JP2547477B2 - Zirconia sol and method for producing the same - Google Patents

Zirconia sol and method for producing the same

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JP2547477B2
JP2547477B2 JP2503020A JP50302090A JP2547477B2 JP 2547477 B2 JP2547477 B2 JP 2547477B2 JP 2503020 A JP2503020 A JP 2503020A JP 50302090 A JP50302090 A JP 50302090A JP 2547477 B2 JP2547477 B2 JP 2547477B2
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zirconia sol
sol
zirconia
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concentration
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重美 大坂
和男 秦
典 高橋
輝之 本
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Nippon Shokubai Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ジルコニアゾルおよびその製造方法に関す
るものである。詳しく述べると、基材に耐熱性、耐摩耗
性等諸特性を付与するコーティング剤あるいは高い接着
強度が得られる無機バインダーとして、あるいはまたジ
ルコニア系複合微粉末やジルコニア系繊維の製造に有用
な透明性ジルコニアゾルおよびその製造方法に関する。
特に該ジルコニアゾルを必須成分として含有する多孔性
セラミックス製造用スラリーおよび該スラリーを用いて
得られる多孔性セラミックス、さらに具体的にはチタン
またはチタン合金などの高活性な金属の精密鋳造に有用
な多孔性セラミックスからなる鋳型を製造い得るに好適
な透明性ジルコニアゾルおよびその製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a zirconia sol and a method for producing the same. More specifically, a transparency that is useful as a coating agent that imparts various properties such as heat resistance and abrasion resistance to a substrate or an inorganic binder that provides high adhesive strength, or for the production of zirconia-based composite fine powder and zirconia-based fibers. It relates to a zirconia sol and a method for producing the same.
In particular, a slurry for producing a porous ceramics containing the zirconia sol as an essential component and a porous ceramics obtained by using the slurry, more specifically, a porous material useful for precision casting of highly active metal such as titanium or titanium alloy. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a transparent zirconia sol suitable for manufacturing a mold made of porous ceramics and a manufacturing method thereof.

背景技術 従来、ジルコニウム塩水溶液からジルコニアゾルを製
造する方法としては、ジルコニウム塩水溶液と塩基性物
質とを反応させて得られる沈澱物を酸によって解膠する
方法やジルコニウム塩水溶液に塩基性物質を沈澱が生じ
ない程度のpHで注入混合してゾルを生成させる方法が知
られている。さらに、ジルコニウム塩を含む水溶液を常
圧あるいは加圧下に加熱して加水分解することによりジ
ルコニアコロイドゾルを得る方法も公知である。これら
方法によって得られるゾルは、次いでイオン類が除去さ
れる。
BACKGROUND ART Conventionally, as a method for producing a zirconia sol from an aqueous zirconium salt solution, a method in which a precipitate obtained by reacting an aqueous zirconium salt solution with a basic substance is peptized with an acid or a basic substance is precipitated in an aqueous zirconium salt solution. A method is known in which a sol is produced by injecting and mixing at a pH that does not cause sol. Furthermore, a method of obtaining a zirconia colloid sol by heating an aqueous solution containing a zirconium salt under normal pressure or under pressure to hydrolyze is also known. Ions are then removed from the sol obtained by these methods.

このようにして得られたジルコニアゾルは、金属、ガ
ラス、プラスチックなどの基材の表面にコーティングし
て基材に耐熱性、耐摩耗性、耐薬品性、絶縁性、反射防
止、紫外線吸収、硬度などの性能を付与あるいは向上さ
せるためのコーティング剤して使用されるほか、無機バ
インダーとして、多孔性耐火材に含浸させて使用する成
形用バインダーや金属チタン系鋳物などの鋳型用バイン
ダーなどとして使用される。さらに、圧電材料、導電性
ペースト、湿度センサーや温度センサーなどの電子部
材、触媒、その他の複合材原料としても使用される。
The zirconia sol thus obtained is coated on the surface of a base material such as metal, glass or plastic, and the base material has heat resistance, abrasion resistance, chemical resistance, insulation, antireflection, ultraviolet absorption, hardness. In addition to being used as a coating agent to impart or improve such properties, it is also used as an inorganic binder such as a molding binder used by impregnating a porous refractory material or a binder for molds such as metal titanium castings. It Further, it is also used as a piezoelectric material, a conductive paste, an electronic member such as a humidity sensor and a temperature sensor, a catalyst, and a raw material for other composite materials.

しかし、上記従来の方法で製造されるジルコニアゾル
は低濃度であったり、ゾル粒子の粒子径が大きいために
透明性に劣るので、コーティング剤や無機バインダーと
して使用する場合には、ある程度の性能は発揮されるも
のの、厚膜コーティングやバインダーとしての接着強度
が要求される分野においては未だ十分満足のいく性能は
得られていない。
However, the zirconia sol produced by the above-mentioned conventional method has a low concentration or is inferior in transparency due to the large particle size of the sol particles, and therefore, when used as a coating agent or an inorganic binder, has a certain level of performance. Although it can be demonstrated, it has not yet obtained sufficiently satisfactory performance in the fields where thick film coating and adhesive strength as a binder are required.

また、ジルコニアゾルをコーティング剤やバインダー
として特に高温領域で使用する場合、ジルコニアの相変
態に起因する体積変化を防止するため、安定剤としてカ
ルシウム、マグネシウム、イットリウムなどの元素を添
加することが望ましいが、これら他の元素が添加された
ジルコニアゾルは、粘度が上昇したり、あるいはゲル化
や凝集がおこるなど経時的な安定性に劣るという欠点が
ある。このような粘度の上昇などを防止するために、ゾ
ルのpHを調整することが考えられるが、その効果は十分
でない。
Further, when the zirconia sol is used as a coating agent or a binder particularly in a high temperature range, it is desirable to add an element such as calcium, magnesium or yttrium as a stabilizer in order to prevent a volume change due to the phase transformation of zirconia. However, the zirconia sol to which these other elements are added has the drawback of being inferior in stability over time, such as an increase in viscosity, gelation or aggregation. In order to prevent such an increase in viscosity, it is possible to adjust the pH of the sol, but the effect is not sufficient.

また、一般に、精密鋳型法に用いる多孔性の鋳型は、
ワックス、ナフタレン、低融点合金、尿素、発泡スチロ
ールなどの熱または水および溶剤などの化学薬品などに
より除去可能な、すなわち熱的または化学的に除去可能
な材料で所望形状に作成した鋳物の模型(本発明におい
ては「鋳物模型」という)に耐火物微粒子と粘結剤とを
混合したスラリー(以下、「鋳型剤」という場合もあ
る)と上記耐火物微粒子と同一または異なる耐火物の粒
子とを交互に塗布、乾燥して型(本発明においては「生
鋳型」という)を作成した後、内部の鋳型物模型を熱的
または化学的処理などにより除去し、得られた生鋳型を
焼成することによって製造されている。
Further, in general, the porous mold used in the precision mold method is
A cast model made of a material that can be removed by heat or water and chemicals such as solvent such as wax, naphthalene, low melting point alloy, urea, Styrofoam, etc. In the invention, a slurry obtained by mixing refractory fine particles and a binder (referred to as a "casting model") (hereinafter sometimes referred to as "template") and refractory particles that are the same as or different from the refractory fine particles are alternated. By coating and drying on a mold to form a mold (in the present invention, "green mold"), the internal mold model is removed by thermal or chemical treatment, and the resulting raw mold is baked. Being manufactured.

上記鋳型剤としてのスラリーには、シリカ系、マグネ
シア系、ジルコニア系、カルシア系などの各種セラミッ
クス系鋳型剤が開発されている。しかしながら、チタン
またはチタン合金などの活性度の高い金属を鋳込む場
合、一般に高融点金属鋳造用として広く使用されている
シリカ系鋳型剤からなる鋳型を用いると、金属−鋳型反
応が著しく、良好な鋳造体を得ることができない。この
ため、これら高活性金属との反応性が低く、酸化抑制の
効果があるマグネシア系、ジルコニア系、カルシア系な
どの鋳型剤の適用が検討されているが、これらは鋳型の
強度、耐熱衝撃性などのほか、生鋳型の強度、熱収縮な
どの面で満足できるものではなく、種々改良が必要とさ
れている。
For the slurry as the templating agent, various ceramic templating agents such as silica type, magnesia type, zirconia type and calcia type have been developed. However, when casting a metal having a high activity such as titanium or a titanium alloy, when a mold made of a silica-based templating agent which is widely used for casting high melting point metal is used, a metal-template reaction is remarkably excellent. No cast can be obtained. For this reason, the application of magnesia-based, zirconia-based, and calcia-based templating agents, which have low reactivity with these highly active metals and have an effect of suppressing oxidation, is being investigated. In addition to the above, the raw mold strength and heat shrinkage are not satisfactory, and various improvements are required.

また、チタンまたはチタン合金などの精密鋳型で使用
する鋳型を製造するための粘結剤として、ジルコニアゾ
ルのほかに、酢酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウムなど
のジルコニウム塩類、ジルコニウムブトキシドなどのジ
ルコニウムアルコキシド類などが使用されることは公知
である。先に説明した精密鋳型に使用する多孔性セラミ
ックス鋳型の製造法からも明らかなように、粘結剤が生
鋳型および鋳型の強度に果たす役割は大きく、従来公知
のジルコニア系粘結剤では十分満足のいく結果を得るこ
とはできなかった。このため、鋳型材料の分散性、流動
性あるいは安定性の改善、生鋳型および鋳型の強度の向
上を目的として、各種有機バインダーや界面活性剤との
併用が検討され、ある程度の改善がなされているもの
の、なお充分満足のいくものではなく、さらに優れた粘
結剤、特にジルコニアゾルの開発が望まれていた。
In addition to zirconia sol, zirconium salts such as zirconium acetate and zirconium nitrate, and zirconium alkoxides such as zirconium butoxide are used as binders for producing molds used in precision molds such as titanium or titanium alloys. It is known that this is done. As is clear from the manufacturing method of the porous ceramics mold used for the precision mold described above, the binder plays a large role in the strength of the raw mold and the mold, and the conventionally known zirconia-based binder is sufficiently satisfactory. I couldn't get any good results. Therefore, for the purpose of improving the dispersibility, fluidity or stability of the template material, and improving the strength of the raw template and the template, use in combination with various organic binders and surfactants has been studied, and some improvements have been made. However, it is still not sufficiently satisfactory, and there has been a demand for the development of an even better binder, especially zirconia sol.

従って、本発明の目的は、透明性ジルコニアゾル、特
に高濃度で透明な高性能ジルコニアゾルおよびその製造
方法を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a transparent zirconia sol, particularly a high-performance zirconia sol which is transparent at a high concentration and a method for producing the same.

本発明の他の目的は、粘度の上昇やゲル化などを生じ
ることなく長期間にわたって安定で、しかもコーティン
グ剤、無機バインダーなどとして熱的および化学的に安
定な高性能ジルコニアゾルおよびその製造方法を提供す
ることである。
Another object of the present invention is to provide a high-performance zirconia sol which is stable for a long period of time without causing an increase in viscosity or gelation, and which is thermally and chemically stable as a coating agent, an inorganic binder, etc. and a method for producing the same. Is to provide.

本発明のさらに他の目的は、基材に耐熱性、耐摩耗性
などの諸特性を付与するコーティング剤あるいは高い接
着強度が得られる無機バインダーとして有用な高性能ジ
ルコニアゾルおよびその製造方法を提供することであ
る。
Still another object of the present invention is to provide a high-performance zirconia sol useful as a coating agent that imparts various properties such as heat resistance and abrasion resistance to a substrate or an inorganic binder that can obtain high adhesive strength, and a method for producing the same. That is.

発明の開示 これらの諸目的は、ジルコニウム塩水溶液を尿素の存
在下に加熱して透明性ジルコニアゾルを得、該透明性ジ
ルコニアゾルにキレート化剤およびジルコニウム以外の
金属の化合物を配合し、これを限外濾過膜により濃縮
し、ついで80℃以下の温度で加熱濃縮することを特徴と
する高濃度ジルコニアゾルの製造方法により達成され
る。
DISCLOSURE OF THE INVENTION These various objects include heating a zirconium salt aqueous solution in the presence of urea to obtain a transparent zirconia sol, and adding a chelating agent and a compound of a metal other than zirconium to the transparent zirconia sol. It is achieved by a method for producing a high-concentration zirconia sol, which comprises concentrating with an ultrafiltration membrane and then concentrating with heating at a temperature of 80 ° C. or lower.

また、これらの諸目的は、ジルコニウム塩水溶液を尿
素の存在下に加熱して透明性ジルコニアゾルを得、該ジ
ルコニアゾルを限外濾過膜により濃縮して、キレート化
剤およびジルコニウム以外の金属の化合物を配合し、つ
いで80℃以下の温度で加熱濃縮することを特徴とする高
濃度ジルコニアゾルの製造方法によっても達成される。
Further, these various purposes include heating a zirconium salt aqueous solution in the presence of urea to obtain a transparent zirconia sol, concentrating the zirconia sol with an ultrafiltration membrane, and forming a chelating agent and a compound of a metal other than zirconium. Is also added, and then the mixture is heated and concentrated at a temperature of 80 ° C. or lower, which is also achieved by a method for producing a high-concentration zirconia sol.

また、これらの諸目的は、ジルコニウム塩水溶液を尿
素の存在下に加熱して透明性ジルコニアゾルを得、該ジ
ルコニアゾルを限外濾過膜により濃縮し、ついで80℃以
下の温度で加熱濃縮することにより高濃度ジルコニアゾ
ルを得、該高濃度ジルコニアゾルにキレート化剤および
ジルコニウム以外の金属の化合物を配合することを特徴
とする高濃度ジルコニアゾルの製造方法によっても達成
される。
Further, these various purposes, to obtain a transparent zirconia sol by heating the zirconium salt aqueous solution in the presence of urea, to concentrate the zirconia sol with an ultrafiltration membrane, then heat concentration at a temperature of 80 ℃ or less. It is also achieved by a method for producing a high-concentration zirconia sol, characterized in that a high-concentration zirconia sol is obtained by adding a chelating agent and a compound of a metal other than zirconium to the high-concentration zirconia sol.

また、これらの諸目的は、ジルコニウム塩水溶液にキ
レート化剤およびジルコニウム以外の金属の化合物を配
合して、これを尿素の存在下に加熱して透明性ジルコニ
アゾルを得、該ジルコニアゾルを限外濾過膜により濃縮
し、ついで80℃以下の温度で加熱濃縮することを特徴と
する高濃度ジルコニアゾルの製造方法によっても達成さ
れる。
Further, these various purposes include mixing a chelating agent and a compound of a metal other than zirconium in an aqueous zirconium salt solution, and heating the mixture in the presence of urea to obtain a transparent zirconia sol. It can also be achieved by a method for producing a high-concentration zirconia sol, which comprises concentrating with a filtration membrane and then concentrating with heating at a temperature of 80 ° C. or lower.

さらに、これらの諸目的は、ジルコニウム塩水溶液を
尿素の存在下に加熱して透明性ジルコニアゾルを得、該
ジルコニアゾルを限外濾過膜により濃縮し、ついで80℃
以下の温度で加熱濃縮することにより得られる高濃度ジ
ルコニアゾルであって、該ジルコニアゾルにキレート化
剤およびジルコニウム以外の金属の化合物が配合されて
なることを特徴とする高濃度ジルコニアゾルによっても
達成される。
Further, these various purposes include heating a zirconium salt aqueous solution in the presence of urea to obtain a transparent zirconia sol, concentrating the zirconia sol with an ultrafiltration membrane, and then 80 ° C.
A high-concentration zirconia sol obtained by heating and concentrating at the following temperature, which is also achieved by a high-concentration zirconia sol characterized in that a chelating agent and a compound of a metal other than zirconium are added to the zirconia sol. To be done.

発明を実施するための最良の形態 本発明によれば、ジルコニウム塩水溶液を尿素の存在
下に加熱して得られる透明性ジルコニアゾルを限界濾過
膜により濃縮し、さらに80℃以下で加熱濃縮することに
より高濃度ジルコニアゾルが得られる。この高濃度ジル
コニアゾルは透明である。そして、この透明な高濃度ジ
ルコニアゾルにキレート化剤およびジルコニウム以外の
金属の化合物を配合されてなる高性能なジルコニアゾル
である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION According to the present invention, a transparent zirconia sol obtained by heating an aqueous zirconium salt solution in the presence of urea is concentrated by an ultrafiltration membrane, and further concentrated by heating at 80 ° C. or lower. Gives a high-concentration zirconia sol. This high-concentration zirconia sol is transparent. A high-performance zirconia sol is obtained by blending the transparent high-concentration zirconia sol with a chelating agent and a compound of a metal other than zirconium.

以下、本発明を詳細に説明する。まず、オキシ塩化ジ
ルコニウム、硝酸ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、酢
酸ジルコニウム等の水可溶性ジルコニウム塩類から選ば
れるジルコニウム塩水溶液に尿素を添加し、加熱するこ
とによりジルコニアゾルを製造する。この反応は次式に
よる尿素の加水分解によって生ずるアンモニアの濃度が
水溶液内できわめて均一であることから、このアンモニ
アとジルコニウム塩とから生ずるジルコニアゾルの粒子
径が極く微少であることに特徴がある。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. First, urea is added to a zirconium salt aqueous solution selected from water-soluble zirconium salts such as zirconium oxychloride, zirconium nitrate, zirconium sulfate and zirconium acetate, and heated to produce a zirconia sol. This reaction is characterized by the extremely small particle size of the zirconia sol produced from the ammonia and the zirconium salt, because the concentration of ammonia produced by the hydrolysis of urea according to the following equation is extremely uniform in the aqueous solution. .

(NH22CO+H2O→2NH3+CO2 このときの加熱温度は60〜300℃である。また、ジル
コニウム塩1モルに対する尿素の量は0.2〜4モルであ
り、好ましくは0.5〜2モルである。かくして得られる
ゾルが透明性を保った状態で反応を停止する。ゾルを冷
却後、限外濾過膜を使用し濃縮する。水と共にゾル中の
イオン類を系外に排出させる。濃縮後のゾル中のイオン
類濃度が高い場合、ゾルに純水を加え濃縮する工程を繰
り返すかあるいはイオン交換樹脂を使用してイオン類を
除去する。ついで、濃縮後のゾルをさらにゾルを加熱す
ることにより濃縮する。この濃縮はゾルの温度が80℃以
下、好ましくは5〜60℃、さらに好ましくは10〜40℃で
行う。
The heating temperature of (NH 2) 2 CO + H 2 O → 2NH 3 + CO 2 at this time is 60 to 300 ° C.. The amount of urea is 0.2 to 4 mol, preferably 0.5 to 2 mol, based on 1 mol of the zirconium salt. The reaction is stopped while the sol thus obtained remains transparent. After cooling the sol, it is concentrated using an ultrafiltration membrane. Ions in the sol are discharged out of the system together with water. When the concentration of ions in the sol after concentration is high, the process of adding pure water to the sol and concentrating it is repeated, or the ions are removed using an ion exchange resin. Next, the concentrated sol is further concentrated by heating the sol. This concentration is carried out at a sol temperature of 80 ° C or lower, preferably 5 to 60 ° C, more preferably 10 to 40 ° C.

かくして得られる透明性ジルコニアゾルは濃度がZrO2
として50重量%まで可能であり、長期に安定である。ま
た、この透明性ジルコニアゾルは酸性であり、そのpHは
0.1〜6であり、粘度は濃度あるいはpHにより変わるが
5〜3,000cpである。
The transparent zirconia sol thus obtained has a concentration of ZrO 2
It can be up to 50% by weight and is stable for a long time. Also, this transparent zirconia sol is acidic and its pH is
The viscosity is 0.1 to 6, and the viscosity is 5 to 3,000 cp although it depends on the concentration or pH.

なお、この透明性ジルコニアゾルは水または親水性有
機溶剤と任意の割合で混合することから、粘結剤として
使用する場合には、必要により水または親水性有機溶剤
を用いて濃度調節を行うことができる。
Since this transparent zirconia sol is mixed with water or a hydrophilic organic solvent at an arbitrary ratio, when used as a binder, the concentration should be adjusted with water or a hydrophilic organic solvent, if necessary. You can

さらに、前記方法で得られた透明性高濃度ジルコニア
ゾルに、キレート化剤およびシルコニウム以外の金属化
合物(以下、他の金属化合物という)を配合することに
より高性能ジルコニアゾルが得れる。
Furthermore, a high-performance zirconia sol can be obtained by blending a chelating agent and a metal compound other than silconium (hereinafter referred to as another metal compound) with the transparent high-concentration zirconia sol obtained by the above method.

本発明において使用できるキレート化剤としては、カ
テコール、ピロガロールなどのオキシフェノール類、ジ
エタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアミノ
アルコール類、グリコール類、乳酸、ヒドロキシアクリ
ル酸などのオキシ酸およびそれらのメチル、エチル、ヒ
ドロキシエチルなどのエステル類、グリコールアルデヒ
ドなどのオキシアルデヒド類、グリシン、アラニンなど
のアミノ酸類、アセチルアセトン、ベンゾイルアセト
ン、ステアロイルアセトン、ステアロイルベンゾイルメ
タン、ジベンゾイルメタンなどのβ−ジケトン類、アセ
ト酢酸、プロピオニル酢酸、ベンゾイル酢酸などのβ−
ケトン酸類およびそれらのメチル、エチル、n−プロピ
ル、i−プロピル,n−ブチル、t−ブチルなどのエステ
ル類などを挙げることができる。これらのうち、β−ジ
ケトン類、ならびにβ−ケトン酸類およびそれらのエス
テル類などのβ−ジカルボニル化合物が好適に使用され
る。
As the chelating agent that can be used in the present invention, catechol, oxyphenols such as pyrogallol, amino alcohols such as diethanolamine and triethanolamine, glycols, lactic acid, oxyacids such as hydroxyacrylic acid and their methyl, ethyl, Esters such as hydroxyethyl, oxyaldehydes such as glycolaldehyde, amino acids such as glycine and alanine, acetylacetone, benzoylacetone, stearoylacetone, stearoylbenzoylmethane, β-diketones such as dibenzoylmethane, acetoacetic acid, propionylacetic acid Β-, such as benzoyl acetic acid
Ketone acids and their esters such as methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, t-butyl and the like can be mentioned. Of these, β-diketones, and β-dicarbonyl compounds such as β-ketone acids and their esters are preferably used.

キレート化剤の添加量は比較的少量でよく、ゾル中の
ジルコニアに対して0.02〜1モル倍の範囲で十分効果を
発揮し、好ましくは0.05〜0.8モル%倍である。なお、
1モル倍を越えて添加しても量的効果が小さく経済的で
ない。
The chelating agent may be added in a relatively small amount, and the effect is sufficiently exhibited in the range of 0.02 to 1 mol times with respect to the zirconia in the sol, preferably 0.05 to 0.8 mol%. In addition,
Even if added in excess of 1 mol times, the quantitative effect is small and it is not economical.

本発明において使用できる他の金属化合物としては、
アルミニウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウ
ム、チタン、スズ、インジウム、セリウム、ケイ素など
の化合物を挙げることができる。これら金属元素化合物
は、ゾルの使用目的に応じて、単独でもあるいは2種以
上組み合わせて使用することもできる。これら金属元素
化合物のなかでも、イットリウム、カルシウムあるいは
マグネシウムの化合物が本発明のゾルの使用目的におい
て重要であり、通常ジルコニアに対して酸化物として0.
5〜20モル%、好ましくは1〜18モル%の範囲で添加さ
れる。
Other metal compounds that can be used in the present invention include
Examples thereof include compounds such as aluminum, yttrium, calcium, magnesium, titanium, tin, indium, cerium, and silicon. These metal element compounds may be used alone or in combination of two or more, depending on the purpose of use of the sol. Among these metal element compounds, yttrium, calcium or magnesium compounds are important for the purpose of use of the sol of the present invention, and usually 0 as an oxide with respect to zirconia.
It is added in the range of 5 to 20 mol%, preferably 1 to 18 mol%.

上記キレート化剤および金属元素化合物の添加時期お
よび方法には特に制限はなく、透明性ジルコニアゾルの
形成前から形成後の任意の時期に添加することができ
る。例えば、(1)ジルコニウム塩水溶液と尿素とを加
熱して透明性ジルコニアゾルを形成した後、(2)透明
性ジルコニアゾルを限界濾過膜により濃縮した後、
(3)限界濾過膜により濃縮し、さらに加熱した後に添
加してもよい。また、(4)ジルコニニム塩水溶液と尿
素との混合液中に添加してもよい。この(4)のよう
に、キレート化剤を添加した後ゾル生成反応を行い、さ
らに限外濾過膜を用いて濃縮を行ってもキレート化剤が
系外に流出することは認められない。また、ゾル生成反
応前に各成分を均一に混合することができるので、より
均質性の高い高性能ジルコニア系ゾルを得ることがで
き、さらにはジルコニアと他の成分とが複合化された粒
子からなるゾルの製造が可能である。さらに、(5)用
途によっては、キレート化剤の含有量が少ないことが必
要な場合もあるが、この場合には必要とされる安定化時
間に見合ったキレート化剤のみを添加しておき、ゾルの
使用直前に金属元素化合物を添加、配合してもよい。
There are no particular restrictions on the timing and method for adding the chelating agent and the metal element compound, and the chelating agent and the metal element compound can be added at any time before the transparent zirconia sol is formed and after the transparent zirconia sol is formed. For example, (1) after heating the zirconium salt aqueous solution and urea to form a transparent zirconia sol, (2) after concentrating the transparent zirconia sol with an ultrafiltration membrane,
(3) It may be added after being concentrated by an ultrafiltration membrane and further heated. Further, (4) it may be added to a mixed solution of an aqueous zirconium salt solution and urea. As shown in (4), even if the sol-forming reaction is performed after adding the chelating agent, and further the concentration is performed using the ultrafiltration membrane, the chelating agent is not observed to flow out of the system. Further, since each component can be uniformly mixed before the sol-forming reaction, it is possible to obtain a high-performance zirconia-based sol with higher homogeneity, and further, from particles in which zirconia and other components are combined. It is possible to produce Further, (5) depending on the application, it may be necessary that the content of the chelating agent is small, but in this case, only the chelating agent which is commensurate with the required stabilization time is added, You may add and mix a metal element compound just before using a sol.

本発明の高性能ジルコニア系ゾルは高濃度にしても室
温で通常6カ月以上安定である。
The high-performance zirconia-based sol of the present invention is usually stable at room temperature for 6 months or longer even at high concentration.

上記本発明による透明性ないし高濃度ジルコニアゾル
を利用して得られるセラミックス製造用スラリー(以
下、単に「スラリー」という)は、上記透明性ないし高
濃度ジルコニアゾルと耐火物微粒子とを必要成分として
含有するものである。
The ceramics-producing slurry (hereinafter simply referred to as "slurry") obtained by using the transparent or high-concentration zirconia sol according to the present invention contains the transparent or high-concentration zirconia sol and refractory fine particles as necessary components. To do.

上記耐火物微粒子としては、一般に耐火性物質として
セラミックスの製造に使用されているものならばいずれ
も使用可能であるが、チタンまたはチタン合金鋳造用の
鋳型の製造に使用すること考慮した場合、溶融チタンと
の反応性が低いことから、特にジルコニア;CaO、Y2O3
たはMgOなどで完全にまたは部分的に安定化されたジル
コア;Wo3;Y2O3;ThO2;MgO;および焼成するとCaOとなるCa
Co3などが好適に使用される。これらのうちでも、CaOで
完全にまたは部分的に安定化されたジルコニア(本発明
においては「カルシア安定化ジルコニア」という)が好
ましく、特に耐火材として従来から広く使用されている
電融カルシア安定化ジルコニアが経済的にも好ましい。
この電融カルシア安定化ジルコニアはCaOを2〜6重量
%の割合で含有し、インゴットを粉砕して粉末として使
用される。
As the refractory fine particles, any of those generally used in the production of ceramics as a refractory substance can be used, but when considered to be used in the production of a mold for titanium or titanium alloy casting, when melted, Due to its low reactivity with titanium, especially zirconia; zirconia fully or partially stabilized with CaO, Y 2 O 3 or MgO; Wo 3 ; Y 2 O 3 ; ThO 2 ; MgO; and calcined Then Ca becomes CaO
Co 3 or the like is preferably used. Among these, zirconia completely or partially stabilized with CaO (referred to as "calcia-stabilized zirconia" in the present invention) is preferable, and particularly, electrofused calcia stabilization that has been widely used as a refractory material from the past. Zirconia is economically preferable.
This electrofused calcia-stabilized zirconia contains CaO in a proportion of 2 to 6% by weight, and is used as a powder by crushing an ingot.

なお、耐火物微粒子として上記電融カルシア安定化ジ
ルコニア微粒子を使用してスラリーを調製する場合、得
られるスラリーのpHが経時的に変化したり、さらにはス
ラリーが短時間で増粘、ゲル化してスラリーとして使用
できなくなる場合がある。この原因について検討した結
果、ジルコニアの安定化剤として添加されているCaOの
一部がジルコニアと固溶しておらず、硝酸や塩酸などの
酸により溶出され、この溶出されたCaOがスラリーの増
粘、ゲル化を引き起こすことが判明した。
When a slurry is prepared by using the above fused fused calcia-stabilized zirconia fine particles as refractory fine particles, the pH of the resulting slurry changes with time, or the slurry thickens in a short time and gels. In some cases, it cannot be used as a slurry. As a result of investigating the cause of this, a part of CaO added as a stabilizer for zirconia does not form a solid solution with zirconia and is eluted by acids such as nitric acid and hydrochloric acid. It was found to cause stickiness and gelation.

これに対処するには、電融カルシア安定化ジルコニア
中の固溶していない遊離のCaOを予め硝酸、塩酸などを
用いた酸処理によって除去すればよい。具体的には、例
えば電溶カルシア安定化ジルコニア微粒子を硝酸などの
酸で処理した後、ろ液中に硝酸根が認められなくなるま
で充分洗浄を行った後、乾燥し、かくして得られた遊離
のCaOを実質的に含有しないカルシア安定化ジルコニア
微粒子を透明性ジルコニアゾルに添加すればよい。この
ようにすると、インゴットを粉砕する際に混入する鉄分
などの不純物も除去でき、再現性よくスラリーを調製す
ることができる。
In order to deal with this, free CaO which is not solid-soluted in the fused zirconia fused with calcia may be removed in advance by acid treatment using nitric acid, hydrochloric acid or the like. Specifically, for example, after treating the electrodissolved calcia-stabilized zirconia fine particles with an acid such as nitric acid, sufficient washing is performed until nitrate roots are no longer observed in the filtrate, followed by drying, and the free thus obtained Calcia-stabilized zirconia fine particles that do not substantially contain CaO may be added to the transparent zirconia sol. By doing this, impurities such as iron mixed in when the ingot is crushed can be removed, and the slurry can be prepared with good reproducibility.

また、含有されている遊離のCaOが比較的少量の場
合、スラリーのpHが一定となるように酸を適宜添加し、
スラリーの経時的安定化を図ったり、あるいはスラリー
の調製時に透明性ジルコニアゾル中に溶出するCaO量に
見合う酸を予め添加してもよい。
Further, when the free CaO contained is relatively small, an acid is appropriately added so that the pH of the slurry becomes constant,
The slurry may be stabilized with time, or an acid corresponding to the amount of CaO eluted in the transparent zirconia sol may be added in advance when the slurry is prepared.

上記耐火物微粒子の粒径については特に制限はなく、
目的とするセラミックス成形体の種類、用途など、さら
にはスラリーの安定性などを考慮して適宜決定すること
ができる。
There is no particular limitation on the particle size of the refractory fine particles,
It can be appropriately determined in consideration of the type and intended use of the intended ceramic molded body, and the stability of the slurry.

本発明を利用したスラリーにおける透明性ジルコニア
ゾルと耐火物微粒子との割合についても特に制限はな
く、スラリーの安定性などを考慮して適宜決定すること
ができるが、通常耐火物微粒子を透明性ジルコニアゾル
の1〜5重量倍、好ましくは2〜4重量倍の割合で使用
する。
The ratio of the transparent zirconia sol and the refractory fine particles in the slurry utilizing the present invention is not particularly limited, and can be appropriately determined in consideration of the stability of the slurry, etc. The sol is used in an amount of 1 to 5 times by weight, preferably 2 to 4 times by weight.

このスラリーには、この種スラリーに一般に使用され
ている添加剤、例えば界面活性剤、分散剤などを添加す
ることができる。
Additives generally used in this type of slurry, such as a surfactant and a dispersant, can be added to the slurry.

なお、このスラリーをコーティングなどの方法で使用
する場合には、その粘度の調整および経時的安定性が重
要であるが、このような場合のスラリー粘度に関して
は、水分量の調整あるいは酢酸、硝酸、塩酸などの酸類
の添加によりpHを3以下、好ましくは2以下に調整する
ことにより容易に最適粘度を実現することができる。ま
た、スラリーは、この粘度状態で1ケ月以上安定に保持
することができる。
When using this slurry in a method such as coating, adjustment of its viscosity and stability over time are important, but regarding slurry viscosity in such a case, adjustment of water content or acetic acid, nitric acid, The optimum viscosity can be easily realized by adjusting the pH to 3 or less, preferably 2 or less by adding acids such as hydrochloric acid. Further, the slurry can be stably maintained in this viscosity state for one month or more.

この本発明を利用したスラリーを高温で焼成すると多
孔性のセラミックスが得られる。従って、上述のスラリ
ーを予め所望の形状に成形し、焼成すれば、所望形状の
多孔性セラミックス成形体を製造することができる。さ
らに具体的には、スラリーとしては、上記透明性ジルコ
ニアゾルを粘結剤として含有する鋳型材として、特にチ
タンまたはチタン合金などの高活性の金属の精密鋳造に
使用する鋳型の製造に効果的に使用することができる。
この多孔性セラミックスからなる鋳造の製造法には特に
制限はなく、例えば次のような方法で製造することがで
きる。
Porous ceramics are obtained by firing this slurry utilizing the present invention at a high temperature. Therefore, if the above-mentioned slurry is molded into a desired shape in advance and fired, a porous ceramic molded body having a desired shape can be manufactured. More specifically, as the slurry, as a casting material containing the transparent zirconia sol as a binder, particularly effective in producing a casting mold used for precision casting of highly active metal such as titanium or titanium alloy. Can be used.
There is no particular limitation on the method of manufacturing the casting made of this porous ceramics, and for example, it can be manufactured by the following method.

先ず、透明性ジルコニアゾルにジルコニア、CaO、Y2O
3またはMgOなどで完全または部分的に安定化されたジル
コニア、WO3、Y2O3、ThO2、MgO、CaCO3などから選ばれ
た少なくとも1種の耐火物微粒子を透明性ジルコニアゾ
ルの1〜5重量倍、好ましくは1.5〜3.5重量倍の割合で
添加し、比較的低速で攪拌してスラリーを調整する。
First, zirconia, CaO, Y 2 O is added to the transparent zirconia sol.
A transparent zirconia sol containing at least one kind of refractory fine particles selected from zirconia, WO 3 , Y 2 O 3 , ThO 2 , MgO, CaCO 3 , etc., which are completely or partially stabilized with 3 or MgO. ~ 5 times by weight, preferably 1.5 to 3.5 times by weight, and stirred at a relatively low speed to prepare a slurry.

耐火物微粒子の粒径は、製造しようとする鋳物の表面
状態などのほか、鋳物模型を構成する、例えばワックス
の溶融時の浸透状態などを考慮して適宜決定されるが、
通常、200〜400メッシュ、好ましくは300〜380メッシュ
のものが使用される。
The particle size of the refractory fine particles is appropriately determined in consideration of not only the surface state of the casting to be produced, but also the casting model, for example, the permeation state of the wax when melted,
Usually, 200 to 400 mesh, preferably 300 to 380 mesh is used.

スラリーには、鋳物模型とスラリーとの濡れ性を向上
させるための界面活性剤、耐火物微粒子の分散性を向上
させるための分散剤、スラリーの脱泡を促すための消泡
剤、生鋳型の強度を向上させるための有機バインダーな
どセラミックス製造分野で一般に使用されている添加剤
を、必要に応じて適宜添加することができる。これらの
添加剤を添加するとスラリーの粘度が増加したり、ある
いはスラリーが固化する場合もあるので、その実施には
充分な注意をはらう必要がある。
The slurry, a surfactant for improving the wettability between the casting model and the slurry, a dispersant for improving the dispersibility of refractory fine particles, a defoaming agent for promoting defoaming of the slurry, a raw mold Additives generally used in the field of ceramics production, such as an organic binder for improving strength, can be appropriately added as needed. Addition of these additives may increase the viscosity of the slurry or may cause the slurry to solidify.

なお、本発明を利用したスラリーは、有機バインダー
を使用しなくても充分な生鋳型強度および鋳型強度が得
られるので、複雑な形状の鋳型の簡便に製作することが
できるという特徴を有する。
The slurry utilizing the present invention has a feature that a sufficient mold strength and mold strength can be obtained without using an organic binder, so that a mold having a complicated shape can be easily manufactured.

次に、別途ワックスなどで成形した鋳物模型に上記ス
ラリーを塗被して、例えば鋳物模型にスラリーをコーテ
ィングしたり、あるいは鋳物模型をスラリーの中に浸漬
してスラリー層を形成し、このスラリー層が乾燥する前
に耐火物粒子を、例えば振りかけてスラリー層に担持さ
せる操作を、通常、3回以上の複数回繰り返して多層の
塗被層を形成した後、鋳物鋳型を除去した生鋳型を製造
する。
Next, the slurry is applied to a casting model separately molded with wax or the like, for example, the casting model is coated with the slurry, or the casting model is immersed in the slurry to form a slurry layer. After the refractory particles are dried, for example, the operation of sprinkling and supporting the slurry layer on the slurry layer is usually repeated three or more times to form a multi-layer coating layer, and then the casting mold is removed to produce a raw mold. To do.

上記多層の塗被の形成に使用する耐火物粒子は、上記
スラリーの調整に使用した耐火物微粒子と同一の種類の
ものでもよいが、前記溶融チタンとの反応性の低いもの
から選んでもよい。この耐火物粒子の粒径については特
に制限はないが、通常、スラリーの調整に使用する耐火
物微粒子よりも粗であり、20〜200メッシュのものが使
用される。
The refractory particles used to form the multilayer coating may be of the same type as the refractory particles used to prepare the slurry, but may be selected from those having low reactivity with the molten titanium. The particle size of the refractory particles is not particularly limited, but is usually coarser than the refractory particles used for preparing the slurry, and 20 to 200 mesh is used.

上記の方法で得られる生鋳型は、粘結剤としてジルコ
ニアゾルが使用され、さらに耐火物粒子としジルコニア
等を使用するため、重量が重かったり、高価であるとい
う欠点がある場合がある。この場合には、鋳造の際に溶
融金属と接触する初層から2〜3層位までを上記の方法
で塗被層を形成し、その後の層の形成には鉄系鋳物など
の鋳造に広く用いられているシリカゲルを粘結剤とする
鋳型製造方法を適用することが望ましい。この方法は粘
結剤としてシリカコロイドゾル、エチルシリケート等を
使用し、耐火物粒子として、ジルコンサンド、アルミ
ナ、溶融シリカ等を使用する方法であるが、この方法を
本発明による生鋳型の補完方法として使用する場合に
は、シリカ系のゾルを使用し、塩基性のスラリーを調整
し、使用することが望ましい。この塩基性のスラリーを
使用することにより初層から2〜3層までの本発明によ
り塗被層の強度や耐水性も改善される効果が得られる。
The green mold obtained by the above method uses zirconia sol as a binder and further uses zirconia or the like as refractory particles, so that it may be disadvantageous in that it is heavy and expensive. In this case, a coating layer is formed by the above method from the first layer that comes into contact with the molten metal during casting to the second to third layers, and the subsequent layers are widely used for casting iron-based castings. It is desirable to apply the mold manufacturing method using silica gel as a binder. This method is a method using silica colloid sol, ethyl silicate, etc. as a binder, and zircon sand, alumina, fused silica, etc. as refractory particles. When used as, it is desirable to use a silica sol and prepare a basic slurry for use. By using this basic slurry, the effect of improving the strength and water resistance of the coating layer from the first layer to the second to third layers can be obtained.

上記鋳物鋳型の除去は、例えば鋳物模型がワックスか
らなる場合には、通常の脱ろう方法によって容易に行う
ことができる。例えば、オートクレーブ中で150℃程度
の蒸気を使用し、膨張により多層の塗被層にひび割れが
生じないように短時間に脱ろうするのがよい。
The removal of the casting mold can be easily performed by a normal dewaxing method when the casting model is made of wax, for example. For example, it is advisable to use steam at about 150 ° C. in an autoclave and dewax in a short time so that expansion does not cause cracks in the multi-layer coating layer.

最後に、得られた生鋳型を必要により残存するワック
スなどを熱処理などにより除去した後、800〜1600℃の
温度範囲で焼成して目的とする鋳型を製造する。
Finally, after removing the remaining wax and the like from the obtained raw mold by heat treatment or the like, the raw mold is fired in a temperature range of 800 to 1600 ° C. to produce a target mold.

本発明を利用したスラリーは、上記のような鋳型材と
しての他に、ルツボ、セッターなどの各種セラミックス
成形体の製造に使用することができる。さらに、例えば
耐熱性を付与するためのコーティング剤あるいは含浸剤
などとしても使用することができる。
The slurry using the present invention can be used for producing various ceramic molded bodies such as crucibles and setters, in addition to the above-mentioned mold material. Furthermore, it can be used as a coating agent or an impregnating agent for imparting heat resistance, for example.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

実施例1 ZrO2として18重量%の硝酸ジルコニウム水溶液30kgと
尿素3kgを純水200に加えた。次いで該水溶液を120℃
の温度に加熱して透明性ジルコニアゾルを得た。該ゾル
を冷却後、ゾルを限外濾過装置に導き、ZrO2として10重
量%まで濃縮した。次いで該ゾルを真空下50℃以下に保
ちながら35℃の温度に加熱濃縮し、25重量%で長期間安
定な透明性ジルコニアゾルを得た。
Example 1 As a ZrO 2 , 30 kg of an 18 wt% zirconium nitrate aqueous solution and 3 kg of urea were added to 200 pure water. Then the aqueous solution at 120 ° C
The transparent zirconia sol was obtained by heating to the temperature of. After cooling the sol, the sol was introduced into an ultrafiltration device and concentrated to 10% by weight as ZrO 2 . Next, the sol was heated and concentrated to a temperature of 35 ° C. while maintaining the temperature at 50 ° C. or lower under vacuum to obtain a transparent zirconia sol which was stable at 25 wt% for a long period of time.

実施例2 ZrO2として18重量%の硝酸ジルコニウム水溶液30kgと
尿素3kgを純水180に加えて得られた水溶液をジャケッ
ト付攪拌槽で常圧還流下約8時間加熱して透明性ジルコ
ニアゾルを得た。
Example 2 30 kg of a zirconium nitrate aqueous solution of 18% by weight as ZrO 2 and 3 kg of urea were added to pure water 180, and the resulting aqueous solution was heated in a jacketed stirring tank under normal pressure reflux for about 8 hours to obtain a transparent zirconia sol. It was

この透明性ジルコニアゾルを冷却した後、限外濾過装
置に入れ、水および不用イオン類を系外に排出してZrO2
として約10重量%まで濃縮した。次いで、このゾルを攪
拌機付き濃縮釜で真空下40℃以下に保持しながら加熱濃
縮を行いZrO2として27重量%の透明性ジルコニアゾルを
得た。このゾルは高濃度であるにもかかわらず長期間安
定であった。
After cooling this transparent zirconia sol, put it in an ultrafiltration device to discharge water and unnecessary ions out of the system to produce ZrO 2
Was concentrated to about 10% by weight. Next, this sol was heated and concentrated in a concentrator equipped with a stirrer while maintaining it at 40 ° C. or lower under vacuum to obtain 27 wt% of transparent zirconia sol as ZrO 2 . This sol was stable for a long time despite its high concentration.

このようにして得られた透明性高濃度ジルコニアゾル
1kgにアセチルアセトン20mlを添加した。次いで、ジル
コニアに対して、イットリアとして3モル%含有するよ
うに、水酸化イットリウムを加え十分に攪拌することに
よりイットリア3モル%含有の透明性高濃度ジルコニア
ゾルが得られた。このゾルは6カ月以上安定であった。
Transparent high-concentration zirconia sol obtained in this way
20 ml of acetylacetone was added to 1 kg. Next, yttrium hydroxide was added to zirconia so that the yttria content was 3 mol%, and the mixture was sufficiently stirred to obtain a transparent high-concentration zirconia sol containing 3 mol% yttria. This sol was stable for more than 6 months.

実施例3 実施例2で得られた透明性高濃度ジルコニアゾル1kg
にアセチルアセトン30mlを添加し、次いでジエトキシカ
ルシウム26.1gを加え十分攪拌することにより、ジルコ
ニアゾルに対してカルシアとして4重量%含有する透明
性高濃度ジルコニア系ゾルが得られた。このゾルは6カ
月以上安定であった。
Example 3 1 kg of transparent high-concentration zirconia sol obtained in Example 2
Acetylacetone (30 ml) was added thereto, and then diethoxycalcium (26.1 g) was added thereto and sufficiently stirred to obtain a transparent high-concentration zirconia-based sol containing 4% by weight of calcia relative to the zirconia sol. This sol was stable for more than 6 months.

実施例4 (1)透明性ジルコニアゾルの製造 ZrO2として18重量%の硝酸ジルコニウム水溶液30kgと
尿素3kgとを純水200に加えた。次いで、この水溶液を
101℃の温度に加熱して透明性ジルコニアゾルを得た。
このゾルを冷却した後、限外濾過装置に導き、ZrO2とし
て10重量%まで濃縮した。さらに、このゾルを真空下50
℃以下に保ちながら加熱濃縮し、25重量%濃度の透明性
ジルコニアゾルを得た。このジルコニアゾルのpHは1.
5、粘度は200cpであり、長期間安定であった。
Example 4 (1) Production of transparent zirconia sol 30 kg of an 18 wt% zirconium nitrate aqueous solution as ZrO 2 and 3 kg of urea were added to pure water 200. Then, this aqueous solution
A transparent zirconia sol was obtained by heating to a temperature of 101 ° C.
After cooling this sol, it was introduced into an ultrafiltration device and concentrated to 10% by weight as ZrO 2 . Furthermore, this sol is placed under vacuum 50
The mixture was heated and concentrated while keeping the temperature below ℃ to obtain a transparent zirconia sol having a concentration of 25% by weight. The pH of this zirconia sol is 1.
5. The viscosity was 200 cp and it was stable for a long time.

(2)スラリーの調整 上記(1)で得られたジルコニアゾルに硝酸を添加し
てpHを0.7とすることにより、ジルコニアゾルの粘度を5
0cpに調整した。このジルコニアゾル1重量部に325メッ
シュスクリーン通過のカルシア安定化ジルコニア微粉末
3重量部を攪拌しながら添加してスラリーを調整した。
このスラリーに界面活性剤(商品名:ディスコールAN70
6、第一工業薬品株式会社製)を添加した。
(2) Preparation of slurry By adding nitric acid to the zirconia sol obtained in the above (1) to adjust the pH to 0.7, the viscosity of the zirconia sol is adjusted to 5
Adjusted to 0 cp. To 1 part by weight of this zirconia sol, 3 parts by weight of calcia-stabilized zirconia fine powder passing through a 325 mesh screen was added with stirring to prepare a slurry.
Surfactant (trade name: Discol AN70 in this slurry)
6, manufactured by Daiichi Kogyo Yakuhin Co., Ltd.) was added.

得られたスラリーの粘度は、ザーンカップNo.4で75秒
であり、pHは1.8であった。なお、このスラリーは1ケ
月以上安定であった。
The viscosity of the obtained slurry was 75 seconds in Zahn cup No. 4, and the pH was 1.8. The slurry was stable for more than 1 month.

(3)生鋳型の製造 幅50mm、長さ170mmおよび厚さ3mmのしんちゅう板にワ
ックスを薄く塗布した。この板を上記(2)で得られた
スラリーに浸漬し、これに60〜120メッシュのカルシア
安定化ジルコニア粒子をふりつけた後、室温で乾燥する
操作を繰り返して3層のコーティング層を形成した。引
続き、24〜70メッシュのカルシア安定化ジルコニア粒子
を使用した以外は上記と同様にしてさらに2層のコーテ
ィング層を形成し、合計5層のコーティング層を形成し
た。次に、しんちゅう板の一端を加熱し、ワックスを融
解させながら、しんちゅう板をコーティング層から抜き
取った。得られた生鋳型内に残留したワックスを灯油に
より洗浄除去した。
(3) Production of green mold Wax was thinly applied to a brass plate having a width of 50 mm, a length of 170 mm and a thickness of 3 mm. This plate was immersed in the slurry obtained in the above (2), and 60 to 120 mesh calcia-stabilized zirconia particles were sprinkled on the plate, followed by drying at room temperature to form three coating layers. . Subsequently, two coating layers were further formed in the same manner as described above except that 24-70 mesh calcia-stabilized zirconia particles were used to form a total of five coating layers. Next, one end of the brass plate was heated to melt the wax, and the brass plate was removed from the coating layer. The wax remaining in the obtained green mold was washed off with kerosene.

(4)鋳型の製造 上記(3)で得られた生鋳型を第1表に示す温度で焼
成して鋳型を製造した。
(4) Manufacture of mold A mold was manufactured by firing the raw mold obtained in (3) above at the temperature shown in Table 1.

(5)鋳型強度の測定 上記(4)で得られた鋳型をダイヤモンドカッターで
切り出してテストピースを作成して、その強度を三点曲
げ強度試験法により測定した。
(5) Measurement of mold strength The mold obtained in (4) above was cut out with a diamond cutter to prepare a test piece, and its strength was measured by a three-point bending strength test method.

テストピース寸法: 幅12mm、長さ40mm、厚み6mm 測定条件: スパン 30mm 測定温度 室温 曲げ速度 0.5mm/分 試験はそれぞれ10回行い、その平均値を第1表に示し
た。
Test piece dimensions: width 12 mm, length 40 mm, thickness 6 mm Measuring conditions: span 30 mm Measuring temperature room temperature Bending speed 0.5 mm / min Tests were performed 10 times each, and the average values are shown in Table 1.

第1表 焼成温度(℃) 曲げ強度(kg/cm2) 150 32 1100 38 1200 61 1300 85 1400 118 1500 129 1600 155 実施例5 実施例4で調整した25重量%濃度の透明性ジルコニア
ゾルに硝酸を添加してpHを0.7とすることによりジルコ
ニアゾルの粘度を50cpに調整した。このジルコニアゾル
1重量部に325メッシュスクリーン通過の電融カルシア
安定化ジルコニア微粉末(第一稀元素株式会社販売)3
重量部を攪拌しながら添加してスラリーを調整した。こ
のスラリーの攪拌を室温で継続したところ1時間でゲル
化し、スラリーとして使用不可能となった。
Table 1 Firing temperature (° C) Bending strength (kg / cm 2 ) 150 32 1100 38 1200 61 1300 85 1400 118 1500 129 1600 155 Example 5 25% by weight concentration of transparent zirconia sol prepared in Example 4 and nitric acid Was added to adjust the pH to 0.7 and the viscosity of the zirconia sol was adjusted to 50 cp. 1 part by weight of this zirconia sol is a fine powder of fused zirconia stabilized with fused calcia that passes through a 325 mesh screen (sold by Daiichi Rare Elements Co., Ltd.) 3
Parts by weight were added with stirring to prepare a slurry. When the stirring of this slurry was continued at room temperature, it gelled in 1 hour and became unusable as a slurry.

上記電融カルシア安定化ジルコニア微粉末を10%硝酸
水溶液に加え攪拌下に20時間酸処理を行なった。酸処理
後ジルコニア微粉末を濾別し、純水によるろ液中に硝酸
根が認められなくなるまで洗浄を行った後、乾燥した。
かくして得られた酸処理を行った電融カルシア安定化ジ
ルコニア微粉末を使用し上記と同様にスラリーを調製し
た。このスラリーは経時的に増粘傾向は認められず1ケ
月以上安定であった。なお、上記酸処理前後の電融カル
シア安定化ジルコニア微粉末中のカルシア(CaO)含有
量をケイ光X線分析法により測定したところ次の通りで
あった。
The above-mentioned fine powder of fused zirconia stabilized with fused calcia was added to a 10% aqueous nitric acid solution, and an acid treatment was carried out for 20 hours with stirring. After the acid treatment, the zirconia fine powder was filtered off, washed with pure water until no nitrate was found in the filtrate, and then dried.
The acid-treated electrofused calcia-stabilized zirconia fine powder thus obtained was used to prepare a slurry in the same manner as above. This slurry was stable for one month or more without showing a tendency of thickening over time. The calcia (CaO) content in the fine powder of fused zirconia stabilized by fused silica before and after the acid treatment was measured by a fluorescent X-ray analysis method.

酸処理前 3.91重量% 酸処理後 3.35重量% 上記結果から酸処理によって遊離のCaOが除去される
ことが理解される。
Before acid treatment 3.91% by weight After acid treatment 3.35% by weight From the above results, it is understood that free CaO is removed by the acid treatment.

産業上の利用可能性 本発明の高性能ジルコニア系ゾルは、透明であり、ま
た濃度をZrO2として50重量%程度まで上げることが可能
であり、しかもこのような高濃度においても安定性に優
れ、粘度が上昇したり、ゲル化や凝集がおこることがな
い。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The high-performance zirconia-based sol of the present invention is transparent, and its concentration as ZrO 2 can be increased up to about 50% by weight, and the stability is excellent even at such a high concentration. The viscosity does not increase, and gelation or aggregation does not occur.

また、コーティング剤やバインダーとして特に高温領
域で使用してもジルコニアの相変化に起因する体積変化
が防止され、その優れた耐熱性、接着強度などの諸特性
を発揮することができる。
Further, even when it is used as a coating agent or a binder particularly in a high temperature range, the volume change due to the phase change of zirconia is prevented, and various properties such as excellent heat resistance and adhesive strength can be exhibited.

さらに、本発明のジルコニアゾルを利用したスラリー
は、長期にわたって増粘あるいはゲル化をおこすことな
く安定である。特に、耐火物微粒子として酸処理をおこ
なったカルシア安定化ジルコニア微粒子を使用すると長
期間安定なスラリーを得ることができる。
Furthermore, the slurry using the zirconia sol of the present invention is stable without thickening or gelling for a long period of time. In particular, when the acid-treated calcia-stabilized zirconia fine particles are used as the refractory fine particles, a stable slurry can be obtained for a long period of time.

また、本発明のジルコニアゾルを利用したスラリーを
使用することによって、チタン、ジルコニウム、マグネ
シウムあるいはそれらの合金などの高活性な金属を精密
鋳造するに好適な鋳型を製造することができる。この鋳
型を使用すると、これらの金属と鋳型との反応を効果的
に防止できることから、優れた肌を有する鋳物を製造す
ることができる。また、本発明のスラリーを使用する
と、複雑で大型な構造体の鋳造が可能な鋳型を製造する
ことができる。さらに、本発明のスラリーを所望形状に
成形し焼成すると機械的強度などに優れた多孔性セラミ
ックス成形体が得られる。
Further, by using the slurry using the zirconia sol of the present invention, it is possible to manufacture a mold suitable for precision casting of highly active metals such as titanium, zirconium, magnesium or alloys thereof. When this mold is used, the reaction between these metals and the mold can be effectively prevented, so that a casting having excellent skin can be produced. Further, by using the slurry of the present invention, a mold capable of casting a complex and large structure can be manufactured. Further, when the slurry of the present invention is molded into a desired shape and fired, a porous ceramics molded body having excellent mechanical strength and the like can be obtained.

また、このスラリーは、例えば耐熱性などを付与する
ためのコーティング剤としても利用することができる。
The slurry can also be used as a coating agent for imparting heat resistance and the like.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C04B 38/00 303 C04B 35/48 A Z (31)優先権主張番号 特願平1 −209598 (32)優先日 平1(1989)8月15日 (33)優先権主張国 日本(JP) (56)参考文献 特開 昭62−52131(JP,A) 特開 昭62−270419(JP,A) 特開 昭62−226815(JP,A) 特開 昭63−2809(JP,A)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location C04B 38/00 303 C04B 35/48 AZ (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 1-209598 ( 32) Priority Day 1 (1989) August 15 (33) Priority claiming country Japan (JP) (56) Reference JP 62-52131 (JP, A) JP 62-270419 (JP, A) ) JP-A-62-226815 (JP, A) JP-A-63-2809 (JP, A)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ジルコニウム塩水溶液を尿素の存在下に加
熱して透明性ジルコニアゾルを得、該透明性ジルコニア
ゾルにキレート化剤およびジルコニウム以外の金属の化
合物を配合し、これを限外濾過膜により濃縮し、ついで
80℃以下の温度で加熱濃縮することを特徴とする高濃度
ジルコニアゾルの製造方法。
1. A zirconium salt aqueous solution is heated in the presence of urea to obtain a transparent zirconia sol, and the transparent zirconia sol is blended with a chelating agent and a compound of a metal other than zirconium. Concentrated by
A method for producing a high-concentration zirconia sol, which comprises heating and concentrating at a temperature of 80 ° C or lower.
【請求項2】ジルコニウム塩水溶液を尿素の存在下に加
熱して透明性ジルコニアゾルを得、該ジルコニアゾルを
限外濾過膜により濃縮して、キレート化剤およびジルコ
ニウム以外の金属の化合物を配合し、ついで80℃以下の
温度で加熱濃縮することを特徴とする高濃度ジルコニア
ゾルの製造方法。
2. A transparent zirconia sol is obtained by heating an aqueous zirconium salt solution in the presence of urea, the zirconia sol is concentrated by an ultrafiltration membrane, and a chelating agent and a metal compound other than zirconium are blended. Then, the method for producing a high-concentration zirconia sol, which comprises heating and concentrating at a temperature of 80 ° C. or lower.
【請求項3】ジルコニウム塩水溶液を尿素の存在下に加
熱して透明性ジルコニアゾルを得、該ジルコニアゾルを
限外濾過膜により濃縮し、ついで80℃以下の温度で加熱
濃縮することにより高濃度ジルコニアゾルを得、該高濃
度ジルコニアゾルにキレート化剤およびジルコニウム以
外の金属の化合物を配合することを特徴とする高濃度ジ
ルコニアゾルの製造方法。
3. A high concentration is obtained by heating an aqueous zirconium salt solution in the presence of urea to obtain a transparent zirconia sol, concentrating the zirconia sol with an ultrafiltration membrane, and then concentrating it by heating at a temperature of 80 ° C. or lower. A method for producing a high-concentration zirconia sol, which comprises obtaining a zirconia sol and adding a chelating agent and a compound of a metal other than zirconium to the high-concentration zirconia sol.
【請求項4】ジルコニウム塩水溶液にキレート化剤およ
びジルコニウム以外の金属の化合物を配合して、これを
尿素の存在下に加熱して透明性ジルコニアゾルを得、該
ジルコニアゾルを限外濾過膜により濃縮し、ついで80℃
以下の温度で加熱濃縮することを特徴とする高濃度ジル
コニアゾルの製造方法。
4. A chelating agent and a compound of a metal other than zirconium are mixed with an aqueous zirconium salt solution and heated in the presence of urea to obtain a transparent zirconia sol. The zirconia sol is passed through an ultrafiltration membrane. Concentrate and then 80 ° C
A method for producing a high-concentration zirconia sol, which comprises heating and concentrating at the following temperature.
【請求項5】前記キレート化剤がオキシフェノール類、
アミノアルコール類、オキシ酸類およびそれらのエステ
ル類、オキシアルデヒド類、アミノ酸類、β−ジケトン
類、ならびにβ−ケトン酸類およびそれらのエステル類
よりなる群から選ばれる少なくとも1種のものであるこ
とを特徴とする請求の範囲第1項〜第4項のうち少なく
とも1つに記載の方法。
5. The chelating agent is an oxyphenol,
Amino alcohols, oxyacids and their esters, oxyaldehydes, amino acids, β-diketones, and at least one selected from the group consisting of β-ketone acids and their esters The method according to at least one of claims 1 to 4.
【請求項6】ジルコニウム塩水溶液を尿素の存在下に加
熱して透明性ジルコニアゾルを得、該ジルコニアゾルを
限外濾過膜により濃縮し、ついで80℃以下の温度で加熱
濃縮することにより得られる高濃度ジルコニアゾルであ
って、該ジルコニアゾル中に、キレート化剤およびジル
コニウム以外の金属の化合物が配合されてなることを特
徴とする高濃度ジルコニアゾル。
6. Obtained by heating an aqueous zirconium salt solution in the presence of urea to obtain a transparent zirconia sol, concentrating the zirconia sol by an ultrafiltration membrane, and then concentrating by heating at a temperature of 80 ° C. or lower. A high-concentration zirconia sol, characterized in that a chelating agent and a compound of a metal other than zirconium are mixed in the zirconia sol.
【請求項7】キレート化剤がオキシフェノール類、アミ
ノアルコール類、オキシ酸類およびそれらのエステル
類、オキシアルデヒド類、アミノ酸類、β−ジケトン
類、ならびにβ−ケトン酸類およびそれらのエステル類
よりなる群から選ばれる少なくとも1種のものであるこ
とを特徴とする請求の範囲第6項に記載のジルコニアゾ
ル。
7. A group in which the chelating agent comprises oxyphenols, aminoalcohols, oxyacids and their esters, oxyaldehydes, amino acids, β-diketones, and β-ketone acids and their esters. 7. The zirconia sol according to claim 6, which is at least one selected from the group consisting of:
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