JP2517249B2 - High-strength zirconia-based HIP sintered body - Google Patents

High-strength zirconia-based HIP sintered body

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JP2517249B2
JP2517249B2 JP61267060A JP26706086A JP2517249B2 JP 2517249 B2 JP2517249 B2 JP 2517249B2 JP 61267060 A JP61267060 A JP 61267060A JP 26706086 A JP26706086 A JP 26706086A JP 2517249 B2 JP2517249 B2 JP 2517249B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、酸化イットリウムおよび酸化セリウムを安
定化剤として含むジルコニアと、分散成分であるアルミ
ナ、スピネル、ムライトから成る熱水安定性、熱安定
性、高温安定性を著しく改善した高強度ジルコニア系焼
結体に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to hydrothermal stability and thermal stability, which are composed of zirconia containing yttrium oxide and cerium oxide as stabilizers and alumina, spinel, and mullite as dispersion components. The invention relates to a high-strength zirconia-based sintered body with significantly improved properties and high-temperature stability.

[従来の技術] ジルコニア焼結体は高温領域の立方晶から正方晶を経
て単斜晶に相転移をするが、その際体積変化を伴い、特
に正方晶から単斜晶への相転移の体積変化が大きく、そ
のため焼結体がこの体積変化により破壊してしまうとい
う欠点がある。この欠点を取り除くために、ZrO2にCa
O、MgO、Y2O3などを固溶させて転移を起こさせないよう
にし、常温でも立方晶からなる安定化ジルコニアあるい
は立方晶と単斜晶よりなる部分安定化ジルコニアが数多
く発表されている。また、準安定相である正方晶を常温
で焼結体内に存在させた部分安定化ジルコニアが高強度
を示すことが発表されている。これは一つには機械的な
外部応力が加わった際に、準安定な正方晶から室温安定
相である単斜晶への相転移が誘起され、応力が吸収され
ることによる。
[Prior Art] A zirconia sintered body undergoes a phase transition from a cubic system to a tetragonal system to a monoclinic system in a high temperature region, but with a volume change at that time, especially the volume of the phase transition from the tetragonal system to the monoclinic system. The change is large, so that there is a drawback that the sintered body is destroyed by this volume change. To eliminate this drawback, ZrO 2 was
A large number of stabilized zirconia consisting of cubic crystals or partially stabilized zirconia consisting of cubic crystals and monoclinic crystals are disclosed at room temperature to prevent the transition by solid solution of O, MgO, Y 2 O 3, etc. In addition, it has been announced that partially stabilized zirconia obtained by allowing a tetragonal crystal, which is a metastable phase, to exist in a sintered body at room temperature exhibits high strength. This is partly because, when a mechanical external stress is applied, a phase transition from a metastable tetragonal crystal to a monoclinic crystal that is a room temperature stable phase is induced and the stress is absorbed.

このように、常温において、正方晶を準安定のまま保
持させたジルコニア焼結体を得るための安定化剤として
は、従来より主としてY2O3が用いられ、著しい高強度、
高靱性を発現して注目されている。さらに、このY2O3
安定化剤とする部分安定化ジルコニアにアルミナ等を分
散させた高強度ジルコニア系焼結体の製造方法が特開昭
60-235762に開示されている。
Thus, at room temperature, as a stabilizer for obtaining a zirconia sintered body in which the tetragonal crystal is kept metastable, Y 2 O 3 has been mainly used conventionally, and it has a significantly high strength,
It has attracted attention because of its high toughness. Further, there is disclosed a method for producing a high-strength zirconia-based sintered body in which alumina or the like is dispersed in partially stabilized zirconia having Y 2 O 3 as a stabilizer.
60-235762.

この発明では、イットリアを少量添加した正方晶を含
むジルコニアにアルミナを特定割合配合することによ
り、また熱間静水圧プレス処理を行うことにより、従来
の部分安定化ジルコニアよりさらに著しく強度特性の向
上した焼結体の得られることを見出だしたものである。
In the present invention, by mixing alumina in a specific ratio to zirconia containing tetragonal crystals to which a small amount of yttria is added, and by performing hot isostatic pressing treatment, the strength characteristics are further significantly improved as compared with the conventional partially stabilized zirconia. It was discovered that a sintered body can be obtained.

一方、酸化イットリウム(Y2O3)のみを安定化剤とし
て少量(5モル%以下)含む正方晶からなる部分安定化
ジルコニアは、高温で安定な正方晶を、微構造の制御に
よって、室温まで準安定相としてもたらしたものであ
り、単斜晶への相変態による体積膨張の結果生じるクラ
ック発生を防止することで高強度を得ている。このた
め、その構造や性質が経時変化をし、熱応力下特に200
℃ないし400℃という比較的低温における長時間の加熱
により、正方晶から単斜晶へ相転移を起こし、強度の経
時劣化が生じる。また、この相転移による強度劣化は水
分等の存在下では著しく促進され、このような経時劣化
が大きな問題となっている。
On the other hand, partially stabilized zirconia consisting of tetragonal crystal containing only a small amount (5 mol% or less) of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) as a stabilizer is a tetragonal crystal that is stable at high temperature and is controlled up to room temperature by controlling the microstructure. It is provided as a metastable phase, and high strength is obtained by preventing the occurrence of cracks resulting from volume expansion due to the phase transformation into monoclinic crystals. As a result, its structure and properties change over time, especially under thermal stress.
By heating at a relatively low temperature of ℃ to 400 ℃ for a long time, a phase transition from tetragonal to monoclinic occurs, and deterioration of strength with time occurs. Further, the strength deterioration due to this phase transition is remarkably accelerated in the presence of water or the like, and such deterioration with time is a serious problem.

このことは、前記特開昭60-235762の発明において、Y
2O3のみを安定化剤として使用したジルコニアに、アル
ミナを一部含有する高強度ジルコニア焼結体において
も、前記の部分安定化ジルコニアと同様に経時劣化の問
題を内包しており、水分の存在下で長時間加熱された場
合のいわゆる耐熱水安定性についての改善については何
等開示されていない。これに対し、特開昭60-141673の
ジルコニア磁器および製造法では、酸化イットリウムと
酸化セリウムを共存させることによって、熱安定性の改
善を図る手法が開示されている。しかしながら、この酸
化イットリウムと酸化セリウムからなるジルコニア焼結
体は、機械的強度が低いという欠点があり、熱安定性は
改善されているものの、水分の存在下についての耐熱水
安定性には触れられておらず、いまだ不十分である。こ
のように、従来から高強度で経時劣化のない熱および熱
水安定性に優れたジルコニア系セラミックスが待望され
ていた。
This means that in the invention of the above-mentioned JP-A-60-235762, Y
Zirconia using only 2 O 3 as a stabilizer, even in a high-strength zirconia sintered body partially containing alumina, as with the partially stabilized zirconia, the problem of deterioration over time is included, and Nothing is disclosed about improvement in so-called hot water stability when heated in the presence for a long time. On the other hand, the zirconia porcelain and manufacturing method disclosed in JP-A-60-141673 disclose a method for improving thermal stability by allowing yttrium oxide and cerium oxide to coexist. However, this zirconia sintered body composed of yttrium oxide and cerium oxide has a drawback of low mechanical strength, and although the thermal stability is improved, the hot water stability in the presence of water is touched. Not yet, still inadequate. As described above, there has been a long-awaited demand for zirconia-based ceramics having high strength and excellent heat and hot water stability without deterioration over time.

そこで本発明の出願人等はこれに達成する方法として
昭和61年9月22日に高強度ジルコニア系焼結体およびそ
の製造方法の発明を出願した。前記発明においては、安
定化剤として酸化イットリウムおよび酸化セリウムを所
定量含有させたジルコニアと、アルミナからなり、結晶
相および結晶粒子径を制御すると共に、HIP処理により
理論密度および曲げ強度を従来品よりも高水準に保つこ
とにより、従来のジルコニア焼結体よりも高強度を示
し、かつ熱および熱水安定性に優れるという効果を見出
だしている。
Therefore, the applicants of the present invention filed the invention of a high-strength zirconia-based sintered body and a method for producing the same on September 22, 1986 as a method for achieving this. In the above invention, zirconia containing a predetermined amount of yttrium oxide and cerium oxide as a stabilizer, and alumina, which controls the crystal phase and the crystal particle size, the theoretical density and bending strength by HIP treatment than conventional products. It has been found that, by maintaining a high level, the zirconia sintered body has higher strength than conventional zirconia sintered bodies and is excellent in heat and hot water stability.

しかしながら、前記発明においては、製造方法として
カーボン発熱体を使用し、Arガス等の不活性ガスを圧力
媒体として使用する最も一般的なHIP処理方法を用いて
いた。このため、カプセルを使用しない場合には、雰囲
気、特に還元性雰囲気によると考えられる着色が焼結体
に生じ、還元状態の違いから、焼結体表面と内部とで着
色が異なるなど雰囲気の影響を強く受けていた。
However, in the above-mentioned invention, the most general HIP processing method in which a carbon heating element is used as a manufacturing method and an inert gas such as Ar gas is used as a pressure medium has been used. Therefore, when the capsules are not used, the sintered body is colored due to the atmosphere, especially the reducing atmosphere, and due to the difference in the reduction state, the coloring is different between the surface and the inside of the sintered body. Was strongly received.

この現象はHIP処理の温度にも大きく依存していた。
すなわち、より高温でHIP処理を行うと、ジルコニア結
晶が、正方晶から単斜晶へ相転移を生じ、いわゆる脱安
定化の現象が進行し、焼結体の密度の低下と共に強度が
急激に低下する。これは、ジルコニアの安定化剤の一つ
であるセリウムが還元され、4価から4価と3価の間の
化学的非量論値あるいは3価になって、セリウムイオン
のイオン半径に変化が生じることが主要な原因と推察さ
れる。また、カーボン発熱体の使用によって得られた従
来のHIP焼結体は、熱処理あるいは高温使用中に、焼結
体内に含有させていた微量の炭素が酸化し、特性劣化し
やすい等の問題点を有していた。
This phenomenon was also highly dependent on the temperature of HIP treatment.
That is, when the HIP treatment is performed at a higher temperature, the zirconia crystal undergoes a phase transition from a tetragonal crystal to a monoclinic crystal, the phenomenon of so-called destabilization proceeds, and the strength rapidly decreases with the decrease in the density of the sintered body. To do. This is because cerium, which is one of the stabilizers for zirconia, is reduced to a chemical non-stoichiometric value between tetravalent and tetravalent or trivalent or trivalent, and the ionic radius of the cerium ion changes. It is assumed that the main cause is occurrence. In addition, the conventional HIP sintered body obtained by using the carbon heating element has a problem that the trace amount of carbon contained in the sintered body is oxidized during heat treatment or high temperature use, and the characteristics are likely to deteriorate. Had.

[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、このようなY2O3‐ZrO2系の主として正方晶
よりなる部分安定化ジルコニアあるいはこれを主体とす
る焼結体の経時劣化、とりわけ熱水中での問題点および
前記発明の高温HIP処理における脱安定化現象や高温使
用中の劣化等の問題を解決すべくなされたものであっ
て、正方晶の熱安定性、熱水安定性を飛躍的に増大し、
経時劣化の無い、耐久性に優れた、しかも極めて高強度
なジルコニア系焼結体を提供し、同時に還元性雰囲気の
影響を受けず、また、1000℃付近の高温において、長時
間保持した後も、強度劣化のない極めて優れたジルコニ
ア系焼結体を提供することを目的とする。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention is directed to such Y 2 O 3 -ZrO 2 system partially stabilized zirconia mainly consisting of tetragonal crystals or a sintered body mainly composed of this, which is deteriorated with time. It was made to solve the problems in water and the problems such as destabilization phenomenon in high temperature HIP treatment of the invention and deterioration during high temperature use. Dramatically increased,
It provides a zirconia-based sintered body that has no deterioration over time, is highly durable, and has extremely high strength, and is not affected by a reducing atmosphere at the same time. An object of the present invention is to provide an extremely excellent zirconia-based sintered body that is free from strength deterioration.

[問題点を解決するための手段] 本発明の高強度ジルコニア系HIP焼結体は、酸化イッ
トリウム(Y2O3)、酸化セリウム(CeO2)を安定化剤と
して含む主として正方晶あるいは正方晶と立方晶よりな
る部分安定化ジルコニア50〜98重量%と、分散成分とし
てアルミナ(Al2O3)、スピネル(MgO・Al2O3)、ムラ
イト(3Al2O3・2SiO2)のうち少なくとも1種以上50〜
2重量%とから成り、焼結体の平均結晶粒子径が2μm
以下で、焼結体の嵩密度が理論密度の99%以上であるか
または気孔率が1%以下で、該組成物の大気中焼結物と
同系色を呈することを要旨とする。
[Means for Solving Problems] The high-strength zirconia-based HIP sintered body of the present invention is mainly tetragonal or tetragonal containing yttrium oxide (Y 2 O 3 ) or cerium oxide (CeO 2 ) as a stabilizer. moiety and stabilized zirconia 50-98 wt% consisting of cubic and alumina (Al 2 O 3) as a dispersion component, a spinel (MgO · Al 2 O 3) , at least of the mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ) 50 or more
2% by weight, and the average crystal grain size of the sintered body is 2 μm
In the following, the gist is that the bulk density of the sintered body is 99% or more of the theoretical density or the porosity is 1% or less, and a similar color to that of the sintered product of the composition in the atmosphere is exhibited.

[作用] 本発明の高強度ジルコニア系焼結体は、従来のイット
リアを含有する部分安定化ジルコニア系焼結体より、著
しく高強度であり、熱安定性、熱水安定性が極めて高
く、長時間使用しても形状変化あるいは強度低下等の劣
化現象を示さず、極めて耐久性に優れる。このように著
しい高強度を維持したまま熱安定性、熱水安定性が高い
本発明の高強度ジルコニア系焼結体は、本発明者等が鋭
意研究を重ねた結果、次に述べるような新たな知見に基
づき完成されたものである。
[Operation] The high-strength zirconia-based sintered body of the present invention has significantly higher strength than conventional yttria-containing partially stabilized zirconia-based sintered bodies, and has extremely high thermal stability and hot water stability, and Even if it is used for a long time, it does not show a deterioration phenomenon such as a change in shape or a decrease in strength, and has extremely excellent durability. As described above, the high-strength zirconia-based sintered body of the present invention having high thermal stability and high hydrothermal stability while maintaining extremely high strength is the result of the inventors' earnest studies, It was completed based on such knowledge.

本発明者等は酸化セリウムおよび酸化イットリウムを
含むジルコニア焼結体について検討を重ねた。その結
果、酸化セリウムを酸化イットリウムと共存させて安定
化剤として使用することによって、正方晶ジルコニアの
結晶構造が、従来のY2O3によって安定化された正方晶ジ
ルコニアよりも、ジルコニアの高温安定相である立方晶
の結晶構造により近くなり、正方晶の熱力学的安定領域
が低温まで広がると同時に、正方晶の熱力学的安定性が
高まるとの知見に基づき、ジルコニアに安定化剤として
含まれる本発明の組成範囲の酸化セリウムおよび酸化イ
ットリウムを見出だしたものである。
The present inventors have made extensive studies on zirconia sintered bodies containing cerium oxide and yttrium oxide. As a result, by using cerium oxide as a stabilizing agent coexist with yttrium oxide, the crystal structure of tetragonal zirconia than conventional tetragonal zirconia stabilized with Y 2 O 3, high temperature stability of the zirconia Included as a stabilizer in zirconia based on the finding that the thermodynamic stability region of the tetragonal crystal becomes closer to the crystal structure of the cubic phase and the thermodynamic stability region of the tetragonal crystal expands to low temperatures, while the thermodynamic stability of the tetragonal crystal increases. Cerium oxide and yttrium oxide in the composition range of the present invention are found.

また、安定化剤として酸化イットリウムおよび酸化セ
リウムを含むジルコニア焼結体に対するアルミナ(Al2O
3)、スピネル(MgO・Al2O3)、ムライト(3Al2O3・2Si
O2)の添加の影響についても検討した。その結果、これ
ら酸化物の添加が正方晶の含有量を高め、弾性率の上昇
による破壊エネルギーの増大に寄与し、HIP処理の応用
と相まって高い強度を示すと共に、ZrO2の粒界部分の強
化に役立ち、準安定正方晶ジルコニアの安定性を一段と
高め、さらにはCeO2成分の存在による安定性との相乗効
果の結果、耐熱水安定性が著しく改善されることを見出
だした。
In addition, alumina (Al 2 O 3) for zirconia sintered bodies containing yttrium oxide and cerium oxide as stabilizers
3 ), spinel (MgO ・ Al 2 O 3 ), mullite (3Al 2 O 3・ 2Si)
The effect of addition of O 2 ) was also examined. As a result, the addition of these oxides increases the content of tetragonal crystals, contributes to the increase of fracture energy due to the increase of elastic modulus, shows high strength in combination with the application of HIP treatment, and strengthens the grain boundary part of ZrO 2. It has been found that the stability of the metastable tetragonal zirconia is further enhanced, and as a result of the synergistic effect with the stability due to the presence of the CeO 2 component, the hot water stability is significantly improved.

本発明では熱間静水圧プレスを用いることで、従来の
大気圧での焼結に比較し、ち密でしかも焼結体中に含ま
れる気孔の大きさを30μm以下に制御することが可能と
なり、さらにはより低温において焼結を完了させること
ができる。そのため焼結体の平均結晶粒子径をより小さ
くすることができ、また理論密度の99%以上あるいは気
孔率が1%以下の嵩密度を得ることができる。この結果
150kgf/mm2以上の強度を有しながらも、酸化イットリウ
ム、酸化セリウム、ジルコニアおよびアルミナ、スピネ
ル、ムライトの各成分の組成制御と相まって、熱および
熱水安定性に極めて優れる結晶体を得ることを可能とし
た。
In the present invention, by using a hot isostatic press, it is possible to control the size of the pores contained in the sintered body to be less than 30 μm, which is denser than the conventional sintering at atmospheric pressure. Furthermore, sintering can be completed at lower temperatures. Therefore, the average crystal grain size of the sintered body can be further reduced, and the bulk density of 99% or more of the theoretical density or 1% or less of the porosity can be obtained. As a result
While having a strength of 150 kgf / mm 2 or more, it is possible to obtain a crystalline body that is extremely excellent in thermal and hydrothermal stability in combination with the composition control of each component of yttrium oxide, cerium oxide, zirconia, alumina, spinel, and mullite. Made possible

また、本発明では特にHIP処理の加圧媒体として、酸
素を含有するガスを用いることで、従来より一般的に行
なわれているカーボン発熱体を使用し、Arガス等の不活
性ガスを圧力媒体として使用するHIP処理に比較し、還
元性雰囲気の影響を受けない。
Further, in the present invention, by using a gas containing oxygen as a pressurizing medium for HIP treatment in particular, a carbon heating element that is generally used in the past is used, and an inert gas such as Ar gas is used as a pressure medium. Compared to the HIP treatment used as, it is not affected by the reducing atmosphere.

このため、第1に焼結体の表面と内部で着色が異なる
など、還元性雰囲気の影響による着色がない。
For this reason, firstly, there is no coloring due to the influence of the reducing atmosphere, such as different coloring on the surface and inside of the sintered body.

第2に、本発明の部分安定化ジルコニア組成に含まれ
る安定化剤の一つであるセリウムが、4価から4価と3
価の間の化学非量論値あるいは3価になり、イオン半径
に変化が生じることが主原因と考えられる脱安定化現
象、すなわちジルコニア結晶が正方晶から単斜晶へ相転
移を起こす現象が生じない。このため、強度、熱および
熱水安定性などの特性が一段と向上し、本発明の目的と
するHIP処理による効果が完全に得られる。
Secondly, cerium, which is one of the stabilizers contained in the partially stabilized zirconia composition of the present invention, is tetravalent to tetravalent and trivalent.
A destabilization phenomenon, which is considered to be mainly caused by a change in ionic radius due to a stoichiometric non-stoichiometric value between valences or trivalence, that is, a phenomenon in which a zirconia crystal undergoes a phase transition from tetragonal to monoclinic Does not happen. Therefore, the properties such as strength, heat and hot water stability are further improved, and the effect of the HIP treatment, which is the object of the present invention, is completely obtained.

さらに第3に、従来より一般的に行なわれているHIP
処理により得られた焼結体は、HIP処理中に焼結体内に
侵入した微量の炭素が、熱処理あるいは高温使用中に酸
化し、特性の劣化を生じ易いのに対し、本発明の高強度
ジルコニア系焼結体はこのような熱処理あるいは高温使
用中の特性劣化は全くなく、1000℃の大気中に長時間保
持した後も、焼結体の強度の劣化は無く、長時間の高温
での使用中にも全く劣化しない。
Third, HIP that has been generally used
The sintered body obtained by the treatment has a high strength zirconia of the present invention, whereas the trace amount of carbon that has penetrated into the sintered body during the HIP treatment is likely to be oxidized during heat treatment or high temperature use to cause deterioration of properties. There is no characteristic deterioration of the sintered body during such heat treatment or high temperature use, and the strength of the sintered body does not deteriorate even after holding it in the atmosphere at 1000 ° C for a long time, and it can be used at high temperature for a long time. It does not deteriorate at all.

このように、従来法のHIP処理を応用した本発明組成
の焼結体よりもさらに一段と優れている。また、従来の
部分安定化ジルコニアの高温強度の約2倍以上の優れた
特性を有する。さらに、耐熱衝撃特性についても極めて
優れている。
Thus, the sintered body of the composition of the present invention to which the conventional HIP treatment is applied is further superior. Further, it has excellent characteristics that are about twice or more the high temperature strength of the conventional partially stabilized zirconia. Furthermore, it has extremely excellent thermal shock resistance.

また、本発明ではジルコニア焼結体の平均結晶粒子径
を2μm以下とすることにより、強度および熱水安定性
に優れた焼結体を得ることが出来た。
Further, in the present invention, by setting the average crystal particle size of the zirconia sintered body to 2 μm or less, a sintered body excellent in strength and hot water stability could be obtained.

さらに本発明の高強度ジルコニア焼結体は、ジルコニ
アの耐摩耗性を優れたものとし、高温におけるジルコニ
ア焼結体のクリープ特性をも改善するものである。
Furthermore, the high-strength zirconia sintered body of the present invention has excellent wear resistance of zirconia and also improves the creep characteristics of the zirconia sintered body at high temperatures.

本発明の焼結体に含まれ、熱的により安定で劣化を示
さないY2O3-CeO2-ZrO2系の正方晶ジルコニアは、準安定
な正方晶であるために、ZrO2粒子近傍に応力集中を受け
た場合には、低温安定相である単斜晶への変態を生じ、
応力を緩和する作用を有する。このため、本発明の高強
度ジルコニア系焼結体は著しい高強度、高靱性を示すも
のである。
Contained in the sintered body of the present invention, in order tetragonal zirconia does not exhibit a stable degradation by thermal Y 2 O 3 -CeO 2 -ZrO 2 system, there metastable tetragonal, ZrO 2 particles near When subjected to stress concentration on, the transformation to the monoclinic system which is a low temperature stable phase occurs,
It has the effect of relieving stress. Therefore, the high-strength zirconia-based sintered body of the present invention exhibits remarkably high strength and high toughness.

本発明ではジルコニアの安定化剤としてY2O3およびCe
O2を必要とする。本発明のY2O3、CeO2、ZrO2の3成分の
配合割合は、第1図に示すような正三角形に交わる3軸
にそれぞれZrO2、YO1.5、CeO2のmol%を表示した3角座
標において、 点A(ZrO287.5mol%、YO1.512mol%、CeO20.5mol
%) 点B(ZrO295.5mol%、YO1.54mol%、CeO20.5mol%) 点C(ZrO295.5mol%、YO1.52mol%、CeO22.5mol%) 点D(ZrO292.5mol%、YO1.50.5mol%、CeO27.0mol
%) 点E(ZrO285mol%、YO1.50.5mol%、CeO214.5mol
%) で示された特定5組組成を結ぶ線で囲まれた範囲内の組
成にあることが好ましい。この範囲内にジルコニアの組
成を選択すれば、180℃(10気圧)飽和水蒸気中に20時
間焼結体を保持した場合の単斜晶量を30体積%以下でき
る。また、200℃の大気中で3000時間保持した場合の単
斜晶量を20体積%以下にできる。
In the present invention, Y 2 O 3 and Ce are used as zirconia stabilizers.
Requires O 2 . The compounding ratios of the three components of Y 2 O 3 , CeO 2 and ZrO 2 of the present invention are shown by mol% of ZrO 2 , YO 1.5 and CeO 2 on the three axes intersecting the equilateral triangle as shown in FIG. Point A (ZrO 2 87.5mol%, YO 1.5 12mol%, CeO 2 0.5mol)
%) Point B (ZrO 2 95.5mol%, YO 1.5 4mol%, CeO 2 0.5mol%) Point C (ZrO 2 95.5mol%, YO 1.5 2mol%, CeO 2 2.5mol%) Point D (ZrO 2 92.5mol% , YO 1.5 0.5mol%, CeO 2 7.0mol
%) Point E (ZrO 2 85mol%, YO 1.5 0.5mol%, CeO 2 14.5mol
%), And the composition is preferably within the range surrounded by the line connecting the five specific composition groups. If the zirconia composition is selected within this range, the amount of monoclinic crystals when the sintered body is held in 180 ° C. (10 atm) saturated steam for 20 hours can be 30% by volume or less. Further, the amount of monoclinic crystals when kept in the atmosphere of 200 ° C. for 3000 hours can be 20% by volume or less.

しかしながら、安定化剤の量がこの範囲より少ない
と、正方晶ジルコニアの安定性が低いものとなる。すな
わち、第1図の3角座標において、線ABよりもCeO2が少
ないと、熱安定性が劣ったものとなり、線DEよりもY2O3
が少ないと強度が低く、熱安定性にも劣る。また、線AE
よりもY2O3あるいはCeO2量が多いと、充分な機械的特性
が得られない。線BCDより安定化剤の量が少ない場合
は、正方晶ジルコニアの安定性が低いものとなる。
However, if the amount of the stabilizer is less than this range, the stability of the tetragonal zirconia will be low. That is, in the three-sided coordinate of FIG. 1, when CeO 2 is less than the line AB, the thermal stability is inferior, and Y 2 O 3 is less than the line DE.
If the amount is small, the strength is low and the thermal stability is poor. Also, line AE
If the amount of Y 2 O 3 or CeO 2 is larger than that, sufficient mechanical properties cannot be obtained. When the amount of the stabilizer is smaller than that of the line BCD, the stability of the tetragonal zirconia is low.

また、本発明をより効果あるものとするためには、上
記3成分の配合量を第1図の3角座標において、 点F(ZrO288mol%、YO1.510mol%、CeO22mol%) 点G(ZrO289mol%、YO1.510mol%、CeO21mol%) 点H(ZrO293mol%、YO1.56mol%、CeO21mol%) 点I(ZrO294.5mol%、YO1.52mol%、CeO23.5mol%) 点J(ZrO291mol%、YO1.51mol%、CeO28mol%) 点K(ZrO286mol%、YO1.51mol%、CeO213mol%) で示された特定5組成点を結ぶ線で囲まれた範囲内に選
択するとよい。この範囲内にジルコニアの組成を選択す
れば、180℃(10気圧)飽和水蒸気中に20時間焼結体を
保持した場合の単斜晶量を20体積%以下にできる。ま
た、200℃の大気中で3000時間保持した場合の単斜晶量
を10体積%以下にできる。
Further, in order to make the present invention more effective, the compounding amounts of the above three components are represented by point F (ZrO 2 88 mol%, YO 1.5 10 mol%, CeO 2 2 mol%) point on the triangular coordinates of FIG. G (ZrO 2 89mol%, YO 1.5 10mol%, CeO 2 1mol%) point H (ZrO 2 93mol%, YO 1.5 6mol%, CeO 2 1mol%) point I (ZrO 2 94.5mol%, YO 1.5 2mol%, CeO 2 3.5 mol%) point J (ZrO 2 91mol%, YO 1.5 1mol%, CeO 2 8mol%) point K (ZrO 2 86mol%, YO 1.5 1mol%, a specific 5 composition point indicated by CeO 2 13 mol%) Select within the range enclosed by the connecting lines. If the composition of zirconia is selected within this range, the amount of monoclinic crystals when the sintered body is held in saturated steam at 180 ° C (10 atm) for 20 hours can be 20% by volume or less. Further, the amount of monoclinic crystal when kept in the atmosphere of 200 ° C. for 3000 hours can be 10% by volume or less.

さらに、本発明を最も効果的にするためには、上記3
成分の配合量を第1図の三角座標において、 点F(ZrO288mol%、YO1.510mol%、CeO22mol%) 点G(ZrO289mol%、YO1.510mol%、CeO21mol%) 点L(ZrO293.5mol%、YO1.54mol%、CeO22.5mol%) 点M(ZrO293mol%、YO1.52mol%、CeO25mol%) 点N(ZrO288mol%、YO1.51mol%、CeO211mol%) 点K(ZrO286mol%、YO1.51mol%、CeO213mol%) を結ぶ実線で囲まれた範囲内に選択すると良い。この範
囲内にジルコニアの組成を選択すれば、180℃(10気
圧)飽和水蒸気中に20時間焼結体を保持した場合の単斜
晶量を20体積%以下にできる。また、200℃の大気中で3
000時間保持した場合の単斜晶量を5体積%以下にでき
る。
Further, in order to make the present invention most effective, the above 3
In the triangular coordinate of FIG. 1 the amount of component, the point F (ZrO 2 88mol%, YO 1.5 10mol%, CeO 2 2mol%) point G (ZrO 2 89mol%, YO 1.5 10mol%, CeO 2 1mol%) point L (ZrO 2 93.5mol%, YO 1.5 4mol%, CeO 2 2.5mol%) point M (ZrO 2 93mol%, YO 1.5 2mol%, CeO 2 5mol%) point N (ZrO 2 88mol%, YO 1.5 1mol%, CeO 2 11mol%) It is recommended to select within the range surrounded by the solid line connecting the points K (ZrO 2 86mol%, YO 1.5 1mol%, CeO 2 13mol%). If the composition of zirconia is selected within this range, the amount of monoclinic crystals when the sintered body is held in saturated steam at 180 ° C (10 atm) for 20 hours can be 20% by volume or less. Also, in the atmosphere of 200 ℃ 3
The amount of monoclinic crystals when kept for 000 hours can be reduced to 5% by volume or less.

本発明では、酸化イットリウムおよび酸化セリウムを
含有するジルコニア(ZrO2)50〜98重量%に対し、分散
成分としてアルミナ(Al2O3)、スピネル(MgO・Al
2O3)、ムライト(3Al2O3・2SiO2)のうち少なくとも1
種以上を50〜2重量%の割合で含有する。これら分散成
分の割合が2重量%より少ないと、分散成分の添加によ
る強度上昇、熱および熱水安定性向上の効果が得難く、
50重量%を越えると、正方晶ジルコニアの起因する強化
機構が減少し、期待した程の強度が得られない。本発明
をより効果あるものとするためには、これら分散成分の
含有量を5〜40重量%の範囲に選択すると良い。さらに
好ましくは10〜35重量%の範囲が良い。すなわち、この
範囲に分散成分を選択すれば、ジルコニアの安定化剤で
あるCeO2成分との相乗効果により、熱及び熱水安定性に
極めて優れたものとなる。
In the present invention, zirconia (ZrO 2 ) containing yttrium oxide and cerium oxide is 50 to 98% by weight, and alumina (Al 2 O 3 ) and spinel (MgO.Al) are dispersed components.
At least 1 of 2 O 3 ) and mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ).
It contains 50% to 2% by weight of seeds or more. If the proportion of these dispersing components is less than 2% by weight, it is difficult to obtain the effect of increasing the strength and improving the stability of heat and hot water by adding the dispersing components.
If it exceeds 50% by weight, the strengthening mechanism due to tetragonal zirconia decreases and the expected strength cannot be obtained. In order to make the present invention more effective, it is advisable to select the content of these dispersion components in the range of 5 to 40% by weight. More preferably, the range of 10-35% by weight is good. That is, if the dispersion component is selected in this range, the heat and hot water stability will be extremely excellent due to the synergistic effect with the CeO 2 component which is a stabilizer of zirconia.

本発明の焼結体は3点曲げ強度が150kgf/mm2以上でな
ければならない。本発明の組成内であって、しかも本発
明に示す熱および熱水安定性を満たし、かつ強度が150k
gf/mm2以上の焼結体は、著しく優れたものと考えられる
からである。
The sintered body of the present invention must have a three-point bending strength of 150 kgf / mm 2 or more. Within the composition of the present invention, yet satisfy the heat and hot water stability shown in the present invention, and the strength is 150k
This is because a sintered body having a gf / mm 2 or more is considered to be remarkably excellent.

また、焼結体の嵩密度が理論密度の99%以上であるか
または気孔率が1%以下であることが必要である。理論
密度が99%より小さいかあるいは気孔率が1%より高い
場合には、焼結体の強度も低く、また熱および熱水安定
性も低いものとなる。すなわち、嵩密度が高いほど焼結
体に含まれる正方晶ジルコニアの安定性が高まり、耐
熱、耐熱水安定性に優れたものとなる。
Further, it is necessary that the bulk density of the sintered body is 99% or more of the theoretical density or the porosity is 1% or less. When the theoretical density is lower than 99% or the porosity is higher than 1%, the strength of the sintered body is low, and the heat and hydrothermal stability is low. That is, the higher the bulk density, the more stable the tetragonal zirconia contained in the sintered body, and the more excellent the heat resistance and the hot water stability.

また、焼結体中に含有される気孔としては30μm以下
が好ましい。30μm以上の大きな気孔を有していると高
強度焼結体が得られない。さらに好ましくは20μm以下
が望ましい。
The pores contained in the sintered body are preferably 30 μm or less. If it has large pores of 30 μm or more, a high strength sintered body cannot be obtained. More preferably, it is 20 μm or less.

また、本発明の焼結体の色は、該組成物の大気中焼結
物と同系色、すなわち白色あるいは乳白色あるいは薄い
黄色を呈しており、還元性あるいは非酸化性雰囲気によ
る着色、すなわち赤褐色あるいは茶褐色あるいは黒色を
呈しないことが必要である。すなわちこれは、酸素を含
有するガスを圧力媒体としてHIP処理を行った結果であ
り、このように焼結体の色を規定することにより、本発
明の高強度ジルコニア系セラミックスと従来のHIP処理
を用いた高強度ジルコニア系焼結体とを完全に区別する
ことができる。
Further, the color of the sintered body of the present invention is similar to the color of the sintered body of the composition in the air, that is, white or milky white or light yellow, and is colored by a reducing or non-oxidizing atmosphere, that is, reddish brown or It is necessary that it does not appear dark brown or black. That is, this is the result of performing the HIP treatment using a gas containing oxygen as a pressure medium, by defining the color of the sintered body in this manner, the high-strength zirconia-based ceramics of the present invention and the conventional HIP treatment. It can be completely distinguished from the high-strength zirconia-based sintered body used.

本発明の組成を有するジルコニア焼結体は主として正
方晶よりなる部分安定化ジルコニアであるので、高強
度、高靱性を示す。本来正方晶は準安定相であるため試
料表面の研削によって一部が単斜晶へ転移を生じ表面層
の残留圧縮応力により焼結体の強化に寄与する。この強
化の程度は研削による表面粗さと焼結体の粒径に依存し
ている。このため、本発明による主として正方晶よりな
る部分安定化ジルコニアとは、X線回折による結晶相の
測定において鏡面状態で正方晶系を少なくとも50%以上
含むジルコニアをいう。
Since the zirconia sintered body having the composition of the present invention is a partially stabilized zirconia mainly composed of tetragonal crystals, it exhibits high strength and high toughness. Since the tetragonal system is a metastable phase by nature, a part of the sample surface is transformed into a monoclinic structure by grinding and the residual compressive stress of the surface layer contributes to strengthening of the sintered body. The degree of this strengthening depends on the surface roughness due to grinding and the grain size of the sintered body. Therefore, the partially stabilized zirconia mainly composed of tetragonal crystals according to the present invention means zirconia containing at least 50% or more of tetragonal system in a mirror state in the measurement of the crystal phase by X-ray diffraction.

なお、ジルコニア焼結体の各結品相の含有量は、X線
回折により多形の結晶定量法に基づいて測定を行う。X
線回折ピークの積分強度を以下単に積分強度と略記す
る。酸化ジルコニウムの正方晶と立方晶は格子常数は近
似しているため、低角度の回折ではピークが非常に接近
し、分離できないので、単斜晶ピークの積分強度と正方
晶ピークおよび立方晶ピークの積分強度和の量比(単斜
晶/正方晶+立方晶)を測定し、正方晶と立方晶のピー
クが分離する高角度で正方晶ピークと立方晶のピークの
積分強度から両者の量比(正方晶+立方晶)を測定し、
各結晶量を算出する。X線回折によるジルコニアの各結
晶量の具体的計算法は、次のとおりである。
The content of each sill phase in the zirconia sintered body is measured by X-ray diffraction based on the polymorphic crystal quantification method. X
Hereinafter, the integrated intensity of the line diffraction peak is simply referred to as the integrated intensity. Since the lattice constants of tetragonal and cubic crystals of zirconium oxide are close to each other, the peaks are very close to each other in low-angle diffraction and cannot be separated.Therefore, the integrated intensity of the monoclinic peak and the tetragonal and cubic peaks cannot be separated. The quantitative ratio of the integrated intensity sum (monoclinic / tetragonal + cubic) is measured, and the quantitative ratio of both is obtained from the integrated intensity of the tetragonal and cubic peaks at a high angle where the tetragonal and cubic peaks are separated. (Tetragonal + cubic) is measured,
Calculate the amount of each crystal. The specific calculation method of each crystal amount of zirconia by X-ray diffraction is as follows.

(1) 積分強度の測定 正方晶〈111〉と立方晶〈111〉の混合積分強度・・・
IT+C〈111〉 単斜晶〈11〉と〈111〉の積分強度 ・・・IM+C〈11
〉、IM〈III〉 正方晶〈004〉と〈400〉の積分強度 ・・・IT〈00
4〉、IT〈400〉 立方晶〈400〉の積分強度 ・・・IC〈400〉 (2) 各結晶相の含有量は体積%として次式より求め
た。
(1) Measurement of integrated intensity Mixed integral intensity of tetragonal <111> and cubic <111>
I T + C 〈111〉 Integrated intensity of monoclinic crystals 〈11〉 and 〈111〉 ・ ・ ・ I M + C 〈11
〉, I M 〈III〉 Integral intensity of tetragonal 〈004〉 and 〈400〉 ・ ・ ・IT 〈00
4>, I T <400> Integral intensity of cubic <400> ... I C <400> (2) The content of each crystal phase was determined as the volume% by the following formula.

立方晶酸化ジルコニウム(体積)% C=100−M−T ……(III) 本発明の焼結体は、焼結体の平均結晶粒子径が2μm
以下であることが必要である。好ましくは1μm以下で
あることが良い。これは平均結晶粒子径が2μmを越え
ると、熱および熱水環境下で正方晶から単斜晶への変態
が生じ易くなる。ジルコニア焼結体の熱安定性は、焼結
体の粒子径に大きく依存しており、粒子径が小さい程安
定性が向上する。本発明の焼結体の場合、安定化剤とし
て酸化セリウム(CeO2)を含んでいるので、これを含ま
ない酸化イットリウム部分安定化ジルコニアと比較すれ
ば、臨界粒子径は組成に依存するが、数倍から約5倍の
大きさとなり、安定性は極めて高いものとなっている。
Cubic Zirconium Oxide (Volume)% C = 100-MT ... (III) The sintered body of the present invention has an average crystal grain diameter of 2 μm.
It must be: It is preferably 1 μm or less. This is because when the average crystal grain size exceeds 2 μm, the transformation from tetragonal to monoclinic is likely to occur in a hot and hot water environment. The thermal stability of the zirconia sintered body largely depends on the particle diameter of the sintered body, and the smaller the particle diameter, the more improved the stability. In the case of the sintered body of the present invention, since it contains cerium oxide (CeO 2 ) as a stabilizer, as compared with yttrium oxide partially stabilized zirconia that does not contain this, the critical particle diameter depends on the composition, The size is several times to about 5 times, and the stability is extremely high.

また、本発明では、180℃(10気圧)の水蒸気中に20
時間保持後の焼結体表面のジルコニア結晶の単斜晶量が
30体積%以下であることが必要であり、20体積%以下が
好ましい。さらに好ましくは10体積%以下がよい。ま
た、200℃大気中に3000時間保持後の焼結体表面のジル
コニア結晶の単斜晶量が20体積%以下であることが必要
であり、10体積%以下が好ましくさらに好ましくは5体
積%以下がよい。なぜなら、このような条件において、
経時劣化の上限を設定することにより、従来のイットリ
ア系高強度ジルコニア焼結体と完全に区別することがで
きるからである。
In addition, in the present invention, 20 ° C in steam at 180 ° C (10 atm) is used.
The amount of monoclinic crystals of zirconia crystals on the surface of the sintered body after holding for a while
It is necessary to be 30% by volume or less, preferably 20% by volume or less. More preferably, it is 10% by volume or less. Further, the amount of monoclinic zirconia crystals on the surface of the sintered body after being kept in the air at 200 ° C. for 3000 hours needs to be 20% by volume or less, preferably 10% by volume or less, more preferably 5% by volume or less. Is good. Because under these conditions,
By setting the upper limit of the deterioration with time, it is possible to completely distinguish it from the conventional yttria-based high-strength zirconia sintered body.

また、1000℃大気中1500時間保持後の焼結体の強度が
150kgf/mm2以上であることが必要である。これは従来の
一般的なHIP焼結を用いたジルコニア系焼結体と区別す
ることができるからである。
In addition, the strength of the sintered body after holding for 1500 hours in the atmosphere at 1000 ° C
It must be 150 kgf / mm 2 or more. This is because it can be distinguished from the conventional zirconia-based sintered body using general HIP sintering.

なお、焼結体の平均粒子径の測定は以下の方法によっ
て行うものとする。
The average particle size of the sintered body is measured by the following method.

平均粒子径は、鏡面に磨かれた焼結体をエッチングし
たのち、走査型電子顕微鏡によって観察し、以下の式に
よって求める。
The average particle diameter is determined by the following formula after observing with a scanning electron microscope after etching a sintered body having a mirror surface.

;平均粒子径 ;任意に引いた線分を横切る50個以上の粒子の平均長
さ。
Average particle size; average length of 50 or more particles that cross a line segment that is arbitrarily drawn.

本発明は、熱間静水圧プレス(以下HIPと略記す
る。)することを特徴としており、特に本発明では、加
圧媒体として酸素を含有するガスを用いてHIP処理をす
ることを特徴としている。一般的なHIPにはカーボンヒ
ータを使用しているが、本発明の酸素を含有するガスを
圧力媒体として使用する酸化性雰囲気中でHIP処理に
は、大気中で用いる電気炉に使われている発熱体、例え
ば1400℃以下の使用には鉄−クロム−アルミニウム−コ
バルト系、ニッケル−クロム−系の発熱が使用でき、よ
り高温に対しては炭化珪素系、二珪化モリブデン系発熱
体あるいは、白金発熱体やジルコニア系発熱体が使用で
きる。
The present invention is characterized by hot isostatic pressing (hereinafter abbreviated as HIP), and in particular, the present invention is characterized by performing HIP treatment using a gas containing oxygen as a pressurizing medium. . A carbon heater is used for general HIP, but for HIP treatment in an oxidizing atmosphere using the gas containing oxygen of the present invention as a pressure medium, it is used in an electric furnace used in the atmosphere. A heating element, for example, iron-chromium-aluminum-cobalt-based or nickel-chromium-based heating can be used for use at 1400 ° C or lower, and a silicon carbide-based or molybdenum disilicide-based heating element or platinum for higher temperatures. A heating element or a zirconia-based heating element can be used.

HIP処理の温度、圧力条件については、1200〜1600
℃、50〜500MPaの範囲が好ましい。圧力50MPa未満、温
度1200℃未満の条件では期待される高強度焼結体は得難
い。また。温度1600℃を越える温度では、高強度を得る
ことは可能であるが、焼結体粒子が粒成長し、熱および
熱水安定性が劣った焼結体となり、実用材料として工業
的に利用する材料としては適さない。本発明では、加圧
媒体として酸素を含有するガスを用いることを特徴とし
ており、酸素を0.1%以上含有しているガスが好まし
い。
Regarding the temperature and pressure conditions for HIP processing, 1200 to 1600
The temperature is preferably in the range of 50 to 500 MPa. Under the conditions of pressure less than 50 MPa and temperature less than 1200 ° C, it is difficult to obtain the expected high strength sintered body. Also. At temperatures above 1600 ° C, it is possible to obtain high strength, but the sintered body particles grow into grains, resulting in inferior heat and hydrothermal stability, and industrial use as a practical material. Not suitable as a material. The present invention is characterized in that a gas containing oxygen is used as the pressurizing medium, and a gas containing 0.1% or more of oxygen is preferable.

なおHIP処理に供する予備焼結体は95%以上の相対密
度を有しているものでなければならない。相対密度が95
%未満の場合には、焼結体中に開気孔が残存するように
なり、HIP処理による充分なち密化が達成されない。
The pre-sintered body to be subjected to the HIP treatment must have a relative density of 95% or more. Relative density is 95
If it is less than%, open pores will remain in the sintered body, and sufficient densification by HIP treatment cannot be achieved.

このようなち密で、微細な粒子からなる焼結体を得る
には、出発物質として焼結性に優れた微粉末を用いるこ
とが好ましい方法である。すなわち、混合粉末として、
ジルコニウム、イットリウム、セリウム、アルミニウ
ム、マグネシウム、シリコンの酸化物あるいはそれらの
化合物の熱分解物を微粉砕して得られる粉末を用いるこ
とが良い。具体的には、ジルコニア原料として、一次粒
子径0.1μm以下の湿式法によって得られた微粉末を、
また分散成分とあるアルミナ、スピネル、ムライト原料
として、一次粒子径0.5μm以下の高純度の微粉末を用
いることが望ましい。また、酸化ジルコニウムのゾルお
よび/またはジルコニウムを含む水溶性の塩と、Y2O3
CeO2の水溶性の塩を含む水溶液から共沈法によって合成
した微粉末を用いることも望ましい方法として挙げられ
る。またアルミナについても、アルミナのゾルおよび/
またはアルミニウムの塩として酸化ジルコニウムに加え
て、共沈法により調製することができる。
In order to obtain a sintered body composed of such dense and fine particles, it is preferable to use fine powder having excellent sinterability as a starting material. That is, as a mixed powder,
It is preferable to use a powder obtained by finely pulverizing a thermal decomposition product of an oxide of zirconium, yttrium, cerium, aluminum, magnesium, silicon or a compound thereof. Specifically, as a zirconia raw material, fine powder obtained by a wet method having a primary particle diameter of 0.1 μm or less is used.
Further, it is desirable to use a high-purity fine powder having a primary particle diameter of 0.5 μm or less as a raw material for the dispersion component of alumina, spinel, and mullite. Further, a sol of zirconium oxide and / or a water-soluble salt containing zirconium, Y 2 O 3 ,
It is also preferable to use a fine powder synthesized by a coprecipitation method from an aqueous solution containing a water-soluble salt of CeO 2 . As for alumina, alumina sol and / or
Alternatively, it can be prepared by a coprecipitation method in addition to zirconium oxide as a salt of aluminum.

本発明に使用するムライト(3Al2O3・2SiO2)は、天
然原料、合成原料いずれでも使用できるが、微粉かつ易
焼結性であることが望ましい。かかる微細かつ易焼結性
の原料粉末は、例えばアルミニウム化合物および珪酸化
合物をそれぞれ含む溶液を液相の状態で混合させた後に
乾燥し、800〜1500℃で仮焼し、粉砕することによって
得られる。
The mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ) used in the present invention may be either a natural raw material or a synthetic raw material, but is preferably fine powder and easily sinterable. Such fine and easily sinterable raw material powder is obtained by, for example, mixing a solution containing an aluminum compound and a solution containing a silicic acid compound in a liquid phase, followed by drying, calcination at 800 to 1500 ° C., and pulverization. .

なお、本発明の焼結体に含まれる部分安定化ジルコニ
アはZrO2のゾルおよび/または水溶性の塩を、安定化剤
の水溶性の塩と共に溶液の状態で均一に混合した後、沈
澱の形で分離して得られた原料を用いるので、ZrO2に安
定化剤が均一に分散し、極めて微粒子からなる易焼結性
の粉末を原料とすることができる。この結果、微粉、均
一な組成を有し、マイクロポアの殆どない焼結体が得ら
れ、機械的、熱的特性についても所期の値が得られる。
The partially-stabilized zirconia contained in the sintered body of the present invention is prepared by uniformly mixing a sol of ZrO 2 and / or a water-soluble salt with a water-soluble salt of a stabilizer in a solution state, and then precipitating Since the raw material obtained by separating in a form is used, the stabilizer can be uniformly dispersed in ZrO 2, and the easily sinterable powder made of extremely fine particles can be used as the raw material. As a result, a sintered body having a fine powder and a uniform composition and almost no micropores can be obtained, and desired values can be obtained for mechanical and thermal characteristics.

本発明のジルコニア焼結体のZrO2は、その一部をHfO2
によって置換しても全く同様の特性を示すものである。
ZrO 2 of the zirconia sintered body of the present invention is part of HfO 2
Even if it is replaced by, the same characteristics are exhibited.

[実施例] 本発明の実施例について以下詳細に説明し、本発明の
効果を明らかにする。
[Examples] Examples of the present invention will be described in detail below to clarify the effects of the present invention.

(実施例1) 硝酸アルミニウムと珪酸エチルを用い、ムライト組成
になるように、水、エタノールと混合し、その混合溶液
を600℃にて噴霧乾燥した。得られた合成粉を1000〜130
0℃にて仮焼を行い、粉砕することにより、比表面積50
〜10m2/g、Al2O3/SiO2比が71.8/28.2のムライト(3Al2
O3・2SiO2)を調製した。なお、この合成ムライトは160
0℃にて焼結することにより3.17の密度を示した。
(Example 1) Aluminum nitrate and ethyl silicate were mixed with water and ethanol so as to have a mullite composition, and the mixed solution was spray-dried at 600 ° C. 1000-130 the obtained synthetic powder
By calcination at 0 ℃ and crushing, the specific surface area is 50
〜10m 2 / g, Al 2 O 3 / SiO 2 ratio 71.8 / 28.2 mullite (3Al 2
O 3 · 2SiO 2 ) was prepared. In addition, this synthetic mullite is 160
Sintering at 0 ° C showed a density of 3.17.

次に得られる粉末が第1表および第2表の割合になる
ように、純度99.9%のオキシ塩化ジルコリウムの水溶液
に、純度99.9%の塩化イットリウム、純度99.9%の塩化
セリウムを加え、均一に混合した溶液をアルカリ(6Nア
ンモニア水)で凝結させ、水酸化物の沈澱とし、これを
洗浄脱水乾燥し900℃にて2時間仮焼し、ボールミルに
て48時間湿式粉砕して部分安定化ジルコニア粉末を得
た。この粉末は平均粒子径0.5μm、比表面積25m2/gを
示した。
Next, add 99.9% pure yttrium chloride and 99.9% pure cerium chloride to an aqueous solution of 99.9% pure zirconium oxychloride, and mix them uniformly so that the powders obtained are in the proportions shown in Tables 1 and 2. The solution was coagulated with alkali (6N ammonia water) to form a hydroxide precipitate, which was washed, dehydrated and dried, calcined at 900 ° C for 2 hours, and wet-ground in a ball mill for 48 hours to partially stabilize zirconia powder. Got This powder had an average particle size of 0.5 μm and a specific surface area of 25 m 2 / g.

この粉末に、平均粒子径0.3μm、純度99.9%のAl
2O3、平均粒子径0.3μm、純度99.9%のMgO・Al2O3、お
よび上記した合成ムライト粉末を第1表および第2表の
割合で加え、成形助剤を加え、湿式混合後乾燥させた粉
末を1.5ton/cm2の圧力で等方的に成形し、1200〜1500℃
の温度で大気中焼成した。なお、第2表(1)(2)の
試料については、総て1400℃で予備焼結を行った。得ら
れた予備焼結体は、理論密度に対し、95%以上の相対密
度であり、0.1〜0.5μmの平均粒子径であった。
This powder contains Al with an average particle size of 0.3 μm and a purity of 99.9%.
2 O 3, an average particle diameter of 0.3 [mu] m, in addition 99.9% pure MgO · Al 2 O 3, and a synthetic mullite powder as described above at a ratio in Table 1 and Table 2, the molding aid added after the wet mixing and drying The resulting powder is isotropically molded at a pressure of 1.5 ton / cm 2 and 1200 to 1500 ℃
It was baked in the atmosphere at the temperature of. The samples shown in Table 1 (1) and (2) were all pre-sintered at 1400 ° C. The obtained pre-sintered body had a relative density of 95% or more with respect to the theoretical density and an average particle diameter of 0.1 to 0.5 μm.

このようにして得られた予備焼結体は、1200〜1600℃
で白金発熱体を用い加圧媒体として酸素を0.1〜5%含
有するArガス雰囲気中で550kgf/cm2(53.9MPa)、1000k
gf/cm2(98MPa)、1500kgf/cm2(147MPa)、2000kgf/cm
2(196MPa)の圧力で熱間静水圧プレス(HIP)処理を行
った。また、比較例として、酸素を含有しないArガス雰
囲気中でカーボン発熱体を使用したHIP処理を行った。
The pre-sintered body thus obtained has a temperature of 1200 to 1600 ° C.
550kgf / cm 2 (53.9MPa), 1000k in an Ar gas atmosphere containing 0.1 to 5% oxygen as a pressurizing medium using a platinum heating element.
gf / cm 2 (98MPa), 1500kgf / cm 2 (147MPa), 2000kgf / cm
Hot isostatic pressing (HIP) treatment was performed at a pressure of 2 (196 MPa). Further, as a comparative example, HIP treatment using a carbon heating element was performed in an Ar gas atmosphere containing no oxygen.

得られた焼結体は、嵩密度、気孔率、曲げ強度、平均
粒子径、熱および熱水劣化試験前後の結晶相をX線回折
により測定した。なお、各種物性の測定は次のように行
った。
The obtained sintered body was measured for bulk density, porosity, flexural strength, average particle size, crystal phase before and after heat and hot water deterioration test by X-ray diffraction. The various physical properties were measured as follows.

a) 抗折強度は、JIS-1601-1981に従い、3×4×40m
mの試料片を用い、スパン30mm、クロスヘッド速度0.5mm
/minの3点曲げにより行った。
a) The bending strength is 3 × 4 × 40m according to JIS-1601-1981
m sample piece, span 30 mm, crosshead speed 0.5 mm
Bending was performed at 3 points / min.

b) 結晶相の定量は、前記したX線回折法による。b) The quantification of the crystal phase is based on the X-ray diffraction method described above.

c) 嵩密度はアルキメデス法を用いた。c) For the bulk density, the Archimedes method was used.

d) 気孔率の測定は画像処理により行った。d) The porosity was measured by image processing.

e) 熱水劣化試験は、一定時間180℃(10気圧)の飽
和水蒸気中で第2図に示す加熱サイクルに従いオートク
レーブ処理し、180℃で合計20時間保持する処理を行っ
た試料の物性を測定した。熱水劣化試験後の単斜晶の定
量は、X線回折(I)式により、焼結体の表面について
行った。
e) In the hot water deterioration test, the physical properties of the sample that was autoclaved in saturated steam at 180 ° C (10 atm) for a certain period of time according to the heating cycle shown in Fig. 2 and kept at 180 ° C for a total of 20 hours were measured. did. The quantification of the monoclinic crystals after the hot water deterioration test was performed on the surface of the sintered body by the X-ray diffraction (I) formula.

f) 熱劣化試験は、200℃の電気炉内に3000時間保持
した後、試料を取り出し、処理を行った試料の物性を測
定した。熱劣化試験後の単斜晶定量はX線回折(I)式
により、焼結体の表面について行った。
f) In the heat deterioration test, the sample was taken out after being kept in an electric furnace at 200 ° C. for 3000 hours, and the physical properties of the sample subjected to the treatment were measured. After the heat deterioration test, the monoclinic crystal was quantified on the surface of the sintered body by the X-ray diffraction (I) formula.

g) 高温エージング試験は、1000℃の電気炉内で大気
中1500時間保持した後、焼結体試料を取り出し、曲げ強
度を測定した。
g) In the high temperature aging test, the sintered body sample was taken out after being held in the air in an electric furnace at 1000 ° C. for 1500 hours, and the bending strength was measured.

以上の測定の結果を第1表および第2表に併せて示し
た。
The results of the above measurements are also shown in Tables 1 and 2.

第1表は、YO1.5、CeO2、ZrO2の組成を左からこの順
番でモル%で(2.5、6、91.5)あるいは(4、4、9
2)と一定にし、分散成分であるAl2O3、MgO・Al2O3、3A
l2O3・2SiO2の添加量を順次増やしながら予備焼結温
度、HIP処理条件を変え、気孔率、平均粒子径、ZrO2
結晶相、曲げ強度を測定したものである。第1表の試料
No1、No8、No10、No12はHIP処理を行わない比較例であ
り、試料No2は分散成分を含有しない比較例であるが、
いずれも焼結体の強度が低い。また、試料No17、No19は
カーボンヒータを使用してHIP処理を行った比較例で、
試料は黒褐色に着色しており、本発明に比較して強度が
低く、また、1600℃付近の温度では、粒成長を生じ、強
度が著しく低下している。試料No20はHIP処理温度が本
発明範囲より高い比較例であり、粒成長により曲げ強度
が低下していることがわかる。また、試料No25〜27は、
分散成分の量が本発明範囲より多い比較例であり、曲げ
強度が低い。これに対して、本発明例である試料No3〜
7、9、11、13〜16、18、21〜24、28〜41は、1%以下
の気孔率であり、微粒子結晶からなる焼結体で、曲げ強
度150kgf/mm2以上の高強度を示すことが確認された。ま
た、本発明の焼結体を電子顕微鏡により観察したところ
30μm以上の気孔は見出だされなかった。
Table 1 shows the composition of YO 1.5 , CeO 2 and ZrO 2 in this order from left to right (2.5, 6, 91.5) or (4, 4, 9).
2) Keep it constant and disperse components Al 2 O 3 , MgO ・ Al 2 O 3 , 3A
The porosity, the average particle size, the crystal phase of ZrO 2 , and the bending strength were measured by changing the pre-sintering temperature and the HIP treatment conditions while gradually increasing the addition amount of l 2 O 3 · 2SiO 2 . Samples in Table 1
No1, No8, No10, No12 are comparative examples without HIP treatment, sample No2 is a comparative example containing no dispersant component,
In both cases, the strength of the sintered body is low. Samples No17 and No19 are comparative examples in which HIP processing was performed using a carbon heater.
The sample is colored dark brown and has a lower strength than that of the present invention, and at a temperature near 1600 ° C., grain growth occurs and the strength is significantly reduced. Sample No. 20 is a comparative example in which the HIP treatment temperature is higher than the range of the present invention, and it can be seen that the bending strength is reduced due to grain growth. Sample Nos. 25 to 27 are
This is a comparative example in which the amount of the dispersed component is larger than the range of the present invention, and the bending strength is low. On the other hand, Sample No. 3 which is an example of the present invention
7, 9, 11, 13 to 16, 18, 21 to 24, 28 to 41 have a porosity of 1% or less, and are sintered bodies made of fine particle crystals, and have a high bending strength of 150 kgf / mm 2 or more. It was confirmed to show. Further, when the sintered body of the present invention was observed by an electron microscope.
No pores larger than 30 μm were found.

第2表は、分散成分量を20%に固定し、予備焼結温
度、HIP処理条件を一定にして、ジルコニアに含まれる
安定化剤であるYO1.5、CeO2の組成を変え、気孔率、ZrO
2の結晶相(単斜晶ZrO2量)、曲げ強度を測定した後、2
00℃で3000時間電気炉中に保持した後のZrO2の結晶相の
変化(単斜晶ZrO2量)および180℃10気圧の飽和水蒸気
中で20時間保持した後の結晶相変化を測定したものであ
る。第2表の試料No1、3〜4、9〜10、15〜16、21〜2
2、27、31、35、37は、ジルコニアに含まれる安定化剤
の組成が本発明の範囲外にある比較例であり、十分な曲
げ強度が得られていないか、または熱劣化試験あるいは
熱水劣化試験の前後で単斜晶系ジルニア量が多く劣化が
著しい。
Table 2 shows that the amount of dispersed components was fixed at 20%, the pre-sintering temperature and HIP treatment conditions were kept constant, and the composition of the stabilizers YO 1.5 and CeO 2 contained in zirconia were changed to obtain porosity, ZrO
After measuring the crystalline phase of 2 (monoclinic ZrO 2 content) and bending strength,
00 were measured crystal phase change after holding change of ZrO 2 crystal phase (monoclinic ZrO 2 amount) and 180 ° C. 10 atm in saturated steam 20 hours after holding in 3000 hours electric furnace at ° C. It is a thing. Sample No. 1 in Table 2, 3-4, 9-10, 15-16, 21-2
2, 27, 31, 35, 37 are comparative examples in which the composition of the stabilizer contained in zirconia is outside the scope of the present invention, sufficient bending strength is not obtained, or heat deterioration test or heat Before and after the water deterioration test, the amount of monoclinic zirconia was large and the deterioration was remarkable.

これに対し、本発明例である試料No2、5〜8、11〜1
4、17〜20、23〜26、28〜30、32〜34、36は1%以下の
気孔率であり、単斜晶系ジルコニア量も殆どゼロで熱劣
化が無く、熱水劣化も少なく、優れた強度を示すことが
確認された。また、電子顕微鏡により観察したところ、
30μm以上の気孔は見出だされなかった。
On the other hand, sample Nos. 2 to 5 and 8 to 11 which are examples of the present invention
4, 17-20, 23-26, 28-30, 32-34, 36 have a porosity of 1% or less, the amount of monoclinic zirconia is almost zero, there is no heat deterioration, and there is little hot water deterioration. It was confirmed to show excellent strength. Also, when observed with an electron microscope,
No pores larger than 30 μm were found.

(実施例2) 実施例1に記載した方法によって作製した焼結体につ
いて、200℃における3000時間の熱劣化試験、また180℃
10気圧に飽和水蒸気中で、20時間オートクレーブ処理
し、熱水劣化試験を行い、試験前後でのジルコニア結晶
相の変化(単斜晶ジルコニア結晶相量の変化)と、焼結
体の強度変化を測定し、第3表に結果を示した。なお、
本実施例では試料表面から内部への劣化の進行の程度を
把握するため、焼結体の曲げ強度の測定は、JIS規定の1
/3の厚さの試料(1.0×4.0×40mm)を用いて試験を行っ
た。
(Example 2) The sintered body produced by the method described in Example 1 was subjected to a heat deterioration test at 200 ° C for 3000 hours and at 180 ° C.
Autoclave treatment was performed for 20 hours in saturated steam at 10 atm, and a hydrothermal deterioration test was performed. Changes in the zirconia crystal phase before and after the test (changes in the amount of monoclinic zirconia crystal phase) and changes in the strength of the sintered body were performed. The measurement was carried out and the results are shown in Table 3. In addition,
In this example, in order to grasp the extent of deterioration from the sample surface to the inside, the bending strength of the sintered body was measured according to JIS standard 1
The test was performed using a sample (1.0 × 4.0 × 40 mm) with a thickness of / 3.

第3表では主要な組成について、HIP処理を行った焼
結体の熱劣化および熱水劣化試験結果を示した。試料No
2、17は本発明組成外のHIP処理を行わない部分安定化ジ
ルコニア焼結体の比較例であるが、いずれも曲げ強度が
低く、No2は分散成分を含まないので、熱水劣化試験で
の劣化が著しい。また、No17は安定化剤としてCeO2成分
を含まず、またAl2O3等の分散成分を含有しないので、
熱劣化および熱水劣化が著しい。試料No14〜15、No18〜
19は、いずれも安定化剤としてCeO2成分を含有せず、カ
ーボンヒータを用いた従来のHIP処理による焼結体であ
るが、熱劣化および熱水劣化が著しい。また試料No16
は、CeO2を安定化剤として含有せず、アルミナを含有す
る高強度ジルコニア焼結体を、酸素を含有する雰囲気で
HIP処理をした比較例であるが、試験前においては優れ
た強度を示すものの、CeO2を安定化剤として含有しない
ため、熱劣化および熱水劣化が著しい。
Table 3 shows the thermal deterioration and hot water deterioration test results of the HIP-treated sintered bodies for the main compositions. Sample No
2, 17 is a comparative example of partially stabilized zirconia sintered body not subjected to HIP treatment outside the composition of the present invention, but both have low bending strength, No2 does not contain a dispersant component, so in the hot water deterioration test Deterioration is remarkable. Further, No17 does not contain a CeO 2 component as a stabilizer, and does not contain a dispersing component such as Al 2 O 3 ,
Heat deterioration and hot water deterioration are remarkable. Sample No14 ~ 15, No18 ~
No. 19 does not contain a CeO 2 component as a stabilizer, and is a sintered body obtained by the conventional HIP treatment using a carbon heater, but its thermal deterioration and hot water deterioration are remarkable. Sample No16
Is a high-strength zirconia sintered body containing alumina, which does not contain CeO 2 as a stabilizer, in an atmosphere containing oxygen.
Although it is a comparative example subjected to HIP treatment, it shows excellent strength before the test, but since it does not contain CeO 2 as a stabilizer, it is significantly deteriorated by heat and hot water.

これに比較して本発明例である試料No1、No3〜13、試
料No20は、150kgf/mm2以上の優れた強度を有し、熱およ
び熱水劣化試験後においても、正方晶ジルコニアから単
斜晶ジルコニアへの結晶相の転移量もゼロであるか極め
て少なく、試験後も150kgf/mm2以上の強度を有してお
り、熱安定性、熱水安定性に優れることが確認された。
In comparison with this, Sample No. 1, No. 3 to 13, Sample No. 20, which are examples of the present invention, have excellent strength of 150 kgf / mm 2 or more, and even after heat and hot water deterioration test, they are monoclinic from tetragonal zirconia. It was confirmed that the amount of transition of the crystalline phase to the crystalline zirconia was zero or extremely small, and the strength was 150 kgf / mm 2 or more even after the test, and the thermal stability and the hot water stability were excellent.

(実施例3) 実施例1に記載した方法によって作製した焼結体につ
いて、1000℃の電気炉内で1500時間保持する高温熱劣化
試験を行い、試験前後の焼結体の室温における強度を測
定し、第4表に結果を示した。
(Example 3) The sintered body produced by the method described in Example 1 was subjected to a high temperature thermal deterioration test in which it was kept in an electric furnace at 1000 ° C for 1500 hours, and the strength of the sintered body at room temperature before and after the test was measured. The results are shown in Table 4.

第4表では、主要な組成について、予備焼結温度、HI
P処理温度、HIP圧力を一定にし、本発明例である白金ヒ
ータを使用し、加圧媒体として酸素を含有するガスを使
用したHIP処理を行った場合と、比較例としてカーボン
ヒータを使用した通常のHIP処理を行った場合につい
て、各々の焼結体を高温で長時間保持し、強度変化につ
いて調べたものである。第4表から明らかなように、比
較例であるカーボンヒータを使用したHIP処理体は総て
試験後に強度が著しく低下している。これに対して本発
明例の酸素を含有するガスを圧力媒体として使用したHI
P処理体は、高強度を保っていることが確認された。
Table 4 shows the pre-sintering temperature, HI
P treatment temperature, HIP pressure constant, using the platinum heater is an example of the present invention, when performing the HIP treatment using a gas containing oxygen as a pressurizing medium, and using a carbon heater as a comparative example In the case where the HIP treatment of No. 2 was performed, each sintered body was held at high temperature for a long time and the change in strength was examined. As is clear from Table 4, the strength of all the HIP-treated bodies using the carbon heaters of the comparative examples is significantly reduced after the test. On the other hand, HI using the oxygen-containing gas of the present invention as a pressure medium
It was confirmed that the P-treated body maintained high strength.

[発明の効果] 本発明の高強度ジルコニア系小焼結体は、以上説明し
たように安定化剤として酸化イットリウムおよび酸化セ
リウムを所定量含有させたジルコニアとアルミナ、スピ
ネル、ムライトのうち少なくとも1種以上からなり、結
晶相および結晶粒子径を制御すると共に、酸素を含有す
るガスを加圧媒体として使用するHIP処理により、理論
密度および曲げ強度を従来品よりも高水準に保つことが
できた結果、従来のジルコニア焼結体よりも高強度を示
し、しかも高温で長時間保持した後でも強度の変化がな
く、かつ熱および熱水安定性に優れるという効果があ
る。
EFFECTS OF THE INVENTION The high-strength zirconia-based small sintered body of the present invention is, as described above, at least one selected from zirconia containing a predetermined amount of yttrium oxide and cerium oxide as a stabilizer, alumina, spinel, and mullite. As a result, the theoretical density and bending strength could be maintained at higher levels than conventional products by controlling the crystal phase and crystal particle size, and by HIP processing using oxygen-containing gas as a pressurizing medium. Further, it has an effect that it has higher strength than the conventional zirconia sintered body, has no change in strength even after being kept at high temperature for a long time, and has excellent heat and hot water stability.

本発明の高強度ジルコニア系焼結体は、従来の切断工
具、ダイス、ノズル、ベアリングなどの機械構造材料は
当然のこと、これらの中でも特に強度と耐久性を要求さ
れる分野、すなわち熱応力、熱衝撃応力、繰り返し熱応
力等機械的応力または熱応力を受ける部品、例えば熱可
塑性樹脂やセラミックスの射出成形機用の耐摩耗性セラ
ミックススクリュウ、真ちゅうロッドや銅管シェルある
いはアルミニウム、アルミニウム合金等の熱間押し出し
ダイスに最適の材料である。
The high-strength zirconia-based sintered body of the present invention is a conventional cutting tool, a die, a nozzle, a mechanical structural material such as a bearing, of course, among them, a field requiring strength and durability, that is, thermal stress, Parts subject to mechanical stress or thermal stress such as thermal shock stress, repeated thermal stress, such as abrasion-resistant ceramics screw for thermoplastic resin or ceramics injection molding machine, brass rod or copper pipe shell, or heat of aluminum, aluminum alloy, etc. It is the most suitable material for hot extrusion dies.

また、エンジン用シリンダライナ、ピストンキャッ
プ、シリンダヘッド、バルブ、バルブガイド、排気ポー
ト、ロッカーアーム、チップ副燃焼室、、タペット、カ
ム、ベアリング等のエンジン部品およびガスタービン部
品にも使用できる。
It can also be used for engine parts such as engine cylinder liners, piston caps, cylinder heads, valves, valve guides, exhaust ports, rocker arms, tip auxiliary combustion chambers, tappets, cams, bearings, and gas turbine parts.

さらに、酸またはアルカリ等の薬品にさらされる部
品、例えば耐酸ポンプのロータ、シール材、およびメ
ス、ハサミ、ナイフ、包丁、工業用カッタ等の切断器具
等、また粉砕機械用部品、摺動部材、人工骨、人工関
節、人工歯冠、鋳造セラミックスによる人工歯のブリッ
ジ芯材料、人工歯根、人工歯根の芯材、切削工具、ゲー
ジ等の機械工具への応用および実用化と、性能向上に大
きく寄与するものであって、広く工業材料として好適で
あり。産業上極めて有用なものである。
Furthermore, parts exposed to chemicals such as acids or alkalis, for example, rotors of acid-resistant pumps, sealing materials, and cutting tools such as scalpels, scissors, knives, knives, industrial cutters, etc., parts for crushing machines, sliding members, Artificial bones, artificial joints, artificial tooth crowns, bridge teeth materials for artificial teeth made of cast ceramics, artificial tooth roots, artificial tooth root core materials, cutting tools, application to machine tools such as gauges and practical application, and greatly contributing to performance improvement It is widely used as an industrial material. It is extremely useful industrially.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は正三角形に交わる3軸にそれぞれZrO2、Y
O1.5、CeO2のmol%を表示し本発明の組成範囲を示した
3角座標、第2図は熱水劣化試験の加熱サイクルを示す
温度と時間の関係を示す図である。
Fig. 1 shows ZrO 2 and Y on three axes intersecting an equilateral triangle.
Triangular coordinates showing the composition range of the present invention by displaying mol% of O 1.5 and CeO 2 , and FIG. 2 is a diagram showing a relationship between temperature and time showing a heating cycle of a hot water deterioration test.

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】酸化イットリウム(Y2O3)、酸化セリウム
(CeO2)を安定化剤として含む主として正方晶あるいは
正方晶と立方晶よりなる部分安定化ジルコニア50〜98重
量%と、分散成分としてアルミナ(Al2O3)、スピネル
(MgO・Al2O3)、ムライト(3Al2O3・2SiO2)のうち少
なくとも1種以上50〜2重量%とから成り、焼結体の平
均結晶粒子径が2μm以下で、焼結体の嵩密度が理論密
度の99%以上であるかまたは気孔率が1%以下で、加圧
媒体として酸素を含有するガスを用いる熱間静水圧プレ
ス処理により該組成物の大気中焼結物と同系色を呈する
ことを特徴とする高強度ジルコニア系HIP焼結体。
1. 50 to 98% by weight of partially stabilized zirconia mainly containing tetragonal crystals or tetragonal and cubic crystals containing yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and cerium oxide (CeO 2 ) as a stabilizer, and a dispersion component. alumina (Al 2 O 3), spinel (MgO · Al 2 O 3) , consists of a 50-2% by weight of at least one or more of mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ), the average crystal of the sintered body By hot isostatic pressing using a gas having a particle size of 2 μm or less, a bulk density of the sintered body of 99% or more of the theoretical density or a porosity of 1% or less, and a gas containing oxygen as a pressurizing medium. A high-strength zirconia-based HIP sintered body characterized by exhibiting a color similar to that of a sintered product of the composition in air.
【請求項2】部分安定化ジルコニアは、これに含まれる
酸化イットリウム(Y2O3)、酸化セリウム(CeO2)が添
付図面にしめすように正三角形に交わる3軸にそれぞれ
ZrO2、YO1.5、CeO2を表示した3角座標において、 点A(ZrO287.5mol%、YO1.512mol%、CeO20.5mol%) 点B(ZrO295.5mol%、YO1.54mol%、CeO20.5mol%) 点C(ZrO295.5mol%、YO1.52mol%、CeO22.5mol%) 点D(ZrO292.5mol%、YO1.50.5mol%CeO27.0mol%) 点E(ZrO285mol%、YO1.50.5mol%、CeO214.5mol%) で示された特定5組成点を結ぶ線で囲まれた範囲内の組
成にある特許請求の範囲第1項に記載の高強度ジルコニ
ア系HIP焼結体。
2. Partially stabilized zirconia has three axes in which yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and cerium oxide (CeO 2 ) contained therein intersect in an equilateral triangle as shown in the accompanying drawings.
Point A (ZrO 2 87.5mol%, YO 1.5 12mol%, CeO 2 0.5mol%) Point B (ZrO 2 95.5mol%, YO 1.5 4mol%, in the triangular coordinates showing ZrO 2 , YO 1.5 , CeO 2 CeO 2 0.5mol%) Point C (ZrO 2 95.5mol%, YO 1.5 2mol%, CeO 2 2.5mol%) Point D (ZrO 2 92.5mol%, YO 1.5 0.5mol% CeO 2 7.0mol%) Point E (ZrO 2 85mol%, YO 1.5 0.5mol%, CeO 2 14.5mol%) The high-strength zirconia according to claim 1, which has a composition within a range surrounded by a line connecting specific 5 composition points. System HIP sintered body.
【請求項3】180℃(10気圧)飽和水蒸気中に20時間保
持後のジルコニア結晶の単斜晶量が30体積%以下である
特許請求の範囲第1項または第2項に記載の高強度ジル
コニア系HIP焼結体。
3. The high strength according to claim 1 or 2, wherein the amount of monoclinic crystals of the zirconia crystals after holding in saturated steam at 180 ° C (10 atm) for 20 hours is 30% by volume or less. Zirconia-based HIP sintered body.
【請求項4】200℃大気中に3000時間保持後のジルコニ
ア結晶の単斜晶量が20体積%以下である特許請求の範囲
第1項、第2項あるいは第3項のいずれかに記載の高強
度ジルコニア系HIP焼結体。
4. A zirconia crystal having a monoclinic amount of 20% by volume or less after being kept at 200 ° C. in the atmosphere for 3000 hours, according to any one of claims 1, 2 and 3. High-strength zirconia-based HIP sintered body.
【請求項5】室温における焼結体の3点曲げ強度が150k
gf/mm2以上であり、1000℃大気中1500時間保持後の焼結
体の3点曲げ強度が150kgf/mm2以上である特許請求の範
囲第1項、第2項、第3項あるいは第4項のいずれかに
記載の高強度ジルコニア系HIP焼結体。
5. The three-point bending strength of the sintered body at room temperature is 150 k.
gf / mm 2 or more, and the three-point bending strength of the sintered body after holding for 1500 hours in the air at 1000 ° C. is 150 kgf / mm 2 or more. Claims 1, 2, 3 or The high-strength zirconia-based HIP sintered body according to any one of items 4.
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