JPH0426542A - Ａｌ↓２Ｏ↓３基セラミックス - 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、Ａｌ２ｏｓ基セラミツクスに関し、詳細には
、靭性と耐摩耗性を必要とする切削工具やダイス抽伸プ
ラグ等の治工具類、電気伝導性と耐熱衝撃性を必要とす
るセラミックスヒータ等の電子部品類、および、耐食性
、耐酸化性、耐摩耗性および破＃ＩＮ性を必要とするメ
カニカルシールやポンプ等の機械部品類に用いて好適な
Ａｌ＊Ｏｓ基セラミックスに関するものである。 （従来の技術） Ａｌ２Ｏ２基セラミツクスは、耐食性、耐酸化性、耐摩
耗性に優れ、又、従来エンジニアリングセラミックスと
して多用されてきたＳ！ｚＮｔ系セラミックスに比し、
低温焼結が可能であると共に、高純度で安価なＡｌ２Ｏ
，粉末か容易に入手できるため経済性に優れている。か
かる点から、近年、Ａｉ、ｏｔ基セラミックスの有用性
か艶面されてきた。 しかし、　Ａ１□０□基セラミックスは、８１□Ｎ４系
セラミツクスに比して強度、高温強度、破壊靭性及び耐
熱衝撃性か劣っているという欠点がある。 そこで、ＡＩＪａ基セラミックス中に高強度の針状結晶
を均一分散して靭性向上を図るべく研究が数多くなされ
、その結果ＳｉＣウィスカをマトリックスのＡｌｘ０ｉ
中に分散したＡＩ　ｔｏｗ基セラミックス（以降、Ｓｉ
Ｃウィスカ分散Ａｌ２Ｏ，基セラミックスという）が開
発されている。例えば、米国特許第４５４３３４５号公
報には０．３μｌのＡＩＪ＊粉末とＳｉＣウィスカとを
乾式混合した後、１８５０°Ｃ，４１ＭＰａ、　４５分
間の条件で一軸加圧焼結してなるＳｉＣウィスカ分散Ａ
１．０１基セラミツクスか提示され、破壊靭性値か８〜
９　Ｋｇ／ｍが″向上し、又、破壊強度が８００ＭＰａ
（８１，６Ｋｇ／ｓｍりのものまで得られている。 （発明か解決しようとする課題） ところが、上記米国特許公報に示される如き従来のＳｉ
Ｃウィスカ分散Ａ１□０．基セラミックスは、部分的に
粗大結晶をしばしば育しているので、強度及び靭性の再
現性に乏しく、高強度・高靭性を安定して育し得ず、又
、上記粗大結晶がある場合には従来のＡｌ２Ｏ２基セラ
ミツクスに比して強度及び靭性が低くなるという問題点
がある。更に、粗大結晶かない場合でも５ＩｓＮａ等の
セラミックスに比較すると強度及び靭性か劣っている。 上記粗大結晶は、焼結温度か高く、且つ、ＳｉＣウィス
カの分散か不均一である事に起因する。即ち、ＳｉＣを
含む場合は焼結温度を高くする必要かあり、かかる高温
になってもＳｉＣウィスカは結晶粒成長抑制作用が育る
ので、それか均一分散されている場合は焼結時の結晶粒
異常成長か生じ難いか、不均一分散されている場合はＳ
ｉＣウィスカの少ない部分で焼結時に異常粒成長を起こ
す。 上記の対策として、ＳｉＣウィスカを溶媒に添加してス
ラリ化し、該スラリとＡ１．０□粉末とを混合して均一
分散する事が考えられる。しかし、スラリ中ではウィス
カを均一分散する事は極めて難しいので、上記混合を充
分長時間する事か必要であり、そうすると混合中に針状
のウィスカが欠損してそのアスペクト比か著しく低下す
る。そのためＳｉＣウィスカか強度及び靭性向上に寄与
しなくなり、焼結体の強度及び靭性の低下を招くという
問題点かある。 本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって
、その目的は従来のものかもつ以上のような問題点を解
消し、従来のＡｌ２Ｏ□基セラＥ　ノクスに比し、高強
度及び高靭性を常に安定して育し、更に５ｉｓＮａ等の
セラミックスに比し、同等もしくはそれ以上の強度及び
靭性を育し得るへ１□帆基セラミックスを提供しようと
するものである。 （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明は次のような構成
のＡ１□０．基セラミックスとしている。 即ち、請求項１に記載のＡ１□０．基セラミックスは、
ＳｉＣウィスカを３〜４０ｗｔ％含むと共に、Ｓｉ。 Ｖ、　Ｃｒ、　Ｚｒ、　Ｎｂ、　Ｍｏ、　Ｈｆ、　Ｔａ
、　Ｗの炭化物、窒化物、炭窒化物の１種または２種以
上を０．５〜４０ｗｔ％含むα型Ａｌ２Ｏ５焼結体より
なることを特徴とするＡ１．Ｏｓ基セラミックスである
。 請求項２に記載のＡｌ２Ｏ，基セラミックスは、前記Ｓ
ｉＣウィスカの０量が０．３〜ｔ、ｓｗｔ％である請求
項１に記載のＡｌｔＯ□基セラミックスである。 請求項３に記載のＡｌ□０３基セラミックスは、前記炭
化物、窒化物、炭窒化物の１種または２種以上の一部が
ＡＩＪｓ結晶粒内にナノオーダで分散してナノコンポジ
ット構造を呈する請求項１又は請求項２に記載のＡｌ２
Ｏ３基セラミツクスである。 （作　用） 本発明に係るＡ１□０３基セラミックスは、前記の如く
、ＳｉＣウィスカを３〜４０ｗｔ％含むと共に、Ｓｌ、
　Ｖ、　Ｃｒ、　Ｚｒ、　Ｎｂ、　Ｍｏ、　Ｈｆ、　Ｔ
ａ、　Ｗの炭化物、窒化物、炭窒化物の１種または２種
以上（以降、炭化物等という）を０．５〜４０ｗｔ％含
むようにしている。 上記炭化物等は、Ａ１．０．基セラミックスの組織を微
細化すると共に焼結時の異常な粒成長を抑制し、結晶粒
を微細化する作用を存している。 そのため、焼結の際にＳｉＣウィスカか不均一に分散し
ている場合でも、結晶粒の異常な成長か生し難く、粗大
結晶の無い焼結体（ＡｌｔＯｉ基セラミックス）になり
易い。従って、常に安定してＳｉＣウィスカの高強度・
高靭性化の作用効果か発揮される。又、同時に前記炭化
物等の結晶粒微細化作用により、セラミックスの強度及
び靭性をさらに向上し得る。 故に、本発明に係るＡｌｚ（ｈ基セラミックスは、従来
のＡｌｘ０ｔ基セラミツクスに比し、高強度及び高靭性
を常に安定して有し、更にｓｉ！ＦＪ４等のセラミック
スに比し、同等もしくはそれ以上の強度及び靭性を育し
得る。 前記ＳｉＣウィスカの含有量を３〜４０ｗｔ％としてい
るのは、３冑ｔ％未満ではＳｉＣウィスカの高強度・高
靭性化の作用効果か殆ど認められず、４０ｗｔ％超では
相対的にＡ１．島の量が減少してＡｌｔｏｓの育する優
れた特性（耐食性等）が劣下するようになるからである
。 前記炭化物等の含有量を０．５〜４０ｗ

【％としたのは
、０．５ｗｔ％未満では前記結晶粒微細化作用が殆ど認
められず、４０ｗｔ％超では相対的にＡ１．０．量が減
少し耐食性等の劣下を招くようになるからである。 前記ＳｉＣウィスカのＯ量を０．３〜１．５ｗｔ％にす
ると、溶媒中での分散性が高まり、ウィスカを均一分散
したスラリか容易に得られる。そのため、スラリとＡＩ
！０３粉末及び炭化物等とを短時間混合するだけで、Ｓ
ｉＣウィスカか均一に分散された混合体か容易に帰られ
る。従って、混合体焼結の際の粗大結晶生成を確実に防
止し得ると共に、上記の如く短時間の混合でよいので針
状ＳｉＣウィスカの欠損を確実に防止し得、その結果セ
ラミックスの強度及び靭性をより向上し、安定化し得る
。このとき、上記０量が０．３ｗｔ％未満ではＳｉＣウ
ィスカの均一分散性の低下に伴って強度及び靭性が低下
し、１．５ｗｔ％超では高温強度か低下する。 前記炭化物等の一部かＡＩＪｔ結晶粒内にナノオーダで
分散してナノコンポジット構造を呈するようにすると、
ＳｉＣウィスカの繊維強化作用と、炭化物等のナノ分散
強化作用との相乗作用効果により、さらにセラミックス
の強度及び靭性を向上し得るようになるのでよい。 更に、セラミックスの原料混合体中に焼結助剤としてＭ
ｇＯ，Ｚｒ０ｔ、　Ｔｉｎｔ、ＹｔＯｓ、　Ｃｒｔｌｌ
、　Ｎｉｐ、　Ｃｒ５Ｃｔの１種または２種以上を０．
１−１０ｗｔ％含むようにすると、焼結をより促進し得
ると共に焼結組織を微細化且つ均一化し得るのでよい。 含有量が０．１ｗｔ％未満では上記効果か小さく、ｔｏ
ｗｔ％超では焼結体の硬度、高温強度及び熱衝撃性か低
下するようになるので、０．１−１０ｗｔ％にするのが
よい。 （実施例） 実施例１ ＡＩｔｏ、粉末に炭化物等を添加、或いはさらに焼結助
剤を添加し、湿式ミルにより２０時間攪拌・混合し、混
合物を得た。一方、０量を調整したＳｉＣウィスカを溶
媒に添加し、超音波エネルギを３０分間付与し、スラリ
を得た。 上記スラリと混合物とを湿式ミルにより２０時間攪拌・
混合した後、スプレードライヤにより乾燥・造粒した。 このようにして得た混合粉末を、黒鉛型に詰め込み、Ａ
ｒ気流中にて１８５０’Ｃ，２００Ｋｇ／ｃｍ”３０分
間の条件で、ホットプレスにより一軸加圧焼結し、Ｓｉ
Ｃウィスカ及び炭化物等、或いはさらに焼結助剤を含む
Ａ１．０．基セラミックスを得た。 これらのセラミックスは、いづれも本発明に係るＡ１．
０．基セラミックスである。尚、ＳｉＣウィスカ添加量
、炭化物等添加量及び焼結助剤添加量は第１表に示す如
く変化させ、ＳｉＣウィスカ中０量は全て０．　ａｗｔ
％である。 このようにして得たＡｌ２Ｏ２基セラミツクスについて
、室温での抗折強度および高温（１４００°Ｃ）での抗
折強度の測定を行った。その結果を第１表に示す。 又、透過型電子顕微鏡により焼結体の組織観察を行った
ところ、全て炭化物等かＡｌ２ｏ、結晶粒内にナノオー
ダで分散し、ナノ複合組織（ナノコンポジット構造）を
呈している事か確認された。 比較例１ 実施例１と同様の方法（操作、手順、条件）により、炭
化物等及びＳｉＣウィスカを含むＡｌ２０１基セラミツ
クスを得た。 第２表に、比較例１に係るセラミックスについての炭化
物等及びＳｉＣウィスカの添加量を、機械的特性と共に
示す。第２表に示す如く、比較例Ｉに係るセラミックス
は、炭化物等の添加量或いはＳｉＣウィスカ中０量、Ｓ
ｉＣウィスカの添加量や、焼結助ｉ１Ｎ添加量が、本発
明に係るＡ１□０．基セラミックスと異なるものである
。 得られたＡｌ２Ｏ３基セラミツクスについて、実施第 ■ 表 第 表 釘、舶） 例】と同様の測定を行った。その結果を第２表に示す。 （発明の効果） 本発明に係るＡＩ、０２基セラミツクスは、結晶粒微細
化作用を存する炭化物等をＳｉＣウィスカと共に含育し
ているので、常に安定してＳｉＣウィスカの高強度・高
靭性化の作用効果か発揮されると共に、炭化物等により
結晶粒か微細化され、その結果極めて高い強度及び靭性
を育し得る。そのため、本発明に係るＡｌｔｏｓ基セラ
ミックスによれば、従来のＡ１．０．基セラミックスに
比し、高い強度及び靭性か常に安定して得られ、更に、
Ｓ：ｘＮ＋等のセラミックスに比し、同等もしくはそれ
以上の高い強度及び靭性も得られるようになる。 特許出願人　株式会社　神戸製鋼折 代　理　人　　弁理士　金丸　章−

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＳｉＣウイスカを３〜４０ｗｔ％含むと共に、Ｓ
   ｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗの炭
   化物、窒化物、炭窒化物の１種または２種以上を０．５
   〜４０ｗｔ％含むα型Ａｌ＿２Ｏ＿３焼結体よりなるこ
   とを特徴とするＡｌ＿２Ｏ＿３基セラミックス。
2. （２）前記ＳｉＣウイスカのＯ量が０．３〜１．５ｗｔ
   ％である請求項１に記載のＡｌ＿２Ｏ＿３基セラミック
   ス。
3. （３）前記炭化物、窒化物、炭窒化物の１種または２種
   以上の一部かＡｌ＿２Ｏ＿３結晶粒内にナノオーダで分
   散してナノコンポジット構造を呈する請求項１又は請求
   項２に記載のＡｌ＿２Ｏ＿３基セラミックス。