JPS6090869A - 高強度ジルコニアセラミツクスの製造方法 - 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】 本発明は高強度寓尊誹株ジルコニアセラミックスの製造
方法に関する。

酸化ジルコニウムを主成分とするジルコニアセラミック
スにおいて、安定化剤として用いる酸化カルシウム、酸
化マグネシウム、酸化イツトリウム等の添加量を少なく
すると部分安定化ジルコニアセラミックスとなり曲げ強
さ等が格段に向上することか一般に知られている。しか
しこの用途に使用する材料は水溶性酸化ジルコニウム塩
と安定化剤の水溶液とをｐＨ調整によシ共沈させて作成
したような微粉を使用する必要が多る。通常セラミック
ス製造に用いるような酸化ジルコニウム粉を使用すると
高い焼成温度が必要になシ、またセラミックス内に生成
する正方晶結晶が成長するため結晶変態を起こしゃすく
なシ焼成後の冷却過程で単斜晶に変る。その時の体積変
化によシセラミックスにクラックが生じる。このため結
晶が成長しにくい低温で焼結できるように微粉の酸化ジ
ルコニウム粉が用いられている。しかし微粉の酸化ジル
コニウム粉は、その製造法自体が複雑であるので割高に
なるうえ、安定化剤として使用する酸化イツトリウムも
高価でおるため一般構造材原料として使用される酸化ア
ルミニウムの２０倍以上にもなシ、この価格のため用途
も限定されてしまう。

また微粉であるため成形時の材料充填が困難でオシ、成
形体を焼成する際の焼成収縮率が大きいため、収縮のバ
ラツキによるクジツクが発生しやすい等大製品製造には
多大の困難が伴い、たとえ製造出来たものでも内部にク
ラックが含まれるものもある。さらに結晶が小さくでき
るため相変態を起こしにくいが、しかし５００℃以下で
長期間保持すると徐々に変態を起こし強度が急激に低下
する欠点がある。

本発明は上記の欠点のない高強度ジルコニアセラミック
スの製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明者は上記の欠点について種々検討した結果、比較
的安価な酸化セリウムを酸化ジルコニウムの安定化剤と
して使用し、酸化ジルコニウム粉７４〜８７重量％と酸
化セリウム粉１３〜２６重量％とを混合し、さらに１０
００〜１５００℃の温度で熱処理して中間混合物とし、
ついで中間混合物９０〜９９．９５重量％に酸化ビスマ
ス粉を０．０５〜１０重量％添加し、混合、粉砕、成形
した後１４００〜１６５０℃の温度で焼成したところク
ラック、結晶変態等が生ぜず結晶の安定性のある高強度
ジルコニアセラミックスを安価に製造できることを確認
した。この際使用する材料は微粉に限定することなく一
般のセラミックス、例えば圧電素子製造に用いられる酸
化ジルコニウム粉。

酸化セリウム粉、酸化ビスマス粉等が使用できることも
確認した。

また焼結助剤として酸化ビスマス粉を用いることによシ
比較的低い焼成温度から高い焼成温度まで緻密なセ、ラ
ミック組織が得られ焼結温度範囲が広くとれることが分
った。

さらに強度発現に大きく影響する正方晶結晶について、
酸化イツトリウムで部分安定化した正方晶ジルコニア結
晶は一３２５メツシュ粉砕処理で単斜晶に変化するが、
上記に示す方法によれば正方晶の状態を保っていること
も確認した。

本発明は酸化ジルコニウム粉７４〜８７重量−と酸化セ
リウム粉１３〜２６重量％とを混合し。

さらに１０００〜１５００℃の温度で熱処理して中間混
合物とし、ついで中間混合物９０〜９９．９５重量−に
酸化ビスマス粉を０．０５〜１０重量％添加し、混谷、
粉砕、成形後１４００〜１６５０℃の温度で焼成する高
強度ジルコニアセラミックスの製造方法に関する。

なお本発明において、酸化ジルコニウム粉は７４〜８７
重量％、酸化セリウム粉は１３〜２６重量％の範囲とさ
れ、酸化ジルコニウム粉が７４重量％未満および酸化セ
リウム粉が２６重量を越えると高強度のジルコニアセラ
ミックスを得ることが出来ない。酸化ジルコニウム粉が
８７重量％を越え、酸化セリウム粉が１３重量−未満で
あると結晶の安定化が不充分となり、焼成稜の冷却中、
単斜晶に変るため４セラミツクスにクラックが入り使用
できなくなる。酸化ジルコニウム粉および酸化セリウム
粉の配合量は上記の範囲とされるが。

酸化ジルコニウム粉を７９〜８４重量％、酸化セリウム
粉を１６〜２１重量−の範囲とすれば強度の向上および
熱的安定性の点で好ましい。

熱処理温度は１０００〜１５００℃の範囲とされ、１０
００℃未満であると処理の効果が小さくなり成形体の嵩
密度の低下、焼結しにくくなる等の欠点を生じる。１５
００℃を越えるどその後の工程における粉砕が困難にな
る。

酸化ビスマスの添加量は中間混合物９０〜９９．９５重
量％に対し０．０５〜１０重甘チの範せとされ。

０．０５重蓋チ未満の場合は焼結性が悪くなシ、また焼
結温度範囲が狭く、得られるセラミックスの強度が低く
なる。１０重ｆｑｂを越えると焼結温度範囲の減少、成
形物に変形等が生じる。酸化ビスマスの添加量は上記の
範囲とされるが、０．１〜３．０重量％添加すれば焼結
温度が低くなり、可焼底温度範囲が広くとれ強度のバラ
ツギが小さくなると共に経時変化の安定性の点で好まし
い。

焼成温度は１４００〜１６５０℃の範囲とされ１４００
℃未満の場合はセラミックスが焼結しない。また１６５
０℃を越えると成形物に変形等が生じる。

本発明において用いる各原料粉の純度は強度の向上およ
び強度のバラツキの点から９９％以上のものを用いるこ
とが好ましい。

酸化ジルコニウムには通常酸化ハフニウムが数パーセン
ト以上含有されるが、性能上は酸化ジルコニウムとほぼ
同じであり９本発明ではノ・フニウムは不純物として扱
わない。

以下実施例により本発明を説明する。

酸化ジルコニウム粉（第−希元素製ＥＰグレード）と酸
化セリウム粉（信越化学製）とを第１表に示す量を秤量
し、この組成物１００重量部に水８５重量部および玉石
２００重量部を加えてボールミルにて平均粒径０．６μ
ｍ以下に々るまで湿式混合、粉砕した。乾燥後温度１２
５０℃で１時間熱処理を行ない中間混合物を得た。次に
得られた中間混合物に酸化ビスマス粉を第１表に示す量
添加した組成物１００重量部に水７５重量部および玉石
２００重量部を加えて再びボールミルにて平均粒径０．
５５μｍになる迄湿式混合、粉砕した。

その後粉砕した泥漿にＰＶＡおよびワックスを添加し、
粉霧乾燥して成形粉を得た。次に成形粉を圧力１トン／
ｃｍ”にてラバープレス成形後第１表に示す温度で１時
間焼成し、各種測定を行なった。

そのうち曲げ強さは３Ｘ４Ｘ４０ｍｍ寸法の試料をスパ
ン３０ｍｍの３点曲げ試験で測定し、試料数５本の平均
値で示した。

以下余白 本発明は酸化ジルコニウム粉７４〜８７重量％と酸化セ
リウム粉１３〜２６重量％とを混合し。

さらに１０００〜１５００℃の温度で熱処理して中間混
合物とし、ついで中間混合物９０〜９９．９５重量優に
酸化ビスマス粉を０．０５〜１０重量％添加し、混合、
粉砕、成形後１４００〜１６５０℃の温度で焼成するこ
とによシフラック、結晶変態等が減少又は全く生ぜず結
晶の安定性のある高強度ジルコニアセラミックスを安価
に製造することができる。また本発明によれば各粉体の
粒径は一般セラミックスと同じ大きさのものが使用でき
。

特別の装置９条件を必要としない、焼成温度幅が大きい
ため焼成は通常のファインセラミックスよシ容易であり
、大型品も安価にそして低い不良率でできる等の効果も
有する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、酸化ジルコニウム粉７４〜８７重量％と酸化セリウ
   ム粉１３〜２６重量−とを混合し、さらに１０００〜１
   ５００℃の温度で熱処理して中間混合物とし、ついで中
   間混合物９０〜９９．９５重量優に酸化ビスマス粉を０
   ．０５〜１０重ｆ−添加し、混合、粉砕、成形後１４０
   ０〜１６５０℃の温度で焼成することを特徴とする高強
   度ジルコニアセラミックスの製造方法。