JPS6081060A - 部分安定化ジルコニア焼結体の製造法 - Google Patents
部分安定化ジルコニア焼結体の製造法Info
- Publication number
- JPS6081060A JPS6081060A JP58186523A JP18652383A JPS6081060A JP S6081060 A JPS6081060 A JP S6081060A JP 58186523 A JP58186523 A JP 58186523A JP 18652383 A JP18652383 A JP 18652383A JP S6081060 A JPS6081060 A JP S6081060A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintered body
- stabilized zirconia
- zirconia sintered
- strength
- partially stabilized
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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】
本発明は２００°Ｃ以上の温度における機械的耐久性に
優れた部分安定化ジルコニア焼結体の製造法に関するも
のである。
優れた部分安定化ジルコニア焼結体の製造法に関するも
のである。
従来、ジルコニア焼結体製造法において原料がジルコニ
アのみからなる場合、１０００℃付近で生じる単斜型＝
正方型転移に伴う大きな容積変化に起因し、熱衝撃抵抗
の極めて小さいものしか得られないことは知られている
。そこで現在一般にはＣａ Ｏ、Ｍ ｇ Ｏ−Ｙ ｂ
２０ａ等の安定化剤を添加固溶させた完全安定化ジルコ
ニア焼結体や部分安定化ジルコニア焼結体が断熱材、構
造材、酸素濃淡電池用固体電解質等、各種工業材料に使
用されている。完全安定化ジルコニア焼結体は前記安定
化剤を充分量固溶させて焼結体の結晶系を常温から２０
００℃近くまで安定な立方晶の単−相としたものである
が、機械的強度に劣っている。
アのみからなる場合、１０００℃付近で生じる単斜型＝
正方型転移に伴う大きな容積変化に起因し、熱衝撃抵抗
の極めて小さいものしか得られないことは知られている
。そこで現在一般にはＣａ Ｏ、Ｍ ｇ Ｏ−Ｙ ｂ
２０ａ等の安定化剤を添加固溶させた完全安定化ジルコ
ニア焼結体や部分安定化ジルコニア焼結体が断熱材、構
造材、酸素濃淡電池用固体電解質等、各種工業材料に使
用されている。完全安定化ジルコニア焼結体は前記安定
化剤を充分量固溶させて焼結体の結晶系を常温から２０
００℃近くまで安定な立方晶の単−相としたものである
が、機械的強度に劣っている。
部分安定化ジルコニア焼結体は前記安定化剤の添加量を
制御し、焼結体の結晶系を立方晶と単斜晶とが混在した
二相としたもので、機械的強度及び耐熱衝撃性に優れて
いるが２００℃ないし３００℃の特定温度域における強
度の経時劣化が極めて太き（耐久性に欠ける。この経時
劣化は焼結体中の安定化剤の量を増やし立方晶の割合を
増すにつれて小さくなるが、逆にその他の性質は完全安
定化ジルコニア焼結体に近くなり、耐熱衝撃性や初期の
機械的強度が劣化する。この現象を最も代表的な安定化
剤であるＹ２Ｏ３の添加量と抗折強度及び強度の経時劣
化との関係について門べた結果を引用して説明する。第
１図は従来のジルコニア焼結体に対するＹ２Ｏ３の添加
量と同焼結体の抗折強度との関係及び同添加量と同焼結
体を温度２５０℃で１０００時間保持した後の抗折強度
の劣化率との関係を示す。第１図に示すようにＹ２Ｏ。
制御し、焼結体の結晶系を立方晶と単斜晶とが混在した
二相としたもので、機械的強度及び耐熱衝撃性に優れて
いるが２００℃ないし３００℃の特定温度域における強
度の経時劣化が極めて太き（耐久性に欠ける。この経時
劣化は焼結体中の安定化剤の量を増やし立方晶の割合を
増すにつれて小さくなるが、逆にその他の性質は完全安
定化ジルコニア焼結体に近くなり、耐熱衝撃性や初期の
機械的強度が劣化する。この現象を最も代表的な安定化
剤であるＹ２Ｏ３の添加量と抗折強度及び強度の経時劣
化との関係について門べた結果を引用して説明する。第
１図は従来のジルコニア焼結体に対するＹ２Ｏ３の添加
量と同焼結体の抗折強度との関係及び同添加量と同焼結
体を温度２５０℃で１０００時間保持した後の抗折強度
の劣化率との関係を示す。第１図に示すようにＹ２Ｏ。
の添加量が増すにつれて抗折強度は低下するが上記温度
で保持した後の強度劣化率は小さくなり耐久性は良くな
る。このように初期の機械的強度とその耐久性とは表裏
一体の相反する傾向を示す故に温度２００℃以上での機
械的耐久性に優れた高強度ジルコニア焼結体を製造する
ことは困難であった。
で保持した後の強度劣化率は小さくなり耐久性は良くな
る。このように初期の機械的強度とその耐久性とは表裏
一体の相反する傾向を示す故に温度２００℃以上での機
械的耐久性に優れた高強度ジルコニア焼結体を製造する
ことは困難であった。
発明者等は上記の難点を克服するために鋭意研究を重ね
た処、Ｙ２Ｏ３固熔量の異なる二種の部分安定化ジルコ
ニア仮焼粉末を適当な割合で混合し成形し焼成して得ら
れる部分安定化ジルコニア焼結体は、初期はＹ２Ｏ，固
溶量の多い仮焼粉末のみから製造した焼結体と同様の性
質を示すが、２００℃ないし３００℃の温度で一定時間
以上保持するとＹ２Ｏ３固溶量の少ない仮焼粉末のみか
ら製造した焼結体の初期強度にまで向上し、その後も経
時劣化を起こさず極めて耐久性に優れた高強度焼結体と
なることを見出した。
た処、Ｙ２Ｏ３固熔量の異なる二種の部分安定化ジルコ
ニア仮焼粉末を適当な割合で混合し成形し焼成して得ら
れる部分安定化ジルコニア焼結体は、初期はＹ２Ｏ，固
溶量の多い仮焼粉末のみから製造した焼結体と同様の性
質を示すが、２００℃ないし３００℃の温度で一定時間
以上保持するとＹ２Ｏ３固溶量の少ない仮焼粉末のみか
ら製造した焼結体の初期強度にまで向上し、その後も経
時劣化を起こさず極めて耐久性に優れた高強度焼結体と
なることを見出した。
本発明は上記の知見に基づいてなされたもので、その要
旨とする処はＹ２Ｏ３を安定化剤とする部分安定化ジル
コニア焼結体の製造法において、Ｙ２Ｏ，とＺｒＯ２を
主成分とし、ＺｒＯ２に対するＹ２Ｏ３の添加量の異な
る二種の混合粉末をＹ２Ｏ３のＸ線回折ピークが認めら
れなくなる温度よりも高い温度で仮焼し、Ｙ２Ｏ，固溶
量の異なる二種の仮焼粉末を得、前記二種の仮焼粉末よ
りなる混合物の成形体を焼成した後、２００℃ないし３
００℃の温度範囲で２５時間以上保持することを特徴と
する部分安定化ジルコニア焼結体の製造法に存する。
旨とする処はＹ２Ｏ３を安定化剤とする部分安定化ジル
コニア焼結体の製造法において、Ｙ２Ｏ，とＺｒＯ２を
主成分とし、ＺｒＯ２に対するＹ２Ｏ３の添加量の異な
る二種の混合粉末をＹ２Ｏ３のＸ線回折ピークが認めら
れなくなる温度よりも高い温度で仮焼し、Ｙ２Ｏ，固溶
量の異なる二種の仮焼粉末を得、前記二種の仮焼粉末よ
りなる混合物の成形体を焼成した後、２００℃ないし３
００℃の温度範囲で２５時間以上保持することを特徴と
する部分安定化ジルコニア焼結体の製造法に存する。
本発明製造法において仮焼温度をｙ、ｏ、のＸ線回折ピ
ークが認められなくなる温度よりも高い温度としたのは
、この温度でＹ２Ｏ，がほぼ完全にＺ ｒ Ｏｘに固溶
したと認定し得るからである。
ークが認められなくなる温度よりも高い温度としたのは
、この温度でＹ２Ｏ，がほぼ完全にＺ ｒ Ｏｘに固溶
したと認定し得るからである。
仮焼粉末は、焼結体を２００℃ないし３００℃の温度範
囲で２５時間以上保持した後の単斜晶の割合が２０〜４
０ｖｏ１％となるようにそれらの種類及び混合比を選定
するのが望ましい。単斜晶が２０ｖｏ１％に満たないと
強度が弱（なり、４０ｖｏ１％を越えると耐久性が悪く
なるからである。
囲で２５時間以上保持した後の単斜晶の割合が２０〜４
０ｖｏ１％となるようにそれらの種類及び混合比を選定
するのが望ましい。単斜晶が２０ｖｏ１％に満たないと
強度が弱（なり、４０ｖｏ１％を越えると耐久性が悪く
なるからである。
また、焼結体の強度をＹ２Ｏ，固溶量の少ない仮焼粉末
のみから製造した焼結体の初期の強度にまで向上させる
には、焼結体を２００℃ないし３００°Ｃの温度範囲で
２５時間以上望ましくは１００時間以上保持することを
必要とする。
のみから製造した焼結体の初期の強度にまで向上させる
には、焼結体を２００℃ないし３００°Ｃの温度範囲で
２５時間以上望ましくは１００時間以上保持することを
必要とする。
以下実施例を示す。
実施例
第−稀元素化学工業■製酸化ジルコニウム（ＳＰ ＺＧ
ｒａｄｅ ） ９６モル％及び粒径２．５μｍ以下の粒
子が８５重量％以上の信越化学■製酸化イツトリウム４
モル％よりなる混合粉末を粒径２，５μｍ以下の粒子が
９３重量％以上となるまで湿式粉砕し乾燥後、温度１３
００°Ｃ１保持時間２時間の条件で仮焼したものを仮焼
粉末Ａとした。酸化ジルコニウム及びイツトリウムの含
有量がそれぞれ９５モル％及び５モル％である以外は仮
焼粉末Ａを得る条件と同一条件で得たものを仮焼粉末Ｂ
とした。仮焼粉末Ａと仮焼粉末Ｂを等重量混合し湿式粉
砕した後、全仮焼粉末１００重量部に対し１．２重量部
のセロゾール及び０．８重量部のアラビアゴムを添加し
、次いで粒径２．５μｍ以下の粒子が８２重量％以上と
なるまで湿式粉砕し噴霧乾燥機を用いて造粒した。造粒
粉末を長さ５０龍、先端外径７龍φ、後端外径１２１１
１φの自動車用酸素センサー素子形状に成形し、温度１
４８０℃、保持時間８０分の条件で焼成することによっ
て部分安定化ジルコニア焼結体１を製造した。比較のた
めに仮焼粉末Ａと仮焼粉末Ｂを混合せず、それぞれの仮
焼粉末に対して焼結体１を製造した場合と同一条件で粉
砕、造粒、成形、焼成を行い、焼結体２及び焼結体３を
製造した。焼結体１〜３を温度２５０℃の大気中に一定
時間保持した後に取り出して抗折強度を測定した結果を
第２図に示す。図中曲線ｐ、曲線ｑ及び曲線ｒはそれぞ
れ焼結体ｌ、仮焼粉末Ａのみから製造された焼結体２及
び仮焼粉末Ｂのみから製造された焼結体３について上記
抗折強度を測定した結果を表わす。初期の焼結体１ばＹ
２Ｏ３固溶量が多く結晶安定化度の高い焼結体３と同程
度の強度を示すが、温度２５０℃で保持すると２５時間
までは急激に強度が増し、約１００時間保持するとＹ２
Ｏ３固熔量が少なく結晶安定化度の低い焼結体２と同程
度の強度に達し、その後もほとんど強度が劣化していな
いことがわかる。従って焼結体１を温度２５０℃で２５
時間以上保持したものの如く本発明製造法によって得ら
れる焼結体は、一種の仮焼粉末のみから得られる焼結体
に比べて格段に優れた性質を示すのである。
ｒａｄｅ ） ９６モル％及び粒径２．５μｍ以下の粒
子が８５重量％以上の信越化学■製酸化イツトリウム４
モル％よりなる混合粉末を粒径２，５μｍ以下の粒子が
９３重量％以上となるまで湿式粉砕し乾燥後、温度１３
００°Ｃ１保持時間２時間の条件で仮焼したものを仮焼
粉末Ａとした。酸化ジルコニウム及びイツトリウムの含
有量がそれぞれ９５モル％及び５モル％である以外は仮
焼粉末Ａを得る条件と同一条件で得たものを仮焼粉末Ｂ
とした。仮焼粉末Ａと仮焼粉末Ｂを等重量混合し湿式粉
砕した後、全仮焼粉末１００重量部に対し１．２重量部
のセロゾール及び０．８重量部のアラビアゴムを添加し
、次いで粒径２．５μｍ以下の粒子が８２重量％以上と
なるまで湿式粉砕し噴霧乾燥機を用いて造粒した。造粒
粉末を長さ５０龍、先端外径７龍φ、後端外径１２１１
１φの自動車用酸素センサー素子形状に成形し、温度１
４８０℃、保持時間８０分の条件で焼成することによっ
て部分安定化ジルコニア焼結体１を製造した。比較のた
めに仮焼粉末Ａと仮焼粉末Ｂを混合せず、それぞれの仮
焼粉末に対して焼結体１を製造した場合と同一条件で粉
砕、造粒、成形、焼成を行い、焼結体２及び焼結体３を
製造した。焼結体１〜３を温度２５０℃の大気中に一定
時間保持した後に取り出して抗折強度を測定した結果を
第２図に示す。図中曲線ｐ、曲線ｑ及び曲線ｒはそれぞ
れ焼結体ｌ、仮焼粉末Ａのみから製造された焼結体２及
び仮焼粉末Ｂのみから製造された焼結体３について上記
抗折強度を測定した結果を表わす。初期の焼結体１ばＹ
２Ｏ３固溶量が多く結晶安定化度の高い焼結体３と同程
度の強度を示すが、温度２５０℃で保持すると２５時間
までは急激に強度が増し、約１００時間保持するとＹ２
Ｏ３固熔量が少なく結晶安定化度の低い焼結体２と同程
度の強度に達し、その後もほとんど強度が劣化していな
いことがわかる。従って焼結体１を温度２５０℃で２５
時間以上保持したものの如く本発明製造法によって得ら
れる焼結体は、一種の仮焼粉末のみから得られる焼結体
に比べて格段に優れた性質を示すのである。
上記実施例では原料をＺ ｒ ０２とＹ２Ｏ，の二成分
に限定したが、本発明製造法に使用する原料はこれに限
定されることなくＣａＯ，ＭｇＯ等公知の焼結助剤を添
加しても同様の効果を奏する。
に限定したが、本発明製造法に使用する原料はこれに限
定されることなくＣａＯ，ＭｇＯ等公知の焼結助剤を添
加しても同様の効果を奏する。
以上のように本発明部分安定化ジルコニア焼結体の製造
法によって得られる部分安定化ジルコニア焼結体は２０
０℃以上の温度における機械的耐久性に優れたものであ
るので自動車用酸素センサー素子、断熱材、構造材、酸
素濃淡電池用固体電解質等各方面に広く利用することが
できる。
法によって得られる部分安定化ジルコニア焼結体は２０
０℃以上の温度における機械的耐久性に優れたものであ
るので自動車用酸素センサー素子、断熱材、構造材、酸
素濃淡電池用固体電解質等各方面に広く利用することが
できる。
第１図は従来のジルコニア焼結体に対するＹ２Ｏ。
の添加量と同焼結体の抗折強度との関係及び同添加量と
強度劣化率との関係を示し、第２図はジルコニア焼結体
を温度２５０℃の大気中に一定時間保持した場合の保持
時間と抗折強度との関係を示す。 特許出願人 日本特殊陶業株式会社
強度劣化率との関係を示し、第２図はジルコニア焼結体
を温度２５０℃の大気中に一定時間保持した場合の保持
時間と抗折強度との関係を示す。 特許出願人 日本特殊陶業株式会社
Claims (1)
- Ｙ２Ｏ３を安定化剤とする部分安定化ジルコニア焼結体
の製造法において、Ｙ２Ｏ３とＺｒＯ□を主成分とし、
Ｚ ｒ Ｏｚに対するＹ２Ｏ３の添加量の異なる二種の
混合粉末をＹ２Ｏ，のＸ線回折ピークが認められなくな
る温度よりも高い温度で仮焼し、Ｙ２Ｏ，固１１８量の
異なる二種の仮焼粉末を得、前記二種の仮焼粉末よりな
る混合物の成形体を焼成した後、２００℃ないし３００
℃の温度範囲で２５時間以上保持することを特徴とする
部分安定化ジルコニア焼結体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58186523A JPS6081060A (ja) | 1983-10-05 | 1983-10-05 | 部分安定化ジルコニア焼結体の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58186523A JPS6081060A (ja) | 1983-10-05 | 1983-10-05 | 部分安定化ジルコニア焼結体の製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6081060A true JPS6081060A (ja) | 1985-05-09 |
Family
ID=16189982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58186523A Pending JPS6081060A (ja) | 1983-10-05 | 1983-10-05 | 部分安定化ジルコニア焼結体の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6081060A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210246075A1 (en) * | 2018-03-19 | 2021-08-12 | Tosoh Corporation | Zirconia sintered body and method for manufacturing the same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54138007A (en) * | 1978-04-18 | 1979-10-26 | Nippon Denso Co | Zirconia sintered body for oxygen concentration sensor |
| JPS5650169A (en) * | 1979-09-28 | 1981-05-07 | Sumitomo Aluminium Smelting Co | Manufacture of zirconia sintered body |
-
1983
- 1983-10-05 JP JP58186523A patent/JPS6081060A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54138007A (en) * | 1978-04-18 | 1979-10-26 | Nippon Denso Co | Zirconia sintered body for oxygen concentration sensor |
| JPS5650169A (en) * | 1979-09-28 | 1981-05-07 | Sumitomo Aluminium Smelting Co | Manufacture of zirconia sintered body |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210246075A1 (en) * | 2018-03-19 | 2021-08-12 | Tosoh Corporation | Zirconia sintered body and method for manufacturing the same |
| US11746054B2 (en) * | 2018-03-19 | 2023-09-05 | Tosoh Corporation | Zirconia sintered body and method for manufacturing the same |
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