JPH035366A

JPH035366A - 着色ジルコニア焼結体の製造方法

Info

Publication number: JPH035366A
Application number: JP1138217A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Tsuchiya; 土屋　一広
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1989-05-31
Filing date: 1989-05-31
Publication date: 1991-01-11

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、キッチンカウンター、テーブル等の室内建材
の表面材や時計の文字盤などの装飾部材、あるいはゴル
フシューズのスパイク、スキー用ストックの先端部等の
各種スポーツ用具の補強部材などに好適に用いられる着
色ジルコニア焼結体の製造方法に関し、特に優れた機械
的、物理的特性を維持し、容易かつ安価な方法で均一に
確実に着色することができるようにするものである。

［従来の技術］従来一般に、カラフルな色調を有する着色ジルコニア焼
結体の製造方法として、ジルコニアに、所望の色調に応
じて酸化クロム（ｃｒｔｏ３）、酸化ニッケル（Ｎ　ｉ
ｏ　）、酸化コバルト（Ｃｏｏ　）、酸化バナジウム（
ＶｔＯｓ）等の金属酸化物からなる着色剤を添加し、混
合した後焼結する方法が広く採用されていた（特開昭５
９−１０５０５５、特開昭６２−５９５７１号公報）。

［発明が解決しようとする課題］ところがこのような方法によると、着色剤として用いら
れている金属酸化物の熱膨張係数や弾性定数がジルコニ
アのそれと異なっているために、焼結時に、ノルコニア
粒子と上記各金属酸化物との接触界面において残留応力
や熱応力が発生し、得られた着色ジルコニア焼結体の結
晶体内部に空孔や亀裂が生じて、強靭性や耐食性を欠い
たり、また強度低下を沼いたりするなどの不都合があっ
た。またこれらの金属酸化物を粉末状でジルコニア粉末
に添加、混合する作業を行うので、均一な分散を行うこ
とが難しく、色むらの原因となり易い問題もあった。

本発明では、このような課題を解消し、強靭性や耐食性
等の機械的、物理的特性を維持しつつ、容易かつ安価な
方法で、均一にかつ確実に着色でき、多種の色調のジル
コニア焼結体を得ることのできる着色ジルコニア焼結体
の製造方法を提供することを目的としている。

「課題を解決するための手段］本発明では、ジルコニア成形体を、着色用金属を溶解し
た酸溶液中に浸漬して、ジルコニア成形体に上記着色用
金属を含浸せしめた後、これを焼結することをその解決
手段とした。

［作用　］このように、ジルコニア成形体を、着色用金属を溶解し
た酸溶液中に浸漬することによって、着色用金属を均一
に確実に含浸させることができ、色むらの発生のない着
色ジルコニア焼結体を得ることができる。またこの方法
にしたがって着色用金属を含浸すれば、結晶体内部の空
孔率の低い焼結体が得られ、強度や耐食性などにおいて
優れた特性が発現する。またこの方法によれば、作業も
簡単でかつコストら低く抑えることができる。

以下、本発明の詳細な説明する。

まず、ジルコニア成形体を用意する。具体的には、酸化
ジルコニウム（ＺｒＯｔ、ジルコニア）粉末に、必要に
応じて安定化剤、焼結助剤などを添加し混合して、原料
となる混合粉末を作成した後、この混合粉末を成形用金
型に充填し、加圧してジルコニア成形体を得る。ここで
上記ジルコニア粉末には、粒径０．２〜０．５μｍ程度
の粉末が好適に用いられる。また上記安定化剤には酸化
イツトリウム（ＹｚＯａ）などが好適に用いられて、上
記ジルコニアに対して２〜４モル％程度添加され、また
焼結助剤には酸化アルミニウム（ＡｂｏＪなどが２〜１
０重量％程度添加されて使用される。

また上記ジルコニア成形体を得るための成形法としては
、成形金型を用いた通常の加圧法によって、１００〜３
００ＭＰａ程度の圧力を与えて加圧する方法が採用され
て、通常シート状などの成形体とされるが、これ以外に
もドクターブレード法などが用いられてもよい。

一方、着色用金属の酸溶液を調整する。金属としては、
目的、用途に応じて所望の色調を呈する金属を選んで使
用すればよく、ニッケル（Ｎｉ、薄縁色）、バナジウム
（■、黄色）、クロム（Ｃｒ、ピンク色）、コバルト（
Ｃｏ、青色）などを用いることができる。これらの金属
は、溶解性等の点から、機械的手段などにより粒径！０
〜１００μ肩程度の粉末状とされた後に使用されること
が望ましく、またできる限り高純度のものが用いられる
のが良い。また、これらの金属粉末を溶解させる酸溶媒
には、濃塩酸、濃硫酸、濃硝酸等の強酸と水との混合溶
媒が好適に用いられる。この酸と水との混合比およびこ
の酸溶液中の金属粉末の濃度は、ト記金属粉末が完全に
溶解される程度であれば特に限定はされないが、溶液粘
度、作業性、含浸効率などの点から、まず金属粉末に酸
濃度の高い混合溶媒を徐々に加えながら金属粉末を溶か
し、完全に溶解した後、純水を加えて希釈し、金属濃度
ＯＯ５〜１０重量％程度の溶液とするなどの手順を経る
と都合がよい。

尚、このような金属粉末の酸溶液以外にも、これら金属
の硝酸塩、塩化物などの塩水溶液を用いてもよいことは
もちろんである。

次いで、この金属溶液中に、上記ジルコニア成形体を浸
漬させろ。浸漬に際しては、金属の含浸を促進するため
に減圧法を採用することが望ましい。具体的には、この
成形体をオートクレーブの中に入れ、Ｉ　Ｏ−’Ｔｏｒ
ｒ程度の真空度でｌＯ〜３０分間程度含浸を行った後、
常圧に戻す方法が用いられる。

この含浸処理の後、上記成形体を１４００〜１６００℃
程度の温度で１〜４時間焼結して、目的の焼結体を得る
。焼結はこのように加熱のみによって行ってもよいが、
ホットプレス法やＩ−Ｉ　ｒ　Ｐ法（静水圧プレス法）
などのように加熱と同時に加圧を行って焼結する方法を
採用すると、より低温で焼結が完了する利点がある他、
焼結体の空孔率がより低くなり、緻密で細粒の構造を存
し、高い強度の焼結体を得ることができる。

さらに、目的、用途によっては、熱間静水圧プレス法に
より加熱加圧して成形体内の空孔率をさらに減少させ、
粒子間の結合を強めて機械的強度を向上させることもで
きる。ただし、この熱間静水圧プレス法は、アルゴンガ
ス等の非酸化雰囲気で行うため、得られた焼結体は黒色
に変色する。

したがってこの熱間静水圧プレスの後には、さらに酸化
雰囲気中でアニール処理を施すことが望ましく、これに
よって結晶内部の残留応力を除去して強度を向上させる
とともに、上記熱間静水圧プレスによって変色した色合
いを元に戻して鮮やかに着色した焼結体を得ることがで
きる。

このような方法によれば、機械的、物理的特性を低下さ
せることなく、均一でしかも鮮やかに着色された着色ジ
ルコニア焼結体を得ることができる利点がある。またこ
の方法では、簡便な方法により安価に目的のジルコニア
焼結体を製造できる利点もある。

以下、実施例を示して、本発明の詳細な説明する。

［実施例］（実施例１）ジルコニア粉末に安定化剤として酸化イツトリウム（Ｙ
　ｔｏ　３）を３モル％含有せしめ、焼結助剤として酸
化アルミニウム（Ａ１２０３）を４重Ｍ％添加してなる
混合粉末を用いて、成形金型により圧力２００ＭＰａで
加圧して厚さ５ｊＩｍのシート状の成形体を得た。

一方、金属Ｎｉ（純度９９．９９％）を１０９秤量し、
これに濃塩酸５０ｍσと純水５０肩ρの混合溶媒を徐々
に加えながら溶解し、上記混合粉末が完全に溶解した後
、この原液（ａ度ＩＯ重屯％）を純水にて希釈し、濃度
０２５重量％とじた。

この酸溶液中に、先に用意されたジルコニア成形体を浸
漬し、減圧法により上記金属を含浸させた。その後、常
圧および１００℃で３０分間乾燥させると、金属Ｎｉの
濃度に変動を与えず、また色調を整えるためにも好まし
い。

この含浸処理後、空気雰囲気下で１５００°Ｃの温度で
、２時間焼結を行い、実施例１の焼結体を得た。

（実施例２〜４）実施例１において、金属ニッケルの代わりにバナジウム
（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（ｃｏ）を用いた以
外は同様にして焼結体を得、それぞれ実施例２、実施例
３、実施例４とした。

（実施例５）実施例１で得られた焼結体をさらに熱間静水圧プレス法
により、アルゴン雰囲気下で温度＋４５０°Ｃ１圧力１
５０ＭＰａで加熱加圧して、実施例５とした。

（実施例６）実施例５の焼結体をさらに、酸素雰囲気中で、１１００
℃で１時間アニール処理を行い、実施例６とした。

（比較例１）実施例１で用いたジルコニア成形体に着色を行わなず、
そのまま焼結して比較例１の焼結体を得た。

（比較例２）着色剤として酸化ニッケル（Ｎｉｐ）粉末を用い、これ
をジルコニア粉末に添加、混合した後、成形し、焼結し
て、比較例２の焼結体を得た。

（試験例）以上のようにして得られた実施例および比較例の焼結体
を用いて、それぞれの着色の色調を目視により観察し、
さらにビッカース硬変、抗折力、破壊靭性および空孔率
を測定し、結果をまとめて第１表に示した。

（以下、余白）第　　１表第１表より明らかなように、この発明の方法に従って製
造した実施例においては、着色を行わなかった比較例１
に比べ、そのビッカース硬度、抗折力、破壊靭性ともに
低下することなく、いずれも均一にかつ鮮やかに着色さ
れた焼結体が得られた。特に焼結後に熱間静水圧プレス
を行った実施例５およびその後さらにアニール処理を行
った実施例６にあっては、空孔率が低下してビッカース
硬度および抗折力が向上し、より特性の優れた焼結体が
得られた。これに比・較して、従来の方法により製造さ
れた比較例２の焼結体にあっては、色むらが発生し、均
一な色調の焼結体は得られなかった。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の着色ジルコニア焼結体の
製造方法は、ジルコニア成形体を、着色用金属を溶解し
た酸溶液中に浸漬して、ジルコニア成形体に上記着色用
金属を含浸せしめた後、焼結するものであるので、強度
、耐食性等の機賊的、物理的特性を低下させることなく
、均一でしかも鮮やかに着色された着色ジルコニア焼結
体を得ることができる利点がある。またこの方法では、
簡便な方法により安価に目的のジルコニア焼結体を製造
できる利点もある。

Claims

【特許請求の範囲】

　ジルコニア成形体を、着色用金属を溶解した酸溶液中
に浸漬して、ジルコニア成形体に上記着色用金属を含浸
せしめた後、これを焼結することを特徴とする着色ジル
コニア焼結体の製造方法。