JPS6021861A - ZrO↓2系セラミツクス焼結体 - Google Patents
ZrO↓2系セラミツクス焼結体Info
- Publication number
- JPS6021861A JPS6021861A JP58129779A JP12977983A JPS6021861A JP S6021861 A JPS6021861 A JP S6021861A JP 58129779 A JP58129779 A JP 58129779A JP 12977983 A JP12977983 A JP 12977983A JP S6021861 A JPS6021861 A JP S6021861A
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- JP
- Japan
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- sintered body
- ceramic
- zro2
- oxide
- thermal shock
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- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は高温における安定性がよく、また耐熱衝撃性に
優れたZ r 02系セラミックス焼結体に関するもの
である。
優れたZ r 02系セラミックス焼結体に関するもの
である。
ZrO2系セラミックス焼結体を高温構造部材として使
用する場合、高温での安定性とともに耐熱価撃性に優れ
ていることが要求される。
用する場合、高温での安定性とともに耐熱価撃性に優れ
ていることが要求される。
近年破壊靭性値および耐熱衝撃性ともに優れたいわゆる
高靭性Z r Oxが注目されている。この高靭性Zr
O*はZrO2に6%前後の¥203を添加して高温で
安定な正方晶を牝温で存在させた準安定状態として用い
るものである。このような状態の高靭性Zr0zでは3
00〜500C程度の加熱によって正方晶から単斜晶へ
の変態が徐々に進行し脆化するため高温構造部材として
用いるのには適当ではない。またZrO,にYzOs。
高靭性Z r Oxが注目されている。この高靭性Zr
O*はZrO2に6%前後の¥203を添加して高温で
安定な正方晶を牝温で存在させた準安定状態として用い
るものである。このような状態の高靭性Zr0zでは3
00〜500C程度の加熱によって正方晶から単斜晶へ
の変態が徐々に進行し脆化するため高温構造部材として
用いるのには適当ではない。またZrO,にYzOs。
MgO,CaOなどの酸化物を添加して焼結し立方晶と
単斜晶を混在させた部分安定化Z r Q2が立方晶単
晶のZrO! よシも耐熱価撃性に優れているξとも知
られている。しかし部分安定化Zr0zにおいても耐熱
衝撃性は未だ完全といえるものではなく改善の余地がめ
った。
単斜晶を混在させた部分安定化Z r Q2が立方晶単
晶のZrO! よシも耐熱価撃性に優れているξとも知
られている。しかし部分安定化Zr0zにおいても耐熱
衝撃性は未だ完全といえるものではなく改善の余地がめ
った。
一方ZrO21cYzos 、MgO,cao以外のセ
ラミックスを混合して複合材料を作る試みもなされてい
るがsZ”02に混合されるセラミックス拐料の飯が多
いと得られる複合材料はZrO。
ラミックスを混合して複合材料を作る試みもなされてい
るがsZ”02に混合されるセラミックス拐料の飯が多
いと得られる複合材料はZrO。
の本来の特性が失われることになる。このためzro、
が本来有する耐食性、断熱性、イオン伝導性などの性質
全損なうことなく耐熱衝撃性を向上させることができる
セラミックス焼結体の開発が望まれていた。
が本来有する耐食性、断熱性、イオン伝導性などの性質
全損なうことなく耐熱衝撃性を向上させることができる
セラミックス焼結体の開発が望まれていた。
本発明の目的は、ZrO*本来の性質を失うことなく高
温での安定性がよく耐熱衝撃性に優れたzro、系セラ
ミックス焼結体を捉供することにある。
温での安定性がよく耐熱衝撃性に優れたzro、系セラ
ミックス焼結体を捉供することにある。
本発明は部分安定化z r Oxに、Zr0zに実質的
に固溶していない酸化物系セラミックスを分散させるこ
とによって上記した目的を達成せしめたものでおる。
に固溶していない酸化物系セラミックスを分散させるこ
とによって上記した目的を達成せしめたものでおる。
部分安定化ZrO,に分散される酸化物系セラミックス
はZr0!中に実質的に固溶しないことである。このよ
うな条件としては酸化物系セラミックス自体がZrO!
に固溶しにくいことあるいは1500〜1600t:’
の高温の焼結温度時においては固溶量が多い場合でも焼
結処理後に放置される室温時においては固溶限が減少し
冷却中または中間の温度において加熱処理にょシ析出す
るものであればよい。すなわち酸化物系セラミックスの
固溶量は最終的に得られるセラミックス焼結体において
実質的に固溶しないものであればよい。高温安定性およ
び耐熱衝撃性を向上させる面からは概ね酸化物系セラミ
ックスの固溶量は2〜3%以下とすることが望ましい。
はZr0!中に実質的に固溶しないことである。このよ
うな条件としては酸化物系セラミックス自体がZrO!
に固溶しにくいことあるいは1500〜1600t:’
の高温の焼結温度時においては固溶量が多い場合でも焼
結処理後に放置される室温時においては固溶限が減少し
冷却中または中間の温度において加熱処理にょシ析出す
るものであればよい。すなわち酸化物系セラミックスの
固溶量は最終的に得られるセラミックス焼結体において
実質的に固溶しないものであればよい。高温安定性およ
び耐熱衝撃性を向上させる面からは概ね酸化物系セラミ
ックスの固溶量は2〜3%以下とすることが望ましい。
また酸化物系セラミックスは焼結促進剤としての働きを
兼ねていることが望ましい。焼結促進剤として働く酸化
物系セラミックスとするためにはその酸化物系セラミッ
クスとZr0z との共存化によシ混合セラミックスの
融点が低下する成分が好ましい。
兼ねていることが望ましい。焼結促進剤として働く酸化
物系セラミックスとするためにはその酸化物系セラミッ
クスとZr0z との共存化によシ混合セラミックスの
融点が低下する成分が好ましい。
酸化物系セラミックスとしては、特にAtgOsCux
O,Fe5Oa 、MnOなどが特に有効であることを
見い出した。これらの酸化物系セラミックスはいずれも
ZrO2中に固溶しに< < 、Z ’ Oxの焼結を
促進するとともに、zro、の耐熱衝撃性の改善に特に
寄与するものである。これらの酸化物系セラミックスの
添加量は部分安定化zrozに対して0.5〜10重量
%が好適である。酸化物系セラミックスの添加量が0.
5重量%よシも少ない場合上記の添加効果が十分でなく
、またその添加量が10重量%よりも多い場合部分安定
化Z r Ozの本来の特性を失わせる恐れがある。
O,Fe5Oa 、MnOなどが特に有効であることを
見い出した。これらの酸化物系セラミックスはいずれも
ZrO2中に固溶しに< < 、Z ’ Oxの焼結を
促進するとともに、zro、の耐熱衝撃性の改善に特に
寄与するものである。これらの酸化物系セラミックスの
添加量は部分安定化zrozに対して0.5〜10重量
%が好適である。酸化物系セラミックスの添加量が0.
5重量%よシも少ない場合上記の添加効果が十分でなく
、またその添加量が10重量%よりも多い場合部分安定
化Z r Ozの本来の特性を失わせる恐れがある。
Zr0z系セラミツクスの耐熱衝撃性を改良する方法と
して、焼結体の熱膨張率を小さくする方法、焼結体の熱
伝導率を大きくする方法、zro2の単斜晶、正方晶の
変態を抑制する方法、および焼結体の内部応力の発生を
出来るだけ小さくする方法、および焼結体に内部応力が
発生してもその応力に制えうる強度と靭性を焼結体に持
たせる方法が考えられる。
して、焼結体の熱膨張率を小さくする方法、焼結体の熱
伝導率を大きくする方法、zro2の単斜晶、正方晶の
変態を抑制する方法、および焼結体の内部応力の発生を
出来るだけ小さくする方法、および焼結体に内部応力が
発生してもその応力に制えうる強度と靭性を焼結体に持
たせる方法が考えられる。
本発明において耐熱衝撃性の改善の機構は必ずしも明確
ではないが、部分安定化Z r Otに酸化物糸セラミ
ックスが固溶することなく分散しマトリックスの強度お
よび靭性が向上するためと思われる。したがって本発明
において焼結体に内部応力が発生しても酸化物系セラミ
ックスの分散によシその応力に劃えうる強度と靭性を付
与するものと考えられる。特に本発明において線部分安
定化ZrO2中に実質的に固溶することなく分散した酸
化物系セラミックスの粒子が転位の動きを防止するため
に焼結体の強度が増大し、また焼結体にミクロクラック
が入った場合にもクラック先端を細かく枝分かれさせる
ために焼結体の靭性が向上するものと考えられる。
ではないが、部分安定化Z r Otに酸化物糸セラミ
ックスが固溶することなく分散しマトリックスの強度お
よび靭性が向上するためと思われる。したがって本発明
において焼結体に内部応力が発生しても酸化物系セラミ
ックスの分散によシその応力に劃えうる強度と靭性を付
与するものと考えられる。特に本発明において線部分安
定化ZrO2中に実質的に固溶することなく分散した酸
化物系セラミックスの粒子が転位の動きを防止するため
に焼結体の強度が増大し、また焼結体にミクロクラック
が入った場合にもクラック先端を細かく枝分かれさせる
ために焼結体の靭性が向上するものと考えられる。
本発明のZr0t系セラミツクスtよ、立方晶子単斜晶
からなる部分安定化zrO□であシ、従来の高靭性zr
otに比較して熱的に安定であるために高温で長時間使
用しても耐熱衝撃性および靭性の低下がない。また12
00C以下の温度条件下では部分安定化ZrO2中に分
散している酸化物系セラミックス粒子が使用中に凝集粗
大化する速度が極めて遅いために実用上の問題は生じな
い。
からなる部分安定化zrO□であシ、従来の高靭性zr
otに比較して熱的に安定であるために高温で長時間使
用しても耐熱衝撃性および靭性の低下がない。また12
00C以下の温度条件下では部分安定化ZrO2中に分
散している酸化物系セラミックス粒子が使用中に凝集粗
大化する速度が極めて遅いために実用上の問題は生じな
い。
なお部分安定化ZrO2中の単斜晶ZrChの割合は耐
熱衝撃性の面から10〜c;omoz、’%が望ましい
。
熱衝撃性の面から10〜c;omoz、’%が望ましい
。
本発明によるzro、系セラミックス焼結体は、高温用
のるつは、酸素センサ、炉の高温構造部材などとして使
用できるほか高温部材のコーティング層としても使用で
きる。
のるつは、酸素センサ、炉の高温構造部材などとして使
用できるほか高温部材のコーティング層としても使用で
きる。
部分安定化ZrO*としてのZrO27チY冨03をペ
ースとし、これにA L z Osを0.5重量%、1
.0重量%添加した計3種の試料を用いた。
ースとし、これにA L z Osを0.5重量%、1
.0重量%添加した計3種の試料を用いた。
zro、7%Y*Osをベースに選んだのは予備検討の
結果7%Y2O3付近の組成がもつとも耐熱衝撃性に優
れていることが確認されたためである。
結果7%Y2O3付近の組成がもつとも耐熱衝撃性に優
れていることが確認されたためである。
Z r O! 7 f=Yzosの単斜晶Zr02(1
り割合は約35rnot%である。
り割合は約35rnot%である。
第1図は熱衝撃試験に用いた試料の作製法である。0.
1μmのZro、粒子および2〜3μmの¥202粒子
と、2〜3 p mのAltos粒子の原料粉末を混合
した。この混合物に対して、3重量%のパラフィンを添
加混合し、造粒した。このようにして得られた造粒物を
2イ力機においてパラフィンを溶解しながら、42メツ
シユの篩で篩分けし、篩を通過した造粒物を、以後第1
図に示すように成形焼結した。試料寸法は15φx3t
■でおる。
1μmのZro、粒子および2〜3μmの¥202粒子
と、2〜3 p mのAltos粒子の原料粉末を混合
した。この混合物に対して、3重量%のパラフィンを添
加混合し、造粒した。このようにして得られた造粒物を
2イ力機においてパラフィンを溶解しながら、42メツ
シユの篩で篩分けし、篩を通過した造粒物を、以後第1
図に示すように成形焼結した。試料寸法は15φx3t
■でおる。
熱衝撃試験は1100t?、30m1n保持後、室温ま
で衝風冷却するサイクルを10回繰り返した。
で衝風冷却するサイクルを10回繰り返した。
クランクの発生状況により耐熱衝撃性の評価を行なった
。
。
上記3種の試料の熱1i撃試験結果を第1表および第2
表に示す。試験した試料数のうち何ヶが健全でめったか
で耐熱衝撃性を評価した。まfc室温での密度、硬さ、
破壊靭性値も合わせて示した。
表に示す。試験した試料数のうち何ヶが健全でめったか
で耐熱衝撃性を評価した。まfc室温での密度、硬さ、
破壊靭性値も合わせて示した。
第1表は1500C,lh焼結の場合の測定値、第2表
は1500C,10h焼結の場合の測定値を示している
。
は1500C,10h焼結の場合の測定値を示している
。
第1表
第2表
第1表よシ明らかなように、試料A I (Altos
無添加材)では8ケのうち試料全てに割れが発生したの
に対して試料ム3(1,0%A 140 s添カロ材)
では8ケのうち5ケが健全でめシ、A t20 s添カ
ロにより耐熱衝撃性が著しく改善されている。また密度
も試料A1では4.8でおるのに対して試料ム3ではs
、sで#D、A t20sはZr(hの焼結促進剤とし
ての働きもしていることがわl1る。
無添加材)では8ケのうち試料全てに割れが発生したの
に対して試料ム3(1,0%A 140 s添カロ材)
では8ケのうち5ケが健全でめシ、A t20 s添カ
ロにより耐熱衝撃性が著しく改善されている。また密度
も試料A1では4.8でおるのに対して試料ム3ではs
、sで#D、A t20sはZr(hの焼結促進剤とし
ての働きもしていることがわl1る。
A t t Os無添加材の耐熱衝撃性が低い原因カニ
焼結不十分で緻密化が十分でないためとも考えられ−る
。そこで、A L 20 s無添加材も十分緻密化され
く るように1500C,10hの焼結を行ない、各試
料について耐熱価撃性を比較した。第2表よシ明らかな
ように試料AI(A4zOs無添カロ材)の密度は5.
4に増加しておシ、試料A 2 、3 (AJ!403
添加材)の値にかなり近づいている。A L z O3
無添加材は2ケのうち試料すべてに割fLが見らiした
のに対してAl10s添加材では2ケのうち2ケとも健
全であった。密度をほぼ同じにした試料同志で比較して
も、AtzO3添加材の方が耐熱*i撃性が侵れている
ことがわかる。
焼結不十分で緻密化が十分でないためとも考えられ−る
。そこで、A L 20 s無添加材も十分緻密化され
く るように1500C,10hの焼結を行ない、各試
料について耐熱価撃性を比較した。第2表よシ明らかな
ように試料AI(A4zOs無添カロ材)の密度は5.
4に増加しておシ、試料A 2 、3 (AJ!403
添加材)の値にかなり近づいている。A L z O3
無添加材は2ケのうち試料すべてに割fLが見らiした
のに対してAl10s添加材では2ケのうち2ケとも健
全であった。密度をほぼ同じにした試料同志で比較して
も、AtzO3添加材の方が耐熱*i撃性が侵れている
ことがわかる。
さらに第2表に示すように試料A 3 (A Lx O
s1.0チ添加材)は無添加材に比べ1硬さおよびKc
とも向上している。ktzOs添加材において耐熱衝撃
性が改善されたのはAt20a粒子の分散によシマトリ
ックスの強度および靭性が向上したためと考えられる。
s1.0チ添加材)は無添加材に比べ1硬さおよびKc
とも向上している。ktzOs添加材において耐熱衝撃
性が改善されたのはAt20a粒子の分散によシマトリ
ックスの強度および靭性が向上したためと考えられる。
第2図にZ r 02 A4403 系の状態図を示す
。
。
この状態から焼結温度が1500Cの場合、At203
はZrO2に固溶せず粒内や粒界に分散し、またAt2
0aとZr02O組成比が約60 : 40になると融
点は約1700Cまで低下することがわかる。
はZrO2に固溶せず粒内や粒界に分散し、またAt2
0aとZr02O組成比が約60 : 40になると融
点は約1700Cまで低下することがわかる。
すなわちAZ2O,とZrO2が接する界面では液相あ
るいは、液相に近い状態となjllli子の移動が起こ
りやすくなっているため酸化物系セラミックスとしてA
A20 gを用いる場合、ZrO2の焼結が促進され
緻密化が容易におこったと考えられる。
るいは、液相に近い状態となjllli子の移動が起こ
りやすくなっているため酸化物系セラミックスとしてA
A20 gを用いる場合、ZrO2の焼結が促進され
緻密化が容易におこったと考えられる。
本実施例はA L z Os添加の場合であるが、F
e s Oa 、 Mn O、Cu 20 ([−添加
してもAtzO3の場合と同様な効果が得られた。
e s Oa 、 Mn O、Cu 20 ([−添加
してもAtzO3の場合と同様な効果が得られた。
以上のように本発明によるZrO2系セラミックス焼結
体は高温安定性、耐熱#j撃性に例れておシ、また部分
安定化Z r 02中に分散される酸化物系セラミック
スは少量でも上記軸性の向−ヒに寄与するのでZrO2
が本来有する耐食性、断熱性。
体は高温安定性、耐熱#j撃性に例れておシ、また部分
安定化Z r 02中に分散される酸化物系セラミック
スは少量でも上記軸性の向−ヒに寄与するのでZrO2
が本来有する耐食性、断熱性。
イオン伝導性などの性質を撰うこともない。
第1図は熱術撃試料用の試料作製方法を示す図、第2図
はZ rOx Al2O3糸の状態図である。 代理人 弁理士 鵜沼辰之 第1図 垢2の
はZ rOx Al2O3糸の状態図である。 代理人 弁理士 鵜沼辰之 第1図 垢2の
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、立方晶と単斜晶の混在する部分安定化ZrO2中に
、ZrO2に実質的に画情することなく酸化物系セラミ
ックスが分散されていることを特徴とするZrOs系セ
ラミックス焼結体。 2、特許請求の範囲第1項において前記部分安定化z
r 02中の単斜晶Z r Osの割合が10〜60m
ol/%でおることを特徴とするZrOs系セラミック
ス焼結体。 3、特許請求の範囲第1項において前記酸化物系セラミ
ックスがZ r Osの焼結を促進する物質であること
を%徴とするZrCh系セラミックス焼結体。 4、特許請求の範囲第1項〜第3項のいずれかにおいて
、酸化物系セラミックスが、 A Lx Os 。 C”20 、Fes 04 + M” 0 O一種以上
でlることを特徴とするZr0g系セ2ミックス焼結体
。 5、特許請求の範囲第4項において、前記酸化物系セラ
ミックスの添加量が部分安定化Z r O2に対し0.
5〜10.0i焦*であることを特徴とするZr0z第
0zミックス焼結体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58129779A JPS6021861A (ja) | 1983-07-15 | 1983-07-15 | ZrO↓2系セラミツクス焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58129779A JPS6021861A (ja) | 1983-07-15 | 1983-07-15 | ZrO↓2系セラミツクス焼結体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6021861A true JPS6021861A (ja) | 1985-02-04 |
Family
ID=15018008
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58129779A Pending JPS6021861A (ja) | 1983-07-15 | 1983-07-15 | ZrO↓2系セラミツクス焼結体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6021861A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6217070A (ja) * | 1985-07-15 | 1987-01-26 | 東レ株式会社 | ジルコニア焼結体 |
EP0214291A1 (en) * | 1985-03-07 | 1987-03-18 | Nippon Soda Co., Ltd. | Sintered zirconia and process for its production |
US4719188A (en) * | 1985-02-19 | 1988-01-12 | Mitsui Mining Co., Ltd. | Alumina-base abrasion resistant material |
US5183610A (en) * | 1987-07-22 | 1993-02-02 | Cooper Indusries, Inc. | Alumina-zirconia ceramic |
-
1983
- 1983-07-15 JP JP58129779A patent/JPS6021861A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4719188A (en) * | 1985-02-19 | 1988-01-12 | Mitsui Mining Co., Ltd. | Alumina-base abrasion resistant material |
EP0214291A1 (en) * | 1985-03-07 | 1987-03-18 | Nippon Soda Co., Ltd. | Sintered zirconia and process for its production |
EP0214291A4 (en) * | 1985-03-07 | 1987-07-09 | Nippon Soda Co | SINTERED ZIRCONIA AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME. |
JPS6217070A (ja) * | 1985-07-15 | 1987-01-26 | 東レ株式会社 | ジルコニア焼結体 |
JPH0667785B2 (ja) * | 1985-07-15 | 1994-08-31 | 東レ株式会社 | ジルコニア焼結体 |
US5183610A (en) * | 1987-07-22 | 1993-02-02 | Cooper Indusries, Inc. | Alumina-zirconia ceramic |
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