JPH05246760A - ジルコニア系複合セラミック焼結体及びその製法 - Google Patents
ジルコニア系複合セラミック焼結体及びその製法Info
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- JPH05246760A JPH05246760A JP4117723A JP11772392A JPH05246760A JP H05246760 A JPH05246760 A JP H05246760A JP 4117723 A JP4117723 A JP 4117723A JP 11772392 A JP11772392 A JP 11772392A JP H05246760 A JPH05246760 A JP H05246760A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ジルコニア系セラミック焼結体の強度と靭性
を高めること。 【構成】 ＣｅＯ2 を５〜３０モル％含む部分安定化ジ
ルコニアマトリックス粒子内に、第２相として、前記ジ
ルコニアマトリックスの焼結温度よりも高い融点を持
ち、且つＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 若しくはＢ4
Ｃ又は周期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ族に属する元素の炭
化物、窒化物若しくはほう化物の中から選ばれた少なく
とも一種以上よりなる微粒子の分散相を分散させて複合
セラミック焼結体を構成する。この焼結体の製法は、Ｃ
ｅＯ2 を５〜３０モル％含む部分安定化ジルコニア粉末
と、平均粒径１μｍ以下の前記の微粒子とを含む混合粉
末を、前記微粒子の融点よりも低い温度で焼結して製造
する。
を高めること。 【構成】 ＣｅＯ2 を５〜３０モル％含む部分安定化ジ
ルコニアマトリックス粒子内に、第２相として、前記ジ
ルコニアマトリックスの焼結温度よりも高い融点を持
ち、且つＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 若しくはＢ4
Ｃ又は周期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ族に属する元素の炭
化物、窒化物若しくはほう化物の中から選ばれた少なく
とも一種以上よりなる微粒子の分散相を分散させて複合
セラミック焼結体を構成する。この焼結体の製法は、Ｃ
ｅＯ2 を５〜３０モル％含む部分安定化ジルコニア粉末
と、平均粒径１μｍ以下の前記の微粒子とを含む混合粉
末を、前記微粒子の融点よりも低い温度で焼結して製造
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば構造用材料な
どに好適なジルコニア系複合セラミック焼結体及びその
製法に関する。
どに好適なジルコニア系複合セラミック焼結体及びその
製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】多結晶セラミック焼結体は、優れた耐熱
性、耐磨耗性及び耐食性を有するため、自動車エンジン
用ターボチャージャーロータ、種々の刃物類、切削バイ
ト、メカニカルシール、スポーツレジャー用品等の幅広
い用途で使用されつつある。しかし、セラミックは本来
共有結合性やイオン結合性が強く、金属材料のように転
移または塑性変形等を示さないため、クラックの先端の
応力集中を緩和できず、材料中の微細な欠陥や表面傷を
起点として容易に破断する。このようにセラミックは靱
性が低く非常に脆いため、大型の部品や複雑な形状を有
する部品の構成材料としては適切でなく、自ずと成形品
の形状や寸法などに制限が加わるのが実情である。
性、耐磨耗性及び耐食性を有するため、自動車エンジン
用ターボチャージャーロータ、種々の刃物類、切削バイ
ト、メカニカルシール、スポーツレジャー用品等の幅広
い用途で使用されつつある。しかし、セラミックは本来
共有結合性やイオン結合性が強く、金属材料のように転
移または塑性変形等を示さないため、クラックの先端の
応力集中を緩和できず、材料中の微細な欠陥や表面傷を
起点として容易に破断する。このようにセラミックは靱
性が低く非常に脆いため、大型の部品や複雑な形状を有
する部品の構成材料としては適切でなく、自ずと成形品
の形状や寸法などに制限が加わるのが実情である。
【０００３】そこで、このセラミックの脆さを改善する
ために、セラミック焼結体のマトリツクスに粒子及びウ
ィスカー等を分散させて、クラックの進展を阻止するこ
とにより、靱性と強度の向上をはかる試みがなされてい
る。この強靱性の向上をはかる有効な手段として追究さ
れているセラミックの複合化は、粒子分散からウィスカ
ー分散及び繊維強化へ、また、多結晶セラミックの粒界
を複合化するミクロ複合から、粒内を複合化するナノ複
合へと移行している。なかでも、セラミックの最小構成
単位である結晶粒自身を複合化したナノ複合材料は、高
強度化及び高温域での強度改善に著しい効果があること
が報告されている。
ために、セラミック焼結体のマトリツクスに粒子及びウ
ィスカー等を分散させて、クラックの進展を阻止するこ
とにより、靱性と強度の向上をはかる試みがなされてい
る。この強靱性の向上をはかる有効な手段として追究さ
れているセラミックの複合化は、粒子分散からウィスカ
ー分散及び繊維強化へ、また、多結晶セラミックの粒界
を複合化するミクロ複合から、粒内を複合化するナノ複
合へと移行している。なかでも、セラミックの最小構成
単位である結晶粒自身を複合化したナノ複合材料は、高
強度化及び高温域での強度改善に著しい効果があること
が報告されている。
【０００４】例えば、酸化物セラミックをマトリックス
とする系では、特開昭６４−８７５５２号に、α−アル
ミナマトリックスの粒内をＳｉＣ微粒子で複合化したア
ルミナ焼結体は高強度化及び高温域での強度改善に効果
があることが述べられている。この他にも、同様の手法
でＡｌ2 Ｏ3 ／Ｓｉ3 Ｎ4 、ＭｇＯ／ＳｉＣ系ナノ複合
材料は高強度を示すことが知られている。さらに、非酸
化物セラミックをマトリックスとする系について一例を
挙げると、「粉末および粉末冶金，Vol.36，p236〜p243
（1989）」の文献に〔Ｓｉ（ＣＨ）3 〕2 ＮＨをアンモ
ニアと水素の雰囲気中でＣＶＤ法により非晶質のＳｉ−
Ｃ−Ｎの複合粉末を得、この複合粉末を出発原料として
Ｓｉ3 Ｎ4 マトリックス粒子内に、ＳｉＣ粒子が分散し
たＳｉ3Ｎ4 ／ＳｉＣのナノ複合材料は高強度化されて
いることが報告されている。
とする系では、特開昭６４−８７５５２号に、α−アル
ミナマトリックスの粒内をＳｉＣ微粒子で複合化したア
ルミナ焼結体は高強度化及び高温域での強度改善に効果
があることが述べられている。この他にも、同様の手法
でＡｌ2 Ｏ3 ／Ｓｉ3 Ｎ4 、ＭｇＯ／ＳｉＣ系ナノ複合
材料は高強度を示すことが知られている。さらに、非酸
化物セラミックをマトリックスとする系について一例を
挙げると、「粉末および粉末冶金，Vol.36，p236〜p243
（1989）」の文献に〔Ｓｉ（ＣＨ）3 〕2 ＮＨをアンモ
ニアと水素の雰囲気中でＣＶＤ法により非晶質のＳｉ−
Ｃ−Ｎの複合粉末を得、この複合粉末を出発原料として
Ｓｉ3 Ｎ4 マトリックス粒子内に、ＳｉＣ粒子が分散し
たＳｉ3Ｎ4 ／ＳｉＣのナノ複合材料は高強度化されて
いることが報告されている。
【０００５】これらの複合セラミック焼結体のうち、ミ
クロ複合材料においては、ＺｒＯ2粒子、及びウイスカ
ー等で複合した系では、１０ＭＰａｍ1/2 程度の破壊靱
性値を示し、また、ＳｉＣ等の長繊維で複合した系で
は、２０〜３０ＭＰａｍ1/2 にも及ぶ高い破壊靱性値を
達成する。しかし、強度は多結晶セラミックマトリック
ス単体の５〜６割程度の向上にとどまり、さらなる強度
の向上が望まれている。
クロ複合材料においては、ＺｒＯ2粒子、及びウイスカ
ー等で複合した系では、１０ＭＰａｍ1/2 程度の破壊靱
性値を示し、また、ＳｉＣ等の長繊維で複合した系で
は、２０〜３０ＭＰａｍ1/2 にも及ぶ高い破壊靱性値を
達成する。しかし、強度は多結晶セラミックマトリック
ス単体の５〜６割程度の向上にとどまり、さらなる強度
の向上が望まれている。
【０００６】一方、ナノ複合材料においては、強度の向
上は高温域を含めて認められるものの、靱性の改善は多
結晶セラミックマトリックスの３〜４割程度の向上で、
ミクロ複合材料のような大きな靱性向上の寄与は認めら
れない。
上は高温域を含めて認められるものの、靱性の改善は多
結晶セラミックマトリックスの３〜４割程度の向上で、
ミクロ複合材料のような大きな靱性向上の寄与は認めら
れない。
【０００７】このように、多結晶セラミック複合材料に
おいては、強度及び靱性のさらなる向上が期待されてい
て、安定化剤としてＣｅＯ2 を添加した部分安定化ジル
コニア焼結体においても強度及び靱性の向上した焼結体
が求められている。
おいては、強度及び靱性のさらなる向上が期待されてい
て、安定化剤としてＣｅＯ2 を添加した部分安定化ジル
コニア焼結体においても強度及び靱性の向上した焼結体
が求められている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、高強度及
び高靱性を有するジルコニア系複合セラミック焼結体及
びその製法を提供することを目的とする。
び高靱性を有するジルコニア系複合セラミック焼結体及
びその製法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】ジルコニア系複合セラミ
ック焼結体に関する発明は、ＣｅＯ2 を５〜３０モル％
含む部分安定化ジルコニアマトリックス粒子内に、第２
相として、前記ジルコニアマトリックスの焼結温度より
も高い融点を持ち、且つＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ
4 若しくはＢ4 Ｃ又は周期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ族に
属する元素の炭化物、窒化物若しくはほう化物の中から
選ばれた少なくとも一種以上よりなる微粒子の分散相を
有していることを特徴とするものであり、このジルコニ
ア系複合セラミック焼結体の製法に関する発明はＣｅＯ
2 を５〜３０モル％含む部分安定化ジルコニア粉末と、
Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 若しくはＢ4 Ｃ又は周
期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ族に属する元素の炭化物、窒
化物若しくはほう化物の中から選ばれた少なくとも一種
以上よりなる、平均粒径が１μｍ以下である微粒子とを
含む混合粉末を、前記の平均粒径が１μｍ以下である微
粒子の融点よりも低い温度で焼結することを特徴とする
ものである。
ック焼結体に関する発明は、ＣｅＯ2 を５〜３０モル％
含む部分安定化ジルコニアマトリックス粒子内に、第２
相として、前記ジルコニアマトリックスの焼結温度より
も高い融点を持ち、且つＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ
4 若しくはＢ4 Ｃ又は周期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ族に
属する元素の炭化物、窒化物若しくはほう化物の中から
選ばれた少なくとも一種以上よりなる微粒子の分散相を
有していることを特徴とするものであり、このジルコニ
ア系複合セラミック焼結体の製法に関する発明はＣｅＯ
2 を５〜３０モル％含む部分安定化ジルコニア粉末と、
Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 若しくはＢ4 Ｃ又は周
期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ族に属する元素の炭化物、窒
化物若しくはほう化物の中から選ばれた少なくとも一種
以上よりなる、平均粒径が１μｍ以下である微粒子とを
含む混合粉末を、前記の平均粒径が１μｍ以下である微
粒子の融点よりも低い温度で焼結することを特徴とする
ものである。
【００１０】以下、この発明を詳細に説明する。本発明
におけるセラミックマトリックスを構成する部分安定化
ジルコニアは、ＣｅＯ2 を５〜３０モル％含んでいるこ
とが重要である。この範囲であれば、ジルコニアは主と
して正方晶、または正方晶と立方晶の混合相からなり、
高い強度が得られるので好ましく、ＣｅＯ2 が５モル％
より少ないと、準安定相である正方晶化が不十分とな
り、また、３０モル％を越えると、立方晶の量が増加
し、その結果充分な強度が得られなくなるので好ましく
ない。
におけるセラミックマトリックスを構成する部分安定化
ジルコニアは、ＣｅＯ2 を５〜３０モル％含んでいるこ
とが重要である。この範囲であれば、ジルコニアは主と
して正方晶、または正方晶と立方晶の混合相からなり、
高い強度が得られるので好ましく、ＣｅＯ2 が５モル％
より少ないと、準安定相である正方晶化が不十分とな
り、また、３０モル％を越えると、立方晶の量が増加
し、その結果充分な強度が得られなくなるので好ましく
ない。
【００１１】また、ＣｅＯ2 を安定化剤とした部分安定
化ジルコニアの粉末を得る方法としては、安定化剤とジ
ルコニアの粉末とを混合する方法、ＣｅとＺｒとを含む
水溶液を用いて湿式合成法により粉末を得る方法等があ
る。本発明の部分安定化ジルコニアの粉末は常圧焼結、
加圧焼結等により緻密化され、焼結過程で分散相を大半
マトリックスの粒子内に取り込むためには、焼結中に粒
子成長するものでなければならない。一方、このマトリ
ックスに分散される微粒子は、焼結後に微粒子として分
散しているためには、該マトリックスの焼結温度より高
い融点を持つ微粒子に限定される。そして、本発明者等
はこのような高い融点を持つ微粒子としては各種の金属
があることを見出したので平成３年特許願第２３５４４
６号として既に特許出願を行ったが、さらに金属の微粒
子以外にＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 若しくはＢ4
Ｃ又は周期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ族に属する元素の炭
化物、窒化物若しくはほう化物の中から選ばれた少なく
とも一種以上よりなる微粒子も前記金属の微粒子と同様
の効果があることを見出し本発明に到ったものである。
化ジルコニアの粉末を得る方法としては、安定化剤とジ
ルコニアの粉末とを混合する方法、ＣｅとＺｒとを含む
水溶液を用いて湿式合成法により粉末を得る方法等があ
る。本発明の部分安定化ジルコニアの粉末は常圧焼結、
加圧焼結等により緻密化され、焼結過程で分散相を大半
マトリックスの粒子内に取り込むためには、焼結中に粒
子成長するものでなければならない。一方、このマトリ
ックスに分散される微粒子は、焼結後に微粒子として分
散しているためには、該マトリックスの焼結温度より高
い融点を持つ微粒子に限定される。そして、本発明者等
はこのような高い融点を持つ微粒子としては各種の金属
があることを見出したので平成３年特許願第２３５４４
６号として既に特許出願を行ったが、さらに金属の微粒
子以外にＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 若しくはＢ4
Ｃ又は周期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ族に属する元素の炭
化物、窒化物若しくはほう化物の中から選ばれた少なく
とも一種以上よりなる微粒子も前記金属の微粒子と同様
の効果があることを見出し本発明に到ったものである。
【００１２】そして、前記の微粒子は焼結過程でマトリ
ックス粒子内に取り込まれるためには微細なものでなけ
ればならず、平均粒径が１μｍ以下であることが望まし
く、また、焼結後にマトリックス粒子内にすべて分散し
ていることが望ましいが、一部マトリックスの粒界にあ
ってもかまわない。本発明におけるセラミックマトリッ
クスを構成する部分安定化ジルコニアに対する前記の微
粒子の分散相の添加量は、添加後の総量に対し０．５〜
５０容量％が望ましく、さらに好ましくは２．５〜３０
容量％である。すなわち、分散相が２．５容量％以下で
は強度向上の効果が少なく、３０容量％以上では緻密化
が次第に困難となり、緩やかに強度低下を示すようにな
る。さらに５０容量％を越えると、複合焼結体の相対密
度が９５％以下になり緻密な焼結体を得ることが困難と
なり、その結果著しい強度劣化を示すようになる。
ックス粒子内に取り込まれるためには微細なものでなけ
ればならず、平均粒径が１μｍ以下であることが望まし
く、また、焼結後にマトリックス粒子内にすべて分散し
ていることが望ましいが、一部マトリックスの粒界にあ
ってもかまわない。本発明におけるセラミックマトリッ
クスを構成する部分安定化ジルコニアに対する前記の微
粒子の分散相の添加量は、添加後の総量に対し０．５〜
５０容量％が望ましく、さらに好ましくは２．５〜３０
容量％である。すなわち、分散相が２．５容量％以下で
は強度向上の効果が少なく、３０容量％以上では緻密化
が次第に困難となり、緩やかに強度低下を示すようにな
る。さらに５０容量％を越えると、複合焼結体の相対密
度が９５％以下になり緻密な焼結体を得ることが困難と
なり、その結果著しい強度劣化を示すようになる。
【００１３】なお、マトリックスと分散相の組合せを熱
膨張係数の関係で触れると、マトリックスよりも熱膨張
係数の小さい分散相が分散されていると、さらにマトリ
ックスの強靱性の向上に有効に寄与する点で好ましい
が、必ずしもこれに限定されるものではない。本発明の
マトリックスであるＣｅＯ2 を安定化剤とした部分安定
化ジルコニアは、通常、熱膨張係数が大きく、上記に示
した分散相は、マトリックスよりも小さい熱膨張係数を
有する点をも満足する。
膨張係数の関係で触れると、マトリックスよりも熱膨張
係数の小さい分散相が分散されていると、さらにマトリ
ックスの強靱性の向上に有効に寄与する点で好ましい
が、必ずしもこれに限定されるものではない。本発明の
マトリックスであるＣｅＯ2 を安定化剤とした部分安定
化ジルコニアは、通常、熱膨張係数が大きく、上記に示
した分散相は、マトリックスよりも小さい熱膨張係数を
有する点をも満足する。
【００１４】次に本発明に係るジルコニア系複合セラミ
ック焼結体の強靱化の改善効果のメカニズムについて考
察を加える。
ック焼結体の強靱化の改善効果のメカニズムについて考
察を加える。
【００１５】マトリックスを構成するＣｅＯ2 系部分安
定化ジルコニアセラミックの粒内あるいは一部粒界に分
散された微粒子は、焼結の過程でセラミックの粒が異常
に成長するのを抑制する作用を有し、その結果、マトリ
ックスは微細な組織で構成され、破壊源寸法の減少をも
たらし強度が大幅に上昇する。加えてセラミックのマト
リックスに分散した微粒子によりクラックの進展過程に
おいて、クラックの先端が湾曲（ボーイング）、あるい
は偏曲（ディフレクション）されることにより、焼結体
の靱性が向上する。
定化ジルコニアセラミックの粒内あるいは一部粒界に分
散された微粒子は、焼結の過程でセラミックの粒が異常
に成長するのを抑制する作用を有し、その結果、マトリ
ックスは微細な組織で構成され、破壊源寸法の減少をも
たらし強度が大幅に上昇する。加えてセラミックのマト
リックスに分散した微粒子によりクラックの進展過程に
おいて、クラックの先端が湾曲（ボーイング）、あるい
は偏曲（ディフレクション）されることにより、焼結体
の靱性が向上する。
【００１６】さらに、マトリックスを構成するＣｅＯ2
系部分安定化ジルコニアセラミックの粒内あるいは一部
粒界に分散された微粒子がマトリックスを構成するセラ
ミックよりも熱膨張係数が小さい系では、分散された微
粒子は強度及び靱性の向上に、より有効に作用する。セ
ラミックと微粒子との熱膨張率が一致していない場合
は、焼結後の冷却過程において、マトリックス内及び微
粒子の周辺に残留応力場が形成され、この残留応力場が
クラックの進展経路に影響を与える。すなわち、微粒子
がセラミックよりも熱膨張係数が小さいと、焼結後の冷
却過程において微粒子の周辺に引張応力が発生し、微粒
子の周辺には残留引張応力場が形成されるので、クラッ
クは微粒子に引き寄せられるように進展し、その結果と
してセラミックの粒内破壊が誘導される。このように、
クラックは微粒子に衝突して進む確率が増えるので、ク
ラックの進展が有効に阻止されるのである。併せて、マ
トリックス中に分散された微粒子の軸方向には、残留圧
縮応力が焼結後の冷却過程において発生し、これにより
セラミックの結晶粒自身が大幅に強化されるので、一層
の強度改善が達成されるのである。
系部分安定化ジルコニアセラミックの粒内あるいは一部
粒界に分散された微粒子がマトリックスを構成するセラ
ミックよりも熱膨張係数が小さい系では、分散された微
粒子は強度及び靱性の向上に、より有効に作用する。セ
ラミックと微粒子との熱膨張率が一致していない場合
は、焼結後の冷却過程において、マトリックス内及び微
粒子の周辺に残留応力場が形成され、この残留応力場が
クラックの進展経路に影響を与える。すなわち、微粒子
がセラミックよりも熱膨張係数が小さいと、焼結後の冷
却過程において微粒子の周辺に引張応力が発生し、微粒
子の周辺には残留引張応力場が形成されるので、クラッ
クは微粒子に引き寄せられるように進展し、その結果と
してセラミックの粒内破壊が誘導される。このように、
クラックは微粒子に衝突して進む確率が増えるので、ク
ラックの進展が有効に阻止されるのである。併せて、マ
トリックス中に分散された微粒子の軸方向には、残留圧
縮応力が焼結後の冷却過程において発生し、これにより
セラミックの結晶粒自身が大幅に強化されるので、一層
の強度改善が達成されるのである。
【００１７】上記した本発明に係るジルコニア系複合セ
ラミック焼結体を得るための製法として、ＣｅＯ2 を５
〜３０モル％含む部分安定化ジルコニア粉末と、Ａｌ2
Ｏ3、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 若しくはＢ4 Ｃ又は周期律表
のIVａ、Ｖａ、VIａ族に属する元素の炭化物、窒化物若
しくはほう化物の中から選ばれた少なくとも一種以上よ
りなる、平均粒径が１μｍ以下である微粒子とを含む混
合粉末を、前記の平均粒径が１μｍ以下である微粒子の
融点よりも低い温度で焼結する点に、製法上の特徴を有
する。そして、この混合粉末は、原料粉末であるＣｅＯ
2 系部分安定化ジルコニア粉末と分散相である平均粒径
１μｍ以下の微粒子とを所定量配合したものをエタノー
ル、アセトン、トルエン等を溶媒として湿式ボールミル
混合し、次いで乾燥する方法等により得られる。
ラミック焼結体を得るための製法として、ＣｅＯ2 を５
〜３０モル％含む部分安定化ジルコニア粉末と、Ａｌ2
Ｏ3、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 若しくはＢ4 Ｃ又は周期律表
のIVａ、Ｖａ、VIａ族に属する元素の炭化物、窒化物若
しくはほう化物の中から選ばれた少なくとも一種以上よ
りなる、平均粒径が１μｍ以下である微粒子とを含む混
合粉末を、前記の平均粒径が１μｍ以下である微粒子の
融点よりも低い温度で焼結する点に、製法上の特徴を有
する。そして、この混合粉末は、原料粉末であるＣｅＯ
2 系部分安定化ジルコニア粉末と分散相である平均粒径
１μｍ以下の微粒子とを所定量配合したものをエタノー
ル、アセトン、トルエン等を溶媒として湿式ボールミル
混合し、次いで乾燥する方法等により得られる。
【００１８】本発明では、上記の混合粉末を常用の成形
法である乾式プレスあるいは射出成形法等により所望の
形状に成形し、さらに、常圧焼結、真空焼結、ガス圧焼
結、ホットプレス焼結、又は熱間静水圧加圧焼結（ＨＩ
Ｐ）等により焼結して、緻密化された焼結体を得る。な
お、成形と焼結は、別々に行ってもよく、同時でもよ
く、制限はない。
法である乾式プレスあるいは射出成形法等により所望の
形状に成形し、さらに、常圧焼結、真空焼結、ガス圧焼
結、ホットプレス焼結、又は熱間静水圧加圧焼結（ＨＩ
Ｐ）等により焼結して、緻密化された焼結体を得る。な
お、成形と焼結は、別々に行ってもよく、同時でもよ
く、制限はない。
【００１９】また、焼結の雰囲気は、部分安定化ジルコ
ニアの原料粉末並びにＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4
及びＢ4 Ｃ並びに周期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ族に属す
る元素の炭化物、窒化物及びほう化物の酸化を防ぐた
め、真空、窒素ガス、アルゴンガスの如き不活性ガス雰
囲気が適当である。また、熱間静水圧加圧焼結では、予
め常圧焼結、ホットプレス等で開気孔の少ない予備焼結
体を作製し、これを熱間静水圧加圧処理する方法あるい
は成形体に金属やガラスで気密シールを施してカプセル
化し、これを熱間静水圧加圧処理する方法のいずれも適
用できる。
ニアの原料粉末並びにＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4
及びＢ4 Ｃ並びに周期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ族に属す
る元素の炭化物、窒化物及びほう化物の酸化を防ぐた
め、真空、窒素ガス、アルゴンガスの如き不活性ガス雰
囲気が適当である。また、熱間静水圧加圧焼結では、予
め常圧焼結、ホットプレス等で開気孔の少ない予備焼結
体を作製し、これを熱間静水圧加圧処理する方法あるい
は成形体に金属やガラスで気密シールを施してカプセル
化し、これを熱間静水圧加圧処理する方法のいずれも適
用できる。
【００２０】ジルコニア系複合セラミック焼結体の製法
において、上記の混合粉末を用いて得られる成形体を、
単斜晶ジルコニア粉末に埋め込んで焼結するようにする
と、より緻密な焼結体を得ることがきるので望ましい。
この場合の成形体を得る方法については、特に限定はな
く、乾式プレスあるいは射出成形法等により所望の形状
に成形すればよい。そして、この場合の焼結について
は、得られた成形体を単斜晶ジルコニア粉末に埋め込ん
だ状態で、焼結条件に耐える容器内に挿入し、その後、
容積一定、あるいはわずかの加圧条件下で焼結するよう
にすればよい。単斜晶ジルコニア粉末は、約１１７０℃
以上、２３７０℃以下の温度範囲では高温安定相である
正方晶ジルコニア粉末となり、約１１７０℃以下の温度
域では単斜晶ジルコニアに結晶変態し、この結晶変態時
に約４％の体積膨張を示すという性質を有している。従
って、成形体を単斜晶ジルコニア粉末に埋め込んだ状態
で行なう焼結をこの結晶変態温度以上で行えば、疑似熱
間静水圧加圧焼結（疑似ＨＩＰ焼結）を行ったことにな
り、熱間静水圧加圧焼結と類似の効果が達成され、より
緻密な焼結体が得られるようになるのである。さらに、
従来、安定化剤であるＣｅＯ2 はカーボン雰囲気中等の
還元雰囲気中では還元されてＣｅ2 Ｏ3 となりやすく、
そのために、還元雰囲気中で焼結した場合には焼結後の
結晶相が正方晶となりにくいという問題や、焼結体が割
れる問題等が生じるので、カーボン雰囲気中等の還元雰
囲気中での焼結は一般的に困難であったが、成形体を単
斜晶ジルコニア粉末に埋め込んで焼結するようにする
と、焼結時にカーボンヒーター等のカーボン源と焼結体
とを遮断できるので、ＣｅＯ2 の還元を抑制でき、従来
のＣｅＯ2 の還元に伴う問題を改善できるるという効果
もある。
において、上記の混合粉末を用いて得られる成形体を、
単斜晶ジルコニア粉末に埋め込んで焼結するようにする
と、より緻密な焼結体を得ることがきるので望ましい。
この場合の成形体を得る方法については、特に限定はな
く、乾式プレスあるいは射出成形法等により所望の形状
に成形すればよい。そして、この場合の焼結について
は、得られた成形体を単斜晶ジルコニア粉末に埋め込ん
だ状態で、焼結条件に耐える容器内に挿入し、その後、
容積一定、あるいはわずかの加圧条件下で焼結するよう
にすればよい。単斜晶ジルコニア粉末は、約１１７０℃
以上、２３７０℃以下の温度範囲では高温安定相である
正方晶ジルコニア粉末となり、約１１７０℃以下の温度
域では単斜晶ジルコニアに結晶変態し、この結晶変態時
に約４％の体積膨張を示すという性質を有している。従
って、成形体を単斜晶ジルコニア粉末に埋め込んだ状態
で行なう焼結をこの結晶変態温度以上で行えば、疑似熱
間静水圧加圧焼結（疑似ＨＩＰ焼結）を行ったことにな
り、熱間静水圧加圧焼結と類似の効果が達成され、より
緻密な焼結体が得られるようになるのである。さらに、
従来、安定化剤であるＣｅＯ2 はカーボン雰囲気中等の
還元雰囲気中では還元されてＣｅ2 Ｏ3 となりやすく、
そのために、還元雰囲気中で焼結した場合には焼結後の
結晶相が正方晶となりにくいという問題や、焼結体が割
れる問題等が生じるので、カーボン雰囲気中等の還元雰
囲気中での焼結は一般的に困難であったが、成形体を単
斜晶ジルコニア粉末に埋め込んで焼結するようにする
と、焼結時にカーボンヒーター等のカーボン源と焼結体
とを遮断できるので、ＣｅＯ2 の還元を抑制でき、従来
のＣｅＯ2 の還元に伴う問題を改善できるるという効果
もある。
【００２１】また、アルミナ粒子分散型の複合セラミッ
ク焼結体の場合には、分散種であるアルミナ粒子の原料
としてγ−Ａｌ2 Ｏ3 粉末を用いることは一次粒子径が
非常に細かいので好ましいが、反面、大きな比表面積を
有し、かさ高いため、常用の成形法（乾式プレス法、あ
るいは射出成形法等）で所望の形状を付与することが困
難であるという問題があった。そこで、このようなγ−
Ａｌ2 Ｏ3 粉末を用いる場合の製法について検討したと
ころ、ＣｅＯ2 を５〜３０モル％含む部分安定化ジルコ
ニア粉末と、γ−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とを含む混合粉末を、
１０００℃以上、焼結温度以下の温度で仮焼した後、粉
砕して得られた仮焼粉末を焼結するようにすると、常用
の成形法で所望の形状を付与することが可能となり、緻
密な焼結体を得ることができるようになることを見出し
た。この場合の仮焼温度としては、γ−α転移温度（約
１０００℃）以上であり、仮焼後に粉砕しやすいように
する観点から、１３００℃以下であることが好ましい。
ク焼結体の場合には、分散種であるアルミナ粒子の原料
としてγ−Ａｌ2 Ｏ3 粉末を用いることは一次粒子径が
非常に細かいので好ましいが、反面、大きな比表面積を
有し、かさ高いため、常用の成形法（乾式プレス法、あ
るいは射出成形法等）で所望の形状を付与することが困
難であるという問題があった。そこで、このようなγ−
Ａｌ2 Ｏ3 粉末を用いる場合の製法について検討したと
ころ、ＣｅＯ2 を５〜３０モル％含む部分安定化ジルコ
ニア粉末と、γ−Ａｌ2 Ｏ3 粉末とを含む混合粉末を、
１０００℃以上、焼結温度以下の温度で仮焼した後、粉
砕して得られた仮焼粉末を焼結するようにすると、常用
の成形法で所望の形状を付与することが可能となり、緻
密な焼結体を得ることができるようになることを見出し
た。この場合の仮焼温度としては、γ−α転移温度（約
１０００℃）以上であり、仮焼後に粉砕しやすいように
する観点から、１３００℃以下であることが好ましい。
【００２２】
（実施例１〜６及び比較例１〜２）ＣｅＯ2 を表１に示
すごとく５〜３５モル％含む部分安定化ジルコニア粉末
に、平均粒径０．２μｍ、純度９８％以上のβ−ＳｉＣ
の微粒子を５容量％添加したものを、ポリエチレン被覆
鉄製ボールとポリエチレン容器を用い、アセトンを溶媒
として２４時間湿式ボールミル混合した。得られた粉末
を静水圧プレスによりφ６０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状
成形体とし、アルゴン雰囲気中、焼結温度１６００℃、
保持時間２時間の条件下で焼結した。
すごとく５〜３５モル％含む部分安定化ジルコニア粉末
に、平均粒径０．２μｍ、純度９８％以上のβ−ＳｉＣ
の微粒子を５容量％添加したものを、ポリエチレン被覆
鉄製ボールとポリエチレン容器を用い、アセトンを溶媒
として２４時間湿式ボールミル混合した。得られた粉末
を静水圧プレスによりφ６０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状
成形体とし、アルゴン雰囲気中、焼結温度１６００℃、
保持時間２時間の条件下で焼結した。
【００２３】これらの焼結体は相対密度９９％以上、気
孔率１％以下の緻密なものであり、走査型電子顕微鏡、
及び透過型電子顕微鏡による観察により、ＳｉＣの微粒
子が部分安定化ジルコニア粒内に存在していることが確
認された。
孔率１％以下の緻密なものであり、走査型電子顕微鏡、
及び透過型電子顕微鏡による観察により、ＳｉＣの微粒
子が部分安定化ジルコニア粒内に存在していることが確
認された。
【００２４】次いで、前記の円盤状の焼結体から切断、
研削加工して、４×３×３５ｍｍの試料を作製し、この
試料につき、ＪＩＳＲ１６０１により、室温における３
点曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に
研磨し、ＪＩＳＲ１６０７によるＳＥＰＢ法により、破
壊靱性値を測定した。以上の測定結果を表１に示す。
研削加工して、４×３×３５ｍｍの試料を作製し、この
試料につき、ＪＩＳＲ１６０１により、室温における３
点曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に
研磨し、ＪＩＳＲ１６０７によるＳＥＰＢ法により、破
壊靱性値を測定した。以上の測定結果を表１に示す。
【００２５】上記試料をＸ線回折により、結晶相の同定
を行い、次いで各相の割合を定量した。その結果を表１
にジルコニアの結晶相として示す。但し、ジルコニアの
結晶相の記号については、Ｔは正方晶、Ｃは立方晶、Ｍ
は単斜晶をそれぞれ表している。
を行い、次いで各相の割合を定量した。その結果を表１
にジルコニアの結晶相として示す。但し、ジルコニアの
結晶相の記号については、Ｔは正方晶、Ｃは立方晶、Ｍ
は単斜晶をそれぞれ表している。
【００２６】
【表１】
【００２７】（実施例７〜１９）ＣｅＯ2 を１２モル％
含む部分安定化ジルコニア粉末に、表２及び表３に示す
ごとく、平均粒径１μｍ以下の種々の微粒子を５容量％
添加したものを、ポリエチレン被覆鉄製ボールとポリエ
チレン容器を用い、アセトンを溶媒として２４時間湿式
ボールミル混合した。但し、表３で微粒子が２種類のも
のは、それぞれの種類を２．５容量％、総量で５容量％
となるよう調整した。得られた粉末を高純度アルミナ製
モールドを用いて、アルゴン雰囲気中、表２及び表３に
示す焼結温度で、保持時間２時間、プレス圧力３０ＭＰ
ａの条件下で焼結し、φ５０ｍｍ、厚さ４ｍｍの円盤状
成形体を得た。
含む部分安定化ジルコニア粉末に、表２及び表３に示す
ごとく、平均粒径１μｍ以下の種々の微粒子を５容量％
添加したものを、ポリエチレン被覆鉄製ボールとポリエ
チレン容器を用い、アセトンを溶媒として２４時間湿式
ボールミル混合した。但し、表３で微粒子が２種類のも
のは、それぞれの種類を２．５容量％、総量で５容量％
となるよう調整した。得られた粉末を高純度アルミナ製
モールドを用いて、アルゴン雰囲気中、表２及び表３に
示す焼結温度で、保持時間２時間、プレス圧力３０ＭＰ
ａの条件下で焼結し、φ５０ｍｍ、厚さ４ｍｍの円盤状
成形体を得た。
【００２８】これらの焼結体は相対密度９９％以上、気
孔率１％以下の緻密なものであり、走査型電子顕微鏡、
及び透過型電子顕微鏡による観察により、表２及び表３
に示す種々の微粒子は、部分安定化ジルコニア粒内に存
在していることが確認された。また、ジルコニアの結晶
相はすべて正方晶であった。
孔率１％以下の緻密なものであり、走査型電子顕微鏡、
及び透過型電子顕微鏡による観察により、表２及び表３
に示す種々の微粒子は、部分安定化ジルコニア粒内に存
在していることが確認された。また、ジルコニアの結晶
相はすべて正方晶であった。
【００２９】次いで、前記の円盤状の焼結体から切断、
研削加工して、４×３×３５ｍｍの試料を作製し、この
試料につき、ＪＩＳＲ１６０１により室温における３点
曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に研
磨しＪＩＳＲ１６０７によるＳＥＰＢ法により破壊靱性
値を測定した。以上の測定結果を表２及び表３に示す。
研削加工して、４×３×３５ｍｍの試料を作製し、この
試料につき、ＪＩＳＲ１６０１により室温における３点
曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に研
磨しＪＩＳＲ１６０７によるＳＥＰＢ法により破壊靱性
値を測定した。以上の測定結果を表２及び表３に示す。
【００３０】
【表２】
【００３１】
【表３】
【００３２】（比較例３〜１５）ＣｅＯ2 を１２モル％
含む部分安定化ジルコニア粉末に添加する微粒子とし
て、表４及び表５に示すごとく、平均粒径１μｍを越え
る種々の微粒子を用いた以外は実施例７〜１９と同様に
して円盤状成形体を得た。
含む部分安定化ジルコニア粉末に添加する微粒子とし
て、表４及び表５に示すごとく、平均粒径１μｍを越え
る種々の微粒子を用いた以外は実施例７〜１９と同様に
して円盤状成形体を得た。
【００３３】次いで、前記の円盤状の焼結体から切断、
研削加工して、４×３×３５ｍｍの試料を作製し、この
試料につき、ＪＩＳＲ１６０１により室温における３点
曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に研
磨しＪＩＳＲ１６０７によるＳＥＰＢ法により破壊靱性
値を測定した。以上の測定結果を表４及び表５に示す。
研削加工して、４×３×３５ｍｍの試料を作製し、この
試料につき、ＪＩＳＲ１６０１により室温における３点
曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に研
磨しＪＩＳＲ１６０７によるＳＥＰＢ法により破壊靱性
値を測定した。以上の測定結果を表４及び表５に示す。
【００３４】
【表４】
【００３５】
【表５】
【００３６】（実施例２０〜２５及び比較例１６〜１
７）ＣｅＯ2 を１２モル％含む部分安定化ジルコニア粉
末に、平均粒径０．２μｍ、純度９８％以上のβ−Ｓｉ
Ｃの微粒子を表６に示すごとく０〜６０容量％添加した
ものを、ポリエチレン被覆鉄製ボールとポリエチレン容
器を用い、アセトンを溶媒として２４時間湿式ボールミ
ル混合した。得られた粉末を高純度アルミナ製モールド
を用いてアルゴン雰囲気中、焼結温度１６００℃、保持
時間２時間、プレス圧力３０ＭＰａの条件下で焼結し、
φ５０ｍｍ，厚さ４ｍｍの円盤状焼結体を得た。
７）ＣｅＯ2 を１２モル％含む部分安定化ジルコニア粉
末に、平均粒径０．２μｍ、純度９８％以上のβ−Ｓｉ
Ｃの微粒子を表６に示すごとく０〜６０容量％添加した
ものを、ポリエチレン被覆鉄製ボールとポリエチレン容
器を用い、アセトンを溶媒として２４時間湿式ボールミ
ル混合した。得られた粉末を高純度アルミナ製モールド
を用いてアルゴン雰囲気中、焼結温度１６００℃、保持
時間２時間、プレス圧力３０ＭＰａの条件下で焼結し、
φ５０ｍｍ，厚さ４ｍｍの円盤状焼結体を得た。
【００３７】これらの焼結体の中でＳｉＣの添加量が５
０容量％以下のものは、相対密度９９％以上、気孔率１
％以下の緻密なものであり、走査型電子顕微鏡、及び透
過型電子顕微鏡による観察により、ＳｉＣの微粒子が部
分安定化ジルコニア粒内に存在していることが確認され
た。但し、ＳｉＣ添加量が３０容量％を越えると、添加
量の増加に伴い次第に緻密化が困難となる傾向を示し、
６０容量％においては、相対密度が９５％以下となっ
た。
０容量％以下のものは、相対密度９９％以上、気孔率１
％以下の緻密なものであり、走査型電子顕微鏡、及び透
過型電子顕微鏡による観察により、ＳｉＣの微粒子が部
分安定化ジルコニア粒内に存在していることが確認され
た。但し、ＳｉＣ添加量が３０容量％を越えると、添加
量の増加に伴い次第に緻密化が困難となる傾向を示し、
６０容量％においては、相対密度が９５％以下となっ
た。
【００３８】次いで、前記の円盤状の焼結体から切断、
研削加工して、４×３×３５ｍｍの試料を作製し、この
試料につき、ＪＩＳＲ１６０１により室温における３点
曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に研
磨しＪＩＳＲ１６０７によるＳＥＰＢ法により破壊靱性
値を測定した。以上の測定結果を表６に示す。
研削加工して、４×３×３５ｍｍの試料を作製し、この
試料につき、ＪＩＳＲ１６０１により室温における３点
曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に研
磨しＪＩＳＲ１６０７によるＳＥＰＢ法により破壊靱性
値を測定した。以上の測定結果を表６に示す。
【００３９】表６に示した数値を用いて、ＳｉＣの添加
量の変化に伴う室温における３点曲げ強度の変化を図１
に、ＳｉＣの添加量の変化に伴う破壊靱性値の変化を図
２にそれぞれ示す。なお、焼結体中のＳｉＣの含有量
（容量％）を調べたところ、ＳｉＣの含有量（容量％）
とＳｉＣの添加量（容量％）とはよく一致していた。図
１、図２より、ＳｉＣの添加量（含有量）が３０容量％
までは添加量（含有量）の増大と共に、３点曲げ強度、
破壊靱性値共に向上し、３０〜５０容量％では、添加量
（含有量）の増大と共に３点曲げ強度、破壊靱性値共に
緩やかな減少を示した。そして、添加量（含有量）が６
０容量％での３点曲げ強度、破壊靱性値は部分安定化ジ
ルコニア単体の３点曲げ強度、破壊靱性値より低い値と
なった。
量の変化に伴う室温における３点曲げ強度の変化を図１
に、ＳｉＣの添加量の変化に伴う破壊靱性値の変化を図
２にそれぞれ示す。なお、焼結体中のＳｉＣの含有量
（容量％）を調べたところ、ＳｉＣの含有量（容量％）
とＳｉＣの添加量（容量％）とはよく一致していた。図
１、図２より、ＳｉＣの添加量（含有量）が３０容量％
までは添加量（含有量）の増大と共に、３点曲げ強度、
破壊靱性値共に向上し、３０〜５０容量％では、添加量
（含有量）の増大と共に３点曲げ強度、破壊靱性値共に
緩やかな減少を示した。そして、添加量（含有量）が６
０容量％での３点曲げ強度、破壊靱性値は部分安定化ジ
ルコニア単体の３点曲げ強度、破壊靱性値より低い値と
なった。
【００４０】
【表６】
【００４１】（実施例２６〜３４）ＣｅＯ2 を１２モル
％含む部分安定化ジルコニア粉末に、表７に示すごとく
平均粒径１μｍ以下の種々の微粒子を５容量％添加した
ものを、ポリエチレン被覆鉄製ボールとポリエチレン容
器を用い、アセトンを溶媒として２４時間湿式ボールミ
ル混合した。得られた粉末を静水圧プレスによりφ６０
ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状の成型体を得た。得られた成
型体を平均粒径２μｍの単斜晶ジルコニア粉末とともに
内径６５ｍｍの高純度アルミナ製モールドの中に埋め込
み、アルゴン雰囲気中で、表７に示す焼結温度で、保持
時間３時間の条件下で焼結した。なお、焼結中のアルミ
ナ容器（アルミナ製モールド）内の容器を一定に保つた
め、上パンチにわずかの荷重（約０．１ＭＰａ）を加え
た条件で焼結し、冷却後、単斜晶ジルコニア粉末の中か
ら焼結体を取り出した。
％含む部分安定化ジルコニア粉末に、表７に示すごとく
平均粒径１μｍ以下の種々の微粒子を５容量％添加した
ものを、ポリエチレン被覆鉄製ボールとポリエチレン容
器を用い、アセトンを溶媒として２４時間湿式ボールミ
ル混合した。得られた粉末を静水圧プレスによりφ６０
ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状の成型体を得た。得られた成
型体を平均粒径２μｍの単斜晶ジルコニア粉末とともに
内径６５ｍｍの高純度アルミナ製モールドの中に埋め込
み、アルゴン雰囲気中で、表７に示す焼結温度で、保持
時間３時間の条件下で焼結した。なお、焼結中のアルミ
ナ容器（アルミナ製モールド）内の容器を一定に保つた
め、上パンチにわずかの荷重（約０．１ＭＰａ）を加え
た条件で焼結し、冷却後、単斜晶ジルコニア粉末の中か
ら焼結体を取り出した。
【００４２】実施例２６〜３４で得られた焼結体は、相
対密度９９％以上、気孔率１％以下の緻密なものであ
り、走査型電子顕微鏡、及び透過型電子顕微鏡による観
察により、表７に示す種々の微粒子が部分安定化ジルコ
ニア粒内に存在していることが確認された。また、得ら
れた焼結体中のジルコニアの結晶相はすべて正方晶であ
った。
対密度９９％以上、気孔率１％以下の緻密なものであ
り、走査型電子顕微鏡、及び透過型電子顕微鏡による観
察により、表７に示す種々の微粒子が部分安定化ジルコ
ニア粒内に存在していることが確認された。また、得ら
れた焼結体中のジルコニアの結晶相はすべて正方晶であ
った。
【００４３】次いで、前記の円盤状の焼結体から切断、
研削加工して、４×３×３５ｍｍの試料を作製し、この
試料につき、ＪＩＳＲ１６０１により室温における３点
曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に研
磨しＪＩＳＲ１６０７によるＳＥＰＢ法により破壊靱性
値を測定した。以上の測定結果を表７に示す。
研削加工して、４×３×３５ｍｍの試料を作製し、この
試料につき、ＪＩＳＲ１６０１により室温における３点
曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に研
磨しＪＩＳＲ１６０７によるＳＥＰＢ法により破壊靱性
値を測定した。以上の測定結果を表７に示す。
【００４４】
【表７】
【００４５】（実施例３５）ＣｅＯ2 を１２モル％含む
部分安定化ジルコニア粉末に、比表面積３００ｇ／ｍ2
のγ−Ａｌ2 Ｏ3 粉末（微粒子）を５容量％添加したも
のを、ポリエチレン被覆鉄製ボールとポリエチレン容器
を用い、アセトンを溶媒として２４時間湿式ボールミル
混合した。得られた混合粉末を大気中、１２００℃で３
時間仮焼した後、ジルコニア製ボールとジルコニア容器
を用い、２４時間乾式粉砕した。こうして得られた仮焼
粉末を用いて、静水圧プレスによりφ６０ｍｍ、厚さ５
ｍｍの円盤状の成型体を得た。得られた成型体を大気
中、焼結温度１５５０℃、保持時間３時間の条件下で焼
結した。得られた焼結体は、相対密度９９％以上、気孔
率１％以下の緻密なものであり、走査型電子顕微鏡、及
び透過型電子顕微鏡による観察により、Ａｌ2 Ｏ3 微粒
子が部分安定化ジルコニア粒内に存在していることが確
認された。また、得られた焼結体中のジルコニアの結晶
相はすべて正方晶であった。
部分安定化ジルコニア粉末に、比表面積３００ｇ／ｍ2
のγ−Ａｌ2 Ｏ3 粉末（微粒子）を５容量％添加したも
のを、ポリエチレン被覆鉄製ボールとポリエチレン容器
を用い、アセトンを溶媒として２４時間湿式ボールミル
混合した。得られた混合粉末を大気中、１２００℃で３
時間仮焼した後、ジルコニア製ボールとジルコニア容器
を用い、２４時間乾式粉砕した。こうして得られた仮焼
粉末を用いて、静水圧プレスによりφ６０ｍｍ、厚さ５
ｍｍの円盤状の成型体を得た。得られた成型体を大気
中、焼結温度１５５０℃、保持時間３時間の条件下で焼
結した。得られた焼結体は、相対密度９９％以上、気孔
率１％以下の緻密なものであり、走査型電子顕微鏡、及
び透過型電子顕微鏡による観察により、Ａｌ2 Ｏ3 微粒
子が部分安定化ジルコニア粒内に存在していることが確
認された。また、得られた焼結体中のジルコニアの結晶
相はすべて正方晶であった。
【００４６】次いで、前記の円盤状の焼結体から切断、
研削加工して、４×３×３５ｍｍの試料を作製し、この
試料につき、ＪＩＳＲ１６０１により室温における３点
曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に研
磨しＪＩＳＲ１６０７によるＳＥＰＢ法により破壊靱性
値を測定した。以上の測定結果を表８に示す。
研削加工して、４×３×３５ｍｍの試料を作製し、この
試料につき、ＪＩＳＲ１６０１により室温における３点
曲げ強度を測定した。また、前記試料の表面を鏡面に研
磨しＪＩＳＲ１６０７によるＳＥＰＢ法により破壊靱性
値を測定した。以上の測定結果を表８に示す。
【００４７】（比較例１８）実施例３５における仮焼処
理を行なわずに、直ちに焼結するようにした他は、実施
例３５と同様にして焼結体を得たのが比較例１８であ
る。
理を行なわずに、直ちに焼結するようにした他は、実施
例３５と同様にして焼結体を得たのが比較例１８であ
る。
【００４８】ＣｅＯ2 を１２モル％含む部分安定化ジル
コニア粉末に、比表面積３００ｇ／ｍ2 のγ−Ａｌ2 Ｏ
3 粉末（微粒子）を５容量％添加したものを、ポリエチ
レン被覆鉄製ボールとポリエチレン容器を用い、アセト
ンを溶媒として２４時間湿式ボールミル混合した。得ら
れた混合粉末を仮焼処理を行なわずに、直ちに静水圧プ
レスにより成型し、φ６０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状の
成型体を得た。得られた成型体を大気中、焼結温度１５
５０℃、保持時間３時間の条件下で焼結した。得られた
焼結体は、相対密度９７％以下と緻密化が不十分なもの
であった。
コニア粉末に、比表面積３００ｇ／ｍ2 のγ−Ａｌ2 Ｏ
3 粉末（微粒子）を５容量％添加したものを、ポリエチ
レン被覆鉄製ボールとポリエチレン容器を用い、アセト
ンを溶媒として２４時間湿式ボールミル混合した。得ら
れた混合粉末を仮焼処理を行なわずに、直ちに静水圧プ
レスにより成型し、φ６０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状の
成型体を得た。得られた成型体を大気中、焼結温度１５
５０℃、保持時間３時間の条件下で焼結した。得られた
焼結体は、相対密度９７％以下と緻密化が不十分なもの
であった。
【００４９】得られた焼結体から切断、研削加工して、
４×３×３５ｍｍの試料を作製し、この試料につき、Ｊ
ＩＳＲ１６０１により室温における３点曲げ強度を測定
した。また、前記試料の表面を鏡面に研磨しＪＩＳＲ１
６０７によるＳＥＰＢ法により破壊靱性値を測定した。
以上の測定結果を表８に示す。
４×３×３５ｍｍの試料を作製し、この試料につき、Ｊ
ＩＳＲ１６０１により室温における３点曲げ強度を測定
した。また、前記試料の表面を鏡面に研磨しＪＩＳＲ１
６０７によるＳＥＰＢ法により破壊靱性値を測定した。
以上の測定結果を表８に示す。
【００５０】
【表８】
【００５１】
【発明の効果】本発明に係るジルコニア系複合セラミッ
ク焼結体は、前述のとおり、焼結された部分安定化ジル
コニアマトリックス粒子内に、該マトリックスの焼結温
度よりも高い融点を持つ微粒子が分散されているので、
強度、靱性が向上する。
ク焼結体は、前述のとおり、焼結された部分安定化ジル
コニアマトリックス粒子内に、該マトリックスの焼結温
度よりも高い融点を持つ微粒子が分散されているので、
強度、靱性が向上する。
【００５２】そして、ＣｅＯ2 を５〜３０モル％含む部
分安定化ジルコニア粉末及びＡｌ2Ｏ3 、ＳｉＣ、Ｓｉ
3 Ｎ4 若しくはＢ4 Ｃ又は周期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ
族に属する元素の炭化物、窒化物若しくはほう化物の中
から選ばれた少なくとも一種以上よりなる、平均粒径１
μｍ以下の微粒子とを含む混合粉末を、前記微粒子の融
点よりも低い温度で焼結するジルコニア系複合セラミッ
ク焼結体の製法によって優れた性能を有するジルコニア
系複合セラミック焼結体を製造することができる。
分安定化ジルコニア粉末及びＡｌ2Ｏ3 、ＳｉＣ、Ｓｉ
3 Ｎ4 若しくはＢ4 Ｃ又は周期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ
族に属する元素の炭化物、窒化物若しくはほう化物の中
から選ばれた少なくとも一種以上よりなる、平均粒径１
μｍ以下の微粒子とを含む混合粉末を、前記微粒子の融
点よりも低い温度で焼結するジルコニア系複合セラミッ
ク焼結体の製法によって優れた性能を有するジルコニア
系複合セラミック焼結体を製造することができる。
【図１】本発明の実施例２０〜２５及び比較例１６〜１
７に係る複合セラミック焼結体についての、ＳｉＣの添
加量と室温における３点曲げ強度との関係を示したグラ
フである。
７に係る複合セラミック焼結体についての、ＳｉＣの添
加量と室温における３点曲げ強度との関係を示したグラ
フである。
【図２】本発明の実施例２０〜２５及び比較例１６〜１
７に係る複合セラミック焼結体についての、ＳｉＣの添
加量と破壊靱性値との関係を示したグラフである。
７に係る複合セラミック焼結体についての、ＳｉＣの添
加量と破壊靱性値との関係を示したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新原 晧一 大阪府枚方市香里カ丘９丁目７番地香里合 同宿舎1142 (72)発明者 中平 敦 大阪府吹田市青山台１丁目２番地Ｃ33− 307号 (72)発明者 関野 徹 大阪府豊中市西緑丘２丁目２番３−341号
Claims (6)
- 【請求項１】 ＣｅＯ2 を５〜３０モル％含む部分安定
化ジルコニアマトリックス粒子内に、第２相として、前
記ジルコニアマトリックスの焼結温度よりも高い融点を
持ち、且つＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 若しくはＢ
4 Ｃ又は周期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ族に属する元素の
炭化物、窒化物若しくはほう化物の中から選ばれた少な
くとも一種以上よりなる微粒子の分散相を有することを
特徴とするジルコニア系複合セラミック焼結体。 - 【請求項２】 複合セラミック焼結体中のジルコニアの
結晶相が、主として正方晶または正方晶と立方晶からな
る請求項１記載のジルコニア系複合セラミック焼結体。 - 【請求項３】 上記分散相の含有量が０．５〜５０容量
％である請求項２記載のジルコニア系複合セラミック焼
結体。 - 【請求項４】 ＣｅＯ2 を５〜３０モル％含む部分安定
化ジルコニア粉末と、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4
若しくはＢ4 Ｃ又は周期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ族に属
する元素の炭化物、窒化物若しくはほう化物の中から選
ばれた少なくとも一種以上よりなる、平均粒径が１μｍ
以下である微粒子とを含む混合粉末を、前記の平均粒径
が１μｍ以下である微粒子の融点よりも低い温度で焼結
することを特徴とするジルコニア系複合セラミック焼結
体の製法。 - 【請求項５】 上記の混合粉末を用いて得られる成形体
を、単斜晶ジルコニア粉末に埋め込んで焼結することを
特徴とする請求項４記載のジルコニア系複合セラミック
焼結体の製法。 - 【請求項６】 上記の混合粉末がＣｅＯ2 を５〜３０モ
ル％含む部分安定化ジルコニア粉末と、γ−Ａｌ2 Ｏ3
粉末とを含む混合粉末であり、この混合粉末を、１００
０℃以上、焼結温度以下の温度で仮焼した後、粉砕して
得られた仮焼粉末を焼結することを特徴とする請求項４
又は５記載のジルコニア系複合セラミック焼結体の製
法。
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| JP12713291 | 1991-05-30 | ||
| JP23159891 | 1991-09-11 | ||
| JP3-127132 | 1991-09-11 | ||
| JP3-231598 | 1991-09-11 |
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|---|---|
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| JP2659082B2 JP2659082B2 (ja) | 1997-09-30 |
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- 1992-05-11 JP JP4117723A patent/JP2659082B2/ja not_active Expired - Lifetime
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