JP3205785B2 - 酸化ジルコニウム−酸化アルミニウム系高靭性焼結体材料 - Google Patents
酸化ジルコニウム−酸化アルミニウム系高靭性焼結体材料Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化ジルコニウム−酸
化アルミニウム系高靭性焼結体材料に関する。
化アルミニウム系高靭性焼結体材料に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】ジルコニア系セラミックス
は、他のエンジニアリングセラミックスに比して、室温
での強度および靭性が高いので、一部の機械部品などに
使用されているが、より広範な用途において実用化を達
成するためには、さらに曲げ強度、靭性などを向上させ
る必要がある。
は、他のエンジニアリングセラミックスに比して、室温
での強度および靭性が高いので、一部の機械部品などに
使用されているが、より広範な用途において実用化を達
成するためには、さらに曲げ強度、靭性などを向上させ
る必要がある。
【０００３】ジルコニア系セラミックスの曲げ強度、靭
性などの特性を向上させるためには、通常ＣａＯ、Ｍｇ
Ｏ、Ｙ2 Ｏ3 、ＣｅＯ2 などの安定化剤を添加し、ジル
コニア中に固溶させている。しかしながら、この様な方
法では、曲げ強度が改善されたとしても靭性が低下した
り、或いは両者の改善の程度が僅かであったりするのが
現状である。
性などの特性を向上させるためには、通常ＣａＯ、Ｍｇ
Ｏ、Ｙ2 Ｏ3 、ＣｅＯ2 などの安定化剤を添加し、ジル
コニア中に固溶させている。しかしながら、この様な方
法では、曲げ強度が改善されたとしても靭性が低下した
り、或いは両者の改善の程度が僅かであったりするのが
現状である。
【０００４】ジルコニア系セラミックスの安定化剤とし
てＡｌ2 Ｏ3 を使用する試みも提案されているが、Ｚｒ
Ｏ2 とＡｌ2 Ｏ3 とは、化学的な親和性が低いので、両
成分を単に配合して焼成したとしても、両者が固溶状態
で高密度に焼結した製品を得ることはできない。
てＡｌ2 Ｏ3 を使用する試みも提案されているが、Ｚｒ
Ｏ2 とＡｌ2 Ｏ3 とは、化学的な親和性が低いので、両
成分を単に配合して焼成したとしても、両者が固溶状態
で高密度に焼結した製品を得ることはできない。
【０００５】また、ＺｒイオンとＡｌイオンとが原始的
レベルで均一に固溶した水酸化物または酸化物を出発原
料として使用したとしても、焼結時の高温条件下で熱力
学的平衡状態になれば、Ａｌ2 Ｏ3 はＺｒＯ2 に固溶し
ないと考えられる。この場合には、当然のことながらＡ
ｌ2 Ｏ3 が析出してしまうので、ＺｒＯ2 とＡｌ2 Ｏ3
とが固溶状態で高密度に焼結した製品を得ることはでき
ないというのが当業者の常識であった。
レベルで均一に固溶した水酸化物または酸化物を出発原
料として使用したとしても、焼結時の高温条件下で熱力
学的平衡状態になれば、Ａｌ2 Ｏ3 はＺｒＯ2 に固溶し
ないと考えられる。この場合には、当然のことながらＡ
ｌ2 Ｏ3 が析出してしまうので、ＺｒＯ2 とＡｌ2 Ｏ3
とが固溶状態で高密度に焼結した製品を得ることはでき
ないというのが当業者の常識であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、強度のみならず、靭性をもより一層改善した酸化ジ
ルコニウム−酸化アルミニウム系材料を提供することを
主な目的とする。
は、強度のみならず、靭性をもより一層改善した酸化ジ
ルコニウム−酸化アルミニウム系材料を提供することを
主な目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この様に強度と靭性とを
ともに向上させるためには、ジルコニアセラミックスの
高温相である正方晶ジルコニア相を常温安定相である単
斜晶相に有効に応力誘起変態させる機構と、破壊の源と
なる欠陥、異物などを含まない微細組織を有する安定化
ジルコニア焼結体を作成しなければならない。
ともに向上させるためには、ジルコニアセラミックスの
高温相である正方晶ジルコニア相を常温安定相である単
斜晶相に有効に応力誘起変態させる機構と、破壊の源と
なる欠陥、異物などを含まない微細組織を有する安定化
ジルコニア焼結体を作成しなければならない。
【０００８】本発明者は、上記の様な従来技術の現状に
鑑みて研究を進めた結果、ＺｒとＡｌとが原子的レベル
で均一に固溶した水酸化物または酸化物を出発原料と
し、且つ非平衡状態を強制的に維持する方法として特定
の低温加圧条件下にＨＩＰ法による焼結を行なう場合に
は、予想外にも従来の当業者常識に反して、結晶粒子の
成長が抑制されるとともに、Ａｌ2 Ｏ3 の析出も抑制さ
れ、その結果、強度のみならず、靭性にも優れたＺｒＯ
2 −Ａｌ2 Ｏ3 系セラミックス焼結体材料が得られるこ
とを見出した。
鑑みて研究を進めた結果、ＺｒとＡｌとが原子的レベル
で均一に固溶した水酸化物または酸化物を出発原料と
し、且つ非平衡状態を強制的に維持する方法として特定
の低温加圧条件下にＨＩＰ法による焼結を行なう場合に
は、予想外にも従来の当業者常識に反して、結晶粒子の
成長が抑制されるとともに、Ａｌ2 Ｏ3 の析出も抑制さ
れ、その結果、強度のみならず、靭性にも優れたＺｒＯ
2 −Ａｌ2 Ｏ3 系セラミックス焼結体材料が得られるこ
とを見出した。
【０００９】即ち、本発明は、下記の酸化ジルコニウム
−酸化アルミニウム系高靭性焼結体材料を提供するもの
である：１．ＺｒＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 を主成分とし、Ｚｒ
Ｏ2 −Ａｌ2 Ｏ3 の成分比率がＺｒＯ2 ９９〜６０モル
％で且つＡｌ2 Ｏ3 １〜４０モル％であり、アルミニウ
ムイオンがＺｒＯ2 結晶格子内に固溶していることを特
徴とする正方晶率が高く且つ高密度の酸化ジルコニウム
−酸化アルミニウム系高靭性焼結体材料。
−酸化アルミニウム系高靭性焼結体材料を提供するもの
である：１．ＺｒＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 を主成分とし、Ｚｒ
Ｏ2 −Ａｌ2 Ｏ3 の成分比率がＺｒＯ2 ９９〜６０モル
％で且つＡｌ2 Ｏ3 １〜４０モル％であり、アルミニウ
ムイオンがＺｒＯ2 結晶格子内に固溶していることを特
徴とする正方晶率が高く且つ高密度の酸化ジルコニウム
−酸化アルミニウム系高靭性焼結体材料。
【００１０】２．上記項１に記載の高靭性焼結体材料に
おいて、ＺｒＯ2 の結晶構造が、下式（１）で表わされ
る正方晶率（ｔ率）として、４０％以上を有することを
特徴とする高靭性焼結体材料。
おいて、ＺｒＯ2 の結晶構造が、下式（１）で表わされ
る正方晶率（ｔ率）として、４０％以上を有することを
特徴とする高靭性焼結体材料。
【００１１】
【数３】
【００１２】但し、（１）式における各記号は、材料の
Ｘ線回折において、以下の意味を有する；
Ｘ線回折において、以下の意味を有する；
【００１３】
【数４】
【００１４】３．上記項１または２に記載の高靭性材料
において、下式（２）により算出される材料の相対密度
が９５％以上である高靭性焼結体材料。
において、下式（２）により算出される材料の相対密度
が９５％以上である高靭性焼結体材料。
【００１５】 相対密度＝ｄ／ｄ0 ×１００ （２） 但し、ｄ＝材料の嵩密度 ｄ0 ＝下式（３）から求めた真密度 ｄ0 ＝Ｖ（Ａｌ2 Ｏ3 ）ｄ（Ａｌ2 Ｏ3 ）＋Ｖ（t-ＺｒＯ2 ）ｄ（t-ＺｒＯ2 ） ＋Ｖ（m-ＺｒＯ2 ）ｄ（m-ＺｒＯ2 ） （３） 但し、（３）式における各記号は、以下の意味を有す
る； Ｖ（Ａｌ2 Ｏ3 ）…材料中に含まれるＡｌ2 Ｏ3 の体積
分率、 Ｖ（t-ＺｒＯ2 ）…材料中に含まれる正方晶ＺｒＯ2 の
体積分率、 Ｖ（m-ＺｒＯ2 ）…材料中に含まれる単斜晶ＺｒＯ2 の
体積分率、 ｄ（Ａｌ2 Ｏ3 ）…Ａｌ2 Ｏ3 の真密度＝３．９９ｇ／
ｃｍ3 、 ｄ（t-ＺｒＯ2 ）…正方晶ＺｒＯ2 の真密度＝６．１０
ｇ／ｃｍ3 、 ｄ（m-ＺｒＯ2 ）…単斜晶ＺｒＯ2 の真密度＝５．５６
ｇ／ｃｍ3 。
る； Ｖ（Ａｌ2 Ｏ3 ）…材料中に含まれるＡｌ2 Ｏ3 の体積
分率、 Ｖ（t-ＺｒＯ2 ）…材料中に含まれる正方晶ＺｒＯ2 の
体積分率、 Ｖ（m-ＺｒＯ2 ）…材料中に含まれる単斜晶ＺｒＯ2 の
体積分率、 ｄ（Ａｌ2 Ｏ3 ）…Ａｌ2 Ｏ3 の真密度＝３．９９ｇ／
ｃｍ3 、 ｄ（t-ＺｒＯ2 ）…正方晶ＺｒＯ2 の真密度＝６．１０
ｇ／ｃｍ3 、 ｄ（m-ＺｒＯ2 ）…単斜晶ＺｒＯ2 の真密度＝５．５６
ｇ／ｃｍ3 。
【００１６】４．上記項１乃至３のいずれかに記載の高
靭性焼結体材料において、結晶の平均粒径が０．１μｍ
以下である高靭性焼結体材料。
靭性焼結体材料において、結晶の平均粒径が０．１μｍ
以下である高靭性焼結体材料。
【００１７】ＺｒＯ2 系セラミックス材料の強度と靭性
とをともに向上させるためには、ＺｒＯ2 系セラミック
ス材料の高温相であるt-ＺｒＯ2 相を常温安定相である
m-ＺｒＯ2 相に効果的に応力誘起変態させる機構を有
し、且つ破壊の発生源となる欠陥を含まない微細組織を
有する安定化ジルコニア焼結体を製造しなければならな
い。
とをともに向上させるためには、ＺｒＯ2 系セラミック
ス材料の高温相であるt-ＺｒＯ2 相を常温安定相である
m-ＺｒＯ2 相に効果的に応力誘起変態させる機構を有
し、且つ破壊の発生源となる欠陥を含まない微細組織を
有する安定化ジルコニア焼結体を製造しなければならな
い。
【００１８】平衡状態図的には、ＺｒＯ2 へのＡｌ2 Ｏ
3 の固溶は、１％以下と極めて微量であることが知られ
ている。例えば、ＺｒＯ2 （３Ｙ）−Ａｌ2 Ｏ3 系セラ
ミックスにおいては、添加されたＡｌ2 Ｏ3 は、固溶す
ることなく、Ａｌ2 Ｏ3 粒子としてＺｒＯ2 （３Ｙ）マ
トリッックス中に分散している。
3 の固溶は、１％以下と極めて微量であることが知られ
ている。例えば、ＺｒＯ2 （３Ｙ）−Ａｌ2 Ｏ3 系セラ
ミックスにおいては、添加されたＡｌ2 Ｏ3 は、固溶す
ることなく、Ａｌ2 Ｏ3 粒子としてＺｒＯ2 （３Ｙ）マ
トリッックス中に分散している。
【００１９】しかるに、本発明者の研究によれば、以下
のことが明かとなった。
のことが明かとなった。
【００２０】即ち、原子レベルでＺｒとＡｌとを混合し
て得た材料、例えば、ＺｒアルコキシドとＡｌアルコキ
シドの均一混合溶液にアンモニア水を加え、加水分解さ
せることにより得たＺｒ−Ａｌ−Ｏ系アモルファス粉末
においては、Ａｌ2 Ｏ3 が４０モル％まで固溶してい
る。この粉末を空気中で加熱すると、組成によっても異
なるが、７８０〜１０００℃程度の温度で結晶化して、
t-ＺｒＯ2 またはc-ＺｒＯ2 が生成する。この結晶化の
過程においても、Ａｌ2 Ｏ3 は固溶した状態を保ち続
け、１２５０℃以上の温度に加熱しない限り、Ａｌ2 Ｏ
3 粒子は析出しない。
て得た材料、例えば、ＺｒアルコキシドとＡｌアルコキ
シドの均一混合溶液にアンモニア水を加え、加水分解さ
せることにより得たＺｒ−Ａｌ−Ｏ系アモルファス粉末
においては、Ａｌ2 Ｏ3 が４０モル％まで固溶してい
る。この粉末を空気中で加熱すると、組成によっても異
なるが、７８０〜１０００℃程度の温度で結晶化して、
t-ＺｒＯ2 またはc-ＺｒＯ2 が生成する。この結晶化の
過程においても、Ａｌ2 Ｏ3 は固溶した状態を保ち続
け、１２５０℃以上の温度に加熱しない限り、Ａｌ2 Ｏ
3 粒子は析出しない。
【００２１】従って、Ａｌ2 Ｏ3 の析出温度（作製法に
より若干異なるが、約１２５０℃）未満の温度で上記の
Ｚｒ−Ａｌ−Ｏ系アモルファス粉末を焼結して緻密化す
る場合には、Ａｌ2 Ｏ3 により安定化されたt-ＺｒＯ2
焼結体が製造できる。なお、通常の常圧焼結法において
は、Ａｌ2 Ｏ3 の析出温度である１２５０℃以下の低温
で緻密化を行なうことは不可能である。
より若干異なるが、約１２５０℃）未満の温度で上記の
Ｚｒ−Ａｌ−Ｏ系アモルファス粉末を焼結して緻密化す
る場合には、Ａｌ2 Ｏ3 により安定化されたt-ＺｒＯ2
焼結体が製造できる。なお、通常の常圧焼結法において
は、Ａｌ2 Ｏ3 の析出温度である１２５０℃以下の低温
で緻密化を行なうことは不可能である。
【００２２】ここでＺｒ−Ａｌ−Ｏ系アモルファス粉末
の焼結過程を検討すると、通常構成原子の相互拡散によ
り、粒子接触部の成長、粒界の移動などを生じて、焼結
が進行し、緻密化が達成される。換言すれば、通常異粒
子が結合する場合には、いわゆるネック成長、粒成長、
粒界移動などの過程を経由するが、この様な構成原子の
大きな移動を伴う高温の焼結過程を本発明で使用する原
料粉末に適用すると、固溶しているＡｌ2 Ｏ3 が平衡状
態図から予測される通りに析出してしまうので、t-Ｚｒ
Ｏ2 相を安定化させることは不可能となる。即ち、Ｚｒ
−Ａｌ−Ｏ系アモルファス粉末に上記の過程を経過させ
ると、必ずα−Ａｌ2 Ｏ3 が析出する。これに対し、本
発明においては、低温加圧焼結法をＺｒ−Ａｌ−Ｏ系ア
モルファス粉末に適用することにより、従来の当業者常
識からは全く予測し得なかったところであるが、０．１
μｍ以下の超微粒子からなる緻密焼結体を得ることに成
功したものである。
の焼結過程を検討すると、通常構成原子の相互拡散によ
り、粒子接触部の成長、粒界の移動などを生じて、焼結
が進行し、緻密化が達成される。換言すれば、通常異粒
子が結合する場合には、いわゆるネック成長、粒成長、
粒界移動などの過程を経由するが、この様な構成原子の
大きな移動を伴う高温の焼結過程を本発明で使用する原
料粉末に適用すると、固溶しているＡｌ2 Ｏ3 が平衡状
態図から予測される通りに析出してしまうので、t-Ｚｒ
Ｏ2 相を安定化させることは不可能となる。即ち、Ｚｒ
−Ａｌ−Ｏ系アモルファス粉末に上記の過程を経過させ
ると、必ずα−Ａｌ2 Ｏ3 が析出する。これに対し、本
発明においては、低温加圧焼結法をＺｒ−Ａｌ−Ｏ系ア
モルファス粉末に適用することにより、従来の当業者常
識からは全く予測し得なかったところであるが、０．１
μｍ以下の超微粒子からなる緻密焼結体を得ることに成
功したものである。
【００２３】本発明において、この様な０．１μｍ以下
の超微粒子からなる緻密焼結体を得ることができる理由
は、未だ明かとはなっていないが、原料粉末粒子が通常
のプロセスを経由することなく塑性変形を起こして、粒
子同志が接着した状態で結合するものと考えられる。こ
の様にして得られた本発明の酸化ジルコニウム−酸化ア
ルミニウム系焼結体は、文献未載の新規材料である。
の超微粒子からなる緻密焼結体を得ることができる理由
は、未だ明かとはなっていないが、原料粉末粒子が通常
のプロセスを経由することなく塑性変形を起こして、粒
子同志が接着した状態で結合するものと考えられる。こ
の様にして得られた本発明の酸化ジルコニウム−酸化ア
ルミニウム系焼結体は、文献未載の新規材料である。
【００２４】本発明において、使用する出発原料は、Ｚ
ｒＯ2 にＡｌ2 Ｏ3 が固溶したＺｒ−Ａｌ−Ｏ系アモル
ファス粉末として、上記のアルコキシドを原料とする加
水分解法の他に、アルコールに可溶な原料を使用する方
法、塩−アルコキシド混合加水分解法などの溶液法によ
り製造することができる。Ｚｒ源としては、ジルコニウ
ムイソプロポキシド、ジルコニウムアセチルアセトネー
ト、オキシ塩化ジルコニウム、塩化ジルコニウムなどが
例示され、Ａｌ源としては、アルミニウムイソプロポキ
シド、アルミニウムアセチルアセトネート、塩化アルミ
ニウム、硝酸アルミニウムなどが例示される。これらの
方法で得られる粉末の粒径は、加水分解条件により制御
することが可能であり、１００ｎｍ以下程度の微細粉末
とすることもできる。出発原料中のＺｒとＡｌとのモル
比は、焼結体の所望の粒径に応じて、Ｚｒ：２Ａｌ＝９
９〜６０：１〜４０の範囲内で最適の値とすることがで
きる。Ａｌ2 Ｏ3 の割合が１モル未満の場合には、安定
化剤としての効果が十分に発揮されないのに対し、４０
モル％を超える場合には、Ａｌ2 Ｏ3 が析出し始めて焼
結体の靭性を低下させる。
ｒＯ2 にＡｌ2 Ｏ3 が固溶したＺｒ−Ａｌ−Ｏ系アモル
ファス粉末として、上記のアルコキシドを原料とする加
水分解法の他に、アルコールに可溶な原料を使用する方
法、塩−アルコキシド混合加水分解法などの溶液法によ
り製造することができる。Ｚｒ源としては、ジルコニウ
ムイソプロポキシド、ジルコニウムアセチルアセトネー
ト、オキシ塩化ジルコニウム、塩化ジルコニウムなどが
例示され、Ａｌ源としては、アルミニウムイソプロポキ
シド、アルミニウムアセチルアセトネート、塩化アルミ
ニウム、硝酸アルミニウムなどが例示される。これらの
方法で得られる粉末の粒径は、加水分解条件により制御
することが可能であり、１００ｎｍ以下程度の微細粉末
とすることもできる。出発原料中のＺｒとＡｌとのモル
比は、焼結体の所望の粒径に応じて、Ｚｒ：２Ａｌ＝９
９〜６０：１〜４０の範囲内で最適の値とすることがで
きる。Ａｌ2 Ｏ3 の割合が１モル未満の場合には、安定
化剤としての効果が十分に発揮されないのに対し、４０
モル％を超える場合には、Ａｌ2 Ｏ3 が析出し始めて焼
結体の靭性を低下させる。
【００２５】焼結体は、上記の出発原料粉末を成形し、
仮焼した後、上記のＡｌ2 Ｏ3 の析出温度未満の温度で
焼結することにより、得られる。仮焼温度および焼結温
度は、原料組成などにより異なるので、特に限定される
ものではないが、例えば、それぞれ８００〜１０００℃
程度および１０５０〜１２００℃程度である。本発明に
おいては、Ａｌ2 Ｏ3 の析出温度以下で緻密化を行なう
ために、加圧焼結を必要とする。焼結をＨＩＰで行なう
場合には、特に限定されるものではないが、圧力は２０
〜２００ＭＰａ程度、時間は１時間以上とすることが好
ましい。
仮焼した後、上記のＡｌ2 Ｏ3 の析出温度未満の温度で
焼結することにより、得られる。仮焼温度および焼結温
度は、原料組成などにより異なるので、特に限定される
ものではないが、例えば、それぞれ８００〜１０００℃
程度および１０５０〜１２００℃程度である。本発明に
おいては、Ａｌ2 Ｏ3 の析出温度以下で緻密化を行なう
ために、加圧焼結を必要とする。焼結をＨＩＰで行なう
場合には、特に限定されるものではないが、圧力は２０
〜２００ＭＰａ程度、時間は１時間以上とすることが好
ましい。
【００２６】得られる焼結体においては、出発原料粉末
の粒径にもよるが、焼結時の緻密化過程においても、結
晶粒子の成長が抑制されるので、２０〜１００ｎｍ
（０．０２〜０．１μｍ）程度の微細な結晶組織が得ら
れる。
の粒径にもよるが、焼結時の緻密化過程においても、結
晶粒子の成長が抑制されるので、２０〜１００ｎｍ
（０．０２〜０．１μｍ）程度の微細な結晶組織が得ら
れる。
【００２７】
【発明の効果】本発明による酸化ジルコニウム−酸化ア
ルミニウム系焼結体材料においては、Ａｌ2 Ｏ3 で安定
化され、超微細結晶組織を有するt-ＺｒＯ2 相が全結晶
相の４０％以上を占めている。従って、この材料に外部
応力が加えられた場合には、個々の粒子は、それぞれ同
等な応力を受けることになり、t-ＺｒＯ2 相からm-Ｚｒ
Ｏ2 相への応力誘起変態が広い領域に渡って均一に生じ
る。このため、超微細結晶組織による高強度のみなら
ず、外部応力の緩和に伴う高靭性が発揮される。
ルミニウム系焼結体材料においては、Ａｌ2 Ｏ3 で安定
化され、超微細結晶組織を有するt-ＺｒＯ2 相が全結晶
相の４０％以上を占めている。従って、この材料に外部
応力が加えられた場合には、個々の粒子は、それぞれ同
等な応力を受けることになり、t-ＺｒＯ2 相からm-Ｚｒ
Ｏ2 相への応力誘起変態が広い領域に渡って均一に生じ
る。このため、超微細結晶組織による高強度のみなら
ず、外部応力の緩和に伴う高靭性が発揮される。
【００２８】その結果、本発明による酸化ジルコニウム
−酸化アルミニウム系焼結体材料は、機械部品、機能性
部品、耐磨耗性部品などとして有用である。
−酸化アルミニウム系焼結体材料は、機械部品、機能性
部品、耐磨耗性部品などとして有用である。
【００２９】また、結晶粒径が０．０５μｍ以下のもの
は、鋭利な刃先加工精度を要求される工具用の刃先とし
て特に有用である。
は、鋭利な刃先加工精度を要求される工具用の刃先とし
て特に有用である。
【００３０】
【実施例】以下に実施例および比較例を示し、本発明の
特徴とするところをより一層明確にする。
特徴とするところをより一層明確にする。
【００３１】実施例１ ８２℃のイソプロパノール中でＺｒＯ2 ：Ａｌ2 Ｏ3 ＝
７５：２５（モル比）となる割合でジルコニウムイソプ
ロポキシドとアルミニウムイソプロポキシドとを２４時
間還流した後、均質化した混合溶液に２８％アンモニア
水を加え、加水分解させ、生じた共沈澱物を濾過し、乾
燥した。
７５：２５（モル比）となる割合でジルコニウムイソプ
ロポキシドとアルミニウムイソプロポキシドとを２４時
間還流した後、均質化した混合溶液に２８％アンモニア
水を加え、加水分解させ、生じた共沈澱物を濾過し、乾
燥した。
【００３２】得られた粉末を空気中８００℃で仮焼し
て、Ａｌ2 Ｏ3 を固溶したt-ＺｒＯ2 粉末とした後、１
１００℃、２００ＭＰａの条件下にカプセルＨＩＰ処理
を行なった。
て、Ａｌ2 Ｏ3 を固溶したt-ＺｒＯ2 粉末とした後、１
１００℃、２００ＭＰａの条件下にカプセルＨＩＰ処理
を行なった。
【００３３】得られた焼結体の相対密度は９７．２％、
ｔ率は４０％、靭性（ＫIC）は１８ＭＰａ・ｍ1/2 、曲
げ強度は４７０ＭＰａであった。また、ＳＥＭ写真によ
る焼結体の結晶の粒径は、０．１μｍ以下であった。
ｔ率は４０％、靭性（ＫIC）は１８ＭＰａ・ｍ1/2 、曲
げ強度は４７０ＭＰａであった。また、ＳＥＭ写真によ
る焼結体の結晶の粒径は、０．１μｍ以下であった。
【００３４】実施例２ 実施例１と同様にして調製した共沈澱物を９００℃で仮
焼し、Ａｌ2 Ｏ3 を固溶したt-ＺｒＯ2 粉末とした後、
実施例１と同様の条件下にカプセルＨＩＰ処理を行なっ
た。
焼し、Ａｌ2 Ｏ3 を固溶したt-ＺｒＯ2 粉末とした後、
実施例１と同様の条件下にカプセルＨＩＰ処理を行なっ
た。
【００３５】得られた焼結体の相対密度は９７％、ｔ率
は５５％、靭性（ＫIC）は２３ＭＰａ・ｍ1/2 、曲げ強
度は５７０ＭＰａであった。また、ＳＥＭ写真による焼
結体の結晶の粒径は、０．０５μｍ以下であった。
は５５％、靭性（ＫIC）は２３ＭＰａ・ｍ1/2 、曲げ強
度は５７０ＭＰａであった。また、ＳＥＭ写真による焼
結体の結晶の粒径は、０．０５μｍ以下であった。
【００３６】実施例３ 実施例１と同様にして調製した共沈澱物を１０００℃で
仮焼し、Ａｌ2 Ｏ3 を固溶したt-ＺｒＯ2 粉末とした
後、実施例１と同様の条件下にカプセルＨＩＰ処理を行
なった。
仮焼し、Ａｌ2 Ｏ3 を固溶したt-ＺｒＯ2 粉末とした
後、実施例１と同様の条件下にカプセルＨＩＰ処理を行
なった。
【００３７】得られた焼結体の相対密度は９８．３％、
ｔ率は７０％、靭性（ＫIC）は１７ＭＰａ・ｍ1/2 、曲
げ強度は７００ＭＰａであった。また、ＳＥＭ写真によ
る焼結体の結晶の粒径は、０．０５μｍ以下であった。
ｔ率は７０％、靭性（ＫIC）は１７ＭＰａ・ｍ1/2 、曲
げ強度は７００ＭＰａであった。また、ＳＥＭ写真によ
る焼結体の結晶の粒径は、０．０５μｍ以下であった。
【００３８】実施例４ 実施例１と同様にして調製した共沈澱物を１０００℃で
仮焼し、Ａｌ2 Ｏ3 を固溶したt-ＺｒＯ2 粉末とした
後、１１２５℃、２００ＭＰａの条件下にカプセルＨＩ
Ｐ処理を行なった。
仮焼し、Ａｌ2 Ｏ3 を固溶したt-ＺｒＯ2 粉末とした
後、１１２５℃、２００ＭＰａの条件下にカプセルＨＩ
Ｐ処理を行なった。
【００３９】得られた焼結体の相対密度は９９．４％、
ｔ率は５０％、靭性（ＫIC）は１６．５ＭＰａ・
ｍ1/2 、曲げ強度は４７０ＭＰａであった。また、ＳＥ
Ｍ写真による焼結体の結晶の粒径は、０．０５μｍ以下
であった。
ｔ率は５０％、靭性（ＫIC）は１６．５ＭＰａ・
ｍ1/2 、曲げ強度は４７０ＭＰａであった。また、ＳＥ
Ｍ写真による焼結体の結晶の粒径は、０．０５μｍ以下
であった。
【００４０】参考例１ ８２℃のイソプロパノール中でＺｒＯ2 ：Ａｌ2 Ｏ3 ＝
７５：２５（モル比）となる割合でジルコニウムアセチ
ルアセトネートとアルミニウムイソプロポキシドとを２
４時間還流した後、均質化した混合溶液に２８％アンモ
ニア水を加え、加水分解させ、生じた共沈澱物を濾過
し、乾燥した。
７５：２５（モル比）となる割合でジルコニウムアセチ
ルアセトネートとアルミニウムイソプロポキシドとを２
４時間還流した後、均質化した混合溶液に２８％アンモ
ニア水を加え、加水分解させ、生じた共沈澱物を濾過
し、乾燥した。
【００４１】得られた粉末を空気中５００〜１４００℃
の所定温度で２時間仮焼した後、結晶相の変化状況を調
べた。結果を表１に示す。
の所定温度で２時間仮焼した後、結晶相の変化状況を調
べた。結果を表１に示す。
【００４２】 表 １ 仮焼温度（℃） 結 晶 相 ｔ−率（％） ５００ アモルファス − ６００ c-ＺｒＯ2 − t-ＺｒＯ2 − ７００ t-ＺｒＯ2 − ８００ t-ＺｒＯ2 − ９００ t-ＺｒＯ2 − １０００ t-ＺｒＯ2 − １１００ t-ＺｒＯ2 − １２００ t-ＺｒＯ2 ４８．７ m-ＺｒＯ2 １３００ t-ＺｒＯ2 １４．９ m-ＺｒＯ2 １４００ t-ＺｒＯ2 ６．３ m-ＺｒＯ2 α−Ａｌ2 Ｏ3 表１に示す結果から、本発明で使用する出発原料を１３
００℃までの温度下で加熱する場合には、α−Ａｌ2 Ｏ
3 の析出は認められず、Ａｌ2 Ｏ3 がＺｒＯ2 に固溶し
た状態に止まっていることが明らかである。
００℃までの温度下で加熱する場合には、α−Ａｌ2 Ｏ
3 の析出は認められず、Ａｌ2 Ｏ3 がＺｒＯ2 に固溶し
た状態に止まっていることが明らかである。
【００４３】参考例２ ジルコニウムアセチルアセトネートに代えてＺｒＯＣｌ
2 ・８Ｈ2 Ｏを使用する以外は参考例１と同様にして共
沈殿物を生成させ、濾過し、乾燥させた。
2 ・８Ｈ2 Ｏを使用する以外は参考例１と同様にして共
沈殿物を生成させ、濾過し、乾燥させた。
【００４４】得られた粉末を参考例１と同様にして仮焼
し、結晶相の変化状況を調べた。結果を表２に示す。
し、結晶相の変化状況を調べた。結果を表２に示す。
【００４５】 表 ２ 仮焼温度（℃） 結 晶 相 ｔ−率（％） ５００ アモルファス − ６００ アモルファス − ７００ アモルファス − ８００ t-ＺｒＯ2 − ９００ t-ＺｒＯ2 − １０００ t-ＺｒＯ2 − １１００ t-ＺｒＯ2 − １２００ t-ＺｒＯ2 ５４．０ m-ＺｒＯ2 １３００ t-ＺｒＯ2 ８．３ m-ＺｒＯ2 １４００ t-ＺｒＯ2 α−Ａｌ2 Ｏ3 比較例１ ＰＳＺ（ＺｒＯ2 −３モル％Ｙ2 Ｏ3 ）の粉末８０重量
部とＡｌ2 Ｏ3 粉末２０重量部とに水を加え、スラリー
状とした後、ＺｒＯ2 （３Ｙ）ビーズを用いて、５００
時間ビーズミル粉砕した。次いで、スラリーを乾燥し、
ＣＩＰにより仮成形し、大気中１３００〜１５００℃で
焼成した後、さらに１３００〜１５００℃でＡｒにより
１９６ＭＰａの加圧下にＨＩＰ焼結した。
部とＡｌ2 Ｏ3 粉末２０重量部とに水を加え、スラリー
状とした後、ＺｒＯ2 （３Ｙ）ビーズを用いて、５００
時間ビーズミル粉砕した。次いで、スラリーを乾燥し、
ＣＩＰにより仮成形し、大気中１３００〜１５００℃で
焼成した後、さらに１３００〜１５００℃でＡｒにより
１９６ＭＰａの加圧下にＨＩＰ焼結した。
【００４６】得られた焼結体の靭性と曲げ強度を表３に
示す。なお、いずれの焼結体においても、ＺｒＯ2 への
Ａｌ2 Ｏ3 の固溶は認められなかった。
示す。なお、いずれの焼結体においても、ＺｒＯ2 への
Ａｌ2 Ｏ3 の固溶は認められなかった。
【００４７】 表 ３ 大気中焼成 ＨＩＰ処理 靭 性 曲げ強度 （℃） （℃） （MPa ・ｍ 1/2 ） （ＭＰａ） 試料No. １ １５００ １３００ ６．５ １３３０ ２ １４００ １５００ ５．５ １５５０ ３ １５００ １５００ ５．８ １５５０ ４ １３００ １３００ ５．３ ５８０ ５ １４００ １４００ ５．３ ７７０ ６ １５００ １５００ ５．５ ７９０ 表３に示す結果から明らかな様に、従来法によるＺｒＯ
2 −Ａｌ2 Ｏ3 焼結体は、曲げ強度には優れているもの
の、靭性が低い。
2 −Ａｌ2 Ｏ3 焼結体は、曲げ強度には優れているもの
の、靭性が低い。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻 一弘 大阪府貝塚市二色中町８−１ 大阪セメ ント株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−215571（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−7667（ＪＰ，Ａ) Ｋｏｊｉ Ｉｓｈｉｄａ，ｅｔ ａ ｌ，「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｚｉ ｒｃｏｎｉａ Ｓｏｌｉｄ Ｓｏｌｕｔ ｉｏｎｓ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ａｌ ｕｍｉｎａ Ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ Ｎｅｗ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｍｅ ｔｈｏｄ」，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔ ｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｅｒａｍｉ ｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ（1994），第77巻, 第５号，第1391−1395頁 Ｓ．ＩＮＡＭＵＲＡ，ｅｔ ａｌ. 「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｏｔ ｉｓｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｉｎ ｇ ｏｆ ＺｒＯ▲下２▼ ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓ ｙｓｔｅｍ ＺｒＯ▲下２▼−Ａｌ▲下 ２▼Ｏ▲下３▼」，ＪＯＵＲＮＡＬ Ｏ Ｆ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＳＣＩＥＮＣ Ｅ（1994），第29巻，第18号，第4913− 4917頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/42 - 35/49 C01G 25/00 - 25/06 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】ＺｒＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 を主成分とし、Ｚｒ
Ｏ2 −Ａｌ2 Ｏ3 の成分比率がＺｒＯ2 ９９〜６０モル
％で且つＡｌ2 Ｏ3 １〜４０モル％であり、アルミニウ
ムイオンがＺｒＯ2 結晶格子内に固溶していることを特
徴とする正方晶率が高く且つ高密度の酸化ジルコニウム
−酸化アルミニウム系高靭性焼結体材料。 - 【請求項２】請求項１に記載の高靭性焼結体材料におい
て、ＺｒＯ2 の結晶構造が、下式（１）で表わされる正
方晶率（ｔ率）として、４０％以上を有することを特徴
とする高靭性焼結体材料。 【数１】 但し、（１）式における各記号は、材料のＸ線回折にお
いて、以下の意味を有する； 【数２】 - 【請求項３】請求項１または２に記載の高靭性焼結体材
料において、下式（２）により算出される材料の相対密
度が９５％以上である高靭性焼結体材料。 相対密度＝ｄ／ｄ0 ×１００ （２） 但し、ｄ＝材料の嵩密度 ｄ0 ＝下式（３）から求めた真密度 ｄ0 ＝Ｖ（Ａｌ2 Ｏ3 ）ｄ（Ａｌ2 Ｏ3 ）＋Ｖ（t-ＺｒＯ2 ）ｄ（t-ＺｒＯ2 ） ＋Ｖ（m-ＺｒＯ2 ）ｄ（m-ＺｒＯ2 ） （３） 但し、（３）式における各記号は、以下の意味を有す
る； Ｖ（Ａｌ2 Ｏ3 ）…材料中に含まれるＡｌ2 Ｏ3 の体積
分率、 Ｖ（t-ＺｒＯ2 ）…材料中に含まれる正方晶ＺｒＯ2 の
体積分率、 Ｖ（m-ＺｒＯ2 ）…材料中に含まれる単斜晶ＺｒＯ2 の
体積分率、 ｄ（Ａｌ2 Ｏ3 ）…Ａｌ2 Ｏ3 の真密度＝３．９９ｇ／
ｃｍ3 、 ｄ（t-ＺｒＯ2 ）…正方晶ＺｒＯ2 の真密度＝６．１０
ｇ／ｃｍ3 、 ｄ（m-ＺｒＯ2 ）…単斜晶ＺｒＯ2 の真密度＝５．５６
ｇ／ｃｍ3 。 - 【請求項４】請求項１乃至項３のいずれかに記載の高靭
性焼結体材料において、結晶の平均粒径が０．１μｍ以
下である高靭性焼結体材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21414992A JP3205785B2 (ja) | 1992-08-11 | 1992-08-11 | 酸化ジルコニウム−酸化アルミニウム系高靭性焼結体材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21414992A JP3205785B2 (ja) | 1992-08-11 | 1992-08-11 | 酸化ジルコニウム−酸化アルミニウム系高靭性焼結体材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0656525A JPH0656525A (ja) | 1994-03-01 |
| JP3205785B2 true JP3205785B2 (ja) | 2001-09-04 |
Family
ID=16651039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21414992A Expired - Fee Related JP3205785B2 (ja) | 1992-08-11 | 1992-08-11 | 酸化ジルコニウム−酸化アルミニウム系高靭性焼結体材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3205785B2 (ja) |
-
1992
- 1992-08-11 JP JP21414992A patent/JP3205785B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ｋｏｊｉ Ｉｓｈｉｄａ，ｅｔ ａｌ，「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｓｏｌｉｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ａｌｕｍｉｎａ Ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ Ｎｅｗ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ」，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ（１９９４），第７７巻，第５号，第１３９１−１３９５頁 |
| Ｓ．ＩＮＡＭＵＲＡ，ｅｔ ａｌ．「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｏｔ ｉｓｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ＺｒＯ▲下２▼ ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ＺｒＯ▲下２▼−Ａｌ▲下２▼Ｏ▲下３▼」，ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＳＣＩＥＮＣＥ（１９９４），第２９巻，第１８号，第４９１３−４９１７頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0656525A (ja) | 1994-03-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |