JPS63151676A - チタン酸ジルコニウム系セラミツクスの製造方法 - 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、低膨張性チタン酸ジルコニウム系セラミック
スの製造方法に関する。

このセラミックスは低膨張材料として利用されている。

〔従来の技術〕

チタン酸ジルコニウム系セラミックスの構成成分の原料
粉末の中で、ジルコニア原料粉末は極めて′ａ集じやす
い、この様なジルコニア原料粉末を使用して乾式法でセ
ラミックス原料粉末を作成しても平均粒径は１〜２μＩ
ｌ１以上のものとなる。この程度の原料粉末を使用して
も高密度かつ高性能の構造材料セラミックスを得ること
は難かしい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は前記のチタン酸ジルコニウム系セラミックスの
乾式法による合成における欠点を解消すべくなされたも
ので、その目的は、分散性のよいサブミクロン級の変成
ジルコニア原料粉末を作成し、該粉末をもちいて単なる
乾式法によって易焼結性かつ高嵩密度のチタン酸ジルコ
ニウム系セラミックス原料粉末を合成し、さらにこれら
粉末を焼結して高性能かつ高密度の低膨張性チタン酸ジ
ルコニウム系セラミックスを製造する方法を提供するに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは前記目標を達成すべく鋭意研究の結果、 低膨張性チタン酸ジルコニウム系セラミックスの製造過
程において、該セラミックスを構成するジルコニウム以
外の少くとも一金属成分の適量とジルコニウムとを含有
する溶液を作り、該溶液と沈殿形成液とを反応させて共
沈体を形成すると系の不均一のためにジルコニウム含有
粒子の凝集が起こりにくくなり、その後に得られた共沈
体を乾燥し、７００〜１３００℃で仮焼すると、凝集の
極めて少ないサブミクロン級の粉末（変成ジルコニア粉
末）となし得ることがわかった。これを原料とし、目的
とするセラミックスの組成の残りの構成部分の化合物を
乾式法によって混合し、仮焼すれば、サブミクロン級の
粉末特性の優れた原料粉末が容易に得られ、これを成型
して焼結すると、焼結助剤なしに極めて高密度のチタン
酸ジルコニウム系セラミックスが容易に得られることを
究明し得た。

この知見に基づいて本発明を完成した。

本発明の要旨は次の三つの工程（ａ〜Ｃ）の組合せにあ
る。

工程（ａ）：チタン酸ジルコニウム系セラミックスを構
成するジルコニウム以外の少なくとも一金属成分の適量
と、ジルコニウムとを含有する溶液および沈殿形成液を
反応させて共沈体を形成し、該共沈体を乾燥後７００〜
１３００″Ｃで仮焼する工程。

この工程では、共沈体形成中の凝集が避けられまたＰＺ
Ｔ　、　ＰＬＺＴなどの製造にも使用することができる
変成ジルコニアが得られる。

工程（ｂ）：工程（ａ）で得られた仮焼物と、目的とす
るチタン酸ジルコニウム系セラミックスの組成の残りの
構成金属成分の化合物を混合して５００〜１３００℃で
仮焼する工程。この工程では、残りの成分の添加によっ
て所望の化合物組成が得られる。

工程（Ｃ）：工程（ｂ）で得られた仮焼粉末を成型して
７００〜１７００　’Ｃで焼結する工程。

ジルコニウム溶液を作製するための化合物としては、オ
キシ塩化ジルコニウム、オキシ硝酸ジルコニウム、塩化
ジルコニウム及び硝酸ジルコニウムが挙げられる。ジル
コニウム溶液の溶媒としては上記化合物を溶解させる水
またはアルコールを用いる。上記化合物はすべて水に可
溶であり、オキシ塩化ジルコニウムμよび塩化ジルコニ
ウムはエタノールに可溶である。さらに、ジルコニウム
溶液を作製するために、金属ジルコニウムを王水、ＨＦ
で溶解して用いることもできる。ジルコニウム以外の金
属成分の溶液を作成するための化合物、特に、チタンの
化合物としてＴｉ（ＮＯａ）−、ＴｉＣｌ−。

Ｔｉ（ＳＯ４）２などが挙げられる。この溶液の溶媒と
しては水またはアルコールを用いる。ジルコニウム溶液
とジルコニウム以外の溶液は別々に調製してもよく、ま
た同一の溶媒に各化合物を溶解させて調整してもよい。

沈殿形成液作成のための試薬としては、例えばアンモニ
ア、あるいはジエチルアミン等の有機試薬が挙げられる
。沈殿形成反応は常温で行なうことができる。共沈体の
状態はゾル状ないしスラリー状である。共沈体はろ過お
よび洗浄によって回収する。

また、チタン酸ジルコニウム系セラミックスにおいては
、その焼結性や特性を改善するために一般に微量の助剤
（例えば、ＳｎＯ□）を添加するのが通例でありこれら
の助剤は工程（ａ）又は工程（ｂ）で適当に添加すれば
よい。

ジルコニウム含有溶液に溶解させるチタンの量は、その
添加によって最終的に得られるジルコニア粉末の凝集を
抑制し得る量であることが好ましい、得られた共沈体の
仮焼湯度は、７００〜１３００℃である。７００℃より
低いと凝集が顕著に起り１３００℃を超えると粒子が粗
大化する傾向がある。このようにして得られた粉末に、
残りの成分の不足分を加えて混合する。この場合、加え
るＴｉ０ｚ及び５１１０□などの粒度はサブミクロン級
のものを使用する。

この混合物の仮焼温度は固相反応がほぼまたは完全に終
了する最低温度以上で、顕著な粒子成長が生じない最高
温度範囲内であることが必要であり、５００〜１３００
℃の範囲が好ましい。

このようにして得られた粉末を成型して焼結する。焼結
温度は前記の混合物の仮焼温度と同様に決めるが、−ｉ
的に７００〜１７００°Ｃの範囲である。

７００℃より低いと焼結が不十分であり、１７００℃を
超えると粒子が租大化したり、あるいは構成成分の揮発
が起こる。

〔実施例〕

四塩化チタン水溶液（０，７５ｍｏｌ　／　１）４３．
５７ｍ１とオキシ硝酸ジルコニウム（０，８７３ｍｏｌ
／１）１５０ｎ＋ｆとを混合した。この水溶液を撹拌し
ているアンモニア水溶液１１中に徐々に添加して、ＺＳ
＋とＴｉ４＋の水酸化物共沈体を得た。これを洗浄、乾
燥した後１２００℃で仮焼して（Ｚｒｏ、　ｓＴｉ　０
．２）０２粉末を作成した。

この粉末の平均粒径は０．３２μ蹟であった。

得られた粉末３．４４ｇと、市販のＴｉＯ２微粉末０．
２８８ｇ。

５ｎ０２微粉末２．１７０ｇとをボールミルで一昼夜混
合した後、７４０℃で１時間仮焼して、ＺｒＴｉｏ、４
Ｓｎｏ、ｓＯ＜粉末を得た。該粉末で作製したチタン酸
ジルコニウム系セラミックスは極めて高い焼成密度を示
した。例えば、このＺｒＴｉ０．４Ｓｎｇ、６０４粉末
をｌｔｏ口／ｃＩｌ１２で成形した後、１４００℃で２
時間、酸素ガスの雰囲気下で焼結すると、得られたセラ
ミックの密度は２．８８で理論密度に極めて近い値であ
った。

〔発明の効果〕

本発明の方法によると、第一工程（ａ）によりチタン酸
ジルコニウム系セラミックス用変成ジルコニア粉末は二
次粒子の極めて少ないサブミクロン粒子となし得、これ
を使用することによって、以後単なる乾式法によって、
容易にサブミクロン級の原料粒末が得られ、更にこれを
原料として極めて高密度のセラミックスが得られる優れ
た効果を奏し得られる。その他次のような効果も奏し得
られる。

（１）仮焼によって得られる（Ｚｒｏ、ａＴｉｏ−２）
Ｏ□粉末は十分分散されたものが得られるため、仮焼物
の粉砕工程を特に必要としないで原料粉末として供給し
得られる。

（２）該仮焼（Ｚｒｏ、ａＴｉｏ−ｚ）Ｏ□粉末から乾
式法で得られるＺｒＴｉ０．系粉末も単分散状態で得ら
れ、従って粉砕工程を除いても十分易焼結性かつ高嵩密
度の特性を有する。

（３）極めて高密度のものを要求される低膨張性チタン
酸ジルコニウム系セラミックスをホットプレスやＨＩＰ
　（熱間ガス焼結）などの操作を省略して単なる固相焼
結によって、かつ焼結助剤を必ずしも必要とせずして、
極めて高密度のものが得られる。

（４）優れた粉末特性を有する変成ジルコニア粉末を大
量生産することにより、高性能チタン酸ジルコニウム系
セラミックス（磁器）を極めて安価に供給し得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）チタン酸ジルコニウム系セラミックスを構成
   するジルコニウム以外の金属成分の適量とジルコニウム
   とを含有する溶液および沈殿形成液を反応させて共沈体
   を形成し、該共沈体を乾燥後７００〜１３００℃で仮焼
   する工程、 （ｂ）この仮焼物と、目的とするセラミックス組成の残
   りの構成金属成分の化合物を混合して５００〜１３００
   ℃で仮焼する工程、 （ｃ）得られた仮焼粉末を成型して７００〜１７００℃
   で焼結する工程、からなることを特徴とするチタン酸ジ
   ルコニウム系セラミックスの製造方法。