JPH0397670A - マグネシア部分安定化ジルコニア - Google Patents

マグネシア部分安定化ジルコニア

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JPH0397670A
JPH0397670A JP1231899A JP23189989A JPH0397670A JP H0397670 A JPH0397670 A JP H0397670A JP 1231899 A JP1231899 A JP 1231899A JP 23189989 A JP23189989 A JP 23189989A JP H0397670 A JPH0397670 A JP H0397670A
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JP
Japan
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mgo
zirconia
purity
low
psz
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JP1231899A
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English (en)
Inventor
Toyokazu Matsuyama
豊和 松山
Yukio Fukawa
府川 幸夫
Kouji Sensai
宏治 泉妻
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Coorstek KK
Original Assignee
Toshiba Ceramics Co Ltd
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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〕 本発明は原料として低純度ジルコニアを用いた高強度・
高靭性のマグネシア部分安定化ジルコニアに関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来、
高強度、高靭性のマグネシア部分安定化ジルコニア(以
下、MgO−PSZと記す)を製造する場合、原料とし
て高純度ジルコニアが用いられていた。これは、原料と
して低純度ジルコニアを使用すると、焼結体の粒界に化
合物層が形或され、強度が低下するとされていたためで
ある(例えば特公昭58−27230号公報)。しかし
、このような高強度、高靭性のMgO−PS Zは高価
な高純度ジルコニアを用いなければならないため、コス
トが上昇するという問題があった。
一方、低純度ジルコニアを用いて製造されるMgO−P
SZは、主に耐化物用として使用されてl.l6。,:
のMgO−PSZI,:l;t、MgOが12IIol
%以上含まれており、立方晶の安定化度が高く、靭性向
上に寄与する正方品の比率が低いため、靭性が低い。ま
た、耐熱性を高めるために焼結体の結晶粒を粗粒化させ
、かつ耐熱衝撃性を高めるために気孔率を数%としてい
る。このため、原料として粗粒を用い、粗粒は焼結性が
低いことから高温で焼或することにより焼結体の結晶粒
を粗粒化させている。そして、焼結体には粒界に沿って
大きなボイドが残存している。この結果、低純度ジルコ
ニアを用いて製造されるMgO−PSZでは高強度を得
ることができなかった。
以上のように、従来は焼結体の微細構造を充分に制御す
ることができなかったため、原料として低純度ジルコニ
アを用いた場合、高強度、高靭性のマグネシア部分安定
化ジルコニアを得ることはできなかった。
本発明は前記問題点を解決するためになされたものであ
り、原料として安価な低純度ジルコニアを用い、高強度
、高靭性のマグネシア部分安定化ジルコニアを提供する
ことを目的とする。
〔課題を解決するための手段と作用〕
本発明のマグネシア部分安定化ジルコニアは、AN 2
 0i  1.5wt%以下及びS i 02  0.
5wt%以下を含有する純度97.0〜99.5%の低
純度ジルコニア89.5 〜92.O mol%とM 
g O 10.5 〜8.0 mol%とからなり、A
1lSSt及びMgが スピネル(MgA11 2 04 )又はフォルステラ
イト(Mgz S i 04 )を形或し、これらが主
に粒界に沿って分布した組織を有することを特徴とする
ものである。
?発明のマグネシア部分安定化ジルコニアは、以下のよ
うにして製造することができる。
原料として用いられる低純度ジルコニアは純度97.0
〜99.5%であり、主要な不純物としてfin 2 
03  1.5wt%以下及びS L O20.5wt
%以下を含有するものである。不純物であるANzO3
又はSiO2が前記範囲を超えて含まレテイルと、Mg
O−PSZの粒界テl 2 oiもしくはSi02の析
出物、スビネル又はフォルステライトの占める比率が大
きくなり、粒界の強度が低下して焼結体の強度が低下す
る。
このような低純度ジルコニア原料粉とMgO原料粉(酸
化物、硫化物、炭酸塩など焼或によりMgOとなるもの
でもよい)とを通常の方法で粉砕、混合する。MgOの
添加量は低純度ジルコニアに対して860〜10.5 
IIot%、より好ましくは8.8〜10.O mol
%の範囲である。低純度ジルコニア原料粉に不純物とし
て含有されるAf!20,及びSiO■の量が多くなる
ほど、これらの不純物と化合物を形成するために消費さ
れるMg○の量が多くなるので、MgOの最適な添加量
が増加する。原料粉の焼結性を向上させ、かつ焼結体の
微細組織を制御する観点から、原料粉の平均粒径は0.
8〜10μ、より好ましくは1,2〜2.Onの範囲と
する。
混合粉は、スプレードライ法、金型ブレス、ラバープレ
ス、射出成形、スリップキャストなどの通常の方法で造
粒、成形される。
成形体は、1600〜1750℃で1〜5時間焼成され
る。焼或温度が1600℃未満では緻密な焼結体が得ら
れず、l750℃を超えると焼結体の結晶粒が粗粒化し
、高強度が得られない。焼成後、焼結体は60分以内に
1400℃まで冷却される。冷却速度が前述した速度よ
りも遅くなると、冷却中に正方晶から単斜晶への変態が
起こり、焼結体の強度が低下する。焼結体は、室温まで
冷却された後、再度1000〜1300℃で1〜100
時間加熱される。この加熱によりスビネル又はフォルス
テライトが球状又は回転楕円体となる。この焼成を行う
ことにより、焼結体の平均結晶粒径は30〜60伸(望
ましくは35〜50#),気孔率1,0%(望ましくは
0.5%)以下となる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例I AN20i含有量0,7νt%、Sin2含有量OJv
t%、平均粒径1.4nの低純度(純度98.2%)ジ
ルコニア粉、又は平均粒径0.3μの高純度(純度99
,9%)ジルコニア粉に対し、所定の割合でMgOを添
加し、粉砕、混合した後、造拉し、或形した。これらの
成形体を1700℃で2時間焼成した後、40分で14
00℃まで冷却した。更に、室温まで冷却した後、再度
1200℃で4時間加熱して、MgO−PSZを製造し
た。
各MgO−PSZについて、MgO濃度とMgO−PS
Zの3点曲げ強さとの関係を第1図に示す。
第1図から明らかなように、低純度原料を用いた場合に
は、高純度原料を用いた場合と比較して、MgOの最適
濃度が約0.5 mol%高濃度側にずれている。この
MgOの最適濃度のずれは、不純物との化合物形成によ
って消費されるMgOの量に対応する。
また、低純度原料を用いて製造されたMgO−PSZを
分析電子顕微鏡で観察したところ、不純物であるAj)
203及びSiO2はMgOとの化合物であるスピネル
(MgAl2O3、SiO204)又はフオルステライ
ト(M g 2 S 1 0 4)を形威し、球状又は
回転楕円体の形状で主に粒界に沿って分布した紐織を有
していることが確認された。焼結体がこのような微細組
織を有することにより曲げ強度が向上する。
実施例2 All) 2 03含有量0 〜3 vt%、Sin.
含有量o.avt%、平均粒径1.4mの低純度ジルコ
ニア粉に対し、8.8 wol%、9.0 got%、
9.5 a+ol%の割合でMgOを添加し、粉砕、混
合した後、造粒し、成形した。これらの成形体を170
0℃で2時間焼成した後、40分で1400℃まで冷却
した。更に、室温まで冷却した後、再度1200℃で4
時間加熱して、MgO−PSZを製造した。
各MgO−PSzについて、Ai)z03含有量とMg
O−PSZの3点曲げ強さとの関係を第2図に示す。
第2図から明らかなように、Aj)2 0s含有量が1
.5wt%を超えると、焼結体の曲げ強さが低下する。
同様に、AI 2 03含有M O.8vt%、Si0
2含有ffiO〜2vt%、平均粒径1.5μの低純度
ジルコニア粉に対し、 8.5 mol%、9.O m
ol%、9.5lll01%の割合でMgOを添加し、
粉砕、混合した後、造粒し、成形した。これらの成形体
を1650℃で2時間焼成した後、40分で1400℃
まで冷却した。
更に、室温まで冷却した後、再度1200℃で4時間加
熱して、MgO−PSZを製造した。
各MgO−PSZについて、Sin2含有量とMgO−
PSZの3点曲げ強さとの関係を第3図に示す。
第3図から明らかなように、Si02含有量が0.5w
t%を超えると、焼結体の曲げ強さが低下する。
また、第2図及び第3図から以下のような傾向があるこ
とがわかる。すなわち、MgO添加量が少ない場合には
、AD 2 0 s又はSin2の含有量が増加するに
伴って曲げ強さは比較的単調に低下する。一方、MgO
添加量が多い場合には、Af)203又はSi02の含
有量が少ない範囲である程度の曲げ強さが維持される。
また、第2図に示されるように、MgO添加量が9.5
 mol%でA.ff 2 03の含有量が非常に少な
い場合には、ジルコニアに固溶するMgOffiが多く
なり、正方品に比べて立方品の比率が高くなるため、曲
げ強度が低いこともある。MgO添加量が多い場合でも
、Af!203又はSin2の含有量が増加すると曲げ
強さは単凋に低下する傾向がある。つまり、不純物であ
るADxOs又はSiOzが非常に多く含まれていると
、M g O − P S Zの拉界でAflzOiも
しくはSin2の析出物、スビネル又はフォルステライ
トの占める比率が大きくなり、粒界の強度が低下して焼
結体の強度が低下する。
?施例3 Ap203含有量0,7νt%、SiO■含有量0.3
vt%、平均粒径0.3μの低純度ジルコニア粉に対し
、9.5 mol%の割合でMgOを添加し、粉砕、混
合した後、造拉し、成形した。これらの成形体を170
0℃で4時間焼成した。その後、冷却所要時間を変化さ
せて1400℃まで冷却した。更に、室温まで冷却した
後、再度1200℃で4時間加熱して、MgO−PSZ
を製造した。
各MgO−PSZについて、焼成後の1400℃までの
冷却所要時間とMgO−PSZの3点曲げ強さとの関係
を第4図に示す。
第4図から明らかなように、1400℃までの冷却所要
時間が60分を超えると、急激に曲げ強さが低下する。
〔発明の効果〕
以上詳述したように本発明のマグネシア部分安定化ジル
コニアは、原料として安価な低純度ジルコニアを用いて
いるにもかかわらず、高強度、高靭性を示し、その工業
的価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図はMgO濃度とMgO−PSZの曲げ強さとの関
係を示す特性図、第2図はAD203含有量とMgO−
PSZの曲げ強さとの関係を示す特性図、第3図はS 
i 02含有量とMgO一PSZの曲げ強さとの関係を
示す特性図、N4図は焼成後の1400℃までの冷却所
要時間とMgO−PSZの曲げ強さとの関係を示す特性
図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. Al_2O_31.5wt%以下及びSiO_20.5
    wt%以下を含有する純度97.0〜99.5%の低純
    度ジルコニア89.5〜92.0mol%とMgO10
    .5〜8.0mol%とからなり、Al_2O_3、S
    iO_2及びMgOがスピネル又はフォルステライトを
    形成し、これらが主に粒界に沿って分布した組織を有す
    ることを特徴とするマグネシア部分安定化ジルコニア。
JP1231899A 1989-09-07 1989-09-07 マグネシア部分安定化ジルコニア Pending JPH0397670A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0732445A (ja) * 1993-07-23 1995-02-03 Shinagawa Refract Co Ltd MgO部分安定化ZrO2焼結体製ダイス又はニップル
US6723672B1 (en) * 1999-01-26 2004-04-20 Carpenter Advanced Ceramics, Inc. High-strength magnesia partially stabilized zirconia
JP2010519168A (ja) * 2007-02-28 2010-06-03 リフラクトリー・インテレクチュアル・プロパティー・ゲー・エム・ベー・ハー・ウント・コ・カーゲー 溶融鋳込耐火物用生成物
JP2018083746A (ja) * 2016-11-25 2018-05-31 京セラ株式会社 セラミック磁器、配線基板および電子部品

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JP2010519168A (ja) * 2007-02-28 2010-06-03 リフラクトリー・インテレクチュアル・プロパティー・ゲー・エム・ベー・ハー・ウント・コ・カーゲー 溶融鋳込耐火物用生成物
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