WO2020196650A1 - ジルコニア粉末、ジルコニア粉末の製造方法、ジルコニア焼結体の製造方法、及び、ジルコニア焼結体 - Google Patents

ジルコニア粉末、ジルコニア粉末の製造方法、ジルコニア焼結体の製造方法、及び、ジルコニア焼結体 Download PDF

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    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • 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
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646Optical properties
    • C04B2235/9661Colour

Definitions

  • the present invention relates to a zirconia powder, a method for producing zirconia powder, a method for producing a zirconia sintered body, and a zirconia sintered body.
  • Zirconia has a wide variety of uses. Typical examples of such zirconia are powders produced by a dry method, powders produced by a wet method, and the like, but recently, zirconia powder produced by a wet method due to its multi-functionality (hereinafter, "wet"). Research and development of "zirconia powder") is being actively carried out. For example, wet zirconia powder produced by a wet purification method such as a hydrolysis method is used for electronic materials, cocatalysts for purifying automobile exhaust gas, oxygen sensors, fine ceramics, antireflection films, electrolytes for solid oxide fuel cells, etc. ing.
  • a wet purification method such as a hydrolysis method is used for electronic materials, cocatalysts for purifying automobile exhaust gas, oxygen sensors, fine ceramics, antireflection films, electrolytes for solid oxide fuel cells, etc. ing.
  • the above-mentioned wet zirconia powder may be used on a powder basis, but it is often used as a sintered body to exert its function.
  • the zirconia sintered body is produced by molding zirconia powder and then sintering the molded body.
  • the zirconia powder is previously subjected to a stabilization treatment in order to maintain the tetragonal or cubic crystal structure, which is the high temperature stable phase of the zirconia crystal, up to room temperature.
  • the stabilization treatment of zirconia crystals is usually carried out by dissolving oxides such as calcia, magnesia and yttria in zirconia.
  • a sintered body made of zirconia formed only by a cubic crystal structure is widely used as a so-called fully stabilized zirconia (usually referred to as "stabilized zirconia") sintered body. Further, a sintered body containing zirconia having a tetragonal crystal structure is widely used as a partially stabilized zirconia sintered body.
  • the high-strength mechanism in the zirconia sintered body is derived from the fact that the tetragonal phase zirconia contained in the sintered body undergoes a martensite-type phase transition to a monoclinic phase due to stress.
  • normal pressure sintering which is a general method for producing a zirconia sintered body, coarse pores remain in the sintered body, and the fracture strength of the sintered body affects the size of these coarse air pores, resulting in coarse air pores.
  • the three-point bending strength of the remaining atmospheric pressure sintered body is about 1000 to 1100 MPa.
  • Patent Document 1 describes zirconia, which comprises a partially stabilized zirconia sintered body, substantially does not contain zirconia having a cubic crystal structure, and has a tetragonal crystal structure. Orthodontic brackets containing 5 mol% or more and 99% or less are disclosed. Patent Document 1 states that not only the initial strength and toughness are high and the aesthetics are excellent, but also the mechanical properties are highly stable when used for a long period of time in actual orthodontic treatment. It is disclosed that both excellent therapeutic effect and aesthetics during treatment can be achieved.
  • Patent Document 2 describes high-strength yttria-containing zirconia firing composed of zirconia containing 2 to 4 mol% yttria, having a three-point bending strength of 1700 MPa or more and a total light transmittance of 43% or more at a thickness of 0.5 mm.
  • a high-strength yttria-containing zirconia sintered body which is a composite and has an average three-point bending strength of 1900 MPa or more and a total light transmittance of 45% or more at a thickness of 0.5 mm, is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses that zirconia powder containing yttria is molded, sintered under no pressure, and then subjected to high-temperature and high-pressure treatment by a hot hydrostatic pressure press (HIP).
  • HIP hot hydrostatic pressure press
  • Patent Document 3 contains translucent zirconia obtained from a translucent zirconia sintered powder containing 2 to 4 mol% yttria as a stabilizer and 0.1 to 0.2 wt% alumina as an additive. It is disclosed that the three-point bending strength of the sintered body is 1200 MPa or more. Further, Patent Document 3 discloses that zirconia granules are press-molded by CIP (pressure 2 t / cm 2 ) and sintered under the condition of 1450 ° C.
  • CIP pressure 2 t / cm 2
  • zirconia powder having various compositions and properties has been disclosed (for example, Patent Documents 1 to 3).
  • HIP sintering or the like which has a high cost and process load, is generally used, or zirconia powder that does not require HIP sintering is used. Even if there is, a molding pressure of about 2 t / cm 2 is required, and in any case, the process load is high.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a zirconia powder capable of easily producing a zirconia sintered body having high strength at a low molding pressure. .. Another object of the present invention is to provide a method for producing the zirconia powder. Another object of the present invention is to provide a method for producing a zirconia sintered body using the zirconia powder. Another object of the present invention is to provide a zirconia sintered body having high strength.
  • the present inventor has diligently studied zirconia powder. As a result, it has been found that by adopting the following configuration, it is possible to provide a zirconia powder capable of easily producing a zirconia sintered body having high strength at a low molding pressure, and to complete the present invention. I arrived.
  • the zirconia powder according to the present invention is Contains 2.5 mol% or more and 3.5 mol% or less of yttria
  • the specific surface area is 5 m 2 / g or more and 20 m 2 / g or less.
  • the monoclinic phase ratio contained in the crystal phase is 20% or more and 40% or less, and the tetragonal phase ratio is 60% or more and 80% or less.
  • the tetragonal phase ratio is It is characterized in that it is 77% or more and 94% or less, and the cubic phase ratio is 5% or more and 20% or less.
  • the strength of the obtained zirconia sintered body is as high as that of the conventional product even if the molding pressure is low. It is possible to provide a zirconia powder which can be used as. This is also clear from the examples. Further, since the molding pressure may be low, mass production of the zirconia sintered body is facilitated by using the zirconia powder.
  • the three-point bending strength of the sintered body obtained by molding at a molding pressure of 0.8 t / cm 2 and then sintering under the condition of 1450 ° C. for 2 hours is 1200 MPa or more.
  • the three-point bending strength of the sintered body obtained by molding at a molding pressure of 0.8 t / cm 2 and then sintering under the condition of 1450 ° C. for 2 hours is 1300 MPa or more.
  • the three-point bending strength of the sintered body obtained by molding at a molding pressure of 0.8 t / cm 2 and then sintering under the condition of 1450 ° C. for 2 hours is 1400 MPa or more.
  • one or more selected from the group consisting of Fe, V, Er, Mn, Co, Cr, Tb, Zn, and Ti may be contained.
  • the sintered body can be colored by containing at least one selected from the group consisting of Fe, V, Er, Mn, Co, Cr, Tb, Zn, and Ti.
  • at least one selected from the group consisting of Fe, V, Er, Mn, Co, Cr, Tb, Zn, and Ti In the case of coloring, there are a combination of elements and an addition amount suitable for the combination, which will be described later.
  • the Cr 2 O 3 1.0 It is preferable to contain ⁇ 1.6% by mass and 0.8 to 1.4% by mass of MnO 2 .
  • the colorant is contained within the above range, preferable color development is obtained.
  • the zirconia sintered body obtained by sintering is colored white, it is preferable to contain ZnO in an amount of 0.15 to 0.35% by mass as a colorant.
  • the colorant is contained within the above range, preferable color development is obtained.
  • the colorant preferably contains MnO 2 in an amount of 0.03 to 0.06% by mass.
  • MnO 2 is used as a colorant under the condition that the alumina content is 0.005% by mass or more and 2% by mass or less. It preferably contains 0.02 to 0.05% by mass. When the colorant is contained within the above range, preferable color development is obtained.
  • MnO 2 is used as a colorant under the condition that the alumina content is 0.005% by mass or more and 2% by mass or less. It is preferably contained in an amount of 0.2 to 0.5% by mass. When the colorant is contained within the above range, preferable color development is obtained.
  • the zirconia sintered body obtained by sintering is colored brown, under the condition that the alumina content is less than 0.005% by mass (the condition that substantially does not contain alumina).
  • the colorant Fe 2 O 3 is preferably contained in an amount of 0.12 to 0.23% by mass. When the colorant is contained within the above range, preferable color development is obtained.
  • CoO is 0.3 as a colorant under the condition that the alumina content is 1% by mass or more and 3% by mass or less. It is preferably contained in an amount of about 1.0% by mass. When the colorant is contained within the above range, preferable color development is obtained.
  • the method for producing zirconia powder according to the present invention is: The method for producing the zirconia powder. Step A of mixing basic zirconium sulfate and yttria sol solution, After the step A, it is characterized by having a step B for mixing bases.
  • yttria sol As a raw material for yttria, it becomes easy to control the dispersibility of yttria in zirconia to a desired state.
  • the method for producing the zirconia sintered body according to the present invention is as follows.
  • the obtained zirconia sintered body has a three-point bending strength of 1200 MPa or more.
  • the zirconia sintered body according to the present invention is The monoclinic phase ratio contained in the crystal phase is 1% or more and 3% or less, the tetragonal phase ratio is 77% or more and 94% or less, and the cubic phase ratio is 5% or more and 20% or less.
  • the monoclinic phase ratio contained in the crystal phase is 1% or more and 3% or less
  • the tetragonal phase ratio is 77% or more and 94% or less
  • the cubic phase ratio is 5% or more and 20% or less.
  • one or more selected from the group consisting of Fe, V, Er, Mn, Co, Cr, Tb, Zn, and Ti may be contained.
  • coloring can be preferably performed.
  • L * defined by the L * a * b * color system is 6 or more and 12 or less, a * is -4 or more and 0 or less, and b * is -3. It is preferably 1 or less.
  • L *, a *, and b * defined by the L * a * b * color system can easily be within the above numerical range, and preferable color development is obtained.
  • the zirconia sintered body when the zirconia sintered body is colored white, it contains 0.15 to 0.35% by mass of ZnO, and L * defined by the L * a * b * color system is 85 or more and 91 or less.
  • a * is preferably -2 or more and 2 or less, and b * is preferably -1 or more and 3 or less.
  • L *, a *, and b * defined by the L * a * b * color system can easily be within the above numerical range, and preferable color development is obtained.
  • the zirconia sintered body when the zirconia sintered body is colored gray, it contains 0.02 to 0.1% by mass of Cr 2 O 3 and has an L * of 35 or more defined by the L * a * b * color system. It is preferably 47 or less, a * is 0 or more and 6 or less, and b * is 5 or more and 15 or less.
  • L *, a *, and b * defined by the L * a * b * color system can easily be within the above numerical range, and preferable color development is obtained.
  • MnO 2 when the zirconia sintered body is colored gray, MnO 2 is 0.03 to 0.03 under the condition that the alumina content is less than 0.005% by mass (the condition that substantially does not contain alumina). It contains 0.06% by mass, L * defined by the L * a * b * color system is 33 or more and 39 or less, a * is 2 or more and 8 or less, and b * is -3 or more and 3 or less. Is preferable. When the oxide is contained within the above range, L *, a *, and b * defined by the L * a * b * color system can easily be within the above numerical range, and preferable color development is obtained.
  • the zirconia sintered body when the zirconia sintered body is colored gray, it contains 0.02 to 0.05% by mass of MnO 2 under the condition that the alumina content is 0.005% by mass or more and 2% by mass or less.
  • L * defined by the L * a * b * color system is 36 or more and 42 or less, a * is 1 or more and 7 or less, and b * is -4 or more and 2 or less.
  • L *, a *, and b * defined by the L * a * b * color system can easily be within the above numerical range, and preferable color development is obtained.
  • the zirconia sintered body when the zirconia sintered body is colored black, it contains 0.2 to 0.5% by mass of MnO 2 under the condition that the alumina content is 0.005% by mass or more and 2% by mass or less.
  • L * a * b * It is preferable that L * defined by the color system is 6 or more and 18 or less, a * is 0 or more and 6 or less, and b * is -5 or more and 1 or less.
  • L *, a *, and b * defined by the L * a * b * color system can easily be within the above numerical range, and preferable color development is obtained.
  • the zirconia sintered body when the zirconia sintered body is colored blue, it contains 0.3 to 1.0% by mass of CoO and L * a under the condition that the alumina content is 1% by mass or more and 3% by mass or less. It is preferable that L * defined by the * b * color system is 27 or more and 39 or less, a * is -5 or more and 2 or less, and b * is -45 or more and -33 or less.
  • L *, a *, and b * defined by the L * a * b * color system can easily be within the above numerical range, and preferable color development is obtained.
  • a zirconia powder that makes it possible to easily produce a zirconia sintered body having high strength at a low molding pressure.
  • a method for producing the zirconia powder can be provided.
  • a method for producing a zirconia sintered body using the zirconia powder is possible.
  • Another object of the present invention is to provide a zirconia sintered body having high strength.
  • zirconia is a general one, and contains an impurity metal compound of 10% by mass or less including hafnia.
  • the expressions "contains” and “contains” include the concepts of “contains”, “contains”, “substantially consists” and “consists of only”.
  • the zirconia powder according to this embodiment is Contains 2.5 mol% or more and 3.5 mol% or less of yttria
  • the specific surface area is 5 m 2 / g or more and 20 m 2 / g or less.
  • the monoclinic phase ratio contained in the crystal phase is 20% or more and 40% or less, and the tetragonal phase ratio is 60% or more and 80% or less.
  • the strength of the obtained zirconia sintered body is as high as that of the conventional product even if the molding pressure is low. It is possible to provide a zirconia powder which can be used as. This is also clear from the examples. Further, since the molding pressure may be low, mass production of the zirconia sintered body is facilitated by using the zirconia powder. For example, mass production of zirconia sintered bodies can be facilitated by using various molding methods such as press molding, injection molding, casting molding, and sheet molding.
  • the zirconia powder contains zirconia.
  • the content of the zirconia is preferably 90% by mass or more, more preferably 92% by mass or more, still more preferably 94% by mass or more, and particularly preferably 94.3% by mass or more, when the zirconia powder is 100% by mass. is there.
  • the upper limit of the content of the zirconia is not particularly limited, but the content of the zirconia is preferably 97.5% by mass or less, more preferably 97.2% by mass or less, still more preferably 97% by mass or less, particularly. It is preferably 96.9% by mass or less.
  • the zirconia powder contains yttria of 2.5 mol% or more and 3.5 mol% or less with respect to the total mol amount of the zirconia powder, in addition to the main component zirconia.
  • Yttria can exist in solid solution with zirconia. Since the yttria content is 2.5 mol% or more, it is possible to prevent the monoclinic phase from becoming excessive in the sintered body of the zirconia powder. That is, the decrease in fracture toughness of the zirconia sintered body can be suppressed by suppressing the propagation of cracks due to large volume expansion due to the phase transition from the tetragonal phase to the monoclinic phase. It is known that high strength can be obtained when the yttria content is less than 2.5 mol%, but it is difficult to obtain hydrothermal deterioration characteristics and optical characteristics.
  • the content ratio of yttria is 2.5 mol% or more and 3.5 mol% or less, preferably 2.6 mol% or more and 3.4 mol% or less, and preferably 2.7 mol% or more and 3.3 mol% or less. More preferably, it is 2.8 mol% or more and 3.2 mol% or less. If the yttria content is within the above numerical range and the yttria dispersibility is controlled to control the crystal phase, a zirconia sintered body having high strength can be obtained even at a low molding pressure.
  • the yttria dispersibility control method is not particularly limited, but can be controlled by, for example, the manufacturing method shown below.
  • the zirconia powder can contain aluminum oxide (alumina), if necessary.
  • the content of the alumina is not particularly limited, but can be, for example, 0.005% by mass to 2% by mass with respect to the total mass of the zirconia powder.
  • the zirconia powder contains alumina, the sinterability of the zirconia powder is improved, and the crystal structure is easily made uniform. Further, since the zirconia powder contains alumina, it is easy to suppress a decrease in fracture toughness of the zirconia sintered body. Further, by adjusting the content of alumina, the translucency of the zirconia sintered body can be improved.
  • the content of the alumina is more preferably 0.05% by mass or more and 0.15% by mass or less, or 0.20% by mass or more and 0.30% by mass or less.
  • the content of alumina is 0.05% by mass or more and 0.15% by mass or less, it is preferably 0.07% by mass or more, more preferably 0.09% by mass or more, and further preferably 0.1% by mass or more.
  • the content of alumina is 0.05% by mass or more and 0.15% by mass or less, it is preferably 0.13% by mass or less, more preferably 0.11% by mass or less, and further preferably 0.105% by mass or less. Is.
  • the content of alumina is 0.20% by mass or more and 0.30% by mass or less, it is preferably 0.22% by mass or more, more preferably 0.24% by mass or more, still more preferably 0.25% by mass or more. Is. When the content of alumina is 0.20% by mass or more and 0.30% by mass or less, it is preferably 0.28% by mass or less, more preferably 0.26% by mass or less, and further preferably 0.255% by mass or less. Is.
  • the content of alumina is more preferably 0.01 to 1% by mass, further preferably 0.02 to 0.5% by mass, and 0.1 to 0, based on the total mass of the zirconia powder. It is particularly preferably 0.4% by mass, and particularly preferably 0.2 to 0.3% by mass.
  • alumina is not particularly limited, but alumina powder is preferable from the viewpoint of handleability at the time of preparation of zirconia powder and reduction of residual impurities.
  • the average particle size of the primary particles of alumina is not particularly limited, but can be, for example, 0.02 to 0.4 ⁇ m, preferably 0.05 to 0.3 ⁇ m, more preferably 0.05 to 0.3 ⁇ m. Is 0.07 to 0.2 ⁇ m.
  • the average particle size of the primary particles of alumina is a value measured using a laser diffraction type particle size distribution measuring device "SALD-2000" (manufactured by Shimadzu Corporation).
  • the zirconia powder may contain other components as a substitute for a part of yttria.
  • other components include alkaline earth metal oxides such as calcia and magnesia, and rare earth oxides such as ceria.
  • the zirconia powder requires an yttria component.
  • the average particle size of the zirconia powder is not particularly limited.
  • the average particle size of the zirconia powder can be 0.3 to 0.8 ⁇ m.
  • the average particle size of the zirconia powder is in the above range, it is easy to obtain a molded body having a high molding density, and it is easy to suppress a decrease in sinterability and sintering density.
  • the average particle size of the zirconia powder is within the above range, it is not necessary to lengthen the crushing time in the crushing step.
  • the average particle size of the zirconia powder is 0.8 ⁇ m or less, the number of monoclinic phases in the powder does not increase too much, so that a sintered body having a high sintering density can be easily obtained.
  • the average particle size of the zirconia powder can be preferably 0.35 to 0.75 ⁇ m, more preferably 0.4 to 0.7 ⁇ m.
  • the average particle size of the zirconia powder is a value measured using a laser diffraction type particle size distribution measuring device "SALD-2000" (manufactured by Shimadzu Corporation). More specifically, the method described in Examples is used.
  • the specific surface area of the zirconia powder is 5 m 2 / g or more and 20 m 2 / g or less. Since the specific surface area of the zirconia powder is 5 m 2 / g or more and 20 m 2 / g or less, it is easy to obtain a molded body having a high molding density, and it is easy to suppress a decrease in sinterability and sintering density.
  • the specific surface area of the zirconia powder is preferably 6 to 18 m 2 / g, more preferably 6.5 to 15 m 2 / g, and even more preferably 7 to 13 m 2 / g.
  • the specific surface area of the zirconia powder refers to the BET specific surface area, and is a value measured using a specific surface area meter "Flowsorb-II” (manufactured by Micromeritics Co., Ltd.).
  • the zirconia powder has a monoclinic phase ratio of 20% or more and 40% or less and a tetragonal phase ratio of 60% or more and 80% or less in the crystal phase.
  • the monoclinic phase ratio is 20% or more and 40% or less, preferably 25% or more and 35% or less, and more preferably 27% or more and 35% or less.
  • the tetragonal phase ratio is 60% or more and 80% or less, preferably 65% or more and 75% or less, and more preferably 65% or more and 73% or less.
  • Zirconia containing yttria as a stabilizer is usually either a monoclinic phase, a tetragonal phase, or a cubic phase, or coexists.
  • each phase ratio of the crystal phase contained in the zirconia powder is calculated by the following formula.
  • Cubic phase ratio (%) (100% -monoclinic phase (%)) x ((Ic (004) / (It (004) + It (220) + Ic (004)) x 100
  • Im (111) is the diffraction intensity of (111) in the monoclinic phase
  • Im (11-1) is the diffraction intensity of (11-1) in the monoclinic phase.
  • It (101) is the diffraction intensity of (101) in the tetragonal phase
  • It (220) is the diffraction intensity of (220) in the tetragonal phase
  • It (004) is the diffraction intensity of (004) in the tetragonal phase
  • Ic (004) is the diffraction intensity of (004) in the cubic phase
  • Ic (111) is the diffraction intensity of (111) in the cubic phase.
  • the cubic phase may be distorted depending on the amount of stabilizer added and the manufacturing method, and the peak position may shift.
  • the peak between (004) and (220) of the tetragonal phase is cubic. Calculated as the peak of the phase. Details of the X-ray diffractometer and the XRD measurement conditions are as described in the examples.
  • the zirconia powder may contain one or more selected from the group consisting of Fe, V, Er, Mn, Co, Cr, Tb, Zn, and Ti.
  • a zirconia sintered body obtained by sintering the zirconia powder when one or more selected from the group consisting of Fe, V, Er, Mn, Co, Cr, Tb, Zn, and Ti is contained as a coloring element. Can be colored.
  • the form of the coloring element is not particularly limited, and can be added in the form of oxide, chloride, or the like.
  • Specific examples of the colorant containing the coloring element include Fe 2 O 3 , V 2 O 5 , Er 2 O 3 , MnO 2 , CoO, Cr 2 O 3 , Tb 4 O 7 , ZnO, and TIO. 2nd grade can be mentioned.
  • the colorant is preferably added as a mixture to the zirconia powder.
  • CoO is 0.9 to 1.5% by mass as a colorant
  • Cr 2 O 3 Is preferably 1.0 to 1.6% by mass
  • MnO 2 is preferably 0.8 to 1.4% by mass.
  • the CoO content is more preferably 1.0 to 1.4% by mass, and even more preferably 1.1 to 1.3% by mass.
  • the content of Cr 2 O 3 is more preferably 1.1 to 1.5% by mass, further preferably 1.2 to 1.4% by mass.
  • the content of MnO 2 is more preferably 0.9 to 1.3% by mass, further preferably 1.0 to 1.2% by mass.
  • ⁇ Third black system> When the zirconia sintered body obtained by sintering is colored in a black system different from the first and second black systems, the condition is that the alumina content is 0.005% by mass or more and 2% by mass or less. Then, it is preferable to contain MnO 2 in an amount of 0.2 to 0.5% by mass as the colorant. The content of MnO 2 is more preferably 0.25 to 0.45% by mass, further preferably 0.3 to 0.4% by mass. When the colorant is contained within the above range, preferable color development is obtained.
  • the zirconia sintered body obtained by sintering is colored white, it is preferable to contain ZnO in an amount of 0.15 to 0.35% by mass as a colorant.
  • the content of ZnO is more preferably 0.2 to 0.3% by mass, further preferably 0.22 to 0.28% by mass.
  • the colorant is contained within the above range, preferable color development is obtained.
  • the zirconia sintered body obtained by sintering is colored grayish, it can be used as a colorant under conditions where the alumina content is less than 0.005% by mass (conditions where alumina is substantially not contained). It is preferable to contain MnO 2 in an amount of 0.03 to 0.06% by mass. The content of MnO 2 is more preferably 0.035 to 0.055% by mass, further preferably 0.04 to 0.05% by mass. When the colorant is contained within the above range, preferable color development is obtained.
  • MnO 2 is used as a colorant from 0.02 to 0.02 under the condition that the alumina content is 0.005% by mass or more and 2% by mass or less. It is preferably contained in an amount of 0.05% by mass.
  • the content of MnO 2 is more preferably 0.025 to 0.045% by mass, further preferably 0.03 to 0.04% by mass.
  • the zirconia sintered body obtained by sintering is colored grayish, it preferably contains Cr 2 O 3 in an amount of 0.02 to 0.1% by mass.
  • the content of Cr 2 O 3 is more preferably 0.04 to 0.08% by mass, further preferably 0.05 to 0.07% by mass.
  • the colorant is contained within the above range, preferable color development is obtained.
  • Fe 2 O 3 is used as a colorant under the condition that the alumina content is 0.005% by mass or more and 2% by mass or less. It preferably contains 12 to 0.23% by mass. The content of Fe 2 O 3 is more preferably 0.14 to 0.21% by mass, further preferably 0.16 to 0.2% by mass. When the colorant is contained within the above range, preferable color development is obtained.
  • the zirconia sintered body obtained by sintering is colored brown, it can be used as a colorant under conditions where the alumina content is less than 0.005% by mass (under conditions where alumina is substantially not contained). It is preferable to contain Fe 2 O 3 in an amount of 0.12 to 0.23% by mass. The content of Fe 2 O 3 is more preferably 0.14 to 0.21% by mass, further preferably 0.16 to 0.2% by mass. When the colorant is contained within the above range, preferable color development is obtained.
  • the zirconia sintered body obtained by sintering is colored blue, it contains 0.3 to 1.0% by mass of CoO under the condition that the alumina content is 1% by mass or more and 3% by mass or less. It is good to let it.
  • the CoO content is more preferably 0.4 to 0.8% by mass, further preferably 0.5 to 0.7% by mass.
  • the zirconia powder has a monoclinic phase ratio of 1% or more and 3% or less in the crystal phase of the sintered body obtained by molding at a molding pressure of 0.8 t / cm 2 and then sintering under the condition of 1450 ° C. for 2 hours. It is preferable that the tetragonal phase ratio is 77% or more and 94% or less, and the cubic phase ratio is 5% or more and 20% or less.
  • the monoclinic phase ratio is 1% or more and 3% or less, preferably 1.1% or more and 2.5% or less, and more preferably 1.2% or more and 2% or less.
  • the tetragonal phase ratio is 77% or more and 94% or less, preferably 79.5% or more and 91.9% or less, and more preferably 82% or more and 90.8% or less.
  • the cubic phase ratio is 5% or more and 20% or less, preferably 7% or more and 18% or less, and more preferably 8% or more and 16% or less.
  • the zirconia powder has a monoclinic phase ratio of 1% or more and 3% or less in the crystal phase of the sintered body obtained by molding at a molding pressure of 0.8 t / cm 2 and then sintering under the condition of 1450 ° C. for 2 hours.
  • each phase ratio of the crystal phase contained in the sintered body is a value obtained in the same manner as each phase ratio of the crystal phase contained in the zirconia powder.
  • the zirconia powder is preferably molded at a molding pressure of 0.8 t / cm 2 and then sintered at 1450 ° C. for 2 hours to have a three-point bending strength of 1200 MPa or more, preferably 1300 MPa or more. Is more preferable, 1350 MPa or more is more preferable, and 1400 MPa or more is particularly preferable.
  • the three-point bending strength is 1200 MPa or more, the sintered body produced by using the zirconia powder becomes high strength even if it is molded at a low pressure.
  • the details of the method for measuring the three-point bending strength are as described in Examples.
  • the condition of "sintering under the condition of 1450 ° C. for 2 hours after molding at a molding pressure of 0.8 t / cm 2 " is based on the assumption that the zirconia powder is sintered after low pressure molding. It is a molding and sintering conditions for evaluating the above, and does not mean that molding and sintering are performed under these conditions when a zirconia sintered body is produced using the zirconia powder.
  • the zirconia powder is preferably molded at a molding pressure of 0.8 t / cm 2 and then sintered at 1450 ° C. for 2 hours so that the relative sintering density of the sintered body is 99.5% or more. It is more preferably 6% or more, and further preferably 99.7% or more. When the relative sintering density is within the above range, the sintered body produced by using the zirconia powder is particularly excellent in performance.
  • the relative sintering density refers to the relative sintering density represented by the following formula (1).
  • Relative sintering density (%) (sintering density / theoretical sintering density) x 100 ... (1)
  • the theoretical sintering density (assumed to be ⁇ 0 ) is a value calculated by the following formula (2-1).
  • ⁇ 0 100 / [(Y / 3.987) + (100-Y) / ⁇ z] ... (2-1)
  • ⁇ z is a value calculated by the following formula (2-2).
  • ⁇ z [124.25 (100-X) + 225.81X] / [150.5 (100 + X) A 2 C] ...
  • X and Y are the yttria concentration (mol%) and the alumina concentration (mass%), respectively.
  • a and C are values calculated by the following equations (2-3) and (2-4), respectively.
  • A 0.5080 + 0.06980X / (100 + X) ...
  • C 0.5195-0.06180X / (100 + X) ... (2-4)
  • the theoretical sintering density varies depending on the composition of the powder.
  • the theoretical sintered density yttria-containing zirconia if 2 mol% yttria content, if 6.112g / cm 3, 3mol%, 6.092g / cm 3, if 5.5 mol%, It is 6.045 g / cm 3 .
  • the theoretical sintering density is a value when the alumina concentration is 0.25% by mass.
  • the sintering density can be measured by the Archimedes method. More specifically, the method described in Examples is used. When a colorant is added, the calculation is performed in the same manner as when alumina is added.
  • the zirconia powder according to this embodiment has been described above.
  • the method for producing zirconia powder according to this embodiment is Step A of mixing basic zirconium sulfate and yttria sol solution, After the step A, it has a step B of mixing bases.
  • Step A In the method for producing zirconia powder according to the present embodiment, first, basic zirconium sulfate and an yttria sol solution are mixed (step A).
  • the basic zirconium sulfate is not particularly limited, for example ZrOSO 4 ⁇ ZrO 2, 5ZrO 2 ⁇ 3SO 3, 7ZrO hydrates of the compounds represented by 2 ⁇ 3SO 3 and the like. These can be used alone or in combination of two or more.
  • these basic salts are obtained as agglomerates having a particle size of 0.1 to a dozen ⁇ m as agglomerates of fine particles having a small solubility and a particle size of several tens of angstroms by optical measurement.
  • Those obtained by a known production method or commercially available products can be used. For example, those described in "Gmelin Handbuch, TEIL 42; Zirconium (ISBN3-540-93242-9,334-353, 1958)" and the like can also be used.
  • yttria sol is suitable as in the present embodiment.
  • yttria sol those obtained by a known production method or commercially available products can be used.
  • the average particle size of the yttria sol is preferably 10 to 150 nm, more preferably 15 to 120 nm, further preferably 20 to 100 nm, and particularly preferably 30 to 80 nm.
  • the average particle size of yttria sol is a value obtained by Zetasizer Nano ZS (manufactured by Spectris Co., Ltd.).
  • the concentration of the yttria sol solution is not particularly limited, but is preferably 1 to 30% by mass, more preferably 3 to 25% by mass.
  • Examples of the method for producing yttria sol include Patent No. 4518844.
  • the amount of yttria sol added to the zirconia powder is preferably 2.5 to 3.5 mol% in terms of yttria, more preferably 2.6 to 3.4 mol%, and 2.7 to 3.3 mol%. It is more preferable to have 2.8 to 3.2 mol%.
  • the solvent for mixing the basic zirconium sulfate and the itriasol solution is not particularly limited as long as it can disperse the basic zirconium sulfate or itriasol, but is usually water (ion exchange water, etc.) which is a polar solvent. , Alcohols (for example, methanol, ethanol, etc.) can be used. From the viewpoint of cost reduction, water is most preferable as the solvent.
  • the concentration of the mixed solution after mixing the basic zirconium sulfate and the yttria sol solution can be appropriately changed depending on the composition ratio of the composite oxide and the like, but is usually about 1 to 25% by mass, preferably 10 to 20% by mass. Just do it.
  • the blending ratio of the basic zirconium sulfate and the yttria sol solution can be determined by appropriately adjusting the concentration of the solution and the like so as to have the above composition ratio.
  • the temperature of the mixed solution is usually 80 ° C. or lower, preferably 20 to 50 ° C.
  • the dropping time is preferably relatively long. Specifically, the dropping time is preferably 1 hour to 10 hours, more preferably 2 hours to 5 hours, and further preferably 2.5 hours to 4 hours. The dropping time means a period from the start of dropping to the end of dropping. It is preferable that the mixing is further stirred in addition to the dropping. If the dropping time is 1 hour or more, the segregation of yttria can be further suppressed. Further, if the dropping time is 10 hours or less, the manufacturing cost can be suppressed.
  • a desired stabilized phase of zirconia can be obtained by selecting the raw material of yttria and adjusting various conditions in step A to control the dispersibility of yttria in zirconia.
  • Step B After the step A, the base is mixed with the mixed solution (step B). This produces a precipitate (zirconium hydride).
  • the base is not particularly limited, and known alkaline agents such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, ammonium carbonate, and ammonia can be used.
  • As the base it is particularly preferable to use a strong alkali such as sodium hydroxide or potassium hydroxide.
  • a strong alkali such as sodium hydroxide or potassium hydroxide.
  • the concentration of the aqueous solution is not particularly limited as long as the pH can be adjusted, but is usually about 5 to 50% by mass, preferably 20 to 25% by mass.
  • the solid-liquid separation method may follow a general method such as centrifugation.
  • the zirconium hydride treated with water can be redispersed in a dispersion medium such as water to obtain a zirconium hydride slurry.
  • the zirconium hydride is heated in a temperature atmosphere (firing temperature) of 1000 ° C. to 1200 ° C.
  • Zirconium hydride is calcined by this heat treatment to form zirconia.
  • a pulverization treatment, a classification treatment, or the like may be subsequently carried out.
  • the firing temperature is within the above range, pulverization, molding and sintering can be easily controlled.
  • the firing temperature is preferably 1040 to 1180 ° C.
  • the atmosphere at the time of firing can be in the atmosphere or in an oxidizing atmosphere.
  • the rate of temperature rise from normal temperature (25 ° C.) to the firing temperature is not particularly limited, but can be 50 to 200 ° C./hour, more preferably 100 to 150 ° C./hour.
  • the crushing method in the crushing treatment is not particularly limited, and examples thereof include a method of crushing with a commercially available crusher such as a planetary mill, a ball mill, or a jet mill.
  • a raw material containing aluminum can be added.
  • the resulting zirconia powder may contain alumina.
  • Examples of the raw material containing aluminum include at least one such as aluminum nitrate and aluminum chloride.
  • Examples of the raw material containing aluminum include alumina sol and alumina powder.
  • the purity of the raw material containing aluminum is preferably 95% or more, more preferably 98% or more.
  • alumina powder is preferable from the viewpoint of cost, handleability and residual impurities.
  • the aluminum-containing raw material can be appropriately added when carrying out each of the above steps, depending on the type of aluminum-containing raw material. For example, if it is an alumina powder, it may be added to the zirconium hydride slurry before firing, or may be added to the fired product after firing the zirconium hydride slurry.
  • the amount of the raw material containing aluminum used may be adjusted so that the content ratio of alumina in the obtained zirconia powder becomes a desired content.
  • the obtained zirconia powder may be pulverized into a slurry, if necessary. At that time, a binder can be added to improve the moldability. When not slurried, the binder and the zirconia powder may be uniformly mixed with a kneader.
  • the binder is preferably an organic binder. Since the organic binder can be easily removed from the molded body in a heating furnace in an oxidizing atmosphere and a degreased body can be obtained, impurities are less likely to remain in the sintered body in the end.
  • examples of the organic binder include alcohol.
  • examples of the organic binder include those that dissolve in a mixed solution of two or more kinds selected from the group consisting of alcohol, water, aliphatic ketones and aromatic hydrocarbons. Specifically, for example, one or more selected from the group consisting of polyethylene glycol, glycol fatty acid ester, glycerin fatty acid ester, polyvinyl butyral, polyvinyl methyl ether, polyvinyl ethyl ether and vinyl propionate can be mentioned.
  • the organic binder may contain alcohol or one or more thermoplastic resins that are insoluble in the mixture.
  • the target zirconia powder can be obtained by mixing the raw material containing aluminum, the organic binder, and the like, and then applying a known method to perform treatments such as drying and pulverization.
  • the method for producing the zirconia powder according to the present embodiment has been described above.
  • the method for producing the zirconia sintered body according to the present embodiment is as follows.
  • the zirconia powder was molded at a molding pressure 0.7 t / cm 2 or more 0.9t / cm 2 or less, a step X to obtain a molded body, After the step X, there is a step Y of sintering the molded product under the conditions of 1350 ° C. or higher and 1550 ° C. or lower and 1 hour or more and 10 hours or less.
  • the zirconia powder was molded at a molding pressure 0.7 t / cm 2 or more 0.9t / cm 2 or less, to obtain a molded body (step X) .
  • the molding pressure is preferably from 0.75 T / cm 2 or more 0.9t / cm 2 or less, 0.75 T / cm 2 or more 0.85 T / cm 2 or less being more preferred.
  • the zirconia powder When molding the zirconia powder, a commercially available mold molding machine or a cold isotropic pressure pressurization method (CIP) can be adopted. Further, the zirconia powder may be temporarily molded by a mold molding machine and then main-molded by press molding such as CIP. Conventionally, when manufacturing a molded body of zirconia powder it has been done in a high pressure condition, in the present embodiment, molding at a molding pressure 0.7 t / cm 2 or more 0.9t / cm 2 a relatively low molding pressure of less Make a body. In the present embodiment, by using the zirconia powder, a sintered body having high strength can be obtained even if a molded body is produced at such a low molding pressure.
  • CIP cold isotropic pressure pressurization method
  • Step Y> After the step X, the molded body is sintered under the conditions of 1300 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower for 1 hour or longer and 5 hours or shorter (step Y). As a result, the zirconia sintered body according to the present embodiment can be obtained.
  • the sintering temperature at the time of sintering is preferably 1300 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower, more preferably 1400 ° C. or higher and 1490 ° C. or lower, and further preferably 1420 ° C. or higher and 1480 ° C. or lower.
  • the holding time at the time of sintering is preferably 1 hour or more and 5 hours or less, more preferably 2 hours or more and 4 hours or less, and further preferably 2 hours or more and 3 hours or less.
  • the atmosphere at the time of sintering can be in the air or in an oxidizing atmosphere.
  • the rate of temperature rise from room temperature (25 ° C.) to the sintering temperature is not particularly limited, but can be 50 to 200 ° C./hour, more preferably 100 to 150 ° C./hour.
  • the zirconia sintered body according to the present embodiment can be suitably produced by the method for producing the zirconia sintered body.
  • the zirconia sintered body according to the present embodiment has a monoclinic phase ratio of 1% or more and 3% or less, a tetragonal phase ratio of 77% or more and 94% or less, and a cubic phase ratio of 5% or more and 20. % Or less.
  • the monoclinic phase ratio is 1% or more and 3% or less, preferably 1.1% or more and 2.5% or less, and more preferably 1.2% or more and 2% or less.
  • the tetragonal phase ratio is 77% or more and 94% or less, preferably 79.5% or more and 91.9% or less, and more preferably 82% or more and 90.8% or less.
  • the cubic phase ratio is 5% or more and 20% or less, preferably 7% or more and 18% or less, and more preferably 8% or more and 16% or less.
  • the zirconia sintered body has a monoclinic phase ratio of 1% or more and 3% or less, a tetragonal phase ratio of 77% or more and 94% or less, and a cubic phase ratio of 5% or more and 20% or less. Therefore, the dispersed state of yttria is a specific state, and the strength is high.
  • Each phase ratio of the crystal phase contained in the zirconia sintered body is a value obtained in the same manner as each phase ratio of the crystal phase contained in the zirconia powder.
  • the zirconia sintered body preferably has a three-point bending strength of 1200 MPa or more, more preferably 1300 MPa or more, further preferably 1350 MPa or more, and particularly preferably 1400 MPa or more.
  • the three-point bending strength is 1200 MPa or more, it can be said that the strength is high.
  • the details of the method for measuring the three-point bending strength are as described in Examples.
  • the zirconia sintered body may contain one or more selected from the group consisting of Fe, V, Er, Mn, Co, Cr, Tb, Zn, and Ti. If one or more selected from the group consisting of Fe, V, Er, Mn, Co, Cr, Tb, Zn, and Ti is contained as a coloring element, coloring can be preferably performed.
  • the form of the coloring element is not particularly limited, and can be added in the form of oxide, chloride, or the like.
  • Specific examples of the colorant containing the coloring element include Fe 2 O 3 , V 2 O 5 , Er 2 O 3 , MnO 2 , CoO, Cr 2 O 3 , Tb 4 O 7 , ZnO, and TIO. 2nd grade can be mentioned.
  • the content of Cr 2 O 3 is more preferably 1.1 to 1.5% by mass, further preferably 1.2 to 1.4% by mass.
  • the content of TiO 2 is more preferably 0.55 to 0.85% by mass, further preferably 0.6 to 0.8% by mass.
  • the L * is more preferably 4.5 or more and 7 or less, and further preferably 5 or more and 6.5 or less.
  • the a * is more preferably ⁇ 1.5 or more and 1 or less, and further preferably -1 or more and 0 or less.
  • the b * is more preferably -2 or more and 0 or less, and further preferably -1.5 or more and -0.5 or less.
  • CoO is 0.9 to 1.5% by mass
  • Cr 2 O 3 is 1.0 to 1.6% by mass
  • MnO 2 is 0.8 to 1.
  • L * defined by the L * a * b * color system is 6 or more and 12 or less
  • a * is -4 or more and 0 or less
  • b * is -3 or more and 1 or less. It is preferable to have.
  • the CoO content is more preferably 1.0 to 1.4% by mass, and even more preferably 1.1 to 1.3% by mass.
  • the content of Cr 2 O 3 is more preferably 1.1 to 1.5% by mass, further preferably 1.2 to 1.4% by mass.
  • the content of MnO 2 is more preferably 0.9 to 1.3% by mass, further preferably 1.0 to 1.2% by mass.
  • the L * is more preferably 7 or more and 11 or less, and further preferably 8 or more and 9 or less.
  • the a * is more preferably ⁇ 3.5 or more and ⁇ 0.5 or less, and further preferably ⁇ 2 or more and -1 or less.
  • the b * is more preferably -2 or more and 0 or less, and further preferably -1.5 or more and -0.5 or less.
  • the zirconia sintered body When the zirconia sintered body is colored in a black system of a different system, it contains 0.2 to 0.5% by mass of MnO 2 under the condition that the alumina content is 0.005% by mass or more and 2% by mass or less.
  • L * defined by the L * a * b * color system is 6 or more and 18 or less, a * is 0 or more and 6 or less, and b * is -5 or more and 1 or less.
  • the content of MnO 2 is more preferably 0.25 to 0.45% by mass, further preferably 0.3 to 0.4% by mass.
  • the L * is more preferably 8 or more and 16 or less, and further preferably 10 or more and 14 or less.
  • the a * is more preferably 1 or more and 5 or less, and further preferably 2 or more and 4 or less.
  • the b * is more preferably -4 or more and 0 or less, and further preferably -3 or more and -1 or less.
  • ZnO is contained in an amount of 0.15 to 0.35% by mass
  • L * defined by the L * a * b * color system is 85 or more and 91 or less
  • a * is It is preferably -2 or more and 2 or less
  • b * is preferably -1 or more and 3 or less.
  • the content of ZnO is more preferably 0.2 to 0.3% by mass, further preferably 0.22 to 0.28% by mass.
  • the L * is more preferably 86 or more and 90 or less, and further preferably 87 or more and 89 or less.
  • the a * is more preferably ⁇ 1.5 or more and 1 or less, and further preferably -1 or more and 0 or less.
  • the b * is more preferably 0 or more and 2.5 or less, and further preferably 1 or more and 2 or less.
  • L *, a *, and b * defined by the L * a * b * color system can easily be within the above numerical range, and preferable color development is obtained.
  • MnO 2 is 0.03 to 0.06 mass under the condition that the alumina content is less than 0.005% by mass (the condition that substantially does not contain alumina). It is preferable that L * including% and defined by the L * a * b * color system is 33 or more and 39 or less, a * is 2 or more and 8 or less, and b * is -3 or more and 3 or less.
  • the content of MnO 2 is more preferably 0.035 to 0.055% by mass, further preferably 0.04 to 0.05% by mass.
  • the L * is more preferably 34 or more and 38 or less, and further preferably 35 or more and 37 or less.
  • the a * is more preferably 3 or more and 7 or less, and further preferably 4 or more and 6 or less.
  • the b * is more preferably -2 or more and 2 or less, and further preferably -1 or more and 1 or less.
  • ⁇ Second gray system When the zirconia sintered body is colored gray, it contains 0.02 to 0.05% by mass of MnO 2 and L * a * under the condition that the alumina content is 0.005% by mass or more and 2% by mass or less. It is preferable that L * defined by the b * color system is 36 or more and 42 or less, a * is 1 or more and 7 or less, and b * is -4 or more and 2 or less.
  • the content of MnO 2 is more preferably 0.025 to 0.045% by mass, further preferably 0.03 to 0.04% by mass.
  • the L * is more preferably 37 or more and 41 or less, and further preferably 38 or more and 40 or less.
  • the a * is more preferably 2 or more and 6 or less, and further preferably 3 or more and 5 or less.
  • the b * is more preferably -3 or more and 1 or less, and further preferably -2 or more and 0 or less.
  • the zirconia sintered body When the zirconia sintered body is colored in a gray system of a different system, it contains 0.02 to 0.1% by mass of Cr 2 O 3 and has an L * of 35 or more and 47 defined by the L * a * b * color system. It is preferable that a * is 0 or more and 6 or less, and b * is 5 or more and 15 or less.
  • the content of Cr 2 O 3 is more preferably 0.04 to 0.08% by mass, further preferably 0.05 to 0.07% by mass.
  • the L * is more preferably 37 or more and 45 or less, and further preferably 39 or more and 43 or less.
  • the a * is more preferably 1 or more and 5 or less, and further preferably 2 or more and 4 or less.
  • the b * is more preferably 7 or more and 13 or less, and further preferably 9 or more and 12 or less.
  • L *, a *, and b * defined by the L * a * b * color system can easily be within the above numerical range, and preferable color development is obtained.
  • the zirconia sintered body When the zirconia sintered body is colored brown, it contains 0.12 to 0.23% by mass of Fe 2 O 3 under the condition that the alumina content is 0.005% by mass or more and 2% by mass or less, and L * It is preferable that L * defined by the a * b * color system is 60 or more and 70 or less, a * is 3 or more and 9 or less, and b * is 23 or more and 33 or less.
  • the content of Fe 2 O 3 is more preferably 0.14 to 0.21% by mass, further preferably 0.16 to 0.2% by mass.
  • the L * is more preferably 62 or more and 68 or less, and further preferably 63 or more and 67 or less.
  • the a * is more preferably 4 or more and 8 or less, and further preferably 5 or more and 7 or less.
  • the b * is more preferably 25 or more and 31 or less, and further preferably 26 or more and 30 or less.
  • the a * is more preferably 8 or more and 12 or less, and further preferably 9 or more and 11.5 or less.
  • the b * is more preferably 25 or more and 31 or less, and further preferably 27 or more and 30 or less.
  • Fe 2 O 3 is 0.23 to 0.23 to 2 under the condition that the alumina content is 0.005% by mass or more and 2% by mass or less. It contains 0.40% by mass, L * defined by the L * a * b * color system is 49 or more and 59 or less, a * is 6 or more and 12 or less, and b * is 25 or more and 35 or less. Is preferable.
  • the content of Fe 2 O 3 is more preferably 0.25 to 0.35% by mass, further preferably 0.28 to 0.32% by mass.
  • the L * is more preferably 51 or more and 57 or less, and further preferably 52 or more and 56 or less.
  • the a * is more preferably 7 or more and 11 or less, and further preferably 8 or more and 10.5 or less.
  • the b * is more preferably 27 or more and 33 or less, and further preferably 28 or more and 32 or less.
  • ⁇ Blue> When the zirconia sintered body is colored in a different system of blue, under the condition that the alumina content is 1% by mass or more and 3% by mass or less, CoO is contained in an amount of 0.3 to 1.0% by mass, and L * a It is preferable that L * defined by the * b * color system is 27 or more and 39 or less, a * is -5 or more and 2 or less, and b * is -45 or more and -33 or less.
  • the CoO content is more preferably 0.4 to 0.8% by mass, further preferably 0.5 to 0.7% by mass.
  • the L * is more preferably 29 or more and 37 or less, and further preferably 31 or more and 36 or less.
  • the a * is more preferably -4 or more and 1 or less, and further preferably -3 or more and 0 or less.
  • the b * is more preferably ⁇ 42 or more and ⁇ 35 or less, and further preferably ⁇ 41 or more and ⁇ 37 or less.
  • the L * a * b * color system is a color space recommended by the International Commission on Illumination (CIE) in 1976, and is a color space called the CIE1976 (L * a * b *) color system. It means that.
  • the L * a * b * color system is defined in JIS Z 8729 in the Japanese Industrial Standards.
  • the zirconia sintered body according to the present embodiment has been described above.
  • the zirconia powders obtained in Examples and Comparative Examples contained 1.3 to 2.5% by mass of hafnium oxide as an unavoidable impurity with respect to zirconium oxide (calculated by the following formula (X)). There is. ⁇ Formula (X)> ([Mass of hafnium oxide] / ([mass of zirconium oxide] + [mass of hafnium oxide])) ⁇ 100 (%)
  • Example 1 Basic zirconium sulfate (containing 100 g as zirconium oxide) was dispersed in 1000 g of water to prepare a basic zirconium sulfate slurry. Further, an yttria sol solution having a concentration of 5% (manufactured by Daiichi Rare Element Chemical Industry Co., Ltd., average particle size of yttria sol: 30 nm) was measured so as to be 3 mol% with respect to zirconia.
  • the average particle size of yttria sol is a value obtained by Zetasizer Nano ZS (manufactured by Spectris Co., Ltd.). Specifically, it is as follows. Model: Zeta Sizar Nano ZS (manufactured by Spectris Co., Ltd.) Measured concentration: 30% in terms of metal oxide Measurement temperature: 25 ° C Scattering angle: 173 °
  • the generated precipitate was separated into solid and liquid, washed with water and recovered.
  • the recovered solid content was calcined in the air at 1100 ° C. for 2 hours to obtain a zirconium oxide.
  • the heating rate was 100 ° C./hour.
  • Alumina powder having an average particle size of 0.1 ⁇ m of primary particles was added to the obtained zirconium oxide in an amount of 0.25% by mass based on the zirconium oxide, and pulverized and mixed in a wet ball mill using water as a dispersion medium for 30 hours.
  • the obtained slurry was dried at 120 ° C. until the amount became constant to obtain the zirconia powder according to Example 1.
  • Example 2 The zirconia powder according to Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature was changed to 1200 ° C.
  • Example 3 The zirconia powder according to Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature was changed to 1170 ° C. and the ball mill crushing time was changed to 40 hours.
  • Example 4 The zirconia powder according to Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of alumina powder added was changed to 0.1% by mass.
  • Example 5 The amount of the itriasol solution added was changed to 2.6 mol% with respect to zirconia, and when the alumina powder was added, 0.7% by mass of Fe 2 O 3 powder and 1. CoO powder were added as colorants. 2 wt%, Cr 2 O 3 powder 1.3 wt%, to the addition of TiO 2 powder 0.7 wt%, it was changed the firing temperature to 1170 ° C., and, changing the ball milling time to 40 hours Except for the above, the zirconia powder according to Example 5 was obtained in the same manner as in Example 1.
  • Example 6 The amount of itriasol solution added was changed to 2.6 mol% with respect to zirconia, the amount of alumina powder added was changed to 0.70% by mass, and when the alumina powder was added, CoO was added as a colorant. 1.2% by mass of powder, 1.3% by mass of Cr 2 O 3 powder, 1.1% by mass of MnO 2 powder was added, the firing temperature was changed to 1170 ° C., and the ball mill crushing time was 40.
  • the zirconia powder according to Example 6 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the time was changed.
  • Example 7 The amount of yttria sol solution added was changed to 2.6 mol% with respect to zirconia, 0.25% by mass of ZnO powder was added as a colorant when the alumina powder was added, and the firing temperature was 1170 ° C.
  • the zirconia powder according to Example 7 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the zirconia powder was changed to 40 hours and the ball mill crushing time was changed to 40 hours.
  • Example 8 The amount of itriasol solution added was changed to 3.2 mol% with respect to zirconia, the amount of alumina powder added was changed to 0.1% by mass, and Cr 2 O 3 powder as a colorant was changed to 0.05% by mass.
  • the zirconia powder according to Example 8 was obtained in the same manner as in Example 1 except that% was added, the firing temperature was changed to 1170 ° C., and the ball mill crushing time was changed to 40 hours.
  • Example 9 Examples except that the amount of the yttria sol solution added was changed to 3.2 mol% with respect to zirconia, and 0.045% by mass of MnO 2 powder was added as a colorant instead of adding the alumina powder.
  • the zirconia powder according to Example 9 was obtained in the same manner as in 1.
  • Example 10 The amount of itriasol solution added was changed to 3.2 mol% with respect to zirconia, the amount of alumina powder added was changed to 0.10% by mass, and when the alumina powder was added, MnO was added as a colorant. 2 According to Example 10 in the same manner as in Example 1 except that 0.035% by mass of the powder was added, the firing temperature was changed to 1170 ° C., and the ball mill crushing time was changed to 40 hours. Zirconia powder was obtained.
  • Example 11 The amount of itriasol solution added was changed to 3.2 mol% with respect to zirconia, the amount of alumina powder added was changed to 0.10% by mass, and when the alumina powder was added, MnO was added as a colorant. 2 According to Example 11, the same as in Example 1 except that 0.32% by mass of the powder was added, the firing temperature was changed to 1170 ° C., and the ball mill crushing time was changed to 40 hours. Zirconia powder was obtained.
  • Example 12 Except that the amount of yttria sol solution added was changed to 3.2 mol% with respect to zirconia, and when the alumina powder was added, 0.18% by mass of Fe 2 O 3 powder was further added as a colorant. Obtained the zirconia powder according to Example 12 in the same manner as in Example 1.
  • Example 13 The amount of itriasol solution added was changed to 3.2 mol% with respect to zirconia, the amount of alumina powder added was changed to 0.10% by mass, and when the alumina powder was added, Fe was added as a colorant. 2 O 3 that powder plus 0.18 wt%, it was changed the firing temperature to 1170 ° C., and, except for changing the ball milling time to 40 hours, in the same manner as in example 1, example 13 The zirconia powder according to the above was obtained.
  • Example 14 Except that the amount of yttria sol solution added was changed to 3.2 mol% with respect to zirconia, and 0.18% by mass of Fe 2 O 3 powder was added as a colorant instead of adding alumina powder.
  • the zirconia powder according to Example 14 was obtained in the same manner as in Example 1.
  • Example 15 The amount of itriasol solution added was changed to 3.2 mol% with respect to zirconia, and when the alumina powder was added, 0.3% by mass of Fe 2 O 3 powder was added as a colorant, and the firing temperature.
  • the zirconia powder according to Example 15 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature was changed to 1170 ° C. and the ball mill crushing time was changed to 40 hours.
  • Example 16 The amount of itriasol solution added was changed to 2.6 mol% with respect to zirconia, the amount of alumina powder added was changed to 1.85% by mass, and 0.6% by mass of CoO powder was added as a colorant.
  • the zirconia powder according to Example 16 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature was changed to 1170 ° C. and the ball mill crushing time was changed to 40 hours.
  • Comparative Example 1 The zirconia powder according to Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the dropping time of the yttria sol solution was changed to 1 minute.
  • Comparative Example 2 The zirconia powder according to Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the yttrium chloride solution having the same concentration was used instead of the yttria sol solution.
  • Comparative Example 3 The zirconia powder according to Comparative Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the same amount of yttria powder was used as the yttria amount instead of the yttria sol solution.
  • Comparative Example 4 The zirconia powder according to Comparative Example 4 was obtained in the same manner as in Example 4 except that the yttria sol solution was changed to an yttria sol solution having an average particle size of 3 nm.
  • Im (111) is the diffraction intensity of (111) in the monoclinic phase
  • Im (11-1) is the diffraction intensity of (11-1) in the monoclinic phase.
  • It (101) is the diffraction intensity of (101) in the tetragonal phase
  • It (220) is the diffraction intensity of (220) in the tetragonal phase
  • It (004) is the diffraction intensity of (004) in the tetragonal phase
  • Ic (004) is the diffraction intensity of (004) in the cubic phase
  • Ic (111) is the diffraction intensity of (111) in the cubic phase.
  • the cubic phase may be distorted depending on the amount of stabilizer added and the manufacturing method, and the peak position may shift.
  • the peak between (004) and (220) of the tetragonal phase is cubic. It was calculated as the peak of the phase. The results are shown in Table 1.
  • the average particle size of the zirconia powders of Examples and Comparative Examples was measured using a laser diffraction type particle size distribution measuring device "SALD-2000" (manufactured by Shimadzu Corporation). More specifically, 0.15 g of the sample and 40 ml of a 0.2% sodium hexametaphosphate aqueous solution were placed in a 50 ml beaker and dispersed for 5 minutes with a desktop ultrasonic cleaner "W-113" (manufactured by Honda Electronics Corporation). After that, it was put into an apparatus (laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus (“SALD-2000” manufactured by Shimadzu Corporation)) for measurement. The results are shown in Table 1.
  • the relative sintering density refers to the relative sintering density represented by the following formula (1).
  • Relative sintering density (%) (sintering density / theoretical sintering density) x 100 ... (1)
  • the theoretical sintering density (assumed to be ⁇ 0 ) is a value calculated by the following formula (2-1).
  • ⁇ 0 100 / [(Y / 3.987) + (100-Y) / ⁇ z] ... (2-1)
  • ⁇ z is a value calculated by the following formula (2-2).
  • ⁇ z [124.25 (100-X) + 225.81X] / [150.5 (100 + X) A 2 C] ...
  • X and Y are the yttria concentration (mol%) and the alumina concentration (mass%), respectively.
  • a and C are values calculated by the following equations (2-3) and (2-4), respectively.
  • A 0.5080 + 0.06980X / (100 + X) ...
  • C 0.5195-0.06180X / (100 + X) ... (2-4)
  • the theoretical sintering density varies depending on the composition of the powder. In this example, since it is 3 mol%, it is 6.092 g / cm 3 .
  • the theoretical sintering density takes into account the amount of alumina of 0.25%.
  • the sintering density was measured by the Archimedes method. When the colorant was added, the calculation was performed in the same manner as when the alumina was added.

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Abstract

イットリアを2.5mol%以上3.5mol%以下含み、比表面積が5m/g以上20m/g以下であり、結晶相に含まれる単斜晶相率が20%以上40%以下であり、正方晶相率が60%以上80%以下であり、成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結した焼結体の結晶相に含まれる単斜晶相率が1%以上3%以下、正方晶相率が77%以上94%以下、立方晶相率が5%以上20%以下となるジルコニア粉末。

Description

ジルコニア粉末、ジルコニア粉末の製造方法、ジルコニア焼結体の製造方法、及び、ジルコニア焼結体
 本発明は、ジルコニア粉末、ジルコニア粉末の製造方法、ジルコニア焼結体の製造方法、及び、ジルコニア焼結体に関する。
 ジルコニア(酸化ジルコニウム)の用途は非常に多岐にわたる。このようなジルコニアとしては、乾式で製造された粉末、あるいは、湿式で製造された粉末等が代表例であるが、最近では、その多機能性から湿式で製造されるジルコニア粉末(以下、「湿式ジルコニア粉末」ともいう)の研究開発が活発に行われている。例えば、加水分解法などの湿式精製法で製造された湿式ジルコニア粉末は電子材料、自動車排ガス浄化用助触媒、酸素センサー、ファインセラミックス、反射防止膜、固体酸化物型燃料電池の電解質などに使用されている。
 上記湿式ジルコニア粉末は、粉末ベースで使用することもあるが、焼結体として使用して、その機能を発揮させる場合が多い。ジルコニア焼結体は、ジルコニア粉末を成型した後、この成型体を焼結することで製造される。この場合、ジルコニア粉末にはあらかじめ、ジルコニア結晶の高温安定相である正方晶系あるいは立方晶系の結晶構造を常温まで維持させるべく、安定化処理が行われる。ジルコニア結晶の安定化処理は、通常、ジルコニアにカルシア、マグネシア、イットリア等の酸化物類を固溶させることにより行われる。立方晶系の結晶構造のみで形成されるジルコニアからなる焼結体は、いわゆる完全安定化ジルコニア(通常「安定化ジルコニア」と言う。)焼結体として広く利用されている。また、正方晶系の結晶構造のジルコニアを含有する焼結体は、部分安定化ジルコニア焼結体として広く利用されている。
 ジルコニア焼結体の高強度化の検討は従来からなされてきた。ジルコニア焼結体における、高強度機構は焼結体中に含まれる正方晶相ジルコニアが応力によって単斜晶相にマルテンサイト型相転移することに由来する。一般的なジルコニア焼結体の製造方法である常圧焼結では、焼結体中に粗大な気孔が残存し、焼結体の破壊強度はそれら粗大気孔の大きさに影響し、粗大気孔が残存する常圧焼結体の3点曲げ強度は1000~1100MPa程度である。
 特許文献1には、部分安定化ジルコニア焼結体よりなり、該焼結体が立方晶系の結晶構造をもつジルコニアを実質的に含まず、しかも正方晶系の結晶構造をもつジルコニアを95.5モル%以上99%以下含む歯列矯正用ブラケットが開示されている。特許文献1にはその効果として、初期の強度、靭性が高く、審美性が優れているだけでなく、実際の矯正治療において長期に実用に供した時の機械的性質の安定性も高いので、すぐれた治療効果と治療中の審美性とを両立できることが開示されている。
 特許文献2には、2~4mol%のイットリアを含むジルコニアからなり、3点曲げ強度1700MPa以上で、かつ厚さ0.5mmでの全光線透過率が43%以上である高強度イットリア含有ジルコニア焼結体であり、平均3点曲げ強度1900MPa以上で、かつ厚さ0.5mmでの全光線透過率が45%以上である高強度イットリア含有ジルコニア焼結体が開示されている。また、特許文献2には、イットリアを含有するジルコニア粉末を成型し、無加圧下で焼結した後、熱間静水圧プレス(HIP)により高温高圧処理することが開示されている。
 特許文献3には、安定化剤として2~4mol%のイットリアを含み、添加剤としてアルミナを0.1~0.2wt%含む透光性ジルコニア焼結体用粉末から得られた透光性ジルコニア焼結体の3点曲げ強度が1200MPa以上であることが開示されている。また、特許文献3には、ジルコニア顆粒をCIP(圧力2t/cm)でプレス成型し1450℃の条件で焼結させたことが開示されている。
特開平08-117248号公報 特開2008-50247号公報 特開2014-88319号公報
 従来、ジルコニア粉末については、様々な組成や特性を有するジルコニア粉末が開示されている(例えば、特許文献1~3)。ジルコニア粉末を用いてジルコニア焼結体を得る際の成型には、一般的に、コストや工程の負荷が高いHIP焼結等が用いられるか、又は、HIP焼結が不要とされるジルコニア粉末であっても、成型圧力として2t/cm程度を必要とし、いずれにしても工程負荷が高い。しかしながら、ジルコニア焼結体を得る際の成型圧力の低減について詳細に検討した例はない。
 一方、本発明者は、鋭意検討の結果、低い成型圧力で高強度を有するジルコニア焼結体を容易に製造することができれば工程負荷が低く、有用であると考えるに至った。
 本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低い成型圧力で高強度を有するジルコニア焼結体を容易に製造することを可能とするジルコニア粉末を提供することにある。また、当該ジルコニア粉末の製造方法を提供することにある。また、当該ジルコニア粉末を用いたジルコニア焼結体の製造方法を提供することにある。また、高強度を有するジルコニア焼結体を提供することにある。
 本発明者は、ジルコニア粉末について鋭意検討を行った。その結果、下記構成を採用することにより、低い成型圧力で高強度を有するジルコニア焼結体を容易に製造することを可能とするジルコニア粉末を提供することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
 すなわち、本発明に係るジルコニア粉末は、
 イットリアを2.5mol%以上3.5mol%以下含み、
 比表面積が5m/g以上20m/g以下であり、
 結晶相に含まれる単斜晶相率が20%以上40%以下であり、正方晶相率が60%以上80%以下であり、
 成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結した焼結体の結晶相に含まれる単斜晶相率が1%以上3%以下、正方晶相率が77%以上94%以下、立方晶相率が5%以上20%以下となることを特徴とする。
 イットリアの分散状態を、上記を満たすような特定状態となるようにして、結晶相を制御することにより、成型圧力が低くても、得られるジルコニア焼結体の強度を従来品と同等の高強度とすることができるジルコニア粉末を提供することができる。このことは実施例からも明らかである。また、成型圧力が低くてもよいため、当該ジルコニア粉末を用いれば、ジルコニア焼結体の量産が容易となる。
 前記構成においては、成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結した焼結体の3点曲げ強度が1200MPa以上となることが好ましい。
 前記構成においては、成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結した焼結体の3点曲げ強度が1300MPa以上となることが好ましい。
 前記構成においては、成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結した焼結体の3点曲げ強度が1400MPa以上となることが好ましい。
 前記構成においては、Fe、V、Er、Mn、Co、Cr、Tb、Zn、及び、Tiからなる群より選ばれる1種以上を含んでも構わない。
 Fe、V、Er、Mn、Co、Cr、Tb、Zn、及び、Tiからなる群より選ばれる1種以上を含むと、焼結体を着色することができる。なお、着色する場合、元素の組み合わせと、前記組み合わせに適した添加量があり、後述する。
 前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を黒系に着色する場合、着色剤として、Feを0.4~1.0質量%、CoOを0.9~1.5質量%、Crを1.0~1.6質量%、TiOを0.5~0.9質量%含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
 前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を異なる系統の黒系に着色する場合、着色剤として、CoOを0.9~1.5質量%、Crを1.0~1.6質量%、MnOを0.8~1.4質量%を含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
 前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を白系に着色する場合、着色剤として、ZnOを0.15~0.35質量%含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
 前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、着色剤として、Crを0.02~0.1質量%含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
 前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%未満の条件下(アルミナを実質的に含有しない条件下)では、着色剤として、MnOを0.03~0.06質量%含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
 前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下の条件下では、着色剤として、MnOを0.02~0.05質量%含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
 前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を黒色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下の条件下では、着色剤として、MnOを0.2~0.5質量%含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
 前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下の条件下では、着色剤として、Feを0.12~0.40質量%含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
 前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%未満の条件下(アルミナを実質的に含有しない条件下)では、着色剤として、Feを0.12~0.23質量%含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
 前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を青色系に着色する場合、アルミナの含有量が1質量%以上3質量%以下の条件下では、着色剤として、CoOを0.3~1.0質量%含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
 また、本発明に係るジルコニア粉末の製造方法は、
 前記ジルコニア粉末の製造方法であって、
 塩基性硫酸ジルコニウムとイットリアゾル溶液とを混合する工程Aと、
 前記工程Aの後、塩基を混合する工程Bとを有することを特徴とする。
 イットリアの原料としてイットリアゾルを用いることにより、ジルコニアへのイットリアの分散性を所望の状態に制御することが容易となる。
 また、本発明に係るジルコニア焼結体の製造方法は、
 請求項1~4のいずれか1に記載のジルコニア粉末を、成型圧0.7t/cm以上0.9t/cm以下で成型し、成型体を得る工程Xと、
 前記工程Xの後、前記成型体を1300℃以上1500℃以下、1時間以上5時間以下の条件で焼結する工程Yとを有することを特徴とする。
 前記構成によれば、成型圧0.7t/cm以上0.9t/cm以下で成型するという低圧での成型であるにも関わらず、高強度を有するジルコニア焼結体を得ることができる。
 前記構成においては、得られるジルコニア焼結体の3点曲げ強度が1200MPa以上となることが好ましい。
 また、本発明に係るジルコニア焼結体は、
 結晶相に含まれる単斜晶相率が1%以上3%以下、正方晶相率が77%以上94%以下、立方晶相率が5%以上20%以下であることを特徴とする。
 前記構成によれば、結晶相に含まれる単斜晶相率が1%以上3%以下、正方晶相率が77%以上94%以下、立方晶相率が5%以上20%以下であるため、高強度である。このことは、実施例からも明らかである。
 前記ジルコニア焼結体は、前記のジルコニア焼結体の製造方法により製造されたことが好ましい。
 前記構成においては、Fe、V、Er、Mn、Co、Cr、Tb、Zn、及び、Tiからなる群より選ばれる1種以上を含んでも構わない。
 Fe、V、Er、Mn、Co、Cr、Tb、Zn、及び、Tiからなる群より選ばれる1種以上を含むと、好適に着色することができる。
 前記構成において、ジルコニア焼結体を黒系に着色する場合、Feを0.4~1.0質量%、CoOを0.9~1.5質量%、Crを1.0~1.6質量%、TiOを0.5~0.9質量%含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が4以上8以下であり、a*が-2以上2以下であり、b*が-3以上1以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
 前記構成において、ジルコニア焼結体を異なる系統の黒系に着色する場合、CoOを00.9~1.5質量%、Crを1.0~1.6質量%、MnOを0.8~1.4質量%を含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が6以上12以下であり、a*が-4以上0以下であり、b*が-3以上1以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
 前記構成において、ジルコニア焼結体を白系に着色する場合、ZnOを0.15~0.35質量%含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が85以上91以下であり、a*が-2以上2以下であり、b*が-1以上3以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
 前記構成において、ジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、Crを0.02~0.1質量%含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が35以上47以下であり、a*が0以上6以下であり、b*が5以上15以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
 前記構成において、ジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%未満の条件下(アルミナを実質的に含有しない条件下)では、MnOを0.03~0.06質量%含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が33以上39以下であり、a*が2以上8以下であり、b*が-3以上3以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
 前記構成において、ジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下の条件下では、MnOを0.02~0.05質量%含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が36以上42以下であり、a*が1以上7以下であり、b*が-4以上2以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
 前記構成において、ジルコニア焼結体を黒色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下の条件下では、MnOを0.2~0.5質量%を含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が6以上18以下であり、a*が0以上6以下であり、b*が-5以上1以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
 前記構成において、ジルコニア焼結体を茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下の条件下では、Feを0.12~0.40質量%含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が49以上70以下であり、a*が3以上12以下であり、b*が23以上35以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
 前記構成において、ジルコニア焼結体を茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%未満の条件下(アルミナを実質的に含有しない条件下)では、Feを0.12~0.23質量%含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が46以上56以下であり、a*が7以上13以下であり、b*が23以上33以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
 前記構成において、ジルコニア焼結体を青色系に着色する場合、アルミナの含有量が1質量%以上3質量%以下の条件下では、CoOを0.3~1.0質量%含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が27以上39以下であり、a*が-5以上2以下であり、b*が-45以上-33以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
 本発明によれば、低い成型圧力で高強度を有するジルコニア焼結体を容易に製造することを可能とするジルコニア粉末を提供することができる。また、当該ジルコニア粉末の製造方法を提供することができる。また、当該ジルコニア粉末を用いたジルコニア焼結体の製造方法を提供することができる。また、高強度を有するジルコニア焼結体を提供することにある。
 以下、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。なお、本明細書において、ジルコニアとは一般的なものであり、ハフニアを含めた10質量%以下の不純物金属化合物を含むものである。また、本明細書において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。
 [ジルコニア粉末]
 本実施形態に係るジルコニア粉末は、
 イットリアを2.5mol%以上3.5mol%以下含み、
 比表面積が5m/g以上20m/g以下であり、
 結晶相に含まれる単斜晶相率が20%以上40%以下であり、正方晶相率が60%以上80%以下であり、
 成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結した焼結体の結晶相に含まれる単斜晶相率が1%以上3%以下、正方晶相率が77%以上94%以下、立方晶相率が5%以上20%以下となる。
 イットリアの分散状態を、上記を満たすような特定状態となるようにして、結晶相を制御することにより、成型圧力が低くても、得られるジルコニア焼結体の強度を従来品と同等の高強度とすることができるジルコニア粉末を提供することができる。このことは実施例からも明らかである。また、成型圧力が低くてもよいため、当該ジルコニア粉末を用いれば、ジルコニア焼結体の量産が容易となる。例えば、プレス成型、射出成型、鋳込み成型、シート成型等の各種成型方法を用いてジルコニア焼結体の量産が容易となる。
 前記ジルコニア粉末は、ジルコニアを含有する。前記ジルコニアの含有量は、前記ジルコニア粉末を100質量%としたとき、好ましく90質量%以上、より好ましくは92質量%以上、さらに好ましくは94質量%以上、特に好ましくは94.3質量%以上である。前記ジルコニアの含有量の上限値は、特に制限されないが、前記ジルコニアの含有量は、好ましくは97.5質量%以下、より好ましくは97.2質量%以下、さらに好ましくは97質量%以下、特に好ましくは96.9質量%以下である。
 前記ジルコニア粉末は、主成分であるジルコニア以外に、前記ジルコニア粉末の全mol量に対して2.5mol%以上3.5mol%以下のイットリアを含む。イットリアはジルコニアと固溶体を形成して存在し得る。イットリアの含有割合が2.5mol%以上であるため、ジルコニア粉末の焼結体中に単斜晶相の割合が過剰になるのを抑制することができる。すなわち、正方晶相から単斜晶相への相転移による大きな体積膨張に起因する亀裂の伝播を抑制することにより、ジルコニア焼結体の破壊靭性の低下を抑制できる。イットリア含有量が2.5mol%未満では高強度が得られることは既知であるが、水熱劣化特性や光学特性が得られにくい。
 前記イットリアの含有割合は、2.5mol%以上3.5mol%以下であり、2.6mol%以上3.4mol%以下であることが好ましく、2.7mol%以上3.3mol%以下であることがより好ましく、2.8mol%以上3.2mol%以下であることがさらに好ましい。イットリアの含有量を上記数値範囲内とし、且つ、イットリア分散性を制御し結晶相を制御すれば、低い成型圧力であっても、高強度を有するジルコニア焼結体を得ることができる。イットリア分散性の制御方法としては、特に限定されないが、例えば、下記に示す製造方法等に制御することができる。
 前記ジルコニア粉末は、必要に応じて酸化アルミニウム(アルミナ)を含有することができる。前記アルミナの含有量は、特に制限されないが、例えば、ジルコニア粉末の全質量に対して0.005質量%~2質量%とすることができる。ジルコニア粉末がアルミナを含有する場合、ジルコニア粉末の焼結性が向上し、結晶構造が均一化しやすくなる。また、ジルコニア粉末がアルミナを含有することで、ジルコニア焼結体の破壊靭性の低下を抑制しやすい。さらに、アルミナの含有量を調節すれば、ジルコニア焼結体の透光性を向上させることができる。
 前記アルミナの含有量は、より好ましくは、0.05質量%以上0.15質量%以下、又は、0.20質量%以上0.30質量%以下である。
 前記アルミナの含有量を0.05質量%以上0.15質量%以下とする場合、好ましくは0.07質量%以上、より好ましくは0.09質量%以上、さらに好ましくは0.1質量%以上である。前記アルミナの含有量を0.05質量%以上0.15質量%以下とする場合、好ましくは0.13質量%以下、より好ましくは0.11質量%以下、さらに好ましくは0.105質量%以下である。
 前記アルミナの含有量を0.20質量%以上0.30質量%以下とする場合、好ましくは0.22質量%以上、より好ましくは0.24質量%以上、さらに好ましくは0.25質量%以上である。前記アルミナの含有量を0.20質量%以上0.30質量%以下とする場合、好ましくは0.28質量%以下、より好ましくは0.26質量%以下、さらに好ましくは0.255質量%以下である。
 前記アルミナの含有量は、ジルコニア粉末の全質量に対して0.01~1質量%であることがより好ましく、0.02~0.5質量%であることがさらに好ましく、0.1~0.4質量%であることが特に好ましく、0.2~0.3質量%であることが特別に好ましい。
 アルミナの形態は、特に限定されないが、ジルコニア粉末の調製時のハンドリング性や不純物残存を低減するという観点から、アルミナ粉末が好ましい。
 アルミナの形態が粉末である場合、アルミナの一次粒子の平均粒子径に特に制限はないが、例えば0.02~0.4μmとすることができ、好ましくは0.05~0.3μm、さらに好ましくは0.07~0.2μmである。
 アルミナの一次粒子の平均粒子径は、レーザー回折式粒子径分布測定装置「SALD-2000」(島津製作所社製)を用いて測定した値である。
 より詳細には、サンプル0.15gと40mlの0.2%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液とを50mlビーカーに投入し、卓上超音波洗浄機「W-113」(本多電子株式会社製)で5分間分散した後、装置(レーザー回折式粒子径分布測定装置(「SALD-2000」島津製作所社製))に投入し測定した値である。
 前記ジルコニア粉末は、イットリアの一部の代替として他の成分が含まれていてもよい。他の成分としては、カルシア、マグネシアなどのアルカリ土類金属酸化物や、セリアなどの希土類酸化物が例示される。前記ジルコニア粉末は、イットリア成分を必須とする。
 前記ジルコニア粉末の平均粒子径は、特に限定されない。例えば、前記ジルコニア粉末の平均粒子径は、0.3~0.8μmとすることができる。ジルコニア粉末の平均粒子径が上記範囲であれば、高い成型密度をもつ成型体が得られやすく、焼結性及び焼結密度の低下が抑制されやすい。また、ジルコニア粉末の平均粒子径が上記範囲であれば、粉砕工程の粉砕時間を長くする必要もない。ジルコニア粉末の平均粒子径が0.8μm以下であれば、粉末中の単斜晶相が多くなり過ぎないので、高い焼結密度を有する焼結体が得られやすい。前記ジルコニア粉末の平均粒子径は、好ましくは0.35~0.75μm、さらに好ましくは0.4~0.7μmとすることができる。
 ジルコニア粉末の平均粒子径は、レーザー回折式粒子径分布測定装置「SALD-2000」(島津製作所社製)を用いて測定した値である。より詳細には、実施例に記載の方法による。
 前記ジルコニア粉末の比表面積は、5m/g以上20m/g以下である。前記ジルコニア粉末の比表面積が5m/g以上20m/g以下であるため、高い成型密度をもつ成型体が得られやすく、焼結性及び焼結密度の低下が抑制されやすい。前記ジルコニア粉末の比表面積は、好ましくは6~18m/g、より好ましくは6.5~15m/g、さらに好ましくは7~13m/gである。
 本明細書において、ジルコニア粉末の比表面積は、BET比表面積のことを指し、比表面積計「フローソーブ-II」(マイクロメリティクス社製)を用いて測定した値である。
 前記ジルコニア粉末は、結晶相に含まれる単斜晶相率が20%以上40%以下であり、正方晶相率が60%以上80%以下である。前記単斜晶相率は、20%以上40%以下であり、25%以上35%以下が好ましく、27%以上35%以下がより好ましい。前記正方晶相率は、60%以上80%以下であり、65%以上75%以下が好ましく、65%以上73%以下がより好ましい。
 安定化剤としてのイットリアを含むジルコニアは通常、単斜晶相、正方晶相、立方晶相のいずれか、もしくは共存する。
 本明細書において、前記ジルコニア粉末に含まれる結晶相の各相率は、以下の計算式で求める。
 単斜晶相率(%)=(Im(111)+Im(11-1))/(Im(111)+Im(11-1)+It(101)+Ic(111))×100
 正方晶相率(%)=(100%-単斜晶相(%))×((It(004)+It(220)/(It(004)+It(220)+Ic(004))×100
 立方晶相率(%)=(100%-単斜晶相(%))×((Ic(004)/(It(004)+It(220)+Ic(004))×100
 ここで、Im(111)は単斜晶相の(111)の回折強度、Im(11-1)は単斜晶相の(11-1)の回折強度である。
 It(101)は正方晶相の(101)の回折強度、It(220)は正方晶相の(220)の回折強度、It(004)は正方晶相の(004)の回折強度である。
 Ic(004)は立方晶相の(004)の回折強度、Ic(111)は立方晶相の(111)の回折強度である。
 ジルコニアの単斜晶相と、正方晶相及び立方晶相との判別はXRDスペクトルの2θ=26~36°付近で行う。正方晶相と立方晶相との判別はXRDスペクトルの2θ=72~76°付近で行う。立方晶相は安定化剤の添加量や製法によって歪むことがあり、ピーク位置がシフトする場合があるが、本明細書では正方晶相の(004)と(220)の間のピークを立方晶相のピークと捉え算出する。
 X線回折装置、及び、XRD測定条件の詳細は、実施例に記載の通りである。
 前記ジルコニア粉末は、Fe、V、Er、Mn、Co、Cr、Tb、Zn、及び、Tiからなる群より選ばれる1種以上を含んでいてもよい。Fe、V、Er、Mn、Co、Cr、Tb、Zn、及び、Tiからなる群より選ばれる1種以上を着色元素として含むと、当該ジルコニア粉末を焼結させることにより得られるジルコニア焼結体を着色することができる。
 前記着色元素の形態は特に限定されず、酸化物、塩化物などの形態で添加することができる。前記着色元素を含む着色剤としては、具体的には、例えば、Fe、V、Er、MnO、CoO、Cr、Tb、ZnO、TiO等が挙げられる。前記着色剤は、前記ジルコニア粉末に混合物として添加されていることが好ましい。
<第1の黒系>
 焼結することにより得られるジルコニア焼結体を黒系に着色する場合、着色剤として、Feを0.4~1.0質量%、CoOを0.9~1.5質量%、Crを1.0~1.6質量%、TiOを0.5~0.9質量%含むことが好ましい。
 前記Feの含有量は、0.5~0.9質量%がより好ましく、0.6~0.8質量%がさらに好ましい。
 前記CoOの含有量は、1.0~1.4質量%がより好ましく、1.1~1.3質量%がさらに好ましい。
 前記Crの含有量は、1.1~1.5質量%がより好ましく、1.2~1.4質量%がさらに好ましい。
 前記TiOの含有量は、0.55~0.85質量%がより好ましく、0.6~0.8質量%がさらに好ましい。
 前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
<第2の黒系>
 焼結することにより得られるジルコニア焼結体を、第1の黒系とは異なる系統の黒系に着色する場合、着色剤として、CoOを0.9~1.5質量%、Crを1.0~1.6質量%、MnOを0.8~1.4質量%を含むことが好ましい。
 前記CoOの含有量は、1.0~1.4質量%がより好ましく、1.1~1.3質量%がさらに好ましい。
 前記Crの含有量は、1.1~1.5質量%がより好ましく、1.2~1.4質量%がさらに好ましい。
 前記MnOの含有量は、0.9~1.3質量%がより好ましく、1.0~1.2質量%がさらに好ましい。
 前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
 <第3の黒系>
 焼結することにより得られるジルコニア焼結体を、第1、2の黒系とは異なる系統の黒系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下の条件下では、着色剤として、MnOを0.2~0.5質量%を含ませることが好ましい。
 前記MnOの含有量は、0.25~0.45質量%がより好ましく、0.3~0.4質量%がさらに好ましい。
 前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
<白系>
 焼結することにより得られるジルコニア焼結体を白系に着色する場合、着色剤として、ZnOを0.15~0.35質量%含むことが好ましい。
 前記ZnOの含有量は、0.2~0.3質量%がより好ましく、0.22~0.28質量%がさらに好ましい。
 前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
<第1の灰色系>
 焼結することにより得られるジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%未満の条件下(アルミナを実質的に含有しない条件下)では、着色剤として、MnOを0.03~0.06質量%含むことが好ましい。
 前記MnOの含有量は、0.035~0.055質量%がより好ましく、0.04~0.05質量%がさらに好ましい。
 前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
<第2の灰色系>
 焼結することにより得られるジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下の条件下では、着色剤として、MnOを0.02~0.05質量%含むことが好ましい。
 前記MnOの含有量は、0.025~0.045質量%がより好ましく、0.03~0.04質量%がさらに好ましい。
 前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
<第3の灰色系>
 焼結することにより得られるジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、Crを0.02~0.1質量%含むことが好ましい。
 前記Crの含有量は、0.04~0.08質量%がより好ましく、0.05~0.07質量%がさらに好ましい。
 前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
<第1の茶色系>
 焼結することにより得られるジルコニア焼結体を茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下の条件下では、着色剤として、Feを0.12~0.23質量%含むことが好ましい。
 前記Feの含有量は、0.14~0.21質量%がより好ましく、0.16~0.2質量%がさらに好ましい。
 前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
<第2の茶色系>
 焼結することにより得られるジルコニア焼結体を茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%未満の条件下(アルミナを実質的に含有しない条件下)では、着色剤として、Feを0.12~0.23質量%含むことが好ましい。
 前記Feの含有量は、0.14~0.21質量%がより好ましく、0.16~0.2質量%がさらに好ましい。
 前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
<第3の茶色系>
 焼結することにより得られるジルコニア焼結体を第1の茶色よりも深い色合いの茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下の条件下では、Feを0.23~0.40質量%含ませるとよい。
 前記Feの含有量は、0.25~0.35質量%がより好ましく、0.28~0.32質量%がさらに好ましい。
 前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
 <青色系>
 焼結することにより得られるジルコニア焼結体を青色系に着色する場合、アルミナの含有量が1質量%以上3質量%以下の条件下において、CoOを0.3~1.0質量%を含ませるとよい。
 前記CoOの含有量は、0.4~0.8質量%がより好ましく、0.5~0.7質量%がさらに好ましい。
 前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
 前記ジルコニア粉末は、成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結した焼結体の結晶相に含まれる単斜晶相率が1%以上3%以下、正方晶相率が77%以上94%以下、立方晶相率が5%以上20%以下となることが好ましい。前記単斜晶相率は、1%以上3%以下であり、1.1%以上2.5%以下が好ましく、1.2%以上2%以下がより好ましい。前記正方晶相率は、77%以上94%以下であり、79.5%以上91.9%以下が好ましく、82%以上90.8%以下がより好ましい。前記立方晶相率は、5%以上20%以下であり、7%以上18%以下が好ましく、8%以上16%以下がより好ましい。
 前記ジルコニア粉末は、成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結した焼結体の結晶相に含まれる単斜晶相率が1%以上3%以下、正方晶相率が77%以上94%以下、立方晶相率が5%以上20%以下となるため、イットリアの分散状態が特定の状態となっており、低圧で成型体を形成したとしても、得られる焼結体は高強度となる。
 前記焼結体に含まれる結晶相の各相率は、前記ジルコニア粉末に含まれる結晶相の各相率と同様にして求められる値である。
 前記ジルコニア粉末は、成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結した焼結体の3点曲げ強度が1200MPa以上であることが好ましく、1300MPa以上であることがより好ましく、1350MPa以上であることがさらに好ましく、1400MPa以上であることが特に好ましい。また、前記3点曲げ強度は、大きいほど好ましいが、例えば、1500MPa以下、1450MPa以下、1410MPa以下等とすることができる。前記3点曲げ強度が1200MPa以上であると、当該ジルコニア粉末を用いて製造される焼結体は、低圧で成型されたとしても高強度なものとなる。
 前記3点曲げ強度の測定方法の詳細は、実施例に記載の方法による。
 なお、「成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結」との条件は、低圧成型後に焼結されるという製造条件を想定して、ジルコニア粉末の物性を評価するための成型、焼結条件であり、当該ジルコニア粉末を用いてジルコニア焼結体を製造する場合に、この条件で成型、焼結することを意味するものではない。
 前記ジルコニア粉末は、成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結した焼結体の相対焼結密度が99.5%以上であることが好ましく、99.6%以上であることがより好ましく99.7%以上であることがさらに好ましい。前記相対焼結密度が上記範囲内であれば、当該ジルコニア粉末を用いて製造される焼結体は、性能が特に優れる。
 前記相対焼結密度は、下記式(1)で表される相対焼結密度のことをいう。
  相対焼結密度(%)=(焼結密度/理論焼結密度)×100・・・(1)
 ここで、理論焼結密度(ρとする)は、下記式(2-1)によって算出される値である。
  ρ=100/[(Y/3.987)+(100-Y)/ρz]・・・(2-1)
 ただし、ρzは、下記式(2-2)によって算出される値である。
  ρz=[124.25(100-X)+225.81X]/[150.5(100+X)AC]・・・(2-2)
 ここで、X及びYはそれぞれ、イットリア濃度(mol%)及びアルミナ濃度(質量%)である。また、A及びCはそれぞれ、下記式(2-3)及び(2-4)によって算出される値である。
  A=0.5080+0.06980X/(100+X)・・・(2-3)
  C=0.5195-0.06180X/(100+X)・・・(2-4)
 式(1)において、理論焼結密度は、粉末の組成によって変動する。例えば、イットリア含有ジルコニアの理論焼結密度は、イットリア含有量が2mol%であれば、6.112g/cm、3mol%であれば、6.092g/cm、5.5mol%であれば、6.045g/cmである。なお、前記理論焼結密度は、アルミナ濃度が0.25質量%である場合の値である。焼結密度については、アルキメデス法にて計測することができる。より詳細には実施例に記載の方法による。着色剤を添加した場合は、アルミナ添加と同様に計算する。
 以上、本実施形態に係るジルコニア粉末について説明した。
 [ジルコニア粉末の製造方法]
 以下、ジルコニア粉末の製造方法の一例について説明する。ただし、本発明のジルコニア粉末の製造方法は、以下の例示に限定されない。
 本実施形態に係るジルコニア粉末の製造方法は、
 塩基性硫酸ジルコニウムとイットリアゾル溶液とを混合する工程Aと、
 前記工程Aの後、塩基を混合する工程Bとを有する。
 <工程A>
 本実施形態に係るジルコニア粉末の製造方法においては、まず、塩基性硫酸ジルコニウムとイットリアゾル溶液とを混合する(工程A)。
 塩基性硫酸ジルコニウムとしては、特に制限されず、例えばZrOSO・ZrO、5ZrO・3SO、7ZrO・3SO等で示される化合物の水和物が挙げられる。これらは1種又は2種以上で使用することができる。
 一般に、これらの塩基性塩は、溶解度の小さい、光学的測定による粒径が数十オングストロームの微粒子の凝集体として0.1~十数μmの粒径を有する凝集粒子として得られるものであり、公知の製法で得られたもの又は市販品を用いることができる。例えば、「Gmelin Handbuch,TEIL 42;Zirkonium(ISBN3-540-93242-9,334-353,1958)」等に記載されたものも使用できる。
 イットリアの原料としては、本実施形態のように、イットリアゾルが好適である。イットリアゾルとしては、公知の製法で得られたもの又は市販品を用いることができる。
 イットリアゾルの平均粒子径としては、10~150nmが好ましく、15~120nmがより好ましく、20~100nmがさらに好ましく、30~80nmが特に好ましい。イットリアゾルの平均粒子径が10nm以上であると、イットリアのジルコニアへの分散の程度が好適となる。イットリアゾルの平均粒子径は、ゼータサイザーナノZS(スペクトリス(株)製)により求めた値である。
 前記イットリアゾル溶液の濃度は、特に限定されないが、1~30質量%が好ましく、3~25質量%がよりに好ましい。イットリアゾルの製法としては、例えば、特許4518844号などが挙げられる。
 ジルコニア粉末に対するイットリアゾル添加量は、イットリア換算で2.5~3.5mol%であることが好ましく、2.6~3.4mol%であることがより好ましく、2.7~3.3mol%であることがさらに好ましく、2.8~3.2mol%が特に好ましい。
 塩基性硫酸ジルコニウムとイットリアゾル溶液とを混合する際の溶媒としては、塩基性硫酸ジルコニウムやイットリアゾルを分散できるものであれば特に制限されないが、通常は極性溶媒である水(イオン交換水など)、アルコール類(例えば、メタノール、エタノール等)等が使用できる。コスト低減の観点から、溶媒は水が最も好ましい。塩基性硫酸ジルコニウムとイットリアゾル溶液とを混合した後の混合液の濃度は、複合酸化物の組成比率等によって適宜変更できるが、通常1~25質量%程度、好ましくは10~20質量%とすれば良い。
 塩基性硫酸ジルコニウムとイットリアゾル溶液との配合割合は、前記の組成比率となるように、溶液の濃度等を適宜調節して決定することができる。
 前記混合液の温度は、通常80℃以下、好ましくは20~50℃とすれば良い。
 塩基性硫酸ジルコニウムとイットリアゾル溶液との混合は、塩基性硫酸ジルコニウムに対して少しずつイットリアゾル溶液を滴下することが好ましい。前記滴下時間は、比較的長時間とすることが好ましい。前記滴下時間は、具体的には、好ましくは1時間~10時間、より好ましくは2時間~5時間、さらに好ましくは2.5時間~4時間である。なお、前記滴下時間とは、滴下を開始してから滴下が終了するまでの期間をいう。前記混合は、滴下に加えて、さらに攪拌を行うことが好ましい。滴下時間を1時間以上とすれば、イットリアの偏析をより抑制することができる。また、滴下時間を10時間以下とすれば、製造コストを抑制することができる。
  イットリアの原料の選択や、工程Aにおける各種条件を調整し、ジルコニアへのイットリアの分散性を制御することより、所望のジルコニアの安定化相を得ることができる。
 <工程B>
 前記工程Aの後、前記混合液に塩基を混合する(工程B)。これにより、沈殿物(水酸化ジルコニウム)が生成される。
 前記塩基としては、特に制限されず、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、アンモニア等の公知のアルカリ剤を用いることができる。前記塩基としては、特に水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の強アルカリを用いることが好ましい。また、前記塩基は、水溶液として混合することが好ましい。この場合、水溶液の濃度は、pH調整が可能な限り特に限定されないが、通常5~50質量%程度、好ましくは20~25質量%とすれば良い。
 塩基を混合した後、必要に応じて、固液分離し、得られた水酸化ジルコニウムを水洗しても良い。固液分離の方法は、遠心分離等の一般的な方法に従えば良い。水洗処理した水酸化ジルコニウムを水等の分散媒に再分散し、水酸化ジルコニウムスラリーとすることができる。
 その後、前記水酸化ジルコニウムを1000℃~1200℃の温度雰囲気(焼成温度)で加熱する。この熱処理によって水酸化ジルコニウムが焼成され、ジルコニアが形成される。必要に応じて、その後、粉砕処理、分級処理等を実施しても良い。焼成温度が上記範囲であることで、粉砕、成型及び焼結の制御が容易となる。
 前記焼成温度は、好ましくは1040~1180℃である。焼成時の雰囲気は、大気中又は酸化性雰囲気中とすることができる。
 常温(25℃)から焼成温度までの昇温速度は、特に制限はないが、50~200℃/時間とすることができ、100~150℃/時間がより好ましい。
 前記粉砕処理における粉砕方法については、特に限定されず、例えば、遊星ミル、ボールミル、ジェットミル等の市販の粉砕機で粉砕する方法が挙げられる。
 ジルコニア粉末を製造するにあたっては、アルミニウムを含む原料を添加することができる。この場合、得られるジルコニア粉末はアルミナを含み得る。
 前記アルミニウムを含む原料としては、例えば、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム等の少なくとも1種が例示される。前記アルミニウムを含む原料としては、アルミナゾル、アルミナ粉末なども例示される。
 前記アルミニウムを含む原料の純度は、95%以上が好ましく、98%以上がより好ましい。前記アルミニウムを含む原料は、コスト、ハンドリング性や不純物残存の観点から、アルミナ粉末が好ましい。
 前記アルミニウムを含む原料は、アルミニウムを含む原料の種類に応じて、上記の各工程を実施する際に、適宜、添加することができる。例えば、アルミナ粉末であれば、焼成前の水酸化ジルコニウムスラリーに添加してもよく、水酸化ジルコニウムスラリーを焼成した後の焼成物に添加してもよい。
 前記アルミニウムを含む原料の使用量は、得られるジルコニア粉末において、アルミナの含有割合が所望の含有量となるように調整すればよい。
 上述したように、本実施形態の製造方法では、必要に応じて、得られたジルコニア粉末を粉砕してスラリー化してもよい。その際、成型性を向上させるためにバインダーを添加することができる。スラリー化しない場合は、バインダーとジルコニア粉末とを混練機で均一に混合してもよい。
 前記バインダーは、有機バインダーが好ましい。有機バインダーは、酸化雰囲気の加熱炉にて成型体から除去しやすく、脱脂体を得ることができるので、最終的に焼結体中に不純物が残存しにくくなる。
 前記有機バインダーとしては、アルコールが挙げられる。また、前記有機バインダーとしては、アルコール、水、脂肪族ケトン及び芳香族炭化水素からなる群より選ばれる2種以上の混合液に対して溶解するものが挙げられる。具体的には、例えば、ポリエチレングリコール、グリコール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリビニルブチラール、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルエチルエーテル及びプロピオン酸ビニルからなる群より選ばれる1種以上が挙げられる。前記有機バインダーは、アルコール、又は、前記混合液に対して不溶な1種以上の熱可塑性樹脂を含んでもよい。
 前記アルミニウムを含む原料、前記有機バインダー等を混合した後、公知の方法を適用して乾燥、粉砕等の処理をすることにより、目的とするジルコニア粉末を得ることができる。
 以上、本実施形態に係るジルコニア粉末の製造方法について説明した。
 [ジルコニア焼結体の製造方法]
 以下、ジルコニア焼結体の製造方法の一例について説明する。ただし、本発明のジルコニア焼結体の製造方法は、以下の例示に限定されない。
 本実施形態に係るジルコニア焼結体の製造方法は、
 前記ジルコニア粉末を、成型圧0.7t/cm以上0.9t/cm以下で成型し、成型体を得る工程Xと、
 前記工程Xの後、前記成型体を1350℃以上1550℃以下、1時間以上10時間以下の条件で焼結する工程Yとを有する。
 <工程X>
 本実施形態に係るジルコニア焼結体の製造方法においては、まず、前記ジルコニア粉末を、成型圧0.7t/cm以上0.9t/cm以下で成型し、成型体を得る(工程X)。前記成型圧は、0.75t/cm以上0.9t/cm以下が好ましく、0.75t/cm以上0.85t/cm以下がより好ましい。
 ジルコニア粉末を成型するにあたっては、市販の金型成型機や冷間等方圧加圧法(CIP)を採用できる。また、一旦、ジルコニア粉末を金型成型機で仮成型した後、CIP等のプレス成型で本成型してもよい。従来、ジルコニア粉末の成型体を作製する場合、高圧条件で行われていたが、本実施形態では、成型圧0.7t/cm以上0.9t/cm以下という比較的低い成型圧で成型体を作製する。本実施形態では、前記ジルコニア粉末を用いることにより、このような低い成型圧で成型体を作製しても、高強度を有する焼結体を得ることができる。
 <工程Y>
 前記工程Xの後、前記成型体を1300℃以上1500℃以下1時間以上5時間以下の条件で焼結する(工程Y)。これにより、本実施形態に係るジルコニア焼結体が得られる。
 前記焼結時の焼結温度は、1300℃以上1500℃以下が好ましく、1400℃以上1490℃以下がより好ましく、1420℃以上1480℃以下がさらに好ましい。
 前記焼結時の保持時間は、1時間以上5時間以下が好ましく、2時間以上4時間以下がより好ましく、2時間以上3時間以下がさらに好ましい。焼結時の雰囲気は、大気中又は酸化性雰囲気中とすることができる。
 常温(25℃)から焼結温度までの昇温速度は、特に制限はないが、50~200℃/時間とすることができ、100~150℃/時間がより好ましい。
 以上、本実施形態に係るジルコニア焼結体の製造方法について説明した。
 [ジルコニア焼結体]
 本実施形態に係るジルコニア焼結体は、前記ジルコニア焼結体の製造方法により、好適に製造することができる。
 本実施形態に係るジルコニア焼結体は、結晶相に含まれる単斜晶相率が1%以上3%以下、正方晶相率が77%以上94%以下、立方晶相率が5%以上20%以下である。前記単斜晶相率は、1%以上3%以下であり、1.1%以上2.5%以下が好ましく、1.2%以上2%以下がより好ましい。前記正方晶相率は、77%以上94%以下であり、79.5%以上91.9%以下が好ましく、82%以上90.8%以下がより好ましい。前記立方晶相率は、5%以上20%以下であり、7%以上18%以下が好ましく、8%以上16%以下がより好ましい。
 前記ジルコニア焼結体は、結晶相に含まれる単斜晶相率が1%以上3%以下、正方晶相率が77%以上94%以下、立方晶相率が5%以上20%以下となるため、イットリアの分散状態が特定状態となっており、高強度である。
 前記ジルコニア焼結体に含まれる結晶相の各相率は、前記ジルコニア粉末に含まれる結晶相の各相率と同様にして求められる値である。
 前記ジルコニア焼結体は、3点曲げ強度が1200MPa以上であることが好ましく、1300MPa以上であることがより好ましく、1350MPa以上であることがさらに好ましく、1400MPa以上であることが特に好ましい。また、前記3点曲げ強度は、大きいほど好ましいが、例えば、1500MPa以下、1450MPa以下、1410MPa以下等とすることができる。前記3点曲げ強度が1200MPa以上であると、高強度であるといえる。
 前記3点曲げ強度の測定方法の詳細は、実施例に記載の方法による。
 前記ジルコニア焼結体は、Fe、V、Er、Mn、Co、Cr、Tb、Zn、及び、Tiからなる群より選ばれる1種以上を含んでいてもよい。Fe、V、Er、Mn、Co、Cr、Tb、Zn、及び、Tiからなる群より選ばれる1種以上を着色元素として含むと、好適に着色することができる。
 前記着色元素の形態は特に限定されず、酸化物、塩化物などの形態で添加することができる。前記着色元素を含む着色剤としては、具体的には、例えば、Fe、V、Er、MnO、CoO、Cr、Tb、ZnO、TiO等が挙げられる。
<第1の黒系>
 ジルコニア焼結体を黒系に着色する場合、Feを0.4~1.0質量%、CoOを0.9~1.5質量%、Crを1.0~1.6質量%、TiOを0.5~0.9質量%含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が4以上8以下であり、a*が-2以上2以下であり、b*が-3以上1以下であることが好ましい。
 前記Feの含有量は、0.5~0.9質量%がより好ましく、0.6~0.8質量%がさらに好ましい。
 前記CoOの含有量は、1.0~1.4質量%がより好ましく、1.1~1.3質量%がさらに好ましい。
 前記Crの含有量は、1.1~1.5質量%がより好ましく、1.2~1.4質量%がさらに好ましい。
 前記TiOの含有量は、0.55~0.85質量%がより好ましく、0.6~0.8質量%がさらに好ましい。
 前記L*は、4.5以上7以下がより好ましく、5以上6.5以下がさらに好ましい。
 前記a*は、-1.5以上1以下がより好ましく、-1以上0以下がさらに好ましい。
 前記b*は、-2以上0以下がより好ましく、-1.5以上-0.5以下がさらに好ましい。
 前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
<第2の黒系>
 ジルコニア焼結体を異なる系統の黒系に着色する場合、CoOを0.9~1.5質量%、Crを1.0~1.6質量%、MnOを0.8~1.4質量%を含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が6以上12以下であり、a*が-4以上0以下であり、b*が-3以上1以下であることが好ましい。
 前記CoOの含有量は、1.0~1.4質量%がより好ましく、1.1~1.3質量%がさらに好ましい。
 前記Crの含有量は、1.1~1.5質量%がより好ましく、1.2~1.4質量%がさらに好ましい。
 前記MnOの含有量は、0.9~1.3質量%がより好ましく、1.0~1.2質量%がさらに好ましい。
 前記L*は、7以上11以下がより好ましく、8以上9以下がさらに好ましい。
 前記a*は、-3.5以上-0.5以下がより好ましく、-2以上-1以下がさらに好ましい。
 前記b*は、-2以上0以下がより好ましく、-1.5以上-0.5以下がさらに好ましい。
 前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
 <第3の黒系>
 ジルコニア焼結体を異なる系統の黒系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下の条件下では、MnOを0.2~0.5質量%を含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が6以上18以下であり、a*が0以上6以下であり、b*が-5以上1以下であることが好ましい。
 前記MnOの含有量は、0.25~0.45質量%がより好ましく、0.3~0.4質量%がさらに好ましい。
 前記L*は、8以上16以下がより好ましく、10以上14以下がさらに好ましい。
 前記a*は、1以上5以下がより好ましく、2以上4以下がさらに好ましい。
 前記b*は、-4以上0以下がより好ましく、-3以上-1以下がさらに好ましい。
 前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
<白系>
 ジルコニア焼結体を白系に着色する場合、ZnOを0.15~0.35質量%含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が85以上91以下であり、a*が-2以上2以下であり、b*が-1以上3以下であることが好ましい。
 前記ZnOの含有量は、0.2~0.3質量%がより好ましく、0.22~0.28質量%がさらに好ましい。
 前記L*は、86以上90以下がより好ましく、87以上89以下がさらに好ましい。
 前記a*は、-1.5以上1以下がより好ましく、-1以上0以下がさらに好ましい。
 前記b*は、0以上2.5以下がより好ましく、1以上2以下がさらに好ましい。
 前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
<第1の灰色系>
 ジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%未満の条件下(アルミナを実質的に含有しない条件下)では、MnOを0.03~0.06質量%含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が33以上39以下であり、a*が2以上8以下であり、b*が-3以上3以下であることが好ましい。
 前記MnOの含有量は、0.035~0.055質量%がより好ましく、0.04~0.05質量%がさらに好ましい。
 前記L*は、34以上38以下がより好ましく、35以上37以下がさらに好ましい。
 前記a*は、3以上7以下がより好ましく、4以上6以下がさらに好ましい。
 前記b*は、-2以上2以下がより好ましく、-1以上1以下がさらに好ましい。
 前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
<第2の灰色系>
 ジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下の条件下では、MnOを0.02~0.05質量%含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が36以上42以下であり、a*が1以上7以下であり、b*が-4以上2以下であることが好ましい。
 前記MnOの含有量は、0.025~0.045質量%がより好ましく、0.03~0.04質量%がさらに好ましい。
 前記L*は、37以上41以下がより好ましく、38以上40以下がさらに好ましい。
 前記a*は、2以上6以下がより好ましく、3以上5以下がさらに好ましい。
 前記b*は、-3以上1以下がより好ましく、-2以上0以下がさらに好ましい。
 前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
<第3の灰色系>
 ジルコニア焼結体を異なる系統の灰色系に着色する場合、Crを0.02~0.1質量%含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が35以上47以下であり、a*が0以上6以下であり、b*が5以上15以下であることが好ましい。
 前記Crの含有量は、0.04~0.08質量%がより好ましく、0.05~0.07質量%がさらに好ましい。
 前記L*は、37以上45以下がより好ましく、39以上43以下がさらに好ましい。
 前記a*は、1以上5以下がより好ましく、2以上4以下がさらに好ましい。
 前記b*は、7以上13以下がより好ましく、9以上12以下がさらに好ましい。
 前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
<第1の茶色系>
 ジルコニア焼結体を茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下の条件下では、Feを0.12~0.23質量%含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が60以上70以下であり、a*が3以上9以下であり、b*が23以上33以下であることが好ましい。
 前記Feの含有量は、0.14~0.21質量%がより好ましく、0.16~0.2質量%がさらに好ましい。
 前記L*は、62以上68以下がより好ましく、63以上67以下がさらに好ましい。
 前記a*は、4以上8以下がより好ましく、5以上7以下がさらに好ましい。
 前記b*は、25以上31以下がより好ましく、26以上30以下がさらに好ましい。
 前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
<第2の茶色系>
 ジルコニア焼結体を茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%未満の条件下(アルミナを実質的に含有しない条件下)では、Feを0.12~0.23質量%含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が46以上56以下であり、a*が7以上13以下であり、b*が23以上33以下であることが好ましい。
 前記Feの含有量は、0.14~0.21質量%がより好ましく、0.16~0.2質量%がさらに好ましい。
 前記L*は、47以上55以下がより好ましく、49以上53以下がさらに好ましい。
 前記a*は、8以上12以下がより好ましく、9以上11.5以下がさらに好ましい。
 前記b*は、25以上31以下がより好ましく、27以上30以下がさらに好ましい。
 前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
<第3の茶色系>
 ジルコニア焼結体を第1の茶色よりも深い色合いの茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下の条件下では、Feを0.23~0.40質量%含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が49以上59以下であり、a*が6以上12以下であり、b*が25以上35以下であることが好ましい。
 前記Feの含有量は、0.25~0.35質量%がより好ましく、0.28~0.32質量%がさらに好ましい。
 前記L*は、51以上57以下がより好ましく、52以上56以下がさらに好ましい。
 前記a*は、7以上11以下がより好ましく、8以上10.5以下がさらに好ましい。
 前記b*は、27以上33以下がより好ましく、28以上32以下がさらに好ましい。
 前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
 <青色系>
 ジルコニア焼結体を異なる系統の青系に着色する場合、アルミナの含有量が1質量%以上3質量%以下の条件下では、CoOを0.3~1.0質量%を含み、L*a*b*表色系で規定されるL*が27以上39以下であり、a*が-5以上2以下であり、b*が-45以上-33以下であることが好ましい。
 前記CoOの含有量は、0.4~0.8質量%がより好ましく、0.5~0.7質量%がさらに好ましい。
 前記L*は、29以上37以下がより好ましく、31以上36以下がさらに好ましい。
 前記a*は、-4以上1以下がより好ましく、-3以上0以下がさらに好ましい。
 前記b*は、-42以上-35以下がより好ましく、-41以上-37以下がさらに好ましい。
 前記酸化物を前記範囲内で含むと、L*a*b*表色系で規定されるL*、a*、b*を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
 なお、L*a*b*表色系は、国際照明委員会(CIE)が1976年に推奨した色空間であり、CIE1976(L*a*b*)表色系と称される色空間のことを意味している。また、L*a*b*表色系は、日本工業規格では、JIS Z 8729に規定されている。
 以上、本実施形態に係るジルコニア焼結体について説明した。
 以下、本発明に関し実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例において得られたジルコニア粉末中には、不可避不純物として酸化ハフニウムを酸化ジルコニウムに対して1.3~2.5質量%含有(下記式(X)にて算出)している。
<式(X)>
 ([酸化ハフニウムの質量]/([酸化ジルコニウムの質量]+[酸化ハフニウムの質量]))×100(%)
[ジルコニア粉末の作製]
 (実施例1)
 塩基性硫酸ジルコニウム(酸化ジルコニウムとして100g含有)を水1000g中に分散し、塩基性硫酸ジルコニウムスラリーとした。また、濃度5%のイットリアゾル溶液(第一稀元素化学工業株式会社製、イットリアゾルの平均粒子径:30nm)をジルコニアに対して3mol%となるように計り取った。なお、イットリアゾルの平均粒子径は、ゼータサイザーナノZS(スペクトリス(株)製)により求めた値である。具体的には、下記の通りである。
 機種:ゼータサイザーナノZS(スペクトリス(株)製)
 測定濃度:金属酸化物換算で30%
 測定温度:25℃
 散乱角度:173°
 塩基性硫酸ジルコニウムスラリーを撹拌しながら、計り取ったイットリアゾル溶液を3時間かけて滴下し、混合した。これにより混合液を得た。
 次に、混合液に、25重量%水酸化ナトリウム水溶液をpHが13.5となるまで添加して沈殿物を得た。
 次に、生成した沈殿物を固液分離し、水洗して回収した。
 次に、回収した固形分を大気中1100℃で2時間焼成し、ジルコニウム酸化物を得た。昇温速度は、100℃/時とした。
 得られたジルコニウム酸化物に一次粒子の平均粒子径0.1μmのアルミナ粉末をジルコニウム酸化物に対して0.25質量%加え、水を分散媒とした湿式ボールミルにて30時間粉砕混合した。得られたスラリーを120℃にて恒量となるまで乾燥し、実施例1に係るジルコニア粉末を得た。
 (実施例2)
 焼成温度を1200℃に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で実施例2に係るジルコニア粉末を得た。
 (実施例3)
 焼成温度を1170℃に変更し、ボールミル粉砕時間を40時間に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で実施例3に係るジルコニア粉末を得た。
 (実施例4)
 アルミナ粉末添加量を0.1質量%に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で実施例4に係るジルコニア粉末を得た。
 (実施例5)
 イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して2.6mol%に変更したこと、アルミナ粉末の添加の際に、さらに、着色剤としてFe粉末を0.7質量%、CoO粉末を1.2質量%、Cr粉末を1.3質量%、TiO粉末を0.7質量%加えたこと、焼成温度を1170℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を40時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例5に係るジルコニア粉末を得た。
 (実施例6)
 イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して2.6mol%に変更したこと、アルミナ粉末の添加量を0.70質量%に変更したこと、アルミナ粉末の添加の際に、さらに、着色剤としてCoO粉末を1.2質量%、Cr粉末を1.3質量%、MnO粉末を1.1質量%加えたこと、焼成温度を1170℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を40時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例6に係るジルコニア粉末を得た。
 (実施例7)
 イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して2.6mol%に変更したこと、アルミナ粉末の添加の際に、さらに、着色剤としてZnO粉末を0.25質量%加えたこと、焼成温度を1170℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を40時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例7に係るジルコニア粉末を得た。
 (実施例8)
イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して3.2mol%に変更したこと、アルミナ粉末添加量を0.1質量%に変更したこと、さらに、着色剤としてCr粉末を0.05質量%加えたこと、焼成温度を1170℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を40時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例8に係るジルコニア粉末を得た。
 (実施例9)
 イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して3.2mol%に変更したこと、及び、アルミナ粉末を添加しない代わりに、着色剤としてMnO粉末を0.045質量%加えたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例9に係るジルコニア粉末を得た。
 (実施例10)
 イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して3.2mol%に変更したこと、アルミナ粉末の添加量を0.10質量%に変更したこと、アルミナ粉末の添加の際に、さらに、着色剤としてMnO粉末を0.035質量%加えたこと、焼成温度を1170℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を40時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例10に係るジルコニア粉末を得た。
 (実施例11)
 イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して3.2mol%に変更したこと、アルミナ粉末の添加量を0.10質量%に変更したこと、アルミナ粉末の添加の際に、さらに、着色剤としてMnO粉末を0.32質量%加えたこと、焼成温度を1170℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を40時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例11に係るジルコニア粉末を得た。
 (実施例12)
 イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して3.2mol%に変更したこと、及び、アルミナ粉末の添加の際に、さらに、着色剤としてFe粉末を0.18質量%加えたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例12に係るジルコニア粉末を得た。
 (実施例13)
 イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して3.2mol%に変更したこと、アルミナ粉末の添加量を0.10質量%に変更したこと、アルミナ粉末の添加の際に、さらに、着色剤としてFe粉末を0.18質量%加えたこと、焼成温度を1170℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を40時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例13に係るジルコニア粉末を得た。
 (実施例14)
 イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して3.2mol%に変更したこと、及び、アルミナ粉末を添加しない代わりに、着色剤としてFe粉末を0.18質量%加えたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例14に係るジルコニア粉末を得た。
 (実施例15)
 イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して3.2mol%に変更したこと、アルミナ粉末の添加の際に、さらに、着色剤としてFe粉末を0.3質量%加えたこと、焼成温度を1170℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を40時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例15に係るジルコニア粉末を得た。
 (実施例16)
 イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して2.6mol%に変更したこと、アルミナ粉末の添加量を1.85質量%に変更したこと、さらに、着色剤としてCoO粉末を0.6質量%加えたこと、焼成温度を1170℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を40時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例16に係るジルコニア粉末を得た。
 (比較例1)
 イットリアゾル溶液の滴下時間を1分間に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で比較例1に係るジルコニア粉末を得た。
 (比較例2)
 イットリアゾル溶液の代わりに、同濃度の塩化イットリウム溶液を用いたこと以外は実施例1と同様の方法で比較例2に係るジルコニア粉末を得た。
 (比較例3)
 イットリアゾル溶液の代わりに、イットリア量として同量のイットリア粉末を用いたこと以外は実施例1と同様の方法で比較例3に係るジルコニア粉末を得た。
 (比較例4)
 イットリアゾル溶液を平均粒径が3nmのイットリアゾル溶液に変更したこと以外は実施例4と同様の方法で比較例4に係るジルコニア粉末を得た。
[ジルコニア粉末の組成測定]
 実施例、比較例のジルコニア粉末の組成(酸化物換算)を、ICP-AES(「ULTIMA-2」HORIBA製)を用いて分析した。表1に示す。
[結晶相の同定]
 実施例、比較例のジルコニア粉末について、X線回折装置(「RINT2500」リガク製)を用い、X線回折スペクトルを得た。測定条件は下記の通りとした。
<測定条件>
  測定装置:X線回折装置(リガク製、RINT2500)
  線源:CuKα線源
  管電圧:50kV
  管電流:300mA
  走査速度:2θ=26~36°:4°/分
       2θ=72~76°:1°/分
 その後、X線回折スペクトルから、結晶相の同定を行った。ジルコニア系多孔質体に含まれる結晶相の各相率は、以下の計算式で求めた。
 単斜晶相率(%)=(Im(111)+Im(11-1))/(Im(111)+Im(11-1)+It(101)+Ic(111))×100
 正方晶相率(%)=(100%-単斜晶相(%))×((It(004)+It(220)/(It(004)+It(220)+Ic(004))×100
 立方晶相率(%)=(100%-単斜晶相(%))×((Ic(004)/(It(004)+It(220)+Ic(004))×100
 ここで、Im(111)は単斜晶相の(111)の回折強度、Im(11-1)は単斜晶相の(11-1)の回折強度である。
 It(101)は正方晶相の(101)の回折強度、It(220)は正方晶相の(220)の回折強度、It(004)は正方晶相の(004)の回折強度である。
 Ic(004)は立方晶相の(004)の回折強度、Ic(111)は立方晶相の(111)の回折強度である。
 ジルコニアの単斜晶相と、正方晶相及び立方晶相との判別はXRDスペクトルの2θ=26~36°付近で行った。正方晶相と立方晶相との判別はXRDスペクトルの2θ=72~76°付近で行った。立方晶相は安定化剤の添加量や製法によって歪むことがあり、ピーク位置がシフトする場合があるが、本実施例では正方晶相の(004)と(220)の間のピークを立方晶相のピークと捉え算出した。結果を表1に示す。
[平均粒子径]
 実施例、比較例のジルコニア粉末の平均粒子径を、レーザー回折式粒子径分布測定装置「SALD-2000」(島津製作所社製)を用いて測定した。より詳細には、サンプル0.15gと40mlの0.2%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液とを50mlビーカーに投入し、卓上超音波洗浄機「W-113」(本多電子株式会社製)で5分間分散した後、装置(レーザー回折式粒子径分布測定装置(「SALD-2000」島津製作所社製))に投入して測定した。結果を表1に示す。
[比表面積の測定]
 実施例、比較例のジルコニア粉末の比表面積を、比表面積計(「マックソーブ」マウンテック製)を用いてBET法にて測定した。結果を表1に示す。
[成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結した焼結体の結晶相比率]
 実施例、比較例のジルコニア粉末を、成型圧0.8t/cmで成型した。その後、常圧(1気圧)下、1450℃2時間の条件で焼結した。得られた焼結体の結晶相比率を、上記「結晶相の同定」と同様にして求めた。結果を表1に示す。
[成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結した焼結体の3点曲げ強度]
 実施例、比較例のジルコニア粉末を、成型圧0.8t/cmで成型した。その後、常圧(1気圧)下、1450℃2時間の条件で焼結した。得られた焼結体の3点曲げ強度を、JIS R 1601の3点曲げ強さに準拠して測定した。結果を表1に示す。
[成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結した焼結体の相対焼結密度]
 実施例、比較例のジルコニア粉末を、成型圧0.8t/cmで成型した。その後、常圧(1気圧)下、1450℃2時間の条件で焼結した。その後、得られた焼結体の相対焼結密度を下記式(1)に従って求めた。
 前記相対焼結密度は、下記式(1)で表される相対焼結密度のことをいう。
  相対焼結密度(%)=(焼結密度/理論焼結密度)×100・・・(1)
 ここで、理論焼結密度(ρとする)は、下記式(2-1)によって算出される値である。
  ρ=100/[(Y/3.987)+(100-Y)/ρz]・・・(2-1)
 ただし、ρzは、下記式(2-2)によって算出される値である。
  ρz=[124.25(100-X)+225.81X]/[150.5(100+X)AC]・・・(2-2)
 ここで、X及びYはそれぞれ、イットリア濃度(mol%)及びアルミナ濃度(質量%)である。また、A及びCはそれぞれ、下記式(2-3)及び(2-4)によって算出される値である。
  A=0.5080+0.06980X/(100+X)・・・(2-3)
  C=0.5195-0.06180X/(100+X)・・・(2-4)
 式(1)において、理論焼結密度は、粉末の組成によって変動する。本実施例では、3mol%であるので6.092g/cmである。なお、この理論焼結密度は、アルミナ量0.25%を加味している。焼結密度は、アルキメデス法にて計測した。
 着色剤を添加した場合は、アルミナ添加と同様に計算した。
[焼結体の色調]
 実施例5~13のジルコニア粉末を、成型圧0.8t/cmで成型した。その後、常圧(1気圧)下、1450℃2時間の条件で焼結した。得られた焼結体の色調を、色彩色差計(商品名:CM-3500d、コニカミノルタ社製)を用いて測定した。なお、実施例5~13以外の実施例、比較例は、着色剤を添加していないため、色調を測定していない。結果を表1に示す。
 (参考例1)
 実施例1のジルコニア粉末を、成型圧0.5t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結し、参考例1の焼結体を得た。
参考例1の焼結体の結晶相を同定した。また、3点曲げ強度、相対焼結密度を測定した。
結晶相の同定方法、3点曲げ強度の測定方法、相対焼結密度の求め方については、上記と同様とした。結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

Claims (31)

  1.  イットリアを2.5mol%以上3.5mol%以下含み、
     比表面積が5m/g以上20m/g以下であり、
     結晶相に含まれる単斜晶相率が20%以上40%以下であり、正方晶相率が60%以上80%以下であり、
     成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結した焼結体の結晶相に含まれる単斜晶相率が1%以上3%以下、正方晶相率が77%以上94%以下、立方晶相率が5%以上20%以下となることを特徴とするジルコニア粉末。
  2.  成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結した焼結体の3点曲げ強度が1200MPa以上となることを特徴とする請求項1に記載のジルコニア粉末。
  3.  成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結した焼結体の3点曲げ強度が1300MPa以上となることを特徴とする請求項1に記載のジルコニア粉末。
  4.  成型圧0.8t/cmで成型した後、1450℃2時間の条件で焼結した焼結体の3点曲げ強度が1400MPa以上となることを特徴とする請求項1に記載のジルコニア粉末。
  5.  Fe、V、Er、Mn、Co、Cr、Tb、Zn、及び、Tiからなる群より選ばれる1種以上を含むことを特徴とする請求項1~4のいずれか1に記載のジルコニア粉末。
  6.  着色剤として、Feを0.4~1.0質量%、CoOを0.9~1.5質量%、Crを1.0~1.6質量%、TiOを0.5~0.9質量%含むことを特徴とする請求項1~4のいずれか1に記載のジルコニア粉末。
  7.  着色剤として、CoOを0.9~1.5質量%、Crを1.0~1.6質量%、MnOを0.8~1.4質量%を含むことを特徴とする請求項1~4のいずれか1に記載のジルコニア粉末。
  8.  着色剤として、ZnOを0.15~0.35質量%含むことを特徴とする請求項1~4のいずれか1に記載のジルコニア粉末。
  9.  着色剤として、Crを0.02~0.1質量%含むことを特徴とする請求項1~4のいずれか1に記載のジルコニア粉末。
  10.  アルミナの含有量が0.005質量%未満であり、
     着色剤として、MnOを0.03~0.06質量%を含むことを特徴とする請求項1~4のいずれか1に記載のジルコニア粉末。
  11.  アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下であり、
     着色剤として、MnOを0.02~0.05質量%を含むことを特徴とする請求項1~4のいずれか1に記載のジルコニア粉末。
  12.  アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下であり、
     着色剤として、MnOを0.2~0.5質量%含むことを特徴とする請求項1~4のいずれか1に記載のジルコニア粉末。
  13.  アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下であり、
     着色剤として、Feを0.12~0.40質量%含むことを特徴とする請求項1~4のいずれか1に記載のジルコニア粉末。
  14.  アルミナの含有量が0.005質量%未満であり、
     着色剤として、Feを0.12~0.23質量%含むことを特徴とする請求項1~4のいずれか1に記載のジルコニア粉末。
  15.  アルミナの含有量が1質量%以上3質量%以下であり、
     着色剤として、CoOを0.3~1.0質量%含むことを特徴とする請求項1~4のいずれか1に記載のジルコニア粉末。
  16.  請求項1~15のいずれか1に記載のジルコニア粉末の製造方法であって、
     塩基性硫酸ジルコニウムとイットリアゾル溶液とを混合する工程Aと、
     前記工程Aの後、塩基を混合する工程Bとを有することを特徴とするジルコニア粉末の製造方法。
  17.  請求項1~15のいずれか1に記載のジルコニア粉末を、成型圧0.7t/cm以上0.9t/cm以下で成型し、成型体を得る工程Xと、
     前記工程Xの後、前記成型体を1300℃以上1500℃以下、1時間以上5時間以下の条件で焼結する工程Yとを有することを特徴とするジルコニア焼結体の製造方法。
  18.  得られるジルコニア焼結体の3点曲げ強度が1200MPa以上となることを特徴とする請求項17に記載のジルコニア焼結体の製造方法。
  19.  結晶相に含まれる単斜晶相率が1%以上3%以下、正方晶相率が77%以上94%以下、立方晶相率が5%以上20%以下であることを特徴とするジルコニア焼結体。
  20.  請求項17又は18に記載のジルコニア焼結体の製造方法により製造されたことを特徴とする請求項19に記載のジルコニア焼結体。
  21.  Fe、V、Er、Mn、Co、Cr、Tb、Zn、及び、Tiからなる群より選ばれる1種以上を含むことを特徴とする請求項19又は20に記載のジルコニア焼結体。
  22.  Feを0.4~1.0質量%、CoOを0.9~1.5質量%、Crを1.0~1.6質量%、TiOを0.5~0.9質量%含み、
     L*a*b*表色系で規定されるL*が4以上8以下であり、a*が-2以上2以下であり、b*が-3以上1以下であることを特徴とする請求項19又は20に記載のジルコニア焼結体。
  23.  CoOを0.9~1.5質量%、Crを1.0~1.6質量%、MnOを0.8~1.4質量%を含み、
     L*a*b*表色系で規定されるL*が6以上12以下であり、a*が-4以上0以下であり、b*が-3以上1以下であることを特徴とする請求項19又は20に記載のジルコニア焼結体。
  24.  ZnOを0.15~0.35質量%含み、
     L*a*b*表色系で規定されるL*が85以上91以下であり、a*が-2以上2以下であり、b*が-1以上3以下であることを特徴とする請求項19又は20に記載のジルコニア焼結体。
  25.  Crを0.02~0.1質量%含み、
     L*a*b*表色系で規定されるL*が35以上47以下であり、a*が0以上6以下であり、b*が5以上15以下であることを特徴とする請求項19又は20に記載のジルコニア焼結体。
  26.  アルミナの含有量が0.005質量%未満であり、
     MnOを0.03~0.06質量%を含み、
     L*a*b*表色系で規定されるL*が33以上39以下であり、a*が2以上8以下であり、b*が-3以上3以下であることを特徴とする請求項19又は20に記載のジルコニア焼結体。
  27.  アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下であり、
     MnOを0.02~0.05質量%を含み、
     L*a*b*表色系で規定されるL*が36以上42以下であり、a*が1以上7以下であり、b*が-4以上2以下であることを特徴とする請求項19又は20に記載のジルコニア焼結体。
  28.  アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下であり、
     MnOを0.2~0.5質量%を含み、
     L*a*b*表色系で規定されるL*が6以上18以下であり、a*が0以上6以下であり、b*が-5以上1以下であることを特徴とする請求項19又は20に記載のジルコニア焼結体。
  29.  アルミナの含有量が0.005質量%以上2質量%以下であり、
     Feを0.12~0.40質量%含み、
     L*a*b*表色系で規定されるL*が49以上70以下であり、a*が3以上12以下であり、b*が23以上35以下であることを特徴とする請求項19又は20に記載のジルコニア焼結体。
  30.  アルミナの含有量が0.005質量%未満であり、
     Feを0.12~0.23質量%含み、
     L*a*b*表色系で規定されるL*が46以上56以下であり、a*が7以上13以下であり、b*が23以上33以下であることを特徴とする請求項19又は20に記載のジルコニア焼結体。
  31.  アルミナの含有量が1質量%以上3質量%以下であり、
     CoOを0.3~1.0質量%含み、
     L*a*b*表色系で規定されるL*が27以上39以下であり、a*が-5以上2以下であり、b*が-45以上-33以下であることを特徴とする請求項19又は20に記載のジルコニア焼結体。
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