｐａ）を用いた。

（４）アルミナ質焼結体の各結晶相における平均結晶サイズの測定
装置として日本電子（株）製、機種名「ＪＳＭ−６５１０Ｖ」を用いてＳＥＭ写真を撮影した。得られたＳＥＭ写真から各結晶相の平均結晶サイズを測定した。平均結晶サイズは、各結晶（５０個）の同一方向における最大長さを直径法により測定し、平均を算出して求めた。

（５）アルミナ質焼結体のＴｉ、Ｆｅ及びＡｌを含む金属酸化物結晶相の組成分析
装置としてＰａｎａｌｙｔｉｃａｌ社製、機種名「Ｘ'ｐｅｒｔ ＰＲＯ」を用い、特性X線：ＣｕＫα線、管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡの条件にて上記金属酸化物結晶相の組成分析を行った。

（６）相対密度
相対密度はアルキメデス法で測定した各焼結体の嵩密度を真密度で除して求めた。
この際、添加した鉄化合物とチタン化合物とは全て反応してＦｅＴｉＡｌＯ₅になったと仮定し、その上で、アルミナの真密度を３．９８、ＦｅＴｉＡｌＯ₅の真密度を４．２８とし、生成され得るＦｅＴｉＡｌＯ₅の割合と残部であるアルミナの割合をもとに真密度を算出した。

前述したように、焼結体の原料の形態としては、粉末、金属粉末、スラリー、水溶液等が挙げられる。本実施例においては、作業時のハンドリングのし易さ等の観点から、粉末の原料を用いるのが好ましいと考え、粉末原料を用いた。ここで、原料として用いたアルミナ粉末、イルメナイト粉末、酸化ケイ素（シリカ）粉末及び炭酸カルシウム粉末の化学組成（アルミナの含有量、ＴｉＯ₂換算含有量、Ｆｅ₂Ｏ₃換算含有量、ＳｉＯ₂換算含有量、ＣａＯ換算含有量）を下記表３〜６に示す。

上記アルミナ粉末は、昭和電工（株）製「ＡＬ−１６０ＳＧ−３」であり、その累積質量５０％径（ｄ₅₀）は０．６μｍである。

上記イルメナイト粉末は、オーストラリア産で、オーストラリアのＣＲＬ（Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ Ｒｕｔｉｌｅ Ｌｉｍｉｔｅｄ）社製のものを、累積質量５０％径（ｄ₅₀）：０．７５μｍに粉砕して利用した。

上記酸化ケイ素粉末は、日本アエロジル（株）製 ＡＥＲＯＳＩＬ２００であり、その累積質量５０％径（ｄ₅₀）は約１２ｎｍである。

上記炭酸カルシウム粉末は、和光純薬工業（株）製 炭酸カルシウム（特級）であり、その累積質量５０％径（ｄ₅₀）は２．３μｍである。配合時はＣａＯ換算して添加した。

（実施例１〜１１及び比較例１〜７）
累積質量５０％径（ｄ₅₀）０．６μｍの上記アルミナ粉末と、累積質量５０％径（ｄ₅₀）０．７５μｍの上記イルメナイト粉末とを、形成されるアルミナ質焼結体中のＴｉＯ₂及びＦｅ₂Ｏ₃の各含有量が表７−１及び表７−２に示す値となるように混合して各種混合物を得た。

この各種混合物にそれぞれポリビニルアルコール５質量％を含む水溶液３００ｇと純水を６００ｇ加え、ボールミルにて粉砕・混合処理（実施例１〜５及び比較例１〜６は４時間、他は８時間）を行い、混合物濃度が約２５質量％の均質な各種スラリーを調製した。

次いで、この各種スラリーを、それぞれ１２０℃で２４時間乾燥処理した後、乳鉢により解砕処理して、累積質量５０％径（ｄ₅₀）３００μｍ以下の各種粉砕品を得た。この各種粉砕品を、それぞれ１００ＭＰａの圧力で金型成形したのち、さらに１５０ＭＰａの圧力で静水圧処理を施して各種成形体を作製した。

その後、この各種成形体を相対密度が９５％以上になるように、電気炉（大気雰囲気）にて４時間焼成することにより各種のアルミナ質焼結体を得た。これらについて、既述のような試験（評価）を行った。結果を下記表７−１及び表７−２に示す。
また、図２に実施例３のアルミナ質焼結体に対する衝撃試験前後のＳＥＭ写真を、図４に、比較例１のアルミナ質焼結体に対する衝撃試験前後のＳＥＭ写真を示す。なお、これらの図中、（Ａ）は衝撃試験前の結晶組織の様子を示し、（Ｂ）は衝撃試験後のクラック伝播の様子を示す。

実施例１〜１１及び比較例３〜７のアルミナ質焼結体において、コランダム結晶から構成される主結晶相の粒界に存在するＴｉ、Ｆｅ及びＡｌを含む金属酸化物結晶相は、ＦｅＴｉＡｌＯ₅からなる結晶相であることがＸ線回折測定により確認された。

なお、図５に実施例７のアルミナ質焼結体のＸ線回折測定の結果を示す。
Ｘ線回折測定のデータ解析は、ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製の解析ソフト「Ｘ’Ｐｅｒｔ Ｈｉｇｈ Ｓｃｏｒｅ Ｐｌｕｓ」を用いて行った。
この解析ソフトでは、ＦｅＡｌＴｉＯ₅の構造を、１９８２年にＴｉｅｄｅｍａｎｎ等が発表した文献を基に結晶構造を決定した。
それによって得られたパターンと、実験サンプルの結果を照合して、ピークがＦｅＡｌＴｉＯ₅に起因するものであると判断した。

１０：ＦｅＡｌＴｉＯ₅粒子
１２：アルミナ粒子
Ｘ ：クラックの進行方向を示す矢印
Ｙ ：クラックの進行方向を示す矢印

Claims (9)

1. イルメナイト粉末とアルミナ粉末とを混合し焼結することを特徴とする下記（１）及び（２）を満たすアルミナ質焼結体の製造方法。
   （１）チタン化合物をＴｉＯ₂換算した含有量と鉄化合物をＦｅ₂Ｏ₃換算した含有量とアルミナの含有量との合計量が９８質量％以上
   （２）チタン化合物をＴｉＯ₂換算した含有量と鉄化合物をＦｅ₂Ｏ₃換算した含有量との合計量が５〜１３質量％
2. アルミナ粉末に対するイルメナイト粉末の質量混合比（イルメナイト粉末：アルミナ粉末）を０．０５：０．９５〜０．１６：０．８４とする請求項１に記載のアルミナ質焼結体の製造方法。
3. イルメナイト粉末及びアルミナ粉末の累積質量５０％径（ｄ５０）がそれぞれ３μｍ以下である請求項１に記載のアルミナ質焼結体の製造方法。
4. さらに、ケイ素化合物粉末及び／又はカルシウム化合物粉末を混合する請求項１に記載のアルミナ質焼結体の製造方法。
5. 前記ケイ素化合物粉末がシリカであり、前記カルシウム化合物粉末が酸化カルシウム及び／又炭酸カルシウムである請求項４に記載のアルミナ質焼結体の製造方法。
6. さらに、シリカ、酸化カルシウム及びアルミナの全部あるいはそれらの中の２種が複合酸化物を形成した複合酸化物粉末を混合する請求項１に記載のアルミナ質焼結体の製造方法。
7. 請求項１に記載の製造方法により得られるアルミナ質焼結体。
8. 請求項７に記載のアルミナ質焼結体からなる砥粒。
9. 請求項８に記載の砥粒の層を作用面に有する砥石。