JPS6283359A - High toughness ceramics - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＡ　ｌ　ｚ　Ｏ３−Ｚ　ｒ　Ｏｚ系セラミック
スに関するものであり、特に硬さ、靭性および耐摩耗性
の改良に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to A l z O3-Z r Oz ceramics, and particularly to improvements in hardness, toughness and wear resistance.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来Ａ１２Ｃ）＋　　Ｚ、Ｏ□系の複合セラミックスの
製造方法には、下記の２種類がある。Conventional methods for producing A12C)+Z,O□-based composite ceramics include the following two types.

（１１Ａ　１　ｚｏ＊粉末および２，０□粉末に高温和
（を相）安定化剤を添加して混合した後焼結（２１Ａｌ
２Ｏ，粉末と予め安定化処理した２、０□粉末（例えば
Ｚ、、０□粉末にＹ　ｚ　Ｏ３粉末を混合）とを混合し
た後焼結 而して安定化剤としては、Ｙ２Ｏ２を初めとして希土類
元素の酸化物が効果ありとされている。上記（２）の方
法において、２，０２とＹ２Ｏ３とは比較的良好に混合
されるが、　１）（２）共ＡＪｚＯｉとＺ、、０□との
混合が困難である。すなわち粉末粒子の粒度の相違によ
り分散が不均一となり、Ｚゎ０２の凝集現象を惹起し、
硬さおよび耐摩耗性を低下させる一因ともなっている。(11A 1 zo* powder and 2,0
After mixing 2O, powder and pre-stabilized 2,0□ powder (for example, mixing Z, 0□ powder with YzO3 powder), sintering is performed. Oxides of rare earth elements are said to be effective. In the method (2) above, 2,02 and Y2O3 are mixed relatively well, but it is difficult to mix both 1) and (2) AJzOi and Z, 0□. In other words, the dispersion becomes uneven due to the difference in the particle size of the powder particles, causing the agglomeration phenomenon of Zゎ02,
It also contributes to lowering hardness and wear resistance.

このためＡｌｔ０３単味では硬さがＨｖ＝１７００に対
し、　　Ａ１２ｏ３−２０％ＺｒＯ２では硬さはＨｖ＝
１４００に留まり、靭性はあるが硬さおよび耐摩耗性の
点で劣ることとなり。Therefore, the hardness of Alt03 alone is Hv=1700, while the hardness of A12o3-20%ZrO2 is Hv=1700.
It remains at 1400, and although it has toughness, it is inferior in hardness and wear resistance.

Ａ１ｚＯ３ＺｒＯ□系セラミツクスの実用化を阻む原因
となっている。This is a cause of hindering the practical application of A1zO3ZrO□-based ceramics.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記のように従来技術においては、ＡｌｚＯ３とＺ　、
Ｏｚとの混合が良好に行われず、このために分散が不均
一となる結果、硬さ、靭性および耐摩耗性が低水準とな
っており、結局粉末同志の混合には限界があることを示
している。As mentioned above, in the conventional technology, AlzO3 and Z,
Mixing with Oz was not carried out well, resulting in non-uniform dispersion, resulting in low levels of hardness, toughness and wear resistance, ultimately indicating that there is a limit to the mixing of powders. ing.

本発明はこのような問題点を解決し１本来固有の靭性を
保有すると共に、硬さおよび耐摩耗の優れた強靭性セラ
ミックスを提供することを目的とするものである。It is an object of the present invention to solve these problems and provide a strong ceramic that possesses inherent toughness and has excellent hardness and wear resistance.

ｃ問題点を解決するための手段〕 上記目的達成のために１本発明においては次のような技
術的手段を採用したのである。すなわち主として”　ｚ
　Ｏ３、Ｚ　ｒ　Ｏｔおよびランタン系酸化物からなる
共沈粉を出発原料とし、かつ焼結後の組成がランタン系
酸化物がＺ、Ｏｆに対し０．５〜５モル％、Ａ　ｌ　２
０３　／（Ｚ、、Ｏ□＋ランタン系酸化吻）がモル比で
９７／３〜５／９５であるようにしたものである。(c) Means for Solving Problems] In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means. In other words, mainly” z
Co-precipitated powder consisting of O3, ZrOt and lanthanum oxide is used as a starting material, and the composition after sintering is such that the lanthanum oxide is 0.5 to 5 mol% with respect to Z and Of, and Al2
The molar ratio of 03/(Z, O□+lanthanum oxide) is 97/3 to 5/95.

本発明においては各成分の限定理由について次に記述す
る。In the present invention, the reasons for limiting each component will be described below.

ランタン系酸化物はＺ　、　Ｏｔのｔ相を安定化させる
ために添加するものであり、０．５モル％未満では安定
化作用が不充分であるが、５モル％を越えるとＣ相を出
現させることとなり、靭性を低下させるので好ましくな
い。従ってランタン系酸化物はＺ１０□に対し０．５〜
５モル％とした。Lanthanum-based oxides are added to stabilize the t-phase of Z and Ot, and if it is less than 0.5 mol%, the stabilizing effect is insufficient, but if it exceeds 5 mol%, the C phase will appear. This is not preferable because it reduces toughness. Therefore, lanthanum-based oxides are 0.5 to Z10□
The content was set at 5 mol%.

次にＡβ２０３／（Ｚ、Ｏｆ　＋ランタン系酸化物）の
モル比が９７７３未満では２，０．の量が少ないため所
定の曲げ強度が得られないため不都合であり、一方上記
モル比が５／９５未満ではＡＩ！２０ゴの量が不足して
硬さおよび耐摩耗性が低く、実用に供することができな
い。従ってＡβｚｏｓ／（Ｚ、。Next, when the molar ratio of Aβ203/(Z, Of + lanthanum-based oxide) is less than 9773, it is 2.0. This is inconvenient because the predetermined bending strength cannot be obtained because the amount of AI! is small, whereas if the molar ratio is less than 5/95, AI! Since the amount of 20% is insufficient, the hardness and abrasion resistance are low, and it cannot be put to practical use. Therefore Aβzos/(Z,.

０□＋ランタン系酸化物）のモル比は９７／３〜５／９
５とした。0□+lanthanum oxide) molar ratio is 97/3 to 5/9
I gave it a 5.

なおｚｒＯ□の安定化剤としてランタン系酸化物。Note that lanthanum oxide is used as a stabilizer for zrO□.

すなわちＤｙ酸化物、Ｈｏ酸化物およびｙｂＭ化物を選
んだ理由は、これらの酸化物はＺ、０□のｔ相安定化作
用が極めて大であり、従って靭性を大巾に改善するため
である。That is, the reason why Dy oxide, Ho oxide, and ybM oxide were selected is that these oxides have an extremely strong stabilizing effect on the t-phase of Z and 0□, and therefore greatly improve toughness.

〔実施例１〕 １モル％のＤ　ｙ　Ｚ　Ｏ３を含むＺ、０□１０モル％
と残部ＡＩＺＯ３の共沈粉によって焼結した強靭性セラ
ミックスの特性を第１表に示す。[Example 1] Z containing 1 mol% D y Z O3, 0□10 mol%
Table 1 shows the properties of the tough ceramics sintered with the co-precipitated powder of aluminum and the remainder AIZO3.

第　　　１　　　表 第１表から明らかなように９本実施例におけるものは、
焼結体の平均粒子径が極めて小さく、また２、０２粒子
の分散性が良好であり、２，０２のｔ相存在率は略１０
０％に近い。従って硬さ、破壊靭性値および曲げ強度は
何れも従来材よりも高い値を示している。Table 1 As is clear from Table 1, the nine examples are as follows:
The average particle diameter of the sintered body is extremely small, and the dispersibility of 2,02 particles is good, and the t-phase abundance rate of 2,02 is approximately 10
Close to 0%. Therefore, the hardness, fracture toughness, and bending strength are all higher than those of conventional materials.

〔実施例２〕 １．５モル％のり、０３を含む２，０□２０モル％と残
部Ａρ２０３の共沈粉により作製した焼結体の特性を第
２表に示す。[Example 2] Table 2 shows the properties of a sintered body prepared from a coprecipitated powder of 1.5 mol% glue, 20□20 mol% containing 03, and the balance Aρ203.

第　　　　２　　　　表 前記実施例１と同様に硬さおよび破壊靭性値の何れも従
来材より高い値を示している。Table 2 As with Example 1, both the hardness and fracture toughness values are higher than those of the conventional material.

この材料により切削用チップを製作し、下記切削諸元に
よって切削試験を行い、耐摩耗性の比較をした結果を図
に示す。A cutting tip was manufactured using this material, and a cutting test was conducted using the following cutting specifications. The results of comparing the wear resistance are shown in the figure.

切削諸元 ナツプ形状　　５ＮＧＮ４３３ 被削材　　　　ＳＣＭ４４Ｄ 切削速度　　　４００ｍ／ｍｉｎ 切込み　　　　１１通 送り　　　　　０．２寵／回転 図から明らかなように１本発明によるチップは。Cutting specifications Nap shape 5NGN433 Work material SCM44D Cutting speed 400m/min Cutting depth: 11 pieces Feed 0.2 turns/rotation As is clear from the figure, one chip according to the present invention.

従来材によるチップと比較してフランク摩耗中は略１／
２であり、耐摩耗性にすぐれていることを示している。Compared to tips made of conventional materials, the flank wear rate is approximately 1/1
2, indicating excellent wear resistance.

また従来材によるチップは、切削時間１２分近傍で欠損
を発生しているが２本発明によるチップは２０分まで何
等異常を示していない。In addition, the chips made from the conventional material suffered from chipping at around 12 minutes of cutting time, but the chips made from the present invention did not show any abnormality up to 20 minutes.

〔実施例３〕 ＡｌＩ２Ｏ３Ｚ、Ｏｚ　　ＤｙｚＯ３共沈粉の種々の組
成のものについて焼結体を作製し、その特性を測定した
結果を第３表に示す。同表中番号欄に○印を付したもの
は本発明のものを示す。[Example 3] Sintered bodies of various compositions of AlI2O3Z and Oz DyzO3 co-precipitated powder were prepared and their properties were measured. Table 3 shows the results. In the same table, those marked with a circle in the number column indicate those of the present invention.

第　　　　　　３　　　　　　表 第３表において、Ｎｏ、ｌ　〜ｔｔは夫々ｚｒｏｚ中の
ＤＶＺ０３モル％を略１％として、／１ＺＯ３とＺ１０
２との組成を変化させたものである。同表から明らかな
ように、　Ｎｏ、　　１および２においては、ＺｒＯ２
が１および２モル％で少ないため、硬さはともかくとし
ても１曲げ強度および破壊靭性値゛もよ共に他より低い
値を示している。またＮｏ、１１においては、Ｚ、０２
は９７％となり１曲げ強度および破壊靭性値は他と略同
水準であるが、硬さの値が著しく低下している。次にＮ
ｏ、１２〜１７は、Ａ２□０３と２，０□とを略一定の
組成とし、２，０２中のＤ　ｙｚ　Ｏ３の組成を変化さ
せた場合の特性変化を示すものである。すなわちＮｏ、
１２および１３においては、Ｚ、０□中のＤｙ２Ｏ３が
各々０．１および０．３モル％であり２曲げ強度および
破壊靭性値が他より低い値を示している。これはＤ　ｙ
　２０３によるＺｒＯ□のＬ相安定化作用が不足してい
ることによる。またＤｙ２０１のモル％を増加させたＮ
ｏ、　１７においては、再び曲げ強度および破壊靭性値
の低下を来している。これはＤｙ２Ｏ３の添加量の増加
により、２，０□のＣ相が出現する結果靭性が低下する
ことによる。Table 3 In Table 3, No., l to tt are respectively /1ZO3 and Z10, assuming that DVZ03 mol% in zroz is approximately 1%.
The composition is different from that of 2. As is clear from the same table, in No. 1 and 2, ZrO2
is small at 1 and 2 mol%, so apart from the hardness, both the bending strength and fracture toughness values are lower than the others. Also, in No. 11, Z, 02
is 97%, and the 1 bending strength and fracture toughness values are approximately at the same level as the others, but the hardness value is significantly lower. Then N
o, 12 to 17 show changes in characteristics when A2□03 and 2,0□ have substantially constant compositions and the composition of D yz O3 in 2,02 is changed. That is, No,
In Nos. 12 and 13, Dy2O3 in Z and 0□ was 0.1 and 0.3 mol%, respectively, and the 2 bending strength and fracture toughness values were lower than the others. This is D y
This is because the L-phase stabilizing effect of ZrO□ by 203 is insufficient. In addition, N with increased mol% of Dy201
In No. 17, the bending strength and fracture toughness values decreased again. This is because as the amount of Dy2O3 added increases, a 2,0□ C phase appears, resulting in a decrease in toughness.

以上のように第３表のＮｏ、欄に○印を付した本発明の
ものは、硬さ９曲げ強度および破壊靭性値は何れも高い
値を示し３強靭性セラミックスとして充分実用化できる
ことを示している。As described above, the products of the present invention marked with ○ in the No. column of Table 3 have high hardness 9 bending strength and fracture toughness values, indicating that they can be sufficiently put to practical use as 3 toughness ceramics. ing.

〔実施例４〕 ＺｒＯ□の安定化剤としてＨ０酸化物およびＹ。[Example 4] H0 oxide and Y as stabilizers for ZrO□.

酸化物を使用した種々の組成の共沈粉について焼結体を
作製し、その特性を測定した結果を第４表に示す。第３
表と同様に番号欄に○印を付したものは本発明のものを
示す。Sintered bodies were prepared using coprecipitated powders of various compositions using oxides, and the properties of the sintered bodies were measured. Table 4 shows the results. Third
As in the table, those marked with a circle in the number column indicate those of the present invention.

以下余白。Margin below.

第４表に示す結果は、前記第３表に示したものと同様に
、　Ｎｏ、欄に○印を付した本発明のものは。The results shown in Table 4 are the same as those shown in Table 3 above, and those of the present invention are marked with a circle in the No. column.

硬さ２曲げ強度および破壊靭性値は何れも高い値を示し
ている。Hardness 2 bending strength and fracture toughness values both show high values.

なお前記の実施例に示すものは、何れもランタン系酸化
物の１種のみの例であるが、２種以上を使用しても同様
の結果を得ることができる。Although the examples shown in the above examples are examples of only one type of lanthanum-based oxide, similar results can be obtained even if two or more types are used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明の強靭性セラミックスは２以上記述のようにＡｌ
ｔ０３　、Ｚ、Ｏ□およびランタン系酸化物の共沈粉を
使用し、かつ各組成を前記のように限定したことにより
、下記の効果を奏することができる。The tough ceramic of the present invention has Al as described above.
By using coprecipitated powders of t03, Z, O□, and lanthanum-based oxides and limiting each composition as described above, the following effects can be achieved.

＋１）　　ＡＡ、Ｏ，とＺ、、０□との混合が掻めて良
好に行うことができ、粉末同志の混合では実現できなか
った分散性が得られ、２，０□の凝集を皆無とすること
ができ、硬さおよび耐摩耗性を向上し得る。+1) AA, O, and Z, , 0□ can be mixed well, achieving dispersibility that could not be achieved by mixing powders together, and there is no agglomeration of 2,0□. hardness and wear resistance can be improved.

（２）焼結体のミクロ組織を極めて微細化することがで
き、すなわち従来の３〜５μｍを０．５〜２μｍとする
ことができるため、破壊靭性値を著しく向上することが
できる。(2) Since the microstructure of the sintered body can be made extremely fine, that is, the conventional 3 to 5 μm can be reduced to 0.5 to 2 μm, the fracture toughness value can be significantly improved.

（３１Ｚ　、　０２のｔ相存在率が略１００％となるた
め。(Because the t-phase abundance rate of 31Z and 02 is approximately 100%.

硬さおよび破壊靭性値を大巾に向上することができる。Hardness and fracture toughness values can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図は本発明の実施例における切削試験結果を示すグラフ
である。The figure is a graph showing cutting test results in Examples of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 主としてＡｌ＿２Ｏ＿３、ＺｒＯ＿２ならびにＤｙ酸化
物、Ｈｏ酸化物およびＹｂ酸化物から選んだ１種または
２種以上の酸化物（以下ランタン系酸化物という）から
なる共沈粉を出発原料とし、かつ焼結後の組成がランタ
ン系酸化物がＺｒＯ＿２に対し０．５〜５モル％、Ａｌ
＿２Ｏ＿３／（ＺｒＯ＿２＋ランタン系酸化物）がモル
比で９７／３〜５／９５であることを特徴とする強靭性
セラミックス。Co-precipitated powder mainly consisting of Al_2O_3, ZrO_2 and one or more oxides selected from Dy oxide, Ho oxide and Yb oxide (hereinafter referred to as lanthanum oxide) is used as a starting material, and after sintering. The composition is 0.5 to 5 mol% of lanthanum oxide based on ZrO_2, Al
A tough ceramic characterized by having a molar ratio of _2O_3/(ZrO_2+lanthanum oxide) of 97/3 to 5/95.