JPS5945969A - 高硬度と高靭性を具備した酸化ジルコニウ系セラミック - Google Patents
高硬度と高靭性を具備した酸化ジルコニウ系セラミックInfo
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- JPS5945969A JPS5945969A JP57155716A JP15571682A JPS5945969A JP S5945969 A JPS5945969 A JP S5945969A JP 57155716 A JP57155716 A JP 57155716A JP 15571682 A JP15571682 A JP 15571682A JP S5945969 A JPS5945969 A JP S5945969A
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- zirconium oxide
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、高硬度と高靭性を合せもった酸化ノルコニ
ウム系セラミックおよびその製造法に関するものである
。
ウム系セラミックおよびその製造法に関するものである
。
一般に、セラミックは、高硬度をもつものの靭性が低い
ために、その用途が限定されているが、最近、従来主流
を占めていた酸化アルミニウム(以上Ae203で示す
)系セラミックに代って、高靭性を有する酸化ツルコニ
ウム(以−ドZrO2で示す)系セラミックが注目され
つつある。
ために、その用途が限定されているが、最近、従来主流
を占めていた酸化アルミニウム(以上Ae203で示す
)系セラミックに代って、高靭性を有する酸化ツルコニ
ウム(以−ドZrO2で示す)系セラミックが注目され
つつある。
この高靭性ZrO□rO□ミックは、主成分がZrO2
からなり、かつ小成のAQ203を含有した組成をもつ
が、このセラミックが高靭性をもつのは、主成分たるZ
rO,、が、正方晶および立方晶、あるいは単斜晶、正
方晶、および立方晶からなり、このように結晶構造の異
る2種または3種のZrO2が共存することにあると云
われている。しかし、反面この高靭性ZrO2系セラミ
ックは硬さが低く、耐摩耗性の点で問題があるものであ
る。
からなり、かつ小成のAQ203を含有した組成をもつ
が、このセラミックが高靭性をもつのは、主成分たるZ
rO,、が、正方晶および立方晶、あるいは単斜晶、正
方晶、および立方晶からなり、このように結晶構造の異
る2種または3種のZrO2が共存することにあると云
われている。しかし、反面この高靭性ZrO2系セラミ
ックは硬さが低く、耐摩耗性の点で問題があるものであ
る。
そこで1本発明者等は、上述のような観点から、l゛、
記の従来高靭性ZrO2系セラミックに着目し、これの
もつ高靭性をそこなうことなく、これに高硬度を打力す
べく研究を行なった結果、これに炭化ツルコニウム(以
下ZrCで示す)または炭窒化ジルコニウム(以下Z’
r CNで示す)を、分散相形成成分としてよりはむし
ろ、焼結時にZrO,、の一部、すなわち表面部を還元
変換した状態で含有させ乞と、この結果のZrO2系セ
ラミックは高硬度と高靭性をもったものになるという知
見を得たのである。
記の従来高靭性ZrO2系セラミックに着目し、これの
もつ高靭性をそこなうことなく、これに高硬度を打力す
べく研究を行なった結果、これに炭化ツルコニウム(以
下ZrCで示す)または炭窒化ジルコニウム(以下Z’
r CNで示す)を、分散相形成成分としてよりはむし
ろ、焼結時にZrO,、の一部、すなわち表面部を還元
変換した状態で含有させ乞と、この結果のZrO2系セ
ラミックは高硬度と高靭性をもったものになるという知
見を得たのである。
したがって、この発明は、上記知見にもとづいてなされ
たものであって、原料粉末として、常温で単斜晶、約1
000℃以上で正方晶の結晶構造を有する非安定化Zr
O□粉末、粉末卵前記非安定化ZrO2粉末a、Mg、
およびYなどの酸化物のうちの1種板−Lを含有させて
常温における安定結晶構造を立方晶とした安定化立方晶
ZrO2粉末、およびAM203粉末、さらに必要に応
じて炭素粉末を用意し、これら原料粉末を所定配合組成
に配合し、通常の条件で混合し、圧粉体に成形し、つい
でとの圧粉体を、真空中、窒素雰囲気中、炭素を含む還
元性ガス雰囲気中、または炭素を含む還元性ガスと窒素
ガスとの混合ガス雰囲気中で、通常の条件で焼結すると
共に、前記非安定化および安定化立方晶ZrO,,の表
面部をZrCまたはZrCNに還元変換することからな
る高硬度および高靭性を有するZr02系セラミツクの
製造法、並びにこの製造法によって製造された、容謳係
で、ZrCまたはZrCN 二l〜20%、 AI!2
03: 0.5〜5%、正方晶、または正方晶と単斜晶
(ただしこの場合の単斜晶/正方晶の容量比は6/4以
下)のZrO2:5〜30%、立方晶ZrO2および不
1工避不純物、残り、からなる組成を有し、かつ正方晶
と立方晶ZrO□、または単斜晶と正方晶と立方晶Zr
O2の表面部がZrCまたはZrCNで構成され、AQ
、203が均一に分散した組織を有する高硬度と高靭性
を具備したZrO2系セラミックに特徴を有するもので
ある。
たものであって、原料粉末として、常温で単斜晶、約1
000℃以上で正方晶の結晶構造を有する非安定化Zr
O□粉末、粉末卵前記非安定化ZrO2粉末a、Mg、
およびYなどの酸化物のうちの1種板−Lを含有させて
常温における安定結晶構造を立方晶とした安定化立方晶
ZrO2粉末、およびAM203粉末、さらに必要に応
じて炭素粉末を用意し、これら原料粉末を所定配合組成
に配合し、通常の条件で混合し、圧粉体に成形し、つい
でとの圧粉体を、真空中、窒素雰囲気中、炭素を含む還
元性ガス雰囲気中、または炭素を含む還元性ガスと窒素
ガスとの混合ガス雰囲気中で、通常の条件で焼結すると
共に、前記非安定化および安定化立方晶ZrO,,の表
面部をZrCまたはZrCNに還元変換することからな
る高硬度および高靭性を有するZr02系セラミツクの
製造法、並びにこの製造法によって製造された、容謳係
で、ZrCまたはZrCN 二l〜20%、 AI!2
03: 0.5〜5%、正方晶、または正方晶と単斜晶
(ただしこの場合の単斜晶/正方晶の容量比は6/4以
下)のZrO2:5〜30%、立方晶ZrO2および不
1工避不純物、残り、からなる組成を有し、かつ正方晶
と立方晶ZrO□、または単斜晶と正方晶と立方晶Zr
O2の表面部がZrCまたはZrCNで構成され、AQ
、203が均一に分散した組織を有する高硬度と高靭性
を具備したZrO2系セラミックに特徴を有するもので
ある。
つぎに、この発明のZrO2系セラミックにおいて、成
分組成範囲を」−記の通りに限定した理由を説明する。
分組成範囲を」−記の通りに限定した理由を説明する。
(a)zrCまたはZ r C’ N
これらの成分には、セラミックの硬さを著しく向上させ
、もって耐摩耗性を向上させる作用があるほか、ZrO
2の表面部に存在して、特に正方晶ZrO2を準安定化
し、もって靭性な一段と向上させる作用があるが、そ°
の含有量が1%未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方20%を越えて含有させることは必要以上に長
時間の焼結を必要とすることになって経済的でないこと
から、その含有量を1〜20%と定めた。
、もって耐摩耗性を向上させる作用があるほか、ZrO
2の表面部に存在して、特に正方晶ZrO2を準安定化
し、もって靭性な一段と向上させる作用があるが、そ°
の含有量が1%未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方20%を越えて含有させることは必要以上に長
時間の焼結を必要とすることになって経済的でないこと
から、その含有量を1〜20%と定めた。
(b) Al4 l! o 3
この成分にはZrO2の粒成長を抑制して、セラミック
の靭性低下を阻止する作用があるが、その含有量が05
%未満では所望の粒成長抑制効果が得られず、一方5%
を越えて含有させると、焼結性が劣化し、靭性低下の原
因とりることがら、その含有量を05〜5%と定検だ。
の靭性低下を阻止する作用があるが、その含有量が05
%未満では所望の粒成長抑制効果が得られず、一方5%
を越えて含有させると、焼結性が劣化し、靭性低下の原
因とりることがら、その含有量を05〜5%と定検だ。
(C1正方晶ZrO2
準安定化状態の切方晶ZrO2の存在によってセラミッ
クはすぐれた靭性なもつようになるが、その含有量が5
%未満では所望の高靭性を確保することができず、一方
30%を越えて含有させると、セラミックの硬さ低下が
著しくなることから、その含有量を5〜30係と定めた
。なお、この場合、前記正方晶ZrO2の一部が単斜晶
ZrO2で占められても、その含有割合、すなわち単斜
晶/正方晶の容量比で674以下でおる場合には高靭性
を保持することができる。
クはすぐれた靭性なもつようになるが、その含有量が5
%未満では所望の高靭性を確保することができず、一方
30%を越えて含有させると、セラミックの硬さ低下が
著しくなることから、その含有量を5〜30係と定めた
。なお、この場合、前記正方晶ZrO2の一部が単斜晶
ZrO2で占められても、その含有割合、すなわち単斜
晶/正方晶の容量比で674以下でおる場合には高靭性
を保持することができる。
また、この発明のZ、r 02系セラミツクにおいては
、多くの場合、配合粉末の混合時に、炭化タングステン
、 Co、 Ni 、およびF’eなどのうちの1種以
上が不可避不純物として混入する場合があるが、その含
有量が総量で3答限係を越えない限り、セラミック特性
に何らの影響な及はすものではない。
、多くの場合、配合粉末の混合時に、炭化タングステン
、 Co、 Ni 、およびF’eなどのうちの1種以
上が不可避不純物として混入する場合があるが、その含
有量が総量で3答限係を越えない限り、セラミック特性
に何らの影響な及はすものではない。
つぎに、この発明のZrO2系セラミックおよびその製
造法を実施例により具体的に説明する。
造法を実施例により具体的に説明する。
実施例 l
原料粉末として、平均粒径:12μmを有するCaO安
定化立方晶ZrO2粉末、同Q、 5 μ771のAt
!203粉末および非安定化ZrO2粉末を用意し、こ
れら原料粉末を第1表に示される配合組成にそれぞれ配
合し、ボールミルにて2日間混合した後、1 ton/
dの圧力にて圧粉体に成形し、ついでこの圧粉体を、C
o: 1 torr、 N2:0.5 torrから女
る炭素を含む還元ガスと窒素ガスとの混合ガス雰囲気中
、温度:1600℃に1.5時間保持の条件で焼結する
ことによって、同じく第1表に示される組成を有し、か
つ前記両zrO2の表面部がZrCNで構成された組織
を有する本発明セラミック1〜5をそれぞれ製造した。
定化立方晶ZrO2粉末、同Q、 5 μ771のAt
!203粉末および非安定化ZrO2粉末を用意し、こ
れら原料粉末を第1表に示される配合組成にそれぞれ配
合し、ボールミルにて2日間混合した後、1 ton/
dの圧力にて圧粉体に成形し、ついでこの圧粉体を、C
o: 1 torr、 N2:0.5 torrから女
る炭素を含む還元ガスと窒素ガスとの混合ガス雰囲気中
、温度:1600℃に1.5時間保持の条件で焼結する
ことによって、同じく第1表に示される組成を有し、か
つ前記両zrO2の表面部がZrCNで構成された組織
を有する本発明セラミック1〜5をそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、焼結雰囲気を、1気圧の大気とす
る以外は、上記本発明セラミック1〜5と同一の製造条
件にて比較セラミック1〜5をそれぞれ製造した。
る以外は、上記本発明セラミック1〜5と同一の製造条
件にて比較セラミック1〜5をそれぞれ製造した。
この結果得られた本発明セラミック1〜5および比較セ
ラミック1〜5について、ロックウェル硬さくAスケー
ル)および破壊靭性値を測定し、その測定結果を第1表
に合せて示した。
ラミック1〜5について、ロックウェル硬さくAスケー
ル)および破壊靭性値を測定し、その測定結果を第1表
に合せて示した。
第1表に示される結果から、本発明セラミック1〜5は
、いずれも高硬度と高靭性を合せもつのに対して、比較
セラミック1〜5においては、焼結雰囲気を人気とした
ため、ZrCNの形成がないことから、相対的に硬さが
低く、かつ正方晶ZrO2に対する単斜晶ZrO2の割
合が高いものは靭性の劣ったものになっていることが明
らかである。
、いずれも高硬度と高靭性を合せもつのに対して、比較
セラミック1〜5においては、焼結雰囲気を人気とした
ため、ZrCNの形成がないことから、相対的に硬さが
低く、かつ正方晶ZrO2に対する単斜晶ZrO2の割
合が高いものは靭性の劣ったものになっていることが明
らかである。
実施例 2
原料粉末として、平均粒径1μmを有するY2O3安定
化立方晶ZrO□粉末、同0.6μmのAV20.粉末
および非安定化ZrO2粉末、さらに同2pmの黒鉛粉
末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ第2表に示され
る配合組成に配合し、ボールミルにて2日間混合した後
、1 ton/iの圧力で圧粉体に成形し、ついでとの
圧粉体を0.1 torrのCOガス雰囲気中、温度:
1600℃に2時間保持の条件で焼結することによって
、同じく第2表に示される組成を有し、かつ前記両Zr
O2の表面部がZrCで構成された組織を有する本発明
セラミック6〜lOをそれぞれ製造した。
化立方晶ZrO□粉末、同0.6μmのAV20.粉末
および非安定化ZrO2粉末、さらに同2pmの黒鉛粉
末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ第2表に示され
る配合組成に配合し、ボールミルにて2日間混合した後
、1 ton/iの圧力で圧粉体に成形し、ついでとの
圧粉体を0.1 torrのCOガス雰囲気中、温度:
1600℃に2時間保持の条件で焼結することによって
、同じく第2表に示される組成を有し、かつ前記両Zr
O2の表面部がZrCで構成された組織を有する本発明
セラミック6〜lOをそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、配合組成を同じく第2表に示され
るものとし、かつ焼結界囲気な1気圧の人気とする以外
は、本発明セラミック6〜10と同一の製造条件にて比
較セラミック6〜lOをそれぞれ製造した。この結果得
られたセラミックについても実施例1におけると同様に
硬さと破壊靭性値を測定し、その結果を第2表に示した
。
るものとし、かつ焼結界囲気な1気圧の人気とする以外
は、本発明セラミック6〜10と同一の製造条件にて比
較セラミック6〜lOをそれぞれ製造した。この結果得
られたセラミックについても実施例1におけると同様に
硬さと破壊靭性値を測定し、その結果を第2表に示した
。
第2表に示されるように、本発明セラミック6〜10は
高硬度と高靭性を有するのに対して、比較セラミック6
〜10は、 ZrCの形成がないために、相対的に硬
さが低く、しかも単斜晶の割合が多いものほど靭性が劣
ることが明らかである。
高硬度と高靭性を有するのに対して、比較セラミック6
〜10は、 ZrCの形成がないために、相対的に硬
さが低く、しかも単斜晶の割合が多いものほど靭性が劣
ることが明らかである。
」−述のように、この発明の方法によって製造されたZ
rO□系セラミックは、高硬度と高靭性を具備し、かつ
耐熱性および耐食性にもすぐれているので、これらの特
性が要求される切削工具や、軸受および線引ダイスなど
の耐摩耗部品、さらにはシールリング拐などとして使用
した場合に著しくすぐれた性能を長期に亘って安定的に
発揮するものである。
rO□系セラミックは、高硬度と高靭性を具備し、かつ
耐熱性および耐食性にもすぐれているので、これらの特
性が要求される切削工具や、軸受および線引ダイスなど
の耐摩耗部品、さらにはシールリング拐などとして使用
した場合に著しくすぐれた性能を長期に亘って安定的に
発揮するものである。
出願人 三菱金属株式会社
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (11炭化ジルコニウムまたは炭窒化ジルコニウム:1
〜20%、 酸化アルミニウム;05〜5%、 正方晶酸化ツルコニウム;5〜30%、立方晶酸化ツル
コニウムおよび不可避不純物:残り、 からなる組成(以上容量%)を有し、かつ正方晶および
立方晶酸化ジルコニウムの表面部が、炭化ジルコニウム
または炭窒化ジルコニウムで構成され、酸化アルミニウ
ムが均一に分散した組織を有することを特徴とする高硬
度と高靭性を具備した酸化ジルコニウム系セラミック。 (2)炭化ジルコニウムまたは炭窒化ツルコニウム:1
〜20%、 酸化アルミニウム:05〜5%、 単斜晶および正方晶酸化ジルコニウム(ただし単斜晶/
正方晶の容量比:6/4以下)二5〜30%、 立方晶酸化ジルコニウムおよび不可避不純物。 残り。 からなる組成(以」−容量%)を有し、かつ単斜晶。 正方晶、および立方晶酸化ジルコニウムの表面部が、炭
化ジルコニウムまたは炭窒化ツルコニウムで構成され、
酸化アルミニウムが均一に分散した組織を有することを
特徴とする高硬度と高靭性を具備した酸化ジルコニウム
系セーyミンク。 (3)原料粉末として、非安定化酸化ジルコニウム粉末
、安定化立方晶酸化ツルコニウム粉末、および酸化アル
ミニウム粉末を用意し、これら原料粉末を所定配合組成
に配合し、通常の条件で混合し5圧粉体に成形し、つい
でとの圧粉体を、炭素を含む還元性ガス雰囲気中、また
は炭素を含む還元性ガスと窒素ガスとの混合ガス雰囲気
中で、通常の条件で焼結すると共に、前記非安定化およ
び安定化立方晶酸化ジルコニウムの表面部を炭化ジルコ
ニウムまたは炭窒化ジルコニウムに還元変換することを
特徴とする高硬度と高靭性を具備した酸化ジルコニウム
系セラミックの製造法。 (4)原料粉末として、非安定化酸化ジルコニウム粉末
、安定化立方晶酸化ツルコニウム粉末、酸化アルミニウ
ム粉末、および炭素粉末を用意し、これら原料粉末を所
定配合組成に配合し、通常の条件で混合し、圧粉体に成
形し、ついでこの圧粉体を、真空中、窒素雰囲気中、炭
素を含む還元性ガス雰囲気中、または炭素を含む還元性
ガスと窒素ガスとの混合ガス雰囲気中で、通常の条件で
焼結すると共に、前記非安定化および安定化立方晶酸化
ジルコニウムの表面部を炭化ジルコニウムまたは炭窒化
ジルコニウムに還元変換することを特徴とする高硬度と
高靭性を具備した酸化ジルコニウム系セラミックの製造
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57155716A JPS5945969A (ja) | 1982-09-07 | 1982-09-07 | 高硬度と高靭性を具備した酸化ジルコニウ系セラミック |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57155716A JPS5945969A (ja) | 1982-09-07 | 1982-09-07 | 高硬度と高靭性を具備した酸化ジルコニウ系セラミック |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5945969A true JPS5945969A (ja) | 1984-03-15 |
| JPS6222949B2 JPS6222949B2 (ja) | 1987-05-20 |
Family
ID=15611924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57155716A Granted JPS5945969A (ja) | 1982-09-07 | 1982-09-07 | 高硬度と高靭性を具備した酸化ジルコニウ系セラミック |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5945969A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4734802A (en) * | 1984-10-02 | 1988-03-29 | Hitachi, Ltd. | Film magnetic head slider having a contacting portion containing zirconia and carbon |
| CN108129167A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-06-08 | 中南大学 | 一种耐高温抗烧蚀改性ZrC-SiC陶瓷涂层及制备方法 |
| JP2019503973A (ja) * | 2015-12-01 | 2019-02-14 | リフラクトリー・インテレクチュアル・プロパティー・ゲー・エム・ベー・ハー・ウント・コ・カーゲー | 耐火物を製造するための粒子、その粒子の使用、耐火物、耐火物を製造するプロセス、および該プロセスによって製造された製品 |
| JP2019529302A (ja) * | 2016-08-26 | 2019-10-17 | ザ・スウォッチ・グループ・リサーチ・アンド・ディベロップメント・リミテッド | 炭窒化ジルコニアをベースとする物を製造する方法 |
| WO2019244398A1 (ja) * | 2018-06-18 | 2019-12-26 | 住友電気工業株式会社 | 焼結体およびアルミナ固溶部分安定化ジルコニア |
-
1982
- 1982-09-07 JP JP57155716A patent/JPS5945969A/ja active Granted
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4734802A (en) * | 1984-10-02 | 1988-03-29 | Hitachi, Ltd. | Film magnetic head slider having a contacting portion containing zirconia and carbon |
| JP2019503973A (ja) * | 2015-12-01 | 2019-02-14 | リフラクトリー・インテレクチュアル・プロパティー・ゲー・エム・ベー・ハー・ウント・コ・カーゲー | 耐火物を製造するための粒子、その粒子の使用、耐火物、耐火物を製造するプロセス、および該プロセスによって製造された製品 |
| JP2019529302A (ja) * | 2016-08-26 | 2019-10-17 | ザ・スウォッチ・グループ・リサーチ・アンド・ディベロップメント・リミテッド | 炭窒化ジルコニアをベースとする物を製造する方法 |
| CN108129167A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-06-08 | 中南大学 | 一种耐高温抗烧蚀改性ZrC-SiC陶瓷涂层及制备方法 |
| WO2019244398A1 (ja) * | 2018-06-18 | 2019-12-26 | 住友電気工業株式会社 | 焼結体およびアルミナ固溶部分安定化ジルコニア |
| JPWO2019244398A1 (ja) * | 2018-06-18 | 2020-07-02 | 住友電気工業株式会社 | 焼結体 |
| US11155501B2 (en) | 2018-06-18 | 2021-10-26 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Sintered material and partially stabilized zirconia with solid solution of alumina formed therein |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6222949B2 (ja) | 1987-05-20 |
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