JP2659082B2 - Manufacturing method of zirconia-based composite ceramic sintered body - Google Patents

Manufacturing method of zirconia-based composite ceramic sintered body

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JP2659082B2
JP2659082B2 JP4117723A JP11772392A JP2659082B2 JP 2659082 B2 JP2659082 B2 JP 2659082B2 JP 4117723 A JP4117723 A JP 4117723A JP 11772392 A JP11772392 A JP 11772392A JP 2659082 B2 JP2659082 B2 JP 2659082B2
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敦 中平
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、例えば構造用材料な
どに好適なジルコニア系複合セラミック焼結体の製法
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a zirconia-based composite ceramic sintered body suitable for, for example, structural materials.

【0002】[0002]

【従来の技術】多結晶セラミック焼結体は、優れた耐熱
性、耐磨耗性及び耐食性を有するため、自動車エンジン
用ターボチャージャーロータ、種々の刃物類、切削バイ
ト、メカニカルシール、スポーツレジャー用品等の幅広
い用途で使用されつつある。しかし、セラミックは本来
共有結合性やイオン結合性が強く、金属材料のように転
移または塑性変形等を示さないため、クラックの先端の
応力集中を緩和できず、材料中の微細な欠陥や表面傷を
起点として容易に破断する。このようにセラミックは靱
性が低く非常に脆いため、大型の部品や複雑な形状を有
する部品の構成材料としては適切でなく、自ずと成形品
の形状や寸法などに制限が加わるのが実情である。
2. Description of the Related Art Polycrystalline ceramic sintered bodies have excellent heat resistance, abrasion resistance and corrosion resistance, and are therefore used in turbocharger rotors for automobile engines, various cutting tools, cutting tools, mechanical seals, sports and leisure goods, and the like. Is being used in a wide range of applications. However, ceramics inherently have strong covalent and ionic bonds and do not exhibit transition or plastic deformation, unlike metal materials, so that stress concentration at the tip of cracks cannot be relaxed and fine defects or surface damage in the material Easily breaks from the starting point. As described above, ceramics have low toughness and are very brittle, so they are not suitable as constituent materials for large-sized components or components having complicated shapes, and the shape and dimensions of molded products are naturally limited.

【0003】そこで、このセラミックの脆さを改善する
ために、セラミック焼結体のマトリツクスに粒子及びウ
ィスカー等を分散させて、クラックの進展を阻止するこ
とにより、靱性と強度の向上をはかる試みがなされてい
る。この強靱性の向上をはかる有効な手段として追究さ
れているセラミックの複合化は、粒子分散からウィスカ
ー分散及び繊維強化へ、また、多結晶セラミックの粒界
を複合化するミクロ複合から、粒内を複合化するナノ複
合へと移行している。なかでも、セラミックの最小構成
単位である結晶粒自身を複合化したナノ複合材料は、高
強度化及び高温域での強度改善に著しい効果があること
が報告されている。
[0003] In order to improve the brittleness of the ceramic, attempts have been made to improve the toughness and strength by dispersing particles, whiskers and the like in the matrix of the ceramic sintered body to prevent cracks from developing. It has been done. Composite ceramics, which are pursued as an effective means of improving toughness, have been pursued from particle dispersion to whisker dispersion and fiber reinforcement, and from microcomposite, which combines the grain boundaries of polycrystalline ceramics, into grains. The transition to nanocomposites has become more complex. In particular, it has been reported that a nanocomposite material in which the crystal grain itself, which is the minimum structural unit of ceramic, is composited has a remarkable effect on increasing the strength and improving the strength in a high temperature range.

【0004】例えば、酸化物セラミックをマトリックス
とする系では、特開昭64−87552号に、α−アル
ミナマトリックスの粒内をSiC微粒子で複合化したア
ルミナ焼結体は高強度化及び高温域での強度改善に効果
があることが述べられている。この他にも、同様の手法
でAl2 3 /Si3 4 、MgO/SiC系ナノ複合
材料は高強度を示すことが知られている。さらに、非酸
化物セラミックをマトリックスとする系について一例を
挙げると、「粉末および粉末冶金,Vol.36,p236〜p243
(1989)」の文献に〔Si(CH)3 2 NHをアンモ
ニアと水素の雰囲気中でCVD法により非晶質のSi−
C−Nの複合粉末を得、この複合粉末を出発原料として
Si3 4 マトリックス粒子内に、SiC粒子が分散し
たSi34 /SiCのナノ複合材料は高強度化されて
いることが報告されている。
For example, in a system using an oxide ceramic as a matrix, Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 64-87552 discloses an alumina sintered body obtained by compounding α-alumina matrix with SiC fine particles in a high strength and high temperature region. It is described that this is effective in improving the strength of steel. In addition, it is known that Al 2 O 3 / Si 3 N 4 and MgO / SiC nanocomposites exhibit high strength by the same method. Further, as an example of a system using a non-oxide ceramic as a matrix, "Powder and powder metallurgy, Vol. 36, p236 to p243
(1989)] [Si (CH) 3 ] 2 NH was converted to amorphous Si— by the CVD method in an atmosphere of ammonia and hydrogen.
It is reported that a composite powder of C—N is obtained, and a nanocomposite of Si 3 N 4 / SiC in which SiC particles are dispersed in Si 3 N 4 matrix particles using the composite powder as a starting material is strengthened. Have been.

【0005】これらの複合セラミック焼結体のうち、ミ
クロ複合材料においては、ZrO2粒子、及びウイスカ
ー等で複合した系では、10MPam1/2 程度の破壊靱
性値を示し、また、SiC等の長繊維で複合した系で
は、20〜30MPam1/2 にも及ぶ高い破壊靱性値を
達成する。しかし、強度は多結晶セラミックマトリック
ス単体の5〜6割程度の向上にとどまり、さらなる強度
の向上が望まれている。
[0005] Among these composite ceramic sintered bodies, the microcomposite material shows a fracture toughness value of about 10 MPam 1/2 in a system composed of ZrO 2 particles and whiskers. Fiber composite systems achieve high fracture toughness values as high as 20-30 MPam 1/2 . However, the strength is limited to about 50 to 60% of that of the polycrystalline ceramic matrix alone, and further improvement in strength is desired.

【0006】一方、ナノ複合材料においては、強度の向
上は高温域を含めて認められるものの、靱性の改善は多
結晶セラミックマトリックスの3〜4割程度の向上で、
ミクロ複合材料のような大きな靱性向上の寄与は認めら
れない。
On the other hand, in the nanocomposite material, although improvement in strength is recognized even in a high temperature range, improvement in toughness is about 30 to 40% of that of a polycrystalline ceramic matrix.
There is no significant contribution to toughness enhancement as in microcomposites.

【0007】このように、多結晶セラミック複合材料に
おいては、強度及び靱性のさらなる向上が期待されてい
て、安定化剤としてCeO2 を添加した部分安定化ジル
コニア焼結体においても強度及び靱性の向上した焼結体
が求められている。
As described above, further improvement in strength and toughness is expected in a polycrystalline ceramic composite material, and improvement in strength and toughness is also achieved in a partially stabilized zirconia sintered body to which CeO 2 is added as a stabilizer. There is a need for a sintered body.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】この発明は、高強度及
び高靭性を有するジルコニア系複合セラミック焼結体
製法を提供することを目的とする。
THE INVENTION Problems to be Solved] The present invention, the zirconia-based composite ceramic sintered body having high strength and high toughness
The purpose is to provide a manufacturing method .

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載のジルコ
ニア系複合セラミック焼結体の製法に関する発明は、C
eO 2 を5〜30モル%含む部分安定化ジルコニアマト
リックス粒子内に、第2相として、前記ジルコニアマト
リックスの焼結温度よりも高い融点を持ち、且つAl 2
3 、SiC、Si 3 4 若しくはB 4 C又は周期律表
のIVa、Va、VIa族に属する元素の炭化物、窒化物若
しくはほう化物の中から選ばれた少なくとも一種以上よ
りなる微粒子の分散相を有していて、相対密度が99%
以上であるジルコニア系複合セラミック焼結体の製法で
あって、CeO 2 を5〜30モル%含む部分安定化ジル
コニア粉末と、Al 2 3 、SiC、Si 3 4 若しく
はB 4 C又は周期律表のIVa、Va、VIa族に属する元
素の炭化物、窒化物若しくはほう化物の中から選ばれた
少なくとも一種以上よりなる、平均粒径が0.2μm〜
1μmである微粒子とを含む混合粉末を、前記の平均粒
径が0.2μm〜1μmである微粒子の融点よりも低い
温度で焼結することを特徴とする請求項2に記載のジ
ルコニア系複合セラミック焼結体の製法に関する発明
は、請求項1記載の製法において、混合粉末を用いて得
られる成形体を、単斜晶ジルコニア粉末に埋め込んで焼
結することを特徴とする。 請求項3に記載のジルコニア
系複合セラミック焼結体の製法に関する発明は、CeO
2 を5〜30モル%含む部分安定化ジルコニアマトリッ
クス粒子内に、第2相として、前記ジルコニアマトリッ
クスの焼結温度よりも高い融点を持ち、且つAl
2 3 、SiC、Si 3 4 若しくはB 4 C又は周期律
表のIVa、Va、VIa族に属する元素の炭化物、窒化物
若しくはほう化物の中から選ばれた少なくとも一種以上
よりなる微粒子の分散相を有していて、相対密度が99
%以上であるジルコニア系複合セラミック焼結体の製法
であって、CeO 2 を5〜30モル%含む部分安定化ジ
ルコニア粉末と、平均粒径が1μm以下であるγ−Al
2 3 粉末とを含む混合粉末を、1000℃以上、焼結
温度以下の温度で仮焼した後、粉砕して得られた仮焼粉
末をγ−Al 2 3 粉末の融点よりも低い温度で焼結す
ることを特徴とする。
[Means for Solving the Problems]The zircon of claim 1
The invention relating to the method for producing a near-type composite ceramic sintered body is disclosed in
eO Two Stabilized zirconia mat containing 5 to 30 mol% of
The zirconia matte as a second phase in the Lix particles.
Has a melting point higher than the sintering temperature of Two
O Three , SiC, Si Three N Four Or B Four C or periodic table
Carbides and nitrides of elements belonging to group IVa, Va, VIa
Or at least one selected from borides
And a relative density of 99%
The zirconia composite ceramic sintered body manufacturing method
Oh, CeO Two Stabilized zircon containing 5 to 30 mol% of
Konia powder and Al Two O Three , SiC, Si Three N Four Young
Is B Four C or element belonging to IVa, Va, VIa group of the periodic table
Selected from elementary carbides, nitrides or borides
An average particle diameter of at least 0.2 μm or more
The mixed powder containing fine particles having a particle diameter of 1 μm is
Lower than the melting point of fine particles having a diameter of 0.2 μm to 1 μm
Characterized by sintering at a temperature.The dice according to claim 2
Invention relating to a method for producing a luconia-based composite ceramic sintered body
Is obtained by using the mixed powder in the production method according to claim 1.
Embedded in the monoclinic zirconia powder
It is characterized by tying. The zirconia according to claim 3.
The invention relating to a method for producing a sintered ceramic composite is based on CeO.
Two Stabilized zirconia matrix containing 5 to 30 mol% of
Zirconia matrix as a second phase in the silica particles.
Has a melting point higher than the sintering temperature of
Two O Three , SiC, Si Three N Four Or B Four C or periodicity
Carbides and nitrides of elements belonging to groups IVa, Va and VIa in the table
Or at least one selected from borides
And a relative density of 99.
% Zirconia composite ceramic sintered body
And CeO Two Stabilizing di-containing 5-30 mol% of
Luconia powder and γ-Al having an average particle size of 1 μm or less
Two O Three Sintering mixed powder containing powder
After calcining at a temperature below the temperature, calcined powder obtained by grinding
Γ-Al Two O Three Sintering at a temperature lower than the melting point of the powder
It is characterized by that.

【0010】以下、この発明を詳細に説明する。本発明
におけるセラミックマトリックスを構成する部分安定化
ジルコニアは、CeO2 を5〜30モル%含んでいるこ
とが重要である。この範囲であれば、ジルコニアは主と
して正方晶、または正方晶と立方晶の混合相からなり、
高い強度が得られるので好ましく、CeO2 が5モル%
より少ないと、準安定相である正方晶化が不十分とな
り、また、30モル%を越えると、立方晶の量が増加
し、その結果充分な強度が得られなくなるので好ましく
ない。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. Partially stabilized zirconia which constitutes the ceramic matrix in the present invention, it is important to contain CeO 2 5 to 30 mol%. Within this range, zirconia is mainly composed of tetragonal or a mixed phase of tetragonal and cubic,
It is preferable because high strength can be obtained. CeO 2 is 5 mol%
If the amount is less than this, the metastable phase of tetragonal crystallization will be insufficient, and if it exceeds 30 mol%, the amount of cubic crystals will increase, and as a result, sufficient strength will not be obtained.

【0011】また、CeO2 を安定化剤とした部分安定
化ジルコニアの粉末を得る方法としては、安定化剤とジ
ルコニアの粉末とを混合する方法、CeとZrとを含む
水溶液を用いて湿式合成法により粉末を得る方法等があ
る。本発明の部分安定化ジルコニアの粉末は常圧焼結、
加圧焼結等により緻密化され、焼結過程で分散相を大半
マトリックスの粒子内に取り込むためには、焼結中に粒
子成長するものでなければならない。一方、このマトリ
ックスに分散される微粒子は、焼結後に微粒子として分
散しているためには、該マトリックスの焼結温度より高
い融点を持つ微粒子に限定される。そして、本発明者等
はこのような高い融点を持つ微粒子としては各種の金属
があることを見出したので平成3年特許願第23544
6号として既に特許出願を行ったが、さらに金属の微粒
子以外にAl2 3 、SiC、Si3 4 若しくはB4
C又は周期律表のIVa、Va、VIa族に属する元素の炭
化物、窒化物若しくはほう化物の中から選ばれた少なく
とも一種以上よりなる微粒子も前記金属の微粒子と同様
の効果があることを見出し本発明に到ったものである。
The method of obtaining partially stabilized zirconia powder using CeO 2 as a stabilizer includes a method of mixing a stabilizer and zirconia powder, and a method of wet synthesis using an aqueous solution containing Ce and Zr. There is a method of obtaining a powder by a method. The partially stabilized zirconia powder of the present invention is sintered under normal pressure,
In order to be densified by pressure sintering or the like, and to incorporate the dispersed phase into particles of the matrix during the sintering process, the particles must grow during sintering. On the other hand, the fine particles dispersed in this matrix are limited to fine particles having a melting point higher than the sintering temperature of the matrix in order to be dispersed as fine particles after sintering. The present inventors have found that there are various metals as fine particles having such a high melting point.
Patent Application No. 6 has already been filed, but in addition to metal fine particles, Al 2 O 3 , SiC, Si 3 N 4 or B 4
It has been found that fine particles comprising at least one selected from the group consisting of C, carbides, nitrides and borides of elements belonging to groups IVa, Va and VIa of the periodic table have the same effect as the fine particles of the metal. This is the invention.

【0012】本発明におけるジルコニア系複合セラミッ
ク焼結体は、部分安定化ジルコニアマトリックス粒子内
に、第2相として、前記ジルコニアマトリックスの焼結
温度よりも高い融点を持ち、且つAl 2 3 、SiC、
Si 3 4 若しくはB 4 C又は周期律表のIVa、Va、
VIa族に属する元素の炭化物、窒化物若しくはほう化物
の中から選ばれた少なくとも一種以上よりなる微粒子の
分散相を有していて、相対密度が99%以上である焼結
体である。そして、前記の微粒子は焼結過程でマトリッ
クス粒子内に取り込まれるためには微細なものでなけれ
ばならず、平均粒径が1μm以下であることが望まし
く、また、焼結後にマトリックス粒子内にすべて分散し
ていることが望ましいが、一部マトリックスの粒界にあ
ってもかまわない。本発明におけるセラミックマトリッ
クスを構成する部分安定化ジルコニアに対する前記の微
粒子の分散相の添加量は、添加後の総量に対し0.5〜
50容量%が望ましく、さらに好ましくは2.5〜30
容量%である。すなわち、分散相が2.5容量%以下で
は強度向上の効果が少なく、30容量%以上では緻密化
が次第に困難となり、緩やかに強度低下を示すようにな
る。さらに50容量%を越えると、複合焼結体の相対密
度が95%以下になり緻密な焼結体を得ることが困難と
なり、その結果著しい強度劣化を示すようになる。
The zirconia composite ceramic according to the present invention
The sintered body is in a partially stabilized zirconia matrix particle.
The sintering of the zirconia matrix as a second phase
It has a melting point higher than the temperature and Al 2 O 3 , SiC,
Si 3 N 4 or B 4 C or IVa, Va,
Carbides, nitrides or borides of group VIa elements
Of fine particles consisting of at least one selected from
Sintering having a dispersed phase and a relative density of 99% or more
Body. The fine particles must be fine in order to be taken into the matrix particles during the sintering process, and the average particle size is desirably 1 μm or less. It is desirable that they are dispersed, but they may be partially present at the grain boundaries of the matrix. The addition amount of the dispersed phase of the fine particles to the partially stabilized zirconia constituting the ceramic matrix in the present invention is 0.5 to the total amount after addition.
50% by volume is desirable, and more preferably 2.5 to 30%.
% By volume. That is, when the dispersed phase is 2.5% by volume or less, the effect of improving the strength is small, and when the dispersed phase is 30% by volume or more, the densification becomes gradually difficult, and the strength gradually decreases. If the content exceeds 50% by volume, the relative density of the composite sintered body becomes 95% or less, and it becomes difficult to obtain a dense sintered body, and as a result, the strength is significantly deteriorated.

【0013】なお、マトリックスと分散相の組合せを熱
膨張係数の関係で触れると、マトリックスよりも熱膨張
係数の小さい分散相が分散されていると、さらにマトリ
ックスの強靱性の向上に有効に寄与する点で好ましい
が、必ずしもこれに限定されるものではない。本発明の
マトリックスであるCeO2 を安定化剤とした部分安定
化ジルコニアは、通常、熱膨張係数が大きく、上記に示
した分散相は、マトリックスよりも小さい熱膨張係数を
有する点をも満足する。
When the combination of the matrix and the dispersed phase is referred to in terms of the coefficient of thermal expansion, if the dispersed phase having a smaller coefficient of thermal expansion than the matrix is dispersed, it effectively contributes to the improvement of the toughness of the matrix. Although it is preferable in view of the point, it is not necessarily limited to this. The partially stabilized zirconia using the matrix of the present invention, CeO 2, as a stabilizer usually has a large coefficient of thermal expansion, and the dispersed phase shown above also satisfies the point that it has a smaller coefficient of thermal expansion than the matrix. .

【0014】次に本発明に係るジルコニア系複合セラミ
ック焼結体の強靱化の改善効果のメカニズムについて考
察を加える。
Next, the mechanism of the effect of improving the toughness of the zirconia-based composite ceramic sintered body according to the present invention will be discussed.

【0015】マトリックスを構成するCeO2 系部分安
定化ジルコニアセラミックの粒内あるいは一部粒界に分
散された微粒子は、焼結の過程でセラミックの粒が異常
に成長するのを抑制する作用を有し、その結果、マトリ
ックスは微細な組織で構成され、破壊源寸法の減少をも
たらし強度が大幅に上昇する。加えてセラミックのマト
リックスに分散した微粒子によりクラックの進展過程に
おいて、クラックの先端が湾曲(ボーイング)、あるい
は偏曲(ディフレクション)されることにより、焼結体
の靱性が向上する。
The fine particles dispersed in the grains of the CeO 2 -based partially stabilized zirconia ceramic constituting the matrix or partially in the grain boundaries have an action of suppressing the abnormal growth of the ceramic grains during the sintering process. As a result, the matrix is composed of a fine structure, resulting in a decrease in the size of the fracture source and a significant increase in strength. In addition, in the process of crack propagation by the fine particles dispersed in the ceramic matrix, the tip of the crack is curved (bowed) or deflected (deflection), thereby improving the toughness of the sintered body.

【0016】さらに、マトリックスを構成するCeO2
系部分安定化ジルコニアセラミックの粒内あるいは一部
粒界に分散された微粒子がマトリックスを構成するセラ
ミックよりも熱膨張係数が小さい系では、分散された微
粒子は強度及び靱性の向上に、より有効に作用する。セ
ラミックと微粒子との熱膨張率が一致していない場合
は、焼結後の冷却過程において、マトリックス内及び微
粒子の周辺に残留応力場が形成され、この残留応力場が
クラックの進展経路に影響を与える。すなわち、微粒子
がセラミックよりも熱膨張係数が小さいと、焼結後の冷
却過程において微粒子の周辺に引張応力が発生し、微粒
子の周辺には残留引張応力場が形成されるので、クラッ
クは微粒子に引き寄せられるように進展し、その結果と
してセラミックの粒内破壊が誘導される。このように、
クラックは微粒子に衝突して進む確率が増えるので、ク
ラックの進展が有効に阻止されるのである。併せて、マ
トリックス中に分散された微粒子の軸方向には、残留圧
縮応力が焼結後の冷却過程において発生し、これにより
セラミックの結晶粒自身が大幅に強化されるので、一層
の強度改善が達成されるのである。
Further, CeO 2 constituting the matrix
In a system in which the fine particles dispersed in the grains of the partially stabilized zirconia ceramic or at some grain boundaries have a smaller coefficient of thermal expansion than the ceramic constituting the matrix, the dispersed fine particles are more effective in improving the strength and toughness. Works. If the thermal expansion coefficients of the ceramic and the fine particles do not match, a residual stress field is formed in the matrix and around the fine particles during the cooling process after sintering, and this residual stress field affects the crack propagation path. give. That is, if the fine particles have a smaller coefficient of thermal expansion than the ceramic, a tensile stress is generated around the fine particles in the cooling process after sintering, and a residual tensile stress field is formed around the fine particles. It is attracted and consequently induces intragranular fracture of the ceramic. in this way,
Since the probability that the crack collides with the fine particles and increases is increased, the propagation of the crack is effectively prevented. At the same time, in the axial direction of the fine particles dispersed in the matrix, residual compressive stress is generated in the cooling process after sintering, and this greatly strengthens the ceramic crystal grains themselves, further improving the strength. It is achieved.

【0017】上記した本発明に係るジルコニア系複合セ
ラミック焼結体を得るための製法として、請求項1及び
請求項2に係る発明の製法は、CeO2 を5〜30モル
%含む部分安定化ジルコニア粉末と、Al2 3 、Si
C、Si3 4 若しくはB4C又は周期律表のIVa、V
a、VIa族に属する元素の炭化物、窒化物若しくはほう
化物の中から選ばれた少なくとも一種以上よりなる、平
均粒径が0.2μm〜1μmである微粒子とを含む混合
粉末を、前記の平均粒径が0.2μm〜1μmである微
粒子の融点よりも低い温度で焼結する点に、製法上の特
徴を有する。そして、この混合粉末は、原料粉末である
CeO2 系部分安定化ジルコニア粉末と分散相である平
均粒径0.2μm〜1μmの微粒子とを所定量配合した
ものをエタノール、アセトン、トルエン等を溶媒として
湿式ボールミル混合し、次いで乾燥する方法等により得
られる。
[0017] As method for obtaining a zirconia composite ceramic sintered body according to the present invention described above, according to claim 1 and
The production method according to the second aspect of the present invention is a method for producing a partially stabilized zirconia powder containing 5 to 30 mol% of CeO 2 , Al 2 O 3 , Si
C, Si 3 N 4 or B 4 C or IVa, V in the periodic table
a, a mixed powder comprising fine particles having an average particle diameter of 0.2 μm to 1 μm, which is made of at least one selected from carbides, nitrides or borides of elements belonging to Group VIa, The method is characterized in that it is sintered at a temperature lower than the melting point of the fine particles having a diameter of 0.2 μm to 1 μm. The mixed powder is prepared by blending a predetermined amount of a raw material powder, CeO 2 -based partially stabilized zirconia powder, and fine particles having an average particle diameter of 0.2 μm to 1 μm, which is a dispersed phase, in ethanol, acetone, toluene, or the like. And then a wet ball mill mixing followed by drying.

【0018】請求項1及び請求項2に係る発明の製法で
は、上記の混合粉末を常用の成形法である乾式プレスあ
るいは射出成形法等により所望の形状に成形し、さら
に、常圧焼結、真空焼結、ガス圧焼結、ホットプレス焼
結、又は熱間静水圧加圧焼結(HIP)等により焼結し
て、緻密化された焼結体を得る。なお、成形と焼結は、
別々に行ってもよく、同時でもよく、制限はない。
In the production method according to the first and second aspects of the present invention, the mixed powder is molded into a desired shape by a conventional molding method such as a dry press or an injection molding method. Sintering is performed by vacuum sintering, gas pressure sintering, hot press sintering, hot isostatic pressing (HIP), or the like to obtain a densified sintered body. In addition, molding and sintering
It may be performed separately or simultaneously, and there is no limitation.

【0019】また、焼結の雰囲気は、部分安定化ジルコ
ニアの原料粉末並びにAl2 3 、SiC、Si3 4
及びB4 C並びに周期律表のIVa、Va、VIa族に属す
る元素の炭化物、窒化物及びほう化物の酸化を防ぐた
め、真空、窒素ガス、アルゴンガスの如き不活性ガス雰
囲気が適当である。また、熱間静水圧加圧焼結では、予
め常圧焼結、ホットプレス等で開気孔の少ない予備焼結
体を作製し、これを熱間静水圧加圧処理する方法あるい
は成形体に金属やガラスで気密シールを施してカプセル
化し、これを熱間静水圧加圧処理する方法のいずれも適
用できる。
The atmosphere for sintering is as follows: raw material powder of partially stabilized zirconia, Al 2 O 3 , SiC, Si 3 N 4
And B 4 C and the Periodic Table of the IVa, Va, the elements of the carbide belonging to Group VIa, to prevent oxidation of the nitrides and borides, vacuum, nitrogen gas, inert gas such as an argon gas atmosphere is suitable. In hot isostatic pressing sintering, a pre-sintered body with few open pores is prepared in advance by normal pressure sintering, hot pressing, etc. Any method can be applied, such as encapsulating by applying an airtight seal with glass or glass and subjecting this to hot isostatic pressing.

【0020】請求項1に係る発明のジルコニア系複合セ
ラミック焼結体の製法において、上記の混合粉末を用い
て得られる成形体を、単斜晶ジルコニア粉末に埋め込ん
で焼結するようにすると、より緻密な焼結体を得ること
がきるので望ましい。この場合の成形体を得る方法につ
いては、特に限定はなく、乾式プレスあるいは射出成形
法等により所望の形状に成形すればよい。そして、この
場合の焼結については、得られた成形体を単斜晶ジルコ
ニア粉末に埋め込んだ状態で、焼結条件に耐える容器内
に挿入し、その後、容積一定、あるいはわずかの加圧条
件下で焼結するようにすればよい。単斜晶ジルコニア粉
末は、約1170℃以上、2370℃以下の温度範囲で
は高温安定相である正方晶ジルコニア粉末となり、約1
170℃以下の温度域では単斜晶ジルコニアに結晶変態
し、この結晶変態時に約4%の体積膨張を示すという性
質を有している。従って、成形体を単斜晶ジルコニア粉
末に埋め込んだ状態で行なう焼結をこの結晶変態温度以
上で行えば、疑似熱間静水圧加圧焼結(疑似HIP焼
結)を行ったことになり、熱間静水圧加圧焼結と類似の
効果が達成され、より緻密な焼結体が得られるようにな
るのである。さらに、従来、安定化剤であるCeO2
カーボン雰囲気中等の還元雰囲気中では還元されてCe
2 3 となりやすく、そのために、還元雰囲気中で焼結
した場合には焼結後の結晶相が正方晶となりにくいとい
う問題や、焼結体が割れる問題等が生じるので、カーボ
ン雰囲気中等の還元雰囲気中での焼結は一般的に困難で
あったが、成形体を単斜晶ジルコニア粉末に埋め込んで
焼結するようにすると、焼結時にカーボンヒーター等の
カーボン源と焼結体とを遮断できるので、CeO2 の還
元を抑制でき、従来のCeO2 の還元に伴う問題を改善
できるるという効果もある。
In the method for producing a zirconia-based composite ceramic sintered body according to the first aspect of the present invention, the compact obtained by using the mixed powder is embedded in monoclinic zirconia powder and sintered. It is desirable because a dense sintered body can be obtained. The method for obtaining the molded body in this case is not particularly limited, and the molded body may be formed into a desired shape by a dry press or an injection molding method. For sintering in this case, the obtained compact was embedded in monoclinic zirconia powder and inserted into a container that can withstand sintering conditions. Sintering may be performed. The monoclinic zirconia powder becomes a tetragonal zirconia powder which is a high-temperature stable phase in a temperature range of about 1170 ° C. or more and 2370 ° C. or less.
In a temperature range of 170 ° C. or less, the crystal is transformed into monoclinic zirconia, and has a property of exhibiting a volume expansion of about 4% during this transformation. Therefore, if the sintering performed in a state in which the compact is embedded in the monoclinic zirconia powder is performed at or above this crystal transformation temperature, pseudo hot isostatic pressing sintering (pseudo HIP sintering) is performed. An effect similar to that of hot isostatic pressing is achieved, and a denser sintered body can be obtained. Further, conventionally, CeO 2 as a stabilizer is reduced in a reducing atmosphere such as a carbon atmosphere to produce CeO 2.
Tends to be 2 O 3, Therefore, when sintered in a reducing atmosphere or a problem that the crystal phase after sintering hardly becomes tetragonal, since such problems sintered body cracking occurs, the reduction of carbon atmosphere moderate Sintering in an atmosphere was generally difficult, but if the compact was embedded in monoclinic zirconia powder and sintered, the carbon source such as a carbon heater was cut off during sintering. Therefore, there is an effect that the reduction of CeO 2 can be suppressed and the problem associated with the conventional reduction of CeO 2 can be improved.

【0021】請求項3に係る発明の製法は、CeO2
5〜30モル%含む部分安定化ジルコニア粉末と、平均
粒径が1μm以下であるγ−Al2 3 粉末とを含む混
合粉末を、1000℃以上、焼結温度以下の温度で仮焼
した後、粉砕して得られた仮焼粉末をγ−Al2 3
末の融点よりも低い温度で焼結する点に、製法上の特徴
を有する。アルミナ粒子分散型の複合セラミック焼結体
の場合には、分散種であるアルミナ粒子の原料としてγ
−Al2 3 粉末を用いることは一次粒子径が非常に細
かいので好ましいが、反面、大きな比表面積を有し、か
さ高いため、常用の成形法(乾式プレス法、あるいは射
出成形法等)で所望の形状を付与することが困難である
という問題があった。そこで、このようなγ−Al2
3 粉末を用いる場合の製法について検討したところ、C
eO2 を5〜30モル%含む部分安定化ジルコニア粉末
と、γ−Al2 3 粉末とを含む混合粉末を、1000
℃以上、焼結温度以下の温度で仮焼した後、粉砕して得
られた仮焼粉末を焼結するようにすると、常用の成形法
で所望の形状を付与することが可能となり、緻密な焼結
体を得ることができるようになることを見出した。この
場合の仮焼温度としては、γ−α転移温度(約1000
℃)以上であり、仮焼後に粉砕しやすいようにする観点
から、1300℃以下であることが好ましい。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for producing a mixed powder comprising a partially stabilized zirconia powder containing 5 to 30 mol% of CeO 2 and a γ-Al 2 O 3 powder having an average particle diameter of 1 μm or less. , After calcination at a temperature of 1000 ° C. or higher and a sintering temperature or lower, the calcined powder obtained by pulverization is sintered at a temperature lower than the melting point of γ-Al 2 O 3 powder. Has features. In the case of an alumina particle-dispersed composite ceramic sintered body, γ is used as a raw material for alumina particles as a dispersion species.
It is preferable to use -Al 2 O 3 powder because the primary particle diameter is very fine, but on the other hand, since it has a large specific surface area and is bulky, it can be formed by a conventional molding method (dry press method, injection molding method, etc.). There is a problem that it is difficult to give a desired shape. Therefore, such γ-Al 2 O
3 When examining the manufacturing method when using powder, C
A mixed powder containing a partially stabilized zirconia powder containing 5 to 30 mol% of eO 2 and a γ-Al 2 O 3 powder was 1000
After calcination at a temperature of not less than ℃ and below the sintering temperature, if the calcined powder obtained by pulverization is sintered, it becomes possible to impart a desired shape by a common molding method, It has been found that a sintered body can be obtained. As the calcination temperature in this case, the γ-α transition temperature (about 1000
° C) or higher, and preferably 1300 ° C or lower from the viewpoint of facilitating pulverization after calcination.

【0022】[0022]

【実施例】【Example】

(実施例1〜6及び比較例1〜2)CeO2 を表1に示
すごとく5〜35モル%含む部分安定化ジルコニア粉末
に、平均粒径0.2μm、純度98%以上のβ−SiC
の微粒子を5容量%添加したものを、ポリエチレン被覆
鉄製ボールとポリエチレン容器を用い、アセトンを溶媒
として24時間湿式ボールミル混合した。得られた粉末
を静水圧プレスによりφ60mm、厚さ5mmの円盤状
成形体とし、アルゴン雰囲気中、焼結温度1600℃、
保持時間2時間の条件下で焼結した。
(Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2) β-SiC having an average particle size of 0.2 μm and a purity of 98% or more was added to a partially stabilized zirconia powder containing 5 to 35 mol% of CeO 2 as shown in Table 1.
Was added to a polyethylene-coated iron ball and a polyethylene container and mixed in a wet ball mill for 24 hours using acetone as a solvent. The obtained powder was formed into a disc-shaped compact having a diameter of 60 mm and a thickness of 5 mm by a hydrostatic press, and a sintering temperature of 1600 ° C. in an argon atmosphere.
Sintering was performed under the conditions of a holding time of 2 hours.

【0023】これらの焼結体は相対密度99%以上、気
孔率1%以下の緻密なものであり、走査型電子顕微鏡、
及び透過型電子顕微鏡による観察により、SiCの微粒
子が部分安定化ジルコニア粒内に存在していることが確
認された。
These sintered bodies are dense with a relative density of 99% or more and a porosity of 1% or less.
In addition, observation with a transmission electron microscope confirmed that SiC fine particles were present in the partially stabilized zirconia grains.

【0024】次いで、前記の円盤状の焼結体から切断、
研削加工して、4×3×35mmの試料を作製し、この
試料につき、JISR1601により、室温における3
点曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に
研磨し、JISR1607によるSEPB法により、破
壊靱性値を測定した。以上の測定結果を表1に示す。
Next, cutting from the disc-shaped sintered body,
By grinding, a sample of 4 × 3 × 35 mm was prepared.
The point bending strength was measured. The surface of the sample was polished to a mirror surface, and the fracture toughness value was measured by the SEPB method according to JISR1607. Table 1 shows the above measurement results.

【0025】上記試料をX線回折により、結晶相の同定
を行い、次いで各相の割合を定量した。その結果を表1
にジルコニアの結晶相として示す。但し、ジルコニアの
結晶相の記号については、Tは正方晶、Cは立方晶、M
は単斜晶をそれぞれ表している。
The crystal phase of the sample was identified by X-ray diffraction, and the ratio of each phase was quantified. Table 1 shows the results.
The crystal phase of zirconia is shown in FIG. However, regarding the symbol of the crystal phase of zirconia, T is tetragonal, C is cubic, M
Represents a monoclinic crystal.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】(実施例7〜19)CeO2 を12モル%
含む部分安定化ジルコニア粉末に、表2及び表3に示す
ごとく、平均粒径1μm以下の種々の微粒子を5容量%
添加したものを、ポリエチレン被覆鉄製ボールとポリエ
チレン容器を用い、アセトンを溶媒として24時間湿式
ボールミル混合した。但し、表3で微粒子が2種類のも
のは、それぞれの種類を2.5容量%、総量で5容量%
となるよう調整した。得られた粉末を高純度アルミナ製
モールドを用いて、アルゴン雰囲気中、表2及び表3に
示す焼結温度で、保持時間2時間、プレス圧力30MP
aの条件下で焼結し、φ50mm、厚さ4mmの円盤状
成形体を得た。
Examples 7 to 19: 12 mol% of CeO 2
As shown in Tables 2 and 3, 5% by volume of various fine particles having an average particle size of 1 μm or less was added to the partially stabilized zirconia powder.
The resulting mixture was mixed in a wet ball mill for 24 hours using polyethylene coated iron balls and a polyethylene container with acetone as a solvent. However, in Table 3, when two types of fine particles are used, each type is 2.5% by volume, and the total amount is 5% by volume.
It was adjusted to become. Using a high-purity alumina mold, the obtained powder was sintered in an argon atmosphere at the sintering temperatures shown in Tables 2 and 3 for a holding time of 2 hours and a pressing pressure of 30 MPa.
Sintering was performed under the conditions of a to obtain a disc-shaped molded body having a diameter of 50 mm and a thickness of 4 mm.

【0028】これらの焼結体は相対密度99%以上、気
孔率1%以下の緻密なものであり、走査型電子顕微鏡、
及び透過型電子顕微鏡による観察により、表2及び表3
に示す種々の微粒子は、部分安定化ジルコニア粒内に存
在していることが確認された。また、ジルコニアの結晶
相はすべて正方晶であった。
These sintered bodies are dense with a relative density of 99% or more and a porosity of 1% or less.
And Table 2 and Table 3 by observation with a transmission electron microscope.
It was confirmed that the various fine particles shown in (1) existed in the partially stabilized zirconia particles. The crystal phase of zirconia was all tetragonal.

【0029】次いで、前記の円盤状の焼結体から切断、
研削加工して、4×3×35mmの試料を作製し、この
試料につき、JISR1601により室温における3点
曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に研
磨しJISR1607によるSEPB法により破壊靱性
値を測定した。以上の測定結果を表2及び表3に示す。
Next, cutting from the disc-shaped sintered body,
By grinding, a 4 × 3 × 35 mm sample was prepared, and the three-point bending strength of this sample at room temperature was measured according to JISR1601. The surface of the sample was polished to a mirror surface, and the fracture toughness value was measured by the SEPB method according to JISR1607. Tables 2 and 3 show the above measurement results.

【0030】[0030]

【表2】 [Table 2]

【0031】[0031]

【表3】 [Table 3]

【0032】(比較例3〜15)CeO2 を12モル%
含む部分安定化ジルコニア粉末に添加する微粒子とし
て、表4及び表5に示すごとく、平均粒径1μmを越え
る種々の微粒子を用いた以外は実施例7〜19と同様に
して円盤状成形体を得た。
(Comparative Examples 3 to 15) 12 mol% of CeO 2
As shown in Tables 4 and 5, as the fine particles to be added to the partially stabilized zirconia powder containing, various kinds of fine particles having an average particle diameter exceeding 1 μm were used, and a disc-shaped molded body was obtained in the same manner as in Examples 7 to 19. Was.

【0033】次いで、前記の円盤状の焼結体から切断、
研削加工して、4×3×35mmの試料を作製し、この
試料につき、JISR1601により室温における3点
曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に研
磨しJISR1607によるSEPB法により破壊靱性
値を測定した。以上の測定結果を表4及び表5に示す。
Next, cutting from the disc-shaped sintered body,
By grinding, a 4 × 3 × 35 mm sample was prepared, and the three-point bending strength of this sample at room temperature was measured according to JISR1601. The surface of the sample was polished to a mirror surface, and the fracture toughness value was measured by the SEPB method according to JISR1607. Tables 4 and 5 show the above measurement results.

【0034】[0034]

【表4】 [Table 4]

【0035】[0035]

【表5】 [Table 5]

【0036】(実施例20〜25及び比較例16〜1
7)CeO2 を12モル%含む部分安定化ジルコニア粉
末に、平均粒径0.2μm、純度98%以上のβ−Si
Cの微粒子を表6に示すごとく0〜60容量%添加した
ものを、ポリエチレン被覆鉄製ボールとポリエチレン容
器を用い、アセトンを溶媒として24時間湿式ボールミ
ル混合した。得られた粉末を高純度アルミナ製モールド
を用いてアルゴン雰囲気中、焼結温度1600℃、保持
時間2時間、プレス圧力30MPaの条件下で焼結し、
φ50mm,厚さ4mmの円盤状焼結体を得た。
(Examples 20 to 25 and Comparative Examples 16 to 1)
7) β-Si having an average particle size of 0.2 μm and a purity of 98% or more was added to a partially stabilized zirconia powder containing 12 mol% of CeO 2.
As shown in Table 6, 0 to 60% by volume of fine particles of C was added to a wet ball mill for 24 hours using a polyethylene-coated iron ball and a polyethylene container with acetone as a solvent. The obtained powder was sintered using a high-purity alumina mold in an argon atmosphere at a sintering temperature of 1600 ° C., a holding time of 2 hours, and a pressing pressure of 30 MPa,
A disc-shaped sintered body having a diameter of 50 mm and a thickness of 4 mm was obtained.

【0037】これらの焼結体の中でSiCの添加量が5
0容量%以下のものは、相対密度99%以上、気孔率1
%以下の緻密なものであり、走査型電子顕微鏡、及び透
過型電子顕微鏡による観察により、SiCの微粒子が部
分安定化ジルコニア粒内に存在していることが確認され
た。但し、SiC添加量が30容量%を越えると、添加
量の増加に伴い次第に緻密化が困難となる傾向を示し、
60容量%においては、相対密度が95%以下となっ
た。
In these sintered bodies, the amount of SiC added was 5
Those having 0% by volume or less have a relative density of 99% or more and a porosity of 1
% Or less, and it was confirmed by observation with a scanning electron microscope and a transmission electron microscope that SiC fine particles were present in the partially stabilized zirconia grains. However, when the added amount of SiC exceeds 30% by volume, the densification tends to gradually become difficult as the added amount increases,
At 60% by volume, the relative density was 95% or less.

【0038】次いで、前記の円盤状の焼結体から切断、
研削加工して、4×3×35mmの試料を作製し、この
試料につき、JISR1601により室温における3点
曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に研
磨しJISR1607によるSEPB法により破壊靱性
値を測定した。以上の測定結果を表6に示す。
Next, cutting from the disc-shaped sintered body,
By grinding, a 4 × 3 × 35 mm sample was prepared, and the three-point bending strength of this sample at room temperature was measured according to JISR1601. The surface of the sample was polished to a mirror surface, and the fracture toughness value was measured by the SEPB method according to JISR1607. Table 6 shows the above measurement results.

【0039】表6に示した数値を用いて、SiCの添加
量の変化に伴う室温における3点曲げ強度の変化を図1
に、SiCの添加量の変化に伴う破壊靱性値の変化を図
2にそれぞれ示す。なお、焼結体中のSiCの含有量
(容量%)を調べたところ、SiCの含有量(容量%)
とSiCの添加量(容量%)とはよく一致していた。図
1、図2より、SiCの添加量(含有量)が30容量%
までは添加量(含有量)の増大と共に、3点曲げ強度、
破壊靱性値共に向上し、30〜50容量%では、添加量
(含有量)の増大と共に3点曲げ強度、破壊靱性値共に
緩やかな減少を示した。そして、添加量(含有量)が6
0容量%での3点曲げ強度、破壊靱性値は部分安定化ジ
ルコニア単体の3点曲げ強度、破壊靱性値より低い値と
なった。
Using the numerical values shown in Table 6, the change in the three-point bending strength at room temperature with the change in the amount of SiC added is shown in FIG.
FIG. 2 shows the change in the fracture toughness value with the change in the amount of SiC added. When the content (% by volume) of SiC in the sintered body was examined, the content (% by volume) of SiC was determined.
And the amount (% by volume) of SiC added well. 1 and 2, the content (content) of SiC is 30% by volume.
Up to three-point bending strength,
Both the fracture toughness values were improved, and at 30 to 50% by volume, the three-point bending strength and the fracture toughness values showed a gradual decrease as the added amount (content) increased. And the addition amount (content) is 6
The three-point bending strength and fracture toughness at 0% by volume were lower than the three-point bending strength and fracture toughness of the partially stabilized zirconia alone.

【0040】[0040]

【表6】 [Table 6]

【0041】(実施例26〜34)CeO2 を12モル
%含む部分安定化ジルコニア粉末に、表7に示すごとく
平均粒径1μm以下の種々の微粒子を5容量%添加した
ものを、ポリエチレン被覆鉄製ボールとポリエチレン容
器を用い、アセトンを溶媒として24時間湿式ボールミ
ル混合した。得られた粉末を静水圧プレスによりφ60
mm、厚さ5mmの円盤状の成型体を得た。得られた成
型体を平均粒径2μmの単斜晶ジルコニア粉末とともに
内径65mmの高純度アルミナ製モールドの中に埋め込
み、アルゴン雰囲気中で、表7に示す焼結温度で、保持
時間3時間の条件下で焼結した。なお、焼結中のアルミ
ナ容器(アルミナ製モールド)内の容器を一定に保つた
め、上パンチにわずかの荷重(約0.1MPa)を加え
た条件で焼結し、冷却後、単斜晶ジルコニア粉末の中か
ら焼結体を取り出した。
(Examples 26 to 34) As shown in Table 7, 5% by volume of various fine particles having an average particle size of 1 μm or less was added to partially stabilized zirconia powder containing 12 mol% of CeO 2, which was made of polyethylene-coated iron. Using a ball and a polyethylene container, wet ball mill mixing was performed for 24 hours using acetone as a solvent. The obtained powder is pressed with a hydrostatic press to φ60.
Thus, a disk-shaped molded product having a thickness of 5 mm and a thickness of 5 mm was obtained. The obtained molded body was embedded in a high-purity alumina mold having an inner diameter of 65 mm together with a monoclinic zirconia powder having an average particle size of 2 μm, and in an argon atmosphere, at a sintering temperature shown in Table 7, at a holding time of 3 hours. Sintered below. In order to keep the container in the alumina container (alumina mold) during sintering constant, sintering was performed under the condition that a slight load (approximately 0.1 MPa) was applied to the upper punch. After cooling, the monoclinic zirconia was cooled. The sintered body was taken out from the powder.

【0042】実施例26〜34で得られた焼結体は、相
対密度99%以上、気孔率1%以下の緻密なものであ
り、走査型電子顕微鏡、及び透過型電子顕微鏡による観
察により、表7に示す種々の微粒子が部分安定化ジルコ
ニア粒内に存在していることが確認された。また、得ら
れた焼結体中のジルコニアの結晶相はすべて正方晶であ
った。
The sintered bodies obtained in Examples 26 to 34 were dense with a relative density of 99% or more and a porosity of 1% or less, and were observed with a scanning electron microscope and a transmission electron microscope. It was confirmed that various fine particles shown in No. 7 were present in the partially stabilized zirconia grains. The crystal phase of zirconia in the obtained sintered body was all tetragonal.

【0043】次いで、前記の円盤状の焼結体から切断、
研削加工して、4×3×35mmの試料を作製し、この
試料につき、JISR1601により室温における3点
曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に研
磨しJISR1607によるSEPB法により破壊靱性
値を測定した。以上の測定結果を表7に示す。
Next, cutting from the disc-shaped sintered body,
By grinding, a 4 × 3 × 35 mm sample was prepared, and the three-point bending strength of this sample at room temperature was measured according to JISR1601. The surface of the sample was polished to a mirror surface, and the fracture toughness value was measured by the SEPB method according to JISR1607. Table 7 shows the above measurement results.

【0044】[0044]

【表7】 [Table 7]

【0045】(実施例35) CeO2 を12モル%含む部分安定化ジルコニア粉末
に、比表面積300 2 /gのγ−Al2 3 粉末(微
粒子)を5容量%添加したものを、ポリエチレン被覆鉄
製ボールとポリエチレン容器を用い、アセトンを溶媒と
して24時間湿式ボールミル混合した。得られた混合粉
末を大気中、1200℃で3時間仮焼した後、ジルコニ
ア製ボールとジルコニア容器を用い、24時間乾式粉砕
した。こうして得られた仮焼粉末を用いて、静水圧プレ
スによりφ60mm、厚さ5mmの円盤状の成型体を得
た。得られた成型体を大気中、焼結温度1550℃、保
持時間3時間の条件下で焼結した。得られた焼結体は、
相対密度99%以上、気孔率1%以下の緻密なものであ
り、走査型電子顕微鏡、及び透過型電子顕微鏡による観
察により、Al2 3 微粒子が部分安定化ジルコニア粒
内に存在していることが確認された。また、得られた焼
結体中のジルコニアの結晶相はすべて正方晶であった。
Example 35 A partially stabilized zirconia powder containing 12 mol% of CeO 2 and 5 vol% of γ-Al 2 O 3 powder (fine particles) having a specific surface area of 300 m 2 / g were added to polyethylene. Using a coated iron ball and a polyethylene container, wet ball mill mixing was performed for 24 hours using acetone as a solvent. The obtained mixed powder was calcined in the air at 1200 ° C. for 3 hours and then dry-pulverized for 24 hours using a zirconia ball and a zirconia container. Using the calcined powder thus obtained, a disk-shaped molded body having a diameter of 60 mm and a thickness of 5 mm was obtained by isostatic pressing. The obtained molded body was sintered in the atmosphere under the conditions of a sintering temperature of 1550 ° C. and a holding time of 3 hours. The obtained sintered body is
It is dense with a relative density of 99% or more and a porosity of 1% or less, and Al 2 O 3 fine particles are present in partially stabilized zirconia particles by observation with a scanning electron microscope and a transmission electron microscope. Was confirmed. The crystal phase of zirconia in the obtained sintered body was all tetragonal.

【0046】次いで、前記の円盤状の焼結体から切断、
研削加工して、4×3×35mmの試料を作製し、この
試料につき、JISR1601により室温における3点
曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に研
磨しJISR1607によるSEPB法により破壊靱性
値を測定した。以上の測定結果を表8に示す。
Next, cutting from the disc-shaped sintered body,
By grinding, a 4 × 3 × 35 mm sample was prepared, and the three-point bending strength of this sample at room temperature was measured according to JISR1601. The surface of the sample was polished to a mirror surface, and the fracture toughness value was measured by the SEPB method according to JISR1607. Table 8 shows the above measurement results.

【0047】(比較例18)実施例35における仮焼処
理を行なわずに、直ちに焼結するようにした他は、実施
例35と同様にして焼結体を得たのが比較例18であ
る。
(Comparative Example 18) In Comparative Example 18, a sintered body was obtained in the same manner as in Example 35 except that sintering was performed immediately without performing the calcination treatment in Example 35. .

【0048】CeO2 を12モル%含む部分安定化ジル
コニア粉末に、比表面積300 2 /gのγ−Al2
3 粉末(微粒子)を5容量%添加したものを、ポリエチ
レン被覆鉄製ボールとポリエチレン容器を用い、アセト
ンを溶媒として24時間湿式ボールミル混合した。得ら
れた混合粉末を仮焼処理を行なわずに、直ちに静水圧プ
レスにより成型し、φ60mm、厚さ5mmの円盤状の
成型体を得た。得られた成型体を大気中、焼結温度15
50℃、保持時間3時間の条件下で焼結した。得られた
焼結体は、相対密度97%以下と緻密化が不十分なもの
であった。
A partially stabilized zirconia powder containing 12 mol% of CeO 2 was added to γ-Al 2 O having a specific surface area of 300 m 2 / g.
3 A powder to which 5% by volume of powder (fine particles) had been added was mixed in a wet ball mill for 24 hours using a polyethylene-coated iron ball and a polyethylene container with acetone as a solvent. The obtained mixed powder was immediately molded by an isostatic press without performing a calcination treatment, to obtain a disk-shaped molded body having a diameter of 60 mm and a thickness of 5 mm. The obtained molded body was sintered in air at a sintering temperature of 15
Sintering was performed at 50 ° C. for a holding time of 3 hours. The obtained sintered body had a relative density of 97% or less and was insufficiently densified.

【0049】得られた焼結体から切断、研削加工して、
4×3×35mmの試料を作製し、この試料につき、J
ISR1601により室温における3点曲げ強度を測定
した。また、前記試料の表面を鏡面に研磨しJISR1
607によるSEPB法により破壊靱性値を測定した。
以上の測定結果を表8に示す。
After cutting and grinding from the obtained sintered body,
A 4 × 3 × 35 mm sample was prepared, and this sample was
The three-point bending strength at room temperature was measured by ISR1601. In addition, the surface of the sample is polished to a mirror surface and JISR1
The fracture toughness value was measured by the SEPB method according to 607.
Table 8 shows the above measurement results.

【0050】[0050]

【表8】 [Table 8]

【0051】[0051]

【発明の効果】CeO 2 を5〜30モル%含む部分安定
化ジルコニア粉末及びAl 2 3 、SiC、Si 3 4
若しくはB 4 C又は周期律表のIVa、Va、VIa族に属
する元素の炭化物、窒化物若しくはほう化物の中から選
ばれた少なくとも一種以上よりなる、平均粒径0.2μ
m〜1μmである微粒子とを含む混合粉末を、前記微粒
子の融点よりも低い温度で焼結する請求項1及び請求項
2記載のジルコニア系複合セラミック焼結体の製法によ
れば、強度及び靭性が向上しているジルコニア系複合セ
ラミック焼結体を製造することができる。また、請求項
3記載のジルコニア系複合セラミック焼結体の製法によ
れば、アルミナ粒子の原料としてγ−Al 2 3 粉末を
用いた場合でも強度及び靭性が向上しているジルコニア
系複合セラミック焼結体を製造することができる。
EFFECT OF THE INVENTION Partially stable containing 5 to 30 mol% of CeO 2
Zirconia powder and Al 2 O 3 , SiC, Si 3 N 4
Or B 4 C or belongs to the IVa, Va, VIa group of the periodic table
Of carbides, nitrides or borides
Average particle size 0.2μ
a mixed powder containing fine particles having a particle size of
And sintering at a temperature lower than the melting point of the element.
According to the method for producing a zirconia-based composite ceramic sintered body described in 2 above
Zirconia-based composite cells with improved strength and toughness
A lamic sintered body can be manufactured. Claims
According to the method for producing a zirconia-based composite ceramic sintered body described in 3
Then, γ-Al 2 O 3 powder is used as a raw material for alumina particles.
Zirconia with improved strength and toughness even when used
A composite ceramic sintered body can be manufactured.

【0052】[0052]

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

【図1】本発明の実施例20〜25及び比較例16〜1
7に係る複合セラミック焼結体についての、SiCの添
加量と室温における3点曲げ強度との関係を示したグラ
フである。
FIG. 1 shows Examples 20 to 25 of the present invention and Comparative Examples 16 to 1.
7 is a graph showing the relationship between the amount of SiC added and the three-point bending strength at room temperature for the composite ceramic sintered body according to Example 7.

【図2】本発明の実施例20〜25及び比較例16〜1
7に係る複合セラミック焼結体についての、SiCの添
加量と破壊靱性値との関係を示したグラフである。
FIG. 2 shows Examples 20 to 25 of the present invention and Comparative Examples 16 to 1.
7 is a graph showing the relationship between the amount of SiC added and the fracture toughness value for the composite ceramic sintered body according to Example 7.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新原 晧一 大阪府枚方市香里カ丘9丁目7番地香里 合同宿舎1142 (72)発明者 中平 敦 大阪府吹田市青山台1丁目2番地C33− 307号 (72)発明者 関野 徹 大阪府豊中市西緑丘2丁目2番3−341 号 (56)参考文献 特開 昭61−251568(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Koichi Niihara 9-7 Koriokaoka, Hirakata-shi, Osaka Kori Joint Dormitory 1142 (72) Inventor Atsushi Nakahira 1-2-3 Aoyamadai, Suita-shi, Osaka C33-307 No. (72) Inventor Toru Sekino 2-2-2341 Nishi Midorioka, Toyonaka-shi, Osaka (56) References JP-A-61-251568 (JP, A)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 CeO 2 を5〜30モル%含む部分安定
化ジルコニアマトリックス粒子内に、第2相として、前
記ジルコニアマトリックスの焼結温度よりも高い融点を
持ち、且つAl 2 3 、SiC、Si 3 4 若しくはB
4 C又は周期律表のIVa、Va、VIa族に属する元素の
炭化物、窒化物若しくはほう化物の中から選ばれた少な
くとも一種以上よりなる微粒子の分散相を有していて、
相対密度が99%以上であるジルコニア系複合セラミッ
ク焼結体の製法であって、CeO 2 を5〜30モル%含
む部分安定化ジルコニア粉末と、Al 2 3 、SiC、
Si 3 4 若しくはB 4 C又は周期律表のIVa、Va、
VIa族に属する元素の炭化物、窒化物若しくはほう化物
の中から選ばれた少なくとも一種以上よりなる、平均粒
径が0.2μm〜1μmである微粒子とを含む混合粉末
を、前記の平均粒径が0.2μm〜1μmである微粒子
の融点よりも低い温度で焼結することを特徴とするジル
コニア系複合セラミック焼結体の製法。
1. Partially stable containing 5 to 30 mol% of CeO 2
In the zirconia matrix particles as a second phase
Melting point higher than the sintering temperature of the zirconia matrix
Al 2 O 3 , SiC, Si 3 N 4 or B
4 C or the Periodic Table of the IVa, Va, of the elements belonging to Group VIa
Selected from among carbides, nitrides or borides
At least a dispersed phase of at least one kind of fine particles,
Zirconia composite ceramics with relative density of 99% or more
A method of click sintered body, the CeO 2 5 to 30 mol% free
Partially stabilized zirconia powder, Al 2 O 3 , SiC,
Si 3 N 4 or B 4 C or IVa, Va,
Carbides, nitrides or borides of group VIa elements
Average grain consisting of at least one selected from among
Mixed powder containing fine particles having a diameter of 0.2 μm to 1 μm
Are fine particles having an average particle size of 0.2 μm to 1 μm.
Characterized by sintering at a temperature lower than the melting point of
A method for producing a konia-based composite ceramic sintered body.
【請求項2】 上記の混合粉末を用いて得られる成形体
を、単斜晶ジルコニア粉末に埋め込んで焼結することを
特徴とする請求項1記載のジルコニア系複合セラミック
焼結体の製法。
2. A molded article obtained by using the above mixed powder.
Embedded in monoclinic zirconia powder and sintered.
The zirconia-based composite ceramic according to claim 1, wherein
Manufacturing method of sintered body.
【請求項3】 CeO 2 を5〜30モル%含む部分安定
化ジルコニアマトリックス粒子内に、第2相として、前
記ジルコニアマトリックスの焼結温度よりも高い融点を
持ち、且つAl 2 3 、SiC、Si 3 4 若しくはB
4 C又は周期律表のIVa、Va、VIa族に属する元素の
炭化物、窒化物若しくはほう化物の中から選ばれた少な
くとも一種以上よりなる微粒子の分散相を有していて、
相対密度が99%以上であるジルコニア系複合セラミッ
ク焼結体の製法であって、CeO 2 を5〜30モル%含
む部分安定化ジルコニア粉末と、平均粒径が1μm以下
であるγ−Al 2 3 粉末とを含む混合粉末を、100
0℃以上、焼結温度以下の温度で仮焼した後、粉砕して
得られた仮焼粉末をγ−Al 2 3 粉末の融点よりも低
い温度で焼結することを特徴とするジルコニア系複合セ
ラミック焼結体の製法。
3. Partially stable containing 5 to 30 mol% of CeO 2.
In the zirconia matrix particles as a second phase
Melting point higher than the sintering temperature of the zirconia matrix
Al 2 O 3 , SiC, Si 3 N 4 or B
4 C or the Periodic Table of the IVa, Va, of the elements belonging to Group VIa
Selected from among carbides, nitrides or borides
At least a dispersed phase of at least one kind of fine particles,
Zirconia composite ceramics with relative density of 99% or more
A method of click sintered body, the CeO 2 5 to 30 mol% free
Partially stabilized zirconia powder with an average particle size of 1 μm or less
Γ-Al 2 O 3 powder,
After calcination at a temperature of 0 ° C or more and below the sintering temperature, pulverize
The obtained calcined powder is lower than the melting point of the γ-Al 2 O 3 powder.
Zirconia-based composite cell characterized by sintering at a
Manufacturing method of lamic sintered body.
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