JP7020013B2 - Method for manufacturing composite sintered body, abrasive grains, grindstone, composite sintered body - Google Patents
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Description
本発明は、複合焼結体、その複合焼結体を含む砥粒、その砥粒の層を作用面に有する砥石及び複合焼結体の製造方法に関し、特に、イットリウム化合物及びアルミナを含む複合焼結体、その複合焼結体を含む砥粒、その砥粒の層を作用面に有する砥石及びイットリウム化合物及びアルミナを含む複合焼結体の製造方法に関する。 The present invention relates to a composite sintered body, an abrasive grain containing the composite sintered body, a grindstone having a layer of the abrasive grain on the working surface, and a method for manufacturing the composite sintered body. The present invention relates to a method for producing a composite sintered body containing a body, an abrasive grain including the composite sintered body, a grindstone having a layer of the abrasive grain on the working surface, an yttrium compound and alumina.
アルミナ焼結体は、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である砥粒として使用されている。 Alumina sintered bodies are used in various industrial fields by taking advantage of their characteristics of high hardness, high strength, high heat resistance, high wear resistance, high chemical resistance and the like. In particular, it is used as an abrasive grain that is a raw material for heavy grinding wheels in the steel industry.
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ＳＵＳ３０４等に比べて硬いため、従来にはなかった「研削比」の大き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。研削比が大きいほど、砥石の性能は高い。
研削比＝被削材が削られた量（研削量）／砥石の摩耗量 （Ａ）
In addition, special alloys are being widely used as materials for parts constituting transportation equipment such as automobiles or industrial machines. Since these special alloys are harder than SUS304 and the like, a heavy grinding wheel having a large "grinding ratio", which has never existed in the past, is required in the market. Here, the "grinding ratio" is an index indicating the performance of the grindstone and is expressed by the following formula. The larger the grinding ratio, the higher the performance of the grindstone.
Grinding ratio = amount of work material scraped (grinding amount) / amount of grindstone wear (A)
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「強度または靱性」に影響される。「研削比」と「硬度」、及び「研削比」と「強度または靱性」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高くなる。
（２）砥粒の強度または靱性が高くなると砥粒が破断する量が少なくなり、砥粒の摩耗量が減少するため研削比は高くなる。
Generally, it is judged that the performance is good if many work materials can be cut with a small number of grindstones, but the grinding ratio of the grindstone depends on the "hardness" and "strength or toughness" of the grindstone used for the grindstone. Be affected. It is considered that there is the following relationship between "grinding ratio" and "hardness", and between "grinding ratio" and "strength or toughness".
(1) As the hardness of the abrasive grains increases, the amount of grinding increases, so that the grinding ratio increases.
(2) When the strength or toughness of the abrasive grains is increased, the amount of the abrasive grains broken is reduced, and the amount of wear of the abrasive grains is reduced, so that the grinding ratio is increased.
すなわち、研削比の式における分子部分は砥粒の硬度に影響され、分母部分は砥粒の強度または靱性に影響される。大きい研削比の砥石を得るためには硬度、強度及び靱性がいずれも高くすることが理想的である。 That is, the numerator portion in the grinding ratio formula is affected by the hardness of the abrasive grains, and the denominator portion is affected by the strength or toughness of the abrasive grains. In order to obtain a grindstone with a large grinding ratio, it is ideal to increase the hardness, strength and toughness.
ここで、従来の重研削砥石用の砥粒としては、アルミナ原料を焼結させた砥粒（特許文献１～５及び非特許文献１，２参照）等が知られている。特許文献１にはアルミナ微粉末に、粘土を添加混合し、砥粒中に二酸化ケイ素として、０．０５～３．０ｗｔ％含有させることが記載されている。 Here, as the abrasive grains for a conventional heavy grinding wheel, abrasive grains obtained by sintering an alumina raw material (see Patent Documents 1 to 5 and Non-Patent Documents 1 and 2) and the like are known. Patent Document 1 describes that clay is added and mixed with alumina fine powder, and 0.05 to 3.0 wt% of silicon dioxide is contained in the abrasive grains.
特許文献２にはアルミナ質焼結砥粒に対し、Ｃｒ、Ｔi、Ｆｅ、Ｖ、Ｍｇ、Ｇａ及びＲｈの酸化物等の微粉末を塗すか又はこれらの塩等の溶液を含浸させることにより、アルミナ結晶にこれらの元素を固溶させ、靱性を向上させる製造方法が記載されている。 In Patent Document 2, the alumina-like sintered abrasive grains are coated with fine powders such as oxides of Cr, Ti, Fe, V, Mg, Ga and Rh, or impregnated with a solution such as salts thereof. A production method for improving toughness by dissolving these elements in an alumina crystal is described.
特許文献３には、アルミナを主成分とする焼結体の表面から少なくとも０．０５ｍｍ内部までの表面調質層に３ａ、４ａ、５ａ、６ａ族元素、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉの中の少なくとも１種を含む化合物を形成し、この化合物を形成する元素を表面から内部に向って漸次減少させた工具アルミナ焼結体及びその製造方法が記載されている。 Patent Document 3 describes in 3a, 4a, 5a, 6a group elements, Fe, Ni, Co, and Si in the surface tempering layer from the surface of the sintered body containing alumina as a main component to at least 0.05 mm inside. A tool alumina sintered body in which a compound containing at least one kind is formed and the elements forming the compound are gradually reduced from the surface toward the inside and a method for producing the same are described.
特許文献４では、アルミナ結晶の結晶粒界相にイットリウム成分を含むアルミナ質焼結体において、結晶粒界相がＹ２Ｓｉ２Ｏ７とＳｉＯ２とで構成される高融点相を有することが記載されている。 According to Patent Document 4, in an alumina-like sintered body containing an yttrium component in the crystal grain boundary phase of an alumina crystal, the crystal grain boundary phase has a high melting point phase composed of Y 2 Si 2 O 7 and SiO 2 . Are listed.
特許文献５では、アルミナの粉末中に水素化イットリウムを混合してなるセラミック焼結原料を焼結することにより得られるセラミック焼結体について記載されている。 Patent Document 5 describes a ceramic sintered body obtained by sintering a ceramic sintering raw material obtained by mixing yttrium hydride with alumina powder.
非特許文献１にはマグネシアとスピネルの多相セラミックスをケイ酸ソーダ液に浸漬することで、亀裂が補修され、弾性率が増大することが記載されている。 Non-Patent Document 1 describes that by immersing polyphasic ceramics of magnesia and spinel in a sodium silicate solution, cracks are repaired and the elastic modulus is increased.
非特許文献２にはＭｇＯ焼結体の表面を研磨し、ＭｇＯ焼結体の表面に存在する亀裂を低減させることで強度が向上することが記載されている。 Non-Patent Document 2 describes that the strength is improved by polishing the surface of the MgO sintered body and reducing the cracks existing on the surface of the MgO sintered body.
特許文献１に記載の製造方法で作製されたアルミナ焼結砥粒は、粘土の添加によってクラック粒含有率を低減させることが可能ではあるが、粘土の添加量を増やしてもそのクラック粒含有率は１５％以下にはならないため効果は不十分である。また、粘土に由来するケイ素が多くなるほど、アルミナ焼結体の硬度が低下するため好ましくない。 The alumina sintered abrasive grains produced by the production method described in Patent Document 1 can reduce the crack grain content by adding clay, but the crack grain content even if the amount of clay added is increased. Is not less than 15%, so the effect is insufficient. Further, the more silicon derived from clay, the lower the hardness of the alumina sintered body, which is not preferable.
特許文献２に記載の製造方法で作製された研磨材砥粒はアルミナ結晶への固溶によって靱性の向上を目指しているが、高荷重がかかる重研削砥粒として用いるには靱性が不十分である。 Abrasive abrasive grains produced by the manufacturing method described in Patent Document 2 aim to improve toughness by solid dissolution in alumina crystals, but their toughness is insufficient for use as heavy grinding abrasive grains to which a high load is applied. be.
特許文献３のアルミナ焼結体では、表面調質層が厚く形成されることによってアルミナ焼結体が有する高硬度の特性が失われることが考えられる。アルミナを主成分とする焼結体の表面調質層に含まれる元素が表面から内部に向って漸次減少させる構成を制御することは極めて難しい。 In the alumina sintered body of Patent Document 3, it is considered that the high hardness characteristic of the alumina sintered body is lost due to the thick formation of the surface tempering layer. It is extremely difficult to control the composition in which the elements contained in the surface tempering layer of the sintered body containing alumina as the main component gradually decrease from the surface toward the inside.
特許文献４では、アルミナ焼結体の結晶粒界に少なくともＹ２Ｓｉ２Ｏ７とＳｉＯ２とで構成する高融点相を存在させる必要があるため、アルミナ粉末中に平均粒子径が小さいシリカ粉末、イットリア粉末を均一に分散させなければならなく、原料コスト、製造コストが高くなる。またアルミナ焼結体の結晶粒界に少なくともＹ２Ｓｉ２Ｏ７とＳｉＯ２とで構成する高融点相を存在させたとしても、アルミナ焼結体の表面に亀裂が存在した場合、機械的特性は表面の亀裂の深さやその数に依存すると考えられる。 In Patent Document 4, since it is necessary to have a high melting point phase composed of at least Y 2 Si 2 O 7 and SiO 2 at the grain boundaries of the alumina sintered body, the silica powder having a small average particle diameter is contained in the alumina powder. , Yttria powder must be uniformly dispersed, which increases raw material cost and manufacturing cost. Further, even if a high melting point phase composed of at least Y 2 Si 2 O 7 and SiO 2 is present at the grain boundaries of the alumina sintered body, if cracks are present on the surface of the alumina sintered body, mechanical properties are obtained. Is thought to depend on the depth and number of cracks on the surface.
特許文献５では、イットリウムが金属イットリウムの形態でアルミナ焼結体中に存在するため、アルミナ焼結体の強度が却って低くなる場合がある。 In Patent Document 5, since yttrium is present in the alumina sintered body in the form of metallic yttrium, the strength of the alumina sintered body may be rather low.
非特許文献１に記載のケイ酸ソーダによる亀裂補修の効果は高荷重がかかる重研削砥粒としては不十分である。また表面にケイ酸ソーダのような軟質層が存在すると被削材の研削速度が低下することが予想され、好ましくない。 The effect of repairing cracks with sodium silicate described in Non-Patent Document 1 is insufficient for heavy grinding abrasive grains to which a high load is applied. Further, the presence of a soft layer such as sodium silicate on the surface is not preferable because it is expected that the grinding speed of the work material will decrease.
非特許文献２では焼結体の表面に存在する亀裂を低減させることで強度が向上することが記載されているが、円柱形や不定形の焼結体の表面に存在する亀裂を研磨によって低減させることは困難であり、またもともと亀裂が存在しない焼結体を作製することはさらに困難である。 Non-Patent Document 2 describes that the strength is improved by reducing the cracks existing on the surface of the sintered body, but the cracks existing on the surface of the cylindrical or amorphous sintered body are reduced by polishing. It is difficult to make it, and it is even more difficult to produce a sintered body that originally has no cracks.
そこで、本発明は、高硬度を有し、かつ耐摩耗性に優れた複合焼結体、砥粒、砥石、及び複合焼結体の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a composite sintered body, an abrasive grain, a grindstone, and a method for manufacturing a composite sintered body having high hardness and excellent wear resistance.
上記目的を達成するため、本発明は［１］～［１１］のいずれかの構成を有する。 In order to achieve the above object, the present invention has any of the configurations [1] to [11].
［１］表面に凹部が存在するアルミナ焼結体と、前記凹部に存在するイットリウム化合物とを含み、Ｙ２Ｏ３換算したイットリウムの含有量が０．００５～３．０質量％である複合焼結体。
［２］前記アルミナ焼結体の表面の凹部が形成されていない部分の少なくとも一部においてアルミナ焼結体が露出している［１］に記載の複合焼結体。
［３］Ｙ２Ｏ３換算したイットリウムの含有量が０．０１～２．５質量％である上記［１］または［２］に記載の複合焼結体。
［４］前記イットリウム化合物が、複合焼結体の表面から深さ０．０５ｍｍ未満の領域のみに存在する、上記［１］～［３］のいずれか１つに記載の複合焼結体。
［５］前記イットリウム化合物がＹ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９及びＹＡｌＯ３からなる群から選択される少なくとも１種である、上記［１］～［４］のいずれか１つに記載の複合焼結体。
［６］上記［１］～［５］のいずれか１つに記載の複合焼結体を含む砥粒。
［７］円柱形状を有する上記［７］に記載の砥粒。
［８］上記［６］または［７］に記載の砥粒の層を作用面に有する砥石。
［９］アルミナ原料またはアルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる付着工程と、イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ原料またはアルミナ焼結体を熱処理する熱処理工程と、を含み、
前記付着工程において、前記付着させる前記イットリウム化合物前駆体の量をＹ２Ｏ３換算したイットリウムの量と、前記イットリウム化合物前駆体を付着させる前の前記アルミナ原料または前記アルミナ焼結体の量との合計に対する、前記換算した前記イットリウムの量の割合が、０．００５～３．５質量％である複合焼結体の製造方法。
［１０］前記付着工程において、前記アルミナ原料または前記アルミナ焼結体の表面に前記イットリウム化合物前駆体を分散液または溶液として付着させる上記［９］に記載の複合焼結体の製造方法。
［１１］前記付着工程において、前記アルミナ原料または前記アルミナ焼結体の表面に前記イットリウム化合物前駆体を溶液として付着させる上記［１０］に記載の複合焼結体の製造方法。
［１２］付着工程において、アルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させ、熱処理工程において、熱処理の温度が５００℃以上である、上記［９］～［１１］のいずれか１つに記載の複合焼結体の製造方法。
［１３］付着工程において、アルミナ原料の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させ、熱処理工程において、熱処理の温度が１２００℃以上である、上記［９］～［１１］のいずれか１つに記載の複合焼結体の製造方法。
[ 1 ] Composite firing containing an alumina sintered body having a recess on the surface and an yttrium compound present in the recess, and the yttrium content converted to Y2O3 is 0.005 to 3.0 % by mass. Yttrium.
[2] The composite sintered body according to [1], wherein the alumina sintered body is exposed in at least a part of a portion of the surface of the alumina sintered body in which a recess is not formed.
[ 3 ] The composite sintered body according to the above [1] or [ 2 ], wherein the yttrium content converted to Y2O3 is 0.01 to 2.5% by mass.
[4] The composite sintered body according to any one of the above [1] to [3], wherein the yttrium compound is present only in a region having a depth of less than 0.05 mm from the surface of the composite sintered body.
[5] The yttrium compound is at least one selected from the group consisting of Y 3 Al 5 O 12 , Y 4 Al 2 O 9 and Y Al O 3 , and is one of the above [1] to [4]. The composite sintered body described.
[6] Abrasive grains containing the composite sintered body according to any one of the above [1] to [5].
[7] The abrasive grain according to the above [7], which has a cylindrical shape.
[8] A grindstone having the abrasive grain layer according to the above [6] or [7] on the working surface.
[9] Includes a bonding step of adhering the yttrium compound precursor to the surface of the alumina raw material or the alumina sintered body, and a heat treatment step of heat-treating the alumina raw material or the alumina sintered body to which the yttrium compound precursor is adhered.
In the attachment step , the amount of yttrium obtained by converting the amount of the yttrium compound precursor to be attached into Y2O3 and the amount of the alumina raw material or the alumina sintered body before the attachment of the yttrium compound precursor A method for producing a composite sintered body, wherein the ratio of the converted amount of yttrium to the total is 0.005 to 3.5% by mass.
[10] The method for producing a composite sintered body according to the above [9], wherein the yttrium compound precursor is adhered to the surface of the alumina raw material or the alumina sintered body as a dispersion liquid or a solution in the adhesion step.
[11] The method for producing a composite sintered body according to the above [10], wherein the yttrium compound precursor is adhered as a solution to the surface of the alumina raw material or the alumina sintered body in the bonding step.
[12] In the adhesion step, the yttrium compound precursor is adhered to the surface of the alumina sintered body, and in the heat treatment step, the heat treatment temperature is 500 ° C. or higher, to any one of the above [9] to [11]. The method for producing a composite sintered body according to the description.
[13] The above-mentioned one of [9] to [11], wherein the yttrium compound precursor is adhered to the surface of the alumina raw material in the adhesion step, and the heat treatment temperature is 1200 ° C. or higher in the heat treatment step. A method for manufacturing a composite sintered body.
本発明によれば、高硬度を有し、かつ耐摩耗性に優れた複合焼結体、砥粒、砥石、及び複合焼結体の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a composite sintered body, an abrasive grain, a grindstone, and a method for manufacturing a composite sintered body having high hardness and excellent wear resistance.
以下、本発明の一実施形態を詳細に説明するが、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to the following embodiments.
＜１．複合焼結体＞
本実施形態の複合焼結体は、表面に凹部が存在するアルミナ焼結体と、その凹部に存在するイットリウム化合物とを含む。ここで、アルミナ焼結体表面における凹部としては、アルミナ焼結体の製造工程、または複合焼結体の製造工程において粒子と装置あるいは粒子同士の衝突等により生じたアルミナ焼結体表面の傷、及び高温での熱処理による変形で生じるアルミナ焼結体表面の陥没部分等が挙げられるが、これに限られない。以下、本実施形態の複合焼結体の具体的な構成について説明する。
<1. Composite sintered body>
The composite sintered body of the present embodiment includes an alumina sintered body having a recess on the surface and an yttrium compound present in the recess. Here, the recesses on the surface of the alumina sintered body include scratches on the surface of the alumina sintered body caused by collisions between particles and devices or particles in the manufacturing process of the alumina sintered body or the manufacturing process of the composite sintered body. And the depressed portion of the surface of the alumina sintered body caused by deformation due to heat treatment at a high temperature, but the present invention is not limited to this. Hereinafter, a specific configuration of the composite sintered body of the present embodiment will be described.
＜１－１．複合焼結体の化学成分＞
本実施形態の複合焼結体はアルミナを好ましくは５０質量％以上、より好ましくは６０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、さらに好ましくは８０質量％以上、さらに好ましくは９０質量％以上、さらに好ましくは９５質量％以上、さらに好ましくは９９質量％以上含む。本実施形態の複合焼結体におけるアルミナは、コランダム結晶の構造を有していることが好ましい。本実施形態の複合焼結体からイットリウム化合物を除いた化学成分は、例えば、アルミナが９９．１質量部、シリカが０．２質量部、マグネシアが０．１質量部、酸化鉄が０．２質量部、酸化ナトリウムが０．２質量部、残部が微量成分といったものがあるが、これに限られない。
<1-1. Chemical composition of composite sintered body ＞
The composite sintered body of the present embodiment contains alumina preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, still more preferably 80% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more. It is more preferably 95% by mass or more, still more preferably 99% by mass or more. The alumina in the composite sintered body of the present embodiment preferably has a corundum crystal structure. The chemical components obtained by removing the yttrium compound from the composite sintered body of the present embodiment are, for example, 99.1 parts by mass of alumina, 0.2 parts by mass of silica, 0.1 part by mass of magnesia, and 0.2 parts by mass of iron oxide. There are, but not limited to, parts by mass, 0.2 parts by mass of sodium oxide, and trace components of the balance.
＜１－２．イットリウム化合物の存在領域＞
本実施形態の複合焼結体中のイットリウム化合物は、アルミナ焼結体の表面の少なくとも一部の凹部に存在していればよく、全ての凹部に存在していてもよい。また、本実施形態の複合焼結体中のイットリウム化合物は、複合焼結体の表面から深さ０．０５ｍｍ未満の領域のみに存在することが好ましい。すなわち、イットリウム化合物の層の深さが０．０５ｍｍ未満であることが好ましい。これにより、本実施形態の複合焼結体を製造するときに用いるイットリウム化合物の量が過剰とならず、複合焼結体の製造コストを低減することができる。本実施形態の複合焼結体中のイットリウム化合物は、表面から深さ０．０３ｍｍ未満の領域のみに存在することがより好ましく、深さ０．０２ｍｍ未満の領域のみに存在することがさらに好ましい。
<1-2. Existence region of yttrium compound>
The yttrium compound in the composite sintered body of the present embodiment may be present in at least a part of the recesses on the surface of the alumina sintered body, and may be present in all the recesses. Further, it is preferable that the yttrium compound in the composite sintered body of the present embodiment is present only in a region having a depth of less than 0.05 mm from the surface of the composite sintered body. That is, the depth of the yttrium compound layer is preferably less than 0.05 mm. As a result, the amount of the yttrium compound used when producing the composite sintered body of the present embodiment does not become excessive, and the manufacturing cost of the composite sintered body can be reduced. The yttrium compound in the composite sintered body of the present embodiment is more preferably present only in a region having a depth of less than 0.03 mm from the surface, and further preferably being present only in a region having a depth of less than 0.02 mm.
特に、本実施形態の複合焼結体は、アルミナ焼結体の表面の凹部が形成されていない部分の少なくとも一部においては、イットリウム化合物は形成されずにアルミナ焼結体が露出していることが好ましい。アルミナ焼結体は硬度が高く、砥粒として用いた場合、アルミナ焼結体と被削物とが直接当たることにより、効率よく被削物を研削することができることが期待できるためである。そのため、凹部が形成されていない部分の全てにおいてアルミナ焼結体が露出している、すなわち、イットリウム化合物はアルミナ焼結体の表面の凹部にのみ存在することが最も好ましい。しかし、複合焼結体として十分な硬度が得られる範囲で、凹部が形成されていない部分にもイットリウム化合物が存在していてもよい。 In particular, in the composite sintered body of the present embodiment, the yttrium compound is not formed and the alumina sintered body is exposed at least in a part of the surface of the alumina sintered body where the recess is not formed. Is preferable. This is because the alumina sintered body has a high hardness, and when used as abrasive grains, it can be expected that the work piece can be efficiently ground by the direct contact between the alumina sintered body and the work piece. Therefore, it is most preferable that the alumina sintered body is exposed in all the portions where the recesses are not formed, that is, the yttrium compound is present only in the recesses on the surface of the alumina sintered body. However, the yttrium compound may also be present in the portion where the recess is not formed, as long as sufficient hardness can be obtained as the composite sintered body.
＜１－３．イットリウム化合物の種類＞
本実施形態の複合焼結体に含まれるイットリウム化合物は、特に限定されないが、例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９及びＹＡｌＯ３からなる群から選択される少なくとも１種である。これにより、アルミナ焼結体とイットリウム化合物との間の接合力を強くすることができる。
<1-3. Types of yttrium compounds>
The yttrium compound contained in the composite sintered body of the present embodiment is not particularly limited, but is, for example, at least one selected from the group consisting of Y 3 Al 5 O 12 , Y 4 Al 2 O 9 , and Y Al O 3 . .. This makes it possible to strengthen the bonding force between the alumina sintered body and the yttrium compound.
＜１－４．イットリウム化合物の含有量＞
本実施形態の複合焼結体中のＹ２Ｏ３換算したイットリウム化合物の含有量は、０．００５～３．０質量％であり、好ましくは０．０１～２．５質量％であり、より好ましくは０．０２～１．０質量％であり、さらに好ましくは０．０３～０．５質量％である。本実施形態の構成において、複合焼結体中のＹ２Ｏ３換算したイットリウム化合物の含有量が０．００５質量％以上であると、アルミナ焼結体の表面の凹部に十分な量のイットリウム化合物を存在させることができる。これにより、アルミナ焼結体の表面の凹部における複合焼結体の強度が高くなり、アルミナ焼結体の表面の凹部が疲労亀裂の起点となることを抑制することができる。また、本発明の複合焼結体中のＹ２Ｏ３換算したイットリウム化合物の含有量が３．０質量％以下であると、イットリウム化合物の使用量が過剰とならず、イットリウム化合物の層が厚くなることによる硬度の低下を抑制することができる。さらに、イットリウム化合物の使用量を必要量に抑えることで複合焼結体の製造コストを低減することができる。
<1-4. Yttrium compound content>
The content of the yttrium compound converted to Y2O3 in the composite sintered body of the present embodiment is 0.005 to 3.0 % by mass, preferably 0.01 to 2.5% by mass, and more. It is preferably 0.02 to 1.0% by mass, and more preferably 0.03 to 0.5% by mass. In the configuration of the present embodiment , when the content of the yttrium compound converted to Y2O3 in the composite sintered body is 0.005% by mass or more , a sufficient amount of the yttrium compound is contained in the recesses on the surface of the alumina sintered body. Can exist. As a result, the strength of the composite sintered body in the recesses on the surface of the alumina sintered body is increased, and it is possible to prevent the recesses on the surface of the alumina sintered body from becoming the starting point of fatigue cracks. Further, when the content of the yttrium compound converted to Y2O3 in the composite sintered body of the present invention is 3.0 % by mass or less, the amount of the yttrium compound used does not become excessive and the layer of the yttrium compound becomes thick. It is possible to suppress the decrease in hardness due to the compounding. Further, the production cost of the composite sintered body can be reduced by suppressing the amount of the yttrium compound used to the required amount.
＜１－５．アルミナ、イットリウム化合物以外の化合物＞
本実施形態の複合焼結体は、上記の効果を阻害しない範囲で、アルミナ及びイットリウム化合物以外の化合物を含んでもよい。本実施形態の複合焼結体におけるアルミナ及びイットリウム化合物以外の化合物は、酸化物換算で１０質量％以下であることが好ましい。アルミナ及びイットリウム化合物以外の化合物は、酸化物換算でより好ましくは５質量％以下であり、さらに好ましくは３質量％以下である。アルミナ及びイットリウム化合物以外の化合物の元素には、例えば、マグネシウム、チタン、カルシウム、ナトリウム、ケイ素、鉄などが挙げられる。
<1-5. Compounds other than alumina and yttrium compounds>
The composite sintered body of the present embodiment may contain a compound other than the alumina and the yttrium compound as long as the above effects are not impaired. The compound other than the alumina and yttrium compounds in the composite sintered body of the present embodiment is preferably 10% by mass or less in terms of oxide. The compound other than the alumina and the yttrium compound is more preferably 5% by mass or less in terms of oxide, and further preferably 3% by mass or less. Examples of the element of the compound other than the alumina and the yttrium compound include magnesium, titanium, calcium, sodium, silicon and iron.
＜１－６．本実施形態の効果＞
本実施形態の複合焼結体におけるイットリウム化合物がアルミナ焼結体の表面の凹部に存在することにより、アルミナ焼結体の凹部が補強され、複合焼結体の強度が向上すると考えられる。また、驚くべきことに複合焼結体の強度はイットリウム化合物により特異的に向上する。さらに、本実施形態の複合焼結体におけるイットリウム化合物は、アルミナ焼結体の硬度を低下させずに、アルミナ焼結体の強度を向上させる。したがって、本実施形態によれば、高硬度を有し、かつ耐摩耗性に優れた複合焼結体を提供することができる。
<1-6. Effect of this embodiment>
It is considered that the presence of the yttrium compound in the composite sintered body of the present embodiment in the recesses on the surface of the alumina sintered body reinforces the recessed portions of the alumina sintered body and improves the strength of the composite sintered body. Also, surprisingly, the strength of the composite sintered body is specifically improved by the yttrium compound. Further, the yttrium compound in the composite sintered body of the present embodiment improves the strength of the alumina sintered body without lowering the hardness of the alumina sintered body. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a composite sintered body having high hardness and excellent wear resistance.
＜２．砥粒＞
本実施形態にかかる複合焼結体を含む砥粒を用いることによって、高硬度を有し、かつ耐摩耗性に優れた、すなわち、研削比の高い砥石を得ることができる。砥粒は本実施形態の複合焼結体を７０質量％以上含むことが好ましく、８０質量％以上含むことがより好ましく、９０質量％以上含むことがさらに好ましく、９５％質量％以上含むことがさらに好ましく、９８質量％以上含むことがさらに好ましい。
<2. Abrasive grain>
By using the grindstone containing the composite sintered body according to the present embodiment, it is possible to obtain a grindstone having high hardness and excellent wear resistance, that is, a grindstone having a high grinding ratio. The abrasive grains preferably contain 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, further preferably 90% by mass or more, and further preferably 95% by mass or more of the composite sintered body of the present embodiment. It is preferable, and it is more preferable to contain 98% by mass or more.
本実施形態の砥粒の形状は、その砥粒を用いた砥石に研削性能を付与できれば特に限定されない。しかし、優れた研削性能を砥石に付与できるという観点及び成形のしやすさの観点から、砥粒の好ましい形状は円柱形状である。 The shape of the abrasive grains of the present embodiment is not particularly limited as long as the grinding wheel using the abrasive grains can be imparted with grinding performance. However, from the viewpoint of imparting excellent grinding performance to the grindstone and from the viewpoint of ease of molding, the preferable shape of the abrasive grains is a cylindrical shape.
＜３．砥石＞
本実施形態の砥粒の層を作用面に有することにより、研削比が高い砥石を得ることができる。砥石への砥粒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、その用途に応じて砥粒の固定方法が選択される。
<3. Whetstone ＞
By having the abrasive grain layer of the present embodiment on the working surface, a grindstone having a high grinding ratio can be obtained. Examples of the method for fixing the abrasive grains to the grindstone include resin bond, vitrified bond, metal bond, electrodeposition and the like. Examples of the material of the base metal include steel, stainless alloy, aluminum alloy, and the like, and a method for fixing the abrasive grains is selected according to the application.
本実施形態の砥粒は、研削比が高く、重研削砥石に適している。なお、重研削とは、鋼片（スラブ、ブルーム、ビレット等）の表面欠陥を取り除く研削方式であり、研削荷重及び研削速度が極めて高い特徴を持つ。砥石にかかる荷重は０．９８ｋＮ以上であり、場合によっては９．８ｋＮを超えることもある。このような高荷重下で使用される砥石を重研削砥石と呼ぶ。本実施形態の砥石を重研削に用いる場合、砥石の作用面に砥粒を固定する方法として、フェノール樹脂を主成分としたレジンボンドを用いた方法が挙げられるが、これに限られない。 The abrasive grains of the present embodiment have a high grinding ratio and are suitable for heavy grinding wheels. The heavy grinding is a grinding method for removing surface defects of steel pieces (slabs, blooms, billets, etc.), and has an extremely high grinding load and grinding speed. The load applied to the grindstone is 0.98 kN or more, and in some cases, it may exceed 9.8 kN. A grindstone used under such a high load is called a heavy grinding grindstone. When the grindstone of the present embodiment is used for heavy grinding, a method of fixing the grindstone to the working surface of the grindstone includes, but is not limited to, a method using a resin bond containing a phenol resin as a main component.
＜４．複合焼結体の製造方法＞
本実施形態の複合焼結体の製造方法は、アルミナ原料（以下、ここでは、焼結されていないアルミナを意味する）またはアルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる付着工程と、イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ原料またはアルミナ焼結体を熱処理する熱処理工程とを含む。ここで、イットリウム化合物前駆体とは、焼結、熱分解、アルミナとの反応等を経て、イットリウム化合物となる物質である。以下、本実施形態の複合焼結体の製造方法の例を述べるが、本実施形態にかかる複合焼結体の製造方法はこれらの例に限られない。また、以下の説明において、アルミナ焼結体またはアルミナペレットの製造工程について言及しているが、予めアルミナ焼結体またはアルミナペレットを入手し、準備しておくことでこれらの製造工程を省略することができる。
<4. Manufacturing method of composite sintered body ＞
The method for producing the composite sintered body of the present embodiment includes a bonding step of adhering an yttrium compound precursor to the surface of an alumina raw material (hereinafter, unsintered alumina) or the surface of the alumina sintered body. It includes a heat treatment step of heat-treating an alumina raw material or an alumina sintered body to which an yttrium compound precursor is attached. Here, the yttrium compound precursor is a substance that becomes an yttrium compound through sintering, thermal decomposition, reaction with alumina, and the like. Hereinafter, examples of the method for producing the composite sintered body of the present embodiment will be described, but the method for producing the composite sintered body according to the present embodiment is not limited to these examples. Further, in the following description, the manufacturing process of the alumina sintered body or the alumina pellet is referred to, but these manufacturing steps can be omitted by obtaining and preparing the alumina sintered body or the alumina pellet in advance. Can be done.
図１は、本実施形態の複合焼結体の製造方法の一例を示したフロー図である。この製造方法では、アルミナ原料粉末を成形してアルミナ成形体を得る成形工程Ａ１、アルミナ成形体を焼成してアルミナ焼結体を得る焼成工程Ａ２、アルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる付着工程Ａ３、及びイットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ焼結体を熱処理する熱処理工程Ａ４を含む。 FIG. 1 is a flow chart showing an example of a method for manufacturing a composite sintered body of the present embodiment. In this production method, the molding step A1 for molding the alumina raw material powder to obtain the alumina molded body, the firing step A2 for calcining the alumina molded body to obtain the alumina sintered body, and the yttrium compound precursor on the surface of the alumina sintered body. The bonding step A3 for adhering and the heat treatment step A4 for heat-treating the alumina sintered body to which the yttrium compound precursor is adhered are included.
＜４－１．成形工程Ａ１＞
成形工程Ａ１では、アルミナ原料粉末を成形してアルミナ成形体を得る。アルミナ原料粉末を成形する成形方法としては、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、シート成形等が挙げられる。
<4-1. Molding process A1>
In the molding step A1, the alumina raw material powder is molded to obtain an alumina molded body. Examples of the molding method for molding the alumina raw material powder include a mold press, a cold hydrostatic press, a casting molding, an injection molding, an extrusion molding, and a sheet molding.
アルミナ原料粉末は、高純度のものが好ましく、例えばバイヤー法で精製したアルミナを用いることができる。アルミナ原料粉末は、アルミナを好ましくは５０質量％以上、より好ましくは６０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、さらに好ましくは８０質量％以上、さらに好ましくは９０質量％以上、さらに好ましくは９５質量％以上、さらに好ましくは９９質量％以上含む。 The alumina raw material powder is preferably of high purity, and for example, alumina purified by the Bayer process can be used. The alumina raw material powder preferably contains alumina in an amount of 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, still more preferably 80% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more, still more preferably 95% by mass. It contains% by mass or more, more preferably 99% by mass or more.
＜４－２．焼成工程Ａ２＞
焼成工程Ａ２では、アルミナ成形体を焼成してアルミナ焼結体を得る。アルミナ成形体を焼成する方法としては、例えば、アルミナ成形体を匣鉢等の容器に入れマッフル炉等の電気炉またはトンネル式連続焼成炉で加熱処理する方法、前駆体をロータリーキルン等の焼成装置で直接加熱処理する方法などが挙げられる。
<4-2. Baking step A2>
In the firing step A2, the alumina molded body is fired to obtain an alumina sintered body. Examples of the method of firing the alumina molded body include a method in which the alumina molded body is placed in a container such as a sack and heat-treated in an electric furnace such as a muffle furnace or a tunnel type continuous firing furnace, and the precursor is fired by a firing device such as a rotary kiln. Examples include a method of direct heat treatment.
焼成温度は、１２００℃以上であり、好ましくは１２００～１８００℃であり、より好ましくは１３００～１７５０℃であり、さらに好ましくは１４００～１７００℃である。焼成温度が１２００℃以上であると、アルミナ成形体の焼結が進行し緻密なアルミナ焼結体が得られる。焼成温度が１８００℃以下であるとアルミナ成形体同士のネッキングを抑制でき、所望の形状のアルミナ焼結体を得ることが容易になる。なお、所望とされるアルミナ焼結体の形状は特に限定されない。 The firing temperature is 1200 ° C. or higher, preferably 1200 to 1800 ° C., more preferably 1300 to 1750 ° C., and even more preferably 1400 to 1700 ° C. When the firing temperature is 1200 ° C. or higher, sintering of the alumina molded product proceeds and a dense alumina sintered body can be obtained. When the firing temperature is 1800 ° C. or lower, necking between the alumina molded bodies can be suppressed, and it becomes easy to obtain an alumina sintered body having a desired shape. The desired shape of the alumina sintered body is not particularly limited.
また、焼成雰囲気は大気中、不活性雰囲気又は真空のいずれでもよいが、設備コストの観点から大気中であることが好ましい。 The firing atmosphere may be the atmosphere, the inert atmosphere or the vacuum, but it is preferably in the atmosphere from the viewpoint of equipment cost.
＜４－３．付着工程Ａ３＞
付着工程Ａ３では、アルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる。アルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる方法としては、例えば、イットリウム化合物前駆体の分散液または溶液をアルミナ焼結体に噴霧する方法がある。また、別の例としては、イットリウム化合物前駆体の分散液または溶液にアルミナ焼結体を浸漬させ、ろ過及び乾燥する方法がある。さらに別の例としては、イットリウム化合物前駆体の分散液または溶液にアルミナ焼結体を浸漬させ、溶媒を蒸発させ、アルミナ焼結体の表面のイットリウム化合物前駆体を乾固させる方法がある。
<4-3. Adhesion process A3>
In the attachment step A3, the yttrium compound precursor is attached to the surface of the alumina sintered body. As a method of adhering the yttrium compound precursor to the surface of the alumina sintered body, for example, there is a method of spraying a dispersion liquid or a solution of the yttrium compound precursor onto the alumina sintered body. Further, as another example, there is a method of immersing the alumina sintered body in a dispersion liquid or a solution of the yttrium compound precursor, filtering and drying the alumina sintered body. As yet another example, there is a method of immersing the alumina sintered body in a dispersion or solution of the yttrium compound precursor, evaporating the solvent, and drying the yttrium compound precursor on the surface of the alumina sintered body.
本実施形態のように、イットリウム化合物前駆体を含む液体としてアルミナ焼結体に付着させることで、アルミナ焼結体の表面の凹部により確実にイットリウム化合物前駆体が入り込むことができる。また、イットリウム化合物前駆体の溶液を用いることにより、アルミナ焼結体の表面の凹部にイットリウム化合物前駆体がより緻密に充填され、複合焼結体として、アルミナ焼結体の表面の凹部に緻密なイットリウム化合物の層が形成される。 By adhering to the alumina sintered body as a liquid containing the yttrium compound precursor as in the present embodiment, the yttrium compound precursor can surely enter through the recesses on the surface of the alumina sintered body. Further, by using the solution of the yttrium compound precursor, the recesses on the surface of the alumina sintered body are more densely filled with the yttrium compound precursor, and as a composite sintered body, the recesses on the surface of the alumina sintered body are densely filled. A layer of yttrium compound is formed.
イットリウム化合物前駆体は、例えば、酸化イットリウム、塩化イットリウム、フッ化イットリウム、炭酸イットリウム、酢酸イットリウム、硝酸イットリウム、臭化イットリウム、硫化イットリウム、シュウ酸イットリウム、リン酸イットリウム、過塩素酸イットリウム、ホウ化イットリウム、ヨウ化イットリウム、硫酸イットリウム、ステアリン酸イットリウム、イットリウムイソプロポキシド、ネオデカン酸イットリウム、ナフテン酸イットリウム、アセチルアセトン酸イットリウム、トリス（シクロペンタジエニル）イットリウム、２－エチルヘキサン酸イットリウム、トリス（ブチルシクロペンタジエニル）イットリウム、トリス（ｎ－プロピルシクロペンタジエニル）イットリウム、トリデカキス（イソプロパノラト）（オキソ）ペンタイットリウム、トリス（アセチルアセトナト）イットリウム、２－エチルヘキサン酸イットリウム、トリフルオロメタンスルホン酸イットリウム、トリス（２，２，６，６－テトラメチルー３，５－へプタンジオナト）イットリウム、イットリウムヘキサフルオロアセチルアセトナート、及びイットリウム・アルミニウム・ガーネットからなる群から選択される少なくとも１種である。これらのイットリウム化合物前駆体のうち、好ましいイットリウム化合物前駆体は、酸化イットリウム、塩化イットリウム、炭酸イットリウム、酢酸イットリウム、硝酸イットリウム、シュウ酸イットリウム及び硫酸イットリウムからなる群から選択される少なくとも１種であり、より好ましいイットリウム化合物前駆体は、酸化イットリウム、塩化イットリウム、酢酸イットリウム、硝酸イットリウム及び硫酸イットリウムからなる群から選択される少なくとも１種であり、さらに好ましいイットリウム化合物前駆体は、酸化イットリウム、酢酸イットリウム及び硝酸イットリウムからなる群から選択される少なくとも１種である。これらのイットリウム化合物は無水物であっても水和物であってもよい。 Yttrium compound precursors include, for example, yttrium oxide, yttrium chloride, yttrium fluoride, yttrium carbonate, yttrium acetate, yttrium nitrate, yttrium bromide, yttrium sulfide, yttrium oxalate, yttrium phosphate, yttrium perchlorate, yttrium borate. , Yttrium iodide, yttrium sulfate, yttrium stearate, yttrium isopropoxide, yttrium neodecanoate, yttrium naphthenate, yttrium acetylacetate, yttrium tris (cyclopentadienyl) yttrium, tris (butylcyclopenta) Dienyl) yttrium, tris (n-propylcyclopentadienyl) yttrium, tridecakis (isopropanolato) (oxo) yttrium, tris (acetylacetonato) yttrium, 2-ethylhexanoate yttrium, trifluoromethanesulfonate yttrium, Tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptangionato) is at least one selected from the group consisting of yttrium, yttrium hexafluoroacetylacetonate, and yttrium aluminum garnet. Among these yttrium compound precursors, the preferred yttrium compound precursor is at least one selected from the group consisting of yttrium oxide, yttrium chloride, yttrium carbonate, yttrium acetate, yttrium nitrate, yttrium oxalate and yttrium sulfate. A more preferred yttrium compound precursor is at least one selected from the group consisting of yttrium oxide, yttrium chloride, yttrium acetate, yttrium nitrate and yttrium sulfate, and more preferred yttrium compound precursors are yttrium oxide, yttrium acetate and nitrate. At least one selected from the group consisting of yttrium. These yttrium compounds may be anhydrous or hydrated.
アルミナ焼結体に付着させるイットリウム化合物前駆体の量をＹ２Ｏ３換算したイットリウムの量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、上記換算したイットリウムの量の割合は、０．００５～３．５質量％であり、好ましくは０．０１～３．０質量％であり、より好ましくは０．０２～１．３質量％であり、さらに好ましくは０．０３～０．８質量％である。イットリウム化合物前駆体の付着量が０．００５質量％以上であると、アルミナ焼結体の表面の凹部に十分な量のイットリウム化合物を存在させることができる。また、イットリウム化合物前駆体の付着量が３．５質量％以下であると、イットリウム化合物前駆体の付着量が過剰になることを抑制でき、アルミナ質焼結体の製造コストを低減することができる。 The above - mentioned converted yttrium with respect to the total of the amount of yttrium obtained by converting the amount of the yttrium compound precursor attached to the alumina sintered body to Y2O3 and the amount of the alumina sintered body before attaching the yttrium compound precursor. The proportion of the amount is 0.005 to 3.5% by mass, preferably 0.01 to 3.0% by mass, more preferably 0.02 to 1.3% by mass, and even more preferably 0. It is 0.03 to 0.8% by mass. When the amount of the yttrium compound precursor adhered is 0.005% by mass or more, a sufficient amount of the yttrium compound can be present in the recesses on the surface of the alumina sintered body. Further, when the adhesion amount of the yttrium compound precursor is 3.5% by mass or less, it is possible to suppress the adhesion amount of the yttrium compound precursor from becoming excessive, and it is possible to reduce the production cost of the alumina-based sintered body. ..
イットリウム化合物前駆体を分散または溶解させる溶媒は、例えば、水、ギ酸、メタノール、エタノール、１－プロパノール、２－プロパノール、ブタノール、酢酸、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、アセトン、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、酢酸エチル、クロロホルム、ジエチルエーテル、トルエン、ベンゼン及びヘキサンからなる群から選択される少なくとも１種であり、好ましい溶媒は水である。 Solvents that disperse or dissolve the yttrium compound precursor include, for example, water, formic acid, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butanol, acetic acid, dimethylsulfoxide, N, N-dimethylformamide, acetonitrile, acetone, tetrahydrofuran, At least one selected from the group consisting of methylene chloride, ethyl acetate, chloroform, diethyl ether, toluene, benzene and hexane, the preferred solvent is water.
＜４－４．熱処理工程Ａ４＞
熱処理工程Ａ４では、イットリウム化合物前駆体を塗布したアルミナ質焼結体を５００℃以上の熱処理温度で熱処理する。熱処理の方法には、例えば、イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ焼結体を匣鉢等の容器に入れマッフル炉等の電気炉またはトンネル式連続焼成炉で加熱処理する方法、イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ焼結体をロータリーキルン等の焼成装置で直接加熱処理する方法などが挙げられる。
<4-4. Heat treatment process A4>
In the heat treatment step A4, the alumina-based sintered body coated with the yttrium compound precursor is heat-treated at a heat treatment temperature of 500 ° C. or higher. Examples of the heat treatment method include a method in which an alumina sintered body to which the ittrium compound precursor is attached is placed in a container such as a bowl and heat-treated in an electric furnace such as a muffle furnace or a tunnel type continuous firing furnace. Examples thereof include a method of directly heat-treating the adhered alumina sintered body with a firing device such as a rotary kiln.
熱処理温度は、好ましくは５００℃以上であり、より好ましくは５００～１８００℃であり、さらに好ましくは１０００～１７５０℃であり、さらに好ましくは１５００～１７００℃である。熱処理温度が５００℃以上であると、イットリウム化合物前駆体から生成したイットリウム化合物をアルミナ焼結体の表面の凹部に十分に存在させることができる。熱処理温度が１８００℃以下であるとアルミナ焼結体同士のネッキングを抑制でき、所望の形状のアルミナ焼結体を得ることができる。 The heat treatment temperature is preferably 500 ° C. or higher, more preferably 500 to 1800 ° C., still more preferably 1000 to 1750 ° C., still more preferably 1500 to 1700 ° C. When the heat treatment temperature is 500 ° C. or higher, the yttrium compound produced from the yttrium compound precursor can be sufficiently present in the recesses on the surface of the alumina sintered body. When the heat treatment temperature is 1800 ° C. or lower, necking between the alumina sintered bodies can be suppressed, and an alumina sintered body having a desired shape can be obtained.
また、熱処理の雰囲気は、大気中、不活性雰囲気又は真空のいずれでもよいが、設備コストの観点から大気中であることが好ましい。 The atmosphere of the heat treatment may be the atmosphere, the inert atmosphere or the vacuum, but it is preferably the atmosphere from the viewpoint of equipment cost.
＜５．複合焼結体の製造方法の第１変形例＞
図２は、本実施形態の複合焼結体の製造方法の第１変形例を示したフロー図である。この製造方法では、アルミナ原料粉末を造粒してアルミナペレットを得る造粒工程Ｂ１、アルミナペレットの表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる付着工程Ｂ２、及びイットリウム化合物前駆体が付着したアルミナペレットを焼成（熱処理）する焼成（熱処理）工程Ｂ３を含む。
<5. First modification of the method for manufacturing a composite sintered body>
FIG. 2 is a flow chart showing a first modification of the method for manufacturing a composite sintered body of the present embodiment. In this production method, the granulation step B1 for granulating alumina raw material powder to obtain alumina pellets, the adhesion step B2 for adhering the yttrium compound precursor to the surface of the alumina pellets, and the alumina pellets to which the yttrium compound precursor is attached are calcined. The firing (heat treatment) step B3 for (heat treatment) is included.
＜５－１．造粒工程Ｂ１＞
造粒工程Ｂ１では、アルミナ原料粉末を造粒してアルミナペレットを得る。アルミナ原料粉末は、上記成形工程（Ａ１）に記載されたものと同様である。アルミナ原料粉末を造粒する方法は、所望の形状のアルミナペレットを得られれば特に限定されないが、押し出し式造粒法が好ましい。押し出し式造粒法とは、原料粉末に加液し混練して原料粉末のケーキを作製し、原料粉末のケーキを多数の孔の開いたダイスから押し出すことによってアルミナペレットを得る造粒方法である。押し出し式造粒法では、例えば、スクリュー押し出し式造粒機が使用される。
<5-1. Granulation process B1>
In the granulation step B1, the alumina raw material powder is granulated to obtain alumina pellets. The alumina raw material powder is the same as that described in the molding step (A1). The method for granulating the alumina raw material powder is not particularly limited as long as the alumina pellets having a desired shape can be obtained, but the extrusion type granulation method is preferable. The extrusion-type granulation method is a granulation method in which an alumina pellet is obtained by adding a liquid to a raw material powder and kneading it to prepare a cake of the raw material powder, and extruding the cake of the raw material powder from a die having a large number of holes. .. In the extrusion type granulation method, for example, a screw extrusion type granulator is used.
この造粒法では円柱形状のアルミナペレットを得ることができる。なお、解砕整粒機を用いてアルミナペレットの長さをそろえてもよいし、長さをそろえたアルミナペレットを、球形整粒機を用いて球形にしてもよい。押し出し式造粒法により製造されたアルミナペレットは内部の空隙が小さくなり、アルミナペレットに付着させるイットリウム化合物前駆体がアルミナペレットの表面から内部へ深く浸透することを抑制できる。 With this granulation method, cylindrical alumina pellets can be obtained. The lengths of the alumina pellets may be made uniform by using a crushing and sizing machine, or the alumina pellets having the same length may be made spherical by using a spherical sizing machine. The alumina pellets produced by the extrusion granulation method have smaller internal voids, and the yttrium compound precursor attached to the alumina pellets can be prevented from deeply penetrating from the surface of the alumina pellets to the inside.
アルミナペレットの大きさは、目標とする砥粒の粒度に基づいて適宜選択される。砥粒の粒度としては、例えば、ＪＩＳ Ｒ ６１１１（人造研削材）に規定されているものがある。 The size of the alumina pellet is appropriately selected based on the target particle size of the abrasive grains. As the particle size of the abrasive grains, for example, there is one specified in JIS R 6111 (artificial abrasive).
＜５－２．付着工程Ｂ２＞
付着工程Ｂ２では、アルミナペレットの表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる。なお、イットリウム化合物前駆体は、上記付着工程Ａ３で記載したものと同様である。アルミナペレットの表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる方法としては、例えばイットリウム化合物前駆体の分散液または溶液をアルミナペレットに噴霧する方法が挙げられる。この方法によれば、イットリウム化合物前駆体がアルミナペレットの表面から内部へ深く浸透することを抑制できる。
<5-2. Adhesion process B2>
In the attachment step B2, the yttrium compound precursor is attached to the surface of the alumina pellet. The yttrium compound precursor is the same as that described in the adhesion step A3. As a method of adhering the yttrium compound precursor to the surface of the alumina pellet, for example, a method of spraying a dispersion liquid or a solution of the yttrium compound precursor onto the alumina pellet can be mentioned. According to this method, it is possible to prevent the yttrium compound precursor from deeply penetrating from the surface of the alumina pellet to the inside.
アルミナペレットに付着させるイットリウム化合物前駆体の量をＹ２Ｏ３換算したイットリウムの量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナペレットの量との合計に対する、上記換算したイットリウムの量の割合は、０．００５～３．５質量％であり、好ましくは０．０１～３．０質量％であり、より好ましくは０．０２～１．３質量％であり、さらに好ましくは０．０３～０．８質量％である。イットリウム化合物前駆体の付着量が０．００５質量％以上であると、後述するアルミナ焼結体の表面の凹部に十分な量のイットリウム化合物を存在させることができる。また、イットリウム化合物前駆体の付着量が３．０質量％以下であると、イットリウム化合物前駆体の付着量が、過剰とならず、アルミナ焼結体の製造コストを低減することができる。 The ratio of the above - converted amount of yttrium to the total of the amount of yttrium obtained by converting the amount of yttrium compound precursor attached to the alumina pellet to Y2O3 and the amount of alumina pellet before attaching the yttrium compound precursor is , 0.005 to 3.5% by mass, preferably 0.01 to 3.0% by mass, more preferably 0.02 to 1.3% by mass, still more preferably 0.03 to 0%. It is 8.8% by mass. When the amount of the yttrium compound precursor adhered is 0.005% by mass or more, a sufficient amount of the yttrium compound can be present in the recesses on the surface of the alumina sintered body described later. Further, when the amount of the yttrium compound precursor adhered is 3.0% by mass or less, the amount of the yttrium compound precursor adhered does not become excessive, and the production cost of the alumina sintered body can be reduced.
イットリウム化合物前駆体を分散または溶解させる溶媒は、上記付着工程Ａ３で記載したものと同様である。 The solvent for dispersing or dissolving the yttrium compound precursor is the same as that described in the above-mentioned adhesion step A3.
＜５－３．焼成（熱処理）工程Ｂ３＞
焼成（熱処理）工程Ｂ３では、イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナペレットを焼成（熱処理）する。アルミナペレットを焼成する方法としては、例えば、アルミナペレットを匣鉢等の容器に入れマッフル炉等の電気炉またはトンネル式連続焼成炉で加熱処理する方法、前駆体をロータリーキルン等の焼成装置で直接加熱処理する方法などが挙げられる。
<5-3. Firing (heat treatment) step B3>
In the firing (heat treatment) step B3, the alumina pellet to which the yttrium compound precursor is attached is fired (heat treated). Examples of the method of firing the alumina pellets include a method of placing the alumina pellets in a container such as a sack and heat-treating them in an electric furnace such as a muffle furnace or a continuous tunnel-type continuous firing furnace, and directly heating the precursor with a firing device such as a rotary kiln. The processing method and the like can be mentioned.
焼成（熱処理）温度は、１２００℃以上であり、好ましくは１２００～１８００℃であり、より好ましくは１３００～１７５０℃であり、さらに好ましくは１４００～１７００℃である。焼成温度が１２００℃以上であると、アルミナペレットの焼結が進行し緻密なアルミナ焼結体が得られる。また、生成したイットリウム化合物をアルミナ焼結体の表面の凹部に十分に存在させることができる。加熱温度が１８００℃以下であるとアルミナペレット同士のネッキングを抑制でき、所望の形状の複合焼結体を得ることができる。 The firing (heat treatment) temperature is 1200 ° C. or higher, preferably 1200 to 1800 ° C., more preferably 1300 to 1750 ° C., and even more preferably 1400 to 1700 ° C. When the firing temperature is 1200 ° C. or higher, sintering of alumina pellets proceeds and a dense alumina sintered body can be obtained. In addition, the produced yttrium compound can be sufficiently present in the recesses on the surface of the alumina sintered body. When the heating temperature is 1800 ° C. or lower, necking between the alumina pellets can be suppressed, and a composite sintered body having a desired shape can be obtained.
また、焼成（熱処理）雰囲気は、大気中、不活性雰囲気又は真空のいずれでもよいが、設備コストの観点から大気中であることが好ましい。 The firing (heat treatment) atmosphere may be the atmosphere, the inert atmosphere, or the vacuum, but is preferably in the atmosphere from the viewpoint of equipment cost.
複合焼結体は強度及び靱性が高く、砥粒の形状に成形する、あるいはその形状を制御することは難しいため、第１変形例のようにイットリウムを含まないアルミナの段階でペレットとすることで、効率よく所望の形状の砥粒を得ることができる。 Since the composite sintered body has high strength and toughness, it is difficult to form it into the shape of abrasive grains or to control the shape. It is possible to efficiently obtain abrasive grains having a desired shape.
＜６．複合焼結体の製造方法の第２変形例＞
図３は、本実施形態の複合焼結体の製造方法の第２変形例を示したフロー図である。この製造方法では、アルミナ原料粉末を造粒してアルミナペレットを得る造粒工程Ｃ１、アルミナペレットを焼成してアルミナ焼結体を得る焼成工程Ｃ２、アルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる付着工程Ｃ３、及びイットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ焼結体を熱処理する熱処理工程Ｃ４を含む。造粒工程Ｃ１は、第１変形例における造粒工程Ｂ１と同様であり、付着工程Ｃ３は上記実施形態の付着工程Ａ３と同様であり、熱処理工程Ｃ４は上記実施形態における熱処理工程Ａ４と同様であるため、以下においては、焼成工程Ｃ２について説明する。
<6. Second modification of the method for manufacturing a composite sintered body>
FIG. 3 is a flow chart showing a second modification of the method for manufacturing the composite sintered body of the present embodiment. In this production method, the granulation step C1 for granulating alumina raw material powder to obtain alumina pellets, the firing step C2 for calcining the alumina pellets to obtain an alumina sintered body, and the yttrium compound precursor on the surface of the alumina sintered body. The bonding step C3 for adhering and the heat treatment step C4 for heat-treating the alumina sintered body to which the yttrium compound precursor is adhered are included. The granulation step C1 is the same as the granulation step B1 in the first modification, the adhesion step C3 is the same as the adhesion step A3 of the above embodiment, and the heat treatment step C4 is the same as the heat treatment step A4 of the above embodiment. Therefore, in the following, the firing step C2 will be described.
＜６－１．焼成工程Ｃ２＞
焼成工程Ｃ２では、アルミナペレットを焼成してアルミナ焼結体を得る。アルミナペレットを焼成する方法としては、例えば、アルミナ成形体を匣鉢等の容器に入れマッフル炉等の電気炉またはトンネル式連続焼成炉で加熱処理する方法、前駆体をロータリーキルン等の焼成装置で直接加熱処理する方法などが挙げられる。
<6-1. Firing process C2>
In the firing step C2, the alumina pellets are fired to obtain an alumina sintered body. As a method of firing alumina pellets, for example, a method of placing an alumina molded body in a container such as a sack and heat-treating it in an electric furnace such as a muffle furnace or a tunnel type continuous firing furnace, or directly using a firing device such as a rotary kiln to heat the precursor. Examples include a method of heat treatment.
焼成温度は、１２００℃以上であり、好ましくは１２００～１８００℃であり、より好ましくは１３００～１７５０℃であり、さらに好ましくは１４００～１７００℃である。焼成温度が１２００℃以上であると、アルミナペレットの焼結が進行し緻密なアルミナ焼結体が得られる。加熱温度が１８００℃以下であるとアルミナペレット同士のネッキングを抑制でき、所望の形状のアルミナ焼結体砥粒を得ることができる。 The firing temperature is 1200 ° C. or higher, preferably 1200 to 1800 ° C., more preferably 1300 to 1750 ° C., and even more preferably 1400 to 1700 ° C. When the firing temperature is 1200 ° C. or higher, sintering of alumina pellets proceeds and a dense alumina sintered body can be obtained. When the heating temperature is 1800 ° C. or lower, necking between the alumina pellets can be suppressed, and alumina sintered body abrasive grains having a desired shape can be obtained.
また、焼成雰囲気は、大気中、不活性雰囲気又は真空のいずれでもよいが、設備コストの観点から大気中であることが好ましい。 The firing atmosphere may be the atmosphere, the inert atmosphere or the vacuum, but it is preferably in the atmosphere from the viewpoint of equipment cost.
本変形例も第１変形例と同様に効率よく所望の形状の砥粒を得ることができる。また、本変形例では、イットリウム化合物がアルミナ焼結体の表面の凹部に、より確実に存在する。 In this modified example as well, the abrasive grains having a desired shape can be efficiently obtained as in the first modified example. Further, in this modification, the yttrium compound is more reliably present in the recesses on the surface of the alumina sintered body.
＜７．本発明の複合焼結体の製造方法について＞
以上、本発明の実施形態にかかる複合焼結体の製造方法及びその変形例を説明したが、本発明の複合焼結体の製造方法は、これらに限定されない。
<7. About the manufacturing method of the composite sintered body of this invention>
Although the method for producing the composite sintered body and the modification thereof according to the embodiment of the present invention have been described above, the method for producing the composite sintered body of the present invention is not limited thereto.
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
＜８．アルミナ焼結体の作製＞
実施例１～実施例８及び比較例２～比較例７の複合焼結体、及び比較例１のアルミナ焼結体を以下のようにして作製した。また、これらの複合焼結体及びアルミナ焼結体の作製に用いたアルミナ、化合物前駆体の種類及びその添加量（酸化物換算）について表１に示す。
<8. Fabrication of Alumina Sintered Body>
The composite sintered body of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 2 to 7 and the alumina sintered body of Comparative Example 1 were produced as follows. Table 1 shows the types of alumina and compound precursors used in the production of these composite sintered bodies and alumina sintered bodies and their addition amounts (in terms of oxides).
＜実施例１＞
蒸留水１０．０ｍＬに０．０５０ｇの酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物（関東化学（株）製）を溶かしてイットリウム化合物前駆体溶解液を作製した。次にＪＩＳ６００１－１における粒度Ｆ１２の円柱形状の砥粒状のアルミナ焼結体（昭和電工（株）製、品番ＳＲ－１）を１００．０ｇ、蒸発皿に量りとった。なお、このアルミナ焼結体は、アルミナ原料粉末を造粒してアルミナペレット作製し、アルミナペレットを１２００℃以上の温度で焼成することによって得られたものである。このアルミナ焼結体にイットリウム化合物前駆体溶解液を全て滴下し、アルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させた。イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ焼結体を載せた蒸発皿を８０℃に加熱したホットプレートに載せ、アルミナ焼結体の表面に付着したイットリウム化合物前駆体を乾固させた。このアルミナ焼結体を電気炉に入れ、２００分かけて室温から１７００℃まで昇温した。そして、この砥粒を１７００℃の熱処理温度で１時間保持した後、自然冷却して、実施例１の複合焼結体を作製した。
<Example 1>
A solution of yttrium compound precursor was prepared by dissolving 0.050 g of yttrium (III) acetate tetrahydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in 10.0 mL of distilled water. Next, 100.0 g of a cylindrically-shaped abrasive-granular alumina sintered body (manufactured by Showa Denko KK, product number SR-1) having a particle size of F12 in JIS6001-1 was weighed in an evaporating dish. This alumina sintered body was obtained by granulating alumina raw material powder to prepare alumina pellets and firing the alumina pellets at a temperature of 1200 ° C. or higher. All the yttrium compound precursor solution was dropped onto this alumina sintered body, and the yttrium compound precursor was adhered to the surface of the alumina sintered body. An evaporating dish on which the alumina sintered body to which the yttrium compound precursor was attached was placed on a hot plate heated to 80 ° C., and the yttrium compound precursor attached to the surface of the alumina sintered body was dried. The alumina sintered body was placed in an electric furnace and heated from room temperature to 1700 ° C. over 200 minutes. Then, the abrasive grains were held at a heat treatment temperature of 1700 ° C. for 1 hour and then naturally cooled to prepare the composite sintered body of Example 1.
なお、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量の割合は０．０１７質量％である。 In addition, yttrium (III) acetate tetrahydrate with respect to the sum of the amount of yttrium ( III ) acetate tetrahydrate converted to Y2O3 and the amount of alumina sintered body before the yttrium compound precursor was attached. The ratio of the amount of Y 2 O 3 converted to Y 2 O 3 is 0.017% by mass.
＜実施例２＞
蒸留水１０．０ｍＬに０．１００ｇの酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物（関東化学（株）製）を溶かしてイットリウム化合物前駆体溶解液を作製した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、実施例２の複合焼結体を作製した。
<Example 2>
0.100 g of yttrium (III) acetate tetrahydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was dissolved in 10.0 mL of distilled water to prepare a yttrium compound precursor solution. Other than that, the composite sintered body of Example 2 was produced by the same method as that of the composite sintered body of Example 1.
なお、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量の割合は０．０３３質量％である。 In addition, yttrium (III) acetate tetrahydrate with respect to the sum of the amount of yttrium ( III ) acetate tetrahydrate converted to Y2O3 and the amount of alumina sintered body before the yttrium compound precursor was attached. The ratio of the amount of Y 2 O 3 converted to Y 2 O 3 is 0.033 mass%.
＜実施例３＞
蒸留水１０．０ｍＬに０．５００ｇの酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物（関東化学（株）製）を溶かしてイットリウム化合物前駆体溶解液を作製した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、実施例３の複合焼結体を作製した。
<Example 3>
0.500 g of yttrium (III) acetate tetrahydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was dissolved in 10.0 mL of distilled water to prepare a yttrium compound precursor solution. Other than that, the composite sintered body of Example 3 was produced by the same method as that of the composite sintered body of Example 1.
なお、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量の割合は０．１７質量％である。 In addition, yttrium (III) acetate tetrahydrate with respect to the sum of the amount of yttrium ( III ) acetate tetrahydrate converted to Y2O3 and the amount of alumina sintered body before the yttrium compound precursor was attached. The ratio of the amount of Y 2 O 3 converted to Y 2 O 3 is 0.17% by mass.
＜実施例４＞
蒸留水１０．０ｍＬに１．０００ｇの酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物（関東化学（株）製）を溶かしてイットリウム化合物前駆体溶解液を作製した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、実施例４の複合焼結体を作製した。
<Example 4>
1.000 g of yttrium (III) acetate tetrahydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was dissolved in 10.0 mL of distilled water to prepare a yttrium compound precursor solution. Other than that, the composite sintered body of Example 4 was produced by the same method as that of the composite sintered body of Example 1.
なお、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量の割合は０．３３質量％である。 In addition, yttrium (III) acetate tetrahydrate with respect to the sum of the amount of yttrium ( III ) acetate tetrahydrate converted to Y2O3 and the amount of alumina sintered body before the yttrium compound precursor was attached. The ratio of the amount of Y 2 O 3 converted to Y 2 O 3 is 0.33 mass%.
＜実施例５＞
蒸留水１０．０ｍＬに、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物に代えて、１．１３３ｇの硝酸イットリウム（ＩＩＩ）六水和物（関東化学（株）製）を溶かしてイットリウム化合物前駆体溶解液を作製した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、実施例５の複合焼結体を作製した。
<Example 5>
1.133 g of ittrium (III) nitrate hexahydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) is dissolved in 10.0 mL of distilled water instead of ittrium (III) tetrahydrate to dissolve the precursor of the ittrium compound. Was produced. Other than that, the composite sintered body of Example 5 was produced by the same method as that of the composite sintered body of Example 1.
なお、硝酸イットリウム（ＩＩＩ）六水和物をＹ２Ｏ３換算した量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、硝酸イットリウム（ＩＩＩ）六水和物をＹ２Ｏ３換算した量の割合は０．３３質量％である。 It should be noted that yttrium (III) nitrate hexahydrate with respect to the total of the amount of yttrium ( III ) nitrate hexahydrate converted to Y2O3 and the amount of alumina sintered body before the yttrium compound precursor was attached. The ratio of the amount of Y 2 O 3 converted to Y 2 O 3 is 0.33 mass%.
＜実施例６＞
蒸留水１０．０ｍＬに、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物に代えて、０．８９７ｇの塩化イットリウム（ＩＩＩ）六水和物（関東化学（株）製）を溶かしてイットリウム化合物前駆体溶解液を作製した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、実施例６の複合焼結体を作製した。
<Example 6>
0.897 g of yttrium (III) chloride hexahydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was dissolved in 10.0 mL of distilled water instead of yttrium (III) tetrahydrate to dissolve the yttrium compound precursor. Was produced. Other than that, the composite sintered body of Example 6 was produced by the same method as that of the composite sintered body of Example 1.
なお、塩化イットリウム（ＩＩＩ）六水和物をＹ２Ｏ３換算した量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、塩化イットリウム（ＩＩＩ）六水和物をＹ２Ｏ３換算した量の割合は０．３３質量％である。 It should be noted that yttrium (III) chloride hexahydrate with respect to the total of the amount of yttrium ( III ) chloride hexahydrate converted to Y2O3 and the amount of alumina sintered body before the yttrium compound precursor was attached. The ratio of the amount of Y 2 O 3 converted to Y 2 O 3 is 0.33 mass%.
＜実施例７＞
蒸留水１０．０ｍＬに０．３３４ｇの酸化イットリウム（ＩＩＩ）（関東化学（株）製、品名：ＮａｎｏＴｅｋ（登録商標））を分散させ、懸濁液を作製した。次に実施例１で用いたものと同じアルミナ焼結体（昭和電工（株）製、品番ＳＲ－１）を１００．０ｇ、蒸発皿に量りとった。このアルミナ焼結体に酸化イットリウムの懸濁液を滴下し、アルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させた。イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ焼結体を載せた蒸発皿を８０℃に加熱したホットプレート上に載せ、アルミナ焼結体の表面に付着したイットリウム化合物前駆体を乾固させた。この前駆体を電気炉に入れ、２００分かけ１７００℃まで昇温し、１７００℃で１時間保持後、自然冷却させ、複合焼結体を作製した。
<Example 7>
A suspension was prepared by dispersing 0.334 g of yttrium oxide (III) (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc., product name: NanoTek (registered trademark)) in 10.0 mL of distilled water. Next, 100.0 g of the same alumina sintered body (manufactured by Showa Denko KK, product number SR-1) used in Example 1 was weighed in an evaporating dish. A suspension of yttrium oxide was added dropwise to this alumina sintered body, and the yttrium compound precursor was adhered to the surface of the alumina sintered body. An evaporating dish on which the alumina sintered body to which the yttrium compound precursor was attached was placed on a hot plate heated to 80 ° C., and the yttrium compound precursor attached to the surface of the alumina sintered body was dried. This precursor was placed in an electric furnace, heated to 1700 ° C. over 200 minutes, held at 1700 ° C. for 1 hour, and then naturally cooled to prepare a composite sintered body.
なお、酸化イットリウム（ＩＩＩ）の量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酸化イットリウム（ＩＩＩ）の量の割合は０．３３質量％である。 The ratio of the amount of yttrium (III) oxide to the total of the amount of yttrium (III) oxide and the amount of the alumina sintered body before attaching the yttrium compound precursor is 0.33% by mass.
＜実施例８＞
蒸留水１０．０ｍＬに０．５００ｇの酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物（関東化学（株）製）を溶かしてイットリウム化合物前駆体溶解液を作製した。次に、実施例１で用いたアルミナ焼結体（昭和電工（株）製、品番ＳＲ－１）の焼成前のアルミナペレットを１００．０ｇ、蒸発皿に量りとった。イットリウム化合物前駆体溶解液の全てを、このアルミナペレットの表面に均一に噴霧した。イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナペレットを電気炉に入れ、２００分かけて室温から１７００℃まで昇温した。そして、このアルミナペレットを１７００℃の温度で１時間、焼成して、実施例８の複合焼結体を作製した。
<Example 8>
0.500 g of yttrium (III) acetate tetrahydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was dissolved in 10.0 mL of distilled water to prepare a yttrium compound precursor solution. Next, 100.0 g of the alumina pellet before firing of the alumina sintered body (manufactured by Showa Denko KK, product number SR-1) used in Example 1 was weighed in an evaporating dish. All of the yttrium compound precursor solution was uniformly sprayed onto the surface of the alumina pellets. The alumina pellets to which the yttrium compound precursor was attached were placed in an electric furnace, and the temperature was raised from room temperature to 1700 ° C. over 200 minutes. Then, the alumina pellets were fired at a temperature of 1700 ° C. for 1 hour to prepare a composite sintered body of Example 8.
なお、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナペレットの量との合計に対する、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量の割合は０．１７質量％である。 It should be noted that yttrium (III) acetate tetrahydrate is Y for the total amount of yttrium ( III ) acetate tetrahydrate converted to Y2O3 and the amount of alumina pellets before the yttrium compound precursor is attached. The ratio of the amount converted into 2O3 is 0.17 % by mass.
＜比較例１＞
イットリウム化合物を塗布しなかったこと以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、比較例１のアルミナ焼結体を作製した。
<Comparative Example 1>
An alumina sintered body of Comparative Example 1 was prepared in the same manner as the composite sintered body of Example 1 except that the yttrium compound was not applied.
＜比較例２＞
蒸留水１０．０ｍＬに０．０１０ｇの酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物を溶かしてイットリウム化合物前駆体溶解液を作製した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、比較例２の複合焼結体を作製した。
<Comparative Example 2>
0.010 g of yttrium (III) acetate tetrahydrate was dissolved in 10.0 mL of distilled water to prepare a yttrium compound precursor solution. Other than that, the composite sintered body of Comparative Example 2 was produced in the same manner as the composite sintered body of Example 1.
なお、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量の割合は０．００３質量％である。 In addition, yttrium (III) acetate tetrahydrate with respect to the sum of the amount of yttrium ( III ) acetate tetrahydrate converted to Y2O3 and the amount of alumina sintered body before the yttrium compound precursor was attached. The ratio of the amount of Y 2 O 3 converted to Y 2 O 3 is 0.003 mass%.
＜比較例３＞
イットリウム化合物前駆体溶解液の代わりに、蒸留水１０．０ｍＬに０．０３７ｇの酢酸ガドリニウム（ＩＩＩ）四水和物（和光純薬工業（株）製）を溶かして作製したガドリニウム化合物前駆体溶解液を使用した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、比較例３の複合焼結体を作製した。
<Comparative Example 3>
A gadolinium compound precursor solution prepared by dissolving 0.037 g of gadolinium (III) acetate tetrahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in 10.0 mL of distilled water instead of the yttrium compound precursor solution. It was used. Other than that, the composite sintered body of Comparative Example 3 was produced in the same manner as the composite sintered body of Example 1.
なお、酢酸ガドリニウム（ＩＩＩ）四水和物をＧｄ２Ｏ３換算した量と、ガドリニウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酢酸ガドリニウム（ＩＩＩ）四水和物をＧｄ２Ｏ３換算した量の割合は０．０１７質量％である。 Gadolinium (III) acetate tetrahydrate with respect to the sum of the amount of gadolinium (III) acetate tetrahydrate converted to Gd 2 O 3 and the amount of alumina sintered body before adhering the gadolinium compound precursor. The ratio of the amount converted into Gd 2 O 3 is 0.017% by mass.
＜比較例４＞
イットリウム化合物前駆体溶解液の代わりに、蒸留水１０．０ｍＬに０．０３４ｇの塩化鉄（ＩＩＩ）（関東化学（株）製）を溶かして作製した鉄化合物前駆体溶解液を使用した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、比較例４の複合焼結体を作製した。
<Comparative Example 4>
Instead of the ittrium compound precursor solution, an iron compound precursor solution prepared by dissolving 0.034 g of iron (III) chloride (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in 10.0 mL of distilled water was used. Other than that, the composite sintered body of Comparative Example 4 was produced in the same manner as the composite sintered body of Example 1.
なお、塩化鉄（ＩＩＩ）をＦｅ２Ｏ３換算した量と、鉄化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、塩化鉄（ＩＩＩ）をＦｅ２Ｏ３換算した量の割合は０．０１７質量％である。 The amount of iron (III) chloride converted to Fe 2 O 3 with respect to the total amount of iron (III) chloride converted to Fe 2 O 3 and the amount of alumina sintered body before the iron compound precursor was attached. The ratio of is 0.017% by mass.
＜比較例５＞
イットリウム化合物前駆体溶解液の代わりに、蒸留水１０．０ｍＬに０．０３１ｇの酢酸酸化ジルコニウム（ＩＶ）（キシダ化学（株）製）を溶かして作製したジルコニウム化合物前駆体溶解液を使用した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、比較例５の複合焼結体を作製した。
<Comparative Example 5>
Instead of the yttrium compound precursor solution, a zirconium compound precursor solution prepared by dissolving 0.031 g of zirconium acetate (IV) (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) in 10.0 mL of distilled water was used. Other than that, the composite sintered body of Comparative Example 5 was produced in the same manner as the composite sintered body of Example 1.
なお、酢酸酸化ジルコニウム（ＩＶ）をＺｒＯ２換算した量と、ジルコニウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酢酸酸化ジルコニウム（ＩＶ）をＺｒＯ２換算した量の割合は０．０１７質量％である。 The ratio of the amount of zirconium acetate (IV) converted to ZrO 2 to the total of the amount of zirconium acetate (IV) converted to ZrO 2 and the amount of the alumina sintered body before the zirconium compound precursor was attached. Is 0.017% by mass.
＜比較例６＞
イットリウム化合物前駆体溶解液の代わりに、蒸留水１０．０ｍＬに０．０８９ｇの酢酸マグネシウム（ＩＩ）四水和物（関東化学（株）製）を溶かして作製したマグネシウム化合物前駆体溶解液を使用した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、比較例６のマグネシウム含有アルミナ焼結体を作製した。
<Comparative Example 6>
Instead of the ittrium compound precursor solution, a magnesium compound precursor solution prepared by dissolving 0.089 g of magnesium acetate (II) tetrahydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) in 10.0 mL of distilled water is used. did. Other than that, the magnesium-containing alumina sintered body of Comparative Example 6 was prepared in the same manner as the composite sintered body of Example 1.
なお、酢酸マグネシウム（ＩＩ）四水和物をＭｇＯ換算した量と、マグネシウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酢酸マグネシウム（ＩＩ）四水和物をＭｇＯ換算した量の割合は０．０１７質量％である。 In addition, magnesium acetate (II) tetrahydrate is converted into MgO with respect to the sum of the amount of magnesium acetate (II) tetrahydrate converted into MgO and the amount of alumina sintered body before adhering the magnesium compound precursor. The proportion of the amount of magnesium oxide is 0.017% by mass.
＜比較例７＞
イットリウム化合物前駆体溶解液の代わりに、蒸留水１０．０ｍＬに０．０１７ｇの酸化クロム（ＩＩＩ）を分散させて作製したクロム化合物前駆体分散液を使用した。それ以外は、実施例７の複合焼結体と同様の方法で、比較例７のクロム含有アルミナ焼結体を作製した。
<Comparative Example 7>
Instead of the ittrium compound precursor solution, a chromium compound precursor dispersion prepared by dispersing 0.017 g of chromium (III) oxide in 10.0 mL of distilled water was used. Other than that, the chromium-containing alumina sintered body of Comparative Example 7 was prepared in the same manner as the composite sintered body of Example 7.
なお、酸化クロム（ＩＩＩ）の量と、クロム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する酸化クロム（ＩＩＩ）の量の割合は０．０１７質量％である。 The ratio of the amount of chromium (III) oxide to the total amount of the amount of chromium (III) oxide and the amount of the alumina sintered body before adhering the chromium compound precursor is 0.017% by mass.
＜９．実施例及び比較例で作製された試料の評価方法＞
実施例１～８及び比較例２～７で作製された複合焼結体、及び比較例１で作製されたアルミナ焼結体について、以下の方法で評価した。
<9. Evaluation method of samples prepared in Examples and Comparative Examples>
The composite sintered body produced in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 2 to 7 and the alumina sintered body produced in Comparative Example 1 were evaluated by the following methods.
＜９－１．蛍光Ｘ線元素分析＞
実施例及び比較例で作製された複合焼結体及びアルミナ焼結体のアルミナの含有量、Ｙ２Ｏ３換算のイットリウム化合物の含有量、及びその他の成分の酸化物換算の含有量を、蛍光Ｘ線元素分析法によって測定した。蛍光Ｘ線元素分析の測定機器としては、（株）リガク製「ＺＳＸ Ｐｒｉｍｕｓ」を用いた。
<9-1. X-ray fluorescence elemental analysis>
The alumina content of the composite sintered body and the alumina sintered body produced in Examples and Comparative Examples, the content of the yttrium compound in terms of Y2O3 , and the content in terms of oxide of other components are fluorescent. It was measured by the X-ray element analysis method. As a measuring device for fluorescent X-ray elemental analysis, "ZSX Primus" manufactured by Rigaku Co., Ltd. was used.
複合焼結体及びアルミナ焼結体を粉砕機で粉砕し、プレス成形したペレットを用いる粉末プレス法で測定試料を調製し、ファンダメンタルパラメータ法（ＦＰ法）により測定試料を測定した。なお、各成分の酸化物換算の含有量を求める際の分母となる全体量は、各実施例及び比較例の最終生成物としての複合焼結体またはアルミナ焼結体の質量とした。結果を表２に示す。 The composite sintered body and the alumina sintered body were pulverized with a pulverizer, a measurement sample was prepared by a powder press method using press-molded pellets, and the measurement sample was measured by the fundamental parameter method (FP method). The total amount as the denominator when determining the oxide-equivalent content of each component was the mass of the composite sintered body or the alumina sintered body as the final product of each Example and Comparative Example. The results are shown in Table 2.
＜９－２．反射電子像の観察＞
実施例４で作製した複合焼結体の表面におけるイットリウム元素の存在状態を、走査型電子顕微鏡（日本電子（株）製、機種名「ＪＳＭ－６５１０Ｖ」、以下同じ）を用いて反射電子像写真の観察を行った。
<9-2. Observation of reflected electron image>
Photograph of the presence of the yttrium element on the surface of the composite sintered body produced in Example 4 using a scanning electron microscope (manufactured by JEOL Ltd., model name "JSM-6510V", the same applies hereinafter). Was observed.
図４は、本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を１００倍で観察した反射電子像写真である。また、図５は、本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を１０００倍で観察した反射電子像写真である。画面中、色の濃い部分はアルミナ焼結体の領域であり、白い部分はイットリウム化合物の領域である。この観察結果から、実施例４にかかる複合焼結体においては、イットリウム化合物がアルミナ焼結体の表面の一部に存在していることが分かる。また、イットリウム化合物が形成されずにアルミナ焼結体が露出している部分も見られる。 FIG. 4 is a backscattered electron image photograph obtained by observing the surface of the composite sintered body according to the fourth embodiment of the present invention at a magnification of 100 times. Further, FIG. 5 is a backscattered electron image photograph obtained by observing the surface of the composite sintered body according to the fourth embodiment of the present invention at a magnification of 1000 times. In the screen, the dark part is the region of the alumina sintered body, and the white part is the region of the yttrium compound. From this observation result, it can be seen that in the composite sintered body according to Example 4, the yttrium compound is present on a part of the surface of the alumina sintered body. In addition, there are some parts where the alumina sintered body is exposed without forming the yttrium compound.
また、実施例４で作製した複合焼結体を透明樹脂粉末（リファインテック株式会社製、アクリル樹脂９５～１００％、メタクリル酸メチル０～５％、ジベンゾイルペルオキシド ０～１％）中に含ませ、この樹脂を成形後に切断し、切断面を鏡面研磨処理し、白金蒸着処理を行い、試料表面を含む断面について、走査型電子顕微鏡による反射電子像写真の観察を行った。 Further, the composite sintered body produced in Example 4 was contained in a transparent resin powder (manufactured by Refine Tech Co., Ltd., acrylic resin 95 to 100%, methyl methacrylate 0 to 5%, dibenzoyl peroxide 0 to 1%). After molding, this resin was cut, the cut surface was mirror-polished, platinum vapor-deposited, and the cross section including the sample surface was observed with a backscattered electron image photograph by a scanning electron microscope.
図６は、本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を含む断面を１０００倍で観察した反射電子像写真である。また、図７は、本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を含む断面を１００００倍で観察した反射電子像写真である。図６及び図７の画面中、色の濃い部分はアルミナ焼結体の領域であり、白い部分はイットリウム化合物の領域である。この観察結果から、実施例４にかかる複合焼結体において、イットリウム化合物がアルミナ焼結体の表面の凹部に存在していることが分かる。また、図６から、凹部以外の部分においてはアルミナ焼結体が露出している部分があることが分かる。 FIG. 6 is a backscattered electron image photograph obtained by observing a cross section including the surface of the composite sintered body according to the fourth embodiment of the present invention at a magnification of 1000 times. Further, FIG. 7 is a backscattered electron image photograph in which a cross section including the surface of the composite sintered body according to the fourth embodiment of the present invention is observed at a magnification of 10000. In the screens of FIGS. 6 and 7, the dark part is the region of the alumina sintered body, and the white part is the region of the yttrium compound. From this observation result, it can be seen that in the composite sintered body according to Example 4, the yttrium compound is present in the recesses on the surface of the alumina sintered body. Further, from FIG. 6, it can be seen that there is a portion where the alumina sintered body is exposed in the portion other than the concave portion.
以上の観察結果から、実施例４にかかる複合焼結体において、イットリウム化合物はアルミナ焼結体の表面近傍にのみ存在しており、アルミナ焼結体の内部には存在していないことが分かった。また、イットリウム化合物はアルミナ焼結体の表面の凹部に存在しており、すなわち、イットリウム化合物は凹部に充填されていることが分かった。 From the above observation results, it was found that in the composite sintered body according to Example 4, the yttrium compound was present only near the surface of the alumina sintered body and not inside the alumina sintered body. .. It was also found that the yttrium compound was present in the recesses on the surface of the alumina sintered body, that is, the yttrium compound was filled in the recesses.
図８は、比較例２にかかる複合焼結体の表面を１０００倍で観察した反射電子像写真である。図８の見方は、図４及び図５と同様である。図８からはアルミナ表面上にイットリウム化合物の領域が形成されていることは確認できない。 FIG. 8 is a backscattered electron image photograph of the surface of the composite sintered body according to Comparative Example 2 observed at a magnification of 1000 times. The view of FIG. 8 is the same as that of FIGS. 4 and 5. From FIG. 8, it cannot be confirmed that the yttrium compound region is formed on the surface of the alumina.
図９は、比較例２にかかる複合焼結体の表面を含む断面を１０００倍で観察した反射電子像写真である。また、図１０は、比較例２にかかる複合焼結体の表面を含む断面を１００００倍で観察した反射電子像写真である。図９及び図１０の見方は、図６及び図７と同様である。なお、比較例２の断面を観察するための試料の作製方法は、実施例４における試料の作製方法と同様である。図９及び図１０から、比較例２における複合焼結体は、アルミナ焼結体表面上の凹部にイットリウム化合物は充填されていないことが分かる。 FIG. 9 is a backscattered electron image photograph obtained by observing a cross section including the surface of the composite sintered body according to Comparative Example 2 at a magnification of 1000 times. Further, FIG. 10 is a backscattered electron image photograph in which a cross section including the surface of the composite sintered body according to Comparative Example 2 is observed at a magnification of 10000. The views of FIGS. 9 and 10 are the same as those of FIGS. 6 and 7. The method for preparing a sample for observing the cross section of Comparative Example 2 is the same as the method for preparing a sample in Example 4. From FIGS. 9 and 10, it can be seen that in the composite sintered body in Comparative Example 2, the recesses on the surface of the alumina sintered body are not filled with the yttrium compound.
以上の観察結果から、比較例２におけるイットリウム化合物の含有量、すなわち複合焼結体中のＹ２Ｏ３換算したイットリウムの含有量（表２）では、アルミナ焼結体表面の凹部にイットリウム化合物が充填されていないことが分かった。 From the above observation results, in the content of the yttrium compound in Comparative Example 2 , that is, the content of yttrium converted to Y2O3 in the composite sintered body (Table 2 ), the yttrium compound was found in the recesses on the surface of the alumina sintered body. It turned out not to be filled.
＜９－３．エネルギー分散型Ｘ線分光分析＞
実施例４の複合焼結体の表面近傍におけるイットリウム元素の分布状態を、エネルギー分散型Ｘ線分光器（日本電子（株）社製、機種名ＪＥＤ－２３００）を用いて連続点分析により測定した。
<9-3. Energy Dispersive X-ray Spectroscopy>
The distribution state of the yttrium element near the surface of the composite sintered body of Example 4 was measured by continuous point analysis using an energy dispersion type X-ray spectroscope (manufactured by Nippon Denshi Co., Ltd., model name JED-2300). ..
図１１は、本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を含む断面におけるエネルギー分散型Ｘ線分光分析の測定点を示した反射電子像写真（５０００倍）である。なお、図１１及び後述する図１２の画像は図６及び図７と同様の方法にて得られたものである。図１１において、測定点ａは表面から深さ０．０１７ｍｍ、測定点ｂは表面から深さ０．０１２ｍｍ、測定点ｃは表面から深さ０．００７ｍｍ、測定点ｄは表面から深さ０．００２ｍｍにある。 FIG. 11 is a backscattered electron image photograph (5000 times) showing measurement points of energy dispersive X-ray spectroscopic analysis in a cross section including the surface of the composite sintered body according to the fourth embodiment of the present invention. The images of FIG. 11 and FIG. 12, which will be described later, are obtained by the same method as those of FIGS. 6 and 7. In FIG. 11, the measurement point a has a depth of 0.017 mm from the surface, the measurement point b has a depth of 0.012 mm from the surface, the measurement point c has a depth of 0.007 mm from the surface, and the measurement point d has a depth of 0. It is at 002 mm.
図１２は、本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を含む断面におけるエネルギー分散型Ｘ線分光分析の図１１とは別の箇所の測定点を示した反射電子像写真（１０００倍）である。図１２において、測定点ｅは表面から深さ０．０５６ｍｍ、測定点ｆは表面から深さ０．０３９ｍｍ、測定点ｇは表面から深さ０．０２３ｍｍ、測定点ｈは表面から深さ０．００８ｍｍにある。 FIG. 12 is a backscattered electron image photograph (1000 times) showing measurement points at different points from FIG. 11 of the energy dispersive X-ray spectroscopic analysis in the cross section including the surface of the composite sintered body according to the fourth embodiment of the present invention. ). In FIG. 12, the measurement point e has a depth of 0.056 mm from the surface, the measurement point f has a depth of 0.039 mm from the surface, the measurement point g has a depth of 0.023 mm from the surface, and the measurement point h has a depth of 0. It is at 008 mm.
この測定により、実施例４の方法によって製造された複合焼結体において、アルミナ焼結体表面に付着したイットリウム化合物はアルミナ焼結体内部に拡散せずに、その表面に残っていることが分かった。また、Ｙ元素が検出される点まで、同時にＡｌ元素及びＯ元素も検出されるため、Ｙ－Ａｌ－Ｏ化合物の状態で、Ｙ元素が存在すると考えられる。 From this measurement, it was found that in the composite sintered body produced by the method of Example 4, the yttrium compound adhering to the surface of the alumina sintered body did not diffuse into the inside of the alumina sintered body but remained on the surface thereof. rice field. Further, since the Al element and the O element are detected at the same time until the Y element is detected, it is considered that the Y element exists in the state of the Y—Al—O compound.
＜９－４．耐摩耗性の評価＞
実施例１～８及び比較例２～７で作製された複合焼結体、及び比較例１で作製されたアルミナ焼結体の耐摩耗性は、ＪＩＳ Ｒ６００１－１に規定される粒度Ｆ１２の円柱形状として評価された。
<9-4. Evaluation of wear resistance>
The wear resistance of the composite sintered body produced in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 2 to 7 and the alumina sintered body produced in Comparative Example 1 is a cylinder having a particle size F12 specified in JIS R6001-1. It was evaluated as a shape.
まず、焼結体１００ｇをＪＩＳ Ｒ６００１－１に規定されるＦ１２の試験用ふるい（ここでは、以下、「Ｆ１２ふるい」とする）を用いてロータップ試験機によって１０分間篩い分け、３段目の篩に留まった焼結体１０．５ｇを測定試料とした。 First, 100 g of the sintered body is sieved for 10 minutes by a low tap tester using an F12 test sieve (hereinafter referred to as “F12 sieve”) specified in JIS R6001-1, and a third stage sieve is used. 10.5 g of the sintered body staying in the above was used as a measurement sample.
この測定試料１０．５ｇを、Φ２０ｍｍのクロム鋼球が１５００ｇ入った、内法Φ１１５×１１０ｍｍの鋼のボールミル容器（リフター３本付）に入れた。このボールミルを回転数９５回／分で５分間一軸回転させ、粉砕試料を得た。 10.5 g of this measurement sample was placed in a steel ball mill container (with 3 lifters) having an internal method of Φ115 × 110 mm and containing 1500 g of Φ20 mm chrome steel balls. This ball mill was uniaxially rotated for 5 minutes at a rotation speed of 95 times / minute to obtain a pulverized sample.
Ｆ１２ふるいを用いて粉砕試料を５分間篩い分け、１～４段目の篩に留まった粉砕試料の質量（ふるい上質量）をｘ（ｇ）とした。この評価において、ふるい上質量の値が大きいほど、試料の耐摩耗性が高いと言える。この評価結果を表４に示す。 The crushed sample was sieved for 5 minutes using an F12 sieve, and the mass (mass on the sieve) of the crushed sample remaining on the first to fourth stage sieves was defined as x (g). In this evaluation, it can be said that the larger the value of the mass on the sieve, the higher the wear resistance of the sample. The evaluation results are shown in Table 4.
実施例１～８の試料は、比較例１～７の試料に比べてふるい上質量の値が大きく、耐摩耗性に優れていることが分かった。また、実施例１～８より、Ｙ２Ｏ３換算のイットリウム化合物の含有量（表２）が０．０２％以上であればふるい上質量がほぼ一定であることが分かった。これは、アルミナ焼結体表面の凹部のイットリウム化合物の充填量が十分であれば、それ以上の量のイットリウム化合物を用いても、充填するための凹部はアルミナ焼結体表面にはないからであると考えられる。 It was found that the samples of Examples 1 to 8 had a larger value of mass on the sieve than the samples of Comparative Examples 1 to 7, and were excellent in wear resistance. Further, from Examples 1 to 8, it was found that when the content of the yttrium compound in terms of Y2O3 ( Table 2 ) was 0.02% or more, the mass on the sieve was almost constant. This is because if the filling amount of the yttrium compound in the recesses on the surface of the alumina sintered body is sufficient, there are no recesses on the surface of the alumina sintered body for filling even if a larger amount of yttrium compound is used. It is believed that there is.
また、比較例３～７より、イットリウム化合物以外の化合物（表２）が添加されていても耐摩耗性はほとんど向上しないことが分かった。イットリウム化合物がアルミナ焼結体の表面の凹部に充填されることで、特異的に耐摩耗性が向上していることが明らかになった。なお、上述したように、耐摩耗性が高いと、研削比も高くなる。 Further, from Comparative Examples 3 to 7, it was found that the wear resistance was hardly improved even if a compound other than the yttrium compound (Table 2) was added. It was clarified that the wear resistance was specifically improved by filling the recesses on the surface of the alumina sintered body with the yttrium compound. As described above, the higher the wear resistance, the higher the grinding ratio.
＜９－５．マイクロビッカース硬度＞
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マイクロビッカース硬度とした。表４の結果から、イットリウム化合物が添加された実施例１～８にかかる複合焼結体は、イットリウム化合物が添加されていない比較例１にかかるアルミナ焼結体に対して硬度を維持できていることが分かった。
<9-5. Micro Vickers hardness ＞
The model name "MVK-VL, Hardness Tester" manufactured by Akashi Co., Ltd. is used as the device, and the measurement is performed under the conditions of a load of 0.98 N and an indenter driving time of 10 seconds, and the average value of 15 measured values is Micro Vickers. The hardness was set. From the results in Table 4, the composite sintered bodies according to Examples 1 to 8 to which the yttrium compound was added can maintain the hardness as compared with the alumina sintered body according to Comparative Example 1 to which the yttrium compound was not added. It turned out.
＜１０．実施例の効果＞
以上の結果から、図５に示されるようなアルミナ焼結体の表面の凹部にイットリウム化合物が存在する複合焼結体は、従来のアルミナ焼結体に対して硬度を維持しつつ、耐摩耗性が向上していることが分かった。すなわち、表面に凹部が存在するアルミナ焼結体と、凹部に存在するイットリウム化合物とを含む複合焼結体は、高硬度を有し、かつ耐摩耗性に優れていることが分かった。
<10. Effect of Examples>
From the above results, the composite sintered body in which the yttrium compound is present in the recesses on the surface of the alumina sintered body as shown in FIG. 5 maintains the hardness as compared with the conventional alumina sintered body and has wear resistance. Was found to be improving. That is, it was found that the alumina sintered body having the recesses on the surface and the composite sintered body containing the yttrium compound existing in the recesses had high hardness and excellent wear resistance.
Claims (10)
アルミナ焼結体の製造工程でアルミナ焼結体の表面に生じ、疲労亀裂の起点となる凹部が存在するアルミナ焼結体と、前記凹部に充填されたイットリウム化合物とを含み、Ｙ２Ｏ３換算したイットリウムの含有量が０．００５～０．５質量％であって、
前記イットリウム化合物は、走査型電子顕微鏡を用いた反射電子像写真の観察によって、前記複合焼結体の表面から深さ０．０５ｍｍ未満の表面領域に確認され、前記複合焼結体の表面から深さ０．０５ｍｍ超の内部には確認されない、複合焼結体。 A composite sintered body for abrasive grains containing 99% by mass or more of alumina.
It contains an alumina sintered body having a recess that is generated on the surface of the alumina sintered body in the manufacturing process of the alumina sintered body and is a starting point of fatigue cracks, and an yttrium compound filled in the recess , and is converted into Y2O3 . The content of yttrium was 0.005 to 0.5 % by mass.
The yttrium compound was confirmed in a surface region having a depth of less than 0.05 mm from the surface of the composite sintered body by observing a reflected electron image photograph using a scanning electron microscope, and was deep from the surface of the composite sintered body. A composite sintered body that is not found inside a diameter of more than 0.05 mm.
アルミナ焼結体の製造工程でアルミナ焼結体の表面に生じ、疲労亀裂の起点となる凹部が存在するアルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を、塗布、噴霧及び滴下からなる群から選択される少なくとも何れかの手法で付着させる付着工程と、
前記イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ焼結体を熱処理する熱処理工程と、を含む複合焼結体の製造方法であって、
前記付着工程において、前記付着させる前記イットリウム化合物前駆体の量をＹ２Ｏ３換算したイットリウムの量と、前記イットリウム化合物前駆体を付着させる前の前記アルミナ焼結体の量に対する、前記換算した前記イットリウムの量の割合が、０．００５～０．５質量％であって、前記イットリウム化合物前駆体由来のイットリウム化合物が前記凹部に充填され、前記イットリウム化合物は、走査型電子顕微鏡を用いた反射電子像写真の観察によって、前記複合焼結体の表面から深さ０．０５ｍｍ未満の表面領域に確認され、前記複合焼結体の表面から深さ０．０５ｍｍ超の内部には確認されない、複合焼結体の製造方法。 A method for manufacturing a composite sintered body for abrasive grains.
The yttrium compound precursor is selected from the group consisting of coating, spraying, and dropping on the surface of the alumina sintered body, which is generated on the surface of the alumina sintered body in the manufacturing process of the alumina sintered body and has recesses that are the starting points of fatigue cracks. The bonding process of bonding by at least one of the methods to be performed, and
A method for producing a composite sintered body, comprising a heat treatment step of heat-treating the alumina sintered body to which the yttrium compound precursor is attached.
In the attachment step, the converted amount of yttrium relative to the amount of yttrium obtained by converting the amount of the yttrium compound precursor to be attached to Yttrium 3 and the amount of the alumina sintered body before attaching the yttrium compound precursor. The proportion of the amount of yttrium is 0.005 to 0.5% by mass, the yttrium compound derived from the yttrium compound precursor is filled in the recess, and the yttrium compound is a reflected electron using a scanning electron microscope. By observing the image photograph, it is confirmed in the surface region having a depth of less than 0.05 mm from the surface of the composite sintered body, and not confirmed in the inside of the composite sintered body having a depth of more than 0.05 mm from the surface of the composite sintered body. Yttrium manufacturing method.
前記熱処理工程において、前記熱処理の温度が５００℃以上である、請求項７～９のいずれか１項に記載の複合焼結体の製造方法。
In the attachment step, the yttrium compound precursor is attached to the surface of the alumina sintered body.
The method for producing a composite sintered body according to any one of claims 7 to 9, wherein in the heat treatment step, the temperature of the heat treatment is 500 ° C. or higher.
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