JPH0497942A

JPH0497942A - ムライト・ジルコニア複合セラミックスの製造方法

Info

Publication number: JPH0497942A
Application number: JP2216726A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shiga; 志賀　弘; Jii Emu Yuu Isumairu Emu; エム・ジー・エム・ユー・イスマイル; Keiichi Katayama; 恵一片山
Original assignee: Chichibu Cement Co Ltd
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1990-08-17
Filing date: 1990-08-17
Publication date: 1992-03-30

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、低温での焼結性に優れ、高強度　高靭性の焼
結体が得られるムライト・ジルコニア複合セラミックス
の製造方法に関するものである。

【従来の技術】

ムライトは３Ａｆｆｉ□０．・２Ｓ　Ｓｏ□の化学組成
を有するケイ酸アルミニウムであり、化学工業磁器、耐
火物中に含まれる結晶相として知られていたが、その高
純度焼結体は裔温強度、耐クリープ抵抗性、低熱膨張率
等の熱的・機械特性に優れ、高温構造材料セラミックス
としての応用が進みつつある。しかしながら、ムライトは窒化ケイ素（ＳｉｓＮ４）、
炭化ケイ素（Ｓ　ｉ　Ｃ）　、部分安定化ジルコニア（
ｐｓｚ）等の構造材料用セラミックスに比較して、室温
における抗折強度、破壊靭性が低く、これらの機械的特
性の改善が望まれている。そして、これらの機械的特性の改善方法として、ＳｉＣ
やＳｉ、Ｎａウィスカー（ひげ状単結晶）などとの複合
化やＺｒＯ□あるいはＡ１．Ｏｈのような粒子を分散複
合強化する方法が提案されている。尚、これらの技術のうち前者のものは、ムライト粉末と
ウィスカーとの乾式又は湿式混合によることが多く、そ
して後者のものは、乾式又は湿式混合の他、ゾル−ゲル
法とか共沈法などが採用される。

【発明が解決しようとする！題］ところで、上記のような技術にあっては、次のような問
題点がある。すなわち、前者の技術では、この系が難焼結性であるこ
とから、高い焼結温度（一般に１６００°Ｃ以上）、特
殊な焼成雰囲気、熱間加圧焼結などの特殊な装置を必要
とする。後者の技術では、比較的高い焼結温度が必要とされてお
り、特にＺｒｏｚ分散強化系では大きな問題がある。す
なわち、高温度での焼結は、分散されたＺｒ○、の粒成
長を引き起こし、この為正方晶Ｚｒ○２の単斜晶化が起
こってしまい、応力誘起強靭化の寄与が小さくなり（こ
の寄与は正方晶ＺｒＯ□が多い程大きい）、強度向上は
あまり望めない。 −そこで、本発明の第１の目的は、易焼結性（すなわち
、大気中・常圧焼結・焼結温度の低下）を実現すること
である。本発明の第２の目的は、Ｚｒｏｚ分散強化系における準
安定正方晶Ｚｒ０ｚの比率を向上させ、高強度・高靭性
の焼結体を得ることである。【課題を解決する為の手段】上記本発明の目的は、ベーマイトゾルとシリカゾルとを
混合してムライト組成ゾルを調整するムライト組成ゾル
調整工程と、ジルコニアゾルに安定化剤を添加するジル
コニア−安定他剤混合ゾル調整工程と、前記ムライト組
成ゾルと前記ジルコニア−安定他剤混合ゾルとを混合し
てゲル化するゲル化工程と、このゲル化工程で得たもの
を仮焼する仮焼工程と、仮焼工程で得た仮焼物を成形し
て焼結する焼結工程とを具備することを特徴とするムラ
イト・ジルコニア複合セラミックスの製造方法によって
達成される。尚、このムライト・ジルコニア複合セラミックスの製造
方法において、ムライト組成ゾル調整工程ではベーマイ
トゾルとシリカゾルと焼結助剤とが混合されてムライト
組成ゾルが調整されるものが好ましい。焼結助剤としてはＭ　ｇ　Ｏ，、Ｙ２０３　、Ｔ　ｉ　
Ｏア、ＦｅｚＯ５の群の中から選ばれる少なくとも一種
のものが用いられる。又、このムライト・ジルコニア複合セラミックスの製造
方法において、ベーマイトゾルとシリカゾルのＡｊ２ｚ
　Ｃｈ　／Ｓ　ｉ　Ｏ□のモル比は約１．３７〜１．７
６であることが望ましく、そしてＭｇＯ１Ｙｚ　Ｏｓ　
、Ｔ　ｉ　Ｏｘ　、Ｆ　ｅ　ｚ　Ｏ３の群の中から選ば
れる少なくとも一種の焼結助剤が用いられる場合には、
ベーマイトゾルとシリカゾルとの合計量１００重量部に
対して焼結助剤は０．０５〜１．５重量部であることが
好ましい。ベーマイトゾルとしては反応活性の高いベーマイトゾル
を使用することが好ましく、これはガンマ−アルミナ（
Ｔ　　Ａｌｚ　Ｏｓ　）やベーマイト（Ａ！００Ｈ）の
水分散液を８０°Ｃ以上に加熱しながら、硝酸、塩酸等
の無機酸や酢酸、ギ酸等の有ｉ酸を通置加えて、解膠す
ることムこよって得られる。シリカゾルとしては、シリカ微粒子、例えば湿式法で製
造されるホワイトカーボンや乾式法のヒユームドシリカ
を水中に分散させたコロイド水溶液が好ましい。又、安定化剤としてはＭｇＯ，Ｙｚ　Ｃｈ　、ＣａＯ１
Ｃｅ　０２の群の中から選ばれる少なくとも一種のもの
が用いられる。尚、このＭｇＯ，Ｙ２０３　、Ｃａｂ、ＣｅＣＬの群の
中から選ばれる安定化剤は、ムライト１００重量部に対
して０．０５〜２重量部の程度である。これは、安定化
剤の添加量が多くなりすぎると、正方晶ＺｒＯ□の比率
が低下してしまう為である。そして、ムライト組成ゾルとジルコニア−安定他剤混合
ゾルとの割合は重量比で９０：１０〜６５：３５である
ことが好ましい。ジルコニアゾルは、例えばオキシ塩化ジルコニウム及び
オキシ硝酸ジルコニウムの群の中から選ばれる少なくと
も一種類のものをジルコニウム源（ジルコニウム源の濃
度は０．３〜２ｅａｏｅ／ｌ）とし、硝酸アンモニウム
、塩化アンモニウム及び硫酸アンモニウムの群の中から
選ばれる少なくとも一種類のアンモニウム塩（後述の尿
素に対してアンモニウム塩の総量は、モル比で０．５倍
以上）及び尿素（ジルコニウム源に対して尿素の量は、
モル比で１〜５倍）が添加され、尿素の分解により製造
される。尚、ジルコニウムゾルの製造に際して、ジルコニウム源
と尿素の加水分解物との反応時のｐＨは２〜３であるこ
とが好ましい。又、ジルコニウムゾルの製造に際して、ジルコニウム源
と尿素の加水分解物との反応生成物を濾過、洗浄した後
、酸で解膠することが好ましい。特に、濾過・水洗時のｐＨは５〜７とすることが好まし
い。又、解膠処理時のＰＨは２．２以下が好ましい。そして、前記のヘーマイトゾルとシリカゾルをＡ　ｐｇ
　０３　／Ｓ　ｉ　ｏｘのモル比が所定のものとなるよ
う、さらに必要に応してＭｇＯ，Ｙ、Ｏ，、ＴｉＯ□、
Ｆｅ、０３の群の中から選ばれる少なくとも一種の焼結
助剤を加えて、ムライト組成ゾルを調整する。又、一方、ジルコニアゾルにＭｇＯ１Ｙ７０゜、ＣａＯ
ｌＣｅＯｚＯ群の中から選ばれる少なくとも一種の安定
化剤を添加しジルコニア−安定他剤混合ゾルを調整する
。次に、上記ムライトｕ成ヅルとノルコニアー安定他剤混
合ゾルとを所定の割合で混合してゲル化させる。そして、このゲル化物を所定の温度で仮焼し、その後所
定の温度で焼結する。この焼結温度は、従来のムライト・ジルコニア複合セラ
ミンクスの製造の場合よりも低い温度、例えば１４５０
°Ｃ程度の低い温度でも行え、正方晶１ｒＣ）２の比率
が高く、高強度・高靭性の焼結体が得られる。

【実施例】

■　１．０ｍｏｆｆｉ／Ｆ！のＺｒ０Ｃｅｚ溶液にモル
比で２．０８倍の尿素、及び尿素の１／１０量（モル比
）のＮＨ，Ｎｏ、を加え、３．５時間ＪＪｌｌｌ熱還流
してジルコニアゾルを得た。 ■　このジルコニアゾルを希アンモニア水でゲル化させ
た後、濾過、水洗し、Ｃ１−イオンを除去■　こうして
得られたジルコニアゲルをＩＮの希硝酸中に再懸濁して
ゾル化し、それにムライト相に対して０．０５〜１．５
重量％のＭｇＯとなるＭ　ｇ　ＮＯ１＋　　６Ｈｚ　Ｏ
（又は００７〜２，０重量％のＹ２Ｏ３となるＹ　（Ｎ
ＯＩ　）ｚ　　６Ｈｚ　ｏ）を加えて溶解した。この混
液を３時間加熱還流し、ＺｒＯ，−ＭｇＯ混合ゾルを得
た。 ■　ヘーマイトゾルとシリカゾルをＡｉ　２０３　／Ｓ
ｉｎ、のモル比が３／２となるよう、さらに０．０５〜
１．５重蓋％のＭｇＯとなるＭｇ　（ＮＯｌ）２　・６
Ｈ７０を加えて、ムライト組成ゾルを得た。 ■　前記ＺｒＯ□−Ｍｇ○混合プルに対して上記のムラ
イト組成ゾルを加え、高速分散機で混合攪拌し、反応さ
せた。その後、１２０　”Ｃで２０時間乾燥する。 ■　このようにして得た乾燥ゲルをボールミルで粉砕し
た後、１００メソンユの篩にかけ、これを電気炉（１４
００°Ｃで１５時間）中で仮焼する。 ■　仮焼粉を湿式スラリー粉砕し、平均粒径が１゜３ｔ
Ｉｍのものにする。この後、スラリーは１２０℃で３０
時間乾燥し、乾燥後１５０メツシユの篩にかけてパスし
た粉末を得る。 ■　このようにして得た粉末を２ｔｏｎ／ｃｍ”で静水
圧成形した後、３００℃／ｈｒの昇温速度で昇温させ、
所定の温度で焼結した。このようにして得たムライト・ジルコニア複合セラミッ
クスの特性を調べたので、その結果を表に示す。

【効果】

本発明に係るムライト・ジルコニア複合セラミックスの
製造方法は、ヘーマイトゾルとシリカゾルとを混合して
ムライト組成ゾルを調整するムライト組成ゾル調整工程
と、ジルコニアゾルに安定化剤を添加するジルコニア−
安定化側混合ゾル調整工程と、前記ムライト組成ゾルと
前記ジルコニア−安定他剤混合ゾルとを混合してゲル化
するゲル化工程と、このゲル化工程で得たものを仮焼す
る仮焼工程と、仮焼工程で得た仮焼物を成形して焼結す
る焼結工程とを具備するので、焼結工程での焼成温度が
例えば１４５０°Ｃといった低い温度でも良く、そして
曲げ強度及び破壊靭性に優れたものであり、畜強度なセ
ラミックスが簡単に得られる特長を有する。特許出願人　秩父セメント株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ベーマイトゾルとシリカゾルとを混合してムライ
ト組成ゾルを調整するムライト組成ゾル調整工程と、ジ
ルコニアゾルに安定化剤を添加するジルコニア−安定化
剤混合ゾル調整工程と、前記ムライト組成ゾルと前記ジ
ルコニア−安定化剤混合ゾルとを混合してゲル化するゲ
ル化工程と、このゲル化工程で得たものを仮焼する仮焼
工程と、仮焼工程で得た仮焼物を成形して焼結する焼結
工程とを具備することを特徴とするムライト・ジルコニ
ア複合セラミックスの製造方法。
（２）ムライト組成ゾル調整工程はベーマイトゾルとシ
リカゾルと焼結助剤とが混合されてムライト組成ゾルが
調整されるものである特許請求の範囲第１項記載のムラ
イト・ジルコニア複合セラミックスの製造方法。
（３）焼結助剤が、ＭｇＯ、Ｙ＿２Ｏ＿３、ＴｉＯ＿２
、Ｆｅ＿２Ｏ＿３の群の中から選ばれる少なくとも一種
のものである特許請求の範囲第１項記載のムライト・ジ
ルコニア複合セラミックスの製造方法。
（４）安定化剤が、ＭｇＯ、Ｙ＿２Ｏ＿３、ＣａＯ、Ｃ
ｅＯ＿２の群の中から選ばれる少なくとも一種のもので
ある特許請求の範囲第１項記載のムライト・ジルコニア
複合セラミックスの製造方法。
（５）ムライト組成ゾルとジルコニア−安定化剤混合ゾ
ルとの割合が重量比で９０：１０〜６５：３５である特
許請求の範囲第１項記載のムライト・ジルコニア複合セ
ラミックスの製造方法。