JPH0335260B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0335260B2 JPH0335260B2 JP57213596A JP21359682A JPH0335260B2 JP H0335260 B2 JPH0335260 B2 JP H0335260B2 JP 57213596 A JP57213596 A JP 57213596A JP 21359682 A JP21359682 A JP 21359682A JP H0335260 B2 JPH0335260 B2 JP H0335260B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- zirconia
- powder
- mgo
- average particle
- thermal properties
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
本発明は機械的性質及び熱性質に優れたジルコ
ニア磁器の製造方法に関する。 従来、安定化剤としてMgOを含むジルコニア
磁器は、MgOを含むZrO2電融原料あるいはMgO
とZrO2粉末とを混合し、仮焼した合成原料等を
粉砕し、この粉砕粉を焼成することにより製造さ
れていた。 しかし、上述した方法では機械的性質及び熱的
性質に優れたジルコニア磁器を得ることができな
かつた。この原因としては以下のようなことを挙
げることができる。 () 安定化剤としてのMgOは古くから知られて
いるが、ZrO2中での固溶状態の安定性に欠け
るという欠点を持つている。これはMg2+イオ
ン半径の不適合性等によるものである。このた
め、上記方法によるジルコニア磁器の製造にお
いては、しばしば所定量のMgOを固溶させる
ことが困難であり、焼結体結晶組織の不均一を
招く。したがつて、センサ等として使用した場
合、安定したセンサ出力特性を得るのが困難で
あるうえ、熱衝撃等により破損が発生し、セン
サ寿命が限られていた。また、上述した理由に
より機械的強度はあまり強いとは言えず、構造
材料として用いられることはほとんどなかつ
た。 () 上記方法において、粉砕粉は焼結性が悪い
ため、焼結助剤を多量に添加して高温で焼成を
行なつていた。この結果、著しい結晶粒成長等
を起こし、結晶組織が微細でなくなるため、機
械的性質及び熱的性質が劣る原因となつてい
た。また、部分安定化によつてマイクロクラツ
ク等を存在させて耐熱衝撃性を向上させること
も試みられてきたが、結晶粒の成長とともにマ
イクロクラツクが増大し、しばしばクラツクの
発生源のなりマイナス要因となることがあつ
た。 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、結晶構造の均質化及び微細化を図ることによ
り機械的性質及び熱的性質に優れたジルコニア磁
器を製造し得る方法を提供しようとするものであ
る。 本発明者らはまず、MgOのZrO2格子中での固
溶状態を安定させる手法について種々検討した結
果、ジルコニア粉末と、予め共沈法等により
ZrO2格子中にMgOを固溶させたジルコニア化合
物粉末とを所定の割合で混合することにより安定
化剤であるMgOを添加し、この混合粉を成形し
焼成することによつてほぼ満足のいく機械的性質
及び熱的性質を有するジルコニア磁器が得られる
ことを究明した。これは、上述したような手法に
よれば、MgOのZrO2格子中での固溶状態が安定
しており、結晶組織が均質になるためであると考
えられる。 しかし、上述した手法を採用しただけではまだ
機械的性質及び熱的性質の劣るジルコニア磁器が
得られる場合があつた。これは得られるジルコニ
ア磁器の結晶組織が微細でないためであると考え
られる。 そこで、本発明者らは機械的性質及び熱的性質
が劣る場合について更に検討した結果、出発原料
として焼結性の良好な粒径の小さいものを用いる
ことによつて焼結温度を低下させて結晶粒の成長
を抑制することができ、微細な結晶構造を有し、
機械的性質及び熱的性質の優れたジルコニア磁器
が得られることを見出した。 すなわち、本発明のジルコニア磁器の製造方法
は、平均粒径2μｍ以下のジルコニア粉末と、共
沈法により得られた一般式nMgO・（100−ｎ）
ZrO2（ｎはモル％で15〜20）で表される平均粒径
2μｍ以下のジルコニア化合物粉末とをMgOの含
有率が７〜12mol％となるように混合し、成形し
た後、該成形体を焼成することを特徴とするもの
である。 本発明においてはジルコニア粉末とジルコニア
化合物粉末とを混合することが最も重要な要件で
あるが、MgOの含有率が７〜12mol％となるよ
うに混合すると規定したのは、MgOの含有率が
上記範囲を逸脱すると機械的性質及び熱的性質の
優れたジルコニア磁器が得られないためである。
なおMgOの含有率を上記範囲にするには、ジル
コニア化合物粉末中のMgOの含有率（ｎの値）
によつて異なるが、ジルコニア化合物粉末の混合
率を約30〜70wt％とすればよい。 本発明において、ジルコニア粉末及びジルコニ
ア化合物粉末の平均粒径を夫々2μｍ以下とした
のは、出発原料の平均粒径がこれらの値を超える
と焼結性が悪くなり、低温焼結ができないので、
結晶粒成長等によりジルコニア磁器の機械的性質
及び熱的性質が悪化するためである。 さらに、ジルコニア粉末及びジルコニア化合物
粉末の平均粒径が夫々1μｍ以下であることがよ
り好ましい（ここで、平均粒径とは２次粒子の平
均粒径をいう）。 本発明において焼成温度1500〜1700℃が適当で
ある。これは、1500℃未満では十分に焼結するこ
とができず、また、1700℃を超えると結晶粒成長
等によつてジルコニア磁器の機械的性質及び熱的
性質が悪化するためである。 なお、本発明において、出発原料中に不純物が
多く含まれると、ジルコニアとの反応により粒界
でのガラス層の形成等が起こり、焼結体の不均質
性を招き、機械的性質及び熱的性質を低下させる
ため、出発原料中の不純物含有率は0.5wt％以下
であることが望ましい。 以下、本発明の実施例を説明する。 第１表は実施例１〜13、参照例１〜３及び比較
例１〜７からなる。 下記第１表に示す平均粒径のジルコニア粉末
と、同表に示す平均粒径（0.8μｍ）の一般式
nMgO・（100−ｎ）ZrO2で表わされる共沈法に
よつて得られたジルコニア化合物粉末とを同表に
示す混合率で配合し、混合粉を得た。混合粉中の
MgOの含有率をモル％で、不純物の含有率を重
量％で計算し、夫々同表に併記する。 次に得られた各混合粉に結合剤としてポリビニ
ルアルコールを混合し、造粒した後、2.0ton／cm2
で加圧成形した。 つづいて、各成形体を空気中において下記表に
示す温度で２時間焼成した後、冷却してジルコニ
ア磁器を得た。 得られたジルコニア磁器について曲げ強さ、破
壊靭性値（KIC）及び耐熱衝撃値（ΔTC）を測定
し同表に併記する。 なお、曲げ強度は矩形状焼結体を研摩仕上げし
て得た５×５×60mmの寸法の試験片について３点
曲げ試験によつて測定した。また、破壊靭性値
（KIC）はビツカース法により試験片に荷重30Kgで
圧痕を形成してこの圧痕末端から伸びるクラツク
長を測定し、Evansらにより提案された計算法に
より算出した。また、耐熱衝撃値（ΔTC）は所定
の各温度で熱処理後、水中投下による急冷強度測
定法により、曲げ強度値が50％低下したときの熱
処理温度を臨界熱衝撃温度ΔTC（℃）とした。 なお、下記第１表中参照例１〜３はMgOと
ZrO2粉末とを混合し、仮焼した合成原料を粉砕
し、この粉砕粉を焼成する従来の方法により得ら
れたジルコニア磁器に関する同様なデータであ
る。
ニア磁器の製造方法に関する。 従来、安定化剤としてMgOを含むジルコニア
磁器は、MgOを含むZrO2電融原料あるいはMgO
とZrO2粉末とを混合し、仮焼した合成原料等を
粉砕し、この粉砕粉を焼成することにより製造さ
れていた。 しかし、上述した方法では機械的性質及び熱的
性質に優れたジルコニア磁器を得ることができな
かつた。この原因としては以下のようなことを挙
げることができる。 () 安定化剤としてのMgOは古くから知られて
いるが、ZrO2中での固溶状態の安定性に欠け
るという欠点を持つている。これはMg2+イオ
ン半径の不適合性等によるものである。このた
め、上記方法によるジルコニア磁器の製造にお
いては、しばしば所定量のMgOを固溶させる
ことが困難であり、焼結体結晶組織の不均一を
招く。したがつて、センサ等として使用した場
合、安定したセンサ出力特性を得るのが困難で
あるうえ、熱衝撃等により破損が発生し、セン
サ寿命が限られていた。また、上述した理由に
より機械的強度はあまり強いとは言えず、構造
材料として用いられることはほとんどなかつ
た。 () 上記方法において、粉砕粉は焼結性が悪い
ため、焼結助剤を多量に添加して高温で焼成を
行なつていた。この結果、著しい結晶粒成長等
を起こし、結晶組織が微細でなくなるため、機
械的性質及び熱的性質が劣る原因となつてい
た。また、部分安定化によつてマイクロクラツ
ク等を存在させて耐熱衝撃性を向上させること
も試みられてきたが、結晶粒の成長とともにマ
イクロクラツクが増大し、しばしばクラツクの
発生源のなりマイナス要因となることがあつ
た。 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、結晶構造の均質化及び微細化を図ることによ
り機械的性質及び熱的性質に優れたジルコニア磁
器を製造し得る方法を提供しようとするものであ
る。 本発明者らはまず、MgOのZrO2格子中での固
溶状態を安定させる手法について種々検討した結
果、ジルコニア粉末と、予め共沈法等により
ZrO2格子中にMgOを固溶させたジルコニア化合
物粉末とを所定の割合で混合することにより安定
化剤であるMgOを添加し、この混合粉を成形し
焼成することによつてほぼ満足のいく機械的性質
及び熱的性質を有するジルコニア磁器が得られる
ことを究明した。これは、上述したような手法に
よれば、MgOのZrO2格子中での固溶状態が安定
しており、結晶組織が均質になるためであると考
えられる。 しかし、上述した手法を採用しただけではまだ
機械的性質及び熱的性質の劣るジルコニア磁器が
得られる場合があつた。これは得られるジルコニ
ア磁器の結晶組織が微細でないためであると考え
られる。 そこで、本発明者らは機械的性質及び熱的性質
が劣る場合について更に検討した結果、出発原料
として焼結性の良好な粒径の小さいものを用いる
ことによつて焼結温度を低下させて結晶粒の成長
を抑制することができ、微細な結晶構造を有し、
機械的性質及び熱的性質の優れたジルコニア磁器
が得られることを見出した。 すなわち、本発明のジルコニア磁器の製造方法
は、平均粒径2μｍ以下のジルコニア粉末と、共
沈法により得られた一般式nMgO・（100−ｎ）
ZrO2（ｎはモル％で15〜20）で表される平均粒径
2μｍ以下のジルコニア化合物粉末とをMgOの含
有率が７〜12mol％となるように混合し、成形し
た後、該成形体を焼成することを特徴とするもの
である。 本発明においてはジルコニア粉末とジルコニア
化合物粉末とを混合することが最も重要な要件で
あるが、MgOの含有率が７〜12mol％となるよ
うに混合すると規定したのは、MgOの含有率が
上記範囲を逸脱すると機械的性質及び熱的性質の
優れたジルコニア磁器が得られないためである。
なおMgOの含有率を上記範囲にするには、ジル
コニア化合物粉末中のMgOの含有率（ｎの値）
によつて異なるが、ジルコニア化合物粉末の混合
率を約30〜70wt％とすればよい。 本発明において、ジルコニア粉末及びジルコニ
ア化合物粉末の平均粒径を夫々2μｍ以下とした
のは、出発原料の平均粒径がこれらの値を超える
と焼結性が悪くなり、低温焼結ができないので、
結晶粒成長等によりジルコニア磁器の機械的性質
及び熱的性質が悪化するためである。 さらに、ジルコニア粉末及びジルコニア化合物
粉末の平均粒径が夫々1μｍ以下であることがよ
り好ましい（ここで、平均粒径とは２次粒子の平
均粒径をいう）。 本発明において焼成温度1500〜1700℃が適当で
ある。これは、1500℃未満では十分に焼結するこ
とができず、また、1700℃を超えると結晶粒成長
等によつてジルコニア磁器の機械的性質及び熱的
性質が悪化するためである。 なお、本発明において、出発原料中に不純物が
多く含まれると、ジルコニアとの反応により粒界
でのガラス層の形成等が起こり、焼結体の不均質
性を招き、機械的性質及び熱的性質を低下させる
ため、出発原料中の不純物含有率は0.5wt％以下
であることが望ましい。 以下、本発明の実施例を説明する。 第１表は実施例１〜13、参照例１〜３及び比較
例１〜７からなる。 下記第１表に示す平均粒径のジルコニア粉末
と、同表に示す平均粒径（0.8μｍ）の一般式
nMgO・（100−ｎ）ZrO2で表わされる共沈法に
よつて得られたジルコニア化合物粉末とを同表に
示す混合率で配合し、混合粉を得た。混合粉中の
MgOの含有率をモル％で、不純物の含有率を重
量％で計算し、夫々同表に併記する。 次に得られた各混合粉に結合剤としてポリビニ
ルアルコールを混合し、造粒した後、2.0ton／cm2
で加圧成形した。 つづいて、各成形体を空気中において下記表に
示す温度で２時間焼成した後、冷却してジルコニ
ア磁器を得た。 得られたジルコニア磁器について曲げ強さ、破
壊靭性値（KIC）及び耐熱衝撃値（ΔTC）を測定
し同表に併記する。 なお、曲げ強度は矩形状焼結体を研摩仕上げし
て得た５×５×60mmの寸法の試験片について３点
曲げ試験によつて測定した。また、破壊靭性値
（KIC）はビツカース法により試験片に荷重30Kgで
圧痕を形成してこの圧痕末端から伸びるクラツク
長を測定し、Evansらにより提案された計算法に
より算出した。また、耐熱衝撃値（ΔTC）は所定
の各温度で熱処理後、水中投下による急冷強度測
定法により、曲げ強度値が50％低下したときの熱
処理温度を臨界熱衝撃温度ΔTC（℃）とした。 なお、下記第１表中参照例１〜３はMgOと
ZrO2粉末とを混合し、仮焼した合成原料を粉砕
し、この粉砕粉を焼成する従来の方法により得ら
れたジルコニア磁器に関する同様なデータであ
る。
【表】
上記表から明らかなように、比較例１、２、
６、７のジルコニア磁器はいずれもジルコニア粉
末とジルコニア化合物粉末との混合粉中のMgO
含有率が本発明方法の範囲外であるので、機械的
性質及び熱的性質が劣る。また、比較例３〜５の
ジルコニア磁器はジルコニア粉末の平均粒径が本
発明方法の範囲外であるので機械的性質及び熱的
性質が劣る。これに対して実施例１〜13のジルコ
ニア磁器はいずれも従来の方法により製造された
ジルコニア磁器（参照例１〜３）と比較して非常
に優れた機械的性質及び熱的性質を示した。 なお、実施例３、６及び９のジルコニア磁器は
不純物の含有率が多いので若干機械的性質及び熱
的性質が戻るが十分実用に耐え得るものであつ
た。 以上詳述した如く、本発明によれば機械的性質
及び熱的性質に優れたジルコニア磁器を製造し得
る方法を提供できるものである。
６、７のジルコニア磁器はいずれもジルコニア粉
末とジルコニア化合物粉末との混合粉中のMgO
含有率が本発明方法の範囲外であるので、機械的
性質及び熱的性質が劣る。また、比較例３〜５の
ジルコニア磁器はジルコニア粉末の平均粒径が本
発明方法の範囲外であるので機械的性質及び熱的
性質が劣る。これに対して実施例１〜13のジルコ
ニア磁器はいずれも従来の方法により製造された
ジルコニア磁器（参照例１〜３）と比較して非常
に優れた機械的性質及び熱的性質を示した。 なお、実施例３、６及び９のジルコニア磁器は
不純物の含有率が多いので若干機械的性質及び熱
的性質が戻るが十分実用に耐え得るものであつ
た。 以上詳述した如く、本発明によれば機械的性質
及び熱的性質に優れたジルコニア磁器を製造し得
る方法を提供できるものである。
Claims (1)
- １ 平均粒径2μｍ以下の主として単斜晶からな
るジルコニア粉末と、共沈法によつて得られた一
般式nMgO・（100−ｎ）ZrO2（ｎはモル％で15〜
20）で表される平均粒径2μｍ以下のジルコニア
化合物粉末とをMgOの含有率が７〜12mol％と
なるように混合し、成形した後、該成形体を1500
〜1700℃で焼成することを特徴とするジルコニア
磁器の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57213596A JPS59107968A (ja) | 1982-12-06 | 1982-12-06 | ジルコニア磁器の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57213596A JPS59107968A (ja) | 1982-12-06 | 1982-12-06 | ジルコニア磁器の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59107968A JPS59107968A (ja) | 1984-06-22 |
| JPH0335260B2 true JPH0335260B2 (ja) | 1991-05-27 |
Family
ID=16641805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57213596A Granted JPS59107968A (ja) | 1982-12-06 | 1982-12-06 | ジルコニア磁器の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59107968A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2667858B2 (ja) * | 1987-04-20 | 1997-10-27 | 株式会社日立製作所 | 高温超電導材の製作方法 |
| JP2603387B2 (ja) * | 1991-11-28 | 1997-04-23 | 品川白煉瓦株式会社 | ジルコニア質れんが及びその製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5941952B2 (ja) * | 1978-04-18 | 1984-10-11 | 株式会社デンソー | 酸素濃度センサ−用ジルコニア焼結体 |
| AU533896B2 (en) * | 1979-01-04 | 1983-12-15 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Partially stabilised zirconia ceramics |
| JPS589784B2 (ja) * | 1979-04-13 | 1983-02-22 | 日本化学陶業株式会社 | ジルコニア質切削工具材 |
-
1982
- 1982-12-06 JP JP57213596A patent/JPS59107968A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59107968A (ja) | 1984-06-22 |
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