JPS6096528A - Preparation of fine powder of zirconia - Google Patents

Preparation of fine powder of zirconia

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JPS6096528A
JPS6096528A JP58203619A JP20361983A JPS6096528A JP S6096528 A JPS6096528 A JP S6096528A JP 58203619 A JP58203619 A JP 58203619A JP 20361983 A JP20361983 A JP 20361983A JP S6096528 A JPS6096528 A JP S6096528A
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Abstract

PURPOSE:To obtain fine powder of zirconia with uniform particle size, by adding an aqueous solution of water-soluble zirconium to an alkali solution adjusted to a proper pH with carrying out pH adjustment, followed by separating, drying, and calcining precipitate. CONSTITUTION:>=40g/l calculated as ZrO2 of an aqueous solution of soluble zirconium salt such as ZrOCl2, etc. is added to an alkali solution adjusted to 9.5-13pH. In the operation, pH adjustment is carried out in such a way that pH during the reaction is kept in 9.5-13. If necessary, in order to maintain the pH range, a soluble sulfate in an amount to make a molar ratio of SO4<-2>/calculated ZrO2 of >=0.3 is added to the reaction system. The prepared precipitate is separated, dried, and calcined at >=600 deg.C. By this method, fine powder of zirconia having uniformity, preferably <= about 1mu average particle diameter, partially stabilized zirconia powder, or stabilized zirconia powder is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ジルコニア微粉末の製造法および安定化もし
くは部分安定化ジルコニア微粉末の製造法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing fine zirconia powder and a method for producing stabilized or partially stabilized fine zirconia powder.

最近のファインセラミックスの分野において。In the recent field of fine ceramics.

ジルコニア1fJ1部分安定化ジルコニア粉若しくは安
定化ジルコニア粉が、特にその耐熱特性の面で重要視さ
れている。ジルコニア粉は酸化ジルコニウム(ZrO2
)の粉末であり、優れた耐熱材料である。また部分安定
化および安定化ジルコニア粉は、ZrO2の単一成分か
ら構成されるのではなく安定化剤として、 Cab、 
MgO,Y203 、稀土類元素の酸化物などをZrO
2に数%〜十数%の量で配合した粉末であり、これらの
安定化剤の少ないものは部分安定化、多いものを安定化
ジルコニア粉と一般に呼ばれている。
Zirconia 1fJ1 Partially stabilized zirconia powder or stabilized zirconia powder is particularly important in terms of its heat resistance properties. Zirconia powder is zirconium oxide (ZrO2
) and is an excellent heat-resistant material. In addition, partially stabilized and stabilized zirconia powder is not composed of a single component of ZrO2, but also contains Cab, Cab, etc. as stabilizers.
MgO, Y203, rare earth element oxides, etc.
It is a powder containing a few percent to more than ten percent of zirconia powder, and those containing less stabilizer are generally called partially stabilized, and those containing more stabilizer are generally called stabilized zirconia powder.

部分安定化ジルコニア粉は、成形、焼成されて正方晶主
体の焼結体となるが、粉体粒度が大きくまた安定他剤濃
度が適切でないと、常温に冷却される過程で相転移が起
こり、4〜5%の体積膨張で割れが生ずる。しかし、適
正な量で安定化剤を配合した十分に細かい微粉体では正
方晶から単斜晶への転移エネルギーが内部に蓄えられ、
高強度かつ高靭性の焼結体が得られる。これは、現在超
硬材料などへの応用が検討されている。
Partially stabilized zirconia powder is shaped and fired to become a sintered body mainly composed of tetragonal crystals, but if the powder particle size is large and the concentration of the stabilizing agent is not appropriate, a phase transition will occur during the cooling process to room temperature. Cracking occurs at a volumetric expansion of 4-5%. However, in a sufficiently fine powder containing an appropriate amount of stabilizer, the transition energy from tetragonal to monoclinic is stored internally.
A sintered body with high strength and high toughness can be obtained. Application of this to superhard materials is currently being considered.

安定化ジルコニア粉は、安定化剤を多く配合することに
よって、相転移のない立方晶の焼結体とすることができ
る。これは、酸素イオン伝導性があるので酸素センサー
としての使用がなされたりしている。
The stabilized zirconia powder can be made into a cubic crystal sintered body without phase transition by blending a large amount of stabilizer. Since it has oxygen ion conductivity, it is used as an oxygen sensor.

このジルコニア粉1部分安定化ジルコニア粉。This zirconia powder is a partially stabilized zirconia powder.

安定化ジルコニア粉のいづれにおいても、均一な微粉、
好ましくは空気透過法で測定したときの値として平均粒
径が1μ以下の微粉であることが望ましい。本発明の目
的の一つはこれを達成することにある。
All stabilized zirconia powders have uniform fine powder,
Preferably, it is a fine powder with an average particle size of 1 μm or less as measured by an air permeation method. One of the objectives of the present invention is to achieve this.

そして部分安定化ジルコニア粉および安定化ジルコニア
粉にあっては、前記のように均一な微粉状であるほか、
安定化剤とZrO2との混合の度合が均一であることが
望ましい。すなわち、安定化剤とジルコニア粉との均一
混合の度合が、後の焼結の成否に大きく影響する。この
均一の度合が不十分であると、高温での処理時間の増加
や温度の上昇を伴い2粒成長が大きくなって均一混合の
ものに比べて強度が低下するようになる。従って。
Partially stabilized zirconia powder and stabilized zirconia powder are in the form of a uniform fine powder as described above.
It is desirable that the degree of mixing of the stabilizer and ZrO2 be uniform. That is, the degree of uniform mixing of the stabilizer and zirconia powder greatly influences the success or failure of subsequent sintering. If the degree of uniformity is insufficient, the treatment time at high temperatures and the temperature will increase, resulting in increased two-grain growth and a decrease in strength compared to a homogeneous mixture. Therefore.

微粉状態において、安定化剤とジルコニアとが均一に混
合されたものであることが望ましい。本発明の目的の一
つはこれを達成することである。
It is desirable that the stabilizer and zirconia are uniformly mixed in a fine powder state. One of the aims of the invention is to achieve this.

本発明者らは種々の試験研究を重ねた結果、前記目的が
効果的に達成されるジルコニア微粉末。
The inventors of the present invention have repeatedly conducted various tests and researches, and as a result, have developed a zirconia fine powder that effectively achieves the above objectives.

部分安定化もしくは安定化ジルコニア微粉末の製造法を
確立することができた。即ち9本発明は。
We were able to establish a method for producing partially stabilized or stabilized zirconia fine powder. That is, the present invention is as follows.

ジルコニア微粉末(Zr02単一成分)の製造法として
As a method for producing zirconia fine powder (Zr02 single component).

pn 9.5〜13のアルカリ溶液に、可溶性ジルコニ
ウム塩をZrO2換算で40g/j1以上となるように
溶解した水溶液を1反応中におけるpII値が9.5〜
13の範囲に維持されるようにpH調整しながら添加し
、得られた澱物を分離乾燥後、600℃を越える温度で
焙焼することからなるジルコニア微粉末の製造方法(第
一発明)、並びに。
The pII value in one reaction of an aqueous solution in which a soluble zirconium salt is dissolved in an alkaline solution of pn 9.5 to 13 at a concentration of 40 g/j1 or more in terms of ZrO2 is 9.5 to 13.
A method for producing fine zirconia powder (first invention), which comprises adding the zirconia fine powder while adjusting the pH to maintain it in the range of 13, separating and drying the obtained precipitate, and then roasting it at a temperature exceeding 600 ° C. and.

pH2〜13の酸またはアルカリ溶液に、可溶性ジルコ
ニウム塩をZrO2換算で40g/β以上となるように
溶解した水溶液を+ 502 /換算ZrO2のモル比
が0.3以上となるような量の可溶性硫酸塩の存在下で
1反応中におけるpH値が9.5〜13の範囲に維持さ
れるようにpH調整しながら添加し、得られた澱物を分
離乾燥後、600℃を越える温度で焙焼することからな
るジルコニア微粉末の製造方法(第二発明)を提供する
An aqueous solution in which a soluble zirconium salt is dissolved in an acid or alkaline solution with a pH of 2 to 13 at a concentration of 40 g/β or more in terms of ZrO2 + soluble sulfuric acid in an amount such that the molar ratio of 502/converted ZrO2 is 0.3 or more. In the presence of salt, it is added while adjusting the pH so that the pH value during one reaction is maintained in the range of 9.5 to 13, and the resulting precipitate is separated and dried, and then roasted at a temperature exceeding 600 ° C. A method for producing fine zirconia powder (second invention) is provided.

そして9部分安定化ジルコニア微粉末もしくは安定化ジ
ルコニア微粉末の製造法として。
And as a method for producing nine-part stabilized zirconia fine powder or stabilized zirconia fine powder.

pi 9.5〜13のアルカリ溶液に、可溶性ジルコニ
ウム塩をZrO2換算で40g/j!以上となるように
溶解し且つジルコニア安定化剤として常用のジルコニア
安定化物質の可溶性塩を適量溶解した水溶液を2反応中
におけるpfl値が9.5〜13の範囲に維持されるよ
うにpH調整しながら添加し、得られた澱物を分離乾燥
後、600℃を越える温度で焙焼することからなるジル
コニア微粉末の製造方法(第三発明)、並びに。
Add 40 g/j of soluble zirconium salt in terms of ZrO2 to an alkaline solution with pi 9.5 to 13! An aqueous solution containing an appropriate amount of a soluble salt of a zirconia stabilizing substance commonly used as a zirconia stabilizing agent dissolved in the above solution was adjusted to pH so that the pfl value was maintained in the range of 9.5 to 13 during the 2 reactions. A method for producing fine zirconia powder (third invention), which comprises adding the precipitate while separating and drying the resulting precipitate, and then roasting it at a temperature exceeding 600°C.

pH7〜13のアルカリ溶液に、可溶性ジルコニウム塩
をZrO2換算で40 g/ρ以上となるように溶解し
且つジルコニア安定化剤として品用のジルコニア安定化
物質の可溶性塩を適量溶解した水溶液を 502 /換
算ZrO2のモル比が0.3以上となるような量の可溶
性硫酸塩の存在下で1反応中におけるpH値が7〜13
の範囲に維持されるようにpl調整しながら添加し、得
られた澱物を分離乾燥後。
502/ The pH value in one reaction is 7 to 13 in the presence of an amount of soluble sulfate such that the molar ratio of converted ZrO2 is 0.3 or more.
The precipitate was separated and dried.

600℃を越える温度で焙焼することからなるジルコニ
ア微粉末の製造方法(第四発明)を提供するものである
The present invention provides a method for producing fine zirconia powder (fourth invention), which comprises roasting at a temperature exceeding 600°C.

以下にこれら本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below.

本発明では、まず可溶性ジルコニウム塩例えばオキシ塩
化ジルコニウムやオキシ硝酸ジルコニウムなどを溶解し
た水溶液、もしくはこれに安定剤の可溶性塩例えばカル
シウム、マグネシウム、イツトリウム、f4ff土類金
属等の塩化物を適量添加した水溶液から、中和操作によ
って澱物を生成させるのであるが、そのさい。
In the present invention, first, an aqueous solution in which a soluble zirconium salt such as zirconium oxychloride or zirconium oxynitrate is dissolved, or an aqueous solution in which an appropriate amount of a soluble salt of a stabilizer such as a chloride of calcium, magnesium, yttrium, F4FF earth metal, etc. is added is added. Therefore, a precipitate is generated through a neutralization operation.

第一に、この水溶液中のジルコニウム濃度が。First, the zirconium concentration in this aqueous solution.

ZrO2換算で40g/7!以上であること。40g/7 in terms of ZrO2! Must be above.

第二に、中和操作は、各発明で規定するpH値に維持さ
れたアルカリ溶液(第四発明では酸性溶液であってもよ
い)を準備し、このpH1N整液に該ジルコニウム含有
液を添加して行うこと。
Second, the neutralization operation involves preparing an alkaline solution maintained at the pH value specified in each invention (an acidic solution may be used in the fourth invention), and adding the zirconium-containing solution to this pH 1N solution. and do it.

第三に、このpH調整液にジルコニウム含有液を添加し
たさいに、その混合液のpiが、各発明で規定するpH
値に厳密に維持されるように、その混合液のp、Hを調
整すること、が基本的に重要であり。
Thirdly, when the zirconium-containing liquid is added to this pH adjustment liquid, the pi of the mixed liquid reaches the pH specified in each invention.
It is fundamentally important to adjust the pH and H of the mixture so that the values are maintained strictly.

この三要件を遵守したときに始めて、後続の焙焼のさい
に粒子相互の接着もしくは凝集を防止して所望の粒径以
下の均一微粉体とすることができるのである。すなわち
、この中和操作によると、焙焼のさいに粒子相互を接着
させる因子となるH2゜や0「などが実質上耐着しない
水酸化物を生成できるのからであると考えられるが、焙
焼したあとの粉末成品は、極めて微粉となる。
Only when these three requirements are complied with, it is possible to prevent adhesion or agglomeration of particles to each other during the subsequent roasting process and obtain a uniform fine powder with a desired particle size or less. In other words, this is thought to be because this neutralization operation generates hydroxides that are virtually resistant to adhesion of H2° and 0', which are factors that cause particles to adhere to each other during roasting. The powdered product after baking becomes an extremely fine powder.

第1図はこの中和操作を説明するための図である。lは
中和槽であり、この中和槽lにpH調整液2を準備して
おく。そして、このpH調整液2に対し7.Zr021
!1にで40g/j!以上の濃度のジルコニウム含有液
3を添加する。この添加がなされても、混合された液の
pl(が所定のpH値に厳密に維持・ されるように、
アルカリ溶液4(例えばNH40H溶液)の添加によっ
てpH調節を行う。これは、p11電極からのf79号
をDHコントローラー6に久方し、ア。
FIG. 1 is a diagram for explaining this neutralization operation. 1 is a neutralization tank, and pH adjustment liquid 2 is prepared in this neutralization tank 1. Then, for this pH adjustment liquid 2, 7. Zr021
! 40g/j in 1! Zirconium-containing liquid 3 having the above concentration is added. Even with this addition, the PL of the mixed solution is maintained strictly at a predetermined pH value.
pH adjustment is carried out by addition of an alkaline solution 4 (eg NH40H solution). This is because the f79 from the p11 electrode is sent to the DH controller 6, and a.

ルカリ熔液の供給ポンプ7にオン・オフ制御信号を出力
するようにすることによって簡便に行うことができる。
This can be easily done by outputting an on/off control signal to the supply pump 7 for the lukewarm solution.

なお、中和槽1は外部熱を出入させる恒温槽8の中に設
定して反応温度を一定に保つようにし、また攪拌用イン
ペラ9によって液を攪拌するようにするとよい。
It is preferable that the neutralization tank 1 is set in a constant temperature tank 8 through which external heat is input and output to keep the reaction temperature constant, and the liquid is stirred by a stirring impeller 9.

このようにして、 pH!II整液2に両液2のジルコ
ニウム含有液3を添加しかつpi調整することが重要で
あり、これとは逆に、ジルコニウム含有液にアルカリを
添加してpHm整するような中和操作では本発明の目的
を達成することはできない。
In this way, pH! It is important to add the zirconium-containing liquid 3 of both liquids 2 to the II liquid adjustment 2 and adjust the pi.On the contrary, in a neutralization operation in which an alkali is added to the zirconium-containing liquid to adjust the pHm. The purpose of the invention cannot be achieved.

とくに、この本発明に従う前記の中和操作は。In particular, said neutralization operation according to this invention.

第三および第四発明の部分安定化または安定化ジルコニ
ア微粉末を製造する方法において、安定化物質を共沈さ
せるうえで2重要な意味をもっている。すなわちジルコ
ニウムと安定化元素、とでは。
In the method for producing partially stabilized or stabilized zirconia fine powder of the third and fourth inventions, there are two important meanings in coprecipitating the stabilizing substance. In other words, zirconium and stabilizing elements.

沈澱生成pH域が著しく異なるために9通常の中和法に
従った場合にはその混合液がら同時に沈澱物を得ること
が困難である。従来の共沈法といわれているもは、酸性
液にアルカリを添加して行うものであり、このアルカリ
添加によってpiが変化してゆく過程で、澱物生成pH
順に次々に水酸化物が生じ、これに伴って一部はがの元
素も共沈するものの、結果としては分別沈澱となる。と
ころが。
Since the precipitate-forming pH range is significantly different, it is difficult to simultaneously obtain a precipitate from the mixed solution when a conventional neutralization method is followed. The conventional coprecipitation method is carried out by adding an alkali to an acidic solution, and in the process of changing pi due to the addition of the alkali, the precipitate formation pH changes.
Hydroxides are produced one after another, and some of the elements are also co-precipitated, but the result is fractional precipitation. However.

本発明に従う前記の三要件を遵守する中和操作によれば
、完全共沈物が得られるのである。
According to the neutralization operation according to the present invention, which complies with the above three requirements, a complete coprecipitate can be obtained.

前記の三要件の採用による効果は、後記実施例において
具体的に示すが、その概要について説明を加えると、ま
ず第一のジルコニウム含有液のジルコニウム濃度をZr
O2換算で40g/It以上とすることは、最終焙焼品
粉末が空気透過法による測定値で1μ以下の微粉とする
うえで、第一発明および第三発明おいて特に重要であり
、第二発明および第四発明においては望ましい。ZrO
2換算で40g/、より低い濃度の液を使用した場合に
は。
The effects of adopting the three requirements mentioned above will be specifically shown in Examples below, but to give an overview, first, the zirconium concentration of the first zirconium-containing liquid is
Setting the O2 equivalent to 40 g/It or more is particularly important in the first and third inventions in order to make the final roasted product powder a fine powder of 1 μ or less as measured by the air permeation method. This is desirable in the invention and the fourth invention. ZrO
40g/2, if a lower concentration solution is used.

本発明の他の条件は満たされても、乾燥澱物中に112
0や011−の混入が生じることが原因となると考えら
れるが、焙焼中に粒径が大きくなって1μ以下の微粉と
することができなくなる。
Even if the other conditions of the invention are met, 112
This is thought to be caused by the inclusion of 0 and 011-, but the particle size increases during roasting, making it impossible to form a fine powder of 1 μm or less.

また、第一発明と第三発明では、p11調整液並びに反
応液はそのpH値が9.5〜13の範囲のある一定の値
となるように厳密に調整されることが必要である。この
範囲のpH域であっても、 pH値に変動があると粒度
分布が比較的広い粉体となりやすい。
Further, in the first invention and the third invention, it is necessary to strictly adjust the pH value of the p11 adjustment liquid and the reaction liquid to a certain value in the range of 9.5 to 13. Even within this pH range, if the pH value fluctuates, powder tends to have a relatively wide particle size distribution.

pHが9.5より低いと、第一発明では平均粒径が大き
くなり(実施例2)、第三発明では嵩密度、比表面積、
平均粒径が共に大きくなる(実施例5の比較例)ので好
ましくない。
When the pH is lower than 9.5, the average particle size increases in the first invention (Example 2), and the bulk density, specific surface area,
This is not preferable since the average particle diameter becomes large in both cases (comparative example of Example 5).

しかし、第二発明や第四発明のように硫酸塩を存在させ
る場合には、このpH範囲はゆるくすることができ、第
二発明では2〜13に、第四発明7〜13のpH値であ
ればよい。この可溶性硫酸塩を存在させると、より微細
で嵩密度の低い粉体を得ることができる(実施例5.6
および7)。この硫酸塩が共存する場合には、 pH値
を前記範囲で低い方に設定しても高い方に設定しても微
細な粉体を得ることができ、嵩密度は低(することがで
きる。
However, when a sulfate is present as in the second invention and the fourth invention, this pH range can be relaxed, with the second invention having a pH value of 2 to 13, and the fourth invention having a pH value of 7 to 13. Good to have. The presence of this soluble sulfate makes it possible to obtain finer powders with lower bulk density (Example 5.6).
and 7). When this sulfate coexists, a fine powder can be obtained regardless of whether the pH value is set to the lower or higher end of the above range, and the bulk density can be low.

ただし、第四発明の場合にはpHが低いと澱物中への硫
酸根の巻き込みが生じゃすくなって焙焼時に硫酸系のガ
ス発生が見られるのでpH6以上の方が取り扱いやすい
、なお、この硫酸塩を共存させる場合には、ジルコニウ
ム含有液のジルコニウム濃度が最終焙焼粉末の粒径や嵩
密度に及ぼす影響が緩和されるので、必ずしも、ジルコ
ニウム含有液の濃度をZrO2換算で40g/It以上
としなくとも本発明の目的はほぼ達成できるが、40g
/it以上とする方が望ましいと言える。このような硫
酸塩添加の効果を得るには、その濃度は、硫酸根濃度の
換算ZrO2とのモル比で、つまり、sob/換算Zr
O2のモル比で0.3以上とするのが望ましく。
However, in the case of the fourth invention, if the pH is low, the sulfuric acid groups will not be easily incorporated into the sediment, and sulfuric acid gas will be generated during roasting, so it is easier to handle if the pH is 6 or higher. When this sulfate is allowed to coexist, the influence of the zirconium concentration of the zirconium-containing liquid on the particle size and bulk density of the final roasted powder is alleviated, so the concentration of the zirconium-containing liquid does not necessarily have to be 40 g/It in terms of ZrO2. Although the purpose of the present invention can be almost achieved without the above,
It can be said that it is more desirable to set it to /it or more. In order to obtain such an effect of sulfate addition, its concentration must be determined by the molar ratio of the sulfate radical concentration to the converted ZrO2, that is, sob/converted ZrO2.
It is desirable that the molar ratio of O2 is 0.3 or more.

これ以下の濃度ではあまり効果がない。中和操作にあた
って、この硫酸塩は、 pHfli整液(第1図の液2
)の側に入れておいてもよいし、ジルコニウム含有溶液
(第1図の液3)に添加しておいてもよい。
Concentrations below this level are not very effective. During the neutralization operation, this sulfate is added to the pHfli solution (solution 2 in Figure 1).
), or may be added to the zirconium-containing solution (liquid 3 in Figure 1).

以上説明した中和処理を実施することによって得られた
澱物は、第一発明〜第四発明のいづれにおいても、液か
ら分離して乾燥したあと、最終的には600℃を越える
温度で焙焼する。ただし1000℃を越える温度で焙焼
すると粒成長がおこって微粉としての特性が失われるの
で600越え1000℃以下の温度で焙焼するのがよい
。この温度での焙焼によって正方晶率の高いジルコニア
微粉末とすることができる。この600℃を越える温度
での焙焼に先立ち、いったん400〜5oo℃の温度で
予備焙焼すると、より微細な粉末を得ることができる。
In any of the first to fourth inventions, the precipitate obtained by carrying out the neutralization treatment described above is separated from the liquid and dried, and then finally roasted at a temperature exceeding 600°C. Bake. However, if roasted at a temperature exceeding 1000°C, grain growth will occur and the characteristics of a fine powder will be lost, so it is preferable to roast at a temperature exceeding 600°C and below 1000°C. By roasting at this temperature, fine zirconia powder with a high percentage of tetragonal crystals can be obtained. Prior to this roasting at a temperature exceeding 600°C, a finer powder can be obtained by pre-roasting at a temperature of 400 to 50°C.

これは、この400〜500℃付近に準安定正方晶の晶
出が起こって微細な核が生成し、この微細核が粒成長の
基点となるからであろうと思われる。
This is probably because crystallization of metastable tetragonal crystals occurs at around 400 to 500°C, producing fine nuclei, and these fine nuclei serve as base points for grain growth.

以下に実施例により本発明を説明するが、実施例中の正
方晶率は、得られた最終微粉末をX線回折し、A; 〔
正方晶(111)面のピーク高さ〕B; 〔単斜晶(1
1丁)面のピーク高さ〕C; 〔単斜晶(111)面の
ピーク高さ〕をめ9次の式 走化剤との混合の均一度の一つの指標となるものである
。すなわち1部分安定化領域の粉体に対しては安定化剤
との混合度が十分でない部分、または安定化剤が全くな
い部分では、ジルコニアは単斜晶を示し、十分に混合し
ている部分では正方晶を示すから、これが100%に近
いということは。
[
Peak height of tetragonal (111) plane] B; [Monoclinic (1
[Peak height of monoclinic (111) plane] C: [Peak height of monoclinic (111) plane] is an indicator of the uniformity of mixing with the 9th order chemotactic agent. In other words, for the powder in the one-part stabilization region, zirconia exhibits monoclinic crystals in areas where the degree of mixing with the stabilizer is insufficient or in areas where there is no stabilizer, and in areas where it is sufficiently mixed. Well, since it shows a tetragonal crystal, this is close to 100%.

混合度が均一であることを表す。従来の市販のものでは
、この正方晶率は通常、高(でも76%程度であるのに
対し1本発明法では下記実施例にも示すように100%
に近いものが得られる。
Indicates that the degree of mixing is uniform. In conventional commercially available products, this tetragonal crystal ratio is usually high (about 76%), whereas in the method of the present invention, it is 100% as shown in the following example.
You can get something close to.

また、比表面積はBET法、平均粒径は空気透過法で測
定した値である。
Further, the specific surface area is a value measured by the BET method, and the average particle diameter is a value measured by an air permeation method.

実施例1 第1図の設備で、中和槽l内のpi調整液2としてNi
14011でpHを10.5に調整した液を、そしてジ
ルコニウム含有液3としてZrOCl2 ・8.H,0
を表1の各濃度で熔解しだ液(各々のZrO2換算濃度
も表1に示す)を使用し、p11調整液2に液3を添加
した混合液のpH値が10.5に維持されるように液4
(NH4011溶液)でalli!整しながら、沈澱を
生成さセた。得られた沈澱を液から濾別したあと乾燥し
たうえ、700℃に保持された焙焼炉に装入して2時間
焙焼した。得られたジルコニア粉末の比表面積と平均粒
径を表1に併記した。
Example 1 In the equipment shown in Fig. 1, Ni was used as the pi adjustment liquid 2 in the neutralization tank l.
14011, the pH of which was adjusted to 10.5, and ZrOCl2 as zirconium-containing liquid 3.8. H,0
The pH value of the mixed solution obtained by adding solution 3 to p11 adjustment solution 2 was maintained at 10.5 by using melting solution at each concentration in Table 1 (each ZrO2 equivalent concentration is also shown in Table 1). liquid 4
(NH4011 solution) alli! During the preparation, a precipitate was formed. The obtained precipitate was filtered from the liquid, dried, and then placed in a roasting furnace maintained at 700°C and roasted for 2 hours. The specific surface area and average particle size of the obtained zirconia powder are also listed in Table 1.

表1 表1の結果から1本発明法に従った場合に、ジルコニウ
ム含有液のジルコニウム濃度と焙焼後の最終粉末の平均
粒径との間には明らかな相関が見られ、ジルコニウム濃
度が高くなるに従って平均粒径は細かくなる。1μ以下
の微粉末を得るにはジルコニウム含有液のZrO2換算
濃度で40g/j!以上とする必要があることが明らか
である。
Table 1 From the results in Table 1, it was found that when the method of the present invention was followed, there was a clear correlation between the zirconium concentration of the zirconium-containing liquid and the average particle size of the final powder after roasting. The average particle size becomes finer as the grain size increases. To obtain fine powder of 1μ or less, the ZrO2 equivalent concentration of the zirconium-containing liquid is 40g/j! It is clear that the above is necessary.

実施例2 ZrOClz・8.HaO濃度を400 g/ j! 
(Zr02換算で153.0 g/β)の一定とし、設
定pH条件(pH調整液2および反応混合液のpH)を
表2に示すように設定した以外は、前記実施例1と同様
の処理を実施した。得られた最終粉末の比表面積と平均
粒径を表2に併記した。
Example 2 ZrOClz・8. HaO concentration to 400 g/j!
(153.0 g/β in terms of Zr02) and the pH conditions (pH of pH adjustment solution 2 and reaction mixture) were set as shown in Table 2. was carried out. The specific surface area and average particle size of the final powder obtained are also listed in Table 2.

表2の結果から2本発明の方法を実施するさいにその設
定pH値と最終焙焼わ)末の平均粒径との間には明らか
な相関があり、設定pH値値が9.5より低いと平均粒
径が1μ以下の微粉末は得られないことがわかる。しか
し、設定p)I値が13を越えるような強アルカリでは
工業的に実施するには無理がありまた金属イオンの混入
なども生じる恐れがあるので好ましくはない。
From the results in Table 2, there is a clear correlation between the set pH value and the average particle size of the final roasted powder when implementing the method of the present invention, and the set pH value is lower than 9.5. It can be seen that if it is too low, fine powder with an average particle size of 1 μm or less cannot be obtained. However, a strong alkali with a set p)I value exceeding 13 is not preferred because it is difficult to carry out industrially and there is a risk of contamination with metal ions.

実施例3 ZrOClz ・8.1−LO濃度を400 g/ l
 (ZrOz換算で153.0 g/ 12 )の一定
とし、かつ設定pH値も10.5の一定として、焙焼条
件を表3のように変えた以外は、実施例1と同様の処理
を実施し、得られた粉末の比表面積と平均粒径をめた。
Example 3 ZrOClz 8.1-LO concentration 400 g/l
(153.0 g/12 in terms of ZrOz) and the set pH value was also kept constant at 10.5, and the same process as in Example 1 was carried out, except that the roasting conditions were changed as shown in Table 3. Then, the specific surface area and average particle size of the obtained powder were determined.

その結果を表3に併記した。なお、焙焼時の昇温速度は
全て同一条件とした。
The results are also listed in Table 3. Note that the temperature increase rate during roasting was all under the same conditions.

表3 表3の結果から、いったん、400〜500℃付近の温
度に保持した後、高温での焙焼を実施すると平均粒径が
一層細か(なることがわかる。これは450℃付近でジ
ルコニアiよ準安定正方晶の微細核を形成することによ
るからであろう。しかし、前記実施例1などにも示すよ
うに、そのまま600℃以上に昇温して焙焼しても十分
な微細粉とすることができる。
Table 3 From the results in Table 3, it can be seen that if the temperature is maintained at around 400 to 500°C and then roasted at a high temperature, the average particle size becomes finer. This is probably due to the formation of metastable tetragonal micronuclei. However, as shown in Example 1 above, even if the temperature is raised to 600°C or higher and roasted, sufficient fine powder is obtained. can do.

実施例4 第1図の設備で、中和槽1内のpH調整液2としてN1
14011でpHを10に調整した液を、そしてジルコ
ニウム含有液3として、ZrO2換算で97モル相当ノ
Zr0CI24 a、lha (400g/ J)と、
Y2O3換算で3モル相当の塩化インドリウムとを熔解
した混合溶液を使用し、 pHlll整液2に液3を添
加した反応液の設定pi値が10に維持されるように液
4(NI+4011溶液)チルH調整しながら、液温を
50℃に保ちつつ沈澱を生成させた。得られた沈澱を液
から濾別したあと乾燥したうえ、 800 ”cに保持
された焙焼炉に装入して2時間焙焼した。
Example 4 In the equipment shown in Fig. 1, N1 was used as the pH adjustment liquid 2 in the neutralization tank 1.
14011 and adjusted the pH to 10, and as zirconium-containing liquid 3, Zr0CI24 a, lha (400 g/J) equivalent to 97 mol in terms of ZrO2,
Using a mixed solution of indium chloride equivalent to 3 moles in terms of Y2O3, add solution 4 (NI + 4011 solution) so that the set pi value of the reaction solution, which is obtained by adding solution 3 to pHlll solution 2, is maintained at 10. Precipitate was generated while maintaining the liquid temperature at 50° C. while adjusting the chill H. The resulting precipitate was filtered from the liquid, dried, and then placed in a roasting furnace maintained at 800"C and roasted for 2 hours.

また比較のために1本例とは逆に、中和槽1内に前記と
同じ濃度のジルコニウムとイツトリウムの混合溶液を入
れ、この混合溶液にNi14011溶液を徐々に添加し
て最終的にpiが10になるまで中和して沈澱を生成さ
せた以外は、同様の条件として本例を実施した。
Also, for comparison, contrary to this example, a mixed solution of zirconium and yttrium with the same concentration as above was placed in the neutralization tank 1, and Ni14011 solution was gradually added to this mixed solution, until the pi This example was carried out under the same conditions except that the concentration was neutralized to 10 to produce a precipitate.

それぞれ得られた安定化ジルコニア粉末の緒特性値を表
4に示した。
Table 4 shows the characteristic values of the stabilized zirconia powders obtained.

表4 表4の結果から2本発明法によると、平均粒径が極めて
細かくかつ安定化剤とジルコニアとが完全均一になった
部分安定化ジルコニア微粉末が得られることがわかる。
Table 4 From the results shown in Table 4, it can be seen that according to the method of the present invention, partially stabilized zirconia fine powder having an extremely fine average particle size and a completely uniform composition of the stabilizer and zirconia can be obtained.

既述のように、正方品率は均一混合の一つの指標であり
、これが50%を割る比較例では、単斜晶が相当存在す
ることを示している。すなわち、ジルコニウムと安定化
物質を溶存した混合溶液にアルカリを添加して中和する
従来の常用の処方では本発明法のような完全共沈が起こ
らず1分別沈澱となって、これが、最終焙焼成品の正方
晶率を悪くするものと考えられる。これに対し1本発明
法では正方晶率100%のものが得られ、かつ平均粒径
も格段に細かくなる。
As mentioned above, the tetragonal fraction is one indicator of homogeneous mixing, and in comparative examples where this ratio is less than 50%, it indicates that a considerable amount of monoclinic crystal is present. In other words, in the conventional and commonly used formulation in which alkali is added to neutralize a mixed solution in which zirconium and a stabilizing substance are dissolved, complete co-precipitation as in the method of the present invention does not occur, but only one-fraction precipitation occurs, which is caused by the final roasting process. It is thought that this deteriorates the tetragonal crystal ratio of the fired product. On the other hand, according to the method of the present invention, a crystal having a tetragonal crystal content of 100% can be obtained, and the average particle size is also much finer.

実施例5 実施例4で使用したジルコニウムとイソ]・リウムとの
混合溶液に、さらに硫酸アンモニウム調整液を、Soイ
/Zro2のモル比が0.45となるような硫酸根濃度
で添加し、設定piを9.0とした以外は実施例4の処
方を実施した。
Example 5 To the mixed solution of zirconium and iso]-lium used in Example 4, an ammonium sulfate adjustment solution was further added at a sulfate concentration such that the molar ratio of SoI/Zro2 was 0.45, and the setting was made. The formulation of Example 4 was followed except that pi was 9.0.

また比較のために、硫酸アンモニウム調整液を無添加と
した以外は前記同様の処理を実施した。
For comparison, the same treatment as above was carried out except that no ammonium sulfate adjustment solution was added.

この比較例は、前記実施例4の設定pH値が10である
のに対し、これを9.0とした以外は実施例4と同一の
処理条件である。
This comparative example has the same processing conditions as Example 4, except that the pH value set in Example 4 was set at 9.0, whereas it was set at 9.0.

表5の結果から次のことが明らがである。The following is clear from the results in Table 5.

硫酸塩の存在によって、これが不存在の場合よりも平均
粒径は著しく小さくなり、がっ嵩密度は小さく比表面積
は大きくなる。設定pi値はこの硫酸塩の存在下では9
.5以下としても本発明の目的が達成できろ。しかし、
硫酸塩が存在しない場合には、比較例でみられるように
、設定pH値が9.0では本発明で目的とするような平
均粒径の細かい微粉は得られない。
The presence of sulfate results in a significantly smaller average particle size, lower bulk density and higher specific surface area than in its absence. The set pi value is 9 in the presence of this sulfate.
.. Even if it is less than 5, the object of the present invention can be achieved. but,
In the absence of sulfate, as seen in the comparative example, a fine powder with a fine average particle size as aimed at in the present invention cannot be obtained at a set pH value of 9.0.

実施例6 実施例5で使用したのと同じ濃度でジルコニウムとイツ
トリウムを熔解し、かつ硫酸アンモニウムを+ SO2
/ Zr O2のモル比が0.6となるような硫酸根濃
度で添加した混合溶液を使用し、設定pH値を表6に表
示のように変えた以外は、実施例5と同じ処方を実施し
た。得られた最終粉末の特性値を表6に示した。
Example 6 Melt zirconium and yttrium at the same concentrations used in Example 5 and add ammonium sulfate + SO2
/ Zr O2 The same recipe as in Example 5 was carried out, except that the mixed solution was added at a concentration of sulfate groups such that the molar ratio was 0.6, and the set pH value was changed as shown in Table 6. did. Table 6 shows the characteristic values of the final powder obtained.

表6 表6の結果より、硫酸塩添加の場合には設定pH値が約
9で比表面積が極大を示すことがわかる。
Table 6 From the results in Table 6, it can be seen that in the case of sulfate addition, the specific surface area shows a maximum at a set pH value of about 9.

また全体的にみれば、前掲の硫酸塩無添加の系のものに
比べ、比表面積が大きく平均粒径が細かくなり、嵩密度
は低く維持される。
Overall, the specific surface area is larger, the average particle size is smaller, and the bulk density is maintained lower than that of the above-mentioned sulfate-free system.

実施例7 硫酸アンモニウムを、 so2 /ZrO2のモル比が
1.0となるような量で、第1図のpH調整液2の側に
添加しておき、この液に対し、オキシ塩化ジルコニウム
(zrOC12・81(20)を300 g/ 1 、
塩化イソl−リウムをY2O3で3モル相当となるよう
に溶解した混合溶液(第1図の3の液に相当)を添加し
、設定ρ11値を10として沈澱を生成させ。
Example 7 Ammonium sulfate was added to the pH adjusting solution 2 side in Figure 1 in an amount such that the molar ratio of so2 /ZrO2 was 1.0, and zirconium oxychloride (zrOC12. 81 (20) at 300 g/1,
A mixed solution (corresponding to the solution 3 in FIG. 1) in which iso-lium chloride was dissolved in Y2O3 in an amount equivalent to 3 moles was added, and the set ρ11 value was set to 10 to form a precipitate.

これを脱水乾燥後、800℃で5時間焙焼した。After dehydration and drying, this was roasted at 800°C for 5 hours.

得られた粉体は。The obtained powder is.

嵩密度(g/aa)は0.63 比表面積(イ/g)は37.1 平均粒径(μ)は0.60 正方晶率(%)は89.7 であった。このように、硫酸塩はpn調整液の側Gこ添
加しておいても微粉が得られる。しかし、この場合には
正方品率が若干低下するようである。
The bulk density (g/aa) was 0.63, the specific surface area (I/g) was 37.1, the average particle size (μ) was 0.60, and the tetragonal crystal ratio (%) was 89.7. In this way, fine powder can be obtained even if the sulfate is added to the side of the pn adjustment solution. However, in this case, the square product rate seems to decrease slightly.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明法を実施する操作手順を説明するための
機器配置図である。 1・・中和槽、2・・pH調整液2,3・・ジルコニウ
ム含有液、4・・アルカリ溶液。 5・・pH電極、 6 ・・p■コントローラー。 9・・恒温槽。
FIG. 1 is an equipment layout diagram for explaining the operating procedure for carrying out the method of the present invention. 1. Neutralization tank, 2. pH adjustment liquid 2, 3. Zirconium-containing liquid, 4. Alkaline solution. 5...pH electrode, 6...p■controller. 9. Constant temperature bath.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 +11. pH9,5〜13のアルカリ溶液に、可溶性
ジルコニウム塩をZr0z換算で40g/N以上となる
ように溶解した水溶液を1反応中におけるpH値が9.
5〜13の範囲に維持されるようにpH1i整しな力(
ら添加し、゛得られた澱物を分離乾燥後、600℃を越
える温度で焙焼することからなるジルコニア微粉末の製
造方法。 (21,pH2〜13の酸またはアルカリ溶液に、可溶
性ジルコニウム塩をZrO2換算で40g/n以上とな
るように溶解した水溶液を+ 502 /換算Zr0z
のモル比が0.3以上となるような量の可溶性硫酸塩の
存在下で1反応中におけるpH値が9.5〜13の範囲
に維持されるようにpH1i整しながら添加し、得られ
た澱物を分離乾燥後、600℃を越える温度で焙焼する
ことからなるジルコニア微粉末の製造方法。 (3)、 pH9,5〜13のアルカリ溶液に、可溶性
ジルコニウム塩をZrO2換算で40g/J以上となる
ように溶解し且つジルコニア安定化剤として常用のジル
コニア安定化物質の可溶性塩を適量溶解した水溶液を1
反応中におけるpH値が9.5〜13の範囲に維持され
るようにpn調整しながら添加し、得られた澱物を分離
乾燥後、600℃を越える温度で焙焼することからなる
ジルコニア微粉末の製造方法。 (41,pH7〜13のアルカリ溶液に、可溶性ジルコ
ニウム塩をZrO2換算で40g/J以上となるように
熔解し且つジルコニア安定化剤として常用のジルコニア
安定化物質の可溶性塩を適量溶解した水溶液を、SO2
/換算ZrO2のモル比が0.3以上となるような量の
可溶性硫酸塩の存在下で1反応中におけるpH値が7〜
13の範囲に維持されるようにpi調整しながら添加し
、得られた澱物を分離乾燥後。 600℃を越える温度で焙焼することからなるジルコニ
ア微粉末の製造方法。
[Claims] +11. An aqueous solution prepared by dissolving a soluble zirconium salt in an alkaline solution having a pH of 9.5 to 13 at a concentration of 40 g/N or more in terms of Zr0z was added to an alkaline solution having a pH value of 9.5 to 13 during one reaction.
pH1i regulating force (
A method for producing fine zirconia powder, which comprises adding the precipitate obtained from the above, separating and drying the resulting precipitate, and then roasting it at a temperature exceeding 600°C. (21, an aqueous solution in which a soluble zirconium salt is dissolved in an acid or alkaline solution with a pH of 2 to 13 at a concentration of 40 g/n or more in terms of ZrO2 + 502 / converted Zr0z
In the presence of an amount of soluble sulfate such that the molar ratio of A method for producing fine zirconia powder, which comprises separating and drying the precipitate and then roasting it at a temperature exceeding 600°C. (3) In an alkaline solution with a pH of 9.5 to 13, a soluble zirconium salt was dissolved in an amount of 40 g/J or more in terms of ZrO2, and an appropriate amount of a soluble salt of a zirconia stabilizing substance commonly used as a zirconia stabilizer was dissolved. 1 aqueous solution
Zirconia fines are added while adjusting pn so that the pH value during the reaction is maintained in the range of 9.5 to 13, the resulting precipitate is separated and dried, and then roasted at a temperature exceeding 600°C. Method of manufacturing powder. (41, an aqueous solution in which a soluble zirconium salt is dissolved in an alkaline solution with a pH of 7 to 13 to a concentration of 40 g/J or more in terms of ZrO2, and an appropriate amount of a soluble salt of a zirconia stabilizing substance commonly used as a zirconia stabilizer is dissolved, SO2
In the presence of an amount of soluble sulfate such that the molar ratio of ZrO2/converted ZrO2 is 0.3 or more, the pH value in one reaction is 7 to 7.
Addition was made while adjusting the pi to maintain it within the range of 13, and the resulting precipitate was separated and dried. A method for producing fine zirconia powder, which comprises roasting at a temperature exceeding 600°C.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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