JPH02180747A - Wear resistant alumina ceramics and production thereof - Google Patents

Wear resistant alumina ceramics and production thereof

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JPH02180747A
JPH02180747A JP63332466A JP33246688A JPH02180747A JP H02180747 A JPH02180747 A JP H02180747A JP 63332466 A JP63332466 A JP 63332466A JP 33246688 A JP33246688 A JP 33246688A JP H02180747 A JPH02180747 A JP H02180747A
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alumina
magnesia
silica
sintered body
powder
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中谷 正則
Koichi Kato
加藤 厚一
Toshio Anami
阿波 利夫
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a dense alumina sintered body having high hardness and superior wear resistance by adding a specified total amt. of magnesia and silica to alpha-alumina powder, pulverizing and mixing them, molding and sintering the mixture. CONSTITUTION:Magnesia and silica each having <=0.3mum average particle size are added to alpha-alumina powder having 0.05-0.3mum average particle size by 0.025-0.12%, in total, in 2-15 molar ratio of MgO to SiO2, they are pulverized and mixed and the mixture is molded and sintered at 1,300-1,550 deg.C to obtain wear resistant alumina ceramics. In order to regulate the grain size, density, hardness, etc., of the resulting sintered body to a prescribed range, the penetration of TiO2, Na2O, etc., accelerating grain growth is prevented during sintering, the sinterability of the starting materials is improved by pulverizing and the density of the molded body before sintering is regulated to >=1.60g/cm<3>.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、耐摩耗性アルミナセラミックスおよびその製
造方法に関し、さらに詳しくは、特に高硬度、耐摩耗性
、耐エロージヨン性などが要求される機械部品、粉砕機
用部材などとして好適な耐摩耗性アルミナセラミックス
およびその製造方法にする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to wear-resistant alumina ceramics and a method for producing the same, and more particularly to mechanical parts that require high hardness, wear resistance, erosion resistance, etc. A wear-resistant alumina ceramic suitable as a member for a crusher, etc., and a method for producing the same.

なお、本明細書においては、“%”とあるのは、全て“
重量%°を意味する。
In addition, in this specification, all references to "%" refer to "%".
Means weight %°.

従来技術とその問題点 従来、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90%程度の材料に粘土などの添加剤を加え、
焼成したものが使用されてきたく例えば、“窯業工学ハ
ンドブック(新版)” (株)技報堂、(昭和41年1
2月25日発行)、第1262頁)。しかしながら、こ
のセラミックスは、硬度が低く、結晶組織が不均一であ
るため、耐摩耗性が十分でないという欠点がある。
Conventional technology and its problems Traditionally, wear-resistant alumina ceramics were made by adding additives such as clay to materials with an alumina content of about 90%.
For example, “Ceramic Engineering Handbook (New Edition)” Gihodo Co., Ltd., (January 1966)
(Published February 25th), p. 1262). However, this ceramic has low hardness and a non-uniform crystal structure, so it has the drawback of insufficient wear resistance.

最近、アルミナ99.9%以上の高純度アルミナを使用
する耐摩耗性アルミナセラミックスも提案されている。
Recently, wear-resistant alumina ceramics using high-purity alumina of 99.9% or more have also been proposed.

しかしながら、焼結工程で結晶粒径が大きくなるため、
耐摩耗性はやはり満足すべきものとはいえない。高純度
アルミナ原料にTiCなどの非酸化物を添加し、ポット
プレスして得たものは、十分な耐摩耗性を発揮するが、
非酸化性雰囲気中で加圧下に焼成を行なう必要があるた
め、製造コストが極めて高いという問題点がある。
However, since the grain size increases during the sintering process,
The wear resistance is still not satisfactory. Alumina obtained by adding non-oxides such as TiC to high-purity alumina raw materials and pot pressing them exhibits sufficient wear resistance, but
Since it is necessary to perform firing under pressure in a non-oxidizing atmosphere, there is a problem in that the manufacturing cost is extremely high.

問題点を解決するための手段 本発明者は、上記の如き従来技術の問題点に鑑みて、鋭
意研究を重ねてきた。その過程において、従来、耐摩耗
性には劣るものの、安価であるために耐摩耗用部材とし
て広く使用されてきたアルミナ焼結体に着目し、その耐
摩耗性を向上させるべく研究を重ねた結果、アルミナ焼
結体の粒界成分、結晶粒径、密度、硬度などを特定の範
囲内に制御することにより、耐摩耗性に極めて優れたア
ルミナ焼結体が得られることを見出した。
Means for Solving the Problems The present inventor has conducted extensive research in view of the problems of the prior art as described above. In the process, we focused on alumina sintered bodies, which have traditionally been widely used as wear-resistant materials due to their low cost and poor wear resistance, and conducted repeated research to improve their wear resistance. It has been discovered that an alumina sintered body with extremely excellent wear resistance can be obtained by controlling the grain boundary components, crystal grain size, density, hardness, etc. of the alumina sintered body within specific ranges.

すなわち、本発明は、下記に示す耐摩耗性アルミナセラ
ミックスおよびその製造方法を提供するものである: ■マグネシアとシリカとを合計0.025〜0.12%
含有し、M g O/ S i 02  (モル比)が
2〜15であり、残部がアルミナからなる焼結体であっ
て、密度3.90 g / cts3、平均結晶粒径1
.5μm以下且つ硬度1900kgf/vs2以上であ
ることを特徴とする耐摩耗性アルミナセラミックス。
That is, the present invention provides the following wear-resistant alumina ceramics and a method for producing the same: ■Magnesia and silica in a total of 0.025 to 0.12%.
A sintered body containing M g O / S i 02 (molar ratio) of 2 to 15, the remainder being alumina, with a density of 3.90 g/cts3 and an average grain size of 1
.. A wear-resistant alumina ceramic characterized by having a diameter of 5 μm or less and a hardness of 1900 kgf/vs2 or more.

■平均結晶子径0.05〜0.3μmのα−アルミナ粉
末に、マグネシアとシリカとの合計含有量が0.025
〜0.12%となり且つMgO/5iOz  (モル比
)が2〜15となるように平均粒径0.3μm以下のマ
グネシアとシリカとを加えて粉砕混合し、成形した後、
1300〜1550℃で焼成することを特徴とする耐摩
耗性アルミナセラミックスの製造方法。
■The total content of magnesia and silica in α-alumina powder with an average crystallite diameter of 0.05 to 0.3 μm is 0.025
After adding magnesia and silica with an average particle size of 0.3 μm or less so that the amount is ~0.12% and MgO/5iOz (molar ratio) is 2 to 15, pulverized and mixed, and molded,
A method for producing wear-resistant alumina ceramics, characterized by firing at 1300 to 1550°C.

■マグネシアおよびシリカ成分をMgおよびSLを含有
する溶液、ゾルまたはゲルの状態で添加する上記類(2
)に記載の耐摩耗性アルミナセラミックスの製造方法。
■The above type (2) in which magnesia and silica components are added in the form of a solution, sol or gel containing Mg and SL.
) A method for producing wear-resistant alumina ceramics.

■アルミナ水和物またはアルミナにMgおよびSiを含
有する溶液、ゾルまたはゲルを添加し、焼成することに
より得たマグネシアとシリカとの合計含有量が0.02
5〜0.12%且つMgO/SiO2(モル比)が2〜
15で平均結晶子径0.05〜063μmのα−アルミ
ナ粉末を成形した後、1300〜1550℃で焼成する
ことを特徴とする耐摩耗性アルミナセラミックスの製造
方法。
■The total content of magnesia and silica obtained by adding a solution, sol or gel containing Mg and Si to alumina hydrate or alumina and firing it is 0.02
5 to 0.12% and MgO/SiO2 (molar ratio) is 2 to
A method for producing wear-resistant alumina ceramics, which comprises molding α-alumina powder having an average crystallite diameter of 0.05 to 063 μm in Step 15 and then firing it at 1300 to 1550°C.

■アルミナ水和物またはアルミナにMgを含有する溶液
、ゾルまたはゲルを添加し、焼成することにより得たマ
グネシアを含有する平均結晶子径0.05〜0.3μm
のα−アルミナ粉末に、マグネシアとシリカとの合計含
有量が0.025〜0.12%となり且つMgO/Si
O2 (モル比)が2〜15となるように平均粒径0.
3μm以下のシリカを加えて混合分散させ、成形した後
、1300−1550℃で焼成することを特徴とする耐
摩耗性アルミナセラミックスの製造方法。
■Average crystallite diameter 0.05 to 0.3 μm containing magnesia obtained by adding a solution, sol or gel containing Mg to alumina hydrate or alumina and firing.
α-alumina powder has a total content of magnesia and silica of 0.025 to 0.12%, and MgO/Si
The average particle size is 0.0 so that O2 (molar ratio) is 2 to 15.
A method for producing wear-resistant alumina ceramics, which comprises adding silica of 3 μm or less, mixing and dispersing it, molding it, and then firing it at 1300-1550°C.

以下、本発明の耐摩耗性アルミナセラミックスが具備す
べき要件とそれに基く効果などについて詳細に説明する
。なお、本発明の効果自体は、必ずしも単一の要件のみ
により達成されるものではなく、二辺上の要件により相
乗的に達成される場合もある。従って、以下の記載は、
必ずしも発明の構成と効果との対応を完全に説明するも
のではないことを付言しておく。
Hereinafter, the requirements that the wear-resistant alumina ceramics of the present invention should have and the effects based thereon will be explained in detail. Note that the effects of the present invention are not necessarily achieved by only a single requirement, but may be achieved synergistically by requirements on two sides. Therefore, the following description:
It should be noted that this does not necessarily completely explain the correspondence between the structure and effects of the invention.

(1)アルミナ焼結体中のマグネシアとシリカの合計量
を0.025〜0.12%且つMgO/SiO2(モル
比)を2〜15の範囲内とする。
(1) The total amount of magnesia and silica in the alumina sintered body is 0.025 to 0.12%, and the MgO/SiO2 (molar ratio) is within the range of 2 to 15.

本発明者の研究によれば、アルミナ原料にアルミナの機
械的特性を阻害しない範囲内で特定量のマグネシアとシ
リカとを添加して、焼結する場合には、緻密化の過程で
アルミナ結晶粒界にスピネル結晶(M g A 120
4 )とマグネシウム・シリケートおよび/またはマグ
ネシウム・アルミニウム・シリケートのガラス相が形成
され、その結果、アルミナ結晶の粒成長が抑制され、結
晶組織が均一となって、緻密化が一層促進されることが
判明した。
According to the research of the present inventor, when a specific amount of magnesia and silica are added to the alumina raw material within a range that does not impede the mechanical properties of alumina and sintered, alumina crystal grains appear in the densification process. Spinel crystal in the world (M g A 120
4) A glass phase of magnesium silicate and/or magnesium aluminum silicate is formed, and as a result, grain growth of alumina crystals is suppressed, the crystal structure becomes uniform, and densification is further promoted. found.

アルミナ原料に添加するマグネシアとシリカの合計nが
、アルミナ焼結体中の0.025%未満となる量である
場合には、アルミナ結晶の粒成長抑制の効果が十分発揮
されない。一方、0.12%を上回る場合には、緻密化
が阻害されるので、空孔の増大抑制または緻密化の促進
のために、高温で焼成しなければならない。その結果、
アルミナ結晶粒径が大きく且つ不均一となるので、アル
ミナ結晶粒の粒界が優先的に破壊されて生じる摩耗、す
なわち、粒子離脱摩耗が生じ易くなる。
If the total amount n of magnesia and silica added to the alumina raw material is less than 0.025% of the alumina sintered body, the effect of suppressing grain growth of alumina crystals will not be sufficiently exhibited. On the other hand, if it exceeds 0.12%, densification is inhibited, so it is necessary to fire at a high temperature in order to suppress the increase of pores or promote densification. the result,
Since the alumina crystal grain size is large and non-uniform, abrasion caused by preferential destruction of the grain boundaries of alumina crystal grains, that is, particle detachment abrasion is likely to occur.

アルミナ焼結体中のマグネシアとシリカの合計量は0.
03〜0.1%であることがより好ましい。
The total amount of magnesia and silica in the alumina sintered body is 0.
More preferably, it is 0.03 to 0.1%.

また、シリカを単独で添加する場合或いはMgO/5i
C)z  (モル比)が2未満である場合には、スピネ
ル結晶の生成量が少なくなり、一方、マグネシアを単独
で添加する場合或いはM g O/SiO2(モル比)
が15を上回る場合には、シリケート相の生成量が少な
くなって、いずれの場合にも、均一で微細な結晶組織を
有する高硬度のアルミナ焼結体は得られない。
In addition, when silica is added alone or MgO/5i
C) When z (molar ratio) is less than 2, the amount of spinel crystals produced decreases, whereas when magnesia is added alone or M g O / SiO2 (molar ratio)
If it exceeds 15, the amount of silicate phase produced decreases, and in any case, a highly hard alumina sintered body having a uniform and fine crystal structure cannot be obtained.

アルミナ焼結体中のMgO/SiO2(モル比)は、3
〜15であることがより好ましい。
MgO/SiO2 (molar ratio) in the alumina sintered body is 3
It is more preferable that it is 15.

(2)アルミナ焼結体の密度を3−90g/cm3以上
とする。
(2) The density of the alumina sintered body is 3-90 g/cm3 or more.

アルミナ焼結体の耐摩耗性は、その密度によっても、大
きく影響され、密度が低い程、摩耗量は増大する。これ
は、密度が低い程、粒内、粒界などに存在する空孔が多
くなり、この空孔が摩耗の起点となって、結晶粒離脱摩
耗が促進されるためと推考される。
The wear resistance of an alumina sintered body is greatly influenced by its density, and the lower the density, the greater the amount of wear. This is thought to be because the lower the density, the more pores exist within the grains, grain boundaries, etc., and these pores serve as starting points for wear, accelerating grain separation wear.

従って、本発明では、アルミナ焼結体の密度を3.90
g/cm3以上とし、より好ましくは3.92g/ca
+3以上とする。
Therefore, in the present invention, the density of the alumina sintered body is set to 3.90.
g/cm3 or more, more preferably 3.92 g/ca
+3 or more.

(3)アルミナ焼結体中のアルミナ結晶の平均粒径を1
.5μm以下とし、ビッカース硬度を1900kgf/
arm2以上とする。
(3) The average grain size of alumina crystals in the alumina sintered body is 1
.. 5μm or less, Vickers hardness 1900kgf/
Must be arm2 or higher.

焼結体中のアルミナ結晶の粒径が大きい場合には、同一
組成の焼結体では、粒界中が広くなったり、低硬度とな
ったりする。その結果、前述の結晶粒離脱摩耗が発生し
易くなり、摩耗量が増大するものと推考される。本発明
者の研究によれば、平均結晶粒径を1.5μm以下且つ
ビッカース硬度を1900kgf/a+w2以上とする
ことにより、耐摩耗性が著しく改善されることが判明し
た。
When the grain size of the alumina crystals in the sintered body is large, the grain boundaries become wider or the hardness becomes lower in the sintered body having the same composition. As a result, it is assumed that the aforementioned crystal grain detachment wear is likely to occur and the amount of wear increases. According to research conducted by the present inventors, it has been found that wear resistance is significantly improved by setting the average crystal grain size to 1.5 μm or less and the Vickers hardness to 1900 kgf/a+w2 or more.

アルミナ焼結体中のアルミナ結晶の平均粒径は1.2μ
m以下とし、ビッカース硬度を1950kgf/am2
以上とすることがより好ましい。
The average grain size of alumina crystals in the alumina sintered body is 1.2μ
m or less, and Vickers hardness is 1950 kgf/am2
It is more preferable to set it as above.

なお、本発明のアルミナ焼結体を製造するに際し、焼成
温度が1300℃未満の場合には、焼結不十分となって
、密度が低くなり、一方、1550℃を上回る場合には
、粒成長が著しくなるので、焼結体の特性が低下する。
When producing the alumina sintered body of the present invention, if the sintering temperature is less than 1300°C, sintering will be insufficient and the density will be low, whereas if it exceeds 1550°C, grain growth will occur. becomes significant, and the properties of the sintered body deteriorate.

従って、焼成を1300〜1550℃の範囲で行なうこ
とを必須とする。焼成は、1300〜1500℃の範囲
で行なうことがより好ましい。
Therefore, it is essential that the firing be performed in the range of 1300 to 1550°C. It is more preferable that the firing is carried out at a temperature of 1300 to 1500°C.

(4)原料として使用するα−アルミナ粉末の平均結晶
子径を0.05〜0.3μmとし、且つマグネシアおよ
びシリカの平均粒径を0.3μm以下とする。
(4) The average crystallite size of α-alumina powder used as a raw material is 0.05 to 0.3 μm, and the average particle size of magnesia and silica is 0.3 μm or less.

α−アルミナ粉末が0.05μm未満である場合には、
凝集を生じ易いので、成形性が低下して、焼結体に空孔
などの欠陥を生じ易くなる。一方、α−アルミナ粉末が
0.3μmを上回る場合には、焼結体の結晶粒径が大き
くなり、低硬度となって、耐摩耗性が低下する。α−ア
ルミナ粉末の平均結晶子径は、0.05〜0.2μmで
あることがより好ましい。
When the α-alumina powder is less than 0.05 μm,
Since agglomeration is likely to occur, formability is reduced and defects such as pores are likely to occur in the sintered body. On the other hand, if the α-alumina powder exceeds 0.3 μm, the crystal grain size of the sintered body becomes large, the hardness becomes low, and the wear resistance decreases. The average crystallite diameter of the α-alumina powder is more preferably 0.05 to 0.2 μm.

マグネシアおよびシリカの平均粒径が、α−アルミナ粉
末のそれよりも大きい場合には、原料粉の均一な分散が
困難となるため、良好な特性を有するアルミナ焼結体が
得られない。従って、マグネシアおよびシリカの平均粒
径は、0.3μm以下とする必要があり、より好ましく
は0.2μm以下とする。使用mが少ないマグネシアお
よびシリカの場合には、粒径が小さ過ぎても、成形性を
阻害しないので、粒径に下限はない。
If the average particle size of magnesia and silica is larger than that of α-alumina powder, it will be difficult to uniformly disperse the raw material powder, making it impossible to obtain an alumina sintered body with good properties. Therefore, the average particle size of magnesia and silica must be 0.3 μm or less, more preferably 0.2 μm or less. In the case of magnesia and silica, which are used in small amounts, there is no lower limit to the particle size because even if the particle size is too small, the moldability will not be impaired.

本発明による耐摩耗性アルミナセラミックスは、例えば
、下記の様にして製造される。好ましくはアルコキシド
法、明パン法などにより製造された純度99.9%以上
のα−アルミナ粉末にマグネシアとシリカとを加え、常
法に従って、ボールミルなどの粉砕機を使用して乾式ま
たは湿式で均一に粉砕混合し、乾燥して原料粉体を得る
。次いで、常法に従って、鋳込み成形、射出成形、押出
成形、プレス成形などの方法で所定の形状に成形した後
、常圧下に1300〜1550℃で焼成し、アルミナ焼
結体を得る。成形に際して、必要ならば、スラリーを調
製したり、成形助剤を使用して予備造粒したりすること
は、常法と同様である。
The wear-resistant alumina ceramic according to the present invention is produced, for example, as follows. Preferably, magnesia and silica are added to α-alumina powder with a purity of 99.9% or more produced by the alkoxide method, light bread method, etc., and the mixture is homogenized dry or wet using a grinder such as a ball mill according to a conventional method. The raw material powder is obtained by grinding, mixing, and drying. Next, it is molded into a predetermined shape by a conventional method such as cast molding, injection molding, extrusion molding, press molding, etc., and then fired at 1300 to 1550° C. under normal pressure to obtain an alumina sintered body. During molding, if necessary, preparation of a slurry and preliminary granulation using a molding aid are carried out in the same manner as in conventional methods.

なお、マグネシア成分とシリカ成分は、アルミナ成分と
の混合分散性を改善するために、MgとSiとを含有す
る溶液、ゾルまたはゲルの状態でα−アルミナ粉末また
はアルミナ水和物に添加した後、1300℃未満で焼成
することにより得られたMgおよびSL含含有−アルミ
ナ粉末(0,05〜0.3.czm)を成形し、次いで
常圧下に1300〜1550℃で焼成しても良い。或い
は、Mgを含有する溶液、ゾルまたはゲルの状態でα−
アルミナ粉末または水和アルミナにMgを添加した後、
1300℃未満で焼成することにより得られたMg含含
有−アルミナ粉末(0,05〜0.3μm)にシリカ粉
末を粉砕混合させ、成形し、次いで常圧下に 1300〜1550℃で焼成しても良い。
In addition, in order to improve the mixing and dispersibility of the magnesia component and the silica component with the alumina component, the magnesia component and the silica component are added to α-alumina powder or alumina hydrate in the form of a solution, sol, or gel containing Mg and Si. The Mg and SL-containing alumina powder (0.05 to 0.3.czm) obtained by firing at a temperature below 1300°C may be molded and then fired at a temperature of 1300 to 1550°C under normal pressure. Alternatively, α- in the state of a solution, sol or gel containing Mg
After adding Mg to alumina powder or hydrated alumina,
Silica powder is pulverized and mixed with Mg-containing alumina powder (0.05 to 0.3 μm) obtained by firing at a temperature below 1300°C, molded, and then fired at a temperature of 1300 to 1550°C under normal pressure. good.

なお、上記の焼結体の製造に際しては、成形助剤、水な
どの純度および種類の選択、粉砕機器類、焼成治具など
の選択などを適宜行なうことにより、焼結体の特性に悪
影響を及ぼす不純物の混入を防止することが望ましい。
In addition, when manufacturing the above-mentioned sintered compact, the purity and type of forming aids, water, etc., and the selection of crushing equipment, firing jigs, etc. should be appropriately selected to avoid any negative impact on the properties of the sintered compact. It is desirable to prevent the contamination of impurities that may cause

また、焼結体の結晶粒径、密度、硬度などを所定の範囲
内とするためには、(イ)焼結過程で粒成長を促進する
T i 02、Na20などの混入を防止する、(ロ)
粉砕などの処理により、原料を微粉砕して、焼結性を改
善する、(ニ)焼結前の成形体の密度を1.60g/c
113以上としておくことなどが好ましい。
In addition, in order to keep the crystal grain size, density, hardness, etc. of the sintered body within predetermined ranges, it is necessary to (a) prevent the incorporation of Ti02, Na20, etc. that promote grain growth during the sintering process; B)
Finely pulverize the raw material through a process such as pulverization to improve sinterability; (d) the density of the compact before sintering to 1.60 g/c;
It is preferable to set it to 113 or more.

発明の効果 本発明によれば、粒界成分、結晶粒径、密度、硬度など
を特定の範囲内に制御することにより、緻密で、高硬度
の耐摩耗性に極めて優れたアルミナ焼結体が得られる。
Effects of the Invention According to the present invention, by controlling the grain boundary components, crystal grain size, density, hardness, etc. within specific ranges, a dense alumina sintered body with high hardness and extremely excellent wear resistance can be produced. can get.

また、その製造に際しては、常圧下での焼結を行なうだ
けでも、耐摩耗性に優れた焼結体が得られる。
In addition, during production, a sintered body with excellent wear resistance can be obtained simply by sintering under normal pressure.

実施例 以下に実施例および比較例を示し、本発明の特徴とする
ところをより一層明確にする。
EXAMPLES Examples and comparative examples are shown below to further clarify the features of the present invention.

実施例1 純度99.995%のα−アルミナ粉末と平均粒径0.
2μm以下のマグネシア粉末とシリカ粉末とを下記第1
表に示す割合で配合し、ボールミルにて10時時間式粉
砕混合した後、成形助剤としてアクリル酸共重合体を原
料重金の3%加え、スプレードライヤーで平均粒径60
μmに整粒して、成形用粉体を得た。
Example 1 α-alumina powder with a purity of 99.995% and an average particle size of 0.
Magnesia powder and silica powder of 2 μm or less are mixed into the following first
After blending in the proportions shown in the table and pulverizing and mixing in a ball mill for 10 hours, acrylic acid copolymer was added as a molding aid in an amount of 3% of the raw material heavy metal, and a spray dryer was used to reduce the average particle size to 60.
The powder was sized to micrometers to obtain a powder for molding.

第1表に(I)α−アルミナ粉末の平均結晶子径(μm
)、(II)原料中に占めるマグネシア粉末とシリカ粉
末と割合(%)、および(m)M g O/ S i 
02  (モル比)を示す。
Table 1 shows (I) the average crystallite diameter of α-alumina powder (μm
), (II) Ratio (%) of magnesia powder and silica powder in the raw materials, and (m) M g O / Si
02 (molar ratio).

なお、第1表において、No、1.2および4が、実施
例であり、その他は比較例である。
In Table 1, No. 1.2 and 4 are examples, and the others are comparative examples.

第1表 (I)  (II) (II) 0、 040 0、 055 0、 070 0、 090 0.150 0.075 0、 065 (MgOのみ) 3、5 6、75 1、13 次いで、この粉体を2ton/cdの成形圧で65mm
x65mni X ?關の板状にCIP成形し、下記第
2表に示す条件で常圧下に焼成した。
Table 1 (I) (II) (II) 0, 040 0, 055 0, 070 0, 090 0.150 0.075 0, 065 (MgO only) 3,5 6,75 1,13 Next, this powder The body is 65mm with a molding pressure of 2ton/cd.
x65mni The product was CIP-molded into a plate shape and fired under normal pressure under the conditions shown in Table 2 below.

得られた焼結体わ(IV)密度(r/am3)、(V)
平均結晶粒径(μ…)、(Vl)マイクロビッカース硬
度(kgf/am2)および(■)耐摩耗性(重量減:
g)を下記第3表に示す。
Obtained sintered body (IV) density (r/am3), (V)
Average grain size (μ...), (Vl) Micro Vickers hardness (kgf/am2) and (■) Wear resistance (weight loss:
g) are shown in Table 3 below.

第3表は、以下の実施例2および実施例3で得られた焼
結体についての結果をも併せて示す。第3表において、
試料Nα1.3.6. 10及び11が実施例であり、
他は比較例である。
Table 3 also shows the results for the sintered bodies obtained in Example 2 and Example 3 below. In Table 3,
Sample Nα1.3.6. 10 and 11 are examples,
The others are comparative examples.

なお、マイクロビッカース硬度は、500g荷重にて測
定した。また、耐摩耗性は、ダイヤモンド砥石により、
焼結体を研削した後、表面粗さRIax =0. 8μ
m以下に仕上げした50+u+ X 50mIIX5m
mの焼結体に電融アルミナ粒(35〜60メツシユ)を
5kgf/ejの圧力で10分間吹付け、焼結体の重量
減を測定した。
Note that the micro Vickers hardness was measured under a load of 500 g. In addition, wear resistance is improved by using a diamond whetstone.
After grinding the sintered body, the surface roughness RIax =0. 8μ
50+u+ X 50mIIX5m finished below m
Fused alumina grains (35 to 60 meshes) were sprayed onto the sintered body of 100 m for 10 minutes at a pressure of 5 kgf/ej, and the weight loss of the sintered body was measured.

実施例2 純度99.995%のα−アルミナ粉末に、原料中のマ
グネシアとシリカとの合計量がo、oeo%、MgO/
SiO2  (モル比)が5となる様に、硝酸マグネシ
ウム溶液とケイ酸エチル溶液とを配合した後、実施例1
と同様にして、成形体を作成し、第2表に示す条件で常
圧下に焼成した。
Example 2 The total amount of magnesia and silica in the raw materials was o, oeo%, MgO/
After blending the magnesium nitrate solution and the ethyl silicate solution so that SiO2 (molar ratio) was 5, Example 1
Molded bodies were prepared in the same manner as above and fired under normal pressure under the conditions shown in Table 2.

実施例3 アルミナ水和物に、原料中のマグネシアとシリカとの合
計量が0.050%、MgO/5iOz  (モル比)
が7となる様に、硝酸マグネシウム溶液とケイ酸エチル
溶液とを配合し、乾燥した後、1200℃で焼成して、
α−アルミナ粉末を得た。得られたα−アルミナ粉末を
ボールミルにて平均結晶子径が0.15μmとなるまで
湿式粉砕し、以後実施例1と同様にして、成形体を作成
し、第2表に示す条件で常圧下に焼成した。
Example 3 In alumina hydrate, the total amount of magnesia and silica in the raw materials was 0.050%, MgO/5iOz (molar ratio)
A magnesium nitrate solution and an ethyl silicate solution were blended so that
α-alumina powder was obtained. The obtained α-alumina powder was wet-pulverized in a ball mill until the average crystallite diameter became 0.15 μm, and then a molded body was prepared in the same manner as in Example 1, and the powder was crushed under normal pressure under the conditions shown in Table 2. It was fired.

第2表 第3表 試料阻 使用粉末 焼成温度 (”C’) 試料No、  (IV) (V) (VT) (■) I Nα2 No、 2 Na、2 陽、3 NQ、4 No、 5 Na6 No、7 実施例2 実施例3 3.97 3.78 3.97 3.97 3.88 3.97 3.86 3.97 3.97 3.97 0.05 0.32 0.03 0.58 0.05 0.28 0.51 0.32 0.04 0.04 第3表に示す結果から明らかなように、成形体 の焼成温度が1300℃未満である場合には(試料患2
)、焼結が不十分となり、密度、硬度および耐摩耗性が
低い。
Table 2 Table 3 Powder firing temperature used for samples ("C') Sample No. (IV) (V) (VT) (■) I Nα2 No, 2 Na, 2 Positive, 3 NQ, 4 No, 5 Na6 No. 7 Example 2 Example 3 3.97 3.78 3.97 3.97 3.88 3.97 3.86 3.97 3.97 3.97 0.05 0.32 0.03 0. 58 0.05 0.28 0.51 0.32 0.04 0.04 As is clear from the results shown in Table 3, when the firing temperature of the molded body is less than 1300°C (sample 2
), resulting in insufficient sintering and low density, hardness and wear resistance.

また、成形体の焼成温度が1550℃を上回る場合には
(試料徹4)、密度は高くなるものの、平均結晶粒径が
大きくなり、硬度および耐摩耗性が劣っている。
Furthermore, when the firing temperature of the compact exceeds 1550° C. (sample 4), the density is high, but the average crystal grain size is large and the hardness and wear resistance are poor.

さらに、MgO/SiO2(モル比)が2未満である場
合には(試料NO,5)、密度および硬度が低く、耐摩
耗性が劣っている。
Further, when the MgO/SiO2 (molar ratio) is less than 2 (sample No. 5), the density and hardness are low, and the wear resistance is poor.

マグネシアとシリカの含有量が0.12%を上回る場合
には(試料No、7) 、粒界の特性が不良であるため
、耐摩耗性が劣っている。
When the content of magnesia and silica exceeds 0.12% (sample No. 7), grain boundary properties are poor, resulting in poor wear resistance.

α−アルミナ粉末の平均結晶子径が0.3μmを上回る
場合には(試料NG、8) 、密度、硬度および耐摩耗
性のいずれもが劣るものとなっている。
When the average crystallite diameter of the α-alumina powder exceeds 0.3 μm (sample NG, 8), the density, hardness, and wear resistance are all poor.

また、マグネシアのみを配合する場合には(試料11h
9) 、密度および平均結晶粒径は好ましい範囲のもの
が得られるが、結晶組織が、不均一であり、低硬度とな
るため、耐摩耗性が低下した。
In addition, when blending only magnesia (sample 11h
9) Although the density and average grain size were within a preferable range, the crystal structure was non-uniform and the hardness was low, resulting in poor wear resistance.

これに対し、本発明の要件を全て充足する試料Nα1,
3,6.10および11の場合には、優れた耐摩耗性を
発揮することが出来る。
In contrast, sample Nα1, which satisfies all the requirements of the present invention,
In the case of 3, 6.10 and 11, excellent wear resistance can be exhibited.

実施例4 焼成物中のアルミナ、マグネシア及びシリカの合計ff
ff1中のマグネシア及びシリカの合計量がLO65%
となる様に且つMgO/SiO2 (モル比)が10と
なる様に、アルミナ水和物、硝酸マグネシウム溶液およ
びケイ酸エチル溶液を秤量した。
Example 4 Total ff of alumina, magnesia and silica in fired product
The total amount of magnesia and silica in ff1 is LO65%
Alumina hydrate, magnesium nitrate solution, and ethyl silicate solution were weighed so that the MgO/SiO2 (molar ratio) was 10.

次いで、アルミナ水和物に硝酸マグネシウム溶液を混合
し、乾燥し、1200℃で焼成して、Mg含含有−アル
ミナ粉末を得た後、ケイ酸エチル溶液を加え、混合し、
ボールミルにて平均結晶子径が0.1μm以下となるま
で湿式粉砕し、実施例1と同様にして成形し、1350
℃で常圧下に焼成した。
Next, a magnesium nitrate solution was mixed with the alumina hydrate, dried, and calcined at 1200 ° C. to obtain a Mg-containing alumina powder, and an ethyl silicate solution was added and mixed.
Wet milling was carried out in a ball mill until the average crystallite diameter was 0.1 μm or less, and molded in the same manner as in Example 1.
It was fired at ℃ under normal pressure.

得られた焼結体の物性は、以下の通りの優れたものであ
った。
The physical properties of the obtained sintered body were excellent as shown below.

密度=3.97g/cm3、平均結晶粒径:0 、8 
μm s硬度: 2140kgf/mm2耐摩耗性:0
.03g 実施例5 実施例3の第2表の試料に3及び5と同様の条件で粉末
を成形し、直径5mmのボールを製造し、その表面をバ
レル研摩した。
Density = 3.97 g/cm3, average grain size: 0, 8
μm s Hardness: 2140kgf/mm2 Wear resistance: 0
.. 03g Example 5 The powder of the sample in Table 2 of Example 3 was molded under the same conditions as 3 and 5 to produce a ball with a diameter of 5 mm, and the surface of the ball was barrel-polished.

かくして得たボールを容量5Qのアトリションミル中に
3.5Q入れ、さらに水1.6Qとジルコニア粉1.6
kgを加えた後、アトリションミルを20Orpmで8
時間運転して、ボールの摩耗量を求めた。
Put 3.5Q of the balls thus obtained into an attrition mill with a capacity of 5Q, and add 1.6Q of water and 1.6Q of zirconia powder.
After adding kg, turn the attrition mill to 8 at 20 rpm.
The amount of wear on the ball was determined by running the ball for a certain period of time.

試料陽、3によるボールの1時間当りの摩耗量は、20
ppmであったのに対し、試料No、5によるボールの
1時間当りの摩耗量は、1900ppmであった。
The wear amount of the ball per hour according to sample 3 is 20
ppm, whereas the amount of wear of the ball per hour in sample No. 5 was 1900 ppm.

この結果からも明らかな様に、本発明によるアルミナセ
ラミックスは、粉砕用ボールとした場合にも、優れた耐
摩耗性を発揮する。
As is clear from these results, the alumina ceramic according to the present invention exhibits excellent wear resistance even when used as a grinding ball.

(以 上)(that's all)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)マグネシアとシリカとを合計0.025〜0.1
2%含有し、MgO/SiO_2(モル比)が2〜15
であり、残部がアルミナからなる焼結体であって、密度
3.90g/cm^3、平均結晶粒径1.5μm以下且
つ硬度1900kgf/mm^2以上であることを特徴
とする耐摩耗性アルミナセラミックス。
(1) Total of magnesia and silica 0.025 to 0.1
Contains 2%, MgO/SiO_2 (molar ratio) is 2 to 15
A sintered body with the remainder made of alumina, with a density of 3.90 g/cm^3, an average grain size of 1.5 μm or less, and a hardness of 1900 kgf/mm^2 or more. Alumina ceramics.
(2)平均結晶子径0.05〜0.3μmのα−アルミ
ナ粉末に、マグネシアとシリカとの合計含有量が0.0
25〜0.12%となり且つMgO/SiO_2(モル
比)が2〜15となるように平均粒径0.3μm以下の
マグネシアとシリカとを加えて粉砕混合し、成形した後
、1300〜1550℃で焼成することを特徴とする耐
摩耗性アルミナセラミックスの製造方法。
(2) The total content of magnesia and silica in α-alumina powder with an average crystallite diameter of 0.05 to 0.3 μm is 0.0
Magnesia and silica with an average particle size of 0.3 μm or less are added and mixed so that the concentration is 25 to 0.12% and the MgO/SiO_2 (molar ratio) is 2 to 15. After molding, the temperature is 1300 to 1550 °C. A method for producing wear-resistant alumina ceramics, which is characterized by firing the alumina ceramics.
(3)マグネシアおよびシリカ成分をMgおよびSiを
含有する溶液、ゾルまたはゲルの状態で添加する請求項
(2)に記載の耐摩耗性アルミナセラミックスの製造方
法。
(3) The method for producing wear-resistant alumina ceramics according to (2), wherein the magnesia and silica components are added in the form of a solution, sol, or gel containing Mg and Si.
(4)アルミナ水和物またはアルミナにMgおよびSi
を含有する溶液、ゾルまたはゲルを添加し、焼成するこ
とにより得たマグネシアとシリカとの合計含有量が0.
025〜0.12%且つ MgO/SiO_2(モル比)が2〜15で平均結晶子
径0.05〜0.3μmのα−アルミナ粉末を成形した
後、1300〜1550℃で焼成することを特徴とする
耐摩耗性アルミナセラミックスの製造方法。
(4) Mg and Si in alumina hydrate or alumina
The total content of magnesia and silica obtained by adding and firing a solution, sol or gel containing magnesia and silica is 0.
025-0.12%, MgO/SiO_2 (molar ratio) is 2-15, and an average crystallite diameter of 0.05-0.3 μm is formed into α-alumina powder, and then fired at 1300-1550°C. A method for producing wear-resistant alumina ceramics.
(5)アルミナ水和物またはアルミナにMgを含有する
溶液、ゾルまたはゲルを添加し、焼成することにより得
たマグネシアを含有する平均結晶子径0.05〜0.3
μmのα−アルミナ粉末に、マグネシアとシリカとの合
計含有量が0.025〜0.12%となり且つMgO/
SiO_2(モル比)が2〜15となるように平均粒径
0.3μm以下のシリカを加えて混合分散させ、成形し
た後、1300〜1550℃で焼成することを特徴とす
る耐摩耗性アルミナセラミックスの製造方法。
(5) Average crystallite diameter 0.05 to 0.3 containing magnesia obtained by adding a solution, sol or gel containing Mg to alumina hydrate or alumina and firing.
The total content of magnesia and silica in μm α-alumina powder is 0.025 to 0.12%, and MgO/
Wear-resistant alumina ceramics characterized by adding silica with an average particle size of 0.3 μm or less so that SiO_2 (molar ratio) is 2 to 15, mixing and dispersing it, molding, and then firing at 1300 to 1550 ° C. manufacturing method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH07187758A (en) * 1993-12-27 1995-07-25 Shinagawa Refract Co Ltd Alumina ceramics and its production
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