JPH03218967A - 高強度アルミナ―ジルコニア系セラミックス焼結体 - 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、強度、靭性、硬度などに優れたアルミナ−ジ
ルコニア系セラミックス焼結体に関する。

この様な焼結体は、工業用刃物、ローラー、ダイス、ノ
ズルなどの製造材料として有用である。

なお、以下の記載においては、単に“％゜および“部”
とあるのは、それぞれ“重量％”および“重量部”を意
味する。

曲げ強度 （ＭＰａ） ２４００以上 ２５５０以上 １９００以上 １８００以上 １７００以上 １５００以上 １４００以上 従来技術とその問題点 従来から構造材料用セラミックスとしては、ジルコニア
、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素などが知られてい
る。

これらの中でも、特に高強度および高靭性を備えたセラ
ミックスとしてＹ−ＴＺＰ　（イットリア安定化ジルコ
ニア多結晶体：　Ｔｅｆｒａｇｏｎａｌ２ｉｒｃｏｎｉ
ａ　Ｐｏｌ７ｃｒ７ｓｔｘｌｇ　）がある。このＹ−Ｔ
ＺＰは、Ｙ２０３を１．５〜４．５モル％含有していて
、高温安定相であるジルコニア正方晶を室温まで安定化
させた正方晶多結晶体である。このＹ−ＴＺＰは、クラ
ック先端の応力場において、正方晶から単斜晶への応力
誘起変態を生ずるので、高強度および高靭性を発揮する
。しかしながら、Ｙ−ＴＺＰには、（イ）常温での強度
には優れているものの、７００〜８００℃以上の高温で
は、強度か急激に低下する、（口）硬度が低い、（ハ）
１００〜３００℃という低温度で長時間保持した場合に
、相転位に起因する強度低下が認められる、などの問題
点が存在する。

一方、アルミナは、低コスト、高硬度、優れた安定性な
どの点で有用であり、広く採用されている。しかしなが
ら、アルミナは、Ｙ−ＴＺＰに比して、強度および靭性
が１／３〜１７４程度に止まるために、構造用セラミッ
クスとしての用途は、限定されている。

さらに、ジルコニアとアルミナとの混合原料粉末を成形
し、予備焼結し若しくは予備焼結することなく、ＨＩＰ
　（熱間静水圧プレス）処理する方法も提案されている
（特開昭６０−８６０７３号公報、特開昭６０−２１５
５７１号公報、特開昭６１−２６５６２号公報など）。

しかしながら、これらの方法により得られるセラミック
ス材料も、Ｙ−ＴＺＰに比して、曲げ強度が大巾に改善
されているものの、さらに一層高強度で、信頼性の高い
セラミックスの出現が望まれている。

問題点を解決するための手段 本発明者は、Ｙ−ＴＺＰとアルミナとの混合系セラミッ
クスにおける上記の如き技術の現状に鑑みて研究を進め
た結果、ジルコニアとアルミナの複合セラミックス焼結
体において、焼結体中の両者の配合比、アルミナおよび
ジルコニア結晶粒子の粒子径、ジルコニア結晶の結晶形
、ジルコニア粒子の微構造、ジルコニアーアルミナの粒
界強化、ジルコニアおよびアルミナ粒子への残留応力な
どを制御し、且つ両結晶を均一に分散させるの場合には
、高強度且つ高硬度であるというアルミナ−ジルコニア
系セラミックスが得られることを見出した。

すなわち、本発明は、下記のアルミナ−ジルコニア系セ
ラミックス焼結体を提供するものである＝［Ｙ２０３を
１．５　〜４．５モル％含有するＺｒＯ２９０〜３０重
量％とＡ７２０３１０〜７０重量％とからなるジルコニ
ア系セラミックス焼結体において、？ａ）焼結体中に平
均粒子径０．３μｍ以下のＺｒＯ２結晶粒子および平均
粒子径２μｍ以下のＡ　７　２　０　３結晶粒子が均一
に分散されており、（ｂ）焼結体中のＺｒＯ■結晶相が
主として正方晶からなっており、 （ｃ）ＡＡ’２０Ｂ含有量と室温での曲げ強度とが下記
の関係にあることを特徴とする高強度アルミナ−ジルコ
ニア系セラミックス焼結体：Ａ　１　２　０　３　　　
　　　　　曲げ強度（％）　　　　　　　　　　　（Ｍ
Ｐａ）１０　　　　　　　　　　２４００以上２０　　
　　　　　　　　２５５０以上３０　　　　　　　　　
　１９００以上４０　　　　　　　　　　１８００以上
５０　　　　　　　　　　１７００以上６０　　　　　
　　　　　１５００以上７０　　　　　　　　　　１４
００以上」本発明Ｚｒ０２　　Ａ／２（ｈ焼結体におい
ては、？ｒ０２とＡ７２Ｏ３との割合は、前者が９０〜
３０％で、後者が１０〜７０％となるようにする。

ＺｒＯ。が３０％未満の場合には、硬度の点では満足す
べきであるが、強度が不充分となる。これに対し、Ｚｒ
Ｏ２が９０％を上回る場合には、Ａ７２０３を添加した
効果が十分に発揮されなくなる。なお、ＺｒＯ２中の安
定化剤としてのＹ２Ｏ３の量は、通常１．５〜４．５モ
ル％の範囲にあるが、ＺｒＯ２の適度の安定化、単斜晶
の形成抑制などの観点からは、１．６〜３．２モル％程
度であることがより好ましい。また、その他の安定化剤
（ＭｇＯ，Ｃａｂ，Ｌａなど）を最高３モル％程度まで
Ｙ２０３と併用しても良い。

本発明焼結体中の主として正方晶からなるＺｒＯ■結晶
粒子は、平均粒子径Ｏｊμｍ以下であることを必須とす
る。この平均粒子径が０．３μｍを上回る場合には、Ｈ
ＩＰ処理による効果を抑制するとともに、ＺｒＯ２正方
晶の安全性を低下させるので、好ましくない。Ｚｒｏ２
粒子は、１０％を超えない範囲で、単斜晶および／また
は立方晶を含有していて′も良い。

一方、本発明焼結体中の１２Ｏ３結晶粒子は、平均粒子
径２μｍ以下であることを必須とする。

この平均粒子径が２μｍを上回る場合には、原料に由来
する結晶中の欠陥が、焼結体の強度向上を阻害する。

本発明によるアルミナ−ジルコニア系セラミックス焼結
体は、Ａノ，０３の含有量により異なるものの、室温に
おいて、下記の如き優れた強度を発揮する。

Ａ／２０３　　　　　　　曲げ強度 （％）　　　　　　　　　　　（ＭＰａ）１０　　　　
　　　　　　２４００以上２０　　　　　　　　　　２
５５０以上３０　　　　　　　　　　１９００以上４０
　　　　　　　　　　１８００以上？０　　　　　　　
　　　１７００以上６０　　　　　　　　　　１５００
以上７０　　　　　　　　　　１４００以上本発明によ
る焼結体は、通常以下の様にして製造される。まず、Ｚ
ｒ０２原料粉末とＡ１２０ｓ原料粉末とを所定の割合で
配合した均一な原料混合物を調製した後、所定の形状に
成形する。

成形方法および条件は、公知のものと同様で良く、特に
限定されないが、通常プレス成形、ＣＩＰ成形、鋳込み
成形、押出成形、射出成形などの方法が採用される。

本発明において原料として使用するｙ２ｏ．を１．５〜
４．５モル％含有するＺｒＯ■の粉末は、５〜５０ｒｄ
／ｇ程度の比表面積を有することが好ましく、２０〜４
０ｒｒｆ／　ｇ程度の比表面積を有することがより好ま
しい。比表面積が５ｒｒｒ／ｇ未満の場合には、ＺｒＯ
２の焼結温度が高くなり、焼結体の結晶粒径が粗大なも
のとなる。この場合には、Ｈｌ？処理による効果を抑制
するとともに、ＺｒＯ２正方晶の安全性を低下させるの
で、好ましくない。

一方、比表面積が５０ｄｌｇを上回る場合には、超微粉
末となるため、成形が困難となり、好ましくない。

この際、必要ならば、原料混合物重量の１％を超えない
範囲で、焼結助剤としての作用を有するＭｎ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｎｉ，　　Ｃｕ，Ｚｎなどの遷移金属を添加したＺ
ｒＯ■原料粉末を使用しても良い。この焼結助剤は、予
めＺｒ０２原料粉末に含有させておいても良い。焼結助
剤の使用量が１％を超える場合には、最終的に得られる
焼結体の強度が低下するので、好ましくない。

本発明において他の原料として使用するα一Ａ／２ｏ．
は、純品のみならず、Ｍｇ０，８１０２などの少量の焼
結助剤（０．０５〜１％程度）を含有するものをも包含
する。Ａｌ２０３粉末としては、０．５〜２０ｒｒｒ／
ｇ程度の比表面積を有することが好ましい。比表面積が
０．　５　ｒｒｒ／　ｇ未満の場合には、焼結温度が高
くなり、焼結体が大きなアルミナ結晶粒子により構成さ
れるため、前述の様にＡ！２０３の欠陥が焼結体の強度
向上を阻害する。一方、比表面積が２０ｒｄ／ｇを上回
る場合には、ＺｒＯ。粉末の場合と同様に、成形が非常
に困難となる。

また、本発明による焼結体の製造に際しては、ＡＩ！２
０３粉末の焼結温度が、ＺｒＯ２粉末の焼結温度と同等
若しくはそれ以上、より好ましくは５０〜４００℃程度
高くなるようにするために、Ａ　７　２　０　３とＺｒ
０２とからなる原料粉末の焼結性をコントロールするこ
とが極めて望ましい。この場合には、ＺｒＯ２粉末とし
ては、焼結性に優れた比表面積１８ｒｄ／ｇ以上の粉末
を使用し、それに応じてＺｒ０２粉末の焼結温度と同等
以上の焼結温度、より好ましくは５０〜４００℃程度高
い焼結温度を有するＡ７２Ｏ３粉末を選択使用する。こ
こにいう“粉末の焼結温度”とは、ＺｒＯ２粉末および
Ａ７２０３粉末のいずれの場合にも、同一の成形方法（
例えば、プレス成形法、鋳込み成形法など）で得られた
生成形体を順次昇温しで高温で焼成するに際し、最終的
に得られる焼結体の密度に対して約９８％以上の密度が
達成される焼結温度を意味する。より具体的には、ＡＩ
ｌ２０３では、３．９０ｇ／ｃｍ’以上、Ｚｒ０２では
、５．９５ｇ／ｃｍ３以上の焼結体が得られる焼成温度
と考えてよい。

上記の成形原料には、必要に応じて、公知の添加剤乃至
添加物、例えば、結合剤（ＰＶＡ系、アクリル樹脂系、
ワックス系、セルロース系などの水溶性高分子；ポリス
チレン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの熱可塑性
樹脂）、解膠剤、潤滑剤、離型剤、可塑剤、界面活性剤
、表面処理剤、消泡剤、水などを配合してもよい。結合
剤の配合量は、通常原料混合物の１〜５％程度であり、
その他の添加剤の配合量は、合計して通常原料混合物の
１〜５％程度である。

次いで、上記の様にして得られた得られた成形体を予備
焼結する。予備焼結も、公知方法と特に変わったところ
はないが、理論密度の９０％以上、より好ましくは９５
％以上の予備焼結体が得られる温度範囲内の出来るだけ
低い領域で行なうことが好ましく、通常１２００〜１６
５０℃程度で行なわれる。

予備焼結は、酸化性乃至中性雰囲気中で行なえば良く、
通常は空気中で行なう。

次いで、得られた予備焼結体をＨＩＰ処理する。

ＨＩＰ処理時の条件も特に限定されないが、通常温度１
２００〜１６５０℃程度、圧力５００〜２　０　０　０
　ｋｇ　／　ｃ＋＃程度の条件下に行なう。ＨＩＰ処理
には、金属などのカプセル内に予備焼結体を真空封入し
た後、加圧焼結する態様を採用しても良い。なお、本明
細書において、“ＨＩＰ処理”なる用語は、酸素の存在
下に行われる“０２、ＨＩＰ処理”をも包含するもので
ある。

本発明によるアルミナ−ジルコニア系セラミックスが優
れた性能を発揮する機構は、以下の様に推測される。ま
ず、予備焼結により、比表面積が大きく、焼結性に優れ
たＺｒ０２原料粉末がＡＩ２０３粒子の周囲を取り囲ん
だ状態で焼結体が形成される。この様なＡＩ！２Ｏ３粒
子を小さなＺｒ０２粒子が取り囲んだ焼結体をＨＩＰ処
理すると、主としてＹ−ＴＺＰ粒子が塑性変形し、Ｙ−
ＴＺＰ粒子同志が相互に有機的に結合したマクロ構造を
有することになる。この様な製造方法による複合体の構
造は、欠陥の無い緻密な焼結体となるとともに、適切な
残留応力の導入、ＺｒＯ２とＡノ，０３間の化学結合の
増加をもたらし、焼結体の靭性、強度などを改善するも
のと考えられる。また、この様な製造方法によれば、Ｚ
ｒＯ２粒子は、充分に微細化するとともに、さらに転位
による細分化も期待でき、正方晶から単斜晶への応力誘
起変態を開始する応力をより上昇させることも、強度を
増大させている一つの原因と考えられる。

発明の効果 Ｙ−ＴＺＰの優れた特性とＡ　１　２　０　３の優れた
特性とを併せ持つ本発明セラミックスによれば、下記の
様な顕著な効果が達成される。

（１）セラミックスの結晶粒径が非常に小さいので、公
知のＹ−ＴＺＰ系材料に比して、室温での強度が極めて
高い。

（２）本発明によるアルミナ−ジルコニア系セラミック
スは、高温においても、その比較的高い強度を維持し易
い。

（３）公知のＹ−ＴＺＰにおいて認められる低温熱劣化
現象も、大幅に抑制される。

（４）本発明によるアルミナ−ジルコニア系セラミック
スは、硬度、靭性、耐磨耗性、耐蝕性などにも優れてい
る。

（５）従って、本発明によるアルミナ−ジルコニア系セ
ラミックスは、ダイス、ノズル、各種の工具類、ビーズ
、ローラーなどの構造用機械部品製造材料として有用で
ある。

実施例 以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをより
一層明確にする。

実施例Ｉ ＺｒＯＣ１２・８Ｈ２０とＹ　Ｃ　１　３　”　６　Ｈ
２　０とを所定の割合で溶解した水溶液を調製し、１０
５℃で７日間加熱して加水分解し、さらにアンモニアを
添加することにより、共沈物を形成させた後、該共沈物
を濾過し、乾゜燥し、仮焼し、粉砕して、Ｙ２０３含有
量と比表面積の異なる各種のＺｒＯ２原料粉末（純度９
９．４％以上）を得た。第１表に得られたＺｒＯ２原料
粉末の特性を示す。

なお、得られたＺｒＯ２原料粉末中の不純物含有量は、
下記の通りであった。

ＡＡ’２　０， ＳｉＯ２ Ｆｅ２０３ Ｔ　ｉ　Ｏ２ Ｎａ２　０， 焼成減量 ００５％ ００４％ ００５％ ００５％ ００５％ ５％ 第１表 イー１ イー２ イー３ イー４ イー５ ロー１ ロー２ 口−３ ロー４ 口ー５ Ｙ２　０， （モル％） １．５ １．５ １．５ １．５ １．５ ２．０ ２．０ ２．０ ２．０ ２．０ 比表面積 （ゴ／ｇ） ５ １０ ２０ ３０ ６０ ５ １０ ２０ ３０ ６０ 焼結温度 （”Ｃ） １５５０ １５００ １４００ １３００ １２００ １５５０ １５００ １４００ １３００ １２００ 郎 １ 表 （続き） ハー１ ハー２ ハー３ ハー４ ハー５ 二一１ 二一２ 二一３ 二一４ 二づ ホー１ Ｙ２　０３ （モル％） ３．０ ３．０ ３．０ ３．０ ３．０ ４．５ ４．５ ４．５ ４．５ ４．５ ６．０ 比表面積 （耐／ｇ） ５ １０ ２０ ３０ ６０ ５ １０ ２０ ３０ ４０ ２０ 焼結温度 （℃） １５５０ １５００ １４００ １３００ １２００ １５５０ １５００ １４００ １３００ １２００ １４００ 次いで、得られたＺｒＯ２原料粉末と第２表に示す特性
を有する市販の易焼結性Ａｌ２０．原料粉末（Ａおよび
Ｂは、純度９９．　９９％、Ｃは、純度９９．９％）と
を所定の割合となるように配合し、エタノール中で７２
時間湿式混合した後、乾燥して、混合粉末原料を得た。

第２表 平均粒径　　比表面積　　　焼結温度 （μｍ）　　　　（ゴ／ｇ）　　　　（’Ｃ）Ａ　　　
　Ｏ，１　　　　１４　　　　　１３００Ｂ　　　　Ｏ
．４　　　　　４．４　　　１５００Ｃ　　　　Ｏ．４
　　　　　４．１　　　１６００ここで、粉末の焼結温
度とは、粉末を１トン／ｃ＋ｌｔの圧力で冷間静水圧プ
レス成形して、電気炉で所定の温度まで６０℃／　ｈ　
ｒで昇温し、３時間保持した後、６０℃／　ｈ　ｒで降
温したときに最終的に得られる焼結体の密度に対して、
約９８％以上の密度が達成される温度をいう。具体的に
は、Ｚｒ０２では、９．９５ｇ／ｃｄ以上、ｌ／２０３
では、３．９０ｇ／ｃＴｌ以上の密度が得られる焼成温
度を意味している。

次いで、この混合粉末原料を１　トン／　ｃｄの圧力で
冷間静水圧プレス成形（ＣＩＰ）Ｌて、直径７０Ｉｎｌ
ｌｌＸ長さ５０ｍｍ＋の成形体を得た後、所定温度で予
備焼結し、次いでこの予備焼結体をＨＩＰ処理に供した
。

第３表にＹ−ＴＺＰ粉末とＡｌ２Ｏ３粉末との配合割合
、予備焼結温度およびＨＩＰ条件を示し、第４表にＨＩ
Ｐ後の焼結体の物性を示す。

なお、強度試験は、ＪＩＳ　　Ｒ　　１６０１に準じて
３点曲げ試験により測定した。

硬度は、ビッカース圧子圧入により測定した。

靭性は、ＪＩＳ　　Ｒ　　１６０１に準じて「予亀裂導
入破壊試験法」により測定した。

粒子径は、複合焼結体を適切な温度によりサ−マルエッ
チングを行ない、電子顕微鏡写真から切片法により測定
した。

結晶相の定量は、研摩した複合焼結体をＸ線回折に供し
、行なった。

即ち、単斜晶は、立方晶と正方晶との（１　１　１）面
と単斜晶の（１　１　１）と（１　１　１）とを用いて
、（１）式より求めた。

立方晶は正方晶の（４００）面、（００４）面と立方品
の（４００）面を用いて （２）式より求めた。

ＶｍＳＶｃ：それぞれ単斜晶、立方晶の体積分率 Ｉ！＝各反射面の積分強度 添字ｍ，ｔ，ｃ：それぞれ単斜晶、正方晶、立方晶 実施例２ 実施例１の手法に準じて原料の調製からＨＩＰ処理まで
を行なうに際し、ジルコニア粉末中のＹ２０３の量、ジ
ルコニア粉末の比表面積、アルミナ粉末の種類およびア
ルミナ配合量を種々変えた場合に、ＨＩＰ処理条件が焼
結最終製品に及ぼす影響を調べた。

結果は、第５表および第６表に示す通りである。

第 ６ 表 第 ６ 表（続き） 実施例３ 下記第７表に示すＹ２Ｏ３含有量の異なる２種のジルコ
ニア粉末（大阪セメント株式会社製）と下記第８表に示
す粒度の異なる３種のＡ！２０３粉末とを使用し、実施
例１の手法に準じて原料の調製からＨＩＰ処理までを行
なった。

０ｚＣ−２ ０２Ｃ−３ 第７表 Ｙ２０３含有量　　　比表面積 （モル％）　　　　　（ゴ／ｇ） ２　　　　　　　　３０ ３　　　　　　　　３０ 第８ 表 比表面積 （ゴ／ｇ） ４．１ ４．４ １４ 平均粒径 （μｍ） ０．４ ０．５ ０．１ 純度 （％） ９９．　８　（ＭｇＯ．　１％含む） ９９．９９，以上 ９９．　９９以上 結果は、 第９表および第１０表に示す通りであ る。

第 １０ 表 実施例４ 実施例１で得られた焼結体Ｎｏ．９．１２．１８および
１９の微構造を透過型電子顕微鏡を用いて調べた。

すなわち、各焼結体を切断した後、切断時に導入された
結晶欠陥を除去するために、＃１００．＃６００および
＃１０００のダイヤモンドホイールを用いて、切り込み
深さ１μｍで巾１００μｍの平面研削を行ない、直径３
ｍｍＸ１００μｍの試料を調製した。

得られた各試料をエポキシ樹脂により試料補強リングに
接着し、ディンプラーにより研削し、試料厚さを２０μ
ｍとした後、イオンエッチング法（イオン＝Ａｒ”　　
５ＫＶＸ０．５ｍＡ）により試料厚さを約１０００人（
０．１μｍ）まで薄片化した。

かくして得られた各試料にカーボンを薄く蒸着させ、透
過型電子顕微鏡（“ＪＥＭ−４０００Ｆ型゜日本電子（
株）製）により、加速電圧３５０ＫＶでそれぞれの微構
造を撮影した。

焼結体試料Ｎｏ．９．１２．１８および１９の微構造を
表す写真をそれぞれ参考図１乃至参考図４として示す。

参考図１乃至参考図３から明らかな様に、本発明による
焼結体においては、ＺｒＯ２およびＡＩ２０３粒子が均
一に分散しており、Ｚｒ０２粒子内に応力による転位（
ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ　）が多数認められる。この転
位は、本発明による複合焼結体に特有なものであり、Ｈ
ＩＰ加工時の高温下における塑性変型もしくはＺｒ０２
とＡ！２０３との熱膨張係数の差から発生する応力によ
るものである。

この転位は、Ｚｒ０２粒子の微細化に寄与し、実際に観
察されたＺｒＯ２粒子の結晶粒子径よりも転位により分
割された小さな粒子として作用する。この作用は、Ｚｒ
０２が正方晶から単斜晶への応力誘起変態を開始する応
力（臨界応力）を著しく上昇させることになり、焼結体
に高い曲げ強度を付与することになると考えられる。

実施例５ 実施例１におけると同様にして得た焼結体試料Ｎｏ．９
．１２および１８の残留応力を測定した。

すなわち、各試料を＃１００および＃８００のダイヤモ
ンドホイールで研削した後、表面を１５μｍおよび０．
２５μｍのダイヤモンドペーストにより充分にラッピン
グし、Ｘ線回折用の試料とした。Ｘ線回折は、回折用デ
ィフラクトメーター（“ＸＤ−３Ａ，ＸＤ−６１０”、
島津製作所製）に平行ビームスリットと並傾法入射角設
定機構を取り付けて行なった。

また、応力測定は、正方晶Ｚｒ０２については、Ｃｒ−
Ｋα線による（１３３）面からの回折を利用し、三方晶
ＡＩ！２０３については、Ｃｕ−Ｋａ線による（１４６
）面からの回折を利用して、行なった。

これらの測定方法および各残留応力の計算の詳細につい
ては、田中、山本、鈴木、栗村の邦文（材料、第３８巻
、第４３０号、８４０頁、１９８９年）および田中、山
本、峰、鈴木、中川（日本機械学会論文集−Ａ編、第５
６巻、第５２３号、４０２頁、１９９０年）を参照され
たい。

結果を第１１表に示す。

Ｚｒ０２およびＡＡ’２０３の結晶歪みから計算された
相応力をさらに巨視的応力と微視的応力とに分けて以下
に検討する。

巨視的応力は、機械加工時に導入されるもので、焼結体
の強度を増減させるが、基本的な要因ではない。

むしろ、材料の熱膨張率、焼成条件などに由来する微視
的応力の方が重要である。試験した焼結体試料において
は、平均して、Ｚｒ０２相に約３６〜５６ＭＰａの引張
り応力が作用し、Ａｌ２０３相に約９４〜１６ＭＰａの
圧縮応力が作用していることになる。この様な応力は、
Ｚｒ０２とＡｌ２０３からなる複合材料において、大き
なＡｌｚＯ３粒子が破壊源とはならず、圧縮応力が導入
された適当なサイズの ＡＡ！２０３粒子によって、複合材料に発生したクラッ
クが捩じれたり、ピン止めされたりすることにより、ク
ラック先端の応力を緩和させる作用を？揮する。また、
Ｚｒ０２粒子の引張り応力は、進展してきたクラックを
結合力の強いＺｒＯ■粒子内に導く作用を発揮する。

本発明焼結体においては、この様に応力を導入された適
当なサイズの粒子が相互に分散していることにより、Ｚ
ｒＯ■量が減少するにもかかわらず、高い靭性が得られ
、その結果、高強度が発揮されるものである。

さらに、ここで測定された応力は、粒子内の平均的な値
であり、粒界近傍では、さらに大きな応力が残留してい
るものと考えられる。

実施例６ 実施例１におけると同様にして得た焼結体試料Ｎｏ．９
および１８について、分析電子顕微鏡により粒子内の原
子拡散状態を調べた。

すなわち、実施例５で使用した透過型電子顕微鏡用試料
を用いて、エネルギー分散型Ｘ線分光器で加速電圧３５
０ＫＶ，ビーム径７０ｎｍ，Ｘ線？定時間１００ｓｅｃ
の条件で、ＺｒＣｈ粒子およびＡ　Ｉｔ　２　０　３粒
子の内部および粒界の点分析を行なった。

参考図５に焼結体試料阻９の測定位置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
，Ｅ）を示し、それぞれの即定位置における分析結果を
第１図乃至第５図として示す。参考図５と第１図乃至第
５図との対比から、ＺｒＯ■相粒子（黒色粒子）内にＡ
！原子の拡散は、測定位置Ｂでは拡散の可能性もあるが
、測定位置Ａではほとんど認められない。また、Ａ　／
　２　０　３粒子（白色粒子）内にＺｒ原子の拡散は、
測定位置Ｄ，Ｅでも認められる。

また、参考図６に焼結体試料Ｎｏ．１８の測定位置（Ａ
，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）を示し、それぞれの即定位置におけ
る分析結果を第６図乃至第１０図として示す。この場合
にも、測定位置Ａ，Ｂで示すように、ＺｒＯ２粒子内に
Ａ！原子の拡散は認められないが、測定位置Ｄ，Ｈに示
すように、Ａ！２０３粒子内にＺｒ原子の拡散が認めら
れる。

本発明焼結体においては、上記のように、主としてＡ１
２０３粒子中へのＺｒ原子の拡散により、従来の複合セ
ラミックスでは得られない粒子界面の化学的結合が達成
され、焼結体に高強度が付与される。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は、本発明による焼結体試料のＺｒＯ
２粒子およびＡＩ２０３粒子内部へのＡ！原子およびＺ
ｒ原子の拡散情況を示す点分析図である。 第６図乃至第１０図は、本発明による他の焼結体試料の
Ｚｒ０２粒子およびＡＡ’２０３粒子内部へのＡ！原子
およびＺｒ原子の拡散情況を示す点分析図である。 （以　上）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　Ｙ＿２Ｏ＿３を１．５〜４．５モル％含有する
   ＺｒＯ＿２９０〜３０重量％とＡｌ＿２Ｏ＿３１０〜７
   ０重量％とからなるアルミナ−ジルコニア系セラミック
   ス焼結体において、 （ａ）　焼結体中に平均粒子径０．３μｍ以下のＺｒＯ
   ＿２結晶粒子および平均粒子径２μｍ以下のＡｌ＿２Ｏ
   ＿３結晶粒子が均一に分散されており、（ｂ）　焼結体
   中のＺｒＯ＿２結晶相が主として正方晶からなっており
   、 （ｃ）　Ａｌ＿２Ｏ＿３含有量と室温での曲げ強度とが
   下記の関係にあることを特徴とする高強度アルミナ−ジ
   ルコニア系セラミックス焼結体： Ａｌ＿２Ｏ＿３　曲げ強度 （％）　（ＭＰａ） １０　２４００以上 ２０　２５５０以上 ３０　１９００以上 ４０　１８００以上 ５０　１７００以上 ６０　１５００以上 ７０　１４００以上