(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液中造粒方法によってジルコニア粉末を成形してジルコニア微小成形球体を製造するにあたり、ジルコニア粉末を水中に懸濁させたスラリーを攪拌し、該スラリーのｐＨを８〜１１に調整することにより、１０〜７０μｍの微小成形球体を製造することを特徴とするジルコニア微小成形球体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のジルコニア微小成形球体の製造方法において、１０〜７０μｍの微小成形球体を製造した後、該生成微小球体スラリーのｐＨを８〜１１に維持しながらジルコニア粉末スラリーを添加することにより、該生成微小成形球体を成長させ５０〜４００μｍの微小成形球体を製造することを特徴とするジルコニア微小成形球体の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の微小成形球体を１３００〜１５００℃で焼結して、７〜５０μｍのジルコニア微小球体を製造することを特徴とするジルコニア微小球体の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の微小成形球体を１３００〜１５００℃で焼結して、３５〜３００μｍのジルコニア微小球体を製造することを特徴とする真球度が１．０５以下、密度が５．９０ｇ／ｃｍ3以上であるジルコニア微小球体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液中造粒方法によるジルコニア微小球体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種産業分野で原料粉末の微粉化への傾向が高まりつつあり、攪拌ミル等の粉砕機に使用されるジルコニア球体も粉砕効率を良くするために小粒径化傾向にあり、従来次の２方法によってジルコニア微小球体が製造されていた。
【０００３】
すなわち、ジルコニア粉末を粒径１０ｍｍ以下の小粒径球体に成形するには、もっぱら回転皿型造粒機を用いる転動造粒方法が採用されていた。しかし、この転動造粒方法で得られる成形体の最小粒径は４００μｍ程度（焼結すると３００μｍ程度となる）であり、粒径４００μｍ以下の形状の良いジルコニア球体を、従来の転動造粒方法で成形するには高度の熟練が必要であり、しかも真球度のよい製品が要求される場合は生産性が非常に劣るので事実上工業的には採用不可能である。
【０００４】
粒径１００μｍ以下のジルコニア微小球体に成形するには、一般的に噴霧乾燥造粒方法で行われていた。しかしながら、この方法では、粒径１００μｍ以下の球体顆粒は粒度分布が広いため目的とする粒径の球体収率が悪く、生産性が非常に劣る。
【０００５】
上記のように、これら２方法では、粒径１００〜４００μｍの範囲の形状の良い微小球体を成形することが困難である為、近年この範囲を埋める方法として、ファインセラミックスの粉末を有機液体中に懸濁させて撹拌して、粒径２００〜６００μｍのセラミックス微小球体を製造する液中造粒法が提案されている（特開平２−２３９１４５号公報）。
【０００６】
しかしながら、前記液中造粒方法は、有機液体中で造粒する方法であるため、有機液体の界面張力、水分量、誘電率、密度、粘性などの造粒時の造粒条件を厳しく管理する必要があり、操作が困難であるばかりでなく、労務費も高くなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ジルコニア微小成形球体の製造方法として、簡便な設備でより容易な操作でしかも真球度が高い粒径４００μｍ以下のジルコニア微小成形球体及びジルコニア微小球体を得ることができる、水中での液中造粒方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、水中での液中造粒方法によってジルコニア粉末を成形してジルコニア微小成形球体を製造するにあたり、ジルコニア粉末スラリーのｐＨを８〜１１に調整することによるジルコニア微小成形球体の製造方法を要旨とするものである。
【０００９】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１０】
本発明は、液中造粒方法によってジルコニア粉末を成形してジルコニア微小成形球体を製造するにあたり、ジルコニア粉末を水中に懸濁させたスラリーを攪拌し、該スラリーのｐＨを８〜１１に調整することにより、１０〜７０μｍの微小成形球体を製造することを特徴とするジルコニア微小成形球体の製造方法に関し、特に、１０〜７０μｍの微小成形球体を製造した後、該生成微小球体スラリーのｐＨを８〜１１に維持しながらジルコニア粉末スラリーを添加することにより、該生成微小成形球体を成長させ５０〜４００μｍの微小成形球体を製造することを特徴とするジルコニア微小成形球体の製造方法に関する。
【００１１】
又、本発明は、上記方法で得られたジルコニア微小成形球体を１３００〜１５００℃で焼結して得られ、粒径が７〜５０μｍ又は３５〜３００μｍであり、真球度が１．０５以下であり、密度が５．９０ｇ／ｃｍ３以上であるジルコニア微小球体の製造方法も含む。
【００１２】
本発明は、粒径が１０〜４００μｍ程度であるジルコニアの微小成形球体を得る場合に特に有効である。
【００１３】
本発明の液中造粒に使用する設備は、スラリーを攪拌することのできる通常のパドル型攪拌羽根を備えた容器で特に限定されるものではない。
【００１４】
液中造粒の操作は、まずジルコニア粉末のスラリーを調製するが、市販のジルコニア粉末を水中に懸濁させる方法で容易に得られる。
【００１５】
また、中和法や加水分解法でジルコニア粉末を製造する際の工程で、ジルコニア仮焼粉末を平均粒子径で１．０μｍ程度に微粉砕して得られる、ジルコニアスラリーをそのまま使用することも可能である。
【００１６】
つぎに、攪拌下のジルコニア粉末スラリーのｐＨは通常５．５〜７．５程度であるが、このジルコニア粉末スラリーにｐＨ調整剤を添加して、ｐＨを８〜１１に調整することが必須である。
【００１７】
ｐＨが８〜１１の範囲では、凝集強度の弱い小さな凝集物同士が、攪拌による衝突で圧密化されて微小球体に成形し、１０〜７０μｍ程度の微小成形球体が容易に得られる。一方、ｐＨが８未満であれば、ジルコニア粉末の粒子同士が弱く凝集しているだけで球体の生成には至らず、逆に、ｐＨが１１を越える状態になると、球体として凝集しているジルコニア粉末の粒子同士が再分散し球体が崩壊する。
【００１８】
以上のように、撹拌下のジルコニア粉末スラリーをｐＨ調整することにより１０〜７０μｍの微小成形球体が得られるが、更に大きい球体を得る場合には、最初に生成した１０〜７０μｍの微小成形球体スラリーに、新たなジルコニア粉末スラリーを添加することにより、微小成形球体を成長させることができる。
【００１９】
この成長操作を行う場合も、前記した理由によりジルコニア粉末スラリーを添加すると同時にｐＨ調整剤も添加してスラリーｐＨを８〜１１に維持する必要がある。
【００２０】
又、当該微小成形球体の粒径は、ｐＨ調整を行うジルコニア粉末のスラリー濃度によっても変化する。これは、スラリー濃度によってそれぞれの凝集性や凝集物の衝突頻度が異なるためと考えられる。
【００２１】
例えば、ジルコニア粉末のスラリー濃度が３０ｗｔ％の場合は粒径１０〜３０μｍ程度の微小成形球体が生成する。また、スラリー濃度が４５ｗｔ％の場合は粒径４０〜７０μｍ程度の微小球体が生成する。
【００２２】
このように、スラリー濃度が高い程最初に生成する微小球体の粒径は大きくなるが、スラリー濃度が５０ｗｔ％を越えると、ｐＨ調整の過程でスラリー粘度が非常に高くなり、スラリーの攪拌が不可能となる。
【００２３】
このようなことから、スラリー濃度としては３０〜５０ｗｔ％にすることが好ましく、生成させた微小球体を引き続き成長させ５０〜４００μｍの成形球体を得る場合には、大きい粒径の微小球体が得られるスラリー濃度４０〜５０ｗｔ％にするのが特に好ましい。
【００２４】
使用するｐＨ調整剤としては、アンモニア水等のアルカリ物質や塩化アンモニウム等の無機塩類やアルカリ性のアクリル共重合樹脂等のセラミックス用バインダーなどが上げられる。
【００２５】
これらのｐＨ調整剤を単独で使用してもよいが、生成した微小球体の後工程での取扱いを容易にするために球体強度を強くする目的で、例えばアルカリ物質と前記のセラミックス用バインダーを併用する等がより好ましい。
【００２６】
このような成長操作により、粒径が４００μｍ程度の大きさまで成長させることが可能であるが、粒径が４００μｍ程度を越える大きさの球体は得られない。これは、粒径が４００μｍ程度を越える大きさになると、球体のジルコニア粉末粒子同士の凝集力より、攪拌による剪断力や遠心力のほうが大きくなるため、球体の崩壊が起こるものと考えられる。
【００２７】
以上の操作を行う上で、ジルコニア粉末スラリーの温度は常温でも可能であるが、スラリー温度は高い程ジルコニア粉末の凝集力が強くなり、得られる成形球体の機械的強度は強くなる。
【００２８】
このようなことから、粒径が２００μｍ程度を越える大きさの球体を得ようとする場合は、ジルコニア粉末スラリーの温度は５０〜８０℃が成形球体の強度の面から好ましい。
【００２９】
以上のような操作で、１０〜４００μｍの目的とする大きさの微小成形球体が得られ、この微小成形球体のスラリーをデカンテーションによって水洗した後、５０〜１１０℃で乾燥すると乾燥微小成形球体が得られる。
【００３０】
つぎに、得られた乾燥微小成形球体を１３００〜１５００℃で２時間焼結することにより、７〜３００μｍ程度の、密度が５．９０ｇ／ｃｍ３以上であるジルコニア微小球体が得られる。この焼結球体の真球度（各球体における最大直径と最小直径との比）は、１．０５以下である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、簡便な設備で容易に真球度の良いジルコニア微小成形球体及びこの微小成形球体を１３００〜１５００℃で焼結してジルコニア微小球体を製造することができ、ジルコニア微小球体の多量生産に好適である。
【００３２】
粒径１０〜４００μｍ程度のジルコニアの微小成形球体を得るのに特に有効である。
【００３３】
【実施例】
実施例１
市販の東ソー（株）製ジルコニア粉末ＴＺ−３Ｙを水と混合した後、ジルコニア製ボールを使用した通常のボールミルで８時間分散させて、スラリー濃度が３０ｗｔ％であるジルコニア粉末スラリーを調整した。このスラリーのｐＨは５．８であった。つぎに、当該３０ｗｔ％のジルコニア粉末スラリー１０００ｇを、市販の容量が１０００ｃｍ３であるポリエチレン製のビーカーに入れ、通常の４枚羽根のパドル型攪拌機で攪拌した。
【００３４】
つぎに、攪拌下のスラリーにＮＨ３として０．２９％のアンモニア水を少しづつ添加してスラリーのｐＨ調整を行った。
【００３５】
スラリーｐＨが８．５に達した時点でアンモニア水の添加を終了した。
【００３６】
スラリー中には微小球体が生成しており、生成した微小成形球体の粒径は１０〜３０μｍであった。
【００３７】
つぎに、得られた微小成形球体のスラリーに、中央理化工業（株）製のセラミックス用バインダーＳＡ−２６０をジルコニア粉末量に対して０．５ｗｔ％添加して成形操作を終了した。
【００３８】
得られた微小成形球体のスラリーをデカンテーションにより水洗した後、微小成形球体を静定分離して８０℃で乾燥した。
【００３９】
得られた乾燥微小成形球体を１４５０℃で２時間焼結して、粒径７〜２０μｍのジルコニア微小球体を得た。
【００４０】
得られたジルコニア微小球体の、顕微鏡で拡大した写真によって測定した約５０個の真級度は、１．０１〜１．０５の範囲にあり、平均値１．０２であった。また、ピクノメーター法によるジルコニア微小球体の密度は、６．０３ｇ／ｃｍ３であった。
【００４１】
実施例２
実施例１のジルコニア粉末スラリーのスラリー濃度を４５ｗｔ％とした以外は、実施例１と全く同様な操作を行った。
【００４２】
得られた微小成形球体の大きさは、４０〜７０μｍであった。
【００４３】
得られた微小成形球体を、実施例１と同様に水洗、乾燥、焼結して、粒径２５〜５０μｍのジルコニア微小球体を得た。
【００４４】
得られたジルコニア微小球体を実施例１と同様に評価した結果、真級度は、１．０１〜１．０５の範囲にあり、平均値１．０２で、密度は、６．０３ｇ／ｃｍ３であった。
【００４５】
実施例３
実施例２で得られた粒径４０〜７０μｍの微小成形球体のスラリー５００ｇを、市販の容量が１０００ｃｍ３であるポリエチレン製のビーカーに入れ、通常の４枚羽根のパドル型攪拌機で攪拌した。
【００４６】
つぎに、撹拌下の微小成形球体のスラリーに、スラリー濃度４５ｗｔ％のジルコニア粉末スラリー５００ｇを１時間で連続的に添加した。
【００４７】
この１時間のスラリー添加操作中は、微小成形球体スラリーのｐＨが８．５〜９．０を維持するするように、ＮＨ３として０．２９％のアンモニア水を添加した。
【００４８】
４５ｗｔ％のジルコニア粉末スラリー５００ｇの添加が終了した時点で、実施例１で使用したセラミックス用バインダーを、新たに添加したジルコニア粉末量に対して０．５ｗｔ％添加して成形操作を終了した。
【００４９】
得られた微小成形球体の粒径は５０〜１００μｍであった。
【００５０】
成形操作終了後の操作は実施例１と全く同様な操作を行って、粒径が３５〜７０μｍのジルコニア微小球体を得た。
【００５１】
得られたジルコニア微小球体を実施例１と同様に評価した結果、真級度は、１．０１〜１．０５の範囲にあり、平均値１．０３で、密度は、６．０３ｇ／ｃｍ３であった。
【００５２】
実施例４
実施例３で得られた粒径５０〜１００μｍの微小成形球体のスラリー５００ｇを、採取して、以下実施例３と全く同様な操作を行った。
【００５３】
得られた微小成形球体の粒径は７０〜１５０μｍであった。
【００５４】
また、得られたジルコニア微小球体の粒径は５０〜１１０μｍであり、真級度は平均値で１．０３で、密度は、６．０３ｇ／ｃｍ３であった。
【００５５】
実施例５
実施例４で得られた粒径７０〜１５０μｍの微小成形球体のスラリー５００ｇを、採取して、以下実施例３と全く同様な操作を行った。
【００５６】
得られた微小成形球体の粒径は９５〜２００μｍであった。
【００５７】
また、得られたジルコニア微小球体の粒径は６５〜１５０μｍであり、真級度は平均値で１．０４で、密度は、６．０３ｇ／ｃｍ３であった。
【００５８】
実施例６
実施例５で得られた粒径９５〜２００μｍの微小成形球体のスラリー５００ｇを、採取してスラリー温度を６０℃に昇温した。
【００５９】
以下実施例３のスラリー温度を６０℃とした以外は実施例３と全く同様な操作を行った。
【００６０】
得られた微小成形球体の粒径は１３０〜２７０μｍであった。
【００６１】
また、得られたジルコニア微小球体の粒径は９０〜２００μｍであり、真級度は平均値で１．０４で、密度は、６．０３ｇ／ｃｍ３であった。
【００６２】
実施例７
実施例６で得られた粒径１３０〜２７０μｍの微小成形球体のスラリー５００ｇを、採取してスラリー温度を６０℃に昇温した。
【００６３】
以下実施例６と全く同様な操作を行った。
【００６４】
得られた微小成形球体の粒径は１７０〜３５０μｍであった。
【００６５】
また、得られたジルコニア微小球体の粒径は１２０〜２５０μｍであり、真級度は平均値で１．０５で、密度は、６．０３ｇ／ｃｍ３であった。
【００６６】
比較例１
実施例２のスラリーｐＨ調整を７．８とした以外は実施例２と全く同様な操作を行った。
【００６７】
この場合は、スラリー粘度が上昇しただけで、微小成形球体は生成しなかった。
【００６８】
比較例２
実施例２のスラリーｐＨ調整を１１．５とした以外は実施例２と全く同様な操作を行った。
【００６９】
この場合のスラリーは、微小成形球体とフロック状の凝集物の混合物であり、生成した微小成形球体の大部分が崩壊した状態であった。