JP3067156B2 - ムライト―ジルコニア複合焼結体の製造方法 - Google Patents
ムライト―ジルコニア複合焼結体の製造方法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、アルミナとジルコニアとの混合粉末を反応
焼結させて、高温構造材料として有用なムライト−ジル
コニア複合焼結体を製造する方法に関するものである。
焼結させて、高温構造材料として有用なムライト−ジル
コニア複合焼結体を製造する方法に関するものである。
［従来の技術］ ムライト−ジルコニア複合焼結体の製造法としては、
以下の方法が提案されている。
以下の方法が提案されている。
（１）アルミナ粉末とジルコン粉末を混合し、1400℃以
上の温度において反応によりムライト−ジルコニア複合
焼結体を合成する方法（N.Claussen,J.Jahn,J.Am.Cera
m.Soc.,63,228−29（1980）、S.Prochazaka,N.Clausse
n,J.Am.Ceram.Soc.,C125−C127（1983）） （２）アルミナ粉末およびジルコン粉末にさらにマグネ
シアなどの酸化物を１〜10wt％添加してジルコンの分解
を促進させ、ムライト−ジルコニア複合相の合成を促進
させると同時に焼結を行う方法（F.Cambier,et.al.,J.B
r.Trans.83,196−200（1984）） しかし、（１）の方法により得られた焼結体は、使用
しているジルコン粉末の粒子径が大きくかつ純度が低い
ものであった。そのために、えられた焼結体は、組織が
十分均一でないので、機械的強度が低く、いっぽう、純
度が低く、すなわち分解に必要な不純物をジルコン粉末
中に含んでいるので、ムライト−ジルコニア複合相が容
易に焼結と同時に作り出されるが、この不純物が粒界に
おいて低融点のガラス相を作るために高温における機械
的強度が著しく低下するという欠点を有していた。
上の温度において反応によりムライト−ジルコニア複合
焼結体を合成する方法（N.Claussen,J.Jahn,J.Am.Cera
m.Soc.,63,228−29（1980）、S.Prochazaka,N.Clausse
n,J.Am.Ceram.Soc.,C125−C127（1983）） （２）アルミナ粉末およびジルコン粉末にさらにマグネ
シアなどの酸化物を１〜10wt％添加してジルコンの分解
を促進させ、ムライト−ジルコニア複合相の合成を促進
させると同時に焼結を行う方法（F.Cambier,et.al.,J.B
r.Trans.83,196−200（1984）） しかし、（１）の方法により得られた焼結体は、使用
しているジルコン粉末の粒子径が大きくかつ純度が低い
ものであった。そのために、えられた焼結体は、組織が
十分均一でないので、機械的強度が低く、いっぽう、純
度が低く、すなわち分解に必要な不純物をジルコン粉末
中に含んでいるので、ムライト−ジルコニア複合相が容
易に焼結と同時に作り出されるが、この不純物が粒界に
おいて低融点のガラス相を作るために高温における機械
的強度が著しく低下するという欠点を有していた。
また、（２）による方法では、酸化物を添加すること
により、ジルコンの分解を促進させ、焼結の駆動力を向
上させることにより、焼結体密度を高め、常温における
機械的強度を向上させているが、この酸化物が粒界にお
いて低融点のガラス相を作るために、高温における機械
的強度を著しく低下させムライト本来の高温における特
性を著しく低下させるものとなっていた。
により、ジルコンの分解を促進させ、焼結の駆動力を向
上させることにより、焼結体密度を高め、常温における
機械的強度を向上させているが、この酸化物が粒界にお
いて低融点のガラス相を作るために、高温における機械
的強度を著しく低下させムライト本来の高温における特
性を著しく低下させるものとなっていた。
［発明が解決しようとする課題］ そこで、本発明者らは、上記問題点を解決し、高温構
造材料として適した、破壊靭性値の高いムライト−ジル
コニア複合焼結体を製造するべく、鋭意研究を続けた結
果、高純度のジルコン微粉末とアルミナ粉末とを出発原
料とし、焼結条件を検討することにより、上記問題点を
解決できることを見出すに至った。
造材料として適した、破壊靭性値の高いムライト−ジル
コニア複合焼結体を製造するべく、鋭意研究を続けた結
果、高純度のジルコン微粉末とアルミナ粉末とを出発原
料とし、焼結条件を検討することにより、上記問題点を
解決できることを見出すに至った。
本発明は、上記問題の解決、すなわち高純度、ジルコ
ン微粉末とアルミナ粉末を用いて、高密度、高強度、高
靭性でかつ微細構造を有するムライト−ジルコニア複合
焼結体の製造方法を提供することを目的とするものであ
る。
ン微粉末とアルミナ粉末を用いて、高密度、高強度、高
靭性でかつ微細構造を有するムライト−ジルコニア複合
焼結体の製造方法を提供することを目的とするものであ
る。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、 平均粒子径 １μｍ以下 純度 99wt％以上 のアルミナ粉末と 平均粒子径 0.5μｍ以下 Zr/Siモル比 0.98〜1.02 ジルコニウムおよびシリコン以外の金属不純物 0.44wt％以下 のジルコン粉末とを アルミナ／ジルコン重量比 43/57〜51/49 の割合で混合し、成型し、1500℃〜1800℃で10時間以上
焼成することによる、ムライト−ジルコニア複合焼結体
の製造方法 を要旨とするもとである。
焼成することによる、ムライト−ジルコニア複合焼結体
の製造方法 を要旨とするもとである。
以下に本発明を詳細に説明する。
（原料の選定及び配合） 本発明のムライト−ジルコニア複合焼結体の製造方法
は、アルミナ粉末とジルコン粉末をアルミナ／ジルコン
の重量比が43/57〜51/49となるように混合するものであ
り、アルミナ／ジルコンの重量比が上記範囲を下回る
と、製品中にシリカが析出して高温における製品の機構
的強度を低下させる。また、この比が上記範囲を上回る
と製品中にムライト、ジルコニア以外にアルミナ粒子が
析出してしまい高温における製品の機械的強度を低下さ
せる。出発原料であるジルコン粉末の粒子径が0.5μｍ
を、または、アルミナのそれが１μｍをこえると、えら
れる焼結体の密度が十分高くならない。
は、アルミナ粉末とジルコン粉末をアルミナ／ジルコン
の重量比が43/57〜51/49となるように混合するものであ
り、アルミナ／ジルコンの重量比が上記範囲を下回る
と、製品中にシリカが析出して高温における製品の機構
的強度を低下させる。また、この比が上記範囲を上回る
と製品中にムライト、ジルコニア以外にアルミナ粒子が
析出してしまい高温における製品の機械的強度を低下さ
せる。出発原料であるジルコン粉末の粒子径が0.5μｍ
を、または、アルミナのそれが１μｍをこえると、えら
れる焼結体の密度が十分高くならない。
また、ジルコン粉末中のZr/Siモル比＝0.98〜1.02で
なければならず、この範囲を下回ると過剰なシリカが反
応焼結後も焼結体中にとりのこされて製品の高温におけ
る機械的性質を低下させる。また、この範囲を上回ると
ジルコニアが原料中に過剰に存在するようになるが、こ
のジルコニアは、焼結体中において1400℃から粒成長が
著しくなり、反応焼結により生じたジルコニアと異な
り、強度低下の要因となるので好ましくない。さらにジ
ルコン粉末中のジルコニウムおよびジルコン以外の金属
不純物は0.44wt％以下、アルミナ粉末中の不純物は1wt
％以下でなければならず、これらの値を越えると不純物
に由来する低融点のガラス相により高温における機械的
強度低下が著しくなる。
なければならず、この範囲を下回ると過剰なシリカが反
応焼結後も焼結体中にとりのこされて製品の高温におけ
る機械的性質を低下させる。また、この範囲を上回ると
ジルコニアが原料中に過剰に存在するようになるが、こ
のジルコニアは、焼結体中において1400℃から粒成長が
著しくなり、反応焼結により生じたジルコニアと異な
り、強度低下の要因となるので好ましくない。さらにジ
ルコン粉末中のジルコニウムおよびジルコン以外の金属
不純物は0.44wt％以下、アルミナ粉末中の不純物は1wt
％以下でなければならず、これらの値を越えると不純物
に由来する低融点のガラス相により高温における機械的
強度低下が著しくなる。
以上のようにして選定されたジルコン粉末及びアルミ
ナ粉末を、まず、たとえば常法により、両方の粉末と反
応しない水またはエタノ−ルなどの溶媒をもちいて、ボ
−ルミルや振動ミルなどの混合したのち、脱液処理を施
して出発粉末を得ることができる。この脱液は、通常、
微細な粉末が大量の液に分散したものを扱うことから、
スプレ−ドライ−や常圧または減圧下の蒸発乾固にする
方法が好ましい。
ナ粉末を、まず、たとえば常法により、両方の粉末と反
応しない水またはエタノ−ルなどの溶媒をもちいて、ボ
−ルミルや振動ミルなどの混合したのち、脱液処理を施
して出発粉末を得ることができる。この脱液は、通常、
微細な粉末が大量の液に分散したものを扱うことから、
スプレ−ドライ−や常圧または減圧下の蒸発乾固にする
方法が好ましい。
（焼成） 以上のようにして配合された混合粉末を1500℃〜1800
℃において10時間以上焼成することにより以下に示すム
ライト化反応 3Al2O3＋2ZrSiO4→Al6Si4O13＋2ZrO2 が進行すると同時に緻密化が進行し、ムライト相と正方
晶ジルコニア相からなる焼結体がえられる。
℃において10時間以上焼成することにより以下に示すム
ライト化反応 3Al2O3＋2ZrSiO4→Al6Si4O13＋2ZrO2 が進行すると同時に緻密化が進行し、ムライト相と正方
晶ジルコニア相からなる焼結体がえられる。
焼成温度が1500℃を下回ると、焼結体密度が低くなっ
て機械的強度が低下すると同時に生成したジルコニア粒
子が単斜晶ジルコニアとなっており高靭性化に寄与しな
いために好ましくない。
て機械的強度が低下すると同時に生成したジルコニア粒
子が単斜晶ジルコニアとなっており高靭性化に寄与しな
いために好ましくない。
焼成温度が1800℃を上回ると、ムライト相の分解が生
じて焼結体が高温におけり機械的性質の低いものとな
る。いっぽう、焼成時間が10時間を下回ると、焼結体は
密度が低く、したがって機械的強度の低いものとなる。
焼成時間は、あまり長くしても大きな効果が生じないた
め、10時間以上40時間以下が好ましい。
じて焼結体が高温におけり機械的性質の低いものとな
る。いっぽう、焼成時間が10時間を下回ると、焼結体は
密度が低く、したがって機械的強度の低いものとなる。
焼成時間は、あまり長くしても大きな効果が生じないた
め、10時間以上40時間以下が好ましい。
［作用］ 本発明の効果発現の機構については、未だ十分には解
明されていないが、とくに高純度のジルコン微粉末を出
発原料として焼結体を作ることにより、粒界に不純物を
析出させることなく緻密なムライト−ジルコニア複合焼
結体をえることが可能となり、かつ正方晶ジルコニアの
析出量が多くなることから、高靭性でかつ1300℃という
高温においても強度の低下がない焼結体を得ることが可
能となったものと思われる。
明されていないが、とくに高純度のジルコン微粉末を出
発原料として焼結体を作ることにより、粒界に不純物を
析出させることなく緻密なムライト−ジルコニア複合焼
結体をえることが可能となり、かつ正方晶ジルコニアの
析出量が多くなることから、高靭性でかつ1300℃という
高温においても強度の低下がない焼結体を得ることが可
能となったものと思われる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によって、高温において
高強度であり、かつ、高靭性を有するムライト−ジルコ
ニア複合焼結体を作製することができる。
高強度であり、かつ、高靭性を有するムライト−ジルコ
ニア複合焼結体を作製することができる。
［実施例］ 実施例１〜４、比較例１〜８ 高純度ジルコン微粉末（東ソ−（株）製）とアルミナ
粉末（大明化学社製タイミクロン。純度99.99wt％、平
均粒子径0.23μｍ）をエタノ−ル中ボ−ルミルを用いて
24時間混合したのち、エバポレ−タ−を用いて乾燥し、
出発粉末を得た。
粉末（大明化学社製タイミクロン。純度99.99wt％、平
均粒子径0.23μｍ）をエタノ−ル中ボ−ルミルを用いて
24時間混合したのち、エバポレ−タ−を用いて乾燥し、
出発粉末を得た。
この粉末を500kg/cm2の圧力のもとで金型成型した
後、2ton/cm2の圧力のもとにラバ−プレスを施して成形
体をえ、焼成した。えられた成形体は引き続き1600℃〜
1700℃の温度において20〜30時間焼結を行った。焼結体
の評価は、機械的強度は三点曲げ試験（JIS R 1610）に
より行い、破壊靭性値の測定は、マイクロインデンテ−
ション法により行った。
後、2ton/cm2の圧力のもとにラバ−プレスを施して成形
体をえ、焼成した。えられた成形体は引き続き1600℃〜
1700℃の温度において20〜30時間焼結を行った。焼結体
の評価は、機械的強度は三点曲げ試験（JIS R 1610）に
より行い、破壊靭性値の測定は、マイクロインデンテ−
ション法により行った。
焼結体中の正方晶ジルコニアの含有率は粉末Ｘ線回折
試験による、２θ＝28〜32゜における正方晶ジルコニア
の（101），単斜晶ジルコニアの（111），（11）の３
本のピ−クの面積比より次式により算出した。
試験による、２θ＝28〜32゜における正方晶ジルコニア
の（101），単斜晶ジルコニアの（111），（11）の３
本のピ−クの面積比より次式により算出した。
Ｉ＝Ｉ（101）／{Ｉ（111）＋Ｉ（11）＋Ｉ（101）} （ＩはＸ線強度を表し、（）内の数字は面指数を表す） ジルコン粉末中のZrおよびSiの含有量は、化学分析に
よって測定した。
よって測定した。
上記の条件以外の条件及び上記の測定結果を下表に示
す。
す。
フロントページの続き (56)参考文献 Ｊ，Ｖ，Ｅｍｉｌｉｎａｎｏ．ｅｔ ａｌ，「Ｒｅａｃｔｉｏｎ−Ｓｉｎｔｅ ｒｅｄ Ｍｕｌｌｉｔｅ−Ｚｉｒｃｏｎ ｉａ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；Ｍｅｃｈ ａｎｉｓｍ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉ ｅｓ」，Ｚｉｒｃｏｎｉａ’88：Ａｄｖ ａｎｃｅ ｉｎ Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｓ ｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌ ｏｇｙ，（1989）第51−66頁 Ｐ．ＢＯＣＨ．ｅｔ ａｌ，「ＰＲＥ ＰＥＲＡＴＩＯＮ ＯＦ ＺＩＲＣＯＮ ＩＡ−ＭＵＬＬＩＴＥ ＣＥＲＡＭＩＣ Ｓ ＢＹ ＲＥＡＣＴＩＯＮ−ＳＩＮＴ ＥＲＩＮＧ］Ｓｉｅｎｃｅ ｏｆ ＳＩ ＮＴＥＲＩＮＧ，（1988），第20巻，第 ２−３号，第141−148頁 Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐ ｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｒｅａｃｔ ｉｏｎ−ｓｉｎｔｅｒｅｄ Ｍｕｌｌｉ ｔｅ−Ｚｒ02 Ｃｅｒａｍｉｃｓ」，Ｍ ＡＴＥＲＩＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮ Ｄ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ, （1987），第38Ａ巻，第851−859頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/42 - 35/49 C04B 35/00 - 35/22 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)
Claims (1)
- 【請求項１】平均粒子径 １μｍ以下 純度 99wt％以上 のアルミナ粉末と 平均粒子径 0.5μｍ以下 Zr/Siモル比 0.98〜1.02 ジルコニウムおよびシリコン以外の金属不純物 0.44wt％以下 のジルコン粉末とを アルミナ／ジルコン重量比 43/57〜51/49 の割合で混合し、成型し、1500℃〜1800℃で10時間以上
焼成することを特徴とする、ムライト−ジルコニア複合
焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2090124A JP3067156B2 (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | ムライト―ジルコニア複合焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2090124A JP3067156B2 (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | ムライト―ジルコニア複合焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03290361A JPH03290361A (ja) | 1991-12-20 |
| JP3067156B2 true JP3067156B2 (ja) | 2000-07-17 |
Family
ID=13989762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2090124A Expired - Fee Related JP3067156B2 (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | ムライト―ジルコニア複合焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3067156B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004045752B3 (de) * | 2004-09-21 | 2006-05-04 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Verwendung einer Keramik als Dentalkeramik |
-
1990
- 1990-04-06 JP JP2090124A patent/JP3067156B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Ｊ，Ｖ，Ｅｍｉｌｉｎａｎｏ．ｅｔ ａｌ，「Ｒｅａｃｔｉｏｎ−Ｓｉｎｔｅｒｅｄ Ｍｕｌｌｉｔｅ−Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」，Ｚｉｒｃｏｎｉａ’８８：Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，（１９８９）第５１−６６頁 |
| Ｐ．ＢＯＣＨ．ｅｔ ａｌ，「ＰＲＥＰＥＲＡＴＩＯＮ ＯＦ ＺＩＲＣＯＮＩＡ−ＭＵＬＬＩＴＥ ＣＥＲＡＭＩＣＳ ＢＹ ＲＥＡＣＴＩＯＮ−ＳＩＮＴＥＲＩＮＧ］Ｓｉｅｎｃｅ ｏｆ ＳＩＮＴＥＲＩＮＧ，（１９８８），第２０巻，第２−３号，第１４１−１４８頁 |
| Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｒｅａｃｔｉｏｎ−ｓｉｎｔｅｒｅｄ Ｍｕｌｌｉｔｅ−Ｚｒ０２ Ｃｅｒａｍｉｃｓ」，ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ，（１９８７），第３８Ａ巻，第８５１−８５９頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03290361A (ja) | 1991-12-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |