JPS61291458A - ジルコニア焼結体およびその製造法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、破壊強度、じん性などの機械的性質に優れ、
かつ、高い熱衝撃抵抗を有する、機械材料として好適な
ＺｒＯ□−ＣｅＯ，系部分安定化ジルコニア焼結体およ
びその製造法に関する。

［従来の技術］ 近年、正方晶を主構成成分とする、高じん性ジルコニア
焼結体が開発されているが、いずれも室温での破壊強度
やじん性に関しては非常に優れているものの、高温での
機械的特性は、マルテンサイト型変態による強化機構が
働かなくなるため、著しく低下するという欠点を有して
いる。さらに、耐熱衝撃性も、ジルコニア本来の性質で
ある低い熱伝導性と比較的大きな熱膨張係数のために、
高強度であるにもかかわらず、比較的低く、耐熱衝１４
度差４００℃のものをうるのは困難であった。特開昭５
９−１６２１７３公報に単斜晶３０ｗｔ％以下の正方晶
からなるＺｒＯ２−ＣｅＯ□系ジルコニア焼結体が開示
されているが、以上と同じ欠点を有している。

いっぽう、単斜晶と正方晶とからなるＺｒＯ２−８ｇ０
系部分安定化ジルコニア焼結体が知られており、・これ
は、耐熱衝撃性は優れているものの、破壊強度、じん性
などの機械的特性は充分でない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、優れた機械的特性、とくに高い破壊しん性と
優れた耐熱衝撃性の両特性を備えたジルコニア焼結体を
提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段および作用］本発明者ら
は、上述の目的を果すため研究を進めた結果、２ｒ０２
−　ＣｅＯ２系焼結体であって、単斜晶含有量が４０〜
８０ｗｔ％である、単斜晶および正方晶からなる、ジル
コニア焼結体がこの両者の特性を満足することを見出し
た。本発明の焼結体は、正方晶に起因する高じん性化機
構と単斜晶による微小クラックとによって上記両者の特
性を発揮するものと認められる。単斜晶および正方晶を
有するジルコニア焼結体・を製造する際、通常、これに
立方晶が１０ｗｔ％以下混入する。

しかし、この立方晶の混入は、上記の破壊しん性および
耐熱衝撃性をそこなわない。すなわち、本発明のジルコ
ニア焼結体としては、単斜晶が４０〜８０Ｗ【％含まれ
ておれば、単斜晶および正方晶以外に立方晶が１０ｗｔ
％以下混入していてもさしつかえない。

以下、本発明のジルコニア焼結体の製造法を説明する。

本発明のジルコニア焼結体中のＣｅＯ□／　ＺｒＯ□モ
ル比は、１０／９０〜２０／８０でなければならない。

したがって、焼結体の製造に供する原料粉末中のＣｅＯ
３／　ＺｒＯ２モル比も、１０／９０〜２０／８０でな
ければならない。これが１０／９０よりも小さい場合は
、正方晶が室温で単斜晶に転移してしまい、いっぽう、
２０／８０よりも大きい場合は、単斜晶を生成させるこ
とが困難になり、いずれの場合も、高じん性および耐熱
衝撃性の両特性を備えたものがえられないからである。

しかし、ＣｅＯ２／　ＺｒＯ２モル比１０／９０〜２０
／８０の範囲内の一種類の原料粉末を焼結しても、正方
晶単相のものしかえられない。本発明の焼結体をうるに
は、ある程度組成の異なる２種以上の原料を混合して用
いねばならない。すなわち、７ｒＯ，を９６％以上含む
７ｒＯ２−ＣｅＯ２系粉末とＣｅＯ□を２０％以上含む
ＺｒＯ２−　ＣｅＯ７系粉末とを混合してＣｅ０ｚ／Ｚ
ｒＯ。モル比　１０／９０〜２０／８０としたものを用
いればよいが、ＺｒＯ２とＣｅＯ２とを混合したものを
用いるのがもっともよい。この混合は、水。

アルコール等の中で行なえばよい。また、その混合は、
完全である必要はない。むしろ、あまりよく混合すると
、耐熱衝撃性が低くなる傾向がある。

本発明の焼結体中の平均粒子径は、５μ以下でなければ
ならない。この平均粒子径が５μをこえると、正方晶が
不安定になって単斜晶に転移してしまうからである。ジ
ルコニアは、通常１６５０℃以下で焼結するが、焼結温
度　１６５０℃以下で平均粒子径５μ以下の焼結体をう
るには、原料粉末の平均結晶子径は、０．５μ以下でな
ければならない。

［発明の効果コ 以上の説明から明らかなように、本発明のジ性が要求さ
れる用途、たとえば、ダイス、スプルコニア焼結体は、
機械的強度および耐熱衝撃シーノズル。粉砕用ボール、
水圧機器構造部品。

内燃機関構造部品、触媒担体などの工業材料として好適
である。

し実施例］ 以下、本発明の詳細な説明する。

ジルコニア粉末とセリア粉末またはイン１〜リア粉末と
をボールミルにより水中で湿式混合し、乾燥して微粉末
をえた。

この微粉末を金型およびラバープレスにより５Ｘ　３０
Ｘ　４５．の板状に成形し、電気炉で２時間焼結した。

上記以外の製造条件および焼結体の各種特性の測定結果
を下表、第１図および第２図に示す。

各種物性の測定は、以下のようにして行なった。

平均結晶子径：Ｘ線回折線のひろがりから求めた。

密度：アルキメデス法 平均粒子径＝　３μダイヤモンドペーストで鏡面研磨し
た試片をサーマルエツチングし、そのＳＥＭ写真からイ
ンターラブジョン法を用いて算出した。

硬度二石製作所製ＡＶＫ−Ａビッカース硬度計、荷重５
０１ｇ 破壊じん性：マイクロインデンテーション法。

荷重５０に９で新涼の式により算出した。

曲げ強度：　ＪＩＳ　Ｒ１６０１に準じた方法単斜晶ｆ
ｉｔ：　　３μダイヤモンドペーストで鏡面研磨した試
片のＸ線回折強度を測定し、下式によって求めた。

（Ｍ　（１１１）　＋　Ｍｍｒ＞）／（Ｃ（１１１）　
＋Ｔ（１１１）　　＋Ｍ（１１１）　　＋Ｍ（１１丁）
）Ｍ：単斜晶のｘ１ｍ回折強度 Ｔ：正方晶のＸ線回折強度 Ｃ：立方晶のｘｍ回折強度 熱Ｗ７１撃抵抗値：電気炉中で所定４度に１５分保持し
たのち、２０℃の水中に投下して、曲げ強度低下の起り
始める温度（表中のΔ■） 第１図および第２図はそれぞれ、高い熱衝撃抵抗値を示
した、表１における実施例５の焼結体の熱膨張率および
Ｘ線回折パターンを示すものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例５でえられた焼結体の熱膨張率と温度
との関係を示すグラフであり、第２図は、その焼結体の
Ｘ線回折パターンを示す図である。 特許出願人　東洋曹達工業株式会社 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＺｒＯ＿２−ＣｅＯ＿２系焼結体であって、単斜
   晶含有量が４０〜８０ｗｔ％である、単斜晶および正方
   晶からなる、ジルコニア焼結体。
2. （２）ＺｒＯ＿２またはＺｒＯ＿２を９６モル％以上含
   むＺｒＯ＿２−ＣｅＯ＿２系の粉末とＣｅＯ＿２または
   ＣｅＯ＿２を２０モル％以上含むＺｒＯ＿２−ＣｅＯ＿
   ２系の粉末とを混合してＣｅＯ＿２／ＺｒＯ＿２モル比
   １０／９０〜２０／８０、平均結晶子径０．５μ以下の
   混合微粉末をえ、成形し、焼結することからなる、ジル
   コニア焼結体の製造法。