JPS60108366A - ジルコニア質焼結体 - Google Patents
ジルコニア質焼結体Info
- Publication number
- JPS60108366A JPS60108366A JP58215835A JP21583583A JPS60108366A JP S60108366 A JPS60108366 A JP S60108366A JP 58215835 A JP58215835 A JP 58215835A JP 21583583 A JP21583583 A JP 21583583A JP S60108366 A JPS60108366 A JP S60108366A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintered body
- oxide
- zirconium oxide
- crystals
- weight
- Prior art date
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- Granted
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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】
本発明は高強度、高温耐久性に優れた機械部品などに用
いられるジルコニア質焼結体（以下焼結体という）に関
する。
いられるジルコニア質焼結体（以下焼結体という）に関
する。
酸化ジルコニウムを主成分とする焼結体Ｉ″ｉ熱伝導率
が低く、熱変形を起こしにくいため耐火断熱材料として
使用されてきた。最近はさらに酸化ジ／ｌ／ コニウノ
、に安定化剤と称する酸化インドリウム。
が低く、熱変形を起こしにくいため耐火断熱材料として
使用されてきた。最近はさらに酸化ジ／ｌ／ コニウノ
、に安定化剤と称する酸化インドリウム。
酸化カルシウム、酸化マグネシウムの一釉又は二種以上
を少量固溶させると曲げ強さ、硬度等が格段に向」二す
ることが知られ切削工具類に使用されている。しかし高
強度、高硬度の焼結体を得るには気相、液；ｔｌ、Ｉ
ｉズ応等により作製した極めて微細な原料粉を使用した
り、焼成温度を狭い範囲に限定する必費がある。これは
焼成物に含１れる結晶の大きさ」？よび含有結晶種を限
定する必要力・ら必然的に生じる条件である。そのため
大型品の製造は困必１Ｆであり得られた製品も極めて高
価なため用途は限定されてし才う。
を少量固溶させると曲げ強さ、硬度等が格段に向」二す
ることが知られ切削工具類に使用されている。しかし高
強度、高硬度の焼結体を得るには気相、液；ｔｌ、Ｉ
ｉズ応等により作製した極めて微細な原料粉を使用した
り、焼成温度を狭い範囲に限定する必費がある。これは
焼成物に含１れる結晶の大きさ」？よび含有結晶種を限
定する必要力・ら必然的に生じる条件である。そのため
大型品の製造は困必１Ｆであり得られた製品も極めて高
価なため用途は限定されてし才う。
しかも、このようにし′Ｃ得られた焼結体は熱的には不
安定であり酸化イツトリウムを固溶した焼結体は２００
〜５００℃で、酸化カルシウムを固溶（７た焼結体は１
０００℃近くで長期間の間には結晶が変化し１強度低下
するため熱的用途は制限を受けてしまう。特に工業部品
の用途にはダイアモンド研削等により精密に研削加工を
施す必要があるが、その加工面は歪を大きく受けるため
熱による結晶変化がさらに起こりやすく強度低下する。
安定であり酸化イツトリウムを固溶した焼結体は２００
〜５００℃で、酸化カルシウムを固溶（７た焼結体は１
０００℃近くで長期間の間には結晶が変化し１強度低下
するため熱的用途は制限を受けてしまう。特に工業部品
の用途にはダイアモンド研削等により精密に研削加工を
施す必要があるが、その加工面は歪を大きく受けるため
熱による結晶変化がさらに起こりやすく強度低下する。
これに対し安定化剤を多量固溶させると熱的には安定に
なるが強度が低下してしまい機械部品としては不適当で
ある。
なるが強度が低下してしまい機械部品としては不適当で
ある。
本発明はかかる欠点のない焼結体を提供することを目的
とするものである。
とするものである。
本発明者は上記の欠点について製造方法、化学組成等を
変え焼結体の性能の調査研究を進めた結果、酸化ジルコ
ニウムに酸化セリウムをある組成範囲に固溶させた結晶
の焼結体が機械的強度が高く、耐摩耗性に優れ熱的安定
性も良い焼結体が得られることを確認した。
変え焼結体の性能の調査研究を進めた結果、酸化ジルコ
ニウムに酸化セリウムをある組成範囲に固溶させた結晶
の焼結体が機械的強度が高く、耐摩耗性に優れ熱的安定
性も良い焼結体が得られることを確認した。
本発明は酸化ジルコニウムと酸化セリウムの固溶体であ
り、かつ酸化ビスマスを含有した焼結体において、該焼
結体の結晶は酸化ジルコニウムに酸化セリウムが固溶し
ている正方晶酸化ジルコニウム結晶が主であり、単斜晶
及び／又は立方晶酸化ジルコニウム結晶の含有量が全酸
化ジルコニウム結晶に対し２０％以下であり、化学成分
として酸化ジルコニウム６６〜８７重量％、酸化セリウ
ム１２〜２７重量％及び酸化ビスマス０．０５〜１０重
量％を含有してなる焼結体に関するヮなお本発明におい
て単斜晶及び／又は立方晶酸化ジルコニウムの含有量は
全酸化ジルコニウム結晶に対し２０％以下とされるが、
結晶中に立方晶酸化ジルコニウム結晶を含まず単斜晶酸
化ジルコニウム結晶が存在する場合は、その結晶付近で
の大きな歪あるいはマイクロクラックの発生を意味し、
結晶量が多くなると急激に強度低下するためそのような
場合は１０％以下が望ましい。また結晶中に単斜晶酸化
ジルコニウム結晶を含まず、立方晶酸化ジルコニウム結
晶が存在する場合は酸化セリウム含有率が２２重量％以
上になると生成がＸ線回折法で検出されるようになるが
、この立方晶酸化ジルコニウム結晶の含有率が多くなる
と熱的安定性は良いが機械的強度が低下する。機械部品
として望ましい強度を得るにはこの立方晶酸化ジルコニ
ウム結晶含有率は２０％以下とされる。
り、かつ酸化ビスマスを含有した焼結体において、該焼
結体の結晶は酸化ジルコニウムに酸化セリウムが固溶し
ている正方晶酸化ジルコニウム結晶が主であり、単斜晶
及び／又は立方晶酸化ジルコニウム結晶の含有量が全酸
化ジルコニウム結晶に対し２０％以下であり、化学成分
として酸化ジルコニウム６６〜８７重量％、酸化セリウ
ム１２〜２７重量％及び酸化ビスマス０．０５〜１０重
量％を含有してなる焼結体に関するヮなお本発明におい
て単斜晶及び／又は立方晶酸化ジルコニウムの含有量は
全酸化ジルコニウム結晶に対し２０％以下とされるが、
結晶中に立方晶酸化ジルコニウム結晶を含まず単斜晶酸
化ジルコニウム結晶が存在する場合は、その結晶付近で
の大きな歪あるいはマイクロクラックの発生を意味し、
結晶量が多くなると急激に強度低下するためそのような
場合は１０％以下が望ましい。また結晶中に単斜晶酸化
ジルコニウム結晶を含まず、立方晶酸化ジルコニウム結
晶が存在する場合は酸化セリウム含有率が２２重量％以
上になると生成がＸ線回折法で検出されるようになるが
、この立方晶酸化ジルコニウム結晶の含有率が多くなる
と熱的安定性は良いが機械的強度が低下する。機械部品
として望ましい強度を得るにはこの立方晶酸化ジルコニ
ウム結晶含有率は２０％以下とされる。
さらに単斜晶酸化ジルコニウム結晶と立方晶酸化ジルコ
ニウム結晶とが同一焼結体中に含まれる場合は酸化ジル
コニウムと酸化セリウムの混合が不均一の場合に起こり
、この混合の不均一さは熱的不安定性９機械強度低下を
生じ望ましくない。以上の理由により単斜晶及び／又は
立方晶酸化ジルコニウム結晶の含、１量は２０％以下と
される。
ニウム結晶とが同一焼結体中に含まれる場合は酸化ジル
コニウムと酸化セリウムの混合が不均一の場合に起こり
、この混合の不均一さは熱的不安定性９機械強度低下を
生じ望ましくない。以上の理由により単斜晶及び／又は
立方晶酸化ジルコニウム結晶の含、１量は２０％以下と
される。
化学成分として酸化セリウムは１２〜２７重量％、好ま
しくは１６〜２７重量−の範囲とされる。
しくは１６〜２７重量−の範囲とされる。
この範囲とした理由は下記の試験によって決定されたも
のである。
のである。
酸化ジルコニウム、酸化セリウム及び酸化ビスマスを各
種の比率に混合し、焼成して得られる固溶体の焼結体を
得、その性能を調査したところ。
種の比率に混合し、焼成して得られる固溶体の焼結体を
得、その性能を調査したところ。
酸化セリウムの含有率が１２重量％以上から急激に機械
的強度が増加し、約１７重ｉ％で極大に達し、その曲げ
強さは約１００ Ｋｇ／ｍ＋ｎ”にもなり、従来セラミ
ックスの最大とされる酸化イツトリウム−酸化ジルコニ
ウム系の強度に匹敵する値が得られた。
的強度が増加し、約１７重ｉ％で極大に達し、その曲げ
強さは約１００ Ｋｇ／ｍ＋ｎ”にもなり、従来セラミ
ックスの最大とされる酸化イツトリウム−酸化ジルコニ
ウム系の強度に匹敵する値が得られた。
酸化セリウム含有率がさらに増加すると強度は徐々に低
下し、２７重量％になるとアルミナ焼結体で得られる値
約５０ Ｋｇ／ＩＩＩＩＩ＋２になる。なお５０Ｋｇ／
ｍｍ”未満になると高強度の意味が失われる。また。
下し、２７重量％になるとアルミナ焼結体で得られる値
約５０ Ｋｇ／ＩＩＩＩＩ＋２になる。なお５０Ｋｇ／
ｍｍ”未満になると高強度の意味が失われる。また。
この焼結体の熱的安定性はダイアモンド切削で焼結体か
ら切り出した試料を室温から１３００℃まで２℃／分の
昇温速度で上昇させ、１３００℃に達成後２℃／分の降
温速度で下降させ、室温から室温に達するまでの熱膨張
率を測定し、かつ３００〜１３００℃まで１００℃きざ
みに設定した電気炉内に３．０００時間放置し、そのと
きの結晶変化をＸ線回折法により測定し９強度を３点曲
げ試験法で評価した。この結果、酸化セリウム含有率１
２重量％以上の焼結体の熱膨張率は昇降温の差がなく、
ハぼａ線的に変化し９曲げ強さも５０Ｋｇ／ＩｎＩｎ２
以上であるが、１２重量−未満になると曲げ強さが極端
に低下してくる。また１０重量％、になると約３００℃
で急激に体積変化し１曲げ強はけはは０であった。
ら切り出した試料を室温から１３００℃まで２℃／分の
昇温速度で上昇させ、１３００℃に達成後２℃／分の降
温速度で下降させ、室温から室温に達するまでの熱膨張
率を測定し、かつ３００〜１３００℃まで１００℃きざ
みに設定した電気炉内に３．０００時間放置し、そのと
きの結晶変化をＸ線回折法により測定し９強度を３点曲
げ試験法で評価した。この結果、酸化セリウム含有率１
２重量％以上の焼結体の熱膨張率は昇降温の差がなく、
ハぼａ線的に変化し９曲げ強さも５０Ｋｇ／ＩｎＩｎ２
以上であるが、１２重量−未満になると曲げ強さが極端
に低下してくる。また１０重量％、になると約３００℃
で急激に体積変化し１曲げ強はけはは０であった。
さらに酸化セリウム１２〜１６重量−未満ては５００℃
以下数百時間でダイアモンド研前面に単斜晶結晶の生成
、増加が認められたが試験時間に伴うこれ以上の変化は
見い出せなかった。また機械的強度の変化は試験時間に
おいては有意差はなかった。
以下数百時間でダイアモンド研前面に単斜晶結晶の生成
、増加が認められたが試験時間に伴うこれ以上の変化は
見い出せなかった。また機械的強度の変化は試験時間に
おいては有意差はなかった。
酸化ジルコニウムの含有率は酸化セリウムの含有率の増
減により決定され、酸化セリウムの上限量２７重量％の
ときは６６重量％とされ、酸化セリウムの下限量１２重
量％のときは８７重量％とされる。
減により決定され、酸化セリウムの上限量２７重量％の
ときは６６重量％とされ、酸化セリウムの下限量１２重
量％のときは８７重量％とされる。
酸化ビスマスは焼結助剤として添加され、その添加量は
０．０５〜１０重量％の範囲とされ、０．０５重量％未
満であると焼結助剤としての効果がなく。
０．０５〜１０重量％の範囲とされ、０．０５重量％未
満であると焼結助剤としての効果がなく。
また１０重量％を越えると酸化ジルコニウム結晶の成長
を促進し、酸化ジルコニウム結晶が粗大化するため機械
的強度のばらつきが大きくなる。
を促進し、酸化ジルコニウム結晶が粗大化するため機械
的強度のばらつきが大きくなる。
本発明における焼結体は上記組成物の他に不純物として
Ｓ ｉ０２． ＴｉＯ２，Ｆｅ２Ｏ，等を２重量−以下
台まれていても差支えない。
Ｓ ｉ０２． ＴｉＯ２，Ｆｅ２Ｏ，等を２重量−以下
台まれていても差支えない。
以下実施例により本発明を説明する。
酸化ジルコニウム（第−希元素製、ＥＰグレード）と酸
化セリウム（信越化学製純度、９９．９％）とを第１表
に示す配合割合に秤量し、ボールミルで平均粒径０．６
μｍ以下になるまで湿式粉砕、混合した。次に乾燥した
後１２５０℃で１時間熱処理を行ない、中間原料を得た
。Ｃの中間原料に酸化ビスマスを第１表に示す量添加し
、再びボールミルで平均粒径０．５５μｍになるまで湿
式粉砕。
化セリウム（信越化学製純度、９９．９％）とを第１表
に示す配合割合に秤量し、ボールミルで平均粒径０．６
μｍ以下になるまで湿式粉砕、混合した。次に乾燥した
後１２５０℃で１時間熱処理を行ない、中間原料を得た
。Ｃの中間原料に酸化ビスマスを第１表に示す量添加し
、再びボールミルで平均粒径０．５５μｍになるまで湿
式粉砕。
混合した。粉砕した泥漿にポリビニルアルコール（１）
Ｖ Ａ ）およびワックスを添加し、粉霧乾燥して成
形粉を得、さらに前記の成形粉を１トン／ｃｍ２の圧力
にてラバープレス成形後第１表に示す温度で焼成して焼
結体を得た。
Ｖ Ａ ）およびワックスを添加し、粉霧乾燥して成
形粉を得、さらに前記の成形粉を１トン／ｃｍ２の圧力
にてラバープレス成形後第１表に示す温度で焼成して焼
結体を得た。
次に前記の焼結体をダイアモンド砥石（２００番）を使
用して四面研削し４ｘ３Ｘ４０ｍｍ寸法の試料を得た。
用して四面研削し４ｘ３Ｘ４０ｍｍ寸法の試料を得た。
この試料を用いて各種試験を行なった。なお試験条件に
おいて試料に含まれる結晶量の測定は焼成表面並びにダ
イアモンド研削面および粉砕粉をＸ線回折装置を使用し
、正方晶−立方晶の場合、正方晶は（０２２）面、立方
晶は（２２０）面で定量し、また正方晶−単斜晶の場合
、正方品は（１１１）面、単斜晶は（１１１）面と（１
１１）面とで定量した。含有成分量は螢光Ｘ線分析装置
で、熱膨張率は自記式熱分析装置でａ＋＋＋定した。各
試験結果を合せて第１表に示す。
おいて試料に含まれる結晶量の測定は焼成表面並びにダ
イアモンド研削面および粉砕粉をＸ線回折装置を使用し
、正方晶−立方晶の場合、正方晶は（０２２）面、立方
晶は（２２０）面で定量し、また正方晶−単斜晶の場合
、正方品は（１１１）面、単斜晶は（１１１）面と（１
１１）面とで定量した。含有成分量は螢光Ｘ線分析装置
で、熱膨張率は自記式熱分析装置でａ＋＋＋定した。各
試験結果を合せて第１表に示す。
第１表から本発明になる焼結体は熱的安定性が高く９機
械的強度が高いことがわかる。
械的強度が高いことがわかる。
さらに焼結体の結晶組織を電子顕微鏡で観察した結果、
酸化イツトリウム−酸化ジルコニウム系の微細結晶ある
いは酸化マグネシウム−酸化ジルコニウム系の巨大な結
晶とは大きく異なっていた。
酸化イツトリウム−酸化ジルコニウム系の微細結晶ある
いは酸化マグネシウム−酸化ジルコニウム系の巨大な結
晶とは大きく異なっていた。
即ち結晶が緻密に、かつ均一に成長し１曲げ強さ測定後
の破面においては結晶径は１〜５μｍであり極めて角ば
った結晶が隙間なく並び気孔は結晶るようになり気孔も
結晶内に存在しており１機械的強度と結晶組織とは極め
て高い相関々係が存在′ していることが確認された。
の破面においては結晶径は１〜５μｍであり極めて角ば
った結晶が隙間なく並び気孔は結晶るようになり気孔も
結晶内に存在しており１機械的強度と結晶組織とは極め
て高い相関々係が存在′ していることが確認された。
本発明になる焼結体は高強度、高温耐久性に優れるため
、エンジン部分、暖房機器、ガスバーナーノズル、粉じ
んノズル等の機械部品に使用でき。
、エンジン部分、暖房機器、ガスバーナーノズル、粉じ
んノズル等の機械部品に使用でき。
かつダイアモンド研削などによる影響がほとんどなく、
大型品の製造も可能であるなどの効果を有する。
大型品の製造も可能であるなどの効果を有する。
手続補正書（自発）
特許庁に宮殿
１、・ＩＸ−件の表示
昭和５８年特許願第２１５８３５号
２発明の名４４、
ジルコニア質焼結体
、３抽ＩＩ＝をする老
・１・１′１との関ＩＩ＋ ’４１？ｄ′１出願人とｔ
ｔ！６ １４４５） Ｌｌヴ化成工業株式会社′１
代 理 人 （）、浦ｊ１°の内容 （１）本願間、ｆｌ１１ ｉ１？−第８頁第１２行〜第
１３行に「成形後第１表に示す温度で焼成して」とある
のを「成形後１５７０℃でｌ ＩＩ：’７間焼成して」
と訂正します。
ｔ！６ １４４５） Ｌｌヴ化成工業株式会社′１
代 理 人 （）、浦ｊ１°の内容 （１）本願間、ｆｌ１１ ｉ１？−第８頁第１２行〜第
１３行に「成形後第１表に示す温度で焼成して」とある
のを「成形後１５７０℃でｌ ＩＩ：’７間焼成して」
と訂正します。
Claims (1)
- １、酸化ジルコニウムと酸化セリウムのＩｎ体であり、
かつ酸化ビスマスを含有したジルコニア質焼結体におい
て、該ジルコニア質焼結体の結晶は酸化ジルコニウムに
酸化セリウムが固溶している正方晶酸化ジルコｌツノ・
結晶が主であり、単斜晶及び／又は立方晶酸化ジルコニ
ウム結晶の含有量が全酸化ジルコニウム結晶に対し２０
％以下であり、化学成分として酸化ジルコニウム６６〜
８７重量％、酸化セリウム１２〜２７重量％及び酸化ビ
スマス０．０５〜１０重ｉｔ％を含有してなるジルコニ
ア焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58215835A JPS60108366A (ja) | 1983-11-16 | 1983-11-16 | ジルコニア質焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58215835A JPS60108366A (ja) | 1983-11-16 | 1983-11-16 | ジルコニア質焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60108366A true JPS60108366A (ja) | 1985-06-13 |
| JPS6350308B2 JPS6350308B2 (ja) | 1988-10-07 |
Family
ID=16679050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58215835A Granted JPS60108366A (ja) | 1983-11-16 | 1983-11-16 | ジルコニア質焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60108366A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011178610A (ja) * | 2010-03-02 | 2011-09-15 | Noritake Co Ltd | ジルコニア焼結体、並びにその焼結用組成物及び仮焼体 |
| US8877664B2 (en) | 2009-08-21 | 2014-11-04 | Noritake Co., Limited | Zirconia sintered body, and mixture, pre-sintered compact and pre-sintered calcined body for sintering zirconia sintered body |
| US8987157B2 (en) | 2010-08-20 | 2015-03-24 | Noritake Co., Limited | Sintered zirconia, and composition for sintering and calcined body therefor |
| JP2015199666A (ja) * | 2010-03-31 | 2015-11-12 | ストラウマン ホールディング アーゲー | セラミック材料から作られる本体 |
-
1983
- 1983-11-16 JP JP58215835A patent/JPS60108366A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8877664B2 (en) | 2009-08-21 | 2014-11-04 | Noritake Co., Limited | Zirconia sintered body, and mixture, pre-sintered compact and pre-sintered calcined body for sintering zirconia sintered body |
| JP2011178610A (ja) * | 2010-03-02 | 2011-09-15 | Noritake Co Ltd | ジルコニア焼結体、並びにその焼結用組成物及び仮焼体 |
| JP2015199666A (ja) * | 2010-03-31 | 2015-11-12 | ストラウマン ホールディング アーゲー | セラミック材料から作られる本体 |
| US8987157B2 (en) | 2010-08-20 | 2015-03-24 | Noritake Co., Limited | Sintered zirconia, and composition for sintering and calcined body therefor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6350308B2 (ja) | 1988-10-07 |
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