专利名称：氧化铝质烧结体、磨粒和砂轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及氧化铝质烧结体、使用该氧化铝质烧结体而成的磨粒和使用该磨粒而成的砂轮(磨石:grind stone)。
背景技术：
氧化铝质烧结体发挥高硬度、高强度、高耐热性、高耐磨损性和高耐化学性等优异的特征，在各种产业领域被使用。特别是作为在钢铁产业中的强力磨削砂轮的原料(磨粒)被使用。另外，作为构成以汽车为中心的运输用设备或产业用机械的部件的材料，较多地使用特殊合金。这些特殊合金与通常的SUS304等相比较硬，因此在市场上需求以往没有的「磨削比」高的强力磨削砂轮。在此，所谓「磨削比」是表示砂轮的性能的指标，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)/砂轮的磨损量一般地，如果能用较少的砂轮磨削较多的被磨削材料则判断为性能良好，但砂轮的磨削比被该砂轮所使用的磨粒的「硬度」和「断裂韧性」影响。认为在「磨削比和硬度」以及「磨削比和断裂韧性」之间存在如下的关系。(1)如果磨粒的硬度变高则磨削量增加，因此磨削比变大。(2)如果断裂韧性变高则磨粒的磨损量变少，因此磨削比变大。若考虑上述(I)和(2)，则在磨削比的式子中的分子部分被磨削量影响，分母部分被磨损量影响。为了使砂轮的磨削比提高，硬度和断裂韧性都高是理想的。在此，作为现有的强力磨削砂轮用的磨粒，已知使氧化铝质的微粉原料烧结了的磨粒(例如，参照专利文献I 3)和熔融氧化铝氧化锆磨粒(例如，参照专利文献4)、向高纯度微粒氧化铝粉末添加了氧化镁等的晶粒生长抑制剂的磨粒(例如，参照专利文献5)等。另外，曾提出了以氧化铝作为主材料并添加了 TiO2的烧结材料(例如，参照专利文献6)。此外，作为具有高硬度和高断裂韧性的耐磨损性优异的氧化铝烧结体，曾提出了添加了可固溶于氧化铝晶体中的T1、Mg、Fe等的金属化合物的氧化铝烧结体(例如，参照专利文献7)。现有技术文献专利文献1:日本特公昭39-4398号公报专利文献2:日本特公昭39-27612号公报专利文献3:日本特公昭39-27614号公报专利文献4:日本特公昭39-16592号公报专利文献5:日本特公昭52-14993号公报专利文献6:日本特开平3-97661号公报专利文献7:日本特开平11-157962号公报
发明内容
但是，专利文献I 5都是高硬度且低断裂韧性、或者低硬度且高断裂韧性的，对于高硬度且断裂韧性高的磨粒没有具体公开。专利文献6的烧结材料进行了对于硬度的评价，但对于断裂韧性毫无考虑。另外，专利文献7的氧化铝烧结体，仅公开了 Ti和Mg的组合、以及Fe和Mg的组合，对于其他的组合没有具体公开。本发明是在这样的状况下完成的，其目的是提供一种给予高硬度且断裂韧性优异的磨粒的氧化铝质烧结体、使用该氧化铝质烧结体而成的磨粒和使用该磨粒而成的砂轮。本发明者们为了实现上述目的反复专心研究的结果发现:作为氧化铝质烧结体所含有的化合物，着眼于钛化合物(特别是钛氧化物)和铁化合物(特别是铁氧化物)，通过控制它们的合计量(将它们分别按氧化物换算后的含量的合计量)，能够使氧化铝质烧结体的特性提高。本发明是基于该见解完成的。即，本发明如下。[I] 一种氧化铝质烧结体，是含有钛化合物和铁化合物的氧化铝质烧结体，其中，将钛化合物按TiO2换算后的含量、将铁化合物按Fe2O3换算后的含量和氧化铝的含量的合计量为98质量％以上，将钛化合物按TiO2换算后的含量和将铁化合物按Fe2O3换算后的含量的合计量为5 13质量％，将钛化合物按TiO2换算后的含量和将铁化合物按Fe2O3换算后的含量的质量比(TiO2 =Fe2O3)为 0.85:1.15 1.15:0.85。[2]根据上述[I]所述的氧化铝质烧结体，其中，将钛化合物按TiO2换算后的含量和将铁化合物按Fe2O3换算后的含量的合计量为7 10质量％。[3] 一种磨粒，由上述[I]或[2]所述的氧化铝质烧结体构成。[4] 一种砂轮，在作用面具有上述[3]所述的磨粒的层。根据本发明，可以提供一种给予高硬度且断裂韧性优异的磨粒的氧化铝质烧结体、使用该氧化铝质烧结体而成的磨粒和使用该磨粒而成的砂轮。
图1是说明对于本发明的氧化铝质烧结体的冲击的传播方式的作用说明图。图2是对于本发明的氧化铝质烧结体的冲击试验前后的SM照片，(A)表示冲击试验前的晶体组织的样子(热腐蚀处理过)，(B)表示冲击试验后的裂纹扩展的样子(无热腐蚀处理)。图3是说明对于仅由氧化铝构成的烧结体的冲击的传播方式的作用说明图。图4是对于仅由氧化铝构成的烧结体的冲击试验前后的SEM照片，(A)表示冲击试验前的晶体组织的样子(热腐蚀处理过)，(B)表示冲击试验后的裂纹扩展的样子(无热腐蚀处理)。图5是表示实施例4的氧化铝质烧结体的组成分析(X射线衍射测定)结果的X射线衍射图。
具体实施例方式[氧化铝质烧结体]
本发明的氧化铝质烧结体含有钛化合物和铁化合物，将钛化合物按TiO2换算后的含量(以下，有时称为「Ti02换算含量」)、将铁化合物按Fe2O3换算后的含量(以下，有时称为「Fe203换算含量」)和氧化铝的含量的3种成分合计量为98质量％以上。另外，TiO2换算含量和Fe2O3换算含量的2种成分合计量为5 13质量％，优选为7 10质量％。此外，在本发明的氧化铝质烧结体中，为了得到高硬度且高断裂韧性的烧结体，TiO2换算含量和Fe2O3换算含量的质量比(TiO2 =Fe2O3)为0.85:1.15 1.15:0.85。上述比(TiO2=Fe2O3)优选为 0.90:1.10 1.10:0.90，更优选为 0.95:1.05
1.05:0.95。在此，关于TiO2换算含量和Fe2O3换算含量的两种成分合计量和硬度的关系，存在合计量越多则硬度就越低这样的关系，但如果两种成分合计量在本发明的范围，则作为硬度的指标的平均维氏硬度变为例如16GPa以上，具有在实用上也优异的硬度。另一方面，关于两种成分合计量和断裂韧性的关系，没有如上述硬度那样的关系，但本发明者们发现:两种成分合计量在特定的范围中时，断裂韧性显著变高。即，如果两种成分合计量在本发明的范围，则断裂韧性值变为例如3.0MPa.m1/2以上。在此，对于推测可得到如上述那样的效果的机理进行说明。首先，在仅由氧化铝构成的烧结体的情况下，如图3所示，裂纹的扩展方式沿氧化铝粒子12的晶界向箭头Y方向行进。并且，根据冲击的大小，如图4 (B)的SEM照片所示，沿晶界直线地产生龟裂。再者，图4是后述的比较例I涉及的烧结体的SEM照片，图4 (A)表示施加冲击前的晶体组织的样子，图4 (B)表示施加冲击后的扩展方式的样子。另一方面，通过含有钛化合物和铁化合物，如图1所示，断裂韧性值高的复合金属氧化物的结晶相(例如FeTiAlO5粒子10)在氧化铝粒子12的晶界生成。通过该FeTiAlO5粒子10存在于氧化铝粒子12的晶界，即使在施加了冲击时产生的裂纹行进，裂纹也以该粒子10为起点沿箭头X方向以迂回的方式偏向，因此冲击力不是一个方向而是被分散、缓和。因此认为作为整体断裂韧性值变高。这从图2所示的表示冲击试验的结果的SEM照片可以知道。S卩，当以如图2 (A)的SM照片那样在氧化铝粒子的晶界存在FeTiAlO5粒子的状态下施加冲击时，如图2 (B)那样裂纹以FeTiAlO5粒子为起点以对其进行迂回的方式行进。再者，图2是后述的实施例3涉及的烧结体的SEM照片，该图中，位于在氧化铝粒子的晶界的三重点位置的灰色部分(颜色淡的部分)相当于FeTiAlO5粒子。另外，如在后述的氧化铝质烧结体的制造方法中说明的那样，从制造成本的观点来看，作为含有Ti和Fe的原料，优选使用钛铁矿(Ilmenite ;钛精矿；FeTi03)。在本发明的氧化铝质烧结体中，在由刚玉晶体构成的主结晶相的晶界，如上所述地存在含有T1、Fe和Al的复合金属氧化物的结晶相，具体地讲存在FeTiAlO5粒子。通过该FeTiAlO5粒子的存在，成为给予高硬度且断裂韧性优异的磨粒的氧化铝质烧结体。特别是通过FeTiAlO5粒子与刚 玉相相比断裂韧性较高这一作用，可得到高硬度且断裂韧性优异的氧化铝质烧结体。由FeTiAlO5粒子构成的结晶相的存在和平均晶体尺寸可以采用后述的实施例中记载的方法来确认。从高断裂韧性化的观点来看，含有T1、Fe和Al的复合金属氧化物的结晶相(FeTiAlO5粒子)的平均晶体尺寸优选为3.4 7.0 μ m，更优选为3.7 6.5 μ m。通过为3.4 7.0 μ m，抑制在破坏时产生的裂纹的行进的效果变大。其通过使平均晶体尺寸在该范围，可以良好地保证由该FeTiAlO5S子带来的裂纹的偏向效果。另外，为了得到具有更高断裂韧性的烧结体，优选:本发明的氧化铝质烧结体含有作为Ti02、Fe2O3和Al2O3以外的金属化合物的硅化合物和/或钙化合物。将硅化合物按SiO2换算后的含量(以下，有时称为「Si02换算含量」)和将钙化合物按CaO换算后的含量(以下，有时称为「CaO换算含量」)的合计量优选为2质量％以下，更优选为0.5 2质量％。认为硅化合物和钙化合物作为晶粒生长剂起作用，通过它们按氧化物换算存在2质量％以下，使氧化铝的刚玉晶体的形状和尺寸不均一，来产生裂纹的偏向。也就是说，认为通过特定量的钛化合物和铁化合物、以及特定量的硅化合物和钙化合物的存在，各自的作用组合，效率良好地产生裂纹的偏向，可得到更高的断裂韧性化的效果。在此，氧化铝的含量、TiO2换算含量、Fe2O3换算含量、SiO2换算含量、CaO换算含量、其他的金属化合物的金属氧化物换算含量，可以采用荧光X射线元素分析法求得。具体地讲，如以下那样求出。首先，为了进行测定，进行元素的组成已知的标准氧化物试样的湿式分析。以得到的湿式分析值作为基准值，制成在测定时需要的校准线。样品的定量分析，以该制成的校准线为基础进行。作为测定设备，可以使用Panalytical公司制「PW2400型」。另外，测定优选在管球为铑管球、特性X射线为Ka射线的条件下实施。管电压和管电流优选在每个元素不同的条件下进行测 定。将管电压和管电流的条件的一例示于下述表I。再者，在本说明书中，求各金属氧化物换算含量时的成为分母的总体量，为将氧化铝质烧结体所含有的全部的金属元素换算成氧化物来合计的量。表I每种金属氧化物的管电压和管电流值
权利要求
1.一种氧化铝质烧结体，是含有钛化合物和铁化合物的氧化铝质烧结体，其中， 将钛化合物按TiO2换算后的含量、将铁化合物按Fe2O3换算后的含量和氧化铝的含量的合计量为98质量％以上， 将钛化合物按TiO2换算后的含量和将铁化合物按Fe2O3换算后的含量的合计量为5 13质量％， 将钛化合物按TiO2换算后的含量和将铁化合物按Fe2O3换算后的含量的质量比即TiO2 =Fe2O3 为 0.85:1.15 1.15:0.85。
2.根据权利要求1所述的氧化铝质烧结体，其中，将钛化合物按TiO2换算后的含量和将铁化合物按Fe2O3换算后的含量的合计量为7 10质量％。
3.一种磨粒，由权利要求1所述的氧化铝质烧结体构成。
4.一种砂轮， 在作用面具有权利要求3所述的磨粒的层。
全文摘要
本发明涉及一种氧化铝质烧结体以及使用该氧化铝质烧结体而成的磨粒和砂轮，该氧化铝质烧结体是含有钛化合物和铁化合物的氧化铝质烧结体，其中，将钛化合物按TiO2换算后的含量、将铁化合物按Fe2O3换算后的含量和氧化铝的含量的合计量为98质量%以上，将钛化合物按TiO2换算后的含量和将铁化合物按Fe2O3换算后的含量的合计量为5～13质量%，将钛化合物按TiO2换算后的含量和将铁化合物按Fe2O3换算后的含量的质量比即TiO2Fe2O3为0.851.15～1.150.85。
文档编号C04B35/10GK103189329SQ20118005263
公开日2013年7月3日 申请日期2011年10月18日 优先权日2010年11月1日
发明者富川伸一郎, 宫泽宏和, 家村武志 申请人:昭和电工株式会社