JPH03261659A - 黒色ジルコニア系セラミックス焼結体およびその製造方法 - 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、装飾部品、耐摩工具等に用いられる黒色ジル
コニア系セラミックス焼結体およびその製造方法に関す
るものである。

〔従来の技術〕

ジルコニア系セラミックスの黒色化法としては、大きく
分けて２通りの方法が開示されている。

■原料粉に黒色を呈色させる添加剤を含有させた後、焼
結する方法。

■焼結時または焼結後に還元性雰囲気で熱処理する方法
。

■の例としては、特開昭６０−４２２７６号にＦ　ｅ　
＋　Ｃｏ　＋Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉの酸化物、特開昭６０−
９０８７２号にカーホンを添加する方法が提案されてい
る。■の例としては、特公平１−５７０７４号に非酸化
性雰囲気で焼結する方法、特開昭６０−２４６２６２号
に焼結後、還元性雰囲気で熱処理する方法、特開昭６２
−１０５９８６号に焼結後、カーボン粉末中で非酸化性
雰囲気で熱処理する方法が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、■の方法ではカーボンや金属酸化物の粉
末の凝集体が焼結体内部に存在したり、焼結性が低下す
るため十分緻密に焼結できないことにより、強靭性が低
下する。したがって、単なる装飾部品には適用できるが
、靭性が要求される用途には適用できない。

これに対し、■の方法は■の方法に比べ強靭性等の機械
的特性の低下が少なく、耐摩工具等の用途にも適用可能
である。

しかし、■の方法においても以下のような問題があった
。すなわち、■の方法は、ジルコニアが還元されると黒
色化するという性質を利用するものであるが、焼結体全
体を還元することは容易なことではなく、そのため従来
の■の方法のみでは焼結体表層部は十分な黒色を呈する
が、焼結体内部は、表層部に比べ黒色が薄くなる傾向が
強い。

したがって、従来の■の方法により得られた焼結体を切
断加工等して使用に供するような場合には、製品表面に
黒色の濃淡が生じてしまった。

そこで本究明は、焼結体内部まで表層部と同等の黒色を
呈する黒色ジルコニア系セラミックス焼結体およびその
製造方法の提供を課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本開明者は、焼結体内部まで十分に黒色化すべく、種々
検討を重ねた結果、ジルコニア焼結体の還元性と還元処
理に供される焼結体の密度、および焼結体に含有される
不純物としてのＡｌ、Ｏ，量との間に関連があることを
見出した。すなわち。

還元処理に供される焼結体の密度が高いほど、また焼結
体に含有される不純物としてのＡｌ、Ｏ，量が低いほど
、還元処理が進行し易く、その結果焼結体内部まで十分
に黒色化されることを知見した。

本発明は以上の知見に基づき完成されたもので、Ｙ、　
Ｏ，含有量２〜４ｍｏｌ％、不純物としてのＡｌ、Ｏ。

含有ｉ０．１ｗｔ％以下、密度６．０３ｇ／ａｄ以上で
あって黒色化していることを特徴とする黒色ジルコニア
系セラミックス焼結体、およびＹ２Ｏ，含有量２〜４ｍ
ｏｌ％、不純物としてのＡ１．０．含有量０．１ｗｔ％
以下、密度６．０３ｇ／ａｄ以上のジルコニア系セラミ
ックス焼結体を還元性雰囲気で加熱することを特徴とす
る黒色ジルコニア系セラミックス焼結体の製造方法であ
る。

本発明において、Ｙ、０．はいわゆる安定化剤として含
有されるものであるが、特開昭６０−２４６２６２号に
も開示されるように、Ｃａｂ、ＭｇＯ等の他の安定化剤
に比べ、濃黒色を呈することが可能であり、また他の安
定化剤に比べ強靭性、高強度を発揮することができる。

ｙ、　ｏ、の含有量は、２〜４ｍｏ１％で正方晶型の結
晶構造となり、強靭な焼結体が得られる。　２ｍｏ１％
以下では単斜晶、４ｍｏ１％以上では立方晶が生成され
、強靭性が低下する。

本発明において、ＡＩ、Ｏ，含有量をＯ，４ｗｔ％以下
とするのは、前述のようにこれを越えてＡＩ、○。

が含有されると焼結体内部まで十分な黒色化を達成する
ことができないからである。その理由は、完全には判明
していないが、アルミナがジルコニア中の酸素の拡散を
低下させ、ジルコニアの還元性が悪くなるためと推定し
ている。

このＡ１□Ｏ１は、ジルコニア系焼結体の製造工程で混
入する。

すなわち、ジルコニアの原料メーカーまたはジルコニア
焼結晶製造メーカーにおいて、ジルコニア粉末を大量に
ボールミルあるいは振動ミルで、解砕、粉砕、混合等の
目的で処理する場合に粉砕媒体としてジルコニアのボー
ルは極めて高価であるため、製造コストの点からＡ１っ
０．のボールを使用した方が、低コスト化が可能である
。しかしながら、Ａ１□○、のホールを使用した場合に
は、ＡＩ、○、ホール同士の接触により、摩耗粉がジル
コニア粉末中に混入することになるのである。

本開明において、焼結体の密度を６．０３　ｇ　／ｌｎ
以上とするのは、前述のようにこれ未満の密度の焼結体
では焼結体内部まで十分な黒色化を達成することができ
ないからである。この理由も明らがではないが、気孔が
ジルコニア中の酸素の拡散を低下させ、ジルコニアの還
元性が悪くなるためと推定している。

焼結体の密度は、粉末を成形する時の成形圧に依存する
ことが多く、ラバープレス、金型ブレス、押出成形等に
おいて、焼結体密度が６．０３　ｇ　／ａＴ１以上とな
るように高い成形圧で成形を行なうことにより、十分に
黒色化することが可能となる。

成形圧としては、２ｔｏｎ／−以上とすれば概ね本発明
の目的は達成される。

成形後、成形体は焼結されるが、焼結方法は従来公知の
焼結法をそのまま適用でき、密度を６．０３ｇ／−以上
とすれば特に限定されるものでない。

より高密度を得るためには、熱間静水圧プレス（ＨＩ　
Ｐ）を適用することが望ましい。

焼結体は次いで還元性雰囲気中で加熱処理される。これ
が黒色化を行なう工程である。

具体的には、真空中または窒素、水素、アルゴン等の不
活性ガス中で、１３００〜１５５０℃の温度で１〜５時
間保持することによって、黒色を呈することになる。１
３００℃以下では還元性が悪く、１５５０℃以上ではＺ
ｒＯ８の粒成長が起こり、機械的特性が低下する。さら
に、カーボンの詰粉の中で上記熱処理をすることによっ
て、カーボンの焼結体内部への拡散が起こり、より一層
黒色度を増加させることが可能となる。

〔実施例〕

Ｙ、○、を３ｍｏ１％含有し、Ａｌ、○、含有量が０．
００５％以下で、その他の不純物が０．０２％以下のＺ
ｒＯ，原料粉を購入し、１０φのＡｌ、０．ボールを用
いたボールミルに投入した後、水とバインダーを添加し
て混合した。そして、ホールミルによる混合時間を３０
分から５０時間の間で種々変えることによって、Ａｌ、
Ｏ，ボールミルから混入してくるＡＩ、Ｏ，の不純物量
を調節した。次にスラリーを、スプレードライヤーで造
粒した後、ＣＩＰで約５０　Ｘ　１００　Ｘ　１５ｔの
サイズに成形した。ＣＩＰの成形圧は、１〜４　ｔｏｎ
／（７）１とすることによって、焼結体密度を調節した
。

焼結は１５００℃、大気中２１ｗｔ保持の条件とした。

その後、１４００°Ｃ１ｗｔ４５０ａｔｉ＋、　Ａ　ｒ
ガス中でＨＩＰすることによって、完全に緻密化した焼
結晶も作成した（第１表Ｎ　ｏ、５）。次に、黒化処理
の方法であるが、カーボンのるつぼの中に、材料をセッ
トしカーボンの粉を詰めた後、真空中で１４５０℃、２
時間の条件で熱処理を行なった。黒色度の比較は、黒化
処理後に、焼結体を切断して内部の色で判定した。以上
の結果をまとめたものが第１表である。

これから、密度６．０３　ｇ　／ａｙ！以上で、かつＡ
１□○。

含有量が０．１％以下の場合に、十分に黒色化が可能で
あることがわかる。

第１表 〔発明の効果〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　Ｙ＿２Ｏ＿３含有量２〜４ｍｏｌ％、不純物として
   のＡｌ＿２Ｏ＿３含有量０．１ｗｔ％以下、密度６．０
   ３ｇ／ｃｍ＾３以上であって黒色化していることを特徴
   とする黒色ジルコニア系セラミックス焼結体。 ２　Ｙ＿２Ｏ＿３含有量２〜４ｍｏｌ％、不純物として
   のＡｌ＿２Ｏ＿３含有量０．１ｗｔ％以下、密度６．０
   ３ｇ／ｃｍ＾３以上のジルコニア系セラミックス焼結体
   を還元性雰囲気で加熱することを特徴とする黒色ジルコ
   ニア系セラミックス焼結体の製造方法。