JPH0813702B2

JPH0813702B2 - 複合セラミックス

Info

Publication number: JPH0813702B2
Application number: JP3010070A
Authority: JP
Inventors: 正浩木原; 徹鶴見
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1991-01-30
Filing date: 1991-01-30
Publication date: 1996-02-14
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH04243960A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、強度と破壊靭性とが
ともに優れていることが要求される、たとえば、切削工
具などの工具類、糸ガイド、磁気テープガイドなどのガ
イド類、ダイス部品、軸受部品、ポンプ部品などの摺動
部材、人工関節などの医療部材の構成材料として好適な
複合セラミックスに関する。

【０００２】

【従来の技術】少なくとも２種の成分を含む複合セラミ
ックスには、極めて多種、多様なものがあるが、ＺｒＯ
₂を一成分として含むものは、それを含まないものにく
らべて高強度であることから、切削工具、軸受部品、ポ
ンプ部品などの構成材料として使われている。

【０００３】ところで、上述したような用途において
は、当然のことながら、強度と破壊靭性とがともに高い
ほうがよいわけで、そのため、特開昭５４−６１２１５
号発明においては、高融点金属の酸化物、窒化物、炭化
物またはホウ化物、特にＡｌ₂Ｏ₃中に平均粒径が０．
１〜１．５μｍの比較的小さなＺｒＯ₂を分散させ、そ
のＺｒＯ₂の正方晶から単斜晶への応力誘起変態を利用
して強度を向上させることを提案している。この従来の
複合セラミックスは、ＺｒＯ₂の正方晶構造を安定化さ
せるためにその平均結晶粒径を０．１〜１．５μｍの範
囲に制限するものであるが、そのためには、Ａｌ₂Ｏ₃
の結晶粒径を微細化してＺｒＯ₂との合体による粒成長
を抑制する必要がある。しかしながら、そのように結晶
粒径を微細化すると、亀裂の進展に対する抵抗が小さく
なって破壊靭性が低下してくる。

【０００４】一方、破壊靭性を向上させようとするとき
は、ウイスカを併用するのが一般的である。たとえば、
特開昭６３−４５１８２号発明は、Ａｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ
₂系複合セラミックスにＳｉＣウイスカを分散させ、そ
の引き抜き効果を利用して破壊靭性を向上させることを
提案している。しかしながら、よく知られているよう
に、ウイスカは焼結性を阻害するので、低温で焼結した
ものは欠陥が多く、強度が低い。また、高温で焼結した
ものは、焼結中におけるＺｒＯ₂の粒成長が著しく、そ
の後の冷却過程で正方晶から単斜晶への変態が促進され
るために、応力誘起変態による強度の向上効果が期待で
きない。

【０００５】このように、従来の複合セラミックスは、
強度と破壊靭性に関して一長一短があり、双方をバラン
スよく備えているとはいい難い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、従
来の複合セラミックスの上述した問題点を解決し、強度
と破壊靭性とがともに優れた複合セラミックスを提供す
るにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、ＺｒＯ₂と化合物を作らない、高融点
金属の酸化物、窒化物、炭化物およびホウ化物から選ば
れた少なくとも１種を主成分として含み、結晶構造にお
いて少なくとも５０体積％が正方晶であるＺｒＯ₂を１
０〜４０重量％の範囲で含み、主成分の平均結晶粒径が
１．５〜１０μｍの範囲にあり、ＺｒＯ₂の平均結晶粒
径が１．５〜３μｍの範囲にあり、かつ、ＺｒＯ₂の少
なくとも８０％が主成分の結晶粒界に存在していること
を特徴とする複合セラミックスを提供する。

【０００８】すなわち、この発明は、亀裂の発生による
セラミックスの破壊は結晶粒界に沿って進展することか
ら、主成分の結晶粒径を大きくして亀裂の偏向を促進す
ることで破壊靭性を向上させ、また、主成分の結晶粒界
にＺｒＯ₂を分散させて強度を向上させるという着想に
基いている。

【０００９】この発明において、主成分は、酸化物、窒
化物、炭化物およびホウ化物から選ばれる。これらは、
通常、１種を選択するが、２種以上を選択することも可
能である。そうして、主成分は、ＺｒＯ₂と化合物を作
らない。主成分とＺｒＯ₂とが化合物を生成すると、主
成分とＺｒＯ₂との界面の結合力が著しく低下したり、
焼結中に化合物の相が異常成長したりして強度の高い複
合セラミックスが得られない。

【００１０】主成分の具体例としては、酸化物として
は、Ａｌ₂Ｏ₃やＦｅ₃Ｏ₄、Ｃｒ₂Ｏ₃がある。ま
た、窒化物としては、Ｓｉ₃Ｎ₄やＴｉＮ、ＡｌＮがあ
る。さらに、炭化物としては、ＳｉＣやＴｉＣ、ＺｒＣ
がある。さらにまた、ホウ化物としては、ＴｉＢ₂やＺ
ｒＢ₂がある。なかでも、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｓ
ｉＣ、ＴｉＣ、ＴｉＢ₂が好ましい。特に好ましいの
は、Ａｌ₂Ｏ₃である。

【００１１】上述した主成分の平均結晶粒径は、１．５
〜１０μｍの範囲にある。平均結晶粒径が１．５μｍ未
満では、亀裂の偏向作用が期待できず、破壊靭性が向上
しない。また、１０μｍを超えると、強度が大きく低下
してくる。さらに好ましい平均結晶粒径の範囲は、２〜
５μｍである。

【００１２】一方、ＺｒＯ₂は、１０〜４０重量％の範
囲で含まれている。また、ＺｒＯ₂は、結晶構造におい
てその少なくとも５０体積％が正方晶であり、残余が立
方晶および／または単斜晶であるようなものである。Ｚ
ｒＯ₂が１０重量％未満で、正方晶の結晶構造をもつＺ
ｒＯ₂が５０体積％未満であると、正方晶から単斜晶へ
の応力誘起変態による強度の向上効果が期待できない。
また、ＺｒＯ₂が４０重量％を超えると、ＺｒＯ₂の結
晶粒の凝集が起こるために、強度が低下してくる。

【００１３】ＺｒＯ₂の平均結晶粒径は、１．５〜３μ
ｍの範囲にある。１．５μｍ未満では、亀裂の偏向作用
が期待できず、破壊靭性が向上しない。また、３μｍを
超えると、単斜晶の結晶構造をもつＺｒＯ₂が多くな
り、ＺｒＯ₂の結晶粒界に多くのマイクロクラックがで
きて強度が低下するようになる。

【００１４】上述したＺｒＯ₂は、その少なくとも８０
％が主成分の結晶粒界に分布して存在している。主成分
の結晶粒内に存在していても、それはわずかである。こ
れにより、結晶粒界を伝って進展する亀裂に対してＺｒ
Ｏ₂が有効に応力誘起変態を起こすようになり、亀裂の
先端部における応力が緩和されて強度と破壊靭性とが向
上する。

【００１５】この発明の複合セラミックスは、たとえば
次のようにして製造することができる。

【００１６】すなわち、まず、主成分の粉末に所定量の
ＺｒＯ₂粉末を添加し、よく混合して混合粉末を得る。
混合操作は、湿式でもよく、乾式でもよい。混合粉末
は、必要に応じて乾燥した後、粗粉砕し、ふるい分けす
るか、造粒する。なお、主成分の粉末は、緻密な焼結を
行えるという理由で、平均粒径が１〜２μｍの範囲にあ
るものが好ましい。また、ＺｒＯ₂の粉末は、複合セラ
ミックス中において少なくとも５０体積％の正方晶を得
るために、１．５〜５モル％程度の、Ｙ₂Ｏ₃やＣｅＯ
₂などの安定化剤を含み、正方晶が室温下で準安定な状
態にあるものを用いる。平均粒径は、主成分中への均一
な分散を考えると、１μｍ以下であるのが好ましい。

【００１７】次に、混合粉末を、周知の成型法、たとえ
ば金型成型法やラバープレス成型法を用いて所望の形状
に成型し、焼結する。焼結には、加圧焼結法やホットプ
レス法を用いることができ、あらかじめ成型することを
要しない場合もある。焼結時の雰囲気は、主成分が炭化
物、窒化物またはホウ化物である場合には非酸化性雰囲
気とする。酸化物である場合には、酸化性雰囲気でもよ
く、非酸化性雰囲気でもよい。焼結温度と時間は、主成
分の平均結晶粒径が１．５〜１０μｍの範囲になり、Ｚ
ｒＯ₂の平均結晶粒径が１．５〜３μｍの範囲になるよ
うに注意深く制御する。また、ＺｒＯ₂の少なくとも８
０％を主成分の結晶粒界に存在させるために、主成分が
急激に粒成長を起こしてその粒内にＺｒＯ₂を取り込ま
ないように、焼結温度近くでは０．５℃／分以下のゆっ
くりした速度で昇温する。一方、焼結後は、冷却速度が
遅すぎると単斜晶のＺｒＯ₂が多く析出して正方晶を少
なくとも５０体積％とすることができなくなるので、５
℃／分以上の速度で冷却する。

【００１８】

【実施例および比較例】実施例１：平均粒径が２μｍの
Ａｌ₂Ｏ₃粉末に、平均粒径が１μｍの、安定化剤とし
て２．５モル％のＹ₂Ｏ₃を含むＺｒＯ₂の粉末を１０
重量％添加し、ボールミルを用いて、２４時間、エタノ
ール中で湿式混合した後、噴霧、造粒乾燥して混合粉末
を得た。

【００１９】次に、この混合粉末をグラファイトの型に
充填し、アルゴン雰囲気中にて３００kgf ／cm²の圧力
下に１７００℃で１時間焼結し、複合セラミックスを得
た。なお、昇温速度は、１２００℃までは５℃／分、そ
れ以上は０．５℃／分とし、冷却速度は、７℃／分とし
た。

【００２０】かくして得られた複合セラミックスについ
て、Ａｌ₂Ｏ₃およびＺｒＯ₂の平均結晶粒径と、正方
晶のＺｒＯ₂の割合と、Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在す
るＺｒＯ₂の割合と、曲げ強度と、破壊靭性とを求め
た。

【００２１】平均結晶粒径は、複合セラミックスの表面
を研磨した後エッチングし、そのエッチング面の顕微鏡
写真上でいくつかの方向に関して結晶粒の最大長さを計
り、単純平均して求めた。また、正方晶のＺｒＯ₂の割
合は、複合セラミックスの表面を注意深く鏡面研磨し、
Ｘ線回折法によって分析したとき、２θ＝３０．２°付
近に現われる正方晶の（１１１）面の回折ピークの積分
強度Ｔ（１１１）と、２θ＝２８．２°付近に現われる
単斜晶の（１１１）面の回折ピークの積分強度Ｍ（１１
１）と、２θ＝３１．５°付近に現われる単斜晶の（１
１１^-）面の回折ピークの積分強度Ｍ（１１１^-）とか
ら、式、｛Ｔ（１１１）／［Ｔ（１１１）＋Ｍ（１１１）＋Ｍ
（１１１^-）］｝×１００によって求めた。なお、１^-は、−１を表す。さらに、
Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合は、上
述した顕微鏡写真から、Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在す
るＺｒＯ₂の数Ｚ_bと、結晶粒内に存在するＺｒＯ₂の
数Ｚ_iとを読み取り、式、［Ｚ_b／（Ｚ_b＋Ｚ_i）］×１００によって求めた。さらにまた、曲げ強度は、複合セラミ
ックスを加工して得た、１０本の、長さ３６mm、幅４m
m、厚み３mmの試験片について、ＪＩＳＲ１６０１に
基いて３点曲げ試験を行い、単純平均値として求めた。
スパン長は３０mm、クロスヘッドスピードは０．５mm／
分とした。また、破壊靭性は、ＪＩＳＲ１６０７に基
き、曲げ試験と同様の試験片５本について、その長さ方
向中央部に、ビッカース硬度計を用いて荷重１０kgf で
圧痕を作り、しかる後上記と同様に曲げ試験を行い、破
壊荷重を測定して破壊靭性を求め、単純平均値としてだ
した。試験結果を以下に示す。

【００２２】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：６．２μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：１．６μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：８５体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：８２％曲げ強度：６２．１kgf ／mm² 破壊靭性：５．２MPa ・ｍ^1/2 実施例２：ＺｒＯ₂の粉末の添加量を２０重量％に変更
したほかは実施例１と同様にして複合セラミックスを作
り、試験した。試験結果を以下に示す。

【００２３】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：５．１μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：１．８μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：７９体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：８５％曲げ強度：６５．３kgf ／mm² 破壊靭性：５．３MPa ・ｍ^1/2 実施例３：ＺｒＯ₂の粉末の添加量を３０重量％に変更
したほかは実施例１と同様にして複合セラミックスを作
り、試験した。試験結果を以下に示す。

【００２４】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：３．６μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：２．１μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：７５体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：９３％曲げ強度：７０．２kgf ／mm² 破壊靭性：５．８MPa ・ｍ^1/2 実施例４：ＺｒＯ₂の粉末の添加量を４０重量％に変更
したほかは実施例１と同様にして複合セラミックスを作
り、試験した。試験結果を以下に示す。

【００２５】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：３．０μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：２．５μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：６８体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：９５％曲げ強度：６８．７kgf ／mm² 破壊靭性：６．３MPa ・ｍ^1/2 比較例１：平均粒径が０．５μｍのＡｌ₂Ｏ₃粉末に、
平均粒径が１μｍの、安定化剤として２．５モル％のＹ
₂Ｏ₃を含むＺｒＯ₂の粉末を５重量％添加し、以下、
実施例１と同様にして混合粉末を得た。

【００２６】次に、この混合粉末をグラファイトの型に
充填し、アルゴン雰囲気中にて３００kgf ／cm²の圧力
下に１７００℃で１時間焼結して複合セラミックスを作
り、実施例１と同様に試験した。試験結果を以下に示
す。なお、焼結時における昇温速度は、１２００℃まで
は５℃／分、それ以上は２℃／分とし、一方、冷却速度
は、３．５℃／分とした。

【００２７】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：７．１μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：１．２μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：８８体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：７２％曲げ強度：４２．８kgf ／mm² 破壊靭性：４．８MPa ・ｍ^1/2 比較例２：ＺｒＯ₂の粉末の添加量を２０重量％に変更
し、また、焼結温度を１４５０℃に変更したほかは比較
例１と同様にして複合セラミックスを作り、試験した。
試験結果を以下に示す。

【００２８】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：１．２μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：０．３μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：９９体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：８１％曲げ強度：６０．１kgf ／mm² 破壊靭性：４．１MPa ・ｍ^1/2 比較例３：ＺｒＯ₂の粉末の添加量を３０重量％に変更
し、また、焼結温度を１４５０℃に変更したほかは比較
例１と同様にして複合セラミックスを作り、試験した。
試験結果を以下に示す。

【００２９】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：１．２μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：０．４μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：９９体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：７９％曲げ強度：６４．６kgf ／mm² 破壊靭性：４．２MPa ・ｍ^1/2 比較例４：ＺｒＯ₂の粉末の添加量を４０重量％に変更
したほかは比較例１と同様にして複合セラミックスを作
り、試験した。試験結果を以下に示す。

【００３０】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：６．４μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：３．１μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：４３体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：６９％曲げ強度：４５．０kgf ／mm² 破壊靭性：４．６MPa ・ｍ^1/2 実施例５：平均粒径が１．５μｍのＳｉ₃Ｎ₄粉末に、
平均粒径が１μｍの、安定化剤として２．５モル％のＹ
₂Ｏ₃を含むＺｒＯ₂の粉末を１５重量％添加し、ボー
ルミルで２４時間湿式混合した後、ロータリーエバポレ
ータで乾燥し、粗粉砕し、５０μｍのメッシュでふるい
分けして混合粉末を得た。

【００３１】次に、この混合粉末をグラファイトの型に
充填し、１×１０^-5torr. の減圧中にて３００kgf ／cm
²の圧力下に１６００℃で１時間焼結して複合セラミッ
クスを作り、実施例１と同様に試験した。試験結果を以
下に示す。なお、焼結時の昇温速度は、１２００℃まで
は５℃／分、それ以上は０．５℃／分とし、一方、冷却
速度は、７℃／分とした。

【００３２】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：６．５μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：１．８μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：８３体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：８６％曲げ強度：６７．２kgf ／mm² 破壊靭性：５．８MPa ・ｍ^1/2 実施例６：ＺｒＯ₂の粉末の添加量を２０重量％に変更
したほかは実施例５と同様にして複合セラミックスを作
り、試験した。試験結果を以下に示す。

【００３３】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：６．１μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：１．９μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：８３体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：８５％曲げ強度：６８．５kgf ／mm² 破壊靭性：６．０MPa ・ｍ^1/2 実施例７：ＺｒＯ₂の粉末の添加量を３５重量％に変更
したほかは実施例５と同様にして複合セラミックスを作
り、試験した。試験結果を以下に示す。

【００３４】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：５．３μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：２．２μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：７５体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：８５％曲げ強度：７３．３kgf ／mm² 破壊靭性：６．３MPa ・ｍ^1/2 比較例５：ＺｒＯ₂の粉末の添加量を２０重量％に変更
し、また、焼結温度を１５００℃に変更したほかは実施
例５と同様にして複合セラミックスを作り、試験した。
試験結果を以下に示す。

【００３５】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：２．８μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：０．５μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：９５体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：９０％曲げ強度：７８．９kgf ／mm² 破壊靭性：４．３MPa ・ｍ^1/2 比較例６：ＺｒＯ₂の粉末の添加量を２０重量％に変更
し、また、焼結温度を１７００℃に変更したほかは実施
例５と同様にして複合セラミックスを作り、試験した。
試験結果を以下に示す。

【００３６】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：１０．５μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：３．７μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：４１体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：７３％曲げ強度：３８．２kgf ／mm² 破壊靭性：３．８MPa ・ｍ^1/2 実施例８：平均粒径が１μｍのＳｉＣ粉末に、平均粒径
が１μｍの、安定化剤として２．５モル％のＹ₂Ｏ₃を
含むＺｒＯ₂の粉末を１５重量％添加し、ボールミルで
２４時間湿式混合した後、ロータリーエバポレータで乾
燥し、粗粉砕し、５０μｍのメッシュでふるい分けして
混合粉末を得た。

【００３７】次に、この混合粉末をグラファイトの型に
充填し、１×１０^-5torr. の減圧中にて３００kgf ／cm
²の圧力下に１７５０℃で１時間焼結して複合セラミッ
クスを作り、実施例１と同様に試験した。試験結果を以
下に示す。なお、焼結時の昇温速度は、１２００℃まで
は５℃／分、それ以上は０．５℃／分とし、一方、冷却
速度は、７℃／分とした。

【００３８】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：３．８μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：１．５μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：９２体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：９５％曲げ強度：５３．７kgf ／mm² 破壊靭性：５．３MPa ・ｍ^1/2 実施例９：ＺｒＯ₂の粉末の添加量を２０重量％に変更
したほかは実施例８と同様にして複合セラミックスを作
り、試験した。試験結果を以下に示す。

【００３９】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：３．３μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：１．５μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：９３体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：９３％曲げ強度：５６．５kgf ／mm² 破壊靭性：５．３MPa ・ｍ^1/2 実施例１０：ＺｒＯ₂の粉末の添加量を３５重量％に変
更したほかは実施例８と同様にして複合セラミックスを
作り、試験した。試験結果を以下に示す。

【００４０】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：２．８μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：１．７μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：８５体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：９５％曲げ強度：６０．０kgf ／mm² 破壊靭性：５．７MPa ・ｍ^1/2 比較例７：ＺｒＯ₂の粉末の添加量を２０重量％に変更
し、また、焼結温度を１５００℃に変更したほかは実施
例８と同様にして複合セラミックスを作り、試験した。
試験結果を以下に示す。

【００４１】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：１．３μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：０．３μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：９６体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：９６％曲げ強度：５８．６kgf ／mm² 破壊靭性：４．１MPa ・ｍ^1/2 比較例８：ＺｒＯ₂の粉末の添加量を２０重量％に変更
し、また、焼結温度を１７００℃に変更したほかは実施
例８と同様にして複合セラミックスを作り、試験した。
試験結果を以下に示す。

【００４２】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：３．７μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：１．３μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：８５体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：７０％曲げ強度：５１．０kgf ／mm² 破壊靭性：４．０MPa ・ｍ^1/2 実施例１１：平均粒径が２μｍのＴｉＢ₂粉末に、平均
粒径が１μｍの、安定化剤として２．５モル％のＹ₂Ｏ
₃を含むＺｒＯ₂の粉末を１５重量％添加し、ボールミ
ルで２４時間湿式混合した後、ロータリーエバポレータ
で乾燥し、粗粉砕し、５０μｍのメッシュでふるい分け
して混合粉末を得た。

【００４３】次に、この混合粉末をグラファイトの型に
充填し、１×１０^-5torr. の減圧中にて３００kgf ／cm
²の圧力下に１８００℃で１時間焼結して複合セラミッ
クスを作り、実施例１と同様に試験した。試験結果を以
下に示す。なお、焼結時の昇温速度は、１２００℃まで
は５℃／分、それ以上は０．５℃／分とし、一方、冷却
速度は、７℃／分とした。

【００４４】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：８．５μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：２．１μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：７８体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：８３％曲げ強度：５１．４kgf ／mm² 破壊靭性：５．６MPa ・ｍ^1/2 実施例１２：ＺｒＯ₂の粉末の添加量を２０重量％に変
更したほかは実施例１１と同様にして複合セラミックス
を作り、試験した。試験結果を以下に示す。

【００４５】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：７．７μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：２．３μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：７５体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：８１％曲げ強度：５８．０kgf ／mm² 破壊靭性：６．０MPa ・ｍ^1/2 実施例１３：ＺｒＯ₂の添加量を３５重量％に変更した
ほかは実施例１１と同様にして複合セラミックスを作
り、試験した。試験結果を以下に示す。

【００４６】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：７．０μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：２．５μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：７０体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：８１％曲げ強度：６２．２kgf ／mm² 破壊靭性：６．１MPa ・ｍ^1/2 比較例９：ＺｒＯ₂の添加量を２０重量％に変更し、ま
た、焼結温度を１５００℃に変更したほかは実施例１１
と同様にして複合セラミックスを作り、試験した。試験
結果を以下に示す。

【００４７】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：３．２μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：１．３μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：８８体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：８０％曲げ強度：６１．３kgf ／mm² 破壊靭性：４．３MPa ・ｍ^1/2 比較例１０：ＺｒＯ₂の添加量を２０重量％に変更し、
また、焼結温度を１７００℃に変更したほかは実施例１
１と同様にして複合セラミックスを作り、試験した。試
験結果を以下に示す。

【００４８】Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径：５．８μｍＺｒＯ₂の平均結晶粒径：１．８μｍ正方晶のＺｒＯ₂の割合：７８体積％Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：７１％曲げ強度：５２．５kgf ／mm² 破壊靭性：４．０MPa ・ｍ^1/2 比較例１１：平均粒径が１μｍのＡｌ₂Ｏ₃粉末に、平
均粒径が０．７μｍのＴｉＯ₂粉末１０重量％と、平均
粒径が１μｍの、安定化剤として２．５モル％のＹ₂Ｏ
₃を含むＺｒＯ₂の粉末２０重量％とを添加し、ボール
ミルを用いて、２４時間、エタノール中にて湿式混合し
た後、噴霧、造粒乾燥して混合粉末を得た。

【００４９】次に、この混合粉末をグラファイトの型に
充填し、アルゴン雰囲気中にて３００kgf ／cm²の圧力
下に１７００℃で１時間焼結し、複合セラミックスを得
た。なお、昇温速度は、１２００℃までは５℃／分、そ
れ以上は０．５℃／分とし、一方、冷却速度は、５℃／
分とした。

【００５０】かくして得られた複合セラミックスには、
顕微鏡による組織観察の結果、ＺｒＯ₂とＴｉＯ₂との
化合物であるＺｒＴｉＯ₄の針状結晶が存在し、亀裂が
ＺｒＴｉＯ₄の結晶粒界を選択的に進展しているのが確
認された。また、実施例１と同様に試験した結果は以下
のとおりで、曲げ強度、破壊靭性ともに極めて低かっ
た。

【００５１】曲げ強度：２３．３kgf ／mm² 破壊靭性：３．８MPa ・ｍ^1/2

【００５２】

【発明の効果】この発明の複合セラミックスは、ＺｒＯ
₂と化合物を作らない、高融点金属の酸化物、窒化物、
炭化物およびホウ化物から選ばれた少なくとも１種を主
成分として含み、結晶構造において少なくとも５０体積
％が正方晶であるＺｒＯ₂を１０〜４０重量％の範囲で
含み、主成分の平均結晶粒径が１．５〜１０μｍの範囲
にあり、ＺｒＯ₂の平均結晶粒径が１．５〜３μｍの範
囲にあり、しかも、ＺｒＯ₂の少なくとも８０％が主成
分の結晶粒界に存在しているものであるから、実施例と
比較例との対比からも明らかなように、強度と靭性とが
ともに大変優れている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 35/565 35/58 １０５Ｃ 35/584 Ｃ０４Ｂ 35/56 Ｆ１０１Ｋ 35/58 １０２Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＺｒＯ₂と化合物を作らない、高融点金属
の酸化物、窒化物、炭化物およびホウ化物から選ばれた
少なくとも１種を主成分として含み、結晶構造において
少なくとも５０体積％が正方晶であるＺｒＯ₂を１０〜
４０重量％の範囲で含み、主成分の平均結晶粒径が１．
５〜１０μｍの範囲にあり、ＺｒＯ₂の平均結晶粒径が
１．５〜３μｍの範囲にあり、かつ、ＺｒＯ₂の少なく
とも８０％が主成分の結晶粒界に存在していることを特
徴とする複合セラミックス。
【請求項２】主成分が、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｓｉ
Ｃ、ＴｉＣおよびＴｉＢ₂から選ばれた少なくとも１種
である、請求項１の複合セラミックス。