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JPH0813704B2 - Material for crusher - Google Patents

Material for crusher

Info

Publication number
JPH0813704B2
JPH0813704B2 JP3048321A JP4832191A JPH0813704B2 JP H0813704 B2 JPH0813704 B2 JP H0813704B2 JP 3048321 A JP3048321 A JP 3048321A JP 4832191 A JP4832191 A JP 4832191A JP H0813704 B2 JPH0813704 B2 JP H0813704B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
zro
weight
powder
range
crusher
Prior art date
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Application number
JP3048321A
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Japanese (ja)
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JPH04285063A (en
Inventor
正浩 木原
徹 鶴見
宏通 菅原
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Priority to JP3048321A priority Critical patent/JPH0813704B2/en
Publication of JPH04285063A publication Critical patent/JPH04285063A/en
Publication of JPH0813704B2 publication Critical patent/JPH0813704B2/en
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  • Crushing And Grinding (AREA)
  • Crushing And Pulverization Processes (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、耐摩耗性と、強度
と、破壊靭性とがともに優れていることが要求される、
乾式または湿式による粉砕機の部材、たとえば、ボール
ミルのボール、容器、容器の内張材や、アトリッション
ミルなどの媒体攪拌ミルの容器、容器の内張材、攪拌ス
クリュー、攪拌棒、回転ディスク、ピン、ボール、ペブ
ル、ビーズや、ローラーミルのローラー、粉砕室の内張
材や、ジェットミルの粉砕ノズル、粉砕室の内張材や、
ハンマーミルのローター、ハンマーや、ピンミルのピ
ン、ローターや、ディスクミルのローター、ブレード
や、コロイドミルの回転ディスクに関する。
This invention is required to have excellent wear resistance, strength, and fracture toughness.
Dry or wet crusher members, for example, balls of ball mills, containers, container lining materials, containers for medium agitation mills such as attrition mills, container lining materials, stirring screws, stirring rods, rotating disks , Pins, balls, pebble, beads, rollers of roller mill, lining material of crushing chamber, crushing nozzle of jet mill, lining material of crushing chamber,
The present invention relates to a rotor for a hammer mill, a hammer, a pin for a pin mill, a rotor, a rotor for a disc mill, a blade, and a rotating disc for a colloid mill.

【0002】[0002]

【従来の技術】粉砕機としては、ボール、ビーズなどの
粉砕媒体を運動させ、その運動エネルギーによる衝撃力
や摩擦力、圧縮力を利用して被砕物を粉砕するボールミ
ル、媒体攪拌ミルや、ローラーによる圧縮力を利用して
粉砕を行うローラーミルや、被砕物を高速で内張材に衝
突させ、その衝突による衝撃力によって粉砕を行うジェ
ットミルや、ハンマー、ブレード、ピンなどを固設した
ローターの回転による衝撃力を利用して被砕物を粉砕す
るハンマーミル、ピンミル、ディスクミルや、剪断力を
利用するコロイドミルなどが広く利用されている。
2. Description of the Related Art As a crusher, a ball mill, a medium stirring mill, or a roller that moves a crushing medium such as balls and beads and crushes an object to be crushed by using impact force, frictional force, and compression force by the kinetic energy. Roller mill that crushes using the compression force of the machine, a jet mill that crushes the crushed object at a high speed with the lining material and crushes by the impact force of the collision, and a rotor that has a hammer, blade, pin, etc. fixed. Hammer mills, pin mills, disc mills that crush the object to be crushed by using the impact force of the rotation of, and colloid mills that use shearing force are widely used.

【0003】これらの粉砕機の、上述した、粉砕媒体や
内張材などの部材としては、天然石や、アルミナセラミ
ックス、ジルコニアセラミックスなどのセラミックス
や、樹脂や、超硬合金などで構成されたものが一般的に
使用されている。しかしながら、そのような材料で構成
された部材は極めて摩耗しやすく、粉砕中に摩耗粉が不
純物として被砕物中に大量に混入して、被砕物や、その
被砕物を原料とするいろいろな材料の物性や品質を低下
させるという問題がある。特に、被砕物が、ファインセ
ラミックス材料、磁性材料、電子材料などの、いわゆる
先端材料に供するものである場合には、摩耗粉による不
純物の混入が大きな問題になる。
As the above-mentioned members such as the crushing medium and the lining material of these crushers, those made of natural stone, ceramics such as alumina ceramics and zirconia ceramics, resin, cemented carbide and the like are used. Commonly used. However, a member made of such a material is extremely likely to be worn, and a large amount of abrasion powder is mixed as an impurity in the object to be crushed during pulverization, and the object to be crushed or various materials using the object to be crushed as a raw material. There is a problem of deteriorating physical properties and quality. In particular, when the object to be crushed is to be used as a so-called advanced material such as a fine ceramic material, a magnetic material, or an electronic material, mixing of impurities by abrasion powder becomes a serious problem.

【0004】このような要求に対して、特開昭62−1
87157号発明は、Al2 3を99.9重量%以上
含み、Al2 3の平均結晶粒径が2.5μm以下で、
相対密度が98%以上であるアルミナセラミックスから
なる粉砕機用部材を提案している。しかしながら、この
部材は、耐摩耗性や硬度に優れる反面、強度と破壊靭性
が低く、わずかな衝撃でも欠けたり破壊しやすいという
問題がある。また、十分な耐摩耗性や硬度を発現させる
ためには、Al2 3の純度を99.9%以上とかなり
高くすることが必要で、製造中にわずかな不純物が混入
しても、粒界強度の低下による粒子離脱摩耗が起こって
耐摩耗性が低下してくるという問題がある。
In response to such a demand, Japanese Patent Laid-Open No. 62-1
87157 No. invention, the Al 2 O 3 containing 99.9 wt% or more, below the average crystal grain size is 2.5μm of Al 2 O 3,
A crusher member made of alumina ceramics having a relative density of 98% or more is proposed. However, although this member is excellent in wear resistance and hardness, it has low strength and fracture toughness, and has a problem that it is easily chipped or broken even by a slight impact. Also, in order to develop sufficient wear resistance and hardness, it is necessary to make the purity of Al 2 O 3 considerably higher than 99.9%, and even if a slight amount of impurities is mixed in during the production, the grain There is a problem that abrasion due to particle detachment due to a decrease in field strength occurs and wear resistance decreases.

【0005】一方、特公平2−20587号発明は、Y
2 3 を2〜4.5モル%含み、結晶相が、10%以上
の正方晶ZrO2 と等軸晶ZrO2 とを含み、かつ、単
斜晶ZrO2 を実質的に含まず、平均結晶粒径が4μm
以下で、かさ密度が5.8g/cm3 以上であるジルコニア
セラミックスからなる粉砕機用部材を提案している。こ
の部材は、強度と破壊靭性に優れていて、SiO2 やB
aTiO3 などの比較的硬度の低いセラミックスを被砕
物とするようなときには有用である。しかしながら、A
2 3やSiCなど、比較的硬度の高いものを粉砕す
るときや、乾式による粉砕機のように潤滑媒体が存在し
ないときに摩耗が急激に進行するという問題がある。
On the other hand, the invention of Japanese Patent Publication No. 2-20587 is Y
2 O 3 in an amount of 2 to 4.5 mol%, the crystal phase contains 10% or more of tetragonal ZrO 2 and equiaxed ZrO 2 , and does not substantially contain monoclinic ZrO 2 , and the average Crystal grain size is 4 μm
The following proposes a crusher member made of zirconia ceramics having a bulk density of 5.8 g / cm 3 or more. This member is excellent in strength and fracture toughness, and is made of SiO 2 and B
This is useful when a ceramic having a relatively low hardness such as aTiO 3 is to be crushed. However, A
There is a problem that abrasion rapidly progresses when crushing a relatively hard material such as l 2 O 3 or SiC, or when there is no lubricating medium like a dry crusher.

【0006】このように、従来の粉砕機用部材は、いず
れも、粉砕機用部材として必要な特性、特に、耐摩耗性
と、強度と、破壊靭性とをバランスよく備えているとは
いい難い。
As described above, it is difficult to say that all the conventional crusher members have the characteristics required for the crusher members, in particular, wear resistance, strength, and fracture toughness in a well-balanced manner. .

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、従
来の粉砕機用部材の上述した問題点を解決し、耐摩耗性
と、強度と、破壊靭性とがともに優れている粉砕機用部
材を提供するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of conventional crusher members, and to provide crusher members having excellent wear resistance, strength and fracture toughness. To provide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、この発明は、Al2 3 を主成分として含み、
結晶構造において少なくとも50体積%が正方晶である
ZrO2 を20〜40重量%の範囲で含み、TiO2
1〜5重量%の範囲で含み、MgOを0.1〜1重量%
の範囲で含み、Al2 3 の平均結晶粒径が1.5〜5
μmの範囲にあり、かつ、ZrO2 の少なくとも80%
がAl23 の結晶粒界に存在しているセラミックスか
らなる粉砕機用部材を提供する。好ましくは、ZrO2
の平均結晶粒径dz が1.5〜3μmの範囲にあり、か
つ、Al2 3 の平均結晶粒径dA とZrO2 の平均結
晶粒径dz との比dA /dz が1〜3の範囲にある。ま
た、この発明の粉砕機用部材は、相対密度が95%以上
であるのが好ましい。さらに、20℃における熱伝導率
が0.02〜0.07cal/cm・sec ・℃の範囲にあるの
が好ましい。また、この発明の粉砕機用部材は、直径1
0mmのボール部材について、そのボール部材200個を
内容積1000mlのナイロン製ボールミルに入れ、さら
に、ボール部材の総重量の、36%の水と、4%の、平
均粒径が1μmのSiC粉末とを入れ、ボールミルを1
00rpm の速度で50時間運転した後の重量損耗率が1
%以下である。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention contains Al 2 O 3 as a main component,
In the crystal structure, at least 50% by volume is tetragonal ZrO 2 is included in the range of 20 to 40% by weight, TiO 2 is included in the range of 1 to 5% by weight, and MgO is 0.1 to 1% by weight.
And the average crystal grain size of Al 2 O 3 is 1.5 to 5
μm range and at least 80% of ZrO 2
Provides a member for a crusher made of ceramics existing in a grain boundary of Al 2 O 3 . Preferably ZrO 2
Has an average crystal grain size d z of 1.5 to 3 μm, and the ratio d A / d z of the average crystal grain size d A of Al 2 O 3 and the average crystal grain size d z of ZrO 2 is It is in the range of 1-3. Further, the crusher member of the present invention preferably has a relative density of 95% or more. Furthermore, the thermal conductivity at 20 ° C. is preferably in the range of 0.02 to 0.07 cal / cm · sec · ° C. The crusher member of the present invention has a diameter of 1
For 0 mm ball members, 200 ball members were placed in a nylon ball mill with an internal volume of 1000 ml, and further, 36% water and 4% SiC powder with an average particle size of 1 μm were added to the total weight of the ball members. And put the ball mill 1
The weight loss rate after operating for 50 hours at a speed of 00 rpm is 1
% Or less.

【0009】さて、粉砕機用部材における摩耗機構は必
ずしも明らかでないが、Al2 3 などの、高硬度では
あるが粒界強度が低いセラミックスからなるものは、粒
界の破壊による粒子離脱摩耗が優先的に起こり、また、
ZrO2 などの、高強度ではあるが硬度が比較的低いセ
ラミックスからなるものは、摩擦による摩滅が優先的に
起こるものと考えられる。このような推定から、この発
明は、Al2 3 の結晶粒界にZrO2 を分散させてA
2 3 の粒界亀裂の進展を抑制し、粒界離脱摩耗を起
こしにくくして耐摩耗性を向上させるとともに強度を向
上させ、また、Al2 3 の結晶粒径を大きくすること
で亀裂の偏向を促進して破壊靭性を向上させようとす
る。
Although the wear mechanism of the member for the crusher is not always clear, particles made of ceramics such as Al 2 O 3 having high hardness but low grain boundary strength are subject to particle detachment wear due to grain boundary fracture. It happens preferentially,
Those made of ceramics such as ZrO 2 having high strength but relatively low hardness are considered to be worn away by friction preferentially. From such an estimation, the present invention is to disperse ZrO 2 in the grain boundaries of Al 2 O 3 and
By suppressing the development of intergranular cracks in l 2 O 3 , making it difficult for intergranular separation wear to improve wear resistance and strength, and to increase the Al 2 O 3 crystal grain size. It attempts to promote crack deflection and improve fracture toughness.

【0010】この発明の粉砕機用部材を構成するセラミ
ックスは、Al2 3 を主成分として含んでいる。そう
して、その平均結晶粒径は、1.5〜5μmの範囲にあ
る。平均結晶粒径が1.5μm未満では、亀裂の偏向作
用を期待できず、破壊靭性が向上しない。一方、5μm
を越えると、1個のAl2 3 の結晶粒における粒界の
面積が大きくなるため、粒界離脱摩耗が生じやすくなっ
て耐摩耗性が低下するようになる。より好ましい平均結
晶粒径の範囲は、1.5〜3μmである。
The ceramic constituting the member for a crusher of the present invention contains Al 2 O 3 as a main component. Then, the average crystal grain size is in the range of 1.5 to 5 μm. If the average crystal grain size is less than 1.5 μm, the crack deflection effect cannot be expected and the fracture toughness cannot be improved. On the other hand, 5 μm
If the value exceeds the range, the area of the grain boundary in one Al 2 O 3 crystal grain becomes large, so that grain boundary separation wear is likely to occur and wear resistance is reduced. A more preferable range of the average crystal grain size is 1.5 to 3 μm.

【0011】また、この発明で使用するセラミックス
は、ZrO2 を20〜40重量%の範囲で含んでいる。
このZrO2 は、結晶構造においてその少なくとも50
体積%が正方晶であり、残余が立方晶および/または単
斜晶であるようなものである。ZrO2 が20重量%未
満で、正方晶の結晶構造をもつZrO2 が50体積%未
満であると、正方晶から単斜晶への応力誘起変態による
強度の向上効果を期待できない。一方、ZrO2 が40
重量%を超えると、ZrO2 の結晶粒の凝集が起こるた
めに強度が低下し、また、耐摩耗性も低下する。ここ
で、ZrO2 は、結晶構造において少なくとも50体積
%の正方晶を得るために、1.5〜5モル%程度の、安
定化剤であるY2 3 やCeO2などを含み、正方晶は
室温下で準安定な状態にある。
The ceramic used in the present invention contains ZrO 2 in the range of 20 to 40% by weight.
This ZrO 2 has at least 50% of its crystal structure.
It is such that the volume% is tetragonal and the balance cubic and / or monoclinic. ZrO 2 is less than 20 wt%, the ZrO 2 having a tetragonal crystal structure is less than 50 vol%, can not be expected effect of improving the strength of the by stress-induced transformation to monoclinic tetragonal. On the other hand, ZrO 2 is 40
When the content is more than wt%, the strength of the ZrO 2 crystal grains is reduced and the wear resistance is also reduced. Here, ZrO 2 contains a stabilizer such as Y 2 O 3 or CeO 2 in an amount of about 1.5 to 5 mol% to obtain a tetragonal crystal having a crystal structure of at least 50% by volume. Is metastable at room temperature.

【0012】上述したZrO2 は、その少なくとも80
%が主成分であるAl2 3 の結晶粒界に分布してい
る。Al2 3 の結晶粒内に存在していても、それはわ
ずかである。これにより、Al2 3 の結晶粒界を進展
する亀裂に対してZrO2 が有効に応力誘起変態を起こ
すようになり、粒界亀裂の進展が抑制されて粒界離脱摩
耗が起こりにくくなり、耐摩耗性が向上するとともに、
亀裂先端部での応力緩和によって強度が向上するように
なる。
The above-mentioned ZrO 2 has at least 80
% Are distributed in the grain boundaries of Al 2 O 3 which is the main component. Even if it exists in the crystal grains of Al 2 O 3 , it is small. As a result, ZrO 2 can effectively cause stress-induced transformation with respect to cracks that propagate in the crystal grain boundaries of Al 2 O 3 , and the growth of grain boundary cracks is suppressed, making it difficult for grain boundary detachment wear to occur. Along with improved wear resistance,
Stress relaxation at the crack tip improves strength.

【0013】また、この発明の粉砕機用部材を構成する
セラミックスは、TiO2 を1〜5重量%の範囲で含ん
でいる。TiO2 は、焼結中におけるAl2 3 の結晶
粒の成長を促進し、それを適度に粗大化させて亀裂の偏
向作用が有効に働くようにし、破壊靭性を向上させる。
かかる作用を期待するためには、TiO2 は1重量%は
必要である。しかしながら、5重量%を越えると、Al
2 3 の結晶粒が大きくなりすぎる。
Further, the ceramic constituting the member for a crusher of the present invention contains TiO 2 in the range of 1 to 5% by weight. TiO 2 promotes the growth of Al 2 O 3 crystal grains during sintering and appropriately coarsens them so that the deflection action of cracks works effectively and improves fracture toughness.
To expect such an effect, 1% by weight of TiO 2 is necessary. However, if it exceeds 5% by weight, Al
2 O 3 crystal grains become too large.

【0014】MgOは、焼結中に生ずる一部のAl2
3 の異常な粒成長を抑制し、Al2 3 の結晶粒径を均
一にするとともに、その結晶粒界にZrO2 が分布しや
すくする作用をもち、これにより、耐摩耗性と強度が向
上する。また、TiO2 のみが含まれる場合には、焼結
中にZrO2 とTiO2 とが反応してZrTiO4 が生
成され、これが焼結中に異常粒成長して針状結晶を形成
し、耐摩耗性や強度が大きく低下するようになるが、M
gOを共存させておくことにより、かかる生成反応を抑
制することができる。このような作用を期待するために
は、MgOは少なくとも0.1重量%必要である。0.
1重量%未満では、一部のAl2 3 が異常粒成長して
その結晶粒内にZrO2 が取り込まれやすくなる。ま
た、ZrTiO4 の生成反応を抑制し難くなる。一方、
1重量%を超えると、Al2 3 の結晶粒の成長を抑制
する作用が強くなりすぎ、その平均結晶粒径を上述した
範囲にし得なくなる。
MgO is a part of Al 2 O produced during sintering.
3 Abnormal grain growth is suppressed, the grain size of Al 2 O 3 is made uniform, and ZrO 2 is easily distributed at the grain boundaries, which improves wear resistance and strength. To do. Further, when only TiO 2 is contained, ZrO 2 and TiO 2 react with each other during sintering to produce ZrTiO 4 , which abnormally grows grains during sintering to form needle-like crystals and Wearability and strength will be greatly reduced, but M
By allowing gO to coexist, such a production reaction can be suppressed. In order to expect such an action, MgO must be at least 0.1% by weight. 0.
If it is less than 1% by weight, a part of Al 2 O 3 will grow abnormally and ZrO 2 will be easily incorporated into the crystal grains. Further, it becomes difficult to suppress the ZrTiO 4 formation reaction. on the other hand,
If it exceeds 1% by weight, the effect of suppressing the growth of Al 2 O 3 crystal grains becomes too strong, and the average crystal grain size cannot be controlled within the above range.

【0015】この発明の粉砕機用部材は、ZrO2 の平
均結晶粒径dz を1.5〜3μmの範囲とし、かつ、A
2 3 の平均結晶粒径dA とZrO2 の平均結晶粒径
z との比dA /dz を1〜3の範囲としたとき、耐摩
耗性や強度が一層向上する。すなわち、ZrO2 の平均
結晶粒径と、dA /dz の値とを上記の範囲にすること
により、ZrO2 においても粒界離脱摩耗が起こりにく
くなって耐摩耗性が向上する。また、ZrO2 とAl2
3 との間に適度な相間応力が働くようになり、亀裂の
偏向作用に加えて、複雑な亀裂の分岐による強化機構の
発現が期待できる。
The crusher member of the present invention has an average crystal grain size d z of ZrO 2 in the range of 1.5 to 3 μm, and A
When the ratio d A / d z of the average crystal grain size d A of l 2 O 3 and the average crystal grain size d z of ZrO 2 is set in the range of 1 to 3, abrasion resistance and strength are further improved. That is, by setting the average crystal grain size of ZrO 2 and the value of d A / d z within the above range, grain boundary separation wear hardly occurs even in ZrO 2 and wear resistance is improved. In addition, ZrO 2 and Al 2
Appropriate interphase stress acts on O 3, and in addition to the deflection effect of cracks, it is expected that a strengthening mechanism due to complex crack branching will appear.

【0016】また、この発明の粉砕機用部材は、相対密
度が95%以上であるとき、耐摩耗性や強度がさらに向
上する。ここで、相対密度とは、実際の密度の、理論密
度に対する相対値を百分率で表したもので、相対密度が
95%以上では、結晶粒界に存在する気孔の数が減少
し、気孔が粒界亀裂の起点となって起こる粒界離脱摩耗
や、破壊にいたる亀裂の発生が起こりにくくなるため、
耐摩耗性と強度が向上するようになる。なお、理論密度
は、次式によって求める。
Further, the crusher member of the present invention has further improved abrasion resistance and strength when the relative density is 95% or more. Here, the relative density represents the relative value of the actual density with respect to the theoretical density as a percentage, and when the relative density is 95% or more, the number of pores existing at the grain boundaries decreases and Grain boundary desorption wear that occurs as the origin of interfacial cracks, and the occurrence of cracks leading to fracture is less likely to occur,
Wear resistance and strength are improved. The theoretical density is calculated by the following formula.

【0017】 100/[0.2508・WA +0.2353・WT
0.3868WM +WZ /(6.10+k・x)] ただし、WA :Al2 3 の重量% WT :TiO2 の重量% WM :MgOの重量% WZ :ZrO2 の重量% k :ZrO2 の安定化剤がY2 3 の場合には−0.
008、CeO2 の場合には0.014(ZrO2 の安
定化剤の種類によって決まる値で、格子定数、分子量、
結晶構造などに依存する) x :ZrO2 の安定化剤のモル% さらに、この発明の粉砕機用部材は、20℃における熱
伝導率が0.02〜0.07cal/cm・sec ・℃の範囲に
ある。これは、媒体攪拌ミルなどの部材であるとき、好
ましいことである。
100 / [0.2508 · W A + 0.2353 · W T +
0.3868 W M + W Z /(6.10+k·x)] where W A : wt% of Al 2 O 3 W T : wt% of TiO 2 W M : wt% of MgO W Z : wt% of ZrO 2 k: when the stabilizer of ZrO 2 is Y 2 O 3 , it is −0.
008, a value determined by the type of 0.014 (ZrO 2 stabilizer in the case of CeO 2, the lattice constant, the molecular weight,
X: ZrO 2 stabilizer mol%, further, the pulverizer member of the present invention has a thermal conductivity of 0.02 to 0.07 cal / cm · sec · ° C. at 20 ° C. In range. This is preferable when it is a member such as a medium stirring mill.

【0018】すなわち、媒体攪拌ミルのように、粉砕媒
体を高速で攪拌する粉砕機においては、その激しい攪拌
運動で発熱することがあり、熱による被砕物の変質を招
いたり、潤滑媒体の蒸発による濃度変化によって粉砕効
率が低下したりすることがある。そこで、これらの粉砕
機では、一般に、容器や内張材などの部材を冷却するよ
うにしているが、冷却効果を高めるためには、部材は熱
伝導率が高ければ高いほどよい。この点、この発明の部
材は、上述したZrO2 セラミックス製部材などにくら
べて熱伝導率が高く、高い冷却効果が得られる。また、
ZrO2 セラミックス製部材などでは、蓄熱を防止しよ
うとすると薄くする必要があり、そうすると部材として
の強度が不足することがあるが、この発明の部材は、強
度が高いうえに熱伝導率が高いから、そのような心配も
低減できる。なお、上述したように、熱伝導率は高いほ
どよいが、この発明で使用しているセラミックスの熱伝
導率は、20℃において0.02〜0.07cal/cm・se
c ・℃の範囲をとる。
That is, in a pulverizer such as a medium agitating mill that agitates a pulverizing medium at a high speed, the vigorous agitating motion may generate heat, which may cause deterioration of the object to be crushed by heat or evaporation of a lubricating medium. The pulverization efficiency may decrease due to the change in concentration. Therefore, in these crushers, members such as the container and the lining material are generally cooled, but in order to enhance the cooling effect, the higher the thermal conductivity of the member, the better. In this respect, the member of the present invention has a higher thermal conductivity than the ZrO 2 ceramic member described above, and a high cooling effect can be obtained. Also,
A member made of ZrO 2 ceramics or the like needs to be thinned in order to prevent heat accumulation, and the strength as a member may be insufficient. However, the member of the present invention has high strength and high thermal conductivity. , Such worry can be reduced. As described above, the higher the thermal conductivity, the better, but the thermal conductivity of the ceramics used in the present invention is 0.02 to 0.07 cal / cm · se at 20 ° C.
c · Keep in the range of ° C.

【0019】この発明の粉砕機用部材は、表面をバレル
研磨した直径10mmのボール部材について、そのボール
部材200個(約450g)を内容積1000mlのナイ
ロン製ボールミルに入れ、さらに、ボール部材の総重量
の、36%の水と、4%の、平均粒径が1μmのSiC
粉末とを入れ、ボールミルを100rpm の速度で50時
間運転した後の重量損耗率が1%以下である。このよう
な値は、Al2 3 セラミックス製部材やZrO2 セラ
ミックス製部材では期待できない値である。
In the crusher member according to the present invention, 200 ball members (about 450 g) each having a diameter of 10 mm and having its surface barrel-polished are placed in a nylon ball mill having an internal volume of 1000 ml, and the ball members are 36% water by weight and 4% SiC with an average particle size of 1 μm
The weight loss rate after adding the powder and operating the ball mill for 50 hours at a speed of 100 rpm is 1% or less. Such a value is a value that cannot be expected for a member made of Al 2 O 3 ceramics or a member made of ZrO 2 ceramics.

【0020】この発明の粉砕機用部材は、たとえば、次
のような方法によって製造することができる。
The crusher member of the present invention can be manufactured, for example, by the following method.

【0021】すなわち、主成分であるAl2 3 の粉末
に、所定量のZrO2 粉末と、TiO2 粉末と、MgO
粉末とを添加し、よく混合して混合粉末を作る。混合操
作は、湿式でもよく乾式でもよい。混合粉末は、必要に
応じて乾燥した後、粗粉砕し、篩分けするか、造粒す
る。なお、Al2 3 の粉末は、緻密な焼結を行えると
いう理由で、平均粒径が0.3〜2μmの範囲にあるも
のを使用するのが好ましい。また、TiO2 やMgO、
ZrO2 の各粉末は、Al2 3 中への均一な分散を考
えると、平均粒径が1μm以下であるものを使用するの
が好ましい。さらに、上述した各粉末の純度は、不純物
による結晶粒の異常成長を防止して、耐摩耗性や、強度
および破壊靭性などの特性を一層向上させるため、99
%以上であるのが好ましい。
That is, a predetermined amount of ZrO 2 powder, TiO 2 powder, and MgO are added to Al 2 O 3 powder which is the main component.
Add powder and mix well to make mixed powder. The mixing operation may be wet or dry. The mixed powder is dried if necessary, coarsely pulverized, sieved or granulated. The Al 2 O 3 powder preferably has an average particle size in the range of 0.3 to 2 μm because it enables dense sintering. In addition, TiO 2 , MgO,
It is preferable to use each ZrO 2 powder having an average particle diameter of 1 μm or less in consideration of uniform dispersion in Al 2 O 3 . Further, the purity of each powder described above prevents abnormal growth of crystal grains due to impurities and further improves properties such as wear resistance and strength and fracture toughness.
% Or more is preferable.

【0022】次に、上記の混合粉末を、周知の成形法、
たとえば、金型成形法、ラバープレス成形法、鋳込み成
形法、射出成形法を用いて所望の形状に成形し、焼結す
る。焼結時の雰囲気は、大気中など、酸化性雰囲気とす
る。また、焼結温度と時間は、Al2 3 の平均結晶粒
径が1.5〜5μmの範囲になり、好ましくは、ZrO
2 の平均結晶粒径が1.5〜3μmの範囲で、かつ、d
A /dz が1〜3の範囲になるように注意深く制御す
る。また、ZrO2 の少なくとも80%を主成分である
Al2 3 の結晶粒界に存在させるために、Al2 3
が急激に粒成長を起こしてその結晶粒内にZrO2を取
り込まないよう、焼結温度近くでは0.5℃/分以下の
ゆっくりした速度で昇温する。一方、焼結後は、冷却速
度が遅すぎると単斜晶のZrO2 が多く析出して、正方
晶のZrO2 を少なくとも50体積%とすることができ
なくなるので、5℃/分以上の速度で冷却する。なお、
常圧焼結などの一般的な焼結によって、十分に、相対密
度を95%以上とすることができるが、相対密度をさら
に高くして耐摩耗性や強度を一層向上させ、また、気孔
を少なくして熱伝導率を一層向上させるため、得られた
セラミックスに熱間静水圧加圧処理(HIP処理)を施
すのも好ましい。
Next, the above-mentioned mixed powder is processed by a known molding method,
For example, it is molded into a desired shape using a die molding method, a rubber press molding method, a casting molding method, or an injection molding method, and is sintered. The atmosphere during sintering is an oxidizing atmosphere such as the air. The sintering temperature and time are such that the average crystal grain size of Al 2 O 3 is in the range of 1.5 to 5 μm, and ZrO is preferable.
2 has an average crystal grain size of 1.5 to 3 μm, and d
Carefully control A / d z to be in the range of 1-3. Further, in order to allow at least 80% of ZrO 2 to exist in the grain boundary of Al 2 O 3 which is the main component, Al 2 O 3
Is heated at a slow rate of 0.5 ° C./min or less near the sintering temperature so that ZrO 2 will not be incorporated into the crystal grains due to rapid grain growth. On the other hand, after the sintering, if the cooling rate is too slow, a large amount of monoclinic ZrO 2 is precipitated and it becomes impossible to make tetragonal ZrO 2 at least 50% by volume. Cool with. In addition,
The relative density can be sufficiently increased to 95% or more by general sintering such as pressureless sintering, but the relative density is further increased to further improve the wear resistance and the strength, and the pores are In order to further improve the thermal conductivity by reducing the amount, it is also preferable to subject the obtained ceramics to hot isostatic pressing (HIP treatment).

【0023】次に、得られたセラミックスに研削、研磨
などの機械加工を施し、また、必要に応じて貼り付け施
工などを行って所望の粉砕機用部材を得る。
Next, the obtained ceramics are subjected to mechanical processing such as grinding and polishing, and if necessary, they are attached to obtain a desired crusher member.

【0024】[0024]

【実施例】実施例1:平均粒径が0.5μmで、純度が
99.8%であるAl2 3 の粉末と、平均粒径が0.
7μmで、純度が99.99%であるTiO2 の粉末1
重量%と、平均粒径が0.3μmで、純度が99.9%
であるMgOの粉末0.1重量%と、平均粒径が0.7
μmの、安定化剤として1.5モル%のY2 3 を含む
ZrO2 の粉末20重量%とを、ボールミルを用いて、
24時間、純水中で湿式混合した後、ポリビニルアルコ
ールを加えて噴霧、造粒乾燥し、混合粉末を得た。な
お、ZrO2 の粉末は、ZrOCl2 ・8H2 Oの水溶
液にYCl3 の水溶液を加えて混合し、アンモニア水を
加えて水酸化物を共沈させ、共沈物を水洗し、乾燥した
後、1000℃で60分間仮焼することによって用意し
た。
EXAMPLES Example 1: Al 2 O 3 powder having an average particle size of 0.5 μm and a purity of 99.8% and an average particle size of 0.
TiO 2 powder with a size of 7 μm and a purity of 99.99% 1
% By weight, average particle size 0.3 μm, purity 99.9%
0.1% by weight of MgO powder having an average particle size of 0.7
μm of 20% by weight of ZrO 2 powder containing 1.5 mol% Y 2 O 3 as a stabilizer, using a ball mill,
After wet-mixing in pure water for 24 hours, polyvinyl alcohol was added, and the mixture was sprayed, granulated and dried to obtain a mixed powder. The ZrO 2 powder was prepared by adding an aqueous solution of YCl 3 to an aqueous solution of ZrOCl 2 · 8H 2 O and mixing them, adding ammonia water to coprecipitate a hydroxide, washing the coprecipitate with water, and drying the coprecipitate. It was prepared by calcining at 1000 ° C. for 60 minutes.

【0025】次に、上記の混合粉末を金型に充填し、1
000kgf/cm2 の圧力を加えて、長さ40mm、幅5mm、
厚み4mmの強度試験用の成形体を得た。また、摩耗試験
用として、ラバープレス法を用いて、1000kgf/cm2
の圧力下に直径10mmの球状の成形体を得た。
Next, the above-mentioned mixed powder is filled in a mold, and 1
Applying a pressure of 000kgf / cm 2 , length 40mm, width 5mm,
A molded product having a thickness of 4 mm for a strength test was obtained. Also, for wear test, 1000kgf / cm 2 using rubber press method.
A spherical molded body having a diameter of 10 mm was obtained under the pressure.

【0026】次に、上記2種類の成形体を、大気中にて
1550℃で2時間焼結し、強度試験用および摩耗試験
用の2種類のセラミックスを得た。このとき、昇温速度
は1000℃までは2℃/分、それ以上は0.5℃/分
とし、冷却速度は5℃/分とした。
Next, the above two types of molded bodies were sintered in the atmosphere at 1550 ° C. for 2 hours to obtain two types of ceramics for strength test and wear test. At this time, the temperature rising rate was 2 ° C./min up to 1000 ° C., 0.5 ° C./min above that, and the cooling rate was 5 ° C./min.

【0027】かくして得られたセラミックスについて、
Al2 3 およびZrO2 の平均結晶粒径と、正方晶の
ZrO2 の割合と、Al2 3 の結晶粒界に存在するZ
rO2 の割合と、Al2 3 の平均結晶粒径dAとZr
2 の平均結晶粒径dz との比dA /dz と、相対密度
と、曲げ強度と、破壊靭性と、熱伝導率と、摩耗による
損耗率とを求めた。
Regarding the ceramics thus obtained,
The average crystal grain size of Al 2 O 3 and ZrO 2 , the ratio of tetragonal ZrO 2 and Z existing in the grain boundary of Al 2 O 3.
The ratio of rO 2 and the average crystal grain size d A and Zr of Al 2 O 3.
The ratio d A / d z to the average crystal grain size d z of O 2 , the relative density, the bending strength, the fracture toughness, the thermal conductivity, and the wear rate due to wear were determined.

【0028】平均結晶粒径は、セラミックスの表面を研
磨したのちエッチングし、そのエッチング面の顕微鏡写
真上でいくつかの方向に関して結晶粒の最大長さを求
め、単純平均して求めた。
The average crystal grain size was obtained by polishing the surface of the ceramics and then etching, obtaining the maximum lengths of crystal grains in several directions on a micrograph of the etched surface, and simply averaging.

【0029】正方晶のZrO2 の割合は、焼結体の表面
を注意深く鏡面研磨し、X線回析法によって分析したと
き、2θ=30.2°付近に現われる正方晶の(11
1)面の回析ピークの積分強度T(111)と、2θ=
28.2°付近に現われる単斜晶の(111)面の回析
ピークの積分強度M(111)と、2θ=31.5°付
近に現われる単斜晶の(111- )面の回析ピークの積
分強度M(111- )とから、式、 {T(111)/[T(111)+M(111)+M
(111- )]}×100 によって求めた。ここで、1- は−1を表す。
The proportion of tetragonal ZrO 2 is the tetragonal (11) which appears near 2θ = 30.2 ° when the surface of the sintered body is carefully mirror-polished and analyzed by an X-ray diffraction method.
1) integrated intensity T (111) of the diffraction peak of the plane and 2θ =
The integrated intensity M (111) of the diffraction peak of the monoclinic (111) plane appearing near 28.2 ° and the diffraction peak of the monoclinic (111 ) plane appearing near 2θ = 31.5 ° From the integrated intensity M (111 ) of the equation {T (111) / [T (111) + M (111) + M
(111 )]} × 100. Here, 1 - represents -1.

【0030】Al2 3 の結晶粒界に存在するZrO2
の割合は、上述した顕微鏡写真から、Al2 3 の結晶
粒界に存在するZrO2 の数Zb と、結晶粒内に存在す
るZrO2 の数Zi とを読み取り、式、 [Zb /(Zb +Zi )]×100 によって求めた。
ZrO 2 existing at the grain boundary of Al 2 O 3
Proportion of from photomicrographs described above, read the number Z b of ZrO 2 present in the grain boundaries of Al 2 O 3, and the number Z i of ZrO 2 present in the crystal grains, wherein, [Z b / (Z b + Z i )] × 100.

【0031】相対密度は、アルキメデス法によってセラ
ミックスの実際の密度Ds を求め、これと、上述した方
法によって求めた理論密度Dt とから、式、 (Ds /Dt )×100 によって求めた。
The relative density was determined by the equation (D s / D t ) × 100 from the actual density D s of the ceramics obtained by the Archimedes method and the theoretical density D t obtained by the above method. .

【0032】曲げ強度は、強度試験用のセラミックスを
加工して得た、10本の、長さ36mm、巾4mm、厚み3
mmの試験片について、JISR1601に基いて3点曲
げ試験を行い、単純平均値として求めた。スパン長は3
0mm、クロスヘッドスピードは0.5mm/分とした。
Bending strength was obtained by processing ceramics for strength test, and 10 pieces of the length 36 mm, width 4 mm, thickness 3 were obtained.
The test piece of mm was subjected to a 3-point bending test based on JISR1601 to obtain a simple average value. Span length is 3
The crosshead speed was 0 mm and the crosshead speed was 0.5 mm / min.

【0033】破壊靭性は、JIS R1607に基き、
曲げ試験と同様の試験片5本について、その長さ方向中
央部に、ビッカース硬度計を用いて荷重10kgf で圧痕
を作り、しかる後、上記と同様に曲げ試験を行い、破壊
荷重を測定して破壊靭性を求め、単純平均値として求め
た。
The fracture toughness is based on JIS R1607,
For 5 test pieces similar to the bending test, an indentation was made at the center in the length direction using a Vickers hardness tester with a load of 10 kgf, and then a bending test was performed in the same manner as above to measure the breaking load. Fracture toughness was calculated and calculated as a simple average value.

【0034】熱伝導率は、よく知られたレーザーフラッ
シュ法を使用し、次式によって求めた。なお、測定温度
は20℃とし、試料は直径10mm、厚み1mmの円板と
し、熱源はルビーレーザーとし、温度検出には赤外線セ
ンサーを使用した。
The thermal conductivity was determined by the following equation using the well-known laser flash method. The measurement temperature was 20 ° C., the sample was a disk having a diameter of 10 mm and a thickness of 1 mm, the heat source was a ruby laser, and an infrared sensor was used for temperature detection.

【0035】0.1388・L・Q/(t・Tm ) ただし、L :試料の厚み Q :レーザーパルスが与える単位面積当りの熱量 Tm :試料の温度上昇幅の最高値 t :Tm の半分の値に達するまでの時間 摩耗による損耗率は、摩耗試験用の球状セラミックスを
バレル研磨して表面を平滑に仕上げた後、その200個
(重量:W1 )を容量1000mlのナイロン製ボールミ
ルに入れ、さらに、平均粒径1μmのSiC粉末20g
と水180gとを加えた後、ボールミルを100rpm で
50時間運転し、球状セラミックスを取り出し、超音波
洗浄し、乾燥し、重量W2 を測定し、式、 [(W1 −W2 )/W1 ]×100 によって求めた。
0.1388 · L · Q / (t · T m ) where L: sample thickness Q: heat quantity per unit area given by laser pulse T m : maximum temperature rise of sample t: T m The time required to reach half the value of the wear rate is as follows: The wear rate of the spherical ceramics for abrasion test is barrel-polished to make the surface smooth, then 200 pieces (weight: W 1 ) of them are made into a nylon ball mill with a capacity of 1000 ml. 20 g of SiC powder with an average particle size of 1 μm
And 180 g of water were added, the ball mill was operated at 100 rpm for 50 hours, the spherical ceramics were taken out, washed with ultrasonic waves, dried, and the weight W 2 was measured. The formula [(W 1 −W 2 ) / W 1 ] × 100.

【0036】 Al2 3 の平均粒径 :2.9μm ZrO2 の平均粒径 :1.6μm dA /dz :1.8 正方晶ZrO2 の割合 :93体積% Al2 3 の粒界に存在するZrO2 の割合:95% 相対密度 :96.3% 曲げ強度 :75.8kgf/mm2 破壊靭性 :5.4MPa ・m1/2 熱伝導率 :0.047cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率 :0.13% 実施例2:TiO2 粉末の量を3重量%とし、MgO粉
末の量を0.3重量%とし、また、ZrO2 の粉末とし
て2.5モル%のY23 を含むものを使用したほかは
実施例1と同様にして試験片を作り、試験した。試験結
果を以下に示す。
Al 2 O 3 average particle size: 2.9 μm ZrO 2 average particle size: 1.6 μm d A / d z : 1.8 Tetragonal ZrO 2 ratio: 93 vol% Al 2 O 3 particles Of ZrO 2 existing in the boundary: 95% Relative density: 96.3% Bending strength: 75.8kgf / mm 2 Fracture toughness: 5.4MPa ・ m 1/2 Thermal conductivity: 0.047cal / cm ・ sec ・C. Abrasion rate due to wear: 0.13% Example 2: TiO 2 powder amount was 3% by weight, MgO powder amount was 0.3% by weight, and ZrO 2 powder was 2.5 mol%. Test pieces were prepared and tested in the same manner as in Example 1 except that those containing Y 2 O 3 were used. The test results are shown below.

【0037】 Al2 3 の平均粒径 :3.0μm ZrO2 の平均粒径 :1.7μm dA /dz :1.8 正方晶ZrO2 の割合 :91体積% Al2 3 の粒界に存在するZrO2 の割合:92% 相対密度 :97.5% 曲げ強度 :82.0kgf/mm2 破壊靭性 :5.4MPa ・m1/2 熱伝導率 :0.045cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率 :0.11% 実施例3:TiO2 粉末の量を5重量%とし、MgO粉
末の量を1重量%とし、また、ZrO2 の粉末として5
モル%のY2 3 を含むものを使用したほかは実施例1
と同様にして試験片を作り、試験した。試験結果を以下
に示す。
Al 2 O 3 average particle size: 3.0 μm ZrO 2 average particle size: 1.7 μm d A / d z : 1.8 Tetragonal ZrO 2 ratio: 91 vol% Al 2 O 3 particles Of ZrO 2 existing in the boundary: 92% Relative density: 97.5% Bending strength: 82.0 kgf / mm 2 Fracture toughness: 5.4 MPa ・ m 1/2 Thermal conductivity: 0.045 cal / cm ・ sec ・C. Abrasion rate due to abrasion: 0.11% Example 3: The amount of TiO 2 powder was 5% by weight, the amount of MgO powder was 1% by weight, and the amount of ZrO 2 powder was 5%.
Example 1 except that one containing mol% Y 2 O 3 was used.
A test piece was prepared and tested in the same manner as in. The test results are shown below.

【0038】 Al2 3 の平均粒径 :3.4μm ZrO2 の平均粒径 :2.0μm dA /dz :1.7 正方晶ZrO2 の割合 :85体積% Al2 3 の粒界に存在するZrO2 の割合:91% 相対密度 :95.5% 曲げ強度 :79.3kgf/mm2 破壊靭性 :5.0MPa ・m1/2 熱伝導率 :0.045cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率 :0.13% 実施例4:ZrO2 粉末の量を30重量%としたほかは
実施例1と同様にして試験片を作り、試験した。試験結
果を以下に示す。
Al 2 O 3 average particle size: 3.4 μm ZrO 2 average particle size: 2.0 μm d A / d z : 1.7 Tetragonal ZrO 2 ratio: 85% by volume Al 2 O 3 particles Of ZrO 2 existing in the boundary: 91% Relative density: 95.5% Bending strength: 79.3 kgf / mm 2 Fracture toughness: 5.0 MPa ・ m 1/2 Thermal conductivity: 0.045 cal / cm ・ sec ・Deterioration rate due to abrasion: 0.13% Example 4: A test piece was prepared and tested in the same manner as in Example 1 except that the amount of ZrO 2 powder was 30% by weight. The test results are shown below.

【0039】 Al2 3 の平均粒径 :2.8μm ZrO2 の平均粒径 :2.0μm dA /dz :1.4 正方晶ZrO2 の割合 :81体積% Al2 3 の粒界に存在するZrO2 の割合:93% 相対密度 :96.8% 曲げ強度 :92.4kgf/mm2 破壊靭性 :5.8MPa ・m1/2 熱伝導率 :0.042cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率 :0.23% 実施例5:TiO2 粉末の量を3重量%とし、MgO粉
末の量を0.3重量%とし、ZrO2 の粉末として2.
5モル%のY2 3 を含むものを使用し、かつ、その量
を30重量%としたほかは実施例1と同様にして試験片
を作り、試験した。試験結果を以下に示す。
Al 2 O 3 average particle size: 2.8 μm ZrO 2 average particle size: 2.0 μm d A / d z : 1.4 Tetragonal ZrO 2 ratio: 81 vol% Al 2 O 3 particles Of ZrO 2 existing in the boundary: 93% Relative density: 96.8% Bending strength: 92.4 kgf / mm 2 Fracture toughness: 5.8 MPa ・ m 1/2 Thermal conductivity: 0.042 cal / cm ・ sec ・C. Abrasion rate due to abrasion: 0.23% Example 5: TiO 2 powder amount was 3% by weight, MgO powder amount was 0.3% by weight, and ZrO 2 powder was 2.
A test piece was prepared and tested in the same manner as in Example 1 except that the one containing 5 mol% of Y 2 O 3 was used and the amount thereof was 30% by weight. The test results are shown below.

【0040】 Al2 3 の平均粒径 :3.1μm ZrO2 の平均粒径 :2.1μm dA /dz :1.5 正方晶ZrO2 の割合 :80体積% Al2 3 の粒界に存在するZrO2 の割合:95% 相対密度 :96.5% 曲げ強度 :88.3kgf/mm2 破壊靭性 :5.8MPa ・m1/2 熱伝導率 :0.043cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率 :0.25% 実施例6:TiO2 粉末の量を3重量%とし、MgO粉
末の量を0.3重量%とし、ZrO2 の粉末として2.
5モル%のY2 3 を含むものを使用し、かつ、その量
を40重量%としたほかは実施例1と同様にして試験片
を作り、試験した。試験結果を以下に示す。
Al 2 O 3 average particle size: 3.1 μm ZrO 2 average particle size: 2.1 μm d A / d z : 1.5 Tetragonal ZrO 2 ratio: 80 vol% Al 2 O 3 particles Of ZrO 2 existing in the boundary: 95% Relative density: 96.5% Bending strength: 88.3 kgf / mm 2 Fracture toughness: 5.8 MPa ・ m 1/2 Thermal conductivity: 0.043 cal / cm ・ sec ・C. Abrasion rate due to wear: 0.25% Example 6: TiO 2 powder amount was 3% by weight, MgO powder amount was 0.3% by weight, and ZrO 2 powder was 2.
Test pieces were prepared and tested in the same manner as in Example 1 except that the one containing 5 mol% of Y 2 O 3 was used and the amount thereof was 40% by weight. The test results are shown below.

【0041】 Al2 3 の平均粒径 :2.9μm ZrO2 の平均粒径 :2.2μm dA /dz :1.3 正方晶ZrO2 の割合 :73体積% Al2 3 の粒界に存在するZrO2 の割合:90% 相対密度 :96.1% 曲げ強度 :74.2kgf/mm2 破壊靭性 :6.3MPa ・m1/2 熱伝導率 :0.038cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率 :0.28% 実施例7:TiO2 粉末の量を5重量%とし、MgO粉
末の量を1重量%とし、ZrO2 の粉末として5モル%
のY2 3を含むものを使用し、かつ、その量を40重
量%としたほかは実施例1と同様にして試験片を作り、
試験した。試験結果を以下に示す。
Al 2 O 3 average particle size: 2.9 μm ZrO 2 average particle size: 2.2 μm d A / d z : 1.3 Tetragonal ZrO 2 ratio: 73 vol% Al 2 O 3 particles Of ZrO 2 existing in the boundary: 90% Relative density: 96.1% Bending strength: 74.2 kgf / mm 2 Fracture toughness: 6.3 MPa ・ m 1/2 Thermal conductivity: 0.038 cal / cm ・ sec ・C. Abrasion rate due to wear: 0.28% Example 7: TiO 2 powder amount was 5% by weight, MgO powder amount was 1% by weight, and ZrO 2 powder was 5 mol%.
Of Y 2 O 3 was used, and a test piece was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount was 40% by weight.
Tested. The test results are shown below.

【0042】 Al2 3 の平均粒径 :3.0μm ZrO2 の平均粒径 :2.4μm dA /dz :1.3 正方晶ZrO2 の割合 :70体積% Al2 3 の粒界に存在するZrO2 の割合:89% 相対密度 :95.3% 曲げ強度 :73.1kgf/mm2 破壊靭性 :6.0MPa ・m1/2 熱伝導率 :0.038cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率 :0.29% 実施例8:TiO2 粉末の量を3重量%とし、MgO粉
末の量を0.3重量%とし、ZrO2 の粉末として2.
5モル%のY2 3 を含むものを使用し、また、155
0℃で焼結した後、アルゴン雰囲気中にて温度1350
℃、圧力2000kgf/cm2 で熱間静水圧加圧処理を施し
たほかは実施例1と同様にして試験片を作り、試験し
た。試験結果を以下に示す。
Al 2 O 3 average particle size: 3.0 μm ZrO 2 average particle size: 2.4 μm d A / d z : 1.3 Tetragonal ZrO 2 ratio: 70% by volume Al 2 O 3 particles Of ZrO 2 existing in the boundary: 89% Relative density: 95.3% Bending strength: 73.1 kgf / mm 2 Fracture toughness: 6.0 MPa ・ m 1/2 Thermal conductivity: 0.038 cal / cm ・ sec ・C. Abrasion rate due to wear: 0.29% Example 8: TiO 2 powder amount was 3% by weight, MgO powder amount was 0.3% by weight, and ZrO 2 powder was 2.
One containing 5 mol% Y 2 O 3 was used, and 155
After sintering at 0 ° C, the temperature was 1350 in an argon atmosphere.
A test piece was prepared and tested in the same manner as in Example 1 except that hot isostatic pressing was performed at a temperature of 2000 ° C and a pressure of 2000 kgf / cm 2 . The test results are shown below.

【0043】 Al2 3 の平均粒径 :3.1μm ZrO2 の平均粒径 :1.8μm dA /dz :1.7 正方晶ZrO2 の割合 :95体積% Al2 3 の粒界に存在するZrO2 の割合:92% 相対密度 :99.8% 曲げ強度 :105.5kgf/mm2 破壊靭性 :6.0MPa ・m1/2 熱伝導率 :0.049cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率 :0.08% 実施例9:TiO2 粉末の量を3重量%とし、MgO粉
末の量を0.3重量%とし、ZrO2 の粉末として2.
5モル%のY2 3 を含むものを使用し、かつ、その量
を30重量%とし、また、1550℃で焼結した後、ア
ルゴン雰囲気中にて温度1350℃、圧力2000kgf/
cm2 で熱間静水圧加圧処理を施したほかは実施例1と同
様にして試験片を作り、試験した。試験結果を以下に示
す。
Al 2 O 3 average particle size: 3.1 μm ZrO 2 average particle size: 1.8 μm d A / d z : 1.7 Tetragonal ZrO 2 ratio: 95% by volume Al 2 O 3 particles Of ZrO 2 existing in the boundary: 92% Relative density: 99.8% Bending strength: 105.5 kgf / mm 2 Fracture toughness: 6.0 MPa ・ m 1/2 Thermal conductivity: 0.049 cal / cm ・ sec ・C. Abrasion rate due to abrasion: 0.08% Example 9: TiO 2 powder amount was 3% by weight, MgO powder amount was 0.3% by weight, and ZrO 2 powder was 2.
A material containing 5 mol% Y 2 O 3 was used, and the amount thereof was 30 wt%, and after sintering at 1550 ° C., the temperature was 1350 ° C. and the pressure was 2000 kgf / in an argon atmosphere.
Test pieces were prepared and tested in the same manner as in Example 1 except that hot isostatic pressing was performed at cm 2 . The test results are shown below.

【0044】 Al2 3 の平均粒径 :3.2μm ZrO2 の平均粒径 :2.1μm dA /dz :1.5 正方晶ZrO2 の割合 :87体積% Al2 3 の粒界に存在するZrO2 の割合:93% 相対密度 :99.7% 曲げ強度 :118.5kgf/mm2 破壊靭性 :6.5MPa ・m1/2 熱伝導率 :0.045cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率 :0.12%Al 2 O 3 average particle size: 3.2 μm ZrO 2 average particle size: 2.1 μm d A / d z : 1.5 Tetragonal ZrO 2 ratio: 87 volume% Al 2 O 3 particles Of ZrO 2 existing in the boundary: 93% Relative density: 99.7% Bending strength: 118.5 kgf / mm 2 Fracture toughness: 6.5 MPa ・ m 1/2 Thermal conductivity: 0.045 cal / cm ・ sec ・℃ Wear rate: 0.12%

【0045】[0045]

【比較例】比較例1:TiO2 粉末の量を3重量%と
し、MgO粉末の量を0.3重量%とし、ZrO2 の粉
末として2.5モル%のY2 3 を含むものを使用し、
かつ、その量を5重量%としたほかは実施例1と同様に
して試験片を作り、試験した。試験結果を以下に示す。
Comparative Example Comparative Example 1: The amount of TiO 2 powder was 3% by weight, the amount of MgO powder was 0.3% by weight, and the ZrO 2 powder containing 2.5 mol% Y 2 O 3. use,
A test piece was prepared and tested in the same manner as in Example 1 except that the amount was 5% by weight. The test results are shown below.

【0046】 Al2 3 の平均粒径 :3.8μm ZrO2 の平均粒径 :1.0μm dA /dz :3.8 正方晶ZrO2 の割合 :92体積% Al2 3 の粒界に存在するZrO2 の割合:81% 相対密度 :93.3% 曲げ強度 :48.1kgf/mm2 破壊靭性 :4.1MPa ・m1/2 熱伝導率 :0.053cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率 :0.82% 比較例2:TiO2 粉末の量を3重量%とし、MgO粉
末の量を0.3重量%とし、ZrO2 の粉末として2.
5モル%のY2 3 を含むものを使用し、かつ、その量
を50重量%としたほかは実施例1と同様にして試験片
を作り、試験した。試験結果を以下に示す。
Al 2 O 3 average particle diameter: 3.8 μm ZrO 2 average particle diameter: 1.0 μm d A / d z : 3.8 Tetragonal ZrO 2 ratio: 92 vol% Al 2 O 3 particles Of ZrO 2 existing in the boundary: 81% Relative density: 93.3% Bending strength: 48.1 kgf / mm 2 Fracture toughness: 4.1 MPa ・ m 1/2 Thermal conductivity: 0.053 cal / cm ・ sec ・C. Abrasion rate due to abrasion: 0.82% Comparative Example 2: TiO 2 powder amount was 3 wt%, MgO powder amount was 0.3 wt%, and ZrO 2 powder was 2.
A test piece was prepared and tested in the same manner as in Example 1 except that the one containing 5 mol% of Y 2 O 3 was used and the amount thereof was 50% by weight. The test results are shown below.

【0047】 Al2 3 の平均粒径 :2.3μm ZrO2 の平均粒径 :2.5μm dA /dz :0.9 正方晶ZrO2 の割合 :64体積% Al2 3 の粒界に存在するZrO2 の割合:90% 相対密度 :89.4% 曲げ強度 :49.3kgf/mm2 破壊靭性 :5.9MPa ・m1/2 熱伝導率 :0.027cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率 :0.55% 比較例3:TiO2 粉末の量を3重量%とし、MgO粉
末は添加せず、ZrO2 の粉末として2.5モル%のY
2 3 を含むものを使用したほかは実施例1と同様にし
て試験片を作り、試験した。試験結果を以下に示す。
Al 2 O 3 average particle diameter: 2.3 μm ZrO 2 average particle diameter: 2.5 μm d A / d z : 0.9 Tetragonal ZrO 2 ratio: 64% by volume Al 2 O 3 particles Of ZrO 2 existing in the boundary: 90% Relative density: 89.4% Bending strength: 49.3 kgf / mm 2 Fracture toughness: 5.9 MPa ・ m 1/2 Thermal conductivity: 0.027 cal / cm ・ sec ・Deterioration rate due to abrasion: 0.55% Comparative Example 3: The amount of TiO 2 powder was 3% by weight, MgO powder was not added, and ZrO 2 powder of 2.5 mol% Y was used.
Test pieces were prepared and tested in the same manner as in Example 1 except that those containing 2 O 3 were used. The test results are shown below.

【0048】 Al2 3 の平均粒径 :6.8μm ZrO2 の平均粒径 :1.3μm dA /dz :5.2 正方晶ZrO2 の割合 :83体積% Al2 3 の粒界に存在するZrO2 の割合:69% 相対密度 :92.0% 曲げ強度 :48.2kgf/mm2 破壊靭性 :4.5MPa ・m1/2 熱伝導率 :0.041cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率 :0.73% 比較例4:TiO2 粉末、MgO粉末はともに使用せ
ず、ZrO2 の粉末として2.5モル%のY2 3 を含
むものを使用し、また、焼結温度を1600℃としたほ
かは実施例1と同様にして試験片を作り、試験した。試
験結果を以下に示す。
Al 2 O 3 average particle size: 6.8 μm ZrO 2 average particle size: 1.3 μm d A / d z : 5.2 Tetragonal ZrO 2 ratio: 83 vol% Al 2 O 3 particles Of ZrO 2 existing in the boundary: 69% Relative density: 92.0% Bending strength: 48.2 kgf / mm 2 Fracture toughness: 4.5 MPa ・ m 1/2 Thermal conductivity: 0.041 cal / cm ・ sec ・Deterioration rate due to abrasion: 0.73% Comparative Example 4: Neither TiO 2 powder nor MgO powder was used, but ZrO 2 powder containing 2.5 mol% Y 2 O 3 was used. Test pieces were prepared and tested in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature was set to 1600 ° C. The test results are shown below.

【0049】 Al2 3 の平均粒径 :1.0μm ZrO2 の平均粒径 :0.5μm dA /dz :2.0 正方晶ZrO2 の割合 :93体積% Al2 3 の粒界に存在するZrO2 の割合:85% 相対密度 :98.5% 曲げ強度 :60.0kgf/mm2 破壊靭性 :3.9MPa ・m1/2 熱伝導率 :0.042cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率 :0.48% 比較例5:TiO2 粉末、MgO粉末、ZrO2 粉末の
いずれも使用せず、Al2 3 粉末として平均粒径0.
8μm、純度99.5%のものを使用し、また、焼結温
度を1650℃としたほかは実施例1と同様にして試験
片を作り、試験した。試験結果を以下に示す。
Al 2 O 3 average particle size: 1.0 μm ZrO 2 average particle size: 0.5 μm d A / d z : 2.0 Tetragonal ZrO 2 ratio: 93% by volume Al 2 O 3 particles Of ZrO 2 existing in the boundary: 85% Relative density: 98.5% Bending strength: 60.0 kgf / mm 2 Fracture toughness: 3.9 MPa ・ m 1/2 Thermal conductivity: 0.042 cal / cm ・ sec ・Deterioration rate due to abrasion: 0.48% Comparative Example 5: TiO 2 powder, MgO powder, ZrO 2 powder were not used, and Al 2 O 3 powder had an average particle size of 0.
A test piece was prepared and tested in the same manner as in Example 1 except that a material having a thickness of 8 μm and a purity of 99.5% was used and the sintering temperature was 1650 ° C. The test results are shown below.

【0050】 Al2 3 の平均粒径 :5.3μm 相対密度 :96.8% 曲げ強度 :38.0kgf/mm2 破壊靭性 :3.2MPa ・m1/2 熱伝導率 :0.058cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率 :1.25% 比較例6:Al2 3 粉末、TiO2 粉末、MgO粉末
はいずれも使用せず、平均粒径0.7μmの、2.5モ
ル%のY2 3を含むZrO2 粉末のみを使用し、ま
た、焼結温度を1450℃としたほかは実施例1と同様
にして試験片を作り、試験した。試験結果を以下に示
す。
Al 2 O 3 average particle size: 5.3 μm Relative density: 96.8% Bending strength: 38.0 kgf / mm 2 Fracture toughness: 3.2 MPa · m 1/2 Thermal conductivity: 0.058 cal / cm · sec · ° C Abrasion loss rate: 1.25% Comparative Example 6: Al 2 O 3 powder, TiO 2 powder, MgO powder were not used, average particle size 0.7 μm, 2.5 mol% No. 2 Y 3 O 3 -containing ZrO 2 powder was used, and a test piece was prepared and tested in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature was 1450 ° C. The test results are shown below.

【0051】 ZrO2 の平均粒径 :0.4μm 正方晶ZrO2 の割合 :93体積% 相対密度 :99.1% 曲げ強度 :124.0kgf/mm2 破壊靭性 :7.8MPa ・m1/2 熱伝導率 :0.007cal/cm・sec ・℃ 摩耗による損耗率 :2.21%ZrO 2 average particle size: 0.4 μm Tetragonal ZrO 2 ratio: 93% by volume Relative density: 99.1% Bending strength: 124.0 kgf / mm 2 Fracture toughness: 7.8 MPa · m 1/2 Thermal conductivity: 0.007cal / cm ・ sec ・ ℃ Wear rate due to wear: 2.21%

【0052】[0052]

【発明の効果】この発明の粉砕機用部材は、Al2 3
を主成分として含み、結晶構造において少なくとも50
体積%が正方晶であるZrO2 を20〜40重量%の範
囲で含み、TiO2 を1〜5重量%の範囲で含み、Mg
Oを0.1〜1重量%の範囲で含み、Al2 3 の平均
結晶粒径が1.5〜5μmの範囲にあり、かつ、ZrO
2 の少なくとも80%がAl2 3 の結晶粒界に存在し
ているセラミックスからなるものであるから、実施例と
比較例との対比からも明らかなように、耐摩耗性、強
度、破壊靭性がともに大変優れている。これらの特性
は、ZrO2 の平均結晶粒径dz が1.5〜3μmの範
囲にあり、かつ、Al2 3 の平均結晶粒径dA とZr
2 の平均結晶粒径dz との比dA/dz が1〜3の範
囲にある場合には一層向上する。また、焼結体の相対密
度が95%以上であるとき、さらに向上する。
The crusher member of the present invention is made of Al 2 O 3
At least 50 in the crystal structure.
It contains tetragonal ZrO 2 in the range of 20 to 40 wt%, TiO 2 in the range of 1 to 5 wt%, and Mg.
O in the range of 0.1 to 1% by weight, the average crystal grain size of Al 2 O 3 is in the range of 1.5 to 5 μm, and ZrO
Since at least 80% of 2 is composed of ceramics existing in the grain boundary of Al 2 O 3 , it is clear from the comparison between Examples and Comparative Examples that wear resistance, strength and fracture toughness are Are both excellent. These characteristics are that the average crystal grain size d z of ZrO 2 is in the range of 1.5 to 3 μm, and the average crystal grain size d A and Zr of Al 2 O 3 are the same.
When the ratio d A / d z of O 2 to the average crystal grain size d z is in the range of 1 to 3, it is further improved. Further, when the relative density of the sintered body is 95% or more, it is further improved.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B02C 17/22 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location B02C 17/22

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】Al2 3 を主成分として含み、結晶構造
において少なくとも50体積%が正方晶であるZrO2
を20〜40重量%の範囲で含み、TiO2 を1〜5重
量%の範囲で含み、MgOを0.1〜1重量%の範囲で
含み、Al2 3 の平均結晶粒径が1.5〜5μmの範
囲にあり、かつ、ZrO2 の少なくとも80%がAl2
3 の結晶粒界に存在しているセラミックスからなる粉
砕機用部材。
1. ZrO 2 containing Al 2 O 3 as a main component and having at least 50% by volume of the crystal structure is tetragonal.
In the range of 20 to 40% by weight, TiO 2 in the range of 1 to 5% by weight, MgO in the range of 0.1 to 1% by weight, and the average grain size of Al 2 O 3 is 1. 5 to 5 μm, and at least 80% of ZrO 2 is Al 2
A member for a crusher made of ceramics existing in a grain boundary of O 3 .
【請求項2】ZrO2 の平均結晶粒径dz が1.5〜3
μmの範囲にあり、かつ、Al2 3 の平均結晶粒径d
A とZrO2 の平均結晶粒径dz との比dA /dz が1
〜3の範囲にある、請求項1の粉砕機用部材。
2. The average crystal grain size d z of ZrO 2 is 1.5 to 3.
in the range of μm and the average grain size d of Al 2 O 3
The ratio d A / d z between the average crystal grain size d z of A and ZrO 2 is 1
The member for a crusher according to claim 1, which is in a range from 3 to 3.
【請求項3】相対密度が95%以上である、請求項1ま
たは2の粉砕機用部材。
3. The crusher member according to claim 1, which has a relative density of 95% or more.
【請求項4】20℃における熱伝導率が0.02〜0.
07cal/cm・sec ・℃の範囲にある、請求項1、2また
は3の粉砕機用部材。
4. The thermal conductivity at 20 ° C. is 0.02 to 0.
The crusher member according to claim 1, 2 or 3, which is in the range of 07 cal / cm · sec · ° C.
【請求項5】直径10mmのボール部材について、そのボ
ール部材200個を内容積1000mlのナイロン製ボー
ルミルに入れ、さらに、ボール部材の総重量の、36%
の水と、4%の、平均粒径が1μmのSiC粉末とを入
れ、ボールミルを100rpmの速度で50時間運転した
後の重量損耗率が1%以下である、請求項1、2、3ま
たは4の粉砕機用部材。
5. Regarding ball members having a diameter of 10 mm, 200 ball members are placed in a nylon ball mill having an internal volume of 1000 ml, and further 36% of the total weight of the ball members is set.
Water and 4% of SiC powder having an average particle size of 1 μm are put, and the weight loss rate after the ball mill is operated at a speed of 100 rpm for 50 hours is 1% or less. 4 crusher members.
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