JPS6086025A - 酸化ジルコニウム微粉体の製造法 - Google Patents

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】 本発明は酸化ジルコニウム微粉体の製造法に関する。酸
化ジルコニウム微粉体は、強誘電体、圧電体、固体電解
質、耐熱耐摩耗材、耐火物、研磨材等のセラミックス原
料、光学レンズ、コーティング材、触媒担体、顔料等に
広く使用されている。

セラミックス原料としての酸化ジルコニウム粉体の製造
方法としては、製造コストが低い、収率が高い、高純度
である。均質な微粉体であること等の他い、成形性、焼
結性の優れた粉体であることが要求される。

従来この製造方法として、ジルコニウム塩の水溶液から
、中和、加水分解等によりジルコニウムの水酸化物や水
和物を得た抜脱水、乾燥して加熱処理スる方法、ジルコ
ニウムのアルコキシドを加熱処理する方法などが提案さ
れてきた。

しかしながら、水酸化物や水和物を得た後脱水。

乾燥して得られる粉体は凝集した形のものであシ、その
乾燥形式９条件等にょシ凝集体の形状、大きさ、硬さ等
が異なる。この凝集体の諸特性は後の加熱処理後もその
まま維持されるため、これが生成酸化ジルコニウムの成
形性、焼結性を大きく左右することになシ、セラミック
ス原料としての諸要求を十分に満足出来ない欠点があっ
た。特に凝集体の硬さは加熱処理にょシ更に強調される
ため、セラミックス原料としての粉末を作るには、充分
な粉砕が必要となる。

従来、この酸化ジルコニウムのセラミックス原料として
の諸要求を満足させる為に、更にボールミル等により粉
砕した後増粒、整粒等を行って使用していた。

しかし、使用する酸化ジルコニウム凝集体の諸特性は、
前記の如く乾燥方式や条件に左右される所が大きく、粉
砕、増粒、整粒を実施しても、成形性、焼結性に関し、
セラミックス原料として十分に満足出来る粉体とは云え
ない。

本発明者らは、これらの欠点を解決すべく鋭意研究を重
ねた結果、ジルコニウム塩の水溶液、またはジルコニウ
ム塩の水溶液から中和法もしくは加焼結性の優れた性質
を有する酸化ジルコニウム微粉体が得られることを見出
した。

すなわち、本発明はジルコニウム塩単独又はジルコニウ
ム塩とマグネシウム、カルシウム及び３価以上の原子価
を有する金属元素から選ばれる少なくとも一種の塩から
なる水溶液を気流中に噴霧して５０秒以内で乾燥し、ジ
ルコニウム化合物を得た後、空気雰囲気中で加熱処理す
ることを特徴とする酸化ジルコニウム微粉体の製造法、
およびジルコニウム塩単独又はジルコニウム塩とマグネ
シウム、カルシウム及び５価以上の原子価を有する金属
元素から選ばれる少くとも一種の塩からなる水溶液から
、中和又は加水分解により得られる水酸化物又は水和物
を、気流中に噴霧して３０秒以内で乾燥し、ジルコニウ
ム化合物を得た後、空気雰囲気中で加熱処理することを
特徴とする酸化ジルコニウム微粉体の製造法を提供する
ものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明に於て使用する出発原料は、ジルコニウム塩単独
又はジルコニウム塩とマグネシウム、カルシウム、３価
以上の原子価を有する金属元素の少なくとも一種の塩か
らなる水溶液である。

該水溶液中の塩濃度は、製品の均質性を向上させるため
に飽和溶解度以下とすることが好ましい。

飽和溶解度以上の塩濃度では、塩の一部が水溶液中に析
出するため、 ・− 乾燥して得られるジルコニウム化合物の粒度及びマグネ
シウム、カルシウム、３価以上の原子価を有する金属の
分布が不均質となり好ましくない。

また中和法または加水分解法により水酸化物もしくは水
和物を得る場合のジルコニウム塩の水溶液濃度は、操作
性及び反応速度から、ｚｒＱｌ換算で１ｍｏｌ−以下が
好ましい。

この様にして調製して得たジルコニウム塩の水溶液、水
酸化物もしくは水和物の懸濁した水溶液を、温度１００
℃以上、好ましくは１５０〜２００　’Ｃの空気流中に
、二流体ノズルや回転型ディスク等により噴霧して、速
やかに乾燥することにより粉粒体を得る。これらの装置
としては、スプレードライヤー、流動乾燥機などが一例
としてあげられる。この粉粒体は、均質な液滴から速や
かに乾燥するため、粒子間での均質度が高いＸ線的に無
定形のジルコニウム含有化合物である。

該水溶液の乾燥速度は噴霧されだ液滴の大きさ。

気流温度、空気流量等の操作条件及び装置の形状。

大きさにより異なるが、数秒から数十秒、特に３０秒以
内が好ましい。噴霧されだ液滴の合体や器壁への耐着等
の生じない程度に速やかに乾燥することが望ましい。

また、該ジルコニウム化合物の粒子径は、液滴の大きさ
によシ決まるものであるが、温度、濃度。

粘度等の条件を変えることにより調整できる。温度は高
すぎると球形が得られず、低すぎると十分に乾燥されな
い。濃度、粘度については、高すぎると操作上好ましく
なく、低すぎるときれいな球形とならない。

粒子の硬さは濃度、乾燥速度等の条件により左右される
が、できるだけ軟い粒子を得るためにその条件を選択す
る必要がある。これは軟い粒子は、焼成後もその状態が
保持されるので、微粉砕しゃすい良い粉末となる。

この様にして得られたジルコニウム化合物を、空気雰囲
気中４００〜１０００℃、好ましくはａｏ。

〜１０００℃の温度で焼成することＫよシ、微細で焼結
性に優れた酸化ジルコニウム微粉体が得られる。４００
℃より低い温度での焼成は、ジルコニウム化合物が充分
酸化ジルコニウムにならず、また１０００℃をこえると
、粒子が大きくなり、硬い粒子となるため好ましくない
。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれ
らに限定されるものではない。

実施例１ 水３５１！中にオキシ塩化ジルコニウム（Ｚｒ０Ｃ１，
・８　％Ｏ，Ｚｒへとして３４チ含有）＆３４権を含む
溶液を原料として、沸点にて全還流下６４時間煮沸する
。生成したコロイド粒子は蒸留によシ濃縮して酸化ジル
コニウム水和物を得る。この時の粘度は１００　ｃｐ程
度である。これをスプレードライヤーによシ１８０℃の
熱風中にて３０秒以内で乾燥して粒径２０〜１５０μの
球形のジルコニウム化合物微粒体を得る。これを大気下
８００℃で１時間加熱処理して酸化ジルコニウム微粒体
２．ＩＪ１９を得る。

この酸化ジルコニウム微粒体は軟かく、水にて５０　ｗ
ｔチのスラリーに調製して湿式粉砕すると２時間程度で
１μ以下８０チ以上の微粒子となる。

実施例２ 水３５／中にオキシ塩化ジルコニウム五５に９と塩化イ
ツトリウム（ＹＣ！ｌ、−４Ｈ，Ｏ）　２５５９とを溶
解させた溶液を原料として、実施例１と同様の操作によ
り酸化ジルコニウム微粒体１．３６１１９を得る。

この微粒体は正方晶系の均一な微粉体である。伺、この
微粒体を使用して成形体、焼結体を作製したところ、理
論密度の５１％のかさ密度の成形体。

理論密度の９９．８％の相対密度の焼結体、三点曲げ強
度１００　ｋｙ／ｍ”ｆ）優れた焼結体が得られた。

実施例３ 炭酸ジルコニウム１．７　ｋｇと塩化イツ）　リウム５
４ｇを２６／の水に分散し、３５チ塩酸ｓｓ。

ｍｌを添加して溶解した溶液を原料として、実施例１と
同様の操作によシ正方晶からなる酸化ジルコニウム微粒
体１に９を得る。

尚、この微粒体を使用して成形体、焼結体を作製したと
ころ、理論密度の５１チのかさ密度の成形体、理論密度
の９９．８−の相対密度の焼結体・三点曲げ強度１００
に９／−の優れた焼結体が得られた。

実施例４ 水５５１中にオキシ塩化ジルコニウム１２．７１ｑ）を
含む溶液を原料として、スプレードライヤーにより１８
０℃の熱風中にて３０秒以内で乾燥して粒径２０〜１５
０μの球形のジルコニウム化合物微粒体を得る。これを
大気下８００℃で１時間加熱処理して酸化ジルコニウム
微粉体５．４　ｋｇを得る。

岡、この微粒体を使用して成形体、焼結体を作製したと
ころ、理論密度の５１％のかさ密度の成形体、理論密度
の９９．７９１ｔの相対密度の焼結体、三点曲げ強度９
５１ｔ９／−の優れた焼結体が得られた。

実施例５ 水５５１！中にオキシ塩化ジルコニウム７ｋｇと塩化イ
ツトリウム０．５１　ｋｇとを溶解させた水溶液を原料
として、実施例４と同様の操作により正方晶からなる酸
化ジルコニウム微粒体２．７に９を得る。

伺、この微粒体を使用して成形体、焼結体を作製したと
ころ、理論密度の５１チのかさ密度の成形体、理論密度
の９９７％の相対密度の焼結体、三点曲げ強度９５に９
／−の優れた焼結体が得られた。

実施例６ 炭酸ジルコニウムＡ４に９と塩化イツトリウム１０８ｇ
を２６／の水に分散し、３５％塩酸７００ｄを添加して
溶解した水溶液を原料として、実施例４と同様の操作に
よシ正方晶からなる酸化ジルコニウム微粒体２に９を得
る。

同、この微粉体を使用して成形体、焼結体を作製したと
ころ、理論密度の５１チのかさ密度の成形体、理論密度
の９ｅ１６−の相対密度の焼結体、三点曲げ強度９０１
ｃ９／−の優れた焼結体が得られた。

実施例７ 水３５／中にオキシ塩化ジルコニウム五５に９と塩化イ
ア）リウム２５５９とを溶解させた水溶液に、アンモニ
ア水を加えて溶液のｐＨを８程度とする。生成したゲル
状物をスプレードライヤーにより１８０℃の熱風中にて
３０秒以内で乾燥して粒径２０〜５０μｍの球形のジル
コニウム化合物微粒体を得る。これを大気下８００℃で
１時間加熱処理して正方晶からなる酸化ジルコニウム微
粒体２．１ｋｇを得る。

伺、この微粒体を使用して成形体、焼結体を作製したと
ころ、理論密度の５１チのかさ密度の成形体、理論密度
の９９７チの相対密度の焼結体、三点曲げ強度９５ｋｇ
／−の優れた焼結体が得られた。

比較例１ 水５５１中にオキシ塩化ジルコニウムＡ３１１９と塩化
イツトリウム２５５ｇとを溶解させた溶液を原料として
、実施例１と同様の操作により酸化ジルコニウム水和物
を得る。これを１２０℃の箱型熱風乾燥器により１６時
間乾燥して、ジルコニウム化合物粒子を得る。更にこれ
を大気下８００℃で１時間加熱処理して酸化ジルコニウ
ム粉体１．３６〜を得る。この酸化ジルコニウム粉体は
２５チ程度の単斜晶系酸化ジルコニウムを含んでおり、
イツトリウムが均一に固溶していなかった。尚、この粉
体を使用して成形体、焼結体を作製したところ、理論密
度の４８％のかさ密度の成形体、理論密度の９７％の相
対密度の焼結体、三点曲げ強度７４に９／ｄの焼結体が
得られた。

比較例２ 水５５／中にオキシ塩化ジルコニウム五５に９と塩化イ
ツトリウム２５５ｇとを溶解させた溶液を原料として、
実施例１と同様の操作により酸化ジルコニウム水和物を
得る、これを１８０℃の箱型熱風乾燥器により６時間乾
燥してジルコニウム化合物粒子を得る。更にこれを大気
下８００℃で１時間加熱処理して酸化ジルコニウム粉体
１．３６に９を得る。この酸化ジルコニウム粉体は２０
％程度の単斜晶系酸化ジルコニウムを含んでいた。

伺、この粉体を使用して成形体、焼結体を作製したとこ
ろ、理論密度の４８チのかさ密度の成形体、理論密度の
９８チの相対密度の焼結体、三点曲げ強度７６ｋｇ／ｇ
２の焼結体が得られた。

比較例３ 水３５１！中にオキシ塩化ジルコニウム五５に９と塩化
イツトリウム２５５ｇとを溶解させた溶液を原料として
、これを１８０℃の箱型熱風乾燥器により５時間乾燥し
てジルコニウム化合物粒子を得る。

更にこれを大気下８００℃で１時間加熱処理して酸化ジ
ルコニウム粉体１．５６　ｋｇを得る。この酸化ジルコ
ニウム粉体は２６％程度の単斜晶系酸化ジルコニウムを
含んでいた。

同、この粉体を使用して成形体、焼結体を作製したとこ
ろ、理論密度の４７チのかさ密度の成形体、理論密度の
９７チの相対密度の焼結体、三点曲げ強度１．　Ｑ　ｋ
ｇ／ｖｄの焼結体が得られた。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ジルコニウム塩単独又はジルコニウム塩とマグ
   ネシウム、カルシウム及び３価以上の原子価を有する金
   属元素から選ばれる少なくとも一種の塩からなる水溶液
   を、気流中に噴霧して３０秒以内で乾燥し、ジルコニウ
   ム化合物を得た後、空気雰囲気中で加熱処理することを
   特徴とする酸化ジルコニウム微粉体の製造法。
2. （２）　ジルコニウム塩単独又はジルコニウム塩とマグ
   ネシウム、カルシウム及び３価以上の原子価を有する金
   属元素から選ばれる少くとも一種の塩からなる水溶液か
   ら、中和又は加水分解により得られる水酸化物又は水和
   物を、気流中に噴霧して５０秒以内で乾燥し、ジルコニ
   ウム化合物を得た後、空気雰囲気中で加熱処理すること
   を特徴とする酸化ジルコニウム微粉体の製造法。