JP3127022B2 - Method for producing alumina-based composite sintered body - Google Patents
Method for producing alumina-based composite sintered bodyInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、緻密な構造と高い硬度
および破壊靭性とを有するアルミナ基複合焼結体を製造
し得る、アルミナ基複合焼結体の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a compact structure and a high hardness.
Manufacture of alumina-based composite sintered body with high fracture toughness
The present invention relates to a method for producing an alumina-based composite sintered body .
【0002】[0002]
【従来の技術】一般にアルミナセラミックスは、多くの
セラミックスの中でも特に熱的、化学的に安定であり、
しかも比較的高い硬度および機械的強度を有しているた
め、近年その用途が拡がりつつある。特にアルミナセラ
ミックスは、酸化物セラミックスの中で最も高い硬度を
有するものであり、この高い硬度と、これから得られる
高い耐摩耗性とを利用してブラスト装置、粉体分級機等
のような粉体機器の摩耗部分に拡く用いられている。2. Description of the Related Art In general, alumina ceramics are thermally and chemically stable among many ceramics.
In addition, since it has relatively high hardness and mechanical strength, its use is expanding in recent years. In particular, alumina ceramics have the highest hardness among oxide ceramics. Utilizing this high hardness and the high wear resistance obtained therefrom, powders such as blast devices and powder classifiers are used. It is widely used for wear parts of equipment.
【0003】ところで、ブラスト装置の一種であるサン
ドブラスト装置などでは、その作業効率を更に向上させ
るため、アルミナセラミックスと同程度に高い硬度のコ
ランダムを含む砂が用いられることがある。この場合、
アルミナセラミックス製の器壁は、コランダム砂粒子の
衝突により損傷してエロージョン摩耗を生じる。この器
壁の耐エロージョン摩耗性は、器壁材料とこれに衝突す
る固体粒子との間の硬度差が大きくなる程良くなる。ま
た、硬度差がある狭い範囲内である場合には、破壊靱性
値が大きくなる程良くなることが知られている。[0003] In a sand blasting apparatus, which is a type of blasting apparatus, sand containing corundum having a hardness as high as that of alumina ceramics is sometimes used in order to further improve the working efficiency. in this case,
The walls made of alumina ceramics are damaged by the impact of corundum sand particles and cause erosion wear. The erosion wear resistance of the vessel wall improves as the difference in hardness between the vessel wall material and the solid particles impinging thereon increases. It is also known that when the hardness difference is within a narrow range, the higher the fracture toughness value, the better.
【0004】しかし、このような装置においては、コラ
ンダム粒子に比べ器壁材料となるアルミナセラミックス
の硬度、破壊靱性値がともに小さいため、その耐摩耗性
(耐エロージョン摩耗性)が不十分であり、改善が望ま
れている。一般にセラミックス材料の硬度、破壊靱性値
を高める方法としては、そのセラミックス材料のマトリ
ックスを形成している材料よりも高い硬度と弾性率とを
有するセラミックス材料粒子をマトリックス中に分散さ
せ、硬度の加成性と分散粒子による亀裂の偏向を利用す
る手法が知られている。そのなかでアルミナセラミック
スの硬度および破壊靱性値を高める方法としては、Si
C、TiC、またはTiNなどのようにアルミナよりも
高い硬度および弾性率を有する非酸化物セラミックス粒
子をアルミナセラミックス中に分散させることがしばし
ば採用されている。[0004] However, in such an apparatus, the hardness and fracture toughness of alumina ceramics as a wall material are both smaller than those of corundum particles, so that their wear resistance (erosion wear resistance) is insufficient. Improvement is desired. Generally, as a method of increasing the hardness and fracture toughness of a ceramic material, ceramic material particles having higher hardness and elastic modulus than the material forming the matrix of the ceramic material are dispersed in the matrix, and the hardness is added. There is known a technique that utilizes the property and the deflection of a crack caused by dispersed particles. Among them, a method for increasing the hardness and fracture toughness of alumina ceramics is Si
It is often employed to disperse non-oxide ceramic particles having a higher hardness and elastic modulus than alumina, such as C, TiC, or TiN, in alumina ceramics.
【0005】[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のものであるか
ら、このような難焼結性セラミックス粉末を通常の方法
によりアルミナ粉末マトリックス中に混合分散し、得ら
れた混合粉末を常圧焼結しても、組織が緻密で硬度およ
び破壊靱性値の高い焼結体、換言すればマトリックス粉
末の粒子内部に非酸化物セラミックスの微細粒子を均一
に分散させた焼結体を得るのは困難である。However, since the above-mentioned non-oxide ceramic particles are difficult to sinter, the non-oxide ceramic particles are mixed and dispersed in an alumina powder matrix by a usual method. Then, even if the obtained mixed powder is sintered under normal pressure, the structure of the sintered body is dense and has high hardness and high fracture toughness, in other words, fine particles of non-oxide ceramics are uniformly dispersed inside the particles of the matrix powder. It is difficult to obtain a dispersed sintered body.
【0006】そこで、このような問題を解決するため従
来では、ホットプレス法を用いたり、あるいは焼結助剤
を添加するなどの手段が採られている。しかし、このよ
うな解決法においても、ホットプレス法では形状の簡単
なものしか製造できず、よって機械部品のような複雑な
形状の部品を製造することがほとんど不可能であり、ま
た簡単な形状に成形してそれから切削加工などで複雑な
形状の部品に成形しようとしても、材料自体の硬度が高
いため加工コストが著しく高くなるといった不都合があ
る。Therefore, in order to solve such a problem, conventionally, means such as using a hot press method or adding a sintering aid have been adopted. However, even in such a solution, a hot press method can produce only a simple shape, and thus it is almost impossible to produce a component having a complicated shape such as a mechanical component. However, even if an attempt is made to form a part having a complicated shape by cutting or the like, the machining cost is significantly increased due to the high hardness of the material itself.
【0007】また、焼結助剤を用いる方法を採用した場
合には、焼結助剤がアルミナと反応することからアルミ
ナ自体の硬度が低下し、その結果高硬度粒子分散による
硬度向上の効果が相殺されてしまうといった不都合を生
じてしまう。さらに、前述したアルミナ粉末と非酸化物
セラミックス粒子との混合粉末を無理に常圧焼結して
も、難焼結性分散粒子の大きな凝集体がアルミナ粉末粒
子の粒界に介在してしまい、アルミナ粉末粒子相互の焼
結が阻害されて得られる製品の機械的強度が低下し、焼
結製品の破壊、またはその強度劣化を招いてしまう。[0007] When a method using a sintering aid is employed, the hardness of the alumina itself is reduced due to the reaction of the sintering aid with the alumina. Inconveniences such as offsetting occur. Furthermore, even if the mixed powder of the alumina powder and the non-oxide ceramic particles is forcibly sintered at normal pressure, large aggregates of the non-sinterable dispersed particles are interposed at the grain boundaries of the alumina powder particles, Since the sintering of the alumina powder particles is inhibited, the mechanical strength of the obtained product is reduced, and the sintered product is broken or its strength is deteriorated.
【0008】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、十分に緻密な構造と高い
硬度および破壊靭性値を有するアルミナ基複合焼結体
を、焼結助剤を用いることなく製造し得る、アルミナ基
複合焼結体の製造方法を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an alumina-based composite sintered body having a sufficiently dense structure and high hardness and fracture toughness.
Can be produced without using a sintering aid,
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a composite sintered body .
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記目的を
達成するため鋭意研究をした結果、超音波振動を用いて
アルミナと炭化珪素の微粉末とを均一に混合し、さらに
熱処理をすることによってアルミナ粒子内に炭化珪素の
微細粒子が分散することを見いだし、本発明を完成し
た。すなわち、本発明のアルミナ基複合焼結体の製造方
法では、平均粒径が0.05μm以下のγ型アルミナ粉
末と平均粒径が0.05μm以下のβ型炭化珪素粉末と
を、アルミナ粉末が80〜97体積%、炭化珪素粉末が
3〜20体積%となるように10〜50kHzの超音波
で振動している溶媒中で混合し、次にこの混合粉末を、
不活性雰囲気下にて1150〜1350℃の温度で熱処
理し、さらにこの熱処理された混合粉末を成形して成形
体とし、その後この成形体を不活性雰囲気下にて常圧下
で1500〜1900℃の温度で焼結することを前記課
題の解決手段とした。Means for Solving the Problems The present inventor has made intensive studies to achieve the above object, and as a result, uniformly mixed alumina and fine powder of silicon carbide using ultrasonic vibration and further heat-treated. As a result, it has been found that fine particles of silicon carbide are dispersed in alumina particles, and the present invention has been completed. That is, the method for producing the alumina-based composite sintered body of the present invention
Method, γ-type alumina powder having an average particle size of 0.05 μm or less
Powder and β-type silicon carbide powder having an average particle size of 0.05 μm or less.
80-97% by volume of alumina powder and silicon carbide powder
Ultrasonic wave of 10 to 50 kHz so as to be 3 to 20% by volume
Mixed in a solvent oscillating at
Heat treatment at a temperature of 1150-1350 ° C under an inert atmosphere
The heat-treated mixed powder is molded and molded
And then press the molded body under normal pressure in an inert atmosphere
And sintering at a temperature of 1500 to 1900 ° C. as a means for solving the above-mentioned problem.
【0010】以下、本発明を詳しく説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail.
【0011】本発明のアルミナ基複合焼結体の製造方法
では、 まずアルミナ粒子、炭化珪素粒子としてそれぞ
れ平均粒径が0.05μm以下の微粒子を用意する。こ
れら微粒子は、その径が極めて小さいことから比表面積
が大きく、したがって表面活性に優れたものとなる。こ
こで、炭化珪素粒子として平均粒径が0.05μm以下
の微粒子を用いるのは、平均粒径が0.05μmを越え
ると、熱処理により粒成長したアルミナ粒子内部への分
散が困難になるからである。そして、このような炭化珪
素微細粉末としては、β型の結晶体からなるものが使用
される。[0011] The method for producing the alumina-based composite sintered body of the present invention
In, First alumina particles, each average particle diameter as the silicon carbide particles have the following particle 0.05 .mu.m. These fine particles have a very small diameter and a large specific surface area, and therefore have excellent surface activity. Here, the reason for using fine particles having an average particle diameter of 0.05 μm or less as silicon carbide particles is that if the average particle diameter exceeds 0.05 μm, it becomes difficult to disperse the particles inside the alumina particles grown by the heat treatment. is there. And, as such silicon carbide fine powder, a powder composed of β-type crystal is used.
Is done .
【0012】また、アルミナ粉末として平均粒径が0.
05μm以下の微粒子を用いるのは、アルミナ粉末の平
均粒径が炭化珪素粉末より大きい場合、両粉末を均一に
混合することが困難になるからである。そして、このよ
うなアルミナ微細粉末としては、γ型の結晶体からなる
ものが使用される。Further, the average particle diameter of alumina powder is 0.1.
The reason for using fine particles having a particle size of not more than 05 μm is that when the average particle size of the alumina powder is larger than the silicon carbide powder, it becomes difficult to mix both powders uniformly. And such alumina fine powder is composed of γ-type crystals.
Things are used .
【0013】次に、これらアルミナ粉末と炭化珪素粉末
とを、アルミナ粉末が80〜97体積%、炭化珪素が3
〜20体積%となるような配合にして、10〜50kH
zの超音波で振動させたメタノール等の溶媒に入れて粉
末間の凝集をほぐしながら粒子レベルで湿式混合する。
ここで、アルミナ粉末が80〜97体積%、炭化珪素粉
末が3〜20体積%となるような配合にしたのは、混合
粉末中の炭化珪素粉末の比率が3体積%未満であると、
得られる焼結体の硬度向上が不十分となり、また炭化珪
素粉末が20体積%を越えると、熱処理により成長した
アルミナ粒子内に炭化珪素粉末が分散しきれなくなって
粒界に多く存在するようになり、全体の焼結性が阻害さ
れるからである。Next, the alumina powder and the silicon carbide powder were mixed in an amount of 80 to 97% by volume with the alumina powder and 3% with silicon carbide.
2020% by volume and 10 to 50 kHz
The mixture is placed in a solvent such as methanol vibrated by ultrasonic waves of z and wet-mixed at a particle level while loosening aggregation between powders.
Here, the reason that the alumina powder is 80 to 97% by volume and the silicon carbide powder is 3 to 20% by volume is that the proportion of the silicon carbide powder in the mixed powder is less than 3% by volume.
If the hardness of the obtained sintered body is insufficiently improved, and if the content of silicon carbide powder exceeds 20% by volume, the silicon carbide powder cannot be completely dispersed in the alumina particles grown by the heat treatment, so that a large amount exists at the grain boundaries. This is because the entire sinterability is impaired.
【0014】また、混合操作を超音波で振動させた溶媒
中で行ったのは、用いる原料粉末が微粉末であって粉末
粒子同士の付着凝集力が大きく、通常の粉体混合方法で
は粒子レベルでの混合が困難だからである。ここで、超
音波を10〜50kHzにしたのは、10kHz未満お
よび50kHzを越えた超音波では粉末粒子同士を分散
させ、凝集体をほぐす効果が十分に得られないからであ
る。Further, the mixing operation was carried out in a solvent vibrated by an ultrasonic wave because the raw material powder used was a fine powder and the adhesion and cohesion of the powder particles were large. Because it is difficult to mix them. Here, the reason why the ultrasonic wave is set to 10 to 50 kHz is that an ultrasonic wave having a frequency of less than 10 kHz and exceeding 50 kHz does not sufficiently obtain the effect of dispersing the powder particles and loosening the aggregates.
【0015】次いで、得られた混合粉末を不活性雰囲気
下にて常圧下で1150〜1350℃の温度で30分〜
2時間程度加熱処理する。このようにして熱処理を行う
と、アルミナと炭化珪素との粒子成長速度の違いからア
ルミナ粒子が優先的に成長し、その結果、この成長した
アルミナ粒子の内部、あるいはアルミナ粒子の粒界に炭
化珪素微粒子が分散し、アルミナ基複合粒子が形成され
るのである。すなわちこの加熱処理により、アルミナ粒
子は互いに融合成長して粒径が1.0〜10.0μmの粒
子に成長するが、炭化珪素粒子の粒径はたかだか0.3
μm程度にまでしかならない。このため、粒径が1.0
〜10.0μmのアルミナ粒子の内部に粒径が0.3μm
以下の炭化珪素粒子が分散包含され、アルミナ基複合粒
子が形成されるのである。Next, the obtained mixed powder is heated at a temperature of 1150-1350 ° C. for 30 minutes under an atmospheric pressure under an inert atmosphere.
Heat treatment for about 2 hours. When heat treatment is performed in this manner, alumina particles grow preferentially due to the difference in the particle growth rate between alumina and silicon carbide, and as a result, silicon carbide is formed inside the grown alumina particles or at the grain boundaries of the alumina particles. The fine particles are dispersed, and alumina-based composite particles are formed. In other words, by this heat treatment, the alumina particles grow together and grow into particles having a particle size of 1.0 to 10.0 μm, but the particle size of the silicon carbide particles is at most 0.3.
Only about μm. Therefore, the particle size is 1.0.
Particle size of 0.3 μm inside alumina particles of 10.0 μm
The following silicon carbide particles are dispersed and included to form alumina-based composite particles.
【0016】また、加熱温度を1150〜1350℃と
したのは、1150℃未満ではアルミナ粉末の融合成長
が不十分となり、その内部に炭化珪素粒子を分散包含す
ることが困難になるからであり、一方1350℃を越え
るとアルミナ粉末の融合成長が過度になり、得られるア
ルミナ基複合粒子が過大化して焼結による緻密化が阻害
されるからである。なお、このような熱処理に際しての
不活性雰囲気としては、ヘリウム、アルゴン、窒素など
の不活性ガスによる雰囲気、あるいは真空雰囲気が採用
されるが、不活性ガス雰囲気では熱処理中に粉末の表面
の付着物に起因してガスが発生することがあるので、真
空雰囲気にて行うのがより好ましい。The reason why the heating temperature is set to 1150 to 1350 ° C. is that if the temperature is lower than 1150 ° C., the fusion growth of the alumina powder becomes insufficient and it becomes difficult to disperse silicon carbide particles therein. On the other hand, when the temperature exceeds 1350 ° C., the fusion growth of the alumina powder becomes excessive, the obtained alumina-based composite particles become excessively large, and the densification by sintering is hindered. As an inert atmosphere at the time of such heat treatment, an atmosphere of an inert gas such as helium, argon, or nitrogen, or a vacuum atmosphere is employed. Gas may be generated due to the above, and it is more preferable to perform the treatment in a vacuum atmosphere.
【0017】次いで、得られたアルミナ基複合粒子を加
圧成形法などの公知の成形法により所望する寸法・形状
に成形し、その後この複合粒子成形体を不活性雰囲気下
にて常圧下で1500〜1900℃の温度で加熱焼結
し、所望する成形焼結体を得る。ここで、焼結温度を1
500〜1900℃にしたのは、1500℃未満では焼
結体の緻密化が不十分になり、その気孔率が2%以下に
ならなくなることから得られる成形焼結体の硬度および
破壊靱性値が不十分となるからである。一方、焼結温度
が1900℃を越えると、焼結体粒子が粗大化し、得ら
れる成形焼結体に欠陥や亀裂が生じやすくなるととも
に、製造コストも高くなるからである。なお、焼結に際
しての雰囲気としても、ヘリウム、アルゴン、窒素など
の不活性ガスによる雰囲気、あるいは真空雰囲気が採用
される。Next, the obtained alumina-based composite particles are molded into a desired size and shape by a known molding method such as a pressure molding method. Heat sintering at a temperature of 11900 ° C. to obtain a desired molded sintered body. Here, the sintering temperature is set to 1
The reason why the temperature is set to 500 to 1900 ° C. is that if the temperature is lower than 1500 ° C., the densification of the sintered body becomes insufficient, and the porosity does not become 2% or less. This is because it becomes insufficient. On the other hand, when the sintering temperature exceeds 1900 ° C., the particles of the sintered body are coarsened, and defects and cracks are easily generated in the obtained molded sintered body, and the manufacturing cost is increased. As an atmosphere for sintering, an atmosphere using an inert gas such as helium, argon, or nitrogen, or a vacuum atmosphere is used.
【0018】このようにして得られたアルミナ基複合焼
結体は、粒径が1.0〜10.0μmのアルミナ粒子を8
0〜97体積%、粒径が0.3μm以下の炭化珪素粒子
を3〜20体積%含んでなる常圧焼結体であり、前記炭
化珪素粒子が、アルミナ粒子の内部に包含されあるいは
粒界に分散し、さらに気孔率が全体の2%以下である緻
密構造物となる。ここで、焼結したアルミナの粒子の粒
径を前記範囲になるようにしたのは、該粒径が1.0μ
m未満になると、アルミナ粒子内部への炭化珪素粒子の
分散がほとんどなくなってしまい、一方10.0μmを
越えると、得られる焼結体の気孔率が2%より大きくな
り、得られる焼結体の機械的性質が不十分になってしま
うからである。また、焼結した炭化珪素粒子の粒径が
0.3μm以下になるようにしたのは、これより大きく
なると、アルミナ粒子中に分散されにくくなるからであ
る。The alumina-based composite sintered body thus obtained contains alumina particles having a particle size of 1.0 to 10.0 μm in an amount of 8 μm.
A normal pressure sintered body containing 0 to 97% by volume and 3 to 20% by volume of silicon carbide particles having a particle size of 0.3 μm or less, wherein the silicon carbide particles are contained in alumina particles or have a grain boundary. And a dense structure having a porosity of 2% or less of the whole. Here, the reason why the particle size of the sintered alumina particles was set in the above range was that the particle size was 1.0 μm.
If it is less than m, the dispersion of the silicon carbide particles inside the alumina particles will be almost nil. On the other hand, if it exceeds 10.0 μm, the porosity of the obtained sintered body will be larger than 2%, This is because the mechanical properties become insufficient. The reason why the particle size of the sintered silicon carbide particles is 0.3 μm or less is that if the particle size is larger than this, it is difficult to disperse the particles in the alumina particles.
【0019】[0019]
【作用】本発明のアルミナ基複合焼結体の製造方法によ
れば、炭化珪素微粒子が大きな凝集体を作らず、アルミ
ナの粒内および粒界に均一に分散されているため、アル
ミナ粒子界面での焼結が円滑に進行する。よって、得ら
れるアルミナ基複合焼結体は、アルミナがマトリックス
となり、その内部に炭化珪素の微細粒子が分散包含され
ているので、十分に緻密な構造物となる。 According to the method for producing an alumina-based composite sintered body of the present invention,
If silicon carbide particles do not form large aggregates,
Al is uniformly dispersed in the grain and grain boundaries of
Sintering at the interface of the mina particles proceeds smoothly. So the gain
Alumina-based composite sintered body
In which fine particles of silicon carbide are dispersed and contained.
Therefore, a sufficiently dense structure is obtained.
【0020】[0020]
【実施例】本発明を実施例により具体的に説明する。 (実施例1)95体積%のγ−アルミナ粉末(平均粒
径:0.004μm,BET比表面積:300m2/g)
と、高周波プラズマCVD法により合成した5体積%の
β−炭化珪素粉末(平均粒径:0.02μm,BET比
表面積:50m2/g)とを、19kHzの超音波で振
動させたメタノール中で10時間湿式混合し、その後乾
燥して混合粉末を得た。次に、得られた混合粉末を真空
中にて1200℃で2時間熱処理し、アルミナ−炭化珪
素分散内蔵複合粉末を調整した。この複合粉末を解砕し
て粒径を0.5〜1.0μm程度に調整した後、これを縦
45mm、横35mm、厚さ5mmの板形状に成形し
た。その後、この成形物を常圧の窒素ガス雰囲気下にて
1650℃で1時間加熱焼結してアルミナ基複合焼結体
を得た。EXAMPLES The present invention will be specifically described with reference to examples. Example 1 95% by volume of γ-alumina powder (average particle size: 0.004 μm, BET specific surface area: 300 m 2 / g)
And 5% by volume of β-silicon carbide powder (average particle size: 0.02 μm, BET specific surface area: 50 m 2 / g) synthesized by high-frequency plasma CVD in methanol vibrated by 19 kHz ultrasonic waves. The mixture was wet-mixed for 10 hours and then dried to obtain a mixed powder. Next, the obtained mixed powder was heat-treated in a vacuum at 1200 ° C. for 2 hours to prepare an alumina-silicon carbide-dispersed composite powder. After the composite powder was crushed to adjust the particle size to about 0.5 to 1.0 μm, it was formed into a plate having a length of 45 mm, a width of 35 mm and a thickness of 5 mm. Thereafter, the molded product was heated and sintered at 1650 ° C. for 1 hour in a nitrogen gas atmosphere at normal pressure to obtain an alumina-based composite sintered body.
【0021】(実施例2) 90体積%のγ−アルミナ粉末(平均粒径:0.004
μm,BET比表面積:300m2 /g)と、高周波プ
ラズマCVD法により合成した10体積%のβ−炭化珪
素粉末(平均粒径:0.02μm,BET比表面積:5
0m2 /g)とを用い、後の操作は実施例1と同一にし
てアルミナ基複合焼結体を得た。 (比較例1) 90体積%のγ−アルミナ粉末(平均粒径:0.004
μm,BET比表面積:300m2 /g)と、高周波プ
ラズマCVD法により合成した10体積%のβ−炭化珪
素粉末(平均粒径:0.02μm,BET比表面積:5
0m2 /g)とを、超音波振動を加えないメタノール中
で72時間湿式混合し、その後乾燥して混合粉末を調整
した。さらに以後の操作は実施例1と同一にしてアルミ
ナ基複合焼結体を得た。 (比較例2) 炭化珪素原料粉末として平均粒径が0.3μmのものを
用い、他の条件は実施例1と同一にしてアルミナ基複合
焼結体を得た。 (比較例3) 炭化珪素粉末を用いず、アルミナ粉末のみを用い、他の
条件は実施例1と同一にしてアルミナ基複合焼結体を得
た。[0021] (implementation example 2) 90% by volume of γ- alumina powder (average particle diameter: 0.004
μm, BET specific surface area: 300 m 2 / g) and 10% by volume of β -silicon carbide powder synthesized by high frequency plasma CVD ( average particle size: 0.02 μm, BET specific surface area: 5)
0 m 2 / g), and the subsequent operation was performed in the same manner as in Example 1 to obtain an alumina-based composite sintered body. Comparative Example 1 90% by volume of γ-alumina powder (average particle diameter: 0.004)
μm, BET specific surface area: 300 m 2 / g) and 10% by volume of β-silicon carbide powder synthesized by high frequency plasma CVD (average particle size: 0.02 μm, BET specific surface area: 5)
0 m 2 / g) was wet-mixed for 72 hours in methanol to which no ultrasonic vibration was applied, and then dried to prepare a mixed powder. The subsequent operations were the same as in Example 1 to obtain an alumina-based composite sintered body. (Comparative Example 2) An alumina-based composite sintered body was obtained in the same manner as in Example 1 except that a silicon carbide raw material powder having an average particle diameter of 0.3 µm was used. (Comparative Example 3) An alumina-based composite sintered body was obtained in the same manner as in Example 1 except that only alumina powder was used without using silicon carbide powder.
【0022】実施例1、2および比較例1〜3の各焼結
体について、水置換によるアルキメデス法によりその密
度を測定し、理論密度と前記実測値とから相対密度を算
出した。また、各焼結体の硬度と破壊靱性値とをビッカ
ース硬度計とインデンテーション法によりそれぞれ測定
した。得られた結果を第1表に示す。The densities of the sintered bodies of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were measured by the Archimedes method using water displacement, and the relative densities were calculated from the theoretical densities and the actually measured values. The hardness and fracture toughness of each sintered body were measured by a Vickers hardness meter and an indentation method, respectively. Table 1 shows the obtained results.
【表1】 表1より、本発明に係る焼結体が、比較例の焼結体に比
べて、密度が高く構造が緻密であり、優れた硬度および
破壊靱性値を有することが確認された。[Table 1] From Table 1, it was confirmed that the sintered body according to the present invention had a higher density, a dense structure, and excellent hardness and fracture toughness values as compared with the sintered body of the comparative example.
【0023】[0023]
【発明の効果】以上説明したように本発明のアルミナ基
複合焼結体の製造方法は、所定物性のアルミナ粉末(平
均粒径;0.05μm以下、γ型結晶体)と同じく所定
物性の炭化珪素粉末(平均粒径;0.05μm以下、β
型結晶体)とを使用し、混合操作を超音波で振動させた
溶媒中で行い、焼結前に熱処理(1150〜1350
℃)を行うことにより、炭化珪素微粒子が大きな凝集体
を作らず、アルミナの粒内および粒界に均一に分散する
ようにしてアルミナ粒子界面での焼結が円滑に進行する
ようにした方法であるから、焼結助剤等を必要とするこ
となく、アルミナと炭化珪素のみで常圧焼結することに
より、気孔率が2%以下の緻密な構造物となってアルミ
ナ本来の高い熱的および化学的安定性を有し、さらに、
アルミナ粒子内に分散包含されている炭化珪素微細粒子
によって優れた硬度および破壊靭性値を有し、これによ
り優れた耐摩耗性をもつ有用なアルミナ基複合焼結体
を、効率良く安定して製造することができる。 As described above, the alumina base of the present invention
The manufacturing method of the composite sintered body is based on the alumina powder (flat
Uniform particle size: 0.05 μm or less, same as γ-type crystal)
Silicon carbide powder with physical properties (average particle size: 0.05 μm or less, β
And the mixing operation was ultrasonically vibrated
In a solvent, heat treatment (1150 to 1350) before sintering
℃), the silicon carbide fine particles
And disperses uniformly in alumina grains and at grain boundaries
Sintering at the alumina particle interface proceeds smoothly
This method requires sintering aids, etc.
And normal pressure sintering using only alumina and silicon carbide
The porosity is 2% or less, resulting in a dense structure.
It has natural high thermal and chemical stability,
Silicon carbide fine particles dispersed and contained in alumina particles
Has excellent hardness and fracture toughness values.
Alumina-based composite sintered body with excellent wear resistance
Can be efficiently and stably manufactured.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/10 C04B 35/626 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C04B 35/10 C04B 35/626
Claims (1)
ミナ粉末と平均粒径が0.05μm以下のβ型炭化珪素
粉末とを、アルミナ粉末が80〜97体積%、炭化珪素
粉末が3〜20体積%となるように10〜50kHzの
超音波で振動している溶媒中で混合し、次にこの混合粉
末を、不活性雰囲気下にて1150〜1350℃の温度
で熱処理し、さらにこの熱処理された混合粉末を成形し
て成形体とし、その後この成形体を不活性雰囲気下にて
常圧下で1500〜1900℃の温度で焼結することを
特徴とするアルミナ基複合焼結体の製造方法。1. A γ-type alumina powder having an average particle size of 0.05 μm or less and a β-type silicon carbide powder having an average particle size of 0.05 μm or less, wherein alumina powder is 80 to 97% by volume, The silicon carbide powder is mixed in a solvent vibrating by ultrasonic waves at 10 to 50 kHz so as to have a volume of 3 to 20% by volume, and then the mixed powder is heated at a temperature of 1150 to 1350 ° C under an inert atmosphere. Alumina-based composite characterized by heat-treating and further molding the heat-treated mixed powder into a compact, and then sintering the compact at 1500 to 1900 ° C. under normal pressure under an inert atmosphere. A method for manufacturing a sintered body.
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