(57)【要約】  【課題】アルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベース固溶体セラミック粉末の製造方法を提供する。  【解決手段】本発明の製造方法は、原料を乾燥させ、均一に混合し、混合物を高圧反応器に入れ、酸素含有雰囲気で点火し、高温燃焼によって合成反応を行い、高温溶融物を形成した後１ｓ〜６０ｓ保温してから、次にノズルを開けて高温溶融物をノズルから噴出させ、液相を急速冷却することで、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得る。  【選択図】 図３
2021523089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を乾燥させ、均一に混合し、混合物を高圧反応器に入れ、酸素含有雰囲気で点火し、高温燃焼によって合成反応を行い、高温溶融物を形成した後１ｓ〜６０ｓ保温し、次にノズルを開け、高温溶融物をノズルから噴出させ、液相を急速冷却することで、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得るという工程を含み、
前記原料はアルミニウム粉末及び希釈剤であり、混合物におけるアルミニウム粉末の質量割合は１０％〜４０％であり、希釈剤の質量割合は６０％〜９０％である、ことを特徴とするアルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベース固溶体セラミック粉末の製造方法。
【請求項２】
前記希釈剤が酸化アルミニウム、ジルコニア、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化スカンジウム、酸化鉄、酸化モリブデン、酸化バリウム、酸化バナジウム、酸化チタン、酸化クロム、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化イットリウム、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユーロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ケイ素及び酸化ルテチウムのうちの一つ又は複数である、ことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベース固溶体セラミック粉末の製造方法。
【請求項３】
前記アルミニウムと酸素の燃焼合成物にジルコニアが含まれる場合、酸化イットリウムとジルコニアのモル比は（０〜２０）：１００であり、酸化セリウムとジルコニアのモル比は（０〜３０）：１００であり、酸化マグネシウムとジルコニアのモル比は（０〜２８）：１００であり、酸化カルシウムとジルコニアのモル比は（０〜３３．４５）：１００であり、酸化チタンとジルコニアのモル比は（０〜４４．４１）：１００であり、酸化スカンジウムとジルコニアのモル比は（０〜２０）：１００である、ことを特徴とする請求項２に記載のアルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベース固溶体セラミック粉末の製造方法。
【請求項４】
前記酸素含有雰囲気は酸素、酸素と空気の混合ガス又は酸素と窒素の混合ガスを含み、
酸素含有雰囲気が酸素である場合、酸素の気圧は５ＭＰａ〜５０ＭＰａであり、
酸素含有雰囲気が酸素と空気の混合ガスである場合、酸素含有雰囲気における酸素の気圧は５ＭＰａ〜５０ＭＰａであり、空気の気圧は０ＭＰａ〜２０ＭＰａであり、
酸素含有雰囲気が酸素と窒素の混合ガスである場合、酸素含有雰囲気における酸素の気圧は５ＭＰａ〜５０ＭＰａであり、窒素の気圧は０ＭＰａ〜２０ＭＰａである、ことを特徴とする請求項３に記載のアルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベース固溶体セラミック粉末の製造方法。
【請求項５】
混合物を高圧反応器に入れ、まず混合物を２５〜３００℃まで加熱し、さらに酸素含有雰囲気で点火し、高温燃焼により合成反応を行う、ことを特徴とする請求項４に記載のアルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベース固溶体セラミック粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＡｌ２Ｏ３ベースの複合固溶体セラミック粉末の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミナセラミックは価格が安く、硬度が高く、耐熱性、抗酸化性、耐食性、電気絶縁性が高くまた誘電体損失が低いなどの優れた特性を有する。しかし酸化物セラミックは靭性が低く、壊れやすいのでアルミナセラミックのさらなる応用に深刻な制約を課している。現在、酸化物セラミックを強化する最も一般的な方法はセラミックマトリックス中にナノ第２相をドープし、ナノ複合セラミックを製造する方法である。複合強化及びナノ強化によってセラミックの靭性を効果的に向上することができ、例えばＺｒＯ２を利用することでセラミックは優れた相変態強化の効果を有し、Ａｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２は良好な化学と物理の融和性も備え、ナノテクノロジーを利用してジルコニア強化アルミナセラミック（ＺｒＯ２ Ｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇ Ａｌ２Ｏ３、ＺＴＡと略す）を製造することで、相変態強化とナノ粒子の強化の双方を重畳して、アルミナの力学的性能を大いに改善することができる。一方、ナノサイズの材料を形成するため、材料中に結晶粒界が占める割合が大きいことから、複合セラミックは特殊な性能を示し、機能性セラミックに応用することができる。しかし、従来のプロセス技術ではサイズが大きく本当の意味でのナノ複合セラミックを製造することができない。そのため本願は新型の複合セラミック粉末製造技術を発明し、そして、高温での緻密化プロセスによって、アルミナベースのナノ複合セラミックを製造する。現在、工業的にアルミナ複合固溶体粉末を製造する方法は主に以下のとおりである。
(１)共沈法
【０００３】
共沈法は一つ又は複数のイオンを含有する可溶性塩溶液中に沈殿試薬を添加した（又は一定の温度で溶液に加水分解を発生させた）後、非溶解性の水酸化物、水和酸化物又は塩類を形成して溶液から析出し、溶媒と溶液中に含有される陰イオンを溶出した後に、熱分解又は脱水を経て必要なナノ微粒子を得る方法である。沈殿法の最も重要な技術は沈殿物の生成を制御することであり、溶液及び沈殿試薬の濃度、沈殿速度、反応温度、溶液の値及び添加剤などを調節することによって制御を実行する。粒度分布が均一な粉体を得るために、核形成過程と成長過程を分離し、同時に粒子の凝集を抑制する。共沈法による製造プロセスは比較的簡単で、純度が高く、粒径分布が狭いサンプルを製造しやすく、且つ生産コストが低く、大規模な工業化生産が容易であり、工業的に広く応用できる。ただし共沈法で製造した酸化物固溶体は均一に沈殿しにくく、製造されたサンプルに相分離が発生しその性能に影響を与える恐れがあり、且つ実験の操作ステップが多く、再現性に欠ける。
(２)水熱法
【０００４】
水熱法は一般的に水溶液又は蒸気などの流体を媒体として、反応液を内張りがポリテトラフルオロエチレンの反応容器内に入れ、さらに反応容器を一定温度条件に置いて、溶液を高温高圧の反応容器の中で反応させることを指し、水の粘性及び表面張力は温度の上昇に伴い低下するので、高温高圧での溶液中の分子及びイオンの活動は大いに増強され、水溶液に非常に効果的な拡散が存在するようになる。水熱法は原理に基づいて大きく二種類に分けられる。一つは水熱結晶化法のように、水熱によって顆粒の粒径を増大させるものであり、もう一つは水熱酸化法のように、粒径を縮小させるものである。水熱反応において、水は反応に加わるだけでなく、溶媒及び膨化促進剤として作用させることもでき、同時に圧力伝達媒体でもあり、反応を加速し水熱工程の物理化学的要素を制御することによって、化合物の形成と化合物の性質改善を実現する。
【０００５】
水熱法で製造された材料の純度は高く、結晶体の形状が均一であり、結晶粒径は比較的小さく、分散性がよく、熱処理などの後続プロセスは必要ないが、設備に対する要件が高く、耐熱耐圧の鋼材、耐食性の内張りが必要であり、技術的難度が高く、温度と圧力の制御が厳格であり、コストが高い。同時に安全性に劣り、加熱時に密閉した反応容器の中で流体体積が膨張し、極めて大きな圧力が発生し、非常に大きな安全上のリスクが存在するため、現時点で大量生産には適さない。
(３)ゾル‐ゲル法
【０００６】
ゾル‐ゲル法は液相の前駆体である金属アルコキシド（又は無機塩化合物）及び溶媒を相溶させ、加水分解反応（非イオン化分子前駆体と水の反応）及び縮重合反応（脱水縮合又はアルコール縮合）を経た後に静置し、ゲル化して、最後に再び熱処理をした後に最終的に固体を形成するという一連の過程を指す。溶解‐再結晶処理により、単分散した酸化物微粒子が成長する。ゾル‐ゲル法で使用される原料はまず溶媒中に分散させて低粘度の溶液を形成するので、短時間で分子レベルの均一性を得ることができ、ゲルを形成する時、反応物の間は分子レベルで均一に混合される可能性がある。同時に溶液反応工程を経て、定量の微量元素を均一に配合しやすく、分子レベルでの均一なドーピングを実現する。固相反応に比べて、化学反応が進行しやすく、比較的低い合成温度のみを必要とする。しかしゾルゲル法で使用される原料の価格は比較的高価で、一部の原料は有機物であり、人体に有害で、環境汚染を引き起こしやすい。同時にゾル−ゲル化工程全体は所要時間が比較的長く、一般的に数日又は数週間かかる。且つゲルには大量の微孔が存在し、乾燥工程において大量のガス及び有機物が逸出し、且つ収縮が生じ、製品の最終的な性能に影響を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上をまとめると、共沈法で製造されるナノ粉体は初期粒径サイズが小さく、粒度分布幅が狭く、溶液のｐＨ値及び温度を制御することにより粉末の形状を調整することができる。その欠点はプロセス過程で導入されるハロゲンイオンの混成を完全に除去することが難しく、製品性能に影響を与えることである。同時に製造過程において化学的汚染が生じる恐れがある。技術的要件が厳格で且つコストが高い。焼成過程において製品の構造欠陥が生じる可能性がある。水熱法は性能の良い粉末を製造でき、同時に焼成で生じる欠陥を防ぐことができるが、設備に対する要件が高く、プロセスコストが高い。ゾル‐ゲル法は生産周期が長く、生産過程において汚染を引き起こしやすい。同時にナノ粉末を使用した高性能ナノセラミックの製造は一連の技術的な問題を克服する必要がある。１)ナノセラミック粉末の主な生産プロセスは液相法であり、一定の化学汚染が存在する。２)ナノ粉末は界面活性が大きく、ナノ粉末は凝集しやすく、後続の材料混合、成型などのプロセス過程において粉末の分散性に劣り、従来のプロセス方法及び工程を変える必要があり、プロセスコストが上昇し、同時に、導入される化学物質が分散し、その後の脱脂プロセスにおいて一定の汚染問題が発生する。３)ナノ粉末は焼結活性が大きく、焼結工程においてナノ結晶粒が異常成長するという問題を制御する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は従来の技術プロセスが複雑で、コストが高く、生産量が低いという問題を解決し、アルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベース固溶体セラミック粉末の製造方法を提供することである。
【０００９】
アルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によりアルミナベース固溶体セラミック粉末を製造する方法であって、具体的には以下の工程によって完成する。
【００１０】
原料を乾燥させ、均一に混合し、混合物を得て、混合物を高圧反応器内に入れ、酸素含有雰囲気で点火し、高温燃焼により合成反応を行い、高温溶融物を形成した後１ｓ〜６０ｓ保温し、次にノズルを開け、高温溶融物をノズルから噴出させ、液相を急速冷却して、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得る。前記原料はアルミニウム粉末及び希釈剤であり、且つ混合物中のアルミニウム粉末の質量割合は１０％〜４０％であり、希釈剤の質量割合は６０％〜９０％である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以下の有益な効果を有する。
【００１２】
一、本発明はミクロ構造に優れており、粒子が均一なアルミナベース固溶体セラミック粉末を得られる。本発明は原材料の粒度に対する要件が低く、そのため用いるのはマイクロメートルオーダーの粉末であり、コストを大いに低下させる。
【００１３】
二、本発明で得られるアルミナベース固溶体セラミック粉末の直径は０．５μｍ〜３０μｍである。高温緻密化プロセスによって、複合固溶体粉末は固溶体を析出してナノ相を形成して、均等で繊細なナノ析出構造を得ることができる。現在本方法を採用してホットプレス焼結によりアルミナベースナノ複合セラミックを得ることができ、ジルコニア含有量が低い場合（２０ｗｔ％−４０ｗｔ％）、強度は１０００ＭＰａに達し、靭性は１２ＭＰａ・ｍ１／２に達する；ジルコニア含有量が中程度の場合（４０ｗｔ％−６０ｗｔ％）、強度は１１００ＭＰａに達し、靭性は１３ＭＰａ・ｍ１／２に達する。ジルコニア含有量が高い場合（６０ｗｔ％−８０ｗｔ％）、強度は１２００ＭＰａに達し、靭性は１５ＭＰａ・ｍ１／２に達する。
【００１４】
三、本発明は急速プロセス過程に属し、効率がきわめて高く、必要な保温時間は１〜６０秒であり、毎回１ｋｇ〜３０ｋｇの粉末を噴出でき、粉末の製造効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
図１は本発明方法で用いる高圧反応器の構造概略図である。
図２は高圧反応器中のノズルホルダの構造概略図である。
図３は実施例１で製造されるアルミナベース固溶体セラミック粉末の形状である。
図４は実施例１で得られるアルミナベース固溶体セラミックの断面組織のミクロ構造である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施形態１
【００１７】
本実施形態はアルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベース固溶体セラミック粉末の製造方法であって、具体的には以下の工程によって完成する。
【００１８】
原料を乾燥させ、均一に混合し、混合物を得て、混合物を高圧反応器内に入れ、酸素含有雰囲気で点火し、高温燃焼により合成反応を行い、高温溶融物を形成した後１ｓ〜６０ｓ保温し、次にノズルを開け、高温溶融物をノズルから噴出させ、液相を急速冷却して、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得る。前記原料はアルミニウム粉末と希釈剤であり、且つ混合物におけるアルミニウム粉末の質量割合は１０％〜４０％であり、希釈剤の質量割合は６０％〜９０％である。
【００１９】
図１及び図２を組み合わせて本実施形態を説明すると、前記高圧反応器は反応器１、押え板４、ノズル５、ノズルホルダ６、シールプリテンション部材８、上部スライドプレート１０、下部スライドプレート１１、抵抗線１３及び牽引装置９を含み、反応器１の器底の厚さ方向に沿って２段階の段差円孔が開設され、第１段差円孔２は第２段差円孔３の上部に位置し且つ第１段差円孔２の直径は第２段差円孔３の直径より大きい。
【００２０】
前記ノズルホルダ６は円板形ラック部材６−１及び円柱部材６−２により同軸一体構造を形成し、ノズルホルダ６の中心軸に沿うように挿通孔６−３が開設され、円柱部材６−２の端面には環状凹溝６−４が開設され、ノズルホルダ６は２段階段差円孔内に挿入され、円柱部材６−２は第２段差円孔３と連係し、円板形ラック部材６−１は第１段差円孔２と連係し、円板形ラック部材６−１の下面は２段階段差円孔の段差面に当接し、環状凹溝６−４にシールプリテンション部材８を内嵌する。
前記押え板４は円板形ラック部材６−１の上面に設置され、押え板４は第１段差円孔とねじで接続され、押え板４の中心には押え板貫通孔が開設される。
【００２１】
ノズル５は押え板４の押え板貫通孔及びノズルホルダ６の挿通孔１４内に設置され、ノズル５は黒鉛コアを内蔵し、ノズル５の底面はシールプリテンション部材８の上面に当接し、上部スライドプレート１０の上板面と反応器１の器底外表面が接触し、下部スライドプレート１１は上部スライドプレート１０の下方に接触して設置され、上部スライドプレート１０及び下部スライドプレート１１にはそれぞれスライドプレート貫通孔が開設され、スライドプレート貫通孔の孔径はシールプリテンション部材８が通ることを保証し、下部スライドプレート１１のスライドプレート貫通孔はシールプリテンション部材８と正対し、上部スライドプレート１０は牽引装置９が駆動することにより水平移動する。前記ノズル５の噴出口のサイズはΦ１−２０ｍｍである。
【００２２】
本実施形態はアルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法を採用し、該方法は外部熱源を必要とせず、反応しやすい金属アルミニウムと酸素を反応物とし、アルミニウムと酸素の燃焼合成反応を発生させて難溶解性無機材料を合成する技術を実施する。本実施形態では、高圧反応器内で混合物に点火して放熱反応を発生させ、高温高圧条件を生成し、これにより混合物が融点以上に到達して、高温溶融物を形成する。高温溶融物を高温高圧条件で液体冷却媒体に噴出し、噴霧し急速冷却して複合酸化物固溶体粉末を形成する。本実施形態は混合物中のアルミニウム粉末と希釈剤の割合を設定することによって、燃焼合成反応の理論的断熱温度及び反応圧力を制御する。異なる反応温度、反応圧力及び異なる噴霧溶液（水、水の各種塩溶液など）を制御して、異なる冷却速度を得ることができる。複合固溶体粉末は高温緻密化プロセスにより、固溶体を析出してナノ相を形成することができ、ナノ相は基質に拡散して均等に分布し、高密度の緻密で、均一なナノ析出構造を得て、高強度で高靱性のナノ複合酸化物セラミックを得ることができる。このように固相変態のその場合成によりナノ複合酸化物セラミックを製造する方法は、従来のプロセスにおけるナノ粒子の基質中の分布が不均一で、凝集しやすく結晶粒が成長するという問題を解決する。本方法のプロセス過程は簡単で、反応が迅速で、製造周期が短く、生産量が多く、コストが低く、環境を保護し、効率的にナノ複合酸化物セラミックを製造する新たなプロセス方法である。
【００２３】
本実施形態の原理は以下のとおりである。本実施形態の方法では、反応しやすい金属アルミニウムを還元剤とし、酸素を酸化剤として発熱反応を発生させて熱源を提供し、特定の圧力の酸素ガスを導入して反応温度及び反応圧力を調節し、同時に酸素含有の混合ガス（例えばＯ２、Ｎ２、空気）を導入して反応圧力及び反応生成物を調節でき、一つ又は複数の希釈剤（反応物と反応が発生しなければよく、酸化物をメインとする）を添加して反応温度及び生成物の成分を制御し、異なる体系の酸化物複合固溶体セラミック粉体を得る。本実施形態はコストが低く、大量生産が可能であり、同時に形成した固溶体粉末は高温環境下で急速冷却することで得られるため、固溶体内に大量の空隙が存在し、これは後続の焼結過程にとって非常に有利である。
【００２４】
本実施形態の燃焼合成過程において発生する温度は２１００〜４０００℃に達し、混合物中のアルミニウム粉末の質量割合が１０％の場合、酸素含有量は５ＭＰａであり、反応物（アルミニウム粉末）が原料の質量に占める割合は最低であり、この時に体系が燃焼合成する断熱温度は最低であり、２１００℃である。混合物中のアルミニウム粉末の質量割合が４０％の場合、反応物（アルミニウム粉末）が原料の質量に占める割合は最高であり、この時に体系が燃焼合成する断熱温度は最高であり、４０００℃である。
【００２５】
本実施形態において、燃焼合成過程において反応圧力は主に３種類の方法で調節する。１、原料配合比、雰囲気圧力を変えることにより反応後の容器内の気体圧力を調節する。２、反応で発生する温度により圧力を調節する。３、反応後に減圧することにより体系を指定圧力まで低下させる。最終的に体系の圧力範囲を０．５ＭＰａ〜５０ＭＰａに制御し、すなわち気圧を０．５ＭＰａ〜５０ＭＰａとすることでノズルから高温溶融液体を噴出させる。
【００２６】
複合酸化物溶融液体は高温高圧下で噴出口から急速に噴出する時に、液体冷却媒体（水、塩溶液など）が噴霧されて急速に冷却されることで、複合固溶体粉末を形成する。複合酸化物溶液が噴出する時に低温高圧状態であれば、液滴表面の溶体冷却速度は非常に速いので、固溶体粉末表面に非結晶体を形成する。平衡状態では酸化物の固溶度が小さく、一般的に１０ｗｔ％以下であり、本実施形態で製造する固溶体粉末は固溶度が大幅に向上し、例えば製造されたＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２系の固溶体粉末において、ＺｒＯ２の含有範囲は０ｗｔ％〜８５ｗｔ％である。同時に本実施形態は急速プロセス過程であり、効率がきわめて高く、高温燃焼合成の反応過程において高温溶融物を形成する時間はわずか数秒〜数分であり、必要な保温時間は１〜６０秒であり、毎回１ｋｇ〜３０ｋｇの粉末を噴出でき、粉末の製造効率が高い。
【００２７】
アルミナベース固溶体セラミック粉末がＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２系の固溶体セラミック粉末である場合、Ａｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２系の固溶体セラミック粉末のＺｒＯ２含有量は０ｗｔ％〜８５ｗｔ％に達し、原料粉末がＡｌ粉末であり、希釈剤がすべて酸化アルミニウムである場合、得られるＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２系の固溶体セラミック粉末中のＺｒＯ２含有量は０ｗｔ％である。原料がＡｌ粉末であり、希釈剤がすべて酸化ジルコニウムである場合、断熱温度を２１００℃（必要な反応熱を最少にし、Ａｌ粉末の使用量を減少させ、Ａｌ２Ｏ３の生成を低下させる）に設定すると、得られるＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２系の固溶体セラミック粉末中のＺｒＯ２含有量は最高で８５ｗｔ％に達する。Ａｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２系の固溶体セラミック粉末のＺｒＯ２含有量は予熱する方法によって更に向上させることができる。Ａｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２系の固溶体セラミック粉末を製造する以外に、各種のＡｌ２Ｏ３ベース複合固溶体粉末（Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３／ＳｒＯなど）を製造するために用いることができる。製造方法は上記と類似しており、添加する出発原料が異なるだけである。
【００２８】
アルミナベース固溶体セラミック粉末にジルコニアが含有している場合、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化チタン又は酸化スカンジウムを添加すると相変化安定剤の作用を果たし、例えば酸化イットリウムを添加して相変化安定剤とすると、Ａｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２（Ｙ２Ｏ３）固溶体粉末を製造することができる。
Ｏ２ガスだけを導入する場合、アルミニウムと酸素の燃焼合成の反応式は以下のとおりである。
４Ａｌ＋３Ｏ２→２Ａｌ２Ｏ３
【００２９】
アルミニウムと酸素の燃焼合成の反応過程における反応温度はきわめて高く、２０００〜５０００℃に達し、一つ又は複数の希釈剤を添加すると、アルミニウムと酸素の燃焼合成の安定性を向上させるだけでなく、最終生成物の割合を有利に調整することにより、異なる割合の固溶体粉末が得られる。
【００３０】
Ｏ２／Ｎ２の混合ガス又は空気を導入する場合、アルミニウムと酸素の燃焼合成の方程式は以下のとおりである（最終生成物をＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２として例とする）：
４Ａｌ＋３Ｏ２→２Ａｌ２Ｏ３
８Ａｌ＋３Ｎ２＋６ＺｒＯ２→４Ａｌ２Ｏ３＋６ＺｒＮ
【００３１】
Ｏ２／Ｎ２の混合ガス又は空気を導入する場合、Ａｌは優先的に酸素と反応する。粉末生成物に生成されるＺｒＮは硬質相として材料の力学的性能及び電気的伝導性を向上させる。
【００３２】
反応により生成されるＡｌ２Ｏ３を減少させるため、最終生成物におけるＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２の割合を調整する。原料を予熱することができ（予熱温度は２５〜３００℃とする）、同様の設定温度で原料を予熱して必要な反応熱を低下させることができる。反応式から分かるように反応によりＡｌ２Ｏ３が生成され、予熱することでＺｒＯ２の含有量を向上させることができ、ＺｒＯ２の含有量が高い複合固溶体粉末が製造される。
実施形態２
【００３３】
本実施形態と実施形態１の相違点は以下のとおりである：前記希釈剤は酸化アルミニウム、ジルコニア、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化スカンジウム、酸化鉄、酸化モリブデン、酸化バリウム、酸化バナジウム、酸化チタン、酸化クロム、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化イットリウム、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ランタン、セリア、酸化プラセオジム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユーロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸素化ケイ素及び酸化ルテチウムのうちの一つ又は数種類である。その他は実施形態１と同様である。
【００３４】
アルミナベース固溶体セラミック粉末がＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２系固溶体セラミック粉末である場合、Ａｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２系固溶体セラミック粉末中のＺｒＯ２含有量は０ｗｔ％〜８５ｗｔ％に達し、原料粉末がＡｌ粉末で、希釈剤のすべてが酸化アルミニウムである場合、得られるＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２系固溶体セラミック粉末中のＺｒＯ２含有量は０ｗｔ％である。原料がＡｌ粉末で、希釈剤のすべてが酸化ジルコニウムである場合、設定温度は２１００℃（必要な反応熱を最少にし、Ａｌ粉末の使用量を減少させ、Ａｌ２Ｏ３の生成を低下させる）であり、得られるＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２系固溶体セラミック粉末中のＺｒＯ２含有量は最高で８５ｗｔ％に達する。且つＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２系固溶体セラミック粉末中のＺｒＯ２含有量は予熱する方法によって更に向上させることができる。
【００３５】
本実施形態はＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２系固溶体セラミック粉末の製造以外に、各種Ａｌ２Ｏ３ベース複合固溶体セラミック粉末（Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３／ＳｒＯなど）の製造に用いることができる。製造方法は上記と類似しており、添加する出発原料が異なるだけである。
実施形態３
【００３６】
本実施形態と実施形態２の相違点は以下のとおりである。アルミナベース固溶体セラミック粉末にジルコニアが含有する場合、酸化イットリウムとジルコニアのモル比は（０〜２０）：１００であり、酸化セリウムとジルコニアのモル比は（０〜３０）：１００であり、酸化マグネシウムとジルコニアのモル比は（０〜２８）：１００であり、酸化カルシウムとジルコニアのモル比は（０〜３３．４５）：１００であり、酸化チタンとジルコニアのモル比は（０〜４４．４１）：１００であり、酸化スカンジウムとジルコニアのモル比は（０〜２０）：１００である。その他は実施形態２と同様である。
【００３７】
本実施形態は酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化チタン又は酸化スカンジウムを添加して相変化安定剤の作用を果たし、対応する相変化安定剤を添加し、異なる体系の複合酸化物固溶体粉末を製造することができる。例えばＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２系に酸化イットリウムを添加すると相変化安定剤となり、Ａｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２（Ｙ２Ｏ３）固溶体粉末を製造できる。
実施形態４
本実施形態と実施形態１から３の相違点は以下のとおりである。前記酸素含有雰囲気は酸素、酸素と空気の混合ガス又は酸素と窒素の混合ガスである。
酸素含有雰囲気が酸素である場合、酸素の気圧は５ＭＰａ〜５０ＭＰａである。
【００３８】
酸素含有雰囲気が酸素と空気の混合ガスである場合、酸素含有雰囲気における酸素の気圧は５ＭＰａ〜５０ＭＰａであり、空気の気圧は０ＭＰａ〜２０ＭＰａである。
【００３９】
酸素含有雰囲気が酸素と窒素の混合ガスである場合、酸素含有雰囲気における酸素の気圧は５ＭＰａ〜５０ＭＰａであり、窒素の気圧は０ＭＰａ〜２０ＭＰａである。
その他は実施形態１から３と同様である。
Ｏ２ガスだけを導入する場合、アルミニウムと酸素の燃焼合成の反応式は以下のとおりである。
４Ａｌ＋３Ｏ２→２Ａｌ２Ｏ３
【００４０】
アルミニウムと酸素の燃焼合成の反応過程における反応温度はきわめて高く、２０００〜５０００℃に達し、一つ又は数種類の希釈剤を添加すると、アルミニウムと酸素の燃焼合成の安定性を向上できるだけでなく、最終生成物の割合を有利に調整し、異なる割合の固溶体粉末が得られる。
Ｏ２／Ｎ２混合ガスを導入する場合、アルミニウムと酸素の燃焼合成の方程式は以下のとおりである（最終生成物をＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２として例とする）：
４Ａｌ＋３Ｏ２→２Ａｌ２Ｏ３
８Ａｌ＋３Ｎ２＋６ＺｒＯ２→４Ａｌ２Ｏ３＋６ＺｒＮ
【００４１】
Ｏ２／Ｎ２混合ガスを導入する場合、Ａｌは優先的に酸素と反応する。粉末生成物において生成されるＺｒＮは硬質相として材料の力学性能及び電気伝導性を向上させる。
実施形態５
【００４２】
本実施形態と実施形態４の相違点は以下のとおりである。酸素含有雰囲気が酸素と空気の混合ガスである場合、酸素含有雰囲気における酸素の気圧は５ＭＰａ〜５０ＭＰａであり、空気の気圧は０．１ＭＰａ〜２０ＭＰａである。
【００４３】
酸素含有雰囲気が酸素と窒素の混合ガスである場合、酸素含有雰囲気における酸素の気圧は５ＭＰａ〜５０ＭＰａであり、窒素の気圧は０．１ＭＰａ〜２０ＭＰａである。
その他は発明を実施形態４と同様である。
実施形態６
【００４４】
本実施形態と実施形態１から５の相違点は以下のとおりである。混合物を高圧反応器に入れ、まず混合物を２５〜３００℃まで加熱し、さらに酸素含有雰囲気で点火し、高温燃焼による合成反応を行う。その他は発明を実施例１から５と同様である。
【００４５】
原料を予熱し（予熱温度は２５〜３００℃とする）、同様の設定温度で必要な反応熱を低下させることができる。アルミニウムと酸素の燃焼合成反応式から分かるように反応によりＡｌ２Ｏ３が生成され、予熱することで反応により生成したＡｌ２Ｏ３を減少させることができ、最終生成物におけるＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２の割合を調整する。予熱によりＺｒＯ２の含有量を向上させることができ、ＺｒＯ２の含有量が高い複合固溶体粉末を製造できる。
実施形態７
【００４６】
本実施形態と実施形態１から５の相違点は以下のとおりである。アルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベース固溶体セラミック粉末の製造方法であって、具体的には以下の工程によって完成する。
【００４７】
一、乾燥：アルミニウム粉末及び希釈剤を乾燥させ、アルミニウム粉末は真空、不活性ガス又は還元性ガスで乾燥させ、酸化アルミニウム希釈剤は直接乾燥させ、乾燥温度は６０〜１２０℃であり、乾燥時間は８〜１６ｈである。真空乾燥の真空度は０．０５〜０．０９ＭＰａである。
【００４８】
二、混合：工程１で得られた乾燥したアルミニウム粉末及び乾燥した希釈剤を混合し、遊星ボールミルを用いてボールミル粉砕を行い、ボールと材料の質量比率は３：１であり、ボールミル粉砕の時間は２〜８ｈであり、ボールミル粉砕後に４０〜２００メッシュの篩にかけ、混合物を得て、前記混合物中のアルミニウム粉末の質量割合は１０％〜４０％であり、希釈剤の質量割合は６０％〜９０％である。
【００４９】
三、混合物を高圧反応器に入れ、高圧反応器にＯ２又はＯ２混合ガスを充填し、圧力は５〜５０ＭＰａに設定し、高圧反応器の下端にはノズルが設けられ、ノズルの噴出口の寸法はΦ１〜２０ｍｍとし、高圧反応器を循環水冷装置内に取り付け、抵抗線で混合物に点火し、高温燃焼による合成反応を行い、反応過程において温度は２１００〜４０００℃に設定し、高温溶融物を形成した後１ｓ〜６０ｓ保温し、次にノズルを開け、高温高圧で高温溶融物をノズルから噴出させ、液相を急速冷却して、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得る。
【００５０】
本発明内容は上記各実施形態の内容に限定するものではなく、そのうちの一つ又は複数の実施形態を組み合わせることによっても同様に発明の目的を実現することができる。
実施例１
【００５１】
アルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベースＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２の複合固溶体セラミック粉末の製造方法であって、具体的には以下の工程によって完成する。
【００５２】
一、乾燥：アルミニウム粉末、酸化アルミナ粉末及びジルコニア粉末を乾燥させ、アルミニウム粉末は真空度０．０６ＭＰａで真空乾燥し、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１２ｈである。酸化アルミナ粉末及びジルコニア粉末は直接乾燥させ、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１２ｈである。
【００５３】
二、混合：乾燥したアルミニウム粉末１３１．７２ｇ、乾燥したアルミナ粉末３９８．４９ｇ及び乾燥したジルコニア粉末４６９．７８ｇを混合し、遊星ボールミルを用いてボールミル粉砕を行い、ボールと材料の質量比は３：１であり、ボールミル粉砕の時間は４ｈであり、ボールミル粉砕後に４０〜２００メッシュの篩にかけ、混合物を得る。
【００５４】
三、混合物を高圧反応器に入れ、Ｏ２を充填し、酸素圧力は１３ＭＰａに設定し、高圧反応器の下端にはノズルが設けられ、ノズルの噴出口の寸法はΦ８ｍｍとし、高圧反応器を水冷却装置の上方に置き、抵抗線で混合物に点火し、高温燃焼による合成反応を行い、高温溶融物を形成した後１０ｓ保温し、次にノズルを開け、高温高圧で高温溶融物をノズルから噴出させ、水冷却装置の中に噴出させて、液相を急速冷却して、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得る。前記液相を急速冷却する冷却液は水である。
【００５５】
実施例１で得られたアルミナベース固溶体セラミック粉末及び酸化物複合固溶体セラミックをＢＳＥで分析すると、図３に示すように、図３は実施例１で製造したアルミナベース固溶体セラミック粉末のミクロ組織構造である。図３から分かるように球状粉末は、ほぼ均一な乳白色（黒色は粉末粒子に接着した固体ゲルである）を呈しており、冷却速度が速いので、固溶体粉末が得られる。これらの結果からは、アルミニウムと酸素の燃焼合成により形成された酸化物複合溶液から、液相冷却を経て、高純度の球形マイクロメートルオーダーの酸化物複合固溶体粉末を製造することができる。且つコストが低く、環境を保護し、大規模な工業化生産に適する。
【００５６】
アルミナベース固溶体セラミック粉末に対してホットプレス焼結緻密化処理をかけ、アルミナベース固溶体セラミックを得て、その断面組織図は図４に示すとおりであり、図４は実施例１で得られたアルミナベース固溶体セラミックの断面組織図である。酸化物複合固溶体セラミックに３点曲げ試験測定を行い、その性能は、破壊靭性８．３５ＭＰａ・ｍ１／２、曲げ強さ７００ＭＰａである。
実施例２
【００５７】
アルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベースＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２の複合固溶体セラミック粉末の製造方法であって、具体的には以下の工程によって完成する。
【００５８】
一、乾燥：アルミニウム粉末、酸化アルミナ粉末及びジルコニア粉末を乾燥させ、アルミニウム粉末は真空度０．０６ＭＰａで真空乾燥し、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。酸化アルミナ粉末及びジルコニア粉末は直接乾燥させ、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。
【００５９】
二、混合：乾燥したアルミニウム粉末２０７．８ｇ、乾燥したアルミナ粉末５５４．９ｇ及び乾燥したジルコニア粉末２３７．３１ｇを混合し、遊星ボールミルを用いてボールミル粉砕を行い、ボールと材料の質量比は３：１であり、ボールミル粉砕の時間は４ｈであり、ボールミル粉砕後に４０〜２００メッシュの篩にかけ、混合物を得る。
【００６０】
三、混合物を高圧反応器に入れ、Ｏ２を充填し、酸素圧は２２ＭＰａに設定し、高圧反応器の下端にはノズルが設けられ、ノズルの噴出口の寸法はΦ２ｍｍとし、高圧反応器を水冷却装置の上方に置き、抵抗線で混合物に点火し、高温燃焼により合成反応を行い、高温溶融物を形成した後４０ｓ保温し、次にノズルを開け、高温高圧で高温溶融物をノズルから噴出させ、水冷却装置の中に噴出し、液相を急速冷却して、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得る。前記液相を急速冷却する冷却液は水である。
実施例３
【００６１】
アルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベースＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２（ＣｅＯ２）の複合固溶体セラミック粉末の製造方法であって、具体的には以下の工程によって完成する。
【００６２】
一、乾燥：アルミニウム粉末、酸化アルミナ粉末及びジルコニア粉末を乾燥させ、アルミニウム粉末は真空度０．０６ＭＰａで真空乾燥し、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。アルミナ粉末及びジルコニア粉末は直接乾燥させ、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。
【００６３】
二、混合：乾燥したアルミニウム粉末１１４．２２ｇ、乾燥したアルミナ粉末４．５４ｇ、乾燥した酸化セリウム９８．６２ｇ及び乾燥した酸化ジルコニウム粉末８８１．２３２ｇを混合し、遊星ボールミルを用いてボールミル粉砕を行い、ボールと材料の質量比は３：１であり、ボールミル粉砕の時間は４ｈであり、ボールミル粉砕後に４０〜２００メッシュの篩にかけ、混合物を得る。
【００６４】
三、混合物を高圧反応器に入れ、Ｏ２を充填し、酸素圧は１２ＭＰａに設定し、高圧反応器の下端にはノズルが設けられ、ノズルの噴出口の寸法はΦ６ｍｍとし、高圧反応器を水冷却装置の上方に置き、抵抗線で混合物に点火し、高温燃焼により合成反応を行い、高温溶融物を形成した後１０ｓ保温し、次にノズルを開け、高温高圧で高温溶融物をノズルから噴出させ、水冷却装置の中に噴出し、液相を急速冷却して、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得る。前記液相を急速冷却する冷却液は水である。
【００６５】
非結晶体及び固溶体ミクロン粉末に対してホットプレス焼結緻密化処理をかけ、製造した材料に３点曲げ試験測定を行い、その性能は、破壊靭性１３．２５ＭＰａ・ｍ１／２、曲げ強さ９９５ＭＰａである。
実施例４
【００６６】
アルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベースＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２（Ｙ２Ｏ３）の固溶体セラミック粉末の製造方法であって、具体的には以下の工程によって完成する。
【００６７】
一、乾燥：アルミニウム粉末、酸化アルミナ粉末、ジルコニア粉末及び酸化イットリウム粉末を乾燥させ、アルミニウム粉末は真空度０．０６ＭＰａで真空乾燥し、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。酸化アルミナ粉末、ジルコニア粉末及び酸化イットリウム粉末は直接乾燥させ、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。
【００６８】
二、混合：乾燥したアルミニウム粉末１５４．７６ｇ、乾燥した酸化アルミナ粉末３６７．１４ｇ、乾燥したジルコニア粉末４７８．１０ｇ及び乾燥した酸化イットリウム粉末１７５．７９ｇを混合し、遊星ボールミルを用いてボールミル粉砕を行い、ボールと材料の質量比は３：１とし、ボールミル粉砕の時間は４ｈとし、ボールミル粉砕後に４０〜２００メッシュの篩にかけ、混合物を得る。
【００６９】
三、混合物を高圧反応器に入れ、Ｏ２を充填し、酸素圧は１５ＭＰａに設定し、高圧反応器の下端にはノズルが設けられ、ノズルの噴出口の寸法はΦ６ｍｍとし、高圧反応器を水冷却装置の上方に置き、抵抗線で混合物に点火し、高温燃焼により合成反応を行い、高温溶融物を形成した後２０ｓ保温し、次にノズルを開け、高温高圧で高温溶融物をノズルから噴出させ、水冷却装置の中に噴出し、液相を急速冷却して、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得る。前記液相を急速冷却する冷却液は水である。
実施例５
【００７０】
アルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベースＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２（Ｙ２Ｏ３）の複合固溶体セラミック粉末の製造方法であって、具体的には以下の工程によって完成する。
【００７１】
一、乾燥：アルミニウム粉末、酸化アルミナ粉末、ジルコニア粉末及び酸化イットリウム粉末を乾燥させ、アルミニウム粉末は真空度０．０６ＭＰａで真空乾燥し、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。酸化アルミナ粉末、ジルコニア粉末及び酸化イットリウム粉末は直接乾燥させ、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。
【００７２】
二、混合：乾燥したアルミニウム粉末１４２．８９ｇ、乾燥した酸化アルミナ粉末５１８．５４ｇ、乾燥したジルコニア粉末３３８．５６ｇ及び乾燥した酸化イットリウム粉末１８．６６ｇを混合し、遊星ボールミルを用いてボールミル粉砕を行い、ボールと材料の質量比は３：１とし、ボールミル粉砕の時間は４ｈとし、ボールミル粉砕後に４０〜２００メッシュの篩にかけ、混合物を得る。
【００７３】
三、混合物を高圧反応器に入れ、Ｏ２及び空気を充填し、酸素圧は１５ＭＰａに設定し、空気は３ＭＰａとし、高圧反応器の下端にはノズルが設けられ、ノズルの噴出口の寸法はΦ４ｍｍとし、高圧反応器を水冷却装置の上方に置き、抵抗線で混合物に点火し、高温燃焼による合成反応を行い、高温溶融物を形成した後２５ｓ保温し、次にノズルを開け、高温高圧で高温溶融物をノズルから噴出させ、水冷却装置の中に噴出し、液相を急速冷却して、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得る。前記液相を急速冷却する冷却液は水である。
【００７４】
固溶体ミクロン粉末に対してホットプレス焼結緻密化処理をかけ、製造した材料に３点曲げ試験測定を行い、その性能は、破壊靭性９．１５ＭＰａ・ｍ１／２、曲げ強さ９１０ＭＰａである。
実施例６
【００７５】
アルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベースＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２（Ｙ２Ｏ３）の複合固溶体セラミック粉末の製造方法であって、具体的には以下の工程によって完成する。
【００７６】
一、乾燥：アルミニウム粉末、酸化アルミナ粉末、ジルコニア粉末及び酸化イットリウム粉末を乾燥させ、アルミニウム粉末は真空度０．０６ＭＰａで真空乾燥し、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。酸化アルミナ粉末、ジルコニア粉末及び酸化イットリウム粉末は直接乾燥させ、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。
【００７７】
二、混合：乾燥したアルミニウム粉末１７９．４８ｇ、乾燥した酸化アルミナ粉末５８８．２５ｇ、乾燥したジルコニア粉末２３２．２６ｇ及び乾燥した酸化イットリウム粉末３４．１４ｇを混合し、遊星ボールミルを用いてボールミル粉砕を行い、ボールと材料の質量比は３：１とし、ボールミル粉砕の時間は４ｈとし、ボールミル粉砕後に４０〜２００メッシュの篩にかけ、混合物を得る。
【００７８】
三、混合物を高圧反応器に入れ、圧力を１８ＭＰａとするＯ２及び２ＭＰａとするＮ２を充填し、高圧反応器の下端にはノズルが設けられ、ノズルの噴出口の寸法はΦ３ｍｍとし、高圧反応器を水冷却装置の上方に置き、抵抗線で混合物に点火し、高温燃焼による合成反応を行い、高温溶融物を形成した後２０ｓ保温し、次にノズルを開け、高温高圧で高温溶融物をノズルから噴出させ、水冷却装置の中に噴出し、液相を急速冷却して、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得る。前記液相を急速冷却する冷却液は水である。
実施例７
【００７９】
図１と組み合わせて、アルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベースＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２（ＣｅＯ２）の複合固溶体セラミック粉末の製造方法であって、具体的には以下の工程によって完成する。
【００８０】
一、乾燥：アルミニウム粉末、酸化アルミナ粉末、ジルコニア粉末及び酸化セリウム粉末を乾燥させ、アルミニウム粉末は真空度０．０６ＭＰａで真空乾燥し、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。酸化アルミナ粉末、ジルコニア粉末及び酸化セリウム粉末は直接乾燥させ、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。
【００８１】
二、混合：乾燥したアルミニウム粉末１７８．６２ｇ、乾燥した酸化アルミナ粉末３３４．３７ｇ、乾燥したジルコニア粉末４８７．０１ｇ及び乾燥した酸化セリウム粉末２０４．４２ｇを混合し、遊星ボールミルを用いてボールミル粉砕を行い、ボールと材料の質量比は３：１とし、ボールミル粉砕の時間は４ｈとし、ボールミル粉砕後に４０〜２００メッシュの篩にかけ、混合物を得る。
【００８２】
三、混合物を高圧反応器に入れ、Ｏ２を充填し、酸素圧は１８ＭＰａに設定し、高圧反応器の下端にはノズルが設けられ、ノズルの噴出口の寸法はΦ３ｍｍとし、高圧反応器を水冷却装置の上方に置き、抵抗線で混合物に点火し、高温燃焼により合成反応を行い、高温溶融物を形成した後５０ｓ保温し、次にノズルを開け、高温高圧で高温溶融物をノズルから噴出させ、水冷却装置の中に噴出し、液相を急速冷却して、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得る。前記液相を急速冷却する冷却液は水である。
実施例８
【００８３】
アルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベースＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２の複合固溶体セラミック粉末の製造方法であって、具体的には以下の工程によって完成する。
【００８４】
一、乾燥：アルミニウム粉末、酸化アルミナ粉末及びジルコニア粉末を乾燥させ、アルミニウム粉末は真空度０．０６ＭＰａで真空乾燥し、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。酸化アルミナ粉末及びジルコニア粉末は直接乾燥させ、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。
【００８５】
二、混合：乾燥したアルミニウム粉末１６８９．７ｇ、乾燥した酸化アルミナ粉末３４７６．２ｇ及び乾燥したジルコニア粉末４８３４．１ｇを混合し、遊星ボールミルを用いてボールミル粉砕を行い、ボールと材料の質量比は３：１とし、ボールミル粉砕の時間は４ｈとし、ボールミル粉砕後に４０〜２００メッシュの篩にかけ、混合物を得る。
【００８６】
三、混合物を高圧反応器に入れ、Ｏ２混合ガスを充填し、前記Ｏ２混合ガスは酸素および窒素の混合ガスとし、ここで酸素圧は１６ＭＰａに設定し、窒素圧は２ＭＰａに設定する。高圧反応器の下端にはノズルが設けられ、ノズルの噴出口の寸法はΦ４ｍｍとし、高圧反応器を水冷却装置の上方に置き、抵抗線で混合物に点火し、高温燃焼により合成反応を行い、高温溶融物を形成した後５５ｓ保温し、次にノズルを開け、高温高圧で高温溶融物をノズルから噴出させ、水冷却装置の中に噴出し、液相を急速冷却して、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得る。前記液相を急速冷却する冷却液は水である。
実施例９
【００８７】
アルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベースＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２の複合固溶体セラミック粉末の製造方法であって、具体的には以下の工程によって完成する：
【００８８】
一、乾燥：アルミニウム粉末、酸化アルミナ粉末及びジルコニア粉末を乾燥させ、アルミニウム粉末は真空度０．０６ＭＰａで真空乾燥し、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。酸化アルミナ粉末及びジルコニア粉末は直接乾燥させ、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。
【００８９】
二、混合：乾燥したアルミニウム粉末１３１７．３ｇ、乾燥した酸化アルミナ粉末３９８４．９ｇ及び乾燥したジルコニア粉末４６９７．８ｇを混合し、遊星ボールミルを用いてボールミル粉砕を行い、ボールと材料の質量比は３：１とし、ボールミル粉砕の時間は４ｈとし、ボールミル粉砕後に４０〜２００メッシュの篩にかけ、混合物を得る。
【００９０】
三、混合物を高圧反応器に入れ、まず混合物を３００℃まで加熱し、次に耐圧反応缶にＯ２を充填し、酸素圧は１５ＭＰａに設定する。高圧反応器の下端にはノズルが設けられ、ノズルの噴出口の寸法はΦ８ｍｍとし、高圧反応器を水冷却装置の上方に置き、抵抗線で混合物に点火し、高温燃焼により合成反応を行い、高温溶融物を形成した後３０ｓ保温し、次にノズルを開け、高温高圧で高温溶融物をノズルから噴出させ、水冷却装置の中に噴出し、液相を急速冷却して、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得る。前記液相を急速冷却する冷却液は水である。
実施例１０
【００９１】
アルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベースＡｌ２Ｏ３／ＭｇＯ固溶体セラミック粉の製造方法であって、具体的には以下の工程によって完成する。
【００９２】
一、乾燥：アルミニウム粉末、酸化アルミナ粉末及び酸化マグネシウム粉末を乾燥させ、アルミニウム粉末は真空度０．０６ＭＰａで真空乾燥し、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。酸化アルミナ粉末及び酸化マグネシウム粉末は直接乾燥させ、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。
【００９３】
二、混合：乾燥したアルミニウム粉末１４５．２０ｇ、乾燥した酸化アルミナ粉末４２５．２３ｇ及び乾燥した酸化マグネシウム粉末４２９．５６ｇを混合し、遊星ボールミルを用いてボールミル粉砕を行い、ボールと材料の質量比は３：１とし、ボールミル粉砕の時間は４ｈとし、ボールミル粉砕後に４０〜２００メッシュの篩にかけ、混合物を得る。
【００９４】
三、混合物を高圧反応器に入れ、Ｏ２を充填し、酸素圧は１５ＭＰａに設定し、高圧反応器の下端にはノズルが設けられ、ノズルの噴出口の寸法はΦ４ｍｍとし、高圧反応器を水冷却装置の上方に置き、抵抗線で混合物に点火し、高温燃焼により合成反応を行い、高温溶融物を形成した後３５ｓ保温し、次にノズルを開け、高温高圧で高温溶融物をノズルから噴出させ、水冷却装置の中に噴出し、液相を急速冷却して、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得る。前記液相を急速冷却する冷却液は水である。
実施例１１
アルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベース固溶体セラミック粉末の製造方法であって、具体的には以下の工程によって完成する。
【００９５】
一、乾燥：アルミニウム粉末、酸化アルミナ粉末及び酸化チタン粉末を乾燥させ、アルミニウム粉末は真空度０．０６ＭＰａで真空乾燥し、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。酸化アルミナ粉末及び酸化チタン粉末は直接乾燥させ、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。
【００９６】
二、混合：乾燥したアルミニウム粉末１５４．７６ｇ、乾燥した酸化アルミナ粉末４２８．４３ｇ及び乾燥した酸化チタン粉末４１６．８１ｇを混合し、遊星ボールミルを用いてボールミル粉砕を行い、ボールと材料の質量比は３：１とし、ボールミル粉砕の時間は４ｈとし、ボールミル粉砕後に４０〜２００メッシュの篩にかけ、混合物を得る。
【００９７】
三、混合物を高圧反応器に入れ、Ｏ２を充填し、酸素圧は１０ＭＰａに設定し、高圧反応器の下端にはノズルが設けられ、ノズルの噴出口の寸法はΦ５ｍｍとし、高圧反応器を水冷却装置の上方に置き、抵抗線で混合物に点火し、高温燃焼により合成反応を行い、高温溶融物を形成した後３５ｓ保温し、次にノズルを開け、高温高圧で高温溶融物をノズルから噴出させ、水冷却装置の中に噴出し、液相を急速冷却して、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得る。前記液相を急速冷却する冷却液は水である。
実施例１２
アルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベース固溶体セラミック粉末の製造方法であって、具体的には以下の工程によって完成する。
【００９８】
一、乾燥：アルミニウム粉末及び酸化アルミナ粉末を乾燥させ、アルミニウム粉末は真空度０．０６ＭＰａで真空乾燥し、乾燥温度は８０℃とし、乾燥時間は１２ｈとする。酸化アルミナ粉末は直接乾燥させ、乾燥温度は８０℃とし、乾燥時間は１２ｈとする。
【００９９】
二、混合：乾燥したアルミニウム粉末１３６．１８ｇ及び乾燥した酸化アルミナ粉末８６３．８２ｇを混合し、遊星ボールミルを用いてボールミル粉砕を行い、ボールと材料の質量比は３：１とし、ボールミル粉砕の時間は４ｈとし、ボールミル粉砕後に４０〜２００メッシュの篩にかけ、混合物を得る。
【０１００】
三、混合物を高圧反応器に入れ、圧力を１２ＭＰａとするＯ２及び２ＭＰａとする空気の混合ガスに入れ、高圧反応器の下端にはノズルが設けられ、ノズルの噴出口の寸法はΦ５ｍｍとし、高圧反応器を水冷却装置の上方に置き、抵抗線で混合物に点火し、高温燃焼により合成反応を行い、高温溶融物を形成した後２０ｓ保温し、次にノズルを開け、高温高圧で高温溶融物をノズルから噴出させ、水冷却装置の中に噴出し、液相を急速冷却して、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得る。前記液相を急速冷却する冷却液は水である。
実施例１３
アルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベース固溶体セラミック粉末の製造方法であって、具体的には以下の工程によって完成する。
【０１０１】
一、乾燥：アルミニウム粉末、酸化アルミナ粉末及びジルコニア粉末を乾燥させ、アルミニウム粉末は真空度０．０６ＭＰａで真空乾燥し、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。酸化アルミナ粉末及びジルコニア粉末は直接乾燥させ、乾燥温度は８０℃であり、乾燥時間は１０ｈである。
【０１０２】
二、混合：乾燥したアルミニウム粉末１４７．４ｇ、乾燥した酸化アルミナ粉末１７３．４８ｇ及び乾燥したジルコニア粉末６７９．１１ｇを混合し、遊星ボールミルを用いてボールミル粉砕を行い、ボールと材料の質量比は３：１とし、ボールミル粉砕の時間は４ｈとし、ボールミル粉砕後に４０〜２００メッシュの篩にかけ、混合物を得る。
【０１０３】
三、混合物を高圧反応器に入れ、Ｏ２を充填し、酸素圧は１５ＭＰａに設定し、高圧反応器の下端にはノズルが設けられ、ノズルの噴出口の寸法はΦ４ｍｍとし、高圧反応器を水冷却装置の上方に置き、抵抗線で混合物に点火し、高温燃焼により合成反応を行い、高温溶融物を形成した後２０ｓ保温し、次にノズルを開け、高温高圧で高温溶融物をノズルから噴出させ、水冷却装置の中に噴出し、液相を急速冷却して、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得る。前記液相を急速冷却する冷却液は水である。
【図１】
2021523089.tif 000003
【図２】
2021523089.tif 000004
【図３】
2021523089.tif 000005
【図４】
2021523089.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和3年1月6日(2021.1.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を乾燥させ、均一に混合し、混合物を高圧反応器に入れ、酸素含有雰囲気で点火し、高温燃焼によって合成反応を行い、高温溶融物を形成した後１ｓ〜６０ｓ保温し、次にノズルを開け、高温溶融物をノズルから噴出させ、液相を急速冷却することで、アルミナベース固溶体セラミック粉末を得るという工程を含み、
前記原料はアルミニウム粉末及び希釈剤であり、混合物におけるアルミニウム粉末の質量割合は１０％〜４０％であり、希釈剤の質量割合は６０％〜９０％であり、
前記希釈剤は、酸化アルミニウム、ジルコニア、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化スカンジウム、酸化鉄、酸化モリブデン、酸化バリウム、酸化バナジウム、酸化チタン、酸化クロム、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化イットリウム、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユーロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ケイ素、及び酸化ルテチウムからなる群から選ばれる一つ又は複数であり、
高温溶融物をノズルから噴出させ、液相を急速冷却することは、複合酸化物溶融液体が２１００〜４０００℃の高温及び０．５ＭＰａ〜５０ＭＰａの高圧下で噴出口から急速に噴出する時に、液体冷却媒体の中に、噴霧され、急速に冷却されることで、複合固溶体粉末を形成し、複合酸化物溶液が噴出する時に低温高圧状態で、液滴表面の溶体を急速に冷却させ、固溶体粉末表面に非結晶体を形成することである、ことを特徴とするアルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベース固溶体セラミック粉末の製造方法。
【請求項２】
前記アルミニウムと酸素の燃焼合成物にジルコニアが含まれる場合、
酸化イットリウムとジルコニアのモル比は（０〜２０）：１００であり、
酸化セリウムとジルコニアのモル比は（０〜３０）：１００であり、
酸化マグネシウムとジルコニアのモル比は（０〜２８）：１００であり、
酸化カルシウムとジルコニアのモル比は（０〜３３．４５）：１００であり、
酸化チタンとジルコニアのモル比は（０〜４４．４１）：１００であり、
酸化スカンジウムとジルコニアのモル比は（０〜２０）：１００である、ことを特徴とする請求項1に記載のアルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベース固溶体セラミック粉末の製造方法。
【請求項３】
前記酸素含有雰囲気は酸素、酸素と空気の混合ガス又は酸素と窒素の混合ガスを含み、
酸素含有雰囲気が酸素である場合、酸素の気圧は５ＭＰａ〜５０ＭＰａであり、
酸素含有雰囲気が酸素と空気の混合ガスである場合、酸素含有雰囲気における酸素の気圧は５ＭＰａ〜５０ＭＰａであり、空気の気圧は０ＭＰａ〜２０ＭＰａであり、
酸素含有雰囲気が酸素と窒素の混合ガスである場合、酸素含有雰囲気における酸素の気圧は５ＭＰａ〜５０ＭＰａであり、窒素の気圧は０ＭＰａ〜２０ＭＰａである、ことを特徴とする請求項２に記載のアルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベース固溶体セラミック粉末の製造方法。
【請求項４】
混合物を高圧反応器に入れ、まず混合物を２５〜３００℃まで加熱し、さらに酸素含有雰囲気で点火し、高温燃焼により合成反応を行う、ことを特徴とする請求項３に記載のアルミニウムと酸素の燃焼合成と水アトマイズ法によるアルミナベース固溶体セラミック粉末の製造方法。
【国際調査報告】
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