JPH01230466A - ジルコニア薄板焼結体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、新規ジルコニア薄板焼結体に関するものであ
る。

（従来の技術） ジルコニアは、その高い機械的強度、硬度、耐摩耗性を
利用して構造材利用としての用途が盛んに開発されてい
る。特に近年高い耐食性、じん性、強度を有することに
よりステンレス鋼、合金等の金属に代わるものとして、
刃物への用途開発も注目されている。

ジルコニア焼結体の製造方法としては一般のファインセ
ラミックスと同様、主に金型プレス法や、ラバープレス
法で成形し、焼結するという方法がとられている。

（発明が解決しようとする問題点） 金型プレスやラバープレスのような成形方法では、例え
ば厚さ１鶴又はそれ以下の薄い焼結体の製造はほとんど
不可能であるかもしくはそのようなものが得られたとし
ても厚みむらが非常に大きくなってしまう。また、厚板
から研磨等により、薄く削り出す方法も考えられるが、
一般のセラミック焼結体と同様上記の様な薄さで、しか
も均一な厚みのものに仕上げることは特に大面積になる
程、困難となり、またコスト高となるために、実用上実
施困難である。

一般に１龍以下のセラミック薄板焼結体の製造にはドク
ターブレード法により成形し、脱脂後、焼成する方法が
とられるがジルコニアについては厚さが１１以下の極め
て薄く高密度、高強度でかつ表面平滑性に優れたものは
見られない。

さて、このように薄（で、高強度で、そして更には表面
が平滑かつ平坦なものは、カミソリ、カッター、ハサミ
、手術用メスといった薄物の刃物り或は電子材料分野に
おける各種基板への用途として極めて有効である。

薄物の刃物としては薄板への削り出しという加工プロセ
スが不要となり、刃付けのみで刃物として使用できるた
め生産性、コストの面で極めて有利である。また表面が
高い平滑性、平坦性を有することにより、精度の高い刃
付けが可能となる。

ジルコニアは基板材料として、−船釣であるアルミナに
比べて、熱伝導度に劣るが高い機械的強度を有するため
、薄板化することにより十分高い放熱性を持つ基板とし
て使用できる。ただし、特に薄膜用基板としては、表面
の平滑度、平坦度の高いものが要求され、現在、高平滑
な基板の製造は、表面の研磨、又はガラス質をコーティ
ングすることにより行われているが、この方法では高コ
ストとなり、同時に熱伝導率等の基板特性の低下を招く
ため好ましくはない。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは高強度で少なくとも一方の面が高平滑な薄
いジルコニア板を開発すべく研究を重ねた結果、原料粉
体の粉体特性とスリップの粘度を調整して、ドクターブ
レード法により成形し焼成することにより、高密度、高
強度で、かつ表面が平滑なジルコニア薄板が得られるこ
とを見出し、本発明をなすに至った。すなわち、本発明
の構成は特許請求の範囲に記載のとおりである。

本発明のジルコニア薄板焼結体において、これを構成す
る粒子の平均粒径は２μｍ以下、より好ましくは１．５
μｍ以下であり、更に好ましくは１μｍ以下である。ま
た密度は５．７０ｇ／ｃＪ以上であり、より好ましくは
５．８０ｇ／ｃ％以上であり、さらに好ましくは５．９
０ｇ／ｃ艷以上であり、最も好ましくは５．９５ｇ／ｃ
♂以上である。一般に、セラミックスの強度は、焼結体
を構成する粒子の粒径が小さい程、また焼結体内の気孔
が少ない程大きくなる。本発明のジルコニア薄板焼結体
においてこれを構成する粒子の平均粒径は２μｍ以下、
密度は５．７０ｇ／ｃｆｆ１以上であるが、平均粒径が
２μｍより大きいか、もしくは密度が５．７０ｇ／ｃｆ
ｆ１未満の場合、焼結体内の気孔が増加するために焼結
体の強度が低下し、特に、本発明の様な薄板の場合、割
れやすくなるため実用的ではない。

また、焼結体表面の中心線平均粗さＲａが焼き上がりで
０．０５μｍ以下であるためには、焼結体の構成粒子の
平均粒径が小さくなければならず、微粒な程、高平滑な
ものとなる。Ｒａが０．０５μｍ以下であるための上限
は２μｍである。本発明でいう焼き上がりとは焼結した
ままの状態をいうのであり、研削、研磨等の後処理を施
していないものをいう。

本発明のジルコニア薄板焼結体において少なくとも一方
の焼結体表面のＲａは焼き上がりで０．０５μｍ以下で
あるが、カミソリとしての刃付けを行う上での加工精度
上、又は、平滑面を必要とする薄膜用基板として使用す
る上でＲａは０．０４μｍ以下が、より好ましくさらに
好ましくは０．０３μｍ以下である。

本発明のジルコニア薄板焼結体の厚さは１０μｍ以上、
７００μｍ以下である。１０μｍ未満は、割れやすくな
るため、取扱い上実用的ではない。また７００　μｍよ
り厚い場合ドクターブレード法で得られた成形体の脱バ
インダーが困難であり残留炭素が多くなり、均一な焼結
体とならず、緻密でＲａの小さな表面を有するものが得
にくい。

本発明のジルコニア薄板焼結体は、上記の様に構成粒子
が細かく高密度であるために高強度となり、三点曲げ強
度１００　ｋｇ　／　ｍｕ　２以上のものが得られる。

次に、上記焼結体の製造法について述べる。本発明で用
いるジルコニア粉体は、通常の安定化剤として、Ｙ２Ｏ
２＋　ＭｇＯ、ＣａＯ等を２〜５モル％含み、平均粒径
０．２〜０．５μｍ、比表面積１２〜２５ｍ′／ｇのも
のであり、以下の手順でジルコニア薄板焼結体を製造し
た。

まずジルコニア粉体を結合剤、可塑剤、溶媒、分散剤と
混合する。結合剤には、ポリメチルメタクリレート、ポ
リビニルアルコール、ポリビニルブチラール、エチルセ
ルロース等を用い、可塑剤には、ブチルヘンシルフタレ
ート、ジブチルフタレート、メチルアジテート等を用い
さらに溶媒にはアルコール、ケトン、トルエン等を用い
た。分散剤には、海面活性剤を使用した。これらの混合
はボールミル、振動ミル、攪拌等の方法を用いた。

なお、この混合において、スリップの粘度が５００〜１
００００ｃｐｓ、好ましくは１０００〜７０００ｃｐｓ
の範囲になるように調整して、行う必要がある。スリッ
プ粘度が５００　ｃｐｓ未満又は、１ｏｏｏＯｃｐｓよ
り大きい場合、いずれもスリップ中のジルコニア粒子の
分散が不十分となり、得られるグリーンシートの強度が
低く、クラックが入りやすく、また、成形性が悪いため
、焼結体時に、緻密化しに＜＜、更に、得られた焼結体
の構成粒子の大きさが不均一となり、また、表面平滑性
も悪くなる。

得られたスリップは、ろ過、脱泡した後、ドクターブレ
ード法で製膜し、乾燥後、４００〜１０００°Ｃで仮焼
し十分に脱脂後、１２００〜１６００°Ｃで、焼結して
、ジルコニア薄板焼結体を得た。

（発明の効果） 本発明のジルコニア薄板焼結体は、極めて薄く、高密度
で更に表面平滑性が優れているためジルコニアの特長で
ある優れた機械的強度、硬度、耐摩耗性を利用して薄物
の刃物、或は電子材料用基板として極めて有効である。

薄物の刃物、例えばカミソリ、手術用メスとしては板厚
が７００μｍ以下で任意の厚みのものが得られるため、
刃付けの加工のみでよく、更に表面が平滑なために、仕
上がり精度の高いものが得られる。それ故、比較的安価
で、また金属製刃物に比べて長寿命で刃こぼれが少なく
切れ味の優れた刃物が得られる。

ジルコニア基板としては、高強度であるため薄板化して
も適度な強度を維持できる。また薄板化することにより
、放熱性に優れた基板として、また、高い表面平滑性を
有するが故に、薄膜用基板としても有効である。

なお、本発明で得られるジルコニア薄板焼結体は極めて
優れた透光性を有する。透光性は、他の代表的な透光性
セラミックス、例えばアルミナ焼結体の場合と同様に焼
結温度が高い程、向上しており透光性セラミックスとし
ての用途も有望である。

更に本発明のジルコニア薄板の製造における焼成行程で
、雰囲気が大気中の場合、高密度焼結体は象牙色となり
、また還元雰囲気中で行った場合、黒色となる。そして
本発明品は表面平滑性に極めて、優れているため、表面
が滑らかな光沢を有しており、前記した透光性故につや
のある象牙色又は黒色の透光性薄板として、特異な装飾
用材料としても充分に使えるものである。

また、薄くて高強度であることより、最近注目されてい
るスピーカー等のセラミック振動板としても有効である
。

以上の様に種々の優れた物性を有する本発明のジルコニ
ア薄板焼結体は、多くの用途を持も、産業上極めて画期
的なセラミックス材料である。

（実施例） 実施例１ 安定化剤として、ＣａＯを３モル％含み比表面積１５ｒ
＋？／ｇ、平均粒子径０．５μｍのジルコニア粉体１０
０重量部、ポリビニルアルコール１０重量部、ブチルヘ
ンシルフタレート５重量部、エタノール６０重量部、ソ
ルビタントリオレート　（花王石けん：商品名スパン８
５）１重量部を回転ボールミルで、十分混合した。この
ときのスリップ粘度は３０００ｃｐｓであり、これをド
クターブレード法で焼き上がり２５０μｍの厚みになる
ように製膜した。

得られた膜を１００°Ｃで３６時間乾燥した。これを大
気中６００°Ｃで１時間仮焼し、更に１４００°Ｃで１
時間大気中で焼成した。

得られた焼結体は、密度５．９５ｇ／ｃｎｔを有し、Ｓ
ＥＭ観察より、構成粒子の平均粒径は０．８６μｍであ
った。表面粗さＲａは０．０２８　μｍで、非常に光沢
があり、焼結体の下の文字がすげて、明確に読める程の
優れた透光性を有したものであった。３点曲げ強度は１
２０　ｋｇ／關２であった。

実施例２ 実施例１と同じジルコニア粉体を用い実施例１と同様の
手順で仮焼まて行ない、これを水素中１５５０°Ｃで１
時間焼成した。得られた焼結体は密度６．０３ｇ／ｃ♂
を有し、平均粒径ば１．１　μｍであった。

焼結体は黒色であり、表面粗さＲａは０．０３０μｍで
実施例１と同等の光沢と透光性を有したものであった。

この焼結体の曲げ強度は、１２０　ｋｇ　／　ｕ＋　２
であった。

実施例３ 安定化剤としてｙ２ｏ３を３モル％含め、比表面積１９
　ｒｒｒ／ｇ、平均粒子径０．３μｍのジルコニア粉体
１００重量部、ポリビニルブチラール１０重量部、ジブ
チルツクレート５重量部、アセトン８０重量部、ソルビ
タントリオレー１−１重量部をボールミルで十分混合し
た。このときのスリップ粘度は２０００ｃｐｓで次にこ
れをドクターブレード法で焼き上がりが６４０μｍにな
るように製膜した。得られた膜を１００°Ｃで３６時間
乾燥した。これを大気中７００°Ｃで１時間仮焼し、更
に１４００°Ｃて１時間焼成した。得られた焼結体は密
度６．０１ｇ／ｃｎｔを有し構成粒子の平均径は、０．
２１μｍであった。また、表面粗さＲａは０．０２３μ
ｍで光沢及び透光性を有したものであった。曲げ強度は
１５０　ｋｇ　／　＋ｕ＋　２であった。

実施例４ 実施例１において、焼き上がりが２５μｍに製膜する以
外は全〈実施例１と同しにした。得られた焼結体は密度
５．９２ｇ／　ｃｆｌｔ　、平均粒径０．．９０μｍ　
、　Ｒａば０．０３０μ川であった。得られた焼結体の
厚みは２５μｍで極めて薄いため、焼結体の裏側の文字
は非常にはっきりとすけで見ることができた。また８止
φの円筒の周囲１／２に接触させてＵ字状に曲けること
ができる程の可撓性を有するものであった。

比較例１ 実施例１と同じジルコニア粉体を用い、実施例１と同様
の手順で仮焼まで行い、これを大気中１７００°Ｃで２
時間焼成した。得られた焼結体は密度５．９８ｇ／ｃボ
を有し平均粒径は２．３μｍであり、Ｒａは０．０７μ
ｍであった。

なお、本発明において、焼結体を構成する粒子の平均粒
径は、焼結体表面の電子顕微鏡写真に任意の直線を引き
、この直線の長さをし、直線を横切る粒子の個数をｎと
したとき、直線の分割長さβを次式により求め、 Ｅ−Ｌ／ｎ さらに、次式により、直線の分割長さの平均Ｔを求め、 Ｔ−Σｊ２　／　ｍ さらに、このＴを１．５倍して平均粒径ｄを求めた。

ただし、本発明において、ｎは１０以上で、ｌの測定点
数ｍは１００としてｄを求めた。

また、焼結体の密度は、溶媒に水を用いたアルキメデス
法により求めた。

そして、焼結体の表面粗さＲａは小板研究所−の表面粗
さ測定器サーフコーダ５Ｅ−３０Ｃを用い、カットオフ
値λ。−０，０８菖璽、送り速さ０．０５龍／ｓｅｃ、
基準長さ２．５１１の条件で測定した値である。

さらに、３点曲げ強度の測定は、中１０１、長さ３５鶴
の試験片を使い、支点間距離２０ｍの条件で行った。

特許出願人　　旭化成工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 焼結体を構成する粒子の平均粒径が２μｍ以下、密度が
   ５．７０ｇ／ｃｍ＾３以上、焼結体表面の中心線平均粗
   さＲａが焼き上がりで０．０５μｍ以下、厚さが１０μ
   ｍ以上７００μｍ以下であることを特徴とするジルコニ
   ア薄板焼結体