JPS589878A - Zirconia sintered body - Google Patents

Zirconia sintered body

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Publication number
JPS589878A
JPS589878A JP56106263A JP10626381A JPS589878A JP S589878 A JPS589878 A JP S589878A JP 56106263 A JP56106263 A JP 56106263A JP 10626381 A JP10626381 A JP 10626381A JP S589878 A JPS589878 A JP S589878A
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JP
Japan
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zirconia
sintered body
monoclinic
powder
tetragonal
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孝樹 正木
小林 啓佑
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はジルコニア焼結体に関し、さらに詳しくは0機
械的強度および熱衝撃強度の高いジルコニア焼結体に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a zirconia sintered body, and more particularly to a zirconia sintered body having zero mechanical strength and high thermal shock strength.

純粋なジルコニア焼結体は、1100℃付近において単
斜晶系から正方晶系の結晶構造に変態し。
A pure zirconia sintered body transforms from a monoclinic crystal structure to a tetragonal crystal structure at around 1100°C.

さらに2400℃付近において立方晶系の結晶構造に変
態する。一方、冷却過程においては、上記とは逆の変態
が起こるが、特に正方晶系から単斜晶系の結晶構造に変
態する際に大きな体積膨張を伴うので、この体積膨張に
よる破壊を防止するために、ジルコニアにイツトリア、
マグネシア、カルシア等の酸化物を固溶させ、立方晶系
の結晶構造のジルコニア(以下立方晶ジルコニアといつ
、)からなる焼結体、すなわち安定化ジルコニア焼結体
を得ている。しかしながら、立方晶ジルコニアは熱膨張
係数が大きいので、安定化ジルコニア焼結体は熱衝撃強
度が低いという欠点があった。
Furthermore, it transforms into a cubic crystal structure at around 2400°C. On the other hand, during the cooling process, a transformation opposite to the above occurs, but especially when transforming from a tetragonal system to a monoclinic system, a large volumetric expansion is accompanied, so in order to prevent destruction due to this volumetric expansion, , zirconia, itztoria,
A sintered body made of zirconia having a cubic crystal structure (hereinafter referred to as cubic zirconia), that is, a stabilized zirconia sintered body, is obtained by dissolving oxides such as magnesia and calcia. However, since cubic zirconia has a large coefficient of thermal expansion, the stabilized zirconia sintered body has a drawback of low thermal shock strength.

これに対して、立方晶ジルコニアと、正方晶系の結晶構
造のジルコニア(以下正方晶ジルコニアという)とを共
存させてなるジルコニア焼結体。
On the other hand, a zirconia sintered body is made by coexisting cubic zirconia and zirconia with a tetragonal crystal structure (hereinafter referred to as tetragonal zirconia).

すなわち部分安定化ジルコニア焼結体は、熱膨張係数の
小さい正方晶ジルコニアを含んでいるので。
That is, the partially stabilized zirconia sintered body contains tetragonal zirconia with a small coefficient of thermal expansion.

安定化ジルコニア焼結体よシも熱衝撃強度が高いといわ
れている。しか・しながら、その向上の程度となると、
熱膨張係数の大きい立方晶ジルコニアが存在するとメロ
変わりがないので、そう顕著なものではない。
Stabilized zirconia sintered bodies are also said to have high thermal shock strength. However, when it comes to the degree of improvement,
If cubic zirconia, which has a large coefficient of thermal expansion, is present, there will be no difference in melody, so it is not so noticeable.

一方、82〜97 (モル%)の正方晶□ジルコニアと
、18〜5(モル係)の単斜晶系の結晶構造ノシルコニ
ア(以下単斜晶シルコニアトいう)とを共存させ、これ
にイツトリアを固溶させてなるジルコニア焼結体は、引
張りゃ圧縮1曲げ、せん断などの機械的強度が高く、硬
度やじん性も向上するという報告がある。しかしながら
、この焼結体は、単斜晶ジルコニアの割合が18〜3(
モル%)と極めて少ない冬めに、熱衝撃強度が低いとい
う欠点があった。すなわち、単斜晶ジルコニアの割合が
少ないということは、正方晶ジルコニアから単斜晶ジル
コニアへの変態量が少ないということであるが、熱衝撃
によるエネルギは、上記変態に伴って単斜晶ジルコニア
の周りに発生するマイクロクラックが主として吸収する
のであるから。
On the other hand, 82 to 97 (mol%) of tetragonal □zirconia and 18 to 5 (mole percent) of monoclinic crystal structure nosilconia (hereinafter referred to as monoclinic zirconia) were made to coexist, and itria was fixed to this. There are reports that the zirconia sintered body produced by melting has high mechanical strength in tension, compression, bending, and shear, and also has improved hardness and toughness. However, this sintered body has a monoclinic zirconia ratio of 18 to 3 (
It had the disadvantage of low thermal shock strength in winter, when the amount (mol%) was extremely low. In other words, a small proportion of monoclinic zirconia means that the amount of transformation from tetragonal zirconia to monoclinic zirconia is small, but the energy due to thermal shock is This is because the microcracks that occur around it mainly absorb it.

少ない変態量による少ないマイクロクラックの発生量に
よっては、熱衝撃エネルギの十分な吸収が行われないの
である。
Due to the small amount of microcracks generated due to the small amount of transformation, sufficient absorption of thermal shock energy is not achieved.

記入点を解決し9機械的強度と熱衝撃強度がともに著し
く高いジルコニア焼結体を提供するにある。
The object of the present invention is to solve the above points and provide a zirconia sintered body having extremely high mechanical strength and thermal shock strength.

上記目的を達成するための本発明は、正方晶系の結晶構
造のジルコニアと2o〜65(モルeI、)の単斜晶系
の結晶構造のジルコニアとが共存しており、かつ立方晶
系の結晶構造のジルコニアを実質的に含まないジルコニ
ア焼結体であって、この焼結体にはイツトリア、マグネ
シアおよびカルシアから選ばれた少なくとも1種の酸化
物が固溶しておシ、かつその酸化物の会考量はイツトリ
アにあっては1〜4(モル%)であシ、マグネシアにあ
っては2〜6(モル係)であり、カルシアにあっては2
〜7(モル係)であるジルコニア焼結体を特徴とするも
のである。
To achieve the above object, the present invention is characterized in that zirconia with a tetragonal crystal structure and zirconia with a monoclinic crystal structure of 2o to 65 (mole eI) coexist, and zirconia with a cubic crystal structure coexists. A zirconia sintered body substantially free of crystalline zirconia, in which at least one oxide selected from yttoria, magnesia, and calcia is solid-dissolved, and the oxidation The amount of material is 1 to 4 (mol%) in Ittria, 2 to 6 (mol%) in Magnesia, and 2 in Calcia.
It is characterized by a zirconia sintered body having a molar coefficient of ~7.

本発明において、「立方晶系の結晶構造のジルコニアを
実質的に含まない」という言葉は、ジルコニア焼結体を
、X線回折法によって回折角20    ′〜80(度
)の範囲で解析した場合、立方晶ジルコニア(004)
および(222)の回折パターンが検出できないという
ことを意味している。すなわち1本発明のジルコニア焼
結体のX線回折を行°うト、正方晶ジルコニアと単斜晶
ジルコニアについての回折パターンが得られるが、仮に
立方晶ジルコニアが共存していたとしても、その回折パ
ターンハ正方晶ジルコニアのそれとほとんど重ってしま
い0区別するのが難しいので0両者の区別が可能な立方
晶ジルコニア(OO4)と(222)の回折パターン忙
着目した。
In the present invention, the term "substantially free of zirconia having a cubic crystal structure" means that when a zirconia sintered body is analyzed by X-ray diffraction at a diffraction angle in the range of 20' to 80 (degrees). , cubic zirconia (004)
This means that the diffraction patterns of (222) and (222) cannot be detected. Namely, when X-ray diffraction is performed on the zirconia sintered body of the present invention, diffraction patterns for tetragonal zirconia and monoclinic zirconia are obtained, but even if cubic zirconia coexists, the diffraction patterns of Since the pattern almost overlaps with that of tetragonal zirconia and it is difficult to distinguish between 0 and 0, we focused on the diffraction patterns of cubic zirconia (OO4) and (222), which can be distinguished from each other.

次に1本発明のジルコニア焼結体(以下焼結体という)
を、その製造方法とともに詳細に説明、するO まず、平均粒径が1μ以下であるような、極めて微細な
ジルコニア粉末と酸化物粉末、すなわちイツトリア、マ
グネシアまkはカルシアの粉末を準備する。
Next, zirconia sintered body of the present invention (hereinafter referred to as sintered body)
will be explained in detail along with its manufacturing method. First, extremely fine zirconia powder and oxide powder, that is, itria, magnesia, or calcia powder, having an average particle size of 1 μm or less, are prepared.

次に、上記ジルコニア粉末と酸化物粉末の少なくとも1
種とを混合する。このとき、酸化物粉末の混合量は、1
種の酸化物粉末を使用する場合においては、混合物全体
に対しプイットリア粉末にあっては1〜4(モル係)、
好ましくは2〜4(モル%)、マグネシア粉末にあって
は2〜6(モル%)、 好nL<は4〜6−(モル%)
、カルシア粉末にあっては2〜7(モル係゛)、好まし
くは6〜7(モルS)になるようにする。上記酸化物粉
末の2種または5種を同時に使用する場合においても、
上記範囲は変わらないが、各酸化物粉末の混合量の和、
すなわち酸化物粉末の総理合量は、5〜10(モル%)
の範囲内であるのが好ましい。たとえば、イツトリア粉
末とマグネシア−粉末とを同時に使用する場合において
は、イツトリア粉末2〜4(モル%)、マグネシア粉末
3〜5(モル係)であるのが好ましい6同様に、好まし
い組み合せとして、イツトリア粉末2〜6(モル係)−
カルシア粉末6〜5(モル係)、イツトリア粉末1〜2
(モルqb)−マグネシア粉末6゛〜4(モル%) −
カルシア粉末2〜4(モル係)、マグネシア粉末5〜5
(モルqb>−カルシア粉末2〜4(モルqb>がある
Next, at least one of the zirconia powder and the oxide powder is
Mix with seeds. At this time, the mixed amount of oxide powder is 1
When using seed oxide powder, 1 to 4 (molar) for Puittria powder to the entire mixture,
Preferably 2 to 4 (mol%), for magnesia powder 2 to 6 (mol%), preferably nL<4 to 6- (mol%)
In the case of calcia powder, the amount should be 2 to 7 (mol S), preferably 6 to 7 (mol S). Even when using two or five of the above oxide powders at the same time,
The above range does not change, but the sum of the mixed amounts of each oxide powder,
That is, the total amount of oxide powder is 5 to 10 (mol%)
It is preferable that it is within the range of . For example, when ittria powder and magnesia powder are used simultaneously, ittria powder is preferably 2 to 4 (mol%) and magnesia powder is 3 to 5 (molar percentage)6. Powder 2-6 (molar ratio) -
Calcia powder 6-5 (molar ratio), Ittria powder 1-2
(mol qb) - Magnesia powder 6゛~4 (mol%) -
Calcia powder 2-4 (molar ratio), magnesia powder 5-5
(mol qb>-calcia powder 2 to 4 (mol qb>).

次に、上記混合物を800〜1200(℃)で仮焼した
後、ボールミルで粉砕する。かかる仮焼、粉砕を繰シ返
し行って原料粉末を得る。この原料・粉末は、ジルコニ
ア粉末と酸化物粉末とが均一に混り合った固溶体を形成
していて、その固溶体の結晶構造は、使用したジルコニ
ア粉末および酸化物粉末の粒径や純度、酸化物粉末の種
類や混合量。
Next, the above mixture is calcined at 800 to 1200 (°C) and then pulverized with a ball mill. Such calcining and pulverization are repeated to obtain a raw material powder. This raw material/powder forms a solid solution in which zirconia powder and oxide powder are uniformly mixed, and the crystal structure of the solid solution is determined by the particle size and purity of the zirconia powder and oxide powder used, and the oxide Powder type and mixing amount.

仮焼温度などによって異るが1通常、単斜晶系である。Although it varies depending on the calcination temperature, etc., it is usually monoclinic.

しかしながら、単斜晶系の結晶構造と正方晶系または立
方晶系の結晶構造とが共存している場合もあり、単斜晶
系の結晶構造と正方晶系および立方晶系の結晶構造とが
共存している場合もある。
However, there are cases where a monoclinic crystal structure and a tetragonal or cubic crystal structure coexist; Sometimes they coexist.

次に、上記原料粉末をラバープレス法、射出成形法、金
型成形法、押出成形法などの周知の成形方法によって所
望の形状に成形し、成形体を得る。
Next, the raw material powder is molded into a desired shape by a known molding method such as a rubber press method, an injection molding method, a mold molding method, an extrusion molding method, etc. to obtain a molded body.

次に、上記成形体を加熱炉中に入れ、1400〜180
00C)まで徐々に昇温した後その温度下に数時間保持
して焼成する。かかる昇温の過程において、上記固溶体
の結晶構造は、単斜晶系は、正方晶系もしくは立方晶系
まだはこれら両者が共存した状態に変態し、また単科晶
系と正方晶系との共存状態は、正方晶系もしくは立方晶
系またはこれら両者が共存した状態に、さらに単斜晶系
と立方晶系との共存状態および単斜晶系と正方晶系、立
方晶系との共存状態は、正方晶系と立方晶系との共存状
態または立方晶系に、それぞれ変態する。
Next, the above-mentioned molded body was placed in a heating furnace, and heated to
After gradually raising the temperature to 00C), it is held at that temperature for several hours and fired. In the process of temperature increase, the crystal structure of the solid solution is transformed from a monoclinic system to a tetragonal system or cubic system, or a state in which both of these systems coexist, and a monoclinic system transforms to a state in which both of these systems coexist. The state is a tetragonal system, a cubic system, or a state where both of these coexist, and a state where a monoclinic system and a cubic system coexist, and a state where a monoclinic system, a tetragonal system, or a cubic system coexist. , transform to a coexisting state of tetragonal and cubic systems or to a cubic system, respectively.

このような結晶構造の変態の温度および速度は。The temperature and rate of such crystal structure transformation are:

使用した酸化物粉末の種類や混合量によって異る。It varies depending on the type of oxide powder used and the amount mixed.

したがって、状態図を参照して、上記のような結晶構造
をとる焼成温度を決める。この焼成温度は。
Therefore, with reference to the phase diagram, the firing temperature at which the crystal structure described above is obtained is determined. What is the firing temperature?

上述したように1400〜1800(℃)の範囲にある
As mentioned above, it is in the range of 1400 to 1800 (°C).

次に、焼成体を20〜180(℃/時)の速度て800
量程度の温度まで徐冷し、さらに室温まで炉冷するか、
または上記速度で室温まで徐冷し9本発明の焼結体を得
るのであるが、かかる冷却の過程における酸化物の作用
を、焼成体に固溶している酸化物が1種である場合につ
いて以下説明する。
Next, the fired body was heated at a speed of 20 to 180 (°C/hour) to 800
Either slowly cool the product to a temperature similar to that of the original product, and then cool it in a furnace to room temperature.
Alternatively, the sintered body of the present invention is obtained by slowly cooling to room temperature at the above-mentioned rate, but the effect of the oxide in the cooling process will be explained in the case where only one type of oxide is dissolved in the sintered body. This will be explained below.

焼成体に固溶している酸化物が1種である場合には、焼
成体の結晶構造は、上述したいずれの酸化−を使用して
いる場合であっても正方晶系か。
If only one type of oxide is dissolved in the fired body, the crystal structure of the fired body is tetragonal regardless of which of the above-mentioned oxidations is used.

または正方晶系と立方晶系とが共存した状態になってい
る。そして、酸化物が上述した範囲内にある場合には、
正方晶系または正方晶系と立方晶系との共存状態か″ら
、正方晶系と単斜晶系との共存状態への結晶構造の変態
が徐々に起り、この変態によって発生するマイクロクラ
ックが均一に分散するので、マイクロクラックの発生に
よる破壊エネルギをマイクロクラック自身が吸収する。
Or, the tetragonal system and the cubic system coexist. And if the oxide is within the above range,
The crystal structure gradually transforms from a tetragonal system or a coexistence state of a tetragonal system and a cubic system to a state of a coexistence of a tetragonal system and a monoclinic system, and microcracks generated by this transformation occur. Since it is uniformly dispersed, the microcracks themselves absorb the destructive energy caused by the generation of microcracks.

そのため、冷却の過程における焼成体゛の破壊を防止す
ることができる。また、上記変態に伴う体積膨張が焼成
体内に圧縮応力場を形成するので、焼結体内に圧縮応力
によるエネルギが蓄えられることになる。
Therefore, destruction of the fired body during the cooling process can be prevented. Further, since the volumetric expansion accompanying the above transformation forms a compressive stress field within the sintered body, energy due to the compressive stress is stored within the sintered body.

これに対して、酸化物の舎寺量が上述した下限未満であ
る場合には、焼成体は正方晶系の結晶構造を有している
が、−414量があまりにも少ないために、冷却に伴う
正方晶系から単斜晶系への結晶構造の変態が急激に起こ
り、マイクロクラックが焼成体全体に発生し、そのエネ
ルギのために焼成体が破壊してしまう。また、酸化物の
含参量が上述した上限を越えている場合には、焼成体は
立方晶系または正方晶系と立方晶系とが共存した結晶構
造を有しているが、冷却過程において、立方晶系または
正方晶系と立方晶系との共存状態から。
On the other hand, if the amount of oxide is less than the above-mentioned lower limit, the fired body has a tetragonal crystal structure, but the amount of -414 is too small, making it difficult to cool. The accompanying crystal structure transformation from the tetragonal system to the monoclinic system occurs rapidly, and microcracks occur throughout the fired body, and the fired body is destroyed due to the energy. In addition, if the content of oxides exceeds the above-mentioned upper limit, the fired product has a cubic system or a crystal structure in which tetragonal and cubic systems coexist, but in the cooling process, From a cubic system or a coexistence state of a tetragonal system and a cubic system.

正方晶系と単斜晶系との共存状態への変態がなかなか進
まず、焼結体内に立方晶系の結晶構造が残存することが
ある。冷却時間を極めて長くして上記変態を起こさせよ
うとすると、結晶が成長して結晶粒子が大きくなる。
The transformation to a state in which the tetragonal system and monoclinic system coexist does not proceed easily, and a cubic crystal structure may remain within the sintered body. If an attempt is made to cause the above transformation by making the cooling time extremely long, the crystals will grow and the crystal grains will become larger.

上記においては、焼成体に固溶している酸化物がただ1
種である場合について説明したが、2種または6種の酸
化物が固溶している場合についても同様である。しかし
、この場合は、酸化物の総会奪量が5〜10(モルII
b)の範囲内にあるとき。
In the above case, only one oxide is dissolved in the fired body.
Although the case where the oxides are seeds has been described, the same applies to the case where two or six types of oxides are dissolved in solid solution. However, in this case, the total amount taken up by the oxide is 5 to 10 (mol II
b) When it is within the range.

正方晶系または正方晶系と立方晶系との共存状態に加え
て、立方晶系の結晶構造をとることがある。
In addition to a tetragonal system or a coexistence state of a tetragonal system and a cubic system, a cubic system crystal structure may be adopted.

さて、上記冷却によって、正方晶ジルコニアと20〜6
5(モルts)の単斜晶ジルコニアとが共存しており、
かつ立方晶ジルコニアを実質的に含まない焼結体を得る
のであるが、そのためには。
Now, by the above cooling, the tetragonal zirconia and 20 to 6
5 (mol ts) of monoclinic zirconia coexists,
And to obtain a sintered body substantially free of cubic zirconia.

原料粉末を得る前段階の混合物における酸化物粉末の混
合量を上記範囲、す々わちイツトリアにあっては1〜4
(モル%)、マグネシアにあっては2〜6(モルqb)
、カルシアにあっては2〜7(モルチ)にすること(も
ちろん、焼結体になってもこの範囲は変ら、ない)、お
よび冷却速度を20〜180(’o/時)とすることが
必要である。
The mixing amount of the oxide powder in the mixture in the preliminary stage to obtain the raw material powder is within the above range, that is, 1 to 4 for Ittria.
(mol%), 2 to 6 (mol qb) for magnesia
For calcia, it is possible to set the range to 2 to 7 (molti) (of course, this range does not change even if it becomes a sintered body), and to set the cooling rate to 20 to 180 ('o/hour). is necessary.

そして、上記範囲の単斜晶ジルコニアおよび酸化物の存
在は、焼結体の機械的強度および熱衝撃強度を飛躍的に
向上させている。
The presence of monoclinic zirconia and oxides in the above range dramatically improves the mechanical strength and thermal shock strength of the sintered body.

すなわち、正方晶ジルコニアと20〜65(モルチ)の
単斜晶ジルコニアとが共存している表いうことは、単斜
晶ジルコニアの体積は正方晶ジルコニアのそれよりも約
6チ大きいので、単斜晶ジ。
In other words, the coexistence of tetragonal zirconia and monoclinic zirconia of 20 to 65 (molti) means that the volume of monoclinic zirconia is about 6 inches larger than that of tetragonal zirconia, so it is monoclinic. Crystal Ji.

ルコニアまたはその近傍の部分に十分大きい圧縮応力場
を形成しているということである。そのため、焼結体が
機械的な力を受けた場合の弾性歪エネルギが、上記圧縮
応力場によって減少させられ。
This means that a sufficiently large compressive stress field is formed in Luconia or its vicinity. Therefore, the elastic strain energy when the sintered body is subjected to mechanical force is reduced by the compressive stress field.

その分だけ機械的強度が向上する。まだ、正方晶ジルコ
ニアと20〜65(モルqb>の単斜晶ジルフェアとが
共存しているということは、単斜晶ジルコニアの近傍ま
たはその周シに十分な量のマイクロクラックが存在して
いるといりことでもある。
Mechanical strength is improved accordingly. Still, the coexistence of tetragonal zirconia and monoclinic zirphere of 20 to 65 (mol qb>) indicates that a sufficient amount of microcracks exist near or around the monoclinic zirconia. There is also a point.

そのため、焼結体に熱衝撃によるクラックが発生した場
合に、そのクラックの伝播がマイクロクラックによって
妨害され9曲が多くねった経路をたどるために伝播を困
難にし、熱衝撃強度が向上するのである。さらに、酸化
物の会寺量が比較的低い上記範囲にあるということは、
その酸化物が。
Therefore, when a crack occurs in the sintered body due to thermal shock, the propagation of the crack is obstructed by the microcracks, making it difficult for the crack to propagate along a convoluted path, thereby improving the thermal shock strength. . Furthermore, the fact that the amount of oxides is in the relatively low range mentioned above means that
That oxide.

単斜晶ジルコニアよりも不安定な結晶構造にある正方晶
ジルコニアに十分固溶しているということである。その
ため、焼結体が機械的な負荷や熱応力を受けても、正方
晶ジルコニアから単斜晶ジルコニアへの変態を防止する
ことができ、結晶構造が安定していて9機械的強度や熱
衝撃強度に影響を与えることが少ない。
This means that it is sufficiently dissolved in tetragonal zirconia, which has a more unstable crystal structure than monoclinic zirconia. Therefore, even if the sintered body is subjected to mechanical load or thermal stress, the transformation from tetragonal zirconia to monoclinic zirconia can be prevented, and the crystal structure is stable and the mechanical strength and thermal shock It has little effect on strength.

上記において、単斜晶ジルコニアの含有率は。In the above, the content of monoclinic zirconia is.

焼結体を、そのままの状態か、また社粉末にした  ゛
状態でX線回折法に5よって分析し、その回折バター/
めピークを積分して得た強度から次式によって計算し、
求めることができる。すなわち。
The sintered body was analyzed by X-ray diffraction method 5 as it was or in the powdered state, and the diffraction butter/
Calculated from the intensity obtained by integrating the peak, using the following formula,
You can ask for it. Namely.

ただし、CM:単斜晶ジルコニアの含有率(モルチ) A:正方晶ジルコニア(,111)の 強度 B:単斜晶ジルコニア(111)の 強度 C:単斜晶ジルコニア(111)の 強度 L 7’c 75E 2て、正方晶ジルコニアの含有率
CTは。
However, CM: content of monoclinic zirconia (molti) A: strength of tetragonal zirconia (,111) B: strength of monoclinic zirconia (111) C: strength L of monoclinic zirconia (111) 7' c 75E 2 The content CT of tetragonal zirconia is.

(I  CM)で表わされることになる。(ICM).

本発明の焼結体は、2〜8(チ)の気孔率を有している
のが好ましい。ここにおいて、気孔率は式ただし、P:
気孔率(チ) で定義されるものである。気孔率が2チ未満であると、
り2ツクを発生した場合にその伝播速度が速くなり、ま
た8sを越えると多孔質になって。
The sintered body of the present invention preferably has a porosity of 2 to 8 (chi). Here, the porosity is expressed as P:
It is defined by porosity (chi). When the porosity is less than 2 cm,
When two cracks occur, the propagation speed increases, and when it exceeds 8 seconds, it becomes porous.

いずれの場合においても機械的強度の低下傾向が現われ
てくるので好ましくない。
In either case, there is a tendency for mechanical strength to decrease, which is undesirable.

また1本発明の焼結体は、0.4〜5(μ)の平均粒子
径を有しているのが好ましい。すなわち、平均粒子径が
0,4μ未満であると気孔率が高くな9゜また5μを越
えているとクラックが発生した場合にその伝播速度が速
くなって、いずれの場合においても機械的強度の低下傾
向が現われてくるので好ましくない。
Moreover, it is preferable that the sintered body of the present invention has an average particle diameter of 0.4 to 5 (μ). In other words, if the average particle diameter is less than 0.4μ, the porosity is high; if it exceeds 5μ, the propagation speed of cracks increases, and in either case, the mechanical strength decreases. This is not desirable because a downward trend appears.

ここにおいて、平均粒子径は次のようにして算出する。Here, the average particle diameter is calculated as follows.

すなわち、まず焼結体を切断し、切断面を研磨し、さら
に必要に応じて化学的にエツチング処理を施した後その
面の顕微鏡写真をとる。そして、この写真上に任意の一
定面積の区画を定め。
That is, first, the sintered body is cut, the cut surface is polished, and if necessary, chemically etched, and then a microscopic photograph of the surface is taken. Then, on this photo, a section of arbitrary fixed area is defined.

その区画内に存在する粒子の面積を大きな粒子から順次
小さな粒子へと、その面積の総和が上記区画の面積の1
72になるまで加算する。次に、この加算値を、その加
算値を得る元になった粒子の個数で割って得た平均面積
を円と想定し、平均粒子径を求める。すなわち。
The area of particles existing in that section is sequentially calculated from large particles to small particles, and the sum of the areas is 1 of the area of the above section.
Add up to 72. Next, the average area obtained by dividing this added value by the number of particles from which the added value was obtained is assumed to be a circle, and the average particle diameter is determined. Namely.

Σan   πd2 4 ただし、d:平均粒子径 an:各粒子の面積(n = 1.2.3.・・・・・
)S:区画の面積 本発明の焼結体は、上述したように機械的強度および熱
衝撃強度が高いこと、また高温において酸素イオン伝導
性を示すことなどの理由から、いろいろな用途に使用す
る午とができる。以下にその一例を示す。
Σan πd2 4 where d: average particle diameter an: area of each particle (n = 1.2.3...
) S: Area of the compartment The sintered body of the present invention is used for various purposes because it has high mechanical strength and thermal shock strength as described above, and exhibits oxygen ion conductivity at high temperatures. I can have lunch. An example is shown below.

A、冶金用センサ、内燃機関やガスストーブ。A. Metallurgical sensors, internal combustion engines and gas stoves.

ボイラ等の燃焼管理用センサなどの固体電解質型酸素セ
ンサ。
Solid electrolyte oxygen sensors such as combustion control sensors for boilers, etc.

B、フォーク、スプーン、ナイフ、包丁、各種はさみな
どの家庭用品。
B. Household items such as forks, spoons, knives, kitchen knives, and various scissors.

C0手術用メスなどの医療用品。Medical supplies such as C0 surgical scalpels.

D、登山用ナイフ、釣竿の糸ガイド、ゴルフ用パター、
シーナイフなどのスポーツ・レジャー用品。
D. Climbing knife, fishing rod thread guide, golf putter,
Sports and leisure goods such as sea knives.

E、るつぼ、切削工具、各種ダイス、タンディツシュノ
ズル、保護管、ボルト、ナツト、ばね、各種パ゛ルプ、
粉砕用ボール、粉砕用ミル。
E. Crucibles, cutting tools, various dies, tundish nozzles, protection tubes, bolts, nuts, springs, various pulps,
Grinding ball, grinding mill.

ベアリング用ボール、メカニカルシール、石炭や石油燃
焼機器のノズルや燃焼室、繊維。
Balls for bearings, mechanical seals, nozzles and combustion chambers for coal- and oil-burning equipment, and textiles.

磁気テープ、フィルム等のはさみやカッタ。Scissors and cutters for magnetic tape, film, etc.

糸ガイド(糸道)などの産業用機械・器具の部品。Parts for industrial machinery and equipment such as thread guides.

以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する
Hereinafter, the present invention will be explained in more detail based on Examples.

実施例1 平均粒子径が0,1μであるジルコニア粉末、イツトリ
ア粉末、マグネシア粉末およびカルシア粉末を用い、第
1−1表に示すそれぞれ5種類のZrO2−Y2O5系
、 ZrO2MgO系、 ZrO2−cao系の焼結体
および第1−2表に示すそれぞれ4種類のZrO2−’
120B −111go系、 ZrO2−MgO−Ca
O系の焼結体を作った(第1−1表および第1−2表に
おい“てハ、簡素化o ft メZrO2を2と、 Y
2O3をYと、 MgOをMと、 CaOをCとそれぞ
れ略記した。また、その右下に記載した数字はモルチで
表した含有量であシ、たとえばY4は、Y2O5の含有
量が4モルチであることを表わしている)。
Example 1 Using zirconia powder, ittria powder, magnesia powder, and calcia powder with an average particle diameter of 0.1μ, five types of ZrO2-Y2O5 series, ZrO2MgO series, and ZrO2-cao series shown in Table 1-1 were prepared. Sintered body and each of the four types of ZrO2-' shown in Table 1-2
120B-111go series, ZrO2-MgO-Ca
An O-based sintered body was made (see Tables 1-1 and 1-2).
2O3 is abbreviated as Y, MgO as M, and CaO as C. Furthermore, the number written on the lower right side indicates the content expressed in molti; for example, Y4 indicates that the content of Y2O5 is 4 molti).

すなわち、ジルコニア粉末と各酸化物粉末とを第1−1
表および第1−2表に示す組み合せ、がり含有量になる
ように混合した後、これを1000℃で3時間仮焼し、
さらにポットミルで24時間粉輝し、かかる仮焼、粉砕
を2回繰り返し行って原料粉末を作った。
That is, the zirconia powder and each oxide powder are
After mixing the combinations shown in Tables and Tables 1-2 to achieve the gluing content, this was calcined at 1000°C for 3 hours.
Further, the powder was milled in a pot mill for 24 hours, and the calcining and pulverization were repeated twice to produce a raw material powder.

次いで、上記原料粉末にバインダとして2%ポリビニル
アルコール水溶液を加えてよく混合し。
Next, a 2% aqueous polyvinyl alcohol solution as a binder was added to the raw material powder and mixed well.

乾燥後ラバープレス法によって板状の成形体を作った。After drying, a plate-shaped molded body was made using a rubber press method.

次にン上記成形体を、第1−1表および第1−2表に示
す条件で焼成、冷却して焼結体を作り。
Next, the above molded body was fired and cooled under the conditions shown in Tables 1-1 and 1-2 to produce a sintered body.

この焼結体を切断、研磨して、厚み3 an 、幅5m
m。
This sintered body was cut and polished to a thickness of 3 an and a width of 5 m.
m.

長さ24−の試料を作った。A 24-length sample was made.

次に、上記各試料について単斜晶ジルコニアの含有率と
1機械的強度を表わす指標としての曲げ強度と、熱衝撃
強度とを測定した。結果を第1−1表および第1−2表
に示す。
Next, the content of monoclinic zirconia, bending strength as an index representing mechanical strength, and thermal shock strength were measured for each of the samples. The results are shown in Tables 1-1 and 1-2.

なお、単斜晶ジルコニアの含有率の測定は、上述したX
#回折法によった。
In addition, the measurement of the monoclinic zirconia content was performed using the above-mentioned X
#Based on diffraction method.

熱衝撃強度は、板状の焼結体を任意の温度Tx℃に加熱
した後温度T ”0の水中に落下させて急冷し。
Thermal shock strength was measured by heating a plate-shaped sintered body to an arbitrary temperature of Tx°C and then dropping it into water at a temperature of T''0 to rapidly cool it.

次いでその曲げ強度を周知の3点曲げ試験法によって測
定した。そして、その曲げ強度が低下し始めるような加
熱温度Tx℃を臨界温度T0℃として読み取り、この臨
界温度T0℃と上記水の温度T ”Qとの差T0− T
 (”O)をもって指標とした。なお、3゜点曲げ試験
法における測定条件はスパン長20口。
The bending strength was then measured by a well-known three-point bending test method. Then, the heating temperature Tx℃ at which the bending strength begins to decrease is read as the critical temperature T0℃, and the difference between this critical temperature T0℃ and the temperature of the water T''Q is T0-T.
("O") was used as an index.The measurement conditions for the 3° point bending test method were a span length of 20 openings.

荷重印加速度1nn/分である。The load application acceleration was 1 nn/min.

第1−1表および第1−2表から、単斜晶ジルコニアの
含有率と酸化物の会考量がともに本発明の範囲内にある
焼結体、すなわち試料−2〜4゜7〜9.12〜14,
17.18,21.22のものは、上記条件を満してい
ない焼結体、すなわち試料部1,5,6,10,11,
15,16゜19.20.23のものにく′らべて9機
械的強度および熱衝撃強度のいずれも著しく高いことが
わかる。
From Tables 1-1 and 1-2, the sintered bodies whose monoclinic zirconia content and oxide content are both within the range of the present invention, namely Samples 2-4°7-9. 12-14,
17.18, 21.22 are sintered bodies that do not meet the above conditions, that is, sample parts 1, 5, 6, 10, 11,
It can be seen that both the mechanical strength and thermal shock strength of 9 are significantly higher than those of 15, 16, 19, 20, and 23.

実施例2 実施例1と同様の製造方法および測定方法によってはい
るが、単斜晶ジルコニアの含有率が機械的強度および熱
衝撃強度に与える影響を岬べるため、酸化物の参考量は
本発明の範囲内であるが。
Example 2 Although the manufacturing method and measurement method were the same as in Example 1, the reference amount of oxide was changed from the actual amount in order to estimate the influence of monoclinic zirconia content on mechanical strength and thermal shock strength. Although within the scope of the invention.

焼成条件を変更することKよって、単斜晶ジルコニアの
含有率が異る9種類の試料を作った。測定結果を第2表
に示す。
By changing the firing conditions, nine types of samples with different monoclinic zirconia contents were made. The measurement results are shown in Table 2.

第2表から、たとえ酸化物の会考量が本発明の範囲内で
あっても、単斜晶ジルコニアの含有率が20〜65(モ
ルチ)の範囲内でなければ1機械的強度および熱衝撃強
度のいずれも発現できないことがわかる。
From Table 2, even if the amount of oxide is within the range of the present invention, if the content of monoclinic zirconia is within the range of 20 to 65 (molti), mechanical strength and thermal shock strength of 1 It can be seen that neither of these can be expressed.

実施例6 実施例2に対応して、こんどは酸化物の含寺量が機械的
強度および熱衝撃強度に与える影響を調べるため、単斜
晶ジルコニアの含有率は本発明の範囲内であるが、酸化
物の含半量が本発明の範囲外である3種類の試作を作っ
た。測定結果を第3表に示す〇 第6表から、上記6種類の試料のものは、単斜晶ジルコ
ニアの含有率がたとえ本発明の範囲内にあっても、酸化
物の参毒量が本発明の範囲外であるために1機械的強度
および熱衝撃強度のいずれも大変低くなっていることが
わかる。
Example 6 Corresponding to Example 2, in order to investigate the influence of the content of oxides on mechanical strength and thermal shock strength, the content of monoclinic zirconia was within the range of the present invention, but Three types of prototypes were made in which the content of oxides was outside the scope of the present invention. The measurement results are shown in Table 3. From Table 6, it can be seen that even if the monoclinic zirconia content is within the range of the present invention, the six types of samples mentioned above have an oxidized toxic amount that is within the range of the present invention. It can be seen that both mechanical strength and thermal shock strength are extremely low because they are outside the scope of the invention.

手  続  補  正  書 昭和  門。、1o!’14゜日 特許庁長官 島 1)春 樹 殿 1、事件の表示 昭和56年特許願第106263号 2、発明の名称 ジルコニア焼結体 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所  東京都中央区日本橋室町2丁目2番地名称 
(315)東し株式会社 4、補正命令の日付 自発 5、補正により増加する発明の数 0 (1)  第13頁第2行の式 と補正する。
Procedural amendment book Showa-mon. , 1o! '14゜ Japan Patent Office Commissioner Shima 1) Haruki Tono1, Indication of the case, 1982 Patent Application No. 1062632, Name of the invention Zirconia sintered body3, Person making the amendment Relationship to the case Patent applicant address 2-2 Nihonbashi Muromachi, Chuo-ku, Tokyo Name
(315) Toshi Co., Ltd. 4, Date of amendment order Voluntary 5, Number of inventions increased by amendment 0 (1) Amended with the formula on page 13, line 2.

(2)第17頁第5行および第6行「含有」を削除する
(2) Delete "Contains" in the 5th and 6th lines of page 17.

(3)第24頁第6行「試作」を「試料」と補正するO(3) Correct “prototype” in line 6 of page 24 to “sample” O

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 正方晶系の結晶構造のジルコニアと20〜65(モルI
s)の単斜晶系の結晶構造のジルコニアとが共存してお
シ、かつ立方晶系の結晶構造のジルコニアを実質的に含
まないジルコニア焼結体であって、この焼結体にはイツ
トリア、マグネシアおよびカルシアから選ばれた少なく
とも1種の酸化物が固溶しておシ、かつその酸化物の念
考量はイツトリアにあっては1〜4(モル1)であり、
マグネシアにあっては2〜6(モル%)であり、カルシ
アにあっては2〜7(モルチ)であることを特徴とする
ジルコニア焼結体。
Zirconia with tetragonal crystal structure and 20-65 (mol I
s) is a zirconia sintered body in which zirconia having a monoclinic crystal structure coexists and substantially does not contain zirconia having a cubic crystal structure; , at least one oxide selected from magnesia and calcia is dissolved in solid solution, and the intended amount of the oxide is 1 to 4 (mol 1) in itria,
A zirconia sintered body characterized by having a magnesia content of 2 to 6 (mol%) and a calcia content of 2 to 7 (mol%).
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