(57)【要約】【課題】  明るい灰色を呈するジルコニア焼結体であって、焼結温度の違いによる色調差がほとんど認識されないものを提供する。【解決手段】  酸化物換算で、アルミニウムを５．０重量％以上３０．０重量％以下、コバルトを０．００４重量％以上０．０２重量％以下、亜鉛を０．０１重量％以上０．１重量％以下、鉄を０．０１重量％以上０．２重量％以下含有し、残部がイットリアを２ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％未満含有するジルコニアである組成を有し、なおかつ、スピネル構造を有しＺｎ及びＦｅが置換したコバルトアルミニウム複合酸化物及びアルミニウム酸化物を含むことを特徴とするジルコニア焼結体。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物換算でアルミニウムを５．０重量％以上３０．０重量％以下、コバルトを０．００４重量％以上０．０２重量％以下、亜鉛を０．０１重量％以上０．１重量％以下、鉄を０．０１重量％以上０．２重量％以下含有し、残部がイットリアを２ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％未満含有するジルコニアである組成を有し、なおかつ、スピネル構造を有しＺｎ及びＦｅが置換したコバルトアルミニウム複合酸化物及びアルミニウム酸化物を含むことを特徴とするジルコニア焼結体。
【請求項２】
前記アルミニウム酸化物の含有量が、焼結体全体に対して４．９重量％以上２９．９重量％以下である請求項１に記載のジルコニア焼結体。
【請求項３】
前記ジルコニアのイットリア含有量が２．６ｍｏｌ％以上３．４ｍｏｌ％以下である請求項１又は２に記載のジルコニア焼結体。
【請求項４】
コバルトアルミネートを０．００１重量％以上０．１重量％以下、アルミニウム酸化物を４．９重量％以上２９．９重量％以下、亜鉛酸化物を０．０１重量％以上０．１重量％以下及び鉄酸化物を０．０１重量％以上０．２重量％以下含み、残部が２ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％未満のイットリアを含有するジルコニアである粉末組成物を使用することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体の製造方法。
【請求項５】
コバルトアルミネートを０．００１重量％以上０．１重量％以下、アルミニウム酸化物を４．９重量％以上２９．９重量％以下、亜鉛酸化物を０．０１重量％以上０．１重量％以下及び鉄酸化物を０．０１重量％以上０．２重量％以下含み、残部が２ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％未満のイットリアを含有するジルコニアである粉末組成物を成形する成形工程、及び、該成形工程で得られた成形体を１３８０℃以上１５８０℃以下で焼結する焼結工程、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のジルコニア焼結体の製造方法。
【請求項６】
コバルトアルミネートを０．００１重量％以上０．１重量％以下、アルミニウム酸化物を４．９重量％以上２９．９重量％以下、亜鉛酸化物を０．０１重量％以上０．１重量％以下及び鉄酸化物を０．０１重量％以上０．２重量％以下含み、残部が２ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％未満のイットリアを含有するジルコニアである粉末組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は淡灰色を呈するジルコニア焼結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジルコニア焼結体は、ランタノイド系希土類酸化物や遷移金属を着色剤として含むことで任意の呈色を示す（特許文献１）。ジルコニア焼結体が着色剤を含むことで、ジルコニア本来の高級感及び機械的強度に加え、意匠性が高くなる。そのため、着色剤を含むジルコニア焼結体（以下、「着色ジルコニア焼結体」ともいう。）は、従来の光学用途、医療用途、機械用途に加え、装飾部材及び外装部材等、適用用途が広がってきている。用途の広がりに伴い、着色ジルコニア焼結体には、より差別化された意匠性が求められてきている。さらに、着色ジルコニア焼結体の中でも、赤色、ピンク色、オレンジ色、紫色、ライトブルー、ライトグレーなどの明るい色調を呈するジルコニア焼結体は、色調が意匠性に与える影響が特に強いため、色調に求められる要求が高くなってきている。
【０００３】
例えば、灰色を呈するジルコニア焼結体として、コバルト及びニッケルを固溶したジルコンを含有したジルコニア焼結体が報告されている（特許文献２）。
【０００４】
さらに、コバルトアルミネートとアルミナを含むジルコニア混合粉末から得られた焼結体が灰色を呈することが開示されている（特許文献３）
特許文献２及び３で開示された灰色を呈するジルコニア焼結体は、暗めな灰色、いわゆるダークグレーであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−５９５７１号公報
【特許文献２】特開２０１１−０２０８７９号公報
【特許文献３】特開２０１３−１２６９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２及び３で開示された焼結体は、焼結するロット毎の焼結条件の振れが、色調差として現れる。明るい灰色を呈する着色ジルコニア焼結体は、濃い灰色に比べて色調の違いがさらに目立つため、焼結条件の振れが、より顕著な色調差として生じる。
【０００７】
また、特許文献２及び３で開示された焼結体は、組成を調整すると白色度が起きく変化しやすいため、明るい色調に調整すると、明るい灰色ではなく白色の焼結体となる。
【０００８】
これらの課題に鑑み、本発明は、明るい灰色を呈するジルコニア焼結体であって、焼結温度の違いによる色調差がほとんど認識されないものを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、灰色を呈するジルコニア焼結体について検討した。その結果、ある限定された組成を有するジルコニア焼結体が、明るい灰色を呈し、なおかつ、異なる焼結温度により製造した場合であっても、色調変化が著しく小さくなることを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明は酸化物換算で、アルミニウムを５．０重量％以上３０．０重量％以下、コバルトを０．００４重量％以上０．０２重量％以下、亜鉛を０．０１重量％以上０．１重量％以下、鉄を０．０１重量％以上０．２重量％以下含有し、残部がイットリアを２ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％未満含有するジルコニアである組成を有し、なおかつ、アルミニウム酸化物及びスピネル構造を有しＺｎ及びＦｅが置換したコバルトアルミニウム複合酸化物を含むことを特徴とするジルコニア焼結体である。
【００１１】
以下、本発明のジルコニア焼結体について説明する。
【００１２】
本発明のジルコニア焼結体（以下、「本発明の焼結体」ともいう。）は、酸化物換算で、アルミニウムを５．０重量％以上３０重量％以下、コバルトを０．００４重量％以上０．０２重量％以下、亜鉛を０．０１重量％以上０．１重量％以下、鉄を０．０１重量％以上０．２重量％以下含有し、残部がイットリアを２ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％未満含有するジルコニアである組成を有する。このような組成を有することにより、本発明の焼結体が明るい灰色を呈する。本発明の焼結体は、酸化物換算で、アルミニウムを１０重量％以上２５重量％以下、コバルトを０．００４重量％以上０．０２重量％以下、亜鉛を０．０２重量％以上０．１重量％以下、鉄を０．０３重量％以上０．１重量％以下含有することが好ましい。
【００１３】
本発明の焼結体におけるアルミニウム、コバルト、亜鉛及び鉄（以下、「着色元素」ともいう。）の含有量は、焼結体重量に対する各着色元素を酸化物換算した重量割合（重量％）である。酸化物換算は、アルミニウムをＡｌ２Ｏ３、コバルトをＣｏＯ、亜鉛をＺｎＯ及び鉄をＦｅ２Ｏ３とすればよい。
【００１４】
本発明の焼結体は、スピネル構造を有しＺｎ及びＦｅが置換したコバルトアルミニウム複合酸化物（以下、単に「置換スピネル酸化物」ともいう。）を含む。置換スピネル酸化物は灰色系統の色調を呈し、なおかつ、焼結温度の違いよる色調変化が小さい着色剤として機能する。これにより、例えば焼結炉の温度ムラなど、本発明の焼結体を製造する際に焼結温度の変化が生じた場合であっても、焼結体の色調の変化が目視では確認できないほど小さくなる。
【００１５】
置換スピネル酸化物は、スピネル構造を有するコバルトアルミニウム複合酸化物にＺｎ及びＦｅが置換したものであり、Ｚｎ及びＦｅが置換したコバルトアルミネートであることが好ましい。
【００１６】
置換スピネル酸化物は、Ｃｏ（Ａｌ１−ｘ−ｙＺｎｘＦｅｙ）２Ｏ４、（Ｃｏ１−ｘＺｎｘ）（Ａｌ１−ｙＦｅｙ）２Ｏ４、（Ｃｏ１−ｙＦｅｙ）（Ａｌ１−ｘＺｎｘ）２Ｏ４及び（Ｃｏ１−ｘ−ｙＺｎｘＦｅｙ）Ａｌ２Ｏ４からなる群の少なくとも１つとして表すことができる。
【００１７】
置換スピネル酸化物は、焼結体重量に対する、酸化物換算した鉄、コバルト、亜鉛及びアルミニウムの重量が、それぞれ、０．０１重量％以上０．２重量％以下、０．００４重量％以上０．０２重量％以下、０．０１重量％以上０．２重量％以下、及び、０．００１重量％以上０．００６重量％以下となるように含まれていることが好ましく、酸化物換算した鉄、コバルト、亜鉛及びアルミニウムの重量が、焼結体重量に対して、それぞれ、０．０１重量％以上０．１２重量％以下、０．００４重量％以上０．０１重量％以下、０．０１重量％以上０．０８重量％以下、及び、０．００１重量％以上０．００４重量％以下となるように含まれていることより好ましい。これにより、焼結体が、青味や黄色味を有さない鮮やかな淡灰色をより安定して呈する。
【００１８】
本発明の焼結体はアルミニウム酸化物を含む。アルミニウム酸化物は置換スピネル酸化物とは異なる結晶粒子として焼結体中に含まれる。アルミニウム酸化物が含まれることで、焼結体の色調、特に白色度が安定化する。アルミニウム酸化物は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）であることが好ましく、高純度アルミナであることが好ましい。
【００１９】
アルミニウム酸化物の含有量は、焼結体全体に対して４．９重量％以上２９．９重量％以下、更には１０重量％以上２５重量％以下であることが好ましい。アルミニウム酸化物の含有量が２９．９重量％以下であることで、比較的低い焼成温度で高い密度の焼結体が得られやすくなる。これにより、高温で焼結する必要がなくなるため、置換スピネル酸化物の安定性が低下することに由来する色調の変化が抑制される。
【００２０】
アルミニウム酸化物の含有量はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）として換算した場合の重量割合である。
【００２１】
本発明の焼結体において亜鉛（Ｚｎ）は置換スピネル酸化物として含まれる。しかしながら、本発明の焼結体は置換スピネル酸化物以外に、亜鉛酸化物を含んでいてもよい。亜鉛酸化物として、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を挙げることができる。
【００２２】
本発明の焼結体において鉄（Ｆｅ）は置換スピネル酸化物として含まれる。しかしながら、本発明の焼結体は置換スピネル酸化物以外に、鉄酸化物を含んでいてもよい。鉄酸化物として、酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ２Ｏ３）又は酸化鉄（ＩＩ）（ＦｅＯ）のいずれか、更には酸化鉄（ＩＩＩ）を挙げることができる。
【００２３】
本発明の焼結体は、イットリアを含有するジルコニアを含む。イットリアはジルコニアを着色することなく安定化剤として機能する。ジルコニアのイットリア含有量は、２ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％未満であり、２ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下、更には２．６ｍｏｌ％以上３．４ｍｏｌ％以下であることが好ましい。イットリア含有量が２ｍｏｌ％未満では、製造時や水熱条件下で焼結体の破壊が生じやすくなる。一方、イットリア含有量が６ｍｏｌ％以上では、焼結体の強度が低下する。イットリアの含有量は、ジルコニア（ＺｒＯ２）に対するイットリア（Ｙ２Ｏ３）のモル割合（ｍｏｌ％）である。
【００２４】
ジルコニアは、を着色することなく安定化剤として機能する化合物、例えば、カルシア又はマグネシアの少なくともいずれかを含んでいてもよい。
【００２５】
本発明の焼結体は色調に影響を与えない程度であれば不純物を含んでいてもよい。
【００２６】
本発明の焼結体は、相対密度が９５％以上、更には９７％以上であることが好ましい。相対密度が９５％以上であることで、焼結体表面に現れる気孔が非常に小さくなる。これにより焼結体中に残存する気孔の違いによる色調への影響が小さくなり、実質的な目視による視認性への影響がなくなる。本発明の焼結体の好ましい相対密度として９７．０％以上９９．９％以下を挙げることができる。
【００２７】
なお、本発明における相対密度は、理論密度に対する実測密度の割合（％）で求めることができる。
【００２８】
本発明の焼結体のジルコニアの結晶構造は正方晶を含み、結晶構造の主相が正方晶であることが好ましい。また、本発明の焼結体のジルコニア結晶構造は、正方晶及び立方晶の混晶であってもよい。正方晶は光学的に異方性を有する結晶構造である。正方晶を含むことによって光が反射されやすくなるため、焼結体の色調が透明感を有さなくなる。これに加え、アルミニウム酸化物の結晶粒子の存在により、焼結体全体として明確な灰色を呈する。さらに、ジルコニア結晶構造の主相が正方晶であることによって、本発明の焼結体が高い強度を有する。
【００２９】
本発明の焼結体の、ジルコニアの結晶粒子の平均結晶粒径は２μｍ以下、更には１μｍ以下であることが好ましい。ジルコニアの結晶粒子の平均結晶粒径が２μｍ以下であることで、装飾品等の部材として使用するのに十分な強度となる。
【００３０】
本発明において、ジルコニアの平均結晶粒径は、本発明の焼結体の走査型顕微鏡（以下、「ＳＥＭ」とする。）観察図で観察されるジルコニアの結晶粒子の無作為に２００個以上の抽出し、抽出した結晶粒子の結晶径をインターセプト法で求めた平均値として求めることができる。
【００３１】
本発明の焼結体はジルコニア結晶粒子以外にアルミニウム酸化物結晶粒子及び置換スピネル酸化物結晶粒子を含有する。ジルコニア結晶粒子とは独立してアルミニウム酸化物及び置換スピネル酸化物の結晶粒子を含有することにより、ジルコニアが有する高靱性化機能に加え、異相界面に起因する高靱性化機能も付与でき、更なる焼結体の高靱性化が期待できる。
【００３２】
本発明の焼結体は、淡灰色（ライトグレー）を呈するジルコニア焼結体である。鮮やかな淡灰色の色調はＬ＊ａ＊ｂ＊表色系において、明度Ｌ＊が８０以上、更には８３以上、また更には８５以上であり、かつ、色相ａ＊が−１．５≦ａ＊≦１．５及び色相ｂ＊が−１．０≦ｂ＊≦５．０であることが挙げられる。さらに、本発明の焼結体の好ましい色調として、８０≦Ｌ＊≦９５、−１．５≦ａ＊≦１．５及び−１．０≦ｂ＊≦５．０、更には８５≦Ｌ＊≦９５、−１．０≦ａ＊≦１．０及び−１．０≦ｂ＊≦４．０が挙げられる。
【００３３】
明度Ｌ＊値が大きくなると色調は明るくなり、反対にＬ＊値が小さくなると色調は暗くなる。また、色相ａ＊は赤から緑の色調を示し、ａ＊値が大きいほど赤い色調が強くなり、値が小さいほど緑の色調が強くなる。一方、ｂ＊値は黄色から青の色調を示し、ｂ＊値が大きいほど黄色の色調が強くなり、ｂ＊値が小さいほど青の色調が強くなる。本発明の焼結体は、上記の明度Ｌ＊、色相ａ＊又は色相ｂ＊のいずれかを満たすものではなく、上記の明度Ｌ＊、色相ａ＊及び色相ｂ＊を満たすことで、その呈色が淡灰色に近い色調ではなく、淡灰色の色調となる。
【００３４】
本発明において、色調はＪＩＳ  Ｚ８７２２の方法に準じた方法により測定することができる。
【００３５】
本発明の焼結体は、焼結条件、特に焼成温度が変わった場合であっても、色調変化が地上に小さく、目視による色調の変化として認識することができない。そのため、本発明の焼結体は、以下の式から求められる色差ΔＥが２．５以下、更には２．０以下、また更には１．０以下であることが好ましい。
色差ΔＥ＝｛（Ｌ１＊−Ｌ２＊）２＋（ａ１＊−ａ２＊）２＋（ｂ１＊−ｂ２＊）２｝０．５
【００３６】
上記式において、Ｌ１＊、ａ１＊及びｂ１＊はそれぞれ焼結温度Ｔ１で焼結して得られた焼結体の明度Ｌ＊、彩度ａ＊及びｂ＊である。Ｌ２＊、ａ２＊及びｂ２＊はそれぞれ焼結温度Ｔ２で焼結して得られた焼結体の明度Ｌ＊、彩度ａ＊及びｂ＊である。色差ΔＥは焼結温度Ｔ１及びＴ２との差が大きくなるほど大きくなる傾向があるが、上記の式より求まる色差ΔＥは、Ｔ１＝Ｔ２±５０℃の値、更にはＴ１＝Ｔ２±１００℃の値、また更にはＴ１＝Ｔ２±１５０℃の値であることが好ましい。
【００３７】
本発明の焼結体は、外装部材等、本発明の焼結体の審美性を利用できる用途で使用できる強度を有していることが好ましい。そのため、３点曲げ強度が８００ＭＰａ以上、更には１０００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００３８】
本発明における３点曲げ強度は、ＪＩＳ  Ｒ  １６０１に準じた方法により測定することができる。
【００３９】
次に、本発明の焼結体の製造方法について説明する。
【００４０】
本発明の焼結体は、コバルトアルミネートを０．００１重量％以上０．１重量％以下、アルミニウム酸化物を４．９重量％以上２９．９重量％以下、亜鉛酸化物を０．０１重量％以上０．１重量％以下及び鉄酸化物を０．０１重量％以上０．２重量％以下含み、残部が２ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％未満のイットリアを含有するジルコニアである粉末組成物を使用することを特徴とする製造方法により製造することができ、好ましくは、コバルトアルミネートを０．００１重量％以上０．１重量％以下、アルミニウム酸化物を４．９重量％以上２９．９重量％以下、亜鉛酸化物を０．０１重量％以上０．１重量％以下及び鉄酸化物を０．０１重量％以上０．２重量％以下含み、残部が２ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％未満のイットリアを含有するジルコニアである粉末組成物を成形する成形工程、及び、該成形工程で得られた成形体を１３８０℃以上１５８０℃以下で焼結する焼結工程、を有することを特徴とする製造方法、により製造することができる。
【００４１】
成形工程に供する粉末組成物の組成は、コバルトアルミネートを０．００１重量％以上０．１重量％以下、アルミニウム酸化物を４．９重量％以上２９．９重量％以下、亜鉛酸化物を０．０１重量％以上０．１重量％以下及び鉄酸化物を０．０１重量％以上０．２重量％以下含み、残部が２ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％未満のイットリアを含有するジルコニアである。より好ましい粉末組成物の組成として、コバルトアルミネートを０．０１重量％以上０．０５重量％以下、アルミニウム酸化物を１０重量％以上２５重量％以下、亜鉛酸化物を０．０１重量％以上０．０８重量％以下及び鉄酸化物を０．０１重量％以上０．１２重量％以下含み、残部が２ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％未満のイットリアを含有するジルコニア、であることを挙げることができる。このような組成を有する粉末組成物は、本発明のジルコニア焼結体の原料として供することができる。
【００４２】
粉末組成物は、上記の組成となるようにコバルトアルミネート粉末、亜鉛酸化物粉末、鉄酸化物粉末、アルミニウム酸化物粉末及びイットリア含有ジルコニア粉末を含む原料粉末を混合して得られる。
【００４３】
コバルトアルミネート粉末は、スピネル構造を有するコバルトとアルミニウムとの複合酸化物粉末であり、ＣｏＡｌ２Ｏ４粉末であることが好ましい。コバルトアルミネート粉末は、コバルトアルミネート粉末とコバルト酸化物粉末との混合粉末としてもよい。
【００４４】
亜鉛酸化物粉末は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）又はその前駆体となる亜鉛化合物の粉末であればよい。成形体に含まれる亜鉛酸化物粉末として、酸化亜鉛、水酸化亜鉛及び塩化亜鉛からなる群の少なくとも１種の粉末を挙げることができる。
【００４５】
鉄酸化物粉末は、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）又はその前駆体となる鉄化合物の粉末であればよい。成形体に含まれる鉄酸化物粉末として、酸化鉄、水酸化鉄、オキシ水酸化鉄、硝酸鉄及び塩化鉄からなる群の少なくとも１種の粉末を挙げることができる。
【００４６】
アルミニウム酸化物粉末は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）又はその前駆体となるアルミニウム化合物の粉末であればよく、アルミナ、水酸化アルミニウム、硝酸アルミニウム及び塩化アルミニウムからなる群の少なくとも１種の粉末を挙げることができる。アルミニウム酸化物粉末は、アルミナ粉末であることが好ましく、α−アルミナ粉末であることがより好ましい。
【００４７】
アルミニウム酸化物粉末のＢＥＴ比表面積は５ｍ２／ｇ以上２０ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。
【００４８】
イットリア含有ジルコニア粉末は、２ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％未満のイットリアを含有するジルコニア粉末であり、２．６ｍｏｌ％以上３．４ｍｏｌ％以下イットリア含有ジルコニア粉末であることが好ましい。
【００４９】
イットリア含有ジルコニア粉末のＢＥＴ比表面積は５ｍ２／ｇ以上２０ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。また、イットリア含有ジルコニア粉末のジルコニアの結晶相は、正方晶ジルコニアの割合が５０％以上であることが好ましい。
【００５０】
イットリア含有ジルコニア粉末は、イットリア含有ジルコニア粉末、イットリア粉末及びジルコニア粉末からなる群の２種以上を含む混合粉末、並びに、イットリア粉末とジルコニア粉末との混合粉末であってもよい。
【００５１】
粉末組成物は、イットリア含有ジルコニア粉末、コバルトアルミネート粉末、亜鉛酸化物粉末、鉄酸化物粉末、アルミニウム酸化物粉末が均一に混合できる方法で混合すればよい。好ましい混合方法として、湿式混合、更にはボールミル又は攪拌ミルの少なくともいずれかによる混合方法が挙げられる。
【００５２】
焼結工程に供する成形体は、粉末組成物を成形することで得られる。
【００５３】
成形方法は、原料粉末を所望の形状に成形できる方法であればよく、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレス、スリップキャスティング及びインジェクションモールディングからなる群の少なくとも１種を挙げることができる。
【００５４】
焼結工程に供する成形体は任意の形状でよい。成形体の形状として、例えば、円板状、柱状、板状、球状及び略球状からなる群の少なくとも１種が挙げられる。
【００５５】
焼結工程では、成形体を１３８０℃以上１５８０℃以下で焼結する。本発明において、コバルトアルミネート粉末を核とし、これに亜鉛酸化物及び鉄酸化物が固溶することで置換スピネル酸化物が生成する。このような、核となるスピネル酸化物の存在により、１３８０℃以上という低い焼結温度であっても、亜鉛酸化物及び鉄酸化物がコバルトアルミネートに固溶し、置換スピネル酸化物が生成する。一方、１５８０℃を超える焼結温度で焼結した場合、置換スピネル酸化物の安定性が低くなり、焼結条件のわずかな差による焼結体の色調変化が顕著になる。その結果、淡灰色の再現性が著しく低くなる。
【００５６】
焼結温度は１４００℃以上１５５０℃以下であることが好ましい。
【００５７】
置換スピネル酸化物が安定して得られれば焼結方法は任意であり、例えば、常圧焼結、ホットプレス法又は熱間静水圧プレス法を挙げることができる。簡便であるため、好ましい焼結方法として、常圧焼結、更に大気雰囲気中の常圧焼結を挙げることができる。なお、常圧焼結とは焼結時に成形体に対して外的な力を加えず単に加熱することにより焼結する方法である。
【００５８】
焼結時間は、焼結方法及び焼結温度に合わせて任意の範囲とすることができ、例えば、１時間以上５時間以下、更には２時間以上４時間以下を挙げることができる。
【００５９】
焼結工程において、常圧焼結後の焼結体に熱間静水圧プレス（以下、「ＨＩＰ」ともいう。）処理を施してもよく、常圧焼結後のＨＩＰ条件として、アルゴン又は窒素雰囲気下、５０〜２００ＭＰａで１４００℃以上１５５０℃以下、３０分以上４時間以下を挙げることができる。
【００６０】
本発明の製造方法は、焼結体を研磨する研磨工程又は形状を加工する加工工程の少なくともいずれかを含んでいてもよい。研磨工程は、焼結後の焼結体の表面を研磨する。研磨により、表面に光沢感を付与する等、目的とする用途に適した表面状態を有する焼結体とすることができる。加工工程は、焼結体を任意の形状に加工する。これにより、焼結体を用途に応じた形状とすることができる。研磨工程及び加工工程は、いずれを先に行ってもよい。
【発明の効果】
【００６１】
本発明により、淡灰色の色調を有するジルコニア焼結体を得ることができ、なおかつ十分な強度を併せ持つため、各種部品の外装・装飾品として好適に使用することができる。またこのジルコニア焼結体は、表面を鏡面研磨処理することにより、宝石調の概観を有し、極めて高い審美性を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施例３−２の焼結体のＴＥＭ観察結果            （ａ）明視野像、（ｂ）制限視野電子回折図形［（１１０）入射］
【図２】実施例３−２の焼結体のＴＥＭ−ＥＤＳ結果            （ａ）Ｚｒマッピング、（ｂ）Ｃｏマッピング、（ｃ）Ｚｎマッピング
【実施例】
【００６３】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。しかしながら、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６４】
本発明の焼結体及び粉末の特性測定方法を以下に説明する。
【００６５】
（色調の測定）
ＪＩＳ  Ｚ８７２２に準じた方法により、焼結体試料の色調を測定した。測定には、一般的な色差計（装置名：ＺＥ  ６０００、日本電色工業社製）を用いた。測定条件は以下のとおりである。
光源      ：  Ｃ光源
視野角    ：  ２°
【００６６】
焼結体試料サイズは、直径２０ｍｍ×厚さ２．７ｍｍのものとし、焼成面から０．３ｍｍ研削し研磨した面を色調評価面とした。色調評価有効面積は直径１０ｍｍを採用した。
【００６７】
（曲げ強度）
曲げ試験は、ＪＩＳ  Ｒ  １６０１『ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法』に基づき３点曲げ試験により測定した。測定は１０回行い、その平均値をもって３点曲げ強度とした。測定は、幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍの柱形状の焼結体試料を用い、支点間距離３０ｍｍとして実施した。
【００６８】
（焼結体密度）
ＪＩＳ  Ｒ  １６３４（ファインセラミックスの焼結体密度・開気孔率の測定方法）に準拠した測定法により焼結体の実測密度を測定した。理論密度に対する実測密度の割合から相対密度を求めた。
【００６９】
（平均結晶粒径）
焼結体試料のジルコニアの結晶粒子の平均結晶粒径はインターセプト法により測定した。鏡面研磨した後の焼結体試料を熱エッチングし、その表面を走査型顕微鏡にて２０，０００倍で観察した。得られたＳＥＭ観察図からインターセプト法（ｋ＝１．７８）によりジルコニアの結晶粒子の平均粒子径を測定した。測定したジルコニアの結晶粒子の粒子数は２００個以上とした。
【００７０】
（ＥＰＭＡによる元素分析）
波長分散型電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）（装置名：ＥＰＭＡ１６１０、島津製作所製）を使用して、焼結体試料における面分析を行なった。測定条件は以下のとおりである。
加速電圧    ：１５ＫＶ
照射電流    ：１００ｎＡ
【００７１】
（ＴＥＭによる元素分析）
透過型電子顕微鏡（装置名：ＪＥＭ−２１００Ｆ、日本電子製）により、焼結体をＴＥＭ観察した。また、ＴＥＭ−ＥＤＳ（装置名；ＪＥＤ−２３００、日本電子製）により、ＴＥＭ観察像の局所組成分析を行った。
【００７２】
実施例１−１
３ｍｏｌ％イットリア含有ジルコニア粉末（ＢＥＴ比表面積：６．８ｍ２／ｇ、東ソー製）、高純度アルミナ粉末（住友化学製）、コバルトアルミネート（ＣｏＡｌ２Ｏ４）粉末（和光純薬製）、酸化亜鉛（キシダ化学製）及び酸化鉄ＩＩＩ（キシダ化学製）を混合し、以下の組成を有する混合粉末を得た。混合はボールミルによる湿式混合とした。混合後した後、大気中、１００〜１３０℃で、乾燥して混合粉末を得た。
Ａｌ２Ｏ３  ：  ２０重量％
ＣｏＡｌ２Ｏ４  ：  ０．０１２５重量％
ＺｎＯ    ：  ０．０５重量％
Ｆｅ２Ｏ３    ：  ０．０７重量％
３ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３含有ＺｒＯ２  ：  残部
【００７３】
混合粉末を一軸成形圧１０００ｋｇ／ｃｍ２で圧縮成形し成形体とし、当該成形体を焼結することで本実施例の焼結体を得た。焼結は電気炉を用い、焼結条件は昇温速度１００℃／ｈｒ、大気中、焼結温度１５５０℃、焼結時間２時間で行うことで、コバルトアルミネートに亜鉛及び鉄を固溶させ、スピネル構造を有しＺｎ及びＦｅが置換したコバルトアルミニウム複合酸化物を生成させた。これにより、酸化物換算でアルミニウムを２０．００７２重量％、コバルトを０．００５３重量％、亜鉛を０．０５重量％、鉄を０．０７重量％含有し、残部がイットリアを３ｍｏｌ％含有するジルコニアからなる焼結体を得、これを本実施例の焼結体とした。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表１に示す。
【００７４】
実施例１−２
焼結温度を１５００℃としたこと以外は実施例１−１と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈してあり、３点曲げ強度は１０７９ＭＰａであった。得られた焼結体の評価結果を表１に示す。
【００７５】
実施例１−３
焼結温度を１４５０℃としたこと以外は実施例１−１と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表１に示す。
【００７６】
実施例１−４
焼結温度を１４００℃としたこと以外は実施例１−１と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表１に示す。
【００７７】
実施例２−１
以下の組成の混合粉末を使用したこと、及び、焼結温度を１５５０℃としたこと以外は実施例１−１と同様な方法で、酸化物換算でアルミニウムを２０．０１１５重量％、コバルトを０．００８５重量％、亜鉛を０．０２５重量％、鉄を０．０５重量％含有し、残部がイットリアを３ｍｏｌ％含有するジルコニアからなる焼結体を得、これを本実施例の焼結体とした。
Ａｌ２Ｏ３  ：  ２０重量％
ＣｏＡｌ２Ｏ４  ：  ０．０２重量％
ＺｎＯ    ：  ０．０２５重量％
Ｆｅ２Ｏ３    ：  ０．０５重量％
３ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３含有ＺｒＯ２  ：    残部
【００７８】
得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表１に示す。
【００７９】
実施例２−２
焼結温度を１５００℃としたこと以外は実施例２−１と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈してあり、３点曲げ強度は１１０３ＭＰａであった。得られた焼結体の評価結果を表１に示す。
【００８０】
実施例２−３
焼結温度を１４５０℃としたこと以外は実施例２−１と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表１に示す。
【００８１】
実施例２−４
焼結温度を１４００℃としたこと以外は実施例２−１と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表１に示す。
【００８２】
実施例２−５
実施例２−２で得られた焼結体を、１５００℃、１時間、１５０ＭＰａでＨＩＰ処理することにより、本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈してあり、３点曲げ強度は１７８６ＭＰａであった。得られた焼結体の評価結果を表１に示す。
【００８３】
実施例３−１
以下の組成の混合粉末を使用したこと、及び、焼結温度を１５５０℃としたこと以外は実施例１−１と同様な方法で、酸化物換算でアルミニウムを２０．０２重量％、コバルトを０．０１５重量％、亜鉛を０．０５重量％、鉄を０．０７重量％含有し、残部がイットリアを３ｍｏｌ％含有するジルコニアからなる焼結体を得、これを本実施例の焼結体とした。
Ａｌ２Ｏ３  ：  ２０重量％
ＣｏＡｌ２Ｏ４  ：  ０．０３５重量％
ＺｎＯ    ：  ０．０５重量％
Ｆｅ２Ｏ３    ：  ０．０７重量％
３ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３含有ＺｒＯ２  ：    残部
【００８４】
得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表１に示す。
【００８５】
実施例３−２
焼結温度を１５００℃としたこと以外は実施例３−１と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈してあり、３点曲げ強度は１２５４ＭＰａであった。得られた焼結体の評価結果を表１に示す。
【００８６】
（微構造観察）
ＥＰＭＡ分析により、本発明の焼結体は、Ａｌが存在する領域、並びに、ＡｌとＣｏとが重複して存在する領域を有することが観察され、アルミニウム化合物と、アルミニウムとコバルトの複合酸化物とが存在することが確認できた。
【００８７】
ＡｌとＣｏとが重複して存在する領域をＴＥＭ観察により詳細に観察した。結果を図１に示す。図１（ａ）はＴＥＭ観察における明視野像であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中の破線で囲った領域（以下、「解析領域」ともいう。）の制限視野電子回折図形である。シミュレーションによるスピネル構造の電子回折図形と、図１（ｂ）の電子線回折図形を対比した結果、解析領域はスピネル構造を有することが確認できた。
【００８８】
ＴＥＭ−ＥＤＳにより解析領域の組成分析を行った。解析領域において、Ａｌ、Ｃｏ、Ｚｎ及びＦｅが検出され、解析領域付近にＺｒ及びＹが検出された。Ｚｒ及びＹは重複する領域で検出されたのに対し、Ａｌ、Ｃｏ、Ｚｎ及びＦｅが解析領域で検出された。ＴＥＭ−ＥＤＳの代表的な結果を図２に示す。
【００８９】
これらの結果より、本実施例の焼結体は、スピネル構造を有しＺｎ及びＦｅが置換したコバルトアルミニウム複合酸化物及びアルミニウム酸化物を含むことが確認できた。
【００９０】
実施例３−３
焼結温度を１４５０℃としたこと以外は実施例３−１と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表１に示す。
【００９１】
実施例３−４
焼結温度を１４００℃としたこと以外は実施例３−１と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表１に示す。
【００９２】
実施例４−１
以下の組成の混合粉末を使用したこと、及び、焼結温度を１５５０℃としたこと以外は実施例１−１と同様な方法で、酸化物換算でアルミニウムを２０．００６重量％、コバルトを０．００４重量％、亜鉛を０．０８重量％、鉄を０．０８重量％含有し、残部がイットリアを３ｍｏｌ％含有するジルコニアからなる焼結体を得、これを本実施例の焼結体とした。
Ａｌ２Ｏ３  ：  ２０重量％
ＣｏＡｌ２Ｏ４  ：  ０．０１重量％
ＺｎＯ    ：  ０．０８重量％
Ｆｅ２Ｏ３    ：  ０．０８重量％
３ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３含有ＺｒＯ２  ：    残部
【００９３】
得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表１に示す。
【００９４】
実施例４−２
焼結温度を１５００℃としたこと以外は実施例４−１と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈してあり、３点曲げ強度は１１９４ＭＰａであった。得られた焼結体の評価結果を表１に示す。
【００９５】
実施例４−３
焼結温度を１４５０℃としたこと以外は実施例４−１と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表１に示す。
【００９６】
実施例４−４
焼結温度を１４００℃としたこと以外は実施例４−１と同様な方法で本実施例の焼結体を得た。得られた焼結体の研磨面を目視にて観察した結果、鮮明な淡灰色を呈していることを確認した。得られた焼結体の評価結果を表１に示す。
【００９７】
【表１】
2017160108.tif 000002
【００９８】
測定例１（色差ΔＥ）
実施例１−１乃至１−４で得られた焼結体について、色差ΔＥを求めた。結果を表２に示す。
【００９９】
【表２】
2017160108.tif 000003
【０１００】
表２より、焼結温度差が大きくなると色差ΔＥが大きくなる傾向があることが確認できる。色差ΔＥが最大になるのは１５５０℃で焼結した焼結体と、１４００℃で焼結した焼結体であり、焼結温度差が１５０℃の場合であった。しかしながら、この様な焼結温度差があるにも関わらず、色差ΔＥは１．２１であり、目視による色調変化がないことが確認できた。
【０１０１】
測定例２（色差ΔＥ）
実施例２−１乃至２−４で得られた焼結体について、色差ΔＥを求めた。結果を表３に示す。
【０１０２】
【表３】
2017160108.tif 000004
【０１０３】
表３より、焼結温度差が大きくなると色差ΔＥが大きくなる傾向があることが確認できる。色差ΔＥが最大になるのは１５５０℃で焼結した焼結体と、１４００℃で焼結した焼結体であり、焼結温度差が１５０℃の場合であった。しかしながら、この様な焼結温度差があるにも関わらず、色差ΔＥは２．０８であり、目視による色調変化がないことが確認できた。
【０１０４】
測定例３（色差ΔＥ）
実施例３−１乃至３−４で得られた焼結体について、色差ΔＥを求めた。結果を表４に示す。
【０１０５】
【表４】
2017160108.tif 000005
【０１０６】
表４より、焼結温度差が大きくなると色差ΔＥが大きくなる傾向があることが確認できる。色差ΔＥが最大になるのは１５５０℃で焼結した焼結体と、１４００℃で焼結した焼結体であり、焼結温度差が１５０℃の場合であった。しかしながら、この様な焼結温度差があるにも関わらず、色差ΔＥは１．１９であり、目視による色調変化がないことが確認できた。
【０１０７】
測定例４（色差ΔＥ）
実施例４−１乃至４−４で得られた焼結体について、色差ΔＥを求めた。結果を表５に示す。
【０１０８】
【表５】
2017160108.tif 000006
【０１０９】
表５より、焼結温度差が大きくなると色差ΔＥが大きくなる傾向があることが確認できる。色差ΔＥが最大になるのは１５５０℃で焼結した焼結体と、１４００℃で焼結した焼結体であり、焼結温度差が１５０℃の場合であった。しかしながら、この様な焼結温度差があるにも関わらず、色差ΔＥは１．５６であり、目視による色調変化がないことが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明のジルコニア焼結体は、高密度でなおかつ淡灰色で、使用により劣化した場合であっても安定した色相を呈する審美性に優れた焼結体であり、傷のつかない高級感のある宝飾品、装飾部材等の部材、例えば、時計部品、携帯用電子機器の外装部品等の様々な部材へ利用することができる。
【図１】
2017160108.tif 000007
【図２】
2017160108.tif 000008