KR950000697B1 - Sintered zirconia material and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
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Description
제 1a 도는 본 발명의 실시예에 관한 지르코니아 소결체의 전자현미경사진(배율 : 132,000배).1A is an electron micrograph (magnification: 132,000 times) of the zirconia sintered compact which concerns on the Example of this invention.
제 1b 도는 제 1a 도에 표시된 젼자현미경사진을 따라 모사한 개략도.FIG. 1b is a schematic view of the electron microscope photograph shown in FIG. 1a. FIG.
제 2a 도는 본 발명의 다른 실시예에 관한 지르코니아 소결체의 전자현미경사진(배율 : 170,000배).2A is an electron micrograph (magnification: 170,000 times) of a zirconia sintered compact according to another embodiment of the present invention.
제 2b 도는 제 2a 도에 표시된 전자현미경사진을 따라 모사한 개략도.FIG. 2b is a schematic diagram that is simulated along the electron micrograph shown in FIG. 2a.
제 3a 도는 본 발명의 다른 실시예에 관한 지르코니아 소결체의 전자현미경사진(배율 : 132,000배).3A is an electron micrograph (magnification: 132,000 times) of a zirconia sintered compact according to another embodiment of the present invention.
제 3b 도는 제 3a 도에 표시된 전자현미경사진을 따라 모사한 개략도.FIG. 3b is a schematic view taken along the electron micrograph shown in FIG. 3a.
제 4a 도는 종래의 지르코니아 소결체의 전자현미경사진(배율 : 6,000배).Figure 4a is an electron micrograph (magnification: 6,000 times) of the conventional zirconia sintered body.
제 4b 도는 제 4a 도에 표시된 전자현미경사진을 따라 모사한 개략도.FIG. 4b is a schematic diagram which is simulated along the electron micrograph shown in FIG. 4a. FIG.
본 발명은 지르코니아 소결체와 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a zirconia sintered body and a manufacturing method thereof.
종래부터 지르코니아 소결체에는 여러 가지 종류가 있는데, 일본국 특개소 57-111278호 공보에는, 소위 고강도 지르코니아 소결체라고 불리는 것이 기재되어 있다. 이 종래의 지르코니아 소결체는, 정방정계(正方晶系)의 결정구조를 보유하는 지르코니아(정방정 지르코니아)를 5∼70몰% 함유하고, 또, 기공율이 2∼10%인 것이다. 그런데, 이 소결체는, 그것이 열충격을 받았을 때, 정방정 지르코니아가, 단사정계(單斜晶系)의 결정구조를 보유하는 지르코니아(단사정 지르코니아)로 변태하여, 약 4체적%정도 팽창하므로, 단사정 지르코니아 또는 그 근방에 압축응력의 영역이 형성되고, 그것이 열충격에 의한 변형(strain)을 흡수하도록 작용하기 때문에, 열충격강도가 높다. 또, 압축응력 영역이 형성되면, 외부응력을 받았을 경우, 탄성변형에너지가 감소하므로, 소결체의 굽힘강도도 향상된다. 그러나, 굽힘강도의 향상은, 기공율이 2∼10% 비교적 높기 때문에 그다지 현저하지는 않으며, 더우기 강도의 불균일이 크다. 또한, 인성이 낮다고 하는 결점도 있다.Conventionally, there are various kinds of zirconia sintered compacts. Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 57-111278 discloses a so-called high strength zirconia sintered compact. This conventional zirconia sintered body contains 5 to 70 mol% of zirconia (quadratic zirconia) having a tetragonal crystal structure, and has a porosity of 2 to 10%. However, when this sintered body is subjected to thermal shock, tetragonal zirconia transforms into zirconia (monocrystalline zirconia) having a monoclinic crystal structure and expands by about 4% by volume. Since the region of compressive stress is formed in or near the zirconia, it acts to absorb strain due to thermal shock, so that the thermal shock strength is high. In addition, when the compressive stress region is formed, the elastic deformation energy decreases when the external stress is applied, so that the bending strength of the sintered body is also improved. However, the improvement in bending strength is not so remarkable because the porosity is relatively high by 2 to 10%, and further, the variation in strength is large. In addition, there is a drawback that the toughness is low.
한편, 일본국 특개소 59-227770호 공보에 있어서는, 안정화제와 흑색계의 착색제를 함유하는 지르코니아 분말을, 흑연모울드 또는 흑연다이를 사용해서, 불활성분위기하에서 고온프레스 또는 열간정수압가압법(hot isostatic press)에 위한 소결처리를 실시하여 지르코니아 소결체를 얻고 있다. 그런데, 이 소결체는 내열성과 인성이 높다고 기재되어 있다. 그러나, 이 소결체에는, 흑연모울드를 사용하고, 또 불활성 분위기하에서 소결하기 때문에 탄소가 잔존하고 있으며, 이 탄소가 소결체를 600℃ 이상의 고온에서 사용했을 때에 이산화탄소로 되어 증발하여서, 공동(空洞)을 만들므로, 강도가 크게 저하하며, 심지어는 실온에서도 강도가 저하한다고 하는 결점이 있다.On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-227770 discloses that a zirconia powder containing a stabilizer and a black colorant is subjected to a hot press or hot hydrostatic pressure method using a graphite mold or a graphite die under an inert atmosphere. The sintering process for press) is performed and the zirconia sintered compact is obtained. By the way, it is described that this sintered compact has high heat resistance and toughness. However, graphite is used for this sintered compact, and carbon remains because it sinters in an inert atmosphere. When the carbon is used at a high temperature of 600 ° C. or higher, carbon is evaporated to form a cavity. Therefore, there is a drawback that the strength is greatly reduced, and even the strength is reduced even at room temperature.
본 발명의 목적은, 종래의 소결체의 상기한 결점을 해결하여, 기계적 특성, 특히 강도와 인성이 높으며, 더우기, 그 기계적 특성의 불균일이 극히 작을 뿐아니라, 600℃ 이상의 고온에서 사용하여도 강도저하가 거의 없는 지르코니아 소결체를 제공하는 데에 있다.The object of the present invention is to solve the above-mentioned shortcomings of the conventional sintered body, and the mechanical properties, in particular, the strength and toughness are high, moreover, the nonuniformity of the mechanical properties is extremely small, and the strength is reduced even when used at a high temperature of 600 ° C or higher. It is to provide a zirconia sinter with almost no.
본 발명의 다른 목적은, 상술한 기계적 특성을 보유하는 지르코니아 소결체를 용이하고 또한 안전하게 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for easily and safely producing a zirconia sintered body having the above-described mechanical properties.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 있어서는,In order to achieve the above object, in the present invention,
(a) 정방정계의 결정구조를 보유하는 지르코니아를 최소한 50몰% 함유하고,(a) contains at least 50 mole percent zirconia having a tetragonal crystal structure,
(b) 산화이트륨(yttria)을 1.5∼5몰% 함유하며,(b) contains 1.5 to 5 mol% of yttria;
(c) 탄소를 실질적으로 함유하지 않고,(c) contains substantially no carbon,
(d) 기공율이 0.6% 이하이고,(d) porosity is 0.6% or less,
(e) 기공의 크기가 0.1㎛ 이하이며,(e) the pore size is 0.1 μm or less,
(f) 기공이 지르코니아 결정입계의 3중점(triple point)에 주로 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 지르코니아 소결체가 제공된다.(f) A zirconia sintered body is provided, wherein the pores are mainly present at triple points of the zirconia grain boundaries.
또 본 발명에 있어서는,In the present invention,
(a) 산화이트륨분말을 1.5∼5몰% 함유하는 지르코니아 분말을 조제하는 공정과,(a) preparing a zirconia powder containing 1.5 to 5 mol% of yttrium powder;
(b) 상기한 지르코니아분말을 800∼1000℃에서 소성(燒成)한 후, 그 분말을 분쇄하여서, 산화이트륨이 혼합된 고용체(固溶體)로 형성된 원료지르코니아분말을 제조하는 공정과,(b) calcining the zirconia powder at 800 to 1000 ° C, and then pulverizing the powder to prepare a raw material zirconia powder formed of a solid solution mixed with yttrium oxide;
(c) 원료지르코니아분말을 압축하여 성형체(green body)를 성형하는 공정과,(c) compressing the raw zirconia powder to form a green body,
(d) 상기한 성형체를 예비소결하여서 부피밀도(bulk density)가 이론밀도의 95% 이상인 예비소결체를 제조하는 공정과,(d) pre-sintering the molded body to produce a pre-sintered body having a bulk density of at least 95% of the theoretical density;
(e) 상기한 예비소결체를 산화분위기하에서 열간정수압가압법에 의해서 소결하는 공정,(e) sintering the presintered body by hot hydrostatic pressure method under an oxidizing atmosphere,
으로 구성되는 지르코니아 소결체의 제조방법이 제공된다.Provided is a method for producing a zirconia sintered body consisting of.
본 발명에서는, 다음과 같은 다른 제조방법도 적용된다.In the present invention, the following other manufacturing method is also applied.
지르코니아 소결체를 제조하는 다른 방법,Another method of manufacturing zirconia sintered body,
(a) 산화이트륨분말을 1.5∼5몰% 함유하는 지르코니아분말을 조제하는 공정과,(a) preparing a zirconia powder containing 1.5 to 5 mol% of yttrium powder;
(b) 상기한 지르코니아분말을 800∼1000℃에서 소성한 후, 그 분말을 분쇄하여서, 산화이트륨이 혼합된 고용체로 형성된 원료지르코니아분말을 제조하는 공정과,(b) calcining the zirconia powder at 800 to 1000 ° C, and then pulverizing the powder to prepare a raw material zirconia powder formed of solid solution mixed with yttrium oxide;
(c) 원료지르코니아분말을 압축하여 성형체를 성형하는 공정과,(c) compressing the raw zirconia powder to form a compact;
(d) 상기한 성형체를 캡슐내에 넣어 산화분위기하에서 열간정수압가압법에 의해서 예비소결 및 소결하는 공정,(d) a step of pre-sintering and sintering the above-mentioned molded product in a capsule by hot hydrostatic pressing under an oxidizing atmosphere,
으로 구성된다.It consists of.
지르코니아 소결체를 제조하는 본 발명의 또 다른 방법은,Another method of the present invention for producing a zirconia sintered compact,
(a) 산화이트륨분말을 1.5∼5몰% 함유하는 지르코니아분말을 조제하는 공정과,(a) preparing a zirconia powder containing 1.5 to 5 mol% of yttrium powder;
(b) 상기한 지르코니아분말을 800∼1000℃에서 소성한 후, 그 분말을 분쇄하여서, 산화이트륨이 혼합된 고용체로 형성된 원료지르코니아분말을 제조하는 공정과,(b) calcining the zirconia powder at 800 to 1000 ° C, and then pulverizing the powder to prepare a raw material zirconia powder formed of solid solution mixed with yttrium oxide;
(c) 상기한 원료지르코니아분말을 캡슐내에 충전한 후, 산화분위기하에서 열간정수압가압법을 이용하여 상기한 원료지르코니아분말을 직접 고화시켜서 예비소결 및 소결하는 공정,(c) a step of pre-sintering and sintering the raw material zirconia powder by directly solidifying the raw material zirconia powder using a hot hydrostatic pressure method under an oxidizing atmosphere after filling the capsule with the raw material zirconia powder,
으로 구성된다.It consists of.
이하, 본 발명에 관한 지르코니아 소결체 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the zirconia sintered compact which concerns on this invention, and its manufacturing method are demonstrated in detail.
본 발명에서는, 우선, 산화이트륨분말을 함유하는 지르코니아분말을 다음과 같이 조제한다. 순도가 99.9% 이상인 염화지르코늄을 함유하는 수용액과, 순도가 99.5% 이상인 염화이트륨을 함유하는 수용액을 소정의 비율로 혼합한 후, 주지의 공침법(共沈法), 가수분해법, 열분해법, 금속알콕시드법, 졸-겔법, 기상법(氣相法)등을 이용해서, 평균입경이 0.1㎛ 이하이며, 또 산화이트륨을 1.5∼5몰% 함유하는 지르코니아분말을 조제한다. 또한 순도가 99.9% 이상인 질산지르코늄을 함유하는 수용액과 순도가 99.5% 이상인 질산이트륨을 함유하는 수용액으로부터, 또는 순도가 99,9% 이상인 순수 지르코니아분말과 순도가 99.9% 이상인 산화이트륨 분말로부터 상기한 지르코니아분말을 조제할 수도 있다.In the present invention, first, a zirconia powder containing yttrium oxide powder is prepared as follows. After mixing an aqueous solution containing zirconium chloride having a purity of 99.9% or more and an aqueous solution containing yttrium chloride having a purity of 99.5% or more in a predetermined ratio, there are known coprecipitation methods, hydrolysis methods, pyrolysis methods, and metals. The zirconia powder which has an average particle diameter of 0.1 micrometer or less and contains 1.5-5 mol% of yttrium oxide is prepared using the alkoxide method, the sol-gel method, and the gas phase method. The above-mentioned zirconia can be obtained from an aqueous solution containing zirconium nitrate with a purity of at least 99.9% and an aqueous solution containing yttrium nitrate with a purity of at least 99.5%, or from pure zirconia powder with a purity of at least 99,9% and a yttrium oxide powder having a purity of at least 99.9%. Powder may also be prepared.
다음에 상기한 분말을 800∼1000℃, 바람직하게는 850∼950℃에서 소성한 후, 보올밀(ball mill)에서 분쇄한다. 필요에 따라서 상기한 소성, 분쇄를 반복해서 행하여 원료분말을 얻는다. 이 원료분말은, 순수 지르코니아분말과 산화이트륨분말이 균일하게 혼합된 고용체를 형성하고 있다. 고용체중에서 지르코니아는, 지르코니아의 순도, 입경, 혼합비율, 소성온도, 소성시간 등에 따라 다르지만, 통상 단사정계와 정방정계의 혼합상을 형성하고 있다.Next, the powder is calcined at 800 to 1000 ° C, preferably 850 to 950 ° C, and then ground in a ball mill. If necessary, the above-described firing and grinding are repeated to obtain a raw material powder. This raw material powder forms a solid solution in which pure zirconia powder and yttrium oxide powder are uniformly mixed. In solid solution, zirconia varies depending on the purity, particle size, mixing ratio, firing temperature, firing time, etc. of zirconia, but usually forms a mixed phase of monoclinic and tetragonal.
다음에는 상기한 원료분말을, 고무프레스법(rubber pressing), 사출성형법, 금형성형법, 압출성형법 등의 주지의 성형법을 이용하여 소망의 성형체로 성형한다.Next, the raw material powder is molded into a desired molded body by using known molding methods such as rubber pressing, injection molding, mold molding, and extrusion molding.
다음에, 상기한 성형체를 가열로에 넣고, 850∼1000℃, 바람직하게는 900∼950℃까지 20∼100℃/시, 바람직하게는 30∼70℃/시의 속도로 승온한 후, 1150∼1550℃, 바람직하게는 1200∼1450℃, 보다 바람직하게는 1300∼1400℃까지 30∼50℃/시의 속도로 2차 승온한 다음 그 온도로 수시간 유지한다. 이러한 승온공정 및 그후의 승온유지에 의해서, 이론밀도의 95% 이상(바람직하게는 97.5% 이상, 보다 바람직하게는 99% 이상)인 부피밀도를 보유하는 예비소결체를 얻는다. 상기한 승온과정에서, 지르코니아의 결정구조는 단사정계와 정방정계의 공존상태로부터 정방정계나, 또는 정방정계와 입방정계의 공존상태, 혹은 입방정계로 변태한다. 이와같은 결정구조의 변태온도와 변태속도는, 산화이트륨의 양에 따라 다르다. 그러므로, 사용하는 지르코니아의 상태도를 참조하면서 상기한 바와 같은 결정구조를 취한 예비소결온도를 상술한 범위내에서 결정한다. 상기한 예비소결체는 예비소결후 냉각될 때, 지르코니아의 결정구조가 변화하는데 그 변화도는 냉각속도에 의한다. 정방정계의 결정구조를 보유하는 지르코니아에서, 정방정지르코니아의 일부는 단사정지르코니아로 변화하고, 정방정계와 입방정계의 혼합상을 보유하는 지르코니아에서, 정방정지르코니아의 일부는 단사정지르코니아로 변화하고 입방정지르코니아의 일부는 정방정지르코니아로, 또한 정방정지르코니아의 일부는 단사정지르코니아로 변화한다. 입방정계 결정구조를 보유하는 지르코니아에서, 입방정지르코니아의 일부 또는 대부분은 정방정지르코니아로, 또한 정방정지르코니아의 일부는 단사정지르코니아로 변화한다. 결국, 정방정계, 단사정계 및 입방정계의 혼합상이 생성된다.Next, the above-mentioned molded product is put into a heating furnace, and the temperature is raised to a rate of 20 to 100 ° C / hr, preferably 30 to 70 ° C / hr, to 850 to 1000 ° C, preferably 900 to 950 ° C, and then to 1150 to 1150 ° C. The temperature is secondarily raised to 1550 ° C., preferably 1200 to 1450 ° C., more preferably 1300 to 1400 ° C. at a rate of 30 to 50 ° C./hour, and then maintained at that temperature for several hours. By this temperature raising step and subsequent temperature holding, a pre-sintered body having a bulk density of 95% or more (preferably 97.5% or more, more preferably 99% or more) of the theoretical density is obtained. In the above temperature raising process, the crystal structure of zirconia changes from the coexistence state of the monoclinic system and the tetragonal system to the tetragonal system, or to the coexistence state of the tetragonal system and the cubic system, or the cubic system. The transformation temperature and transformation speed of such a crystal structure depend on the amount of yttrium oxide. Therefore, with reference to the state diagram of the zirconia to be used, the presintering temperature having the above crystal structure is determined within the above-mentioned range. When the presintered body is cooled after presintering, the crystal structure of the zirconia changes, and the degree of change depends on the cooling rate. In zirconia with tetragonal crystal structure, part of tetragonal zirconia changes to monoclinic zirconia, from zirconia with mixed phase of tetragonal and cubic system, and part of tetragonal zirconia into monoclinic zirconia Part of the cubic zirconia changes to tetragonal zirconia and part of the tetragonal zirconia into monoclinic zirconia. In zirconia having a cubic crystal structure, some or most of the cubic zirconia changes to tetragonal zirconia, and part of the tetragonal zirconia into monoclinic zirconia. As a result, a mixed phase of tetragonal, monoclinic and cubic systems is produced.
다음에, 예비소결체를 본소결하는데, 본 발명에 관한 소결에서는, 제어된 산화분위기하에서 열간정수압가압법(이하, HIP법이라 한다)에 의해 소결한다. 먼저, 상기한 예비소결체를 1000∼2200㎏/㎠(바람직하게는 1500∼2000㎏/㎠)의 압력하에서 가열하여 1150∼1500℃(바람직하게는 1300∼1400℃)에서 수시간 보존 유지한 후, 200∼600℃/시(바람직하게는 300∼500℃/시)의 냉각속도로 냉각시켜서, 지르코니아 소결체를 얻는다.Next, the pre-sintered body is sintered. In the sintering according to the present invention, sintering is carried out by a hot hydrostatic pressure method (hereinafter referred to as HIP method) under a controlled oxidation atmosphere. First, the presintered body is heated under a pressure of 1000 to 2200 kg / cm 2 (preferably 1500 to 2000 kg / cm 2) and stored at 1150 to 1500 ° C. (preferably 1300 to 1400 ° C.) for several hours. It cools at the cooling rate of 200-600 degreeC / hour (preferably 300-500 degreeC / hour), and a zirconia sintered compact is obtained.
HIP법에서 산화분위기의 산소농도는 0.1∼25체적%, 바람직하게는 1∼20체적%, 보다 바람직하게는 3∼10체적%로 제어된다. 0.1체적% 미만에서는, 산소농도가 너무 낮아서, 처리로를 구성하는 구성재료로부터 방출된 가스에 의해 소결체가 환원되어 버려, 소결체 중에 탄소가 잔존하게 된다. 또 25체적%를 초과하면, 처리로를 구성하는 부재의 발화점이 크게 저하하여서, 노의 수명이 현저히 단축되므로 실용적이지 않다.In the HIP method, the oxygen concentration in the oxidizing atmosphere is controlled to 0.1 to 25% by volume, preferably 1 to 20% by volume, more preferably 3 to 10% by volume. If it is less than 0.1 volume%, oxygen concentration is too low, and a sintered compact will be reduced by the gas discharge | released from the component material which comprises a process furnace, and carbon will remain in a sintered compact. Moreover, when it exceeds 25 volume%, the flash point of the member which comprises a process furnace will fall largely, and the lifetime of a furnace will be shortened remarkably, and it is not practical.
일반적으로, HIP법에 의한 처리에는 2가지의 방법이 있다. 하나는, HIP법에 의한 컨테이너분말고용화이고, 다른 것은 예비소결체의 컨테인레스 HIP법이다. 전자의 방법에서는, 원료분말이나 성형체를 유리, 세라믹 또는 금속용기(캡슐이라 한다)에 넣고, 밀봉한 다음 직접 소결한다. 후자의 방법에서는, 부피밀도가 이론밀도의 95% 이상인 예비소결체를 상술한 바와 같이 제조한 후, 캡슐없이 HIP법에 의해 소결한다.In general, there are two methods for treatment by the HIP method. One is container powder solubilization by HIP method, and the other is container HIP method of pre-sintered body. In the former method, the raw material powder or the molded product is placed in a glass, ceramic or metal container (called a capsule), sealed and directly sintered. In the latter method, a pre-sintered body having a bulk density of 95% or more of the theoretical density is prepared as described above, and then sintered by a HIP method without a capsule.
전자의 방법은 처리온도가 비교적 저온이어도 치밀한 소결체가 얻어질 수 있다고 하는 이점이 있다. 그러나, 용기를 사용하는 관계상, 복잡한 형상을 보유하는 소결체의 제조에는 적합하지 않다. 후자의 방법은, 그와 같은 형상의 제약은 없지만, 가스에 의한 가압을 행하는 관계상, 예비소결체의 기공이 개기공(開氣孔)이 아니라 폐기공(閉氣孔)일 것을 필요로 한다. 이 방법에서, 부피밀도가 이론밀도의 95% 이상인 바와 같은 예비소결체의 기공은 거의 폐기공이어서, 문제는 없다. 이와 같은 HIP법에서는, 예비소결체가 단단하게 고화되고, 결정입자사이의 결합강도가 증가하여 우수한 기계적 특성을 보유하는 소결체가 얻어진다. 더우기, 비교적 저온조건하에서도 치밀한 소결체가 얻어진다. 전자의 방법에서는, 성형체 대신에 부피밀도가 낮은 예비소결체를 사용할 수도 있다. 이와 같은 예비소결체의 흡수도가 낮고, 원료분말 또는 성형체에 비해 수축이 가속화되므로, 부피밀도가 비교적 낮더라도, 원료분말 또는 성형체 대신에 예비소결체를 사용하여 복잡한 형상의 소결체를 용이하게 제조할 수가 있다.The former method has the advantage that a compact sintered compact can be obtained even at a relatively low temperature. However, due to the use of a container, it is not suitable for producing a sintered body having a complicated shape. The latter method is not limited in such a shape, but requires that the pores of the pre-sintered body are not open pores but waste holes because of pressurization by gas. In this method, the pores of the pre-sintered body, in which the bulk density is 95% or more of the theoretical density, are almost waste pores, so there is no problem. In this HIP method, the pre-sintered body is solidified, and the bonding strength between the crystal grains is increased to obtain a sintered body having excellent mechanical properties. Moreover, a compact sintered compact is obtained even under relatively low temperature conditions. In the former method, a presintered body having a low bulk density may be used instead of the molded body. Since the absorbency of such presintered body is low and the shrinkage is accelerated compared to the raw powder or the molded body, even if the bulk density is relatively low, the presintered body can be easily manufactured by using the presintered body instead of the raw material powder or the molded body. .
HIP법은, 산술한 바와 같이 산화성분위기하에서 행할 필요가 있다. HIP법은 탄소 등으로 구성된 히이터를 사용해서, 아르곤가스분위기 등과 같은 불활성분위기하에서 행하는 것이 보통이지만, 이와 같은 방식으로 HIP법을 행하면, 미량의 탄소나 일산화탄소가 소결중에 잔존하게 된다. 이와 같이 얻어진 소결체를 600℃ 이상의 고온에서 사용하면, 잔존하는 탄소나 일산화탄소가 이산화탄소가스로 되어서 증발한다. 그 결과, 탄소가 일산화탄소가 위치하고 있었던 부분에 공동이 형성되어서, 소결체의 고온강도가 크게 저하하여버린다.As described above, the HIP method needs to be performed under an oxidizing component crisis. The HIP method is usually performed under an inert atmosphere such as argon gas atmosphere using a heater composed of carbon or the like. However, when the HIP method is performed in this manner, trace amounts of carbon and carbon monoxide remain during sintering. When the sintered compact thus obtained is used at a high temperature of 600 ° C. or higher, the remaining carbon and carbon monoxide become carbon dioxide gas and evaporate. As a result, a cavity is formed in the portion where carbon monoxide was located, and the high temperature strength of the sintered compact is greatly reduced.
소결전의 지르코니아의 결정구조는 정방정계, 정방정계와 입방정계의 혼합상, 또는 입방정계이다. 이와같은 결정구조는 냉각시 변화하는데 냉각속도에 따라 다르다. 정방정계 결정구조를 보유하는 지르코니아의 경우에, 정방정계 결정구조의 일부가 단사정계의 결정구조로 변화한다. 정방정계와 입방정계 결정구조를 보유하는 지르코니아에서는, 정방정계 결정구조의 일부가 단사정계로 변화하고, 입방정계 결정구조의 일부 또는 대부분은 정방정계로 변화하며 변화된 정방정계 결정구조의 일부는 다시 단사정계로 변화한다. 결국, 결정구조가 정방정계, 단사정계 및 입방정계의 혼합상(공존상태)으로 변화한다. 입방정계의 결정구조를 보유하는 지르코니아의 경우에 있어서는, 입방정계 결정구조의 일부 혹은 대부분이 정방정계로 변화하고, 변화된 정방정계 결정구조의 일부는 다시 단사정계 결정구조로 변화한다.The crystal structure of zirconia before sintering is a tetragonal system, a mixed phase of a tetragonal system and a cubic system, or a cubic system. This crystal structure changes during cooling and depends on the cooling rate. In the case of zirconia having a tetragonal crystal structure, part of the tetragonal crystal structure is changed into a monoclinic crystal structure. In zirconia with tetragonal and cubic crystal structures, part of the tetragonal crystal structure is changed to monoclinic, part or most of the cubic crystal structure is changed to tetragonal, and part of the changed tetragonal crystal structure is monolithic again. Change to politics As a result, the crystal structure changes into a mixed phase (coexistence state) of tetragonal, monoclinic and cubic systems. In the case of zirconia having a cubic crystal structure, part or most of the cubic crystal structure changes into a tetragonal system, and a part of the changed tetragonal crystal structure changes into a monoclinic crystal structure.
소결체중에 있어서 정방지르코니아의 양은, 원료분말의 순도, 입경, 조성이나, 예비소결체의 밀도, 본 소결의 온도와 시간, 본 소결후의 냉각조건 등, 여러 가지 조건에 따라 변한다. 따라서, 제조에 있어서는 이들 조건을 엄밀하게 제어할 필요가 있다. 본 발명에 있어서는, 정방정지르코니아의 양은, 50몰% 이상일 필요가 있다. 바람직하게는 70몰% 이상, 보다 바람직하게는 80몰% 이상이다.In the sintered compact, the amount of static preventive rconia varies depending on various conditions such as purity, particle size, composition of the raw powder, density of the pre-sintered compact, temperature and time of the main sintering, and cooling conditions after the main sintering. Therefore, in manufacture, these conditions need to be strictly controlled. In the present invention, the amount of tetragonal zirconia needs to be 50 mol% or more. Preferably it is 70 mol% or more, More preferably, it is 80 mol% or more.
정방정지르코니아를 함유하는 지르코니아는, 외부응력을 받은 경우에 정방정계로부터 단사정계로의 결정구조의 변태에 의해 강도와 인성이 증가한다. 이러한 메카니즘을 "응력유기변태 메카니즘"이라 한다. 이 응력유기변태 메카니즘에 의한 강도와 인성의 향상효과를 충분히 발현시키기 위해서는, 정방정지르코니아의 양을 50몰% 이상으로 하는 것이 필요하다.Zirconia containing tetragonal zirconia increases its strength and toughness by transformation of the crystal structure from tetragonal to monoclinic when subjected to external stress. This mechanism is called "stress organic transformation mechanism". In order to fully express the improvement effect of strength and toughness by this stress organic transformation mechanism, it is necessary to make the amount of tetragonal zirconia 50 mol% or more.
여기서, 정방정지르코니아의 양(CT)(몰%)은 다음과 같이 구해진다.Here, the amount CT of the tetragonal zirconia (mol%) is calculated | required as follows.
즉, 소결체를 얇게 잘라서, #150∼300번의 지석(砥石)으로 연마가공하고, 또 다이어몬드 페이스트(diamond paste)로 광학연마한다. 이와같이 가공된 소결체의 광학연마면을 X선 회절법에 의해서, 정방정지르코니아의 111면의 회절강도 A(면적강도, 이하 동일)와, 단사정지르코니아의 111면의 회절강도 B와, 단사정지르코니아의 111면의 회절강도 C를 구하고, 이것을 이용해서 다음식으로부터 CT를 계산한다. 여기서, 회절강도는 로렌츠인자(Lorentz factor)에 의한 보정후의 값을 사용한다.That is, the sintered compact is cut into thin pieces, polished with # 150 to 300 grindstones, and optically polished with diamond paste. The optically polished surface of the sintered body thus processed was subjected to the X-ray diffraction method, and the diffraction intensity A (area strength, the same below) of the tetragonal zirconia, the diffraction intensity B of the monoclinic zirconia 111, and the monoclinic zirconia Obtain the diffraction intensity C on the 111 plane of, and use it to calculate the CT from the following equation. Here, the diffraction intensity uses a value after correction by the Lorentz factor.
CT=(A/(A+B+C))×100CT = (A / (A + B + C)) × 100
정방정지르코니아의 111면은 입방정지르코니아의 111면과 거의 함께 회절된다. 따라서 X선 회절법에서는 양면의 회절강도를 분리하는 것이 곤란하므로, 함께 얻어진 데이터를 정방정지르코니아의 111면의 회절강도 값으로 사용한다.The 111 plane of tetragonal zirconia is diffracted almost with the 111 plane of cubic zirconia. Therefore, in the X-ray diffraction method, since it is difficult to separate the diffraction intensities on both sides, the data obtained together is used as the diffraction intensity value of the 111 plane of tetragonal zirconia.
로렌츠인자(L)는 다음식으로 표시된다.The Lorentz factor L is represented by the following equation.
L=(1+cos22θ)/(sin2×cosθ)L = (1 + cos 2 2θ) / (sin 2 × cosθ)
회절조건은 다음과 같다.Diffraction conditions are as follows.
ⅰ) 사용한 X선 발생장치는 일본 리가쿠덴키샤제의 RU-200B이다. 이 장치는 회전쌍(rotary pair) 음극형으로, X선원으로는 CuK α선과 만곡결정형 단색화장치를 사용한다.I) The X-ray generator used is RU-200B manufactured by Rigaku Denkisha, Japan. This device is a rotary pair cathode type and uses X-ray source as CuK α ray and curved crystal monochromator.
ⅱ) 고니오미터(goniometer)는 리가쿠덴키샤제의 2155D형이다. 이 고니오미터의 슬릿시스템(slit system)은 1o-0.15㎜-1o이고, 검출기는 신틸레이션계수관(scintillation counter)이다.Ii) The goniometer is a 2155D type manufactured by Rigaku Denkisha. The slit system of this goniometer is 1 o -0.15 mm-1 o and the detector is a scintillation counter.
ⅲ) 계수기록기는 리가쿠덴키샤제의 RAD-B형이다.V) The counter is of type RAD-B manufactured by Rigaku Denkisha.
ⅳ) 스캔시스템(scan system)은 2θ/θ스캔과 스텝스캔이다.I) Scan systems are 2θ / θ scans and step scans.
ⅴ) 2θ 측정범위는 27∼33o와 70∼76o이다.Ⅴ) 2θ measurement range is 27~33 and 70~76 o o.
ⅵ) 2θ 계수스텝은 0.01o이다.I) The 2θ coefficient step is 0.01 o .
ⅶ) 계수시간은 1초/스텝이다.V) Counting time is 1 second / step.
상기한 바와 동일한 방식으로, 입방정지르코니아의 양(Cc)(몰%)을 다음식에 의해 구한다.In the same manner as described above, the amount of cubic zirconia (C c ) (mol%) is obtained by the following equation.
Cc=(D/(D+E+F))×100C c = (D / (D + E + F)) × 100
여기에서, D는 입방정지르코니아의 400면의 회절강도이고, 정방정지르코니아의 004면의 회절강도이며, F는 정방정지르코니아의 220면의 회절강도이다.Here, D is the diffraction intensity of the 400 plane of cubic zirconia, the diffraction intensity of the 004 plane of tetragonal zirconia, and F is the diffraction intensity of the 220 plane of tetragonal zirconia.
상기한 식에 의해 정방정지르코니아와 입방정지르코니아의 양이 구해지면, 나머지가 단사정지르코니아이다.When the quantity of tetragonal zirconia and cubic zirconia is calculated | required by said formula, the remainder is monoclinic zirconia.
단사정지르코니아는, 그 주위에 미균열(microcrack)이나 압축응력장(場)을 때때로 형성한다. 미균일이 너무 많이 형성되면, 소결체의 강도 및 인성이 저하한다. 그러므로, 단사정지르코니아의 양은 상기한 관점에서 10몰% 이하가 바람직하다. 한편, 지르코니아 소결체 중의 정방정지르코니아는 응력유기변태메카니즘을 보유하며, 변태를 야기시키기 위해서는 핵이 존재할 필요가 있다. 이러한 관점에서, 소량의 탄사정지르코니아를 보유하는 것이 바람직하다. 즉, 단사정지르코니아의 존재에 의해 미균열이나 미소결함이 야기되어서 핵으로서의 기능을 수행한다. 상기한 핵이 응력유기변태를 야기시키기 위해 필요하지만, 너무 많이 존재하면 소결체의 강도를 저하시킨다. 그러므로, 본 발명에서는, 응력유기변태의 촉진과 강도유지사이의 균형을 고려하여, 단사정지르코니아의 양을 10% 이하로 억제하는것이 바람직하다.Monoclinic zirconia sometimes forms microcracks or compressive stress fields around it. When too many nonuniformity is formed, the strength and toughness of a sintered compact will fall. Therefore, the amount of monoclinic zirconia is preferably 10 mol% or less from the above point of view. On the other hand, tetragonal zirconia in a zirconia sintered body has a stress organic transformation mechanism, and a nucleus needs to exist to cause transformation. In view of this, it is desirable to have a small amount of tantalum zirconia. That is, the presence of monoclinic zirconia causes microcracks and microdefects to function as a nucleus. Although the above-mentioned nucleus is necessary to cause stress organic transformation, when too much exists, the strength of the sintered compact is lowered. Therefore, in the present invention, it is preferable to suppress the amount of monoclinic zirconia to 10% or less in consideration of the balance between the promotion of stress organic transformation and the maintenance of strength.
다음에, 입방정지르코니아를 함유하는 것이 바람직한 이유를 설명한다.Next, the reason for containing cubic zirconia is preferable.
입방정계 결정구조는 3가지 결정구조중에서 열적안정성이 가장 높다. 그러므로, 입방정지르코니아의 존재에 의해, 고온사용에 있어서 소결체의 내열성과 내식성이 향상될 수 있다. 최소한 50몰%의 정방정지르코니아를 함유하고 있는 소결체에 있어서 입방정지르코니아는 매트릭스를 형성하면서 정방정지르코니아 주위에 분산상태로 존재하거나 정방정지르코니아의 입자사이에 존재한다. 지르코니아 소결체에 수분, 산 또는 알칼리가 작용하면, 정방정지르코니아의 안정성이 저감되며, 정방정지르코니아의 일부가 단사정계로 변태하고, 미균열이 정방정지르코니아의 입간(粒間)위치에 생성된다. 이 미균열이 소결체파괴의 원인될 수 있다. 그러나, 소결체 내에 입방정지르코니아가 어느 정도 존재하면, 입방정지르코니아는 상술한 바와같은 변형을 수반하지 않기 때문에 파괴의 진전이 크게 억제되어서, 소결체의 내열성과 내식성이 향상된다. 이들 향상된 특성은 고온 또는 다른 가혹한 조건하에서 사용되는 소결체에 대단히 바람직하다.The cubic crystal structure has the highest thermal stability among the three crystal structures. Therefore, by the presence of cubic zirconia, the heat resistance and the corrosion resistance of the sintered body can be improved in high temperature use. For sintered bodies containing at least 50 mole% tetragonal zirconia, cubic zirconia is present in a dispersed state around the tetragonal zirconia, or between particles of tetragonal zirconia, forming a matrix. When moisture, acid, or alkali acts on the zirconia sintered body, the stability of tetragonal zirconia is reduced, a part of tetragonal zirconia is transformed into a monoclinic system, and microcracks are generated at the intergranular position of tetragonal zirconia. This non-crack can cause sintered body breakdown. However, when cubic zirconia exists to some extent in a sintered compact, since cubic zirconia does not accompany the above-mentioned deformation | transformation, the progress of destruction is largely suppressed and the heat resistance and corrosion resistance of a sintered compact are improved. These improved properties are highly desirable for sintered bodies used under high temperature or other harsh conditions.
본 발명에 있어서의 소결체에는 안정화제로서 1.5∼5몰%의 산화이트륨이 함유되어 있다. 이 1.5∼5몰%라는 범위는, 정방정지르코니아의 양을 50몰% 이상으로 하기 위한 필요조건이다. 그러나, 충분한 조건은 아니다. 즉, 정방정지르코니아의 양은 상술한 바와같이 원료분말, 예비소결조건, 본소결조건 등에 따라서도 다르다. 이들 조건과 산화이트륨의 양이 서로 공동자작용하는 것에 의해서, 정방정지르코니아의 양을 50몰% 이상으로 하는 것이다. 산화이트륨의 양이 1.5몰% 미만이면, 냉각공정에서 정방정지르코니아로부터 단사정지르코니아로의 급격한 변태가 야기되어서, 단사정지르코니아에 의해 소결체에 다수의 균열이 생성되어 소결체의 강도 및 인성이 저하한다. 또, 산화이트륨의 양이 5몰%를 초과하면, 소결 또는 냉각조건에 따라 정방정지르코니아의 양을 50몰% 이상으로 제어하기가 곤란하게 되어서, 역시 소결체의 강도 및 인성이 저하하게 된다. 바람직한 산화이트륨의 양은 1.75∼4.5몰%이다. 소결체의 인성을 증가시키기 위해서는, 1.75∼2.25몰%가 바람직하고, 600℃ 이상의 온도하에서 소결체의 고온강도 또는 내열성을 증가시키기 위해서는, 3.5∼4.5몰%가 바람직하다. 산화이트륨을 사용하는 것에 의해서, 비교적 저온조건하에서의 소결이 가능하며 치밀한 소결체를 얻을 수가 있다. 그러나, 안정화제를 함께 사용할 수 있다. 예를 들어서, 마그네시아, 칼시아(calcia), 세리아(ceria)등, 지르코니아와 함께 고용체를 형성하는 산화물을 안정화제로서 산화이트륨과 함께 사용할 수 있다.The sintered compact in this invention contains 1.5-5 mol% of yttrium oxide as a stabilizer. The range of 1.5 to 5 mol% is a necessary condition for the amount of tetragonal zirconia to be 50 mol% or more. However, it is not a sufficient condition. That is, the amount of tetragonal zirconia also varies depending on the raw material powder, presintering condition, main sintering condition, and the like as described above. These conditions and the amount of yttrium co-act with each other to make the amount of tetragonal zirconia 50 mol% or more. If the amount of yttrium oxide is less than 1.5 mol%, a sudden transformation from tetragonal zirconia to monoclinic zirconia in the cooling process is caused, and a large number of cracks are generated in the sintered compact by monoclinic zirconia, resulting in a decrease in strength and toughness of the sintered compact. . When the amount of yttrium oxide exceeds 5 mol%, it is difficult to control the amount of tetragonal zirconia to 50 mol% or more depending on the sintering or cooling conditions, and the strength and toughness of the sintered compact are also lowered. Preferred amounts of yttrium oxide are 1.75 to 4.5 mol%. In order to increase the toughness of the sintered compact, 1.75-2.25 mol% is preferable, and in order to increase the high temperature strength or heat resistance of the sintered compact under the temperature of 600 degreeC or more, 3.5-4.5 mol% is preferable. By using yttrium oxide, sintering is possible under relatively low temperature conditions, and a compact sintered body can be obtained. However, stabilizers can be used together. For example, oxides forming a solid solution with zirconia, such as magnesia, calcia and ceria, can be used together with yttrium oxide as a stabilizer.
본 발명에 관한 소결체에 있어서, 600℃ 이상에서 소결체의 강도저하의 원인이 되는 탄소를 실질적으로 함유하지 않는다. 여기서, 탄소를 실질적으로 함유하지 않는 소결체란, 이하와 같이 정의되는 것이다.The sintered compact which concerns on this invention WHEREIN: It does not contain substantially the carbon which becomes the cause of the strength fall of a sintered compact at 600 degreeC or more. Here, the sintered compact which does not contain carbon substantially is defined as follows.
즉, 지르코니아 소결체 중의 탄소량을 분석하는 데에는, 적외선흡광광도법, SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)이라 불리는 2차이온질량분석법, 레이저라만분광분석법 등, 여러 가지 방법이 사용되는데, 본 발명에 있어서는, 레이저라만분광분석법을 이용해서, 아르곤레이저를 사용하여 소결체를 4880Å 및 4579Å의 광으로 여기(勵起)하였을 경우에, 비결정질탄소(amorphous carbon)로서 검출되는 탄소의 존재가 전혀 인지되지 않을 때, 그 소결체에는 탄소가 실질적으로 함유되어 있지 않다고 정의한다. 이 측정의 조건은 다음과 같다.That is, to analyze the amount of carbon in the sintered sintered body, various methods such as infrared absorption spectroscopy, secondary ion mass spectrometry (SIMS), laser Raman spectroscopy, etc. are used. When the sintered body was excited with light of 4880 Å and 4579 하여 by using an argon laser using Raman spectroscopy, when the presence of the carbon detected as amorphous carbon was not recognized at all, the sintered body Is defined as substantially free of carbon. The conditions of this measurement are as follows.
장치는 프랑스 Jobin Yuon사제 Ramanov U-1000,Device is Ramanov U-1000, manufactured by Jobin Yuon, France
레이저의 파장은 4880Å 및 4579ÅThe wavelength of the laser is 4880Å and 4579Å
공급전압은 1650V,Supply voltage is 1650V
게이트(gate)시간은 1.0초,Gate time is 1.0 seconds,
스캔속도는 60㎝-1/분,Scanning speed 60cm -1 / min,
스캔 inc는 0㎝-1,Scan inc is 0cm -1 ,
지연시간은 0초,Latency is 0 seconds,
샘플간격은 1㎝-1,Sample spacing is 1cm -1 ,
반복횟수는 3회,Repeat three times,
스펙트럼범위는 1800㎝-1∼1100㎝-1,The spectral range is 1800 cm -1 to 1100 cm -1 ,
다음에, 본 발명에 있어서는, 소결체의 기공율이 0.6% 이하이고, 또 기공의 크기가 0.1㎛ 이하일 것을 필수로 한다. 여기서, 기공율 P(%)는 다음 식으로 정의된다.Next, in this invention, it is essential that the porosity of a sintered compact is 0.6% or less, and the pore size is 0.1 micrometer or less. Here, the porosity P (%) is defined by the following equation.
P=(1-(부피밀도/이론밀도))×100P = (1- (volume density / theoretical density)) × 100
이론밀도(dth)는 다음 식에 의해 구해진다.Theoretical density d th is obtained by the following equation.
dth=4M/(d3N)d th = 4 M / (d 3 N)
여기에서,From here,
N은 아보가드로상수(6.0×1023mol-1),N is the avogadro constant (6.0 × 10 23 mol −1 ),
M은 지르코니아의 분자량,M is the molecular weight of zirconia,
d는 격자파라미터d is the lattice parameter
d의 값은 지르코니아의 결정구조 및 산화이트륨의 양에 따라 다르며, X선 회절법에 의해 구해진다.The value of d depends on the crystal structure of zirconia and the amount of yttrium oxide, and is determined by X-ray diffraction.
본 발명에서는, 정방정지르코니아의 이론밀도는 6.03∼6.09g/㎤이고, 입방정지르코니아의 이론밀도는 5.98∼6.04g/㎤이며, 단사정지르코니아의 이론밀도는 5.65∼5.75g/㎤이다. 소결체의 강도와 그 강도의 편차는 기공율에 크게 좌우되지만, 동시에 기공의 크기에도 좌우된다. 기공이 있으면, 그 부분에 응력집중을 일으키기 때문이다. 기공율이 0.6%를 초과하게 되거나 또는 기공의 크기가 0.1㎛를 넘게 되면, 소결체의 강도저하 및 강도의 편차가 급격히 증가한다. 그러므로, 본 발명에서는, 기공율을 0.6% 이하로 제한하고, 기공의 크기를 0.1㎛, 바람직하게는 0.05㎛ 이하로 제한하여서, 소결체가 상기한 결함을 갖지 않도록 한다. 소결체의 바람직한 기공율은 0.4% 이하, 보다 바람직하게는 0.3% 이하이다. 또, 이 분야에서는, 강도의 통계적 편차를 나타내기 위해 와이불계수(Weibull modulus)가 사용되고 있다. 이 와이불계수가 크게 될수록 소결체의 강도의 편차가 적어서 소결체의 신뢰성이 높게 된다. 이 와이불계수는 다음과 같이 정의된다. 와이불계수에 의해 표시되는 분포함수가 소결체의 강도분포에 적용되면, 다음과 같은 식이 성립된다.In the present invention, the theoretical density of tetragonal zirconia is 6.03 to 6.09 g / cm 3, the theoretical density of cubic zirconia is 5.98 to 6.04 g / cm 3, and the theoretical density of monoclinic zirconia is 5.65 to 5.75 g / cm 3. The strength of the sintered compact and the variation in the strength greatly depend on the porosity, but also on the size of the pores. This is because the presence of pores causes stress concentration in that part. When the porosity exceeds 0.6% or the pore size exceeds 0.1 µm, the strength decrease and the variation in strength of the sintered body rapidly increase. Therefore, in the present invention, the porosity is limited to 0.6% or less, and the pore size is limited to 0.1 µm, preferably 0.05 µm or less, so that the sintered body does not have the above-described defects. Preferable porosity of a sintered compact is 0.4% or less, More preferably, it is 0.3% or less. In this field, Weibull modulus is used to represent the statistical deviation of the intensity. The larger the Weibull coefficient, the smaller the variation in strength of the sintered compact, and the higher the reliability of the sintered compact. This Weibull coefficient is defined as When the distribution function expressed by the Weibull coefficient is applied to the strength distribution of the sintered body, the following equation is established.
Ps(V)=exp(-V(σ-σU)/σO)m P s (V) = exp (-V (σ-σ U ) / σ O ) m
여기에서,From here,
Ps(V)는 가해진 응력 σ으로서, 체적 V를 보유하는 소결체가 파손되지 않을 확률을 나타낸다.P s (V) is the stress σ applied, and represents the probability that the sintered body having the volume V will not be broken.
σO는 정규화파라미터σ O is the normalization parameter
σU는 파손확률이 0일 때 응력σ U is the stress at failure probability 0
m은 와이불계수m is the Weibull coefficient
와이불계수는 소결체의 강도편차를 나타내는 소결체상수로서 간주된다. m의 값이 크게 될수록, 강도편차는 적게 된다.The Weibull coefficient is regarded as the sintered body constant showing the strength deviation of the sintered body. The larger the value of m, the smaller the intensity deviation.
다음에, 본 발명에 관한 소결체에 있어서, 소결체의 기공은 주로 지르코니아의 결정입계의 3중점에 존재하고 있다. 얇게 자른 샘플(두께가 400∼500Å 이하)을 투과형 전자현미경으로 관찰할 때, 3개 이상의 결정입자가 서로 접속되는 점을 "3중점"이라 부른다. 기공의 주로 3중점에 존재한다라는 표현은 다음과 같이 정의된다. 우선, 투과형 전자현미경을 사용하여 20,000∼40,000배의 배율로 소결체의 구조를 관찰해서, 하나의 관찰시야(scope)로부터 50개의 결정입자를 적당히 선택하여, 각각 50개의 입자로부터 입자내에 존재하는 기공의 수, 입계에 존재하는 기공의 수, 및 3중점에 존재하는 기공의 수를 측정한다. 그후, 4개의 다른 관찰시야를 선택하여 각각 50개의 입자로부터 상기한 바와 마찬가지로 기공의 수를 측정하였다. 그 결과, 기공의 수(N)와 3중점에 존재하는 기공의 수(Nt)를 5개의 관찰시야로부터 측정하였다. Nt/N이 0.8이상이면, 이 상태를 기공이 주로 3중점에 존재한다라고 정의한다. Nt/N의 비가 0.9이상인 것이 바람직하다. 여기서, 몇 개의 입자내에 국부적으로 집중되는 5이상의 기공을 보유하는 관찰시야는 측정에서 제외되었다. 필요에 따라서는, 기공의 수와 기공의 크기를 계측할 때 전자현미경의 배율을 100,000∼200,000배로 올려도 좋다.Next, in the sintered compact according to the present invention, the pores of the sintered compact exist mainly at triple points of the grain boundaries of zirconia. When observing a thinly cut sample (thickness 400-500 Pa or less) with a transmission electron microscope, the point where three or more crystal grains are connected to each other is called "triple point." The expression 'mainly at the triple point of the pore' is defined as follows. First, the structure of the sintered body was observed at a magnification of 20,000 to 40,000 times using a transmission electron microscope, and 50 crystal grains were appropriately selected from one observation field. The number, the number of pores present in the grain boundary, and the number of pores present in the triple point are measured. Four different viewing fields were then selected to measure the number of pores from each of the 50 particles as described above. As a result, the number of pores (N) and the number of pores (N t ) present at triple points were measured from five observation fields. If N t / N is greater than or equal to 0.8, this state is defined as that the pore is mainly in the triple point. It is preferable that the ratio of N t / N is 0.9 or more. Here, the observation field having 5 or more pores localized in some particles was excluded from the measurement. If necessary, the magnification of the electron microscope may be increased to 100,000 to 200,000 times when the number of pores and the size of the pores are measured.
기공크기의 측정에 있어서는, 상술한 바와 같이 250개의 입자를 선택한다. 본 발명에서, 소결체의 기공크기는 실질적으로 0.1㎛ 이하이다. 실질적으로 0.1㎛ 이하라는 것은, 3중점(Nt)에 존재하는 기공의 80% 이상이 0.1㎛ 이하의 기공크기를 보유하는 것으로서 정의된다. 바람직하게는 3중점에 존재하는 기공의 90% 이상이 0.1㎛ 이하의 기공크기를 보유하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 기공의 크기가 실질적으로 0.05㎛ 이하인 것이 좋다. 이 경우, 실질적으로 0.05㎛ 이하라는 것은 상술한 바와 같이 정의될 수 있다.In measuring the pore size, 250 particles are selected as described above. In the present invention, the pore size of the sintered compact is substantially 0.1 µm or less. Substantially 0.1 μm or less is defined as 80% or more of the pores present at the triple point N t having a pore size of 0.1 μm or less. Preferably, at least 90% of the pores present in the triple point have a pore size of 0.1 μm or less, and more preferably, the pore size is substantially 0.05 μm or less. In this case, substantially 0.05 μm or less may be defined as described above.
일반적으로, 기공은 입자내, 입계 또는 3중점에 나타난다. 입자내와 입계에 존재하는 기공은, 소결체가 충분히 치밀하지 않거나 또는 결정입자가 충분히 성장하지 않은 경우에 나타나며, 이러한 기공은 소결체의 강도를 크게 저하시킨다. 3중점에 존재하는 기공도 소결체의 강도를 저하시키지만, 그 저하의 정도는 그다지 높지 않아서 이들 기공들은 입자간의 결합력을 그다지 저감시키지 않는다. 그러므로, 3중점에 기공이 존재하면, 소결체의 강도는, 소요의 강도를 나타내기에 충분하게 유지된다.Generally, the pores appear in the particles, at grain boundaries or in triplets. The pores present in the particles and grain boundaries appear when the sintered compact is not dense enough or the crystal grains do not sufficiently grow. Such pores greatly reduce the strength of the sintered compact. The pore present at the triple point also lowers the strength of the sintered body, but the degree of deterioration is not so high that these pores do not reduce the bonding force between the particles. Therefore, when pores exist in the triple point, the strength of the sintered compact is sufficiently maintained to show the required strength.
본 발명에 관한 소결체는, 약 0.2∼0.6의 평균반사계수를 보유하고 있어서, 투과성이 있으며, 색조에 깊이가 있다. 평균반사계수는 다음과 같이 해서 측정된다.The sintered compact which concerns on this invention has an average reflection coefficient of about 0.2-0.6, is transparent, and has a depth in hue. The average reflection coefficient is measured as follows.
즉, 분광기를 사용하고, 또 백색의 알루미나소결체를 표준시료로 해서, 400∼700㎚의 파장에 대해서 소결체의 분광반사율 R과 표준시료의 분광반사율 R0를 구하고, 그들로부터 다음식을 이용하여 각각의 파장에 대한 분광반사계수 rλ를 구한다.That is, using a spectrometer, and using the white alumina sintered body as a standard sample, the spectral reflectance R of the sintered compact and the spectral reflectance R 0 of the standard sample were obtained for a wavelength of 400 to 700 nm, and from them, respectively, The spectral reflection coefficient r λ for the wavelength of is obtained.
rλ=-Log(R/R0)r λ = -Log (R / R 0 )
또, 평균반사계수 rm은, 상기한 식으로 구한 분광반사계수를 파장 400㎚로부터 700㎚까지 적분하고, 그것을 파장간격으로 나누는 것에 의해 구해진다. 즉,Moreover, the average reflection coefficient r m is calculated | required by integrating the spectral reflection coefficient calculated | required by said formula from wavelength 400nm to 700nm, and dividing it by a wavelength space | interval. In other words,
여기서, 적분구(integrating sphere)는 직경 60㎝인 것을 사용한다. 측정에 있어서, 표준시료인 알루미나소결체의 반사율을 100%라고 가정한다. 또, 시료는, 소결체의 표면을 #400의 연마지(emery paper)로 연마해서, 그 연마면을 측정에 제공한다.Here, the integrating sphere uses a diameter of 60 cm. In the measurement, the reflectance of the alumina sintered body which is a standard sample is assumed to be 100%. Moreover, the sample grinds the surface of a sintered compact with # 400 emery paper, and provides the grinding | polishing surface for a measurement.
본 발명에 관한 소결체에 있어서, 소결체는 산화이트륨 이외의 제 3의 성분을 포함해도 좋다. 제 3의 성분으로서, 알루미늄, 티탄, 동, 니켈, 철, 코발트 등으로 구성되는 군(群)에 선택되는 1종 이상의 산화금속 및 산화크롬을 0.1∼1중량% 부가적으로 함유하면, 소결체의 강도 및 인성이 더욱 증가된다. 제 3 성분의 바람직한 양은 0.2∼0.5중량%이다.In the sintered compact according to the present invention, the sintered compact may include a third component other than yttrium oxide. When the third component additionally contains 0.1 to 1% by weight of at least one metal oxide and chromium oxide selected from the group consisting of aluminum, titanium, copper, nickel, iron, cobalt, and the like, Strength and toughness are further increased. The preferred amount of the third component is 0.2 to 0.5% by weight.
또, 채색소결체가 필요할 경우는, 0.01∼2중량%의 착색제를 함유해도 좋다. 예를 들어서, 0.05∼0.7중량%의 산화크롬 또는 0.05∼0.2중량%의 산화동을 첨가하면 소결체가 갈색 또는 녹색을 나타내게 된다. 또, 핑크색에는 0.05∼2중량%의 산화에르븀을, 황색에는 1∼2중량%의 산화세륨 또는 0.05∼2중량%의 바나듐을 첨가하는 것이 좋다. 또, 자색에는 0.5∼2중량%의 산화네오디뮴 또는 0.05∼0.3중량%의 산화코발트를, 오렌지색에는 0.05∼0.5중량%의 산화철을 첨가하는 것이 좋으며, 복수의 착색제를 함께 사용할 수도 있다.Moreover, when colored sinter is needed, you may contain 0.01-2 weight% of coloring agents. For example, when 0.05 to 0.7% by weight of chromium oxide or 0.05 to 0.2% by weight of copper oxide is added, the sintered compact has brown or green color. In addition, it is preferable to add 0.05-2 weight% of erbium oxide to pink, and 1 to 2 weight% cerium oxide or 0.05-2 weight% vanadium to yellow. In addition, it is preferable to add 0.5 to 2% by weight of neodymium oxide or 0.05 to 0.3% by weight of cobalt oxide, and orange to 0.05 to 0.5% by weight of iron oxide, and a plurality of colorants may be used together.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[실시예 1]Example 1
순도가 99.9%인 염화지르코늄을 함유하는 수용액과, 순도가 99.9%인 염화이트륨을 함유하는 수용액을, 소결체에서의 산화이트륨의 양이 1.5몰%가 되도록 혼합한다.An aqueous solution containing zirconium chloride with a purity of 99.9% and an aqueous solution containing yttrium chloride with a purity of 99.9% are mixed so that the amount of yttrium oxide in the sintered compact is 1.5 mol%.
다음에, 상기한 수용액을 약 100℃까지 서서히 가열하고, 그 온도에서 약 150시간 유지하여 물을 증발시킨 후, 약 100℃/시의 승온속도로 약 900℃까지 가열하고, 그 온도로 약 3시간 유지하여 소성분말(calcined powder)을 얻었다. 또, 이 소성분말을 폴리우레탄을 내장한 보올밀로 분쇄하여, 평균입자경이 약 0.07㎛인 원료분말을 얻었다.Next, the above aqueous solution was gradually heated to about 100 ° C, held at that temperature for about 150 hours to evaporate water, and then heated to about 900 ° C at a temperature increase rate of about 100 ° C / hr, and at about 3 ° C. Maintained for a time to obtain a powder (calcined powder). Further, this small component powder was ground with a bowl mill containing polyurethane, thereby obtaining a raw powder having an average particle diameter of about 0.07 µm.
다음에, 상기한 원료분말을 고무프레스법을 이용하여 성형체(green body)를 얻었다. 성형시의 가압력은 4000㎏/㎠로 하였다.Next, a green body was obtained from the raw material powder using a rubber press method. The pressing force at the time of shaping | molding was 4000 kg / cm <2>.
그후, 상기한 성형체를 가열로에 넣고, 약 900℃까지는 50℃/시의 속도로, 그 이상은 약 40℃/시의 속도로 약 1200℃까지 승온한 다음, 그 온도로 약 2시간 유지하여, 부피밀도가 이론밀도의 약 98%인 예비성형체를 얻었다.Thereafter, the above-mentioned molded product was put into a heating furnace, and the temperature was raised to about 1200 ° C. at a rate of 50 ° C./hour up to about 900 ° C., and more than about 40 ° C./hour, and then maintained at that temperature for about 2 hours. The preform was obtained having a bulk density of about 98% of the theoretical density.
다음에, HIP법을 이용하여, 상기한 예비소결체를 본소결하였다. 즉, 백금히이터를 사용해서, 예비소결체를, 산소가 약 3%이고, 나머지가 아르곤가스인 산화성분위기하에서 약 450℃/시의 속도로 약 1200℃까지 승온하고, 동시에 가스압력이 2000㎏/㎠가 되도록 승압하여, 이 상태로 약 1.5시간 유지한 후, 약 400℃시의 속도로 냉각해서, 소결체를 얻었다.Next, the preliminary sintered body was sintered using the HIP method. That is, using a platinum heater, the pre-sintered body was heated up to about 1200 ° C at a rate of about 450 ° C / hr under an oxidizing atmosphere in which oxygen was about 3% and the remainder was argon gas, and at the same time, the gas pressure was 2000 kg /
상기한 소결체에 대해서, 정방정지르코니아의 양과, 기공율과 기공의 크기와, 기공의 위치와, 탄소의 유무와, 굽힘강도와 파괴인성과, 와이불계수와, 공기중에서 1000℃에서 100시간 유지한 후의 굽힘강도(이하, 고온강도라 한다)를 측정하였다. 또, 기공의 크기와 위치의 측정에 대해서는, 소결체를 마이크로톰으로 절단하여 Ar이온충격에 의해 얇게하여 제조한 박막(thin film)상의 소결체의 미세조직을 투과형 전자현미경(TEM, 히타치사제, 출력 : 200㎾)을 사용하여 관찰하였다. 굽힘강도(σf)는 다음식에 의해 계산된다.For the sintered body described above, the amount of tetragonal zirconia, porosity and pore size, pore position, presence of carbon, bending strength and fracture toughness, the Weibull coefficient, and the air were maintained at 1000 ° C. for 100 hours. The subsequent bending strength (hereinafter referred to as high temperature strength) was measured. In addition, for the measurement of the size and position of the pores, the microstructure of the thin film sintered body prepared by cutting the sintered body with a microtome and thinning it by Ar ion impact was used for transmission electron microscope (TEM, manufactured by Hitachi, Output: 200 (Iii) was used. Bending strength σ f is calculated by the following equation.
여기서 P는 파괴하중, L은 스팬길이(=20㎜), b는 시료의 폭, d는 두께이다.Where P is the breaking load, L is the span length (= 20 mm), b is the width of the sample, and d is the thickness.
파괴인성의 측정에 대해서는, IM법(Indentation Microfracture method)을 적용하였다.For the measurement of fracture toughness, the IM method (Indentation Microfracture method) was applied.
이 방법은, 균열발생에 요하는 임계하중(Pc)을 초과하는 비커즈암혼기하중에서 압혼주위에 반경방향으로 형성되는 균열에 의한다. 시험편은 표면이 광학면으로 연마된다. 20㎏의 비커즈압혼하중에 가해진 시료에 생성된 Palmgvist 균열과 압혼의 길이를 광학현미경으로 측정하였다. 그후, 파괴인성을 니이하라 등에 의해 개발된 다음식으로부터 구하였다.This method is based on the cracks formed radially around the indentation under the beakers arm vortex load exceeding the critical load P c required for cracking. The test piece is polished on the optical surface. The length of Palmgvist cracks and indentations produced on the samples subjected to a 20 kg beakers indentation load was measured by an optical microscope. Then, fracture toughness was obtained from the following formula developed by Niihara et al.
여기서, K1C는 파괴인성, E는 영률(∼200GPa), H는 비커즈경도(MPa), ψ는 제한인자(constratint factor)(∼3), a는 비커즈압혼의 대각선의 1/2, c는 압혼의 중심부터 균열의 끝까지 측정된 표면균열의 반경이다.Where K 1C is the fracture toughness, E is the Young's modulus (~ 200GPa), H is the beaker hardness (MPa), ψ is the constraint factor (˜3), a is 1/2 of the diagonal of the beaker compression, c is the radius of the surface crack measured from the center of the indentation to the end of the crack.
와이불계수는 20회측정하여 얻어졌다.The Weibull coefficient was obtained by measuring 20 times.
측정결과는 다음과 같았다.The measurement results were as follows.
정방정지르코니아의 양 : 88몰%Amount of tetragonal zirconia: 88 mol%
기공율 : 0.6%Porosity: 0.6%
기공의 크기 : 0.1㎛Pore size: 0.1㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 1,000㎫Bending Strength: 1,000MPa
파괴인성 : 16㎫√mFracture Toughness: 16MPa√m
와이불계수 : 14Waibull Coefficient: 14
고온강도 : 980㎫High temperature strength: 980 MPa
소결체의 미세조직은 소결체를 마이크로톰으로 절단하고 Ar이온충격에 의해 얇게 하여 제조된 박막상에서, 제 1a 도(배율 : 132,000배)에 도시된 바와 같이, 투과형 전자현미경(TEM, 히타치사제, 출력 : 200㎾)에 의해 측정하였다. 제 1b 도에서, 부호(1a)는 지르코니아 결정입자를 나타내고, 부호(2a)는 기공을 나타낸다. 기공(2a)는 3중점에 존재한다.The microstructure of the sintered compact is a transmission electron microscope (TEM, manufactured by Hitachi, Power: 200) as shown in FIG. 1a (magnification: 132,000 times) on a thin film prepared by cutting the sintered compact into microtomes and thinning by Ar ion impact. Measured by vi). In Fig. 1B, reference numeral 1a denotes zirconia crystal grains, and reference numeral 2a denotes pores. The pores 2a exist at triple points.
[실시예 2]Example 2
산화이트륨양이 소결체에서 3몰%가 되도록 하였다. 예비소결온도는 1,450℃이고 HIP온도는 1400℃이었다. 다른 조건은 실시예 1과 동일하다. 얻어진 소결체를 실시예 1과 동일한 방식으로 측정하였다. 측정결과는 다음과 같다.The amount of yttrium oxide was made 3 mol% in the sintered compact. Presintering temperature was 1,450 ℃ and HIP temperature was 1400 ℃. Other conditions are the same as in Example 1. The obtained sintered compact was measured in the same manner as in Example 1. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 92몰%Amount of tetragonal zirconia: 92 mol%
기공율 : 0.1%Porosity: 0.1%
기공의 크기 : 0.02㎛Pore size: 0.02㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 1.700㎫Bending Strength: 1.700MPa
파괴인성 : 7.0㎫√mFracture Toughness: 7.0MPa√m
와이불계수 : 15Waibull Coefficient: 15
고온강도 : 1,650㎫High temperature strength: 1650 MPa
제 2a 도(현미경 사진, 배율 : 170,000)는 소결체의 미세조직을 나타낸다. 제 2b 도는 제 2a 도를 따라 그린 개략도이다. 제 2b 도에서, 부호(1b)는 지르코니아결정입자를 나타내고, 부호(2b)는 기공을 나타낸다. 기공(2b)는 2중점에 존재한다.Figure 2a (micrograph, magnification: 170,000) shows the microstructure of the sintered body. FIG. 2B is a schematic diagram drawn along FIG. 2A. In Fig. 2b, reference numeral 1b denotes zirconia crystal grains, and reference numeral 2b denotes pores. The pores 2b are at double points.
[실시예 3]Example 3
산화이트륨의 양이 소결체에서 5몰%가 되도록 하였다. 다른 조건들은 실시예 2에서와 동일하다. 측정결과는 다음과 같다.The amount of yttrium oxide was made 5 mol% in the sintered compact. Other conditions are the same as in Example 2. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 55몰%Amount of tetragonal zirconia: 55 mol%
기공율 : 0.1%Porosity: 0.1%
기공의 크기 : 0.02㎛ 이하Pore size: 0.02㎛ or less
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 1.350㎫Bending Strength: 1.350MPa
파괴인성 : 5.2㎫√mFracture Toughness: 5.2MPa√m
와이불계수 : 12Waibull Coefficient: 12
고온강도 : 1,340㎫High temperature strength: 1340 MPa
제 3a 도(현미경사진, 배율 : 132,000)는 소결체의 미세조직을 나타낸다. 제 3b 도는 제 3a 도를 따라 그린 개략도이다. 제 3b 도에서, 부호(1c)는 지르코니아 결정입자를 나타낸다. 이 현미경사진에서는 기공이 나타나지 않지만, 현미경에 의한 다른 관찰시야에서는 기공이 측정되었다.FIG. 3A (micrograph, magnification: 132,000) shows the microstructure of the sintered body. FIG. 3b is a schematic diagram taken along FIG. 3a. In Fig. 3B, reference numeral 1c denotes zirconia crystal grains. Although no pores appeared in this micrograph, the pores were measured in other observation fields under a microscope.
[실시예 4]Example 4
순도가 99.5%인 NiCl2를 소결체의 착색제로서의 0.3중량% NiO를 얻기 위해서 수용액에 첨가하였다. 다른 조건은 실시예 3과 동일하다. 얻어진 소결체를 실시예 1에서와 동일한 방식으로 측정함과 동시에, 소결체의 3자극값 Y(명도)와 x, y(색도좌표)를, 일본 수가시켄키(주)제 측색계를 사용하여 CIE(Commission Infer national de eclairage) 1931 표준측색시스템에 의해 측정하였다.NiCl 2 having a purity of 99.5% was added to the aqueous solution in order to obtain 0.3 wt% NiO as the colorant of the sintered compact. Other conditions are the same as in Example 3. The obtained sintered body was measured in the same manner as in Example 1, and the tristimulus values Y (brightness) and x, y (chromatic coordinates) of the sintered body were measured using CIE (a colorimeter manufactured by Suga Shikenki Co., Ltd.). Commission Infer national de eclairage (1931).
이 측색계는 발광체, 렌즈시스템, 컬러필터, 광학시스템을 보유하는 수광기, 및 데이터를 지시하고 계산하는 측정부로 구성된다. 측색법을 상기한 반사법에 따라 행해진다. 우선, 소결체를 5㎜×5㎜ 이상(바람직하게는 20㎜×20㎜ 이상, 두께 3∼5㎜)의 크기로 절출하여, 시료의 표면을 #400의 측정용 연마지로 연마한 후, 그 표면을 #600, #800, #1000의 연마지를 사용하여 순서대로 연마하고, 마지막으로 그 표면을 평균입자경이 3.0㎛인 다이어몬드페이스트로 래핑(lapping)하여 마무리 하였다. 얻어진 시료에 측색계를 위치시키고, 발광체로부터의 광을 시료표면에 조사한다. 시료로부터 반사된 광을 적분구를 이용하여 적분하고, 3자극값 X, Y, Z에 일치하는 적분구내에 설치된 컬러필터를 통해 수광기에 의해 수광된다. 수광기로부터 3자극값 X, Y, Z에 상응하는 전기적 신호를 측정부에서 측정하여 소정의 표색시스템(Y, x, y)으로 계산한다. X(적색), Y(녹색), Z(청색)의 각 컬러필터를 CIE 1931시스템에 기초해서 시스템으로부터 X, Y, Z의 값을 구할 수 있다. X, Y, Z을 사용해서, 색도좌표(x, y)를 다음식으로부터 구한다.The colorimeter consists of a light emitter, a lens system, a color filter, a light receiver holding an optical system, and a measuring unit for indicating and calculating data. The colorimetric method is performed according to the above-described reflection method. First, the sintered body is cut out to a size of 5 mm x 5 mm or more (preferably 20 mm x 20 mm or more, thickness 3 to 5 mm), and the surface of the sample is polished with # 400 measuring abrasive paper, and then the surface thereof. Was polished in order using abrasive paper of # 600, # 800, # 1000, and finally the surface was finished by lapping with diamond paste having an average particle diameter of 3.0㎛. A colorimeter is placed on the obtained sample, and light from the light emitter is irradiated onto the sample surface. The light reflected from the sample is integrated by using the integrating sphere, and is received by the light receiver through a color filter installed in the integrating sphere corresponding to the three stimulus values X, Y and Z. An electrical signal corresponding to the tristimulus values X, Y, and Z from the light receiver is measured by the measurement unit and calculated by the predetermined colorimetric system (Y, x, y). Based on the CIE 1931 system, each of the color filters X (red), Y (green), and Z (blue) can obtain X, Y, and Z values from the system. Using X, Y, and Z, the chromaticity coordinates (x, y) are obtained from the following equation.
x=X/(X+Y+Z)x = X / (X + Y + Z)
y=Y/(X+Y+Z)y = Y / (X + Y + Z)
Y는 명도를 나타내며, 백색이 100%이고 흑색이 0%이다. 측정결과는 다음과 같다.Y represents lightness, white at 100% and black at 0%. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 53몰%Amount of tetragonal zirconia: 53 mol%
기공율 : 0.1%Porosity: 0.1%
기공의 크기 : 0.02㎛Pore size: 0.02㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 1.300㎫Bending Strength: 1.300 MPa
파괴인성 : 5.0㎫√mFracture Toughness: 5.0MPa√m
와이불계수 : 11YB coefficient: 11
고온강도 : 1,280㎫High temperature strength: 1280 MPa
3자극값 : Y=3.4, x=0.22,3 stimulus value: Y = 3.4, x = 0.22,
y=0.40y = 0.40
(색 : 나일그린(Nile green))(Color: Nile green)
[실시예 5]Example 5
순도 99.5%인 CeCl3를 첨가하여 소결체의 착색제로서 1.0중량%의 CeO2를 얻었다.CeCl 3 having a purity of 99.5% was added to obtain 1.0% by weight of CeO 2 as a colorant for the sintered body.
다른 조건들은 실시예 3에서와 동일하다. 실시예 4에서와 동일한 방식으로 측정된 측정결과는 다음과 같다.The other conditions are the same as in Example 3. The measurement results measured in the same manner as in Example 4 are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 54몰%Amount of tetragonal zirconia: 54 mol%
기공율 : 0.1%Porosity: 0.1%
기공의 크기 : 0.02㎛Pore size: 0.02㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 1.280㎫Bending Strength: 1.280MPa
파괴인성 : 5.0㎫√mFracture Toughness: 5.0MPa√m
와이불계수 : 12Waibull Coefficient: 12
고온강도 : 1,250㎫High temperature strength: 1250MP
3자극값 : Y=10.3, x=0.28,3 Stimulus value: Y = 10.3, x = 0.28,
y=0.45y = 0.45
(색 : 밝은 황색)(Color: light yellow)
[실시예 6]Example 6
순도 99.5%인 VCl2를 수용액에 첨가하여 소결체의 착색제로서 0.5중량%의 V2O5를 얻었다.VCl 2 having a purity of 99.5% was added to the aqueous solution to obtain 0.5% by weight of V 2 O 5 as a colorant for the sintered body.
다른 조건들은 실시예 3에서와 동일하며 측정과정은 실시예 4에서와 같다. 측정 결과는 다음과 같다.The other conditions are the same as in Example 3, and the measurement process is the same as in Example 4. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 52몰%Amount of tetragonal zirconia: 52 mol%
기공율 : 0.5%Porosity: 0.5%
기공의 크기 : 0.04㎛Pore size: 0.04㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 1.150㎫Bending Strength: 1.150MPa
파괴인성 : 5.1㎫√mFracture Toughness: 5.1MPa√m
와이불계수 : 10Waibull Coefficient: 10
고온강도 : 1,120㎫High temperature strength: 1,120 MPa
3자극값 : Y=606, x=0.38,3 stimulus value: Y = 606, x = 0.38,
y=0.45y = 0.45
(색 : 황색)(Color: yellow)
[실시예 7]Example 7
순도 99.5%인 CrCl3를, 소결체의 착색제로서 0.2중량%의 Cr2Cl3를 얻도록 수용액에 첨가하였다. 다른 조건들은 실시예 3에서와 같으며, 측정과정은 실시예 4에서와 같다. 측정결과는 다음과 같다.CrCl 3 having a purity of 99.5% was added to the aqueous solution to obtain 0.2% by weight of Cr 2 Cl 3 as a colorant of the sintered compact. Other conditions are the same as in Example 3, and the measurement process is the same as in Example 4. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 55몰%Amount of tetragonal zirconia: 55 mol%
기공율 : 0.1%Porosity: 0.1%
기공의 크기 : 0.02㎛Pore size: 0.02㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 1.300㎫Bending Strength: 1.300 MPa
파괴인성 : 5.1㎫√mFracture Toughness: 5.1MPa√m
와이불계수 : 11YB coefficient: 11
고온강도 : 1,280㎫High temperature strength: 1280 MPa
3자극값 : Y=5.66, x=0.48,3 stimulus value: Y = 5.66, x = 0.48,
y=0.30y = 0.30
(색 : 갈색)(Color: brown)
[실시예 8]Example 8
순도 99.5%인 CrCl3를, 수용액에 첨가하여서 소결체의 착색제로서 0.2중량%의 Cr2O3를 얻도록 수용액에 첨가하였다. 다른 조건들은 실시예 3에서와 같으며, 측정과정은 실시예 4에서와 같다. 측정결과는 다음과 같다.CrCl 3 having a purity of 99.5% was added to the aqueous solution so as to obtain 0.2% by weight of Cr 2 O 3 as a colorant of the sintered compact. Other conditions are the same as in Example 3, and the measurement process is the same as in Example 4. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 52몰%Amount of tetragonal zirconia: 52 mol%
기공율 : 0.3%Porosity: 0.3%
기공의 크기 : 0.03㎛Pore size: 0.03㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 1.250㎫Bending Strength: 1.250MPa
파괴인성 : 5.0㎫√mFracture Toughness: 5.0MPa√m
와이불계수 : 10Waibull Coefficient: 10
고온강도 : 1,220㎫High temperature strength: 1,220MPa
3자극값 : Y=6.3, x=0.24,3 stimulus value: Y = 6.3, x = 0.24,
y=0.42y = 0.42
(색 : 녹색)(Color: green)
[실시예 9]Example 9
순도 99.5%인 ErCl3를, 수용액에 첨가하여 소결체의 착색제로서 0.5중량%의 Er2O3를 얻었다. 다른 조건들은 실시예 3에서와 동일하고, 측정과정은 실시예 4에서와 같다.ErCl 3 having a purity of 99.5% was added to the aqueous solution to obtain 0.5% by weight of Er 2 O 3 as a colorant for the sintered compact. The other conditions are the same as in Example 3, and the measurement process is the same as in Example 4.
정방정지르코니아의 양 : 55몰%Amount of tetragonal zirconia: 55 mol%
기공율 : 0.1%Porosity: 0.1%
기공의 크기 : 0.02㎛Pore size: 0.02㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 1.320㎫Bending Strength: 1.320MPa
파괴인성 : 5.0㎫√mFracture Toughness: 5.0MPa√m
와이불계수 : 11YB coefficient: 11
고온강도 : 1,300㎫High temperature strength: 1,300MPa
3자극값 : Y=12.0, x=0.42,3 Stimulus value: Y = 12.0, x = 0.42,
y=0.24y = 0.24
(색 : 핑크색)(Color: pink)
[실시예 10]Example 10
순도 99.5%인 ErCl3를, 수용액에 첨가하여 소결체의 착색제로서 0.2중량%의 CuO를 얻었다. 다른 조건들은 실시예 3에서와 같고, 측정과정은 실시예 4에서와 같다. 측정결과는 다음과 같다.ErCl 3 having a purity of 99.5% was added to the aqueous solution to obtain 0.2% by weight of CuO as a colorant for the sintered body. The other conditions are the same as in Example 3, and the measurement process is the same as in Example 4. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 52몰%Amount of tetragonal zirconia: 52 mol%
기공율 : 0.1%Porosity: 0.1%
기공의 크기 : 0.02㎛Pore size: 0.02㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 1.280㎫Bending Strength: 1.280MPa
파괴인성 : 5.5㎫√mFracture Toughness: 5.5MPa√m
와이불계수 : 12Waibull Coefficient: 12
고온강도 : 1,230㎫High temperature strength: 1230 MPa
3자극값 : Y=9.9, x=0.26,3 stimulus value: Y = 9.9, x = 0.26,
y=0.28y = 0.28
(색 : 청색)(Color: blue)
[실시예 11]Example 11
순도 99.5%인 FeCl2를, 수용액에 첨가하여 소결체의 착색제로서 0.5중량%의 Fe2O3를 얻었다. 다른 조건들은 실시예 3에서와 같고, 측정과정은 실시예 4에서와 같다. 측정결과는 다음과 같다.FeCl 2 having a purity of 99.5% was added to the aqueous solution to obtain 0.5% by weight of Fe 2 O 3 as a colorant for the sintered compact. The other conditions are the same as in Example 3, and the measurement process is the same as in Example 4. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 56몰%Amount of tetragonal zirconia: 56 mol%
기공율 : 0.1%Porosity: 0.1%
기공의 크기 : 0.02㎛Pore size: 0.02㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 1.330㎫Bending Strength: 1.330MPa
파괴인성 : 5.3㎫√mFracture Toughness: 5.3 MPa√m
와이불계수 : 13Waibull Coefficient: 13
고온강도 : 1,310㎫High temperature strength: 1,310MPa
3자극값 : Y=7.6, x=0.47,3 stimulus value: Y = 7.6, x = 0.47,
y=0.33y = 0.33
(색 : 오렌지색)(Color: orange)
[실시예 12]Example 12
순도 99.5%인 CoCl2를, 수용액에 첨가하여서 소결체의 착색제로서 0.1중량%의 CoO를 얻었다. 다른 조건들은 실시예 3에서와 같으며, 측정과정은 실시예 4에서와 같다. 측정결과는 다음과 같았다.CoCl 2 having a purity of 99.5% was added to the aqueous solution to obtain 0.1% by weight of CoO as a colorant for the sintered body. Other conditions are the same as in Example 3, and the measurement process is the same as in Example 4. The measurement results were as follows.
정방정지르코니아의 양 : 53몰%Amount of tetragonal zirconia: 53 mol%
기공율 : 0.1%Porosity: 0.1%
기공의 크기 : 0.02㎛Pore size: 0.02㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 1.310㎫Bending Strength: 1.310MPa
파괴인성 : 5.1㎫√mFracture Toughness: 5.1MPa√m
와이불계수 : 12Waibull Coefficient: 12
고온강도 : 1,280㎫High temperature strength: 1280 MPa
3자극값 : Y=1.30, x=0.30,3 Stimulus value: Y = 1.30, x = 0.30,
y=0.20y = 0.20
(색 : 진한 자색)(Color: dark purple)
[비교예 1]Comparative Example 1
산화이트륨양이 소결체에서 1.2몰%가 되도록 하였다. 다른 조건들은 실시예 1에서와 같다. 측정절차는 실시예 1에서와 같다. 측정결과는 다음과 같다. 그러나, 기공의 크기와 위치는, 정방정계로부터 단사정계로의 변태에 의해 너무 많은 균열이 존재하여, 기공과 균열을 구분할 수 없었기 때문에 측정할 수 없었다.The amount of yttrium oxide was made 1.2 mol% in the sintered compact. Other conditions are the same as in Example 1. The measurement procedure is the same as in Example 1. The measurement results are as follows. However, the size and position of the pores could not be measured because too many cracks exist due to the transformation from the tetragonal system to the monoclinic system, and the pores and the cracks cannot be distinguished.
정방정지르코니아의 양 : 62몰%Amount of tetragonal zirconia: 62 mol%
기공율 : 7%Porosity: 7%
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 320㎫Bending Strength: 320MPa
파괴인성 : 4.3㎫√mFracture Toughness: 4.3MPa√m
와이불계수 : 5Waibull Coefficient: 5
고온강도 : 100㎫High temperature strength: 100 MPa
[비교예 2]Comparative Example 2
산화이트륨 양이 소결체에서 5.5몰%가 되도록 하였다. 다른 조건들은 실시예 3에서와 같았다. 측정절차는 실시예 1에서와 같았다. 측정결과는 다음과 같다.The amount of yttrium oxide was set to 5.5 mol% in the sintered compact. Other conditions were the same as in Example 3. The measurement procedure was the same as in Example 1. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 40몰%Amount of tetragonal zirconia: 40 mol%
기공율 : 0.1%Porosity: 0.1%
기공의 크기 : 0.02㎛Pore size: 0.02㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 600㎫Bending Strength: 600MPa
파괴인성 : 4.5㎫√mFracture Toughness: 4.5MPa√m
와이불계수 : 11YB coefficient: 11
고온강도 : 590㎫High temperature strength: 590MPa
[비교예 3]Comparative Example 3
성형체를 성형할때의 압력을 약 1,000㎏/㎠로 설정하였다. 다른 조건들은 실시예 2에서와 같았다. 측정결과는 다음과 같다.The pressure at the time of shaping a molded object was set to about 1,000 kg / cm <2>. Other conditions were the same as in Example 2. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 90몰%Amount of tetragonal zirconia: 90 mol%
기공율 : 0.6%Porosity: 0.6%
기공의 크기 : 0.12㎛Pore size: 0.12㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 1.350㎫Bending Strength: 1.350MPa
파괴인성 : 7.1㎫√mFracture Toughness: 7.1MPa√m
와이불계수 : 7Waibull Coefficient: 7
고온강도 : 1,300㎫High temperature strength: 1,300MPa
제 4a 도(현미경사진, 배율 : 6,000배)는 소결체의 미세조직을 나타낸다. 제 4b 도는 제 4a 도를 따라 그린 개략도이다. 제 4b 도에서, 부호(1d)는 지르코니아 결정입자를 나타내고, 부호(2d)는 기공을 나타낸다. 기공은 입자내, 입계, 및 3중점에 존재한다.Figure 4a (micrograph, magnification: 6,000 times) shows the microstructure of the sintered body. FIG. 4B is a schematic diagram taken along FIG. 4A. In FIG. 4B, reference 1d denotes zirconia crystal grains, and reference 2d denotes pores. The pores are present in the particles, grain boundaries, and triple points.
[비교예 4][Comparative Example 4]
성형체를 성형할때의 압력을 약 2000㎏/㎠로 설정하고, 예비소결온도를 약 1450℃로 하였다. VHIP은, 탄소히이터를 사용하고, 또 아르곤가스분위기하에서 약 1400℃로 행하였다. 다른 조건들은 실시예 2에서와 동일하다. 측정절차는 실시예 1에서와 같았다. 레이저라만분광분석법에 의해 탄소의 존재가 인지되었지만, 탄소의 절대량은 적외선흡광광도법에 의해 측정될 수가 없다. 그러므로, 그 양은 극히 적다고 생각된다. 측정결과는 다음과 같다.The pressure at the time of shaping a molded object was set to about 2000 kg / cm <2>, and the presintering temperature was set to about 1450 degreeC. VHIP was performed at about 1400 degreeC using carbon heater and in argon gas atmosphere. Other conditions are the same as in Example 2. The measurement procedure was the same as in Example 1. Although the presence of carbon was recognized by laser Raman spectroscopy, the absolute amount of carbon cannot be measured by infrared absorption spectroscopy. Therefore, the amount is considered to be very small. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 94몰%Amount of tetragonal zirconia: 94 mol%
기공율 : 0.05%Porosity: 0.05%
기공의 크기 : 0.02㎛Pore size: 0.02㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
굽힘강도 : 1.650㎫Bending Strength: 1.650MPa
파괴인성 : 6.5㎫√mFracture Toughness: 6.5 MPa√m
와이불계수 : 14Waibull Coefficient: 14
고온강도 : 500㎫High temperature strength: 500MPa
[비교예 5][Comparative Example 5]
비교예 2와 동일한 조건으로 소결체를 얻었다. 단, 성형체를 얻을때의 온도를 약 1500℃, 압력을 약 2000㎏/㎠로 하고, 또 본소결온도를 약 1,400℃로 하였다. 측정과정은 실시예 1에서와 같았다. 측정결과는 다음과 같다.A sintered compact was obtained under the same conditions as in Comparative Example 2. However, the temperature at the time of obtaining a molded object was about 1500 degreeC, the pressure was about 2000 kg / cm <2>, and the main sintering temperature was about 1,400 degreeC. The measurement procedure was the same as in Example 1. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 32몰%Amount of tetragonal zirconia: 32 mol%
기공율 : 0.1%Porosity: 0.1%
기공의 크기 : 0.02㎛Pore size: 0.02㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 600㎫Bending Strength: 600MPa
파괴인성 : 5.1㎫√mFracture Toughness: 5.1MPa√m
와이불계수 : 12Waibull Coefficient: 12
고온강도 : 590㎫High temperature strength: 590MPa
[비교예 6]Comparative Example 6
HIP법에 탄소히이터가 사용되고, 예비소결후 Ar가스분위기하에서 HIP법이 수행되었다. 다른 조건들은 실시예 4에서와 같았다. 측정결과는 다음과 같다.Carbon heater was used for the HIP method, and HIP method was performed under Ar gas atmosphere after presintering. Other conditions were the same as in Example 4. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 53몰%Amount of tetragonal zirconia: 53 mol%
기공율 : 0.1%Porosity: 0.1%
기공의 크기 : 0.02㎛Pore size: 0.02㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 레이저라만분광분석에 의해 검출됨Carbon: Detected by laser Raman spectroscopy
굽힘강도 : 1.320㎫Bending Strength: 1.320MPa
파괴인성 : 5.1㎫√mFracture Toughness: 5.1MPa√m
와이불계수 : 10Waibull Coefficient: 10
고온강도 : 400㎫High temperature strength: 400MPa
3자극값 : Y=0.10, x=0.31,3 Stimulus value: Y = 0.10, x = 0.31,
y=0.34y = 0.34
(색 : 진한 청색)(Color: dark blue)
[비교예 7]Comparative Example 7
HIP법에 탄소히이터가 사용되고, 예비소결후 Ar가스분위기하에서 HIP법을 행하였다. 다른 조건들은 실시예 5에서와 같았다. 측정결과는 다음과 같다.Carbon heater was used for the HIP method, and after preliminary sintering, the HIP method was performed under an Ar gas atmosphere. Other conditions were the same as in Example 5. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 54몰%Amount of tetragonal zirconia: 54 mol%
기공율 : 0.1%Porosity: 0.1%
기공의 크기 : 0.02㎛Pore size: 0.02㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 레이저라만분광분석에 의해 검출됨Carbon: Detected by laser Raman spectroscopy
굽힘강도 : 1.270㎫Bending Strength: 1.270MPa
파괴인성 : 5.5㎫√mFracture Toughness: 5.5MPa√m
와이불계수 : 12Waibull Coefficient: 12
고온강도 : 380㎫High temperature strength: 380 MPa
3자극값 : Y=0.23, x=0.32,3 Stimulus value: Y = 0.23, x = 0.32,
y=0.35y = 0.35
(색 : 진한 황색)(Color: dark yellow)
[비교예 8]Comparative Example 8
HIP법에 탄소히이터가 사용되고, 예비소결후 Ar가스분위기하에서 HIP법을 행하였다. 다른 조건들은 실시예 6에서와 같았다. 측정결과는 다음과 같다.Carbon heater was used for the HIP method, and after preliminary sintering, the HIP method was performed under an Ar gas atmosphere. Other conditions were the same as in Example 6. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 52몰%Amount of tetragonal zirconia: 52 mol%
기공율 : 0.5%Porosity: 0.5%
기공의 크기 : 0.04㎛Pore size: 0.04㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 레이저라만분광분석에 의해 검출됨Carbon: Detected by laser Raman spectroscopy
굽힘강도 : 1.160㎫Bending Strength: 1.160 MPa
파괴인성 : 5.1㎫√mFracture Toughness: 5.1MPa√m
와이불계수 : 11YB coefficient: 11
고온강도 : 320㎫High temperature strength: 320MPa
3자극값 : Y=0.15, x=0.36,3 Stimulus value: Y = 0.15, x = 0.36,
y=0.36y = 0.36
(색 : 진한 갈색)(Color: dark brown)
[비교예 9]Comparative Example 9
HIP법에 탄소히이터가 사용되고, 예비소결후 Ar가스분위기하에서 HIP법을 행하였다. 다른 조건들은 실시예 8에서와 같았다. 측정결과는 다음과 같다.Carbon heater was used for the HIP method, and after preliminary sintering, the HIP method was performed under an Ar gas atmosphere. Other conditions were the same as in Example 8. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 52몰%Amount of tetragonal zirconia: 52 mol%
기공율 : 0.3%Porosity: 0.3%
기공의 크기 : 0.03㎛Pore size: 0.03㎛
기공의 위치 : 주로 3중점Location of pore: mainly triple point
탄소 : 레이저라만분광분석에 의해 검출됨Carbon: Detected by laser Raman spectroscopy
굽힘강도 : 1.250㎫Bending Strength: 1.250MPa
파괴인성 : 5.0㎫√mFracture Toughness: 5.0MPa√m
와이불계수 : 11YB coefficient: 11
고온강도 : 360㎫High temperature strength: 360MPa
3자극값 : Y=0.08, x=0.32,3 Stimulus value: Y = 0.08, x = 0.32,
y=0.36y = 0.36
(색 : 진한 녹색)(Color: dark green)
상기한 비교예 6∼9에서 나타내어진 바와 같이, 탄소히이터를 사용해서 Ar가스분위기하에서 HIP법으로 얻어진 소결체는 블랙시스템으로 착색되어서, 아름답고 다채로운 색을 얻지 못했다.As shown in Comparative Examples 6 to 9 described above, the sintered body obtained by the HIP method under Ar gas atmosphere using a carbon heater was colored with a black system, so that a beautiful and colorful color could not be obtained.
[비교예 10]Comparative Example 10
실시예 4에서, 고무프레싱을 한 후에, 약 50℃/시의 승온속도를 약 900℃까지, 가열한 다음, 40℃/시의 승온속도로 1450℃까지 재차 가열하여, 그 온도로 2시간 유지하여서, 소결체를 얻었다. 이 소결체를 실시예 4에서와 동일한 방식으로 측정하였다. 측정결과는 다음과 같다.In Example 4, after the rubber pressing, the temperature increase rate of about 50 ° C / hr was heated to about 900 ° C, and then heated again to 1450 ° C at a temperature raising rate of 40 ° C / hr, and maintained at that temperature for 2 hours. The obtained sintered compact was obtained. This sintered compact was measured in the same manner as in Example 4. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 43몰%Amount of tetragonal zirconia: 43 mol%
기공율 : 1.6%Porosity: 1.6%
기공의 크기 : 0.2㎛Pore size: 0.2㎛
기공의 위치 : 입자내와 입계에 다수 존재함.Pore location: exists in the particle and grain boundary.
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 500㎫Bending Strength: 500MPa
파괴인성 : 5.5㎫√mFracture Toughness: 5.5MPa√m
와이불계수 : 10Waibull Coefficient: 10
고온강도 : 480㎫High temperature strength: 480 MPa
3자극값 : Y=26.5, x=0.30, y=0.37(색 : 밝은 흰녹색)3 Stimulus value: Y = 26.5, x = 0.30, y = 0.37 (color: light white green)
[비교예 11]Comparative Example 11
실시예 5에서, 고무프레싱을 한 후에, 약 50℃/시의 속도로 약 900℃까지 가열한 다음, 40℃/시의 속도로 1450℃까지 재차 가열하여, 그 온도로 2시간 유지하여서, 소결체를 얻었다. 이 소결체를 실시예 5에서 동일한 방식으로 측정하였다. 측정결과는 다음과 같다.In Example 5, after rubber pressing, the substrate was heated to about 900 ° C. at a rate of about 50 ° C./hour, then heated again to 1450 ° C. at a rate of 40 ° C./hour, held at that temperature for 2 hours, and sintered body Got. This sintered body was measured in the same manner as in Example 5. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 48몰%Amount of tetragonal zirconia: 48 mol%
기공율 : 1.8%Porosity: 1.8%
기공의 크기 : 0.2㎛Pore size: 0.2㎛
기공의 위치 : 입자내와 입계에 다수 존재함.Pore location: exists in the particle and grain boundary.
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 480㎫Bending Strength: 480 MPa
파괴인성 : 5.6㎫√mFracture Toughness: 5.6MPa√m
와이불계수 : 11YB coefficient: 11
고온강도 : 460㎫High temperature strength: 460 MPa
3자극값 : Y=80.1, x=0.31, y=0.38(색 : 백색)3 Stimulus value: Y = 80.1, x = 0.31, y = 0.38 (color: white)
[비교예 12]Comparative Example 12
실시예 6에서, 고무프레싱을 한 후에, 약 50℃/시의 속도로 약 900℃까지 가열한 다음, 40℃/시의 속도로 1450℃까지 재차 가열하여, 그 온도로 2시간 유지하여서, 소결체를 얻었다. 이 소결체를 실시예 6에서와 동일한 방식으로 측정하였다. 측정결과는 다음과 같다.In Example 6, after rubber pressing, the substrate was heated to about 900 ° C at a rate of about 50 ° C / hour, then heated again to 1450 ° C at a rate of 40 ° C / hour, held at that temperature for 2 hours, and sintered body Got. This sintered compact was measured in the same manner as in Example 6. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 45몰%Amount of tetragonal zirconia: 45 mol%
기공율 : 2.0%Porosity: 2.0%
기공의 크기 : 0.3㎛Pore size: 0.3㎛
기공의 위치 : 입자내와 입계에 다수 존재함.Pore location: exists in the particle and grain boundary.
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 430㎫Bending Strength: 430MPa
파괴인성 : 4.9㎫√mFracture Toughness: 4.9MPa√m
와이불계수 : 9Waibull Coefficient: 9
고온강도 : 400㎫High temperature strength: 400MPa
3자극값 : Y=50.8, x=0.35, y=0.37(색 :엷은 황색)3 Stimulus value: Y = 50.8, x = 0.35, y = 0.37 (color: pale yellow)
[비교예 13]Comparative Example 13
실시예 8에서, 고무프레싱을 한 후에, 약 50℃/시의 속도로 약 900℃까지 가열한 다음, 40℃/시의 속도로 1450℃까지 재차 가열하여, 그 온도로 2시간 유지하여서, 소결체를 얻었다. 이 소결체를 실시예 8에서와 동일한 방식으로 측정하였다. 측정결과는 다음과 같다.In Example 8, after rubber pressing, the substrate was heated to about 900 ° C at a rate of about 50 ° C / hour, then heated again to 1450 ° C at a rate of 40 ° C / hour, held at that temperature for 2 hours, and sintered body Got. This sintered compact was measured in the same manner as in Example 8. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 49몰%Amount of tetragonal zirconia: 49 mol%
기공율 : 1.7%Porosity: 1.7%
기공의 크기 : 0.2㎛Pore size: 0.2㎛
기공의 위치 : 입자내와 입계에 다수 존재함.Pore location: exists in the particle and grain boundary.
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 480㎫Bending Strength: 480 MPa
파괴인성 : 5.2㎫√mFracture Toughness: 5.2MPa√m
와이불계수 : 11YB coefficient: 11
고온강도 : 450㎫High temperature strength: 450 MPa
3자극값 : Y=71.6, x=0.30, y=0.39(엷은 녹색)3 Stimulus value: Y = 71.6, x = 0.30, y = 0.39 (pale green)
[비교예 14]Comparative Example 14
순도 99.5%인 Cr2Ol3를 수용액에 첨가하여 소결체의 착색제로서 3.0중량%의 CrCl3를 얻었다. 성형체를 성형하는 제조조건은 실시예 3에서와 동일하다. 약 50℃/시의 속도로 약 900℃까지 가열한 다음, 40℃/시의 속도로 1450℃까지 재차 가열하여, 그 온도로 2시간 유지하여서, 소결체를 얻었다. 이 소결체를 실시예 8에서와 동일한 방식으로 측정하였다. 측정결과는 다음과 같다.Cr 2 Ol 3 having a purity of 99.5% was added to the aqueous solution to obtain 3.0 wt% CrCl 3 as a colorant for the sintered body. The production conditions for molding the molded body were the same as in Example 3. It heated to about 900 degreeC at the speed | rate of about 50 degreeC / hour, then heated again to 1450 degreeC at the speed | rate of 40 degreeC / hour, hold | maintained at that temperature for 2 hours, and obtained the sintered compact. This sintered compact was measured in the same manner as in Example 8. The measurement results are as follows.
정방정지르코니아의 양 : 48몰%Amount of tetragonal zirconia: 48 mol%
기공율 : 1.9%Porosity: 1.9%
기공의 크기 : 0.2㎛Pore size: 0.2㎛
기공의 위치 : 입자내와 입계에 다수 존재함.Pore location: exists in the particle and grain boundary.
탄소 : 검출되지 않음Carbon: Not Detected
굽힘강도 : 410㎫Bending Strength: 410MP
파괴인성 : 5.0㎫√mFracture Toughness: 5.0MPa√m
와이불계수 : 10Waibull Coefficient: 10
고온강도 : 360㎫High temperature strength: 360MPa
3자극값 : Y=9.9, x=0.28, y=0.42(색 : 약간 어두운 녹색)3 Stimulus value: Y = 9.9, x = 0.28, y = 0.42 (Color: Slightly dark green)
실시예 4∼8에서 얻어진 소결체와 비교되는 상기한 비교예 10∼14에 나타내어진 바와 같이, 착색제를 첨가하고 대기중에서 소결하여 얻어지는 각각의 소결체는 투광성을 갖지 않는다. 소결체의 색은, 실시예 4∼8에서의 같은 양의 착색제를 첨가하여도 색이 희고 밝은 색조로 되기 때문에 깊이가 없다. 그 이유중의 하나는 기공율과 기공의 크기가 대단히 크기 때문이다. 본 발명에 있어서는, 기공율을 0.6% 이하로, 기공의 크기를 0.1㎛ 이하로 억제하는 것에 의해 소결체가 어둡고 깊은 색을 갖을 수가 있다.As shown in the above Comparative Examples 10 to 14 compared with the sintered bodies obtained in Examples 4 to 8, each of the sintered bodies obtained by adding a colorant and sintering in the air does not have light transmittance. Since the color of a sintered compact becomes white and bright hue, even if it adds the same amount of coloring agents in Examples 4-8, there is no depth. One of the reasons is that the porosity and pore size are very large. In the present invention, the sintered compact can have a dark and deep color by suppressing the porosity to 0.6% or less and the pore size to 0.1 µm or less.
상술한 바와 같이, 본 발명에 관한 지르코니아소결체는, 적어도 50몰%의 정방정지르코니아와 1.5∼5몰%의 산화이트륨을 보유하고, 기공율이 0.6% 이하, 기공의 크기가 0.1㎛ 이하이며 기공이 주로 3중점에 존재하여서, 소결체의 강도 및 인성이 증가 될 수 있으며, 또한 그 편차가 대단히 적다. 소결체는 또한 실질적으로 탄소를 함유하지 않으므로, 600℃ 이상의 고온조건하에서 사용되더라도 강도의 저하가 거의 방지될 수 있다.As described above, the zirconia sintered body according to the present invention has at least 50 mol% of tetragonal zirconia and 1.5-5 mol% of yttrium oxide, having a porosity of 0.6% or less, a pore size of 0.1 μm or less, and pores. Mainly present in the triple point, the strength and toughness of the sintered body can be increased, and the deviation is very small. Since the sintered body also contains substantially no carbon, the drop in strength can be almost prevented even when used under high temperature conditions of 600 ° C or higher.
또한, 본 발명에 관한 지르코니아소결체는, 투광성이 있고 깊이가 있는 색조를 갖고 있다. 그 때문에, 여러 가지 용도에 사용할 수가 있다. 이하에 사용예를 나타낸다.In addition, the zirconia sintered body according to the present invention has a translucent and deep color tone. Therefore, it can be used for various uses. A usage example is shown below.
A. 부연소실, 터어보충전기, 피스톱캡, 실린더, 실린더 라이너, 플레이트 배기밸브헤드, 가스터어빈 날개, 연소기, 탄두원뿔(보조판), 단열재, 그리고 디젤엔진을 위한 배기밸브(밸브, 밸브체 그리고 밸브박스)등과 같은 내연기관의 일부재료.A. Exhaust chambers, turbochargers, stop caps, cylinders, cylinder liners, plate exhaust valve heads, gas turbine blades, combustors, warhead cones, insulation, and exhaust valves for valves (valve, valve body and Some materials of internal combustion engines such as valve boxes.
B.다이, 노즐, 모세관, 세부측량을 위한 블록 혹은 게이지, 링, 가열실린더, 절연스페이서, 절연슬리이브, 기계밀봉, 플런져펌프, 펀치, 스프링, 코일스프링, 베어링용 보올, 분쇄기용 보올, 가이드롤러, 롤러를 이용한 롤러분쇄기, 슬러리(Slurry)를 위한 펌프임펠러, 나사, 슬리이브, 밸브, 오리피스, 타일, 전선피복을 위한 슬리이브, 드라이버, 트레이드(thread)가이드와 같은 여러 가지 공업용 기계의 일부분을 위한 재료.B. Dies, nozzles, capillaries, blocks or gauges for detailed surveys, rings, heating cylinders, insulation spacers, insulation sleeves, mechanical seals, plunger pumps, punches, springs, coil springs, bearing bowls, grinder bowls, Guide rollers, roller grinders with rollers, pump impellers for slurry, screws, sleeves, valves, orifices, tiles, sleeves for wire sheaths, drivers, and thread guides. Stuff for some.
C. 커터(슬로터, 원형전단기) 혹은 섬유용 고온받침, 종이, 필름 혹은 주석테이프, 면도날, 이발기계날, 가위, 칼과 부엌칼 등과 같은 날붙이용 재료.C. Cutting materials such as cutters (slots, circular shears) or high temperature bearings for textiles, paper, film or tin tape, razor blades, barber blades, scissors, knives and kitchen knives.
D. 외과용 칼, 핀셋, 이의 뿌리를 박는 것, 이의 치관, 관절과 뼈고정용 재료 등과 같은 의료도구 혹은 의료재료를 위한 재료.D. Materials for medical instruments or materials such as surgical knives, tweezers, rooted teeth, crowns of teeth, materials for joint and bone fixation, etc.
E. 보석모조품, 밀봉시일(seal), 타이핀, 커프스물리개와 시계를 위한 한 부분과 같은 장식물 혹은 보석 대용물을 위한 재료.E. Materials for jewelry or substitutes, such as jewelry, seals, tie pins, cufflinks and parts for watches.
F. 골프클럽과 낚싯줄 안내대와 같은 스포츠 혹은 레저도구를 위한 재료.F. Materials for sports or leisure equipment such as golf clubs and fishing line guides.
G. 스푸운, 포크, 접시와 같은 식탁용 식기류를 위한 재료.G. Ingredients for tableware such as spoons, forks and plates.
H. 볼펜용 볼과 펜의 끝부분과 같은 필기도구를 위한 재료.H. Materials for writing instruments such as balls for ballpoint pens and tips of pens.
본 발명의 상술한 몇 개의 실시예만이 상세히 설명되었지만, 본 발명의 새로운 방법과 잇점을 크게 이탈하지 않는 특수한 실시예에서 이루어질 수 있는 여러 가지 변형과 변경이 있다는 것을 본 기술분야의 사람들에게는 이해될 수 있다.Although only a few of the above-described embodiments of the present invention have been described in detail, it will be understood by those skilled in the art that there are many variations and modifications that can be made in specific embodiments that do not depart significantly from the novel methods and advantages of the present invention. Can be.
따라서 모든 변형과 변경이 다음 청구범위에서 정의된 바와 같이 본 발명의 범위에 포함된다는 것을 알 수 있다.It is therefore to be understood that all such modifications and variations are intended to be included within the scope of this invention as defined in the following claims.
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