JP2587704B2 - ジルコニア焼結体およびその製造方法 - Google Patents
ジルコニア焼結体およびその製造方法Info
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- JP2587704B2 JP2587704B2 JP1254321A JP25432189A JP2587704B2 JP 2587704 B2 JP2587704 B2 JP 2587704B2 JP 1254321 A JP1254321 A JP 1254321A JP 25432189 A JP25432189 A JP 25432189A JP 2587704 B2 JP2587704 B2 JP 2587704B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、強度および靭性に極めて優れ且つ低温劣化
現象を生じないジルコニア焼結体の製造方法に関する。
現象を生じないジルコニア焼結体の製造方法に関する。
従来技術とその問題点 正方晶安定化ジルコニア（以下特に必要でない限り、
単にTZPという）および部分安定化ジルコニア（以下特
に必要でない限り、単にPSZという）は、高温安定相で
ある正方晶を室温まで安定化させた焼結体であり、強度
および靭性に優れている。この様なTZPおよびPSZにあっ
ては、応力を受けてクラックが発生した場合には、クラ
ック先端の応力場で応力により誘起されて正方晶が単斜
晶に相変態し、その際に生ずる体積膨脹により、クラッ
クの進行が抑制されるので、アルミナ、SiCなどの他の
セラミックスに比して、高い強度および靭性が発揮され
る。
単にTZPという）および部分安定化ジルコニア（以下特
に必要でない限り、単にPSZという）は、高温安定相で
ある正方晶を室温まで安定化させた焼結体であり、強度
および靭性に優れている。この様なTZPおよびPSZにあっ
ては、応力を受けてクラックが発生した場合には、クラ
ック先端の応力場で応力により誘起されて正方晶が単斜
晶に相変態し、その際に生ずる体積膨脹により、クラッ
クの進行が抑制されるので、アルミナ、SiCなどの他の
セラミックスに比して、高い強度および靭性が発揮され
る。
しかしながら、TZPおよびPSZは、100〜300℃程度の低
温度域において、準安定な正方晶がより安定な単斜晶に
転移して、その際の体積膨脹により強度の低下、崩壊な
どを生ずることがある。この強度低下は、焼結体中の準
安定な正方晶から単斜晶への相転移量が多い程大きく、
また、相転移は、焼結体の表面から発生すると報告され
ている。
温度域において、準安定な正方晶がより安定な単斜晶に
転移して、その際の体積膨脹により強度の低下、崩壊な
どを生ずることがある。この強度低下は、焼結体中の準
安定な正方晶から単斜晶への相転移量が多い程大きく、
また、相転移は、焼結体の表面から発生すると報告され
ている。
従来この様な低温度域でのTZPおよびPSZの性能劣化を
防止するために、安定化剤を多量含む原料粉末を使用し
たり、Al2O3との複合材としたり、CeOを添加するなどの
工夫がなされている。この様な改善手法により、単斜晶
への相転移が抑制されて、低温度域での安定性は改善さ
れているが、他の新たな問題が生じている。例えば、安
定化剤の使用量が増加すると、応力誘起変態に寄与する
筈の正方晶の割合が減少する。また、Al2O3により複合
材を形成する場合およびCeOを添加する場合には、応力
誘起変態に寄与する筈の正方晶粒子がAl2O3粒子や立方
晶粒子に拘束されるので、高強度且つ高靭性というTZP
およびPSZ本来の特性が損なわれてしまう。
防止するために、安定化剤を多量含む原料粉末を使用し
たり、Al2O3との複合材としたり、CeOを添加するなどの
工夫がなされている。この様な改善手法により、単斜晶
への相転移が抑制されて、低温度域での安定性は改善さ
れているが、他の新たな問題が生じている。例えば、安
定化剤の使用量が増加すると、応力誘起変態に寄与する
筈の正方晶の割合が減少する。また、Al2O3により複合
材を形成する場合およびCeOを添加する場合には、応力
誘起変態に寄与する筈の正方晶粒子がAl2O3粒子や立方
晶粒子に拘束されるので、高強度且つ高靭性というTZP
およびPSZ本来の特性が損なわれてしまう。
従って、強度および靭性などの機械的特性と100〜300
℃の低温度域での熱安定性とを兼ね備えたジルコニア焼
結体の出現が切望されている。
℃の低温度域での熱安定性とを兼ね備えたジルコニア焼
結体の出現が切望されている。
問題点を解決するための手段 本発明者は、上記の如き従来技術の問題点に鑑みて鋭
意研究を重ねた結果、TZPおよびPSZの表面部分に低温度
域において劣化を生じない正方晶および立方晶からなる
保護層を形成させる場合には、従来技術の問題点が実質
的に解消乃至大幅に軽減されることを見出した。
意研究を重ねた結果、TZPおよびPSZの表面部分に低温度
域において劣化を生じない正方晶および立方晶からなる
保護層を形成させる場合には、従来技術の問題点が実質
的に解消乃至大幅に軽減されることを見出した。
すなわち、本発明は、下記のジルコニア焼結体および
その製造方法を提供するものである。
その製造方法を提供するものである。
Y2O3、MgO、CaOおよび希土類酸化物の少なくとも一
種を含む正方晶ジルコニア焼結体または部分安定化ジル
コニア焼結体であって、厚さ0.1〜1000μｍの表面層部
分が、内層部分における濃度よりも高く且つ最大固溶量
以下のY2O3、MgO、CaOおよび希土類酸化物の少なくとも
一種を含むことを特徴とするジルコニア焼結体。
種を含む正方晶ジルコニア焼結体または部分安定化ジル
コニア焼結体であって、厚さ0.1〜1000μｍの表面層部
分が、内層部分における濃度よりも高く且つ最大固溶量
以下のY2O3、MgO、CaOおよび希土類酸化物の少なくとも
一種を含むことを特徴とするジルコニア焼結体。
Y2O3、MgO、CaOおよび希土類酸化物の少なくとも一
種を含むジルコニア材料の未焼成成形体の表面に、Ｙ、
Mg、Caおよび希土類元素ならびにこれら元素の化合物の
少なくとも一種を含む溶液もしくは分散液を塗布した
後、1300〜1800℃で焼成することを特徴とするジルコニ
ア焼結体の製造方法。
種を含むジルコニア材料の未焼成成形体の表面に、Ｙ、
Mg、Caおよび希土類元素ならびにこれら元素の化合物の
少なくとも一種を含む溶液もしくは分散液を塗布した
後、1300〜1800℃で焼成することを特徴とするジルコニ
ア焼結体の製造方法。
本発明で使用するジルコニア原料自体は、通常のTZP
およびPSZの製造において使用されている公知のものと
何ら変わりなく、Y2O3、MgO、CaOおよび希土類酸化物の
少なくとも一種を安定変剤として含むBET法による比表
面積５〜30m2/g程度、結晶子径150〜400nm程度のものを
使用する。安定化剤の配合割合も、公知の材料の場合と
特に変わらず、例えば、Y2O3を使用する場合には、ジル
コニア重量の３〜７％程度である。
およびPSZの製造において使用されている公知のものと
何ら変わりなく、Y2O3、MgO、CaOおよび希土類酸化物の
少なくとも一種を安定変剤として含むBET法による比表
面積５〜30m2/g程度、結晶子径150〜400nm程度のものを
使用する。安定化剤の配合割合も、公知の材料の場合と
特に変わらず、例えば、Y2O3を使用する場合には、ジル
コニア重量の３〜７％程度である。
本発明のジルコニア焼結体は、通常以下の様にして製
造される。先ず、Y2O3、MgO、CaOおよび希土類酸化物の
少なくとも一種を含むジルコニア材料を成形する。成形
は、常法に従って行えば良く、例えば、ジルコニア材料
粉末に結合剤（例えば、PVA）、滑剤（例えば、ステア
リン酸）、分散剤（例えば、ポリアクリル酸）などを諸
定量（例えば、0.5〜３％程度）添加し、スプレードラ
イヤーにより造粒した顆粒を金型またはゴム型に充填
し、加圧成型を行なう乾式プレス成形法などにより、0.
5〜3.0t/cm2程度の圧力で行えば良い。なお、成形体表
面の平滑度を高めるために、必要に応じて、表面仕上げ
を行っても良い。
造される。先ず、Y2O3、MgO、CaOおよび希土類酸化物の
少なくとも一種を含むジルコニア材料を成形する。成形
は、常法に従って行えば良く、例えば、ジルコニア材料
粉末に結合剤（例えば、PVA）、滑剤（例えば、ステア
リン酸）、分散剤（例えば、ポリアクリル酸）などを諸
定量（例えば、0.5〜３％程度）添加し、スプレードラ
イヤーにより造粒した顆粒を金型またはゴム型に充填
し、加圧成型を行なう乾式プレス成形法などにより、0.
5〜3.0t/cm2程度の圧力で行えば良い。なお、成形体表
面の平滑度を高めるために、必要に応じて、表面仕上げ
を行っても良い。
次いで、得られた生成形体の表面に、焼成によりY
2O3、MgO、CaOおよび希土類酸化物の少なくとも一種を
構成する元素および化合物の少なくとも一種を含む溶液
もしくは分散液を塗布する。これらの元素とその化合物
を例示すれば、以下の通りである。
2O3、MgO、CaOおよび希土類酸化物の少なくとも一種を
構成する元素および化合物の少なくとも一種を含む溶液
もしくは分散液を塗布する。これらの元素とその化合物
を例示すれば、以下の通りである。
＊Y2O3源…塩化イットリウム、硝酸イットリウム、有機
イットリウム（例えば、イットリウムアセチルアセトネ
ートなど）、イットリアゾルなど。
イットリウム（例えば、イットリウムアセチルアセトネ
ートなど）、イットリアゾルなど。
＊MgO源…塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、有機
マグネシウム（例えば、マグネシウムアセチルアセトネ
ートなど）、マグネシアゾルなどなど。
マグネシウム（例えば、マグネシウムアセチルアセトネ
ートなど）、マグネシアゾルなどなど。
＊CaO源…塩化カルシウム、硝酸カルシウム、有機カル
シウム（例えば、カルシウムアセチルアセトネートな
ど）、カルシアゾルなど。
シウム（例えば、カルシウムアセチルアセトネートな
ど）、カルシアゾルなど。
＊希土類酸化物源…La以下の各希土類元素の塩化物、硝
酸塩、有機金属塩、酸化物ゾルなど。特に、希土類の場
合には、複数の元素を含有するモナザイト鉱などを酸に
溶融して、酸塩として使用しても良い。
酸塩、有機金属塩、酸化物ゾルなど。特に、希土類の場
合には、複数の元素を含有するモナザイト鉱などを酸に
溶融して、酸塩として使用しても良い。
焼成によりY2O3、MgO、CaOおよび希土類酸化物の少な
くとも一種を構成する元素および化合物（以下特に必要
でないかぎり、Y2O3をもって代表させる）の溶液若しく
は分散液の濃度は、特に限定されるものではないが、通
常３〜８モル％（元素として）程度である。生成形体に
対する溶液乃至分散液の塗布量は、ジルコニアの安定
度、ジルコニア焼結体の表面に形成されるべき保護層の
厚さ、使用する化合物の種類などにより適宜決定される
が、保護層中のY2O3の濃度が、その内層部分中のY2O3の
濃度よりも高く且つ最大固溶量以下となる様に留意する
必要がある。
くとも一種を構成する元素および化合物（以下特に必要
でないかぎり、Y2O3をもって代表させる）の溶液若しく
は分散液の濃度は、特に限定されるものではないが、通
常３〜８モル％（元素として）程度である。生成形体に
対する溶液乃至分散液の塗布量は、ジルコニアの安定
度、ジルコニア焼結体の表面に形成されるべき保護層の
厚さ、使用する化合物の種類などにより適宜決定される
が、保護層中のY2O3の濃度が、その内層部分中のY2O3の
濃度よりも高く且つ最大固溶量以下となる様に留意する
必要がある。
次いで、上記のY2O3溶液または分散液を付与された生
成形体は、必要ならば、乾燥された後、1300〜1800℃程
度の温度で焼成される。この際、生成形体の密度、空隙
率、含浸または塗布する液の濃度及び粘度などを調整す
ることにより、保護層の厚さ、保護層中のY2O3の濃度な
どを制御することができる。
成形体は、必要ならば、乾燥された後、1300〜1800℃程
度の温度で焼成される。この際、生成形体の密度、空隙
率、含浸または塗布する液の濃度及び粘度などを調整す
ることにより、保護層の厚さ、保護層中のY2O3の濃度な
どを制御することができる。
かくして得られる本発明のジルコニア焼結体において
は、保護層部分では、内部から外部に向けて安定化剤の
ZrO2の固溶量が増加していることを特徴としている。こ
のため、本発明のジルコニア焼結体では、100〜300℃程
度の低温領域においても実質的に正方晶から単斜晶への
相転移が生じないので、低温劣化現象が、抑制される。
は、保護層部分では、内部から外部に向けて安定化剤の
ZrO2の固溶量が増加していることを特徴としている。こ
のため、本発明のジルコニア焼結体では、100〜300℃程
度の低温領域においても実質的に正方晶から単斜晶への
相転移が生じないので、低温劣化現象が、抑制される。
発 明 の 効 果 本発明によれば、高強度および高靭性というジルコニ
ア焼結体本来の優れた特性を備えているとともに、低温
熱劣化を生じないジルコニア焼結体が得られる。
ア焼結体本来の優れた特性を備えているとともに、低温
熱劣化を生じないジルコニア焼結体が得られる。
また、本発明ジルコニア焼結体は、耐熱性にも優れて
いる。
いる。
さらに、本発明方法は、操作が簡単なので、実施が容
易である。
易である。
実 施 例 以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをよ
り一層明確にする。
り一層明確にする。
実施例１ 下記の４種のジルコニア原料粉末を使用して、成形体
を得た。
を得た。
原料粉末（イ）： BET法による比表面積＝30m2/g Ｘ線回折法による結晶子径＝15nm Y2O3含有量＝2.0モル％ 原料粉末（ロ）： BET法による比表面積＝30m2/g Ｘ線回折法による結晶子径＝15nm Y2O3含有量＝3.0モル％ 原料粉末（ハ）： BET法による比表面積＝10m2/g Ｘ線回折法による結晶子径＝45nm Y2O3含有量＝2.0モル％ 原料粉末（ニ）： BET法による比表面積＝10m2/g Ｘ線回折法による結晶子径＝45nm Y2O3含有量＝3.0モル％ これらの粉末原料を圧力1.0t/cm2で直径60mm×5mm、
密度2.8g/cm3に成形した後、その表面をSiCサンドペー
パーにより、表面粗さ（Rmax）10μｍ以下に仕上げた。
密度2.8g/cm3に成形した後、その表面をSiCサンドペー
パーにより、表面粗さ（Rmax）10μｍ以下に仕上げた。
これらの成形体表面に、第１表に示す各種の安定化剤
を硝酸に溶解して得た溶液を0.008g/cm2（元素として）
の割合で塗布し、100℃で１時間乾燥した後、大気雰囲
気中1500℃で焼成した。
を硝酸に溶解して得た溶液を0.008g/cm2（元素として）
の割合で塗布し、100℃で１時間乾燥した後、大気雰囲
気中1500℃で焼成した。
得られたジルコニア焼結体を大気中および水中で200
℃に1000時間保持した後、JISR 1601に基く曲げ試験に
供して強度低下率を測定し、耐低温劣化性を評価した。
℃に1000時間保持した後、JISR 1601に基く曲げ試験に
供して強度低下率を測定し、耐低温劣化性を評価した。
結果は、第１表に示す通りである。
第１表に示す結果から、本発明によるジルコニア焼結
体が優れた耐低温劣化性を有していることが明らかであ
る。
体が優れた耐低温劣化性を有していることが明らかであ
る。
Claims (2)
- 【請求項１】Y2O3、MgO、CaOおよび希土類酸化物の少な
くとも一種を含む正方晶ジルコニア焼結体または部分安
定化ジルコニア焼結体であって、厚さ0.1〜1000μｍの
表面層部分が、内層部分における濃度よりも高く且つ最
大固溶量以下のY2O3、MgO、CaOおよび希土類酸化物の少
なくとも一種を含むことを特徴とするジルコニア焼結
体。 - 【請求項２】Y2O3、MgO、CaOおよび希土類酸化物の少な
くとも一種を含むジルコニア材料の未焼成成形体の表面
に、Y,Mg、Caおよび希土類元素ならびにこれら元素の化
合物の少なくとも一種を含む溶液もしくは分散液を塗布
した後、1300〜1800℃で焼成することを特徴とするジル
コニア焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1254321A JP2587704B2 (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | ジルコニア焼結体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1254321A JP2587704B2 (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | ジルコニア焼結体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03115166A JPH03115166A (ja) | 1991-05-16 |
| JP2587704B2 true JP2587704B2 (ja) | 1997-03-05 |
Family
ID=17263378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1254321A Expired - Fee Related JP2587704B2 (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | ジルコニア焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2587704B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2468699B1 (en) | 2009-08-21 | 2022-01-05 | Noritake Co., Limited | Zirconia sintered body, and mixture, pre-sintered compact and pre-sintered calcined body for sintering zirconia sintered body |
| JP5718599B2 (ja) | 2010-08-20 | 2015-05-13 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | ジルコニア焼結体、並びにその焼結用組成物及び仮焼体 |
-
1989
- 1989-09-28 JP JP1254321A patent/JP2587704B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03115166A (ja) | 1991-05-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |