JPS63288957A - ジルコニアセラミックスの製造方法 - Google Patents

ジルコニアセラミックスの製造方法

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JPS63288957A
JPS63288957A JP62122570A JP12257087A JPS63288957A JP S63288957 A JPS63288957 A JP S63288957A JP 62122570 A JP62122570 A JP 62122570A JP 12257087 A JP12257087 A JP 12257087A JP S63288957 A JPS63288957 A JP S63288957A
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zirconia
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contg
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Tasuke Makino
太輔 牧野
Shinichi Shirasaki
信一 白崎
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National Institute for Research in Inorganic Material
Denso Corp
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National Institute for Research in Inorganic Material
NipponDenso Co Ltd
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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、安定化ジルコニア、あるいは部分安定化ジル
コニアなどのジルコニアセラミックスの製造方法に関す
るものである。
ジルコニアセラミックスの中で、部分安定化ジルコニア
は、酸素センサ、燃料電池などの機能性セラミックスと
して広い範囲の分野で利用されている。
〔従来の技術〕
安定化ジルコニアあるいは部分安定化ジルコニアの構成
成分であるZr0z及びY、0. 、 ?1gOなどの
酸化物原料粉末を使用して、乾式法で、ジルコニアセラ
ミックスの粉末を作製すると、平均粒径は1〜2.11
11以上のものとなる。この程度の粒度の安定化ジルコ
ニアあるいは部分安定化ジルコニアの粉末を使用しても
、高密度且つ高度な機能の機能性セラミックスを得るこ
とは難しい。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、前記の安定化ジルコニアあるいは、部分安定
化ジルコニア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あり、その目的は、分散性の良いサ
ブミクロン級の変成ジルコニア原料粉末を作製し、該粉
末を用いて単なる乾式法によって、易焼結性且つ高嵩密
度の安定化ジルコニアあるいは部分安定化ジルコニアを
合成し、更にこれら粉末を焼結して高性能且つ高密度の
安定化ジルコニアあるいは部分安定化ジルコニアを製造
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〕
ジルコニアセラミックスの中で、特に有益な部分安定化
ジルコニアについて、本発明の知見を以下に示すが、こ
の構成は安定化ジルコニウムについても適用されるもの
である。
すなわち、本発明者の研究によると、部分安定化ジルコ
ニア粉末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溶液との混合溶液と沈殿形
成液とを混合して共沈体を形成し、乾燥後、700〜1
300℃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)となし得ることが分
った。これを原料とし、目的とする部分安定化ジルコニ
アの残りの構成成分の化合物を乾式法によって混合すれ
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、特に焼結助剤を
必要とせずに極めて高密度の部分安定化ジルコニアが容
易に得られることを究明し得た。この知見に基いて本発
明を完成した。
本発明の要旨は、次の三つの工程の組み合わせにある。
(1)安定化ジルコニアあるいは部分安定化ジルコニア
を構成するジルコニウム以外の少なくとも一成分の、共
沈体凝集を抑制に足る適量と、ジルコニウムを含有する
溶液を作り、これと沈殿形成液とを反応せしめて共沈体
を形成し、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、以降の
工程においても凝集が生じることのない粒子が生成する
(2)  (1)の工程で得られた仮焼物と、目的とす
る安定化ジルコニアあるいは部分安定化ジルコニアの残
りの構成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。
(3)得られた仮焼粉末を成型して700〜1700℃
で焼結する工程。
安定化ジルコニアあるいは部分安定化ジルコニアの構成
成分としてはZrO□に安定化剤としてCab。
YZO3+ Mgo、 LazOz+ Yb2O3、な
どを所定量添加したものと、さらに、これにA 1 z
(hなどを添加するものがある。
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、硝酸ジルコニウム及び金属ジルコニウム
などが挙げられる。
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
ろ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、塩化ジルコニ
ウムおよび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
の少なくとも一成分の溶液を作製するための化合物とし
ては、Mg(NO2)z、MgCj! t +MgSO
4,CaCj! z、La(NOs):+。
Y(NO3)3などLa、Yの化合物が挙げられる。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
ア水、炭酸アンモニウム、苛性アルカリ、しゅう酸、し
ゅう酸アンモニウムやアミン、オキシン等の有機試薬が
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。共沈体はろ過及び
洗浄により回収する。
ジルコニウム含有溶液に溶解された安定化ジルコニアあ
るいは部分安定化ジルコニアの構成成分の種類は、Zr
と、安定化剤の成分またはΔ120゜などの金属成分と
なるが、その種類とその量は、ジルコニア粉末の凝集を
効果的に抑制し得る限度で使用するのが好ましい。得ら
れた共沈体の仮焼温度は、700〜1300℃である。
仮焼温度が700℃より低いと粒子の凝集が顕著に起り
、1300℃を超えると粒子が粗大化する傾向がある。
この様にして得られた粉末に、目的とする安定化ジルコ
ニアあるいは部分安定化ジルコニアの構成成分の不足分
を加えて混合する。勿論、ジルコニア及びジルコニアに
添加した成分と同一成分の不足分も補充する必要がある
。この場合、いずれの化合物粉末の粒度はサブミクロン
級のものを使用する。化合物粉末は一般に酸化物を使用
するが、仮焼中に酸化物となる炭酸塩等を使用すること
もできる。サブミクロン級の粉末は、目的とする安定化
ジルコニアあるいは部分安定化ジルコニアが仮焼中に凝
集、粗粒化するのを妨げるのに有効である。
ジルコニア含有粉末とその他粉末との混合物の仮焼温度
は、固相反応がほぼ、または完全に完了する最低温度以
上で、顕著な粒子成長が生じない最高温度範囲内である
ことが必要である。この温度は500〜1300℃であ
る。
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、その構成成分
の種類によって異なるが、一般的に700〜1700℃
の範囲である。
以下、本発明の詳細な説明する。
〔実施例〕
実施例1 オキシ硝酸ジルコニウム水溶液(0,45mol / 
l )、100ccと硝酸インドリウム水溶液(0,0
5not/ 1 )100ccとを混合した。この混合
水溶液を、がくはんしている6N−アンモニア水11中
に徐々に添加して、Zr’°、Y3゛の水酸化物共沈体
を常温で得た。これを洗浄、乾燥した後1100℃で仮
焼して(Zro、 9 Y o、 +) O1,qs鉛
粉末作成した。
該粉末6.109gと市販のZrO,微粉末6.161
 gとを、ボールミルで一昼夜混合した後、740 ”
Cで1時間イ艮焼してサブミクロン級の平均粒径を持つ
、部分安定化ジルコニアを得た。焼結助剤を用いず、該
粉末によって作製したジルコニアセラミックスの密度は
5.45g/cIdであり、極めて高い焼成密度を示し
た。
実施例2 実施例1におけると同様にして作成した(Zro、 *
Yo、 +) Or、 qs粉末6.109gと市販の
ZrJ粉末6.161 g 、  A 1201微粉末
0.123gとを、ボールミルで一昼夜混合した後、7
50℃で1時間仮焼してサブミクロン級の平均粒径を持
つ部分安定化ジルコニア粉末を得た。焼結助剤を用いず
、該粉末から得られたセラミックス焼結体の密度は、5
.43g / calであり、理論密度に極めて近かっ
た。
〔発明の効果〕
本発明の方法によると、第1工程により、安定化ジルコ
ニアあるいは部分安定化ジルコニアの構成成分の1種以
上を含むジルコニア粉末(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、以後通常の単なる乾式法によ
って、容易にサブミクロン級の安定化ジルコニアあるい
は部分安定化ジルコニア原料粉末が得られ、更にこれを
原料として理論密度に極めて近い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。そのほか次のよ
うな効果も奏し得られる。
(1)仮焼によって得られる変成ジルコニア粉末が十分
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)該仮焼変成ジルコニア粉末から乾式法で得られる
安定化ジルコニアあるいは部分安定化ジルコニア粉末も
単分散状態で得られ、易焼結性、且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ジルコニアセラ
ミックスをホットプレスやHIP(熱間ガス圧焼結)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、理論密度に極めて近い
高密度のものが得られる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、(1)安定化ジルコニアあるいは部分安定化ジルコ
    ニア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、こ
    れと沈殿形成液を反応させて共沈体を形成し、共沈体を
    乾燥後700〜1300℃で仮焼する工程、 (2)この仮焼物と目的とする安定化ジルコニアあるい
    は部分安定化ジルコニアの残りの構成成分の化合物を混
    合して500〜1300℃で仮焼する工程、 (3)得られた仮焼粉末を成型して700〜1700℃
    で焼結する工程とからなることを特徴とするジルコニア
    セラミックスの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014205913A (ja) * 2013-04-10 2014-10-30 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 超低熱伝導性及び摩耗性の高温tbcの構造及び製造方法

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