JPH0813704B2

JPH0813704B2 - 粉砕機用部材

Info

Publication number: JPH0813704B2
Application number: JP3048321A
Authority: JP
Inventors: 正浩木原; 徹鶴見; 宏通菅原
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1996-02-14
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH04285063A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、耐摩耗性と、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、
乾式または湿式による粉砕機の部材、たとえば、ボール
ミルのボール、容器、容器の内張材や、アトリッション
ミルなどの媒体攪拌ミルの容器、容器の内張材、攪拌ス
クリュー、攪拌棒、回転ディスク、ピン、ボール、ペブ
ル、ビーズや、ローラーミルのローラー、粉砕室の内張
材や、ジェットミルの粉砕ノズル、粉砕室の内張材や、
ハンマーミルのローター、ハンマーや、ピンミルのピ
ン、ローターや、ディスクミルのローター、ブレード
や、コロイドミルの回転ディスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】粉砕機としては、ボール、ビーズなどの
粉砕媒体を運動させ、その運動エネルギーによる衝撃力
や摩擦力、圧縮力を利用して被砕物を粉砕するボールミ
ル、媒体攪拌ミルや、ローラーによる圧縮力を利用して
粉砕を行うローラーミルや、被砕物を高速で内張材に衝
突させ、その衝突による衝撃力によって粉砕を行うジェ
ットミルや、ハンマー、ブレード、ピンなどを固設した
ローターの回転による衝撃力を利用して被砕物を粉砕す
るハンマーミル、ピンミル、ディスクミルや、剪断力を
利用するコロイドミルなどが広く利用されている。

【０００３】これらの粉砕機の、上述した、粉砕媒体や
内張材などの部材としては、天然石や、アルミナセラミ
ックス、ジルコニアセラミックスなどのセラミックス
や、樹脂や、超硬合金などで構成されたものが一般的に
使用されている。しかしながら、そのような材料で構成
された部材は極めて摩耗しやすく、粉砕中に摩耗粉が不
純物として被砕物中に大量に混入して、被砕物や、その
被砕物を原料とするいろいろな材料の物性や品質を低下
させるという問題がある。特に、被砕物が、ファインセ
ラミックス材料、磁性材料、電子材料などの、いわゆる
先端材料に供するものである場合には、摩耗粉による不
純物の混入が大きな問題になる。

【０００４】このような要求に対して、特開昭６２−１
８７１５７号発明は、Ａｌ₂Ｏ₃を９９．９重量％以上
含み、Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径が２．５μｍ以下で、
相対密度が９８％以上であるアルミナセラミックスから
なる粉砕機用部材を提案している。しかしながら、この
部材は、耐摩耗性や硬度に優れる反面、強度と破壊靭性
が低く、わずかな衝撃でも欠けたり破壊しやすいという
問題がある。また、十分な耐摩耗性や硬度を発現させる
ためには、Ａｌ₂Ｏ₃の純度を９９．９％以上とかなり
高くすることが必要で、製造中にわずかな不純物が混入
しても、粒界強度の低下による粒子離脱摩耗が起こって
耐摩耗性が低下してくるという問題がある。

【０００５】一方、特公平２−２０５８７号発明は、Ｙ
₂Ｏ₃を２〜４．５モル％含み、結晶相が、１０％以上
の正方晶ＺｒＯ₂と等軸晶ＺｒＯ₂とを含み、かつ、単
斜晶ＺｒＯ₂を実質的に含まず、平均結晶粒径が４μｍ
以下で、かさ密度が５．８g/cm³以上であるジルコニア
セラミックスからなる粉砕機用部材を提案している。こ
の部材は、強度と破壊靭性に優れていて、ＳｉＯ₂やＢ
ａＴｉＯ₃などの比較的硬度の低いセラミックスを被砕
物とするようなときには有用である。しかしながら、Ａ
ｌ₂Ｏ₃やＳｉＣなど、比較的硬度の高いものを粉砕す
るときや、乾式による粉砕機のように潤滑媒体が存在し
ないときに摩耗が急激に進行するという問題がある。

【０００６】このように、従来の粉砕機用部材は、いず
れも、粉砕機用部材として必要な特性、特に、耐摩耗性
と、強度と、破壊靭性とをバランスよく備えているとは
いい難い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、従
来の粉砕機用部材の上述した問題点を解決し、耐摩耗性
と、強度と、破壊靭性とがともに優れている粉砕機用部
材を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、この発明は、Ａｌ₂Ｏ₃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２０〜４０重量％の範囲で含み、ＴｉＯ₂を
１〜５重量％の範囲で含み、ＭｇＯを０．１〜１重量％
の範囲で含み、Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径が１．５〜５
μｍの範囲にあり、かつ、ＺｒＯ₂の少なくとも８０％
がＡｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在しているセラミックスか
らなる粉砕機用部材を提供する。好ましくは、ＺｒＯ₂
の平均結晶粒径ｄ_zが１．５〜３μｍの範囲にあり、か
つ、Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径ｄ_AとＺｒＯ₂の平均結
晶粒径ｄ_zとの比ｄ_A／ｄ_zが１〜３の範囲にある。ま
た、この発明の粉砕機用部材は、相対密度が９５％以上
であるのが好ましい。さらに、２０℃における熱伝導率
が０．０２〜０．０７cal/cm・sec ・℃の範囲にあるの
が好ましい。また、この発明の粉砕機用部材は、直径１
０mmのボール部材について、そのボール部材２００個を
内容積１０００mlのナイロン製ボールミルに入れ、さら
に、ボール部材の総重量の、３６％の水と、４％の、平
均粒径が１μｍのＳｉＣ粉末とを入れ、ボールミルを１
００rpm の速度で５０時間運転した後の重量損耗率が１
％以下である。

【０００９】さて、粉砕機用部材における摩耗機構は必
ずしも明らかでないが、Ａｌ₂Ｏ₃などの、高硬度では
あるが粒界強度が低いセラミックスからなるものは、粒
界の破壊による粒子離脱摩耗が優先的に起こり、また、
ＺｒＯ₂などの、高強度ではあるが硬度が比較的低いセ
ラミックスからなるものは、摩擦による摩滅が優先的に
起こるものと考えられる。このような推定から、この発
明は、Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界にＺｒＯ₂を分散させてＡ
ｌ₂Ｏ₃の粒界亀裂の進展を抑制し、粒界離脱摩耗を起
こしにくくして耐摩耗性を向上させるとともに強度を向
上させ、また、Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒径を大きくすること
で亀裂の偏向を促進して破壊靭性を向上させようとす
る。

【００１０】この発明の粉砕機用部材を構成するセラミ
ックスは、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分として含んでいる。そう
して、その平均結晶粒径は、１．５〜５μｍ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
用を期待できず、破壊靭性が向上しない。一方、５μｍ
を越えると、１個のＡｌ₂Ｏ₃の結晶粒における粒界の
面積が大きくなるため、粒界離脱摩耗が生じやすくなっ
て耐摩耗性が低下するようになる。より好ましい平均結
晶粒径の範囲は、１．５〜３μｍである。

【００１１】また、この発明で使用するセラミックス
は、ＺｒＯ₂を２０〜４０重量％の範囲で含んでいる。
この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。ＺｒＯ₂が２０重量％未
満で、正方晶の結晶構造をもつＺｒＯ₂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
強度の向上効果を期待できない。一方、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、また、耐摩耗性も低下する。ここ
で、ＺｒＯ₂は、結晶構造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、安
定化剤であるＹ₂Ｏ₃やＣｅＯ₂などを含み、正方晶は
室温下で準安定な状態にある。

【００１２】上述したＺｒＯ₂は、その少なくとも８０
％が主成分であるＡｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に分布してい
る。Ａｌ₂Ｏ₃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、Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界を進展
する亀裂に対してＺｒＯ₂が有効に応力誘起変態を起こ
すようになり、粒界亀裂の進展が抑制されて粒界離脱摩
耗が起こりにくくなり、耐摩耗性が向上するとともに、
亀裂先端部での応力緩和によって強度が向上するように
なる。

【００１３】また、この発明の粉砕機用部材を構成する
セラミックスは、ＴｉＯ₂を１〜５重量％の範囲で含ん
でいる。ＴｉＯ₂は、焼結中におけるＡｌ₂Ｏ₃の結晶
粒の成長を促進し、それを適度に粗大化させて亀裂の偏
向作用が有効に働くようにし、破壊靭性を向上させる。
かかる作用を期待するためには、ＴｉＯ₂は１重量％は
必要である。しかしながら、５重量％を越えると、Ａｌ
₂Ｏ₃の結晶粒が大きくなりすぎる。

【００１４】ＭｇＯは、焼結中に生ずる一部のＡｌ₂Ｏ
₃の異常な粒成長を抑制し、Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒径を均
一にするとともに、その結晶粒界にＺｒＯ₂が分布しや
すくする作用をもち、これにより、耐摩耗性と強度が向
上する。また、ＴｉＯ₂のみが含まれる場合には、焼結
中にＺｒＯ₂とＴｉＯ₂とが反応してＺｒＴｉＯ₄が生
成され、これが焼結中に異常粒成長して針状結晶を形成
し、耐摩耗性や強度が大きく低下するようになるが、Ｍ
ｇＯを共存させておくことにより、かかる生成反応を抑
制することができる。このような作用を期待するために
は、ＭｇＯは少なくとも０．１重量％必要である。０．
１重量％未満では、一部のＡｌ₂Ｏ₃が異常粒成長して
その結晶粒内にＺｒＯ₂が取り込まれやすくなる。ま
た、ＺｒＴｉＯ₄の生成反応を抑制し難くなる。一方、
１重量％を超えると、Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒の成長を抑制
する作用が強くなりすぎ、その平均結晶粒径を上述した
範囲にし得なくなる。

【００１５】この発明の粉砕機用部材は、ＺｒＯ₂の平
均結晶粒径ｄ_zを１．５〜３μｍの範囲とし、かつ、Ａ
ｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径ｄ_AとＺｒＯ₂の平均結晶粒径
ｄ_zとの比ｄ_A／ｄ_zを１〜３の範囲としたとき、耐摩
耗性や強度が一層向上する。すなわち、ＺｒＯ₂の平均
結晶粒径と、ｄ_A／ｄ_zの値とを上記の範囲にすること
により、ＺｒＯ₂においても粒界離脱摩耗が起こりにく
くなって耐摩耗性が向上する。また、ＺｒＯ₂とＡｌ₂
Ｏ₃との間に適度な相間応力が働くようになり、亀裂の
偏向作用に加えて、複雑な亀裂の分岐による強化機構の
発現が期待できる。

【００１６】また、この発明の粉砕機用部材は、相対密
度が９５％以上であるとき、耐摩耗性や強度がさらに向
上する。ここで、相対密度とは、実際の密度の、理論密
度に対する相対値を百分率で表したもので、相対密度が
９５％以上では、結晶粒界に存在する気孔の数が減少
し、気孔が粒界亀裂の起点となって起こる粒界離脱摩耗
や、破壊にいたる亀裂の発生が起こりにくくなるため、
耐摩耗性と強度が向上するようになる。なお、理論密度
は、次式によって求める。

【００１７】１００／［０．２５０８・Ｗ_A＋０．２３５３・Ｗ_T＋
０．３８６８Ｗ_M＋Ｗ_Z／（６．１０＋ｋ・ｘ）］ただし、Ｗ_A：Ａｌ₂Ｏ₃の重量％Ｗ_T：ＴｉＯ₂の重量％Ｗ_M：ＭｇＯの重量％Ｗ_Z：ＺｒＯ₂の重量％ｋ：ＺｒＯ₂の安定化剤がＹ₂Ｏ₃の場合には−０．
００８、ＣｅＯ₂の場合には０．０１４（ＺｒＯ₂の安
定化剤の種類によって決まる値で、格子定数、分子量、
結晶構造などに依存する）ｘ：ＺｒＯ₂の安定化剤のモル％さらに、この発明の粉砕機用部材は、２０℃における熱
伝導率が０．０２〜０．０７cal/cm・sec ・℃の範囲に
ある。これは、媒体攪拌ミルなどの部材であるとき、好
ましいことである。

【００１８】すなわち、媒体攪拌ミルのように、粉砕媒
体を高速で攪拌する粉砕機においては、その激しい攪拌
運動で発熱することがあり、熱による被砕物の変質を招
いたり、潤滑媒体の蒸発による濃度変化によって粉砕効
率が低下したりすることがある。そこで、これらの粉砕
機では、一般に、容器や内張材などの部材を冷却するよ
うにしているが、冷却効果を高めるためには、部材は熱
伝導率が高ければ高いほどよい。この点、この発明の部
材は、上述したＺｒＯ₂セラミックス製部材などにくら
べて熱伝導率が高く、高い冷却効果が得られる。また、
ＺｒＯ₂セラミックス製部材などでは、蓄熱を防止しよ
うとすると薄くする必要があり、そうすると部材として
の強度が不足することがあるが、この発明の部材は、強
度が高いうえに熱伝導率が高いから、そのような心配も
低減できる。なお、上述したように、熱伝導率は高いほ
どよいが、この発明で使用しているセラミックスの熱伝
導率は、２０℃において０．０２〜０．０７cal/cm・se
c ・℃の範囲をとる。

【００１９】この発明の粉砕機用部材は、表面をバレル
研磨した直径１０mmのボール部材について、そのボール
部材２００個（約４５０ｇ）を内容積１０００mlのナイ
ロン製ボールミルに入れ、さらに、ボール部材の総重量
の、３６％の水と、４％の、平均粒径が１μｍのＳｉＣ
粉末とを入れ、ボールミルを１００rpm の速度で５０時
間運転した後の重量損耗率が１％以下である。このよう
な値は、Ａｌ₂Ｏ₃セラミックス製部材やＺｒＯ₂セラ
ミックス製部材では期待できない値である。

【００２０】この発明の粉砕機用部材は、たとえば、次
のような方法によって製造することができる。

【００２１】すなわち、主成分であるＡｌ₂Ｏ₃の粉末
に、所定量のＺｒＯ₂粉末と、ＴｉＯ₂粉末と、ＭｇＯ
粉末とを添加し、よく混合して混合粉末を作る。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、篩分けするか、造粒す
る。なお、Ａｌ₂Ｏ₃の粉末は、緻密な焼結を行えると
いう理由で、平均粒径が０．３〜２μｍの範囲にあるも
のを使用するのが好ましい。また、ＴｉＯ₂やＭｇＯ、
ＺｒＯ₂の各粉末は、Ａｌ₂Ｏ₃中への均一な分散を考
えると、平均粒径が１μｍ以下であるものを使用するの
が好ましい。さらに、上述した各粉末の純度は、不純物
による結晶粒の異常成長を防止して、耐摩耗性や、強度
および破壊靭性などの特性を一層向上させるため、９９
％以上であるのが好ましい。

【００２２】次に、上記の混合粉末を、周知の成形法、
たとえば、金型成形法、ラバープレス成形法、鋳込み成
形法、射出成形法を用いて所望の形状に成形し、焼結す
る。焼結時の雰囲気は、大気中など、酸化性雰囲気とす
る。また、焼結温度と時間は、Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒
径が１．５〜５μｍの範囲になり、好ましくは、ＺｒＯ
₂の平均結晶粒径が１．５〜３μｍの範囲で、かつ、ｄ
_A／ｄ_zが１〜３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８０％を主成分である
Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在させるために、Ａｌ₂Ｏ₃
が急激に粒成長を起こしてその結晶粒内にＺｒＯ₂を取
り込まないよう、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
晶のＺｒＯ₂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。なお、
常圧焼結などの一般的な焼結によって、十分に、相対密
度を９５％以上とすることができるが、相対密度をさら
に高くして耐摩耗性や強度を一層向上させ、また、気孔
を少なくして熱伝導率を一層向上させるため、得られた
セラミックスに熱間静水圧加圧処理（ＨＩＰ処理）を施
すのも好ましい。

【００２３】次に、得られたセラミックスに研削、研磨
などの機械加工を施し、また、必要に応じて貼り付け施
工などを行って所望の粉砕機用部材を得る。

【００２４】

【実施例】実施例１：平均粒径が０．５μｍで、純度が
９９．８％であるＡｌ₂Ｏ₃の粉末と、平均粒径が０．
７μｍで、純度が９９．９９％であるＴｉＯ₂の粉末１
重量％と、平均粒径が０．３μｍで、純度が９９．９％
であるＭｇＯの粉末０．１重量％と、平均粒径が０．７
μｍの、安定化剤として１．５モル％のＹ₂Ｏ₃を含む
ＺｒＯ₂の粉末２０重量％とを、ボールミルを用いて、
２４時間、純水中で湿式混合した後、ポリビニルアルコ
ールを加えて噴霧、造粒乾燥し、混合粉末を得た。な
お、ＺｒＯ₂の粉末は、ＺｒＯＣｌ₂・８Ｈ₂Ｏの水溶
液にＹＣｌ₃の水溶液を加えて混合し、アンモニア水を
加えて水酸化物を共沈させ、共沈物を水洗し、乾燥した
後、１０００℃で６０分間仮焼することによって用意し
た。

【００２５】次に、上記の混合粉末を金型に充填し、１
０００kgf/cm²の圧力を加えて、長さ４０mm、幅５mm、
厚み４mmの強度試験用の成形体を得た。また、摩耗試験
用として、ラバープレス法を用いて、１０００kgf/cm²
の圧力下に直径１０mmの球状の成形体を得た。

【００２６】次に、上記２種類の成形体を、大気中にて
１５５０℃で２時間焼結し、強度試験用および摩耗試験
用の２種類のセラミックスを得た。このとき、昇温速度
は１０００℃までは２℃／分、それ以上は０．５℃／分
とし、冷却速度は５℃／分とした。

【００２７】かくして得られた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Ｚ
ｒＯ₂の割合と、Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径ｄ_AとＺｒ
Ｏ₂の平均結晶粒径ｄ_zとの比ｄ_A／ｄ_zと、相対密度
と、曲げ強度と、破壊靭性と、熱伝導率と、摩耗による
損耗率とを求めた。

【００２８】平均結晶粒径は、セラミックスの表面を研
磨したのちエッチングし、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求
め、単純平均して求めた。

【００２９】正方晶のＺｒＯ₂の割合は、焼結体の表面
を注意深く鏡面研磨し、Ｘ線回析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（１１
１）面の回析ピークの積分強度Ｔ（１１１）と、２θ＝
２８．２°付近に現われる単斜晶の（１１１）面の回析
ピークの積分強度Ｍ（１１１）と、２θ＝３１．５°付
近に現われる単斜晶の（１１１^-）面の回析ピークの積
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。ここで、１^-は−１を表す。

【００３０】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。

【００３１】相対密度は、アルキメデス法によってセラ
ミックスの実際の密度Ｄ_sを求め、これと、上述した方
法によって求めた理論密度Ｄ_tとから、式、（Ｄ_s／Ｄ_t）×１００によって求めた。

【００３２】曲げ強度は、強度試験用のセラミックスを
加工して得た、１０本の、長さ３６mm、巾４mm、厚み３
mm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３
０mm、クロスヘッドスピードは０．５mm／分とした。

【００３３】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、単純平均値として求め
た。

【００３４】熱伝導率は、よく知られたレーザーフラッ
シュ法を使用し、次式によって求めた。なお、測定温度
は２０℃とし、試料は直径１０mm、厚み１mmの円板と
し、熱源はルビーレーザーとし、温度検出には赤外線セ
ンサーを使用した。

【００３５】０．１３８８・Ｌ・Ｑ／（ｔ・Ｔ_m）ただし、Ｌ：試料の厚みＱ：レーザーパルスが与える単位面積当りの熱量Ｔ_m：試料の温度上昇幅の最高値ｔ：Ｔ_mの半分の値に達するまでの時間摩耗による損耗率は、摩耗試験用の球状セラミックスを
バレル研磨して表面を平滑に仕上げた後、その２００個
（重量：Ｗ₁）を容量１０００mlのナイロン製ボールミ
ルに入れ、さらに、平均粒径１μｍのＳｉＣ粉末２０ｇ
と水１８０ｇとを加えた後、ボールミルを１００rpm で
５０時間運転し、球状セラミックスを取り出し、超音波
洗浄し、乾燥し、重量Ｗ₂を測定し、式、［（Ｗ₁−Ｗ₂）／Ｗ₁］×１００によって求めた。

【００３６】Ａｌ₂Ｏ₃の平均粒径：２．９μｍＺｒＯ₂の平均粒径：１．６μｍｄ_A／ｄ_z ：１．８正方晶ＺｒＯ₂の割合：９３体積％Ａｌ₂Ｏ₃の粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：９５％相対密度：９６．３％曲げ強度：７５．８kgf/mm² 破壊靭性：５．４MPa ・ｍ^1/2 熱伝導率：０．０４７cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率：０．１３％実施例２：ＴｉＯ₂粉末の量を３重量％とし、ＭｇＯ粉
末の量を０．３重量％とし、また、ＺｒＯ₂の粉末とし
て２．５モル％のＹ₂Ｏ₃を含むものを使用したほかは
実施例１と同様にして試験片を作り、試験した。試験結
果を以下に示す。

【００３７】Ａｌ₂Ｏ₃の平均粒径：３．０μｍＺｒＯ₂の平均粒径：１．７μｍｄ_A／ｄ_z ：１．８正方晶ＺｒＯ₂の割合：９１体積％Ａｌ₂Ｏ₃の粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：９２％相対密度：９７．５％曲げ強度：８２．０kgf/mm² 破壊靭性：５．４MPa ・ｍ^1/2 熱伝導率：０．０４５cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率：０．１１％実施例３：ＴｉＯ₂粉末の量を５重量％とし、ＭｇＯ粉
末の量を１重量％とし、また、ＺｒＯ₂の粉末として５
モル％のＹ₂Ｏ₃を含むものを使用したほかは実施例１
と同様にして試験片を作り、試験した。試験結果を以下
に示す。

【００３８】Ａｌ₂Ｏ₃の平均粒径：３．４μｍＺｒＯ₂の平均粒径：２．０μｍｄ_A／ｄ_z ：１．７正方晶ＺｒＯ₂の割合：８５体積％Ａｌ₂Ｏ₃の粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：９１％相対密度：９５．５％曲げ強度：７９．３kgf/mm² 破壊靭性：５．０MPa ・ｍ^1/2 熱伝導率：０．０４５cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率：０．１３％実施例４：ＺｒＯ₂粉末の量を３０重量％としたほかは
実施例１と同様にして試験片を作り、試験した。試験結
果を以下に示す。

【００３９】Ａｌ₂Ｏ₃の平均粒径：２．８μｍＺｒＯ₂の平均粒径：２．０μｍｄ_A／ｄ_z ：１．４正方晶ＺｒＯ₂の割合：８１体積％Ａｌ₂Ｏ₃の粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：９３％相対密度：９６．８％曲げ強度：９２．４kgf/mm² 破壊靭性：５．８MPa ・ｍ^1/2 熱伝導率：０．０４２cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率：０．２３％実施例５：ＴｉＯ₂粉末の量を３重量％とし、ＭｇＯ粉
末の量を０．３重量％とし、ＺｒＯ₂の粉末として２．
５モル％のＹ₂Ｏ₃を含むものを使用し、かつ、その量
を３０重量％としたほかは実施例１と同様にして試験片
を作り、試験した。試験結果を以下に示す。

【００４０】Ａｌ₂Ｏ₃の平均粒径：３．１μｍＺｒＯ₂の平均粒径：２．１μｍｄ_A／ｄ_z ：１．５正方晶ＺｒＯ₂の割合：８０体積％Ａｌ₂Ｏ₃の粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：９５％相対密度：９６．５％曲げ強度：８８．３kgf/mm² 破壊靭性：５．８MPa ・ｍ^1/2 熱伝導率：０．０４３cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率：０．２５％実施例６：ＴｉＯ₂粉末の量を３重量％とし、ＭｇＯ粉
末の量を０．３重量％とし、ＺｒＯ₂の粉末として２．
５モル％のＹ₂Ｏ₃を含むものを使用し、かつ、その量
を４０重量％としたほかは実施例１と同様にして試験片
を作り、試験した。試験結果を以下に示す。

【００４１】Ａｌ₂Ｏ₃の平均粒径：２．９μｍＺｒＯ₂の平均粒径：２．２μｍｄ_A／ｄ_z ：１．３正方晶ＺｒＯ₂の割合：７３体積％Ａｌ₂Ｏ₃の粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：９０％相対密度：９６．１％曲げ強度：７４．２kgf/mm² 破壊靭性：６．３MPa ・ｍ^1/2 熱伝導率：０．０３８cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率：０．２８％実施例７：ＴｉＯ₂粉末の量を５重量％とし、ＭｇＯ粉
末の量を１重量％とし、ＺｒＯ₂の粉末として５モル％
のＹ₂Ｏ₃を含むものを使用し、かつ、その量を４０重
量％としたほかは実施例１と同様にして試験片を作り、
試験した。試験結果を以下に示す。

【００４２】Ａｌ₂Ｏ₃の平均粒径：３．０μｍＺｒＯ₂の平均粒径：２．４μｍｄ_A／ｄ_z ：１．３正方晶ＺｒＯ₂の割合：７０体積％Ａｌ₂Ｏ₃の粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：８９％相対密度：９５．３％曲げ強度：７３．１kgf/mm² 破壊靭性：６．０MPa ・ｍ^1/2 熱伝導率：０．０３８cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率：０．２９％実施例８：ＴｉＯ₂粉末の量を３重量％とし、ＭｇＯ粉
末の量を０．３重量％とし、ＺｒＯ₂の粉末として２．
５モル％のＹ₂Ｏ₃を含むものを使用し、また、１５５
０℃で焼結した後、アルゴン雰囲気中にて温度１３５０
℃、圧力２０００kgf/cm²で熱間静水圧加圧処理を施し
たほかは実施例１と同様にして試験片を作り、試験し
た。試験結果を以下に示す。

【００４３】Ａｌ₂Ｏ₃の平均粒径：３．１μｍＺｒＯ₂の平均粒径：１．８μｍｄ_A／ｄ_z ：１．７正方晶ＺｒＯ₂の割合：９５体積％Ａｌ₂Ｏ₃の粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：９２％相対密度：９９．８％曲げ強度：１０５．５kgf/mm² 破壊靭性：６．０MPa ・ｍ^1/2 熱伝導率：０．０４９cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率：０．０８％実施例９：ＴｉＯ₂粉末の量を３重量％とし、ＭｇＯ粉
末の量を０．３重量％とし、ＺｒＯ₂の粉末として２．
５モル％のＹ₂Ｏ₃を含むものを使用し、かつ、その量
を３０重量％とし、また、１５５０℃で焼結した後、ア
ルゴン雰囲気中にて温度１３５０℃、圧力２０００kgf/
cm²で熱間静水圧加圧処理を施したほかは実施例１と同
様にして試験片を作り、試験した。試験結果を以下に示
す。

【００４４】Ａｌ₂Ｏ₃の平均粒径：３．２μｍＺｒＯ₂の平均粒径：２．１μｍｄ_A／ｄ_z ：１．５正方晶ＺｒＯ₂の割合：８７体積％Ａｌ₂Ｏ₃の粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：９３％相対密度：９９．７％曲げ強度：１１８．５kgf/mm² 破壊靭性：６．５MPa ・ｍ^1/2 熱伝導率：０．０４５cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率：０．１２％

【００４５】

【比較例】比較例１：ＴｉＯ₂粉末の量を３重量％と
し、ＭｇＯ粉末の量を０．３重量％とし、ＺｒＯ₂の粉
末として２．５モル％のＹ₂Ｏ₃を含むものを使用し、
かつ、その量を５重量％としたほかは実施例１と同様に
して試験片を作り、試験した。試験結果を以下に示す。

【００４６】Ａｌ₂Ｏ₃の平均粒径：３．８μｍＺｒＯ₂の平均粒径：１．０μｍｄ_A／ｄ_z ：３．８正方晶ＺｒＯ₂の割合：９２体積％Ａｌ₂Ｏ₃の粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：８１％相対密度：９３．３％曲げ強度：４８．１kgf/mm² 破壊靭性：４．１MPa ・ｍ^1/2 熱伝導率：０．０５３cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率：０．８２％比較例２：ＴｉＯ₂粉末の量を３重量％とし、ＭｇＯ粉
末の量を０．３重量％とし、ＺｒＯ₂の粉末として２．
５モル％のＹ₂Ｏ₃を含むものを使用し、かつ、その量
を５０重量％としたほかは実施例１と同様にして試験片
を作り、試験した。試験結果を以下に示す。

【００４７】Ａｌ₂Ｏ₃の平均粒径：２．３μｍＺｒＯ₂の平均粒径：２．５μｍｄ_A／ｄ_z ：０．９正方晶ＺｒＯ₂の割合：６４体積％Ａｌ₂Ｏ₃の粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：９０％相対密度：８９．４％曲げ強度：４９．３kgf/mm² 破壊靭性：５．９MPa ・ｍ^1/2 熱伝導率：０．０２７cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率：０．５５％比較例３：ＴｉＯ₂粉末の量を３重量％とし、ＭｇＯ粉
末は添加せず、ＺｒＯ₂の粉末として２．５モル％のＹ
₂Ｏ₃を含むものを使用したほかは実施例１と同様にし
て試験片を作り、試験した。試験結果を以下に示す。

【００４８】Ａｌ₂Ｏ₃の平均粒径：６．８μｍＺｒＯ₂の平均粒径：１．３μｍｄ_A／ｄ_z ：５．２正方晶ＺｒＯ₂の割合：８３体積％Ａｌ₂Ｏ₃の粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：６９％相対密度：９２．０％曲げ強度：４８．２kgf/mm² 破壊靭性：４．５MPa ・ｍ^1/2 熱伝導率：０．０４１cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率：０．７３％比較例４：ＴｉＯ₂粉末、ＭｇＯ粉末はともに使用せ
ず、ＺｒＯ₂の粉末として２．５モル％のＹ₂Ｏ₃を含
むものを使用し、また、焼結温度を１６００℃としたほ
かは実施例１と同様にして試験片を作り、試験した。試
験結果を以下に示す。

【００４９】Ａｌ₂Ｏ₃の平均粒径：１．０μｍＺｒＯ₂の平均粒径：０．５μｍｄ_A／ｄ_z ：２．０正方晶ＺｒＯ₂の割合：９３体積％Ａｌ₂Ｏ₃の粒界に存在するＺｒＯ₂の割合：８５％相対密度：９８．５％曲げ強度：６０．０kgf/mm² 破壊靭性：３．９MPa ・ｍ^1/2 熱伝導率：０．０４２cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率：０．４８％比較例５：ＴｉＯ₂粉末、ＭｇＯ粉末、ＺｒＯ₂粉末の
いずれも使用せず、Ａｌ₂Ｏ₃粉末として平均粒径０．
８μｍ、純度９９．５％のものを使用し、また、焼結温
度を１６５０℃としたほかは実施例１と同様にして試験
片を作り、試験した。試験結果を以下に示す。

【００５０】Ａｌ₂Ｏ₃の平均粒径：５．３μｍ相対密度：９６．８％曲げ強度：３８．０kgf/mm² 破壊靭性：３．２MPa ・ｍ^1/2 熱伝導率：０．０５８cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率：１．２５％比較例６：Ａｌ₂Ｏ₃粉末、ＴｉＯ₂粉末、ＭｇＯ粉末
はいずれも使用せず、平均粒径０．７μｍの、２．５モ
ル％のＹ₂Ｏ₃を含むＺｒＯ₂粉末のみを使用し、ま
た、焼結温度を１４５０℃としたほかは実施例１と同様
にして試験片を作り、試験した。試験結果を以下に示
す。

【００５１】ＺｒＯ₂の平均粒径：０．４μｍ正方晶ＺｒＯ₂の割合：９３体積％相対密度：９９．１％曲げ強度：１２４．０kgf/mm² 破壊靭性：７．８MPa ・ｍ^1/2 熱伝導率：０．００７cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率：２．２１％

【００５２】

【発明の効果】この発明の粉砕機用部材は、Ａｌ₂Ｏ₃
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２０〜４０重量％の範
囲で含み、ＴｉＯ₂を１〜５重量％の範囲で含み、Ｍｇ
Ｏを０．１〜１重量％の範囲で含み、Ａｌ₂Ｏ₃の平均
結晶粒径が１．５〜５μｍの範囲にあり、かつ、ＺｒＯ
₂の少なくとも８０％がＡｌ₂Ｏ₃の結晶粒界に存在し
ているセラミックスからなるものであるから、実施例と
比較例との対比からも明らかなように、耐摩耗性、強
度、破壊靭性がともに大変優れている。これらの特性
は、ＺｒＯ₂の平均結晶粒径ｄ_zが１．５〜３μｍの範
囲にあり、かつ、Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径ｄ_AとＺｒ
Ｏ₂の平均結晶粒径ｄ_zとの比ｄ_A／ｄ_zが１〜３の範
囲にある場合には一層向上する。また、焼結体の相対密
度が９５％以上であるとき、さらに向上する。

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｂ０２Ｃ 17/22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ₂Ｏ₃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２０〜４０重量％の範囲で含み、ＴｉＯ₂を１〜５重
量％の範囲で含み、ＭｇＯを０．１〜１重量％の範囲で
含み、Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径が１．５〜５μｍの範
囲にあり、かつ、ＺｒＯ₂の少なくとも８０％がＡｌ₂
Ｏ₃の結晶粒界に存在しているセラミックスからなる粉
砕機用部材。
【請求項２】ＺｒＯ₂の平均結晶粒径ｄ_zが１．５〜３
μｍの範囲にあり、かつ、Ａｌ₂Ｏ₃の平均結晶粒径ｄ
_AとＺｒＯ₂の平均結晶粒径ｄ_zとの比ｄ_A／ｄ_zが１
〜３の範囲にある、請求項１の粉砕機用部材。
【請求項３】相対密度が９５％以上である、請求項１ま
たは２の粉砕機用部材。
【請求項４】２０℃における熱伝導率が０．０２〜０．
０７cal/cm・sec ・℃の範囲にある、請求項１、２また
は３の粉砕機用部材。
【請求項５】直径１０mmのボール部材について、そのボ
ール部材２００個を内容積１０００mlのナイロン製ボー
ルミルに入れ、さらに、ボール部材の総重量の、３６％
の水と、４％の、平均粒径が１μｍのＳｉＣ粉末とを入
れ、ボールミルを１００rpmの速度で５０時間運転した
後の重量損耗率が１％以下である、請求項１、２、３ま
たは４の粉砕機用部材。