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JPS6197134A - ジルコニア系凝集粒子粉末および製造方法 - Google Patents

ジルコニア系凝集粒子粉末および製造方法

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JPS6197134A
JPS6197134A JP59216767A JP21676784A JPS6197134A JP S6197134 A JPS6197134 A JP S6197134A JP 59216767 A JP59216767 A JP 59216767A JP 21676784 A JP21676784 A JP 21676784A JP S6197134 A JPS6197134 A JP S6197134A
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JP
Japan
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particles
zirconia
agglomerated
aggregated
powder
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JP59216767A
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Etsuro Kato
加藤 悦朗
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は結晶子径が100A以下の結晶質1次粒子から
成り、特別の微溝造を持ち、ファインセラミックスとし
て最も重要な03〜3μmの範囲の且つ比較的狭い部分
にある。はぼ球状をしたジルコニア系凝集粒子粉末、お
よびこれに関連したジルコニア系凝集粒子および凝集粒
子粉末の製造方法に係るものである。ここにジルコニア
系とはジルコニアを主成分とする固溶体や化合物を含め
る意である。
最近ファインセラミックスの高性能化とともに。
使用原料は超微粒子化の傾向にあり、ジルコニア系セラ
ミックス、特に強靭性セラミックスとして注目されてい
る半安定化ジルコニアセラミックスなども超微粒子原料
が次第に重要性を増し、サブミクロンの微粒子、或は5
00人程変身下の超微粒子が使用され始めている。
しかしながら、微粒子、特に500A程度以下の超微粒
子は少くとも次の2点において、セラミック製造上重要
な障害を伴うものである。その一つは粉末製造上の問題
であり、他は粉末から成形体を得る際の問題である。
すなわち一般に500A以下の超微粒子は、粉末調製の
ための乾燥仮焼の段階で水の作用などにより強固な粒子
間の結合を生じて不規則塊状となり。
粉砕しても再び均一粒径の粉末になり難く、超微粒子の
特性の殆んどすべてを失うことである。通常乾燥の前に
水分を高価なアルコール等で置換するか、凍結乾燥によ
るかして強固不規則な凝集化を防ぐ必要があり、繁雑で
且つ不経済なものであった。
欠点の他の一つは、セラミック原料粉末は微粒子になる
と、たとえ強固不規則な凝集化を防ぐことができたとし
てもなお著しく成形田無なことである。すなわち微粒子
は均一な密充填が困魚となり、焼成収縮率は増大し、変
形や亀裂が発生し易くなり、焼成後の寸法精度が悪くな
るなどである。
この成形における均一密充填性を改善する工業的手段は
噴霧乾燥による造粒技術であるが、前述したように水使
用は微粒子の特性を損うため、仮焼などで凝集化した後
でこれを造粒することとなり。
この場合構成する凝集粒子は超微粒子の特性を失いかつ
不均一なもので、結局成形体内部組織に不均一性を導入
することとなる。
本発明は活性なジルコニア系超微粒子を、均一な0.3
〜3μmの範囲でほぼ球状の凝集粒子として液中に生成
させるもので、上記の欠点をすべて除去するものであり
、水による噴霧乾燥処理を行っても微粒子性を失わず、
また噴霧乾燥を必ずしも必要としない球状をしたファイ
ンセラミックス用のジルコニア系微粒子粉末を与えるも
のである。
本発明者は詳細な研究によって、ジルコニウム塩水溶液
の90〜250℃の加熱加水分解によって生成する懸濁
粒子は結晶子径100A以下の単斜ジルコニア微結晶(
ハフニウム等不純物の固溶体を含む)の双晶的な凝集2
次粒子であり、その2次粒子径は30〜3000 Aの
範囲にあることを見出した。
しかし如何に条件を変えてもこの凝集粒子は3000Å
以上には殆んど成長しなかった。従来このような300
0 A以上の凝集粒子から成る粉末は従って全く得られ
ていなかったし、その特徴についても全く問題にされて
いなかった。本発明はこのような3000 A以上の大
きさの凝集粒子粉末を容易に製造し実用化させるもので
ある。
すなわち、ジルコニウム塩水溶液を加熱加水分解して得
られる約100OA以上の結晶質ジルコニア系凝集粒子
にジルコニウム塩を加えた混合懸濁水溶液のPHを1以
下の強酸性とし、凝集粒子を浮遊状態に保ちながら90
〜250℃の温度で加熱加水分解を行い、懸濁粒子を種
結晶としてこれを3000λ以上に成長させることを特
徴とするものである。
本発明者の実験によれば、ジルコニウム塩の加熱加水分
解の温度は90’C以下では成長に時間がかかり過ぎ、
250℃以上では1次粒子が大きくなって反応活性を失
うとともに2次凝集粒子相互に接合が生じ始めるので適
当でない。また1000 A以上の凝集粒子は小さい程
その重量当り成長表面積が大きくなり且つ液中に浮遊し
て成長し易いが自身は3000λ以上には成長せず、沈
降し易い比較的粗大な凝集粒子の成長を妨げることが判
明した。
またPHl以下の強酸性では孤立微粒子が発生し燈いこ
とも見出された。上記の発明はこれらの実験結果を応用
したものである。
なおさらに実験を繰返し1本発明者は、PHが一層低く
なり、塩酸濃度で1.5N以上となるとジルコニア系懸
濁粒子は相互に凝集して沈降し始めること、この凝集は
PHが高い場合と異って孤立した0、5〜3μm程度の
ほぼ球状の比較的弱い凝集粒子となること、および、さ
らにこの一時的な沈降性凝集粒子は@濁状態でもしくは
これにジルコニウム塩を加えた懸濁状態で90℃〜25
0“′Cに加熱処理すれば強固安定な凝集粒子となるこ
となどを見出した。恐らく凝集状態での再結晶あるいは
凝集粒子表面での成長によると考えられる。
本発明の一部は以上の発見に基づくものであり。
結晶質ジルコニア系微粒子ゾルに@濁粒子が相互に凝集
して沈降を起すに十分な量の酸を加え、生成する一時的
な沈降性凝集粒子を90〜250℃の温度で必要時間加
熱処理を行い、これを安定な形状の2次凝集粒子に変え
ることを特徴とする方法である。
本発明方法により得られる以上の凝集粒子は。
すべて水系の懸濁液の状態として生成し、すべて100
八以下の結晶質の1次超微粒子から構成され。
且つ3000 A以上の孤立化したほぼ球状をした凝集
粒子として得られる点に著しい特徴がある。これは沈降
法又は遠心法によれば粒径の分級が容易であり2通常の
加熱乾燥でその特性を失わず、乾燥後容易にほぐれて孤
立した凝集粒子からなる粉末を与える。これはまさに水
中での微小造粒法と6いえるもので、このような0.3
〜3μmの微小範囲での造粒は従来全く行れておらず、
特lこ特許請求の範囲0)に記載されたジルコニア系凝
集粒子粉末は従来全く得られていないものである。これ
らの凝集を#御された凝集粒子粉末は後述するように極
めて工業的価値の高いものである。
さらに本発明方法により得られろ凝集粒子の特徴として
、仮焼処理の容易さがある。すなわち沈降法等によって
所望の大きさに分級された上記のような凝集粒子は単独
で、または他の金属化合物を混合し、  1000℃以
下の増白な温度で熱処理または仮焼することにより、そ
の1次粒子の大きさ。
結晶形、化学組成、凝集状態などを変化させろことがで
きる。1o00’c以下での仮焼では通常起る凝集粒子
間の接合は内部と較べて相対的に弱いので容易にほぐれ
2m集粒子の形状や粒径の均一性。
孤立性などは殆んど損れない。
以上によって9本発明方法は、最終的に、3ミクロン以
下0.3ミクロンまで(30000λ〜3000λ)の
任意の粒径と分布を持つ、はぼ球状をした孤立粒子か・
ら成る理想的なセラミック用粉末を与えるものであり、
しかもこの粉末粒子は0.05ミクロン(500A)以
下の1次超微粒子から成る凝集2次粒子であって極めて
活性であり反応性、焼結性に優れ、さらに目的に応じて
仮焼、固相反応などにより化学組成、1次粒子の大きさ
と凝集状態等の内部微組織を適宜調節可能であるなど2
粒子自体も極めて侵れた特性を持つものである。
本発明は以上のように比軸的簡単な方法により殆んど完
壁な形の理想的なジルコニア系凝集粒子粉末の工業的製
造を可能とし、ファインセラミックスの工業生産を初め
研磨剤、化粧品、乳濁剤。
などの分野においても優れた価値を持つものである。
実施例1 試薬塩化ジルコニル(ZrOClz・8ルO)約10g
を蒸留水約60m1中に溶解して約0.5mol/dの
溶液とし、その約60m1を密閉容器中で攪拌しつつ1
50℃に8時間加熱加水分解を行った。得られた@濁液
はX線的に約40A の単斜超微結晶が配向的に凝集し
た2次粒子であるが、  100OA以下の微細凝集粒
子を含むので遠心分離器により約1000八以上の部分
を分離し、その一部を種結晶として塩化ジルコニル約1
0fと混合し約60肩tの懸濁液を作った。溶液中のZ
rに対する秒結晶の割合はZr比で約L/′8であった
。この懸濁液を再び密閉′8器中で攪拌しつつ150℃
に8時間加熱水分解したところ、X線的な結晶子径は最
初とほぼ同様の約40較的均−なほぼ球状の凝集粒子で
あった。さらにこの凝集粒子を種結晶として同様の製作
を繰返し。
4回目で大部分を約10000人の凝集粒子にまで成長
させることができた。
実施例2 上記実施例1により得られた単斜ジルコニア凝集粒子懸
濁液から、遠心分離器により約5000±500A程度
に相当する部分を分離し、ジルコニアに対し6モル%に
相当する量の硝酸イツトリウムを加えてよ(混合し、 
 800’Cで1時間仮焼した。
仮焼物は軽く凝結したが)L鉢で容易にほぐれた。
溶体であり、遊離のY2O2は認められなかった。この
粉末に0.3重量%のセロゾール(ステアリン酸懸濁液
)を潤滑剤として加え、造粒製作をせずにそのまま2 
t/dの圧力で加圧成形し、  1350℃に1時間焼
成したところ理論密度のほぼ98%に相当する焼結体を
与えた。この場合焼成線収縮率は約15 ’/’(l 
でこの種の易焼結性粉末としては収縮率が極めて小さく
、成形時の充填性が非常に優れていることを示した。
実施例3 試薬塩化ジルコニル約97g 蒸留水約500xrlに
溶解し、これに1:1アンモニア水を十分量加えて水酸
化ジルコニウムの沈澱を作った。これを吸引濾過して得
られる含水状態のケーキに試薬塩化ジルコニル39ダ 
を加え攪拌し流動性スラリーとし、これを97℃で約4
0時間保持し、X線的には約3OA (電子顕微鏡でも
約4OA)の単斜ジルコニア超微結晶を1次粒子とし、
これが配向的に凝集した約100OAの2次凝集微粒子
から成るゾルを得た。このゾルに12N の塩酸を適下
した所。
塩酸濃度が約2N付近になった所で沈降分離が起った。
この沈降物は光学顕@鏡によれば約1μm(10000
A)の球状凝集粒子であるが、凝集は弱く、そのままで
は乾燥粒子にならない。この沈降物に少量の塩化ジルコ
ニル(Zr比で1/10)を加え、密閉容器中で攪拌し
つつ150℃に8時間加熱処理したところ、X線的な結
晶子径は僅かに増加(約35A)するのみで、その2次
凝集粒子は約1μmで強固安定となり、乾燥により凝集
粒子間は互に固結しない微粉末を与えた。
得られた粉末粒子の反応性、焼結性は実施例2によって
得られた粉末粒子の結果とほぼ同様のものであった。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)結晶子径が100Å以下の単斜結晶1次超微粒子
    が配向的に凝集した2次粒子から成り、ほぼ球状で、大
    きさが0.3μm〜3μmの範囲の且つ比較的狭い部分
    にあることを特徴とするジルコニア系凝集粒子粉末。
  2. (2)ジルコニウム塩水溶液を加熱加水分解して得られ
    る約1000Å以上の単斜ジルコニア系凝集粒子にジル
    コニウム塩を加えた混合懸濁水溶液のPHを1以下の強
    酸性とし、凝集粒子を浮遊状態に保ちながら90℃〜2
    50℃の温度で加熱加水分解を行い、懸濁粒子を種結晶
    としてこれを3000Å以上に成長させることを特徴と
    するジルコニア系凝集粒子の製造方法。
  3. (3)結晶質ジルコニア系微粒子ゾルに、懸濁粒子が相
    互に凝集して沈降を起すに十分な量の酸を加え、生成す
    る一時的な沈降性凝集粒子を90〜250℃の温度で必
    要時間加熱処理を行い、これを安定な形状の2次凝集粒
    子に変えることを特徴とするジルコニア系凝集粒子の製
    造方法。
  4. (4)ジルコニウム塩水溶液の加熱加水分解から得られ
    る2次凝集粒子を種結晶としてさらに加水分解を続け3
    000Å以上に成長させたジルコニア系凝集粒子、また
    は結晶質ジルコニア系微粒子ゾルに酸を加え一時的な沈
    降性凝集粒子としこれを安定な形状の2次粒子に変えた
    ジルコニア系凝集粒子の何れかを含む白濁液から沈降又
    は遠心分離によって大きさが3000Å以上の任意の粒
    径範囲部分を分離し、これを単独で、またはこれに他の
    金属化合物を混合し、1000℃以下の温度で熱処理す
    ることを特徴とするジルコニア系凝集粒子粉末の製造方
    法。
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