JPS60186466A - Electroconductive ceramic material - Google Patents

Electroconductive ceramic material

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JPS60186466A
JPS60186466A JP59038998A JP3899884A JPS60186466A JP S60186466 A JPS60186466 A JP S60186466A JP 59038998 A JP59038998 A JP 59038998A JP 3899884 A JP3899884 A JP 3899884A JP S60186466 A JPS60186466 A JP S60186466A
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JP
Japan
Prior art keywords
lanthanum
weight
powder
ceramic material
chromate
Prior art date
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Pending
Application number
JP59038998A
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Japanese (ja)
Inventor
小山 昭雄
大岩 温美
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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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。
(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】 本発明は新規な導電性セラミックス材料、さらに詳しく
いえば、所定量のイツトリアを含むジルコニアに特定組
成のクロム酸ランタン La□−XCaxOrOB (x = 0〜0.4 )
を所定の割合で含有させた焼結体から成る、導電性を有
し、かつ機械的強度に優れたセラミックス材料に関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is a novel conductive ceramic material, more specifically, zirconia containing a predetermined amount of ittria and lanthanum chromate La□-XCaxOrOB (x = 0 to 0.4) having a specific composition.
The present invention relates to a ceramic material having electrical conductivity and excellent mechanical strength, which is made of a sintered body containing a predetermined proportion of .

近年、メカトロニクスやエレクトロニクスなどの分野に
おける急速な技術進歩に伴い、新しい素材としてのセラ
ミックス材料に対する要求は、ますます多様化かつ高度
化の方向に向いつつある。
In recent years, with rapid technological progress in fields such as mechatronics and electronics, the demands on ceramic materials as new materials are becoming increasingly diverse and sophisticated.

特に導電性セラミックス材料は、セラミックス材料の特
徴である耐摩耗性を有するとともに摺動時に発生する帯
電の防止に有効であるため注目されておシ、最近ではV
TR用のガイドローラなどの家電製品部品に利用されて
いる。このような導電性セラミックス材料は、帯電防止
性を有効に発揮するためにはその固有抵抗が106Ω°
ロ以下であることが必要とされ、またアルミナ磁器のよ
うに機構部品として十分な機械的強度を有することが望
ましい。
In particular, conductive ceramic materials have attracted attention because they have wear resistance, which is a characteristic of ceramic materials, and are effective in preventing static electricity that occurs during sliding.
It is used in home appliance parts such as guide rollers for TR. In order for such conductive ceramic materials to effectively exhibit antistatic properties, their specific resistance must be 106Ω°.
(b) or less, and it is desirable that the material has sufficient mechanical strength as a mechanical component like alumina porcelain.

従来、この種の導電性セラミックスとしては、半導性を
有する酸化チタン又はチタン複合酸化物が利用されてい
る。しかしながら、これらは機械的強度が高々1500
 kg / cm2程度であυ、また靭性が乏しいため
にかけやすくて、機構部品材料としては十分に満足しう
るものではなかった。
Conventionally, as this type of conductive ceramic, titanium oxide or titanium composite oxide having semiconductivity has been used. However, these have a mechanical strength of at most 1500
It was about kg/cm2, υ, and was easy to wear due to its poor toughness, making it unsatisfactory as a material for mechanical parts.

本発明者らは、このような事情に鑑み、機械的強度に優
れ、かつ良好な靭性な有する導電性セラミックス材料を
提供すべく鋭意研究を重ねた結果、所定量のイツトリア
を含むジルコニアに特定組成ツクロム酸うy タンLa
、 −XOaXOr03 (x = o 〜o、4)を
所定の割合で含有させた焼結体がその目的に適合しうろ
ことを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに
至った。
In view of these circumstances, the present inventors have conducted intensive research to provide a conductive ceramic material that has excellent mechanical strength and good toughness. Tuchromic acid tan La
, -XOaXOr03 (x = o to o, 4) in a predetermined ratio was found to be suitable for the purpose, and based on this knowledge, the present invention was completed.

すなわち、本発明は、(勾イッ) IJア3〜10重i
%を含むジルコニアと(B)組成式 %式%(1) (式中のXは0〜0.4である) で示されるクロム酸うンクエ、ランタンイオンの一部が
カルシウムイオンで置換されたクロム酸ランタンとから
成る焼結体であって、(A)成分と(B)成分との割合
が重量に基づき、6:7ないし7:3であることを特徴
とする導電性セラミックス材料を提供するものである。
That is, the present invention (gradient) IJA 3 to 10
% and (B) compositional formula % formula % (1) (X in the formula is 0 to 0.4). Provided is a conductive ceramic material which is a sintered body made of lanthanum chromate, characterized in that the ratio of component (A) to component (B) is 6:7 to 7:3 based on weight. It is something to do.

本発明の導電性セラミックス利料の特徴は、所定量のイ
ツトリアを含むジルコニアにクロム酸ランタン又はラン
タンイオンの一部がカルシウムイオンで置換固溶された
クロム酸ランタンを所定の割合で含有させた複合焼結体
からなる点にあり、このような複合焼結体は、ジルコニ
ア粒子が強固なマトリックスを形成し、該マトリックス
中に半導性酸化物が導電路を形成しているために、その
固有抵抗が106Ω・m以下の導電性を有し、かつ従来
の導電性セラミックス材料における機械的強度の約2倍
の高強度を有している。
The conductive ceramic material of the present invention is characterized by a composite containing lanthanum chromate or lanthanum chromate in which a part of the lanthanum ions are replaced with calcium ions in a predetermined ratio in zirconia containing a predetermined amount of ittria. This type of composite sintered body has its own characteristics because the zirconia particles form a strong matrix and the semiconductive oxide forms a conductive path in the matrix. It has electrical conductivity with a resistance of 10 6 Ω·m or less, and has high mechanical strength that is approximately twice the mechanical strength of conventional conductive ceramic materials.

このようなジルコニア粒子が強固なマトリックスを形成
している焼結体を得るためには、1600℃近辺の高温
で焼成しなければならないから、複合化せしめる導電路
形成材としては、前記温度においてマトリックス成分に
著しい悪影響を与えないようなものを用いることが必要
であって、本発3− 明で用いるクロム酸ランタンLa□−xCaXCrO3
(X−〇〜0.4)は前記条件に適合するものである。
In order to obtain a sintered body in which zirconia particles form a strong matrix, it is necessary to sinter at a high temperature of around 1600°C. It is necessary to use a material that does not have a significant adverse effect on the components, and the lanthanum chromate La□-xCaXCrO3 used in the third aspect of the present invention
(X-0 to 0.4) satisfies the above conditions.

本発明のセラミックス材料において(A)成分として用
いるジルコニアは、イツトリアを6〜10重量%の範囲
で含有するものである。このイツトリアの量が3重量%
未滴のものでは、得られた焼結体にクランクが発生し、
一方10ニア間を超えたものでは機械的強度が低下する
The zirconia used as component (A) in the ceramic material of the present invention contains itria in a range of 6 to 10% by weight. The amount of ittria is 3% by weight
In the case of non-drip, cranks occur in the obtained sintered body,
On the other hand, if it exceeds 10 nia, the mechanical strength decreases.

また、(Bl成分として用いるクロム酸ランタン又はラ
ンタンイオンの一部がカルシウムイオンで置換されたク
ロム酸ランタンは、次の組成式(1)%式%() (式中のXは0〜0.4である) で示される導電路形成材である。ランタンイオンを置換
するカルシウムイオンの量が置換前のランタンイオン1
モルに対し0.4モルを超えるクロム酸ランタンを用い
ると、該焼結体の機械的強度が低下する。
In addition, (lanthanum chromate used as the Bl component or lanthanum chromate in which a part of the lanthanum ions are replaced with calcium ions) has the following composition formula (1)% formula % () (X in the formula is 0 to 0. 4).The amount of calcium ions replacing lanthanum ions is 1
If more than 0.4 mol of lanthanum chromate is used, the mechanical strength of the sintered body decreases.

本発明のセラミックス材料においては、前記の4− (A)成分ジルコニアと(Bl成分クロム酸ランタンと
の割合は、重量に基づき3ニアないし7:3の範囲内に
あることが必要であって、ジルコニアの量が両成分の和
の量に対して30重ニア間満では機械的強度が低下し、
一方70重量%を超えると固有抵抗が大きくなって導電
性が不良となる。
In the ceramic material of the present invention, the ratio of the 4-(A) component zirconia to the (Bl component lanthanum chromate) must be within the range of 3 to 7:3 based on weight, When the amount of zirconia is less than 30 times the sum of both components, the mechanical strength decreases,
On the other hand, if it exceeds 70% by weight, the specific resistance will increase and the conductivity will become poor.

本発明のセラミックス材料を製造する方法について1例
を示すと、まず所定量の酸化ランタン、酸化クロム及び
酸化カルシウム、あるいは焼成によりこれらの酸化物に
変換しうる化合物をボールミルなどの混合機を用いて十
分に混合したのち、この混合物を1000〜1400℃
の温度で仮焼し、あらかじめ所望のカルシウムを含むク
ロム酸うンタ ゛ン粉末を得る。
To give an example of the method for manufacturing the ceramic material of the present invention, first, predetermined amounts of lanthanum oxide, chromium oxide, calcium oxide, or compounds that can be converted into these oxides by firing are mixed using a mixer such as a ball mill. After thorough mixing, the mixture was heated to 1000-1400°C.
The powder is calcined at a temperature of 100 to obtain a chromate protein powder containing the desired calcium in advance.

一方、所定量の酸化ジルコニウム及び酸化イツトリウム
、あるいは焼成によりこれらの酸化物に変化しうる化合
物をボールミルのような混合機を用いて十分に混合した
のち、この混合物を1000〜1400°Cの温度で仮
焼し、所望のイツトリアを含有するジルコニア粉末を得
る。次に、この粉末と前記のカルシウムを含むクロム酸
ランタン粉末とを、所定の割合でボールミルのような混
合機を用いて混合したのち、この混合粉末を乾燥後プレ
スバインダーを混ぜて成形し、次いで1500〜170
0℃の温度範囲で焼成する。
On the other hand, after thoroughly mixing predetermined amounts of zirconium oxide and yttrium oxide, or compounds that can be converted into these oxides by firing, using a mixer such as a ball mill, this mixture is heated at a temperature of 1000 to 1400°C. Calcination is performed to obtain a desired ittria-containing zirconia powder. Next, this powder and the above-mentioned lanthanum chromate powder containing calcium are mixed in a predetermined ratio using a mixer such as a ball mill, and after drying, this mixed powder is mixed with a press binder and molded. 1500-170
Fire at a temperature range of 0°C.

この場合、イツトリアを含有したジルコニア粉末を用い
る代りに、独立粉末としてそれぞれを添加してもよいし
、あるいは共沈法やコロイド添加法などの公知の手段に
よって調製した複合酸化物粉末として用いてもよい。
In this case, instead of using zirconia powder containing ittria, each may be added as an independent powder, or it may be used as a composite oxide powder prepared by a known method such as a coprecipitation method or a colloid addition method. good.

本発明の導電性セラミックス月別は、強固なジルコニア
マトリックス中に、導電路形成材として、クロム酸ラン
タン又はランタンイオンの一部がカルシウムイオンで置
換固溶されたクロム酸ランタンを含有させた複合焼結体
であるため、優れた機械的強度と導電性とを有し、かつ
靭性も良好であり、特にか酷な条件下においても耐えう
る新規材料として多くの分野で有効に利用しうる。
The conductive ceramic of the present invention is a composite sintered material containing lanthanum chromate or lanthanum chromate in which a part of the lanthanum ions are replaced with calcium ions as a conductive path forming material in a strong zirconia matrix. Because it is a solid body, it has excellent mechanical strength and conductivity, as well as good toughness, and can be effectively used in many fields as a new material that can withstand even particularly harsh conditions.

また副次的な効果として本発明のセラミックス材料は、
非磁性であり、かつ熱膨張率が約9×10=/’Qと大
きいために、金属系材料との組合せで使用される場合、
例えばエレクトロニクス用基板などにも有効である。
Furthermore, as a secondary effect, the ceramic material of the present invention has
Since it is non-magnetic and has a large coefficient of thermal expansion of approximately 9 x 10 = /'Q, when used in combination with metallic materials,
For example, it is also effective for electronics substrates.

次に実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.

な−お、強度は公知の6点曲げ試験法によりめ、固有抵
抗は、サンプルの両端にインジウム−ガリウム電極を塗
布し、絶縁抵抗計を用いて室温で測定した。
The strength was determined by a known six-point bending test method, and the specific resistance was measured at room temperature using an insulation resistance meter with indium-gallium electrodes applied to both ends of the sample.

実施例1 酸化ランタン517重量部、酸化クロム167重量部及
び炭酸カルシウム21.5重量部の各粉末をボールミル
に入れ、湿式混合して乾燥したのち、大気雰囲気下10
00℃で1時間焼成して仮焼クロム酸ランタン(La、
90ao、i 0rb3)粉末を得た。
Example 1 Powders of 517 parts by weight of lanthanum oxide, 167 parts by weight of chromium oxide, and 21.5 parts by weight of calcium carbonate were placed in a ball mill, wet mixed, dried, and then heated in an air atmosphere for 10 minutes.
Calcined lanthanum chromate (La,
90ao, i0rb3) powder was obtained.

次いで、この仮焼クロム酸ランタン粉末と酸化イツトリ
ウム5重量%を含有した市販の酸化ジルコニウム粉末と
を各種比率でボールミルに入れて混合し、得られた混合
粉末にプレスバインダーとしてPVAを適量混合し、1
 ton/m2の圧力で57− X5X50ffF&の角柱に成形したのち、大気雰囲気
−下1600℃で2時間焼成してサンプル1〜11を得
た。これらのサンプルについて強度と固有抵抗をめ、そ
の結果を第1表に示す。
Next, this calcined lanthanum chromate powder and commercially available zirconium oxide powder containing 5% by weight of yttrium oxide were mixed in a ball mill in various ratios, and an appropriate amount of PVA was mixed as a press binder into the resulting mixed powder, 1
After molding into a 57-X5X50ffF& square column under a pressure of ton/m2, samples 1 to 11 were obtained by firing at 1600°C for 2 hours in an air atmosphere. The strength and specific resistance of these samples were measured and the results are shown in Table 1.

この表から、ランタンイオンの一部がカルシウムイオン
で置換されたクロム酸ランタンの量が、焼結体全量に対
し30重量%未満では導電性、が悪く、また70重量%
を超えると機械的強度が著しく低下することが分る。
From this table, it can be seen that when the amount of lanthanum chromate in which some of the lanthanum ions are replaced with calcium ions is less than 30% by weight based on the total amount of the sintered body, the conductivity is poor;
It can be seen that the mechanical strength decreases significantly when it exceeds

8− 実施例2 実施例1で得た仮焼クロム酸ランタン(LaO,ll 
CaO,lCr03)粉末50重量部に、酸化イツトリ
ウム含有量の異なる酸化ジルコニウム粉末50重量部を
加え、ボールミルで湿式混合して得られた粉末を乾燥し
、これにプレスバインダーとしてPVAを適量混合し、
1tOn/C1n2の圧力で成形したのち、大気雰囲気
下1600°Cで2時間焼成してサンプル12−19を
得た。これらのサンプルについて強度をめ、その結果を
第2表に示す。
8- Example 2 Calcined lanthanum chromate (LaO,ll) obtained in Example 1
Add 50 parts by weight of zirconium oxide powders with different yttrium oxide contents to 50 parts by weight of CaO,lCr03) powder, dry the powder obtained by wet mixing in a ball mill, and mix an appropriate amount of PVA as a press binder to this,
After molding at a pressure of 1 tOn/C1n2, it was fired at 1600°C for 2 hours in an air atmosphere to obtain sample 12-19. The strength of these samples was measured and the results are shown in Table 2.

この表から、酸化ジルコニウムに含まれる酸化イツトリ
ウムの量は6〜10重量係重量間であることが必要であ
り、この範囲を逸脱すると機械的強度が著しく低下する
ことが明らかである。
From this table, it is clear that the amount of yttrium oxide contained in the zirconium oxide must be between 6 and 10 weight ratios, and if it deviates from this range, the mechanical strength will be significantly reduced.

第 2 表 実施例6 酸化ランタン、酸化クロム及び炭酸カルシウムの各粉末
所定量をボールミルに入れ湿式混合したのち乾燥し、こ
の乾燥粉末を大気雰囲気下1000℃で1時間焼成して
、La1−XCaXCr03(x=0〜0.6)で示さ
れる各種仮焼クロム酸ランタン粉末を得た。
Table 2 Example 6 Predetermined amounts of each powder of lanthanum oxide, chromium oxide, and calcium carbonate were placed in a ball mill, wet-mixed, and then dried. This dry powder was calcined at 1000°C for 1 hour in an air atmosphere to obtain La1-XCaXCr03 ( Various calcined lanthanum chromate powders represented by x=0 to 0.6) were obtained.

次いで、これらの仮焼クロム酸ランタン粉末50重量部
に対して、酸化イツトリウム5重量%を含11− 有した市販の酸化ジルコニウム粉末50重量部を加え、
ボールミルで湿式混合したのち乾燥し、この乾燥粉末に
プレスバインダーとしてPVAを適量混合し、1t O
rz 10112の圧力で成形後、大気雰囲気下160
0℃で2時間焼成してサンプル20〜26を得た。これ
らのサンプルについて固有抵抗及び強度を測定し、その
結果を第3表に示す。
Next, 50 parts by weight of a commercially available zirconium oxide powder containing 5% by weight of yttrium oxide was added to 50 parts by weight of these calcined lanthanum chromate powders.
After wet mixing in a ball mill and drying, the dry powder was mixed with an appropriate amount of PVA as a press binder, and 1t O
After molding at a pressure of rz 10112, 160 m
Samples 20 to 26 were obtained by firing at 0° C. for 2 hours. The specific resistance and strength of these samples were measured and the results are shown in Table 3.

この表から明らかに、ランタンイオンを置換するカルシ
ウムイオンの量が置換前のランタンイオン1モルに対し
0.4モルを超えると機械的強度が低下することが分る
It is clear from this table that mechanical strength decreases when the amount of calcium ions replacing lanthanum ions exceeds 0.4 mol per 1 mol of lanthanum ions before substitution.

第3表 12−Table 3 12-

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1(A)イツトリア3〜10重量%を含むジルコニアと
(B)組成式 %式% (式中のXは0〜0.4である) で示されるクロム酸ランタン又は、ランタンイオンの一
部がカルシウムイオンで置換されたクロム酸ランタンと
か“ら成る焼結体であって、(A)成分と(→成分との
割合が重量に基づき、6:7ないし7:6であることを
特徴とする導電性セラミックス材料。
[Scope of Claims] 1 (A) zirconia containing 3 to 10% by weight of ittria and (B) lanthanum chromate represented by the compositional formula % (in the formula, X is 0 to 0.4), or It is a sintered body made of lanthanum chromate in which some of the lanthanum ions are replaced with calcium ions, and the ratio of component (A) to component (→ component is 6:7 to 7:6 based on weight). A conductive ceramic material characterized by:
JP59038998A 1984-03-01 1984-03-01 Electroconductive ceramic material Pending JPS60186466A (en)

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