JPS61122161A - ジルコニア焼結体 - Google Patents
ジルコニア焼結体Info
- Publication number
- JPS61122161A JPS61122161A JP59241062A JP24106284A JPS61122161A JP S61122161 A JPS61122161 A JP S61122161A JP 59241062 A JP59241062 A JP 59241062A JP 24106284 A JP24106284 A JP 24106284A JP S61122161 A JPS61122161 A JP S61122161A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintered body
- strength
- crystal
- zro
- tetragonal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、主に正方晶の結晶構造からなる高強度ＺｒＯ
，−Ｙ、０．系セラミック焼結体に関するものである。
，−Ｙ、０．系セラミック焼結体に関するものである。
最近、ジルコニア（以下ＺｒＯ，という）系セラミック
において、高温からの冷却時に生ずる（純ＺｒＱ、では
約１２００°Ｃ）正方晶から単斜晶へのマルテンサイト
変態を抑制することにより、室温においても正方晶を含
有したＺｒＯ，系セラミックが、高強度を有することが
明らかとなった。すなわち、該焼結体では、外部応力に
よって、内在するクラックなどの欠陥から、クラックが
更に進展する応力場において、上記のマルテンサイト変
態が生じ、その際ＶＣ４％にも達する体積膨張等により
、弾性歪みエネルギーが緩和されて、破壊靭性及び強度
が著しく増大するものである。
において、高温からの冷却時に生ずる（純ＺｒＱ、では
約１２００°Ｃ）正方晶から単斜晶へのマルテンサイト
変態を抑制することにより、室温においても正方晶を含
有したＺｒＯ，系セラミックが、高強度を有することが
明らかとなった。すなわち、該焼結体では、外部応力に
よって、内在するクラックなどの欠陥から、クラックが
更に進展する応力場において、上記のマルテンサイト変
態が生じ、その際ＶＣ４％にも達する体積膨張等により
、弾性歪みエネルギーが緩和されて、破壊靭性及び強度
が著しく増大するものである。
しかし、このような特性を持つＺｒＯ，系セラミックを
、構造材料として現在使用されている超合金や金層材料
の代替品として利用するためには、さらに強。
、構造材料として現在使用されている超合金や金層材料
の代替品として利用するためには、さらに強。
度を上げることが要求される。本発明者らは、Ｚｒ０１
−Ｙ、Ｏ，系焼結体に第３成分としてＴｉ０１を添加す
ることにより高強度化することを見い出した。ところで
、ＺｒＯ，焼結体へのＴｉｅ、添加に関する公知例とし
ては、本発明の対象であるｙ、 ｏ、を含有し、主に正
方晶の結晶構造からなる高強度ＺｒＯ，焼結体において
、焼結助剤として特開昭５８−１５６５７７では２％以
下添加すること及び特開昭５８−５２０６６では不純物
として０．５チ以下許容してもよいことが開示されてい
る。しかしこれらの公知例はいずれもＴｉｅ、の添加に
よる機械的強度向上について、実効があったか否かにつ
いては言及されていない。
−Ｙ、Ｏ，系焼結体に第３成分としてＴｉ０１を添加す
ることにより高強度化することを見い出した。ところで
、ＺｒＯ，焼結体へのＴｉｅ、添加に関する公知例とし
ては、本発明の対象であるｙ、 ｏ、を含有し、主に正
方晶の結晶構造からなる高強度ＺｒＯ，焼結体において
、焼結助剤として特開昭５８−１５６５７７では２％以
下添加すること及び特開昭５８−５２０６６では不純物
として０．５チ以下許容してもよいことが開示されてい
る。しかしこれらの公知例はいずれもＴｉｅ、の添加に
よる機械的強度向上について、実効があったか否かにつ
いては言及されていない。
本発明は前記のように、超硬合金や金属材料の代替品と
なし得る高強度ＺｒＯ，−Ｙ、Ｏｓ系焼結製品な提供す
ることを目的とする。
なし得る高強度ＺｒＯ，−Ｙ、Ｏｓ系焼結製品な提供す
ることを目的とする。
本発明は、従来公知のＹ、 ０． ＆６〜＆２ｗｔ４（
釣部〜１５ｍｏ１％）を含有し残部ＺｒＯ，からなるＺ
ｒＯ，焼結体にさらにＴｉｅ、 ｔＯ〜１１．０ｗｔ％
添加することにより、機械的強度を著しく向上させたＺ
ｒＯ，焼結体である。
釣部〜１５ｍｏ１％）を含有し残部ＺｒＯ，からなるＺ
ｒＯ，焼結体にさらにＴｉｅ、 ｔＯ〜１１．０ｗｔ％
添加することにより、機械的強度を著しく向上させたＺ
ｒＯ，焼結体である。
まず成分の限定理由を述べる。Ｔｉｅ、を除いた部分中
のＹ、 Ｏｓが１６ｗｔ４未満及び４２ｗｔ％を越える
と、それぞれ単斜晶及び立方晶の結晶が生成して正方品
の結晶の割合が低下し、高強度化が困難となムＴｉｅ、
は本発明には欠（ことのできない成分であるが、ｔｏｗ
ｔ４未満では効果が乏しく、１ｔＯｗｔ４を越えると、
結晶粒径を大きくし、強度低下の原因となる。したがっ
てＴｉｅ、は１．０〜１１０ｗｔ４とする。
のＹ、 Ｏｓが１６ｗｔ４未満及び４２ｗｔ％を越える
と、それぞれ単斜晶及び立方晶の結晶が生成して正方品
の結晶の割合が低下し、高強度化が困難となムＴｉｅ、
は本発明には欠（ことのできない成分であるが、ｔｏｗ
ｔ４未満では効果が乏しく、１ｔＯｗｔ４を越えると、
結晶粒径を大きくし、強度低下の原因となる。したがっ
てＴｉｅ、は１．０〜１１０ｗｔ４とする。
望ましくはｔＯ〜１０．Ｏｗｔ係である。
次に焼結体中の平均結晶粒径は０．５μｍ以下の範囲内
にあることが必要である。平均粒径が、０．５１ｒｎを
越えると正方晶粒子が２００〜３００°Ｃの温度範囲で
熱的安定性を低下し、長期的耐久性が期待できない。
にあることが必要である。平均粒径が、０．５１ｒｎを
越えると正方晶粒子が２００〜３００°Ｃの温度範囲で
熱的安定性を低下し、長期的耐久性が期待できない。
焼結体の密度は５．ｑＯｇｌｂａ８以上であることが必
要である。密度が５．９０シ一未満であることは空孔の
６ｆＳを意味し、機械的強度が低下する。
要である。密度が５．９０シ一未満であることは空孔の
６ｆＳを意味し、機械的強度が低下する。
本発明の焼結体において、Ｔｉ０１が果す強化機構は現
在解明されていない。
在解明されていない。
一般にＺｒＯ，焼結体の強度因子とされている密度。
結晶粒径及び結晶構造について、Ｔｉｅｔ無添加材及び
本発明の添加範囲でＴｉｅ、を添加して作製した材料の
比較調査結果によると、（イ）添加材及び無添加材とし
、マクロ及びミクロ的ボアは存在せず、はぼ理論密度に
達している。（したがってＴｉｅ２が高密度化のための
焼結助剤的作用をすることにより強度が向上するもので
はない。）（ロ）平均結晶粒径は同一製造条件の場合、
添加材の方が無添加材よりむしろ大きい。（ハ）結晶構
造についても（ロ）とｔｔ ｒ同様である。ことが判っ
た。したがって、上記強度因子で本発明の焼結体の強化
機構を説明することはできない。恐ら（、外部応力によ
り正方晶粒子が単斜晶粒子へ変態するときの歪エネルギ
ー及び界面エネルギ等がＴｉｅ、の添加により変化し、
これらが強度向上に寄与しているものと思われる。
本発明の添加範囲でＴｉｅ、を添加して作製した材料の
比較調査結果によると、（イ）添加材及び無添加材とし
、マクロ及びミクロ的ボアは存在せず、はぼ理論密度に
達している。（したがってＴｉｅ２が高密度化のための
焼結助剤的作用をすることにより強度が向上するもので
はない。）（ロ）平均結晶粒径は同一製造条件の場合、
添加材の方が無添加材よりむしろ大きい。（ハ）結晶構
造についても（ロ）とｔｔ ｒ同様である。ことが判っ
た。したがって、上記強度因子で本発明の焼結体の強化
機構を説明することはできない。恐ら（、外部応力によ
り正方晶粒子が単斜晶粒子へ変態するときの歪エネルギ
ー及び界面エネルギ等がＴｉｅ、の添加により変化し、
これらが強度向上に寄与しているものと思われる。
表に示すように、Ｙ、０．をそれぞれ２．７．易、 ４
．５．４２及び７．１ｗｔｇ１ｉ含む市販のＹ、０．固
溶ＺｒＯ，粉末（平均粒通約２０ＯＡ’）をそのまま並
びにこれ１Ｔｉｏ、粉末をそれぞれ０．５． ｔＯ，５
，０，Ｉ Ｑ、０．１２．０ｗｔ４の含有量となるよつ
秤量して添加した粉末に、若干のバインダ及び蒸留水を
加えてボールミルで２０時間混合した。
．５．４２及び７．１ｗｔｇ１ｉ含む市販のＹ、０．固
溶ＺｒＯ，粉末（平均粒通約２０ＯＡ’）をそのまま並
びにこれ１Ｔｉｏ、粉末をそれぞれ０．５． ｔＯ，５
，０，Ｉ Ｑ、０．１２．０ｗｔ４の含有量となるよつ
秤量して添加した粉末に、若干のバインダ及び蒸留水を
加えてボールミルで２０時間混合した。
得うれたスラリーをスプレードライヤで粒径約１００１
ｘｎの二次粒子に造粒し、この粒子を金型に充填してｔ
ｏｔｏｎ〆（４＋ｊ’の圧力で抗折試験及び他の試験用
の圧粉体を成形した。これらの圧粉体を電気炉で大気中
１４５０°Ｃ×１時間焼成し、さらに熱間水圧プＬ／ス
（ＨＩＰ）でＡｒ雰囲気９１４００°Ｃ１Ｃ１１５００
ａｔ時間の条件で処理した。これらの試料性１）
注２） Ｔ：正方晶 ○印は本発明材 Ｃ：立方品 Ｍ：単科晶 により抗折強度、かさ密度結晶粒径及び結晶構造をそれ
ぞれ測定した。この結果を表に示す。なお抗折試験は、
ＪＩＳ Ｒ１６０１により（スパン３０膓、３点曲げ
結果は試料１０ケの平均値）、また結晶構造は次の方法
によってそれぞれの割合を求めた。
ｘｎの二次粒子に造粒し、この粒子を金型に充填してｔ
ｏｔｏｎ〆（４＋ｊ’の圧力で抗折試験及び他の試験用
の圧粉体を成形した。これらの圧粉体を電気炉で大気中
１４５０°Ｃ×１時間焼成し、さらに熱間水圧プＬ／ス
（ＨＩＰ）でＡｒ雰囲気９１４００°Ｃ１Ｃ１１５００
ａｔ時間の条件で処理した。これらの試料性１）
注２） Ｔ：正方晶 ○印は本発明材 Ｃ：立方品 Ｍ：単科晶 により抗折強度、かさ密度結晶粒径及び結晶構造をそれ
ぞれ測定した。この結果を表に示す。なお抗折試験は、
ＪＩＳ Ｒ１６０１により（スパン３０膓、３点曲げ
結果は試料１０ケの平均値）、また結晶構造は次の方法
によってそれぞれの割合を求めた。
ＨＩＰ処理後の試験片を４００＋ダイヤモンドといしで
荒研摩した後、８００φ及び２０００φのダイヤモンド
といしで研摩し、さらに３！Ｉｒｎダイヤモンドと粒を
含むペーストで仕上研摩した。この研摩面にＸＩ線を照
射し、その回折線プロフィールにより各結晶構造を同定
し、単斜晶正方晶立方晶の各結晶の割合を回折ピークの
強度値で次式により求めた。
荒研摩した後、８００φ及び２０００φのダイヤモンド
といしで研摩し、さらに３！Ｉｒｎダイヤモンドと粒を
含むペーストで仕上研摩した。この研摩面にＸＩ線を照
射し、その回折線プロフィールにより各結晶構造を同定
し、単斜晶正方晶立方晶の各結晶の割合を回折ピークの
強度値で次式により求めた。
Ｘ１００（＠
Ｐｃ −１１００−（Ｐ ＋ Ｐｔ）
ただしｈ；単斜晶の割合
Ｐｔ；正方晶の割合
Ｐｃｊ立方晶の割合
Ｉｍ ＋単斜晶のピーク強度値
工ｔ；正方晶のピーク強度値
ＩＣ＋立方晶のピーク強度値
本表からＹ、０．を易〜６．２ ｗｔ％を含有する焼結
体に、さらにＴｉｅ、をｔＯ〜１ ｔｏｗｔに添加する
ことＫより抗折強度が無添加材に比べて１５憾以上向上
していることが判る。
体に、さらにＴｉｅ、をｔＯ〜１ ｔｏｗｔに添加する
ことＫより抗折強度が無添加材に比べて１５憾以上向上
していることが判る。
なお本表からはＹ、０．が２．７及び７．１ｗｔ４の場
合はＴｉ０１添加による抗折強度向上の効果が認められ
ない。
合はＴｉ０１添加による抗折強度向上の効果が認められ
ない。
以上述べたよ５に本発明の焼結体は、従来焼結助剤とし
て添加又は不純物とされていたＴｉｅ、の新規な機械的
強度向上効果を利用したものであり、この添加たよって
抗折強度を１４０ｙ％ｓ以上としたものである。これに
よって従来強度不足のため、代替できなかった超硬合金
や金属材料等の分野に使用することを可能にするもので
ある。
て添加又は不純物とされていたＴｉｅ、の新規な機械的
強度向上効果を利用したものであり、この添加たよって
抗折強度を１４０ｙ％ｓ以上としたものである。これに
よって従来強度不足のため、代替できなかった超硬合金
や金属材料等の分野に使用することを可能にするもので
ある。
手続補正書（自発）
［８Ｇ９！”” ％８Ｅ１
１、事件の表示
昭和５９年 特許願 第２４１０６２号２、発 明 の
名 称 ジルコニア焼結体補正の内容 二 明細書の特許請求の範囲を以下のように訂正する。
名 称 ジルコニア焼結体補正の内容 二 明細書の特許請求の範囲を以下のように訂正する。
「重量比で、 Ｔ裏Ｏｚ１．０〜１１．０％残部はこの
残部に対し３．６〜６．２％のＹ、Ｏ，とＺｒＯ□及び
不可避的不純物からなり、室温で主に正方晶の結晶構造
で平均結晶粒径０．５μ−以下、かさ密度５９．０ｇ／
ａｊ以上とすることを特徴とするジルコニア焼結体。」
２発明の詳細な説明の欄を以下のように訂正する− （１）明細書第３頁第１５行ｒ品」を「晶」に訂正する
。
残部に対し３．６〜６．２％のＹ、Ｏ，とＺｒＯ□及び
不可避的不純物からなり、室温で主に正方晶の結晶構造
で平均結晶粒径０．５μ−以下、かさ密度５９．０ｇ／
ａｊ以上とすることを特徴とするジルコニア焼結体。」
２発明の詳細な説明の欄を以下のように訂正する− （１）明細書第３頁第１５行ｒ品」を「晶」に訂正する
。
（２）明細書第４頁第２０行から同書第５頁第１行の「
（ハ）結晶構造についても・・・・判った。」を「（ハ
）結晶構造については、はとんど差はないことが判った
。」に訂正する。
（ハ）結晶構造についても・・・・判った。」を「（ハ
）結晶構造については、はとんど差はないことが判った
。」に訂正する。
（３）明細書第７頁第１５行ｒＩｏＪをｒＩｔＪに訂正
する。
する。
（４）明細書第７頁第１８行ｒＩｔ」をｒＩｃＪに訂正
する。
する。
（５）明細書第７頁第１９行ｒ Ｐｃ＝１００−（Ｐ
ｍ ＋ Ｐ ｔ ）Ｊ以下に「（％）」を加入する。
ｍ ＋ Ｐ ｔ ）Ｊ以下に「（％）」を加入する。
Claims (1)
- 重量比で、Ｔ＿１Ｏ＿２１％〜１１．０％残部はこの残
部に対し３．６〜６．２％のＹ＿２Ｏ＿３とＺｒＯ＿２
及び不可避不純物からなり、室温で主に正方晶の結晶構
造で平均結晶粒径０．５μｍ以下、かさ密度５．９０ｇ
／ｃｍ＾３以上とすることにより抗折力１４０ｋｇｆ／
ｍｍ＾２以上としたことを特徴とするジルコニア焼結体
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59241062A JPS61122161A (ja) | 1984-11-15 | 1984-11-15 | ジルコニア焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59241062A JPS61122161A (ja) | 1984-11-15 | 1984-11-15 | ジルコニア焼結体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61122161A true JPS61122161A (ja) | 1986-06-10 |
Family
ID=17068730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59241062A Pending JPS61122161A (ja) | 1984-11-15 | 1984-11-15 | ジルコニア焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61122161A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0373848A2 (en) * | 1988-12-13 | 1990-06-20 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Electrically conductive zirconia-based sintered body and process for the production thereof |
-
1984
- 1984-11-15 JP JP59241062A patent/JPS61122161A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0373848A2 (en) * | 1988-12-13 | 1990-06-20 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Electrically conductive zirconia-based sintered body and process for the production thereof |
| US5068072A (en) * | 1988-12-13 | 1991-11-26 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Electrically conductive zirconia-based sintered body and process for the production thereof |
| EP0373848B1 (en) * | 1988-12-13 | 1993-01-13 | Sumitomo Chemical Company Limited | Electrically conductive zirconia-based sintered body and process for the production thereof |
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