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JPH0825798B2 - Abrasion resistant zirconia sintered body - Google Patents

Abrasion resistant zirconia sintered body

Info

Publication number
JPH0825798B2
JPH0825798B2 JP3142292A JP14229291A JPH0825798B2 JP H0825798 B2 JPH0825798 B2 JP H0825798B2 JP 3142292 A JP3142292 A JP 3142292A JP 14229291 A JP14229291 A JP 14229291A JP H0825798 B2 JPH0825798 B2 JP H0825798B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sintered body
zirconia
less
wear
zro
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP3142292A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH04342460A (en
Inventor
利夫 河波
憲一 西岡
裕久 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikkato Corp
Original Assignee
Nikkato Corp
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 Nikkato Corp filed Critical Nikkato Corp
Priority to JP3142292A priority Critical patent/JPH0825798B2/en
Publication of JPH04342460A publication Critical patent/JPH04342460A/en
Publication of JPH0825798B2 publication Critical patent/JPH0825798B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)
  • Crushing And Pulverization Processes (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】本発明は、耐摩耗性に優れたジル
コニア質焼結体に関する。本発明によるジルコニア質焼
結体は、適度な硬度、美麗な研磨面などのジルコニア質
焼結体の一般的な性質を具備しているのみならず、耐摩
耗性、耐衝撃圧壊性などにも著るしく優れているので、
粉砕機用部材、産業用耐摩耗構造材として広い分野で利
用される。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a zirconia-based sintered body having excellent wear resistance. The zirconia-based sintered body according to the present invention has not only the general properties of the zirconia-based sintered body such as an appropriate hardness and a beautiful polished surface, but also wear resistance and impact crush resistance. It ’s so remarkable
It is used in a wide range of fields such as crusher members and industrial wear resistant structural materials.

【0002】[0002]

【従来技術とその問題点】現在粉砕機としては、転動ボ
ールミル、サンドミル、アトライター、振動ミル、ハン
マーミル、ジェットミル、ロッドミル、ローラミル、乳
鉢と乳棒との組合わせなどの各種のものが広く使用され
ている。これらの粉砕機は、ボール、ロールなどの粉砕
媒体(メディア)を使用して主として摩擦および衝撃圧
壊力により粉砕を行なう装置、並びに粒子を高速運動さ
せて、その衝撃および圧壊力により粉砕を行なう装置に
大別される。
[Prior Art and its Problems] Currently, various crushers such as rolling ball mills, sand mills, attritors, vibration mills, hammer mills, jet mills, rod mills, roller mills, mortar and pestle combinations are widely used. in use. These pulverizers are devices that pulverize mainly by friction and impact crushing force using a pulverizing medium (media) such as balls and rolls, and devices that perform high-speed movement of particles and crush by the impact and crushing force. It is roughly divided into.

【0003】従来これらの粉砕機の内張材、メディアな
どの摩耗しやすい部材には、粉砕すべき対象物の種類に
応じて、天然石、磁器、アルミナ、ガラス、ゴム、プラ
スチックス、スチール、めのうなどが使用されている。
しかしながら、これらの材料は、−般に摩耗し易かった
り、或いはそれ自身の硬度が高すぎるために、互いに接
触する相手部材(例えば、内張材に対するメディア、メ
ディアとメディアなど)損耗させて、被粉砕物中に摩耗
粉が混入することが多い。しかるに、この混入摩耗粉の
分離は、困難であるため、工程の簡略化および製品純度
の点で、大きな障害となっている。従って、例えば、ス
チール製部材を使用する場合には、脱鉄工程を付設した
り、或いはアルミナの粉砕を行なうに際しては同質のア
ルミナ製部材を使用したり、若干量の摩耗粉なの混入が
許容される材料(ゴム、プラスチックスなど)製の部材
を使用するなどの工夫がなされている。しかしながら、
最新の技術分野、例えばセラミックス、電子材料、コー
ティング材料、粉体材料などの各分野においては、微粉
砕工程で混入する被粉砕物中の微量成分およびその微構
造が、被粉砕物の物性、品質管理、信頼性などに大きな
影響を及ぼすことが明かとなってきた。
Conventionally, in the lining materials and media of these crushers, which are easily worn, natural stone, porcelain, alumina, glass, rubber, plastics, steel and agate are used depending on the kind of the object to be crushed. Are used.
However, these materials are generally prone to wear, or because their hardness is too high, they cause wear of mating members (for example, media for lining materials, media and media, etc.) that come into contact with each other, and Wear particles are often mixed in the pulverized product. However, since it is difficult to separate this mixed wear powder, it is a major obstacle in terms of process simplification and product purity. Therefore, for example, when a steel member is used, a deferring step is added, or when crushing alumina, an alumina member of the same quality is used, or a small amount of abrasion powder is allowed to be mixed. It has been devised such as using members made of different materials (rubber, plastics, etc.). However,
In the latest technical fields, such as ceramics, electronic materials, coating materials, powder materials, etc., the trace components and their microstructure in the material to be ground mixed in the fine grinding process are It has become clear that management and reliability will be greatly affected.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐摩耗性に
優れており且つ適度の硬度を有しているため、粉砕機用
部材として損耗率の低いジルコニア質焼結体を得ること
を目的とする。本発明は、さらに耐摩耗性、耐衝撃圧壊
性などにも優れた一般的な産業用耐摩耗構造材として有
用なジルコニア質焼結体を得ることをも目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The object of the present invention is to obtain a zirconia-based sintered body having a low wear rate as a member for a crusher because it has excellent wear resistance and an appropriate hardness. And Another object of the present invention is to obtain a zirconia-based sintered body that is also excellent in wear resistance, impact crush resistance, and the like and is useful as a general industrial wear resistant structure material.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の如き
技術の現状に鑑みて鋭意研究を進めた結果、Y
含むジルコニア質焼結体において、特定量のAl
を配合し且つYの含有量、結晶系の構成、平均結
晶粒径を適切に制御するとともに、従来のジルコニア質
焼結体に比して気孔率を低下させる(換言すれば、従来
のジルコニア質焼結体に比して大きなかさ密度を付与す
る)場合には、損耗率の極めて低い耐摩耗性に優れたジ
ルコニア質焼結体が得られることを見出した。
The present inventor has conducted earnest research in view of the current state of the art as a result, and as a result, in a zirconia-based sintered body containing Y 2 O 3 , a specific amount of Al 2 O 3 was used.
And appropriately controlling the Y 2 O 3 content, the composition of the crystal system, and the average crystal grain size, and lowering the porosity as compared with the conventional zirconia-based sintered body (in other words, conventional It has been found that a zirconia-based sintered body having an extremely low wear rate and excellent in wear resistance can be obtained when the bulk density is imparted to the zirconia-based sintered body of 1.).

【0006】すなわち、本発明は、下記の対摩耗性ジル
コニア質焼結体を提供するものである: (a)Yを2.0モル%以上4.0モル%以下お
よびAlを0.05重量%以上1.0重量%以下
含有し、(b)焼結体の結晶構造が鏡面仕上げした焼結
体表面で単斜晶系ジルコニアを実質的に含まず、且つ焼
結体を熱処理し徐冷した後、粉砕処理で単斜晶系に変化
する正方晶系ジルコニアを30%以上含み、残余が等軸
晶系ジルコニアからなり、(c)焼結体の平均結晶粒径
が2μm以下であり、(d)かさ密度が5.98g/c
以上であり、(e)粉砕用メディアとしての形態の
焼結体のボールミルによる損耗率が0.15%以下であ
ることを特徴とする耐摩耗性ジルコニア質焼結体。
That is, the present invention provides the following wear-resistant zirconia-based sintered bodies: (a) Y 2 O 3 of 2.0 mol% or more and 4.0 mol% or less and Al 2 O. 3 contains 0.05 wt% to 1.0 wt% or less, not including monoclinic zirconia substantially in (b) sintered body surface crystal structure of the sintered body was mirror finished, and sintered (C) average crystal grain size of the sintered body, which contains 30% or more of tetragonal zirconia that changes into monoclinic system by crushing after heat treatment and slow cooling of the body, and the balance is equiaxed zirconia. Is 2 μm or less, and (d) bulk density is 5.98 g / c.
and the m 3 or more, (e) wear resistant zirconia sintered body, wherein the wear rate by a ball mill of the sintered body in the form of a grinding medium is not more than 0.15%.

【0007】本発明ジルコニア質焼結体は、以下に説明
する各要件を備えている。 (1)Yを2.0モル%以上4.0モル%以下含
有している。Yの含有量が2.0モル%未満であ
る場合には、焼結体製造時にすでに単斜晶系ZrO
生成しやすい。この単斜晶系ZrOが生成する場合に
は、転移による大きな容積変化を伴うので、焼結体中に
亀裂を生じる。したがって、この様な焼結体を例えば粉
砕機用部材として使用する場合には、摩擦、衝撃、圧壊
などに対する抵抗力が不十分となるため、耐摩耗性が低
く、損耗量が大きくなるので、好ましくない。また、こ
の様な焼結体は、産業用耐摩耗構造材としても有用性に
欠けるものである。一方、Yの含有量が4.0モ
ル%を上回ると、等軸晶系ZrOが過剰となり、靭性
の低下に伴って焼結部材自体の摩耗量が大となり且つ摩
砕粉の粉径も粗大となるので、粉砕機用部材としては不
適である。また、この様な靭性の低い材料は産業用耐摩
耗構造材としても不適である。
The zirconia-based sintered body of the present invention has the respective requirements described below. (1) Y 2 O 3 is contained in an amount of 2.0 mol% or more and 4.0 mol% or less. When the content of Y 2 O 3 is less than 2.0 mol%, monoclinic ZrO 2 is likely to be already generated during the production of the sintered body. When this monoclinic ZrO 2 is produced, a large volume change is caused by the transition, so that a crack occurs in the sintered body. Therefore, when such a sintered body is used as, for example, a member for a crusher, the resistance to friction, impact, crushing, etc. becomes insufficient, so that the wear resistance is low and the amount of wear is large, Not preferable. Further, such a sintered body lacks usefulness as an industrial wear resistant structural material. On the other hand, when the content of Y 2 O 3 exceeds 4.0 mol%, the equiaxed ZrO 2 becomes excessive, the wear amount of the sintered member itself increases with the decrease in toughness, and the amount of ground powder is reduced. Since the powder diameter is also coarse, it is not suitable as a member for a crusher. Further, such a material having low toughness is also unsuitable as an industrial wear resistant structural material.

【0008】更に、本発明焼結体は、焼結助剤として、
Alを0.05重量%以上1.0重量%以下含有
している。Al の添加により、焼結が促進され
る。 (2)鏡面仕上面に単斜晶系ZrOを実質的に含ま
ず、かつ焼結体を熱処理し徐冷した後、粉砕処理で単斜
晶系に変化する正方晶系ZrOを30%以含んでい
る。正方晶系ZrOの含有量は、40%以上であるこ
とが好ましく、さらに50〜70%の範囲にあることが
より好ましいが、この範囲を超えても実用上は差支えな
い。正方晶系ZrOの含有量が30%未満である場合
には、等軸晶系ZrOが過剰となるか或いは焼結体の
物性を損なう程度の単斜晶系ZrOが生成するので、
上記(1)に示したような難点を生ずる。なお、一般に
正方晶と等軸晶との正確な分離は困難であるため、本発
明における正方晶系ZrOの含有量は、以下の方法に
より測定した。 (イ)焼結体の表面を600メッシュのダイヤモンド砥
石で研削した後、1〜5μmのダイヤモンド砥石により
鏡面に仕上げ、その表面のX線回折法による強度比(面
積比)から単斜晶系ZrOの含有量を測定する。単斜
晶系ZrOの含有量は、ガーヴィーら(R.C.Ga
rvie et al)がジャーナル オブ アメリカ
ン セラミックス ソサエティー(J.Am.Cera
m.Soc.)、55[6]1972,第303〜30
5頁に報じている下式で示されるXm(%)により定め
た。 上記式において、Im(111)は、単斜晶系ジルコニ
アの(111)面のX線回折強度を示し、 Im(11)は、単斜晶系ジルコニアの(11)面
のX線回折強度を示 し、Ict(111)は、等軸晶と正方晶系ジルコニア
(111)面のX線回折強度を示す。 (ロ)次いで、上記試料を電気炉中で1500℃で30
0時間保持した後、徐冷し、乳鉢で粉砕して10μm以
下の粒とし、上記(イ)と同様のX線回折法で単斜晶系
ZrOの含有量を測定する。 (ハ)次いで、上記10μm以下の粒を電気炉中500
℃で1000時間保持した後、徐冷し、乳鉢で5μm以
下に粉砕し、上記(イ)と同様のX線回折法で単斜晶系
ZrOの含有量を測定する。 (ニ)次いで、(ロ)および(ハ)で得られた単斜晶系
ZrO含有量のうちの大きい方の値から(イ)の値を
差し引き、得られた値をもって正方晶系ZrOの含有
量(Xt(%))とする。これは、(ロ)および(ハ)
の加熱粉砕処理によって増加した単斜晶系ZrOは、
処理前の焼結体に含まれていた正方晶系ZrOの大部
分が転移して生成したものであるとの推定に基くもので
ある。 (ホ)次いで、等軸晶系ZrOの含有量Xc(%)
は、以下の式により求めた。 Xc(%)=100−(Xm+Xt)
Further, the sintered body of the present invention, as a sintering aid,
It contains Al 2 O 3 in an amount of 0.05% by weight or more and 1.0% by weight or less. The addition of Al 2 O 3 promotes sintering
It (2) The mirror-finished surface does not substantially contain monoclinic ZrO 2 , and after the sintered body is heat-treated and gradually cooled, 30% of tetragonal ZrO 2 which changes into monoclinic by grinding treatment is used. It includes the following. The content of the tetragonal ZrO 2 is preferably 40% or more, more preferably in the range of 50 to 70%, but even if it exceeds this range, there is no practical problem. If the content of the tetragonal ZrO 2 is less than 30%, the equiaxed ZrO 2 will be excessive or the monoclinic ZrO 2 will be produced to such an extent that the physical properties of the sintered body will be impaired.
The above-mentioned problems (1) occur. Since it is generally difficult to accurately separate the tetragonal crystal and the equiaxed crystal, the content of the tetragonal ZrO 2 in the present invention was measured by the following method. (A) After the surface of the sintered body was ground with a 600-mesh diamond grindstone, it was mirror-finished with a 1-5 μm diamond grindstone, and the monoclinic system ZrO was obtained from the intensity ratio (area ratio) of the surface by the X-ray diffraction method. The content of 2 is measured. The content of monoclinic ZrO 2 is equal to that of Garvey et al. (RC Ga
rvie et al) Journal of American Ceramics Society (J. Am. Cera
m. Soc. ), 55 [6] 1972, Nos. 303-30.
It was determined by Xm (%) shown in the following formula reported on page 5. In the above formula, Im (111) represents the X-ray diffraction intensity of the (111) plane of monoclinic zirconia, and Im (11) represents the X-ray diffraction intensity of the (11) plane of monoclinic zirconia. Ict (111) indicates the X-ray diffraction intensities of the equiaxed and tetragonal zirconia (111) planes. (B) Next, the above sample was placed in an electric furnace at 1500 ° C. for 30 minutes.
After holding for 0 hour, the mixture is gradually cooled and crushed in a mortar to give particles of 10 μm or less, and the content of monoclinic ZrO 2 is measured by the X-ray diffraction method similar to the above (a). (C) Next, the particles of 10 μm or less are 500
After holding at 1000 ° C. for 1000 hours, the mixture is gradually cooled, pulverized to 5 μm or less in a mortar, and the content of monoclinic ZrO 2 is measured by the X-ray diffraction method similar to the above (a). (D) then, (b) and from larger one of the resultant monoclinic ZrO 2 content in (c) subtracting the value of (b), a square with the obtained value tetragonal ZrO 2 Content (Xt (%)). This is (b) and (c)
The monoclinic ZrO 2 increased by the heat pulverization treatment of
This is based on the assumption that most of the tetragonal ZrO 2 contained in the unsintered sintered body was generated by transformation. (E) Next, the content Xc (%) of the equiaxed ZrO 2
Was calculated by the following formula. Xc (%) = 100- (Xm + Xt)

【0009】(3)焼結体を構成するZrO系結晶の
平均粒径は、2μm以下とする。結晶の平均粒径が2μ
mを上回ると、焼結後の冷却過程において正方晶から単
斜晶に転移する駆動力が大きくなって、単斜晶系ZrO
の量が多くなり、それに応じて正方晶系ZrOの量
が減少するとともに、正方晶の安定性が低下して、僅か
な衝撃によっても正方晶から単斜晶に転移し、摩擦、衝
撃、圧壊等に対する抵抗力が低下するので、粉砕機用部
材、産業用耐摩耗構造部材として使用に適さなくなる。
同一組成の材料においては、結晶粒径が小なる程強度は
大となるというセラミックにおける一般原理をさらに考
え合わせると、ZrO系結晶の平均粒径は、1μm以
下であることがより好ましい。
(3) The average grain size of the ZrO 2 type crystals constituting the sintered body is 2 μm or less. Average crystal grain size is 2μ
If it exceeds m, the driving force for transitioning from tetragonal to monoclinic in the cooling process after sintering becomes large, and monoclinic ZrO 2
The amount of 2 increases, the amount of tetragonal ZrO 2 decreases accordingly, and the stability of the tetragon decreases, and even a slight impact causes the transition from tetragonal to monoclinic, friction and impact. Since the resistance against crushing and the like decreases, it becomes unsuitable for use as a crusher member or an industrial wear resistant structural member.
Considering further the general principle of ceramics that the smaller the crystal grain size, the greater the strength in materials having the same composition, the average grain size of the ZrO 2 -based crystal is more preferably 1 μm or less.

【0010】(4)焼結体のかさ密度は、5.98g/
cm以上とする。かさ密度が5.98g/cm未満
の場合には、摩擦、衝撃などの外部応力に対する焼結体
の破壊エネルギーが小さくなり、且つ正方晶系ZrO
の安定性を低下させる傾向が大きくなる。焼結体のかさ
密度は、6.00g/cm以上とすることがより好ま
しい。
(4) The bulk density of the sintered body is 5.98 g /
cm 3 or more. When the bulk density is less than 5.98 g / cm 3 , the fracture energy of the sintered body against external stress such as friction and impact becomes small, and the tetragonal ZrO 2
There is a greater tendency to reduce the stability of. The bulk density of the sintered body is more preferably 6.00 g / cm 3 or more.

【0011】(5)焼結体の損耗率は、0.15%以下
とする。損耗率が、0.15%を上回る場合には、耐摩
耗性が劣り、特に焼結体を粉砕機用部材として使用する
場合には、被粉砕物中に混入するジルコニア焼結体の摩
耗粉の量が多くなり、好ましくない。焼結体の損耗率
は、より好ましくは、0.03%以下である。なお、本
願明細書において、“ボールミルによる損耗率”とは、
粉砕機用メディアの形態の焼結体520gを容量400
mlのアルミナ製ミル(例えば、日本化学陶業株式会社
製、材質=HD、形式=A−3型)に入れ、水160m
lを加え、室温において転動ボールミルで100rpm
で空ずり試験を行ない、48時間運転後メディアを取り
出し、洗浄及び乾燥した後、重量を測定し、その損耗減
量から算出した数値をいう。メディアとしては、通常粒
径15mmのボールを使用して測定を行なうが、粒径、
形状などが異なっても損耗率の結果にはあまり大きな影
響はない。
(5) The wear rate of the sintered body is 0.15% or less. If the wear rate exceeds 0.15%, the wear resistance is poor, and especially when the sintered body is used as a member for a crusher, wear powder of the zirconia sintered body mixed in the object to be crushed. Is increased, which is not preferable. The wear rate of the sintered body is more preferably 0.03% or less. In the specification of the present application, the "wear loss rate by ball mill" means
Sintered body 520g in the form of crusher media has a capacity of 400
ml alumina mill (for example, Nippon Kagaku Sangyo Co., Ltd., material = HD, format = A-3 type), water 160m
l, and 100 rpm with a rolling ball mill at room temperature
After performing a dry test for 48 hours, the medium is taken out after washing for 48 hours, washed and dried, and then the weight is measured. As the medium, a ball having a particle diameter of 15 mm is usually used for measurement.
Even if the shape is different, there is not much influence on the result of the wear rate.

【0012】本発明によるジルコニア質焼結体は、通常
次の様にして製造される。ZrO中にYとして
2.0モル%以上4.0モル%以下含まれる様な割合
に、Zr化合物溶液とY化合物溶液とを均一に混合し、
脱水および乾燥した後、400〜1200℃で焙焼して
平均粒径0.5μm以下のZrO一次結晶粉体を得
る。次いで、該一次結晶粉体に1μm以下のAl
を0.05%重量以上1.0重量%以下添加して湿式粉
砕により分散させた後、ワックスエマルジョン、PV
A、CMCなどの成形助剤を加え、メカニカルプレス、
アイソスタティックプレス、鋳込み成形、押出し成形、
射出成形、造粒成形などの公知の窯業製品の成形法によ
り、所定の形状に成形し、必要ならば加工する。成形体
の密度は、2.0g/cm程度以上、より好ましく
は、2.5g/cm程度以上とする。成形体の焼成
は、1350〜1800℃程度、より好ましくは140
0〜1750℃程度で常圧または加圧下に行ない、かさ
密度5.90g/cmの焼結体とする。
The zirconia-based sintered body according to the present invention is usually manufactured as follows. During ZrO 2 in proportions as contained Y 2 O 3 as 2.0 or more mole% 4.0 mol% or less, and uniformly mixing the Zr compound solution and the Y compound solution,
After dehydration and drying, it is roasted at 400 to 1200 ° C. to obtain ZrO 2 primary crystal powder having an average particle size of 0.5 μm or less. Then, the primary crystal powder was mixed with Al 2 O 3 of 1 μm or less.
Of 0.05% by weight or more and 1.0% by weight or less and dispersed by wet pulverization, followed by wax emulsion, PV
Forming aids such as A and CMC are added, mechanical press,
Isostatic press, cast molding, extrusion molding,
A known ceramic product molding method such as injection molding or granulation molding is used to mold the product into a predetermined shape and process it if necessary. The density of the molded body is about 2.0 g / cm 3 or more, more preferably about 2.5 g / cm 3 or more. The molding is fired at about 1350 to 1800 ° C, more preferably 140
Sintered body having a bulk density of 5.90 g / cm 3 is obtained by performing normal pressure or pressure application at about 0 to 1750 ° C.

【0013】本発明ジルコニア質焼結体は、前記(1)
〜(5)の要件を充足する場合には、通常Zr含有鉱石
中に随伴されており、特に規定しない限りZrOの一
部として取り扱われるHfOを含有していても良く、
さらに製造工程中に焼結助剤その他の形態で添加または
混入されることがある各種の成分(SiO、Ti
、Fe、MgO、CaO、NaOなど)を
それぞれ最高1%程度まで含有していても良い。
The zirconia-based sintered body of the present invention has the above-mentioned (1)
In the case where the requirements of (5) to (5) are satisfied, HfO 2 which is usually included in a Zr-containing ore and is handled as a part of ZrO 2 may be contained unless otherwise specified,
Furthermore, various components (SiO 2 , Ti) that may be added or mixed in the form of a sintering aid or other components during the manufacturing process.
O 2 , Fe 2 O 3 , MgO, CaO, Na 2 O, etc.) may be contained up to about 1% each.

【0014】[0014]

【発明の効果】本発明によるジルコニア質焼結体が、耐
摩耗性、耐衝撃圧壊力などに優れている理由は、詳らか
ではないが、一応次の様なものと推定される。 イ 焼結体自体の機械的強度が大きい。 ロ 従来の公知のジルコニア質焼結体よりも気孔率の小
さい、換言すればかさ密度の高い焼結体となるので、摩
耗の起点となる欠陥密度が低く、耐摩耗性に優れてい
る。 ハ 結晶粒径が小さいため、粒子離脱摩耗量が少なくな
り、耐磨耗性に優れている。 ニ 正方晶系ZrOが均一に分散されているため、破
壊靭性が高い。 ホ 硬度が比較的低く(HRA89〜91程度)、弾性
率も低いので、互いに接触する相手部材(例えば、内張
材に対するメディア、メディアとメディアなど)をあま
り傷付けず、摩耗させない。 ヘ 比重が大きいので、メディアとして使用する場合、
高運動エネルギーにより高い粉砕能力を発揮する。 ト 化学的安定性に優れているので、粉体および溶剤と
接触した状態で応力が加わっても腐蝕、疲労は少ない。
The reason why the zirconia-based sintered body according to the present invention is excellent in wear resistance, impact crush resistance, etc. is not clear, but it is presumed to be as follows. B. The mechanical strength of the sintered body itself is high. (2) Since it is a sintered body having a smaller porosity, in other words, a higher bulk density than the conventionally known zirconia-based sintered body, it has a low defect density as a starting point of wear and is excellent in wear resistance. (3) Since the crystal grain size is small, the amount of particle detachment wear is small and the wear resistance is excellent. Since the tetragonal ZrO 2 is uniformly dispersed, the fracture toughness is high. E hardness is relatively low (about H RA 89 to 91), the elastic modulus is low, the mating member (for example, media for the lining material, such as media and media) for contact with each other without damaging too, does not wear. F Because of its large specific gravity, when using it as a medium,
Demonstrates high crushing ability due to high kinetic energy. Since it has excellent chemical stability, it is less corrosive and fatigued even when stress is applied in the state of contact with powder and solvent.

【0015】[0015]

【実施例】以下に実施例を示し、本発明の特徴とすると
ころをより一層明確にする。 実施例1 下記第1表に示す割合でYを含む一次結晶の平均
粒径0.03μm以下のZrO粉体に第1表に示す割
合でAlを加えて湿式にて分散粉砕した後、成形
助剤としてワックスエマルジョン3重量%を加え、アイ
ソスタティックプレス法により1ton/cmの圧力
で成形した。成形体を第1表に示す条件で焼結させて得
た直径15mmのメディアの物性は、第2表および後記
第3表に示す通りである。試料No.1〜6は、前記
(1)〜(5)の条件をすべて満足する本発明による焼
結体であり、試料No.7〜11は、これら条件の少な
くとも1つを満たしていない比較品である。なお、試料
No.8のみは、平均粒径0.8μmの一次結晶粒子を
使用した。
EXAMPLES Examples are shown below to further clarify the features of the present invention. Example 1 Al 2 O 3 was added to ZrO 2 powder having an average particle size of 0.03 μm or less of primary crystals containing Y 2 O 3 in a ratio shown in Table 1 below in a wet condition. After dispersion and pulverization, 3% by weight of a wax emulsion was added as a molding aid, and the mixture was molded by an isostatic press method at a pressure of 1 ton / cm 2 . The physical properties of the media having a diameter of 15 mm obtained by sintering the compact under the conditions shown in Table 1 are as shown in Table 2 and Table 3 below. Sample No. Sample Nos. 1 to 6 are the sintered bodies according to the present invention satisfying all the above conditions (1) to (5). 7 to 11 are comparative products that do not satisfy at least one of these conditions. Sample No. Only No. 8 used primary crystal grains having an average grain size of 0.8 μm.

【0016】 [0016]

【0017】 [0017]

【0018】上記で得られた各メディア520gを容量
400mlのアルミナ製ボールに入れ、水160mlを
加えて、100rpmで空ずり試験を行なった。48時
間運転後、メディアを取り出し、洗浄および乾燥した
後、重量を測定し、その損耗減量から損耗率を算出した
結果は、第3表に示す通りである。
520 g of each medium obtained above was placed in an alumina ball having a capacity of 400 ml, 160 ml of water was added, and a skid test was carried out at 100 rpm. After 48 hours of operation, the media was taken out, washed and dried, the weight was measured, and the wear rate was calculated from the wear loss. The results are shown in Table 3.

【0019】第3表に示す結果から明らかなごとく、本
発明によるジルコニア焼結体からなるメディア(試料N
o.1〜6)の優れた耐摩耗性が明らかである。又、試
料No.3から発生した摩耗粉の粒径は、0.1μm以
下に過ぎなかった。
As is clear from the results shown in Table 3, a medium made of the zirconia sintered body according to the present invention (Sample N
o. The excellent wear resistance of 1 to 6) is apparent. In addition, the sample No. The particle size of the abrasion powder generated from No. 3 was only 0.1 μm or less.

【0020】実施例2 実施例1の試料No.2と同様の一次粉体を使用して、
回転式造粒機により直径5mmの球および外径15.5
mm、長さ45mm、円周部肉厚4mm、先端部厚さ1
0mmの一端を閉じた管状の内張材を焼結により製造し
た。尚、焼結条件は、温度1450℃、時間2時間であ
った。得られたメディアおよび管状体の特性は、結晶粒
径0.4μm、かさ密度6.04g/cm、正方晶含
有量68%であった。得られたメディア5kgを容量
4.91のアトライタ(三井三池製作所製)にチャージ
し、得られた管状体を該アトライタのアジテータアーム
部にはめこみ、エポキシ樹脂で固定し、けい石(20〜
80メッシュ)1.3kgと水1.3kgとを加えて、
アジテータの回転数200rpmで4時間粉砕を行なっ
た。この場合のメディアの損耗率は、0.006%/h
rであった。また、同条件で延べ200時間使用後にお
いても、ジルコニア製アーム内張材の表面は滑らかで光
沢を有しており、ノギスによる外径測定では寸法変化は
認められなかった。
Example 2 Sample No. 1 of Example 1 Using the same primary powder as in 2,
Using a rotary granulator, a sphere with a diameter of 5 mm and an outer diameter of 15.5
mm, length 45 mm, circumferential wall thickness 4 mm, tip thickness 1
A tubular liner with one end of 0 mm closed was produced by sintering. The sintering conditions were a temperature of 1450 ° C. and a time of 2 hours. The properties of the obtained media and tubular body were a crystal grain size of 0.4 μm, a bulk density of 6.04 g / cm 3 , and a tetragonal crystal content of 68%. The obtained media (5 kg) was charged into an attritor (manufactured by Mitsui Miike Seisakusho) having a capacity of 4.91, and the obtained tubular body was fitted into an agitator arm portion of the attritor and fixed with an epoxy resin.
80 mesh) 1.3 kg and water 1.3 kg,
The agitator was rotated at 200 rpm for 4 hours. The wear rate of the media in this case is 0.006% / h
r. The surface of the zirconia arm lining material was smooth and glossy even after using for a total of 200 hours under the same conditions, and no dimensional change was observed in the outer diameter measurement with a caliper.

【0021】比較例1 92%Alからなるかさ密度3.6g/cm
直径5mmの市販メディアおよび92%Alから
なるかさ密度3.6g/cmで製造したアジテータア
ーム部を使用して、実施例2と同様にして、けい砂の粉
砕を行なった。4時間経過後のメディアの損耗率は、
0.11%/hrであり、同条件で100時間使用後に
は、アジテータアーム部内張材の円周部において0.6
mmの肉厚減少が認められた。
Comparative Example 1 Bulk density of 92% Al 2 O 3 3.6 g / cm 3 ,
Silica sand was pulverized in the same manner as in Example 2 using an agitator arm part having a bulk density of 3.6 g / cm 3 made of commercially available media having a diameter of 5 mm and 92% Al 2 O 3 . The wear rate of media after 4 hours is
0.11% / hr, and after 100 hours of use under the same conditions, 0.6 at the circumference of the liner inside the agitator arm.
A reduction in wall thickness of mm was observed.

【0022】実施例3 ブレイド状スイングハンマーを有する中心軸を円筒体内
で高速回転させ、被砕物をその円筒体上方から供給し、
円筒体下方に配置したスクリーンから被砕物を排出する
形式のハンマーミルにおいて、12枚のハンマー先端部
の外面に厚さ8mm、巾45mm、長さ26mmのジル
コニア質焼結体内張材をそれぞれエポキシ樹脂で接合
し、8000rpmでガラス粉を粉砕する。焼結体は、
実施例1のNo.1と同様のジルコニア一次結晶粉体を
使用して、メカニカルプレス法により1ton/cm
の圧力で成形し、所定の形状に加工後、1450℃で2
時間焼成したものであり、第1表の試料No.1と同様
の各種物性を有している。延べ500時間の使用後にお
いても、本発明による内張材の損耗は極めて少なく、さ
らに長期の使用が可能であると推定される。
Example 3 A central shaft having a blade-shaped swing hammer was rotated at a high speed in a cylindrical body, and an object to be crushed was supplied from above the cylindrical body,
In a hammer mill of a type in which a crushed material is discharged from a screen arranged below a cylindrical body, a zirconia-based sintered upholstery material having a thickness of 8 mm, a width of 45 mm, and a length of 26 mm is provided on the outer surface of each of 12 hammer tips with an epoxy resin. And the glass powder is crushed at 8000 rpm. The sintered body is
No. 1 of the first embodiment. The same zirconia primary crystal powder as that of No. 1 was used, and 1 ton / cm 2 was obtained by the mechanical pressing method.
At 1450 ° C after molding into the prescribed shape under pressure
Sample No. 1 in Table 1 was fired for an hour. It has various physical properties similar to 1. It is estimated that even after a total of 500 hours of use, the lining material according to the present invention has very little wear and can be used for a long period of time.

【0023】比較例2 純度92%のAlを使用する以外は実施例3と同
様にして内張材を製造し、ハンマーミルのハンマーに接
合した。延べ300時間の使用後には、損耗が著るし
く、破損、重力中心のずれによる振動発生の危険が大き
いため、それ以上の使用は不可能と判断された。
Comparative Example 2 A lining material was produced in the same manner as in Example 3 except that Al 2 O 3 having a purity of 92% was used, and was joined to a hammer of a hammer mill. After a total of 300 hours of use, the wear was remarkable, and there was a great risk of damage and vibration due to displacement of the center of gravity, so further use was judged to be impossible.

───────────────────────────────────────────────────── 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 (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(a)Yを2.0モル%以上4.0
モル%以下およびAlを0.05重量%以上1.
0重量%以下含有し、(b)焼結体の結晶構造が、鏡面
仕上げした焼結体表面で単斜晶系ジルコニアを実質的に
含まず、且つ焼結体を熱処理し徐冷した後、粉砕処理で
単斜晶系に変化する正方晶系ジルコニアを30%以上含
み、残余が等軸晶系ジルコニアからなり、(c)焼結体
の平均結晶粒径が2μm以下であり、(d)かさ密度が
5.98g/cm以上であり、(e)粉砕用メディア
としての形態の焼結体のボールミルによる損耗率が0.
15%以下であることを特徴とする耐摩耗性ジルコニア
質焼結体。
(A) Y 2 O 3 is 2.0 mol% or more and 4.0.
Mol% or less and 0.05 wt% or more of Al 2 O 3 1.
0% by weight or less, (b) the crystal structure of the sintered body does not substantially contain monoclinic zirconia on the surface of the mirror-finished sintered body, and after the sintered body is heat-treated and gradually cooled, Includes 30% or more of tetragonal zirconia that changes into monoclinic system by pulverization, the balance is composed of equiaxed zirconia, and (c) the average crystal grain size of the sintered body is 2 μm or less, (d) The bulk density is 5.98 g / cm 3 or more, and (e) the wear rate of the sintered body in the form of a grinding medium by a ball mill is 0.
A wear resistant zirconia-based sintered body characterized by being 15% or less.
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