JPH0159231B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔技術分野〕 本発明は、従来通常のセラミツクス焼結体とは
全く異る、切削加工性の優れたセラミツクス焼結
体、及びその製造方法に関するものである。 〔従来技術とその問題点〕 従来のセラミツクス製品は極めて少数の例外を
除き一般に硬度が高く脆い特性を有している。ガ
ラス、陶磁気、ほうろう、一部の例外を除く耐火
レンガ、炭素製品等殆んどすべて上記のような特
性を有するので、一旦成形物を焼成して了うと、
最早や自由な形に切断或は加工等は非常に困難と
なる。尢もダイヤモンドカツターのような特殊な
工具を用いるならば或程度自由な形に切削加工す
るという目的を達成することができる。しかしな
がらダイヤモンドカツターは高価な工具である
し、それを用いて加工する作業は時間もかゝるし
多大の労力を必要とするので、極めて不経済なも
のであるという欠点を有している。 即ち一般的には従来のセラミツクスでは、容易
に切削加工し得るものは存在しなかつたといえ
る。そこで、こゝでいう切削加工性とは所謂社会
通念上の性質として、刃先が普通炭素鋼で作られ
た、例えばドリル、鋸、バイト等によつて、通常
の材木を切るように、ひゞわれ、切損等を生せず
にスムースに自由な形に切削或は切断、せん孔、
溝堀り等ができることを表示するものである。 また前記一部の例外のものとしては断熱レンガ
や軽量骨材のようなもので上述の普通炭素鋼の刃
先を有する工具によつて、切削加工可能のものが
あることはあるが、これらは全く別の目的のため
に作られたものであつて一般的に上記に述べたよ
うな定義の切削加工可能なセラミツクスというの
とは異る。 更に具体的に従来品について、切削加工性を主
として説明すれば、一般の陶磁器質焼結体は例え
ば硬質磁器では主結晶相はムライト（3Al₂O₃・
2SiO₂）、石英（SiO₂）などをアルカリガラス相
によつて結合されたものであり、焼結前の原料結
晶質は加熱によつて分解され、反応し共融して別
の結晶相とガラス相で、モース硬度も７以上の硬
くて脆く、靭性の少ない材質となるので、通常炭
素鋼の工具では殆んど加工不能であるという加工
性上の欠点を有するものとなるのである。 また所謂酸化物セラミツクスとして知られるア
ルミナ、ジルコニア磁器などは微結晶質の焼結体
で強度も高いが、モース硬度は８以上にもなるの
で、通常炭素鋼の工具では殆んど歯が立たない。 更にまた、上記の切削加工性という点で唯一の
先行技術に近いものとして、コーニング社の「マ
コール」商品名のマイカ・ガラス・セラミツクス
があり、若干の機械加工性があると称せられてい
るのであるが、しかしこの製品の実体は
KMg₃AlSi₃O₁₀F₂の結晶化ガラス相を30乃至40％
も含むものであるから、矢張り切削加工に対して
は通常炭素鋼の工具では歯が立ちにくく、われ易
い上に、約800℃で軟化変形し、むしろセラミツ
クス製品としては複数の欠点を有するものであ
る。 〔本発明の目的〕 本発明はかゝる従来技術の諸欠点を耐火性や曲
げ強度等セラミツクス本来の長所を相当程度に保
持しつゝ而も切削加工性の優れた特性を併有す
る、従来に見られないセラミツクス結焼体、換言
すればニユーセラミツクス材料の一種をこゝに提
供すると共に併せてその製造方法をも開示せんと
するものである。 〔本発明の構成の概要〕 (1) 本発明に係る切削加工性の優れたセラミツク
ス焼結体は、前記要素１即ちβCaO・SiO₂及び
要素２即ち、雲母族鉱物を含み板状もしくは葉
片状素片もしくは結晶を合計で60重量％以上含
有し、うち、少なくとも30重量％がβCaO・
SiO₂であり、かつモース硬度５以下に焼結さ
れていることを特徴としている。 (2) 本発明に係る切削加工性の優れたセラミツク
ス焼結体の製造方法は要素１を含有する原料又
は要素２を含む原料でいずれもモース硬度５以
下のものの両方を、焼結体ベースで要素１と要
素２の合計が60重量％以上となり、うち、少な
くとも30重量％がβCaO・SiO₂となるように配
合し、板状等の素片もしくは結晶の原形を略留
める程度に破砕混合調整し、成形した後、前記
の原形を略々保有する程度に1200℃以下におい
てモース硬度５以下に焼結することを特徴とし
ている。 更に本発明の構成の各要件について詳述する
と、先ずβCaO・SiO₂は例えば珪灰石の主成分
で、三斜晶系の板状によく発達した結晶の集合体
であり、天然もしくは人工物がある。モース硬度
は4.5乃至５位で1200℃以下の加熱であれば、α
形の単斜晶系の粒状結晶（モース硬度５以上）に
はならず略々原形を保有するので、前記要素１と
して使用可能である。 雲母族鉱物は肉眼でも見える板状素片もしくは
結晶であり、金雲母、燐雲母、絹雲母など多種存
在するが、例えば金雲母はKMg₃（Si₈Al）O₁₂の
化学成分の単斜晶系の板状結晶鉱物でモース硬度
は2.5乃至３位であり、天然にも産出し、肥料製
造の副産物として人工物も作られている。 雲母族鉱物の他の例として蛭石は（MgFe）₃
（AlSi）₄O₁₀（OH）₂の化学成分の単斜晶系葉片状の
結晶で、モース硬度1.5位で750℃以上の加熱で脱
水膨張するので、従来は軽量骨材原料として使用
されていたものである。 次に滑石はMg₃（Si₄O₁₀）（OH）₂の化学成分の
単斜晶系の葉片状の鉱物でモース硬度は１前後で
最も軟質であり、従来は電気絶縁用陶磁器の原料
として1200℃を超える温度で焼成されて使用され
ている。 また人工による合成雲母は電融により製造し得
るもので本発明の構成の要素２として使用し得
る。 而して本発明の原料として用いられる上記のよ
うな主原料の要件は板状、葉片状の形状を有して
いることであるが、その形状の特徴を表わすもの
として、長手方向の最大寸法をその厚さで除した
値（以下アスペクト比と称する。）が、５以上で
あることが望ましい。この理由としては、この値
が５未満のものは通常の石塊に近くそれを用いて
も本発明品の特徴効果は明らかではないからであ
る。 本発明に係る切削加工性の優れたセラミツクス
焼結体は前記要素１、要素２を含む原料からこれ
らの要素を原形を留め或は保有する材質構造に作
られたもので、前記両要素の合計が60重量％以上
であつて、うち、少なくとも30重量％が要素１の
ものである。 これは実施例１、第１表に示してある如く略々
本発明に係るセラミツクス焼結体は前記要素の合
計が焼結体ベースで60％のときモース硬度が4.9
で約５であり、要素の含有量を増加させれば100
％で４前後までモース硬度は下つていき、逆に前
記含有量が下ると次第にモース硬度は上るとい
う、いわば逆比例に近い関係があるからである。 また本発明に係るセラミツクス焼結体はセラミ
ツクスとしては比較的低温（1200℃以下）で焼結
されたもので、成形の際配合物が板状の滑り面で
配向性をもつて密に接し、前記焼結に当つては、
相互の固相反応により結合し、かつ原形を保有し
た板状等の結晶は平面界面でフアンデルヴアール
の力が働いて密着し、その密着部分が、部分的に
固溶或は共融の材質構造になつていると推定され
る。 このようなことから全体としては成形焼結物では
あるが、要素１、要素２を略々そのまゝの形で保
有しているために、前記従来技術のところで定義
した普通炭素鋼を刃先に使用した工具類による社
会通念上の切削加工性が優れているのである。 次に本発明に係る切削加工性の優れたセラミツ
クス焼結体の製造方法について説明する。それに
は先ず前記の要素１及び又は要素２を含有する原
料についてその都度用いる物の純度を通常の化学
分析或はＸ線解析等により確める。 またこのようにして得られた結果から水分、並
に約1000℃における灼熱減量により焼結体ベース
を算出する。これらの前段処理の部分については
通常の方法であるから詳細は省略する。而して前
記焼結体ベースで要素１、及び要素２の合計が60
重量％以上であつて、うち、少なくとも30重量％
がβCaO・SiO₂となるように原料の配合を行な
う。ところで、このような工業現場におけるセラ
ミツクスの焼結反応はそれ程精密なものではない
から、前記60％になるための歩留りを経験上約１
割程度見ておく必要がある。これは例えば要素１
のβCaO・SiO₂が部分的に少量αに変質したりと
いうこともあるからである。従つて要素１と要素
２の合計は焼結体ベースで約66乃至67％以上と考
えて配合計算を行えばよい。尢も非常に精密な温
度、時間の制御を行い得る炉によつて焼結作業を
行うことができるような場合には前記歩留りは、
その精度に応じ少く見ることが必要となる。蛭石
を用いる場合は膨脹するので800℃乃至1200℃程
度で予め焼成しておく。また要素２の他の例とし
て、ZnO、TiO₂、BaO、MgOなどの結晶を含む
ものを用いてもよい。 また原料の成形を容易にするために、成形助長
材及び又は焼結反応促進材を加える方が一層良い
場合がある。これには蛙目粘土のような可塑性粘
土及び又はシリカゾルのような膠状糊材などを全
体の３乃至５％程度用いるとよい。 これらの諸原料を乾燥し、配合して、要素１、
要素２の形状特性を略々留める程度に破砕及び又
は粗粉砕し、更にその物の性状から推定された
1200℃以下800℃以上の適温で、要素１、要素２
の原形を保持する程度に焼結する。このような操
作によつて前記したように原料調整の際配向性に
より、板状物が層状になりフアンデルヴアールの
力により、密着した材質構造の焼結物が得られる
のである。これらの焼結物は焼結温度が比較的低
温であるからガラス質物の含有量は極めて少なく
要素１、要素２を原形に近い形で含有する。また
これら要素はモース硬度で略々５以下であること
により、このセラミツク焼結物は殆んどすべてモ
ース硬度５以下となり、通常炭素鋼の刃先を有す
る工具による加工性は優れたものとなる。 以下実施例により、更に詳細に説明する。 実施例 １ 前記した通常の方法で例えばβCaO・SiO₂と金
雲母とを等量に使用した原料を調整し、上記両者
の合計が焼結物ベースで30％より100（％）まで10
（％）間隔となるように配合し、1100乃至1200℃
で焼結した。次にこれらをＸ線と電子顕微鏡を用
いて要素１と要素２の合計量が略々第１表の通り
であることを確認し、一方モース硬度を測定し
た。要素１と要素２の合計重量（％）に対する
夫々のモース硬度は下記第１表に示す如くであ
り、モース硬度が５以下の焼結物を得るためには
要素１と要素２の合計が略々60重量（％）以上で
あればよいことがわかつた。

【表】 実施例 ２ 印度産の天然珪灰石を40（メツシユ）以下に粉
砕したもの、中国産金雲母を20（メツシユ）以下、
滑石、粘土類は80（メツシユ）以下の粉末とし下
記の配合率により試料を調整した。 珪灰石 50重量(%) 金雲母 10 〃 滑 石 10 〃 蛙目粘土 30 〃 この配合物を湿式抜出成形法により処理した。
即ち含水率23（％）の混練坏土とし真空土練機を
用いて直径200（mm）肉厚25mmの円筒状に抜出し展
開圧延して幅300（mm）長さ600（mm）厚さ10（mm）
の板状体を多数成形し乾燥後1150（℃）のローラ
ーハースキルンで１時間焼成した。 此等焼結体のうち10（枚）を無作為に抽出し性
質を試験した結果は第２表の通りであつた。

【表】 要素１と要素２の合計をＸ線等により試験した
結果69（％）であつた。 此等の焼結体は炭素鋼製ドリルで容易に穴開け
が可能であり、また木工用鋸で切断することも出
来、耐火度1230（℃）まで軟化変形しなかつた。 更にまた１（Kg）の鋼球を30（cm）の高さから、
板面の中央に落下させても破壊しない程強い靭性
を有することがわかつた。 実施例 ３ 原料の種類による細粉化の程度は実施例１と同
様とし、次のような配合率により試料を調整し
た。 珪灰石 47重量(%) 焼成蛭石（800℃焼成） 30 〃 鱗雲母 10 〃 村上粘土（絹雲母質） 10 〃 シリカゾル ３ 〃 これらの配合物を含水率10％の粉末状坏土とし
乾式加圧成形法により、油圧成形機にて200（Kg／
cm²）の圧力で100（mm）×200（mm）×10（mm）の板状
に成形し乾燥後ローラーハースキルンで1100℃、
１時間焼成して下記焼結体を得た。これらのうち
10枚を無作為に抽出し試験を行つた。結果は第３
表の通りである。

〔発明の効果〕

(1) 本発明に係るセラミツクス焼結体は、原料中
に含有される板状、葉片状等の素片或は結晶を
略々原形を留めながら配合し、或はその原形を
含有したまゝ焼結したものであり、それらの原
形はモース硬度５以下であるので、この焼結品
もモース硬度は５以下となる。その結果本発明
に係るセラミツクス製品は軟かく靭性高く、而
も曲げ強度が従来のセラミツクスと同様に強
く、従来のセラミツクスの良い所を残したまゝ
で、欠点である脆性を除去し、靭性を与えたと
いう、従来に見ない、極めて面白い有望なセラ
ミツクス製品である。 (2) このような暫新な性質を有するセラミツクス
は従来のセラミツクス製品の新しい用途或は新
しい使用の態様を生み出す。例えば従来のセラ
ミツクスの性質のまゝでは、タイルなどは小寸
法のものを多数焼成し、建物の外壁などに貼り
つけられ手間のかゝるものであるが、本発明に
係るセラミツクス製品は特に靭性が大であるか
ら大寸法のものを製作することができ、而も貼
付使用に当つては同一面積について見ると何倍
も手間が省け、生産性は格段に向上する。 (3) 本発明に係るセラミツクス製品は、従来のセ
ラミツクス製品の硬くて、脆い欠点を除去し、
モース硬度５以下という軟いものであるから切
削加工性に特に優れ、その面から、例えばエレ
クトロセラミツクス又はエンジニヤリングセラ
ミツクスなどの広く新しい用途の分野に適用す
ることが可能であり、多面的に将来性が非常に
大きいものであるといえる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ βCaO・SiO₂及び天然の雲母族鉱物を含み板
   状もしくは葉片状の素片もしくは結晶を合計で60
   重量％以上含有し、うち、少なくとも30重量％が
   βCaO・SiO₂であり、かつモース硬度５以下に焼
   結されていることを特徴とする切削加工性の優れ
   たセラミツクス焼結体。（以下βCaO・SiO₂を要
   素１と称し、雲母族鉱物を含み板状もしくは葉片
   状の素片もしくは結晶を要素２と称する。） ２ 前記要素１を含有しモース硬度５以下の原料
   類及び要素２を含有しモース硬度５以下の原料類
   のうち１種以上を、結焼体ベースで前記要素１と
   要素２の合計が60重量％以上となり、うち、少な
   くとも30重量％がβCaO・SiO₂となるように配合
   し、前記の板状もしくは葉片状の素もしくは結晶
   の原形を略々留める程度に破砕混合調整し、成形
   した後、前記の原形を略々保有する程度に1200℃
   以下においてモース硬度５以下に焼結することを
   特徴とする切削加工性の優れたセラミツクス焼結
   体の製造方法。