JP2016084270A - ジルコニアをベースとした着色された、特には灰色の物品の製造方法及びこの方法を用いて得られるジルコニアをベースとした着色装飾的物品 - Google Patents
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Abstract
【課題】灰色でジルコニアをベースとした物品の製造方法の提供。
【解決手段】（ａ）ベース成分を構成するジルコニア粉末、４〜１５重量％の、酸化イットリウム、酸化マグネシウム或いは酸化カルシウムを含む酸化物から選択される単独又は組合わせた少なくとも１種の安定剤、０．１〜１重量％の酸化バナジウム粉末（Ｖ2Ｏ5）、０．１〜１重量％の酸化クロム粉末（Ｃｒ2Ｏ3）及び０．１〜１重量％の酸化ケイ素粉末（ＳｉＯ2）を含む第１混合物を調製するステップと、（ｂ）該第１混合物及びバインダを含む第２混合物を調製するステップと、（ｃ）該第２混合物の顆粒化を行うことで顆粒化混合物を調製するステップと、（ｄ）この第２顆粒化混合物に所望の物品の形状を与えることでブランクを作製するステップと、（ｅ）このブランクを空気中で少なくとも３０分間にわたって１２５０〜１５５０℃の温度で焼結するステップとを含む製造方法。
【選択図】なし
【解決手段】（ａ）ベース成分を構成するジルコニア粉末、４〜１５重量％の、酸化イットリウム、酸化マグネシウム或いは酸化カルシウムを含む酸化物から選択される単独又は組合わせた少なくとも１種の安定剤、０．１〜１重量％の酸化バナジウム粉末（Ｖ2Ｏ5）、０．１〜１重量％の酸化クロム粉末（Ｃｒ2Ｏ3）及び０．１〜１重量％の酸化ケイ素粉末（ＳｉＯ2）を含む第１混合物を調製するステップと、（ｂ）該第１混合物及びバインダを含む第２混合物を調製するステップと、（ｃ）該第２混合物の顆粒化を行うことで顆粒化混合物を調製するステップと、（ｄ）この第２顆粒化混合物に所望の物品の形状を与えることでブランクを作製するステップと、（ｅ）このブランクを空気中で少なくとも３０分間にわたって１２５０〜１５５０℃の温度で焼結するステップとを含む製造方法。
【選択図】なし
Description
本発明は、ジルコニアをベースとした着色物品、特には灰色の範囲内の色を有し且つ焼結により作製されるそのような物品の製造方法に関する。そのような物品を以下の説明において、便宜上、「灰色の物品」と称する。
本発明は、特には上記の方法で得られる灰色でジルコニアをベースとした装飾的物品にも関する。
物品の黒色／灰色表面酸化を引き起こすグラファイト真空炉内でのジルコニア材料の熱処理により灰色のセラミック材料から物品を作製することはすでに中国特許第１０２６５９４０１号明細書で知られている。この方法には、特には物品が内部まで着色されないことから、処理に続いて物品をその最終形状へと機械加工することができないという欠点がある。さらに、得られる表面の色は不均一であり、望ましくない縞及び大理石模様を有する。
したがって、本発明の主な目的は、焼結した着色ジルコニアをベースとした灰色の物品の製造方法を提供すること、また特にはこの方法を用いて得られるそのような物品を提供することであり、この物品は無着色のジルコニアのものに匹敵する機械的性質を有し、それでいて内部まで着色されている。
したがって、本発明は灰色でジルコニアをベースとした物品の製造方法に関し、この方法は、以下の連続する：
（ａ）ベース成分を構成するジルコニア粉末、
４〜１５重量％の、酸化イットリウム、酸化マグネシウム及び酸化カルシウムを含む酸化物の群から選択される単独の又は組み合わせた少なくとも１種の安定剤、
０．１〜１重量％の酸化バナジウム粉末（Ｖ2Ｏ5）、
０．１〜１重量％の酸化ケイ素粉末（ＳｉＯ2）及び
０．１〜１重量％の酸化クロム粉末（Ｃｒ2Ｏ3）
を含む第１混合物を調製するステップと、
（ｂ）この第１混合物及びバインダを含む第２混合物を調製するステップと、
（ｃ）この第２混合物の顆粒化を行うことで顆粒化混合物を調製するステップと、
（ｄ）この第２顆粒化混合物に所望の物品の形状を与えることでブランクを作製するステップと、
（ｅ）このブランクを空気中で少なくとも３０分間にわたって１２５０〜１５５０℃の範囲の温度で焼結するステップとを含むことを特徴とする。
（ａ）ベース成分を構成するジルコニア粉末、
４〜１５重量％の、酸化イットリウム、酸化マグネシウム及び酸化カルシウムを含む酸化物の群から選択される単独の又は組み合わせた少なくとも１種の安定剤、
０．１〜１重量％の酸化バナジウム粉末（Ｖ2Ｏ5）、
０．１〜１重量％の酸化ケイ素粉末（ＳｉＯ2）及び
０．１〜１重量％の酸化クロム粉末（Ｃｒ2Ｏ3）
を含む第１混合物を調製するステップと、
（ｂ）この第１混合物及びバインダを含む第２混合物を調製するステップと、
（ｃ）この第２混合物の顆粒化を行うことで顆粒化混合物を調製するステップと、
（ｄ）この第２顆粒化混合物に所望の物品の形状を与えることでブランクを作製するステップと、
（ｅ）このブランクを空気中で少なくとも３０分間にわたって１２５０〜１５５０℃の範囲の温度で焼結するステップとを含むことを特徴とする。
酸化バナジウム、酸化クロム及び酸化ケイ素粉末の混合物を安定化ジルコニア粉末に加えることで、本発明の方法は、成形及び焼結後に灰色の範囲の均一な色を有する、内部まで着色されたセラミック物品の作製を可能にする。本発明の方法は、無着色のジルコニア固有の機械的性質を他の点で損なうことなく、とりわけ魅力的な美的外観を有する灰色のセラミック物品の作製を可能にする。
本発明のある実施形態において、第１混合物は、
０．４〜０．７重量％の酸化バナジウム粉末（Ｖ2Ｏ5）と、
０．２〜０．３重量％の酸化クロム粉末（Ｃｒ2Ｏ3）と、
０．２〜０．３重量％の酸化ケイ素粉末（ＳｉＯ2）とを含む。
０．４〜０．７重量％の酸化バナジウム粉末（Ｖ2Ｏ5）と、
０．２〜０．３重量％の酸化クロム粉末（Ｃｒ2Ｏ3）と、
０．２〜０．３重量％の酸化ケイ素粉末（ＳｉＯ2）とを含む。
有利には、第１混合物は追加で、０．１〜１重量％、好ましくは０．２〜０．３重量％の酸化マンガン粉末（ＭｎＯ2）を含む。変化形において、第１混合物は追加で０．１〜１重量％の酸化鉄粉末（Ｆｅ2Ｏ3）を含み、好ましくは第１混合物は追加で０．１〜５重量％の酸化アルミニウム粉末（Ａｌ2Ｏ3）を含む。
本発明はまた、一般に英語でｆｅｅｄｓｔｏｃｋ（供給原料）と称され、装飾的物品及び／又は機能性物品の製造を目的とした、７５〜９６重量％の無機粉末混合物と４〜２５重量％のバインダとを含む射出成形又は圧縮成形用組成物に関し、粉末混合物は、
８２〜９５．７重量％のジルコニア粉末と、
４〜１５重量％の、酸化イットリウム、酸化マグネシウム及び酸化カルシウムを含む酸化物の群から選択される単独の又は組み合わせた少なくとも１種の安定剤と、
０．１〜１重量％の酸化バナジウム粉末（Ｖ2Ｏ5）と、
０．１〜１重量％の酸化クロム粉末（Ｃｒ2Ｏ3）と、
０．１〜１重量％の酸化ケイ素粉末（ＳｉＯ2）とを含む。
８２〜９５．７重量％のジルコニア粉末と、
４〜１５重量％の、酸化イットリウム、酸化マグネシウム及び酸化カルシウムを含む酸化物の群から選択される単独の又は組み合わせた少なくとも１種の安定剤と、
０．１〜１重量％の酸化バナジウム粉末（Ｖ2Ｏ5）と、
０．１〜１重量％の酸化クロム粉末（Ｃｒ2Ｏ3）と、
０．１〜１重量％の酸化ケイ素粉末（ＳｉＯ2）とを含む。
好ましい実施形態において、バインダ及び無機粉末混合物は、金型への射出用の供給原料としての使用に適した顆粒の形態又は金型にすぐに圧入できる粉末の形態で存在する。有利には、無機粉末混合物は追加で０．１〜１％、好ましくは０．２〜０．３重量％の酸化マンガン粉末（ＭｎＯ2）を含む。無機粉末混合物が追加で０．１〜５重量％の酸化アルミニウム粉末（Ａｌ2Ｏ3）を含むことがさらに好ましい。変化形において、無機粉末混合物は追加で、０．１〜１重量％の酸化鉄粉末（Ｆｅ2Ｏ3）を含む。
本発明はまた、本質的に酸化ジルコニウムのマトリックスと、４〜１５重量％の、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム及びこれらの混合物を含む酸化物の群から選択される少なくとも１種の安定剤と、０．１〜１重量％の酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）と、０．１〜１重量％の酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）と０．１〜１重量％の酸化ケイ素（ＳｉＯ2）とを含む成形部品を焼結した部品から形成されることを特徴とする灰色でジルコニアをベースとした装飾的物品及び／又は機能性物品に関する。
そのような物品には研磨後に高い光沢を呈するという利点があるため、装飾的物品、例えば時計ケース、ジュエリー、ブレスレット、ブローチ、タイピン、ネックレス、ハンドバッグ、電話、家具又は家庭用品用の構成要素の作製に適している。
有利な実施形態において、物品は、０．４〜０．７重量％の酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）と、０．２〜０．３重量％の酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）と０．２〜０．３重量％の酸化ケイ素（ＳｉＯ2）とを含む。
第１の変化形において、物品は追加で、０．１〜１重量％、好ましくは０．２〜０．３重量％の酸化マンガン（ＭｎＯ2）と、０．１〜５重量％の酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）と０．１〜１重量％の酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）とを含む。
本発明の他の特徴及び利点は、例示だけを目的として挙げる本発明の非限定的且つ実際的な例を説明している以下の記載から明らかとなる。
ここで詳述する本発明の製造方法の第１の実施例は、灰色であり焼結された、ジルコニアをベースとした物品の作製を可能にし、その外観及び機械的性質は、腕時計の構成部品の作製又は他の装飾的物品及び／若しくは機能性物品の作製に特によく適している。
この第１の実施例で得られる灰色のジルコニア物品は９８．８重量％の安定化ジルコニアと、重量基準の残分である０．５重量％の酸化バナジウム粉末（Ｖ2Ｏ5）、０．２重量％の酸化ケイ素粉末（ＳｉＯ2）及び０．５重量％の酸化クロム粉末（Ｃｒ2Ｏ3）とを含む。
ジルコニアを、酸化イットリウム、酸化マグネシウム及び酸化カルシウムを含む酸化物の群から選択される単独の又は組み合わせた少なくとも１種の安定剤により定番のやり方で正方相で安定化し、この安定剤の量はジルコニアに対して５重量％である。
この物品を作製するために、本発明の方法のこの実際的な例を用いた手順は以下の通りである。
５重量％の酸化イットリウムで安定化した２４７０グラムのジルコニア粉末を計量する。使用する粉末は、典型的には０．５マイクロメートルのマイクロメートル又はサブマイクロメートル範囲の平均粒径を有する。そのような粉末はＴｏｓｏｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（日本）により商品番号ＴＺ−３Ｙで販売されている。
次に、酸化ケイ素、酸化バナジウム及び酸化クロム粉末の３０グラムの混合物を計量する。
使用するケイ素粉末は２ミクロンＡＰＳの粒径を有し、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ（ドイツ）により商品番号１３０２４で販売されている。使用する酸化バナジウム粉末は、典型的には２２メッシュのマイクロメートル又はサブマイクロメートルスケールの平均粒径を有し、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ（ドイツ）により商品番号１０９０４で販売されている。
使用する酸化クロム粉末は、典型的には２．４マイクロメートルのマイクロメートル又はサブマイクロメートルスケールの平均粒径を有し、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｅ（スイス）により商品番号３７４７２５で販売されている。必要ならば、粉末を粉砕して所望の粒径にする。
これらの粉末が全て、好ましくは９５％を超える純度を有さなくてはならないことに留意する。
粉末の計量が一旦終了したら、全ての粉末を湿潤した媒体中で混合及びブレンドする。約５０グラムのバインダ、例えばポリビニルアルコールを最終ブレンド段階で添加する。
次に、混合物を例えば定番の噴霧器で乾燥させる。
得られる粒状体を篩過することで２００マイクロメートル未満の粒径を有する粒子を残す。
次に、篩過した粒状体を、所望の物品の形状を有する金型に圧入することで所望の物品のブランクを形成する。
そのほぼ最終的な概形で、物品を焼結炉に入れる。これに関し、焼結は空気中で実行できることに留意する。次に、物品を、第１段階において１時間あたり３０℃の温度上昇率で約１０００℃まで、次に第２段階において１時間あたり５０℃の温度上昇率で１４５０℃まで加熱する。物品をこの温度で少なくとも３０分、好ましくは１時間にわたって維持する。
焼結を、当然のことながら、１１００℃以上であり１６００℃未満であるいずれの他の温度でも実行できることに留意する。
焼結作業後に得られる物品の色は純粋な灰色である。
次に、物品を冷却し、次に機械加工を施すことでその最終用途に適した形状にする。成し遂げられる着色が、物品への機械加工作業によりその色がいかなる形でも損なわれることのない、内部に及ぶ着色であることに留意する。
次に、物品を例えばダイヤモンドペーストを使用して研磨し、こうして得られる物品の外観は薄い灰色で光沢のあるものとなるため、特には時計製造分野での応用にとって魅力的且つ興味深い美的特性を呈する。
本発明の方法の別の実施形態では、上述した作業のやり方で直径４５ｍｍ、厚さ４ｍｍの円形の時計ベゼルを作製した。この実施例においては、Ｖ2Ｏ5（０．６３％）、Ｃｒ2Ｏ3（０．２５％）、ＳｉＯ2（０．２５％）、ＭｎＯ2（０．２５％）及びＡｌ2Ｏ3（０．２５％）の組み合わせを用いて化合物を調製し、組成物全体に対する重量基準でのその割合は１．６３％であり、残りは９８．３７重量％の安定化ＺｒＯ2である。一旦その所望の最終形態に構成したら、ベゼル及び時計ケースを空気中で２時間にわたって１４５０℃で焼結した。ベゼル及び時計ケースを冷却し、次に鏡面磨きを施した。得られたベゼル及び時計ケースは濃い灰色で光沢のある外観を有していた。ケース破損後、内部まで着色されていることも判明した。
本発明の方法のさらに別の実施形態では、上述した作業のやり方で直径４５ｍｍ、厚さ４ｍｍの円形の時計ベゼルを作製した。この実施例においては、Ｖ2Ｏ5（０．７５％）、Ｃｒ2Ｏ3（０．５％）、ＳｉＯ2（０．３０％）、ＭｎＯ2（０．１０％）、Ａｌ2Ｏ3（０．２５％）及びＦｅ2Ｏ3（０．２５％）の組み合わせを用いて化合物を調製し、組成物全体に対する重量基準でのその割合は２．１５％であり、残りは９７．８５重量％の安定化ＺｒＯ2である。一旦その所望の最終形態に構成したら、ベゼルを空気中で２時間にわたって１４５０℃で焼結した。ベゼルを冷却し、次に鏡面磨きを施した。得られたベゼルはわずかに褐色を帯びた灰色で光沢のある外観を有していた。ベゼル破損後、内部まで着色されていることも判明した。
以下の表は、本発明にしたがって作製され且つその組成に応じて得られる色を有する他の物品例を示す。
Claims (18)
- 以下の連続する：
（ａ）ベース成分を構成するジルコニア粉末、
４〜１５重量％の、酸化イットリウム、酸化マグネシウム及び酸化カルシウムを含む酸化物の群から選択される単独の又は組み合わせた少なくとも１種の安定剤、
０．１〜１重量％の酸化バナジウム粉末（Ｖ2Ｏ5）、
０．１〜１重量％の酸化クロム粉末（Ｃｒ2Ｏ3）及び
０．１〜１重量％の酸化ケイ素粉末（ＳｉＯ2）
を含む第１混合物を調製するステップと、
（ｂ）前記第１混合物及びバインダを含む第２混合物を調製するステップと、
（ｃ）前記第２混合物の顆粒化を行うことで顆粒化混合物を調製するステップと、
（ｄ）前記第２顆粒化混合物に所望の物品の形状を与えることでブランクを作製するステップと、
（ｅ）前記ブランクを空気中で少なくとも３０分間にわたって１２５０〜１５５０℃の範囲の温度で焼結するステップとを含むことを特徴とする、灰色でジルコニアをベースとした物品の製造方法。 - 前記第１混合物は、
０．４〜０．７重量％の酸化バナジウム粉末（Ｖ2Ｏ5）と、
０．２〜０．３重量％の酸化クロム粉末（Ｃｒ2Ｏ3）と、
０．２〜０．３重量％の酸化ケイ素粉末（ＳｉＯ2）とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 前記第１混合物は追加で０．１〜１重量％、好ましくは０．２〜０．３重量％の酸化マンガン粉末（ＭｎＯ2）を含む、請求項１又は２に記載の方法。
- 前記第１混合物は追加で０．１〜５重量％の酸化アルミニウム粉末（Ａｌ2Ｏ3）を含む、先行の請求項の一項に記載の方法。
- 前記第１混合物は追加で０．１〜１重量％の酸化鉄粉末（Ｆｅ2Ｏ3）を含む、先行の請求項の一項に記載の方法。
- 前記安定剤は酸化イットリウムであることを特徴とする、先行の請求項のいずれか一項に記載の方法。
- ステップ（ｅ）の後に物品を研磨するステップを追加で含むことを特徴とする、先行の請求項のいずれか一項に記載の方法。
- ７５〜９６重量％の無機粉末混合物と４〜２５重量％のバインダとを含み、前記粉末混合物は、
８２〜９５．７重量％のジルコニア粉末と、
４〜１５重量％の、酸化イットリウム、酸化マグネシウム及び酸化カルシウムを含む酸化物の群から選択される単独の又は組み合わせた少なくとも１種の安定剤と、
０．１〜１重量％の酸化バナジウム粉末（Ｖ2Ｏ5）と、
０．１〜１重量％の酸化クロム粉末（Ｃｒ2Ｏ3）と、
０．１〜１重量％の酸化ケイ素粉末（ＳｉＯ2）とを含む、装飾的物品及び／又は機能性物品の製造を目的とした射出成形又は圧縮成形用組成物。 - 前記無機粉末混合物は、
０．４〜０．７重量％の酸化バナジウム粉末（Ｖ2Ｏ5）と、
０．２〜０．３重量％の酸化クロム粉末（Ｃｒ2Ｏ3）と、
０．２〜０．３重量％の酸化ケイ素粉末（ＳｉＯ2）とを含むことを特徴とする、請求項８に記載の成形用組成物。 - 前記無機粉末混合物は追加で０．１〜１％、好ましくは０．２〜０．３重量％の酸化マンガン粉末（ＭｎＯ2）を含む、請求項８又は９に記載の成形用組成物。
- 前記無機粉末混合物は追加で０．１〜５重量％の酸化アルミニウム粉末（Ａｌ2Ｏ3）を含む、請求項８〜１０の一項に記載の成形用組成物。
- 前記混合物は追加で０．１〜１重量％の酸化鉄粉末（Ｆｅ2Ｏ3）を含む、請求項８〜１１の一項に記載の成形用組成物。
- 本質的に酸化ジルコニウムのマトリックスと、４〜１５重量％の、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム及びこれらの混合物を含む酸化物の群から選択される少なくとも１種の安定剤と、０．１〜１重量％の酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）と、０．１〜１重量％の酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）と０．１〜１重量％の酸化ケイ素（ＳｉＯ2）とを含む成形部品を焼結した部品から形成されることを特徴とする、特には請求項１〜７に記載の方法を用いて得られる灰色でジルコニアをベースとした装飾的物品及び／又は機能性物品。
- ０．４〜０．７重量％の酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）と、０．２〜０．３重量％の酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）と０．２〜０．３重量％の酸化ケイ素（ＳｉＯ2）とを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の物品。
- 追加で０．１〜１重量％、好ましくは０．２〜０．３重量％の酸化マンガン（ＭｎＯ2）を含むことを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の物品。
- 追加で０．１〜５重量％の酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を含むことを特徴とする、請求項１３〜１５の一項に記載の物品。
- 追加で０．１〜１重量％の酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）を含むことを特徴とする、請求項１３〜１６の一項に記載の物品。
- 計時器の構成要素を構成することを特徴とする、請求項１３〜１７の一項に記載の物品。
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