JPH07206514A - 耐摩耗性アルミナ質セラミックス - Google Patents
耐摩耗性アルミナ質セラミックスInfo
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- JPH07206514A JPH07206514A JP6002909A JP290994A JPH07206514A JP H07206514 A JPH07206514 A JP H07206514A JP 6002909 A JP6002909 A JP 6002909A JP 290994 A JP290994 A JP 290994A JP H07206514 A JPH07206514 A JP H07206514A
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Abstract
性を有するアルミナ質セラミックスを得ることを主な目
的とする。 【構成】本発明は、i)a)Al2 O3 を95〜98重量
%、及び b)SiO2 40〜85重量%、MgO10〜55重量%
及びCaO5〜50重量%の三成分からなる焼結助剤を
2〜5重量%、 含有するアルミナ焼結体からなり、 ii) 結晶粒径(D)がD(25容積%)≧0.8μm、
1.0μm≦D(50容積%)≦3.0μm、D(80
容積%)≦4.5μmであり、 iii)ビッカース硬さが1350以上、 iv) かさ密度が3.70g/cm3 以上 であることを特徴とする耐摩耗性アルミナ質セラミック
ス、並びに、上記成分に加えて、更にZrO2 成分を含
有する耐摩耗性アルミナ質セラミックスを提供する。
Description
ミックスに関する。
べて耐食性及び耐摩耗性に優れたものであり、従来、金
属が使用されていた耐摩耗部材として、セラミックスが
使用されるようになってきた。この様な耐摩耗部材とし
て用いるセラミックスとしては、アルミナ、ジルコニ
ア、窒化珪素、炭化珪素等が使用されているが、その中
でもアルミナは硬度が高く、耐食性に優れ、他のセラミ
ックスに比べて安価であることから広く使用されるよう
になってきた。しかしながら従来の耐摩耗性アルミナセ
ラミックスとしては、アルミナ含有量が90〜92重量
%程度ものが用いられており、不純物を多く含有するた
めに、アルミナ結晶以外にガラス相を多く含むものとな
り、耐摩耗部材としては十分な特性を有するものではな
かった。そこで、例えば、特開昭62−187157号
公報に示されているように、アルミナ含有量を99.9
%以上とすることで、ガラス相等のアルミナ結晶以外の
第2相量をほとんど含有しない高強度、高硬度としたア
ルミナ質セラミックスが開発されているが、高純度のア
ルミナ原料を使用するためコストが非常に高くなるとい
う問題点を有している。
き従来技術の問題点に鑑みて、安価な原料を用いて優れ
た耐摩耗性を有するアルミナ質セラミックスを得るべく
鋭意研究を重ねてきた。その結果、アルミナ質セラミッ
クスにおいて、アルミナ純度を一定の範囲とすると共
に、特定の配合の焼結助剤を一定量用い、更に、焼結体
の結晶粒径、硬さ及び密度を一定の範囲の値となるよう
に制御したアルミナ質セラミックスは、極めて優れた耐
摩耗性を有するものとなることを見出し、ここに本発明
を完成するに至った。
質セラミックスを提供するものである。
及びCaO5〜50重量%の三成分からなる焼結助剤を
2〜5重量%、 含有するアルミナ焼結体からなり、 ii) 結晶粒径(D)がD(25容積%)≧0.8μm、
1.0μm≦D(50容積%)≦3.0μm、D(80
容積%)≦4.5μmであり、 iii)ビッカース硬さが1350以上、 iv) かさ密度が3.70g/cm3 以上 であることを特徴とする耐摩耗性アルミナ質セラミック
ス。
10〜55重量%及びCaO5〜50重量%の三成分か
らなる焼結助剤の各成分、並びにc)ZrO2を含み、Z
rO2 分を除いた成分中のAl2 O3 量が95〜98重
量%、焼結助剤の各成分の合計量が2〜5重量%であっ
て、ZrO2 分を除いた焼結体の合計量100重量部に
対して、ZrO2 を20重量部以下含有するアルミナ焼
結体からなり、 ii) 結晶粒径(D)がD(25容積%)≧0.8μm、
1.0μm≦D(50容積%)≦3.0μm、D(80
容積%)≦4.5μmであり、 iii)ビッカース硬さが1350以上、 iv) かさ密度が3.70g/cm3 以上 であることを特徴とする耐摩耗性アルミナ質セラミック
ス。
ックスが満足すべき要件について、具体的に示す。
%とする。
量%とすることが必要であり、これによって、高い耐摩
耗性を有する焼結体が得られる。アルミナ含有量が95
重量%未満の場合には、焼結体中の不純物量が増加し、
アルミナ結晶以外の結晶やガラス相がアルミナ結晶粒界
に多く生成して硬さの低下をきたし、耐摩耗性が低下す
るので好ましくない。また、アルミナ含有量が98重量
%を越えると、焼結性が悪くなり、緻密に焼結させるた
めに高温での焼成が必要となり、その結果、結晶粒径が
大きくなって耐摩耗性が低下するので好ましくない。従
って焼結体中のアルミナ含有量は95〜98重量%と
し、好ましくは95.5〜97.5重量%とする。
0〜55重量%及びCaO5〜50重量%の三成分から
なる焼結助剤の各成分を合計量として2〜5重量%含有
する。
55重量%及びCaO5〜50重量%の三成分からなる
焼結助剤を用いることによって、焼結性が向上し、粒成
長が抑制される。また、アルミナ結晶粒界に適度なガラ
ス相が形成され、靭性の向上にも効果がある。使用する
焼結助剤は、上記組成のSiO2 、MgO及びCaOの
三成分からなることが必要であり、組成がこの範囲から
外れると焼結性が低下したり、焼結体中にアルミナ以外
の結晶やガラス相が多く生成して、硬さ、強度、靭性等
の低下をきたすので好ましくない。
分を上記した焼結助剤と同様の組成比率の範囲内で含有
すると共に、各成分の合計量が焼結体中の2〜5重量%
であることが必要である。この合計量が2重量%未満の
場合には、焼結性が悪くなり、硬さ、強度等が低下する
ので好ましくなく、5重量%を越えると、アルミナ結晶
以外の結晶やガラス相が多く生成するので好ましくな
い。各成分の合計量は、好ましくは焼結体中の2.5〜
4.5重量%とする。
0.5重量%以下であることが好ましく、これを上回る
とSiO2 等とガラス相を多く形成するので好ましくな
い。
0.8μm、1.0μm≦D(50容積%)≦3.0μ
m、D(80容積%)≦4.5μmである。
は、結晶粒径を小さくし、かつ結晶粒径分布を狭くする
ことが必要であり、これによってアルミナ質セラミック
スは耐摩耗性に優れたものとなる。即ち、本発明では、
焼結体における平均結晶粒径のみでなく、その分布幅が
狭いことが重要である。尚、上記規定において、D(2
5容積%)とは、結晶粒子の容積を基準として粒度分布
を求めた場合の、容積基準の粒度分布の積算値が25%
となる点における結晶粒径である。同様に、D(50容
積%)とは積算値が50%となる点における結晶粒径で
あり、D(80容積%)とは積算値が80%となる点に
おける結晶粒径である。
下回る場合には、靭性の低下が起こり、結果的に耐摩耗
の低下につながるので好ましくない。また、結晶粒径D
(50容積%)が3.0μmを越えると、硬さが低下し
て耐摩耗性が低下するので好ましくない。また、1.0
μm≦D(50容積%)≦3.0μmであっても、D
(80容積%)≧4.5μmであると、大きい結晶粒子
が多く存在することになり、これらの粒子により摩耗が
優先的に起こり、粒離脱摩耗による損耗が大きくなっ
て、耐摩耗性の低下をきたすので好ましくない。さらに
D(25容積%)<0.8μmであると、靭性の低下が
起こり、耐摩耗性が低下するので好ましくない。好まし
くは、結晶粒径(D)は、D(25容積%)≧0.9μ
m、1.2μm≦D(50容積%)≦2.5μm、D
(80容積%)≦4.0μmとする。
した結晶粒径としては、以下の方法によって測定した値
を用いる。即ち、焼結体を研削、研磨し、鏡面に仕上
げ、得られた鏡面に熱エッチングもしくは化学エッチン
グを施し、電子顕微鏡にて視野に100個以上の結晶粒
子が観察できる倍率で観察して、写真撮影する。得られ
た写真から画像解析により1 個の結晶の面積を測定し、
等価円直径に換算し、結晶粒径とする。この様にして任
意の100個の結晶の結晶粒径を測定し、この値に基づ
いて結晶の容積を算出し、D(25容積%)、D(50
容積%)及びD(80容積%)を求める。
る。
S 1610に従って測定したビッカース硬さ(HV)
が1350以上であることが必要であり、これを下回る
と粒界強度が低くなるために粒脱離が顕著に起こり、耐
摩耗性が低下し易い。本発明では、ビッカース硬さは、
好ましくは1400以上とする。
する。
には、ポアーが多く存在することになり、このポアーが
起点となって摩耗が促進され、耐摩耗性が低下するので
好ましくない。従って、かさ密度は3.70g/cm3
以上とし、好ましくは3.75g/cm3 以上とする。
は、上記した条件を満足するものであるが、上記成分に
加えて、焼結体中に一定量のZrO2 が存在する場合に
も、上記したと同様の優れた特性を有するものとなり、
更に、ZrO2 の存在によって焼結性の向上及び靭性、
強度の向上を図ることができる。具体的には、焼結体に
おけるZrO2 分を除いた成分中のAl2 O3 量が95
〜98重量%、焼結助剤の各成分の合計量が2〜5重量
%であれば、ZrO2 分を除いた焼結体の合計量100
重量部に対して、ZrO2 を20重量部以下含むことが
できる。ZrO2 量が20重量部を上回ると、靭性等は
向上するものの、硬さの低下が起こるので好ましくな
い。ZrO2 の存在による焼結性の向上及び靭性、強度
の向上の効果を十分に発揮するには、ZrO2 の含有量
は、好ましくは、ZrO2 分を除いた焼結体の合計量1
00重量部に対して、0.05〜15重量部の範囲と
し、より好ましくは0.1〜10重量部の範囲とする。
は、例えば、以下に示す方法で製造できる。
aO、ZrO2 及びSiO2 の各原料を添加し、水又は
有機溶媒中で湿式によってポットミル、アトリッション
ミル等の粉砕機を用いて粉砕、混合、分散する。アルミ
ナ原料としては、アルミナ純度が99.7重量%以上、
比表面積が2m2 /g以上、平均粒子径が3μm以下の
原料を使用することが好ましい。使用するアルミナ原料
は明ばん法から作られたものでも良いが、バイヤー法ア
ルミナ原料を使用することが好ましく、安価に作ること
ができる利点がある。MgO、CaO及びZrO2 の各
原料としては、平均粒子径0.5μm以下のMgO、C
aO及びZrO2 の各原料、または、水酸化物、炭酸物
等を使用することができる。また、SiO2 原料として
は、珪石、石英、シリカゾル、エチルシリケート等が使
用でき、さらにはカオリン等の粘土鉱物での添加でも良
い。粉砕により得られる粉体の平均粒子径は、1μm以
下、比表面積は5m2 /g以上とすることが好ましい。
次いで、得られたスラリーにバインダーとしてPVA、
アクリル樹脂、パラフィンワックスエマルジョン等を添
加し、スプレードライアーにて乾燥・造粒して成形用粉
体とする。次いでこの粉体を用いてセラミックスの製造
における常法に従って金型プレス、CIP等により所定
の形状に成形する。これらの成形方法以外に鋳込み成
形、押出成形、射出成形等の成形方法によっても成形で
きる。この様にして得られた成形体を1400〜160
0℃、好ましくは1450〜1550℃の温度で焼成す
ることによって、目的とする耐摩耗性アルミナ質セラミ
ックスが得られる。
は下記の如き優れた性質を有するものである。
るために、高負荷での耐摩耗性が良好である。
耐摩耗性に優れているために、被粉砕物への摩耗粉の混
入が少なく、また摩耗粉が混入する場合にも、摩耗粉が
微細なため被粉砕物の均一性を害することが少ない。
る。
は、このような特徴を活かして粉砕用メディア、ケージ
ミル用部材、内張材、粉砕用容器、ノズル、ローラ、ゲ
ージ等の耐摩耗部材として最適である。
する。
合し、ポットミルで比表面積が6m2 /g以上となるよ
うに湿式粉砕を行い、次いでPVAを加えた後、スプレ
ードライヤーで乾燥・造粒し、成形用粉体を得た。続い
てこの粉体を2ton・f/cm2 の圧力でCIPによ
り球状に成形し、1350〜1650℃で焼成して、直
径10mmのボールとし、次いでこのボールの表面をバ
レル研磨して粉砕機用ボールを得た。
及び10については、平均粒子径2μm、比表面積2.
5m2 /g、純度99.8%のバイヤー法より得られた
アルミナ原料を用い、試料No.9及び11について
は、平均粒子径5μm、比表面積0.8m2 /g、純度
99.8%のアルミナ原料を用い、試料No.12では
平均粒子径0.8μm、比表面積5m2 /g、純度9
9.8%のリアクティブアルミナ原料を用いた。MgO
及びCaOの原料としては、炭酸塩を使用し、ZrO2
の原料としては、ZrO2 を使用し、SiO2 の原料と
してはカオリンを使用した。尚、表1において、Al2
O3 量及び焼結助剤量は、焼結体におけるZrO2 分を
除いた成分量を基準とした重量%の値で表わし、ZrO
2 量は、ZrO2 分を除いた焼結体の合計量100重量
部に対する重量部の値で表わす。
カース硬さ、曲げ強さ、平均結晶粒径及び最大粒子径を
下記表2に示す。試料No.1〜6の焼結体は、本発明
の条件を満足するものであり、試料No.7〜12の焼
結体は、本発明において規定する条件を少なくとも1つ
を満たしていないものである これらの粉砕機用ボールを、容量2リットルのアルミナ
製(純度92%)ボールミル中に半分まで入れ、更に水
0.8リットルを入れて、回転数100rpmで48時
間空ずりテストし、テスト前後のボール重量差をテスト
前のボール重量に対する百分率で求め、これを摩耗率と
した。結果を表2に示す。
ラミックスは、摩耗率0.06%以下であり、優れた摩
耗特性を有するものであった。
原料を用い、焼結体の形状を直径20mm、厚さ3mm
の円板状とする以外は、試料No.3及び8と同様にし
て焼結体を作製した。この焼結体に対して、毎分4gの
量の#30の粒度の電融アルミナを、圧縮空気を用いて
400m/秒の速度で焼結体に対して80度の角度で衝
突させた。電融アルミナを衝突させた前後の焼結体の重
量差を求め、これを焼結体のかさ密度から体積換算し、
電融アルミナの単位体積当りの減量体積を摩耗量として
求めた。その結果、試料No.3の焼結体では、摩耗量
は8.5×10 -5cm3 /cm3 であったのに対し、試
料No.8の焼結体では、摩耗量は9.5×10-4cm
3 /cm3 であり、10倍以上の摩耗量であった。
Claims (2)
- 【請求項1】i)a)Al2 O3 を95〜98重量%、及び b)SiO2 40〜85重量%、MgO10〜55重量%
及びCaO5〜50重量%の三成分からなる焼結助剤の
各成分を合計量として2〜5重量%、 含有するアルミナ焼結体からなり、 ii) 結晶粒径(D)がD(25容積%)≧0.8μm、
1.0μm≦D(50容積%)≦3.0μm、D(80
容積%)≦4.5μmであり、 iii)ビッカース硬さが1350以上、 iv) かさ密度が3.70g/cm3 以上 であることを特徴とする耐摩耗性アルミナ質セラミック
ス。 - 【請求項2】i)a)Al2 O3 、b)SiO2 40〜85重
量%、MgO10〜55重量%及びCaO5〜50重量
%の三成分からなる焼結助剤の各成分、並びにc)ZrO
2を含み、 ZrO2 分を除いた成分中のAl2 O3 量が95〜98
重量%、焼結助剤の各成分の合計量が2〜5重量%であ
って、ZrO2 分を除いた焼結体の合計量100重量部
に対して、ZrO2 を20重量部以下含有するアルミナ
焼結体からなり、 ii) 結晶粒径(D)がD(25容積%)≧0.8μm、
1.0μm≦D(50容積%)≦3.0μm、D(80
容積%)≦4.5μmであり、 iii)ビッカース硬さが1350以上、 iv) かさ密度が3.70g/cm3 以上 であることを特徴とする耐摩耗性アルミナ質セラミック
ス。
Priority Applications (1)
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JP6002909A JP2900118B2 (ja) | 1994-01-17 | 1994-01-17 | 耐摩耗性アルミナ質セラミックス |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
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JPH07206514A true JPH07206514A (ja) | 1995-08-08 |
JP2900118B2 JP2900118B2 (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=11542491
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6002909A Expired - Lifetime JP2900118B2 (ja) | 1994-01-17 | 1994-01-17 | 耐摩耗性アルミナ質セラミックス |
Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09221354A (ja) * | 1996-02-13 | 1997-08-26 | Nitsukatoo:Kk | 耐摩耗性アルミナ質セラミックス及びその製造方法 |
US7148167B2 (en) | 2003-08-28 | 2006-12-12 | Kyocera Corporation | Alumina/zirconia ceramics and method of producing the same |
JP2009091196A (ja) * | 2007-10-09 | 2009-04-30 | Nitsukatoo:Kk | 耐摩耗性にすぐれたアルミナ質セラミックス及びその製造方法 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102443377A (zh) * | 2011-09-30 | 2012-05-09 | 河南金源新材料科技股份有限公司 | 二次球磨制备中铝研磨球的方法 |
CN102504762A (zh) * | 2011-09-30 | 2012-06-20 | 河南金源新材料科技股份有限公司 | 中铝研磨球及制备方法 |
-
1994
- 1994-01-17 JP JP6002909A patent/JP2900118B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2900118B2 (ja) | 1999-06-02 |
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