JPS6212662A - High toughness zirconia base sintered body - Google Patents

High toughness zirconia base sintered body

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JPS6212662A
JPS6212662A JP60149472A JP14947285A JPS6212662A JP S6212662 A JPS6212662 A JP S6212662A JP 60149472 A JP60149472 A JP 60149472A JP 14947285 A JP14947285 A JP 14947285A JP S6212662 A JPS6212662 A JP S6212662A
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sintered body
mullite
stabilizer
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zirconia
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博 稲田
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高靭性ジルコニア質焼結体に関し、さらに詳
しくは、Y20ztceo □tMiro*CaOから
選ばれた1種または2種以上を安定化剤として含む主と
して正方品からなるジルコニアと3A120、・2Si
Oz(ムライト)又はA1□O5及び3A!20、・2
SiO2(ムライト)を含む高靭性ジルコニア質焼結体
に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Field of Application] The present invention relates to a high-toughness zirconia sintered body, and more specifically, the present invention relates to a high-toughness zirconia sintered body, and more specifically, one or more selected from Y20ztceo □tMiro*CaO is used as a stabilizer. Zirconia and 3A120, 2Si, which are mainly composed of square parts, including
Oz (mullite) or A1□O5 and 3A! 20,・2
The present invention relates to a high toughness zirconia sintered body containing SiO2 (mullite).

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ジルコニアは融点が高(、化5学的にも安定で杢米優れ
た耐熱材料としての性質を有している。しかし、ジルコ
ニアは高温頌域の立方晶から正方品を経て単斜晶に相転
移をするが、その際に体積変化を伴い、特に正方品から
単斜晶への相転移の体積変化が大きく、そのためジルコ
ニアを単独で焼結体とすると昇降温の際にこの体積変化
により破壊してしまうという大魚がある。
Zirconia has a high melting point (and is chemically stable, making it an excellent heat-resistant material. However, zirconia undergoes a phase change from a cubic crystal in the high-temperature region to a tetragonal crystal to a monoclinic crystal). The transition is accompanied by a volume change, especially the volume change during the phase transition from tetragonal to monoclinic, so if zirconia is used alone as a sintered body, it will break due to this volume change when the temperature is raised or lowered. There is a big fish that will do that.

この欠、αを取り除くために、ZrO□にCaO,Mg
o+Y2O5などの2価または3価の金属酸化物を固溶
させて、相転移を起こさせないようにし、常温でも立方
晶からなる安定化ジルコニア、あるいは立方晶と単斜晶
よりなる部分安定化ジルコニアが数多く発表されている
。また、準安定相である正方品を単独で焼結体内に存在
させた部分安定化ジルコニアが高強度を示すことが発表
されているが、これは一つには、準安定な正方晶が室温
安定相である単斜晶へ変態することにより、外部応力に
よる破壊作用を緩和するためと考えられている。
In order to remove this deficiency, α, CaO, Mg
By dissolving divalent or trivalent metal oxides such as o+Y2O5 to prevent phase transition, stabilized zirconia consisting of cubic crystals or partially stabilized zirconia consisting of cubic crystals and monoclinic crystals can be produced even at room temperature. Many have been published. In addition, it has been announced that partially stabilized zirconia, in which a metastable tetragonal phase exists alone in a sintered body, exhibits high strength. It is thought that this is because the destruction effect caused by external stress is alleviated by transforming into a monoclinic crystal phase, which is a stable phase.

このように常温において主として正方品または立方晶か
らなる焼結体を得るための安定化剤としては従来上り主
としでY2O,が用いられ高靭性、高強度を発現してい
る。しかし、この主として正方品からなる部分安定化ノ
ルフェアは、高温相を低温域までもたらした結果生ずる
準安定相であるため、その構造や性質が経時変化をし、
特に200℃ないし400℃ という比較的低温におけ
る加熱により単斜晶へ相転移を起こし強度の経時劣化が
極めて大きい。
As described above, as a stabilizer for obtaining a sintered body mainly consisting of tetragonal or cubic crystals at room temperature, Y2O, which is mainly used as a stabilizer, has been used to exhibit high toughness and strength. However, this partially stabilized norphea, which is mainly composed of tetragonal items, is a metastable phase resulting from bringing a high temperature phase to a low temperature range, so its structure and properties change over time.
In particular, heating at a relatively low temperature of 200°C to 400°C causes a phase transition to monoclinic crystal, resulting in extremely large deterioration of strength over time.

このような部分安定化ジルコニア焼結体の経時変化が安
定化剤の組成や焼結体の組織あるいは結晶粒径に依存す
ることから、安定化剤としてのY2O3量を特定し、主
として正方品からなる焼結体を得、その焼結体の製造過
程において結晶粒度を制御することにより、特定温度域
における経時劣化が少ない高強度、高靭性の焼結体が報
告されてのジルコニア焼結体の焼成に際して、昇温およ
び冷却の速度を制御することによって熱履歴を加え、主
として立方晶構造を有するジルコニアに0.5〜4.5
重量%の単斜晶構造のジルコニアを含有せしめて、熱衝
撃強度が強く、長時間使用しても破損することがないジ
ルコニア焼結体が得ら終ることが報告されている(特開
昭56−41873)。
Since the aging of such partially stabilized zirconia sintered bodies depends on the composition of the stabilizer, the structure of the sintered body, and the crystal grain size, the amount of Y2O3 as a stabilizer was specified, and It has been reported that a sintered body with high strength and high toughness with less deterioration over time in a specific temperature range can be obtained by obtaining a sintered body of During firing, thermal history is added by controlling the rate of temperature rise and cooling, and zirconia, which has a mainly cubic structure, has a temperature of 0.5 to 4.5
It has been reported that a zirconia sintered body that has strong thermal shock strength and does not break even after long-term use can be obtained by containing zirconia with a monoclinic structure in the amount of % by weight (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 1983-1991). -41873).

一方、室温で準安定相である正方品を含んだ焼結体を得
るためには、焼結体がmvであり焼結体粒径が小さいこ
とが必要であるが、そのため原料粉末は易焼結性であり
、微粉末であることの二つの特性が要求される。このよ
うに易焼結性の微粉末を得るため種々の手法が研究され
ているが、Zr0c12とYCl3の混合物を共沈させ
、その粉末を仮焼してY2O,で安定化したZrO2の
微粉末を焼結すれば高強度のZrO2焼結体の得られる
ことが米国において発行されたセラミックブリティン1
976年55巻77頁において発表されている。
On the other hand, in order to obtain a sintered body containing tetragonal products that are metastable at room temperature, the sintered body must be mv and the sintered body particle size must be small. Two properties are required: solidity and fine powder. Various methods have been studied to obtain fine powders that are easily sinterable. Among them, ZrO2 fine powders are made by co-precipitating a mixture of Zr0c12 and YCl3, calcining the powder, and stabilizing it with Y2O. Ceramic Bulletin 1 published in the United States states that a high-strength ZrO2 sintered body can be obtained by sintering ZrO2.
Published in 1976, volume 55, page 77.

ムライト(3A1□0.・2SiO2)は耐熱性があり
、また熱衝撃抵抗性に優れると共に高温におけるクリー
プ特性が良好で高温においても強度が低下しないという
点で優れたセラミックスである。
Mullite (3A1□0.2SiO2) is an excellent ceramic because it is heat resistant, has excellent thermal shock resistance, has good creep properties at high temperatures, and does not lose strength even at high temperatures.

しかし、ムライトは緻密に焼結することが困難であるた
め焼結体の強度が極めて低い、ムライトのような緻密に
焼結が不能なセラミックスを用い、高い破断抵抗及び良
好な耐熱変動性を有するセラミック成形体を得ることを
目的として、ムライト等のセラミックスマトリックス材
料とZ r O2含有化合物よりなる粉状混合物を一旦
焼結した後、焼結温度より高い温度で熱処理することに
より、例開示されている(特開昭55 158173)
However, since mullite is difficult to sinter densely, the strength of the sintered body is extremely low.Mullite, which is a ceramic that cannot be sintered densely, has high fracture resistance and good heat resistance fluctuation. For the purpose of obtaining a ceramic molded body, a powder mixture consisting of a ceramic matrix material such as mullite and a ZrO2-containing compound is once sintered, and then heat treated at a temperature higher than the sintering temperature. There is (Japanese Unexamined Patent Publication No. 158173)
.

さらに、これらセラミック成形体の性能を改善するため
に、緻密な、マイクロクラックを含まない、A1□01
、ムライト、スピネル等の基材マトリックス中に、基材
マトリックス材料と安定化されていない単斜晶系あるい
は正方晶系のZrO2粒子、あるいはY2O,で安定化
され主として正方品からなるZ r O2粒子との混合
物からなる圧縮部を埋込むことが提案されている(特開
昭59−64567)。
Furthermore, in order to improve the performance of these ceramic molded bodies, we have developed a compact, micro-crack-free A1□01
, mullite, spinel, etc., monoclinic or tetragonal ZrO2 particles that are not stabilized with the base matrix material, or ZrO2 particles that are stabilized with Y2O and are mainly tetragonal. It has been proposed to embed a compressed portion made of a mixture of

〔発明が解決しようとする開運、α〕[Good luck that invention attempts to solve, α]

しかしながら、安定化剤としてY2O,を特定し主とし
て正方品からなるジルコニア焼結体も、Zr02−Y2
O,系、ZrO2CaO系およびZr02−MgO系の
ジルコニアで、主として立方晶構造を有し、0.5〜4
.5重量%の単斜晶を含有するジルコニア焼結体も、特
定温度域における経時劣化を生じない点、あるいは耐熱
衝撃性の点では改善されたとはいえ、熱水中では依然と
して劣化を生じ、また強度的にも不充分である。
However, the zirconia sintered body mainly composed of square pieces that specifies Y2O as a stabilizer is also Zr02-Y2
Zirconia of O, ZrO2CaO, and Zr02-MgO systems, mainly having a cubic crystal structure and having a crystalline structure of 0.5 to 4
.. Although the zirconia sintered body containing 5% by weight of monoclinic crystals has been improved in terms of not deteriorating over time in a specific temperature range or in terms of thermal shock resistance, it still deteriorates in hot water, and It is also insufficient in strength.

また、ZrO2とYCl3の混合物を共沈させて得た原
料粉末を使用したジルコニア焼結体も、同様の特性の点
で必らずしも満点なものではない。その上、Y2O3に
よって安定化された準安定な正方晶は、空気中300〜
400℃における時効によって正方品から単斜晶へ変態
を生じ、材料強度、靭性が低下することが認められてお
り、特に水蒸気の存在下、高圧熱水溶液中では、正方品
の安定性が著しく低下し、粒界破壊を生じる重大な欠、
解がある。
Furthermore, zirconia sintered bodies using raw material powder obtained by coprecipitating a mixture of ZrO2 and YCl3 are not necessarily perfect in terms of similar characteristics. Moreover, the metastable tetragonal crystal stabilized by Y2O3 is
It has been observed that aging at 400°C causes a transformation from a tetragonal product to a monoclinic crystal, resulting in a decrease in material strength and toughness, and especially in the presence of water vapor and in a high-pressure hot aqueous solution, the stability of a tetragonal product is significantly reduced. However, there is a serious defect that causes grain boundary fracture,
There is a solution.

さらに、部分安定化ジルコニアは熱膨張係数が約11X
IO−’程度であって他の構造用セラミックが3〜4 
X 10〜6であるのと比較して大きい値を示すが、こ
れが長所でもあり短所でもあって、また、他の構造材で
ある窒化ケイ素焼結体や炭化ケイ素焼結体と比べて高温
(例えば200〜1000℃)でのm、激な強度低下等
のため、構造材としての用途は限られたものとなってい
る。
Additionally, partially stabilized zirconia has a coefficient of thermal expansion of approximately 11X.
IO-' level and other structural ceramics are 3-4
This is a large value compared to X 10 to 6, but this is both an advantage and a disadvantage, and it also has a high temperature ( For example, its use as a structural material is limited due to the severe decrease in strength.

一方、ムライト中にジルコニアを含有するセラミック焼
結体は、いずれの提案においても、焼結体中に含まれろ
ジルコニア量が少ない上、ジルコニア中の正方品の割合
が低く、かなりの単斜晶が含まれている。このため、全
体として焼結体中に含まれる正方品ジルコニア量は、か
なり少くなり、外部応力による破壊を緩和する作用も小
さく、結果として焼結体の強度が低い。その上、安定化
剤を含有しないジルコニアを含むムライトセラミックス
においては、準安定な正方品が、熱及び熱水条件下にお
いて、容易に単斜晶へ転移を生じ、焼結体の強度を低下
させでしまう危険性があるため、構造材としての用途は
限定されたものとなっている。
On the other hand, in any of the proposals for ceramic sintered bodies containing zirconia in mullite, the amount of zirconia contained in the sintered bodies is small, the proportion of tetragonal items in zirconia is low, and there is a considerable amount of monoclinic crystals. include. Therefore, the amount of square zirconia contained in the sintered body as a whole is considerably small, and the effect of mitigating destruction caused by external stress is also small, resulting in a low strength of the sintered body. Furthermore, in mullite ceramics containing zirconia that does not contain a stabilizer, the metastable tetragonal shape easily undergoes a transition to monoclinic crystal under heat and hydrothermal conditions, reducing the strength of the sintered body. Due to the risk of corrosion, its use as a structural material is limited.

本発明は、従来の部分安定化ジルコニア焼結体及びムラ
イトセラミックスの上記の如き欠点を解決すべくなされ
たものであって、高強度で熱安定性及び熱水安定性に優
れ、高温での機械的特性を改善し、所望の熱膨張係数を
有する高靭性ジルコニア質焼結体を提供し、ジルコニア
焼結体の利用範囲を大いに拡大することを目的とするも
のである。
The present invention was made to solve the above-mentioned drawbacks of conventional partially stabilized zirconia sintered bodies and mullite ceramics, and has high strength, excellent thermal stability and hydrothermal stability, and is suitable for mechanical processing at high temperatures. The purpose of this invention is to provide a high-toughness zirconia sintered body having improved physical properties and a desired coefficient of thermal expansion, and to greatly expand the range of use of the zirconia sintered body.

〔問題点を解決するための手段〕 本発明の高靭性ジルコニア質焼結体は、Y2O1、Ce
O2、MgO,CaOから選ばれた1種または2種以上
を安定化剤として含む主として正方品より成る部分安定
化ジルコニアに0.5〜60内部重量%の範囲でムライ
)(3A+20.・2SiO2)又はムライトとA I
20 、を含む焼結体で平均結晶粒子径が3μl以下で
あることを要旨とする。
[Means for solving the problems] The high-toughness zirconia sintered body of the present invention contains Y2O1, Ce
(3A+20.2SiO2) partially stabilized zirconia mainly consisting of square pieces containing one or more selected from O2, MgO, and CaO as a stabilizer in a range of 0.5 to 60% by internal weight Or mullite and AI
The gist is that the average crystal grain size is 3 μl or less in a sintered body containing .20.

本発明の高靭性ジルコニア質焼結体は、部分安定化ジル
コニアに、Z r O2のゾルおよび/または水溶性の
塩を、安定化剤の水溶性の塩と共に溶液の状態で均一に
混合した後、沈澱の形で分離して得られた原料を用いる
ことができる。
The high-toughness zirconia sintered body of the present invention is obtained by uniformly mixing partially stabilized zirconia with a ZrO2 sol and/or a water-soluble salt together with a water-soluble salt as a stabilizer in a solution state. , raw materials obtained by separation in the form of precipitates can be used.

木登口11のg宮仕削の禾ill N 1士−7,r 
(”) 、 l二t・[1−山ff1slIlo1%で
、Y 20 J:1−6u+o1%、CeO2ニア−1
511o1%、M BO:3.O−10too1%、C
aO:2−8mol%の範囲であり、2!f1以上混合
添加の場合は、夫々の混合比率においで、上記含fi範
囲内である。
Ill N 1shi-7, r
(''), l2t・[1-yamaff1slIlo1%, Y20J:1-6u+o1%, CeO2 near-1
511o1%, MBO: 3. O-10too1%, C
aO: in the range of 2-8 mol%, 2! In the case of mixed addition of f1 or more, the respective mixing ratios are within the above fi range.

また、本発明の高靭性ジルコニア質焼結体の2r02の
一部または全部をHfO2で置換することができる。
Further, part or all of 2r02 in the high toughness zirconia sintered body of the present invention can be replaced with HfO2.

本発明において安定化剤としてY2O,、CeO2、M
gO,CaOから選ばれた1種または2種以上をジルフ
ェアに添加するのは、ZrO2にこれら2価または3価
の金属酸化物を固溶させることによって、室温において
、主として正方晶から成る部分安定化ジルコニアを得る
ためである。
In the present invention, as a stabilizer Y2O,, CeO2, M
The reason why one or more selected from gO and CaO is added to Zirphere is to dissolve these divalent or trivalent metal oxides in ZrO2, thereby creating a partially stable structure mainly composed of tetragonal crystals at room temperature. This is to obtain oxidized zirconia.

本発明におけるY2O,の添加量はジルフェアに対し、
1.0〜6.0随of%であり、より好ましくは1.5
〜5.0mol%である。またCeO2の添加量はジル
コニア(ニオ17.O〜15.0++o1%であり、よ
り好ましくは8.0〜14.O+ao1%である。Mg
Oの添加量はジルコニアに対し3.0〜10.、Omo
l%であり、より好ましくは4.0〜9.(lno1%
である。更にCaOの添加量はジルコニアに対し、2.
0〜8,0LIlo1%であり、より好ましくは2.5
〜6.0mol%である。これらの2種以上を混合使用
する場合には、夫々混合比率において、上記含量範囲内
とすればよい、たとえば、Y2O3とCeO2とを等量
使用する場合には、Y2O3使用量は(1,0〜6.0
)Xi/2 =0.5〜3.Omol%、CeO2使用
量は(7,0〜15,0)XI/2=3.5〜7.5m
ol%の範囲にすればよい。
In the present invention, the amount of Y2O added is as follows:
1.0 to 6.0 of%, more preferably 1.5
~5.0 mol%. The amount of CeO2 added is zirconia (17.0 to 15.0++o1%, more preferably 8.0 to 14.0+ao1%.Mg
The amount of O added is 3.0 to 10. , Omo
1%, more preferably 4.0 to 9.1%. (lno1%
It is. Furthermore, the amount of CaO added is 2.
0 to 8,0 LIlo1%, more preferably 2.5
~6.0 mol%. When using a mixture of two or more of these, the mixing ratio of each should be within the above content range. For example, when using equal amounts of Y2O3 and CeO2, the amount of Y2O3 used is (1,0 ~6.0
) Xi/2 =0.5~3. Omol%, CeO2 usage amount is (7,0~15,0)XI/2=3.5~7.5m
It may be within the range of ol%.

本発明において、安定化剤の添加量を限定した理由は次
の通りである。添加量が下限値を下回ると正方晶系の結
晶相が得られなくなるためである。
In the present invention, the reason for limiting the amount of stabilizer added is as follows. This is because if the amount added is less than the lower limit, a tetragonal crystal phase cannot be obtained.

また添加量が上限値を上回ると曲げ強度等の機械的特性
が低下する傾向が顕著となるからである。
Furthermore, if the amount added exceeds the upper limit, there is a marked tendency for mechanical properties such as bending strength to deteriorate.

なお、Y2O,の一部あるいは全部をLa20.、Er
20=、Nd2O,、yb、o、等の希土M會属酸化物
で置換しても同様の効果が得られるものである。
In addition, some or all of Y2O, may be replaced with La20. , Er
A similar effect can be obtained by replacing with rare earth M oxides such as 20=, Nd2O, yb, o, etc.

また、安定化剤としてY2O,を選択する場合において
、熱安定性、熱水安定性をさらに向上させる必要がある
場合は、安定剤としてCeO2を共存させることがよい
Furthermore, when selecting Y2O as a stabilizer, if it is necessary to further improve thermal stability and hydrothermal stability, it is preferable to coexist CeO2 as a stabilizer.

して正方品より成る部分安定化ジルコニアであるので、
高強度、高靭性を示す。本来、正方品は準安定相である
ため試料表面の研削によって一部が単斜晶へ転移を生じ
、表面層の残留圧縮応力により、焼結体の強化に寄与す
る。この強化の程度は、研削による表面粗さと焼結体の
粒径に依存している。このため、本発明による主として
正方品より成る部分安定化ジルコニアとは、Xi回折に
よる結晶相の測定において、鏡面状態で、正方品系を少
くとも20%以上含むジルコニアをいう。正方品系が2
0%以下では靭性が低いため正方晶系は20%以上合ま
れることが必要である。
Since it is a partially stabilized zirconia made of square pieces,
Shows high strength and toughness. Originally, the tetragonal product is in a metastable phase, so when the sample surface is ground, a portion of the sample undergoes a transition to monoclinic crystal, and the residual compressive stress in the surface layer contributes to the strengthening of the sintered body. The degree of this strengthening depends on the surface roughness caused by grinding and the grain size of the sintered body. Therefore, the partially stabilized zirconia mainly consisting of tetragonal elements according to the present invention refers to zirconia that is in a mirror state and contains at least 20% or more of tetragonal elements when the crystal phase is measured by Xi diffraction. 2 square items
If it is less than 0%, the toughness will be low, so it is necessary that the tetragonal system be present in the proportion of 20% or more.

本発明の高靭性ジルコニア質焼結体は、従来の部分安定
化ジルコニア焼結体に、3AI20.・2SiO2(ム
ライト)成分である針状結晶を微細に分散させ、焼結体
の微構造を制御することにより、常温での優れた強度を
有すると共に、正方品から単斜晶への転移による劣化を
制御する作用があり、熱的に極めて安定であり、従来よ
り劣化の激しい水蒸気の存在下、高圧熱水溶液中におい
ても高い安定性を示す。その上、高温における部分安定
化ジルコニア焼結体の強度、クリープ等の機械的特性を
も改善するものである。
The high toughness zirconia sintered body of the present invention is a conventional partially stabilized zirconia sintered body of 3AI20.・By finely dispersing the acicular crystals that are the 2SiO2 (mullite) component and controlling the microstructure of the sintered body, it has excellent strength at room temperature and is resistant to deterioration due to the transition from tetragonal to monoclinic. It is extremely stable thermally, and exhibits high stability even in high-pressure hot aqueous solutions in the presence of water vapor, which causes more severe deterioration than in the past. Furthermore, it also improves the mechanical properties such as strength and creep of the partially stabilized zirconia sintered body at high temperatures.

また、A1□03を含む高靭性ジルコニア焼結体に対し
テモ、3 Al2O3・2 S ;02(A 7 イ)
 )を分である針状結晶の分散により上記効果が得られ
る。さらに、焼結体中に含まれる3AI20.・2Si
n、(ムライト)量を加減することにより、部分安定化
ジルコニアの熱膨張係数を下げ所望の値に11制御する
ことが可能となる。
In addition, for the high-toughness zirconia sintered body containing A1□03, Temo, 3 Al2O3.
) The above effect can be obtained by dispersing needle-like crystals. Furthermore, 3AI20.・2Si
By adjusting the amount of n, (mullite), it becomes possible to lower the thermal expansion coefficient of partially stabilized zirconia and control it to a desired value.

ここで3AI□O0・2S102(ムライト)あるいは
A I20 、オよ(/ 3 A I20 s ・2 
S io 2(A フィト)の添加量を制御した理由は
次の通りである。添加量が0.5内部重量%以下では、
添加効果が乏しいからであり、60内部重量%以上では
靭性あるZrO2の含有量を低め、強度、靭性等の機械
的特性が急激に低下するからである。本発明をより効果
あるものとするためには、3AI□O5・2SiOz(
ムライL )木Xbtl+A l−n−1rr’) A
 I /”1−Q C:^2(ムライト)の添加量を3
〜50内部重量%の範囲に選択するとよい。
Here, 3AI□O0・2S102 (mullite) or A I20, Oyo (/ 3 A I20 s ・2
The reason for controlling the amount of S io 2 (A phyto) added is as follows. If the amount added is less than 0.5% by internal weight,
This is because the effect of addition is poor, and if the content exceeds 60% by internal weight, the content of ZrO2, which has toughness, is lowered and mechanical properties such as strength and toughness are sharply reduced. In order to make the present invention more effective, 3AI□O5・2SiOz(
Murai L) Tree Xbtl+A l-n-1rr') A
I/”1-Q C: Addition amount of ^2 (mullite) to 3
It is preferable to select the content within the range of 50 to 50% by internal weight.

本発明の焼結体で、優れた耐熱水安定性を得るためには
、97.5%以上の対理論密度が望ましく、より好まし
くは99%以上の対理論密度が良い。このため、本発明
に使用する3A1.O,・2SiO2(ムライト)は、
微粒かつ易焼結性であることが望ましい。かがる微細か
つ易焼結性の原料粉末は例えば、アルミニウム化合物及
びケイ酸化合物を夫々含む溶液を液相の状態で混合させ
た後に乾燥し1100〜1500℃で仮焼し、粉砕する
ことによって得られる。また、本発明で言う3Δ12o
、・2SiO2(ムライト)とは、A I20 、/ 
S io m比が65/35がら75/25の範囲内の
組成物のことを言う。
In order to obtain excellent hot water stability in the sintered body of the present invention, a theoretical density of 97.5% or more is desirable, and a theoretical density of 99% or more is more preferable. For this reason, 3A1. used in the present invention. O,・2SiO2 (mullite) is
It is desirable that the particles be fine and easily sinterable. A fine and easily sinterable raw material powder for darning can be obtained, for example, by mixing solutions each containing an aluminum compound and a silicate compound in a liquid phase, drying the mixture, calcining it at 1100 to 1500°C, and pulverizing it. can get. In addition, 3Δ12o referred to in the present invention
, ・2SiO2 (mullite) is A I20 , /
It refers to a composition in which the S io m ratio is within the range of 65/35 to 75/25.

本発明の焼結体は平均結晶粒子径が3μIII以下であ
ることが望ましい。平均結晶粒子径が3μωを遠見ると
正方品が単斜晶系に変り、靭性が低下する。また、焼結
体中の正方晶ジルフェアの平均結晶粒子径は、浸れた耐
熱及び耐熱水安定性を得るために、0.5μ論以下にす
ることが好ましい。
It is desirable that the sintered body of the present invention has an average crystal grain size of 3 μIII or less. When the average crystal grain size is 3 μω, the tetragonal product changes to a monoclinic system and the toughness decreases. Further, the average crystal grain size of the tetragonal Zylphere in the sintered body is preferably 0.5 μm or less in order to obtain excellent heat resistance and hot water stability.

本発明の部分安定化ジルコニアはZrO2のゾルおよび
/または水溶性の塩を、安定化剤の水溶性の塩と共に溶
液の状態で均一に混合した後、沈澱の形で分離して得ら
れた原料を用いるので、ZrO2に安定化剤が均一に分
散し、極めて微粒子がら成る易焼結性の粉体を原料とす
ることができる。
The partially stabilized zirconia of the present invention is a raw material obtained by uniformly mixing a ZrO2 sol and/or a water-soluble salt together with a water-soluble salt as a stabilizer in a solution state, and then separating it in the form of a precipitate. Since the stabilizer is uniformly dispersed in ZrO2, an easily sinterable powder consisting of extremely fine particles can be used as a raw material.

この結果、微粒、均一な組成を有し、マイクロポアのほ
とんどない焼結体が得られ、強度、vl性についても所
期の値が得られる。
As a result, a sintered body having fine grains, a uniform composition, and almost no micropores is obtained, and desired values for strength and VL properties are obtained.

また、本発明の高靭性ノルコニア質焼結体のZrO2は
その一部以上全部迄11fO2によって置換しても全く
同様の特性を示すものである。
Furthermore, even if part or all of ZrO2 in the high-toughness norconic sintered body of the present invention is replaced with 11fO2, it exhibits exactly the same characteristics.

〔実施例〕〔Example〕

以下に、実施例により本発明の詳細な説明し、本発明の
効果を明らかにする。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples, and the effects of the present invention will be clarified.

(実施例1) 硝酸アルミニウムとケイ酸エチルを用い、ムライト組成
になるように、水、エタノールと混合し、その混合溶液
を600℃にて噴霧乾燥した。得られた合成粉を100
0〜1300″Cにて仮焼を行ない、粉砕することによ
り、比表面Jfi50〜10m27g、 A I203
/5iOz比7!l’71.8/28.2(7) 3 
A +202 ・2 S io 2 (ムライト)を調
製した。なお、この合成ムライトは1600℃にて焼結
することにより3.17の密度を示した。
(Example 1) Aluminum nitrate and ethyl silicate were mixed with water and ethanol to give a mullite composition, and the mixed solution was spray-dried at 600°C. 100% of the obtained synthetic powder
By calcining at 0~1300''C and pulverizing, specific surface Jfi50~10m27g, AI203
/5iOz ratio 7! l'71.8/28.2 (7) 3
A +202 .2 S io 2 (mullite) was prepared. Note that this synthetic mullite exhibited a density of 3.17 when sintered at 1600°C.

次に25+2/gの比表面積を有する純度99%以上の
単斜晶系ジルフェアに対し、安定化剤としてY2O1、
上記f) 3 A I203 ・2 S io 2(ム
ライト)及び平均粒径0.3μ論純度99.9%のA 
I20 、を第1表及び第2表の割合で加え、湿式混合
後乾燥させた粉末を、1.5Lon/c+++2の圧力
で等方的に成形し、1400〜1650℃の温度で大気
中2時間焼成した。得られた焼結体の平均納品粒子径は
全て3μ論以下であった。
Next, as a stabilizer, Y2O1,
f) 3 A I203 ・2 S io 2 (mullite) and A with an average particle size of 0.3μ and a theoretical purity of 99.9%.
I20 was added in the proportions shown in Tables 1 and 2, and the powder was wet-mixed and dried, then isotropically molded at a pressure of 1.5 Lon/c+++2, and heated in the air at a temperature of 1400 to 1650°C for 2 hours. Fired. The average delivered particle size of the obtained sintered bodies was all 3 μm or less.

得られた焼結体は3 X 4 X40a++nに明断研
摩加工し、密度、結晶相、抗折強度、破壊靭性を測定し
、結果を!51表及びtjS2表に示した。
The obtained sintered body was cut and polished to a size of 3 x 4 x 40a++n, and its density, crystal phase, bending strength, and fracture toughness were measured and the results were reported! It is shown in Table 51 and Table tjS2.

抗折強度はJIS規俗に従い、3 X 4 X40mm
試料片を用い、スパン30u+−、クロ、スヘッ)’速
度0.5+nm/vainの3点曲げによす10本の平
均値を示した。
The bending strength is 3 x 4 x 40mm according to JIS regulations.
Using sample pieces, the average value of 10 specimens subjected to 3-point bending with a span of 30u+- and a speed of 0.5+nm/vain was shown.

破壊靭性は、マイクロ・インデンテーシヨンにより、荷
重50Kgで圧痕を入れて測定を行ない、KIC値は新
涼らの式を用いた。
Fracture toughness was measured by micro-indentation by making an indentation under a load of 50 kg, and the KIC value was determined using the formula of Shinryo et al.

結晶相の定量測定は、X線回折法により行なった。すな
わち、ダイヤモンドペーストにて鏡面研摩した試料片の
単斜晶の(1ii)面と(111)面の積分強度IMと
、正方品の(111)面及び立方晶の(111)面の積
分強度I T+I Cより単斜晶量は、 の式により決定した。次に焼結体を5μm以下に微粉砕
し、X線回折により同条件で単斜晶Zro2と立方晶Z
rO2の積分強度IMyICを求めた。
Quantitative measurement of the crystalline phase was performed by X-ray diffraction method. That is, the integrated intensity IM of the (1ii) plane and (111) plane of the monoclinic crystal of a sample piece mirror-polished with diamond paste, and the integrated intensity I of the (111) plane of the tetragonal product and the (111) plane of the cubic crystal. From T+IC, the amount of monoclinic crystal was determined by the following formula. Next, the sintered body was finely pulverized to 5 μm or less, and monoclinic Zro2 and cubic Z were determined by X-ray diffraction under the same conditions.
The integrated intensity IMyIC of rO2 was determined.

すなわち、この粉砕の過程で焼結体中に存在していた正
方晶ZrO2は機械的応力により、すべて単斜晶ZrO
2へ変態すると考えられる。よって、立方晶は、 により決定しこれにより次に正方品量を決定した。
That is, during this pulverization process, all the tetragonal ZrO2 present in the sintered body was converted into monoclinic ZrO2 due to mechanical stress.
It is thought that it metamorphoses into 2. Therefore, the cubic crystal was determined by the following, and from this the square product amount was then determined.

lて+HPLX  を八A   l/…h4  n 旦
%  +  / −h −1−14n% 1第1表は、
安定化剤としてY2O,を2ωo1%含むZrO2に、
3 A I203 ・2 S io 2(ムライト)の
添加量を順次増やしていったものである。ムライトを全
く含まない比較例である試料No、1では、密度は高い
ものの、破壊靭性、抗折強度共に低くまrこ単斜晶への
転移量も多い。これに対して、本発明の組成範囲内のム
ライトを含有するNo、2〜No、5では破壊靭性、抗
折強度共に高い値を示し、結晶相も殆んどが正方品から
成ることが確認された。一方、ムライトを本発明の組成
範囲以上に添加した比較例No、6では破壊靭性、抗折
強度共に極端に劣化することが明らかに、なった。
1+HPLX 8A l/...h4 n % +/-h -1-14n% 1 Table 1 is as follows:
ZrO2 containing 2ωo1% of Y2O as a stabilizer,
The amount of 3 A I203 .2 S io 2 (mullite) added was gradually increased. Sample No. 1, which is a comparative example that does not contain any mullite, has a high density, but has low fracture toughness and bending strength, and has a large amount of transition to mullite monoclinic crystal. On the other hand, No. 2 to No. 5 containing mullite within the composition range of the present invention showed high values for both fracture toughness and bending strength, and it was confirmed that most of the crystal phases were made of tetragonal items. It was done. On the other hand, it became clear that in Comparative Examples No. 6, in which mullite was added in an amount exceeding the composition range of the present invention, both fracture toughness and bending strength deteriorated extremely.

第2表は安定化剤としてY2O,を2+ao1%含むZ
rO2に3 A I203 ・2 S io 2(ムラ
イト)及びAl2O3を種々の割合と量で添加したもの
である。ムライ繁及びA1□O5を全く添加しない試料
No、7では所期の強度が得られないと共に結晶相も単
斜晶への転移が多量に起ってしまう。これに対し、本発
明の組成範囲内でムライト及びA I20 、を添加折
強度が得られ、結晶相も殆んど正方品であることが判明
した。一方、ムライト及びA I 20 )を本発明の
組成範囲以上に含有する比較例であるNo。
Table 2 shows Z containing 2+ao1% of Y2O as a stabilizer.
3 A I203 .2 S io 2 (mullite) and Al2O3 are added to rO2 in various proportions and amounts. Samples No. 7, in which neither Murai Shigeru nor A1□O5 were added, did not have the desired strength, and the crystal phase also underwent a large transition to monoclinic. On the other hand, it was found that the addition of mullite and A I20 within the composition range of the present invention yielded a good flexural strength, and the crystal phase was also mostly tetragonal. On the other hand, No. 2 is a comparative example containing mullite and A I 20 ) in an amount above the composition range of the present invention.

14については、満足な強度が得られないことが確認さ
れた。
Regarding No. 14, it was confirmed that satisfactory strength could not be obtained.

(実施例2) 純度99.9%のオキシ塩化ジルコニウムの加水分解に
よって得られたジルコニアゾル溶液に、純度99.9%
の塩化インドリウムを加え、均一に混合した溶液を凝結
させ、沈澱とし、これを脱水乾燥し、850°Cにて仮
焼してY、20.を含む部分安定化ジルコニア粉末を得
た。
(Example 2) To a zirconia sol solution obtained by hydrolyzing zirconium oxychloride with a purity of 99.9%,
of indolium chloride was added, and the uniformly mixed solution was coagulated to form a precipitate, which was dehydrated and dried and calcined at 850°C to obtain Y, 20. A partially stabilized zirconia powder was obtained.

この粉末は35II12/gの比表面積を示す。この粉
末に実施例1の方法で得られた3Al□0.・2SiO
2(ムライト)及び平均粒径0.3μ純度99.9%の
A1□O1を第3表及び第4表の割合で加え、湿式混合
後乾燥させた粉末を1.5ton/Cm2の圧力で等方
的に成形し、1400〜1600 ’Cの温度で大気中
2時間焼成した。得られた焼結体の平均結晶粒子径は全
て3uml二Ti・フ−bj、Aノ′t 得られた焼結体は3X4X40+amに切断研摩加工し
、実施例1と同様に密度、結晶相、抗折強度。
This powder exhibits a specific surface area of 35II12/g. This powder was added with 3Al□0.0% obtained by the method of Example 1.・2SiO
2 (mullite) and A1□O1 with an average particle size of 0.3μ and a purity of 99.9% were added in the proportions shown in Tables 3 and 4, and the powder was wet mixed and dried under a pressure of 1.5 ton/Cm2. It was shaped squarely and fired in air at a temperature of 1400-1600'C for 2 hours. The average crystal grain size of the obtained sintered body was all 3 uml2Ti·fu-bj,Anot.The obtained sintered body was cut and polished to 3X4X40+am, and the density, crystal phase, Transverse bending strength.

破壊靭性を測定し、その結果を第3表及び第4表に示し
た。
The fracture toughness was measured and the results are shown in Tables 3 and 4.

第3表は安定化剤としてY2O,を2I6o1%含有す
るZrO2に、3 Al2O,” 2SiO2(ムライ
ト)を順次多量に添加したものである。No、15はム
ライトを全く添加しない比較例であるが、破壊靭性。
Table 3 shows ZrO2 containing 2I6o1% of Y2O as a stabilizer, in which large amounts of 3Al2O, 2SiO2 (mullite) were sequentially added.No. 15 is a comparative example in which no mullite was added. , fracture toughness.

抗折強度共に低く、また単斜晶への転移量も多い。これ
に対して、本発明の組成範囲でムライトを含有するN 
o、16〜No、20では破PJ靭性、抗折強度共に高
い値を示し、結晶相も殆んどが正方品から成ることが確
認された。特に強度については実施例1より高い値を示
していることが注目される。
Both the bending strength is low and the amount of transition to monoclinic crystal is large. On the other hand, N containing mullite within the composition range of the present invention
It was confirmed that samples No. 0, No. 16 to No. 20, showed high values for both fracture PJ toughness and bending strength, and that most of the crystal phases were made of tetragonal products. In particular, it is noteworthy that the strength is higher than that of Example 1.

No、21はムライトを本発明の組成範囲以上に含む比
較例であるが、破壊靭性、抗折強度共に極端に劣化して
いる。
Although No. 21 is a comparative example containing mullite in a content exceeding the composition range of the present invention, both fracture toughness and bending strength are extremely deteriorated.

tpJ4表は安定化剤としてY2O,を2n+o1%含
有t るZr0zl:3AI203・25i02(ムラ
イト)及びA12o3を種々の量で添加したものである
。No。
Table tpJ4 shows the addition of various amounts of Zr0zl:3AI203.25i02 (mullite) and A12o3 containing 2n+o1% of Y2O as a stabilizer. No.

22はムライト及びA120iを全く添加しない比較例
であるが、所期の強度が得られないと共に結晶相も単斜
晶への転移が多量に起ってしまう。これに対して本発明
の組成範囲内でムライト及c/Al2O1を添加したN
o、23〜No、29では充分高い破壊靭性、抗折強度
が得られ、結晶相も殆んどが正方される。No、30は
ムライト及びA1□0.を本発明の組成範囲以上に含有
する比較例であるが満足すべき強度が得られないことが
判明した。
No. 22 is a comparative example in which mullite and A120i are not added at all, but the desired strength is not obtained and the crystal phase also undergoes a large transition to monoclinic. On the other hand, N containing mullite and c/Al2O1 within the composition range of the present invention
Nos. 0, 23 to 29 have sufficiently high fracture toughness and bending strength, and most of the crystal phases are square. No. 30 is mullite and A1□0. Although it is a comparative example containing more than the composition range of the present invention, it was found that satisfactory strength could not be obtained.

(実施例3) 得られる粉末の組成が第5表の割合になるように純度9
9.9%のオキシ塩化ノルコニウムの加水分解によって
得られたジルコニアゾル溶液に安定化剤として純度99
.9%の塩化イッFリウム、塩化セリウム、塩化マグネ
シウム、塩化カルシウムを加え、均一に混合した溶液を
凝結させ沈澱とし、これを脱水乾燥し、850℃にて仮
焼して、35II12/gの比表面積を有する部分安定
化ジルコニア粉末を得た。
(Example 3) Purity 9 was adjusted so that the composition of the powder obtained was in the proportions shown in Table 5.
A purity of 99% was added as a stabilizer to a zirconia sol solution obtained by hydrolysis of 9.9% norconium oxychloride.
.. 9% of iF chloride, cerium chloride, magnesium chloride, and calcium chloride were added, and the uniformly mixed solution was coagulated to form a precipitate, which was dehydrated and dried and calcined at 850°C to obtain a ratio of 35II12/g. A partially stabilized zirconia powder having a surface area was obtained.

この粉末に、実施例1の方法で得られた3Al□0、・
2SiO2(ムライト)及び平均粒径0.3μ、純度9
9.9%のA I20 、を第5表の割合で加え、湿式
混合後乾燥させた粉末を1,5ton/cm2の圧力で
等方的に成形し、1400〜1650℃の温度で大気中
2時間焼成した。得られた焼結体の平均結晶粒子径は全
て3μ「0以下であった。
To this powder, 3Al□0 obtained by the method of Example 1,
2SiO2 (mullite) and average particle size 0.3μ, purity 9
9.9% of A I20 was added in the ratio shown in Table 5, and the powder was wet mixed and dried, then isotropically molded at a pressure of 1.5 ton/cm2, and heated at a temperature of 1400 to 1650°C in the air at 2 Baked for an hour. The average crystal grain size of the obtained sintered bodies was all 3 μ' or less.

得られた焼結体は3X4X40mmに切断研摩加工し、
実施例1と同様の測定方法で、密度、結晶相、抗折強度
、破壊靭性を測定し、その結果を第5表に示した。
The obtained sintered body was cut and polished to 3 x 4 x 40 mm.
Density, crystal phase, bending strength, and fracture toughness were measured using the same measuring methods as in Example 1, and the results are shown in Table 5.

第5表において試料No、31〜No、37は安定化剤
としてY 20 )を種々の割合で配合し、これに、3
Δ120.・2 S io 2(ムライト)12.5%
、及びAl2O,12,5%を添加したものである。N
o、31はY2O3雇が充分でない比較例であるが、焼
成の途中で崩壊してしまい、結晶相も全て単斜晶に転移
してしまった。安定化剤として本発明の組成範囲のY2
O,を添加したN o、32− N o、38では充分
高い破壊靭性と抗折強度が得られた。一方No、37は
Y2O3を本発明の組成範囲以上に多量に含む比較例で
あるが、No、:tlと同様に焼成中に崩壊してしまっ
た。
In Table 5, samples No. 31 to No. 37 contain Y 20 ) as a stabilizer in various proportions, and 3
Δ120.・2 S io 2 (mullite) 12.5%
, and Al2O, 12.5%. N
No. 31 is a comparative example in which the Y2O3 concentration was not sufficient, but it collapsed during the firing, and the crystal phase also completely changed to monoclinic. Y2 in the composition range of the present invention as a stabilizer
Sufficiently high fracture toughness and bending strength were obtained with No, 32-No, 38 to which O was added. On the other hand, No. 37 is a comparative example containing Y2O3 in a larger amount than the composition range of the present invention, but like No.:tl, it collapsed during firing.

No、38− No、42は安定化剤としてCeO2を
含み、ムライト及びA I203をそれぞれ12.5%
づつ配合した例であるが、本発明の組成範囲以下のCe
O2を含むNo、38では焼成途中で崩壊してしまって
特性値を測定することができなかった。一方、本発明の
組成範囲内で安定化剤としてCeO,を添加したNo、
39〜No、42では破壊靭性、抗折強度共に高No、
43は安定化剤としてMgOを本発明の組成範囲内で含
む例であり、No、44は安定化剤としてCaOを本発
明の、lL戊範囲内で含む例であり、それぞれムライト
及V A I 20 *を12.5%づつ配合したもの
であるが、共に満足すべき結果が得られでいる。
No. 38- No. 42 contains CeO2 as a stabilizer, 12.5% each of mullite and AI203.
In this example, Ce below the composition range of the present invention is blended.
In No. 38 containing O2, it collapsed during firing and the characteristic values could not be measured. On the other hand, No. 2, to which CeO was added as a stabilizer within the composition range of the present invention,
39~No, 42 has high fracture toughness and bending strength,
No. 43 is an example containing MgO as a stabilizer within the composition range of the present invention, No. 44 is an example containing CaO as a stabilizer within the composition range of the present invention, and mullite and V A I, respectively. 20* in an amount of 12.5% each, satisfactory results were obtained in both cases.

No、45〜 No、55は安定化剤としてY2O3及
びCeO2を種々の割合と量で添加し、ムライト及び八
゛1□O1をそれぞれ12.5%配合した例である。N
o。
No. 45 to No. 55 are examples in which Y2O3 and CeO2 were added as stabilizers in various ratios and amounts, and 12.5% of mullite and 81□O1 were each added. N
o.

45はY2O,及びCeO2の添加量が共に本発明の組
成範囲以下である比較例であるが、焼成の途中で崩壊し
てしまい結晶相も100%単斜晶へ転移してしまう、Y
2O3及びCeO2を本発明の組成範囲内で含有するN
o、46− No、51及びN o、53− N o、
54では破壊靭性、抗折強度共に高い値を示し、結晶相
も単斜晶への転移が殆んど見られなかった。しかし、Y
2O,及びCe O2の添加量が混合比率において本発
明に規定する範囲を越える比較例である。
45 is a comparative example in which the addition amounts of Y2O and CeO2 are both below the composition range of the present invention, but Y2O collapses during firing and the crystal phase changes to 100% monoclinic.
N containing 2O3 and CeO2 within the composition range of the present invention
o, 46-No, 51 and No, 53-No,
No. 54 showed high values for both fracture toughness and bending strength, and almost no transition to monoclinic crystal phase was observed. However, Y
This is a comparative example in which the amounts of 2O and CeO2 added exceed the range specified in the present invention in terms of mixing ratio.

No、52及びNo、55では、強度が着しく劣化する
こと力t1!冒Rn l−た− (実施例4) 実施例2及び3の方法により調製した焼結体を用い、オ
ートクレーブを使用して、145℃の水蒸気中において
、熱水劣化試験を行ない、焼結体試料表面の単斜晶量を
測定し単斜晶量と保持時間の関係を第1図に示した。ま
た、300℃の電気炉内に所定時間保持し、熱劣化試験
を行ない、同様に焼結体試料表面の単斜晶量を測定し、
同様に単斜晶11tと保持時間の関係を第2図に示した
In No. 52 and No. 55, the strength is seriously deteriorated and the force t1! (Example 4) Using the sintered bodies prepared by the methods of Examples 2 and 3, a hydrothermal deterioration test was conducted in steam at 145°C using an autoclave. The amount of monoclinic crystals on the sample surface was measured, and the relationship between the amount of monoclinic crystals and the retention time is shown in FIG. In addition, a thermal deterioration test was performed by holding the sample in an electric furnace at 300°C for a predetermined time, and the amount of monoclinic crystal on the surface of the sintered sample was similarly measured.
Similarly, the relationship between the monoclinic crystal 11t and the retention time is shown in FIG.

第1図及び第2図においてN o、 15は3A +2
0 、−28iO2(ムライト)を全(含まない本発明
の組成範囲外の比較例であり、No、Xは市販の共沈法
によるY2O,を3モル%含み、A1□O1及び3A1
20、・2SiO2(ムライト)を全く含まないジルコ
ニア焼結体で、1500℃で2時間焼成されて得C2れ
な比較例である。N o、 18は安定化剤として2m
ol%のY2O,を含みこれに25重量%の3AI□O
1・2SiO2(ムライト)を含有する本発明例であり
、No、48は安定化剤として2mol%のY2O3及
び4論o1%のCeO2を含みこれに12.5重量%の
3AI203・2SiO2(ムライト)及び12.5重
量%のΔ1□O1を含有する本発明例である。
In Figures 1 and 2, No, 15 is 3A +2
This is a comparative example outside the composition range of the present invention, which does not contain all 0, -28iO2 (mullite), No.
This is a comparative example in which a zirconia sintered body containing no 20,.2SiO2 (mullite) was fired at 1500° C. for 2 hours and yielded no C2. No, 18 is 2m as a stabilizer
ol% of Y2O, and 25% by weight of 3AI□O
This is an example of the present invention containing 1.2SiO2 (mullite), and No. 48 contains 2 mol% of Y2O3 as a stabilizer and 1% of CeO2 as a stabilizer, and 12.5% by weight of 3AI203.2SiO2 (mullite). and 12.5% by weight of Δ1□O1.

第1図及び第2図から明らかなように、比較例であるN
 o、15はオートクレーブ中の熱水劣化試験により非
常に短時間で焼結体表面に単斜晶量が増大し、また熱劣
化試験においてら単斜晶量の増大が最も多い。そして、
焼結体表面に微少亀裂の生成とともに粒界破壊を生じる
一方、微細な単斜晶ZrO2粒子が析出し、白色化して
いることが認められた。
As is clear from FIGS. 1 and 2, the comparative example N
In No. 15, the amount of monoclinic crystals increased in a very short time on the surface of the sintered body due to the hydrothermal deterioration test in an autoclave, and the amount of monoclinic crystals increased the most in the thermal deterioration test. and,
It was observed that fine cracks and intergranular fracture occurred on the surface of the sintered body, while fine monoclinic ZrO2 particles precipitated and turned white.

一方、No、Xは熱水中においては比較的早い時間で一
気に単斜晶量が増大し以後はやや緩やかに増大する。ま
た熱劣化試験においても同様の結果を示し、焼結体表面
の単斜晶量の増大が者しく、試料エツジ部分にクラック
が生じ、劣化が着しい。
On the other hand, in No. and X, the amount of monoclinic crystals increases at once in a relatively short period of time in hot water, and thereafter increases somewhat gradually. Similar results were also shown in the thermal deterioration test, with a significant increase in the amount of monoclinic crystals on the surface of the sintered body, cracks occurring at the sample edges, and deterioration was severe.

これに対して発明例のN o、 18、No、48は、
熱水劣化及び熱劣化試験後も、試料表面の単斜晶量の増
加も僅か十数%以下と極めて少なく、熱及び熱水中にお
いて著しく高い安定性を示すことが判明した。
On the other hand, invention examples No. 18 and No. 48 are:
Even after hydrothermal deterioration and thermal deterioration tests, the increase in the amount of monoclinic crystals on the sample surface was extremely small, only a few dozen percent or less, and it was found that the sample exhibited extremely high stability in heat and hot water.

(実施例5) 実施例2及び3の方法で得られた試料No、19及びN
o、48と実施例4で用いた比較例である試料No、X
を用いて高温強度を測定した。No、19はジルコニア
ゾル溶液と塩化イツトリウムとの共沈によって得られた
原料に40%のムライトを添加した本発明例であり、N
o、48はノルコニアシル溶液と塩化イツトリウム及び
塩化セリウムの共沈によって得られた原料にアルミナ及
びムライトをそれぞれ12.5%添加した本発明例であ
る。
(Example 5) Samples No. 19 and N obtained by the methods of Examples 2 and 3
o, 48 and sample No. X, which is a comparative example used in Example 4.
The high temperature strength was measured using No. 19 is an example of the present invention in which 40% mullite was added to the raw material obtained by co-precipitating a zirconia sol solution and yttrium chloride.
No. 48 is an example of the present invention in which 12.5% each of alumina and mullite was added to the raw material obtained by co-precipitating a norconiacyl solution with yttrium chloride and cerium chloride.

高温強度の測定は、実施例1の曲げ強度の測定と同じ方
法で、試料を500℃、 SOO℃、 1000℃に保
持して抗折強度を測定した。測定の結果を縦軸に曲げ強
度を横軸に保持温度をとって第3図に示した。
The high-temperature strength was measured in the same manner as the bending strength measurement in Example 1, by holding the sample at 500°C, SOO°C, and 1000°C, and measuring the bending strength. The measurement results are shown in FIG. 3, with the vertical axis representing the bending strength and the horizontal axis representing the holding temperature.

i3図より明らかなように、本発明例のN o、 19
、No、48共に比較例のNo、Xより高温強度が向上
していることが確認された。特にNo、48は、高温で
の強度の低下が少いことが判った。
As is clear from Figure i3, No. 19 of the present invention example.
It was confirmed that the high-temperature strength of samples No., No. 48, and No. 48 were all improved compared to the comparative examples No. and X. In particular, No. 48 was found to have little decrease in strength at high temperatures.

(実施例6) 1で血仔112の一片>Pでマ1ムハr・大登冊梼dめ
廿れM818、N o、 19、No、26及び実施例
4の比較例No、Xについて25℃から1000℃まで
の熱膨張率を測定し、+54図に熱膨張曲線として示し
た。またそれぞれの試料について熱膨張係数を示した。
(Example 6) A piece of blood child 112 in 1 > P in M818, No, 19, No, 26 and Comparative example No, X in Example 4 25 The coefficient of thermal expansion was measured from °C to 1000 °C and shown as a thermal expansion curve in Figure 54. The coefficient of thermal expansion is also shown for each sample.

比較例のNo、Xはムライトを全く含まないので熱膨張
係数が11.lXl0〜’と最も高いのに対し、ムライ
トを12.5%含むNo、26が9,4X10〜’、ム
ライトを25%含むN o、 18が8,9X10〜’
、ムライトを40%含むN o、 19が7,9X10
〜’と順次低くなっており、ムライトの添加量によって
熱膨張係数の値が減少することが確認された。
Comparative examples No. and X do not contain mullite at all, so their thermal expansion coefficients are 11. The highest is 1Xl0~', while No. 26, which contains 12.5% mullite, is 9.4X10~', and No. 18, which contains 25% mullite, is 8.9X10~'.
, No containing 40% mullite, 19 is 7,9X10
~', and it was confirmed that the value of the thermal expansion coefficient decreases depending on the amount of mullite added.

なお、以上に示した本発明の高靭性ジルコニア焼結体の
実施例はいずれも大気中で1400〜1650℃で数時
間焼成することにより所望の特性を得たものであるが、
真空中、N2、Ar等の不活性〃ス中、炭素雰囲気中、
水素中、酸素等の雰囲気中での焼成、ホットプレス、H
IP等のセラミックスの焼成技術を用いることによって
も同様の結果が得られるものである。
In addition, in all of the examples of the high-toughness zirconia sintered bodies of the present invention shown above, the desired characteristics were obtained by firing in the air at 1400 to 1650°C for several hours.
In a vacuum, in an inert gas such as N2 or Ar, in a carbon atmosphere,
Firing in an atmosphere such as hydrogen or oxygen, hot pressing, H
Similar results can be obtained by using ceramic firing techniques such as IP.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明の高靭性ジルコニア質焼結体は、Y、O,、Ce
O2、MgO,CaOなどを安定化剤として含む部分安
定化ノルフェアに3A1203・2SiOz(ムライト
)成分又は、3A1203・2Si○2(ムライト)及
びA1□0.成分を新たに添加することにより、常温で
の優れた強度を示すとともに、従来上り不安定とされる
200〜400℃における熱及び熱水安定性に優れ、添
加剤である3Al□○、・2SiO2(ムライト)成分
又は3A+□03・2 S io 2(ムライト)及び
A1□0.成分は熱劣化及び熱水劣化に対し者しい抑制
効果がある。
The high toughness zirconia sintered body of the present invention comprises Y, O, Ce.
3A1203.2SiOz (mullite) component or 3A1203.2Si○2 (mullite) and A1□0. By adding new components, it shows excellent strength at room temperature, and has excellent heat and hot water stability at 200 to 400 °C, which is conventionally considered unstable. (mullite) component or 3A+□03.2 S io 2 (mullite) and A1□0. The ingredients have a significant suppressive effect on thermal and hydrothermal degradation.

また、3A120.・2SiOz(ムライト)成分であ
る針状結晶は、部分安定化ジルコニア焼結体中に微細に
分散し、焼結体の微構造を制御するので、部分安定化ジ
ルコニア焼結体の高温における強度やクリープ特性等の
機械的特性を者しく改善することができる。
Also, 3A120.・Acicular crystals, which are the 2SiOz (mullite) component, are finely dispersed in the partially stabilized zirconia sintered body and control the microstructure of the sintered body, so they improve the strength and strength of the partially stabilized zirconia sintered body at high temperatures. Mechanical properties such as creep properties can be significantly improved.

さらに、焼結体中に含まれる3Al□O1・2Si02
(ムライト)鼠を加減することにより、部分安定化ノル
フェアの熱膨張率を下げ、所望の値に制御することが可
能となる。
Furthermore, 3Al□O1・2Si02 contained in the sintered body
(Mullite) By controlling the amount of heat, it is possible to lower the thermal expansion coefficient of partially stabilized norphea and control it to a desired value.

一方、3A+203・2SiO2(ムライト)単味の焼
結体からみれば、従来20〜30Kg/Ia+12の常
温強度しか得られないムライトの強度が、約4倍以上の
強度に高められるという効果がもたらされる。
On the other hand, from the perspective of a sintered body of 3A+203.2SiO2 (mullite), the strength of mullite, which conventionally only has a room temperature strength of 20 to 30 Kg/Ia+12, can be increased to more than four times the strength. .

これに加えて、本発明の高靭性ジルコニア焼結体はZr
O2のゾルおよび/または水溶性の塩を安定化剤の水溶
性の塩と共に均一に混合して沈澱の形で分離して得られ
る原料を用いるので、マイクロポアを含まず、高密度で
高強度の焼結体を得ることができる。
In addition to this, the high toughness zirconia sintered body of the present invention contains Zr.
Since the raw material obtained by uniformly mixing O2 sol and/or water-soluble salt with the water-soluble salt as a stabilizer and separating it in the form of precipitate is used, it does not contain micropores, has high density and high strength. It is possible to obtain a sintered body of.

このように高強度、高靭性と共に熱安定性、特に熱水安
定性をも満足しうる本発明の高靭性ジルコニアは、例え
ば、熱及び圧力を受ける熱可塑性樹脂やセラミックスの
射出成形(成用の耐摩耗セラミックスクリュウやノズル
のほか、真ちゅうロッドや銅管シェル等のダイスにも最
適である。その上、切削工具、工業用力フタ、ダイス、
内燃機関、ポンプ、人工骨、人工歯、人工歯根、摺動部
品、人工鋳造セラミックによる人工歯のブリッヂ芯材、
精密機械工具、高温炉用部品、等への実用化とその性能
向上に大きく寄与するものである。
The high-toughness zirconia of the present invention, which satisfies not only high strength and toughness but also thermal stability, especially hot water stability, can be used, for example, in injection molding (composition) of thermoplastic resins and ceramics that are subjected to heat and pressure. In addition to wear-resistant ceramic screws and nozzles, it is also ideal for dies such as brass rods and copper tube shells.In addition, it is suitable for cutting tools, industrial power caps, dies,
Internal combustion engines, pumps, artificial bones, artificial teeth, artificial tooth roots, sliding parts, bridge core materials for artificial teeth made of artificially cast ceramics,
This will greatly contribute to the practical application and performance improvement of precision machine tools, high-temperature furnace parts, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は実施例4の熱水劣化試験の時間と単斜晶j7t
の関係を示した図、第2図は実施例4の熱劣化試験の時
間と単斜晶量の関係を示した図、fjS3図は実施例5
の高温強度試験の保持温度と曲げ強度の関係を示した図
、f54図は熱膨張試験の温度と熱膨張率の関係を示し
た図である。
Figure 1 shows the time and monoclinic j7t of the hydrothermal deterioration test in Example 4.
Figure 2 is a diagram showing the relationship between the time of the thermal deterioration test and the amount of monoclinic crystal in Example 4, and fjS3 is a diagram showing the relationship between Example 5.
Figure f54 is a diagram showing the relationship between the holding temperature and bending strength in the high-temperature strength test.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 Y_2O_3、CeO_2、MgO、CaOから選
ばれた1種または2種以上を安定化剤として含む主とし
て正方晶よりなる部分安定化ジルコニアに、0.5〜6
0内部重量%の範囲で3Al_2O_3・2SiO_2
(ムライト)又はAl_2O_3及び3Al_2O_3
・2SiO_2(ムライト)を含む焼結体で、平均結晶
粒子径が3μm以下であることを特徴とする高靭性ジル
コニア質焼結体。 2 部分安定化ジルコニアは、ZrO_2のゾルおよび
/または水溶性の塩を、安定化剤の水溶性の塩と共に溶
液の状態で均一に混合した後、沈澱の形で分離して得ら
れた原料を用いることを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の高靭性ジルコニア質焼結体。 3 安定化剤の添加量が、ZrO_2に対し内部mol
%でそれぞれY_2O_3は1〜6mol%、CeO_
2は7〜15mol%、MgOは3.0〜10mol%
、CaOは2〜8mol%の範囲にあり、2種以上混合
添加の場合は、夫々の混合比率において、上記含量範囲
内である特許請求の範囲第1項記載の高靭性ジルコニア
質焼結体。 4 ZrO_2の一部または全部をHfO_2で置換し
た特許請求の範囲第1項記載の高靭性ジルコニア質焼結
体。
[Scope of Claims] 1 Partially stabilized zirconia mainly consisting of tetragonal crystal containing one or more selected from Y_2O_3, CeO_2, MgO, and CaO as a stabilizer, and 0.5 to 6
3Al_2O_3・2SiO_2 in the range of 0 internal weight%
(mullite) or Al_2O_3 and 3Al_2O_3
- A high toughness zirconia sintered body containing 2SiO_2 (mullite) and having an average crystal grain size of 3 μm or less. 2 Partially stabilized zirconia is produced by uniformly mixing ZrO_2 sol and/or water-soluble salt with a water-soluble salt of a stabilizer in a solution state, and then separating the resulting raw material in the form of a precipitate. Claim 1 characterized in that the use of
High-toughness zirconia sintered body as described in . 3 The amount of stabilizer added is internal mol relative to ZrO_2.
%, Y_2O_3 is 1 to 6 mol%, CeO_
2 is 7-15 mol%, MgO is 3.0-10 mol%
The high-toughness zirconia sintered body according to claim 1, wherein CaO is in the range of 2 to 8 mol%, and when two or more types are mixed and added, the content is within the above content range in the respective mixing ratios. 4. The high toughness zirconia sintered body according to claim 1, wherein part or all of ZrO_2 is replaced with HfO_2.
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