JPH05193944A - 転動造粒用ジルコニア粉末組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】ジルコニア粉末と安定化剤とからなり、粉末の
平均粒子径が０．５〜２．０μｍであり、ＢＥＴ比表面
積が３〜１２ｍ^２／ｇであり、かつ、該粉末をスラリー
化したときのｐＨが６〜８となる、転動造粒用ジルコニ
ア粉末組成物。 【効果】本発明のジルコニア粉末を使用することによ
り、転動造粒操作が容易に実施でき、真球度の良い均質
かつ高密度の成形体が得られ、これを焼結することによ
り機械的特性に優れたジルコニア球体が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に転動造粒法により
ジルコニア球体を製造する場合に適した原料ジルコニア
粉末組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種産業分野で原料粉体の微粉化
への傾向が高まりつつあり、高速攪拌ミル等の粉砕機に
粉砕媒体として使用されるセラミックス球体も粉砕効率
を良くするために小粒径化傾向にある。

【０００３】また、高速攪拌ミル等に使用されるセラミ
ックス球体には高真球度，高密度，高強度，高耐磨耗性
等が要求され、これらの特性を満足するセラミックス球
体としてジルコニア球体が注目されている。

【０００４】従来よりジルコニア粉末を直径２０ｍｍ以
下の小粒径球体に成形する方法としては、大量に比較的
低コストで成形できる転動造粒法が一般的に知られてい
る。また、使用される造粒機としては、皿型造粒機，ド
ラム型造粒機が代表的な転動造粒機として広く利用され
ている。

【０００５】このような成形法で得られる球体を乾燥し
た後、焼成することによりジルコニアの小粒径球体が得
られる。

【０００６】粉砕媒体として使用されるジルコニア球体
には前記したような機械的特性が要求されるため、球体
の製造に使用される原料ジルコニア粉末は高純度でかつ
微粉末なものが主に用いられている。

【０００７】このような高純度ジルコニア微粉末は、現
在種々の製法により製造されている。例えば、中和共沈
法，加水分解法，水熱酸化法，熱分解法等が一般的に知
られている。これらの製法により製造されるジルコニア
粉末はそれぞれに粉末特性，焼結特性が微妙に異なるこ
とから、一般的には用途や成形方法に適した粉末を選定
して使用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ジルコニア粉末の転動
造粒においても、前記した製法による全てのジルコニア
粉末が使用できる訳ではなく、例えば、転動成形中に
球体同士の付着が起こり成形が困難である、真球度の
良い球体が得られない、高密度，高強度な焼結球体が
得られない等のさまざまな問題を生じる場合がある。し
かしながら、これらの諸問題の原因が明確化されていな
いのが現状である。

【０００９】本発明の目的は、これらの諸問題の原因を
明確化し、転動造粒にて容易に真球度の良い均質かつ高
密度の成形体を得、これを焼結することにより機械的特
性に優れるジルコニア球体を得ることができる、ジルコ
ニア粉末組成物を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は種々検討した
結果、転動造粒に適した原料ジルコニア粉末の粉末特性
を見出し、本発明に到達した。

【００１１】すなわち、本発明は、ジルコニア粉末と安
定化剤とからなり、粉末の平均粒子径が０．５〜２．０
μｍであり、ＢＥＴ比表面積が３〜１２ｍ^２／ｇであ
り、かつ、該粉末をスラリー化したときのｐＨが６〜８
となる、転動造粒用ジルコニア粉末組成物である。

【００１２】以下本発明をさらに詳細に説明する。

【００１３】転動造粒法によるジルコニア球体の製造方
法は、転動造粒法によりジルコニア粉末を水をバインダ
ーとして最初に微細な球体の核を生成させ、引き続き核
を転動成長させて目的とする大きさの球体に成形し、次
に得られた成形体を１００〜２００℃で乾燥させ、１４
００〜１６００℃で焼成するものである。

【００１４】このようにしてジルコニア球体を製造する
うえで、成形が容易であること、得られる成形体の
真球度が良く均質かつ高密度であること、成形球体の
焼結性が良いこと、得られる焼結球体が緻密で機械的
特性に優れること、等の条件を全て満足することが必要
である。

【００１５】このような製造条件を全て満足するために
は、前記した範囲の限られた粉末特性を有するジルコニ
ア粉末を使用することが必要であることが判明した。

【００１６】まず原料ジルコニア粉末の平均粒子径が
０．５〜２．０μｍの範囲であることが必要である。

【００１７】成形球体の強度は粉末の粒子径に反比例す
るため、平均粒子径が２．０μｍより大きい粉末の場
合、成形球体の機械的強度や保形性が低下し、後工程の
乾燥操作や焼結操作中の外的荷重に耐えられず成形球体
の崩壊等が起こるため製造上好ましくない。また、粉末
粒子径が大きくなると焼結性が低下し緻密な焼結体が得
られ難くなり、焼結体の機械的特性も低下する。

【００１８】ジルコニア粉末を成形，焼結して焼結体を
得る場合、微粉末である程易焼結性で緻密な焼結体が得
られることから、一般的にはジルコニア微粉末が多用さ
れているが、転動造粒法の場合は粉末を転がして球体を
成形する方法であるため、平均粒子径が０．５μｍより
小さい微粉末になると粉末の嵩密度が小さく球体の転動
圧密化が悪くなり高密度の成形球体が得られ難くなるた
め製造上好ましくない。

【００１９】また、成形途中の球体表面に、粉末中に含
有する超微粒子の影響で非常に平滑な界面が生成する。
その結果、転動成長した球体の内部に成形，成長途中に
生成した界面が年輪状に欠陥として残存し、この欠陥が
焼結体の機械的特性の低下の原因となるため好ましくな
い。さらに、原料ジルコニア粉末中の超微粒子含有量が
多くなると球体表面の付着性が強くなり、転動造粒中に
球体同士の付着が起こり易く真球度の良い球体が得られ
難くなる。

【００２０】以上のようなことから、ジルコニア粉末の
平均粒子径が０．５〜２．０μｍの範囲であるものが好
適に使用できるが、該平均粒子径が０．５〜１．０μｍ
のもがさらに好ましい。粉末の粒度分布としては、微粒
子含有量が少なく、また、５μｍ以上の粗大粒を含有し
ないものがより好ましい。

【００２１】次に、原料ジルコニア粉末のＢＥＴ比表面
積が３〜１２ｍ^２／ｇ、好ましくは５〜１０ｍ^２／ｇの
範囲であることも必要である。

【００２２】粉末のＢＥＴ比表面積が１２ｍ^２／ｇより
大きくなると、成形に必要な水分量も当然多くなり、そ
の結果、水の表面張力の影響で球体同士の付着が強まり
真球度の良い球体が得られ難くなり好ましくない。ま
た、成形水分量が多くなると成形体の密度も低下するた
め緻密な焼結体が得られ難くなる。

【００２３】粉末のＢＥＴ比表面積が３ｍ^２／ｇより小
さくなると成形性が向上する反面、特に焼結性が低下し
緻密な焼結体を得るために高温度が必要となるので製造
上好ましくない。

【００２４】さらに、ジルコニア粉末はそれをスラリー
化したときのｐＨが６〜８の範囲となるものであること
が必要である。

【００２５】このｐＨが８より高くなる粉末は、粉末粒
子間の凝集が強くなり、転動造粒時の粉末供給が不均一
となり易く球体の均質な成長が妨げられる。その結果、
球体の真球度が悪くなったり球体内部の均質性が低下し
焼結体の機械的特性が低下するため好ましくない。

【００２６】このｐＨが６より低くなる粉末は、水中で
の粉末粒子の分散性が良くなり、転動造粒時粉末と混合
した水分量が少し変動しただけで流動性が大きく変動す
るので、水分調整が困難である。また、転動造粒時水分
量がスラリー化を起こす直前になったときに、外部圧力
の有無により固化したりスラリー化したりするダイラタ
ンシー現象を呈する場合もあり、同様に転動造粒時の水
分調整が非常に困難となり、現実には造粒不可能とな
る。

【００２７】以上のように転動造粒法によりジルコニア
球体を製造する場合には、ジルコニア粉末の粉末特性の
それぞれが成形性，球体真球度，成形体密度，焼結性，
焼結体の機械的特性へ大きく影響を及ぼすため、原料ジ
ルコニア粉末の粉末特性が非常に重要となる。

【００２８】次に、ジルコニア粉末中の安定化剤として
は、通常Ｙ２Ｏ３，ＣａＯ，ＭｇＯ等が一般的に使用さ
れ、例えば、Ｙ２Ｏ３の場合には２．０〜５．０ｍｏｌ
％含有する粉末を使用すれば焼結時の単斜晶系や等軸晶
系ジルコニアの生成が適度に抑制されて、機械的特性に
優れた焼結体を得ることができる。

【００２９】また、安定化剤はジルコニア粉末の製造工
程中に添加する方法、あるいは、ジルコニア粉末と直接
機械的混合する方法とがあるが特に限定されるものでは
ない。

【００３０】その他、ジルコニアの焼結助剤としてＡｌ
２Ｏ３などを添加した粉末も焼結性が向上し好適に使用
することができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明の粉末特性の範囲であるジルコニ
ア粉末を使用することにより、転動造粒操作が容易に実
施でき、真球度の良い均質かつ高密度の成形体が得ら
れ、これを焼結することにより機械的特性に優れたジル
コニア球体が得られる。

【００３２】

【実施例】

実施例１〜７および比較例１〜６ Ｙ_２Ｏ_３を添加したオキシ塩化ジルコニウム水溶液を出
発原料として、加水分解によりＹ_２Ｏ_３を３ｍｏｌ％含
有する、表１に示す粉末特性を有する種々のジルコニア
粉末を合成した。

【００３３】これらの粉末を用いて通常の皿型転動造粒
機を使用し、水をバインダーとしてそれぞれの球体を成
形した。得られた成形球体を１５０℃で乾燥させた後、
１５００℃で２時間焼結して直径２ｍｍのジルコニア球
体を得た。

【００３４】次に得られたジルコニア球体の諸物性を測
定した。その結果を表−１に示す。

【００３５】表１の圧潰荷重値は一球式で球体一個を圧
潰するのに必要な荷重値である。表１に示す実施例１〜
７の粉末特性は本発明の範囲内のものであり、平均粒子
径，ＢＥＴ比表面積，スラリーｐＨがそれぞれ多少異な
るため、表１に示すジルコニア球体の物性に多少のバラ
ツキが認められるが、転動成形性は良く得られたジルコ
ニア球体は全ての物性を満足するものであった。

【００３６】比較例１の平均粒子径が０．３μｍである
粉末を使用したものは、成形時の球体同士の付着性が強
く、真球度の良い球体が得られなかった。

【００３７】また、比較例２の平均粒子径が２．５μｍ
の粉末を使用した場合、成形性は良好であったがジルコ
ニア球体の密度が低く、圧潰荷重の低い低強度のもので
あった。

【００３８】比較例３と４はジルコニア粉末のＢＥＴ比
表面積が異なり、比較例３のＢＥＴ比表面積が２ｍ² ／
ｇのものはジルコニア球体の密度が低いものであった。

【００３９】比較例４のＢＥＴ比表面積が１６ｍ² ／ｇ
のものは比較例１と同様に球体同士の付着性が強く真球
度の良い球体が得られなかった。

【００４０】比較例５のスラリーｐＨが５．０のもの
は、成形時に水を添加するとダイラタンシー現象を呈し
球体の成形ができなかった。

【００４１】比較例６のスラリーｐＨが９．０のもの
は、真球度が悪く焼結体の強度の低いものであった。

【００４２】 表−１ ジルコニア粉末特性およびジルコニア球体の物性 ジルコニア粉末特性 ジルコニア球体物性 平均粒子径 ＢＥＴ １０wt％ ※真球度 密度 圧潰荷重 Ｎｏ 比表面積 スラリー μｍ ｍ^２／ｇ ｐＨ ｇ／cm3 Ｋｇ 実施例１ ０．７ ７ ７ １．０３ ６．０８ ２９０ ２ １．２ ６ ７ １．０２ ６．０７ ２８０ ３ １．５ ５ ７ １．０２ ６．０７ ２７０ ４ １．０ １１ ７ １．０３ ６．０８ ２８０ ５ １．２ ４ ７ １．０２ ６．０７ ２７０ ６ １．０ ６ ６．２ １．０３ ６．０８ ２９０ ７ １．０ ６ ７．５ １．０３ ６．０８ ２８０ 比較例１ ０．３ １２ ７ １．０７ ６．０８ ２２０ ２ ２．５ ４ ７ １．０２ ５．８０ １８０ ３ １．５ ２ ７ １．０２ ５．８７ １９０ ４ １．０ １６ ７ １．０８ ６．０６ ２３０ ５ １．０ ８ ５ 成形不可能 ６ １．０ ８ ９ １．０８ ６．００ １９０ ※真球度＝同一球体の最大直径／最小直径 真球度の目標値は１．０５以下

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ジルコニア粉末と安定化剤とからなり、粉
   末の平均粒子径が０．５〜２．０μｍであり、ＢＥＴ比
   表面積が３〜１２ｍ^２／ｇであり、かつ、該粉末をスラ
   リー化したときのｐＨが６〜８となる、転動造粒用ジル
   コニア粉末組成物。