JPS6272559A

JPS6272559A - 酸化第二鉄含有酸化ジルコニウムセラミツク

Info

Publication number: JPS6272559A
Application number: JP60201942A
Authority: JP
Inventors: ラリ、タマス、リード
Original assignee: Axia Inc
Current assignee: Axia Inc
Priority date: 1985-09-12
Filing date: 1985-09-13
Publication date: 1987-04-03
Also published as: EP0214334A1

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】本発明は酸化アルミニウムおよび酸化第二鉄を含有する
熱安定化された酸化ジルコニウムセラミックの組成物お
よびその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は
酸化第二鉄（Ｆｅ２ｏ３）を酸化アルミニウムと併用す
ることにより従来必要であった酸化アルミニウムの量を
減少しながらしかも強度の改善を達成するものである。

酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）は従来がら排ガス中の酸
素含有量測定用装置における固定電解質として使用され
てきた。主要な用途の一つは内燃機関の排ガスの分析で
ある。これらのセラミックはエンジンのさらされる周囲
温度から排ガスにより生ずる温度までの広範囲の温度に
さらされる。すなわちこの温度は周囲温度から１０００
℃以上にわたる場合がある。

周知の如（酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）には次の三種
の固態結晶形がある。すなわち立方晶系高温構造、中間
温度における正方晶系構造および比較的低温で安定な単
斜晶系構造である。ＺｒＯ２が安定化されていな（・場
合、結晶構造は温度によって変化し、従って容積が変化
し、その結果酸化ジルコニウム成形部品に亀裂を生ずる
ことがある。

英国特許第１．５９１．７８１号に開示されている如く
−この立方晶系高温構造を安定化酸化物例えば酸化カル
シウム、酸化イツトリウム（Ｙ２Ｏ３）および酸化イッ
テルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）によって部分的にまたは完全
に安定化するのが常法であった。

またさらに焼結助剤を加えて強度を改善することが行わ
れてきた。酸化ジルコニウムセラミックの強度増加のた
めの焼結助剤の例としては酸化アルミニウムまたは酸化
アルミニウム化合物および酸化ケイ素が挙げられる。酸
化ケイ素は高温安定性を悪（するという欠点がある。英
国特許第ｉ、ｓ　９１．７　ｓ　ｉ号には全容積の１５
〜５０容量係の酸化アルミニウムの使用が開示されてい
る。

酸化アルミニウムの比率が大きいことは強度に対しては
望ましいが、酸化ジルコニウムの酸素イオン伝導度は酸
化アルミニウム（Ａｔ２０３）の含量の増加に伴って低
下する。この伝導度の低下は好ましくない。

従って、強度をあまり低下させずに酸化アルミニウムの
含量を減少させることが常に要望されてきた。本発明は
酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を酸化アルミニウムと共に添
加することにより酸化アルミニウムの含量を低下させつ
一酸化ジルコニウムセラミックの強度を増加させるもの
である。

本発明はその一態様において、安定化された酸化ジルコ
ニウムセラミック中に存在する酸化アルミニウム（Ａｔ
２０３）に対し約０．９ないし約５容量係の酸化第二鉄
（Ｆｅ２ｏ３）の使用、好ましくはＡｔ２０３の容積の
約２ないし約５容量チの酸化第二鉄の使用に関する。前
記安定化された酸化ジルコニウムセラミックの安定化は
安定化酸化物例えば酸化イツトリウム、酸化イッテルビ
ウムまたは酸化カルシウムによって行うことができる。

本発明はその別の態様において、セラミックが、全容積
の約６７．５ないし７５容量−の酸化ジルコニウム、全
容積の約１０ないし約１４．９容量チの酸化アルミニウ
ム、ＺｒＯ２の容積に対し約１９．５ないし約２２容量
チの安定化酸化物、および酸化アルミニウムの容積に対
し約０．９ないし約５容量チのＦｅ２Ｏ３を含有して成
る好ましい実施態様に関する。安定化酸化物は好ましく
は酸化イツ）　ＩＪウムである。

本発明は、酸化ジルコニウムセラミック中に酸化アルミ
ニウムの容積の約０．９ないし約５容量チの範囲の酸化
第二鉄を混和するとセラミックの強度が改善され、従っ
て酸化アルミニウムの使用量を減少することができると
の発見に基くものである。酸化第二鉄はジルコニウムセ
ラミックス用の既知の組成物に添加して強度を改善する
ことができる。しかし好ましい実施態様においては酸化
ジルコニウムセラミック用の新規な組成物が提供される
。この組成物においては、酸化ジルコニウムは全容積の
約６７．５ないし約７５容量チであり、酸化アルミニウ
ムの使用量は全容積の約１０ないし１４．９容量チであ
り、安定化酸化物の混和量は酸化ジルコニウムの約１９
．５ないし約２５容量チであり、酸化第二鉄の添加量は
存在するＡｔ２ｏ３の約０．９ないし約５容量チの範囲
である。安定化酸化物はＹ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３またはＣ
ａＯから成る群から選ばれる。好ましい安定化酸化物は
酸化イツトリウムであり、これはより高い出力電圧が可
能となるからである。どの安定化酸化物を使用するにせ
よ、少（とも酸化ジルコニウムを完全に立方晶系の状態
に安定化するに十分な量を使用することが好ましい。

さらに好ましい態様においては、安定化された酸化ジル
コニウムセラミックは、全容積の約６９ないし約７２容
量チの酸化ジルコニウム、全容積の約１４ないし約１４
．９容量チの酸化アルミニウム、酸化アルミニウムの容
積に対し約２ないし約５容量チの酸化第二鉄、および酸
化ジルコニウムの容積の約１９．５ないし２２容量チの
安定化酸化剤を含有する。

本セラミックは次の様にして製造することができる。酸
化アルミニウムおよび酸化第二鉄は１μｍ以下の粒度に
予備粉砕することが好優しく・。酸化ジルコニウム、酸
化イツトリウムは１μｍ以下の粒度に予備粉砕すること
が好ましい。予備粉砕した酸化ジルコニウム、酸化イツ
トリウム、酸化アルミニウムおよび酸化第二鉄を合一し
ｔ混合または粉砕して１μ扉以下の粒度とする。酸化ア
ルミニウムと酸化第二鉄との、また酸化ジルコニウムと
酸化イツ）　ＩＪウムとの混合予備粉砕は必ずしも必要
ではないが、確実に均一混合物を得るには行なう方が好
ましい。

これらの成分を所望の粒度に粉砕し十分に混合したのち
、これを有機結合剤と混合する。有機結合剤は合一した
成分に対し３％以下の濃度で使用するのが好ましい。適
当な有機結合剤は当業界にお（・て周知である。

有機結合剤とセラミック成分との混合物を所望の形状に
成形する。成形は当業界で公知の（・がなる方法によっ
て行ってもよい。好ましい成形法は均等静圧法あるが、
その他の成形方法も使用し得る。成形工程を完了するに
は成形したセラミックを酸化性雰囲気中温度１４００℃
ないし３０００９Ｃで焼結する。

本発明の組成物は不純物を含有するのが普通である。か
−る不純物としては次のもの＼うち１種以上が挙げられ
る：ＨｆＯ２、ＭｇＯ１ＭａＯ１ＮａＯ８２Ｔｉ０２８
０３、およびＢ２Ｏ３゜か＼る不純物は除去することが
好ましく、実際には若干の不純物が存在するであろうが
その含量は最小とすることが望ましい。不純物濃度は１
．５％より小に保つことが好ましい。

酸化ケイ素（ＳｉＯ２）は焼結に際してセラミックの外
側に移行する傾向があるため、本発明の組成物には酸化
ケイ素を使用しないことが望ましい。

これはセラミックの電解質としての有効性を低下させる
傾向がある。さらに、酸化ケイ素は、後でセラミックに
金属膜を付与する際その接着性を低下させることが判明
した。か５る金属膜は１９８４年３月２６日に出願され
た米国特許出願第　　　　　号に記載されている。Ｚｒ
Ｏ２セラミックを利用する酸素センサー装置は１９８４
年６月２３日に出願された米国特許出願第号に記載されている。セラミックを適当な金属コ−ティ
ング例えば白金コーティングで被覆した後、当業界で公
知の如（スピネル化することができる。

例電解質としての使用に適した酸化ジルコニウムセラミッ
クを、酸化アルミニウム、酸化第二鉄、酸化イツトリウ
ムおよび酸化ジルコニウムを組合せて製造することがで
きる。全容積に対し約１４．９容量チの酸化アルミニウ
ム、酸化アルミニウムの約５容量チの酸化第二鉄、全容
積に対して約７０．５容量係の酸化ジルコニウム、およ
び酸化ジルコニウムの約１９．６４容量チの酸化イツト
リウムを組合せることにより適当な強度特性を有する電
解質を製造し得ると期待できる。この組成物は若干の少
量不純物を含むことが予想される。

生成物を成形、焼結して得られたセラミックは密度約５
．２＆／ｃｃ、、２５℃における曲げ強さ約１９０　Ｍ
Ｐａ−分取上、弾性率約１７０　ＧＰａ−分取上、ポア
ッソン比約０．２であることが期待される。

本発明をその好ましく・態様について説明したが、当技
術に関し通常の技側を有する者にとっては明細書の閲読
すれば種々の変法が明らかであることを理解すべきであ
り、本発明は特許請求の範囲に属するすべてのか＼る変
法を包含するものである。

手続補正書（方式）％式％１、事件の表示　　昭和６０年特許願第２０１９４２号
セラミック３、補正をする者　　事件との関係　　特許出願人アク
シア、インコーパレイテイド、４、代　理　人　　　東京都港区赤坂１丁目１番１４号
溜池東急ビル　電話５８４−０７８２（３）明ｔｅａの浄山（内容に変更なし）７、補正の内
容　　別紙のとおり手続補正書昭和６１年１２月１０日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）全容積の約６７．５ないし約７５容量％の酸化ジ
ルコニウム、全容積の約１０ないし約１４．９容量％の
酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムの約１９．５ない
し約２５容量％の安定化酸化物、および酸化アルミニウ
ムの容積に対し約０．９ないし５容量％の範囲の酸化第
二鉄を含有して成ることを特徴とする焼結酸化ジルコニ
ウムセラミック。
（２）前記酸化ジルコニウムの量が全容積の約６９ない
し約７２容量％であり、前記酸化アルミニウムの量が組
成物の全容積に対して約１４ないし約１４．９容量％で
あり、前記酸化第二鉄の量が酸化アルミニウムの約２な
いし約５容量％であり、そして安定化酸化物の量が酸化
ジルコニウムの約１９．５ないし約２２容量％である、
前項（１）に記載の焼結酸化ジルコニウムセラミック。
（３）前記酸化ジルコニウムが全容積の約７０．５容量
％であり、前記酸化アルミニウムが全容積の約１４．９
容量％であり、前記酸化第二鉄の濃度が酸化アルミニウ
ムの容積に対し約５容量％であり、そして前記安定化酸
化物が酸化イットリウムであって酸化ジルコニウムの容
積に対し約１９．６４容量％である、前項（１）に記載
の酸化ジルコニウムセラミック。
（４）前記安定化酸化物が酸化イットリウム、酸化イッ
テルビウムまたは酸化カルシウムから成る群から選ばれ
る前項（１）に記載のセラミック。
（５）前記安定化酸化物が酸化イットリウムである前項
（１）に記載のセラミック。
（６）前記安定化酸化物が酸化イットリウム、酸化イッ
テルビウムまたは酸化カルシウムから成る群から選ばれ
る前項（２）に記載のセラミック。
（７）前記安定化酸化物が酸化イットリウムである前項
（２）に記載のセラミック。
（８）酸化アルミニウムの容積に対し約０．９ないし約
５容量％の範囲の酸化第二鉄を添加することを特徴とす
る、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム以外の安定剤
酸化物、および酸化アルミニウムを含有する改良された
焼結酸化ジルコニウムセラミック。
（９）前記酸化第二鉄の量が前記酸化アルミニウムの約
２ないし約５容量％である前項（８）に記載の酸化ジル
コニウムセラミック。
（１０）前記安定剤酸化物が酸化イットリウム、酸化イ
ッテルビウム、または酸化カルシウムから成る群から選
ばれる前項（８）に記載の焼結酸化ジルコニウムセラミ
ック。
（１１）前記安定剤酸化物が酸化イットリウム、酸化イ
ッテルビウム、または酸化カルシウムから成る群から選
ばれる前項（９）に記載の焼結酸化ジルコニウムセラミ
ック。
（１２）前記安定剤酸化物が酸化イットリウムである前
項（１０）に記載のセラミック。
（１３）前記安定剤酸化物が酸化イットリウムである前
項（１１）に記載のセラミック。