JPS605067A - ジルコニア焼結体の製造方法 - Google Patents
ジルコニア焼結体の製造方法Info
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- JPS605067A JPS605067A JP58110628A JP11062883A JPS605067A JP S605067 A JPS605067 A JP S605067A JP 58110628 A JP58110628 A JP 58110628A JP 11062883 A JP11062883 A JP 11062883A JP S605067 A JPS605067 A JP S605067A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
械的強度の極めて優れたジルコニア焼結体の製造方法に
関する。さらに詳しくは、結晶相として正方晶を有する
安定化剤を含むジルコ三ア粉末の予備焼結体を、高温高
圧ガス圧下で本結結することＫよシ、結晶相として正方
晶を有するジルコニア焼結体の製造方法に関する。
関する。さらに詳しくは、結晶相として正方晶を有する
安定化剤を含むジルコ三ア粉末の予備焼結体を、高温高
圧ガス圧下で本結結することＫよシ、結晶相として正方
晶を有するジルコニア焼結体の製造方法に関する。
従来ジルコニア（ｚｒｏ２）にイツトリア（Ｙ２Ｏ２）
＋カルシア（Ｏａｋ）、マグネシア（ＭｇＯ）などの
安定化剤を添加したジルコニア焼結体としては立方晶の
みよシなる完全安定化ジルコニア焼結体と立方晶と単斜
晶よシなる部分安定化ジルコニア焼結体が知られおシ、
これらの焼結体は、耐熱材料、固体電解質などに利用さ
れている。しかしこの完全安定化ジルコニア焼結体は、
常温からｆ５００℃の温度範囲において安定であるが、
強度が低く熱衝撃に弱いため、破損しやすく、排ガス中
の酸素センサーや構造部分などの使用には限度があった
。また立方晶と単斜晶よシなる部分安定化ジルコニア焼
結体は完全安定化ジルコニア焼結体に比較すると強度は
大きく熱衝撃性もよいものであるが、構造材料やダイス
、切削切断用工具として使用するには、充分な強度とは
いえず、さらに２００ ’Ｃがら３００°Ｃという特定
温度範囲で長時間使用すると強度が低下し、破損すると
いう次点がある。例えば、Ｚｒ０２−Ｙ２０３糸部分安
定化ジルコニアについては、焼結温度である１５００°
Ｃ付近では、立方晶と正方品の混合相の結晶粒子とがら
なっているが、この正方晶粒子が室温への冷却過程にお
いて、約５００°Ｃ以下で安定相である単斜晶へ転移を
起し、立方晶と単斜晶よシなる焼結体になる。この転移
した単斜晶の量が多くなると焼結体中に多数のクラック
が発生し、破壊に到るのである。
＋カルシア（Ｏａｋ）、マグネシア（ＭｇＯ）などの
安定化剤を添加したジルコニア焼結体としては立方晶の
みよシなる完全安定化ジルコニア焼結体と立方晶と単斜
晶よシなる部分安定化ジルコニア焼結体が知られおシ、
これらの焼結体は、耐熱材料、固体電解質などに利用さ
れている。しかしこの完全安定化ジルコニア焼結体は、
常温からｆ５００℃の温度範囲において安定であるが、
強度が低く熱衝撃に弱いため、破損しやすく、排ガス中
の酸素センサーや構造部分などの使用には限度があった
。また立方晶と単斜晶よシなる部分安定化ジルコニア焼
結体は完全安定化ジルコニア焼結体に比較すると強度は
大きく熱衝撃性もよいものであるが、構造材料やダイス
、切削切断用工具として使用するには、充分な強度とは
いえず、さらに２００ ’Ｃがら３００°Ｃという特定
温度範囲で長時間使用すると強度が低下し、破損すると
いう次点がある。例えば、Ｚｒ０２−Ｙ２０３糸部分安
定化ジルコニアについては、焼結温度である１５００°
Ｃ付近では、立方晶と正方品の混合相の結晶粒子とがら
なっているが、この正方晶粒子が室温への冷却過程にお
いて、約５００°Ｃ以下で安定相である単斜晶へ転移を
起し、立方晶と単斜晶よシなる焼結体になる。この転移
した単斜晶の量が多くなると焼結体中に多数のクラック
が発生し、破壊に到るのである。
しかし、近年室温でも主として正方晶又は、正方晶と立
方晶よりなるジルコニア焼結体が報告された。（グプタ
他、Ｔ、に、ＧＵＰＴＡ θｔ ａ４．Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ５ｃｉｅｎ、ｃｅ、 １２
．２４２１（１９７７））。この室温で準安定である正
方晶を含有するジルコニア焼結体（以下準安定化ジルコ
ニアと焼結体と略８６る）は、立方晶よりなる完全安定
化ジルコニア焼結体に比べて低濃度のイッ） ＩＪアに
よって準安定化されたＺｒＯ，−Ｙ２Ｏ２系の焼結体で
あシ、立方晶と単斜晶よりなる部分安定化ジルコニア焼
結体とも明かに異なるものである。この正方晶を含有す
る準安定化ジルコニア焼結体は、完全安定化ジルコニア
焼結体や部分安定化ジルコニア焼結体に比較して、高強
度、高靭性であシまた熱衝撃性にも優れており、２００
〜３００℃の温度範囲で問題になる経時劣化も防ぐこと
が可能となっている。
方晶よりなるジルコニア焼結体が報告された。（グプタ
他、Ｔ、に、ＧＵＰＴＡ θｔ ａ４．Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ５ｃｉｅｎ、ｃｅ、 １２
．２４２１（１９７７））。この室温で準安定である正
方晶を含有するジルコニア焼結体（以下準安定化ジルコ
ニアと焼結体と略８６る）は、立方晶よりなる完全安定
化ジルコニア焼結体に比べて低濃度のイッ） ＩＪアに
よって準安定化されたＺｒＯ，−Ｙ２Ｏ２系の焼結体で
あシ、立方晶と単斜晶よりなる部分安定化ジルコニア焼
結体とも明かに異なるものである。この正方晶を含有す
る準安定化ジルコニア焼結体は、完全安定化ジルコニア
焼結体や部分安定化ジルコニア焼結体に比較して、高強
度、高靭性であシまた熱衝撃性にも優れており、２００
〜３００℃の温度範囲で問題になる経時劣化も防ぐこと
が可能となっている。
この準安定化ジルコニア焼結体が機械的にすぐれた特徴
を示す理由は、まだ正確には明かになっていないが、少
なくとも次の様なことが考えられる。
を示す理由は、まだ正確には明かになっていないが、少
なくとも次の様なことが考えられる。
ジルコニアにおける正方晶と単斜晶の間の転移は、熱的
にまたは周囲からの圧力などの応用によって生じるマル
テンサイト変能である。そして正方晶から単斜晶への転
移によシ数チの体質の膨張をともなう。そこで約５００
°Ｃ以下の単斜晶の安定域で準安定に存在する正方晶を
含有した準安定ジルコニア焼結体は、その焼結体が破壊
する時すなわちその焼結体中にクランクが発生し、その
クジ・ツクが進展して行き破壊をしようとする時、この
正方晶粒子は、進展して行くクラックの先端の応力によ
って、マルテンサイト変態を起すこのとき、正方晶から
単斜晶に転移をすると同時に体積膨張を起し、クラック
の先端部に体積膨張による圧縮応力を発生しクラックの
進展を妨害する。この様なことＫよって準安定ジルコニ
ア焼結体は、すぐれた高強度、高靭性などを示すものと
考えられる。
にまたは周囲からの圧力などの応用によって生じるマル
テンサイト変能である。そして正方晶から単斜晶への転
移によシ数チの体質の膨張をともなう。そこで約５００
°Ｃ以下の単斜晶の安定域で準安定に存在する正方晶を
含有した準安定ジルコニア焼結体は、その焼結体が破壊
する時すなわちその焼結体中にクランクが発生し、その
クジ・ツクが進展して行き破壊をしようとする時、この
正方晶粒子は、進展して行くクラックの先端の応力によ
って、マルテンサイト変態を起すこのとき、正方晶から
単斜晶に転移をすると同時に体積膨張を起し、クラック
の先端部に体積膨張による圧縮応力を発生しクラックの
進展を妨害する。この様なことＫよって準安定ジルコニ
ア焼結体は、すぐれた高強度、高靭性などを示すものと
考えられる。
またＺｒ０２−Ｃ！ａｏ系、 ＺｒＯ２−ＭｇＯ系焼結
体においてもガービーら（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｕ
５ｔ Ｏｅｒａｍ Ｓａｃ、。
体においてもガービーら（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｕ
５ｔ Ｏｅｒａｍ Ｓａｃ、。
１３（５λ８（１９７７））が室温で正方晶の存在する
カルシアとマグネシアの部分安定化ジルコニア焼結体を
見い出している。さらには、クラウゼンらによれば（Ｃ
ｅｒａｍｉｃ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ、 ５６（Ｑ ５５９
（１９７７））、アルミナ焼結体などのジルコニア以外
の部材の中に未安定のジルコニア粒子を正方晶形で存在
させることによシ、高強度、高靭性の焼結体を得ている
。
カルシアとマグネシアの部分安定化ジルコニア焼結体を
見い出している。さらには、クラウゼンらによれば（Ｃ
ｅｒａｍｉｃ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ、 ５６（Ｑ ５５９
（１９７７））、アルミナ焼結体などのジルコニア以外
の部材の中に未安定のジルコニア粒子を正方晶形で存在
させることによシ、高強度、高靭性の焼結体を得ている
。
しかしながら機械部品など高度な構造材料として使用す
るためには、その部品の寿命や信頼性が非常に重要とな
るだめ、これら準安定化ジルコニア焼結体はまだ十分な
ものとは言えない。
るためには、その部品の寿命や信頼性が非常に重要とな
るだめ、これら準安定化ジルコニア焼結体はまだ十分な
ものとは言えない。
一方Ｅｉｉ３Ｎ、やＳｉＣなど非酸化物において、その
高強度であることが期待されているが、常圧では高密度
に焼結することが困難である難焼結性物質について、高
温高圧条件下に焼結を行い、高密度化するホットアイツ
タクチインクプレス方法（以下ＨｌＰ法と略記する）が
提案されている。しかしながら、このＨＩＰ法は酸化物
系の焼結体については、アルミナ系の切削工具、ＰＺＴ
、フェライトなどへの応用がある他、特開昭５７− １３０７１７号公報に示されるＺｒＯ２焼結体ダイスが
ある。しかし、こ、の目的はダイスとしての焼結体中の
空孔の除去のだめのものであシ、本発明のような正方晶
を存在させることを目的とする方法とは全く異なるもの
である。
高強度であることが期待されているが、常圧では高密度
に焼結することが困難である難焼結性物質について、高
温高圧条件下に焼結を行い、高密度化するホットアイツ
タクチインクプレス方法（以下ＨｌＰ法と略記する）が
提案されている。しかしながら、このＨＩＰ法は酸化物
系の焼結体については、アルミナ系の切削工具、ＰＺＴ
、フェライトなどへの応用がある他、特開昭５７− １３０７１７号公報に示されるＺｒＯ２焼結体ダイスが
ある。しかし、こ、の目的はダイスとしての焼結体中の
空孔の除去のだめのものであシ、本発明のような正方晶
を存在させることを目的とする方法とは全く異なるもの
である。
本発明者らは、これらの事情に鑑み、強度ならびに熱安
定性の優れた信頼性の高いセラミック焼結体について鋭
意研究した結果、正方晶を含むジルコニア予備焼結体を
さらに高温高圧のガス圧下で本焼結することにより、正
方晶を残存させた準安定化ジルコニア焼結体が得られる
ことを見出し、本発明に到達した。
定性の優れた信頼性の高いセラミック焼結体について鋭
意研究した結果、正方晶を含むジルコニア予備焼結体を
さらに高温高圧のガス圧下で本焼結することにより、正
方晶を残存させた準安定化ジルコニア焼結体が得られる
ことを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は安定化剤を含むジルコニア粉末から
なる成形体を１０００〜１７００°Ｃで予備焼結し、主
として正方晶または正方晶と立方晶の結晶相を有する予
備焼結体を得、さらに該予備焼結体を５０気圧以上、１
２００〜１８００°Ｃの高温高圧ガス圧下で本焼結する
ことにより、主として正方晶または正方晶と立方晶より
なり、かつ正方晶の平均結晶粒子が２μｍ以下の焼結体
を得ることを特徴とするジルコニア焼結体の製造方法を
提供するものである。
なる成形体を１０００〜１７００°Ｃで予備焼結し、主
として正方晶または正方晶と立方晶の結晶相を有する予
備焼結体を得、さらに該予備焼結体を５０気圧以上、１
２００〜１８００°Ｃの高温高圧ガス圧下で本焼結する
ことにより、主として正方晶または正方晶と立方晶より
なり、かつ正方晶の平均結晶粒子が２μｍ以下の焼結体
を得ることを特徴とするジルコニア焼結体の製造方法を
提供するものである。
本発明のジルコニア焼結体は、正方晶を含む準安定化ジ
ルコニア焼結体であシ、従来の安定化ジルコニア焼結体
や部分安定化ジルコニア焼結体とは異なり、強度ならび
に熱安定性に特に優れたものである。従って、安定化剤
の種類、含有量、ジルコニア粉末の粒径、予備焼結条件
などを制御することにより正方晶を含む予備焼結体を得
、さらに特定条件でＨＩＰ法によシ本焼結することが必
須である。
ルコニア焼結体であシ、従来の安定化ジルコニア焼結体
や部分安定化ジルコニア焼結体とは異なり、強度ならび
に熱安定性に特に優れたものである。従って、安定化剤
の種類、含有量、ジルコニア粉末の粒径、予備焼結条件
などを制御することにより正方晶を含む予備焼結体を得
、さらに特定条件でＨＩＰ法によシ本焼結することが必
須である。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の焼結体を製造するために用いられる原料粉末は
、ジルコニア粉末と安定化剤としてイツトリア、マグネ
シア、カルシア、セリアなどが用いられるが、イツトリ
アを用いた場合ジルコニアとイツトリウムの比がｙ２ｏ
Ｊｚ ｒ ｏ、のモル比として１．５／９ａ５〜７／
９２の範囲であることが好ましい。
、ジルコニア粉末と安定化剤としてイツトリア、マグネ
シア、カルシア、セリアなどが用いられるが、イツトリ
アを用いた場合ジルコニアとイツトリウムの比がｙ２ｏ
Ｊｚ ｒ ｏ、のモル比として１．５／９ａ５〜７／
９２の範囲であることが好ましい。
ここでイツトリアの添加量を１．５モルチよシ少なくし
た場合、焼結体中の単斜晶系の量が多くなシ、焼結体中
のクラだりが発生しゃすくなシ、また２００〜３００°
Ｃ・の特定温度域に長時間保持すると強度劣化起す。
７モルチを越すイツトリアを添加すると立方晶のみの焼
結体となり、本発明で説明するような正方晶の転移効果
というものが失なわれてしまう。
た場合、焼結体中の単斜晶系の量が多くなシ、焼結体中
のクラだりが発生しゃすくなシ、また２００〜３００°
Ｃ・の特定温度域に長時間保持すると強度劣化起す。
７モルチを越すイツトリアを添加すると立方晶のみの焼
結体となり、本発明で説明するような正方晶の転移効果
というものが失なわれてしまう。
また、粉末中ではイツトリウムがジルコニア中に均一に
固溶しているか、酸化イツトリウムとして均一に分散し
ていることが好ましい。そのためには、ジルコニアとイ
ツ） ＩＪアの平均粒径１μｍ以下の微粉末をボールミ
ルなどで直接混合し、５００〜１１００°Ｃの範囲で仮
焼してもよいが、ハロゲン化ジルコニウム、オキシハロ
ゲン化ジルコニウム、ジルコニウムの硝酸塩、炭酸塩な
どのジルコニウム化合物及びハロゲン化イツトリウムな
どのイツトリウム化合物を溶液の状態で均一に混合した
後、溶媒を除去し固型物のみを５００〜１１００℃で仮
焼する方法もしくは、ジルコニウム化合物を含む溶液と
イツトリア又はジルコニアとイツ） ＩＪウム化合物を
含む溶液とを均一に混合した後、溶媒を除却し固型物の
みを５００〜１１００℃で仮焼する方法によって原料粉
末を得ることが好ましい。
固溶しているか、酸化イツトリウムとして均一に分散し
ていることが好ましい。そのためには、ジルコニアとイ
ツ） ＩＪアの平均粒径１μｍ以下の微粉末をボールミ
ルなどで直接混合し、５００〜１１００°Ｃの範囲で仮
焼してもよいが、ハロゲン化ジルコニウム、オキシハロ
ゲン化ジルコニウム、ジルコニウムの硝酸塩、炭酸塩な
どのジルコニウム化合物及びハロゲン化イツトリウムな
どのイツトリウム化合物を溶液の状態で均一に混合した
後、溶媒を除去し固型物のみを５００〜１１００℃で仮
焼する方法もしくは、ジルコニウム化合物を含む溶液と
イツトリア又はジルコニアとイツ） ＩＪウム化合物を
含む溶液とを均一に混合した後、溶媒を除却し固型物の
みを５００〜１１００℃で仮焼する方法によって原料粉
末を得ることが好ましい。
この様にして得た粉末を湿式粉砕によって粉砕し、乾燥
して成形用粉体を得る。次に金型プレスや静水圧プレス
成形または、汚しよう鋳込み、押出し射出成形などの種
々の成形方法によって所定の形状にした成形体を得る。
して成形用粉体を得る。次に金型プレスや静水圧プレス
成形または、汚しよう鋳込み、押出し射出成形などの種
々の成形方法によって所定の形状にした成形体を得る。
この場合成形方法に応じて粉末に通常使用される成形助
剤などを添加して処理を行っても何らさしつかえない。
剤などを添加して処理を行っても何らさしつかえない。
この成形体を大気、酸素、不活性ガス雰囲気中のいずれ
かの雰囲気中で１０００〜１７００℃で焼結し、主とし
て正方晶または正方晶と立方晶よりなるジルコニア予備
焼結体を得る。
かの雰囲気中で１０００〜１７００℃で焼結し、主とし
て正方晶または正方晶と立方晶よりなるジルコニア予備
焼結体を得る。
このＨ１Ｐ法処理前の焼結体において重要なことは、こ
の焼結体が後述するＨ工Ｐ法処理によって抗折強度が高
められることである。このためには、ＨＩＰ法処理前の
予備焼結体において、正方晶粒子の平均粒子径が本焼結
体同様２μｍ以下であることが好ましい。
の焼結体が後述するＨ工Ｐ法処理によって抗折強度が高
められることである。このためには、ＨＩＰ法処理前の
予備焼結体において、正方晶粒子の平均粒子径が本焼結
体同様２μｍ以下であることが好ましい。
この様にして得られたジルコニア予備焼結体は、アルゴ
ン、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で、５０気圧以上
の圧力下に１２００〜１８００’Ｃの温度範囲で、また
Ｚｒ０２−Ｙ２Ｏ２系の焼結体の場合好ましくは、１２
００〜１６５０℃の温度範囲でＨＩＰ法処理を行う。こ
のＨＩＰ法処理圧力と温度は、予備焼結体の密度、結晶
相なとＫよって決定されるが、ＨＩＰ法処理の温度が１
２００℃未満又は圧力５０気圧未満の場合、ＨＩＰ法処
理による本焼結体の抗折強度等の特性向上は見とめられ
なくなる。
ン、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で、５０気圧以上
の圧力下に１２００〜１８００’Ｃの温度範囲で、また
Ｚｒ０２−Ｙ２Ｏ２系の焼結体の場合好ましくは、１２
００〜１６５０℃の温度範囲でＨＩＰ法処理を行う。こ
のＨＩＰ法処理圧力と温度は、予備焼結体の密度、結晶
相なとＫよって決定されるが、ＨＩＰ法処理の温度が１
２００℃未満又は圧力５０気圧未満の場合、ＨＩＰ法処
理による本焼結体の抗折強度等の特性向上は見とめられ
なくなる。
またＺｒ０２−Ｙ２０３系焼結体では、１８００’Ｃ以
上になると、焼結体中の正方晶粒子の平均製品粒子径が
２μｍ以上になシ好ましくない。これは、強度の急激な
低下は認められないが、２００°Ｃ〜３００°Ｃの特定
温度領域に長時間保持すると、単斜晶の生成による微細
なりラックが発生し強度が低下する現像が生じやすくな
るためである。
上になると、焼結体中の正方晶粒子の平均製品粒子径が
２μｍ以上になシ好ましくない。これは、強度の急激な
低下は認められないが、２００°Ｃ〜３００°Ｃの特定
温度領域に長時間保持すると、単斜晶の生成による微細
なりラックが発生し強度が低下する現像が生じやすくな
るためである。
なお、この焼結体の平均粒径の測定は、ジルコニア焼結
体の鏡面研磨した面を弗化水素酸でエツチングしたもの
を、電子顕微鏡写真で粒子を１００個以上含むような一
定面積Ｓ内に存在する粒子数ｎを数へ粒子１個あたシの
平均面積θに等捗 しい面積の円の直径ｄを式ａ’−（４θ／π） によシ
計算し、平均結晶粒子径とした。
体の鏡面研磨した面を弗化水素酸でエツチングしたもの
を、電子顕微鏡写真で粒子を１００個以上含むような一
定面積Ｓ内に存在する粒子数ｎを数へ粒子１個あたシの
平均面積θに等捗 しい面積の円の直径ｄを式ａ’−（４θ／π） によシ
計算し、平均結晶粒子径とした。
このＨＩＰ法処理において、処理前の焼結体の対理論密
度が低く、焼結体中の気孔が表面に連通した開孔となっ
ているものがある場合、そのままＨＩＰ法処理したので
は閉孔部のみが消滅し、開孔部がそのまま残留すること
になるので、対理論密度の低い焼結体は、Ｓｉ、Ａ１等
の酸化物または窒化物等を被覆して封孔処理を行いＨＩ
Ｐ法処理することが好ましい。
度が低く、焼結体中の気孔が表面に連通した開孔となっ
ているものがある場合、そのままＨＩＰ法処理したので
は閉孔部のみが消滅し、開孔部がそのまま残留すること
になるので、対理論密度の低い焼結体は、Ｓｉ、Ａ１等
の酸化物または窒化物等を被覆して封孔処理を行いＨＩ
Ｐ法処理することが好ましい。
また、予備焼結体の密度が６．０８以上になるものにつ
いては、ＨＩＰ法処理を１５００〜１６００℃の範囲で
行うと、さらなる効果を得ることができる。
いては、ＨＩＰ法処理を１５００〜１６００℃の範囲で
行うと、さらなる効果を得ることができる。
以上の様にしてＨＩＰ法処理が施されたジルコニア焼結
体は、主として正方晶または、正方晶と立方晶の結晶相
よシするが、それぞれの存在割分はモルチとして、 正方晶−１０〜１００ 単斜晶−０〜４０ 立方晶−１００−（正方晶＋単斜晶） であることが重要な条件である。ここで正方晶が１０モ
ルチ未満になると正方晶の転移による強化機構がほとん
ど作用しなくなシ、またＨＩＰ法処理の効果も小さいも
のとなる。
体は、主として正方晶または、正方晶と立方晶の結晶相
よシするが、それぞれの存在割分はモルチとして、 正方晶−１０〜１００ 単斜晶−０〜４０ 立方晶−１００−（正方晶＋単斜晶） であることが重要な条件である。ここで正方晶が１０モ
ルチ未満になると正方晶の転移による強化機構がほとん
ど作用しなくなシ、またＨＩＰ法処理の効果も小さいも
のとなる。
また単斜晶が４０チを越えてくると、焼結体中の微細な
りラックが発生やすくなシ強度の低下や２００〜３００
’Ｃでの安定性も低下し、機械部品などとして実用上使
用できなくなる。ここで正方晶、単斜晶、立方晶の含有
率は、焼結体のＸ線回折法によって分析し、その回折パ
ターンのピークを積分して得た強度から次式によって計
算した。
りラックが発生やすくなシ強度の低下や２００〜３００
’Ｃでの安定性も低下し、機械部品などとして実用上使
用できなくなる。ここで正方晶、単斜晶、立方晶の含有
率は、焼結体のＸ線回折法によって分析し、その回折パ
ターンのピークを積分して得た強度から次式によって計
算した。
Ｃｏ−１００−（ＣＭ＋Ｃ！Ｔ）
ただし
ＣＭ：単斜晶系ジルコニアの含有率（モル％）Ｃ，ｒ：
正方晶系ジルコニアρ含有率（モル％）Ｃｏ二立方晶ジ
ルコニアの含有率（モルチ）Ｍ：単斜晶系ジルコニアの
〈１１１〉と〈１１１〉の回折線の強度の和 Ｔ（１１１）、 Ｔ（２２０）、 Ｔ（００４＞ ：正
方晶系ジルコニアの（１１１）、（２２０）。
正方晶系ジルコニアρ含有率（モル％）Ｃｏ二立方晶ジ
ルコニアの含有率（モルチ）Ｍ：単斜晶系ジルコニアの
〈１１１〉と〈１１１〉の回折線の強度の和 Ｔ（１１１）、 Ｔ（２２０）、 Ｔ（００４＞ ：正
方晶系ジルコニアの（１１１）、（２２０）。
（００４）の各々の回折線の強度
ｃ（１１１＞、Ｃ！＜４０ ｏ）：立方晶系ジルコニア
の（１１１＞、 ＜４０ ｏ）の各々の回折線の強度 以上、安定化剤としてイツトリアを含むジルコニア焼結
体を例として説明したが、安定化剤としてマグネシア、
カルシアまたはセリアを使用した場合も同様なジルコニ
ア焼結体を得ることができる。この場合、安定化剤の含
有量としてはマグネシアでは５〜１０モル％、カルシア
では６〜１１モルチ、セリアでは７〜１２モルチである
ことが好ましい範囲である。またこれらの安定化剤を２
種以上混合しても伺うさしつかえない。
の（１１１＞、 ＜４０ ｏ）の各々の回折線の強度 以上、安定化剤としてイツトリアを含むジルコニア焼結
体を例として説明したが、安定化剤としてマグネシア、
カルシアまたはセリアを使用した場合も同様なジルコニ
ア焼結体を得ることができる。この場合、安定化剤の含
有量としてはマグネシアでは５〜１０モル％、カルシア
では６〜１１モルチ、セリアでは７〜１２モルチである
ことが好ましい範囲である。またこれらの安定化剤を２
種以上混合しても伺うさしつかえない。
以上述べた様に、本発明の方法によれば従来のセラミッ
クス焼結体の抗折強度に比較して著しく高い抗折強度を
有する焼結体を得ることが出来る。
クス焼結体の抗折強度に比較して著しく高い抗折強度を
有する焼結体を得ることが出来る。
また本発明は、高温高圧ガスの圧力を用いることによっ
て、複雑な形状をした焼結体を製造することが可能とな
シ、該セラミックス焼結体を高性能な機械部品などの構
造材料として用いることを可能としたものである。
て、複雑な形状をした焼結体を製造することが可能とな
シ、該セラミックス焼結体を高性能な機械部品などの構
造材料として用いることを可能としたものである。
なを、該セラミック焼結体は、高温において酸素イオン
伝導性を示し、熱衝撃強度および機械的強度が優れてい
ることから種々の用途に使用できる。
伝導性を示し、熱衝撃強度および機械的強度が優れてい
ることから種々の用途に使用できる。
たとえば、酸素濃淡電池用固体電解質、内燃機関の部品
、切削バイト、ダイス、刃物、その他産業用機械などの
摺動部品などの部品類など極めて広い範囲に利用できる
。
、切削バイト、ダイス、刃物、その他産業用機械などの
摺動部品などの部品類など極めて広い範囲に利用できる
。
以下本発明方法を実施例によって更に具体的に説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。
が、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
酸化ジルコニウムと酸化イツトリウムの総モル量に対し
て酸化イツ） ＩＪウムのモル濃度が３モル係になるよ
うに、オキシ塩化ジルコニウムと塩化イツ） ＩＪウム
の水溶液を調製し、加熱蒸発乾燥後、この乾燥物を９０
０℃で仮焼し、３モル係のイツトリアを固溶又は分散し
た平均粒径［１３５μｍのジルコニア粉末を得た。
て酸化イツ） ＩＪウムのモル濃度が３モル係になるよ
うに、オキシ塩化ジルコニウムと塩化イツ） ＩＪウム
の水溶液を調製し、加熱蒸発乾燥後、この乾燥物を９０
０℃で仮焼し、３モル係のイツトリアを固溶又は分散し
た平均粒径［１３５μｍのジルコニア粉末を得た。
この粉末をエタノールを用いてボールミルで粉砕し、乾
燥、整粒を行い成形用粉末を得だ。
燥、整粒を行い成形用粉末を得だ。
この粉末を冷間静水圧プレス成形した後、大気中で焼成
を行い、ジルコニア予備焼結体を得た。
を行い、ジルコニア予備焼結体を得た。
さらにこの予備焼結体をＨＩＰ法処理を行い本発明方法
によるジルコニア焼結体を得た。予備焼結。
によるジルコニア焼結体を得た。予備焼結。
ＨＩＰ法処理の条件、焼結体の対理論密度、正方晶含有
率、平均粒子径、抗折強度などを表１に示しだ。また比
較のために、Ｈ工Ｐ処理しない予備焼結体の抗折強度を
示した。抗折強度の測定は、焼結体よ、９５Ｘ４Ｘ４０
＋ｔｌｌの試験片を切り出し、※４００のホイールを用
いて研削仕上げを行い、スパン３０騙クロスヘッド速度
［Ｌ５ｍｓ／ｍｉｎによる３点曲げによシ測定した。
率、平均粒子径、抗折強度などを表１に示しだ。また比
較のために、Ｈ工Ｐ処理しない予備焼結体の抗折強度を
示した。抗折強度の測定は、焼結体よ、９５Ｘ４Ｘ４０
＋ｔｌｌの試験片を切り出し、※４００のホイールを用
いて研削仕上げを行い、スパン３０騙クロスヘッド速度
［Ｌ５ｍｓ／ｍｉｎによる３点曲げによシ測定した。
（実施例２）
実施例１と同様にして合成した３モｈ−チイットリア添
加ジルコニア粉末を用い、予備焼結条件とＨＩＰ法処塩
処理条件えて、ジルコニア焼結体を作製し、その特性を
測定した。同じに比較例としてＨＩＰ法処理を行わなか
ったものについても特性を測定した。条件と特性につい
て表１に示した。
加ジルコニア粉末を用い、予備焼結条件とＨＩＰ法処塩
処理条件えて、ジルコニア焼結体を作製し、その特性を
測定した。同じに比較例としてＨＩＰ法処理を行わなか
ったものについても特性を測定した。条件と特性につい
て表１に示した。
（実施例３）
実施例１と同様な方法によって２モルチ、４モルチ、６
モルチイットリア添加した、３種類のジルコニア粉末を
実施例１と同様に予備焼結及びＨＩＰ法処理を行い、焼
結体を得た。
モルチイットリア添加した、３種類のジルコニア粉末を
実施例１と同様に予備焼結及びＨＩＰ法処理を行い、焼
結体を得た。
表２に予備焼結、及びＨ１Ｐ法処理条件とその特性を示
した。
した。
同時に、ＨＩＰ法処理をしていない焼結体についても、
比較例として示す。
比較例として示す。
（実施例４）
実施例１と同じ方法で塩化イツトリウムの代シに塩化カ
ルシウム、塩化マグネシウムまたは塩化セリウムを用い
たものの３種類の粉末を合成した。
ルシウム、塩化マグネシウムまたは塩化セリウムを用い
たものの３種類の粉末を合成した。
これらの粉末を用いて予備焼結、ＨＩＰ法処理を行いジ
ルコニア焼結体を製造しその特性を測定し表２に示した
。同時に比較としてＨＩＰ法処理しないものについても
示した。
ルコニア焼結体を製造しその特性を測定し表２に示した
。同時に比較としてＨＩＰ法処理しないものについても
示した。
（実施例５）
オキシ塩化ジルコニウム粉末を９００℃で加熱分解し平
均粒径α５μｍのジルコニア粉末を得た。
均粒径α５μｍのジルコニア粉末を得た。
この粉末に平均粒径０．２μｍの酸化イッｌ−ＩＪウム
の微粉末をモル濃度で３モル係になるよう添加、ボール
ミルで９０時間粉砕を行い平均粒径［１，４μｍの粉末
を得、乾燥、整粒したのち静水圧プレスで成形後、１４
００℃２ｈｒ電気炉を用いて予備焼結を行った。この予
備焼結体についてＨＩＰ法処理を行いジルコニア焼結体
を得た。この焼結体についての物性およびＨＩＰ法処理
しない比較例について表２に示した。
の微粉末をモル濃度で３モル係になるよう添加、ボール
ミルで９０時間粉砕を行い平均粒径［１，４μｍの粉末
を得、乾燥、整粒したのち静水圧プレスで成形後、１４
００℃２ｈｒ電気炉を用いて予備焼結を行った。この予
備焼結体についてＨＩＰ法処理を行いジルコニア焼結体
を得た。この焼結体についての物性およびＨＩＰ法処理
しない比較例について表２に示した。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１） 安定化剤を含むジルコニア粉末からなる成形体
を１０００〜１７００°Ｃで予備焼結し、主として正方
晶または正方晶と立方晶の結晶相を有する予備焼結体を
得、さらに該予備焼結体を５０気圧以上、１２００〜１
８００’Ｃの高温高圧ガス圧下で本焼結することにより
、主として正方晶または正方晶と立方晶よシなりかつ正
方晶の平均結晶粒子が２μｍ以下の焼結体を得ることを
特徴とするジルコニア焼結体の製造方法。 ０）安定化剤がイツトリア、マグネシア、カルシアまた
はセリアである特許請求の範囲第（１）項記載の製造方
法。 （３） ジルコニア焼結体の結晶相の存在割合がモルチ
として、 正方晶−１０〜１００ 単斜晶−０〜４０ 立方晶−１００−（正方晶子単斜晶） である特許請求の範囲第（１）捷たは（２）項記載の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58110628A JPH0772102B2 (ja) | 1983-06-20 | 1983-06-20 | ジルコニア焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58110628A JPH0772102B2 (ja) | 1983-06-20 | 1983-06-20 | ジルコニア焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS605067A true JPS605067A (ja) | 1985-01-11 |
| JPH0772102B2 JPH0772102B2 (ja) | 1995-08-02 |
Family
ID=14540585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58110628A Expired - Lifetime JPH0772102B2 (ja) | 1983-06-20 | 1983-06-20 | ジルコニア焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0772102B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0200954A2 (de) * | 1985-04-13 | 1986-11-12 | Feldmühle Aktiengesellschaft | Sinterformkörper, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung |
| EP0209081A2 (en) * | 1985-07-16 | 1987-01-21 | Norton Company | Sintered bodies of stabilized zirconia |
| JPS62153163A (ja) * | 1985-09-06 | 1987-07-08 | 東レ株式会社 | ジルコニア焼結体 |
| JPS63277560A (ja) * | 1987-05-11 | 1988-11-15 | Toshiba Ceramics Co Ltd | ＺｒＯ↓２−ＭｇＯ−Ｙ↓２Ｏ↓３系セラミックスとその製造方法 |
| US5658837A (en) * | 1994-09-23 | 1997-08-19 | Aisimag Technical Ceramics, Inc. | Stabilized zirconia |
| EP2786964A2 (en) | 2005-09-16 | 2014-10-08 | Omya International AG | Process of preparing mineral material with particular ceria-containing zirconium oxide grinding beads, obtained products and their uses |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56134564A (en) * | 1980-03-26 | 1981-10-21 | Ngk Insulators Ltd | Zirconia ceramics |
| JPS57130717A (en) * | 1981-02-06 | 1982-08-13 | Nippon Kagaku Togyo Kk | Zirconia die for drawing and its manufacture |
-
1983
- 1983-06-20 JP JP58110628A patent/JPH0772102B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56134564A (en) * | 1980-03-26 | 1981-10-21 | Ngk Insulators Ltd | Zirconia ceramics |
| JPS57130717A (en) * | 1981-02-06 | 1982-08-13 | Nippon Kagaku Togyo Kk | Zirconia die for drawing and its manufacture |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0209081A2 (en) * | 1985-07-16 | 1987-01-21 | Norton Company | Sintered bodies of stabilized zirconia |
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| JPS63277560A (ja) * | 1987-05-11 | 1988-11-15 | Toshiba Ceramics Co Ltd | ＺｒＯ↓２−ＭｇＯ−Ｙ↓２Ｏ↓３系セラミックスとその製造方法 |
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| EP2786964A2 (en) | 2005-09-16 | 2014-10-08 | Omya International AG | Process of preparing mineral material with particular ceria-containing zirconium oxide grinding beads, obtained products and their uses |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0772102B2 (ja) | 1995-08-02 |
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