JP3680338B2 - ジルコニア顆粒の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ジルコニア顆粒の製造方法に関し、特に、成形時の顆粒の潰れ性が優れたジルコニア顆粒の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジルコニア焼結体の製造方法における成形手段として、単純形状の場合には寸法精度に優れる乾式加圧成形方法が一般的に採用されている。
【０００３】
この乾式加圧成形は、加圧時に成形型内部の圧力分布が起こらないように、成形型への粉末の均一な充填性が必須条件となる。
【０００４】
このため、従来より微粉末で流動性の悪いジルコニア粉末を噴霧乾燥造粒方法で流動性の良い球状顆粒にして使用する方法が広く行われている。
【０００５】
前記の噴霧乾燥造粒方法で流動性の良い球状顆粒を得ることは容易である。
【０００６】
しかしながら、ファインセラミックス用粉末は、均一な焼結性及び易焼結性が要求されることから、粉末の平均粒子径としては１μｍ以下に均一に微粉砕されているのが一般的である。
【０００７】
このような微粉末を噴霧乾燥方法で顆粒化した場合、微粉末同士の強い凝集力による圧潰強度の強い顆粒が生成する。
【０００８】
潰れ性が悪い圧潰強度の強い顆粒を乾式加圧成形に用い場合には、成形体中に未潰顆粒が残存し、この未潰顆粒部分が焼結欠陥となり焼結体の低密度及び低強度の原因となる問題がある。
【０００９】
この様なことから、顆粒強度を低下させる目的で、ジルコニアスラリーに増粘剤を添加して予めスラリー中の微粉末を弱く凝集させる方法や、スラリー濃度を低くして乾燥凝集力を低下させる方法等があるが、この様な方法で得られる顆粒は、十分な圧潰強度の改善にはならず、また、顆粒の嵩密度も低下することから、成形型への充填率が低下する等の問題が生じる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記の顆粒の問題点を改善し、成形型への充填性及び加圧時の潰れ性に優れるジルコニア顆粒の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ジルコニア粉末を水中に懸濁させたジルコニアスラリーを噴霧乾燥してジルコニア顆粒を製造するにあたり、高濃度のジルコニアスラリーに気泡を包含させて該スラリーの比重を０．８０〜１．２ｇ／ｃｍ3に調整して噴霧乾燥するジルコニア顆粒の製造方法を要旨とするものである。
【００１２】
【作用】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１３】
イットリア等の安定化剤を含有するジルコニア粉末を水中に懸濁させたジルコニアスラリーを、ディスク方式やノズル方式の、通常の噴霧乾燥機で乾燥させることにより、ジルコニア粉末の球状顆粒を容易に得ることができる。
【００１４】
得られる顆粒の粒径としては通常０．０１〜０．２ｍｍ程度の分布があり、平均顆粒径は０．０６ｍｍ程度である。
【００１５】
また、得られる顆粒強度は原料のジルコニア粉末の粒子径や比表面積により異なるが、例えば、粉末の平均粒子径が１μｍ以下で且つＢＥＴ比表面積が１０ｍ2／ｇ以上である場合には、得られる顆粒の圧潰強度は０．０６ｋｇｆ／ｍｍ2程度である（島津製作所製の微小圧縮試験機による測定値）。
【００１６】
顆粒の圧潰強度が０．０６ｋｇｆ／ｍｍ2以上になると、乾式加圧成形の成形圧力を１０００ｋｇ／ｃｍ2にした場合でも未潰顆粒が残存することとなり、このような成形体を１５００℃で焼結させた焼結体の強度は、ＪＩＳ Ｒ １６０１に規定された３点曲げ強度試験法で９０ｋｇｆ／ｍｍ2程度である。
【００１７】
以下の説明はこのような平均粒子径が１μｍ以下で且つＢＥＴ比表面積が１０ｍ2／ｇ以上であるジルコニア粉末を対象としたものである。
【００１８】
この様なことから、前記したように顆粒強度を低下させる目的で、ジルコニアスラリーに増粘剤を添加する方法や、スラリー濃度を低くする方法等があるが、顆粒の嵩密度が低下したり、濃度低下により生産性が悪くなったりする問題がある。
【００１９】
本発明は、顆粒の嵩密度を低下させることなく潰れ性に優れる顆粒を生産性良く製造する方法を提供するものである。
【００２０】
本発明のジルコニアスラリーのジルコニア濃度は３５〜６０ｗｔ％が好ましい。
【００２１】
何故ならば、３５ｗｔ％未満の場合は、生産性が低下するためであり、６０ｗｔ％を越える場合にはスラリー粘度が高くなり噴霧乾燥時の噴霧状態が悪くなり、得られる顆粒の形状が悪く流動性の悪いものとなるからである。
【００２２】
また、本発明は、スラリー中に気泡を包含させ、スラリー比重を０．８０〜１．２ｇ／ｃｍ3にすることが必要である。
【００２３】
通常ジルコニア粉末を水に懸濁させたスラリーの比重は、例えば、ジルコニアが５０ｗｔ％のスラリー比重は１．６ｇ／ｃｍ3程度である。
【００２４】
この程度のスラリー比重を、スラリー中に気泡を包含させてスラリー比重を０．８０〜１．２ｇ／ｃｍ3に調整するが、スラリー比重が０．８０ｇ／ｃｍ3未満になると、ポンプの構造によつては噴霧乾燥機にスラリーを供給することが困難となることもあり好ましくない。
【００２５】
また、スラリー比重が１．２ｇ／ｃｍ3を越える場合は、噴霧乾燥で得られる顆粒の圧潰強度が十分改善されないため好ましくない。
【００２６】
スラリー中に気泡を包含させる方法としては、スラリー中に微量の発泡剤を添加したり、成形性を向上させるためのセラミックス用バインダーを添加した後、スラリーをやや強めに攪拌することにより容易に気泡を包含させることができる。
【００２７】
また、噴霧乾燥中のスラリー比重のさらなる低下については、消泡剤の添加で比重値を一定に維持することができる。
【００２８】
以上のように、３５〜６０ｗｔ％のジルコニアスラリーに添加剤を加え、攪拌することによつて、比重が０．８０〜１．２ｇ／ｃｍ3であるジルコニアスラリーを得ることができる。
【００２９】
このように調整したスラリーを噴霧乾燥することによって得られるジルコニア顆粒は、球形で粒子径が０．０２〜０．２ｍｍであり、軽装嵩密度は１．０〜１．４ｇ／ｃｍ3である。
【００３０】
また、顆粒の圧潰強度は０．０２〜０．０４ｋｇ／ｍｍ2程度に改善できる。
スラリーに気泡を包含させることにより、顆粒の圧潰強度が改善できる理由については定かではないが、乾燥時のジルコニア微粉末の乾燥凝集力が気泡によって緩衝されているものと思われる。
【００３１】
この様にして潰れ性を改善したジルコニア顆粒を用いて、金型プレス成形法で成形圧力１０００ｋｇ／ｃｍ2で成形した後、１５００℃で焼結させた焼結体の３点曲げ強度は１１０〜１３０ｋｇｆ／ｍｍ2程度に改善される。
【００３２】
本発明によれば、スラリー中に一定量の気泡を包含させ噴霧乾燥法することにより、理由は定かではないが得られるジルコニア顆粒の圧潰強度を改善することが可能であり、これによつて成形時の顆粒の潰れ性が優れることから、加圧成形法によって得られるジルコニア焼結体の強度が改善できる。
【００３３】
【実施例】
以下の実施例により、本発明を具体的に説明するが、これらの実施例により、本発明は何等限定されない。
【００３４】
実施例１
Ｙ2Ｏ3を３ｍｏｌ％含有するジルコニア粉末（平均粒子径１．０μｍ、ＢＥＴ比表面積１６ｍ2／ｇ）を水に懸濁させて、ジルコニアが５０ｗｔ％のスラリーを調整した。
【００３５】
次に、調整したスラリーに撹拌しながら中央理化工業（株）製のセラミックス用バインダー（アクリル共重合樹脂）をスラリー中の固形分量に対して３％添加混合した。
【００３６】
添加後のスラリーのジルコニア濃度は４５ｗｔ％で、多少の気泡を包含しているがスラリーの比重は１．３０ｇ／ｃｍ3であった。
【００３７】
バインダーを添加後、やや強めの攪拌を２４時間継続して気泡を包含させると、２４時間後のスラリー比重は１．１０ｇ／ｃｍ3となった。
【００３８】
次に、気泡の包含により比重を調整したスラリーを噴霧乾燥機を用い１５０℃の熱風下で乾燥しジルコニア顆粒を得た。
【００３９】
得られたジルコニア顆粒の軽装嵩密度は１．２０ｇ／ｃｍ3で、顆粒の圧潰強度は０．０３ｋｇ／ｍｍ2であった。
【００４０】
次に、得られたジルコニア顆粒２７ｇを用いて、成形圧１０００ｋｇ／ｃｍ2で金型プレス成形を行い、５７ｍｍ×３４ｍｍの板状に成形した後、１５００℃で２時間焼結して焼結体を得た。該焼結体の密度は６．０５１ｇ／ｃｍ3であり、３点曲げ強度値は平均１２５．３ｋｇｆ／ｍｍ2であった。（３点曲げ強度は、ＪＩＳ Ｒ １６０１に規定された試験法により、３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍの試験片１０本についてスパン３０ｍｍで測定した）
比較例１
実施例１の、▲１▼バインダーを添加した直後のスラリーと、▲２▼バインダー添加後４８時間攪拌を継続したスラリーについて、実施例１と同様に噴霧乾燥を行った。
【００４１】
▲１▼のスラリー比重は１．３０ｇ／ｃｍ3で、▲２▼のスラリー比重は０．７８ｇ／ｃｍ3であった。
【００４２】
▲１▼のスラリーを噴霧乾燥して得たジルコニア顆粒は、軽装嵩密度は１．２１ｇ／ｃｍ3で、顆粒の圧潰強度は０．０６ｋｇ／ｍｍ2であった。
【００４３】
また、得られたジルコニア顆粒を使用して実施例１と全く同様に操作して焼結体の評価を行った。
【００４４】
該焼結体の密度は６．０５０ｇ／ｃｍ3であり、３点曲げ強度値は平均９０．３ｋｇｆ／ｍｍ2であった。
【００４５】
▲２▼のスラリーについては、ダイヤフラム式ポンプでの噴霧乾燥機への供給が不可能であり、顆粒を得ることができなかった。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、簡便な操作で容易に潰れ性に優れるジルコニア顆粒を製造することができ、特に加圧成形法により高強度なジルコニア焼結体を製造するのに好適である。
【産業上の利用分野】
本発明は、ジルコニア顆粒の製造方法に関し、特に、成形時の顆粒の潰れ性が優れたジルコニア顆粒の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジルコニア焼結体の製造方法における成形手段として、単純形状の場合には寸法精度に優れる乾式加圧成形方法が一般的に採用されている。
【０００３】
この乾式加圧成形は、加圧時に成形型内部の圧力分布が起こらないように、成形型への粉末の均一な充填性が必須条件となる。
【０００４】
このため、従来より微粉末で流動性の悪いジルコニア粉末を噴霧乾燥造粒方法で流動性の良い球状顆粒にして使用する方法が広く行われている。
【０００５】
前記の噴霧乾燥造粒方法で流動性の良い球状顆粒を得ることは容易である。
【０００６】
しかしながら、ファインセラミックス用粉末は、均一な焼結性及び易焼結性が要求されることから、粉末の平均粒子径としては１μｍ以下に均一に微粉砕されているのが一般的である。
【０００７】
このような微粉末を噴霧乾燥方法で顆粒化した場合、微粉末同士の強い凝集力による圧潰強度の強い顆粒が生成する。
【０００８】
潰れ性が悪い圧潰強度の強い顆粒を乾式加圧成形に用い場合には、成形体中に未潰顆粒が残存し、この未潰顆粒部分が焼結欠陥となり焼結体の低密度及び低強度の原因となる問題がある。
【０００９】
この様なことから、顆粒強度を低下させる目的で、ジルコニアスラリーに増粘剤を添加して予めスラリー中の微粉末を弱く凝集させる方法や、スラリー濃度を低くして乾燥凝集力を低下させる方法等があるが、この様な方法で得られる顆粒は、十分な圧潰強度の改善にはならず、また、顆粒の嵩密度も低下することから、成形型への充填率が低下する等の問題が生じる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記の顆粒の問題点を改善し、成形型への充填性及び加圧時の潰れ性に優れるジルコニア顆粒の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ジルコニア粉末を水中に懸濁させたジルコニアスラリーを噴霧乾燥してジルコニア顆粒を製造するにあたり、高濃度のジルコニアスラリーに気泡を包含させて該スラリーの比重を０．８０〜１．２ｇ／ｃｍ3に調整して噴霧乾燥するジルコニア顆粒の製造方法を要旨とするものである。
【００１２】
【作用】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１３】
イットリア等の安定化剤を含有するジルコニア粉末を水中に懸濁させたジルコニアスラリーを、ディスク方式やノズル方式の、通常の噴霧乾燥機で乾燥させることにより、ジルコニア粉末の球状顆粒を容易に得ることができる。
【００１４】
得られる顆粒の粒径としては通常０．０１〜０．２ｍｍ程度の分布があり、平均顆粒径は０．０６ｍｍ程度である。
【００１５】
また、得られる顆粒強度は原料のジルコニア粉末の粒子径や比表面積により異なるが、例えば、粉末の平均粒子径が１μｍ以下で且つＢＥＴ比表面積が１０ｍ2／ｇ以上である場合には、得られる顆粒の圧潰強度は０．０６ｋｇｆ／ｍｍ2程度である（島津製作所製の微小圧縮試験機による測定値）。
【００１６】
顆粒の圧潰強度が０．０６ｋｇｆ／ｍｍ2以上になると、乾式加圧成形の成形圧力を１０００ｋｇ／ｃｍ2にした場合でも未潰顆粒が残存することとなり、このような成形体を１５００℃で焼結させた焼結体の強度は、ＪＩＳ Ｒ １６０１に規定された３点曲げ強度試験法で９０ｋｇｆ／ｍｍ2程度である。
【００１７】
以下の説明はこのような平均粒子径が１μｍ以下で且つＢＥＴ比表面積が１０ｍ2／ｇ以上であるジルコニア粉末を対象としたものである。
【００１８】
この様なことから、前記したように顆粒強度を低下させる目的で、ジルコニアスラリーに増粘剤を添加する方法や、スラリー濃度を低くする方法等があるが、顆粒の嵩密度が低下したり、濃度低下により生産性が悪くなったりする問題がある。
【００１９】
本発明は、顆粒の嵩密度を低下させることなく潰れ性に優れる顆粒を生産性良く製造する方法を提供するものである。
【００２０】
本発明のジルコニアスラリーのジルコニア濃度は３５〜６０ｗｔ％が好ましい。
【００２１】
何故ならば、３５ｗｔ％未満の場合は、生産性が低下するためであり、６０ｗｔ％を越える場合にはスラリー粘度が高くなり噴霧乾燥時の噴霧状態が悪くなり、得られる顆粒の形状が悪く流動性の悪いものとなるからである。
【００２２】
また、本発明は、スラリー中に気泡を包含させ、スラリー比重を０．８０〜１．２ｇ／ｃｍ3にすることが必要である。
【００２３】
通常ジルコニア粉末を水に懸濁させたスラリーの比重は、例えば、ジルコニアが５０ｗｔ％のスラリー比重は１．６ｇ／ｃｍ3程度である。
【００２４】
この程度のスラリー比重を、スラリー中に気泡を包含させてスラリー比重を０．８０〜１．２ｇ／ｃｍ3に調整するが、スラリー比重が０．８０ｇ／ｃｍ3未満になると、ポンプの構造によつては噴霧乾燥機にスラリーを供給することが困難となることもあり好ましくない。
【００２５】
また、スラリー比重が１．２ｇ／ｃｍ3を越える場合は、噴霧乾燥で得られる顆粒の圧潰強度が十分改善されないため好ましくない。
【００２６】
スラリー中に気泡を包含させる方法としては、スラリー中に微量の発泡剤を添加したり、成形性を向上させるためのセラミックス用バインダーを添加した後、スラリーをやや強めに攪拌することにより容易に気泡を包含させることができる。
【００２７】
また、噴霧乾燥中のスラリー比重のさらなる低下については、消泡剤の添加で比重値を一定に維持することができる。
【００２８】
以上のように、３５〜６０ｗｔ％のジルコニアスラリーに添加剤を加え、攪拌することによつて、比重が０．８０〜１．２ｇ／ｃｍ3であるジルコニアスラリーを得ることができる。
【００２９】
このように調整したスラリーを噴霧乾燥することによって得られるジルコニア顆粒は、球形で粒子径が０．０２〜０．２ｍｍであり、軽装嵩密度は１．０〜１．４ｇ／ｃｍ3である。
【００３０】
また、顆粒の圧潰強度は０．０２〜０．０４ｋｇ／ｍｍ2程度に改善できる。
スラリーに気泡を包含させることにより、顆粒の圧潰強度が改善できる理由については定かではないが、乾燥時のジルコニア微粉末の乾燥凝集力が気泡によって緩衝されているものと思われる。
【００３１】
この様にして潰れ性を改善したジルコニア顆粒を用いて、金型プレス成形法で成形圧力１０００ｋｇ／ｃｍ2で成形した後、１５００℃で焼結させた焼結体の３点曲げ強度は１１０〜１３０ｋｇｆ／ｍｍ2程度に改善される。
【００３２】
本発明によれば、スラリー中に一定量の気泡を包含させ噴霧乾燥法することにより、理由は定かではないが得られるジルコニア顆粒の圧潰強度を改善することが可能であり、これによつて成形時の顆粒の潰れ性が優れることから、加圧成形法によって得られるジルコニア焼結体の強度が改善できる。
【００３３】
【実施例】
以下の実施例により、本発明を具体的に説明するが、これらの実施例により、本発明は何等限定されない。
【００３４】
実施例１
Ｙ2Ｏ3を３ｍｏｌ％含有するジルコニア粉末（平均粒子径１．０μｍ、ＢＥＴ比表面積１６ｍ2／ｇ）を水に懸濁させて、ジルコニアが５０ｗｔ％のスラリーを調整した。
【００３５】
次に、調整したスラリーに撹拌しながら中央理化工業（株）製のセラミックス用バインダー（アクリル共重合樹脂）をスラリー中の固形分量に対して３％添加混合した。
【００３６】
添加後のスラリーのジルコニア濃度は４５ｗｔ％で、多少の気泡を包含しているがスラリーの比重は１．３０ｇ／ｃｍ3であった。
【００３７】
バインダーを添加後、やや強めの攪拌を２４時間継続して気泡を包含させると、２４時間後のスラリー比重は１．１０ｇ／ｃｍ3となった。
【００３８】
次に、気泡の包含により比重を調整したスラリーを噴霧乾燥機を用い１５０℃の熱風下で乾燥しジルコニア顆粒を得た。
【００３９】
得られたジルコニア顆粒の軽装嵩密度は１．２０ｇ／ｃｍ3で、顆粒の圧潰強度は０．０３ｋｇ／ｍｍ2であった。
【００４０】
次に、得られたジルコニア顆粒２７ｇを用いて、成形圧１０００ｋｇ／ｃｍ2で金型プレス成形を行い、５７ｍｍ×３４ｍｍの板状に成形した後、１５００℃で２時間焼結して焼結体を得た。該焼結体の密度は６．０５１ｇ／ｃｍ3であり、３点曲げ強度値は平均１２５．３ｋｇｆ／ｍｍ2であった。（３点曲げ強度は、ＪＩＳ Ｒ １６０１に規定された試験法により、３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍの試験片１０本についてスパン３０ｍｍで測定した）
比較例１
実施例１の、▲１▼バインダーを添加した直後のスラリーと、▲２▼バインダー添加後４８時間攪拌を継続したスラリーについて、実施例１と同様に噴霧乾燥を行った。
【００４１】
▲１▼のスラリー比重は１．３０ｇ／ｃｍ3で、▲２▼のスラリー比重は０．７８ｇ／ｃｍ3であった。
【００４２】
▲１▼のスラリーを噴霧乾燥して得たジルコニア顆粒は、軽装嵩密度は１．２１ｇ／ｃｍ3で、顆粒の圧潰強度は０．０６ｋｇ／ｍｍ2であった。
【００４３】
また、得られたジルコニア顆粒を使用して実施例１と全く同様に操作して焼結体の評価を行った。
【００４４】
該焼結体の密度は６．０５０ｇ／ｃｍ3であり、３点曲げ強度値は平均９０．３ｋｇｆ／ｍｍ2であった。
【００４５】
▲２▼のスラリーについては、ダイヤフラム式ポンプでの噴霧乾燥機への供給が不可能であり、顆粒を得ることができなかった。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、簡便な操作で容易に潰れ性に優れるジルコニア顆粒を製造することができ、特に加圧成形法により高強度なジルコニア焼結体を製造するのに好適である。
Claims (1)
- ジルコニア粉末を水中に懸濁させたジルコニアスラリーを噴霧乾燥してジルコニア顆粒を製造するにあたり、ジルコニアスラリーのジルコニア濃度が３５〜６０ｗｔ％であり、且つ、該スラリーに気泡を包含させて該スラリーの比重を０．８０〜１．２ｇ／ｃｍ3に調整して噴霧乾燥することを特徴とするジルコニア顆粒の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02655395A JP3680338B2 (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | ジルコニア顆粒の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02655395A JP3680338B2 (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | ジルコニア顆粒の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08217448A JPH08217448A (ja) | 1996-08-27 |
| JP3680338B2 true JP3680338B2 (ja) | 2005-08-10 |
Family
ID=12196726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02655395A Expired - Fee Related JP3680338B2 (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | ジルコニア顆粒の製造方法 |
Country Status (1)
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| DE102008039668B4 (de) * | 2008-08-26 | 2013-03-28 | H.C. Starck Gmbh | Ventilmetalloxidformulierung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| FR2954767B1 (fr) * | 2009-12-24 | 2014-01-24 | Saint Gobain Ct Recherches | Poudre de granules de zircone et d'alumine |
| FR2954766B1 (fr) | 2009-12-24 | 2015-04-24 | Saint Gobain Ct Recherches | Poudre de granules de ceramique |
| FR2954761B1 (fr) | 2009-12-24 | 2015-11-27 | Saint Gobain Ct Recherches | Poudre de granules de zircone |
| JPWO2022138760A1 (ja) * | 2020-12-22 | 2022-06-30 |
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1995
- 1995-02-15 JP JP02655395A patent/JP3680338B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH08217448A (ja) | 1996-08-27 |
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