JPS59107968A

JPS59107968A - ジルコニア磁器の製造方法

Info

Publication number: JPS59107968A
Application number: JP57213596A
Authority: JP
Inventors: 布施木　得雄; 昇五十嵐; 正人斎藤
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1982-12-06
Filing date: 1982-12-06
Publication date: 1984-06-22
Also published as: JPH0335260B2

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】本発明は機械的性質及び熱的性質に優れたジルコニア磁
器の製造方法に関する。

従来、安定化剤としてＭｇＯを含むジルコニア磁器は、
ＭｇＯを含むＺｒＯ２電融原料あるいはＭｇＯとＺｒＯ
２粉末とを混合し、仮焼した合成原料等を粉砕し、この
粉砕粉を焼成することによシ製造されていた。

しかし、上述した方法では機械的性質及び熱的性質に優
れたジルコニア磁器を得ることができなかった。この原
因としては以下のようなことを挙げることができる。

（１）安定化剤としてのＭｇＯは古くから知られている
が、Ｚ　ｒ０２中での固溶状態の安定性に欠けるという
欠点を持っている。これはＭｇ２＋イオン半径の不適合
性等によるものである。このため、上記方法によるジル
コニア磁器の製造においては、しばしば所定量のＭｇＯ
を固溶させることが困難であり、焼結体結晶組織の不均
一を招く。したがって、センナ等として使用した場合、
安定しだセンサ出力特性を得るのが困難であるうえ、熱
衝撃等によシ破損が発生し、センサ寿命が限られていた
。また、上述した理由にょシ機械的強度はあまり強いと
は言えず、構造材料として用いられることはほとんどな
かった。

（１１）上記方法において、粉砕粉は焼結性が悪いため
、焼結助剤を多量に添加して高温で焼成を行なっていた
。この結果、著しい結晶霧成長等を起こし、結晶組織が
微細でなくなるため、機械的性質及び熱的性質が劣る原
因となっていた。また、部分安定化によってマイクロク
ラック等を存在させて耐熱衝撃性を向上させることも試
みられてきたが、結晶粒の成長とともにマイクロクラッ
クが増大し、しばしばクラックの発生源となりマイナス
要因となることがあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであシ、結晶構
造の均質化及び微細化を図ることにより機械的性質及び
熱的性質に優れた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。

本発明者らはまず、ＭｇＯのＺｒＯ２格子中での固溶状
態を安定させる手法について種々検討した結果、ジルコ
ニア粉末と、予め共沈法等によシＺｒＯ２格子中にＭｇ
Ｏを固溶させたジルコニア化合物粉末とを所定の割合で
混合することによシ安定化剤であるＭｇＯを添加し、こ
の混合粉を成形し焼成することによってほぼ満足のいく
機械的性質及び熱的性質を有するジルコニア磁器が得ら
れることを究明した。これは、上述したような手法によ
れは、ＭｇＯのＺｒＯ２格子中での固溶状態が安定して
おυ、結晶組織が均質になるためであると考えられる。

しかし、上述した手法を採用しただけではまだ機械的性
質及び熱的性質の劣るジルコニア磁器が得られる場合が
あった。これは得られるジルコニア磁器の結晶組織が微
細でないためであると考えられる。

そこで、本発明者らは機械的性質及び熱的性質が劣る場
合について更に検討した結果、出発原料として焼結性の
良好な粒径の小さいものを用いることによって焼結温度
を低下させて結晶粒の成長を抑制することができ、微細
な結晶構造を有し、機械的性質及び熱的性質の優れたジ
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、一般式〇ＭｇＣ１
（１００ｎ）Ｚｒ０２（ｎはモル饅で１５〜２０）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ＭｇＯの含有率が７〜１２　ｍｏ１％となるように混
合し、成形した後、該成形体を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ジルコニア化合物粉
末とを混合することが最も重要な要件であるが、ＭｇＯ
の含有率が７〜１２　ｍｏ１％となるように混合すると
規定したのは、ＭｇＯの含有率が上記範囲を逸脱すると
機械的性質及び熱的性質の優れたジルコニア磁器が得ら
れないためである。なおＭｇＯ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ＭｇＯ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３０〜７０ｗｔ％とすればよい。

本発明において、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以下としたのは、出発原料
の平均粒径がこれらの値を超えると焼結性が悪くなり、
低温焼結ができないので、結晶粒成長等によシジルコニ
ア磁器の機械的性質及び熱的性質が悪化するためである
。

さらに、ジルコニア粉末及びジルコニア化合物粉末の平
均粒径が夫々１μｍ以下であることがより好ましい（こ
こで、平均粒径とは２次粒子の平均粒径をいう）。

本発明において焼成温度は１５００〜１７００℃が適当
である。これは、１５００℃未満では十分に焼結するこ
とができず、また、１７００℃を超えると結晶粒成長等
によってジルコニア磁器の機械的性質及び熱的性質が悪
化するためである。

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、ジルコニアとの反応により粒界でのガラス層の
形成等が起こり、焼結体の不均質性を招き、機械的性質
及び熱的性質を低下させるため、出発原料中の不純物含
有率は０．５ｗｔ％以下であることが望ましい。

以下、本発明の実施例を訝、明する。

第１表は実施例１〜１３、参照例１〜３及び比較例１〜
７からなる。

下記第１表に示す平均粒径のジルコニア粉末と、同表に
示す平均粒径（０，８μｍ）の一般式ｎＭｇｏ　・（１
００−ｎ　）Ｚｒ０２で表わされる共沈法によって得ら
れたソルコニア化合物粉末とを同表に示す混合率で配合
し、混合粉を得だ。混合粉中のＭｇＯの含有率をモルチ
で、不純物の含有率を重量係で計算し、夫々同表に併記
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、２０ｔ　ｏ　ｎ　／ｃｎ
ｒ　　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は強さ、破壊靭性値
（Ｋｌｃ　）及び耐熱衝撃値（ΔＴｃ　）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けして得だ５
Ｘ５Ｘ６（ｌｌ’１１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（Ｋｌｃ）は
ビッカース法によシ試験片に荷重３０ゆで圧痕を形成し
てこの圧痕末端から伸びるクラック長を測定し、Ｅｖａ
ｎａらによシ提案された計算法によシ算出した。まだ、
耐熱衝撃値（ΔＴｃ　）は所定の各温度で熱処理後、水
中投下による急冷強度測定法により、曲げ強度値が５Ｃ
１低下したときの熱処理温度を臨界熱衝撃温度Δ’Ｉ’
ｃ（℃）とした。

なお、下記第１表中参照例１〜３はＭｇＯとＺｒＯ２粉
末とを混合し、仮焼した合成原料を粉砕し、この粉砕粉
を焼成する従来の方法により得られたジルコニア磁器に
関する同様なデータでちる。

上記表から明らかなように、比較例１，２゜６，７のジ
ルコニア磁器はいずれもジルコニア粉末とジルコニア化
合物粉末との混合粉中のＭｇｏ含有率が本発明方法の範
囲外であるので、機械的性質及び熱的性質が劣る。また
、比較例３〜５０ノルコニア磁器はジルコニア粉末の平
均粒径が本発明方法の範囲外であるので機械的性質及び
熱的性質が劣る。これに対して実施例１〜１３のジルコ
ニア磁器はいずれも従来の方法により製造されたジルコ
ニア磁器（参照例１〜３）と比較して非常に優れた機械
的性質及び熱的性質を示した。

なお、実施例３，６及び９のジルコニア磁器は不純物の
含有率が多いので若干機械的性質及び熱的性質が戻るが
十分実用に耐え得るものであった。

以上詳述した如く、本発明によれば機械的性質及び熱的
性質に優れた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

【特許請求の範囲】

平均粒径２μｍ以下のジルコニア粉末と、一般式ｎＭｇ
ｃｌ（１００−ｎ）Ｚｒ０２　（ｎはモルチで１５〜２
０）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ＭｇＯの含有率が７〜１２ｍ０１％となるよ
うに混合し、成形した後、該成形体を焼成することを特
徴とするジルコニア磁器の製造方法。