JPH03290361A - ムライト―ジルコニア複合焼結体の製造方法 - 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、アルミナとジルコニアとの混合粉末を反応焼
結させて、高温構造材料として有用なムライト−ジルコ
ニア複合焼結体を製造する方法に関するものである。

［従来の技術］ ムライト−ジルコニア複合焼結体の製造法としては、以
下の方法が提案されている。

（１）アルミナ粉末とジルコン粉末を混合し、１４００
℃以上の温度において反応によりムライト−ジルコニア
複合焼結体を合成する方法（Ｎ、Ｃ１ａｕｓｓｅｎ、　
Ｊ、Ｊａｈｎ、　Ｊ、Ａｍ、Ｃｅｒａｍ、Ｓｏｃ、、６
３２２Ｂ−２９（１９８０）、Ｓ、Ｐｒｏｃｈａｚａｋ
ａ、　Ｎ、Ｃ１ａｕｓｓｅｎＪ、Ａｍ、Ｃｅｒａｍ、Ｓ
ｏｃ、、Ｃ↓２５−Ｃ１２７（１９８３）　）（２）ア
ルミナ粉末およびジルコン粉末にさらにマグネシアなど
の酸化物を１〜１０νｔ％添加してジルコンの分解を促
進させ、ムライト−ジルコニア複合相の合成を促進させ
ると同時に焼結を行う方法（Ｆ、Ｃａｍｂｔｅｒ、ｅｔ
、ａｌ、、Ｊ、ＢｒＴｒａｎｓ１３３．１９６−２００
（１９８４））しかし、（１）の方法により得られた焼
結体は、使用しているジルコン粉末の粒子径が大きくか
つ純度が低いものであった。そのために、えられた焼結
体は、組織が十分均一でないので、機械的強度が低く、
いっぽう、純度が低く、すなわち分解に必要な不純物を
ジルコン粉末中に含んでいるので、ムライト−ジルコニ
ア複合相が容易に焼結と同時に作り出されるが、この不
純物が粒界において低融点のガラス相を作るために高温
における機械的強度が著しく低下するという欠点を有し
ていた。

また、（２）による方法では、酸化物を添加することに
より、ジルコンの分解を促進させ、焼結の駆動力を向上
させることにより、焼結体密度を高め、常温における機
械的強度を向上させているが、この酸化物が粒界におい
て低融点のガラス相を作るために、高温における機械的
強度を著しく低下させムライト本来の高温における特性
を著しく低下させるものとなっていた。

［発明が解決しようとする課題］ そこで、本発明者らは、上記問題点を解決し、高温構造
材料として適した、破壊靭性値の高いムライト−ジルコ
ニア複合焼結体を製造するべく、鋭意研究を続けた結果
、高純度のジルコン微粉末とアルミナ粉末とを出発原料
とし、焼結条件を検討することにより、上記問題点を解
決できることを見出すに至った。

本発明は、上記問題の解決、すなわち高純度、ジルコン
微粉末とアルミナ粉末を用いて、高密度、高強度、高靭
性でかつ微細構造を有するムライト−ジルコニア複合焼
結体の製造方法を提供することを目的とするものである
。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、 平均粒子径　　　　　１μＭ以下 純度　　　　　　　　９９ｗｔ％以上 のアルミナ粉末と 平均粒子径　　　　　０．５μｍ以下 Ｚｒ／Ｓｉモル比　　　　０．９８〜１．０２ジルコニ
ウムおよびシリコン以外の金属不純物　　　　　　　０
．４４νｔ％以下のジルコン粉末とを アルミナ／ジルコン重量比 ４３１５７〜５１／４９ の割合で混合し、成型し、１５００℃〜１８００℃で１
０時間以上焼成することによる、ムライトジルコニア複
合焼結体の製造方法 を要旨とするものである。

以下に本発明の詳細な説明する。

（原料の選定及び配合） 本発明のムライト−ジルコニア複合焼結体の製造方法は
、アルミナ粉末とジルコン粉末をアルミナ／ジルコンの
重量比が４３１５７〜５１／４９となるように混合する
ものであり、アルミナ／ジルコンの重量比が上記範囲を
下回ると、製品中にシリカが析出して高温における製品
の機械的強度を低下させる。また、この比が上記範囲を
上回ると製品中にムライト、ジルコニア以外にアルミナ
粒子が析出してしまい高温における製品の機械的強度を
低下させる。出発原料であるジルコン粉末の粒子径が０
．５μｍを、または、アルミナのそれか１μｍをこえる
と、えられる焼結体の密度が十分高くならない。

また、ジルコン粉末中のＺｒ／Ｓｉモル比−〇、９８〜
１．０２でなければならず、この範囲を下回ると過剰な
シリカが反応焼結後も焼結体中にとりのこされて製品の
高温における機械的性質を低下させる。また、この範囲
を上回るとジルコニアが原料中に過剰に存在するように
なるが、このジルコニアは、焼結体中において１４００
’Ｃから粒成長が著しくなり、反応焼結により生じたジ
ルコニアと異なり、強度低下の要因となるので好ましく
ない。さらにジルコン粉末中のジルコニウムおよびシリ
コン以外の金属不純物は０．４４ｖｔ％以下、アルミナ
粉末中の不純物はｌｖｔ％以下でなければならず、これ
らの値を越えると不純物に由来する低融点のガラス相に
より高温における機械的強度低下が著しくなる。

以上のようにして選定されたジルコン粉末及びアルミナ
粉末を、まず、たとえば常法により、両方の粉末と反応
しない水またはエタノールなどの溶媒をもちいて、ボー
ルミルや振動ミルなどの混合粉砕機を用いて混合したの
ち、脱液処理を施して出発粉末を得ることができる。こ
の脱液は、通常、微細な粉末が大量の液に分散したもの
を扱うことから、スプレードライ−や常圧または減圧下
の蒸発乾固による方法が好ましい。

（焼成） 以上のようにして配合された混合粉末を１５００℃〜１
８００℃において１０時間以上焼成することにより以下
に示すムライト化反応 ３　Ａ　ｌ　２０３＋　２ＺｒＳｉＯ４−ＡＩ６８１４
０１Ｂ＋２ＺｒＯ２ が進行すると同時に緻密化が進行し、ムライト相と正方
晶ジルコニア相からなる焼結体かえられる。

焼成温度が１５００℃を下回ると、焼結体密度が低くな
って機械的強度が低下すると同時に生成したジルコニア
粒子が単斜晶ジルコニアとなっており高靭性化に寄与し
ないために好ましくない。

焼成温度が１８００℃を上回ると、ムライト相の分解が
生じて焼結体が高温における機械的性質の低いものとな
る。いっぽう、焼成時間が１０時間を下回ると、焼結体
は密度が低く、したがって機械的強度の低いものとなる
。焼成時間は、あまり長くしても大きな効果が生じない
ため、１０時間以上４０時間以下が好ましい。

［作用］ 本発明の効果発現の機構については、未だ十分には解明
されていないが、とくに高純度のジルコン微粉末を出発
原料として焼結体を作ることにより、粒界に不純物を析
出させることなく緻密なムライト−ジルコニア複合焼結
体をえることが可能となり、かつ正方晶ジルコニアの析
出量が多くなることから、高靭性でかつ１３００℃とい
う高温においても強度の低下がない焼結体を得ることが
可能となったものと思われる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によって、高温において高
強度であり、かつ、高靭性を有するムライト−ジルコニ
ア複合焼結体を作製することかできる。

［実施例］ 実施例１〜４、比較例１〜８ 高純度ジルコン微粉末（東ソー（株）製）とアルミナ粉
末（大間化学社製タイミクロン。純度９９．９９νｔ％
、平均粒子径０．２３μｌｌ１）をエタノール中ボール
ミルを用いて２４時間混合したのち、エバポレーターを
用いて乾燥し、出発粉末を得た。

この粉末を５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力のもとて金型成型
した後、２　ｔｏｎ／ｃＩ１１２の圧力のもとにラバー
プレスを施して成形体をえ、焼成した。えられた成形体
は引き続き１６００℃〜１７００℃の温度において２０
〜３０時間焼結を行った。焼結体の評価は、機械的強度
は三点曲げ試験（ＪＩＳ　Ｒ１８０１）により行い、破
壊靭性値の測定は、マイクロインデンテーション法によ
り行った。

焼結体中の正方晶ジルコニアの含有率は粉末Ｘ線回折試
験による、２θ＝２８〜３２″における正方品ジルコニ
アの（ＩＤＩ）　、単斜晶ジルコニアの（１１１）　、
　　（１１１）の３本のピークの面積比より次式により
算出した。

■−１（ｔｏｌ）／ｉ　Ｉ（ｔｏ）＋１（ｌｌｒ　）＋
１（１ｏＤ　ｌ（ＩはＸ線強度を表し、（）内の数字は
面指数を表す） ジルコン粉末中のＺｒおよびＳ）の含有量は、化学分析
によって測定した。

上記の条件以外の条件及び上記の測定結果を下表に示す
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）平均粒子径　１μｍ以下 純度　９９ｗｔ％以上 のアルミナ粉末と 平均粒子径　０．５μｍ以下 Ｚｒ／Ｓｉモル比　０．９８〜１．０２ ジルコニウムおよびシリコン以外の金属 不純物　０．４４ｗｔ％以下 のジルコン粉末とを アルミナ／ジルコン重量比 ４３／５７〜５１／４９ の割合で混合し、成型し、１５００℃〜１８００℃で１
   ０時間以上焼成することを特徴とする、ムライト−ジル
   コニア複合焼結体の製造方法。