JPS61291417A - 安定化および部分安定化ジルコニア微粉末の製造方法 - Google Patents

安定化および部分安定化ジルコニア微粉末の製造方法

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JPS61291417A
JPS61291417A JP60129495A JP12949585A JPS61291417A JP S61291417 A JPS61291417 A JP S61291417A JP 60129495 A JP60129495 A JP 60129495A JP 12949585 A JP12949585 A JP 12949585A JP S61291417 A JPS61291417 A JP S61291417A
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burner
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zirconia
partially stabilized
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Kiyohiko Uchida
内田 清彦
Taido Kanesaki
泰道 兼先
Mitsumasa Saito
光正 斉藤
Masahiro Fukushima
福島 正博
Masahiro Kato
昌宏 加藤
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Sumitomo Cement Co Ltd
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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】 「産業上の利用分野」 この発明は構造材料セラミックスや機能性セラミックス
などに使用して好適な安定化ジルコニアおよび部分安定
化ジ、/L−フェアの製造方法に関する。
「従来め技術」 近年新素材として脚光を浴びているニューセラミックス
は、バイオセラミックス、構造材料セラミックスおよび
機能性セラミックスに大別さnるが、特に後の2つにお
いてはサブミクロンオーダーの微粉末原料の焼結操作を
主要製造プロセスとしている。そして、この微粉末原料
にZrO,,90意、Aム08、StO,などの酸化物
があり、こnらは極めて需要の高いものである。こnら
酸化物の中でジルコニア(ZrO,)は熱的、電気的、
・化学的、光学的さらには機械的な分野において特徴あ
る優tた性質が見い出さnており、特に高靭性を利用し
た機械構造材としての利用が期待さnている材料である
しかしながら、ジルコニアには次のような3つの変態が
ある。
そして、このような相変態に伴なって大きな体積変化が
生じ、セラミックスとして用いる場合は、MgO,Ca
b、Y=08 などの安定化剤を加え、立方晶系のみ、
または立方晶系を多く含む固溶体(安定化またけ部分安
定化ジルコニア)としなけnばならない。こnに対し、
従来より行なわnている安定化ジルコニア粉末を作る方
法としては、下記2方法が知らnている。
(a)ボールミル等を用いた機械的粉砕混合方法。
(b)ジルコニウムの塩と安定化剤の塩を溶解混合した
溶液にアンモニアなどのアルカリを加えて水酸化物の共
沈ゾルを得て、そnを焼成する方法。
「発明が解決しようとする問題点」 ところで、上記従来の安定化および部分安定化ジルコニ
アの製造方法には、下記のような問題があり、その解決
が望1’している。
すなわち、上記方法の前者脩)においては、ジルコニア
および安定化剤を均一に粉砕分散させるのに長時間の混
合操作が必要であり、そnに使わnるミルの材質(ジル
コニアにとっては不純物)の混入によってジルコニアの
品質低下が生じる、不規則な粒子形状となるばかりでな
く、粒子径がそろわない、そして製造に多くのエネルギ
ーを要する、という問題ヲ有している。
後者(b)においては、共沈する際に副生ずる硝酸塩、
塩酸塩などの除去が困難であり、沈澱物の洗浄、回収に
大変手間がかかるという問題がある。
また、共沈のpH;領域がそnぞれの塩で異なる勘合が
多く、均一な共沈物が得らnない、さらに乾燥して堅く
凝集した沈澱物をボールミル等により解砕しなけtはな
らない、という問題もある。
従って、こγLらの方法によって得らnる粉末は、良質
なセラミック焼結体をつくるための原料粉末に要求さ扛
る条件である(イ)高純曳であること、(ロ)粒径が小
さいこと、(ハ)粒形状が球形に近いこと、(ニ)粒度
分布が狭いこと、を満足しているとは言えないものであ
った。
この発明は、上記問題点を有する同相法、液相法による
安定化および部分安定化ジルコニアの製造方法とは異な
り、気相反応により安定化および部分安定化ジルコニア
を容易に得ることのできる製造方法を提供することを目
的とするものである。
「問題点を解決するための手段」 この発明にかかる安定化および部分安定化ジルコニア微
粉末の製造方法は、まず、可燃ガス、酸素または酸素含
有ガスにより火炎を形成するバーナーに昇華器により昇
華させたノーロゲン化ジルコニウムをそのまま、または
必要に応じてキャリアーガスとともに導く。同時に一方
において、安定化剤となる化合物をそのまま、または必
架に応じてキャリアーガスにより同バーナー火炎中に導
く。
そして、両者を同時に酸化反応させることにより安定化
および部分安定化ジルコニア微粉末を得るものである。
この時の安定化剤となる化合物は、気体、液体、固体の
いず牡でもよく、固体の場合は移送および酸化効率の上
から粒径の細かい粉末とした方が望ましい。バーナー火
炎中で起こる酸化反応および固溶体形成反応は、原料の
供給量、昇華温度、キャリアーガス量、可燃ガス看、酔
素量により任章に制御でき、組成は0〜100%の範囲
で、粒子径は0.01μm −o、 tμmの範囲で変
えることができる。
「作 用」 上記のような気相反応で作らfた微粉末は、上記(イ)
(ロ)儒)(ニ)のよい焼結体を作るための原料粉末に
要求さnる条件を満たし、しかも、この方法では安定化
剤をも同時に酸化させるので、気相中において安定化お
よび部分安定化ジルコニアを容易に得ることができる。
    ゛ 以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。
「実施例」 はψつの流体供給管、すなわち、可燃ガス供給管路2a
、酸素供給管路8a、安定化剤供給管路牛およびジルコ
ニウム供給管路5が連結さlしている。
前記可燃ガス供給管路2aの末端には、−酸化炭素供給
源2が連結さn、酸素供給管路8aの末端には酸素供給
源8が連結さnている。
また、前記安定化剤供給管4の中間には、安定化剤定量
供給器6が接続さn、同安定化剤供給管3の末端には、
流を調整弁7aおよびアルゴンガス供給源8aとが順次
連結さnている。
前記ジルコニウム供給管路5の中間には、昇華器9が接
続さ扛、この昇華器9には塩化ジルコニウム定量供給器
lOと、流量調整弁7Cおよびアルゴンガス供給源8C
とが並列に接続さnている。
そして、同ジルコニウム供給管路5の末端には流量調整
弁7bおよびアルゴンガス供給源8bとが順次連結さ1
ている。
(実施例1) この実施例は、四塩化ジルコニウムと塩化イツトリウム
(安定化剤)を原料として部分安定化ジルコニア微粉末
を製造する場合の一例である。
まず、四塩化ジルコニウムを定量供給器lOにより昇華
器9に供給する。昇華器9は予めφ00℃に加熱さnて
おり、四塩化ジルコニウムは即座に気体となり、バーナ
ーlの火炎中に導入さ扛る。
また、こnと同時に粒径/−2μmの徴求状塩化イツト
リウムを定量供給器6により供給し、アルゴンガスのキ
ャリアーにのせ、バーナー1に導入する。その結果、バ
ーナーl火炎中では両者は同時に酸化反応を起こし、イ
ツ) IJア部分安定化ジルコニア微粉末が得らfした
。この粉末はフィルターにより捕集した。この時の各成
分の供給流量は、下記表1の通9であった。
上記のようにして得らnた微粉末の結晶状態を知るため
に、まず、重子顕微 による観察および測定を行なった
ところ、粒径は約atμmで均一であり、形状はほぼ球
形であった。
次にこの微粉末をX線粉末回折法により回折X線のプロ
フィールを自動記録したところ、第2図に示す回折線が
得らnた。この時のX線回析装置の運転条件は、下記に
示す通りであった。
・ターゲット ・・・ (u 壽フィルター ・・・ Ni ・印加電圧および電流・・・、7oKV 、t OmA
・時定数  ・・・ 2sec ・走査速度 ・・・ 2°/ min 第2図の粉末X線回折図において2θ−30,2゜およ
び2θ−2g、2°付近に現われる最強線と、次に強い
回折線2θ−タ0.2の格子面間隔dの値を周知の2θ
〜d換算表から求めると、d−,2,96およびd−3
,/6と、d−/、ざ2となる。ASTMカードの索引
から最強線d−196またはd −3、/6が含まれる
分類グループ2.9り〜3.20を探し出し第2線の格
子面間隔の値が1.ざ2のものを探すと、そtに該当す
るものとして最強線をd−2,?りとするYttriu
m  Zirconium  0xide(92Zro
* ・ざY、 Qs i 立方晶)カ見ツカリ、ソノカ
ード番号は80−1467であることがわかる。
ASTMカード集から80−1467のカードを取シ出
し、カードに記載さnている回折線と記録した図形とを
比較すると記録さnた幾本かの回折線はZrQ鵞・Y、
0.(立方晶)として説明さnるが、そn以外の回折線
も11)、Zro!・Y、O,(立方晶)以外に他の構
造のものが存在していることがわかる。この他の回折線
を上記同様ASTMカードにより同定すると、単斜晶Z
rQ*および立方晶ZrQtが含まnていることがわか
る。従って、この微粉末は、立方晶ZrQs・Y漏O霊
、単斜晶ZrQs、正方晶Zr0tから成っているもの
と結論さnた。すなわち、このジルコニア微粉末は、酸
化イツトリアににより部分安定化さnていることが判つ
t0次に、この部分安定化ジルコニア微粉末をttto
℃、300ko/al、1時間のホットプレスにより成
を、焼結したところ、焼結密度ター9a/cvl、曲げ
強度lりOks/−の暁結体が得らnた。
(実施1/I31 この実施例は、四塩化ジルコニウムと炭酸カルシウム(
安定化剤)1−原料として、CaO安定化ジルコニア微
粉末を製造する場合の一例である。
第1図の装置を用い、粒経l〜2μmの粉末状の炭酸カ
ルシウムを定量供給器6によりアルゴンのキャリアーガ
スにのせ、バーナーlに導入し之。
その後は前記実施例と同様に行なつ之。この時の各成分
の供給流量は下記表2の通りであった。
〔表 2〕 得らまた微粉末の結晶状態を知るために、まず、前記同
様、電子顕微鏡による観察および測定を行なったところ
、粒径は約4/μmで均一であり、形状はほぼ球形であ
つ之。
次に、この微粉末を前記同様の条件で、X線粉末回析し
たところ、第3図に示す回折線が得らnた。この粉末X
線回折図において、2θ−30,2゜付近に現われる最
強線と次に強い回折線2θ−tO,10の格子面間隔の
値dを2θ〜d換算表から求めると、d−2,q4とd
−/、ざ2となる。前記同様にASTMカードの索引に
より最強線d−2,q6が含まnる分類グループを探し
出し、第2線の格子面間隔の値が/、、f2のものを探
すと、そ1に該当するものとしてCalcium Zi
rconium  0xide(ざrZrQt・/1c
aoi立方晶)が見つかり、そのカード番号は26−8
41であることがわかる。
ASTMカード集より26−3・41のカードを取り出
し、カードに記載さnている回折線と記録した図形を比
較すると、すべて一致する。従って、この微粉末は立方
晶zrO1−CaOから成っているものと結論さnる。
すなわち、このジルコニア微粉末は酸化カルシウムによ
り安定化さnていることが確めらnた。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明によって得らnた安定化
および部分安定化ジルコニア粉末は、従来の固相法、液
相法にみらnるような欠点はなく、高純度であシ、粒子
径も小さく、しかも球形に近い形状となっているので、
焼結体とするのに非常によい粉末である。ま九、気相法
であるので、粉末の製造、分離回収といった操作もきわ
めて簡単に行なうことができる。つまシ、この発明によ
nば、きわめて容易に高純度、超微粉末の安定化または
部分安定化ジルコニアを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の方法に用いて好適な製造装置の構成
図、第2図および第3図はそnぞnこの発明に基づいて
製造さnた酸化イツ) IJウム部分安定化ジルコニア
微粉末および酸化カルシウム安定化ジルコニア微粉末の
粉末X線回折図を示すものである。 ■・・・・・・バーナー、2・・・・・・−酸化炭素供
給源、2a・・・・・・可燃ガス供給管路、8・・・・
・・酸素供給源、8a・・・・・・酸素供給管路、4・
・・・・・安定化剤供給管、5・・・・・・ジルコニウ
ム供給管、6・・・・・・安定化剤供給器、7a 、 
7b 、 7G −−−−−−流量調整弁、8a r 
8b r 8c・・・・・・アルゴンガス供給源、9・
・・・・・昇華器、IO・・・・・・塩化ジルコニウム
定量供給器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  ハロゲン化ジルコニウムを加熱して昇華させ、これを
    可燃ガスおよび酸素または酸素含有ガスとともにバーナ
    ーに導くと同時に、ジルコニアの高温結晶構造である立
    方晶を常温にて安定化する安定化剤を前記バーナーに導
    いて、これらを火炎中で酸化させることにより安定化ま
    たは部分安定化ジルコニア微粉末を得ることを特徴とす
    る安定化および部分安定化ジルコニア微粉末の製造方法
JP60129495A 1985-06-14 1985-06-14 安定化および部分安定化ジルコニア微粉末の製造方法 Granted JPS61291417A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0401999A2 (en) * 1989-06-03 1990-12-12 Tioxide Group Limited Stabilized metal oxide powder compositions

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58176126A (ja) * 1982-04-07 1983-10-15 Inoue Japax Res Inc 希土類精鉱の処理方法
JPS60131826A (ja) * 1983-12-20 1985-07-13 Nippon Soda Co Ltd ジルコニア微粉末の製造方法および部分安定化ジルコニア焼結体の製造方法

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