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JP2944271B2 - アルミナ基複合焼結体の製造方法及びアルミナ基複合焼結体 - Google Patents

アルミナ基複合焼結体の製造方法及びアルミナ基複合焼結体

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JP2944271B2
JP2944271B2 JP3224416A JP22441691A JP2944271B2 JP 2944271 B2 JP2944271 B2 JP 2944271B2 JP 3224416 A JP3224416 A JP 3224416A JP 22441691 A JP22441691 A JP 22441691A JP 2944271 B2 JP2944271 B2 JP 2944271B2
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JP
Japan
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powder
sintered body
alumina
based composite
composite sintered
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JP3224416A
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雅之 石塚
謙二 園部
ます美 玉井
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Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、緻密で高硬度のアルミ
ナ基複合焼結体を製造する方法と、これによって得られ
るアルミナ基複合焼結体に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にアルミナセラミックスは、セラミ
ックスのなかでも特に熱的、化学的に安定であり、しか
も硬度が高く強度も比較的高いことからその用途が拡が
りつつある。特に、酸化物セラミックスのなかで最も硬
度が高いことから、その硬度に起因した耐磨耗性を利用
して、サンドブラスト装置、ショットブラスト装置、粉
体分級機、粉塵の送風機等のような粉体機器用途に使用
されつつある
【0003】ところで、サンドブラスト装置等では加工
効率を上げるため、硬度の高いアルミナセラミックスと
同程度の硬度を有するコランダムを含んだ砂を使う場合
がある。その場合、固体粒子の衝突による損傷であるエ
ロージョン磨耗の耐磨耗性は、固体粒子と衝突する材料
との間の硬度差がなくなると低下するため、従来のアル
ミナセラミックスでは十分な性能を発揮できないという
問題があるからである。したがって、アルミナセラミッ
スはさらに硬度の改善が望まれているのである。
【0004】一般にセラミックスの高硬度化としては、
マトリックスよりも硬度の高い粒子を分散させる方法が
ある。そして、アルミナセラミックスの高硬度化として
は、SiC、TiC、TiN等のようなアルミナセラミ
ックスよりも硬度の高い非酸化物セラミックス粒子を分
散させる方法がよく行なわれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
非酸化物セラミックス粒子は難焼結性であるため、これ
らをアルミナ中に分散すると、通常の常圧焼結では硬度
の高い緻密な焼結体を得ることが非常に困難である。そ
のため、このような焼結を行なう場合には、通常ホット
プレス法を用いたり、焼結助剤を加えたりして行なって
いる。
【0006】しかし、ホットプレス法で焼結を行なった
場合には単純形状のものしか作製できず、機械の部品の
ような複雑形状の製品にするには、硬度が高いこともあ
り非常に加工コストがかかってしまうといった不都合が
ある。また、焼結助剤を用いて焼結を行なった場合に
は、アルミナと反応させるためアルミナ自身の硬度を低
下させてしまい、粒子分散による効果を相殺してしまう
といった新たな不都合が生じる。
【0007】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、常圧焼結で焼結助剤を用
いずに作製することができ、しかも従来のものに比べて
高硬度のアルミナ基複合焼結体を製造し得る方法とこれ
によって得られる焼結体を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明における請求項1
記載のアルミナ基複合焼結体の製造方法では、平均粒子
径が0.05μm以下のAl23粉末に、平均粒子径が
0.05μm以下のSiC粉末を3〜10体積%混合し
て混合粉末とし、この混合粉末を不活性雰囲気中にて1
150〜1350℃で焼成し、次にこの焼成粉末を解
砕、成形して成形体とし、次いでこの成形体を不活性雰
囲気中、常圧にて1500〜1700℃で焼結すること
を前記課題の解決手段とした。請求項2記載のアルミナ
基複合焼結体の製造方法では、前記Al23粉末をBE
T比表面積40m2/g以上のγ型の結晶形を有するも
のとし、SiC粉末をBET比表面積40m2/g以上
のβ型の結晶形を有するものとしたことを前記課題の解
決手段とした。請求項3記載のアルミナ基複合焼結体で
は、90〜97体積%のAl 2 3 粒子と、3〜10体積
%のSiC粒子とを含む常圧焼結体であって、前記Al
2 3 粒子の内部に前記SiC粒子が分散しており、気孔
率が2%以下であるものを前記課題の解決手段とした。
【0009】以下、本発明のアルミナ基複合焼結体の製
造方法及びこれによって得られるアルミナ基複合焼結体
を詳しく説明する。本発明者は、アルミナ基複合焼結体
の高硬度化のため、SiC粒子を分散させるに際し、比
表面積が大きく表面活性に優れ、かつ高純度で非常に粒
子径の小さなAl23とSiC粒子とを用いてこれらを
混合し、混合後焼成処理を行なうことにより、粒成長速
度の違いからAl23のみを優先的に粒成長させて粒子
内部にSiCを分散させたAl23粉末を作製して、そ
の粉末を成形して常圧焼結させることに考え至り、鋭意
研究の結果本発明を完成した。
【0010】すなわち、本発明ではまず、Al23原料
粉末として、所望する焼結密度を得るため粒子径が0.
05μm以下のものを用いる。さらにこのAl23粉末
としては、表面活性の面からBET比表面積が40m2
/g以上でγ型の結晶形をもつものが好適とされる。ま
た、SiCの原料粉末としても粒子径が0.05μm以
下のものを用いる。ここで粒子径を0.05μm以下と
したのは、これを越えるとAl23粒子が粒成長しても
その内部に十分分散しないからである。また、SiC粉
末としては、表面活性と硬度の面からBET比表面積が
40m2/g以上でβ型の結晶形をもつものが好適とさ
れる。
【0011】そして、前記Al23粉末とSiC粉末と
を混合して混合粉末とする。この場合、粒子径の差が大
きいと均一な混合が困難であることから、これら2種の
粉末を同程度の粒子径に揃えるのが好ましい。また、S
iC粉末の配合量としては全体(Al23粉末とSiC
粉末との合計量)の3〜10体積%とする。SiC粉末
の配合量を3〜10体積%としたのは、3体積%未満で
はSiC添加による焼結体の高硬度化の効果が十分に発
揮されないからであり、一方10体積%を越えると該S
iC粒子がAl23粒子内に十分分散せず、やはり十分
な高硬度化が発揮されないからである。また、このよう
なAl23粉末とSiC粉末との混合操作については、
通常の粉末混合であることからボールミル法等の周知の
方法が採用される。
【0012】次に、得られた混合粉末を、不活性雰囲気
常圧下にて1150〜1350℃の温度で焼成する。焼
成する理由は、前記記載のようにAl23の粒子内にS
iCを均一に分散させることと、微細な粒子のままでは
成形が困難であり、したがって焼成により粒子を成長さ
せるためである。また、焼成温度を1150〜1350
℃にしたのは、1150℃未満ではアルミナが十分に粒
成長せず、SiC粒子が内部に分散しないからであり、
一方1350℃を越えるとアルミナ粒子が大きくなり過
ぎてしまい焼結体の緻密化が阻害されるからである。な
お、ここで言う不活性雰囲気とは、ヘリウム、アルゴ
ン、窒素、真空などの雰囲気のことであるが、焼成中に
表面の付着物によって発生するガスの除去のため真空雰
囲気で行なうのが好ましい。
【0013】次に、焼成がなされた粉末を周知の方法で
所定形状に成形し、不活性雰囲気下、常圧にて1500
〜1700℃の温度で焼結する。この場合焼結温度を1
500〜1700℃としたのは、1500℃未満では気
孔率が2%以下に緻密化せず、満足な硬度が得られない
からであり、1700℃を越えると焼結体粒子の粗大化
によって硬度の低下が起こるからである。なお、ここで
言う不活性雰囲気も、ヘリウム、アルゴン、窒素、真空
などの雰囲気のことである。このようにして得られたア
ルミナ基複合焼結体は、90〜97体積%のAl 2 3
子と、3〜10体積%のSiC粒子とを含む常圧焼結体
であり、前記Al 2 3 粒子の内部に前記SiC粒子が分
散しており、また、気孔率は2%以下となり、焼結体が
緻密化している。
【0014】
【作用】本発明における請求項1記載のアルミナ基複合
焼結体の製造方法によれば、原料粉末として微細なアル
ミナとSiC粉末を用いて、焼成処理によってアルミナ
粉末粒子内にSiC粒子を分散させ、それを焼結させる
ことにより、常圧でSiC粒子が均一に分散したアルミ
基複合焼結体が得られる。請求項2記載のアルミナ基
複合焼結体の製造方法によれば、Al23粉末として表
面活性が高い、BET比表面積が40m2/g以上でγ
型の結晶形をもつものを用い、SiC粉末として表面活
性、硬度が高い、BET比表面積が40m2/g以上で
β型の結晶形をもつものを用いていることにより、より
高硬度のアルミナ基複合焼結体が得られる。また、請求
項3記載のアルミナ複合焼結体によれば、Al 2 3 粒子
の内部にSiC粒子を分散させ、気孔率を2%以下にし
て焼結体を緻密化させることにより、高硬度のアルミナ
基複合焼結体となる。
【0015】
【実施例】以下、この発明のアルミナ基複合焼結体を実
施例によりさらに具体的に説明する。γ−アルミナ粉末
(平均粒径;0.004μm、BET比表面積;300m
2/g)が95体積%、高周波プラズマCVD法で合成
されたβ−SiC粉末(平均粒径;0.02μm、BET
比表面積;50m2/g)が5体積%となるように各粉
末を調合し、ボールミルで72時間混合して混合粉末を
得た。次に、得られた混合粉末を乾燥し、さらに120
0℃で2時間アルゴン雰囲気中で焼成した後、焼成した
粉末を解砕、成形して成形体を得た。その後、得られた
成形体を窒素中常圧下にて1600℃で1時間加熱し、
焼結を行なって焼結体を得た。
【0016】得られた焼結体を水置換によるアルキメデ
ス法によって密度測定し、理論密度から相対密度を計算
した。また、ビッカース硬度計によってビッカース硬度
を測定した。それらの結果を第1表に示す。
【0017】また、比較のため第1表に示すように、本
発明のアルミナ基複合焼結体における原料粉末の粒径の
範囲外である平均粒径0.3μmのSiC粉末を用いた
ものと、SiC粉末を混合しないアルミナ単体の焼結体
とをそれぞれ作製し、その相対密度とビッカース硬度を
測定して結果を第1表に併記する。
【表1】 第1表に示した結果より、本発明品は比較例品より緻密
化し易く、大きな硬度を有することが確認された。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明における請求
項1記載のアルミナ基複合焼結体の製造方法は、原料粉
末として微細なアルミナ粉末とSiC粉末とを用い、焼
成処理によってアルミナ粉末粒子内にSiC粒子を分散
させ、それを焼結させることによって常圧でSiC粒子
が均一に分散したアルミナ焼結体を作製するものである
から、高硬度でしかも複雑形状の焼結体を容易に製造す
ることができる。また、請求項2記載のアルミナ基複合
焼結体の製造方法は、Al23粉末として表面活性が高
い、BET比表面積が40m2/g以上でγ型の結晶形
をもつものを用い、SiC粉末として表面活性、硬度が
高い、BET比表面積が40m2/g以上でβ型の結晶
形をもつものを用いていることにより、より高硬度の焼
結体を得ることができる。請求項3記載のアルミナ基複
合焼結体は、Al 2 3 粒子の内部にSiC粒子を分散さ
せ、かつ気孔率を2%以下にしたものであるから、アル
ミナとしての熱的、化学的安定性に加え、硬度について
も従来のものに比べ一層強化されたものとなり、よって
従来のものに比べ極めて有効な材料となる。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均粒子径が0.05μm以下のAl2
    3粉末に、平均粒子径が0.05μm以下のSiC粉
    末を3〜10体積%混合して混合粉末とし、この混合粉
    末を不活性雰囲気中にて1150〜1350℃で焼成
    し、次にこの焼成粉末を解砕、成形して成形体とし、次
    いでこの成形体を不活性雰囲気中、常圧にて1500〜
    1700℃で焼結することを特徴とするアルミナ基複合
    焼結体の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のアルミナ基複合焼結体の
    製造方法において、前記Al23粉末がBET比表面積
    40m2/g以上のγ型の結晶形を有するものであり、
    SiC粉末がBET比表面積40m2/g以上のβ型の
    結晶形を有するものであることを特徴とするアルミナ基
    複合焼結体の製造方法。
  3. 【請求項3】 90〜97体積%のAl 2 3 粒子と、3
    〜10体積%のSiC粒子とを含む常圧焼結体であっ
    て、前記Al 2 3 粒子の内部に前記SiC粒子が分散し
    ており、気孔率が2%以下であることを特徴とするアル
    ミナ基複合焼結体。
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