JPS59190265A - 高強度ジルコニア質セラミツク - 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】 本発明は高強度ジルコニア質セラミックに関Ｊ−る。

更に詳細にはＣｅＯ２を安定化剤として使用した高強度
ジルコニア質セラミックに関するものである。

従来よりＺ　ｒ　Ｏｘの安定化剤としてｃ　ｅ　ｏ、を
用いることはよく知られている。例えばＺ　ｒ　Ｏ２に
対してＣｅＯを２０モル％以上含有する場合には正方品
と立方晶よりなるジルコニア質セラミックを得ることか
でき、ＣｅＯをＩ　Ｔｉ〜２０ミル２０モルる場合には
正方品のめよりノ！る完全安定化ジルコニア質セラミソ
イＺを得ることｊ）・でき、又１６モル％未満の場合に
は當温で単斜晶のみよりなる完全安定化ジルコニア質セ
ラミックを得ることができる（例えば、Ｊ　。

ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　５ｃｉｅｎｃｅ　　Ｉ　７
　（１９８２）第２５６頁、第１図参照）か、いずれの
場合にも機械的強度、熱衝撃性か低（、Ｙ２Ｏ３等に比
較してｃ　ｅ　ｏ、か廉価であるにもかかわらず、Ｍ　
ＨＤ発電電極や高温用酸化ｆ＄Ｊ発熱体等の耐熱材料と
しての応用検討かあるのめで、自動車排カス中の酸素濃
度測定用センサーの固体電ＩＷ質の如き高温耐熱性を有
しかつ、温度の変化か大きい使用条件下、高い機械的強
度の要求される強度材料としては注目されることばなか
った。

かかる事情下に泥め、本発明者らはＹ２Ｏ３よりも廉価
なＣｅ’０２を用い、機械的強度、熱’＜Ｌ撃性に優れ
た高強度ジルコニア質セラミックを得るべく鋭意検討し
た結果、本発明を完成するに至った。

すなわぢ本発明は、ＣｅＯ□８〜１５モル％、残部Ｚｒ
Ｏ□を主体とする焼結体であって、その焼結体構成結晶
粒子が主として正方品よりなることを特徴とするＡ　強
度ジルコニア質セラミックを提供するにある。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

本発明のｉ％強度ジルコニア質セラミックはＣｅ０２８
〜１５モル％、残部９８〜８５モル％を主としてＺｒＯ
により構成される。セラミック中に占めるＣｅ　Ｏ２の
量か８モル％未満の場合には単斜晶か増加し、実質的に
正方品構造を有する焼結体は得られず、又Ｃｅ　Ｏ，（
０割合か１５モル％を越える場合には、その焼結体は常
温で安定な正方品より構成され、所期の目的である機械
的強度、耐熱衝撃性の優れた高強度ジルコニア質セラミ
ックを得ることばできない。

しかして、単にジルコニア粉末と酸化セリウムを本発明
で特定した量混合し、焼結せしめるのみては単斜晶を主
体とする結晶構造の焼結体が得られ、常温で結晶粒子が
主として正方品よりなる焼結体を得ることはできない。

本発明のＣｅ　Ｏ２／　Ｚ　ｒ○２混合モル比範囲内で
常温で正方晶を呈するジルコニア質セラミックを（Ｈる
方法としては、正方品系結晶構造の平均粒子径を２μ以
下、好ましくは１μ以下にすればよく、かかる手法とし
ては、Ｃｅ　０２　　Ｚ　ｒ　ｏ２構成焼結体の理論密
度に対する相対密度を９０％以上（即ち気孔率１０％以
下）、好ましくは９５％以上にする如（原料粒子径、粒
度分布、凝集粒子径、更には焼結条件等をコントロール
すればよい。

上記製造条件に於いて具体的数値は適用する原料の形態
例えば、固体酸化物粉末或いは共沈法等により得た粉末
、粉砕条件等により一義的に決定てきないか、−Ｕ遣方
法としては平均粒径ｌμ以下の微細なジルコニア粉末と
混合物全体に対して８〜１５モル％の酸化セリウム粉末
を十分に混合し、８００〜１２００°Ｃの温度で仮焼し
た後、振動ミルで４５〕砕する。次ぎに該粉砕後の原料
粒子を篩別し、粒径２μ以下、好ましくは１μ以下の原
料粉末となし、この粉末をラバープレス法、金型成形法
、押出成形法、射出成形法等の公知の成形方法により成
形した後、加タハ炉中に入れ１３５０〜１６５０℃まで
徐々に昇温し、その後数時間保持して焼成することによ
り得られる。この様にして得られたジルコニア質セラミ
ックは正方品の結晶構造を有しており、その平均結晶粒
子径は２μ以下である。

正方品の平均結晶粒子径が２μを越える場合には室温で
単斜晶が３０％以上に増加し機械的強度、耐熱衝撃性の
物性改良効果が見られず好ましくない。

本発明のジルコニア質セラミックか何故耐熱衝撃性、機
械的強度に優れた効果を有するのかその理由は詳らかで
はないが、本発明のジルコニア質セラミックはＸ線回折
法によればｃ　ｅ　ｏ２を１６％以上含有してなる常温
で安定な正方品と同様の正方晶の回折パターンを呈示す
るが、該安定正方晶とは異なり外的応力、例えば機械的
負荷や熱的応力により正方品より単斜晶に一部変態を生
じる所謂準安定正方晶であるため、機械的応力等により
例えクラックが発生しても同時に正方晶から単斜晶への
転移が起こり、その際体積膨張が生し、これにより破壊
エネルギ＝−か吸収され、クラック伝播を防止する機能
を有するためと推察される。

以上、詳述した如く本発明のジルコニア質セラミツタは
機械的強度及び耐熱衝撃強度が商く、固体電解質酸素セ
ンサー、切削］二具、クンディシュノズル、メカニカル
シール、カックー、ハサミ、メス等の産業用機械、器具
等種々の用途に使用することが可能であり、しかも安定
化剤であるＣ　ｅ　Ｏ；がＹ２Ｏ３等に比較して廉価で
あり、コスト的にも有利なジルコニア質セラミックをｊ
是供することが可能であり、その工業的価値は頗る大な
るものである。

以下実施例により本発明を更に詳細に説明する。

実施例 平均粒子径が０．０３μである二酸化ジルコニウム粉末
８０〜９５モル％に対し、硝酸セリウム水溶液を二酸化
セリウム換算で２０〜５モル％を加え、スラリー状とし
て十分攪拌混合した後このスラリーを乾燥、次いで１０
００℃で仮焼し、Ｃｅ　ＯＺ　ｒＯｘ粉末を得た。

次いで得られたＣ　ｅ　Ｏｘ　　Ｚ　ｒ　Ｏ□粉末を振
動ミルで粉砕（粉砕後平均粒子径０．１μ）した後、ボ
リヒニルアルコールを粉体に対し１重量％加え、ラバー
プレス（ＩＴ／ｃ艷）により３５Ｘ５Ｘ５韮に成形し、
電気炉にて１３５０−１６５０℃の温度で４時間焼成し
た。

この様にして得られた焼結体の焼結密度、結晶構造、結
晶平均粒子径、曲げ強度、ブ夷衝撃強度を測定した。そ
の結果を第１表に示す。

尚焼結体の結晶構造（結晶粒子径）６Ｊ、Ｘ線ＩＬｉＪ
折法、焼結密度はアルキノデス法、熱衝撃強度＆Ｊ板扶
の焼結体を任意の温度Ｔｘ’Ｃに加熱した後温度′Ｆ″
Ｃの水中に落下させて急冷し、次いでその曲は強度を周
知の３点曲げ試験法によって／１１す定した。その曲げ
強度か低下し始めるような加熱温度Ｔｘ　”Ｃを臨界温
度Ｔｃ　’Ｃとして読み取り、この臨界温度Ｔｃ　’Ｃ
と上記水の温度Ｔ　’ｃとの差Ｔ　ｃ、　−７Ｆ（”Ｃ
）をもって指標とした。なお、３点曲げ試験法におりる
測定条件はスパン長２０龍、荷重印加速度１鰭／分であ
る。

第１表より、本発明のＣｅ○、を安定化剤として使用し
たジルコニア質セラミックは曲げ強度、熱衝撃強度が市
販のＹ２Ｏ３を安定化剤としたジルコニア質セラミンク
の特性が曲、げ強度１２０　ｋｇ／　ｃ＋ｌｌ、熱衝撃
強度３５０℃程度であるのに比較し勝とも劣らず優れた
強度を有することが明らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）Ｃｅ０２８〜１５モル％、残部Ｚ　ｒ　Ｏ２を主体
   とする焼結体であって、その焼結体構成結晶粒子が主と
   して正方品よりなることを特徴とする高強度ジルコニア
   質セラミック。 ２）焼結体構成結晶粒子が約３０％以下の弔斜晶を含む
   正方品よりなる特許請求の範囲第１項記載の高強度ジル
   コニア質セラミック。 ３ン正方品の平均結晶粒子が２μ以下である特許請求の
   範囲第１項記載の高強度ジルコニア質セラミック。 ４）焼結体の気孔率が１０％以下である特許請求の範囲
   第１項記載の高強度ジルコニア質セラミック。