JP3311915B2 - Alumina sintered body - Google Patents
Alumina sintered bodyInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高温強度特性およ
び高温安定性と耐酸化性に優れたアルミナ質焼結体およ
びその製法に関わり、特に、航空・宇宙業界、製錬業
界、化学業界等で用いたり、ガスタ−ビンエンジン部品
等に使用される耐高温構造材料のアルミナ質焼結体に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alumina-based sintered body having excellent high-temperature strength characteristics, high-temperature stability and oxidation resistance and a method for producing the same, and particularly to the aerospace, smelting, and chemical industries. The present invention relates to an alumina-based sintered body of a high temperature resistant structural material used in a gas turbine engine part or the like.
【0002】[0002]
【従来技術】従来から、耐高温の構造部材として、アル
ミナは耐環境性、高温強度ともに優れることで注目され
てきた。また、その高温強度と破壊靭性をさらに向上さ
せるために、種々の複合化が試みられている。例えば、
Al2 O3 −SiCナノコンポジット(特開昭61−1
22164号公報等参照)、Al2 O3 −ZrO2 複合
材料(特開昭63−139044号公報等参照)、Al
2 O3 −TiO2 複合材料(特開平7−257964号
公報を参照)が知られており、このような複合材料によ
れば、アルミナ単一の焼結体よりも強度および靭性を向
上させることができる。2. Description of the Related Art Alumina has been attracting attention as a high-temperature resistant structural member because of its excellent environmental resistance and high-temperature strength. Further, in order to further improve the high temperature strength and the fracture toughness, various composites have been attempted. For example,
Al 2 O 3 —SiC nanocomposite (Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
No. 22164), Al 2 O 3 —ZrO 2 composite material (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-139944), Al
A 2 O 3 —TiO 2 composite material (see Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-257964) is known, and according to such a composite material, strength and toughness are improved more than a single sintered body of alumina. Can be.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記Al2 O
3 −SiCナノコンポジィットでは、Al2 O3 中に非
酸化物が分散されているため、酸化雰囲気の高温で使用
する場合に耐酸化性に劣るという問題があった。また、
Al2 O3 −ZrO2 複合材料は900℃付近の温度で
強度が急激に低下するため、高温下において応力が作用
するような状態での使用には適しないという問題があっ
た。However, the above Al 2 O
The 3- SiC nanocomposite has a problem in that the non-oxide is dispersed in Al 2 O 3 , so that when used at a high temperature in an oxidizing atmosphere, the oxidation resistance is poor. Also,
The Al 2 O 3 -ZrO 2 composite material has a problem that its strength is sharply reduced at a temperature around 900 ° C., so that it is not suitable for use in a state where a stress acts at a high temperature.
【0004】これらの材料に対して, 特開平7−257
964号公報によるAl2 O3 −TiO2 複合材料は、
上記の問題点をある程度解決できるものの、強度と靭性
向上の効果が小さい。しかも、1300℃以上の高温下
で使用する場合には、Al2O3 とTiO2 とが反応し
てAl2 TiO5 が生成する反応が発生するため、材料
の特性の安定性に欠けるという問題があった。[0004] These materials are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-257.
No. 964 discloses an Al 2 O 3 —TiO 2 composite material,
Although the above problems can be solved to some extent, the effect of improving strength and toughness is small. In addition, when used at a high temperature of 1300 ° C. or higher, a reaction occurs in which Al 2 O 3 and TiO 2 react with each other to form Al 2 TiO 5 , and the stability of material properties is lacking. was there.
【0005】本発明は、強度および靭性ともに高く、特
に、高温での耐酸化性および強度特性の安定性に優れた
アルミナ質焼結体およびその製法を提供することを目的
とするものである。An object of the present invention is to provide an alumina-based sintered body having high strength and toughness, and particularly excellent in oxidation resistance and stability of strength characteristics at high temperatures, and a method for producing the same.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明者は、アルミナを
高温構造材料として実用化するために、高温強度および
破壊靭性を改善する方法を鋭意検討した結果、アルミナ
結晶粒内に酸化チタン(TiO2 )およびチタン酸アル
ミニウム(Al2 TiO5 )を一定の相対量範囲で分散
させることにより、アルミナ結晶自身の塑性変形抵抗を
向上するとともに、上記分散相の析出により発生する内
部応力により、クラックの進展を妨害し、破壊エネルギ
ーを吸収でき、高温安定性を損なわずに、アルミナの室
温から高温の強度および破壊靭性を大幅に向上できるこ
とを見いだした。 また、アルミナの粒界に前記粒内分
散相とは別の金属酸化物を粒界結晶相として分散析出さ
せることにより、アルミナ結晶の粒成長を抑制し、材料
の強度を一層向上することを見いだし本発明に至った。Means for Solving the Problems The present inventors diligently studied methods for improving high-temperature strength and fracture toughness in order to put alumina into practical use as a high-temperature structural material. As a result, titanium oxide (TiO 2) was contained in alumina crystal grains. 2 ) and aluminum titanate (Al 2 TiO 5 ) are dispersed in a certain relative amount range, so that the plastic deformation resistance of the alumina crystal itself is improved and the internal stress generated by the precipitation of the dispersed phase causes cracking of the alumina crystal. It has been found that alumina can inhibit room temperature, absorb fracture energy, and significantly improve the strength and fracture toughness of alumina from room temperature to high temperature without impairing high-temperature stability. Further, they have found that, by dispersing and depositing a metal oxide different from the intragranular dispersed phase at the grain boundaries of alumina as a grain boundary crystal phase, the grain growth of alumina crystals is suppressed and the strength of the material is further improved. The present invention has been reached.
【0007】即ち、本発明のアルミナ質焼結体は、平均
粒径が6μm以下のアルミナ結晶を主相とし、該アルミ
ナの結晶粒内に酸化チタン(TiO2 )およびチタン酸
アルミニウム(Al2 TiO5 )が分散相として存在し
てなるアルミナ質焼結体であって、X線回折測定におい
て、前記Al2 TiO5 の(110)面のピーク強度を
I(110)Al2TiO5、TiO2 の(110)面のピーク強度
をI(110)TiO2 とした時、I(110)Al2TiO5/[I(110)T
iO2 +I(110)Al2TiO5]で表わされるピーク強度比が
0.05〜0.8であることを特徴とするものであり、
さらには、前記アルミナ結晶の粒界に前記分散相とは異
なる粒界分散相を3体積%以上の割合で析出させたこと
を特徴とするものである。That is, the alumina-based sintered body of the present invention has an alumina crystal having an average particle diameter of 6 μm or less as a main phase, and contains titanium oxide (TiO 2 ) and aluminum titanate (Al 2 TiO) in the crystal grains of the alumina. 5) is a alumina sintered body obtained by present as a dispersed phase, in the X-ray diffraction measurement, the Al 2 TiO 5 in (110) plane I (110 peak intensity of) Al 2 TiO 5, TiO 2 Assuming that the peak intensity of the (110) plane is I (110) TiO 2 , I (110) Al 2 TiO 5 / [I (110) T
iO 2 + I (110) Al 2 TiO 5 ], wherein the peak intensity ratio is 0.05 to 0.8,
Further, a grain boundary dispersed phase different from the dispersed phase is precipitated at a grain boundary of the alumina crystal at a rate of 3% by volume or more.
【0008】[0008]
【作用】本発明のアルミナ質焼結体によれば、主相をな
すアルミナ結晶粒の大きさを6μm以下の微細化組織と
すると同時に、そのアルミナ結晶粒内に多数の酸化チタ
ンとともにチタン酸アルミニウムを同時に微細に分散析
出させることにより、チタン酸アルミニウムの周辺に大
きな残留応力が生じ、この応力が材料の靭性に大きく寄
与すると同時に、高温で酸化チタンとアルミナの反応に
よる特性の不安定を軽減あるいは抑制できる結果、アル
ミナの高温での結晶性の安定性を損なわずに、室温から
高温までの強度および破壊靭性を従来の複合材料よりも
さらに向上することができる。According to the alumina-based sintered body of the present invention, the size of the alumina crystal grains constituting the main phase is reduced to 6 μm or less, and at the same time, aluminum titanate is included in the alumina crystal grains together with a large number of titanium oxides. At the same time, a large residual stress is generated around the aluminum titanate, and this stress greatly contributes to the toughness of the material.At the same time, the instability of the characteristics due to the reaction between titanium oxide and alumina at high temperatures is reduced or As a result, the strength from room temperature to high temperature and the fracture toughness can be further improved as compared with the conventional composite material without impairing the stability of alumina at high temperatures in crystallinity.
【0009】さらに、本発明によれば、アルミナ結晶中
にTiイオンが存在する場合、焼結過程でアルミナの粒
成長が著しく促進され結晶粒成長により材料の強度が低
下するのを、アルミナの粒界に粒内分散相とは別の金属
酸化物を粒界結晶相として存在せしめることにより、ア
ルミナ結晶の粒成長を抑制でき、アルミナ結晶の微細化
が達成でき、焼結体の強度を一層向上させる。Further, according to the present invention, when Ti ions are present in the alumina crystal, the alumina grain growth is remarkably promoted in the sintering process, and the material strength is reduced by the crystal grain growth. The presence of a metal oxide other than the intragranular dispersed phase in the grain boundary as a grain boundary crystal phase suppresses alumina crystal grain growth, achieves finer alumina crystals, and further improves the strength of the sintered body Let it.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】本発明のアルミナ質焼結体は、平
均粒径が6μm以下のアルミナ結晶を主相とし、そのア
ルミナ結晶粒内に酸化チタンおよびチタン酸アルミニウ
ムを粒内分散相として存在させたことが重要である。こ
こで、アルミナ結晶の平均粒径を6μm以下としたの
は、焼結体の高強度化にとって重要であり、アルミナ結
晶の平均粒径が6μmより大きいと、強度の向上が望め
ないためである。特に4μm以下であることが望まし
い。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The alumina-based sintered body of the present invention has an alumina crystal having an average particle diameter of 6 μm or less as a main phase, and titanium oxide and aluminum titanate as an intragranular dispersed phase in the alumina crystal grains. It is important that you do. Here, the reason why the average particle size of the alumina crystal is set to 6 μm or less is important for increasing the strength of the sintered body, and if the average particle size of the alumina crystal is larger than 6 μm, improvement in strength cannot be expected. . In particular, it is desirable to be 4 μm or less.
【0011】また、アルミナ結晶中への粒内分散相とし
て、酸化チタンとチタン酸アルミニウムが同時に存在す
ることが重要である。ここで、酸化チタンとはTiO2
により表記する化合物で、チタン酸アルミニウムはAl
2 TiO5 により表記する化合物である。アルミナ結晶
中に酸化チタンのみ分散する場合は、強度と靭性向上の
効果が小さいことと、高温下で使用される場合において
は、Al2 O3 とTiO2 がAl2 TiO5 に生成する
反応が発生し、材料の特性が不安定になる問題がある。
逆に、分散相がチタン酸アルミニウムだけの場合は、粗
大な析出相が形成しやすく、材料の強度が低下すること
があるためである。It is important that titanium oxide and aluminum titanate are present simultaneously as an intragranular dispersed phase in the alumina crystal. Here, titanium oxide is TiO 2
, Aluminum titanate is Al
2 This is a compound represented by TiO 5 . When only titanium oxide is dispersed in the alumina crystal, the effect of improving strength and toughness is small, and when used at high temperature, the reaction of Al 2 O 3 and TiO 2 to form Al 2 TiO 5 This causes a problem that the characteristics of the material become unstable.
Conversely, when the disperse phase is only aluminum titanate, a coarse precipitate phase is likely to be formed, and the strength of the material may be reduced.
【0012】アルミナ結晶相の粒内に酸化チタンとチタ
ン酸アルミニウムが同時に存在する場合は、チタン酸ア
ルミニウムの周辺に大きな残留応力を生じ、材料の靭性
に大きく寄与すると同時に、高温で酸化チタンとアルミ
ナの反応による特性の不安定性を軽減あるいは抑制でき
る。上記効果を充分に発揮させるためには、X線回折測
定において、前記Al2 TiO5 の(110)面のピー
ク強度をI(110)Al2TiO5、TiO2 の(110)面のピ
ーク強度をI(110)TiO2 とした時、I(110)Al2TiO5/
[I(110)TiO2 +I(110)Al2TiO5]で表わされるピーク
強度比が0.05〜0.8、特に、特に0.1〜0.6
の範囲に制御することが重要である。When titanium oxide and aluminum titanate are simultaneously present in the grains of the alumina crystal phase, a large residual stress is generated around the aluminum titanate, greatly contributing to the toughness of the material, and at the same time, the titanium oxide and the alumina at a high temperature. Can reduce or suppress the instability of the characteristics due to the reaction. In order to sufficiently exhibit the above-mentioned effects, in X-ray diffraction measurement, the peak intensity of the (110) plane of the Al 2 TiO 5 is reduced to the peak intensity of the (110) plane of the I (110) Al 2 TiO 5 and TiO 2. Is I (110) TiO 2 , I (110) Al 2 TiO 5 /
[I (110) TiO 2 + I (110) Al 2 TiO 5] peak intensity ratio represented by the 0.05 to 0.8, in particular, in particular 0.1 to 0.6
It is important to control within the range.
【0013】つまり、このピーク強度比が0.05より
小さいと、TiO2 相の析出が多いことを意味し、強度
および靱性の向上効果が小さく、0.8より大きいと、
Al2 TiO5 の析出が多量であることを意味し、前述
したように、粗大な析出相が形成しやすくなり、材料の
強度が低下することがあるためである。That is, when the peak intensity ratio is smaller than 0.05, it means that the precipitation of the TiO 2 phase is large, and the effect of improving the strength and toughness is small.
This means that a large amount of Al 2 TiO 5 is precipitated, and as described above, a coarse precipitated phase is likely to be formed, and the strength of the material may be reduced.
【0014】また、本発明におけるアルミナ質焼結体中
に含まれるTi量は、少なすぎるとTiO2 やAl2 T
iO5 の析出量が少なくなるために強度、靱性の向上効
果が望めず、固溶限以上のTiO2 はAl2 O3 と反応
し粒界で粗大なAl2 TiO5 が多く形成されてしまう
ため、望ましくは、Al2 O3 に対してTiO2 量とし
て0.5〜8モル%、特に1〜4モル%であることが望
ましい。なお、上記のように、アルミナ結晶中にTiイ
オンが存在する場合、焼結過程でアルミナの粒成長が著
しく促進されやすいため、Tiイオンの含有量によって
は結晶粒成長により材料の強度が低下する場合がある。
そこで、本発明によれば、アルミナの粒界に前記粒内分
散相とは別の金属酸化物を粒界結晶相として存在せしめ
ることにより、アルミナ結晶の粒成長を抑制でき、アル
ミナ結晶の微細化が達成でき、焼結体の強度を一層向上
させる。On the other hand, if the amount of Ti contained in the alumina sintered body in the present invention is too small, TiO 2 or Al 2 T
The effect of improving strength and toughness cannot be expected because the amount of deposited TiO 5 is reduced, and TiO 2 having a solid solubility limit or more reacts with Al 2 O 3 to form a large amount of coarse Al 2 TiO 5 at grain boundaries. Therefore, it is desirable that the amount of TiO 2 is 0.5 to 8 mol%, particularly 1 to 4 mol%, based on Al 2 O 3 . Note that, as described above, when Ti ions are present in the alumina crystal, the grain growth of alumina tends to be remarkably promoted in the sintering process. Therefore, depending on the content of Ti ions, the strength of the material is reduced by the crystal grain growth. There are cases.
Therefore, according to the present invention, by allowing a metal oxide different from the intragranular dispersed phase to be present at the grain boundaries of alumina as a grain boundary crystal phase, the grain growth of alumina crystals can be suppressed, and the refinement of alumina crystals can be achieved. Can be achieved, and the strength of the sintered body is further improved.
【0015】この場合、粒界分散相の量は全量中に3体
積%以上が必要であり、アルミナの粒成長を効果的に抑
制するには、粒界分散相が特に5体積%以上分散するこ
とが好ましい。上記粒界分散相としては、高温で安定な
酸化物あるいは2種以上の金属を含む複合酸化物が好適
であるが、粒成長抑制効果および材料の焼結性、安定性
と高温特性への影響から、特に、周期律表2A〜4A族
元素およびSiのうちの1種の金属酸化物あるいは2種
以上の金属の複合酸化物、とりわけMgAl2O4 、Y
3 Al5 O12、LaAl11O18、Si2 Al6 O13、Z
rO2 、HfO2 が最も好適である。なお、一部のTi
イオンが上記粒界分散相と反応することもあるが、材料
の強度と靭性に対する影響が小さい。In this case, the amount of the grain boundary dispersed phase needs to be 3% by volume or more in the total amount. In order to effectively suppress the grain growth of alumina, the grain boundary dispersed phase is particularly dispersed in 5% by volume or more. Is preferred. As the above-mentioned grain boundary dispersed phase, an oxide stable at a high temperature or a composite oxide containing two or more kinds of metals is suitable, but the effect of suppressing the grain growth and affecting the sinterability, stability and high-temperature characteristics of the material are preferable. From the above, in particular, one metal oxide or a composite oxide of two or more metals of the Group 2A to 4A elements of the periodic table and Si, especially MgAl 2 O 4 , Y
3 Al 5 O 12, LaAl 11 O 18, Si 2 Al 6 O 13, Z
rO 2 and HfO 2 are most preferred. In addition, some Ti
Ions may react with the grain boundary dispersed phase, but have little effect on the strength and toughness of the material.
【0016】本発明のアルミナ質焼結体を作製するに
は、まず、Tiイオンを含有する物質と、アルミナ粉末
との混合物からなる成形体を作製する。この時、Tiイ
オンを含有する物質としては、酸化チタン粉末、金属チ
タン粉末、チタンを含む有機、無機塩類およびその溶液
のいずれでもよい。In order to produce the alumina sintered body of the present invention, first, a molded body made of a mixture of a substance containing Ti ions and alumina powder is produced. At this time, the substance containing Ti ions may be any of titanium oxide powder, titanium metal powder, organic and inorganic salts containing titanium, and a solution thereof.
【0017】また、成形方法としては、周知の成型手
段、例えば、金型プレス、鋳込み成形、押出成形、射出
成形、冷間静水圧プレスなどにより任意の形状に成形す
ることができる。As a molding method, it can be formed into an arbitrary shape by well-known molding means, for example, a die press, a casting molding, an extrusion molding, an injection molding, a cold isostatic pressing and the like.
【0018】次に、この成形体を公知の焼結法、例え
ば、ホットプレス法、常圧焼成法、ガス加圧焼成法、更
に、これらの焼成後に熱間静水圧処理(HIP)処理、
およびガラスシール後HIP処理して、対理論密度比9
5%以上の緻密な焼結体を得る。本発明によれば、この
焼成時にまず、Ar、He、H2 、H2 /N2 などの還
元性ガスを含む雰囲気で焼成し、アルミナ結晶中にTi
イオンを固溶させる。この固溶化処理時の温度は120
0〜1750℃に設定される。Next, the molded body is subjected to a known sintering method, for example, a hot pressing method, a normal pressure sintering method, a gas pressure sintering method, and a hot isostatic pressure (HIP) treatment after these sintering.
And HIP treatment after glass sealing, to a theoretical density ratio of 9
A dense sintered body of 5% or more is obtained. According to the present invention, during this firing, firing is first performed in an atmosphere containing a reducing gas such as Ar, He, H 2 , H 2 / N 2 , and Ti
Dissolve ions. The temperature during the solution treatment was 120
Set to 0-1750 ° C.
【0019】その後、上記の固溶体を大気などの酸化性
雰囲気中で1350〜1650℃の温度範囲で熱処理を
施すことにより、Tiイオンを酸化チタンおよびチタン
酸アルミニウムの形でアルミナ結晶粒内に析出させるこ
とができる。ここで、本発明によれば、酸化雰囲気での
熱処理温度を1350〜1650℃の温度範囲に設定す
ることが重要である。これは、1350℃より低い温度
で熱処理すれば、チタン酸アルミニウム析出相が得られ
ないため、強度と靭性向上の効果が小さく、しかも低温
では析出に必要なイオン拡散速度が低いため、熱処理は
数日間の長時間が必要となる。一方、1650℃以上の
温度で熱処理すると、析出相の粗大化が見られ、材料の
強度が低下する。高い強度と靭性を得るためには、析出
熱処理は特に1350℃から1550℃の範囲で行うの
は好適である。Thereafter, the above solid solution is subjected to a heat treatment in an oxidizing atmosphere such as air at a temperature in the range of 1350 to 1650 ° C. to precipitate Ti ions in the form of titanium oxide and aluminum titanate in alumina crystal grains. be able to. Here, according to the present invention, it is important to set the heat treatment temperature in an oxidizing atmosphere to a temperature range of 1350 to 1650 ° C. This is because if the heat treatment is performed at a temperature lower than 1350 ° C., a precipitation phase of aluminum titanate cannot be obtained, so that the effect of improving the strength and toughness is small, and at a low temperature, the ion diffusion rate required for the precipitation is low. A long period of days is required. On the other hand, when the heat treatment is performed at a temperature of 1650 ° C. or more, the precipitation phase becomes coarse, and the strength of the material decreases. In order to obtain high strength and toughness, it is preferable that the heat treatment for precipitation is performed particularly in the range of 1350 ° C to 1550 ° C.
【0020】また、本発明のアルミナ質焼結体の製造に
あたっては、前記酸化雰囲気中での析出処理をマイクロ
波加熱により行うことが特に有効である。これは、Ti
イオンがアルミナ結晶中から析出する過程では、酸素イ
オンが焼結体の外部から内部へ拡散する速度が律速とな
る。焼結体のサイズが小さい場合は特に問題がないが、
焼結体のサイズが10mm以上のような場合は、焼結体
の内部の固溶イオンを析出させるのに、長時間が必要と
なる。それにより、焼結体の表面付近の析出相が大きく
成長するという不均一な組織形成の問題が起きることが
ある。マイクロ波加熱は、結晶格子の振動およびイオン
の結晶粒界に沿った拡散を促進し、析出を短時間で終了
させるため、上記の問題を解決し、均一な析出組織が得
られる。In the production of the alumina sintered body of the present invention, it is particularly effective to carry out the precipitation treatment in an oxidizing atmosphere by microwave heating. This is Ti
In the process in which ions are precipitated from the alumina crystal, the rate at which oxygen ions diffuse from the outside to the inside of the sintered body is rate-limiting. There is no problem when the size of the sintered body is small,
When the size of the sintered body is 10 mm or more, it takes a long time to precipitate solid solution ions inside the sintered body. This may cause a problem of non-uniform structure formation in which a deposited phase near the surface of the sintered body grows large. Microwave heating promotes the vibration of the crystal lattice and the diffusion of ions along the crystal grain boundaries, and terminates the precipitation in a short time. Therefore, the above-mentioned problems are solved, and a uniform precipitate structure is obtained.
【0021】この時のマイクロ波加熱は、1GHz以上
の周波数が望ましい。The microwave heating at this time is desirably at a frequency of 1 GHz or more.
【0022】[0022]
【実施例】原料粉末としてアルミナ(Al2 O3 )、酸
化チタン(TiO2 )および炭酸化マグネシウム(Mg
CO3 )、酸化イットリウム(Y2 O3 )、酸化ハフニ
ウム(HfO2 )を用いて、表1に示す組成比に調合
し、1t/cm2 の圧力で金型成形した後、3t/cm
2 の圧力で静水圧処理を加えた。焼成条件は表1に示す
ように、H2 雰囲気で焼成し、その後、大気中1300
℃〜1700℃で熱処理した。また、一部の試料の熱処
理は、マイクロ波加熱により行った。EXAMPLES As raw material powders, alumina (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ) and magnesium carbonate (Mg) were used.
Using CO 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), and hafnium oxide (HfO 2 ), the composition was adjusted to the composition ratio shown in Table 1, and a mold was formed at a pressure of 1 t / cm 2 and then 3 t / cm 2.
Hydrostatic pressure treatment was applied at a pressure of 2 . As shown in Table 1, firing conditions were as follows: firing in an H 2 atmosphere;
The heat treatment was performed at a temperature of from 1 to 1700 ° C. The heat treatment of some of the samples was performed by microwave heating.
【0023】得られた焼結体をJIS−R1601にて
指定されている形状まで研磨し抗折試料を作製した。こ
の試料についてJIS−R1601に基づく室温および
1400℃での4点曲げ抗折強度試験を実施した。ま
た、ビッカース圧痕法により破壊靭性(KIC)を測定し
た。X線回折測定のデータより焼結体中の析出相の回折
強度比を測定した。また、走査型電子顕微鏡写真から、
アルミナ母相の平均粒径および粒界分散相の体積分率を
定量的に測定した。結果は表2に示したThe obtained sintered body was polished to the shape specified in JIS-R1601, to prepare a bending specimen. This sample was subjected to a four-point bending strength test at room temperature and 1400 ° C. based on JIS-R1601. Further, the fracture toughness (KIC) was measured by the Vickers indentation method. From the data of the X-ray diffraction measurement, the diffraction intensity ratio of the precipitated phase in the sintered body was measured. Also, from the scanning electron micrograph,
The average particle size of the alumina matrix phase and the volume fraction of the grain boundary dispersed phase were quantitatively measured. The results are shown in Table 2.
【0024】[0024]
【表1】 [Table 1]
【0025】[0025]
【表2】 [Table 2]
【0026】表1および表2の結果から、本発明に基づ
いて、固溶−析出過程により得られた酸化チタンとチタ
ン酸アルミニウムがアルミナ結晶の粒内に微細に分散し
たアルミナ質焼結体は、いずれも室温強度500MPa
以上、1400℃強度350MPa以上、破壊靭性4.
5MPa・m1/2 以上と優れたものであった。From the results shown in Tables 1 and 2, based on the present invention, an alumina-based sintered body in which titanium oxide and aluminum titanate obtained by the solid solution-precipitation process are finely dispersed in alumina crystal grains is shown. , All have room temperature strength of 500 MPa
3. 1400 ° C. strength 350 MPa or more, fracture toughness
It was as excellent as 5 MPa · m 1/2 or more.
【0027】これに対して、比較例試料No.12、13
は粒内に析出相がなく、試料No.14は析出温度が低い
ため析出相が酸化チタンのみでチタン酸アルミニウムが
存在しない。また、試料No.15は析出温度が高いた
め、チタン酸アルミニウムの相対量が多く、また、試料
No.16と17は母相の粒成長したもので、いずれも本
発明の焼結体より強度、靭性が低いことが分かる。On the other hand, Comparative Sample Nos. 12 and 13
Has no precipitation phase in the grains, and Sample No. 14 has a low precipitation temperature, so that the precipitation phase is only titanium oxide and no aluminum titanate is present. Sample No. 15 has a high deposition temperature and therefore has a relatively large amount of aluminum titanate. Samples Nos. 16 and 17 are those in which the matrix phase is grown, and both are stronger than the sintered body of the present invention. It can be seen that the toughness is low.
【0028】[0028]
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、ア
ルミナ質焼結体において、アルミナ結晶中に酸化チタン
とチタン酸アルミニウムを同時に特定割合で析出分散さ
せることにより、室温から高温まで高い強度を有すると
ともに、高靱性を有し、且つ高温での結晶安定性に優れ
た焼結体を作製することができる。これにより、アルミ
ナ質焼結体の用途をさらに拡大することができる。As described above in detail, according to the present invention, in an alumina-based sintered body, titanium oxide and aluminum titanate are simultaneously precipitated and dispersed at a specific ratio in alumina crystals, thereby increasing the temperature from room temperature to high temperature. A sintered body having high strength, high toughness, and excellent crystal stability at high temperatures can be produced. Thereby, the use of the alumina-based sintered body can be further expanded.
───────────────────────────────────────────────────── 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 35/46 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C04B 35/10 C04B 35/46
Claims (2)
相とし、該アルミナの結晶粒内に酸化チタン(Ti
O2 )およびチタン酸アルミニウム(Al2 TiO5 )
が粒内分散相として存在してなるアルミナ質焼結体であ
って、X線回折測定において、前記Al2 TiO5 の
(110)面のピーク強度をI(110)Al2TiO5、TiO2
の(110)面のピーク強度をI(110)TiO2 とした時、
I(110)Al2TiO5/[I(110)TiO2 +I(110)Al2TiO5]で
表わされるピーク強度比が0.05〜0.8であること
を特徴とするアルミナ質焼結体。An alumina crystal having an average particle diameter of 6 μm or less is used as a main phase, and titanium oxide (Ti) is contained in the alumina crystal grains.
O 2 ) and aluminum titanate (Al 2 TiO 5 )
There a alumina sintered body obtained by present as intragranular dispersed phase, in the X-ray diffraction measurement, the Al 2 TiO 5 in (110) plane I (110) peak intensity of Al 2 TiO 5, TiO 2
When the peak intensity of the (110) plane is I (110) TiO 2 ,
I (110) Al 2 TiO 5 / alumina sintered to [I (110) TiO 2 + I (110) Al 2 TiO 5] peak intensity ratio represented by is characterized in that 0.05 to 0.8 body.
とは異なる粒界分散相が3体積%以上の割合で存在する
ことを特徴とする請求項1記載のアルミナ質焼結体。2. The alumina-based sintered body according to claim 1, wherein a grain boundary dispersed phase different from said intragranular dispersed phase is present at a grain boundary of said alumina crystal at a ratio of 3% by volume or more.
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