JPS6031796B2 - Zirconia sintered body - Google Patents

Zirconia sintered body

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JPS6031796B2
JPS6031796B2 JP56144017A JP14401781A JPS6031796B2 JP S6031796 B2 JPS6031796 B2 JP S6031796B2 JP 56144017 A JP56144017 A JP 56144017A JP 14401781 A JP14401781 A JP 14401781A JP S6031796 B2 JPS6031796 B2 JP S6031796B2
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JP
Japan
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zirconia
crystal structure
monoclinic
calcia
mol
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孝樹 正木
啓佑 小林
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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絹体に関し、さらに詳しくは、熱
衝撃強度の高いジルコニア暁給体に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a zirconia sintered silk body, and more particularly to a zirconia sintered silk 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
単斜晶系から正方晶系の結晶構造に変態し、さらに24
0000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 tetragonal crystal structure around 1100 oo, and further
At around 0000, it transforms into a cubic crystal structure.

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、カルシア等の酸化物を園溶させ、正方晶系の結晶構
造のジルコニア(以下立方晶ジルコニアという)からな
る焼結体、すなわち安定化ジルコニア競結体を得ている
。しかしながら、立方晶ジルコニアは熱畑彰張係数が大
きいので、安定化ジルコニア齢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凝結体、す
なわち部分安定化ジルコニア暁結体は、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)単斜
晶ジルコニアに変態することにより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、熱衝撃による破壊
ェネルギを吸収するので、安定化ジルコニア暁縞体より
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, Then, oxides such as yttria, magnesia, and calcia are dissolved in zirconia to obtain a sintered body made of zirconia with a tetragonal crystal structure (hereinafter referred to as cubic zirconia), that is, a stabilized zirconia competitive body. . However, since cubic zirconia has a large thermal field modulus, the stabilized zirconia aged crystals have a drawback of low thermal shock strength. On the other hand, zirconia aggregates in which cubic zirconia and zirconia with a monoclinic crystal structure (hereinafter referred to as monoclinic zirconia) coexist, that is, partially stabilized zirconia crystal structures, have a tetragonal crystal structure. Zirconia (hereinafter referred to as tetragonal zirconia) with a crystal structure of It is said to have higher thermal shock strength than

しかしながら、その向上の程度となると、熱衝撃係数の
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
が固溶しているジルコニア蛇結体は、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 significant because it still contained cubic zirconia, which has a large thermal shock coefficient. On the other hand, 82~
A zirconia serpentine body in which 97 (mol %) of tetragonal zirconia and 18 to 3 (mol %) monoclinic zirconia coexist, and ztria is solidly dissolved therein, is able to withstand tension, compression, bending, and shearing. There are reports that it has high mechanical strength, as well as improved hardness and toughness.

しかしながら、この焼縞体は、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へ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少ない
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、
従釆のジルコニア競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結体を提供するにある。
However, this burnt striped 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, but the energy due to thermal shock is Since the micro-cracks that occur in the surrounding area mainly absorb the energy, thermal shock energy cannot be absorbed sufficiently depending on the small amount of micro-cracks generated due to the small amount of transformation. The purpose of the present invention is to
It is an object of the present invention to provide a zirconia composite body which solves the above-mentioned drawbacks of the conventional zirconia composite body and has extremely high thermal shock strength.

上記目的を達成するための本発明は、実質的に単斜晶系
の結晶構造のジルコニアからなる暁結体であって、かっ
この暁結体には、5〜9(モル%)のマグネシアと1〜
4(モル%)のカルシアとが固熔しているジルコニア焼
結体を特徴とするものである。
To achieve the above object, the present invention provides a Akatsuki crystal consisting of zirconia having a substantially monoclinic crystal structure, the Akatsuki solid in parentheses containing 5 to 9 (mol%) of magnesia. 1~
It is characterized by a zirconia sintered body in which 4 (mol %) of calcia is solidly fused.

本発明において、「実質的に単斜晶系の結晶構造のジル
コニアからなる焼結体」という言葉は、ジルコニア競結
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20
0、正万晶ジルコニア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 "sintered body made of zirconia with a substantially monoclinic crystal structure" refers to a zirconia competitive body analyzed by X-ray diffraction at a diffraction angle in the range of 20 to 40 (degrees). In this case, cubic zirconia 111 and 20
This means that the diffraction patterns of 111, 002 and 200 crystalline zirconia cannot be detected.

次に、本発明のジルコニア暁結体(以下焼結体という)
を、その製造方法とともに詳細に説明する。まず、平均
粒径が1仏以下であるような、極めて微細なジルコニア
粉末、マグネシア粉末およびカルシア粉末を準備する。
Next, the zirconia compact of the present invention (hereinafter referred to as sintered compact)
will be explained in detail along with its manufacturing method. First, extremely fine zirconia powder, magnesia powder, and calcia powder having an average particle size of 1 French or less are prepared.

次に、上記ジルコニア粉末、マグネシア粉末およびカル
シア粉末を、マグネシア粉末およびカルシア粉末が全体
としてそれぞれ5〜9(モル%)、1〜4(モル%)に
なるように混合する。
Next, the zirconia powder, magnesia powder, and calcia powder are mixed so that the total amount of magnesia powder and calcia powder is 5 to 9 (mol %) and 1 to 4 (mol %), respectively.

次に、上記混合物を800〜1200(℃)で数時間仮
焼した後、ボールミルで粉砕する。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、マグネシア粉末およびカルシァ粉末が均一
に漫り合った固熔体を形成していて、その結晶構造は、
単斜晶系か、または単斜晶系と立方晶系との共存状態に
なっている。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。
Next, the above mixture is calcined at 800 to 1200 (°C) for several hours, and then pulverized with a ball mill. The raw material powder is obtained by repeating such calcining and pulverization. This raw material powder forms a solid melt in which zirconia powder, magnesia powder, and calcia powder are evenly mixed, and its crystal structure is as follows.
It is either monoclinic or a coexistence of monoclinic and cubic systems. Next, the raw material powder is molded into a desired shape by a known molding method such as a rubber press method, an injection molding method, a mold molding method, an extrusion molding method, etc. to obtain a molded body.

次に、上記成形体を加熱炉中に入れ、1600〜178
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焼成する。
Next, the above-mentioned molded body was placed in a heating furnace and heated to a temperature of 1600 to 178
After the temperature is gradually raised to 0 (°C), the temperature is maintained for several hours to several tens of hours to perform firing.

かかる昇温の過程において、上記固溶体の結晶構造は、
単斜晶系のものは正方晶系もしくは立方晶系またはこれ
ら両者の共存状態に、また単斜晶系と立方晶系との共存
状態にあったものは立方晶系または正方晶系と立方晶系
との共存状態に、それぞれ変態する。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、マ
グネシアおよびカルシア粉末の純度や、マグネシアおよ
びカル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:
Those in the monoclinic system are in the tetragonal system, cubic system, or a coexistence state of both, and those in the coexistence state of the monoclinic system and the cubic system are in the cubic system, or the tetragonal system and the cubic system. Each metamorphoses into a state of coexistence with the system. The temperature and speed of such crystal structure transformation vary depending on the purity of the zirconia, magnesia and calcia powders used and the amount of magnesia and calcia powders mixed.

したがって、上記のような結晶構造をとる焼成温度を決
める。この隣積温度は、上述したように1600〜17
80(℃)である。次に、焼成体を200〜2100(
℃/時)の速度で100ぴC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
マグネシアおよびカルシアの作用について以下説明する
Therefore, the firing temperature to obtain the crystal structure as described above is determined. As mentioned above, this adjacent product temperature is 1600 to 17
The temperature is 80 (°C). Next, the fired body was heated to 200 to 2100 (
The material is slowly cooled to about 100 picoC at a rate of 100°C/hour) and then further cooled in a furnace to room temperature.The effects of magnesia and calcia during this cooling process will be explained below.

焼成体の結晶構造は、立方晶系か、または正方晶系と立
方晶系との共存状態になっている。そして、間落してい
るマグネシアの量が上述した5〜9(モル%)で、かつ
カルシアの鼻が1〜4(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、単斜晶系と立方晶系との共存状態、単斜晶系と立方
晶系との共存状態、正方晶系と立方晶系との共存状態、
正万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、マイクロクラックの発生によ
る破壊ェネルギをマイク。クラック自身が吸収する。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、マグネシアおよびカルシア
の量が上述した下限禾流、すなわちそれぞれ5モル%、
1モル%未満である場合には、焼成体は正方晶系か、ま
たは正万晶系と立方晶系とが共存した結晶構造を有して
いるが、マグネシアおよびカルシァ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。また、マグネシアおよびカルシアの量が上述した
上限、すなわち、それぞれ9モル%、4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変態がなかなは進まず、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。特に、カルシァ
の量が4モル%を越えると、冷却時間が一段と長くなっ
て結晶の成長が著しく、結晶粒子が大きくなって冷却後
の焼成体はもろくなってしまう。次に、室温まで冷却し
た上記焼成体を、1300〜1430(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
してエージングする。
The crystal structure of the fired body is a cubic system or a coexistence state of a tetragonal system and a cubic system. If the amount of magnesia that is missing is between 5 and 9 (mol%) as mentioned above, and the calcia nose is within the range of 1 and 4 (mol%), it is considered to be cubic or tetragonal. From the coexistence state with the cubic system, the coexistence state of the monoclinic system and the cubic system, the coexistence state of the monoclinic system and the cubic system, the coexistence state of the tetragonal system and the cubic system,
The crystal structure gradually transforms into a coexistence state of the regular crystal system and the cubic system, and the microcracks generated by this transformation are uniformly dispersed, so that the fracture energy caused by the generation of microcracks is absorbed. Crack itself absorbs it. Therefore, destruction of the fired body during the cooling process can be prevented. On the other hand, the amounts of magnesia and calcia are at the lower limit described above, that is, 5 mol% each.
If the amount is less than 1 mol%, the fired body has a tetragonal system or a crystal structure in which a tetragonal system and a cubic system coexist, but the amount of magnesia and calcia is too small. With cooling, the crystal structure rapidly transforms from a tetragonal system to a monoclinic system, and microcracks occur throughout the fired body, and the fired body is destroyed by the energy. In addition, if the amounts of magnesia and calcia exceed the above-mentioned upper limits, that is, 9 mol% and 4 mol%, respectively, the fired product will have a cubic crystal structure or a crystal structure in which a tetragonal system and a cubic system coexist. However, during the cooling 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 state of a monoclinic system and a tetragonal system, and a state of a monoclinic system and a tetragonal system. The transformation to the coexistence state of monoclinic, tetragonal, and cubic systems 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 larger. In particular, when the amount of calcia exceeds 4 mol %, the cooling time becomes even longer, the crystal growth becomes significant, the crystal grains become large, and the fired body becomes brittle after cooling. Next, the temperature of the fired body cooled to room temperature is gradually raised to 1300 to 1430 (00), and then maintained 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、間溶しているマグネシアおよびカルシアの量によ
って異なるので、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1300〜1430ぐ○)である。次に上記焼成体を
、エージング温度から5〜100(℃/時)のゆっくり
した速度で100000程度まで徐冷し、さらに室温ま
で冷却して本発明の焼結体を得る。
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 dissolved magnesia and calcia, so the aging temperature at which the above-mentioned crystal structure is obtained is determined. The aging temperature is 1,300 to 1,430 mm as described above. Next, the above-mentioned sintered body is slowly cooled from the aging temperature to about 100,000 at a slow rate of 5 to 100° C./hour, and further cooled to room temperature to obtain the sintered body of the present invention.

かかる冷却過程におけるマグネシアおよびカルシアの作
用について以下説明する。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。そして、マグネシアが5〜9(モ
ル%)固溶し、かつカルシアが1〜4(モル%)固落し
ている場合には、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ッ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
クラック自身が吸収する。そのため、冷却過程における
焼成体の破壊を防止することができる。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
、焼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5モル%未満あり、かつカルシアの量が1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場合の結晶構造をしている
が、マグネシアおよびカル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、そのェネルギによって焼成体が破壊してしま
う。
The effects of magnesia and calcia 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. If 5 to 9 (mol%) of magnesia is dissolved in solid solution and 1 to 4 (mol%) of calcia is solidly dissolved, the crystal structure changes from the above crystal structure to a monoclinic crystal structure with cooling. The transformation occurs gradually, and the microcracks generated by this transformation are uniformly dispersed, so
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. Further, since the volumetric expansion accompanying the above-mentioned transformation forms a compressive stress field within the sintered body, energy due to the compressive stress is stored within the sintered body, leading to an improvement in mechanical strength. In contrast, the amount of magnesia is less than 5 mol% and the amount of calcia is 1 mol%
If the amount of magnesia and calcia is less than As the crystal structure is cooled, the crystal structure rapidly transforms from a tetragonal system to a monoclinic system, and microcracks are generated throughout the fired body, and the fired body is destroyed by the energy.

特に、カルシアの量が1モル%未満である場合に上記変
態速度の増大が著しい。また、マグネシアの量が9モル
%を越えており、かつカルシアの量が4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、
煉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
きくなる。特に、カルシアが4モル%を越えている場合
に立方晶系や正方晶系の結晶構造が残存しやすく、熱衝
撃強度の低下が著しい。このようにして、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結体
を得るものであるが、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およびカルシア粉
末の混合量を上記範囲、すなわちそれぞれ5〜9(モル
%)、1〜4(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)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、マグネシアおよびカルシ
アの存在は、暁結体の熱衝撃強度を飛躍的に向上させて
いる。すなわち、擬結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
ックが存在しているということである。
In particular, when the amount of calcia is less than 1 mol %, the transformation rate increases significantly. In addition, if the amount of magnesia exceeds 9 mol% and the amount of calcia exceeds 4 mol%, the fired body has a cubic system or a coexistence of a tetragonal system and a cubic system. Although it has a crystal structure of a monoclinic crystal structure, the transformation to a monoclinic system does not proceed easily even with the cooling described above.
Cubic or tetragonal crystal structures may remain within the brickwork. If an attempt is made to force the transformation by taking an extremely long cooling time, the crystals will grow and the crystal grains will become larger. In particular, when the calcia content exceeds 4 mol %, cubic or tetragonal crystal structures tend to remain, resulting in a significant decrease in thermal shock strength. In this way, the Akatsuki crystal of the present invention consisting essentially of monoclinic zirconia is obtained by the above-mentioned cooling, but in order to do so, it is necessary to mix magnesia powder and calcia powder in the mixture before obtaining the raw material powder. The amount should be in the above range, that is, 5 to 9 (mol%) and 1 to 4 (mol%), respectively (of course, this range does not change even if it becomes a sintered body), and the cooling rate after aging should be 5 to 100. (°C/hour). The presence of monoclinic zirconia, magnesia, and calcia dramatically improves the thermal shock strength of Akatsuki crystals. In other words, the fact that the zirconia that makes up the pseudocrystal has a monoclinic crystal structure means that a sufficient amount of microcracks exist near or around the monoclinic zirconia. It is.

そのため、競結体が熱衝撃によるクラックを発生した場
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、暁結体
が急激な加熱を受けたとき、暁絹体には熱駒彰張による
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。暁給体に園溶しているマグネシ
アおよびカルシア、熱応力を受けて正万晶系の結晶構造
に変態した競結体が、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暁結
体が破壊するのを防止する。
Therefore, when a crack occurs in the 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 Akatsuki crystal is subjected to rapid heating, distortion occurs in the Akatsuki silk body due to the heating process, but the crystal structure transforms from monoclinic to tetragonal as a result of heating. With volumetric contraction of about 3%,
This volumetric contraction acts to alleviate the above strain, so
Thermal shock strength is improved. Magnesia and calcia are dissolved in the crystalline crystals, and the competitive bodies undergo thermal stress and transform into a monoclinic crystal structure, which reverts to a monoclinic crystal structure upon cooling. When metamorphosing, the speed of the metamorphosis is suppressed to prevent the dawn concretion from being destroyed.

また、マグネシアおよびカルシアは焼結体に良好な酸素
イオン伝導性を与える。すなわち、純粋なジルコニア燈
結体は単斜晶系の結晶構造をしてはいるが、酸素イオン
の輸率が小さいので、これを大きくするためには、焼絹
体が立方晶系の結晶構造をとるように、膝結体を約24
0000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、本発明の凝結体は、110000
程度においてもかなり大きな輸率が得られる。この温度
は、マグネシアのみを6〜11(モル%)程度固溶させ
ているようなものにくらべて約300℃も低い。そのた
め、本発明の嫌縞体は、熱衝撃強度が高いことと相まっ
て、たとえば港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。上述したように、本発明の暁結体においては、高
い熱衝撃強度を得るうえで、マグネシアの量が5〜9(
モル%)であり、かつカルシアの量が1〜4(モル%)
であることが必須の要件であるが、焼成後およびエージ
ング後の冷却過程における結晶の変態速度を制御し、結
晶の成長を一層抑制して機械的強度の著しい低下を防止
するために、マグネシアおよびカルシアの量の和を6〜
11(モル%)にするのが好ましい。
Moreover, magnesia and calcia provide good oxygen ion conductivity to the sintered body. In other words, although a pure zirconia lamp body has a monoclinic crystal structure, the transfer number of oxygen ions is small, so in order to increase this, the sintered silk body has a cubic crystal structure. Adjust the knee joint to about 24cm.
It becomes necessary to heat to a high temperature of 0,000 or higher. However, the aggregate of the present invention has 110,000
Even in terms of degree, a fairly large transport number can be obtained. This temperature is about 300° C. lower than that in which magnesia alone is dissolved in a solid solution of about 6 to 11 (mol %). Therefore, in combination with the high thermal shock strength, the anti-stripe material of the present invention is very suitable as a constituent material of a so-called solid electrolyte oxygen sensor, which measures the oxygen concentration in port steel, for example. As mentioned above, in the Akatsuki compact of the present invention, in order to obtain high thermal shock strength, the amount of magnesia is 5 to 9 (
(mol%), and the amount of calcia is 1 to 4 (mol%)
However, magnesia and The sum of the amounts of calcia is 6~
It is preferable to set it to 11 (mol%).

そしてまた、本発明の競結体は、結晶粒径が10〜10
0(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、かつ平均粒径が0.1〜1
(仏)であるような微細結晶粒(サブグレィン)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。
Furthermore, the competitive body of the present invention has a crystal grain size of 10 to 10
It has a size of 0 (Buddha), and inside each crystal grain,
The crystal structure is monoclinic and the average grain size is 0.1 to 1.
It is preferable that fine crystal grains (subgrains) such as (French) are uniformly dispersed, and that the proportion of the fine crystal grains is 2% by weight or more.

すなわち、微細結晶粒の平均粒子径が0.1仏禾満であ
っても、IAを越えても熱衝撃強度の低下傾向が現われ
、またその含有率が2の重量%未満の場合もやはり熱衝
撃強度の低下傾向が現われてくるので、いづれの場合も
好ましくない。ここにおいて、平均粒子径は次のように
して算出する。すなわち、まず焼結体を切断し、切断面
を研摩し、さらに必要に応じて化学的にェッング処理を
施した後その面の顕微鏡写真をとる。そして、この写真
上に任意の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り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ノ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
粒子蓬を求める。すなわち、・ a・十a2十a3十‐‐‐‐‐‐+an:委SZan
けがn 4 .・・d=22誌 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、擬結体を切断し、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〜数白オン
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
In other words, even if the average particle size of the fine crystal grains is 0.1 mm, the thermal shock strength tends to decrease even if it exceeds IA, and even if the content is less than 2% by weight, the thermal shock strength still decreases. Either case is unfavorable since the impact strength tends to decrease. Here, the average particle diameter is calculated as follows. That is, first, the sintered body 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 with an arbitrary fixed area on this photo, and increase the area of particles existing in that section from large particles to smaller particles until the total area becomes 1/2 of the area of the above section. to add. 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 size is determined. In other words, ・ a・10a20a30-----+an: Committee SZan
Injury n4. ...d=22 However, d: Average particle size an: Area of each particle (n≠1, 2, 3,...) s: Area of section Also, monoclinic fine particles within the crystal grains The weight content of crystal grains can be determined by cutting the pseudocrystal, optically polishing the cut surface, and then observing it with a scanning electron microscope, or by making an ultra-thin sample of several tens to several white angstroms and examining it. It can be measured by observing 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高い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, a high oxygen ion conductivity even at relatively low temperatures, and a relatively high mechanical strength. It can be used for various purposes.

以下にその一例を示す。A冶金用センサ、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、タンデイツ
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一般産業用機
械・器具の部品。
An example is shown below. Solid electrolyte oxygen sensors such as metallurgical sensors and combustion control sensors for internal combustion engines, gas stoves, boilers, etc. General industrial machinery, such as crucibles, various dies, tandem nozzles, protective tubes, bolts, nuts, various valves, mechanical seals, various parts such as nozzles and combustion chambers for coal and oil combustion equipment, dovets for internal combustion engines, etc. Parts of the instrument.

C製鉄産業におけるホットロール、スラグの受台、断熱
板など。
C Hot rolls, slag pedestals, insulation boards, etc. in the steel industry.

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仏であるジルコニア粉末、マグネシ
ア粉末およびカルシア粉末を用い、表に示す1晩蚤類の
Zの2−Mg○−Cao系の焼給体を作った(表におい
て、ジルコニア、マグネシアおよびカルシアの右下に記
載した数字はモル%で表したそれらの量である)。
Example Using zirconia powder, magnesia powder, and calcia powder with an average particle diameter of 0.1 mm, a 2-Mg○-Cao-based calcining body of Z of overnight fleas shown in the table was made. , zirconia, magnesia and calcia, the numbers listed at the bottom right are their amounts in mol%).

すなわち、ジルコニア粉末とマグネシア粉末とカルシア
粉末とを表に示す量になるように混合した後、これを1
000qoで3時間仮凝し、さらにポットミルで2独時
間粉砕し、かかる仮燃、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, magnesia powder, and calcia powder in the amounts shown in the table, 1
000qo for 3 hours, and further crushed in a pot mill for 2 hours, and this preliminary combustion and crushing were 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、乾燥後ラバーブ
レス法によって板状の成形体を作つた。
Next, a 2% polyvinyl alcohol aqueous solution was added as a binder to the raw material powder, mixed well, and after drying, a plate-shaped molded body was produced by a rubber press method.

次に、上記成形体を、表に示す条件で焼成、冷却して焼
給体を作り、この暁結体を切断、研磨して、厚み3側、
幅3肌、長さ24肋の試料を作った。
Next, the above-mentioned molded body is fired and cooled under the conditions shown in the table to make a fired body, and this fired body is cut and polished to form a thickness 3 side.
A sample with a width of 3 ribs and a length of 24 ribs was 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、板状の鱗結体を任意の
温度Tx℃に加熱した後温度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. The thermal shock strength was determined by heating a plate-shaped scale body to an arbitrary temperature of Tx°C, then dropping it into water at a temperature of T°C to rapidly cool 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Tよ○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(℃)をもっ
て指標とした。
Then, the heating temperature T at which the bending strength begins to decrease
Read x℃ as critical temperature T, and this critical temperature T
c. The difference Tc-T (°C) 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
奴、荷重印加速度1肋/分である。表(夫) 焼成温度
から1 200℃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 yen and a load application acceleration of 1 rib/min. Table (husband) Cool from the firing temperature to 1200°C at a rate of 100°C/hour, and then cool in the furnace 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、5〜9(モル%
)のマグネシアと1〜4(モル%)のカルシアとが固溶
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 5 to 9 (mol%
A zirconia sintered body comprising magnesia ( ) and 1 to 4 (mol %) calcia in a solid solution.
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