JPH05238823A - ジルコニア系セラミック及びその製造方法 - Google Patents

ジルコニア系セラミック及びその製造方法

Info

Publication number
JPH05238823A
JPH05238823A JP4346081A JP34608192A JPH05238823A JP H05238823 A JPH05238823 A JP H05238823A JP 4346081 A JP4346081 A JP 4346081A JP 34608192 A JP34608192 A JP 34608192A JP H05238823 A JPH05238823 A JP H05238823A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ceramic
dopant
range
temperature
oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP4346081A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3291049B2 (ja
Inventor
Syamal K Ghosh
クマー ゴーシュ シャマル
Dilip K Chatterjee
クマー チャテルジー ディリップ
Dennis R Koziol
レイモンド コジオル デニス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eastman Kodak Co
Original Assignee
Eastman Kodak Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eastman Kodak Co filed Critical Eastman Kodak Co
Publication of JPH05238823A publication Critical patent/JPH05238823A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3291049B2 publication Critical patent/JP3291049B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/486—Fine ceramics

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正方晶相から実質的に成り、しかも正味の形
状へ成形できるジルコニア系セラミックとその製造方法
を提供する。 【構成】 前記セラミックは、酸化ジルコニウムと、稀
土類元素、カルシウムもしくはマグネシウムの酸化物ま
たはこれらの混合物であるドーパントとを含んで成る。
前記製造方法は、有機水溶性バインダーの存在において
酸化ジルコニウムとドーパントを含んで成る粉末を圧縮
する工程を含んで成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、良好な強度と良好な耐
摩耗性を示すドープしたジルコニア系セラミックに、ま
たその製造方法に関する。詳細には、本発明は、焼結後
の機械加工作業を行うことなく使用できる正味の形状の
セラミック工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】ドープしたジルコニア系セラミックが知
られており、各種形態の結晶構造を示しうる。例えば、
ジルコニア系セラミックは、立方晶相の結晶粒構造を示
すことができる。立方晶相を有する結晶の欠点は、それ
らが脆いので衝撃や熱衝撃によって容易に破壊するとい
う点である。ジルコニア系セラミックの別の形態は、立
方晶相と単斜晶相の両方を有し、そして立方晶相のセラ
ミックと比較して改善された強度と耐熱衝撃性を示す。
しかしながら、このようなタイプのジルコニア系セラミ
ックはどちらも、材料の強度及び集結性を劣化させうる
亀裂を急に発生させるので、切削工具のような用途に対
するそれらの有用性は限られている。また、所期の用途
に使用できる所望の正味の形状を有する工具を得るため
には、どちらのタイプのセラミックも焼結後に機械加工
する必要があり、製造コストを増加させてしまう。
【０００３】正方晶相の結晶構造をもつセラミックも知
られているが、それには一般に立方晶相及び／または単
斜晶相が様々な比率で存在している。このようなセラミ
ックは、正方晶相をもたない上記セラミックと比較し
て、改善された強度と強度の劣化に対する改善された抵
抗性とを示しうる。しかしながら、これらのセラミック
もまた、実質的に正方晶相から成るジルコニア系セラミ
ックとは違い、焼結後の機械加工作業を必要とする。米
国特許第 4,360,598号明細書は、正方晶相ジルコニア系
セラミックとそれらの改善された寸法安定性について記
載し、また実質的に立方晶相と単斜晶相を含まない正方
晶相を有するジルコニア系セラミックを開示している。
しかしながら、そのセラミックは、ドーパント添加量の
唯一の離散値における正方晶相から実質的に成り、その
セラミックの有用性やそのプロセスが限られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題及び作用】それゆえ、現
在知られているよりも幅広い範囲のドーパント添加量に
わたって正方晶相から実質的に成り、しかも正味の形状
へ成形できるジルコニア系セラミックとその製造方法を
提供することが望まれている。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上述
の問題の一つ以上を解決することに向けられる。簡単に
まとめると、本発明の一態様によると、正方晶相の結晶
粒構造を有するジルコニア系セラミックを製造する方法
が提供される。本発明によって提供されるジルコニア系
セラミックは、酸化ジルコニウムと、稀土類元素、カル
シウムもしくはマグネシウムの酸化物またはこれらの混
合物であるドーパントとを含んで成り、そして該セラミ
ックは、該セラミックが約０．５モル％未満のマグネシ
ウム酸化物を含んで成る場合には約３：９７より大きく
約５：９５以下の範囲のドーパント対酸化ジルコニウム
のモル比率を示し、該セラミックは、該セラミックが約
０．５モル％から約１．０モル％以下のマグネシウム酸
化物を含んで成る場合には約０．５：９９．５から約
１．０：９９．０以下の範囲のドーパント対酸化ジルコ
ニウムのモル比率を示し、そして該セラミックは約１．
０モル％を超えるマグネシウム酸化物を含んで成ること
はない。
【０００６】本発明の方法は、有機水溶性バインダーの
存在において酸化ジルコニウムとドーパントを含んで成
る粉末を圧縮する第一工程を含んで成る。ドーパントと
酸化ジルコニウムは粉末中で均一に分散している。該粉
末は、約０．１μｍ〜約０．６μｍの範囲の平均結晶粒
径と、圧縮した場合の粉末の約０．２〜約１．０体積％
の含水量を示す。その圧縮圧力は約12,000 psi〜約18,0
00 psiである。正味の形状の部品を成形するため、該粉
末を十分な時間圧縮して約３．２g/cc〜約３．５g/ccの
範囲の密度を有する未処理部品を成形する。好ましいこ
のような密度は約３．３５g/ccである。
【０００７】さらに、本発明の方法は、順に （ａ）未処理部品を、室温から、約０．１℃／分〜約
０．５℃／分の昇温速度で、約２００℃〜約４００℃の
温度Ｔ1 まで加熱する工程（但し、Ｔ1 が約４００℃で
ある場合には以下の工程（ｂ）は行わずに続いて工程
（ｃ）を行う）； （ｂ）未処理部品を、温度Ｔ1 から、約０．０５℃／分
〜約０．２℃／分の昇温速度で、約４００℃の温度Ｔ2
まで加熱する工程； （ｃ）未処理部品を、温度Ｔ2 から、約０．２℃／分〜
約０．５℃／分の昇温速度で、約５００℃〜約７００℃
の温度Ｔ3 まで加熱する工程； （ｄ）未処理部品を、温度Ｔ3 から、約１．０℃／分〜
約２．０℃／分の昇温速度で、約１４００℃〜約１６０
０℃の温度Ｔ4 まで加熱する工程； （ｅ）約１４００℃〜約１６００℃の範囲内の未処理部
品の温度Ｔ4 を、Ｔ4が約１４００℃である場合には約
３時間、Ｔ4 が約１６００℃である場合には約１時間、
そしてＴ4 がそれらの中間値を有する場合には３時間と
１時間の間の時間、維持して焼結部品を形成する工程； （ｆ）焼結部品を、温度Ｔ4 から、約０．５℃／分〜約
３．０℃／分の冷却速度で、約９００℃〜約７００℃の
範囲の温度Ｔ5 まで冷却する工程；並びに （ｇ）焼結部品を、温度Ｔ5 から、約１．５℃／分〜約
３．０℃／分の冷却速度で、ほぼ室温まで冷却してセラ
ミックを形成する工程；によって未処理部品を焼結する
第二工程を含んで成る。
【０００８】圧縮前及び焼結前の形態の本発明に用いる
粉末は、Y2O3のような上述のドーパントと混合した酸化
ジルコニウムを含んで成る。立方晶相及び単斜晶相を含
まない正方晶相の結晶粒構造から実質的に成る本発明の
セラミックを製造するためには、この粉末が特定の特性
をもたなければならない。粉末の粒径及び分布は均一で
あり、平均を約５０μｍとする約３０μｍ〜約６０μｍ
の範囲の凝集塊寸法を示さなければならない。「凝集
塊」は、セラミック粉末の個々の粒子の凝集体として定
義することができ、そして各粒子は多数の結晶粒を含ん
で成ることができる。「結晶粒」は、隣接の結晶粒とは
異なるまたはこれと整合していない立体配向を示す、粒
子内部の結晶として定義することができる。結晶粒径
は、約０．１μｍ〜約０．６μｍの範囲にあるべきで、
好ましい結晶粒径は約０．３μｍである。本明細書で用
いる、例えば正味の形状のセラミックまたは正味の形状
の部品といった用語「正味の形状」は、セラミックが焼
結後に寸法的に適合するので、その所定の作業環境での
使用前にさらに機械加工をする必要がないことを意味す
る。換言すると、焼結の際の未処理部品の収縮量が予想
可能であるということから未処理部品とセラミックの両
方の寸法が予想でき、所定の形状や寸法に適合するセラ
ミック部品が作製されるということである。精密で予想
可能な寸法許容差を得て、本発明の正味の形状のセラミ
ックを作製するためには、圧縮粉末成形体のいずれの軸
に沿った収縮量も、正味の形状のセラミックのそれに対
して約0.001%未満のオーダーでなければならない。そう
すると、このような部品は、機械加工作業を行うことな
く所期の用途に使用することができる。材料の純度も、
約９９．９重量％〜９９．９９重量％の範囲内に十分に
制御しなければならない。すなわち、不純物の存在量
は、約０．１〜約０．０１重量％以下でなければならな
い。
【０００９】粉末の含水量は、圧縮時の粉末の約０．２
〜約１．０体積％の範囲に維持すべきである。乾燥しす
ぎると、粉末が多孔質すぎるセラミックとなり、また水
分濃度が高すぎると、未処理部品の金型面からの良好な
離型を妨げることになりかねない。好ましい含水量は約
０．５％である。
【００１０】粉末は、ダイ圧力などの手段によって未処
理部品へ圧縮される。本明細書で用いる用語「未処理部
品」は、圧縮済の焼結前の状態にある粉末を意味する。
均一密度を示す未処理部品を作製するためには、粉末に
均一な圧縮力を加えて粉末を圧縮しなければならない。
均一な圧縮力を実現する好ましい圧縮装置は、浮動式金
型ダイプレスである。未処理部品は、焼結後に正味の形
状のセラミック製品を作製するように作業員が選定した
所定の密度をもたなければならない。例えば、本明細書
に記載する特別な粉末組成物の場合、好ましい未処理部
品の密度は、約３．２g/cc〜約３．５g/ccの範囲にあ
る。圧縮圧力が、未処理部品の密度を、ひいてはセラミ
ックの密度を決める。圧縮圧力が低すぎると、セラミッ
クの密度が所望の密度よりも低くなり、所望の正味の形
状が得られないことがある。圧縮圧力が高すぎると、未
処理部品が離層し、所期の用途、例えば切削用途にとっ
て不完全なセラミックとなりうる。本発明の粉末に対す
る圧縮圧力は約12,000 psi〜約18,000 psiの範囲にある
べきで、好ましい圧縮圧力は約15,000 psiである。
【００１１】圧縮時間は、選定した圧縮圧力に依存して
作業員が簡単に決めることができる。例えば、圧縮時間
は、約12,000 psi〜約18,000 psiの範囲の圧縮圧力につ
いてはそれぞれ約60秒〜10秒の範囲にあることができ、
また約15,000 psiの圧縮圧力については約30秒である。
本発明による正味の形状のセラミックを作製するため、
選定した粉末についての所定の密度、例えば上記の約
３．２g/cc〜約３．５g/cc、を示す未処理部品を形成す
るのに十分な時間粉末を圧縮する。作業員によって選定
される圧縮圧力及び圧縮時間が、最終部品の寸法に依存
しうることはよく知られている。一般に、部品の寸法が
大きくなるにつれて、圧縮圧力及び／または圧縮時間は
増加する。
【００１２】粉末は、有機水溶性バインダー、例えばポ
リビニルアルコール、ゼラチンまたはポリエステルイオ
ノマーの存在において圧縮する。バインダーを粉末に加
えて、例えばスプレー乾燥やボールミル粉砕によって混
合してから、その粉末を圧縮装置に配置することができ
る。
【００１３】その後、その未処理部品を焼結して本発明
のセラミックを作製する。好ましい焼結スケジュール
は、順に： （ａ）未処理部品を、ほぼ室温から、約０．３℃／分の
速度で約３００℃まで加熱する工程； （ｂ）未処理部品を、約３００℃から、約０．１℃／分
の速度で約４００℃まで加熱する工程； （ｃ）未処理部品を、約４００℃から、約０．４℃／分
の速度で約６００℃まで加熱する工程； （ｄ）未処理部品を、約６００℃から、約１．５℃／分
の速度で約１５００℃まで加熱する工程； （ｅ）未処理部品を、約１５００℃で約１２０分間保持
して、焼結部品を形成する工程； （ｆ）焼結部品を、約１５００℃から、約２℃／分の速
度で約８００℃まで冷却する工程；及び （ｇ）焼結部品を、約８００℃から、約１．６℃／分の
速度でほぼ室温まで冷却し、よってセラミックを形成す
る工程；によって未処理部品を焼結することである。
【００１４】加熱速度及び冷却速度は、未処理部品から
セラミックへの高密度化に影響を与えるので、セラミッ
クにおいて望ましくない寸法変化や亀裂の発生を避ける
ために本発明の上記範囲内に維持されることが必要であ
る。本発明の方法によって、セラミックを所望の正味の
形状の製品から逸脱させかねない収縮が最小限に抑えら
れるので、本発明の焼結スケジュールからの逸脱は、正
味の形状にない製品を生み出しかねない。焼結工程
（ｅ）における温度範囲またはＴ4 からの逸脱は、セラ
ミック製品の密度及び結晶構造に重大な悪影響を及ぼし
かねない。工程（ｅ）の温度またはＴ4 を１４００℃未
満に維持した場合には、セラミックの密度が望ましくな
いほどに低くなり且つ望ましくない単斜晶相を示しう
り、さらに正味の形状にないセラミックを生じかねな
い。該温度を１６００℃よりも高く維持した場合には、
結晶粒径が望ましくないほどに大きくなり且つ望ましく
ない立方晶相を示しうり、さらに正味の形状にないセラ
ミックを生じかねない。しかしながら、上記範囲外への
わずかな変動が、セラミックの正方晶相組成に重大な悪
影響を与えることはないであろう。工程（ｅ）の温度を
保持する時間は、約１４００℃の温度では約３時間、そ
して約１６００℃の温度では約１時間でなければならな
い。温度と時間は指数関数的な相互関係にあり、Ｔ4 が
約１４００℃〜約１６００℃の間の値を有する場合に
は、その焼結時間は、不要な実験を行うことなく作業員
によって容易に決められて、本発明のセラミックを成形
することができる。
【００１５】焼結の雰囲気は、酸素を存在させなければ
ならないので、空気、酸素富化空気、等を含んで成るこ
とができる。
【００１６】図１は、本明細書に記載した未処理部品を
成形するのに有用なダイプレス１０を例示する。ダイプ
レス１０は、支持体１６に取り付けられている固定プラ
ットフォーム１２と可動プラットフォーム１４を含んで
成る。可動プラットフォーム１４は、液圧手段（図示な
し）によって駆動され、また金型及びダイ集成体１８を
支持している。図２は、ロッド２４にスライド式に取り
付けられているプレート２０及び２２を含んで成る集成
体１８をさらに例示する。ダイセット２６及び２８が、
それぞれプレート２０及び２２に取り付けられている。
中央定盤３０は、スペーサープレート３２によってプレ
ート２２に取り付けられており、そしてダイセット２６
及び２８と共にそれらの間にキャビティ３４を画定して
いる。未処理部品は以下のようにして成形される。上述
のようにバインダーを混合した特定量のドープ済ジルコ
ニア系セラミック粉末を、キャビティ３４の中に入れ
る。次いで、上記範囲内の液圧でプレート２０をプラッ
トフォーム１２に接触させるようにプラットフォーム１
４を図１にある矢印方向に移動させて、プレート２２を
プレート２０に押し付け、よって粉末を圧縮して未処理
部品を成形する。プレート２０及び２２はそれぞれロッ
ド２４上で自由に移動するので、粉末に働く圧縮力は実
質的に均一であり、その結果均一な密度を有する未処理
部品が得られる。
【００１７】次いで、その未処理部品を焼結して、図３
に例示した本発明による正味の形状のセラミックパンチ
３６を成形する。パンチ３６は、取付けシャンク４２に
取り付けられた刃先４０を有するセラミックパーホレー
タ３８を含んで成る。パンチ３６は、複数のパンチ３６
を取り付けることができる回転パンチまたは往復パンチ
のような、典型的ないずれのパンチ集成体にもシャンク
４２によって取り付けることができる。パンチ３６は、
写真フィルム、プラスチック、紙及び繊維の孔あけ用と
いった各種の用途に使用することができる。
【００１８】焼結後に加工面を機械加工することなく使
用できる正味の形状のセラミックを作製するためには、
金型及びダイ集成体１８が寸法的な精密許容差を有する
ことが必要である。例えば、それぞれのダイセット２６
及び２８の圧縮面４４及び４６は、平行からの最大設計
偏差、例えば±0.00005 インチを有する平行であること
ができる。中央定盤３０の圧縮面４８及び５０は、面４
４及び４６に垂直であり、そして垂直からの最大設計偏
差、例えば±0.00005 インチを有することができる。上
記の寸法的な精密許容差と収縮制御によって、本発明に
よる正味の形状のセラミックを作製することができる。
【００１９】焼結後に所望の最終寸法のセラミックをも
たらす所望の寸法の未処理部品を作製するには、充填比
を確立しなければならない。「充填比」は、プラットフ
ォーム１４が初期の最下位にあるときのプラットフォー
ム１４の移動軸に沿ったキャビティ３４の高さと、キャ
ビティ３４内の粉末の圧縮軸に沿ったキャビティ３４内
で成形された未処理部品の高さとの比率である。換言す
ると、このような未処理部品の高さは、最終圧縮位置に
おける金型とダイ集成体１８の圧縮面４４及び４６の間
の距離にも等しい。好ましい充填比は約３．０である。
【００２０】
【実施例】本発明を、以下の実施例によってさらに例示
する。
【００２１】実施例１ 酸化イットリウム(Y2O3)と酸化ジルコニウムをそれぞれ
５：９５のモル％比で含んで成るセラミック粉末０．３
グラムを調製した。その粉末は、平均が約５０μｍの３
０μｍ〜６０μｍの凝集塊寸法と、平均が約０．３μｍ
の０．１μｍ〜０．６μｍの結晶粒径と、０．５体積％
の含水量とを示した。未処理部品の４体積％の量のポリ
ビニルアルコールをバインダーとして添加して、ボール
ミル粉砕によって十分に混合した。その粉末を、図１及
び図２に例示したタイプのダイプレスにおいて、充填比
約３．０及び圧縮圧力15,000 psiにて30秒間圧縮して未
処理部品を成形した。その未処理部品を、順に、未処理
部品を室温から０．３℃／分の速度で３００℃まで加熱
し；未処理部品を３００℃から０．１℃／分の速度で４
００℃まで加熱し；未処理部品を４００℃から０．４℃
／分の速度で６００℃まで加熱し；未処理部品を６００
℃から１．５℃／分の速度で１５００℃まで加熱し；未
処理部品を１５００℃で１２０分間保持し；未処理部品
を１５００℃から２℃／分の速度で８００℃まで冷却
し；そして未処理部品を８００℃から約１．６℃／分の
速度で室温まで冷却することによって焼結した。このよ
うに成形された正味の形状のセラミックが示した、未処
理部品からセラミックへの寸法収縮は、0.001%未満であ
った。
【００２２】Phillips社製のＸ線回折計を用いて正味の
形状のセラミックのＸ線回折試験を行い、その結果を図
４に示した。実線は、実際に得られたＸ線回折曲線を示
し、そして破線は比較用に理論単斜晶ピーク値を示して
いる。29.9度における回折ピークの存在は正方晶相の存
在を示し、一方、28度における回折ピークの不在は単斜
晶相の不在を示している。50度における正方晶ピークの
分離は、立方晶相の不在を示し、そしてそのピークが唯
一正方晶相によることを例示している。
【００２３】実施例２ 実施例１を繰り返したが、但し酸化イットリウム(Y2O3)
と酸化ジルコニウムをそれぞれ４：９６のモル％比で含
んで成るセラミック粉末を使用した。その結果を図５に
示したが、実施例１にあるように、正方晶相のみの存在
を示している。
【００２４】実施例３ 図６〜８は、それぞれ MgO、CaO 及びY2O3でドープした
酸化ジルコニウム系セラミックの相図である。図６にお
いて、Tet.ssは正方晶固体状態、Mon.は単斜晶、そして
C ssは立方晶固体状態を示している。図７において、 T
ssは正方晶固体状態、 Cssは立方晶固体状態、そして M
ssは単斜晶固体状態を示している。図８において、 Tss
+ Fssは正方晶及び立方晶、そして Mss + Fssは単斜晶
及び立方晶を示している。実施例１及び２におけるY2O3
ドーパントを使用した試験に基づき、 CaOドーパントに
ついての相図（図７）とY2O3についてのそれとを比較す
ると、ドーパントとしてCaO をY2O3と同じ比率で使用し
て正方晶相のみを有する酸化ジルコニウム系セラミック
を作製できることが明白である。しかしながら、MgO に
ついての相図（図６）とY2O3についてのそれとを比較す
ると、正方晶相のみを有する正味の形状のセラミックを
作製するためには、MgO が、酸化ジルコニウムとのモル
比0.5:99.5〜1.0:99.0においてドーパントとして有用で
あることが示される。
【００２５】
【発明の効果】本発明の方法によって作製されるジルコ
ニア系セラミックは、特定範囲のドーパント濃度におい
て正方晶相の結晶粒から実質的に成る。本発明は、幅広
い範囲のドーパント添加量にわたって正方晶相から実質
的に成る、改善された強度、摩耗及び有効寿命を示す正
味の形状のジルコニア系セラミックを提供することによ
って、従来技術の欠点を解決し、また切削工具のような
用途において有用である。
【００２６】本発明を、その好ましい実施態様を特別に
参照して詳細に説明したが、本発明の範囲及び精神に包
含される変型や改質を行えることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダイプレスの部分断面図である。
【図２】図１の金型及びダイ集成体の拡大断面図であ
る。
【図３】本発明によるセラミックパーホレータパンチの
拡大概略図である。
【図４】本発明のジルコニア系セラミックのＸ線回折曲
線を示すグラフである。
【図５】本発明のジルコニア系セラミックのＸ線回折曲
線を示すグラフである。
【図６】酸化マグネシウムをドープしたジルコニア系セ
ラミックの相図である。
【図７】酸化カルシウムをドープしたジルコニア系セラ
ミックの相図である。
【図８】酸化イットリウムをドープしたジルコニア系セ
ラミックの相図である。
【符号の説明】
１０…ダイプレス １２…固定プラットフォーム １４…可動プラットフォーム １６…支持体 １８…金型及びダイ集成体 ２０、２２…プレート ２４…ロッド ２６、２８…ダイセット ３０…中央定盤 ３２…スペーサープレート ３４…キャビティ ３６…パンチ ３８…パーホレータ ４０…刃先 ４２…取付けシャンク ４４、４６、４８、５０…圧縮面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デニス レイモンド コジオル アメリカ合衆国，ニューヨーク 14623, ロチェスター，サリー ヒル ウェイ484

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 正方晶相の結晶粒構造を有するジルコニ
    ア系セラミックの製造方法において、前記セラミック
    は、酸化ジルコニウムと、稀土類元素、カルシウムもし
    くはマグネシウムの酸化物またはこれらの混合物である
    ドーパントとを含んで成り、前記セラミックは、前記セ
    ラミックが約０．５モル％未満のマグネシウム酸化物を
    含んで成る場合には約３：９７より大きく約５：９５以
    下の範囲のドーパント対酸化ジルコニウムのモル比率を
    示し、前記セラミックは、前記セラミックが約０．５モ
    ル％から約１．０モル％以下のマグネシウム酸化物を含
    んで成る場合には約０．５：９９．５から約１．０：９
    ９．０以下の範囲のドーパント対酸化ジルコニウムのモ
    ル比率を示し、前記セラミックは約１．０モル％を超え
    るマグネシウム酸化物を含んで成ることはなく、前記方
    法は、有機水溶性バインダーの存在において酸化ジルコ
    ニウムとドーパントを含んで成る粉末を圧縮する工程を
    含んで成り、前記粉末は、約０．１μｍ〜約０．６μｍ
    の範囲の平均結晶粒径と、約12,000 psi〜約18,000 psi
    の圧縮圧力で、所定の密度へ前記粉末を圧縮することに
    よって未処理部品を成形するのに十分な時間圧縮した場
    合に、粉末の約０．２〜約１．０体積％の含水量とを示
    し、前記方法は、順に： （ａ）未処理部品を、室温から、約０．１℃／分〜約
    ０．５℃／分の昇温速度で、約２００℃〜約４００℃の
    範囲の温度Ｔ1 まで加熱する工程（但し、Ｔ1 が約４０
    ０℃である場合には以下の工程（ｂ）は行わずに続いて
    工程（ｃ）を行う）； （ｂ）未処理部品を、温度Ｔ1 から、約０．０５℃／分
    〜約０．２℃／分の昇温速度で、約４００℃の温度Ｔ2
    まで加熱する工程； （ｃ）未処理部品を、温度Ｔ2 から、約０．２℃／分〜
    約０．５℃／分の昇温速度で、約５００℃〜約７００℃
    の範囲の温度Ｔ3 まで加熱する工程； （ｄ）未処理部品を、温度Ｔ3 から、約１．０℃／分〜
    約２．０℃／分の昇温速度で、約１４００℃〜約１６０
    ０℃の範囲の温度Ｔ4 まで加熱する工程； （ｅ）未処理部品を、約１４００℃〜約１６００℃の範
    囲内の温度Ｔ4 で、Ｔ 4 が約１４００℃である場合には
    約３時間、Ｔ4 が約１６００℃である場合には約１時
    間、そしてＴ4 がそれらの中間値を有する場合には３時
    間と１時間の間の時間、維持して焼結部品を成形する工
    程； （ｆ）焼結部品を、温度Ｔ4 から、約０．５℃／分〜約
    ３．０℃／分の冷却速度で、約９００℃〜約７００℃の
    範囲の温度Ｔ5 まで冷却する工程；並びに （ｇ）焼結部品を、温度Ｔ5 から、約１．５℃／分〜約
    ３．０℃／分の冷却速度で、ほぼ室温まで冷却して前記
    セラミックを形成する工程；によって未処理部品を焼結
    する工程を含んで成る、ジルコニア系セラミックの製造
    方法。
  2. 【請求項２】 前記ドーパントがY2O3である、請求項１
    記載の方法
  3. 【請求項３】 前記粉末の平均結晶粒径が約０．３μｍ
    である、請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記バインダーがポリビニルアルコール
    である、請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記粉末が、前記粉末の約０．１〜０．
    ０１重量％を超えない量で存在する不純物を有する、請
    求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記ドーパント対酸化ジルコニウムのモ
    ル比が約４：９６〜約５：９５の範囲にある、請求項１
    記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記未処理部品の密度が約３．２g/cc〜
    約３．５g/ccの範囲にあり、そして前記セラミックが正
    味の形状である、請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 充填比が約３：１である、請求項１記載
    の方法。
  9. 【請求項９】 酸化ジルコニウムと、稀土類元素、カル
    シウムもしくはマグネシウムの酸化物またはこれらの混
    合物であるドーパントとから実質的に成るジルコニア系
    セラミックにおいて、前記セラミックは、前記セラミッ
    クが約０．５モル％未満のマグネシウム酸化物を含んで
    成る場合には約３：９７より大きく約５：９５以下の範
    囲のドーパント対酸化ジルコニウムのモル比率を示し、
    前記セラミックは、前記セラミックが約０．５モル％か
    ら約１．０モル％以下のマグネシウム酸化物を含んで成
    る場合には約０．５：９９．５から約１．０：９９．０
    以下の範囲のドーパント対酸化ジルコニウムのモル比率
    を示し、前記セラミックは、約１．０モル％を超えるマ
    グネシウム酸化物を含んで成ることはなく、そして前記
    セラミックは正方晶相の結晶粒から実質的に成る、ジル
    コニア系セラミック。
  10. 【請求項１０】 不必要な成分が、前記セラミックの約
    ０．１〜０．０１重量％を超えない量で存在している、
    請求項９記載のセラミック。
  11. 【請求項１１】 前記ドーパント対酸化ジルコニウムの
    モル比が約４：９６〜約５：９５の範囲にある、請求項
    ９記載のセラミック。
  12. 【請求項１２】 前記ドーパントがY2O3である、請求項
    １１記載のセラミック。
  13. 【請求項１３】 酸化ジルコニウムと、稀土類元素、カ
    ルシウムもしくはマグネシウムの酸化物またはこれらの
    混合物であるドーパントとから実質的に成る正味の形状
    のジルコニア系セラミックを含んで成るセラミック切削
    工具において、前記セラミックは、前記セラミックが約
    ０．５モル％未満のマグネシウム酸化物を含んで成る場
    合には約３：９７より大きく約５：９５以下の範囲のド
    ーパント対酸化ジルコニウムのモル比率を示し、前記セ
    ラミックは、前記セラミックが約０．５モル％から約
    １．０モル％以下のマグネシウム酸化物を含んで成る場
    合には約０．５：９９．５から約１．０：９９．０以下
    の範囲のドーパント対酸化ジルコニウムのモル比率を示
    し、前記セラミックは、約１．０モル％を超えるマグネ
    シウム酸化物を含んで成ることはなく、そして前記セラ
    ミックは正方晶相の結晶粒から実質的に成る、セラミッ
    ク切削工具。
  14. 【請求項１４】 不必要な成分が、前記セラミックの約
    ０．１〜０．０１重量％を超えない量で存在している、
    請求項１３記載のセラミック切削工具。
  15. 【請求項１５】 前記ドーパント対酸化ジルコニウムの
    モル比が約４：９６〜約５：９５の範囲にある、請求項
    １３記載のセラミック切削工具。
  16. 【請求項１６】 前記ドーパントがY2O3である、請求項
    １５記載のセラミック切削工具。
JP34608192A 1991-12-31 1992-12-25 ジルコニア系セラミック及びその製造方法 Expired - Fee Related JP3291049B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US81664691A 1991-12-31 1991-12-31
US816646 1991-12-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05238823A true JPH05238823A (ja) 1993-09-17
JP3291049B2 JP3291049B2 (ja) 2002-06-10

Family

ID=25221248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP34608192A Expired - Fee Related JP3291049B2 (ja) 1991-12-31 1992-12-25 ジルコニア系セラミック及びその製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (2) US5336282A (ja)
EP (1) EP0554637B1 (ja)
JP (1) JP3291049B2 (ja)
DE (1) DE69208453T2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017128466A (ja) * 2016-01-19 2017-07-27 クラレノリタケデンタル株式会社 ジルコニア焼結体及び歯科用製品、並びにそれらの製造方法

Families Citing this family (56)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0729927A1 (en) * 1995-03-03 1996-09-04 Eastman Kodak Company Alumina ceramic articles having cubic spinel on surfaces and methods for preparing alumina ceramic articles and for sintering
US6117805A (en) * 1995-03-13 2000-09-12 Eastman Kodak Company Ceramic guide rails for photographic film and paper and polymeric web perforation
US5520601A (en) * 1995-03-13 1996-05-28 Eastman Kodak Company Ceramic rollers for conveyance of photographic films and paper polymeric webs
US5543269A (en) * 1995-04-04 1996-08-06 Eastman Kodak Company Image writing on ceramics
US5743188A (en) * 1995-10-20 1998-04-28 Eastman Kodak Company Method of imaging a zirconia ceramic surface to produce a lithographic printing plate
US5839370A (en) * 1995-10-20 1998-11-24 Eastman Kodak Company Flexible zirconia alloy ceramic lithographic printing tape and method of using same
US5855173A (en) * 1995-10-20 1999-01-05 Eastman Kodak Company Zirconia alloy cylinders and sleeves for imaging and lithographic printing methods
US5839369A (en) * 1995-10-20 1998-11-24 Eastman Kodak Company Method of controlled laser imaging of zirconia alloy ceramic lithographic member to provide localized melting in exposed areas
US5771764A (en) * 1995-11-13 1998-06-30 Eastman Kodak Company Use of cutting tools for photographic manufacturing operations
US5870956A (en) * 1995-12-21 1999-02-16 Eastman Kodak Company Zirconia ceramic lithographic printing plate
CA2204719A1 (en) * 1996-08-09 1998-02-09 Wayne Kenneth Shaffer Zirconia ceramic as a digital storage media
US5730928A (en) * 1996-08-23 1998-03-24 Eastman Kodak Company Method of making air lubricated hydrodynamic ceramic bearings
US5738446A (en) * 1996-08-23 1998-04-14 Eastman Kodak Company Air lubricated hydrodynamic ceramic bearings
US5776408A (en) * 1996-08-23 1998-07-07 Eastman Kodak Company Method of engraving green ceramic articles
AUPO195896A0 (en) * 1996-08-29 1996-09-19 University Of Queensland, The Ceramic materials
US5762485A (en) 1996-09-06 1998-06-09 Eastman Kodak Company Zirconia and zirconia composite ceramic shafts for gear micropumps and method of making same
US5679611A (en) * 1996-10-09 1997-10-21 Eastman Kodak Company Ceramic article containing a core comprising tetragonal zirconia and a shell comprising zirconium nitride
US5672302A (en) * 1996-10-09 1997-09-30 Eastman Kodak Company In-situ surface nitridation of zirconia ceramics
US6156246A (en) * 1996-10-28 2000-12-05 Eastman Kodak Company Injection molding of fine ceramics
EP0838329A1 (en) * 1996-10-28 1998-04-29 Eastman Kodak Company A materials transporting element
US5900328A (en) * 1996-10-28 1999-05-04 Eastman Kodak Company Materials transporting element
US5908712A (en) * 1996-10-28 1999-06-01 Eastman Kodak Company Ceramic ware plate useful for materials processing equipment
US5688731A (en) * 1996-11-13 1997-11-18 Eastman Kodak Company Ceramic articles containing doped zirconia having high electrical conductivity
US5827470B1 (en) * 1996-11-13 1999-12-07 Eastman Kodak Co Method for preparing a zirconia/zirconium diboride composite
US5735985A (en) * 1996-11-15 1998-04-07 Eastman Kodak Company Method for micromolding ceramic structures
US5793519A (en) * 1996-11-15 1998-08-11 Eastman Kodak Company Micromolded integrated ceramic light reflector
US5889234A (en) * 1996-11-21 1999-03-30 Eastman Kodak Company Zirconia ceramic members with laser induced electrical conductivity in surfaces thereof
US5695828A (en) * 1996-11-21 1997-12-09 Eastman Kodak Company Method for inducing electrical conductivity in zirconia ceramic surfaces
US5696040A (en) * 1996-12-20 1997-12-09 Eastiman Kodak Company Ceramic article containing a core comprising zirconia and a shell comprising zirconium boride
US5702766A (en) * 1996-12-20 1997-12-30 Eastman Kodak Company Process of forming a ceramic article containing a core comprising zirconia and a shell comprising zirconium boride
US5893206A (en) * 1997-02-04 1999-04-13 Eastman Kodak Company Method for the formation and polarization of micromagnets
US5791040A (en) * 1997-02-04 1998-08-11 Eastman Kodak Company Method for making ceramic tools for the production of micromagnets
US5723393A (en) * 1997-03-06 1998-03-03 Eastman Kodak Company Zirconia ceramic article
US6447179B1 (en) * 1997-03-24 2002-09-10 Fuji Photo Film Co., Ltd. Conveying roller for photosensitive material and method of producing the same
US5884387A (en) * 1997-04-03 1999-03-23 Eastman Kodak Company Method of forming self-lubricating, ceramic elements for a drive system or similar apparatus
US5803852A (en) * 1997-04-03 1998-09-08 Eastman Kodak Company Ceramic drive system
EP0869296A3 (en) 1997-04-03 1999-01-13 Eastman Kodak Company Apparatus and method for spooling strips of web
US5843599A (en) * 1997-07-29 1998-12-01 Eastman Kodak Company Erasable ceramic bar-code
US5804342A (en) * 1997-07-29 1998-09-08 Eastman Kodak Company Method of bar-code printing on ceramic members
US5804131A (en) * 1997-10-07 1998-09-08 Eastman Kodak Company Method of manufacturing a ceramic article
US5798308A (en) * 1997-10-07 1998-08-25 Eastman Kodak Company Ceramic article
US5958311A (en) * 1998-02-09 1999-09-28 Eastman Kodak Company Method of manufacturing a ceramic article
US6017839A (en) * 1998-02-09 2000-01-25 Eastman Kodak Company Ceramic article
US5991591A (en) * 1998-03-05 1999-11-23 Eastman Kodak Company Fuser using ceramic roller
US6074109A (en) * 1998-03-25 2000-06-13 Eastman Kodak Company Apparatus for processing photographic media
US5941170A (en) * 1998-04-03 1999-08-24 Eastman Kodak Company Preconditioning receivers using ceramic heating rollers
US5900274A (en) * 1998-05-01 1999-05-04 Eastman Kodak Company Controlled composition and crystallographic changes in forming functionally gradient piezoelectric transducers
US20030156740A1 (en) * 2001-10-31 2003-08-21 Cross Match Technologies, Inc. Personal identification device using bi-directional authorization for access control
US6749653B2 (en) 2002-02-21 2004-06-15 3M Innovative Properties Company Abrasive particles containing sintered, polycrystalline zirconia
JP4470378B2 (ja) * 2003-02-28 2010-06-02 住友化学株式会社 ジルコニア焼結体およびその製造方法
US9259508B2 (en) 2003-03-07 2016-02-16 Louis A. Serafin, Jr. Trust Ceramic manufactures
FR2910466A1 (fr) * 2006-12-21 2008-06-27 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'un materiau ceramique refractaire a haute temperature de solidus.
FR2910465B1 (fr) * 2006-12-21 2011-03-04 Commissariat Energie Atomique Materiau ceramique refractaire a haute temperature de solidus, son procede de fabrication et piece de structure incorporant ledit materiau.
US8209887B2 (en) 2009-06-17 2012-07-03 Syamal Kumar Ghosh Wear resistant support structures for utility equipment
US20170208976A1 (en) * 2016-01-25 2017-07-27 Certine LLC Durable Ceramic Flatware
US11305457B2 (en) * 2019-05-03 2022-04-19 James R. Glidewell Dental Ceramics, Inc. Pressure casting of submicron ceramic particles and methods of ejection

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US690911A (en) * 1898-07-28 1902-01-07 George F Peck Quoin-lock.
US3900542A (en) * 1973-04-26 1975-08-19 Little Inc A Process for sintering finely divided particulates and resulting ceramic products
US3990542A (en) * 1974-12-16 1976-11-09 Tyee Aircraft, Inc. Linear motion arresting device
US4360598A (en) * 1980-03-26 1982-11-23 Ngk Insulators, Ltd. Zirconia ceramics and a method of producing the same
DE3127213A1 (de) * 1981-07-10 1983-01-27 Hauni-Werke Körber & Co KG, 2050 Hamburg Vorrichtung zum perforieren eines huellmaterialstreifens fuer artikel der tabakverarbeitenden industrie
DE3230216A1 (de) * 1981-08-13 1983-08-04 Ngk Spark Plug Co., Ltd., Nagoya, Aichi Sinterkoerper mit hoher zaehigkeit
JPS5836653A (ja) * 1981-08-28 1983-03-03 日本タングステン株式会社 磁性材料粉砕用メディア及びその製造方法
DE3472398D1 (en) * 1983-10-17 1988-08-04 Tosoh Corp High-strength zirconia type sintered body and process for preparation thereof
US4690911A (en) * 1983-10-20 1987-09-01 Hitachi Chemical Co., Ltd. Zirconia ceramics and process for producing the same
US4490319A (en) * 1983-10-26 1984-12-25 General Electric Company Rapid rate sintering of ceramics
JPS60141673A (ja) * 1983-12-27 1985-07-26 日本碍子株式会社 ジルコニア磁器およびその製造法
US4666467A (en) * 1984-04-06 1987-05-19 Toyo Soda Manufacturing Co., Ltd. High-strength metal working tool made of a zirconia-type sintered material
DE3634588A1 (de) * 1986-10-10 1988-04-21 Feldmuehle Ag Sinterformkoerper
US4866014A (en) * 1987-04-13 1989-09-12 Ford Motor Company Method of making a stress resistant, partially stabilized zirconia ceramic
US4886768A (en) * 1987-11-13 1989-12-12 Board Of Regents Acting For And On Behalf Of University Of Michigan Toughened ceramics
EP0397312A1 (en) * 1989-05-12 1990-11-14 General Motors Corporation Low-temperature sintering of toughened zirconia
US5290332A (en) * 1992-03-05 1994-03-01 Eastman Kodak Company Ceramic articles and methods for preparing ceramic articles and for sintering

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017128466A (ja) * 2016-01-19 2017-07-27 クラレノリタケデンタル株式会社 ジルコニア焼結体及び歯科用製品、並びにそれらの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US5336282A (en) 1994-08-09
DE69208453D1 (de) 1996-03-28
EP0554637A1 (en) 1993-08-11
EP0554637B1 (en) 1996-02-21
JP3291049B2 (ja) 2002-06-10
DE69208453T2 (de) 1996-09-26
US5411690A (en) 1995-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3291049B2 (ja) ジルコニア系セラミック及びその製造方法
US5358913A (en) Zirconia ceramic articles having a tetragonal core and cubic casing
US5677072A (en) Zirconia articles having tetragonal cores and monoclinic cases and preparation and sintering methods
US5798308A (en) Ceramic article
JPS62270457A (ja) 金属、セラミック粉末等の成形方法及びそのための組成物
US5711833A (en) Process for the production of thin walled ceramic structures
US5804131A (en) Method of manufacturing a ceramic article
US3917780A (en) Preparation of lead lanthanum zirconate titanate bodies
US5795362A (en) Alumina ceramic articles having cubic spinel on surfaces and methods for preparing alumina ceramic articles and for sintering
US5683481A (en) Method of making core shell structured articles based on alumina ceramics having spinel surfaces
JP3000685B2 (ja) 透光性イットリア焼結体及びその製造方法
Liniger et al. Spatial variations in the sintering rate of ordered and disordered particle structures
US5958311A (en) Method of manufacturing a ceramic article
EP0908424A1 (en) Ceramic article
JPH06158109A (ja) 金属またはセラミックス粉末成形体の脱脂・焼結方法
JPS6343337B2 (ja)
US5885626A (en) Die retaining element
JP2969221B2 (ja) 酸化物超電導体の製造方法
Omatsu et al. Sintering of Acicular NiZn-Ferrite Powder
JPH01319910A (ja) 磁性体およびその製造方法
CN117510200A (zh) 一种超高温织构压电陶瓷制备方法
JPS60186470A (ja) 窒化ケイ素焼結体の製造方法
JPH0511063B2 (ja)
JPH07277816A (ja) セラミックスおよびその製造方法
JPH0649608B2 (ja) 薄膜磁気ヘッド基板用非磁性材料及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080322

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090322

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100322

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100322

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110322

Year of fee payment: 9

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees