JPH01301520A - アルミナ・ジルコニア複合粉末の製造方法 - Google Patents

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、高靭性、高強度、高硬度で耐摩耗性に優れる
セラミックス材料の原料となるアルミナ・ジルコニア複
合粉末の製造方法に関する。

従来の技術 近年、アルミナ・ジルコニア複合セラミックスは高靭性
、高強度、高硬度の材料として、糧々の用途に利用され
るようになった。

アルミナ・ジルコニア複合セラミックスの作製において
、アルミナとジルコニアの混合は、原料のアルミナ粉末
とジルコニア粉末をボールミル等、機械的に混合する方
法１、又は、液相からアルミナ・ジルコニア複合粉を得
る方法がある。後者にはアルミニウム塩とジルコニウム
塩を含む水溶液を中和し、得られるアルミナ及びジルコ
ニアの混合水和物を仮焼する方法あるいは、アルミニウ
ム及びジルコニウムのアルコキシドの混合有機溶媒溶液
を加水分解し、得られるアルミナ及びジルコニアの混合
水和物を仮焼する方法がある。

発明が解決しようとする課題 アルミナ・ジルコニア複合セラミックスにおいてはマト
リックス中に分散粒子を均一かつ微細に存在させること
が、目的とする特性を持つセラミックスを作製する上に
重要である。そのためには原料の粉末がミクロなレベル
で均一に混合し、充分細かい微粉末で焼結性に優れるこ
とが必要である。

従来から行なわれているボールミル等による機械的な混
合では、アルミナ粉末とジルコニア粉末は充分にミクロ
なレベルにまで均一に混合した粉末にはなり難く、この
ような粉末では、目的とする特性を持つセラミックスを
得るのは困難である。

又、液相において混合した沈殿又は、水和物を得、仮焼
してアルミナ・ジルコニア複合粉末を作製する方法では
、ミクロなレベルの均一な混合の点では優れている。

しかし、アルミニウム塩とジルコニウム塩の水溶液を用
いる方法では、得られるアルミナ・ジルコニア複合粉の
凝集力が強く、粉砕によって充分細かい微粉末を得るの
は難しい。

アルコキシドを用いた場合にはジルコニウムアルコキシ
ドが高価であり、実用に倶しにくいという問題がある。

本発明は、かかる実状に鑑み、ミクロなレベルで充分に
均一混合し、凝集力が弱く焼結性の高い、アルミナ−ジ
ルコニア複合粉末の安価な製造方法を提供することを目
的とする。

課題を解決するための手段 本発明の方法はジルコニウム塩を溶解した水溶液と、ア
ルミニウムアルコキシドを溶解した６機溶媒溶液とを混
合し、この混合液にアンモニア又は炭酸アンモニウムを
加え、得られたアルミナ水和物・ジルコニア水和物の複
合沈殿を仮焼することを特徴とするアルミナ・ジルコニ
ア複合粉末の製造方法であり、さらに前記ジルコニウム
塩を溶解した水溶液に、安定化剤として、イツトリウム
塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、セリウム塩、イツ
トリア、マグネシア、カルシア、セリアのうち少なくと
も一種の水溶性の塩を添加することもできる。

また、前述のアルミニウムアルコキシドを溶解した有機
溶媒溶液の代りに、ベーマイトを分散させた水・有機溶
媒溶液を用いることもできる。

ここでいうベーマイトとは、Ａｌ２０３１モルに対して
、結晶水が１．０〜２．０モルであり、Ｘ線回折におい
て、（０２０）面のｈ間隔が、６．１〜６．８人である
ものをいう。

以下、本発明をさらに詳述する。

最初に、アルミナ源として、アルミニウムアルコキシド
を使用した場合について説明する。

先ず、ジルコニウム塩を溶解した水溶液を準備しておく
。ここで用いるジルコニウム塩は酸塩化ジルコニウム、
硝酸ジルコニウム等、水溶性でｐＨ調整により水和物を
生成するものであればよい。

次にアルミニウムアルコキシドを溶解した有機溶媒溶液
を準備する。ここで用いるアルミニウムアルコキシドは
アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムブトキシ
ド等、有機溶媒に溶解し、加水分解により、水和物を生
成するものであればよい。

有機溶媒はイソプロピルアルコール、ブチルアルコール
、エチルアルコール、ベンゼン等を用いることができる
。

次に、アルミニウムアルコキシドの有機溶媒溶液にジル
コニウム塩の水溶液を加え、アルミニウムアルコキシド
の加水分解を行なわせる。この混合溶液にアンモニア水
又は炭酸アンモニウム水溶液を加えジルコニウム塩の中
和を行なう。苛性ソーダ、苛性カリ等は、沈殿生成物中
に、ＮａやＫが混入するので好ましくない。

アンモニア水等の量はジルコニウム塩の中和を行なうに
必要な量以上である。アルミニウムアルコキシドの有機
溶媒溶液、及びジルコニウム塩の水溶液の温度は特に限
定されないが、加温して、使用した方が用いるアルミニ
ウムアルコキシＬ′の溶解性が良いために好ましい。

このようにして得られた混合溶液はアルミナ水和物、ジ
ルコニア水和物の沈殿を含む、均一混合溶液となる。

ジルコニウム塩を溶解した水溶液に予め、アンモニア水
等を添加することは避けなければならない。

その後で、そこにアルミニウムアルコキシドの有機溶媒
溶液を添加しても、本発明の目的とする凝集力の弱いミ
クロレベルに均一な組成の複合粉は得られない。

使用するジルコニウム塩、アルミニウムアルコキシドの
二を調整することにより、目的とする比率を持つ、アル
ミナ・ジルコニア複合粉末を得ることが出来る。

又、必要に応じ、安定化剤として、イツトリウム塩、マ
グネシウム塩、カルシウム塩、セリウム塩、イツトリア
、マグネシア、カルシア、セリアの中から少なくとも一
種を、予めジルコニウム塩の水溶液に目的量添加するこ
とにより含釘させることが出来る。

得られた均一混合溶液を乾燥又は、濾過し、乾燥した後
８００〜１３００℃、好ましくは９００−１１００℃で
仮焼する。

仮焼後の粉末は、通常行なわれる方法により、粉砕し、
目的とする微粒のアルミナ・ジルコニア複合粉末が得ら
れる。

またアルミナ源として、アルミニウムアルコキシドを溶
解した有機溶媒溶液の代りに、ベーマイトを分散させた
水・有機溶媒混合溶液を用いることもできる。ベーマイ
トは、水・有機溶媒混合溶液に分散し、ゾル化するもの
であればよい。有機溶媒は、イソプロピルアルコール、
エチルアルコール、ベンゼン等を用いることができる。

水と有機溶媒の比は、水１に対し６機溶媒が１以上であ
る事が望ましい。

基本的な操作は、原則的には前述のアルミニウムアルコ
キシド６機溶媒溶液のときと同様である。

作　　　用 本発明の特徴とするところはジルコニウム塩の中和を有
機溶媒の存在する液中で行なわせることにあり、その有
機溶媒はアルミナの転科となるアルミニウムアルコキシ
ドの有機溶媒溶液あるいはベーマイトを分散した水・ａ
機溶媒混合溶液中の有機溶媒を利用することにより、他
の添加剤を用いる必要がない。

さらに、液相において反応、混合をすることにより、構
成する成分はミクロなレベルで均一に混合される。

かかる条件で作製したアルミナ水和物ジルコニア水和物
の均一混合溶液を濾過し、混合水和物の乾燥を簡単な静
置乾燥で行なっても、乾燥粉末がブロック状に固まるよ
うなことはなく、レーザー回折式の粒度計で７１１１定
すると平均径は１〜４ｕｍの粉末である。

乾燥後の混合水和物の凝集力を弱くするには、上述のよ
うに水和物の作製において、その手順が非常に重要であ
る。

仮焼後の粉末においても凝集力の弱い性質は維持され、
微粒のアルミナ・ジルコニア複合粉末を得ることが出来
る。

実施例（１） 酸塩化ジルコニウム（ＺｒＯ（１）　　・８Ｈ２０）１
２９　ｇと塩化イツトリウム（Ｙ　ＣＩＩ　　・６Ｈ２
０）７．３ｇを水５００ｍ１に溶解した水溶液を作製し
８０℃に保持した。

次にアルミニウムイソプロポキシド〔ＡｆＩ（ｉ−Ｃ３
Ｈ７０）　３）４９ｇをイソプロピルアルコール１０１
００Ｏに溶解した溶液を作製し８０℃に保持した。

アルミニウムイソプロポキシドを含む溶液に酸塩化ジル
コニウムを含む溶液を加え、充分撹拌し、混合溶液とし
た。

混合溶液にｐＨが７．０になるまでアンモニア水を加え
、充分撹拌した。

この混合溶液をン濾退役、熱風乾燥器で静置乾燥した。

得られた混合水和物の粒度をレーザー回折式の粒度計で
ａ＞１定したところ平均径は２．８ｐであった。

さらに１１００℃で２時間仮焼し、アルミナ・ジルコニ
ア複合粉末（２０ｗｔ％アルミナ、８０ｖｔ％ジルコニ
ア（３＊ｏＮ％イツトリアａ白°）〕を８４　Ｋ　ｋ’
Ｊた。

この粉末のＸ線回折結果からδ−アルミナ及びθ−アル
ミナと正方品ジルコニア及びわずかに単斜晶ジルコニア
のピークが認められた。

正方品含有率は９４％であった。

又この粉末の平均径は前述と同様の方法で４．０−ＢＥ
Ｔ比表面積は１４．５ｒｒ？／　ｇであった。

さらに、この粉末をボールミルにより粉砕後、２０００
ｋｇ／ｃｊで成形し、１５００℃２時間で常圧焼結させ
た。焼結嵩密度は５．５ｇ／ｃ［１１であった。

実施例（２） 実施例（１）と同様の操作で得られた混合水和物を１１
８０℃で２時間仮焼した。

この粉末のＸ線回折結果からθ−アルミナ及びα−アル
ミナと正方品ジルコニア及びわずかにｆｉｔ斜晶ジルコ
ニアのピークが認められた。ＩＥｈ晶含６゛率は９１％
であった。

又この粉末の平均径は前述と同様の方法で２．９、ＢＥ
Ｔ比表面積は８．０ｒｒ？／ｇであった。

実施例（３） 酸塩化ジルコニウム（ＺｒＯＣ，７７・８Ｈ２０）１２
９ｇとイツトリア（Ｙ２Ｏ２）１２．７ｇを水５００ｍ
１に溶解した水／８液を作製し、８０℃に保持した。

次にベーマイト２７ｇをイソプロピルアルコール１０Ｕ
Ｏｍｌ、水５００ｍ１の混合液に分散し、１口：）ｔｌ
、　ＨＣＮでｐＨ３、０に調整し、８０℃に保持した。

ベーマイトを含む溶液に酸塩化ジルコニウムを含む溶液
を加え充分撹拌し混合溶液とした。

混合溶液にｐＨが７．０になるまでアンモニア水を加え
、充分撹拌した。

この混合溶液をｉｆ５過後退役風乾燥機で乾燥した。

得られた混合水和物の平均粒径は前述と同様の方法で２
．６μｓであった。

更に１１００℃で２時間仮焼し、アルミナ・ジルコニア
粉末（２０νＬ％アルミナ、　８０ｖＬ％ジルコニア（
３■ｏ（１％イツトリア＠Ｈ））を６３に得た。

Ｘ線回折から、この粉末はδ−アルミナ及びθ−アルミ
ナと正方品ジルコニア及びわずかに単斜晶ジルコニアの
ピークが認められた。

ジルコニアの正方品含有率は９４９６であった。またこ
の粉末の平均粒径は前述と同様の方法で４．２虜、ＢＥ
Ｔ比表面積は１３，９ば７ｇであった。

更にこの粉末をボールミルで粉砕後、２０００ｋｇ／ｃ
ｊで成形し、１５００’０２時間で常圧焼結させたとこ
ろ、焼結嵩密度は５．４８ｇ／ｃＩｆｌであった。

比較例（１） 実施例（１）と同量の酸塩化ジルコニウム水溶液（塩化
イツトリウム含有）とアルミニウムイソプロポキシドの
イソプロピルアルコール溶液をＪｌ！１整し両液とも８
０℃に保持した。

最初に酸塩化ジルコニウム水溶液にアンモニア水をｐＨ
が７，０になるまで加え、ジルコニウム及びイツトリウ
ムの水和物沈殿を生じさせた。

′　　次いで、このジルコニウム及びイツトリウムの水
和物沈殿を念む液をアルミニウムイソプロポキシドのイ
ソプロピルアルコール溶液に加え、充分撹拌し、アルミ
ナ水和物を生じさせた。

この混合溶液をン濾退役熱風乾燥器で静置乾燥した。乾
燥後の混合水和物はフレーク状の固まりで、凝集力が強
く、通常の粉砕では微粉化することが困難であった。

比較例（２） 実施例３と同量の酸塩化ジルコニウム水溶液（酸化イツ
トリウム含有）とベーマイト２７ｇを水５００−　ｍｌ
に分散し、１０９６　ＨＣ，１７でｐｌ＋３．０に調整
した液を用意し、両液とも８０℃に保持した。

まず、酸塩化ジルコニウム水溶液にアンモニア水をｐＨ
７，０になるまで加え、ジルコニア及びイツトリアの水
和物を沈殿させた。

次に、このジルコニア及びイツトリアの水和物沈殿を含
む液を、ベーマイトを分散した水溶液に加え充分撹拌し
た。

この混合溶液を消退役、熱風乾燥機で静置乾燥した。乾
燥後の混合水和物は、フレーク状の固まりで、凝集力が
強く、通常の粉砕では、微粉化することが困難であった
。

効　　　果 本発明に係る方法は、凝集力の弱い、ミクロなレベルに
均一に混合したアルミナｅジルコニア複金粉末の安価な
製造方法を提供するものである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．ジルコニウム塩を溶解した水溶液と、アルミニウム
   アルコキシドを溶解した有機溶媒溶液とを混合し、この
   混合液にアンモニア又は炭酸アンモニウムを加え、得ら
   れたアルミナ水和物・ジルコニア水和物の複合沈殿を仮
   焼することを特徴とするアルミナ・ジルコニア複合粉末
   の製造方法。
2. ２．ジルコニウム塩を溶解した水溶液とベーマイトを分
   散させた水・有機溶媒溶液とを混合し、この混合液にア
   ンモニア又は炭酸アンモニウムを加え、得られたアルミ
   ナ水和物・ジルコニア水和物の複合沈殿を仮焼すること
   を特徴とするアルミナ・ジルコニア複合粉末の製造方法
   。
3. ３．ジルコニウム塩を溶解した水溶液に、安定化剤とし
   て、イットリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、
   セリウム塩、イットリア、マグネシア、カルシア、セリ
   アのうち少なくとも一種が含まれていることを特徴とす
   る請求項１又は２記載の方法。