JPH0228536B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0228536B2 JPH0228536B2 JP59094255A JP9425584A JPH0228536B2 JP H0228536 B2 JPH0228536 B2 JP H0228536B2 JP 59094255 A JP59094255 A JP 59094255A JP 9425584 A JP9425584 A JP 9425584A JP H0228536 B2 JPH0228536 B2 JP H0228536B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- powder
- transition metal
- stabilized zirconia
- compound
- sintered body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 87
- 150000003623 transition metal compounds Chemical class 0.000 claims description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 25
- 229910002077 partially stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 150000003755 zirconium compounds Chemical class 0.000 claims description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 16
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 13
- 229910002078 fully stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 9
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 4
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 description 22
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 14
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 12
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 238000001272 pressureless sintering Methods 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 4
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 3
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- -1 oxygen ion Chemical class 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N Propionic acid Chemical class CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001242 acetic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013522 chelant Chemical class 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000009770 conventional sintering Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000009766 low-temperature sintering Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 150000003891 oxalate salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003754 zirconium Chemical class 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
〔発明の利用分野〕
本発明は、ジルコニウム化合物を主成分とする
高焼結性粉末組成物およびその製造方法に係わ
り、さらに詳しくは部分安定化もしくは完全安定
化ジルコニアの高密度焼結体の常圧焼結法による
製造の原料となるジルコニウム化合物を主成分と
する高焼結性粉末組成物およびその製造方法に関
する。 部分安定化ジルコニア焼結体は高強度、高靭性
セラミツクとして機械部材への応用が期待され、
また完全安定化ジルコニア焼結体は、耐熱性部
材、固体電解質として広く利用されている機能性
セラミツク材料である。 〔従来の技術〕 ジルコニア焼結体は、ジルコニア結晶の高温安
定相である正方晶系あるいは立方晶系の結晶構造
を常温まで維持させるための安定化処理を行つた
ジルコニア結晶微粉末を、成形、焼結して製造す
る。ジルコニア結晶の安定化処理は、通常、ジル
コニアにCaO、MgO、Y2O3等の酸化物類を固溶
させることにより行われ、立方晶系の結晶構造の
みのジルコニアからなる焼結体を完全安定化ジル
コニア（通常「安定化ジルコニア」と言う。）焼
結体として、また、正方晶系の結晶構造のジルコ
ニアを含有する焼結体を部分安定化ジルコニア焼
結体として、広く利用されている。 これらのジルコニア焼結体が、目的とする機能
たとえば酸素イオン伝導性、機械的特性等を発現
するためには、微細構造の制御されたかつ、緻密
な焼結体を製造する必要がある。従来、微細構造
の制御された、緻密なジルコニア焼結体は、ホツ
トプレス法、HIP法等の特殊な成形、焼結技術を
採用して製造されているが、これらの方法におい
ては、製造設備が大掛りなものを必要とし、か
つ、操作も煩雑であるため、製品は高価なものと
なる。 微細構造の制御された緻密なジルコニア焼結体
を、共沈法等の化学的手法を用いた粉末調整技術
により調整した原料粉末を成形し、比較的低温で
焼結する方法、たとえば、特開昭50−103510号公
報には水溶性ジルコニウム塩、安定化剤としての
カルシウム、マグネシウム、イツトリウム等の可
溶性塩類及び焼結促進剤としての遷移金属の可溶
性塩類の混合水溶液に、アンモニア水を加えて、
含有する金属の水酸化物を共沈させ、乾燥、仮焼
して得られる粉末を原料とする高密度ジルコニア
焼結体の製造方法等が提案されている。これらの
化学的に処理された原料粉末を用いるジルコニア
焼結体の製造方法においては、比較的低い温度の
焼結で、焼結密度をかなりのレベルまで向上させ
ることができる。しかしながら、粉末は、一般に
微粉化することによつて凝集力が強くなることが
知られており、そのため、化学的に処理された原
料粉末を用いる方法において、再現性良く高密度
焼結体を製造することは困難であり、また、現状
においては、低温焼結性および焼結体の相対密度
（対理論密度）も十分であるとは言えない。前記
引用した方法においても、実際上、焼結体の緻密
化（高密度化）を効果的に行うことは困難であ
る。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、高密度ジルコニア焼結体を、比較的
低温域での常圧焼結法で製造するに適した原料粉
末組成物およびその製造方法を提供することをそ
の製造方法を提供することを別の目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、部分安定化ジルコニア粉末、完全安
定化ジルコニア粉末および加熱により部分安定化
もしくは完全安定化ジルコニアを生成する前駆体
粉末よりなる群から選ばれる少なくとも１種のジ
ルコニウム化合物含有粉末と、Mn、Fe、Co、
Ni、CuおよびZnよりなる群から選ばれる少なく
とも１種の遷移金属の化合物とからなり、該遷移
金属化合物を前記ジルコニウム化合物含有粉末に
被着させてなるジルコニウム化合物を主成分とす
る高焼結性粉末組成物およびその製造方法であ
る。 本発明において、ジルコニウム化合物含有粉末
は、部分安定化ジルコニア粉末、完全安定化ジル
コニア粉末または加熱により部分安定化ジルコニ
アまたは完全安定化ジルコニアを生成する前駆体
粉末であれば、特に制限はなく、常法、たとえ
ば、酸化物法、共沈法、加水分解法、熱分解法等
で得られる、Y2O3、MgOおよびCaOよりなる群
から選ばれる少なくとも１種または、加熱により
Y2O3、MgOおよびCaOよりなる群から選ばれる
少なくとも１種を生成する化合物を含有するジル
コニウム化合物含有粉末のいずれをも使用でき
る。 本発明において、高焼結性粉末組成物は、前記
ジルコニウム化合物含有粉末を、Mn、Fe、Co、
Ni、CuおよびZnよりなる群から選ばれる少なく
とも１種の遷移金属の水または有機溶媒可溶性化
合物を含有する溶液に添加混合したのち、溶媒を
除去、乾燥することにより、該遷移金属化合物
を、前記ジルコニウム化合物含有粉末に被着させ
ることにより製造することができる。 〔作用〕 本発明者等は、低温常圧焼結法によるジルコニ
ア焼結体の製造方法における技術的課題すなわ
ち、焼結体密度を向上させることについて鋭意研
究した結果、溶媒可溶性の遷移金属化合物を被着
した部分安定化ジルコニア粉末を原料として用い
ることにより、比較的低温度で常圧焼結しても理
論密度に対する相対密度が99％を越える部分安定
化ジルコニア焼結体が再現性よく容易に得られる
ことを見出し、さらに研究を展開して本発明を完
成した。 すなわち、本発明において、遷移金属化合物
は、ジルコニウム化合物含有粉末を被覆した状態
で該粉末に被着しており、成形、焼結時には、ジ
ルコニア粉末同志の結合剤および焼結温度を低下
させる焼結促進剤として作用している。遷移金属
化合物のジルコニウム化合物含有粉末に対する被
着量はジルコニウムに対する金属原子比で0.01〜
５％、好ましくは0.05〜１％である。0.01％未満
では被着効果が少なく、また、５％を越えると焼
結体特性に影響を与える場合があるので好ましく
ない。 本発明において、高焼結性粉末組成物は、遷移
金属の溶媒可溶性化合物を、ジルコニウム化合物
含有粉末に被着させてなるが、遷移金属の溶媒可
溶性化合物として、硝酸塩、硫酸塩、塩化物等の
無機塩類、シユウ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸
塩、高級脂肪酸塩等の有機酸塩類、キレート化合
物類等を例示することができる。高焼結性粉末組
成物の製造は、ジルコニウム化合物含有粉末を前
記遷移金属化合物を溶解した溶液に添加混合した
後、溶媒を除去、乾燥することによる。遷移金属
化合物を溶解する溶媒として、水および／または
有機溶媒が使用でき、好ましくは、有機溶媒、さ
らに好ましくは、低級アルコール類、たとえばメ
タノール、エタノール、プロパノール、ブタノー
ル等が使用される。前記粉末の製造方法におい
て、溶媒の除去、乾燥は通常、蒸発法を採用す
る。したがつて、溶媒としての水の使用は蒸発エ
ネルギーが大きく、また遷移金属化合物を溶解さ
せるためにPH調整等を行う必要があるので、有機
溶媒を使用するのが好ましい。有機溶媒として
は、遷移金属化合物を溶解し得るものであればい
ずれをも使用できるが高沸点のものは溶媒除去
が、また高粘度のものはジルコニウム化合物含有
粉末の均一分散混合が困難となるので好ましくな
い。ジルコニウム化合物含有粉末の遷移金属化合
物への添加混合は、単純な撹拌操作でも十分効果
を発揮できるが、ミリング等の粉砕・撹拌操作を
採用することにより、より一層、効果を確実にす
ることが可能である。溶媒の除去、乾燥は前記し
た如く、通常、蒸発法を採用するが、噴霧乾燥法
等を採用すれば効率的、かつ効果的に大量の処理
を行うことができる。 前記方法で製造した粉末組成物は、ジルコニア
焼結体の製造の原料として、そのまま使用するこ
とができるが、400〜1200℃の温度で一端仮焼し
て使用するのが好ましい。 また、ジルコニア焼結体は、前記した粉末組成
物を成形、焼結することにより製造する。成形
は、通常の金型成形で十分であるが、低圧による
金型成形後、静水圧加圧を行つた方が、最終焼結
体の焼結体密度、機械的強度等の諸性能向上のた
めにより好ましい。焼結は、常法であればいずれ
の方法をも採用できるが、空気雰囲気中での常圧
焼結法を採用することで十分に目的を達成するこ
とができる。 〔実施例〕 以下に、実施例を挙げて、本発明をさらに詳細
に説明する。ただし、本発明の範囲は、下記実施
例により何等限定されるものではない。 実施例１および比較例１ 粉末組成物の調整： 酸化物モル換算：Y2O3／（Y2O3＋ZrO2）＝
0.03のZrOCl2およびYCl3の混合水溶液に、アン
モニア水を添加して得られた混合水酸化物の沈澱
を取乾燥し、乾燥前駆体粉末を得た。該乾燥前
駆体粉末の一部を800℃の温度で１時間焼成し、
部分安定化ジルコニア粉末を得た。 遷移金属化合物として、下記をエタノールに溶
解し、遷移金属化合物溶液を調整した。 Mn：Mn（CH3COO）2・4H2O Fe：Fe（NO3）3・9H2O Co：Co（CH3COO）2・4H2O Ni：Ni（NO3）2・6H2O Cu：Cu（CH3COO）2 Zn：Zn（CH3COO）2・2H2O 上記調整した遷移金属化合物溶液に、前記製造
した乾燥前駆体粉末もしくは部分安定化ジルコニ
ア粉末を添加混合したのち、エタノールを蒸発さ
せて乾燥し、Zrに対する遷移金属の原子比率が
0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、1.0％に相当する遷
移金属化合物の被着した前駆体粉末および部分安
定化ジルコニア粉末を得た。得られた遷移金属化
合物の被着した前駆体粉末は、さらに800℃の温
度で１時間仮焼し、前記遷移金属化合物の被着し
た部分安定化ジルコニアと共に、ジルコニア焼結
体製造用原料粉末組成物とした。 ジルコニア焼結体の製造： 各粉末を、200Kg／cm2の圧力で金型成形した後、
2t／cm2の圧力で静水圧加圧を行い、成形体を得
た。 得られた成形体を大気中において1200℃および
1300℃の温度で３時間焼結し、部分安定化ジルコ
ニア焼結体を得た。 また、比較として、前記調整した乾燥前駆体粉
末および乾燥前駆体粉末製造時に遷移金属化合物
を添加し、同時に共沈させて得た沈澱物を乾燥し
た粉末（共沈粉末という。）を使用し、上記と同
様の条件で成形、焼結し部分安定化ジルコニア焼
結体を得た。 得られた部分安定化ジルコニア焼結体の密度お
よび理論密度：6.1ｇ／cm3に対する相対密度およ
び一部についてJIS Ｒ―1601―1981に基づいて実
施した３点曲げ試験の結果の５点の平均値を第１
表中に示す。 第１表中において、原料粉末の項のＡ、Ｂ、Ｃ
およびＤは下記を表す。 Ａ：乾燥前駆体粉末に遷移金属化合物を被着させ
た粉末 Ｂ：部分安定化ジルコニア粉末に遷移金属化合物
を被着させた粉末 Ｃ：共沈粉末（比較例） Ｄ：遷移金属化合物の被着していない乾燥前駆体
粉末（比較例）
高焼結性粉末組成物およびその製造方法に係わ
り、さらに詳しくは部分安定化もしくは完全安定
化ジルコニアの高密度焼結体の常圧焼結法による
製造の原料となるジルコニウム化合物を主成分と
する高焼結性粉末組成物およびその製造方法に関
する。 部分安定化ジルコニア焼結体は高強度、高靭性
セラミツクとして機械部材への応用が期待され、
また完全安定化ジルコニア焼結体は、耐熱性部
材、固体電解質として広く利用されている機能性
セラミツク材料である。 〔従来の技術〕 ジルコニア焼結体は、ジルコニア結晶の高温安
定相である正方晶系あるいは立方晶系の結晶構造
を常温まで維持させるための安定化処理を行つた
ジルコニア結晶微粉末を、成形、焼結して製造す
る。ジルコニア結晶の安定化処理は、通常、ジル
コニアにCaO、MgO、Y2O3等の酸化物類を固溶
させることにより行われ、立方晶系の結晶構造の
みのジルコニアからなる焼結体を完全安定化ジル
コニア（通常「安定化ジルコニア」と言う。）焼
結体として、また、正方晶系の結晶構造のジルコ
ニアを含有する焼結体を部分安定化ジルコニア焼
結体として、広く利用されている。 これらのジルコニア焼結体が、目的とする機能
たとえば酸素イオン伝導性、機械的特性等を発現
するためには、微細構造の制御されたかつ、緻密
な焼結体を製造する必要がある。従来、微細構造
の制御された、緻密なジルコニア焼結体は、ホツ
トプレス法、HIP法等の特殊な成形、焼結技術を
採用して製造されているが、これらの方法におい
ては、製造設備が大掛りなものを必要とし、か
つ、操作も煩雑であるため、製品は高価なものと
なる。 微細構造の制御された緻密なジルコニア焼結体
を、共沈法等の化学的手法を用いた粉末調整技術
により調整した原料粉末を成形し、比較的低温で
焼結する方法、たとえば、特開昭50−103510号公
報には水溶性ジルコニウム塩、安定化剤としての
カルシウム、マグネシウム、イツトリウム等の可
溶性塩類及び焼結促進剤としての遷移金属の可溶
性塩類の混合水溶液に、アンモニア水を加えて、
含有する金属の水酸化物を共沈させ、乾燥、仮焼
して得られる粉末を原料とする高密度ジルコニア
焼結体の製造方法等が提案されている。これらの
化学的に処理された原料粉末を用いるジルコニア
焼結体の製造方法においては、比較的低い温度の
焼結で、焼結密度をかなりのレベルまで向上させ
ることができる。しかしながら、粉末は、一般に
微粉化することによつて凝集力が強くなることが
知られており、そのため、化学的に処理された原
料粉末を用いる方法において、再現性良く高密度
焼結体を製造することは困難であり、また、現状
においては、低温焼結性および焼結体の相対密度
（対理論密度）も十分であるとは言えない。前記
引用した方法においても、実際上、焼結体の緻密
化（高密度化）を効果的に行うことは困難であ
る。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、高密度ジルコニア焼結体を、比較的
低温域での常圧焼結法で製造するに適した原料粉
末組成物およびその製造方法を提供することをそ
の製造方法を提供することを別の目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、部分安定化ジルコニア粉末、完全安
定化ジルコニア粉末および加熱により部分安定化
もしくは完全安定化ジルコニアを生成する前駆体
粉末よりなる群から選ばれる少なくとも１種のジ
ルコニウム化合物含有粉末と、Mn、Fe、Co、
Ni、CuおよびZnよりなる群から選ばれる少なく
とも１種の遷移金属の化合物とからなり、該遷移
金属化合物を前記ジルコニウム化合物含有粉末に
被着させてなるジルコニウム化合物を主成分とす
る高焼結性粉末組成物およびその製造方法であ
る。 本発明において、ジルコニウム化合物含有粉末
は、部分安定化ジルコニア粉末、完全安定化ジル
コニア粉末または加熱により部分安定化ジルコニ
アまたは完全安定化ジルコニアを生成する前駆体
粉末であれば、特に制限はなく、常法、たとえ
ば、酸化物法、共沈法、加水分解法、熱分解法等
で得られる、Y2O3、MgOおよびCaOよりなる群
から選ばれる少なくとも１種または、加熱により
Y2O3、MgOおよびCaOよりなる群から選ばれる
少なくとも１種を生成する化合物を含有するジル
コニウム化合物含有粉末のいずれをも使用でき
る。 本発明において、高焼結性粉末組成物は、前記
ジルコニウム化合物含有粉末を、Mn、Fe、Co、
Ni、CuおよびZnよりなる群から選ばれる少なく
とも１種の遷移金属の水または有機溶媒可溶性化
合物を含有する溶液に添加混合したのち、溶媒を
除去、乾燥することにより、該遷移金属化合物
を、前記ジルコニウム化合物含有粉末に被着させ
ることにより製造することができる。 〔作用〕 本発明者等は、低温常圧焼結法によるジルコニ
ア焼結体の製造方法における技術的課題すなわ
ち、焼結体密度を向上させることについて鋭意研
究した結果、溶媒可溶性の遷移金属化合物を被着
した部分安定化ジルコニア粉末を原料として用い
ることにより、比較的低温度で常圧焼結しても理
論密度に対する相対密度が99％を越える部分安定
化ジルコニア焼結体が再現性よく容易に得られる
ことを見出し、さらに研究を展開して本発明を完
成した。 すなわち、本発明において、遷移金属化合物
は、ジルコニウム化合物含有粉末を被覆した状態
で該粉末に被着しており、成形、焼結時には、ジ
ルコニア粉末同志の結合剤および焼結温度を低下
させる焼結促進剤として作用している。遷移金属
化合物のジルコニウム化合物含有粉末に対する被
着量はジルコニウムに対する金属原子比で0.01〜
５％、好ましくは0.05〜１％である。0.01％未満
では被着効果が少なく、また、５％を越えると焼
結体特性に影響を与える場合があるので好ましく
ない。 本発明において、高焼結性粉末組成物は、遷移
金属の溶媒可溶性化合物を、ジルコニウム化合物
含有粉末に被着させてなるが、遷移金属の溶媒可
溶性化合物として、硝酸塩、硫酸塩、塩化物等の
無機塩類、シユウ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸
塩、高級脂肪酸塩等の有機酸塩類、キレート化合
物類等を例示することができる。高焼結性粉末組
成物の製造は、ジルコニウム化合物含有粉末を前
記遷移金属化合物を溶解した溶液に添加混合した
後、溶媒を除去、乾燥することによる。遷移金属
化合物を溶解する溶媒として、水および／または
有機溶媒が使用でき、好ましくは、有機溶媒、さ
らに好ましくは、低級アルコール類、たとえばメ
タノール、エタノール、プロパノール、ブタノー
ル等が使用される。前記粉末の製造方法におい
て、溶媒の除去、乾燥は通常、蒸発法を採用す
る。したがつて、溶媒としての水の使用は蒸発エ
ネルギーが大きく、また遷移金属化合物を溶解さ
せるためにPH調整等を行う必要があるので、有機
溶媒を使用するのが好ましい。有機溶媒として
は、遷移金属化合物を溶解し得るものであればい
ずれをも使用できるが高沸点のものは溶媒除去
が、また高粘度のものはジルコニウム化合物含有
粉末の均一分散混合が困難となるので好ましくな
い。ジルコニウム化合物含有粉末の遷移金属化合
物への添加混合は、単純な撹拌操作でも十分効果
を発揮できるが、ミリング等の粉砕・撹拌操作を
採用することにより、より一層、効果を確実にす
ることが可能である。溶媒の除去、乾燥は前記し
た如く、通常、蒸発法を採用するが、噴霧乾燥法
等を採用すれば効率的、かつ効果的に大量の処理
を行うことができる。 前記方法で製造した粉末組成物は、ジルコニア
焼結体の製造の原料として、そのまま使用するこ
とができるが、400〜1200℃の温度で一端仮焼し
て使用するのが好ましい。 また、ジルコニア焼結体は、前記した粉末組成
物を成形、焼結することにより製造する。成形
は、通常の金型成形で十分であるが、低圧による
金型成形後、静水圧加圧を行つた方が、最終焼結
体の焼結体密度、機械的強度等の諸性能向上のた
めにより好ましい。焼結は、常法であればいずれ
の方法をも採用できるが、空気雰囲気中での常圧
焼結法を採用することで十分に目的を達成するこ
とができる。 〔実施例〕 以下に、実施例を挙げて、本発明をさらに詳細
に説明する。ただし、本発明の範囲は、下記実施
例により何等限定されるものではない。 実施例１および比較例１ 粉末組成物の調整： 酸化物モル換算：Y2O3／（Y2O3＋ZrO2）＝
0.03のZrOCl2およびYCl3の混合水溶液に、アン
モニア水を添加して得られた混合水酸化物の沈澱
を取乾燥し、乾燥前駆体粉末を得た。該乾燥前
駆体粉末の一部を800℃の温度で１時間焼成し、
部分安定化ジルコニア粉末を得た。 遷移金属化合物として、下記をエタノールに溶
解し、遷移金属化合物溶液を調整した。 Mn：Mn（CH3COO）2・4H2O Fe：Fe（NO3）3・9H2O Co：Co（CH3COO）2・4H2O Ni：Ni（NO3）2・6H2O Cu：Cu（CH3COO）2 Zn：Zn（CH3COO）2・2H2O 上記調整した遷移金属化合物溶液に、前記製造
した乾燥前駆体粉末もしくは部分安定化ジルコニ
ア粉末を添加混合したのち、エタノールを蒸発さ
せて乾燥し、Zrに対する遷移金属の原子比率が
0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、1.0％に相当する遷
移金属化合物の被着した前駆体粉末および部分安
定化ジルコニア粉末を得た。得られた遷移金属化
合物の被着した前駆体粉末は、さらに800℃の温
度で１時間仮焼し、前記遷移金属化合物の被着し
た部分安定化ジルコニアと共に、ジルコニア焼結
体製造用原料粉末組成物とした。 ジルコニア焼結体の製造： 各粉末を、200Kg／cm2の圧力で金型成形した後、
2t／cm2の圧力で静水圧加圧を行い、成形体を得
た。 得られた成形体を大気中において1200℃および
1300℃の温度で３時間焼結し、部分安定化ジルコ
ニア焼結体を得た。 また、比較として、前記調整した乾燥前駆体粉
末および乾燥前駆体粉末製造時に遷移金属化合物
を添加し、同時に共沈させて得た沈澱物を乾燥し
た粉末（共沈粉末という。）を使用し、上記と同
様の条件で成形、焼結し部分安定化ジルコニア焼
結体を得た。 得られた部分安定化ジルコニア焼結体の密度お
よび理論密度：6.1ｇ／cm3に対する相対密度およ
び一部についてJIS Ｒ―1601―1981に基づいて実
施した３点曲げ試験の結果の５点の平均値を第１
表中に示す。 第１表中において、原料粉末の項のＡ、Ｂ、Ｃ
およびＤは下記を表す。 Ａ：乾燥前駆体粉末に遷移金属化合物を被着させ
た粉末 Ｂ：部分安定化ジルコニア粉末に遷移金属化合物
を被着させた粉末 Ｃ：共沈粉末（比較例） Ｄ：遷移金属化合物の被着していない乾燥前駆体
粉末（比較例）
【表】
【表】
実施例２および比較例２
実施例１のYCl3に代えてCaCl2を酸化物モル換
算：CaO／（CaO＋ZrO2）＝0.12に相当する量含
有するZrOCl2とCaCl2の混合水溶液にアンモニア
水を添加して得られた沈澱を取し、乾燥した
後、800℃の温度で１時間仮焼し完全安定化ジル
コニア粉末を得た。 得られた完全安定化ジルコニア粉末を、実施例
１で調整した遷移金属化合物溶液に添加混合し、
溶媒を蒸発・乾燥して、Zrに対する遷移金属の
原子比率が0.3％に相当する遷移金属化合物の被
着した粉末組成物を得た。 得られた粉末組成物を実施例１と同一の条件で
成形した成形体を1300℃および1450℃の温度で焼
結し、完全安定化ジルコニア焼結体を得た。 また、比較として、遷移金属化合物を被着して
ない完全安定化ジルコニア粉末を使用して上記と
同一の条件で成形・焼結し、完全安定化ジルコニ
ア焼結体を得た。 得られた完全安定化ジルコニア焼結体の密度を
測定し、理論密度：5.68ｇ／cm2に対する相対密度
を求めた。結果を第２表に示す。
算：CaO／（CaO＋ZrO2）＝0.12に相当する量含
有するZrOCl2とCaCl2の混合水溶液にアンモニア
水を添加して得られた沈澱を取し、乾燥した
後、800℃の温度で１時間仮焼し完全安定化ジル
コニア粉末を得た。 得られた完全安定化ジルコニア粉末を、実施例
１で調整した遷移金属化合物溶液に添加混合し、
溶媒を蒸発・乾燥して、Zrに対する遷移金属の
原子比率が0.3％に相当する遷移金属化合物の被
着した粉末組成物を得た。 得られた粉末組成物を実施例１と同一の条件で
成形した成形体を1300℃および1450℃の温度で焼
結し、完全安定化ジルコニア焼結体を得た。 また、比較として、遷移金属化合物を被着して
ない完全安定化ジルコニア粉末を使用して上記と
同一の条件で成形・焼結し、完全安定化ジルコニ
ア焼結体を得た。 得られた完全安定化ジルコニア焼結体の密度を
測定し、理論密度：5.68ｇ／cm2に対する相対密度
を求めた。結果を第２表に示す。
【表】
実施例３および比較例３
実施例１と同様に処理して、ZrOCl2とMgCl2
の混合水溶液から、酸化物モル換算MgO／
（MgO＋ZrO2）＝0.081のMgOを含有するジルコ
ニア粉末を製造し、さらに実施例１と同様に処理
してZrに対する遷移金属の原子比率が0.3の遷移
金属化合物の被着した粉末組成物を得た。 得られた粉末組成物を使用し、実施例１と同一
の条件で成形した成形体を1300℃の温度で焼結し
ジルコニア焼結体を得た。 また、比較として遷移金属化合物を被着してい
ないMgOを含有するジルコニア粉末を使用して
上記と同一の条件で成形、焼結しジルコニア焼結
体を得た。 得られたジルコニア焼結体の密度および理論密
度：5.80ｇ／cm3に対する相対密度を第３表に示
す。
の混合水溶液から、酸化物モル換算MgO／
（MgO＋ZrO2）＝0.081のMgOを含有するジルコ
ニア粉末を製造し、さらに実施例１と同様に処理
してZrに対する遷移金属の原子比率が0.3の遷移
金属化合物の被着した粉末組成物を得た。 得られた粉末組成物を使用し、実施例１と同一
の条件で成形した成形体を1300℃の温度で焼結し
ジルコニア焼結体を得た。 また、比較として遷移金属化合物を被着してい
ないMgOを含有するジルコニア粉末を使用して
上記と同一の条件で成形、焼結しジルコニア焼結
体を得た。 得られたジルコニア焼結体の密度および理論密
度：5.80ｇ／cm3に対する相対密度を第３表に示
す。
本発明の粉末組成物を原料として使用したジル
コニア焼結体は、前記実施例および比較例に示す
ごとく、常圧焼結法を採用したに拘らず、遷移金
属を被着していない原料粉末および遷移金属化合
物を共沈させて固溶させた原料粉末を使用して製
造したジルコニア焼結体（比較例）と比較して、
高い密度、相対密度を有し、かつ、優れた曲げ強
度を有する。 すなわち、本発明で得られる高焼結性粉末組成
物は、相対密度が99％以上とほぼ理論密度に近い
ジルコニア焼結体を低温の常圧焼結法で製造する
ことが可能であり、さらに低温焼結が可能である
ので、グレイン径が0.1〜0.2μmでかつ、正方晶
100％のジルコニア焼結体を製造することも可能
である。したがつて、強度の安定な、かつ、機械
的、熱的応力下における長期的耐久性等の期待で
きるジルコニア焼結体の製造が可能である。 また、本発明で得られる高焼結性粉末組成物
は、常圧焼結法を採用することができるため従来
採用されてきたホツトプレス法、HIP法と比較し
て低コストでジルコニア焼結体を製造することが
できる。 本発明は、常圧焼結法で高密度のジルコニア焼
結体の製造を可能とする高焼結性粉末組成物およ
びその製造方法を提供するものであり、その産業
的意義は極めて大きい。
コニア焼結体は、前記実施例および比較例に示す
ごとく、常圧焼結法を採用したに拘らず、遷移金
属を被着していない原料粉末および遷移金属化合
物を共沈させて固溶させた原料粉末を使用して製
造したジルコニア焼結体（比較例）と比較して、
高い密度、相対密度を有し、かつ、優れた曲げ強
度を有する。 すなわち、本発明で得られる高焼結性粉末組成
物は、相対密度が99％以上とほぼ理論密度に近い
ジルコニア焼結体を低温の常圧焼結法で製造する
ことが可能であり、さらに低温焼結が可能である
ので、グレイン径が0.1〜0.2μmでかつ、正方晶
100％のジルコニア焼結体を製造することも可能
である。したがつて、強度の安定な、かつ、機械
的、熱的応力下における長期的耐久性等の期待で
きるジルコニア焼結体の製造が可能である。 また、本発明で得られる高焼結性粉末組成物
は、常圧焼結法を採用することができるため従来
採用されてきたホツトプレス法、HIP法と比較し
て低コストでジルコニア焼結体を製造することが
できる。 本発明は、常圧焼結法で高密度のジルコニア焼
結体の製造を可能とする高焼結性粉末組成物およ
びその製造方法を提供するものであり、その産業
的意義は極めて大きい。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 部分安定化ジルコニア粉末、完全安定化ジル
コニア粉末および加熱により部分安定化もしくは
完全安定化ジルコニアを生成する前駆体粉末より
なる群から選ばれる少なくとも１種のジルコニウ
ム化合物含有粉末と、Mn、Fe、Co、Ni、Cuお
よびZnよりなる群から選ばれる少なくとも１種
の遷移金属の化合物とからなり、該遷移金属化合
物を前記ジルコニウム化合物含有粉末に被着させ
てなるジルコニウム化合物を主成分とする高焼結
性粉末組成物。 ２ ジルコニウムに対する遷移金属の原子比率が
0.01％以上である特許請求の範囲第１項記載の高
焼結性粉末組成物。 ３ 部分安定化ジルコニア粉末、完全安定化ジル
コニア粉末および／または前駆体粉末が、Y2O3、
MgO、CaOおよび加熱によりY2O3、MgOまたは
CaOを生成する化合物よりなる群から選ばれる少
なくとも１種を含有する特許請求の範囲第１項記
載の高焼結性粉末組成物。 ４ 部分安定化ジルコニア粉末、完全安定化ジル
コニア粉末および加熱により部分安定化もしくは
完全安定化ジルコニアを生成する前駆体粉末より
なる群から選ばれる少なくとも１種のジルコニウ
ム化合物含有粉末を、Mn、Fe、Co、Ni、Cuお
よびZnよりなる群から選ばれる少なくとも１種
の遷移金属の水または有機溶剤可溶性化合物を含
有する溶液に添加混合したのち、溶媒を除去、乾
燥することを特徴とするジルコニウム化合物を主
成分とする高焼結性粉末組成物の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59094255A JPS60239356A (ja) | 1984-05-11 | 1984-05-11 | ジルコニウム化合物を主成分とする高焼結性粉末組成物およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59094255A JPS60239356A (ja) | 1984-05-11 | 1984-05-11 | ジルコニウム化合物を主成分とする高焼結性粉末組成物およびその製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31A Division JPH06211570A (ja) | 1984-05-11 | 1991-04-16 | ジルコニウム化合物を主成分とする高焼結性粉末組成物およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60239356A JPS60239356A (ja) | 1985-11-28 |
| JPH0228536B2 true JPH0228536B2 (ja) | 1990-06-25 |
Family
ID=14105180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59094255A Granted JPS60239356A (ja) | 1984-05-11 | 1984-05-11 | ジルコニウム化合物を主成分とする高焼結性粉末組成物およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60239356A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0214291B1 (en) * | 1985-03-07 | 1992-04-15 | Nippon Soda Co., Ltd. | Sintered zirconia and process for its production |
| KR101748989B1 (ko) * | 2016-03-14 | 2017-06-20 | 부산대학교 산학협력단 | Ｍｎ 또는 Ｃｏ이 도핑된 ＭｇＯ 부분 안정화 지르코니아 고체 전해질 |
-
1984
- 1984-05-11 JP JP59094255A patent/JPS60239356A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60239356A (ja) | 1985-11-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nakayama | LaFeO3 perovskite-type oxide prepared by oxide-mixing, co-precipitation and complex synthesis methods | |
| Douy | Polyacrylamide gel: an efficient tool for easy synthesis of multicomponent oxide precursors of ceramics and glasses | |
| US4520114A (en) | Production of metastable tetragonal zirconia | |
| Lee et al. | Synthesis and characterization of nanocrystalline MgAl 2 O 4 spinel by polymerized complex method | |
| IE911616A1 (en) | Composition for ceramics and processes for obtaining it | |
| WO1994012446A1 (en) | Air-sinterable lanthanum chromite and process for its preparation | |
| JP5187654B2 (ja) | 複合金属硫化物の製造方法および複合金属硫化物焼結体の製造方法 | |
| EP0127427B1 (en) | Production of microcrystralline ferrimagnetic spinels | |
| Bernardi et al. | BaTi 1–x Zr x O 3 nanopowders prepared by the modified Pechini method | |
| De Guire et al. | Coprecipitation synthesis of doped lanthanum chromite | |
| JP4955142B2 (ja) | 希土類・アルミニウム・ガーネット微粉末および該粉末を用いた焼結体 | |
| JPH0228536B2 (ja) | ||
| JPS5978928A (ja) | ジルコニア粉体の製造法 | |
| JP2631243B2 (ja) | 耐熱導電性セラミックスおよびその製造方法 | |
| CN104445394A (zh) | 一种用于热障涂层的锆基氧化物陶瓷粉体的制备方法 | |
| JP3190060B2 (ja) | セリア固溶正方晶ジルコニア微粉末の製造方法 | |
| Wang et al. | Synthesis, characterization and sinterablity of 10 mol% Sm2O3-doped CeO2 nanopowders via carbonate precipitation | |
| JPS63151672A (ja) | ジルコン酸チタン酸鉛系圧電磁器の製造方法 | |
| JPH06211570A (ja) | ジルコニウム化合物を主成分とする高焼結性粉末組成物およびその製造方法 | |
| Chung et al. | Preparation and electrical properties of LaFeO3 compacts using chemically synthesized powders | |
| Sen et al. | Preparation of nano-sized calcium, magnesium, and zinc chromite powder through metalo-organic precursor solutions | |
| Montanaro et al. | Preparation via gelling of porous Li 2 ZrO 3 for fusion reactor blanket material | |
| JPH021112B2 (ja) | ||
| JPH0577630B2 (ja) | ||
| Xue et al. | Synthesis and characterization of PLZST prepared by coprecipitation |