JPS6065726A - 部分安定化ジルコニア体 - Google Patents

部分安定化ジルコニア体

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JPS6065726A
JPS6065726A JP59125399A JP12539984A JPS6065726A JP S6065726 A JPS6065726 A JP S6065726A JP 59125399 A JP59125399 A JP 59125399A JP 12539984 A JP12539984 A JP 12539984A JP S6065726 A JPS6065726 A JP S6065726A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ジルコニア焼結体、そしてそのような焼結体
を製造するための粉末原料に関する。
〔従来の技術〕
立方晶系のジルコニアを室温で安定化させることは多年
にわたって公知である。極く最近になって、立方晶相と
単斜晶相もしくは準安定な正方晶相とを室温で含有する
安定化された焼結体（ｐｓｚ）について記載したいくつ
かの論文及び特許も見ることができる。さらに、多結晶
で正方晶のジルコニア（ＴＺＰ）もまた文献に記載され
ている。最も有力なこのタイプの材料は米国特許第４，
０６７，７４５号に記載されている。この米国特許では
、比較的に粗粒子の立方晶結晶からなシかつ準安定で非
常に微細な正方晶結晶を含有する焼結体が開示されてい
る。
米国特許第４，３４４，９０４号及び同第４，３６０，
５９８号にもまた部分的に安定化されたジルコニア焼結
体が開示されている。
〔発明の構成〕
本発明は、ジルコニアを安定化酸化物と共融させ、得ら
れた共融物を迅速に急冷し、そして、これを粉末にする
ことによって調製した安定化ジルコニア粉末を使用する
と、別の同様なジルコニア焼結体の強度に較べてその３
倍までの強度をもったジルコニア体を製造することがで
きるという知見にもとづいている。
最も明白な構造上の特徴は、得られる生成物中に含まれ
る立方晶系ジルコニア粒子の粒径（サイズ）である。本
発明の生成物中のジルコニア粒子は５〜１０ミクロンで
あシ、但し、それらの粒子内には２次的な粒子集合物が
含まれているので有効粒径は未知である６本発明におい
て用いられるジルコニア粉末は、ジルコニアと安定化剤
の溶融混合物を調製することによって製造することがで
きる。安定化剤の量は、所望とする結果に応じているい
ろに変更することができる０安定化剤の量は、平衡相状
態図のうち所望の相領域をもった部分によシ支配されて
いる。したがって、１３５０〜１５５０℃の範囲まで組
成物を焼結した場合、その組成物は完全に正方晶相領域
に含まれるかもしくは正方晶及び立方晶相領域に含まれ
るべきであり、よって、正方晶又は正方晶及び立方晶の
相が生成物中で具現される。これを常法によシ室温まで
冷却すると、正方晶の相が準安定な状態で保持される。
安定剤がＹ２Ｏ３である場合にはそれは１〜１０チであ
シ、ＣａＯである場合にはそれは３．３〜４．７チであ
シ、そしてＭｇＯである場合にはそれは２．８〜４チ（
いずれも重量％）である。２種類もしくはそれ以上の安
定剤の混合物を使用してもよい。但し、この公表平衡デ
ータはほんのガイドにすぎない。それというのも、例え
ば粒径、温度変化の速度、そして多分その他のようない
ろいろま非平衡の影響が存在するからである。本発明者
らの見い出したところによると、２．６チのＹ２Ｏ３が
最低値である。
溶融混合物は、それを急冷することによって非常に迅速
に凝固させることができる。有利な急冷方法は、米国特
許第３，８３１，８５７号に開示されるようなエアー急
冷法である（溶融せる耐大物に加圧空気をノズルから吹
き付けて凝固溶融物からなる中空もしくは充実の球形粒
子を形成する）。
別法として、溶融物を金属プレート又は球体上もしくは
それらの間で薄膜状に凝固させてもよい。
高温相を室温で保持しかつ結晶サイズを制限するため、
上述の迅速急冷作業は必須の要件である。
次いで、理想的には正方晶及び立方晶の結晶からなシか
つよシ少量の単斜晶ジルコニアを含有するかもしくは含
有しない凝固溶融物を常用の非汚染型ミリング方法（例
えば振動ウェットミル）によって数ミクロンもしくはそ
れ以下の粒径まで磨砕し、そして乾燥する。このような
機械的作用によって正方晶ジルコニアの変態をひきおこ
し得るというものの、引き続く焼結中の加熱によって正
方晶への逆転移をひきおこすことができ、また、その状
態を結晶のサイズ及び２次的な粒子集合物の作用に原因
して冷却後に保持することができる。
次いで、このようにして得られた乾燥粉末を磨砕して粗
い凝集物を破壊し、常温プレス成形、押出成形もしくは
その他の成形方法によシ適当な形をもった主成形物に成
形し、１３５０〜１５５０℃ｔで焼成し、そして室温ま
で冷却する。最高強度をもった成形物を得るには室温で
１時間あれば十分であシ、特別な冷却もしくはアニール
工程を組み込むことは不必要である。焼結温度は、９８
チよシも大である理論密度及び所望とする結晶構造を達
成するのに必要な温度によって決定することができる。
〔実施例〕
ジルコニアとイツトリアの共融物であってそのエアー急
冷生成物が２，９モルｍ（５，２重量％）のイツトリア
含有量を有するようなものを調製した。
この生成物を機械的にクララシーして約１０ｏμｍよシ
も微細にし、そして次にｓｗ＠ｃｏ社製振動ミルで水中
で２８時間にわたって磨砕して粒子の９０チが１．９μ
ｍ０も微細であるような粒径分布（Ｃｏｕｌｔ＠ｒ社製
カウンターにょシ測定）を得た。
得られた粉末を空気中で約１００Ｃで乾燥し、固マシ（
クランｆ）を破壊するためにドライミルし、モして３２
５メツシ瓢（約４９μｍの開口を有する）の篩で篩分け
した。乾燥粉末を３００　Ｏｆサイで一軸プレス成形し
て直径２．５４ｃＩｒＬ及び厚さ約０．２儂の円板を得
た。これらの円板を空気中で１４５０℃まで３，５時間
にわたって常圧焼成し、そして次に冷却した。結果から
、１時間以内に最高強度の発生したことが認められた。
溶融材料中のシリカの量があまシに多量であると考えら
れる場合、粉末をアルカリ水溶液中で浸出し、そして次
にその粉末を洗浄することによってシリカ量を減らして
もよい。
上述の例において、３点曲げ試験（パー型サポートを使
用）を実施したところ、最高強度が達成された。すなわ
ち、０．１８ｇ６シリカ及び６俤イツトリアを含有する
粉末から調製されたイツトリア−安定化ジルコニアにつ
いて２９０，０００プサイであった。よシ弱い円板を検
査したところ、プレス成形作業における充填度が不均一
なために機械的強度が不安全になったことが判った。
ペレットを検査したところ、その主たる結晶相は１０μ
ｍもしくはそれ以下の直径をもった正方晶粒子であるこ
とが判った。これらの粒子にはより小さな粒子に分割し
得る２次粒子集合物が含まれたＯ 報告によれば、部分安定化ジルコニアの表面を研削する
と、正方晶が単斜晶に転移するので、機機的な強度を改
良することができる。このような転移が発生するのは圧
縮時の研削表面である。この効果は、本発明の円板にお
いて、最高強度が円板のうち研削表面（曲げ試験で張力
がかかった面）において達成されたことによって確認さ
れた。
同様に、ＣａＯ−安定化ジルコニアからも高強度の物体
を製造することができる。ＭｇＯならびにその他の希土
類酸化物もまた使用することができる。
〔発明の効果〕
本発明のジルコニア製品は、機械部品、押出ノズル、そ
して高度の破壊靭性及び耐熱衝撃性を有する高強度耐火
性部品が必要なその他の用途において有用性を有する。
本発明によって製造したジルコニアの粉末及び物体を使
用すると、機械的及び熱的耐性にすぐれた強い部品に耐
摩耗性を付与することができ、また、これらの粉末及び
物体を使用して酸素センサもしくはジルコニアの酸素イ
オン伝導性を利用したその他のデバイスのためのチュー
ブを製ａすることかできる。
以下余白

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ジルコニア及び安定化剤の共融物中に１０ミクロン
    もしくはそれ以下の安定化ジルコニア結晶を有する、安
    定化されたジルコニア体。 ２、前記安定化剤が、カルシア、イツトリア、マグネシ
    ア、別の安定化希土類酸化物又はその混合物である、特
    許請求の範囲第１項に記載の安定化されたジルコニア体
    。 ３、−）ルコニアを１種類もしくはそれ以上の安定化剤
    と共融させ、次いで迅速に急冷し、そして粉末に微粉砕
    したものからなる、安定化されたジルコニア焼結体を製
    造するための粉末。 ４、前記安定化剤が、カルシア、イツトリア、マグネシ
    ア、別の安定化希土類酸化物又はその混合物である、特
    許請求の範囲第３項に記載の粉末。 ５、溶融物中に原料物質とともに導入されたシＩｔＪＩ
    Ｍ＆−＃ＪＬ４ａｄｌ／１％Ｊ−１−４ｒＷＩレヌ々ジ
    ロー１ｒ優１８（ｈｎＴ引１されたものである、特許請
    求の範囲第３項又は第４項に記載の粉末。 ６、安定化されたジルコニア焼結体を製造する方法であ
    って、下記の工程： 、迅速に急冷せるジルコニアと安定化剤の共融物を粉末
    の形に変えること、 得られた粉末を成形して彫物となすこと、及び前記彫物
    を１３５０〜１５５０℃で、得られる焼結体の粒子間に
    おいて強い焼結結合を生じせしめるのに十分な時間にわ
    たって焼成すること、を含んでなる、安定化されたジル
    コニア焼結体を製造する方法。 ７、正方晶系の安定化ジルコニア粒子が１０ミクロンも
    しくはそれ以下でありかつ曲げ強度が２００，０００ゾ
    サイよシも大である、安定化されたジルコニア体。
JP59125399A 1983-06-20 1984-06-20 部分安定化ジルコニア体 Granted JPS6065726A (ja)

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