(57)【要約】【課題】高強度強靱性ZrO２-Al２O３系固溶体セラミックスの作製法を提供する。【解決手段】ジルコニウム塩とイットリウム塩とアルミニウム塩を用い、ZrO２及びY２O３としてのモル比率が98.2:1.8〜98.8:1.2で、しかも、Y２O３添加したZrO２及びAl２O３としてのモル比率が70:30〜80:20となるように混合を行って溶液を調製し（工程Ａ）、得られた混合溶液にアルカリを添加して中和を行い、ZrとYとAlを共沈させて沈殿物を得、当該沈殿物を乾燥させた後、650〜750℃で7〜12時間熱処理し、更に850〜950℃で0.5〜3時間仮焼成することによりY２O３安定化ZrO２-Al２O３固溶体粉体を調製し（工程Ｂ）、得られた固溶体粉体を冷間静水圧プレスにて成形し、次いで、パルス通電加圧焼結法で、不活性ガス雰囲気下、昇温速度50℃/min以上、圧力30〜60 MPa、1300〜1350℃で3〜30分の条件にて焼結する（工程Ｃ）。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高強度強靱性のZrO２-Al２O３系固溶体セラミックスを作製するための方法であって、当該方法が、
工程Ａ：ジルコニウム塩とイットリウム塩とアルミニウム塩を用い、ジルコニア（ZrO２）及びイットリア（Y２O３）としてのモル比率が98.2:1.8〜98.8:1.2で、しかも、イットリア添加したジルコニア及びアルミナ（Al２O３）としてのモル比率が70:30〜80:20となるように混合し、混合溶液を調製する工程、
工程Ｂ：前記工程Ａで得られた混合溶液にアルカリを添加することにより中和を行い、ジルコニウムとイットリウムとアルミニウムを共沈させて沈殿物を得、当該沈殿物を乾燥させた後、650〜750℃で7〜12時間熱処理し、更に850〜950℃で0.5〜3時間仮焼成することによりY２O３安定化ZrO２-Al２O３固溶体粉体を調製する工程、及び
工程Ｃ：前記工程Ｂで得られたY２O３安定化ZrO２-Al２O３固溶体粉体を冷間静水圧プレスにて成形し、次いで、パルス通電加圧焼結法で、不活性ガス雰囲気下、昇温速度50℃/min以上、圧力30〜60 MPa、1300〜1350℃で3〜30分の条件にて焼結する工程
を含むことを特徴とする高強度強靱性ZrO２-Al２O３系固溶体セラミックスの作製法。
【請求項２】
前記工程Ａにおけるジルコニア及びイットリアとしてのモル比率が98.4:1.6〜98.6:1.4であることを特徴とする請求項１に記載の高強度強靱性ZrO２-Al２O３系固溶体セラミックスの作製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度強靱性のZrO２-Al２O３系固溶体セラミックスを作製するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属に比較して、化学的安定性、耐腐食性、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があり、その応用が限定されている。
セラミックスの強靭化、すなわち破壊靱性値（KIC）を向上させる方法としては、例えば、下記の特許文献１において、ゾル‐ゲル法によりZrO２(0.3-1.7 mol% Y２O３)-25 mol% Al２O３固溶体粉体を調製し、パルス通電加圧焼結（Pulsed Electric-Current Pressure Sintering：PECPS）を行うことにより、緻密で、しかも、15 MPa・m1/2以上のKICと約1000 MPa（1 GPa）以上の曲げ強度（σb）を同時に示す高強度・強靱性のセラミックスが得られることが開示されている。しかしながら、この場合には、原料調製コストが高い（原料1 gあたりの価格が数千円以上）という課題が残されていた。
一方、固相反応法で調製した粉体や、ゾル‐ゲル法以外の液相法で調製した粉体の場合には、粉体粒子内の組成の均質性や粒径分布が不均一であるため、これらを焼結しても高強度・強靱性のセラミックスが得られないという問題点があった。
又、市販の一般的な強靭性ジルコニア作製用の3 mol% Y２O３を添加したZrO２粉体と市販のAl２O３微粒子を混合して焼結した複合セラミックスは、σb≧1 GPaの高強度を示すが、KICは6〜7 MPa・m1/2に留まり、靭性が低いという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】WO 2012/153645
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、従来技術における前述の問題点を解決し、低コスト（原料1 gあたりの価格がゾル‐ゲル法で製造されたものの約100分の1以下）で、高強度と強靱性を同時に満足する高強度強靱性のZrO２-Al２O３系固溶体セラミックスを作製可能な方法を提供することを課題とする。
本発明者等は、種々検討を行った結果、高コストのゾル‐ゲル法に比べて、低コスト（約100分の1以下）の中和共沈法で調製した粉体を使用し、ナノ粒子を非晶質の状態で熱処理することにより、粒子内部の原子・イオンの拡散を促進し、粒子内及び粒子間の組成の均質化を図り、さらに結晶化温度以上で熱処理（仮焼）することで粒子を結晶化して安定化させ、且つ、粒成長を促して粒径を制御し、得られた粉体を冷間静水圧プレス（cold isostatic pressing：CIP）にて成形した後、高速昇温、短時間加圧焼結のPECPSを採用することで、緻密で微細結晶粒から構成された高強度セラミックスが得られることを見い出し、本発明を完成した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決可能な本発明の高強度強靱性ZrO２-Al２O３系固溶体セラミックスの作製法は、以下の工程Ａ〜Ｃ：
工程Ａ：ジルコニウム塩とイットリウム塩とアルミニウム塩を用い、ジルコニア（ZrO２）及びイットリア（Y２O３）としてのモル比率が98.2:1.8〜98.8:1.2で、しかも、イットリア添加したジルコニア及びアルミナ（Al２O３）としてのモル比率が70:30〜80:20となるように混合し、混合溶液を調製する工程、
工程Ｂ：前記工程Ａで得られた混合溶液にアルカリを添加することにより中和を行い、ジルコニウムとイットリウムとアルミニウムを共沈させて沈殿物を得、当該沈殿物を乾燥させた後、650〜750℃で7〜12時間熱処理し、更に850〜950℃で0.5〜3時間仮焼成することによりY２O３安定化ZrO２-Al２O３固溶体粉体を調製する工程、及び
工程Ｃ：前記工程Ｂで得られたY２O３安定化ZrO２-Al２O３固溶体粉体を冷間静水圧プレスにて成形し、次いで、パルス通電加圧焼結法で、不活性ガス雰囲気下、昇温速度50℃/min以上、圧力30〜60 MPa、1300〜1350℃で3〜30分の条件にて焼結する工程
を含むことを特徴とする。
【０００６】
又、本発明は、上記の特徴を有した作製法において、前記工程Ａにおけるジルコニア及びイットリアとしてのモル比率が98.4:1.6〜98.6:1.4であることを特徴とするものでもある。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の作製法を用いることにより、高コストのゾル‐ゲル法に比べて低コストの中和共沈法で調製した粉体から、曲げ強度σb≧1 GPaで、しかも、破壊靱性値KIC≧12 MPa・m1/2である高強度強靱性ZrO２-Al２O３系固溶体セラミックスを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の高強度強靱性ZrO２-Al２O３系固溶体セラミックス作製法における工程を示すフローチャートであり、実施例における各工程の製造条件が記載されている。
【図２】仮焼条件を変化させた際のZrO２(1.5 Y)-25 mol% Al２O３粉体の透過型電子顕微鏡（TEM）写真である。
【図３】Y２O３量および焼成温度を変化させて得られたZrO２-(Y２O３)-25 mol% Al２O３固溶体粉体についての破面の走査型顕微鏡（SEM）写真である。
【図４】1300℃/10分/60 MPaの条件にて焼結されたZrO２-(x mol% Y２O３)-25 mol% Al２O３のXRDパターンであり、○は正方晶ZrO２（t-ZrO２）のピークを示し、△は単斜晶ZrO２（m-ZrO２）のピークを示している。
【図５】Y２O３量および焼成温度を変化させて得られたZrO２-(Y２O３)-25 mol% Al２O３固溶体粉体についての各種物性値をまとめた一覧表であり、Dobsは密度の実測値、Dxは理論密度、Dobs/Dxは相対密度、Hvはビッカース硬度、KICは破壊靱性値、σbは曲げ強度を示している。
【図６】焼成温度1300℃、1325℃、1350℃における、Y２O３量と正方晶ZrO２(t-ZrO２)体積%の関係を示すグラフである。
【図７】焼成温度1300℃、1325℃、1350℃における、Y２O３量と密度（実測された密度、相対密度）の関係を示すグラフである。
【図８】焼成温度1300℃、1325℃、1350℃における、Y２O３量と曲げ強度σbの関係を示すグラフである。
【図９】焼成温度1300℃、1325℃、1350℃における、Y２O３量と破壊靱性値KICの関係を示すグラフである。
【図１０】焼成温度1300℃、1325℃、1350℃における、Y２O３量とビッカース硬度Hvの関係を示すグラフである。
【図１１】ZrO２(1.5 Y)-25 mol% Al２O３粉体を用い、焼成温度を変化させた際の、(a)平均粒径Gs、(b)相対密度、(c)実測密度の変化を示すグラフである。
【図１２】ZrO２(1.5 Y)-25 mol% Al２O３粉体を用い、焼成温度を変化させた際の、(a) 曲げ強度、(b) 破壊靱性値、(c) ビッカース硬度の変化を示すグラフである。
【図１３】ゾル‐ゲル法で調製した粉体（ZrO２(1.5 Y)-25 mol% Al２O３粉体）を820℃で１時間仮焼した後で成形・焼結して得られたセラミックスと、中和共沈法で調製した粉体（ZrO２(1.5 Y)-25 mol% Al２O３粉体）を900℃で１時間仮焼した後で成形・焼結して得られたセラミックスと、中和共沈法で調製した上記粉体を700℃で９時間＋900℃で１時間仮焼した後で成形・焼結して得られたセラミックスについての物性及び機械的強度をまとめた表である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
高強度強靱性のZrO２-Al２O３系固溶体セラミックスを作製することが可能な本発明の方法における工程Ａ〜Ｃについて説明する。
本発明における工程Ａ（混合溶液の調製工程）では、ジルコニウム塩とイットリウム塩とアルミニウム塩を用い、ジルコニア（ZrO２）及びイットリア（Y２O３）としてのモル比率が98.2:1.8〜98.8:1.2で、しかも、イットリア添加したジルコニア及びアルミナ（Al２O３）としてのモル比率が70:30〜80:20となるように混合する。この際、ジルコニウム塩は特に限定されるものではないが、一般には、オキシ塩化ジルコニウム（ZrOCl２）やオキシ硝酸ジルコニウム（ZrO(NO3)2）などの塩化物水溶液や硝酸塩水溶液が使用され、イットリウム塩についても特に限定されないが、塩化イットリウム（YCl3）や硝酸イットリウム（Y(NO3)3）などの塩化物水溶液や硝酸塩水溶液が使用される。又、アルミニウム塩としては、一般に塩化アルミニウム（AlCl3）が使用される。
本製法の工程Ａにおいて、ZrO２に対するY２O３の添加量が1.2〜1.8 mol%に限定されるのは、1.2 mol%未満でも、逆に添加量が1.8 mol%を超えても、室温における曲げ強度σbが1000 MPaより小さくなり、破壊靭性値KICが12 MPa・m1/2より小さくなるからである。又、本発明において特に好ましいY２O３添加量は1.4〜1.6 mol%である。尚、本発明において、Al２O３の添加量が20〜30 mol%に限定されるのは、20 mol%未満の添加量でも、逆に添加量が30 mol%を超えても、曲げ強度σbが1000 MPa未満となるからである。
【００１０】
本発明における工程Ｂ（ZrO２固溶体粉体の調製工程）では、上記工程Ａで得られた混合溶液にアルカリを添加して中和を行い、ジルコニウムとイットリウムとアルミニウムを沈殿物として共沈させ、得られた沈殿物を濾過・水洗した後、乾燥し、ZrO２に対して1.2-1.8 mol% Y２O３を添加したZrO２(98.2〜98.8 mol% ZrO２-1.8〜1.2 mol% Y２O３)-20〜30 mol% Al２O３固溶体粉体を調製する（粉体は非晶質）。この工程Ｂにおいて、中和に使用されるアルカリの種類は特に限定されるものではなく、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等の一般的なアルカリ剤が使用できる。
その後、得られた粉体を結晶化温度以下の650〜750℃で7〜12時間熱処理し、更に結晶化温度以上の850〜950℃で0.5〜3時間仮焼することにより、立方晶(cubic)のY２O３安定化ZrO２-Al２O３固溶体粉体を調製する。このような中和共沈法により得られた70〜80 mol% {Y２O３添加ZrO２（98.2〜98.8 mol% ZrO２-1.8〜1.2 mol% Y２O３）}- 30〜20 mol% Al２O３の非晶質の固溶体粉体は、ゾル‐ゲル法により製造された粉体に比べて、低コスト（約100分の1以下）であるという利点を有している。しかも、調製されたナノ粒子を非晶質の状態で熱処理（650〜750℃で7〜12時間）することで、粒子内部のジルコニウム、イットリウム、アルミニウム原子・イオンの拡散が促進され、粒子内及び粒子間の組成の均質化を図ることができ、さらに結晶化温度以上で熱処理（850〜950℃で0.5〜3時間）することで粒子を結晶化して安定化させ、且つ、粒成長を促し、一次粒子径が約10〜20 nmの範囲で一定となる。
【００１１】
又、本発明における工程Ｃ（焼結工程）では、前記工程Ｂで得られた結晶質のZrO２固溶体粉体を冷間静水圧プレスにて成形し、次いで、不活性ガス雰囲気下（例えばアルゴンガス又は窒素ガス雰囲気下）、昇温速度50℃/min以上、圧力30〜60 MPa、焼結温度1300〜1350℃で3〜30分の条件にてパルス通電加圧焼結することによって、高強度強靱性ZrO２-Al２O３系固溶体セラミックスを製造する。本発明において、一軸加圧下、低電圧でパルス状直流電流を流し、火花放電現象により瞬時に高エネルギーを発生させて試料の焼結を行うパルス通電加圧焼結法が適しているのは、急激なジュール加熱により溶解と高速拡散が起こり、短時間で高速焼結できるので、比較的粒成長を抑えた緻密な焼結体（相対密度が約97〜98％以上）を得ることができるからである。
【００１２】
本発明におけるパルス通電加圧焼結の特に好ましい条件は、アルゴンガス雰囲気下、昇温速度50〜100℃／分、加圧力50〜60 MPa、焼結温度1300〜1350℃、保持時間7〜15分の条件である。この際、焼結温度が1300℃未満になると、高い曲げ強度（≧1 GPa）が得られず、焼結温度が1350℃を超えると、高い破壊靱性値（≧12 MPa・m1/2）が得られなくなるので好ましくない。保持時間については、3〜30分で充分緻密化するが、加圧力が30MPa未満では焼結密度が低くなり、逆に60 MPaを超えると通電加圧焼結に使用する金型の強度に上限があり使用出来なくなるという問題がある。昇温速度については、50℃／分未満になると長時間の熱処理となり製造コストが高くなり、逆に100℃／分を超えると、焼結体内部の微細構造にムラが生じ、均質で大型の試料の作製が困難となるので好ましくない。
尚、本発明において、曲げ強度σbは、スパン長さ8 mm、クロスヘッドの送り0.5 mm/minの条件で測定された三点曲げ強度の値であり、破壊靱性値KICは、荷重20 kg(196N)で5秒間正四角錐のダイヤモンド圧子をセラミックス表面に押し込み、形成された圧痕の四隅に発生するクラックの長さから評価するインデンテーション（IF）法（K. Niihara et al., J. Master. Sci. Lett., 1, 13-16 (1982)）に従って測定された値である。
【００１３】
上記の工程Ａ〜Ｃを含む本発明の作製法では、固溶体粉体から、焼結時に微細なAl２O３微粒子をZrO２マトリックス中に均一に析出分散させ、更にZrO２に対して1.2〜1.8 mol%という少量の安定化材Y２O３を添加固溶させることで、緻密なセラミックスが得られ、ZrO２の「変態強靭化機構」が発現しやすくし、強靭化が達成され、高強度・強靱性のセラミックス（強度σb≧1 GPa、靭性値KIC≧12 MPa・m1/2のセラミックス）を低コストで作製するのに適している。
【実施例】
【００１４】
実施例１：高強度強靱性ZrO２-Al２O３系固溶体セラミックスの製造条件の検討
ａ）中和共沈法による原料粉体の作製
オキシ塩化ジルコニウム（ZrOCl２・8H２O）と塩化アルミニウム（AlCl3）と塩化イットリウム（YCl3）を水に加えて、ZrO２及びY２O３としてのモル比率が98.5:1.5で、しかも、Y２O３添加したZrO２及びAl２O３としてのモル比率が75:25である混合水溶液を調製した。そして、この混合水溶液にアンモニア水溶液を添加し、ZrとYとAlを同時中和にて共沈させ、得られた沈殿物を濾過・水洗した後、乾燥を行ない、非晶質水和ジルコニア（（98.5 mol% ZrO２-1.5 mol% Y２O３）-25 mol% Al２O３固溶体粉体（以下、「ZrO２(1.5 Y)-25 mol% Al２O３固溶体粉体」と表す）を調製した。
又、同様にして、ZrO２及びY２O３としてのモル比率が99.5:0.5である粉体（0.5Y）、99.0:1.0である粉体（1.0Y）、98.0:2.0である粉体（2.0Y）も作製した。
【００１５】
ｂ）Y２O３添加ZrO２-Al２O３固溶体セラミックスの作製
図１は、本発明の高強度強靱性ZrO２-Al２O３系固溶体セラミックス作製法における工程の一例を示すフローチャートであり、実施例にて使用した各工程の製造条件が記載されているが、本発明は、これら条件に限定されるものではない。
まず、上記で得られた原料粉体をそれぞれ、700℃で空気中９時間の条件で仮焼し、更に900℃で１時間仮焼して結晶質のZrO２固溶体粉体を得た。そして、この粉体を、ポリビニルアルコール(PVA)を2〜5 %含む水溶液にて整粒（造粒）し、これを金型成形（一軸加圧70 MPa）し、ついで冷間静水圧（200 MPa）プレス処理して密度を高めた。その後、得られた成形体を、市販のパルス通電加圧焼結装置（SPSシンテックス(株)／SPS-510Aを使用）を用いて、アルゴンガス雰囲気下、加圧圧力60 MPa、焼結温度1300〜1350℃、保持時間10分、昇温速度100℃／分の条件でパルス通電加圧焼結を行い、焼結体を得た。
このようにして作製した焼結体についてはそれぞれ、実測密度（Dobs）、XRDパターン、SEM画像、曲げ強度（σb）、ビッカース硬度（Hv）、破壊靱性値（KIC）を測定し、特性評価を行った。
【００１６】
ｃ）仮焼条件を変化させた際の粉末形状の変化
ZrO２(1.5 Y)-25 mol% Al２O３粉体を用い、仮焼条件を変化させた際の粉体形状の変化を透過型電子顕微鏡（TEM）にて調べた。図２には、仮焼条件を変化させた際のZrO２(1.5 Y)-25 mol% Al２O３粉体のTEM写真が示されており、(a)は 700℃/9 hにて仮焼を行なったもの（倍率100k）、(b)は倍率200 k、(c)は700℃/9 h＋900℃/1 hにて仮焼を行なったもの（倍率100 k）、(d)は倍率200 k、(e)は900℃/1 hにて仮焼を行なったもの（倍率100k）、(f)は倍率200 kである。
これらのTEM写真から、仮焼温度及び時間によって粉体形状に大きな変化は見られないことがわかった。
【００１７】
ｄ）Y２O３添加量及び焼成温度を変化させて得られたセラミックの破面の状態
図３には、Y２O３量および焼成温度を変化させて得られたZrO２-(Y２O３)-25 mol% Al２O３固溶体セラミックスについての破面の走査型顕微鏡（SEM）写真が示されており、(a)は1.5 Y-1300℃、(b)は1.5 Y-1325℃、(c)は1.5 Y-1350℃、(d)は0.5 Y-1325℃、(e)は1.0 Y-1325℃、(f)は2.0 Y-1325℃の場合である。
これらのSEM写真から、Y２O３添加量が0.5mol%から2.0mol%に増えるにつれて粒子径が小さくなることがわかった。
【００１８】
ｅ）Y２O３添加量を変化させた際のXRDパターンの変化
ZrO２-(x mol% Y２O３)-25 mol% Al２O３粉体（x=0.5, 1.0, 1.5, 2.0）を用いて、1300℃/10分/60 MPaの条件で焼結を行い、得られた焼結体のXRDパターンを測定した。図４には、このようにして測定された各焼結体のXRDパターンが示されており、○は正方晶ZrO２（t-ZrO２）の回折ピークを示し、△は単斜晶ZrO２（m-ZrO２）の回折ピークを示している。この結果から、Y２O３添加量が2.0 mol%から0.5 mol%に減少するにつれて、t-ZrO２の回折ピーク以外にm-ZrO２の回折ピークが現れることがわかった。
【００１９】
ｆ）Y２O３添加量及び焼成温度を変化させた際の固溶体粉体の物性比較
図５には、Y２O３量および焼成温度を変化させて得られたZrO２-(Y２O３)-25 mol% Al２O３固溶体セラミックスについての各種物性値が要約されており、Dobsは密度の実測値、Dxは理論密度、Dobs/Dxは相対密度、Hvはビッカース硬度、KICは破壊靱性値、σbは曲げ強度を示している。
図５の表に示された結果から、各焼成温度において破壊靱性値KIC及び曲げ強度σbが大きくなるのは、Y２O３の添加量が1.5 mol%の場合であることがわかった。
【００２０】
ｇ）焼成温度1300℃、1325℃、1350℃におけるY２O３量の物性への影響
上記の各焼成温度において、Y２O３添加量を0.5 mol%から2.0 mol%に変化させた際の、Y２O３量とt-ZrO２量との関係（図６）、Y２O３量と密度との関係（図７）、Y２O３量と曲げ強度σbとの関係（図８）、Y２O３量と破壊靱性値KICとの関係（図９）、Y２O３量とビッカース硬度Hvとの関係（図１０）を調べた。Y２O３の添加量が0.5 mol%の場合セラミックスが割れて測定できなかった物性値もある。
図６のグラフから、焼成温度1325℃及び1350℃の場合には、Y２O３添加量が1.0 mol%の近傍以上においてt-ZrO２相が安定化し、t-ZrO２相の体積が増加することがわかった。
図７のグラフから、いずれの焼成温度の場合にも、Y２O３添加量1.5 mol%において実測密度が大きくなり、相対密度も100%に近い値となることがわかった。
又、図８のグラフからは、いずれの焼成温度の場合にも、Y２O３添加量1.5 mol%において曲げ強度が大きくなり、1.2〜1.8 mol%の範囲において1000 MPa(1GPa)以上の曲げ強度が得られることがわかった。
又、図９のグラフから、いずれの焼成温度の場合にも、Y２O３添加量1.5 mol%において破壊靱性値が最も大きくなり、1.2〜1.8 mol%の範囲において12 MPa・m1/2以上の破壊靱性値が得られ、1.4〜1.6 mol%の範囲では13 MPa・m1/2以上となることがわかった。
更に、図１０のグラフから、いずれの焼成温度の場合にも、Y２O３添加量1.5 mol%においてビッカース硬度が最も大きくなり、1.2〜1.8 mol%の範囲において13 GPa以上のビッカース硬度が達成されることがわかった。
これらのことから、本発明の作製法を用いて高強度強靱性のZrO２‐Al２O３系固溶体セラミックスを作製するためのY２O３添加量は1.2〜1.8 mol%の範囲であり、特に好ましい範囲は1.4〜1.6 mol%であることがわかった。
【００２１】
ｈ）ZrO２(1.5 Y)-25 mol% Al２O３粉体を用い、焼成温度を変化させた際の、(a)平均粒径、(b)相対密度、(c)実測密度の変化
図１１に示されるように、Y２O３を1.5 mol%添加した粉体の場合には、焼成温度1300℃〜1350℃の範囲において、平均粒径が130〜150 nmの範囲で変化し、相対密度が99〜100%の範囲でほぼ一定で、実測密度が5.4〜5.5 Mg/m3の範囲で変化する。
【００２２】
ｉ）ZrO２(1.5 Y)-25 mol% Al２O３粉体を用い、焼成温度を変化させた際の、(a) 曲げ強度、(b) 破壊靱性値、(c) ビッカース硬度の変化
図１２に示されるように、Y２O３を1.5 mol%添加した粉体の場合には、焼成温度1300℃〜1350℃の範囲において、曲げ強度が1000〜1400 MPa の範囲で変化し、破壊靱性値が14〜18 MPa・m1/2の範囲で変化し、ビッカース硬度が15〜16 GPaの範囲で変化する。
【００２３】
ｊ）原料粉体の製法（ゾル‐ゲル法の場合と中和共沈法の場合）及び仮焼条件の違いによる物性及び機械的強度の比較
図１３の表には、ゾル‐ゲル法で調製した粉体（ZrO２(1.5 Y)-25 mol% Al２O３粉体）を820℃で１時間仮焼した後で成形・焼結して得られたセラミックスと、中和共沈法で調製した粉体（ZrO２(1.5 Y)-25 mol% Al２O３粉体）を900℃で１時間仮焼した後で成形・焼結して得られたセラミックス（均質化を行なわずに仮焼したもの）と、中和共沈法で調製した上記粉体を700℃で９時間＋900℃で１時間仮焼した後で成形・焼結して得られたセラミックス（本発明の方法により作製されたもの）についての各種物性及び機械的強度が要約されている。
この表には、中和共沈法を用いて得られた原料を700℃で９時間＋900℃で１時間の条件で仮焼した後で成形・焼結して作製されたZrO２(1.5 Y)-25 mol% Al２O３固溶体セラミックス（本発明品）の場合には、固溶体セラミックスの結晶構造において正方晶ZrO２(t -ZrO２)の割合が高くなり、平均粒径が小さく、相対密度も高くなることが示されている。
又、この表には、これら３種類の固溶体セラミックスのうち、中和共沈法で調製した粉体を900℃で１時間仮焼した後で成形・焼結して得られたセラミックスは、破壊靱性値が10 MPa・m1/2を越えないが、本発明の作製法により得られた固溶体セラミックスは、曲げ強度、破壊靱性値、ビッカース硬度の点において、ゾル‐ゲル法で調製した粉体を用いて作製されたセラミックスと同等であることが示されている。
更に、原料コストの点において、ゾル‐ゲル法で製造された市販のイットリア安定化ジルコニアアルミナ粉体が、原料1 gあたりの価格が数千円以上であるのに対して、本発明の作製法に使用される中和共沈法で調製した粉体の場合には、上記価格の約100分の1以下の市販の原料を利用することができるので、経済的に非常に優れている。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の作製法を用いて作製されたZrO２-Al２O３系固溶体セラミックスは、1 GPa以上の曲げ強度と、12 MPa・m1/2以上の破壊靱性値を有しているので、これらの特性が要求される各種用途、例えばセラミックス製機械部品、生体用セラミックス（人工歯根、人工関節、人工骨）、家庭用包丁、まな板等に利用可能である。
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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