(57)【要約】  チタン化合物及び鉄化合物を含むアルミナ質焼結体であって、チタン化合物をＴｉＯ2換算した含有量と鉄化合物をＦｅ2Ｏ3換算した含有量とアルミナの含有量との合計量が９８質量％以上であり、チタン化合物をＴｉＯ2換算した含有量と鉄化合物をＦｅ2Ｏ3換算した含有量との合計量が５〜１３質量％であり、チタン化合物をＴｉＯ2換算した含有量と鉄化合物をＦｅ2Ｏ3換算した含有量との質量比（ＴｉＯ2：Ｆｅ2Ｏ3）が、０．８５：１．１５〜１．１５：０．８５であるアルミナ質焼結体、及び当該アルミナ質焼結体を用いてなる砥粒及び砥石である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン化合物及び鉄化合物を含むアルミナ質焼結体であって、
チタン化合物をＴｉＯ2換算した含有量と鉄化合物をＦｅ2Ｏ3換算した含有量とアルミナの含有量との合計量が９８質量％以上であり、
チタン化合物をＴｉＯ2換算した含有量と鉄化合物をＦｅ2Ｏ3換算した含有量との合計量が５〜１３質量％であり、
チタン化合物をＴｉＯ2換算した含有量と鉄化合物をＦｅ2Ｏ3換算した含有量との質量比（ＴｉＯ2：Ｆｅ2Ｏ3）が、０．８５：１．１５〜１．１５：０．８５であるアルミナ質焼結体。
【請求項２】
チタン化合物をＴｉＯ2換算した含有量と鉄化合物をＦｅ2Ｏ3換算した含有量との合計量が７〜１０質量％である請求項１に記載のアルミナ質焼結体。
【請求項３】
請求項１に記載のアルミナ質焼結体からなる砥粒。
【請求項４】
請求項３に記載の砥粒の層を作用面に有する砥石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミナ質焼結体、当該アルミナ質焼結体を用いてなる砥粒、及び当該砥粒を用いてなる砥石に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミナ質焼結体は、高硬度、高強度、高耐熱性、高耐摩耗性及び高耐薬品性等に優れるという特徴を生かして様々な産業分野で使用されている。特に、鉄鋼産業における重研削砥石の原料（砥粒）として使用されている。【０００３】
また、自動車を中心とする輸送用機器あるいは産業用機械を構成する部品の材料として、特殊合金が多用されつつある。これらの特殊合金は通常のＳＵＳ３０４等に比べて硬いため、従来にはなかった「研削比」の高い重研削砥石が市場で求められている。ここで、「研削比」とは砥石の性能を示す指標で以下の式によって示される。
研削比＝被削材が削られた量（研削量）／砥石の摩耗量【０００４】
一般的に、少ない砥石で多くの被削材を削ることができれば性能が良いと判断されるが、砥石の研削比はその砥石に使用される砥粒の「硬度」と「破壊靭性」に影響される。「研削比と硬度」、及び「研削比と破壊靱性」の間には、次のような関係があると考えられている。
（１）砥粒の硬度が高くなると研削量が増えるため研削比は大きくなる。
（２）破壊靱性が高くなると砥粒の摩耗量が少なくなるため研削比は大きくなる。【０００５】
上記（１）及び（２）を考慮すれば、研削比の式における分子部分は研削量によって影響され、分母部分は摩耗量によって影響される。砥石の研削比を向上させるためには硬度及び破壊靱性がともに高いことが理想的である。【０００６】
ここで、従来の重研削砥石用の砥粒としては、アルミナ質の微粉原料を焼結させた砥粒（例えば、特許文献１〜３参照）や溶融アルミナジルコニア砥粒（例えば、特許文献４参照）、高純度微粒アルミナ粉末に酸化マグネシウム等の結晶粒成長抑制剤を添加した砥粒（例えば、特許文献５参照）等が知られている。【０００７】
また、酸化アルミニウムを主材としＴｉＯ2を添加した焼結材料が提案されている（例えば、特許文献６参照）。さらに、高硬度及び高破壊靱性を有する耐摩耗性に優れたアルミナ焼結体として、アルミナ結晶中に固溶可能なＴｉ、Ｍｇ、Ｆｅ等の金属化合物を添加したアルミナ焼結体が提案されている（例えば、特許文献７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公昭３９−４３９８号公報
【特許文献２】特公昭３９−２７６１２号公報
【特許文献３】特公昭３９−２７６１４号公報
【特許文献４】特公昭３９−１６５９２号公報
【特許文献５】特公昭５２−１４９９３号公報
【特許文献６】特開平３−９７６６１号公報
【特許文献７】特開平１１−１５７９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１〜５はいずれも高硬度で低破壊靭性、あるいは低硬度で高破壊靭性であり、高硬度で破壊靱性の高い砥粒についての具体的開示はない。特許文献６の焼結材料は硬度についての評価はされているが、破壊靱性については一切考慮されていない。また、特許文献７のアルミナ焼結体は、ＴｉとＭｇとの組み合わせ、及びＦｅとＭｇとの組み合わせだけを開示し、その他の組み合わせについては具体的に開示されていない。【００１０】
本発明は、このような状況下になされたものであり、高硬度で破壊靭性の優れた砥粒を与えるアルミナ質焼結体、当該アルミナ質焼結体を用いてなる砥粒及び当該砥粒を用いてなる砥石を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、アルミナ質焼結体に含有させる化合物としてチタン化合物（特に、チタン酸化物）及び鉄化合物（特に、鉄酸化物）に着目し、それらの合計量（それぞれを酸化物換算した含有量の合計量）を制御することにより、アルミナ質焼結体の特性を向上させることが可能であることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。【００１２】
すなわち、本発明は下記のとおりである。
［１］  チタン化合物及び鉄化合物を含むアルミナ質焼結体であって、チタン化合物をＴｉＯ2換算した含有量と鉄化合物をＦｅ2Ｏ3換算した含有量とアルミナの含有量との合計量が９８質量％以上であり、チタン化合物をＴｉＯ2換算した含有量と鉄化合物をＦｅ2Ｏ3換算した含有量との合計量が５〜１３質量％であり、チタン化合物をＴｉＯ2換算した含有量と鉄化合物をＦｅ2Ｏ3換算した含有量との質量比（ＴｉＯ2：Ｆｅ2Ｏ3）が、０．８５：１．１５〜１．１５：０．８５であるアルミナ質焼結体。
［２］  チタン化合物をＴｉＯ2換算した含有量と鉄化合物をＦｅ2Ｏ3換算した含有量との合計量が７〜１０質量％である上記［１］に記載のアルミナ質焼結体。
［３］  上記［１］又は［２］に記載のアルミナ質焼結体からなる砥粒。
［４］  上記［３］に記載の砥粒の層を作用面に有する砥石。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高硬度で破壊靭性の優れた砥粒を与えるアルミナ質焼結体、当該アルミナ質焼結体を用いてなる砥粒及び当該砥粒を用いてなる砥石を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のアルミナ質焼結体に対する衝撃の伝わり方を説明する作用説明図である。
【図２】本発明のアルミナ質焼結体に対する衝撃試験前後のＳＥＭ写真であり、（Ａ）は衝撃試験前の結晶組織の様子（サーマルエッチング処理済み）を示し、（Ｂ）は衝撃試験後のクラック伝播の様子（サーマルエッチング処理なし）を示す。
【図３】アルミナだけからなる焼結体に対する衝撃の伝わり方を説明する作用説明図である。
【図４】アルミナだけからなる焼結体に対する衝撃試験前後のＳＥＭ写真であり、（Ａ）は衝撃試験前の結晶組織の様子（サーマルエッチング処理済み）を示し、（Ｂ）は衝撃試験後のクラック伝播の様子（サーマルエッチング処理なし）を示す。
【図５】実施例４のアルミナ質焼結体の組成分析（Ｘ線回折測定）結果を示すＸ線回折図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［アルミナ質焼結体］
本発明のアルミナ質焼結体は、チタン化合物及び鉄化合物を含み、チタン化合物をＴｉＯ2換算した含有量（以下、「ＴｉＯ2換算含有量」ということがある）と鉄化合物をＦｅ2Ｏ3換算した含有量（以下、「Ｆｅ2Ｏ3換算含有量」ということがある）とアルミナの含有量との３成分合計量が９８質量％以上となっている。
また、ＴｉＯ2換算含有量とＦｅ2Ｏ3換算含有量との２成分合計量は５〜１３質量％となっており、７〜１０質量％となっていることが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明のアルミナ質焼結体においては、高硬度で高破壊靭性の焼結体を得るために、ＴｉＯ2換算含有量と、Ｆｅ2Ｏ3換算含有量との質量比（ＴｉＯ2：Ｆｅ2Ｏ3）が、０．８５：１．１５〜１．１５：０．８５となっている。
上記比（ＴｉＯ2：Ｆｅ2Ｏ3）は、０．９０：１．１０〜１．１０：０．９０であることが好ましく、０．９５：１．０５〜１．０５：０．９５であることがより好ましい。
【００１７】
ここで、ＴｉＯ2換算含有量及びＦｅ2Ｏ3換算含有量の２成分合計量と硬度との関係については、合計量が多くなるほど硬度は低くなるという関係にあるが、２成分合計量が本発明の範囲にあれば、硬度の指標である平均ビッカース硬度が例えば１６ＧＰａ以上となり、実用的にも優れた硬度を有することになる。
【００１８】
一方、２成分合計量と破壊靭性との関係については、上記硬度のような関係はないが、本発明者らは、２成分合計量が特定の範囲において、破壊靭性が著しく高くなることを見出した。すなわち、２成分合計量が本発明の範囲にあれば、破壊靭性値が例えば３．０ＭＰａ・ｍ1/2以上になる。
【００１９】
ここで、上記のような効果が得られると推察されるメカニズムについて説明する。
まず、アルミナだけからなる焼結体の場合は、図３に示すように、クラックの伝わり方は、アルミナ粒子１２の粒界に沿って矢印Ｙ方向に進行することになる。そして、衝撃の大きさによっては、図４（Ｂ）のＳＥＭ写真に示すように、粒界に沿って直線的に亀裂が生じることになる。なお、図４は、後述の比較例１に係る焼結体のＳＥＭ写真であり、図４（Ａ）は衝撃を加える前の結晶組織の様子を示し、図４（Ｂ）は衝撃を加えた後のクラック伝播の様子を示す。
【００２０】
一方で、チタン化合物及び鉄化合物を含有させることで、図１に示すように、破壊靱性値の高い複合金属酸化物の結晶相（例えばＦｅＴｉＡｌＯ5粒子１０）がアルミナ粒子１２の粒界に生成する。このＦｅＴｉＡｌＯ5粒子１０がアルミナ粒子１２の粒界に存在することで、衝撃を加えた際に発生するクラックが進行しても、当該粒子１０を起点にクラックが矢印Ｘ方向に迂回するように偏向するため、衝撃力が一方向でなく分散して緩和される。そのため全体として破壊靱性値が高くなると考えられる。
このことは、図２に示す衝撃試験の結果を示すＳＥＭ写真からもわかる。すなわち、図２（Ａ）のＳＥＭ写真のようにアルミナ粒子の粒界にＦｅＴｉＡｌＯ5粒子が存在する状態で衝撃を加えると、図２（Ｂ）のようにクラックはＦｅＴｉＡｌＯ5粒子を起点にこれを迂回するように進行する。
なお、図２は後述の実施例３に係る焼結体のＳＥＭ写真であり、当該図中、アルミナ粒子の粒界にある三重点に位置する灰色部分（色の薄い部分）がＦｅＴｉＡｌＯ5粒子に相当する。
【００２１】
また、後述のアルミナ質焼結体の製造方法において説明するように、製造コストの観点から、ＴｉとＦｅを含んだ原料としては、イルメナイト（チタン鉄鉱：ＦｅＴｉＯ3）を用いることが好ましい。
【００２２】
本発明のアルミナ質焼結体においては、コランダム結晶から構成される主結晶相の粒界に、既述のようにＴｉ、Ｆｅ及びＡｌを含む複合金属酸化物の結晶相、具体的にはＦｅＴｉＡｌＯ5粒子が存在する。このＦｅＴｉＡｌＯ5粒子の存在により、高硬度で破壊靭性に優れた砥粒を与えるアルミナ質焼結体となる。特に、ＦｅＴｉＡｌＯ5粒子は、コランダム相よりも破壊靭性が高いといった作用により、高硬度で破壊靭性に優れたアルミナ質焼結体が得られる。ＦｅＴｉＡｌＯ5粒子からなる結晶相の存在及び平均結晶サイズは、後述の実施例に記載の方法により確認することができる。
【００２３】
Ｔｉ、Ｆｅ及びＡｌを含む複合金属酸化物の結晶相（ＦｅＴｉＡｌＯ5粒子）の平均結晶サイズは、高破壊靭性化の観点から、３．４〜７．０μｍであることが好ましく、３．７〜６．５μｍであることがより好ましい。３．４〜７．０μｍであることで、破壊時に生じるクラックの進行を抑制する効果が大きくなる。これは、平均結晶サイズがこの範囲にあることで、当該ＦｅＴｉＡｌＯ5粒子によるクラックの偏向効果を良好に保つことができる。
【００２４】
また、本発明のアルミナ質焼結体は、より高い破壊靭性を有する焼結体を得るために、ＴｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3及びＡｌ2Ｏ3以外の金属化合物であるケイ素化合物及び／又はカルシウム化合物を含有することが好ましい。
ケイ素化合物をＳｉＯ2換算した含有量（以下、「ＳｉＯ2換算含有量」ということがある）とカルシウム化合物をＣａＯ換算した含有量（以下、「ＣａＯ換算含有量」ということがある）との合計量は２質量％以下となっていることが好ましく、０．５〜２質量％となっていることがより好ましい。
ケイ素化合物及びカルシウム化合物は粒成長剤として作用し、これらが酸化物換算で２質量％以下存在することで、アルミナのコランダム結晶の形状・サイズを不均一にし、クラックの偏向を生じさせるものと考えられる。つまり、特定量のチタン化合物及び鉄化合物、及び特定量のケイ素化合物及びカルシウム化合物の存在により、それぞれの作用が組み合わさってクラックの偏向が効率よく生じ、より高い破壊靭性化の効果が得られると考えられる。
【００２５】
ここで、アルミナの含有量や、ＴｉＯ2換算含有量、Ｆｅ2Ｏ3換算含有量、ＳｉＯ2換算含有量、ＣａＯ換算含有量、その他の金属化合物の金属酸化物換算含有量は、蛍光Ｘ線元素分析法によって求めることができる。具体的には下記のようにして求める。
まず測定を行うために、元素の組成が既知の標準酸化物試料の湿式分析を行う。得られた湿式分析値を基準値として、測定の際に必要な検量線を作成する。サンプルの定量分析は、この作成した検量線を基に行う。測定機器としては、Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ社製、「ＰＷ２４００型」を用いることができる。また測定は、管球：ロジウム管球、特性Ｘ線：Ｋα線の条件で実施することが好ましい。管電圧及び管電流は元素ごとに異なる条件で測定を行うことが好ましい。管電圧と管電流の条件の一例を下記表１に示す。
なお、本明細書において、各金属酸化物換算含有量を求める際の分母となる全体量は、アルミナ質焼結体に含まれる全ての金属元素を酸化物に換算して合計した量となる。
【００２６】
【表１】
2012060211.tif 000002
【００２７】
［アルミナ質焼結体の製造方法］
次に、既述の本発明のアルミナ質焼結体の製造方法について説明する。
（原料）
本発明のアルミナ質焼結体の製造方法においては、原料としてアルミナ、チタン化合物、鉄化合物を用いる。必要に応じてさらにケイ素化合物及び／又はカルシウム化合物を用いる。これらは２種以上を含む複合酸化物でもよい。
【００２８】
これらの原料の形態としては、粉末、金属粉末、スラリー、水溶液等が挙げられるが、本発明においては、作業時のハンドリングのし易さ等の観点から、粉末の原料を用いるのが好ましい。粉末原料を用いる場合、アルミナ粉末、チタン化合物粉末、鉄化合物粉末、ケイ素化合物粉末、及びカルシウム化合物粉末の累積質量５０％径（ｄ50）は、均質な混合粉末を得るために、それぞれ３μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であることがより好ましい。
ここで、各種粉末の累積質量５０％径（ｄ50）は、レーザー回折法により測定することができる。
【００２９】
アルミナ粉末は、得られるアルミナ質焼結体において、コランダム結晶からなる主結晶相を形成するための原料であることから、高純度のものが好ましく、例えばバイヤー法で形成されたアルミナ等を用いるのが好ましい。
【００３０】
チタン化合物粉末及び鉄化合物粉末としては、それぞれ高純度のＴｉＯ2粉末及び高純度のＦｅ2Ｏ3粉末であってもよいし、チタン、鉄、アルミナの全部あるいはそれらの中の２種が複合酸化物を形成したものであってもよい。複合酸化物としては、イルメナイト（チタン鉄鉱：ＦｅＴｉＯ3）粉末、チタン酸アルミニウム粉末、ＦｅＴｉＡｌＯ5粉末等が挙げられる。イルメナイト粉末は高純度のＴｉＯ2粉末及び高純度のＦｅ2Ｏ3粉末よりも安価であるため、砥粒の製造コストを抑えることができる。従って、イルメナイト粉末を用いるのが好ましい。
【００３１】
ここで、イルメナイトはチタン鉄鉱とも呼ばれ、天然産の鉄及びチタンの酸化鉱物で、組成としてはＦｅＴｉＯ3で表される。産地としては、オーストラリア、ノルウェー、ロシアウラル地方、インド、カナダ、アメリカ、マレーシア等であり、産地によって化学組成が異なる。ＦｅＴｉＯ3のＦｅ2+の一部がＭｇ2+で置換されたものもある。
【００３２】
イルメナイト（オーストラリア  クイーンズランド産）を構成する成分のうち、アルミナ成分と、鉄化合物、チタン化合物、ケイ素化合物及びカルシウム化合物を酸化物換算した場合のそれぞれの化学組成を下記表２に示す。
【００３３】
【表２】
2012060211.tif 000003
【００３４】
イルメナイト粉末を使用する場合、アルミナ粉末に対するイルメナイト粉末の質量混合比（イルメナイト粉末：アルミナ粉末）は０．０５：０．９５〜０．１６：０．８４とすることが好ましく、０．０８：０．９２〜０．１２：０．８８とすることがより好ましい。質量混合比を０．０５：０．９５〜０．１６：０．８４とすることで、ＴｉＯ2換算含有量とＦｅ2Ｏ3換算含有量との２成分合計量を５〜１３質量％とすることができる。
【００３５】
また、ケイ素化合物やカルシウム化合物を用いる場合は、ケイ素化合物をＳｉＯ2換算した含有量とカルシウム化合物をＣａＯ換算した含有量とが合計２質量％以下、好ましくは０．５〜２質量％となるようにする。これらを用いることで破壊靭性値をより向上させることができる。
ケイ素化合物粉末、カルシウム化合物粉末としては、それぞれ高純度のＳｉＯ2粉末及び高純度のＣａＯ粉末、炭酸カルシウム粉末等であってもよいし、シリカ、酸化カルシウム、アルミナの全部あるいはそれらの中の２種が複合酸化物を形成したものであってもよい。複合酸化物としては、ムライト、ゼオライト、ベントナイト、ゲーレナイト、アノーサイト等の粉末が挙げられる。
【００３６】
（混合物の調製）
本発明のアルミナ質焼結体を製造する方法において、原料の混合物を調製する方法に特に制限はないが、例えば下記の方法を好ましく採用することができる。
まず、ポリビニルアルコールを含む水性媒体中に、バイヤー法で得られたアルミナ粉末、イルメナイト粉末（又はＴｉＯ2粉末とＦｅ2Ｏ3粉末）を、それぞれ所定量を加える。その後、例えば、超音波分散機、遊星ボールミル、ボールミル、サンドミル等のメディアを用いた分散機、アルティマイザー（商品名）、ナノマイザー（商品名）等のメディアレス分散機等を用いて均質なスラリーを得る。次いで、このスラリーを乾燥処理したのち、粉砕して、累積質量５０％径（ｄ50）３μｍ以下、好ましくは１μｍ以下の混合物（粉末）を調製する。
【００３７】
（混合物の焼結）
上記のようにして調製された原料の混合物の成形体を焼結して、相対密度９５％以上、好ましくは９７％以上である本発明のアルミナ質焼結体を得る。相対密度が９５％以上であることで、焼結体中の気孔・空隙に起因する焼結体硬度および破壊靭性の低下を抑制することができる。なお、相対密度はアルキメデス法で測定した焼結嵩密度を真密度で除して求めることができる。
また、焼結に際しては、公知の成形手段、例えば金型プレス、冷間静水圧プレス、鋳込成形、射出成形、押出し成形等により任意の形状に成形し、次いでこの成形体を公知の焼結法、例えば、ホットプレス法、常圧焼成法、ガス加圧焼成法、マイクロ波加熱焼成法等、種々の焼結手法によって焼結する。
【００３８】
このようにして得られた本発明のアルミナ質焼結体は、高硬度で優れた破壊靭性を有しており、例えば研削材、切削材、研磨材等の研削・切削・研磨等の工具、さらには鉄鋼産業における重研削用砥石の砥粒として好適である。
【００３９】
［砥粒］
本発明の砥粒は、本発明のアルミナ質焼結体からなる。本発明のアルミナ質焼結体は、粉砕処理、混練処理、成形処理、乾燥処理、焼結処理を順次施すことで得られる。
【００４０】
［砥石］
本発明の砥石は、本発明の砥粒の層を作用面に有するものである。
本発明の砥石における砥粒の作用面への固定方法としては、レジンボンド、ビトリファイドボンド、メタルボンド、電着等が挙げられる。
また、台金の材質としては、スチール、ステンレス合金、アルミニウム合金等が挙げられる。
【００４１】
レジンボンドは、切れ味は良好であるが、耐久性が低い。ビトリファイドボンドは、切れ味がよく、耐摩耗性も良好であるが、砥粒に内部応力が発生し、砥粒が割れたり、欠けたりしやすくなる。電着は、形状の自由度が大きく、切れ味も良好である。
以上に鑑み、砥石においては、その用途に応じて砥粒の固定方法が選択される。
【００４２】
具体的には、例えばレジンボンド砥石の場合、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の結合剤の粉末と砥粒を混合し、又は、結合剤を砥粒にコーティングし、金型に充填してプレス成形する方法、あるいは、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の液状の結合剤と砥粒を混合し、型に流し込んで硬化させる方法により、台金の作用面に砥粒層を固定してなる本発明の砥石が得られる。
本発明の砥石の形状については特に制限はなく、砥石の用途に応じて、ストレート型やカップ型等の形状から適宜選択すればよい。
【実施例】
【００４３】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
なお、各例における諸特性は以下に示す方法に従って求めた。【００４４】
（１）原料粉末の累積質量５０％径（ｄ50）測定
原料粉末の累積質量５０％径（ｄ50）は、レーザー回折法（日機装（株）製マイクロトラック ＨＲＡ）により測定した。【００４５】
（２）アルミナ質焼結体の平均ビッカース硬度測定
装置として（株）アカシ製、機種名「ＭＶＫ−ＶＬ、Ｈａｒｄｎｅｓｓ  Ｔｅｓｔｅｒ」を用い、測定は、荷重０．９８Ｎ、圧子の打ち込み時間１０秒の条件とし、１５点の測定値の平均値を平均ビッカース硬度とした。平均ビッカース硬度が１６ＧＰａ以上であれば実用上問題ない。【００４６】
（３）アルミナ質焼結体の平均破壊靭性値
装置として松沢精機（株）製、機種名「ＤＶＫ−１」を用い、測定は、最大荷重９．８１Ｎ、圧子の打ち込み速度５０μｍ／ｓｅｃ、圧子の打ち込み時間１５秒の条件にて１５点の平均値を平均破壊靱性値とした。計算式は以下の通りである。また、平均破壊靱性値が３．０ＭＰａ・ｍ1/2以上であれば実用上問題ない。
ＫIC ＝ ０．０２６ ＊ Ｅ1/2 ＊ Ｐ1/2 ＊ ａ ／ ｃ3/2
ＫIC  ：  破壊靱性値（ＭＰａ・ｍ1/2）
Ｅ    ：  ヤング率（Ｐａ）
Ｐ    ：  最大荷重（Ｎ）
ａ    ：  圧痕寸法（ｍ）
ｃ    ：  クラックの寸法（ｍ）
なお、本発明において上記ヤング率Ｅは、アルミナの値（３．９×１０11Ｐａ）を用いた。【００４７】
（４）アルミナ質焼結体の各結晶相における平均結晶サイズの測定
装置として日本電子（株）製、機種名「ＪＳＭ−６５１０Ｖ」を用いてＳＥＭ写真を撮影した。得られたＳＥＭ写真から各結晶相の平均結晶サイズを測定した。平均結晶サイズは、各結晶（５０個）の同一方向における最大長さを直径法により測定し、平均を算出して求めた。【００４８】
（５）アルミナ質焼結体のＴｉ、Ｆｅ及びＡｌを含む金属酸化物結晶相の組成分析
装置としてＰａｎａｌｙｔｉｃａｌ社製、機種名「Ｘ'ｐｅｒｔ ＰＲＯ」を用い、特性X線：ＣｕＫα線、管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡの条件にて上記金属酸化物結晶相の組成分析を行った。【００４９】
（６）相対密度
相対密度はアルキメデス法で測定した各焼結体の嵩密度を真密度で除して求めた。
この際、添加した鉄化合物とチタン化合物とは全て反応してＦｅＴｉＡｌＯ5になったと仮定し、その上で、アルミナの真密度を３．９８、ＦｅＴｉＡｌＯ5の真密度を４．２８とし、生成され得るＦｅＴｉＡｌＯ5の割合と残部であるアルミナの割合をもとに真密度を算出した。【００５０】
前述したように、焼結体の原料の形態としては、粉末、金属粉末、スラリー、水溶液等が挙げられる。本実施例においては、作業時のハンドリングのし易さ等の観点から、粉末の原料を用いるのが好ましいと考え、粉末原料を用いた。ここで、原料として用いたアルミナ粉末、イルメナイト粉末、酸化鉄粉末及び酸化チタン粉末の化学組成（アルミナの含有量、ＴｉＯ2換算含有量、Ｆｅ2Ｏ3換算含有量、ＳｉＯ2換算含有量、ＣａＯ換算含有量）を下記表３〜６に示す。【００５１】
【表３】
2012060211.tif 000004
上記アルミナ粉末は、昭和電工（株）製「ＡＬ−１６０ＳＧ−３」であり、その累積質量５０％径（ｄ50）は０．６μｍである。【００５２】
【表４】
2012060211.tif 000005
上記イルメナイト粉末は、オーストラリア産で、オーストラリアのＣＲＬ（Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ  Ｒｕｔｉｌｅ  Ｌｉｍｉｔｅｄ）社製のものを、累積質量５０％径（ｄ50）：０．７５μｍに粉砕して利用した。【００５３】
【表５】
2012060211.tif 000006
上記酸化鉄粉末は、利根産業（株）製  弁柄（ベンガラ）ＳＲ−５７０であり、その累積質量５０％径（ｄ50）は０．５μｍである。【００５４】
【表６】
2012060211.tif 000007
上記酸化チタン粉末は、昭和タイタニウム（株）製「スーパータイタニア（登録商標）  Ｇシリーズ」であり、その累積質量５０％径（ｄ50）は０．６μｍである。【００５５】
（実施例１〜５及び比較例１〜７）
累積質量５０％径（ｄ50）０．６μｍの上記アルミナ粉末と、累積質量５０％径（ｄ50）０．７５μｍの上記イルメナイト粉末とを、形成されるアルミナ質焼結体中のＴｉＯ2及びＦｅ2Ｏ3の各含有量が表７に示す値となるように混合して各種混合物を得た。【００５６】
この各種混合物にそれぞれポリビニルアルコール５質量％を含む水溶液３００ｇと純水を６００ｇ加え、ボールミルにて粉砕・混合処理（実施例１〜５及び比較例１〜６は４時間、比較例７は８時間）を行い、混合物濃度が約２５質量％の均質な各種スラリーを調製した。【００５７】
次いで、この各種スラリーを、それぞれ１２０℃で２４時間乾燥処理した後、乳鉢により解砕処理して、累積質量５０％径（ｄ50）３００μｍ以下の各種粉砕品を得た。この各種粉砕品を、それぞれ１００ＭＰａの圧力で金型成形したのち、さらに１５０ＭＰａの圧力で静水圧処理を施して各種成形体を作製した。【００５８】
その後、この各種成形体を相対密度が９５％以上になるように、電気炉（大気雰囲気）にて４時間焼成することにより各種のアルミナ質焼結体を得た。これらについて、既述のような試験（評価）を行った。結果を下記表７に示す。
また、図２に実施例３のアルミナ質焼結体に対する衝撃試験前後のＳＥＭ写真を、図４に、比較例１のアルミナ質焼結体に対する衝撃試験前後のＳＥＭ写真を示す。なお、これらの図中、（Ａ）は衝撃試験前の結晶組織の様子を示し、（Ｂ）は衝撃試験後のクラック伝播の様子を示す。【００５９】
（実施例６，７及び比較例８，９）
累積質量５０％径（ｄ50）０．６μｍの上記アルミナ粉末と、累積質量５０％径（ｄ50）０．５μｍの酸化鉄粉末、及び累積質量５０％径（ｄ50）０．６μｍの酸化チタン粉末を、形成されるアルミナ質焼結体中のＴｉＯ2及びＦｅ2Ｏ3の各含有量が表７に示す値となるように混合して各種混合物を得た。【００６０】
この各種混合物にそれぞれポリビニルアルコール５質量％を含む水溶液３００ｇと純水を６００ｇ加え、ボールミルにて粉砕・混合処理（処理時間：４時間）を行い、混合物濃度が約２５質量％の均質な各種スラリーを調製した。
次いで、この各種スラリーを、それぞれ１２０℃で２４時間乾燥処理した後、乳鉢により解砕処理して、累積質量５０％径（ｄ50）３００μｍ以下の各種粉砕品を得た。この各種粉砕品を、それぞれ１００ＭＰａの圧力で金型成形したのち、さらに１５０ＭＰａの圧力で静水圧処理を施して各種成形体を作製した。
次に、この各種成形体を相対密度が９５％以上になるように、電気炉（大気雰囲気）にて４時間焼成することにより各種のアルミナ質焼結体を得た。これらについて、既述のような試験（評価）を行った。結果を下記表７に示す。【００６１】
【表７】
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【００６２】
実施例１〜７及び比較例３〜９のアルミナ質焼結体において、コランダム結晶から構成される主結晶相の粒界に存在するＴｉ、Ｆｅ及びＡｌを含む金属酸化物結晶相は、ＦｅＴｉＡｌＯ5からなる結晶相であることがＸ線回折測定により確認された。【００６３】
なお、図５に実施例４のアルミナ質焼結体のＸ線回折測定の結果を示す。
Ｘ線回折測定のデータ解析は、ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製の解析ソフト「Ｘ’Ｐｅｒｔ  Ｈｉｇｈ  Ｓｃｏｒｅ  Ｐｌｕｓ」を用いて行った。
この解析ソフトでは、ＦｅＡｌＴｉＯ5の構造を、１９８２年にＴｉｅｄｅｍａｎｎ等が発表した文献を基に結晶構造を決定した。
それによって得られたパターンと、実験サンプルの結果を照合して、ピークがＦｅＡｌＴｉＯ5に起因するものであると判断した。
【符号の説明】
【００６４】
１０：ＦｅＡｌＴｉＯ5粒子
１２：アルミナ粒子
Ｘ  ：クラックの進行方向を示す矢印
Ｙ  ：クラックの進行方向を示す矢印
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図２】
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【図４】
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【国際調査報告】
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