JP2011168493A - セラミック製刃物およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 主成分であるジルコニア(ZrO2)の結晶からなる結晶相と、Y元素およびSi元素を含む非晶質相を有するジルコニア質焼結体からなり、前記非晶質相中にはイットリア(Y 2 O 3 )の結晶からなる結晶相を有していること。
【選択図】図1
Description
材として用いる旨の記載がある。
以上、且つ0.2μm以下のY2O3により安定化されたZrO2粉末と、SiO2ゾルとを混合し造粒した造粒粉体を用いて成形した後、焼成炉において、ガス圧力を大気圧より大きくし、最高焼成温度1300℃以上、且つ1500℃以下で、最高焼成温度から100℃まで、降温速度を120℃/h以上、且つ200℃/h以下として焼成すれば、焼成炉内のガス圧力を大気圧より大きくすることにより、ZrO2より融点が低いSi等の添加剤、及びジルコニア結晶に固溶しきれなかったY2O3をジルコニア質焼結体の粒界に移動させることができる。また超微粒のSiO2ゾル粒子を用いたことで、これをジルコニア結晶の粒界に存在させやすくすることができ、さらには1300℃以上、且つ1500℃以上の最高温度で焼成することで全粒界の少なくとも80%以上にSiO2成分を存在させることが可能となる。また降温速度を120℃/h以上、且つ200℃/h以下とすることにより粒界のSiO2成分を非晶質として存在させることができる。
ギー分散型X線分光分析による元素カウント数から算出されることを特徴とする。エネルギー分散型X線分光分析による元素カウント数から算出することにより、精度の良い測定を行うことができる。
本発明のセラミック製刃物に用いるジルコニア質焼結体の製造方法について示す。
気圧より高くすると、ZrO2より融点が低く溶融したSiO2成分は、より低圧力のジルコニア結晶の粒界に移動する。このとき、ZrO2に固溶しきれなかった安定化剤のY2O3は、溶融したSiO2成分とともに、ZrO2結晶粒界に移動する。これにより、焼成後のジルコニア質焼結体は粒界にY元素およびSi元素を含む非晶質相を有することになる。ここで、前記粒界とは例えば隣り合うジルコニア結晶の境界部分のことであり、いわゆる三重点を含む。三重点とは図1に示すように、互いに接触する複数の結晶2の粒界を意味する。図1において、4つのジルコニアの結晶2により三重点1が形成され、この三重点1にもY元素およびSi元素を含む非晶質相が形成されている。
された元素カウント数と、それぞれの元素の分子量から、その粒界部分の重量割合を算出する。そしてこの方法を10箇所以上にわたって実施し、それらの平均値を算出することによってY元素の質量割合を求めることが可能である。なお、エネルギー分散型X線回折装置による測定箇所は粒界の非晶質相部分であればどの部分でも測定することが可能であるが、より好適に測定しようとすると、上述の三重点部分を測定すれば、より正確な測定結果を得ることが可能である。また、エネルギー分散型X線回折装置による測定は、透過電子顕微鏡により測定箇所を高倍率で確認した後、電子線照射スポット径をφ0.5〜5nmとし、測定時間30〜75sec、測定エネルギー幅0.1〜50keVの条件にて測定を実施する。さらに、定量計算方法としては、薄膜近似法を用いる。
本発明において、ZrO2結晶の粒径をプラニメトリック法にて測定した。まず、焼成により得られた焼結体の焼結面をSEM(走査型電子顕微鏡)により倍率1万倍にてZrO2結晶組織を写真撮影し、得られた写真上で面積が既知の円を描き、円内の粒子数及び円周にかかる粒子数をカウントし、以下のように平均結晶粒径を算出する。
。
2:結晶
Claims (10)
- 主成分であるジルコニア(ZrO2)の結晶からなる結晶相と、Y元素およびSi元素を含む非晶質相を有するジルコニア質焼結体からなり、
前記非晶質相中にはイットリア(Y 2 O 3 )の結晶からなる結晶相を有している
ことを特徴とするセラミック製刃物。 - 前記非晶質相100質量%に対するSi元素の質量割合が0.1質量%以上、且つ10質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載のセラミック製刃物。
- 前記ジルコニア質焼結体は、ジルコニアを95質量%以上含有することを特徴とする請求項1または2に記載のセラミック製刃物。
- 前記ジルコニア質焼結体は、SiをSiO2換算で0.05質量%以上、且つ0.40質量%以下含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のセラミック製刃物。
- 前記Y元素およびSi元素の質量割合は、エネルギー分散型X線分光分析による元素カウント数から算出されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のセラミック製刃物。
- 前記ジルコニア質焼結体におけるジルコニアの結晶は、平均結晶粒径が0.3μm以上、且つ0.5μm以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のセラミック製刃物。
- 前記ジルコニア質焼結体の嵩密度が、6.03g/cm3以上、相対密度が99%以上であることを特徴とする1乃至6のいずれかに記載のセラミック製刃物。
- Y2O3により安定化されたZrO2粉末、SiO2ゾルを混合、造粒された造粒粉体を得る工程と、前記造粒粉体を刃物形状に成形された成形体を得る工程と、前記成形体を焼成炉にて、大気圧より大きなガス圧力下で、最高焼成温度1300℃以上、且つ1500℃以下、かつ前記最高温度から100℃までの降温速度を120℃以上、且つ200℃/h以下で焼成された焼結体を得る工程と、前記焼結体に研削加工を施す工程を有することを特徴とするセラミック製刃物の製造方法。
- 前記Y2O3により安定化されたZrO2粉末が、0.05μm以上、且つ0.2μm以下の粒径を有することを特徴とする請求項8に記載のセラミック製刃物の製造方法。
- 前記造粒粉体の平均粒度(D50)が40μm以上、且つ55μm以下であり、かつ粒度幅(D10〜D90)が、20μm以上、且つ130μm以下であることを特徴とする請求項8又は9に記載のセラミック製刃物の製造方法。
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