JPH01203264A - 低熱膨張性セラミックス及びその製造方法 - 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低熱膨張性でしかも強度、硬度、剛性等の特
性に優れた構造部材用セラミックス及びその製造方法に
関する。

〔従来の技術〕

低熱膨張性を示すセラミックスとして、β−スポジュメ
ン、ユークリプタイト、コーディエライト等の結晶から
なる多結晶体がある。

低熱膨張性セラミックスとして広く実用化されているも
のには、リチウムアルミノ珪酸塩鉱物としてβ−スポジ
ュメン又はユークリプタイトからなるもの、あるいはコ
ーディエライト等からなる多結晶体、あるいは非晶質の
ものとしてはリチア。

アルミナ、シリカを主体としたものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、これらの低熱膨張性セラミックスは、アルミ
ナ、ジルコニア、ムライト、炭化珪素、窒化珪素等の機
械構造部材用セラミックスと比較して、強度、硬度１弾
性率等の機械的特性において劣るという欠点がある。

本発明の目的は、低熱膨張性を維持すると共に機械的性
質において優れたセラミックスを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の低熱膨張性セラミックスは、焼結体結晶相がβ
−スポジュメンと単斜晶又は正方晶のジルコニアとの複
合組織を有し、且つβ−スボジニメン／ジルコニアの重
量分率で、８ｇ／１２〜６０　／４０の範囲内にあり、
緻密質、低熱膨張性、耐熱衝撃性に加えて、強度、硬度
等の機械的特性及び″耐熱衝撃性に優れたものであ゛る
。

なお、本願明細書においては、単斜晶又は正方晶のジル
コニアを以後単にジルコニアと記す。

本発明による低熱膨張性セラミックスは、焼結によりβ
−スポジコメンを生成するような原料成分として葉長石
、リチア輝石等の天然原料、あるいはβ−スボジニメン
、ユークリプタイト等の人工原料とジルコニア原料成分
とを配合したものを焼成することにより得られる。ここ
で、配合するジルコニア原料としては、不純物を含有し
ない高純度ジルコニア、あるいはジルコニアの安定化材
を含有するものの何れであっても使用可能である。

ただし、安定化材を含有する場合には、安定化材の種類
としてはイツトリアルカリ土類金属酸化物が好ましく、
それらの含有率がイツ）　ＩＪアの場合は３〜６重量％
の範囲にあるものが望ましい。

すなわち、前記本発明の低熱膨張性セラミックスは、ペ
タライト９０〜９５重量％とカオリン１０〜５重量％と
からなる出発原料粉末６０〜８８重量％と、ジルコニア
粉末４０〜１２重量％とを混合し、成形後、大気中で１
２５０〜１３５０℃で焼成して得られる。

出発原料におけるペタライトとカオリンとの比率に関し
て言えば、カオリンの比率が５重量％未満の場合には、
ペタライトが高温で分解する際に生成するシリカが遊離
の状態でセラミックス中に残存し、これが耐熱性に好ま
しくない影響を与える。また、カオリンの比率が１０重
量％を超える場合には、過剰カオリンの分解生成物であ
るシリカが存在することになり、同様に耐熱性にとって
好ましくない。

次に、上記出発原料とジルコニア粉末との比率に関して
言えば、ジルコニア粉末の比率が１２重量％未満の場合
には、ジルコニアの応力誘起変態に起因する高靭性、高
強度化が充分に達成されない。

また、反対にジルコニア粉末の比率が４０重量％を超え
る場合には、ジルコニア固有の高熱膨張性が現れてくる
ために、目的とする低熱膨張性が得られないことになる
。

配合物の調整条件としては、ジルコニア原料成分が配合
物中において均一に分布されていることが非常に重要で
ある。このために、各原料成分を混合する際に、湿式混
合法を採用することが望ましい。具体的にはボールミル
、アトリションミル等がある。このとき成形方法に応じ
て、結合剤。

潤滑剤、湿潤剤、可塑剤等の成形助剤を配合物中に添加
することガ一般的である。

成形方法としては、−軸加工成形、冷間静水圧成形、押
出成形、鋳込成形等の従来から広〈実施されている方法
がそのまま適用できる。

さらに、成形体の焼成条件は、従来のりチウムアルミノ
珪酸塩鉱物からなる低熱膨張性セラミックスの焼成条件
と同様であり、１２５０〜１３５０℃の大気中で焼成す
る。焼成温度がこの範囲よりも低い場合には焼結不充分
であり、本発明の高強度、高靭性化が達成されない。焼
成温度がこの範囲よりも高い場合には、リチウムアルミ
ノ珪酸塩鉱物の軟化、溶融現象が生じて好ましくない。

このようにして得られるセラミックスの微細組織は、β
−スボジニメンを母相としてその中にジルコニア結晶粒
が互いに孤立して存在した構造を有する。このジルコニ
ア粒の結晶相は粒径の大小によって正方晶系の場合と単
斜晶系の場合とがある。このような微細組織を有するセ
ラミックスに外部から機械的あるいは熱的応力が作用す
ると、いわゆる応力誘起変態と内在する微細亀裂のため
に、強度又は靭性等の機械的特性が向上する。また、β
−スポジニメンの硬度よりもジルコニアの硬度のほうが
高いために、本発明による低熱膨張性セラミックスの硬
度は、全体としてβ−スポジニメンそのものの硬度より
も高くなる。

一方、ジルコニアの熱膨張率は非常に大きいが、本発明
による低熱膨張性セラミックスにおいてはジルコニア粒
が互いに孤立して存在しているために、焼結体全体とし
ての熱膨張率は大きくならず、β−スポジュメンの低熱
膨張特性がそのまま残存。

維持されることになる。

以上のような効果は、と（に、β−スポジュメンとジル
コニアとの比率が、β−スポジュメン／ジルコニアの重
量分率で８８／１２〜６０　／４０である場合に発揮さ
れる。すなわち、ジルコニアの重量分率が１２未満の場
合には、ジルコニアの応力誘起変態の寄与が非常に少な
く、強度、靭性等の改善あるいは硬度の改善等が認めら
れない。また、ジルコニアの重量分率が４０を超えて多
くなると、ジルコニア粒間の連結が生じるために、ジル
コニア固有の高熱膨張の寄与が無視できなくなって、目
的の低熱膨張性が得られなくなる。

〔実施例〕

７５−以下の粒径のものを９８％以上含み、且つ、結晶
相がペタライトの天然原料粉末とカオリン粉末と加水分
解法により作製された高純度ジルコニア微粉末とを第１
表に示す配合割合でボールミルを使用して湿式混合した
。得られたスリップを鋳込成形して成形体を作製した後
、電気炉を使用して１３００℃の大気中に１時間保持し
て焼結体を作製した。このようにして得られた焼結体の
特性を第２表に示す。

表中Ｏ印を付したものは本発明によるものである。

第　　１　　表 第　　２　　表 ※１：室温〜１０００℃の間での線膨張率を示す。

※２：ビッカース硬度 本発明によるセラミックスは、１０００℃までの熱膨張
率が０．２％以下と非常に低熱膨張性であり、曲げ強さ
、硬度等の機械的特性がジルコニアの応力誘起変態効果
により向上していることが判る。

第１表には記載圓ていないが、ジルコニア含有率が本発
明の範囲を超えて多くなると、低熱膨張特性が発揮され
なくなる。

電気炉による焼成温度が１２５０℃未満の場合には緻密
なセラミックスとならず、目的とする優れた機械的特性
が得られなかった。１３５０℃よりも高温で焼成すると
、焼成体に軟化、変形等の現象が認められた。

第１図及び第２図は、表中Ｎ０３及びＮα５による焼結
体の研磨断面写真（倍率２８０倍）を示す。

第１図は８８重量％のβ−スポジニメンと１２重量％の
ジルコニアとの複合組織からなっている例を示し、第２
図は６０重量％のβ−スポジュメンと４０重量％ジルコ
ニアとの複合組織からなっている例を示す。

同写真を参照して、本発明のセラミックスはβ−スポジ
ュメンのマトリックス（灰色の領域）中にジルコニア結
晶粒（白色の領域）が偏在することなく均一にかつ相互
に孤立した構造を有していることを示している。なお、
同写真で不規則な粒状に見える部分は、断面に開口した
空隙である。

これらの結果より、ジルコニアの含有比率が本発明によ
る範囲よりも多くなると、ジルコニア粒は相互に接続し
た連続相をなすことが容易に推定される。

〔発明の効果〕

本発明の高強度低熱膨張性セラミックスによって以下の
効果を奏することができる。

（１）焼結体を構成する結晶相がβ−スポジュメン主体
であるために、熱膨張率が非常に小さい。

（２）焼結体中に均一に分散されているジルコニア結晶
粒の応力誘起変態の効果により、高強度、高靭性の焼結
体を得ることができる。

（３）　　β−スボジニメン単体の焼結体に比較して、
上記（２）以外の機械的特性（硬度１弾性率等）が優れ
た焼結体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明のセラミックスの微細組織
を示すための研磨面顕微鏡写真を示す。 特許出願人　　黒崎窯業株式会社（ほか１名）代　　理
　　人　　　小　　堀　　　　　益　　（ほか２名）１
　］　、 ダ※ 第　２ＴＺ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．焼結体結晶相がβ−スポジュメンと単斜晶又は正方
   晶のジルコニアとの複合組織を有し、且つβ−スポジュ
   メン／ジルコニアの重量分率で、８８／１２〜６０／４
   ０の範囲内にあることを特徴とする低熱膨張性セラミッ
   クス。
2. ２．ペタライト９０〜９５重量％とカオリン１０〜５重
   量％とからなる出発原料粉末６０〜８８重量％とジルコ
   ニア粉末４０〜１２重量％とを混合，成形後、１２５０
   〜１３５０℃の大気中で焼成することを特徴とする低熱
   膨張性セラミックスの製造方法。