JPS59107966A - ジルコニア磁器の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高強度で靭性に優れた機械的構造材料用ジルコ
ニア磁器の製造方法に関する。

従来、構造材料用のジルコニア磁器は共沈法で製造され
たＹ２Ｏ３を含有するジルコニア化合物粉末、あるいは
微細なジルフェア粉末に安定化剤であるイツトリア粉末
を所定量添加してなる混合粉を得た後、この原料粉を焼
成することによシ製造されている。

しかし、いずれの製造方法においても製造されたジルコ
ニア磁器は機械的強度及び靭性が不十分であるという欠
点があった。

本発明は上記欠点を解消するためになされたものであシ
、高強度・高靭性でしかも低コストなジルコニア磁器を
製造し得る方法を提供しようとするものである。

本発明者らは上述した従来の方法では強度及び靭性が不
十分である原因について検討したが、その原因としては
まず第１に以下のようなことが考えられる。すなわち、
ジルコニア磁器の強度及び靭性を左右するのはジルコニ
ア磁器中の立方晶、正方晶及び単斜晶の存在比であると
考えられるが、従来の方法である共沈法によシ得られた
イツ）ＩＪア含有ジルコニア化合物のみの原料粉では、
特にイツトリア含有率が低い原料粉を焼成する際、製造
条件のわう゛かな変動によって上記３相の結晶相の存在
比が不安定となり３；１１一定比率にコントロールする
ことが困難となる。また、ジルコニア粉とイツトリア粉
との混合粉を用いた場合では、特にイツトリアの含有率
が低い原料粉を焼成する際、１８００℃程度の高温焼成
が必要となシ十分な高強度のものが得られない。

そこで、イツトリアを含まない未安定化ジルコニア粉末
とイツトリアを含む安定化ジルコニア粉末を混合するこ
とによって得られた混合粉を焼成すれば、未安定化部分
では正方晶及び単斜晶が形成され、安定化部分では立方
晶が形成されるため結晶相の存在比のコントロールが容
易になると考えられる。事実、上述した考え方に従って
、未安定化ジルコニア粉末と、一般式％式％） で表わされる共沈法によって得られた安定化ジルコニア
粉末とを混合し、成形した後、該成形体を焼成する実験
を行なったところ、両者の混合粉中のイツトリア含有率
が２〜５モル係の範囲であるならばほぼ満足のいく強度
及び靭性を有するジルコニア磁器が得られた。

しかし、未安定化ジルコニア粉末と安定化ジルコニア粉
末とを上述したように混合しても十分な強度と靭性を得
られない場合かあった。このため、本発明者らはその原
因について更に検討した結果、出発原料粉の粒径に犬き
く左右されることを究明した。すなわち、出発原料粉の
粒径が太きいと、高温で焼結しなければならなくなるた
め、焼結体は結晶粒が成長したものとなる。したがって
、得られた焼結体は機械的強度が弱く、応力を簡単に解
放するため未安定化部分での正方晶から単斜晶への相変
化を抑制する内部応力に耐えられず、容易に破壊してし
まう。

このようなことから本発明者らはジルコニア粉末及びジ
ルコニア化合物粉末の平均粒径を夫々２μｍ以下とする
ことによって、１３００〜１６００℃の低温焼結によシ
高強度・高靭性のジルコニア磁器が得られることを見出
した。

すなわち、本発明のジルコニア磁器の製造方法は、平均
粒径２μｍ以下のジルコニア粉末と、一般式ｎｙ２ｏ３
・（ｔｏｏ　ｎ）Ｚｒ０２　（ｎはモルチで８〜１２）
で表わされる平均粒径２μｍ以下のジルコニア化合物粉
末とをＹ２Ｏ３の含有率が２〜５モルチとなるように混
合し、成形′した後、該成形体を低温で焼成することを
特徴とするものである。

本発明においてはノルコニア粉末トノルフェア化合物粉
末とを混合することが最も重要な要件であるが、Ｙ２Ｏ
３の含有率が２〜５モルチとなるように混合すると規定
したのは、Ｙ２Ｏ３の含有率が上記範囲全逸脱すると高
強度・高靭性のジルコニア磁器が得られないためである
。これは上記範囲を逸脱すると前述したように結晶相の
存在比が適当でなくなるためであると考えられる。なお
、Ｙ２Ｏ３の含有率を上記範囲にするには、ジルコニア
化合物粉末中のＹ２Ｏ３の含有率（ｎの値）によって異
なるが、ジルコニア化合物粉末の混合率を約２０ル６５ 本発明においては、Ｙ２Ｏ３の含有率を２〜５モルチと
規定したが、さらに好ましくは、２〜３モルチの範囲で
ある。

また本発明においてジルコニア粉末とジルコニア化合物
粉末との平均粒径を夫々２μｍ以下としたのは、平均粒
径がこれらの値を超えると、１３００〜１６００℃の低
温焼結ができないためである。

さらにジルコニア粉末とジルコニア化合物粉末との平均
粒径が夫々１μｍ以下であることがよシ好ましい（ここ
で平均粒径とは２次粒子の平均粒径をいう）。

また、本発明において成形体の焼成温度は１３００〜１
６００℃が適当である。これは、１３００℃未満である
と焼結性が悪いためであシ、また、１６００℃を超える
と結晶粒成長等の原因によシ機械的強度が弱く、容易に
破壊してしまうためである。

なお、本発明において、出発原料中に不純物が多く含ま
れると、ソルコニアとの反応によフ粒界でのガラス層の
形成等が起とシ、焼結体の不均質性を招き、機械強度特
性を低下させるため、ノルコニア粉末及びジルコニア化
合物粉末中の不純物含有率は夫々０．５重量％以下であ
ることが望ましい。

以下、本発明の詳細な説明する。

下記表は実施例１〜１２、参照例１〜３及び比較例１〜
６からなる。

下記表に示す平均粒径のノルコニア粉末と同表に示す平
均粒径の一般式ｎＸ”ｚＯ３・（１００ｎ　）Ｚ　ｒＯ
２で表わされる共沈法によって得られたジルコニア化合
物粉末とを同表に示す混合率で配合し混合粉を得た。混
合粉中のイツトリアの含有率をモルチで、不純物の含有
率を重量％で計算し同表に併記する。

次に、得られた各混合粉に結合剤としてポリビニルアル
コールを混合し、造粒した後、２．０ｔＯｎＡ２で加圧
成形した。

つづいて、各成形体を空気中において下記表に示す温度
で２時間焼成した後、冷却してジルコニア磁器を得た。

得られたジルコニア磁器について曲げ強さ及び破壊靭性
値を測定し同表に併記する。

なお、曲げ強度は矩形状焼結体を研摩仕上げして得た５
Ｘ５Ｘ６（Ｌｔａの寸法の試験片について３点曲げ試験
によって測定した。また、破壊靭性値を示すに□、はビ
ッカース法によシ試験片に荷重３０睦で圧痕を形成して
この圧痕末端から伸びるクラック長を測定し、ｇｖａｎ
ｓらによシ提案された計算法によシ算出した。

なお、下記表中参照例１〜３は従来の共沈法によって得
られたイツトリア含有ソルコニア粉末のみを焼成する方
法によシ得られたジルコニア磁器に関する同様なデータ
である。

上記表から明らかなように比較例１，２，５．　　及Ｕ
　６　（７）　シ／Ｌ／　コニア磁器については、ノル
コニア粉末とノルコニア化合物粉末との混合粉中のイツ
トリア含有率が本発明方法の範囲外であるので、曲げ強
さ、破壊靭性値ともに良好でない。

また、比較例３及び４のジルコニア磁器についてはノル
コニア粉末の平均粒径が本発明方法の範囲外であるので
、曲げ強さ、破壊靭性値ともに良好でない。これに対し
て実施例１〜１２のジルコニア磁器はいずれも高強度・
高靭性を示した。

なお、上記表中実施例１及び６のジルコニア磁器は不純
物含有率が多いので曲げ強さ、破壊靭性値が若干劣るが
、十分実用に耐え得るものであった。

更に、参照例１〜３のジルコニア磁器中のイツトリア含
有率から明らかなように従来の製造方法によって得られ
たジルコニア磁器においてはイツトリア含有率が５モル
チ以下では高強度・高靭性のものが得られないが、本発
明方法にょつて得られたジルコニア磁器のうち特に実施
例１〜５のものはイツトリア含有率が３モルチ未満にも
かかわらず参照例１〜３のジルコニア磁器より優れた強
度、靭性を示す。したがって、これらは高価なイツトリ
アの使用量が少なくてすむので低コストで製造できる。

以上詳述した如く、本発明によれば高強度・高靭性でし
かも低コストなジルコニア磁器を製造し得る方法を提供
できるものである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）平均粒径２μｍ以下のジルフェア粉末と、一般式
   ｎＹ２Ｏ３（１００−ｎ）ＺｒＯ２（ｎはモルチで８〜
   １２）で表わされる平均粒径２μｍ以下のジルコニア化
   合物粉末とをＹ２Ｏ３の含有率が２〜５モルチとなるよ
   うに混合し、成形した後１、該成形体を低温で焼成する
   ことを特徴とするジルコニア磁器の製造方法。
2. （２）　　ジルフェア粉末が不純物の含有率が０．５ｗ
   ｔ％以下の単斜晶ジルコニアであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のジルコニア磁器の製造方法。
3. （３）　　ジルコニア化合物粉末が不純物の含有率が０
   ．５　ｗｔ％以下であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のジルコニア磁器の製造方法。