JP3970462B2 - 耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア及びその製造方法 - Google Patents
耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア及びその製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア及びその製造方法に関する。本発明による粉砕・分散用メディアは、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中でもすぐれた耐摩耗性及び耐久性を有する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】
近年、セラミックスは耐摩耗、耐食性等がすぐれるため、従来の金属に変わって産業機用構造材に使用されるケースが増加している。例えば、電子材料等の高機能材料の製造には、微粉化および高分散化と高純度化が要求される。そのため、使用される粉砕機は、従来のボールミルから高速で粉砕・分散メディアを撹拌することにより高い粉砕・分散効率を有する媒体撹拌型粉砕機が主流となっている。
【０００３】
このようなミルは、粉砕・分散用メディアに加わる負荷がかなり大きいことから、耐衝撃性、耐摩耗性にすぐれた主として正方晶系ジルコニアからなるＹ２Ｏ３強化ジルコニア（Ｙ−ＴＺＰ）製粉砕・分散用メディアが用いられている。このＹ−ＴＺＰはすぐれた機械的性質を有しているが、２００〜３００℃の特定温度域において正方晶系ジルコニアから単斜晶系ジルコニアに転移し、その際に生じる体積変化により微小なクラックが多数発生し、強度低下につながる熱劣化を起こす欠点が広く知られるようになり、特公昭６１−２１１８４号などにその防止法が多く提案されている。
【０００４】
一方で、Ｙ−ＴＺＰ製粉砕・分散用メディアは１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中における負荷において摩耗が大きくなったり、使用しているとある時に急激に摩耗が大きくなるなどの耐摩耗特性が低下する問題点を有していた。この１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中での耐摩耗特性の低下は、前記の２００〜３００℃における熱劣化を防止した焼結体であっても起こるため、前記特公昭６１−２１１８４号などの２００〜３００℃における熱劣化の防止法では改善できないのが現状である。
【０００５】
このようなことから長期間安定してすぐれた耐摩耗性と耐久性を有する粉砕・分散用メディアが望まれていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中においてすらも、長期間安定してすぐれた耐摩耗性と耐久性を示すジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア及びその製造方法を提供する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記のような現状を鑑み、鋭意研究を重ねてきた結果、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中における耐摩耗性の低下は、２００〜３００℃における熱安定性によるものとは全く異なる原因であることを見出した。そして、Ｙ２Ｏ３量を特定の割合で含有するジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアにおいて、ＴｉＯ ２ の存在、Ａｌ２Ｏ３量とその他の成分量、平均結晶粒径、かさ密度および欠陥量を適切な範囲に調整することにより、適切なメディア摩耗率をもち、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中においても極めてすぐれた耐摩耗性及び耐久性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明の第一は、（ａ）ＺｒＯ２結晶が主として正方晶であるＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３系ジルコニア質焼結体であって、（ｂ）Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．５／９８．５〜２．８／９７．２の範囲にあり、（ｃ）Ａｌ２Ｏ３が０．１〜５．０ｗｔ％含有し、（ｄ）ＳｉＯ２が０．１５ｗｔ％以上、好ましくは０．２ｗｔ％以上含有し、（ｅ）ＴｉＯ ２ を必ず含有し、かつＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が０．１５ｗｔ％を越え、３．０ｗｔ％以下であり、（ｆ）平均結晶粒径が０．２０〜０．７０μｍであり、（ｇ）かさ密度５．８０ｇ／ｃｍ ３ 以上、（ｈ）欠陥量３％以下、（ｉ）媒体撹拌ミルを用いた６０℃温水中で１サイクル１０時間運転で１０サイクル運転した時のサイクル毎のメディア摩耗率の最大値が５０ｐｐｍ／ｈ以下であることを特徴とする耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアに関する。
【０００９】
本発明の第二は、（Ａ）Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．５／９８．５〜２．８／９７．２の範囲にあり、Ａｌ２Ｏ３を０．１〜５．０ｗｔ％含有し、ＳｉＯ２が０．１５ｗｔ％以上、好ましくは０．２ｗｔ％以上含有し、ＴｉＯ ２ を必ず含有し、かつＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が０．１５ｗｔ％を越え、３．０ｗｔ％以下であって、比表面積が３〜３０ｍ２／ｇ、好ましくは５〜２０ｍ２／ｇ、含有塩素量が５０ｐｐｍ以下であるＺｒＯ２粉体を用いて、（Ｂ）湿式で成形し、（Ｃ）大気中１２００〜１５５０℃で焼成することを特徴とするジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアの製造方法に関する。
【００１０】
なお、本発明では、媒体撹拌ミルを用いた６０℃温水中で１サイクル１０時間運転で１０サイクル運転した時の各サイクル毎のメディア摩耗率の測定方法はつぎのとおりである。
【００１１】
即ち、粉砕・分散用メディア１２００ｃｃを内容積１４００ｃｃのダイノーミル（シンマルエンタープライゼス社製：タイプＫＤＬ−ＰＩＬＯＴ、ベッセル及びディスクは株式会社ニッカトー製高強度ジルコニア：ＹＴＺ）に入れ、６０℃に保持した１０リットルの温水６００ｃｃ／ｍｉｎで６０〜６５℃の範囲で温度調整をしながら循環させ、ディスク周速８ｍ／ｓｅｃで１０時間を１サイクルとして１０サイクル運転し、各サイクル毎に下式によりサイクル毎の時間当たりのメディア摩耗率を測定する。
【００１２】
【数１】
メディア摩耗率（ｐｐｍ／時間）＝
（Ｗｂ−Ｗａ）／Ｗｂ×１，０００，０００÷１０（時間）
Ｗｂ：各サイクルのテスト前メディア重量（ｇ）
Ｗａ：各サイクルのテスト後メディア重量（ｇ）
【００１３】
そして、このサイクル毎のメディア摩耗率の最大値が５０ｐｐｍ／時間以下のものを本明細書では耐摩耗性及び耐久性に優れていると呼ぶことにしている。
【００１４】
以下に本発明の耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアが充足すべき各要件について詳細に説明する。
【００１５】
本発明における（ａ）の要件は、ＺｒＯ２の結晶相が主として正方晶であるＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３系ジルコニア質焼結体である。ジルコニア質焼結体に単斜晶が多く含有しているとその結晶周辺に微細なクラックが生じ、応力が負荷されるとこの微細なクラックを起点として微小破壊が起こり、摩擦、衝撃、圧壊等に対する抵抗性が低下するので好ましくない。また、同時に１００℃程度またはそれ以下の温水または高湿度雰囲気中での耐久性が低下するので好ましくない。一方、立方晶を多く含有していると機械的特性の低下が起こるだけでなく、結晶粒界付近にＹ２Ｏ３が偏在しやすくなって耐久性の低下をきたすので好ましくない。
【００１６】
なお、本発明では、ジルコニアの結晶相である単斜晶系ジルコニア（Ｍ）の存在の有無及び含有量、正方晶系ジルコニア（Ｔ）及び立方晶系ジルコニア（Ｃ）の量については以下の方法でＸ線回折により求める。即ち、焼結体及び加工した焼結体製品の表面は応力誘起相変態により正方晶から単斜晶に変態しており、真の結晶相を同定することができないので、焼結体表面を鏡面にまで研磨し、Ｘ線回折により、回折角２７〜３４度の範囲で測定し、単斜晶系ジルコニアの有無及び含有量を次式から求める。
【００１７】
【数２】
【００１８】
また、正方晶系ジルコニア及び立方晶系ジルコニアは、単斜晶系ジルコニアの有無を確認した方法と同様にして、Ｘ線回折により、回折角７０〜７７度の範囲で測定し、次式により求める。
【００１９】
【数３】
【００２０】
なお、本発明においては上記Ｘ線回折から求める立方晶系ジルコニアを５容積％及び単斜晶系ジルコニアを３容積％まで許容することができる。
【００２１】
本発明における（ｂ）の要件は、Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．５／９８．５〜２．８／９７．２の範囲内に、できれば１．７／９８．３〜２．７／９７．３の範囲内に、特に１．８／９８．２〜２．５／９７．５の範囲内であることが好ましい。通常ＺｒＯ２原料中に少量含有することのあるＨｆＯ２が混入していても良く、このＨｆＯ２量を含めたＺｒＯ２とＨｆＯ２の合量をＺｒＯ２量として取り扱う。
Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．５／９８．５未満の場合には焼結体中の単斜晶系ジルコニア量が増加し、焼結体内部にクラックが発生し、負荷が加わったり、長時間使用するとクラックが進展し、割れや欠けが発生し、結果的に耐摩耗性の低下をきたすので好ましくない。一方、Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が２．８／９７．２を越えると２００〜３００℃における熱劣化は少なくなるが、逆に本発明においては１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中での耐摩耗性及び耐久性の低下が起こるので好ましくない。
【００２２】
なお、Ｙ２Ｏ３添加量の３０モル％まで他の稀土類酸化物の１種または２種以上で置換したものも用いることができる。このような稀土類酸化物としては、ＣｅＯ２、Ｎｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３等が安価な点で好ましい。
【００２３】
本発明における（ｃ）の要件は、Ａｌ２Ｏ３が０．１〜５．０ｗｔ％含有する点である。Ａｌ２Ｏ３の添加は焼結性の向上、微構造の均一化に効果があるだけでなく、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中における特性低下を抑制する効果がある。Ａｌ２Ｏ３含有量が０．１ｗｔ％未満の場合は、Ａｌ２Ｏ３添加の効果がなく、５．０ｗｔ％を越える場合は、ＺｒＯ２結晶粒界にＡｌ２Ｏ３結晶粒子が多く存在することになり耐摩耗性及び耐久性の低下が起こるので好ましくない。
【００２４】
本発明における（ｄ）の要件は、ＳｉＯ２が０．１５ｗｔ％以上を含有する点である。本発明においてはＳｉＯ２が０．１５ｗｔ％以上であることが必要であり、より好ましくは０．２ｗｔ％以上である。ＳｉＯ２が０．１５ｗｔ％未満の場合は、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中での耐久性に劣るので好ましくない。一方、ＳｉＯ２が多すぎる場合には、ＺｒＯ２結晶粒界に第２相が多く形成され耐摩耗性及び耐久性が悪化する場合がある。
【００２５】
本発明における（ｅ）の要件は、ＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が０．１５ｗｔ％を越え、３．０ｗｔ％以下である点にある。本発明においてはＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が０．１５ｗｔ％を越え、３．０ｗｔ％以下にあることが必要であり、好ましくは０．２５〜２．５ｗｔ％である。耐久性を向上させるためには所定量のＳｉＯ２が含有するだけでなく、ＴｉＯ２が同時に含有することが必要である。ＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が０．１５ｗｔ％以下の場合は、耐久性が劣るので好ましくない。一方、ＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が３．０ｗｔ％を越える場合には、ＺｒＯ２結晶粒界に第２相が多く、かつ第２相幅が広くなり、耐摩耗性及び耐久性の低下が起こる場合がある。さらに、ＴｉＯ２は２．０ｗｔ％以下含有することが好ましい。
【００２６】
本発明における（ｆ）の要件は、平均結晶粒径が０．２０〜０．７０μｍである点にある。本発明においては平均結晶粒径が０．２０〜０．７０μｍにあることが必要であり、より好ましくは０．２５〜０．６０μｍである。平均結晶粒径が０．２０μｍ未満の場合は２００〜３００℃における熱安定性の向上は見られるが、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中における耐久性が劣化するので好ましくない。平均結晶粒径が０．７０μｍを越える場合には耐摩耗性が低下するので好ましくない。平均結晶粒径は、メディア断面を鏡面にまで研磨し、次いで熱エッチングもしくは化学エッチングを施した後、走査電子顕微鏡で観察してインターセプト法により１０点測定した平均値とする。算出式は下記の通りである。
【数４】
Ｄ＝１．５×ｎ／Ｌ
Ｄ：平均結晶粒径（μｍ）
ｎ：長さＬ当たりの結晶の数
Ｌ：測定長さ（μｍ）
【００２７】
本発明における（ｉ）の要件は、媒体撹拌ミルを用いた６０℃温水中で１サイクル１０時間運転で１０サイクル運転した時のサイクル毎のメディア摩耗率の最大値が５０ｐｐｍ／ｈ以下である点にある。メディア摩耗率の最大値が５０ｐｐｍ／ｈを越える場合には、粉体の粉砕・分散によるメディア摩耗が大きくなると同時に粉砕・分散バッチ毎のメディア摩耗率が安定しない。特に媒体撹拌ミルを用いて粉砕する場合にはこの欠点が顕著に現れるので好ましくない。
【００２８】
本発明においては、（ｇ）の要件であるかさ密度が５．８０ｇ／ｃｍ３以上、より好ましくは５．８５ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。かさ密度が５．８０ｇ／ｃｍ３未満の場合は、欠陥となるポアーが多く存在することになり、強度、硬度の低下が起こり、その結果、耐摩耗性の低下だけでなく、耐久性の低下が起こるので好ましくない。さらに、（ｈ）の要件である欠陥量が３％以下であることが好ましい。ここで示す欠陥とは、ポアーだけでなく、メディア断面の研削及び研磨加工して鏡面仕上げする際に発生する脱粒の後のへこみも含む。この欠陥量の測定方法は、鏡面仕上げした面を所定の倍率（通常、１０００〜３０００倍）の走査電子顕微鏡で写真撮影を行い、その写真を画像解析にて欠陥部分と欠陥でない部分とを二値化により分離して、その欠陥部分が画像全体に占める面積の割合を算出する。この欠陥量が３％を越える場合には、かさ密度が５．８０ｇ／ｃｍ３以上であっても耐摩耗性だけでなく、耐久性に劣るので好ましくない。
【００２９】
本発明の耐摩耗性及び耐久性にすぐれるジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアの製造方法について説明する。
【００３０】
ＺｒＯ２とＹ２Ｏ３の含有量が所定のモル比となるようにジルコニウム化合物（例えばオキシ塩化ジルコニウム）の水溶液とイットリウム化合物（例えば塩化イットリウム）の水溶液を均一に混合し、加水分解し、水和物を得、脱水、乾燥させた後、４００〜１２５０℃で仮焼し、ジルコニア粉体を得る方法、もしくは酸化物あるいは塩の形態で水あるいは有機溶媒を用いて湿式で混合し、脱水、乾燥させた後、４００〜１２５０℃で仮焼し、ジルコニア粉体を得る方法が採用される。Ｙ２Ｏ３以外の成分の添加はジルコニウム化合物とイットリウム化合物の水溶液または酸化物を混合する際に塩の水溶液として所定量添加してもよいし、後記する仮焼粉体の粉砕・分散時に水酸化物、炭酸化物、酸化物等の形態で添加しても良い。
【００３１】
得られた仮焼粉体を湿式により粉砕・分散し、乾燥して成形粉体を得る。必要に応じて成形助剤の添加やスプレードライヤーによる整粒を行う。
【００３２】
得られた成形粉体粒度は、比表面積が３〜３０ｍ２／ｇ、好ましくは５〜２０ｍ２／ｇであることが必要である。これらの範囲を外れる場合は、焼結性の低下や後述する成形性の低下が起こり、焼結しても得られたメディアに気孔や欠陥が多く存在してしまい、耐摩耗性及び耐久性に劣るので好ましくない。
【００３３】
さらに、成形粉体は塩素量が５０ｐｐｍ以下であることが必要であり、より好ましくは３０ｐｐｍ以下である。塩素量が５０ｐｐｍを越える場合には、成形性の低下が起こり、得られた粉砕・分散用メディアに欠陥が多く存在し、強度が低下したり、耐摩耗性及び耐久性に劣るので好ましくない。塩素の除去については粉体の洗浄やアンモニア水による中和等の方法が採用できる。
【００３４】
得られた成形粉体を用いて、水を含有させたアルコール類、パラフィン系炭化水素類等の有機溶媒、可溶性高分子または水を用いて、転動造粒成形法、坏土成形法、鋳込成形法及び液中造粒成形法によりメディアを成形する。
【００３５】
上記の方法で成形した焼結体はスプレードライヤー等で乾燥した粉体を用いてＣＩＰ成形（静水圧プレス成形）した焼結体より焼結体内部の欠陥量が非常に少なくできるためすぐれた耐磨耗性及び耐久性を有するメディアとすることができる。前述のように成形時に使用する溶液に水を含有していると、結晶粒界または近傍に適度な第２相を形成し、結晶粒界強度が高くなって耐磨耗性及び耐衝撃性が向上するだけでなく、すぐれた耐久性を示す効果がある。
【００３６】
成形時に使用する溶液としては水を含有させたアルコール類、パラフィン系炭化水素類等の有機溶媒、可溶性高分子などまたは水を用いる。成形時に使用する溶液に水が含有していると、結晶粒界または近傍に適度な第２相を形成し、結晶粒界強度が高くなって耐摩耗性及び耐衝撃性が向上するだけでなく、すぐれた耐久性を示す効果がある。
【００３７】
次いで得られた成形体を大気中１２００〜１５５０℃程度で焼成することによって焼結体を得る。
【００３８】
さらに、必要に応じてＨＩＰ（Ｈｏｔ ｉｓｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓ）処理を施すことにより焼結体内部に欠陥が有る場合にこれらの欠陥を低減もしくは小さくすることができ、摩擦、衝撃、圧壊等に対する抵抗性を高くすることができ、耐摩耗性を向上、さらには耐久性の向上ができる。ＨＩＰ処理は常圧焼結後、ＡｒやＮ２などの不活性雰囲気、またはＯ２雰囲気下で１１５０〜１５５０℃、５００〜２０００気圧の圧力下で処理することが好ましい。
【００３９】
このようにして得られたメディアの焼成過程で汚染された表面を研磨などにより除去して、本発明の粉砕・分散用メディアが得られる。
【００４０】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明を説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【００４１】
実施例と比較例
純度９９．６％のオキシ塩化ジルコニウムと純度９９．９％の硝酸イットリウムを表１の組成となるように水溶液にして混合した。次に、この水溶液を加熱環流下で加水分解し、脱水、乾燥し、Ｙ２Ｏ３が固溶した水和ジルコニウムを得、６００〜１２００℃で１時間仮焼し、得られたジルコニア粉体を湿式で粉砕・分散した。なお、Ｙ２Ｏ３以外の成分については、酸化物もしくは塩の形態で粉砕時に所定量添加混合した。次いで、得られたスラリーを乾燥、整粒し、成形用粉体とし、これらの粉体を用いて水を使用して転動造粒成形した。試料Ｎｏ．１２は粉砕・分散したスラリーにワックスエマルジョンを粉体に対し、３ｗｔ％添加し、スプレードライヤー乾燥し、７０ＭＰａの圧力でＣＩＰ成形した。得られた成形粉体の比表面積及び含有塩素量を表１および表３に示す。次いで、１２００〜１６００℃で焼成し、放冷して、直径１ｍｍの球状の焼結体からなる粉砕・分散用メディアを得た。これらのメディアをバレル研磨によって仕上げ、評価用試料とした。
【００４２】
これらのメディアの化学組成、特性を表１〜４に示す。試料Ｎｏ．１〜１０は本発明のジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアであり、試料Ｎｏ．１１〜２２は本発明の要件の少なくとも１つを満たしていない比較品である。なお、試料Ｎｏ．１７およびＮｏ．１９については、得られたメディアのかさ密度が低いため、かさ密度以外の特性については測定しなかった。
【００４３】
次いで上記で得た試料メディア１２００ｃｃを内容積１４００ｃｃのダイノーミル（シンマルエンタープライゼス社製：タイプＫＤＬ−ＰＩＬＯＴ、ベッセル及びディスクは株式会社ニッカトー製高強度ジルコニア：ＹＴＺ）に入れ、６０℃に保持した１０リットルの温水を６００ｃｃ／ｍｉｎで６０〜６５℃の範囲内に温度調整をしながら循環させ、ディスク周速８ｍ／ｓｅｃで１０時間を１サイクルとして１０サイクル運転するテストを行い、各サイクル毎の時間当たりのメディアの摩耗率を測定した。メディア摩耗率はテスト前後の時間当たりの重量変化率として算出した。サイクル毎のメディア摩耗率の最大値を表１〜２に示す。また、図１に試料Ｎｏ．４、１３、１５の各サイクルの摩耗率とテスト時間との関係を示す。
【００４４】
さらに、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中での耐久性と２００〜３００℃での熱劣化との違いを明確にするため試料を２５０℃で１５００時間保持するテストを行い、テスト後のクラックの有無を調べた結果を表１において、熱劣化／クラックの有無の項に併せて示す。
【００４５】
表１〜４に示す結果から、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中での耐久性と２００〜３００℃での熱劣化とは全くことなることが明らかである。
さらに、本発明によるジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアは、摩耗率が５０ｐｐｍ／ｈ以下であり、温水中でもすぐれた耐摩耗性を示すことが明らかである。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【表２】
＊熱劣化テストによるクラックの有無を示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】
【表４】
【００５０】
以下に、本発明の実施態様項を列記する。
１．（ａ）ＺｒＯ２結晶が主として正方晶であるＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３系ジルコニア質焼結体であって、（ｂ）Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．５／９８．５〜２．８／９７．２の範囲にあり、（ｃ）Ａｌ２Ｏ３が０．１〜５．０ｗｔ％含有し、（ｄ）ＳｉＯ２が０．１５ｗｔ％以上含有し、（ｅ）ＳｉＯ２と
ＴｉＯ２の合計量が０．１５ｗｔ％を越え、３．０ｗｔ％以下であり、（ｆ）平均結晶粒径が０．２０〜０．７０μｍであり、（ｇ）媒体撹拌ミルを用いた６０℃温水中で１サイクル１０時間運転で１０サイクル運転した時のサイクル毎のメディア摩耗率の最大値が５０ｐｐｍ／ｈ以下であることを特徴とする
耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア。
２．前記Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．７／９８．３〜２．７／９７．３の範囲にある前項１記載の耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア。
３．前記Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．８／９８．２〜２．５／９７．５の範囲にある前項１記載の耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア。
４．前記Ｙ２Ｏ３添加量の３０モル％までがＣｅＯ２、Ｎｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３よりなる群から選ばれた他の希土類酸化物で置換されたものである前項１〜３いずれか記載の耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア。
５．前記ＳｉＯ２の含有量が０．２ｗｔ％以上である前項１〜４いずれか記載の耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア。
６．前記ＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が０．２５〜２．５ｗｔ％である前項１〜５いずれか記載の耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア。
７．前記ＴｉＯ２の含有量が２．０ｗｔ％以下である前項６記載の耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア。
８．（Ａ）Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．５／９８．５〜２．８／９７．２の範囲にあり、Ａｌ２Ｏ３を０．１〜５．０ｗｔ％含有し、ＳｉＯ２が０．１５ｗｔ％以上含有し、ＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が０．１５ｗｔ％を越え、
３．０ｗｔ％以下であって、比表面積が３〜３０ｍ２／ｇ、含有塩素量が５０ｐｐｍ以下であるＺｒＯ２粉体を用いて、（Ｂ）湿式で成形し、（Ｃ）大気中１２００〜１５５０℃で焼成することを特徴とするジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアの製造方法。
９．前項８の（Ｃ）工程にひきつづいて、（Ｄ）不活性雰囲気下または酸素含有雰囲気下で、１１５０〜１５５０℃、５００〜２０００気圧で処理するものである前項８記載のジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアの製造方法。
１０．前記比表面積が５〜２０ｍ２／ｇである前項８または９記載のジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアの製造方法。
【００５１】
【発明の効果】
（１）本発明のジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアは、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中でもすぐれた耐摩耗性と耐久性を有するため、公知の粉砕・分散用メディアとしての用途に従来のメディアに比し、有効に用いることができ、さらには温水中または高湿度雰囲気中で耐摩耗性が要求される分野にも有効に用いることができる。
（２）本発明のすぐれた耐摩耗性及び耐久性を有するジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアは、粉砕・分散用メディアだけでなく、ベアリングボール等の産業用耐摩耗構造部材として広い分野に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例と比較例における試料Ｎｏ．４、１４、１６の各サイクルの摩耗率とテスト時間との関系を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア及びその製造方法に関する。本発明による粉砕・分散用メディアは、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中でもすぐれた耐摩耗性及び耐久性を有する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】
近年、セラミックスは耐摩耗、耐食性等がすぐれるため、従来の金属に変わって産業機用構造材に使用されるケースが増加している。例えば、電子材料等の高機能材料の製造には、微粉化および高分散化と高純度化が要求される。そのため、使用される粉砕機は、従来のボールミルから高速で粉砕・分散メディアを撹拌することにより高い粉砕・分散効率を有する媒体撹拌型粉砕機が主流となっている。
【０００３】
このようなミルは、粉砕・分散用メディアに加わる負荷がかなり大きいことから、耐衝撃性、耐摩耗性にすぐれた主として正方晶系ジルコニアからなるＹ２Ｏ３強化ジルコニア（Ｙ−ＴＺＰ）製粉砕・分散用メディアが用いられている。このＹ−ＴＺＰはすぐれた機械的性質を有しているが、２００〜３００℃の特定温度域において正方晶系ジルコニアから単斜晶系ジルコニアに転移し、その際に生じる体積変化により微小なクラックが多数発生し、強度低下につながる熱劣化を起こす欠点が広く知られるようになり、特公昭６１−２１１８４号などにその防止法が多く提案されている。
【０００４】
一方で、Ｙ−ＴＺＰ製粉砕・分散用メディアは１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中における負荷において摩耗が大きくなったり、使用しているとある時に急激に摩耗が大きくなるなどの耐摩耗特性が低下する問題点を有していた。この１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中での耐摩耗特性の低下は、前記の２００〜３００℃における熱劣化を防止した焼結体であっても起こるため、前記特公昭６１−２１１８４号などの２００〜３００℃における熱劣化の防止法では改善できないのが現状である。
【０００５】
このようなことから長期間安定してすぐれた耐摩耗性と耐久性を有する粉砕・分散用メディアが望まれていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中においてすらも、長期間安定してすぐれた耐摩耗性と耐久性を示すジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア及びその製造方法を提供する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記のような現状を鑑み、鋭意研究を重ねてきた結果、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中における耐摩耗性の低下は、２００〜３００℃における熱安定性によるものとは全く異なる原因であることを見出した。そして、Ｙ２Ｏ３量を特定の割合で含有するジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアにおいて、ＴｉＯ ２ の存在、Ａｌ２Ｏ３量とその他の成分量、平均結晶粒径、かさ密度および欠陥量を適切な範囲に調整することにより、適切なメディア摩耗率をもち、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中においても極めてすぐれた耐摩耗性及び耐久性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明の第一は、（ａ）ＺｒＯ２結晶が主として正方晶であるＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３系ジルコニア質焼結体であって、（ｂ）Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．５／９８．５〜２．８／９７．２の範囲にあり、（ｃ）Ａｌ２Ｏ３が０．１〜５．０ｗｔ％含有し、（ｄ）ＳｉＯ２が０．１５ｗｔ％以上、好ましくは０．２ｗｔ％以上含有し、（ｅ）ＴｉＯ ２ を必ず含有し、かつＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が０．１５ｗｔ％を越え、３．０ｗｔ％以下であり、（ｆ）平均結晶粒径が０．２０〜０．７０μｍであり、（ｇ）かさ密度５．８０ｇ／ｃｍ ３ 以上、（ｈ）欠陥量３％以下、（ｉ）媒体撹拌ミルを用いた６０℃温水中で１サイクル１０時間運転で１０サイクル運転した時のサイクル毎のメディア摩耗率の最大値が５０ｐｐｍ／ｈ以下であることを特徴とする耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアに関する。
【０００９】
本発明の第二は、（Ａ）Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．５／９８．５〜２．８／９７．２の範囲にあり、Ａｌ２Ｏ３を０．１〜５．０ｗｔ％含有し、ＳｉＯ２が０．１５ｗｔ％以上、好ましくは０．２ｗｔ％以上含有し、ＴｉＯ ２ を必ず含有し、かつＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が０．１５ｗｔ％を越え、３．０ｗｔ％以下であって、比表面積が３〜３０ｍ２／ｇ、好ましくは５〜２０ｍ２／ｇ、含有塩素量が５０ｐｐｍ以下であるＺｒＯ２粉体を用いて、（Ｂ）湿式で成形し、（Ｃ）大気中１２００〜１５５０℃で焼成することを特徴とするジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアの製造方法に関する。
【００１０】
なお、本発明では、媒体撹拌ミルを用いた６０℃温水中で１サイクル１０時間運転で１０サイクル運転した時の各サイクル毎のメディア摩耗率の測定方法はつぎのとおりである。
【００１１】
即ち、粉砕・分散用メディア１２００ｃｃを内容積１４００ｃｃのダイノーミル（シンマルエンタープライゼス社製：タイプＫＤＬ−ＰＩＬＯＴ、ベッセル及びディスクは株式会社ニッカトー製高強度ジルコニア：ＹＴＺ）に入れ、６０℃に保持した１０リットルの温水６００ｃｃ／ｍｉｎで６０〜６５℃の範囲で温度調整をしながら循環させ、ディスク周速８ｍ／ｓｅｃで１０時間を１サイクルとして１０サイクル運転し、各サイクル毎に下式によりサイクル毎の時間当たりのメディア摩耗率を測定する。
【００１２】
【数１】
メディア摩耗率（ｐｐｍ／時間）＝
（Ｗｂ−Ｗａ）／Ｗｂ×１，０００，０００÷１０（時間）
Ｗｂ：各サイクルのテスト前メディア重量（ｇ）
Ｗａ：各サイクルのテスト後メディア重量（ｇ）
【００１３】
そして、このサイクル毎のメディア摩耗率の最大値が５０ｐｐｍ／時間以下のものを本明細書では耐摩耗性及び耐久性に優れていると呼ぶことにしている。
【００１４】
以下に本発明の耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアが充足すべき各要件について詳細に説明する。
【００１５】
本発明における（ａ）の要件は、ＺｒＯ２の結晶相が主として正方晶であるＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３系ジルコニア質焼結体である。ジルコニア質焼結体に単斜晶が多く含有しているとその結晶周辺に微細なクラックが生じ、応力が負荷されるとこの微細なクラックを起点として微小破壊が起こり、摩擦、衝撃、圧壊等に対する抵抗性が低下するので好ましくない。また、同時に１００℃程度またはそれ以下の温水または高湿度雰囲気中での耐久性が低下するので好ましくない。一方、立方晶を多く含有していると機械的特性の低下が起こるだけでなく、結晶粒界付近にＹ２Ｏ３が偏在しやすくなって耐久性の低下をきたすので好ましくない。
【００１６】
なお、本発明では、ジルコニアの結晶相である単斜晶系ジルコニア（Ｍ）の存在の有無及び含有量、正方晶系ジルコニア（Ｔ）及び立方晶系ジルコニア（Ｃ）の量については以下の方法でＸ線回折により求める。即ち、焼結体及び加工した焼結体製品の表面は応力誘起相変態により正方晶から単斜晶に変態しており、真の結晶相を同定することができないので、焼結体表面を鏡面にまで研磨し、Ｘ線回折により、回折角２７〜３４度の範囲で測定し、単斜晶系ジルコニアの有無及び含有量を次式から求める。
【００１７】
【数２】
また、正方晶系ジルコニア及び立方晶系ジルコニアは、単斜晶系ジルコニアの有無を確認した方法と同様にして、Ｘ線回折により、回折角７０〜７７度の範囲で測定し、次式により求める。
【００１９】
【数３】
なお、本発明においては上記Ｘ線回折から求める立方晶系ジルコニアを５容積％及び単斜晶系ジルコニアを３容積％まで許容することができる。
【００２１】
本発明における（ｂ）の要件は、Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．５／９８．５〜２．８／９７．２の範囲内に、できれば１．７／９８．３〜２．７／９７．３の範囲内に、特に１．８／９８．２〜２．５／９７．５の範囲内であることが好ましい。通常ＺｒＯ２原料中に少量含有することのあるＨｆＯ２が混入していても良く、このＨｆＯ２量を含めたＺｒＯ２とＨｆＯ２の合量をＺｒＯ２量として取り扱う。
Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．５／９８．５未満の場合には焼結体中の単斜晶系ジルコニア量が増加し、焼結体内部にクラックが発生し、負荷が加わったり、長時間使用するとクラックが進展し、割れや欠けが発生し、結果的に耐摩耗性の低下をきたすので好ましくない。一方、Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が２．８／９７．２を越えると２００〜３００℃における熱劣化は少なくなるが、逆に本発明においては１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中での耐摩耗性及び耐久性の低下が起こるので好ましくない。
【００２２】
なお、Ｙ２Ｏ３添加量の３０モル％まで他の稀土類酸化物の１種または２種以上で置換したものも用いることができる。このような稀土類酸化物としては、ＣｅＯ２、Ｎｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３等が安価な点で好ましい。
【００２３】
本発明における（ｃ）の要件は、Ａｌ２Ｏ３が０．１〜５．０ｗｔ％含有する点である。Ａｌ２Ｏ３の添加は焼結性の向上、微構造の均一化に効果があるだけでなく、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中における特性低下を抑制する効果がある。Ａｌ２Ｏ３含有量が０．１ｗｔ％未満の場合は、Ａｌ２Ｏ３添加の効果がなく、５．０ｗｔ％を越える場合は、ＺｒＯ２結晶粒界にＡｌ２Ｏ３結晶粒子が多く存在することになり耐摩耗性及び耐久性の低下が起こるので好ましくない。
【００２４】
本発明における（ｄ）の要件は、ＳｉＯ２が０．１５ｗｔ％以上を含有する点である。本発明においてはＳｉＯ２が０．１５ｗｔ％以上であることが必要であり、より好ましくは０．２ｗｔ％以上である。ＳｉＯ２が０．１５ｗｔ％未満の場合は、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中での耐久性に劣るので好ましくない。一方、ＳｉＯ２が多すぎる場合には、ＺｒＯ２結晶粒界に第２相が多く形成され耐摩耗性及び耐久性が悪化する場合がある。
【００２５】
本発明における（ｅ）の要件は、ＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が０．１５ｗｔ％を越え、３．０ｗｔ％以下である点にある。本発明においてはＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が０．１５ｗｔ％を越え、３．０ｗｔ％以下にあることが必要であり、好ましくは０．２５〜２．５ｗｔ％である。耐久性を向上させるためには所定量のＳｉＯ２が含有するだけでなく、ＴｉＯ２が同時に含有することが必要である。ＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が０．１５ｗｔ％以下の場合は、耐久性が劣るので好ましくない。一方、ＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が３．０ｗｔ％を越える場合には、ＺｒＯ２結晶粒界に第２相が多く、かつ第２相幅が広くなり、耐摩耗性及び耐久性の低下が起こる場合がある。さらに、ＴｉＯ２は２．０ｗｔ％以下含有することが好ましい。
【００２６】
本発明における（ｆ）の要件は、平均結晶粒径が０．２０〜０．７０μｍである点にある。本発明においては平均結晶粒径が０．２０〜０．７０μｍにあることが必要であり、より好ましくは０．２５〜０．６０μｍである。平均結晶粒径が０．２０μｍ未満の場合は２００〜３００℃における熱安定性の向上は見られるが、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中における耐久性が劣化するので好ましくない。平均結晶粒径が０．７０μｍを越える場合には耐摩耗性が低下するので好ましくない。平均結晶粒径は、メディア断面を鏡面にまで研磨し、次いで熱エッチングもしくは化学エッチングを施した後、走査電子顕微鏡で観察してインターセプト法により１０点測定した平均値とする。算出式は下記の通りである。
【数４】
Ｄ＝１．５×ｎ／Ｌ
Ｄ：平均結晶粒径（μｍ）
ｎ：長さＬ当たりの結晶の数
Ｌ：測定長さ（μｍ）
【００２７】
本発明における（ｉ）の要件は、媒体撹拌ミルを用いた６０℃温水中で１サイクル１０時間運転で１０サイクル運転した時のサイクル毎のメディア摩耗率の最大値が５０ｐｐｍ／ｈ以下である点にある。メディア摩耗率の最大値が５０ｐｐｍ／ｈを越える場合には、粉体の粉砕・分散によるメディア摩耗が大きくなると同時に粉砕・分散バッチ毎のメディア摩耗率が安定しない。特に媒体撹拌ミルを用いて粉砕する場合にはこの欠点が顕著に現れるので好ましくない。
【００２８】
本発明においては、（ｇ）の要件であるかさ密度が５．８０ｇ／ｃｍ３以上、より好ましくは５．８５ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。かさ密度が５．８０ｇ／ｃｍ３未満の場合は、欠陥となるポアーが多く存在することになり、強度、硬度の低下が起こり、その結果、耐摩耗性の低下だけでなく、耐久性の低下が起こるので好ましくない。さらに、（ｈ）の要件である欠陥量が３％以下であることが好ましい。ここで示す欠陥とは、ポアーだけでなく、メディア断面の研削及び研磨加工して鏡面仕上げする際に発生する脱粒の後のへこみも含む。この欠陥量の測定方法は、鏡面仕上げした面を所定の倍率（通常、１０００〜３０００倍）の走査電子顕微鏡で写真撮影を行い、その写真を画像解析にて欠陥部分と欠陥でない部分とを二値化により分離して、その欠陥部分が画像全体に占める面積の割合を算出する。この欠陥量が３％を越える場合には、かさ密度が５．８０ｇ／ｃｍ３以上であっても耐摩耗性だけでなく、耐久性に劣るので好ましくない。
【００２９】
本発明の耐摩耗性及び耐久性にすぐれるジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアの製造方法について説明する。
【００３０】
ＺｒＯ２とＹ２Ｏ３の含有量が所定のモル比となるようにジルコニウム化合物（例えばオキシ塩化ジルコニウム）の水溶液とイットリウム化合物（例えば塩化イットリウム）の水溶液を均一に混合し、加水分解し、水和物を得、脱水、乾燥させた後、４００〜１２５０℃で仮焼し、ジルコニア粉体を得る方法、もしくは酸化物あるいは塩の形態で水あるいは有機溶媒を用いて湿式で混合し、脱水、乾燥させた後、４００〜１２５０℃で仮焼し、ジルコニア粉体を得る方法が採用される。Ｙ２Ｏ３以外の成分の添加はジルコニウム化合物とイットリウム化合物の水溶液または酸化物を混合する際に塩の水溶液として所定量添加してもよいし、後記する仮焼粉体の粉砕・分散時に水酸化物、炭酸化物、酸化物等の形態で添加しても良い。
【００３１】
得られた仮焼粉体を湿式により粉砕・分散し、乾燥して成形粉体を得る。必要に応じて成形助剤の添加やスプレードライヤーによる整粒を行う。
【００３２】
得られた成形粉体粒度は、比表面積が３〜３０ｍ２／ｇ、好ましくは５〜２０ｍ２／ｇであることが必要である。これらの範囲を外れる場合は、焼結性の低下や後述する成形性の低下が起こり、焼結しても得られたメディアに気孔や欠陥が多く存在してしまい、耐摩耗性及び耐久性に劣るので好ましくない。
【００３３】
さらに、成形粉体は塩素量が５０ｐｐｍ以下であることが必要であり、より好ましくは３０ｐｐｍ以下である。塩素量が５０ｐｐｍを越える場合には、成形性の低下が起こり、得られた粉砕・分散用メディアに欠陥が多く存在し、強度が低下したり、耐摩耗性及び耐久性に劣るので好ましくない。塩素の除去については粉体の洗浄やアンモニア水による中和等の方法が採用できる。
【００３４】
得られた成形粉体を用いて、水を含有させたアルコール類、パラフィン系炭化水素類等の有機溶媒、可溶性高分子または水を用いて、転動造粒成形法、坏土成形法、鋳込成形法及び液中造粒成形法によりメディアを成形する。
【００３５】
上記の方法で成形した焼結体はスプレードライヤー等で乾燥した粉体を用いてＣＩＰ成形（静水圧プレス成形）した焼結体より焼結体内部の欠陥量が非常に少なくできるためすぐれた耐磨耗性及び耐久性を有するメディアとすることができる。前述のように成形時に使用する溶液に水を含有していると、結晶粒界または近傍に適度な第２相を形成し、結晶粒界強度が高くなって耐磨耗性及び耐衝撃性が向上するだけでなく、すぐれた耐久性を示す効果がある。
【００３６】
成形時に使用する溶液としては水を含有させたアルコール類、パラフィン系炭化水素類等の有機溶媒、可溶性高分子などまたは水を用いる。成形時に使用する溶液に水が含有していると、結晶粒界または近傍に適度な第２相を形成し、結晶粒界強度が高くなって耐摩耗性及び耐衝撃性が向上するだけでなく、すぐれた耐久性を示す効果がある。
【００３７】
次いで得られた成形体を大気中１２００〜１５５０℃程度で焼成することによって焼結体を得る。
【００３８】
さらに、必要に応じてＨＩＰ（Ｈｏｔ ｉｓｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓ）処理を施すことにより焼結体内部に欠陥が有る場合にこれらの欠陥を低減もしくは小さくすることができ、摩擦、衝撃、圧壊等に対する抵抗性を高くすることができ、耐摩耗性を向上、さらには耐久性の向上ができる。ＨＩＰ処理は常圧焼結後、ＡｒやＮ２などの不活性雰囲気、またはＯ２雰囲気下で１１５０〜１５５０℃、５００〜２０００気圧の圧力下で処理することが好ましい。
【００３９】
このようにして得られたメディアの焼成過程で汚染された表面を研磨などにより除去して、本発明の粉砕・分散用メディアが得られる。
【００４０】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明を説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【００４１】
実施例と比較例
純度９９．６％のオキシ塩化ジルコニウムと純度９９．９％の硝酸イットリウムを表１の組成となるように水溶液にして混合した。次に、この水溶液を加熱環流下で加水分解し、脱水、乾燥し、Ｙ２Ｏ３が固溶した水和ジルコニウムを得、６００〜１２００℃で１時間仮焼し、得られたジルコニア粉体を湿式で粉砕・分散した。なお、Ｙ２Ｏ３以外の成分については、酸化物もしくは塩の形態で粉砕時に所定量添加混合した。次いで、得られたスラリーを乾燥、整粒し、成形用粉体とし、これらの粉体を用いて水を使用して転動造粒成形した。試料Ｎｏ．１２は粉砕・分散したスラリーにワックスエマルジョンを粉体に対し、３ｗｔ％添加し、スプレードライヤー乾燥し、７０ＭＰａの圧力でＣＩＰ成形した。得られた成形粉体の比表面積及び含有塩素量を表１および表３に示す。次いで、１２００〜１６００℃で焼成し、放冷して、直径１ｍｍの球状の焼結体からなる粉砕・分散用メディアを得た。これらのメディアをバレル研磨によって仕上げ、評価用試料とした。
【００４２】
これらのメディアの化学組成、特性を表１〜４に示す。試料Ｎｏ．１〜１０は本発明のジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアであり、試料Ｎｏ．１１〜２２は本発明の要件の少なくとも１つを満たしていない比較品である。なお、試料Ｎｏ．１７およびＮｏ．１９については、得られたメディアのかさ密度が低いため、かさ密度以外の特性については測定しなかった。
【００４３】
次いで上記で得た試料メディア１２００ｃｃを内容積１４００ｃｃのダイノーミル（シンマルエンタープライゼス社製：タイプＫＤＬ−ＰＩＬＯＴ、ベッセル及びディスクは株式会社ニッカトー製高強度ジルコニア：ＹＴＺ）に入れ、６０℃に保持した１０リットルの温水を６００ｃｃ／ｍｉｎで６０〜６５℃の範囲内に温度調整をしながら循環させ、ディスク周速８ｍ／ｓｅｃで１０時間を１サイクルとして１０サイクル運転するテストを行い、各サイクル毎の時間当たりのメディアの摩耗率を測定した。メディア摩耗率はテスト前後の時間当たりの重量変化率として算出した。サイクル毎のメディア摩耗率の最大値を表１〜２に示す。また、図１に試料Ｎｏ．４、１３、１５の各サイクルの摩耗率とテスト時間との関係を示す。
【００４４】
さらに、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中での耐久性と２００〜３００℃での熱劣化との違いを明確にするため試料を２５０℃で１５００時間保持するテストを行い、テスト後のクラックの有無を調べた結果を表１において、熱劣化／クラックの有無の項に併せて示す。
【００４５】
表１〜４に示す結果から、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中での耐久性と２００〜３００℃での熱劣化とは全くことなることが明らかである。
さらに、本発明によるジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアは、摩耗率が５０ｐｐｍ／ｈ以下であり、温水中でもすぐれた耐摩耗性を示すことが明らかである。
【００４６】
【表１】
【表２】
【００４８】
【表３】
【表４】
以下に、本発明の実施態様項を列記する。
１．（ａ）ＺｒＯ２結晶が主として正方晶であるＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３系ジルコニア質焼結体であって、（ｂ）Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．５／９８．５〜２．８／９７．２の範囲にあり、（ｃ）Ａｌ２Ｏ３が０．１〜５．０ｗｔ％含有し、（ｄ）ＳｉＯ２が０．１５ｗｔ％以上含有し、（ｅ）ＳｉＯ２と
ＴｉＯ２の合計量が０．１５ｗｔ％を越え、３．０ｗｔ％以下であり、（ｆ）平均結晶粒径が０．２０〜０．７０μｍであり、（ｇ）媒体撹拌ミルを用いた６０℃温水中で１サイクル１０時間運転で１０サイクル運転した時のサイクル毎のメディア摩耗率の最大値が５０ｐｐｍ／ｈ以下であることを特徴とする
耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア。
２．前記Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．７／９８．３〜２．７／９７．３の範囲にある前項１記載の耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア。
３．前記Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．８／９８．２〜２．５／９７．５の範囲にある前項１記載の耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア。
４．前記Ｙ２Ｏ３添加量の３０モル％までがＣｅＯ２、Ｎｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３よりなる群から選ばれた他の希土類酸化物で置換されたものである前項１〜３いずれか記載の耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア。
５．前記ＳｉＯ２の含有量が０．２ｗｔ％以上である前項１〜４いずれか記載の耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア。
６．前記ＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が０．２５〜２．５ｗｔ％である前項１〜５いずれか記載の耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア。
７．前記ＴｉＯ２の含有量が２．０ｗｔ％以下である前項６記載の耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア。
８．（Ａ）Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．５／９８．５〜２．８／９７．２の範囲にあり、Ａｌ２Ｏ３を０．１〜５．０ｗｔ％含有し、ＳｉＯ２が０．１５ｗｔ％以上含有し、ＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が０．１５ｗｔ％を越え、
３．０ｗｔ％以下であって、比表面積が３〜３０ｍ２／ｇ、含有塩素量が５０ｐｐｍ以下であるＺｒＯ２粉体を用いて、（Ｂ）湿式で成形し、（Ｃ）大気中１２００〜１５５０℃で焼成することを特徴とするジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアの製造方法。
９．前項８の（Ｃ）工程にひきつづいて、（Ｄ）不活性雰囲気下または酸素含有雰囲気下で、１１５０〜１５５０℃、５００〜２０００気圧で処理するものである前項８記載のジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアの製造方法。
１０．前記比表面積が５〜２０ｍ２／ｇである前項８または９記載のジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアの製造方法。
【００５１】
【発明の効果】
（１）本発明のジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアは、１００℃程度かそれ以下の温水または高湿度雰囲気中でもすぐれた耐摩耗性と耐久性を有するため、公知の粉砕・分散用メディアとしての用途に従来のメディアに比し、有効に用いることができ、さらには温水中または高湿度雰囲気中で耐摩耗性が要求される分野にも有効に用いることができる。
（２）本発明のすぐれた耐摩耗性及び耐久性を有するジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアは、粉砕・分散用メディアだけでなく、ベアリングボール等の産業用耐摩耗構造部材として広い分野に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例と比較例における試料Ｎｏ．４、１４、１６の各サイクルの摩耗率とテスト時間との関系を示すグラフである。
Claims (2)
- （ａ）ＺｒＯ２結晶が主として正方晶であるＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３系ジルコニア質焼結体であって、（ｂ）Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．５／９８．５〜２．８／９７．２の範囲にあり、（ｃ）Ａｌ２Ｏ３が０．１〜５．０ｗｔ％含有し、（ｄ）ＳｉＯ２が０．１５ｗｔ％以上含有し、（ｅ）ＴｉＯ ２ を必ず含有し、かつＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が０．１５ｗｔ％を越え、３．０ｗｔ％以下であり、（ｆ）平均結晶粒径が０．２０〜０．７０μｍであり、（ｇ）かさ密度５．８０ｇ／ｃｍ ３ 以上、（ｈ）欠陥量３％以下、（ｉ）媒体撹拌ミルを用いた６０℃温水中で１サイクル１０時間運転で１０サイクル運転した時のサイクル毎のメディア摩耗率の最大値が５０ｐｐｍ／ｈ以下であることを特徴とする耐摩耗性及び耐久性にすぐれたジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディア。
- （Ａ）Ｙ２Ｏ３／ＺｒＯ２モル比が１．５／９８．５〜２．８／９７．２の範囲にあり、Ａｌ２Ｏ３を０．１〜５．０ｗｔ％含有し、ＳｉＯ２が０．１５ｗｔ％以上含有し、ＴｉＯ ２ を必ず含有し、かつＳｉＯ２とＴｉＯ２の合計量が０．１５ｗｔ％を越え、３．０ｗｔ％以下であって、比表面積が３〜３０ｍ２／ｇ、含有塩素量が５０ｐｐｍ以下であるＺｒＯ２粉体を用いて、（Ｂ）湿式で成形し、（Ｃ）大気中１２００〜１５５０℃で焼成することを特徴とするジルコニア質焼結体からなる粉砕・分散用メディアの製造方法。
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