JPH0543316A

JPH0543316A - 着色ジルコニアセラミツクス

Info

Publication number: JPH0543316A
Application number: JP3026560A
Authority: JP
Inventors: Yoshiji Harada; 芳次原田
Original assignee: JGC Corp
Current assignee: JGC Corp
Priority date: 1991-02-20
Filing date: 1991-02-20
Publication date: 1993-02-23

Abstract

(57)【要約】【目的】新規な紫色系の着色ジルコニアセラミックス
の提供。【構成】酸化ジルコニウムを主体とし酸化イットリウ
ムと酸化チタンを含む主材１００重量部と、ニッケル化
合物とコバルト化合物の一方あるいは両方からなる着色
材０．２〜６．０重量部を含み緻密に焼結されて紫色系
の色調を呈する着色ジルコニアセラミックスである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、紫色系の色調を呈す
る着色ジルコニアセラミックスに関する。着色ジルコニ
アセラミックスは、時計用ケース、時計バンド、時計用
文字板、ハンドバッグ金具部品、ネクタイピン等の装飾
用部材、高級建材、各種構造部材等の機械部材、電子部
品用基板等のセラミックス電子部材などの各種セラミッ
クス部材に利用が可能である。

【０００２】

【従来の技術】ジルコニアセラミックスは、強靱性で硬
度も高いなど機械的特性が優れており、種々の部品や刃
物類などとして利用されている。また従来より、セラミ
ックスに着色を施し、装飾用などの新しい分野でセラミ
ックスを利用すべく、種々の着色セラミックスが研究さ
れてきている。そして従来、ジルコニアセラミックスを
主材とし、全体を均一に着色した着色セラミックスとし
ては、黒色セラミックスや金色のセラミックスなどが知
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
着色セラミックスを装飾品などとして使用する分野にあ
っては、ジルコニアセラミックスの優れた機械的特性
（高靱性、高硬度など）を維持しつつ、多種類の色調の
セラミックス材料の提供が望まれてきている。即ちこの
ような着色ジルコニアセラミックスによれば、従来の着
色ジルコニアセラミックスと同様の用途に使用できると
ともに、新規な色調であることから商品の多様化が図
れ、消費者の好みに適応させた商品の提供が可能とな
る。そして、このような新規の色調を有する着色ジルコ
ニアセラミックスの要望の一例として、時計用外装部品
用として特に好適な、高級イメージのある紫色系の色調
を有する着色ジルコニアセラミックスが望まれている。

【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、新規な色調である紫色系を有する着色ジルコニアセ
ラミックスの提供を目的としている。

【０００５】

【課題を解決しようとする手段】かかる課題は、酸化ジ
ルコニウムを主体とし、これに酸化イットリウムと酸化
チタンを含むジルコニアセラミックス主材１００重量部
と、ニッケル化合物とコバルト化合物のいずれか一方あ
るいは両方からなる着色材０．２〜６．０重量部とを含
み、緻密に焼結されて紫色系の色調を有する着色ジルコ
ニアセラミックスによって解消される。

【０００６】

【作用】この発明の着色ジルコニアセラミックスは、酸
化ジルコニウムを主体とし、これに酸化イットリウムと
酸化チタンを含むジルコニアセラミックス主材に、ニッ
ケル化合物を添加することにより藤色〜赤紫色の着色セ
ラミックスが得られ、またコバルト化合物を添加するこ
とにより淡紫色〜濃紫色の着色セラミックスが得られ、
これらの着色材を単独にあるいは組み合わせて使用する
ことによって藤色〜濃紫色を有する各種の紫色系ジルコ
ニアセラミックスが得られる。

【０００７】以下、本発明の着色ジルコニアセラミック
スを詳細に説明する。本発明の着色ジルコニアセラミッ
クスの主材となるジルコニアセラミックスは、酸化ジル
コニウム（以下、ジルコニアという）を主体とし、これ
に酸化イットリウム（以下、イットリアという）と酸化
チタン（以下、チタニアという）を含むものである。ジ
ルコニアの強靱性は、応力印加された場合、結晶系が正
方晶系から単斜晶系にマルテンサイト相変態することに
由来する。正方晶系・単斜晶系の混晶系ジルコニアを部
分安定化させるため、イットリアの添加が行なわれる。
又、チタニアの添加でも部分安定化の効果があると推定
されている。

【０００８】このジルコニアセラミックス主材の組成比
は、ジルコニア７０〜９０ｗｔ％、イットリア４〜１４
ｗｔ％、チタニア６〜１６ｗｔ％の範囲とするのが望ま
しい。イットリアの添加量が４ｗｔ％未満であると、イ
ットリアによる部分安定化効果が弱くなり、ジルコニア
セラミックスの焼結体に亀裂を生じてしまうことにな
る。また、イットリア添加量が１４ｗｔ％を超えると、
イットリウムジルコニウム酸化物の偏析が生じ、ジルコ
ニアセラミックスの強度低下を招いてしまう。またチタ
ニアは、コバルト化合物、ニッケル化合物の着色材によ
る着色を明瞭化および均一化するための助色効果を得る
ためのものである。このチタニアの添加量が６ｗｔ％未
満であると、上記着色材による着色を明瞭化および均一
化するための助色効果が十分に得られず、着色材の発色
が十分得られなくなる。一方、チタニアの添加量が１６
ｗｔ％を超えると、得られる着色ジルコニアセラミック
スの曲げ強度が低下して好ましくない。

【０００９】このジルコニアセラミックス主材に添加さ
れる着色材は、ニッケル化合物とコバルト化合物のいず
れか一方あるいは両方からなる着色材が用いられる。ニ
ッケルおよびコバルトの化合物としては、通常はこれら
の金属元素の酸化物、硝酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、水
酸化物などが用いられる。ジルコニアセラミックス主材
に、ニッケル化合物を添加することにより藤色〜赤紫色
の着色セラミックスが得られ、またコバルト化合物を添
加することにより淡紫色〜濃紫色の着色セラミックスが
得られ、これらの着色材を単独にあるいは組み合わせて
使用することによって藤色〜濃紫色を呈する着色セラミ
ックスが得られる。この着色材の添加量は、ジルコニア
セラミックス主材１００重量部に対し、０．２〜６．０
重量部とされ、好ましくは０．３〜３．０重量部であ
る。着色材の添加量が０．２重量部以下であると発色が
薄くなって紫色の色調が得られなくなる。一方、着色材
の添加量が６．０重量部を越えると黒色あるいは褐色化
してやはり紫色系の色調が得られなくなるとともに、着
色ジルコニアセラミックスの強度が低下してしまう。着
色材を３．０重量部以上添加する場合には、ジルコニア
セラミックス主材中のチタニアの混合比を高くする必要
があるが、この主材中のチタニアの添加量を多くすると
強度が弱まることから、高強度かつ色調の良好な着色セ
ラミックスを得る目的であれば、主材中のチタニア量を
１０ｗｔ％以下とし、着色材の添加量を０．２〜３．０
ｗｔ％とするのが望ましい。

【００１０】この着色ジルコニアセラミックスを製造す
るには、ジルコニアセラミックス主材の材料であるジル
コニア、イットリア、チタニアと、着色材であるニッケ
ル化合物とコバルト化合物のいずれか一方あるいは両方
との各粉末材料を前述した組成範囲となるように混合す
る。この混合はボールミルを用いた湿式粉砕混合により
行なうのが望ましい。各粉末材料を粉砕混合し、必要に
応じて有機バインダーを添加して乾燥した後、この混合
粉末を、板状、円板状、リング状、ブロック状、筒状な
どの所望形状に成形する。この混合材料の成形操作にお
いては、所望の形状の金型に上記混合粉末を入れ、１ｔ
／ｃｍ²程度の圧力で成形する乾式成形法が好適に使用
される。また場合によってはこの乾式成形の後、ＣＩＰ
(冷間静水圧加圧)処理を施しても良い。次いで、成形体
を焼結炉内に入れ、大気雰囲気中、１３００〜１５００
℃、好ましくは１３５０〜１４５０℃で１時間〜十数時
間焼成する。この焼成温度で焼成を行なうことにより着
色材であるニッケルおよびコバルト共に発色が良好とな
りかつ主材のジルコニアセラミックスの機械特性も良好
となる。焼成温度が低いと着色材による発色が不均一と
なり焼きむらが生じるとともに、主材の焼結が促進され
ず、焼結体の強度低下を招いてしまう。また焼成温度が
１５００℃よりも高いとジルコニアの結晶系が成長する
ため、焼結体の機械特性が劣化してしまう。この焼成に
より本発明による紫色系の着色ジルコニアセラミックス
が得られる。

【００１１】この着色ジルコニアセラミックスの色調
は、添加する着色量の種類（ニッケル化合物とコバルト
化合物の一方又は両方）や添加量に応じ、藤色〜濃紫色
の様々な美しい色調を得ることができる。得られた焼結
体は、通常のジルコニアセラミックス材料と同様にして
鏡面研磨や裁断を行うことができ、必要に応じて研磨や
裁断を施して時計用外装部品などの装飾材料あるいは電
子,機械部品などの各種の部材として利用される。

【００１２】またこの着色ジルコニアセラミックスの別
な製造方法として、ジルコニア、イットリア、チタニア
の各粉末材料を粉砕混合し、次いで成形して９００〜１
０５０℃で仮焼成し、その後硝酸コバルトあるいは硝酸
ニッケルの水溶液中に仮焼成品を浸漬して仮焼成品中に
これら化合物を含浸させ、乾燥後焼成して着色ジルコニ
アセラミックスを製造することもできる。なおこの場合
には仮焼成品に含浸される着色材化合物の量（乾燥後）
が、主材（仮焼成品）１００重量部に対して０．２〜
６．０重量部となるように、液濃度を調整する必要があ
る。

【００１３】なお、上述の製造例では、混合粉末を乾式
プレス機を用いて成形したが、この乾式プレス成形法の
代わりにドクターブレード法、押出成形法などの他の成
形法を用いることもできる。

【００１４】

【実施例】市販のジルコニア粉末（３ｍｏｌ％のイット
リア添加ジルコニア粉末）、ジルコニア粉末、チタニア
粉末と、着色材である酸化ニッケル粉末、硝酸ニッケル
粉末、酸化コバルト粉末、硝酸コバルト粉末を用意し、
これらを表１に示す比率で混合した。

【００１５】

【表１】

【００１６】各原料粉末をボールミル粉砕機中に入れ、
１６時間混合粉砕しこれに有機バインダーを添加して乾
燥した。１５０メッシュ以下に粉砕した混合粉末を乾式
プレス機を用い圧力１ｔ／ｃｍ²で直径４０ｍｍ、厚さ
３ｍｍの円板状に成形した。この成形品を焼成炉に入
れ、大気雰囲気中、１４００℃、２時間焼成した。そし
て、得られた焼成品の表面を研磨して色調を観察した。
また強度試験機を用いて曲げ強度を測定した。上述の各
操作を表１中に示した１〜１７の各試料について行な
い、その結果を表１に示した。

【００１７】表１の結果より、本発明の範囲に含まれる
試料２，３，４，５，７，８，９，１０，１１，１２，
１３，１４及び１５のうち試料５と１０を除く各試料は
紫色系の色調を呈した。試料５と１０は、それぞれ着色
材を主材１００重量部に対して３重量部添加したもので
あるが、得られた色調は褐色ないし黒褐色であった。し
かし主材中のチタニアを多くすると、試料１４，１５の
ように着色材を５重量部としても紫色系の色調が得られ
ることから、試料５および試料１０についても主材中の
チタニアを多くすることで紫色系の色調を得ることが可
能である。また各試料の曲げ強度を見ると、着色材の量
を増やした場合あるいは主材中のチタニアを多くした場
合に曲げ強度が低下する傾向が見られた。これらのこと
から主材中に添加する着色材の量は、０．２〜６．０重
量部、好ましくは０．３〜３．０重量部が望ましいこと
が判明した。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による着
色ジルコニアセラミックスは、ジルコニアを主体とし、
これに少なくともイットリアとチタニアを含むジルコニ
アセラミックス主材１００重量部と、ニッケル化合物と
コバルト化合物のいずれか一方あるいは両方からなる着
色材０．２〜６．０重量部とを含み、緻密に焼結されて
従来の着色ジルコニアセラミックスにはない新規な紫色
系の美しい色調を有するものなので、ジルコニアセラミ
ックスの持つ強靱性、高硬度などの優れた機械特性を保
持しつつ新規な色調の材料として使用でき、特に装飾用
外装品として利用価値が高い。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化ジルコニウムを主体とし、これに少
なくとも酸化イットリウムと酸化チタンを含むジルコニ
アセラミックス主材１００重量部と、ニッケル化合物とコバルト化合物のいずれか一方あるい
は両方からなる着色材０．２〜６．０重量部とを含み、
緻密に焼結されて紫色系の色調を有する着色ジルコニア
セラミックス。