(57)【要約】【課題】高硬度を有し、かつ耐摩耗性に優れた複合焼結体、砥粒、砥石、及び複合焼結体の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の複合焼結体は表面に凹部が存在するアルミナ焼結体と、その凹部に存在するイットリウム化合物とを含む。本発明の砥粒は本発明の複合焼結体を含む。本発明の砥石は本発明の砥粒の層を作用面に有する。本発明の複合焼結体の製造方法は、アルミナ原料またはアルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる付着工程と、イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ原料またはアルミナ焼結体を熱処理する熱処理工程とを含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹部が存在するアルミナ焼結体と、前記凹部に存在するイットリウム化合物とを含み、Ｙ２Ｏ３換算したイットリウムの含有量が０．００５〜３．０質量％である複合焼結体。
【請求項２】
前記アルミナ焼結体の表面の凹部が形成されていない部分の少なくとも一部においてアルミナ焼結体が露出している請求項１に記載の複合焼結体。
【請求項３】
Ｙ２Ｏ３換算したイットリウムの含有量が０．０１〜２．５質量％である請求項１または２に記載の複合焼結体。
【請求項４】
前記イットリウム化合物が、前記複合焼結体の表面から深さ０．０５ｍｍ未満の領域のみに存在する請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合焼結体。
【請求項５】
前記イットリウム化合物がＹ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９及びＹＡｌＯ３からなる群から選択される少なくとも１種である請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合焼結体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合焼結体を含む砥粒。
【請求項７】
円柱形状を有する請求項６に記載の砥粒。
【請求項８】
請求項６または７に記載の砥粒の層を作用面に有する砥石。
【請求項９】
アルミナ原料またはアルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる付着工程と、
前記イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ原料またはアルミナ焼結体を熱処理する熱処理工程と、を含み、
前記付着工程において、前記付着させる前記イットリウム化合物前駆体の量をＹ２Ｏ３換算したイットリウムの量と、前記イットリウム化合物前駆体を付着させる前の前記アルミナ原料または前記アルミナ焼結体の量との合計に対する、前記換算した前記イットリウムの量の割合が、０．００５〜３．５質量％である複合焼結体の製造方法。
【請求項１０】
前記付着工程において、前記アルミナ原料または前記アルミナ焼結体の表面に前記イットリウム化合物前駆体を分散液または溶液として付着させる請求項９に記載の複合焼結体の製造方法。
【請求項１１】
前記付着工程において、前記アルミナ原料または前記アルミナ焼結体の表面に前記イットリウム化合物前駆体を溶液として付着させる請求項１０に記載の複合焼結体の製造方法。
【請求項１２】
前記付着工程において、前記アルミナ焼結体の表面に前記イットリウム化合物前駆体を付着させ、
前記熱処理工程において、前記熱処理の温度が５００℃以上である、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の複合焼結体の製造方法。
【請求項１３】
前記付着工程において、前記アルミナ原料の表面に前記イットリウム化合物前駆体を付着させ、
前記熱処理工程において、前記熱処理の温度が１２００℃以上である、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の複合焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合焼結体、その複合焼結体を含む砥粒、その砥粒の層を作用面に有する砥石及び複合焼結体の製造方法に関し、特に、イットリウム化合物及びアルミナを含む複合焼結体、その複合焼結体を含む砥粒、その砥粒の層を作用面に有する砥石及びイットリウム化合物及びアルミナを含む複合焼結体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミナ焼結体は、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である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ＳＵＳ３０４等に比べて硬いため、従来にはなかった「研削比」の大き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。研削比が大きいほど、砥石の性能は高い。
研削比＝被削材が削られた量（研削量）／砥石の摩耗量    （Ａ）
【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「強度または靱性」に影響される。「研削比」と「硬度」、及び「研削比」と「強度または靱性」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高くなる。
（２）砥粒の強度または靱性が高くなると砥粒が破断する量が少なくなり、砥粒の摩耗量が減少するため研削比は高くなる。
【０００５】
すなわち、研削比の式における分子部分は砥粒の硬度に影響され、分母部分は砥粒の強度または靱性に影響される。大きい研削比の砥石を得るためには硬度、強度及び靱性がいずれも高くする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、アルミナ原料を焼結させた砥粒（特許文献１〜５及び非特許文献１，２参照）等が知られている。特許文献１にはアルミナ微粉末に、粘土を添加混合し、砥粒中に二酸化ケイ素として、０．０５〜３．０ｗｔ％含有させることが記載されている。
【０００７】
特許文献２にはアルミナ質焼結砥粒に対し、Ｃｒ、Ｔi、Ｆｅ、Ｖ、Ｍｇ、Ｇａ及びＲｈの酸化物等の微粉末を塗すか又はこれらの塩等の溶液を含浸させることにより、アルミナ結晶にこれらの元素を固溶させ、靱性を向上させる製造方法が記載されている。
【０００８】
特許文献３には、アルミナを主成分とする焼結体の表面から少なくとも０．０５ｍｍ内部までの表面調質層に３ａ、４ａ、５ａ、６ａ族元素、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉの中の少なくとも１種を含む化合物を形成し、この化合物を形成する元素を表面から内部に向って漸次減少させた工具アルミナ焼結体及びその製造方法が記載されている。
【０００９】
特許文献４では、アルミナ結晶の結晶粒界相にイットリウム成分を含むアルミナ質焼結体において、結晶粒界相がＹ２Ｓｉ２Ｏ７とＳｉＯ２とで構成される高融点相を有することが記載されている。
【００１０】
特許文献５では、アルミナの粉末中に水素化イットリウムを混合してなるセラミック焼結原料を焼結することにより得られるセラミック焼結体について記載されている。
【００１１】
非特許文献１にはマグネシアとスピネルの多相セラミックスをケイ酸ソーダ液に浸漬することで、亀裂が補修され、弾性率が増大することが記載されている。
【００１２】
非特許文献２にはＭｇＯ焼結体の表面を研磨し、ＭｇＯ焼結体の表面に存在する亀裂を低減させることで強度が向上することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平４−２０５８６号公報
【特許文献２】特開平２−０９７４５７号公報
【特許文献３】特開平６−１６４６８号公報
【特許文献４】特開２０１０−２０８９０１号公報
【特許文献５】特開２０１３−１４４６２２号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９５３，３６，ｐ１９９−２０３
【非特許文献２】守吉祐介，笹本忠，植松敬三，伊熊泰郎，門間英毅，池上隆康，丸山俊夫，「セラミックスの焼結」，（株）内田老鶴圃，ｐ２１９〜２２６（１９９５年１２月１５日発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１に記載の製造方法で作製されたアルミナ焼結砥粒は、粘土の添加によってクラック粒含有率を低減させることが可能ではあるが、粘土の添加量を増やしてもそのクラック粒含有率は１５％以下にはならないため効果は不十分である。また、粘土に由来するケイ素が多くなるほど、アルミナ焼結体の硬度が低下するため好ましくない。
【００１６】
特許文献２に記載の製造方法で作製された研磨材砥粒はアルミナ結晶への固溶によって靱性の向上を目指しているが、高荷重がかかる重研削砥粒として用いるには靱性が不十分である。
【００１７】
特許文献３のアルミナ焼結体では、表面調質層が厚く形成されることによってアルミナ焼結体が有する高硬度の特性が失われることが考えられる。アルミナを主成分とする焼結体の表面調質層に含まれる元素が表面から内部に向って漸次減少させる構成を制御することは極めて難しい。
【００１８】
特許文献４では、アルミナ焼結体の結晶粒界に少なくともＹ２Ｓｉ２Ｏ７とＳｉＯ２とで構成する高融点相を存在させる必要があるため、アルミナ粉末中に平均粒子径が小さいシリカ粉末、イットリア粉末を均一に分散させなければならなく、原料コスト、製造コストが高くなる。またアルミナ焼結体の結晶粒界に少なくともＹ２Ｓｉ２Ｏ７とＳｉＯ２とで構成する高融点相を存在させたとしても、アルミナ焼結体の表面に亀裂が存在した場合、機械的特性は表面の亀裂の深さやその数に依存すると考えられる。
【００１９】
特許文献５では、イットリウムが金属イットリウムの形態でアルミナ焼結体中に存在するため、アルミナ焼結体の強度が却って低くなる場合がある。
【００２０】
非特許文献１に記載のケイ酸ソーダによる亀裂補修の効果は高荷重がかかる重研削砥粒としては不十分である。また表面にケイ酸ソーダのような軟質層が存在すると被削材の研削速度が低下することが予想され、好ましくない。
【００２１】
非特許文献２では焼結体の表面に存在する亀裂を低減させることで強度が向上することが記載されているが、円柱形や不定形の焼結体の表面に存在する亀裂を研磨によって低減させることは困難であり、またもともと亀裂が存在しない焼結体を作製することはさらに困難である。
【００２２】
そこで、本発明は、高硬度を有し、かつ耐摩耗性に優れた複合焼結体、砥粒、砥石、及び複合焼結体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するため、本発明は［１］〜［１１］のいずれかの構成を有する。
【００２４】
［１］表面に凹部が存在するアルミナ焼結体と、前記凹部に存在するイットリウム化合物とを含み、Ｙ２Ｏ３換算したイットリウムの含有量が０．００５〜３．０質量％である複合焼結体。
［２］前記アルミナ焼結体の表面の凹部が形成されていない部分の少なくとも一部においてアルミナ焼結体が露出している［１］に記載の複合焼結体。
［３］Ｙ２Ｏ３換算したイットリウムの含有量が０．０１〜２．５質量％である上記［１］または［２］に記載の複合焼結体。
［４］前記イットリウム化合物が、複合焼結体の表面から深さ０．０５ｍｍ未満の領域のみに存在する、上記［１］〜［３］のいずれか１つに記載の複合焼結体。
［５］前記イットリウム化合物がＹ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９及びＹＡｌＯ３からなる群から選択される少なくとも１種である、上記［１］〜［４］のいずれか１つに記載の複合焼結体。
［６］上記［１］〜［５］のいずれか１つに記載の複合焼結体を含む砥粒。
［７］円柱形状を有する上記［７］に記載の砥粒。
［８］上記［６］または［７］に記載の砥粒の層を作用面に有する砥石。
［９］アルミナ原料またはアルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる付着工程と、イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ原料またはアルミナ焼結体を熱処理する熱処理工程と、を含み、
前記付着工程において、前記付着させる前記イットリウム化合物前駆体の量をＹ２Ｏ３換算したイットリウムの量と、前記イットリウム化合物前駆体を付着させる前の前記アルミナ原料または前記アルミナ焼結体の量との合計に対する、前記換算した前記イットリウムの量の割合が、０．００５〜３．５質量％である複合焼結体の製造方法。
［１０］前記付着工程において、前記アルミナ原料または前記アルミナ焼結体の表面に前記イットリウム化合物前駆体を分散液または溶液として付着させる上記［９］に記載の複合焼結体の製造方法。
［１１］前記付着工程において、前記アルミナ原料または前記アルミナ焼結体の表面に前記イットリウム化合物前駆体を溶液として付着させる上記［１０］に記載の複合焼結体の製造方法。
［１２］付着工程において、アルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させ、熱処理工程において、熱処理の温度が５００℃以上である、上記［９］〜［１１］のいずれか１つに記載の複合焼結体の製造方法。
［１３］付着工程において、アルミナ原料の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させ、熱処理工程において、熱処理の温度が１２００℃以上である、上記［９］〜［１１］のいずれか１つに記載の複合焼結体の製造方法。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、高硬度を有し、かつ耐摩耗性に優れた複合焼結体、砥粒、砥石、及び複合焼結体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる複合焼結体の製造方法の一例を示したフロー図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる複合焼結体の製造方法の第１変形例を示したフロー図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる複合焼結体の製造方法の第２変形例を示したフロー図である。
【図４】本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を１００倍で観察した反射電子像写真である。
【図５】本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を１０００倍で観察した反射電子像写真である。
【図６】本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を含む断面を１０００倍で観察した反射電子像写真である。
【図７】本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を含む断面を１００００倍で観察した反射電子像写真である。
【図８】比較例２にかかる複合焼結体の表面を１０００倍で観察した反射電子像写真である。
【図９】比較例２にかかる複合焼結体の表面を含む断面を１０００倍で観察した反射電子像写真である。
【図１０】比較例２にかかる複合焼結体の表面を含む断面を１００００倍で観察した反射電子像写真である。
【図１１】本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を含む断面におけるエネルギー分散型Ｘ線分光分析の測定点を示した反射電子像写真（５０００倍）である。
【図１２】本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を含む断面におけるエネルギー分散型Ｘ線分光分析の図１１とは別の箇所の測定点を示した反射電子像写真（１０００倍）である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の一実施形態を詳細に説明するが、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。
【００２８】
＜１．複合焼結体＞
本実施形態の複合焼結体は、表面に凹部が存在するアルミナ焼結体と、その凹部に存在するイットリウム化合物とを含む。ここで、アルミナ焼結体表面における凹部としては、アルミナ焼結体の製造工程、または複合焼結体の製造工程において粒子と装置あるいは粒子同士の衝突等により生じたアルミナ焼結体表面の傷、及び高温での熱処理による変形で生じるアルミナ焼結体表面の陥没部分等が挙げられるが、これに限られない。以下、本実施形態の複合焼結体の具体的な構成について説明する。
【００２９】
＜１−１．複合焼結体の化学成分＞
本実施形態の複合焼結体はアルミナを好ましくは５０質量％以上、より好ましくは６０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、さらに好ましくは８０質量％以上、さらに好ましくは９０質量％以上、さらに好ましくは９５質量％以上、さらに好ましくは９９質量％以上含む。本実施形態の複合焼結体におけるアルミナは、コランダム結晶の構造を有していることが好ましい。本実施形態の複合焼結体からイットリウム化合物を除いた化学成分は、例えば、アルミナが９９．１質量部、シリカが０．２質量部、マグネシアが０．１質量部、酸化鉄が０．２質量部、酸化ナトリウムが０．２質量部、残部が微量成分といったものがあるが、これに限られない。
【００３０】
＜１−２．イットリウム化合物の存在領域＞
本実施形態の複合焼結体中のイットリウム化合物は、アルミナ焼結体の表面の少なくとも一部の凹部に存在していればよく、全ての凹部に存在していてもよい。また、本実施形態の複合焼結体中のイットリウム化合物は、複合焼結体の表面から深さ０．０５ｍｍ未満の領域のみに存在することが好ましい。すなわち、イットリウム化合物の層の深さが０．０５ｍｍ未満であることが好ましい。これにより、本実施形態の複合焼結体を製造するときに用いるイットリウム化合物の量が過剰とならず、複合焼結体の製造コストを低減することができる。本実施形態の複合焼結体中のイットリウム化合物は、表面から深さ０．０３ｍｍ未満の領域のみに存在することがより好ましく、深さ０．０２ｍｍ未満の領域のみに存在することがさらに好ましい。
【００３１】
特に、本実施形態の複合焼結体は、アルミナ焼結体の表面の凹部が形成されていない部分の少なくとも一部においては、イットリウム化合物は形成されずにアルミナ焼結体が露出していることが好ましい。アルミナ焼結体は硬度が高く、砥粒として用いた場合、アルミナ焼結体と被削物とが直接当たることにより、効率よく被削物を研削することができることが期待できるためである。そのため、凹部が形成されていない部分の全てにおいてアルミナ焼結体が露出している、すなわち、イットリウム化合物はアルミナ焼結体の表面の凹部にのみ存在することが最も好ましい。しかし、複合焼結体として十分な硬度が得られる範囲で、凹部が形成されていない部分にもイットリウム化合物が存在していてもよい。
【００３２】
＜１−３．イットリウム化合物の種類＞
本実施形態の複合焼結体に含まれるイットリウム化合物は、特に限定されないが、例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９及びＹＡｌＯ３からなる群から選択される少なくとも１種である。これにより、アルミナ焼結体とイットリウム化合物との間の接合力を強くすることができる。
【００３３】
＜１−４．イットリウム化合物の含有量＞
本実施形態の複合焼結体中のＹ２Ｏ３換算したイットリウム化合物の含有量は、０．００５〜３．０質量％であり、好ましくは０．０１〜２．５質量％であり、より好ましくは０．０２〜１．０質量％であり、さらに好ましくは０．０３〜０．５質量％である。本実施形態の構成において、複合焼結体中のＹ２Ｏ３換算したイットリウム化合物の含有量が０．００５質量％以上であると、アルミナ焼結体の表面の凹部に十分な量のイットリウム化合物を存在させることができる。これにより、アルミナ焼結体の表面の凹部における複合焼結体の強度が高くなり、アルミナ焼結体の表面の凹部が疲労亀裂の起点となることを抑制することができる。また、本発明の複合焼結体中のＹ２Ｏ３換算したイットリウム化合物の含有量が３．０質量％以下であると、イットリウム化合物の使用量が過剰とならず、イットリウム化合物の層が厚くなることによる硬度の低下を抑制することができる。さらに、イットリウム化合物の使用量を必要量に抑えることで複合焼結体の製造コストを低減することができる。
【００３４】
＜１−５．アルミナ、イットリウム化合物以外の化合物＞
本実施形態の複合焼結体は、上記の効果を阻害しない範囲で、アルミナ及びイットリウム化合物以外の化合物を含んでもよい。本実施形態の複合焼結体におけるアルミナ及びイットリウム化合物以外の化合物は、酸化物換算で１０質量％以下であることが好ましい。アルミナ及びイットリウム化合物以外の化合物は、酸化物換算でより好ましくは５質量％以下であり、さらに好ましくは３質量％以下である。アルミナ及びイットリウム化合物以外の化合物の元素には、例えば、マグネシウム、チタン、カルシウム、ナトリウム、ケイ素、鉄などが挙げられる。
【００３５】
＜１−６．本実施形態の効果＞
本実施形態の複合焼結体におけるイットリウム化合物がアルミナ焼結体の表面の凹部に存在することにより、アルミナ焼結体の凹部が補強され、複合焼結体の強度が向上すると考えられる。また、驚くべきことに複合焼結体の強度はイットリウム化合物により特異的に向上する。さらに、本実施形態の複合焼結体におけるイットリウム化合物は、アルミナ焼結体の硬度を低下させずに、アルミナ焼結体の強度を向上させる。したがって、本実施形態によれば、高硬度を有し、かつ耐摩耗性に優れた複合焼結体を提供することができる。
【００３６】
＜２．砥粒＞
本実施形態にかかる複合焼結体を含む砥粒を用いることによって、高硬度を有し、かつ耐摩耗性に優れた、すなわち、研削比の高い砥石を得ることができる。砥粒は本実施形態の複合焼結体を７０質量％以上含むことが好ましく、８０質量％以上含むことがより好ましく、９０質量％以上含むことがさらに好ましく、９５％質量％以上含むことがさらに好ましく、９８質量％以上含むことがさらに好ましい。
【００３７】
本実施形態の砥粒の形状は、その砥粒を用いた砥石に研削性能を付与できれば特に限定されない。しかし、優れた研削性能を砥石に付与できるという観点及び成形のしやすさの観点から、砥粒の好ましい形状は円柱形状である。
【００３８】
＜３．砥石＞
本実施形態の砥粒の層を作用面に有することにより、研削比が高い砥石を得ることができる。砥石への砥粒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、その用途に応じて砥粒の固定方法が選択される。
【００３９】
本実施形態の砥粒は、研削比が高く、重研削砥石に適している。なお、重研削とは、鋼片（スラブ、ブルーム、ビレット等）の表面欠陥を取り除く研削方式であり、研削荷重及び研削速度が極めて高い特徴を持つ。砥石にかかる荷重は０．９８ｋＮ以上であり、場合によっては９．８ｋＮを超えることもある。このような高荷重下で使用される砥石を重研削砥石と呼ぶ。本実施形態の砥石を重研削に用いる場合、砥石の作用面に砥粒を固定する方法として、フェノール樹脂を主成分としたレジンボンドを用いた方法が挙げられるが、これに限られない。
【００４０】
＜４．複合焼結体の製造方法＞
本実施形態の複合焼結体の製造方法は、アルミナ原料（以下、ここでは、焼結されていないアルミナを意味する）またはアルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる付着工程と、イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ原料またはアルミナ焼結体を熱処理する熱処理工程とを含む。ここで、イットリウム化合物前駆体とは、焼結、熱分解、アルミナとの反応等を経て、イットリウム化合物となる物質である。以下、本実施形態の複合焼結体の製造方法の例を述べるが、本実施形態にかかる複合焼結体の製造方法はこれらの例に限られない。また、以下の説明において、アルミナ焼結体またはアルミナペレットの製造工程について言及しているが、予めアルミナ焼結体またはアルミナペレットを入手し、準備しておくことでこれらの製造工程を省略することができる。
【００４１】
図１は、本実施形態の複合焼結体の製造方法の一例を示したフロー図である。この製造方法では、アルミナ原料粉末を成形してアルミナ成形体を得る成形工程Ａ１、アルミナ成形体を焼成してアルミナ焼結体を得る焼成工程Ａ２、アルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる付着工程Ａ３、及びイットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ焼結体を熱処理する熱処理工程Ａ４を含む。
【００４２】
＜４−１．成形工程Ａ１＞
成形工程Ａ１では、アルミナ原料粉末を成形してアルミナ成形体を得る。アルミナ原料粉末を成形する成形方法としては、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、シート成形等が挙げられる。
【００４３】
アルミナ原料粉末は、高純度のものが好ましく、例えばバイヤー法で精製したアルミナを用いることができる。アルミナ原料粉末は、アルミナを好ましくは５０質量％以上、より好ましくは６０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、さらに好ましくは８０質量％以上、さらに好ましくは９０質量％以上、さらに好ましくは９５質量％以上、さらに好ましくは９９質量％以上含む。
【００４４】
＜４−２．焼成工程Ａ２＞
焼成工程Ａ２では、アルミナ成形体を焼成してアルミナ焼結体を得る。アルミナ成形体を焼成する方法としては、例えば、アルミナ成形体を匣鉢等の容器に入れマッフル炉等の電気炉またはトンネル式連続焼成炉で加熱処理する方法、前駆体をロータリーキルン等の焼成装置で直接加熱処理する方法などが挙げられる。
【００４５】
焼成温度は、１２００℃以上であり、好ましくは１２００〜１８００℃であり、より好ましくは１３００〜１７５０℃であり、さらに好ましくは１４００〜１７００℃である。焼成温度が１２００℃以上であると、アルミナ成形体の焼結が進行し緻密なアルミナ焼結体が得られる。焼成温度が１８００℃以下であるとアルミナ成形体同士のネッキングを抑制でき、所望の形状のアルミナ焼結体を得ることが容易になる。なお、所望とされるアルミナ焼結体の形状は特に限定されない。
【００４６】
また、焼成雰囲気は大気中、不活性雰囲気又は真空のいずれでもよいが、設備コストの観点から大気中であることが好ましい。
【００４７】
＜４−３．付着工程Ａ３＞
付着工程Ａ３では、アルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる。アルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる方法としては、例えば、イットリウム化合物前駆体の分散液または溶液をアルミナ焼結体に噴霧する方法がある。また、別の例としては、イットリウム化合物前駆体の分散液または溶液にアルミナ焼結体を浸漬させ、ろ過及び乾燥する方法がある。さらに別の例としては、イットリウム化合物前駆体の分散液または溶液にアルミナ焼結体を浸漬させ、溶媒を蒸発させ、アルミナ焼結体の表面のイットリウム化合物前駆体を乾固させる方法がある。
【００４８】
本実施形態のように、イットリウム化合物前駆体を含む液体としてアルミナ焼結体に付着させることで、アルミナ焼結体の表面の凹部により確実にイットリウム化合物前駆体が入り込むことができる。また、イットリウム化合物前駆体の溶液を用いることにより、アルミナ焼結体の表面の凹部にイットリウム化合物前駆体がより緻密に充填され、複合焼結体として、アルミナ焼結体の表面の凹部に緻密なイットリウム化合物の層が形成される。
【００４９】
イットリウム化合物前駆体は、例えば、酸化イットリウム、塩化イットリウム、フッ化イットリウム、炭酸イットリウム、酢酸イットリウム、硝酸イットリウム、臭化イットリウム、硫化イットリウム、シュウ酸イットリウム、リン酸イットリウム、過塩素酸イットリウム、ホウ化イットリウム、ヨウ化イットリウム、硫酸イットリウム、ステアリン酸イットリウム、イットリウムイソプロポキシド、ネオデカン酸イットリウム、ナフテン酸イットリウム、アセチルアセトン酸イットリウム、トリス（シクロペンタジエニル）イットリウム、２−エチルヘキサン酸イットリウム、トリス（ブチルシクロペンタジエニル）イットリウム、トリス（ｎ−プロピルシクロペンタジエニル）イットリウム、トリデカキス（イソプロパノラト）（オキソ）ペンタイットリウム、トリス（アセチルアセトナト）イットリウム、２−エチルヘキサン酸イットリウム、トリフルオロメタンスルホン酸イットリウム、トリス（２，２，６，６−テトラメチルー３，５−へプタンジオナト）イットリウム、イットリウムヘキサフルオロアセチルアセトナート、及びイットリウム・アルミニウム・ガーネットからなる群から選択される少なくとも１種である。これらのイットリウム化合物前駆体のうち、好ましいイットリウム化合物前駆体は、酸化イットリウム、塩化イットリウム、炭酸イットリウム、酢酸イットリウム、硝酸イットリウム、シュウ酸イットリウム及び硫酸イットリウムからなる群から選択される少なくとも１種であり、より好ましいイットリウム化合物前駆体は、酸化イットリウム、塩化イットリウム、酢酸イットリウム、硝酸イットリウム及び硫酸イットリウムからなる群から選択される少なくとも１種であり、さらに好ましいイットリウム化合物前駆体は、酸化イットリウム、酢酸イットリウム及び硝酸イットリウムからなる群から選択される少なくとも１種である。これらのイットリウム化合物は無水物であっても水和物であってもよい。
【００５０】
アルミナ焼結体に付着させるイットリウム化合物前駆体の量をＹ２Ｏ３換算したイットリウムの量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、上記換算したイットリウムの量の割合は、０．００５〜３．５質量％であり、好ましくは０．０１〜３．０質量％であり、より好ましくは０．０２〜１．３質量％であり、さらに好ましくは０．０３〜０．８質量％である。イットリウム化合物前駆体の付着量が０．００５質量％以上であると、アルミナ焼結体の表面の凹部に十分な量のイットリウム化合物を存在させることができる。また、イットリウム化合物前駆体の付着量が３．５質量％以下であると、イットリウム化合物前駆体の付着量が過剰になることを抑制でき、アルミナ質焼結体の製造コストを低減することができる。
【００５１】
イットリウム化合物前駆体を分散または溶解させる溶媒は、例えば、水、ギ酸、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ブタノール、酢酸、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、アセトン、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、酢酸エチル、クロロホルム、ジエチルエーテル、トルエン、ベンゼン及びヘキサンからなる群から選択される少なくとも１種であり、好ましい溶媒は水である。
【００５２】
＜４−４．熱処理工程Ａ４＞
熱処理工程Ａ４では、イットリウム化合物前駆体を塗布したアルミナ質焼結体を５００℃以上の熱処理温度で熱処理する。熱処理の方法には、例えば、イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ焼結体を匣鉢等の容器に入れマッフル炉等の電気炉またはトンネル式連続焼成炉で加熱処理する方法、イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ焼結体をロータリーキルン等の焼成装置で直接加熱処理する方法などが挙げられる。
【００５３】
熱処理温度は、好ましくは５００℃以上であり、より好ましくは５００〜１８００℃であり、さらに好ましくは１０００〜１７５０℃であり、さらに好ましくは１５００〜１７００℃である。熱処理温度が５００℃以上であると、イットリウム化合物前駆体から生成したイットリウム化合物をアルミナ焼結体の表面の凹部に十分に存在させることができる。熱処理温度が１８００℃以下であるとアルミナ焼結体同士のネッキングを抑制でき、所望の形状のアルミナ焼結体を得ることができる。
【００５４】
また、熱処理の雰囲気は、大気中、不活性雰囲気又は真空のいずれでもよいが、設備コストの観点から大気中であることが好ましい。
【００５５】
＜５．複合焼結体の製造方法の第１変形例＞
図２は、本実施形態の複合焼結体の製造方法の第１変形例を示したフロー図である。この製造方法では、アルミナ原料粉末を造粒してアルミナペレットを得る造粒工程Ｂ１、アルミナペレットの表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる付着工程Ｂ２、及びイットリウム化合物前駆体が付着したアルミナペレットを焼成（熱処理）する焼成（熱処理）工程Ｂ３を含む。
【００５６】
＜５−１．造粒工程Ｂ１＞
造粒工程Ｂ１では、アルミナ原料粉末を造粒してアルミナペレットを得る。アルミナ原料粉末は、上記成形工程（Ａ１）に記載されたものと同様である。アルミナ原料粉末を造粒する方法は、所望の形状のアルミナペレットを得られれば特に限定されないが、押し出し式造粒法が好ましい。押し出し式造粒法とは、原料粉末に加液し混練して原料粉末のケーキを作製し、原料粉末のケーキを多数の孔の開いたダイスから押し出すことによってアルミナペレットを得る造粒方法である。押し出し式造粒法では、例えば、スクリュー押し出し式造粒機が使用される。
【００５７】
この造粒法では円柱形状のアルミナペレットを得ることができる。なお、解砕整粒機を用いてアルミナペレットの長さをそろえてもよいし、長さをそろえたアルミナペレットを、球形整粒機を用いて球形にしてもよい。押し出し式造粒法により製造されたアルミナペレットは内部の空隙が小さくなり、アルミナペレットに付着させるイットリウム化合物前駆体がアルミナペレットの表面から内部へ深く浸透することを抑制できる。
【００５８】
アルミナペレットの大きさは、目標とする砥粒の粒度に基づいて適宜選択される。砥粒の粒度としては、例えば、ＪＩＳ  Ｒ  ６１１１（人造研削材）に規定されているものがある。
【００５９】
＜５−２．付着工程Ｂ２＞
付着工程Ｂ２では、アルミナペレットの表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる。なお、イットリウム化合物前駆体は、上記付着工程Ａ３で記載したものと同様である。アルミナペレットの表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる方法としては、例えばイットリウム化合物前駆体の分散液または溶液をアルミナペレットに噴霧する方法が挙げられる。この方法によれば、イットリウム化合物前駆体がアルミナペレットの表面から内部へ深く浸透することを抑制できる。
【００６０】
アルミナペレットに付着させるイットリウム化合物前駆体の量をＹ２Ｏ３換算したイットリウムの量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナペレットの量との合計に対する、上記換算したイットリウムの量の割合は、０．００５〜３．５質量％であり、好ましくは０．０１〜３．０質量％であり、より好ましくは０．０２〜１．３質量％であり、さらに好ましくは０．０３〜０．８質量％である。イットリウム化合物前駆体の付着量が０．００５質量％以上であると、後述するアルミナ焼結体の表面の凹部に十分な量のイットリウム化合物を存在させることができる。また、イットリウム化合物前駆体の付着量が３．０質量％以下であると、イットリウム化合物前駆体の付着量が、過剰とならず、アルミナ焼結体の製造コストを低減することができる。
【００６１】
イットリウム化合物前駆体を分散または溶解させる溶媒は、上記付着工程Ａ３で記載したものと同様である。
【００６２】
＜５−３．焼成（熱処理）工程Ｂ３＞
焼成（熱処理）工程Ｂ３では、イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナペレットを焼成（熱処理）する。アルミナペレットを焼成する方法としては、例えば、アルミナペレットを匣鉢等の容器に入れマッフル炉等の電気炉またはトンネル式連続焼成炉で加熱処理する方法、前駆体をロータリーキルン等の焼成装置で直接加熱処理する方法などが挙げられる。
【００６３】
焼成（熱処理）温度は、１２００℃以上であり、好ましくは１２００〜１８００℃であり、より好ましくは１３００〜１７５０℃であり、さらに好ましくは１４００〜１７００℃である。焼成温度が１２００℃以上であると、アルミナペレットの焼結が進行し緻密なアルミナ焼結体が得られる。また、生成したイットリウム化合物をアルミナ焼結体の表面の凹部に十分に存在させることができる。加熱温度が１８００℃以下であるとアルミナペレット同士のネッキングを抑制でき、所望の形状の複合焼結体を得ることができる。
【００６４】
また、焼成（熱処理）雰囲気は、大気中、不活性雰囲気又は真空のいずれでもよいが、設備コストの観点から大気中であることが好ましい。
【００６５】
複合焼結体は強度及び靱性が高く、砥粒の形状に成形する、あるいはその形状を制御することは難しいため、第１変形例のようにイットリウムを含まないアルミナの段階でペレットとすることで、効率よく所望の形状の砥粒を得ることができる。
【００６６】
＜６．複合焼結体の製造方法の第２変形例＞
図３は、本実施形態の複合焼結体の製造方法の第２変形例を示したフロー図である。この製造方法では、アルミナ原料粉末を造粒してアルミナペレットを得る造粒工程Ｃ１、アルミナペレットを焼成してアルミナ焼結体を得る焼成工程Ｃ２、アルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させる付着工程Ｃ３、及びイットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ焼結体を熱処理する熱処理工程Ｃ４を含む。造粒工程Ｃ１は、第１変形例における造粒工程Ｂ１と同様であり、付着工程Ｃ３は上記実施形態の付着工程Ａ３と同様であり、熱処理工程Ｃ４は上記実施形態における熱処理工程Ａ４と同様であるため、以下においては、焼成工程Ｃ２について説明する。
【００６７】
＜６−１．焼成工程Ｃ２＞
焼成工程Ｃ２では、アルミナペレットを焼成してアルミナ焼結体を得る。アルミナペレットを焼成する方法としては、例えば、アルミナ成形体を匣鉢等の容器に入れマッフル炉等の電気炉またはトンネル式連続焼成炉で加熱処理する方法、前駆体をロータリーキルン等の焼成装置で直接加熱処理する方法などが挙げられる。
【００６８】
焼成温度は、１２００℃以上であり、好ましくは１２００〜１８００℃であり、より好ましくは１３００〜１７５０℃であり、さらに好ましくは１４００〜１７００℃である。焼成温度が１２００℃以上であると、アルミナペレットの焼結が進行し緻密なアルミナ焼結体が得られる。加熱温度が１８００℃以下であるとアルミナペレット同士のネッキングを抑制でき、所望の形状のアルミナ焼結体砥粒を得ることができる。
【００６９】
また、焼成雰囲気は、大気中、不活性雰囲気又は真空のいずれでもよいが、設備コストの観点から大気中であることが好ましい。
【００７０】
本変形例も第１変形例と同様に効率よく所望の形状の砥粒を得ることができる。また、本変形例では、イットリウム化合物がアルミナ焼結体の表面の凹部に、より確実に存在する。
【００７１】
＜７．本発明の複合焼結体の製造方法について＞
以上、本発明の実施形態にかかる複合焼結体の製造方法及びその変形例を説明したが、本発明の複合焼結体の製造方法は、これらに限定されない。
【実施例】
【００７２】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００７３】
＜８．アルミナ焼結体の作製＞
実施例１〜実施例８及び比較例２〜比較例７の複合焼結体、及び比較例１のアルミナ焼結体を以下のようにして作製した。また、これらの複合焼結体及びアルミナ焼結体の作製に用いたアルミナ、化合物前駆体の種類及びその添加量（酸化物換算）について表１に示す。
【００７４】
＜実施例１＞  
蒸留水１０．０ｍＬに０．０５０ｇの酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物（関東化学（株）製）を溶かしてイットリウム化合物前駆体溶解液を作製した。次にＪＩＳ６００１−１における粒度Ｆ１２の円柱形状の砥粒状のアルミナ焼結体（昭和電工（株）製、品番ＳＲ−１）を１００．０ｇ、蒸発皿に量りとった。なお、このアルミナ焼結体は、アルミナ原料粉末を造粒してアルミナペレット作製し、アルミナペレットを１２００℃以上の温度で焼成することによって得られたものである。このアルミナ焼結体にイットリウム化合物前駆体溶解液を全て滴下し、アルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させた。イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ焼結体を載せた蒸発皿を８０℃に加熱したホットプレートに載せ、アルミナ焼結体の表面に付着したイットリウム化合物前駆体を乾固させた。このアルミナ焼結体を電気炉に入れ、２００分かけて室温から１７００℃まで昇温した。そして、この砥粒を１７００℃の熱処理温度で１時間保持した後、自然冷却して、実施例１の複合焼結体を作製した。
【００７５】
なお、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量の割合は０．０１７質量％である。
【００７６】
＜実施例２＞  
蒸留水１０．０ｍＬに０．１００ｇの酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物（関東化学（株）製）を溶かしてイットリウム化合物前駆体溶解液を作製した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、実施例２の複合焼結体を作製した。
【００７７】
なお、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量の割合は０．０３３質量％である。
【００７８】
＜実施例３＞  
蒸留水１０．０ｍＬに０．５００ｇの酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物（関東化学（株）製）を溶かしてイットリウム化合物前駆体溶解液を作製した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、実施例３の複合焼結体を作製した。
【００７９】
なお、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量の割合は０．１７質量％である。
【００８０】
＜実施例４＞
蒸留水１０．０ｍＬに１．０００ｇの酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物（関東化学（株）製）を溶かしてイットリウム化合物前駆体溶解液を作製した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、実施例４の複合焼結体を作製した。
【００８１】
なお、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量の割合は０．３３質量％である。
【００８２】
＜実施例５＞  
蒸留水１０．０ｍＬに、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物に代えて、１．１３３ｇの硝酸イットリウム（ＩＩＩ）六水和物（関東化学（株）製）を溶かしてイットリウム化合物前駆体溶解液を作製した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、実施例５の複合焼結体を作製した。
【００８３】
なお、硝酸イットリウム（ＩＩＩ）六水和物をＹ２Ｏ３換算した量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、硝酸イットリウム（ＩＩＩ）六水和物をＹ２Ｏ３換算した量の割合は０．３３質量％である。
【００８４】
＜実施例６＞
蒸留水１０．０ｍＬに、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物に代えて、０．８９７ｇの塩化イットリウム（ＩＩＩ）六水和物（関東化学（株）製）を溶かしてイットリウム化合物前駆体溶解液を作製した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、実施例６の複合焼結体を作製した。
【００８５】
なお、塩化イットリウム（ＩＩＩ）六水和物をＹ２Ｏ３換算した量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、塩化イットリウム（ＩＩＩ）六水和物をＹ２Ｏ３換算した量の割合は０．３３質量％である。
【００８６】
＜実施例７＞  
蒸留水１０．０ｍＬに０．３３４ｇの酸化イットリウム（ＩＩＩ）（関東化学（株）製、品名：ＮａｎｏＴｅｋ（登録商標））を分散させ、懸濁液を作製した。次に実施例１で用いたものと同じアルミナ焼結体（昭和電工（株）製、品番ＳＲ−１）を１００．０ｇ、蒸発皿に量りとった。このアルミナ焼結体に酸化イットリウムの懸濁液を滴下し、アルミナ焼結体の表面にイットリウム化合物前駆体を付着させた。イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナ焼結体を載せた蒸発皿を８０℃に加熱したホットプレート上に載せ、アルミナ焼結体の表面に付着したイットリウム化合物前駆体を乾固させた。この前駆体を電気炉に入れ、２００分かけ１７００℃まで昇温し、１７００℃で１時間保持後、自然冷却させ、複合焼結体を作製した。
【００８７】
なお、酸化イットリウム（ＩＩＩ）の量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酸化イットリウム（ＩＩＩ）の量の割合は０．３３質量％である。
【００８８】
＜実施例８＞
蒸留水１０．０ｍＬに０．５００ｇの酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物（関東化学（株）製）を溶かしてイットリウム化合物前駆体溶解液を作製した。次に、実施例１で用いたアルミナ焼結体（昭和電工（株）製、品番ＳＲ−１）の焼成前のアルミナペレットを１００．０ｇ、蒸発皿に量りとった。イットリウム化合物前駆体溶解液の全てを、このアルミナペレットの表面に均一に噴霧した。イットリウム化合物前駆体が付着したアルミナペレットを電気炉に入れ、２００分かけて室温から１７００℃まで昇温した。そして、このアルミナペレットを１７００℃の温度で１時間、焼成して、実施例８の複合焼結体を作製した。
【００８９】
なお、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナペレットの量との合計に対する、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量の割合は０．１７質量％である。
【００９０】
＜比較例１＞
イットリウム化合物を塗布しなかったこと以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、比較例１のアルミナ焼結体を作製した。
【００９１】
＜比較例２＞
蒸留水１０．０ｍＬに０．０１０ｇの酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物を溶かしてイットリウム化合物前駆体溶解液を作製した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、比較例２の複合焼結体を作製した。
【００９２】
なお、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量と、イットリウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酢酸イットリウム（ＩＩＩ）四水和物をＹ２Ｏ３換算した量の割合は０．００３質量％である。
【００９３】
＜比較例３＞
イットリウム化合物前駆体溶解液の代わりに、蒸留水１０．０ｍＬに０．０３７ｇの酢酸ガドリニウム（ＩＩＩ）四水和物（和光純薬工業（株）製）を溶かして作製したガドリニウム化合物前駆体溶解液を使用した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、比較例３の複合焼結体を作製した。
【００９４】
なお、酢酸ガドリニウム（ＩＩＩ）四水和物をＧｄ２Ｏ３換算した量と、ガドリニウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酢酸ガドリニウム（ＩＩＩ）四水和物をＧｄ２Ｏ３換算した量の割合は０．０１７質量％である。
【００９５】
＜比較例４＞
イットリウム化合物前駆体溶解液の代わりに、蒸留水１０．０ｍＬに０．０３４ｇの塩化鉄（ＩＩＩ）（関東化学（株）製）を溶かして作製した鉄化合物前駆体溶解液を使用した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、比較例４の複合焼結体を作製した。
【００９６】
なお、塩化鉄（ＩＩＩ）をＦｅ２Ｏ３換算した量と、鉄化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、塩化鉄（ＩＩＩ）をＦｅ２Ｏ３換算した量の割合は０．０１７質量％である。
【００９７】
＜比較例５＞
イットリウム化合物前駆体溶解液の代わりに、蒸留水１０．０ｍＬに０．０３１ｇの酢酸酸化ジルコニウム（ＩＶ）（キシダ化学（株）製）を溶かして作製したジルコニウム化合物前駆体溶解液を使用した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、比較例５の複合焼結体を作製した。
【００９８】
なお、酢酸酸化ジルコニウム（ＩＶ）をＺｒＯ２換算した量と、ジルコニウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酢酸酸化ジルコニウム（ＩＶ）をＺｒＯ２換算した量の割合は０．０１７質量％である。
【００９９】
＜比較例６＞
イットリウム化合物前駆体溶解液の代わりに、蒸留水１０．０ｍＬに０．０８９ｇの酢酸マグネシウム（ＩＩ）四水和物（関東化学（株）製）を溶かして作製したマグネシウム化合物前駆体溶解液を使用した。それ以外は、実施例１の複合焼結体と同様の方法で、比較例６のマグネシウム含有アルミナ焼結体を作製した。
【０１００】
なお、酢酸マグネシウム（ＩＩ）四水和物をＭｇＯ換算した量と、マグネシウム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する、酢酸マグネシウム（ＩＩ）四水和物をＭｇＯ換算した量の割合は０．０１７質量％である。
【０１０１】
＜比較例７＞
イットリウム化合物前駆体溶解液の代わりに、蒸留水１０．０ｍＬに０．０１７ｇの酸化クロム（ＩＩＩ）を分散させて作製したクロム化合物前駆体分散液を使用した。それ以外は、実施例７の複合焼結体と同様の方法で、比較例７のクロム含有アルミナ焼結体を作製した。
【０１０２】
なお、酸化クロム（ＩＩＩ）の量と、クロム化合物前駆体を付着させる前のアルミナ焼結体の量との合計に対する酸化クロム（ＩＩＩ）の量の割合は０．０１７質量％である。
【０１０３】
【表１】
2019052059.tif 000003
【０１０４】
＜９．実施例及び比較例で作製された試料の評価方法＞
実施例１〜８及び比較例２〜７で作製された複合焼結体、及び比較例１で作製されたアルミナ焼結体について、以下の方法で評価した。
【０１０５】
＜９−１．蛍光Ｘ線元素分析＞
実施例及び比較例で作製された複合焼結体及びアルミナ焼結体のアルミナの含有量、Ｙ２Ｏ３換算のイットリウム化合物の含有量、及びその他の成分の酸化物換算の含有量を、蛍光Ｘ線元素分析法によって測定した。蛍光Ｘ線元素分析の測定機器としては、（株）リガク製「ＺＳＸ  Ｐｒｉｍｕｓ」を用いた。  
【０１０６】
複合焼結体及びアルミナ焼結体を粉砕機で粉砕し、プレス成形したペレットを用いる粉末プレス法で測定試料を調製し、ファンダメンタルパラメータ法（ＦＰ法）により測定試料を測定した。なお、各成分の酸化物換算の含有量を求める際の分母となる全体量は、各実施例及び比較例の最終生成物としての複合焼結体またはアルミナ焼結体の質量とした。結果を表２に示す。
【０１０７】
【表２】
2019052059.tif 000004
【０１０８】
＜９−２．反射電子像の観察＞
実施例４で作製した複合焼結体の表面におけるイットリウム元素の存在状態を、走査型電子顕微鏡（日本電子（株）製、機種名「ＪＳＭ−６５１０Ｖ」、以下同じ）を用いて反射電子像写真の観察を行った。
【０１０９】
図４は、本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を１００倍で観察した反射電子像写真である。また、図５は、本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を１０００倍で観察した反射電子像写真である。画面中、色の濃い部分はアルミナ焼結体の領域であり、白い部分はイットリウム化合物の領域である。この観察結果から、実施例４にかかる複合焼結体においては、イットリウム化合物がアルミナ焼結体の表面の一部に存在していることが分かる。また、イットリウム化合物が形成されずにアルミナ焼結体が露出している部分も見られる。
【０１１０】
また、実施例４で作製した複合焼結体を透明樹脂粉末（リファインテック株式会社製、アクリル樹脂９５〜１００％、メタクリル酸メチル０〜５％、ジベンゾイルペルオキシド  ０〜１％）中に含ませ、この樹脂を成形後に切断し、切断面を鏡面研磨処理し、白金蒸着処理を行い、試料表面を含む断面について、走査型電子顕微鏡による反射電子像写真の観察を行った。
【０１１１】
図６は、本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を含む断面を１０００倍で観察した反射電子像写真である。また、図７は、本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を含む断面を１００００倍で観察した反射電子像写真である。図６及び図７の画面中、色の濃い部分はアルミナ焼結体の領域であり、白い部分はイットリウム化合物の領域である。この観察結果から、実施例４にかかる複合焼結体において、イットリウム化合物がアルミナ焼結体の表面の凹部に存在していることが分かる。また、図６から、凹部以外の部分においてはアルミナ焼結体が露出している部分があることが分かる。
【０１１２】
以上の観察結果から、実施例４にかかる複合焼結体において、イットリウム化合物はアルミナ焼結体の表面近傍にのみ存在しており、アルミナ焼結体の内部には存在していないことが分かった。また、イットリウム化合物はアルミナ焼結体の表面の凹部に存在しており、すなわち、イットリウム化合物は凹部に充填されていることが分かった。
【０１１３】
図８は、比較例２にかかる複合焼結体の表面を１０００倍で観察した反射電子像写真である。図８の見方は、図４及び図５と同様である。図８からはアルミナ表面上にイットリウム化合物の領域が形成されていることは確認できない。
【０１１４】
図９は、比較例２にかかる複合焼結体の表面を含む断面を１０００倍で観察した反射電子像写真である。また、図１０は、比較例２にかかる複合焼結体の表面を含む断面を１００００倍で観察した反射電子像写真である。図９及び図１０の見方は、図６及び図７と同様である。なお、比較例２の断面を観察するための試料の作製方法は、実施例４における試料の作製方法と同様である。図９及び図１０から、比較例２における複合焼結体は、アルミナ焼結体表面上の凹部にイットリウム化合物は充填されていないことが分かる。
【０１１５】
以上の観察結果から、比較例２におけるイットリウム化合物の含有量、すなわち複合焼結体中のＹ２Ｏ３換算したイットリウムの含有量（表２）では、アルミナ焼結体表面の凹部にイットリウム化合物が充填されていないことが分かった。
【０１１６】
＜９−３．エネルギー分散型Ｘ線分光分析＞
実施例４の複合焼結体の表面近傍におけるイットリウム元素の分布状態を、エネルギー分散型Ｘ線分光器（日本電子（株）社製、機種名ＪＥＤ−２３００）を用いて連続点分析により測定した。
【０１１７】
図１１は、本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を含む断面におけるエネルギー分散型Ｘ線分光分析の測定点を示した反射電子像写真（５０００倍）である。なお、図１１及び後述する図１２の画像は図６及び図７と同様の方法にて得られたものである。図１１において、測定点ａは表面から深さ０．０１７ｍｍ、測定点ｂは表面から深さ０．０１２ｍｍ、測定点ｃは表面から深さ０．００７ｍｍ、測定点ｄは表面から深さ０．００２ｍｍにある。
【０１１８】
図１２は、本発明の実施例４にかかる複合焼結体の表面を含む断面におけるエネルギー分散型Ｘ線分光分析の図１１とは別の箇所の測定点を示した反射電子像写真（１０００倍）である。図１２において、測定点ｅは表面から深さ０．０５６ｍｍ、測定点ｆは表面から深さ０．０３９ｍｍ、測定点ｇは表面から深さ０．０２３ｍｍ、測定点ｈは表面から深さ０．００８ｍｍにある。
【０１１９】
この測定により、実施例４の方法によって製造された複合焼結体において、アルミナ焼結体表面に付着したイットリウム化合物はアルミナ焼結体内部に拡散せずに、その表面に残っていることが分かった。また、Ｙ元素が検出される点まで、同時にＡｌ元素及びＯ元素も検出されるため、Ｙ−Ａｌ−Ｏ化合物の状態で、Ｙ元素が存在すると考えられる。
【０１２０】
【表３】
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【０１２１】
＜９−４．耐摩耗性の評価＞
実施例１〜８及び比較例２〜７で作製された複合焼結体、及び比較例１で作製されたアルミナ焼結体の耐摩耗性は、ＪＩＳ  Ｒ６００１−１に規定される粒度Ｆ１２の円柱形状として評価された。
【０１２２】
まず、焼結体１００ｇをＪＩＳ  Ｒ６００１−１に規定されるＦ１２の試験用ふるい（ここでは、以下、「Ｆ１２ふるい」とする）を用いてロータップ試験機によって１０分間篩い分け、３段目の篩に留まった焼結体１０．５ｇを測定試料とした。
【０１２３】
この測定試料１０．５ｇを、Φ２０ｍｍのクロム鋼球が１５００ｇ入った、内法Φ１１５×１１０ｍｍの鋼のボールミル容器（リフター３本付）に入れた。このボールミルを回転数９５回／分で５分間一軸回転させ、粉砕試料を得た。
【０１２４】
Ｆ１２ふるいを用いて粉砕試料を５分間篩い分け、１〜４段目の篩に留まった粉砕試料の質量（ふるい上質量）をｘ（ｇ）とした。この評価において、ふるい上質量の値が大きいほど、試料の耐摩耗性が高いと言える。この評価結果を表４に示す。
【０１２５】
実施例１〜８の試料は、比較例１〜７の試料に比べてふるい上質量の値が大きく、耐摩耗性に優れていることが分かった。また、実施例１〜８より、Ｙ２Ｏ３換算のイットリウム化合物の含有量（表２）が０．０２％以上であればふるい上質量がほぼ一定であることが分かった。これは、アルミナ焼結体表面の凹部のイットリウム化合物の充填量が十分であれば、それ以上の量のイットリウム化合物を用いても、充填するための凹部はアルミナ焼結体表面にはないからであると考えられる。
【０１２６】
また、比較例３〜７より、イットリウム化合物以外の化合物（表２）が添加されていても耐摩耗性はほとんど向上しないことが分かった。イットリウム化合物がアルミナ焼結体の表面の凹部に充填されることで、特異的に耐摩耗性が向上していることが明らかになった。なお、上述したように、耐摩耗性が高いと、研削比も高くなる。
【０１２７】
【表４】
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【０１２８】
＜９−５．マイクロビッカース硬度＞
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マイクロビッカース硬度とした。表４の結果から、イットリウム化合物が添加された実施例１〜８にかかる複合焼結体は、イットリウム化合物が添加されていない比較例１にかかるアルミナ焼結体に対して硬度を維持できていることが分かった。
【０１２９】
＜１０．実施例の効果＞
以上の結果から、図５に示されるようなアルミナ焼結体の表面の凹部にイットリウム化合物が存在する複合焼結体は、従来のアルミナ焼結体に対して硬度を維持しつつ、耐摩耗性が向上していることが分かった。すなわち、表面に凹部が存在するアルミナ焼結体と、凹部に存在するイットリウム化合物とを含む複合焼結体は、高硬度を有し、かつ耐摩耗性に優れていることが分かった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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