專利名稱：氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體、磨粒和砂輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體、使用該氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體而成的磨粒和使用該磨粒而成的砂輪(磨石:grind stone)。
背景技術(shù)：
氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體發(fā)揮高硬度、高強(qiáng)度、高耐熱性、高耐磨損性和高耐化學(xué)性等優(yōu)異的特征，在各種產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域被使用。特別是作為在鋼鐵產(chǎn)業(yè)中的強(qiáng)力磨削砂輪的原料(磨粒)被使用。另外，作為構(gòu)成以汽車為中心的運(yùn)輸用設(shè)備或產(chǎn)業(yè)用機(jī)械的部件的材料，較多地使用特殊合金。這些特殊合金與通常的SUS304等相比較硬，因此在市場(chǎng)上需求以往沒有的「磨削比」高的強(qiáng)力磨削砂輪。在此，所謂「磨削比」是表示砂輪的性能的指標(biāo)，由以下的式子表不。磨削比=被磨削材料被磨削了的量(磨削量)/砂輪的磨損量一般地，如果能用較少的砂輪磨削較多的被磨削材料則判斷為性能良好，但砂輪的磨削比被該砂輪所使用的磨粒的「硬度」和「斷裂韌性」影響。認(rèn)為在「磨削比和硬度」以及「磨削比和斷裂韌性」之間存在如下的關(guān)系。(1)如果磨粒的硬度變高則磨削量增加，因此磨削比變大。(2)如果斷裂韌性變高則磨粒的磨損量變少，因此磨削比變大。若考慮上述(I)和(2)，則在磨削比的式子中的分子部分被磨削量影響，分母部分被磨損量影響。為了使砂輪的磨削比提高，硬度和斷裂韌性都高是理想的。在此，作為現(xiàn)有的強(qiáng)力磨削砂輪用的磨粒，已知使氧化鋁質(zhì)的微粉原料燒結(jié)了的磨粒(例如，參照專利文獻(xiàn)I 3)和熔融氧化鋁氧化鋯磨粒(例如，參照專利文獻(xiàn)4)、向高純度微粒氧化鋁粉末添加了氧化鎂等的晶粒生長(zhǎng)抑制劑的磨粒(例如，參照專利文獻(xiàn)5)等。另外，曾提出了以氧化鋁作為主材料并添加了 TiO2的燒結(jié)材料(例如，參照專利文獻(xiàn)6)。此外，作為具有高硬度和高斷裂韌性的耐磨損性優(yōu)異的氧化鋁燒結(jié)體，曾提出了添加了可固溶于氧化鋁晶體中的T1、Mg、Fe等的金屬化合物的氧化鋁燒結(jié)體(例如，參照專利文獻(xiàn)7)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特公昭39-4398號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特公昭39-27612號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3:日本特公昭39-27614號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4:日本特公昭39-16592號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5:日本特公昭52-14993號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6:日本特開平3-97661號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)7:日本特開平11-157962號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，專利文獻(xiàn)I 5都是高硬度且低斷裂韌性、或者低硬度且高斷裂韌性的，對(duì)于高硬度且斷裂韌性高的磨粒沒有具體公開。專利文獻(xiàn)6的燒結(jié)材料進(jìn)行了對(duì)于硬度的評(píng)價(jià)，但對(duì)于斷裂韌性毫無考慮。另外，專利文獻(xiàn)7的氧化鋁燒結(jié)體，僅公開了 Ti和Mg的組合、以及Fe和Mg的組合，對(duì)于其他的組合沒有具體公開。本發(fā)明是在這樣的狀況下完成的，其目的是提供一種給予高硬度且斷裂韌性優(yōu)異的磨粒的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體、使用該氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體而成的磨粒和使用該磨粒而成的砂輪。本發(fā)明者們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)上述目的反復(fù)專心研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn):作為氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體所含有的化合物，著眼于鈦化合物(特別是鈦氧化物)和鐵化合物(特別是鐵氧化物)，通過控制它們的合計(jì)量(將它們分別按氧化物換算后的含量的合計(jì)量)，能夠使氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體的特性提高。本發(fā)明是基于該見解完成的。即，本發(fā)明如下。[I] 一種氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體，是含有鈦化合物和鐵化合物的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體，其中，將鈦化合物按TiO2換算后的含量、將鐵化合物按Fe2O3換算后的含量和氧化鋁的含量的合計(jì)量為98質(zhì)量％以上，將鈦化合物按TiO2換算后的含量和將鐵化合物按Fe2O3換算后的含量的合計(jì)量為5 13質(zhì)量％，將鈦化合物按TiO2換算后的含量和將鐵化合物按Fe2O3換算后的含量的質(zhì)量比(TiO2 =Fe2O3)為 0.85:1.15 1.15:0.85。[2]根據(jù)上述[I]所述的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體，其中，將鈦化合物按TiO2換算后的含量和將鐵化合物按Fe2O3換算后的含量的合計(jì)量為7 10質(zhì)量％。[3] 一種磨粒，由上述[I]或[2]所述的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體構(gòu)成。[4] 一種砂輪，在作用面具有上述[3]所述的磨粒的層。根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種給予高硬度且斷裂韌性優(yōu)異的磨粒的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體、使用該氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體而成的磨粒和使用該磨粒而成的砂輪。


圖1是說明對(duì)于本發(fā)明的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體的沖擊的傳播方式的作用說明圖。圖2是對(duì)于本發(fā)明的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體的沖擊試驗(yàn)前后的SM照片，(A)表示沖擊試驗(yàn)前的晶體組織的樣子(熱腐蝕處理過)，(B)表示沖擊試驗(yàn)后的裂紋擴(kuò)展的樣子(無熱腐蝕處理)。圖3是說明對(duì)于僅由氧化鋁構(gòu)成的燒結(jié)體的沖擊的傳播方式的作用說明圖。圖4是對(duì)于僅由氧化鋁構(gòu)成的燒結(jié)體的沖擊試驗(yàn)前后的SEM照片，(A)表示沖擊試驗(yàn)前的晶體組織的樣子(熱腐蝕處理過)，(B)表示沖擊試驗(yàn)后的裂紋擴(kuò)展的樣子(無熱腐蝕處理)。圖5是表示實(shí)施例4的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體的組成分析(X射線衍射測(cè)定)結(jié)果的X射線衍射圖。
具體實(shí)施例方式[氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體]
本發(fā)明的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體含有鈦化合物和鐵化合物，將鈦化合物按TiO2換算后的含量(以下，有時(shí)稱為「Ti02換算含量」)、將鐵化合物按Fe2O3換算后的含量(以下，有時(shí)稱為「Fe203換算含量」)和氧化鋁的含量的3種成分合計(jì)量為98質(zhì)量％以上。另外，TiO2換算含量和Fe2O3換算含量的2種成分合計(jì)量為5 13質(zhì)量％，優(yōu)選為7 10質(zhì)量％。此外，在本發(fā)明的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體中，為了得到高硬度且高斷裂韌性的燒結(jié)體，TiO2換算含量和Fe2O3換算含量的質(zhì)量比(TiO2 =Fe2O3)為0.85:1.15 1.15:0.85。上述比(TiO2=Fe2O3)優(yōu)選為 0.90:1.10 1.10:0.90，更優(yōu)選為 0.95:1.05
1.05:0.95。在此，關(guān)于TiO2換算含量和Fe2O3換算含量的兩種成分合計(jì)量和硬度的關(guān)系，存在合計(jì)量越多則硬度就越低這樣的關(guān)系，但如果兩種成分合計(jì)量在本發(fā)明的范圍，則作為硬度的指標(biāo)的平均維氏硬度變?yōu)槔?6GPa以上，具有在實(shí)用上也優(yōu)異的硬度。另一方面，關(guān)于兩種成分合計(jì)量和斷裂韌性的關(guān)系，沒有如上述硬度那樣的關(guān)系，但本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn):兩種成分合計(jì)量在特定的范圍中時(shí)，斷裂韌性顯著變高。即，如果兩種成分合計(jì)量在本發(fā)明的范圍，則斷裂韌性值變?yōu)槔?.0MPa.m1/2以上。在此，對(duì)于推測(cè)可得到如上述那樣的效果的機(jī)理進(jìn)行說明。首先，在僅由氧化鋁構(gòu)成的燒結(jié)體的情況下，如圖3所示，裂紋的擴(kuò)展方式沿氧化鋁粒子12的晶界向箭頭Y方向行進(jìn)。并且，根據(jù)沖擊的大小，如圖4 (B)的SEM照片所示，沿晶界直線地產(chǎn)生龜裂。再者，圖4是后述的比較例I涉及的燒結(jié)體的SEM照片，圖4 (A)表示施加沖擊前的晶體組織的樣子，圖4 (B)表示施加沖擊后的擴(kuò)展方式的樣子。另一方面，通過含有鈦化合物和鐵化合物，如圖1所示，斷裂韌性值高的復(fù)合金屬氧化物的結(jié)晶相(例如FeTiAlO5粒子10)在氧化鋁粒子12的晶界生成。通過該FeTiAlO5粒子10存在于氧化鋁粒子12的晶界，即使在施加了沖擊時(shí)產(chǎn)生的裂紋行進(jìn)，裂紋也以該粒子10為起點(diǎn)沿箭頭X方向以迂回的方式偏向，因此沖擊力不是一個(gè)方向而是被分散、緩和。因此認(rèn)為作為整體斷裂韌性值變高。這從圖2所示的表示沖擊試驗(yàn)的結(jié)果的SEM照片可以知道。S卩，當(dāng)以如圖2 (A)的SM照片那樣在氧化鋁粒子的晶界存在FeTiAlO5粒子的狀態(tài)下施加沖擊時(shí)，如圖2 (B)那樣裂紋以FeTiAlO5粒子為起點(diǎn)以對(duì)其進(jìn)行迂回的方式行進(jìn)。再者，圖2是后述的實(shí)施例3涉及的燒結(jié)體的SEM照片，該圖中，位于在氧化鋁粒子的晶界的三重點(diǎn)位置的灰色部分(顏色淡的部分)相當(dāng)于FeTiAlO5粒子。另外，如在后述的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體的制造方法中說明的那樣，從制造成本的觀點(diǎn)來看，作為含有Ti和Fe的原料，優(yōu)選使用鈦鐵礦(Ilmenite ;鈦精礦；FeTi03)。在本發(fā)明的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體中，在由剛玉晶體構(gòu)成的主結(jié)晶相的晶界，如上所述地存在含有T1、Fe和Al的復(fù)合金屬氧化物的結(jié)晶相，具體地講存在FeTiAlO5粒子。通過該FeTiAlO5粒子的存在，成為給予高硬度且斷裂韌性優(yōu)異的磨粒的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體。特別是通過FeTiAlO5粒子與剛 玉相相比斷裂韌性較高這一作用，可得到高硬度且斷裂韌性優(yōu)異的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體。由FeTiAlO5粒子構(gòu)成的結(jié)晶相的存在和平均晶體尺寸可以采用后述的實(shí)施例中記載的方法來確認(rèn)。從高斷裂韌性化的觀點(diǎn)來看，含有T1、Fe和Al的復(fù)合金屬氧化物的結(jié)晶相(FeTiAlO5粒子)的平均晶體尺寸優(yōu)選為3.4 7.0 μ m，更優(yōu)選為3.7 6.5 μ m。通過為3.4 7.0 μ m，抑制在破壞時(shí)產(chǎn)生的裂紋的行進(jìn)的效果變大。其通過使平均晶體尺寸在該范圍，可以良好地保證由該FeTiAlO5S子帶來的裂紋的偏向效果。另外，為了得到具有更高斷裂韌性的燒結(jié)體，優(yōu)選:本發(fā)明的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體含有作為Ti02、Fe2O3和Al2O3以外的金屬化合物的硅化合物和/或鈣化合物。將硅化合物按SiO2換算后的含量(以下，有時(shí)稱為「Si02換算含量」)和將鈣化合物按CaO換算后的含量(以下，有時(shí)稱為「CaO換算含量」)的合計(jì)量?jī)?yōu)選為2質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為0.5 2質(zhì)量％。認(rèn)為硅化合物和鈣化合物作為晶粒生長(zhǎng)劑起作用，通過它們按氧化物換算存在2質(zhì)量％以下，使氧化鋁的剛玉晶體的形狀和尺寸不均一，來產(chǎn)生裂紋的偏向。也就是說，認(rèn)為通過特定量的鈦化合物和鐵化合物、以及特定量的硅化合物和鈣化合物的存在，各自的作用組合，效率良好地產(chǎn)生裂紋的偏向，可得到更高的斷裂韌性化的效果。在此，氧化鋁的含量、TiO2換算含量、Fe2O3換算含量、SiO2換算含量、CaO換算含量、其他的金屬化合物的金屬氧化物換算含量，可以采用熒光X射線元素分析法求得。具體地講，如以下那樣求出。首先，為了進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)行元素的組成已知的標(biāo)準(zhǔn)氧化物試樣的濕式分析。以得到的濕式分析值作為基準(zhǔn)值，制成在測(cè)定時(shí)需要的校準(zhǔn)線。樣品的定量分析，以該制成的校準(zhǔn)線為基礎(chǔ)進(jìn)行。作為測(cè)定設(shè)備，可以使用Panalytical公司制「PW2400型」。另外，測(cè)定優(yōu)選在管球?yàn)殂櫣芮?、特性X射線為Ka射線的條件下實(shí)施。管電壓和管電流優(yōu)選在每個(gè)元素不同的條件下進(jìn)行測(cè) 定。將管電壓和管電流的條件的一例示于下述表I。再者，在本說明書中，求各金屬氧化物換算含量時(shí)的成為分母的總體量，為將氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體所含有的全部的金屬元素?fù)Q算成氧化物來合計(jì)的量。表I每種金屬氧化物的管電壓和管電流值
權(quán)利要求
1.一種氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體，是含有鈦化合物和鐵化合物的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體，其中， 將鈦化合物按TiO2換算后的含量、將鐵化合物按Fe2O3換算后的含量和氧化鋁的含量的合計(jì)量為98質(zhì)量％以上， 將鈦化合物按TiO2換算后的含量和將鐵化合物按Fe2O3換算后的含量的合計(jì)量為5 13質(zhì)量％， 將鈦化合物按TiO2換算后的含量和將鐵化合物按Fe2O3換算后的含量的質(zhì)量比即TiO2 =Fe2O3 為 0.85:1.15 1.15:0.85。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體，其中，將鈦化合物按TiO2換算后的含量和將鐵化合物按Fe2O3換算后的含量的合計(jì)量為7 10質(zhì)量％。
3.一種磨粒，由權(quán)利要求1所述的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體構(gòu)成。
4.一種砂輪， 在作用面具有權(quán)利要求3所述的磨粒的層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體以及使用該氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體而成的磨粒和砂輪，該氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體是含有鈦化合物和鐵化合物的氧化鋁質(zhì)燒結(jié)體，其中，將鈦化合物按TiO2換算后的含量、將鐵化合物按Fe2O3換算后的含量和氧化鋁的含量的合計(jì)量為98質(zhì)量%以上，將鈦化合物按TiO2換算后的含量和將鐵化合物按Fe2O3換算后的含量的合計(jì)量為5～13質(zhì)量%，將鈦化合物按TiO2換算后的含量和將鐵化合物按Fe2O3換算后的含量的質(zhì)量比即TiO2Fe2O3為0.851.15～1.150.85。
文檔編號(hào)C04B35/10GK103189329SQ20118005263
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者富川伸一郎, 宮澤宏和, 家村武志 申請(qǐng)人:昭和電工株式會(huì)社