JPS60239325A - ジルコニア粉末の製造方法 - Google Patents

ジルコニア粉末の製造方法

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JPS60239325A
JPS60239325A JP59095756A JP9575684A JPS60239325A JP S60239325 A JPS60239325 A JP S60239325A JP 59095756 A JP59095756 A JP 59095756A JP 9575684 A JP9575684 A JP 9575684A JP S60239325 A JPS60239325 A JP S60239325A
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敏彦 船橋
Ryoji Uchimura
良治 内村
Masao Oguchi
征男 小口
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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】 〔技術分野〕 本発明はジルコン粉末から高純度のジルコニア(酸化ジ
ルコニウム: Zr0g )粉末を製造する方法に関し
、この明細書で述べる技術内容は、ジルコン粉末中のシ
リカと炭素とが所定のモル比となるような該ジルコン粉
末と炭素含有物との混合物を減圧下で熱処理することに
より高純度のジルコニアを効塞良く製造する方法である
かかるジルコニア(ZrOs )は、2700°C以上
の高融点を有する酸化物で、鉄鋼業あるいはガラス工業
の分野での耐火材料として使用されたり、固体電解質と
して酸素濃度測定用センサー、研摩材、顔料など多方面
で広く利用されている。さらに最近では、安定化ジルコ
ニア、あるいは、部分安定化ジルコニアが有する高強度
、高靭性機能がエンジニアリングセラミックスとしての
分野でも採用されつつある。
〔従来技術とその問題点〕
既知ジルコニア製造技術として現在知られている主なも
のは、■炭素脱珪アーク炉溶融法、■アルカリ溶融法が
ある。
上記■の製造法は、ジルコンサンドに炭素OaOなどの
安定化剤および鉄くずを添加してアーク炉中で加熱し還
元溶融することにより、ジルコン中の8102分を気相
中へ揮散、あるいは、鉄と反応させてフェロシリコンと
して、Z r Og成分と分離し、同時に(3aOなど
の安定化剤をZr0sK固溶させて安定化ジルコニアを
得る方法である。この方法は、安価なジルコニアが得ら
れ、大規模な製造には向いているが、高純度のジルコニ
ア粉末を得ることができないという問題点があった。さ
らに、アーク炉中で溶融させるために相当な高温を必要
として時間がかかり、また得られたジルコニアブロック
を粉砕するためにもエネルギーが必要とな1′1“4 
/L−4−tD“−P′4.I″′1゛6°7・: 上
記■の製造法は、ジルコンサンドとアルカリとを溶融反
応させてジルコン中の8102分をアルカリけ一酸塩と
して洗浄除去し、一方Z r Os成分はジルコン酸ソ
ーダとした後、酸処理などのプロセスを経て、オキシ塩
化ジルコニウム(Zr0Oj s )にする。この塩化
ジルコニウムは水に可溶であり、PH調整を経て水酸化
ジルコニウムにし、熱処理してジルコニアを得る方法で
ある。この方法は、上記■の製造法と比べて純度99%
以上の高純度のジルコニアが得られるが、欠点は製造プ
ロセスが長いために生産性が悪く、コストが非常に高く
つくことである。
〔発明の目的と要旨〕
本発明の目的は、ジルコン粉末からジルコニアを製造す
る方法に関しての従来技術のもつ上述のような間融点を
克服し、高純度ジルコニアを安価に動車へ良く製造する
方法を提供するととKある。
この目的に対して本発明者らは、ジルコンからのジルコ
ニアの製造に関する従来から知られている炭素脱珪法に
つ騒て検討した結果、ジルコンの脱珪時にbかに効塞良
< 310蒸気を除去するかが製造上のキーポイントで
あることを見出し、そのために減圧下で熱処理して脱珪
するという新規技術に想到し、本発明を完成した。すな
わち、本発明の要旨とするところは、第1K、ジルコン
粉末と炭素含有物とを該ジルコン粉末中のシリカと炭素
とのモル比(0/sioρが0.4〜2.0の範囲とな
る割合で混合し、かかる混合粉末あるいはその成形体を
0.6気圧以下の減圧下において熱処理を行うことkよ
りジルコン粉末中のシリカ分を揮散除去することを特徴
とするジルコニア粉末の製造方法、および第2に、ジル
コン粉末と炭素含有物とを該ジルコン粉末中のシリカと
炭素とのモル比(C/51o)が0.4〜2.0の範囲
となる割合で混合し、かかる混合粉末あるいはその成形
体を、0.6気圧以下の減圧下において熱処理を行うこ
とによリジルコン粉末中のシリカ分を揮散除去し、引続
いて酸化処理を施すことを咎徴とするジルコニア粉末の
製造方法である。
〔着想と発明の構成〕
ジルコン粉末と炭素含有物とを混合し、高温で熱処理し
た場合、下記(1)式により、脱珪反応が進行する。
5iOs(l、s) 十〇 (s ) → 5tO(,
9) +Co(,9) ・・・・・・(i)(1)式の
反応を1気圧下で継続して進行させるために必要な熱力
学的な温度条件は1750℃以上という高温度である。
ところが上記したような減圧脱珪法な採用すれば、(1
)式の反応を進行させるために必要な熱力学的な温度の
下限は、1気圧下のとき1 ? 50 ’Cであるのに
対して、0.1気圧下では1640℃、 0.01気圧
下では1540”C,0,001気圧下ではl 450
 ”Cとなり、圧力を1桁下げれば1゜脱珪に必要な熱
処理温度の下限は100℃前後低下することがわかる。
このことから炭素による還元脱珪な減圧下で行えば、低
温度、短時間の熱処理により、ジルコン粉末からジルコ
ニアが効塞良く製造できることがわかる。
本発明は、ジルコン粉末と炭素含有物とを混合し、該混
合粉末あるいはその成形体を減圧下において熱処理し脱
珪させるだけでも本願で狙った所定の効果を得ることが
できるが、さらに酸化のための熱処理を引続いて行えば
より高純度のジルコニア粉末を製造することができる。
本発明方法で使用するジルコン粉末は、ジルコンサンド
を粉砕したものでよく、ただ(1)式の反応を速かに進
行させるためには細かい方が望ましい。
また、高純度のジルコニアを得るためには、Z r O
sと810.以外の不純物成分はなるべく少ない方が良
い。本発明に使用される炭素含有物については、特に限
定はないが、石炭コークス、石油コークスなどの炭素材
料だけではなく、石炭ピッチ、石油ピッチ、フェノール
樹脂などの有機樹脂といった高温度で縦比する炭素含有
材料でもよい。
本発明において上記ジルコン粉末と炭素含有物とを混合
し、その混合粉末あるいは、その混合粉1 末について
の成形体を減圧脱珪のために熱処理するが、とりわけ混
合については(1)式の反応を完全に進行させるために
充分に行う必要がある。
本発明においてはジルコン粉末、炭素含有物の混合粉末
のままで減圧、脱珪のための熱処理を施しても、あるい
はそれらの混合粉末を予め所定の大きさに成形したペレ
ット状の成形体にして熱処理しても効果に差は生じない
。上記減圧脱珪のための熱処理温度は、特に限定しない
が本発明の所期の目的を確実に達成する温度として、反
応効寵、熱処理コスト等を総合的に考えて1400〜1
800°Cの範囲としさらに、本発明においては、減圧
脱珪のための熱処理を行なった後、さらに純度を上げる
ために未反応物質をも完全に酸化物にすべく酸化処理を
行なう。即ち、この処理の目的は、脱珪処理後に生成し
たジルコニア(ZrOi)以外の低次酸化物Zr01炭
化物ZrOなどを酸化してジルコニアにするためである
。酸化処理の温度は600〜900 ”Cの温度範囲が
好適である。
本発明においては、ジルコン粉末と炭素含有物との混合
比を、ジルコン粉末中のシリカ量と炭素き爽無含有物中
の炭素量とのモル比(’/5ro)で表わして0.4〜
2.0の範囲となるような混合割合とし、脱珪のだめの
熱処理を0.6気圧以下の減圧下で行なうが、これらの
範囲は以下に示す実験によってめたものである。
平均粒径1.5μmのZrO,+ Sin、が99.5
 wt%のジルコン粉末と10μm以下に粉砕した石油
コークス(固定炭素9−0%、灰分0.8%)とから、
O/sio (モル比)の異なる試料を調製し、充分に
混合した後、金型成形器を用いて20mm’XBO鵡の
ペレットに成形した。0/sio、 (モル比)は0.
2〜8.0の範吐の試料を調製し、lO気圧(残部ムr
)の減圧雰囲気下においてl ? 50 ”Cで1時間
脱珪処理し、その後900℃で酸化処理したものについ
てS10.量を分析し、脱珪に及ばずジルコン粉末と炭
素含有物との混合物中の0/sro (モル比)の影響
を調べた。ここで言う炭素量とは、脱珪熱処理において
高温忙おいてS10.との反応に関与するもので、低温
で揮発する炭化水素の類に含まれる炭素量は除いたもの
である。さらに、”/s1o (モル比)が1.8の試
料については、1気圧〜10−’気圧の範囲に圧力を変
えて同様な脱珪のための熱処理を行い、脱珪に及ぼす圧
力の影響を調べた。
第1図、第8図にそれぞれS10.の残留量に及はすジ
ルコンと炭素含有物の混合物中のC/S i O。
(モル比)、脱珪熱処理の圧力の影響を示す。第1図か
ら明らかなようにO/810. (−1ニル比)が0.
4より小さいとジルコンを完全に脱珪するのに炭素が不
足して脱珪処理後もジルコンが残留してS10.残留量
が増加する。逆にC/sto、 (モル比)が2よりも
大きいと、ジルコン中のSin、を還元してSiO¥し
て除去するのに十分な炭素量ではあるが、炭素が多いた
めに還元性となり過ぎ、Zr3i e Zrs si8
といったジルコニウムの・金属けい化物が生成し、S1
残留量が増加し、最終的に得られる、Zr0B中のSi
n、量が増加するのでよくない。従って、ジルコニアの
純度を良好に保つためKは、ジルコン中のシリカと炭素
含有物中の炭素量をO/sto (モル比)で表わしテ
0.4〜2.017)範囲内に限定する必要がある。ま
た減圧脱珪時の圧力についても第2図に示すように0.
6気圧を越えるとSin、残留量が増大するので0.6
気圧以下に限定する必要がある。
本発明の実施の際に用いられる減圧雰囲気としては、炭
素含有物の酸化による焼損を避けるために、N2. A
r、 Coなどの非酸化性ガス雰囲気が好適である。
本発明では、減圧熱処理によって生成する結晶はほとん
どがZ r O2で、ジルコンと炭素の混合割合によっ
ては一部ZrO、ZrOなどが生成する。そうした場合
、脱珪のための熱処理後において酸化処理を行ないZr
O、ZrOなどをZrO□にして、さらに、高純度化が
達成される。
本発明においては、ジルコン中のシリカを完全に脱珪さ
せるために、ジルコン中のシリカに相当するモル比より
も炭素量が若干過剰になるように炭素含有物を配合する
場合もある。そうした場合、脱珪の熱処理条件によって
は、ZrO,、ZrC,さら] にはこれらの固溶体が
生成する。要するに本発明′ 1おff6!lイ、ヮ□
3よ、2.。や2.。ヶ、イ、−Z rOgにするため
に行なう処理である。同時に熱処理後残留している炭素
があれば、それも酸化して気相中に揮散させて除去する
。酸化処理時の温度は、600〜900°Cの範囲が適
当である。
〔実施例〕 ZrOとS io 2の合計含有量が99.5%の平均
粒径0.97μmのジルコン粉末と、44μm以下に粉
砕した石油コークス(固定炭素90%、灰分0.8%)
とから、第1表に示すような各種の0/’sio。
(モル比)の異なる混合物を調整し、ボールミル中で充
分に混合した後、それぞれ20+++m’X20mの成
形体を金型成形器を用いて調整した。これらの成形体を
用いて第1表に示す熱処理条件で減圧脱珪処理を行い、
熱処理後、粉末X線回折で存在結晶相の同定、Z r 
Oz純度の分析を行った。さらに900 ”Cの大気中
で酸化処理し、同じく存在結晶の同定、ZrO□純度の
分析を行い、ジルコニア粉末中に残留する5in2量も
分析した。
これらの分析結果を同じく第1表に示す。第1表から明
らかなように、ジルコン粉末中のシリカと石油コークス
中の固定炭素とのモル比(C7610g )を0.4〜
2.0、脱珪のだめの熱処理を0.6気圧以下の範囲内
の減圧下で行なうことにより脱珪熱処理後でZ r O
51純度9 ? wt%以上、酸化処理後で98 wt
%以上の高純度ジルコニア粉末がち得られ、また、最終
的に得られたジルコニア粉末中の5in2残留量も実施
例の場合1.otvt%以下であった。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、安価な高純度ジルコ
ニア粉末を効高よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、ジルコン粉末中の8102と炭素含有物中の
炭素のモル比(0/SiO,)とジルコニア粉末中のS
in、残留量との関係を示すグラフ、蒙 ε 必 特許用7願人 川崎製鉄株式会社 第1図 c/5jo2 (千)はt)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 L ジルコン粉末と炭素含有物とを該ジルコン粉末中の
    シリカと炭素とのモル比(0/sto、 )が0.4〜
    2.0の範囲となる割合で混合し、かかる混合粉末ある
    いはその成形体を0.6気圧以下の減圧下において熱処
    理を行うことによりジルコン粉末中のシリカ分を揮散除
    去することを特徴とするジルコニア粉末の製造方法。 λ ジルコン粉末と炭素含有物とを該ジルコン粉末中の
    シリカと炭素とのモル比(C/s1oρが0.4〜2.
    0の範囲となる割合で混合し、かかる混合粉末あるいは
    その成形体を0.6気圧以下の減圧下において、熱処理
    を行うことKよりジルコン粉末中のシリカ分を揮散除去
    し、引続いて酸化処理を施すことを特徴とするジルコニ
    ア粉末の製造方法。
JP59095756A 1984-04-03 1984-05-15 ジルコニア粉末の製造方法 Granted JPS60239325A (ja)

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JP59095756A JPS60239325A (ja) 1984-05-15 1984-05-15 ジルコニア粉末の製造方法
DE8585103710T DE3574960D1 (de) 1984-04-03 1985-03-28 Verfahren zur herstellung von sehr reinem zirkonoxidpulver aus zirkonpulver.
EP19850103710 EP0157366B1 (en) 1984-04-03 1985-03-28 Method of producing high purity zirconia powder from zircon powder
KR1019850002185A KR900004490B1 (ko) 1984-04-03 1985-04-01 지르콘 분말로부터 고순도 지르코니아 분말의 제조방법
AU40830/85A AU570312B2 (en) 1984-04-03 1985-04-02 Zirconia from zircon, by gasification of the silicon oxides with carbon
CA000478140A CA1284419C (en) 1984-04-03 1985-04-02 Method of producing high purity zirconia powder from zircon powder

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