JPS6050746B2 - Method for producing aluminum oxide-based ceramic with high toughness and hardness - Google Patents
Method for producing aluminum oxide-based ceramic with high toughness and hardnessInfo
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- JPS6050746B2 JPS6050746B2 JP56026586A JP2658681A JPS6050746B2 JP S6050746 B2 JPS6050746 B2 JP S6050746B2 JP 56026586 A JP56026586 A JP 56026586A JP 2658681 A JP2658681 A JP 2658681A JP S6050746 B2 JPS6050746 B2 JP S6050746B2
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、高靭性と高硬度を具備し、特に切削工具や
耐食耐摩部品などとして使用するのに適した酸化アルミ
ニウム基セラミックの製造方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing an aluminum oxide-based ceramic having high toughness and hardness and particularly suitable for use as cutting tools, corrosion-resistant and wear-resistant parts, and the like.
従来、一般に酸化アルミニウム(以下A′203で示す
)からなるセラミックは、高硬度を有し、かつ耐摩耗性
、耐食性などにもすぐれていることから、切削工具はじ
め、各種ノズル等の耐食耐摩,部品などの製造に用いら
れている。Conventionally, ceramics made of aluminum oxide (hereinafter referred to as A'203) have high hardness and are also excellent in wear resistance and corrosion resistance, so they have been used for corrosion and wear resistance in cutting tools and various nozzles. Used for manufacturing parts, etc.
しかし、この従来のAe2O3セラミックは、上記のよ
うに高硬 −
立度をもつものの靭性に乏しく、3〜5k9・7T0n
2程度の低い破壊靭性しか有していないものであるため
、将来性はあるものの、現実には引張応力や3衝撃力の
あまり加わらない分野で使用されているにすぎないもの
であつた。そこで、上記のAf2O3セラミックの靭性
を改善して強度を向上させ、もつて広範囲にわたる使用
分野ての適用を可能とすべく、炭化チタン(以2下Ti
Cで示す)を添加含有させたA′203−TjCセラミ
ックが提案され、確かに、このA′203−TiCセラ
ミックは、5〜5.5k9・ゴ÷程度の比較的高い破壊
靭性をもつことから、例えばフライス切削の刃先などの
衝撃力の加わる用途にも使用3r可能となるなど、その
適用分野に1つの転機をもたらすものであつた。However, this conventional Ae2O3 ceramic has high hardness as described above.
Although it has stiffness, it has poor toughness, 3-5k9/7T0n
It has a low fracture toughness of about 2, so although it has future potential, it is actually only used in fields where tensile stress or impact force is not applied much. Therefore, in order to improve the toughness and strength of the above-mentioned Af2O3 ceramic and thereby enable its application in a wide range of fields, titanium carbide (hereinafter referred to as Ti) was developed.
An A'203-TjC ceramic has been proposed, in which A'203-TiC ceramic is added, and it is true that this A'203-TiC ceramic has a relatively high fracture toughness of about 5 to 5.5k9・Go÷. This brought about a turning point in the field of application, for example, it became possible to use it in applications where impact force is applied, such as the edge of a milling cutter.
しかしながら、この従来Ae2O3−TiCセラミック
は、例えば切削工具として使用した場合、刃先の欠損に
対する信頼性がやや不足しており、したがつて、自動運
転される工3j作機械において切削工具として使用する
場合には問題のあるものであつた。また、靭性改善成分
として酸化ジルコニウム(以下ZrO2で示す)を添加
含有させたAe2O3−ZrO2セラミックが提案され
、このAe2O3−ZrO24cセラミックにおいては
、焼結後の冷却過程で、ZrO2が高温相の正方晶から
低温相の単斜相へと相変態する際の体積変化に起因して
、焼結セラミック内部にきわめて微細な亀裂を多数生じ
、この微細亀裂によつて大きな亀裂の伝播が阻止される
特性をもつといわれているが、この機構の真偽は別とし
て、結果的に他の従来セラミックよりすぐれた靭性を示
すようになるものの、一方、この種セラミックのもつ重
要な特性である高硬度を維持することが困難であり、し
たがつて、これを例えば切削工具として高硬度の被削材
の切削に使用した場合には硬度不足が原因で切刃に欠損
を生じるなどの問題点があるものであつた。However, when this conventional Ae2O3-TiC ceramic is used, for example, as a cutting tool, its reliability against chipping of the cutting edge is somewhat lacking, and therefore, when used as a cutting tool in automatically operated machine tools. There was a problem with that. In addition, an Ae2O3-ZrO2 ceramic has been proposed in which zirconium oxide (hereinafter referred to as ZrO2) is added as a toughness-improving component. Due to the volume change during the phase transformation from the low-temperature monoclinic phase to the low-temperature monoclinic phase, many extremely fine cracks occur inside the sintered ceramic, and these fine cracks prevent the propagation of large cracks. However, regardless of whether this mechanism is true or not, it results in superior toughness compared to other conventional ceramics, but on the other hand, it maintains high hardness, which is an important characteristic of this type of ceramic. Therefore, when used as a cutting tool to cut highly hard work materials, there are problems such as damage to the cutting edge due to insufficient hardness. It was hot.
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に上
記の従来A′203−ZrO2セラミックに着目し、こ
れに高硬度と高靭性の相反する特性を同時に具備させる
べく研究を行なつた結果、(a)上記の従来Ae2O3
−ZrO2セラミックにおいては、上述の従来云われて
いる強化機構によると、焼結後の冷却過程で添加したZ
rO2をできるだけ正方晶から単斜晶へと相変態させて
焼結セラミック内部に多数の微細亀裂を生じさせた方が
好ましいとされていたが、本発明者による種々の実験結
果では、ZrO2の相変態を極力おさえ、むしろできる
だけ多く正方晶を存在させておいた方が靭性向上が顕著
であること。Therefore, from the above-mentioned viewpoint, the present inventors focused particularly on the above-mentioned conventional A'203-ZrO2 ceramic, and conducted research in order to provide it with the contradictory characteristics of high hardness and high toughness at the same time. As a result, (a) the above conventional Ae2O3
- In ZrO2 ceramic, according to the above-mentioned conventional strengthening mechanism, ZrO2 added during the cooling process after sintering
It has been thought that it is preferable to cause rO2 to undergo a phase transformation from tetragonal to monoclinic as much as possible to generate many microcracks inside the sintered ceramic, but various experimental results by the present inventors show that the phase of ZrO Toughness is significantly improved by suppressing transformation as much as possible, and by allowing as many tetragonal crystals as possible to exist.
(b)従来Ae2O3−ZrO2セラミックの焼結に際
して、その焼結過程における雰囲気を、炭素を含む還元
性ガス雰囲気、あるいは炭素を含む還元性ガスと窒素と
の混合ガス雰囲気とし、圧粉体内部への焼結雰囲気の流
通が自在な焼結初期過程の焼結途中、すなわち焼結温度
に近い1500℃付近から、まだ充分に焼結が進んでい
ない間の焼結途中において、圧粉体内部に浸入した焼結
雰囲気中の炭素や窒素と、前記圧粉体中に分布するZr
O2と反応させ、その表面部をZrの炭化物、炭窒化物
、炭酸化物、および炭窒酸化物のうちの1種または2種
以上(以下これらを総称してZrの炭・窒・酸化物とい
う)に変換し、表面がZrの炭・窒・酸化物で包囲され
たZrO2を形成してやると(この場合、Af2O3は
化学的に安定で、焼結雰囲気とは反応しない)、焼結後
の冷却過程で、ZrO2が高温相の正方晶から低温相の
単斜晶へ相変態するのが実質的に抑制されるようになり
、焼結後のセラミック中には正方晶が多く存在して高硬
度および高靭性をもつようになること。(b) Conventionally, when sintering Ae2O3-ZrO2 ceramics, the atmosphere during the sintering process is a reducing gas atmosphere containing carbon, or a mixed gas atmosphere of a reducing gas containing carbon and nitrogen, and the inside of the green compact is During sintering in the initial stage of sintering, where the sintering atmosphere can freely circulate, that is, from around 1500°C, which is close to the sintering temperature, to during sintering, when sintering has not yet fully progressed, there is a Carbon and nitrogen in the sintering atmosphere that have entered and Zr distributed in the green compact
By reacting with O2, the surface portion is formed into one or more of Zr carbides, carbonitrides, carbonates, and carbonitrides (hereinafter collectively referred to as Zr carbon-nitrogen-oxides). ) to form ZrO2 whose surface is surrounded by carbon, nitrogen, and oxides of Zr (in this case, Af2O3 is chemically stable and does not react with the sintering atmosphere). In the process, the phase transformation of ZrO2 from the high-temperature tetragonal phase to the low-temperature monoclinic phase is substantially suppressed, and the ceramic after sintering contains many tetragonal crystals and has high hardness. and to have high toughness.
c)上記(b)のA′203基セラミックを製造するに
際して、さらに原料粉末として、酸化マグネシウム(以
下MgOで示す)粉末、酸化けい素(以下SiO2で示
す)粉末、酸化イットリウム(以下Y2O3て示す)粉
末、酸化ニッケル(以下NiOで示す)粉末、および酸
化クロム(以下Cr2O3で示す)粉末のうちの1種ま
たは2種以上(以下これらを総称して焼結促進粉末とい
う)を配合すると、焼結が一般ど促進されるようになつ
て普通焼結だけでも十分な緻密化がはかれること。c) In producing the A'203-based ceramic of (b) above, additional raw material powders include magnesium oxide (hereinafter referred to as MgO) powder, silicon oxide (hereinafter referred to as SiO2) powder, and yttrium oxide (hereinafter referred to as Y2O3). ) powder, nickel oxide (hereinafter referred to as NiO) powder, and chromium oxide (hereinafter referred to as Cr2O3) powder (hereinafter collectively referred to as sintering accelerator powder). As sintering is generally promoted, sufficient densification can be achieved by ordinary sintering alone.
(d)さらに、同じく原料粉末として窒化アルミニウム
(以下AeNて示す)粉末を配合すると、この結果のA
e2O3基セラミックは、靭性が損なわれることなく、
一段と高い硬度をもつようになること。(d) Furthermore, if aluminum nitride (hereinafter referred to as AeN) powder is also blended as the raw material powder, the resulting A
e2O3-based ceramic has no loss of toughness,
To have even higher hardness.
以上(a)〜(d)に示される知見を得たのである。The findings shown in (a) to (d) above were obtained.
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものてあつ
て、原料粉末として、ZrO2およびAe2O3粉末を
使用し、さらに必要に応じて焼結促進粉末およびAeN
粉末のうちのいずれか、または両方を使用し、これら原
料粉末を、ZrO2粉末:1〜20%を含有し、さらに
必要に応じて焼結促進粉末:0.1〜2%およびAeN
粉末:0.5〜5%のうちの1種または2種を含有し、
残りがAl2O3粉末からなる配合組成(以上容量%、
以下%の表示はすべて容量%を意味する)に配合し、つ
いで通常の粉末冶金法にしたがつて焼結するに際して、
その焼結過程における雰囲気を、炭素を含む還元性ガス
雰囲気、あるいは炭素を含む還元性ガスと窒素との混合
ガス雰囲気とすることによつて、焼結初期過程の焼結途
中において、圧粉体中に分布するZrO2の表面部を、
全体割合で0.1〜10%の変換率で、Zrの炭・窒・
酸化物に変換し、もつて高温相の正方晶を焼結後のAe
2O3基セラミック中に多く存在させて、前記A′20
3基セラミックが高硬度と高靭性とを合せもつようにし
た点に特徴を有するものである。つぎに、この発明のA
f2O3基セラミックの製造方法において、原料粉末の
配合組成およびZrの炭・窒・酸化物の変換含有量を上
記の通りに限定した理由を説明する。This invention was made based on the above knowledge, and uses ZrO2 and Ae2O3 powders as raw material powders, and further contains sintering accelerator powder and AeN powder as necessary.
Either or both of these powders are used, and these raw powders are mixed with ZrO2 powder: 1 to 20%, and if necessary, sintering accelerator powder: 0.1 to 2% and AeN.
Powder: Contains one or two of 0.5 to 5%,
The balance consists of Al2O3 powder (more than volume %,
All % indications below mean volume %), and then sintered according to the usual powder metallurgy method.
By setting the atmosphere during the sintering process to a reducing gas atmosphere containing carbon or a mixed gas atmosphere of a reducing gas containing carbon and nitrogen, the green compact is The surface part of ZrO2 distributed inside,
Carbon/nitrogen/Zr with a conversion rate of 0.1 to 10% as a whole
After converting to oxide and sintering the high temperature phase tetragonal Ae
The above A'20 is present in large quantities in the 2O3 group ceramic.
It is characterized in that the three-base ceramic has both high hardness and high toughness. Next, A of this invention
In the method for manufacturing f2O3-based ceramics, the reason why the composition of the raw material powder and the converted content of carbon, nitride, and oxide of Zr are limited as described above will be explained.
(a)ZrO2粉末の配合量
上記のようにZrO2粉末にはセラミックの靭性を向上
させる作用があるが、その配合量が1%未満では所望の
靭性を確保することができす、一方20%を越えて含有
させると、硬度低下が著しくなることから、その配合量
を1〜20%と定めた。(a) Amount of ZrO2 powder As mentioned above, ZrO2 powder has the effect of improving the toughness of ceramics, but if the amount is less than 1%, the desired toughness can be secured; If the content exceeds this amount, the hardness will be significantly lowered, so the content was set at 1 to 20%.
(b)焼結促進粉末の配合量これらの粉末には、A′2
03の焼結を促進すると共に、Al2O3の粒成長を抑
制する作用があるので、特にこれらの特性が要求される
場合に必要に応じて配合されるが、その配合量が0.1
%未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方2%
を越えて含有させると、Ae2O3粒の粒界部に生成す
る脆いガラス相あるいはスピネル相の量が増加して強度
低下をきたすようになることから、その配合量を0.1
〜2%と定めた。(b) Amount of sintering accelerator powder These powders contain A'2
Since it has the effect of promoting the sintering of Al2O3 and suppressing the grain growth of Al2O3, it is blended as necessary when these properties are particularly required, but if the blending amount is 0.1
If the amount is less than 2%, the desired effect cannot be obtained.
If the content exceeds 0.1, the amount of brittle glass phase or spinel phase generated at the grain boundaries of Ae2O3 grains increases, resulting in a decrease in strength.
It was set at ~2%.
(c)A′N粉末の配合量
AeN粉末には、Ae2O3の粒成長を抑制するほか、
セラミックの硬度を高める作用があるので、特に高硬度
が要求される場合に必要に応じて配合されるが、その配
合量が0.5%未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方5%を越えて含有させると、セラミック中に巣
が発生しやすくなつて強度低下の原因となることから、
その配合量を0.5〜5%と定めた。(c) Blend amount of A'N powder In addition to suppressing grain growth of Ae2O3, AeN powder has the following properties:
Since it has the effect of increasing the hardness of ceramics, it is added as necessary when particularly high hardness is required, but if the amount added is less than 0.5%, the desired effect cannot be obtained; If the content exceeds 5%, cavities are likely to occur in the ceramic and cause a decrease in strength.
The blending amount was determined to be 0.5 to 5%.
(d)Zrの炭・窒・酸化物の変換含有量これらの成分
は、焼結過程中にZrO2粒子の表面に微細に生成する
と考えられ、この結果ZrO2含有による硬度低下が防
止され、むしろ硬度が一層上昇するようになると共に、
ZrO2粒子を拘束して、焼結後の冷却過程におけるZ
rO2の高温相である正方晶から低温相である単斜晶へ
の相変態lを抑制するように作用することから、冷却後
のセラミック中には正方晶が多くなつて一段とすぐれた
靭性をもつようになると解されるが、その変換含有量が
0.1%未満では所望の高硬度および高靭性を確保する
ことができず、一方10%を越えた変・換含有量にする
ことは困難であるばかりてなく、焼結性も低下するよう
になることから、その変換含有量を0.1〜10%と定
めた。(d) Conversion content of carbon, nitride, and oxides in Zr These components are thought to be formed finely on the surface of ZrO2 particles during the sintering process, and as a result, the decrease in hardness due to the inclusion of ZrO2 is prevented, and the hardness is actually increased. As the
By restraining the ZrO2 particles, the ZrO2 particles are
Since it acts to suppress the phase transformation l of rO2 from the high-temperature phase of tetragonal to the low-temperature phase of monoclinic, the ceramic after cooling has more tetragonal crystals and has even better toughness. However, if the converted content is less than 0.1%, the desired high hardness and toughness cannot be achieved, and on the other hand, it is difficult to increase the converted content to more than 10%. Not only that, but the sinterability also deteriorates, so the converted content was set at 0.1 to 10%.
なお、この発明の方法を実施するに際し、特に焼結に関
しては、ホットブレス法、普通焼結法、)および普通焼
結後熱間静水圧焼結する方法などの方法を適用すること
ができる。In carrying out the method of the present invention, particularly regarding sintering, methods such as a hot press method, a normal sintering method, and a method of performing hot isostatic pressure sintering after normal sintering can be applied.
また、Zrの炭・窒・酸化物の変換含有量は、焼結雰囲
気における炭素および窒素の分圧や、ZrO2粉末の粒
径および配合量、さらに焼結温度への昇温速度などによ
つて調整することができる。In addition, the converted content of carbon, nitride, and oxides of Zr depends on the partial pressure of carbon and nitrogen in the sintering atmosphere, the particle size and blending amount of ZrO2 powder, and the heating rate to the sintering temperature. Can be adjusted.
さらに、セラミック中のZrの炭・窒・酸化物の含有量
は、通常電子線マイクロアナライザによつて測定される
が、必要に応じて炭素燃焼式による炭素定量分析法によ
つて炭素含有量を測定し、この測定結果にもとづいてZ
rの炭・窒・酸化物の含有量を算出する方法も併用され
る。Furthermore, the content of carbon, nitride, and oxides of Zr in ceramics is usually measured using an electron beam microanalyzer, but if necessary, the carbon content can be measured using a carbon quantitative analysis method using a carbon combustion method. Based on this measurement result, Z
A method for calculating the content of carbon, nitride, and oxides in r is also used.
つぎに、この発明の方法を実施例により比較例と対比し
ながら説明する。Next, the method of the present invention will be explained using examples and comparing with comparative examples.
実施例1
原料粉末として、平均粒径:0.4μmを有するォ*α
−Af2O3粉末および同0.9μmを有するZrO2
粉末を用意し、これら原料粉末をぞれぞれ第1表に示さ
れる配合組成に配合し、これら配合粉末をボールミルに
て分散媒としてメチルアルコールを使用して3日間混合
し、乾燥した後、この混合粉末を黒鉛型に充填し、1気
圧のCOガス雰囲気中、150k91dの圧力を付加し
ながら、温度:1500゜Cに1紛間保持の条件でホッ
トブレスすることによつて本発明セラミック1〜4を製
造した。Example 1 As a raw material powder, a powder having an average particle size of 0.4 μm was used.
-Af2O3 powder and ZrO2 with the same 0.9μm
Prepare powders, blend these raw material powders into the composition shown in Table 1, mix these blended powders in a ball mill for 3 days using methyl alcohol as a dispersion medium, and then dry. This mixed powder was filled into a graphite mold and hot-pressed at a temperature of 1,500°C while applying a pressure of 150k91d in a CO gas atmosphere of 1 atm to produce the ceramic 1 of the present invention. -4 were produced.
また、比ノ較の目的で、ホットブレスの雰囲気を真空と
する以外は、同一の条件で比較セラミック1〜4を製造
した。この結果得られた本発明セラミック1〜4および
比較セラミック1〜4の最終成分組成、並びに理論密度
比、硬さ、および破壊靭性を、市販セラミック1,2の
それと一諸に第1表に合せて示した。Moreover, for the purpose of comparison, Comparative Ceramics 1 to 4 were manufactured under the same conditions except that the atmosphere of the hot breath was set to vacuum. The final component composition, theoretical density ratio, hardness, and fracture toughness of the ceramics 1 to 4 of the present invention and comparative ceramics 1 to 4 obtained as a result were compared with those of commercially available ceramics 1 and 2 as shown in Table 1. It was shown.
第1表示される結果から、本発明セラミック1〜4は、
いずれも市販セラミックとほぼ同等の高硬度を有し、か
つ市販セラミック、およびZr炭酸化物(ZrCO)の
含有がない比較セラミックに比して一段とすぐれた靭性
をもつことが明らかである。From the first displayed results, ceramics 1 to 4 of the present invention are:
It is clear that all of them have high hardness that is almost equivalent to that of commercially available ceramics, and that they have much better toughness than commercially available ceramics and comparative ceramics that do not contain Zr carbonate (ZrCO).
実施例2
原料粉末として、いずれも平均粒径:0.9μmのα−
Ae2O3粉末、ZrO2粉末、SiO2粉末、および
0r′203粉末、同0.7μm(7)MgO粉末、同
0.5μmのY2O3粉末、同1.0μm(7)NiO
粉末を用意し、これら原料粉末を第2表に示される配合
組成に配合し、これら配合粉末をボールミルにて分散媒
としてメチルアルコールを使用して3日間混合し、乾燥
した後、この混合粉末に可塑剤としてパラフィンを混合
粉末全体に対する割合で3重量%添加し、ブレス成形し
、ついでこの結果の圧粉体を、真空中、温度:800℃
に1時間保持してパラフィンを揮発させた後、1t0r
r(7)COガスと1伊0rr(7)N2ガスとの混合
ガス雰囲気中で、温度:1600℃に1時間保持の条件
で焼結し、ZrO2の一部をZr炭窒酸化物(ZrCN
O)に変換することによつて本発明セラミック5〜8を
製造した。Example 2 As raw material powder, α-
Ae2O3 powder, ZrO2 powder, SiO2 powder, and Or'203 powder, 0.7 μm (7) MgO powder, 0.5 μm Y2O3 powder, 1.0 μm (7) NiO
Prepare powder, blend these raw powders into the composition shown in Table 2, mix these blended powders in a ball mill for 3 days using methyl alcohol as a dispersion medium, dry, and then add to this mixed powder. Paraffin was added as a plasticizer in an amount of 3% by weight based on the entire mixed powder, and press molding was performed.The resulting green compact was then heated in vacuum at a temperature of 800°C.
After holding for 1 hour to volatilize the paraffin,
Sintering was carried out in a mixed gas atmosphere of r(7)CO gas and 1rr(7)N2 gas at a temperature of 1600°C for 1 hour, and part of the ZrO2 was converted into Zr carbonitoxide (ZrCN).
Ceramics 5 to 8 of the present invention were produced by converting into O).
また、比較の目的で、焼結雰囲気を1気圧の大気とする
以外は、同一の条件で比較セラミック5〜8を製造した
。なお、第2表には、この結果得られた本発明セラ*8
ミツク5〜8におけるZrCNOの含有量を示した。第
2表に示されるように、本発明セラミック5〜8は、い
ずれもZrCNOの含有がない比較セラミック5〜8に
比して高硬度、並びに特にすぐれた靭性をもつことが明
らかである。In addition, for the purpose of comparison, Comparative Ceramics 5 to 8 were manufactured under the same conditions except that the sintering atmosphere was set to 1 atm atmosphere. In addition, Table 2 shows the resulting cera of the present invention *8
The content of ZrCNO in Miku 5 to 8 is shown. As shown in Table 2, it is clear that ceramics 5 to 8 of the present invention have higher hardness and particularly superior toughness than comparative ceramics 5 to 8 that do not contain ZrCNO.
また、上記本発明セラミック6を製造するに際して、そ
の焼結雰囲気におけるCOガスの分圧を種々変化させる
以外は同一の条件て焼結を行ない、得られたセラミック
中のZrCNOの含有量を電子線マイクロアナライザに
より測定し、この測定結果から配合ZrO2のZrCN
Oへの変換率を算出したところ第1図に示される結果を
示し、この結果から、例えば焼結雰囲気を構成するガス
成分の分圧を変化させることによつて金属の炭・窒・酸
化物の含有量を調整することができることがわかる。Furthermore, when producing the ceramic 6 of the present invention, sintering was carried out under the same conditions except that the partial pressure of CO gas in the sintering atmosphere was variously changed, and the content of ZrCNO in the obtained ceramic was measured using an electron beam. Measured using a microanalyzer, and based on the measurement results, ZrCN of the blended ZrO2
When the conversion rate to O was calculated, the results are shown in Figure 1. From this result, for example, by changing the partial pressure of the gas components that make up the sintering atmosphere, it is possible to convert carbon, nitride, and oxides of metals. It can be seen that the content of can be adjusted.
実施例3
原料粉末として、いずれも実施例2で用いたと同じZr
O2粉末、α−A′203粉末、およびMgO粉末、さ
らに平均粒径:1.1μmを有するAeN粉末を用意し
、これら原料粉末を第3表に示される配合組成に配合し
、かつ焼結雰囲気を、1紛おきに交互に真空雰囲気と、
5t0rr(7)COガスと10t.0rrのN2ガス
との混合ガス雰囲気とし、もつてZrO2の一部をZr
炭窒化物(ZrCN)に変換する以外は、実施例2にお
けると同一の条件にて本発明セラミック9〜14を製造
した。Example 3 The same Zr used in Example 2 was used as the raw material powder.
O2 powder, α-A'203 powder, MgO powder, and AeN powder having an average particle size of 1.1 μm were prepared, and these raw material powders were blended into the composition shown in Table 3, and the mixture was heated in a sintering atmosphere. , alternately with a vacuum atmosphere every other time,
5t0rr (7) CO gas and 10t. A mixed gas atmosphere with N2 gas of 0rr is created, and a part of ZrO2 becomes Zr.
Ceramics 9 to 14 of the present invention were manufactured under the same conditions as in Example 2 except for converting to carbonitride (ZrCN).
また、比較の目的で、焼結雰囲気を真空のみとする以外
は同一の条件で比較セラミック9〜14を製造した。こ
の結果得られた本発明セラミック9〜14におけるZr
CN゛含有量を第3表に合せて示した。また、第3表に
は、本発明セラミック9〜14および比較セラミック9
〜14の理論密度比、硬さ、および破壊靭性の測定結果
も示した。第3表に示される結果から、本発明セラミッ
ク9〜14は、いずれも実施例1および2におけると同
様にZrCNの形成がない比較セラミック9〜14に比
して高硬度および高靭性をもつことが明らかである。Moreover, for the purpose of comparison, comparative ceramics 9 to 14 were manufactured under the same conditions except that the sintering atmosphere was only a vacuum. Zr in the ceramics 9 to 14 of the present invention obtained as a result
The CN content is also shown in Table 3. Table 3 also shows ceramics 9 to 14 of the present invention and comparative ceramic 9.
Measurement results of theoretical density ratio of ~14, hardness, and fracture toughness are also shown. From the results shown in Table 3, it can be seen that ceramics 9 to 14 of the present invention have higher hardness and toughness than comparative ceramics 9 to 14 in which no ZrCN is formed, as in Examples 1 and 2. is clear.
上述のように、この発明の方法によれば、硬さと靭性と
いう相反する性質を兼ね備えたAe2O3基セラミック
を単に焼結雰囲気を特定してZrO2の一部をZrの炭
・窒・酸化物に変換するという簡一単な工程で製造する
ことができ、しかもこの結果得られたAe2O3基セラ
ミックは著しく高い靭性と硬度をもつので、これらの特
性が要求される切削工具や、ノズル等の耐食耐摩部品な
どとして使用した場合に長期間に亘つてすぐれた性能を
発揮するなど工業上有用な効果がもたらされるのである
。As described above, according to the method of the present invention, a part of ZrO2 is converted into Zr carbon, nitride, and oxide by simply specifying the sintering atmosphere of Ae2O3-based ceramic, which has contradictory properties such as hardness and toughness. The resulting Ae2O3-based ceramic has extremely high toughness and hardness, so it can be used in cutting tools, nozzles, and other corrosion-resistant and wear-resistant parts that require these properties. When used as such, it provides industrially useful effects such as exhibiting excellent performance over a long period of time.
第1図は焼結雰囲気中のCOガス分圧と、配合ZrO2
のZrCNOへの変換率との関係を示す図である。Figure 1 shows the partial pressure of CO gas in the sintering atmosphere and the composition of ZrO2.
It is a figure which shows the relationship with the conversion rate to ZrCNO.
Claims (1)
ルミニウム粉末を使用し、これら原料粉末を、酸化ジル
コニウム粉末:1〜20容量%を含有し、残りが酸化ア
ルミニウム粉末からなる配合組成に配合し、通常の条件
で、混合し、圧粉体にプレス成形した後、焼結して酸化
アルミニウム基セラミックを製造するに際して、その焼
結雰囲気を、炭素を含む還元性ガス雰囲気、あるいは炭
素を含む還元性ガスと窒素との混合ガス雰囲気とするこ
とによつて、焼結初期過程の焼結途中において、前記圧
粉体中に分布する酸化ジルコニウムの表面部を、全体割
合で0.1〜10容量%の変換率で、Zrの炭化物、炭
窒化物、炭酸化物、および炭窒酸化物のうちの1種また
は2種以上に変換することを特徴とする高靭性および高
硬度を有する酸化アルミニウム基セラミックの製造方法
。 2 上記圧粉体が、容量%で、 酸化ジルコニウム粉末:1〜20%、 酸化マグネシウム粉末、酸化けい素粉末、酸化イットリ
ウム粉末、酸化ニッケル粉末、および酸化クロム粉末の
うちの1種または2種:0.1〜2%、を含有し、残り
が酸化アルミニウム粉末からなる配合組成をもつことを
特徴とする上記特許請求の範囲第1項記載の高靭性およ
び高硬度を有する酸化アルミニウム基セラミックの製造
方法。 3 原料粉末として、酸化ジルコニウム粉末と、窒化ア
ルミニウム粉末と、酸化アルミニウム粉末を使用し、こ
れら原料粉末を、酸化ジルコニウム粉末:1〜20容量
%、窒化アルミニウム粉末:0.5〜5容量%を含有し
、残りが酸化アルミニウム粉末からなる配合組成に配合
し、通常の条件で、混合し、圧粉体にプレス成形した後
、焼結して酸化アルミニウム基セラミックを製造するに
際して、その焼結雰囲気を、炭素を含む還元性ガス雰囲
気、あるいは炭素を含む還元性ガスとの混合ガス雰囲気
とすることによつて、焼結初期過程の焼結途中において
、前記圧粉体中に分布する酸化ジルコニウムの表面を、
全体割合で0.1〜10容量%の変換率で、Zrの炭化
物、炭窒化物、炭酸化物、および炭窒酸化物のうちの1
種または2種以上に変換することを特徴とする高靭性お
よび高硬度を有する酸化アルミニウム基セラミックの製
造方法。 4 上記圧粉体が、容量で、 酸化ジルコニウム粉末:1〜20%、 窒化アルミニウム粉末:0.5〜5% 酸化マグネシウム粉末、酸化けい素粉末、酸化イットリ
ウム粉末、酸化ニッケル粉末、および酸化クロム粉末の
うちの1種または2種:0.1〜2%、を含有し、残り
が酸化アルミニウム粉末からなる配合組成をもつことを
特徴とする上記特許請求の範囲第3項記載の高靭性およ
び高硬度を有する酸化アルミニウム基セラミックの製造
方法。[Claims] 1. Zirconium oxide powder and aluminum oxide powder are used as raw material powders, and these raw material powders are combined into a blended composition containing 1 to 20% by volume of zirconium oxide powder and the remainder consisting of aluminum oxide powder. When producing an aluminum oxide-based ceramic by mixing and press-forming into a green compact under normal conditions and sintering, the sintering atmosphere is a reducing gas atmosphere containing carbon or a carbon-containing reducing gas atmosphere. By creating a mixed gas atmosphere of nitrogen and a reducing gas containing Oxidation with high toughness and high hardness characterized by converting Zr into one or more of carbides, carbonitrides, carbonates, and carbonitrides at a conversion rate of ~10% by volume A method for producing aluminum-based ceramics. 2 The green compact contains, in volume %, zirconium oxide powder: 1 to 20%, one or two of magnesium oxide powder, silicon oxide powder, yttrium oxide powder, nickel oxide powder, and chromium oxide powder: 0.1 to 2%, and the remainder is aluminum oxide powder. Method. 3. Zirconium oxide powder, aluminum nitride powder, and aluminum oxide powder are used as raw material powders, and these raw material powders contain zirconium oxide powder: 1 to 20% by volume, and aluminum nitride powder: 0.5 to 5% by volume. The remaining aluminum oxide powder is blended into a composition, mixed under normal conditions, press-formed into a green compact, and then sintered to produce an aluminum oxide-based ceramic. By creating a reducing gas atmosphere containing carbon or a mixed gas atmosphere with a reducing gas containing carbon, the surface of the zirconium oxide distributed in the green compact is reduced during the initial sintering process. of,
One of the carbides, carbonitrides, carbonates, and carbonitoxides of Zr with a conversion rate of 0.1 to 10% by volume in total proportion.
A method for producing an aluminum oxide-based ceramic having high toughness and high hardness, the method comprising converting into one or more types. 4 The compacted powder contains, in terms of volume, zirconium oxide powder: 1 to 20%, aluminum nitride powder: 0.5 to 5%, magnesium oxide powder, silicon oxide powder, yttrium oxide powder, nickel oxide powder, and chromium oxide powder 0.1 to 2% of one or two of the above, and the remainder is aluminum oxide powder. A method for producing an aluminum oxide-based ceramic having hardness.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56026586A JPS6050746B2 (en) | 1981-02-25 | 1981-02-25 | Method for producing aluminum oxide-based ceramic with high toughness and hardness |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56026586A JPS6050746B2 (en) | 1981-02-25 | 1981-02-25 | Method for producing aluminum oxide-based ceramic with high toughness and hardness |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57140371A JPS57140371A (en) | 1982-08-30 |
| JPS6050746B2 true JPS6050746B2 (en) | 1985-11-09 |
Family
ID=12197644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56026586A Expired JPS6050746B2 (en) | 1981-02-25 | 1981-02-25 | Method for producing aluminum oxide-based ceramic with high toughness and hardness |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6050746B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63197510A (en) * | 1987-02-10 | 1988-08-16 | Ngk Insulators Ltd | Ceramic filter |
| CN112789255A (en) * | 2018-12-06 | 2021-05-11 | 日本碍子株式会社 | Ceramic sintered body and substrate for semiconductor device |
-
1981
- 1981-02-25 JP JP56026586A patent/JPS6050746B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57140371A (en) | 1982-08-30 |
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