JPS623067A - Ａｌ↓２Ｏ↓３系高強度焼結材料 - Google Patents
Ａｌ↓２Ｏ↓３系高強度焼結材料Info
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- JPS623067A JPS623067A JP60141367A JP14136785A JPS623067A JP S623067 A JPS623067 A JP S623067A JP 60141367 A JP60141367 A JP 60141367A JP 14136785 A JP14136785 A JP 14136785A JP S623067 A JPS623067 A JP S623067A
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、ＡＩ ２ ０３−Ｚｒ ０２系高強度焼結材
料に関するものであり特に、強度の温度依存性の改良に
関するものである。
料に関するものであり特に、強度の温度依存性の改良に
関するものである。
［従来の技術］
Ａｌ２Ｏ３系セラミックスの強度と靭性を改善するため
、ＺｒＯ２を添加することは良く知られており、西独公
開公報第２５４９６５２号ではＡｌ２Ｏ中に分散したＺ
ｒ ０２の冷却中での変態により発生するマイクロクラ
ックによる靭性改善が報告されている。しかしながら、
この方法ではマイクロクラックが潜在するため、強度の
改善にはいたらなかった。
、ＺｒＯ２を添加することは良く知られており、西独公
開公報第２５４９６５２号ではＡｌ２Ｏ中に分散したＺ
ｒ ０２の冷却中での変態により発生するマイクロクラ
ックによる靭性改善が報告されている。しかしながら、
この方法ではマイクロクラックが潜在するため、強度の
改善にはいたらなかった。
その後、米国特許第４３３１０４８号公報や日本公開特
許５８−１５０７４号公報で焼結体中のＺｒ ０２を正
方晶（を相）のまま残し、このｔ相が応力のかかったと
ころで、単斜晶（ｍ相）へ応力誘発変態することにより
応力緩和を計り、強靭化を達成しようという考え方が出
されている。この場合、Ｚｒ ０２をｔ相として安定に
残留させることは文献（Ｚ 、 Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆｔ
ｅｃｈ１３巻ｐ、１３８）から見ると難しく、焼結体中
のＺｒ ０２の粒径を０．５２μｍ以下にする必要があ
るとされている。
許５８−１５０７４号公報で焼結体中のＺｒ ０２を正
方晶（を相）のまま残し、このｔ相が応力のかかったと
ころで、単斜晶（ｍ相）へ応力誘発変態することにより
応力緩和を計り、強靭化を達成しようという考え方が出
されている。この場合、Ｚｒ ０２をｔ相として安定に
残留させることは文献（Ｚ 、 Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆｔ
ｅｃｈ１３巻ｐ、１３８）から見ると難しく、焼結体中
のＺｒ ０２の粒径を０．５２μｍ以下にする必要があ
るとされている。
この困難さを解決するため、Ｙを使って化学的に安定化
する方法が米国特許第４３１６９６４号公報及び文献（
Ｊ、 Ｍａｔ、 Ｓｃｉ、 １７巻Ｐ、２４７〜２６３
）で提案されており１．すぐれた強度が報告されている
。
する方法が米国特許第４３１６９６４号公報及び文献（
Ｊ、 Ｍａｔ、 Ｓｃｉ、 １７巻Ｐ、２４７〜２６３
）で提案されており１．すぐれた強度が報告されている
。
［発明が解決しようとする問題点］
しかしながら、この提案では文献にも記載されているよ
うに、使用温度が上昇するにしたがって強度は低下する
という欠点を持っており、使用時に温度のあがる各種工
程や摺動部品に使った場合、高強度という特徴を十分に
生かしきれない。第１図は上記文献より引用した図であ
り、温度と共に強度が劣化することを示した例である。
うに、使用温度が上昇するにしたがって強度は低下する
という欠点を持っており、使用時に温度のあがる各種工
程や摺動部品に使った場合、高強度という特徴を十分に
生かしきれない。第１図は上記文献より引用した図であ
り、温度と共に強度が劣化することを示した例である。
この理由は、Ｚｒ ０２添加による強靭化が【相からｍ
相への応力による変態によるものであり、温度が上がる
と高温相であるｔ相が安定化しすぎ、応力下で園相へ変
態しなくなるためと考えられる。これを防ぐにはｔ相の
安定度を下げれば良いことになるが、下げすぎると冷却
中に無応力下でも変態してしまい、マイクロクラックを
生じ、室温での強度が低下する。
相への応力による変態によるものであり、温度が上がる
と高温相であるｔ相が安定化しすぎ、応力下で園相へ変
態しなくなるためと考えられる。これを防ぐにはｔ相の
安定度を下げれば良いことになるが、下げすぎると冷却
中に無応力下でも変態してしまい、マイクロクラックを
生じ、室温での強度が低下する。
本発明は高温、室温とも強度に優れたＡα０３系高強度
焼結材料を提案することを目的とする。
焼結材料を提案することを目的とする。
Ｅ問題点を解決するための手段］
そこで、本発明の特徴とするところは、１０〜４０モル
％のＺｒ ０２と、ＤＶ、ｌ−１０ＸＹｂ（７）酸化物
のうちの少なくとも１種を前記ｚｒ ０２に対する割合
で１．０〜４．０モル％含み、残部が実質的にＡα２０
３から成り、かつＺｒ ０３の８０％以上はｔ相で存在
する温度特性にすぐれたへ〇２０３系高強度焼結材料で
ある。
％のＺｒ ０２と、ＤＶ、ｌ−１０ＸＹｂ（７）酸化物
のうちの少なくとも１種を前記ｚｒ ０２に対する割合
で１．０〜４．０モル％含み、残部が実質的にＡα２０
３から成り、かつＺｒ ０３の８０％以上はｔ相で存在
する温度特性にすぐれたへ〇２０３系高強度焼結材料で
ある。
上記Ｄｙ 、Ｈａ 、Ｙｂの酸化物のうちＤｙは入手が
容易であるという面から考えて最も適切なものである。
容易であるという面から考えて最も適切なものである。
希土類元素の酸化物は７ｒ ０２をｔ相にするのに必要
な量だけ添加するが、Ｄｙ２Ｏ３の場合の最も適切な量
はＺｒ ０２の量の２モル％である。
な量だけ添加するが、Ｄｙ２Ｏ３の場合の最も適切な量
はＺｒ ０２の量の２モル％である。
そこで、この２モル％の前後の１．５〜２．５モル％が
望ましい。
望ましい。
本発明において、第２の希土類元素のグループ８ｍ 、
Ｅｕ １Ｇｂ 、Ｔｂ及びＹ（７）酸化’ＩＡ （７）
少すくとも１種をＺｒ ０２に対する割合で０．０５
モル以上含有することができる。この第２の希土類元素
グループのうち、３ｍ、Ｅｕ 、Ｇｄ及びＴｂは上記し
た第１の希土類元素のグループＤｙ 、Ｈｏ、Ｙｂより
もＺｒ ０２をｔ相に保つ力は小さい。一方Ｙは第１の
希土類元素のグループＤＶ 、ＨＯｌＹｂよりもＺｒ
０２をｔ相に保つ力は大きい。これらを適当に組合せる
ことによって高温においても室温においても強度のすぐ
れたＡｌ２Ｏ３−Ｚｒｏ２焼結材料となる。
Ｅｕ １Ｇｂ 、Ｔｂ及びＹ（７）酸化’ＩＡ （７）
少すくとも１種をＺｒ ０２に対する割合で０．０５
モル以上含有することができる。この第２の希土類元素
グループのうち、３ｍ、Ｅｕ 、Ｇｄ及びＴｂは上記し
た第１の希土類元素のグループＤｙ 、Ｈｏ、Ｙｂより
もＺｒ ０２をｔ相に保つ力は小さい。一方Ｙは第１の
希土類元素のグループＤＶ 、ＨＯｌＹｂよりもＺｒ
０２をｔ相に保つ力は大きい。これらを適当に組合せる
ことによって高温においても室温においても強度のすぐ
れたＡｌ２Ｏ３−Ｚｒｏ２焼結材料となる。
Ｄｙ２Ｏ３を１．０〜４．０モル％含む場合にＹ２Ｏ３
を加えて正方晶を安定にする場合、Ｙ２Ｏ３ｍは０．０
５〜０．５モル％が適している。０．０５モル％よりも
少ない場合、Ｚｒ ０２の（相の安定化に寄与しない。
を加えて正方晶を安定にする場合、Ｙ２Ｏ３ｍは０．０
５〜０．５モル％が適している。０．０５モル％よりも
少ない場合、Ｚｒ ０２の（相の安定化に寄与しない。
また、０．５モル％以上になった場合、ｒ相をあまりに
も安定にするので高温強度の低下につながる。
も安定にするので高温強度の低下につながる。
［作用］
Ｚｒ ０２の安定化度に及ぼす各種希土類酸化物につい
て詳細に検討を加え、Ｚｒ ０２の安定化に影響する希
土類酸化物が４つに大別されることを見出した。
て詳細に検討を加え、Ｚｒ ０２の安定化に影響する希
土類酸化物が４つに大別されることを見出した。
第１表は、Ａｌ２Ｏ３−２５モル％Ｚｒ ０２において
、各希土類酸化物を７ｒ○２に対して２モル％になるよ
うに加えて焼結したときのし相の安定度を調べた結果で
ある。を相の安定度はＸ線により測定したｔ相の比率で
表わしである。 Ｚｒ ０２安定化に対して希土類酸化
物は規則性をもって４つに大別される。
、各希土類酸化物を７ｒ○２に対して２モル％になるよ
うに加えて焼結したときのし相の安定度を調べた結果で
ある。を相の安定度はＸ線により測定したｔ相の比率で
表わしである。 Ｚｒ ０２安定化に対して希土類酸化
物は規則性をもって４つに大別される。
上のグループ１のＤｙ 、Ｈｏ 、Ｙｂの酸化物はＺｒ
０２のｔ相の安定化に鋭く寄与している。
０２のｔ相の安定化に鋭く寄与している。
グループ２の３＋ｕ、Ｅｕ、（３ｄ、Ｔｂの酸化物はグ
ループ１のものよりも７：ｒ ０２のｔ相の安定化に弱
く働いている。グループ２′のＹ２０３はグループ１の
ものよりも強く寄与している。
ループ１のものよりも７：ｒ ０２のｔ相の安定化に弱
く働いている。グループ２′のＹ２０３はグループ１の
ものよりも強く寄与している。
グループ３のものは、希土類元素の酸化物の無添加のも
ののｔ相の量は２０％なので、無添加のものとほぼ同じ
である。
ののｔ相の量は２０％なので、無添加のものとほぼ同じ
である。
この規則性は、１２００℃にお（プる各種希土類酸化物
の結晶型とＴｂの酸化物を除き、比較的良く対応してい
る。１２００℃での結晶型で比較したのは純Ｚｒ ０２
の変態点がこの温度付近にあるためである。
の結晶型とＴｂの酸化物を除き、比較的良く対応してい
る。１２００℃での結晶型で比較したのは純Ｚｒ ０２
の変態点がこの温度付近にあるためである。
本発明は、この規則性を見出し、安定化度の異る希土類
酸化物を複合で添加することにより、無応力下でのマル
テンサイト変態点（Ｍｓ点）と応力下での変態点（Ｍｄ
点）との温度区間を拡げ、ＡＩ ２０３−Ｚｒ ０２の
欠点であった強度の温度依存性を小さくさせたものであ
る。
酸化物を複合で添加することにより、無応力下でのマル
テンサイト変態点（Ｍｓ点）と応力下での変態点（Ｍｄ
点）との温度区間を拡げ、ＡＩ ２０３−Ｚｒ ０２の
欠点であった強度の温度依存性を小さくさせたものであ
る。
次に組成を限定した理由につき簡単に述べる。
第２図は［相としたＺｒ ０２の優をかえ、強度と硬さ
の変化を示したものであり、Ｚｒ ０２が１０％より少
ないと強度改善の効果が少なく、またＺｒ ０２が４０
％を越えると硬さの低下が著しい。
の変化を示したものであり、Ｚｒ ０２が１０％より少
ないと強度改善の効果が少なく、またＺｒ ０２が４０
％を越えると硬さの低下が著しい。
したがって、Ｚｒ ０２は１０〜４０モル％とした。加
えるべき希土類酸化物は、ＺｒＯ２鑓に対して１モル％
以下では１相を多く残し強度が向上しない。
えるべき希土類酸化物は、ＺｒＯ２鑓に対して１モル％
以下では１相を多く残し強度が向上しない。
また、４モル％を越えると完全に安定化し応力誘発変態
を起さず、強度は改善されない。
を起さず、強度は改善されない。
〔実施例コ
実施例１
第２表は、Ａｌ２Ｏ３−２０モル％Ｚｒ ０２をベース
にグループ１およびグループ２の希土類酸化物を複合添
加した場合の空温における強度と５００℃における強度
とを示している。いずれも焼結は１６００℃で行い、強
度測定は曲げ試験によった。グループ１同士の組合せ、
さらに望ましくはグループ１とグループ２の組合せによ
り、強度の温度依存性が改良されているのが明らかであ
る。
にグループ１およびグループ２の希土類酸化物を複合添
加した場合の空温における強度と５００℃における強度
とを示している。いずれも焼結は１６００℃で行い、強
度測定は曲げ試験によった。グループ１同士の組合せ、
さらに望ましくはグループ１とグループ２の組合せによ
り、強度の温度依存性が改良されているのが明らかであ
る。
実施例２
Ａ（Ｌ２０３−２０モル％ＺｒＯ２−０．４モル％ＤＶ
２０３のセラミックを１６００℃で焼結して作成した。
２０３のセラミックを１６００℃で焼結して作成した。
また同じ組成のものにＹ２Ｏ３を０．０２８モル％（０
，０６ｗｔ％）含むセラミックを作成した。このＹ２０
３１ｉはＺｒ ０２対比テ０．１４ モル％ト’Ｘる。
，０６ｗｔ％）含むセラミックを作成した。このＹ２０
３１ｉはＺｒ ０２対比テ０．１４ モル％ト’Ｘる。
これらを空温及び５００℃で曲げ試験を行なった。
その結果、下記のように優れた強度が得られた。
［発明の効果］
以上詳細に述べたように本発明は、Ｚｒ ０２の安定度
を細かくコントロールすることにより、強度の温度依存
性を改良した。従来よりＡｌ２Ｏ３の焼結助剤として知
られているＭ（１０，Ｎｒ ｏ。
を細かくコントロールすることにより、強度の温度依存
性を改良した。従来よりＡｌ２Ｏ３の焼結助剤として知
られているＭ（１０，Ｎｒ ｏ。
Ｃｒ２Ｏ３等を加えることも、また圧密化手法として知
られているホットプレス、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）
を使用することも何ら本発明の効果を減するものではな
い。
られているホットプレス、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）
を使用することも何ら本発明の効果を減するものではな
い。
第１図はＡＩ ２０３−２９．３ ｖｏ１％Ｚｒ ０２
にＹＯ３を２ｍ０１％添加したものを１３００℃で焼鈍
した材料における曲げ強さの温度依存性を示す図、第２
図はＺｒＯ２Ｍｋと抗折強度、硬さの関係を示す図Ｌ′
ｆ１′長ｒ−ｖＲＨ％。 づδ明の名称 ＡＡｓＯｉ系、強度焼結材料補正をする
者
にＹＯ３を２ｍ０１％添加したものを１３００℃で焼鈍
した材料における曲げ強さの温度依存性を示す図、第２
図はＺｒＯ２Ｍｋと抗折強度、硬さの関係を示す図Ｌ′
ｆ１′長ｒ−ｖＲＨ％。 づδ明の名称 ＡＡｓＯｉ系、強度焼結材料補正をする
者
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、１０〜４０モル％のＺｒＯ＿２と、希土類元素Ｄｙ
、Ｈｏ、Ｙｂの酸化物のうち少なくとも１種を総量で前
記ＺｒＯ＿２に対する割合で１．０〜４．０モル％含み
、残部が実質的にＡｌ＿２Ｏ＿３から成り、かつＺｒＯ
＿２の８０％以上は正方晶で存在することを特徴とする
温度特性にすぐれたＡｌ＿２Ｏ＿３系高強度焼結材料。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、希土類
元素Ｄｙの酸化物を前記ＺｒＯ＿２に対する割合で１．
０〜４．０モル％含有することを特徴とする温度特性に
すぐれたＡｌ＿２Ｏ＿３系高強度焼結材料。 ３、特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、Ｄｙの
酸化物を前記ＺｒＯ＿２に対する割合で１．５〜２．５
モル％含有することを特徴とする温度特性にすぐれたＡ
ｌ＿２Ｏ＿３系高強度焼結材料。 ４、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、更にＳ
ｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙの酸化物のうち少なくとも１
種を前記ＺｒＯ＿２に対する割合で０．０５モル％以上
含有することを特徴とする温度特性にすぐれたＡｌ＿２
Ｏ＿３系高強度焼結材料。 ５、特許請求の範囲第４項のものにおいて、Ｄｙの酸化
物を前記ＺｒＯ＿２に対する割合で １．０〜４．０モ
ル％含有することを特徴とする温度特性にすぐれたＡｌ
＿２Ｏ＿３系高強度焼結材料。 ６、特許請求の範囲第５項のものにおいて、Ｙの酸化物
を前記ＺｒＯ＿２に対する割合で、０．０５〜０．５モ
％含有することを特徴とする温度特性にすぐれたＡｌ＿
２Ｏ＿３系高強度焼結材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60141367A JPS623067A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | Ａｌ↓２Ｏ↓３系高強度焼結材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60141367A JPS623067A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | Ａｌ↓２Ｏ↓３系高強度焼結材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS623067A true JPS623067A (ja) | 1987-01-09 |
Family
ID=15290334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60141367A Pending JPS623067A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | Ａｌ↓２Ｏ↓３系高強度焼結材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS623067A (ja) |
-
1985
- 1985-06-27 JP JP60141367A patent/JPS623067A/ja active Pending
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