KR910002175B1 - Magnesia partially-stabilized zirconia - Google Patents

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KR910002175B1
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KR1019910001376A
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Inventor
알렌 부쉬 에드워드
파타브히라미 레디 케이.
주니어 루이스 스탠리 소카
Original Assignee
디디어-베르케 아크티엔 게젤샤프트
라이문트 브뤼크너, 요세 김페라
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G25/00Compounds of zirconium

Abstract

본 발명은 실리카를 함유하는 지르코니아 분말 및 마그네시아 분말의 성형된 비하소성 혼합물로 구성된 부분 안정화된 고함량 단사형 지르코니아체에 관한 것이다.The present invention relates to a partially stabilized high content monoclinic zirconia body composed of a molded, non-calcined mixture of zirconia powder and magnesia powder containing silica.

Description

부분적으로 안정화된 고함량 단사형 지르코니아체 및 그 제조방법Partially stabilized high content monoclinic zirconia body and its manufacturing method

본 발명은 마그네시아에 의해 부분적으로 안정화된 지르코니아로 제조된 내화성 제품에 관한 것으로, 특히 비교적 다량의 실리카를 함유하는 지르코니아로부터 제조된 제품에 관한 것이다. 이 지르코니아 제품은 정상온도 및 승온하에서 높은 강도와 인성을 지니고 있으며, 세라믹 내화성 제품들이 통상 사용되는 온도보다 더 높은 온도범위에서도 우수한 열충격 저항도를 지니고 있다.The present invention relates to fire resistant products made from zirconia partially stabilized by magnesia, and in particular to products made from zirconia containing a relatively large amount of silica. These zirconia products have high strength and toughness at normal and elevated temperatures, and have excellent thermal shock resistance even at temperatures above those in which ceramic refractory products are commonly used.

지르코니아가 단사형/정방형으로 변형되는 동안 부피가 급격히 변화하기 때문에, 비안정화된 지르코니아는 변형이 발생되는 범위내의 온도변동에 노출되는 제품에는 적합치 않다. 따라서, 상기 온도범위 전반에 걸쳐 큐빅 결정형태로 지르코니아를 최소한 부분적으로 안정화시키기 위해서 안정제를 첨가하여 지르코니아와 반응시켜 왔다. 지르코니아 전체 또는 일부와 함께 큐빅상 고용체를 형성하기에 충분할 정도의 양으로 안정제가 존재하는지에 따라 지르코니아는 "전체적으로" 또는 "부분적으로" 안정화된다. 부분적 안정화는 지르고니아내의 열에 의한 부피변화를 제거하기에 충분하다. 가장 우수한 안정제중의 하나인 마그네시아는 지르코니아가 약 2.5-4.0중량%만큼 낮은 레벨의 바람직한 열충격 내성을 갖도록 부분적으로 지르코니아를 안정화시키는데 유효하다. ·Unstable zirconia is not suitable for products that are exposed to temperature fluctuations within the range in which deformation occurs because the volume changes rapidly while the zirconia is transformed into a monogonal / square. Accordingly, stabilizers have been added and reacted with zirconia to at least partially stabilize the zirconia in cubic crystal form throughout the temperature range. Zirconia is stabilized "in whole" or "partially" depending on whether a stabilizer is present in an amount sufficient to form a cubic solid solution with all or part of the zirconia. Partial stabilization is sufficient to eliminate heat changes in volume in zirconia. Magnesia, one of the best stabilizers, is effective in partially stabilizing zirconia such that zirconia has desirable thermal shock resistance at levels as low as about 2.5-4.0 weight percent. ·

부분적으로 안정화된 지르코니아의 중요한 용도중 하나는 철금속과 비철금속 모두를 고속, 고온압출시키기 위한 압출다이로서 사용되는 것이다. 이러한 용도에 있어서, 압출온도 및 압출압력은 각각 1250℃와 1500MPa까지 도달할 수 있다. 다이물질은 큰 응력을 받게 되므로, 그 물질은 열응력 및 기계적 응력에 의해 크래킹되는 것을 피할 수 있도록 물리적으로 강해야만 한다.One important use of partially stabilized zirconia is to use it as an extrusion die for high speed, high temperature extrusion of both ferrous and nonferrous metals. In this application, the extrusion temperature and the extrusion pressure can reach up to 1250 ° C. and 1500 MPa, respectively. Since the die material is subjected to large stresses, the material must be physically strong to avoid cracking by thermal and mechanical stresses.

특히 강하며, 열에 안정한 마그네시아로 부분적으로 안정화된 지르코니아(MgO-PSZ)가 미합중국 특허 제4.279,655호(Garvie et a1., 1981년 7월 21일)에 기술되어 있다. 상기 문헌에 기술된 지르코니아는 약 2.8-4.0중량% 마그네시아에 의해 안정화되며, 가열, 냉각, 열숙성등의 단계 전반에 걸쳐 큐빅상태로 안정화된. 지르코니아의 그레인들로 구성된 매트릭스를 특징으로 하는 미세구조(microstructure)를 형성하는데, 여기에서 각 그레인들은 단사형 지르코니아와 정방형 지르코니아의 개별적인 침전물을 포함하고 있다. 이러한 미세구조는 광범위한 온도변화에 대한 열충격 내성, 강도 및 인성을 부여한다.Particularly strong, thermally stable magnesia, partially stabilized zirconia (MgO-PSZ) is described in US Pat. No. 4,279,655 (Garvie et al., July 21, 1981). The zirconia described in this document is stabilized by about 2.8-4.0% by weight magnesia and stabilized in the cubic state throughout the stages of heating, cooling, heat aging and the like. A microstructure is formed that features a matrix of grains of zirconia, where each grain contains separate precipitates of monoclinic zirconia and square zirconia. These microstructures confer thermal shock resistance, strength and toughness against a wide range of temperature changes.

하지만, 안정화된 지르코니아의 제조에 사용되는 이산화지르코늄 분말은 본 발명의 방법이 최종 지르코니아체에 바람직한 특성을 부여하도록 하기 위해 0.03중량% 이하의 실리카를 함유하는 고도로 순수한 것이어야만 한다. 이러한 요구조건은 상업적으로 시판되는 대부분의 이산화지르코늄 분말내의 실리카 농도가 상기언급된 최대치를 벗어나기 때문에 실용적으로 사용되기에는 불합리하다. 예를 들면, 지르코아(ZIRCOA)A(단사형) 지르코니아 분말(미합중국 뉴욕, 코닝시에 소재한 Corning Glass Works에서 시판)는 미합중국특허 제2,578,748호에 교시된 대로 제조되었으며 이것은 일반적으로 약 0.05-0.5중량%의 실리카를 함유하고 있다. 칼시아(Calcia)뿐 아니라 기타 산화물이 하기표(1)에 나타난 것처럼 소량 존재할 수 있다. 쉽게 구할 수 있는 지르코니아 분말은 미합중국 특허 제4,279,655호의 순도 요구조건에 부합되지 않는다.However, the zirconium dioxide powder used in the production of stabilized zirconia must be highly pure, containing up to 0.03% by weight of silica in order for the process of the present invention to impart the desired properties to the final zirconia body. This requirement is unreasonable for practical use because the concentration of silica in most commercially available zirconium dioxide powders is outside the stated maximums. For example, ZIRCOA A (singular) zirconia powder (available from Corning Glass Works, Corning, NY, USA) was prepared as taught in US Pat. No. 2,578,748, which is generally about 0.05-0.5 weight. It contains% silica. In addition to Calcia, other oxides may be present in small amounts, as shown in Table 1 below. Easily available zirconia powders do not meet the purity requirements of US Pat. No. 4,279,655.

[표 1]TABLE 1

Figure kpo00001
Figure kpo00001

*는 천연 불순물로서 HfO2를 지니고 있음.* Contains HfO 2 as a natural impurity.

공고된 영국 특허 출원 제2,149,773A호는 0.8-1.5%의 실리카를 함유하는 MgO-PSZ에 관해 기술하고있다. 하지만, 이 공보는 소성된 지르코니아 제품이 상술된 특정 냉각과 열-숙성 순서의 방법으로 제조되지 않으며, 결과적으로 상기의 유리한 미세구조를 갖고 있다고 기재하고 있지 않다. 그럼에도 불구하고 공고된 PCT 출원 제WO 83/04247호는 이 특허의 방법에 따르면 미합중국 특허 제4,279,655호의 순도 요구조건과 부합되지 않는 지르코니아 분말을 특정 첨가제를 첨가함으로써 바람직하게 부분적으로 안정화된 미세구조를 얻을 수 있도록 처리할 수 있다고 기술하고 있다. 특정 "첨가제"(금속 산화물, 바람직하게는 스트론티아, 바리아, 또는 희귀토 산화물이며, 이것들은 마그네시아와 혼합되지 않는 불용성 지르코네이트를 생성한다) 0.05-1.0중량%를 소성 공정전에 배치에 가하면, 최종 생성물중에는 1.0중량% 이하의 실리카가 허용 가능하다고 기술하고 있다. 하지만 첨가제가 존재하면 일반적으로 오랜 숙성시간이 필요하며 숙성에 따른 과도한 비용 및 고온 강도의 감소가 본 방법과 이 조성물의 단점이라 하겠다,The published British Patent Application No. 2,149,773A describes MgO-PSZ containing 0.8-1.5% silica. However, this publication does not state that fired zirconia products are not produced in the manner of the specific cooling and heat-aging order described above and consequently have the advantageous microstructures described above. Nevertheless, the published PCT application WO 83/04247, according to the method of this patent, preferably obtains a partially stabilized microstructure by adding certain additives to zirconia powders that do not meet the purity requirements of US Pat. No. 4,279,655. It can be processed so that it can be done. 0.05-1.0% by weight of certain "additives" (metal oxides, preferably strontia, baria, or rare earth oxides, which produce insoluble zirconates that do not mix with magnesia) are added to the batch prior to the firing process. In addition, it is described that up to 1.0% by weight of silica in the final product is acceptable. However, if an additive is present, a long aging time is generally required, and excessive cost and decrease in high temperature strength due to aging are disadvantages of the present method and the composition.

그러므로 본 발명은 마그네시아에 의해 부분적으로 안정화된 지르코니아 세라믹을 제공하는 것을 목적으로 하며, 여기에서 이 지르코니아 세라믹은 침전물을 포함하는 미세구조에 의해 부여된 강도, 인성도 및 열충격 내성을 지니며, 바람직하게는 실리카를 제거함으로써 배치를 더 정제하거나 또는 특정 첨가제를 투입할 필요가 없는 용이하게 입수가능한 배치 ZrO2분말로부터 제조할 수 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a zirconia ceramic partially stabilized by magnesia, wherein the zirconia ceramic has strength, toughness and thermal shock resistance imparted by the microstructure comprising the precipitate, preferably Can be prepared from readily available batch ZrO 2 powders that do not require further purification of the batch or addition of specific additives by removing the silica.

마그네시아에 의해 부분적으로 안정화된 지르코니아체(Zirconia body)와 이 지르코니아체를 제조하는 방법이 본 발명에 의해 제공된다. 이 방법은 약 0.05-0.5중량% 실리카를 함유하는 지르코니아 분말 및 마그네시아 분말의 성형된 비하소성 혼합물의 그린체(green body)를 제조하는 것이다. 이 부분적으로 안정화된 지르코니아체는 실질적으로 결정질 지르코니아, 실리카 및 마그네시아로 구성되어 있으며, 여기서 실리카는 상기 지르코니아체 중량에 대해 약 0.05-0.5중량%로 존재하고, 마그네시아는 약 2.5-4.0중량%로 존재한다 ; 상기 지르코니아체는 실질적으로 결정질 미세구조를 가지고 있는데, 이 구조는 (1) 지르코니아와 다량의 마그네시아를 함유하며, 마그네시아는 지르코니아체내의 큐빅형, 정방형, 단사형 지르코니아내에 포함되어 있는 큐빅형태의 안정화된 지르코니아 그레인과, (2) 이 큐빅 그레인내의 정방형 지르코니아의 분리된 침전물(이것은 긴지름이 약 0.1-0.4마이크론 길이인 타원형이다), (3) 이 큐빅 그레인내의 단사형 지르코니아의 분리된 침전물(이것은 긴지름이 약 0.1-0.4마이크론 길이인 타원형이다), (4) 이 큐빅 그레인 경계면에 존재하는 단사형 지르코니아로 구성되어 있다. 상기 지르코니아체의 부분적으로 안정화된 지르코니아는 (a) 단사형 지르코니아 함량이 약 10-20부피%, 25-1000℃의 온도범위에 대하여 열팽창 계수가 약(65-105)×10-7/℃, 공지된 열충격 테스트후에 25℃에서 측정했을때 최소한 400MPa의 파쇄모듈러스를 보유하는 미세구조를 갖고 있거나 ; 또는 (b) 단사형 지르코니아 함량이 약 20-60부피%, 25-1000℃의 온도범위에 대한 열팽창계수가 약 (10-65)×10-7/℃, 공지된 열충격 테스트후에 25℃에서 측정했을 때 최소한 250MPa의 파쇄모듈러스를 보유하는 미세구조를 갖는 것을 특징으로 한다.Zirconia bodies partially stabilized with magnesia and methods for preparing these zirconia bodies are provided by the present invention. This method produces a green body of a molded, uncalcined mixture of zirconia powder and magnesia powder containing about 0.05-0.5% by weight silica. This partially stabilized zirconia body consists essentially of crystalline zirconia, silica and magnesia, wherein silica is present at about 0.05-0.5% by weight relative to the weight of the zirconia and magnesia is present at about 2.5-4.0% by weight do ; The zirconia body has a substantially crystalline microstructure, which contains (1) zirconia and a large amount of magnesia, and magnesia is a cubic stabilized cubic form contained in cubic, square and monogonal zirconia in the zirconia body. Zirconia grains, and (2) separate precipitates of square zirconia in this cubic grain (this is an oval with a long diameter of about 0.1-0.4 microns in length), and (3) separate precipitates of monoclinic zirconia in this cubic grain (this is long diameter Ellipsoidal, approximately 0.1-0.4 microns long), and (4) composed of single yarn zirconia present at the cubic grain interface. The partially stabilized zirconia of the zirconia body (a) has a monolithic zirconia content of about 10-20% by volume and a thermal expansion coefficient of about (65-105) × 10 -7 / ° C over a temperature range of 25-1000 ° C. Has a microstructure with a fracture modulus of at least 400 MPa when measured at 25 ° C. after a known thermal shock test; Or (b) a single zirconia content of about 20-60% by volume, thermal expansion coefficient of about (10-65) × 10 -7 / ° C over a temperature range of 25-1000 ° C, measured at 25 ° C after a known thermal shock test. When characterized in that having a microstructure having a fracture modulus of at least 250MPa.

본 발명의 지르코니아체는 다음에 후술되는 두가지 형태의 지르코니아중 하나를 취하는 결정질 미세구조를 갖는다 : 실온(약 25℃)으로부터 약 400℃의 온도에서 인성도와 파쇄모듈러스등의 물리적 특성이 우수한 저함량의 단사형 지르코니아(약 10-20부피%) ; 그리고 약 1000℃ 이하의 온도에서 우수한 물리적 특성을 나타내는 고함량의 단사형 지르코니아(약 20-60부피%). 상기 두가지 형태의 지르코니아는 우수한 열충격내성을 지니고 있다. ·The zirconia body of the present invention has a crystalline microstructure which takes one of two types of zirconia described below: low-temperature sweetness having excellent physical properties such as toughness and fracture modulus at a temperature of about 400 ° C. from room temperature (about 25 ° C.). Death penalty zirconia (about 10-20% by volume); And high content of single yarn zirconia (about 20-60% by volume) which exhibits good physical properties at temperatures below about 1000 ° C. Both types of zirconia have excellent thermal shock resistance. ·

상기 지르코니아체를 제조하는 방법은 열-숙성 단계를 포함하여 특정 가열 및 냉각단계를 포함하는데, 이 단계들은 바람직한 미세구조를 발달시킨다. 생성물 제조에 있어서, 열-숙성단계를 포함하며 소성 및 냉각단계를 변형시킴으로서 다양한 결정질 형태를 얻을 수 있다. 그러므로 이렇게 제조된 지르코니아체는 부분적으로 안정화된 지르코니아가 나타내는 고강도, 높은 인성도, 높은 내화성, 높은 열충격 내성, 고밀도 및 낮은 열전도율등의 이점을 갖고 있기 때문에 광범위하게 사용된다. 본 발명에 의한 지르코니아체중 특히 고함량의 단사형 지르코니아를 갖는 지코니아체는 고온 금속 가공 공정에 있어 압출 다이닙(die nib)으로 특히 유용하게 사용된다. 이들 지르코니아로 제조된 다이닙은 고속 압출과 관련된 강한 열-기계적 응력에 견딜 수 있으며, 또한 압출된 생성물에 있어 우수한 표면 마감효과를 제공할 수 있다.The method for preparing the zirconia body includes certain heating and cooling steps, including a heat-aging step, which develops the desired microstructure. In the production of products, various crystalline forms can be obtained by modifying the firing and cooling steps, including the heat-aging step. Therefore, the zirconia bodies thus prepared are widely used because they have the advantages of high strength, high toughness, high fire resistance, high thermal shock resistance, high density and low thermal conductivity, which are shown by partially stabilized zirconia. Among the zirconia bodies according to the present invention, zirconia bodies having a high content of single yarn zirconia are particularly useful as extrusion die nibs in high temperature metal working processes. Dinib made from these zirconia can withstand the strong thermo-mechanical stresses associated with high speed extrusion and can also provide good surface finish for the extruded product.

본 발명은 우수한 물리적 특성 및 열충격 저항도를 갖는 부분적으로 안정화된 지르코니아체가 낮은 실리카 함량(0.03중량% 또는 그 이하)으로 정제할 필요가 없는 지르코니아 파우더로부터 제조될 수 있다는 새로운 발견을 기초로 한 것이다. 본 발명에 의해 제조된 지르코니아체는 마그네시아에 의해 부분적으로 안정화되었으며, 큐빅 그레인 경계면에서 단사형 지르코니아에 의해 분리될 수 있으며 정방-상 및 단사-상 지르코니아의 분리된 침전물을 함유하는 안정화된 지르코니아의 큐빅 그레인으로 이루어진 미세구조를 특징으로 한다.The present invention is based on the new finding that partially stabilized zirconia bodies with good physical properties and thermal shock resistance can be prepared from zirconia powder that does not need to be purified to a low silica content (0.03% by weight or less). The zirconia bodies produced by the present invention are partially stabilized by magnesia, can be separated by monoclinic zirconia at the cubic grain interface, and contain cubic stabilized zirconia containing separate precipitates of tetragonal and monoclinic zirconia. It features a microstructure made of grain.

결정질 미세구조와 우수한 물리적 특성을 갖는 본 발명의 지르코니아체는 미합중국 특허 제4,279,655호(Garvie 등에 허여됨)에 기재된 것과 질적으로 유사하다. 그러나, 놀랍게도 Garvie등에 의해 교시된 것보다 더 큰 실리카 레벨에도 불구하고 본 발명에서 상기와 같은 미세 구조와 물리적 특성이 얻어진다. 또한 PCT출원 제 WO 83/04247(1983년 12월 8일 공개)에 기재된 것과 같이 첨가제를 가해 실리카를 스캐빈지할 필요가 없음을 알았다. 이러한 첨가제는 불용성 지르코네이트를 생산하는 금속 산화물로서 기재되어 있으며, 이 산화물들은 MgO와 혼합되지 않으며 실리카를 갖는 유리를 생성한다.The zirconia bodies of the present invention with crystalline microstructure and good physical properties are qualitatively similar to those described in US Pat. No. 4,279,655 to Garvie et al. Surprisingly, however, such microstructures and physical properties are obtained in the present invention despite the higher silica levels than those taught by Garvie et al. It has also been found that it is not necessary to scaveng silica by adding an additive as described in PCT application WO 83/04247 (published Dec. 8, 1983). Such additives are described as metal oxides that produce insoluble zirconates, which do not mix with MgO and produce glass with silica.

본 발명의 지르코니아물질은 상기와 같은 금속 산화물을 포함하지 않으며, 특히 상기 문헌에서 기술된 양(0.05-1.0중량%)의 범위에 있지는 않지만, 1100℃에서의 열숙성(이 숙성은 단일 물질에서 열충격 저항도와 우수한 강도/인성도를 얻는데 필요한 것으로 여겨진다)에도 불구하고 우수한 열충격 저항도가 얻어지는 것을 막는 것으로 종래에 알려져 있는 실리카 레벨을 함유하고 있다. 미합중국 특허 제4,279,655호, 칼럼 11의 라인 58-68, 칼럼 12의 표 2를 참고하라.The zirconia material of the present invention does not contain such metal oxides, and is not particularly in the range of the amount described in the literature (0.05-1.0% by weight), but thermal aging at 1100 ° C. (this aging is thermal shock in a single material In spite of resistance and good strength / toughness), and contains a silica level known in the art to prevent obtaining excellent thermal shock resistance. See US Pat. No. 4,279,655, lines 58-68 of column 11, and table 2 of column 12.

높은 실리카 함량에도 불구하고, 우수한 물리적 특성뿐 아니라 열충격 저항도를 나타내는 예기치 못한 능력은 많이 사용되는 값싼 지르코니아 분말의 사용을 가능하게 하며, 이 지르코니아를 더 낮은 실리카 함량으로 정제할 필요가 없도록 한다. 따라서, 최소한 약 0.05중량%의 실리카를 함유하는 구입이 용이한 시판되는 많은 지르코니아 분말이 본 발명의 지르코니아체를 제조하는데 직접 사용될 수 있다. 예를 들면 지르코아-A 지르코니아 분말(미합중국 특허 제2,578,748호의 공정에 따라 만들었으며 Corning Glass Works에서 시판됨)은 0.5% 정도 높은 함량이 흔한 것이기는 하나 일반적으로 0.05-0.25중량%의 실리카를 함유하고 있다. 이것은 상기 표(1)에 나타나 있다.In spite of the high silica content, the unexpected ability to exhibit thermal shock resistance as well as good physical properties allows the use of inexpensive zirconia powders, which are widely used, which eliminates the need to purify these zirconia to lower silica contents. Accordingly, many commercially available zirconia powders containing at least about 0.05% silica by weight can be used directly to prepare the zirconia bodies of the present invention. For example, zirconia-A zirconia powder (made according to the process of US Pat. No. 2,578,748 and marketed by Corning Glass Works) typically contains about 0.05-0.25% by weight of silica, although it is common to be as high as 0.5%. have. This is shown in Table 1 above.

실리카외에, 미합중국 특허 제2,578,748호의 공정에 의해 제조된 지르코니아 분말은 각각 소량으로 존재하는 약 0.25중량% 이하의 칼시아, 마그네시아, 티타니아, 알루미나, 철산화물 같은 기타 산화물을 포함할수 있다. 상술된 산화물중 어느 하나 또는 모두가 존재하지 않을 수 있다. 본 발명에 사용되는 바람직한 지르코니아 출발물질은 다른 원료로 만든 지르코니아 분말이 사용될 수 있기는 하지만 미합중국 특허 제 2,578,748호에 기재된 방법에 따라 제조할 수도 있다.In addition to silica, the zirconia powders produced by the process of US Pat. No. 2,578,748 may comprise up to about 0.25% by weight of other oxides, such as calcia, magnesia, titania, alumina, iron oxide, each present in small amounts. Any or all of the above-described oxides may not be present. Preferred zirconia starting materials used in the present invention may be prepared according to the method described in US Pat. No. 2,578,748, although zirconia powders made from other raw materials may be used.

본 발명에 따른 지르코니아체는 결정질 지르코니아 즉, 마그네시아에 의해 부분적으로 안정화된 지르코니아로 주로 구성되며, 추가로 실리카를 함유한다. 마그네시아 함량은 약 2.5-4.0중량%, 바람직하게는 약3.0-4.0중량%, 더욱 바람직하게는 약 3.0-3.5중량%이다. 실리카는 최소한 0.05중량%-약 1.0중량%의 양으로 존재하지만, 0.5중량% 이하, 바람직하게는 0.25중량% 이하의 양이 바람직하다.The zirconia bodies according to the invention consist mainly of crystalline zirconia, ie zirconia partially stabilized by magnesia, and further contain silica. The magnesia content is about 2.5-4.0% by weight, preferably about 3.0-4.0% by weight, more preferably about 3.0-3.5% by weight. Silica is present in an amount of at least 0.05% by weight to about 1.0% by weight, but an amount of at most 0.5% by weight, preferably at most 0.25% by weight is preferred.

지르코니아체는 마그네시아에 의해 안정화된 큐빅 지르코니아 그레인 ; 이 큐빅 그레인내의 정방-형 지르코니아의 분리된 침전물 ; 이 큐빅 그레인내의 단사-형 지르코니아의 분리된 침전물 ; 이 큐빅 그레인의 경계면에 있는 단사형 지르코니아로 주로 구성된 결정질 미세구조를 특징으로 한다. 일반적으로 큐빅 지르코니아 그레인은 약 20-100마이크론의 직경을 지니고 있다. 그레인내의 침전물은 일반적으로 그 장축이 약0.1-0.4마이크론, 바람직하게는 0.1-0.3마이크론의 길이를 지닌 타원형태 또는 렌즈형태이다. 그 내부에 분산된 침전물을 갖는 큐빅형의 안정화된 물질로 구성된 그레인은 상기 미세구조의 대부분의 용적을 구성하고 있으며, 이 미세구조의 최소 약 75부피%를 차지하며, 또한 이 미세구조는 그레인 경계상과 다공성을 지니고 있어, 상기 지르코니아체내에 대부분의 부피를 차지하고 있다.Zirconia bodies include cubic zirconia grains stabilized by magnesia; Sedimentation of tetragonal zirconia in this cubic grain; Isolated precipitates of single yarn-like zirconia in this cubic grain; It is characterized by a crystalline microstructure mainly composed of single yarn zirconia at the interface of cubic grains. Cubic zirconia grains generally have a diameter of about 20-100 microns. Precipitates in the grains are generally elliptical or lenticular with a major axis of about 0.1-0.4 microns, preferably 0.1-0.3 microns in length. Grain consisting of a cubic stabilized material with precipitates dispersed therein constitutes the bulk of the microstructure, accounting for at least about 75% by volume of the microstructure, and the microstructure also has a grain boundary. It has a phase and porosity and occupies most of the volume in the zirconia body.

일반적으로, 큐빅형태의 안정화된 거의 모든 지르코니아는 큐빅 그레인 형태이며, 거의 모든 정방형 지르코니아는 이들 그레인내에서 침전물의 형태로 존재하고, 단사형 지르코니아는 큐빅 그레인내의 침전물중에 존재하거나, 또는 그레인 경계층중에 존재한다. 하지만 다량의 큐빅 그레인내의 침전물중에 존재한다. 다량의 마그네시아는 큐빅 그레인중에 존재하며 큐빅형의 안정화된 지르코니아와 함께 고용체로 투입된다. 소량의 마그네시아는 단사형 지르코니아내에 분산된 그레인 경계물질내에 있다. 실리카는 그레인 경계층중에 거의 모두 존재하며 마그네시아와 함께 실리케이트상을 형성한다.In general, almost all stabilized zirconia in cubic form is in the form of cubic grains, and nearly all square zirconia is in the form of sediments in these grains, and single-shaped zirconia is present in the sediment in the cubic grains, or in the grain boundary layer. do. However, it is present in sediments in large quantities of cubic grains. Large amounts of magnesia are present in the cubic grains and are introduced into solid solution with cubic stabilized zirconia. Small amounts of magnesia are in grain boundaries dispersed in single-bed zirconia. Silica is almost all in the grain boundary layer and forms a silicate phase with magnesia.

놀랍게도, 지르코니아체의 물리적 특성은 실리카를 보상하는 첨가제가 없더라도 실리카의 함량이 약 0.5중량% 이하와 범위에서는 크게 변화되지 않는 것이 밝혀졌다. 이것은 하기 실시예(3) 및 (4)에서 입증되었으며 미합중국 특허 제4,279,655호 및 공고된 PCT 출원 제WO 83/04247호에 교시된 것과 대조된다. 상기 PCT 출원에 개시된 "첨가제"같은 안정화 산화물은 본 발명에는 거의 사용되지 않는다. 이것은, 배치내에 불순물로서 이들 산화물이 존재한다 하더라도 이러한 산화물은 0.05중량% 이하의 양으로 존재하며 이는 상기 PCT출원에 교시된 효능을 나타내는 농도보다 더 낮은 것임을 의미한다. 이러한 점에서 본 명세서에 사용된 "실질적으로 구성된"이라는 용어는 원래의 의미로만 국한된다- 즉, 본 발명에서 기술한 성분이외의 소량 성분은 이러한 성분이 상술된 성분과 반응하지 않고 본 발명의 특성과 특징을 변형시키지 않는 범주에서 존재할 수 있다는 뜻이다. 예를 들면, 칼시아, 티타니아, 또는 알루미나같은 산화물이 존재할 수 있지만, 불용성 지르코네이트 및 실리케이트를 생성함으로서 상기 PCT출원의 첨가제로서 작용하는 산화물은 제외되거나 또는 실질적으로 존재하지 않는다는 것을 의미한다.Surprisingly, it has been found that the physical properties of zirconia bodies do not vary significantly in the range of up to about 0.5% by weight of silica, even without additives that compensate for silica. This is in contrast to those taught in Examples (3) and (4) below and taught in US Pat. No. 4,279,655 and published PCT application WO 83/04247. Stabilizing oxides such as the "additives" disclosed in the PCT application are rarely used in the present invention. This means that even if these oxides are present as impurities in the batch, these oxides are present in amounts up to 0.05% by weight, which is lower than the concentrations exhibiting the efficacy taught in the PCT application. In this respect, the term "substantially constructed" as used herein is limited only to its original meaning-that is, small amounts of components other than the components described herein do not react with the components described above, This means that they can exist in categories that do not alter their characteristics. For example, oxides such as calcia, titania, or alumina may be present, but this means that oxides that act as additives of the PCT application by producing insoluble zirconates and silicates are excluded or substantially absent.

본 발명의 소성된 지르코니아체는 최종 산출된 단사형 지르코니아의 함량을 기준으로 두가지 조성형태중 어느 하나의 형태를 취하는데, 즉 "저함량의 단사형" 형태 및 "고함량의 단사형" 형태중 하나를 취한다. 최종형태는 지르코니아체 제조시에 사용되는 소성 스케줄에 따라 조정될 수 있으며, 이 형태들은 다소 상이한 최종 용도에 적합하도륵 다소 상이한 물리적 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.The fired zirconia body of the present invention takes one of two composition forms based on the final calculated single yarn zirconia content, that is, one of the "low content monolithic" form and the "high content monolithic" form. Take The final form can be adjusted according to the firing schedule used in the production of zirconia bodies, which are characterized by having somewhat different physical properties to suit somewhat different end uses.

최종 지르코니아체내의 단사형 결정질 지르코니아 상을 측정하는 방법은 Garvie, R.C. and Nicholson, P. S., 에 의한 "지르코니아 시스템내의 상분석", -Journal of the American Ceramic Society, 55(6)303-305(1972)에 기술된 방법에 의해 6-마이크론 다이아몬드 페이스트를 사용하여 제조된 마감처리된 표면상에서 결정될 수 있다.Methods for measuring monoclinic crystalline zirconia phase in final zirconia bodies are described in Garvie, R.C. and Finish prepared using 6-micron diamond paste by the method described in "Phase Analysis in Zirconia Systems," by Nicholson, PS,-Journal of the American Ceramic Society, 55 (6) 303-305 (1972). Can be determined on the treated surface.

저함량 단사형 지르코니아체는 약 10-20부피%의 단사형 지르코니아를 지니며 실온 내지 약 400-500℃이하의 온도에 대하여 우수한 물리적 특성과 우수한 열충격 저항도를 갖는 것을 특징으로 한다. 특히, 저함량 단사형 지르코니아체는 약 9MPa.m.5이상, 일반적으로 약 9-12MPa.m.5(메가-파스칼×스퀘어루트미터)의 실온 인성도를 지니며, 800℃에서는 약 3-6MPa.m.5인성도를 지니고 있다. 실온에서 파쇄모듈러스(MOR)은 약 500MPa 이상이며 800℃에서 MOR은 약 250MPa 이상이며, 일반적으로는 300-350MPa의 범위에 있다. 소성후 밀도는 약 5.3-5.9gm/cc이다. 25-1000℃범위에서 상기 형태의 지르코니아의 열팽창 계수는 약 (65-105)×10-7/℃이다. 열충격에 노출된 후, 본 발명의 저함량 단사형 지르코니아는 실온에서 약 400MPa 이상의 MOR을 유지하며 일반적으로 "사전-충격" MOR의 약 75%를 유지한다.Low content monoclinic zirconia is characterized by having a monoclinic zirconia of about 10-20% by volume and having excellent physical properties and excellent thermal shock resistance against temperatures from room temperature to about 400-500 ° C. or less. In particular, the low content monoclinic zirconia body is about 9 MPa.m. 5 or more, generally about 9-12 MPa.m. It has a room temperature toughness of 5 (Mega-Pascal × Square Meter) and at 800 ° C., about 3-6 MPa.m. 5 has toughness. At room temperature the fracture modulus (MOR) is at least about 500 MPa and at 800 ° C. the MOR is at least about 250 MPa and is generally in the range of 300-350 MPa. The density after firing is about 5.3-5.9 gm / cc. The thermal expansion coefficient of this type of zirconia in the range 25-1000 ° C. is about (65-105) × 10 −7 / ° C. After exposure to thermal shock, the low content monoclinic zirconia of the present invention maintains a MOR of at least about 400 MPa at room temperature and generally maintains about 75% of a "pre-shock" MOR.

일반적으로, 열충격 저항도란 실질적인 강도 손실 또는 균열을 일으키지 않고 광범위하고 급속한 온도변화를 견딜 수 있는 물질의 능력의 척도를 뜻한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "열충격"에 대한 지르코니아 물질의 "노출"이란 다음과 같이 정의한다 : 상기 물질의 소성된 막대를 320-그리트 다이아몬드 휠이 장치된 그라인더상에서 3×3×65mm로 후가공한다. 샘플 막대를 실온에 유지시킨후, 900℃로 유지된 용융시킨 주석 배스중에 15초간 침지시킨 뒤, 2분간 상기 배스에서 제거하여 실온하에서 보강된 공기 스트림에 접촉시키고, 다시 배스중에 재침지시키는 것을 번갈아 실시한다.In general, thermal shock resistance refers to a measure of a material's ability to withstand a wide range of rapid temperature changes without causing substantial strength loss or cracking. As used herein, "exposure" of zirconia material to "thermal shock" is defined as follows: The fired rod of the material is post-processed to 3 x 3 x 65 mm on a grinder equipped with 320-grit diamond wheels. do. The sample rod was kept at room temperature and then immersed in a molten tin bath maintained at 900 ° C. for 15 seconds, then removed from the bath for 2 minutes to contact the reinforced air stream at room temperature and alternately re-immersed in the bath. Conduct.

상기 과정은 3회 침지과정을 실시한 후, 최종적으로 막대를 실온으로 냉각시킨다. 샘플 막대의 파쇄모듈러스는 침지사이클 전후에 모두에 대해 25℃에서 결정한다.The process is carried out three immersion processes, and finally the rod is cooled to room temperature. The fracture modulus of the sample rod is determined at 25 ° C. both before and after the dipping cycle.

본 발명의 저함량 단사형 지르코니아체가 사용되는 용도는 밸브가이드와 엔진, 분말 또는 고온 알루미늄금속의 압출용 다이 고온액체 및 비-철 액체 금속과 접촉되는 펌프부품의 실린더 라이너로 사용된다.The use of the low content monoclinic zirconia body of the present invention is used as a valve guide and a cylinder liner of a pump part in contact with an engine, a die hot liquid for extrusion of powder or hot aluminum metal and a non-ferrous liquid metal.

본 발명의 고함량 단사형 지르코니아체는 일반적으로 약 20-60부피% 단사형 지르코니아를 함유하여, 약1000-1200℃ 이하의 온도에서 사용시에도 적합한 우수한 고온 물리적 특성과 열충격 저항도를 갖는 것을 특징으로 한다. 특히, 고함량 단사형 지르코니아체는 약 5MPa.m.5이상의 실온 인성강도와, 800℃에서 4MPa.m.5이상의 인성도를 지닌다. 실온 및 800℃에서 MOR은 약 300MPa이상, 일반적으로는 약 350-450MPa 범위이다. 20MPa이상의 실온 MOR은 열충격에 노출된후에도 유지되며, 일반적으로 "사전-충격" MOR의 75%가 유지된다. 소성후 밀도는 약 5.3-5.9gm/cc이다.The high content single yarn zirconia body of the present invention generally contains about 20-60% by volume single yarn zirconia, and has excellent high temperature physical properties and thermal shock resistance, which are suitable even when used at a temperature of about 1000-1200 ° C or less. do. In particular, the high content monoclinic zirconia body is about 5 MPa.m. Room temperature toughness of 5 or more and 4 MPa.m. It has a toughness of 5 or more. At room temperature and 800 ° C., MOR is at least about 300 MPa, generally in the range of about 350-450 MPa. Room temperature MORs of 20 MPa or more are maintained after exposure to thermal shock and generally 75% of the "pre-shock" MOR is maintained. The density after firing is about 5.3-5.9 gm / cc.

단사형 지르코니아체의 열팽창 계수는 25-1000℃ 범위에 대하여 약 (10-65) ×10-7/℃이다.The coefficient of thermal expansion of monoclinic zirconia is about (10-65) x 10 -7 / ° C over the range 25-1000 ° C.

단사형 지르코니아체는 놋쇠 또는 구리의 압출 다이 또는 철 또는 티타늄금속에 대한 압출다이, 엔진 부품 및 액체 금속과 접촉하는 펌프 부품등으로 사용된다. 단사형 지르코니아체는 특히 구리-베릴륨 합금 및 철금속, 예를 들면 스텐레스 스틸의 압출용 다이로서 사용된다.Single yarn zirconia is used for extrusion dies of brass or copper or extrusion dies for iron or titanium metals, engine parts and pump parts in contact with liquid metals. Single yarn zirconia is used in particular as a die for extrusion of copper-beryllium alloys and ferrous metals, for example stainless steel.

본 발명 지르코니아체를 제조하는 방법은 열 숙성단계를 포함한 소성 스케줄을 포함하며, 이 단계는 지르코니아체에 의해 궁극적으로 얻어지는 결정질 미세구조를 결정하는 중요한 역할을 한다. 소성은 미합중국특허 제4,279,655호(Garvie ct al에 1981년 7월 21일에 허여됨)에 기술되어 있다. 광범위하게 본 발명의 방법은 (a) 지르코니아와 마그네시아 분말을 혼합하여 습식 분쇄하고 바람직한 형태로 성형하여 "그린"체를 제조하고 ; (b) 그린체를 1525-1800℃의 소결 온도에서 소송시키고 ; (c) 소성된 그린체를 일차 냉각 속도하에서 약 1300-1450℃의 일차 냉각온도로 냉각시키고 ; (d) 추가로 이차 냉각속도하에서 약 1000-1200℃의 이차 냉각온도 범위로 그린체를 이차 냉각시킨뒤 임의적으로 이 이차 냉각온도에서 그린체를 숙성하고 ; (e) 그린체를 실온으로 냉각시키고 ; 임의적으로 (f) 그린체를 약 1000-1200℃의 온도 범위내에서 가열시키고, 단계(d)와 (f)의 총 숙성시간이 10-150시간이 되도록, 이 온도에서 그린체를 숙성하고 ; (g) 그린체를 실온으로 냉각하는 단계로 구성되어 있다.The method for preparing the zirconia body of the present invention includes a firing schedule including a heat aging step, which plays an important role in determining the crystalline microstructure ultimately obtained by the zirconia body. Firing is described in US Pat. No. 4,279,655, issued July 21, 1981 to Garvie et al. Extensively, the process of the present invention comprises (a) wet pulverization by mixing zirconia and magnesia powder to form into a desired form to produce a "green" sieve; (b) suing the green body at a sintering temperature of 1525-1800 ° C .; (c) cooling the calcined green body to a primary cooling temperature of about 1300-1450 ° C. under primary cooling rate; (d) further cooling the green body to a secondary cooling temperature range of about 1000-1200 ° C. under the secondary cooling rate, and then optionally ripening the green body at this secondary cooling temperature; (e) cooling the green body to room temperature; Optionally (f) heating the green body within a temperature range of about 1000-1200 ° C. and ripening the green body at this temperature such that the total aging time of steps (d) and (f) is 10-150 hours; (g) cooling the green body to room temperature.

그린체의 제조는 세라믹 기술분야에 일반적으로 사용되는 방법에 의해 달성된다. 지르코니아 및 마그네시아 분말은 약 2.5-4.0중량%의 마그네시아 함량을 제공하는 비율로 혼합된다. 마그네시아는 열-분해되어 마그네시아로 되는 전구 화합물 상태로 가해질 수 있는데, 전구 화합물의 예는 마그네슘의 옥살레이트, 아세테이트, 니트레이트, 플루오라이드, 설페이트, 카르보네이트, 또는 수산화물등이다. 사용되는 마그네시아 전구물질 양은 상기 범위내의 마그네시아 함량을 생성할 수 있는 정도이다. 혼합후, 분말들을 물 또는 무기액체와 함께 습식 분쇄하여, 평균 입자크기가 약 0.5-2.0마이크론, 바람직하게는 약 0.7-1.7마이크론, 가장 바람직하게는 약 1.0마이크론의 크기를 갖도록 한다. 습식 분쇄단계는 Darvan 7같은 해교제 소듐 폴리아크릴레이트, 또는 Darvan C, 암모늄 폴리아크릴레이트, (R. T. Vanderbit Co.), 또는 Strodex PK-30(유기 폴리포스포릭 에스테르 산무수물의 칼륨염, Dexter Chemical Corp.)등의 존재하에 바람직하게 수행된다. Darvan C는 바람직한 해교제이다. 분쇄후, 약 2-5중량%의 유기 결합제를 가한뒤 혼합물을 분무건조 또는 증발시켜 건조시킨다. 분쇄된 혼합물중의 알칼리- 및 인산- 함유 해교제인 Strodex PK-90의 농도가 약 0.5중량%의 고형분으로 존재할 때 최종 지르코니아체의 균열(crazing)현상을 제거할 수 있거나, 실질적으로 감소시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다. 산출된 분말을 바람직한 모양으로 압착한다.The production of green bodies is accomplished by methods commonly used in the ceramic art. Zirconia and magnesia powders are mixed in proportions providing a magnesia content of about 2.5-4.0 weight percent. Magnesia can be added in the form of precursor compounds that are thermally decomposed to magnesia, examples of which are oxalates of magnesium, acetates, nitrates, fluorides, sulfates, carbonates, hydroxides and the like. The amount of magnesia precursor used is such that it can produce magnesia content within this range. After mixing, the powders are wet pulverized with water or inorganic liquid to have an average particle size of about 0.5-2.0 microns, preferably about 0.7-1.7 microns and most preferably about 1.0 micron. The wet milling step is carried out by sodium polyacrylates such as Darvan 7, or Darvan C, ammonium polyacrylate, (RT Vanderbit Co.), or Strodex PK-30 (potassium salt of organic polyphosphoric ester acid anhydride, Dexter Chemical Corp.). In the presence of. Darvan C is the preferred solution. After grinding, about 2-5% by weight of organic binder is added and the mixture is spray dried or evaporated to dryness. When the concentration of Strodex PK-90, an alkali- and phosphoric acid-containing peptizer in the pulverized mixture, is present in about 0.5% by weight solids, it is possible to eliminate or substantially reduce the cracking of the final zirconia body. It turned out. The resulting powder is pressed into the desired shape.

그린체를 소성시키는 소결 온도는 지르코니아체의 마그네시아 함량에 의존한다. 바람직하게, 소결 온도는 상기 물질이 거의 단일-상의 균질한 큐빅 결정체를 형성하는 온도이다. 온도는 마그네시아/지르코니아상 다이아그램으로부터 결정할 수 있지만 일반적으로 그 온도는 본 명세서에 기술된 마그네시아 레벨에 대해 1525-1800℃의 범위내이며 마그네시아 레벨이 낮을수록 온도는 더 높아진다. 가장 바람직한 마그네시아 레벨인 3.0-3.5중량%에 있어서, 약 1550-1750℃의 온도가 사용될 수 있으며, 약 1625-1675℃의 온도가 약 3.3중량%의 마그네시아 레벨에 가장 적합하다. 소결온도는 약 50℃/시간의 속도로 그린체를 가열시킴으로서 바람직하게 도달되지만, 상기 속도가 중요한 것은 아니다. 그린체는 임의적으로 20시간 정도 상기 온도에서 유지될 수 있다. 큐빅 지르코니아 그레인의 크기는 최상한 온도에서의 유지시간(hold time)에 의존하는데 유지시간이 길면 길수록 그레인 입자크기가 커진다. 일반적으로, 입자크기가 작으면 작을수록 소성된 소체의 강도가 양호해지며, 이러한 이유로 해서 최상한 온도에서 약 5시간, 바람직하게 약 2시간 이하동안 유지된다.The sintering temperature for firing the green body depends on the magnesia content of the zirconia body. Preferably, the sintering temperature is the temperature at which the material forms almost single-phase homogeneous cubic crystals. The temperature can be determined from the magnesia / zirconia phase diagram but in general the temperature is in the range of 1525-1800 ° C. for the magnesia level described herein and the lower the magnesia level, the higher the temperature. For the most preferred magnesia level, 3.0-3.5% by weight, a temperature of about 1550-1750 ° C. may be used and a temperature of about 1625-1675 ° C. is most suitable for a magnesia level of about 3.3% by weight. The sintering temperature is preferably reached by heating the green body at a rate of about 50 ° C./hour, but this rate is not critical. The green body may optionally be maintained at this temperature for about 20 hours. The size of cubic zirconia grains depends on the hold time at the best temperature. The longer the hold time, the larger the grain size. In general, the smaller the particle size, the better the strength of the calcined body, and for this reason it is maintained for about 5 hours, preferably about 2 hours or less, at the best temperature.

유기 결합제가 존재할때 바인더를 "소진"시키기 위해 그린체를 400℃로 서서히 가열하는 것이 바람직하다. 이 가열 스케쥴은 그린체를 4시간 동안 약 250℃ 온도에서 가열시키고, 그린체를 약 2시간 동안 그 온도에서 유지시키고, 그린체를 6시간 동안 약 400℃에서 가열시키고, 그린체를 약 400℃에서 4시간 동안 유지시키는 것으로 구성된다.It is desirable to slowly heat the green body to 400 ° C. to “burn out” the binder when the organic binder is present. This heating schedule heats the green body at about 250 ° C. for 4 hours, keeps the green body at that temperature for about 2 hours, heats the green body at about 400 ° C. for 6 hours, and heats the green body at about 400 ° C. It is composed of keeping for 4 hours at.

이 단계후에, 그린체를 상술된 것처럼 최상한 소결 온도로 소성시킨다.After this step, the green body is fired to the best sintering temperature as described above.

소결 단계후에, 이 그린체를 최상한 온도로부터 약 1300-1450℃, 바람직하게는 약 1400℃의 일차 냉각온도로 냉각시킨다. 냉각은 약 150-600℃/시간, 바람직하게는 약 200-450℃/시간 비율로 실시한다. ; 임의로 이 냉각 스케줄은 일차 냉각온도하에서 약 3시간 동안 유지된다.After the sintering step, the green body is cooled from the best temperature to a primary cooling temperature of about 1300-1450 ° C., preferably about 1400 ° C. Cooling takes place at a rate of about 150-600 ° C./hour, preferably about 200-450 ° C./hour. ; Optionally, this cooling schedule is maintained for about three hours under the primary cooling temperature.

본 발명의 (d) 단계에 있어서, 그린체는 약 1000-1200℃의 이차 냉각온도로 냉각된다. 이 냉각단계는 약 20-200℃/시간비율로 수행된다. MgO 함량이 약 3.3중량%일때 약 50-100℃/시간, 약 75℃/시간의 속도가 바람직하다. 일반적으로 상기 범위내의 냉각비율은 그린체중의 MgO 양에 따른다. 낮은 MgO 함량을 지닌 그린체는 더 빠른 냉각을 필요로 하며, 반대의 경우도 가능하다. 이차 냉각온도에서는 약 150시간의 유지시간이 임의로 도입될 수 있다. 이 온도범위에서의 열숙성 지르코니아체가 그 구조내의 단사 함량을 늘일때 필요하다. 따라서, 이 숙성단계는 (d) 단계, 또는 후술되는 바와 같이 선택적으로 임의의 재가열 단계(f)시에 도입될 수 있다.In step (d) of the present invention, the green body is cooled to a secondary cooling temperature of about 1000-1200 ° C. This cooling step is carried out at a rate of about 20-200 ° C./time. A rate of about 50-100 ° C./hour, about 75 ° C./hour is preferred when the MgO content is about 3.3% by weight. Generally, the cooling ratio within the above range depends on the amount of MgO in the green body. Green bodies with low MgO content require faster cooling and vice versa. At the secondary cooling temperature, a holding time of about 150 hours can optionally be introduced. Heat-matured zirconia in this temperature range is needed to increase the single yarn content in the structure. Thus, this ripening step can be introduced at step (d) or optionally at any reheating step (f) as described below.

냉각 단계 (c)와 (d), 특히 그린체가 일차 냉각 온도로부터 이차 냉각 온도까지 냉각되는 (d) 단계는 적합한 결정질 미세구조를 발달시키는데 중요하다. 상술된 것보다 더 느린 냉각 비율하에서 정방형 침전물의 입자크기는 더욱 커지며 약 0.4마이크론의 바람직한 상한치를 벗어날 수도 있다. 이러한 크기를 초과하는 정방형 침전물은 냉각과정중에 자발적으로 단사형태로 변형되어 지르코니아체의 "변형 강화(transformation toughening)" 특성을 잃게 된다. 비슷하게, 상술된 속도보다 더 빠른 냉각은 바람직한 크기 이하의 정방형침전물을 생성하므로 낮은 인성도를 나타낸다.The cooling steps (c) and (d), especially the step (d) in which the green body is cooled from the primary cooling temperature to the secondary cooling temperature, are important for developing a suitable crystalline microstructure. Under slower cooling rates than those described above, the particle size of the square precipitate becomes larger and may deviate from the preferred upper limit of about 0.4 microns. Square precipitates exceeding this size spontaneously deform into single yarns during the cooling process, losing the "transformation toughening" properties of zirconia bodies. Similarly, cooling faster than the rates described above results in low toughness because it produces a square precipitate of the desired size or less.

본 발명의 (e)단계에 따라 그린체를 실온으로 추가 냉각시킨다. 약 300℃/시간이하의 냉각 속도가 균열을 최소화하기에 바람직하다 하더라도, 이 단계에서는 약 400℃/시간이하의 냉각비율이 사용될 수 있다. 이 그린체를 "노의 속도"(200℃/시간)하에서 냉각하는 것은 하기 공정에 따른다.The green body is further cooled to room temperature according to step (e) of the present invention. Although a cooling rate of about 300 ° C./hour or less is preferred to minimize cracking, a cooling rate of about 400 ° C./hour or less may be used in this step. Cooling this green body under "speed of the furnace" (200 ° C / hour) follows the following process.

1000-1200℃온도에서 지르코니아체의 열숙성은 지르코니아체내에 단사형 지르코니아의 바람직한 레벨을 제공하는데 필요하며, 일반적으로 지르코니아체를 10-150시간 동안 열로 숙성한다. 따라서, 단계(d)의 임의 숙성 공정이 사용되지 않을 경우 또는 10시간 이후의 숙성이 사용될 경우, 지르코니아체는 1000-1200℃의 온도로 단계(f)중에서 재가열 되어 몇시간 동안 이 온도에서 숙성된다. 이 단계후에, 지르코니아체를 노의 비율로 실온으로 다시 냉각한다.Thermal aging of zirconia at temperatures of 1000-1200 ° C. is necessary to provide the desired level of monoclinic zirconia in the zirconia, and the zirconia is generally aged with heat for 10-150 hours. Thus, if no aging process of step (d) is used or if aging after 10 hours is used, the zirconia body is reheated in step (f) to a temperature of 1000-1200 ° C. and aged at this temperature for several hours. . After this step, the zirconia body is cooled back to room temperature in the ratio of the furnace.

열숙성이 냉각 단계(d) 동안에 수행되던지 또는 다른 재가열 단계(f)로 수행되던지간에 지르코니아체가 1000-1200℃이하에서 총 10-150시간의 열숙성을 받는 것이 중요하다. 본 발명의 지르코니아체의 "저함량" 또는 "고함량" 단사 형태를 제공하는데 필요한 열숙성 시간수는 부분적으로 냉각 단계(c)와 (d)가 수행되는 비율에 따른다. 일반적으로, 냉각 단계(c)와 (d)가 약 200-450℃/시간 및 75℃/시간의 바람직한 비율로각각 수행될때, "저함량" 단사형 지르코니아는 약 10-20시간의 열숙성 시간 후에 나타나며, "고함량"단사형은 약 20-80시간 후에 나타난다.It is important that the zirconia body undergo a total of 10-150 hours of heat aging below 1000-1200 ° C., whether the heat aging is carried out during the cooling step (d) or in another reheating step (f). The number of heat aging times required to provide a "low" or "high" single yarn form of the zirconia body of the present invention depends in part on the rate at which the cooling steps (c) and (d) are performed. In general, when the cooling steps (c) and (d) are carried out at the desired ratios of about 200-450 ° C./hour and 75 ° C./hour, respectively, the “low content” single yarn zirconia is after a heat aging time of about 10-20 hours. “High content” single forms appear after about 20-80 hours.

1000-1200℃의 온도범위에서의 열숙성은 숙성 시간 동안이 온도범위내의 특정 온도에서 지르코니아체를 유지할 필요가 없다는 것을 알수 있다. 이 온도는 지르코니아체가 1000-1200℃에서 10-150시간 동안 유지되고 있는 동안 1000-1200℃에서 서서히 냉각을 통하여 상기 범위내에서 감소되거나 또는 변동될 수 있다.It can be seen that the heat aging in the temperature range of 1000-1200 ° C. does not need to maintain the zirconia body at a certain temperature within this temperature range for the aging time. This temperature can be reduced or varied within this range through slow cooling at 1000-1200 ° C. while the zirconia body is maintained at 1000-1200 ° C. for 10-150 hours.

본 발명의 지르코니아 물질의 열숙성 단계는 이 물질을 강도 및 열충격 저항도가 중요한 금속 및 합금의 고온 성형 공정에서 사용되는 다이로서 유용하게 만든다. 예를 들면, 구리 합금을 가공하는데 있어서, 실린더 형태의 예열된 빌렛(billet, 5인치 직경 30인치 길이)를 750℃에서 지르코니아 다이를 통하여 압출시켜 1/2인치 직경의 로드(막대)로 성형한다, 이러한 다이의 실패모드는 다이 입구 가까이에서부터 일어나는 균열에 의한 것이며, 이것은 압출된 물질상에 "휜(fin)"을 생성하여 결국은 그 다이는 무용화되어 버린다. 본 발명의 고함량 단사형 지르코니아로부터 제조된 다이(적어도 약 20시간의 열-숙성을 거침)는 파열되지 않으며 180회 정도의 압출에서도 견딜수 있다. 저함량 단사형 물질은 50-100회의 압출에서만 견딜수 있다.The heat aging step of the zirconia material of the present invention makes it useful as a die used in high temperature forming processes of metals and alloys where strength and thermal shock resistance are important. For example, in the processing of copper alloys, cylinder preheated billets (5 inch diameter 30 inch length) are extruded through a zirconia die at 750 ° C. and formed into 1/2 inch diameter rods (rods). This failure mode of the die is due to the cracking occurring near the die inlet, which creates a "fin" on the extruded material which eventually renders the die useless. Dies made from the high content single yarn zirconia of the present invention (at least about 20 hours of heat-aging) are not ruptured and can withstand about 180 extrusions. Low content monoclinic materials can only withstand 50-100 extrusions.

본 명세서내에 기술된 조성을 갖는 지르코니아물질은 열숙성 되지 않더라도 많은 용도에 유용하다. 예를 들면, 열숙성이 냉각 단계(d) 동안 도입되지 않은 경우, 단계(e)에 따라 실온에 도달한 후 노로부터 제거된 지르코니아체는 약 10부피 %, 일반적으로 약 5부피%이하의 단사형 지르코니아를 함유하고 있다. 숙성되지 않은 형태는 양호한 저온 특성을 지니고 있으며, 일반적으로 이 지르코니아체는 급속한 온도 변동에 노출되지 않은 최종 용도에 사용이 적합하다. 특히, 이러한 저함량 단사 형태는 실온에서 약 8MPa.m.5, 800℃에서 약 3MPa.m.5의 인성도를 지니고 있다. 파쇄 모듈러스는 실온에서 약 500MPa 이상을 지니고 있지만, 800℃온도하에서 상기 레벨이하, 일반적으로는 약 250-400MPa에 있다. 이들 지르코니아체는 소성후 5.5gm/cc 이상의 밀도와 25-1000℃의 온도범위에서 95×10-7/℃이상의 열팽창 계수를 지니고 있다. 숙성시키지 않은 지르코니아체는 보철술장치 ; 내마모성 라이닝 및 타일 ; 크기를 재는 파우더 금속기구 ; 채광산업의 스크래핑 블레이트 ; 밸브, 씰, 밸브 가이드 ; 노즐 및 저온 압출 다이 또는 사출 다이등으로 사용된다.Zirconia materials having the compositions described herein are useful for many applications even if they are not heat aged. For example, if heat aging has not been introduced during the cooling step (d), the zirconia body removed from the furnace after reaching room temperature according to step (e) is less than about 10% by volume, usually less than about 5% by volume. Contains the death penalty zirconia. The unmatured form has good low temperature properties and in general this zirconia body is suitable for use in end uses that are not exposed to rapid temperature fluctuations. In particular, this low content monofilament form is about 8 MPa.m. 5 , about 3 MPa.m. It has a toughness of 5 . Fracture modulus has at least about 500 MPa at room temperature, but below this level at 800 ° C., generally at about 250-400 MPa. These zirconia bodies have a coefficient of thermal expansion of at least 5.5 gm / cc after firing and a coefficient of thermal expansion of at least 95 × 10 −7 / ° C. in a temperature range of 25-1000 ° C. The zirconia body which has not been aged is a prosthetic device; Wear resistant linings and tiles; Sizing powder metal fittings; Scraping blades in the mining industry; Valves, seals, valve guides; It is used as a nozzle and low temperature extrusion die or injection die.

특별한 언급이 없는 한 소성된 지르코니아체의 물리적 특성은 다음과 같이 측정된다 ;Unless otherwise specified, the physical properties of calcined zirconia are measured as follows;

열팽창은 팽창계기를 사용하여 생성물의 바상에서 측정한다. 스탠다드로서 알루미나를 사용하여, 실온 내지 약 1000℃의 범위에 대하여 일분당 3℃의 가열 속도가 이용된다.Thermal expansion is measured on the bar of the product using an expansion meter. Using alumina as standard, a heating rate of 3 ° C. per minute is used over the range from room temperature to about 1000 ° C.

파쇄 모듈러스는 50mm 스판(지지스판)과 13mm 스판(부하원 스판)을 사용하여 4-포인트 요곡상에서 측정된다. 실온에서의 MOR은 표면 그라인더상에서 320그리트 다이아몬드 휠에 의해 3×3×65의 바크기토 연마한 소성물질의 바샘플상에서 측정된다. 800℃에서의 MOR은 8×1.5×65mm의 바크기로 유사하게 마감처리된 소성된 물질의 바샘플상에서 행해진다.Fracture modulus is measured on a 4-point curve using 50 mm span (support span) and 13 mm span (load span). The MOR at room temperature is measured on a bar sample of 3 x 3 x 65 bar clay polished plastic material by a 320 grit diamond wheel on a surface grinder. MOR at 800 ° C. is done on a bar sample of fired material similarly finished with a bar size of 8 × 1.5 × 65 mm.

인성도는 40mm 스판(지지스판)과 5mm 스판(부하된 스판)을 사용하여 4-포인트 요곡상에서 측정된다. 샘플은 5×6×60mm의 크기를 갖는 세브론이 장차된 소성 바이다. 안정된 파열을 용이하게 일어나게 하기위한 크로스헤드 속도는 일분당 0.50mm이다.Toughness is measured on a four-point curve using a 40mm span (support span) and a 5mm span (loaded span). The sample is a Sevron-loaded firing bar with a size of 5 × 6 × 60 mm. The crosshead speed to facilitate stable rupture is 0.50 mm per minute.

밀도는 실온에서 물을 넣고 측정한다.Density is measured by adding water at room temperature.

하기의 실시예는 본 발명을 설명하기 위함일뿐, 본 발명이 이것에 의해서 제한되는 것은 아니다. 실시예에서, 사용된 지르코니아는 규정량의 SiO2를 함유하는 지르코아-A 단사형 분말이다.The following examples are only intended to illustrate the present invention, but the present invention is not limited thereto. In the examples, the zirconia used is a zirconia-A single yarn powder containing a prescribed amount of SiO 2 .

[실시예 1]Example 1

하기 조성의 배치가 제조되었다.A batch of the following composition was made.

Figure kpo00002
Figure kpo00002

고형분 중량을 기준으로 하여 1.0중량%의 DARVAN C 해교제 존재하에 상기 배치를 물과 함께 습식 분쇄하였다. 분쇄된 배치내에서 고형분이 평균입자 크기가 약 1.0마이크론이 될때까지 분쇄를 계속하였다. 고형분 중량을 기준으로 하여 약 3중량%의 유기 결합제 혼합물(CARBOWAX 400 및 CARBOWAX 400, Union Carbide Corp.)를 배치에 가하였다. 결합제가 분산되도록 충분히 혼합한 후, 배치를 분무 건조시켜 테스트바(8×10×80mm)로 압축하였다.The batch was wet milled with water in the presence of 1.0% by weight of DARVAN C peptizer based on solids weight. Grinding continued until solids had an average particle size of about 1.0 micron in the ground batch. About 3% by weight of organic binder mixture (CARBOWAX 400 and CARBOWAX 400, Union Carbide Corp.) based on solids weight was added to the batch. After sufficient mixing to disperse the binder, the batch was spray dried and compressed into a test bar (8 × 10 × 80 mm).

압축된 바를 다음의 소정 순서에 따라 1625℃의 온도까지 소성하였다 : 실온 내지 250℃에서 4시간 : 250℃에서 2시간 유지 : 150-100℃에서 6시간 : 400℃에서 4시간 유지 : 50℃/시간하에서 400-1625℃. 바를 1625℃에서 2시간 동안 유지시킨뒤 450℃/시간하에서 1400℃로 냉각하고 75℃/시간하에 1100℃로 냉각, 다음에 200℃/시간 비율로 실온으로 냉각하였다. 바를 재가열한 뒤, 1100℃에서 10시간 또는 24시간 동안숙성하고, 다시 "노의 속도"(약 200℃/시간)하에서 실온으로 냉각하였다. 열숙성 작용으로 인한 테스트바의 물리적 특성은 다음 표에 나타내었다.The compressed bar was calcined to a temperature of 1625 ° C. in the following order: 4 hours at room temperature to 250 ° C .: 2 hours at 250 ° C .: 6 hours at 150-100 ° C .: 4 hours at 400 ° C .: 50 ° C. / 400-1625 ° C. under time. The bar was kept at 1625 ° C. for 2 hours and then cooled to 1400 ° C. under 450 ° C./hour, to 1100 ° C. under 75 ° C./hour, and then to room temperature at a 200 ° C./hour ratio. The bar was reheated and then aged at 1100 ° C. for 10 or 24 hours and again cooled to room temperature under “rate of furnace” (about 200 ° C./hour). The physical properties of the test bar due to heat aging are shown in the following table.

[표 2]TABLE 2

Figure kpo00003
Figure kpo00003

* 8 × 1.5 × 65mm로 마무리된 바상에서 측정함* Measured on bars finished with 8 × 1.5 × 65 mm

** 평가된 값.** Value evaluated.

실온용도를 위한 더큰 MOR값은 10-시간 열숙성에 의해 제공된다 ; 숙성시간이 길수록 더 우수한 고온물리적 특성이 제공된다.Larger MOR values for room temperature applications are provided by 10-hour heat aging; Longer aging times provide better high temperature physical properties.

[실시예 2]Example 2

다음 조성의 배치혼합물이 제조되었다 :A batch mixture of the following composition was prepared:

Figure kpo00004
Figure kpo00004

고형분 중량을 기준해서 해교제 Strodex PK-90 0.33Peptide Strodex PK-90 0.33 based on solids weight

중량%의 존재하에서 배치를 물과 함께 습식분쇄하였다. 평균 입자크기가 약 1.1미크론이 될때까지 고형분에 대한 분쇄를 계속하였다. 고형분 중량을 기준해서 약 4중량%의 유기 결합제를 배치에 첨가하였다. 결합제를 분산시키기 위해 충분히 혼합한 뒤에 배치를 분무 건조하여 테스트바(8×l0×80mm)로 압축하였다.The batch was milled with water in the presence of weight percent. Grinding was continued for solids until the average particle size was about 1.1 microns. About 4% by weight of organic binder, based on solids weight, was added to the batch. After sufficient mixing to disperse the binder, the batch was spray dried and compressed into a test bar (8 × 10 × 80 mm).

결합제를 소진시키기 의해 분리 소성한 뒤에, 압축된 바를 다음의 소성 순서에 따라 최고 온도가 1725℃가 될때까지 소성하였다 : 400℃/시간 배율로 실온(RT)에서 400℃ ; 50℃/시간 비율로 400℃에서 1725℃까지 가열 ; 1725℃에서 2시간 유지. 냉각 순서는 다음과 같다 ; 575℃/시간이 비율로 1725℃에서 1400℃로 냉각 ; 130℃/시간의 비율로 1400℃에서 1000℃로 냉각. 그 다음 처리를 위해 샘플을 다음과 같이 세 종류로 분류(A, B, C)한다 : 노속도(약 200℃/시간)로서 샘플 A와 C를 1000℃에서 실온으로 냉각한 뒤 C만을 1100℃로 재가열하고 그 온도에서 22시간 동안 숙성시키고 노-비율하에서 실온으로 냉각시킨다. A는 재가열(숙성시키지 않는다)하지 않는다. B는 1000도에서 1100℃로 가열한뒤 1100℃에서 25시간 동안 숙성시키고 노-비율하에서 실온으로 냉각한다.After the separate firing by exhausting the binder, the compressed bar was fired until the maximum temperature reached 1725 ° C. according to the following firing sequence: 400 ° C. at room temperature (RT) at 400 ° C./hour magnification; Heating from 400 ° C. to 1725 ° C. at a rate of 50 ° C./hour; Hold at 1725 ° C. for 2 hours. The cooling sequence is as follows; Cooling from 1725 ° C. to 1400 ° C. at a rate of 575 ° C./hour; Cooling from 1400 ° C. to 1000 ° C. at a rate of 130 ° C./hour. The samples are then classified into three types (A, B and C) for processing: furnaces (approximately 200 ° C./hour), cooling samples A and C from 1000 ° C. to room temperature and only C 1100 ° C. The furnace is reheated and aged at that temperature for 22 hours and cooled to room temperature under no-ratio. A does not reheat (do not mature). B is heated to 1100 ° C. at 1000 ° C., then aged at 1100 ° C. for 25 hours and cooled to room temperature under no-ratio.

열-숙성의 작용으로 인한 테스트바의 물리적 특성은 하기표에 열거하였다. 샘플 A에서 알 수 있듯이 열로 숙성시키지 않은 것은 열충격에 대한 저항성이 없으며, 주석욕에 함침시킨 즉시 파쇄된다. 상이한 공정으로 열숙성된 샘플 B와 C는 우수한 열충격 저항도를 갖는다.The physical properties of the test bar due to the action of heat-maturation are listed in the table below. As can be seen in Sample A, it is not resistant to thermal shock and is not broken immediately upon impregnation in the tin bath. Samples B and C thermally aged by different processes have good thermal shock resistance.

Figure kpo00005
Figure kpo00005

[실시예 3]Example 3

다음은 MgO-부분 안정화된 지르코니아의 물성에 있어서 다양한 실리카 농도가 미치는 효과를 측정하기 위하여 실시한 실험이다. 샘플 A에서 C까지의 세개 배치는 하기의 중량으로 표시된 실리카를 갖는 지르코아-A 파우더로 제조되었다 :The following experiments were conducted to determine the effect of various silica concentrations on the properties of MgO-part stabilized zirconia. Three batches from Samples A to C were made of Zircoa-A powder with silica expressed in the following weights:

Figure kpo00006
Figure kpo00006

각각의 샘플 배치는 해교제로서 배치중량에 대해 0.33중량% Strodex PK-90의 존재하에 물론 습식분쇄하였다. 평균 입자 크기가 약 1.3미크론이 될때까지 고체에 대한 분쇄를 계속하였다. 고형분 중량을 기준해서 약 4중량%의 유기 결합제를 각 배치에 첨가하였다. 결합제를 분산시키기 위해서 충분히 혼합한 뒤, 각 배치를 분무 건조하여 테스트바(8×l0×80mm)로 압축하였다.Each sample batch was of course wet milled in the presence of 0.33% by weight Strodex PK-90 with respect to the batch weight as peptizer. Grinding was continued on the solid until the average particle size was about 1.3 microns. About 4% by weight of organic binder, based on solids weight, was added to each batch. After sufficient mixing to disperse the binder, each batch was spray dried and compressed into a test bar (8 × 10 × 80 mm).

압축된 바를 다음의 소성 순서에 따라 최고 온도가 1675℃가 될때까지 소성시켰다. 4시간에 걸쳐 실온(RT)에서 250℃까지 가열 ; 250℃에서 2시간 유지 ; 6시간에 걸쳐 250℃-400℃가열 ; 400℃로 6시간 유지 ; 50℃/시간으로 400℃에서 1675℃로 가열 ; 1675℃에서 2시간 유지. 냉각 순서는 다음과 같다. 450℃/시간의 비율로 1675℃에서 1400℃로 냉각 ; 75℃/시간의 비율로 1400℃에서 1100℃로 냉각 ; 약 200℃/시간의 노의 속도로 1100℃에서 실온으로 냉각. 그뒤 소성된 막대를 재가열한 뒤, 1100℃에서 20시간 동안 숙성시킨다.The compressed bar was fired until the maximum temperature reached 1675 ° C. in the following firing sequence. Heating from room temperature (RT) to 250 ° C. over 4 hours; Hold at 250 ° C. for 2 hours; 250 degreeC-400 degreeC heating over 6 hours; Hold at 400 ° C. for 6 hours; Heating from 400 ° C. to 1675 ° C. at 50 ° C./hour; Hold at 1675 ° C. for 2 hours. The cooling sequence is as follows. Cooling from 1675 ° C. to 1400 ° C. at a rate of 450 ° C./hour; Cooling from 1400 ° C. to 1100 ° C. at a rate of 75 ° C./hour; Cool to room temperature at 1100 ° C. at a rate of about 200 ° C./hour furnace. The calcined rod is then reheated and aged at 1100 ° C. for 20 hours.

실리카 함량에 따른 테스트바의 물리적 특성은 하기에 수록하였다. 표시된 범위내의 다양한 실리카 함량은 특성에 별 영향을 끼치지 않으며 안정된 지르코니아의 샘플 B와 C는 비록 0.03중량% 이상으로 실리카를 함유할지라도 허용 가능한 강도와 인성도를 가짐을 알수 있다.The physical properties of the test bar according to the silica content are listed below. Various silica contents within the indicated ranges do not affect the properties and it can be seen that samples B and C of stable zirconia have acceptable strength and toughness even though they contain silica at more than 0.03% by weight.

Figure kpo00007
Figure kpo00007

* 8×1.5×65MM로 제조된 바에서 측정됨* Measured on bars manufactured from 8 × 1.5 × 65MM

[실시예 4]Example 4

다음 조성의 배치를 제조하였다.A batch of the following composition was made.

Figure kpo00008
Figure kpo00008

최고온도인 1675℃에서 2시간 유지하는 것을 제외하고는 실시예 1에 서술된 방법에 의하여 배치를 처리하였다. 실시예 1의 방법에 따라 실온으로 냉각한 뒤, 테스트바를 1100℃로 재가열하고 10시간 숙성한 뒤 실온으로 냉각시켰다. 가열된 샘플의 밀도는 5.72gm/cc이며 25-1000℃의 온도범위에서 열팽창계수는 60×10-7/℃이었다. 열충격 테스트후 유지된 샘플의 파열에 대한 평균 모듈러스는 315MPa이었다.The batch was processed by the method described in Example 1 except that the temperature was held at 1675 ° C. for 2 hours. After cooling to room temperature according to the method of Example 1, the test bar was reheated to 1100 ° C. and aged for 10 hours before cooling to room temperature. The density of the heated sample was 5.72 gm / cc and the coefficient of thermal expansion was 60 × 10 −7 / ° C. over a temperature range of 25-1000 ° C. The average modulus for rupture of the sample maintained after the thermal shock test was 315 MPa.

Claims (11)

실리카를 함유하는 지르코니아 분말 및 마그네시아 분말의 성형된 비하소성 혼합물로 구성된 부분 안정화된 고함량 단사형 지르코니아체에 있어서, 상기 지르코니아체는 (1) 지르코니아와 다량의 마그네시아를 함유하는 것으로서, 마그네시아가 상기 지르코니아체내에 있는 큐빅형, 정방형 및 단사형 지르코니아내에 포함되어 있는 큐빅형의 안정화된 지르코니아의 그레인, (2) 상기 큐빅 그레인내의 정방형의 지르코니아로 구성된 분리된 침전물(3) 상기 큐빅 그레인내의 단사형 지르코니아로 구성된 분리된 침전물 및 (4) 상기 큐빅 그레인내의 경계면에 존재하는 단사형 지르코니아로 구성된 결정질 미세구조를 갖고 있으며, 상기 각각 정방형 및 단사형 침전물들은 각각 장축이 0.1 내지 0.4마이크론인 타원형이며, 상기 지르코니아체의 부분 안정화된 지르코니아 물질은 상기 단사형 지르코니아 함량이 20-60부피피센트이고, 열팽창 계수가 25-1000℃의 범위에서 (10-65)×10-7/℃이고, 열충격에 노출된 후 25℃에서 측정된 파쇄 모듈러스가 250MPa이상인 미세구조를 갖는 부분적으로 안정화된 고함량 단사형 지르코니아체.In a partially stabilized high content monoclinic zirconia composed of a molded, non-calcined mixture of zirconia powder containing silica and magnesia powder, the zirconia contains (1) zirconia and a large amount of magnesia, wherein magnesia is the zirconia Cubic-type stabilized zirconia grains contained in cubic, square and monogonal zirconia in the body, (2) Separated precipitates consisting of square zirconia in the cubic grains (3) Monolithic zirconia in the cubic grains Crystalline microstructure consisting of isolated sediment formed and (4) monoclinic zirconia present at the interface within the cubic grains, wherein the square and monoclinic precipitates each have an elliptical shape with a major axis of 0.1 to 0.4 microns, and the zirconia body Partially stabilized Zirconia material volume is the short threaded zirconia content of 20 to 60 cents, and blooming, a thermal expansion coefficient is in the range of 25-1000 ℃ (10-65) × 10 -7 / ℃, after exposure to thermal shock measured at 25 ℃ Partially stabilized high content monolithic zirconia with a microstructure having a fracture modulus of at least 250 MPa. 제1항에 있어서, 상기 마그네시아 함량이 3.0-4.0중량%인 지르코니아체.The zirconia body according to claim 1, wherein the magnesia content is 3.0-4.0 wt%. 제1항에 있어서, 상기 지르코니아체의 실리카 함량은 0.05-0.25중량%이고, 마그네시아 함량은 3.0-3.5%인 지르코니아체.The zirconia body according to claim 1, wherein the silica content of the zirconia body is 0.05-0.25% by weight and the magnesia content is 3.0-3.5%. (a) 마그네시아 분말과 지르코니아 분말을 혼합하여 0.05-0.5중량%의 실리카를 함유하는 비하소된 혼합물을 제조하고, 이 혼합물을 성형하여 그린체를 제조하는 단계 ; (b) 상기 그린체를 1525-1800℃의 소결온도로 가열하고, 이 온도에서 20시간 정도 유지하는 단계 ; (c) 상기 그린체를 150-600℃/시간의 속도로 1300-1450℃의 일차 냉각 온도로 냉각하는 단계 ; (d) 상기 그린체를 20-200℃/시간의 속도로 1000-1200℃의 이차냉각온도로 냉각하는 단계 ; (e) 상기 그린체를 400℃/시간 정도의 속도로 실온까지 냉각하는 단계 ; (f) 상기 그린체를 1000-1200℃범위내의 숙성 온도로 재가열하고 이온도에서 20-40시간동안 상기 그린체를 숙성시키는 단계 ; (g) 상기 그린체를 실온으로 냉각하는 단계로 구성된 마그네시아로 부분적으로 안정화된 고함량단사형 지르코니아체의 제조방법.(a) mixing magnesia powder and zirconia powder to prepare an uncalcined mixture containing 0.05-0.5% by weight of silica, and molding the mixture to produce a green body; (b) heating the green body to a sintering temperature of 1525-1800 ° C., and maintaining the green body at this temperature for about 20 hours; (c) cooling the green body to a primary cooling temperature of 1300-1450 ° C. at a rate of 150-600 ° C./hour; (d) cooling the green body to a secondary cooling temperature of 1000-1200 ° C. at a rate of 20-200 ° C./hour; (e) cooling the green body to room temperature at a rate of about 400 ° C./hour; (f) reheating the green body to a aging temperature in the range of 1000-1200 ° C. and aging the green body for 20-40 hours at ionicity; (g) A method for producing a high content monolithic zirconia body partially stabilized with magnesia consisting of cooling the green body to room temperature. 제4항에 있어서, 상기 지르코니아체의 마그네시아 함량은 2.5-4.0중량%이고, 상기 단계(a)는 상기 분말들이 그 평균 입자크기가 0.5-2.0 마이크론이 될때까지 습식 분쇄하는 단계와 상기 분말을 일정한 형태로 압착하는 단계를 포함하는 방법.The method according to claim 4, wherein the magnesia content of the zirconia body is 2.5-4.0% by weight, and the step (a) is performed by wet grinding the powders until their average particle size is 0.5-2.0 micron and Compacting in form. 제4항에 있어서, (1) 상기 지르코니아체의 마그네시아 함량은 2.5-4.0중량%이고, (2) 냉각단계(c)는 200-450℃/시간의 속도로 실시되며, (3) 냉각단계(d)는 50-100℃/시간의 속도로 실시되는 방법.According to claim 4, (1) the magnesia content of the zirconia body is 2.5-4.0% by weight, (2) the cooling step (c) is carried out at a rate of 200-450 ℃ / hour, (3) the cooling step ( d) carried out at a rate of 50-100 ° C./hour. 제6항에 있어서, 상기 일차냉각온도는 1400℃이고, 상기 이차냉각온도는 1100℃인 방법.The method of claim 6, wherein the primary cooling temperature is 1400 ° C. and the secondary cooling temperature is 1100 ° C. 8. (a) 마그네시아 분말과 지르코니아 분말을 혼합하여 0.05-0.5중량%의 실리카를 함유하는 비하소된 혼합물을 제조하고, 이 혼합물을 성형하여 그린체를 제조하는 단계 ; (b) 상기 그린체를 1525-1800℃의 소결온도로 가열하고, 이 그린체를 20시간정도 상기 온도에서 유지시키는 단계 ; (c) 상기 그린체를 150-600℃/시간의 속도로 1300-1450℃의 일차 냉각온도로 냉각하는 단계 ; (d) 상가 그린체를 20-200℃/시간의 속도로 1000-1200℃의 이차 냉각 온도로 냉각하고, 이 그린체를 20-80시간동안 상기 온도에서 숙성시키는 단계 ; (e) 상기 그린체를 400℃/시간정도 속도로 실온으로 냉각시키는 단계로 구성되는 마그네시아로 부분적으로 안정화된 고 함량 단사형 지르코니아체의 제조방법.(a) mixing magnesia powder and zirconia powder to prepare an uncalcined mixture containing 0.05-0.5% by weight of silica, and molding the mixture to produce a green body; (b) heating the green body to a sintering temperature of 1525-1800 ° C. and maintaining the green body at the temperature for about 20 hours; (c) cooling the green body to a primary cooling temperature of 1300-1450 ° C. at a rate of 150-600 ° C./hour; (d) cooling the additive green body to a secondary cooling temperature of 1000-1200 ° C. at a rate of 20-200 ° C./hour and aging the green body at this temperature for 20-80 hours; (e) A method for producing a high content monoclinic zirconia body partially stabilized with magnesia, comprising cooling the green body to room temperature at a rate of about 400 ° C./hour. 제8항에 있어서, 상기 지르코니아체의 마그네시아 함량은 2.5-4.0중량%이며, 상기 단계(a)는 상기 분말을 0.5-2.0마이크론의 평균 입자크기를 갖도륵 습식분쇄하는 단계와 상기 분말을 일정한 형태로 압착하는 단계를 포함하는 방법.The method of claim 8, wherein the magnesia content of the zirconia body is 2.5-4.0% by weight, the step (a) is the wet grinding of the powder having an average particle size of 0.5-2.0 microns and the powder in a constant form The method comprising the step of pressing. 제8항에 있어서, (1) 상기 지르코니아체의 마그네시아 함량은 2.5-4.0중량%이고, (2) 냉각단계(c)는 200-450℃/시간의 속도로 실시되며, (3) 냉각단계(d)는 50-100℃/시간의 속도로 실시되고, 상기 지르코니아체를 상기 이차냉각 온도에서 20-80 시간동안 숙성시키며, (4) 냉각 단계(e)는 200-300℃/시간의 속도로 실시되는 방법.According to claim 8, (1) the magnesia content of the zirconia body is 2.5-4.0% by weight, (2) the cooling step (c) is carried out at a rate of 200-450 ℃ / hour, (3) the cooling step ( d) is carried out at a rate of 50-100 ° C./hour, the zirconia body is aged at the secondary cooling temperature for 20-80 hours, and (4) cooling step (e) is performed at a rate of 200-300 ° C./hour. Method carried out. 제10항에 있어서, 상기 일차 냉각온도는 1400℃이고, 상기 이차 냉각온도는 1100℃인 방법.The method of claim 10, wherein the primary cooling temperature is 1400 ° C. and the secondary cooling temperature is 1100 ° C. 12. 요약서본 발명은 실리카를 함유하는 지르코니아 분말 및 마그네시아 분말의 성형된 비하소성 혼합물로 구성된부분 안정화된 고함량 단사형 지르코니아체에 관한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a partially stabilized high content monoclinic zirconia body composed of a molded, non-calcined mixture of silica containing zirconia powder and magnesia powder.
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