KR101285029B1 - 지르코니아 소결체의 제조 방법 - Google Patents

지르코니아 소결체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 역학적 특성이 서로 상이한 상(phase)으로 형성된 코어(core)부와 쉘(shell)부를 갖는 지르코니아 소결체의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 코어부는 인성이 높은 정방정계 구조를 가지고, 쉘부는 경도가 높은 입방정계 구조를 가지는 지르코니아 소결체의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에서는 지르코니아 분말로 되는 성형체를 아파타이트계 재료로 도포한 상태에서 빠른 승온 속도로 소결함으로써, 인성이 높은 정방정계의 코어부 및 경도가 높은 입방정계의 쉘부를 가지는 지르코니아 소결체를 신속하고, 효율적으로 제조할 수 있다.
지르코니아 분말, 지르코니아 성형체, 코어부, 쉘부, 정방정계, 입방정계, 아파타이트계 재료

Description

지르코니아 소결체의 제조 방법 {Production method of zirconia sinters}
도 1은 실시예 1에 따라 제조된 지르코니아 소결체의 X선 회절(XRD) 패턴을 나타내는 도면이다.
도 2은 실시예 2에 따라 제조된 지르코니아 소결체의 X선 회절 패턴을 나타내는 도면이다.
도 3은 비교예 1에 따라 제조된 지르코니아 소결체의 X선 회절 패턴을 나타내는 도면이다.
도 4은 비교예 2에 따라 제조된 지르코니아 소결체의 X선 회절 패턴을 나타내는 도면이다.
도 5은 비교예 3에 따라 제조된 지르코니아 소결체의 X선 회절 패턴을 나타내는 도면이다.
본 발명은 역학적 특성이 서로 상이한 상(phase)으로 형성된 코어(core)부와 쉘(shell)부를 갖는 지르코니아 소결체의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 코어부는 인성이 높은 정방정계 구조를 가지고, 쉘부는 경도가 높은 입방정계 구조를 가지는 지르코니아 소결체의 제조 방법에 관한 것이다.
직물, 종이 또는 필름 등의 제조에 사용되는 천공기 또는 슬리터 나이프와 같은 절삭 가공기에는 파손 및 부식의 방지를 위해 내충격성이 요구되며, 또한 내구성 및 생산성의 개선을 위해 내마모성이 요구된다. 고속도강, 담금질 스테인레스강 및 초경합금(cemented tungsten carbide) 등은 상기의 요구를 어느 정도 충족하지만, 내마모성이 떨어져 잦은 정비가 필요하다는 문제가 있다. 이에 반해 지르코니아계 세라믹 재료, 예를 들면 이트리아-도핑 정방정 지르코니아 다결정(Y-TZP) 등은 높은 인성을 가지는 등의 많은 이점을 가져 종이 또는 필름의 절단 및 천공 등에 자주 사용되고 있다. 또한 상기 지르코니아계 세라믹 재료는 기계적 특성 및 전자기적 특성이 우수하여 각종의 구조 재료 및 화학용 센서 등에서 다양하게 응용되고 있다.
지르코니아(ZrO2)는 산화 지르코늄의 통칭으로 상압에서 온도에 따라 입방정계(cubic system), 정방정계(tetragonal system) 및 단사정계(monoclinic system)와 같은 세 가지의 동질이상을 나타낸다. 상기 각각의 동질 이상에서의 역학적 특성을 살펴보면, 경도 측면에서는 정방정계보다 단사정계가, 또한 단사정계보다는 입방정계가 우수하다. 또한 인성의 측면에서 본다면 상기 세 가지 동질 이상 중 정방정계가 가장 우수하다.
지르코니아는 정방정계에서 단사정계로의 상 변태(phase transforamtion)시에 열의 출입 및 원자의 확산이 없고, 부피 팽창이 수반되는 마르텐사이트 변태(martensitic transformation)를 나타낸다. 이러한 지르코니아의 특유의 성질은 정방정 지르코니아 다결정체(tetragonal zirconia polycrystal) 및 지르코니아 강화 복합재료(zirconia reinforced composite)에서 균열의 확대에 대한 저항성을 나타내는 파괴 인성의 증진에 중요한 역할을 한다. 구체적으로는, 부분적으로 안정화된 지르코니아(partially stabilized zirconia) 또는 정방정 지르코니아 다결정체는 균열이 진행될 때 그 첨단부 주위의 정방정계의 지르코니아가 단사정계의 지르코니아로 전이되는 마르텐사이트 변태가 일어나 부피가 증가하여 균열의 진행이 억제된다. 또한, 세라믹 기지 내에 지르코니아 입자를 미세하게 분산시키면 파괴 균열이 진행될 때 정방정계의 지르코니아가 단사정계로 변태되거나, 또는 이미 단사정계로 변태된 지르코니아가 입자 주위에 형성된 잔류 압축 응력의 작용으로 기지 상의 탄성 파괴 에너지를 흡수하여 복합체의 파괴 인성이 향상되게 된다.
위와 같은 특성 때문에, 정방정 지르코니아 다결정체 또는 지르코니아 강화 복합재료에서 원하는 물성을 얻기 위해서는 지르코니아의 상 변태를 제어하는 것이 중요하고, 이에 대한 다수의 연구가 진행되어 왔다. 지르코니아의 상 변태를 제어하는 대표적인 방법으로는 입자 크기를 조절하는 방법 및 안정화제 또는 변태 촉진제와 같은 용질 원자를 고용시켜 지르코니아 자체의 구조 안정성을 변화시키는 방법이 있다. 지르코니아의 상 변태를 억제하는 안정화제로는 Y2O3, CaO 또는 MgO 등 을 들 수 있고, 단사정계로의 상 변태를 촉진하는 촉진제로는 HfO2 등을 들 수 있다.
클라우센 등은 특정량의 HfO2를 지르코니아에 고용시켜서, Al2O3 기지상에서 정방정계의 지르코니아를 단사정계로 변태시킬 수 있다고 보고하였으나, 이 경우 지나치게 과량의 HfO2가 첨가되어야 한다는 문제점이 있다. 또한 그린은 알루미나-이트리아 도핑 지르코니아 복합체를 순수 지르코니아 내에서 열처리함으로써, 복합체 표면 부분의 이트리아를 확산ㆍ추출시키면 표면에 잔류 압축 응력을 형성할 수 있다고 보고하였다. 그러나 이 방법에서는 안정화제인 이트리아가 사용됨으로써 지르코니아의 상변태가 억제되고 이트리아의 제거 등 열처리 조작이 복잡한 단점이 있다.
대한민국공개특허 제1994-11364호는 알루미나-지르코니아 압분체를 냉간 정수압 성형한 후, 특정 온도에서 소결하여 소결체를 얻고, 이어서 이를 미세 연마하여, ZrO2-MoO2 혼합 분말과 함께 열처리 함으로써 표면에서 단사정계 지르코니아의 함량이 증가되도록 하는 방법을 개시한다. 그러나 이 방법은 MoO2를 지르코니아에 고용시키기 위한 전열처리가 필요하고, 지르코니아-알루미나 복합체를 고온에서 소결한 후, 다시 상기를 ZrO2-MoO2 혼합 분말과 열처리하여야 하여, 처리 공정이 복잡해 지는 문제점이 있다.
한편 상기와 같은 지르코니아의 상 변태 제어 기술과 함께, 지르코니아 소결 체를 코어-쉘 구조로 제조하기 위한 기술도 존재한다. 코어-쉘 구조를 가지면서 인성이 높은 재료가 코어부를 형성하고, 경도가 높은 재료가 상기 코어부를 둘러싸고 있는 형태의 소재는 내충격성 및 내마모성이 뛰어나 보다 장기간의 제품 수명 및 성능 향상을 기대할 수 있다. 이러한 소재의 예로는 질화 처리 (nitridization) 또는 침탄 처리 (carburization)와 같은 표면 처리가 시행된 금속 소재를 들 수 있다. 상기와 같은 침탄 처리 또는 질화 처리는 인성이 높은 코어부에 경도가 높은 물질을 안정적으로 형성할 수 있게 하지만, 반응 효율이 모재의 탄소 또는 질소와의 반응성에 의존하기 때문에, 화학적 불활성이 우수한 지르코니아와 같은 세라믹 재료에 적용할 경우에는 생산 효율이 떨어지는 문제가 있다.
미국등록특허 제5677072호, 제5674794호 및 제5824123호는 정방정계 지르코니아 합금 코어부 및 단사정계의 외피부를 가지는 소결체의 제조 방법을 개시한다. 상기 특허들은 불순물(dopant)이 존재하지 않아 단사정계로 존재하는 순수 지르코니아 분말 등을 정방정계의 지르코니아 합금 분말의 성형체와 접촉을 시키고 매우 느린 승온 및 냉각 속도로 열처리를 하는 방법을 개시한다. 이에 따라 정방정계 지르코니아 합금 성형체에 존재하고 있던 상안정화제의 일부가 순수한 지르코니아 분말로 빠져나가게 되어 표면부가 경도가 높은 단사정계로 변태된다고 밝히고 있다.
또한 미국등록특허 제5290332호 및 제5358913호, 그리고 일본등록특허 제3542616호는 네트 형태에 근접한 정방정계 지르코니아 합금으로 물품을 압축 성형 하고, 이를 MgO, CaO, Y2O3, Sc2O3, 희토류 산화물 불순물 또는 상기의 혼합물과 접촉시킨 후, 느린 승온 및 냉각 속도로 소결하여 정방정계의 코어부 및 입방정계의 외피부의 물품을 제조하는 방법을 개시한다. 이 방법에서는 소결 공정에서 정방정계 지르코니아 분말 성형체의 표면으로, 불순물이 확산, 침투하여 표면부는 경도가 높은 입방정계, 그리고 내부는 인성이 높은 정방정계로 존재하는 소결체를 제조할 수 있다고 밝히고 있다.
그러나 상기 종래 기술에서 개시하고 있는 방법에서는 모두 지르코니아 성형체를 소성함에 있어 매우 느린 승온 속도 및 냉각 속도로 제어하는 것이 필수적이므로, 생산성이 매우 떨어지고, 또한 제조된 소결체의 표면부의 단사정계 또는 입방정계로의 변태가 효율적으로 일어나지 않는다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 보다 신속하고 효율적으로 정방정계의 코어(core)부 및 입방정계의 쉘(shell)부를 가지는 지르코니아 소결체를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이에 따라 본 발명의 목적은 지르코니아 분말로 제조된 성형체를 아파타이트계 재료로 도포한 상태에서 빠른 속도로 소결 온도까지 승온시킨 후 소결함으로서 정방정계의 코어부 및 입방정계의 쉘부를 가지는 지르코니아 소결체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은,
(1) 지르코니아 분말로 제조된 성형체를 아파타이트계 재료로 도포하는 단계; 및
(2) 아파타이트계 재료가 도포된 성형체를 소결하는 단계를 포함하는 코어-쉘(core-shell) 구조의 지르코니아 소결체의 제조 방법에 관한 것이다. 상기와 같은 본 발명의 방법에서는 내충격성 및 내마모성 등이 우수한 지르코니아 소결체, 구체적으로는 정방정계(tetragonal system)의 코어부 및 입방정계(cubic system)의 쉘부를 갖는 지르코니아 소결체를 신속하고, 효율적으로 제조할 수 있다.
이하 본 발명의 제조 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 (1) 단계는 지르코니아 분말로 제조된 펠릿 등의 성형체를 아파타아트계 재료로 도포하는 단계이다.
본 발명의 (1) 단계에서 사용되는 지르코니아 분말은 순수 지르코니아 분말, 상기와 다른 성분과의 혼합 분말 및 합금 분말, 그리고 지르코니아 고용체 분말을 포함하며, 또한 가소제와 같은 통상의 첨가제가 첨가되어 있을 수 있다. 순수한 지르코니아 분말의 경우 후술하는 (2) 단계의 소결 공정 후의 냉각 과정 중 정방정계에서 단사정계 (monoclinic system)로의 상 변태가 일어나 강도가 저하될 우려가 있다. 따라서 본 발명에서는 이를 방지하기 위하여 이트륨(yttrium), 마그네슘(magnesium), 칼슘(calcium), 세륨(cerium), 니오브(niobium), 스칸 듐(scandium), 네오디뮴(neodymium), 플루토늄(plutonium), 프라세오디뮴(praseodymium), 사마륨(samarium), 유로퓸(europium), 가돌리늄(gadolinium), 프로메튬(promethium) 및 에르븀(erbium)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속의 산화물이 도핑되어 있는 지르코니아 분말을 사용하는 것이 바람직하고, 소결 후에 입방정계의 쉘부 및 정방정계의 코어부 형성이 용이하다는 관점에서 이트리아가 도핑된 지르코니아 분말을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 본 발명의 (1) 단계에서 지르코니아 분말로 성형체를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 프레스 성형, 압출 성형 및/또는 사출 성형과 같은 이 분야의 통상의 방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 또한 프레스 성형 등의 경우에는 지르코니아 분말에 PVA 및/또는 PVB와 같은 가소제를 소량 혼합한 혼합 분말을 사용하여 성형체를 제조할 수도 있다. 본 발명의 방법에서 복잡한 형상을 갖는 소결체를 제조하는 경우에는 제조된 성형체를 소결 온도보다 200℃ 이상 낮은 온도에서 예비 소결하는 것이 바람직하며, 경우에 따라서는 상기 예비 소결 후에 성형체가 네트 형태에 근접한 형상(near-net shape)을 갖도록 각종의 연삭 및/또는 절삭 등과 같은 기계적 가공을 추가로 수행할 수도 있다.
상기 (1) 단계에서의 아파타이트계 재료는 아파타이트계 화합물로부터 형성되는 재료로서, 소결 과정에서 지르코니아 소결체의 쉘부와 코어부가 각각 입방정계 및 정방정계의 구조로 형성될 수 있도록 하는 작용을 한다.
본 발명에서 사용할 수 있는 아파타이트계 재료는 특별히 한정되지 않으나, 아파타이트계 화합물의 분말, 아파타이트계 화합물의 슬러리 또는 아파타이트계 화 합물의 전구체 용액을 사용하는 것이 바람직하다.
이 때 아파타이트계 화합물로는 히드록시 아파타이트, 카보네이트 아파타이트, 플루오르 아파타이트, 옥시 아파타이트 및 플르오르 히드록시 아파타이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으며, 상기 나열된 아파타이트계 화합물에는 Sr, Mg 및 Si로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분이 도핑되어 있을 수 있다. 특별히 한정되는 것은 아니지만 본 발명에서는 상기와 같은 아파타이트계 화합물 중 히드록시 아파타이트를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 (1) 단계에서는 아파타이트계 재료가 성형체의 표면을 충분히 덮을 수 있도록 도포 공정이 수행되는 것이 바람직한데, 이를 위한 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 (1) 단계에서는 도포된 아파타이트계 재료의 두께가 100 nm 이상이 되거나, 및/또는 아파트이트계 재료가 성형체 표면의 30% 이상을 도포할 수 있도록 도포 공정을 수행하는 것이 바람직하고, 아파타이트계 재료가 성형체 표면의 30% 이상을 도포하면서, 도포된 재료의 두께가 100 nm 이상이 되는 것이 더욱 바람직하다. 그러나 상기 내용은 본 발명의 도포 방법의 일례에 불과할 뿐이며, 본 발명의 도포 방법은 성형체의 표면이 아파타이트계 재료에 의해 충분히 덮히도록 수행된다면 특별히 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명에서 아파타이트계 재료를 도포하는 방법은 성형체의 크기 및 형상 등에 따라 자유롭게 조절될 수 있으며, 성형체의 두께와 동일한 두께로 아파타이트계 재료를 충전하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 (2) 단계는 아파타이트계 재료가 도포된 성형체를 소결하여, 지르 코니아 소결체를 제조하는 단계이다. 이 때 소결 방법은 특별히 한정되지 않으나 보다 치밀한 조직의 소결체를 얻기 위해서는,
(a) 성형체가 포함된 노(furnace)의 온도를 상온에서 1300 내지 1600℃의 소결 온도까지 승온시키는 단계; 및
(b) 소결 온도에서 성형체를 유지시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 단계 (a)는 아파타이트계 재료로 도포된 성형체가 포함된 노의 온도를 상온에서 소결 온도로 승온시키는 단계이다. 이 때 소결 온도는 특별히 한정되지 않으며, 통상적인 소결 온도 예를 들면 1300 내지 1600℃, 바람직하게는 1400 내지 1500℃이다. 본 발명의 주요한 특징 중 하나는 상기 단계 (a)에서 승온 속도를 빠르게 할 수 있다는 것에 있다. 코어-쉘 구조의 지르코니아 소결체의 제조에 관한 종래의 기술에서는 전술한 소결 온도까지 노를 승온시킬 때에 0.5 ℃/분 미만의 느린 승온 속도로 제어하는 것이 필수적이어서, 생산 효율이 저하되는 문제점을 가지고 있었다. 그러나, 본 발명의 방법에서는 상기 단계 (a)의 승온 속도를 빠르게 설정하면서도, 우수한 코어-쉘 구조의 소결체 제조가 가능하다. 즉, 본 발명의 (a) 단계에서의 승온 속도는 1℃/분 이상이 바람직하며, 5℃/분 이상이 더욱 바람직하다.
본 발명의 단계 (b)는 소결 온도에서 성형체를 일정 시간 유지시키면서 소결 공정을 진행시키는 단계이로서, 이 때 성형체의 소결 시간은 0.5 내지 6 시간이 바람직하다. 그러나 상기는 본 발명의 소결 시간의 일례에 불과하며, 본 발명에서는 성형체의 두께 또는 목적하는 소결체의 물성 등에 따라 소결 시간을 자유롭게 변경 할 수 있다. 예를 들어 성형체의 두께가 두껍다면 열처리 시간을 상기 보다 길게 하고, 얇다면 열처리 시간을 짧게 조절할 수 있으며, 이 분야의 숙련된 기술자는 성형체에 따라 최적의 소결 시간을 용이하게 조절할 수 있다.
본 발명의 소결 공정은 상기 단계 (a) 및 (b)를 순차 거친 후에, 노랭 공정, 즉 더 이상의 열은 가하지 않고, 노를 냉각시키는 공정을 거침으로써 마무리된다. 종래에 공정의 경우 노랭 공정에 있어서도 노 내부의 온도를 제어하면서 식히는 공정이 필수적이어서, 생산성이 떨어지는 문제가 있었으나, 본 발명의 방법에서는 상기와 같은 공정을 거칠 필요가 없다는 장점을 가진다.
이와 같은 소결 공정 후에 소결체의 표면에 존재하는 아파타이트계 재료를 제거하는 방법은 이 분야의 통상의 방법을 사용할 수 있다. 이러한 방법의 예로는 잔존하는 아파타이트계 재료를 초음파 세척 공정 등을 통하여 제거하는 방법을 들 수 있다.
상기와 같은 공정을 통하여 제조된 지르코니아 소결체는 코어-쉘 구조를 가지게 되며, 이 때 상기 코어는 정방정계의 구조를 가지고, 쉘은 입방정계의 구조를 가지게 된다. 본 발명에서 소결체가 상기와 같은 코어-쉘 구조를 가지게 되는 메커니즘의 일례를 들면 다음과 같다. 예를 들어, 아파타이트계 재료로서 히드록시 아파타이트를 사용하는 경우, 상기는 소결 과정에서 지르코니아 성형체와 접촉하고 있는 부위에서 열분해되어 CaO를 생성시킨다. 이와 같이 생성된 CaO는 소결체 표면에서부터 확산되어 들어가므로 소결체의 표면에는 입방정계의 지르코니아가 형성되고, 소결체의 내부까지는 CaO가 확산되지 않아 정방정계의 지르코니아로 존재하 게 된다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명의 범위는 하기에 제시된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
이트리아 (yttria: Y2O3)가 도핑된 지르코니아 분말 (TZ-3YE, Tosoh Co. Ltd(일본))을 직경이 약 20 mm이고, 두께가 약 2 mm인 디스크상의 펠릿 형태의 성형체로 제조하였다. 알루미나 도가니의 바닥에 히드록시 아파타이트 분말 (Alfa Aesar(미국))을 약 1 mm의 두께로 평평하게 충전한 후, 상기 성형체를 넣고, 다시 그 위에 동일한 히드록시 아파타이트 분말을 약 1 mm 두께로 평평하게 충전하였다. 그 후 도가니의 뚜껑을 덮고, 상온에서 1400℃까지 5 ℃/분의 승온 속도로 가열하여 1400℃에서 4시간 동안 유지하고, 소결로에서 냉각을 시킨 후, 표면에 잔존하는 히드록시 아파타이트를 초음파 세척을 통하여 제거하여 소결체를 제조하였다.
실시예 2
소결 온도를 1500℃로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 소결체를 제조하였다.
비교예 1
제조된 성형체의 표면에 히드록시 아파타이트 분말을 도포하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 소결체를 제조하였다.
비교예 2
제조된 성형체 표면에 MgO 분말 (Kanto(일본))을 도포하고, 소결 온도를 1500℃로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 소결체를 제조하였다.
비교예 3
제조된 성형체의 표면에 Y2O3 분말 (Kanto(일본))을 도포하고, 소결 온도를 1500℃로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 소결체를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 각각의 실시예 및 비교예에 대하여 X선 회절 (XRD; X-ray diffraction) 분석을 시행하여 그 결과를 도 1 내지 5에 나타내었다. 도 1 내지 5는 각각 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 3의 소결체에 대한 X선 회절 분석의 결과를 나타내는 도면이다.
X선 회절 분석 시에 회절각 (2θ) 35도를 전후하여 1개의 피크가 나타날 경우에는 대상물이 입방정계이고, 35도에서 2개의 피크가 나타날 경우에는 정방정계인 것을 나타낸다. 그런데, 도 1 및 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 및 2의 소결체의 표면부에서는 35도에서 2개의 피크가 나타나지 않고 1개의 피크만이 나타나 100% 입방정계의 지르코니아가 존재하는 것을 알 수 있었다.
반면 히드록시 아파타이트 분말을 사용하지 않은 비교예 1의 경우, 도 3에 나타난 바와 같이, 35도에서 2개의 피크가 검출되는 전형적인 정방정계 지르코니아 인 것으로 나타났다. 또한 MgO 및 Y2O3 분말을 사용한 비교예 2 및 3의 경우에도, 도 4 및 5에 나타난 바와 같이 표면부의 X선 회절 분석 시 35도에서 2개의 피크가 나타나는 정방정계 지르코니아가 존재하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 MgO 및 Y2O3 분말 등 아파타이트계 재료 외의 재료를 사용하거나, 또는 도포 재료를 사용하지 않는 경우에 빠른 승온 속도에서는 목적하는 물성을 갖는 소결체의 제조가 불가능하다는 점을 나타낸다.
이상과 같이, 본 발명의 제조 방법에서는 지르코니아 분말로 되는 성형체를 아파타이트계 재료로 도포한 상태에서 빠른 승온 속도로 소결함으로써, 인성이 높은 정방정계의 코어부 및 경도가 높은 입방정계의 쉘부를 가지는 지르코니아 소결체를 신속하고, 효율적으로 제조할 수 있게 된다.

Claims (12)

  1. (1) 이트륨, 마그네슘, 칼슘, 세륨, 니오브, 스칸듐, 네오디뮴, 플루토늄, 프라세오디뮴, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 프로메튬 및 에르븀으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속의 산화물이 도핑되어 있는 지르코니아 분말로 제조된 성형체를 아파타이트계 재료로 도포하는 단계; 및
    (2) 아파타이트계 재료가 도포된 성형체를 소결하는 단계를 포함하는 코어-쉘 구조의 지르코니아 소결체의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    소결 전에 성형체를 소결 온도보다 200℃ 이상 낮은 온도에서 예비 소결하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    예비 소결 후 성형체에 대하여 기계적 가공을 수행하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    아파타이트계 재료는 아파타이트계 화합물의 분말, 아파타이트계 화합물의 슬러리 또는 아파타이트계 화합물의 전구체 용액인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    아파타이트계 화합물은 히드록시 아파타이트, 카보네이트 아파타이트, 플루오르 아파타이트, 옥시 아파타이트 및 플르오르 히드록시 아파타이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    아파타이트계 화합물에는 Sr, Mg 및 Si로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분이 도핑되어 있는 것으로 특징으로 하는 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    (1) 단계에서 아파타이트계 재료는 성형체 표면의 30% 이상을 도포하고, 도포된 재료의 두께가 100 nm 이상인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    도포된 아파타이트계 재료의 두께가 성형체의 두께와 동일하도록 도포되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    (2) 단계는,
    (a) 성형체가 포함된 노의 온도를 상온에서 1300 내지 1600℃의 소결 온도까지 승온시키는 단계; 및
    (b) 소결 온도에서 성형체를 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    단계 (a)의 승온 속도는 1℃/분 이상인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    단계 (b)에서 성형체를 0.5 내지 6 시간 동안 유지시키는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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