JPS63277560A

JPS63277560A - ＺｒＯ↓２−ＭｇＯ−Ｙ↓２Ｏ↓３系セラミックスとその製造方法

Info

Publication number: JPS63277560A
Application number: JP62112470A
Authority: JP
Inventors: Toyokazu Matsuyama; 豊和松山; Tokuo Fuseki; 布施木　得雄; Yukio Fukawa; 府川　幸夫
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1987-05-11
Filing date: 1987-05-11
Publication date: 1988-11-15

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】のこの発明はＺｒ　０２−ＭＱ　０−Ｙ２０３系セラミッ
クスとその製造方法にかんするものである。

に迷ＪＵｂ特公昭５７−５０７４９号公報には、７−ｒ０２−Ｙ２
０３−ＭｉＪ　Ｏ系組成より成り、Ｙ２Ｏ３が２〜８モ
ル％、ＭａＯが５〜１５モ／Ｌ／％、Ｙ２０３　トＭ（
Ｊ　０１７）総量が７〜２０モル％、残りがＺｒＯｚで
、立方晶系のマトリックス中に単斜晶系ジルコニアを１
５〜６０％析出させてなる部分安定化ジルコニア磁器固
体電解質が開示されている。また、Ｙ２Ｏ３が２〜８モ
ル％、ＭｇＯが５〜１５％、Ｙ２Ｏ３とＭｇＯの総量が
７〜２０モル％、残りがＺｒＯ２からなるジルコニア磁
器形成体を１７５０℃以上の温度で焼成した後、１１０
０〜１４００℃の温度で１０時間以上熱処理して、立方
晶系のマトリックス中に単斜晶系ジルコニアを１５〜６
０％析出させることを特徴とする部分安定化ジルコニア
磁器固体電解質の製造法が開示されている。前記公報に
よれば、このような組成のジルコニア磁器成形体は、１
７５０℃以上の温度で焼成すると、完全な立方晶系とな
り、この焼成物を１１００〜１４００℃の温度で１０時
間以上熱処理すると、結晶粒界に岨虫状の結晶が析出し
、さらに立方晶系のマトリックス中に微小な単斜晶系結
晶が析出する。

が　゛しようとするｐ　・前述のようなジルコニア磁器は、１７５０℃以上の温度
で焼成して完全な立方晶系にしたあと、１１００〜１４
００℃の温度で熱処理をして立方晶系のマトリックスの
中に単斜晶系結晶を析出させているため、立方晶と単斜
晶から成り、しかも焼成温度が高いため、焼成体の結晶
粒が大きくなるので、とくに高温状態で使用するとき、
強度と靭性が不十分であった。それゆえ、たとえば、高
温用構造材料としては使用しがたかった。

Ｗとｌｊ− この発明の目的は高温でも長時間の使用に耐えうる安定
した高強度と高靭性を有する２ｒ　０２−ＭＱ　０−Ｙ
２０３系セラミックスを提供することである。

１１匹１１第１発明の要旨は特許請求の範囲第１項に記載したＭｔ
Ｊ　０−Ｙ２０３−Ｚｒ　０２系セラミックスにある。

第２発明の要旨は特許請求の範囲第４項に記載したＭｉ
ｌＩ　０−Ｙ２Ｏ３−Ｚｒ’０２系セラミックスの製造
方法にある。

を　　　　　　　た　　の高温で長時間の使用に耐えうる安定した高強度と高靭性
を維持できる材料にするために、特定（７）Ｚｒ　０２
−ＭＩＪ　０−Ｙ２０３系組成ノ成形体を１５５０〜１
７３０’Ｃの低い温度で焼成し、かつＹ２０３の添加量
を比較的少なく設定している。それにより、立方晶と正
方晶と単斜晶との三相から成る構造にするとともに、結
晶粒径を小さくしている。しかも、１１００〜１３５０
℃の温度で熱処理をして立方晶の結晶粒内に正方晶と単
斜晶を微細に析出させる。

焼成温度を１５５０〜１７３０’Ｃと低くすると、均一
で微細な粒径の焼成体が得られる。

１７３０℃よりも高いと、前述のように粒径が大きくな
りすぎて三相になりがたく強度も不安定となる。逆に１
５５０℃よりも低いと、焼結が不十分なため十分な強度
が得られない。

高強度かつ高靭性とするためには、焼成体の平均結晶粒
径を４０μｍ以下と小さくするのが最善である。そのた
めには原料粉の平均粒径を２μｍ以下にするのが望まし
い。

焼成後の熱処理は、主として立方晶の結晶粒内に微細な
正方晶を析出させ、強度と靭性を高めるために行うので
あるが、熱処理温度が１３５０℃よりも高いと、立方晶
から単斜晶とＭｑＯの分解反応が速く進むため強度が低
下する。逆に熱処理温度が１１００℃よりも低いと、正
方品の析出が遅いため、長時間の熱処理が必要となり、
実際的でなくなる。

組成について述べると、Ｙ２０３は主として立方晶の高
温下での熱的安定性を高めるものであるが、Ｙ２Ｏ３が
０．２モル％よりも少ないと、立方晶の高温下での安定
性が不十分となり、３モル％よりも多いと、焼成時の粒
子成長が促進されて粗粒化が生じ、強度や靭性が低下す
る。また、立方晶の比率が高くなり、強度が低下する傾
向もみられる。

Ｍ（ＪＯは立方晶中に微細な正方晶を析出させた組織に
するものであるが、ＭｇＯが５モル％よりも少ないと、
立方晶の高温下での安定性が不十分となり、粗大な単斜
晶が多くなり、立方晶粒内の微細な正方晶の析出が減少
する。逆にＭ（ＪＯが１０モル％よりも多くなると、立
方晶の比率が高くなり、強度の低Ｆを招く。また立方晶
が粗粒化して、強度が低下する。

他方、最適の組織は、立方晶結晶粒内に熱処理による微
細な正方品の析出物が均一に分布し、一部の正方晶の析
出物が熱処理により単斜晶に変態したものである。強度
と靭性を増加させるためには、とくに正方晶を５％以上
とし、高温下での安定性を高めるためには、とくに立方
晶を６０％以上にする。立方晶が６０％よりも少ないと
、単斜晶の粗大粒が析出しやすくなり、強度の増加を望
みがたくなる。

なお、不純物について付言しておくと、Ｓｉ　０２が０
．５重量％よりも多くなると、結晶粒界にガラス相が形
成されて強度が低下する。ＡＱ　２０３が１．５重量％
よりも多くなると、それがＭｇＯと反応して、化合物相
が析出し、立方晶の安定性が低下する。そのため、高温
で長時間使用すると強度が低下してしまう。

叉ＪＪＬ表１に示すように、Ｚｒ　０２　、Ｙ２０３およびＭ（
ｌ　Ｏ（あるいは焼成によってこれらの酸化物となる塩
化物、硫化物、硝酸塩、炭酸塩の粉末または共沈粉）を
所定の組成に配合・混合し、必要に応じて焙焼する。適
当なバインダーとしてワックス等を加えて混合・解砕し
た後、スプレードライ法で造粒する。用途によっては凍
結乾燥、スリップキャスト等を行うことも可能である。

適当な成形法（金型プレス、冷間静水圧成形、スリップ
キャスト、ドクターブレード、射出成形等）で成形し、
焼成する。焼成温度は１５５０〜１７３０℃（望ましく
は１６００〜１７００℃）で、１〜５時間保持する。次
に、１１００〜１３５０℃で３〜１０００時間にわたっ
て時効を行う。たとえば、１２００℃で５００時間の時
効を行った結果、室温での強度と靭性が向上した。

本発明のものは室温で曲げ強度が安定して４２０ＭＰａ
以上、破壊靭性値が６　Ｍ　Ｎ　／　ｍ３／２であるも
のが得られる。

表１の中で、この本発明の実施例はＮＯ１２〜５であり
、Ｎ０１１とＮｏ、６〜８は比較例である。Ｎ０１１は
Ｙ２０３の濃度が低すぎる例で、Ｎ０１６はＹ２０３の
濃度が高すぎる例で、Ｎｏ、７はＡＱ　２０３の濃度が
高すぎる例で、Ｎ０１８は５ｉＯｚの濃度が高すぎる例
である。

Ｎ０１４の一変化例として１２００℃での１０００時間
の時効後の場合、室温で曲げ強さが４３０ＭＰａで、破
壊靭性値が６　Ｍ　Ｎ　／　ｎ＋３２であり、単斜晶相
の量は２２％であった代　　理　　人　　弁理士　　１
）　辺［表１　］　Ｚｒ　０２−ＭＱ　Ｏ−’Ｙ２０３
系セラミックスノ特性＊時効は１２００℃で５００＠間
維持する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＺｒＯ＿２−ＭｇＯ−Ｙ＿２Ｏ＿３系組成より成
り、Ｙ＿２Ｏ＿３が０．２〜３モル％、ＭｇＯが５〜１
０モル％、残部がＺｒＯ＿２であり、不純物としてＳｉ
Ｏ＿２が０．５重量％以下、Ａｌ＿２Ｏ＿３が１．５重
量％以下であり、立方晶結晶粒内に微細な正方晶と単斜
晶とが分布していることを特徴とするＺｒＯ＿２−Ｍｇ
Ｏ−Ｙ＿２Ｏ＿３系セラミックス。
（２）立方晶が６０〜９０％、正方晶が５〜２０％、単斜晶が５〜４０％である特許請求の範囲
第１項に記載のＺｒＯ＿２−ＭｇＯ−Ｙ＿２Ｏ＿３系セ
ラミックス。
（３）焼成体の平均結晶粒径が４０μｍ以下である特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のＺ
ｒＯ＿２−ＭｇＯ−Ｙ＿２Ｏ＿３系セラミックス。
（４）Ｙ＿２Ｏ＿３が０．２〜３モル％、ＭｇＯが５〜
１０モル％、残部がＺｒＯ＿２であって、不純物として
ＳｉＯ＿２が０．５重量％以下、Ａｌ＿２Ｏ＿３が１．
５重量％以下含まれているセラミック成形体を１５５０
〜１７３０℃の温度で１〜５時間焼成し、その後、１１
００〜１３５０℃の温度で３〜１０００時間熱処理して
立方晶結晶粒内に微細な正方晶と単斜晶を析出させるこ
とを特徴とするＺｒＯ＿２−ＭｇＯ−Ｙ＿２Ｏ＿３系セ
ラミックスの製造方法。