JP4320852B2 - Hydrated zirconia dry powder, production method thereof and use thereof - Google Patents

Hydrated zirconia dry powder, production method thereof and use thereof Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水和ジルコニア乾燥粉に関するものである。本乾燥粉を仮焼することにより、燃料電池用固体電解質、酸素センサー、NOxセンサー、遮熱コーティング材等の機能性セラミックス、及び粉砕機用部材、精密機械部品、光コネクター部品等の構造用セラミックスの原料として使用される成形性に優れた、また、焼結性に優れたジルコニア微粉末を製造することができる。
【0002】
ここで、本明細書中『水和ジルコニア』とは、水酸化ジルコニウム、結晶性水和ジルコニア、非晶質水和ジルコニアなどと称されるものをいう。
【0003】
【従来の技術】
従来、ジルコニア微粉末の製造方法としては、ジルコニウム塩の水溶液或いはジルコニウム塩水溶液に安定化剤を溶解させた水溶液を加熱加水分解し、得られる水和ジルコニアのゾルを乾燥、仮焼することによりジルコニア微粉末を得る方法が広く知られている。
【0004】
また、加熱加水分解により得られたジルコニアゾルを限外濾過膜により洗浄・濃縮した後、得られる水和ジルコニアの濃縮ゾルを乾燥、仮焼してジルコニア粉末を得る方法も知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ジルコニウム塩の水溶液を加熱加水分解しただけのジルコニア粉末では、成形、焼結させ焼結体を作成した場合には十分な焼結体密度を得ることができず、また、焼結体の機械的強度も著しく低下し、前記のセラミックス用途で使用する為には、満足される粉末ではなかった。
【0006】
一方、限外濾過膜により洗浄・濃縮したジルコニアゾルを使用して得られるジルコニア粉末では、比較的焼結性に優れた粉末であるものの、軽装嵩密度が低くなる為、例えば、鋳込み成形やプレス成形で成形し、焼結体を製造する場合には、大きな金型が必要となり、成形圧力も高くしなければならず、更に、焼結時の収縮率も大きくなる為、焼結時に割れなどが生じやすくなるという問題があった。また、有機バインダーと混練して射出成形に使用した場合には、このバインダーとの混練物の流動性が悪くなり、金型からの離型性も悪く、うまく射出成形ができないという問題があった。このように、従来の方法では、前記したセラミックス用途に適用される、成形性と焼結性の両面で充分満足できる粉末が得られていなかった。
【0007】
そこで、本願発明の目的は、成形性及び焼結性の両面で満足できるジルコニア粉末を製造できる水和ジルコニア乾燥粉及びその製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決する為の手段】
本発明者らは、ジルコニア粉末製造プロセスに関し、特に水和ジルコニアの乾燥粉とこれを仮焼して得られるジルコニア微粉末の成形性と焼結性の関係に注目し、鋭意検討した結果、水和ジルコニア乾燥粉の真の嵩密度を1.00〜1.40g/cm3にすることにより、上記課題を解決することができることを見出し、本発明に至った。ここで、乾燥粉の真の嵩密度とは、該乾燥粉の軽装嵩密度をAg/cm3、該乾燥粉を1000℃で仮焼した時の揮発分をB重量%した場合にA×{1−(B/100)}で表される嵩密度を指す。
【0009】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0010】
本発明では、水和ジルコニア乾燥粉に於いて、該乾燥粉の真の嵩密度を1.00〜1.40g/cm3、より好ましくは、1.10〜1.30g/cm3にしなければならない。なぜならば、該乾燥粉の真の嵩密度がこの範囲より低いと、該乾燥粉を焼成して得られるジルコニア粉末の嵩密度が小さくなり、鋳込み成形、プレス成形してセラミックスを製造する場合には大きな金型が必要となり、成形圧力も高くしなければならず、また、焼結時の収縮率も大きくなる為、焼結時に割れなどが生じやすいう問題が存在する為である。また、射出成形した場合には、バインダーとの混練物の流動性が著しく低下し、うまく射出成形ができないからである。
【0011】
一方、真の嵩密度が上記範囲よりも高いと、それから得られるジルコニア粉末の嵩密度も高くなるものの、これを成形し、焼結させた場合に十分な焼結体密度を得ることができず、また、焼結体の機械的強度も低下してしまう為である。
【0012】
本発明において、特に重要であることは、水和ジルコニアの乾燥粉の軽装嵩密度に対してのみ規定されるのではなく、揮発分の量も考慮した真の嵩密度に対して規定されることである。水和ジルコニア乾燥粉の真の嵩密度とジルコニア粉末の成形性並びに焼結性との関係については明らかでないが、軽装嵩密度で表わされる粒子の凝集効果から、揮発分で表される粒子間の付着性の効果を引いて得た真の嵩密度が水和ジルコニア乾燥粉の粒子間の実質的な構造を表していると考えられ、その結果、真の嵩密度が成形性及び焼結性に大きく影響を及ぼしているものと推定される。
【0013】
ここで、本発明の水和ジルコニア乾燥粉を製造する方法について詳細に説明する。
【0014】
まず、ジルコニウム塩水溶液を加熱加水分解によって水和ジルコニアゾルを得る。この際、加熱加水分解の方法については限定されないが、生産性、及び操作性の面から下記に挙げる方法が好ましい。即ち、ジルコニウム塩水溶液の加水分解により得られるジルコニアゾルを含有する溶液の一部を反応槽から連続及び/又は間欠的に排出し、かつ、当該ジルコニアゾルを含有する溶液の体積が一定に保たれるように、その排出量と同量のジルコニウム塩水溶液を連続及び/又は間欠的に反応槽に供給することによりジルコニアゾルを得る方法である。ここで、「連続」とは、一定の排出速度でジルコニアゾルを反応槽から抜出すと同時に、排出速度と同じ供給速度で所定濃度に調整したジルコニウム塩水溶液を反応槽内に供給することであり、「間欠」とは、一定量(この量を以下、供給する液量と反応槽中の液量との比で表し、「供給比率(vol.%)」と称す。)のジルコニアゾルを反応槽から抜き出した後、直ぐに排出量と同量のジルコニウム塩水溶液を反応槽に添加し、所定時間(以下、「間欠時間」と表す。)加水分解させ、この一連の操作を繰り返すことをいう。
【0015】
このようにして、加熱加水分解を行うことにより、生産性に優れ、また容易に高転化率の水和ジルコニアゾルを得ることができる。本発明で使用される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、硝酸ジルコニウム、塩化ジルコニウム、硫酸ジルコニウムなどを挙げることができるが、この他に水酸化ジルコニウムと酸との混合物を用いても良い。
【0016】
本発明では、上記の方法で得られたジルコニアゾルを限外濾過により濾過洗浄及び濃縮を行うが、該限外濾過膜としては分画分子量が500〜3,000,000であることが好ましい。分画分子量が500未満では著しく濾過速度が低下し濾過の効率が低下する。また、分画分子量が3,000,000を超えるとゾル粒子の補足が悪く収率が低下し、また、限外濾過膜としての強度も低下してくる。使用される限外濾過膜モジュールの型式としては、平面膜モジュール、管型膜モジュール、スパイラル型モジュール、及びキャピラリー型膜モジュールのいずれも使用することができるが、濾過面積が広く、濾過効率がよいことから、キャピラリー型膜モジュールが望ましい。
【0017】
限外濾過方法としては、ジルコニアゾルをポンプにより膜モジュールを通して循環させることにより濾過し、濾液を排出させる循環方式が好ましい。この際に、純水を添加することにより、ジルコニアゾル中の不純物を効率的に除去することができる。また、濾過洗浄時に水酸化ナトリウムやアンモニア等の塩基性溶液を添加することもできる。純水の添加を行わないで濾過のみを行うことにより、所望の濃度まで濃縮することができる。このようにして洗浄を行うことにより濃縮液の分散性が向上し、最終的な濃縮液としてジルコニア濃度が20〜50重量%の高濃度で高純度、更には、高分散性のジルコニア濃縮ゾルを得ることができる。
このように高濃度まで濃縮できることから、この後の乾燥工程での大幅な生産性の向上が期待できる。
【0018】
本発明では、このようにして得られたジルコニア濃縮ゾルに、ジルコニウム塩水溶液を添加することが、乾燥粉の嵩密度を制御する上で特に重要である。ここで使用されるジルコニウム塩としては、オキシ塩化ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、塩化ジルコニウム、硫酸ジルコニウムなどを挙げることができるが、特に限定はない。また、ジルコニウム塩水溶液は、濃縮ゾル中のジルコニア成分に対してジルコニア換算で3〜25重量%添加することが望ましい。添加量がこの範囲より少ないと、嵩密度が十分に上昇せず、成形性への効果が少ない。また、添加量がこの範囲よりも多いと凝集粒子が増大し焼結性が低下してくるからである。
【0019】
次に、該ジルコニア濃縮ゾルに安定化剤として例えば、Y、Ca、Mg、Ceなどの塩、水酸化物、酸化物を固体、水溶液、又はスラリーの状態で添加し、攪拌混合する。
【0020】
このようにして得られたジルコニア濃縮ゾルの乾燥方法に制限はなく、例えば、スプレー乾燥、有機溶媒を添加して乾燥する方法等が挙げられるが、生産性の面からスプレー乾燥が好ましい。スプレー乾燥を行って得られる乾燥粉の形状としては、球形にすることが好ましい。球形にすることにより、乾燥粉の真の軽装嵩密度が1.00以上になるからである。球形の乾燥粉にする為には、安定化剤とジルコニウム塩を混合した後にpHを2.0以下にすることが重要になる。pHが2.0よりも高くなると、得られる乾燥粉の形状は陥没球となり、真の嵩密度も1.00より低くなる。このようにpHを2.0以下にする為には、塩酸、硫酸、硝酸などの酸を添加すれば容易に調整することができる。
【0021】
以上述べてきた方法により、真の嵩密度が1.00〜1.40g/cm3の範囲にある水和ジルコニアの乾燥粉を得ることができる。
【0022】
以下、この水和ジルコニア乾燥粉を用いて、ジルコニア微粉末を得る方法について詳述する。
【0023】
本発明では、上記の水和ジルコニア乾燥粉を仮焼する。このときの仮焼温度は、300〜1300℃の範囲が好ましい。仮焼温度が300℃よりも低くなると、安定化剤と十分に固溶したジルコニア粉末が得にくくなり、一方、1300℃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為に分散性のよいジルコニア粉末が得にくくなる。より望ましくは、400〜1200℃である。仮焼の保持時間は、0.5〜10時間が良く、昇温速度は0.5〜10℃/分が好ましい。仮焼時の保持時間が0.5時間よりも小さ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℃/分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℃/分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。以上のようにして得られた仮焼粉は、粒子間の強固な凝集がほとんど起こっていないので、容易に粉砕するだけで分散性のよいジルコニア微粉末になる。また、粉砕時に必要に応じて焼結助剤として、例えば、アルミナなどを添加しても良い。このようにして得られたジルコニア微粉末は、焼結助剤が均一に分散しており、焼結時に焼結助剤が均一に固溶化されたジルコニア焼結体を容易に得ることができる。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の水和ジルコニア乾燥粉を使用することにより、セラミックス用途に適した、成形性と焼結性の両方に優れたジルコニア微粉末を製造することが可能となる。
【0025】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0026】
実施例1
ZrOCl2濃度0.3モル/リットルの水溶液を還流下で煮沸し、200時間加水分解させてジルコニアゾルを作成した。この溶液を出発溶液とし、還流下煮沸し、間欠操作型の加水分解反応を行った。間欠条件は、供給比率5%、間欠時間を0.5時間に設定した。反応槽から抜出されるジルコニアゾルを、開始から100時間経過した後、100リットル回収した。引き続き、限外濾過限外濾過膜モジュール(分画分子量6,000、全濾過面積0.1m2、キャピラリー型膜モジュール)がセットされた濾過装置で濃縮を行った。濾過方法は、まず、ジルコニアゾルをポンプにより、膜モジュールを通して循環させることにより濾過し、20リットルまで濃縮した。次に、この濃縮したジルコニアゾルに2.5モル/リットルのオキシ塩化ジルコニウム水溶液をジルコニア換算で5モル%添加し、更に、Y23換算で3モル%の塩化イットリウムを添加した。この時の溶液のpHは0.50であった。この混合溶液を、入口温度170℃、出口温度90℃でスプレー乾燥させることにより乾燥粉末を得た。この乾燥粉末をSEMで観察したところ、陥没球はなく、完全に球形の乾燥粉であった。この時の軽装嵩密度は1.50g/cm3、1000℃で焼成した時の揮発分は23.6重量%であり、真の軽装嵩密度は1.14g/cm3であった。この乾燥粉末を1050℃で2時間仮焼した後、水洗して粉砕した。
【0027】
得られたジルコニア微粉末を金型プレスにより成形圧力700kgf/cm2で成形したところ、成形体密度は2.60g/cm3であった。また、得られた成形体を1500℃、2時間焼結させたところ、焼結体密度は6.06g/cm3、曲げ強度は135kgf/mm2であった。
【0028】
また、このジルコニア粉末1500gとアクリル系バインダー300gとを、140℃、1時間、ニーダーで混練した後、メルト・インデックス法によりこの混練物の流動性を評価した結果、175g/10分であった。
【0029】
以上の結果を表1に示した。
【0030】
尚、表1中のMI値はメルト・インデックス法による評価値を示している。
【0031】
この混練物を使用して、実際に射出成形用金型で行ったところ、流動性に関しては問題なく成形することができ、また、金型からの離型に関しても問題なかった。
【0032】
実施例2〜4
濃縮したゾルにジルコニウム塩水溶液として、オキシ塩化ジルコニウムを添加する量をジルコニア換算で8、10、20重量%添加したこと以外は実施例1と同様にして行った。得られた結果を表1に示す。
【0033】
比較例1
濃縮したゾルにイットリアのみを添加した以外は、実施例1と同様にして行った。
【0034】
結果を表1に示す。また、アクリル系バインダーと調整した混練物を使用して、実際に射出成形用金型で行ったところ、混練物の流動性が悪く、射出成形ができなかった。
【0035】
比較例2
濃縮したゾルにジルコニウム塩水溶液として、オキシ塩化ジルコニウムを添加する量をジルコニア換算で30重量%添加したこと以外は実施例1と同様にして行った。結果を表1に示す。
【0036】
比較例3
ZrOCl2濃度0.4モル/リットルの水溶液を、還流下、煮沸温度で加水分解を100時間行った。このジルコニアゾルに塩化イットリウムを添加して(Y23換算、3モル%)、スプレー乾燥させて乾燥粉末を得た。この乾燥粉末を1050℃で2時間仮焼した後、水洗して粉砕した。得られたジルコニア微粉末を実施例と同一条件で成形、焼結させたところ、成形体密度は2.55g/cm3であり、焼結体密度は5.95g/cm3、曲げ強度は77kgf/mm2であった。結果を表1に示す。
【0037】
【表1】

Figure 0004320852
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydrated zirconia dry powder. By calcining this dry powder, functional ceramics such as solid electrolytes for fuel cells, oxygen sensors, NOx sensors, thermal barrier coating materials, and structural ceramics such as pulverizer members, precision machine parts, optical connector parts, etc. A fine zirconia powder having excellent moldability and excellent sinterability can be produced.
[0002]
Here, in the present specification, “hydrated zirconia” refers to what is called zirconium hydroxide, crystalline hydrated zirconia, amorphous hydrated zirconia, or the like.
[0003]
[Prior art]
Conventionally, as a method for producing fine zirconia powder, an aqueous solution of zirconium salt or an aqueous solution in which a stabilizer is dissolved in a zirconium salt aqueous solution is heated and hydrolyzed, and the resulting hydrated zirconia sol is dried and calcined. Methods for obtaining fine powder are widely known.
[0004]
Also known is a method of obtaining a zirconia powder by washing and concentrating a zirconia sol obtained by heat hydrolysis with an ultrafiltration membrane and then drying and calcining the concentrated sol of hydrated zirconia obtained.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, with a zirconia powder obtained by merely hydrolyzing an aqueous solution of a zirconium salt, when a sintered body is formed by molding and sintering, a sufficient sintered body density cannot be obtained. The mechanical strength was also significantly reduced, and it was not a satisfactory powder for use in the aforementioned ceramic applications.
[0006]
On the other hand, a zirconia powder obtained by using a zirconia sol washed and concentrated by an ultrafiltration membrane is a powder that is relatively excellent in sinterability, but has a low light bulk density. When producing a sintered body by molding, a large mold is required, the molding pressure must be increased, and the shrinkage rate during sintering also increases, so cracking during sintering, etc. There is a problem that it is easy to occur. In addition, when used for injection molding by kneading with an organic binder, the fluidity of the kneaded product with this binder is poor, the releasability from the mold is also poor, and there is a problem that injection molding cannot be performed well. . Thus, in the conventional method, a powder that is sufficiently satisfactory in terms of both formability and sinterability applied to the above-described ceramics application has not been obtained.
[0007]
Then, the objective of this invention is providing the hydrated zirconia dry powder which can manufacture the zirconia powder which can be satisfied in both moldability and sinterability, and its manufacturing method.
[0008]
[Means for solving the problems]
As a result of intensive investigations, the present inventors have focused on the relationship between the moldability and sinterability of dry powder of hydrated zirconia and the zirconia fine powder obtained by calcining the zirconia powder. It has been found that the above problem can be solved by setting the true bulk density of the dried zirconia powder to 1.00 to 1.40 g / cm 3 , and the present invention has been achieved. Here, the true bulk density of the dry powder is defined as A × {when the dry weight density of the dry powder is Ag / cm 3 , and the volatile content when the dry powder is calcined at 1000 ° C. is B wt%. 1- (B / 100)} refers to the bulk density.
[0009]
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0010]
In the present invention, in the hydrous zirconia dry powder, 1.00~1.40G the true bulk density of the dry powder / cm 3, and more preferably, unless the 1.10~1.30g / cm 3 Don't be. This is because when the true bulk density of the dry powder is lower than this range, the bulk density of the zirconia powder obtained by firing the dry powder becomes small, and when producing ceramics by casting molding and press molding. This is because a large mold is required, the molding pressure must be increased, and the shrinkage rate during sintering increases, so that there is a problem that cracks are likely to occur during sintering. In addition, in the case of injection molding, the fluidity of the kneaded material with the binder is remarkably lowered, and injection molding cannot be performed well.
[0011]
On the other hand, if the true bulk density is higher than the above range, the bulk density of the zirconia powder obtained therefrom will be high, but when this is molded and sintered, a sufficient sintered body density cannot be obtained. In addition, the mechanical strength of the sintered body is also lowered.
[0012]
In the present invention, what is particularly important is not only defined for the light bulk density of the dried powder of hydrated zirconia but also for the true bulk density considering the amount of volatile matter. It is. The relationship between the true bulk density of hydrated zirconia dry powder and the moldability and sinterability of zirconia powder is not clear. It is considered that the true bulk density obtained by subtracting the effect of adhesion represents the substantial structure between the particles of the hydrated zirconia dry powder, and as a result, the true bulk density contributes to formability and sinterability. It is presumed to have a large influence.
[0013]
Here, the method for producing the hydrated zirconia dry powder of the present invention will be described in detail.
[0014]
First, a hydrated zirconia sol is obtained by heat hydrolysis of an aqueous zirconium salt solution. At this time, the method of heat hydrolysis is not limited, but the following methods are preferable from the viewpoint of productivity and operability. That is, a part of the solution containing the zirconia sol obtained by hydrolysis of the zirconium salt aqueous solution is continuously and / or intermittently discharged from the reaction tank, and the volume of the solution containing the zirconia sol is kept constant. As described above, it is a method of obtaining a zirconia sol by continuously and / or intermittently supplying an aqueous zirconium salt solution in the same amount as the amount discharged. Here, “continuous” means that the zirconia sol is withdrawn from the reaction vessel at a constant discharge rate, and at the same time, an aqueous zirconium salt solution adjusted to a predetermined concentration at the same supply rate as the discharge rate is supplied into the reaction vessel. , "Intermittent" means that a certain amount of zirconia sol (hereinafter referred to as "supply ratio (vol.%)") Is expressed as a ratio between the amount of liquid supplied and the amount of liquid in the reaction vessel. Immediately after extraction from the tank, the same amount of zirconium salt aqueous solution as the amount discharged is added to the reaction tank and hydrolyzed for a predetermined time (hereinafter referred to as “intermittent time”), and this series of operations is repeated.
[0015]
In this way, by carrying out heat hydrolysis, a hydrated zirconia sol having excellent productivity and high conversion can be easily obtained. Examples of the zirconium salt used in the production of the zirconia sol used in the present invention include zirconium oxychloride, zirconium nitrate, zirconium chloride, and zirconium sulfate. In addition to this, a mixture of zirconium hydroxide and acid can be used. It may be used.
[0016]
In the present invention, the zirconia sol obtained by the above method is subjected to filtration washing and concentration by ultrafiltration. The ultrafiltration membrane preferably has a fractional molecular weight of 500 to 3,000,000. When the molecular weight cut off is less than 500, the filtration rate is remarkably lowered and the filtration efficiency is lowered. On the other hand, if the molecular weight cut off exceeds 3,000,000, the sol particles are poorly captured and the yield is lowered, and the strength as an ultrafiltration membrane is also lowered. As the type of the ultrafiltration membrane module to be used, any of a planar membrane module, a tubular membrane module, a spiral module, and a capillary membrane module can be used, but the filtration area is wide and the filtration efficiency is good. Therefore, a capillary membrane module is desirable.
[0017]
As the ultrafiltration method, a circulation method in which zirconia sol is filtered by circulating it through a membrane module by a pump and the filtrate is discharged is preferable. At this time, impurities in the zirconia sol can be efficiently removed by adding pure water. Also, a basic solution such as sodium hydroxide or ammonia can be added during filtration and washing. By performing only filtration without adding pure water, it can be concentrated to a desired concentration. By carrying out washing in this manner, the dispersibility of the concentrated liquid is improved. As a final concentrated liquid, a zirconia concentrated sol having a high zirconia concentration of 20 to 50% by weight and a high purity and a high dispersibility is obtained. Obtainable.
Since it can be concentrated to a high concentration in this way, a significant improvement in productivity can be expected in the subsequent drying step.
[0018]
In the present invention, it is particularly important to add a zirconium salt aqueous solution to the zirconia concentrated sol thus obtained in order to control the bulk density of the dry powder. Examples of the zirconium salt used here include zirconium oxychloride, zirconium nitrate, zirconium chloride, and zirconium sulfate, but are not particularly limited. Further, the zirconium salt aqueous solution is preferably added in an amount of 3 to 25% by weight in terms of zirconia with respect to the zirconia component in the concentrated sol. When the addition amount is less than this range, the bulk density is not sufficiently increased, and the effect on moldability is small. Further, if the amount added is more than this range, the aggregated particles increase and the sinterability decreases.
[0019]
Next, for example, a salt such as Y, Ca, Mg, or Ce, a hydroxide, or an oxide as a stabilizer is added to the zirconia concentrated sol in a solid, aqueous solution, or slurry state, and the mixture is stirred and mixed.
[0020]
The drying method of the zirconia concentrated sol thus obtained is not limited, and examples thereof include spray drying, a method of adding an organic solvent and drying, and spray drying is preferable from the viewpoint of productivity. The shape of the dry powder obtained by spray drying is preferably spherical. This is because the true light bulk density of the dry powder becomes 1.00 or more by making it spherical. In order to obtain a spherical dry powder, it is important to adjust the pH to 2.0 or less after mixing the stabilizer and the zirconium salt. When pH becomes higher than 2.0, the shape of the obtained dry powder becomes a depressed sphere, and the true bulk density becomes lower than 1.00. Thus, in order to make pH into 2.0 or less, if acids, such as hydrochloric acid, a sulfuric acid, and nitric acid, are added, it can adjust easily.
[0021]
By the method described above, a dried powder of hydrated zirconia having a true bulk density in the range of 1.00 to 1.40 g / cm 3 can be obtained.
[0022]
Hereinafter, a method of obtaining zirconia fine powder using this hydrated zirconia dry powder will be described in detail.
[0023]
In the present invention, the dried hydrated zirconia powder is calcined. The calcining temperature at this time is preferably in the range of 300 to 1300 ° C. When the calcining temperature is lower than 300 ° C., it becomes difficult to obtain a zirconia powder sufficiently dissolved in the stabilizer. On the other hand, when the temperature is higher than 1300 ° C., the particles are dispersed due to strong aggregation due to sintering between particles. It becomes difficult to obtain a good zirconia powder. More preferably, it is 400-1200 degreeC. The holding time for calcination is preferably 0.5 to 10 hours, and the heating rate is preferably 0.5 to 10 ° C./min. If the holding time at the time of calcination is less than 0.5 hours, it is difficult to uniformly calcinate, and if it is longer than 10 hours, the productivity is lowered, which is not preferable. In addition, when the rate of temperature rise is less than 0.5 ° C / min, the time until the set temperature is reached becomes longer, and when it is greater than 10 ° C / min, the powder scatters vigorously during calcination, resulting in poor operability. Productivity decreases. Since the calcined powder obtained as described above hardly causes strong aggregation between particles, it becomes a finely dispersible zirconia powder simply by grinding. Moreover, you may add an alumina etc. as a sintering auxiliary agent as needed at the time of a grinding | pulverization. In the zirconia fine powder thus obtained, the sintering aid is uniformly dispersed, and a zirconia sintered body in which the sintering aid is uniformly solidified during sintering can be easily obtained.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, by using the hydrated zirconia dry powder of the present invention, it becomes possible to produce a zirconia fine powder excellent in both formability and sinterability suitable for ceramics applications.
[0025]
【Example】
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.
[0026]
Example 1
An aqueous solution having a ZrOCl 2 concentration of 0.3 mol / liter was boiled under reflux and hydrolyzed for 200 hours to prepare a zirconia sol. This solution was used as a starting solution, boiled under reflux, and an intermittent operation type hydrolysis reaction was performed. The intermittent condition was set such that the supply ratio was 5% and the intermittent time was 0.5 hour. 100 liters of zirconia sol extracted from the reaction vessel was recovered after 100 hours had elapsed from the start. Subsequently, concentration was performed with a filtration apparatus in which an ultrafiltration ultrafiltration membrane module (fractionated molecular weight 6,000, total filtration area 0.1 m 2 , capillary membrane module) was set. In the filtration method, first, zirconia sol was filtered by circulating it through a membrane module with a pump, and concentrated to 20 liters. Next, 5 mol% of a 2.5 mol / liter zirconium oxychloride aqueous solution was added to the concentrated zirconia sol in terms of zirconia, and 3 mol% of yttrium chloride in terms of Y 2 O 3 was further added. The pH of the solution at this time was 0.50. The mixed solution was spray dried at an inlet temperature of 170 ° C. and an outlet temperature of 90 ° C. to obtain a dry powder. When this dry powder was observed by SEM, there was no depressed sphere and it was a completely spherical dry powder. At this time, the light weight bulk density was 1.50 g / cm 3 , the volatile content when calcined at 1000 ° C. was 23.6% by weight, and the true light weight bulk density was 1.14 g / cm 3 . The dried powder was calcined at 1050 ° C. for 2 hours, washed with water and pulverized.
[0027]
The obtained zirconia fine powder was molded by a mold press at a molding pressure of 700 kgf / cm 2 , and the compact density was 2.60 g / cm 3 . Further, when the obtained molded body was sintered at 1500 ° C. for 2 hours, the sintered body density was 6.06 g / cm 3 and the bending strength was 135 kgf / mm 2 .
[0028]
Further, after kneading 1500 g of this zirconia powder and 300 g of an acrylic binder with a kneader at 140 ° C. for 1 hour, the fluidity of this kneaded product was evaluated by the melt index method, and the result was 175 g / 10 min.
[0029]
The above results are shown in Table 1.
[0030]
The MI value in Table 1 indicates an evaluation value by the melt index method.
[0031]
When this kneaded product was actually used in an injection mold, it was possible to mold without problems with regard to fluidity, and there was no problem with respect to release from the mold.
[0032]
Examples 2-4
The same procedure as in Example 1 was performed except that the amount of zirconium oxychloride added as a zirconium salt aqueous solution was 8, 10, and 20% by weight in terms of zirconia was added to the concentrated sol. The obtained results are shown in Table 1.
[0033]
Comparative Example 1
The same procedure as in Example 1 was performed except that only yttria was added to the concentrated sol.
[0034]
The results are shown in Table 1. Further, when the kneaded material prepared with the acrylic binder was used and actually used in an injection mold, the fluidity of the kneaded material was poor and injection molding could not be performed.
[0035]
Comparative Example 2
This was performed in the same manner as in Example 1 except that the zirconium oxychloride was added in an amount of 30% by weight in terms of zirconia as an aqueous zirconium salt solution to the concentrated sol. The results are shown in Table 1.
[0036]
Comparative Example 3
An aqueous solution having a ZrOCl 2 concentration of 0.4 mol / liter was hydrolyzed for 100 hours at the boiling temperature under reflux. Yttrium chloride was added to this zirconia sol (in terms of Y 2 O 3 , 3 mol%) and spray-dried to obtain a dry powder. The dried powder was calcined at 1050 ° C. for 2 hours, washed with water and pulverized. Molding the resultant fine zirconia powder in Example under the same conditions, was then sintered, the molded body density was 2.55 g / cm 3, the sintered density of 5.95 g / cm 3, flexural strength 77kgf / Mm 2 . The results are shown in Table 1.
[0037]
[Table 1]
Figure 0004320852

Claims (4)

水和ジルコニア乾燥粉の軽装嵩密度をAg/cm3、該乾燥粉を1000℃で仮焼した時の揮発分をB重量%とした場合にA×{1−(B/100)}で表される真の嵩密度が1.00〜1.40g/cm3の範囲内にあり、安定化剤としてY、Ca、Mg及びCeの群から選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物を含むことを特徴とする水和ジルコニア乾燥粉。When the dry bulk density of the hydrated zirconia powder is Ag / cm 3 and the volatile content when the dry powder is calcined at 1000 ° C. is B wt%, it is expressed as A × {1- (B / 100)}. Ri true range near the bulk density 1.00~1.40g / cm 3 that is, to include the Y, Ca, an oxide of at least one element selected from the group consisting of Mg and Ce as a stabilizer Hydrated zirconia dry powder characterized by. ジルコニウム塩水溶液を加熱加水分解して得られる水和ジルコニアゾルを限外濾過で洗浄及び濃縮を行った後、当該水和ジルコニアゾルにジルコニウム塩水溶液を添加し、引き続き、安定化剤として、Y、Ca、Mg及びCeの群から選ばれる少なくとも一種の元素の塩、水酸化物又は酸化物を固体、水溶液又はスラリーの状態で添加した後、乾燥することを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の水和ジルコニア乾燥粉の製造方法。After washing and concentrating the hydrous zirconia sol obtained by thermal hydrolysis of a zirconium salt aqueous solution by ultrafiltration, adding a zirconium salt aqueous solution to the hydrated zirconia sol, subsequently, as a stabilizer, Y, 2. The method according to claim 1, wherein a salt, hydroxide or oxide of at least one element selected from the group consisting of Ca, Mg and Ce is added in the form of a solid, an aqueous solution or a slurry and then dried. The manufacturing method of hydrated zirconia dry powder as described in any one of. 特許請求の範囲第2項に記載の水和ジルコニア乾燥粉の製造方法において、水和ジルコニゾルに添加するジルコニウム水溶液がオキシ塩化ジルコニウムの水溶液であることを特徴とする水和ジルコニア乾燥粉の製造方法。The method of manufacturing a hydrated zirconia dry powder according to paragraph 2 claims, the production of a hydrated zirconia dry powder aqueous solution of zirconium added to the hydrated zirconia A sol, characterized in that an aqueous solution of zirconium oxychloride Method. 特許請求の範囲第1項に記載の安定化剤としてY、Ca、Mg及びCeの群から選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物を含む水和ジルコニア乾燥粉を仮焼してジルコニア微粉末を製造する方法。A zirconia fine powder is produced by calcining a hydrated zirconia dry powder containing an oxide of at least one element selected from the group consisting of Y, Ca, Mg and Ce as a stabilizer according to claim 1 how to.
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