JP2017160108A - 淡灰色ジルコニア焼結体及びその製造方法 - Google Patents

淡灰色ジルコニア焼結体及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】明るい灰色を呈するジルコニア焼結体であって、焼結温度の違いによる色調差がほとんど認識されないものを提供する。【解決手段】酸化物換算で、アルミニウムを5.0重量%以上30.0重量%以下、コバルトを0.004重量%以上0.02重量%以下、亜鉛を0.01重量%以上0.1重量%以下、鉄を0.01重量%以上0.2重量%以下含有し、残部がイットリアを2mol%以上6mol%未満含有するジルコニアである組成を有し、なおかつ、スピネル構造を有しZn及びFeが置換したコバルトアルミニウム複合酸化物及びアルミニウム酸化物を含むことを特徴とするジルコニア焼結体。【選択図】なし

Description

本発明は淡灰色を呈するジルコニア焼結体に関する。
ジルコニア焼結体は、ランタノイド系希土類酸化物や遷移金属を着色剤として含むことで任意の呈色を示す(特許文献1)。ジルコニア焼結体が着色剤を含むことで、ジルコニア本来の高級感及び機械的強度に加え、意匠性が高くなる。そのため、着色剤を含むジルコニア焼結体(以下、「着色ジルコニア焼結体」ともいう。)は、従来の光学用途、医療用途、機械用途に加え、装飾部材及び外装部材等、適用用途が広がってきている。用途の広がりに伴い、着色ジルコニア焼結体には、より差別化された意匠性が求められてきている。さらに、着色ジルコニア焼結体の中でも、赤色、ピンク色、オレンジ色、紫色、ライトブルー、ライトグレーなどの明るい色調を呈するジルコニア焼結体は、色調が意匠性に与える影響が特に強いため、色調に求められる要求が高くなってきている。
例えば、灰色を呈するジルコニア焼結体として、コバルト及びニッケルを固溶したジルコンを含有したジルコニア焼結体が報告されている(特許文献2)。
さらに、コバルトアルミネートとアルミナを含むジルコニア混合粉末から得られた焼結体が灰色を呈することが開示されている(特許文献3)
特許文献2及び3で開示された灰色を呈するジルコニア焼結体は、暗めな灰色、いわゆるダークグレーであった。
特開昭62−59571号公報 特開2011−020879号公報 特開2013−126933号公報
特許文献2及び3で開示された焼結体は、焼結するロット毎の焼結条件の振れが、色調差として現れる。明るい灰色を呈する着色ジルコニア焼結体は、濃い灰色に比べて色調の違いがさらに目立つため、焼結条件の振れが、より顕著な色調差として生じる。
また、特許文献2及び3で開示された焼結体は、組成を調整すると白色度が起きく変化しやすいため、明るい色調に調整すると、明るい灰色ではなく白色の焼結体となる。
これらの課題に鑑み、本発明は、明るい灰色を呈するジルコニア焼結体であって、焼結温度の違いによる色調差がほとんど認識されないものを提供することを目的とする。
本発明者らは、灰色を呈するジルコニア焼結体について検討した。その結果、ある限定された組成を有するジルコニア焼結体が、明るい灰色を呈し、なおかつ、異なる焼結温度により製造した場合であっても、色調変化が著しく小さくなることを見出した。
すなわち、本発明は酸化物換算で、アルミニウムを5.0重量%以上30.0重量%以下、コバルトを0.004重量%以上0.02重量%以下、亜鉛を0.01重量%以上0.1重量%以下、鉄を0.01重量%以上0.2重量%以下含有し、残部がイットリアを2mol%以上6mol%未満含有するジルコニアである組成を有し、なおかつ、アルミニウム酸化物及びスピネル構造を有しZn及びFeが置換したコバルトアルミニウム複合酸化物を含むことを特徴とするジルコニア焼結体である。
以下、本発明のジルコニア焼結体について説明する。
本発明のジルコニア焼結体(以下、「本発明の焼結体」ともいう。)は、酸化物換算で、アルミニウムを5.0重量%以上30重量%以下、コバルトを0.004重量%以上0.02重量%以下、亜鉛を0.01重量%以上0.1重量%以下、鉄を0.01重量%以上0.2重量%以下含有し、残部がイットリアを2mol%以上6mol%未満含有するジルコニアである組成を有する。このような組成を有することにより、本発明の焼結体が明るい灰色を呈する。本発明の焼結体は、酸化物換算で、アルミニウムを10重量%以上25重量%以下、コバルトを0.004重量%以上0.02重量%以下、亜鉛を0.02重量%以上0.1重量%以下、鉄を0.03重量%以上0.1重量%以下含有することが好ましい。
本発明の焼結体におけるアルミニウム、コバルト、亜鉛及び鉄(以下、「着色元素」ともいう。)の含有量は、焼結体重量に対する各着色元素を酸化物換算した重量割合(重量%)である。酸化物換算は、アルミニウムをAl、コバルトをCoO、亜鉛をZnO及び鉄をFeとすればよい。
本発明の焼結体は、スピネル構造を有しZn及びFeが置換したコバルトアルミニウム複合酸化物(以下、単に「置換スピネル酸化物」ともいう。)を含む。置換スピネル酸化物は灰色系統の色調を呈し、なおかつ、焼結温度の違いよる色調変化が小さい着色剤として機能する。これにより、例えば焼結炉の温度ムラなど、本発明の焼結体を製造する際に焼結温度の変化が生じた場合であっても、焼結体の色調の変化が目視では確認できないほど小さくなる。
置換スピネル酸化物は、スピネル構造を有するコバルトアルミニウム複合酸化物にZn及びFeが置換したものであり、Zn及びFeが置換したコバルトアルミネートであることが好ましい。
置換スピネル酸化物は、Co(Al1−x−yZnFe、(Co1−xZn)(Al1−yFe、(Co1−yFe)(Al1−xZn及び(Co1−x−yZnFe)Alからなる群の少なくとも1つとして表すことができる。
置換スピネル酸化物は、焼結体重量に対する、酸化物換算した鉄、コバルト、亜鉛及びアルミニウムの重量が、それぞれ、0.01重量%以上0.2重量%以下、0.004重量%以上0.02重量%以下、0.01重量%以上0.2重量%以下、及び、0.001重量%以上0.006重量%以下となるように含まれていることが好ましく、酸化物換算した鉄、コバルト、亜鉛及びアルミニウムの重量が、焼結体重量に対して、それぞれ、0.01重量%以上0.12重量%以下、0.004重量%以上0.01重量%以下、0.01重量%以上0.08重量%以下、及び、0.001重量%以上0.004重量%以下となるように含まれていることより好ましい。これにより、焼結体が、青味や黄色味を有さない鮮やかな淡灰色をより安定して呈する。
本発明の焼結体はアルミニウム酸化物を含む。アルミニウム酸化物は置換スピネル酸化物とは異なる結晶粒子として焼結体中に含まれる。アルミニウム酸化物が含まれることで、焼結体の色調、特に白色度が安定化する。アルミニウム酸化物は、アルミナ(Al)であることが好ましく、高純度アルミナであることが好ましい。
アルミニウム酸化物の含有量は、焼結体全体に対して4.9重量%以上29.9重量%以下、更には10重量%以上25重量%以下であることが好ましい。アルミニウム酸化物の含有量が29.9重量%以下であることで、比較的低い焼成温度で高い密度の焼結体が得られやすくなる。これにより、高温で焼結する必要がなくなるため、置換スピネル酸化物の安定性が低下することに由来する色調の変化が抑制される。
アルミニウム酸化物の含有量はアルミナ(Al)として換算した場合の重量割合である。
本発明の焼結体において亜鉛(Zn)は置換スピネル酸化物として含まれる。しかしながら、本発明の焼結体は置換スピネル酸化物以外に、亜鉛酸化物を含んでいてもよい。亜鉛酸化物として、酸化亜鉛(ZnO)を挙げることができる。
本発明の焼結体において鉄(Fe)は置換スピネル酸化物として含まれる。しかしながら、本発明の焼結体は置換スピネル酸化物以外に、鉄酸化物を含んでいてもよい。鉄酸化物として、酸化鉄(III)(Fe)又は酸化鉄(II)(FeO)のいずれか、更には酸化鉄(III)を挙げることができる。
本発明の焼結体は、イットリアを含有するジルコニアを含む。イットリアはジルコニアを着色することなく安定化剤として機能する。ジルコニアのイットリア含有量は、2mol%以上6mol%未満であり、2mol%以上5mol%以下、更には2.6mol%以上3.4mol%以下であることが好ましい。イットリア含有量が2mol%未満では、製造時や水熱条件下で焼結体の破壊が生じやすくなる。一方、イットリア含有量が6mol%以上では、焼結体の強度が低下する。イットリアの含有量は、ジルコニア(ZrO)に対するイットリア(Y)のモル割合(mol%)である。
ジルコニアは、を着色することなく安定化剤として機能する化合物、例えば、カルシア又はマグネシアの少なくともいずれかを含んでいてもよい。
本発明の焼結体は色調に影響を与えない程度であれば不純物を含んでいてもよい。
本発明の焼結体は、相対密度が95%以上、更には97%以上であることが好ましい。相対密度が95%以上であることで、焼結体表面に現れる気孔が非常に小さくなる。これにより焼結体中に残存する気孔の違いによる色調への影響が小さくなり、実質的な目視による視認性への影響がなくなる。本発明の焼結体の好ましい相対密度として97.0%以上99.9%以下を挙げることができる。
なお、本発明における相対密度は、理論密度に対する実測密度の割合(%)で求めることができる。
本発明の焼結体のジルコニアの結晶構造は正方晶を含み、結晶構造の主相が正方晶であることが好ましい。また、本発明の焼結体のジルコニア結晶構造は、正方晶及び立方晶の混晶であってもよい。正方晶は光学的に異方性を有する結晶構造である。正方晶を含むことによって光が反射されやすくなるため、焼結体の色調が透明感を有さなくなる。これに加え、アルミニウム酸化物の結晶粒子の存在により、焼結体全体として明確な灰色を呈する。さらに、ジルコニア結晶構造の主相が正方晶であることによって、本発明の焼結体が高い強度を有する。
本発明の焼結体の、ジルコニアの結晶粒子の平均結晶粒径は2μm以下、更には1μm以下であることが好ましい。ジルコニアの結晶粒子の平均結晶粒径が2μm以下であることで、装飾品等の部材として使用するのに十分な強度となる。
本発明において、ジルコニアの平均結晶粒径は、本発明の焼結体の走査型顕微鏡(以下、「SEM」とする。)観察図で観察されるジルコニアの結晶粒子の無作為に200個以上の抽出し、抽出した結晶粒子の結晶径をインターセプト法で求めた平均値として求めることができる。
本発明の焼結体はジルコニア結晶粒子以外にアルミニウム酸化物結晶粒子及び置換スピネル酸化物結晶粒子を含有する。ジルコニア結晶粒子とは独立してアルミニウム酸化物及び置換スピネル酸化物の結晶粒子を含有することにより、ジルコニアが有する高靱性化機能に加え、異相界面に起因する高靱性化機能も付与でき、更なる焼結体の高靱性化が期待できる。
本発明の焼結体は、淡灰色(ライトグレー)を呈するジルコニア焼結体である。鮮やかな淡灰色の色調はL表色系において、明度Lが80以上、更には83以上、また更には85以上であり、かつ、色相aが−1.5≦a≦1.5及び色相bが−1.0≦b*≦5.0であることが挙げられる。さらに、本発明の焼結体の好ましい色調として、80≦L≦95、−1.5≦a≦1.5及び−1.0≦b≦5.0、更には85≦L≦95、−1.0≦a≦1.0及び−1.0≦b≦4.0が挙げられる。
明度L値が大きくなると色調は明るくなり、反対にL値が小さくなると色調は暗くなる。また、色相aは赤から緑の色調を示し、a値が大きいほど赤い色調が強くなり、値が小さいほど緑の色調が強くなる。一方、b値は黄色から青の色調を示し、b値が大きいほど黄色の色調が強くなり、b値が小さいほど青の色調が強くなる。本発明の焼結体は、上記の明度L、色相a又は色相bのいずれかを満たすものではなく、上記の明度L、色相a及び色相bを満たすことで、その呈色が淡灰色に近い色調ではなく、淡灰色の色調となる。
本発明において、色調はJIS Z8722の方法に準じた方法により測定することができる。
本発明の焼結体は、焼結条件、特に焼成温度が変わった場合であっても、色調変化が地上に小さく、目視による色調の変化として認識することができない。そのため、本発明の焼結体は、以下の式から求められる色差ΔEが2.5以下、更には2.0以下、また更には1.0以下であることが好ましい。
色差ΔE={(L −L +(a −a +(b −b 0.5
上記式において、L 、a 及びb はそれぞれ焼結温度T1で焼結して得られた焼結体の明度L、彩度a及びbである。L 、a 及びb はそれぞれ焼結温度T2で焼結して得られた焼結体の明度L、彩度a及びbである。色差ΔEは焼結温度T1及びT2との差が大きくなるほど大きくなる傾向があるが、上記の式より求まる色差ΔEは、T1=T2±50℃の値、更にはT1=T2±100℃の値、また更にはT1=T2±150℃の値であることが好ましい。
本発明の焼結体は、外装部材等、本発明の焼結体の審美性を利用できる用途で使用できる強度を有していることが好ましい。そのため、3点曲げ強度が800MPa以上、更には1000MPa以上であることが好ましい。
本発明における3点曲げ強度は、JIS R 1601に準じた方法により測定することができる。
次に、本発明の焼結体の製造方法について説明する。
本発明の焼結体は、コバルトアルミネートを0.001重量%以上0.1重量%以下、アルミニウム酸化物を4.9重量%以上29.9重量%以下、亜鉛酸化物を0.01重量%以上0.1重量%以下及び鉄酸化物を0.01重量%以上0.2重量%以下含み、残部が2mol%以上6mol%未満のイットリアを含有するジルコニアである粉末組成物を使用することを特徴とする製造方法により製造することができ、好ましくは、コバルトアルミネートを0.001重量%以上0.1重量%以下、アルミニウム酸化物を4.9重量%以上29.9重量%以下、亜鉛酸化物を0.01重量%以上0.1重量%以下及び鉄酸化物を0.01重量%以上0.2重量%以下含み、残部が2mol%以上6mol%未満のイットリアを含有するジルコニアである粉末組成物を成形する成形工程、及び、該成形工程で得られた成形体を1380℃以上1580℃以下で焼結する焼結工程、を有することを特徴とする製造方法、により製造することができる。
成形工程に供する粉末組成物の組成は、コバルトアルミネートを0.001重量%以上0.1重量%以下、アルミニウム酸化物を4.9重量%以上29.9重量%以下、亜鉛酸化物を0.01重量%以上0.1重量%以下及び鉄酸化物を0.01重量%以上0.2重量%以下含み、残部が2mol%以上6mol%未満のイットリアを含有するジルコニアである。より好ましい粉末組成物の組成として、コバルトアルミネートを0.01重量%以上0.05重量%以下、アルミニウム酸化物を10重量%以上25重量%以下、亜鉛酸化物を0.01重量%以上0.08重量%以下及び鉄酸化物を0.01重量%以上0.12重量%以下含み、残部が2mol%以上6mol%未満のイットリアを含有するジルコニア、であることを挙げることができる。このような組成を有する粉末組成物は、本発明のジルコニア焼結体の原料として供することができる。
粉末組成物は、上記の組成となるようにコバルトアルミネート粉末、亜鉛酸化物粉末、鉄酸化物粉末、アルミニウム酸化物粉末及びイットリア含有ジルコニア粉末を含む原料粉末を混合して得られる。
コバルトアルミネート粉末は、スピネル構造を有するコバルトとアルミニウムとの複合酸化物粉末であり、CoAl粉末であることが好ましい。コバルトアルミネート粉末は、コバルトアルミネート粉末とコバルト酸化物粉末との混合粉末としてもよい。
亜鉛酸化物粉末は、酸化亜鉛(ZnO)又はその前駆体となる亜鉛化合物の粉末であればよい。成形体に含まれる亜鉛酸化物粉末として、酸化亜鉛、水酸化亜鉛及び塩化亜鉛からなる群の少なくとも1種の粉末を挙げることができる。
鉄酸化物粉末は、酸化鉄(Fe)又はその前駆体となる鉄化合物の粉末であればよい。成形体に含まれる鉄酸化物粉末として、酸化鉄、水酸化鉄、オキシ水酸化鉄、硝酸鉄及び塩化鉄からなる群の少なくとも1種の粉末を挙げることができる。
アルミニウム酸化物粉末は、アルミナ(Al)又はその前駆体となるアルミニウム化合物の粉末であればよく、アルミナ、水酸化アルミニウム、硝酸アルミニウム及び塩化アルミニウムからなる群の少なくとも1種の粉末を挙げることができる。アルミニウム酸化物粉末は、アルミナ粉末であることが好ましく、α−アルミナ粉末であることがより好ましい。
アルミニウム酸化物粉末のBET比表面積は5m/g以上20m/g以下であることが好ましい。
イットリア含有ジルコニア粉末は、2mol%以上6mol%未満のイットリアを含有するジルコニア粉末であり、2.6mol%以上3.4mol%以下イットリア含有ジルコニア粉末であることが好ましい。
イットリア含有ジルコニア粉末のBET比表面積は5m/g以上20m/g以下であることが好ましい。また、イットリア含有ジルコニア粉末のジルコニアの結晶相は、正方晶ジルコニアの割合が50%以上であることが好ましい。
イットリア含有ジルコニア粉末は、イットリア含有ジルコニア粉末、イットリア粉末及びジルコニア粉末からなる群の2種以上を含む混合粉末、並びに、イットリア粉末とジルコニア粉末との混合粉末であってもよい。
粉末組成物は、イットリア含有ジルコニア粉末、コバルトアルミネート粉末、亜鉛酸化物粉末、鉄酸化物粉末、アルミニウム酸化物粉末が均一に混合できる方法で混合すればよい。好ましい混合方法として、湿式混合、更にはボールミル又は攪拌ミルの少なくともいずれかによる混合方法が挙げられる。
焼結工程に供する成形体は、粉末組成物を成形することで得られる。
成形方法は、原料粉末を所望の形状に成形できる方法であればよく、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレス、スリップキャスティング及びインジェクションモールディングからなる群の少なくとも1種を挙げることができる。
焼結工程に供する成形体は任意の形状でよい。成形体の形状として、例えば、円板状、柱状、板状、球状及び略球状からなる群の少なくとも1種が挙げられる。
焼結工程では、成形体を1380℃以上1580℃以下で焼結する。本発明において、コバルトアルミネート粉末を核とし、これに亜鉛酸化物及び鉄酸化物が固溶することで置換スピネル酸化物が生成する。このような、核となるスピネル酸化物の存在により、1380℃以上という低い焼結温度であっても、亜鉛酸化物及び鉄酸化物がコバルトアルミネートに固溶し、置換スピネル酸化物が生成する。一方、1580℃を超える焼結温度で焼結した場合、置換スピネル酸化物の安定性が低くなり、焼結条件のわずかな差による焼結体の色調変化が顕著になる。その結果、淡灰色の再現性が著しく低くなる。
焼結温度は1400℃以上1550℃以下であることが好ましい。
置換スピネル酸化物が安定して得られれば焼結方法は任意であり、例えば、常圧焼結、ホットプレス法又は熱間静水圧プレス法を挙げることができる。簡便であるため、好ましい焼結方法として、常圧焼結、更に大気雰囲気中の常圧焼結を挙げることができる。なお、常圧焼結とは焼結時に成形体に対して外的な力を加えず単に加熱することにより焼結する方法である。
焼結時間は、焼結方法及び焼結温度に合わせて任意の範囲とすることができ、例えば、1時間以上5時間以下、更には2時間以上4時間以下を挙げることができる。
焼結工程において、常圧焼結後の焼結体に熱間静水圧プレス(以下、「HIP」ともいう。)処理を施してもよく、常圧焼結後のHIP条件として、アルゴン又は窒素雰囲気下、50〜200MPaで1400℃以上1550℃以下、30分以上4時間以下を挙げることができる。
本発明の製造方法は、焼結体を研磨する研磨工程又は形状を加工する加工工程の少なくともいずれかを含んでいてもよい。研磨工程は、焼結後の焼結体の表面を研磨する。研磨により、表面に光沢感を付与する等、目的とする用途に適した表面状態を有する焼結体とすることができる。加工工程は、焼結体を任意の形状に加工する。これにより、焼結体を用途に応じた形状とすることができる。研磨工程及び加工工程は、いずれを先に行ってもよい。
本発明により、淡灰色の色調を有するジルコニア焼結体を得ることができ、なおかつ十分な強度を併せ持つため、各種部品の外装・装飾品として好適に使用することができる。またこのジルコニア焼結体は、表面を鏡面研磨処理することにより、宝石調の概観を有し、極めて高い審美性を提供することが可能である。
実施例3−2の焼結体のTEM観察結果 (a)明視野像、(b)制限視野電子回折図形[(110)入射] 実施例3−2の焼結体のTEM−EDS結果 (a)Zrマッピング、(b)Coマッピング、(c)Znマッピング
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。しかしながら、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
本発明の焼結体及び粉末の特性測定方法を以下に説明する。
(色調の測定)
JIS Z8722に準じた方法により、焼結体試料の色調を測定した。測定には、一般的な色差計(装置名:ZE 6000、日本電色工業社製)を用いた。測定条件は以下のとおりである。
光源 : C光源
視野角 : 2°
焼結体試料サイズは、直径20mm×厚さ2.7mmのものとし、焼成面から0.3mm研削し研磨した面を色調評価面とした。色調評価有効面積は直径10mmを採用した。
(曲げ強度)
曲げ試験は、JIS R 1601『ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法』に基づき3点曲げ試験により測定した。測定は10回行い、その平均値をもって3点曲げ強度とした。測定は、幅4mm、厚さ3mmの柱形状の焼結体試料を用い、支点間距離30mmとして実施した。
(焼結体密度)
JIS R 1634(ファインセラミックスの焼結体密度・開気孔率の測定方法)に準拠した測定法により焼結体の実測密度を測定した。理論密度に対する実測密度の割合から相対密度を求めた。
(平均結晶粒径)
焼結体試料のジルコニアの結晶粒子の平均結晶粒径はインターセプト法により測定した。鏡面研磨した後の焼結体試料を熱エッチングし、その表面を走査型顕微鏡にて20,000倍で観察した。得られたSEM観察図からインターセプト法(k=1.78)によりジルコニアの結晶粒子の平均粒子径を測定した。測定したジルコニアの結晶粒子の粒子数は200個以上とした。
(EPMAによる元素分析)
波長分散型電子線マイクロアナライザー(EPMA)(装置名:EPMA1610、島津製作所製)を使用して、焼結体試料における面分析を行なった。測定条件は以下のとおりである。
加速電圧 :15KV
照射電流 :100nA
(TEMによる元素分析)
透過型電子顕微鏡(装置名:JEM−2100F、日本電子製)により、焼結体をTEM観察した。また、TEM−EDS(装置名;JED−2300、日本電子製)により、TEM観察像の局所組成分析を行った。
実施例1−1
3mol%イットリア含有ジルコニア粉末(BET比表面積:6.8m/g、東ソー製)、高純度アルミナ粉末(住友化学製)、コバルトアルミネート(CoAl)粉末(和光純薬製)、酸化亜鉛(キシダ化学製)及び酸化鉄III(キシダ化学製)を混合し、以下の組成を有する混合粉末を得た。混合はボールミルによる湿式混合とした。混合後した後、大気中、100〜130℃で、乾燥して混合粉末を得た。
Al : 20重量%
CoAl : 0.0125重量%
ZnO : 0.05重量%
Fe : 0.07重量%
3mol%Y含有ZrO : 残部
混合粉末を一軸成形圧1000kg/cmで圧縮成形し成形体とし、当該成形体を焼結することで本実施例の焼結体を得た。焼結は電気炉を用い、焼結条件は昇温速度100℃/hr、大気中、焼結温度1550℃、焼結時間2時間で行うことで、コバルトアルミネートに亜鉛及び鉄を固溶させ、スピネル構造を有しZn及びFeが置換したコバルトアルミニウム複合酸化物を生成させた。これにより、酸化物換算でアルミニウムを20.0072重量%、コバルトを0.0053重量%、亜鉛を0.05重量%、鉄を0.07重量%含有し、残部がイットリアを3mol%含有するジルコニアからなる焼結体を得、これを本実施例の焼結体とした。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表1に示す。
実施例1−2
焼結温度を1500℃としたこと以外は実施例1−1と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈してあり、3点曲げ強度は1079MPaであった。得られた焼結体の評価結果を表1に示す。
実施例1−3
焼結温度を1450℃としたこと以外は実施例1−1と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表1に示す。
実施例1−4
焼結温度を1400℃としたこと以外は実施例1−1と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表1に示す。
実施例2−1
以下の組成の混合粉末を使用したこと、及び、焼結温度を1550℃としたこと以外は実施例1−1と同様な方法で、酸化物換算でアルミニウムを20.0115重量%、コバルトを0.0085重量%、亜鉛を0.025重量%、鉄を0.05重量%含有し、残部がイットリアを3mol%含有するジルコニアからなる焼結体を得、これを本実施例の焼結体とした。
Al : 20重量%
CoAl : 0.02重量%
ZnO : 0.025重量%
Fe : 0.05重量%
3mol%Y含有ZrO : 残部
得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表1に示す。
実施例2−2
焼結温度を1500℃としたこと以外は実施例2−1と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈してあり、3点曲げ強度は1103MPaであった。得られた焼結体の評価結果を表1に示す。
実施例2−3
焼結温度を1450℃としたこと以外は実施例2−1と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表1に示す。
実施例2−4
焼結温度を1400℃としたこと以外は実施例2−1と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表1に示す。
実施例2−5
実施例2−2で得られた焼結体を、1500℃、1時間、150MPaでHIP処理することにより、本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈してあり、3点曲げ強度は1786MPaであった。得られた焼結体の評価結果を表1に示す。
実施例3−1
以下の組成の混合粉末を使用したこと、及び、焼結温度を1550℃としたこと以外は実施例1−1と同様な方法で、酸化物換算でアルミニウムを20.02重量%、コバルトを0.015重量%、亜鉛を0.05重量%、鉄を0.07重量%含有し、残部がイットリアを3mol%含有するジルコニアからなる焼結体を得、これを本実施例の焼結体とした。
Al : 20重量%
CoAl : 0.035重量%
ZnO : 0.05重量%
Fe : 0.07重量%
3mol%Y含有ZrO : 残部
得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表1に示す。
実施例3−2
焼結温度を1500℃としたこと以外は実施例3−1と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈してあり、3点曲げ強度は1254MPaであった。得られた焼結体の評価結果を表1に示す。
(微構造観察)
EPMA分析により、本発明の焼結体は、Alが存在する領域、並びに、AlとCoとが重複して存在する領域を有することが観察され、アルミニウム化合物と、アルミニウムとコバルトの複合酸化物とが存在することが確認できた。
AlとCoとが重複して存在する領域をTEM観察により詳細に観察した。結果を図1に示す。図1(a)はTEM観察における明視野像であり、図1(b)は、図1(a)中の破線で囲った領域(以下、「解析領域」ともいう。)の制限視野電子回折図形である。シミュレーションによるスピネル構造の電子回折図形と、図1(b)の電子線回折図形を対比した結果、解析領域はスピネル構造を有することが確認できた。
TEM−EDSにより解析領域の組成分析を行った。解析領域において、Al、Co、Zn及びFeが検出され、解析領域付近にZr及びYが検出された。Zr及びYは重複する領域で検出されたのに対し、Al、Co、Zn及びFeが解析領域で検出された。TEM−EDSの代表的な結果を図2に示す。
これらの結果より、本実施例の焼結体は、スピネル構造を有しZn及びFeが置換したコバルトアルミニウム複合酸化物及びアルミニウム酸化物を含むことが確認できた。
実施例3−3
焼結温度を1450℃としたこと以外は実施例3−1と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表1に示す。
実施例3−4
焼結温度を1400℃としたこと以外は実施例3−1と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表1に示す。
実施例4−1
以下の組成の混合粉末を使用したこと、及び、焼結温度を1550℃としたこと以外は実施例1−1と同様な方法で、酸化物換算でアルミニウムを20.006重量%、コバルトを0.004重量%、亜鉛を0.08重量%、鉄を0.08重量%含有し、残部がイットリアを3mol%含有するジルコニアからなる焼結体を得、これを本実施例の焼結体とした。
Al : 20重量%
CoAl : 0.01重量%
ZnO : 0.08重量%
Fe : 0.08重量%
3mol%Y含有ZrO : 残部
得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表1に示す。
実施例4−2
焼結温度を1500℃としたこと以外は実施例4−1と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈してあり、3点曲げ強度は1194MPaであった。得られた焼結体の評価結果を表1に示す。
実施例4−3
焼結温度を1450℃としたこと以外は実施例4−1と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表1に示す。
実施例4−4
焼結温度を1400℃としたこと以外は実施例4−1と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表1に示す。
Figure 2017160108
測定例1(色差ΔE)
実施例1−1乃至1−4で得られた焼結体について、色差ΔEを求めた。結果を表2に示す。
Figure 2017160108
表2より、焼結温度差が大きくなると色差ΔEが大きくなる傾向があることが確認できる。色差ΔEが最大になるのは1550℃で焼結した焼結体と、1400℃で焼結した焼結体であり、焼結温度差が150℃の場合であった。しかしながら、この様な焼結温度差があるにも関わらず、色差ΔEは1.21であり、目視による色調変化がないことが確認できた。
測定例2(色差ΔE)
実施例2−1乃至2−4で得られた焼結体について、色差ΔEを求めた。結果を表3に示す。
Figure 2017160108
表3より、焼結温度差が大きくなると色差ΔEが大きくなる傾向があることが確認できる。色差ΔEが最大になるのは1550℃で焼結した焼結体と、1400℃で焼結した焼結体であり、焼結温度差が150℃の場合であった。しかしながら、この様な焼結温度差があるにも関わらず、色差ΔEは2.08であり、目視による色調変化がないことが確認できた。
測定例3(色差ΔE)
実施例3−1乃至3−4で得られた焼結体について、色差ΔEを求めた。結果を表4に示す。
Figure 2017160108
表4より、焼結温度差が大きくなると色差ΔEが大きくなる傾向があることが確認できる。色差ΔEが最大になるのは1550℃で焼結した焼結体と、1400℃で焼結した焼結体であり、焼結温度差が150℃の場合であった。しかしながら、この様な焼結温度差があるにも関わらず、色差ΔEは1.19であり、目視による色調変化がないことが確認できた。
測定例4(色差ΔE)
実施例4−1乃至4−4で得られた焼結体について、色差ΔEを求めた。結果を表5に示す。
Figure 2017160108
表5より、焼結温度差が大きくなると色差ΔEが大きくなる傾向があることが確認できる。色差ΔEが最大になるのは1550℃で焼結した焼結体と、1400℃で焼結した焼結体であり、焼結温度差が150℃の場合であった。しかしながら、この様な焼結温度差があるにも関わらず、色差ΔEは1.56であり、目視による色調変化がないことが確認できた。
本発明のジルコニア焼結体は、高密度でなおかつ淡灰色で、使用により劣化した場合であっても安定した色相を呈する審美性に優れた焼結体であり、傷のつかない高級感のある宝飾品、装飾部材等の部材、例えば、時計部品、携帯用電子機器の外装部品等の様々な部材へ利用することができる。

Claims (6)

  1. 酸化物換算でアルミニウムを5.0重量%以上30.0重量%以下、コバルトを0.004重量%以上0.02重量%以下、亜鉛を0.01重量%以上0.1重量%以下、鉄を0.01重量%以上0.2重量%以下含有し、残部がイットリアを2mol%以上6mol%未満含有するジルコニアである組成を有し、なおかつ、スピネル構造を有しZn及びFeが置換したコバルトアルミニウム複合酸化物及びアルミニウム酸化物を含むことを特徴とするジルコニア焼結体。
  2. 前記アルミニウム酸化物の含有量が、焼結体全体に対して4.9重量%以上29.9重量%以下である請求項1に記載のジルコニア焼結体。
  3. 前記ジルコニアのイットリア含有量が2.6mol%以上3.4mol%以下である請求項1又は2に記載のジルコニア焼結体。
  4. コバルトアルミネートを0.001重量%以上0.1重量%以下、アルミニウム酸化物を4.9重量%以上29.9重量%以下、亜鉛酸化物を0.01重量%以上0.1重量%以下及び鉄酸化物を0.01重量%以上0.2重量%以下含み、残部が2mol%以上6mol%未満のイットリアを含有するジルコニアである粉末組成物を使用することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体の製造方法。
  5. コバルトアルミネートを0.001重量%以上0.1重量%以下、アルミニウム酸化物を4.9重量%以上29.9重量%以下、亜鉛酸化物を0.01重量%以上0.1重量%以下及び鉄酸化物を0.01重量%以上0.2重量%以下含み、残部が2mol%以上6mol%未満のイットリアを含有するジルコニアである粉末組成物を成形する成形工程、及び、該成形工程で得られた成形体を1380℃以上1580℃以下で焼結する焼結工程、を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体の製造方法。
  6. コバルトアルミネートを0.001重量%以上0.1重量%以下、アルミニウム酸化物を4.9重量%以上29.9重量%以下、亜鉛酸化物を0.01重量%以上0.1重量%以下及び鉄酸化物を0.01重量%以上0.2重量%以下含み、残部が2mol%以上6mol%未満のイットリアを含有するジルコニアである粉末組成物。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020023431A (ja) * 2018-08-02 2020-02-13 東ソー株式会社 黒色焼結体及びその製造方法
JP2020029395A (ja) * 2018-08-20 2020-02-27 東ソー株式会社 ジルコニア焼結体及びその製造方法
JP2020132520A (ja) * 2019-02-15 2020-08-31 東ソー株式会社 ピンク系ジルコニア焼結体及びその製造方法
US10858293B2 (en) 2018-03-30 2020-12-08 Tosoh Corporation Zirconia sintered body and manufacturing method of the same

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005289721A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Tosoh Corp 着色ジルコニア焼結体及びその製造方法
JP2007308338A (ja) * 2006-05-18 2007-11-29 Tosoh Corp 黒色ジルコニア焼結体用粉末及びその焼結体並びに着色剤
WO2010024275A1 (ja) * 2008-08-28 2010-03-04 京セラ株式会社 濃青色系セラミックスおよび装飾部品
JP2011020878A (ja) * 2009-07-14 2011-02-03 Tosoh Corp 青色ジルコニア焼結体
JP2011020879A (ja) * 2009-07-14 2011-02-03 Tosoh Corp 灰色ジルコニア焼結体及びその製造方法
JP2013126933A (ja) * 2011-12-19 2013-06-27 Tosoh Corp ジルコニア混合粉末及び灰色ジルコニア焼結体

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005289721A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Tosoh Corp 着色ジルコニア焼結体及びその製造方法
JP2007308338A (ja) * 2006-05-18 2007-11-29 Tosoh Corp 黒色ジルコニア焼結体用粉末及びその焼結体並びに着色剤
WO2010024275A1 (ja) * 2008-08-28 2010-03-04 京セラ株式会社 濃青色系セラミックスおよび装飾部品
JP2011020878A (ja) * 2009-07-14 2011-02-03 Tosoh Corp 青色ジルコニア焼結体
JP2011020879A (ja) * 2009-07-14 2011-02-03 Tosoh Corp 灰色ジルコニア焼結体及びその製造方法
JP2013126933A (ja) * 2011-12-19 2013-06-27 Tosoh Corp ジルコニア混合粉末及び灰色ジルコニア焼結体

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10858293B2 (en) 2018-03-30 2020-12-08 Tosoh Corporation Zirconia sintered body and manufacturing method of the same
JP2020023431A (ja) * 2018-08-02 2020-02-13 東ソー株式会社 黒色焼結体及びその製造方法
EP3831798A4 (en) * 2018-08-02 2022-05-04 Tosoh Corporation SINTERED BLACKBODY AND METHOD FOR PRODUCTION
US11535565B2 (en) 2018-08-02 2022-12-27 Tosoh Corporation Black sintered body and method for producing the same
JP2020029395A (ja) * 2018-08-20 2020-02-27 東ソー株式会社 ジルコニア焼結体及びその製造方法
JP7371387B2 (ja) 2018-08-20 2023-10-31 東ソー株式会社 ジルコニア焼結体及びその製造方法
JP2020132520A (ja) * 2019-02-15 2020-08-31 東ソー株式会社 ピンク系ジルコニア焼結体及びその製造方法
JP7432817B2 (ja) 2019-02-15 2024-02-19 東ソー株式会社 ピンク系ジルコニア焼結体及びその製造方法

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