ジルコニア微粉末及びその製造方法
【課題】成形性がよく、かつ、低温焼結性にも優れ、これらに加えて焼結体にしたときの品質の信頼性にも優れたジルコニア微粉末、及びそれを用いた粉末顆粒を提供する。
【解決手段】安定化剤としてイットリアを２〜４モル％、結晶子径が３４〜４０ｎｍ、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％、アルミナ含有量が０．０５〜０．７０重量％、ＢＥＴ比表面積が１０〜２０ｍ２／ｇ、平均粒径が０．４〜０．６μｍであるジルコニア微粉末を用いる。該微粉末は、ジルコニウム塩水溶液の加水分解で得られる反応率が９８％以上の水和ジルコニアゾルに、イットリウム化合物を添加、９００〜１１００℃の範囲で仮焼し、アルミナと塩素化合物をアルミナ含有量が０．０５〜０．７重量％、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％の範囲になるようにそれぞれ添加し湿式粉砕して得る。
【解決手段】安定化剤としてイットリアを２〜４モル％、結晶子径が３４〜４０ｎｍ、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％、アルミナ含有量が０．０５〜０．７０重量％、ＢＥＴ比表面積が１０〜２０ｍ２／ｇ、平均粒径が０．４〜０．６μｍであるジルコニア微粉末を用いる。該微粉末は、ジルコニウム塩水溶液の加水分解で得られる反応率が９８％以上の水和ジルコニアゾルに、イットリウム化合物を添加、９００〜１１００℃の範囲で仮焼し、アルミナと塩素化合物をアルミナ含有量が０．０５〜０．７重量％、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％の範囲になるようにそれぞれ添加し湿式粉砕して得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光コネクター部品，精密加工部品及び粉砕機用部材等の構造用セラミックスの原料に用いられる、とくに成形性がよく、低温焼結性にも優れたジルコニア微粉末及びそのジルコニア微粉末をスラリーにして噴霧造粒して得られるジルコニア顆粒並びにその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ジルコニアセラミックスは、高強度，高靭性を発現するため、光コネクター部品，精密加工部品，粉砕メディア，粉砕機用部剤，刃物等の幅広い用途で使用されている。しかしながら、このような高強度・高靭性を有するジルコニアセラミックスは、空気中，２００〜３００℃の温度で長時間曝されると、準安定相である正方晶が安定相の単斜晶へ約４％の体積膨張を伴って相変態するので、微細クラックが発生して強度・靭性が低下する、すなわち劣化することが指摘されている。この欠点を改善するために、出発原料であるジルコニア粉末の成形及び焼結性を様々な観点から改良して、ジルコニアセラミックスの耐劣化性を向上させてきている。特に、ジルコニア粉末の塩素含有量を低減して、１２５０℃の低温で焼結可能なジルコニア粉末が提案されている（特許文献１）。しかし従来、塩素含有量の少ない高純度の粉末の仮焼温度を１０００℃にすると、ＢＥＴ比表面積は２０ｍ２／ｇ以下で、結晶子径が３００Å（＝３０ｎｍ）以上となり、この様に結晶子径が大くなると焼結性が低下する事が示されている。（非特許文献１、図２、図６参照）
ＢＥＴ比表面積が１０ｍ２／ｇ以上、塩素含有量が０．０３５％以下の高比表面積のジルコニア粉末が開示されている。（特許文献２参照）このジルコニア粉末は、塩素濃度が低いため焼結した際の密度低下や色むらが発生しないものであるが、高密度化する焼結温度が１４５０℃と高い上、成形し焼結させて得られるジルコニア焼結体が劣化しやすく、上記のとおり、品質信頼性の低いものであった。
【０００３】
最近では、種々の用途でのジルコニア焼結体の高性能化が要求されており、特に使用環境の厳しい条件でも劣化しない信頼性の高いジルコニアセラミックスが望まれ、より低い温度で焼結するジルコニア粉末が求められている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１０４１９号公報（請求項１,実施例１）
【特許文献２】特開２００３−２５２６２８号公報（請求項１,実施例１）
【非特許文献１】第１０回粉体セミナー（１９８６年）「主催 社団法人 粉体粉末冶金協会」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明では、上記のような従来方法における欠点を鑑みて、上記の欠点を解消した、成形性がよく、かつ、低温焼結性にも優れ、これらに加えて焼結体にしたときの品質の信頼性にも優れたジルコニア微粉末の提供、ならびにそのジルコニア微粉末を簡易なプロセスにより製造することのできる方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、特定の組成、ＢＥＴ比表面積、結晶子径、及び、平均粒径を満足するジルコニア粉末は、特に低温焼結性に優れ、焼結体密度が高く、曲げ強度の高いジルコニア焼結体が得られる事を見出し本願発明を完成した。
【０００７】
即ち、本発明は、
１）安定化剤としてイットリアを２〜４モル％、結晶子径が３４〜４０ｎｍ、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％、アルミナ含有量が０．０５〜０．７０重量％、ＢＥＴ比表面積が１０〜２０ｍ２／ｇ、平均粒径が０．４〜０．６μｍであるジルコニア微粉末。
２）塩素含有量が０．０４〜０．０５重量％である上記１）記載のジルコニア微粉末。
３）単斜晶率が２５％以下である上記１）乃至２）に記載のジルコニア微粉末。
４）ジルコニウム塩水溶液の加水分解で得られる反応率が９８％以上の水和ジルコニアゾルに、安定化剤の原料としてイットリウム化合物を酸化物換算で２〜４モル％添加して乾燥させ、９００〜１１００℃の範囲で仮焼してジルコニア粉末を得、次いで該ジルコニア粉末にアルミナと塩素化合物を、アルミナ含有量が０．０５〜０．７０重量％、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％の範囲になるようにそれぞれ添加し、平均粒径が０．４〜０．６μｍの範囲になるまで湿式粉砕することを特徴とする上記１）乃至３）記載のジルコニア微粉末の製造方法。
５）上記１）乃至３）記載のジルコニア微粉末をスラリーにして噴霧造粒することにより得られ、平均粒径が３０〜８０μｍ、軽装嵩密度が１．００〜１．４０ｇ／ｃｍ３であるジルコニア顆粒、
からなるものである。
【０００８】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【０００９】
本発明のジルコニア微粉末は、安定化剤としてイットリアを２〜４モル％含み、結晶子径が３４〜４０ｎｍ、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％、アルミナ含有量が０．０５〜０．７０重量％、ＢＥＴ比表面積を１０〜２０ｍ２／ｇ、平均粒径が０．４〜０．６μｍであるジルコニア微粉末からなるものである。
【００１０】
ジルコニア微粉末に係わる「イットリア含有量」とは、Ｙ２Ｏ３／（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３）の比率をモル％として表した値をいう。「ＢＥＴ比表面積」とは、吸着分子として窒素を用いて測定したものをいう。「結晶子径（Ｄｘ）」とは、粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）法で測定される回折線のブラッグ角（θ）と機械的広がり幅を補正した回折線の半値幅（β）をそれぞれ求めて、以下の数式１で与えられるシェーラー式により算出されたものの値をいう。
【００１１】
【数１】
ここで、κ及びλは、それぞれシェーラー定数（κ＝１），測定Ｘ線の波長である。ジルコニア微粉末の結晶子径は、強度の最も強い回折線により求める。「単斜晶相率（ｆｍ）」とは、ＸＲＤ測定により単斜晶相の（１１１）及び（１１−１）面，正方晶相の（１１１）面，立方晶の（１１１）面の回折強度をそれぞれ求めて、以下の数式２により算出されたものの値をいう。
【００１２】
【数２】
ここで、Ｉは各回折線のピーク強度，添字ｍ，ｔ及びｃは、それぞれ単斜晶相，正方晶相，立方晶相を表す。
【００１３】
「平均粒径」とは、体積基準で表される粒径分布の累積曲線が中央値（メディアン径：累積カーブの５０％に対応する粒径）である粒子と同じ体積の球の直径をいい、レーザー回折法による粒径分布測定装置によって測定することができる。
【００１４】
「アルミナ含有量」及び「塩素含有量」とは、それぞれＡｌ２Ｏ３／（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３+Ｃｌ＋Ａｌ２Ｏ３），Ｃｌ／（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｃｌ）の比率を重量％として表した値をいう。
【００１５】
本発明のジルコニア微粉末は、安定化剤としてイットリアを２〜４モル％含むものであり、イットリア含有量が２モル％よりも小さく、又は４モル％よりも大きくなると、成形し焼結させて得られる焼結体の機械的強度及び破壊靭性が低くなって、構造用ジルコニアセラミックスの原料粉末として適さないものになる。より好ましいイットリア含有量は、２．５〜３．５モル％である。
【００１６】
また、上記のジルコニア微粉末は、ＢＥＴ比表面積が１０〜２０ｍ２／ｇ、結晶子径が３４〜４０ｎｍ、かつ、平均粒径が０．４〜０．６μｍのものである。ＢＥＴ比表面積が１０ｍ２／ｇより小さく又は結晶子径が４０ｎｍよりも大きくなると焼結しにくく、一方、２０ｍ２／ｇよりも大きく又は３０ｎｍよりも小さくなると粒子間の凝集力が著しい強固な粉末となり、構造用ジルコニアセラミックスの原料粉末としては適さない。また、平均粒径が０．４μｍよりも小さくなると粒子間の凝集力が強くなるために成形しにくく、一方、０．６μｍよりも大きくなると、焼結の緻密化を阻害する硬い凝集粒子を多く含む粗粒が多くなって焼結性の悪いものとなる。より好ましいＢＥＴ比表面積は１２〜１８ｍ２／ｇであり、結晶子径は３４〜３８ｎｍの範囲が好ましい。
【００１７】
本発明のジルコニア微粉末は、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％であり、より好ましい塩素含有量は０．０４〜０．０５％である。塩素含有量が０．０３％よりも小さくなると、凝集力の強い粉末となって成形しにくく、一方、塩素含有量が０．０６重量％よりも大きくなると、焼結性の劣る粉末となって、上記のとおり、成形し焼結させて得られる焼結体が劣化しやすいものになる。
【００１８】
本発明のジルコニア微粉末は、アルミナ含有量が０．０５〜０．７０重量％であり、より好ましいアルミナ含有量は０．１０〜０．５０重量％である。アルミナが０．０５重量％よりも小さくなると、焼結性の著しく劣る粉末となり、成形し焼結させて得られる焼結体が劣化しやすいものになる。一方、アルミナ濃度が０．７０重量％よりも大きくなると、焼結性を著しく向上させる効果（即ち、焼結速度を促進させる効果）が飽和するため、それ以上添加しても意味をなさなくなる。
【００１９】
本発明のジルコニア微粉末の単斜晶率は２５％以下が好ましい。その理由は、単斜晶率が２５％を超えると、成形しにくい要因となる平均粒径０．４μｍ以下の粒子が多くなるからである。
【００２０】
本発明のジルコニア微粉末を製造する方法は特に限定されないが、以下の方法が好ましい。
【００２１】
ジルコニウム塩水溶液を加水分解し、水和ジルコニアゾルを形成し、イットリア化合物を混合し、乾燥する。
【００２２】
ジルコニウム塩の加水分解時の水和ジルコニウムに係わる「反応率」とは、特開平１０−２１２１２２に記載の方法による。
【００２３】
ジルコニウム塩水溶液の加水分解で得られる反応率は、従来は、９５％以上とされるが、本発明においては、さらに９８％以上にする事により、仮焼時に未反応物に起因する粒子間の強固な焼結が起きず、成形性が良好となり、焼結性も改善される。より好ましい反応率は９９％以上である。
【００２４】
水和ジルコニアゾルとイットリア化合物との混合方法としては、特に制限はなく、安定化剤の原料に用いられるイットリウム化合物としては、塩化物，フッ化物，硝酸塩，炭酸塩，硫酸塩，酢酸塩，酸化物，水酸化物などを挙げることができる。また、水和ジルコニアゾルの乾燥方法については、例えば、混合溶液をそのまま、または該混合溶液に有機溶媒を添加して噴霧乾燥する方法、該混合溶液にアルカリなどを添加して濾過，水洗したあとに乾燥する方法を挙げることができる。
【００２５】
上記の条件に付け加えて、水和ジルコニアゾルの平均粒径が、０．０５〜０．２μｍの範囲のものを用いることにより、さらに成形しやすいものとなる。水和ジルコニアゾルの平均粒径を制御するには、反応終了時の反応液のｐＨを調整することにより所望の平均粒径をもつ水和ジルコニアゾルを得ることができる。例えば、反応終了時のｐＨが０．３〜０．６または０．８〜１．４となるようにすると、平均粒径０．０５〜０．２μｍの水和ジルコニアゾルが得られる。このｐＨすなわち水和ジルコニアゾルの平均粒径を制御する方法としては、ジルコニウム塩水溶液にアルカリまたは酸を添加する、陰イオン交換樹脂によりジルコニウム塩を構成している陰イオンの一部を除去することによりｐＨを調整して加水分解させる、水酸化ジルコニウムと酸との混合スラリーのｐＨを調整して加水分解させるなどの方法を挙げることができる。
【００２６】
水和ジルコニアゾルの平均粒径を制御するために添加するアルカリとしては、通常の水酸化ナトリウム等のアルカリや尿素のように分解して塩基性を示す化合物を使用することもできる。また、酸としては塩酸，硝酸，硫酸や酢酸，クエン酸などの有機酸も使用できる。
【００２７】
本発明では、ジルコニア微粉末のＢＥＴ比表面積が１０ｍ２／ｇ〜２０ｍ２／ｇ及び、かつ、結晶子径が３４〜４０ｎｍにする為に、９００〜１１００℃の温度で水和ジルコニアゾルの乾燥粉を仮焼する。より好ましい仮焼温度は９００〜１０００℃である。
【００２８】
次いで、上記で得られた仮焼粉にアルミナと塩素化合物を、アルミナ含有量が０．０５〜０．７０重量％、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％の範囲になるようにそれぞれ添加し、平均粒径が０．４〜０．６μｍの範囲になるまで湿式粉砕する。アルミナと塩素化合物の添加方法に特に制限はないが、例えば仮焼粉のスラリーにアルミナと塩素化合物を添加する、仮焼粉のスラリーにアルミナと塩素化合物のスラリーを添加するなどの方法を挙げることができる。本発明の反応条件で得られたジルコニア粉末にアルミナと塩素化合物を添加して平均粒径が０．４〜０．６μｍの範囲になる様に湿式粉砕すると、本発明のジルコニア微粉末、即ち、ＢＥＴ比表面積が１０〜２０ｍ２／ｇ、結晶子径が３４〜４０ｎｍの物性を有するジルコニア微粉末が得られる。
【００２９】
粉砕に用いる粉砕機としては、振動ミル、連続式媒体撹拌ミルが用いられる。湿式粉砕する前に、仮焼粉を水洗処理、あるいは稀薄なアンモニア水で洗浄処理すると、ジルコニウム塩原料に由来する微量不純物が除去されるので、焼結性を向上させるのに効果的である。仮焼粉に添加するアルミナとしては、ＢＥＴ比表面積が５〜１００ｍ２／ｇのアルミナ粉末を挙げることができるが、水和アルミナ、アルミナゾルなどの水和物を用いてもよい。塩素化合物としては、金属塩化物、塩酸、塩化アンモニウム等を挙げることができる。
【００３０】
上記の湿式粉砕で得られたスラリーを噴霧乾燥し、平均顆粒径３０〜８０μｍ、軽装嵩密度が１．１０〜１．４０ｇ／ｃｍ３のジルコニア顆粒とする。
【発明の効果】
【００３１】
以上、説明したとおり、本発明のジルコニア微粉末は、成形性及び低温焼結性がよく、さらに当該ジルコニア微粉末を焼結して得られるジルコニア焼結体は焼結体密度や曲げ強度が大きく、耐久試験後に単斜相が生じず、品質の信頼性にも優れている。また、本発明の製造方法により、容易に本発明のジルコニア微粉末を製造することができる。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何等限定されるものではない。
【００３３】
例中、水和ジルコニアゾルの平均粒径は、光子相関法による粒度分布測定装置により求めた。ジルコニア微粉末の平均粒径は、マイクロトラック粒度分布計（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ社製，９３２０−ＨＲＡ）を用いて測定した。試料の前処理条件としては、粉末を蒸留水に懸濁させ、超音波ホモジナイザー（日本精機製作所製，ＵＳ−１５０Ｔ）を用いて３分間分散させた。結晶子径は、ＸＲＤ測定により得られる正方晶の（１１１）面の回折線を用いて数式１より求め、単斜晶相率は数式２より算出した（いずれの例においても、立方晶は含まれていなかった）。又、ジルコニア顆粒の平均粒径は、ふるい分け試験方法によって求めた。
【００３４】
原料粉末の成形は、金型プレスにより成形圧力７００ｋｇｆ／ｃｍ２で行い、得られた成形体は所定温度（保持時間２時間）に設定して焼結させた。得られた焼結体の相対密度は、アルキメデス法で測定し、理論密度を６．０８ｇ／ｃｍ３として算出した。焼結体の強度は、３点曲げ測定法で評価した。また、劣化試験は、焼結体を１４０℃の熱水中に４８時間浸漬させ、生成する単斜晶相の比率（単斜晶相率）を求めることによって評価した。単斜晶相率は、浸漬処理した焼結体についてＸＲＤ測定を行い、ジルコニア微粉末の単斜晶相率と同様の算出方法で、数式２により求めた。
【００３５】
実施例１
２モル／リットルのオキシ塩化ジルコニウム水溶液４リットルに２モル／リットルのアンモニア水４．８リットルを混合し、蒸留水を加えてジルコニア換算濃度０．８モル／リットルの溶液を調製した。この溶液を還流器付きフラスコ中で攪拌しながら加水分解反応を煮沸温度で２００時間行った。この水和ジルコニアゾル含有液０．１リットルを２モル／リットルのオキシ塩化ジルコニウム水溶液２リットルに添加し、蒸留水を加えて０．４モル／リットルのオキシ塩化ジルコニウム水溶液１０リットルを調製した。この反応液を撹拌しながら、煮沸温度で２００時間、加水分解反応をおこなった。得られた水和ジルコニアゾルの反応率は９９％であり、平均粒径は０．１μｍであった。この水和ジルコニアゾルに塩化イットリウムをイットリア濃度が３モル％になるように添加して乾燥させ、９８５℃の温度で２時間仮焼した。得られた仮焼粉を水洗処理したあとに、ＢＥＴ比表面積が７ｍ２／ｇのアルミナ粉末を０．３０重量％、塩化アルミニウムを塩素含有量として０．０３％添加し（全アルミナ含有量＝０．３１％）、さらに蒸留水を加えてジルコニア濃度４５重量％のスラリーにした。このスラリーを直径１０ｍｍのジルコニアボールを用いて、振動ミルで３０時間粉砕して乾燥させた。得られたジルコニア微粉末の特性を表１に示す。
【００３６】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１３００℃で焼結させた。得られた焼結体の特性を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が０％であることから、極めて劣化しにくい信頼性の高い焼結体であることが確認された。
【００３７】
実施例２
塩化アルミニウムを、塩酸を塩素含有量として０．０３％添加した以外は、実施例１と同様の条件でジルコニア微粉末を得た。ジルコニア微粉末の特性を表１に示す。
【００３８】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１３００℃で焼結させた。得られた焼結体の特性を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が０％であることから、極めて劣化しにくい信頼性の高い焼結体であることが確認された。
【００３９】
実施例３
実施例１の水和ジルコニアゾルに蒸留水を加えて、ジルコニア換算濃度０．３モル／リットルの溶液を調製した。これを出発溶液に用いて、溶液の５体積％を反応槽から間欠的に排出し、かつ、溶液の体積が一定に保たれるように、その排出量と同量の０．３モル／リットルのオキシ塩化ジルコニウム水溶液を３０分毎に反応槽に供給しながら煮沸温度で加水分解反応を２００時間行った。反応槽から排出された水和ジルコニアゾルの反応率は９９％であり、平均粒径は０．１μｍであった。この水和ジルコニアゾルを限外濾過膜で水洗処理したあとに、塩化イットリウムをイットリア濃度が３モル％になるように添加して乾燥させ、９７５℃の温度で２時間仮焼した。得られた仮焼粉を水洗処理したあとに、アルミナゾルをアルミナ含有量として０．２５重量％、塩化アルミニウムを塩素含有量として０．０５％添加し（全アルミナ含有量＝０．２７％）、さらに蒸留水を加えてジルコニア濃度４５重量％のスラリーにした。このスラリーを直径１０ｍｍのジルコニアボールを用いて、振動ミルで３０時間粉砕して乾燥させた。得られたジルコニア微粉末の特性を表１に示す。
【００４０】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１３００℃の条件で焼結させた。得られた焼結体の特性を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が０％であることから、極めて劣化しにくい信頼性の高い焼結体であることが確認された。
【００４１】
実施例４
アルミナゾルをアルミナ含有量として０．１７重量％、塩化アルミニウムの代りに塩酸を塩素含有量として０．０４％添加した以外は、実施例３と同様の条件でジルコニア微粉末を得た。ジルコニア微粉末の特性を表１に示す。
【００４２】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１３００℃の条件で焼結させた。得られた焼結体の特性を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が０％であることから、極めて劣化しにくい信頼性の高い焼結体であることが確認された。
【００４３】
実施例５
実施例４で得られたジルコニア微粉末を水に分散させてスラリー濃度５０％のジルコニアスラリーを得、このスラリーに増粘剤を添加して粘度調整を行ったあとに噴霧造粒を実施した。得られたジルコニア顆粒の平均粒径が５８μｍ、軽装嵩密度が１．２８ｇ／ｃｍ３であった。
【００４４】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１３００℃の条件で焼結させた。得られた焼結体の特性を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が０％であることから、極めて劣化しにくい信頼性の高い焼結体であることが確認された。
【００４５】
比較例１
０．３８モル／リットルのオキシ塩化ジルコニウム水溶液を調製して、還流器付きフラスコ中で加水分解反応を煮沸温度で２１０時間行った。得られた水和ジルコニアゾルの反応率は８９％であり、平均粒径は０．１μｍであった。この水和ジルコニアゾル含有液に塩化イットリウムをイットリア濃度が３モル％になるように添加して乾燥させ、１０３０℃の温度で２時間仮焼した。得られた仮焼粉を水洗処理したあとに、ＢＥＴ比表面積が７ｍ２／ｇのアルミナ粉末を０．３０重量％添加し、蒸留水を加えてジルコニア濃度４０重量％のスラリーにした。このスラリーを直径１０ｍｍのジルコニアボールを用いて、振動ミルで３０時間粉砕して乾燥させた。得られたジルコニア微粉末の特性を表１に示す。
【００４６】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１３５０℃で焼結させたが、得られた焼結体の相対密度が９７．１％と低いため、更に高い温度である１４００℃で焼結させて得られた焼結体の特性を評価した。結果を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が７９％であり、極めて劣化しやすい焼結体であることが確認された。
【００４７】
比較例２
ＢＥＴ比表面積が７ｍ２／ｇのアルミナ粉末の代りに、塩酸を塩素含有量として０．０３％になるように添加した以外は、比較例１と同様の条件でジルコニア微粉末を得た。ジルコニア微粉末の特性を表１に示す。
【００４８】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１４５０℃で焼結させたが、得られた焼結体の相対密度が９７．９％と低いため、更に高い温度である１５００℃で焼結させて得られた焼結体の特性を評価した。結果を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が８３％であり、極めて劣化しやすい焼結体であることが確認された。
【００４９】
比較例３
仮焼温度を９００℃に設定した以外は、比較例１と同様の条件でジルコニア微粉末を得た。ジルコニア微粉末の特性を表１に示す。
【００５０】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１３００℃で焼結させたが、得られた焼結体の相対密度が９６．８％と低いため、更に高い温度である１３５０℃で焼結させて得られた焼結体の特性を評価した。結果を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が２３％であり、劣化しやすい焼結体であることが確認された。
【００５１】
比較例４
仮焼粉を水洗処理したあとに、ＢＥＴ比表面積が７ｍ２／gのアルミナ粉末を０．３０重量％、塩化アンモニウムを塩素含有量として０．１％添加した以外は、実施例１と同様の条件でジルコニア微粉末を得た。
【００５２】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１３００℃で焼結させたが、得られた焼結体の相対密度が９７．３％と低いため、更に高い温度である１３５０℃で焼結させて得られた焼結体の特性を評価した。結果を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が２１％であり、劣化しやすい焼結体であることが確認された。
【００５３】
【表１】
【００５４】
【表２】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光コネクター部品，精密加工部品及び粉砕機用部材等の構造用セラミックスの原料に用いられる、とくに成形性がよく、低温焼結性にも優れたジルコニア微粉末及びそのジルコニア微粉末をスラリーにして噴霧造粒して得られるジルコニア顆粒並びにその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ジルコニアセラミックスは、高強度，高靭性を発現するため、光コネクター部品，精密加工部品，粉砕メディア，粉砕機用部剤，刃物等の幅広い用途で使用されている。しかしながら、このような高強度・高靭性を有するジルコニアセラミックスは、空気中，２００〜３００℃の温度で長時間曝されると、準安定相である正方晶が安定相の単斜晶へ約４％の体積膨張を伴って相変態するので、微細クラックが発生して強度・靭性が低下する、すなわち劣化することが指摘されている。この欠点を改善するために、出発原料であるジルコニア粉末の成形及び焼結性を様々な観点から改良して、ジルコニアセラミックスの耐劣化性を向上させてきている。特に、ジルコニア粉末の塩素含有量を低減して、１２５０℃の低温で焼結可能なジルコニア粉末が提案されている（特許文献１）。しかし従来、塩素含有量の少ない高純度の粉末の仮焼温度を１０００℃にすると、ＢＥＴ比表面積は２０ｍ２／ｇ以下で、結晶子径が３００Å（＝３０ｎｍ）以上となり、この様に結晶子径が大くなると焼結性が低下する事が示されている。（非特許文献１、図２、図６参照）
ＢＥＴ比表面積が１０ｍ２／ｇ以上、塩素含有量が０．０３５％以下の高比表面積のジルコニア粉末が開示されている。（特許文献２参照）このジルコニア粉末は、塩素濃度が低いため焼結した際の密度低下や色むらが発生しないものであるが、高密度化する焼結温度が１４５０℃と高い上、成形し焼結させて得られるジルコニア焼結体が劣化しやすく、上記のとおり、品質信頼性の低いものであった。
【０００３】
最近では、種々の用途でのジルコニア焼結体の高性能化が要求されており、特に使用環境の厳しい条件でも劣化しない信頼性の高いジルコニアセラミックスが望まれ、より低い温度で焼結するジルコニア粉末が求められている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１０４１９号公報（請求項１,実施例１）
【特許文献２】特開２００３−２５２６２８号公報（請求項１,実施例１）
【非特許文献１】第１０回粉体セミナー（１９８６年）「主催 社団法人 粉体粉末冶金協会」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明では、上記のような従来方法における欠点を鑑みて、上記の欠点を解消した、成形性がよく、かつ、低温焼結性にも優れ、これらに加えて焼結体にしたときの品質の信頼性にも優れたジルコニア微粉末の提供、ならびにそのジルコニア微粉末を簡易なプロセスにより製造することのできる方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、特定の組成、ＢＥＴ比表面積、結晶子径、及び、平均粒径を満足するジルコニア粉末は、特に低温焼結性に優れ、焼結体密度が高く、曲げ強度の高いジルコニア焼結体が得られる事を見出し本願発明を完成した。
【０００７】
即ち、本発明は、
１）安定化剤としてイットリアを２〜４モル％、結晶子径が３４〜４０ｎｍ、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％、アルミナ含有量が０．０５〜０．７０重量％、ＢＥＴ比表面積が１０〜２０ｍ２／ｇ、平均粒径が０．４〜０．６μｍであるジルコニア微粉末。
２）塩素含有量が０．０４〜０．０５重量％である上記１）記載のジルコニア微粉末。
３）単斜晶率が２５％以下である上記１）乃至２）に記載のジルコニア微粉末。
４）ジルコニウム塩水溶液の加水分解で得られる反応率が９８％以上の水和ジルコニアゾルに、安定化剤の原料としてイットリウム化合物を酸化物換算で２〜４モル％添加して乾燥させ、９００〜１１００℃の範囲で仮焼してジルコニア粉末を得、次いで該ジルコニア粉末にアルミナと塩素化合物を、アルミナ含有量が０．０５〜０．７０重量％、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％の範囲になるようにそれぞれ添加し、平均粒径が０．４〜０．６μｍの範囲になるまで湿式粉砕することを特徴とする上記１）乃至３）記載のジルコニア微粉末の製造方法。
５）上記１）乃至３）記載のジルコニア微粉末をスラリーにして噴霧造粒することにより得られ、平均粒径が３０〜８０μｍ、軽装嵩密度が１．００〜１．４０ｇ／ｃｍ３であるジルコニア顆粒、
からなるものである。
【０００８】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【０００９】
本発明のジルコニア微粉末は、安定化剤としてイットリアを２〜４モル％含み、結晶子径が３４〜４０ｎｍ、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％、アルミナ含有量が０．０５〜０．７０重量％、ＢＥＴ比表面積を１０〜２０ｍ２／ｇ、平均粒径が０．４〜０．６μｍであるジルコニア微粉末からなるものである。
【００１０】
ジルコニア微粉末に係わる「イットリア含有量」とは、Ｙ２Ｏ３／（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３）の比率をモル％として表した値をいう。「ＢＥＴ比表面積」とは、吸着分子として窒素を用いて測定したものをいう。「結晶子径（Ｄｘ）」とは、粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）法で測定される回折線のブラッグ角（θ）と機械的広がり幅を補正した回折線の半値幅（β）をそれぞれ求めて、以下の数式１で与えられるシェーラー式により算出されたものの値をいう。
【００１１】
【数１】
ここで、κ及びλは、それぞれシェーラー定数（κ＝１），測定Ｘ線の波長である。ジルコニア微粉末の結晶子径は、強度の最も強い回折線により求める。「単斜晶相率（ｆｍ）」とは、ＸＲＤ測定により単斜晶相の（１１１）及び（１１−１）面，正方晶相の（１１１）面，立方晶の（１１１）面の回折強度をそれぞれ求めて、以下の数式２により算出されたものの値をいう。
【００１２】
【数２】
ここで、Ｉは各回折線のピーク強度，添字ｍ，ｔ及びｃは、それぞれ単斜晶相，正方晶相，立方晶相を表す。
【００１３】
「平均粒径」とは、体積基準で表される粒径分布の累積曲線が中央値（メディアン径：累積カーブの５０％に対応する粒径）である粒子と同じ体積の球の直径をいい、レーザー回折法による粒径分布測定装置によって測定することができる。
【００１４】
「アルミナ含有量」及び「塩素含有量」とは、それぞれＡｌ２Ｏ３／（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３+Ｃｌ＋Ａｌ２Ｏ３），Ｃｌ／（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｃｌ）の比率を重量％として表した値をいう。
【００１５】
本発明のジルコニア微粉末は、安定化剤としてイットリアを２〜４モル％含むものであり、イットリア含有量が２モル％よりも小さく、又は４モル％よりも大きくなると、成形し焼結させて得られる焼結体の機械的強度及び破壊靭性が低くなって、構造用ジルコニアセラミックスの原料粉末として適さないものになる。より好ましいイットリア含有量は、２．５〜３．５モル％である。
【００１６】
また、上記のジルコニア微粉末は、ＢＥＴ比表面積が１０〜２０ｍ２／ｇ、結晶子径が３４〜４０ｎｍ、かつ、平均粒径が０．４〜０．６μｍのものである。ＢＥＴ比表面積が１０ｍ２／ｇより小さく又は結晶子径が４０ｎｍよりも大きくなると焼結しにくく、一方、２０ｍ２／ｇよりも大きく又は３０ｎｍよりも小さくなると粒子間の凝集力が著しい強固な粉末となり、構造用ジルコニアセラミックスの原料粉末としては適さない。また、平均粒径が０．４μｍよりも小さくなると粒子間の凝集力が強くなるために成形しにくく、一方、０．６μｍよりも大きくなると、焼結の緻密化を阻害する硬い凝集粒子を多く含む粗粒が多くなって焼結性の悪いものとなる。より好ましいＢＥＴ比表面積は１２〜１８ｍ２／ｇであり、結晶子径は３４〜３８ｎｍの範囲が好ましい。
【００１７】
本発明のジルコニア微粉末は、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％であり、より好ましい塩素含有量は０．０４〜０．０５％である。塩素含有量が０．０３％よりも小さくなると、凝集力の強い粉末となって成形しにくく、一方、塩素含有量が０．０６重量％よりも大きくなると、焼結性の劣る粉末となって、上記のとおり、成形し焼結させて得られる焼結体が劣化しやすいものになる。
【００１８】
本発明のジルコニア微粉末は、アルミナ含有量が０．０５〜０．７０重量％であり、より好ましいアルミナ含有量は０．１０〜０．５０重量％である。アルミナが０．０５重量％よりも小さくなると、焼結性の著しく劣る粉末となり、成形し焼結させて得られる焼結体が劣化しやすいものになる。一方、アルミナ濃度が０．７０重量％よりも大きくなると、焼結性を著しく向上させる効果（即ち、焼結速度を促進させる効果）が飽和するため、それ以上添加しても意味をなさなくなる。
【００１９】
本発明のジルコニア微粉末の単斜晶率は２５％以下が好ましい。その理由は、単斜晶率が２５％を超えると、成形しにくい要因となる平均粒径０．４μｍ以下の粒子が多くなるからである。
【００２０】
本発明のジルコニア微粉末を製造する方法は特に限定されないが、以下の方法が好ましい。
【００２１】
ジルコニウム塩水溶液を加水分解し、水和ジルコニアゾルを形成し、イットリア化合物を混合し、乾燥する。
【００２２】
ジルコニウム塩の加水分解時の水和ジルコニウムに係わる「反応率」とは、特開平１０−２１２１２２に記載の方法による。
【００２３】
ジルコニウム塩水溶液の加水分解で得られる反応率は、従来は、９５％以上とされるが、本発明においては、さらに９８％以上にする事により、仮焼時に未反応物に起因する粒子間の強固な焼結が起きず、成形性が良好となり、焼結性も改善される。より好ましい反応率は９９％以上である。
【００２４】
水和ジルコニアゾルとイットリア化合物との混合方法としては、特に制限はなく、安定化剤の原料に用いられるイットリウム化合物としては、塩化物，フッ化物，硝酸塩，炭酸塩，硫酸塩，酢酸塩，酸化物，水酸化物などを挙げることができる。また、水和ジルコニアゾルの乾燥方法については、例えば、混合溶液をそのまま、または該混合溶液に有機溶媒を添加して噴霧乾燥する方法、該混合溶液にアルカリなどを添加して濾過，水洗したあとに乾燥する方法を挙げることができる。
【００２５】
上記の条件に付け加えて、水和ジルコニアゾルの平均粒径が、０．０５〜０．２μｍの範囲のものを用いることにより、さらに成形しやすいものとなる。水和ジルコニアゾルの平均粒径を制御するには、反応終了時の反応液のｐＨを調整することにより所望の平均粒径をもつ水和ジルコニアゾルを得ることができる。例えば、反応終了時のｐＨが０．３〜０．６または０．８〜１．４となるようにすると、平均粒径０．０５〜０．２μｍの水和ジルコニアゾルが得られる。このｐＨすなわち水和ジルコニアゾルの平均粒径を制御する方法としては、ジルコニウム塩水溶液にアルカリまたは酸を添加する、陰イオン交換樹脂によりジルコニウム塩を構成している陰イオンの一部を除去することによりｐＨを調整して加水分解させる、水酸化ジルコニウムと酸との混合スラリーのｐＨを調整して加水分解させるなどの方法を挙げることができる。
【００２６】
水和ジルコニアゾルの平均粒径を制御するために添加するアルカリとしては、通常の水酸化ナトリウム等のアルカリや尿素のように分解して塩基性を示す化合物を使用することもできる。また、酸としては塩酸，硝酸，硫酸や酢酸，クエン酸などの有機酸も使用できる。
【００２７】
本発明では、ジルコニア微粉末のＢＥＴ比表面積が１０ｍ２／ｇ〜２０ｍ２／ｇ及び、かつ、結晶子径が３４〜４０ｎｍにする為に、９００〜１１００℃の温度で水和ジルコニアゾルの乾燥粉を仮焼する。より好ましい仮焼温度は９００〜１０００℃である。
【００２８】
次いで、上記で得られた仮焼粉にアルミナと塩素化合物を、アルミナ含有量が０．０５〜０．７０重量％、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％の範囲になるようにそれぞれ添加し、平均粒径が０．４〜０．６μｍの範囲になるまで湿式粉砕する。アルミナと塩素化合物の添加方法に特に制限はないが、例えば仮焼粉のスラリーにアルミナと塩素化合物を添加する、仮焼粉のスラリーにアルミナと塩素化合物のスラリーを添加するなどの方法を挙げることができる。本発明の反応条件で得られたジルコニア粉末にアルミナと塩素化合物を添加して平均粒径が０．４〜０．６μｍの範囲になる様に湿式粉砕すると、本発明のジルコニア微粉末、即ち、ＢＥＴ比表面積が１０〜２０ｍ２／ｇ、結晶子径が３４〜４０ｎｍの物性を有するジルコニア微粉末が得られる。
【００２９】
粉砕に用いる粉砕機としては、振動ミル、連続式媒体撹拌ミルが用いられる。湿式粉砕する前に、仮焼粉を水洗処理、あるいは稀薄なアンモニア水で洗浄処理すると、ジルコニウム塩原料に由来する微量不純物が除去されるので、焼結性を向上させるのに効果的である。仮焼粉に添加するアルミナとしては、ＢＥＴ比表面積が５〜１００ｍ２／ｇのアルミナ粉末を挙げることができるが、水和アルミナ、アルミナゾルなどの水和物を用いてもよい。塩素化合物としては、金属塩化物、塩酸、塩化アンモニウム等を挙げることができる。
【００３０】
上記の湿式粉砕で得られたスラリーを噴霧乾燥し、平均顆粒径３０〜８０μｍ、軽装嵩密度が１．１０〜１．４０ｇ／ｃｍ３のジルコニア顆粒とする。
【発明の効果】
【００３１】
以上、説明したとおり、本発明のジルコニア微粉末は、成形性及び低温焼結性がよく、さらに当該ジルコニア微粉末を焼結して得られるジルコニア焼結体は焼結体密度や曲げ強度が大きく、耐久試験後に単斜相が生じず、品質の信頼性にも優れている。また、本発明の製造方法により、容易に本発明のジルコニア微粉末を製造することができる。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何等限定されるものではない。
【００３３】
例中、水和ジルコニアゾルの平均粒径は、光子相関法による粒度分布測定装置により求めた。ジルコニア微粉末の平均粒径は、マイクロトラック粒度分布計（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ社製，９３２０−ＨＲＡ）を用いて測定した。試料の前処理条件としては、粉末を蒸留水に懸濁させ、超音波ホモジナイザー（日本精機製作所製，ＵＳ−１５０Ｔ）を用いて３分間分散させた。結晶子径は、ＸＲＤ測定により得られる正方晶の（１１１）面の回折線を用いて数式１より求め、単斜晶相率は数式２より算出した（いずれの例においても、立方晶は含まれていなかった）。又、ジルコニア顆粒の平均粒径は、ふるい分け試験方法によって求めた。
【００３４】
原料粉末の成形は、金型プレスにより成形圧力７００ｋｇｆ／ｃｍ２で行い、得られた成形体は所定温度（保持時間２時間）に設定して焼結させた。得られた焼結体の相対密度は、アルキメデス法で測定し、理論密度を６．０８ｇ／ｃｍ３として算出した。焼結体の強度は、３点曲げ測定法で評価した。また、劣化試験は、焼結体を１４０℃の熱水中に４８時間浸漬させ、生成する単斜晶相の比率（単斜晶相率）を求めることによって評価した。単斜晶相率は、浸漬処理した焼結体についてＸＲＤ測定を行い、ジルコニア微粉末の単斜晶相率と同様の算出方法で、数式２により求めた。
【００３５】
実施例１
２モル／リットルのオキシ塩化ジルコニウム水溶液４リットルに２モル／リットルのアンモニア水４．８リットルを混合し、蒸留水を加えてジルコニア換算濃度０．８モル／リットルの溶液を調製した。この溶液を還流器付きフラスコ中で攪拌しながら加水分解反応を煮沸温度で２００時間行った。この水和ジルコニアゾル含有液０．１リットルを２モル／リットルのオキシ塩化ジルコニウム水溶液２リットルに添加し、蒸留水を加えて０．４モル／リットルのオキシ塩化ジルコニウム水溶液１０リットルを調製した。この反応液を撹拌しながら、煮沸温度で２００時間、加水分解反応をおこなった。得られた水和ジルコニアゾルの反応率は９９％であり、平均粒径は０．１μｍであった。この水和ジルコニアゾルに塩化イットリウムをイットリア濃度が３モル％になるように添加して乾燥させ、９８５℃の温度で２時間仮焼した。得られた仮焼粉を水洗処理したあとに、ＢＥＴ比表面積が７ｍ２／ｇのアルミナ粉末を０．３０重量％、塩化アルミニウムを塩素含有量として０．０３％添加し（全アルミナ含有量＝０．３１％）、さらに蒸留水を加えてジルコニア濃度４５重量％のスラリーにした。このスラリーを直径１０ｍｍのジルコニアボールを用いて、振動ミルで３０時間粉砕して乾燥させた。得られたジルコニア微粉末の特性を表１に示す。
【００３６】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１３００℃で焼結させた。得られた焼結体の特性を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が０％であることから、極めて劣化しにくい信頼性の高い焼結体であることが確認された。
【００３７】
実施例２
塩化アルミニウムを、塩酸を塩素含有量として０．０３％添加した以外は、実施例１と同様の条件でジルコニア微粉末を得た。ジルコニア微粉末の特性を表１に示す。
【００３８】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１３００℃で焼結させた。得られた焼結体の特性を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が０％であることから、極めて劣化しにくい信頼性の高い焼結体であることが確認された。
【００３９】
実施例３
実施例１の水和ジルコニアゾルに蒸留水を加えて、ジルコニア換算濃度０．３モル／リットルの溶液を調製した。これを出発溶液に用いて、溶液の５体積％を反応槽から間欠的に排出し、かつ、溶液の体積が一定に保たれるように、その排出量と同量の０．３モル／リットルのオキシ塩化ジルコニウム水溶液を３０分毎に反応槽に供給しながら煮沸温度で加水分解反応を２００時間行った。反応槽から排出された水和ジルコニアゾルの反応率は９９％であり、平均粒径は０．１μｍであった。この水和ジルコニアゾルを限外濾過膜で水洗処理したあとに、塩化イットリウムをイットリア濃度が３モル％になるように添加して乾燥させ、９７５℃の温度で２時間仮焼した。得られた仮焼粉を水洗処理したあとに、アルミナゾルをアルミナ含有量として０．２５重量％、塩化アルミニウムを塩素含有量として０．０５％添加し（全アルミナ含有量＝０．２７％）、さらに蒸留水を加えてジルコニア濃度４５重量％のスラリーにした。このスラリーを直径１０ｍｍのジルコニアボールを用いて、振動ミルで３０時間粉砕して乾燥させた。得られたジルコニア微粉末の特性を表１に示す。
【００４０】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１３００℃の条件で焼結させた。得られた焼結体の特性を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が０％であることから、極めて劣化しにくい信頼性の高い焼結体であることが確認された。
【００４１】
実施例４
アルミナゾルをアルミナ含有量として０．１７重量％、塩化アルミニウムの代りに塩酸を塩素含有量として０．０４％添加した以外は、実施例３と同様の条件でジルコニア微粉末を得た。ジルコニア微粉末の特性を表１に示す。
【００４２】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１３００℃の条件で焼結させた。得られた焼結体の特性を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が０％であることから、極めて劣化しにくい信頼性の高い焼結体であることが確認された。
【００４３】
実施例５
実施例４で得られたジルコニア微粉末を水に分散させてスラリー濃度５０％のジルコニアスラリーを得、このスラリーに増粘剤を添加して粘度調整を行ったあとに噴霧造粒を実施した。得られたジルコニア顆粒の平均粒径が５８μｍ、軽装嵩密度が１．２８ｇ／ｃｍ３であった。
【００４４】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１３００℃の条件で焼結させた。得られた焼結体の特性を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が０％であることから、極めて劣化しにくい信頼性の高い焼結体であることが確認された。
【００４５】
比較例１
０．３８モル／リットルのオキシ塩化ジルコニウム水溶液を調製して、還流器付きフラスコ中で加水分解反応を煮沸温度で２１０時間行った。得られた水和ジルコニアゾルの反応率は８９％であり、平均粒径は０．１μｍであった。この水和ジルコニアゾル含有液に塩化イットリウムをイットリア濃度が３モル％になるように添加して乾燥させ、１０３０℃の温度で２時間仮焼した。得られた仮焼粉を水洗処理したあとに、ＢＥＴ比表面積が７ｍ２／ｇのアルミナ粉末を０．３０重量％添加し、蒸留水を加えてジルコニア濃度４０重量％のスラリーにした。このスラリーを直径１０ｍｍのジルコニアボールを用いて、振動ミルで３０時間粉砕して乾燥させた。得られたジルコニア微粉末の特性を表１に示す。
【００４６】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１３５０℃で焼結させたが、得られた焼結体の相対密度が９７．１％と低いため、更に高い温度である１４００℃で焼結させて得られた焼結体の特性を評価した。結果を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が７９％であり、極めて劣化しやすい焼結体であることが確認された。
【００４７】
比較例２
ＢＥＴ比表面積が７ｍ２／ｇのアルミナ粉末の代りに、塩酸を塩素含有量として０．０３％になるように添加した以外は、比較例１と同様の条件でジルコニア微粉末を得た。ジルコニア微粉末の特性を表１に示す。
【００４８】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１４５０℃で焼結させたが、得られた焼結体の相対密度が９７．９％と低いため、更に高い温度である１５００℃で焼結させて得られた焼結体の特性を評価した。結果を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が８３％であり、極めて劣化しやすい焼結体であることが確認された。
【００４９】
比較例３
仮焼温度を９００℃に設定した以外は、比較例１と同様の条件でジルコニア微粉末を得た。ジルコニア微粉末の特性を表１に示す。
【００５０】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１３００℃で焼結させたが、得られた焼結体の相対密度が９６．８％と低いため、更に高い温度である１３５０℃で焼結させて得られた焼結体の特性を評価した。結果を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が２３％であり、劣化しやすい焼結体であることが確認された。
【００５１】
比較例４
仮焼粉を水洗処理したあとに、ＢＥＴ比表面積が７ｍ２／gのアルミナ粉末を０．３０重量％、塩化アンモニウムを塩素含有量として０．１％添加した以外は、実施例１と同様の条件でジルコニア微粉末を得た。
【００５２】
次いで、上記で得られたジルコニア微粉末をプレス成形し１３００℃で焼結させたが、得られた焼結体の相対密度が９７．３％と低いため、更に高い温度である１３５０℃で焼結させて得られた焼結体の特性を評価した。結果を表２に示す。劣化試験後の単斜晶相率が２１％であり、劣化しやすい焼結体であることが確認された。
【００５３】
【表１】
【００５４】
【表２】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
安定化剤としてイットリアを２〜４モル％、結晶子径が３４〜４０ｎｍ、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％、アルミナ含有量が０．０５〜０．７０重量％、ＢＥＴ比表面積が１０〜２０ｍ２／ｇ、平均粒径が０．４〜０．６μｍであるジルコニア微粉末。
【請求項２】
塩素含有量が０．０４〜０．０５重量％である請求項１記載のジルコニア微粉末。
【請求項３】
単斜晶率が２５％以下である請求項１乃至２に記載のジルコニア微粉末。
【請求項４】
ジルコニウム塩水溶液の加水分解で得られる反応率が９８％以上の水和ジルコニアゾルに、安定化剤の原料としてイットリウム化合物を酸化物換算で２〜４モル％添加して乾燥させ、９００〜１１００℃の範囲で仮焼してジルコニア粉末を得、次いで該ジルコニア粉末にアルミナと塩素化合物を、アルミナ含有量が０．０５〜０．７０重量％、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％の範囲になるようにそれぞれ添加し、平均粒径が０．４〜０．６μｍの範囲になるまで湿式粉砕することを特徴とする請求項１乃至３記載のジルコニア微粉末の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至３記載のジルコニア微粉末をスラリーにして噴霧造粒することにより得られ、平均粒径が３０〜８０μｍ、軽装嵩密度が１．００〜１．４０ｇ／ｃｍ３であるジルコニア顆粒。
【請求項１】
安定化剤としてイットリアを２〜４モル％、結晶子径が３４〜４０ｎｍ、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％、アルミナ含有量が０．０５〜０．７０重量％、ＢＥＴ比表面積が１０〜２０ｍ２／ｇ、平均粒径が０．４〜０．６μｍであるジルコニア微粉末。
【請求項２】
塩素含有量が０．０４〜０．０５重量％である請求項１記載のジルコニア微粉末。
【請求項３】
単斜晶率が２５％以下である請求項１乃至２に記載のジルコニア微粉末。
【請求項４】
ジルコニウム塩水溶液の加水分解で得られる反応率が９８％以上の水和ジルコニアゾルに、安定化剤の原料としてイットリウム化合物を酸化物換算で２〜４モル％添加して乾燥させ、９００〜１１００℃の範囲で仮焼してジルコニア粉末を得、次いで該ジルコニア粉末にアルミナと塩素化合物を、アルミナ含有量が０．０５〜０．７０重量％、塩素含有量が０．０３〜０．０６重量％の範囲になるようにそれぞれ添加し、平均粒径が０．４〜０．６μｍの範囲になるまで湿式粉砕することを特徴とする請求項１乃至３記載のジルコニア微粉末の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至３記載のジルコニア微粉末をスラリーにして噴霧造粒することにより得られ、平均粒径が３０〜８０μｍ、軽装嵩密度が１．００〜１．４０ｇ／ｃｍ３であるジルコニア顆粒。
【公開番号】特開２００８−８１３２５（Ｐ２００８−８１３２５Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５９５５９（Ｐ２００６−２５９５５９）
【出願日】平成１８年９月２５日（２００６．９．２５）
【出願人】（０００００３３００）東ソー株式会社 (1,901)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２５日（２００６．９．２５）
【出願人】（０００００３３００）東ソー株式会社 (1,901)
【Ｆターム（参考）】
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