JPS5945969A - 高硬度と高靭性を具備した酸化ジルコニウ系セラミック - Google Patents
高硬度と高靭性を具備した酸化ジルコニウ系セラミックInfo
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- JPS5945969A JPS5945969A JP57155716A JP15571682A JPS5945969A JP S5945969 A JPS5945969 A JP S5945969A JP 57155716 A JP57155716 A JP 57155716A JP 15571682 A JP15571682 A JP 15571682A JP S5945969 A JPS5945969 A JP S5945969A
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- zirconium oxide
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、高硬度と高靭性を合せもった酸化ノルコニ
ウム系セラミックおよびその製造法に関するものである
。
ウム系セラミックおよびその製造法に関するものである
。
一般に、セラミックは、高硬度をもつものの靭性が低い
ために、その用途が限定されているが、最近、従来主流
を占めていた酸化アルミニウム（以上Ａｅ２０３で示す
）系セラミックに代って、高靭性を有する酸化ツルコニ
ウム（以−ドＺｒＯ２で示す）系セラミックが注目され
つつある。
ために、その用途が限定されているが、最近、従来主流
を占めていた酸化アルミニウム（以上Ａｅ２０３で示す
）系セラミックに代って、高靭性を有する酸化ツルコニ
ウム（以−ドＺｒＯ２で示す）系セラミックが注目され
つつある。
この高靭性ＺｒＯ□ｒＯ□ミックは、主成分がＺｒＯ２
からなり、かつ小成のＡＱ２０３を含有した組成をもつ
が、このセラミックが高靭性をもつのは、主成分たるＺ
ｒＯ，、が、正方晶および立方晶、あるいは単斜晶、正
方晶、および立方晶からなり、このように結晶構造の異
る２種または３種のＺｒＯ２が共存することにあると云
われている。しかし、反面この高靭性ＺｒＯ２系セラミ
ックは硬さが低く、耐摩耗性の点で問題があるものであ
る。
からなり、かつ小成のＡＱ２０３を含有した組成をもつ
が、このセラミックが高靭性をもつのは、主成分たるＺ
ｒＯ，、が、正方晶および立方晶、あるいは単斜晶、正
方晶、および立方晶からなり、このように結晶構造の異
る２種または３種のＺｒＯ２が共存することにあると云
われている。しかし、反面この高靭性ＺｒＯ２系セラミ
ックは硬さが低く、耐摩耗性の点で問題があるものであ
る。
そこで１本発明者等は、上述のような観点から、ｌ゛、
記の従来高靭性ＺｒＯ２系セラミックに着目し、これの
もつ高靭性をそこなうことなく、これに高硬度を打力す
べく研究を行なった結果、これに炭化ツルコニウム（以
下ＺｒＣで示す）または炭窒化ジルコニウム（以下Ｚ’
ｒ ＣＮで示す）を、分散相形成成分としてよりはむし
ろ、焼結時にＺｒＯ，、の一部、すなわち表面部を還元
変換した状態で含有させ乞と、この結果のＺｒＯ２系セ
ラミックは高硬度と高靭性をもったものになるという知
見を得たのである。
記の従来高靭性ＺｒＯ２系セラミックに着目し、これの
もつ高靭性をそこなうことなく、これに高硬度を打力す
べく研究を行なった結果、これに炭化ツルコニウム（以
下ＺｒＣで示す）または炭窒化ジルコニウム（以下Ｚ’
ｒ ＣＮで示す）を、分散相形成成分としてよりはむし
ろ、焼結時にＺｒＯ，、の一部、すなわち表面部を還元
変換した状態で含有させ乞と、この結果のＺｒＯ２系セ
ラミックは高硬度と高靭性をもったものになるという知
見を得たのである。
したがって、この発明は、上記知見にもとづいてなされ
たものであって、原料粉末として、常温で単斜晶、約１
０００℃以上で正方晶の結晶構造を有する非安定化Ｚｒ
Ｏ□粉末、粉末卵前記非安定化ＺｒＯ２粉末ａ、Ｍｇ、
およびＹなどの酸化物のうちの１種板−Ｌを含有させて
常温における安定結晶構造を立方晶とした安定化立方晶
ＺｒＯ２粉末、およびＡＭ２０３粉末、さらに必要に応
じて炭素粉末を用意し、これら原料粉末を所定配合組成
に配合し、通常の条件で混合し、圧粉体に成形し、つい
でとの圧粉体を、真空中、窒素雰囲気中、炭素を含む還
元性ガス雰囲気中、または炭素を含む還元性ガスと窒素
ガスとの混合ガス雰囲気中で、通常の条件で焼結すると
共に、前記非安定化および安定化立方晶ＺｒＯ，，の表
面部をＺｒＣまたはＺｒＣＮに還元変換することからな
る高硬度および高靭性を有するＺｒ０２系セラミツクの
製造法、並びにこの製造法によって製造された、容謳係
で、ＺｒＣまたはＺｒＣＮ 二ｌ〜２０％、 ＡＩ！２
０３： ０．５〜５％、正方晶、または正方晶と単斜晶
（ただしこの場合の単斜晶／正方晶の容量比は６／４以
下）のＺｒＯ２：５〜３０％、立方晶ＺｒＯ２および不
１工避不純物、残り、からなる組成を有し、かつ正方晶
と立方晶ＺｒＯ□、または単斜晶と正方晶と立方晶Ｚｒ
Ｏ２の表面部がＺｒＣまたはＺｒＣＮで構成され、ＡＱ
、２０３が均一に分散した組織を有する高硬度と高靭性
を具備したＺｒＯ２系セラミックに特徴を有するもので
ある。
たものであって、原料粉末として、常温で単斜晶、約１
０００℃以上で正方晶の結晶構造を有する非安定化Ｚｒ
Ｏ□粉末、粉末卵前記非安定化ＺｒＯ２粉末ａ、Ｍｇ、
およびＹなどの酸化物のうちの１種板−Ｌを含有させて
常温における安定結晶構造を立方晶とした安定化立方晶
ＺｒＯ２粉末、およびＡＭ２０３粉末、さらに必要に応
じて炭素粉末を用意し、これら原料粉末を所定配合組成
に配合し、通常の条件で混合し、圧粉体に成形し、つい
でとの圧粉体を、真空中、窒素雰囲気中、炭素を含む還
元性ガス雰囲気中、または炭素を含む還元性ガスと窒素
ガスとの混合ガス雰囲気中で、通常の条件で焼結すると
共に、前記非安定化および安定化立方晶ＺｒＯ，，の表
面部をＺｒＣまたはＺｒＣＮに還元変換することからな
る高硬度および高靭性を有するＺｒ０２系セラミツクの
製造法、並びにこの製造法によって製造された、容謳係
で、ＺｒＣまたはＺｒＣＮ 二ｌ〜２０％、 ＡＩ！２
０３： ０．５〜５％、正方晶、または正方晶と単斜晶
（ただしこの場合の単斜晶／正方晶の容量比は６／４以
下）のＺｒＯ２：５〜３０％、立方晶ＺｒＯ２および不
１工避不純物、残り、からなる組成を有し、かつ正方晶
と立方晶ＺｒＯ□、または単斜晶と正方晶と立方晶Ｚｒ
Ｏ２の表面部がＺｒＣまたはＺｒＣＮで構成され、ＡＱ
、２０３が均一に分散した組織を有する高硬度と高靭性
を具備したＺｒＯ２系セラミックに特徴を有するもので
ある。
つぎに、この発明のＺｒＯ２系セラミックにおいて、成
分組成範囲を」−記の通りに限定した理由を説明する。
分組成範囲を」−記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）ｚｒＣまたはＺ ｒ Ｃ’ Ｎ
これらの成分には、セラミックの硬さを著しく向上させ
、もって耐摩耗性を向上させる作用があるほか、ＺｒＯ
２の表面部に存在して、特に正方晶ＺｒＯ２を準安定化
し、もって靭性な一段と向上させる作用があるが、そ°
の含有量が１％未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方２０％を越えて含有させることは必要以上に長
時間の焼結を必要とすることになって経済的でないこと
から、その含有量を１〜２０％と定めた。
、もって耐摩耗性を向上させる作用があるほか、ＺｒＯ
２の表面部に存在して、特に正方晶ＺｒＯ２を準安定化
し、もって靭性な一段と向上させる作用があるが、そ°
の含有量が１％未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方２０％を越えて含有させることは必要以上に長
時間の焼結を必要とすることになって経済的でないこと
から、その含有量を１〜２０％と定めた。
（ｂ） Ａｌ４ ｌ！ ｏ ３
この成分にはＺｒＯ２の粒成長を抑制して、セラミック
の靭性低下を阻止する作用があるが、その含有量が０５
％未満では所望の粒成長抑制効果が得られず、一方５％
を越えて含有させると、焼結性が劣化し、靭性低下の原
因とりることがら、その含有量を０５〜５％と定検だ。
の靭性低下を阻止する作用があるが、その含有量が０５
％未満では所望の粒成長抑制効果が得られず、一方５％
を越えて含有させると、焼結性が劣化し、靭性低下の原
因とりることがら、その含有量を０５〜５％と定検だ。
（Ｃ１正方晶ＺｒＯ２
準安定化状態の切方晶ＺｒＯ２の存在によってセラミッ
クはすぐれた靭性なもつようになるが、その含有量が５
％未満では所望の高靭性を確保することができず、一方
３０％を越えて含有させると、セラミックの硬さ低下が
著しくなることから、その含有量を５〜３０係と定めた
。なお、この場合、前記正方晶ＺｒＯ２の一部が単斜晶
ＺｒＯ２で占められても、その含有割合、すなわち単斜
晶／正方晶の容量比で６７４以下でおる場合には高靭性
を保持することができる。
クはすぐれた靭性なもつようになるが、その含有量が５
％未満では所望の高靭性を確保することができず、一方
３０％を越えて含有させると、セラミックの硬さ低下が
著しくなることから、その含有量を５〜３０係と定めた
。なお、この場合、前記正方晶ＺｒＯ２の一部が単斜晶
ＺｒＯ２で占められても、その含有割合、すなわち単斜
晶／正方晶の容量比で６７４以下でおる場合には高靭性
を保持することができる。
また、この発明のＺ、ｒ ０２系セラミツクにおいては
、多くの場合、配合粉末の混合時に、炭化タングステン
、 Ｃｏ、 Ｎｉ 、およびＦ’ｅなどのうちの１種以
上が不可避不純物として混入する場合があるが、その含
有量が総量で３答限係を越えない限り、セラミック特性
に何らの影響な及はすものではない。
、多くの場合、配合粉末の混合時に、炭化タングステン
、 Ｃｏ、 Ｎｉ 、およびＦ’ｅなどのうちの１種以
上が不可避不純物として混入する場合があるが、その含
有量が総量で３答限係を越えない限り、セラミック特性
に何らの影響な及はすものではない。
つぎに、この発明のＺｒＯ２系セラミックおよびその製
造法を実施例により具体的に説明する。
造法を実施例により具体的に説明する。
実施例 ｌ
原料粉末として、平均粒径：１２μｍを有するＣａＯ安
定化立方晶ＺｒＯ２粉末、同Ｑ、 ５ μ７７１のＡｔ
！２０３粉末および非安定化ＺｒＯ２粉末を用意し、こ
れら原料粉末を第１表に示される配合組成にそれぞれ配
合し、ボールミルにて２日間混合した後、１ ｔｏｎ／
ｄの圧力にて圧粉体に成形し、ついでこの圧粉体を、Ｃ
ｏ： １ ｔｏｒｒ、 Ｎ２：０．５ ｔｏｒｒから女
る炭素を含む還元ガスと窒素ガスとの混合ガス雰囲気中
、温度：１６００℃に１．５時間保持の条件で焼結する
ことによって、同じく第１表に示される組成を有し、か
つ前記両ｚｒＯ２の表面部がＺｒＣＮで構成された組織
を有する本発明セラミック１〜５をそれぞれ製造した。
定化立方晶ＺｒＯ２粉末、同Ｑ、 ５ μ７７１のＡｔ
！２０３粉末および非安定化ＺｒＯ２粉末を用意し、こ
れら原料粉末を第１表に示される配合組成にそれぞれ配
合し、ボールミルにて２日間混合した後、１ ｔｏｎ／
ｄの圧力にて圧粉体に成形し、ついでこの圧粉体を、Ｃ
ｏ： １ ｔｏｒｒ、 Ｎ２：０．５ ｔｏｒｒから女
る炭素を含む還元ガスと窒素ガスとの混合ガス雰囲気中
、温度：１６００℃に１．５時間保持の条件で焼結する
ことによって、同じく第１表に示される組成を有し、か
つ前記両ｚｒＯ２の表面部がＺｒＣＮで構成された組織
を有する本発明セラミック１〜５をそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、焼結雰囲気を、１気圧の大気とす
る以外は、上記本発明セラミック１〜５と同一の製造条
件にて比較セラミック１〜５をそれぞれ製造した。
る以外は、上記本発明セラミック１〜５と同一の製造条
件にて比較セラミック１〜５をそれぞれ製造した。
この結果得られた本発明セラミック１〜５および比較セ
ラミック１〜５について、ロックウェル硬さくＡスケー
ル）および破壊靭性値を測定し、その測定結果を第１表
に合せて示した。
ラミック１〜５について、ロックウェル硬さくＡスケー
ル）および破壊靭性値を測定し、その測定結果を第１表
に合せて示した。
第１表に示される結果から、本発明セラミック１〜５は
、いずれも高硬度と高靭性を合せもつのに対して、比較
セラミック１〜５においては、焼結雰囲気を人気とした
ため、ＺｒＣＮの形成がないことから、相対的に硬さが
低く、かつ正方晶ＺｒＯ２に対する単斜晶ＺｒＯ２の割
合が高いものは靭性の劣ったものになっていることが明
らかである。
、いずれも高硬度と高靭性を合せもつのに対して、比較
セラミック１〜５においては、焼結雰囲気を人気とした
ため、ＺｒＣＮの形成がないことから、相対的に硬さが
低く、かつ正方晶ＺｒＯ２に対する単斜晶ＺｒＯ２の割
合が高いものは靭性の劣ったものになっていることが明
らかである。
実施例 ２
原料粉末として、平均粒径１μｍを有するＹ２Ｏ３安定
化立方晶ＺｒＯ□粉末、同０．６μｍのＡＶ２０．粉末
および非安定化ＺｒＯ２粉末、さらに同２ｐｍの黒鉛粉
末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ第２表に示され
る配合組成に配合し、ボールミルにて２日間混合した後
、１ ｔｏｎ／ｉの圧力で圧粉体に成形し、ついでとの
圧粉体を０．１ ｔｏｒｒのＣＯガス雰囲気中、温度：
１６００℃に２時間保持の条件で焼結することによって
、同じく第２表に示される組成を有し、かつ前記両Ｚｒ
Ｏ２の表面部がＺｒＣで構成された組織を有する本発明
セラミック６〜ｌＯをそれぞれ製造した。
化立方晶ＺｒＯ□粉末、同０．６μｍのＡＶ２０．粉末
および非安定化ＺｒＯ２粉末、さらに同２ｐｍの黒鉛粉
末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ第２表に示され
る配合組成に配合し、ボールミルにて２日間混合した後
、１ ｔｏｎ／ｉの圧力で圧粉体に成形し、ついでとの
圧粉体を０．１ ｔｏｒｒのＣＯガス雰囲気中、温度：
１６００℃に２時間保持の条件で焼結することによって
、同じく第２表に示される組成を有し、かつ前記両Ｚｒ
Ｏ２の表面部がＺｒＣで構成された組織を有する本発明
セラミック６〜ｌＯをそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、配合組成を同じく第２表に示され
るものとし、かつ焼結界囲気な１気圧の人気とする以外
は、本発明セラミック６〜１０と同一の製造条件にて比
較セラミック６〜ｌＯをそれぞれ製造した。この結果得
られたセラミックについても実施例１におけると同様に
硬さと破壊靭性値を測定し、その結果を第２表に示した
。
るものとし、かつ焼結界囲気な１気圧の人気とする以外
は、本発明セラミック６〜１０と同一の製造条件にて比
較セラミック６〜ｌＯをそれぞれ製造した。この結果得
られたセラミックについても実施例１におけると同様に
硬さと破壊靭性値を測定し、その結果を第２表に示した
。
第２表に示されるように、本発明セラミック６〜１０は
高硬度と高靭性を有するのに対して、比較セラミック６
〜１０は、 ＺｒＣの形成がないために、相対的に硬
さが低く、しかも単斜晶の割合が多いものほど靭性が劣
ることが明らかである。
高硬度と高靭性を有するのに対して、比較セラミック６
〜１０は、 ＺｒＣの形成がないために、相対的に硬
さが低く、しかも単斜晶の割合が多いものほど靭性が劣
ることが明らかである。
」−述のように、この発明の方法によって製造されたＺ
ｒＯ□系セラミックは、高硬度と高靭性を具備し、かつ
耐熱性および耐食性にもすぐれているので、これらの特
性が要求される切削工具や、軸受および線引ダイスなど
の耐摩耗部品、さらにはシールリング拐などとして使用
した場合に著しくすぐれた性能を長期に亘って安定的に
発揮するものである。
ｒＯ□系セラミックは、高硬度と高靭性を具備し、かつ
耐熱性および耐食性にもすぐれているので、これらの特
性が要求される切削工具や、軸受および線引ダイスなど
の耐摩耗部品、さらにはシールリング拐などとして使用
した場合に著しくすぐれた性能を長期に亘って安定的に
発揮するものである。
出願人 三菱金属株式会社
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１１炭化ジルコニウムまたは炭窒化ジルコニウム：１
〜２０％、 酸化アルミニウム；０５〜５％、 正方晶酸化ツルコニウム；５〜３０％、立方晶酸化ツル
コニウムおよび不可避不純物：残り、 からなる組成（以上容量％）を有し、かつ正方晶および
立方晶酸化ジルコニウムの表面部が、炭化ジルコニウム
または炭窒化ジルコニウムで構成され、酸化アルミニウ
ムが均一に分散した組織を有することを特徴とする高硬
度と高靭性を具備した酸化ジルコニウム系セラミック。 （２）炭化ジルコニウムまたは炭窒化ツルコニウム：１
〜２０％、 酸化アルミニウム：０５〜５％、 単斜晶および正方晶酸化ジルコニウム（ただし単斜晶／
正方晶の容量比：６／４以下）二５〜３０％、 立方晶酸化ジルコニウムおよび不可避不純物。 残り。 からなる組成（以」−容量％）を有し、かつ単斜晶。 正方晶、および立方晶酸化ジルコニウムの表面部が、炭
化ジルコニウムまたは炭窒化ツルコニウムで構成され、
酸化アルミニウムが均一に分散した組織を有することを
特徴とする高硬度と高靭性を具備した酸化ジルコニウム
系セーｙミンク。 （３）原料粉末として、非安定化酸化ジルコニウム粉末
、安定化立方晶酸化ツルコニウム粉末、および酸化アル
ミニウム粉末を用意し、これら原料粉末を所定配合組成
に配合し、通常の条件で混合し５圧粉体に成形し、つい
でとの圧粉体を、炭素を含む還元性ガス雰囲気中、また
は炭素を含む還元性ガスと窒素ガスとの混合ガス雰囲気
中で、通常の条件で焼結すると共に、前記非安定化およ
び安定化立方晶酸化ジルコニウムの表面部を炭化ジルコ
ニウムまたは炭窒化ジルコニウムに還元変換することを
特徴とする高硬度と高靭性を具備した酸化ジルコニウム
系セラミックの製造法。 （４）原料粉末として、非安定化酸化ジルコニウム粉末
、安定化立方晶酸化ツルコニウム粉末、酸化アルミニウ
ム粉末、および炭素粉末を用意し、これら原料粉末を所
定配合組成に配合し、通常の条件で混合し、圧粉体に成
形し、ついでこの圧粉体を、真空中、窒素雰囲気中、炭
素を含む還元性ガス雰囲気中、または炭素を含む還元性
ガスと窒素ガスとの混合ガス雰囲気中で、通常の条件で
焼結すると共に、前記非安定化および安定化立方晶酸化
ジルコニウムの表面部を炭化ジルコニウムまたは炭窒化
ジルコニウムに還元変換することを特徴とする高硬度と
高靭性を具備した酸化ジルコニウム系セラミックの製造
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57155716A JPS5945969A (ja) | 1982-09-07 | 1982-09-07 | 高硬度と高靭性を具備した酸化ジルコニウ系セラミック |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57155716A JPS5945969A (ja) | 1982-09-07 | 1982-09-07 | 高硬度と高靭性を具備した酸化ジルコニウ系セラミック |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5945969A true JPS5945969A (ja) | 1984-03-15 |
| JPS6222949B2 JPS6222949B2 (ja) | 1987-05-20 |
Family
ID=15611924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57155716A Granted JPS5945969A (ja) | 1982-09-07 | 1982-09-07 | 高硬度と高靭性を具備した酸化ジルコニウ系セラミック |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5945969A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4734802A (en) * | 1984-10-02 | 1988-03-29 | Hitachi, Ltd. | Film magnetic head slider having a contacting portion containing zirconia and carbon |
| CN108129167A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-06-08 | 中南大学 | 一种耐高温抗烧蚀改性ZrC-SiC陶瓷涂层及制备方法 |
| WO2019244398A1 (ja) * | 2018-06-18 | 2019-12-26 | 住友電気工業株式会社 | 焼結体およびアルミナ固溶部分安定化ジルコニア |
-
1982
- 1982-09-07 JP JP57155716A patent/JPS5945969A/ja active Granted
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4734802A (en) * | 1984-10-02 | 1988-03-29 | Hitachi, Ltd. | Film magnetic head slider having a contacting portion containing zirconia and carbon |
| CN108129167A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-06-08 | 中南大学 | 一种耐高温抗烧蚀改性ZrC-SiC陶瓷涂层及制备方法 |
| WO2019244398A1 (ja) * | 2018-06-18 | 2019-12-26 | 住友電気工業株式会社 | 焼結体およびアルミナ固溶部分安定化ジルコニア |
| JPWO2019244398A1 (ja) * | 2018-06-18 | 2020-07-02 | 住友電気工業株式会社 | 焼結体 |
| US11155501B2 (en) | 2018-06-18 | 2021-10-26 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Sintered material and partially stabilized zirconia with solid solution of alumina formed therein |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6222949B2 (ja) | 1987-05-20 |
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