JPS60161373A - Zro2 ceramics - Google Patents
Zro2 ceramicsInfo
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- JPS60161373A JPS60161373A JP59011829A JP1182984A JPS60161373A JP S60161373 A JPS60161373 A JP S60161373A JP 59011829 A JP59011829 A JP 59011829A JP 1182984 A JP1182984 A JP 1182984A JP S60161373 A JPS60161373 A JP S60161373A
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- Japan
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- zro2
- ceramics
- thermal shock
- monoclinic
- shock resistance
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は耐熱衝撃性に優れたＺｒＯ２系セラミックスに
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to ZrO2 ceramics having excellent thermal shock resistance.
Ｃ発明の背景〕
ＺｒＯ，は耐食性および断熱性に優れた有用なセラミッ
クスであるが、約１１００’Ｃで単斜晶＝正方晶のマル
テンサイト変態があり、その際、著しい寸法変化をする
ために耐熱衝撃性が劣るという欠点がある。そのため、
ＺｒＯ２単独では使用不可能であり、他のセラミックス
を添加し、固溶体として使用するのが普通である。BACKGROUND OF THE INVENTION ZrO is a useful ceramic with excellent corrosion resistance and heat insulation properties, but it undergoes a martensitic transformation from monoclinic to tetragonal at about 1100'C, and at that time, it undergoes a significant dimensional change. It has the disadvantage of poor thermal shock resistance. Therefore,
ZrO2 cannot be used alone, and is usually used as a solid solution by adding other ceramics.
従来より、Ｚ ｒ Ｏ，−ＹＩ］０３ 、 Ｚ ｒ Ｏ
，−Ｃａ ＯおよびＺｒＯ２−ＭｇＯなどがよく知られ
ている。１九らの２元系セラミックスではマルテンサイ
ト変態が抑制されるため、純Ｚ ｒ Ｏ２に比較すれば
耐熱衝撃性は大きく改善される。しかしＺｒＯ２系セラ
ミックスは熱伝導率が小さく、熱膨張係数か大きいため
に耐熱＃断抵抗は他のＳｉＣ。Conventionally, Z r O, -YI]03, Z r O
, -CaO and ZrO2-MgO are well known. Since martensitic transformation is suppressed in the binary ceramics of No. 19 et al., thermal shock resistance is greatly improved compared to pure ZrO2. However, ZrO2 ceramics has a low thermal conductivity and a high coefficient of thermal expansion, so its heat resistance and insulation resistance are higher than that of other SiC.
Ｓｉ３Ｎ４なとのセラミックスに比ＸＣ小さい。XC is smaller than ceramics such as Si3N4.
そのため、ルツボ、炉心管などのゆるい熱衝撃条件下で
使用する場合には、あ１：り問題はないが、ガスタービ
ンの高温部材などの過酷な条件下で使用する場合には耐
熱衝撃性は、まだ十分とは言えない状況である。Therefore, when used under mild thermal shock conditions such as in crucibles and furnace tubes, there is no problem, but when used under harsh conditions such as in high-temperature parts of gas turbines, the thermal shock resistance is poor. However, the situation still cannot be said to be sufficient.
本発明の目的は、ガスタービンの高温部４４などとしで
も使用できる優れた耐熱衝撃性を有するＺｒＯ，系セラ
ミックスを提供することである。An object of the present invention is to provide a ZrO-based ceramic having excellent thermal shock resistance that can be used as the high-temperature section 44 of a gas turbine.
本発明の特徴は、純ＺｒＯ２にＹｂ２０：＋およびＡ
Ｑ ｘ Ｏ３を添加することにより耐熱衝魁性後向上さ
せたことである。なお添加する酸化物基は少なく、その
影響によりＺ ｒ Ｏ２が本来有する耐食性、断熱性な
どの特性が損なわれることはない。The feature of the present invention is that Yb20:+ and A
The heat shock resistance was improved by adding Q x O3. Note that the number of oxide groups added is small, so that the inherent characteristics of Z r O2, such as corrosion resistance and heat insulation, are not impaired due to its influence.
従来より知られるＣａｂ、’Ｙ、ＩＯａ ｒ ＭｇＯ以
外に、純ＺｒＯ，と固溶体を作りマルテンサイト変態を
緩和すると予想される種々の酸化物セラミックスをＺｒ
Ｏ２に添加し、その耐熱衝撃性の検討を行なった結果、
Ｚ ｒ Ｏ２Ｙ ｂ ｗ Ｏ３元系セラミックスの耐熱
衝撃性が良好であることを見い出した。Ｚ ｒ Ｏ＊
Ｙ ｂ ２０３２元系セラミックスは立方晶ＺｒＯ２と
単斜晶ＺｒＯ２の２相からなる。両相はともにＺｒＯ２
とＹｂ、Ｏ：＋の固溶体である。単斜晶Ｚ ｒ Ｏ２は
５００〜１１００℃でフルテンサイ１−変態するため、
その割合が多すぎると変態のために破損する。一方、立
方晶ＺｒＯ２の量が多くなりすぎると変態は緩和される
が曲げ強さ、破壊靭性値などが低下する。変態が緩和さ
れ１強度も比較的強くするためには単斜晶ＺｒＯ，の割
合を］０〜６０ｗｔ％程度にすることが好ましい。単斜
晶ＺｒＯ２の割合を１０〜６０ｗｔ％程度にするには、
Ｙｂ２Ｏ３の添加量を８〜１５ｗｔ％程度にすればよい
。In addition to the conventionally known Cab, 'Y, IOa r MgO, various oxide ceramics that are expected to form a solid solution with pure ZrO and alleviate martensitic transformation can be used with Zr.
As a result of adding it to O2 and examining its thermal shock resistance,
It has been found that Z r O2Y b w O ternary ceramics have good thermal shock resistance. Z r O *
Y b 2032-element ceramics consists of two phases: cubic ZrO2 and monoclinic ZrO2. Both phases are ZrO2
It is a solid solution of Yb and O:+. Since monoclinic Z r O2 undergoes a full-strength 1-transformation at 500 to 1100°C,
If the proportion is too high, it will be damaged due to metamorphosis. On the other hand, if the amount of cubic ZrO2 is too large, the transformation will be alleviated, but the bending strength, fracture toughness, etc. will decrease. In order to ease the transformation and make the strength relatively strong, it is preferable to set the proportion of monoclinic ZrO to about 0 to 60 wt%. In order to make the proportion of monoclinic ZrO2 about 10 to 60 wt%,
The amount of Yb2O3 added may be about 8 to 15 wt%.
Ｙｂ２Ｏ３はＺｒＯ２と固溶体を作りマルテンサイト変
態を緩和するが、他のＮｄ、０３゜５ｉｎ００３ ＋
Ｄｙ２０３ ＋ Ｅ ｒ２０３などもＺｒＯ２と固溶体
を作りマルテンサイト変態を緩和することが確認されて
おり、Ｙｂ２Ｏ３の場合にだけ耐熱衝撃性が良好な原因
は今のところ不明である。Yb2O3 forms a solid solution with ZrO2 and alleviates martensitic transformation, but other Nd, 03゜5in003 +
It has been confirmed that Dy203 + E r203 and the like form a solid solution with ZrO2 and alleviate martensitic transformation, and the reason why only Yb2O3 has good thermal shock resistance is currently unknown.
」４記Ｚｒ○２−Ｙｂ２０３２元系セラミックスに、さ
らにＡＱ２ｏ３を添加したＺｒ０２−Ｙ ｂ ２０３３
元系セラミックスはＺｒＯ２−Ｙｂ、０３２元系セラミ
ックスに比較して、さらに耐熱Ｎ撃性が向上することを
見い出した。"Zr02-Yb 2033, which is obtained by further adding AQ2o3 to Zr○2-Yb203 binary ceramics"
It has been found that the heat N shock resistance of elemental ceramics is further improved compared to ZrO2-Yb and 032 elemental ceramics.
ΔＱ２０３の添加量は０．５〜１．０％程度が適当であ
る。ＡＤ、、０３はｙｂ、０３とは異なりＺｒＯ２−と
は固溶体詮作らずＺｒＯ，マトリクス中に分散する。分
散し、たＡρ２０３粒子により転位した動きが妨げら、
ｌシ、そのために耐熱衝撃性がさらに向上したものと考
えられる。The appropriate amount of ΔQ203 to be added is about 0.5 to 1.0%. Unlike yb,03, AD,03 does not form a solid solution with ZrO2-, but is dispersed in the ZrO matrix. Dispersed and dislocated movement is hindered by Aρ203 particles,
It is thought that this is why the thermal shock resistance was further improved.
以上のように本発明によるＺ ｒ Ｏ２−Ｙ ｂ ２０
３２元系セラミックスおよびＺ ｒ Ｏ２Ｙ ｂ ２０
３−ＡＱ、０３３元系セラミックスは耐熱衝撃性に添加
量は比較的少ないためにＺｒＯ，が本来有する耐食性、
断熱性などの特性を損なうこともない。As described above, Z r O2-Y b 20 according to the present invention
32 element ceramics and Z r O2Y b 20
3-AQ, 033-based ceramics have a relatively small amount of additive for thermal shock resistance, so ZrO has inherent corrosion resistance,
It does not impair properties such as heat insulation.
本発明によるＺ ｒ Ｏ２系セラミックスは高温用のル
ツボ、炉心管などとして使用できるほか、粉末にしてガ
スタービン高温部材のしゃ熱コーティング用材料などと
しても使用できる。The Z r O2 ceramic according to the present invention can be used as a high-temperature crucible, a furnace tube, etc., and can also be made into powder and used as a thermal insulation coating material for high-temperature parts of a gas turbine.
試料としてＺｒＯ，−Ｎｄ２０３−８ｍ２０３ ＋Ｚｒ
Ｏ２−Ｙｂ、０３．Ｚｒ０１］−Ｅｒ２０３およびＺｒ
０Ｑ Ｄｙ２Ｏ３２元系セラミックスおよびＺｒＯ，Ｙ
ｂ２Ｏ３ＡＱ２０３３元系セラミックスを用いた。試料
組成を第１，２表に示す。ZrO, -Nd203-8m203 +Zr as a sample
O2-Yb, 03. Zr01]-Er203 and Zr
0Q Dy2O3 binary ceramics and ZrO, Y
b2O3AQ203 ternary ceramics were used. Sample compositions are shown in Tables 1 and 2.
第１図は熱衝撃試験に用いた試料の作製法である。Ｚｒ
Ｏ２，Ｎｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３。Figure 1 shows the method for preparing samples used in the thermal shock test. Zr
O2, Nd2O3, Yb2O3.
ＡＱ２０３などの粉末（粒径：２〜３μ）を所定量混合
し、７５０ｋｇ／ｃｍ”で加圧成形後、１５００℃、１
０ｈの無加圧焼結を行なった。焼結中に同相拡散がおこ
り、固溶体が形成される。試料寸法は■５φ×３市ｍｔ
’７−ふる６
熱衝撃試験は１１００℃、３０ｍｍ保持した後、室温ま
で衝風冷却するサイクルを１０回くり返した。A predetermined amount of powder such as AQ203 (particle size: 2 to 3μ) was mixed, pressure molded at 750kg/cm”, and then heated at 1500℃ for 1
Pressureless sintering was performed for 0 hours. During sintering, in-phase diffusion occurs and a solid solution is formed. Sample size is ■5φ x 3 city mt
'7-Furu6 Thermal shock test was carried out by holding the sample at 1100° C. for 30 mm and then blow-cooling it to room temperature, which was repeated 10 times.
クラックの発生状況により耐熱衝撃性のＩ・Ｖ価を行っ
た。The thermal shock resistance I/V value was determined depending on the occurrence of cracks.
まず上記２元系セラミックスの耐熱？ｆｉｊ撃性評価を
行なった。第３表に熱衝撃試験結果を示す。試験した試
料数のうら何ヶが健全であったかで耐熱衝撃性を示した
。また室温での硬さ、破壊靭性値もあわせて示した。な
お表中にはＺｒＯ２−７％ｙ２ｏ、の結果もあわせて示
した。Ｚｒ０２−Ｙ、０３２元系セラミックスでは６〜
７ｗｔ％’ｙ２ｏ３程度の場合に最も耐熱衝撃性が良好
であることが知られている。First of all, what is the heat resistance of the binary ceramics mentioned above? Fij impact evaluation was conducted. Table 3 shows the thermal shock test results. Thermal shock resistance was determined by how many of the tested samples were healthy. The hardness and fracture toughness values at room temperature are also shown. The table also shows the results for ZrO2-7%y2o. Zr02-Y, 6 to 032 element ceramics
It is known that the thermal shock resistance is the best when the content is about 7 wt%'y2o3.
表３より明らかなようにＺ ｒ Ｏ，’Ｙ ｂ２０３２
元系セラミックスの耐熱衝撃性が良好で、特にＺｒＯ，
−８％Ｙ ｂ ２０３ではＺｒＯ２−７％Ｙｂ、、、０
３より優れた耐熱衝撃性を示す。As is clear from Table 3, Z r O,'Y b2032
Thermal shock resistance of base ceramics is good, especially ZrO,
-8%Yb 203 has ZrO2-7%Yb,,,0
Shows better thermal shock resistance than 3.
ＺｒＯ２−８％Ｙｂ２Ｏ３の耐熱衝撃性が優れているこ
とが明らかとなったので、次にＹｂ２Ｏ３の含有量を変
化させて熱衝撃試験を行なった。熱衝撃試験結果を表４
に示す。表４よりゎがるようにＹｂＱＯ３の含有量は少
なすぎても、多すぎても好ましくなく８〜１５ｗｔ％程
度が適当である。Since it became clear that ZrO2-8% Yb2O3 has excellent thermal shock resistance, next a thermal shock test was conducted while varying the content of Yb2O3. Table 4 shows the thermal shock test results.
Shown below. As shown in Table 4, the content of YbQO3 is neither too small nor too large, and is suitably about 8 to 15 wt%.
次にＡＱ２０３の効果を調べるためにＺｒＯ。Next, to investigate the effect of AQ203, ZrO was used.
−８％Ｙｂ、０３−Ａｆｔ、０３３元ｌｔ５ミックスの
熱衝撃試験を行なった。ＡＱ２０３の組成は０．５．
Ｉ 、０．２．Ｏｗ ｔ％とした。熱衝撃試験結果を表
５を示した。表５より０．５〜１％程度のＡＱＩａＯ３
添加により耐熱衝撃性が大きく向上することが明らかで
ある。なお２％以上のＡＱ２ｏ３を添加しても耐熱衝撃
性の改善は認められない。A thermal shock test was conducted on -8% Yb, 03-Aft, 033 element lt5 mix. The composition of AQ203 is 0.5.
I, 0.2. Owt%. Table 5 shows the thermal shock test results. From Table 5, AQIaO3 of about 0.5 to 1%
It is clear that the thermal shock resistance is greatly improved by the addition. Note that even if 2% or more of AQ2o3 is added, no improvement in thermal shock resistance is observed.
以上のように本発明によるＺｒＯ２−Ｙｂ２０３２元系
セラミックスおよびＺ ｒ Ｏ，−Ｙ ｂ２０３−ＡＱ
２０３３元系セラミックスは耐熱’ｆｉｔ撃性に優匙て
おり、またＺｒＯ１２が本来有する耐食性、断熱性など
の特性を保持している。As described above, the ZrO2-Yb203 binary ceramics and ZrO,-Yb203-AQ according to the present invention
2033-element ceramics have excellent heat resistance and impact resistance, and also maintain the characteristics inherent to ZrO12, such as corrosion resistance and heat insulation.
表１ ＺｒＯ２−Ｘ２元系セラミックスの組成（ｗｔ％
）
表２ Ｚｒ０２−Ｙｂ２Ｏ３Ａｆｆ、０３の組成（ｗｔ
％）
表３
注）＋１−２９％Ｎｄ２Ｏ３，９−２５％Ｓｍ２Ｏ３は
すべて焼結直後に割れ発生
焼結条件： １５００℃、ｌｏｈ
試料寸法：１５φＸ３ｍｍｔ
＊・熱衝撃試験： １１００”Ｃ室温 １ｏ回１単斜晶
ＺｒＯ，の存在割合（ｗｔ％）表４
焼結条件： １５００℃、ＩＯｈ
試料寸法：１５φＸ３ｍｍｔ
本然衝撃試験： １１００℃？室温 １０回峙焼結収縮
率：焼結にともなう直径の減少からｉ−１算した。Table 1 Composition of ZrO2-X binary ceramics (wt%
) Table 2 Composition of Zr02-Yb2O3Aff,03 (wt
%) Table 3 Note) +1-29%Nd2O3, 9-25%Sm2O3 all cracked immediately after sintering Sintering conditions: 1500℃, loh Sample size: 15φX3mmt *・Thermal shock test: 1100"C room temperature 10 times 1 Existence ratio of monoclinic ZrO (wt%) Table 4 Sintering conditions: 1500℃, IOh Sample size: 15φX3mmt Intrinsic impact test: 1100℃?room temperature 10 times sintering shrinkage rate: decrease in diameter due to sintering i-1 was calculated from.
＊＊中 ＩＭ：単斜晶Ｚ ｒ Ｏ２の存在割合（ｗｔ％
）表５
試料寸法；１５φＸ３ｍｍｔ
ゆ 燃衝撃試験：１１００’Ｃａ室温１０回１ 単斜晶
ＺｒＯ２の存在割合（ｗｔ％）** Medium IM: Existence ratio of monoclinic Z r O2 (wt%
) Table 5 Sample dimensions: 15φX3mmt Yu Flame impact test: 1100'Ca room temperature 10 times 1 Existence ratio of monoclinic ZrO2 (wt%)
第１図は熱衝撃試験片の製作法を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a method of manufacturing a thermal shock test piece.
Claims (1)
いて、’Ｙ ｂ ９０３とＡｎ２ｏ、、が少量含有され
ていることを特徴とするＺ ｒ Ｏ２系セラミックス。 ２、特許請求の範囲第１項において、Ｙｂ２Ｏ３がＺｒ
Ｏ２と固溶体を作り立方晶および単斜晶ＺｒＯ，を形成
していることを特徴とするＺｒＯ２系セラミックス。 ３、特許請求の範囲第１項において、Ａｌ２Ｏ２はＺｒ
Ｏ２とは固溶体を作らず、立方晶および単斜晶ＺｒＯ２
粒内、あるいは粒界に分散していることを特徴とするＺ
ｒ０Ｑ系セラミツクス。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記部分安定化Ｚ
ｒＯ２中の単斜晶Ｚ’ｒＯ２の割合が１０〜７０ｗｔ％
であることを特徴とするＺｒＯ２系セラミックス。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記部分安定化Ｚ
ｒＯ，に含有されるＹｂ、０３およびＡＱ２０３の含有
量は、それぞれ８〜１５ｗｔ％および０．５〜ｉ 、Ｏ
ｗ ｔ％であることを特徴とするＺｒＯ１２系セラミッ
クス。[Scope of Claims] 1. A Z r O2-based ceramic characterized in that partially stabilized ZrO2 containing a mixture of cubic and monoclinic crystals contains a small amount of 'Y b 903 and An2o. 2. In claim 1, Yb2O3 is Zr
A ZrO2-based ceramic characterized by forming a solid solution with O2 to form cubic and monoclinic ZrO. 3. In claim 1, Al2O2 is Zr.
Does not form solid solution with O2, cubic and monoclinic ZrO2
Z characterized by being dispersed within grains or at grain boundaries
r0Q ceramics. 4. In claim 1, the partially stabilized Z
The proportion of monoclinic Z'rO2 in rO2 is 10 to 70 wt%
ZrO2 ceramics characterized by: 5. In claim 1, the partially stabilized Z
The contents of Yb, 03 and AQ203 contained in rO, are 8 to 15 wt% and 0.5 to i, O, respectively.
ZrO12-based ceramics characterized by having a content of wt%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59011829A JPS60161373A (en) | 1984-01-27 | 1984-01-27 | Zro2 ceramics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59011829A JPS60161373A (en) | 1984-01-27 | 1984-01-27 | Zro2 ceramics |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60161373A true JPS60161373A (en) | 1985-08-23 |
Family
ID=11788646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59011829A Pending JPS60161373A (en) | 1984-01-27 | 1984-01-27 | Zro2 ceramics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60161373A (en) |
-
1984
- 1984-01-27 JP JP59011829A patent/JPS60161373A/en active Pending
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