JPS6081062A

JPS6081062A - 高強度セラミツクス材料

Info

Publication number: JPS6081062A
Application number: JP58189842A
Authority: JP
Inventors: 小山　昭雄; 大岩　温美; 鈴木　常雄
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1983-10-13
Filing date: 1983-10-13
Publication date: 1985-05-09

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】本発明は高強度セラミックス材料、さらに詳しくいえば
、特定の結晶相を有するジルコニア焼結体に、所定波の
アルミナ・シリカ粒子を分散含有させて成る新規なセラ
ミックス材料に関するものである。

近年、新エネルギー源の開発、エレクトロニクス、メカ
トロニクスなどの分野での急速な技術進歩に伴い、新ら
しい材料に対する漬水は、益々−軛化、多様化の方向に
向いつつある。その中で、産業機器、輸送機６をはじめ
として、日用品類に至るまで、省資源、省エネルギーの
見地から、従来の金属材料では使用しえなか′）友か酷
な条件の下でも、安定した状態で使用しうるニューセラ
ミックス材料が注目されるようになってきた。

この種のニューセラミックス材料としては、これまでア
ルミナ焼結体、炭化ケイ素、窒化ケイ素、部分安定化ジ
ルコニア焼結体などが知られており、この中で特に部分
安定化ジルコニア焼結体は、高強度、高じん性をＭする
ことから、悄造用材料としての実用化の研究が活発に行
われている。

ところで、ジルコニアの結晶構造には、単斜晶、正方晶
及び又方晶の８種が４仕し１通常安定化ジルコニア焼結
庫と称されているものは、立方晶構造のみから成ってい
るのに対し１部分安定化ジルコニア焼結体は、立方晶構
造の外に、単斜晶及び正方晶の少なくとも一方の結晶構
造を含むものの総称である。

ＩＪη記した安定化ジルコニア焼結体は％ｚｒｏ２ｙｃ
対し、安定化剤として、Ｙ２Ｏ５ｔ　ＣａＯ及びＭｇＯ
の中から選ばれた少なくとも１種を加えて焼結させるこ
とによシ得られるが、強度が不足しているとい９欠点を
有している。このような欠点を克服するため、その後、
ＺｒＯ２に少量の安定化剤金加え、制御された条件下で
焼成することにより、安定化した立方晶以外の結晶構造
を含むいわゆる部分安定化ジルコニア焼結体となすこと
がいろいろ提案されて釣る。

しかしながら、このような部分安定化ジルコニア焼結体
においては１強度に関してめる程就改哲されているもの
の、まだ十分に満足しうるものではなく、特にか酷な条
件下で使用に耐えうる材料として１強呟がより向上した
ものの開発が強く要本発明者らは、このような＠悄ｖＣ
鑑み、優れた強Ｉｆを有する、ジルコニア焼結体を主体
とするセラミックス材料を提供すべく鋭意研究を重ねた
結果、立方晶を含まない特定の結晶相を有するジルコニ
ア焼結体に、所定量かつ特定粒径のアルミナシリカ粒子
全分散含有させたものが、その目的に適合しうろことを
見出し、この九見に基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は、結晶相が単斜晶５〜２５重量％と
正方晶９５〜７６重賞チとから成るジルコニア焼結体に
、特定粒径のアルミナ・シリカ粒子をその含有量が全重
量に基づき１０〜５０重量％になるように分散含有させ
て成る高強駁セラミックス材料を提供するものである。

本発明の％微は、所定量のアルミナ・７９力粒子を、ジ
ルコニアの安定結晶相である立方晶を含まない、単斜晶
と正方晶との混晶がら成るジルコニア焼結体中に分散含
有させる点にある。仁れによって、高強度が発現される
理由は明壱゛耐ではないが、過輩のアルミナ・７リ力粒
子による強固なマトリックスＦＫ：、内部応力を有する
安定相でない単斜晶と正方晶との混晶ジルコニア粒子が
存在し。

両者の相互作用によって高強吠が発現されるものと思わ
れる。

本発明のセラミックス材料におけるアルミナ・シリカ粒
子の含有量は、該セラミックス材料全点量に基づき１０
〜６０重量％の範囲内にあることが必要である。この量
が０４１記範囲を逸脱すると。

強呟向上の効果が得られない。また、アルミナ・シリカ
の平均粒径は１０μ以下であることが好ましい。

また、ジルコニア焼結体の結晶相は、単斜晶５〜２５重
量−と正方晶９５〜７５ｍＭ％とから成ることが必要で
あって、単斜晶が多すぎると焼結体にり２ツクが発生し
やすく、また正方晶が多すぎると応力発生が小さくなる
ことにより、いずれの場合も強健が低下する。

仁のようなジルコニア焼結体の特定な結晶相によシ内部
応力が発現し、この応力は物足粒径のアルミナ・シリカ
粒子の１トリツクスによシ焼結体内部に保持される。し
たがって、前記マトリックスを形成するアルミナ・シリ
カ粒子の組成性、特に酸化アルミニウム７０〜９５重ｔ
％及び酸化ケイ素６〜８０重ｉ％で、その平均粒径が１
０μ以下でめることが好ましい。この場合、アルミナ・
シリカ粒子には、これ以外の成分として酸化マグネシウ
ムや酸化カルシウムなどの微菫成分金含有していても、
その効果をさまたげるものではない。

本発明のセラミックス材料を製造するためｖｃは。

まず酸化アルミニウム７０〜９５重ｔ％及び酸化ケイ素
６〜８０重量％に相当する酸化物、あるいは焼成により
これらの酸化物に変換しうる化合物を、ボールミルなど
の混合機で十分混合したのち、この混合物を１２００〜
１６００　Ｃの温度で仮焼成し、あらかじめ所望のアル
ミナ・シリカ粉末を得る。

次いで、このアルミナ・７リカ粉末に、＠記の特定の結
晶相を有するジルコニア焼結体を形成させるための成分
、すなわちＺｒＯ２粉末と、安定化剤としてＹ２Ｏ５％
ＣａＯ及びＭｇＯの中から選ばれた少なくとも１種とを
粉末状で加えて、ボールミルなどの混合機で混合し、成
形したのち１６００〜１７６０℃の温度範囲で焼成する
。この場合、前記の安定化剤の量と焼成温度を制御する
ことによって、ジルコニア焼結体の結晶相を、所望の割
合で単斜晶と正方晶とを含む混晶状態で得ることができ
る。

また、所望の結晶相を有するジルコニア焼結体を形成さ
せるために、前記のように、ＺｒＯ２と、Ｙ２Ｏ５、Ｃ
ａＯ及びＭｇＯの中から選ばれた少なくとも１種とを、
それぞれ独立粉末として用いる以外に、共沈法やコロイ
ドざミ加法などの公知の手段によって調製した腹合酸化
物粉末として用いることができる。

本発明のセラミックス桐材は、特定の結晶相を有すジル
コニア焼結体ＶＣアルミナ・シリカ粒子を含有式せたも
のであって、優れた強度を有し、特にか酷な条件下にお
いても耐えうる構造用材料として多くの分Ｉｆで有効に
利用しうる。

次に実施例によって不発明をきりに詳細に説明実施例１平均粒径１５μのアルミナ・シリカ（アルミナ／シリカ
＝８０／２０）粉末と、平均粒径０．５μのイツトリア
言Ｍジルコニア粉末（Ｚｒ０２９５重１に％、Ｙ２Ｏ５
５ｆｆｉｆｆｉ％）所屋針とをボールミルによシ２ｏ時
間湿式混合し、脱水乾燥後、プレス用バインダーとして
ＰＶＡＩ京量裂を冷加し、１　ｔｏｎ／ｃｄ　の圧力で
プレス成形して、電気炉を用い大気中１６５０℃で１時
間焼成することによシ、各組成ｔｌ−有するセラミック
ス材料ｔ−得た。このセラミックス材料の組成と曲は強
健とを第１表に示す。

第　１　表また、得られたセラミックス材料のＸ線回折によれば、
Ａｚｚｏｓ−ｓｔｏｚ含有量がｘＯ重量％以上の試料に
おいては、ジルコニアの結晶相は単斜晶と正方晶との混
晶状態を示し、立方晶はみられなかった。また、焼結体
中のアルミナ・シリカ粒子の平均粒径は走立電子顕微鏡
ｔｌＩ祭により５μでめった。

実施例２平均粒径０．５　μのＡｔ２０５粉末と平均粒径１μの
５ｔｏ２粉末との混合比率を変えて、ボールミルによ＃
）４８時時間式混会し、脱水乾燥後。

１５００℃で仮焼全行った。

このようにして得られた仮焼粉末４０重量部と、市販の
平均粒径０．２μのイツトリア官有ジルコニア粉末（Ｚ
ｒＯ２９５重ｉ％、ｙ２ｏ５５重！１％）６０重ｔｔ部
とをボールミルにより２０時時間式混合し、脱水乾蝶後
、ＰＶＡＩ瓜菫％を添加したのち、１　ｔｏｎ／ｃｍの
出力でプレス成形し、電気炉を用いて大気中１６５０　
’Ｃで１時間焼成することによりセラミックス材料の試
料を得た。

これらの試料ｅよｘｍ回折によると、いずれもジルコニ
ア結晶相が正方晶と単斜晶との混晶状態を示した。

前記試料の組成と曲ｔｒｒ強度との関係を第１図に示す
０第１図において横軸は５ｉ０２／Ａｔ２０５十５ｉ０
２Ｘ　１０Ｇ　（重ｆ％）、縦軸は曲げ強度（にｆ〜）
を表わす。

この図から分るように、ジルコニア結晶相が正方相と斜
方晶との混晶状態でアルミナ・シリカ粒子が適量任仕す
ることにより強度の同上がみられ、また、アルミナ・シ
リカ粒子はＡｚ２ｏ５７０〜９５束短饅と５１０２５〜
２０重−′ｉ★とを含むものが特に強度が同上して好ま
しい。なお、得られた焼結体中のアルミナ・シリカ粒子
の平均粒径は８〜７μでめった。

実施例８実施例２と同様な方法にょシ、　Ａｚ２ｏ３８５車１１
％と８１０２１５重量涜とを含有するアルミナ・シリカ
粒子の仮ｇ８′ａ末を作成し、この仮焼粉末８０重を部
と平均粒径０．４μのイッ）　ＩＪア含有艦が異なるジ
ルコニア粉末（Ｚｒ０２９２〜９８重斂チ、ｙ２ｏ３２
〜８嵐ｉチ）７．０重量部とをボールミルにより２０時
時間式混合し、脱水乾燥後、ＰＶＡ　１重量％を添加し
たのち、１　ｔｏｎ／ｄの圧力でプレス成形し、１６０
０〜１７００’Ｃで焼成してジルコニア結晶相の異なる
セラミックス材料の試料１〜６を作成した。

得られた試料は、Ｘ線回折によると立方晶はみられず、
正方晶と単斜晶の混晶であった。また正方晶と単斜晶と
の比率を、ｘｍ回折チャートを用いて次式よ！ｌｌ算出
した。

Ａ（１１１）ｍ　＋Ａｔ１１１１ｍ　”Ａ（１１１）ｔ
ただしＸｔ：正方晶分率Ａ（１１ｔ）ｔ：正方晶（１１１３面のＸ線積分強度Ａ
　（Ｉｉｌ　）ｍ　：単斜晶（１１１）面の　ＩＡ（１
１１３ｍ”単斜晶（ＩＩＬＩ面の　Ｉ第２表に、得られ
た試料の正方晶分率（Ｘｔｌと単斜晶分率（ｘｍ）、及
び曲げ類＋１１４−示す。

第　２　表単斜晶５〜２６％及び正方晶が９５〜７６％のとき、大
きな強度が得られ、また４ｉ斜晶が２５％を超えると試
料にクラックの発生がみられ強度は大きく低下する。

実施例４平均粒径の異なるアルミナ・シリカ程子（Ａｔ２０ｓ／
５ｉＯ２＝　８０　／　２０　）　４０本蓋部と、平均
粒径０．５μのイツトリア含有ジルコニア粉末（Ｚｒ０
２９５ｍＫ量チ、Ｙ２Ｏ５６重量％）６０重量部よりな
る焼結体を実施例１と同様な方法で作成した。

図２の結果からアルミナ・シリカの平均粒径は１０μ以
下であることが好ましい。なお、平均粒径は走ｆ電子如
畝鏡写真よりめた。

【図面の簡単な説明】第１図は実施例２で得られたセラミックス材料の組成と
曲げ強度との関係を表わすグラフで、第２図は実施例４
で得られたアルミナ・シリカ粒径と曲げ強度の関係を表
わすグラフです。特許出願人　ティーディーケイ株式会社代理人　同　形
　明第１図第２図斗均＃ｉＬ径（Ｐ）手続補正書（方式）％式％２、発明の名称高強度セラミックス材料３袖正をする者事（４との関係！特許出願人住　所　東京都中央区日本橋−丁目１３番１号４代　理
　人

Claims

【特許請求の範囲】１　結晶相が単斜晶５〜２５重ｔ％と正方晶９５〜７６
重量％とから成るジルコニア焼結体に。アルミナ・シリカ粒子をその含有量が全重量に基づき１
０〜５０重ｉｔチになるように分散含有させて成る高強
度セラミックス材料。２　アルミナ・シリカ粒子が酸化アルミニウム７０〜９
５重歓チ及び酸化クイ素６〜８０重値％を含有するもの
でおる特許請求の範囲第１項記載の材料。８　アルミナ・シリカ粒子の平均粒子径がｌＯμ以丁で
ある特許請求の範囲第１項記載の材料。