JPH03242372A

JPH03242372A - 金色ジルコニアセラミックスおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH03242372A
Application number: JP2038727A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Onuma; 大沼　正之
Original assignee: JGC Corp
Current assignee: JGC Corp
Priority date: 1990-02-20
Filing date: 1990-02-20
Publication date: 1991-10-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、時計用ケース、時計バンド、時計用文字板
、ハンドバッグ金具部品、ネクタイピン等の装飾用部材
、タイヤのスパイク、靴のスパイク、各種構造部材等の
機械部材、光フアイバ用フェルール、電子部品用基板等
のセラミックス電子部材などの各種セラミックス部材に
使用される金色ジルコニアセラミックスの製造方法に関
する。

「従来の技術およびその課題」近時、セラミックスに着色を施し、装飾用などの新しい
分野でセラミックスを利用すべく、種々の着色セラミッ
クスが研究されてきている。

この着色セラミックスのうち、金色のセラミックスの製
造方法としては、酸化チタンをアンモニアガス中で焼成
し、更に窒素ガス中で焼結する窒化チタンの製造方法が
知られている。

しかし、このようにして得られる１００％窒化チタンは
硬度が高いために鏡面研磨が困難で、装飾用部材の材料
としては好適とは言えない。

一方、窒化チタン以外の金色セラミックスとして、ジル
コニアを主材とし、高温高圧条件下で表層のみを窒化ジ
ルコニウム化し、金色に着色させる方法も提案されてい
る。しかし、この方法では、前述した如く高温高圧条件
下で処理しなければならないために特殊な装置を必要と
し、従って、当然製造コストが高くなってしまう問題が
あった。

また得られる金色セラミックスは表層のみが金色に着色
されたものであって、これを切断あるいは研磨した場合
、その研磨面や切断面が金色とならないために、焼結体
を切断、研磨して所望の形状の部材を作製する用途には
使用することができない問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、鏡面研磨
加工や切断加工が容易に可能で、比較的低温低圧の条件
で焼結が可能であり、かつ焼結体全体にわたり均一な金
色に着色可能な金色ジルコニアセラミックスおよびその
製造方法の提供を目的としている。

「課題を解決するための手段」上記目的を達成するためにこの発明に係わる金色ジルコ
ニアセラミックスは、酸化ジルコニウムに、酸化イツト
リウムが３〜６ｍｏｌ％添加され、かつ酸化チタンが酸
化ジルコニウムと酸化イツトリウムの合計重量に対し１
０〜３０ｗｔ％添加されてなり、酸化チタンの一部が還
元窒化されたものである。

また上記金色ジルコニアセラミックスの製造方法として
は、酸化ジルコニウムに、酸化イツトリウムを３〜６ｍ
ｏｌ％添加し、酸化チタンを酸化ジルコニウムと酸化イ
ツトリウムの合計重量に対し１０〜３０ｗｔ％添加し、
炭素を酸化チタンの重量に対し１０〜２５ｗｔ％添加し
てなる材料を、窒素ガス雰囲気中、１３００〜ｌ５００
℃の条件で焼成する方法が望ましい。

以下、この発明をさらに詳細に説明する。

この発明の金色ジルコニアセラミックスは、酸化ジルコ
ニウム（以下、ジルコニアという）に、酸化イツトリウ
ム（以下、イツトリアという）および酸化チタン（以下
、チタニアという）が添加されてなり、チタニアの一部
が還元窒化され、イツトリアおよびチタニアを含有する
ジルコニアセラミックス中に、窒化チタンが均一な状態
で分散されたものである。

ジルコニアの強じん性は、応力印加された場合、結晶系
が正方晶系から単斜晶系にマルテンサイト相変態するこ
とに由来する。正方品系・単斜晶系の混晶系ジルコニア
を部分安定化させるため、イツトリアの添加が行なわれ
る。又、チタニアの添加でも部分安定化の効果があると
推定されている。

このジルコニアセラミックス中に添加されるイツトリア
の量は３〜６鴎ｏ１％とされる。イツトリアの添加量が
３ｍｏ１％未満であると、イツトリアによる部分安定化
効果が弱くなり、ジルコニアセラミックスの焼結体に亀
裂を生じてしまうことになる。また、添加量が６＋ｉｏ
１％以上であると、イツトリウムジルコニウム酸化物の
偏析が生じ、ジルコニアセラミックスの強度低下を招い
てしまう。

またチタニアは、前述したジルコニアセラミックスの部
分安定化のためと、チタニアの還元窒化による窒化チタ
ンの生成によって、ジルコニアセラミックス焼結体全体
の金色化を計るために添加されるものであって、その添
加量は、ジルコニアとチタニアの合計重量に対し１０〜
３０ｗｔ％とされる。チタニアの添加量が１０ｗｔ％未
満であると、ジルコニアセラミックスの金色化が困難と
なり、均一な金色着色が得られない。また添加量が３０
ｗｔ％以上であると、後述する還元用の炭素が多く必要
となり、その結果、残存炭素量も多くなって、焼結体の
焼結密度が低下して、焼結体の鏡面研磨が困難になって
しまう。

このチタニア原料は、還元窒化を生じ易いものが望まし
く、ルチルよりもアナターゼが好ましく、特にゾル溶液
中に分散される平均粒径が約５００人の市販品などが好
適に使用される。

これらの添加材料をジルコニアに添加してジルコニアセ
ラミックスとし、かつチタニアを還元窒化する方法とし
ては、各セラミックス原料を混合し、更に還元剤として
炭素を添加して成形後、窒素ガス雰囲気中、１３００〜
１５００℃の条件で焼成する方法が望ましい。

次に、この発明に係わる金色ジルコニアセラミックスの
製造方法を説明する。

この方法では、まず、ジルコニア、イツトリア（ジルコ
ニアに対し３〜６　ｍｏ１％）、チタニア（ジルコニア
とイツトリアの合計重量に対し１０〜３０ｗｔ％）の各
原料粉末を均一に混合する。

これら原料粉末の混合において好適に使用される調製方
法の一例を記すと、各原料粉末を水またはエタノールな
どの有機溶媒と共にボールミルに入れて湿式粉砕し、さ
らに成形用バインダーを添加して、得られたスラリーを
スプレードライヤーで乾燥、造粒する。

次いで、得られた混合粉末に、チタニアの添加量に対し
１０〜２５ｗｔ％になるように粉末炭素を添加し、混合
する。

このチタニアに対する炭素の添加量が１０ｗｔ％未満で
あると、チタニアを十分に還元窒化することかできず焼
結体の色調が黒色となり、金色化できない。また炭素の
添加量が２５％以上であると、炭素が残存及びジルコニ
アの還元により色調が黒色化し、やはり金色化できない
。

次に、炭素を添加した混合材料を、板状、円板状、リン
グ状、ブロック状、筒状などの所望形状に成形する。

この混合材料の成形操作においては、所望の形状の金型
に上記混合粉末を入れ、１ｔｏｎ／ａｍ”程度の圧力で
成形する乾式成形法が好適に使用される。

また場合によっては、この乾式成形の後、ＣＩＰ（冷間
静水圧加圧）処理を施しても良い。

次いで、脱バインダー処理を実施した成形体を還元焼結
炉内に入れ、炉内を窒素ガスで満たし、更に窒素ガスを
流入させながら１３００〜１５００℃で１〜数時間の焼
成を行う。

この焼成温度が１３００℃未満であるとチタニアの還元
窒化による窒化チタンの生成が悪くなるとともに、焼結
が促進されず、焼結体の強度低下を招いてしまう。また
焼成温度が１５００℃以上であるとジルコニアの結晶系
が立方晶となり、前述した強じん性を失ってしまう。

この焼成によって、全体が金色に着色され、割れやクラ
ックの無い機械強度の優れた金色ジルコニアセラミック
スが得られる。得られた焼結体は、ジルコニアセラミッ
クス中に金色の窒化チタンが均一に分散されたものであ
って、通常のジルコニアセラミックス材料と同様にして
鏡面研磨や裁断を行うことができ、必要に応じて研磨や
裁断を施して時計用外装部品などの装飾材料あるいは電
子。

機械部品などの各種の部材として利用される。

また、このものは、窒化チタンが均一にジルコニアセラ
ミックス中に存在するので、従来のセラミックス材に比
較して比抵抗が大巾に低いので、放電加工等により、任
意形状の加工が容易となる。

「実施例」この発明に係わる製造方法に基づいて金色ジルコニアセ
ラミックスを作製した。

ジルコニア（３Ｙ）粉末２．８Ｋｇ、イツトリア粉末０
．２　Ｋｇ、チタニア粉末（６原産業社製　商品名ＣＳ
ゾル）１．ＯＫ、ｇ、分散剤２５ｇ、純水４．４Ｋｇを
容量１０Ｑのボールミルにいれ、４０時間粉砕混合した
後、バインダー４００ｇを加え、更に撹拌し、スラリー
を作製し、このスラリーをスプレードライヤーにて乾燥
、造粒した。

得られた造粒粉を適量取り出し、チタニアの添加量に対
し２０ｗｔ％となるように０．２　Ｋｇの粉末炭素を添
加し、乳鉢にて乾式混合した後、乾式プレス機で、圧力
１　ｔｏｎ／　ｃｍ”を加え、直径２０ｍａ＋。

厚さ４ｍｍの円板状に成形した。

得られた成形体を還元炉内に入れ、炉内を真空引きした
後、窒素ガスを導入してガス置換した後、窒素ガス流量
１ｆ２／ｍｉｎ、焼成温度１４００℃で５時間保持し、
焼成した。

得られた金色ジルコニアセラミックスの表面を鏡面研磨
し、全色度の色調を観察したところ、研磨面は十分な艶
をもち、その色調も装飾品として好ましい金色で、あっ
た。またこれを裁断して内部の着色状態を調べたところ
、内部に至るまで均一に着色されていた。

また、還元剤として添加する炭素の量を変えて焼結体の
色調の変化を調べた。その結果、添加する炭素の重量比
を変えると色調は変化し、金色の色調を得るのに必要な
添加炭素の重量は、チタニア添加量に対し１０〜２５ｗ
ｔ％であり、更に好ましくは１８〜２０ｗｔ％であった
。Ｘ線回折パターンから判断すると、炭素量がチタニア
に対し１０ｗｔ％未満であるとチタニアを十分に還元す
ることができず、また、炭素量が２５％以上であると炭
素が残存し、いずれの場合にも焼結体の色調が黒化した
。

なお、この発明の内容は上述の実施例に限定されること
なく、種々の改変が可能である。例えば、上記各実施例
では、混合粉末の造粒粉を乾式プレス機を用いて成形し
たが、この乾式プレス成形法の代わりに、ドクターブレ
ード法、押出成形法、射出成形法、鋳込み成形法等を用
いることも可能である。

「発明の効果」以上説明したように、この発明によれば、ジルコニアセ
ラミックス中に窒化チタンが均一に存在し、全体が金色
で、かつ強じん性のあるセラミックス材料を得ることが
できる。

また比較的低温低圧の条件で製造が可能であり、製造コ
ストを低減することができる。

さらに、窒化チタンが均一にジルコニアセラミックス中
に存在するので、従来のセラミックス材に比較して比抵
抗が大巾に低いので、放電加工等により、任意形状の加
工が容易となるなどの効果が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）酸化ジルコニウムに、酸化イットリウムが３〜６
ｍｏｌ％添加され、かつ酸化チタンが酸化ジルコニウム
と酸化イットリウムの合計重量に対し１０〜３０ｗｔ％
添加されてなり、酸化チタンの一部が還元窒化された金
色ジルコニアセラミックス。
（２）酸化ジルコニウムに、酸化イットリウムを３〜６
ｍｏｌ％添加し、酸化チタンを酸化ジルコニウムと酸化
イットリウムの合計重量に対し１０〜３０ｗｔ％添加し
、炭素を酸化チタンの重量に対し１０〜２５ｗｔ％添加
してなる材料を、窒素ガス雰囲気中、１３００〜１５０
０℃の条件で焼成することを特徴とする金色ジルコニア
セラミックスの製造方法。