耐磨损性陶瓷及滑动部件以及泵的制作方法

专利名称：耐磨损性陶瓷及滑动部件以及泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及耐磨损性陶瓷及滑动部件以及泵。
背景技术：
目前，氧化铝陶瓷用于要求耐磨损性的例如密封垫、滑环或泵、活塞等中。例如专利文献1中记载有将氧化铝陶瓷用作离心泵中的径向或轴向滑动轴承、旋 转机械密封中的滑环、往复泵用的活塞或活塞套。该专利文献1所述的氧化铝陶瓷含有1. 2 6质量％的Fe203、0. 1 0. 3质量％ 的Mg0、0. 1 0. 6质量％的Si02、2. 5质量％以下的Mn3O4及1. 1质量％以下的Cr2O3,剩余 部分包含90 98质量％的Al2O3，结晶性成分的平均粒度为5 15 μ m，以Fe2O3为基质的 玻璃相的比例与Al2O3含量相对应，为2 10质量％。另外，作为包含微粒和粗粒的氧化铝的陶瓷，已知有以气孔率为0. 1 20%的方 式在1300 1500°C下烧结以金刚砂为主成分的粒径0. 2 5mm的粗粒和粒径5 μ m以下的 微粒的混合物，将作业面平坦地研磨加工的无机烧结超精密测定台(参照专利文献2)。另外，已知有耐热冲击性氧化铝·氧化锆质烧成用夹具的制造方法，其特征在于， 将平均粒径为30 200 μ m的粗粒氧化铝20 70质量％、平均粒径为1 5 μ m的微粒氧 化铝20 70质量％、平均粒径为5 30 μ m的氧化锆粒子5 30质量％混合，形成成形 体，对该成形体进行烧成，在结合粗粒氧化铝的氧化铝质中微细分散有氧化锆粒子(参照 专利文献3)。专利文献1 (日本)特许第3431179号公报专利文献2 (日本)特公平3-31664号公报专利文献3 (日本)特许第39499590号公报专利文献1中记载的氧化铝陶瓷中，得到用粒径1 2. 5 μ m的氧化铝原料烧结后 的平均粒径8 μ m左右的陶瓷，这样的氧化铝陶瓷中，存在大径的氧化铝粒子少，耐磨损性 低等问题。另外，专利文献2中记载的氧化铝陶瓷中，氧化铝粒子过大，在氧化铝粒子彼此之 间存在大量的气孔，强度低，在作为轴或轴承使用的情况下可能会破损。另外，专利文献3中记载的氧化铝·氧化锆质烧成用夹具中，含有适度的气孔，不 能得到开气孔率为0. 以下的材料，而存在弯曲强度小至33 68MPa等问题。

发明内容
本发明的目的在于，提供致密且可提高耐磨损性的耐磨损性陶瓷及滑动部件以及泵。本发明人对上述课题重复探讨的结果发现，通过作为构成陶瓷的氧化铝晶粒，具 有粒径10 μ m以上的氧化铝大径粒子和粒径5 μ m以下的氧化铝小径粒子，将陶瓷表面中的 氧化铝大径粒子的面积比率设为35 65%，将开气孔率设为0. 1 %以下，由此，陶瓷为致密质且具有一定的强度，即使其它部件在陶瓷表面滑动，也能够减少磨损量，直至完成了本发 明。即，本发明提供一种耐磨损性陶瓷，其特征在于，实质上由氧化铝晶粒和晶界相 构成，开气孔率为0. 1 %以下，并且，所述氧化铝晶粒具有粒径10 μ m以上的氧化铝大径粒 子和粒径5 μ m以下的氧化铝小径粒子，陶瓷表面中的所述氧化铝大径粒子的面积比率为 35 65%。
这样的耐磨损性陶瓷中，陶瓷表面中的粒径10 μ m以上的氧化铝大径粒子的面积 比率为35 65%，因此，例如即使陶瓷制部件在陶瓷表面滑动的情况下，陶瓷制部件也可 以在氧化铝大径粒子表面滑动，能够抑制磨损。另外，本发明的耐磨损性陶瓷的开气孔率为 0. 以下，因此，成为致密质，且可提高强度。另外，本发明的耐磨损性陶瓷的特征在于，陶瓷表面中的所述氧化铝小径粒子的 面积比率为15 40%。这样的耐磨损性陶瓷中，由于粒径5μπι以下的氧化铝小径粒子的 面积比率高达15 40%，所以可提高耐磨损性陶瓷的强度。另外，本发明的耐磨损性陶瓷的特征在于，所述氧化铝大径粒子在内部具有气孔。 在这样的耐磨损性陶瓷中，由于在氧化铝大径粒子的内部具有气孔，所以在进行磨削加工 时，从氧化铝大径粒子的气孔发生裂纹，可进行脱粒而磨削，可减小磨削阻力，可提高加工 性。另外，本发明的耐磨损性陶瓷的特征在于，在陶瓷中以Al2O3换算含有总量的90 98质量％的Al。通常，在以Al2O3换算含有总量的90 98质量％的Al的情况下，难以 成为含有粒径10 μ m以上的氧化铝大径粒子和粒径5 μ m以下的氧化铝小径粒子的双结点 (binodal)组织，因此，可最佳地使用本发明。另外，本发明的耐磨损性陶瓷的特征在于，在陶瓷中以SiO2换算含有总量的1质 量％以下的Si。在这样的耐磨损性陶瓷中，通过含有规定量的Si，虽然磨削阻力稍提高，但 强度提高，例如用于直径小的圆柱状的轴中的情况下，也能够得到充分的强度，可提高泵的 长期可靠性。另外，本发明的耐磨损性陶瓷的特征在于，在陶瓷中以SiO2换算含有总量的0. 22 质量％以下的Si。这样的耐磨损性陶瓷中，为在陶瓷中实质上不含Si，换言之作为杂质 含有的情况，但氧化铝晶粒彼此的结合力不那么高，由此，可减小陶瓷加工的特别是磨削阻 力，可提高加工性。另外，本发明的耐磨损性陶瓷的特征在于，在陶瓷中含有Mn及Ti，并且，该Mn及 Ti作为MnTiO3系结晶存在。这样的耐磨损性陶瓷中，容易生成含有Mn和Ti和陶瓷中作为 杂质存在的Si的玻璃，但由于陶瓷中的Mn及Ti作为MnTiO3系结晶存在，所以能够抑制陶 瓷中的玻璃的生成，可提高快削性。本发明提供一种滑动部件，其特征在于，至少滑动面由所述耐磨损性陶瓷形成。这 样的滑动部件中，开气孔率为0. 1 %以下，因此，为致密质，且强度高，另外，由于陶瓷制部件 在氧化铝大径粒子表面滑动，所以能够抑制磨损。本发明提供一种泵，其特征在于，具备轴和轴承，所述轴及所述轴承中至少一方包 括所述的滑动部件。由于轴或轴承的开气孔率为0. 以下，所以为致密质且强度高，另外， 轴插通轴承，例如轴的外面的氧化铝大径粒子与轴承的内面抵接并滑动，因此，能够抑制轴的磨损，可提高耐久性。另外，通过采用晶界相中实质上不含Si的构成，可以减小磨削轴或 轴承时的阻力，可提高加工性。本发明的耐磨损性陶瓷为致密质，可提高强度，例如即使陶瓷制部件在陶瓷表面 滑动的情况下，也能够抑制磨损。本发明的滑动部件至少滑动面为致密质，且强度高，另外，即使与陶瓷制部件滑 动，也能够抑制滑动面的磨损。本发明的泵中，轴或轴承的至少滑动面为致密质，且强度高，另外，轴插通轴承，例 如轴的外面的氧化铝大径粒子与轴承的内面抵接并滑动，因此能够抑制轴的磨损，可提高 耐久性。


图1是表示本发明的耐磨损性陶瓷表面的图；图2是表示本发明其它耐磨损性陶瓷表面的图；图3是表示本发明的耐磨损性陶瓷的评价方法的图，(a)是磨削阻力试验的说明 图，(b)是磨损评价试验的说明图； 图4是试样No. 1-6的X射线衍射图。图中1_氧化铝大径粒子，3-氧化铝小径粒子，7-气孔。
具体实施例方式下面，对本发明进行详述。本发明耐磨损性陶瓷的特征在于，开气孔率为0. 1% 以下，并且实质上是由氧化铝晶粒和晶界相构成的陶瓷，如图1所示，氧化铝晶粒含有粒径 10 μ m以上的氧化铝大径粒子1和粒径5 μ m以下的氧化铝小径粒子3，陶瓷表面中的氧化 铝大径粒子1的面积比率为35 65%。本发明的耐磨损性陶瓷，优选由氧化铝90 98质量％和晶界相2 10质量％构成。即，陶瓷中优选以Al2O3换算含有总量的90 98质量％的Al。通常，在以Al2O3换算 含有总量的90 98质量％的Al的情况下，为促进烧结，而形成以SiO2为主体的稳定的液 相。通过形成液相，微细的晶粒因溶解析出机构而减少，不能成为含有粒径10 μ m以上的氧 化铝大径粒子1和粒径5 μ m以下的氧化铝小径粒子3的双结点组织，而成为均勻地晶粒生 长的组织。本发明中，通过减少SiO2的添加，添加的助剂成分的一部分成为结晶，通过抑制 氧化铝的晶粒生长，同时使含有少量的SiO2的液相不均勻存在，促进晶粒生长，在以Al2O3 换算含有总量的90 98质量％的Al的情况下，也认为可以成为双结点组织。另外，后述 也有氧化铝以外的结晶稍微析出的情况。在此，本发明中，粒径是指在对陶瓷截面进行了镜面加工后，通过热腐蚀，形成能 够确认各晶粒形状的陶瓷表面，通过其显微镜照片的图像解析来计算氧化铝晶粒的面积， 从该面积将粒子的截面假设为圆形来求得时的直径。本发明的陶瓷表面是指磨削加工后的面。另外，图1中，也存在具有氧化铝大径粒子1和氧化铝小径粒子3的中间的粒径 5 10 μ m的氧化铝粒子。氧化铝大径粒子1优选为粒径10 50 μ m。这是因为，当氧化 铝大径粒子1大于50 μ m时，难以烧结，难以实现开气孔率0. 1 %以下。另外，氧化铝小径粒子3优选为粒径5 μ m以下，更优选为3 μ m以下。小于3 μ m —方可以以更低温度烧结，并且容易形成双结点组织。而且，本发明的耐磨损性陶瓷中，陶瓷表面中的氧化铝大径粒子1的面积比率为 35 65%是重要的。这样的耐磨损性陶瓷中，通过将陶瓷表面中的氧化铝大径粒子1的面 积比率设定为35 65%，即使陶瓷制部件在陶瓷表面滑动的情况下，陶瓷制部件也可以在 氧化铝大径粒子表面滑动，能够抑制磨损。将氧化铝大径粒子1的面积比率设为35 65% 是因为，在低于35%的情况下，磨损量增多，在高于65%的情况下，烧结性降低，难以实现 开气孔率0. 以下，强度降低。从降低磨损量并同时提高陶瓷强度这一点来看，优选陶瓷 表面中的氧化铝大径粒子1的面积比率存在40 60%。另一方面，陶瓷表面中的氧化铝小径粒子3的面积比率优选为15 40%。由此， 即使存在氧化铝大径粒子1，也能够得到致密的陶瓷。从得到致密体这一点考虑，氧化铝小 径粒子3的面积比率优选为20 40%。从得到致密的表面且可减小滑动时的阻力，并且可 提高耐磨损性陶瓷的强度的方面考虑，特别优选为25 35%。这样的耐磨损性陶瓷中，如后述，例如陶瓷制部件在陶瓷表面滑动时，由氧化铝大 径粒子1充分承受陶瓷制部件的按压力，抑制氧化铝小径粒子3的脱粒，可以提高耐磨损 性。另外，本发明中，开气孔率为0. 1 %以下是大的特征。由于开气孔率为0. 1 %以下， 所以可以制成致密质，由此可以实现高强度化。另外，本发明的耐磨损性陶瓷中，在陶瓷中以SiO2换算含有总量的1质量％以下 的Si。该情况下，是包括Si的添加的意思，是作为杂质存在的Si和添加的Si的合计量以 SiO2换算为总量的1质量％以下的意思。这样的耐磨损性陶瓷中，通过以SiO2换算含有1 质量％以下的Si，虽然磨削阻力稍微提高，但强度提高，例如在用于直径小的圆柱状的泵用 轴中的情况下，也能够得到足够的强度，可提高泵的长期可靠性。另一方面，在本发明的耐磨损性陶瓷中，也有陶瓷中实质上不含有Si的情况，即 仅作为杂质含有的情况。这样的耐磨损性陶瓷中，由于陶瓷中实质上不含有Si，所以氧化铝 晶粒彼此间的结合力不那么高，由此，可减小陶瓷加工的特别是磨削阻力，可提高加工性。 陶瓷中实质上不含Si是指不积极地添加Si作为晶界相形成成分，是指以SiO2换算含有总 量的0. 22质量％以下的Si的情况。作为晶界相构成元素，除上述Si夕卜，还有Mn、Ti，而且Ba、Ca、Sr及Mg中至少一 种。氧化铝结晶的晶界中有时确认出MnTi03、MnAl2O4, (Ba、Ca、Sr、Mg)Mr^75AlO4等结晶的 析出，但因主成分即Al2O3或作为杂质含有的SiO2等的影响而形成含有Si、Mn、Ti的液相 (玻璃)时，Al2O3粒子彼此间的结合力提高，陶瓷强度提高，另一方面，磨削阻力提高。但是，在添加的Mn和Ti作为MnTiO3系结晶存在的情况下，能够抑制含有Si、Mn、 Ti的玻璃的生成，可以提高快削性。另外，MnTiO3系结晶的意思是指，不仅包含MnTiO3结 晶，而且还包含MnTiO3的Mn、Ti的一部分由其它元素置换，例如Mn的一部分由Ba、Ca、Sr 及Mg置换的情况。本发明的耐磨损性陶瓷中，使用图像处理装置测定了陶瓷表面的平均粒径为2 5 μ m0这样的耐磨损性陶瓷通过如下工序得到，S卩，添加平均粒径ΙΟμπι以上的氧化铝粗粉、平均粒径3 μ m以下的氧化铝微粉、晶界相形成材料，将它们混合后成形为规定形状， 在氧化性环境中以1200 1500°C烧成1 3小时。作为氧化铝粗粉，可使用氧化铝含有率99%以上，平均粒径25 40 μ m的市售的 氧化铝粗粉，作为氧化铝微粉，可使用氧化铝含有率99%以上，平均粒径1. 8 3 μ m的市售 的低钠氧化铝粉末。
作为晶界相形成材料，可使用通过烧成Si、Mn、Ti、Ba、Sr、Ca、Mg的氧化物、碳酸 盐、氢氧化物、以及含有这些元素的复合氧化物等而形成氧化物的化合物的微粉末。原料粉末的混合可以以干式进行，但以湿式混合的情况下，通过喷雾干燥等造粒 并成形。另外，在通过球磨机等进行混合粉碎的情况下，有利用所使用的溶剂即水或球混 入氧化钙、氧化铬、氧化钴、氧化镁、二氧化硅、氧化锰、氧化铁的情况，但只要在满足上述组 成的范围内，就没有任何问题。在以上的耐磨损性陶瓷中，由于陶瓷表面中的粒径10 μ m以上的氧化铝大径粒子 的面积比率为35 65%，所以例如即使陶瓷制部件在陶瓷表面滑动的情况下，陶瓷制部件 也可以在氧化铝大径粒子表面滑动，可以抑制磨损。另外，本发明的耐磨损性陶瓷的开气孔 率为0. 1 %以下，因此，成为致密质，可提高强度。本发明的滑动部件至少滑动面由上述耐磨损性陶瓷形成，陶瓷制部件滑动的表面 成为陶瓷表面。作为滑动部件，例如有径向或轴向摩擦轴承、旋转机械密封中的滑环、往复 泵用的活塞或活塞套、调整/控制液体流(例如阀及接头中的)或低功率电动机中的气流 (例如鼓风机)用的密封盘及控制盘、容器及管道的里衬、磨机中的或螺钉导向件这样的导 向部件等。另外，本发明的滑动部件是至少滑动面由上述耐磨损性陶瓷形成，滑动部件整体 也可以由本发明的耐磨损性陶瓷构成。在这样的滑动部件中，由于开气孔率为0. 以下，所以成为致密质，强度高，另 夕卜，由于陶瓷制部件在氧化铝大径粒子表面滑动，所以能够抑制磨损。本发明的泵是具备轴和轴承的泵，轴及轴承中至少一方包括上述滑动部件，例如 有轴插通环状的轴承的泵。这样的泵中，由于轴或轴承的开气孔率为0. 以下，所以成为 致密质，强度高，由于轴的外面的氧化铝大径粒子与轴承的内面抵接并滑动，因此，可以抑 制轴的磨损，可以提高耐久性。另外，本发明的耐磨损性陶瓷中，如图2所示，优选氧化铝大径粒子1的内部具有 气孔7。该气孔7在一个氧化铝大径粒子1的内部存在1个或多个。气孔7的直径在从气 孔面积将气孔形状假设为球形求得的情况下为1 5 μ m。该气孔7如后面所述，是原料粉 末集合并烧结时被取入的，在使用大径原料粉末和小径原料粉末且将其混合粉碎而成的材 料时容易产生。本发明中，具有气孔的氧化铝大径粒子1，在陶瓷表面以面积比率计优选存在 35 65%，特别优选存在40 60%。也存在没有气孔7的粒径10μ m以上的氧化铝大径粒子1，但在陶瓷的一剖面，氧化铝大径粒子1的总量中 80%以上具有气孔7。另外，图2中，也发现没有气孔7的氧化铝大径粒子1，但这只是在其 剖面不能简单得观察到而已，几乎所有的氧化铝大径粒子1具有气孔7。这样的耐磨损性陶瓷中，由于在氧化铝大径粒子1的内部具有气孔7，所以在进行磨削加工时，从氧化铝大径粒子1的气孔7发生裂纹，可进行脱粒并磨削，可减小磨削阻力， 可提高加工性。本发明的耐磨损性陶瓷中，优选陶瓷中以SiO2换算含有总量的0. 22质量％以下 的Si。这样的耐磨损性陶瓷中，由于陶瓷中实质上不含有Si，所以氧化铝晶粒彼此的结合 力不那么高，由此，可进一步减小陶瓷加工的特别是磨削阻力，可进一步提高加工性。陶瓷 中实质上不含有Si是指作为晶界相形成成分不积极地添加Si。
本发明的耐磨损性陶瓷中，在用球磨机将氧化铝粗粉和氧化铝微粉混合粉碎并烧 成时，粉碎后的氧化铝粗粉迅速取入氧化铝微粉进行烧结，因此，气泡不能从氧化铝粗粉和 氧化铝微粉之间脱出，而以被取入的状态烧结，使得氧化铝大径粒子的80%以上具有气孔。实施例1作为氧化铝粗粉，使用氧化铝含有率99. 6%，平均粒径25 80 μ m的市售的氧化 铝粉末，作为氧化铝微粉，使用氧化铝含有率99. 8%，平均粒径1. 8 3 μ m的市售的低钠氧 化铝粉末。另外，作为助剂使用了用激光散射法测定的平均粒径1 μ m的Mn02、CaC03、SrC03、 平均粒径3. 5 μ m的MgCO3>0. 5 μ m的TiO2粉末。作为混入SiO2的体系，按照以氧化物换算的质量比为MnO2 TiO2 碱土金属氧化 物=3 2 1的方式计量作为助剂成分的MnO2JiO2、碱土金属的碳酸盐即MgC03、CaC03、 SrCO3中任一种，将水和93%纯度的氧化铝球投入氧化铝锅中，粉碎100小时(试样No. 1_1、 1-2、1-3、1-16)。为避免SiO2的混入，以MnO2 TiO2 MgO (使用MgCO3) =3:2: 1的方式进行 计量，将水和99. 9%纯度的氧化铝球投入树脂磨机中，粉碎100小时。以达到表1所示的重量比的方式添加氧化铝粗粉、氧化铝微粉及助剂，进一步添 加4%的水、公知的粘合剂，用手动搅拌器混合，得到浆料。使用喷雾干燥器将该浆料干燥， 制成颗粒，以lt/cm2的压力加压成形，并以1370°C进行大气烧成。利用阿基米德法对得到的陶瓷测定开气孔率，并记载于表2。另外，使用金属显微镜和图像解析装置，对将得到的陶瓷进行了镜面加工后 以1200°C进行了热腐蚀的面，测定粒径IOym以上的氧化铝大径粒子的面积比率、粒径 5ym以下的氧化铝小径粒子的面积比率％。面积比率通过400倍的金属显微镜照片以 200 μ mX 150 μ m的面积测定，并记载于表2。同样，使用图像处理装置对400倍的金属显微 镜照片求平均粒径。其结果是，本发明的试样的平均粒径为2 5μπι。另外，对于磨削阻力，如图3(a)所示，在附加有测力计的平面磨削盘安置形状 7mmX IOOmm的厚度20mm的试样，砂轮使用SDC140N7SBA (旭夕· ^ Y )。切入条件为，边缘切 割(两端切入)、砂轮转速1800rpm，砂轮周向速度1720m/min，头的进给速度20m/min， 切入量0. 03mm/paSS，计算以上述条件进行时的法线方向的每试样宽度Imm的磨削阻力， 并记载于表2。另外，如图3(b)所示，使用直径25mm、厚度5mm的圆盘状陶瓷和直径10mm、厚度 3mm的圆盘状陶瓷测定磨损特性。对于磨损特性，将直径10mm、厚度3mm的圆盘状陶瓷的外 周以500gf按压在旋转的直径25mm、厚度5mm的圆盘状陶瓷上的摩擦半径9mm的位置，在累 计移动距离IOOOm的摩擦试验后，使用表面粗度计测定直径25mm、厚度5mm的圆盘状陶瓷表 面的磨损痕的宽度和深度。将测得的磨损痕的宽度和深度的值相乘得到的数值作为磨损评估结果，记载于表2。另外，基于JIS R 1601进行3点弯曲强度，记载于表2。另外，对陶瓷进行发光分 光分析(ICP)，测定Si量，表2中以SiO2换算进行记载。另外，测定Al量的结果为，本发明 的试样中，以Al2O3换算时含有总量的90 98质量％。另外，通过X射线衍射测定同定结 晶相，求MnTiO3系结晶的有无，记载于表2。图4表示试样No. 1-6的X射线衍射图。表1
*标记表示本发明范围外的试样。[表 2] *标记表示本发明范围外的试样。根据表1、2，含有粒径10 μ m以上的氧化铝大径粒子、和粒径5 μ m以下的氧化铝小 径粒子，并且，氧化铝大径粒子的面积比率为35 65%，在开气孔率为0. 以下的本发明 的试样中，开气孔率为0. 1 %以下，因此，成为致密质，可将强度设为210MPa以上，并且，由 于氧化铝大径粒子的面积比率为35 65%，所以判断为磨损评价试验中小至1835 μ m2以 下。另外，通过将SiO2含量降低至0. 46质量％以下，判断为磨削阻力减小至38N/m以 下。与之相对，在氧化铝大径粒子多的比较例的试样No. 1-1中，开气孔率高达0. 2%, 在氧化铝原料粒径大至80 μ m的试样No. 1-9中，开气孔率高达0. 35%，判断为强度低。在 氧化铝大径粒子少的比较例的试样No. 1-5中，判断为磨损量增多。另外，在仅使用氧化铝的微粉原料的试样No. 1-10中，判断为不存在粒径10 μ m以 上的氧化铝大径粒子，磨损量也多。另外，在以SiO2换算时Si含量为1质量％的试样No. 1-16中，为添加了 0. 7质量％ 的SiO2粉末的情况，但可知，虽然磨削阻力大，但强度增大，耐磨损性也良好。实施例2作为氧化铝粗粉，使用氧化铝含有率99%以上，平均粒径25 80 μ m的市售的氧 化铝粉末，作为氧化铝微粉，使用氧化铝含有率99. 8 %，平均粒径1. 8 3 μ m的市售的低 钠氧化铝粉末。另外，作为助剂使用了用激光散射法测定的平均粒径1 μ m的Mn02、BaCO3, SrCO3> CaC03、平均粒径 3. 5 μ m 的 MgC03、0. 5 μ m 的 TiO2 粉末。对于助剂，以氧化物换算的质量比为MnO2 TiO2 碱土金属氧化物=3 2 1 的方式计量Mn02、TiO2、碱土金属的碳酸盐即MgC03、CaCO3> SrCO3> BaCO3中任一种。另外，Si含量以SiO2换算时为0.55质量％的试样No. 2-1中，添加有0.3质量％ 的SiO2粉末，Si含量以SiO2换算时为1. 5质量％的试样No. 2-11中，添加有1. 2质量％的 SiO2粉末。
将这些氧化铝粉末和助剂如表3所示那样添加，在树脂磨机中投入氧化铝球和原料、水，将其混合12小时。用激光散射法测定混合后的粒径，结果为IOym以下。在得到的 粉末中混合4%的公知的粘合剂，进行造粒，制造颗粒，用模具以lt/cm2的压力成形，并以 1400°C进行烧成。利用阿基米德法对得到的陶瓷测定开气孔率，并记载于表4。另外，使用金属显微镜和图像解析装置，对将得到的陶瓷进行了镜面加工后以 1200°C进行了热腐蚀的面，测定粒径IOym以上的总氧化铝大径粒子的面积比率、具有气 孔的粒径10 μ m以上的氧化铝大径粒子的面积比率、粒径5 μ m以下的氧化铝小径粒子的面 积比率，记载于表4。面积比率通过400倍的金属显微镜照片以200 μ mX 150 μ m的面积测 定。同样，使用图像处理装置对400倍的金属显微镜照片求出平均粒径。其结果是，本发明 的试样的平均粒径为2 5 μ m。另外，与实施例1相同地，对磨削阻力、磨损特性及3点弯曲强度进行测定，并记载 于表4。另外，对陶瓷进行发光分光分析(ICP)，测定Si量，表4中以SiO2换算进行记载。 另外，测定Al量的结果为，本发明的试样中，以Al2O3换算时含有总量的90 98质量％。 另外，通过X射线衍射测定同定结晶相，求MnTiO3系结晶的有无，并记载于表4。表3
*标记表示本发明范围外的试样。表4
*标记表示本发明范围外的试样。根据表3、4，含有粒径10 μ m以上的氧化铝大径粒子和粒径5 μ m以下的氧化铝小 径粒子，并且，氧化铝大径粒子的内部具有气孔，在开气孔率为0. 以下的本发明的试样 2-2 2-8中，开气孔率为0. 1 %以下，因此，成为致密质，可将强度设为200MPa以上，并且， 由于氧化铝大径粒子的内部具有气孔，所以判断为磨削阻力小至30N/m以下，并且磨损评 价试验也小至1780 μ m2以下。与之相对，在氧化铝大径粒子多的比较例的试样No. 2-1中，开气孔率高达0. 2%, 在氧化铝原料粒径高达80 μ m的试样No. 2-9中，开气孔率高达0. 3%，判断为强度低。另外，在仅使用氧化铝的微粉原料的试样No. 2-10中，判断为不存在粒径10 μ m以 上的氧化铝大径粒子，磨削阻力大，而且磨损量也多。另外，在Si含量以SiO2换算时为1.5质量％的试样似.2_11中，为添加了 1. 2质 量％ WSiO2粉末的情况，但可知，不能充分形成由氧化铝大径粒子、氧化铝小径粒子构成的 双结点组织，而为与通常的氧化铝陶瓷相同的均勻的组织。
权利要求
一种耐磨损性陶瓷，其特征在于，耐磨损性陶瓷实质上由氧化铝晶粒和晶界相构成，开气孔率为0.1％以下，并且，所述氧化铝晶粒具有粒径10μm以上的氧化铝大径粒子和粒径5μm以下的氧化铝小径粒子，陶瓷表面中的所述氧化铝大径粒子的面积比率为35～65％。
2.根据权利要求1所述的耐磨损性陶瓷，其特征在于， 陶瓷表面中的所述氧化铝小径粒子的面积比率为15 40%。
3.根据权利要求1或2所述的耐磨损性陶瓷，其特征在于， 所述氧化铝大径粒子在内部具有气孔。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的耐磨损性陶瓷，其特征在于， 陶瓷中以Al2O3换算含有总量的90 98质量％的Al。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的耐磨损性陶瓷，其特征在于， 陶瓷中以SiO2换算含有总量的1质量％以下的Si。
6.根据权利要求1 4中任一项所述的耐磨损性陶瓷，其特征在于， 陶瓷中以SiO2换算含有总量的0. 22质量％以下的Si。
7.根据权利要求6所述的耐磨损性陶瓷，其特征在于，陶瓷中含有Mn及Ti，并且，该Mn及Ti作为MnTiO3系结晶存在。
8.一种滑动部件，其特征在于，至少滑动面由权利要求1 7中任一项所述的耐磨损性陶瓷形成。
9.一种泵，其特征在于，具有轴和轴承，所述轴及所述轴承中至少一方包括权利要求8所述的滑动部件。
全文摘要
本发明提供致密且可提高耐磨损性的耐磨损性陶瓷及滑动部件以及泵。本发明的耐磨损性陶瓷，实质上由氧化铝晶粒和晶界相形成，开气孔率为0.1％以下，并且氧化铝晶粒含有粒径10μm以上的氧化铝大径粒子(1)和粒径5μm以下的氧化铝小径粒子(3)，陶瓷表面中的氧化铝大径粒子(1)的面积比率为35～65％。陶瓷制部件在本发明的耐磨损性陶瓷的氧化铝大径粒子表面滑动，可抑制磨损，并且为致密质，可提高强度。
文档编号F16C33/24GK101842332SQ200880113508
公开日2010年9月22日 申请日期2008年10月28日 优先权日2007年10月29日
发明者四方邦英, 片桐辉昭 申请人:京瓷株式会社