JPH04187519A - 水和ジルコニアゾルの製造方法 - Google Patents

水和ジルコニアゾルの製造方法

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JPH04187519A
JPH04187519A JP31439990A JP31439990A JPH04187519A JP H04187519 A JPH04187519 A JP H04187519A JP 31439990 A JP31439990 A JP 31439990A JP 31439990 A JP31439990 A JP 31439990A JP H04187519 A JPH04187519 A JP H04187519A
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光二 松井
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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] 本発明は、ジルコニア系セラミックス原料粉末製造中間
体である水和ジルコニアゾルの製造方法、とくに、上記
原料粉末を成形性、安定化剤との固溶性のよいものとす
ることかできろ水和ジルコニアゾルの製造方法に関する
ものである。
[従来の技術] 従来、ジルコニウム塩水溶液の加水分解による水和ジル
コニアゾルの製造方法としては、■水溶性ジルコニウム
塩を含む水溶液を120〜300℃で水熱処理する方法
(米国特許第2984628号明細@) ■水溶性ジルコニウム塩を含む水溶液を煮沸加水分解処
理する方法(Inorg、Chem、3゜■水溶性ジル
コニウム塩を含む水溶液に過酸化水素または過酸化水素
を生成する化合物を加え、80〜300℃で加熱処理す
る方法(’Fi公昭61−43286号公報) ■ジルコニウム塩水溶液を加水分解処理したあと、0.
1〜0.3μmのものを沈降法などで分離する方法(特
開昭58−217430号公報)等が知られている。
[発明か解決しようとする課題: 本発明者らか検討したところによれば、水和ジルコニア
ゾルの結晶子か小さいほど、該ゾルとジルコニア系セラ
ミックスの製造に常用されるイツトリア、カルンア、マ
グネンア、セリアなどの安定化剤とを混合し、仮焼して
ジルコニア粉末を得るときに、固溶反応が促進していく
ことか推察され、とくに塩化ジルコニルの濃度かQ、4
mol/ρ未満であり、かつ塩素イオン濃度か0.8以
上2.0mo ]/ρ以下の条件で加水分解処理して得
られた水和ジルコニアゾルの結晶子は40A以下のもの
が得られ、水和ジルコニアゾルの結晶子が40A以下に
なると、その効果がか顕著に現れることか期待される。
また、水和ジルコニアゾルの粒子径は、平均粒径で0.
1μm以上、粒径範囲で0.05〜0,5μmのものか
好ましく、平均粒径か01μmより小さくなると、該ゾ
ルを仮焼してジルコニア粉末を得るときに、強固な凝集
塊か生成し、成形性および焼結体特性の悪いジルコニア
粉末か得られる。
ところで、■および■の方法によって得られる水和ジル
コニアゾルは、粒子径か500Aよりも小さいものであ
り、上記のとおり、仮焼の際強固な凝集が起こり、得ら
れるジルコニア粉末が成形しに<<、セラミックス原料
粉末に適さないものとなる。さらに■の方法は水熱合成
法であるため、工業的な大量生産に適さず実用的でない
。■および■の方法で得られる水和ジルコニアゾルは、
結晶子が40Aよりも大きいものであり、上記のとおり
、安定化剤と固溶しにくいものと考えられる。
さらに■の方法は、粒径0.〕〜0.3μmのものを遠
心分離しなければならず、工業化は困難であり実用的で
はない。
本発明は、このような従来方法における欠点を鮮消した
、即ち、粒子径の大きい、且つ結晶子の小さい、したか
つて成形性のよい、さらにイツトリア等の安定化剤と°
よく固溶しているジルコニア粉末の製造に適した水和ジ
ルコニアゾル、を簡易なプロセスにより製造することか
できる方法の提供を目的とするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明は、塩化ジルコニル水溶液の加水分解により水和
ジルコニアゾルを製造する方法において、0.4mol
/Ω未満の塩化ジルコニル濃度で、塩素イオン濃度を0
,8以上2.0mol/Ω未以下にし、かつ、加水分解
反応終了時の反応液のpHか0.4以上1以下の範囲と
なるように調整された塩化ジルコニル水溶液を80℃以
上煮沸温度以下で加水分解処理することによる水和ジル
コニアゾルの製造方法、を要旨とするものである。
以下本発明を更に詳細に説明する。
本発明で得られる水和ジルコニアゾルの粒径は、電子顕
微鏡による粒径観察または粒度分布測定器による粒径a
+す定、例えば光子相関法等で得られる。
塩化ジルコニル水溶液を加水分解すると、水和ンルコニ
アゾルと酸か生成し、反応の進行につれて反応系のpH
か低下していく。これらの塩化ジルコニルのジルコニア
換算濃度0.1m○】79未満の水溶液をなんらの処理
をもすることもなく加熱して加水分解を完了させると、
反応系のpHは1よりも大きくなり、さらに塩素イオン
濃度か0.8mol/、Q未満になる。したがって、本
発明を実施するにあたり、前もって塩化ジルコニル水溶
液に酸を添加してpHを低くし、さらにpHにあまり影
響のない塩素化合物を添加して塩素イオン濃度を高くし
て、加水分解反応終了時の系のpHが0.4以上1以下
、かつ塩素イオン濃度か0.8以上2mol/N以下と
なるようにしなければならない。添加する酸としては、
塩酸、硝酸。
硫酸等の無機酸を挙げることかできるが、これらの他に
酢酸、クエン酸等の有機酸でもよい。好ましくは塩酸で
ある。ま1こ、塩素化合物としては、塩化アンモニウム
、金属塩化物、例えば塩化ナトリウム2塩化カルシウム
等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属、塩化アルミ
ニウム等を挙げることかでき、好ましくは塩化アンモニ
ウム、塩化ナトリウムである。
また塩化ジルコニルのジルコニア換算濃度か01以上0
.4mol/、p未満の水溶液を加熱して加水分解を完
了させると、反応系のpHは0.4以上丁以下の範囲に
入るか、塩素イオン濃度は0.8mol/、Q未満であ
る。このときは、pHにあまり影響のない塩素化合物の
みを添加して塩素イオン濃度を高くして、加水分解反応
終了時の系の塩素イオン濃度が0.8以上2mo l/
1以下となるようにしなければならない。添加する塩素
化合物としては、上記に記述したものでよい。
この加水分解反応終了時のpHが1よりも大きいと0.
1μm以上の平均粒径および40A以下の結晶子をもつ
水和ジルコニアゾルを製造できす、またpHが0,4未
満になると水和ジルコニアゾルの平均粒径がO21μm
よりも小さくなるとともに反応率が低下し、さらに反応
時間が長くなる。
さらに、塩素イオン濃度が0.8mol/F未満になる
と40A以下の結晶子をもつ水和ジルコニアが得られず
、また塩素イオン濃度が2mol/gより大きくなると
水和ジルコニアの結晶性か低下するとともに反応率が低
下し、反応時間か長くなる。
上記で調製した原料液の加水分解反応、すなわち反応温
度は、80℃以上煮沸温度以下に設定しなければならな
い。反応温度か煮沸温度よりも高くなると、水和ジルコ
ニアの結晶子が40Aよりも大きくなるとともに平均粒
径か0.1μmよりも小さくなり、目的とする水和ジル
コニアゾルか製造できず、さらに水熱合成であることか
ら工業的な大量生産か困難になるため実用的でなくなる
反応温度が80℃未満になると加水分解反応の冗語に長
い時間を要するため、生産効率が低下する。
また、反応時間は反応温度にもよるが、約50〜150
時間である。
[作用コ 水和ジルコニアゾルの結晶子および粒径か、反応系の塩
素イオン濃度およびpH,特に反応終了時の塩素イオン
濃度およびpHに依存する理由は明らかではないか、得
られる水和ジルコニアゾルは、結晶性のよい1次粒子か
凝集した2次粒子からなることか知られており(特公昭
61−43286号公報)、塩素イオンは加7y(分解
反応のときに生成する水和ジルコニアの結晶核に吸着し
て結晶成長を阻害し1次粒子(結晶子)を小さくする因
子とて考えられる。またpHは2次粒子に作用する因子
と考えられ、加水分解反応により生成する1次粒子の粒
径に関する粒子間相互作用と、反応系のpHとの相乗作
用により、1次粒子間の凝集結合が促進され、生成2次
粒子の粒径に影響することによるものと推察される。
[発明の効果] 以上説明したとおり、本発明によれば、粒子径の大きい
、且つ結晶子の小さい、したがって成形性のよい、さら
にイツトリア等の安定化剤とよく固溶しているジルコニ
ア粉末の製造に適した水和ジルコニアゾルを製造するこ
とができる。
本発明で得られる平均粒径が0.1μm以上であり、か
つ40A以下の結晶子の水和ジルコニアゾルは、ジルコ
ニウム塩濃度、陰イオン濃度、酸またはアルカリの添加
量などに依存するので、これらの条件を加水分解反応終
了時の懸濁液のpHを本発明で限定した範囲に制御でき
るように適宜設定することによって、ゾル粒径および結
晶子を制御することかできる。
[実施例コ 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例1 2mol/Ωのオキン塩化ジルコニウム100dに塩化
アンモニウムを30g1加して蒸留水を加え、ジルコニ
ア換算0.2mol/Ωの水溶液にした。このときの塩
素イオン濃度は、0.96mo I/βであった。この
調整した原料液を攪拌しながら100時間煮沸し、加水
分解反応を行った。反応終了後の懸濁液のpHは、0.
7であった。
得られた水和ジルコニアの光子相関法による平均粒径は
0.24μmであり、粉末X線回折による結晶子径は約
36Aであった。
実施例2 塩化アンモニウムを塩化ナトリウムに代えた以外は実施
例1の条件と同様に行なった。反応終了後の懸濁液のp
Hは、0.65であり、塩素イオン濃度は1.、Omo
l/Ωてあった。
得られた水和ジルコニアの光子相関法による平均粒径は
0.26μmであり、粉末X線回折による結晶子径は約
34Aであった。
実施例3 2mol/ρのオキシ塩化ジルコニウム25戴に1mo
l/ρの塩酸を300m1および塩化ナトリウムを30
g添加して蒸留水を加え、ジルコニア換算0.05mo
l/ρの水溶液にし、た。このときの塩素イオン濃度は
、0.9mol/Nであった。この調整した原料液を攪
拌しながら80時間煮沸し、加水分解反応を行った。反
応終了後の懸濁液のpHは、0.68であった。
得られた水和ジルコニアの光子相関法による平均粒径は
0,25μmであり、粉末X線回折による結晶子径は約
38Aであった。
実施例4 塩化アンモニウムを塩化ナトリウムに代えた以外は実施
例3の条件と同様に行なった。反応終了後の懸濁液のp
Hは、0.71であり、塩素イオン濃度は1mol/Ω
であった。
得られた水和ジルコニアの光子相関法による平均粒径は
0.28μmであり、粉末X線回折による結晶子径は約
32Aてあった。
比較例1 2mo l/Ωのオキシ塩化ジルコニウム100m1に
蒸留水を加え、ジルコニア換算0.2mol/gの水溶
液にして100時間煮沸し、加水分解反応を行った。反
応終了後の懸濁液のpHは、0.69であった。
得られた水和ジルコニアの光子相関法による平均粒径は
0.25μmであり、粉末X線回折による結晶子径は5
3Aであった。
比較例2 2mo 1/ρのオキシ塩化ジルコニウム25mNに蒸
留水を加え、ジルコニア換算0.05mol/Ωの水溶
液にして80時間煮沸し、加水分解反応を行った。反応
終了後の懸濁液のpHは、1.2であった。
得られた水和ジルコニアの光子相関法による平均粒径は
0.07μmであり、粉末X線回折による結晶子径は7
5Aであった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)塩化ジルコニル水溶液の加水分解により水和ジル
    コニアゾルを製造する方法において、0.4mol/l
    未満の塩化ジルコニル濃度で、塩素イオン濃度を0.8
    以上2.0mol/g以下にし、かつ、加水分解反応終
    了時の反応液のpHが0.4以上1以下の範囲となるよ
    うに調整された塩化ジルコニル水溶液を80℃以上煮沸
    温度以下で加水分解処理することを特徴とする、水和ジ
    ルコニアゾルの製造方法
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