JPS6035314B2

JPS6035314B2 - 機械加工の可能なセラミツクス材料

Info

Publication number: JPS6035314B2
Application number: JP56017488A
Authority: JP
Inventors: 泰三加藤; 智弘森下; 良三生田; 隆三森
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1981-02-10
Filing date: 1981-02-10
Publication date: 1985-08-14
Also published as: JPS57135774A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、セラミックス特には機械加工可能な焼結され
たセラミックス材料に関するものである。

一般にセラミックス材料は金属に比較して硬度が高いの
で、金属の切削と同様な方法では加工することができな
い。

従ってこのようなセラミックス材料の加工は一般にはダ
イヤモンド砥石等を用いて切削或は切断するしかない。

ただし、未糠結の場合や、本来必要な競給温度より低い
温度でセミシンターされたものは、金属と同様な方法で
機械加工することができる。しかしながら、このような
未暁結のものやセミシンターのものは、、一般的には強
度か弱く、気孔率も大きく、加工後などさらに高温で焼
成したり、高温で使用すると、焼成収縮するなど本来の
セラミックスの特性を十分発揮することができない。

このように加工後高温で使用したりしても、醸成収縮が
殆んどないセラミックスで機械加工可能なものは現在裕
んどなく、素材として入手し、それを容易に加工してい
くといった使い方ができないのが、プラスチック材や金
属材などとの幅広い使用を制限されている問題点でもあ
る。

尚、この機械加工可能なセラミックス材料が現在全くな
いわけではなく、例えばその一つに結晶が雲母構造をし
た結晶化ガラス（コーニング・グラス・ウアーク社商品
名マコール）がある。

これは、雲母構造であるために、結晶のへき開面に亀裂
（クラック）が入り易く、これが加工性を容易にしてい
ると考えられるものであるが、高々１０００℃程度まで
の耐熱性しかなくセラミックスとしての用途としては著
しく制限された用途でしか使用できないものである。本
発明はこれらの点に鑑み、セラミックスとしての十分な
強度と耐熱性を有し、かつ機械加工可能なものを暁結し
たものとして開発すべく種々研究し、その結果として本
発明を見し、出すに至ったものである。

即ち、本発明は顕微鏡的にみて粒子径とほぼ同程度にま
で少くとものびた多数のクラックを有し、結晶粒子の大
きさが平均粒径で０．００５〜０．５肋である、アルミ
ニウムチタネート結晶から本質的になり、かつ気孔率が
１５％以下に焼成されてなる機械加工が可能であること
を特徴とするセラミックス材料を要旨とするものである
。

本発明において、機械加工可能という意味は、一般の工
作機械（例えば、旋盤、ボール盤、フライス盤など）を
用いて金属加工用の工具を用いて容易に切削されること
をいう。

このような機械加工可能な材料は、メーカーから供給す
るマーケットとして同一形状部品を多量に必要としない
ところ（実際にはそのようなマーケットは少なく、１ケ
や数ケを必要とする場合も多い。

）に対しても、メーカーで素材として供給し、ユーザー
で必要な加工を容易にしうるものとなり、製造側では所
定寸法のものをつくるだけでよく能率的であり、使用側
でも所望の形状に自由に加工でき非常に便利となり、そ
の用途は非常に拡大されるものとなる。本発明を以下具
体的に詳しく説明する。

まず本発明によるセラミックス材料は、組織的にアルミ
ニウムチタネート（ＡＩ２０３・Ｔｉ０２）結晶からな
るものであり、小さい気孔率に焼成されたセラミックス
としてそのような組織になっていればよく、これをもた
らす原料としては、予め合成されたアルミニウムチタネ
ートを使ってもよいし、また焼成することによりアルミ
ニウムチタネート結晶を生成する原料配合としておくこ
とでもよい。

本発明は機械加工可能なセラミックス材料として結晶組
織が、このようにアルミニウムチタネ−ト結晶を主構成
相とするものであるとともに、焼成されたものとして、
顕微鏡的にみて多数、実際には無数の微細なクラック（
亀裂）が発生しているものである。

このクラックは、主結晶であるアルミニウムチタネート
（以下本明細書ではアルチタと略称する。

）結晶から本質的になる結晶粒子（結晶そのものの大き
さの場合もあるが、本明細書では組織を構成する粒子の
大きさを意味する。）の粒子釜とほぼ同程度にまで少く
とものびたクラックであり、具体的には本発明で必要な
アルチタ結晶粒子の大きさが、平均粒径で０．００５〜
０．５肋、特には０．０１〜０．２肌であるため、少く
ともこの程度にまでのびたクラック、即ち数ミクロン程
度から数百ミクロン程度のクラックが多数存在している
ことが必要であることを意味している。尚、これらのク
ラックは複数が繋がって粒子径の数倍にまで至っている
のも多く存在するものであるが、本発明としては粒子・
蚤程度の多数のクラックと所定の粒子径からなることが
必要なことである。

ここで、結晶粒子の粒子径（大きさ）とは、焼成された
後の結晶粒子の大きさを示すもので焼成前の一次粒子の
大きさを特に規制したものではなく、即ち、例えば焼成
前の一次粒子はより細かくでも焼成（競結）中に粒成長
させて、上記範囲内のものとすれば良いのである。

また、平均粒径とは、少くとも体積にして５０％以上の
結晶粒子が上記範囲にある必要があるということである
。

本発明で、この平均粒径が０．００５〜０．５側である
ことが必要な理由は、クラックの大きさとも関連してい
るものであり、０．００５肋より４・さし、とクラック
の発生が少ないものとしか得られにくいし、目的とする
セラミックス材料としての機械加工性が得られにくくな
るからであり、一方０．５柳より大きいと加工性が悪く
なり加工できても時間や大きなェネルギを必要とするし
、粒子そのものを多数破壊しなければならないからであ
り、望ましくは０．０１〜０．２側程度の大きさとして
おくことである。

なお、本発明において結晶には、球状、角状、針状など
のものが存在するが、平均粒径とは球状に換算（同体積
として）した相当直径を意味しているものである。

また、本発明はこのようなセラミックス材料であって、
材質的かつ構造的な組織として気孔率が１５％以下にな
るように１４００ｏ０程度以上で焼成されていても機械
加工性が良く、しかも１４５０００以上、さらには１５
００〜１６００ご○或はそれ以上で競結して、例えば気
孔率を５％程度以下の繊密なものとしてもなお機械加工
可能な性質を有しているものである。

このような本発明によるセラミックス材料は何故に機械
加工性が良いのかについては、次のようなことが考えら
れる。

即ち、アルミニウムチタネート結晶及びその焼成された
組織での粒子径が寄与していることは勿論のこと、それ
らの粒子径にまでのびた多数のクラックが存在している
ため、例えば切削加工する際の材料の破壊を容易にする
とともに材料母体に新しく発生するクラックは非常に少
なくなり、切削に要するエネルギーが小さくてすむこと
になる、さらにはこのためにバイト先端の温度もそれ程
高くならず、バイトの摩耗も少なくてすみ、結果として
切削性が著しく良好となるなどのためであろう。

このようなアルチタ材料の製法について、次に説明する
。

主原料は、予め合成したアルチタ原料又は焼成により山
２０３或はＴｉ０２となりアルチタを生成しうる山２０
３およびＴ；０２原料であり、これらに必要に応じて糠
結村、成形性付与材、結合材などの添加材を加えて原料
配合物を調整する。

ここで焼結材としてはＹ２０３，仏２０３，Ｃｅ０２な
どの希土類酸化物、Ｓｎ０２などが好ましく、重量％で
０．３〜８％程度の添加が最適である。

その他、Ｆｅ２０３なども有効である場合もある。また
Ｓｉ０２は強度の向上をもたらす効果をもつし、これを
粘土として加えることにより成形性も良好となるので好
ましい成分であり、粘土として５〜１５％程度の配合は
最良である。また、このような糠結村は、予め合成した
アルチタ原料を使用するときは、その際にいれておく場
合もある。原料配合物に対して成形法に応じて、例えば
適量の水を加えて押出し用混練物とするなどし、適当な
成形法で成形し、乾燥後焼成、即ち気孔率が１５％以下
となるように、例えば１４００００以上の温度で焼成す
るものである。ここで、本発明セラミックス材料を得や
すくするには、焼成したあとの結晶粒子として、前述し
た如くの粒子径とするための粒度配合の配慮が必要であ
り、さらにはこれとともに焼成品の冷却に特別の配慮を
することにより容易とすることができる。例えばその一
例としては、焼成後の冷却条件、これは焼成品を得るた
めの条件によっても異ってくるが、８００ｏｏ以下の冷
却をそれまでの冷却より緩やかにする（徐冷する）こと
である。

即ち、８００ｏｏ程度まで２０００Ｃ／ｈｒ程度で冷却
してきたのを、４００〜８００００間の冷却を５０００
／ｈｒ程度でするというようなことである。成形体の大
きさにも勿論異ってくるが、このような種々の配慮によ
り、焼成されたセラミックス材料に所望のクラツクを均
等にまんべんなく存在せしめることが容易となるのであ
ろう。

本発明は、このように機械加工可能なセラミックス、即
ちマシナブルセラミックスとしての前述した利点を有す
るセラミックスとしての領域を新たに拡大しうるもので
あって、その実用的な価値は多大である。

本発明を以下実施例にてさらに説明する。

実施例水酸化アルミニウム５５．５重量％アナ
ターゼ型Ｔｉ０２３６．７〃Ｙ２０
３０．８〃
粘土５．４〃ペンガ
ラ１．６〃バインダー（外
掛）３〃水（外掛）
２２〃上記調合物を混練後押出し成形したものを
乾燥し、１４００ｏｏ×５時間焼成し、アルチタ組成の
クリンカーを得た。

これを粉砕し、２００メッシュのふるいを通過したもの
を選び、これにバインダーとしてポリビニルアルコール
を少量加えて約１０塊の大きさにラバープレス成形し、
これをついで１５００００の温度で１０時間焼成した。

焼成後そのまま炉をとめて放冷８００００程度までは１
５０ｏｏ／ｈｒ以上の速度で冷却し、８００ｏｏ以下４
００ｏｏまでを５０００／ｈｒとして徐冷せしめた。こ
のようにして得られたセラミックス材料は次のようなも
のであった。

組成的には、アルチ夕（ＡＩ２０３・Ｔｉ０２）結晶か
ら本質的になっており、その平均粒径は０．０２脚であ
った。

表面及び切断面とも、走査顕微鏡観察したところ、ほぼ
粒子蓬程度の無数のクラックが認められた。また物理的
性質は、高比重が３．２ふ気孔率が３．５％であり、曲
げ強度は２００ｋ９／地であった。つぎに、このブロッ
クを旋盤により、超硬チップ（Ｋ−１０）で切削したと
ころ、金属と同様に良好に切削可能であった。

尚、このときの加工条件は、周速３０ｍ／ｍｉｎ、切込
み２肌、送り０．２肌／回転であった。

Claims

【特許請求の範囲】

１顕微鏡的にみて粒子径とほぼ同程度にまで少くとも
のびた多数のクラツクを有し、結晶粒子の大きさが平均
粒径０．００５〜０．５ｍｍであるアルミニウムチタネ
ート結晶から本質的になりかつ気孔率１５％以下に焼成
されてなる機械加工が可能であることを特徴とするセラ
ミツクス材料。