JP2762495B2 - 耐食性および耐熱水性に優れたジルコニア焼結体 - Google Patents
耐食性および耐熱水性に優れたジルコニア焼結体Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高強度であって耐食性および熱安定性に優
れ、かつ長時間熱水中に保持しても経時劣化の少ない、
すなわち耐熱水性に優れたジルコニア焼結体に関するも
のである。
れ、かつ長時間熱水中に保持しても経時劣化の少ない、
すなわち耐熱水性に優れたジルコニア焼結体に関するも
のである。
［従来の技術］ 従来から高強度セラミックス材料の１つとして、ジル
コニアにY2O3を添加した部分安定化ジルコニアが知られ
ている。しかしながら、この部分安定化ジルコニアは熱
的に不安定であり、大気中200〜250℃で長時間保持する
と結晶の正方晶が単斜晶に相転移し、このため機械的強
度や靭性が低下するという問題がある。これと同様のこ
とが酸，アルカリ水溶液または熱水中においても生じる
が、特に170〜200℃の熱水中では相転移が促進されるこ
とが知られている。
コニアにY2O3を添加した部分安定化ジルコニアが知られ
ている。しかしながら、この部分安定化ジルコニアは熱
的に不安定であり、大気中200〜250℃で長時間保持する
と結晶の正方晶が単斜晶に相転移し、このため機械的強
度や靭性が低下するという問題がある。これと同様のこ
とが酸，アルカリ水溶液または熱水中においても生じる
が、特に170〜200℃の熱水中では相転移が促進されるこ
とが知られている。
近年、この温度範囲における劣化（低温劣化）を防ぐ
ために、Y2O3添加量の増加したあるいは安定化剤をY2O3
からCeO2に変更した部分安定化ジルコニアが研究されて
いる（1983年窯業基礎討論会1A6,10項）。そして、Y2O3
の他にCeO2およびAl2O3の両者を含む耐熱安定性に優れ
た部分安定化ジルコニアが得られている（特開昭61−21
9756）。しかしながら、Y2O3含有量が増加したものやCe
O2系部分安定化ジルコニアを安定化剤として用いたもの
は、機械的強度が低い。また、Y2O3のほかCeO2およびAl
2O3を併用するものは、多量のCeO2を添加しないと効果
が発揮されない。この他、Y2O3系部分安定化ジルコニア
にAl2O3,MgO,SiO2およびCaOの４成分を添加して低温劣
化を抑制したものも知られているが（特開昭59−11197
6）、これも劣化を防ぐには十分でなく、機械的強度も
低いことや添加剤の種類が多いこともあり、経済的でな
い。
ために、Y2O3添加量の増加したあるいは安定化剤をY2O3
からCeO2に変更した部分安定化ジルコニアが研究されて
いる（1983年窯業基礎討論会1A6,10項）。そして、Y2O3
の他にCeO2およびAl2O3の両者を含む耐熱安定性に優れ
た部分安定化ジルコニアが得られている（特開昭61−21
9756）。しかしながら、Y2O3含有量が増加したものやCe
O2系部分安定化ジルコニアを安定化剤として用いたもの
は、機械的強度が低い。また、Y2O3のほかCeO2およびAl
2O3を併用するものは、多量のCeO2を添加しないと効果
が発揮されない。この他、Y2O3系部分安定化ジルコニア
にAl2O3,MgO,SiO2およびCaOの４成分を添加して低温劣
化を抑制したものも知られているが（特開昭59−11197
6）、これも劣化を防ぐには十分でなく、機械的強度も
低いことや添加剤の種類が多いこともあり、経済的でな
い。
以上述べてきたように、Y2O3によって部分安定化した
ジルコニアには、優れた耐食性，耐熱安定性および耐熱
水性を示し、かつ高い機械的強度を有するものがないの
が現状である。
ジルコニアには、優れた耐食性，耐熱安定性および耐熱
水性を示し、かつ高い機械的強度を有するものがないの
が現状である。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明はこのような背景および状況において、優れた
耐食性，耐熱安定性および耐熱水性を示し、かつ高い機
械的強度を有するY2O3系部分安定化ジルコニアを提供す
ることにある。
耐食性，耐熱安定性および耐熱水性を示し、かつ高い機
械的強度を有するY2O3系部分安定化ジルコニアを提供す
ることにある。
［課題を解決するための手段および作用］ 本発明は、安定化剤としてY2O3を2.5〜5mol％含む主
として正方晶からなる部分安定化ジルコニア,Al2O3 0.
05〜60wt％およびCaO 0.01〜0.4wt％からなり、SiO2含
有量は0.05w％ｔ未満であり、平均結晶粒径が0.3μｍ以
下であるジルコニア焼結体、を要旨とするものである。
として正方晶からなる部分安定化ジルコニア,Al2O3 0.
05〜60wt％およびCaO 0.01〜0.4wt％からなり、SiO2含
有量は0.05w％ｔ未満であり、平均結晶粒径が0.3μｍ以
下であるジルコニア焼結体、を要旨とするものである。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明における部分安定化ジルコニアは、十分な機械
的強度および靭性をもたせるために、主として正方晶か
らなるものでなければならない。とくに正方晶70％以上
のものが望ましい。この他の結晶相として、単斜晶や正
方晶が含まれていてもかまない。
的強度および靭性をもたせるために、主として正方晶か
らなるものでなければならない。とくに正方晶70％以上
のものが望ましい。この他の結晶相として、単斜晶や正
方晶が含まれていてもかまない。
Y2O3は、正方晶のジルコニアを室温まで保持するため
に必要な安定化剤であるが、2.5mol％より少ないと焼結
体の熱安定性および耐熱水性を十分に向上させることが
できず、いっぽう、5mol％より多いと結晶が立方晶から
なるジルコニアとなって機械的強度が低下する。
に必要な安定化剤であるが、2.5mol％より少ないと焼結
体の熱安定性および耐熱水性を十分に向上させることが
できず、いっぽう、5mol％より多いと結晶が立方晶から
なるジルコニアとなって機械的強度が低下する。
Al2O3は、正方晶のジルコニアが単斜晶に転移する温
度を下げ、ジルコニアの粒成長を抑制し、かつジルコニ
ア粒界での滑り抵抗を増加させて高温強度を高める作用
があるが、0.05wt％より少ないとこの添加効果が十分で
なく、60wt％より多いと靭性の高い上記ジルコニアの含
有量を低めることとなって機械的強度，靭性共に十分な
焼結体とすることができない。しかし、その含有量が5w
t％以上になると耐食性，耐熱安定性および耐熱水性に
差のないことから、0.05〜5wt％でよい。
度を下げ、ジルコニアの粒成長を抑制し、かつジルコニ
ア粒界での滑り抵抗を増加させて高温強度を高める作用
があるが、0.05wt％より少ないとこの添加効果が十分で
なく、60wt％より多いと靭性の高い上記ジルコニアの含
有量を低めることとなって機械的強度，靭性共に十分な
焼結体とすることができない。しかし、その含有量が5w
t％以上になると耐食性，耐熱安定性および耐熱水性に
差のないことから、0.05〜5wt％でよい。
CaOは、正方晶ジルコニアを得るための安定化剤とし
ても、または焼結助剤としても知られている。Y2O3と併
用する場合は、Y2O3系ジルコニア焼結体の焼結助剤とし
て寄与することとなる。0.01wt％より少ないと添加効果
は見られず、0.4wt％より多くなるとジルコニアの粒成
長が促進され、平均結晶粒径0.3μｍ以下の焼結体とす
るのが困難になる。
ても、または焼結助剤としても知られている。Y2O3と併
用する場合は、Y2O3系ジルコニア焼結体の焼結助剤とし
て寄与することとなる。0.01wt％より少ないと添加効果
は見られず、0.4wt％より多くなるとジルコニアの粒成
長が促進され、平均結晶粒径0.3μｍ以下の焼結体とす
るのが困難になる。
SiO2は、ジルコニア中に0.05wt％以上含まれると、Al
2O3と共にジルコニア粒界にガラス相を形成して熱安定
性および耐食性を低下させる。
2O3と共にジルコニア粒界にガラス相を形成して熱安定
性および耐食性を低下させる。
平均結晶粒径が0.3μｍをこえると、Al2O3やCaOを含
有させても熱安定性および耐熱水性が向上しないので好
ましくない。
有させても熱安定性および耐熱水性が向上しないので好
ましくない。
本発明の焼結体は、例えば、所定量の原料の混合粉末
をラバープレス法，射出成形法，金形成形法，押出成形
法などの周知の方法で成形して所望の成形体を作り、こ
の成形体を加熱炉に入れ、1300〜1500℃で焼成して製造
することができる。
をラバープレス法，射出成形法，金形成形法，押出成形
法などの周知の方法で成形して所望の成形体を作り、こ
の成形体を加熱炉に入れ、1300〜1500℃で焼成して製造
することができる。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明のジルコニア
焼結体は、従来のY2O3系部安定化ジルコニア焼結体が不
安定とされる温度に長時間さらされてもほとんど劣化す
ることなく、上記の従来の焼結体を激しく劣化させる
酸，アルカリ，熱水などの中においても高い安定性と機
械的強度を示すため、その実用上の価値は大なるものが
ある。
焼結体は、従来のY2O3系部安定化ジルコニア焼結体が不
安定とされる温度に長時間さらされてもほとんど劣化す
ることなく、上記の従来の焼結体を激しく劣化させる
酸，アルカリ，熱水などの中においても高い安定性と機
械的強度を示すため、その実用上の価値は大なるものが
ある。
［実施例］ 以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
製造例 第１表（本発明材）および第２表（比較材）に示す組
成の部分安定化ジルコニア焼結体を以下のようにして作
製した。すなわち、まず、純度99.9wt％のオキシ塩化ジ
ルコニウム，塩化イットリウムおよび塩化カリウムから
なる水溶液の加水分解によって得られたジルコニアゾル
溶液を凝縮させて沈澱をえ、これを脱水・乾燥し、900
℃で仮焼して部分安定化ジルコア粉末を得た。この粉末
の比表面積は、15m2/gであった。この粉末に純度99.9wt
％のAl2O3および純度99.9wt％のSiO2を加え、湿式混合
後、乾燥させたものを3ton/cm2の加圧で等方的に成型
し、1400〜1550℃で大気中２時間焼成した。こうして得
た焼結体を３×４×40mmに切断し、研磨し、加工したも
のを試験片とした。
成の部分安定化ジルコニア焼結体を以下のようにして作
製した。すなわち、まず、純度99.9wt％のオキシ塩化ジ
ルコニウム，塩化イットリウムおよび塩化カリウムから
なる水溶液の加水分解によって得られたジルコニアゾル
溶液を凝縮させて沈澱をえ、これを脱水・乾燥し、900
℃で仮焼して部分安定化ジルコア粉末を得た。この粉末
の比表面積は、15m2/gであった。この粉末に純度99.9wt
％のAl2O3および純度99.9wt％のSiO2を加え、湿式混合
後、乾燥させたものを3ton/cm2の加圧で等方的に成型
し、1400〜1550℃で大気中２時間焼成した。こうして得
た焼結体を３×４×40mmに切断し、研磨し、加工したも
のを試験片とした。
焼結体における単斜晶および正方晶の割合を第３表お
よび第４表の試験前の欄に示す。
よび第４表の試験前の欄に示す。
試験例 １ 熱劣化試験を、オートクレーブを用いて170℃の熱水
中に24時間保持する方法で行った。そして、試験前と試
験後の焼結体表面の結晶相および曲げ強度を測定した。
結晶相の定量測定は、Ｘ線回折測定法により行った。す
なわち、単斜晶の（111）面と（11）面の積分強度IM
と、正方晶の（111）面の積分強度IT、立方晶の（111）
面の積分強度ICから単斜晶量が次のように求まる。
中に24時間保持する方法で行った。そして、試験前と試
験後の焼結体表面の結晶相および曲げ強度を測定した。
結晶相の定量測定は、Ｘ線回折測定法により行った。す
なわち、単斜晶の（111）面と（11）面の積分強度IM
と、正方晶の（111）面の積分強度IT、立方晶の（111）
面の積分強度ICから単斜晶量が次のように求まる。
単斜晶量（％）＝｛IM/（IM＋IT＋Ic）｝×100 次に、焼結体を微粉砕し、Ｘ線回折による単斜晶およ
び立方晶の積分強度IM′およびIC′から立方晶量が次の
ように求まる。
び立方晶の積分強度IM′およびIC′から立方晶量が次の
ように求まる。
立方晶量（％）＝｛IC′／（IM′＋IC′）｝×100 上記の微粉砕によって正方晶はすべて単斜晶に相転移
したとみなせるので、正方晶は以下のように求まる。
したとみなせるので、正方晶は以下のように求まる。
正方晶量（％）＝ 100−（上記単斜晶量＋上記立方晶量） 試験結果を第３表および第４表に示す。
これらの表において、本発明材である試料No.1〜12
は、試験後においても相転移が小さく、曲げ強度にも劣
化は認められず、これに対し、Y2O3が2mol％である比較
材No.1は、試験後において相転移が進んでおり、曲げ強
度にも劣化が見られる。逆にY2O3が6mol％のもの（比較
材No.12）は、試験後において相転移は生じていない
が、曲げ強度が低く、実用的でない。
は、試験後においても相転移が小さく、曲げ強度にも劣
化は認められず、これに対し、Y2O3が2mol％である比較
材No.1は、試験後において相転移が進んでおり、曲げ強
度にも劣化が見られる。逆にY2O3が6mol％のもの（比較
材No.12）は、試験後において相転移は生じていない
が、曲げ強度が低く、実用的でない。
Al2O3およびCaOのいずれの含有量も小さすぎるもの
（比較材No.2）、CaO含有量の小さすぎるもの（比較材N
o.3,No.6）、Al2O3含有量の小さすぎるもの（比較材No.
4,10,11）は相転移が進んでおり、曲げ強度にも劣化が
認められる。また、CaOが0.4wt％より多く含まれるもの
（比較材No.7）あるいは1550℃で焼成したもの（比較材
No.5）は粒成長が進み、0.3μｍをこえているため、相
転移が大きく進む。SiO2が0.05wt％以上含まれる試料
（比較材No.8,9）も相転移が進んでいる。
（比較材No.2）、CaO含有量の小さすぎるもの（比較材N
o.3,No.6）、Al2O3含有量の小さすぎるもの（比較材No.
4,10,11）は相転移が進んでおり、曲げ強度にも劣化が
認められる。また、CaOが0.4wt％より多く含まれるもの
（比較材No.7）あるいは1550℃で焼成したもの（比較材
No.5）は粒成長が進み、0.3μｍをこえているため、相
転移が大きく進む。SiO2が0.05wt％以上含まれる試料
（比較材No.8,9）も相転移が進んでいる。
以上のことから本発明によるジルコニア焼結体は優れ
た耐熱水性を有することが分る。
た耐熱水性を有することが分る。
試験例 ２ 製造例の第１表および第２表にそれぞれ示した本発明
材の試料No.3,6,10,11および比較材の試料No.1,2,3,4を
用いて、250℃における熱エージング試験を行った。そ
の結果を第１図に示す。
材の試料No.3,6,10,11および比較材の試料No.1,2,3,4を
用いて、250℃における熱エージング試験を行った。そ
の結果を第１図に示す。
この図より比較材No.1,2,3および４は、いずれも時間
と共に相転移が大きく進む。これに対し、本発明材No.
3,6,10および11は、いずれも相転移が小さいことが分
る。従って、本発明の焼結体は優れた耐熱性を有してい
ると言える。
と共に相転移が大きく進む。これに対し、本発明材No.
3,6,10および11は、いずれも相転移が小さいことが分
る。従って、本発明の焼結体は優れた耐熱性を有してい
ると言える。
試験例 ３ 試験例２と同じ試料を用いて100℃、30wt％H2SO4に対
する耐食性試験をつぎのようにして行った。すなわち、
試料を30wt％H2SO4溶液中に30日間浸漬した後、試料表
面の単斜晶量および曲げ強度を測定した。試験結果を第
５表に示す。この表より比較材No.1,2,3および４は、い
ずれも相転移が大きく進むことが分る。これに対し、本
発明材No.3,6,10および11は、いずれも相転移が小さ
く、曲げ強度にも劣化は認められない。従って本発明の
焼結体は耐食性に優れていることが分る。
する耐食性試験をつぎのようにして行った。すなわち、
試料を30wt％H2SO4溶液中に30日間浸漬した後、試料表
面の単斜晶量および曲げ強度を測定した。試験結果を第
５表に示す。この表より比較材No.1,2,3および４は、い
ずれも相転移が大きく進むことが分る。これに対し、本
発明材No.3,6,10および11は、いずれも相転移が小さ
く、曲げ強度にも劣化は認められない。従って本発明の
焼結体は耐食性に優れていることが分る。
第１図は、試験例２における熱劣化試験の時間と単斜晶
の量との関係を示した図である。
の量との関係を示した図である。
Claims (1)
- 【請求項１】安定化剤としてY2O3を2.5〜5mol％含む主
として正方晶からなる部分安定化ジルコニア,Al2O3 0.
05〜60wt％およびCaO 0.01〜0.4wt％からなり、SiO2含
有量は0.05wt％未満であり、平均結晶粒径が0.3μｍ以
下であることを特徴とする、ジルコニア焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63311961A JP2762495B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 耐食性および耐熱水性に優れたジルコニア焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63311961A JP2762495B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 耐食性および耐熱水性に優れたジルコニア焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02157157A JPH02157157A (ja) | 1990-06-15 |
| JP2762495B2 true JP2762495B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=18023521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63311961A Expired - Fee Related JP2762495B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 耐食性および耐熱水性に優れたジルコニア焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2762495B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2464473B (en) | 2008-10-15 | 2012-09-12 | Univ Loughborough | Deformable granule production |
| FR2946337B1 (fr) * | 2009-06-03 | 2011-08-05 | Saint Gobain Ct Recherches | Produit fritte a base d'alumine et de zircone |
| WO2023190119A1 (ja) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | 第一稀元素化学工業株式会社 | ジルコニア粉末、ジルコニア焼結体、及び、ジルコニア焼結体の製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59111976A (ja) * | 1982-12-14 | 1984-06-28 | 松下電器産業株式会社 | ジルコニア磁器 |
| JPS6126562A (ja) * | 1984-07-18 | 1986-02-05 | 東ソー株式会社 | ジルコニア系焼結体 |
| JPH0710746B2 (ja) * | 1985-07-08 | 1995-02-08 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | 高靭性ジルコニア質焼結体 |
-
1988
- 1988-12-12 JP JP63311961A patent/JP2762495B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02157157A (ja) | 1990-06-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |