JPS60108367A - ジルコニア質焼結体 - Google Patents

ジルコニア質焼結体

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JPS60108367A
JPS60108367A JP58215836A JP21583683A JPS60108367A JP S60108367 A JPS60108367 A JP S60108367A JP 58215836 A JP58215836 A JP 58215836A JP 21583683 A JP21583683 A JP 21583683A JP S60108367 A JPS60108367 A JP S60108367A
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zirconium oxide
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zirconia sintered
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中田 孝夫
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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。

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。
酸化ジルコニウムを主成分とする焼結体は熱伝導率が低
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ルコニウムに安定化剤
と称する酸化イツトリウム。
酸化カルシウム、酸化マグネシウムの一種又は二種以上
を少閉固溶させると曲げ強さ、硬度等が格段に向上する
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、液相反応等により
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要がある。これは焼成物に含まれ
る結晶の大きさおよび含有結晶種を限定する必要から必
然的に生じる条件である。そのため大型品の製造は困難
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
てしまう。
しかも、このようにして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した焼結体は100
0℃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シ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1強度が低下してしまい機械部品としては不適
当でちる。
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。
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。
本発明は酸化ジルコニウムと酸化セリウムからなるジル
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61〜87重量%及び酸化セリウム11〜
27重量%を含有してなるジルコニア質焼結体ならびに
酸化ジルコニウムと酸化セリウムの固溶体であシ、かつ
酸化アルミニウム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の合計が全
酸化ジルコニウムに対し20%以下であり、化学成分と
して酸化ジルコニウム61〜87重量%、酸化セリウム
11〜27重is及び酸化アルミニウム20重量−以下
を含有してなる焼結体に関する。
なお本発明において単斜晶及び/又は立方晶酸化ジルコ
ニウムの含有針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正方
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1機械強度低下を
生じ望ましくない。以−ヒの理由により単斜晶および/
又は立方晶酸化ジルコニウム結晶の含有量は20%以下
とされる。
化学成分として酸化セリウムは11〜27重量%、好オ
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。
酸化ジルコニウムと酸化セリウム及び酸化ジルコニウム
と酸化セリウムと酸化アルミニウムとを各種の比率に混
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、酸化セリウムの含有率が11重li
l:S以上から急激に機械的強度が増加し、約17重量
係で極大に達し、その曲げ強さは約100Ks+/mm
”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50Kf/+nm”になる。なお50に9/d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1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
1重量%以上の焼結体の熱膨張率は昇降温の差がなくほ
ぼ直線的に変化し9曲げ強さも50Ky/d以上である
が、11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9曲げ強さはほぼOであった。
さらに酸化セリウム11〜16重量%未満では500℃
以下数百時間でダイアモンド研削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用°27jロ肝
チのときは61fi量チとされ、酸化セリウムの下限計
11重量%のときは87重量%とされる。
本発明において酸化アルミニウムは必ずしも添加する必
要はないがもし添加する場合、酸化アルミニウムは熱膨
張率が酸化ジルコニウムの10×10−6に対し6X1
0−’と違いが大きく、内部歪を生じるため、多量の含
有は熱サイクルを受ける部品用には望ましくない。また
多量の含有は焼結可能温度が高くなり、ジルコニア結晶
が粗大化す重量%が限界である。
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
5iCh、 TiCh、 Fe20s等を2重8%以下
含まれていても差支えない。
以下実施例によシ本発明を説明する。
酸化ジルコニウム(第一希元素L 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、ボールミル平均粒径0,6μ
mn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
。この中間原料に酸化アルミニウムを第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(PV
A)およびワックスを添加し.籾殻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。
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1m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,正方品は(022)面,立
方晶は(220)面で定量し,また正方晶−単斜晶の場
合,正方晶は(111)面,単斜晶は(111)面と(
111)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測定した。各試験
結果を合わせて第1表に示す。
以下余白 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。
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。
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であシ極めて角ば
った結晶が隙間なく並び気孔は結晶間に存在しているの
が観察された。また酸化セリウム含有率が増加すると粗
大な立方晶結晶が観察されるようになシ気孔も結晶内に
存在しておシ。
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。
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。
手続補正書(1′山) 昭和 5注11月11)rl 特許庁長官殿 1、事件の表示 昭和58年特許願第215836号 2、発明の名称 ジルコニア質焼結体 3、補正をする者 事件との関住 特許出願人 名 称 (445) 日立化成工業株式会社4、代 理
 人 ニウムは必ずしも添加する必要はないがもし添加する場
合、」とあるのを「酸化アルミニウムの少量の添加は焼
結温度を下りる効果があり望ましいが、」と訂正します
(3)同第9頁第13行〜第14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1600℃で
1時間焼成して」と訂正します。
以上

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、酸化ジルコニウムと酸化セリウムからなるジルコニ
    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品酸
    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61〜87重量係及び酸化セリウム11〜27
    重量%を含有してなるジルコニア質焼結体。 2、酸化ジルコニウムと酸化セリウムの固溶体であり、
    かつ酸化アルミニウム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含有11−雀仝酔(1jジル
    コニウム結晶に対1,20俤以下であり、化学成分とし
    て酸化ジルコニウム61〜87重清俤、酸化セリウム1
    1〜27重量%及び酸化アルミニウム20M−fit:
    %以下を含有してなるジルコニア質焼結体。
JP58215836A 1983-10-20 1983-11-16 ジルコニア質焼結体 Granted JPS60108367A (ja)

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