JPH1095660A - アルミナ系セラミック物品の製造方法 - Google Patents
アルミナ系セラミック物品の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アルミナを主体とするコア部と立方晶スピネ
ルを主体とするシェル部が得られる物品の製造方法を提
供すること。 【解決手段】 第一濃度の粒状アルミニウム酸化物と第
二濃度の粒状ジルコニウム酸化物合金との混合物を圧縮
する工程であって、前記ジルコニウム酸化物合金がジル
コニウム酸化物と特定の第二酸化物とから本質的に成
り、前記圧縮工程がさらにブランクの形成をも含む工
程；前記ブランクとドーパント酸化物とを接触させる工
程；並びに、前記ドーパント酸化物を接触させたまま前
記ブランクを焼結する工程を含む方法であって、前記第
一濃度は、前記第一濃度と前記第二濃度の合計に対して
５０重量％〜７５重量％である、セラミック物品の製造
方法。
ルを主体とするシェル部が得られる物品の製造方法を提
供すること。 【解決手段】 第一濃度の粒状アルミニウム酸化物と第
二濃度の粒状ジルコニウム酸化物合金との混合物を圧縮
する工程であって、前記ジルコニウム酸化物合金がジル
コニウム酸化物と特定の第二酸化物とから本質的に成
り、前記圧縮工程がさらにブランクの形成をも含む工
程；前記ブランクとドーパント酸化物とを接触させる工
程；並びに、前記ドーパント酸化物を接触させたまま前
記ブランクを焼結する工程を含む方法であって、前記第
一濃度は、前記第一濃度と前記第二濃度の合計に対して
５０重量％〜７５重量％である、セラミック物品の製造
方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック物品及
びその製造方法に、より詳細には、α−アルミナを主体
とするコア部と立方晶スピネルを主体とするシェル部と
を有するアルミナ系セラミック物品に関する。
びその製造方法に、より詳細には、α−アルミナを主体
とするコア部と立方晶スピネルを主体とするシェル部と
を有するアルミナ系セラミック物品に関する。
【０００２】
【従来の技術】写真フィルムや印画紙のような材料の製
造では、孔あけ機やスリットナイフのようなバイトは、
突発故障や腐食を防止するための耐衝撃性と共に、実用
寿命や生産性を向上させるための耐磨耗性が必要とされ
る。従来のバイト材、例えば、高速度鋼、焼入可能なス
テンレススチール、接合タングステンカーバイドは、こ
れらの要件の一部を満たすが、実用寿命の改善には制限
があり、また磨耗によるメンテナンスを頻繁に要すると
いう問題がある。
造では、孔あけ機やスリットナイフのようなバイトは、
突発故障や腐食を防止するための耐衝撃性と共に、実用
寿命や生産性を向上させるための耐磨耗性が必要とされ
る。従来のバイト材、例えば、高速度鋼、焼入可能なス
テンレススチール、接合タングステンカーバイドは、こ
れらの要件の一部を満たすが、実用寿命の改善には制限
があり、また磨耗によるメンテナンスを頻繁に要すると
いう問題がある。
【０００３】イットリアをドープした正方晶ジルコニア
系多結晶（Ｙ−ＴＺＰ）セラミック材料は従来の材料よ
りも利点が多く、そのため写真フィルムや紙ウェブの切
断、孔あけ、スリッティング及びチョッピングに用いら
れている。Ｙ−ＴＺＰは最も靱性の高いセラミックスの
一つである。靱性は硬さや強さを犠牲にして達成され
る。正方晶ジルコニア合金／アルミナ系複合材、すなわ
ち、ジルコニア合金とアルミナの粒子混合物を焼結して
得られた生成物は、強靱且つ比較的軟質な構造用複合材
である。正方晶ジルコニア合金／アルミナ系複合材が示
す潤滑特性は、ＳｉＣやＳｉ3 Ｎ4 のような他の高性能
構造用セラミックスほど魅力的なものではない。硬度及
び強度が良好な材料の一例として一体式の立方晶スピネ
ルがあるが、この材料は非常に脆いため、構造用途には
使用することはできない。
系多結晶（Ｙ−ＴＺＰ）セラミック材料は従来の材料よ
りも利点が多く、そのため写真フィルムや紙ウェブの切
断、孔あけ、スリッティング及びチョッピングに用いら
れている。Ｙ−ＴＺＰは最も靱性の高いセラミックスの
一つである。靱性は硬さや強さを犠牲にして達成され
る。正方晶ジルコニア合金／アルミナ系複合材、すなわ
ち、ジルコニア合金とアルミナの粒子混合物を焼結して
得られた生成物は、強靱且つ比較的軟質な構造用複合材
である。正方晶ジルコニア合金／アルミナ系複合材が示
す潤滑特性は、ＳｉＣやＳｉ3 Ｎ4 のような他の高性能
構造用セラミックスほど魅力的なものではない。硬度及
び強度が良好な材料の一例として一体式の立方晶スピネ
ルがあるが、この材料は非常に脆いため、構造用途には
使用することはできない。
【０００４】耐衝撃性を有する工具や部品は、コア部が
強靱な材料でできており、表面部又はシェル部が硬質材
料でできていると、実用寿命が長くなり性能もよくなる
ことが知られている。一般的な例として、窒化又は硬化
層浸炭金属工具部品、カムシャフト、等が挙げられる。
浸炭や窒化などの表面処理により、より強靱なコア部の
表面に安定な硬質相が形成される。この相変化は、母体
の金属材料と反応性物質、例えば炭素種又は窒素種、と
の反応性に依存する。セラミックスの場合、元来化学的
に不活性であるため、同等な複合構造を製作することが
できなかった。応力が引き起こす相変化を伴う表面領域
を有するセラミック物品は、使用時の使用面の摩擦によ
りこのような相変化が起こるので、非常に容易に得られ
る。Ｙ−ＴＺＰの場合、応力により、強靱であるがさほ
ど硬くはない正方晶相からより硬質の単斜晶相への転移
が引き起こされる。この相変化は様々な使途がある。米
国特許第５，２９０，３３２号明細書に記載されている
ように、ネットシェイプ型正方晶ジルコニア合金系物品
を製造することができる。「ネットシェイプ」とは、セ
ラミック物品の寸法が焼結後にも変化しないため、所期
の使用環境において使用する前にさらに機械加工する必
要のないセラミック物品をさす。使用時に、ネットシェ
イプ物品の使用面が相転移を受ける。適当な許容差を設
けることで、相転移前の使用面での磨耗減量は無視でき
る。別法として、単斜晶系ジルコニアへの相転移は、工
具製造時の研削仕上やラップ仕上などの磨耗工程によっ
ても引き起こすことができる。いずれの方法も、物品の
寸法とその相特性が同時に変化するため、簡単な方法で
はない。どちらの方法も、形状の複雑な物品で行う場合
には非常に問題が大きい。
強靱な材料でできており、表面部又はシェル部が硬質材
料でできていると、実用寿命が長くなり性能もよくなる
ことが知られている。一般的な例として、窒化又は硬化
層浸炭金属工具部品、カムシャフト、等が挙げられる。
浸炭や窒化などの表面処理により、より強靱なコア部の
表面に安定な硬質相が形成される。この相変化は、母体
の金属材料と反応性物質、例えば炭素種又は窒素種、と
の反応性に依存する。セラミックスの場合、元来化学的
に不活性であるため、同等な複合構造を製作することが
できなかった。応力が引き起こす相変化を伴う表面領域
を有するセラミック物品は、使用時の使用面の摩擦によ
りこのような相変化が起こるので、非常に容易に得られ
る。Ｙ−ＴＺＰの場合、応力により、強靱であるがさほ
ど硬くはない正方晶相からより硬質の単斜晶相への転移
が引き起こされる。この相変化は様々な使途がある。米
国特許第５，２９０，３３２号明細書に記載されている
ように、ネットシェイプ型正方晶ジルコニア合金系物品
を製造することができる。「ネットシェイプ」とは、セ
ラミック物品の寸法が焼結後にも変化しないため、所期
の使用環境において使用する前にさらに機械加工する必
要のないセラミック物品をさす。使用時に、ネットシェ
イプ物品の使用面が相転移を受ける。適当な許容差を設
けることで、相転移前の使用面での磨耗減量は無視でき
る。別法として、単斜晶系ジルコニアへの相転移は、工
具製造時の研削仕上やラップ仕上などの磨耗工程によっ
ても引き起こすことができる。いずれの方法も、物品の
寸法とその相特性が同時に変化するため、簡単な方法で
はない。どちらの方法も、形状の複雑な物品で行う場合
には非常に問題が大きい。
【０００５】別の方法が米国特許第５，３５８，９１３
号明細書に記載されており、本明細書ではこれを参照す
ることにより援用する。その方法では、ネットシェイプ
に近づけることができる正方晶ジルコニア合金の物品を
圧縮した後、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｓｃ2 Ｏ3 、
ＣｅＯ2 若しくは稀土類酸化物ドーパント又はこれらの
混合物の存在下で焼結し、正方晶コア部と立方晶シェル
部を有する物品を製造している。該ドーパントは、固体
プレート、粉末、又は有機金属前駆体フィルムの分解に
より得られた層のように、様々な形態で提供することが
できる。米国特許出願第０７／９９４，８２０号（１９
９４年４月２５日出願のＣＩＰ出願第０８／２３１，８
７０号及び１９９５年７月２５日出願の分割出願第０８
／５０６，６２９号のため放棄済）に、正方晶ジルコニ
ア合金コア部と単斜晶系シェル部を有する物品の製造方
法が記載されている。米国特許出願第０７／９９４，８
１８号（本明細書では参照することにより援用する１９
９５年３月３日出願のＣＩＰ出願第０８／４００，４１
６号のため放棄済）に、正方晶ジルコニア合金及びアル
ミナのコア部と、正方晶ジルコニア及び立方晶スピネル
のシェル部とを有する物品の製造方法が記載されてい
る。そのコア部とシェル部における主成分種は正方晶ジ
ルコニアである。上記出願明細書はさらに、正方晶ジル
コニア合金に約５重量％未満のアルミナを加えたコア部
と、立方晶ジルコニア及び立方晶スピネルからなるシェ
ル部とを有する物品の製造方法をも教示している。
号明細書に記載されており、本明細書ではこれを参照す
ることにより援用する。その方法では、ネットシェイプ
に近づけることができる正方晶ジルコニア合金の物品を
圧縮した後、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｓｃ2 Ｏ3 、
ＣｅＯ2 若しくは稀土類酸化物ドーパント又はこれらの
混合物の存在下で焼結し、正方晶コア部と立方晶シェル
部を有する物品を製造している。該ドーパントは、固体
プレート、粉末、又は有機金属前駆体フィルムの分解に
より得られた層のように、様々な形態で提供することが
できる。米国特許出願第０７／９９４，８２０号（１９
９４年４月２５日出願のＣＩＰ出願第０８／２３１，８
７０号及び１９９５年７月２５日出願の分割出願第０８
／５０６，６２９号のため放棄済）に、正方晶ジルコニ
ア合金コア部と単斜晶系シェル部を有する物品の製造方
法が記載されている。米国特許出願第０７／９９４，８
１８号（本明細書では参照することにより援用する１９
９５年３月３日出願のＣＩＰ出願第０８／４００，４１
６号のため放棄済）に、正方晶ジルコニア合金及びアル
ミナのコア部と、正方晶ジルコニア及び立方晶スピネル
のシェル部とを有する物品の製造方法が記載されてい
る。そのコア部とシェル部における主成分種は正方晶ジ
ルコニアである。上記出願明細書はさらに、正方晶ジル
コニア合金に約５重量％未満のアルミナを加えたコア部
と、立方晶ジルコニア及び立方晶スピネルからなるシェ
ル部とを有する物品の製造方法をも教示している。
【０００６】α相アルミナは正方晶ジルコニアよりも硬
質である。スピネルはα−アルミナよりも硬質であり、
また立方晶ジルコニアとほぼ同等の硬さを示す。
質である。スピネルはα−アルミナよりも硬質であり、
また立方晶ジルコニアとほぼ同等の硬さを示す。
【０００７】発明者及び出願人が本願と同一である１９
９６年６月２５日出願の第０８／６７０，０５８号のた
めに放棄済の１９９５年３月３日出願の米国特許出願第
０８／３９８，３３１号明細書に記載されている方法
は、第一濃度の粒状アルミニウム酸化物と第二濃度の粒
状ジルコニウム酸化物合金との混合物を圧縮する工程で
あって、前記ジルコニウム酸化物合金がジルコニウム酸
化物とＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｓｃ2 Ｏ3 及び稀土
類酸化物から成る群より選ばれた第二酸化物とから本質
的に成り、前記ジルコニウム酸化物合金における前記第
二酸化物の濃度が前記ジルコニウム酸化物合金全体に対
して約２〜約２０モル％であり、前記圧縮工程がさらに
ブランクの形成をも含む工程；前記ブランクの形成に続
き、前記ブランクとＭｇＯ、ＺｎＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、
ＮｉＯ及びＭｎＯから成る群より選ばれたドーパント酸
化物とを接触させる工程；並びに、前記ドーパント酸化
物を接触させたまま前記ブランクを焼結する工程であっ
て、前記焼結工程は、前記ドーパント酸化物を前記ブラ
ンクの表面部へ拡散させ、前記表面部における前記アル
ミニウム酸化物粒子を立方晶スピネルへ転移させ、且つ
前記表面部における前記ジルコニウム酸化物合金粒子を
正方晶構造から立方晶構造及び単斜晶構造へ転移させる
工程をも含む方法であって、前記第一濃度は前記第一濃
度と前記第二濃度の合計の５０重量％よりも高く、且
つ、前記第一濃度は前記表面部に前記ジルコニウム酸化
物合金粒子が正方晶構造を主体として保持されないよう
十分に高い濃度であり、よって（１）正方晶構造の前記
ジルコニウム酸化物合金及び（２）アルミニウム酸化物
の焼結粒子から本質的に成るコア部と、（ａ）非正方晶
構造のジルコニウム酸化物合金及び（ｂ）立方晶スピネ
ルの焼結粒子を含むシェル部と有するセラミック物品が
得られる方法である。この出願明細書には、第一濃度が
第一濃度と第二濃度の合計に対して０〜５０重量％未満
の場合又は７５重量％よりも高い場合の方法が記載され
ている。
９６年６月２５日出願の第０８／６７０，０５８号のた
めに放棄済の１９９５年３月３日出願の米国特許出願第
０８／３９８，３３１号明細書に記載されている方法
は、第一濃度の粒状アルミニウム酸化物と第二濃度の粒
状ジルコニウム酸化物合金との混合物を圧縮する工程で
あって、前記ジルコニウム酸化物合金がジルコニウム酸
化物とＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｓｃ2 Ｏ3 及び稀土
類酸化物から成る群より選ばれた第二酸化物とから本質
的に成り、前記ジルコニウム酸化物合金における前記第
二酸化物の濃度が前記ジルコニウム酸化物合金全体に対
して約２〜約２０モル％であり、前記圧縮工程がさらに
ブランクの形成をも含む工程；前記ブランクの形成に続
き、前記ブランクとＭｇＯ、ＺｎＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、
ＮｉＯ及びＭｎＯから成る群より選ばれたドーパント酸
化物とを接触させる工程；並びに、前記ドーパント酸化
物を接触させたまま前記ブランクを焼結する工程であっ
て、前記焼結工程は、前記ドーパント酸化物を前記ブラ
ンクの表面部へ拡散させ、前記表面部における前記アル
ミニウム酸化物粒子を立方晶スピネルへ転移させ、且つ
前記表面部における前記ジルコニウム酸化物合金粒子を
正方晶構造から立方晶構造及び単斜晶構造へ転移させる
工程をも含む方法であって、前記第一濃度は前記第一濃
度と前記第二濃度の合計の５０重量％よりも高く、且
つ、前記第一濃度は前記表面部に前記ジルコニウム酸化
物合金粒子が正方晶構造を主体として保持されないよう
十分に高い濃度であり、よって（１）正方晶構造の前記
ジルコニウム酸化物合金及び（２）アルミニウム酸化物
の焼結粒子から本質的に成るコア部と、（ａ）非正方晶
構造のジルコニウム酸化物合金及び（ｂ）立方晶スピネ
ルの焼結粒子を含むシェル部と有するセラミック物品が
得られる方法である。この出願明細書には、第一濃度が
第一濃度と第二濃度の合計に対して０〜５０重量％未満
の場合又は７５重量％よりも高い場合の方法が記載され
ている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記特許出願が意図し
ていない材料から、アルミナを主体とするコア部と立方
晶スピネルを主体とするシェル部が得られる物品の製造
方法を提供することが望まれる。
ていない材料から、アルミナを主体とするコア部と立方
晶スピネルを主体とするシェル部が得られる物品の製造
方法を提供することが望まれる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミック物品
の製造方法のより上位概念として、アルミナ系セラミッ
ク物品及び該物品の製造方法が提供される。本発明によ
る方法は、下記（１）〜（３）の工程を有する。 （１）第一濃度の粒状アルミニウム酸化物と第二濃度の
粒状ジルコニウム酸化物との混合物を圧縮する工程。第
一濃度は、第一濃度と第二濃度の合計の５０重量％より
も高い。第一濃度は、シェル部にジルコニウム酸化物合
金粒子が正方晶構造を主体として保持されないよう十分
に高い濃度である。ジルコニウム酸化物合金は、ジルコ
ニウム酸化物と、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｃｅ
Ｏ2 、Ｓｃ2Ｏ3 及び稀土類酸化物から成る群より選ば
れた第二酸化物又はこれら第二酸化物の混合物とから本
質的に成る。ジルコニウム酸化物合金における第二酸化
物の濃度は、ジルコニウム酸化物合金全体に対して、Ｙ
2 Ｏ3 の場合には約０．５〜約５モル％、ＭｇＯの場合
には約０．１〜約１．０モル％、ＣｅＯ2 の場合には約
０．５〜約１５モル％、Ｓｃ2 Ｏ3 の場合には約０．５
〜約７．０モル％、そしてＣａＯの場合には約０．５〜
約５モル％である。圧縮工程の結果、ブランクが形成さ
れる。
の製造方法のより上位概念として、アルミナ系セラミッ
ク物品及び該物品の製造方法が提供される。本発明によ
る方法は、下記（１）〜（３）の工程を有する。 （１）第一濃度の粒状アルミニウム酸化物と第二濃度の
粒状ジルコニウム酸化物との混合物を圧縮する工程。第
一濃度は、第一濃度と第二濃度の合計の５０重量％より
も高い。第一濃度は、シェル部にジルコニウム酸化物合
金粒子が正方晶構造を主体として保持されないよう十分
に高い濃度である。ジルコニウム酸化物合金は、ジルコ
ニウム酸化物と、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｃｅ
Ｏ2 、Ｓｃ2Ｏ3 及び稀土類酸化物から成る群より選ば
れた第二酸化物又はこれら第二酸化物の混合物とから本
質的に成る。ジルコニウム酸化物合金における第二酸化
物の濃度は、ジルコニウム酸化物合金全体に対して、Ｙ
2 Ｏ3 の場合には約０．５〜約５モル％、ＭｇＯの場合
には約０．１〜約１．０モル％、ＣｅＯ2 の場合には約
０．５〜約１５モル％、Ｓｃ2 Ｏ3 の場合には約０．５
〜約７．０モル％、そしてＣａＯの場合には約０．５〜
約５モル％である。圧縮工程の結果、ブランクが形成さ
れる。
【００１０】（２）ブランクの形成に続き、該ブランク
とＭｇＯ、ＺｎＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ及びＭｎＯ
から成る群より選ばれたドーパント酸化物とを接触させ
る工程。 （３）ドーパント酸化物を接触させたままブランクを焼
結する工程。焼結工程中、ドーパント酸化物がブランク
の表面部に拡散し、シェル部におけるアルミニウム酸化
物粒子は立方晶スピネル（該組成は、ドーパント酸化物
がＭｇＯの場合にはＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ドーパント酸化物
が亜鉛酸化物の場合にはＺｎＡｌ2 Ｏ4となる）へ転移
し、そしてシェル部におけるジルコニウム酸化物合金粒
子は正方晶構造から立方晶構造及び単斜晶構造へ転移す
る。尚、第一濃度は、第一濃度と第二濃度の合計に対し
て、５０重量％〜７５重量％である。
とＭｇＯ、ＺｎＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ及びＭｎＯ
から成る群より選ばれたドーパント酸化物とを接触させ
る工程。 （３）ドーパント酸化物を接触させたままブランクを焼
結する工程。焼結工程中、ドーパント酸化物がブランク
の表面部に拡散し、シェル部におけるアルミニウム酸化
物粒子は立方晶スピネル（該組成は、ドーパント酸化物
がＭｇＯの場合にはＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ドーパント酸化物
が亜鉛酸化物の場合にはＺｎＡｌ2 Ｏ4となる）へ転移
し、そしてシェル部におけるジルコニウム酸化物合金粒
子は正方晶構造から立方晶構造及び単斜晶構造へ転移す
る。尚、第一濃度は、第一濃度と第二濃度の合計に対し
て、５０重量％〜７５重量％である。
【００１１】本発明のセラミック物品は、アルミナを主
体とするコア部と立方晶スピネルを主体とするシェル部
とを有する。該コア部は、アルミニウム酸化物の焼結粒
子又はアルミニウム酸化物と正方晶構造のジルコニウム
酸化物合金の焼結粒子である。表面部又はシェル部は、
立方晶スピネル又は立方晶スピネルと非正方晶構造のジ
ルコニウム酸化物合金の焼結粒子である。
体とするコア部と立方晶スピネルを主体とするシェル部
とを有する。該コア部は、アルミニウム酸化物の焼結粒
子又はアルミニウム酸化物と正方晶構造のジルコニウム
酸化物合金の焼結粒子である。表面部又はシェル部は、
立方晶スピネル又は立方晶スピネルと非正方晶構造のジ
ルコニウム酸化物合金の焼結粒子である。
【００１２】本発明の方法では、粒状アルミニウム酸化
物又は、粒状アルミニウム酸化物を主成分とし粒状ジル
コニア合金を副成分とする混合物、を圧縮し焼結する。
焼結工程は、ＭｇＯ、ＦｅＯ、ＺｎＯ、ＮｉＯ及びＭｎ
Ｏの中から選ばれたドーパント又はこれらの混合物の存
在下で行うが、詳細については後述する。本発明により
得られるアルミナ系セラミック物品は、アルミナのコア
部又はアルミナと正方晶ジルコニア合金のコア部、並び
に、立方晶スピネルのシェル部又は立方晶スピネルと立
方晶構造若しくは立方晶及び単斜晶構造のジルコニア合
金のシェル部を有する。
物又は、粒状アルミニウム酸化物を主成分とし粒状ジル
コニア合金を副成分とする混合物、を圧縮し焼結する。
焼結工程は、ＭｇＯ、ＦｅＯ、ＺｎＯ、ＮｉＯ及びＭｎ
Ｏの中から選ばれたドーパント又はこれらの混合物の存
在下で行うが、詳細については後述する。本発明により
得られるアルミナ系セラミック物品は、アルミナのコア
部又はアルミナと正方晶ジルコニア合金のコア部、並び
に、立方晶スピネルのシェル部又は立方晶スピネルと立
方晶構造若しくは立方晶及び単斜晶構造のジルコニア合
金のシェル部を有する。
【００１３】本発明の方法は、粒状アルミナ、並びにＺ
ｒＯ2 と、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ 3 、ＣｅＯ2 、Ｓｃ
2 Ｏ3 及びその他の稀土類酸化物の中から選ばれた追加
の「第二酸化物」との粒状合金、を使用する。本発明の
方法において有用なジルコニア合金は、得られたセラミ
ック物品を使用する際の温度範囲及び圧力範囲において
準安定な正方晶構造を有する。例えば、約２００℃以下
の温度及び約１０００ＭＰａ以下の圧力の場合、ジルコ
ニア合金は、ジルコニウム酸化物合金全体に対して、Ｙ
2 Ｏ3 の場合には約０．５〜約５モル％、ＭｇＯの場合
には約０．１〜約１．０モル％、ＣｅＯ2 の場合には約
０．５〜約１５モル％、Ｓｃ2 Ｏ3 の場合には約０．５
〜約７．０モル％、そしてＣａＯの場合には約０．５〜
約５モル％を有する。ジルコニアとの合金化に好適な酸
化物はＹ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ2 、Ｓｃ2 Ｏ
3 、稀土類酸化物及びこれら酸化物の混合物である。ジ
ルコニア粉末は純度が高いこと、すなわち、純度約９
９．９％以上であることが好ましい。有用なジルコニア
合金の具体例として、約０．５〜約５モル％、好ましく
は約２〜約５モル％、より好ましくは約３モル％のＹ2
Ｏ3 を含有する正方晶構造のジルコニア合金が挙げられ
る。ＭｇＯの場合には、０．１〜１．０モル％で正方晶
構造が得られ、またＣｅＯ2 の場合には、０．５〜１５
モル％で正方晶構造が得られ、０．５〜約５モル％のカ
ルシウム酸化物、約０．５〜７．０モル％のＳｃ2 Ｏ3
でそれぞれ正方晶構造が得られる。本発明の方法におい
て有用な正方晶構造のジルコニア合金の例が、米国特許
第５，２９０，３３２号及び同第５，４１１，６９０号
明細書に記載されている。これらの特許明細書中、この
ようなジルコニア合金は「ネットシェイプ」のセラミッ
ク物品、すなわち焼結による寸法変化がないため、所期
の使用環境において使用する前にさらに機械加工する必
要のないセラミック物品、が得られるので有用であると
記載されている。
ｒＯ2 と、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ 3 、ＣｅＯ2 、Ｓｃ
2 Ｏ3 及びその他の稀土類酸化物の中から選ばれた追加
の「第二酸化物」との粒状合金、を使用する。本発明の
方法において有用なジルコニア合金は、得られたセラミ
ック物品を使用する際の温度範囲及び圧力範囲において
準安定な正方晶構造を有する。例えば、約２００℃以下
の温度及び約１０００ＭＰａ以下の圧力の場合、ジルコ
ニア合金は、ジルコニウム酸化物合金全体に対して、Ｙ
2 Ｏ3 の場合には約０．５〜約５モル％、ＭｇＯの場合
には約０．１〜約１．０モル％、ＣｅＯ2 の場合には約
０．５〜約１５モル％、Ｓｃ2 Ｏ3 の場合には約０．５
〜約７．０モル％、そしてＣａＯの場合には約０．５〜
約５モル％を有する。ジルコニアとの合金化に好適な酸
化物はＹ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ2 、Ｓｃ2 Ｏ
3 、稀土類酸化物及びこれら酸化物の混合物である。ジ
ルコニア粉末は純度が高いこと、すなわち、純度約９
９．９％以上であることが好ましい。有用なジルコニア
合金の具体例として、約０．５〜約５モル％、好ましく
は約２〜約５モル％、より好ましくは約３モル％のＹ2
Ｏ3 を含有する正方晶構造のジルコニア合金が挙げられ
る。ＭｇＯの場合には、０．１〜１．０モル％で正方晶
構造が得られ、またＣｅＯ2 の場合には、０．５〜１５
モル％で正方晶構造が得られ、０．５〜約５モル％のカ
ルシウム酸化物、約０．５〜７．０モル％のＳｃ2 Ｏ3
でそれぞれ正方晶構造が得られる。本発明の方法におい
て有用な正方晶構造のジルコニア合金の例が、米国特許
第５，２９０，３３２号及び同第５，４１１，６９０号
明細書に記載されている。これらの特許明細書中、この
ようなジルコニア合金は「ネットシェイプ」のセラミッ
ク物品、すなわち焼結による寸法変化がないため、所期
の使用環境において使用する前にさらに機械加工する必
要のないセラミック物品、が得られるので有用であると
記載されている。
【００１４】図１は、合金化工程の略図である。ジルコ
ニア粉末１００を一種又は二種以上の第二酸化物粉末１
０２と組み合わせてジルコニア合金粉末１０４を得る。
ジルコニア合金の製造については当業者であれば周知で
あり、またジルコニア合金は市販もされている。例え
ば、Ｙ2 Ｏ3 を３モル％含有する粒状ジルコニア合金が
Z-TECH社(Bow, New Hampshire)より「SYP-ULTRA 5.2 Yt
tria Stabilized Zirconia」として市販されている。
ニア粉末１００を一種又は二種以上の第二酸化物粉末１
０２と組み合わせてジルコニア合金粉末１０４を得る。
ジルコニア合金の製造については当業者であれば周知で
あり、またジルコニア合金は市販もされている。例え
ば、Ｙ2 Ｏ3 を３モル％含有する粒状ジルコニア合金が
Z-TECH社(Bow, New Hampshire)より「SYP-ULTRA 5.2 Yt
tria Stabilized Zirconia」として市販されている。
【００１５】当業者には周知であるように、アルミナ及
びジルコニア合金のいずれにおいても、結晶粒や凝集の
大きさや分布、含水量及び結合剤（使用した場合）につ
いては変動幅がある。「結晶粒 (grain)」とは、個別の
結晶をいい、粒子(particle)の内部に存在することがで
き、隣接結晶粒とは異なる空間定位(spatial orientati
on) を有する。「凝集体 (agglomerate)」とは、個別の
粒子の団結をいい、それぞれが多数の結晶粒を含む場合
もある。本発明の具体的実施態様において、アルミナ及
びジルコニア合金の結晶粒や凝集の大きさや分布及び含
水量は、実質的に同等であり、そしてあたかもジルコニ
ア合金とアルミナとの混合が行われないように、すなわ
ちジルコニア合金物品の製造に適していることが当該技
術分野で知られている方法で、選定される。
びジルコニア合金のいずれにおいても、結晶粒や凝集の
大きさや分布、含水量及び結合剤（使用した場合）につ
いては変動幅がある。「結晶粒 (grain)」とは、個別の
結晶をいい、粒子(particle)の内部に存在することがで
き、隣接結晶粒とは異なる空間定位(spatial orientati
on) を有する。「凝集体 (agglomerate)」とは、個別の
粒子の団結をいい、それぞれが多数の結晶粒を含む場合
もある。本発明の具体的実施態様において、アルミナ及
びジルコニア合金の結晶粒や凝集の大きさや分布及び含
水量は、実質的に同等であり、そしてあたかもジルコニ
ア合金とアルミナとの混合が行われないように、すなわ
ちジルコニア合金物品の製造に適していることが当該技
術分野で知られている方法で、選定される。
【００１６】本発明の具体的実施態様にとって好適な粒
子の特性の一例は以下の通りである。純度は９９．９〜
９９．９９％の範囲で十分に制御すること、すなわち不
純物が約０．１〜０．０１％を上回らないことが好まし
い。結晶粒の大きさは約０．１〜約０．６μｍである。
結晶粒の大きさの平均は０．３μｍである。結晶粒の大
きさの分布は、０．１μｍ未満が５〜１５％、０．３μ
ｍ未満が４０〜６０％及び０．６μｍ未満が８５〜９５
％である。個々の結晶粒の表面積は約１０〜約１５ｍ2
／グラムの範囲にあり、１４ｍ2 ／グラムであることが
好ましい。凝集体の大きさは約３０〜約６０μｍの範囲
にあり、凝集体の大きさの平均は４０〜６０μｍであ
る。含水率はブランクに対して約０．２〜１．０体積
％、好ましくは０．５体積％である。粒状物の混合物
は、ゼラチン又はポリビニルイオノマー、より好ましく
はポリビニルアルコールのようなバインダーの存在下で
圧縮される。バインダーは、粉末混合物を圧縮装置に入
れる前にスプレー法やボールミル粉砕法等で、粒状混合
物に添加して混合する。
子の特性の一例は以下の通りである。純度は９９．９〜
９９．９９％の範囲で十分に制御すること、すなわち不
純物が約０．１〜０．０１％を上回らないことが好まし
い。結晶粒の大きさは約０．１〜約０．６μｍである。
結晶粒の大きさの平均は０．３μｍである。結晶粒の大
きさの分布は、０．１μｍ未満が５〜１５％、０．３μ
ｍ未満が４０〜６０％及び０．６μｍ未満が８５〜９５
％である。個々の結晶粒の表面積は約１０〜約１５ｍ2
／グラムの範囲にあり、１４ｍ2 ／グラムであることが
好ましい。凝集体の大きさは約３０〜約６０μｍの範囲
にあり、凝集体の大きさの平均は４０〜６０μｍであ
る。含水率はブランクに対して約０．２〜１．０体積
％、好ましくは０．５体積％である。粒状物の混合物
は、ゼラチン又はポリビニルイオノマー、より好ましく
はポリビニルアルコールのようなバインダーの存在下で
圧縮される。バインダーは、粉末混合物を圧縮装置に入
れる前にスプレー法やボールミル粉砕法等で、粒状混合
物に添加して混合する。
【００１７】図１の工程「Ａ」は、粒状ジルコニア合金
１０４と粒状アルミニウム酸化物１０３の混合を概略説
明するものである。混合は、機械的な混合であってもよ
いし、また共沈法による混合など化学的な混合であって
もよい。形成した粒状混合物におけるＡｌ2 Ｏ3 の含有
率は（粒状混合物の全量に対して）約７５〜１００重量
％、好ましくは約８０〜約９９重量％、より好ましくは
約８０〜約９５重量％である。
１０４と粒状アルミニウム酸化物１０３の混合を概略説
明するものである。混合は、機械的な混合であってもよ
いし、また共沈法による混合など化学的な混合であって
もよい。形成した粒状混合物におけるＡｌ2 Ｏ3 の含有
率は（粒状混合物の全量に対して）約７５〜１００重量
％、好ましくは約８０〜約９９重量％、より好ましくは
約８０〜約９５重量％である。
【００１８】ジルコニア合金とアルミナの粒状混合物１
０４を圧縮し、焼結が起こる温度範囲にまで加熱し、焼
結させ、すなわち該温度範囲で一定時間維持し、その後
冷却する。後述するように、焼結工程の全部又は一部に
おいて、粒状混合物にドーパントを接触させておく。図
１において、要素１０６は、矢印「Ｂ」が示すように混
合及び圧縮の両方による生成物を表す。本明細書では、
図１において「Ｂ」及び「Ｃ」が示すように、一般に圧
縮及び焼結を二つの連続工程として記載するが、本発明
は圧縮と焼結の特定の順序に限定されるものではない。
例えば、圧縮と焼結を単一工程で同時に行うこと、或い
は部分圧縮工程の後に焼結、次いでさらに圧縮を行うこ
とも可能である。圧縮工程及び焼結工程による中間生成
物を本明細書では「ブランク」と称し、これを図１では
要素１０８として表す。ブランク１０８は、少なくとも
部分的に圧縮されており、且つ未焼結又は不完全焼結の
状態にある。
０４を圧縮し、焼結が起こる温度範囲にまで加熱し、焼
結させ、すなわち該温度範囲で一定時間維持し、その後
冷却する。後述するように、焼結工程の全部又は一部に
おいて、粒状混合物にドーパントを接触させておく。図
１において、要素１０６は、矢印「Ｂ」が示すように混
合及び圧縮の両方による生成物を表す。本明細書では、
図１において「Ｂ」及び「Ｃ」が示すように、一般に圧
縮及び焼結を二つの連続工程として記載するが、本発明
は圧縮と焼結の特定の順序に限定されるものではない。
例えば、圧縮と焼結を単一工程で同時に行うこと、或い
は部分圧縮工程の後に焼結、次いでさらに圧縮を行うこ
とも可能である。圧縮工程及び焼結工程による中間生成
物を本明細書では「ブランク」と称し、これを図１では
要素１０８として表す。ブランク１０８は、少なくとも
部分的に圧縮されており、且つ未焼結又は不完全焼結の
状態にある。
【００１９】圧縮及び焼結の完了により最終製品である
アルミナセラミック物品１０８が得られる。該物品は、
アルミナから又はアルミナと正方晶構造のジルコニア合
金とから実質的に成るコア部１１２及び立方晶スピネル
とジルコニア合金とから実質的に成るシェル部又は表面
部１１０を有する。シェル部に含まれるジルコニア合金
は立方晶構造であるか又は立方晶と単斜晶の混合構造で
ある。この点で、シェル部が正方晶ジルコニアと立方晶
スピネル（Ａｌ2 Ｏ3 約５〜約５０重量％）である結果
及び立方晶ジルコニアと立方晶スピネル（Ａｌ2 Ｏ3 約
５重量％未満）である結果とは対照的である。
アルミナセラミック物品１０８が得られる。該物品は、
アルミナから又はアルミナと正方晶構造のジルコニア合
金とから実質的に成るコア部１１２及び立方晶スピネル
とジルコニア合金とから実質的に成るシェル部又は表面
部１１０を有する。シェル部に含まれるジルコニア合金
は立方晶構造であるか又は立方晶と単斜晶の混合構造で
ある。この点で、シェル部が正方晶ジルコニアと立方晶
スピネル（Ａｌ2 Ｏ3 約５〜約５０重量％）である結果
及び立方晶ジルコニアと立方晶スピネル（Ａｌ2 Ｏ3 約
５重量％未満）である結果とは対照的である。
【００２０】実施例と比較例の結果を見る前は、本発明
者らは、ジルコニア合金とアルミナのいずれの相対％に
ついても転移を説明できるものと考えていた。本発明者
らが予想した結果は、熱力学的に立方晶スピネルの形成
は正方晶ジルコニアの立方晶ジルコニアへの転移よりも
はるかに起こりやすく、しかもその作用機構はアルミナ
の濃度によるというものであった。
者らは、ジルコニア合金とアルミナのいずれの相対％に
ついても転移を説明できるものと考えていた。本発明者
らが予想した結果は、熱力学的に立方晶スピネルの形成
は正方晶ジルコニアの立方晶ジルコニアへの転移よりも
はるかに起こりやすく、しかもその作用機構はアルミナ
の濃度によるというものであった。
【００２１】本発明者らが発見したことは、意外にも、
ブランクにおけるアルミナ濃度が（ジルコニアとアルミ
ナの全量に対して）約５０〜約７５重量％の範囲にある
場合には、本発明の方法により、立方晶スピネルと正方
晶ジルコニアを含むシェル部及びアルミナと正方晶ジル
コニアを含むコア部を有する物品が得られる、というこ
とであった。焼結工程中、ドーパントは、そのすべてが
アルミナと接触し反応して「仕切られる(partitioned)
」まで、実際に正方晶ジルコニアを通り越して拡散す
る。対照的に、ブランクにおけるアルミナ濃度が約５重
量％未満であるか又は約７５重量％を超える場合には、
本発明の方法により得られる物品は、立方晶スピネルと
立方晶ジルコニア又は立方晶及び単斜晶ジルコニアとを
主体として成るシェル部及びアルミナと正方晶ジルコニ
アを含むコア部を有する。「主体として」とは、相の存
在量が９９．５％以上であることをいう。焼結工程中、
ドーパントは、そのすべてがアルミナと接触し反応する
まで実際に正方晶ジルコニアを通り越して拡散すること
はなく、近隣のアルミナ及び正方晶ジルコニアと反応
し、ブランクのより深部に位置するアルミナは未反応の
ままとなる。
ブランクにおけるアルミナ濃度が（ジルコニアとアルミ
ナの全量に対して）約５０〜約７５重量％の範囲にある
場合には、本発明の方法により、立方晶スピネルと正方
晶ジルコニアを含むシェル部及びアルミナと正方晶ジル
コニアを含むコア部を有する物品が得られる、というこ
とであった。焼結工程中、ドーパントは、そのすべてが
アルミナと接触し反応して「仕切られる(partitioned)
」まで、実際に正方晶ジルコニアを通り越して拡散す
る。対照的に、ブランクにおけるアルミナ濃度が約５重
量％未満であるか又は約７５重量％を超える場合には、
本発明の方法により得られる物品は、立方晶スピネルと
立方晶ジルコニア又は立方晶及び単斜晶ジルコニアとを
主体として成るシェル部及びアルミナと正方晶ジルコニ
アを含むコア部を有する。「主体として」とは、相の存
在量が９９．５％以上であることをいう。焼結工程中、
ドーパントは、そのすべてがアルミナと接触し反応する
まで実際に正方晶ジルコニアを通り越して拡散すること
はなく、近隣のアルミナ及び正方晶ジルコニアと反応
し、ブランクのより深部に位置するアルミナは未反応の
ままとなる。
【００２２】これらの結果は、濃度のみに基づく単純な
作用機構とは適合しない。これらの結果は、焼結工程中
のドーパントの拡散速度、等、いくつかの予測できない
競争因子に基づく作用機構に適合するようである。
作用機構とは適合しない。これらの結果は、焼結工程中
のドーパントの拡散速度、等、いくつかの予測できない
競争因子に基づく作用機構に適合するようである。
【００２３】粉末の圧縮方法は特に問題とはならない。
本発明の好ましい実施態様では、アルミナ又は粒状混合
物を低温圧縮することにより未焼結ブランク（本明細書
では「未処理プレフォーム」とも称する）を得る。「低
温圧縮」とは、粒状混合物をそのバインダーのガラス転
移温度又は分解温度よりも低い温度で圧縮することをい
う。未処理プレフォームは、低温一軸プレス、低温等圧
プレス、低温押出、等の方法で製造することができる。
粒状混合物に均一な圧縮力を加えることで密度の均一な
ブランクを提供することが好ましい。
本発明の好ましい実施態様では、アルミナ又は粒状混合
物を低温圧縮することにより未焼結ブランク（本明細書
では「未処理プレフォーム」とも称する）を得る。「低
温圧縮」とは、粒状混合物をそのバインダーのガラス転
移温度又は分解温度よりも低い温度で圧縮することをい
う。未処理プレフォームは、低温一軸プレス、低温等圧
プレス、低温押出、等の方法で製造することができる。
粒状混合物に均一な圧縮力を加えることで密度の均一な
ブランクを提供することが好ましい。
【００２４】均一な圧縮力を達成する好適な圧縮装置
は、米国特許第５，２９０，３３２号明細書に記載され
ている浮動式成形金型プレス１０（図２）である。金型
プレスは固定プラットフォーム１２と支柱１６に取り付
けられた可動プラットフォーム１４とを含む。可動プラ
ットフォーム１４は液圧手段（図示なし）により駆動さ
れ、そして金型集成体１８を支える。さらに図３は、プ
レート２０、２２を含む集成体１８を図示するものであ
る。これらのプレートはロッド２４の上にスライド可能
に搭載されている。プレート２０、２２にはダイ組２
６、２８がそれぞれ搭載されている。中央定盤３０がス
ペーサープレート３２によりプレート２２上に搭載され
ており、ダイ組２６、２８と共にキャビティ３４を画定
する。粒状混合物の圧縮は、まず所定量をキャビティ３
４に配置することにより行われる。次いで、プラットフ
ォーム１４を図２に示した矢印の方向に移動させ、プレ
ート２０を前記範囲の液圧でプラットフォーム１２に接
触させ、プレート２２をプレート２０の方向に押し、よ
って粉末を圧縮してブランク又は未処理プレフォームを
形成する。粉末にかかる圧縮力は、プレート２０、２２
が各々自由にロッド２４の上で動くので実質的に均一と
なり、密度が均一なブランクが得られる。
は、米国特許第５，２９０，３３２号明細書に記載され
ている浮動式成形金型プレス１０（図２）である。金型
プレスは固定プラットフォーム１２と支柱１６に取り付
けられた可動プラットフォーム１４とを含む。可動プラ
ットフォーム１４は液圧手段（図示なし）により駆動さ
れ、そして金型集成体１８を支える。さらに図３は、プ
レート２０、２２を含む集成体１８を図示するものであ
る。これらのプレートはロッド２４の上にスライド可能
に搭載されている。プレート２０、２２にはダイ組２
６、２８がそれぞれ搭載されている。中央定盤３０がス
ペーサープレート３２によりプレート２２上に搭載され
ており、ダイ組２６、２８と共にキャビティ３４を画定
する。粒状混合物の圧縮は、まず所定量をキャビティ３
４に配置することにより行われる。次いで、プラットフ
ォーム１４を図２に示した矢印の方向に移動させ、プレ
ート２０を前記範囲の液圧でプラットフォーム１２に接
触させ、プレート２２をプレート２０の方向に押し、よ
って粉末を圧縮してブランク又は未処理プレフォームを
形成する。粉末にかかる圧縮力は、プレート２０、２２
が各々自由にロッド２４の上で動くので実質的に均一と
なり、密度が均一なブランクが得られる。
【００２５】金型集成体１８は、最終セラミック物品の
使用面を焼結後に機械加工する必要性をなくす又は最小
限に抑えるため、寸法的に精密な許容差を有するべきで
ある。例えば、ダイ組２６、２８の各圧縮面４４、４６
は、設計上の平行面からの最大のずれ幅が±０．００１
２７ｍｍ（０．００００５インチ）であるような平行性
を有することができる。中央定盤３０の圧縮面４８、５
０は面４４、４６に垂直であることができ、設計上の垂
直面からの最大のずれ幅は±０．００１２７ｍｍ（０．
００００５インチ）である。充填比は、所望の最終寸法
のセラミック物品が焼結後に得られる所望の寸法のブラ
ンクが得られるように設定すべきである。「充填比」と
は、プラットフォーム１４が初期の最低位置にある場合
のプラットフォーム１４の移動軸に沿ったキャビティ３
４の高さと、キャビティ３４の中の粉末の圧縮軸に沿っ
たキャビティ３４の中で形成された未処理部品の高さと
の比率である。換言すれば、未処理プレフォームの高さ
は、金型集成体１８の圧縮面４４、４６の間の、最終圧
縮位置にあるときの距離にも等しい。
使用面を焼結後に機械加工する必要性をなくす又は最小
限に抑えるため、寸法的に精密な許容差を有するべきで
ある。例えば、ダイ組２６、２８の各圧縮面４４、４６
は、設計上の平行面からの最大のずれ幅が±０．００１
２７ｍｍ（０．００００５インチ）であるような平行性
を有することができる。中央定盤３０の圧縮面４８、５
０は面４４、４６に垂直であることができ、設計上の垂
直面からの最大のずれ幅は±０．００１２７ｍｍ（０．
００００５インチ）である。充填比は、所望の最終寸法
のセラミック物品が焼結後に得られる所望の寸法のブラ
ンクが得られるように設定すべきである。「充填比」と
は、プラットフォーム１４が初期の最低位置にある場合
のプラットフォーム１４の移動軸に沿ったキャビティ３
４の高さと、キャビティ３４の中の粉末の圧縮軸に沿っ
たキャビティ３４の中で形成された未処理部品の高さと
の比率である。換言すれば、未処理プレフォームの高さ
は、金型集成体１８の圧縮面４４、４６の間の、最終圧
縮位置にあるときの距離にも等しい。
【００２６】本発明の好ましい方法では、粉末を低温圧
縮して「未処理プレフォーム」を得る。この「未焼結」
密度は、セラミック物品１０８の最終焼結後密度よりも
実質的に低い。シェル部１１０の最終焼結後密度とコア
部１１２の最終焼結後密度とには若干の差はあるが、非
常に小さい物品１０８を除き、この差は無視することが
でき、最終焼結後密度は焼結後のコア部の密度と等しい
とみなすことができる。未焼結密度は最終焼結後密度の
約４０〜約６５％、より好ましくは約６０％であること
が好ましい。
縮して「未処理プレフォーム」を得る。この「未焼結」
密度は、セラミック物品１０８の最終焼結後密度よりも
実質的に低い。シェル部１１０の最終焼結後密度とコア
部１１２の最終焼結後密度とには若干の差はあるが、非
常に小さい物品１０８を除き、この差は無視することが
でき、最終焼結後密度は焼結後のコア部の密度と等しい
とみなすことができる。未焼結密度は最終焼結後密度の
約４０〜約６５％、より好ましくは約６０％であること
が好ましい。
【００２７】特定の粉末分布については、未焼結密度は
圧縮圧及び充填比に大きく依存する。本発明の方法にお
ける好適な圧縮圧は約１０，０００〜３０，０００ｐｓ
ｉ（６９〜２０７ＭＰａ）である。より好適な圧縮圧は
約１５，０００ｐｓｉ（約１００ＭＰａ）である。充填
比は約２．５：１〜約３．５：１に維持される。好適な
充填比は約３．０：１である。圧縮時間は、設定した圧
縮圧により、運転者が容易に決めることができる。圧縮
時間は、例えば、圧縮圧の範囲が約１２，０００〜約１
８，０００ｐｓｉの範囲にある場合には約６０秒〜約１
０秒の範囲とすることができる。圧縮圧が１５，０００
ｐｓｉ（１００ＭＰａ）である場合には、圧縮時間は３
０秒とすることができる。運転者が設定した圧縮圧及び
圧縮時間は最終部品１０８の大きさに依存しうることが
知られている。一般に、部品の大きさが大きくなるにつ
れ、圧縮時間は長くなる。
圧縮圧及び充填比に大きく依存する。本発明の方法にお
ける好適な圧縮圧は約１０，０００〜３０，０００ｐｓ
ｉ（６９〜２０７ＭＰａ）である。より好適な圧縮圧は
約１５，０００ｐｓｉ（約１００ＭＰａ）である。充填
比は約２．５：１〜約３．５：１に維持される。好適な
充填比は約３．０：１である。圧縮時間は、設定した圧
縮圧により、運転者が容易に決めることができる。圧縮
時間は、例えば、圧縮圧の範囲が約１２，０００〜約１
８，０００ｐｓｉの範囲にある場合には約６０秒〜約１
０秒の範囲とすることができる。圧縮圧が１５，０００
ｐｓｉ（１００ＭＰａ）である場合には、圧縮時間は３
０秒とすることができる。運転者が設定した圧縮圧及び
圧縮時間は最終部品１０８の大きさに依存しうることが
知られている。一般に、部品の大きさが大きくなるにつ
れ、圧縮時間は長くなる。
【００２８】本発明の方法における焼結法は、従来のア
ルミナセラミック焼結法とは異なる。従来の焼結法で
は、焼結中にＺｒＯ2 又はＡｌ2 Ｏ3 のプレート上にブ
ランクを配置することが慣例である。この方法で得られ
るセラミック部品は、シェル部及び部品内部の両方に、
アルミナ又はアルミナ及び正方晶構造ジルコニア合金が
残存する。米国特許第５，２９０，３３２号明細書の方
法では、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 、ＣｅＯ2 、Ｓｃ2
Ｏ3 及びその他の稀土類酸化物から選ばれた「ドーパン
ト」の存在下で、ジルコニア合金セラミックブランクを
焼結している。これらの物質は「合金化剤」、すなわち
ＺｒＯ2 と組み合わされてジルコニア合金、特に周囲温
度、周囲圧力で正方晶構造を有するジルコニア合金、を
提供することができる酸化物を代表するものである。米
国特許第５，２９０，３３２号明細書の方法では、焼結
工程により、物品のジルコニア合金シェル部を正方晶相
から立方晶相へ変化させている。上記米国特許出願第０
７／９９４，８１８号の一部継続出願の方法では、アル
ミナ及び正方晶ジルコニアを含有するブランクを焼結す
ることにより、物品のシェル部が、アルミナ濃度に依存
して、スピネル及び正方晶ジルコニア又はスピネル及び
立方晶ジルコニアへ変化する。本発明の方法の新規性で
あり意外な特徴は、得られる物品のシェル部が立方晶の
スピネル及び立方晶の（又は立方晶と単斜晶の）ジルコ
ニアである点にある。
ルミナセラミック焼結法とは異なる。従来の焼結法で
は、焼結中にＺｒＯ2 又はＡｌ2 Ｏ3 のプレート上にブ
ランクを配置することが慣例である。この方法で得られ
るセラミック部品は、シェル部及び部品内部の両方に、
アルミナ又はアルミナ及び正方晶構造ジルコニア合金が
残存する。米国特許第５，２９０，３３２号明細書の方
法では、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 、ＣｅＯ2 、Ｓｃ2
Ｏ3 及びその他の稀土類酸化物から選ばれた「ドーパン
ト」の存在下で、ジルコニア合金セラミックブランクを
焼結している。これらの物質は「合金化剤」、すなわち
ＺｒＯ2 と組み合わされてジルコニア合金、特に周囲温
度、周囲圧力で正方晶構造を有するジルコニア合金、を
提供することができる酸化物を代表するものである。米
国特許第５，２９０，３３２号明細書の方法では、焼結
工程により、物品のジルコニア合金シェル部を正方晶相
から立方晶相へ変化させている。上記米国特許出願第０
７／９９４，８１８号の一部継続出願の方法では、アル
ミナ及び正方晶ジルコニアを含有するブランクを焼結す
ることにより、物品のシェル部が、アルミナ濃度に依存
して、スピネル及び正方晶ジルコニア又はスピネル及び
立方晶ジルコニアへ変化する。本発明の方法の新規性で
あり意外な特徴は、得られる物品のシェル部が立方晶の
スピネル及び立方晶の（又は立方晶と単斜晶の）ジルコ
ニアである点にある。
【００２９】本発明の方法の焼結工程では、ＭｇＯ、Ｆ
ｅＯ、ＺｎＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ及びＭｎＯから成る群よ
り選ばれたドーパント酸化物又はその混合物を、ブラン
クと接触させる。焼結の結果、セラミック物品（１０
８）の密度が理論密度と等しくなるか又はこれに近くな
ることが好ましい。より好ましくは、セラミック物品１
０８の密度は理論密度の約９９．５〜約９９．９％であ
る。焼結は空気中又はその他の酸素含有雰囲気で行われ
る。
ｅＯ、ＺｎＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ及びＭｎＯから成る群よ
り選ばれたドーパント酸化物又はその混合物を、ブラン
クと接触させる。焼結の結果、セラミック物品（１０
８）の密度が理論密度と等しくなるか又はこれに近くな
ることが好ましい。より好ましくは、セラミック物品１
０８の密度は理論密度の約９９．５〜約９９．９％であ
る。焼結は空気中又はその他の酸素含有雰囲気で行われ
る。
【００３０】本発明の方法は、特定のいずれの焼結圧及
び焼結温度条件にも限定はされない。焼結は大気圧で行
うことができ、また別法として焼結工程の全部又は一部
に比較的高圧を適用することにより多孔度を下げること
ができる。焼結は、物品のシェル部が焼結されて熱力学
的平衡構造に到達するのに十分な時間継続される。焼結
圧を高めた有用な範囲の一例として、約６９〜約２０７
ＭＰａ、より好ましくは約１００〜１０３ＭＰａが挙げ
られる。焼結温度の有用な範囲の一例として、約１４０
０〜約１６００℃、より好ましくは約１５００℃が挙げ
られる。焼結時間の有用な範囲の一例として、約１〜約
３時間、より好ましくは約２時間が挙げられる。本発明
の方法の具体的実施態様では、焼結ピーク温度を１５０
０℃とし、その温度を約２時間維持している。
び焼結温度条件にも限定はされない。焼結は大気圧で行
うことができ、また別法として焼結工程の全部又は一部
に比較的高圧を適用することにより多孔度を下げること
ができる。焼結は、物品のシェル部が焼結されて熱力学
的平衡構造に到達するのに十分な時間継続される。焼結
圧を高めた有用な範囲の一例として、約６９〜約２０７
ＭＰａ、より好ましくは約１００〜１０３ＭＰａが挙げ
られる。焼結温度の有用な範囲の一例として、約１４０
０〜約１６００℃、より好ましくは約１５００℃が挙げ
られる。焼結時間の有用な範囲の一例として、約１〜約
３時間、より好ましくは約２時間が挙げられる。本発明
の方法の具体的実施態様では、焼結ピーク温度を１５０
０℃とし、その温度を約２時間維持している。
【００３１】焼結ブランクの焼結温度への加熱及び冷却
を徐々に行うことで、望ましくない寸法変化やクラック
の発生を回避することが好ましい。好適な焼結温度１５
００℃による本発明の実施態様では、加熱時の好適な昇
温法は、室温〜約３００℃を約０．３℃／分、約３００
℃〜約４００℃を約０．１℃／分、約４００℃〜約６０
０℃を約０．４℃／分、そして約６００℃〜約１５００
℃を約１．５℃／分とするものである。冷却時の好適な
降温法は、約１５００℃〜約８００℃を約２℃／分、そ
して約８００℃〜室温を約１．６℃／分とするものであ
る。
を徐々に行うことで、望ましくない寸法変化やクラック
の発生を回避することが好ましい。好適な焼結温度１５
００℃による本発明の実施態様では、加熱時の好適な昇
温法は、室温〜約３００℃を約０．３℃／分、約３００
℃〜約４００℃を約０．１℃／分、約４００℃〜約６０
０℃を約０．４℃／分、そして約６００℃〜約１５００
℃を約１．５℃／分とするものである。冷却時の好適な
降温法は、約１５００℃〜約８００℃を約２℃／分、そ
して約８００℃〜室温を約１．６℃／分とするものであ
る。
【００３２】焼結工程中のドーパントをブランクと接触
させておく方法に特に制限はないが、本明細書中の用語
「シェル部」は、焼結工程中にドーパントが接触してい
るブランクの領域に限定される。例えば、立方晶のスピ
ネル及びジルコニア合金のシェル部を、本発明の方法に
より物品の表面全体の一部に容易に生ぜしめることがで
きる。初期の焼結工程、すなわち完全密度までの密度増
加をもたらすことのない焼結工程の際にドーパントをブ
ランクと接触させることは重要ではない。
させておく方法に特に制限はないが、本明細書中の用語
「シェル部」は、焼結工程中にドーパントが接触してい
るブランクの領域に限定される。例えば、立方晶のスピ
ネル及びジルコニア合金のシェル部を、本発明の方法に
より物品の表面全体の一部に容易に生ぜしめることがで
きる。初期の焼結工程、すなわち完全密度までの密度増
加をもたらすことのない焼結工程の際にドーパントをブ
ランクと接触させることは重要ではない。
【００３３】比較例では、焼結工程中にブランクとドー
パントを接触させる別法が記載されている。比較例で
は、焼結工程中、アルミナプレートの上にブランクを載
せている。
パントを接触させる別法が記載されている。比較例で
は、焼結工程中、アルミナプレートの上にブランクを載
せている。
【００３４】本発明の方法は様々な物品の製造に応用で
きるが、使用面が強靱なコア部を覆う硬質キャストシェ
ルであると実用寿命が延びるので、とりわけ切削工具や
磨耗部品、耐磨耗性部品の製造に応用することができ
る。工具の例として、布、厚紙、金属、ポリマー材料及
びハロゲン化銀等の研摩剤を塗布した紙のためのスリッ
ターナイフ、パンチ及びダイが挙げられる。図４は、取
付シャンク４２に取り付けられた切断エッジ４０を有す
るセラミック孔あけ具３８を例示する。往復式パンチ又
は複数のパンチ３６を搭載できる回転式パンチのような
代表的ないずれのパンチ集成体にも、シャンク４２によ
ってパンチを取り付けることができる。孔あけ具３８の
ケースは、切断エッジ４０に限定されうるか、又は孔あ
け具の外部全体を包含しうる。
きるが、使用面が強靱なコア部を覆う硬質キャストシェ
ルであると実用寿命が延びるので、とりわけ切削工具や
磨耗部品、耐磨耗性部品の製造に応用することができ
る。工具の例として、布、厚紙、金属、ポリマー材料及
びハロゲン化銀等の研摩剤を塗布した紙のためのスリッ
ターナイフ、パンチ及びダイが挙げられる。図４は、取
付シャンク４２に取り付けられた切断エッジ４０を有す
るセラミック孔あけ具３８を例示する。往復式パンチ又
は複数のパンチ３６を搭載できる回転式パンチのような
代表的ないずれのパンチ集成体にも、シャンク４２によ
ってパンチを取り付けることができる。孔あけ具３８の
ケースは、切断エッジ４０に限定されうるか、又は孔あ
け具の外部全体を包含しうる。
【００３５】本発明の方法により製造される物品の形状
は、低温圧縮及び焼結の要件、例えば、金型の大きさや
形状及び焼結炉の大きさや形状によって制限されるが、
その他の制限を受けることは考えられない。本発明の方
法及び物品は独立した物品に限定されるものではなく、
本明細書中のブランク、セラミック物品、等の用語は、
比較的大きな物品の一部分をも意味する。下記の比較例
により本発明をさらに説明する。
は、低温圧縮及び焼結の要件、例えば、金型の大きさや
形状及び焼結炉の大きさや形状によって制限されるが、
その他の制限を受けることは考えられない。本発明の方
法及び物品は独立した物品に限定されるものではなく、
本明細書中のブランク、セラミック物品、等の用語は、
比較的大きな物品の一部分をも意味する。下記の比較例
により本発明をさらに説明する。
【００３６】
【実施例】比較例１ Z-TECH社(Bow, New Hampshire)製の合金粉末としてＹ2
Ｏ3 を３モル％含有するジルコニア合金を用意した。こ
の合金粉末は、凝集体の大きさが３０〜６０μｍ、凝集
体の大きさの平均が５０μｍ、結晶粒の大きさが０．１
〜０．６μｍ、結晶粒の大きさの平均が０．３μｍ、そ
して含水率が０．５体積％であった。このジルコニア合
金粉末には、バインダーとして、未処理部品の４体積％
に当たる量のポリビニルアルコールを添加した。
Ｏ3 を３モル％含有するジルコニア合金を用意した。こ
の合金粉末は、凝集体の大きさが３０〜６０μｍ、凝集
体の大きさの平均が５０μｍ、結晶粒の大きさが０．１
〜０．６μｍ、結晶粒の大きさの平均が０．３μｍ、そ
して含水率が０．５体積％であった。このジルコニア合
金粉末には、バインダーとして、未処理部品の４体積％
に当たる量のポリビニルアルコールを添加した。
【００３７】このジルコニア合金／バインダーの予備混
合物に、ボールミル法で、凝集体の大きさが３０〜６０
μｍ、凝集体の大きさの平均が５０μｍ、結晶粒の大き
さが０．１〜０．６μｍ、結晶粒の大きさの平均が０．
３μｍ、そして含水率が０．５体積％であるアルミナを
十分に混合した。得られた粒状混合物を、上記浮動式成
形金型プレスで、圧縮圧１５，０００ｐｓｉ（１００Ｍ
Ｐａ）、充填比約３．０の条件下、３０秒間圧縮処理す
ることにより粉末をブランクにした。ブランクを焼結工
程の際にアルミナプレート上に配置し、そしてその未処
理部品を１５００℃で２時間加熱することにより焼結し
て完全密度にした後、続いて１５００℃〜８００℃は２
℃／分で、８００℃〜室温は１．６℃／分で部品を冷却
した。寸法の収縮はセラミック物品全体に均等であり、
０．００１％以内であった。
合物に、ボールミル法で、凝集体の大きさが３０〜６０
μｍ、凝集体の大きさの平均が５０μｍ、結晶粒の大き
さが０．１〜０．６μｍ、結晶粒の大きさの平均が０．
３μｍ、そして含水率が０．５体積％であるアルミナを
十分に混合した。得られた粒状混合物を、上記浮動式成
形金型プレスで、圧縮圧１５，０００ｐｓｉ（１００Ｍ
Ｐａ）、充填比約３．０の条件下、３０秒間圧縮処理す
ることにより粉末をブランクにした。ブランクを焼結工
程の際にアルミナプレート上に配置し、そしてその未処
理部品を１５００℃で２時間加熱することにより焼結し
て完全密度にした後、続いて１５００℃〜８００℃は２
℃／分で、８００℃〜室温は１．６℃／分で部品を冷却
した。寸法の収縮はセラミック物品全体に均等であり、
０．００１％以内であった。
【００３８】Rigaku社製のＸ線回折装置でＸ線回折分析
を行った。連結角回折法(coupled angle diffraction)
によりシェル部に存在する相を検出した。シェル部及び
コア部の両方において正方晶ジルコニア合金とα−アル
ミナが検出された。
を行った。連結角回折法(coupled angle diffraction)
によりシェル部に存在する相を検出した。シェル部及び
コア部の両方において正方晶ジルコニア合金とα−アル
ミナが検出された。
【００３９】Tukon Microhardness Tester, Model #300
FM/DFを用いて、荷重の関数として比較例及び実施例の
ヌープ硬度を測定した。いずれの測定も平坦で滑らかな
（ＲＭＳが４０μｍ未満）表面で実施した。公称荷重を
５００ｇｆとして１０個以上の測定値から平均値を得
た。比較例１の物品のヌープ硬度測定値は１２〜１３Ｇ
Ｐａの範囲であった。焼結ブロックのコア部及びシェル
部のＸ線回折から、１００％正方晶であることがわかっ
た。下記の実施例により本発明をさらに説明する。
FM/DFを用いて、荷重の関数として比較例及び実施例の
ヌープ硬度を測定した。いずれの測定も平坦で滑らかな
（ＲＭＳが４０μｍ未満）表面で実施した。公称荷重を
５００ｇｆとして１０個以上の測定値から平均値を得
た。比較例１の物品のヌープ硬度測定値は１２〜１３Ｇ
Ｐａの範囲であった。焼結ブロックのコア部及びシェル
部のＸ線回折から、１００％正方晶であることがわかっ
た。下記の実施例により本発明をさらに説明する。
【００４０】実施例１〜３ 以下の三つの実施例は、アルミナ濃度が５０〜７５重量
％の範囲にある一連のアルミナ／ジルコニア系複合材に
よるものである。この組成範囲は、Ａｌ2 Ｏ3の（１）
５６．２５重量％、（２）６２．５０重量％及び（３）
６８．７５重量％の三つの平衡組成範囲（残部は３モル
％のＹ2 Ｏ3 で安定化されたジルコニア）に分けられ
る。比較例の試料と同様に、上記複合材を圧縮して焼結
した。焼結後の全ブロックのコア部の連結Ｘ線回折によ
ると、正方晶ジルコニア及びα−Ａｌ2 Ｏ3 として主相
が存在し、副相が単斜晶ジルコニアであることが示され
た。上記試料のシェル部の視射角（０．２５、０．５及
び１．０度）Ｘ線回折により、同様な相の存在が示され
た。
％の範囲にある一連のアルミナ／ジルコニア系複合材に
よるものである。この組成範囲は、Ａｌ2 Ｏ3の（１）
５６．２５重量％、（２）６２．５０重量％及び（３）
６８．７５重量％の三つの平衡組成範囲（残部は３モル
％のＹ2 Ｏ3 で安定化されたジルコニア）に分けられ
る。比較例の試料と同様に、上記複合材を圧縮して焼結
した。焼結後の全ブロックのコア部の連結Ｘ線回折によ
ると、正方晶ジルコニア及びα−Ａｌ2 Ｏ3 として主相
が存在し、副相が単斜晶ジルコニアであることが示され
た。上記試料のシェル部の視射角（０．２５、０．５及
び１．０度）Ｘ線回折により、同様な相の存在が示され
た。
【００４１】上記三つの試料を上記同様に圧縮して焼結
したが、但し、ＭｇＯプレートの上に配置するか又はブ
ロックの一面にＭｇＯ粉末を接触させた状態で焼結し
た。これら試料の連結Ｘ線走査より、主相が正方晶、立
方晶の両方のジルコニア（これら二相の重なりが存在し
ているようであるが、正方晶相が主成分である）である
ことが示された。コア部のアルミナ／ジルコニア系セラ
ミック複合材は正方晶が主体である。焼結工程の継続に
伴い、ＭｇＯがさらにコア内に拡散してその濃度が上昇
し、そしてコア部の結晶構造が正方晶から正方晶と立方
晶の混合物へ、さらには立方晶へと転移する。Ｘ線回折
効果は、正方晶相、立方晶相の両方、さらにα−Ａｌ2
Ｏ3 の存在を示す。これら試料のコア部における副相
は、単斜晶ジルコニア、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 スピネル及びβ
−Ａｌ2 Ｏ3 であった。
したが、但し、ＭｇＯプレートの上に配置するか又はブ
ロックの一面にＭｇＯ粉末を接触させた状態で焼結し
た。これら試料の連結Ｘ線走査より、主相が正方晶、立
方晶の両方のジルコニア（これら二相の重なりが存在し
ているようであるが、正方晶相が主成分である）である
ことが示された。コア部のアルミナ／ジルコニア系セラ
ミック複合材は正方晶が主体である。焼結工程の継続に
伴い、ＭｇＯがさらにコア内に拡散してその濃度が上昇
し、そしてコア部の結晶構造が正方晶から正方晶と立方
晶の混合物へ、さらには立方晶へと転移する。Ｘ線回折
効果は、正方晶相、立方晶相の両方、さらにα−Ａｌ2
Ｏ3 の存在を示す。これら試料のコア部における副相
は、単斜晶ジルコニア、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 スピネル及びβ
−Ａｌ2 Ｏ3 であった。
【００４２】上記試料のシェル部の視射角Ｘ線回折は、
主相が立方晶ジルコニアであり、中間相がα−Ａｌ2 Ｏ
3 及びＭｇＡｌ2 Ｏ4 スピネルであり、そして副相が単
斜晶ジルコニア及びβ−Ａｌ2 Ｏ3 であることを示す。
本発明の少なくとも一部の実施態様の有利な特徴は、ジ
ルコニア及びアルミナを主体とするコア部とジルコニア
及び立方晶スピネルの混合物を主体とするシェル部とを
有する物品の製造方法が提供されることである。本明細
書中の本発明の具体的な実施態様は例示にすぎず、本発
明の範囲は開示の実施態様に限定されるものではない。
本発明の範囲は、特許請求の範囲に正当に含まれるすべ
ての変更、置換を包含するものである。
主相が立方晶ジルコニアであり、中間相がα−Ａｌ2 Ｏ
3 及びＭｇＡｌ2 Ｏ4 スピネルであり、そして副相が単
斜晶ジルコニア及びβ−Ａｌ2 Ｏ3 であることを示す。
本発明の少なくとも一部の実施態様の有利な特徴は、ジ
ルコニア及びアルミナを主体とするコア部とジルコニア
及び立方晶スピネルの混合物を主体とするシェル部とを
有する物品の製造方法が提供されることである。本明細
書中の本発明の具体的な実施態様は例示にすぎず、本発
明の範囲は開示の実施態様に限定されるものではない。
本発明の範囲は、特許請求の範囲に正当に含まれるすべ
ての変更、置換を包含するものである。
【図１】本発明の方法を示す概略図である。
【図２】本発明の方法において有用な金型プレスの部分
断面図である。
断面図である。
【図３】図２の金型プレスの集成体の拡大断面図であ
る。
る。
【図４】本発明によるセラミック孔あけ具パンチの拡大
概略図である。
概略図である。
【符号の説明】 １０…浮動式成形金型プレス １２…固定プラットフォーム １４…可動プラットフォーム １６…支柱 １８…金型集成体 ２０、２２…プレート ２４…ロッド ２６、２８…ダイ組 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…孔あけ具 ４０…切断エッジ ４２…取付シャンク ４４、４６、４８、５０…圧縮面 １００…ジルコニア粉末 １０２…第二酸化物粉末 １０３…粒状アルミニウム酸化物 １０４…ジルコニア合金粉末 １０６…要素 １０８…アルミナ系セラミック物品 １１０…シェル部 １１２…コア部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年１０月２３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】本発明者らが発見したことは、意外にも、
ブランクにおけるアルミナ濃度が（ジルコニアとアルミ
ナの全量に対して）約５０〜約７５重量％の範囲にある
場合には、本発明の方法により、立方晶スピネルと非正
方晶ジルコニアを含むシェル部及びアルミナと正方晶ジ
ルコニアを含むコア部を有する物品が得られる、という
ことであった。焼結工程中、ドーパントは、そのすべて
がアルミナと接触し反応して「仕切られる(partitione
d) 」まで、実際に正方晶ジルコニアを通り越して拡散
する。対照的に、ブランクにおけるアルミナ濃度が約５
重量％未満であるか又は約７５重量％を超える場合に
は、本発明の方法により得られる物品は、立方晶スピネ
ルと立方晶ジルコニア又は立方晶及び単斜晶ジルコニア
とを主体として成るシェル部及びアルミナと正方晶ジル
コニアを含むコア部を有する。「主体として」とは、相
の存在量が９９．５％以上であることをいう。焼結工程
中、ドーパントは、そのすべてがアルミナと接触し反応
するまで実際に正方晶ジルコニアを通り越して拡散する
ことはなく、近隣のアルミナ及び正方晶ジルコニアと反
応し、ブランクのより深部に位置するアルミナは未反応
のままとなる。
ブランクにおけるアルミナ濃度が（ジルコニアとアルミ
ナの全量に対して）約５０〜約７５重量％の範囲にある
場合には、本発明の方法により、立方晶スピネルと非正
方晶ジルコニアを含むシェル部及びアルミナと正方晶ジ
ルコニアを含むコア部を有する物品が得られる、という
ことであった。焼結工程中、ドーパントは、そのすべて
がアルミナと接触し反応して「仕切られる(partitione
d) 」まで、実際に正方晶ジルコニアを通り越して拡散
する。対照的に、ブランクにおけるアルミナ濃度が約５
重量％未満であるか又は約７５重量％を超える場合に
は、本発明の方法により得られる物品は、立方晶スピネ
ルと立方晶ジルコニア又は立方晶及び単斜晶ジルコニア
とを主体として成るシェル部及びアルミナと正方晶ジル
コニアを含むコア部を有する。「主体として」とは、相
の存在量が９９．５％以上であることをいう。焼結工程
中、ドーパントは、そのすべてがアルミナと接触し反応
するまで実際に正方晶ジルコニアを通り越して拡散する
ことはなく、近隣のアルミナ及び正方晶ジルコニアと反
応し、ブランクのより深部に位置するアルミナは未反応
のままとなる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グレゴリー エス．ジャロルド アメリカ合衆国，ニューヨーク 14467, ヘンリエッタ，ベミス ウェイ 28
Claims (1)
- 【請求項１】 第一濃度の粒状アルミニウム酸化物と第
二濃度の粒状ジルコニウム酸化物合金との混合物を圧縮
する工程であって、前記ジルコニウム酸化物合金がジル
コニウム酸化物とＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｃｅ
Ｏ2 、Ｓｃ2 Ｏ3及び稀土類酸化物から成る群より選ば
れた第二酸化物又はこれら第二酸化物の混合物とから本
質的に成り、前記ジルコニウム酸化物合金における前記
第二酸化物の濃度が、ジルコニウム酸化物合金全体に対
して、Ｙ2 Ｏ3 の場合には０．５〜５モル％、ＭｇＯの
場合には０．１〜１．０モル％、ＣｅＯ2 の場合には
０．５〜１５モル％、Ｓｃ2 Ｏ3 の場合には０．５〜
７．０モル％、そしてＣａＯの場合には０．５〜５モル
％であり、前記圧縮工程がさらにブランクの形成をも含
む工程；前記ブランクの形成に続き、前記ブランクと、
ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ及びＭｎＯか
ら成る群より選ばれたドーパント酸化物とを接触させる
工程；並びに、 前記ドーパント酸化物を接触させたまま前記ブランクを
焼結する工程であって、前記焼結工程は、前記ドーパン
ト酸化物を前記ブランクのシェル部へ拡散させ、前記シ
ェル部における前記アルミニウム酸化物粒子を立方晶ス
ピネルへ転移させ、且つ前記シェル部における前記ジル
コニウム酸化物合金粒子を正方晶構造から立方晶構造及
び単斜晶構造へ転移させる工程をも含む方法であって、 前記第一濃度は、前記第一濃度と前記第二濃度の合計に
対して５０重量％〜７５重量％であり、且つ、前記第一
濃度は前記シェル部に前記ジルコニウム酸化物合金粒子
が正方晶構造を主体として保持されないよう十分に高い
濃度であり、 よって得られるセラミック物品は、（１）正方晶構造の
前記ジルコニウム酸化物合金及び（２）アルミニウム酸
化物の焼結粒子から本質的に成るコア部と、（ａ）非正
方晶構造のジルコニウム酸化物合金及び（ｂ）立方晶ス
ピネルの焼結粒子を含むシェル部とを有する、アルミナ
系セラミック物品の製造方法。
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