JPH0450161A - 高剛性黒色アルミナ焼結体の製造方法 - Google Patents
高剛性黒色アルミナ焼結体の製造方法Info
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- JPH0450161A JPH0450161A JP2155053A JP15505390A JPH0450161A JP H0450161 A JPH0450161 A JP H0450161A JP 2155053 A JP2155053 A JP 2155053A JP 15505390 A JP15505390 A JP 15505390A JP H0450161 A JPH0450161 A JP H0450161A
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- sintering
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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。
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、黒色で高剛性なアルミナ焼結体の製造方法に
関する。黒色で高剛性なアルミナ焼結体は、その高剛性
Φ低比重・色調からエアースライダーや各種Ｘ−Ｙテー
ブル等の精密摺動部材に広く適用できる。
関する。黒色で高剛性なアルミナ焼結体は、その高剛性
Φ低比重・色調からエアースライダーや各種Ｘ−Ｙテー
ブル等の精密摺動部材に広く適用できる。
また、レーザー装置や紫外線霧光装置等の光関連装置で
は精密性から高剛性・低比重、反射の問題から黒色系着
色が求められており、これらの装置の部品として広く適
用できる。
は精密性から高剛性・低比重、反射の問題から黒色系着
色が求められており、これらの装置の部品として広く適
用できる。
従来の技術
アルミナ焼結体を着色する技術としては、ＣｒやＣＯ元
素を添加するとそれぞれ、あずき白、青色に着色するが
、黒色系の色調は得られない。
素を添加するとそれぞれ、あずき白、青色に着色するが
、黒色系の色調は得られない。
また、黒色系色調を持つセラミックスとしては陶磁器用
顔料を添加した焼結体が例えば【セラミックスＪ １８
（１９８３） Ｎｏ５にまとめられている。この文献
によればＣｏ−（ｒ−Ｆｅ、Ｇｏ−Ｍｎ−Ｆｅ、 Ｃｏ
−ＭｎＣｒ−Ｆｅ、 Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ、 Ｇｏ
−Ｎｉ−Ｈｎ−Ｃｒ−Ｆｅ系等が黒色顔料として、また
５ｎ−８ｂ系、Ｚｒ−５ｉ−Ｇｏ−Ｎｉ系等が灰色顔料
として紹介されている。これらの陶磁器は非常に低剛性
で金属に対して優位性が発揮されない。
顔料を添加した焼結体が例えば【セラミックスＪ １８
（１９８３） Ｎｏ５にまとめられている。この文献
によればＣｏ−（ｒ−Ｆｅ、Ｇｏ−Ｍｎ−Ｆｅ、 Ｃｏ
−ＭｎＣｒ−Ｆｅ、 Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ、 Ｇｏ
−Ｎｉ−Ｈｎ−Ｃｒ−Ｆｅ系等が黒色顔料として、また
５ｎ−８ｂ系、Ｚｒ−５ｉ−Ｇｏ−Ｎｉ系等が灰色顔料
として紹介されている。これらの陶磁器は非常に低剛性
で金属に対して優位性が発揮されない。
また、これらの顔料は高温では不安定な物質で、あまり
高温で焼成すると反応が起きて発泡現象が起きたり、発
色しなくなったりしてしまう。
高温で焼成すると反応が起きて発泡現象が起きたり、発
色しなくなったりしてしまう。
そのため、陶磁器等の低温で焼成する焼結体には良いが
、アルミナのように１４００℃以上の高温で焼成する焼
結体には使用出来ない。
、アルミナのように１４００℃以上の高温で焼成する焼
結体には使用出来ない。
そこで、アルミナを低温焼成するために１０ｗｔ％以上
の多量のガラス成分を添加した焼結体もあるが、この焼
結体はガラス相成分が多い為に、一般に２．０〜３．Ｏ
ＸＩＯ４ｋｇｆ＃ｖ２という低剛性なアルミナ焼結体に
なってしまう。
の多量のガラス成分を添加した焼結体もあるが、この焼
結体はガラス相成分が多い為に、一般に２．０〜３．Ｏ
ＸＩＯ４ｋｇｆ＃ｖ２という低剛性なアルミナ焼結体に
なってしまう。
更に、黒色のセラミックスとしては炭化珪素や黒セラ（
アルミナ−ＴｉＣ系）がある、黒セラ系では例えば、特
開昭５ｌ−Ｅｉ１０９にＨＰ（ホットプレス）で製造す
るアルミナ−ＴｉＣ−ＴｉＮ焼結体が、特開昭５１−８
２１０にＨＩＰ（熱間等方加圧焼結）で製造するアルミ
ナ−Ｔｉｅ （１５〜６０ｗｔ％） −Ｙ２Ｏ３（０
，０３ｉ１１〜１．５７５ ｗｔ％）焼結体が開示され
ている。
アルミナ−ＴｉＣ系）がある、黒セラ系では例えば、特
開昭５ｌ−Ｅｉ１０９にＨＰ（ホットプレス）で製造す
るアルミナ−ＴｉＣ−ＴｉＮ焼結体が、特開昭５１−８
２１０にＨＩＰ（熱間等方加圧焼結）で製造するアルミ
ナ−Ｔｉｅ （１５〜６０ｗｔ％） −Ｙ２Ｏ３（０
，０３ｉ１１〜１．５７５ ｗｔ％）焼結体が開示され
ている。
また、黒色系（灰色）セラミックスとしては窒化珪素や
サイアロンがある。
サイアロンがある。
発明が解決しようとする課題
このようにアルミナを黒色系統に着色するのは難しく、
また、黒色系統（灰色）に着色できたとしても、ヤング
率が３ Ｘ １０４ｋｇｆ／■厘２以下と低剛性（低ヤ
ング率）になってしまう。
また、黒色系統（灰色）に着色できたとしても、ヤング
率が３ Ｘ １０４ｋｇｆ／■厘２以下と低剛性（低ヤ
ング率）になってしまう。
前記の黒色系セラミックスの炭化珪素や窒化珪素・サイ
アロンは原料がアルミナの１０倍以上と非常に高価であ
る。
アロンは原料がアルミナの１０倍以上と非常に高価であ
る。
また黒セラの場合、その焼結にはＨＰ−ＨＩＰ等の加圧
焼結が必要となり焼結費用が高くなってしまうという問
題がある。
焼結が必要となり焼結費用が高くなってしまうという問
題がある。
課題を解決するための手段
上記の問題点は．ＴｉＣ−ＴｉＮ固溶体、ＮｂＣ、Ｚｒ
Ｃ、ＨｆＣ、ＴａＣの１種または２種以上を０．２〜１
０ｗｔ％含み、残部が実質的にアルミナ及び焼結助剤か
らなる混合粉体を非加圧の不活性雰囲気で１４００〜ｌ
５ｏＯ℃の温度範囲で焼結する事により解決される。
Ｃ、ＨｆＣ、ＴａＣの１種または２種以上を０．２〜１
０ｗｔ％含み、残部が実質的にアルミナ及び焼結助剤か
らなる混合粉体を非加圧の不活性雰囲気で１４００〜ｌ
５ｏＯ℃の温度範囲で焼結する事により解決される。
また、このようにすれば高剛性の黒色アルミナ焼結体が
低価格で得られる。
低価格で得られる。
ＴｉＣ、ＴｉＣ−ＴｉＮ固溶体、ＮｂＣ、ＺｒＣ、Ｈｆ
Ｃ１丁ａＣの１種または２種以上の添加量は、１０ｗｔ
％以上ではアルミナの焼結を阻害し、常圧焼結では十分
緻密な焼結体を得られず、剛性を低下させる。
Ｃ１丁ａＣの１種または２種以上の添加量は、１０ｗｔ
％以上ではアルミナの焼結を阻害し、常圧焼結では十分
緻密な焼結体を得られず、剛性を低下させる。
また、０．２ ｗｔ％以下では黒色の着色が不十分にな
り、また、アルミナ粒の粗大化を助長し、機械的性質を
劣化させる。
り、また、アルミナ粒の粗大化を助長し、機械的性質を
劣化させる。
この添加量は特に０．５ ｗｔ％〜５ｗｔ％が最も好ま
しく十分な黒色の色調を保有し、緻密で高剛性のアルミ
ナ焼結体が得られる。
しく十分な黒色の色調を保有し、緻密で高剛性のアルミ
ナ焼結体が得られる。
原料に使用する粉体の粒度はその焼結性の面から平均粒
径５ＩＬｍ以下である事が好ましい、それ以上の粒度の
粉体では十分緻密な焼結体は得られず、そのため充分に
高い剛性が得られない場合がある。
径５ＩＬｍ以下である事が好ましい、それ以上の粒度の
粉体では十分緻密な焼結体は得られず、そのため充分に
高い剛性が得られない場合がある。
焼結助剤としてはＹ２０３ 、 Ｔ ｉ ０２、ＣａＯ
、ＭｇＯ１Ｃｒ２０３ 、５ｉ０２、ＺｒＯ２の１種ま
たは２種以上を全体重量の０．１〜５ｗｔ％添加する事
が好ましい、０．ｌａｔ％以下では充分な密度が得られ
なくなり、また５ｗｔ％を超えると焼結体のヤング率が
低下する。
、ＭｇＯ１Ｃｒ２０３ 、５ｉ０２、ＺｒＯ２の１種ま
たは２種以上を全体重量の０．１〜５ｗｔ％添加する事
が好ましい、０．ｌａｔ％以下では充分な密度が得られ
なくなり、また５ｗｔ％を超えると焼結体のヤング率が
低下する。
Ｙ２Ｏ３は少量で効果を発揮し０．１〜１ｗｔ％の添加
量が好ましい。ＴａＣ２は０．５〜５ｗｔ％の添加量が
好ましく５ｗｔ％以上では異常粒成長の原因となり好ま
しくない。
量が好ましい。ＴａＣ２は０．５〜５ｗｔ％の添加量が
好ましく５ｗｔ％以上では異常粒成長の原因となり好ま
しくない。
Ｃａｏ 、 ５ｉ０２も０．５〜３ｗｔ％の添加で焼結
助剤として有効に慟〈がそれ以上の添加は生成されるガ
ラス成分が多くなり、剛性が低下するので好ましくない
。
助剤として有効に慟〈がそれ以上の添加は生成されるガ
ラス成分が多くなり、剛性が低下するので好ましくない
。
ＮｇＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＺｒＯ２はアルミナの粒成長抑制
剤として有効に働く、ＴｉＣ、τ１Ｃ−ＴｉＮ固溶体、
ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ（１）添加もアルミナ
の粒成長抑制剤として働くので、これらの酸化物粒成長
抑制剤と複合して使用する事が望ましい。
剤として有効に働く、ＴｉＣ、τ１Ｃ−ＴｉＮ固溶体、
ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ（１）添加もアルミナ
の粒成長抑制剤として働くので、これらの酸化物粒成長
抑制剤と複合して使用する事が望ましい。
その添加量はＮｇＯテｏ、（１５〜１ ｗｔ％、Ｃ「２
０３テ０．３〜５ｗｔ％、ＺｒＯ２テ１〜５ ｗｔ％が
好ましい。
０３テ０．３〜５ｗｔ％、ＺｒＯ２テ１〜５ ｗｔ％が
好ましい。
焼結温度は上記の焼結助剤が十分多く、ＴｉＣ１ＴｉＣ
−ＴｉＮ固溶体、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣが少
ない時には低温で緻密に焼結できるが１４００℃未満で
は十分に緻密化しない、また、１９００℃超では焼結助
剤の発泡現象が発生したり、アルミナ自体が還元反応を
起こしたりする。
−ＴｉＮ固溶体、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣが少
ない時には低温で緻密に焼結できるが１４００℃未満で
は十分に緻密化しない、また、１９００℃超では焼結助
剤の発泡現象が発生したり、アルミナ自体が還元反応を
起こしたりする。
焼結は不活性雰囲気、即ちＨｅ、 Ａｒ等のガス中で非
加圧で焼結する。窒素や水素等の活性ガス雰囲気では反
応が起き好ましくない。
加圧で焼結する。窒素や水素等の活性ガス雰囲気では反
応が起き好ましくない。
このようにして製造された焼結体は黒色の色調をもち、
高いヤング率を有する。−射的に焼結助剤の少ない領域
では３．８〜４．２ Ｘ１０４ ｋｇＦ／厘１２ と高
いヤング率を持つ。焼結助剤、特にＴｉＯ２，５ｉｎ２
が３〜５ｗｔ％含む場合はヤング率が３．５〜３．８×
１０４ｋｇｆ／■鳳２と比較的低くなる。
高いヤング率を有する。−射的に焼結助剤の少ない領域
では３．８〜４．２ Ｘ１０４ ｋｇＦ／厘１２ と高
いヤング率を持つ。焼結助剤、特にＴｉＯ２，５ｉｎ２
が３〜５ｗｔ％含む場合はヤング率が３．５〜３．８×
１０４ｋｇｆ／■鳳２と比較的低くなる。
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。
実施例１
純度９８．９％、平均粒径０．５ ｕＬｍのアルミナ粉
末９６．５重量部、平均粒径１ｐｍのＴｉＣ粉末１重量
部、Ｙ２Ｏ３０，５重量部、Ｔｉ０２２重量部によりな
る混合粉体に樹脂バインダー３重量部を加え、水を溶媒
としてアルミナポットミル中で２４時間混合した。
末９６．５重量部、平均粒径１ｐｍのＴｉＣ粉末１重量
部、Ｙ２Ｏ３０，５重量部、Ｔｉ０２２重量部によりな
る混合粉体に樹脂バインダー３重量部を加え、水を溶媒
としてアルミナポットミル中で２４時間混合した。
このスラリーを乾燥造粒し、静水圧２０００ｋｇ／ｃ厘
２で成形した。得られた成形体をＡｒガス中で昇温し、
１４００℃で２詩間焼結した。得られた焼結体の嵩密度
は理論密度の９８．７％、ヤング率は４．０×１０４ｋ
ｇｆ／ａｍ２．曲げ強度は４５ｋｇｆ／ｍｍ２テ色は真
っ黒であった・ 実施例２ 純度８８％、平均粒径１．８μｍのアルミナ粉末９０重
量部、平均粒径ｌＪＬｍのＮｂＣ粉末７重量部、Ｙ２Ｏ
３０，２重量部、ＴｉＯ２０，８重量部、Ｚｒ０７２重
量部によりなる混合粉体に樹脂バインダー３重量部を加
え、水を溶媒としてアルミナボットミル中で２４時間混
合した。
２で成形した。得られた成形体をＡｒガス中で昇温し、
１４００℃で２詩間焼結した。得られた焼結体の嵩密度
は理論密度の９８．７％、ヤング率は４．０×１０４ｋ
ｇｆ／ａｍ２．曲げ強度は４５ｋｇｆ／ｍｍ２テ色は真
っ黒であった・ 実施例２ 純度８８％、平均粒径１．８μｍのアルミナ粉末９０重
量部、平均粒径ｌＪＬｍのＮｂＣ粉末７重量部、Ｙ２Ｏ
３０，２重量部、ＴｉＯ２０，８重量部、Ｚｒ０７２重
量部によりなる混合粉体に樹脂バインダー３重量部を加
え、水を溶媒としてアルミナボットミル中で２４時間混
合した。
このスラリーを乾燥造粒し、静水圧２０００ｋｇ／ｃ鳳
２で成形した。得られた成形体をＨｅガス中で昇温し、
１７００℃で２時間焼結した。得られた焼結体の嵩密度
は理論密度の９７．６％、ヤング率は４．１×１０’
ｋｇｆ／厘■２、曲げ強度は４８ｋｇＦ／■脂２で色は
真っ黒であった・ 実施例３ 純度９９．９％、平均粒径０．８ ｐ−ｍのアルミナ粉
末９５重量部、平均粒径ｌ終ｍのＴｉＣ−ＴｉＮ固溶体
（５０： ５０）粉末３重量部、Ｙ、０３０．１重量部
、Ｃｒ７０３２重量部によりなる混合粉体に樹脂バイン
ダー３重量部を加え、水を溶媒としてアルミナボットミ
ル中で２４時間混合した。
２で成形した。得られた成形体をＨｅガス中で昇温し、
１７００℃で２時間焼結した。得られた焼結体の嵩密度
は理論密度の９７．６％、ヤング率は４．１×１０’
ｋｇｆ／厘■２、曲げ強度は４８ｋｇＦ／■脂２で色は
真っ黒であった・ 実施例３ 純度９９．９％、平均粒径０．８ ｐ−ｍのアルミナ粉
末９５重量部、平均粒径ｌ終ｍのＴｉＣ−ＴｉＮ固溶体
（５０： ５０）粉末３重量部、Ｙ、０３０．１重量部
、Ｃｒ７０３２重量部によりなる混合粉体に樹脂バイン
ダー３重量部を加え、水を溶媒としてアルミナボットミ
ル中で２４時間混合した。
このスラリーを乾燥造粒し、静水圧２０００ｋｇ／ ｃ
薦２で成形した。得られた成形体をＡｔガス中で昇温し
、１５００℃で２時間焼結した。得られた焼結体の嵩密
度は理論密度の９８．１％、ヤング率は３．９×１０’
ｋｇｆ／璽薦２、曲げ強度は４８ｋｇｆ／票履２で色
は真っ黒であった・ 実施例４ 純度９９．９％、平均粒径０．５ ＪＬｍのアルミナ粉
末に表１に示す原料粉末を混合し樹脂バインダー３重量
部を加え、水を溶媒としてアルミナポー２トミル中で２
４時間混合した。
薦２で成形した。得られた成形体をＡｔガス中で昇温し
、１５００℃で２時間焼結した。得られた焼結体の嵩密
度は理論密度の９８．１％、ヤング率は３．９×１０’
ｋｇｆ／璽薦２、曲げ強度は４８ｋｇｆ／票履２で色
は真っ黒であった・ 実施例４ 純度９９．９％、平均粒径０．５ ＪＬｍのアルミナ粉
末に表１に示す原料粉末を混合し樹脂バインダー３重量
部を加え、水を溶媒としてアルミナポー２トミル中で２
４時間混合した。
このスラリーを乾燥造粒し、静水圧２０００ｋｇ／ｃ■
２で成形した。得られた成形体をＡｒガス中で昇温し、
それぞれの温度で２時間焼結した。得られた焼結体の嵩
密度と、ヤング率、色調を表１に示す。
２で成形した。得られた成形体をＡｒガス中で昇温し、
それぞれの温度で２時間焼結した。得られた焼結体の嵩
密度と、ヤング率、色調を表１に示す。
比較例
純度９８．９％、平均粒径０．５ ＪＬｍのアルミナ粉
末に表２に示す原料粉末を混合し樹脂バインダー３重量
部を加え、水を溶媒としてアルミナポットミル中で２４
時間混合した。
末に表２に示す原料粉末を混合し樹脂バインダー３重量
部を加え、水を溶媒としてアルミナポットミル中で２４
時間混合した。
このスラリーを乾燥造粒し、静水圧２ＱＯＱｋｇ／ ｃ
層２で成形した。得られた成形体をＡｒガス中で昇温し
、それぞれの温度で２時間焼結した。得られた焼結体の
嵩密度と、ヤング率、色調を表２に示す。
層２で成形した。得られた成形体をＡｒガス中で昇温し
、それぞれの温度で２時間焼結した。得られた焼結体の
嵩密度と、ヤング率、色調を表２に示す。
（以下余白）
発明の効果
本発明はホットプレスやＨＩＰ等の加圧焼結を必要とし
ない、高剛性の黒色系アルミナ焼結体の製造方法を提供
するものであり、精密機械用の高剛性素材の製造やレー
ザー・紫外線等の光装置関連部品の製造に広く応用可能
である。
ない、高剛性の黒色系アルミナ焼結体の製造方法を提供
するものであり、精密機械用の高剛性素材の製造やレー
ザー・紫外線等の光装置関連部品の製造に広く応用可能
である。
Claims (2)
- １．ＴｉＣ、ＴｉＣ−ＴｉＮ固溶体、ＮｂＣ、ＺｒＣ、
ＨｆＣ、ＴａＣの１種または２種以上を０．２〜１０ｗ
ｔ％含み、残部が実質的にアルミナ及び焼結助剤からな
る混合粉末を、非加圧の不活性雰囲気中で１４００〜１
９００℃の温度で焼結し、色調が黒色である事を特徴と
する、高剛性黒色アルミナ焼結体の製造方法。 - ２．焼結助剤としてＹ＿２Ｏ＿３、ＴｉＯ＿２、ＣａＯ
、ＭｇＯ、Ｃｒ＿２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿２、ＺｒＯ＿２の
１種または２種以上を０．１〜５ｗｔ％、添加する事を
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高剛性黒色アル
ミナ焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2155053A JPH0450161A (ja) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | 高剛性黒色アルミナ焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2155053A JPH0450161A (ja) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | 高剛性黒色アルミナ焼結体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0450161A true JPH0450161A (ja) | 1992-02-19 |
Family
ID=15597643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2155053A Pending JPH0450161A (ja) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | 高剛性黒色アルミナ焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0450161A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7067085B1 (en) | 1999-06-29 | 2006-06-27 | Nippon Steel Corporation | Black ceramic sinter with low thermal expansion and high specific rigidity and process for producing the same |
| US7749931B2 (en) * | 2006-02-13 | 2010-07-06 | Fujifilm Corporation | Ceramic optical parts and production methods thereof |
| US8833295B2 (en) | 2009-05-12 | 2014-09-16 | 3M Innovative Properties Company | Masking article for producing precise paint lines and method of improving paint line performance of masking articles |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5659670A (en) * | 1979-10-18 | 1981-05-23 | Sumitomo Electric Industries | Ceramic composition |
| JPS5815075A (ja) * | 1981-07-18 | 1983-01-28 | 住友電気工業株式会社 | セラミツクスパイク |
-
1990
- 1990-06-15 JP JP2155053A patent/JPH0450161A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5659670A (en) * | 1979-10-18 | 1981-05-23 | Sumitomo Electric Industries | Ceramic composition |
| JPS5815075A (ja) * | 1981-07-18 | 1983-01-28 | 住友電気工業株式会社 | セラミツクスパイク |
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