JPS6031795B2 - Zirconia sintered body - Google Patents

Zirconia sintered body

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JPS6031795B2
JPS6031795B2 JP56125883A JP12588381A JPS6031795B2 JP S6031795 B2 JPS6031795 B2 JP S6031795B2 JP 56125883 A JP56125883 A JP 56125883A JP 12588381 A JP12588381 A JP 12588381A JP S6031795 B2 JPS6031795 B2 JP S6031795B2
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JP
Japan
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zirconia
monoclinic
crystal structure
magnesia
tetragonal
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孝樹 正木
啓佑 小林
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はジルコニア焼給体に関し、さらに詳しくは、熱
衝撃強度の高いジルコニア暁結体に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a zirconia fired body, and more particularly to a zirconia cryogenic body having high thermal shock strength.

純粋なジルコニア焼結体は、1100oo付近において
単斜晶系から正万晶系の結晶構造に変態し、さりこ24
00oo付近において立方晶系の結晶構造に変態する。
A pure zirconia sintered body transforms from a monoclinic crystal structure to a monoclinic crystal structure around 1100 oo, and has a Sariko 24
It transforms into a cubic crystal structure around 00oo.

一方、冷却過程においては、上記とは逆の変態が起こる
が、特に正方晶系から単斜晶系の結晶構造に変態する際
に大きな体積膨張を伴うので、この体積膨張による破壊
を防止するために、ジルコニアにイツトリア、マグネシ
ア、力ルシア等の酸化物を固落させ、立方晶系の結晶構
造のジルコニア(以下立方晶ジルコニアという)からな
る暁給体、すなわち安定化ジルコニア焼結体を得ている
。しかしながら、立方晶ジルコニアは熱側彰張係数が多
いので、安定化ジルコニァ競結体は熱衝撃強度が低いと
いう欠点があった。これに対して、立方晶ジルコニアと
、単斜晶系の結晶構造のジルコニア(以下単斜晶ジルコ
ニアという)とが共存しているジルコニア競絹体、すな
わち部分安定化ジルコニア焼綾体は、正方晶系の結晶構
造のジルコニア(以下正方晶ジルコニアという)が単斜
晶ジルコニアに変態することによつて単斜晶ジルコニア
の周りに発生するマイクロクラツクが熱衝撃による破壊
ェネルギを吸収するので、安定化ジルコニア焼縞体より
も熱衝撃強度が高いといわれている。
On the other hand, during the cooling process, a transformation opposite to the above occurs, but especially when transforming from a tetragonal system to a monoclinic system, a large volumetric expansion is accompanied, so in order to prevent destruction due to this volumetric expansion, First, oxides such as ittria, magnesia, and lucidia are precipitated onto zirconia to obtain a stabilized zirconia sintered body consisting of zirconia with a cubic crystal structure (hereinafter referred to as cubic zirconia). There is. However, since cubic zirconia has a high tensile modulus on the hot side, stabilized zirconia compacts have a drawback of low thermal shock strength. On the other hand, a partially stabilized zirconia sintered body, in which cubic zirconia and zirconia with a monoclinic crystal structure (hereinafter referred to as monoclinic zirconia) coexist, has a tetragonal crystal structure. When the crystal structure of zirconia (hereinafter referred to as tetragonal zirconia) transforms into monoclinic zirconia, the microcracks that occur around the monoclinic zirconia absorb the fracture energy caused by thermal shock, resulting in stabilization. It is said to have higher thermal shock strength than zirconia baked stripes.

しかしながら、その向上の程度となると、熱過度張係数
の大きい立方晶ジルコニアを含んでいることには変わり
がないので、そう顕著なものではなかった。一方、82
〜97(モル%)の正方晶ジルコニアと、18〜3(モ
ル%)の単斜晶ジルコニアとが共存し、これにィツトリ
アが固落しているジルコニァ凝結体は、引張りや圧縮、
曲げ、せん断などの機械的強度が高く、硬度やじん性も
向上しているという報告がある。
However, the degree of improvement was not so remarkable because it still contained cubic zirconia with a large thermal extensibility coefficient. On the other hand, 82
A zirconia aggregate in which ~97 (mol %) of tetragonal zirconia and 18-3 (mol %) of monoclinic zirconia coexist, and in which zittria is solidified, is produced by tension, compression,
There are reports that it has high mechanical strength in bending and shearing, as well as improved hardness and toughness.

しかしながら、この競結体は、単斜晶ジルコニアの割合
が18〜3(モル%)と極めて少ないために、熱衝撃強
度が低いという欠点があった。すなわち、単斜晶ジルコ
ニアの割合が少ないということは、正方晶ジルコニアか
ら単斜晶ジルコニアの変態量が少ないということである
が、熱衝撃によるェネルギは、上記変態に伴って単斜晶
ジルコニアの周りに発生するマイクロクラックが主とし
て吸収するのであるから、少ない変態量によるマイクロ
クラックの発生量によっては、熱衝撃ェネルギの十分な
吸収が行われないのである。本発明の目的は、従釆のジ
ルコニア焼結体の上記欠点を解決し、熱衝撃強度が著し
く高いジルコニア暁給体を提供するにある。
However, this competitive body had a drawback of low thermal shock strength because the proportion of monoclinic zirconia was extremely small at 18 to 3 (mol %). In other words, a small proportion of monoclinic zirconia means that the amount of transformation from tetragonal zirconia to monoclinic zirconia is small. Since the thermal shock energy is mainly absorbed by the microcracks generated in the thermal shock energy, depending on the amount of microcracks generated due to the small amount of transformation, sufficient absorption of thermal shock energy is not achieved. An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of conventional zirconia sintered bodies and to provide a zirconia sintered body having extremely high thermal shock strength.

上記目的を達成するための本発明は、実質的に単斜晶の
結晶構造のジルコニァからなる焼結体であって、かっこ
の疎結体には、マグネシアが6〜11(モル%)固溶し
ているジルコニア暁結体を特徴とするものである。
To achieve the above object, the present invention provides a sintered body made of zirconia having a substantially monoclinic crystal structure, wherein the loose solid body in parentheses contains 6 to 11 (mol%) of magnesia as a solid solution. It is characterized by zirconia Akatsuki crystals.

本発明において、「実質的に単斜晶系の結晶構造のジル
コニアからなる競結体」という言葉は、ジルコニァ焼成
体を、X線回折法によって回折角20〜40(度)の範
囲で解析した場合、立方晶ジルコニア(111)および
(200)、正方晶ジルコニア(111),(002)
および(200)の回折パターンが検出できないという
ことを意味している。
In the present invention, the term "a competitive body consisting of zirconia with a substantially monoclinic crystal structure" refers to a zirconia fired body analyzed by X-ray diffraction within a diffraction angle range of 20 to 40 (degrees). In the case of cubic zirconia (111) and (200), tetragonal zirconia (111), (002)
This means that the (200) diffraction pattern cannot be detected.

次に、本発明のジルコニア焼結体(以下凝結体という)
を、その製造方法とともに詳細に説明する。
Next, the zirconia sintered body (hereinafter referred to as aggregate) of the present invention
will be explained in detail along with its manufacturing method.

まず、平均粒径がIA以下であるような、極めて微細な
ジルコニア粉末とマグネシア粉末とを準備する。
First, extremely fine zirconia powder and magnesia powder having an average particle size of IA or less are prepared.

次に、上記ジルコニア粉末とマグネシア粉末とを、マグ
ネシア粉末が全体に対して6〜11(モル%)になるよ
うに混合する。
Next, the zirconia powder and magnesia powder are mixed so that the amount of magnesia powder is 6 to 11 (mol %) based on the whole.

次に、上記混合物を800〜1200(00)で数時間
仮焼した後、ポールミルで粉砕する。
Next, the above mixture is calcined at 800 to 1200 (00) for several hours, and then pulverized with a pole mill.

かかる仮焼、粉砕を繰り返し行って原料粉末を得る。こ
の原料粉末は、ジルコニア粉末とマグネシア粉末とが均
一に演り合った固港体を形成していて、その固溶体の結
晶構造は、通常、単斜晶系である。次に、上記原料粉末
をラバープレス法、射出成形法、金型成形法、押出成形
法などの周知の成形方法によって所望の形状に成形し、
成形体を得る。次に、上記成形体を加熱炉中に入れ、1
600〜1800(00)まで徐々に昇温した後その温
度下に数時間ないし数十時間保持して焼成する。
The raw material powder is obtained by repeating such calcining and pulverization. This raw material powder forms a solid port in which zirconia powder and magnesia powder are evenly mixed together, and the crystal structure of the solid solution is usually monoclinic. Next, the raw material powder is molded into a desired shape by a well-known molding method such as a rubber press method, an injection molding method, a mold molding method, or an extrusion molding method,
Obtain a molded body. Next, the above-mentioned molded body was placed in a heating furnace, and 1
After the temperature is gradually raised to 600 to 1800 (00), the temperature is maintained for several hours to several tens of hours for firing.

かかる昇温の過程において、上記固溶体の結晶構造は、
単斜晶系から正方晶系もしくは立方晶系またはこれら両
者が共存した状態に変態する。このような結晶構造の変
態の温度および速度は、使用したジルコニアおよびマグ
ネシア粉末の純度やマグネシア粉末の混合量によって異
なる。
In the process of temperature increase, the crystal structure of the solid solution changes as follows:
Transforms from a monoclinic system to a tetragonal system, a cubic system, or a combination of both. The temperature and speed of such crystal structure transformation vary depending on the purity of the zirconia and magnesia powders used and the amount of magnesia powder mixed.

したがって、状態図を参照して、上記のような結晶構造
をとる焼成温度を決める。この焼成温度は、上述したよ
うに1600〜1800(00)である。次に、焼成体
を200〜2100(℃/時)の速度で100ぴ0程度
まで徐冷し、さらに室温まで炉冷するのであるが、かか
る冷却の過程におけるマグネシアの作用について以下説
明する。焼成体の結晶構造は、立方晶系か、または正方
晶系と立方晶系とが共存した状態になっている。
Therefore, with reference to the phase diagram, the firing temperature at which the crystal structure described above is obtained is determined. This firing temperature is 1600 to 1800 (00) as described above. Next, the fired body is slowly cooled to about 100 mm at a rate of 200 to 2100 degrees Celsius/hour, and further cooled in a furnace to room temperature.The action of magnesia during this cooling process will be explained below. The crystal structure of the fired body is a cubic system or a state in which a tetragonal system and a cubic system coexist.

そして、マグネシアの量が上述した6〜11(モル%)
の範囲内にある場合には、立方晶系または正方晶系と立
方晶系との共存状態から、単斜館系と正方晶系との共存
状態、単斜晶系と立方晶系との共存状態、または単斜晶
系と正方晶系と立方晶系との共存状態への結晶構造の変
態が徐々に起り、この変態によって発生するマイクロク
ラックが均一に分散するので、マイクロクラツクの発生
による破壊ェネルギをマイクロクラツク自身が吸収する
。そのため、冷却の過程における焼成体の破壊を防止す
ることができる。これに対して、マグネシアの量が上述
した下限未満、すなわち6モル%未満である場合には、
焼成体は正方晶系か、または正方晶系と立方晶系とが共
存した結晶構造を有しているが、マグネシアの量があま
りにも少ないため、冷却に伴う正方晶系から単斜晶系へ
の結晶構造の変態が急激に起こり、マイクロクラックが
焼成体全体に発生し、そのェネルギによって焼成体が破
壊してしまう。
And the amount of magnesia is 6 to 11 (mol%) as described above.
If the range is within the range of A gradual transformation of the crystal structure into a monoclinic, tetragonal, and cubic coexistence state occurs, and the microcracks generated by this transformation are uniformly dispersed. Microcracks themselves absorb the destructive energy. Therefore, destruction of the fired body during the cooling process can be prevented. On the other hand, if the amount of magnesia is less than the above-mentioned lower limit, that is, less than 6 mol%,
The fired body has a crystal structure that is either tetragonal or a combination of tetragonal and cubic systems, but because the amount of magnesia is too small, the tetragonal system changes to monoclinic system as it cools. A sudden transformation of the crystal structure occurs, microcracks occur throughout the fired body, and the fired body is destroyed by the energy.

また、マグネシアの量が上述した上限、すなわち11モ
ル%を越えている場合には、焼成体は立方晶系または正
方晶系と立方晶系とが共存した結晶構造を有しているが
、冷却過程において、立方晶系または正方晶系と立方晶
系との共存状態から、単斜晶系と正方晶系との共存状態
、単斜晶系と正万晶系との共存状態、または単斜晶系と
正方晶系と立方晶系との共存状態への変態がなかなか進
まず、冷却時間を極めて長くして上記変態を起こさせよ
うとすると、結晶が成長して結晶粒子が大きくなる。次
に、室温まで冷却した上記焼成体を、1300〜145
0(℃)まで徐々に昇温した後、その温度下に数時間な
いし数十時間保持してエージングする。
In addition, if the amount of magnesia exceeds the above-mentioned upper limit, that is, 11 mol%, the fired product has a cubic crystal structure or a crystal structure in which a tetragonal system and a cubic system coexist; In the process, the state changes from a cubic system or a coexistence state of a tetragonal system and a cubic system to a state of a coexistence of a monoclinic system and a tetragonal system, a state of a coexistence of a monoclinic system and a monoclinic system, or a state of a coexistence of a monoclinic system and a monoclinic system. The transformation to a state in which the crystal system, tetragonal system, and cubic system coexist does not proceed easily, and if an attempt is made to cause the above transformation by making the cooling time extremely long, the crystals grow and the crystal grains become large. Next, the fired body cooled to room temperature was heated to a temperature of 1300 to 145
After gradually raising the temperature to 0 (° C.), the material is kept at that temperature for several hours to several tens of hours for aging.

かかる過程において、焼成体の結晶構造は正方晶系、ま
たは単斜晶系と正方晶系との共存状態に変態する。この
変態の温度および速度は、エージング前の焼成体の結晶
構造、固漆しているマグネシアの量によって異なるので
、状態図を参照して、上記のような結晶構造をとるエー
ジング温度を決める。そのエージング温度は、上述した
ように1300〜1450ぐ○)である。次に、上記焼
成体を、エージング温度から5〜100(00/時)の
ゆっくりした速度で1000qo程度まで徐袷し、さら
に室温まで冷却して本発明の焼成体を得る。
In this process, the crystal structure of the fired body transforms into a tetragonal system or a coexistence state of a monoclinic system and a tetragonal system. The temperature and speed of this transformation vary depending on the crystal structure of the fired body before aging and the amount of solidified magnesia, so the aging temperature at which the crystal structure described above is determined is determined with reference to the phase diagram. The aging temperature is 1,300 to 1,450 mm as described above. Next, the fired body is gradually aged from the aging temperature to about 1000 qo at a slow rate of 5 to 100 qo (00/hour), and further cooled to room temperature to obtain the fired body of the present invention.

かかる冷却過程におけるマグネシアの作用を、以下説明
する。エージング後の焼成体の結晶構造は、正方晶系か
、または単斜晶系と正方晶系との共存状態になっている
The action of magnesia in this cooling process will be explained below. The crystal structure of the fired body after aging is a tetragonal system or a coexistence state of a monoclinic system and a tetragonal system.

そして、マグネシアが上記6〜11(モル%)の範囲に
ある場合には、冷却に伴って、上記結晶構造から単斜晶
系の結晶構造への変態が徐々に起こり、この変態によっ
て発生するマイクロクラツクが均一に分散するので、マ
イクロクラックの発生による破壊ェネルギをマイクロク
ラツク自身が吸収する。そのため、冷却過程における焼
成体の破壊を防止するこをができる。また、上記変態に
伴う体積膨張が焼成体内に圧縮応力場を形成するので、
暁結体内に圧縮応力によるェネルギが蓄えられ、機械的
強度の向上にもつながる。これに対して、マグネシアの
量が6モル%未満である場合には、焼成体は正方晶系か
、または単斜晶系と正方晶系とが共存した状態の結晶構
造をしているが、マグネシアの量があまりにも少ないた
めに、冷却に伴う正方晶系から単斜晶系への結晶構造の
変態が急激に起こり、マイクロクラックが焼成体全体に
発生し、そのヱネルギによって焼成体が破壊してしまう
。また、マグネシアの量が11モル%を越えている場合
には、焼成体は立方晶系か、または正方晶系と立方晶系
とが共存した状態の結晶構造をしているが、上記冷却に
よっても単斜晶系への変態がなかなか進まず、晩結体内
に立方晶系や正方晶系の結晶構造が残存することがある
。冷却時間を極めて長くとって上記変態を無理に起こさ
せようとすると、結晶が成長して結晶粒子が大きなる。
このように、上記冷却によって実質的に単斜晶ジルコニ
アからなる本発明の暁鯖体を得るのであるが、そのため
には、原料粉末を得る前段階の混合物におけるマグネシ
ア粉末の混合量を上記範囲、すなわち6〜11(モル%
)にすること(もちろん、焼結体になってもこの範囲は
変らない)。
When magnesia is in the above range of 6 to 11 (mol%), the crystal structure described above gradually transforms into a monoclinic crystal structure as it cools, and the microorganisms generated by this transformation occur. Since the cracks are uniformly distributed, the microcracks themselves absorb the fracture energy caused by the generation of microcracks. Therefore, destruction of the fired body during the cooling process can be prevented. In addition, since the volumetric expansion accompanying the above transformation forms a compressive stress field within the fired body,
Energy due to compressive stress is stored within the crystalline structure, leading to improved mechanical strength. On the other hand, when the amount of magnesia is less than 6 mol%, the fired product has a crystal structure that is tetragonal or a monoclinic and tetragonal system coexisting. Because the amount of magnesia is too small, the crystal structure rapidly transforms from tetragonal to monoclinic as it cools, causing microcracks to occur throughout the fired product, and the resulting energy destroys the fired product. I end up. In addition, when the amount of magnesia exceeds 11 mol%, the fired product has a cubic crystal structure or a crystal structure in which a tetragonal system and a cubic system coexist. However, the transformation to monoclinic system does not progress easily, and cubic or tetragonal crystal structures may remain in the late crystals. If an attempt is made to force the above transformation by taking an extremely long cooling time, the crystals will grow and the crystal grains will become large.
In this way, by the above cooling, the Akatsuki body of the present invention consisting essentially of monoclinic zirconia is obtained, but in order to do so, it is necessary to adjust the amount of magnesia powder mixed in the mixture at the stage before obtaining the raw material powder to within the above range. That is, 6 to 11 (mol%
) (of course, this range does not change even if it becomes a sintered body).

およびエージング後の冷却速度を5〜100(℃/時)
とすることが必要である。そして、単斜晶ジルコニアお
よびマグネシアの存在は「焼成体の熱衝撃強度を飛躍的
に向上させている。すなわち、焼成体を構成しているジ
ルコニアが単斜晶系の結晶構造をしているということは
、単斜晶ジルコニアの近傍またはその周りに十分な量の
マイクロクラツクが存在しているということである。
and the cooling rate after aging from 5 to 100 (℃/hour)
It is necessary to do so. The presence of monoclinic zirconia and magnesia dramatically improves the thermal shock strength of the fired product.In other words, the zirconia that makes up the fired product has a monoclinic crystal structure. This means that a sufficient amount of microcracks are present near or around the monoclinic zirconia.

そのため、暁結体に熱衝撃によるクラツクが発生した場
合に、そのクラックの伝播がマイクロクラツクによって
妨害され、曲がりくねった経略をたどるために伝播を困
難にし、熱衝撃強度が向上するのである。また、糠給体
が急激な加熱を受けたとき、暁絹体には熱膨張による歪
が発生するが、加熱に伴って結晶構造が単斜晶系から正
方晶系に変態し、このとき約3%の体積収縮を伴い、こ
の体積収縮が上記歪を緩和するように作用するので、熱
衝撃強度が向上する。競給体に固溶しているマグネシア
は、熱WS、力を受けて正方晶系の結晶構造に変態した
擬綾体が、冷却時に再び単斜晶系の結晶構造に変態する
に際して、その変態の速度を抑制して焼縞体が破壊する
のを防止する。また、マグネシアは暁結体に良好な酸素
イオン伝導性を与える。すなわち、純粋なジルコニア競
縞体は単斜晶系の結晶構造としているが、酸素イオンの
諭率が小さいので、これを大きくするためには、競結体
が立方晶系の結晶構造をとるように、暁結体を約240
0qo以上といった高い温度まで加熱する必要がでてく
る。しかしながら、本発明の焼給体は、1400こ0程
度においてもかなり大きな輸率が得られる。そのため、
熱衝撃強度が高いことと相まって、たとえば溶鋼中の酸
素濃度を測定するような、いわゆる固体電解質酸素セン
サの構成材料として大変好適である。本発明の競結体は
、結晶粒径が10〜100(仏)の大きさをもち、それ
ぞれの結晶粒の内部に、結晶構造が単斜晶系であり、か
つ平均粒子径が0.1〜1(ム)であるような微細結晶
粒(サブグレイン)が均一に分散していて、しかもその
微細結晶粒の割合が2の重量%以上であるのが好ましい
。すなわち、微細結晶粒の平均粒子径が0.1ム未満で
あっても、1仏を越えても熱衝撃強度の低下煩向が現わ
れ、またその含有率が2の重量%未満の場合もやはり熱
衝撃強度の低下煩向が現われてくるので、いずれの場合
も好ましくない。ここにおいて、平均粒子蓬は次のよう
にして算出する。
Therefore, when a crack occurs in the dawn compact due to thermal shock, the propagation of the crack is obstructed by the micro-cracks, making it difficult to propagate as it follows a winding course, thereby improving the thermal shock strength. In addition, when the bran feeder is rapidly heated, distortion occurs in the Akatsuki due to thermal expansion, but as the heating progresses, the crystal structure transforms from monoclinic to tetragonal, and at this time approximately There is a volumetric contraction of 3%, and this volumetric contraction acts to alleviate the above-mentioned strain, so that the thermal shock strength is improved. Magnesia, which is solid-solved in the competitive body, is caused by the transformation of the pseudo-chatite, which has been transformed into a tetragonal crystal structure under heat WS and force, and transforms back into a monoclinic crystal structure upon cooling. This prevents the burnt stripes from being destroyed by suppressing the speed of the burns. Magnesia also provides good oxygen ion conductivity to the Akatsuki compact. In other words, pure zirconia competitive striations have a monoclinic crystal structure, but since the oxygen ion density is small, in order to increase this, the competitive striations have to have a cubic crystal structure. Approximately 240 Akatsuki Keitai
It becomes necessary to heat to a high temperature of 0 qo or more. However, the firing body of the present invention can obtain a considerably large transport number even at about 1400. Therefore,
Coupled with its high thermal shock strength, it is very suitable as a constituent material of so-called solid electrolyte oxygen sensors, which measure the oxygen concentration in molten steel, for example. The competitive structure of the present invention has a crystal grain size of 10 to 100 (French), has a monoclinic crystal structure inside each crystal grain, and has an average grain size of 0.1 It is preferable that fine crystal grains (subgrains) having a particle size of 1 to 1 (mu) are uniformly dispersed, and that the proportion of the fine crystal grains is 2% by weight or more. That is, even if the average particle diameter of the fine crystal grains is less than 0.1 μm, even if it exceeds 1 μm, the thermal shock strength tends to decrease, and even if the content is less than 2% by weight, the same problem occurs. Either case is unfavorable because the thermal shock strength tends to decrease. Here, the average particle size is calculated as follows.

すなわち、まず暁結体を切断し、切断面を研磨し、さら
に必要に応じて化学的にエッチング処理を施した後その
面の顕微鏡写真をとる。そして、この写真上に一定面積
の区画を定め、その区画内に存在する粒子の面積を大き
な粒子から順次小さな粒子へと、その面積の総和が上記
区画の面積の1/2になるまで加算する。次に、この加
算値を、その加算値を得る元になった粒子の個数で割っ
て得た平均面積を円と想定し、平均粒子径を求める。す
なわち、a,十a2十a3十・…・・・・・十an=1
/2S2an 汀d2n 4 ‐・‐d=2ノ害 ただし、d:平均粒子蓬 an:各粒子の面積(n〒1÷ 2,3,・・・) S:区画の面積 また、結晶粒内にある単斜晶系の微細結晶粒の重量含有
率は、焼結体を切断し、その切断面を光学研磨した後走
査型電子顕微鏡で観察したり、あるいは数十〜数百オン
グストローム程度の極薄の試料を作り、これを透過型電
子顕微鏡で観察することによって測定することができる
That is, first, the Akatsuki compact is cut, the cut surface is polished, and if necessary, chemically etched, and then a microscopic photograph of the surface is taken. Then, define a section of a certain area on this photo, and add the areas of particles existing in that section from large particles to small particles until the total area becomes 1/2 of the area of the above section. . Next, the average area obtained by dividing this added value by the number of particles from which the added value was obtained is assumed to be a circle, and the average particle diameter is determined. That is, a, ten a2 ten a3 ten... ten an=1
/2S2an 汀d2n 4 -・-d=2 no harm However, d: Average particle size an: Area of each particle (n〒1÷2,3,...) S: Area of section Also, within the crystal grain The weight content of a certain monoclinic microcrystalline grain can be determined by cutting a sintered body, optically polishing the cut surface, and then observing it with a scanning electron microscope. It can be measured by making a sample and observing it with a transmission electron microscope.

本発明の焼結体は、上述したように熱衝撃強度が高いこ
と、また比較的低温においても酸素イオン伝導性を示す
こと、さらに機械的強度も比較的高いことなどの理由か
ら、いろいろな用途に使用することができる。
As mentioned above, the sintered body of the present invention has a high thermal shock strength, exhibits oxygen ion conductivity even at relatively low temperatures, and has relatively high mechanical strength, so it can be used in a variety of applications. It can be used for.

以下にその一例を示す。A 治金用センサ、内燃機関や
ガスストーブ、ボィラ等の燃焼管理用センサなどの固体
電解質型酸素センサ。B るつぼ、各種ダイス、タンデ
ィツシュノズル、保護管、ボルト、ナット、各種バルブ
、メカニカルシール、石炭や石油燃焼機器のノズルや燃
焼室、内燃機関のダベット等の各種部品などの産業用機
械・器具の部品。
An example is shown below. A Solid electrolyte oxygen sensors such as metallurgical sensors and combustion control sensors for internal combustion engines, gas stoves, boilers, etc. B. For industrial machinery and equipment such as crucibles, various dies, tanditsch nozzles, protection tubes, bolts, nuts, various valves, mechanical seals, various parts such as nozzles and combustion chambers of coal and oil combustion equipment, dovets of internal combustion engines, etc. parts.

以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する
Hereinafter, the present invention will be explained in more detail based on Examples.

実施例 平均粒子径が0.1ムであるジルコニア粉末およびマグ
ネシア粉末を用い、表に示す7種類のZro2−Mgo
系の焼結体を作った(表において、ジルコニアおよびマ
グネシアの右下に記載した数字はモル%で表したそれら
の量である)。
Example Using zirconia powder and magnesia powder with an average particle size of 0.1 mm, seven types of Zro2-Mgo shown in the table were prepared.
(In the table, the numbers written to the lower right of zirconia and magnesia are their amounts expressed in mol%).

すなわち、ジルコニア粉末とマグネシア粉末とを表に示
す量になるように混合した後、これを1000ooで3
時間仮焼し、さらにポットミルで2独時間粉砕し、かか
る仮嫁、粉砕を2回繰り返し行って原料粉末を作った。
That is, after mixing zirconia powder and magnesia powder in the amounts shown in the table, this was mixed at 1000 oo
The material was calcined for an hour, and then ground in a pot mill for two hours, and this calcining and grinding process was repeated twice to produce a raw material powder.

次いで、上記原料粉末にバィンダとして2%ポリビニル
アルコール水溶液を加えてよく混合し、乾燥後ラバープ
レス法によって板状の成形体を作つた。次に、上記成形
体を、表に示す条件で焼成、冷却して焼結体を作り、こ
の焼結体を切断、研磨して、厚み3側、幅3肋、長さ2
4肋の試料を作った。
Next, a 2% polyvinyl alcohol aqueous solution was added as a binder to the raw material powder and mixed well, and after drying, a plate-shaped molded body was produced by a rubber press method. Next, the above molded body is fired and cooled under the conditions shown in the table to make a sintered body, and this sintered body is cut and polished to have a thickness of 3 sides, a width of 3 ribs, and a length of 2 mm.
Four rib samples were made.

次に、上記各試料について熱衝撃強度を測定した。Next, the thermal shock strength of each of the above samples was measured.

結果を表に示す。熱衝撃強度は、板状の焼結体を任意の
温度Tx℃に加熱した低温度T℃の水中に落下させて急
冷し、次いでその曲げ強度を周知の3点曲げ試験法によ
って測定した。
The results are shown in the table. Thermal shock strength was determined by dropping a plate-shaped sintered body into water heated to an arbitrary temperature of Tx°C and rapidly cooling it, and then measuring its bending strength by a well-known three-point bending test method.

そして、その曲げ強度が低下し始めるような加熱温度T
x℃を臨界温度Tc℃として読み取り、この臨界温度T
c。0と上記水の温度T℃との差Tc−T(〇0)をも
って指標とした。
Then, the heating temperature T at which the bending strength begins to decrease
x°C is read as the critical temperature Tc°C, and this critical temperature T
c. The difference Tc-T (〇0) between 0 and the temperature T°C of the water was used as an index.

なお、3点曲げ試験法における測定条件はスパン長2仇
舷、荷重印加速度1肌/分である。表(*) 焼成温度
から1200℃まで、100℃/時で冷却し、さらに室
温まで炉冷。
Note that the measurement conditions for the three-point bending test method are a span length of 2 m and a load application acceleration of 1 skin/min. Table (*) Cool from the firing temperature to 1200°C at a rate of 100°C/hour, and then furnace cool to room temperature.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 実質的に単斜晶系の結晶構造のジルコニアからなる
焼結体であつて、かつこの焼結体には、マグネシアが6
〜11(モル%)固溶していることを特徴とするジルコ
ニア焼結体。
1 A sintered body made of zirconia with a substantially monoclinic crystal structure, and this sintered body contains 6 magnesia.
A zirconia sintered body characterized by containing ~11 (mol%) in solid solution.
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