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JP7110484B2 - ジルコニア粉末、ジルコニア粉末の製造方法、ジルコニア焼結体の製造方法、及び、ジルコニア焼結体 - Google Patents

ジルコニア粉末、ジルコニア粉末の製造方法、ジルコニア焼結体の製造方法、及び、ジルコニア焼結体 Download PDF

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Description

本発明は、ジルコニア粉末、ジルコニア粉末の製造方法、ジルコニア焼結体の製造方法、及び、ジルコニア焼結体に関する。
ジルコニア（酸化ジルコニウム）の用途は非常に多岐にわたる。このようなジルコニアとしては、乾式で製造された粉末、あるいは、湿式で製造された粉末等が代表例であるが、最近では、その多機能性から湿式で製造されるジルコニア粉末（以下、「湿式ジルコニア粉末」ともいう）の研究開発が活発に行われている。例えば、加水分解法などの湿式精製法で製造された湿式ジルコニア粉末は電子材料、自動車排ガス浄化用助触媒、酸素センサー、ファインセラミックス、反射防止膜、固体酸化物型燃料電池の電解質などに使用されている。
上記湿式ジルコニア粉末は、粉末ベースで使用することもあるが、焼結体として使用して、その機能を発揮させる場合が多い。ジルコニア焼結体は、ジルコニア粉末を成型した後、この成型体を焼結することで製造される。この場合、ジルコニア粉末にはあらかじめ、ジルコニア結晶の高温安定相である正方晶系あるいは立方晶系の結晶構造を常温まで維持させるべく、安定化処理が行われる。ジルコニア結晶の安定化処理は、通常、ジルコニアにカルシア、マグネシア、イットリア等の酸化物類を固溶させることにより行われる。立方晶系の結晶構造のみで形成されるジルコニアからなる焼結体は、いわゆる完全安定化ジルコニア（通常「安定化ジルコニア」と言う。）焼結体として広く利用されている。また、正方晶系の結晶構造のジルコニアを含有する焼結体は、部分安定化ジルコニア焼結体として広く利用されている。
ジルコニア焼結体の高強度化の検討は従来からなされてきた。ジルコニア焼結体における、高強度機構は焼結体中に含まれる正方晶相ジルコニアが応力によって単斜晶相にマルテンサイト型相転移することに由来する。一般的なジルコニア焼結体の製造方法である常圧焼結では、焼結体中に粗大な気孔が残存し、焼結体の破壊強度はそれら粗大気孔の大きさに影響し、粗大気孔が残存する常圧焼結体の３点曲げ強度は１０００～１１００ＭＰａ程度である。
特許文献１には、部分安定化ジルコニア焼結体よりなり、該焼結体が立方晶系の結晶構造をもつジルコニアを実質的に含まず、しかも正方晶系の結晶構造をもつジルコニアを９５．５モル％以上９９％以下含む歯列矯正用ブラケットが開示されている。特許文献１にはその効果として、初期の強度、靭性が高く、審美性が優れているだけでなく、実際の矯正治療において長期に実用に供した時の機械的性質の安定性も高いので、すぐれた治療効果と治療中の審美性とを両立できることが開示されている。
特許文献２には、２～４ｍｏｌ％のイットリアを含むジルコニアからなり、３点曲げ強度１７００ＭＰａ以上で、かつ厚さ０．５ｍｍでの全光線透過率が４３％以上である高強度イットリア含有ジルコニア焼結体であり、平均３点曲げ強度１９００ＭＰａ以上で、かつ厚さ０．５ｍｍでの全光線透過率が４５％以上である高強度イットリア含有ジルコニア焼結体が開示されている。また、特許文献２には、イットリアを含有するジルコニア粉末を成型し、無加圧下で焼結した後、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）により高温高圧処理することが開示されている。
特許文献３には、安定化剤として２～４ｍｏｌ％のイットリアを含み、添加剤としてアルミナを０．１～０．２ｗｔ％含む透光性ジルコニア焼結体用粉末から得られた透光性ジルコニア焼結体の３点曲げ強度が１２００ＭＰａ以上であることが開示されている。また、特許文献３には、ジルコニア顆粒をＣＩＰ（圧力２ｔ／ｃｍ２）でプレス成型し１４５０℃の条件で焼結させたことが開示されている。
特開平０８－１１７２４８号公報 特開２００８－５０２４７号公報 特開２０１４－８８３１９号公報
従来、ジルコニア粉末については、様々な組成や特性を有するジルコニア粉末が開示されている（例えば、特許文献１～３）。ジルコニア粉末を用いてジルコニア焼結体を得る際の成型には、一般的に、コストや工程の負荷が高いＨＩＰ焼結等が用いられるか、又は、ＨＩＰ焼結が不要とされるジルコニア粉末であっても、成型圧力として２ｔ／ｃｍ２程度を必要とし、いずれにしても工程負荷が高い。しかしながら、ジルコニア焼結体を得る際の成型圧力の低減について詳細に検討した例はない。
一方、本発明者は、鋭意検討の結果、低い成型圧力で高強度を有するジルコニア焼結体を容易に製造することができれば工程負荷が低く、有用であると考えるに至った。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低い成型圧力で高強度を有するジルコニア焼結体を容易に製造することを可能とするジルコニア粉末を提供することにある。また、当該ジルコニア粉末の製造方法を提供することにある。また、当該ジルコニア粉末を用いたジルコニア焼結体の製造方法を提供することにある。また、高強度を有するジルコニア焼結体を提供することにある。
本発明者は、ジルコニア粉末について鋭意検討を行った。その結果、下記構成を採用することにより、低い成型圧力で高強度を有するジルコニア焼結体を容易に製造することを可能とするジルコニア粉末を提供することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明に係るジルコニア粉末は、
イットリアを２．５ｍｏｌ％以上３．５ｍｏｌ％以下含み、
比表面積が５ｍ２／ｇ以上２０ｍ２／ｇ以下であり、
結晶相に含まれる単斜晶相率が２０％以上４０％以下であり、正方晶相率が６０％以上８０％以下であり、
成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結した焼結体の結晶相に含まれる単斜晶相率が１％以上３％以下、正方晶相率が７７％以上９４％以下、立方晶相率が５％以上２０％以下となることを特徴とする。
イットリアの分散状態を、上記を満たすような特定状態となるようにして、結晶相を制御することにより、成型圧力が低くても、得られるジルコニア焼結体の強度を従来品と同等の高強度とすることができるジルコニア粉末を提供することができる。このことは実施例からも明らかである。また、成型圧力が低くてもよいため、当該ジルコニア粉末を用いれば、ジルコニア焼結体の量産が容易となる。
前記構成においては、成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結した焼結体の３点曲げ強度が１２００ＭＰａ以上となることが好ましい。
前記構成においては、成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結した焼結体の３点曲げ強度が１３００ＭＰａ以上となることが好ましい。
前記構成においては、成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結した焼結体の３点曲げ強度が１４００ＭＰａ以上となることが好ましい。
前記構成においては、Ｆｅ、Ｖ、Ｅｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｂ、Ｚｎ、及び、Ｔｉからなる群より選ばれる１種以上を含んでも構わない。
Ｆｅ、Ｖ、Ｅｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｂ、Ｚｎ、及び、Ｔｉからなる群より選ばれる１種以上を含むと、焼結体を着色することができる。なお、着色する場合、元素の組み合わせと、前記組み合わせに適した添加量があり、後述する。
前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を黒系に着色する場合、着色剤として、Ｆｅ２Ｏ３を０．４～１．０質量％、ＣｏＯを０．９～１．５質量％、Ｃｒ２Ｏ３を１．０～１．６質量％、ＴｉＯ２を０．５～０．９質量％含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を異なる系統の黒系に着色する場合、着色剤として、ＣｏＯを０．９～１．５質量％、Ｃｒ２Ｏ３を１．０～１．６質量％、ＭｎＯ２を０．８～１．４質量％を含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を白系に着色する場合、着色剤として、ＺｎＯを０．１５～０．３５質量％含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、着色剤として、Ｃｒ２Ｏ３を０．０２～０．１質量％含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％未満の条件下（アルミナを実質的に含有しない条件下）では、着色剤として、ＭｎＯ２を０．０３～０．０６質量％含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下の条件下では、着色剤として、ＭｎＯ２を０．０２～０．０５質量％含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を黒色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下の条件下では、着色剤として、ＭｎＯ２を０．２～０．５質量％含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下の条件下では、着色剤として、Ｆｅ２Ｏ３を０．１２～０．４０質量％含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％未満の条件下（アルミナを実質的に含有しない条件下）では、着色剤として、Ｆｅ２Ｏ３を０．１２～０．２３質量％含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
前記構成において、焼結することにより得られるジルコニア焼結体を青色系に着色する場合、アルミナの含有量が１質量％以上３質量％以下の条件下では、着色剤として、ＣｏＯを０．３～１．０質量％含むことが好ましい。前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
また、本発明に係るジルコニア粉末の製造方法は、
前記ジルコニア粉末の製造方法であって、
塩基性硫酸ジルコニウムとイットリアゾル溶液とを混合する工程Ａと、
前記工程Ａの後、塩基を混合する工程Ｂとを有することを特徴とする。
イットリアの原料としてイットリアゾルを用いることにより、ジルコニアへのイットリアの分散性を所望の状態に制御することが容易となる。
また、本発明に係るジルコニア焼結体の製造方法は、
請求項１～４のいずれか１に記載のジルコニア粉末を、成型圧０．７ｔ／ｃｍ２以上０．９ｔ／ｃｍ２以下で成型し、成型体を得る工程Ｘと、
前記工程Ｘの後、前記成型体を１３００℃以上１５００℃以下、１時間以上５時間以下の条件で焼結する工程Ｙとを有することを特徴とする。
前記構成によれば、成型圧０．７ｔ／ｃｍ２以上０．９ｔ／ｃｍ２以下で成型するという低圧での成型であるにも関わらず、高強度を有するジルコニア焼結体を得ることができる。
前記構成においては、得られるジルコニア焼結体の３点曲げ強度が１２００ＭＰａ以上となることが好ましい。
また、本発明に係るジルコニア焼結体は、
結晶相に含まれる単斜晶相率が１％以上３％以下、正方晶相率が７７％以上９４％以下、立方晶相率が５％以上２０％以下であることを特徴とする。
前記構成によれば、結晶相に含まれる単斜晶相率が１％以上３％以下、正方晶相率が７７％以上９４％以下、立方晶相率が５％以上２０％以下であるため、高強度である。このことは、実施例からも明らかである。
前記ジルコニア焼結体は、前記のジルコニア焼結体の製造方法により製造されたことが好ましい。
前記構成においては、Ｆｅ、Ｖ、Ｅｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｂ、Ｚｎ、及び、Ｔｉからなる群より選ばれる１種以上を含んでも構わない。
Ｆｅ、Ｖ、Ｅｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｂ、Ｚｎ、及び、Ｔｉからなる群より選ばれる１種以上を含むと、好適に着色することができる。
前記構成において、ジルコニア焼結体を黒系に着色する場合、Ｆｅ２Ｏ３を０．４～１．０質量％、ＣｏＯを０．９～１．５質量％、Ｃｒ２Ｏ３を１．０～１．６質量％、ＴｉＯ２を０．５～０．９質量％含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が４以上８以下であり、ａ＊が－２以上２以下であり、ｂ＊が－３以上１以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
前記構成において、ジルコニア焼結体を異なる系統の黒系に着色する場合、ＣｏＯを００．９～１．５質量％、Ｃｒ２Ｏ３を１．０～１．６質量％、ＭｎＯ２を０．８～１．４質量％を含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が６以上１２以下であり、ａ＊が－４以上０以下であり、ｂ＊が－３以上１以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
前記構成において、ジルコニア焼結体を白系に着色する場合、ＺｎＯを０．１５～０．３５質量％含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が８５以上９１以下であり、ａ＊が－２以上２以下であり、ｂ＊が－１以上３以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
前記構成において、ジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、Ｃｒ２Ｏ３を０．０２～０．１質量％含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が３５以上４７以下であり、ａ＊が０以上６以下であり、ｂ＊が５以上１５以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
前記構成において、ジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％未満の条件下（アルミナを実質的に含有しない条件下）では、ＭｎＯ２を０．０３～０．０６質量％含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が３３以上３９以下であり、ａ＊が２以上８以下であり、ｂ＊が－３以上３以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
前記構成において、ジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下の条件下では、ＭｎＯ２を０．０２～０．０５質量％含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が３６以上４２以下であり、ａ＊が１以上７以下であり、ｂ＊が－４以上２以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
前記構成において、ジルコニア焼結体を黒色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下の条件下では、ＭｎＯ２を０．２～０．５質量％を含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が６以上１８以下であり、ａ＊が０以上６以下であり、ｂ＊が－５以上１以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
前記構成において、ジルコニア焼結体を茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下の条件下では、Ｆｅ２Ｏ３を０．１２～０．４０質量％含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が４９以上７０以下であり、ａ＊が３以上１２以下であり、ｂ＊が２３以上３５以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
前記構成において、ジルコニア焼結体を茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％未満の条件下（アルミナを実質的に含有しない条件下）では、Ｆｅ２Ｏ３を０．１２～０．２３質量％含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が４６以上５６以下であり、ａ＊が７以上１３以下であり、ｂ＊が２３以上３３以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
前記構成において、ジルコニア焼結体を青色系に着色する場合、アルミナの含有量が１質量％以上３質量％以下の条件下では、ＣｏＯを０．３～１．０質量％含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が２７以上３９以下であり、ａ＊が－５以上２以下であり、ｂ＊が－４５以上－３３以下であることが好ましい。前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
本発明によれば、低い成型圧力で高強度を有するジルコニア焼結体を容易に製造することを可能とするジルコニア粉末を提供することができる。また、当該ジルコニア粉末の製造方法を提供することができる。また、当該ジルコニア粉末を用いたジルコニア焼結体の製造方法を提供することができる。また、高強度を有するジルコニア焼結体を提供することにある。
以下、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。なお、本明細書において、ジルコニアとは一般的なものであり、ハフニアを含めた１０質量％以下の不純物金属化合物を含むものである。また、本明細書において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。
［ジルコニア粉末］
本実施形態に係るジルコニア粉末は、
イットリアを２．５ｍｏｌ％以上３．５ｍｏｌ％以下含み、
比表面積が５ｍ２／ｇ以上２０ｍ２／ｇ以下であり、
結晶相に含まれる単斜晶相率が２０％以上４０％以下であり、正方晶相率が６０％以上８０％以下であり、
成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結した焼結体の結晶相に含まれる単斜晶相率が１％以上３％以下、正方晶相率が７７％以上９４％以下、立方晶相率が５％以上２０％以下となる。
イットリアの分散状態を、上記を満たすような特定状態となるようにして、結晶相を制御することにより、成型圧力が低くても、得られるジルコニア焼結体の強度を従来品と同等の高強度とすることができるジルコニア粉末を提供することができる。このことは実施例からも明らかである。また、成型圧力が低くてもよいため、当該ジルコニア粉末を用いれば、ジルコニア焼結体の量産が容易となる。例えば、プレス成型、射出成型、鋳込み成型、シート成型等の各種成型方法を用いてジルコニア焼結体の量産が容易となる。
前記ジルコニア粉末は、ジルコニアを含有する。前記ジルコニアの含有量は、前記ジルコニア粉末を１００質量％としたとき、好ましく９０質量％以上、より好ましくは９２質量％以上、さらに好ましくは９４質量％以上、特に好ましくは９４．３質量％以上である。前記ジルコニアの含有量の上限値は、特に制限されないが、前記ジルコニアの含有量は、好ましくは９７．５質量％以下、より好ましくは９７．２質量％以下、さらに好ましくは９７質量％以下、特に好ましくは９６．９質量％以下である。
前記ジルコニア粉末は、主成分であるジルコニア以外に、前記ジルコニア粉末の全ｍｏｌ量に対して２．５ｍｏｌ％以上３．５ｍｏｌ％以下のイットリアを含む。イットリアはジルコニアと固溶体を形成して存在し得る。イットリアの含有割合が２．５ｍｏｌ％以上であるため、ジルコニア粉末の焼結体中に単斜晶相の割合が過剰になるのを抑制することができる。すなわち、正方晶相から単斜晶相への相転移による大きな体積膨張に起因する亀裂の伝播を抑制することにより、ジルコニア焼結体の破壊靭性の低下を抑制できる。イットリア含有量が２．５ｍｏｌ％未満では高強度が得られることは既知であるが、水熱劣化特性や光学特性が得られにくい。
前記イットリアの含有割合は、２．５ｍｏｌ％以上３．５ｍｏｌ％以下であり、２．６ｍｏｌ％以上３．４ｍｏｌ％以下であることが好ましく、２．７ｍｏｌ％以上３．３ｍｏｌ％以下であることがより好ましく、２．８ｍｏｌ％以上３．２ｍｏｌ％以下であることがさらに好ましい。イットリアの含有量を上記数値範囲内とし、且つ、イットリア分散性を制御し結晶相を制御すれば、低い成型圧力であっても、高強度を有するジルコニア焼結体を得ることができる。イットリア分散性の制御方法としては、特に限定されないが、例えば、下記に示す製造方法等に制御することができる。
前記ジルコニア粉末は、必要に応じて酸化アルミニウム（アルミナ）を含有することができる。前記アルミナの含有量は、特に制限されないが、例えば、ジルコニア粉末の全質量に対して０．００５質量％～２質量％とすることができる。ジルコニア粉末がアルミナを含有する場合、ジルコニア粉末の焼結性が向上し、結晶構造が均一化しやすくなる。また、ジルコニア粉末がアルミナを含有することで、ジルコニア焼結体の破壊靭性の低下を抑制しやすい。さらに、アルミナの含有量を調節すれば、ジルコニア焼結体の透光性を向上させることができる。
前記アルミナの含有量は、より好ましくは、０．０５質量％以上０．１５質量％以下、又は、０．２０質量％以上０．３０質量％以下である。
前記アルミナの含有量を０．０５質量％以上０．１５質量％以下とする場合、好ましくは０．０７質量％以上、より好ましくは０．０９質量％以上、さらに好ましくは０．１質量％以上である。前記アルミナの含有量を０．０５質量％以上０．１５質量％以下とする場合、好ましくは０．１３質量％以下、より好ましくは０．１１質量％以下、さらに好ましくは０．１０５質量％以下である。
前記アルミナの含有量を０．２０質量％以上０．３０質量％以下とする場合、好ましくは０．２２質量％以上、より好ましくは０．２４質量％以上、さらに好ましくは０．２５質量％以上である。前記アルミナの含有量を０．２０質量％以上０．３０質量％以下とする場合、好ましくは０．２８質量％以下、より好ましくは０．２６質量％以下、さらに好ましくは０．２５５質量％以下である。
前記アルミナの含有量は、ジルコニア粉末の全質量に対して０．０１～１質量％であることがより好ましく、０．０２～０．５質量％であることがさらに好ましく、０．１～０．４質量％であることが特に好ましく、０．２～０．３質量％であることが特別に好ましい。
アルミナの形態は、特に限定されないが、ジルコニア粉末の調製時のハンドリング性や不純物残存を低減するという観点から、アルミナ粉末が好ましい。
アルミナの形態が粉末である場合、アルミナの一次粒子の平均粒子径に特に制限はないが、例えば０．０２～０．４μｍとすることができ、好ましくは０．０５～０．３μｍ、さらに好ましくは０．０７～０．２μｍである。
アルミナの一次粒子の平均粒子径は、レーザー回折式粒子径分布測定装置「ＳＡＬＤ－２０００」（島津製作所社製）を用いて測定した値である。
より詳細には、サンプル０．１５ｇと４０ｍｌの０．２％ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液とを５０ｍｌビーカーに投入し、卓上超音波洗浄機「Ｗ－１１３」（本多電子株式会社製）で５分間分散した後、装置（レーザー回折式粒子径分布測定装置（「ＳＡＬＤ－２０００」島津製作所社製））に投入し測定した値である。
前記ジルコニア粉末は、イットリアの一部の代替として他の成分が含まれていてもよい。他の成分としては、カルシア、マグネシアなどのアルカリ土類金属酸化物や、セリアなどの希土類酸化物が例示される。前記ジルコニア粉末は、イットリア成分を必須とする。
前記ジルコニア粉末の平均粒子径は、特に限定されない。例えば、前記ジルコニア粉末の平均粒子径は、０．３～０．８μｍとすることができる。ジルコニア粉末の平均粒子径が上記範囲であれば、高い成型密度をもつ成型体が得られやすく、焼結性及び焼結密度の低下が抑制されやすい。また、ジルコニア粉末の平均粒子径が上記範囲であれば、粉砕工程の粉砕時間を長くする必要もない。ジルコニア粉末の平均粒子径が０．８μｍ以下であれば、粉末中の単斜晶相が多くなり過ぎないので、高い焼結密度を有する焼結体が得られやすい。前記ジルコニア粉末の平均粒子径は、好ましくは０．３５～０．７５μｍ、さらに好ましくは０．４～０．７μｍとすることができる。
ジルコニア粉末の平均粒子径は、レーザー回折式粒子径分布測定装置「ＳＡＬＤ－２０００」（島津製作所社製）を用いて測定した値である。より詳細には、実施例に記載の方法による。
前記ジルコニア粉末の比表面積は、５ｍ２／ｇ以上２０ｍ２／ｇ以下である。前記ジルコニア粉末の比表面積が５ｍ２／ｇ以上２０ｍ２／ｇ以下であるため、高い成型密度をもつ成型体が得られやすく、焼結性及び焼結密度の低下が抑制されやすい。前記ジルコニア粉末の比表面積は、好ましくは６～１８ｍ２／ｇ、より好ましくは６．５～１５ｍ２／ｇ、さらに好ましくは７～１３ｍ２／ｇである。
本明細書において、ジルコニア粉末の比表面積は、ＢＥＴ比表面積のことを指し、比表面積計「フローソーブ－ＩＩ」（マイクロメリティクス社製）を用いて測定した値である。
前記ジルコニア粉末は、結晶相に含まれる単斜晶相率が２０％以上４０％以下であり、正方晶相率が６０％以上８０％以下である。前記単斜晶相率は、２０％以上４０％以下であり、２５％以上３５％以下が好ましく、２７％以上３５％以下がより好ましい。前記正方晶相率は、６０％以上８０％以下であり、６５％以上７５％以下が好ましく、６５％以上７３％以下がより好ましい。
安定化剤としてのイットリアを含むジルコニアは通常、単斜晶相、正方晶相、立方晶相のいずれか、もしくは共存する。
本明細書において、前記ジルコニア粉末に含まれる結晶相の各相率は、以下の計算式で求める。
単斜晶相率（％）＝（Ｉｍ（１１１）＋Ｉｍ（１１－１））／（Ｉｍ（１１１）＋Ｉｍ（１１－１）＋Ｉｔ（１０１）＋Ｉｃ（１１１））×１００
正方晶相率（％）＝（１００％－単斜晶相（％））×（（Ｉｔ（００４）＋Ｉｔ（２２０）／（Ｉｔ（００４）＋Ｉｔ（２２０）＋Ｉｃ（００４））×１００
立方晶相率（％）＝（１００％－単斜晶相（％））×（（Ｉｃ（００４）／（Ｉｔ（００４）＋Ｉｔ（２２０）＋Ｉｃ（００４））×１００
ここで、Ｉｍ（１１１）は単斜晶相の（１１１）の回折強度、Ｉｍ（１１－１）は単斜晶相の（１１－１）の回折強度である。
Ｉｔ（１０１）は正方晶相の（１０１）の回折強度、Ｉｔ（２２０）は正方晶相の（２２０）の回折強度、Ｉｔ（００４）は正方晶相の（００４）の回折強度である。
Ｉｃ（００４）は立方晶相の（００４）の回折強度、Ｉｃ（１１１）は立方晶相の（１１１）の回折強度である。
ジルコニアの単斜晶相と、正方晶相及び立方晶相との判別はＸＲＤスペクトルの２θ＝２６～３６°付近で行う。正方晶相と立方晶相との判別はＸＲＤスペクトルの２θ＝７２～７６°付近で行う。立方晶相は安定化剤の添加量や製法によって歪むことがあり、ピーク位置がシフトする場合があるが、本明細書では正方晶相の（００４）と（２２０）の間のピークを立方晶相のピークと捉え算出する。
Ｘ線回折装置、及び、ＸＲＤ測定条件の詳細は、実施例に記載の通りである。
前記ジルコニア粉末は、Ｆｅ、Ｖ、Ｅｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｂ、Ｚｎ、及び、Ｔｉからなる群より選ばれる１種以上を含んでいてもよい。Ｆｅ、Ｖ、Ｅｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｂ、Ｚｎ、及び、Ｔｉからなる群より選ばれる１種以上を着色元素として含むと、当該ジルコニア粉末を焼結させることにより得られるジルコニア焼結体を着色することができる。
前記着色元素の形態は特に限定されず、酸化物、塩化物などの形態で添加することができる。前記着色元素を含む着色剤としては、具体的には、例えば、Ｆｅ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、Ｅｒ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＣｏＯ、Ｃｒ２Ｏ３、Ｔｂ４Ｏ７、ＺｎＯ、ＴｉＯ２等が挙げられる。前記着色剤は、前記ジルコニア粉末に混合物として添加されていることが好ましい。
＜第１の黒系＞
焼結することにより得られるジルコニア焼結体を黒系に着色する場合、着色剤として、Ｆｅ２Ｏ３を０．４～１．０質量％、ＣｏＯを０．９～１．５質量％、Ｃｒ２Ｏ３を１．０～１．６質量％、ＴｉＯ２を０．５～０．９質量％含むことが好ましい。
前記Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、０．５～０．９質量％がより好ましく、０．６～０．８質量％がさらに好ましい。
前記ＣｏＯの含有量は、１．０～１．４質量％がより好ましく、１．１～１．３質量％がさらに好ましい。
前記Ｃｒ２Ｏ３の含有量は、１．１～１．５質量％がより好ましく、１．２～１．４質量％がさらに好ましい。
前記ＴｉＯ２の含有量は、０．５５～０．８５質量％がより好ましく、０．６～０．８質量％がさらに好ましい。
前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
＜第２の黒系＞
焼結することにより得られるジルコニア焼結体を、第１の黒系とは異なる系統の黒系に着色する場合、着色剤として、ＣｏＯを０．９～１．５質量％、Ｃｒ２Ｏ３を１．０～１．６質量％、ＭｎＯ２を０．８～１．４質量％を含むことが好ましい。
前記ＣｏＯの含有量は、１．０～１．４質量％がより好ましく、１．１～１．３質量％がさらに好ましい。
前記Ｃｒ２Ｏ３の含有量は、１．１～１．５質量％がより好ましく、１．２～１．４質量％がさらに好ましい。
前記ＭｎＯ２の含有量は、０．９～１．３質量％がより好ましく、１．０～１．２質量％がさらに好ましい。
前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
＜第３の黒系＞
焼結することにより得られるジルコニア焼結体を、第１、２の黒系とは異なる系統の黒系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下の条件下では、着色剤として、ＭｎＯ２を０．２～０．５質量％を含ませることが好ましい。
前記ＭｎＯ２の含有量は、０．２５～０．４５質量％がより好ましく、０．３～０．４質量％がさらに好ましい。
前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
＜白系＞
焼結することにより得られるジルコニア焼結体を白系に着色する場合、着色剤として、ＺｎＯを０．１５～０．３５質量％含むことが好ましい。
前記ＺｎＯの含有量は、０．２～０．３質量％がより好ましく、０．２２～０．２８質量％がさらに好ましい。
前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
＜第１の灰色系＞
焼結することにより得られるジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％未満の条件下（アルミナを実質的に含有しない条件下）では、着色剤として、ＭｎＯ２を０．０３～０．０６質量％含むことが好ましい。
前記ＭｎＯ２の含有量は、０．０３５～０．０５５質量％がより好ましく、０．０４～０．０５質量％がさらに好ましい。
前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
＜第２の灰色系＞
焼結することにより得られるジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下の条件下では、着色剤として、ＭｎＯ２を０．０２～０．０５質量％含むことが好ましい。
前記ＭｎＯ２の含有量は、０．０２５～０．０４５質量％がより好ましく、０．０３～０．０４質量％がさらに好ましい。
前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
＜第３の灰色系＞
焼結することにより得られるジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、Ｃｒ２Ｏ３を０．０２～０．１質量％含むことが好ましい。
前記Ｃｒ２Ｏ３の含有量は、０．０４～０．０８質量％がより好ましく、０．０５～０．０７質量％がさらに好ましい。
前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
＜第１の茶色系＞
焼結することにより得られるジルコニア焼結体を茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下の条件下では、着色剤として、Ｆｅ２Ｏ３を０．１２～０．２３質量％含むことが好ましい。
前記Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、０．１４～０．２１質量％がより好ましく、０．１６～０．２質量％がさらに好ましい。
前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
＜第２の茶色系＞
焼結することにより得られるジルコニア焼結体を茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％未満の条件下（アルミナを実質的に含有しない条件下）では、着色剤として、Ｆｅ２Ｏ３を０．１２～０．２３質量％含むことが好ましい。
前記Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、０．１４～０．２１質量％がより好ましく、０．１６～０．２質量％がさらに好ましい。
前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
＜第３の茶色系＞
焼結することにより得られるジルコニア焼結体を第１の茶色よりも深い色合いの茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下の条件下では、Ｆｅ２Ｏ３を０．２３～０．４０質量％含ませるとよい。
前記Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、０．２５～０．３５質量％がより好ましく、０．２８～０．３２質量％がさらに好ましい。
前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
＜青色系＞
焼結することにより得られるジルコニア焼結体を青色系に着色する場合、アルミナの含有量が１質量％以上３質量％以下の条件下において、ＣｏＯを０．３～１．０質量％を含ませるとよい。
前記ＣｏＯの含有量は、０．４～０．８質量％がより好ましく、０．５～０．７質量％がさらに好ましい。
前記着色剤を前記範囲内で含むと、好ましい発色となる。
前記ジルコニア粉末は、成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結した焼結体の結晶相に含まれる単斜晶相率が１％以上３％以下、正方晶相率が７７％以上９４％以下、立方晶相率が５％以上２０％以下となることが好ましい。前記単斜晶相率は、１％以上３％以下であり、１．１％以上２．５％以下が好ましく、１．２％以上２％以下がより好ましい。前記正方晶相率は、７７％以上９４％以下であり、７９．５％以上９１．９％以下が好ましく、８２％以上９０．８％以下がより好ましい。前記立方晶相率は、５％以上２０％以下であり、７％以上１８％以下が好ましく、８％以上１６％以下がより好ましい。
前記ジルコニア粉末は、成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結した焼結体の結晶相に含まれる単斜晶相率が１％以上３％以下、正方晶相率が７７％以上９４％以下、立方晶相率が５％以上２０％以下となるため、イットリアの分散状態が特定の状態となっており、低圧で成型体を形成したとしても、得られる焼結体は高強度となる。
前記焼結体に含まれる結晶相の各相率は、前記ジルコニア粉末に含まれる結晶相の各相率と同様にして求められる値である。
前記ジルコニア粉末は、成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結した焼結体の３点曲げ強度が１２００ＭＰａ以上であることが好ましく、１３００ＭＰａ以上であることがより好ましく、１３５０ＭＰａ以上であることがさらに好ましく、１４００ＭＰａ以上であることが特に好ましい。また、前記３点曲げ強度は、大きいほど好ましいが、例えば、１５００ＭＰａ以下、１４５０ＭＰａ以下、１４１０ＭＰａ以下等とすることができる。前記３点曲げ強度が１２００ＭＰａ以上であると、当該ジルコニア粉末を用いて製造される焼結体は、低圧で成型されたとしても高強度なものとなる。
前記３点曲げ強度の測定方法の詳細は、実施例に記載の方法による。
なお、「成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結」との条件は、低圧成型後に焼結されるという製造条件を想定して、ジルコニア粉末の物性を評価するための成型、焼結条件であり、当該ジルコニア粉末を用いてジルコニア焼結体を製造する場合に、この条件で成型、焼結することを意味するものではない。
前記ジルコニア粉末は、成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結した焼結体の相対焼結密度が９９．５％以上であることが好ましく、９９．６％以上であることがより好ましく９９．７％以上であることがさらに好ましい。前記相対焼結密度が上記範囲内であれば、当該ジルコニア粉末を用いて製造される焼結体は、性能が特に優れる。
前記相対焼結密度は、下記式（１）で表される相対焼結密度のことをいう。
相対焼結密度（％）＝（焼結密度／理論焼結密度）×１００・・・（１）
ここで、理論焼結密度（ρ０とする）は、下記式（２－１）によって算出される値である。
ρ０＝１００／［（Ｙ／３．９８７）＋（１００－Ｙ）／ρｚ］・・・（２－１）
ただし、ρｚは、下記式（２－２）によって算出される値である。
ρｚ＝［１２４．２５（１００－Ｘ）＋２２５．８１Ｘ］／［１５０．５（１００＋Ｘ）Ａ２Ｃ］・・・（２－２）
ここで、Ｘ及びＹはそれぞれ、イットリア濃度（ｍｏｌ％）及びアルミナ濃度（質量％）である。また、Ａ及びＣはそれぞれ、下記式（２－３）及び（２－４）によって算出される値である。
Ａ＝０．５０８０＋０．０６９８０Ｘ／（１００＋Ｘ）・・・（２－３）
Ｃ＝０．５１９５－０．０６１８０Ｘ／（１００＋Ｘ）・・・（２－４）
式（１）において、理論焼結密度は、粉末の組成によって変動する。例えば、イットリア含有ジルコニアの理論焼結密度は、イットリア含有量が２ｍｏｌ％であれば、６．１１２ｇ／ｃｍ３、３ｍｏｌ％であれば、６．０９２ｇ／ｃｍ３、５．５ｍｏｌ％であれば、６．０４５ｇ／ｃｍ３である。なお、前記理論焼結密度は、アルミナ濃度が０．２５質量％である場合の値である。焼結密度については、アルキメデス法にて計測することができる。より詳細には実施例に記載の方法による。着色剤を添加した場合は、アルミナ添加と同様に計算する。
以上、本実施形態に係るジルコニア粉末について説明した。
［ジルコニア粉末の製造方法］
以下、ジルコニア粉末の製造方法の一例について説明する。ただし、本発明のジルコニア粉末の製造方法は、以下の例示に限定されない。
本実施形態に係るジルコニア粉末の製造方法は、
塩基性硫酸ジルコニウムとイットリアゾル溶液とを混合する工程Ａと、
前記工程Ａの後、塩基を混合する工程Ｂとを有する。
＜工程Ａ＞
本実施形態に係るジルコニア粉末の製造方法においては、まず、塩基性硫酸ジルコニウムとイットリアゾル溶液とを混合する（工程Ａ）。
塩基性硫酸ジルコニウムとしては、特に制限されず、例えばＺｒＯＳＯ４・ＺｒＯ２、５ＺｒＯ２・３ＳＯ３、７ＺｒＯ２・３ＳＯ３等で示される化合物の水和物が挙げられる。これらは１種又は２種以上で使用することができる。
一般に、これらの塩基性塩は、溶解度の小さい、光学的測定による粒径が数十オングストロームの微粒子の凝集体として０．１～十数μｍの粒径を有する凝集粒子として得られるものであり、公知の製法で得られたもの又は市販品を用いることができる。例えば、「Ｇｍｅｌｉｎ Ｈａｎｄｂｕｃｈ，ＴＥＩＬ ４２；Ｚｉｒｋｏｎｉｕｍ（ＩＳＢＮ３－５４０－９３２４２－９，３３４－３５３，１９５８）」等に記載されたものも使用できる。
イットリアの原料としては、本実施形態のように、イットリアゾルが好適である。イットリアゾルとしては、公知の製法で得られたもの又は市販品を用いることができる。
イットリアゾルの平均粒子径としては、１０～１５０ｎｍが好ましく、１５～１２０ｎｍがより好ましく、２０～１００ｎｍがさらに好ましく、３０～８０ｎｍが特に好ましい。イットリアゾルの平均粒子径が１０ｎｍ以上であると、イットリアのジルコニアへの分散の程度が好適となる。イットリアゾルの平均粒子径は、ゼータサイザーナノＺＳ（スペクトリス（株）製）により求めた値である。
前記イットリアゾル溶液の濃度は、特に限定されないが、１～３０質量％が好ましく、３～２５質量％がよりに好ましい。イットリアゾルの製法としては、例えば、特許４５１８８４４号などが挙げられる。
ジルコニア粉末に対するイットリアゾル添加量は、イットリア換算で２．５～３．５ｍｏｌ％であることが好ましく、２．６～３．４ｍｏｌ％であることがより好ましく、２．７～３．３ｍｏｌ％であることがさらに好ましく、２．８～３．２ｍｏｌ％が特に好ましい。
塩基性硫酸ジルコニウムとイットリアゾル溶液とを混合する際の溶媒としては、塩基性硫酸ジルコニウムやイットリアゾルを分散できるものであれば特に制限されないが、通常は極性溶媒である水（イオン交換水など）、アルコール類（例えば、メタノール、エタノール等）等が使用できる。コスト低減の観点から、溶媒は水が最も好ましい。塩基性硫酸ジルコニウムとイットリアゾル溶液とを混合した後の混合液の濃度は、複合酸化物の組成比率等によって適宜変更できるが、通常１～２５質量％程度、好ましくは１０～２０質量％とすれば良い。
塩基性硫酸ジルコニウムとイットリアゾル溶液との配合割合は、前記の組成比率となるように、溶液の濃度等を適宜調節して決定することができる。
前記混合液の温度は、通常８０℃以下、好ましくは２０～５０℃とすれば良い。
塩基性硫酸ジルコニウムとイットリアゾル溶液との混合は、塩基性硫酸ジルコニウムに対して少しずつイットリアゾル溶液を滴下することが好ましい。前記滴下時間は、比較的長時間とすることが好ましい。前記滴下時間は、具体的には、好ましくは１時間～１０時間、より好ましくは２時間～５時間、さらに好ましくは２．５時間～４時間である。なお、前記滴下時間とは、滴下を開始してから滴下が終了するまでの期間をいう。前記混合は、滴下に加えて、さらに攪拌を行うことが好ましい。滴下時間を１時間以上とすれば、イットリアの偏析をより抑制することができる。また、滴下時間を１０時間以下とすれば、製造コストを抑制することができる。
イットリアの原料の選択や、工程Ａにおける各種条件を調整し、ジルコニアへのイットリアの分散性を制御することより、所望のジルコニアの安定化相を得ることができる。
＜工程Ｂ＞
前記工程Ａの後、前記混合液に塩基を混合する（工程Ｂ）。これにより、沈殿物（水酸化ジルコニウム）が生成される。
前記塩基としては、特に制限されず、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、アンモニア等の公知のアルカリ剤を用いることができる。前記塩基としては、特に水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の強アルカリを用いることが好ましい。また、前記塩基は、水溶液として混合することが好ましい。この場合、水溶液の濃度は、ｐＨ調整が可能な限り特に限定されないが、通常５～５０質量％程度、好ましくは２０～２５質量％とすれば良い。
塩基を混合した後、必要に応じて、固液分離し、得られた水酸化ジルコニウムを水洗しても良い。固液分離の方法は、遠心分離等の一般的な方法に従えば良い。水洗処理した水酸化ジルコニウムを水等の分散媒に再分散し、水酸化ジルコニウムスラリーとすることができる。
その後、前記水酸化ジルコニウムを１０００℃～１２００℃の温度雰囲気（焼成温度）で加熱する。この熱処理によって水酸化ジルコニウムが焼成され、ジルコニアが形成される。必要に応じて、その後、粉砕処理、分級処理等を実施しても良い。焼成温度が上記範囲であることで、粉砕、成型及び焼結の制御が容易となる。
前記焼成温度は、好ましくは１０４０～１１８０℃である。焼成時の雰囲気は、大気中又は酸化性雰囲気中とすることができる。
常温（２５℃）から焼成温度までの昇温速度は、特に制限はないが、５０～２００℃／時間とすることができ、１００～１５０℃／時間がより好ましい。
前記粉砕処理における粉砕方法については、特に限定されず、例えば、遊星ミル、ボールミル、ジェットミル等の市販の粉砕機で粉砕する方法が挙げられる。
ジルコニア粉末を製造するにあたっては、アルミニウムを含む原料を添加することができる。この場合、得られるジルコニア粉末はアルミナを含み得る。
前記アルミニウムを含む原料としては、例えば、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム等の少なくとも１種が例示される。前記アルミニウムを含む原料としては、アルミナゾル、アルミナ粉末なども例示される。
前記アルミニウムを含む原料の純度は、９５％以上が好ましく、９８％以上がより好ましい。前記アルミニウムを含む原料は、コスト、ハンドリング性や不純物残存の観点から、アルミナ粉末が好ましい。
前記アルミニウムを含む原料は、アルミニウムを含む原料の種類に応じて、上記の各工程を実施する際に、適宜、添加することができる。例えば、アルミナ粉末であれば、焼成前の水酸化ジルコニウムスラリーに添加してもよく、水酸化ジルコニウムスラリーを焼成した後の焼成物に添加してもよい。
前記アルミニウムを含む原料の使用量は、得られるジルコニア粉末において、アルミナの含有割合が所望の含有量となるように調整すればよい。
上述したように、本実施形態の製造方法では、必要に応じて、得られたジルコニア粉末を粉砕してスラリー化してもよい。その際、成型性を向上させるためにバインダーを添加することができる。スラリー化しない場合は、バインダーとジルコニア粉末とを混練機で均一に混合してもよい。
前記バインダーは、有機バインダーが好ましい。有機バインダーは、酸化雰囲気の加熱炉にて成型体から除去しやすく、脱脂体を得ることができるので、最終的に焼結体中に不純物が残存しにくくなる。
前記有機バインダーとしては、アルコールが挙げられる。また、前記有機バインダーとしては、アルコール、水、脂肪族ケトン及び芳香族炭化水素からなる群より選ばれる２種以上の混合液に対して溶解するものが挙げられる。具体的には、例えば、ポリエチレングリコール、グリコール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリビニルブチラール、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルエチルエーテル及びプロピオン酸ビニルからなる群より選ばれる１種以上が挙げられる。前記有機バインダーは、アルコール、又は、前記混合液に対して不溶な１種以上の熱可塑性樹脂を含んでもよい。
前記アルミニウムを含む原料、前記有機バインダー等を混合した後、公知の方法を適用して乾燥、粉砕等の処理をすることにより、目的とするジルコニア粉末を得ることができる。
以上、本実施形態に係るジルコニア粉末の製造方法について説明した。
［ジルコニア焼結体の製造方法］
以下、ジルコニア焼結体の製造方法の一例について説明する。ただし、本発明のジルコニア焼結体の製造方法は、以下の例示に限定されない。
本実施形態に係るジルコニア焼結体の製造方法は、
前記ジルコニア粉末を、成型圧０．７ｔ／ｃｍ２以上０．９ｔ／ｃｍ２以下で成型し、成型体を得る工程Ｘと、
前記工程Ｘの後、前記成型体を１３５０℃以上１５５０℃以下、１時間以上１０時間以下の条件で焼結する工程Ｙとを有する。
＜工程Ｘ＞
本実施形態に係るジルコニア焼結体の製造方法においては、まず、前記ジルコニア粉末を、成型圧０．７ｔ／ｃｍ２以上０．９ｔ／ｃｍ２以下で成型し、成型体を得る（工程Ｘ）。前記成型圧は、０．７５ｔ／ｃｍ２以上０．９ｔ／ｃｍ２以下が好ましく、０．７５ｔ／ｃｍ２以上０．８５ｔ／ｃｍ２以下がより好ましい。
ジルコニア粉末を成型するにあたっては、市販の金型成型機や冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）を採用できる。また、一旦、ジルコニア粉末を金型成型機で仮成型した後、ＣＩＰ等のプレス成型で本成型してもよい。従来、ジルコニア粉末の成型体を作製する場合、高圧条件で行われていたが、本実施形態では、成型圧０．７ｔ／ｃｍ２以上０．９ｔ／ｃｍ２以下という比較的低い成型圧で成型体を作製する。本実施形態では、前記ジルコニア粉末を用いることにより、このような低い成型圧で成型体を作製しても、高強度を有する焼結体を得ることができる。
＜工程Ｙ＞
前記工程Ｘの後、前記成型体を１３００℃以上１５００℃以下１時間以上５時間以下の条件で焼結する（工程Ｙ）。これにより、本実施形態に係るジルコニア焼結体が得られる。
前記焼結時の焼結温度は、１３００℃以上１５００℃以下が好ましく、１４００℃以上１４９０℃以下がより好ましく、１４２０℃以上１４８０℃以下がさらに好ましい。
前記焼結時の保持時間は、１時間以上５時間以下が好ましく、２時間以上４時間以下がより好ましく、２時間以上３時間以下がさらに好ましい。焼結時の雰囲気は、大気中又は酸化性雰囲気中とすることができる。
常温（２５℃）から焼結温度までの昇温速度は、特に制限はないが、５０～２００℃／時間とすることができ、１００～１５０℃／時間がより好ましい。
以上、本実施形態に係るジルコニア焼結体の製造方法について説明した。
［ジルコニア焼結体］
本実施形態に係るジルコニア焼結体は、前記ジルコニア焼結体の製造方法により、好適に製造することができる。
本実施形態に係るジルコニア焼結体は、結晶相に含まれる単斜晶相率が１％以上３％以下、正方晶相率が７７％以上９４％以下、立方晶相率が５％以上２０％以下である。前記単斜晶相率は、１％以上３％以下であり、１．１％以上２．５％以下が好ましく、１．２％以上２％以下がより好ましい。前記正方晶相率は、７７％以上９４％以下であり、７９．５％以上９１．９％以下が好ましく、８２％以上９０．８％以下がより好ましい。前記立方晶相率は、５％以上２０％以下であり、７％以上１８％以下が好ましく、８％以上１６％以下がより好ましい。
前記ジルコニア焼結体は、結晶相に含まれる単斜晶相率が１％以上３％以下、正方晶相率が７７％以上９４％以下、立方晶相率が５％以上２０％以下となるため、イットリアの分散状態が特定状態となっており、高強度である。
前記ジルコニア焼結体に含まれる結晶相の各相率は、前記ジルコニア粉末に含まれる結晶相の各相率と同様にして求められる値である。
前記ジルコニア焼結体は、３点曲げ強度が１２００ＭＰａ以上であることが好ましく、１３００ＭＰａ以上であることがより好ましく、１３５０ＭＰａ以上であることがさらに好ましく、１４００ＭＰａ以上であることが特に好ましい。また、前記３点曲げ強度は、大きいほど好ましいが、例えば、１５００ＭＰａ以下、１４５０ＭＰａ以下、１４１０ＭＰａ以下等とすることができる。前記３点曲げ強度が１２００ＭＰａ以上であると、高強度であるといえる。
前記３点曲げ強度の測定方法の詳細は、実施例に記載の方法による。
前記ジルコニア焼結体は、Ｆｅ、Ｖ、Ｅｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｂ、Ｚｎ、及び、Ｔｉからなる群より選ばれる１種以上を含んでいてもよい。Ｆｅ、Ｖ、Ｅｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｂ、Ｚｎ、及び、Ｔｉからなる群より選ばれる１種以上を着色元素として含むと、好適に着色することができる。
前記着色元素の形態は特に限定されず、酸化物、塩化物などの形態で添加することができる。前記着色元素を含む着色剤としては、具体的には、例えば、Ｆｅ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、Ｅｒ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＣｏＯ、Ｃｒ２Ｏ３、Ｔｂ４Ｏ７、ＺｎＯ、ＴｉＯ２等が挙げられる。
＜第１の黒系＞
ジルコニア焼結体を黒系に着色する場合、Ｆｅ２Ｏ３を０．４～１．０質量％、ＣｏＯを０．９～１．５質量％、Ｃｒ２Ｏ３を１．０～１．６質量％、ＴｉＯ２を０．５～０．９質量％含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が４以上８以下であり、ａ＊が－２以上２以下であり、ｂ＊が－３以上１以下であることが好ましい。
前記Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、０．５～０．９質量％がより好ましく、０．６～０．８質量％がさらに好ましい。
前記ＣｏＯの含有量は、１．０～１．４質量％がより好ましく、１．１～１．３質量％がさらに好ましい。
前記Ｃｒ２Ｏ３の含有量は、１．１～１．５質量％がより好ましく、１．２～１．４質量％がさらに好ましい。
前記ＴｉＯ２の含有量は、０．５５～０．８５質量％がより好ましく、０．６～０．８質量％がさらに好ましい。
前記Ｌ＊は、４．５以上７以下がより好ましく、５以上６．５以下がさらに好ましい。
前記ａ＊は、－１．５以上１以下がより好ましく、－１以上０以下がさらに好ましい。
前記ｂ＊は、－２以上０以下がより好ましく、－１．５以上－０．５以下がさらに好ましい。
前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
＜第２の黒系＞
ジルコニア焼結体を異なる系統の黒系に着色する場合、ＣｏＯを０．９～１．５質量％、Ｃｒ２Ｏ３を１．０～１．６質量％、ＭｎＯ２を０．８～１．４質量％を含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が６以上１２以下であり、ａ＊が－４以上０以下であり、ｂ＊が－３以上１以下であることが好ましい。
前記ＣｏＯの含有量は、１．０～１．４質量％がより好ましく、１．１～１．３質量％がさらに好ましい。
前記Ｃｒ２Ｏ３の含有量は、１．１～１．５質量％がより好ましく、１．２～１．４質量％がさらに好ましい。
前記ＭｎＯ２の含有量は、０．９～１．３質量％がより好ましく、１．０～１．２質量％がさらに好ましい。
前記Ｌ＊は、７以上１１以下がより好ましく、８以上９以下がさらに好ましい。
前記ａ＊は、－３．５以上－０．５以下がより好ましく、－２以上－１以下がさらに好ましい。
前記ｂ＊は、－２以上０以下がより好ましく、－１．５以上－０．５以下がさらに好ましい。
前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
＜第３の黒系＞
ジルコニア焼結体を異なる系統の黒系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下の条件下では、ＭｎＯ２を０．２～０．５質量％を含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が６以上１８以下であり、ａ＊が０以上６以下であり、ｂ＊が－５以上１以下であることが好ましい。
前記ＭｎＯ２の含有量は、０．２５～０．４５質量％がより好ましく、０．３～０．４質量％がさらに好ましい。
前記Ｌ＊は、８以上１６以下がより好ましく、１０以上１４以下がさらに好ましい。
前記ａ＊は、１以上５以下がより好ましく、２以上４以下がさらに好ましい。
前記ｂ＊は、－４以上０以下がより好ましく、－３以上－１以下がさらに好ましい。
前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
＜白系＞
ジルコニア焼結体を白系に着色する場合、ＺｎＯを０．１５～０．３５質量％含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が８５以上９１以下であり、ａ＊が－２以上２以下であり、ｂ＊が－１以上３以下であることが好ましい。
前記ＺｎＯの含有量は、０．２～０．３質量％がより好ましく、０．２２～０．２８質量％がさらに好ましい。
前記Ｌ＊は、８６以上９０以下がより好ましく、８７以上８９以下がさらに好ましい。
前記ａ＊は、－１．５以上１以下がより好ましく、－１以上０以下がさらに好ましい。
前記ｂ＊は、０以上２．５以下がより好ましく、１以上２以下がさらに好ましい。
前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
＜第１の灰色系＞
ジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％未満の条件下（アルミナを実質的に含有しない条件下）では、ＭｎＯ２を０．０３～０．０６質量％含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が３３以上３９以下であり、ａ＊が２以上８以下であり、ｂ＊が－３以上３以下であることが好ましい。
前記ＭｎＯ２の含有量は、０．０３５～０．０５５質量％がより好ましく、０．０４～０．０５質量％がさらに好ましい。
前記Ｌ＊は、３４以上３８以下がより好ましく、３５以上３７以下がさらに好ましい。
前記ａ＊は、３以上７以下がより好ましく、４以上６以下がさらに好ましい。
前記ｂ＊は、－２以上２以下がより好ましく、－１以上１以下がさらに好ましい。
前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
＜第２の灰色系＞
ジルコニア焼結体を灰色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下の条件下では、ＭｎＯ２を０．０２～０．０５質量％含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が３６以上４２以下であり、ａ＊が１以上７以下であり、ｂ＊が－４以上２以下であることが好ましい。
前記ＭｎＯ２の含有量は、０．０２５～０．０４５質量％がより好ましく、０．０３～０．０４質量％がさらに好ましい。
前記Ｌ＊は、３７以上４１以下がより好ましく、３８以上４０以下がさらに好ましい。
前記ａ＊は、２以上６以下がより好ましく、３以上５以下がさらに好ましい。
前記ｂ＊は、－３以上１以下がより好ましく、－２以上０以下がさらに好ましい。
前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
＜第３の灰色系＞
ジルコニア焼結体を異なる系統の灰色系に着色する場合、Ｃｒ２Ｏ３を０．０２～０．１質量％含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が３５以上４７以下であり、ａ＊が０以上６以下であり、ｂ＊が５以上１５以下であることが好ましい。
前記Ｃｒ２Ｏ３の含有量は、０．０４～０．０８質量％がより好ましく、０．０５～０．０７質量％がさらに好ましい。
前記Ｌ＊は、３７以上４５以下がより好ましく、３９以上４３以下がさらに好ましい。
前記ａ＊は、１以上５以下がより好ましく、２以上４以下がさらに好ましい。
前記ｂ＊は、７以上１３以下がより好ましく、９以上１２以下がさらに好ましい。
前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
＜第１の茶色系＞
ジルコニア焼結体を茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下の条件下では、Ｆｅ２Ｏ３を０．１２～０．２３質量％含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が６０以上７０以下であり、ａ＊が３以上９以下であり、ｂ＊が２３以上３３以下であることが好ましい。
前記Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、０．１４～０．２１質量％がより好ましく、０．１６～０．２質量％がさらに好ましい。
前記Ｌ＊は、６２以上６８以下がより好ましく、６３以上６７以下がさらに好ましい。
前記ａ＊は、４以上８以下がより好ましく、５以上７以下がさらに好ましい。
前記ｂ＊は、２５以上３１以下がより好ましく、２６以上３０以下がさらに好ましい。
前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
＜第２の茶色系＞
ジルコニア焼結体を茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％未満の条件下（アルミナを実質的に含有しない条件下）では、Ｆｅ２Ｏ３を０．１２～０．２３質量％含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が４６以上５６以下であり、ａ＊が７以上１３以下であり、ｂ＊が２３以上３３以下であることが好ましい。
前記Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、０．１４～０．２１質量％がより好ましく、０．１６～０．２質量％がさらに好ましい。
前記Ｌ＊は、４７以上５５以下がより好ましく、４９以上５３以下がさらに好ましい。
前記ａ＊は、８以上１２以下がより好ましく、９以上１１．５以下がさらに好ましい。
前記ｂ＊は、２５以上３１以下がより好ましく、２７以上３０以下がさらに好ましい。
前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
＜第３の茶色系＞
ジルコニア焼結体を第１の茶色よりも深い色合いの茶色系に着色する場合、アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下の条件下では、Ｆｅ２Ｏ３を０．２３～０．４０質量％含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が４９以上５９以下であり、ａ＊が６以上１２以下であり、ｂ＊が２５以上３５以下であることが好ましい。
前記Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、０．２５～０．３５質量％がより好ましく、０．２８～０．３２質量％がさらに好ましい。
前記Ｌ＊は、５１以上５７以下がより好ましく、５２以上５６以下がさらに好ましい。
前記ａ＊は、７以上１１以下がより好ましく、８以上１０．５以下がさらに好ましい。
前記ｂ＊は、２７以上３３以下がより好ましく、２８以上３２以下がさらに好ましい。
前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
＜青色系＞
ジルコニア焼結体を異なる系統の青系に着色する場合、アルミナの含有量が１質量％以上３質量％以下の条件下では、ＣｏＯを０．３～１．０質量％を含み、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が２７以上３９以下であり、ａ＊が－５以上２以下であり、ｂ＊が－４５以上－３３以下であることが好ましい。
前記ＣｏＯの含有量は、０．４～０．８質量％がより好ましく、０．５～０．７質量％がさらに好ましい。
前記Ｌ＊は、２９以上３７以下がより好ましく、３１以上３６以下がさらに好ましい。
前記ａ＊は、－４以上１以下がより好ましく、－３以上０以下がさらに好ましい。
前記ｂ＊は、－４２以上－３５以下がより好ましく、－４１以上－３７以下がさらに好ましい。
前記酸化物を前記範囲内で含むと、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を前記数値範囲内とし易く、好ましい発色となる。
なお、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系は、国際照明委員会（ＣＩＥ）が１９７６年に推奨した色空間であり、ＣＩＥ１９７６（Ｌ＊ａ＊ｂ＊）表色系と称される色空間のことを意味している。また、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系は、日本工業規格では、ＪＩＳ Ｚ ８７２９に規定されている。
以上、本実施形態に係るジルコニア焼結体について説明した。
以下、本発明に関し実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例において得られたジルコニア粉末中には、不可避不純物として酸化ハフニウムを酸化ジルコニウムに対して１．３～２．５質量％含有（下記式（Ｘ）にて算出）している。
＜式（Ｘ）＞
（［酸化ハフニウムの質量］／（［酸化ジルコニウムの質量］＋［酸化ハフニウムの質量］））×１００（％）
［ジルコニア粉末の作製］
（実施例１）
塩基性硫酸ジルコニウム（酸化ジルコニウムとして１００ｇ含有）を水１０００ｇ中に分散し、塩基性硫酸ジルコニウムスラリーとした。また、濃度５％のイットリアゾル溶液（第一稀元素化学工業株式会社製、イットリアゾルの平均粒子径：３０ｎｍ）をジルコニアに対して３ｍｏｌ％となるように計り取った。なお、イットリアゾルの平均粒子径は、ゼータサイザーナノＺＳ（スペクトリス（株）製）により求めた値である。具体的には、下記の通りである。
機種：ゼータサイザーナノＺＳ（スペクトリス（株）製）
測定濃度：金属酸化物換算で３０％
測定温度：２５℃
散乱角度：１７３°
塩基性硫酸ジルコニウムスラリーを撹拌しながら、計り取ったイットリアゾル溶液を３時間かけて滴下し、混合した。これにより混合液を得た。
次に、混合液に、２５重量％水酸化ナトリウム水溶液をｐＨが１３．５となるまで添加して沈殿物を得た。
次に、生成した沈殿物を固液分離し、水洗して回収した。
次に、回収した固形分を大気中１１００℃で２時間焼成し、ジルコニウム酸化物を得た。昇温速度は、１００℃／時とした。
得られたジルコニウム酸化物に一次粒子の平均粒子径０．１μｍのアルミナ粉末をジルコニウム酸化物に対して０．２５質量％加え、水を分散媒とした湿式ボールミルにて３０時間粉砕混合した。得られたスラリーを１２０℃にて恒量となるまで乾燥し、実施例１に係るジルコニア粉末を得た。
（実施例２）
焼成温度を１２００℃に変更したこと以外は実施例１と同様の方法で実施例２に係るジルコニア粉末を得た。
（実施例３）
焼成温度を１１７０℃に変更し、ボールミル粉砕時間を４０時間に変更したこと以外は実施例１と同様の方法で実施例３に係るジルコニア粉末を得た。
（実施例４）
アルミナ粉末添加量を０．１質量％に変更したこと以外は実施例１と同様の方法で実施例４に係るジルコニア粉末を得た。
（実施例５）
イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して２．６ｍｏｌ％に変更したこと、アルミナ粉末の添加の際に、さらに、着色剤としてＦｅ２Ｏ３粉末を０．７質量％、ＣｏＯ粉末を１．２質量％、Ｃｒ２Ｏ３粉末を１．３質量％、ＴｉＯ２粉末を０．７質量％加えたこと、焼成温度を１１７０℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を４０時間に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例５に係るジルコニア粉末を得た。
（実施例６）
イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して２．６ｍｏｌ％に変更したこと、アルミナ粉末の添加量を０．７０質量％に変更したこと、アルミナ粉末の添加の際に、さらに、着色剤としてＣｏＯ粉末を１．２質量％、Ｃｒ２Ｏ３粉末を１．３質量％、ＭｎＯ２粉末を１．１質量％加えたこと、焼成温度を１１７０℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を４０時間に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例６に係るジルコニア粉末を得た。
（実施例７）
イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して２．６ｍｏｌ％に変更したこと、アルミナ粉末の添加の際に、さらに、着色剤としてＺｎＯ粉末を０．２５質量％加えたこと、焼成温度を１１７０℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を４０時間に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例７に係るジルコニア粉末を得た。
（実施例８）
イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して３．２ｍｏｌ％に変更したこと、アルミナ粉末添加量を０．１質量％に変更したこと、さらに、着色剤としてＣｒ２Ｏ３粉末を０．０５質量％加えたこと、焼成温度を１１７０℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を４０時間に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例８に係るジルコニア粉末を得た。
（実施例９）
イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して３．２ｍｏｌ％に変更したこと、及び、アルミナ粉末を添加しない代わりに、着色剤としてＭｎＯ２粉末を０．０４５質量％加えたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例９に係るジルコニア粉末を得た。
（実施例１０）
イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して３．２ｍｏｌ％に変更したこと、アルミナ粉末の添加量を０．１０質量％に変更したこと、アルミナ粉末の添加の際に、さらに、着色剤としてＭｎＯ２粉末を０．０３５質量％加えたこと、焼成温度を１１７０℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を４０時間に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例１０に係るジルコニア粉末を得た。
（実施例１１）
イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して３．２ｍｏｌ％に変更したこと、アルミナ粉末の添加量を０．１０質量％に変更したこと、アルミナ粉末の添加の際に、さらに、着色剤としてＭｎＯ２粉末を０．３２質量％加えたこと、焼成温度を１１７０℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を４０時間に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例１１に係るジルコニア粉末を得た。
（実施例１２）
イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して３．２ｍｏｌ％に変更したこと、及び、アルミナ粉末の添加の際に、さらに、着色剤としてＦｅ２Ｏ３粉末を０．１８質量％加えたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例１２に係るジルコニア粉末を得た。
（実施例１３）
イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して３．２ｍｏｌ％に変更したこと、アルミナ粉末の添加量を０．１０質量％に変更したこと、アルミナ粉末の添加の際に、さらに、着色剤としてＦｅ２Ｏ３粉末を０．１８質量％加えたこと、焼成温度を１１７０℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を４０時間に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例１３に係るジルコニア粉末を得た。
（実施例１４）
イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して３．２ｍｏｌ％に変更したこと、及び、アルミナ粉末を添加しない代わりに、着色剤としてＦｅ２Ｏ３粉末を０．１８質量％加えたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例１４に係るジルコニア粉末を得た。
（実施例１５）
イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して３．２ｍｏｌ％に変更したこと、アルミナ粉末の添加の際に、さらに、着色剤としてＦｅ２Ｏ３粉末を０．３質量％加えたこと、焼成温度を１１７０℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を４０時間に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例１５に係るジルコニア粉末を得た。
（実施例１６）
イットリアゾル溶液の添加量をジルコニアに対して２．６ｍｏｌ％に変更したこと、アルミナ粉末の添加量を１．８５質量％に変更したこと、さらに、着色剤としてＣｏＯ粉末を０．６質量％加えたこと、焼成温度を１１７０℃に変更したこと、及び、ボールミル粉砕時間を４０時間に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例１６に係るジルコニア粉末を得た。
（比較例１）
イットリアゾル溶液の滴下時間を１分間に変更したこと以外は実施例１と同様の方法で比較例１に係るジルコニア粉末を得た。
（比較例２）
イットリアゾル溶液の代わりに、同濃度の塩化イットリウム溶液を用いたこと以外は実施例１と同様の方法で比較例２に係るジルコニア粉末を得た。
（比較例３）
イットリアゾル溶液の代わりに、イットリア量として同量のイットリア粉末を用いたこと以外は実施例１と同様の方法で比較例３に係るジルコニア粉末を得た。
（比較例４）
イットリアゾル溶液を平均粒径が３ｎｍのイットリアゾル溶液に変更したこと以外は実施例４と同様の方法で比較例４に係るジルコニア粉末を得た。
［ジルコニア粉末の組成測定］
実施例、比較例のジルコニア粉末の組成（酸化物換算）を、ＩＣＰ－ＡＥＳ（「ＵＬＴＩＭＡ－２」ＨＯＲＩＢＡ製）を用いて分析した。表１に示す。
［結晶相の同定］
実施例、比較例のジルコニア粉末について、Ｘ線回折装置（「ＲＩＮＴ２５００」リガク製）を用い、Ｘ線回折スペクトルを得た。測定条件は下記の通りとした。
＜測定条件＞
測定装置：Ｘ線回折装置（リガク製、ＲＩＮＴ２５００）
線源：ＣｕＫα線源
管電圧：５０ｋＶ
管電流：３００ｍＡ
走査速度：２θ＝２６～３６°：４°／分
２θ＝７２～７６°：１°／分
その後、Ｘ線回折スペクトルから、結晶相の同定を行った。ジルコニア系多孔質体に含まれる結晶相の各相率は、以下の計算式で求めた。
単斜晶相率（％）＝（Ｉｍ（１１１）＋Ｉｍ（１１－１））／（Ｉｍ（１１１）＋Ｉｍ（１１－１）＋Ｉｔ（１０１）＋Ｉｃ（１１１））×１００
正方晶相率（％）＝（１００％－単斜晶相（％））×（（Ｉｔ（００４）＋Ｉｔ（２２０）／（Ｉｔ（００４）＋Ｉｔ（２２０）＋Ｉｃ（００４））×１００
立方晶相率（％）＝（１００％－単斜晶相（％））×（（Ｉｃ（００４）／（Ｉｔ（００４）＋Ｉｔ（２２０）＋Ｉｃ（００４））×１００
ここで、Ｉｍ（１１１）は単斜晶相の（１１１）の回折強度、Ｉｍ（１１－１）は単斜晶相の（１１－１）の回折強度である。
Ｉｔ（１０１）は正方晶相の（１０１）の回折強度、Ｉｔ（２２０）は正方晶相の（２２０）の回折強度、Ｉｔ（００４）は正方晶相の（００４）の回折強度である。
Ｉｃ（００４）は立方晶相の（００４）の回折強度、Ｉｃ（１１１）は立方晶相の（１１１）の回折強度である。
ジルコニアの単斜晶相と、正方晶相及び立方晶相との判別はＸＲＤスペクトルの２θ＝２６～３６°付近で行った。正方晶相と立方晶相との判別はＸＲＤスペクトルの２θ＝７２～７６°付近で行った。立方晶相は安定化剤の添加量や製法によって歪むことがあり、ピーク位置がシフトする場合があるが、本実施例では正方晶相の（００４）と（２２０）の間のピークを立方晶相のピークと捉え算出した。結果を表１に示す。
［平均粒子径］
実施例、比較例のジルコニア粉末の平均粒子径を、レーザー回折式粒子径分布測定装置「ＳＡＬＤ－２０００」（島津製作所社製）を用いて測定した。より詳細には、サンプル０．１５ｇと４０ｍｌの０．２％ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液とを５０ｍｌビーカーに投入し、卓上超音波洗浄機「Ｗ－１１３」（本多電子株式会社製）で５分間分散した後、装置（レーザー回折式粒子径分布測定装置（「ＳＡＬＤ－２０００」島津製作所社製））に投入して測定した。結果を表１に示す。
［比表面積の測定］
実施例、比較例のジルコニア粉末の比表面積を、比表面積計（「マックソーブ」マウンテック製）を用いてＢＥＴ法にて測定した。結果を表１に示す。
［成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結した焼結体の結晶相比率］
実施例、比較例のジルコニア粉末を、成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した。その後、常圧（１気圧）下、１４５０℃２時間の条件で焼結した。得られた焼結体の結晶相比率を、上記「結晶相の同定」と同様にして求めた。結果を表１に示す。
［成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結した焼結体の３点曲げ強度］
実施例、比較例のジルコニア粉末を、成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した。その後、常圧（１気圧）下、１４５０℃２時間の条件で焼結した。得られた焼結体の３点曲げ強度を、ＪＩＳ Ｒ １６０１の３点曲げ強さに準拠して測定した。結果を表１に示す。
［成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結した焼結体の相対焼結密度］
実施例、比較例のジルコニア粉末を、成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した。その後、常圧（１気圧）下、１４５０℃２時間の条件で焼結した。その後、得られた焼結体の相対焼結密度を下記式（１）に従って求めた。
前記相対焼結密度は、下記式（１）で表される相対焼結密度のことをいう。
相対焼結密度（％）＝（焼結密度／理論焼結密度）×１００・・・（１）
ここで、理論焼結密度（ρ０とする）は、下記式（２－１）によって算出される値である。
ρ０＝１００／［（Ｙ／３．９８７）＋（１００－Ｙ）／ρｚ］・・・（２－１）
ただし、ρｚは、下記式（２－２）によって算出される値である。
ρｚ＝［１２４．２５（１００－Ｘ）＋２２５．８１Ｘ］／［１５０．５（１００＋Ｘ）Ａ２Ｃ］・・・（２－２）
ここで、Ｘ及びＹはそれぞれ、イットリア濃度（ｍｏｌ％）及びアルミナ濃度（質量％）である。また、Ａ及びＣはそれぞれ、下記式（２－３）及び（２－４）によって算出される値である。
Ａ＝０．５０８０＋０．０６９８０Ｘ／（１００＋Ｘ）・・・（２－３）
Ｃ＝０．５１９５－０．０６１８０Ｘ／（１００＋Ｘ）・・・（２－４）
式（１）において、理論焼結密度は、粉末の組成によって変動する。本実施例では、３ｍｏｌ％であるので６．０９２ｇ／ｃｍ３である。なお、この理論焼結密度は、アルミナ量０．２５％を加味している。焼結密度は、アルキメデス法にて計測した。
着色剤を添加した場合は、アルミナ添加と同様に計算した。
［焼結体の色調］
実施例５～１３のジルコニア粉末を、成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した。その後、常圧（１気圧）下、１４５０℃２時間の条件で焼結した。得られた焼結体の色調を、色彩色差計（商品名：ＣＭ－３５００ｄ、コニカミノルタ社製）を用いて測定した。なお、実施例５～１３以外の実施例、比較例は、着色剤を添加していないため、色調を測定していない。結果を表１に示す。
（参考例１）
実施例１のジルコニア粉末を、成型圧０．５ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結し、参考例１の焼結体を得た。
参考例１の焼結体の結晶相を同定した。また、３点曲げ強度、相対焼結密度を測定した。
結晶相の同定方法、３点曲げ強度の測定方法、相対焼結密度の求め方については、上記と同様とした。結果を表１に示す。
Figure 0007110484000001

Claims (29)

  1. イットリアを２．５ｍｏｌ％以上３．５ｍｏｌ％以下含み、
    比表面積が５ｍ２／ｇ以上１５ｍ２／ｇ以下であり、
    平均粒子径が０．３～０．８μｍ（ただし、０．４２μｍ未満を除く）であり、
    結晶相に含まれる単斜晶相率が２０％以上４０％以下であり、正方晶相率が６０％以上８０％以下であり、
    成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結した焼結体の結晶相に含まれる単斜晶相率が１％以上３％以下、正方晶相率が７７％以上９４％以下、立方晶相率が５％以上２０％以下となることを特徴とするジルコニア粉末。
  2. 成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結した焼結体の３点曲げ強度が１２００ＭＰａ以上となることを特徴とする請求項１に記載のジルコニア粉末。
  3. 成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結した焼結体の３点曲げ強度が１３００ＭＰａ以上となることを特徴とする請求項１に記載のジルコニア粉末。
  4. 成型圧０．８ｔ／ｃｍ２で成型した後、１４５０℃２時間の条件で焼結した焼結体の３点曲げ強度が１４００ＭＰａ以上となることを特徴とする請求項１に記載のジルコニア粉末。
  5. Ｆｅ、Ｖ、Ｅｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｂ、Ｚｎ、及び、Ｔｉからなる群より選ばれる１種以上を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１に記載のジルコニア粉末。
  6. 着色剤として、Ｆｅ２Ｏ３を０．４～１．０質量％、ＣｏＯを０．９～１．５質量％、Ｃｒ２Ｏ３を１．０～１．６質量％、ＴｉＯ２を０．５～０．９質量％含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１に記載のジルコニア粉末。
  7. 着色剤として、ＣｏＯを０．９～１．５質量％、Ｃｒ２Ｏ３を１．０～１．６質量％、ＭｎＯ２を０．８～１．４質量％を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１に記載のジルコニア粉末。
  8. 着色剤として、ＺｎＯを０．１５～０．３５質量％含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１に記載のジルコニア粉末。
  9. 着色剤として、Ｃｒ２Ｏ３を０．０２～０．１質量％含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１に記載のジルコニア粉末。
  10. アルミナの含有量が０．００５質量％未満であり、
    着色剤として、ＭｎＯ２を０．０３～０．０６質量％を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１に記載のジルコニア粉末。
  11. アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下であり、
    着色剤として、ＭｎＯ２を０．０２～０．０５質量％を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１に記載のジルコニア粉末。
  12. アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下であり、
    着色剤として、ＭｎＯ２を０．２～０．５質量％含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１に記載のジルコニア粉末。
  13. アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下であり、
    着色剤として、Ｆｅ２Ｏ３を０．１２～０．４０質量％含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１に記載のジルコニア粉末。
  14. アルミナの含有量が０．００５質量％未満であり、
    着色剤として、Ｆｅ２Ｏ３を０．１２～０．２３質量％含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１に記載のジルコニア粉末。
  15. アルミナの含有量が１質量％以上３質量％以下であり、
    着色剤として、ＣｏＯを０．３～１．０質量％含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１に記載のジルコニア粉末。
  16. 請求項１～１５のいずれか１に記載のジルコニア粉末の製造方法であって、
    塩基性硫酸ジルコニウムとイットリアゾル溶液とを混合する工程Ａと、
    前記工程Ａの後、塩基を混合する工程Ｂとを有することを特徴とするジルコニア粉末の製造方法。
  17. 請求項１～１５のいずれか１に記載のジルコニア粉末を、成型圧０．７ｔ／ｃｍ２以上０．９ｔ／ｃｍ２以下で成型し、成型体を得る工程Ｘと、
    前記工程Ｘの後、前記成型体を１３００℃以上１５００℃以下、１時間以上５時間以下の条件で焼結する工程Ｙとを有することを特徴とするジルコニア焼結体の製造方法。
  18. 得られるジルコニア焼結体の３点曲げ強度が１２００ＭＰａ以上となることを特徴とする請求項１７に記載のジルコニア焼結体の製造方法。
  19. 結晶相に含まれる単斜晶相率が１％以上２．５％以下、正方晶相率が７７％以上９０．８％以下、立方晶相率が５％以上２０％以下であり、
    Ｆｅ、Ｖ、Ｅｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｂ、Ｚｎ、及び、Ｔｉからなる群より選ばれる１種以上を含むことを特徴とするジルコニア焼結体。
  20. Ｆｅ２Ｏ３を０．４～１．０質量％、ＣｏＯを０．９～１．５質量％、Ｃｒ２Ｏ３を１．０～１．６質量％、ＴｉＯ２を０．５～０．９質量％含み、
    Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が４以上８以下であり、ａ＊が－２以上２以下であり、ｂ＊が－３以上１以下であることを特徴とする請求項１９に記載のジルコニア焼結体。
  21. ＣｏＯを０．９～１．５質量％、Ｃｒ２Ｏ３を１．０～１．６質量％、ＭｎＯ２を０．８～１．４質量％を含み、
    Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が６以上１２以下であり、ａ＊が－４以上０以下であり、ｂ＊が－３以上１以下であることを特徴とする請求項１９に記載のジルコニア焼結体。
  22. ＺｎＯを０．１５～０．３５質量％含み、
    Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が８５以上９１以下であり、ａ＊が－２以上２以下であり、ｂ＊が－１以上３以下であることを特徴とする請求項１９に記載のジルコニア焼結体。
  23. Ｃｒ２Ｏ３を０．０２～０．１質量％含み、
    Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が３５以上４７以下であり、ａ＊が０以上６以下であり、ｂ＊が５以上１５以下であることを特徴とする請求項１９に記載のジルコニア焼結体。
  24. アルミナの含有量が０．００５質量％未満であり、
    ＭｎＯ２を０．０３～０．０６質量％を含み、
    Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が３３以上３９以下であり、ａ＊が２以上８以下であり、ｂ＊が－３以上３以下であることを特徴とする請求項１９に記載のジルコニア焼結体。
  25. アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下であり、
    ＭｎＯ２を０．０２～０．０５質量％を含み、
    Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が３６以上４２以下であり、ａ＊が１以上７以下であり、ｂ＊が－４以上２以下であることを特徴とする請求項１９に記載のジルコニア焼結体。
  26. アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下であり、
    ＭｎＯ２を０．２～０．５質量％を含み、
    Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が６以上１８以下であり、ａ＊が０以上６以下であり、ｂ＊が－５以上１以下であることを特徴とする請求項１９に記載のジルコニア焼結体。
  27. アルミナの含有量が０．００５質量％以上２質量％以下であり、
    Ｆｅ２Ｏ３を０．１２～０．４０質量％含み、
    Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が４９以上７０以下であり、ａ＊が３以上１２以下であり、ｂ＊が２３以上３５以下であることを特徴とする請求項１９に記載のジルコニア焼結体。
  28. アルミナの含有量が０．００５質量％未満であり、
    Ｆｅ２Ｏ３を０．１２～０．２３質量％含み、
    Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が４６以上５６以下であり、ａ＊が７以上１３以下であり、ｂ＊が２３以上３３以下であることを特徴とする請求項１９に記載のジルコニア焼結体。
  29. アルミナの含有量が１質量％以上３質量％以下であり、
    ＣｏＯを０．３～１．０質量％含み、
    Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系で規定されるＬ＊が２７以上３９以下であり、ａ＊が－５以上２以下であり、ｂ＊が－４５以上－３３以下であることを特徴とする請求項１９に記載のジルコニア焼結体。
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