JPH0578164A - 燒結微晶質セラミツク材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】とりわけ研削材に適し、特殊な化学組成に基づ
き、特に高い粘性と共に高い硬さを有するセラミック材
料を提供することを目的とする。 【構成】セラミック材料が０．０１から１５重量％、好
ましくは０．１から３重量％のクロム化合物の添加物を
有するα−Ａｌ_２Ｏ_３ベースのホイスカーより成る焼結
微結晶質セラミックスより構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は０．０１から２重量％、
好ましくは０．０１から０．５重量％のセリウム化合物
及び０．０１から１５重量％、好ましくは０．１から５
重量％のクロム化合物を添加したαＡｌ₂ Ｏ₃ ベースの
燒結微晶質セラミック材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】ゾル・ゲル処理によりαＡｌ₂ Ｏ₃ から
セラミック材料を製造するための基本的な発表が欧州特
許出願３６８８３７号に既に記載されている。

【０００３】米国特許４７４４８０２号はα−Ｆｅ₂ Ｏ
₃ の核粒子を混合したゾルに更にクロム含有化合物を添
加することが可能であることを示す。酸化クロム（ＩＩ
Ｉ）は高温でα−Ａｌ₂ Ｏ₃ と固溶体を形成することが
文献で知られている。

【０００４】欧州特許出願３９５０９１号には、選択で
きる一つの方法として、α−Ａｌ₂Ｏ₃ 又はα−Ｆｅ₂
Ｏ₃ へ核生成剤として酸化クロムを添加することが記述
されている。遷移状態の酸化アルミニウムのα−Ａｌ₂
Ｏ₃ への変態に対するクロム化合物の効果について文献
で種々異なる意見が主張されるのは、恐らく酸化クロム
のレドックス挙動に関係がある。ジー・シー・バイ
（Ｇ．Ｃ．Ｂｙｅ）は論文「γ−Ａｌ₂ Ｏ₃ からのα−
Ａｌ₂ Ｏ₃ の生成におけるＣｒ及びＦｅの影響」（Infl
uence of Cr and Fe on Formation of α−Ａｌ₂ Ｏ₃
from γ−Ａｌ₂ Ｏ₃ ）（Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｅｒ．Ｓｏ
ｃ．５７巻（１９７４年）３６７−３７１頁）の中でα
Ａｌ₂ Ｏ₃ の生成に対するＦｅ₂ Ｏ₃ の促進効果のほか
にＣｒ（ＶＩ）の遅延効果を説明している。また、彼
は、８００から９００℃の間で彼が発見した六方晶のＣ
ｒ（ＩＩＩ）酸化物結晶が粒状固溶体の発生に対して核
効果を持つ可能性も併せて指摘している。欧州特許出願
３６８８３７号にはα−Ａｌ₂ Ｏ₃ のほかにホイスカー
状の針状晶を含むセラミック材料が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、とり
わけ研削材として適当であり、特殊な化学組成と構造に
よって、非常に高い硬さを合せ持っているにもかかわら
ず、特に高い粘性を有するセラミック材料を提供するこ
とである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的は、セラミック
材料が０．１から３０容積％、好ましくは１から２５容
積％のホイスカー状粒子を含む結晶質基質からなること
で達成される。粒子は０．２から１μｍの直径を有し、
その長さは１から２０μｍである。基質はα−Ａｌ₂ Ｏ
₃ 中の０．０１から１５重量％のＣｒ₂ Ｏ₃ でできた固
溶体から構成される。この固溶体の硬さは純α−Ａｌ₂
Ｏ₃ より高い。基質は、特に０．５μｍ未満の結晶粒度
と極めて均一な組織を有する。

【０００７】透過電子顕微鏡研究が明らかにしたこと
は、組み込まれた粒子は、針状のホイスカーをなすか、
又は一部或いは全部が片状晶として形成され得るという
ことである。夫々の量は恐らく発生条件にも関係する。

【０００８】便宜上粒子をホイスカーと呼び、これに単
結晶片状晶も含めることにする。その場合片状晶の厚さ
はホイスカーの直径、即ちホイスカー長さに垂直な寸法
に相当する。

【０００９】透過電子顕微鏡を用いた研究によれば、ホ
イスカーはβコランダム型のＣｅ−Ａｌ酸化物系化合物
からなる。Ａｌイオンの一部がＣｒに置換され、引き続
き種々の量でＣａやその他のアルカリ土類イオン又はア
ルカリイオンが結晶格子に組み込まれる。発生時に基質
からＣａ或いはその他のアルカリ土類及びアルカリイオ
ンが奪われるので、強度が高くなる。なぜなら結晶相と
してもガラス相としても強度を低下する粒界不純物が減
少するからである。Ｃａ或いはアルカリ土類の含量及び
アルカリの含量が１％までであれば強度の減損がない。
恐らく、ホイスカーの形成のために低いＣａ含量がむし
ろ必要である。粒子中のＣａ含量は基質に対して遥かに
高いから、基質に関して著しい純化効果が現れる。

【００１０】ホイスカー格子へのＣｒの組み込みは、ア
ルミン酸セリウムの硬さの増加をもたらす。ところが、
βコランダム構造はα−Ａｌ₂ Ｏ₃ より硬さが遥かに低
い。本発明に基づくセラミック成形体又は研削体の硬さ
は、ホイスカー格子へのＣｒの組み込みによって高くな
る。この硬さは、例えばダイアモンド砥粒で慣用のよう
に圧縮強さとして試験することができる（実施例を参
照）。Ｃｒの組み込みによるホイスカーの硬さと強度の
向上は、プルアウト効果と割れ偏り機構を改善する。

【００１１】また、恐らく自己尖鋭効果によっても、研
削能力が更に高められる。針状晶の割れの偏りは、新し
い鋭い破面縁の形成に寄与する。折り取られる破片の大
きさは、恐らく、主として針状晶相互の間隔に関係す
る。従って、針状晶濃度（個数／単位容積）を変えるこ
とによって、特定の用途に対して摩耗挙動を適応させ最
適化することもできる。α酸化アルミニウム水和物懸濁
液に、セリウム及びクロム添加物のほかに、核生成剤を
更に加えることが好ましい。

【００１２】核生成剤はα−Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ダイアスポ
ア、ＡｌＦ₃ 、α−Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、Ｖ₂Ｏ₃ 、Ｃｏ
₂ Ｏ₃ 、Ｎｂ₂ Ｏ₃ 、Ｃｅ₂ Ｏ₃ 、γ−Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｇ
ａ₂ Ｏ₃ 、ＧａＯＯＨ、ＦｅＯＯＨ、Ｔｉ₂ Ｏ₃ 、Ｃｒ
₂ Ｏ₃ からなる微細な粒子である。更に、可溶又は不溶
の微細粒子前駆体を添加することもできる。この微細粒
子前駆体は乾燥した材料を加熱したとき、α−Ａｌ₂ Ｏ
₃ の通常の核生成が始まる前に（即ち、より低い温度
で）、上記の酸化物に変態する化合物である。上記の酸
化物又は微細粒子前駆体の混合物又は組み合わせを使用
することもできる。また、前述の固容体も同様である。

【００１３】核生成剤は、最終製品の酸化物を基準にし
て５重量％の量を加える。こうして調製した材料は改善
された性質を示すことが確認された。その理由は、恐ら
くホイスカー状針状晶の長さ対直径比による。即ち、こ
れは同じ長さであっても、針状晶の直径が減少すると共
に、単位容積当りの針状晶の数が増加することによって
いる。

【００１４】５重量％以上に核生成剤の添加を増加して
も、性質の改善はなかった。核生成剤は微細な粒子の懸
濁液の形で、ベーマイト懸濁液に加えることができる。
このような核生成剤懸濁液は、市販の粉末から粉砕と沈
殿により、又はミクロン以下の粉末を生じる他のあらゆ
る方法で調製される。もちろん、核生成剤を固形物状で
砕解の前又は後に加えることもできる。微晶質構造を形
成するために、硝酸マグネシウム又はその他のＭｇ含有
化合物をα酸化アルミニウム水和物の懸濁液に加えるこ
とが好ましい。

【００１５】また本発明は、希酸溶液中で微細なα−Ａ
ｌ₂ Ｏ₃水和物を掻き混ぜながら、Ａｌ₂ Ｏ₃ 基準で酸
化物として計算して、０．０１から２重量％、好ましく
は０．０１から０．５重量％の量のセリウム化合物を加
え、Ａｌ₂ Ｏ₃ 基準で酸化物として０．０１から１５重
量％、好ましくは０．１から５重量％の量のクロム化合
物を加え、場合によっては酸化物としてＡｌ₂ Ｏ₃ 基準
で１重量％以下のカルシウム及び／又はマグネシウム化
合物を更に加えて乾燥し、粉砕し、燒結することにより
セラミック材料を製造する方法に関する。この方法は、
懸濁液を乾燥の前に脱気して砕解すること、及び燒結操
作を多段階で、好ましくはガス圧のもとで行うことを特
徴とする。その際、微晶質基質のほかに針状晶が形成さ
れるように燒結過程を操作する。

【００１６】クロム及びセリウムの添加は、無機又は有
機塩の形で行うことができるが、微細に分散されるか又
は溶解され得る他のあらゆる化合物、例えば酸化物或い
は水酸化物として行うこともできる。既成のＣｒ₂ Ｏ₃
−Ａｌ₂ Ｏ₃ 固溶体の添加も好適である。この固溶体
は、同時に材料の密度が増加（気孔率の低下）する場合
に、基質及びホイスカーの化学組成の高い純度と均質性
をもたらす。

【００１７】砕解はロータ・ステータ方式の分散装置で
行うことができる。他の分散装置、例えば撹拌ボールミ
ルも使用できるが、その場合は大きな粉砕体摩耗又は金
属摩耗が製品の品質にとって不利である。

【００１８】微細なαＡｌ₂ Ｏ₃ 水和物として、純度が
９９％を超え比表面積が１５０から２９０ｍ² ｇの市販
の疑似ベーマイト（Ｐｕｒａｌ、Ｄｉｓｐｅｒａｌ、Ｖ
ｅ−ｒｓａｌ）を使用することができる。懸濁液の固形
物含量は５から４０重量％の間にあり、主に１５から２
５重量％の間にあった。解こう剤の酸として硝酸、塩
酸、ギ酸又は酢酸を使用することができる。

【００１９】乾燥は、薄膜蒸発器にバンド乾燥機を接続
して行う。また、分離がもはや不可能であるように乾燥
段階で材料をよく混合させ得る、他のあらゆる乾燥装置
を使用することができる。最終製品の針状晶に所望の均
質な分布を持たせるために、上記のことが必要である。
その時形成される乾燥材料の気孔構造は、針状晶の形成
に役立つようである。これは、静止して乾燥するとき
は、発生する針状晶が遥かに少ないからである。

【００２０】マイクロ波加熱のバンド乾燥機で乾燥を行
うことが好ましい。その時起こる内部からの材料の加熱
は、気孔構造と化学組成に関して乾燥物のすこぶる良好
な均質性をもたらす。ホイスカーの形成と燒結活性がそ
れによって促進され、それと共に完成品の性質が改善さ
れる。

【００２１】乾燥した材料を粉砕し、ふるい分ける。得
られた粒を直ちに燒結して砥粒とすることができ、又粉
末として適当な微細な形で有機結合材で成形品に圧縮成
形する。該圧縮成形に対しては、すべての公知の圧縮成
形法、例えばダイプレス、押出し又はロール圧縮成形が
適する。

【００２２】燒結時間は温度に関係し、各段階で数分か
ら数時間である。多段階燒結工程は原則として１つの適
当な炉で行うことができるが、第１段階は特に酸性排出
ガスが発生するので、特にそのために内張りした炉で第
一段階を行うならば好都合であることが判明した。

【００２３】別の変法では、燒結を非酸化又は還元条件
のもとで行うことができ、それによって約３００から５
００℃でＣｒＯ₃ の中間形成が阻止される。しかし、こ
の条件でＣｒが３価以下の形に還元されてはならない。

【００２４】別の変法では、予備焼成した材料を溶液又
は懸濁液で含浸させることができる。この方法は欧州特
許出願３９４２１３号として知られている。上述のすべ
ての添加物及び核生成剤の微細粒子前駆体はこれらの技
術によって添加することができる。

【００２５】本発明に基づく材料は研削用に非常に良く
適合するが、酸化アルミニウムセラミックに関するすべ
ての公知の用途にも使用することができる。砥石車に使
用するには燒結の前に材料を粉砕するのが有利であり、
ベルト及び可撓性ディスクに使用するときは燒結の後で
粉砕する方がよいことがわかっている。

【００２６】

【実施例】以下に示す例に基づいて本発明を詳しく説明
する。 例１：（懸濁液の製造）

【００２７】水３９．５ｋｇと濃硝酸４４０ｇの溶液
に、商品名Ｄｉｓｐｅｒａｌ（Ｒ）のα酸化アルミニウ
ム水和物１０ｋｇを連続的に加え掻き混ぜた。次に、懸
濁液を実験用真空装置で１００ｍｂａｒで脱気し、続い
て２個の供給口を持つ分散装置にポンプで送り込んだ。
流速は３リットル／ｈ、ロータ回転数は１５０００ｒｅ
ｖ／ｍｉｎであった。分散装置の第２の供給口に、硝酸
（ＩＩＩ）セリウム六水和物４．５ｇ／ｌと硝酸（ＩＩ
Ｉ）クロム九水和物１４ｇ／ｌの溶液を毎時３００ｍｌ
ずつポンプで送り込んだ。集塊を砕解した懸濁液を、例
２−６で再処理した。燒結した最終製品は、０．１重量
％のＣｅＯ₂ と０．３重量％のＣｒ₂ Ｏ₃ を含んでい
た。 例２

【００２８】例１の懸濁液を撹拌しながら蒸発し、ポリ
プロピレンのカップで凝固した後、熱風乾燥器で８０℃
で３６時間乾燥してもろい板状体にした。乾燥した板状
体をハンマーミルで粉砕して粒状にし、ふるい機で分級
した（微粒分＜０．１ｍｍ−例５を参照）。続いて、粒
体をマッフル炉で６００℃で１時間焼成した。次に、該
材料をガス圧燒結炉で９００℃に加熱した。ガス雰囲気
として窒素を使用した。

【００２９】約１００バールに昇圧した後、温度を１時
間以内に１１００℃に高め、次いで圧力を１バールに下
げ、温度を更に１３００℃に上げた。更に、１３００℃
で１．５時間の後、１００バールで１５分間仕上燒結し
た。この材料は気孔率３容積％で、直径０．２−０．５
μｍ、長さ３から５μｍの間の約１５容積％のホイスカ
ーを含んでいた。

【００３０】基質と針状晶の化学組成を、透過電子顕微
鏡−エネルギー分散分析（ＴＥＭ−ＥＤＸ）で決定し
た。ホイスカーの近傍において、基質はＡｌ₂Ｏ₃ と
０．３％のＣｒ₂ Ｏ₃ の他に不純物を含まなかった。ホ
イスカー自体は約１重量％のＣａＯ、５重量％のＣｅＯ
₂ 、及び約０．５重量％のＣｒ₂ Ｏ₃ を含んでいた。 例３

【００３１】例１の懸濁液をマイクロ波乾燥器で乾燥し
た。乾燥した板状体を例２のように再処理した。この材
料は、気孔率２容積％で１８容積％のホイスカーを含ん
でいた。 例４ 例３の乾燥した材料をごく粗く粉砕し、例２のように燒
結した。燒結の後、最終粉砕とふるい分けを行った。 例５

【００３２】例２の乾燥した微粒（＜０．１ｍｍ）を約
２５重量％のＨ₂ Ｏと混合し、円柱体（直径３０ｍｍ、
長さ５ｍｍ）に圧縮成形した。圧縮成形は母形中で行
い、４００ＭＰａで一軸で行った。円柱体を例２のよう
に燒結した。燒結した材料は気孔率２容積％で、例２の
材料と事実上同様な針状晶を含むミクロ構造を示した。
燒結した円柱体を粒状に粉砕し、ふるい分けした。 例６ 例３のように圧縮成形した円柱体を燒結の前に粉砕し、
ふるい分けした。ふるい分けた粒を例２のように燒結し
た。 例７

【００３３】α酸化アルミニウム水和物懸濁液を例１の
ように調製した。配合した溶液は硝酸セリウム六水和物
１７．９ｇ／ｌ、硝酸マグネシウム六水和物５．６ｇ／
ｌ及び硝酸クロム九水和物１４ｇ／ｌを含む。その結
果、最終製品に０．４重量％のＣｅＯ₂ と０．３％のＣ
ｒ₂ Ｏ₃ 及び０．０５％のＭｇＯが含まれていた。砕解
した懸濁液を例３のように再処理した。燒結製品は２容
積％の気孔と、２０容積％のホイスカーを含んでいた。 例８

【００３４】水３９．５ｋｇ、濃硝酸４４０ｇ、硝酸セ
リウム六水和物７８ｇ、硝酸クロム九水和物２０５ｇ、
及び硝酸マグネシウム六水和物２５ｇの溶液に、１０ｋ
ｇのＤｉｐｅｒａｌ（Ｒ）を加えて掻き混ぜ、脱気した
（例１のように）。懸濁液を撹拌ボールミルで砕解し
た。その際、粉砕体摩耗（８５％酸化アルミニウム球）
は、最終製品を基準にして０．２重量％未満であった。
懸濁液を例３のように再処理した。燒結製品は０．４％
のＣｅＯ₂ 、１％のＣｒ₂ Ｏ₃ 及び０．０５％のＭｇＯ
を含んでいた。

【００３５】ホイスカーに取り囲まれた基質の分析−Ｔ
ＥＭ−ＥＤＸによる−は、Ａｌ₂ Ｏ₃ のほかに約０．９
％のＣｒ₂ Ｏ₃ を示しただけで、Ｃａ、Ｃｅ、Ｋ、Ｎａ
及びＭｇを全く示さなかった。このホイスカーはＡｌ₂
Ｏ₃ のほかに約３重量％のＣａＯ、１１重量％のＣｅＯ
₂ 及び約１％のＣｒ₂ Ｏ₃ を含んでいた。 例９

【００３６】水３９．５ｋｇ、濃硝酸４４０ｇ、硝酸セ
リウム六水和物７８ｇ、硝酸クロム九水和物６１ｇ及び
硝酸マグネシウム六水和物２５ｇの溶液に、１０ｋｇの
Ｄｉｓｐｅｒａｌ（Ｒ）を加え掻き混ぜた。懸濁液を例
１のように脱気し、撹拌ボールミルで砕解した。マイク
ロ波乾燥器で乾燥した後、材料を粉砕し、ふるい分けし
た。ふるい分けた粒体をマッフル炉で８００℃で４時間
予備焼成し、続いて連続式回転窯で１６５０℃に熱し
（高温帯の滞留時間は約１０分）、急冷し、マッフル炉
で１３００℃で４時間燒結した。燒結した材料は０．４
％ＣｅＯ₂ 、０．３％Ｃｒ₂ Ｏ₃ 及び０．０５％ＭｇＯ
を含んでいた。ホイスカー含量は約２０容積％であっ
た。 核生成剤の製造

【００３７】水６．５ｋｇ、バイエルーアルミナ３．５
ｋｇ及び濃硝酸１０５ｇの懸濁液を、撹拌ボールミル
で、粒度分布の中央値が０．６μｍ（セジグラフで決
定）になるまで粉砕した。懸濁液を希釈し（Ａｌ₂ Ｏ₃
３５重量％から２０重量％に）、沈降により＞０．２μ
ｍのすべての粒子を除いた。生じた微細な懸濁液は２重
量％のα−Ａｌ₂ Ｏ₃ を含み、核生成添加物として使用
した。

【００３８】別法として、４ｋｇの純Ｃｒ₂ Ｏ₃ 顔料を
６ｋｇの水及び５０ｇの濃硝酸に加えて掻き混ぜ、撹拌
ボールミルで粉砕した。アルミナの場合と同様に、沈降
により懸濁液から０．２μｍを超える粗粒分を除いた。
生じた懸濁液はＣｒＯ₃ を約１．５重量％を含み、例１
２で核生成添加物として使用した。

【００３９】１０ｋｇのＤｉｓｐｅｒａｌ（Ｒ）の懸濁
液を、水３９．５ｋｇ中５００ｇの濃硝酸と１０ｋｇの
硝酸クロム九水和物の溶液と共に、実験用ニーダで練っ
て均質な材塊（ゲル）とした。続いて、ゲルをマッフル
炉で約１２００℃で焼成した。焼成した材料を粉砕し、
アルミナと同様に処理して微細な懸濁液とし、これを例
１３で核生成添加物として使用した。懸濁液は約０．５
％の固形物を含んでいた。これはα−Ａｌ₂ Ｏ₃ −Ｃｒ
₂ Ｏ₃ 固溶体の結晶構造を有し、Ｃｒ₂ Ｏ₃ 含量は約２
５重量％であった。

【００４０】核生成剤の別の例として、市販のダイアス
ポアをアルミナと同様に処理し、微細な懸濁液とした。
この懸濁液は、約５重量％のＡｌ₂ Ｏ₃ 含量を有してお
り、例１８−２１で核生成剤として使用した。 例１０

【００４１】１０ｋｇのアルミナ核生成剤懸濁液に、２
９．５ｋｇの水と５００ｇの濃硝酸及び１０ｋｇのＤｉ
ｓｐｅｒａｌ（Ｒ）を加えて掻き混ぜた。懸濁液を例１
のように脱気し、砕解した。ポンプで送り込んだ溶液
は、１７．９ｇ／ｌの硝酸セリウム六水和物と１４ｇ／
ｌの硝酸クロム九水和物を含んでいた。砕解した懸濁液
を例３のように再処理した。燒結した材料は、０．４重
量％のＣｅＯ₂ と０．３重量％のＣｒ₂ Ｏ₃ を含んでい
た。ホイスカー含量は約３０容積％であり、ホイスカー
の直径は約０．２−０．５μｍ、長さは４−１０μｍで
あった。気孔率は１容積％であった。 例１１

【００４２】燒結し、ふるい分けた例１０の材料を９０
０℃で予備焼成し、マッフル炉で１３００℃で４時間燒
結した。燒結した材料は、約２５容積％のホイスカー
（直径０．２−０．５μｍ、長さ３−８μｍ）を含んで
いた。 例１２

【００４３】１３ｋｇのＣｒ₂ Ｏ₃ 含有懸濁液に２６．
５ｋｇの水、５００ｇの濃硝酸及び１０ｋｇのＤｉｓｐ
ｅｒａｌ（Ｒ）を加えて掻き混ぜた。この懸濁液を例１
のように脱気し、砕解した。ポンプで送り込んだ溶液
は、４．５ｇ／ｌの硝酸セリウム六水和物と１４ｇ／ｌ
の硝酸クロム九水和物及び５．６ｇ／ｌの硝酸マグネシ
ウム六水和物を含んでいた。この懸濁液を例３のように
再処理した。燒結した製品は０．１重量％のＣｅＯ₂ 、
約３重量％のＣｒ₂ Ｏ₃ 及び０．０５重量％のＭｇＯを
含んでいた。ホイスカーは、Ａｌ₂ Ｏ₃ の他に約３重量
％のＣａＯ、５重量％のＣｅＯ₂ 及び２重量％のＣｒ₂
Ｏ₃ を含んでいた。 例１３

【００４４】４０ｋｇの微細な固溶体懸濁液に、５００
ｇの濃硝酸と１０ｋｇのＤｉｓｐｅｒａｌを加えて掻き
混ぜた。懸濁液を例１のように脱気し、砕解した。ポン
プで送り込んだ溶液は、４．５ｇ／ｌの硝酸セリウム六
水和物を含んでいた。懸濁液をマイクロ波乾燥器で乾燥
し、粉砕し、ふるい分けした。ふるい分けた粒体を９０
０℃で予備焼成し、マッフル炉で１３００℃で４時間燒
結した。燒結した製品は、０．１重量％のＣｅＯ₂ と
０．６５重量％のＣｒ₂ Ｏ₃ を含んでいた。 例１４

【００４５】水３９．５ｋｇ、濃硝酸４４０ｇ、硝酸セ
リウム六水和物１９６ｇ及び硝酸クロム九水和物２０．
３ｇの溶液に、１０ｋｇのＤｉｓｐｅｒａｌ（Ｒ）を加
えて掻き混ぜた。この懸濁液を撹拌ボールミルで砕解し
た。砕解した懸濁液を例１３のように再処理した。この
燒結材料は、約１％のＣｅＯ₂ と０．１重量％のＣｒ₂
Ｏ₃ を含んでいた。２０容積％のホイスカーの他に、更
にＣｅＯ₂ 析出物を含んでいた。 例１５（クロムなし）

【００４６】例１０と同様に懸濁液を調製した。但し、
加えた溶液はクロムを含まなかった。その後の処理も例
１０と同様であった。燒結した製品は、約０．４重量％
のＣｅＯ₂ を含んでいた。 例１６（クロムなし） 材料を例１５と同様に調製したが、粉砕とふるい分けを
燒結の後に初めて行った。 例１７

【００４７】５ｋｇのアルミナ核生成剤懸濁液に、３
４．５ｋｇの水と５００ｇの濃硝酸及び１０ｋｇのＤｉ
ｓｐｅｒａｌを加えて掻き混ぜた。この懸濁液を例１の
ように脱気し、砕解した。ポンプで送り込んだ溶液は、
１７．９ｇ／ｌの硝酸セリウム六水和物と２４５ｇ／ｌ
の硝酸クロム九水和物及び５．６ｇ／ｌの硝酸マグネシ
ウム六水和物を含んでいた。砕解した懸濁液を例１３の
ように再処理した。燒結した製品は、０．４重量％のＣ
ｅＯ₂ と５重量％のＣｒ₂ Ｏ₃ を含んでいた。 例１８

【００４８】４ｋｇのダイアスポア含有核生成剤懸濁液
に、水３５．４ｋｇ、濃硝酸５００ｇ及びＤｉｓｐｅｒ
ａｌ（Ｒ）１０ｋｇを加えて掻き混ぜた。この懸濁液を
例１のように脱気し、砕解した。ポンプで送り込んだ溶
液は、１７．９ｇ／ｌの硝酸セリウム六水和物と１４ｇ
／ｌの硝酸クロム九水和物及び５．６ｇ／ｌの硝酸マグ
ネシウム六水和物を含んでいた。砕解した懸濁液を例１
７と同様に再処理した。 例１９

【００４９】懸濁液を例１８と同様に調製し、脱気し、
砕解した。ポンプで送り込んだ溶液は、０．９ｇ／ｌの
硝酸セリウム六水和物と５２ｇ／ｌの硝酸カルシウムを
含んでいた。その後の処理は例３と同様に行った。燒結
した材料は、０．０２％のＣｅＯ₂ と１％のＣａＯを含
んでいた。ホイスカーは、約２％のＣｅＯ₂ と１０％の
ＣａＯを含んでいた。 例２０

【００５０】例１９と同様に調製した。但し、ポンプで
送り込んだ溶液は、１７．９ｇ／ｌの硝酸セリウム六水
和物と４７ｇ／ｌの硝酸クロム九水和物及び５２ｇの硝
酸カルシウムを含んでいた。燒結した材料は０．４％の
ＣｅＯ₂ 、１％のＣｒ₂ Ｏ₃及び１％のＣａＯを含んで
いた。ホイスカーは、約７％のＣｅＯ₂ と１０％のＣａ
Ｏ及び２％のＣｒ₂Ｏ₃ を含んでいた。 例２１ 例１９と同様に調製した。但し、粉砕とふるい分けを燒
結の後に行った。 例２２

【００５１】例１５に従って調製し、乾燥した材料を粉
砕し、ふるい分けし、マッフル炉で１２００℃で４時間
焼成した。冷却した粒体を真空処理し、１００ｇ／ｌの
硝酸クロム九水和物の溶液の層で覆った。エアレーショ
ンの後、粒体を残液から濾別し、乾燥した。例２０に従
って燒結を行った。燒結した材料は、０．４％のＣｅＯ
₂ と０．４％のＣｒ₂ Ｏ₃ を含んでいた。 例２３

【００５２】例１５に従って調製し、乾燥した材料を粉
砕し、ふるい分けし、マッフル炉で１０００℃で８時間
焼成した。冷却した材料を真空処理し、例１７に由来の
砕解した懸濁液の層で覆った。エアレーションの後、粒
体を懸濁液から分離して乾燥した。粒体を、次にマッフ
ル炉で１３００℃で４時間燒結した。燒結した材料は、
約１％のＣｒ₂ Ｏ₃ と０．４％のＣｅＯ₂ を含んでい
た。 例２４ 例１０と同様、但し、燒結の後に粉砕した。 例２５ 乾燥してふるい分けた例７の材料を、回転窯で１６００
℃で焼成した（滞留時間約１５分）。続いて急冷しマッ
フル炉で１２５０℃で４時間仕上燒結した。 例２６

【００５３】乾燥してふるい分けた例７の材料を８００
℃で４時間予備焼成し、続いてマッフル炉で１３００℃
で４時間燒結した。燒結時に９０容積％の窒素と１０容
積％の水素の混合物を炉に貫流させた。

【００５４】上記例で説明した材料の気孔率、ホイスカ
ー含量及び圧縮強さを試験した。気孔率は水銀比重びん
で測定した。砥粒の圧縮強さは次のように試験した。粒
体を０．５−０．６ｍｍ粒分にふるい分け、ふるい分け
た粒分から振動テーブルですべてのほそ長い粒を除き、
残量（立方形の粒形）をそのために特別に設けたダイア
モンドプレス工具で圧壊した。その場合、各粒を個別に
圧壊し、そのために必要な力を測定した。測定された力
−個数分布の中央値を表に示した。

【００５５】金属組織学的検鏡試片から、走査電子顕微
鏡で画像を作成した。この画像でホイスカーの含量と寸
法を測定した。その際、２０個を超える粒の平均値を作
成した。乾燥時の分離によりホイスカー含量は変動する
が、大多数の粒は表に示すホイスカー量を含む。

【００５６】上記例で説明した方法により作製した材料
を砥石車、ファイバディスク、研削ベルトに加工した。
下記の研削テストは、優れた研削能力を示すための例に
過ぎない。もちろん、本発明に基づく材料は他の多くの
用途にも効果的に使用することができる。本発明の材料
がセラミックとして結合された砥石車を、乾式研削で工
具研削に使用した。加工品は、ロックウェル硬さＨＲＣ
６５の鋼であった。送りを一定にして、電力消費の逆数
を品質基準として使用した。Ｃｒ添加のない対照材料
（例１５）と対比したこの値をパーセントで示した。

【００５７】また、例４、５、１６、２１の材料をファ
イバディスク（直径１７８ｍｍ）に加工し、普通鋼の平
面研削に使用した。９０回の研削サイクルの後の総摩耗
量（ｇ）を品質基準として使用した。加工品の直径は２
５ｍｍであった。対照材料として、市販のゾルゲル・コ
ランダム及び準貴石コランダムを使用した。得た値は表
に掲げた通りであり、本発明に基づいて調製した材料の
卓越した研削能力をはっきり示している。

【００５８】

【表１】

【００５９】

【表２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペーター・ヤンツ オーストリア国、アー − 9020 クラー ゲンフルト、フエルトキルヒナーシユトラ ーセ 67 (72)発明者 ゲオルク・ゴツトシヤメル オーストリア国、アー − 9330 トライ バツハ、カスニツトシユトラーセ 10／３

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微晶質基質及び該基質に組み込まれた
   ０．１から３０容積％、好ましくは１から２５容積％、
   特に好ましくは１から１５容積％のホイスカー状の針状
   晶或いは片状晶からなり、この時、燒結微晶質セラミッ
   ク材料が０．０１から２重量％、好ましくは０．０１か
   ら０．５重量％のセリウム化合物の添加物を含み、該セ
   リウム化合物が主にホイスカー中に存在するα−Ａｌ₂
   Ｏ₃ ベースの燒結微晶質セラミック材料であって、該セ
   ラミック材料が０．０１から１５重量％、好ましくは
   ０．１から３重量％のクロム化合物の添加物を有するこ
   とを特徴とする燒結微晶質セラミック材料。
2. 【請求項２】 ホイスカー状の針状晶がカルシウム及び
   ／又はマグネシウムを含有することを特徴とする請求項
   １に記載のセラミック材料。
3. 【請求項３】 セリウム化合物が酸化物であることを特
   徴とする請求項１ないし２のいずれか１つに記載のセラ
   ミック材料。
4. 【請求項４】 クロム化合物が酸化物であることを特徴
   とする請求項１から３のいずれか１つに記載のセラミッ
   ク材料。
5. 【請求項５】 ホイスカー中のセリウム化合物の割合が
   ２０重量％以下、好ましくは１０重量％以下であること
   を特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のセ
   ラミック材料。
6. 【請求項６】 結晶粒度がおおむね１μｍ未満、好まし
   くは０．５μｍ未満であることを特徴とする請求項１か
   ら５のいずれか１つに記載のセラミック材料。
7. 【請求項７】 希酸溶液中で微細なα酸化アルミニウム
   水和物に、掻き混ぜながら酸化アルミニウム含量を基準
   にして０．０１から２重量％、好ましくは０．０１から
   ０．５重量％（ＣｅＯ₂ として計算）の量のセリウム化
   合物を加えて、脱気、砕解、乾燥及び粉砕をし、一部が
   ガス圧下で行われる多段階燒結処理を実施することによ
   って、セラミック材料を製造する方法であって、Ａｌ₂
   Ｏ₃ 基準で０．０１から１５重量％、好ましくは０．１
   から３重量％の量のクロム化合物を懸濁液に加えること
   を特徴とする方法。
8. 【請求項８】 α酸化アルミニウム水和物懸濁液に、セ
   リウム添加物のほかにＡｌ₂ Ｏ₃ 基準で５重量％以下、
   好ましくは２重量％以下の核生成剤微細粒子又はその前
   駆体の微細粒子を加えることを特徴とする請求項７に記
   載の方法。
9. 【請求項９】核生成剤として、Ａｌ₂ Ｏ₃ −Ｃｒ₂ Ｏ₃
   固溶体を使用することを特徴とする請求項８に記載の方
   法。
10. 【請求項１０】 Ａｌ₂ Ｏ₃ −Ｃｒ₂ Ｏ₃固溶体が、９
    ９重量％以下のＣｒ₂ Ｏ₃ を含むことを特徴とする請求
    項８に記載の方法。
11. 【請求項１１】 添加されるクロム化合物の全部又は一
    部がＡｌ₂ Ｏ₃ −Ｃｒ₂ Ｏ₃ 固溶体からなることを特徴
    とする請求項７に記載の方法。
12. 【請求項１２】 燒結処理を５００℃から１４００℃の
    間の温度で多段階で行うことを特徴とする請求項７から
    １１のいずれか１つに記載の方法。
13. 【請求項１３】 燒結を２段階及び４段階で１から１０
    ００バール、好ましくは５０から１００バールのガス圧
    で５分から最大３時間の間行い、その際、第１段階の温
    度を８００℃から１１５０℃の間に、第４段階の温度を
    １２５０℃から１４００℃の間に調整することを特徴と
    する請求項１２に記載の方法。
14. 【請求項１４】 乾燥及び燒結処理をマイクロ波で行う
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
15. 【請求項１５】 焼成物を１６５０℃以下に熱し、次に
    少なくとも１００℃／分の冷却速度で急冷し、次いで１
    １００から１４００℃の間で最終燒結することを特徴と
    する請求項７に記載の方法。
16. 【請求項１６】 非酸化又は還元雰囲気で燒結を行うこ
    とを特徴とする請求項７から１５に記載の方法。
17. 【請求項１７】 懸濁液の固形物含量が５から４０重量
    ％、好ましくは１５から２５重量％であることを特徴と
    する請求項７から１４のいずれか１つに記載の方法。
18. 【請求項１８】 請求項１から６のいずれか１つに記載
    の燒結微晶質セラミック材料の使用であって、該セラミ
    ック材料をα酸化アルミニウムセラミックの研削材若し
    くはセラミック刃物として使用すること、又はα酸化ア
    ルミニウムセラミックの他の用途に使用すること。