JPH0678186B2 - ジルコニア焼結体 - Google Patents
ジルコニア焼結体Info
- Publication number
- JPH0678186B2 JPH0678186B2 JP61138951A JP13895186A JPH0678186B2 JP H0678186 B2 JPH0678186 B2 JP H0678186B2 JP 61138951 A JP61138951 A JP 61138951A JP 13895186 A JP13895186 A JP 13895186A JP H0678186 B2 JPH0678186 B2 JP H0678186B2
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- mol
- pct
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高強度且つ高靱性特性を有すると共にこれらの
特性の経時的劣化を小さくして耐環境性及び信頼性を高
めることができたジルコニア焼結体に関するものであ
る。
特性の経時的劣化を小さくして耐環境性及び信頼性を高
めることができたジルコニア焼結体に関するものであ
る。
セラミック焼結体は靱性に劣る材料であることが知られ
ており、これに対して部分安定化ジルコニア焼結体がこ
の欠点を改善する材料として注目されている。この部分
安定化ジルコニア（Partially Stabilized-Zirconia、
以下、これをPSZと略す）焼結体は、その製作に当たっ
てジルコニア原料に種々の安定化剤、例えばMgO,Y2O3,C
aOなどを適当な量添加して焼成することにより得られ、
このPSZ焼結体の結晶相は主として正方晶相又は正方晶
相と立方晶相の混合相から成ることが特徴であると言わ
れる。
ており、これに対して部分安定化ジルコニア焼結体がこ
の欠点を改善する材料として注目されている。この部分
安定化ジルコニア（Partially Stabilized-Zirconia、
以下、これをPSZと略す）焼結体は、その製作に当たっ
てジルコニア原料に種々の安定化剤、例えばMgO,Y2O3,C
aOなどを適当な量添加して焼成することにより得られ、
このPSZ焼結体の結晶相は主として正方晶相又は正方晶
相と立方晶相の混合相から成ることが特徴であると言わ
れる。
かくして、このPSZ焼結体はセラミックス自体が有する
優れた耐食性に加えて高強度且つ高靱性特性を有するが
故に、ハサミ、包丁などの各種日用品、生体内各種部
材、産業機械用部品等々に幅広く用いられてきている。
優れた耐食性に加えて高強度且つ高靱性特性を有するが
故に、ハサミ、包丁などの各種日用品、生体内各種部
材、産業機械用部品等々に幅広く用いられてきている。
しかしながら、このPSZ焼結体から成る各種部材を長期
に亘って使用したり、或いは高温下又は水蒸気雰囲気下
や水との接触を伴って使用された場合には強度及び靱性
の劣化が顕著になって現れてきており、現在までのとこ
ろ水及び熱が原因となって正方晶相の単斜晶相への変態
を促進するものと考えられている。
に亘って使用したり、或いは高温下又は水蒸気雰囲気下
や水との接触を伴って使用された場合には強度及び靱性
の劣化が顕著になって現れてきており、現在までのとこ
ろ水及び熱が原因となって正方晶相の単斜晶相への変態
を促進するものと考えられている。
本発明者は上記事情に鑑みて鋭意研究の結果、安定化剤
にDy2O3とCeO2を用いてこれらを所定の範囲内で含有さ
せたPSZ焼結体は耐水性且つ耐熱性に優れていることを
見出した。
にDy2O3とCeO2を用いてこれらを所定の範囲内で含有さ
せたPSZ焼結体は耐水性且つ耐熱性に優れていることを
見出した。
従って、本発明は上記知見に基づいて完成されたもので
あり、その目的は高強度且つ高靱性特性を有すると共に
熱安定性及び耐水性に優れ、これにより、高品質且つ高
信頼性のジルコニア焼結体を提供することにある。
あり、その目的は高強度且つ高靱性特性を有すると共に
熱安定性及び耐水性に優れ、これにより、高品質且つ高
信頼性のジルコニア焼結体を提供することにある。
本発明によれば、主としてZrO2から成り、0.5〜4.5モル
％のDy2O3及び２〜８モル％のCeO2を含有すると共にDy2
O3とCeO2の合計した含有量が６モル％以上であり、結晶
相が主として正方晶相又は正方晶相と立方晶相の混合相
から成るジルコニア焼結体が提供される。
％のDy2O3及び２〜８モル％のCeO2を含有すると共にDy2
O3とCeO2の合計した含有量が６モル％以上であり、結晶
相が主として正方晶相又は正方晶相と立方晶相の混合相
から成るジルコニア焼結体が提供される。
本発明のジルコニア焼結体は後述する過酷試験、即ち、
熱水処理試験（このような試験は一般にProcess Cooker
Testと呼ばれており、以下、これをPCTと略す）を行っ
ても上記安定化剤を所定の範囲内で配合すればZrO2結晶
相中の単斜晶相を50重量％以下に抑え、これにより、こ
の焼結体の強度及び靱性のそれぞれの経時的劣化を小さ
くした高信頼性のPSZ焼結体とし、加えて、このPCTによ
っても依然として通常のアルミナ焼結体以上の強度（40
kg/mm2以上の曲げ強度）を有することが特徴である。
熱水処理試験（このような試験は一般にProcess Cooker
Testと呼ばれており、以下、これをPCTと略す）を行っ
ても上記安定化剤を所定の範囲内で配合すればZrO2結晶
相中の単斜晶相を50重量％以下に抑え、これにより、こ
の焼結体の強度及び靱性のそれぞれの経時的劣化を小さ
くした高信頼性のPSZ焼結体とし、加えて、このPCTによ
っても依然として通常のアルミナ焼結体以上の強度（40
kg/mm2以上の曲げ強度）を有することが特徴である。
本発明に係るPCTは温度121℃、２気圧の沸騰状態下の熱
水中にPSZ焼結体を100時間放置するというものであり、
これにより、PCTの前後の単斜晶相の含有量の変化を追
っている。
水中にPSZ焼結体を100時間放置するというものであり、
これにより、PCTの前後の単斜晶相の含有量の変化を追
っている。
本発明によれば、安定化剤としてDy2O3を0.5〜4.5モル
％及びCeO2を２〜８モル％含有することが重要であり、
Dy2O3が0.5モル％未満であればPCT前の焼結体であって
も単斜晶相が50重量％以上含んでおり、焼結に伴ってク
ラックが発生し易くなり、4.5モル％を越えた場合、強
度が顕著に低下する。また、CeO2が２モル％未満であれ
ば、PCTによって単斜晶相が50重量％以上に増え、８モ
ル％を越えた場合、強度が低下する傾向にある。
％及びCeO2を２〜８モル％含有することが重要であり、
Dy2O3が0.5モル％未満であればPCT前の焼結体であって
も単斜晶相が50重量％以上含んでおり、焼結に伴ってク
ラックが発生し易くなり、4.5モル％を越えた場合、強
度が顕著に低下する。また、CeO2が２モル％未満であれ
ば、PCTによって単斜晶相が50重量％以上に増え、８モ
ル％を越えた場合、強度が低下する傾向にある。
また、これらDy2O3とCeO2の合計した含有量が６モル％
以上あることも重要であり、これが６モル％未満である
とPCTによって単斜晶相が50重量％以上に増える。
以上あることも重要であり、これが６モル％未満である
とPCTによって単斜晶相が50重量％以上に増える。
更に本発明者はDy2O3とCeO2の好適な含有量がそれぞれ
0.5〜2.5モル％及び5.5〜7.5モル％の範囲内であること
を見い出した。この範囲内であれば、PCT後であっても
単斜晶相の量比が30重量％以下にできると共に55Kg/mm2
以上の高強度特性が得られる。
0.5〜2.5モル％及び5.5〜7.5モル％の範囲内であること
を見い出した。この範囲内であれば、PCT後であっても
単斜晶相の量比が30重量％以下にできると共に55Kg/mm2
以上の高強度特性が得られる。
主成分のZrO2については全焼結体中80モル％以上含有す
るのがよく、好適には87.5〜94モル％の範囲内で含有す
ればよく、この範囲内であればPSZ自体が有する高強度
且つ高靱性特性が顕著になる。
るのがよく、好適には87.5〜94モル％の範囲内で含有す
ればよく、この範囲内であればPSZ自体が有する高強度
且つ高靱性特性が顕著になる。
また本発明によれば、上記安定化剤及びその配合比以外
に焼結体中の平均結晶粒径を２μｍ以下、好適には１μ
ｍ以下に設定するのが望ましく、この範囲内にあれば単
斜晶相の析出が一段と抑えられ、高強度且つ高靱性のPS
Z焼結体となり、しかも、PCT後であっても単斜晶相の析
出量を低減させて全ZrO2結晶相中50重量％以下にするこ
とが比較的容易である。
に焼結体中の平均結晶粒径を２μｍ以下、好適には１μ
ｍ以下に設定するのが望ましく、この範囲内にあれば単
斜晶相の析出が一段と抑えられ、高強度且つ高靱性のPS
Z焼結体となり、しかも、PCT後であっても単斜晶相の析
出量を低減させて全ZrO2結晶相中50重量％以下にするこ
とが比較的容易である。
更にまた本発明のPSZ焼結体は上述したZrO2主成分及び
安定化剤の２成分を必須不可欠のものとしているが、そ
れ以外の成分が含有されることを排除するものではな
い。例えばDy2O3やCeO2の安定化剤の30重量％以内で他
の安定化剤、例えば希土類元素の酸化物、CaO、MgOで置
換してもよく、或いはジルコニア及び安定化剤の混合粉
体時にボール等の粉砕媒体を使用するときは、この粉砕
媒体を構成する成分が混合粉砕物中に必然的に含有され
るようになり、例えばアルミナ（Al2O3）等であり、こ
れは焼結体全体当たり３重量％まで混合されることが許
容される。また、ジルコニア原料を用いるに当たって必
然的に混入されるような不可避不純物、例えばSiO2,Fe2
O3,TiO2,Nb2O5なども焼結体全体当たり３重量％まで混
入されることが許容される。尚、ZrO2原料中には分離が
困難なHfO2を含有してもよい。
安定化剤の２成分を必須不可欠のものとしているが、そ
れ以外の成分が含有されることを排除するものではな
い。例えばDy2O3やCeO2の安定化剤の30重量％以内で他
の安定化剤、例えば希土類元素の酸化物、CaO、MgOで置
換してもよく、或いはジルコニア及び安定化剤の混合粉
体時にボール等の粉砕媒体を使用するときは、この粉砕
媒体を構成する成分が混合粉砕物中に必然的に含有され
るようになり、例えばアルミナ（Al2O3）等であり、こ
れは焼結体全体当たり３重量％まで混合されることが許
容される。また、ジルコニア原料を用いるに当たって必
然的に混入されるような不可避不純物、例えばSiO2,Fe2
O3,TiO2,Nb2O5なども焼結体全体当たり３重量％まで混
入されることが許容される。尚、ZrO2原料中には分離が
困難なHfO2を含有してもよい。
また、本発明に係るPSZ焼結体の単斜晶相の量はR.C.Gar
vie and P.S.NicholsonのJ.Amer.Ceram.Soc.、vol.55、
No.6、303〜305（1972）に記載されたＸ線回折測定法に
より求められた。即ち、単斜晶相の回折ピーク強度をIm
（111）、Im（11）、立方晶相の回折ピーク強度をIc
（111）、正方晶相の回折ピーク強度をIt（111）とした
場合、 の式から単斜晶相の量（重量％）を求めた。尚、前記論
文に記載された式にはIt（111）が記載されていない
が、本測定法においてはこれを加えている。
vie and P.S.NicholsonのJ.Amer.Ceram.Soc.、vol.55、
No.6、303〜305（1972）に記載されたＸ線回折測定法に
より求められた。即ち、単斜晶相の回折ピーク強度をIm
（111）、Im（11）、立方晶相の回折ピーク強度をIc
（111）、正方晶相の回折ピーク強度をIt（111）とした
場合、 の式から単斜晶相の量（重量％）を求めた。尚、前記論
文に記載された式にはIt（111）が記載されていない
が、本測定法においてはこれを加えている。
〔実施例〕 次に本発明を実施例により説明する。
水酸化ジルコニルを仮焼して得られる粉末をジルコニア
原料（純度99.8％、平均一次粒径は数百Å程度の大きさ
であるが、沈降法によれば平均粒径は約0.9μｍであ
る）とし、この原料にPSZ焼結体中の安定化剤の含有量
が第１表に示す通りになるようにDy2O3粉末（平均粒径
１μm,純度99.9％）及びCeO2粉末（平均粒径0.7μｍ、
純度99.9％）を配合し、次いでアルミナ製ポットにこの
混合物を投入してアルミナ製ボールを用いて粉砕及び混
合し、更にこの原料にパラフィンワックスなどのバイン
ダーを添加して造粒し、然る後、５×４×40mmの寸法に
加圧成形し、この成形体を第１表に示す焼成条件で焼結
させた。
原料（純度99.8％、平均一次粒径は数百Å程度の大きさ
であるが、沈降法によれば平均粒径は約0.9μｍであ
る）とし、この原料にPSZ焼結体中の安定化剤の含有量
が第１表に示す通りになるようにDy2O3粉末（平均粒径
１μm,純度99.9％）及びCeO2粉末（平均粒径0.7μｍ、
純度99.9％）を配合し、次いでアルミナ製ポットにこの
混合物を投入してアルミナ製ボールを用いて粉砕及び混
合し、更にこの原料にパラフィンワックスなどのバイン
ダーを添加して造粒し、然る後、５×４×40mmの寸法に
加圧成形し、この成形体を第１表に示す焼成条件で焼結
させた。
かくして得られた焼結体をダイヤモンド砥石を用いてそ
の表面を研磨し、特性評価用試料とした。
の表面を研磨し、特性評価用試料とした。
この特性評価として結晶相及び単斜晶相の量比、曲げ強
度、かさ比重、並びにPCT後の単斜晶相の量比及び曲げ
強度をそれぞれ10個の平均値で求めた。この曲げ強度は
JIS-R-1601の三点曲げ試験法から求め、結晶相はＸ線回
折法に基づいて単斜晶相は（11）の回折ピーク強度、
正方晶相は（111），（004），（400）のそれぞれの回
折ピーク強度、立方晶相は（111），（400）のそれぞれ
の回折ピーク強度から求められた。
度、かさ比重、並びにPCT後の単斜晶相の量比及び曲げ
強度をそれぞれ10個の平均値で求めた。この曲げ強度は
JIS-R-1601の三点曲げ試験法から求め、結晶相はＸ線回
折法に基づいて単斜晶相は（11）の回折ピーク強度、
正方晶相は（111），（004），（400）のそれぞれの回
折ピーク強度、立方晶相は（111），（400）のそれぞれ
の回折ピーク強度から求められた。
斯様にして得られた測定結果は第１表に示す通りであ
り、また、第１図はPCT後のPSZ焼結体の組成に対する単
斜晶相の量比を示しており、●印は単斜晶相が30重量％
未満，▲印は30〜50重量％、■印は50重量％を越えた場
合を表している。
り、また、第１図はPCT後のPSZ焼結体の組成に対する単
斜晶相の量比を示しており、●印は単斜晶相が30重量％
未満，▲印は30〜50重量％、■印は50重量％を越えた場
合を表している。
そして、第１図中Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅによって囲まれる
領域は本発明の範囲内であることを示し、Ｆ−Ｂ−Ｇ−
Ｈによって囲まれる領域は本発明にとって好適な組成で
あることを示す。
領域は本発明の範囲内であることを示し、Ｆ−Ｂ−Ｇ−
Ｈによって囲まれる領域は本発明にとって好適な組成で
あることを示す。
尚、第１表中PCT前の結晶相欄は結晶相の概ねの量比を
示しており、c,t,mはそれぞれ立方晶相、正方晶相、単
斜晶相を表している。
示しており、c,t,mはそれぞれ立方晶相、正方晶相、単
斜晶相を表している。
第１表より明らかな通り、本発明のPSZ焼結体である試
料No.1,2,5〜14,18はPCT前で大きな曲げ強度を示してお
り、PCT後であっても単斜晶相の量比が50重量％以下に
抑えられると共に曲げ強度が41Kg/mm2以上の値が得られ
ている。とりわけ、試料No.1,2,6,7においてはPCT後で
あっても単斜晶相の量比が23重量％以下であると共に60
Kg/mm2以上の曲げ強度が得られている。
料No.1,2,5〜14,18はPCT前で大きな曲げ強度を示してお
り、PCT後であっても単斜晶相の量比が50重量％以下に
抑えられると共に曲げ強度が41Kg/mm2以上の値が得られ
ている。とりわけ、試料No.1,2,6,7においてはPCT後で
あっても単斜晶相の量比が23重量％以下であると共に60
Kg/mm2以上の曲げ強度が得られている。
そして、これらの試料についてはいずれも大きな靱性が
得られている。
得られている。
これに対して、試料No.3,4,15〜17は本発明の範囲外で
あり、PCT後の単斜晶相が50重量％を越えてクラックが
発生したり、或いは40Kg/mm2未満の曲げ強度しか得られ
なかった。
あり、PCT後の単斜晶相が50重量％を越えてクラックが
発生したり、或いは40Kg/mm2未満の曲げ強度しか得られ
なかった。
また、試料No.18,19は安定化剤にCeO2を単独で用いた場
合であり、焼結後クラックの発生が認められた。試料N
o.20,21は安定化剤にDy2O3を単独で用いた場合であり、
PCTによってクラックが発生したり、強度が顕著に劣化
している。
合であり、焼結後クラックの発生が認められた。試料N
o.20,21は安定化剤にDy2O3を単独で用いた場合であり、
PCTによってクラックが発生したり、強度が顕著に劣化
している。
尚、本実施例の試料No.1〜21はいずれも焼結体中にAl2O
3を約0.5重量％含んでおり、また、いずれも焼結体の平
均結晶粒径は約１μｍであった。
3を約0.5重量％含んでおり、また、いずれも焼結体の平
均結晶粒径は約１μｍであった。
以上の通り、本発明のジルコニア焼結体によれば、高強
度且つ高靱性特性を有すると共に耐水性及び耐熱性に優
れているために高強度且つ高靱性を経時的に維持させる
ことができ、これらにより高品質且つ高信頼性のPSZ焼
結体が得られる。その結果、このPSZ焼結体を素材にし
てピンセット、メス、ハサミ、ナイフ、包丁等の日用
品、生体内部材、産業機械用部品等々広範囲な用途に適
用することができる。
度且つ高靱性特性を有すると共に耐水性及び耐熱性に優
れているために高強度且つ高靱性を経時的に維持させる
ことができ、これらにより高品質且つ高信頼性のPSZ焼
結体が得られる。その結果、このPSZ焼結体を素材にし
てピンセット、メス、ハサミ、ナイフ、包丁等の日用
品、生体内部材、産業機械用部品等々広範囲な用途に適
用することができる。
第１図は熱水処理試験後のジルコニア焼結体の組成を示
した説明図である。
した説明図である。
Claims (1)
- 【請求項１】主としてZrO2から成り、0.5〜4.5モル％の
Dy2O3及び２〜８モル％のCeO2を含有すると共にDy2O3と
CeO2の合計した含有量が６モル％以上であり、結晶相が
主として正方晶相又は正方晶相と立方晶相の混合相から
成るジルコニア焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61138951A JPH0678186B2 (ja) | 1986-06-13 | 1986-06-13 | ジルコニア焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61138951A JPH0678186B2 (ja) | 1986-06-13 | 1986-06-13 | ジルコニア焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62297261A JPS62297261A (ja) | 1987-12-24 |
| JPH0678186B2 true JPH0678186B2 (ja) | 1994-10-05 |
Family
ID=15233970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61138951A Expired - Fee Related JPH0678186B2 (ja) | 1986-06-13 | 1986-06-13 | ジルコニア焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0678186B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4936606B2 (ja) * | 2001-06-27 | 2012-05-23 | 京セラ株式会社 | 半導電性ジルコニア焼結体の製造方法 |
| JP5566292B2 (ja) * | 2008-08-28 | 2014-08-06 | 京セラ株式会社 | 濃青色系セラミックスおよび装飾部品 |
-
1986
- 1986-06-13 JP JP61138951A patent/JPH0678186B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62297261A (ja) | 1987-12-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |