JPH07286166A

JPH07286166A - アルミナ−ジルコニア質焼結砥粒およびその製造方法

Info

Publication number: JPH07286166A
Application number: JP6080638A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Morimoto; 久志森元; Yukiteru Kaneko; 幸照金子
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1994-04-19
Filing date: 1994-04-19
Publication date: 1995-10-31

Abstract

(57)【要約】【目的】従来砥粒に比べて硬度を維持し、靭性を高
め、耐摩耗性を向上し、高研削比のアルミナ−ジルコニ
ア質焼結砥粒を提供する。【構成】ＳｉＯ₂ を多少含有し、靭性値を示すフライ
アビリティーの値が１５以下で、マイクロビッカース硬
度が１８００kg／mm² 以上のアルミナ−ジルコニア質焼
結砥粒。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は重研削に適した高靭性の
特性を有するアルミナ−ジルコニア質焼結砥粒に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来重研削用の砥粉はボーキサイトのよ
うなアルミナ質物質の微粉を焼結した砥粒（特公昭３９
−４３９８号、特公昭３９−２７６１２号、特公昭３９
−２７６１３号、特公昭３９−２７６１４号）や溶融ア
ルミナ−ジルコニア砥粒（特公昭３９−１６５９２号）
やＳｉＯ₂ ，ＴｉＯ₂ ，ＭｇＯ，ＣａＯ等を含む溶融ア
ルミナ−ジルコニア砥粒(特公昭５０−１３９８９号)や
高純度アルミナ微粉に酸化マグネシウム等の結晶成長抑
制剤を添加した砥粒（特開昭５２−１４９９３号）や高
純度アルミナ微粉に酸化マグネシウム等の結晶成長抑制
剤と、砥粒内クラックを低減させるために粘土を砥粒中
に二酸化ケイ素として添加した砥粒（特開平４−２０５
８６号）が知られている。また、特開昭５６−３２３６
９号のようにゾルゲル法によるジルコニア、ハフニア、
ニッケル、コバルト、亜鉛、マグネシア等を含むアルミ
ナ質焼結砥粒も知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ボーキサイト系焼結砥
粒は、使用するボーキサイト(仮焼)中に、アルミナ（Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ ）約８５％の他に、ＴｉＯ₂ ，Ｆｅ₂ Ｏ₃ ，Ｓ
ｉＯ₂ 等の不純物を含んでいるため摩耗率が高いが、硬
度が低い。溶融アルミナ−ジルコニア質砥粒は、原料を
溶融した後、急冷固化、破砕、整粒して製品とするが、
所定の優れた特性を有し必要粒度範囲の粒群を収率良く
生産するのが困難である。また、重研削として用いられ
る高純度アルミナ質焼結砥粒は、硬度および機械的強度
はまあまあ良いのに対して靭性が低く、時間当り研削量
は大きいが、耐摩耗性が低いために、用途拡大の障害と
なっている。本発明の目的は、これらの課題を解決する
ために、硬度を最低限維持し、更に砥粒の靭性を高める
ことにより耐摩耗性を向上させ、それにより研削比向上
を図り、また必要粒度範囲のものを押出し等により成形
することにより、不要粒度を発生させないことを目的と
するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記の目的を
達成すべく種々検討した結果、本発明を見出した。即
ち、実質的にアルミナ−ジルコニア質組成であって、
（１）ＺｒＯ₂ として３〜１５wt％、（２）ＳｉＯ₂ と
して０．０５〜３．０wt％、（３）ＭｇＯ，ＣｏＯおよ
びＮｉＯのうち少なくとも１種をこれらの表示換算とし
て０．１〜３．０wt％含有し、靭性値を示すフライアビ
リティーの値が１５以下、荷重５００ｇでのマイクロビ
ッカース硬度（Ｈｖ５００）が１８００kg／mm² 以上か
らなることを特徴とするアルミナ−ジルコニア質焼結砥
粒ならびにその製造方法として、純度９８wt％以上のア
ルミナ微粉末に対し、ジルコニアを３〜１５wt％および
粘土を焼結砥粒中にＳｉＯ₂ として０．０５〜３．０wt
％を加え、更に酸化マグネシウム、酸化コバルトおよび
酸化ニッケルのうち少なくとも１種を０．１〜３wt％添
加し、混合後成型し、１５５０〜１７５０℃にて焼成す
ることを特徴とするアルミナ−ジルコニア質焼結砥粒の
製造方法を見出した。更に上記の該粘土がベントナイ
ト、木節粘土、蛙目粘土、▲せっ▼器粘土、セリサイト
粘土のうち少なくとも１種であることを特徴とするアル
ミナ−ジルコニア質焼結砥粒の製造方法も見出した。

【０００５】本発明に使用するアルミナ原料微粉末の純
度は９８wt％以上、好ましくは９９wt％以上で、該粒度
は平均径ｄ₅₀として好ましくは１０μｍ以下、より好ま
しくは２μｍ以下の微粉末である。純度が９８wt％未満
では、他に添加する成分の調整に困難が生じ易く、均一
性が問題になることがあり、粒度が１０μｍを越えると
緻密な焼結体が得られ難いとともに焼結体の結晶サイズ
が増大し機械的強度が低下し好ましくない。また、本発
明に使用するジルコニアは純度として９８wt％以上、ｄ
₅₀粒度として好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは
１μｍ以下の微粉末が好ましい。ジルコニア分の添加量
は３〜１５wt％が適しており、３wt％未満では砥粒の靭
性向上の効果が十分でなく、また１５wt％を越えると硬
度が著しく低下してしまう。また、焼結時の異常粒の結
晶抑制剤として砥粒組織中に０．１〜３．０wt％含有さ
れるように酸化マグネシウム、酸化コバルトまたは酸化
ニッケルの少なくとも１種を添加する。０．１wt％未満
では抑制効果が少なく、３．０wt％を越えると砥粒の硬
度を低下し、機械的強度も劣るため好ましくない。これ
らの異常粒の結晶抑制剤も純度として９８wt％以上、ｄ
₅₀粒度としても好ましくは１０μｍ以下、より好ましく
は５μｍ以下の微粉末が好ましい。本発明では砥粒の形
状を円柱状等に成形するためにＰＶＡ、メチルセルロー
ス（ＭＣ）等の有機バインダー、好ましくはその水溶性
のものを０．２〜３．０wt％程度入れるのが好ましい
が、これだけでは十分な成形体の保形性が保たれない場
合が多いので、本発明では必ず粘土を添加し、混練物の
可塑性、柔軟性を向上させ、成形体のミクロクラック等
を低減させる。

【０００６】粘土には多くの種類があるが、特に本発明
に対し混練物の可塑性を著しく向上させるものとして、
ベントナイト、木節粘土、蛙目粘土、▲せっ▼器粘土、
セリサイト粘土のうち少なくとも１種を使用するのが望
ましく、このうちでは後述の実施例の結果等からして可
塑性および乾燥後の強度から判断するとベントナント＞
セリサイト粘土＞木節粘土＞蛙目粘土＞▲せっ▼器粘土
の順でベントナイトが最も優れている。▲せっ▼器粘土
でも粘土無添加の場合に比べて押出成形性等において優
れており、押出成形性から見ても上記の順でベントナイ
トが最も好ましい。粘土の添加量は、焼結砥粒中にＳｉ
Ｏ₂ として、０．０５〜３．０wt％含有される量であ
る。０．０５wt％未満では混練物の可塑性、柔軟性を向
上させる効果が十分でなく、また、３．０wt％を越える
とガラス質やムライト質を生成し、砥粒の摩耗率を大き
くしてしまうとともに、焼結により結晶が成長しすぎて
強度が低下する。

【０００７】本発明は上記の原料、即ち、アルミナ微粉
末、ジルコニア、粘土および酸化マグネシウム等の異常
粒結晶抑制剤を上記の範囲にて配合し、混合する。この
場合、上記のようにＰＶＡ等の有機結合剤の水溶液、非
水溶液を加えるのが好ましく、十分に混練後、円柱状等
にて押出し等で成形する。成形は円柱状に限定するもの
でなく、形成方法も押出法に限定するものではない。そ
の後、好ましくは１００〜１５０℃の範囲にて乾燥し、
焼成する。焼成温度は、１５５０〜１７５０℃が適して
おり、１５５０℃より低温では緻密で高密度な焼結体が
得られず、１７５０℃より高温では結晶サイズが大きす
ぎて、靭性および機械的強度が低下する。砥粒とするた
めには焼成後、粉砕し、整粒するか、または乾燥後、解
砕し、整粒し、所定の粒度品について焼成しても良い。

【０００８】次に上記の製造方法により造られる本発明
のアルミナ−ジルコニア質焼結砥粒について記す。本発
明の砥粒は、上記配合原料割合の組成、即ち、実質的に
アルミナ−ジルコニア質組成であって、ＺｒＯ₂ として
３〜１５wt％、ＳｉＯ₂ として０．０５〜３．０wt％、
更にＭｇＯ，ＣｏＯおよびＮｉＯのうち少なくとも１種
をこれらの表示換算で０．１〜３．０wt％を含有した砥
粒である。このような組成の砥粒は従来にもあったが、
特徴ある上記の本発明の製造方法によって従来にない高
靭性でかつ高い硬度の砥粒が初めて造れた。即ち、靭性
値を示すフライアビリティーの値は１５以下であって、
荷重５００ｇでのマイクロビッカース硬度（Ｈｖ５０
０）が１８００kg／mm² 以上からなることを特徴とする
アルミナ−ジルコニア質焼結砥粒が得られた。

【０００９】なお、上記のフライアビリティーの測定法
は以下の通りである。該測定法はＪＩＳＲ６１２８
（人造研削材のじん性の試験方法）に準拠する方法であ
るが、多少以下のように条件を変えている。（１）試料である被測定の砥粒を約３００ｇを量り採
り、各粒度の該ＪＩＳに規定された標準網ふるいを用
い、ロータップ試験機にて５分間ふるい分けする。３段
目ふるいに留まった試料の全量を更に５分間ふるい分
け、更に３段目ふるいに留まった試料を試験試料とす
る。（２）試験試料１００ｇを０．１ｇまで正確に量り、１
１４mmφの１リットルのボールミルに入れ、更に３／４
インチのスチールボール２kgをボールミルに入れる。（３）ミル回転数９５rpm で１５分間試験試料を粉砕す
る。その後、ボールミル内容物を取り出し、粉砕試料を
回収する。

【００１０】（４）粉砕試料を上記と同じ標準網ふるい
を用いロータップ試験機によって５分間ふるい分ける。（５）各段のふるいに留まった試料を正確に量る。１〜
４段目ふるいに留まった試料量の合計を試験試料量１０
０ｇから差し引いて、その値をフライアビリティー値と
する。即ち、４段目ふるい下がフライアビリティー値と
なり、その値が小さい程、靭性が高いことになる。

【００１１】

【実施例】以下に実施例および比較例にて本発明を詳説
する。実施例１仮焼アルミナ(純度９９．５wt％、比表面積５ｍ² ／ｇ)
の粉砕分級粉（ｄ₅₀＝１．９９μｍ、ｄ₁₀＝０．４４μ
ｍ、ｄ₉₀＝７．７６μｍ）に対し、表１に示すようにジ
ルコニア(昭和電工製ＲＺ−Ｎ、＃６０００Ｆ；ｄ₅₀＝
０．８９μｍ)を３wt％、ベントナイト(関東ベントナイ
ト鉱業(株)製、天竜)を０．３wt％添加、更に酸化マグ
ネシウム（協和化学工業製キョーワマグ３０、純度９９
wt％、ｄ₅₀＝４．５１μｍ）０．２wt％配合し、バンイ
ダーとしてＰＶＡを０．４wt％加えるとともにその総重
量に対し２６wt％の水に入れ、ミックスマーラーにて混
練し、真空式押出機を用いてＪＩＳＲ６００１−１９
８７の規定の粒度^#１２の砥粒にするため２．２mmφの
孔径を有する口金より押出し、１５０℃で１時間乾燥し
た。この乾燥品を２〜６mmの長さに切断し、ロータリー
キルンにて１７００℃で１時間焼成した。

【００１２】かくして得られた砥粒の特性を表２に示
す。粒内クラックは円柱状の中心を長さ方向にスライス
した断面部を１０倍の顕微鏡で観察し、クラックが一つ
でもあった粒の割合を含有率として表示した。また、圧
壊強度は〔破壊荷重〕／〔砥粒の投影面積〕で求めた値
であり、結晶サイズはＳＥＭより測定した。

【００１３】比較例１表１に示すようにベントナイトを添加せず、その他の条
件等を実施例１と同一として粒度^#１２の砥粒を得た。
その特性値等を表２に示す。砥粒中のＳｉＯ₂ 量はアル
ミナ原料の不純物から混入したものである。

【００１４】比較例２表１に示すようにＺｒＯ₂ を添加せず、その他の条件等
を実施例１と同一として粒度^#１２の砥粒を得た。その
特性値等を表２に示す。

【００１５】表２より分かるように実施例１のものはフ
ライアビリティーが極めて小さく、靭性が高いことを示
しており、かつ圧壊強度も高い。この両特性はジルコニ
アに負うところが大きいと思われるが、ベントナイトを
添加する効果として混練物の可塑性、柔軟性が数段向上
し、その結果として砥粒内のクラックが少なくなるとと
もにクラックのない砥粒の比率が高くなっている。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】実施例２〜５表３に示すようにジルコニア添加量を変えたこと以外は
実施例１と同一条件で^#１２の砥粒を造った。得られた
砥粒の特性を表３に示す。

【００１９】比較例３〜７表３に示すようにジルコニア添加量を３wt％未満および
１５wt％を越えるものを検討した。その他の条件は実施
例１と同一条件で^#１２の砥粒を造った。得られた砥粒
の特性を表３に示す。

【００２０】

【表３】

【００２１】実施例６〜８および比較例８ベントナイト（関東ベントナイト鉱業（株）（天竜）
〔新潟県東蒲原郡産〕、木節粘土（枝下窯業（株）超微
粉品〔愛知県西加茂郡猿投町枝下産〕）および蛙目粘土
（松原セラミック（株）水簸品〔愛知県瀬戸市産〕）３
種の粘土と粘土を添加しない条件で、実施例１にて原料
として使用した仮焼アルミナの粉砕分級粉に対し外割に
てそれぞれの粘土を０．３wt％、ＭｇＯ(実施例１と同
じ品物)０．２wt％、ＰＶＡ（実施例１と同一物）０．
４wt％および水２６wt％配合し、ミックスマーラーにて
混練した。混練機の負荷は粘土無添加の場合も含め総て
７〜８Ａ（交流）であった。

【００２２】混練物の可塑性を示す日本碍子製クレーハ
ードネステスターによる針入度は、粘土を添加したもの
は総て１３で、無添加のものは１４であった。混練物を
テンシロン（ＴＯＹＯＢＡＬＤＷＩＮ社製ＵＴＭ−１
０Ｔ−ＰＬ型）を使用し、３mmφの棒をクロスヘッドス
ピード５mm/minにて押出した。その際のそれぞれの出始
め荷重と最大荷重を表４に示す。

【００２３】

【表４】

【００２４】表４より分かるようにベントナイト＞木節
粘土＞蛙目粘土＞無使用（添加）の順で押出性は優れて
いた。比較例９原料に仮焼ボーキサイトの粉砕分級品（ｄ₅₀＝２μ
ｍ）、バンダーは仮焼ボーキサイトに対してＰＶＡを
０．３wt％、ロータリーキルンにて１４００〜１４５０
℃で１時間焼成すること以外は実施例１と同一条件で焼
結砥粒を得た。得られた焼結砥粒のフライアビリティー
の値は１０．３で、ビッカース硬度は１２６１kg／mm²
であり、本願発明のものに比べて、特に硬度が低いこと
が分かる。

【００２５】表３よりジルコニアの含有量が３〜１５wt
％の範囲のものが、フライアビリティーの値が１０以下
とボーキサイト系焼結砥粒のそれより小さく、靭性が高
いことを示している。更に、ビッカース硬度が１８００
kg／mm² 以上を維持している。

【００２６】

【発明の効果】本発明の砥粒はアルミナにジルコニアと
粘土および酸化マグネシウム、酸化コバルトもしくは酸
化ニッケルのうちいずれかを特定量配合することによ
り、高硬度を保ちながら靭性を大幅に向上させ（フライ
アビリティー値は大幅に減少）、更に砥粒内クラックを
減少させることができるため、アルミナ質焼結砥粒とし
て優れた特性をいろいろ有するものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実質的にアルミナ−ジルコニア質組成で
あって、（１）ＺｒＯ₂ として３〜１５wt％、（２）ＳｉＯ₂ として０．０５〜３．０wt％、（３）ＭｇＯ，ＣｏＯおよびＮｉＯのうち少なくとも１
種をこれらの表示換算として０．１〜３．０wt％含有し、靭性値を示すフライ
アビリティーの値が１５以下、荷重５００ｇでのマイク
ロビッカース硬度（Ｈｖ５００）が１８００kg／mm² 以
上からなることを特徴とするアルミナ−ジルコニア質焼
結砥粒。
【請求項２】純度９８wt％以上のアルミナ微粉末に対
し、ジルコニアを３〜１５wt％および粘土を焼結砥粒中
にＳｉＯ₂ として０．０５〜３．０wt％を加え、更に酸
化マグネシウム、酸化コバルトおよび酸化ニッケルのう
ち少なくとも１種を０．１〜３wt％添加し、混合後成型
し、１５５０〜１７５０℃にて焼成することを特徴とす
るアルミナ−ジルコニア質焼結砥粒の製造方法。
【請求項３】粘土がベントナイト、木節粘土、蛙目粘
土、▲せっ▼器粘土、セリサイト粘土のうち少なくとも
１種であることを特徴とする請求項２記載のアルミナ−
ジルコニア質焼結砥粒の製造方法。