JP3146578B2 - Manufacturing method of zirconia fine powder - Google Patents

Manufacturing method of zirconia fine powder

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JP3146578B2 JP34771491A JP34771491A JP3146578B2 JP 3146578 B2 JP3146578 B2 JP 3146578B2 JP 34771491 A JP34771491 A JP 34771491A JP 34771491 A JP34771491 A JP 34771491A JP 3146578 B2 JP3146578 B2 JP 3146578B2
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    • C01G25/00Compounds of zirconium
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ジルコニア系セラミッ
クスの原料であるジルコニア粉末の製造法、とくに、上
記原料粉末を成形性のよいものとすることができるジル
コニア微粉末の製造法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing zirconia powder, which is a raw material for zirconia ceramics, and more particularly to a method for producing a zirconia fine powder capable of improving the formability of the raw material powder. .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ジルコニア粉末の製造法として
は、 安定化剤の溶解している水和ジルコニア微粒子の懸濁
液にアンモニア水を添加して、濾過,水洗,仮焼してジ
ルコニア粉末を得る方法(特開昭63−129017公
報) 水酸化ジルコニウムの原料に塩化物からなる安定化剤
を添加して、仮焼してジルコニア粉末を得る方法(特開
昭61−266307公報) 炭酸ジルコニルアンモニウム塩と安定化剤との混合水
溶液に過酸化水素を添加し、得られる固形物を乾燥,焼
成してジルコニア粉末を得る方法(特開昭61−447
17公報) 等が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for producing zirconia powder, ammonia water is added to a suspension of hydrated zirconia fine particles in which a stabilizer is dissolved, and the zirconia powder is filtered, washed with water, and calcined. (JP-A-63-129017) A method in which a chloride stabilizer is added to a raw material of zirconium hydroxide and calcined to obtain zirconia powder (JP-A-61-266307). Zirconyl ammonium carbonate A method in which hydrogen peroxide is added to a mixed aqueous solution of a salt and a stabilizer, and the obtained solid is dried and calcined to obtain a zirconia powder (Japanese Patent Laid-Open No. 61-4761).
17 gazette) are known.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、の方法で
得られるジルコニア粉末は、BET比表面積が非常に大
きい、即ち、粒径の小さい微細粉末であり、このように
粒径が極めて小さくなると、粒子間の付着力が著しく増
加するために、得られるジルコニア粉末は強固な凝集粉
末になって、成形しにくいものとなる。の方法で得ら
れるジルコニア粉末は、水酸化ジルコニウムのゲル状沈
殿物などを1100℃で仮焼しており、このゲル状沈殿
物を高い温度で仮焼すると粒子間の強固な凝集が激しく
起こって、分散性の劣ったものとなる。の方法は、炭
酸ジルコニルアンモニウム塩と安定化剤との混合水溶液
に過酸化水素を添加し、得られるゲル状共沈物を焼成し
てジルコニア粉末を得るが、このようにして得られるゲ
ル状共沈物は不均一な組成のものになり、かつ、ゲル状
沈殿物を仮焼するために得られる粉末は、上記のとお
り、分散性の悪いものとなる。さらに共沈の際に使用す
る過酸化水素は、危険性の高い物質であるため工業的な
大量生産が困難になって実用的でなくなる。
The zirconia powder obtained by the above method is a fine powder having a very large BET specific surface area, that is, a fine powder having a small particle size. Since the adhesive force between them significantly increases, the obtained zirconia powder becomes a strong agglomerated powder, which makes it difficult to mold. The zirconia powder obtained by the above method is calcined at 1100 ° C. with a gel-like precipitate of zirconium hydroxide, and when this gel-like precipitate is calcined at a high temperature, strong agglomeration between particles occurs violently. And poor dispersibility. Is to add hydrogen peroxide to a mixed aqueous solution of a zirconyl ammonium carbonate salt and a stabilizer, and calcinate the obtained gel-like coprecipitate to obtain zirconia powder. The precipitate has a heterogeneous composition, and the powder obtained for calcining the gel precipitate has poor dispersibility as described above. Further, hydrogen peroxide used in coprecipitation is a highly dangerous substance, which makes industrial mass production difficult and impractical.

【0004】本発明では、このような従来方法における
欠点を解消した、即ち、安定化剤がよく固溶した分散性
のよい緻密な粒子、従って、成形性のよいジルコニア粉
末を簡易なプロセスにより製造することのできる方法の
提供を目的とするものである。
In the present invention, such disadvantages in the conventional method are solved, that is, zirconia powder having a good dispersibility and a good dispersibility, in which a stabilizer is well dissolved, is produced by a simple process. The purpose is to provide a method that can do this.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者らが、水和ジル
コニアゾルとジルコニア系セラミックスの製造に常用さ
れるイットリア,カルシア,マグネシア,セリアなどの
安定化剤との混合物を仮焼してジルコニア粉末を得る際
の仮焼雰囲気と固溶反応とに着目して詳細に検討したと
ころによれば、該混合物を仮焼炉に仕込むときの混合物
層の厚さを制御することにより安定化剤と充分に固溶し
た緻密な粒子、したがって、分散性のよいジルコニア微
粉末を製造することができ、このようにして得られた微
粉末は成形性がよく、比較的低温度で焼結するジルコニ
ア微粉末であることを見い出し、本発明を完成するに至
った。
The present inventors calcinated a mixture of hydrated zirconia sol and a stabilizer commonly used in the production of zirconia-based ceramics, such as yttria, calcia, magnesia, and ceria, to produce zirconia. According to a detailed study focusing on the calcining atmosphere and the solid solution reaction when obtaining the powder, the stabilizer is controlled by controlling the thickness of the mixture layer when the mixture is charged into the calciner. It is possible to produce fine particles of zirconia which are sufficiently solid-dissolved and therefore have good dispersibility, and the fine powder thus obtained has good moldability and zirconia fine powder which is sintered at a relatively low temperature. The present invention was found to be a powder, and the present invention was completed.

【0006】本発明は、水和ジルコニアゾルとY,C
a,Mg,Ceのうち少なくとも1種の化合物を含む混
合物を仮焼してジルコニア微粉末を製造する方法におい
て、層厚H(cm)の該混合物を120H0.5+50
0≦T≦1200の条件を満たす温度T(℃)で仮焼す
ることによるジルコニア微粉末の製造法を要旨とするも
のである。以下、本発明を更に詳細に説明する。
The present invention relates to a hydrated zirconia sol and Y, C
a method of producing a zirconia fine powder by calcining a mixture containing at least one compound of a, Mg, and Ce, wherein the mixture having a layer thickness of H (cm) is 120H 0.5 +50.
The gist of the present invention is a method for producing zirconia fine powder by calcining at a temperature T (° C.) satisfying the condition of 0 ≦ T ≦ 1200. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

【0007】本明細書において、水和ジルコニアゾルと
安定化剤との固溶反応に係わる「固溶反応率」とは、粉
末X線回折の測定される回折線に着目し、下式により算
出されるものをいう。
In the present specification, the “solid solution reaction rate” relating to the solid solution reaction between the hydrated zirconia sol and the stabilizer is calculated by the following equation, focusing on the diffraction line measured by powder X-ray diffraction. It is something that is done.

【0008】 正方晶率(%)=It/(It+Ic+Im)×100 立方晶率(%)=Ic/(It+Ic+Im)×100 ここで、Itは正方晶の(111)の回折線の強度,I
cは立方晶の(111)の強度,Imは単斜晶の(11
1)および(11−1)の強度の和である。水和ジルコ
ニアゾルに係わる「平均粒径」とは、電子顕微鏡または
粒度分布測定器による粒径測定で求められるものであ
り、例えば光子相関法などで与えられる。
[0008] Tetragonal crystal ratio (%) = It / (It + Ic + Im) × 100 Cubic crystal ratio (%) = Ic / (It + Ic + Im) × 100 where It is the intensity of the tetragonal (111) diffraction line, I
c is cubic (111) strength, Im is monoclinic (11).
It is the sum of the intensities of 1) and (11-1). The “average particle size” of the hydrated zirconia sol is determined by particle size measurement using an electron microscope or a particle size distribution analyzer, and is given by, for example, a photon correlation method.

【0009】本発明で得られるジルコニア微粉末は、B
ET比表面積が5〜25m/gである。BET比表面
積が5m/gよりも小さくなると、粒子間の焼結によ
る強固な凝集が起こるために分散性のよいジルコニア粉
末が得られず、25m/gよりも大きくなると、粒子
間の付着力が著しく増加するために強固な凝集粉末にな
って、成形しにくいものとなりセラミックス粉末として
適さないものとなる。また、水和ジルコニアゾルと安定
化剤との混合物を仮焼して得られる仮焼粉の固溶反応率
は90%以上のものがよく、固溶反応率が90%よりも
低くなるとジルコニア微粉末の組成が不均一になり、こ
のような粉末を成形して焼成すると異常粒成長に起因す
る不均一収縮などが起こりやすくなるために好ましくな
いものとなる。より望ましくは95%以上である。とこ
ろで、上記の水和ジルコニアゾルは、平均粒径が0.0
5〜0.3μm、かつ、結晶子径が4nm以下であるこ
とが好ましい。水和ジルコニアゾルの平均粒径が0.0
5μmよりも小さくなると、仮焼時に粒子間の焼結によ
る強固な凝集が起こりやすく、0.3μmよりも大きく
なると粉末の粒径も大きくなるために焼結性の低いもの
になりやすく、セラミックス原料粉末として好ましくな
いものとなる。また、結晶子径が4nmよりも大きくな
ると安定化剤との固溶性が低下するため好ましくないも
のになる。
The zirconia fine powder obtained in the present invention is B
The ET specific surface area is 5 to 25 m 2 / g. When the BET specific surface area is less than 5 m 2 / g, dispersibility good zirconia powder is not obtained to strong agglomeration due to sintering occurs between particles becomes greater than 25 m 2 / g, with between particles Due to the remarkable increase in the adhesive force, the powder becomes a strong agglomerated powder, is difficult to mold, and is not suitable as a ceramic powder. Further, the calcined powder obtained by calcining a mixture of the hydrated zirconia sol and the stabilizer preferably has a solid solution reaction rate of 90% or more, and if the solid solution reaction rate is lower than 90%, the zirconia fineness is reduced. The composition of the powder becomes non-uniform, and if such a powder is molded and fired, non-uniform shrinkage or the like due to abnormal grain growth is likely to occur, which is not preferable. More preferably, it is 95% or more. By the way, the above hydrated zirconia sol has an average particle size of 0.0
It is preferable that the diameter is 5 to 0.3 μm and the crystallite diameter is 4 nm or less. The average particle size of the hydrated zirconia sol is 0.0
If it is smaller than 5 μm, strong cohesion due to sintering between particles is likely to occur during calcination, and if it is larger than 0.3 μm, the particle size of the powder will be large and the sinterability will be low. It is not desirable as a powder. On the other hand, when the crystallite diameter is larger than 4 nm, the solid solubility with the stabilizer is reduced, which is not preferable.

【0010】本発明において、水和ジルコニアゾルと安
定化剤などの混合物を仮焼するときに、該混合物の層厚
H(cm)と仮焼温度T(℃)とは、 120H0.5+500≦T≦1200 の関係を満たさなければならない。仮焼温度が120H
0.5+500よりも低くなると、仮焼粉末の固溶反応
率が90%よりも低くなり安定化剤と充分に固溶したも
のが得られず、さらに500℃よりも低くなるとBET
比表面積が25m/gよりも大きくなって目的とする
ジルコニア微粉末が得られなくなる。いっぽう、120
0℃よりも高くなると、粒子間の焼結による強固な凝集
が起こるためにBET比表面積が5m/gよりも小さ
くなって分散性のよいジルコニア粉末が得られなくな
る。さらに、このように高い仮焼温度では工業的な大量
生産が困難であるために実用的ではなくなる。より好ま
しい仮焼温度T(℃)は、上記の(120H0.5+5
00)〜1200℃の範囲内であって、水和ジルコニア
ゾルの平均粒径φ(μm)との間の関係が、 T≧1000φ+400 を満足するものであり、さらに望ましくは、 1000φ+400≦T≦3000φ+600 を満足するものである。仮焼時の雰囲気ガスは、種々の
ガスを選択することができる。このとき使用するガスは
水蒸気を含んでいるほうがよく、水蒸気分圧が30mm
Hg以上のガスを用いたほうがよい。30mmHgより
も低くなると、仮焼時の水和ジルコニアゾルの粒成長が
抑制されるために、低い温度で緻密な粒子が得にくくな
り好ましくないものになる。より好ましい水蒸気分圧
は、40〜760mmHgである。ガスの種類として
は、空気,二酸化炭素,窒素,酸素,アルゴン,ヘリウ
ムなどを挙げることができる。仮焼温度の保持時間は
0.5〜10時間がよく、昇温速度は0.5〜10℃/
minが好ましい。保持時間が0.5時間よりも短くな
ると均一に仮焼されにくく、10時間よりも長くなると
生産性が低下するので好ましくない。また、昇温速度が
0.5℃/minよりも小さくなると設定温度に達する
までの時間が長くなり、10℃/minよりも大きくな
ると仮焼時に粉末が激しく飛散して操作性が悪くなり生
産性が低下する。
In the present invention, when a mixture of a hydrated zirconia sol and a stabilizer is calcined, the layer thickness H (cm) and the calcining temperature T (° C.) of the mixture are 120H 0.5 +500. The relationship of ≦ T ≦ 1200 must be satisfied. Calcination temperature is 120H
If the temperature is lower than 0.5 + 500, the solid solution reaction rate of the calcined powder becomes lower than 90%, so that a solid solution with the stabilizer cannot be obtained.
When the specific surface area is larger than 25 m 2 / g, the desired zirconia fine powder cannot be obtained. On the other hand, 120
If the temperature is higher than 0 ° C., strong aggregation due to sintering between particles occurs, so that the BET specific surface area becomes smaller than 5 m 2 / g, and zirconia powder having good dispersibility cannot be obtained. Furthermore, at such a high calcination temperature, industrial mass production is difficult and therefore impractical. A more preferable calcination temperature T (° C.) is the above (120H 0.5 +5).
00) to 1200 ° C., and the relationship between the average particle diameter φ (μm) of the hydrated zirconia sol satisfies T ≧ 1000φ + 400, and more preferably, 1000φ + 400 ≦ T ≦ 3000φ + 600. Is satisfied. Various gases can be selected as the atmosphere gas during calcination. It is better that the gas used at this time contains water vapor, and the partial pressure of water vapor is 30 mm.
It is better to use a gas of Hg or more. If it is lower than 30 mmHg, since the grain growth of the hydrated zirconia sol during calcination is suppressed, it is difficult to obtain dense particles at a low temperature, which is not preferable. A more preferred partial pressure of water vapor is 40 to 760 mmHg. Examples of the type of gas include air, carbon dioxide, nitrogen, oxygen, argon, and helium. The holding time of the calcination temperature is preferably 0.5 to 10 hours, and the heating rate is 0.5 to 10 ° C /
min is preferred. If the holding time is shorter than 0.5 hours, it is difficult to uniformly calcine, and if the holding time is longer than 10 hours, the productivity is undesirably reduced. On the other hand, if the heating rate is lower than 0.5 ° C./min, the time required to reach the set temperature becomes longer. Is reduced.

【0011】上記の水和ジルコニアゾルは、いかなる反
応条件で得られたものを用いてもよい。ジルコニウム塩
水溶液の加水分解反応による場合、得られる水和ジルコ
ニアゾルの平均粒径は、反応終了時の反応液のpHを調
整することにより制御することができる。例えば、反応
終了のpHが0.1〜1.5になるように調整すること
により、平均粒径0.05〜0.3μmの水和ジルコニ
アゾルが得られる。いっぽう、結晶子径は、ジルコニウ
ム塩水溶液の陰イオン濃度を調整することにより制御す
ることができ、陰イオン濃度を0.8グラムイオン/l
以上にして加水分解させると、結晶子径が4nm以下の
水和ジルコニアゾルが得られる。したがって、ジルコニ
ウム塩水溶液の陰イオン濃度,pHを上記の範囲に制御
することによって、所望の水和ジルコニアゾルを得るこ
とができる。このpH,陰イオン濃度、即ち、水和ジル
コニアゾルの平均粒径と結晶子とを制御する方法として
は、例えば、ジルコニウム塩水溶液に、酸,アルカリま
たは金属塩を添加する、もしくは、陰イオン交換樹脂に
よりジルコニウム塩を構成している陰イオンの一部を除
去することによりpHを調整して加水分解させる方法、
または、水酸化ジルコニウムと酸との混合スラリー、該
混合スラリーに金属塩を添加して、混合物スラリーのp
Hおよび陰イオン濃度を調整して加水分解させる方法な
どが挙げられる。ここで、水和ジルコニアゾルの製造に
用いられるジルコニウム塩としては、オキシ塩化ジルコ
ニウム,硝酸ジルコニル,塩化ジルコニウム,硫酸ジル
コニルなどが挙げられるが、これらの他に水酸化ジルコ
ニウムと酸との混合物を用いてもよい。水和ジルコニゾ
ルの平均粒径を制御するために添加するアルカリとして
は、アンモニア,水酸化ナトリウム,水酸化カリウムな
どを挙げることができるが、これらの他に尿素のように
分解して塩基性を示す化合物でもよい。また、酸として
は、塩酸,硝酸,硫酸などを挙げることができるが、こ
れらの他に酢酸,クエン酸などの有機酸を用いてもよ
い。さらに、ジルコニウム塩水溶液の陰イオン濃度、す
なわち、水和ジルコニゾルの結晶子径を制御するために
添加する金属塩としては、ナトリウム塩などのアルカリ
金属またはアルカリ土類金属の塩,アルミニウム塩など
が挙げられるが、この他にアンモニウム塩を添加しても
よい。水酸化ジルコニウムの原料を用いる場合、その製
造法としては種々の方法が選択でき、例えば、ジルコニ
ウム塩水溶液をアルカリで中和することにより水酸化ジ
ルコニウムを得ることができる。
The hydrated zirconia sol described above may be obtained under any reaction conditions. In the case of a hydrolysis reaction of an aqueous zirconium salt solution, the average particle size of the obtained hydrated zirconia sol can be controlled by adjusting the pH of the reaction solution at the end of the reaction. For example, by adjusting the pH at the end of the reaction to be 0.1 to 1.5, a hydrated zirconia sol having an average particle size of 0.05 to 0.3 μm can be obtained. On the other hand, the crystallite diameter can be controlled by adjusting the anion concentration of the zirconium salt aqueous solution, and the anion concentration is adjusted to 0.8 g ion / l.
When hydrolyzed as described above, a hydrated zirconia sol having a crystallite diameter of 4 nm or less is obtained. Therefore, a desired hydrated zirconia sol can be obtained by controlling the anion concentration and pH of the aqueous zirconium salt solution within the above ranges. Methods for controlling the pH and anion concentration, that is, the average particle size and crystallite of the hydrated zirconia sol, include, for example, adding an acid, alkali, or metal salt to a zirconium salt aqueous solution, or anion exchange. A method of hydrolyzing by adjusting the pH by removing a part of the anion constituting the zirconium salt with a resin,
Alternatively, a mixed slurry of zirconium hydroxide and an acid, and a metal salt added to the mixed slurry to form a mixed slurry p
A method of adjusting the concentration of H and anions to carry out hydrolysis is exemplified. Here, examples of the zirconium salt used in the production of the hydrated zirconia sol include zirconium oxychloride, zirconyl nitrate, zirconium chloride, zirconyl sulfate, and the like. Is also good. Examples of the alkali added to control the average particle size of the hydrated zirconisol include ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and the like. In addition, the alkali decomposes like urea to show basicity. It may be a compound. Examples of the acid include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid and the like, and in addition, organic acids such as acetic acid and citric acid may be used. Further, examples of the metal salt to be added for controlling the anion concentration of the aqueous zirconium salt solution, that is, the crystallite size of the hydrated zirconisol, include salts of alkali metals or alkaline earth metals such as sodium salts, and aluminum salts. However, an ammonium salt may be added. When a raw material of zirconium hydroxide is used, various methods can be selected for its production method. For example, zirconium hydroxide can be obtained by neutralizing an aqueous solution of zirconium salt with an alkali.

【0012】この反応によって得られた水和ジルコニア
ゾルと安定化剤との混合物は、安定化剤を含む水和ジル
コニアゾル含有液を乾燥させて得ることができる。この
含有液を乾燥させる方法に制限はなく、例えば該懸濁液
または該懸濁液に有機溶媒を添加して乾燥する方法、該
懸濁液にアルカリを添加して濾過,水洗したあとに乾燥
する方法などを挙げることができる。このとき得られる
混合物の嵩密度は、0.5〜2.1g/cmの範囲内
であることが好ましい。嵩密度が2.1よりも大きくな
ると、仮焼のときに混合物内の雰囲気が不均一になるた
めに安定化剤との固溶性が悪くなり、0.5よりも小さ
くなると生産効率が低下するために好ましくない。より
好ましい嵩密度は0.9〜1.6g/cmである。ま
た、混合物には、ジルコニアに対する重量比として1%
以上の陰イオンが含まれているほうがよい。陰イオン含
有量が1%よりも低くなると、仮焼時に水和ジルコニア
ゾルの粒成長速度が遅くなるために低温度で緻密な粒子
が得られにくくなる。より好ましい陰イオン含有量は、
3〜33%である。安定化剤の添加は、加水分解が終了
した懸濁液に安定化剤を添加してもよく、さらに加水分
解のときに前もって添加してもよい。安定化剤の添加量
は、水和ジルコニアゾルのジルコニア換算量として1〜
30mol%が好ましく、その種類はY,Ca,Mg,
Ceなどの化合物ならばいかなるものでもよい。とくに
水溶性の塩,水酸化物、酸化物などがよい。もちろん、
必要に応じてアルミニウム,遷移金属などの化合物を乾
燥前に添加してもよい。
The mixture of the hydrated zirconia sol and the stabilizer obtained by this reaction can be obtained by drying the hydrated zirconia sol-containing liquid containing the stabilizer. There is no particular limitation on the method for drying the liquid content. For example, the suspension or a method in which an organic solvent is added to the suspension to dry it, an alkali is added to the suspension, and the suspension is filtered, washed with water, and dried And the like. The bulk density of the resulting mixture at this time is preferably in the range of 0.5~2.1g / cm 3. When the bulk density is larger than 2.1, the atmosphere in the mixture becomes uneven during calcination, so that the solid solubility with the stabilizer is deteriorated. When the bulk density is smaller than 0.5, the production efficiency is reduced. Not preferred. More preferred bulk density is 0.9~1.6g / cm 3. The mixture contains 1% by weight based on zirconia.
It is better to include the above anions. If the anion content is lower than 1%, the grain growth rate of the hydrated zirconia sol during calcination becomes slow, so that it is difficult to obtain dense particles at a low temperature. More preferred anion content is
3 to 33%. The stabilizer may be added to the suspension after hydrolysis, or may be added in advance at the time of hydrolysis. The amount of the stabilizer added is 1 to 1 in terms of zirconia in the hydrated zirconia sol.
30 mol% is preferable, and the type is Y, Ca, Mg,
Any compound such as Ce may be used. Particularly, water-soluble salts, hydroxides, oxides, and the like are preferable. of course,
If necessary, a compound such as aluminum or a transition metal may be added before drying.

【0013】以上のようにして得られた仮焼粉は、粉砕
することにより分散性のよいジルコニア微粉末になる。
[0013] The calcined powder obtained as described above is pulverized into a finely dispersed zirconia fine powder.

【0014】[0014]

【作用】ジルコニウム塩水溶液の加水分解により得られ
る水和ジルコニアゾルの微細構造は、結晶性のよい超微
粒子が凝集した粒子からなっていることが電子顕微鏡か
ら観察される。この超微粒子の大きさが小さいほど安定
化剤との反応表面積が大きくなり、さらに安定化剤との
均一性もよくなると考えられる。このことから仮焼によ
って層厚の高い混合物ほど粒子近傍の雰囲気が変化する
ために反応表面積が影響を受け、その結果、安定化剤と
の固溶性が変化するものと推察される。
The microstructure of a hydrated zirconia sol obtained by hydrolysis of an aqueous solution of a zirconium salt is observed by an electron microscope to be composed of particles in which ultrafine particles having good crystallinity are aggregated. It is considered that the smaller the size of the ultrafine particles, the larger the reaction surface area with the stabilizer and the better the uniformity with the stabilizer. From this, it is inferred that the reaction surface area is affected because the atmosphere near the particles changes as the mixture becomes thicker by calcining, and as a result, the solid solubility with the stabilizer changes.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上、説明したとおり、本発明によれ
ば、安定化剤のよく固溶した分散性のよい緻密な粒子、
従って、成形性のよいジルコニア粉末を簡易なプロセス
により製造することができる。
As described above, according to the present invention, according to the present invention, a fine particle in which a stabilizer is well-dissolved and has good dispersibility,
Therefore, zirconia powder having good moldability can be manufactured by a simple process.

【0016】[0016]

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。例中、水和ジルコニアゾルの結晶構造は単斜晶系で
あり、その結晶子径は(11−1)の回折線の半価幅に
シェーラーの式を適用して算出した。ここで、シェーラ
ー定数は0.9とした。ジルコニア微粉末の成形は、金
型プレスにより成形圧700kg/cmで行い、その
成形体は1500℃,2時間の焼成条件で焼結させた。
The present invention will be described below in detail with reference to examples. In the examples, the crystal structure of the hydrated zirconia sol is monoclinic, and its crystallite diameter was calculated by applying the Scherrer equation to the half width of the diffraction line of (11-1). Here, the Scherrer constant was set to 0.9. The zirconia fine powder was molded by a mold press at a molding pressure of 700 kg / cm 2 , and the molded body was sintered at 1500 ° C. for 2 hours.

【0017】実施例1 2mol/lのオキシ塩化ジルコニウム水溶液2.5リ
ットルに1規定のアンモニア水2リットル,酸化イット
リウム36gおよび塩化ナトリウム7.5gを添加し、
さらに蒸留水を加えて0.5mol/lのオキシ塩化ジ
ルコニウム水溶液10リットルを調製した。この原料液
を攪拌しながら加水分解反応を煮沸温度で120時間お
こなった。得られた水和ジルコニアゾルの光子相関法に
よる平均粒径は0.1μmであり、結晶子径は2.4n
mであった。この水和ジルコニアゾル含有液を加熱濃縮
して、さらにスプレー乾燥させて嵩密度1.3g/cm
,塩素含有量15%(ジルコニアに対する重量比、以
下同じ)の水和ジルコニア乾燥粉末を調製した。この乾
燥粉を6cmの層厚で仮焼炉に仕込み、水蒸気分圧10
0mmHgの空気中、850℃の温度で2時間仮焼した
(120×60.5+500=794)。得られた仮焼
粉の粉末X線回折を測定した結果、正方晶の回折パター
ンであり、固溶反応率は97%であった。
Example 1 To 2.5 liters of a 2 mol / l aqueous solution of zirconium oxychloride, 2 liters of 1N ammonia water, 36 g of yttrium oxide and 7.5 g of sodium chloride were added.
Distilled water was further added to prepare 10 liter of a 0.5 mol / l zirconium oxychloride aqueous solution. The hydrolysis reaction was performed at the boiling temperature for 120 hours while stirring the raw material liquid. The average particle size of the obtained hydrated zirconia sol according to the photon correlation method is 0.1 μm, and the crystallite size is 2.4 n.
m. This hydrated zirconia sol-containing liquid is heated and concentrated, and further spray-dried to obtain a bulk density of 1.3 g / cm.
3. A hydrated zirconia dry powder having a chlorine content of 15% (weight ratio to zirconia, the same applies hereinafter) was prepared. This dried powder was charged into a calciner with a layer thickness of 6 cm, and a partial pressure of water vapor of 10 cm.
It was calcined at a temperature of 850 ° C. for 2 hours in air of 0 mmHg (120 × 6 0.5 + 500 = 794). As a result of measuring the powder X-ray diffraction of the obtained calcined powder, it was a tetragonal diffraction pattern and the solid solution reaction rate was 97%.

【0018】次いで、上記で得られた仮焼粉を水洗処理
したあと、ボールミルで50時間粉砕した。得られたジ
ルコニア微粉末のBET比表面積は、15m/gであ
った。この粉末を用いて、成形体を作製したところ、成
形体密度は2.67g/cmであり、この成形体を焼
成して得られた焼結体の密度は、6.07g/cm
曲げ強度は115kgf/mmであった。
Next, the calcined powder obtained above was washed with water, and then ground with a ball mill for 50 hours. The BET specific surface area of the obtained zirconia fine powder was 15 m 2 / g. When a compact was produced using this powder, the compact had a density of 2.67 g / cm 3 , and the sintered compact obtained by firing this compact had a density of 6.07 g / cm 3 ,
The bending strength was 115 kgf / mm 2 .

【0019】実施例2 仮焼温度700℃,乾燥粉の層厚2.5cmに設定した
以外は実施例1と同様におこなった(120×2.5
0.5+500=690)。
Example 2 The same procedure as in Example 1 was carried out except that the calcining temperature was set at 700 ° C. and the layer thickness of the dried powder was set at 2.5 cm (120 × 2.5
0.5 + 500 = 690).

【0020】得られた仮焼粉の固溶反応率は92%であ
り、水洗,粉砕したあとのジルコニア微粉末のBET比
表面積は、23m/gであった。この粉末を用いて、
成形体を作製したところ、成形体密度は2.75g/c
であり、この成形体を焼成して得られた焼結体の密
度は、6.08g/cm、曲げ強度は120kgf/
mmであった。
The solid solution reaction rate of the obtained calcined powder was 92%, and the BET specific surface area of the zirconia fine powder after washing with water and pulverizing was 23 m 2 / g. Using this powder,
When a molded article was produced, the density of the molded article was 2.75 g / c.
m 3 , the density of the sintered body obtained by firing this compact was 6.08 g / cm 3 , and the bending strength was 120 kgf / cm 2 .
It was mm 2.

【0021】実施例3 2mol/lのオキシ塩化ジルコニウム水溶液2リット
ルに1規定のアンモニア水1.9リットルおよび酸化イ
ットリウム36gを添加し、さらに蒸留水を加えて0.
4mol/lのオキシ塩化ジルコニウム水溶液10リッ
トルを調製した。この原料液を攪拌しながら加水分解反
応を煮沸温度で120時間おこなった。得られた水和ジ
ルコニアゾルの光子相関法による平均粒径は0.15μ
mであり、結晶子径は2.6nmであった。この水和ジ
ルコニアゾル含有液を加熱濃縮して、さらにスプレー乾
燥させて嵩密度1.2g/cm,塩素含有量14%の
水和ジルコニア乾燥粉末を調製した。この乾燥粉を8c
mの層厚で仮焼炉に仕込み、水蒸気分圧100mmHg
の空気中、900℃の温度で2時間仮焼した(120×
0.5+500=839)。得られた仮焼粉について
粉末X線回折を測定したところ、正方晶の回折パターン
のみが得られ、固溶反応率は98%であった。
Example 3 To 2 liters of a 2 mol / l zirconium oxychloride aqueous solution, 1.9 liters of 1N ammonia water and 36 g of yttrium oxide were added, and distilled water was further added to obtain 0.1 ml.
10 liters of a 4 mol / l zirconium oxychloride aqueous solution was prepared. The hydrolysis reaction was performed at the boiling temperature for 120 hours while stirring the raw material liquid. The average particle size of the obtained hydrated zirconia sol by the photon correlation method is 0.15 μm.
m, and the crystallite diameter was 2.6 nm. The hydrated zirconia sol-containing liquid was heated and concentrated, and further spray-dried to prepare a hydrated zirconia dry powder having a bulk density of 1.2 g / cm 3 and a chlorine content of 14%. This dried powder is 8c
m in a calcining furnace with a steam partial pressure of 100 mmHg
Calcined at a temperature of 900 ° C. for 2 hours (120 ×
80.5 + 500 = 839). When the powder calcined powder obtained was measured for powder X-ray diffraction, only a tetragonal diffraction pattern was obtained, and the solid solution reaction rate was 98%.

【0022】次いで、上記で得られた仮焼粉を水洗処理
したあと、ボールミルで50時間粉砕した。得られたジ
ルコニア微粉末のBET比表面積は、15m/gであ
った。この粉末を用いて、成形体を作製したところ、成
形体密度は2.75g/cmであり、この成形体を焼
成して得られた焼結体の密度は、6.09g/cm
曲げ強度は125kgf/mmであった。
Next, the calcined powder obtained above was washed with water and pulverized with a ball mill for 50 hours. The BET specific surface area of the obtained zirconia fine powder was 15 m 2 / g. When a compact was produced using this powder, the compact density was 2.75 g / cm 3 , and the sintered compact obtained by firing this compact had a density of 6.09 g / cm 3 ,
The bending strength was 125 kgf / mm 2 .

【0023】実施例4 2mol/lのオキシ塩化ジルコニウム水溶液2リット
ルに1規定のアンモニア水3.6リットルおよび酸化イ
ットリウム28.5gを添加し、さらに蒸留水を加えて
0.4mol/lのオキシ塩化ジルコニウム水溶液10
リットルを調製した。この原料液を攪拌しながら加水分
解反応を煮沸温度で120時間おこなった。得られた水
和ジルコニアゾルの光子相関法による平均粒径は0.2
6μmであり、結晶子径は2.9nmであった。この水
和ジルコニアゾル含有液を加熱濃縮して、さらにスプレ
ー乾燥させて嵩密度1.0g/cm3,塩素含有量13
%の水和ジルコニア乾燥粉末を調製した。この乾燥粉を
10cmの層厚で仮焼炉に仕込み、水蒸気分圧40mm
Hgの空気中、1000℃の温度で2時間仮焼した(1
20×100.5+500=879)。得られた仮焼粉
について粉末X線回折を測定したところ、正方晶の回折
パターンのみが得られ、固溶反応率は97%であった。
Example 4 To 2 liters of a 2 mol / l zirconium oxychloride aqueous solution, 3.6 liters of 1N aqueous ammonia and 28.5 g of yttrium oxide were added, and further distilled water was added to obtain 0.4 mol / l oxychloride. Zirconium aqueous solution 10
One liter was prepared. The hydrolysis reaction was performed at the boiling temperature for 120 hours while stirring the raw material liquid. The average particle size of the obtained hydrated zirconia sol by the photon correlation method was 0.2.
6 μm, and the crystallite diameter was 2.9 nm. The hydrated zirconia sol-containing liquid is heated and concentrated, and further spray-dried to obtain a bulk density of 1.0 g / cm 3 and a chlorine content of 13 g / cm 3.
% Hydrated zirconia dry powder was prepared. This dried powder was charged into a calciner at a layer thickness of 10 cm, and a partial pressure of steam was 40 mm.
Calcination was carried out at a temperature of 1000 ° C. for 2 hours in air of Hg (1
20 × 10 0.5 + 500 = 879). The obtained calcined powder was subjected to powder X-ray diffraction measurement. As a result, only a tetragonal diffraction pattern was obtained, and the solid solution reaction rate was 97%.

【0024】次いで、上記で得られた仮焼粉を水洗処理
したあと、ボールミルで50時間粉砕した。得られたジ
ルコニア微粉末のBET比表面積は、8m/gであっ
た。この粉末を用いて、成形体を作製したところ、成形
体密度は2.70g/cmであり、この成形体を焼成
して得られた焼結体の密度は、6.08g/cm、曲
げ強度は120kgf/mmであった。
Next, the calcined powder obtained above was washed with water and pulverized with a ball mill for 50 hours. The BET specific surface area of the obtained zirconia fine powder was 8 m 2 / g. When a compact was produced using this powder, the compact density was 2.70 g / cm 3 , and the sintered compact obtained by firing this compact had a density of 6.08 g / cm 3 , The bending strength was 120 kgf / mm 2 .

【0025】実施例5 2mol/lのオキシ塩化ジルコニウム水溶液3リット
ルに1規定のアンモニア水4リットル,酸化イットリウ
ム36gを添加し、さらに蒸留水を加えて0.6mol
/lのオキシ塩化ジルコニウム水溶液10リットルを調
製した。この原料液を攪拌しながら加水分解反応を煮沸
温度で120時間おこなった。得られた水和ジルコニア
ゾルの光子相関法による平均粒径は0.1μmであり、
結晶子径は2.5nmであった。この水和ジルコニアゾ
ル含有液を加熱濃縮して、さらにスプレー乾燥させて嵩
密度1.3g/cm,塩素含有量15%の水和ジルコ
ニア乾燥粉末を調製した。この乾燥粉を6cmの層厚で
仮焼炉に仕込み、水蒸気分圧30mmHgの空気中、9
00℃の温度で2時間仮焼した(120×60.5+5
00=794)。得られた仮焼粉の粉末X線回折を測定
した結果、正方晶の回折パターンであり、固溶反応率は
98%であった。
Example 5 To 3 liters of a 2 mol / l zirconium oxychloride aqueous solution, 4 liters of 1N ammonia water and 36 g of yttrium oxide were added, and further distilled water was added to add 0.6 mol.
Per liter of an aqueous zirconium oxychloride solution was prepared. The hydrolysis reaction was performed at the boiling temperature for 120 hours while stirring the raw material liquid. The average particle size of the obtained hydrated zirconia sol by photon correlation was 0.1 μm,
The crystallite diameter was 2.5 nm. The hydrated zirconia sol-containing liquid was heated and concentrated, and further spray-dried to prepare a dried hydrated zirconia powder having a bulk density of 1.3 g / cm 3 and a chlorine content of 15%. This dried powder was charged into a calciner with a layer thickness of 6 cm, and was dried in air having a partial pressure of water vapor of 30 mmHg.
Calcined at a temperature of 00 ° C. for 2 hours (120 × 6 0.5 +5
00 = 794). As a result of measuring the powder X-ray diffraction of the obtained calcined powder, a tetragonal diffraction pattern was obtained, and the solid solution reaction rate was 98%.

【0026】次いで、上記で得られた仮焼粉を水洗処理
したあと、ボールミルで50時間粉砕した。得られたジ
ルコニア微粉末のBET比表面積は、20m/gであ
った。この粉末を用いて、成形体を作製したところ、成
形体密度は2.88g/cmであり、この成形体を焼
成して得られた焼結体の密度は、6.08g/cm
曲げ強度は125kgf/mmであった。
Next, the calcined powder obtained above was washed with water and then pulverized with a ball mill for 50 hours. The BET specific surface area of the obtained zirconia fine powder was 20 m 2 / g. When a compact was produced using this powder, the compact had a density of 2.88 g / cm 3 , and the sintered compact obtained by firing this compact had a density of 6.08 g / cm 3 ,
The bending strength was 125 kgf / mm 2 .

【0027】比較例1 仮焼温度700℃,乾燥粉の層厚6cmに設定した以外
は実施例1と同様におこなった(120×60.5+5
00=794)。
Comparative Example 1 The same procedure as in Example 1 was performed except that the calcining temperature was set at 700 ° C. and the layer thickness of the dried powder was set at 6 cm (120 × 6 0.5 +5).
00 = 794).

【0028】得られた仮焼粉の固溶反応率は80%であ
り、水洗,粉砕したあとのジルコニア微粉末のBET比
表面積は、23m/gであった。この粉末を用いて、
成形体を作製したところ、成形体密度は2.59g/c
であり、この成形体を焼成して得られた焼結体の密
度は、5.95g/cm、曲げ強度は96kgf/m
であった。
The solid solution reaction rate of the obtained calcined powder was 80%, and the BET specific surface area of the zirconia fine powder after washing with water and pulverizing was 23 m 2 / g. Using this powder,
When a molded body was produced, the molded body density was 2.59 g / c.
m 3, the density of the sintered body obtained by firing the molded body, 5.95 g / cm 3, flexural strength 96Kgf / m
It was m 2.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】水和ジルコニアゾルとY,Ca,Mg,C
eのうち少なくとも1種の化合物を含む混合物を仮焼し
てジルコニア微粉末を製造する方法において、層厚H
(cm)の該混合物を120H0.5+500≦T≦1
200の条件を満たす温度T(℃)で仮焼することを特
徴とするジルコニア微粉末の製造法。
A hydrated zirconia sol and Y, Ca, Mg, C
e) calcining a mixture containing at least one compound out of e to produce fine zirconia powder, wherein the layer thickness H
(Cm) of the mixture is 120H 0.5 + 500 ≦ T ≦ 1
A method for producing zirconia fine powder, comprising calcining at a temperature T (° C.) satisfying the condition of 200.
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