JPS6350701A - セラミツクス製測定具 - 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】 産業上の利用分野 本発明はセラミックス製測定具に係り、更に詳しくは特
に靭性に優れ、改善された耐摩耗性、耐食性を具偏した
且つ熱膨張係数の小さい精密測定具に関する。

従来技術と問題点 従来からミクロン級の測定精度が要求される精密測定具
は、機械構造用炭素鋼や合金工具鋼等で構成されている
のが一般的である。炭素鋼や合金工具鋼の１ｉｌｌＪ定
具は比較的硬度は大きいものの、測定時に落したり或は
他の物にぶっつけたような場合表面に傷がつき易く精度
の低下をきたすこと。

その上、熱膨張係数が大きいため測定時の温度の影響を
受けやすいこと。又金属製であるため温度変化による反
り、経年変化による歪のため形状が変化する等これらに
起因する精度の低下を避けることは不可能である。

この他、錆びやすいため取扱、保管管理に細心の注意を
要する等長期間にわたって精度を維持しがたい欠点を有
している。

そこでセラミックスの有する特性を生かして、セラミッ
クスで測定具を構成することにより耐摩耗性に優れ、し
かも熱膨張係数が小さく温度変化しこよる変形が少ない
等の種々の利点が得られるため近年セラミックス製の測
定具が使用され始めている。

しかしながら、セラミックス製の測定具は上述の利点を
有する反面、靭性、耐衝撃性が不十分のため衝撃に対し
て弱い欠点があり、使用時に何らかの衝撃が加わった場
合亀裂を生じたり、甚だしい場合には折損或いは破壊す
ることがある等の問題が有る。

問題点を解決するための手段 本発明は、上述の従来の測定具の問題点に鑑みてなされ
たもので、永年使用した場合にも、精度の低下を招くこ
となく高精度の測定具を提供することを目的として、各
種の材料を用いて鋭意研究と試験を重ねた結果、衝撃に
強い高強度、高靭性のアルミナ−ジルコニア−炭化珪素
複合焼結体がこの目的に適うことを見出した。

本発明の衝撃に強い高強度、高靭性のアルミナ−ジルコ
ニア−炭化珪素複合焼結体からなる測定具は、平均粒径
０．１〜１．０μｍの部分安定化ジルコニア５〜５０容
積％；直径１μｍ以下、アスペクト比３〜２００の炭化
珪素ウィスカー３〜４０容毬％（但し、この炭化珪素ウ
ィスカーと前記ジルコニアの合計は５５容積％以下）；
残部が実質的にアルミナからなることを特徴としている
。

次に、衝撃に強い高強度、高靭性アルミナ−ジルコニア
−炭化珪素複合焼結体の成分範囲の限定理由について述
べる。

部分安定化ジルコニア粉末は、粒径が０．１μｍ未満で
あると安定し過ぎ又１．０μｍを超えると不安定化にな
り過ぎて、いずれも強度改善に寄与しなくなるため粒径
の範囲を０．１〜１．０μｍとした。

その量は５％未満では高靭化の効果が顕著でなく、５０
％を超えると硬度の低下をきたすため５〜５０％の範囲
とする。

炭化珪素ウィスカーは、アスペクト比が３未満では高靭
化の効果が充分でなく、２００を超えると高靭化の効果
が減退するのでその範囲を３〜２００とする。その直径
は１ｍ＋＋＋を超えると強度を低下させるので１ｍｍ以
下とした。その量は炭化ウィスカーの効果を奏させるた
めには少なくとも３％以上を必要とし、４０％を超える
と却って強度を低下するため３〜４０％の範囲とする。

前記ジルコニアと炭化ウィスカーとの合計量は５５％を
超えるとウィスカー又はジルコニアの添加過多となり靭
性又は硬度が低下するのでその合計は５５％以下とした
。

本発明は、靭性と耐衝撃性、耐摩耗性、耐食性に優れ、
且つ熱による影響を受けにくい精密測定具に広く適用す
ることができる。

具体例をあげれば、ピンゲージ、リングゲージ、プラグ
ゲージ、ネジゲージ、アングルゲージ等のゲージ類や、
ダイヤルゲージやノギスの接触子等各種の精密測定具に
、更に測定定盤、■ブロック等に広く適用できる。

実施例 以下本発明の実施例について具体的に説明する。

容積比でアルミナ粉末７０％、炭化珪素ウィスカー１５
％、部分安定化ジルコニア１５％を配合した。

アルミナ粉末は純度９９％以上、平均粒径０゜７μｍ、
γ型結晶形のものである。炭化珪素ウィスカーはβ型結
晶形のもので直径０．８μｍ、長さ２０〜２００μｍ、
アスペクト比２０〜２００である。ジルコニア粉末は２
モル％（３，５重量％）イツトリアで安定化した平均粒
径０．２μｍの部分安定化ジルコニアである。常圧焼結
の場合はこれに焼結助剤としてマグネシアを全体に対し
て０．２５重量％添加した。

この原材料をアルミナ容器とアルミナボールを使用する
ボールミル中でエチルアルコールを混合液に使用して２
４時間湿式混合し、次ぎにこれらの混合粉を乾燥した。

■この混合粉の一部を黒鉛型中に充填し、窒素ガス雰囲
気中で直径５０ｏ＋ｍＸ厚さ５．５ｍｍの円板にホット
プレスした。ホットプレスの条件は温度１５００℃、成
形圧力３００　Ｋｇ／ｃｍ２、時間は１時間である。

■残りの混合粉を静水圧プレスによって約２０Ｘ５０Ｘ
１５１１１１１１に成形し、窒素ガス雰囲気中で常圧で
焼結した。焼結温度１６５０℃、焼結時間は３時間とし
た。

これらの焼結体から、ダイヤモンド砥石にて直径５ｍ＋
＋＋Ｘ長さ２０ｍｍのピンゲージを研磨加工して構成し
た処、不注意により落したり、他の物にぶっつけても破
損せず又傷もつかずセラミックスのピンゲージとして良
好な性能を得た。

更にこれら焼結体から厚さａｍｍＸ幅４ｍｍＸ長さ４０
ｍｍの曲げ試験片と、４Ｘ１０Ｘ１０ｍｍの硬度測定用
試験片と破壊靭性試験片を採取して表面を鏡面仕上げし
、下記の試験を行なった （１）曲げ試験 （２）硬度試験 （３）破壊靭性試験 試験結果は第１表に示す。

尚、比較品として、従来品の精密測定具に用いられてい
るアルミナセラミックスを用いて同様な試験を行なった
。

（１）曲げ試験 ＪＩＳ　　Ｒ１６０１（ファインセラミックスの曲げ強
さ試験方法）に規定される３点曲げ試験方法によって行
なった。試験片を３０＋＋＋ｍの距離に配置された２支
点間中央の１点にクロスヘッド速度０　、５　ｍｍ／　
＋ｍｉｎの荷重を加え試験片が破壊するまでの最大荷重
を測定した。

（２）硬度試験 硬度測定は、ビッカース硬度計によって行った。

（３）破壊靭性試験 本試験はビッカース硬度計を用いたインデンテーション
法によって靭性の評価を行った。靭性の評価は破壊靭性
Ｋｃを求めてその大小によって行った。破壊靭性Ｋｃは
新涼の式によって算出した。

第１表 本発明品：■ホットプレス品 ■常圧焼結晶 以上の試験結果を示す第１表から明らかなように、曲げ
強度は比較品のアルミナの３６　ｋｇ／ｍｍ”に較べて
１１５．３．７２．４ｋｇ／ｎ＋ｍ”と２倍以上の強度
を示して強度が著しく改善されたことが認められる。破
壊靭性も比較品のＫｃが３．５ＭＰａ６に対して７．２
．５．８ＭＰａ６と略２倍程度上回っており靭性、耐衝
撃性に優れていることが認められる。硬度は耐摩耗性に
優れているアルミナと略同等の高硬度を示しており耐摩
耗性に優れていることが認められる。

以上の結果から、従来のセラミックスのアルミナに比し
て約２倍の強度、破壊靭性を有し、硬度は略同等と極め
て大きく、優れた耐摩耗性をもっていることから、測定
具の使用に伴って各種被測定物に接触を繰り返すような
場合でも、測定具自体は摩耗することはないから精度の
低下をきたすきとはない。その上経年変化を来さないか
ら長期間にわたり寸法の変化はなく高精度を維持する。

又セラミックスの特性から熱膨張係数が極めて小さいこ
とから使用される環境温度によって測定誤差を生じたり
することは少ない。更に腐食性にも優れているため腐食
性流体が付着したようなことがあっても、発錆したり腐
食されることがないため測定具の精度に悪影響を及ぼさ
ないから、精密測定具として優れたものであることが理
解される。

効果 本発明の精密測定具は、高強度であって特に靭性の著し
く優れた又耐摩耗性、耐食性に優れ且つ熱膨張係数が小
さくその上経年変化を来さないことから、長期間にわた
って初期の高精度を維持し、広い温度範囲にわたる高精
度の甜定を可能にした精密測定具が得られた効果は顕著
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　平均粒径０．１〜１．０μｍの部分安定化ジルコニア
   ５〜５０容積％；直径１μｍ以下、アスペクト比３〜２
   ００の炭化珪素ウィスカー３〜４０容積％（但し、この
   炭化珪素ウィスカーと前記ジルコニアの合計は５５容積
   ％以下）；残部が実質的にアルミナからなるアルミナ−
   ジルコニア−炭化珪素複合焼結体で構成したことを特徴
   とするセラミックス製測定具。