JPS63156067A - 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ハ極メて凝集しやすい
。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１〜２μｍ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
ニウムセラミソ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、該溶液に加水分解反応を行なわせてゾル
を生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、その後に得られたゾル体を
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を作り、加水分解反
応を行なツてゾルを生成し、該ゾル体を乾燥後７００〜
１３００℃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℃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および塩化ジルコニ
ウムはエタノールに可？容である。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、Ｈ
Ｆ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（Ｎｏ３）４＋　ＴｉＣ１ａ　。

Ｔｉ　（ＳＯａ）　ｚ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（
、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。

加水分解反応は加熱状態（１００℃前後）で行なわせ、
ゾル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Ｓｎｕｇ）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。得られたゾル体の
仮焼温度は、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Ｔｉｅ、及び５ｎ０１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、５
００〜１３００℃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、一般
的に７００〜１７００℃の範囲である。

〔実施例〕

四塩化チタン水溶液（０，７５ｍｏｌ／　１１　）４３
．５７　ｔａｇとオキシ塩化ジルコニウム（０，８７３
ｍｏｌ　／　ｊり　１５０＋＋＋１とを混合した。この
水溶液を１００℃で１００時間保持することによって加
水分解反応を行い、ＴＨ４＋とＺｒ’″″を含むゾルを
得た。これを洗浄、乾燥した後１２００℃で仮焼して（
Ｚｒｏ、　ｓ　Ｔｉｏ、　ｚ）Ｏｚ鉛粉末作成した。

この粉末の平均粒径は０．３２μｍであった。

得られた粉末３．４４ｇと、市販のＴｉ０１微粉末０．
２８８　ｇ　、　Ｓｎ０ｗ微粉末２．１７０ｇと、ボー
ルミルで一昼夜混合した後、７４０℃で１時間仮焼して
、ＺｒＴｉｏｌＳｎｏ、ｉ　０ｓ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 ＺｒＴｉｏ、４Ｓｎａ、６０ｇ粉末を１　ｔｏｎ　／ｃ
ｄ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スの密度は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粉末が得られ、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。その他人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、　ｓ　Ｔｉｏ、
　ｚ）Ｏｚ鉛粉末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、　＊　Ｔｉｅ、　ｚ）Ｏｚ鉛粉
末ら乾式法で得られるＺｒＴｉＯ４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（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
   とを含有する溶液を作り、加水分解反応を行なってゾル
   を生成し、該ゾル体を乾燥後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。