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高強度強靱性ZrO2‐Al2O3系固溶体セラミックスの作製法 コモンズ

国内特許コード P150012163
整理番号 DP1473-B
掲載日 2015年7月29日
出願番号 特願2013-513978
登録番号 特許第5930317号
出願日 平成24年4月26日(2012.4.26)
登録日 平成28年5月13日(2016.5.13)
国際出願番号 JP2012061196
国際公開番号 WO2012153645
国際出願日 平成24年4月26日(2012.4.26)
国際公開日 平成24年11月15日(2012.11.15)
優先権データ
  • 特願2011-107228 (2011.5.12) JP
発明者
  • 廣田 健
  • 佐藤 英行
  • 柴谷 健伍
出願人
  • 学校法人同志社
発明の名称 高強度強靱性ZrO2‐Al2O3系固溶体セラミックスの作製法 コモンズ
発明の概要 高強度強靱性ZrO‐Al系固溶体セラミックスの作製法を提供する。
ゾル‐ゲル法を用いてZrOに対し0.3~1.7mol%Yを添加したZrO‐20~30mol%Alの非晶質固溶体粉体を調製し、得られた非晶質固溶体粉体を結晶化温度以上で仮焼して結晶質のZrO固溶体粉体を調製し(工程A)、得られた結晶質のZrO固溶体粉体を成形し、次いで、不活性ガス雰囲気下、昇温速度50℃/min以上、圧力30~100MPa、焼結温度1250~1350℃で3~30分の条件にて焼結する(工程B)。この際、工程Bにおける成形を冷間静水圧プレスで行い、焼結を、アルゴンガス又は窒素ガス雰囲気下でのパルス通電加圧焼結法又は放電プラズマ焼結法により行うことが好ましい。
従来技術、競合技術の概要


金属に比較して、化学的安定性、対腐食性、高温環境下での使用可能といった多くの特徴を有するセラミックス材料は、硬度や強度が高いが、靱性が低いという弱点のため、その応用が限定されてきた。
セラミックスの強靱性、すなわち破壊靱性値(KIC)向上のため現在まで多くの研究がなされてきており、特に、酸化イットリウム(Y)を2~3mol%添加固溶させた部分安定化ジルコニア(Partially stabilized zirconium, PSZ)に注目が集まり、熱間静水圧プレス(Hot isostatic pressing:HIP)焼結によるY部分安定化ZrO‐Al複合材料の強靱性・高強度化が明らかになった。他方、ZrO‐Al系固溶体はあまり注目されていなかった。



そこで、本発明者等は、下記の非特許文献1において、ゾル‐ゲル法(金属の有機及び無機化合物の溶液をゲルとして固化し、ゲルの加熱によって酸化物の固体を作製する方法)を用いてZrO‐25mol%Al固溶体粉体を調製し、HIP焼結によりこの系の固溶体セラミックスを作製し、破壊靱性値KICが23MPa・m1/2というセラミックスでは驚異的な値を報告した。しかし、曲げ強度(σ)は約570MPaに留まり、σが1GPa以上必要な実用化には及ばず、高強度(≧1GPa)と強靱性(≧15MPa・m1/2)を同時に満足する高強度強靱性のセラミックスが求められていた。

産業上の利用分野


本発明は、高強度強靱性のZrO‐Al系固溶体セラミックスを作製するための方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
高強度強靱性のZrO‐Al系固溶体セラミックスを作製することが可能な方法であって、当該方法が、
工程A:ゾル‐ゲル法を用いてZrOに対し0.3~1.7mol%Yを添加したZrO(99.7~98.3mol%ZrO‐0.3~1.7mol%Y)‐20~30mol%Alの非晶質固溶体粉体を調製し、得られた非晶質固溶体粉体を結晶化温度以上で仮焼して結晶質のZrO固溶体粉体を調製する工程、及び
工程B:前記工程Aで得られた結晶質のZrO固溶体粉体を成形し、次いで、不活性ガス雰囲気下、昇温速度50~100℃/分、圧力60MPa、焼結温度1270~1330℃、保持時間10分の条件にてパルス通電加圧焼結法で焼結する工程
を含むことを特徴とする高強度強靱性ZrO‐Al系固溶体セラミックスの作製法。

【請求項2】
上記工程Bにおける成形を冷間静水圧プレスにて行うことを特徴とする請求項1に記載の高強度強靱性ZrO‐Al系固溶体セラミックスの作製法。

【請求項3】
上記工程Bにおける焼結をアルゴンガス雰囲気下又は窒素ガス雰囲気下で行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の高強度強靱性ZrO‐Al系固溶体セラミックスの作製法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
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