JPH0656524A

JPH0656524A - ジルコニア焼結体の製造方法及びジルコニア焼結体

Info

Publication number: JPH0656524A
Application number: JP3040321A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ishizuka; 雅之石塚
Original assignee: Sumitomo Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Cement Co Ltd
Priority date: 1991-03-06
Filing date: 1991-03-06
Publication date: 1994-03-01

Abstract

(57)【要約】【目的】イットリアを２〜３モル％固溶した高靱性を
有するジルコニア焼結体の焼結性を改善して、高密度で
内部に欠陥が少なく、高強度のジルコニア焼結体を提供
する。【構成】安定化剤としてイットリアを２〜３モル％固
溶した第１のジルコニア粉末に、安定化剤としてイット
リアを４モル％以下でかつ第１のジルコニア粉末よりも
多く固溶した第２のジルコニア粉末を２〜１２重量％添
加混合して混合粉末を得る。次いで、この混合粉末を成
形しさらに焼結してジルコニア焼結体を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に高靱性、高強度の
ジルコニア焼結体を製造する方法とこれによって得られ
るジルコニア焼結体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ジルコニアにイットリアを固溶す
ることにより、ジルコニアの高温相である正方晶を室温
まで安定化させた正方晶ジルコニア多結晶体（Ｙ−ＴＺ
Ｐ）が提供されている。この正方晶ジルコニア多結晶体
は、正方晶が応力誘起相転移によって単斜相に変わる際
に破壊エネルギーを吸収することにより、高強度、高靱
性を有することが知られている。そして、これらの性質
は、正方晶の安定性と関係するため、安定化剤としての
イットリア濃度に大きく影響を受けるのである。

【０００３】ところで、ジルコニア焼結体は安定化剤と
してイットリアを添加する場合、室温にてその正方晶を
安定に維持するためにはイットリアを１〜４モル％添加
する必要がある。そして、この添加範囲においてイット
リアが少量、すなわち下限側になると、ジルコニア焼結
体は応力誘起相転移が起こり易くなるため、比較的高靱
性を有するものとなる。一方イットリアが多量、すなわ
ち上限側になると、靱性はやや低下するものの、融点が
下がるためその焼結性が向上する。

【０００４】このようなジルコニア焼結体にあっては、
室温で使用されるものの場合、焼結体中にイットリアが
２〜３モル％固溶していればその正方晶が十分に安定で
あり、かつ十分な靱性を発現するものとなる。そして、
もし焼結性が従来のものより向上すれば、低温焼結によ
って焼結体の組織を微細にすることができ、これにより
破壊源となる欠陥を小さくして強度向上を図ることがで
きるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ジルコ
ニアの焼結にあたっては、例えばアルミナの焼結などに
用いられるようなマグネシア、カルシア等の焼結助剤を
添加すると、これら焼結助剤がジルコニアの安定化剤で
もあるためただちにジルコニア中に固溶してしまい、ジ
ルコニアを異常粒成長させたり、さらには高温相の応力
誘起相転移には関与しない立方晶を安定化させてしまう
といった不都合を生じ、このため焼結性の改善するため
の有効な手段が提供されていないのが現状である。

【０００６】この発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、イットリアを２〜３モル
％固溶した高靱性を有するジルコニア焼結体の焼結性を
改善して、高密度で内部に欠陥が少なく、高強度のジル
コニア焼結体を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明における請求項１
記載のジルコニア焼結体の製造方法では、安定化剤とし
てイットリアを２〜３モル％固溶した第１のジルコニア
粉末に、安定化剤としてイットリアを４モル％以下でか
つ前記第１のジルコニア粉末よりも多く固溶した第２の
ジルコニア粉末を２〜１２重量％添加混合して混合粉末
を得、次にこの混合粉末を成形し、次いで得られた成形
体を焼結することを前記課題の解決手段とした。また、
請求項２記載のジルコニア焼結体では、請求項１記載の
製造方法によって得られたことを前記課題の解決手段と
した。

【０００８】以下、本発明のジルコニア焼結体の製造方
法及びこれによって得られるジルコニア焼結体を詳しく
説明する。本発明者は、ジルコニア焼結体の焼結助剤と
して、安定化剤の固溶量の多い易焼結性ジルコニアを用
いることに思い至り本発明を完成した。すなわち、安定
化剤としてイットリアを２〜３モル％固溶した第１のジ
ルコニア粉末をマトリックスとして用い、これに、安定
化剤としてイットリアを４モル％以下でかつ前記第１の
ジルコニア粉末よりも多く固溶した第２のジルコニア粉
末を焼結助剤として添加するのである。

【０００９】第１のジルコニア粉末としてイットリアが
２〜３モル％固溶したものを用いるのは、イットリアの
固溶量が３モル％を越えると、得られるジルコニア焼結
体の結晶形が正方晶で安定になり過ぎて十分な靱性が発
現しないからであり、２モル％未満であると得られる焼
結体中に単斜相が生成し、これが破壊源となることによ
って機械強度が低下するからである。

【００１０】また、焼結助剤として前記範囲のイットリ
アを固溶した第２のジルコニア粉末を用いるのは、イッ
トリアが４モル％を越えると立方晶が安定となり、これ
を添加して得られるジルコニア焼結体の結晶型が均一な
正方晶でなくなるからであり、またマトリックス（第１
のジルコニア粉末からなる焼結部）よりイットリアの固
溶量が少ないと、全体の融点を下げて第１のジルコニア
粉末の焼結性を高める効果がなくなるからである。な
お、この第２のジルコニア粉末のイットリア固溶量とし
ては、３〜４モル％であるのが好ましい。

【００１１】また、このようなジルコニア粉末として
は、マトリックスとなる第１の粉末および焼結助剤とな
る第２の粉末ともに、得られる焼結体の緻密化を図り、
かつジルコニア焼結体の正方晶の安定化を図るうえで、
その平均粒径を１.０μm以下とするのが好ましい。な
お、第１の粉末と第２の粉末とを異なった粒径のものに
してもよいのはもちろんであり、かつそれぞれの粉末が
異なった粒径のものの混合物であってもよいのももちろ
んである。

【００１２】また、第２のジルコニア粉末の第１のジル
コニア粉末への添加量としては全体の２〜１２重量％と
される。すなわち、２重量％未満であると添加して焼結
性を向上する効果が得られず、一方１２重量％を越える
とマトリックスの性質を変えてしまい、得られる焼結体
が十分な強度、靱性を発現しなくなるからである。そし
て、このように焼結助剤としての第２のジルコニア粉末
の添加量を２〜１２重量％としたため、得られるジルコ
ニア焼結体においては全体のイットリア濃度があまり大
きく変化せず、また焼結終了時には濃度拡散によって均
一になることから、得られるジルコニア焼結体は十分な
高靱性と高強度とを有するものとなるのである。

【００１３】このような粉末の混合方法としては、ボー
ルミルなどによる周知の混合方法が採用される。このよ
うにして第１のジルコニア粉末に第２のジルコニア粉末
を混合した後、得られた混合粉末を周知の方法で所望形
状に成形し、さらに得られた成形体を大気中常圧下にて
１３００〜１６００℃で焼結して本発明における請求項
２記載のジルコニア焼結体を得る。

【００１４】ここで成形体は、焼結初期にはイットリア
濃度の大きな部分により焼結が促進されて緻密化が進
み、焼結末期にはイットリアが拡散により均一に分散さ
れる。そして、このような焼結を経ることにより得られ
るジルコニア焼結体は、イットリアが均一に分散したも
のとなるのである。なお、焼結については、熱間静水圧
プレス（ＨＩＰ）法を採用することもでき、その場合に
はより緻密であり、したがって高強度のジルコニア焼結
体を得ることができる。

【００１５】

【作用】本発明における請求項１記載のジルコニア焼結
体の製造方法によれば、第１のジルコニア粉末に、これ
よりイットリア濃度の高いジルコニア粉末を焼結助剤と
して添加することにより、焼結時における粒成長が抑え
られ、かつイットリア濃度の大きいジルコニア粉末によ
って全体の融点が下がり、第１のジルコニア粉末の焼結
性が高められる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明を実施例によりさらに具体的
に説明する。安定化剤としてイットリアを２.６モル％
固溶した平均粒径０.２μmの第１のジルコニア粉末に、
安定化剤としてそれぞれイットリアを２、３、４モル％
固溶した平均粒径０.０７μmの第２のジルコニア粉末を
１０重量％ずつ加え、ボールミルによって２４時間混合
して三種類の混合粉末を得た。次に、得られた混合粉末
を冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）によってそれぞれ成形し
た。その後、得られた成形体をそれぞれ大気中常圧下に
おいて１４００℃で４時間焼結し、三種類のジルコニア
焼結体を得た。なお、得られたジルコニア焼結体のう
ち、第２のジルコニア粉末を３モル％、および４モル％
添加して得られたものは本発明品であり、２モル％添加
したものは比較品である。

【００１７】得られた焼結体の密度を水置換によるアル
キメデス法によって測定した。さらに、測定値から理論
密度を６.１０ｇ／ｃｍ³として相対密度を計算し、その
結果を表１に示す。また、比較品として、第２のジルコ
ニア粉末を添加することなく、第１のジルコニア粉末の
みを焼結してジルコニア焼結体を得、その相対密度を計
算して結果を表１に併記した。

【００１８】表１に示すように、本発明品は比較品に比べ、相対密度
が高くなっている。

【００１９】また、安定化剤としてイットリアを２.６
モル％固溶した平均粒径０.２μmの第１のジルコニア粉
末に、安定化剤としてイットリアを３モル％固溶した平
均粒径０.００５μmの第２のジルコニア粉末を４重量％
加え、湿式媒体攪拌型混合機で３０分間混合した。次
に、この混合物にバインダーとしてポリビニルアルコー
ル（ＰＶＡ）を加えてスラリーとし、このスラリーより
造粒物を得た。次いで、得られた造粒物を冷間静水圧加
圧（ＣＩＰ）によって成形し、さらに得られた成形体を
常圧大気中にて１４００℃で４時間予備焼結した。

【００２０】その後、予備焼結体をアルゴン雰囲気中に
て１４５０℃、２０００気圧の加圧下で２時間熱間静水
圧プレス（ＨＩＰ）処理を行なった。得られた焼結体に
ついて水置換によるアルキメデス法によって密度を測定
し、前述した例と同様にして相対密度を計算した。ま
た、室温でJIS R1601による３点曲げ強度を測定した。
得られた結果を表２に示す。

【００２１】また、比較品として、第２のジルコニア粉
末を添加することなく、第１のジルコニア粉末のみを焼
結してジルコニア焼結体を得、その相対密度および３点
曲げ強度を求めてその結果を表２に併記した。

【００２２】表２に示す結果より、本発明品は比較品に比べ相対密度
が高くなり、また、これに伴って３点曲げ強度も高くな
ることが確認された。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明における請求
項１記載のジルコニア焼結体の製造方法は、第１のジル
コニア粉末に、これよりイットリア濃度の高いジルコニ
ア粉末を焼結助剤として添加して焼結するものであるか
ら、焼結時において粒成長を抑え、緻密化することによ
って微細な組織とすることができる。また、イットリア
濃度の大きいジルコニア粉末の添加によって全体の融点
を下げ、これにより第１のジルコニア粉末の焼結性を高
めることができることから、破壊源となる欠陥を少なく
して高強度のジルコニア焼結体を得ることができる。

【００２４】また、請求項２記載のジルコニア焼結体
は、請求項１記載の方法によって得られたものであるか
ら、微細な組織を有しかつ高強度を有するものとなる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】安定化剤としてイットリアを２〜３モル
％固溶した第１のジルコニア粉末に、安定化剤としてイ
ットリアを４モル％以下でかつ前記第１のジルコニア粉
末よりも多く固溶した第２のジルコニア粉末を２〜１２
重量％添加混合して混合粉末を得、次にこの混合粉末を
成形し、次いで得られた成形体を焼結することを特徴と
するジルコニア焼結体の製造方法。
【請求項２】安定化剤としてイットリアを２〜３モル
％固溶した第１のジルコニア粉末に、安定化剤としてイ
ットリアを４モル％以下でかつ前記第１のジルコニア粉
末よりも多く固溶した第２のジルコニア粉末を２〜１２
重量％添加混合して混合粉末を得、次にこの混合粉末を
成形し、さらに得られた成形体を焼結して得られたこと
を特徴とするジルコニア焼結体。