JPS60186463A - 切削加工性の優れたセラミツクス焼結体並びにその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、従来通常のセラミックス焼結体とは全く異る
、切削加工性の優れたセラミックス焼結体、及びその製
造方法に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

従来のセラミックス製品は極めて少数の例外な除き一般
に硬度が高く脆い特性を有している。ガラス、陶磁気、
はうろう、一部の例外を除く耐火レンガ、炭素製品等殆
んどすべて上記のような特性を有するので、一旦成形物
を焼成して了つと、最早や自由な形に切断或は加工等は
非常Ｃ二困難となる。尤もダイヤモンドカッターのよう
な特殊な工具を用いるならば成程度自由な形に切削加工
するという目的を達成することができる。しかしながら
ダイヤモンドカッターは高価な工具であるし、それを用
いて加工する作業は時間もか＼るし多大の労力を必要と
するので、極めて不経済なものであるという欠点を有し
ている。

即ち一般的には従来のセラミックスでは、容易シニ切削
加工し得るものは存在しなかったといえる。

そこで、こ＼でいう切削加工性とは所謂社会通念上の性
質として、刃先が普通炭素鋼で作られた、例えばドリル
、鋸、バイト等によって、通常の材木を切るように、ひ
ゾわれ、切損等を生ぜずにスムースに自由な形に切削或
は切断、せん孔、溝堀り等ができることを表示するもの
である。

また前記一部の例外のものとしては断熱レンガや軽量骨
材のようなもので上述の普通炭素鋼の刃先を有する工具
によって、切削加工可能のものがあることはあるが、こ
れらは全く別の目的のために作られたものであって一般
的に上記に述べたような定義の切削加工可能なセラミッ
クスというのとは異る。

更に具体的に従来品について、切削加工性を主として説
明すれば、一般の陶磁器質焼結体は例えば硬質磁器では
主結晶相はムライ）　（３Ａｎ、Ｏ，−２ＳｉＯ＊）、
石英（Ｓｉｎ、）などをアルカリガラス相によって結合
されたものであり、暁結前の原料結晶質は加熱によって
分解され、反応し共融して別の結晶相とガラス相で、モ
ース硬度も７以上の硬くて脆く、靭性の少ない材質とな
るので、通常炭素鋼の工具では殆んど加工不能であると
いう加工性上の欠点を有するものとなるのである。

また所謂酸化物セラミックスとして知られるアルミナ、
ジルコニア磁器などは微結晶質の焼結体で強度も高いが
、モース硬度は８以上にもなるので、通常炭素鋼の工具
では殆んど歯が立たない。

更にまた、上記の切削加工性という点で唯一の先行技術
に近いものとして、コーニング社の「マコール」商品名
のマイカ・ガラス・セラミックスがあり、若干の機械加
工性があると称せられているのであるが、しかしこの製
品の実体はＫＭｇ、ＡｆｉＳ　ｉ　ＢＯ，。Ｆ、の結晶
化ガラス相を３０乃至４０優も含むものであるから、矢
張り切削加工に対しては通常炭素鋼の工具では歯が立ち
にくく、われ易い上に、約８００℃で軟化変形し、むし
ろセラミックス製品としては複数の欠点を有するもので
ある。

〔本発明の目的〕

本発明はか＼る従来技術の諸欠点を耐火性や曲げ強度等
セラミックス本来の長所を相当程度に保持しつ＼而も切
削加工性の優れた特性を併有する、従来（：見られない
セラミックス焼結体、換言すればニューセラミックス材
料の一種をこ＼に提供すると共Ｃ二併せてその製造方法
をも開示せんとするものである。

〔本発明の構成の概要〕

（１）本発明に係る切削加工性の優れたセラミック焼結
体は、前記要素１即ちβＣａＯ・Ｓｉｎ、の板状結晶又
はそれ以外の板状もしくは葉片状の素片もしくは、結晶
、或はこれらの合計が重量で６０重量係以上含有され、
かつモース硬度５以下に焼結されていることを特徴とし
ている。

（２）本発明に係る切削加工性の優れたセラミックス焼
結体の製造方法は要素１を含有する原料又は要素２を含
む原料でいずれもモース硬度５以下のものの一方又は両
方を、焼結体ベースで要素１と要素２の合計が６０重ｆ
ｔＪ以上になるように配合し、板状等の素片もしくは結
晶の原形な略留める程度に破砕混合調整し、成形した後
、前記の原形な略々保有する程度に１２００℃以下Ｃ二
おいてモース硬度５以下に焼結することな特徴としてい
る。

更に本発明の構成の各要件シ二ついて詳述すると、先ず
βＣａＯ＊　５１０．は例えば珪灰石の主成分で、三斜
晶系の板状によく発達した結晶の集合体であり、天然も
しくは人工物がある。モース硬度は４．５乃至５位で１
２００℃以下の加熱であれば、α形の単斜晶系の粒状結
晶（モース硬度５以上）にはならず略々原形を保有する
ので、前記要素１として使用可能である。

雲母族鉱物は肉眼でも見える板状素片もしくは結晶であ
り、金雲母、燐雲母、絹雲母など多種存在するが、例え
ば金雲母はＫＭｇｓ（Ｓｉ、Ａｎ）０□の化学成分の単
斜晶系の板状結晶鉱物でモース硬度は２．５乃至３位で
あり、天然にも産出し、肥料製造の副産物として人工物
も作られている。

雲母族鉱物の他の例として蛭石は（ＭｇＦ６）ｍ（Ａ４
　Ｓ　ｌ　）、０．。（ＯＨ）１の化学成分の単斜晶系
葉片状の結晶で、モース硬度１，５位で７５０℃以上の
加熱で脱水膨張するので、従来は軽量骨材原料として使
用されていたものである。

他の雲母の例でＩＩＩＩＦ母はＫ（Ａｌｔ、１）（ＳＩ
、Ａ、Ｑ）ｔｏｐ。

のように弗素を含む単斜晶系の板状結晶でモース硬度は
２．５乃至４位で天然に産出する。

次に滑石はＭｇ５（ＳＩ４０ｔｏ）（ＯＨ）ｔの化学成
分の単斜晶系の葉片状の鉱物でモース硬度は１前後で最
も軟質であり、従来は電気絶縁用陶磁器の原料として１
２００℃を超える温度で焼成されて使用されている。

また人工Ｃ：よる合成雲母は電融により製造し得るもの
で本発明の構成の要素２として使用し得る。

而して本発明の原料として用いられる上記のような主原
料の要件は板状１葉片状の形状を有していることである
が、その形状の特徴を表わすものとして、長手方向の最
大寸法をその厚さで除した値（以下アスペクト比と称す
る。）が、５以上であることが望ましい。この理由とし
ては、この値が５未満のものは通常の石塊に近くそれを
用いても本発明品の特徴効果は明らかではないからであ
る。

本発明（＝係る切削加工性の優れたセラミックス焼結体
は前記要素１．要素２を含む原料からこれらの要素を原
形を留め或は保有する材質構造に作られたもので、前記
要素の合計が６０係以上のものである。

これは実施例１、第１表に示しである如く略々本発明に
係るセラミックス僻結体は前記要素の合計が焼結体ペー
スで６０％のときモース硬度が４．９で約５であり、要
素の含有量を増加させれば１００チで４前後までモース
硬度は下っていき、逆に前記含有量が下ると次第にモー
ス硬度は上るという、いわば逆比例に近い関係があるか
らである。

たもので、成形の際配合物が板状の滑り面で配向性をも
って密に接し、前記焼結に当っては、相互の固相反応に
より結合し、かつ原形を保有した板状等の結晶は平板界
面でファンデルヴアールの力が働いて密着し、その密着
部分が、部分的に固溶或は共融の材質構造になっている
と推定される。

このようなことから全体としては成形焼結物ではあるが
、要素１．要素２を略々そのま＼の形で保有しているた
めに、前記従来技術のところで定義した普通炭素鋼を刃
先に使用した工具類による社会通念上の切削加工性が優
れているのである。

次に本発明に係る切削加工性の優れたセラミックス俳結
体の製造方法について説明する。それには先ず前記の要
素１及び又は要素２を含有する原料についてその都度用
いる物の純膏を通常の化学分析或はＸ線解析等（二より
確める。

またこのようにして得られた結果から水分、並に約１０
００℃における灼熱減量により焼結体ペースを算出する
。これらの前段処理の部分については通常の方法である
から詳細は省略する。而して前記焼結体ベースで１！！
票１．及び要素２の合計が６０１以上になるように原料
の配合を行う。ところで、このような工業現場における
セラ゛ミックスの焼結反応はそれ程精密なものではない
から、前記６０％になるための歩留りを経験上約１割程
度見ておく必要がある。これは例えば要素１のβＣａｆ
ｅｓｉｏ、が部分的に少量αに変質したりということも
あるからである。従って要素１と要素２の合計は焼結体
ベースで約６６乃至６７チ以上と考えて配合計算を行え
ばよい。尤も非常に精密な温度、時間の制御を行い得る
炉（二よって焼結作業を行うことができるような場合（
二は前記歩留りは、その精度ζ二応じ少く見ることが必
要となる。蛭石を用いる場合は膨張するので８００℃乃
至１２００℃程度で予じめ焼成しておく。また要素２の
他の例として、ＺｎＯ、Ｔｌ０１．　ＢａＯ、ＭｇＯな
どの結晶を含むものな用いてもよい。

また原料の成形をｓ易にするために、成形助長材及び又
はＩＩＩＡ＃ｊ反応促進材を加える方が一層良い場合が
ある。これには蛙目粘土のような可塑性粘土及び又はシ
リカゾルのような膠状綱材などを全体の３乃至５チ程度
用いるとよい。

これらの諸原料を軛燥し、配合して、要素１、要素２の
形状特性を略々留める程度に破砕及び又は粗粉砕し、更
にその物の性状から推定された１２００℃以下８００℃
以上の適温で、要素１、要素２の原形を保持する程度に
焼結する。このような操作によって前記したように原料
調整の際配向性により、板状物が層状になりファンデル
ヴアールの力により、　” −密着した材質構造の焼結物が得ら れるのである。これらの焼結物は焼結温度が比較的低温
であるからガラス質物の含有量は極めて少なく要素１、
要素２を原形に近い形で含有する。

またこれら要素はモース硬度で略々５以下であることに
より、このセラミック１ｗ８結物は殆んどすべてモース
硬度５以乍゛となり、通常炭素鋼の刃先を有する工具に
よる加工性は優れたものとなる。

以下実施例Ｉ：より、更；：詳細１″−説明する。

〔実施例１〕 前記した通常の方法で例えば２ＣａＯ・Ｓｉｎ、と金雲
母とを等量に使用した原料な調整し、上記両者の合計が
焼結物ペースで３０憾よ１３１００（％）まで１０（１
１間隔となるように配合し、１１００乃至１２００℃で
焼結した。次にこれらをＸ線と電子顕微鏡を用いて要素
１と要素２の合計量が略々＃１１１１１！の通りである
ことを確認し、一方モース硬度を測定した。

要素１と要素２の合計重量（チ）に対する夫々のモース
硬度は下記第１表に示す如くであり、モース硬度が５以
下の焼結物を得るためには要素１と要素２の合計が略々
６０重量優）以上であればよいことがわかった。

第　１　表 要素１と要素２の合計重量（チ）と 焼結物のモース硬度との関係 〔実施例２〕 印度産の天然珪灰石を４０（メツシュ）以下に粉砕した
もの、中国青金雲母を２０（メツシュ）以下。

滑石、粘土類は８０（メツシュ）以下の粉末とし下記の
配合率により試料を調整した。

珪灰石　５０重量＠） 金雲母　１０〃 滑　石　１０　〃 蛙目粘土　３０〃 この配合物を湿式抜出成形法により処理した。

即ち含水率２３１％）の混線拝上とし真空土練機を用い
て直径２００　（ｓ＋＋）肉厚２５−の円筒状ζ二抜出
し展開圧延して幅３００　（ｗ）長さ６００　（ｍ）厚
さ１０（ｗ＋）の板状体を多数成形し乾燥後１１５０（
’Ｃ）のローラーハースキルンで１時間焼成した。

此等焼結体のうち１０（枚）を無作為に抽出し性質を試
験した結果は第２表の通りであった。

第　２　表 焼結体の性質 要素１と要素２の合計をＸ線等により試験した結果的６
９（俤）であった。

此等の焼結体は炭素鋼製ドリルで容易に穴開けが可能で
あり、また木工用銅で切断することも出来、耐火度は１
２３０（Ｃ）まで軟化変形しなかった。

更にまた１　（Ｋ９）の鋼球を３０（ｃＩＬ）の高さか
ら、板面の中央６二落下させても破壊しない程強い靭性
な有することがわかった。

〔実施例３〕 原料の種類による細粉化の程度は実施例１と同様とし、
次のような配合率により試料を調整した。

珪灰石　４７重量（チ） 焼成蛭石（８００℃焼成）３０〃 鱗雲母　１０〃 村上粘土（絹雲母質）１０〃 シリカゾル　３　〃 これらの配合物を含水率１０％の粉末状坏土とし乾式加
圧成形法により、油圧成形機にて２００　（Ｋｐ／ｉ）
の圧力で１００　（ｗ）　Ｘ　２００　（ｗ＋）　Ｘ　
１０　（＋ｍ）の板状に成形し乾燥後ローラーへ−スキ
ルンで１１００℃、１時間焼成して下記焼結体を得た。

これらのうち１０枚を無作為に抽出し試験を行った。結
果は第３表の通りである。

第　３　表 焼結体の性質 これらの焼結体は軽量で、比較的軟かく、木工用鋸刃で
容易に切断出来た。曲げ強度は第３表の通り、従来の磁
器類（二匹敵する強さを示し、１　（Ｋｐ）鋼球を３０
　（儂）落下させる試験Ｉ：おいても、全く破壊しない
靭性の高い木材のような材料であることが確認された。

〔発明の効果〕

（１）本発明に係るセラミックス焼結体は、原料中に含
有される板状１葉片状等の素片或は結晶な略々原形を留
めながら配合し、或はその原形を含有したま＼焼結した
ものであり、それらの原形はモース硬度５以下であるの
で、この焼結晶もモース硬度は５以下となる。その結果
本発明に係るセラミックス製品は軟かく靭性高く、而も
曲げ強度が従来のセラミックスと同様Ｃ二強く、従来の
セラミックスの良い所を残したま＼で、欠点である脆性
を除去し、靭性を与えたという、従来に見ない、極めて
面白い有望なセラミックス製品である。

（２）　このような暫新な性質を有するセラミックスは
従来のセラミックス製品の新しい用途或は新しい使用の
態様を生み出す。例えば従来のセラミックスの性質のま
＼では、タイルなどは小寸法のものを多数焼成し、建物
の外壁などに貼りつけられ手間のか＼るものであるが、
本発明に係るセラミックス製品は特に靭性が大であるか
ら大寸法のものを製作することができ、而も貼付使用に
当っては同一面積について見ると何倍も手間が省け、生
産性は格段に向上する。

（３）本発明１：係るセラミックス製品は、従来のセラ
ミックス製品の硬くて、脆い欠点を除去し、モース硬度
５以下という軟いものであるから切削加工性に特に優れ
、その面から、例えばエレクトロセラミックス又はエン
ジニャリングセラミックスなどの広く新しい用途の分野
に適用することが可能であり、多面的に将来性が非常に
太きいものであるといえる。

特許出願人　居士英雄 手続補正書崗発） １、事件の表示 昭和５９年特許ｌｍｍ８９８７４−ｊ）２、発明の名称 ３、補正をする者 田賀井　秀夫 弁理士（６２１９）志賀富士弥　外１名ａ補正の内容 （１）明細書の第１５頁第１０行のｌ　２０ａＯ，５ｉ
０２　Ｊを「βＯａＯ，ＳｉＯ＊　Ｊに訂正する。

（２）明細書の第１８頁の第２表中第１欄の「か重」を
「かさ比重」に訂正する。

以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　βＣａＯ・ＳｔＯ，及び又は雲母族鉱物を含み
   板状もしくは葉片状の素片もしくは結晶を合計で６０重
   量（チ）以上含有し、かつモース硬度５以下に焼結され
   ていることを特徴とする切削加工性の優れたセラミック
   ス焼結体。（以下βＣａＯ・ＳｔＯ，を要素１と称し、
   雲母族鉱物を含み板状もしくは葉片状の木片もしくは結
   晶を要素２と称する。） 要素１と要素２の合計が６０重量（罰以上となるように
   配合し、前記の板状もしくは葉片状の素片もしくは結晶
   の原形な略々留める程度に破砕混合調整し、成形した後
   、前記の原形な略々保有する程度に１２００℃以下にお
   いてモース硬度５以下に焼結することを特徴とする切削
   加工性の優れたセラミックス焼結体の製造方法。