JPS647031B2

JPS647031B2 -

Info

Publication number: JPS647031B2
Application number: JP58248782A
Authority: JP
Inventors: Takao Nakada; Shigekazu Udagawa
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1983-12-27
Filing date: 1983-12-27
Publication date: 1989-02-07
Also published as: JPS60141672A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は高強度、高耐熱性を有するジルコニア
焼結体（以下焼結体という）の製造法に関する。従来酸化ジルコニウムに安定化剤としてイツト
リウム、マグネシウム等の酸化物を少量添加して
焼結体を製造すると曲げ強さ、硬度等が格段に向
上することが、特公昭58−9784号公報により知ら
れている。このような焼結体を製造するには、気相、液相
反応等を利用して酸化ジルコニウムと安定化剤と
を均一に混合した超微粒の原料粉を使用し、厳密
に制御した温度条件で焼成して焼結体に含まれる
結晶粒径を規定する必要がある。しかし複雑な工
程で作られる微粒を原料とするため高価であり、
成形あるいは焼成過程で大きな収縮を生じ、クラ
ツク、変形等を起こしやすく大型品の製造は困難
である。さらに酸化イツトリウムを使用した焼結
体は200〜300℃で、酸化マグネシウムを使用した
焼結体は1000℃で結晶形態が変化し、強度低下す
るため熱を受ける部分での長期使用はできない。
このため断熱性が良いという焼結体の特徴も生か
されなかつた。本発明はかかる欠点のない焼結体の製造法を提
供することを目的とするものである。本発明者らは上記の欠点について種々検討を進
めた結果、安定化剤として酸化イツトリウム粉と
酸化セリウム粉との２種を酸化ジルコニウム粉に
添加すれば、いずれかのみを添加する場合より高
強度化し、焼結体の熱的安定性も改善され、使用
原料粉は超微粒である必要がなくなり原料費の低
減、クラツク、変形等の発生もなく大型品が容易
に製造できることを見出した。本発明は酸化ジルコニウム粉65.0〜96.0重量
％、酸化セリウム粉0.6〜26.0重量％および酸化
イツトリウム粉0.8〜9.0重量％からなる混合物
90.0〜99.95重量％に酸化ビスマス粉0.05〜10.0重
量％を添加し、成形、焼成する焼結体の製造法に
関する。本発明において酸化セリウム粉の含有量は0.6
〜26.0重量％の範囲とされ、0.6重量％未満であ
ると焼結体の熱的安定性の改善効果はなく、26.0
重量％を越えると焼結体の熱的安定性は良いが強
度が低くなる。酸化イツトリウム粉の含有量は
0.8〜9.0重量％の範囲とされ、0.8重量％未満であ
ると添加による強度増加の効果は得られず、9.0
重量％を越えると焼結体の強度が低下する。また
酸化ジルコニウム粉の含有量は65.0〜96.0重量％
の範囲とされ、96.0重量％を越えると焼結体の強
度および熱的安定性が劣り、65.0重量％未満であ
ると焼結体の強度が低下する。本発明において酸化ビスマス粉は焼結可能な温
度を下げる効果および高性能の焼結体を得る効果
が有り、その使用量は上記原料の混合物90.0〜
99.95重量％に0.05〜10.0重量％添加することが必
要であり、10.0重量％を越えると焼結時に焼結体
に変化等が生じ、また、0.05重量％未満であると
添加による効果は得られない。また使用する各原料粉は純度99％以上で平均粒
径が5μｍ以下のものが望ましく、酸化ジルコニ
ウム粉に関すれば圧電体製造、塗料用等さらには
耐火物原料に使用される比較的低級グレードの粉
体が使用可能である。なお酸化ジルコニウム粉含有量の中には酸化ジ
ルコニウムと性質が類似で分離が困難な酸化ハフ
ニウム粉が含有していてもよい。また酸化ジルコ
ニウム粉としては炭酸ジルコニウム粉、水酸化ジ
ルコニウム粉等加熱すると酸化ジルコニウムにな
る材料も含むものとする。酸化イツトリウム粉、酸化セリウム粉および酸
化ビスマス粉も上記と同様に低級なグレードなも
の、水酸化物などを使用してもよい。原料の混合は湿式ボールミル混合法等で混合
し、原料の混合と共に平均粒径1μｍ以下にまで
粉砕した方がより良い性質を有する焼結体となり
望ましい。また本発明では、酸化ジルコニウム粉、酸化イ
ツトリウム粉および酸化セリウム粉の２種（残り
１種は熱処理後添加する）又は３種を混合、粉砕
したものを1000℃以上望ましくは1300〜1450℃で
熱処理を行ない、その後酸化ビスマス粉を添加
し、混合、粉砕を行なうと、熱処理効果により成
形、焼成における寸法ばらつき、あるいはクラツ
クの発生が低減できるため大型品の製造に好まし
い。焼成温度は1500〜1700℃が好ましく、1550〜
1650℃であれば性能のばらつきが小さく、高性能
の焼結体が得られるので好ましい。以下実施例により本発明を説明する。実施例１酸化ジルコニウム粉（第一希元素製、EPグレ
ード、純度99.5％）、酸化イツトリウム粉（信越
化学製、純度99.9％）および酸化セリウム粉（信
越化学製、純度99.9％）を第１表に示す配合割合
に秤量し、ボールミルで平均粒径1.0μｍ以下にな
るまで湿式粉砕、混合した。次に乾燥した後1400
℃で１時間熱処理を行ない中間原料を得た。この
中間原料に酸化ビスマス粉（信越化学製、純度
99.9％）を第１表に示す量添加し、再びボールミ
ルで平均粒径0.7μｍになるまで湿式粉砕、混合し
た。この混合物（粉体50重量％、水49.9重量％）
にポリビニルアルコール（PVA）0.08重量％お
よびワツクス0.02重量％を添加し、噴霧乾燥法で
造粒して成形粉を得、さらに前記の成形粉を1.2
トン／cm²の圧力にて加圧成形し、６×12×100mm
の成形体を得た。次にこの成形体を1570℃の温度
で焼成して焼結体を得た。なお試番８および試番
９に示むものは1570℃の温度では焼結されないた
め1650℃の温度で焼成して焼結体を得た。次に前記の温度で焼成して高い強度が得られた
温度、すなわち1570℃で焼成を行なつて得られた
焼結体を用いて各種試験を行なつた。その試験結
果を合わせて第１表に示す。なお試験方法におい
て、曲げ強さは３点曲げ試験法で、熱的安定性は
６×12×100mmの成形体の一端を1200℃に加熱し、
他の一端を室温中で1000時間設置した後の曲げ強
さを調べた。

【表】

【表】＊は本発明に含まれない範囲を示す。
第１表により、本発明の製造法によつて得られ
る焼結体は、熱的安定性が高く、機械的強度が高
いことが示される。これに対し試番１に示される
組成物の成形体を焼成した焼結体は、熱的安定性
が低く、機械的強度が低い。試番８および９に示
される組成物の成形体は、酸化ビスマス粉を含有
しないため1650℃の温度で焼成しなければ焼結す
ることができず、焼結しても機械的強度が低く、
また試番10に示される組成物の成形体は、1570℃
の焼成では過焼結となり、部分的に発泡体が生
じ、焼結体の機械的強度が低いということが示さ
れる。実施例２酸化ジルコニウム粉（第一希元素製、ACGM
グレード、純度99.2％、他に酸化珪素0.3重量％、
酸化第二鉄0.2重量％および酸化チタン0.3重量％
含有）、酸化イツトリウム粉（信越化学製、純度
99.9％）および酸化セリウム粉（信越化学製、純
度99.9％）を第２表に示す配合割合に秤量し、以
下実施例１と同様の方法により焼結体を得た。ま
た各種試験も実施例１と同様の方法で行ない、そ
の試験結果も合わせて第２表に示す。

【表】第２表により本発明の製造法によつて得られる
焼結体は、実施例１と同様に熱的安定性が高く、
機械的強度が高いことが示される。本発明によれば、超微粒の原料粉を使用した
り、精密な温度制御を必要としないため安価にそ
して容易に高強度、高耐熱性に優れた焼結体を製
造することができる。また酸化セリウム粉の添加量の増減により、室
温から高温の使用に適した断熱用の機械物品に使
用可能であると共に大型品の製造も可能であるな
どの効果を有する。

Claims

【特許請求の範囲】

１酸化ジルコニウム粉65.0〜96.0重量％、酸化
セリウム粉0.6〜26.0重量％および酸化イツトリ
ウム粉0.8〜9.0重量％からなる混合物90.0〜99.95
重量％に酸化ビスマス粉0.05〜10.0重量％を添加
し、成形、焼成することを特徴とするジルコニア
焼結体の製造法。