JPS6168372A - Y2o3 containing partially stabilized zirconia - Google Patents

Y2o3 containing partially stabilized zirconia

Info

Publication number
JPS6168372A
JPS6168372A JP59189714A JP18971484A JPS6168372A JP S6168372 A JPS6168372 A JP S6168372A JP 59189714 A JP59189714 A JP 59189714A JP 18971484 A JP18971484 A JP 18971484A JP S6168372 A JPS6168372 A JP S6168372A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase
mol
toughness
martinsite
hardness
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
Application number
JP59189714A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
佐久間 健人
友一 吉澤
一 須藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP59189714A priority Critical patent/JPS6168372A/en
Publication of JPS6168372A publication Critical patent/JPS6168372A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、硬度および靭性のすぐれた新規なY2O3部
分安定化ジルコニアに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a novel Y2O3 partially stabilized zirconia with excellent hardness and toughness.

従来の技術 セラミックスは、構成原子間の結合様式の故に本来的に
脆い材料である。すなわち、金属材料と比べると材料内
で転位の増殖や運動ができにくく、一般に延展性が現わ
れてこない、しかし延展性そのものではないが、転位に
代ってクラックの進展を阻害したり、クラック先端での
応力を分散させたりする別の欠陥があれば脆性は多少な
りとも改善される。
BACKGROUND OF THE INVENTION Ceramics are inherently brittle materials because of the bonding patterns between their constituent atoms. In other words, compared to metal materials, it is difficult for dislocations to multiply and move within the material, and generally ductility does not appear. The brittleness can be improved to some extent if there is another defect that disperses the stress at the surface.

そこで近年、セラミックスの脆性改善策の一つとして注
目されてきたのが変態を利用した高靭性化(以下、トラ
ンスフォーメーション−タフニングの頭文字をとってT
、T、と略記する)である。これは、Zr(hの正方晶
相(以下し一相と略記)から単斜晶相(以下m−相と略
記)への変態が、マルテンサイト変態であることを利用
して靭性を向上させたもので、以下にT、T、の原理と
方法を簡屯に述べる。
Therefore, in recent years, one method that has attracted attention as a way to improve the brittleness of ceramics is to make them tougher by utilizing transformation (hereinafter referred to as transformation-toughening).
, T). This improves toughness by utilizing the fact that the transformation of Zr (h) from the tetragonal phase (hereinafter abbreviated as one phase) to the monoclinic phase (hereinafter abbreviated as m-phase) is a martensitic transformation. The principles and methods of T and T are briefly described below.

ZrO2に適当な他の酸化物1例えばY2O3、CaO
Other oxides suitable for ZrO2 such as Y2O3, CaO
.

MgO等、を加えた固溶体を高温の立方晶相(以下C−
相と略記)の憤域で作り、次いで温度を少し下げてC−
相とt−相の2相領域で焼鈍する。するとC−相の中に
Zr2O3に豊むt−相か析出する。
A solid solution containing MgO, etc. is converted into a high-temperature cubic phase (hereinafter referred to as C-
(abbreviated as "phase"), then lower the temperature a little and cook at C-
Annealing is performed in a two-phase region of phase and t-phase. Then, a t-phase rich in Zr2O3 is precipitated in the C-phase.

この析出相は、その組成、大きさおよび母相との整合性
に依存する特定なMs点(マルテンサイト変態の始まる
温度)を持つが、通常は室温以下にMS点を持つ様に焼
鈍温度と時間を定める。この様にして生成された室温で
も安定な七−相の析出物を持つジルコニア固溶体は1部
分安定化ジルコニア(以下PSZと略記)と呼ばれてい
る。
This precipitated phase has a specific Ms point (temperature at which martensitic transformation begins) that depends on its composition, size, and consistency with the parent phase, but usually the annealing temperature is adjusted so that the MS point is below room temperature. Set a time. The zirconia solid solution having a seven-phase precipitate that is stable even at room temperature and thus produced is called partially stabilized zirconia (hereinafter abbreviated as PSZ).

さてこの様にして析出したし一相は周囲から応力を加え
るとm−相にマルテンサイト変態する。
Now, one phase precipitated in this manner transforms into a martensitic phase when stress is applied from the surroundings.

すなわち変態することによって材料にかけられていた応
力が緩和する。このことはセラミックス材の中を伝搬し
てきたクラックについても同様に成立し、その先端での
応力を感じてt−相析出物はm−相へとマルテンサイト
変態(応力誘起マルテンサイト変態)する、するとクラ
ック先端の応力は緩和される。すなわちクラックはそこ
で一旦停止する。しかもm−相はその体積変化の効果に
よってクランクの成長を限外する向きの応力をクランク
にかけることになる。従ってL−相からm−相へ変態し
た時に作用していた応力以上の応力をかけない限りクラ
ックはそれ以上進展しない。
In other words, the stress applied to the material is relieved by the transformation. This also holds true for cracks that have propagated through the ceramic material, and the stress at the tip of the crack is felt and the t-phase precipitate undergoes martensitic transformation to the m-phase (stress-induced martensitic transformation). The stress at the tip of the crack is then relaxed. In other words, the crack temporarily stops there. Moreover, the m-phase exerts stress on the crank in a direction that limits the growth of the crank due to its volume change effect. Therefore, unless a stress greater than the stress acting upon transformation from L-phase to M-phase is applied, cracks will not develop any further.

この様な現象を利用したPSZのT、T、に関する最初
の論文はNature、258 、703 (1975
)にGarvie等によって発表されたが、その後もT
、T、に関しては学術論文、特許等に多数の発表がなさ
れている。
The first paper on PSZ T and T using such phenomena was published in Nature, 258, 703 (1975
) was announced by Garvie et al., but thereafter T.
,T, has been published in many academic papers, patents, etc.

一方、1978年C1aussen等は1元来はとんど
固溶しないM2O3とZr02(Y2’03を少量添加
しである)とを混合、焼結し、ZrO2粒子をM2O3
の母相中に分散させ、ZrO2のt−相からm−相への
変態を利用してその材料の靭性を向上することに成功し
た。そこでは粒内や粒界に分散したZroz粒子は、焼
結後の冷却時にt−相からm−相へマルテンサイト変態
をするが、その時ZrO2粒子の周囲の母相には多数の
微小なりラックが発生する。この微小なりラックは大き
なりラックが伝搬してきた場合、その先端での応力を分
散させて、材料の靭性を向上させる。この様に間接的に
変態を利用して靭性を高めるという手法はマトリックス
がAQ2O3のみの材料に限らず各種セラミックス材料
に応用されている。
On the other hand, in 1978, C1aussen et al. mixed and sintered Zr02 (with a small amount of Y2'03 added) and M2O3, which is not normally a solid solution, and mixed ZrO2 particles into M2O3.
We succeeded in improving the toughness of the material by dispersing ZrO2 into the matrix of ZrO2 and utilizing the transformation of ZrO2 from t-phase to m-phase. There, the Zroz particles dispersed within the grains and at the grain boundaries undergo martensitic transformation from the t-phase to the m-phase during cooling after sintering, but at that time, a large number of microscopic or racks are formed in the matrix around the ZrO2 particles. occurs. When a large rack propagates, this small rack disperses the stress at its tip, improving the toughness of the material. This method of increasing toughness by indirectly utilizing transformation is applied not only to materials whose matrix is only AQ2O3 but also to various ceramic materials.

通常セラミックスの靭性は破壊靭性値Krcによって表
わすが、例えば反応焼結により得られたSi3N4の靭
性値が約2MN/m”であるのに対し、上記のPSZで
は15MN/ m”にも達する。しかしそれでもAQ金
合金35>IN/ m″7にも及ばないのが現状である
Normally, the toughness of ceramics is expressed by the fracture toughness value Krc, and for example, while the toughness value of Si3N4 obtained by reaction sintering is about 2 MN/m'', the toughness value of the above PSZ reaches as much as 15 MN/m''. However, the current situation is that it still falls short of AQ gold alloy 35>IN/m″7.

以上述べて来た様に応力誘起マルテンサイト変態や変態
に伴なう微小クラックを利用した靭性向上の方法は、い
づれもZrO2を主成分とする析出粒子あるいは分散粒
子を母相中に熱処理を施すことによって生成させること
を特徴とするものである。
As mentioned above, the methods of improving toughness using stress-induced martensitic transformation and microcracks accompanying the transformation involve heat-treating precipitated or dispersed particles containing ZrO2 as a main component in the matrix. It is characterized by being generated by

発明が解決しようとする問題点 一方1本発明はY2O3を含むジルコニアの硬度および
靭性を改善したものである。
Problems to be Solved by the Invention On the other hand, the present invention improves the hardness and toughness of zirconia containing Y2O3.

従来のようにC−相を持つ母相中に析出熱処理によって
七−相を出現させたり、焼結によってt−相のZr0t
を分散させたりするものではなく、均一な高温のC−相
から単純な冷却を行うことによって菱面体晶相(以下r
−相と略記する)マルテンサイトおよび/または仁−相
マルチンサイトを出現させた点で従来のPSZとは異な
っている。
Conventionally, a 7-phase can be made to appear in a matrix having a C-phase by precipitation heat treatment, or a t-phase Zr0t can be created by sintering.
The rhombohedral phase (hereinafter r
It differs from conventional PSZ in that martensite (abbreviated as ``-phase'') and/or jin-phase martinsite appears.

ここで注意しておかなくてはならない事は、C−相から
む一相への変態も1本発明の手法によればマルテンサイ
ト変態であって、従来の原子の拡    ・・散による
析出とは異なるという点である。そのだめ1本発明で対
象とするマルテンサイト変態によって生成した七−相を
t−相マルチンサイトと称する。
It should be noted here that the transformation from a C-phase to a single phase is also a martensitic transformation according to the method of the present invention, and is different from the conventional precipitation by diffusion of atoms. The point is that they are different. Therefore, the seven-phase produced by martensitic transformation, which is the object of the present invention, is referred to as t-phase martinsite.

またジルコニアセラミックスにおいてバルク内にr−相
を見出したのも初めての報告であり、しかもそれがマル
テンサイト変態によることを明らかにしたのも本願以前
には摺合されていない、そしてこのt−相マルチンサイ
トおよびr−相マルチンサイトの出現こそが本発明のP
SZにおける硬度および靭性の向上の原因となっている
わけである。
This is also the first report to discover an r-phase in the bulk of zirconia ceramics, and furthermore, it has been revealed that this is due to martensitic transformation, which had not been combined prior to this application, and this t-phase martinsite and The appearance of r-phase martinsite is the P of the present invention.
This is the cause of the improvement in hardness and toughness in SZ.

本発明は従来のPSZにおける熱処理法とは異なった方
法、すなわち中間焼鈍なしにa当な冷却速度でC−相か
ら冷却することによってt−相マルチンサイトおよび/
またはr−相マルチンサイトを出現せしめたもので、従
来のPSZ材と同等もしくはそれ以上の硬度および靭性
を有するY2O3部分安定化ジルコニアである。
The present invention differs from the conventional heat treatment method in PSZ, that is, by cooling from the C-phase at a reasonable cooling rate without intermediate annealing, the t-phase martinsite and/or
Alternatively, it is Y2O3 partially stabilized zirconia which has the appearance of r-phase martinsite and has hardness and toughness equivalent to or higher than conventional PSZ materials.

問題点を解決するための子役 本発明は以下に詳しく述べる様な手法によって、C−相
を持つZ rOz −Y20y固溶体中にt−相および
/またはr−相をマルテンサイト変態によって出現させ
、高硬度、高靭性のPSZ材を得るものである。
A child actor for solving the problems The present invention uses a method described in detail below to make a t-phase and/or an r-phase appear in a ZrOz -Y20y solid solution having a C-phase by martensitic transformation, and A PSZ material with high hardness and toughness is obtained.

本発明PSZの化学成分は、Y2O〕が1−10モル%
、残りが実質的にZ r 02であり、他に不純物とし
て5102、Fl!203 、TiO2などを僅かに含
んでいる。
The chemical composition of the PSZ of the present invention is 1-10 mol% of Y2O]
, the remainder is essentially Z r 02, and other impurities include 5102 and Fl! 203, TiO2, etc.

Y203が1モル%未満の場合には、上記の手法によっ
てできた材料の室温での相はm−相のみであり、このm
−相はC−相→を一相→m−相へと冷却中に次/、と変
態してできたものである。
When Y203 is less than 1 mol%, the material made by the above method has only the m-phase at room temperature, and this m-phase
The -phase is formed by transforming the C-phase to the one-phase to the m-phase during cooling.

Y2O3の含有値が1モル%を越えると、を−相マルチ
ンサイトが混合し始め、m−相の鼠が相対的に減少する
。 Y20x 2モル%では室温の組織はほとんど七−
相ブルチンサイトであるが若干のr−相が存在するよう
になる。2.5モル%ではマルテンサイトとして七−相
とr−相が混在するようになる。Y2O3のモル%がこ
の組成以上になるとマルテンサイト相以外に未変態の母
相(c−相)が残存する。そしてY2O3のモル%が増
すに従って母相のマルテンサイト相に対する相対的な箪
は一般に増大していく。しかしその値は結晶粒の大きざ
に依存し、 2.5%Y2O3の場合、平均1mm径の
粒では約80%がマルテンサイト相であるが、数pm径
の結晶粒では約50%がマルテンサイトとなる。Y2O
3が3%ではマルテンサイトはほとんどr−相であり、
時にし一相がわずかに存在する。このときも母相のC−
相の量は上記で述べたのとほぼ同じ割合で存在する。3
.5モル%でもr−相とし一相が混在する状況は同じで
あるが、母相の量は相対的に増している。4〜10モル
%ではほとんどt−相でルテンサ仁トのみがマルテンサ
イト相として観察されるがその相対量はY2O3モル%
と共に減少し、10モル%ではマルテンサイトは極〈ま
れにしか観察されない。
When the content of Y2O3 exceeds 1 mol %, the -phase martinsite begins to mix, and the m-phase martinsite decreases relatively. At 2 mol% Y20x, the structure at room temperature is almost seven-
Although the phase is bruchinsite, some r-phase is present. At 2.5 mol%, the hepta-phase and r-phase coexist as martensite. When the mole % of Y2O3 exceeds this composition, an untransformed parent phase (c-phase) remains in addition to the martensitic phase. As the mole % of Y2O3 increases, the relative size of the parent phase to the martensitic phase generally increases. However, its value depends on the size of the crystal grains; in the case of 2.5% Y2O3, about 80% of grains with an average diameter of 1 mm are martensite, but about 50% of grains with a diameter of several pm are martensite. It becomes a site. Y2O
When 3% is 3%, martensite is mostly r-phase,
Sometimes a small amount of one phase exists. At this time as well, the matrix C-
The amounts of phases are present in approximately the same proportions as stated above. 3
.. Even at 5 mol %, the situation where the r-phase and one phase coexist is the same, but the amount of the parent phase is relatively increased. At 4 to 10 mol%, most of the t-phase and only rutensanito are observed as martensitic phase, but the relative amount is Y2O3 mol%.
At 10 mol %, martensite is only rarely observed.

Y20310モル%超では、マルテンサイトは生成せず
、室温での組織は高温で生成するC−相と同様であるの
で、本発明ではt−相マルチンサイトおよびr−相マル
チンサイトが室温で安定に存在するYz Oi 1 ”
 l 0モル%の範囲に限定した。
If Y203 exceeds 10 mol%, martensite is not produced and the structure at room temperature is similar to the C-phase produced at high temperatures. Therefore, in the present invention, t-phase martinsite and r-phase martinsite are stable at room temperature. Existing Yz Oi 1”
It was limited to a range of 0 mol%.

本発明のPSZを製造するには、粉状のZrO2とY2
O1を混合してから高温でたとえば溶融してC−相を形
成してから冷却することで製造することができる。
To produce the PSZ of the present invention, powdered ZrO2 and Y2
It can be produced by mixing O1 and then melting it at a high temperature to form a C-phase, followed by cooling.

肝要な点はi!X成が均一なC−相を高温和として得る
ことであり、その手法は問わないが、アルゴンアーク溶
解、プラズマ加熱、あるいはYz(h−ZrO2の固溶
体粉末をC−相領域で焼結する方法などを利用すること
で目的を達することができる。
The important point is i! The purpose is to obtain a C-phase with uniform X formation as a high-temperature summation, and the method is not limited, but argon arc melting, plasma heating, or a method of sintering a solid solution powder of Yz (h-ZrO2 in the C-phase region) You can achieve your goal by using .

本発明の範囲内でZrO2とY2O3を所望組成に混合
して、例えば高温で溶解すると、Y201とZr0zは
約2750℃以上で均一組成の溶体を形成する。そして
これを冷却すると、本組成のものについては、組成の変
動のほとんどないジルコニアを得ることができる。冷却
後の試°料をEPMAによって分析すると、組成は均一
であり、Y203が粒界等に析出あるいは偏析している
徴しはない。
Within the scope of the present invention, when ZrO2 and Y2O3 are mixed to a desired composition and melted, for example at a high temperature, Y201 and Zr0z form a solution with a homogeneous composition above about 2750°C. When this is cooled, zirconia with this composition can be obtained with almost no fluctuation in composition. When the sample after cooling was analyzed by EPMA, the composition was uniform, and there was no sign that Y203 was precipitated or segregated at grain boundaries.

高温で溶融した均一組成のC−相固溶体を比較的早く、
具体的には約り℃/秒以上の冷却速度で冷却するとC−
相中にt−相の析出は起らず、比較的低温でC−相→を
一相、C−相→r−相のマルテンサイト変態が起る。そ
の結果、材料の表面を光学顕微鏡で観察するとマルテン
サイトに特有な表面起伏が観察され、偏光顕微鏡で観察
するとマルテンサイト板および内部欠陥としての双晶が
マルテンサイトの内部に観察される。
A C-phase solid solution with a uniform composition melted at a high temperature is produced relatively quickly.
Specifically, when cooled at a cooling rate of approximately ℃/sec or more, C-
Precipitation of t-phase does not occur in the phase, but martensitic transformation occurs at a relatively low temperature from C-phase to one phase and from C-phase to r-phase. As a result, when the surface of the material is observed with an optical microscope, surface undulations characteristic of martensite are observed, and when observed with a polarizing microscope, martensite plates and twin crystals as internal defects are observed inside the martensite.

さらに、電子顕微鏡、X線回折法などによって、マルテ
ンサイトの形状、内部欠陥、マルテンサイト相の同定等
が可能である。
Furthermore, it is possible to identify the shape of martensite, internal defects, martensite phase, etc. using an electron microscope, an X-ray diffraction method, or the like.

次に、本発明のr−相マルチンサイトおよび/またはし
−相マルチンサイトを有するPSZの硬度および靭性に
ついて説明する。
Next, the hardness and toughness of PSZ having r-phase martinsite and/or rhino-phase martinsite of the present invention will be explained.

ZrO2にY2O3を1〜25モル%含有させ、高温の
C−相から冷却してマルテンサイト変態により1−相マ
ルチンサイトおよびr−相マルチンサイトを生成させた
PSZについて、マイクロビッカース硬度計によって室
温硬度を測定した結果を第1図に示した。
For PSZ in which ZrO2 contains 1 to 25 mol% of Y2O3 and is cooled from the high-temperature C-phase to produce 1-phase martinsite and r-phase martinsite through martensitic transformation, the room temperature hardness was measured using a micro Vickers hardness tester. The results of the measurements are shown in Figure 1.

を−相マルチンサイトが現われるとともに硬度が上昇し
、はとんどr−相マルチンサイトとなる3モル%Y2O
3で硬度はピーク値を示す。
The hardness increases with the appearance of -phase martinsite, and most becomes r-phase martinsite at 3 mol% Y2O.
The hardness shows a peak value at 3.

その後、Y2O3量の増加と共に硬度は減少するが、2
5モル%Y2O3となってもY203無添加の場合のm
−相の硬度より値が大きくなっている。これは固溶硬化
によるものと考えられる。
After that, the hardness decreases as the amount of Y2O3 increases, but 2
Even if it becomes 5 mol% Y2O3, m when Y203 is not added
-The value is larger than the hardness of the phase. This is considered to be due to solid solution hardening.

靭性については、さらに顕著な関係が認められる。第2
図には、インデンテーション法により測定した靭性値と
、室温で存在する相を、Y201のモル%に対して示し
である0図より明らかな様に靭性値はr−相の量に比例
する形で増大し、約3.096 Y203の位m−c極
大値20MN/m”をとる、すなわち、r−相の存在し
ている領域ではその靭性値が周りの組成のそれより著し
く高くなっている。すなわち、し−相やm−相だけが存
在している場合より、r−相が存在している場合の方が
靭性は高いと云える。
An even more significant relationship is observed with respect to toughness. Second
The figure shows the toughness value measured by the indentation method and the phases existing at room temperature relative to the mole% of Y201.As is clear from the figure, the toughness value is proportional to the amount of the r-phase. The toughness value increases at about 3.096 Y203 and takes a maximum m-c value of 20 MN/m'', that is, in the region where the r-phase exists, its toughness value is significantly higher than that of the surrounding composition. In other words, it can be said that the toughness is higher when the r-phase is present than when only the r-phase or m-phase is present.

実施例 以下に本発明の実施例を示す。Example Examples of the present invention are shown below.

5.0 gのZrO2粉体(平均粒度1終m)とモル%
で1〜10%になる様に適切量とったY2O3粉体(平
均粒度IBm)をボールミル1転混合器により十分混練
する。混練した粉末を10kg/crn’の圧力をかけ
て一次成形し、1400℃で30分間の仮焼成を行なう
、その仮焼成体をアルゴンアーク溶解し、水冷した銅製
鋳型上で放冷する。水冷した銅製鋳型の場合、その冷却
速度は表1に示す様にかなり速い。
5.0 g of ZrO2 powder (average particle size 1 m) and mol %
An appropriate amount of Y2O3 powder (average particle size IBm) was sufficiently kneaded using a ball mill and one-rotation mixer so that the amount of Y2O3 powder was 1 to 10%. The kneaded powder is subjected to primary molding under a pressure of 10 kg/crn' and pre-fired at 1400° C. for 30 minutes. The pre-fired body is melted in an argon arc and allowed to cool on a water-cooled copper mold. In the case of water-cooled copper molds, the cooling rate is quite fast as shown in Table 1.

溶解温度から3000Kまでは冷却速度は測定していな
い、 3000に以下では低温程冷却速度は遅くなって
いる。この様に原子の長範囲の拡散が阻止できる程度の
冷却速度で冷却すると、溶解時の均一組成がそのまま低
温まで持ち来たされ、Xs点に到達するとそこでマルテ
ンサイト変態し、し−相マルチンサイトやr−相マルチ
ンサイトを生成する。冷却後の組成はEPMAによって
調べ、場所による濃度変動は0.5モル%以下である事
を確認した。
The cooling rate was not measured from the melting temperature to 3000K, but below 3000K, the cooling rate becomes slower as the temperature decreases. When cooled at a cooling rate that can prevent long-range diffusion of atoms, the uniform composition at the time of melting is carried over to a low temperature, and when it reaches the Xs point, it undergoes martensitic transformation, and the -phase martinsite and r-phase martinsite. The composition after cooling was examined by EPMA, and it was confirmed that the concentration variation depending on location was 0.5 mol% or less.

冷却中にマルテンサイトが生成した事は冷却後の表面起
伏や、試料研磨後の偏光顕微鏡による観察等で確認した
The formation of martensite during cooling was confirmed by the surface undulations after cooling and observation using a polarizing microscope after polishing the sample.

表1.アルゴンアーク溶解後、水冷し た銅製鋳型の上で放冷したPS Zの冷却速度 このようにして得られた試料を透過型電子顕微鏡で観察
した結果の写真が第3図である。なお相の同定は電子線
の回折図形から行なった。
Table 1. Cooling rate of PSZ that was left to cool on a water-cooled copper mold after argon arc melting. Figure 3 is a photograph of the result of observing the sample thus obtained with a transmission electron microscope. The phase was identified from the electron beam diffraction pattern.

図中(a)はZrO2のみの材料でm−相(単斜晶)で
ある0図中で層状に隣接している部分は双晶関係にある
In the figure, (a) is a material consisting only of ZrO2 and is in m-phase (monoclinic). In the figure, adjacent parts in a layered manner have a twin crystal relationship.

(b)−(1)は2.5モル%Y2O3の材料で立方晶
中に板状のマルテンサイht−相とr−相が表われてい
る。
(b)-(1) is a material containing 2.5 mol % Y2O3, and plate-shaped martensitic ht-phase and r-phase appear in the cubic crystal.

(b)−(2)は3モル%Y2O3テr−相を示してい
る。この組成の材料のマルテンサイトは室温ではほとん
どr−相であるが、時に七−相のマルテンサイトも(b
)−(1)のような形で混在している。
(b)-(2) shows 3 mol% Y2O3 ter-phase. The martensite in materials with this composition is mostly r-phase at room temperature, but sometimes hepta-phase martensite (b
)-(1).

(c)および(d)は各々5及び6モル%Y203材で
あるが、これらの場合立方晶中に正方晶が表われマルテ
ンサイトは七−相である。
(c) and (d) are 5 and 6 mol% Y203 materials, respectively; in these cases, tetragonal crystals appear in cubic crystals, and martensite is a heptaphase.

(e)は25モル%Y2O3を示すが、図は母相のC−
相である。Y2O3%が10%以上になるとマルテンサ
イトは観察されなくなってくる。
(e) shows 25 mol% Y2O3, but the figure shows C-
It is phase. When Y2O3% becomes 10% or more, martensite is no longer observed.

本発明のPSZ中のし一相マルチンサイトおよひr−相
マルチンサイトについて、これらがマルテンサイト変態
によって生成した事は先に述べた様な表面起伏の存在、
形状、内部欠陥の存在、晶癖面の存在、組成変化がない
ことなどから明らかである。面相の同定にはX線回折法
も援用している。
Regarding the single-phase martinsite and r-phase martinsite in the PSZ of the present invention, the fact that they are generated by martensitic transformation is due to the presence of surface undulations as described above.
This is obvious from the shape, the presence of internal defects, the presence of habit planes, and the absence of compositional changes. X-ray diffraction is also used to identify the surface phase.

上記の手法によって作成した試料の硬度をマイクロビッ
カースで測定した。その結果を表2に示す。これは第1
図にも示した様に、r−相量の最も多い3馬O1%Y2
O3の場合に最大硬度14.OGPaをとる。即ちr−
相マルチンサイトの生成が硬度の増大を持たらしている
ことは明らかである。   ・表3はインデンテーショ
ン法により求めた靭性値とY2O3モル%との関係を示
している。ここでもr−相の存在が靭性値を高めている
ことは明白である。
The hardness of the sample prepared by the above method was measured using a micro Vickers. The results are shown in Table 2. This is the first
As shown in the figure, 3 horses with the largest amount of r-phase O1%Y2
Maximum hardness 14.0 for O3. Take OGPa. That is, r-
It is clear that the formation of phase martinsite causes an increase in hardness. -Table 3 shows the relationship between the toughness value determined by the indentation method and Y2O3 mol%. Again, it is clear that the presence of the r-phase increases the toughness value.

発明の効果 以上のようにこの発明のPSZは、たとえばセラミンク
ス材として有用で、マルテンサイト変態によって生成し
たt−相およびr−相が、高靭性、高硬度をもたらして
おり、従来の析出型あるいは分散型のPSZ−ZrO2
セラミックスに比べ、熱処理を必要とせず且つ、より高
い硬度、より高い靭性を与える。それによってセラミン
クス材の設計が一段と容易となり、また各種工業材料と
しての用途を拡大することができる。
Effects of the Invention As described above, the PSZ of the present invention is useful, for example, as a ceramic material, and the t-phase and r-phase generated by martensitic transformation provide high toughness and high hardness, and are superior to conventional precipitation type or Dispersed PSZ-ZrO2
Compared to ceramics, it does not require heat treatment and provides higher hardness and toughness. This makes it easier to design ceramic materials and expands their use as various industrial materials.

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

第1図は溶解法によって作製した均一組成のPSZに関
する硬度とY2Ox濃度との関係を示した図である。 第2図は、Y2O3儂度と靭性値及び室温で存在する相
との関係を示した図である。 第3図は、Y2O3量による組織の変化を示す透過電子
顕微鏡写真(倍率:X8000倍)である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between hardness and Y2Ox concentration for PSZ having a uniform composition produced by a dissolution method. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between Y2O3 degree of elasticity, toughness value, and phases existing at room temperature. FIG. 3 is a transmission electron micrograph (magnification: X8000 times) showing changes in the structure depending on the amount of Y2O3.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)Y_2O_31〜10モル%を含むZrO_2で
、均一な高温の立方晶相(c−相)から冷却することに
より菱面体晶(r−相)および/または正方晶(t−相
)を生成させたことを特徴とするY_2O_3を含有し
た部分安定化ジルコニア。
(1) ZrO_2 containing 31 to 10 mol% of Y_2O_2 generates rhombohedral crystals (r-phase) and/or tetragonal crystals (t-phase) by cooling from a uniform high-temperature cubic phase (c-phase). Partially stabilized zirconia containing Y_2O_3.
(2)Y_2O_31〜10モル%を含むZrO_2で
、均一な高温の立方晶相(c−相)を冷却し、マルテン
サイト変態により菱面体晶(r−相)および/または正
方晶(t−相)を生成させた特許請求の範囲第(1)項
記載のY_2O_3を含有した部分安定化ジルコニア。
(2) Cool the homogeneous high temperature cubic phase (c-phase) with ZrO_2 containing 1 to 10 mol% of Y_2O_3, and transform it into rhombohedral (r-phase) and/or tetragonal (t-phase) by martensitic transformation. ) is produced from partially stabilized zirconia containing Y_2O_3 according to claim (1).
JP59189714A 1984-09-12 1984-09-12 Y2o3 containing partially stabilized zirconia Pending JPS6168372A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59189714A JPS6168372A (en) 1984-09-12 1984-09-12 Y2o3 containing partially stabilized zirconia

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59189714A JPS6168372A (en) 1984-09-12 1984-09-12 Y2o3 containing partially stabilized zirconia

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6168372A true JPS6168372A (en) 1986-04-08

Family

ID=16245964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59189714A Pending JPS6168372A (en) 1984-09-12 1984-09-12 Y2o3 containing partially stabilized zirconia

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6168372A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04364882A (en) * 1991-06-12 1992-12-17 Matsushita Electric Works Ltd Method for manufacturing hair cutter blade
US5177040A (en) * 1990-06-07 1993-01-05 Japan Abrasive Co., Ltd. Fused zirconia refractory materials having high-temperature heat resistance and corrosion resistance and a method for producing the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5177040A (en) * 1990-06-07 1993-01-05 Japan Abrasive Co., Ltd. Fused zirconia refractory materials having high-temperature heat resistance and corrosion resistance and a method for producing the same
JPH04364882A (en) * 1991-06-12 1992-12-17 Matsushita Electric Works Ltd Method for manufacturing hair cutter blade

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Guazzato et al. Strength, fracture toughness and microstructure of a selection of all-ceramic materials. Part II. Zirconia-based dental ceramics
Jue et al. Fabrication, Microstructural Characterization, and Mechanical Properties of Polycrystalline t'‐Zirconia
Turon-Vinas et al. Effect of calcia co-doping on ceria-stabilized zirconia
Jedlinski The oxidation behaviour of FeCrAl ‘alumina forming’alloys at high temperatures
CN108585911B (en) Alumina ceramic and preparation method and application thereof
JPS6168372A (en) Y2o3 containing partially stabilized zirconia
Quénard et al. Zirconia–spinel composites. Part II: mechanical properties
Su et al. Microstructure and mechanical properties of a directionally solidified Al2O3/Y3Al5O12/ZrO2 hypoeutectic in situ composite
JPS6186466A (en) Spinel ceramics
Zhang et al. Effect of Dy2O3 content on microstructure and mechanical properties of zirconia-toughened alumina
JPS62256768A (en) Silicon nitride sintered body
JPS63156063A (en) High temperature strength and hot water stability zirconia base ceramics
US5063182A (en) Zirconia-molybdenum disilicide composites
Fathi et al. Effect of heat-treatment temperature on mechanical properties and microstructure of alumina–SiC nanocomposite
JP3145597B2 (en) Alumina sintered body and method for producing the same
JP3350710B2 (en) Alumina-based superplastic ceramics
JPS61242956A (en) High tenacity ceramic alloy
JPS6077406A (en) Substrate for thin film magnetic head and manufacture of the same
Garciía et al. Microstructure Development in In Situ Reinforced Reaction‐Bonded Aluminum Niobate‐Based Composites
JP3837516B2 (en) Zirconia-based superplastic ceramics
Hayakawa et al. Martensitic transformation and mechanical properties of (Y, Ce)-tetragonal zirconia polycrystals
JPS6230666A (en) High toughenss silicon nitride sintered body and manufacture
Hoosain The sintering and optimization of stabilized zirconia
JPS60226456A (en) Zirconia sintered body and manufacture
Gogotsi et al. Mechanical behavior of zirconium dioxide-based ceramics and crystals. Communication 1. Bending tests