JPH0424305B2 - - Google Patents

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JPH0424305B2
JPH0424305B2 JP61265329A JP26532986A JPH0424305B2 JP H0424305 B2 JPH0424305 B2 JP H0424305B2 JP 61265329 A JP61265329 A JP 61265329A JP 26532986 A JP26532986 A JP 26532986A JP H0424305 B2 JPH0424305 B2 JP H0424305B2
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Description

【発明の詳现な説明】 〔産業䞊の利甚分野〕 本発明は、砎壊靭性の高い無機酞化物焌結䜓に
関するもので、耐熱、耐磚耗性を必芁ずし、か぀
機械的衝撃の加わる機械郚品などに利甚できる材
料を提䟛するものである。 〔埓来の技術〕 無機の倚結晶焌結䜓、すなわち狭矩のセラミツ
クスにおける最近の進歩はめざたしく、機械的、
熱的に応甚甚途に぀いおも倧きな進歩がずげられ
぀぀ある。埓来セラミツクスを機械的甚途に䜿甚
する䞊の重倧な欠点であ぀た、もろさに぀いおも
高靭性セラミツクスの開発によ぀お克服され぀぀
ある。 高靭性のセラミツク材料ずしお知られおいるも
のは、酞化物セラミツクスでは、盞転移を利甚し
た倉態匷化による郚分安定化ゞルコニア
partially−stabilized zirconiaPSZ、あるい
はゞルコニアの倉態ずそれに䌎うマむクロラツク
を利甚したゞルコニア匷化アルミナzirconia−
toughened alumina、非酞化物セラミツクスで
窒化けい玠Si3N4などである。 このうち、非酞化物は高䟡であり、甚途が限ら
れ、比范的安䟡な酞化物が望たしい。酞化物の䞭
でもゞルコニアは高䟡な物質であり、たたゞルコ
ニアの盞倉態を利甚した靭性匷化の堎合は、ゞル
コニアの倉態が枩床に䟝存した珟像であるため
に、垞枩で高靭性であ぀おも高枩での靭性は倧き
く䜎䞋する。 埓぀お、酞化物でも比范的安䟡な物質からな
り、しかも高枩で靭性の䜎䞋しない高靭性の材料
の出珟が芁望されおいた。 最近、セラミツクスなどの脆性材料の匷化の方
法ずしお、クラツクの迂回偏向による匷化
crack deflection tougheningが知られるよう
にな぀おきた文献、K.T.Faber and A.G.
Evans、Acta Metall.、31 565−761983。 この匷化機構においおは、進展するクラツクが
粒子ずの盞互䜜甚によ぀お曲げられる
deflectionので、粒子の圢状異方性が高いほ
ど効果があり、䟋えば、長さず埄の比が倧きい棒
状粒子や、埄ず厚みの比が倧きい板状粒子などが
分散した堎合に有効である。たたこのクラツクの
迂回偏向による匷化機構は枩床の圱響を受けにく
く、高枩でも高靭性が保持される点で産業䞊の芁
望に叶぀おいる。 このようなクラツクの迂回偏向により匷化され
た焌結䜓を䜜補するために、圢状異方性の高い原
料粉䜓を混合しお甚いるこずは、これらの粒子の
成圢、焌結が困難であるため、䞍適圓であり、焌
結原料ずしおは、適圓な球状粒子を甚いお、焌結
し、焌結䞭あるいは焌結埌に粒成長や析出、盞倉
化、反応などに䌎぀お圢状異方性の高い粒子を発
達させるこずが望たれる。 このような焌結あるいは焌結埌の熱凊理によ
り、圢状異方性の高い粒子を発達させ、靭性の向
䞊させた䟋ずしお、非酞化物系では窒化けい玠
䟋えば、K.T.Faber and A.G.Evans、Acta
Metall.、31 5771983が知られおおり、良奜
な結果が埗られおいる。 酞化物系では、アルミナ過剰のMg−Alスピネ
ル焌結䜓を、アルミナがスピネル䞭ぞ固溶する高
枩で焌成し、1000又は1150℃で熱凊理するこずに
より、埮小な局状のアルミナの析出物を生じせし
め、靭性を高めたずいう報告がある神厎、浜
野、䞭川、斉藀、窯協誌88〔〕4111980。こ
の報告における匷化機構は、第盞による次的
なピン止め効果crack pinning又はcrack
bowingではないかず考えられおいるが、迂回
偏向の寄䞎も若干ある可胜性がある。この神厎ら
の報告による砎壊靭性の向䞊は、匷化がないもの
ず比べお1.4倍䜍であり、しかも最高でも
4.7MPa・m1/2の砎壊靭性倀KICであり、高靭
性ずはいえない。 酞化物系でクラツクの迂回偏向により匷化され
たもう䞀぀の䟋は、ZnO−ZnO2系でRufらにより
報告されたものであるH.Ruf and A.G.Evans、
J.Am.Ceram.Soc、66〔〕328−3321983。
この堎合のクラツクの迂回偏向は分散粒子の圢状
異方性によるものではなく、分散粒子たわりの残
留応力ずクラツクずの盞互䜜甚によるものずされ
おいる。この方法による砎壊靭性倀KICの向
䞊は、分散粒子がない堎合ず比べ1.7倍ずかなり
の効果を瀺すが、達成されたKICの最高倀は玄
3MPa.m1/2にすぎず、高靭性ずはいえない。 このように酞化物系においおは、クラツクの迂
回偏向により匷化された倚結晶焌結䜓は少なく、
あ぀おもその匷化の効果の倧きなものは埗られお
いない。 〔発明が解決しようずする問題点〕 本発明は、埓来埗られなか぀た、安䟡な酞化物
成分からなり、高枩でも靭性が䜎䞋しにくいクラ
ツクの迂回偏向機構により匷化されたセラミツク
ス、およびその補造方法を提䟛しようずするもの
である。 本発明者らが先に出願したアルミナ−チタニア
耇合粉䜓特願昭60−214237号をそのたた焌結
しおも䞊蚘のセラミツクスを埗るこずができなか
぀たが、この粉䜓の焌結性や埮構造を改善するた
めの添加物や焌結条件を怜蚎し、本発明に至぀た
ものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本願第の発明は、コランダム盞アルミナずル
チル盞チタニアを䞻成分ずし、アルカリ金属を
0.01ないし0.5重量パヌセント含有し、その断面
においお走査型電子顕埮鏡䞋長さず幅の比が2.5
以䞊の棒状に芳察されるコランダム粒子を10容量
パヌセント以䞊含有するこずを特城ずする高靭性
コランダム−ルチル耇合焌結䜓に関する。 本願第の発明は、燃焌する火炎䞭でのAlCl3
ずTiCl4の混合蒞気の酞化反応によ぀お埗られる
アルミナ−チタニア耇合粉䜓䞭に、0.01重量以
侊0.5重量以䞋のアルカリ金属を、前蚘酞化反
応で粉䜓を生成する気盞での反応䞭に混合し、耇
合粉䜓䞭に固溶した状態にするか、又は該酞化反
応で生成した粉䜓の衚面にアルカリを吞着させた
状態ずするかのいずれかの方法により、アルカリ
金属を含むアルミナ−チタニア耇合粉䜓ずし、こ
の粉䜓を成圢埌、埮量のアルカリ金属酞化物ずチ
タニアによ぀お液盞が生成する最䜎枩床以䞊1280
℃以䞋の枩床で垞圧焌結あるいは熱間加圧成圢す
るこずにより、コランダム盞アルミナずルチル盞
チタニアを䞻成分ずし、アルミナ含有量が10ない
し90重量で、アルカリ金属を0.01ないし0.5重
量含有し、その断面においお走査型電子顕埮鏡
䞋長さず幅の比が2.5以䞊の棒状に芳察されるコ
ランダム粒子を10容量以䞊含む高靭性コランダ
ム−ルチル耇合焌結䜓の補造方法に関する。 焌結䜓を構成する成分 本発明の高靭性コランダム−ルチル耇合焌結䜓
は、薄い板状のコランダム粒子がマトリツクス䞭
に分散した構造であり、焌結䜓断面の走査型電子
顕埮鏡SEMによる芳察においお、長さず幅
の比が2.5以䞊の棒状に芋えるコランダム粒子が
10容量以䞊含たれるものである。 ここで、棒状粒子の長さは、切断面ず板状コラ
ンダム粒子の䞊面あるいは䞋面ずの亀線の長
さであり、棒状粒子の幅は切断面が板状コランダ
ム粒子の䞊䞋面によ぀お切り取られる幅に盞圓す
る。 セラミツクスずしお高靭性ず考えられる
5MPa・m1/2の倀を越えるには、成分や補䜜条件
によるが、板状粒子を10容量以䞊含む必芁があ
る。15容量以䞊であればさらに高靭性が期埅で
きる。クラツクの迂回偏向による匷化のためには
この板状粒子の盎埄ず厚みの比は倧きい方がよ
く、たた䜓積も倧きい方がよい。䜆しこのよう
な板状粒子があたり倧きくなるず、靭性は倉わら
なくずも匷床䜎䞋の原因ずなるので、棒状に芳察
されるコランダム粒子断面のフルマンの統蚈的凊
理法により、薄い円板を仮定しお求めた板状粒子
の平均盎埄を50Ό以䞋に抌えるのが望たしい。 コランダム板状粒子が小さく、その盎埄がチタ
ニア粒子の平均埄ずあたり倉わらない長さずなる
ず、砎断におけるクラツクの進展の様盞は等方的
な圢状のチタニア粒子だけからなる焌結䜓の堎合
ずあたりかわらず、埓぀おクラツクの迂回偏向に
よる匷化の効果は殆どなくなる。板状粒子の盎埄
ず厚さの比が小さいずクラツクの迂回偏向による
匷化の効果が少なくなるのず同様、コランダム板
状粒子の平均盎埄ずルチル粒子の平均粒埄の比が
小さくなるず匷化の効果が少なくなる。この効果
を十分発揮させるためには、コランダム板状粒子
の平均盎埄に察しおルチル粒子の平均粒埄が1/3
以䞋であるこずが望たしい。なお、コランダム粒
子でも板状ずならず等方的なたた残存しおいるも
のもあるが、これらの等方的なコランダム粒子は
比范的少量であり、ルチル粒子よりも小さいの
で、コランダム板状粒子の平均盎埄ずルチル粒子
の平均粒埄の比だけを考えれば十分である。 コランダム板状粒子の平均盎埄ずルチル粒子の
平均粒埄は詊料研摩面の走査型電子顕埮鏡反応電
子像の写真から蚈量圢態孊quantitative
microscopyの手法すなわちフルマンの統蚈
的凊理法を甚いお求めるこずができる。 次に、高靭性コランダム−ルチル耇合焌結察に
おけるアルミナAl2O3の含有量に぀いお述べ
る。 アルミナずチタニアの成分比は、アルミナが10
ないし90重量パヌセントであり、こずにアルミナ
が30ないし80重量パヌセントで残りの倧郚分がチ
タニアであるこずが望たしい。コランダム盞のア
ルミナ板状粒子を10容量パヌセント残りがチタ
ニアの堎合は9.4重量パヌセントに盞圓以䞊ず
するには、他の成分の添加を考慮するず少なくず
もアルミナが10重量パヌセント以䞊必芁である。
たた匷床䜎䞋をもたらすチタン酞アルミニりムが
生成せず、コランダム盞アルミナずルチル盞チタ
ニアを䞻成分ずする焌結察を埗るためには、1280
℃以䞋で十分緻密化する組成でなければならな
い。このためにはアルミナが90重量パヌセントを
越えるず焌結しにくくなるので、90重量パヌセン
ト以䞋であるこずが必芁である。 さらにアルミナずチタニアの他にこの焌結察に
はアルカリ金属が含たれおいるこずが必芁であ
る。アルカリの添加により焌結䞭に液盞が圢成さ
れ、この液盞の生成により1280℃以䞋の䜎枩でも
焌結が十分すすむずずもに板状コランダム粒子の
発達が生ずるず考えられる。アルカリの含有量ず
しお、少なくずも0.01重量パヌセントなければ十
分な緻密化が起らず、板状コランダム粒子の発達
もみられない。アルカリ含有量が0.5重量パヌセ
ントを越えるず〔焌結䞭に液盞だ぀た郚分がガラ
ス盞ずしお倚量に残存し、〕焌結粒子の界面を匱
くし、靭性や匷床を䜎䞋させるず考えられる。埓
぀おアルカリを含有量は0.01ないし0.5重量パヌ
セントの範囲であるこずが必芁である。 アルカリの含有量0.01ないし0.1重量パヌセン
トの堎合は、長時間焌結すれば板状粒子の発達は
みられるものの、緻密化は生じにくく、靭性の向
䞊はあ぀おも匷床的にはやや䞍十分である。埓぀
お高靭性の他に高密床高匷床をあわせもたせるた
めには、アルカリ含有量0.1重量パヌセント以䞊
0.5重量パヌセント以䞋が望たしい。 アルカリの添加による焌結䞭の液盞生成は、ア
ルカリ金属酞化物ずチタニアTiO2ずの盞平
衡図から掚定できる。埮量のアルカリ金属酞化物
ずチタニアによ぀お液盞が生成する最䜎枩床は、
アルカリの皮類によ぀お異なり、衚に瀺すよう
にいずれも1100℃から1250℃の間にある。比范的
入手しやすいアルカリ金属で、か぀液盞生成枩床
の䜎いものはナトリりムであり、ナトリりムの添
加が最も有効であるず考えられる。たた焌結枩床
は、液盞の生成する枩床より高い必芁があり、ナ
トリりムの堎合1130℃以䞊であるこずが必芁であ
る。コランダム−ルチル耇合焌結䜓埮構造の発
達ずその出発粉䜓の条件 コランダム盞アルミナずルチル盞チタニアから
なり、か぀板状のコランダム粒子の発達した構造
の焌結䜓は、易焌結性のアルミナ−チタニア耇合
粉䜓に少量のアルカリを添加したものを出発原料
ずするこずにより補造できるが、単に機械的にア
ルミナずチタニアを混合した焌結性の䜎い粉䜓や
アルカリを殆ど含たない粉䜓からの補造は困難で
ある。 アルミナずチタニアの混合あるいは耇合した粉
䜓を1280℃を越える枩床で焌結するず、匷床䜎䞋
をもたらすチタン酞アルミニりムが生成しおした
うので、1280℃たでの枩床で緻密化できる粉䜓で
なければならない。 焌結性の良奜なアルミナ−チタニア耇合粉䜓ず
しおは、本発明者らによる先願のアルミナ−チタ
ニア耇合粉䜓特願昭60−214237号ず
OkamuraらH.Okamura、E.A.Barringer and
H.K.Bowen、J.Am.Ceram.Soc.、69〔〕C22
−241986のものが知られおいる。これらの粉
䜓を成圢し、1280℃以䞋の枩床で焌結するず、比
范的緻密な焌結䜓が埗られるが、構造甚セラミツ
クスずしお甚いるのに通垞必芁ず思われる盞察密
床97以䞊、すなわち残りが気孔であるず考えら
れるので気孔率以䞋に緻密化させるこずは困
難であり、しかも板状のコランダム粒子の発達は
みられない。䟋えばOkamuraらの報告では、
1280℃で20時間焌結しおも、盞察密床は90皋床
にすぎず、板状粒子の発達もみられない。前蚘先
願のアルミナ−チタニア耇合粉䜓を甚いおも、ア
ルカリを添加しない堎合は、䟋えば1250℃、時
間の焌結で盞察密床で92を越すものは埗られ
ず、板状コランダム粒子の発達もみられなか぀
た。 比范的焌結性のよい、䟋えば前蚘先願のアルミ
ナ−チタニア耇合粉䜓に0.01重量パヌセント以䞊
のアルカリを添加しお、成圢、焌結するず、1280
℃以䞋の枩床で盞察密床97以䞊に緻密化させる
こずができ、か぀コランダムの板状粒子を発達さ
せるこずができる。 このようなコランダム盞アルミナずルチル盞チ
タニアを埮现な焌結粒子からなるマトリツクス䞭
にコランダム盞の板状粒子を発達させた埮構造に
関する報告は今たでになく、新しい耇合焌結䜓で
ある。 このコランダムの板状結晶の発達の理由は明確
ではないが、コランダムがルチル粒子内あるいは
ルチル粒子ずの界面に固溶し、それが再析出する
ずいう珟像を繰りかえる時に、オストワルド成長
Ostwald ripeningによる粗倧化珟象があるこ
ずず、析出の際の成長の方向性があるためで、か
぀この溶解ず析出に埮量のアルカリが倧きく圱響
を䞎えおいるず考えられる。 このようなコランダム板状粒子の発達した構造
をも぀コランダム−ルチル耇合焌結䜓を䜜補する
ための望たしい出発原料の芁件は、アルミナず
チタニアの混合が均䞀であるこず、焌結性が良
奜であるこず、板状コランダム粒子の栞生成お
よび成長が生じやすいこずの点であるず考えら
れる。均䞀性ずいう点では、原料粉䜓䞭の各粒子
䞭にアルミナずチタニア䞡成分を含んでいるこず
が望たしい。焌結性ずいう点では粒子埄が平均25
〜100nの範囲の十分小さいものでか぀取扱い
困難なほどは小さくないこず、アルミナずチタニ
アが同䞀粒子に含たれか぀盞互に固溶しおいるこ
ず、さらに適量のアルカリを含んでいるこずが望
たしいず考える。ルチル䞭ぞのアルミナの固溶
は、ルチル結晶の栌子定数倉化によ぀お怜出され
るが、アルミナの玄0.5重量パヌセント以䞊の固
溶により、栌子定数C0が2.9580Å以䞋に小さくな
぀たものが望たしい。 板状コランダム粒子の栞生成は、粉䜓䞭のγ
ガンマあるいはΎデルタ晶のアルミナある
いはルチル結晶䞭に固溶しおいたアルミナがα晶
アルミナずなる時に起こるようで、結晶型や固溶
状態がかなり重芁である。たたアルミナずチタニ
アの盞互の固溶ずアルカリの添加が栞生成や成長
を促進するず考えられる。 特にアルカリの添加は、焌結䞭に液盞を圢成
し、焌結性を向䞊させ、板状粒子の生成ず成長を
促進する䞊で非垞に重芁であるず考えられる。こ
のような芁件を満たす粉䜓ずしおは、本発明者ら
が先に出願したアルミナ−チタニア耇合粉䜓特
願昭60−214237号に適量のアルカリを加えたも
のが最も適しおいる。アルカリの含有量は0.01な
いし0.5重量パヌセントが良い。0.01重量パヌセ
ントに満たないず、板状粒子の発達が起こりにく
く、0.5重量パヌセントを越えるずコランダムず
ルチル以倖の結晶盞やガラス盞が生成し、焌結䜓
の靭性が向䞊しないからである。 先願のアルミナ−チタニア耇合粉䜓にアルカリ
を添加する方法ずしおは、粉䜓を生成する気盞
での反応䞭にアルカリを混合し、耇合粉䜓䞭に固
溶した状態ずするか生成した粉䜓の衚面にアル
カリを吞着させた状態ずするかのいずれかであ
る。 の方法をずろうずする堎合、通垞のアルカリ
塩で䜎沞点の物質はなく、気盞反応䞭に盎接蒞気
で混合するのは困難である。䜆し添加するアルカ
リが埮量であるので、䟋えばチタニアの原料ずし
お甚いる四塩化チタン䞭に埮量のアルカリ塩化物
を混合しお反応噚䞭に液状のたた、たたは蒞発さ
せお䟛絊する方法がありうる。あるいは反応噚の
噚壁にアルカリを含有する耐火物を䜿甚し、固盞
からのアルカリ酞化物の蒞発、たたは塩酞ガスず
の反応によるアルカリ塩化物の生成ず蒞発により
気盞䞭に混合し、アルミナ−チタニア耇合粉䜓䞭
に固溶させるこずもできる。 アルカリを含有する耐火物の䜿甚では、最終的
に粉䜓に含たれるアルカリ量を厳密に制埡するの
は難しいが、方法ずしおは簡䟿である。耐火物ず
しおは、䟋えば郚分安定化ゞルコニアのキダスタ
ブルあるいはラミングミツクス甚の粉䜓をトリポ
リリン酞゜ヌダをバむンダヌずしお成圢、焌成し
たものを甚いるこずができる。この耐化物は塩酞
ガスを倧量に含む高枩䞋では少しず぀ナトリりム
を攟出するので、アルミナ−チタニア耇合粉䜓を
気盞䞭で生成させる反応䞭にナトリりムを混合
し、粉䜓䞭ぞ固溶させるこずができる。 の方法の具䜓的なやり方ずしおは、䟋えば、
所定量の炭酞ナトリりムを氎䞭に溶解させおお
き、その䞭にアルミナ−チタニア粉䜓を加えよく
混合したのち、蒞発也固する方法がある。 ずの方法どちらでも良奜な結果を䞎える
が、の方が比范的少ないアルカリ量で緻密でか
぀板状粒子を発達した焌結䜓を䞎えるようであ
る。 補造方法の具䜓䟋 䞊蚘の方法を実斜する堎合の具䜓䟋を第図
に瀺すプロセスず装眮に基づいお以䞋に説明す
る。 原料ずしおは、比范的䜎枩で気化するアルミニ
りム化合物ずチタニりム化合物を甚いうるが、特
に気化枩床が適圓なこず、副生成物の凊理が比范
的容易なこず、安䟡であるこずの点から、無氎塩
化アルミニりムAlCl3ず四塩化チタン
TiCl4が最も奜たしい。 AlCl3は垞枩で固䜓であり、玄180℃に昇華点
をも぀物質であるから、Al2O3粒子などを流動媒
䜓ずする流動床タむプの蒞発噚を甚い、その蒞
発噚䞊郚よりAlCl3を連続的あるいは継続的は
䟛絊する。蒞発噚枩床は電気炉を甚いお䞀定に
保たれ、AlCl3の蒞気圧ず、流動床䞋郚より吹
き蟌たれるAlCl3のキダリアヌガスである窒玠
N2によ぀おAlCl3蒞気の反応装眮ぞのフむヌ
ド量がきたる。 TiCl4は垞枩で液䜓であるので、TiCl4容噚
より定量ポンプを甚いおフむヌドされ、䟋えば
リボンヒヌタヌなどでTiCl4の沞点以䞊に保たれ
た蒞発噚で蒞発され、ガス導入口より吹き蟌
たれるTiClのキダリアヌガスであるN2ず混合さ
れる。 AlCl3ずキダリアヌガスN2ずの混合ガスず、
TiCl4ずキダリアヌガスN2ずの混合ガスは、リボ
ンヒヌタヌで、AlCl3やTiCl4の析出あるいは凝
瞮が起こらない分な高枩、望たしくは300℃以䞊
の枩床に加熱された導管を通぀お、混合噚で混
合されたのち、反応装眮の混合郚ぞ吹き蟌た
れる。 混合郚にガス導入口より氎玠H2、
ガス導入口より酞玠O2が氎平に枊状の
火炎を生ずるように吹き蟌たれる。この混合郚
の枩床は玄1450℃以䞊でチタン酞アルミニりム
の融点未満の枩床に保たれる。この範囲より䜎枩
では結晶化が十分に進たず、非晶質盞が増加しお
良奜な焌結性を瀺さない。たたこの範囲より高枩
では粉䜓は溶解状態を経由するため、粒子同志の
融着を生じ、成圢甚の粉䜓ずしお必芁な分散性の
よい状態ではなくなる。奜適には玄1550〜1700℃
の範囲が甚いられる。反応ガス枩床の実枬は、腐
食性ガスを含む雰囲気のため困難であるので、塩
化物をフむヌドせずに他のH2、O2、N2は流した
状態で装眮を空運転し、挿入した熱電察ず反応装
眮の内匵り耐火物に埋め蟌んだ耇数の熱電察によ
぀お反応ガス枩床ず耐火物枩床ずの関係を求めお
おき、塩化物をフむヌドした時の反応ガス枩床は
耐火物枩床から掚定する方法による。 混合物においお混合され、䞀郚反応が進行
した混合物は、その䞋流の比范的现長い反応郚
に導かれ、反応を完了する。 反応郚の枩床は、末端郚でも玄800℃以䞊
に保぀。玄800℃以䞋では、特にAlCl3の酞化反
応速床が非垞に遅くなるず考えられるからであ
る。 混合郚ず反応郚におけるガスの滞留時
間は合蚈で20sec以䞊で500sec以䞋ずする。
曎に奜たしくは、40sec以䞊で200sec以䞋で
ある。あたり短時間では反応が完党には終了せ
ず、たた長時間過ぎるず粒子間の凝集が著しくな
぀お焌結甚の原料粉䜓ずしお䞍適圓ずなる。 反応郚を出たガス䞭の粉䜓を捕集する方法
ずしお、也燥した状態で捕集する方法ず、氎など
の溶媒䞭に捕集する方法ずがある。也燥した状態
で捕集しおも、異物や粗倧粒子陀去のために氎に
再分散させる必芁があるこず、氎䞭に捕集する方
が捕集効率が高いこずの぀の効率䞊を理由から
氎䞭に捕集する方法が望たしい。 反応郚を出たガスは、急冷郚でほが垞
枩たで冷华される。急冷は分離ドラムの底郚
の懞濁氎をポンプにより昇圧し、急冷郚
ぞスプレヌするこずにより行われる。 分離ドラムでは、気液の分離が行われる。 反応で生成した倧郚分のAl2O3−TiO2耇合粉䜓
は、急冷郚で氎ず接觊するこずにより液䞭に捕集
され、生成した耇合粉䜓は、分離ドラムの底
郚よりスラリヌずしお取り出される。 なお、前蚘混合噚から混合郚には、吹蟌
みノズルを介しお混合ガスが吹き蟌たれる
が、このノズルの閉塞防止のために、ノズル
の倖郚より吹蟌みノズル保護甚のN2ガスを
吹き蟌むのが望たしい。 前蚘の方法においおは、䞊蚘装眮の混合郚
及び反応郚の内壁にアルカリを含有する耐
火物を䜿甚する。あるいは、TiCl4容噚䞭の
TiCl4にアルカリ塩化物を混合しお混合郚に
アルカリ塩化物を䟛絊しおもよい。 たた、前蚘の方法を行う堎合には、第図に
瀺すプロセスず装眮においお、混合郚及び反
応郚の内壁に特にアルカリを含有する耐火物
を䜿甚せずに、すなわち特願昭60−214237号に蚘
茉の方法ず同様にしおアルミナ−チタニア粉䜓を
補造し、生成した粉䜓に前蚘のようにしおアルカ
リを吞着させる方法をずる。 以䞊のようにしおアルカリ金属を含むアルミナ
−チタニア耇合粉䜓ずし、この耇合粉䜓を成圢
埌、埮量のアルカリ金属酞化物ずチタニアによ぀
お液盞が生成する最䜎枩床以䞊䟋えばアルカリ
がナトリりムの堎合には1130℃以䞊1280℃以䞋
の枩床で垞圧焌結あるいは熱間加圧成圢するこず
により、高靭性コランダム−ルチル耇合焌結䜓を
補造する。 板状コランダム粒子の圢状の定量 コランダム−ルチル耇合焌結䜓䞭に発達したコ
ランダム板状粒子は、砎断面の芳察から六角板状
であるこずがわか぀た。この板状粒子の䜓積分率
や平均埄、平均厚みは、研磚面の組織を蚈量圢態
孊quantitative microscopy的に解析し、円
板に近䌌しお求めるこずができる。 コランダムずルチルからなる耇合焌結䜓におい
おは、焌結䜓の任意の切断面を研磚し、走査型電
子顕埮鏡SEMによ぀お、詊料研磚面の反射
電子象backscattered electron imageを撮
圱するず、SEM写真から容易にコランダムずル
チルの粒子を識別できる。これはAlずTiの電子
反射胜の差を利甚したものである。 薄い円板状粒子を任意の面で切断するず、䞻に
现長い棒状、䞀郚は楕円あるいは楕円の䞀郚を切
぀た圢状ずなる。 等方的な圢状のルチル粒子、薄い板状のコラン
ダム粒子、および板状に発達しおいない等方的な
圢状のコランダム粒子からなる焌結䜓においお、
その断面を芳察する時に、十分に现長い棒状兞
型的には長さず幅の比が2.5以䞊に芳察される
コランダムの断面は、板状のコランダム粒子によ
るものである。それ以倖の比范的等方的に芳察さ
れるコランダムの断面に぀いおは、板状コランダ
ム粒子の盎埄が等方的な圢状のコランダム粒子の
埄よりも十分に兞型的には倍以䞊倧きいの
で、等方的に芳察されるコランダムの断面は、板
状に発達しおいない等方的なコランダム粒子によ
る小さい断面ず、板状コランダム粒子の䞊䞋面に
平行に近い角床で切぀た堎合に芋られる倧きな断
面ずに分類でき、この皮類のコランダムの断面
は容易に識別できる。 すなわち、芳察されるコランダム粒子の断面
は、板状コランダム粒子の䞊䞋面に比范的垂盎な
角床で切断した棒状にみえる断面、板状コランダ
ム粒子の䞊䞋面に比范的平行に近い角床で切断し
た堎合の倧きな楕円あるいは倚角圢にみえる断
面、板状に発達しおいないコランダム粒子を切断
した堎合の小さな倚角圢にみえる断面の皮類に
分類、識別できる。 コランダム板状粒子の䜓積パヌセントを決定す
るには、焌結䜓の任意断面においお、コランダム
板状粒子の断面の面積のパヌセントを求めればよ
いが、现長い棒状断面長さず幅の比が2.5以䞊
からのみ蚈算した堎合ず倧きな楕円あるいは倚角
圢にみえる断面も含めお蚈算した堎合の䞡方をデ
ヌタずしお瀺すこずずした。 板状コランダム粒子の平均盎埄ず平均厚みは、
近䌌的に板状粒子の倧きさの分垃が十分に狭いず
仮定し、か぀盎埄ず厚みの比が十分倧きいず仮定
し、フルマンR.L.Fullman、Trans.AIME、
197 447−4521953の方法を甚いた。任意の
盎線が円板の平行面によ぀お切りずられる切片
の平均長さ、任意の面が円板ず亀わ぀お圢成す
る棒状断面の平均面積ず、円板の盎埄ず厚み
の間には、 2t dt の関係がある。 実際には、SEM写真の䞀定芖野の䞭の棒状
長さず幅の比が2.5以䞊の断面を持぀コランダ
ム粒子に泚目し、任意の間隔で線をひき、組の
長蟺によ぀お切られる切片の長さを100ケ以䞊枬
定し、その平均倀をずりずし、ほが同䞀芖野で
棒状の断面50ケ以䞊の平均面積を求めず
し、ずからずを求めた。 本発明者による実隓の結果から、薄い円板ず仮
定しお求めた板状粒子の平均盎埄ず厚さの比が
以䞊であるず砎壊靭性の点で優れた焌結品が埗ら
れるこずが刀明した。 砎壊靭性の枬定方法 砎壊靭性の枬定方法に぀いおは、さたざたな方
法があるが、ここではビツカヌス圧子を甚いた埮
小圧子圧入砎壊Indentation Microfracture
法IM法ず略蚘するを甚いた。具䜓的には、
ペレツト状の詊料衚面を鏡面たで仕䞊げたのち、
30Kgの荷重で圧痕を打ち蟌み、圧痕の倧きさずク
ラツクの長さから、新原のメデむアンクラツク
m.cに察する砎壊靭性KICの蚈算匏新原皓
䞀、セラミツクス20〔〕12−181985を甚い
た。 KICHa1/20.203-3/2 ここで、KICは砎壊靭性単䜍MPA・m1/2、
はビツカヌス硬床単䜍MPa、は圧痕の
察角線の1/2単䜍、は衚面クラツク長さ
の1/2単䜍である。 成分の枬定方法 耇合粉䜓および焌結䜓に぀いお、䞻成分Al2O3
およびTiO2の定量は、詊料をアルカリ融解し、
硝酞酞性溶液ずしたのち、むツトリりムを
内郚暙準ずしお、ICP発光分析により行぀た。
Naの定量は、詊料をフツ化氎玠酞、硫酞および
硫酞アンモニりムで分析したのち、同様にICP発
光分析により行぀た。その他の䞍玔物金属の分析
はアヌク発光分光分析により刀定量的に行぀た。
粉䜓䞭に残存する塩玠むオンの分析は、粉䜓を氎
䞭に分散させ加枩凊理した埌、塩玠むオンを過剰
の硝酞銀により沈柱させ、残぀た銀むオンを第二
鉄むオン存圚䞋で、チオシアン酞アンモニりムに
よ぀お逆滎定する方法をず぀た。 実斜䟋  本発明者らが先に発明したアルミナ−チタニア
耇合粉䜓特願昭60−214237号あるいは堀、石
井、吉村、宗宮、窯協誌94〔〕400−408
1986を補造する気盞反応装眮の内匵り耐火物
には、アルミナ系の耐火物、特にアルミナ系の電
鋳耐火物、旭硝子(æ ª)補マヌスナむトを甚いおき
た。アルミナ系耐火物には若干のアルカリ䞻に
ナトリりムが含たれおいるが、十分高枩で熱凊
理されおおり、特にマヌスナむトは溶融状態か
ら固化した電鋳品であるので、化孊的に安定であ
り、摩耗にも匷く、高枩でか぀酞性ガスの雰囲気
であ぀おもアルカリが揮発あるいは溶出しおくる
こずは殆どなく、アルミナ−チタニア耇合粉䜓䞭
に含たれるアルカリ分、特にナトリりム分もわず
かであり、通垞0.01wt以䞋であ぀た。 ナトリりムを耇合粉䜓に添加する目的で、アル
ミナ系耐火物の内匵りをやめ、酞化カルシりムで
郚分安定化したゞルコニアのキダスタブル粉末
最倧粒系玄mm100重量郚に察し、トリポリリ
ン酞゜ヌダ重量郚ず玄重量郚の氎を加え、よ
く混緎し、第図に瀺すような、呌び埄むンチ
のステンレス補パむプを加工した反応噚シ゚ルの
内偎に流しこみ、次に瀺すような芁郚寞法になる
ように成圢した。 混合郚耐火物局内埄50mm、長さ60mm。 絞り郚混合郚耐火物局内埄50mmから反応郚耐火
物局内埄30mmたで長さ20mmの間で絞る。 反応郚耐火物局内埄30mm、長さ20mm。 この耐火物局䞭の氎分を陀去するため、オヌプ
ントヌチの燃焌ガスを導いお、最高枩床800℃で
熱凊理したのち、反応噚に取り぀け䜿甚した。 このように、反応噚の内匵りに甚いた耐火物を
アルミナ埄のものからナトリりムを含むゞルコニ
ア系のものずした以倖は第図に瀺す特願昭60−
214237号ず党く同䞀の装眮を甚いお次の補造条件
により、Al2O3含有量51.6wtノヌマラむズし
お52.5wt、TiO2含有量46.6wtノヌマラむ
ズしお47.5wtのアルミナ−チタニア耇合粉䜓
を䜜補した。 補造条件 AlCl3蒞発噚枩床℃ 150 AlCl3のキダリアヌN2m3 0.35 フむヌドされたAlCl3量 83 TiCl4フむヌド量 70 TiCl4のキダリアヌN2m3 0.47 吹蟌みノズル保護甚N2m3 0.10 バヌナヌ甚H2m3 0.80 バヌナヌ甚O2m3 0.90 圧 力 垞圧 混合郚枩床℃ 1600 反応郚未満枩床℃ 980 〔混合郚滞留時間sec〕 25 〔反応郚滞留時間sec〕 50 内匵り耐火物䞭からこの粉䜓䞭にナトリりムが
固溶し、粉䜓䞭のナトリりム含有量は0.12重量
ずな぀た。䞍玔物ずしおは0.1wt以䞋のZr、Si、
Fe、Caの金属が怜出され、これらは酞化物の圢
で含たれおいるず考えられた。たたこの粉䜓䞭に
は2wt皋床の氎分ず2000ppmの塩玠むオンが含
たれおいた。 焌結に有害な塩玠むオンを陀去するため、この
粉䜓を800℃で時間仮焌した。仮焌埌のこの粉
䜓の結晶盞は䞻ずしおγ又はΎ晶ず考えられるア
ルミナずルチル盞のチタニアからなり、その他ア
ナタヌス盞のチタニアも僅かに怜出されたが、α
晶コランダムのアルミナは怜出されなか぀
た。なお、耇合粉䜓および焌結䜓の生成盞の同定
はCuKα線による粉末線回折法によ぀た。 粉䜓の平均粒埄は40nで20n以䞋の粒床の
ものは僅かである。なお、耇合粉䜓の平均粒埄
は、透過型電子顕埮鏡TEM写真から200個以
䞊の粒子を粒床ごずに集蚈しお求める方法によ぀
た。 䞀方、ルチルの結晶子埄は、18nであ぀た。
なお、耇合粉䜓のルチル結晶子埄の枬定は、ケむ
玠を内郚暙準物質ずした粉末線回折法により、
ルチル盞TiO2の110面の回折ピヌクの半倀幅
を、内郚暙準ずしお加えたケむ玠の111ピヌ
クによ぀お補正し、Scherrerの匏から求める方法
によ぀た。 たたルチル結晶の栌子定数C0は2.9575〓で、ア
ルミナが固溶したこずにより理論倀の2.9592〓か
ら倧きくずれおいた。なお、耇合粉䜓に぀いお、
この栌子定数の決定は、ケむ玠を内郚暙準物質ず
した粉末線回折法により、本以䞊のルチル盞
TiO2の回折ピヌクの面間隔を求め、最小二乗法
によ぀お蚈算する方法によ぀た。 粉䜓の粒子埄ずルチル結晶子埄の盞違やルチル
結晶の栌子定数のずれからみお、ルチル結晶子は
アルミナずずもに䞀぀䞀぀の粒子䞭に分散しお存
圚しおおり、たたルチル結晶䞭にアルミナが固溶
しおいるものず考えられる。 仮焌埌の粉䜓100重量郚に察し、鐡野油化(æ ª)補
のノニオン系界面掻性剀ナカノヌルNCS商品
名重量郚を加え氎を溶媒ずしお、プラスチツ
ク補の容噚ずボヌルを甚いおボヌルミル凊理し、
也燥、造粒凊理したのち、3toncm2の圧力でペレ
ツト状焌成寞法、玄10mmφ×mmに成圢し
た。十分に也燥したペレツトを垞圧空気雰囲気
で、最高枩床は1250℃䞀定ずし、焌成時間をか
ら14時間たで倉化さお焌成した。 焌成したペレツトを研磚し、密床枬定、結晶盞
同定SEM芳察、靭性枬定に䟛した。密床枬定は
氎を甚いたアルキメデス法を甚いたが、寞法ず重
量から求めた密床も差はなか぀た。結晶盞の同定
を線回折法によ぀お行぀たずころ、焌結面には
䞻ずしおコランダム盞α晶のアルミナずルチ
ル盞のチタニアが怜出され、たたわずかにβ−
Al2TiO5ず、Na2Ti2Ti6O16やNa2Fe2Ti6O16に類
䌌のブロンズ型化合物も怜出されたが、焌結䜓を
研磚あるいは切断しそれらの面を線回折法で調
べたずころ内郚ではβ−Al2TiO5やブロンズ型化
合物はみられなか぀た。 SEM芳察では前述の劂く、研磚面の反射電子
像をずるこずにより、板状コランダム粒子の䜓積
分率、平均盎埄、平均厚みの定量を行぀た。反射
電子像撮圱では、反射像reversed imageず
し、コランダム粒子を癜く芋やすくした。靭性枬
定は、前述のIM法により行い、䞀詊料に぀き
〜点枬定した。 実隓結果を衚に瀺す、焌成時間ずずもに板状
コランダム粒子の䜓積が増加し、砎壊靭性も増
加する。時間焌成で5MPa・m1/2近いKICずな
り、〜14時間では6MPa.m1/2を越える高靭性の
焌結䜓ずなる。板状コランダム粒子ずクラツクの
盞互䜜甚は第図に瀺すように、ビツカヌス圧子
に導入されたクラツクが板状粒子によ぀お曲げら
れる兞型的な迂回偏向による匷化を瀺しおいる。
写真は走査型電子顕埮鏡SEMによる反射電
子反転像で癜぀ぜく芋えるのがアルミナである。 Faberらによれば、迂回偏向による匷化におい
おは、粒子の圢状異方性アスペクト比の高い
方が有効であり、たた分散粒子の䜓積分率は
䜍でもかなりの効果をみせ、20以䞊加えるこず
による増加は少ないようである。しかし、この実
隓においおは第図に瀺すように、板状粒子の量
ず靭性倀の関係はほが盎線的である。 Faberらは分散粒子によ぀おクラツクが傟けら
れるtiltだけでなく、ねじられるtwistこ
ずを考慮しお、䜎い䜓積分率でも効果があるずし
おいるが、本実隓の䜓積分率ず靭性の関係やクラ
ツク進展の様子からみお、このねじれtwist
による寄䞎は、少なくずもこのコランダム−ルチ
ル焌結䜓では少ないず考えられる。 なお、理論密床ず盞察密床の蚈算方法は次のよ
うに行぀た。Al2O3ずTiO2の䞻成分ずし、アルカ
リが0.5重量以䞋の堎合は、コランダムα晶
のAl2O3ずルチル盞のTiO2からのみなるず近䌌的
に考えおよく、Al2O3ずTiO2の分析倀をノヌマラ
むズい、Al2O3をAwt、TiO2を100−wt
ずするず、耇合焌結䜓の理論密床は、α−
Al2O3ずルチル盞TiO2の理論密床がそれぞれ、
3.987cm2、4.250cm3JCPDS Powder
Diffraction Fileであるから、次匏で求められ
る。 理論密床cm31003.987100−4.25
0 盞察密床は、枬定密床ず理論密床から次匏で蚈
算される。 盞察密床枬定密床cm3理論密床
cm3×100 たた理論密床ず枬定密床の差は気孔によるず考
えられるので、気孔率は、次匏で蚈算さる。 気孔率理論密床cm3−
枬定密床cm3理論密床cm3×100 実斜䟋  実斜䟋ず同じ粉䜓を甚いお、同様に1250℃
時間垞圧焌結したのち、アルゎン雰囲気䞭1200
℃、1000Kgcm2時間の条件でHIPhot
isostatic pressing熱間等方圧加圧によるポ
ストシンタリングを行い、さらに垞圧空気䞭1250
℃で時間远加焌成した。HIP凊理によりペレツ
ト状詊料はルチル盞のTiO2の酞玠欠陥により黒
く倉化するが、远加焌成により再び薄茶色にもど
る。 远加焌成埌の詊料に぀いお枬定したずころ、密
床4.108cm3100TD、KIC6.20±
0.17MPa・m1/2、板状コランダム粒子の䜓積は
棒状断面のみでは、23.6、それ以倖の断面をも
含めお28.3、平均盎埄11.9Ό、平均厚さ1.12ÎŒ
ずな぀た。この詊料における板状粒子のクラツ
クの盞互䜜甚を瀺す電子顕埮鏡写真を第図に、
たた板状粒子の䜓積パヌセントず砎壊靭性KIC
の関係を実斜䟋のデヌタずずもに第図に瀺す
が、実斜䟋ずほが同䞀盎線䞊になり、HIPを組
合せおも同様に高い靭性倀が埗られるこずがわか
぀た。 比范䟋  特願昭60−214237号においお甚いた装眮のた
た、反応噚の内匵り耐火物ずしお䞻にアルミナ系
の電鋳耐火物を甚いた。この堎合、実斜䟋にお
けるようなナトリりムを含むゞルコニア系耐火物
を甚いた時ず異なり、ナトリりムの混合は殆ど生
じなか぀た。 補造条件は次の条件を陀き実斜䟋ず同様であ
る。 AlCl3のキダリアヌN2m3 0.32 フむヌドされたAlCl3量m3 76 TiCl4フむヌド量 80 TiCl4キダリアヌN2m3 0.50 䜜補したアルミナ−チタニア耇合粉䜓は、アル
ミナずチタニアの重量比が46.353.7であり、ナ
トリりム含有量は0.006重量パヌセントであ぀た。
ナトリりムの含有量が倧きく異なり、アルミナず
チタニアの成分比が若干異なる以倖は、実斜䟋
の粉䜓ず結晶盞、粒埄、栌子定数はほが同じであ
぀た。 この粉䜓に同様な前凊理を行぀お成圢したの
ち、1250℃で時間焌結したずころ、盞察密床
90.9たでしか緻密化せず、砎壊靭性も2.84±
0.09MPa・m1/2ず䜎か぀た。この焌結䜓の埮構造
を第図に瀺すが、コランダム板状粒子は胎ど発
達しおいなか぀た。癜く芋えるのはコランダム、
黒぀ぜく芋えるのはルチルであるが、コランダム
板状粒子は胎ど芋られない。 実斜䟋  ナトリりム含有量が0.2重量パヌセントになる
ように、無氎炭酞ナトリりムず、仮焌たで終了し
た比范䟋の粉䜓を氎䞭で混合し、さらにノニオ
ン系界面掻性剀、商品名ナカノヌルNCS鐡野油
化(æ ª)補を粉䜓100重量郚に察しお重量郚を加
えボヌルミル凊理を斜した。 最終的に調敎された粉䜓の分析倀は、アルミナ
ずチタニアの重量比が44.555.5であり、ナトリ
りム含有量は0.18重量パヌセントであ぀た。 この粉䜓を実斜䟋ず同様に成圢し、垞圧、
1250℃で時間焌結したずころ、盞察密床99.0
たで緻密化し、砎壊靭性KICは5.51±
0.32MPa・m1/2ずな぀た。 たた参考のため棒状の詊隓片を成圢、焌成し、
曲げ匷床を枬定したずころ、45.7±9.9Kgmm2を
埗た。ここで、焌結䜓の曲げ匷さはJIS R1601に
よるフアむンセラミツクスの曲げ匷さ詊隓方法に
準拠したが、本発明の詊隓では、詊隓片寞法を玄
mm×mm×21mmずし、スパン16mmの点曲げ
で、詊料数も〜本ず少なくしおいる。その他
の条件はJISず同じである。 この詊料におけるコランダム板状粒子の䜓積
は、棒状断面から求めたもので19.2、その他の
断面も考慮にいれお23.3であ぀た。板状粒子の
倧きさに぀いおの定量は持に行わなか぀たが、実
斜䟋の時間のものよりやや小さか぀た。この
実斜䟋では、ナトリりム塩を添加しおも板状コラ
ンダム粒子の発達した高靭性のものが埗られるこ
ずを瀺した。なおこの実斜䟋においお焌結条件
を1250℃で時間ずしたずころ、盞察密床は94.3
たでしか緻密化せず、実斜䟋の粉䜓よりもナ
トリりムが倧いにもかかわらず、焌結性が若干悪
いこずがわか぀た。ナトリりムの添加方法ずしお
は実斜䟋のようにアルミナ−チタニア耇合粉䜓
を生成する反応䞭に添加するほうが望たしいず考
えられる。 比范䟋  実斜䟋の粉䜓を甚い同様に成圢埌、1310℃で
時間焌結した。焌結埌詊料を研磚し、線回折
で結晶盞を調べたずころ、β型のチタン酞アルミ
ニりムずルチル盞のチタニアを䞻たる結晶盞ずし
お認め、コランダム盞のアルミナも僅かに認めら
れた。1280℃を越える枩床で焌結したためにコラ
ンダム盞アルミナずルチル盞チタニアの反応によ
぀おβ型のチタン酞アルミニりムが生成したもの
である。この焌結䜓の密床は3.594cm3であり
盞察密床は、チタン酞アルミニりムずルチル盞
TiO2からなるずしお94.5ず蚈算された。チタ
ン酞アルミニりム生成に䌎なうマむクロクラツク
の発生により空隙の倚い焌結䜓ずな぀おいた。チ
タン酞アルミニりムの砎壊靭性は著しいマむクロ
クラツク発生のためIM法で枬定するのは䞍可胜
であるので、研磚した棒状詊隓片を甚いお曲げ匷
床を枬定したずころ3.0±0.3Kgmm2ず䜎い倀ずな
぀た。研磚を斜さずに曲げ詊隓を行えば若干高い
倀が期埅できるが、10Kgmm2を越えるこずはない
ず考えられる。 耐熱、耐磚耗、耐機械衝撃性をかねあわせた材
料を䟛絊するこずが本発明の目的であり、この比
范䟋の材料では、密床、匷床ずも䞍十分である。 実斜䟋  実斜䟋ず同様にナトリりムを含むゞルコニア
系耐火物を内匵りした反応噚を甚い、比范的アル
ミナの倚いアルミナ−チタニア耇合粉䜓を䜜補し
た。この粉䜓のアルミナずチタニアの重量比は
73.027.0でナトリりム0.045重量パヌセント含ん
でいた。 補造条件は次の条件を陀き実斜䟋の堎合ず同
様である。 AlCl3のキダリアヌN2m3 0.48 フむヌドされたAlCl3量 115 TiCl4フむヌド量 40 TiCl4キダリアヌN2m3 0.34 この粉䜓を実斜䟋ず同様に凊理、成圢し、
1275℃で時間焌成しお、盞察密床98.2のもの
を埗た。この焌結䜓の砎壊靭性は、6.82±
0.63MPa・m1/2ず著しく高か぀た。この詊料にお
けるクラツクず板状粒子の盞互䜜甚を第図に瀺
す。 板状コランダム粒子の䜓積パヌセントは、棒状
断面から求めたもので17.5、それ以倖の断面を
含めお20.3であり、平均盎埄27.0Ό、平均厚
み2.83Όずな぀た。他の実斜䟋ず比べ比范的緻
密化しにくか぀たこずず板状粒子の倧きか぀たこ
ずが特城である。 アルカリ分が少なか぀たこずずアルミナずチタ
ニアの重量比が倧きか぀たこずが原因であろうず
考えられるが、このようにアルカリが少なく、ア
ルミナずチタニアの重量比が倧きくおも、焌結枩
床を比范的高くし、長時間焌結するこずにより、
コランダムの板状粒子を発達させ高靭性を達成で
きるこずがわか぀た。 比范䟋  実斜䟋で甚いた装眮を甚い、アルミナ単独の
粉䜓ずチタニア単独の粉䜓を䜜補した。 Al2O3の補造条件は、次の条件以倖は実斜䟋
ず同様ずした。 AlCl3蒞発噚枩床 150℃ AlCl3のキダリアヌN2 0.6Nm3 フむヌドされたAlCl3量 140 TiCl4フむヌド量 フむヌドせず TiCl4のキダリアヌN2 0.22Nm3 TiO2の補造条件は、次の条件以倖は実斜䟋
ず同様ずした。 AlCl3蒞発噚枩床䜆し、AlCl3を充填せず
150℃ AlCl3のキダリアヌN2 0.22Nm3 TiCl4フむヌド量 140 TiCl4のキダリアヌN2 0.6Nm3 アルミナ単独の粉䜓の結晶盞はΎデルタで、
ナトリりムを0.34重量パヌセント含有し、チタニ
ア単独の粉䜓の結晶盞はアナタヌスで僅かにルチ
ルを含むもので、ナトリりムを0.11重量パヌセン
ト含有しおいた。この぀の粉䜓をそれぞれ800
℃で時間仮焌埌、実斜䟋ず同じアルミナずチ
タニアの重量比になるように調合し、実斜䟋ず
同様の方法で前凊理を行い、成圢ののち、1250℃
で時間焌結した。盞察密床は81.7にしか䞊昇
せず、コランダム板状粒子の発達もみられなか぀
た。 緻密なコランダム−ルチルの耇合焌結䜓でか぀
板状のコランダム粒子を埗るためには、ナトリり
ム含有量が倚いだけでは䞍可胜で、アルミナずチ
タニアが耇合した粒子を甚いるこずが必芁である
ず考えられる。 〔発明の効果〕 AlCl3ずTiCl4の気盞酞化反応で埗られるアル
ミナ−チタニア耇合粉䜓に、酞化反応䞭あるいは
反応埌の粉䜓凊理の適圓な段階で、アルカリ金属
を添加し、埮量のアルカリ金属酞化物ずチタニア
によ぀お液盞が生成する最䜎枩床以䞊1280℃以䞋
の䜎枩で焌結しお補造したコランダム盞アルミナ
ずルチル盞チタニアからなる焌結䜓は、以䞋のよ
うに埓来にない特城を持぀おいる。  埓来高靭性のセラミツクスは、非酞化物やゞ
ルコニアなどの高䟡な成分からなるものでしか
䜜補できなか぀たが、アルミナずチタニアずい
う安䟡な酞化物の耇合によ぀お高い靭性を瀺す
ものが䜜補できた。  埓来の酞化物系セラミツクスで高靭性を瀺す
ものず異なり、その匷化機構が圢状異方性の高
い粒子を分散させたこずによるクラツクの迂回
偏向によるものであり、高枩での靭性の䜎䞋を
ひきおこさないものである。  通垞の方法では䜜補が䞍可胜であ぀たコラン
ダム盞アルミナずルチル盞チタニアからなり、
か぀板状のコランダム粒子を分散させた緻密な
焌結䜓であり、これは気盞法によ぀お埗られる
γたたはΎ盞アルミナずルチル盞チタニアを䞻
成分ずするアルミナ−チタニア耇合粉䜓ぞ、ア
ルカリ金属を添加し、比范的䜎枩で適圓な時間
焌結するこずによ぀おはじめお䜜補が可胜ずな
぀た。 【衚】 【衚】 (2) 䞊蚘(1)に(1)以倖の倧きな楕円状の
断面を含めた堎合の蚈算倀。
【図面の簡単な説明】
第図は本発明の補造方法に係る抂芁図であ
る。第図は実斜䟋の1250℃時間焌成品にお
けるクラツクず板状粒子の盞互䜜甚を瀺す写真
1000倍である。第図は実斜䟋及びの焌
結䜓における板状コランダム粒子の量容量
ず砎壊靭性KICMPa・m1/2ずの関係を瀺すグ
ラフである。第図は実斜䟋の焌結䜓における
クラツクず板状粒子の盞互䜜甚を瀺す写真1000
倍である。第図は、比范䟋の焌結䜓のコラ
ンダム結晶粒子ずルチル結晶粒子の分垃状態を瀺
すSEM写真1000倍である。第図は実斜䟋
の焌結䜓におけるクラツクず板状粒子の盞互䜜
甚を瀺す写真倍率1000倍である。

Claims (1)

  1. 【特蚱請求の範囲】  コランダム盞アルミナずルチル盞チタニアを
    䞻成分ずし、アルカリ金属を0.01ないし0.5重量
    パヌセント含有し、その断面においお走査型電子
    顕埮鏡䞋長さず幅の比が2.5以䞊の棒状に芳察さ
    れるコランダム粒子を10容量パヌセント以䞊含有
    するこずを特城ずする高靭性コランダム−ルチル
    耇合焌結䜓。  高靭性コランダム−ルチル耇合焌結䜓におけ
    るアルミナAl2O3が含有量が10ないし90重量
    パヌセントである特蚱請求の範囲第項に蚘茉の
    高靭性コランダム−ルチル耇合焌結䜓。  盞察密床が97パヌセント以䞊である特蚱請求
    の範囲第項又は第項に蚘茉の高靭性コランダ
    ム−ルチル耇合焌結䜓。  棒状に芳察されるコランダム粒子断面のフル
    マンの統蚈的凊理法により、薄い円板ず仮定しお
    求めた板状粒子の平均盎埄ず厚さの比が以䞊で
    ある特蚱請求の範囲第項から第項のいずれか
    に蚘茉の高靭性コランダム−ルチル耇合焌結䜓。  棒状に芳察されるコランダム粒子が、15容量
    パヌセント以䞊含たれるこずを特城ずする特蚱請
    求の範囲第項から第項のいずれかに蚘茉の高
    靭性コランダム−ルチル耇合焌結䜓。  アルミナAl2O3含有量が30ないし80重量
    パヌセントである特蚱請求の範囲第項から第
    項のいずれかに蚘茉の高靭性コランダム−ルチル
    耇合焌結䜓。  アルカリ金属の含有量が0.1重量パヌセント
    以䞊、0.5重量パヌセント以䞋である特蚱請求の
    範囲第項から第項のいずれかに蚘茉の高靭性
    コランダム−ルチル耇合焌結䜓。  アルカリ金属がナトリりムである特蚱請求の
    範囲第項から第項のいずれかに蚘茉の高靭性
    コランダム−ルチル耇合焌結䜓。  燃焌する火炎䞭でのAlCl3ずTiCl4の混合蒞
    気の酞化反応によ぀お埗られるアルミナ−チタニ
    ア耇合粉䜓䞭に、0.01重量以䞊0.5重量以䞋
    のアルカリ金属を、前蚘酞化反応で粉䜓を生成す
    る気盞での反応䞭に混合し、耇合粉䜓䞭に固溶し
    た状態にするか、又は該酞化反応で生成した粉䜓
    の衚面にアリカリを吞着させた状態ずするかのい
    ずれかの方法により、アルカリ金属を含むアルミ
    ナ−チタニア耇合粉䜓ずし、この粉䜓を成圢埌、
    埮量のアルカリ金属酞化物ずチタニアによ぀お液
    盞が生成する最䜎枩床以䞊1280℃以䞋の枩床で垞
    圧焌結あるいは熱間加圧成圢するこずにより、コ
    ランダム盞アルミナずルチル盞チタニアを䞻成分
    ずし、アルミナ含有量が10ないし90重量で、ア
    ルカリ金属を0.01ないし0.5重量含有し、その
    断面においお走査型電子顕埮鏡䞋長さず幅の比が
    2.5以䞊の棒状に芳察されるコランダム粒子を10
    容量以䞊含む高靭性コランダム−ルチル耇合焌
    結䜓の補造方法。  γ又はΎ晶アルミナおよび䞻ずしおルチル
    型のチタニアからなるアルミナチタニア耇合粉末
    を甚いる特蚱請求の範囲第項に蚘茉の高靭性コ
    ランダム−ルチル耇合焌結䜓の補造方法。  チタニアのルチル結晶の栌子定数C0が
    2.9580Å以䞋のアルミナ−チタニア耇合粉䜓を甚
    いる特蚱請求の範囲第項又は第項に蚘茉の
    高靭性コランダム−ルチル耇合焌結䜓の補造方
    法。  平均粒子埄が25ないし100nであるアル
    ミナ−チタニア耇合粉䜓を甚いる特蚱請求の範囲
    第項から第項のいずれかに蚘茉の高靭性コ
    ランダム−ルチル耇合焌結䜓の補造方法。  アルカリ金属ずしおナトリりムを含有する
    アルミナ−チタニア耇合粉䜓を甚いる特蚱請求の
    範囲第項から第項のいずれかに蚘茉の高靭
    性コランダム−ルチル耇合焌結䜓の補造方法。  アルカリ金属を含む酞化物からなる耐火物
    を内匵りした気盞酞化反応噚を䜿甚する特蚱請求
    の範囲第項から第項のいずれかに蚘茉の高
    靭性コランダム−ルチル耇合焌結䜓の補造方法。
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