JPS5836976A - 高靱性ジルコニア焼結体の製造方法 - Google Patents

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】 本発明はＺｒ０１とＡｌｓへ等よりなる高靭性ジルコニ
ア焼結体に関する。

従来セライック材料の最大の短所は抗折力の弱さであり
、若しこれが改善され＼ば、切削工具や人工骨材や、ま
た社内燃機関の部品等に使用して大１１す効果があげら
れるため、多くの研究者がζＯ間ＩＮＫ取り組んできた
０例えば、Ｙ。

Ｃａ＊Ｍｇ等の酸化物で部分安定化したＺｒＯｓが特開
昭１１−　＃（１７ｔＪ号「ジル：２：Ｍ−ア質切削工
具材」として開示され、正方晶系と等軸重系の含量が４
０〜り！重量−であることが報告されている。

またＺｒＯＣｌｇとｙｃｔｓｏ拠金物を共沈させ、その
粉末を仮焼してＹｊ　ｏｓで安定化したＺｒ０ｍの微粉
末を焼結すれば高強度のＺｒ０１焼結体の得られること
が米国に於いて発行されたセラ書ツクプリティン１２７
４年！ｊ巻の７／７真においてＪ、　８゜Ｒｅｅｄによ
シ発表せられている。然し、これらは何れも強度の面で
満足なものではなく、更に一段と強度を増加すれば大い
に利用範囲を拡大できると考えられる。これを達成する
方法を昭和１４年を月７３日出願の高靭性ジルコニア焼
結体として出願した。

つまり、ＡＩ！ＯａがＺｒ０ｇに同情・分散することに
よって正方晶のＺｒ０１が単斜晶に転移する温度を下げ
、Ｚｒ０１の粒成長を抑制し、これが正方晶Ｚｒ０ｚの
含有量を高め、かつＺｒＯｓ粒界での滑り抵抗を増加し
、硬度を増し高温強度を約−倍にも高めることができる
ことを見いだしている。

しかし、前出願においては各成分は湿式混合法によって
混合されたが、各成分の分散り完全でなく、その為に局
部的に組織的不均一を生じたり、マイクロポアを生じて
いた。

そヒでＺｒ０ｚ　を安定化剤ｅ　Ａｌｔｏｓの各成分を
より理想的に分散させる為に共沈法によって原料を得、
焼成テストを行った。その結果微粒、均一な組織を有し
、マイクロポアの＃徽とんどない焼結体が得られ、強度
も約１ｚｏｈ／■２と従来のセラｔツクスでは考えられ
ない高強度を示すことを見いだし、本発明を完成した。

、その要−旨は特許請求範囲の通）のものである。こ＼
でＡｌ５Ｏａの含有量はａｔ重量ｔｓ（以下「重量」を
省く）以下では添加効果が乏しく、４ｏチ以上では靭性
あるＺｒ０１の含有量を低め、強度、靭性共に不満足と
なる。

また、Ｚｒ０１の結晶相は正方晶系と立方晶系との合量
の比率が１０４以上必要で、これ以下でれ靭性が低く、
マた正方晶系と立方晶系の比率が１８３以上であること
が必要で、これ以下では靭性が不足である。また焼結体
の平均結晶粒径ｌｉＪμ以下であることが必要でＪμを
超えると正方晶系が挙斜晶系に変〕靭性を低下する。

また許容できる不純物は８１０ｓでＪ−迄、Ｆｅａｒｓ
またはＴｉ１ｌで幻−迄、合計でＪ−迄で、これ以上で
あると焼結性が紡げられ靭性が乏しいものとなる。また
、Ｚｒ０１はその一部以上全部迄ＨｆＯ，によって置換
しても全く同様の特性を示す。

以下実施例にょシーそう具体的に説明する。

実施例Ｉ 得られる粉末の組成が第１表の割合にな本ように純度タ
ンＰ−のオキシ塩化ジルコニウム（但し、ＺｒＯＨ酸化
物成分中にＪ−７−のＨｆ０ｍ分を含む）のｌ七ル優溶
液に安定化剤としてり寅デーの塩化イツトリウム、塩化
！グネシクム、塩化カルシウムを加え、２灯］の塩化ア
ル建ニウムを加え均一に混合した後、共沈にょ夛混合水
酸化物を得、これを脱水乾燥しｔｏｏｚで仮焼して平均
粒径コク０大の一次粒子粉末を得た。峡粉末ｔ−／、ｊ
ｔｏｎ／ｄで加圧成形し、電気炉にて大気中で１ｕｏｏ
−ｉｔｚｏｃの温度で１時間焼成した。

焼成後焼結体を参Ｘ　Ｉ　Ｘ　Ｊｊｍに研胎し第１表に
示す緒特性を測定した。なお、結晶粒径はいずれも平均
Ｊμ以下であったが、焼成温度を第１表に示す以上に高
くすると３２以上に大きく成長し強度は低下した。ｊｌ
ｌｌ／表よシ明らかなように共沈によＦ）　Ａ１ｍ０ａ
を添加することによって正方晶から単斜晶への転移が抑
制され、残留する正方晶が増加して強度および靭性が改
善されていることがわかる。第１表の試料中よシ数種を
選択して硬度および高温抗折力ｔ１１定し、第２表およ
び第１図に示した。これよシ判るようにＡｌ５Ｏｎの、
増加と共に硬度は増加し４０−を配合したム３参ではは
とんどＡｌ５Ｏｓ単昧の磁器と同勢の硬１ｉｔｔ−示し
、また高温強度も同時に比較測定した市販品の部分安定
化ジルコニアＪＲ（米国スーニング社製）に比べて著し
く向上している。

第２表 注ｌ）各種物性の一定法 （１）曲げ強度はＪＩａ　Ｂ亭ｉｏ＃によＣａ１ｌ定、
１本の平均値を示す。

（Ｊ）破壊靭性はムＳＴＭスペシャルテクニカルパプリ
ケーシ璽ンＡ＃１０Ｋ準じ て、中−■、厚さ！■、長さコ！−の 試片に深さくｌ　ｊ　ｍ、巾Ｑ／ｊｗの切欠きを入れ、
スパンコク腸の三点曲げ切欠 き法によって測定した。Ｉｌ定値は各３本の平均値であ
る。

（Ｊ）硬［ｔｉＯツクウエルスーパーフイツシャル硬度
針にて荷重＃ｊ−にて一定し た。

に）結晶系唸還学電機製ガイガーフレックｘＲＡＤ−ｒ
ＡＩＩを用い、Ｘ線回折法によシ行った。ｔず、　／１
１１ダイヤモンドペーストで鏡両研磨した試片をＸ線 回折し、単斜晶ＺｒＯ虐の［／　／　／］面と〔１１７
１面の積分強度！ｍと、正方晶Ｚｒ０ａの［／／／］面
と立方晶Ｚｒ０ｍの（／／／）面の積分強度の和Ｉｔ＋
Ｉｃ。

比から、単斜晶Ｚｒ０１の量を決定した。

ついで焼結体をＪＪＩメツシュ全通迄 粉砕し、同条件でＸ線回折し、再度単 斜晶ＺｒＯ麿と立方晶ｚｒへの積分強ｆ　Ｉ’ｍおよび
Ｉ’ｅを求めた。この際、焼結体中の残留正方晶ＺｒＯ
ｘは粉砕によって機械的応力を受け、すべて単斜晶Ｚｒ
０１に変態すると考えられるので、 Ｉ’ｃ　／　（Ｉ’ｍ　＋　Ｉ’ｃ　）から立方晶Ｚｒ
ＯＨ量が決定され、ついで正方晶Ｚｒ０重量も決定した
。

注コ）試料番号でＲの添字を有するものは比較例である
。

【図面の簡単な説明】

鮪１図は実施例Ｉの試料と比較市販品の高温強度を表す
グラフ、ＡＲは比較のための市販品でコーニング社製部
分安定化ジル；ニアである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　下ｆｆ１Ａ成分′ｆｒ４Ｉ０〜デ灯重量−１
   ＩＩＩＳＢ成分ｔ−４１−４０重量−と、場合によシＣ
   成分を含有することもある焼結体で、全焼結体の平均結
   晶粒径がＳμ以下である仁とｔ％徴と−する高靭性ジル
   コニア焼結体。 Ａ　成分：　ＹｍＯｓ　ｔ　ＣａＯｔ　ｈｌｈｉＫ）等
   の安定化剤を會むＺｒＯｓで、２０重量−以上が正方晶
   系または立方晶系で占められ、正方 晶系と立方晶系の比がｌ：３以上で あるＺｒ０ｓ Ｂ成分：　Ａｌｔｏｓ Ｃ成分：１重量−以下の５ｉｏｎ　＊　”重量−以下の
   Ｆｅ５Ｏａまた紘０．２重量−以下のＴｉ０ｍ　を合計
   で全体の１重量−以下０）　特許請求の範囲ＩＩ／項に
   おいてＺｒ０ｍ　ｍ安定化剤、　Ａ１１０ｍの各成分紘
   、各成分Ｏ水Ｓ性塩を、所定の開会にして水溶液の状態
   で均一混合された後、共沈させて得られた原料を用いる
   ことｔ特徴とする高靭性ジルコニア焼結体・ （Ｊ）　　％許錆求の範囲第７項においてＺｒ０１の一
   部または全部をＨｆへで置換した高靭性ジルコニア焼結
   体。