JPH0577624B2 - - Google Patents

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JPH0577624B2
JPH0577624B2 JP63152865A JP15286588A JPH0577624B2 JP H0577624 B2 JPH0577624 B2 JP H0577624B2 JP 63152865 A JP63152865 A JP 63152865A JP 15286588 A JP15286588 A JP 15286588A JP H0577624 B2 JPH0577624 B2 JP H0577624B2
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JP
Japan
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zircon
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alumina
zirconia
strength
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JP63152865A
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JPH01320263A (ja
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Hirokazu Matsumoto
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Inax Corp
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Inax Corp
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明はアルミナ系セラミツクスの製造方法に
係り、特に優れた機械的強度、耐熱衝撃性を有す
るアルミナ系セラミツクスを製造する方法に関す
る。 [従来の技術] アルミナ系セラミツクスは、機械的特性、電気
的特性等に優れることから、これらの特性を利用
して、各種工業用製品の構成材等として幅広く応
用されている。そして、従来より、強度、耐熱衝
撃性の向上あるいは焼成温度の低減等のために
種々の添加物が用いられ、また特性改善のための
添加物についての研究がなされている。 これらの研究の一例として、ジルコニア添加に
よるアルミナ系セラミツクスの強度、靱性及び耐
熱衝撃性の向上があり、例えば特開昭52−86413
号公報には、ジルコニア添加により耐熱衝撃性が
向上することが示されている。また、特開昭55−
158173号公報及び特開昭61−26558号公報には、
アルミナに対して、ジルコニア含有酸化物として
ジルコン(ZrSiO4)を添加することにより耐熱
衝撃性が改善されることが開示され、この理由と
してジルコンがアルミナと反応し、ムライト
(3Al2O3・2SiO2)が生成すること、そして、生
成するジルコニアは単斜晶量が多いため、それに
よるマイクロクラツクが発生するためであるとし
ている。また、特公昭59−24751号公報には、靱
性、曲げ強度の改善のためにジルコニアを添加す
ることが開示されている。更に、特開昭53−
126008号公報には、フラツクス及びジルコン化合
物を添加することが開示されている。 [発明が解決しようとする課題] このように、ジルコニアあるいはジルコンを添
加することにより、アルミナの特性を改善するこ
とは公知の技術であるが、上記いずれの方法によ
つても、要求特性をすべて満足し得るアルミナ系
セラミツクスは得られていない。 即ち、特開昭52−86413号公報に記載の方法は、
具体的にはアルミナに約15重量%の未安定化ジル
コニアを添加し、微細なマイクロクラツクにより
破壊靱性を改善するものであるが、マイクロクラ
ツクにより曲げ強度は低下する。 特開昭55−158173号公報に記載される方法は、
具体的にはアルミナ55〜60重量%に対してジルコ
ン45〜60重量%を配合するものであり、また、特
開昭61−26558号公報に記載される方法は、ジル
コン5〜25重量%を配合するものである。これら
はいずれもジルコンの配合量が多いため、緻密化
のためには1600℃以上の高温焼成又は加圧焼成が
必要である。このため、高温焼成によるアルミナ
の粒成長に起因する強度劣化、更には生成する単
斜晶ジルコニアに起因する強度劣化が起こる。し
かも、ジルコンの多量使用はコスト面からも不利
である。特に、特開昭55−158173号公報の方法で
は、45〜60重量%という多量のジルコンを配合す
るため、ムライト(2Al2O3・2SiO2)が多量に生
じ、アルミナ系セラミツクスとしての特性が得ら
れない。 特開昭59−24751号公報に記載の焼結体では、
フラツクス成分を用いないために、焼成温度が他
界(1600℃以上)という欠点がある。 更に、特開昭53−126008号公報に記載の方法
は、具体的にはアルミナに、CaO,MgO,SiO2
のフラツクス4〜6重量%と、ジルコン化合物と
してのジルコニアあるいは酸塩化ジルコニウム、
水酸化ジルコニウムなどをZrO2に換算して1〜
15重量%配合するものであるが、この方法も、
ZrO2が焼結体中で単斜晶として残り、内部に圧
縮応力が残留する。即ち、ZrO2がマイクロクラ
ツクを形成するための相転移を起して単斜晶
ZrO2となることにより、耐熱衝撃生が付与され
るのであるが、マイクロクラツク形成による曲げ
強度低下の問題がある。 本発明は上記従来の問題点を解決し、優れた機
械的強度、耐熱衝撃性を備え、しかも低い焼成温
度で焼結することが可能なアルミナ系セラミツク
スの製造方法を提供することを目的とする。 [課題を解決するための手段] 本発明のアルミナ系セラミツクスの製造方法
は、平均粒径0.1〜5μmのジルコン1〜4重量部、
下記組成のケイ酸塩フラツクス1〜14重量部及び
残部が実質的にアルミナで合計が100重量部とな
るように配合してなる原料を、成形後焼結するこ
とにより、アルミナの結晶粒界のガラス質結合相
中に正方晶ジルコニアが分散した焼結体を得るこ
とを特徴とする。 SiO2:40〜95重量% CaO:5〜60重量% MgO:0〜55重量% B2O3,BaO,SrO,NiO,CdO,ZnO,MnO
及びCrOよりなる群から選ばれる1種又は2種以
上:0〜5重量% 以下に本発明を詳細に説明する。 本発明において、ジルコン(ZrSiO4)の配合
量は1〜4重量部とし、またその平均粒径は0.1
〜5μmのものを用いる。 ジルコンの配合量が1重量部未満では、ジルコ
ン添加による十分な強度、靱性等の改善効果が得
られない。ジルコンの配合量が4重量部を超える
と、ジルコンの分解に高温を要することから、焼
成温度が上昇し、得られるアルミナ系セラミツク
スの特性が低下する。従つて、ジルコンの配合量
は1〜4重量部とする。 また、ジルコンの平均粒径が5μmを超えると、
得られるアルミナ系セラミツクス中のジルコニア
が正方晶ジルコニアとならず、単斜晶成分が多く
なり、強度が低下する。平均粒径が0.1μm未満の
ジルコンは、その特性改善効果に差異はない上
に、微粒化のために価格や取り扱い性が悪い。従
つて、用いるジルコンの平均粒径は0.1〜5μmと
する。 本発明で用いるケイ酸塩フラツクスは、SiO2
MgO及びCaOの比が第1図に示す三元組成図に
おいて、A(95,0,5),B(40,55,5)及び
C(40,0,60)(いずれも重量%)の各点で囲ま
れる領域にあるのが好適である。特に好適なもの
としては、SiO2が50重量%以上で、例えば SiO2:MgO:CaO=7:2:1 SiO2:MgO:CaO=6:3:1 SiO2:MgO:CaO=6:2:2 である配合が挙げられる。 このようなケイ酸塩フラツクスは、アルミナ粒
界にガラス質の結合相を形成し、得られるアルミ
ナ系セラミツクスの強度を向上させる。用いるケ
イ酸塩フラツクスの各成分の組成が本発明で規定
する範囲外であると、優れた強度向上効果を有す
る良好なガラス相を形成し得ない。また、ケイ酸
塩フラツクスの配合量が1重量部未満では、形成
されるガラス相が少な過ぎて、十分な強度が得ら
れない。逆に、ケイ酸塩フラツクスの配合量が14
重量部を超えると、相対的にアルミナが少なくな
りアルミナとしての特性が損なわれる。従つて、
ケイ酸塩フラツクスの配合量は1〜14重量部とす
る。 本発明において、ケイ酸塩フラツクスの添加形
態には特に制限はなく、SiO2,CaCO3,MgCO3
等の試薬の形で添加しても良く、また、タルク、
カオリン、石灰等のケイ酸塩フラツクスの成分を
含む天然原料の形で添加しても良い。 本発明のアルミナ系セラミツクスの製造にあた
つては、ジルコン、ケイ酸塩フラツクス及びアル
ミナを所定の配合量となるように水、必要に応じ
てポリビニルアルコール等の有機結合剤を加えて
混合し、これを常法に従つて、成形、焼成する。
成形に際しては、まず原料を混合して得られたス
ラリーをスプレー造粒する。スプレー造粒するこ
とにより、原料の流動性が改善され、成形型内へ
の充填性等が向上される。この原料粉末を、金型
プレス等により成形体(圧粉体)を得る。 本発明において、成形体の焼成は、1475〜1550
℃の比較的低温で行うことができ、また焼成時間
は1〜3時間程度で良い。焼成温度が1475°未満
では焼結反応が不十分となり、好ましくない。ま
た、1550℃を超える高温焼成は、その必要がない
上に、結晶粒の成長、粗大化による強度、靱性等
の特性低下を招き好ましくない。 [作用] 本発明におけるジルコン添加のアルミナ系セラ
ミツクスは、従来のジルコン添加アルミナ系セラ
ミツクスに比べ、その添加量が非常に少ないにも
かかわらず、その特性は従来品より非常に優れた
ものであり、しかも従来法よりも低い焼成温度で
焼結することができる。 従来のようにジルコンを過剰にすると、アルミ
ナとジルコンとの反応によりムライトが晶出する
固相反応で焼結が進行することから焼結性が乏し
い。また、焼結性が乏しいために1600℃以上での
高温焼成を必要とし、そのために結晶粒が粗大化
し、そのジルコン添加量に相当する十分な特性が
得られない。しかも、ジルコンから生成するジル
コニアは、殆ど単斜晶として存在し、この単斜晶
ジルコニアは耐衝撃性の向上に寄与する反面、曲
げ強度の低下を引き起こす。 これに対し、本発明においては、ジルコンは焼
成過程で、ジルコニアとシリカに分解するのは従
来品と変わりはないが、生成するシリカは、アル
ミナと反応するのではなく、別に添加したケイ酸
塩フラツクスとともに、ガラス相を形成して、ア
ルミナ粒子を強固に結合する。即ち、この場合の
焼結は液相焼結であり、このため焼成温度の著し
い低減が可能とされる。そして、ジルコンが分解
して生成するジルコニアは、シリカとケイ酸塩フ
ラツクスとの反応により形成されるガラス相中
に、非常に微細なジルコニア粒子として均一に分
散し、これによりガラス相が強化され、より一層
の強度、靱性の向上効果が得られる。 しかも、本発明においては、ジルコンが分解し
て生成するジルコニアは、大部分が準安定な正方
晶ジルコニア(部分安定化ジルコニア)となつて
存在する上に、ガラス層に拘束されるため、相転
移を起こすことは殆どなく(なお、一部が単斜晶
になることはある。)、マイクロクラツクを生じな
いため、強度も著しく高い。 本発明におけるこのような特性の改善効果は、
特定組成のケイ酸塩フラツクスの特定量と共に、
平均粒径0.1〜5μmという極めて微細なジルコン
を1〜4重量部という少量添加することにより達
成されるものである。 [実施例] 以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより
具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えな
い限り、以下の実施例に限定されるものではな
い。 実施例1〜3、比較例1,2 ジルコン、ケイ酸塩フラツクス及びアルミナの
配合量が第1表に示す割合となるように、原料を
配合し(ただし、比較例1ではジルコンを添加せ
ず。比較例2ではケイ酸塩フラツクスを添加せ
ず。)、原料粉末1000gに対して水1000g、有機結
合剤としてポリビニルアルコール(信越化学(株)
製、10重量%水溶液)を固形分重量で20g加え、
ボールミリングにより70時間混合してスラリーを
得た。なお、用いたジルコン粉末の平均粒径は
1.0μmである。ケイ酸塩フラツクスとしては、
SiO2,CaCO3及びMgCO3を SiO2:60重量% MgO:25重量% CaO:15重量% となるように配合したものを用いた。 得られたスラリーをスプレー造粒して原料粉末
を得、この原料粉末を1000Kgf/cm2の金型プレス
により大きさ5.0×5.0×40mmに成形し、これを電
気炉にて、第1表に示す焼成温度に2時間保持し
て焼成した。 得られたアルミナ系焼結体について、各種特性
を調べ、結果を第1表に示した。 第1表より明らかなように、本発明方法によれ
ば、低い焼成温度で緻密な焼結体を得ることがで
き、得られるアルミナ系セラミツクスは著しく曲
げ強度が高く耐熱衝撃性にも優れる。特に、ケイ
酸塩フラツクスを添加せず、ジルコンのみを添加
した比較例2のものは、気孔率が約30%もあり、
緻密化せず、曲げ強度や耐熱衝撃性に著しく劣る
ものであつた。
【表】 *1:三点曲げ強度
[発明の効果] 以上詳述した通り、本発明のアルミナ系セラミ
ツクスの製造方法によれば、低い焼結温度で、曲
げ強度が高く、しかも耐熱衝撃性にも優れたアル
ミナ系セラミツクスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明で用いるケイ酸塩フラツクスの
組成を示す三元組成図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 平均粒径0.1〜5μmのジルコン 1〜4重量
    部 下記組成のケイ酸塩フラツクス 1〜14重量部 SiO2:40〜95重量% CaO:5〜60重量% MgO:0〜55重量% B2O3,BaO,SrO,NiO,CdO,ZnO,MnO
    及びCrOよりなる群から選ばれる1種又は2種以
    上:0〜5重量% 及び残部が実質的にアルミナで合計が100重量
    部となるように配合してなる原料を、成形後焼結
    することにより、アルミナの結晶粒界のガラス質
    結合相中に正方晶ジルコニアが分散した焼結体を
    得ることを特徴とするアルミナ系セラミツクスの
    製造方法。
JP63152865A 1988-06-21 1988-06-21 アルミナ系セラミックスの製造方法 Granted JPH01320263A (ja)

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JP2722515B2 (ja) * 1988-08-31 1998-03-04 株式会社 ノリタケカンパニーリミテド 粒子分散強化型酸化物セラミックス複合材およびその製造方法
JP2859964B2 (ja) * 1990-12-25 1999-02-24 シャープ株式会社 電子レンジのターンテーブル駆動用のローラ

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