ジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体
【課題】
本発明は、これらの課題を解決し、特殊な焼結方法を必要としないだけでなく、焼結条件の違い、特に焼結温度の違いによる呈色の変化が生じない茶色ジルコニア焼結体が得られるジルコニア混合粉末を提供する目的とする。さらには、この様なジルコニア粉末から得られる茶色ジルコニア焼結体を提供することを目的とする。
【解決手段】
部分安定化ジルコニア、該部分安定化ジルコニア対して少なくとも２重量％の酸化鉄及び少なくとも１重量％のアルミナを含むジルコニア混合粉末。部分安定化ジルコニアに対して０．０１〜０．５重量％のマンガン酸化物を含むことが好ましい。
本発明は、これらの課題を解決し、特殊な焼結方法を必要としないだけでなく、焼結条件の違い、特に焼結温度の違いによる呈色の変化が生じない茶色ジルコニア焼結体が得られるジルコニア混合粉末を提供する目的とする。さらには、この様なジルコニア粉末から得られる茶色ジルコニア焼結体を提供することを目的とする。
【解決手段】
部分安定化ジルコニア、該部分安定化ジルコニア対して少なくとも２重量％の酸化鉄及び少なくとも１重量％のアルミナを含むジルコニア混合粉末。部分安定化ジルコニアに対して０．０１〜０．５重量％のマンガン酸化物を含むことが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宝飾品や各種装飾部材に用いられる茶色ジルコニア焼結体及びその製造に適したジルコニア粉末に関する。
【背景技術】
【０００２】
茶色ジルコニア焼結体はその高い強度に加え、重厚感を有する色調を呈するため、宝飾品や各種の装飾部材として使用されている（特許文献１〜３）。
【０００３】
特許文献１では、酸化セリウムを０．５ｍｏｌ％以上及びイットリア等を含む茶色ジルコニア焼結体が開示されている。
【０００４】
特許文献２では、アルミナを１．０〜８．０重量％、炭素を０．３〜３．０重量％、酸化セリウム及び酸化ディスプロシウムを３．５〜９．０重量％含有する茶色ジルコニア焼結体が開示されている。
【０００５】
特許文献３では、イットリア、バナジウム系複合酸化物、マンガン系複合酸化物を含む茶色ジルコニア焼結体や、イットリア、酸化チタン及び酸化鉄を含む茶色ジルコニア焼結体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−８３３６６号公報
【特許文献２】特開２０００−０７２５４３号公報
【特許文献３】特開２０１１−０２０８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
酸化セリウムを着色剤として使用する茶色ジルコニア焼結体は、焼結条件やセリウムの還元状態によって、その呈色が大きく変化する。そのため、酸化セリウムを含む茶色ジルコニア焼結体は、その製造の際に色調の変化が生じないように焼結条件を制御する必要があった。これに加え、その焼結には、ＨＩＰ焼結や真空焼結等の特別な焼結方法を適用する必要があった。
【０００８】
バナジウム系複合酸化物やマンガン系複合酸化物などの特殊な複合酸化物系の着色剤を使用した場合、着色剤組成の微妙な違いにより、得られる茶色ジルコニア焼結体の呈色が異なる。そのため、同様な複合酸化物を着色剤として使用した場合であっても、試薬ごとに得られる茶色ジルコニア焼結体の呈色が異なってしまう。これを回避するために、複合酸化物系の着色剤を使用して茶色ジルコニア焼結体を製造する場合は、その都度、焼結条件の微妙な調整、特に焼結温度と焼結雰囲気の微妙な制御を必要とするものであった。
【０００９】
このように、従来の茶色ジルコニア焼結体は、その製造条件の細かな制御が必要であるだけでなく、工業的な大規模な製造においては、焼結炉内の温度分布等により、得られる茶色ジルコニア焼結体の呈色が異なり、歩留まりが悪くなるものであった。
【００１０】
本発明は、これらの課題を解決し、特殊な焼結方法を必要としないだけでなく、焼結条件の違い、特に焼結温度の違いによる呈色の変化が生じない茶色ジルコニア焼結体が得られるジルコニア混合粉末を提供する目的とする。さらには、この様なジルコニア粉末から得られる茶色ジルコニア焼結体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】
【００１１】
本発明者等はこれらの課題に鑑み鋭意検討した。その結果、酸化鉄、及びアルミナを特定量含有したジルコニア混合粉末を焼結することで、重厚感のある茶色を呈する茶色ジルコニア焼結体が得られるだけではなく、焼結温度の違いによる呈色の変化が少ない茶色ジルコニア焼結体が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は部分安定化ジルコニア及び、該部分安定化ジルコニアに対して少なくとも２重量％の酸化鉄及び少なくとも１重量％のアルミナを含むジルコニア混合粉末である。
【００１３】
以下、本発明のジルコニア混合粉末について説明する。
【００１４】
本発明のジルコニア混合粉末は、部分安定化ジルコニアを含む。ジルコニアが部分安定化ジルコニアであることで、これを焼結して得られる茶色ジルコニア焼結体の機械的特性、特に靱性と強度が高くなる。
【００１５】
部分安定化ジルコニアとは安定化剤を含むジルコニアである。安定化剤としてイットリア（Ｙ２Ｏ３）、セリア（ＣｅＯ２）などを挙げることができ、イットリアを含有したジルコニアであることが好ましい。安定化剤の含有量は、部分安定化ジルコニアに対して２〜４ｍｏｌ％であることがより好ましい。なお、部分安定化ジルコニアに対するイットリアの含有量は、Ｙ２Ｏ３／（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３）により求めることができる。
【００１６】
本発明のジルコニア混合粉末は、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を含有する。酸化鉄は茶色を呈色する着色剤として機能し、アルミナは焼結温度の違いによる呈色の変化を抑制する。これにより、本発明のジルコニア混合粉末から得られる焼結体は、焼結温度による呈色の変化が少ない、茶色ジルコニア焼結体となる。
【００１７】
本発明のジルコニア混合粉末が含有する酸化鉄の量は、部分安定化ジルコニアに対して少なくとも２重量％である。酸化鉄の量が２重量％未満の場合、得られるジルコニア焼結体は呈色が薄くなり、重厚感に劣ったものになる。酸化鉄の含有量は、部分安定化ジルコニアに対して少なくとも２．５重量％であることが好ましく、少なくとも３重量％であることがより好ましい。
【００１８】
一方、酸化鉄の含有量が多くなりすぎると、焼結時にジルコニア焼結体に亀裂が入りやすくなる。そのため、本発明のジルコニア混合粉末が含有する酸化鉄の量は、６重量％以下であることが好ましく、５重量％以下であることが更に好ましい。
【００１９】
本発明のジルコニア混合粉末が含有するアルミナの量は、部分安定化ジルコニアに対して少なくとも１重量％である。アルミナを少なくとも１重量％含有することで、焼結した際に焼結炉の部材との焼き付きが生じにくくなる。
【００２０】
一方、アルミナ含有量が１重量％未満の場合、焼結温度の違いによる色調変化が大きくなり、安定した呈色の茶色ジルコニア焼結体が得られなくなる。
【００２１】
アルミナ含有量が多くなると、より呈色の変化が小さくなりやすく、なおかつ、焼結の際の焼き付きが抑制される。そのため、本発明のジルコニア混合粉末が含有するアルミナは、部分安定化ジルコニアに対して少なくとも２重量％であることが好ましく、少なくとも３重量％であることがより好ましい。
【００２２】
また、アルミナの含有量が多くなりすぎると、焼結体の色調が明るくなりやすい。そのため、本発明のジルコニア混合粉末のアルミナ含有量は、部分安定化ジルコニアに対して５重量％以下であることが更に好ましい。
【００２３】
本発明のジルコニア混合粉末は、マンガン酸化物を含むことが好ましい。マンガン酸化物は着色剤として機能する。そのため、ジルコニア混合粉末が酸化鉄及びアルミナに加えてマンガン酸化物を含有することで、より重厚感のある茶色ジルコニア焼結体が得られる。
【００２４】
マンガン酸化物の量は少なくとも０．０１重量％であることが好ましい。マンガン酸化物の含有量が０．０１重量％以上であると、得られる茶色ジルコニア焼結体の呈色がより濃く、重厚感のあるものとなる。マンガン酸化物の含有量が多いほど、得られる茶色ジルコニア焼結体は、Ｌ値、ａ値及びｂ値が低下し、より重厚感のある呈色となる。そのため、マンガン酸化物の含有量は少なくとも０．０５重量％であることがより好ましく、少なくとも０．１重量％であることが更に好ましく、０．３重量％であることが更により好ましい。
【００２５】
マンガン酸化物の含有量が多くなると、得られる茶色ジルコニア焼結体の重厚感がより高くなる。しかしながら、マンガン酸化物の含有量は、部分安定化ジルコニアに対して０．５重量％以下であれば十分に重厚感の高い茶色ジルコニア焼結体が得られる。
【００２６】
マンガン酸化物の種類としては、二酸化マンガン、三酸化二マンガン又は四酸化三マンガンの少なくとも１種類以上を例示することができ、二酸化マンガンであることが好ましい。
【００２７】
本発明のジルコニア混合粉末では、酸化鉄、アルミナ及びマンガン酸化物の合計含有量が、部分安定化ジルコニアに対して８重量％未満であることが好ましい。これら着色剤の合計含有量が８重量％未満であることで、高温で焼結しても、得られる茶色ジルコニア焼結体に亀裂が入りにくく、安定して茶色ジルコニア焼結体を得ることができる。
【００２８】
本発明のジルコニア混合粉末は酸化鉄、アルミナ及びマンガン酸化物を含むが、これ以外に原料由来の不可避な不純物を含んでいてもよい。
【００２９】
本発明のジルコニア混合粉末は、これを焼結して得られる茶色ジルコニア焼結体の焼結温度の違いによる色調変化、すなわち色調の差（色差）が少ない。そのため、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も同様な色調を呈する。
【００３０】
ここで、本発明のジルコニア混合粉末を焼結して得られる茶色ジルコニア焼結体の色調の差は、以下の式（１）により求めることができる。
【００３１】
ΔＥＴ１−Ｔ２＝｛（ＬＴ１−ＬＴ２）２＋（ａＴ１−ａＴ２）２＋（ｂＴ１−ｂＴ２）２｝１／２
・・・（１）
【００３２】
なお、
ΔＥＴ１−Ｔ２は、焼結温度Ｔ１で得られた茶色ジルコニア焼結体と焼結温度Ｔ２で得られた茶色ジルコニア焼結体との色差、
ＬＴ１は、焼結温度Ｔ１で得られた茶色ジルコニア焼結体の明度Ｌ、
ＬＴ２は、焼結温度Ｔ２で得られた茶色ジルコニア焼結体の明度Ｌ、
ａＴ１は、焼結温度Ｔ１で得られた茶色ジルコニア焼結体の色相ａ、
ａＴ２は、焼結温度Ｔ２で得られた茶色ジルコニア焼結体の色相ａ、
ｂＴ１は、焼結温度Ｔ１で得られた茶色ジルコニア焼結体の色相ｂ、及び
ｂＴ２は、焼結温度Ｔ２で得られた茶色ジルコニア焼結体の色相ｂ
である。
【００３３】
また、明度Ｌ、色相ａ及びｂはハンターＬａｂ表色系における値である。
【００３４】
ΔＥＴ１−Ｔ２が小さいほど、焼結温度の違いによる色調の差は小さくなる。本発明のジルコニア混合粉末において、Ｔ１が１４５０℃、Ｔ２が１３５０℃である場合、ΔＥＴ１−Ｔ２は２以下であることが好ましく、１．７以下であることがより好ましく、１以下であることが更に好ましく、０．５５以下であることが更により好ましい。これにより、適用できる焼結温度の範囲が広くなるだけでなく、焼結温度を微細に制御する必要がなくなる。
【００３５】
また、Ｔ１が１４５０℃、Ｔ２が１４００℃である場合、ΔＥＴ１−Ｔ２は１．７以下であることが好ましく、１．３以下であることがより好ましく、１．０以下であることが更に好ましく、０．４以下であることが更により好ましい。これにより、特に高温で焼結する際の色調の変化が少なくなる。
【００３６】
また、Ｔ１が１４００℃、Ｔ２が１３５０℃である場合、ΔＥＴ１−Ｔ２は１以下であることが好ましく、０．６以下であることがより好ましく、０．５５以下であることが更に好ましく、０．４以下であることが更により好ましい。これにより、特に低温で焼結する際の色調の変化が少なくなる。
【００３７】
本発明のジルコニア混合粉末は、得られるジルコニア混合粉末の組成が上記の組成となるように、部分安定化ジルコニア、酸化鉄、アルミナ及び必要に応じてマンガン酸化物が所定量、均一に混合されれば、その製造方法は特に限定されない。
【００３８】
以下、本発明のジルコニア混合粉末の好ましい製造方法について説明する。
【００３９】
本発明のジルコニア混合粉末が含有する好ましい部分安定化ジルコニアは、２〜４ｍｏｌ％のイットリアを含む部分安定化ジルコニア粉末であることが好ましい。
【００４０】
このような部分安定化ジルコニア粉末は、その結晶構造が正方晶と立方晶とを含む混相であることが好ましい。さらに、部分安定化ジルコニア粉末は、結晶子径が２００〜５５０Åであり、ＢＥＴ比表面積が５〜２０ｍ２／ｇであり、平均粒子径が０．４〜１．２μｍであることが好ましい。
【００４１】
このような部分安定化ジルコニア粉末は、例えば、オキシ塩化ジルコニウム水溶液を加水分解して得られる水和ジルコニアゾル水溶液に、安定化剤又はその原料を添加し、乾燥、か焼、湿式粉砕、乾燥することで得ることができる。
【００４２】
なお、安定化剤がイットリアである場合、安定化剤又はその原料としては、イットリア、水和イットリア、イットリアゾル、水酸化イットリウム、塩化イットリウム又は硝酸イットリウムなどのイットリア化合物を例示することができる。
【００４３】
本発明のジルコニア混合粉末が含有する酸化鉄粉末及びアルミナ粉末の物性は特に限定はないが、平均粒子径が０．１〜１．０μｍの粉末であることが好ましい。
【００４４】
本発明のジルコニア混合粉末は、部分安定化ジルコニア粉末に酸化鉄粉末及びアルミナ粉末を混合する。
【００４５】
これらの粉末が均一に混合されれば混合方法は特に限定されず、例えば、これらの粉末を湿式混合する方法を挙げることができる。また、部分安定化ジルコニア粉末の製造において湿式粉砕をすると同時に、酸化鉄粉末及びアルミナ粉末を共存させ、粉砕しながら混合させてもよい。
【００４６】
得られたジルコニア混合粉末は、必要に応じて噴霧乾燥することができる。これにより、ジルコニア混合粉末の流動性が向上するため、ハンドリングが容易になりやすい。噴霧乾燥した場合のジルコニア混合粉末は、その粒子径が４０〜７０μｍ、かさ密度が１〜１．３ｇ／ｃｍ３であることが例示できる。噴霧乾燥の方法としては、二流体ノズルを使用した噴霧乾燥法、アトマイザーディスク方式の乾燥機を使用した噴霧乾燥法などを例示することができる。
【００４７】
本発明のジルコニア混合粉末は、これを原料とし、成形し、焼結することで、ジルコニア混合粉末と同様な組成を有し、重厚感のある茶色ジルコニア焼結体を得ることができる。
【００４８】
本発明のジルコニア混合粉末を成形する場合、密度が２．５〜２．７ｇ／ｃｍ３の成形体が得られれば成形体の形状及び成形方法は特に限定されない。成形方法としては、一軸プレス、冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）などを例示することができる。
【００４９】
得られた成形体を焼結することで茶色ジルコニア焼結体を得ることができる。焼結方法は簡便な常圧焼結であることが好ましい。また、焼結温度は１３００℃〜１５００℃を挙げることができ、１３５０℃〜１４５０℃であることが好ましい。
【００５０】
次に、本発明の茶色ジルコニア焼結体について説明する。
【００５１】
本発明の茶色ジルコニア焼結体は、部分安定化ジルコニア、該部分安定化ジルコニアに対して少なくとも２重量％の酸化鉄、及び少なくとも１重量％のアルミナを含有する茶色ジルコニア焼結体である。これにより、審美性の高い茶色ジルコニア焼結体となる。
【００５２】
部分安定化ジルコニアとは安定化剤を含むジルコニアである。安定化剤としてイットリア、セリアなどを挙げることができ、イットリアを含有したジルコニアであることが好ましい。安定化剤の含有量は、部分安定化ジルコニアに対して２〜４ｍｏｌ％であることがより好ましい。なお、部分安定化ジルコニアに対するイットリアの含有量は、Ｙ２Ｏ３／（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３）により求めることができる。
【００５３】
本発明のジルコニア混合粉末は、酸化鉄及びアルミナを含有する。酸化鉄は茶色を呈色する着色剤として機能し、アルミナは焼結温度の違いによる呈色の変化を抑制する。これにより、本発明の茶色ジルコニア焼結体は、焼結温度による呈色の変化が少ない、茶色ジルコニア焼結体となる。
【００５４】
本発明の茶色ジルコニア焼結体が含有する酸化鉄の量は、部分安定化ジルコニアに対して少なくとも２重量％である。酸化鉄の量が２重量％未満の場合、ジルコニア焼結体は呈色が薄くなり、審美性に劣ったものになる。酸化鉄の含有量は、部分安定化ジルコニアに対して少なくとも２．５重量％であることが好ましく、少なくとも３重量％であることがより好ましい。
【００５５】
一方、酸化鉄の含有量が多くなりすぎると、焼結時にジルコニア焼結体に亀裂が入りやすくなる。そのため、本発明の茶色ジルコニア焼結体が含有する酸化鉄の量は６重量％以下であることが好ましく、５．５重量％以下であることがより好ましく、５重量％以下であることが更に好ましい。
【００５６】
本発明の茶色ジルコニア焼結体が含有するアルミナの量は、部分安定化ジルコニアに対して少なくとも１重量％であることが好ましく、少なくとも２重量％であることがより好ましく、少なくとも３重量％であることが更に好ましい。
【００５７】
また、アルミナの含有量が多くなりすぎると、焼結体の色調が明るくなりやすい。そのため、本発明の茶色ジルコニア焼結体のアルミナ含有量は、部分安定化ジルコニアに対して６重量％以下であることが好ましく、５．５重量％以下であることがより好ましく、５重量％以下であることが更に好ましい。
【００５８】
本発明の茶色ジルコニア焼結体は、マンガン酸化物を含むことが好ましい。マンガン酸化物は着色剤として機能する。そのため、酸化鉄及びアルミナに加えてマンガン酸化物を含有することで、より重厚感があり審美性の高い茶色を呈する茶色ジルコニア焼結体となる。
【００５９】
マンガン酸化物の量は少なくとも０．０１重量％であることが好ましい。マンガン酸化物の含有量が０．０１重量％以上であると、茶色ジルコニア焼結体の呈色がより濃く、重厚感のあるものとなる。マンガン酸化物の含有量が多いほど、茶色ジルコニア焼結体は、Ｌ値、ａ値及びｂ値が低下し、より重厚感のある呈色となる。そのため、マンガン酸化物の含有量は少なくとも０．０５重量％であることがより好ましく、少なくとも０．１重量％であることがさらに好ましく、少なくとも０．３重量％であることが更により好ましい。
【００６０】
マンガン酸化物の種類としては、二酸化マンガン、三酸化二マンガン又は四酸化三マンガンの少なくとも１種類以上を例示することができ、二酸化マンガンであることが好ましい。
【００６１】
本発明の茶色ジルコニア焼結体では、酸化鉄、アルミナ及びマンガン酸化物の合計含有量が、部分安定化ジルコニアに対して８重量％未満であることが好ましい。これら着色剤の合計含有量が８重量％未満であることで、焼結時に亀裂の入りにくい茶色ジルコニア焼結体とすることができる。
【００６２】
本発明の茶色ジルコニア焼結体は酸化鉄、アルミナ及びマンガン酸化物を含むが、これ以外に原料由来の不可避な不純物を含んでいてもよい。
【００６３】
本発明の茶色ジルコニア焼結体の呈色は、ハンターＬａｂ表色系で測定することができる。
【００６４】
明度Ｌが大きくなるほど茶色ジルコニア焼結体の呈色が明るくなる。本発明の茶色ジルコニア焼結体のＬは１５≦Ｌ≦３５であることが好ましく、１６≦Ｌ≦２５であることがより好ましく、１６≦Ｌ≦２０であることが更に好ましい。
【００６５】
一方、色相ａが大きくなると赤味が強くなり、ａが小さくなると緑色が強くなる。本発明の茶色ジルコニア焼結体のａは４≦ａ≦２０であることが好ましく、４≦ａ≦１５であることがより好ましく、４≦ａ≦１０であることが更に好ましい。
【００６６】
また、色相ｂが大きくなると黄色が強くなり、ｂが小さくなると青色が強くなる。本発明の茶色ジルコニア焼結体のｂは５≦ｂ≦２０であることが好ましく、５≦ｂ≦１５であることがより好ましく、５≦ｂ≦８であることが更に好ましい。
【００６７】
本発明の茶色ジルコニア焼結体の色調がこの範囲となることで、審美性が高く重厚な茶色を呈する。
【００６８】
本発明の茶色ジルコニア焼結体の白色度Ｗは、１５≦Ｗ≦３０であることが好ましく、１５≦Ｗ≦２５であることがより好ましく、１５≦Ｗ≦２０であることが更に好ましい。
【発明の効果】
【００６９】
本発明は、特殊な焼結方法を必要としないだけでなく、焼結条件による呈色の変化が少ない茶色ジルコニア焼結体が得られるジルコニア粉末を提供することができる。さらには、この様なジルコニア粉末から得られる重厚感のある茶色ジルコニア焼結体を提供することができる。
【００７０】
これにより、製造条件の細かな制御を必要とせず、工業的な大規模な製造においても、ほぼ同一の呈色を示す茶色ジルコニア焼結体を提供することができる。
【実施例】
【００７１】
以下、実施例で、本願発明を具体的に説明しますが、本願発明はこれらの実施例により何等制限されるものではない。
（組成の測定）
試料を酸水溶液で溶解して測定溶液とした。当該測定溶液をＩＣＰ発光分光分析法により測定することで、試料の組成を求めた。
（色調の測定）
ジルコニア焼結体の色調を色差計（カラーアナライザーＴＣ−１８００ＭＫ−ＩＩ，東京電色社製）を用いて測定した。光源にはＤ６５光源を用い、１０度視野角の条件において、焼結体表面の反射光からハンターＬａｂ系の明度Ｌ、色相ａ、ｂ、及び、白色度Ｗを測定した。
（色差の測定）
各焼結温度で焼結したジルコニア焼結体の色調を測定し、得られた明度Ｌ、色相ａ、ｂから（１）式により色差を求めた。
（粉末Ｘ線回折）
部分安定化ジルコニア粉末の結晶相は粉末Ｘ線回折装置（Ｒｉｇａｋｕ、４０１２Ａ１）を用いて、Ｘ線源ＣｕＫα、加速電圧３５ｋＶ、管電流２５ｍＡ、操作速度２θ＝１／２°／min、測定範囲２６〜３３°で測定した。
（ＢＥＴ比表面積）
比表面積測定装置を用い、窒素ガス吸着によるＢＥＴ法により測定した。
（平均粒子径）
粉末試料の平均粒子径は、ＪＩＳ Ｒ−１６３９−１に準じた機械篩い分け法により測定した。
【００７２】
実施例１
（部分安定化ジルコニア粉末）
０．３ｍｏｌ／Ｌのオキシ塩化ジルコニウム水溶液を還流状態において２００時間煮沸し、水和ジルコニアゾル水溶液を得た。得られた水和ジルコニアゾル水溶液を限外ろ過し、水和ジルコニアゾル濃度を５倍に濃縮した。濃縮後、水溶液中のジルコニアに対してイットリアが３ｍｏｌ％になる様にイットリアを添加した後、乾燥して乾燥粉末を得た。この乾燥粉末を１００℃／時間の速度で昇温し、１０００℃で６時間仮焼し、か焼粉末を得た。
【００７３】
得られたか焼粉末に蒸留水を加えてジルコニア濃度４５重量％のスラリーとし、これを８時間ボールミル粉砕した。なお、ボールミル用ボールは２ｍｍのジルコニアボールを使用した。粉砕後のスラリーを、大気中、１２５℃で乾燥して部分安定化ジルコニア粉末を得た。
【００７４】
得られた部分安定化ジルコニア粉末は、イットリア含有量が３．０ｍｏｌ％、ＢＥＴ比表面積が７ｍ２／ｇ、平均粒子径が０．５１μｍ、結晶子径が３５０Åであり、結晶構造は正方晶と立方晶の混相であった。
（ジルコニア混合粉末）
得られたジルコニア粉末と、平均粒子径が０．３μｍの酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）粉末、及び平均粒子径が０．３μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末とを混合し、ジルコニア混合粉末を得た。
【００７５】
なお、酸化鉄は部分安定化ジルコニア粉末に対して２重量％となるように添加し、アルミナ粉末は部分安定化ジルコニア粉末に対して１重量％となるように添加した。
【００７６】
得られたジルコニア混合粉末に純水を添加して、５０重量％のスラリーとした。このスラリーを噴霧乾燥機で１５０℃の熱風下で乾燥した。
（茶色ジルコニア焼結体）
噴霧乾燥後のジルコニア混合粉末を、成形圧７００ｋｇ／ｃｍ２で一軸プレス成形し、直径２５ｍｍの円柱状の成形体を得た。得られた成形体をセッターに乗せて焼結炉内に設置し、１４５０℃、１４００℃及び１３５０℃の各焼結温度で２時間、大気中で常圧焼結して茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００７７】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００７８】
実施例２
アルミナ粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して２重量％とした以外は実施例１と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００７９】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００８０】
実施例３
アルミナ粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して３重量％とした以外は実施例１と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００８１】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００８２】
実施例４
アルミナ粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して５重量％とした以外は実施例１と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００８３】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００８４】
実施例５
酸化鉄粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して２．５重量％とし、アルミナ粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して５重量％とした以外は実施例１と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００８５】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００８６】
実施例６
酸化鉄粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して５重量％とし、アルミナ粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して５重量％とした以外は実施例１と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００８７】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。しかしながら、１４５０℃で焼結した茶色ジルコニア焼結体には亀裂が入るものがあった。
【００８８】
実施例７
酸化鉄粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して２．５重量％とし、アルミナ粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して５重量％とし、なおかつ、電解二酸化マンガン粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して０．０１重量％添加した以外は実施例１と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００８９】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００９０】
実施例８
電解二酸化マンガン粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して０．０５重量％添加した以外は実施例８と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００９１】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００９２】
実施例９
電解二酸化マンガン粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して０．１重量％添加した以外は実施例８と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００９３】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００９４】
実施例１０
電解二酸化マンガン粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して０．３重量％添加した以外は実施例８と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００９５】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００９６】
実施例１１
電解二酸化マンガン粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して０．５重量％添加した以外は実施例８と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００９７】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。しかしながら、１４５０℃で焼結した茶色ジルコニア焼結体には亀裂が入るものがあった。
【００９８】
比較例１
アルミナ粉末を添加しなかったこと以外は実施例１と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。比較例１で得られた茶色ジルコニア焼結体はΔＥが大きく焼結温度による色差が大きかった。
【００９９】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きが生じた。
【０１００】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明のジルコニア混合粉末は、茶色ジルコニア焼結体の工業的製造に適した粉末として使用することができる。
【０１０２】
また、本発明により得られる茶色ジルコニア焼結体は、時計バンドやアクセサリー等の装飾性の高い部材、高級建材、各種構造部材等の機械部材、電子部品基板等のセラミックス電子部材、携帯電話、モバイル家電製品等の外装部材等への適用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宝飾品や各種装飾部材に用いられる茶色ジルコニア焼結体及びその製造に適したジルコニア粉末に関する。
【背景技術】
【０００２】
茶色ジルコニア焼結体はその高い強度に加え、重厚感を有する色調を呈するため、宝飾品や各種の装飾部材として使用されている（特許文献１〜３）。
【０００３】
特許文献１では、酸化セリウムを０．５ｍｏｌ％以上及びイットリア等を含む茶色ジルコニア焼結体が開示されている。
【０００４】
特許文献２では、アルミナを１．０〜８．０重量％、炭素を０．３〜３．０重量％、酸化セリウム及び酸化ディスプロシウムを３．５〜９．０重量％含有する茶色ジルコニア焼結体が開示されている。
【０００５】
特許文献３では、イットリア、バナジウム系複合酸化物、マンガン系複合酸化物を含む茶色ジルコニア焼結体や、イットリア、酸化チタン及び酸化鉄を含む茶色ジルコニア焼結体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−８３３６６号公報
【特許文献２】特開２０００−０７２５４３号公報
【特許文献３】特開２０１１−０２０８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
酸化セリウムを着色剤として使用する茶色ジルコニア焼結体は、焼結条件やセリウムの還元状態によって、その呈色が大きく変化する。そのため、酸化セリウムを含む茶色ジルコニア焼結体は、その製造の際に色調の変化が生じないように焼結条件を制御する必要があった。これに加え、その焼結には、ＨＩＰ焼結や真空焼結等の特別な焼結方法を適用する必要があった。
【０００８】
バナジウム系複合酸化物やマンガン系複合酸化物などの特殊な複合酸化物系の着色剤を使用した場合、着色剤組成の微妙な違いにより、得られる茶色ジルコニア焼結体の呈色が異なる。そのため、同様な複合酸化物を着色剤として使用した場合であっても、試薬ごとに得られる茶色ジルコニア焼結体の呈色が異なってしまう。これを回避するために、複合酸化物系の着色剤を使用して茶色ジルコニア焼結体を製造する場合は、その都度、焼結条件の微妙な調整、特に焼結温度と焼結雰囲気の微妙な制御を必要とするものであった。
【０００９】
このように、従来の茶色ジルコニア焼結体は、その製造条件の細かな制御が必要であるだけでなく、工業的な大規模な製造においては、焼結炉内の温度分布等により、得られる茶色ジルコニア焼結体の呈色が異なり、歩留まりが悪くなるものであった。
【００１０】
本発明は、これらの課題を解決し、特殊な焼結方法を必要としないだけでなく、焼結条件の違い、特に焼結温度の違いによる呈色の変化が生じない茶色ジルコニア焼結体が得られるジルコニア混合粉末を提供する目的とする。さらには、この様なジルコニア粉末から得られる茶色ジルコニア焼結体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】
【００１１】
本発明者等はこれらの課題に鑑み鋭意検討した。その結果、酸化鉄、及びアルミナを特定量含有したジルコニア混合粉末を焼結することで、重厚感のある茶色を呈する茶色ジルコニア焼結体が得られるだけではなく、焼結温度の違いによる呈色の変化が少ない茶色ジルコニア焼結体が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は部分安定化ジルコニア及び、該部分安定化ジルコニアに対して少なくとも２重量％の酸化鉄及び少なくとも１重量％のアルミナを含むジルコニア混合粉末である。
【００１３】
以下、本発明のジルコニア混合粉末について説明する。
【００１４】
本発明のジルコニア混合粉末は、部分安定化ジルコニアを含む。ジルコニアが部分安定化ジルコニアであることで、これを焼結して得られる茶色ジルコニア焼結体の機械的特性、特に靱性と強度が高くなる。
【００１５】
部分安定化ジルコニアとは安定化剤を含むジルコニアである。安定化剤としてイットリア（Ｙ２Ｏ３）、セリア（ＣｅＯ２）などを挙げることができ、イットリアを含有したジルコニアであることが好ましい。安定化剤の含有量は、部分安定化ジルコニアに対して２〜４ｍｏｌ％であることがより好ましい。なお、部分安定化ジルコニアに対するイットリアの含有量は、Ｙ２Ｏ３／（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３）により求めることができる。
【００１６】
本発明のジルコニア混合粉末は、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を含有する。酸化鉄は茶色を呈色する着色剤として機能し、アルミナは焼結温度の違いによる呈色の変化を抑制する。これにより、本発明のジルコニア混合粉末から得られる焼結体は、焼結温度による呈色の変化が少ない、茶色ジルコニア焼結体となる。
【００１７】
本発明のジルコニア混合粉末が含有する酸化鉄の量は、部分安定化ジルコニアに対して少なくとも２重量％である。酸化鉄の量が２重量％未満の場合、得られるジルコニア焼結体は呈色が薄くなり、重厚感に劣ったものになる。酸化鉄の含有量は、部分安定化ジルコニアに対して少なくとも２．５重量％であることが好ましく、少なくとも３重量％であることがより好ましい。
【００１８】
一方、酸化鉄の含有量が多くなりすぎると、焼結時にジルコニア焼結体に亀裂が入りやすくなる。そのため、本発明のジルコニア混合粉末が含有する酸化鉄の量は、６重量％以下であることが好ましく、５重量％以下であることが更に好ましい。
【００１９】
本発明のジルコニア混合粉末が含有するアルミナの量は、部分安定化ジルコニアに対して少なくとも１重量％である。アルミナを少なくとも１重量％含有することで、焼結した際に焼結炉の部材との焼き付きが生じにくくなる。
【００２０】
一方、アルミナ含有量が１重量％未満の場合、焼結温度の違いによる色調変化が大きくなり、安定した呈色の茶色ジルコニア焼結体が得られなくなる。
【００２１】
アルミナ含有量が多くなると、より呈色の変化が小さくなりやすく、なおかつ、焼結の際の焼き付きが抑制される。そのため、本発明のジルコニア混合粉末が含有するアルミナは、部分安定化ジルコニアに対して少なくとも２重量％であることが好ましく、少なくとも３重量％であることがより好ましい。
【００２２】
また、アルミナの含有量が多くなりすぎると、焼結体の色調が明るくなりやすい。そのため、本発明のジルコニア混合粉末のアルミナ含有量は、部分安定化ジルコニアに対して５重量％以下であることが更に好ましい。
【００２３】
本発明のジルコニア混合粉末は、マンガン酸化物を含むことが好ましい。マンガン酸化物は着色剤として機能する。そのため、ジルコニア混合粉末が酸化鉄及びアルミナに加えてマンガン酸化物を含有することで、より重厚感のある茶色ジルコニア焼結体が得られる。
【００２４】
マンガン酸化物の量は少なくとも０．０１重量％であることが好ましい。マンガン酸化物の含有量が０．０１重量％以上であると、得られる茶色ジルコニア焼結体の呈色がより濃く、重厚感のあるものとなる。マンガン酸化物の含有量が多いほど、得られる茶色ジルコニア焼結体は、Ｌ値、ａ値及びｂ値が低下し、より重厚感のある呈色となる。そのため、マンガン酸化物の含有量は少なくとも０．０５重量％であることがより好ましく、少なくとも０．１重量％であることが更に好ましく、０．３重量％であることが更により好ましい。
【００２５】
マンガン酸化物の含有量が多くなると、得られる茶色ジルコニア焼結体の重厚感がより高くなる。しかしながら、マンガン酸化物の含有量は、部分安定化ジルコニアに対して０．５重量％以下であれば十分に重厚感の高い茶色ジルコニア焼結体が得られる。
【００２６】
マンガン酸化物の種類としては、二酸化マンガン、三酸化二マンガン又は四酸化三マンガンの少なくとも１種類以上を例示することができ、二酸化マンガンであることが好ましい。
【００２７】
本発明のジルコニア混合粉末では、酸化鉄、アルミナ及びマンガン酸化物の合計含有量が、部分安定化ジルコニアに対して８重量％未満であることが好ましい。これら着色剤の合計含有量が８重量％未満であることで、高温で焼結しても、得られる茶色ジルコニア焼結体に亀裂が入りにくく、安定して茶色ジルコニア焼結体を得ることができる。
【００２８】
本発明のジルコニア混合粉末は酸化鉄、アルミナ及びマンガン酸化物を含むが、これ以外に原料由来の不可避な不純物を含んでいてもよい。
【００２９】
本発明のジルコニア混合粉末は、これを焼結して得られる茶色ジルコニア焼結体の焼結温度の違いによる色調変化、すなわち色調の差（色差）が少ない。そのため、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も同様な色調を呈する。
【００３０】
ここで、本発明のジルコニア混合粉末を焼結して得られる茶色ジルコニア焼結体の色調の差は、以下の式（１）により求めることができる。
【００３１】
ΔＥＴ１−Ｔ２＝｛（ＬＴ１−ＬＴ２）２＋（ａＴ１−ａＴ２）２＋（ｂＴ１−ｂＴ２）２｝１／２
・・・（１）
【００３２】
なお、
ΔＥＴ１−Ｔ２は、焼結温度Ｔ１で得られた茶色ジルコニア焼結体と焼結温度Ｔ２で得られた茶色ジルコニア焼結体との色差、
ＬＴ１は、焼結温度Ｔ１で得られた茶色ジルコニア焼結体の明度Ｌ、
ＬＴ２は、焼結温度Ｔ２で得られた茶色ジルコニア焼結体の明度Ｌ、
ａＴ１は、焼結温度Ｔ１で得られた茶色ジルコニア焼結体の色相ａ、
ａＴ２は、焼結温度Ｔ２で得られた茶色ジルコニア焼結体の色相ａ、
ｂＴ１は、焼結温度Ｔ１で得られた茶色ジルコニア焼結体の色相ｂ、及び
ｂＴ２は、焼結温度Ｔ２で得られた茶色ジルコニア焼結体の色相ｂ
である。
【００３３】
また、明度Ｌ、色相ａ及びｂはハンターＬａｂ表色系における値である。
【００３４】
ΔＥＴ１−Ｔ２が小さいほど、焼結温度の違いによる色調の差は小さくなる。本発明のジルコニア混合粉末において、Ｔ１が１４５０℃、Ｔ２が１３５０℃である場合、ΔＥＴ１−Ｔ２は２以下であることが好ましく、１．７以下であることがより好ましく、１以下であることが更に好ましく、０．５５以下であることが更により好ましい。これにより、適用できる焼結温度の範囲が広くなるだけでなく、焼結温度を微細に制御する必要がなくなる。
【００３５】
また、Ｔ１が１４５０℃、Ｔ２が１４００℃である場合、ΔＥＴ１−Ｔ２は１．７以下であることが好ましく、１．３以下であることがより好ましく、１．０以下であることが更に好ましく、０．４以下であることが更により好ましい。これにより、特に高温で焼結する際の色調の変化が少なくなる。
【００３６】
また、Ｔ１が１４００℃、Ｔ２が１３５０℃である場合、ΔＥＴ１−Ｔ２は１以下であることが好ましく、０．６以下であることがより好ましく、０．５５以下であることが更に好ましく、０．４以下であることが更により好ましい。これにより、特に低温で焼結する際の色調の変化が少なくなる。
【００３７】
本発明のジルコニア混合粉末は、得られるジルコニア混合粉末の組成が上記の組成となるように、部分安定化ジルコニア、酸化鉄、アルミナ及び必要に応じてマンガン酸化物が所定量、均一に混合されれば、その製造方法は特に限定されない。
【００３８】
以下、本発明のジルコニア混合粉末の好ましい製造方法について説明する。
【００３９】
本発明のジルコニア混合粉末が含有する好ましい部分安定化ジルコニアは、２〜４ｍｏｌ％のイットリアを含む部分安定化ジルコニア粉末であることが好ましい。
【００４０】
このような部分安定化ジルコニア粉末は、その結晶構造が正方晶と立方晶とを含む混相であることが好ましい。さらに、部分安定化ジルコニア粉末は、結晶子径が２００〜５５０Åであり、ＢＥＴ比表面積が５〜２０ｍ２／ｇであり、平均粒子径が０．４〜１．２μｍであることが好ましい。
【００４１】
このような部分安定化ジルコニア粉末は、例えば、オキシ塩化ジルコニウム水溶液を加水分解して得られる水和ジルコニアゾル水溶液に、安定化剤又はその原料を添加し、乾燥、か焼、湿式粉砕、乾燥することで得ることができる。
【００４２】
なお、安定化剤がイットリアである場合、安定化剤又はその原料としては、イットリア、水和イットリア、イットリアゾル、水酸化イットリウム、塩化イットリウム又は硝酸イットリウムなどのイットリア化合物を例示することができる。
【００４３】
本発明のジルコニア混合粉末が含有する酸化鉄粉末及びアルミナ粉末の物性は特に限定はないが、平均粒子径が０．１〜１．０μｍの粉末であることが好ましい。
【００４４】
本発明のジルコニア混合粉末は、部分安定化ジルコニア粉末に酸化鉄粉末及びアルミナ粉末を混合する。
【００４５】
これらの粉末が均一に混合されれば混合方法は特に限定されず、例えば、これらの粉末を湿式混合する方法を挙げることができる。また、部分安定化ジルコニア粉末の製造において湿式粉砕をすると同時に、酸化鉄粉末及びアルミナ粉末を共存させ、粉砕しながら混合させてもよい。
【００４６】
得られたジルコニア混合粉末は、必要に応じて噴霧乾燥することができる。これにより、ジルコニア混合粉末の流動性が向上するため、ハンドリングが容易になりやすい。噴霧乾燥した場合のジルコニア混合粉末は、その粒子径が４０〜７０μｍ、かさ密度が１〜１．３ｇ／ｃｍ３であることが例示できる。噴霧乾燥の方法としては、二流体ノズルを使用した噴霧乾燥法、アトマイザーディスク方式の乾燥機を使用した噴霧乾燥法などを例示することができる。
【００４７】
本発明のジルコニア混合粉末は、これを原料とし、成形し、焼結することで、ジルコニア混合粉末と同様な組成を有し、重厚感のある茶色ジルコニア焼結体を得ることができる。
【００４８】
本発明のジルコニア混合粉末を成形する場合、密度が２．５〜２．７ｇ／ｃｍ３の成形体が得られれば成形体の形状及び成形方法は特に限定されない。成形方法としては、一軸プレス、冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）などを例示することができる。
【００４９】
得られた成形体を焼結することで茶色ジルコニア焼結体を得ることができる。焼結方法は簡便な常圧焼結であることが好ましい。また、焼結温度は１３００℃〜１５００℃を挙げることができ、１３５０℃〜１４５０℃であることが好ましい。
【００５０】
次に、本発明の茶色ジルコニア焼結体について説明する。
【００５１】
本発明の茶色ジルコニア焼結体は、部分安定化ジルコニア、該部分安定化ジルコニアに対して少なくとも２重量％の酸化鉄、及び少なくとも１重量％のアルミナを含有する茶色ジルコニア焼結体である。これにより、審美性の高い茶色ジルコニア焼結体となる。
【００５２】
部分安定化ジルコニアとは安定化剤を含むジルコニアである。安定化剤としてイットリア、セリアなどを挙げることができ、イットリアを含有したジルコニアであることが好ましい。安定化剤の含有量は、部分安定化ジルコニアに対して２〜４ｍｏｌ％であることがより好ましい。なお、部分安定化ジルコニアに対するイットリアの含有量は、Ｙ２Ｏ３／（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３）により求めることができる。
【００５３】
本発明のジルコニア混合粉末は、酸化鉄及びアルミナを含有する。酸化鉄は茶色を呈色する着色剤として機能し、アルミナは焼結温度の違いによる呈色の変化を抑制する。これにより、本発明の茶色ジルコニア焼結体は、焼結温度による呈色の変化が少ない、茶色ジルコニア焼結体となる。
【００５４】
本発明の茶色ジルコニア焼結体が含有する酸化鉄の量は、部分安定化ジルコニアに対して少なくとも２重量％である。酸化鉄の量が２重量％未満の場合、ジルコニア焼結体は呈色が薄くなり、審美性に劣ったものになる。酸化鉄の含有量は、部分安定化ジルコニアに対して少なくとも２．５重量％であることが好ましく、少なくとも３重量％であることがより好ましい。
【００５５】
一方、酸化鉄の含有量が多くなりすぎると、焼結時にジルコニア焼結体に亀裂が入りやすくなる。そのため、本発明の茶色ジルコニア焼結体が含有する酸化鉄の量は６重量％以下であることが好ましく、５．５重量％以下であることがより好ましく、５重量％以下であることが更に好ましい。
【００５６】
本発明の茶色ジルコニア焼結体が含有するアルミナの量は、部分安定化ジルコニアに対して少なくとも１重量％であることが好ましく、少なくとも２重量％であることがより好ましく、少なくとも３重量％であることが更に好ましい。
【００５７】
また、アルミナの含有量が多くなりすぎると、焼結体の色調が明るくなりやすい。そのため、本発明の茶色ジルコニア焼結体のアルミナ含有量は、部分安定化ジルコニアに対して６重量％以下であることが好ましく、５．５重量％以下であることがより好ましく、５重量％以下であることが更に好ましい。
【００５８】
本発明の茶色ジルコニア焼結体は、マンガン酸化物を含むことが好ましい。マンガン酸化物は着色剤として機能する。そのため、酸化鉄及びアルミナに加えてマンガン酸化物を含有することで、より重厚感があり審美性の高い茶色を呈する茶色ジルコニア焼結体となる。
【００５９】
マンガン酸化物の量は少なくとも０．０１重量％であることが好ましい。マンガン酸化物の含有量が０．０１重量％以上であると、茶色ジルコニア焼結体の呈色がより濃く、重厚感のあるものとなる。マンガン酸化物の含有量が多いほど、茶色ジルコニア焼結体は、Ｌ値、ａ値及びｂ値が低下し、より重厚感のある呈色となる。そのため、マンガン酸化物の含有量は少なくとも０．０５重量％であることがより好ましく、少なくとも０．１重量％であることがさらに好ましく、少なくとも０．３重量％であることが更により好ましい。
【００６０】
マンガン酸化物の種類としては、二酸化マンガン、三酸化二マンガン又は四酸化三マンガンの少なくとも１種類以上を例示することができ、二酸化マンガンであることが好ましい。
【００６１】
本発明の茶色ジルコニア焼結体では、酸化鉄、アルミナ及びマンガン酸化物の合計含有量が、部分安定化ジルコニアに対して８重量％未満であることが好ましい。これら着色剤の合計含有量が８重量％未満であることで、焼結時に亀裂の入りにくい茶色ジルコニア焼結体とすることができる。
【００６２】
本発明の茶色ジルコニア焼結体は酸化鉄、アルミナ及びマンガン酸化物を含むが、これ以外に原料由来の不可避な不純物を含んでいてもよい。
【００６３】
本発明の茶色ジルコニア焼結体の呈色は、ハンターＬａｂ表色系で測定することができる。
【００６４】
明度Ｌが大きくなるほど茶色ジルコニア焼結体の呈色が明るくなる。本発明の茶色ジルコニア焼結体のＬは１５≦Ｌ≦３５であることが好ましく、１６≦Ｌ≦２５であることがより好ましく、１６≦Ｌ≦２０であることが更に好ましい。
【００６５】
一方、色相ａが大きくなると赤味が強くなり、ａが小さくなると緑色が強くなる。本発明の茶色ジルコニア焼結体のａは４≦ａ≦２０であることが好ましく、４≦ａ≦１５であることがより好ましく、４≦ａ≦１０であることが更に好ましい。
【００６６】
また、色相ｂが大きくなると黄色が強くなり、ｂが小さくなると青色が強くなる。本発明の茶色ジルコニア焼結体のｂは５≦ｂ≦２０であることが好ましく、５≦ｂ≦１５であることがより好ましく、５≦ｂ≦８であることが更に好ましい。
【００６７】
本発明の茶色ジルコニア焼結体の色調がこの範囲となることで、審美性が高く重厚な茶色を呈する。
【００６８】
本発明の茶色ジルコニア焼結体の白色度Ｗは、１５≦Ｗ≦３０であることが好ましく、１５≦Ｗ≦２５であることがより好ましく、１５≦Ｗ≦２０であることが更に好ましい。
【発明の効果】
【００６９】
本発明は、特殊な焼結方法を必要としないだけでなく、焼結条件による呈色の変化が少ない茶色ジルコニア焼結体が得られるジルコニア粉末を提供することができる。さらには、この様なジルコニア粉末から得られる重厚感のある茶色ジルコニア焼結体を提供することができる。
【００７０】
これにより、製造条件の細かな制御を必要とせず、工業的な大規模な製造においても、ほぼ同一の呈色を示す茶色ジルコニア焼結体を提供することができる。
【実施例】
【００７１】
以下、実施例で、本願発明を具体的に説明しますが、本願発明はこれらの実施例により何等制限されるものではない。
（組成の測定）
試料を酸水溶液で溶解して測定溶液とした。当該測定溶液をＩＣＰ発光分光分析法により測定することで、試料の組成を求めた。
（色調の測定）
ジルコニア焼結体の色調を色差計（カラーアナライザーＴＣ−１８００ＭＫ−ＩＩ，東京電色社製）を用いて測定した。光源にはＤ６５光源を用い、１０度視野角の条件において、焼結体表面の反射光からハンターＬａｂ系の明度Ｌ、色相ａ、ｂ、及び、白色度Ｗを測定した。
（色差の測定）
各焼結温度で焼結したジルコニア焼結体の色調を測定し、得られた明度Ｌ、色相ａ、ｂから（１）式により色差を求めた。
（粉末Ｘ線回折）
部分安定化ジルコニア粉末の結晶相は粉末Ｘ線回折装置（Ｒｉｇａｋｕ、４０１２Ａ１）を用いて、Ｘ線源ＣｕＫα、加速電圧３５ｋＶ、管電流２５ｍＡ、操作速度２θ＝１／２°／min、測定範囲２６〜３３°で測定した。
（ＢＥＴ比表面積）
比表面積測定装置を用い、窒素ガス吸着によるＢＥＴ法により測定した。
（平均粒子径）
粉末試料の平均粒子径は、ＪＩＳ Ｒ−１６３９−１に準じた機械篩い分け法により測定した。
【００７２】
実施例１
（部分安定化ジルコニア粉末）
０．３ｍｏｌ／Ｌのオキシ塩化ジルコニウム水溶液を還流状態において２００時間煮沸し、水和ジルコニアゾル水溶液を得た。得られた水和ジルコニアゾル水溶液を限外ろ過し、水和ジルコニアゾル濃度を５倍に濃縮した。濃縮後、水溶液中のジルコニアに対してイットリアが３ｍｏｌ％になる様にイットリアを添加した後、乾燥して乾燥粉末を得た。この乾燥粉末を１００℃／時間の速度で昇温し、１０００℃で６時間仮焼し、か焼粉末を得た。
【００７３】
得られたか焼粉末に蒸留水を加えてジルコニア濃度４５重量％のスラリーとし、これを８時間ボールミル粉砕した。なお、ボールミル用ボールは２ｍｍのジルコニアボールを使用した。粉砕後のスラリーを、大気中、１２５℃で乾燥して部分安定化ジルコニア粉末を得た。
【００７４】
得られた部分安定化ジルコニア粉末は、イットリア含有量が３．０ｍｏｌ％、ＢＥＴ比表面積が７ｍ２／ｇ、平均粒子径が０．５１μｍ、結晶子径が３５０Åであり、結晶構造は正方晶と立方晶の混相であった。
（ジルコニア混合粉末）
得られたジルコニア粉末と、平均粒子径が０．３μｍの酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）粉末、及び平均粒子径が０．３μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末とを混合し、ジルコニア混合粉末を得た。
【００７５】
なお、酸化鉄は部分安定化ジルコニア粉末に対して２重量％となるように添加し、アルミナ粉末は部分安定化ジルコニア粉末に対して１重量％となるように添加した。
【００７６】
得られたジルコニア混合粉末に純水を添加して、５０重量％のスラリーとした。このスラリーを噴霧乾燥機で１５０℃の熱風下で乾燥した。
（茶色ジルコニア焼結体）
噴霧乾燥後のジルコニア混合粉末を、成形圧７００ｋｇ／ｃｍ２で一軸プレス成形し、直径２５ｍｍの円柱状の成形体を得た。得られた成形体をセッターに乗せて焼結炉内に設置し、１４５０℃、１４００℃及び１３５０℃の各焼結温度で２時間、大気中で常圧焼結して茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００７７】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００７８】
実施例２
アルミナ粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して２重量％とした以外は実施例１と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００７９】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００８０】
実施例３
アルミナ粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して３重量％とした以外は実施例１と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００８１】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００８２】
実施例４
アルミナ粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して５重量％とした以外は実施例１と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００８３】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００８４】
実施例５
酸化鉄粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して２．５重量％とし、アルミナ粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して５重量％とした以外は実施例１と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００８５】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００８６】
実施例６
酸化鉄粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して５重量％とし、アルミナ粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して５重量％とした以外は実施例１と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００８７】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。しかしながら、１４５０℃で焼結した茶色ジルコニア焼結体には亀裂が入るものがあった。
【００８８】
実施例７
酸化鉄粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して２．５重量％とし、アルミナ粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して５重量％とし、なおかつ、電解二酸化マンガン粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して０．０１重量％添加した以外は実施例１と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００８９】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００９０】
実施例８
電解二酸化マンガン粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して０．０５重量％添加した以外は実施例８と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００９１】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００９２】
実施例９
電解二酸化マンガン粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して０．１重量％添加した以外は実施例８と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００９３】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００９４】
実施例１０
電解二酸化マンガン粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して０．３重量％添加した以外は実施例８と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００９５】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。
【００９６】
実施例１１
電解二酸化マンガン粉末を部分安定化ジルコニア粉末に対して０．５重量％添加した以外は実施例８と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。
【００９７】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きがなく、離型性に優れたものであった。しかしながら、１４５０℃で焼結した茶色ジルコニア焼結体には亀裂が入るものがあった。
【００９８】
比較例１
アルミナ粉末を添加しなかったこと以外は実施例１と同様な方法でジルコニア混合粉末及び茶色ジルコニア焼結体を得た。（１）式から求められる色差及び得られた茶色ジルコニア焼結体の色調を表１に示した。比較例１で得られた茶色ジルコニア焼結体はΔＥが大きく焼結温度による色差が大きかった。
【００９９】
また、いずれの焼結温度で焼結した茶色ジルコニア焼結体も、セッターとの焼き付きが生じた。
【０１００】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明のジルコニア混合粉末は、茶色ジルコニア焼結体の工業的製造に適した粉末として使用することができる。
【０１０２】
また、本発明により得られる茶色ジルコニア焼結体は、時計バンドやアクセサリー等の装飾性の高い部材、高級建材、各種構造部材等の機械部材、電子部品基板等のセラミックス電子部材、携帯電話、モバイル家電製品等の外装部材等への適用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分安定化ジルコニア、該部分安定化ジルコニア対して少なくとも２重量％の酸化鉄及び少なくとも１重量％のアルミナを含むジルコニア混合粉末。
【請求項２】
部分安定化ジルコニアに対して０．０１〜０．５重量％のマンガン酸化物を含むことを特徴とする請求項１に記載のジルコニア混合粉末。
【請求項３】
酸化鉄、アルミナ及びマンガン酸化物の合計含有量が、部分安定化ジルコニアに対して８重量％未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載のジルコニア混合粉末。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のジルコニア混合粉末を原料とすることを特徴とする茶色ジルコニア焼結体の製造方法。
【請求項５】
部分安定化ジルコニア、該部分安定化ジルコニアに対して少なくとも２重量％の酸化鉄、及び少なくとも１重量％のアルミナを含有する茶色ジルコニア焼結体。
【請求項６】
部分安定化ジルコニアに対して０．０１〜０．５重量％のマンガン酸化物を含むことを特徴とする請求項５に記載の茶色ジルコニア焼結体。
【請求項７】
酸化鉄、アルミナ及びマンガン酸化物の合計が、部分安定化ジルコニアに対して８重量％未満であることを特徴とする請求項７又は８に記載の茶色ジルコニア焼結体。
【請求項１】
部分安定化ジルコニア、該部分安定化ジルコニア対して少なくとも２重量％の酸化鉄及び少なくとも１重量％のアルミナを含むジルコニア混合粉末。
【請求項２】
部分安定化ジルコニアに対して０．０１〜０．５重量％のマンガン酸化物を含むことを特徴とする請求項１に記載のジルコニア混合粉末。
【請求項３】
酸化鉄、アルミナ及びマンガン酸化物の合計含有量が、部分安定化ジルコニアに対して８重量％未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載のジルコニア混合粉末。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のジルコニア混合粉末を原料とすることを特徴とする茶色ジルコニア焼結体の製造方法。
【請求項５】
部分安定化ジルコニア、該部分安定化ジルコニアに対して少なくとも２重量％の酸化鉄、及び少なくとも１重量％のアルミナを含有する茶色ジルコニア焼結体。
【請求項６】
部分安定化ジルコニアに対して０．０１〜０．５重量％のマンガン酸化物を含むことを特徴とする請求項５に記載の茶色ジルコニア焼結体。
【請求項７】
酸化鉄、アルミナ及びマンガン酸化物の合計が、部分安定化ジルコニアに対して８重量％未満であることを特徴とする請求項７又は８に記載の茶色ジルコニア焼結体。
【公開番号】特開２０１３−１４４７３（Ｐ２０１３−１４４７３Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４８５７４（Ｐ２０１１−１４８５７４）
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【出願人】（０００００３３００）東ソー株式会社 (1,901)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【出願人】（０００００３３００）東ソー株式会社 (1,901)
【Ｆターム（参考）】
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