JPH0338230B2 - - Google Patents

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JPH0338230B2
JPH0338230B2 JP57098293A JP9829382A JPH0338230B2 JP H0338230 B2 JPH0338230 B2 JP H0338230B2 JP 57098293 A JP57098293 A JP 57098293A JP 9829382 A JP9829382 A JP 9829382A JP H0338230 B2 JPH0338230 B2 JP H0338230B2
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JP
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zirconium oxide
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porcelain
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Mamoru Kamimura
Toranosuke Ashizawa
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Hitachi Chemical Co Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4073Composition or fabrication of the solid electrolyte
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は酸素濃度を測定する酸素センサ等に用
いられる酸化ジルコニウム磁器の製造法に関す
る。 酸化ジルコニウム磁器を使用した酸素分圧検出
法は高精度の値が瞬時にかつ簡単な操作で得られ
るため酸素分圧測定方法の主流になつており、こ
れを応用して燃焼制御、酸欠の検出等にも多く使
用されている。しかしこのような検出方法は酸化
ジルコニウムの酸素イオン伝導率を利用するため
通常は酸化ジルコニウムを700〜800℃に加熱しな
ければならず、使用する酸化ジルコニウムは高温
での劣化がなく、昇降温におけるヒートシヨツク
に耐えなければならない。ところがイオン伝導率
の良い酸化ジルコニウム磁器は機械的強さが低
く、熱膨張係数が大きいためヒートシヨツクで破
壊しやすい。 酸化イツトリウムの添加量を少なくすると機械
的強さは高く、また熱膨張係数が小さくなりヒー
トシヨツクには強くなるが、しかしセンサ材料と
して必要なイオン伝導率が低下する上に不安定な
結晶構造となつているため高温での長期安定性が
劣り実用上問題がある。 このように化学成分で酸化ジルコニウム磁器の
性能が変化するため実際に使用する場合は条件を
変更したり、センサ性能を一段落して使用してい
る。 本発明は上記欠点のない酸化ジルコニウム磁器
を提供することを目的とするものである。 通常ヒートシヨツクに対して強い酸化ジルコニ
ウム磁器にするには単斜晶結晶を多量に含有させ
ると良いとされており、実際酸化イツトリウムを
6.5重量%含有させ、単斜晶結晶を40重量%含有
させた酸化ジルコニウム磁器は800℃で加熱した
後ただちに水中に入れても破壊しないことが確認
されている。しかし常温〜800℃の加熱を繰り返
し行なうと機械的強度が急激に低下する。 本発明者らはこれらの条件を基に種々検討した
結果、酸化ジルコニウム結晶がほぼ完全に安定化
する下限の酸化イツトリウム添加量で、かつ酸化
イツトリウムを均一に分散させて酸化ジルコニウ
ム磁器を作製すると、常温〜800℃および800℃〜
常温までを1分間で急熱、急冷しても破壊せず、
この操作を500サイクル繰り返した後機械的強度
を測定しても変化せず、またイオン伝導率も低下
せず、700℃で800Ω-1cm-1と高い値を保持してい
ることを確認した。 本発明は酸化ジルコニウム粉87.5〜91.0重量%
および酸化イツトリウム粉8.5〜12.3重量%を秤
量した後、混合と熱処理工程を複数回繰り返して
酸化イツトリウム分散酸化ジルコニウム粉体と
し、ついで該粉体に酸化硅素粉0.5重量%以下お
よび酸化アルミニウム粉0.2〜1.0重量%を添加し
て混合し、成形後焼成することを特徴とする常温
における結晶相が立方晶結晶を95重量%以上含有
する酸化ジルコニウム磁器の製造法に関する。 なお本発明において結晶相が立方晶結晶を95重
量%以上含有する酸化ジルコニウム磁器は、混合
と熱処理工程を複数回繰り返して酸化イツトリウ
ムを酸化ジルコニウムにできるだけ均一に分散さ
せ、これらの粉体を焼成する等の工程を経て得ら
れる。 本発明で使用する原料は市販されている酸化物
粉体で良く、特別な化学処理等は加えなくても良
い。また酸化イツトリウム粉を混合する場合は湿
式ボールミル混合が適しており、混合物は乾燥後
1300℃以上の温度で熱処理することが好ましい。
焼成条件については特に制限はないが、空気中ま
たは中性雰囲気中で1500〜1700℃の温度で焼成す
ることが好ましい。 本発明の酸化ジルコニウム磁器は酸化ジルコニ
ウム粉87.5〜91.0重量%、酸化イツトリウム粉8.5
〜12.3重量%、酸化硅素粉0.5重量%以下および
酸化アルミニウム粉0.2〜1.0重量%を含有し、か
つ常温における結晶相が立方晶結晶を95%以上含
有することが必要であり、酸化ジルコニウム粉の
含有量が87.5重量%未満の場合、酸化イツトリウ
ム粉の含有量が12.3重量%を越える場合は機械的
強度が低下し、単に急速加熱しただけで破壊する
欠点が生じ、酸化ジルコニウム粉の含有量が91.0
重量%を越える場合、酸化イツトリウム粉の含有
量が8.5重量%未満の場合は単斜晶酸化ジルコニ
ウム結晶が多くなりすぎヒートサイクル試験で強
度の低下する量が多くなる。酸化アルミニウム粉
の含有量が0.2重量%未満の場合は焼結温度が
1700℃以上になり焼成コストが高くなり、酸化ア
ルミニウム粉の含有量が1.0重量%を越えるとイ
オン伝導率が低下する。また原料中に不純物とし
て含まれる酸化硅素粉は合計で0.5重量%を越え
ると同様にイオン伝導率が低下する。 このようにイオン伝導率が低下すると必要な出
力を得るには電極面積を広くしなければならず電
極材料である白金の使用量が急増するためコスト
高となる欠点があり、また立方晶結晶が95重量%
未満の場合は常温〜800℃の加熱を繰り返すと機
械的強度が急激に低下するので好ましくない。 本発明では常温における結晶相は立方晶結晶を
95重量%以上含有すればよいが100重量%であれ
ば信頼性がさらに向上するのでさらに好ましい。 以下実施例により本発明を説明する。 酸化ジルコニウム粉(第1希元素化学工業製商
品名EPグレード)と酸化イツトリウム粉〔信越
化学工業製(99.9%純度)〕を第1表に示す割合
に秤量し、酸化ジルコニウム玉石とゴム内張りの
ボールミル容器を使用し24時間湿式混合した。こ
の混合物を乾燥後1350℃で2時間熱処理し、さら
にこの処理粉を前記と同様に湿式混合、乾燥、熱
処理を繰り返し酸化イツトリウム分散酸化ジルコ
ニウム粉体を得た。 次にこの粉体に酸化アルミニウム粉(昭和軽金
属製商品名AI−160)および酸化硅素粉(試薬一
級を粉砕し、平均粒径1.0μmに調整したもの)を
第1表に示す割合で添加し、さらにポリビニルア
ルコール(PVA)5%水溶液を2重量部加え24
時間湿式混合後スプレードライヤーで乾燥造粒し
た。造粒粉を成形圧力1トン/cm2で10×10×50mm
の板状体に成形し、さらに第1表に示す温度で焼
成して酸化ジルコニウム磁器を得た。 次にこのようにして得た酸化ジルコニウム磁器
を第1図のように温度変化する試験装置内に設置
し、500サイクル加熱試験後の曲げ強さを測定し
て劣化の指標とした。この結果第1表に示す如く
磁器の組成および立方晶結晶の含有率が重要な因
子になつていることが確認された。
【表】 *印は比較例を示す。
本発明の製造法によつて得られる酸化ジルコニ
ウム磁器は、ヒートシヨツクに対して強く、かつ
ヒートサイクルに対し機械的強度、イオン伝導率
が劣化せず、長期間安定して使用できる。またイ
オン伝導率が高いので、電極面積が小さくても安
定した出力が得られ小型化できるため電極材料と
して使用する白金量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はヒートサイクル試験の時間と温度との
関係を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 酸化ジルコニウム粉87.5〜91.0重量%および
    酸化イツトリウム粉8.5〜12.3重量%を秤量した
    後、混合と熱処理工程を複数回繰り返して酸化イ
    ツトリウム分散酸化ジルコニウム粉体とし、つい
    で該粉体に酸化硅素粉0.5重量%以下および酸化
    アルミニウム粉0.2〜1.0重量%を添加して混合
    し、成形後焼成することを特徴とする常温におけ
    る結晶相が立方晶結晶を95重量%以上含有する酸
    化ジルコニウム磁器の製造法。
JP57098293A 1982-06-08 1982-06-08 酸化ジルコニウム磁器 Granted JPS58217464A (ja)

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