JPH01108165A - 希土類合金鋳造用耐摩耗性セラミック材料 - Google Patents
希土類合金鋳造用耐摩耗性セラミック材料Info
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- JPH01108165A JPH01108165A JP63237553A JP23755388A JPH01108165A JP H01108165 A JPH01108165 A JP H01108165A JP 63237553 A JP63237553 A JP 63237553A JP 23755388 A JP23755388 A JP 23755388A JP H01108165 A JPH01108165 A JP H01108165A
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Classifications
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- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
- B22D41/50—Pouring-nozzles
- B22D41/52—Manufacturing or repairing thereof
- B22D41/54—Manufacturing or repairing thereof characterised by the materials used therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/50—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、溶融希土類−鉄合金（ＲＥ−Ｆｅ合金）の鋳
造（ｃａｓｔｉｎｇ）時にとくに耐摩耗性を有する希土
類酸化物−酸化アルミニウム耐火材料に関するものであ
る。より詳しくは、例えば米国特許出願第４，０９８，
６１２号に開示されているような、また本願の請求項１
の前文に記載されているような酸化イツトリウムおよび
酸化アルミニウムの混合物から成形された耐火性セラミ
ック材料に関するものである。
造（ｃａｓｔｉｎｇ）時にとくに耐摩耗性を有する希土
類酸化物−酸化アルミニウム耐火材料に関するものであ
る。より詳しくは、例えば米国特許出願第４，０９８，
６１２号に開示されているような、また本願の請求項１
の前文に記載されているような酸化イツトリウムおよび
酸化アルミニウムの混合物から成形された耐火性セラミ
ック材料に関するものである。
希土類−鉄を基材とする磁石の製造法の一つに、溶融し
た合金を小口径のオリフィスを通して、高速移動してい
る急冷（ｑｕｅｎｃｈ ５ｕｒｆａｃｅ）面上に噴射鋳
造（ｊｅｔ−ｃａｓｔｉｎｇ ）する方法がある。この
方法は、例えば米国特許第４．４９６，３９５号（発明
者クローエツト（Ｃｒｏａｔ ） ）に記載されている
。噴射鋳造の結果、急速凝固した合金リボンが得られ、
このものは、合金中の永久磁性発生にみあった極めて微
細粒の顕微鏡組織を有するものになる。
た合金を小口径のオリフィスを通して、高速移動してい
る急冷（ｑｕｅｎｃｈ ５ｕｒｆａｃｅ）面上に噴射鋳
造（ｊｅｔ−ｃａｓｔｉｎｇ ）する方法がある。この
方法は、例えば米国特許第４．４９６，３９５号（発明
者クローエツト（Ｃｒｏａｔ ） ）に記載されている
。噴射鋳造の結果、急速凝固した合金リボンが得られ、
このものは、合金中の永久磁性発生にみあった極めて微
細粒の顕微鏡組織を有するものになる。
噴射鋳造作業を実施する上で、溶融希土類−鉄合金の流
れに対して耐摩耗性が極めて高い噴射ノズルの出現が望
まれている。噴射鋳造ノズルにおいて、溶融合金が流れ
るにつれ、次第にオリフィスの口径が大きくなる。従来
技術においては、焼結窒化ホウ素を機械加工して製作し
たノズルは、そのオリフィスが過度に摩耗されることな
く、最長の寿命を有していた。しかし大多数のノズルは
オリフィスが侵食されて、数時間もたずリボンが急冷不
足となった。すなわち溶融合金流がノズルを通過する速
度が大きくなり過ぎ、そのため冷却が遅くなり過ぎて、
凝固した合金中の最適の永久磁性が得られなくなる。石
英ノズルもまたＲＥ−Ｆｅ合金の急速凝固のために使用
されてはいるが、その寿命は窒化ホウ素と比較し余りに
も短か過ぎる。
れに対して耐摩耗性が極めて高い噴射ノズルの出現が望
まれている。噴射鋳造ノズルにおいて、溶融合金が流れ
るにつれ、次第にオリフィスの口径が大きくなる。従来
技術においては、焼結窒化ホウ素を機械加工して製作し
たノズルは、そのオリフィスが過度に摩耗されることな
く、最長の寿命を有していた。しかし大多数のノズルは
オリフィスが侵食されて、数時間もたずリボンが急冷不
足となった。すなわち溶融合金流がノズルを通過する速
度が大きくなり過ぎ、そのため冷却が遅くなり過ぎて、
凝固した合金中の最適の永久磁性が得られなくなる。石
英ノズルもまたＲＥ−Ｆｅ合金の急速凝固のために使用
されてはいるが、その寿命は窒化ホウ素と比較し余りに
も短か過ぎる。
本発明は、酸化イツトリウムおよび酸化アルミニウムを
基材とする新規なセラミック組成物に関するものである
。これら組成物の非常に微細な粉末を加圧成形し、焼結
して製作したノズルは溶融希土類合金に対して極めて高
い耐摩耗性を有することが証明された。
基材とする新規なセラミック組成物に関するものである
。これら組成物の非常に微細な粉末を加圧成形し、焼結
して製作したノズルは溶融希土類合金に対して極めて高
い耐摩耗性を有することが証明された。
本発明による耐火性セラミック材料は、少なくとも７０
モル％の酸化イツトリウムと、５ないし３０モル％の酸
化アルミニウムを含み、かつ過半量のＹ２Ｏ３’ Ａ
ｊ２ ｚ（Ｌ＋単斜晶相を含有する不透明材料であるこ
とを特徴とするものである。
モル％の酸化イツトリウムと、５ないし３０モル％の酸
化アルミニウムを含み、かつ過半量のＹ２Ｏ３’ Ａ
ｊ２ ｚ（Ｌ＋単斜晶相を含有する不透明材料であるこ
とを特徴とするものである。
本発明の好ましい実施態様によれば、酸化イツトリウム
（ＹｚＯｉ）粉末と、約１１ないし３０モル％のアルミ
ナ（Ａ ｌ ２０．）の混合物を微粉砕して、平均粒度
を１０μｍ以下、好ましくは１μｍないしそれ以下の粒
度範囲にする。この微粒子を加圧成形、好ましくは均衡
圧縮固化（１３０Ｓｔａｔｉｃｃｏｎ＋ｐａｃｔｉｏｎ
）により、理論粉末密度の少なくとも５０％まで圧縮
する。この圧縮粉（ｃｏｍｐａｃｔ）を焼結して、非常
に硬いＹ２Ｏ３・Ａ １ ｚＯ，単斜晶相を過半量含有
する緻密で有孔性（ｃｌｏｓｅｄ ｐＯｒｅ）の不透明
構造体を成形する。
（ＹｚＯｉ）粉末と、約１１ないし３０モル％のアルミ
ナ（Ａ ｌ ２０．）の混合物を微粉砕して、平均粒度
を１０μｍ以下、好ましくは１μｍないしそれ以下の粒
度範囲にする。この微粒子を加圧成形、好ましくは均衡
圧縮固化（１３０Ｓｔａｔｉｃｃｏｎ＋ｐａｃｔｉｏｎ
）により、理論粉末密度の少なくとも５０％まで圧縮
する。この圧縮粉（ｃｏｍｐａｃｔ）を焼結して、非常
に硬いＹ２Ｏ３・Ａ １ ｚＯ，単斜晶相を過半量含有
する緻密で有孔性（ｃｌｏｓｅｄ ｐＯｒｅ）の不透明
構造体を成形する。
本発明は、図面と下記の詳細な記載により理解が深まる
ものと思われる。
ものと思われる。
実施■上
酸化イツトリウム（イツトリアと称することもある）は
、水１１に塩化イツトリウム六水和物（ＹＣｆｆｉ 、
・６Ｈ２０，３０３ｇ）を混合して調製した。ポリアク
リル酸５１６ｇを濃水酸化アンモニウム１８９１で中和
し、水で全量が３βになるよう希釈した。得られたポリ
アクリル酸アンモニウムを急速攪拌しながら、この中に
上記の塩化イ・ノトリウム溶液を添加した。生成した白
色沈殿を濾過し、水で洗浄した。これを１００℃で乾燥
し、ついで４００℃で有機物を燃焼させた。得られた天
分をさらに重量減少が起らなくなるまで１１００℃で１
時間焼成してＹ２Ｏ，を得た。このようにして得たイツ
トリアの沈殿は微細で比較的粒度の揃った粒子がゆるや
かに凝集した塊りで、ボールミルで容易に、さらに細か
い微粉末が得られた。
、水１１に塩化イツトリウム六水和物（ＹＣｆｆｉ 、
・６Ｈ２０，３０３ｇ）を混合して調製した。ポリアク
リル酸５１６ｇを濃水酸化アンモニウム１８９１で中和
し、水で全量が３βになるよう希釈した。得られたポリ
アクリル酸アンモニウムを急速攪拌しながら、この中に
上記の塩化イ・ノトリウム溶液を添加した。生成した白
色沈殿を濾過し、水で洗浄した。これを１００℃で乾燥
し、ついで４００℃で有機物を燃焼させた。得られた天
分をさらに重量減少が起らなくなるまで１１００℃で１
時間焼成してＹ２Ｏ，を得た。このようにして得たイツ
トリアの沈殿は微細で比較的粒度の揃った粒子がゆるや
かに凝集した塊りで、ボールミルで容易に、さらに細か
い微粉末が得られた。
三塩化アルミニウム六水和物２４１．４ ｇを水１１に
溶解した。ポリアクリル酸５１６ｇを濃水酸化アンモニ
ウム１２６１で中和し、水で全量が３１になるよう希釈
した。このポリアクリル酸アンモニウムを急速に攪拌し
ながら、上記の三塩化アルミニウム溶液を添加すると、
白色沈殿が生成した。この白色沈殿を１００℃で乾燥し
、有機物を４００″Ｃで燃焼させた。得た天分を１０５
０℃で焼成してＡ ｌ ２０３を得た。
溶解した。ポリアクリル酸５１６ｇを濃水酸化アンモニ
ウム１２６１で中和し、水で全量が３１になるよう希釈
した。このポリアクリル酸アンモニウムを急速に攪拌し
ながら、上記の三塩化アルミニウム溶液を添加すると、
白色沈殿が生成した。この白色沈殿を１００℃で乾燥し
、有機物を４００″Ｃで燃焼させた。得た天分を１０５
０℃で焼成してＡ ｌ ２０３を得た。
上記のようにして調製したイ・ノドリア ４モル（９０
２，２ｇ）と酸化アルミニウム １モル（１０２ｇ）を
混合した。この混合物を、酸化アルミニウム球を使用し
たボールミルで、室温で３０時間水中で細粉化した。得
られた製品を乾燥し、１００メソシユの篩を通した。
２，２ｇ）と酸化アルミニウム １モル（１０２ｇ）を
混合した。この混合物を、酸化アルミニウム球を使用し
たボールミルで、室温で３０時間水中で細粉化した。得
られた製品を乾燥し、１００メソシユの篩を通した。
得られた粉末を、常温の加硫シリコンゴム型に入れ、圧
力３０３ 、 ３６９．４４ｋＰａ （４４，０００ｐ
ｓｉ）で均衡圧縮固化して、第１図に示した噴射ノズル
２の形に成形した。成形した未焼成（ｇｒｅｅｎ）圧縮
粉に直径０．７６龍（０，０３０インチ）の孔４をあけ
た。この圧縮粉を空気中で１．６５０℃で約１．３時間
焼結し、理論密度の９０％以上となった。得られた不透
明セラミック材料は、独立孔体（ｃｌｏｓｅｄ ｐｏｒ
ｅｓ ）で０７クウ工ル硬度はスケール１５−Ｎで９４
．６、スケールＣで７１．８であった。
力３０３ 、 ３６９．４４ｋＰａ （４４，０００ｐ
ｓｉ）で均衡圧縮固化して、第１図に示した噴射ノズル
２の形に成形した。成形した未焼成（ｇｒｅｅｎ）圧縮
粉に直径０．７６龍（０，０３０インチ）の孔４をあけ
た。この圧縮粉を空気中で１．６５０℃で約１．３時間
焼結し、理論密度の９０％以上となった。得られた不透
明セラミック材料は、独立孔体（ｃｌｏｓｅｄ ｐｏｒ
ｅｓ ）で０７クウ工ル硬度はスケール１５−Ｎで９４
．６、スケールＣで７１．８であった。
このことは、焼結セラミック材料中の大部分がＡ ＃
２０．・Ｙ２Ｏ，単斜晶相になっていること相応してい
る。
２０．・Ｙ２Ｏ，単斜晶相になっていること相応してい
る。
成形したノズルを、ねじ切りにした窒化ホウ素スリーブ
を有する円錐形のイツトリアのタンデイツシュ（ｔｕｎ
ｄｉｓｈ ）の底部にしっかり締め付けた。
を有する円錐形のイツトリアのタンデイツシュ（ｔｕｎ
ｄｉｓｈ ）の底部にしっかり締め付けた。
原子百分率で約１２．３％のネオジム、７．１％のホウ
素、残りが鉄を含む合金組成物をタンデイツシュ中で溶
解した。タンデイシュ中の合金を溶融状態に保持し、ノ
ズルに加熱コイルを巻いて約１ 、３５０℃に加熱した
。
素、残りが鉄を含む合金組成物をタンデイツシュ中で溶
解した。タンデイシュ中の合金を溶融状態に保持し、ノ
ズルに加熱コイルを巻いて約１ 、３５０℃に加熱した
。
第２図はイツトリア−アルミナのノズルとＷＢＣグレー
ドの窒化ホウ素の同様なノズルを同一条件で通したとき
の、時間を関数とした時の溶融合金の流れの速度（ｎｏ
ｒ＋＋＋ａｌｉｚｅｄ ｒａｔｅ ｏｆ ｆｌｏｗ ）
を表わしたものである。オリフィスのもとの直径は約０
．７１ｍｍ （０，０２８インチ）であった。（生圧縮
粉（ｇｒｅｅｎ ｃｏａ＋ｐａｃｔ ）にあけた穴は焼
成中に収縮する。）オリフィスが溶融金属の通過によっ
て摩耗するにつれ、ノズルを通過する流速が増加するこ
とになる。
ドの窒化ホウ素の同様なノズルを同一条件で通したとき
の、時間を関数とした時の溶融合金の流れの速度（ｎｏ
ｒ＋＋＋ａｌｉｚｅｄ ｒａｔｅ ｏｆ ｆｌｏｗ ）
を表わしたものである。オリフィスのもとの直径は約０
．７１ｍｍ （０，０２８インチ）であった。（生圧縮
粉（ｇｒｅｅｎ ｃｏａ＋ｐａｃｔ ）にあけた穴は焼
成中に収縮する。）オリフィスが溶融金属の通過によっ
て摩耗するにつれ、ノズルを通過する流速が増加するこ
とになる。
第２図で明らかなように、イツトリア−酸化アルミニウ
ムノズルの耐摩耗性が、窒化ホウ素のノズルより溝かに
優れている。窒化ホウ素は、溶融希土類−鉄合金の存在
下では化学的および機械的侵食をうけるため、上記の事
実は、少なくとも部分的には正しいものと思われる。本
発明のＹ２Ｏ３・Ａ １１ ｚＯｚセラミック材料は、
機械的摩耗をうけるだけである。しかし、純粋のイツト
リアやアルミナ含有量が５原子百分率より少ないイツト
リアセラミック材料は、化学的侵食をうけないものの耐
摩耗性は窒化ホウ素より良くない。酸化アルミニウムの
含有量は３０原子％より大きいＹ、０３・Ａ １１２０
：ｌセラミック材料は、Ａ Ｉｔｇｏｓの含有量がそれ
より少ないものより多孔質となり、このような材料で製
作されたノズルのオリフィスは、溶融希土類金属の存在
下で詰まる傾向があった。アルミナが２０原子％で残り
がイツトリアの噴射鋳造用ノズルの平均寿命は、８時間
以上あり、云いかえれば完全な１製造交替勤務時間より
十分超えたものとなっている。事実Ｙ２０．・八１２０
３が８０ ： ２０のノズルの噴射鋳造操業上の評価を
最初の２個について実施したところ、オリフィスの侵食
以外の理由で操業停止するまで、７．７５時間および１
０時間それぞれ鋳造を続けることができた。本発明によ
るイツトリア：アルミナノズルが初期侵食をうけた後は
、それ以降の侵食は窒化ホウ素ノズルに比較すると温か
に遅い。すなわち第２図の流速が、イツトリア：アルミ
ナノズルでは横ばい状態になっているのに対し、窒素ホ
ウ素ノズルでは流速曲線が傾いている。
ムノズルの耐摩耗性が、窒化ホウ素のノズルより溝かに
優れている。窒化ホウ素は、溶融希土類−鉄合金の存在
下では化学的および機械的侵食をうけるため、上記の事
実は、少なくとも部分的には正しいものと思われる。本
発明のＹ２Ｏ３・Ａ １１ ｚＯｚセラミック材料は、
機械的摩耗をうけるだけである。しかし、純粋のイツト
リアやアルミナ含有量が５原子百分率より少ないイツト
リアセラミック材料は、化学的侵食をうけないものの耐
摩耗性は窒化ホウ素より良くない。酸化アルミニウムの
含有量は３０原子％より大きいＹ、０３・Ａ １１２０
：ｌセラミック材料は、Ａ Ｉｔｇｏｓの含有量がそれ
より少ないものより多孔質となり、このような材料で製
作されたノズルのオリフィスは、溶融希土類金属の存在
下で詰まる傾向があった。アルミナが２０原子％で残り
がイツトリアの噴射鋳造用ノズルの平均寿命は、８時間
以上あり、云いかえれば完全な１製造交替勤務時間より
十分超えたものとなっている。事実Ｙ２０．・八１２０
３が８０ ： ２０のノズルの噴射鋳造操業上の評価を
最初の２個について実施したところ、オリフィスの侵食
以外の理由で操業停止するまで、７．７５時間および１
０時間それぞれ鋳造を続けることができた。本発明によ
るイツトリア：アルミナノズルが初期侵食をうけた後は
、それ以降の侵食は窒化ホウ素ノズルに比較すると温か
に遅い。すなわち第２図の流速が、イツトリア：アルミ
ナノズルでは横ばい状態になっているのに対し、窒素ホ
ウ素ノズルでは流速曲線が傾いている。
本発明を、希土類−鉄−ホウ素合金の噴射鋳造用のノズ
ルについて記載したが、本発明のＹ２Ｏ３・Ａ Ｉ−２
０：ｌセラミック材料はその他の耐熱分野や鋳造分野で
多くの用途がある。例えば、放射性元素の還元や合金調
製のためのるつぼ材料として使用できる。さらにまたタ
ーボエンジン部品、セラミックスパークプラグ、センサ
ーの本体にも有用である。従って本発明は特許請求の範
囲によってのみ限定をうけるものである。
ルについて記載したが、本発明のＹ２Ｏ３・Ａ Ｉ−２
０：ｌセラミック材料はその他の耐熱分野や鋳造分野で
多くの用途がある。例えば、放射性元素の還元や合金調
製のためのるつぼ材料として使用できる。さらにまたタ
ーボエンジン部品、セラミックスパークプラグ、センサ
ーの本体にも有用である。従って本発明は特許請求の範
囲によってのみ限定をうけるものである。
第１図は、本発明によるＹ２Ｏ，・＾１２０３噴射鋳造
用ノズルの模式図である。 第２図は、窒素ホウ素製噴射鋳造用ノズルと、８０ ：
２０モル％のイツトリア・アルミナセラミック材料製
噴射鋳造用ノズルの特性を比較したちの′である。
用ノズルの模式図である。 第２図は、窒素ホウ素製噴射鋳造用ノズルと、８０ ：
２０モル％のイツトリア・アルミナセラミック材料製
噴射鋳造用ノズルの特性を比較したちの′である。
Claims (3)
- １．酸化イットリウムおよび酸化アルミニウムの混合物
から成形された耐火性セラミック材料において、該耐火
性セラミック材料が少なくとも７０モル％の酸化イット
リウムと５ないし３０モル％の酸化アルミニウムを含み
、かつ過半量のＹ＿２Ｏ＿３・Ａｌ＿２Ｏ＿３単斜晶相
を含有する不透明材料であることを特徴とする耐火性セ
ラミック材料。 - ２．溶融希土類−鉄合金に対して耐摩耗性を有し、かつ
少なくとも７０モル％の酸化イットリウムと、約１１な
いし３０モル％の酸化アルミニウムを含む請求項１記載
の耐火性セラミック材料。 - ３．請求項１または２記載の非多孔性不透明セラミック
材料により成形された溶融金属鋳造用の耐摩耗性耐火ノ
ズル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US100,428 | 1987-09-24 | ||
| US07/100,428 US4966875A (en) | 1987-09-24 | 1987-09-24 | Wear-resistant ceramic for casting rare earth alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01108165A true JPH01108165A (ja) | 1989-04-25 |
| JPH0476340B2 JPH0476340B2 (ja) | 1992-12-03 |
Family
ID=22279734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63237553A Granted JPH01108165A (ja) | 1987-09-24 | 1988-09-24 | 希土類合金鋳造用耐摩耗性セラミック材料 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4966875A (ja) |
| EP (1) | EP0309091B1 (ja) |
| JP (1) | JPH01108165A (ja) |
| DE (1) | DE3879342T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US5217933A (en) * | 1991-06-03 | 1993-06-08 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Yttria-alumina fibers |
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| EP1452803A1 (en) * | 2001-12-04 | 2004-09-01 | Atock Co., Ltd. | Quartz glass single hole nozzle and quartz glass multi-hole burner head for feeding fluid |
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|---|---|---|---|---|
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| US4496395A (en) * | 1981-06-16 | 1985-01-29 | General Motors Corporation | High coercivity rare earth-iron magnets |
-
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- 1987-09-24 US US07/100,428 patent/US4966875A/en not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-08-19 DE DE8888307683T patent/DE3879342T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-08-19 EP EP88307683A patent/EP0309091B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-09-24 JP JP63237553A patent/JPH01108165A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3879342D1 (de) | 1993-04-22 |
| US4966875A (en) | 1990-10-30 |
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| DE3879342T2 (de) | 1993-06-24 |
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| JPH0476340B2 (ja) | 1992-12-03 |
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