JPS6027649A

JPS6027649A - ジルコニア磁器

Info

Publication number: JPS6027649A
Application number: JP58131366A
Authority: JP
Inventors: 布施木　得雄; 昇五十嵐; 正人斎藤
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1983-07-19
Filing date: 1983-07-19
Publication date: 1985-02-12

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】本発明は構造材２機械部品、治工具、耐磨耗材、切削工
具等に使用される高強度、高靭性で、かつ耐磨耗性に優
れたジルコニア磁器に関する。

従来、部分安定化による高強度・高靭性のジルコニア磁
器は共沈法等の手法によって得られた高純度ジルコニア
粉末に安定化剤としてイツトリア等を添加して焼結する
ことによって製造されている。

こうしたジルコニア磁器では主成分、のジルコニア、安
定剤としてのイツトリア等以外の他成分は不純物とみな
され、その含有率は総量で０．０５重量％以下である。

上述したような従来のジルコニア磁器は特性的にはイツ
トリア等の安定化剤の含有率を規定することによシ高強
度、高靭性のものが得られていた。しかし、硬度、耐熱
寿命、耐磨耗性については良好とはいえず、改善の余地
が残されていた。また、従来のジルコニア磁器は１５０
０℃以上の高温焼結を必要とし、工業的にもコストアッ
プとなシ、不適当であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであシ、高強度
、高靭性で、かつ硬度、耐熱寿命。

耐磨耗性に優れ、しかも低コストのジルコニア磁器を提
供しようとするものである。

ジルフェア磁器の硬度、耐熱寿命、耐磨耗性を改善する
ためにはこれらの緒特性に影響を与える粒子の微細構造
を変化させればよいと考えられる。そこで、本発明者ら
はイツトリアによりて部分安定化されたジルコニア磁器
に他の成分を添加して粒子の微細構造を変化させること
について種々検討した結果本発明をなすに至った。

すなわち、本発明のジルコニア磁器はジルコニアを主成
分とし、安定化剤としてイツトリアを含むジルコニア磁
器において、Ａｔ２０３　、　ＴｉＯ２及び５ｉ０２を
０．１〜３．０重量％含有することを特徴とするもので
ある。

ここで、Ａｌ２Ｏ３はジルコニア中で均一に分散するこ
とによシジルコニア磁器の硬度を上昇させ、これによシ
耐磨耗性を上昇させる作用を有する。すなわち、ジルコ
ニアは本来鉱物硬度モース６程度であるが、モース９程
度のアルミナを含有させることによシ硬度を上昇するこ
とができる。

また、ＴｉＯ２及び５ｉ０２は原料粉末の低温焼結を可
能とし、焼結体粒子を最小限に抑えることができるので
、強度、靭性、耐磨耗性を向上することができる゛。

更に、Ａｔ２０ｓ　、　ＴｉＯ２及びＳ　ｉ０２はジル
コニア磁器の粒界に薄い皮膜を形成するので、５００℃
以下の長時間熱処理による正方晶から単斜晶への相転移
を抑制し、耐熱寿命を長くすることができる。

本発明においてこれらの成分の合計含有率を０．１〜３
．０重ｆＬ％とじたのは以下のような理由による。すな
わち、０．１重量％未満では上述したような各成分の作
用を十分に発揮することができないので、硬度、耐磨耗
性、耐熱寿命を向上することができない。また、３．０
重量％を超えると、これらの成分がジルコニア中に固溶
ぜず、粒界に多量に残るため焼結温度を上昇させ、この
結果強度、靭性、耐磨耗性を低下させる。

なお、本発明において５ｉ０２の含有率は０．１重量％
以下であることが望ましい。これは、０．を重量％を超
えるとＳ　ｉ０２がＺｒＯ２と反応してノルコンを生成
し、粒界にガラス層を形成して強度低下をもたらすため
である。

また、Ａｌ２Ｏ５、ＴｉＯ２の含有率はそれぞれ２．５
重量％以下でおることが望ましい。これは、三成分の合
計含有率が３．０重量％以下と規定したのとほぼ同様な
理由による。

また、本発明のジルコニア磁器においてイツトリアの含
有率は２〜５モル係であることが望ましい。これは既に
本発明者らが特願昭５７−２１３５９４において開示し
たように、イツトリアの含有率が上記範囲であればジル
コニア磁器は著しく高強度、高靭性となるためである。

以上のように各成分の含有率が規定されたジルコニア磁
器においては、焼結粒子の平均粒径が１．０μｍ以下（
更に特性の向上したものは０．５μｍ以下）、カサ密度
が６．００〜６．１０　（ｇ／ｃｒｎ３）、気孔率が実
質的にゼロ、構成結晶相が単斜晶２〜２０（（６）、正
方晶３０〜６０（イ）、立方晶３０〜５０（％ｌの３相
混合状態となシ、高強度、高靭性であるとともに硬度、
耐磨耗性、耐熱寿命が著しく向上したものとなる。

以下、本発明の詳細な説明する。

実施例１〜１１及び比較例１〜３まず、平均粒径（２次粒子）１μｍ以下、純度９９．８
１以上（ＨｆＯ２を含む）の単斜晶ジルコニア粉末と、
平均粒径０．９μｍ１純度９９．８％以上（ＨｆＯ２を
含む）のジルコニア化合物（ｎＹ２Ｏ３・（１００−ｎ
）　・ＺｒＯ２、ｎ＝１０　）粉末とをイツトリア含有
率が２．３モルチとなるように混合した。次に、添加剤
としてＡｔ２０３　、　ＴｉＯ２。

５ｊ０２を所定量添加し、混合分散させた。更に、これ
ら混合物に結合剤としてポリビニルアルコールを混合し
、造粒した後、２．　Ｏｔ／２ｙ＋＋２の条件で加圧成
形した。つづいて、これら成形体を大気中において１４
５０℃で２時間焼成した後、冷却してジルコニア磁器ヲ
得り。

得られたジルコニア磁器ニラいて、ｈｔ２ｏ３゜ＴｉＯ
２及び５ｉ０２の分析値８曲げ強さ、硬度、磨耗減量率
及び耐熱寿命を測定し、これらとともにその評価を下記
表に併記する。

なお、上記各特性の測定はそれぞれ以下のようにして行
なった。

（ｔ）　Ａｔ２０ｓ　ｒ　ＴｉＯ２及び５ｉ０２の分析
Ａｔ２ｏ５は原子吸光光度法、ＴｉＯ２及び５ｉ０２は
比色法によシ測定した。

（１１）　曲げ強さＪＩＳ−Ｒ−１６０１ｒファインセラミックスの曲げ強
さ試験方法」に準する（　８００　ＭＰａ以上を評価良
とする）。

０１Ｄ　ビッカース硬度ＪＩＳ−２２２４４に従って、明石製作新製Ａ■−Ａビ
ッカース硬度計を用い、荷重３０に９において測定（１
１００ｋｙｗｎ以上を評価良とする）。

（ＩＪ　耐熱寿命２０００℃で熱処理し、強度が初期強度の棒に遅するま
での時間数（ｉｏｏｏ時間以上を評価良とする）。

（ｖ）９粍減量率空摺磨耗率。アルミナポット中でＨ２Ｏを媒体として２
００時間粉砕後の減量率（０，−〇４ｑｂ以下を評・測
長とする）。

上記表から明らかなように比較例１はＡｔ２０ｓ　。

ＴｉＯ２及び５ｉＱ２の合計含有率が０．１重量％以下
であるので、硬度、磨耗減量率及び耐熱寿命が劣る。ま
た、比較例２及び３はＡｔ２０５　、　ＴｌＯ２及び５
ｉＱ２の合計含有率が３．０重量係を超えるので特に曲
げ強さと磨耗減量率が劣る。

これに対して実施例１〜１１はいずれも高強度であると
ともに硬度、耐熱寿命、磨耗減量率が優れた特性値を示
している。ただし、実施例２．６．８については５ｉ０
２がＯ６１重量重量上であるので若干曲げ強さ及び磨耗
減量率が劣っている。

なお、本発明のジルコニア磁器は高靭性を示すことも確
認されている。また、本発明のジルコニア磁器は１５０
０℃の低温焼結により得られるので、コストを低減する
ことができる。

以上詳述した如く本発明によれば、高強度。

高靭性で、かつ硬度、耐熱寿命、耐磨耗性に優れ、しか
も低コストのジルコニア磁器を提供できるものである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　ジルコニアを主成分とし、安定化剤としてイツ
トリアを含むジルコニア磁器において、ｈｔ２ｏ５　、
　’ｒｔｏ２及び５ｉｏ２を０．１〜３．０重量％含有
することを特徴とするジルコニア磁器。
（２）　５ｉ０２の含有率が０．１％以下であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のジルフェア磁器
。