JPH04295014A - 安定化金属酸化物組成物及びその製法 - Google Patents
安定化金属酸化物組成物及びその製法Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、安定化金属酸化物、特
に水和酸化セリウムで被覆することにより安定化された
金属酸化物に関する。
に水和酸化セリウムで被覆することにより安定化された
金属酸化物に関する。
【0002】〔従来の技術及び発明が解決しようとする
課題〕酸化ジルコニウムはセラミック材料の製造に用い
られ、そのような製造中その酸化物は加熱され、その間
酸化物の結晶形態が、酸化物が加熱される温度により通
常の室温単斜晶形から正方晶系及び立方晶系に変化する
。通常の条件では純粋ジルコニアの単斜晶形だけが室温
で安定であり、正方晶系又は立方晶系を安定化する対策
がとられていないと、それらは冷却で単斜晶形へ戻る。
課題〕酸化ジルコニウムはセラミック材料の製造に用い
られ、そのような製造中その酸化物は加熱され、その間
酸化物の結晶形態が、酸化物が加熱される温度により通
常の室温単斜晶形から正方晶系及び立方晶系に変化する
。通常の条件では純粋ジルコニアの単斜晶形だけが室温
で安定であり、正方晶系又は立方晶系を安定化する対策
がとられていないと、それらは冷却で単斜晶形へ戻る。
【0003】これらの高温正方晶系及び立方晶系の少な
くとも幾らかがセラミック中に存在しているのが望まし
く、従来室温でのそれら結晶形態の安定性を改良するた
めの対策が講じられてきた。そのような対策には、安定
化剤で、それをドープした酸化物を加熱するとジルコニ
ア中に配合され、室温へ冷却した時に形成された結晶に
安定化効果を及ぼす安定化剤とジルコニアとを混合する
ことが含まれている。
くとも幾らかがセラミック中に存在しているのが望まし
く、従来室温でのそれら結晶形態の安定性を改良するた
めの対策が講じられてきた。そのような対策には、安定
化剤で、それをドープした酸化物を加熱するとジルコニ
ア中に配合され、室温へ冷却した時に形成された結晶に
安定化効果を及ぼす安定化剤とジルコニアとを混合する
ことが含まれている。
【0004】使用されてきた一つの安定化剤は酸化セリ
ウムであり、主要なジルコニア粉末と酸化物セリウム粉
末とを混合し、その混合物をか焼し、粉砕して適当な大
きさの安定化セラミック材料を形成することにより、ジ
ルコニアから安定化又は部分的に安定化された組成物が
形成されてきた。別法として、ジルコニアと酸化セリウ
ムとの混合物は、水和ジルコニア及び水和セリアを水溶
液から共沈させて、よく混合された水和酸化物を形成し
、次にそれをか焼した後粉砕して混合酸化物セラミック
組成物を得ることにより形成されてきた。安定化組成物
のこれらの製造方法は、か焼及び粉砕を必要とするため
非常にエネルギーを消費し、更に過度の結晶成長及び(
又は)得られた粉末の純度の低下をもたらすことがある
。
ウムであり、主要なジルコニア粉末と酸化物セリウム粉
末とを混合し、その混合物をか焼し、粉砕して適当な大
きさの安定化セラミック材料を形成することにより、ジ
ルコニアから安定化又は部分的に安定化された組成物が
形成されてきた。別法として、ジルコニアと酸化セリウ
ムとの混合物は、水和ジルコニア及び水和セリアを水溶
液から共沈させて、よく混合された水和酸化物を形成し
、次にそれをか焼した後粉砕して混合酸化物セラミック
組成物を得ることにより形成されてきた。安定化組成物
のこれらの製造方法は、か焼及び粉砕を必要とするため
非常にエネルギーを消費し、更に過度の結晶成長及び(
又は)得られた粉末の純度の低下をもたらすことがある
。
【0005】焼成により安定化ジルコニアへ転化するこ
とができるジルコニア粉末を製造する別の方法は、ジル
コニア粒子を酸化セリウムの如き安定化用酸化物で被覆
することである。焼成して高強度を持つセラミック物体
を形成することができるジルコニアを製造するのに、比
較的多量の高価な酸化セリウムを必要とすることが判明
している。
とができるジルコニア粉末を製造する別の方法は、ジル
コニア粒子を酸化セリウムの如き安定化用酸化物で被覆
することである。焼成して高強度を持つセラミック物体
を形成することができるジルコニアを製造するのに、比
較的多量の高価な酸化セリウムを必要とすることが判明
している。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、これら
の欠点を実質的に少なくした安定化ジルコニアを与える
ことである。本発明によれば、セラミック材料の製造で
用いるのに適した組成物は、粒状ジルコニアで、その粒
子がセリウムの水和酸化物及びランタン、ネオジム、又
はプラセオジムの少なくとも一種類の水和酸化物で被覆
されている粒状ジルコニアからなる。
の欠点を実質的に少なくした安定化ジルコニアを与える
ことである。本発明によれば、セラミック材料の製造で
用いるのに適した組成物は、粒状ジルコニアで、その粒
子がセリウムの水和酸化物及びランタン、ネオジム、又
はプラセオジムの少なくとも一種類の水和酸化物で被覆
されている粒状ジルコニアからなる。
【0007】本発明の被覆ジルコニアは、セラミック物
体を形成するため焼成すると安定化ジルコニアへ転化す
るものであり、ランタン、ネオジム、又はプラセオジム
の水和酸化物を使用することにより、同じ量のセリウム
の水和酸化物単独で粒子を被覆することによりジルコニ
アが安定化された時に得られる強度よりも大きな強度を
有するセラミック物体を形成することができる。
体を形成するため焼成すると安定化ジルコニアへ転化す
るものであり、ランタン、ネオジム、又はプラセオジム
の水和酸化物を使用することにより、同じ量のセリウム
の水和酸化物単独で粒子を被覆することによりジルコニ
アが安定化された時に得られる強度よりも大きな強度を
有するセラミック物体を形成することができる。
【0008】本発明により、セラミック材料の製造に用
いるのに適した組成物を製造する方法は、ジルコニアの
粒子を、セリウムの水和酸化物及びランタン、ネオジム
、又はプラセオジムの少なくとも一種類の水和酸化物で
被覆することからなる。
いるのに適した組成物を製造する方法は、ジルコニアの
粒子を、セリウムの水和酸化物及びランタン、ネオジム
、又はプラセオジムの少なくとも一種類の水和酸化物で
被覆することからなる。
【0009】酸化セリウムは、一つ以上の明確な層を形
成しているランタン、ネオジム、又はプラセオジムの酸
化物と共に一つの層として存在してもよく、又は酸化セ
リウムと前記酸化物の一種類以上との混合物からなる唯
一つの層として存在していてもよい。
成しているランタン、ネオジム、又はプラセオジムの酸
化物と共に一つの層として存在してもよく、又は酸化セ
リウムと前記酸化物の一種類以上との混合物からなる唯
一つの層として存在していてもよい。
【0010】ジルコニア粒子の表面上に被覆として他の
無機酸化物が存在していてもよく、好ましい態様として
、ジルコニア粒子は、水和チタニア、ジルコニア、又は
アルミナ、又はそれらの混合物の内側被覆で被覆され、
酸化セリウム及びランタン、ネオジム、又はプラセオジ
ムの少なくとも一種類の酸化物の外側被覆(単数又は複
数)によって取り囲まれている。
無機酸化物が存在していてもよく、好ましい態様として
、ジルコニア粒子は、水和チタニア、ジルコニア、又は
アルミナ、又はそれらの混合物の内側被覆で被覆され、
酸化セリウム及びランタン、ネオジム、又はプラセオジ
ムの少なくとも一種類の酸化物の外側被覆(単数又は複
数)によって取り囲まれている。
【0011】本発明の生成物中に存在しているセリウム
の水和酸化物は水和Ce(IV)酸化物の形をしている
のが好ましい。
の水和酸化物は水和Ce(IV)酸化物の形をしている
のが好ましい。
【0012】特に有用な生成物は、粒子の大部分が0.
5 μに等しいか又はそれより小さく、好ましくは0.
2 μより小さい直径を有するような粒径を有する粒状
ジルコニアからなる。
5 μに等しいか又はそれより小さく、好ましくは0.
2 μより小さい直径を有するような粒径を有する粒状
ジルコニアからなる。
【0013】用いられるセリウムの水和酸化物の量及び
ランタン、ネオジム、又はプラセオジムの水和酸化物の
量は、用いられる水和酸化物の組合せ及び焼成ジルコニ
アに付与したい安定化度に依存する。本明細書を読むこ
とにより、完全安定化、即ち、生成物を最高の程度まで
安定化することができるが、或る場合にはジルコニアの
部分的安定化が望ましいことが明らかになるであろう。 一般的に言って部分的安定化生成物の場合、被覆として
存在する水和セリウム酸化物の量は、完全に安定化され
た生成物の場合に必要になる量よりも少ないであろう。 特に望ましい安定化度はジルコニアの主要な相が正方晶
系である物体に相当する。そのような生成物は正方晶系
ジルコニア多結晶体(TZP)と呼ばれている。被覆と
して存在する水和酸化セリウムの量も、或る程度存在す
るランタン、ネオジム、又はプラセオジムの量に依存す
るであろう。一般的に言って、安定化度は、存在する水
和酸化セリウムの量を変えることなくランタン、ネオジ
ム、又はプラセオジム水和酸化物の量を増加することに
より増大する。別法として、与えられた安定化度を生ず
るのに必要な水和酸化セリウムの量は、存在するランタ
ン、ネオジム、又はプラセオジムの水和酸化物の量を増
大することにより減少させることができる。
ランタン、ネオジム、又はプラセオジムの水和酸化物の
量は、用いられる水和酸化物の組合せ及び焼成ジルコニ
アに付与したい安定化度に依存する。本明細書を読むこ
とにより、完全安定化、即ち、生成物を最高の程度まで
安定化することができるが、或る場合にはジルコニアの
部分的安定化が望ましいことが明らかになるであろう。 一般的に言って部分的安定化生成物の場合、被覆として
存在する水和セリウム酸化物の量は、完全に安定化され
た生成物の場合に必要になる量よりも少ないであろう。 特に望ましい安定化度はジルコニアの主要な相が正方晶
系である物体に相当する。そのような生成物は正方晶系
ジルコニア多結晶体(TZP)と呼ばれている。被覆と
して存在する水和酸化セリウムの量も、或る程度存在す
るランタン、ネオジム、又はプラセオジムの量に依存す
るであろう。一般的に言って、安定化度は、存在する水
和酸化セリウムの量を変えることなくランタン、ネオジ
ム、又はプラセオジム水和酸化物の量を増加することに
より増大する。別法として、与えられた安定化度を生ず
るのに必要な水和酸化セリウムの量は、存在するランタ
ン、ネオジム、又はプラセオジムの水和酸化物の量を増
大することにより減少させることができる。
【0014】部分的に安定化したジルコニアの場合、被
覆中に、水和酸化セリウムをジルコニアの重量に基づい
てCeO2 として表して約2〜約20重量%の量で与
え、ランタン、ネオジム、又はプラセオジムの水和酸化
物をジルコニアの重量に基づきLa2O3 、Nd2O
3 、又はPr2O3 として表して約0.05〜約5
.0 重量%の量で与えるのが有用であることが見出さ
れている。
覆中に、水和酸化セリウムをジルコニアの重量に基づい
てCeO2 として表して約2〜約20重量%の量で与
え、ランタン、ネオジム、又はプラセオジムの水和酸化
物をジルコニアの重量に基づきLa2O3 、Nd2O
3 、又はPr2O3 として表して約0.05〜約5
.0 重量%の量で与えるのが有用であることが見出さ
れている。
【0015】ランタン、ネオジム、及びプラセオジムの
酸化物の水和酸化物の混合物を用いることができ、特に
好ましい混合物はランタン及びネオジムの水和酸化物を
含む。この好ましい混合物を用いて、水和酸化セリウム
をCeO2 として表して約2〜約12重量%、及びL
a2O3 +Nd2O3 として表して約0.05〜約
5.0 重量%の混合水和酸化物を用いて部分的に安定
化したジルコニアが製造される。好ましくはCeO2
として表して約4〜約10重量%の水和酸化セリウム、
及びLa2O3 +Nd2O3 として表して約0.1
〜約3.0 重量%の混合水和酸化物を用いて部分的
に安定化したジルコニアが製造される。
酸化物の水和酸化物の混合物を用いることができ、特に
好ましい混合物はランタン及びネオジムの水和酸化物を
含む。この好ましい混合物を用いて、水和酸化セリウム
をCeO2 として表して約2〜約12重量%、及びL
a2O3 +Nd2O3 として表して約0.05〜約
5.0 重量%の混合水和酸化物を用いて部分的に安定
化したジルコニアが製造される。好ましくはCeO2
として表して約4〜約10重量%の水和酸化セリウム、
及びLa2O3 +Nd2O3 として表して約0.1
〜約3.0 重量%の混合水和酸化物を用いて部分的
に安定化したジルコニアが製造される。
【0016】本発明によれば、セラミックとして用いら
れる材料の基礎を形成するのに用いられる粒状酸化ジル
コニウムは、気化したジルコニウム化合物の気相酸化/
加水分解により形成するのが好ましい。気相で酸化又は
加水分解することができる典型的なジルコニウム化合物
はジルコニウムハロゲン化物であり、特に四塩化ジルコ
ニウム及びジルコニウムアルコキシドである。これは通
常ジルコニウム化合物と過剰の加熱した酸素又は水蒸気
とを、四塩化ジルコニウムの酸化又は加水分解が行われ
る条件で混合することにより行われ、希望の粒径のジル
コニアが冷却及びガス流からの分離で直接得られる。四
塩化ジルコニウムと反応させる酸素を加熱するのに好ま
しい方法は、所謂電気プラズマを一般に発生する適切な
電圧及び電流で電力を供給した二つの電極間の電気アー
クに通過させのることである。この形の粒状ジルコニア
製造法は、生成物が直接酸化物型で得られ、被覆材と一
緒に処理する前に生成物の膨大な粉砕を必要とすること
なく得ることができるような結晶粒径に近い粒径を生成
物が持つように、酸化工程を制御することができる点で
利点を有する。
れる材料の基礎を形成するのに用いられる粒状酸化ジル
コニウムは、気化したジルコニウム化合物の気相酸化/
加水分解により形成するのが好ましい。気相で酸化又は
加水分解することができる典型的なジルコニウム化合物
はジルコニウムハロゲン化物であり、特に四塩化ジルコ
ニウム及びジルコニウムアルコキシドである。これは通
常ジルコニウム化合物と過剰の加熱した酸素又は水蒸気
とを、四塩化ジルコニウムの酸化又は加水分解が行われ
る条件で混合することにより行われ、希望の粒径のジル
コニアが冷却及びガス流からの分離で直接得られる。四
塩化ジルコニウムと反応させる酸素を加熱するのに好ま
しい方法は、所謂電気プラズマを一般に発生する適切な
電圧及び電流で電力を供給した二つの電極間の電気アー
クに通過させのることである。この形の粒状ジルコニア
製造法は、生成物が直接酸化物型で得られ、被覆材と一
緒に処理する前に生成物の膨大な粉砕を必要とすること
なく得ることができるような結晶粒径に近い粒径を生成
物が持つように、酸化工程を制御することができる点で
利点を有する。
【0017】本発明の生成物は、ジルコニアの粒子の表
面に被覆として種々の水和酸化物が付着されるようなや
り方で粒状ジルコニアを処理することにより得られる。 被覆操作は、最初ジルコニア粒子を水に分散させる湿式
処理法として行われるのが好ましい。この分散物はジル
コニアの粒子と水とを混合することにより直接行うこと
ができ、分散剤の必要性は無いことが判明している。こ
れは、分散剤の成分で生成物が不必要に汚染されるのを
回避できるので適切である。一般的に言って、ジルコニ
ウムハロゲン化物の気相酸化により得られるジルコニア
は水と混合すると高度に酸性になり、粒子の正確な形態
によりジルコニアは極めて酸性の分散物であることを明
らかに示す1程度の分散物pHを生ずることがある。
面に被覆として種々の水和酸化物が付着されるようなや
り方で粒状ジルコニアを処理することにより得られる。 被覆操作は、最初ジルコニア粒子を水に分散させる湿式
処理法として行われるのが好ましい。この分散物はジル
コニアの粒子と水とを混合することにより直接行うこと
ができ、分散剤の必要性は無いことが判明している。こ
れは、分散剤の成分で生成物が不必要に汚染されるのを
回避できるので適切である。一般的に言って、ジルコニ
ウムハロゲン化物の気相酸化により得られるジルコニア
は水と混合すると高度に酸性になり、粒子の正確な形態
によりジルコニアは極めて酸性の分散物であることを明
らかに示す1程度の分散物pHを生ずることがある。
【0018】上で述べたように、ジルコニア粒子の水中
への分散は、通常水と、得られる分散物が400g/リ
ットルまでの濃度でジルコニアを含むような量で撹拌す
ることにより行われる。ジルコニアの量は通常50g
/リットル以下であり、実際に用いるのに都合のよい濃
度は200g/リットルのジルコニアである。しかし、
もし望むならば、例えば、サンドミルでミル掛けするこ
とにより分散度を向上させることができる。
への分散は、通常水と、得られる分散物が400g/リ
ットルまでの濃度でジルコニアを含むような量で撹拌す
ることにより行われる。ジルコニアの量は通常50g
/リットル以下であり、実際に用いるのに都合のよい濃
度は200g/リットルのジルコニアである。しかし、
もし望むならば、例えば、サンドミルでミル掛けするこ
とにより分散度を向上させることができる。
【0019】粒状ジルコニアの水性分散物に、セリウム
の水溶性加水分解可能な化合物を、被覆として必要な量
の水和酸化物を加水分解で導入するのに充分な量で添加
する。用いることができるセリウムの水溶性加水分解可
能な化合物の例には、硫酸セリウム、塩化セリウム、硝
酸セリウム、及び酢酸セリウムが含まれる。ランタン、
ネオジム、又はプラセオジムの水和酸化物と一緒に水和
酸化セリウムの混合被覆を形成したい場合には、ランタ
ン、ネオジム、又はプラセオジムの水溶性加水分解可能
な化合物もジルコニアスラリーに添加する。用いること
ができる水溶性加水分解可能な化合物には、ランタン、
ネオジム、及びプラセオジムの塩化物、硫酸塩、及び硝
酸塩が含まれる。
の水溶性加水分解可能な化合物を、被覆として必要な量
の水和酸化物を加水分解で導入するのに充分な量で添加
する。用いることができるセリウムの水溶性加水分解可
能な化合物の例には、硫酸セリウム、塩化セリウム、硝
酸セリウム、及び酢酸セリウムが含まれる。ランタン、
ネオジム、又はプラセオジムの水和酸化物と一緒に水和
酸化セリウムの混合被覆を形成したい場合には、ランタ
ン、ネオジム、又はプラセオジムの水溶性加水分解可能
な化合物もジルコニアスラリーに添加する。用いること
ができる水溶性加水分解可能な化合物には、ランタン、
ネオジム、及びプラセオジムの塩化物、硫酸塩、及び硝
酸塩が含まれる。
【0020】ジルコニアの水性分散物と加水分解可能な
金属化合物とを混合する適切な手段を用いることができ
、或る範囲の温度を用いることができるが、被覆方法は
10℃〜70℃の温度で行われるのが好ましい。
金属化合物とを混合する適切な手段を用いることができ
、或る範囲の温度を用いることができるが、被覆方法は
10℃〜70℃の温度で行われるのが好ましい。
【0021】加水分解可能な金属化合物とジルコニアの
水性分散物とを混合した後、分散物後のpHを、セリウ
ム及びランタン、ネオジム、又はプラセオジムの水和酸
化物の被覆を析出するように上昇させる。分散物のpH
は2〜9、好ましくは7〜9へ上昇させる。
水性分散物とを混合した後、分散物後のpHを、セリウ
ム及びランタン、ネオジム、又はプラセオジムの水和酸
化物の被覆を析出するように上昇させる。分散物のpH
は2〜9、好ましくは7〜9へ上昇させる。
【0022】酸性水性分散物のpHの中和及び増大は、
適当なアルカリを水性分散物に添加することにより行わ
れるのが好ましい。アルカリは水酸化アンモニウムであ
るのが最も都合がよい。なぜなら、これは溶液に好まし
くない金属イオンを導入することがなく、使用済みのア
ンモニアは加熱により除去することができるからである
。水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムの如きアルカリ
金属水酸化物のような強力なアルカリを用いることがで
きる。しかし、そのようなアルカリ金属水酸化物を用い
た場合、汚染アルカリ金属イオンを除去するように生成
物を適切に洗浄することが必要である。通常、得られた
生成物がM2 Oとして表して0.01%より大きな量
のアルカリ金属不純物を含まないのがよい。
適当なアルカリを水性分散物に添加することにより行わ
れるのが好ましい。アルカリは水酸化アンモニウムであ
るのが最も都合がよい。なぜなら、これは溶液に好まし
くない金属イオンを導入することがなく、使用済みのア
ンモニアは加熱により除去することができるからである
。水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムの如きアルカリ
金属水酸化物のような強力なアルカリを用いることがで
きる。しかし、そのようなアルカリ金属水酸化物を用い
た場合、汚染アルカリ金属イオンを除去するように生成
物を適切に洗浄することが必要である。通常、得られた
生成物がM2 Oとして表して0.01%より大きな量
のアルカリ金属不純物を含まないのがよい。
【0023】水和酸化物被覆を付着させた後、生成物を
濾過し、必要ならば洗浄し、そして乾燥することにより
分離する。もし必要ならば、乾燥した生成物を粉砕又は
ミル掛けし、製造中に生じた塊を除くようにしてもよい
。
濾過し、必要ならば洗浄し、そして乾燥することにより
分離する。もし必要ならば、乾燥した生成物を粉砕又は
ミル掛けし、製造中に生じた塊を除くようにしてもよい
。
【0024】別法として、セリウムの水溶性加水分解可
能な化合物とジルコニアの水性スラリーとの混合物のp
Hを、アルカリで調節してジルコニア粒子上に水和酸化
セリウムの被覆を付着させ、これら被覆した粒子を次に
ランタン、ネオジム、又はプラセオジムの水和酸化物の
層で、今まで記載してきたのと実質的に同じ加水分解可
能な金属化合物の水溶液からの水和酸化物の析出により
被覆する。
能な化合物とジルコニアの水性スラリーとの混合物のp
Hを、アルカリで調節してジルコニア粒子上に水和酸化
セリウムの被覆を付着させ、これら被覆した粒子を次に
ランタン、ネオジム、又はプラセオジムの水和酸化物の
層で、今まで記載してきたのと実質的に同じ加水分解可
能な金属化合物の水溶液からの水和酸化物の析出により
被覆する。
【0025】特に好ましい態様として、ジルコニア粒子
上にチタン、ジルコニウム、又はアルミニウムの水和酸
化物の内側被覆も与えられる。この被覆は、他の水和金
属酸化物の被覆を生成させるのに用いたのと実質的に同
じやり方で、硫酸チタニル、硫酸チタニルアルミニウム
、塩化ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、硫酸アルミニ
ウム、又は硝酸アルミニウムの如き水溶性化合物の加水
分解により与えられる。チタン、ジルコニウム、又はア
ルミニウムの水和酸化物の被覆は、セリウム及びランタ
ン、ネオジム、又はプラセオジムの加水分解可能な化合
物を添加する前に行なってもよいが、被覆工程は、ジル
コニアスラリーと最初にチタン、ジルコニウム、又はア
ルミニウムの加水分解可能な化合物と混合し、2回目に
セリウムの加水分解可能な化合物及びランタン、ネオジ
ム、又はプラセオジムの加水分解可能な化合物と混合す
ることを含むのが好ましい。
上にチタン、ジルコニウム、又はアルミニウムの水和酸
化物の内側被覆も与えられる。この被覆は、他の水和金
属酸化物の被覆を生成させるのに用いたのと実質的に同
じやり方で、硫酸チタニル、硫酸チタニルアルミニウム
、塩化ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、硫酸アルミニ
ウム、又は硝酸アルミニウムの如き水溶性化合物の加水
分解により与えられる。チタン、ジルコニウム、又はア
ルミニウムの水和酸化物の被覆は、セリウム及びランタ
ン、ネオジム、又はプラセオジムの加水分解可能な化合
物を添加する前に行なってもよいが、被覆工程は、ジル
コニアスラリーと最初にチタン、ジルコニウム、又はア
ルミニウムの加水分解可能な化合物と混合し、2回目に
セリウムの加水分解可能な化合物及びランタン、ネオジ
ム、又はプラセオジムの加水分解可能な化合物と混合す
ることを含むのが好ましい。
【0026】粉末生成物は、焼成による成形セラミック
物体の製造で用いるのに極めて適している。
物体の製造で用いるのに極めて適している。
【0027】被覆として水和酸化セリウム安定化剤及び
ランタン、ネオジム、又はプラセオジムの水和酸化物を
有する生成物は、これら酸化物のよく分散した緊密な混
合物を与え、焼成でジルコニア全体への酸化物の良好な
配合が達成される。
ランタン、ネオジム、又はプラセオジムの水和酸化物を
有する生成物は、これら酸化物のよく分散した緊密な混
合物を与え、焼成でジルコニア全体への酸化物の良好な
配合が達成される。
【0028】水和酸化セリウムと一緒にランタン、ネオ
ジム、又はプラセオジムの水和酸化物を使用することに
より、同様な量の水和酸化セリウム単独で製造したセラ
ミックよりも強いセラミックを製造することができ、本
発明の生成物は、一般に同様な量の同じ酸化物を含むが
既知の出発材料から製造されたものよりも大きな強度を
有するセラミック物体を生ずる。
ジム、又はプラセオジムの水和酸化物を使用することに
より、同様な量の水和酸化セリウム単独で製造したセラ
ミックよりも強いセラミックを製造することができ、本
発明の生成物は、一般に同様な量の同じ酸化物を含むが
既知の出発材料から製造されたものよりも大きな強度を
有するセラミック物体を生ずる。
【0029】
【実施例】本発明を次の実施例により例示する。
実施例1
四塩化ジルコニウムの気相酸化により製造された約0.
1 μ直径のジルコニア粒子を、150g/リットルの
濃度で水に分散させた。残留Zr−Cl基と水との反応
の結果として、得られた分散物は1.7 のpH値を持
っていた。
1 μ直径のジルコニア粒子を、150g/リットルの
濃度で水に分散させた。残留Zr−Cl基と水との反応
の結果として、得られた分散物は1.7 のpH値を持
っていた。
【0030】酸性硫酸ジルコニウムの水溶液(ZrO2
を1リットル当たり100gに相当する量で含む)を
、固体に基づきZrO2 として1重量%の量で水和ジ
ルコニアを導入するのに充分な量で分散物へ添加した。 得られた分散物へ、次に硫酸セリウムの水溶液(1リッ
トル当たり40gに相当するCeO2 を含む)を、固
体に基づき8重量%のCeO2 を導入するのに充分な
量で添加した。 同時に塩化ネオジムの水溶液(1リットル当たり40g
に相当するNd2O3 を含む)を固体に基づいて2
重量%のNd2O3 を導入するのに充分な量で添加し
た。pHを水酸化アンモニウム(10重量%)を用いて
45分間で8.5 の値へ上昇させ、次に分散物を更に
30分間撹拌した。溶液を迅速に濾過し、濾滓を洗浄し
、乾燥し、ボールミルでイソプロピルアルコール中で1
リットル当たり300gの濃度で、1cm×1cmの粒
径を持つジルコニア粉砕媒体を用いて16時間ミル掛け
した。粉砕媒体を篩により除去し、アルコールを水浴上
で蒸発させた。生成物の分析は、粒子上の被覆として水
和酸化物の形のCeO2 7.9 重量%及びNd2O
3 1.8 重量%に相当する量の存在を示していた。
を1リットル当たり100gに相当する量で含む)を
、固体に基づきZrO2 として1重量%の量で水和ジ
ルコニアを導入するのに充分な量で分散物へ添加した。 得られた分散物へ、次に硫酸セリウムの水溶液(1リッ
トル当たり40gに相当するCeO2 を含む)を、固
体に基づき8重量%のCeO2 を導入するのに充分な
量で添加した。 同時に塩化ネオジムの水溶液(1リットル当たり40g
に相当するNd2O3 を含む)を固体に基づいて2
重量%のNd2O3 を導入するのに充分な量で添加し
た。pHを水酸化アンモニウム(10重量%)を用いて
45分間で8.5 の値へ上昇させ、次に分散物を更に
30分間撹拌した。溶液を迅速に濾過し、濾滓を洗浄し
、乾燥し、ボールミルでイソプロピルアルコール中で1
リットル当たり300gの濃度で、1cm×1cmの粒
径を持つジルコニア粉砕媒体を用いて16時間ミル掛け
した。粉砕媒体を篩により除去し、アルコールを水浴上
で蒸発させた。生成物の分析は、粒子上の被覆として水
和酸化物の形のCeO2 7.9 重量%及びNd2O
3 1.8 重量%に相当する量の存在を示していた。
【0031】或る量のセリア+ネオジミア/ジルコニア
被覆粉末を、片側成形型によりその粉末を30MPaで
プレスすることにより20個の約30mm直径の円板に
成形した。それらの円板を1450℃で焼成した。10
個の研磨円板の強度(破壊モジュラス)を3点二軸試験
により測定し、それから1250MPaの平均値が得ら
れた。円板の密度を水銀密度計で測定し、6.08g/
cm3 の平均値が得られた。
被覆粉末を、片側成形型によりその粉末を30MPaで
プレスすることにより20個の約30mm直径の円板に
成形した。それらの円板を1450℃で焼成した。10
個の研磨円板の強度(破壊モジュラス)を3点二軸試験
により測定し、それから1250MPaの平均値が得ら
れた。円板の密度を水銀密度計で測定し、6.08g/
cm3 の平均値が得られた。
【0032】実施例2
四塩化ジルコニウムの気相酸化により製造された約0.
1 μ直径のジルコニウム酸化物粒子を、150g/リ
ットルの濃度で水に分散させた。残留Zr−Cl基と水
との反応の結果として、得られた分散物は1.7 のp
H値を持っていた。
1 μ直径のジルコニウム酸化物粒子を、150g/リ
ットルの濃度で水に分散させた。残留Zr−Cl基と水
との反応の結果として、得られた分散物は1.7 のp
H値を持っていた。
【0033】酸性硫酸ジルコニウムの水溶液(1リット
ル当たり100gに相当するZrO2 を含む)を固体
に基づきZrO2 として1重量%の量で水和ジルコニ
アを導入するのに充分な量で分散物へ添加した。得られ
た分散物へ、次に固体に基づき8重量%のCeO2 を
導入するのに充分な量の硫酸セリウムの水溶液(1リッ
トル当たり40g に相当するCeO2 を含む)、固
体に基づいて2重量%のNd2O3 を導入するのに充
分な量の塩化ネオジムの水溶液(1リットル当たり40
g に相当するNd2O3 を含む)、及び固体に基づ
き1重量%のLa2O3 を導入するのに充分な量の塩
化ランタンの水溶液(1リットル当たり40g に相当
するLa2O3 を含む)を添加した。pHを水酸化ア
ンモニウム(10重量%)を用いて45分間で8.5
の値へ上昇させ、次に分散物を更に30分間撹拌した。 溶液を迅速に濾過し、濾滓を洗浄し、乾燥し、ボールミ
ルでイソプロピルアルコール中で1リットル当たり30
0gの濃度で、1cm×1cmの粒径を持つジルコニア
粉砕媒体を用いて16時間ミル掛けした。粉砕媒体を篩
により除去し、アルコールを水浴上で蒸発させた。生成
物の分析は、粒子上の被覆として水和酸化物の形のCe
O2 7.9 重量%、Nd2O3 1.8重量%、及
びLa2O30.8 重量%に相当する量の存在を示し
ていた。
ル当たり100gに相当するZrO2 を含む)を固体
に基づきZrO2 として1重量%の量で水和ジルコニ
アを導入するのに充分な量で分散物へ添加した。得られ
た分散物へ、次に固体に基づき8重量%のCeO2 を
導入するのに充分な量の硫酸セリウムの水溶液(1リッ
トル当たり40g に相当するCeO2 を含む)、固
体に基づいて2重量%のNd2O3 を導入するのに充
分な量の塩化ネオジムの水溶液(1リットル当たり40
g に相当するNd2O3 を含む)、及び固体に基づ
き1重量%のLa2O3 を導入するのに充分な量の塩
化ランタンの水溶液(1リットル当たり40g に相当
するLa2O3 を含む)を添加した。pHを水酸化ア
ンモニウム(10重量%)を用いて45分間で8.5
の値へ上昇させ、次に分散物を更に30分間撹拌した。 溶液を迅速に濾過し、濾滓を洗浄し、乾燥し、ボールミ
ルでイソプロピルアルコール中で1リットル当たり30
0gの濃度で、1cm×1cmの粒径を持つジルコニア
粉砕媒体を用いて16時間ミル掛けした。粉砕媒体を篩
により除去し、アルコールを水浴上で蒸発させた。生成
物の分析は、粒子上の被覆として水和酸化物の形のCe
O2 7.9 重量%、Nd2O3 1.8重量%、及
びLa2O30.8 重量%に相当する量の存在を示し
ていた。
【0034】或る量のセリア+ネオジミア+ランタナ/
ジルコニア被覆粉末を、片側成形型によりその粉末を3
0MPaでプレスすることにより20個の約30mm直
径の円板に成形した。それらの円板を1450℃で焼成
した。10個の研磨円板の強度(破壊モジュラス)を3
点二軸試験により測定し、それから1617MPaの平
均値が得られた。円板の密度を水銀密度計で測定し、6
.07g/cm3 の平均値が得られた。
ジルコニア被覆粉末を、片側成形型によりその粉末を3
0MPaでプレスすることにより20個の約30mm直
径の円板に成形した。それらの円板を1450℃で焼成
した。10個の研磨円板の強度(破壊モジュラス)を3
点二軸試験により測定し、それから1617MPaの平
均値が得られた。円板の密度を水銀密度計で測定し、6
.07g/cm3 の平均値が得られた。
【0035】実施例3
酸化ジルコニウムの試料を実施例1に記載したのと同様
なやり方で被覆した。但しジルコニア分散物には、固体
に基づき2重量%のCeO2 を導入するのに充分な量
の硫酸セリウムの水溶液(1リットル当たり40g に
相当するCeO2 を含む)及び固体に基づいて2重量
%のNd2O3 を導入するのに充分な量の塩化ネオジ
ムの水溶液(1リットル当たり40g に相当するNd
2O3 を含む)を添加した。生成物の分析は、CeO
2 2.1 重量%及びNd2O3 1.8 重量%に
相当する量の存在を示していた。生成物を実施例1に記
載したように試験し、研磨円板は300 MPaの強度
(破壊モジュラス)を持っていた。円板の密度を水銀密
度計で測定し、5.6g/cm3の平均値が得られた。
なやり方で被覆した。但しジルコニア分散物には、固体
に基づき2重量%のCeO2 を導入するのに充分な量
の硫酸セリウムの水溶液(1リットル当たり40g に
相当するCeO2 を含む)及び固体に基づいて2重量
%のNd2O3 を導入するのに充分な量の塩化ネオジ
ムの水溶液(1リットル当たり40g に相当するNd
2O3 を含む)を添加した。生成物の分析は、CeO
2 2.1 重量%及びNd2O3 1.8 重量%に
相当する量の存在を示していた。生成物を実施例1に記
載したように試験し、研磨円板は300 MPaの強度
(破壊モジュラス)を持っていた。円板の密度を水銀密
度計で測定し、5.6g/cm3の平均値が得られた。
【0036】実施例4
酸化ジルコニウムの試料を実施例1に記載したのと同様
なやり方で被覆した。但しジルコニア分散物には、固体
に基づき12.25 重量%のCeO2を導入するのに
充分な量の硫酸セリウムの水溶液(1リットル当たり4
0g に相当するCeO2 を含む)及び固体に基づい
て2重量%のLa2O3 を導入するのに充分な量の塩
化ランタンの水溶液(1リットル当たり40g に相当
するLa2O3 を含む)を添加した。生成物の分析は
、CeO2 12重量%及びLa2O3 1.7 重量
%に相当する量の存在を示していた。生成物を実施例1
に記載したように試験し、研磨円板は1350MPaの
強度(破壊モジュラス)を持っていた。円板の密度を水
銀密度計で測定し、5.99g/cm3 の平均値が得
られた。
なやり方で被覆した。但しジルコニア分散物には、固体
に基づき12.25 重量%のCeO2を導入するのに
充分な量の硫酸セリウムの水溶液(1リットル当たり4
0g に相当するCeO2 を含む)及び固体に基づい
て2重量%のLa2O3 を導入するのに充分な量の塩
化ランタンの水溶液(1リットル当たり40g に相当
するLa2O3 を含む)を添加した。生成物の分析は
、CeO2 12重量%及びLa2O3 1.7 重量
%に相当する量の存在を示していた。生成物を実施例1
に記載したように試験し、研磨円板は1350MPaの
強度(破壊モジュラス)を持っていた。円板の密度を水
銀密度計で測定し、5.99g/cm3 の平均値が得
られた。
【0037】実施例5
酸化ジルコニウム分散物の試料を実施例1に記載したの
と同様なやり方で製造した。この分散物に、固体に基づ
き10重量%のCeO2 を導入するのに充分な量の商
業級硫酸セリウムの水溶液(1リットル当たり40g
に相当するCeO2 を含む)を添加した。生成物の分
析は、CeO2 9.7 重量%及びNd2O3 1.
8 重量%に相当する量の存在を示していた。生成物を
実施例1に記載したように試験し、研磨円板は1250
MPaの強度(破壊モジュラス)を持っていた。円板の
密度を水銀密度計で測定し、6.05g/cm3 の平
均値が得られた。
と同様なやり方で製造した。この分散物に、固体に基づ
き10重量%のCeO2 を導入するのに充分な量の商
業級硫酸セリウムの水溶液(1リットル当たり40g
に相当するCeO2 を含む)を添加した。生成物の分
析は、CeO2 9.7 重量%及びNd2O3 1.
8 重量%に相当する量の存在を示していた。生成物を
実施例1に記載したように試験し、研磨円板は1250
MPaの強度(破壊モジュラス)を持っていた。円板の
密度を水銀密度計で測定し、6.05g/cm3 の平
均値が得られた。
【0038】実施例6
酸化ジルコニウム分散物の試料を実施例1に記載したの
と同様なやり方で製造した。この分散物に、固体に基づ
き10重量%のCeO2 を導入するのに充分な量の硫
酸セリウムの水溶液(1リットル当たり40g に相当
するCeO2 を含む)及び固体に基づき2重量%のP
r2O3 を導入するのに充分な量の硝酸プラセオジム
の水溶液(1リットル当たり40g に相当するPr2
O3 を含む)を添加した。生成物の分析は、CeO2
7.99重量%及びPr2O3 2.4 重量%に相
当する量の存在を示していた。生成物を実施例1に記載
したように試験し、研磨円板は816 MPaの強度(
破壊モジュラス)を持っていた。円板の密度を水銀密度
計で測定し、5.94g/cm3 の平均値が得られた
。
と同様なやり方で製造した。この分散物に、固体に基づ
き10重量%のCeO2 を導入するのに充分な量の硫
酸セリウムの水溶液(1リットル当たり40g に相当
するCeO2 を含む)及び固体に基づき2重量%のP
r2O3 を導入するのに充分な量の硝酸プラセオジム
の水溶液(1リットル当たり40g に相当するPr2
O3 を含む)を添加した。生成物の分析は、CeO2
7.99重量%及びPr2O3 2.4 重量%に相
当する量の存在を示していた。生成物を実施例1に記載
したように試験し、研磨円板は816 MPaの強度(
破壊モジュラス)を持っていた。円板の密度を水銀密度
計で測定し、5.94g/cm3 の平均値が得られた
。
【0039】実施例7
酸化ジルコニウム分散物の試料を実施例1に記載したの
と同様なやり方で製造した。この分散物に、固体に基づ
き10重量%のCeO2 を導入するのに充分な量の市
販級硫酸セリウムの水溶液(1リットル当たり40g
に相当するCeO2 を含む)を添加した。生成物の分
析は、CeO29.83 重量%、Nd2O30.47
重量%、及びLa2O30.24 重量%に相当する
量の存在を示していた。生成物を実施例1に記載したよ
うに試験し、研磨円板は1482MPaの強度(破壊モ
ジュラス)を持っていた。円板の密度を水銀密度計で測
定し、6.05g/cm3 の平均値が得られた。
と同様なやり方で製造した。この分散物に、固体に基づ
き10重量%のCeO2 を導入するのに充分な量の市
販級硫酸セリウムの水溶液(1リットル当たり40g
に相当するCeO2 を含む)を添加した。生成物の分
析は、CeO29.83 重量%、Nd2O30.47
重量%、及びLa2O30.24 重量%に相当する
量の存在を示していた。生成物を実施例1に記載したよ
うに試験し、研磨円板は1482MPaの強度(破壊モ
ジュラス)を持っていた。円板の密度を水銀密度計で測
定し、6.05g/cm3 の平均値が得られた。
【0040】例A(比較例)
酸化ジルコニウムの試料を実施例1に記載したのと同様
なやり方で被覆した。但しジルコニア分散物には、固体
に基づき8重量%のCeO2 を導入するのに充分な量
の硫酸セリウムの水溶液(1リットル当たり40g に
相当するCeO2 を含む)を添加した。生成物の分析
は、CeO2 7.8 重量%に相当する量の存在を示
していた。円板は試験するのに不充分な強度(破壊モジ
ュラス)しか持っていなかった。円板の密度を水銀密度
計で測定し、5.4g/cm3の平均値が得られた。
なやり方で被覆した。但しジルコニア分散物には、固体
に基づき8重量%のCeO2 を導入するのに充分な量
の硫酸セリウムの水溶液(1リットル当たり40g に
相当するCeO2 を含む)を添加した。生成物の分析
は、CeO2 7.8 重量%に相当する量の存在を示
していた。円板は試験するのに不充分な強度(破壊モジ
ュラス)しか持っていなかった。円板の密度を水銀密度
計で測定し、5.4g/cm3の平均値が得られた。
【0041】稀土類酸化物、例えば、Nd2O3 、L
a2O3 、Pr2O3 の添加は有利であることは明
白であり、それらを除くと室温へ冷却した時、正方晶系
から単斜晶形への相転移が起きるものと思われる。この
相転移は時々それに伴う体積膨張のために亀裂を生ずる
。
a2O3 、Pr2O3 の添加は有利であることは明
白であり、それらを除くと室温へ冷却した時、正方晶系
から単斜晶形への相転移が起きるものと思われる。この
相転移は時々それに伴う体積膨張のために亀裂を生ずる
。
【0042】例B(比較例)
酸化ジルコニウムの試料を実施例1に記載したのと同様
なやり方で被覆した。但しジルコニア分散物には、固体
に基づき12.25 重量%のCeO2を導入するのに
充分な量の硫酸セリウムの水溶液(1リットル当たり4
0g に相当するCeO2 を含む)を添加した。生成
物の分析は、CeO2 12重量%に相当する量の存在
を示していた。生成物を実施例1に記載したように試験
し、研磨円板は1180MPaの強度(破壊モジュラス
)を持っていた。円板の密度を水銀密度計で測定し、5
.99g/cm3 の平均値が得られた。
なやり方で被覆した。但しジルコニア分散物には、固体
に基づき12.25 重量%のCeO2を導入するのに
充分な量の硫酸セリウムの水溶液(1リットル当たり4
0g に相当するCeO2 を含む)を添加した。生成
物の分析は、CeO2 12重量%に相当する量の存在
を示していた。生成物を実施例1に記載したように試験
し、研磨円板は1180MPaの強度(破壊モジュラス
)を持っていた。円板の密度を水銀密度計で測定し、5
.99g/cm3 の平均値が得られた。
Claims (23)
- 【請求項1】 粒状ジルコニアをからなる、セラミッ
ク材料の製造で用いるのに適した組成物において、前記
粒子がセリウムの水和酸化物及びランタン、ネオジム、
又はプラセオジムの少なくとも一種類の水和酸化物で被
覆されている粒状ジルコニア組成物。 - 【請求項2】 粒子の大部分が0.5 μに等しいか
又はそれより小さな直径を有する請求項1に記載の組成
物。 - 【請求項3】 直径が、0.2 μより小さい請求項
2に記載の組成物。 - 【請求項4】 セリウムの水和酸化物及びランタン、
ネオジム、又はプラセオジムの水和酸化物が、酸化物混
合物からなる単一の層として存在する請求項1〜3のい
ずれか1項に記載の組成物。 - 【請求項5】 水和チタニア、水和ジルコニア、又は
水和アルミナ、又はそれらの混合物の内側被覆で粒子が
被覆されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の組
成物。 - 【請求項6】 セリウムの水和酸化物が、水和Ce(
IV)酸化物である請求項1〜5のいずれか1項に記載
の組成物。 - 【請求項7】 セリウムの水和酸化物がジルコニアの
重量に基づいてCeO2 として表して約2〜約20重
量%の量で存在している請求項1〜6のいずれか1項に
記載の組成物。 - 【請求項8】 ランタン、ネオジム、又はプラセオジ
ムの水和酸化物が、ジルコニアの重量に基づきLa2O
3 、Nd2O3 、又はPr2O3 として表して約
0.05〜約5.0 重量%の量で存在する請求項7に
記載の組成物。 - 【請求項9】 ランタン及びネオジムの水和酸化物の
混合物で粒子が被覆されている請求項1〜8のいずれか
1項に記載の組成物。 - 【請求項10】 セリウムの水和酸化物がジルコニア
の重量に基づいてCeO2 として表して約2〜約12
重量%の量で存在しており、ランタン及びネオジムの水
和酸化物の混合物が、ジルコニアの重量に基づきLa2
O3 +Nd2O3 として表して約0.05〜約5.
0 重量%の量で存在する請求項9に記載の組成物。 - 【請求項11】 セリウムの水和酸化物が約4〜約1
0重量%であり、ランタン及びネオジムの水和酸化物の
混合物の量が約0.1 〜約3.0 重量%である請求
項10に記載の組成物。 - 【請求項12】 アルカリ金属不純物の量がM2 O
として表して0.01%以下である請求項1〜11のい
ずれか1項に記載の組成物。 - 【請求項13】 ジルコニア粒子が、ジルコニウム化
合物の気相酸化又は加水分解により得られた粒子である
請求項1〜12のいずれか1項に記載の組成物。 - 【請求項14】 セラミック材料の製造で用いるのに
適した組成物を製造する方法において、ジルコニアの粒
子を、セリウムの水和酸化物及びランタン、ネオジム、
又はプラセオジムの少なくとも一種類の水和酸化物で被
覆することからなる組成物製造方法。 - 【請求項15】 ジルコニアの粒子を、被覆する前に
水中に分散させる請求項14に記載の方法。 - 【請求項16】 得られた分散物が400g/リット
ルまでの濃度でジルコニアを含む請求項15に記載の方
法。 - 【請求項17】 ジルコニアの濃度が50g /リッ
トル以上である請求項16に記載の方法。 - 【請求項18】 分散度がミル掛けにより向上される
請求項15〜17のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項19】 ジルコニアがセリウムの水溶性塩及
びランタン、ネオジム、又はプラセオジムの水溶性塩の
加水分解により被覆される請求項14〜18のいずれか
1項に記載の方法。 - 【請求項20】 被覆工程が10℃〜70℃の温度で
行われる請求項15〜19のいずれか1項に記載の方法
。 - 【請求項21】 水和酸化物がジルコニア分散物に水
性アンモニアを添加することによりジルコニア粒子に被
覆される請求項15〜20のいずれか1項に記載の方法
。 - 【請求項22】 セリウムの水和酸化物の被覆がジル
コニア粒子上に付着され、そのようにして形成された被
覆粒子を次にランタン、ネオジム、又はプラセオジムの
水和酸化物の析出により被覆する請求項15〜21のい
ずれか1項に記載の方法。 - 【請求項23】 ジルコニア粒子に、ジルコニア粒子
分散物の存在下でチタン、ジルコニウム、又はアルミニ
ウムの水溶性化合物の加水分解によりチタン、ジルコニ
ウム、又はアルミニウムの水和酸化物の内部被覆が与え
られる請求項14〜22のいずれか1項に記載の方法。
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