JPS6353147B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6353147B2 JPS6353147B2 JP54116226A JP11622679A JPS6353147B2 JP S6353147 B2 JPS6353147 B2 JP S6353147B2 JP 54116226 A JP54116226 A JP 54116226A JP 11622679 A JP11622679 A JP 11622679A JP S6353147 B2 JPS6353147 B2 JP S6353147B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintered body
- zirconia
- stabilized zirconia
- zirconia sintered
- monoclinic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
本発明は部分安定化ジルコニア焼結体に関し、
さらに詳しくは、固体電解質型の酸素センサや酸
素ポンプの基材として好適な部分安定化ジルコニ
ア焼結体に関する。 ジルコニア焼結体は単斜晶、正方晶を経て立方
晶構造をとることが知られており、この立方晶構
造のジルコニア焼結体を、特に安定化ジルコニア
焼結体と呼んでいる。しかしながら、この安定化
ジルコニア焼結体は熱衝撃強度が低いという欠点
があつた。 安定化ジルコニア焼結体の上記欠点を解決する
ために、たとえば特開昭53−128612号公報で、安
定化ジルコニア焼結体中に５〜35（重量％）もの
単斜晶ジルコニア焼結体を共存させてなる部分安
定化ジルコニア焼結体も知られている。この部分
安定化ジルコニア焼結体は、単斜晶構造自身の熱
膨張係数が小さいこと、および単斜晶構造の粒界
の隙間が熱応力による歪を吸収することから、熱
衝撃強度が高いといわれている。しかしながら、
この部分安定化ジルコニア焼結体を実際に使用し
てみると、100〜600（℃）程度の比較的低温にお
いても破損することがあり、改善が望まれてい
た。 本発明の目的は、従来技術の上記欠点を解決
し、熱衝撃強度が高く、かつ長時間使用しても破
損しにくい部分安定化ジルコニア焼結体を提供す
るにある。 本発明の上記目的は、立方晶構造をもつジルコ
ニアと、単斜晶構造をもつジルコニアとが共存し
ており、単斜晶構造をもつジルコニアは0.5〜4.5
（重量％）含まれており、かつ気孔率が２〜７
（％）であることを特徴とする部分安定化ジルコ
ニア焼結体によつて達成される。 本発明をさらに詳細に説明するに、上述したよ
うに、本発明の部分安定化ジルコニア焼結体は、
焼結体全体に対して0.5〜4.5（重量％）の単斜晶
構造のジルコニアを含んでいる必要がある。すな
わち、単斜晶構造のジルコニアの含有率を上記範
囲とすることによつて、熱衝撃強度が高く、かつ
長時間使用しても破損することが少ない部分安定
化ジルコニア焼結体を得ることができる。その理
由は明確には解明されていないが、単斜晶構造の
粒界の隙間が適当な大きさであり、この隙間が焼
結体の熱応力による歪を吸収するとともに、この
部分に非常に微細な割れ（マイクロクラツク）を
生じて熱応力による亀裂の伝搬を防止しているも
のと推定される。 本発明の部分安定化ジルコニア焼結体は、２〜
７（％）の気孔率を有している。ここにおいて気
孔率は式 （１−かさ密度／理論密度）×100（％） で定義されるもので、気孔率が２％未満の場合に
は、焼結体中に亀裂を発生した場合にその伝搬速
度が速くなり、一方７％を越えるような場合には
機械的強度が下がり、また焼結体中にそれを貫通
する開気孔を生ずるようになるので、避けるべき
である。 次に、この発明の作用効果を、好ましい製造方
法とともに、実施例に基いて詳細に説明する。 実施例 オキシ塩化ジルコニル（ZrOCl2）と塩化イツ
トリウム（YCl3）、塩化カルシウム（CaCl2）お
よび塩化マグネシウム（MgCl2）とを用い、
ZrO2―Y2O3系、ZrO2―CaO系およびZrO2―
MgO系のジルコニア焼結体を作つた。 すなわち、まずオキシ塩化ジルコニルと塩化イ
ツトリウム、塩化カルシウムまたは塩化マグネシ
ウムとを所定のモル比となるように調整した溶液
を蒸発乾固させ、次いでこれを1000℃で仮焼成し
た後ポツトミルで24時間粉砕し、原料粉末を作つ
た。 次いで、この原料粉末にバインダを加え、ラバ
ープレス法によつて板状に成形した後、表に示す
温度で３時間焼成し、表に示すような13種類の焼
結体を作つた。この焼成に際して、昇温および冷
却の速度を制御することによつて熱履歴を加え、
焼結体中に占める単斜晶構造のジルコニアの重量
割合を変えた。 このようにして作つた10種類の焼結体について
その単斜晶構造のジルコニアの重量割合、気孔
率、熱衝撃強度、曲げ強度を測定した。結果を表
に示す。 なお、単斜晶構造のジルコニアの重量割合の測
定は、周知のＸ線回折法によつた。よつた。ま
た、同様にＸ線回折法で調べたところ、すべての
焼結体について、立方晶構造をもつジルコニアの
存在が認められた。すなわち、残余の全部または
多くが立方晶構造をもつジルコニアであつた。 気孔率は、上述した式によつて算出した。な
お、かさ密度は焼結体の体積と重量から求めた。 熱衝撃強度は、厚み2.4mm、幅3.6mm、長さ15mm
の試験片を任意の温度TX℃に加熱した後温度Ｔ
℃の水中で急冷し、次いでその曲げ強度を周知の
３点曲げ試験法によつて測定する。そして、試験
片の曲げ強度の低下が起始めるような加熱温度
TX℃を臨界温度TC℃として読取り、この臨界温
度TC℃と上記冷却温度Ｔ℃との差TC−Ｔ（℃）を
もつて熱衝撃強度の指標とした。なお、３点曲げ
試験法における試験片のスパン長は12mm、荷重印
加速度は１mm／分とした。 曲げ強度は焼結体の製造直後、200℃の温度下
で5000時間加熱後および400℃の温度下で5000時
間加熱後について、周知の３点曲げ試験法を用い
て測定した。用いた試験片は厚み2.4mm、幅3.6
mm、長さ15mmであり、スパン長は12mm、荷重印加
速度は１mm／分とした。
さらに詳しくは、固体電解質型の酸素センサや酸
素ポンプの基材として好適な部分安定化ジルコニ
ア焼結体に関する。 ジルコニア焼結体は単斜晶、正方晶を経て立方
晶構造をとることが知られており、この立方晶構
造のジルコニア焼結体を、特に安定化ジルコニア
焼結体と呼んでいる。しかしながら、この安定化
ジルコニア焼結体は熱衝撃強度が低いという欠点
があつた。 安定化ジルコニア焼結体の上記欠点を解決する
ために、たとえば特開昭53−128612号公報で、安
定化ジルコニア焼結体中に５〜35（重量％）もの
単斜晶ジルコニア焼結体を共存させてなる部分安
定化ジルコニア焼結体も知られている。この部分
安定化ジルコニア焼結体は、単斜晶構造自身の熱
膨張係数が小さいこと、および単斜晶構造の粒界
の隙間が熱応力による歪を吸収することから、熱
衝撃強度が高いといわれている。しかしながら、
この部分安定化ジルコニア焼結体を実際に使用し
てみると、100〜600（℃）程度の比較的低温にお
いても破損することがあり、改善が望まれてい
た。 本発明の目的は、従来技術の上記欠点を解決
し、熱衝撃強度が高く、かつ長時間使用しても破
損しにくい部分安定化ジルコニア焼結体を提供す
るにある。 本発明の上記目的は、立方晶構造をもつジルコ
ニアと、単斜晶構造をもつジルコニアとが共存し
ており、単斜晶構造をもつジルコニアは0.5〜4.5
（重量％）含まれており、かつ気孔率が２〜７
（％）であることを特徴とする部分安定化ジルコ
ニア焼結体によつて達成される。 本発明をさらに詳細に説明するに、上述したよ
うに、本発明の部分安定化ジルコニア焼結体は、
焼結体全体に対して0.5〜4.5（重量％）の単斜晶
構造のジルコニアを含んでいる必要がある。すな
わち、単斜晶構造のジルコニアの含有率を上記範
囲とすることによつて、熱衝撃強度が高く、かつ
長時間使用しても破損することが少ない部分安定
化ジルコニア焼結体を得ることができる。その理
由は明確には解明されていないが、単斜晶構造の
粒界の隙間が適当な大きさであり、この隙間が焼
結体の熱応力による歪を吸収するとともに、この
部分に非常に微細な割れ（マイクロクラツク）を
生じて熱応力による亀裂の伝搬を防止しているも
のと推定される。 本発明の部分安定化ジルコニア焼結体は、２〜
７（％）の気孔率を有している。ここにおいて気
孔率は式 （１−かさ密度／理論密度）×100（％） で定義されるもので、気孔率が２％未満の場合に
は、焼結体中に亀裂を発生した場合にその伝搬速
度が速くなり、一方７％を越えるような場合には
機械的強度が下がり、また焼結体中にそれを貫通
する開気孔を生ずるようになるので、避けるべき
である。 次に、この発明の作用効果を、好ましい製造方
法とともに、実施例に基いて詳細に説明する。 実施例 オキシ塩化ジルコニル（ZrOCl2）と塩化イツ
トリウム（YCl3）、塩化カルシウム（CaCl2）お
よび塩化マグネシウム（MgCl2）とを用い、
ZrO2―Y2O3系、ZrO2―CaO系およびZrO2―
MgO系のジルコニア焼結体を作つた。 すなわち、まずオキシ塩化ジルコニルと塩化イ
ツトリウム、塩化カルシウムまたは塩化マグネシ
ウムとを所定のモル比となるように調整した溶液
を蒸発乾固させ、次いでこれを1000℃で仮焼成し
た後ポツトミルで24時間粉砕し、原料粉末を作つ
た。 次いで、この原料粉末にバインダを加え、ラバ
ープレス法によつて板状に成形した後、表に示す
温度で３時間焼成し、表に示すような13種類の焼
結体を作つた。この焼成に際して、昇温および冷
却の速度を制御することによつて熱履歴を加え、
焼結体中に占める単斜晶構造のジルコニアの重量
割合を変えた。 このようにして作つた10種類の焼結体について
その単斜晶構造のジルコニアの重量割合、気孔
率、熱衝撃強度、曲げ強度を測定した。結果を表
に示す。 なお、単斜晶構造のジルコニアの重量割合の測
定は、周知のＸ線回折法によつた。よつた。ま
た、同様にＸ線回折法で調べたところ、すべての
焼結体について、立方晶構造をもつジルコニアの
存在が認められた。すなわち、残余の全部または
多くが立方晶構造をもつジルコニアであつた。 気孔率は、上述した式によつて算出した。な
お、かさ密度は焼結体の体積と重量から求めた。 熱衝撃強度は、厚み2.4mm、幅3.6mm、長さ15mm
の試験片を任意の温度TX℃に加熱した後温度Ｔ
℃の水中で急冷し、次いでその曲げ強度を周知の
３点曲げ試験法によつて測定する。そして、試験
片の曲げ強度の低下が起始めるような加熱温度
TX℃を臨界温度TC℃として読取り、この臨界温
度TC℃と上記冷却温度Ｔ℃との差TC−Ｔ（℃）を
もつて熱衝撃強度の指標とした。なお、３点曲げ
試験法における試験片のスパン長は12mm、荷重印
加速度は１mm／分とした。 曲げ強度は焼結体の製造直後、200℃の温度下
で5000時間加熱後および400℃の温度下で5000時
間加熱後について、周知の３点曲げ試験法を用い
て測定した。用いた試験片は厚み2.4mm、幅3.6
mm、長さ15mmであり、スパン長は12mm、荷重印加
速度は１mm／分とした。
【表】
【表】
上表から明らかなように、単斜晶構造をもつジ
ルコニアを0.5〜4.5（重量％）の範囲で含み、か
つ気孔率が２〜７（％）の範囲にある本発明の部
分安定化ジルコニア焼結体、つまりNo.２、３、
６、７、９および11の焼結体は、上記範囲を満た
していないNo.１、４、５、８、10、12および13の
焼結体ににくらべて熱衝撃強度が高く、かつ長時
間使用しても破損するようなことがない。 以上説明した本発明の部分安定化ジルコニア焼
結体は、固体電解質型の酸素センサや酸素ポンプ
の基材として特に好適であるが、他の用途、たと
えば耐熱材料、耐熱性電気絶縁材料など、いろい
ろな用途にも使用することができる。
ルコニアを0.5〜4.5（重量％）の範囲で含み、か
つ気孔率が２〜７（％）の範囲にある本発明の部
分安定化ジルコニア焼結体、つまりNo.２、３、
６、７、９および11の焼結体は、上記範囲を満た
していないNo.１、４、５、８、10、12および13の
焼結体ににくらべて熱衝撃強度が高く、かつ長時
間使用しても破損するようなことがない。 以上説明した本発明の部分安定化ジルコニア焼
結体は、固体電解質型の酸素センサや酸素ポンプ
の基材として特に好適であるが、他の用途、たと
えば耐熱材料、耐熱性電気絶縁材料など、いろい
ろな用途にも使用することができる。
Claims (1)
- １ 立方晶構造をもつジルコニアと、単斜晶構造
をもつジルコニアとが共存しており、単斜晶構造
をもつジルコニアは0.5〜4.5（重量％）含まれて
おり、かつ気孔率が２〜７（％）であることを特
徴とする部分安定化ジルコニア焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11622679A JPS5641873A (en) | 1979-09-12 | 1979-09-12 | Partially stabilized zirconia sintered body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11622679A JPS5641873A (en) | 1979-09-12 | 1979-09-12 | Partially stabilized zirconia sintered body |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5641873A JPS5641873A (en) | 1981-04-18 |
| JPS6353147B2 true JPS6353147B2 (ja) | 1988-10-21 |
Family
ID=14681946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11622679A Granted JPS5641873A (en) | 1979-09-12 | 1979-09-12 | Partially stabilized zirconia sintered body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5641873A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3610041C2 (de) * | 1985-03-22 | 1996-09-05 | Noritake Co Ltd | Keramik auf Zirkoniumdioxidbasis mit Aluminiumoxid, Spinell, Mullit oder Spinell und Mullit und mit verbesserter hydrothermaler und thermischer Stabilität |
| JP2572883B2 (ja) * | 1990-09-04 | 1997-01-16 | 日本碍子株式会社 | 固体電解質膜及びこれを有する固体電解質型燃料電池、並びにこれらの製造方法 |
| JP2006248858A (ja) * | 2005-02-10 | 2006-09-21 | Daiichi Kigensokagaku Kogyo Co Ltd | イットリア安定化ジルコニア質焼結体及びその製造方法 |
| JP5205245B2 (ja) * | 2008-12-09 | 2013-06-05 | 株式会社デンソー | 部分安定化ジルコニア磁器 |
| JP4972140B2 (ja) * | 2009-10-09 | 2012-07-11 | Ａｇｃセイミケミカル株式会社 | スカンジア安定化ジルコニアおよびその製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5919074B2 (ja) * | 1979-02-28 | 1984-05-02 | 松下電器産業株式会社 | 酸素センサ用磁器焼結体 |
-
1979
- 1979-09-12 JP JP11622679A patent/JPS5641873A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5641873A (en) | 1981-04-18 |
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