JPH04149074A - 高強度積層セラミックス焼結体 - Google Patents

高強度積層セラミックス焼結体

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JPH04149074A
JPH04149074A JP27100390A JP27100390A JPH04149074A JP H04149074 A JPH04149074 A JP H04149074A JP 27100390 A JP27100390 A JP 27100390A JP 27100390 A JP27100390 A JP 27100390A JP H04149074 A JPH04149074 A JP H04149074A
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JP
Japan
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sintered body
ceramic sintered
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thick film
film layer
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JP27100390A
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English (en)
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Yuji Sato
裕二 佐藤
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Tungaloy Corp
Original Assignee
Toshiba Tungaloy Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、切削丁具、耐摩耗り具などの工具から1機械
電気、輸送機械、建設などの産業分野で用いられる各種
部品として適する高強度積層セラミl(+クス焼結体に
関するものである。
(従来の技術) 酸化アルミニウムを含イイしてなる酸化物系セラミック
ス焼結体としては、例えばAx 20.−MgD系焼結
体、A℃、O,−ZrO□(安定止剤含有)系焼結体、
  Aj2J2−丁IC系焼結体、A氾20s−SiC
ウィスカー系焼結体、  AQ 20a−CraOi系
焼結体がある。
これらの焼結体は、それぞれすぐれた特性を持っており
、その最もすぐれた特性を引き出して、ある用途に用い
たとしても、他の弱点となる特性のために結局短寿命に
なっていまつという問題がある。
このような酸化物系セラミックス焼結体が短寿命である
という課題に対して、性質の異なるセラミックスを積層
して解決することが提案されておリ、その代表的なもと
して、特開平1−148548号公報がある。
(発明が解決りようとする課題) 組成組織の異なるセラミックス同志又IJ性質の異なる
セラミックス同志を積層した積層セラミックスの内、特
開平−148548号公報には、接合部分の境界面を曲
線状又は直線状の凹凸面に形成して、性質の異なる2種
類以−1■のセラミックスを体に接合したというセラミ
ックス構造体が開示されている。同公報に開示のセラミ
ックス構造体は、接合部の境界面の面積が増大して、接
合強度を高めるというものであるるゴれども、接合部の
境界面の面積を増大させることにより生じる接合強度劣
化の効果よりも、性質の異なるセラミックスの熱膨張係
数の差及び焼結時における収縮率の差により生じる境界
面近傍の変形と残留応力から起こる接合強度劣化の方が
強くなって実用化が困難であるという問題がある。
本発明は、L述のような問題点を解決したもので、具体
的には、酸化アルミニウムを含むセラミックス焼結体同
志を接合する場合、一方のセラミ、・・クス焼結体、特
に熱膨張係数の小さいセラミ・ソクス焼結体の厚さを制
限することにより高強度を発現した積層セラミックス焼
結体の提供を[1的とするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明者らは、セラミックス焼結体の用途範囲を広げる
ために、その特性の向1−を計る1」的で組成組織の異
なるセラミックス焼結体同志を直接接合した積層焼結体
について検討していた所、a化アルミニウムを含むセラ
ミックス焼結体に、この焼結体と特性及び組成組織の異
なるセラミックス焼結体を接合する場合、その接合境界
面の残留応力と焼結体の表面の残留応力によって積層焼
結体の強度が異なり、これらの残留応力は、一方の焼結
体の厚さにより大きく影響を受けるという知見を得たも
のである。この知見により本発明を完成するに至ったも
のである。
すなわち、本発明の高強度積層セラミックス焼結体は、
酸化アルミニウムを含有してなるセラミックス焼結体の
基材の表面の1部又は少なくども而に、該基材に比へて
多量の酸化アルミニラt1を含むセラミックス焼結体の
厚膜層を接合してなる積層セラミックス焼結体であって
5該厚膜層の厚さ(d2)と該基材の厚さ(d1)との
比が、d、/d、二0、03〜05でなることを特徴と
するものである。
本発明の高硬度積層セラミ・・ノクス焼結体における基
材と厚膜層とは、共に酸化アルミニウムを含んだセラミ
ックス焼結体からなり、具体的には。
例えば AI!、z03−ZrO□系セラミックス焼結
体。
Al220z−TiC系セラミックス焼結体、  12
0゜SiCウィスカー系セラミックス焼結体、A2□O
3MgO系セラミックス焼結体、  Al220+−C
rzL系セラミックス焼結体を挙げることができる。こ
の内、基材は、強度6靭性のすぐれる酸化アルミニウム
含有セラミックス焼結体にすることが好ましく、厚膜層
に比べて酸化アルミニウムの含有量を少なくした、例え
ばAl220zの他に、ZrO2,Y20tなどの安定
止剤含有のZrO□、TIの炭化物7窒化物、酸化物及
びこれらの相互固溶体などの含有したセラミ・・lクス
焼結体である。これにλ1して、1部1膜層は、耐摩耗
性、耐酸化性の1ぐれる酸化アルミニー】ム含有セラミ
ックス焼結体にすることが々rましく、酸化アルミニウ
ムの含イーI′Mを多くした1−述のセラミックス焼結
体、又は Aρ201の他にSiCウィスカーの含f7
シたセラミックス焼結体であり、特に酸化アルミニウム
の含有量が60Φ量%以トのセラミックス焼結体である
ことが11摩耗性及び強度から好ましいことである。
この厚膜層の厚さ(d2)と該基材の厚さ(d1)との
比が、d2/d、 =0.03〜05になると、厚膜層
の表面に圧縮応力が作用し、その結集積層セラミックス
焼結体の強度を高めていると考えられるが、特に厚膜層
の熱膨張係数を基材の熱膨張係数よりも小さくすると厚
膜層の表面)こ圧縮応力が残留し、高強度な積層セラミ
ックス焼結体になることから好ましいことである。この
厚膜層の厚さ(d2)と基材の厚さ(at)との比が、
003未満になると(da/d。
<0.03)圧縮応力による強度向上が生じなく、逆に
05を超えて大きくなると(d2/d、>0.51基材
からj・ノ吸層表面・\及は(−残留応力の効果かなく
なることから、d2・’d、 =0.03〜05と定め
たものである。
さらに、別の見方をすると、厚膜層の粒径又は厚膜層の
出発物質として用いる粒径を基材の粒径もしくはJ、%
村の出発物質として用いる粒径に比へて粗粒にオること
は、焼結時において厚膜層の収縮率か基材の収縮−+1
に比へて小さくなり、その結果厚膜層の表面が圧縮応力
を残留した状態になることから一層好ましいことでおる
また、基材の2面以上にPa膜層を形成すること、例え
ば、厚膜層と厚膜層との間を基材を介在させたサンドイ
ッチ状にすることも好ましいことである。
本発明の高強度積層セラミックス焼結体は、従来から9
]なわれている粉末冶金法を応用することにより作製す
ることができる。具体的には、基材を形成するための出
発物質を混合粉砕した混合粉末を干−ルト内に挿入し、
その上に直接厚膜層を形成するだめの混合粉末を挿入し
た後、加斗成形続び焼結するツノ法である。また、基材
を形成するための混合粉末を干−ルト内に挿入した後少
し加I−1シ、そのトに直接P、i膜層を形成するため
の混合粉末を挿入し、 、t+[3E成形及び焼結する
方法も好ましいことである。さらに、基材を形成するた
めの混合粉末の加重粉末成形体に、シート状の19膜層
形成用の粉末成形体を直接叉は焼結時に気散する接層剤
を介在させた状態で焼結する方法もtarましいことで
ある。
(作用) 本発明の高強度積層セラミックス焼結体は、基材がtと
じて強度、靭性を高める作用をし、この基材に基材より
も多量に酸化アルミニウムを含イ]−する厚膜層が拡散
接合されて、この厚膜層が耐摩耗性を高める作用をする
と共に、主として、基材と厚膜層とに含有する酸化アル
ミニウム量の差により、厚膜層の表向に圧縮応力が残留
し、その結果、積層焼結体の強度を向ヒさせる作用をし
ているものである。
(実施例) 実施例I I・均粒径υ3μmのAβ2o3粉末、1′均ちソ径0
.05gmの7rfJz粉末(:3千ル%Y 20 、
、含む)、゛P均杓径0.lLLmのにg[]粉末を用
いて、第1表に示した組成に配合した。この配合粉末と
 A[21]、、基焼結体製ホールとメタノール溶媒と
をウレタン内張製ポットに入れて、64時間混合した後
、5wl;%パラフィンを添加して乾燥した。こうして
得た基材形成用混合粉末を所定量金型に充填し、0Lo
n/cm2の圧力で加圧して、積層粉末圧粉体を得た。
1 この積層粉末圧粉体を大気中、16C1(1’c、 2
時間保持にて焼結後、A「ガス中1500気圧、155
0℃、 40分間保持にて熱間静水斤(HIP)処理し
て本発明品1〜6と比較品1〜5を得た。(イリし、比
較品1.2は、厚膜層形成工程を削除した。)こうして
得た本発明品1〜6と比較品1〜5を用いて、下記の 
(^)切削試験条件による耐衝撃性試験を行い、各試料
が欠損又はチッピングするまでの衝撃回数を求めて、そ
の結果を第1表に示した。また (A) 各試料の基材厚さ及びI9膜層厚さを測定し第2表に併
1尼した、1 切削1試験条件(乾式) 被 削 材 548Cf 4本スロット入り丸棒)9ノ
削速度 300m/′min 切  込  み :1.5mm 送         リ    0.1   mm/r
evチップ形状: 5NGN120408fブレホーニ
ング0.2 X −20’ ) (掬い面側に厚膜層のチップ) 時   間:欠損又はチ・ソビングするまで以下余白 実施例2 宇均粒径0.3u m 、1.Ou mのAj22L粉
末。
゛F均粒径 0.1LLrnの MgO粉末1 ゞV均
粒径 08μm、t、5μmのTiC粉末を用いて、第
:3表に示した組成に配合した。この配合粉末をA「ガ
ス1気圧中、1650℃、2時間保持による焼結条件の
他は、実施例!と同様に行って、本発明品7.8と比較
品6〜8を得た。(但し、比較品6.7は、厚膜層形成
工程を削除した。)こうして得た本発明品7.8と比較
品6〜8を用いて、実施例1のfAl切削試験条件でも
って耐衝撃性試験を行い、その結果を実施例Iと同様に
求めて第4表に示した。
また、各試料の基材厚さ及び厚膜層厚さを測定して、第
4表に併記した。
以下余白 (発明の効果) 本発明の高強度積層セうミ・・!クス焼結体は。
従来の基材のみでなるセラミックス焼結体父は本発明か
ら外れた積層セラミックス焼結体と比較して、 ctr
削試験における−・li+撃性が20〜575 %も向
lするという顕苫な効果を発揮するものである。
このことから、各種の構造+41材料、特にit腐食性
、絶縁性などセラミックス焼結体を利用するのに強度不
足から困難とされているようなイヒ′i′産業、電気産
業における各種部品や、切削I−貝、耐摩丁−貝などの
1−貝部品どして応用できる産業トイ1用なt4料であ
る。
特許出願人 東芝クンカロイ株式会視

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)酸化アルミニウムを含有してなるセラミックス焼
    結体の基材の表面の1部又は少なくとも一面に、該基材
    に比べて多量の酸化アルミニウムを含むセラミックス焼
    結体の厚膜層を接合してなる積層セラミックス焼結体で
    あって、該厚膜層の厚さ(d_2)と該基材の厚さ(d
    _1)との比が、d_2/d_1=0.03〜0.5で
    なることを特徴とする高強度積層セラミックス焼結体。
  2. (2)上記厚膜層は、酸化アルミニウムが60重量%以
    上含有していることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の高強度積層セラミックス焼結体。
  3. (3)上記厚膜層は、上記基材に比べて熱膨張係数が小
    さいことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項
    記載の高強度積層セラミックス焼結体。
JP27100390A 1990-10-09 1990-10-09 高強度積層セラミックス焼結体 Pending JPH04149074A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007116571A1 (ja) * 2006-04-11 2007-10-18 Towa Corporation 低密着性材料、樹脂成形型および防汚性材料
US7784764B2 (en) * 2004-11-02 2010-08-31 Towa Corporation Low-adhesion material, mold for molding resin using the same and contaminant adhesion preventing material

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US7901797B2 (en) 2006-04-11 2011-03-08 Towa Corporation Low-adhesion material, resin molding die, and soil resistant material

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