(57)【要約】【課題】  高硬度、高強度のセラミックス焼結体を提供することを目的とする。【解決手段】  Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯからなるセラミックス焼結体であって、Ａｌ２Ｏ３の含有割合が６５〜９６質量％、ＺｒＯ２の含有割合が４〜３４．４質量％であり、かつＳｉＯ２の含有割合が０．２０質量％以上、ＴｉＯ２の含有割合が０．２２質量％以上、及びＭｇＯの含有割合が０．１２質量％以上であって、かつＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯの合計の含有割合が０．６〜４．５質量％であることを特徴とするセラミックス焼結体。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２と、添加剤であるＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯからなるセラミックス焼結体であって、Ａｌ２Ｏ３を６５〜９６質量％、ＺｒＯ２を４〜３４．４質量％含有して、ＳｉＯ２を０．２０質量％以上、ＴｉＯ２を０．２２質量％以上、及びＭｇＯを０．１２質量％以上含有し、かつＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯの合計の含有割合が０．６〜４．５質量％であることを特徴とするセラミックス焼結体。
【請求項２】
前記Ａｌ２Ｏ３の平均粒径が３μｍ以下、及びＺｒＯ２の平均粒径が０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のセラミックス焼結体。
【請求項３】
前記セラミックス焼結体におけるＺｒＯ２の２０％以上が正方晶であることを特徴とする請求項１又は２記載のセラミックス焼結体。
【請求項４】
前記ＴｉＯ２とＭｇＯの原子比Ｔｉ／Ｍｇが０．５〜１．２の範囲であることを特徴とする請求項１乃至３記載のセラミックス焼結体。
【請求項５】
前記ＴｉＯ２とＭｇＯの少なくとも一部がＡｌ２Ｏ３結晶に溶解して固溶体結晶を形成しており、その溶解量が合計で該Ａｌ２Ｏ３の０．１質量％以上に相当する量であることを特徴とする請求項１乃至４記載のセラミックス焼結体。
【請求項６】
前記Ａｌ２Ｏ３の少なく一部の結晶粒内にＴｉとＭｇの酸化物若しくはこれらが含まれる複合酸化物粒子が分散して存在することを特徴とする請求項１乃至４記載のセラミックス焼結体。
【請求項７】
Ａｌ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｔｉ及びＭｇを金属として、又はこれらの金属化合物として含む原料を、これらの金属又は金属化合物を金属酸化物に換算して、セラミックス焼結体中でＡｌ２Ｏ３を６５〜９６質量％、ＺｒＯ２を４〜３４．４質量％含有し、更にＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯの含有割合がそれぞれ０．２０質量％以上、０．２２質量％以上、及び０．１２質量％以上であって、かつＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯの合計の含有割合が０．６〜４．５質量％となるように混合して、所定形状に成形後、１３００〜１５００℃で焼成することを特徴とするセラミックス焼結体の製法。
【請求項８】
１３００〜１５００℃での焼成を酸化雰囲気で行い、更に前記焼成温度よりも６０℃以上低い温度で還元雰囲気において熱処理する工程を有することを特徴とする請求項７記載のセラミックス焼結体の製法。
【請求項９】
Ａｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２と、添加剤であるＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯからなるセラミックス焼結体であって、Ａｌ２Ｏ３を６５〜９６質量％、ＺｒＯ２を４〜３４．４質量％含有し、更にＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯをそれぞれ０．２０質量％以上、０．２２質量％以上、及び０．１２質量％以上含有して、かつＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯの合計の含有割合が０．６〜４．５質量％であるセラミックス焼結体より作製された生体用材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抗折強度を向上させたセラミックス焼結体に関するものであって、特に種々の構造部材、切削工具、医療用器具、生体用材料に好適に使用されるセラミックス焼結体およびその製法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アルミナ、ジルコニア系の酸化物セラミックスは、高強度、耐摩耗性及び耐食性が要求される構造部材として広く利用されている。特に、アルミナとジルコニアを一定の比率で複合化する場合は、結晶粒の微細化効果によりそれぞれの単体よりも高い強度が得られることが注目されている（例えば非特許文献１参照）。
また、上記複合材の製造コスト低減若しくは特性改善の目的で、更に種々の添加物を少量に複合化する研究が行われている。例えば、アルミナが７０質量％以上の組成範囲でＳｉＯ２、ＭｇＯ、及びＣａＯを添加することにより低温での緻密化焼結を実現し、低い製造コストで耐摩耗性に優れた材料が開示されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
更に、周期律表５Ａ族金属酸化物とＳｉＯ２を同時に添加して、異方性成長促進する効果による高靭性アルミナ、ジルコニア複合材料が開示されている（例えば特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２０６５１４号公報
【特許文献２】特開平９−２２１３５４号公報
【特許文献３】特開２０００−１５９５６８号公報
【非特許文献１】四方良一他、「粉体および粉末冶金」、社団法人粉体粉末冶金協会、１９９１年４月１０日、第３８巻、第３号  ｐ．５７−６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記特許文献１では、アルミナの量が６０％以上になると強度が急激に低下し、高い硬度と耐摩耗性が要求される高アルミナ含有量の組成域では強度が低い問題があった。また、前記特許文献１及び特許文献２で開示した耐磨耗性アルミナ質セラミックスは液相焼結による焼結欠陥減少で耐摩耗性の改善が見られるが、強度と硬度が低いという問題があった。さらに、前記特許文献３では、アルミナの異方性成長により靭性改善効果が見られたものの、三点曲げ強度が１０００ＭＰａ以下で、特許文献１で開示されたセラミックスより低く、切削工具、産業機械、医療器具用の高特性が要求される部材には満足しうる曲げ強度ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、アルミアを主体としたＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２からなる原料に一定量のＳｉＯ２、ＴｉＯ２およびＭｇＯを添加して、１３００℃〜１５００℃という比較的低い温度範囲で焼結させることにより、結晶粒成長を効果的に抑制でき、得られた焼結体は従来の材料を超える高強度材料を得られることを見出し、本発明に至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、Ａｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２と、添加剤であるＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯを含むセラミックス焼結体であって、Ａｌ２Ｏ３を６５〜９６質量％、ＺｒＯ２を４〜３４．４質量％含有して、ＳｉＯ２を０．２０質量％以上、ＴｉＯ２を０．２２質量％以上、及びＭｇＯを０．１２質量％以上含有し、かつＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯの合計の含有割合が０．６〜４．５質量％であることを特徴とするセラミックス焼結体に関する発明である。
【０００７】
本発明においては、更に
（１）前記Ａｌ２Ｏ３の平均粒径が３μｍ以下、及びＺｒＯ２の平均粒径が０．５μｍ以下であること、
（２）前記セラミックス焼結体におけるＺｒＯ２の２０％以上が正方晶であること、
（３）前記ＴｉＯ２とＭｇＯの原子比Ｔｉ／Ｍｇが０．５〜１．２の範囲であること、
（４）前記ＴｉＯ２とＭｇＯの少なくとも一部がＡｌ２Ｏ３結晶に溶解して固溶体結晶を形成しており、その溶解量が合わせて該Ａｌ２Ｏ３の０．１質量％以上に相当する量であること、
（５）前記Ａｌ２Ｏ３の少なく一部の結晶粒内にＴｉとＭｇの酸化物若しくはこれらを含む複合酸化物粒子が分散して存在すること
が望ましい。
【０００８】
また、本発明は、Ａｌ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｔｉ及びＭｇを金属として、又はこれらの金属化合物として含む原料を、これらの金属又は金属化合物を金属酸化物に換算して、セラミックス焼結体中でＡｌ２Ｏ３を６５〜９６質量％、ＺｒＯ２を４〜３４．４質量％含有し、更にＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯの含有割合がそれぞれ０．２０質量％以上、０．２２質量％以上、及び０．１２質量％以上であって、かつＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯの合計の含有割合が０．６〜４．５質量％となるように混合して、所定形状に成形後、１３００〜１５００℃で焼成することを特徴とするセラミックス焼結体の製法に関する発明である。
本発明においては、１３００〜１５００℃での焼成を酸化雰囲気で行い、更に前記焼成温度よりも６０℃以上低い温度で還元雰囲気において熱処理する工程を有することが望ましい。
【０００９】
更に、本発明は、Ａｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２と、添加剤であるＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯからなるセラミックス焼結体であって、Ａｌ２Ｏ３を６５〜９６質量％、ＺｒＯ２を４〜３４．４質量％含有し、更にＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯをそれぞれ０．２０質量％以上、０．２２質量％以上、及び０．１２質量％以上含有して、かつＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯの合計の含有割合が０．６〜４．５質量％であるセラミックス焼結体より作製された生体用材料に関する発明である。
【００１０】
本発明のセラミックス焼結体は、Ａｌ２Ｏ３の含有割合が６５〜９６質量％、ＺｒＯ２の含有割合が４〜３４．４質量％であり、更にＳｉＯ２の含有割合が０．２０質量％以上、ＴｉＯ２の含有割合が０．２２質量％以上、及びＭｇＯの含有割合が０．１２質量％以上であって、かつＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯの合計の含有割合が０．６〜４．５質量％であることを特徴とする。
本発明のセラミックス焼結体は、上記組成範囲のＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２に添加剤としてＳｉＯ２、ＴｉＯ２およびＭｇＯを一定割合含有させることにより、焼結の際にＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２の結晶粒成長を抑制しながら、低い温度条件で焼結体を緻密化でき、微粒、高密度の組織形成により高強度化の実現が可能となる。
【００１１】
本発明のセラミックス焼結体は、その焼結体におけるＡｌ２Ｏ３の平均粒径が３μｍ以下で、ＺｒＯ２の平均粒径が０．５μｍ以下であることが好ましい。また、ＺｒＯ２総量の少なくとも２０％以上が正方晶である焼結体であることが好ましい。これらにより相変態強化効果を有効に発現することができる。
また、前記添加剤の中でＴｉＯ２とＭｇＯの原子比（Ｔｉ／Ｍｇ）が０．５〜１．２の範囲のものが好ましい。これにより、強度低下の原因となる化合物の形成を抑制でき、より高強度化の焼結体を得ることが可能となる。
更に、前記ＴｉＯ２とＭｇＯの少なくとも一部がＡｌ２Ｏ３結晶に溶解して固溶体結晶を形成しており、その溶解量が合わせて該Ａｌ２Ｏ３の０．１質量％以上に相当する量とすることが望ましい。これによりＡｌ２Ｏ３結晶が固溶体形成により強化される。
更にまた、前記Ａｌ２Ｏ３の少なく一部の結晶粒内にＴｉあるいはＭｇの酸化物若しくは複合酸化物粒子が分散して存在することが望ましい。
ＴｉあるいはＭｇの酸化物若しくは複合酸化物粒子の分散強化効果によりセラミックス焼結体の強度と靭性を一層向上させることが可能となる。
【００１２】
本発明のセラミックス焼結体の製法は、Ａｌ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｔｉ及びＭｇを金属として、又はこれらの金属化合物として含む原料を、これらの金属又は金属化合物を金属酸化物に換算して、セラミックス焼結体中でＡｌ２Ｏ３を６５〜９６質量％、ＺｒＯ２を４〜３４．４質量％含有し、更にＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯの含有割合がそれぞれ０．２０質量％以上、０．２２質量％以上、及び０．１２質量％以上であって、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯの合計の含有割合が０．６〜４．５質量％となるように混合して、所定形状に成形後、１３００〜１５００℃で焼成することを特徴とする。
本発明においては特に、前記酸化雰囲気で得られた上記焼結体を、更に前記焼成温度よりも６０℃以上低い温度で還元雰囲気において熱処理する工程を有することが望ましい。このような条件で焼結することにより、ＴｉとＭｇの酸化物がＡｌ２Ｏ３でその溶解度が変化し、Ａｌ２Ｏ３とは異なる化合物粒子がＡｌ２Ｏ３の結晶粒内に析出することが可能となる。
本発明のセラミックス焼結体は、人工骨頭のような、高強度が要求される無毒で生体になじみやすく、拒否反応を起こさない人工材料として人工骨、人工歯根などの生体用材料に好適に使用される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、組織微細化、高緻密化、相変態強化に加えて、固溶強化、粒子分散強化の効果をＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２系複合材で発現でき、高硬度、高強度のセラミックス焼結体の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
通常Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２系複合系では、Ａｌ２Ｏ３の含有量が多いほどヤング率、硬度が高くなる反面、焼成温度が高いことによる粒成長が材料の強度を低下させる。しかし、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２系原料粉末にＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯ原料粉末を添加して焼成すると、共晶点が１３００℃以下になり、材料の焼結が大きく促進され、従来行われていた温度よりも低い温度でも組織が微細に保たれながら高い緻密性の焼結体が得られるようになる。
上記高強度を得る特徴は、Ａｌ２Ｏ３６５質量％以上の高ヤング率、高硬度の組成において効果的に発現される。
従って、本発明のセラミックス焼結体において、Ａｌ２Ｏ３の含有割合は６５質量％以上、好ましくは７０％質量以上であり、一方、Ａｌ２Ｏ３の含有割合は９６質量％以下、好ましくは９０質量％以下、特に好ましくは８５質量％以下である。上記６５〜９６質量％の範囲とすることにより、高強度かつ高硬度という効果が得られる。
また、ＺｒＯ２の含有割合は４質量％以上、好ましくは１０質量％以上、特に好ましくは１５質量％以上であり、一方、ＺｒＯ２の含有割合は３４．４質量％以下、好ましくは３０質量％以下、特に好ましくは２５質量％以下である。上記４〜３４．４質量％の範囲とすることにより、粒径微細化という効果が得られる。
【００１５】
また、上記したように、例えばＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２原料にＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯ原料を添加して焼成する際の共晶点を１３００℃以下とするには、前記ＳｉＯ２の含有割合は、０．２０質量％以上、好ましくは０・４質量％以上、ＴｉＯ２の含有割合は、０．２２質量％以上、好ましくは０．３質量％以上、及びＭｇＯの含有割合は、０．１２質量％以上、好ましくは０．２質量％以上である。
ＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯの含有割合がそれぞれ前記０．２０質量％未満、０．２２質量％未満、及び０．１２質量％未満では、焼結温度で形成された液相の粘度が高くなる為焼結促進効果が小さくなる。
尚、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＭｇＯの合計の含有割合が０．６〜４．５質量％、好ましくは１．０〜３．０質量％である。
該範囲とすることにより、高緻密化と微粒組織形成という効果が得られる。
【００１６】
本発明のセラミック焼結体は、上記組成中のＡｌ２Ｏ３の一部をＣｒ２Ｏ３によって置換して固溶体を形成するもしくはＺｒＯ２の一部をＨｆＯ２によって置換して固溶体を形成することにより硬度を改善することも可能である。また、粒成長抑制する目的、若しくは結晶の形状異方性成長を促進する目的で他の化合物を添加することも可能である。
【００１７】
次に、本発明のセラミックス焼結体の好ましい形態について説明する。
（１）セラミック焼結体の高強度特性を得るには、上記焼結体中のＡｌ２Ｏ３の平均粒径は好ましくは３μｍ以下、特に好ましくは２μｍ以下、ＺｒＯ２の平均粒径は好ましくは０．５μｍ以下、特に好ましくは０．３μｍ以下である。このような平均粒径とすることにより微粒化による強度向上だけでなく、ＺｒＯ２の微細、均一分散により相変態強化効果を大きくすることが可能となる。
（２）本発明のセラミックス焼結体中で、前記ＺｒＯ２粒子の２０％以上、好ましくは４０％以上を正方晶とすることが好ましい。ＺｒＯ２に、Ｙ、Ｃｅ、Ｍｇ、Ｃａなど種々の安定化剤を添加して、正方晶を室温においても準安定化の状態で存在させることは可能ではある。特にこれらの安定化剤を少量添加した場合、例えば、ＺｒＯ２に対して、２ｍｏｌ％以下のＹ２Ｏ３を添加すると、組織微粒化により単斜晶への相変態を抑制し、応力下での相変態発生のポテシャルが高く、相変態強化効果が大きくなる。
【００１８】
（３）本発明のセラミックス焼結体は、前記組成範囲で、ＴｉＯ２とＭｇＯの組成比は原子比（Ｔｉ／Ｍｇ）で０．５〜１．２の範囲とすることが好ましい。原子比（Ｔｉ／Ｍｇ）が前記０．５以上のときに焼成温度で液相の粘度が高くなるのをより効果的に抑制でき、良好な焼結促進効果が得られる。また、原子比（Ｔｉ／Ｍｇ）が前記１．２以下のときにＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とが反応し熱膨張係数の異方性が大きいＡｌ２ＴｉＯ５相が生成するのを抑制し、強度低下を防止できる。材料の焼結性向上およびＡｌ２ＴｉＯ５相生成を抑える見地から、原子比（Ｔｉ／Ｍｇ）が０．７〜１．０の範囲であることが特に好ましい。
ＴｉとＭｇの原子比が前記範囲であるときに、同時にＡｌ２Ｏ３結晶により効果的に固溶するという効果も得られる。
（４）前記ＴｉＯ２とＭｇＯがＡｌ２Ｏ３結晶に溶解して固溶体結晶を形成することにより、焼結後の粒界相を減少して硬度を上げるとともに、Ａｌ２Ｏ３結晶を強化し、強度を向上することは本発明のセラミックス焼結体の好ましい形態の１つである。該Ａｌ２Ｏ３結晶へのＴｉＯ２とＭｇＯの溶解量が少なければ上記効果が小さいので、前記組成中ＴｉＯ２とＭｇＯが合わせて該Ａｌ２Ｏ３の０．１質量％以上に相当する量がＡｌ２Ｏ３結晶に溶解していることが好ましい。この場合、該Ａｌ２Ｏ３の０．５質量％以上に相当する量が該Ａｌ２Ｏ３結晶に溶解していることが特に好ましい。
【００１９】
（５）本発明の好ましい他の態様は、前記Ａｌ２Ｏ３の少なく一部の結晶粒内にＴｉとＭｇの酸化物若しくはこれらを含む複合酸化物粒子を分散させることである。前記ＴｉとＭｇの酸化物若しくはこれらを含む複合酸化物がＡｌ２Ｏ３結晶に溶解して形成した固溶体を、溶解量が少ない条件下では析出し、例えば、ＴｉＯ２、ＭｇＡｌ２Ｏ４の微粒子がＡｌ２Ｏ３の結晶粒内に分散した組織を形成する。これにより、微粒子分散の強化効果で材料の強度を大幅に向上できる。上記微粒子のサイズについては、長軸０．２μｍ以下が好ましく、０．１μｍ以下が特に好ましい。
【００２０】
本発明のセラミックス焼結体は、種々の公知のセラミックス原料を用いて作製することができる。本発明のセラミックス焼結体の製法は、先ず、原料を所定の割合で混合し、所定形状に成形する。ここでいう原料とは、酸化物、金属、炭酸塩、水酸化物などの塩類等を粉末あるは水溶液等して使用することが可能である。
粉末として使用する場合その平均粒径は、１．０μｍ以下が好ましい。
また、成形には、プレス成形、鋳込み、冷間静水圧成形、或いは冷間静水圧処理などの成形法を使用可能である。次に、本発明によれば、１３００〜１５００の温度範囲で焼成することが重要である。上記焼結温度が１３００℃未満であると緻密な焼結体が得られず、また１５００℃を超えると、結晶粒成長が発生するため、いずれの場合も高強度の焼結体は得られにくい。上記の見地から、本発明の焼結体は特に１３５０〜１４５０℃で焼成されることが望ましい。また、本発明では、この焼成後に、上記焼成温度（１３５０〜１４５０℃）よりも６０℃以上低い温度で熱間静水圧焼成を行うことが望ましい。更には、この熱間静水圧焼成後に、更に前記焼成温度（１３５０〜１４５０℃）よりも６０℃以上低い温度で還元雰囲気において熱処理することが好ましい。
【００２１】
上記の焼成は酸化性雰囲気、例えば大気中、或いは一定の酸素分圧を有する混合ガス雰囲気で行うと、ＴｉＯ２とＭｇがＡｌ２Ｏ３結晶粒内に溶解する。
本発明によれば、このようにして得られた焼結体を、好ましくは前記焼成温度よりも６０℃以上低い温度、特に好ましくは１１００〜１３５０℃で還元雰囲気において熱処理することにより、Ｔｉの原子価が４価から３価に変化してＴｉＯ２の溶解度が増加し、その結果Ｍｇの溶解度が減少するため、Ａｌ２Ｏ３の結晶粒内にＭｇが含まれた化合物、ＭｇＡｌ２Ｏ４が析出する。これにより本発明の微粒子分散強化のセラミックス焼結体が得られる。
本発明のセラミックス焼結体は、高硬度及び高強度という特性を有するので、種々の構造部材、摺動部材、切削工具に使用できる。特に、人工骨頭のような、安定性、高強度、耐磨耗性が要求される生体用材料に好適に使用される。
【実施例１】
【００２２】
純度が９９．９質量％で平均結晶粒径０．５μｍのＡｌ２Ｏ３粉末と、純度が９９．９質量％で平均粒径０．２μｍのＺｒＯ２粉末、Ｙ２Ｏ３の含有割合がそれぞれ０、１．５、２、３ｍｏｌ％の準安定化ＺｒＯ２、および純度９９．５質量％以上で、平均粒径０．５〜１．０μｍのＳｉＯ２、ＴｉＯ２およびＭｇ（ＯＨ）２を表１に示す割合でイソプロピルアルコールの溶媒混合後、圧力１００ＭＰａで成形し、その後３００ＭＰａで冷間静水圧処理した。これを表１に示す温度で大気中5時間焼成し、一部の試料については更に表１に示す温度（ＨＩＰ温度）でＡｒ−Ｏ２（Ｏ２濃度：２０容積％）混合ガス雰囲気中で２００ＭＰａの熱間静水圧処理を行った。更に、１部の試料については表１に示す温度（水素処理温度）下に水素雰囲気中で５時間熱処理した。
【００２３】
得られた焼結体の破断面の走査型電子顕微鏡写真よりＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２の結晶粒径を測定した。
また、Ｘ線回折強度より全ＺｒＯ２中の正方晶ＺｒＯ２の比率を計算した。計算方法を以下に示す。
正方晶比率（％）＝Ｉｔ／（Ｉｍ１＋Ｉｍ２＋Ｉｔ）
ここで、Ｉｔ：正方晶（１１１）面のＸ線回折強度
Ｉｍ１：単斜晶（１１１）面のＸ線回折強度
Ｉｍ２：単斜晶（−１１−１）面のＸ線回折強度
なお、一部の試料に対し、Ａｌ２Ｏ３の格子定数測定によりＴｉＯ２とＭｇＯの溶解量を推定した。また、水素雰囲気で熱処理した試料を透過型電子顕微鏡でＭｇＡｌ２Ｏ４微粒子が結晶粒内に析出分散していることを確認した。
上記の試料を三点曲げ試験およびビッカース硬度を測定し、上記組織構造解析の結果と合わせて表２に示した。
【００２４】
【表１】
2005075659.tif 000002
【００２５】
【表２】
2005075659.tif 000003
【００２６】
表１，２から分かるように、本発明に基いたセラミックス焼結体は、抗折強度が１３００ＭＰａ以上、ビッカース硬度が１７００Ｈｖ以上の高強度、高硬度を示した。特に、試料Ｎｏ．２０〜２３は、微粒子分散強化の効果が加わり、抗折強度が１７００ＭＰａ以上、ビッカース硬度が１８００Ｈｖ以上の優れた特性を示した。
これに対して試料Ｎｏ．６は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２およびＭｇＯを添加せず、試料Ｎｏ．７は上記添加量が本発明より少なく、試料Ｎｏ．８はＳｉＯの量が少ないため、何れも焼成温度が高くなり、結晶粒成長により強度と硬度が低下した。また、試料Ｎｏ．１３は上記添加量が多すぎたため、粒界相が多く形成することにより低強度、低硬度であった。
【実施例２】
【００２７】
表１示すＮｏ．６、１６と２１の材料を用い、人工骨頭を作製した。６０回転／ｍｉｎ、荷重５０ｋｇの条件で同材質の臼との１０００ｈ摩耗試験の結果を表３に示す。本発明以外の試料Ｎｏ．６に比べ、本発明の試料Ｎｏ．１６と２１は摩耗量が小さく、摩耗後の表面状態良好であることが分かる。
【００２８】
【表３】
2005075659.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明で得られるセラミックス焼結体は、種々の構造部材、切削工具、生体用材料に好適に使用される。