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JP7803455B2 - sintered body - Google Patents
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JP7803455B2 - sintered body - Google Patents

sintered body

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JP7803455B2 JP2025071031A JP2025071031A JP7803455B2 JP 7803455 B2 JP7803455 B2 JP 7803455B2 JP 2025071031 A JP2025071031 A JP 2025071031A JP 2025071031 A JP2025071031 A JP 2025071031A JP 7803455 B2 JP7803455 B2 JP 7803455B2
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Description

本開示は、焼結体に関し、特に、耐衝撃性及び遮光性を有し、主としてジルコニアからなる焼結体に関する。 This disclosure relates to a sintered body, and in particular to a sintered body that has impact resistance and light-blocking properties and is primarily composed of zirconia.

ジルコニアをマトリックスとする焼結体(ジルコニア焼結体)は、高強度及び高靭性であるほか、高い審美性を有する。そのため、時計、携帯電子機器などの外装部材をはじめとした装飾用途への展開が検討されている。特に、ジルコニア焼結体をスマートフォンやスマートウォッチ等のモバイル端末やウェアラブル端末に使用する場合、軽量化のため薄型形状とすることが要求される。そのため、薄型形状においても割れが生じない高強度及び耐衝撃性が求められている。 Sintered bodies with a zirconia matrix (zirconia sintered bodies) are not only highly strong and tough, but also highly aesthetically pleasing. Therefore, their use in decorative applications, such as exterior components for watches and portable electronic devices, is being considered. In particular, when using zirconia sintered bodies in mobile and wearable devices, such as smartphones and smartwatches, they must be thin in order to reduce weight. Therefore, they require high strength and impact resistance that will prevent cracking, even in thin shapes.

薄型形状で耐衝撃性を有する材料として、ジルコニア焼結体を合成樹脂や繊維強化プラスチックなどと積層することにより複合した複合材料(積層材料)が提案されている。例えば、特許文献1ではジルコニアマトリックスと高分子材料を複合した複合プレートが報告されている。該複合プレートは厚みが1mm未満であり、かつ、該複合プレートに20gの鋼球を落とした際にプレートに亀裂が生じ破壊された際の高さが40cm以上と、高い耐衝撃性を示すことが報告されている。 As a thin, impact-resistant material, composite materials (laminate materials) made by layering zirconia sintered bodies with synthetic resins, fiber-reinforced plastics, etc. have been proposed. For example, Patent Document 1 reports a composite plate made by combining a zirconia matrix with a polymeric material. It has been reported that this composite plate is less than 1 mm thick, and when a 20 g steel ball is dropped onto it, the plate cracks and breaks to a height of 40 cm or more, demonstrating high impact resistance.

特開2014-54780号公報JP 2014-54780 A 特開2020-180048号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-180048

特許文献1の複合プレートはジルコニアをマトリックスとするセラミックス部材と樹脂材料等を積層させて製造する必要があるため製造プロセスが複雑化してしまう。そのため、ジルコニア焼結体のみで薄型形状でも高い耐衝撃性を有する材料が求められる。また、ジルコニア焼結体のみで薄型の外装部材を作製する場合、ジルコニアの透光性によって、下地となる部材が外装部材の上から透けて視認され、意匠性を損なう。特許文献2では、歯科用ジルコニア焼結体の透光性を調節するために、遮光材としてアルミナやチタニアを含有させることが開示されている。しかしながら、このようなジルコニア焼結体では、厚み0.5mm以下の形状(薄型形状)とすると下地が透けるものであった。さらに、アルミナは低靱性であるため、アルミナの含有量の増加に伴い、ジルコニア焼結体の破壊靱性値が低くなり、その結果、耐衝撃性が低下してしまう。 The composite plate in Patent Document 1 requires a complex manufacturing process because it must be manufactured by laminating zirconia-matrix ceramic components with resin materials, etc. Therefore, a material that exhibits high impact resistance even in a thin shape made solely of zirconia sintered body is needed. Furthermore, when a thin exterior component is manufactured solely from zirconia sintered body, the translucency of zirconia allows the underlying component to be seen through the exterior component, impairing the design. Patent Document 2 discloses the inclusion of alumina or titania as a light-blocking agent to adjust the translucency of dental zirconia sintered body. However, with such zirconia sintered body, the underlying component is visible when the zirconia sintered body is made into a shape with a thickness of 0.5 mm or less (thin shape). Furthermore, because alumina has low toughness, increasing the alumina content reduces the fracture toughness value of the zirconia sintered body, resulting in reduced impact resistance.

本開示は、厚み0.5mm以下の薄型形状においても高い耐衝撃性を有し、なおかつ、下地となる部材が透けない遮光性を有するジルコニア焼結体を提供する。 This disclosure provides a zirconia sintered body that has high impact resistance even in a thin shape with a thickness of 0.5 mm or less, and also has light-blocking properties that prevent the underlying material from showing through.

すなわち、本発明は特許請求の範囲のとおりであり、また、本開示の要旨は以下のとおりである。
[1] 安定化元素、ニオブ、アルミナ、並びに、顔料成分として鉄、コバルト及び亜鉛を含むジルコニア焼結体であって、正方晶ジルコニアの(111)面に帰属されるXRDのピークから算出される結晶子径が25nm以上100nm以下であるジルコニア焼結体。
[2] 前記顔料成分の少なくとも一部がスピネル型の金属酸化物を形成していることを特徴とする[1]に記載のジルコニア焼結体。
[3] 前記安定化元素がカルシウム、イットリウム、ランタン、ネオジム、ガドリニウム、エルビウム及びイッテルビウムの群より選ばれる少なくともいずれかを含み、安定化剤の含有量が2.0mol%以上5.5mol%以下である[1]又は[2]に記載のジルコニア焼結体。
[4] ニオブの含有量が0.1質量%以上3.0質量%以下である[1]乃至[3]のいずれかひとつに記載のジルコニア焼結体。
[5] アルミナの含有量が0質量%超30質量%以下である[1]乃至[4]のいずれかひとつに記載のジルコニア焼結体
[6] 酸化物換算で鉄含有量が0.1質量%以上5%以下、コバルト含有量が0.1質量%以上3%以下、亜鉛含有量が0.05質量%以上1質量%以下である[1]乃至[5]のいずれかひとつに記載のジルコニア焼結体。
[7] 正方晶ジルコニアの(400)面に帰属されるピークトップの2θからの、正方晶ジルコニアの(004)面に帰属されるピークトップの2θの差が1.54°以上である[1]乃至[6]のいずれかひとつに記載のジルコニア焼結体。
[8] 明度Lが40以上65以下である[1]乃至[7]のいずれかひとつに記載のジルコニア焼結体。
[9] 厚み0.5mmにおける全光線透過率が0.1%以下である、[1]乃至[8]のいずれかひとつに記載のジルコニア焼結体。
[10] 安定化元素、ニオブ、アルミナ、並びに、顔料成分として鉄、コバルト及び亜鉛を含むジルコニア粉末であって、前記安定化剤の含有量が2.0mol%以上5.5mol%以下であり、ニオブの含有量が0.1質量%以上3.0質量%以下、アルミナの含有量が0質量%超30質量%以下であり、なおかつ、BET比表面積が5.0m/g以上17m/g以下であるジルコニア粉末。
[11] 前記顔料成分が、鉄とコバルトと亜鉛とを含むスピネル型の金属酸化物、として含まれる[10]に記載のジルコニア粉末。
[12] 酸化物換算で鉄含有量が0.1質量%以上5質量%以下、コバルト含有量が0.1質量%以上3質量%以下、亜鉛含有量が0.05質量%以上1質量%以下である[10]又は[11]に記載のジルコニア粉末。
[13] 粉末の累積粒度分布にける10%粒子径D10が0.15μm以上0.5μm以下、かつ、90%粒子径D90が0.5μm以上1.3μm以下である[10]乃至[12]のいずれかひとつに記載のジルコニア粉末。
[14] [1]乃至[9]のいずれかひとつに記載のジルコニア焼結体を含む部材。
That is, the present invention is as defined in the claims, and the gist of the present disclosure is as follows.
[1] A zirconia sintered body containing a stabilizing element, niobium, alumina, and iron, cobalt, and zinc as pigment components, wherein the crystallite diameter calculated from the XRD peak assigned to the (111) plane of tetragonal zirconia is 25 nm or more and 100 nm or less.
[2] The zirconia sintered body according to [1], characterized in that at least a part of the pigment component forms a spinel-type metal oxide.
[3] The stabilizing element contains at least one selected from the group consisting of calcium, yttrium, lanthanum, neodymium, gadolinium, erbium and ytterbium, and the content of the stabilizer is 2.0 mol% or more and 5.5 mol% or less [1] or [2]. The zirconia sintered body according to.
[4] The zirconia sintered body according to any one of [1] to [3], wherein the niobium content is 0.1 mass% or more and 3.0 mass% or less.
[5] The zirconia sintered body according to any one of [1] to [4], wherein the alumina content is more than 0% by mass and not more than 30% by mass. [6] The zirconia sintered body according to any one of [1] to [5], wherein the iron content is 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, the cobalt content is 0.1% by mass or more and 3% by mass or less, and the zinc content is 0.05% by mass or more and 1% by mass or less, calculated as oxides.
[7] The zirconia sintered body according to any one of [1] to [6], wherein the difference in 2θ of the peak top attributable to the (004) plane of tetragonal zirconia from the 2θ of the peak top attributable to the (400) plane of tetragonal zirconia is 1.54° or more.
[8] The zirconia sintered body according to any one of [1] to [7], having a lightness L * of 40 or more and 65 or less.
[9] The zirconia sintered body according to any one of [1] to [8], having a total light transmittance of 0.1% or less at a thickness of 0.5 mm.
[10] A zirconia powder containing a stabilizing element, niobium, alumina, and iron, cobalt, and zinc as pigment components, wherein the content of the stabilizer is 2.0 mol% or more and 5.5 mol% or less, the content of niobium is 0.1 mass% or more and 3.0 mass% or less, the content of alumina is more than 0 mass% and 30 mass% or less, and the BET specific surface area is 5.0 m 2 /g or more and 17 m 2 /g or less.
[11] The zirconia powder according to [10], wherein the pigment component is contained as a spinel-type metal oxide containing iron, cobalt, and zinc.
[12] The zirconia powder according to [10] or [11], wherein the iron content is 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, the cobalt content is 0.1% by mass or more and 3% by mass or less, and the zinc content is 0.05% by mass or more and 1% by mass or less, calculated as oxides.
[13] The zirconia powder according to any one of [10] to [12], wherein the 10% particle diameter D10 in the cumulative particle size distribution of the powder is 0.15 μm or more and 0.5 μm or less, and the 90% particle diameter D90 is 0.5 μm or more and 1.3 μm or less.
[14] A member comprising the zirconia sintered body according to any one of [1] to [9].

落球試験装置の模式図Schematic diagram of the ball drop test device 落球試験用サンプルの模式図Schematic diagram of a sample for a drop ball test 落球試験の様子を示す模式図Schematic diagram showing the ball drop test 比較例4のジルコニア焼結体の外観写真Appearance photograph of the zirconia sintered body of Comparative Example 4 比較例4のジルコニア焼結体の外観写真(焼結体が光を透過する様子)Photograph of the appearance of the zirconia sintered body of Comparative Example 4 (light transmission through the sintered body) 実施例9のジルコニア焼結体の外観写真(焼結体が光を透過しない様子)Photograph of the appearance of the zirconia sintered body of Example 9 (the sintered body does not transmit light)

以下、本開示の実施形態の一例を示して説明する。本開示には、本明細書で開示した各構成及びパラメータの任意の組合せを含むものとし、また、本明細書で開示した値の上限及び下限の任意の組合せの範囲も本開示に含まれるものとする。
(焼結体)
本実施形態は、安定化元素、ニオブ、アルミナ、並びに、顔料成分として鉄、コバルト及び亜鉛を含むジルコニア焼結体であって、正方晶ジルコニアの(111)面に帰属されるXRDのピークから算出される結晶子径が25nm以上100nm以下であるジルコニア焼結体(以下、「本実施形態の焼結体」ともいう。)、である。さらに、本実施形態の焼結体は、ニオブ、アルミナ、並びに、顔料成分として鉄、コバルト及び亜鉛を含み、正方晶ジルコニアの(111)面に帰属されるXRDのピークから算出される結晶子径が25nm以上100nm以下である、安定化元素含有ジルコニア焼結体、である。従来知られているジルコニア焼結体への添加元素において、ニオブ、アルミナ、並びに、顔料成分として鉄、コバルト及び亜鉛を含む添加成分を含有し、なおかつ、このような構成を満たすことにより、高い耐衝撃性を有した上で、下地材が透けない遮蔽性を有するジルコニア焼結体となる。 本実施形態の焼結体は、安定化元素を含有するジルコニアを含む焼結体であり、安定化元素を含有するジルコニアを主相とする焼結体、更には焼結体を構成する成分において、ジルコニアが占める割合(特に、質量割合)が最も多い焼結体であり、いわゆるジルコニア焼結体、である。安定化元素は、ジルコニアを安定化する機能を有する元素であり、本実施形態の焼結体が含有する安定化元素は、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、スカンジウム(Sc)、ランタン(La)、イットリウム(Y)、ネオジム(Nd)、セリウム(Ce)、ガドリニウム(Gd)、エルビウム(Er)及びイッテルビウム(Yb)の群より選ばれる1以上であること、カルシウム、イットリウム、ランタン、ネオジム、ガドリニウム、エルビウム及びイッテルビウムの群より選ばれる1以上であること、イットリウム、ランタン、ネオジム、ガドリニウム及びエルビウムの群より選ばれる1以上であること、イットリウム及びエルビウムの少なくともいずれかであること、又は、イットリウムであること、が好ましい。
The following describes an example of an embodiment of the present disclosure. The present disclosure includes any combination of the configurations and parameters disclosed herein, and also includes any combination of upper and lower limits of the values disclosed herein.
(Sintered body)
This embodiment is a zirconia sintered body containing a stabilizing element, niobium, alumina, and iron, cobalt, and zinc as pigment components, and having a crystallite diameter of 25 nm to 100 nm calculated from the XRD peak attributable to the (111) plane of tetragonal zirconia (hereinafter also referred to as the "sintered body of this embodiment"). Furthermore, this embodiment is a stabilizing element-containing zirconia sintered body containing niobium, alumina, and iron, cobalt, and zinc as pigment components, and having a crystallite diameter of 25 nm to 100 nm calculated from the XRD peak attributable to the (111) plane of tetragonal zirconia. Among the additive elements to conventionally known zirconia sintered bodies, this contains niobium, alumina, and additive components containing iron, cobalt, and zinc as pigment components, and by satisfying this configuration, a zirconia sintered body having high impact resistance and opacity that prevents the base material from showing through is obtained. The sintered body of the present embodiment is a sintered body containing zirconia containing a stabilizing element, a sintered body having zirconia containing a stabilizing element as a main phase, and further a sintered body in which zirconia accounts for the largest proportion (particularly, mass proportion) of the components constituting the sintered body, and is a so-called zirconia sintered body. The stabilizing element is an element that has the function of stabilizing zirconia, and the stabilizing element contained in the sintered body of this embodiment is preferably one or more selected from the group consisting of calcium (Ca), magnesium (Mg), scandium (Sc), lanthanum (La), yttrium (Y), neodymium (Nd), cerium (Ce), gadolinium (Gd), erbium (Er) and ytterbium (Yb), one or more selected from the group consisting of calcium, yttrium, lanthanum, neodymium, gadolinium, erbium and ytterbium, one or more selected from the group consisting of yttrium, lanthanum, neodymium, gadolinium and erbium, at least one of yttrium and erbium, or yttrium.

本実施形態の焼結体は、安定化元素を2種類以上含んでいてもよく、この場合、安定化元素は、カルシウム、マグネシウム、スカンジウム、ランタン、イットリウム、ネオジム、セリウム、ガドリニウム、エルビウム及びイッテルビウムの群より選ばれる2以上であることが挙げられ、イットリウムと、イットリウム以外の安定化元素との組合せ(以下、焼結体に含まれる安定化元素が該組合せである場合において、イットリウム以外の安定化元素を「副安定化元素」ともいう)であることが好ましい。本実施形態の焼結体が含む副安定化元素は、カルシウム、マグネシウム、スカンジウム、ランタン、ネオジム、セリウム、ガドリニウム、エルビウム及びイッテルビウムの群より選ばれる1以上が好ましく、ランタン、エルビウム及びネオジムの群から選ばれる1以上の群から選ばれる1以上がより好ましく、ランタン、エルビウム又はネオジムが更に好ましく、エルビウムが更により好ましい。 The sintered body of this embodiment may contain two or more stabilizing elements. In this case, the stabilizing elements may be two or more selected from the group consisting of calcium, magnesium, scandium, lanthanum, yttrium, neodymium, cerium, gadolinium, erbium, and ytterbium. A combination of yttrium and a stabilizing element other than yttrium is preferred (hereinafter, when the sintered body contains such a combination of stabilizing elements, the stabilizing element other than yttrium is also referred to as a "secondary stabilizing element"). The secondary stabilizing element contained in the sintered body of this embodiment is preferably one or more selected from the group consisting of calcium, magnesium, scandium, lanthanum, neodymium, cerium, gadolinium, erbium, and ytterbium, more preferably one or more selected from the group consisting of lanthanum, erbium, and neodymium, even more preferably lanthanum, erbium, or neodymium, and even more preferably erbium.

安定化元素の含有量(以下、「安定化元素量」ともいい、安定化元素がイットリウム等である場合、それぞれ「イットリウム量」等ともいう。)は、ジルコニアの結晶相が安定化される量であればよい。安定化元素量は、0mol%超、1.5mol%以上、2.0mol%以上、又は2.5mol%以上であり、かつ、8.5mol%未満、5.5mol%以下、4.0mol%以下、3.4mol%以下又は3.2mol%以下であることが挙げられる。2.0mol%以上安定化元素量が5.5mol%以下であることで、焼結体中のジルコニアが主として正方晶ジルコニアからなる。本実施形態の焼結体の安定化元素量として、0mol%超8.5mol%未満、1.5mol%以上5.5mol%以下、2.0mol%以上4.0mol%以下、2.5mol%以上4.0mol%以下、又は、2.5mol%以上3.2mol%以下が好ましい。 The content of the stabilizing element (hereinafter referred to as the "stabilizing element amount", and when the stabilizing element is yttrium or the like, also referred to as the "yttrium amount", etc.) may be an amount that stabilizes the zirconia crystal phase. The stabilizing element amount may be greater than 0 mol%, 1.5 mol% or more, 2.0 mol% or more, or 2.5 mol% or more, and less than 8.5 mol%, 5.5 mol% or less, 4.0 mol% or less, 3.4 mol% or less, or 3.2 mol% or less. When the stabilizing element amount is 2.0 mol% or more and 5.5 mol% or less, the zirconia in the sintered body is primarily composed of tetragonal zirconia. The amount of stabilizing elements in the sintered body of this embodiment is preferably greater than 0 mol% and less than 8.5 mol%, 1.5 mol% to 5.5 mol%, 2.0 mol% to 4.0 mol%, 2.5 mol% to 4.0 mol%, or 2.5 mol% to 3.2 mol%.

焼結体が副安定化元素を含む場合、1種以上の副安定化元素の合計の含有量(以下、「副安定化元素量」ともいう。)は、0mol%超、0.05mol%以上又は0.10mol%以上、0.20mol%以上、又は1.0mol%以上であり、かつ、5.5mol%未満、4.0mol%以下、3.0mol%以下又は1.9mol%以下であることが挙げられる。副安定化元素量は、0mol%を超5.5mol%未満、0.05mol%以上4.0mol%以下、又は、0.10mol%以上3.0mol%以下、0.20mol%以上1.9mol%以下、又は、1.0mol%以上1.9mol%以下であることが好ましい。 When the sintered body contains a sub-stabilizing element, the total content of one or more sub-stabilizing elements (hereinafter also referred to as the "sub-stabilizing element amount") may be greater than 0 mol%, 0.05 mol% or greater, 0.10 mol% or greater, 0.20 mol% or greater, or 1.0 mol% or greater, and less than 5.5 mol%, 4.0 mol% or less, 3.0 mol% or less, or 1.9 mol% or less. The sub-stabilizing element amount is preferably greater than 0 mol% and less than 5.5 mol%, 0.05 mol% or greater and 4.0 mol% or less, 0.10 mol% or greater and 3.0 mol% or less, 0.20 mol% or greater and 1.9 mol% or less.

安定化元素の合計含有量として上述の安定化元素量を満たす限り、各安定化元素の含有量は任意である。各安定化元素の含有量として以下の含有量が例示できる。 イットリウム量は、0mol%超、1.0mol%以上、1.5mol%以上、2.0mol%以上又は2.5mol%以上であり、かつ、4.0mol%未満、3.5mol%以下、3.0mol%以下又は3.0mol%未満であることが挙げられ、0mol%超4.0mol%未満、1.0mol%以上3.5mol%以下、1.5mol%以上3.0mol%以下、又は、2.5mol%以上3.0mol%以下が好ましい。 The content of each stabilizing element is arbitrary, as long as the total content of the stabilizing elements satisfies the above-mentioned stabilizing element amount. The following contents are examples of the content of each stabilizing element. The amount of yttrium can be greater than 0 mol%, 1.0 mol% or more, 1.5 mol% or more, 2.0 mol% or more, or 2.5 mol% or more, and less than 4.0 mol%, 3.5 mol% or less, 3.0 mol% or less, or less than 3.0 mol%. Preferably, the amount is greater than 0 mol% but less than 4.0 mol%, 1.0 mol% or more but 3.5 mol%, 1.5 mol% or more but 3.0 mol%, or 2.5 mol% or more but 3.0 mol%.

副安定化元素がエルビウムである場合、エルビウム量は、0mol%超、0.03mol%以上又は1.0mol%以上であり、かつ、4.0mol%未満、3.0mol%以下、2.0mol%以下又は1.9mol%以下であることが挙げられ、0mol%超4.0mol%未満、0.01mol%以上3.0mol%以下、0.03mol%以上2.0mol%以下、又は、1.0mol%以上1.9mol%以下が好ましい。 When the secondary stabilizing element is erbium, the amount of erbium may be greater than 0 mol%, 0.03 mol% or greater, or 1.0 mol% or greater, and less than 4.0 mol%, 3.0 mol% or less, 2.0 mol% or less, or 1.9 mol% or less, with greater than 0 mol% and less than 4.0 mol%, 0.01 mol% or greater but 3.0 mol%, 0.03 mol% or greater but 2.0 mol%, or 1.0 mol% or greater but 1.9 mol% being preferred.

副安定化元素がネオジムである場合、ネオジム量は、0mol%超、0.01mol%以上、0.03mol%以上、0.2mol%以上又は0.25mol%以上であり、かつ、4.0mol%未満、3.0mol%以下、2.0mol%以下、0.5mol%以下又は0.4mol%以下であることが挙げられ、更に、0mol%を超え4.0mol%未満、0.01mol%以上2.0mol%以下、0.03mol%以上0.5mol%以下、又は、0.09mol%以上0.4mol%以下が好ましい。 When the secondary stabilizing element is neodymium, the neodymium amount may be greater than 0 mol%, 0.01 mol% or more, 0.03 mol% or more, 0.2 mol% or more, or 0.25 mol% or more, and less than 4.0 mol%, 3.0 mol% or less, 2.0 mol% or less, 0.5 mol% or less, or 0.4 mol% or less, and more preferably greater than 0 mol% and less than 4.0 mol%, 0.01 mol% or more and 2.0 mol% or less, 0.03 mol% or more and 0.5 mol% or less, or 0.09 mol% or more and 0.4 mol% or less.

副安定化元素がランタンである場合、ランタン量は、0mol%超、0.01mol%以上、0.03mol%以上又は0.1mol%以上であり、かつ、4.0mol%未満、3.0mol%以下、2.0mol%以下又は0.5mol%以下であることが挙げられ、更に、0mol%超4.0mol%未満、0.01mol%以上0.5mol%以下、又は、0.1mol%以上0.5mol%以下が好ましい。 When the secondary stabilizing element is lanthanum, the amount of lanthanum may be greater than 0 mol%, 0.01 mol% or greater, 0.03 mol% or greater, or 0.1 mol% or greater, and less than 4.0 mol%, 3.0 mol% or less, 2.0 mol% or less, or 0.5 mol% or less, and more preferably greater than 0 mol% but less than 4.0 mol%, 0.01 mol% or greater but 0.5 mol%, or 0.1 mol% or greater but 0.5 mol% or less.

本実施形態における「安定化元素量」は、ジルコニア及び酸化物換算した安定化元素の合計に対する、酸化物換算した安定化元素の合計の割合(mol%)であり、また、「副安定化元素量」は、ジルコニア及び酸化物換算した副安定化元素の合計に対する、酸化物換算した副安定化元素の合計の割合(mol%)である。 In this embodiment, the "amount of stabilizing elements" refers to the ratio (mol %) of the total amount of stabilizing elements converted into oxides to the total amount of zirconia and the stabilizing elements converted into oxides, and the "amount of sub-stabilizing elements" refers to the ratio (mol %) of the total amount of sub-stabilizing elements converted into oxides to the total amount of zirconia and the sub-stabilizing elements converted into oxides.

本実施形態の焼結体は、ニオブ(Nb)を含む。ニオブを含むことにより、焼結体の耐衝撃性及び遮光性を向上させる効果が期待される。ニオブの含有量(以下、「ニオブ量」ともいう。)は0質量%超、0.1質量%超、0.5質量%以上又は1.0質量%以上であり、なおかつ、3.0質量%以下、2.5質量%以下、2.0質量%以下であってもよい。また、ニオブ含有量は0質量%超3.0質量%以下、1.0質量%以上2.5質量%以下、又は、1.5質量%以上2.0質量%以下であることが挙げられる。本実施形態の焼結体に含まれるニオブの形態は任意である。例えば、ニオブは焼結体中で固溶せずに酸化ニオブ(Nb)の粒子、すなわち第2相粒子として焼結体中に含まれていてもよく、ニオブの一部、もしくは全量がジルコニア中に固溶していてもよく、焼結体中のジルコニア以外の酸化物と反応し複合酸化物を形成していてもよい。 The sintered body of this embodiment contains niobium (Nb). The inclusion of niobium is expected to have the effect of improving the impact resistance and light-shielding properties of the sintered body. The niobium content (hereinafter also referred to as "niobium amount") may be greater than 0 mass%, greater than 0.1 mass%, 0.5 mass% or more, or 1.0 mass% or more, and may be 3.0 mass% or less, 2.5 mass% or less, or 2.0 mass% or less. The niobium content may be greater than 0 mass% or less and 3.0 mass% or less, 1.0 mass% or more and 2.5 mass% or less, or 1.5 mass% or more and 2.0 mass% or less. The niobium contained in the sintered body of this embodiment may be in any form. For example, niobium may be contained in the sintered body as niobium oxide (Nb 2 O 5 ) particles, i.e., second-phase particles, without forming a solid solution in the sintered body. Part or all of the niobium may be solid-solved in zirconia, or may react with an oxide other than zirconia in the sintered body to form a composite oxide.

本実施形態において、ニオブの含有量は、ジルコニア、安定化元素、ニオブ、アルミニウム、顔料成分の合計量に対するニオブの質量割合である。 In this embodiment, the niobium content is the mass ratio of niobium to the total amount of zirconia, stabilizing element, niobium, aluminum, and pigment components.

本実施形態の粉末はアルミナ(Al)を含む。アルミナの含有量(以下、「アルミナ量」ともいう)は0質量%超30質量%未満が挙げられる。アルミナを含むこと(すなわち、アルミナ量が0質量%を超えること)、で比較的低温でも緻密な焼結体が得られやすくなる。遮蔽性が向上するため、アルミナ量は0質量%以上、0質量%超、0.005質量%以上、0.05質量%以上、0.1質量%以上、0.25質量%以上、0.5質量%以上又は1質量%以上であることが好ましい。一方、機械的特性、例えば静的強度のような機械的特性、が高くなるため、アルミナ量は30質量%未満、20質量%以下、10質量%以下、5質量%以下又は2質量%以下であってもよい。本実施形態の焼結体のアルミナ量として、0質量%超20質量%以下、又は、0.1質量%以上10質量%以下であることが挙げられる。 The powder of this embodiment contains alumina (Al 2 O 3 ). The alumina content (hereinafter also referred to as "alumina amount") can be more than 0 mass% and less than 30 mass%. By including alumina (i.e., an alumina amount greater than 0 mass%), a dense sintered body can be easily obtained even at relatively low temperatures. To improve shielding properties, the alumina amount is preferably 0 mass% or more, more than 0 mass%, 0.005 mass% or more, 0.05 mass% or more, 0.1 mass% or more, 0.25 mass% or more, 0.5 mass% or more, or 1 mass% or more. On the other hand, to improve mechanical properties such as static strength, the alumina amount may be less than 30 mass%, 20 mass% or less, 10 mass% or less, 5 mass% or less, or 2 mass% or less. The alumina amount of the sintered body of this embodiment can be more than 0 mass% and less than 20 mass%, or 0.1 mass% or more and less than 10 mass%.

アルミナはアルミナ粒子及びアルミニウム含有複合酸化物粒子の少なくともいずれか、更にはアルミナ粒子、すなわち第2相粒子として含まれていればよく、その一部がジルコニアに固溶していてもよい。 Alumina may be contained as at least one of alumina particles and aluminum-containing composite oxide particles, or even as alumina particles, i.e., second-phase particles, some of which may be solid-dissolved in zirconia.

本実施形態の焼結体は、顔料成分として鉄、コバルト及び亜鉛を含む。焼結体に含まれる顔料成分とは、焼結体を着色する機能を有する成分(元素)をいう。これにより、焼結体がジルコニア本来の色調とは異なる任意の色調を呈することができる。顔料成分の中でも特に、鉄、コバルト及び亜鉛を含むことにより、焼結体の遮光性が向上するほか、比較的低温で焼結した場合でも緻密な焼結体が得られやすい。なお上述の安定化元素には、焼結体を着色する機能を有する元素も含まれることがある。しかし便宜的に、本実施形態における組成の算出においては、これらの安定化元素は顔料成分には含まず、安定化元素として算出されるものとする。焼結体を着色する機能を有する安定化元素として、ネオジム、セリウム及びエルビウムが例示できる。 The sintered body of this embodiment contains iron, cobalt, and zinc as pigment components. The pigment components contained in the sintered body refer to components (elements) that have the function of coloring the sintered body. This allows the sintered body to exhibit any color tone different from the inherent color tone of zirconia. By including iron, cobalt, and zinc, among the pigment components, in particular, the light-blocking properties of the sintered body are improved and a dense sintered body is easily obtained even when sintered at a relatively low temperature. Note that the above-mentioned stabilizing elements may also include elements that have the function of coloring the sintered body. However, for convenience, in calculating the composition of this embodiment, these stabilizing elements are not included in the pigment components and are calculated as stabilizing elements. Examples of stabilizing elements that have the function of coloring the sintered body include neodymium, cerium, and erbium.

本実施形態の焼結体の鉄、コバルト及び亜鉛の含有量は(以下、それぞれの含有量を「鉄量」、「コバルト量」及び「亜鉛量」ともいう。)は、それぞれ、以下の量であることが好ましい。 The iron, cobalt, and zinc contents of the sintered body of this embodiment (hereinafter, the respective contents may also be referred to as the "iron content," "cobalt content," and "zinc content") are preferably as follows:

鉄量は、0.10質量%以上が挙げられ、0.20質量%以上、0.30質量%以上、又は0.50質量%以上が好ましく、かつ、5.0質量%以下が挙げられ、4.5質量%以下、3.0質量%以下、又は2.0質量%以下が好ましい。さらに、鉄量は0.10質量%以上5.0質量%以下であることが挙げられ、更には、0.20質量%以上4.5質量%以下、0.30質量%以上3.0質量%以下、又は、0.50質量%以上2.0質量%以下が好ましい。 The iron content can be 0.10% by mass or more, preferably 0.20% by mass or more, 0.30% by mass or more, or 0.50% by mass or more, and can be 5.0% by mass or less, preferably 4.5% by mass or less, 3.0% by mass or less, or 2.0% by mass or less. Furthermore, the iron content can be 0.10% by mass or more and 5.0% by mass or less, and even more preferably 0.20% by mass or more and 4.5% by mass or less, 0.30% by mass or more and 3.0% by mass or less, or 0.50% by mass or more and 2.0% by mass or less.

コバルト量は0.10質量%以上が挙げられ、0.20質量%以上、又は0.25質量%以上が好ましく、かつ、3.0質量%以下が挙げられ、2.0質量%以下、1.5質量%以下、又は1.0質量%以下が好ましい。さらに、コバルト量は0.10質量%以上3.0質量%以下であることが挙げられ、更には、0.20質量%以上2.0質量%以下、0.25質量%以上1.5質量%以下、又は0.25質量%以上1.0質量%以下である。 The cobalt amount can be 0.10% by mass or more, preferably 0.20% by mass or more or 0.25% by mass or more, and can be 3.0% by mass or less, preferably 2.0% by mass or less, 1.5% by mass or less, or 1.0% by mass or less. Furthermore, the cobalt amount can be 0.10% by mass or more and 3.0% by mass or less, and even more preferably 0.20% by mass or more and 2.0% by mass or less, 0.25% by mass or more and 1.5% by mass or less, or 0.25% by mass or more and 1.0% by mass or less.

亜鉛量は0.05質量%以上が挙げられ、0.10質量%以上が好ましく、かつ、1.0質量%以下が挙げられ、0.70質量%以下、又は0.50質量%以下が好ましい。さらに、亜鉛量は0.05質量%以上1.0質量%以下であることが挙げられ、好ましくは0.10質量%以上0.70質量%以下、より好ましくは0.10質量%より高く0.50質量%以下である。 The zinc content can be 0.05% by mass or more, preferably 0.10% by mass or more, and 1.0% by mass or less, preferably 0.70% by mass or less, or 0.50% by mass or less. Furthermore, the zinc content can be 0.05% by mass or more and 1.0% by mass or less, preferably 0.10% by mass or more and 0.70% by mass or less, and more preferably more than 0.10% by mass and 0.50% by mass or less.

本実施形態の焼結体は、上述した鉄、コバルト及び亜鉛以外の顔料成分(以下、「その他顔料成分量」ともいう。)をさらに含んでいてもよい。その他顔料成分としては、例えば、金属元素を含む化合物、更には遷移金属元素及びこれを含む化合物であることが好ましい。具体的な鉄、コバルト及び亜鉛以外の顔料成分として、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)及び銅(Cu)の群から選ばれる1種以上の元素、並びにこれらを1種以上含む化合物であることが挙げられ、これらを1種以上含む酸化物であることが挙げられる。本実施形態の焼結体は、顔料成分としてクロム(Cr)を含んでいてもよいが、環境問題の観点からクロムを含まないことが好ましい。 The sintered body of this embodiment may further contain pigment components other than the above-mentioned iron, cobalt, and zinc (hereinafter also referred to as "other pigment component amounts"). Examples of other pigment components are preferably compounds containing metal elements, and transition metal elements and compounds containing them. Specific examples of pigment components other than iron, cobalt, and zinc include one or more elements selected from the group consisting of vanadium (V), manganese (Mn), nickel (Ni), and copper (Cu), as well as compounds containing one or more of these elements, and oxides containing one or more of these elements. The sintered body of this embodiment may contain chromium (Cr) as a pigment component, but preferably does not contain chromium from an environmental perspective.

顔料成分としては、例えば、ジルコニア粉末に顔料の粉末を混合したものを焼結することで、顔料粉末由来の着色元素またはその着色元素を含む化合物が、ジルコニア焼結体に顔料成分として含まれうる。 For example, by sintering a mixture of zirconia powder and pigment powder, the coloring element derived from the pigment powder or a compound containing the coloring element can be included as a pigment component in the zirconia sintered body.

本実施形態の焼結体における顔料成分は一部もしくは全量がスピネル型の金属酸化物を形成していることが好ましい。顔料成分の一部もしくは全量がスピネル型の金属酸化物を形成していることで、遮蔽性が向上するほか色調が安定しやすい。スピネル型の金属酸化物は、ABで表され、AおよびBがそれぞれMg、Ca、Sr、Y、La、Gd、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn及びAlの群から選ばれる1以上であることが望ましく、更にはABで表され、A及びBがそれぞれMg、Ca、Sr、Y、Gd、Fe、Co、Ni、Zn及びAlの群から選ばれる1以上であることがより望ましい。本実施形態の焼結体に含まれうるスピネル型の金属酸化物は、ABで表したときに、AサイトおよびBサイトに複数の元素が含まれていてもよく、AサイトおよびBサイトに複数の元素が含まれていた場合のAサイト中、Bサイト中の各元素の組成比は任意である。具体的なスピネル型の金属酸化物として、CoAl、ZnFe、MgFe、CoFe、NiFe、Co(Fe,Al)及び(Co,Zn)(Fe,Al)の群から選ばれる1以上が挙げられる。 It is preferable that a part or all of the pigment component in the sintered body of this embodiment forms a spinel-type metal oxide. By forming a part or all of the pigment component as a spinel-type metal oxide, the shielding properties are improved and the color tone tends to be stable. The spinel-type metal oxide is preferably represented by AB2O4 , where A and B are each one or more selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Y, La, Gd, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, and Al. It is more preferable that the spinel-type metal oxide is represented by AB2O4 , where A and B are each one or more selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Y, Gd, Fe, Co, Ni, Zn, and Al. The spinel-type metal oxide that can be contained in the sintered body of this embodiment may contain multiple elements in the A site and the B site when represented by AB2O4 . When multiple elements are contained in the A site and the B site, the composition ratio of each element in the A site and the B site is arbitrary. Specific examples of spinel-type metal oxides include one or more selected from the group consisting of CoAl2O4 , ZnFe2O4 , MgFe2O4 , CoFe2O4 , NiFe2O4 , Co(Fe , Al) 2O4 , and ( Co ,Zn)(Fe,Al) 2O4 .

本実施形態において顔料成分がスピネル型の金属酸化物を形成しているかは、本実施形態のジルコニア粉末の粉末X線回折(以下、XRDともいう)パターンより、スピネル型の金属酸化物の(311)面に相当する2θ=36.3±0.5にピークを有するかで確認すればよい。 In this embodiment, whether the pigment component forms a spinel-type metal oxide can be confirmed by checking the powder X-ray diffraction (hereinafter also referred to as XRD) pattern of the zirconia powder of this embodiment to see if it has a peak at 2θ = 36.3 ± 0.5, which corresponds to the (311) plane of the spinel-type metal oxide.

本実施形態において、顔料成分がスピネル型金属酸化物を形成しているかを確認する際の焼結体のX線回折パターンは、一般的な結晶性解析X線回折装置(例えば、装置名:UltimaIV、RIGAKU社製)により測定することができる。 In this embodiment, the X-ray diffraction pattern of the sintered body used to confirm whether the pigment components form a spinel-type metal oxide can be measured using a general crystallinity analysis X-ray diffraction device (for example, device name: Ultima IV, manufactured by RIGAKU Corporation).

測定条件として、以下の条件が挙げられる。 Measurement conditions include the following:

線源 :CuKα線(λ=0.15418nm)
管電圧 :45kV
管電流 :40mA
測定モード :連続スキャン
スキャンスピード:4°/分
ステップ幅 :0.02°
測定範囲 :2θ=32°以上40°以下
ゴニオメータ :半径185mm
測定試料として、直径20mm×厚さ1.0mmの円板形状の焼結体を使用し、評価する表面を鏡面研磨処理(表面粗さRa≦0.02μm)し、研磨処理した面に対しX線を照射し測定すればよい。
Radiation source: CuKα radiation (λ=0.15418nm)
Tube voltage: 45 kV
Tube current: 40mA
Measurement mode: Continuous scan Scan speed: 4°/min Step width: 0.02°
Measurement range: 2θ = 32° to 40° Goniometer: Radius 185 mm
A disk-shaped sintered body having a diameter of 20 mm and a thickness of 1.0 mm is used as a measurement sample, and the surface to be evaluated is mirror-polished (surface roughness Ra≦0.02 μm), and the polished surface is irradiated with X-rays for measurement.

本実施形態の焼結体のその他顔料成分の含有量(以下、「その他顔料成分量」ともいい、その他顔料成分がマンガン等である場合、それぞれ「マンガン量」等ともいう。)は、本発明の効果を奏する範囲内であれば任意であるが、0質量%超、0.001質量%以上、0.005質量%以上、0.01質量%以上、0.05質量%以上又は0.1質量%以上であることが好ましく、5.0質量%以下、3.5質量%以下、3.0質量%以下、1.0質量%以下、又は0.7質量%以下であることが好ましい。また、その他顔料成分量は、例えば、0質量%以上5.0質量%以下、0.01質量%以上3.0質量%以下、0.1質量%以上1.0質量%以下、又は、0.1質量%以上0.7質量%以下であることが挙げられる。 The content of other pigment components in the sintered body of this embodiment (hereinafter also referred to as the "amount of other pigment components"; if the other pigment component is manganese or the like, also referred to as the "amount of manganese") may be any amount within the range that achieves the effects of the present invention, but is preferably greater than 0% by mass, 0.001% by mass or more, 0.005% by mass or more, 0.01% by mass or more, 0.05% by mass or more, or 0.1% by mass or more, and is preferably 5.0% by mass or less, 3.5% by mass or less, 3.0% by mass or less, 1.0% by mass or less, or 0.7% by mass or less. Furthermore, the amount of other pigment components may be, for example, 0% by mass or more to 5.0% by mass or less, 0.01% by mass or more to 3.0% by mass or less, 0.1% by mass or more to 1.0% by mass or less, or 0.1% by mass or more to 0.7% by mass or less.

本実施形態の焼結体は、シリカ(SiO)、チタニア(TiO)及び酸化ガリウム(Ga)の群から選ばれる1以上の添加成分を含んでいてもよい。このような添加剤を含むことで、所望の機械的特性を有する焼結体とすることができる。添加成分の含有量(以下、「添加成分量」ともいう。)は、0質量%以上、0.5質量%以上又は1.0質量%以上であり、また、5.0質量%以下又は2.5質量%以下であることが挙げられる。また、添加成分量は、0質量%以上5.0質量%以下、1.0質量%以上2.5質量%以下であることが例示できる。 The sintered body of this embodiment may contain one or more additive components selected from the group consisting of silica (SiO 2 ), titania (TiO 2 ), and gallium oxide (Ga 2 O 3 ). By including such additives, a sintered body having desired mechanical properties can be obtained. The content of the additive component (hereinafter also referred to as the "additive component amount") is 0% by mass or more, 0.5% by mass or more, or 1.0% by mass or more, and 5.0% by mass or less, or 2.5% by mass or less. Further, the amount of the additive component can be, for example, 0% by mass or more to 5.0% by mass or less, or 1.0% by mass or more to 2.5% by mass or less.

本実施形態の焼結体における、ニオブ、アルミナ、顔料成分及び添加成分は、それぞれ、任意の形態で焼結体に含まれていればよく、化合物、更には複合酸化物及び酸化物の少なくともいずれかとして含まれていてもよく、また、その一部又は全部がジルコニアに固溶して含まれていてもよい。 In the sintered body of this embodiment, the niobium, alumina, pigment component, and additive component may each be contained in any form in the sintered body, and may be contained as a compound, or as at least one of a composite oxide and an oxide, or some or all of these may be contained as a solid solution in zirconia.

本実施形態におけるニオブ量、アルミナ量、顔料成分量、その他顔料成分量及び添加成分量は、それぞれ、ジルコニア及び酸化物換算した金属元素の合計質量に対する、酸化物換算したニオブ、アルミナ、顔料成分、その他顔料成分量及び添加成分のそれぞれの質量割合(質量%)である。 In this embodiment, the niobium amount, alumina amount, pigment component amount, other pigment component amount, and additive component amount are the mass percentages (mass %) of niobium, alumina, pigment component, other pigment component, and additive component, calculated as oxides, relative to the total mass of zirconia and metal elements calculated as oxides.

本実施形態における酸化物換算は、例えば、カルシウムはCaO、マグネシウムはMgO、スカンジウムはSc、イットリウムはY、ランタンはLa、ネオジムはNd、セリウムはCeO、ガドリニウムはGd、エルビウムはEr、イッテルビウムはYb、ニオブはNb、アルミニウムはAl、ケイ素はSiO、ガリウムはGa、バナジウムはV、クロムはCr、鉄はFe、コバルトはCo、マンガンはMn、ニッケルはNiO、銅はCuO及び亜鉛はZnOであることが挙げられる。 In this embodiment, the oxide equivalents are, for example, calcium is CaO, magnesium is MgO, scandium is Sc 2 O 3 , yttrium is Y 2 O 3 , lanthanum is La 2 O 3 , neodymium is Nd 2 O 3 , cerium is CeO 2 , gadolinium is Gd 2 O 3 , erbium is Er 2 O 3 , ytterbium is Yb 2 O 3 , niobium is Nb 2 O 5 , aluminum is Al 2 O 3 , silicon is SiO 2 , gallium is Ga 2 O 3 , vanadium is V 2 O 5 , chromium is Cr 2 O 3 , iron is Fe 2 O 3 , cobalt is Co 3 O 4 , and manganese is Mn 3 O 4 Nickel is NiO, copper is CuO, and zinc is ZnO.

本実施形態の焼結体は、ハフニア(HfO)等の不可避不純物を含んでいてもよい。本実施形態において、焼結体の各成分の含有量の算出は、ハフニアをジルコニア(ZrO)とみなしてこれらの値を算出すればよい。 The sintered body of this embodiment may contain inevitable impurities such as hafnia (HfO 2 ). In this embodiment, the content of each component of the sintered body may be calculated by regarding hafnia as zirconia (ZrO 2 ).

例えば、本実施形態の焼結体が、アルミナ及びニオブ、並びに、顔料成分として、鉄、コバルト及び亜鉛を含み、なおかつ、安定化元素としてガドリニウム及びイットリウムを含むジルコニアの焼結体(後述の粉末も同様)の組成(各成分の含有量)は以下のように求めればよい。 For example, the composition (content of each component) of a zirconia sintered body (the same applies to the powder described below) of this embodiment, which contains alumina and niobium, as well as iron, cobalt, and zinc as pigment components, and also contains gadolinium and yttrium as stabilizing elements, can be determined as follows:

顔料成分量[質量%]={(Fe+Co+ZnO)/
(Gd+Y+ZrO+Nb+Mn+Al+Fe
+Co+ZnO)}×100
鉄量[質量%]={Fe/(Gd+Y+ZrO
+Nb+Al+Fe+Co+ZnO)}×100
コバルト量[質量%]={Co/(Gd+Y+ZrO
+Nb+Al+Fe+Co+ZnO)}×100
亜鉛量[質量%]={ZnO/(Gd+Y+ZrO
+Nb+Al+Fe+Co+ZnO)}×100
アルミナ量[質量%]={Al/(Gd+Y+ZrO
+Nb+Al+Fe+Co+ZnO)}×100
ニオブ量[質量%]={Nb/(Gd+Y+ZrO
+Nb+Al+Fe+Co+ZnO)}×100
安定化元素量[mol%]={(Gd+Y)/
(Gd+Y+ZrO)}×100
副安定化元素量[mol%]={(Gd)/
(Gd+Y+ZrO)}×100
ガドリニウム量[mol%]={(Gd)/
(Gd+Y+ZrO)}×100
イットリウム量[mol%]={(Y)/
(Gd+Y+ZrO)}×100
本実施形態の焼結体は、正方晶ジルコニアの(111)面に帰属するXRDのピークから算出される結晶子径(以下、「D」又は単に「結晶子径」ともいう。)が25nm以上100nm以下である。Dが上記範囲であることで、ジルコニア焼結体の耐衝撃性が向上する。Dは25nm以上、30nm以上、又は40nm以上であることが好ましく、また、Dは90nm以下、85nm以下又は80nm以下であることが好ましい。本実施形態のDは、例えば、25nm以上90nm以下、30nm以上85nm以下、又は、40nm以上80nm以下であることが挙げられる。
Pigment component amount [mass %]={(Fe 2 O 3 +Co 3 O 4 +ZnO)/
(Gd 2 O 3 +Y 2 O 3 +ZrO 2 +Nb 2 O 5 +Mn 3 O 4 +Al 2 O 3 +Fe 2 O 3
+ Co3O4 +ZnO)} × 100
Iron content [mass %] = {Fe 2 O 3 /(Gd 2 O 3 +Y 2 O 3 +ZrO 2
+ Nb2O5 + Al2O3 + Fe2O3 + Co3O4 + ZnO ) } × 100
Cobalt content [mass %] = {Co 3 O 4 /(Gd 2 O 3 +Y 2 O 3 +ZrO 2
+ Nb2O5 + Al2O3 + Fe2O3 + Co3O4 + ZnO ) } × 100
Zinc content [mass%] = {ZnO/(Gd 2 O 3 + Y 2 O 3 + ZrO 2
+ Nb2O5 + Al2O3 + Fe2O3 + Co3O4 + ZnO ) } × 100
Alumina content [mass %] = {Al 2 O 3 /(Gd 2 O 3 +Y 2 O 3 +ZrO 2
+ Nb2O5 + Al2O3 + Fe2O3 + Co3O4 + ZnO ) } × 100
Niobium content [mass %] = {Nb 2 O 5 /(Gd 2 O 3 +Y 2 O 3 +ZrO 2
+ Nb2O5 + Al2O3 + Fe2O3 + Co3O4 + ZnO ) } × 100
Stabilizing element amount [mol%] = {(Gd 2 O 3 + Y 2 O 3 )/
(Gd 2 O 3 + Y 2 O 3 + ZrO 2 )}×100
Sub-stabilizing element amount [mol%] = {(Gd 2 O 3 )/
(Gd 2 O 3 + Y 2 O 3 + ZrO 2 )}×100
Gadolinium content [mol %]={(Gd 2 O 3 )/
(Gd 2 O 3 + Y 2 O 3 + ZrO 2 )}×100
Amount of yttrium [mol%]={(Y 2 O 3 )/
(Gd 2 O 3 + Y 2 O 3 + ZrO 2 )}×100
The sintered body of this embodiment has a crystallite diameter (hereinafter referred to as " Dt " or simply "crystallite diameter") calculated from the XRD peak belonging to the (111) plane of tetragonal zirconia of 25 nm or more and 100 nm or less. When Dt is in the above range, the impact resistance of the zirconia sintered body is improved. Dt is preferably 25 nm or more, 30 nm or more, or 40 nm or more, and is preferably 90 nm or less, 85 nm or less, or 80 nm or less. In this embodiment, Dt is , for example, 25 nm or more and 90 nm or less, 30 nm or more and 85 nm or less, or 40 nm or more and 80 nm or less.

本実施形態の焼結体が、ニオブ、マンガン及びアルミナを含み、なおかつ、上述のDを満たすことで高い耐衝撃性及び高い遮光性を有する理由のひとつとして、以下の理由が考えられる。すなわち、マンガン及びアルミナを含むことで耐衝撃性が向上しやすいDとなる条件での焼結が可能となるとともに、マンガンとニオブとの相互作用により、焼結体中でのニオブの偏析が促進される。ニオブの偏析促進により、ジルコニアの相変態が生じやすい状態になる結果、衝撃性を低下させるアルミナを含むにもかかわらず、高い耐衝撃性及び高い遮光性を有するジルコニア焼結体となる、と考えられる。また、Dが100nmを超える場合には焼結体の結晶粒径が大きくなり、焼結体欠陥として大きい気孔ができやすくなる結果、耐衝撃性が低下することが考えられる。 One of the reasons why the sintered body of this embodiment contains niobium, manganese, and alumina and yet satisfies the above-mentioned Dt , thereby exhibiting high impact resistance and high light-shielding properties, is thought to be as follows. That is, the inclusion of manganese and alumina enables sintering under conditions of Dt that tend to improve impact resistance, and the interaction between manganese and niobium promotes the segregation of niobium in the sintered body. It is thought that the promotion of niobium segregation makes it easier for zirconia to undergo phase transformation, resulting in a zirconia sintered body that has high impact resistance and high light-shielding properties despite containing alumina, which reduces impact resistance. Furthermore, if Dt exceeds 100 nm, the crystal grain size of the sintered body becomes large, making it more likely that large pores will form as sintered body defects, resulting in reduced impact resistance.

後述の通り、正方晶ジルコニアの(111)面に帰属されるXRDピークは、CuKα線を線源とするXRD測定においては、2θ=30±0.5°にピークトップを有するXRDピークとして測定される。したがって、Dは、CuKα線を線源とするXRD測定において測定される、2θ=30±0.5°にピークトップを有するXRDピークから算出される結晶子径、とみなすこともできる。
は、ジルコニア焼結体のXRDパターンを使用し、以下の式から求めることができる。
As described below, the XRD peak attributable to the (111) plane of tetragonal zirconia is measured as an XRD peak having a peak top at 2θ=30±0.5° in XRD measurement using CuKα radiation as a radiation source. Therefore, Dt can also be regarded as the crystallite diameter calculated from the XRD peak having a peak top at 2θ=30±0.5° measured in XRD measurement using CuKα radiation as a radiation source.
Dt can be calculated from the following formula using the XRD pattern of the zirconia sintered body.

=Kλ/Bcosθ (1)
式(1)において、Dは正方晶ジルコニアの(111)面に帰属されるXRDのピークから算出される結晶子径(nm)、Kはシェラー定数(K=1)、λはXRD測定に使用したX線の波長(0.15418nm)、Bは正方晶ジルコニアの(111)面に帰属されるピークの広がり(rad)、θは正方晶ジルコニアの(111)面に帰属されるピークのブラッグ角(rad)である。
D t =Kλ/B t cosθ t (1)
In formula (1), Dt is the crystallite diameter (nm) calculated from the XRD peak assigned to the (111) plane of tetragonal zirconia, K is the Scherrer constant (K=1), λ is the wavelength of the X-rays used in the XRD measurement (0.15418 nm), Bt is the broadening (rad) of the peak assigned to the (111) plane of tetragonal zirconia, and θt is the Bragg angle (rad) of the peak assigned to the (111) plane of tetragonal zirconia.

なお、正方晶ジルコニアの(111)面に帰属されるXRDピークと立方晶ジルコニアの(111)面に帰属されるXRDピークは重複して測定される。本明細においては、正方晶ジルコニアの(111)面に帰属されるXRDピークと立方晶ジルコニアの(111)面に帰属されるXRDピークは区別せず、重複して得られたピークを正方晶ジルコニアの(111)面に帰属されるXRDピークとして扱う。 The XRD peaks attributable to the (111) plane of tetragonal zirconia and the (111) plane of cubic zirconia are measured in overlapping fashion. In this specification, no distinction is made between the XRD peaks attributable to the (111) plane of tetragonal zirconia and the XRD peaks attributable to the (111) plane of cubic zirconia, and the overlapping peaks are treated as XRD peaks attributable to the (111) plane of tetragonal zirconia.

本実施形態のジルコニア焼結体の正方晶ジルコニアの(111)面に帰属されるXRDのピークから算出される結晶子径は25nm以上90nm以下であることが挙げられ、30nm以上85nm以下であることが好ましく、40nm以上80nm以下であることがより好ましい。正方晶ジルコニアの(111)面に帰属されるXRDのピークから算出される結晶子径が上記範囲であることで、ジルコニア焼結体の耐衝撃性が向上する。 The crystallite diameter calculated from the XRD peak attributable to the (111) plane of tetragonal zirconia in the zirconia sintered body of this embodiment can be 25 nm or more and 90 nm or less, preferably 30 nm or more and 85 nm or less, and more preferably 40 nm or more and 80 nm or less. When the crystallite diameter calculated from the XRD peak attributable to the (111) plane of tetragonal zirconia is within the above range, the impact resistance of the zirconia sintered body is improved.

本実施形態において、正方晶ジルコニアの(111)面に帰属されるXRDピークを含む焼結体のX線回折パターンは、一般的な結晶性解析X線回折装置(例えば、装置名:UltimaIV、RIGAKU社製)により測定することができる。 In this embodiment, the X-ray diffraction pattern of the sintered body, including the XRD peak attributable to the (111) plane of tetragonal zirconia, can be measured using a general crystallinity analysis X-ray diffraction device (for example, device name: Ultima IV, manufactured by RIGAKU Corporation).

測定条件として、以下の条件が挙げられる。 Measurement conditions include the following:

線源 :CuKα線(λ=0.15418nm)
管電圧 :45kV
管電流 :40mA
測定モード :連続スキャン
スキャンスピード:4°/分
ステップ幅 :0.02°
測定範囲 :2θ=26°以上33°以下
ゴニオメータ :半径185mm
測定試料として、直径20mm×厚さ1.0mmの円板形状の焼結体を使用し、評価する表面を鏡面研磨処理(表面粗さRa≦0.02μm)し、研磨処理した面に対しX線を照射し測定すればよい。
Radiation source: CuKα radiation (λ=0.15418nm)
Tube voltage: 45 kV
Tube current: 40mA
Measurement mode: Continuous scan Scan speed: 4°/min Step width: 0.02°
Measurement range: 2θ = 26° to 33° Goniometer: Radius 185 mm
A disk-shaped sintered body having a diameter of 20 mm and a thickness of 1.0 mm is used as a measurement sample, and the surface to be evaluated is mirror-polished (surface roughness Ra≦0.02 μm), and the polished surface is irradiated with X-rays for measurement.

上述のXRDパターン測定において、以下の2θにピークトップを有するXRDピークを、本実施形態におけるジルコニアの各結晶面に帰属されるXRDピークとみなせばよい。 In the above-mentioned XRD pattern measurement, the XRD peaks having peak tops at the following 2θ angles can be considered to be XRD peaks attributable to each crystal plane of the zirconia in this embodiment.

単斜晶ジルコニアの(111)面に相当するXRDピーク:2θ=31±0.5°
単斜晶ジルコニアの(11-1)面に相当するXRDピーク:2θ=28±0.5°
正方晶ジルコニアの(111)面に相当するXRDピーク:2θ=30±0.5°
上述のXRDパターン測定で得られたパターンは、統合粉末X線解析ソフトウェア“PDXL”(株式会社リガク製)を使用して解析を実施すればよい。解析により、各ピークの広がり(rad)および各ピークの面積強度を算出する。
XRD peak corresponding to the (111) plane of monoclinic zirconia: 2θ=31±0.5°
XRD peak corresponding to the (11-1) plane of monoclinic zirconia: 2θ=28±0.5°
XRD peak corresponding to the (111) plane of tetragonal zirconia: 2θ=30±0.5°
The pattern obtained by the above-mentioned XRD pattern measurement can be analyzed using the integrated powder X-ray analysis software "PDXL" (manufactured by Rigaku Corporation). The analysis calculates the broadening (rad) of each peak and the area intensity of each peak.

本実施形態の焼結体に含まれるジルコニアは、正方晶ジルコニアを含み(すなわち、ジルコニアの結晶相に正方晶相を含み)、主として正方晶ジルコニアからなることが好ましい。「ジルコニアが主として正方晶からなる」とは、ジルコニアの結晶相が主として正方晶ジルコニアからなることであり、ジルコニアの結晶相の50体積%以上が正方晶であることをいう、本実施形態の焼結体は、ジルコニアの結晶相の50体積%以上、又は、60体積%以上が正方晶であることが好ましく、100体積%以下、又は、90体積%以下が正方晶であることが好ましい。 The zirconia contained in the sintered body of this embodiment preferably contains tetragonal zirconia (i.e., the zirconia crystalline phase contains a tetragonal phase) and is primarily composed of tetragonal zirconia. "Zirconia primarily composed of tetragonal crystals" means that the zirconia crystalline phase is primarily composed of tetragonal zirconia, and that 50% by volume or more of the zirconia crystalline phase is tetragonal. In the sintered body of this embodiment, it is preferable that 50% by volume or more or 60% by volume or more of the zirconia crystalline phase is tetragonal, and it is preferable that 100% by volume or less or 90% by volume or less is tetragonal.

また、本実施形態の焼結体に含まれるジルコニアの結晶相は、正方晶相以外に、立方晶相及び単斜晶相の少なくともいずれかを含んでいてもよい。すなわち、本実施形態の焼結体に含まれるジルコニアは、正方晶ジルコニアと、立方晶ジルコニア及び単斜晶ジルコニアの少なくともいずれかとからなっていてもよい。換言すると、本実施形態の焼結体に含まれるジルコニアの結晶相は、正方晶相と、立方晶相及び単斜晶相の少なくともいずれかからなること、が挙げられる。なお、本実施形態では、便宜的に、ジルコニアの結晶相は正方晶相、立方晶相、及び単斜晶相の群から選ばれる1以上からなる(すなわち、ジルコニアが、正方晶ジルコニア、立方晶ジルコニア及び単斜晶ジルコニアの群から選ばれる1以上からなる)とみなせばよい。 Furthermore, the crystalline phase of the zirconia contained in the sintered body of this embodiment may include at least one of a cubic phase and a monoclinic phase in addition to the tetragonal phase. That is, the zirconia contained in the sintered body of this embodiment may consist of tetragonal zirconia and at least one of cubic zirconia and monoclinic zirconia. In other words, the crystalline phase of the zirconia contained in the sintered body of this embodiment may consist of at least one of a tetragonal phase and a cubic phase and a monoclinic phase. Note that, for the sake of convenience, in this embodiment, the crystalline phase of the zirconia may be considered to consist of one or more phases selected from the group consisting of a tetragonal phase, a cubic phase, and a monoclinic phase (that is, the zirconia consists of one or more phases selected from the group consisting of tetragonal zirconia, cubic zirconia, and monoclinic zirconia).

本実施形態の焼結体は、焼結体の中心部のXRDパターンにおける正方晶(正方晶ジルコニア)の(400)面に帰属されるXRDピークのピークトップの2θからの、正方晶ジルコニアの(004)面に帰属されるXRDピークのピークトップの2θの差(以下、「2θ差」ともいう。)が、1.55°以上であることが好ましい。2θ差が1.55°以上であることで、耐衝撃性が向上する。2θ差は1.55°以上、1.57°以上、1.60°以上であることが好ましく、3.0°以下、2.5°以下、2.2°以下又は2.0°以下であることが挙げられる。本実施形態の焼結体の2θ差は、1.55°以上3.0°以下、1.57°以上2.5°以下、又は、1.60°以上2.0°以下であることが挙げられる。 The sintered body of this embodiment preferably has a 2θ difference (hereinafter also referred to as the "2θ difference") of 1.55° or more between the 2θ of the peak top of the XRD peak assigned to the (400) plane of tetragonal crystals (tetragonal zirconia) in the XRD pattern at the center of the sintered body and the 2θ of the peak top of the XRD peak assigned to the (004) plane of tetragonal zirconia. A 2θ difference of 1.55° or more improves impact resistance. The 2θ difference is preferably 1.55° or more, 1.57° or more, or 1.60° or more, and examples thereof include 3.0° or less, 2.5° or less, 2.2° or less, or 2.0° or less. The 2θ difference of the sintered body of this embodiment may be 1.55° or more to 3.0° or less, 1.57° or more to 2.5° or less, or 1.60° or more to 2.0° or less.

本実施形態において、ジルコニア焼結体の正方晶(004)面及び(400)面に帰属されるXRDピークを含むX線回折パターンは、測定条件を以下の条件とすること以外は、上述のXRD測定と同様な方法で測定すればよい。 In this embodiment, the X-ray diffraction pattern of the zirconia sintered body, including XRD peaks attributable to the tetragonal (004) and (400) planes, can be measured in the same manner as the XRD measurement described above, except that the measurement conditions are as follows:

線源 :CuKα線(λ=0.15418nm)
管電圧 :45kV
管電流 :40mA
測定モード :連続スキャン
スキャンスピード:2°/分
ステップ幅 :0.02°
測定範囲 :2θ=72°以上76°以下
ゴニオメータ :半径185mm
上述のXRDパターン測定において、本実施形態のジルコニア焼結体の中心部に含まれるジルコニアの各結晶面に帰属されるXRDピークは、以下の2θにピークトップを有するXRDピークとして測定される。
Radiation source: CuKα radiation (λ=0.15418nm)
Tube voltage: 45 kV
Tube current: 40mA
Measurement mode: Continuous scan Scan speed: 2°/min Step width: 0.02°
Measurement range: 2θ = 72° to 76° Goniometer: Radius 185 mm
In the above-described XRD pattern measurement, the XRD peaks attributable to each crystal plane of zirconia contained in the central part of the zirconia sintered body of this embodiment are measured as XRD peaks having peak tops at the following 2θ.

正方晶ジルコニアの(004)面に相当するXRDピーク:2θ=72.5±0.5°
正方晶ジルコニアの(400)面に相当するXRDピーク:2θ=74.5±0.5°
上述のXRDパターン測定で得られたパターンは、統合粉末X線解析ソフトウェア“PDXL”(株式会社リガク製)を使用して解析を実施すればよい。具体的には“PDXL”のプログラムを用いてバックグラウンドの除去及びCuKα2線(λ=1.5443Å)によるXRDピークの除去を実施後、正方晶ジルコニアの(004)面、(400)面に相当する各ピークの位置(°)を検出する。
XRD peak corresponding to the (004) plane of tetragonal zirconia: 2θ=72.5±0.5°
XRD peak corresponding to the (400) plane of tetragonal zirconia: 2θ=74.5±0.5°
The pattern obtained by the above-mentioned XRD pattern measurement may be analyzed using integrated powder X-ray analysis software "PDXL" (manufactured by Rigaku Corporation). Specifically, the "PDXL" program is used to remove the background and XRD peaks due to CuKα2 radiation (λ=1.5443 Å), and then the positions (°) of the peaks corresponding to the (004) and (400) planes of tetragonal zirconia are detected.

本実施形態の焼結体は、CIE1976(L)色空間における明度Lが35以上60以下であることが好ましい。本実施形態の焼結体は、明度Lが35以上、38以上又は40以上であることが好ましく、60以下、55以下、50以下又は48以下であることが好ましい。これにより、薄型の焼結体、例えば、試料厚さが0.5mm厚である焼結体、としても遮蔽性を有しやすい。 The sintered body of this embodiment preferably has a lightness L * in the CIE 1976 (L * a * b * ) color space of 35 or more and 60 or less. The sintered body of this embodiment preferably has a lightness L * of 35 or more, 38 or more, or 40 or more, and preferably has a lightness L* of 60 or less, 55 or less, 50 or less, or 48 or less. This makes it easy for the sintered body to have shielding properties even when it is thin, for example, when the sample thickness is 0.5 mm.

本実施形態の焼結体のCIE1976(L)色空間における色度a及びbは任意であるが、aが-10以上10以下、bが-10以上10以下であることが挙げられる。 The chromaticity a * and b * of the sintered body of this embodiment in the CIE1976 (L * a * b * ) color space are arbitrary, but examples thereof include a * being −10 or more and 10 or less, and b * being −10 or more and 10 or less.

明度L並びに色度a及びbは、JIS Z 8722に準じた方法で、一般的な分光測色計(例えば、CM-700d、コニカミノルタ社製)を使用して測定することができる。明度L並びに色度a及びbの測定条件として、以下の条件が挙げられる。測定は、背景として黒色板を使用した測定(いわゆる黒バックの測定)とすればよい。 Lightness L * and chromaticity a * and b * can be measured using a general spectrophotometer (for example, CM-700d, manufactured by Konica Minolta) in accordance with JIS Z 8722. The conditions for measuring lightness L * and chromaticity a * and b * include the following: Measurement may be performed using a black board as the background (so-called black background measurement).

光源 : D65光源
視野角 : 10°
測定方式 : SCI
測定試料として、直径20mm×厚さ1.8mmの円板形状の焼結体を使用し、評価する表面を鏡面研磨処理(表面粗さRa≦0.02μm)し、色調を評価すればよい。また、色調評価有効面積として直径10mmが挙げられる。
Light source: D65 light source Viewing angle: 10°
Measurement method: SCI
A disk-shaped sintered body having a diameter of 20 mm and a thickness of 1.8 mm is used as a measurement sample, and the surface to be evaluated is subjected to mirror polishing (surface roughness Ra≦0.02 μm), and the color tone is evaluated. The effective area for color tone evaluation is 10 mm in diameter.

本実施形態のジルコニア焼結体は耐衝撃性を有する、すなわち衝撃を受けた場合に割れ等の破壊が生じにくい焼結体であり、特に薄型形状とした場合であっても破壊が生じにくい焼結体である。具体的には、試料厚さ0.5mm厚とした本実施形態の焼結体を超硬プレート状に接着し、該焼結体に対し質量25g、50g又は95gの鋼球(直径23mm、材質:軸受け鋼 SUJ2)を100cmの高さから自然落下させる落球衝撃試験において、試料に割れ等の破壊が生じにくいことが挙げられる。さらに、本実施形態の焼結体は、試料厚さを0.5±0.05mmとし、直径23mm及び質量95gのSUJ2製鋼球を高さ100cmから3回自然落下する落球試験に供した場合に破壊が生じないこと、更には、試料厚さを0.5±0.05mmとし、直径23mm及び質量25gのSUJ2製鋼球を3回、直径23mm及び質量50gのSUJ2製鋼球を3回、並びに、直径23mm及び質量95gのSUJ2製鋼球を3回、の順で高さ100cmから自然落下する落球試験に供した場合に、破壊が生じないことが好ましい。 The zirconia sintered body of this embodiment is impact resistant, meaning it is resistant to cracking and other damage when subjected to impact, even when made into a thin shape. Specifically, a 0.5 mm thick sintered body of this embodiment is bonded to a carbide plate, and a steel ball (23 mm diameter, material: SUJ2 bearing steel) weighing 25 g, 50 g, or 95 g is allowed to fall naturally onto the sintered body from a height of 100 cm in a falling ball impact test. The test results show that the sample is resistant to cracking and other damage. Furthermore, the sintered body of this embodiment does not break when subjected to a ball drop test in which a sample having a thickness of 0.5±0.05 mm is dropped from a height of 100 cm three times by gravity using an SUJ2 steel ball having a diameter of 23 mm and a mass of 95 g.Furthermore, it is preferable that the sintered body does not break when subjected to a ball drop test in which a sample having a thickness of 0.5±0.05 mm is dropped from a height of 100 cm three times by gravity using an SUJ2 steel ball having a diameter of 23 mm and a mass of 25 g, three times by gravity using an SUJ2 steel ball having a diameter of 23 mm and a mass of 50 g, and three times by gravity using an SUJ2 steel ball having a diameter of 23 mm and a mass of 95 g.

落球試験における「破壊」は、鋼球の自然落下により、焼結体が分割された状態又は亀裂が生じた状態をもって、破壊が生じていると判断すればよい。 In the ball drop test, "fracture" is determined to have occurred when the sintered body splits or cracks when the steel ball falls naturally.

本実施形態のジルコニア焼結体は遮光性が高く、例えば、本実施形態の焼結体と下地となる部材とからなる積層とした場合において、本実施形態の焼結体から積層方向に観察した場合に、下地となる部材が透けない遮光性を示すことが好ましい。 The zirconia sintered body of this embodiment has high light-blocking properties. For example, when the sintered body of this embodiment is laminated with an underlying material, it is preferable that the underlying material does not show through the light-blocking properties when observed in the stacking direction from the sintered body of this embodiment.

このような遮光性とするため、本実施形態の焼結体の試料厚さ0.5±0.05mm厚におけるD65光源に対する全光線透過率(以下、単に「全光線透過率」ともいう。)は、10%以下、1%以下又は0.1%未満であることが好ましい。全光線透過率が低いほど遮光性が高いことを意味する。全光線透過率は0%であることが好ましいが、本実施形態の焼結体の全光線透過率は0%以上、0%超又は0.01%以上であってもよく、0%以上10%以下、0%以上1%以下、0%以上0.1%未満、又は、0%超0.1%未満であることが挙げられる。 In order to achieve such light-blocking properties, the total light transmittance (hereinafter also simply referred to as "total light transmittance") of the sintered body of this embodiment to a D65 light source at a sample thickness of 0.5±0.05 mm is preferably 10% or less, 1% or less, or less than 0.1%. A lower total light transmittance indicates higher light-blocking properties. While a total light transmittance of 0% is preferred, the total light transmittance of the sintered body of this embodiment may be 0% or more, greater than 0%, or greater than 0.01%, and examples include 0% to 10%, 0% to 1%, 0% to less than 0.1%, or greater than 0% but less than 0.1%.

本実施形態において、全光線透過率は、JIS K 7361-1に準じた方法で、一般的なヘーズメーター(例えば、NDH4000、日本電色株式会社製)を使用した以下の条件で測定される値である。 In this embodiment, the total light transmittance is a value measured under the following conditions using a standard haze meter (e.g., NDH4000, manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.) in accordance with JIS K 7361-1.

測定光源 :D65光源
試料厚み :0.5±0.05mm
試料直径 :20mm
表面粗さ :Ra≦0.02μm
全光線透過率とは、入射光強度に対する、拡散透過光及び直線透過光の強度の合計の割合を意味し、これらは以下の関係を有する。
Measurement light source: D65 light source Sample thickness: 0.5±0.05 mm
Sample diameter: 20 mm
Surface roughness: Ra≦0.02 μm
The total light transmittance means the ratio of the total intensity of diffuse transmitted light and in-line transmitted light to the intensity of incident light, and these have the following relationship:

入射光 = 反射光 + (拡散透過光 + 直線透過光)
本実施形態の焼結体の形状は、例えば、球状、略球状、楕円状、円板状、円柱状、立方体状、直方体状、多面体状及び略多面体状の群から選ばれる1以上の形状であることが挙げられる。更に、各種用途等、所期の目的を達成するために適した任意の形状であればよい。
Incident light = Reflected light + (Diffuse transmitted light + Direct transmitted light)
The shape of the sintered body of this embodiment may be, for example, one or more shapes selected from the group consisting of spherical, approximately spherical, elliptical, disk-like, cylindrical, cubic, rectangular, polyhedral, and approximately polyhedral. Furthermore, any shape suitable for achieving a desired purpose, such as various applications, may be used.

本実施形態の焼結体は、従来のジルコニア焼結体の用途、特に構造材料、光学材料、歯科用材料の群から選ばれる1以上に適用できるが、装飾品、時計や筐体などのアクセサリーのカバー用途、携帯電話などの携帯電子機器の外装部材など、高度な加工が要求される部材として使用することができる。特に、耐衝撃性を有することから、落下や衝突が発生しやすい携帯用途に使用されることが好ましい。
(粉末)
本実施形態の焼結体は、これと同様な組成を有する原料粉末を成形及び焼結することで作製することができるが、好ましい本実施形態の焼結体作製用粉末として、安定化元素、ニオブ、アルミナ、並びに、顔料成分として鉄、コバルト及び亜鉛を含むジルコニア粉末であって、安定化剤の含有量が2.0mol%以上5.5mol%以下、ニオブの含有量が0.1質量%以上3.0質量%以下、アルミナの含有量が0%超30質量%以下であり、BET比表面積が5.0m/g以上17.0m/g以下であるジルコニア粉末、が挙げられる。
The sintered body of the present embodiment can be used for conventional zirconia sintered bodies, particularly for one or more applications selected from the group consisting of structural materials, optical materials, and dental materials, but can also be used as components that require advanced processing, such as decorative items, covers for accessories such as watches and housings, and exterior components for portable electronic devices such as mobile phones. In particular, because of its impact resistance, it is preferably used for portable applications where drops and collisions are likely to occur.
(powder)
The sintered body of this embodiment can be produced by molding and sintering a raw material powder having a similar composition, but a preferred powder for producing the sintered body of this embodiment is a zirconia powder containing a stabilizing element, niobium, alumina, and iron, cobalt, and zinc as pigment components, in which the stabilizer content is 2.0 mol% or more and 5.5 mol% or less, the niobium content is 0.1 mass% or more and 3.0 mass% or less, the alumina content is more than 0% and 30 mass% or less, and the BET specific surface area is 5.0 m 2 /g or more and 17.0 m 2 /g or less.

本実施形態の粉末は、安定化元素を含むジルコニア粉末である。安定化元素は、ジルコニアを安定化する機能を有する元素であり、本実施形態の粉末が含有する安定化元素は、カルシウム、マグネシウム、スカンジウム、ランタン、イットリウム、ネオジム、セリウム、ガドリニウム、エルビウム及びイッテルビウムの群より選ばれる1以上が好ましく、カルシウム、ランタン、イットリウム、ネオジム、ガドリニウム、エルビウム及びイッテルビウムの群より選ばれる1以上が好ましく、イットリウム、ランタン、ネオジム、ガドリニウム及びエルビウムの群より選ばれる1以上、イットリウム、ランタン、及びネオジムより選ばれる1以上、イットリウム及びネオジムの群より選ばれる1以上、イットリウム及びランタンの群より選ばれる1以上、イットリウム及びエルビウムの群より選ばれる1以上、又は、イットリウムであることがより好ましい。本実施形態における粉末は該安定化元素を2種類以上含んでいてもよく、この場合、安定化元素は、カルシウム、マグネシウム、スカンジウム、ランタン、イットリウム、ネオジム、セリウム、ガドリニウム、エルビウム及びイッテルビウムの群より選ばれる2以上であることが挙げられ、イットリウムと、イットリウム以外の安定化元素(副安定化元素)との組合せであることが好ましい。本実施形態の焼結体が含む副安定化元素は、カルシウム、マグネシウム、スカンジウム、ランタン、ネオジム、セリウム、ガドリニウム、エルビウム及びイッテルビウムの群より選ばれる1以上が好ましく、ランタン、エルビウム及びネオジムの群から選ばれる1以上がより好ましく、ランタン、エルビウム又はネオジムの群から選ばれる1以上が更に好ましく、エルビウムが更により好ましい。 The powder of this embodiment is a zirconia powder containing a stabilizing element. The stabilizing element is an element that functions to stabilize zirconia. The stabilizing element contained in the powder of this embodiment is preferably one or more selected from the group consisting of calcium, magnesium, scandium, lanthanum, yttrium, neodymium, cerium, gadolinium, erbium, and ytterbium, more preferably one or more selected from the group consisting of calcium, lanthanum, yttrium, neodymium, gadolinium, erbium, and ytterbium, and more preferably one or more selected from the group consisting of yttrium, lanthanum, neodymium, gadolinium, and erbium, one or more selected from the group consisting of yttrium, lanthanum, and neodymium, one or more selected from the group consisting of yttrium and neodymium, one or more selected from the group consisting of yttrium and lanthanum, one or more selected from the group consisting of yttrium and erbium, or yttrium. The powder of this embodiment may contain two or more types of stabilizing elements. In this case, the stabilizing elements may be two or more selected from the group consisting of calcium, magnesium, scandium, lanthanum, yttrium, neodymium, cerium, gadolinium, erbium, and ytterbium. A combination of yttrium and a stabilizing element other than yttrium (a secondary stabilizing element) is preferred. The secondary stabilizing element contained in the sintered body of this embodiment is preferably one or more selected from the group consisting of calcium, magnesium, scandium, lanthanum, neodymium, cerium, gadolinium, erbium, and ytterbium, more preferably one or more selected from the group consisting of lanthanum, erbium, and neodymium, even more preferably one or more selected from the group consisting of lanthanum, erbium, or neodymium, and even more preferably erbium.

本実施形態の粉末の安定化元素量は、ジルコニアの結晶相が安定化される量であればよい。安定化元素量は、0mol%超、1.5mol%以上、2.0mol%以上、2.5mol%以上であり、かつ、8.5mol%未満、5.5mol%以下、4.0mol%以下、3.4mol%以下又は3.2mol%であることが挙げられる。本実施形態の粉末の安定化元素量として、更に、0mol%を超え8.5mol%未満、1.5mol%以上5.5mol%以下、2.0mol%以上4.0mol%以下、2.5mol%以上4.0mol%以下、又は、2.5mol%以上3.2mol%以下が挙げられる。本実施形態の粉末が副安定化元素を含む場合、粉末の副安定化元素量は、0mol%超、0.05mol%以上、0.10mol%以上、0.20mol%以上、又は1.0mol%以上であり、かつ、5.5mol%未満、4.0mol%以下、3.0mol%以下又は1.9mol%以下が挙げられる。副安定化元素量は、0mol%超5.5mol%未満、0.05mol%以上4.0mol%以下、0.10mol%以上3.0mol%以下、0.20mol%以上1.9mol%以下、又は、1.0mol%以上1.9mol%以下が好ましい。 The amount of the stabilizing element in the powder of this embodiment may be any amount that stabilizes the zirconia crystalline phase. Examples of the amount of the stabilizing element include greater than 0 mol%, 1.5 mol% or more, 2.0 mol% or more, 2.5 mol% or more, and less than 8.5 mol%, 5.5 mol% or less, 4.0 mol% or less, 3.4 mol% or less, or 3.2 mol%. Further examples of the amount of the stabilizing element in the powder of this embodiment include greater than 0 mol% and less than 8.5 mol%, 1.5 mol% or more and 5.5 mol% or less, 2.0 mol% or more and 4.0 mol% or less, 2.5 mol% or more and 4.0 mol% or less, or 2.5 mol% or more and 3.2 mol% or less. When the powder of this embodiment contains a sub-stabilizing element, the amount of the sub-stabilizing element in the powder is greater than 0 mol%, 0.05 mol% or more, 0.10 mol% or more, 0.20 mol% or more, or 1.0 mol% or more, and less than 5.5 mol%, 4.0 mol% or less, 3.0 mol% or less, or 1.9 mol% or less. The amount of the sub-stabilizing element is preferably greater than 0 mol% and less than 5.5 mol%, 0.05 mol% to 4.0 mol%, 0.10 mol% to 3.0 mol%, 0.20 mol% to 1.9 mol%, or 1.0 mol% to 1.9 mol%.

安定化元素の合計含有量が上述の安定化元素量を満たす限り、各安定化元素の含有量は任意であり、以下の含有量が例示できる。 As long as the total content of the stabilizing elements satisfies the above-mentioned stabilizing element amount, the content of each stabilizing element is arbitrary, and examples of the content include the following:

イットリウム量は、0mol%超、1.0mol%以上、1.5mol%以上、2.0mol%以上又は2.5mol%以上であり、かつ、4.0mol%未満、3.5mol%以下、3.0mol%以下又は3.0mol%未満であることが挙げられ、0mol%超4.0mol%未満、1.0mol%以上3.5mol%以下、1.5mol%以上3.0mol%以下、又は、2.5mol%以上3.0mol%以下が好ましい。 The amount of yttrium may be greater than 0 mol%, 1.0 mol% or more, 1.5 mol% or more, 2.0 mol% or more, or 2.5 mol% or more, and less than 4.0 mol%, 3.5 mol% or less, 3.0 mol% or less, or less than 3.0 mol%, with greater than 0 mol% and less than 4.0 mol%, 1.0 mol% to 3.5 mol%, 1.5 mol% to 3.0 mol%, or 2.5 mol% to 3.0 mol% being preferred.

副安定化元素がエルビウムである場合、エルビウム量は、0mol%超、0.03mol%以上又は1.0mol%以上であり、かつ、4.0mol%未満、3.0mol%以下、2.0mol%以下又は1.9mol%以下であることが挙げられ、0mol%超4.0mol%未満、0.01mol%以上3.0mol%以下、0.03mol%以上2.0mol%以下、又は、1.0mol%以上1.9mol%以下が好ましい。 When the secondary stabilizing element is erbium, the amount of erbium may be greater than 0 mol%, 0.03 mol% or greater, or 1.0 mol% or greater, and less than 4.0 mol%, 3.0 mol% or less, 2.0 mol% or less, or 1.9 mol% or less, with greater than 0 mol% and less than 4.0 mol%, 0.01 mol% or greater but 3.0 mol%, 0.03 mol% or greater but 2.0 mol%, or 1.0 mol% or greater but 1.9 mol% being preferred.

副安定化元素がネオジムである場合、ネオジム量は、0mol%超、0.01mol%以上、0.03mol%以上、0.09mol%以上、0.2mol%以上又は0.25mol%以上であり、かつ、4.0mol%未満、3.0mol%以下、2.0mol%以下、0.5mol%以下又は0.4mol%以下であることが挙げられ、更に、0mol%を超え4.0mol%未満、0.01mol%以上2.0mol%以下、0.03mol%以上0.5mol%以下、又は、0.09mol%以上0.4mol%以下が好ましい。 When the secondary stabilizing element is neodymium, the neodymium amount may be greater than 0 mol%, 0.01 mol% or more, 0.03 mol% or more, 0.09 mol% or more, 0.2 mol% or more, or 0.25 mol% or more, and less than 4.0 mol%, 3.0 mol% or less, 2.0 mol% or less, 0.5 mol% or less, or 0.4 mol% or less, and more preferably greater than 0 mol% and less than 4.0 mol%, 0.01 mol% or more and 2.0 mol% or less, 0.03 mol% or more and 0.5 mol% or less, or 0.09 mol% or more and 0.4 mol% or less.

副安定化元素がランタンである場合、ランタン量は、0mol%超、0.01mol%以上、0.03mol%以上又は0.1mol%以上であり、かつ、4.0mol%未満、3.0mol%以下、2.0mol%以下又は0.5mol%以下であることが挙げられ、更に、0mol%超4.0mol%未満、0.01mol%以上0.5mol%以下、又は、0.1mol%以上0.5mol%以下が好ましい。 When the secondary stabilizing element is lanthanum, the amount of lanthanum may be greater than 0 mol%, 0.01 mol% or greater, 0.03 mol% or greater, or 0.1 mol% or greater, and less than 4.0 mol%, 3.0 mol% or less, 2.0 mol% or less, or 0.5 mol% or less, and more preferably greater than 0 mol% but less than 4.0 mol%, 0.01 mol% or greater but 0.5 mol%, or 0.1 mol% or greater but 0.5 mol% or less.

本実施形態の粉末は、ニオブを含む。ニオブを含有することにより、得られる焼結体の耐衝撃性および遮光性を向上させる効果が期待される。ニオブの含有量は0質量%超、0.1質量%超、0.5質量%以上又は1.0質量%以上であり、なおかつ、3.0質量%以下、2.5質量%以下、2.0質量%以下であってもよい。また、ニオブ量は0質量%超3.0質量%以下が挙げられ、1.0質量%以上3.0質量%以下、1.0質量%以上2.5質量%以下が好ましい。 The powder of this embodiment contains niobium. The inclusion of niobium is expected to have the effect of improving the impact resistance and light-blocking properties of the resulting sintered body. The niobium content may be greater than 0 mass%, greater than 0.1 mass%, 0.5 mass% or more, or 1.0 mass% or more, and may be 3.0 mass% or less, 2.5 mass% or less, or 2.0 mass% or less. The niobium amount may be greater than 0 mass% and 3.0 mass% or less, and preferably 1.0 mass% or more and 3.0 mass% or less, or 1.0 mass% or more and 2.5 mass% or less.

本実施形態の粉末はアルミナを含む。アルミナ量は0質量%超30質量%未満が挙げられる。アルミナを含むこと(すなわち、アルミナ量が0質量%を超えること)により、より低温における焼結によって本実施形態の焼結体が得られる。また、アルミナ量が30質量%未満であることで、焼結体の機械的特性、例えば静的強度のような機械的特性、が高くなりやすい。アルミナ量は0質量%を超え30質量%未満が挙げられる。アルミナを含むことで比較的低温でも緻密な焼結体が得られやすくなる。遮蔽性が向上するため、アルミナ量は0質量%以上、0質量%超、0.005質量%以上、0.05質量%以上、0.1質量%以上、0.25質量%以上、0.5質量%以上又は1質量%以上であることが好ましい。一方、機械的特性、例えば静的強度のような機械的特性、が高くなるため、アルミナ量は30質量%未満、20質量%以下、10質量%以下、5質量%以下又は2質量%以下であってもよい。本実施形態の焼結体のアルミナ量として、0質量%超20質量%以下、又は、0.1質量%以上10質量%以下であることが挙げられる。 The powder of this embodiment contains alumina. The alumina amount can be greater than 0% by mass and less than 30% by mass. By including alumina (i.e., an alumina amount greater than 0% by mass), the sintered body of this embodiment can be obtained by sintering at a lower temperature. Furthermore, by including an alumina amount less than 30% by mass, the mechanical properties of the sintered body, such as static strength, tend to be improved. The alumina amount can be greater than 0% by mass and less than 30% by mass. By including alumina, a dense sintered body can be obtained even at relatively low temperatures. To improve shielding properties, the alumina amount is preferably 0% by mass or more, greater than 0% by mass, 0.005% by mass or more, 0.05% by mass or more, 0.1% by mass or more, 0.25% by mass or more, 0.5% by mass or more, or 1% by mass or more. On the other hand, to improve mechanical properties, such as static strength, the alumina amount can be less than 30% by mass, 20% by mass or less, 10% by mass or less, 5% by mass or less, or 2% by mass or less. The alumina content of the sintered body of this embodiment may be greater than 0% by mass and less than 20% by mass, or greater than 0.1% by mass and less than 10% by mass.

本実施形態の粉末は、顔料成分として鉄、コバルト及び亜鉛を含む。本実施形態の粉末に含まれる顔料成分とは、焼結体を着色する機能を有する成分をいう。これにより、焼結体がジルコニア本来の色調とは異なる任意の色調を呈することができる。顔料成分の中でも特に、鉄、コバルト及び亜鉛を含むことにより、焼結体の遮光性が向上するほか、比較的低温で焼結した場合でも緻密な焼結体が得られやすい。なお上記した安定化元素は、焼結体を着色する機能を有する元素であっても、含有量の算出は顔料成分には含まれず、安定化元素として含まれるものとして算出されるものとする。例えば、ネオジム、セリウム、エルビウムは、焼結体を着色する機能を有する元素であるが、含有量の算出については顔料成分には含まれず、安定化元素として含まれるものとして算出されるものとする。 The powder of this embodiment contains iron, cobalt, and zinc as pigment components. The pigment components contained in the powder of this embodiment refer to components that have the function of coloring the sintered body. This allows the sintered body to exhibit any color tone different from the inherent color tone of zirconia. Among the pigment components, the inclusion of iron, cobalt, and zinc in particular improves the light-blocking properties of the sintered body and makes it easier to obtain a dense sintered body even when sintered at a relatively low temperature. Note that even if the above-mentioned stabilizing elements have the function of coloring the sintered body, they are not included in the pigment components when calculating their content, but are calculated as stabilizing elements. For example, neodymium, cerium, and erbium are elements that have the function of coloring the sintered body, but are not included in the pigment components when calculating their content, but are calculated as stabilizing elements when calculating their content.

鉄量は、0.10質量%以上が挙げられ、0.20質量%以上、0.30質量%以上、又は0.50質量%以上が好ましく、かつ、5.0質量%以下が挙げられ、4.5質量%以下、3.0質量%以下、又は2.0質量%以下が好ましい。さらに、鉄量は0.10質量%以上5.0質量%以下であることが挙げられ、更には、0.20質量%以上4.5質量%以下、0.30質量%以上3.0質量%以下、又は、0.50質量%以上2.0質量%以下が好ましい。 The iron content can be 0.10% by mass or more, preferably 0.20% by mass or more, 0.30% by mass or more, or 0.50% by mass or more, and can be 5.0% by mass or less, preferably 4.5% by mass or less, 3.0% by mass or less, or 2.0% by mass or less. Furthermore, the iron content can be 0.10% by mass or more and 5.0% by mass or less, and even more preferably 0.20% by mass or more and 4.5% by mass or less, 0.30% by mass or more and 3.0% by mass or less, or 0.50% by mass or more and 2.0% by mass or less.

コバルト量は0.10質量%以上が挙げられ、0.20質量%以上又は0.25質量%以上が好ましく、かつ、3.0質量%以下が挙げられ、2.0質量%以下、1.5質量%以下、又は1.0質量%以下が好ましい。さらに、コバルト量は0.10質量%以上3.0質量%以下であることが挙げられ、更には、0.20質量%以上2.0質量%以下、0.25質量%以上1.5質量%以下、又は0.25質量%以上1.0質量%以下である。 The cobalt amount can be 0.10% by mass or more, preferably 0.20% by mass or more or 0.25% by mass or more, and can be 3.0% by mass or less, preferably 2.0% by mass or less, 1.5% by mass or less, or 1.0% by mass or less. Furthermore, the cobalt amount can be 0.10% by mass or more and 3.0% by mass or less, and even more preferably 0.20% by mass or more and 2.0% by mass or less, 0.25% by mass or more and 1.5% by mass or less, or 0.25% by mass or more and 1.0% by mass or less.

亜鉛量は0.05質量%以上が挙げられ、0.10質量%以上が好ましく、かつ、1.0質量%以下が挙げられ、0.70質量%以下、又は0.50質量%以下が好ましい。さらに、亜鉛量は0.05質量%以上1.0質量%以下であることが挙げられ、好ましくは0.10質量%以上0.70質量%以下、より好ましくは0.10質量%より高く0.50質量%以下である。 The zinc content can be 0.05% by mass or more, preferably 0.10% by mass or more, and 1.0% by mass or less, preferably 0.70% by mass or less, or 0.50% by mass or less. Furthermore, the zinc content can be 0.05% by mass or more and 1.0% by mass or less, preferably 0.10% by mass or more and 0.70% by mass or less, and more preferably more than 0.10% by mass and 0.50% by mass or less.

本実施形態の粉末は、上述した鉄、コバルト、亜鉛以外の顔料成分をさらに含んでいてもよい。鉄、コバルト、亜鉛以外の顔料成分としては、例えば、金属元素を含む化合物、更には遷移金属元素及びこれを含む化合物であることが好ましい。具体的な鉄、コバルト、亜鉛以外の顔料成分として、バナジウム、マンガン、ニッケル及び銅の群から選ばれる1種以上の元素、並びにこれらを1種以上含む化合物であることがより好ましく、これらを1種以上含む酸化物であることがさらに好ましい。本実施形態の焼結体は、顔料成分としてクロムを含んでいてもよいが、環境問題の観点からクロムを含まないことが好ましい。 The powder of this embodiment may further contain pigment components other than the above-mentioned iron, cobalt, and zinc. Examples of pigment components other than iron, cobalt, and zinc are preferably compounds containing metal elements, and transition metal elements and compounds containing them. Specific pigment components other than iron, cobalt, and zinc are more preferably one or more elements selected from the group consisting of vanadium, manganese, nickel, and copper, and compounds containing one or more of these, and even more preferably oxides containing one or more of these. The sintered body of this embodiment may contain chromium as a pigment component, but preferably does not contain chromium from an environmental perspective.

本実施形態の粉末のその他顔料成分の含有量は任意であるが、0質量%超、0.001質量%以上、0.005質量%以上、0.01質量%以上、0.05質量%以上、0.1質量%以上であることが好ましく、5.0質量%以下、3.5質量%以下、3.0質量%以下であることが好ましい。また、その他顔料成分量は、0質量%超5.0質量%以下、0.001質量%以上3.5質量%以下、又は、0.005質量%以上3.0質量%以下であることが好ましい。 The content of other pigment components in the powder of this embodiment is arbitrary, but is preferably greater than 0% by mass, 0.001% by mass or more, 0.005% by mass or more, 0.01% by mass or more, 0.05% by mass or more, or 0.1% by mass or more, and is preferably 5.0% by mass or less, 3.5% by mass or less, or 3.0% by mass or less. Furthermore, the amount of other pigment components is preferably greater than 0% by mass but less than 5.0% by mass, 0.001% by mass or more but less than 3.5% by mass, or 0.005% by mass or more but less than 3.0% by mass.

本実施形態の粉末は、ニオブ、アルミナ及び顔料成分以外にも、シリカ、チタニア、及び酸化ガリウムの群より選ばれる1以上の添加成分を含んでいてもよい。このような添加剤を含むことで、所望の機械的特性を有する焼結体を得ることができる。 The powder of this embodiment may contain, in addition to niobium, alumina, and pigment components, one or more additive components selected from the group consisting of silica, titania, and gallium oxide. By including such additives, a sintered body with desired mechanical properties can be obtained.

本実施形態の粉末は、ハフニア等の不可避不純物を含んでいてもよい。本実施形態において、焼結体の各成分の含有量の算出は、ハフニアをジルコニアとみなしてこれらの値を算出すればよい。 The powder of this embodiment may contain inevitable impurities such as hafnia. In this embodiment, the content of each component in the sintered body can be calculated by treating hafnia as zirconia.

本実施形態の粉末における、ニオブ、アルミナ、顔料成分、その他顔料成分及び添加成分は、それぞれ、任意の形態で粉末に含まれていればよく、化合物、更には複合酸化物及び酸化物の少なくともいずれかとして含まれていてもよく、また、その一部又は全部がジルコニアに固溶して含まれていてもよい。 In the powder of this embodiment, the niobium, alumina, pigment components, other pigment components, and additive components may each be contained in the powder in any form, and may be contained as a compound, a composite oxide, or an oxide, or some or all of these may be contained as a solid solution in zirconia.

本実施形態の粉末における顔料成分は一部もしくは全量がスピネル型の金属酸化物を形成していてもよい。顔料成分の一部もしくは全量がスピネル型の金属酸化物を形成していることで、遮蔽性が向上するほか色調が安定しやすい。スピネル型の金属酸化物は、ABで表され、AおよびBがそれぞれMg、Ca、Sr、Y、La、Gd、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn及びAlの群より選ばれる1以上であることが望ましく、更にはABで表され、A及びBがそれぞれMg、Ca、Sr、Y、Gd、Fe、Co、Ni、Zn及びAlの群から選ばれる1以上であることがより望ましい。本実施形態の粉末に含まれうるスピネル型の金属酸化物は、ABで表したときに、AサイトおよびBサイトに複数の元素が含まれていてもよく、AサイトおよびBサイトに複数の元素が含まれていた場合のAサイト中、Bサイト中の各元素の組成比は任意である。具体的なスピネル型の金属酸化物として、CoAl、ZnFe、MgFe、CoFe、NiFe、Co(Fe,Al)及び(Co,Zn)(Fe,Al)の群から選ばれる1以上が挙げられる。 A part or all of the pigment component in the powder of this embodiment may form a spinel-type metal oxide. When a part or all of the pigment component forms a spinel-type metal oxide, the shielding properties are improved and the color tone tends to be stable. The spinel-type metal oxide is preferably represented by AB2O4 , where A and B are each one or more selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Y, La, Gd, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, and Al. It is more preferable that the spinel-type metal oxide is represented by AB2O4 , where A and B are each one or more selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Y, Gd, Fe, Co, Ni, Zn, and Al. The spinel-type metal oxide that can be contained in the powder of this embodiment may contain multiple elements in the A site and the B site when represented by AB2O4 . When multiple elements are contained in the A site and the B site, the composition ratio of each element in the A site and the B site is optional. Specific examples of spinel-type metal oxides include one or more selected from the group consisting of CoAl2O4 , ZnFe2O4 , MgFe2O4 , CoFe2O4 , NiFe2O4 , Co(Fe , Al) 2O4 , and ( Co ,Zn)(Fe,Al) 2O4 .

本実施形態の粉末は、BET比表面積が5.0m/g以上17.0m/g以下である。本実施形態の粉末は、BET比表面積が、6.0m/g以上16m/g以下、7.0m/g以上14.0m/g以下、又は、8.0m/g以上12.0m/g以下であることが好ましい。BET比表面積がこの範囲内であることで、結晶子径が25nm以上100nm以下である焼結体が得られやすい。 The powder of this embodiment has a BET specific surface area of 5.0 m 2 /g or more and 17.0 m 2 /g or less. The powder of this embodiment preferably has a BET specific surface area of 6.0 m 2 /g or more and 16 m 2 /g or less, 7.0 m 2 /g or more and 14.0 m 2 /g or less, or 8.0 m 2 /g or more and 12.0 m 2 /g or less. When the BET specific surface area is within this range, a sintered body having a crystallite diameter of 25 nm or more and 100 nm or less can be easily obtained.

本実施形態において、粉末のBET比表面積は、JIS R 1626-1996に準じた方法であって、一般的な流動式比表面積自動測定装置(例えば、装置名:フローソーブIII2305、島津製作所社製)、及び吸着物質として窒素(N)を用いたBET1点法により求められる。測定に先立ち、粉末は真空雰囲気下、250℃で2時間処理することで前処理すればよい。 In this embodiment, the BET specific surface area of the powder is determined in accordance with JIS R 1626-1996 by a single-point BET method using a general automatic flow-type specific surface area measuring device (for example, FlowSorb III2305, manufactured by Shimadzu Corporation) and nitrogen (N 2 ) as the adsorbent. Prior to the measurement, the powder may be pretreated by treating it in a vacuum atmosphere at 250°C for 2 hours.

本実施形態の粉末は、粉末の累積粒度分布における10%粒子径D10が0.15μm以上0.50μm以下、かつ、粉末の累積粒度分布における90%粒子径D90が0.50μm以上1.30μm以下であることが好ましい。D10及びD90は、いずれも粉末の二次粒子径の分布を示す指標である。D10及びD90がこの範囲内であることで、焼結体中のジルコニアの正方晶の安定性が制御される結果、結晶子径Dが25nm以上100nm以下である焼結体が得られやすくなると考えられる。 The powder of this embodiment preferably has a 10% particle size D10 in the cumulative particle size distribution of 0.15 μm or more and 0.50 μm or less, and a 90% particle size D90 in the cumulative particle size distribution of 0.50 μm or more and 1.30 μm or less. D10 and D90 are both indices that indicate the secondary particle size distribution of the powder. By having D10 and D90 within these ranges, it is believed that the stability of the tetragonal zirconia in the sintered body is controlled, making it easier to obtain a sintered body with a crystallite size Dt of 25 nm or more and 100 nm or less.

本実施形態の粉末は、D10が0.15μm以上0.50μm以下、0.20μm以上0.48μm以下、又は0.30μm以上0.46μm以下であることが例示できる。10%粒子径D10は、0.15μm以上、0.20μm以上、又は0.30μm以上であり、かつ、0.50μm以下、0.48μm以下、又は0.46μm以下が好ましい。D10が小さくなると、焼結体中のジルコニアの正方晶が不安定化し、結晶子径が小さくなりやすい。 The powder of this embodiment may have a D10 of 0.15 μm or more and 0.50 μm or less, 0.20 μm or more and 0.48 μm or less, or 0.30 μm or more and 0.46 μm or less. The 10% particle size D10 is preferably 0.15 μm or more, 0.20 μm or more, or 0.30 μm or more, and 0.50 μm or less, 0.48 μm or less, or 0.46 μm or less. If D10 is small, the tetragonal zirconia crystals in the sintered body become unstable, and the crystallite size tends to become small.

また、本実施形態の粉末は、D90が0.50μm以上1.5μm以下、0.50μm以上1.3μm以下、0.525μm以上1.25μm以下、0.55μm以上1.2μm以下、又は、0.55μm以上1.0μm未満であることが例示できる。90%粒子径D90は、0.50μm以上、0.50μm超、0.525μm以上、0.55μm以上であることがより好ましく、1.5μm以下、1.3μm以下、1.2μm以下、又は1.0μm未満であることがより好ましい。D90が大きくなると、焼結体中のジルコニアの正方晶が不安定化し、結晶子径が小さくなりやすい。 The powder of this embodiment may have a D90 of 0.50 μm or more and 1.5 μm or less, 0.50 μm or more and 1.3 μm or less, 0.525 μm or more and 1.25 μm or less, 0.55 μm or more and 1.2 μm or less, or 0.55 μm or more and less than 1.0 μm. The 90% particle size D90 is preferably 0.50 μm or more, more preferably more than 0.50 μm, 0.525 μm or more, or 0.55 μm or more, and more preferably 1.5 μm or less, 1.3 μm or less, 1.2 μm or less, or less than 1.0 μm. If D90 is large, the tetragonal zirconia crystals in the sintered body become unstable, and the crystallite size tends to become small.

本実施形態において、D10及びD90は、一般的なマイクロトラック粒度分布(例えば、装置名:MT3000II、マイクロトラック・ベル社製)のHRAモードにより測定することで得られた累積粒度分布曲線より求めることができる。粉末顆粒等の粉末の凝集をほぐすことを目的に、測定に先立ち、粉末試料を純水に懸濁させたスラリーを、超音波ホモジナイザー等を用いて前処理してもよい。また、スラリーの作製に際し、分散剤(例えば、ヘキサメタリン酸ナトリウム)を用いてもよい。 In this embodiment, D10 and D90 can be determined from a cumulative particle size distribution curve obtained by measuring using the HRA mode of a general Microtrac particle size distribution analyzer (for example, device name: MT3000II, manufactured by Microtrac Bell). In order to break up agglomerations of powder such as powder granules, a slurry prepared by suspending a powder sample in pure water may be pretreated using an ultrasonic homogenizer or the like prior to measurement. Furthermore, a dispersant (for example, sodium hexametaphosphate) may be used when preparing the slurry.

本実施形態の粉末は成形助剤を含んでいてもよい。成形助剤を含むことで、本実施形態を成形して得られる成形体が高い強度を有する。成型助剤は、乾式プレス成形に使用されるセラミックスの粉末に適用し得る成形助剤、更にはセラミックスの粉末の乾式プレス成形で得られる成形体の特性を改善し得る成形助剤であればよい。このような成型助剤として、ポリエチレングリコール樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリビニルピロリドン系樹脂及びアクリル系樹脂の群から選ばれる1以上が例示できる。具体的な成形助剤として、例えば、AS-1100,AS-1800及びAS-2000の群から選ばれる1以上(いずれも製品名。東亜合成社製)が挙げられる。 The powder of this embodiment may contain a molding aid. By including a molding aid, the molded body obtained by molding this embodiment has high strength. The molding aid may be a molding aid that is applicable to ceramic powder used in dry press molding, and may further be a molding aid that can improve the properties of molded bodies obtained by dry press molding of ceramic powder. Examples of such molding aids include one or more selected from the group consisting of polyethylene glycol resin, polyvinyl alcohol resin, polyvinylpyrrolidone resin, and acrylic resin. Specific examples of molding aids include one or more selected from the group consisting of AS-1100, AS-1800, and AS-2000 (all product names, manufactured by Toagosei Co., Ltd.).

本実施形態の粉末は、顆粒化された粉末(以下、「粉末顆粒」ともいう。)であってもよい。粉末顆粒は、平均顆粒径が30μm以上80μm以下、更には50μm以上60μm以下であること、及び、嵩密度が1.00g/cm以上1.50g/cm以下、更には1.10g/cm以上1.45g/cm以下であることが挙げられる。
(粉末の製造方法)
本実施形態の粉末が得られればその製造方法は任意である。本実施形態の粉末の製造方法の一例として、主相が単斜晶ジルコニアである結晶性ジルコニアを含むジルコニアゾル及び安定化元素源を含む組成物を、600℃以上1250℃以下で熱処理して仮焼粉末とすること(以下、「粉末仮焼工程」ともいう。)、並びに、該仮焼粉末、ニオブ源、アルミナ源、鉄源、コバルト源及び亜鉛源を粉砕すること(以下、「粉砕工程」ともいう。)、を含む製造方法、が挙げられる。
The powder of this embodiment may be a granulated powder (hereinafter also referred to as "powder granules"). The powder granules may have an average granule diameter of 30 μm to 80 μm, or even 50 μm to 60 μm, and a bulk density of 1.00 g/ cm3 to 1.50 g/cm3, or even 1.10 g/ cm3 to 1.45 g/ cm3 .
(Method for producing powder)
Any manufacturing method may be used as long as the powder of this embodiment can be obtained. One example of the manufacturing method of the powder of this embodiment includes a manufacturing method including: heat-treating a composition containing a zirconia sol containing crystalline zirconia whose main phase is monoclinic zirconia and a stabilizing element source at 600°C or higher and 1250°C or lower to form a calcined powder (hereinafter also referred to as a "powder calcining step"); and pulverizing the calcined powder, a niobium source, an alumina source, an iron source, a cobalt source, and a zinc source (hereinafter also referred to as a "pulverizing step").

粉末仮焼工程には、主相が単斜晶ジルコニアである結晶性ジルコニアを含むジルコニアゾル及び安定化元素源を含む組成物(以下、「原料組成物」ともいう。)を供する。 The powder calcination process involves providing a zirconia sol containing crystalline zirconia, the main phase of which is monoclinic zirconia, and a composition containing a stabilizing element source (hereinafter also referred to as the "raw material composition").

主相が単斜晶ジルコニアである結晶性ジルコニアを含むジルコニアゾルの製造方法は任意であり、水熱合成法及び加水分解法の少なくともいずれかが例示できる。水熱合成法では、溶媒存在下でジルコニウム塩とアルカリ等とを混合して得られる共沈物を100~200℃で熱処理することでジルコニアゾルが得られる。また、加水分解法では、溶媒存在下でジルコニウム塩を加熱することで該ジルコニウム塩が加水分解してジルコニアゾルが得られる。このように、ジルコニアゾルは水熱合成法及び加水分解法の少なくともいずれかで得られるジルコニアゾルであることが例示でき、加水分解法で得られるジルコニアゾルであることが好ましい。ジルコニアゾルの製造方法で使用される前駆体としてジルコニウム塩が挙げられる。ジルコニウム塩は、オキシ塩化ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、塩化ジルコニウム及び硫酸ジルコニウムの群から選ばれる1種以上が例示でき、硝酸ジルコニウム及びオキシ塩化ジルコニウムの少なくともいずれかであることが好ましく、オキシ塩化ジルコニウムであることがより好ましい。 Any method can be used to produce zirconia sol containing crystalline zirconia whose main phase is monoclinic zirconia. Examples include hydrothermal synthesis and/or hydrolysis. In the hydrothermal synthesis method, a zirconia sol is obtained by mixing a zirconium salt with an alkali or the like in the presence of a solvent, and then heat-treating the resulting coprecipitate at 100-200°C. In the hydrolysis method, a zirconium salt is heated in the presence of a solvent, whereby the zirconium salt is hydrolyzed to produce a zirconia sol. Thus, examples of zirconia sols include those obtained by hydrothermal synthesis and/or hydrolysis, with hydrolysis being preferred. Examples of precursors used in the method for producing zirconia sol include zirconium salts. Examples of zirconium salts include one or more selected from the group consisting of zirconium oxychloride, zirconium nitrate, zirconium chloride, and zirconium sulfate. At least one of zirconium nitrate and zirconium oxychloride is preferred, with zirconium oxychloride being more preferred.

粉末仮焼工程により、ジルコニアの粉末の前駆体である仮焼粉末が得られる。ジルコニア原料組成物は、ニオブ源及びアルミナ源の少なくともいずれかを含んでいてもよい。 The powder calcination step produces calcined powder, which is a precursor to zirconia powder. The zirconia raw material composition may contain at least one of a niobium source and an alumina source.

安定化元素源は、安定化元素の酸化物及びその前駆体となる安定化元素を含む化合物の少なくともいずれかであればよく、安定化元素の酸化物の前駆体となる酸化物、水酸化物、オキシ塩化物、塩化物、酢酸塩、硝酸塩及び硫酸塩の群から選ばれる1種以上が例示でき、塩化物及び硝酸塩の少なくともいずれかであることが好ましい。(以下、安定化元素がイットリウム等である場合の安定化元素源を、それぞれ、「イットリウム源」等ともいう。)。原料組成物における安定化元素源の含有量は、目的とする焼結体の安定化元素量と同等であればよい。 The stabilizing element source may be at least one of an oxide of the stabilizing element and a compound containing the stabilizing element that serves as a precursor to the oxide of the stabilizing element. Examples of the stabilizing element source include one or more precursors to the oxide of the stabilizing element selected from the group consisting of oxides, hydroxides, oxychlorides, chlorides, acetates, nitrates, and sulfates, with at least one of chlorides and nitrates being preferred. (Hereinafter, the stabilizing element source when the stabilizing element is yttrium or the like will also be referred to as the "yttrium source," etc.). The content of the stabilizing element source in the raw material composition may be equivalent to the amount of the stabilizing element in the desired sintered body.

イットリウム源は、イットリア及びその前駆体となるイットリウム化合物の少なくともいずれかであればよく、塩化イットリウム、イットリア及び炭酸イットリウムの群から選ばれる1以上が挙げられ、塩化イットリウムであることが好ましい。 The yttrium source may be at least one of yttria and its precursor yttrium compounds, and may be one or more selected from the group consisting of yttrium chloride, yttria, and yttrium carbonate, with yttrium chloride being preferred.

エルビウム源は、エルビア(酸化エルビウム)及びその前駆体となるエルビウム化合物の少なくともいずれかであればよく、塩化エルビウム、エルビア及び炭酸エルビウムの群から選ばれる1以上が挙げられ、酸化エルビウムであることが好ましい。 The erbium source may be at least one of erbia (erbium oxide) and its precursor erbium compounds, including one or more selected from the group consisting of erbium chloride, erbia, and erbium carbonate, with erbium oxide being preferred.

ネオジム源は、ネオジア(酸化ネオジム)及びその前駆体となるネオジム化合物の少なくともいずれかであればよく、塩化ネオジム、ネオジア、水酸化ネオジム及び炭酸ネオジムの群から選ばれる1以上があげられ、ネオジアであることが好ましい。 The neodymium source may be at least one of neodia (neodymium oxide) and its precursor neodymium compounds, including one or more selected from the group consisting of neodymium chloride, neodia, neodymium hydroxide, and neodymium carbonate, with neodia being preferred.

ニオブ源は、酸化ニオブ及びその前駆体となる化合物の少なくともいずれかであればよく、酸化ニオブの前駆体となるゲルマニウムの水酸化物、塩化物、アルコキシド、硝酸塩、シュウ酸塩及び硫酸塩の群から選ばれる1種以上が例示でき、酸化ニオブ、その前駆体となるゲルマニウムの水酸化物及びアルコキシド群から選ばれる1種以上であることが好ましい。原料組成物におけるニオブ源の含有量は、目的とする焼結体のニオブ含有量と同等であればよい。 The niobium source may be at least one of niobium oxide and its precursor compound. Examples of the niobium source include one or more compounds selected from the group consisting of germanium hydroxides, chlorides, alkoxides, nitrates, oxalates, and sulfates, which are precursors to niobium oxide. Niobium oxide and one or more compounds selected from the group consisting of germanium hydroxides and alkoxides, which are precursors to niobium oxide, are preferred. The content of the niobium source in the raw material composition may be equivalent to the niobium content in the desired sintered body.

アルミナ源は、アルミナ及びその前駆体となるアルミニウムを含む化合物の少なくともいずれかであり、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、アルミナゾル及びアルミナの群から選ばれる1以上が挙げられ、アルミナであることが好ましい。原料組成物におけるアルミナ源の含有量は、目的とする焼結体のアルミナ含有量と同等であればよい。 The alumina source is at least one of alumina and its precursor aluminum-containing compounds, and may be one or more selected from the group consisting of aluminum chloride, aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum hydroxide, alumina sol, and alumina, with alumina being preferred. The content of the alumina source in the raw material composition may be equal to the alumina content in the desired sintered body.

単斜晶ジルコニアであるジルコニアを含むジルコニアゾルの代わりにジルコニア源として、酸化ジルコニウムを使用してもよいし、安定化元素を含有する、安定化元素含有ジルコニアを使用してもよい。安定化元素含有ジルコニアとしては、例えば、イットリウム安定化ジルコニアなどが挙げられる。安定化元素含有ジルコニアを使用する場合、ジルコニアに安定化元素を含有させる方法は任意である。例えば、水和ジルコニアゾルと、目的とする安定化元素含有量と同等の安定化元素源とを混合し、乾燥、仮焼及び水洗することが挙げられる。 Instead of a zirconia sol containing monoclinic zirconia, zirconium oxide may be used as the zirconia source, or stabilizing element-containing zirconia containing a stabilizing element may be used. Examples of stabilizing element-containing zirconia include yttrium-stabilized zirconia. When using stabilizing element-containing zirconia, any method can be used to incorporate the stabilizing element into the zirconia. For example, hydrated zirconia sol may be mixed with a stabilizing element source having a desired stabilizing element content, followed by drying, calcination, and water washing.

更には、ジルコニアとして、ニオブ及び安定化元素を含有するニオブ含有安定化ジルコニアを使用してもよい。ニオブ含有安定化ジルコニアを使用する場合、ジルコニアにニオブを含有させる方法は任意である。例えば、水和ジルコニアゾルと、安定化元素源と、ニオブ源を混合し、乾燥、仮焼及び水洗する方法や、水和ジルコニアゾルと、安定化元素源を混合し、乾燥、仮焼したのち、ニオブ源を混合して仮焼する方法が挙げられる。 Furthermore, niobium-containing stabilized zirconia containing niobium and a stabilizing element may be used as the zirconia. When using niobium-containing stabilized zirconia, any method can be used to incorporate niobium into the zirconia. For example, a method of mixing a hydrated zirconia sol with a stabilizing element source and a niobium source, followed by drying, calcining, and washing with water, or a method of mixing a hydrated zirconia sol with a stabilizing element source, drying, calcining, and then mixing with a niobium source and calcining the mixture may be used.

混合方法は任意であり、好ましくは乾式混合及び湿式混合の少なくともいずれか、より好ましくは湿式混合、更に好ましくはボールミルを使用した湿式混合である。 Any mixing method may be used, but preferably at least one of dry mixing and wet mixing, more preferably wet mixing, and even more preferably wet mixing using a ball mill.

粉末仮焼工程では、500℃以上1250℃以下、更には600℃以上1250℃以下で熱処理する。熱処理が500℃以上であることで、常圧焼結で緻密化しやすい粉末が得られる。一方、熱処理が1250℃以下であることで、粉砕によって分散しやすい粉末が得られやすくなる。熱処理の時間は熱処理温度、並びに、処理に供するジルコニア原料組成物の量及び熱処理炉の特性に応じ適宜変更すればよいが、例えば30分以上6時間以下が挙げられる。得られる仮焼粉末に対し、熱処理温度への昇温速度が与える影響はほとんどないが、該昇温速度として、例えば、50℃/時間以上1000℃/時間以下が挙げられる。 In the powder calcination process, heat treatment is performed at 500°C or higher and 1250°C or lower, and preferably 600°C or higher and 1250°C or lower. Heat treatment at 500°C or higher results in a powder that is easily densified by atmospheric sintering. On the other hand, heat treatment at 1250°C or lower results in a powder that is easily dispersed by pulverization. The heat treatment time can be adjusted appropriately depending on the heat treatment temperature, the amount of zirconia raw material composition used, and the characteristics of the heat treatment furnace, but can be, for example, 30 minutes to 6 hours. The rate of temperature increase to the heat treatment temperature has little effect on the resulting calcined powder, and the rate of temperature increase can be, for example, 50°C/hour to 1000°C/hour.

熱処理の雰囲気は任意であり、酸化雰囲気、還元雰囲気、不活性雰囲気及び真空雰囲気の群から選ばれるいずれかが例示でき、酸化雰囲気であることが好ましく、大気雰囲気であることがより好ましい。 The heat treatment atmosphere may be any atmosphere selected from the group consisting of an oxidizing atmosphere, a reducing atmosphere, an inert atmosphere, and a vacuum atmosphere. An oxidizing atmosphere is preferred, and an air atmosphere is more preferred.

粉末仮焼工程に供する原料組成物は、上述のジルコニアゾル、及び安定化元素源を含んでいればよく、安定化元素源の全部又は一部がジルコニアゾルに固溶していてもよい。例えば、ジルコニウム塩と安定化元素源とを混合して加水分解すること、又は、ジルコニウム塩、安定化元素源及びアルカリ等とを混合して共沈物とすること、などの方法により、安定化元素源の少なくとも一部がジルコニアに固溶しやすくなる。 The raw material composition used in the powder calcination step may contain the above-mentioned zirconia sol and stabilizing element source, and all or part of the stabilizing element source may be solid-dissolved in the zirconia sol. For example, at least part of the stabilizing element source can be easily solid-dissolved in zirconia by mixing a zirconium salt and a stabilizing element source and hydrolyzing the mixture, or by mixing a zirconium salt, a stabilizing element source, and an alkali or the like to form a coprecipitate.

粉砕工程では、仮焼粉末を粉砕処理する。安定化元素含有量が低いジルコニアは、焼結時に割れや欠けなどが発生しやすい。これに対し、仮焼粉末を粉砕処理することで焼結時の歩留まりが高くなりやすい。 In the crushing process, the calcined powder is crushed. Zirconia, which has a low content of stabilizing elements, is prone to cracking and chipping during sintering. In contrast, crushing the calcined powder tends to increase the yield during sintering.

粉砕方法は任意であり、湿式粉砕及び乾式粉砕の少なくともいずれかであればよく、湿式粉砕であることが好ましい。具体的な湿式粉砕として、ボールミル及び連続式媒体撹拌ミルの群から選ばれる1以上が例示でき、ボールミルであることが好ましい。 The grinding method can be any method, including at least one of wet grinding and dry grinding, with wet grinding being preferred. Specific examples of wet grinding include one or more methods selected from the group consisting of a ball mill and a continuous media agitation mill, with a ball mill being preferred.

粉砕工程に供する粉末は、仮焼粉末、又は、仮焼粉末、ニオブ源、アルミナ源、鉄源、コバルト源及び亜鉛源を含む混合粉末であってもよい。また、アルミナ源、鉄源、コバルト源及び亜鉛源は、予め各原料と反応させたうえで複合酸化物を形成していてもよい。 The powder subjected to the milling step may be a calcined powder or a mixed powder containing the calcined powder, a niobium source, an alumina source, an iron source, a cobalt source, and a zinc source. The alumina source, iron source, cobalt source, and zinc source may be reacted with each other in advance to form a composite oxide.

鉄源は、酸化鉄及びその前駆体となる鉄を含む化合物の少なくともいずれかであり、塩化鉄、酸化鉄及び水酸化鉄の群から選ばれる1以上が挙げられ、酸化鉄であることが好ましい。 The iron source is at least one of iron oxide and its precursor iron-containing compound, and may be one or more selected from the group consisting of iron chloride, iron oxide, and iron hydroxide, with iron oxide being preferred.

コバルト源は、酸化鉄及びその前駆体となるコバルトを含む化合物の少なくともいずれかであり、塩化コバルト、酸化コバルト及び水酸化コバルトの群から選ばれる1以上が挙げられ、酸化コバルトであることが好ましい。 The cobalt source is at least one of iron oxide and its precursor, a cobalt-containing compound, and may be one or more selected from the group consisting of cobalt chloride, cobalt oxide, and cobalt hydroxide, with cobalt oxide being preferred.

亜鉛源は、酸化亜鉛及びその前駆体となる亜鉛を含む化合物の少なくともいずれかであり、塩化亜鉛、酸化亜鉛及び水酸化亜鉛の群から選ばれる1以上が挙げられ、酸化亜鉛であることが好ましい。 The zinc source is at least one of zinc oxide and a zinc-containing compound that serves as a precursor to zinc oxide, and may be one or more selected from the group consisting of zinc chloride, zinc oxide, and zinc hydroxide, with zinc oxide being preferred.

また、粉砕工程に供する粉末は、上記の他、顔料成分を含む混合粉末であってもよい。 In addition to the above, the powder subjected to the grinding process may also be a mixed powder containing pigment components.

ボールミルによる粉砕条件として、例えば、仮焼粉末及び溶媒(例えば、水及びアルコールの少なくともいずれか、又は水)を混合して、スラリー質量に対する粉砕工程に供する粉末質量の質量割合が30質量%以上60質量%以下であるスラリーとし、該スラリーを直径0.5mm以上15mm以下のジルコニアボールを粉砕媒体として、粉砕することが挙げられる。粉砕時間は、処理に供する仮焼粉末の量に応じ適宜調整すればよく、例えば、5時間以上100時間以下が挙げられる。 Examples of milling conditions using a ball mill include mixing the calcined powder with a solvent (e.g., water and/or alcohol, or water) to form a slurry in which the mass ratio of the powder mass used in the milling process to the total slurry mass is 30% by mass or more and 60% by mass or less, and milling the slurry using zirconia balls with a diameter of 0.5 mm to 15 mm as milling media. The milling time can be adjusted appropriately depending on the amount of calcined powder used in the process, and can be, for example, 5 hours to 100 hours.

湿式粉砕後、任意の方法で乾燥してジルコニア粉末が得られる。乾燥条件として、大気雰囲気、110℃以上200℃以下が例示できる。 After wet grinding, the zirconia powder can be obtained by drying using any method. Drying conditions include air and temperatures between 110°C and 200°C.

粉末の操作性を向上させるため、粉末の製造方法において、粉末を顆粒化する工程(以下、「顆粒化工程」ともいう。)を含んでいてもよい。顆粒化は任意の方法であればよく、粉末と溶媒とを混合したスラリーを噴霧造粒すること、が挙げられる。該溶媒は水及びアルコールの少なくともいずれか、好ましくは水である。
(焼結体の製造方法)
本実施形態の焼結体の製造方法は任意であり、本実施形態の粉末を焼結する工程、を有する製造方法が例示できる。粉末は、どのような形態で上記の工程(以下、「焼結工程」ともいう。)に供されてもよく、焼結による熱収縮を考慮した上で、目的とする焼結体の形状が得られる形状であることが好ましい。例えば成形体(圧粉体)としてから焼結に供すること、又は、成形体を仮焼して仮焼体としてから焼結に供すること、が挙げられる。
To improve the handling of the powder, the manufacturing method of the powder may include a step of granulating the powder (hereinafter also referred to as the "granulation step"). Granulation may be performed by any method, such as spray granulation of a slurry in which the powder is mixed with a solvent. The solvent is at least one of water and alcohol, preferably water.
(Method for producing sintered body)
Any method for producing the sintered body of this embodiment can be used, and an example of such a method includes a step of sintering the powder of this embodiment. The powder may be subjected to the above step (hereinafter also referred to as the "sintering step") in any form, and it is preferable that the powder be in a form that allows the desired shape of the sintered body to be obtained, taking into consideration thermal shrinkage due to sintering. For example, the powder may be formed into a compact (pressed powder compact) and then subjected to sintering, or the compact may be calcined to form a calcined body and then subjected to sintering.

本実施形態の焼結体の製造方法において、粉末を成形して成形体(圧粉体)とする工程(以下、「成形工程」ともいう。)を含んでいてもよい。
成形に用いる原料は本実施形態の粉末の他、本実施形態の粉末をスラリー化した粉末スラリーや本実施形態の粉末と結合剤を含む粉末複合体であってもよい。結合剤は、セラミックスの成形に使用される有機バインダーであればよく、例えば、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ワックス及び可塑剤の群から選ばれる1以上が挙げられる。具体的な結合剤として、例えば、AS-1100,AS-1800及びAS-2000の群から選ばれる1以上(いずれも製品名。東亜合成社製)が挙げられる。
The method for producing a sintered body according to this embodiment may include a step of molding the powder into a molded body (green compact) (hereinafter also referred to as a "molding step").
The raw material used for molding may be the powder of this embodiment, a powder slurry obtained by slurriing the powder of this embodiment, or a powder composite containing the powder of this embodiment and a binder. The binder may be any organic binder used in molding ceramics, and examples thereof include one or more selected from the group consisting of acrylic resins, polyolefin resins, waxes, and plasticizers. Specific examples of binders include one or more selected from the group consisting of AS-1100, AS-1800, and AS-2000 (all product names, manufactured by Toagosei Co., Ltd.).

結合剤の含有量として、成形体の体積に占める結合剤の割合が室温で25容量%以上65容量%以下であることが例示できる。また、成形体100質量%中、結合剤が0質量%を超え10質量%であることが例示できる。結合剤を含むことで、得られる成形体の形状安定性が改善される。 The binder content can be, for example, 25% by volume or more and 65% by volume or less of the volume of the molded body at room temperature. Alternatively, the binder can be greater than 0% by mass and 10% by mass of 100% by mass of the molded body. The inclusion of a binder improves the shape stability of the resulting molded body.

成形体の形状は、焼結等の熱処理による収縮を考慮し、目的に応じた任意の形状であればよく、例えば、球状、略球状、楕円状、円板状、円柱状、立方体状、直方体状、多面体状及び略多面体状の群から選ばれる1以上が挙げられる。また、目的に応じた任意の形状であればよい。 The shape of the molded body may be any shape suitable for the purpose, taking into consideration shrinkage due to heat treatment such as sintering, and may be, for example, one or more shapes selected from the group consisting of spherical, approximately spherical, elliptical, disk-like, cylindrical, cubic, rectangular, polyhedral, and approximately polyhedral. Furthermore, the shape may be any shape suitable for the purpose.

成形方法は、本実施形態の粉末を圧粉体としうる公知の成形方法を使用してよく、好ましくは一軸加圧成形、等方加圧成形、射出成形、押出成形、転動造粒、スリップキャスト及び鋳込み成形の群から選ばれる1以上であり、より好ましくは一軸加圧成形及び等方加圧成形の少なくともいずれか、更に好ましくは冷間静水圧プレス処理及び一軸加圧成形(粉末プレス成形)の少なくいずれか、また更に好ましくは一軸加圧成形後に冷間静水圧プレス処理をすること、である。 The molding method may be any known molding method capable of forming the powder of this embodiment into a green compact, preferably one or more selected from the group consisting of uniaxial pressing, isostatic pressing, injection molding, extrusion molding, rolling granulation, slip casting, and slip casting, more preferably at least one of uniaxial pressing and isostatic pressing, even more preferably at least one of cold isostatic pressing and uniaxial pressing (powder pressing), and even more preferably uniaxial pressing followed by cold isostatic pressing.

焼結に先立ち、成形体を仮焼して仮焼体を得る工程(以下、「仮焼工程」ともいう。)を有していてもよい。成形体を仮焼することにより、成形体から結合剤を除去した仮焼体を得ることができる。「仮焼体」とは、融着粒子から構成される組成物であり、粉末粒子の少なくとも一部の形状を保持し、粒子同士がネッキングした構造を有する状態の組成物である。 Prior to sintering, a step of calcining the compact to obtain a calcined body (hereinafter also referred to as the "calcining step") may be included. By calcining the compact, a calcined body can be obtained in which the binder has been removed from the compact. A "calcined body" is a composition composed of fused particles, which retains the shape of at least some of the powder particles and has a structure in which the particles are necked together.

仮焼工程の条件は、次いで行われる焼結工程により本実施形態の焼結体が得られれば任意であるが、成形体の緻密化が進行しない温度による熱処理、具体的には、大気雰囲気、400℃以上1100℃未満で熱処理することが例示できる。 The conditions for the calcination step can be any as long as the sintered body of this embodiment can be obtained by the subsequent sintering step. However, examples of suitable conditions include heat treatment at a temperature that does not promote densification of the compact, specifically, heat treatment in an air atmosphere at 400°C or higher but lower than 1100°C.

焼結工程は、成形体又は仮焼体を焼結して焼結体を得る。焼結方法は焼結が進行する方法であれば任意であり、常圧焼結、加圧焼結及び真空焼結の群から選ばれる1以上、その他公知の焼結方法が例示できる。好ましい焼結方法として常圧焼結を行うこと、更には常圧焼結のみで焼結を行うことが挙げられる。これにより、本実施形態の焼結体を、いわゆる常圧焼結体として得ることができる。常圧焼結とは、焼結時に被焼結物(例えば、粉末、成形体又は仮焼体)に対して外的な力を加えず、単に加熱することによって焼結する方法である。 In the sintering step, the green body or calcined body is sintered to obtain a sintered body. Any sintering method can be used as long as it allows sintering to proceed, and examples include one or more selected from the group consisting of atmospheric sintering, pressure sintering, and vacuum sintering, as well as other known sintering methods. Preferred sintering methods include atmospheric sintering, and even atmospheric sintering alone. This allows the sintered body of this embodiment to be obtained as a so-called atmospheric sintered body. Atmospheric sintering is a method in which the material to be sintered (e.g., powder, green body, or calcined body) is sintered simply by heating it, without applying any external force during sintering.

常圧焼結の条件は、焼結工程における保持温度(焼結温度)として、1050℃以上1600℃以下、好ましくは1100℃以上1550℃以下、1100℃以上1500℃以下、1150℃以上1500℃以下、1200℃以上1500℃以下、又は、1250℃以上1450℃以下、であることが好ましい。焼結温度がこの範囲であると、結晶子径が25nm以上100nm以下である焼結体が得られやすい。焼結温度は、仮焼温度よりも高いことが好ましい。また、焼結雰囲気として、大気雰囲気及び酸素雰囲気の少なくともいずれかが挙げられ、大気雰囲気であることが好ましい。昇温速度は20℃/時間以上又は75℃/時間以上であり、また、5000℃/時間以下、500℃/時間以下又は200℃/時間以下が例示でき、また、20℃/時間以上500℃/時間以下、又は、75℃/時間以上200℃/時間以下が挙げられる。また、焼結時間は焼結に供する被焼結物の量及び大きさ、並びに焼結炉の特徴に応じて適宜設定すればよいが、例えば、上記の焼結温度における保持時間として、0.3時間以上、0.5時間以上又は1時間以上であり、また、20時間以下、10時間以下又は5時間以下であることが挙げられ、また、0.5時間以上20時間以下、又は、0.5時間以上15時間以下、が挙げられる。 Preferred conditions for atmospheric sintering are a holding temperature (sintering temperature) during the sintering process of 1050°C or higher and 1600°C or lower, preferably 1100°C or higher and 1550°C or lower, 1100°C or higher and 1500°C or lower, 1150°C or higher and 1500°C or lower, 1200°C or higher and 1500°C or lower, or 1250°C or higher and 1450°C or lower. Sintering temperatures within this range make it easier to obtain sintered bodies with crystallite diameters of 25 nm or higher and 100 nm or lower. The sintering temperature is preferably higher than the calcination temperature. The sintering atmosphere may be at least one of air and oxygen, with air being preferred. The heating rate is 20°C/hour or more or 75°C/hour or more, and examples thereof include 5000°C/hour or less, 500°C/hour or less, or 200°C/hour or less. Examples include 20°C/hour to 500°C/hour, or 75°C/hour to 200°C/hour. The sintering time can be set appropriately depending on the amount and size of the sintered material and the characteristics of the sintering furnace. For example, the holding time at the above sintering temperature is 0.3 hours or more, 0.5 hours or more, or 1 hour or more, and 20 hours or less, 10 hours or less, or 5 hours or less, and examples thereof include 0.5 hours to 20 hours, or 0.5 hours to 15 hours.

なお、成形工程、仮焼工程及び焼結工程において、金属元素及びその含有量の変動は実質的にないため、本実施形態においては、粉末、並びに、これにより得られる成形体、仮焼体及び焼結体における金属成分(無機物)の組成は同一とみなしてよい。 In addition, since there is essentially no variation in the metal elements and their contents during the molding, calcination, and sintering processes, in this embodiment, the composition of the metal components (inorganic substances) in the powder, and the resulting molded body, calcined body, and sintered body can be considered to be the same.

以下、実施例により本開示を具体的に説明する。しかしながら、本開示はこれら実施例に限定されるものではない。
(BET比表面積)
JIS R 1626-1996に準じ、一般的な流動式比表面積自動測定装置(装置名:フローソーブIII2305、島津製作所社製)、吸着物質に窒素(N)を用いたBET1点法により粉末のBET比表面積を測定した。測定に先立ち、粉末を真空下250℃で2時間乾燥処理を実施し、前処理とした。
(D10及びD90)
一般的なマイクロトラック粒度分布(装置名:MT3000II、マイクロトラック・ベル社製)のHRAモードにより測定することで累積粒度分布曲線を得た。得られた累積粒度分布曲線より、D10、及びD90を求めた。測定に先立ち、分散剤(ヘキサメタリン酸ナトリウム)を添加した純水に粉末を懸濁させ、超音波ホモジナイザーを用いて10分間分散させ、前処理とした。
(結晶子径;Dt)
一般的なX線回折装置(装置名:UltimaIV、RIGAKU社製)を使用し、以下の条件で焼結体試料のXRDパターンを得た。
The present disclosure will be specifically described below using examples, but the present disclosure is not limited to these examples.
(BET specific surface area)
The BET specific surface area of the powder was measured according to JIS R 1626-1996 using a general automatic flow type specific surface area measuring device (Device name: Flowsorb III2305, manufactured by Shimadzu Corporation) by the BET single-point method using nitrogen (N 2 ) as the adsorbent. Prior to the measurement, the powder was pretreated by drying in vacuum at 250°C for 2 hours.
(D10 and D90)
A cumulative particle size distribution curve was obtained by measuring using the HRA mode of a general Microtrac particle size distribution meter (device name: MT3000II, manufactured by Microtrac Bell). From the obtained cumulative particle size distribution curve, D10 and D90 were calculated. Prior to the measurement, the powder was suspended in pure water containing a dispersant (sodium hexametaphosphate) and dispersed for 10 minutes using an ultrasonic homogenizer as a pretreatment.
(Crystallite diameter; Dt)
An XRD pattern of the sintered body sample was obtained using a general X-ray diffraction device (device name: Ultima IV, manufactured by RIGAKU Corporation) under the following conditions.

線源 :CuKα線(λ=0.15418nm)
管電圧 :45kV
管電流 :40mA
測定モード :連続スキャン
スキャンスピード:4°/分
ステップ幅 :0.02°
測定範囲 :2θ=26°以上33°以下
ゴニオメータ :半径185mm
得られた焼結体のXRDパターンを用いて式(1)より、正方晶ジルコニアの(111)面に帰属されるXRDのピークから算出される結晶子径Dt(nm)を求めた。なお、測定試料におけるX線の照射面は、焼結直後の焼結体における焼結体表面(すなわち、焼肌面)を深さ方向に0.3mm研削することで焼肌面を除去後、研磨布紙による研磨、平均粒径3μmのダイアモンドスラリーによる研磨、及び、0.03μmのコロイダルシリカによる研磨、の順に鏡面研磨処理した研磨面とした。
(2θ差)
また、以下の条件でXRD測定をしたこと以外は同様な方法で得られたXRDパターンから、2θ差を求めた。
Radiation source: CuKα radiation (λ=0.15418nm)
Tube voltage: 45 kV
Tube current: 40mA
Measurement mode: Continuous scan Scan speed: 4°/min Step width: 0.02°
Measurement range: 2θ = 26° to 33° Goniometer: Radius 185 mm
Using the XRD pattern of the obtained sintered body, the crystallite diameter Dt (nm) was calculated from the XRD peak attributed to the (111) plane of tetragonal zirconia according to formula (1). The X-ray irradiated surface of the measurement sample was the polished surface that was mirror-polished in the following order: the surface of the sintered body (i.e., the burned surface) of the sintered body immediately after sintering was ground by 0.3 mm in the depth direction to remove the burned surface, then polished with abrasive cloth, polished with a diamond slurry with an average particle size of 3 μm, and polished with colloidal silica of 0.03 μm.
(2θ difference)
Further, the 2θ difference was determined from the XRD pattern obtained in the same manner except that the XRD measurement was carried out under the following conditions.

線源 :CuKα線(λ=1.5418nm)
管電圧 :45kV
管電流 :40mA
測定モード :連続スキャン
スキャンスピード:2°/分
ステップ幅 :0.02°
測定範囲 :2θ=72°以上76°以下
ゴニオメータ :半径185mm
上述のXRD測定で得られたパターンを、統合粉末X線解析ソフトウェア“PDXL”を使用してバックグラウンドの除去及びCuKα2線(λ=1.5443Å)によるXRDピークの除去を行い、正方晶ジルコニアの(004)面及び(400)面に相当するXRDピークのピークトップにおける2θ、並びに、2θ差を求めた。
(スピネル型の金属酸化物の生成の確認)
一般的なX線回折装置(装置名:UltimaIV、RIGAKU社製)を使用し、以下の条件で焼結体試料のXRDパターンを得た。
Radiation source: CuKα radiation (λ=1.5418nm)
Tube voltage: 45 kV
Tube current: 40mA
Measurement mode: Continuous scan Scan speed: 2°/min Step width: 0.02°
Measurement range: 2θ = 72° to 76° Goniometer: Radius 185 mm
The patterns obtained by the above-mentioned XRD measurement were subjected to background subtraction and XRD peaks by CuKα2 radiation (λ=1.5443 Å) subtraction using the integrated powder X-ray analysis software "PDXL," and the 2θ angles and 2θ differences at the peak tops of the XRD peaks corresponding to the (004) and (400) planes of tetragonal zirconia were determined.
(Confirmation of generation of spinel-type metal oxide)
An XRD pattern of the sintered body sample was obtained using a general X-ray diffraction device (device name: Ultima IV, manufactured by RIGAKU Corporation) under the following conditions.

線源 :CuKα線(λ=0.15418nm)
管電圧 :45kV
管電流 :40mA
測定モード :連続スキャン
スキャンスピード:4°/分
ステップ幅 :0.02°
測定範囲 :2θ=32°以上40°以下
ゴニオメータ :半径185mm
上述のXRD測定で得られたパターンを、統合粉末X線解析ソフトウェア“PDXL”を使用して解析を実施し、スピネル型の金属酸化物の(111)面に相当する2θ=36.3°±0.5°のピークの有無を確認した。
(色調)
JIS Z 8722に準じた方法で、焼結体試料の色調を測定した。測定には、一般的な分光測色計(装置名:CM-700d、コニカミノルタ社製)を使用し、背面に黒色板を使用した黒バック測定とした。測定条件は以下のとおりである。
Radiation source: CuKα radiation (λ=0.15418nm)
Tube voltage: 45 kV
Tube current: 40mA
Measurement mode: Continuous scan Scan speed: 4°/min Step width: 0.02°
Measurement range: 2θ = 32° to 40° Goniometer: Radius 185 mm
The pattern obtained by the above-mentioned XRD measurement was analyzed using the integrated powder X-ray analysis software "PDXL," and the presence or absence of a peak at 2θ=36.3°±0.5° corresponding to the (111) plane of the spinel-type metal oxide was confirmed.
(color tone)
The color tone of the sintered body sample was measured according to JIS Z 8722. A general spectrophotometer (device name: CM-700d, manufactured by Konica Minolta) was used for the measurement, and the measurement was performed against a black background using a black board as the back surface. The measurement conditions were as follows:

光源 : D65光源
視野角 : 10°
測定方式 : SCI
焼結体試料は、直径20mm×厚さ1.8mmの円板形状のもの使用した。焼結体試料の一方の表面を鏡面研磨処理(Ra≦0.02μm)し、当該表面を評価面として色調を評価した。色調評価有効面積は直径10mmとした。
(全光線透過率)
JIS K 7361-1に準じた方法で、焼結体試料の全光線透過率を測定した。測定には、D65光源を備えた一般的なヘーズメーター(装置名:NDH4000、日本電色株式会社製)を使用して行った。焼結体試料は、厚みを0.5±0.05mm、直径を20mmとし、表面粗さRa≦0.02μmとなるように、両面に鏡面研磨処理を施した。
(鋼球落球試験)
焼結体試料を直径36mm及び厚さ:0.5mmのディスク状となるよう研削加工した。ディスク状焼結体試料の両表面(直径36mmの面;主面)に対し、研磨布紙による自動研磨、平均粒径3μmのダイアモンドスラリーによる自動研磨、及び、0.03μmのコロイダルシリカによる自動研磨、の順で鏡面研磨することで測定試料を得た。落球試験の模式図を図1~図3に示した。測定試料1の一方の主面に、試料片の破散防止のため、メンディングテープ2(厚さ:0.05mm)を貼付した後、メ測定試料1を厚さ10mmの超硬プレート3(MAST-FB10,竹内型材研究所,HRA:93.5)上に、メンディングテープ2を張り付けた面と超硬プレート3とが接するよう測定試料1を配置し、測定試料1端部と超硬プレート3とをメンディングテープ2で張り付けることで測定試料1を超硬プレート3上に固定した。超硬プレート3に固定後の測定試料1の中央付近に鋼球4(材質:軸受け鋼 SUJ2)が落ちるように、測定試料1貼付済みの超硬プレート3を配置し、透明塩ビパイプ5(:Φ30mm)をクランプ6で固定した。透明塩ビパイプ5は水準器を用いて超硬プレート3と垂直となるよう固定した。
Light source: D65 light source Viewing angle: 10°
Measurement method: SCI
The sintered body samples used were disk-shaped samples with a diameter of 20 mm and a thickness of 1.8 mm. One surface of the sintered body sample was mirror-polished (Ra≦0.02 μm), and the color tone was evaluated using this surface as the evaluation surface. The effective area for color tone evaluation was 10 mm in diameter.
(Total light transmittance)
The total light transmittance of the sintered body samples was measured according to JIS K 7361-1. Measurements were performed using a general haze meter (device name: NDH4000, manufactured by Nippon Denshoku Co., Ltd.) equipped with a D65 light source. The sintered body samples had a thickness of 0.5±0.05 mm, a diameter of 20 mm, and were mirror-polished on both sides to a surface roughness Ra≦0.02 μm.
(Steel ball drop test)
The sintered body sample was ground into a disk shape with a diameter of 36 mm and a thickness of 0.5 mm. Both surfaces of the disk-shaped sintered body sample (the 36 mm diameter surface; the main surface) were automatically polished to a mirror finish using an abrasive cloth, a diamond slurry with an average particle size of 3 μm, and a colloidal silica with a particle size of 0.03 μm, in that order, to obtain a measurement sample. Schematic diagrams of the ball drop test are shown in Figures 1 to 3. To prevent sample fragments from breaking, mending tape 2 (0.05 mm thick) was applied to one main surface of measurement sample 1. Then, measurement sample 1 was placed on a 10 mm thick carbide plate 3 (MAST-FB10, Takeuchi Mold Materials Research Institute, HRA: 93.5) so that the surface with the mending tape 2 was in contact with the carbide plate 3. The edge of measurement sample 1 was attached to the carbide plate 3 with mending tape 2, thereby securing measurement sample 1 to the carbide plate 3. The cemented carbide plate 3 with the measurement sample 1 attached was placed so that a steel ball 4 (material: bearing steel SUJ2) would fall near the center of the measurement sample 1 after it had been fixed to the cemented carbide plate 3, and a transparent PVC pipe 5 (Φ30 mm) was fixed with a clamp 6. The transparent PVC pipe 5 was fixed perpendicular to the cemented carbide plate 3 using a level.

その後、透明塩ビパイプ5内部を通して、100cmの高さから鋼球4を自由落下させ、た。鋼球4の落下は、透明塩ビパイプ5の測定試料1上面から100cmの位置に設けられた穴8に鉄棒7を水平方向に差し込み、鋼球4を鉄棒7に載せた状態を初期配置として行った。鉄棒7を引き抜くことで、鋼球を自由落下させた。この時、鋼球4が落下の最中に透明塩ビパイプ5の内壁に接触しないように、鋼球4を自由落下させた。自由落下後のした鋼球4の跳ね返り及び再落下による測定試料1への接触を防ぐため、透明塩ビ管5の測定サンプル1の上面から高さ約5cmとなる部分に鉄棒9(Φ5mm,4cm)を差し込む穴10をあけ、跳ね返った鋼球4が5cm以上の高さとなった段階で、穴10に鉄棒9を差し込み、再落下した鋼球4の自由落下を鉄棒9で制止した。 The steel ball 4 was then allowed to free-fall from a height of 100 cm through the interior of the transparent PVC pipe 5. The steel ball 4 was initially positioned by inserting an iron bar 7 horizontally into a hole 8 located 100 cm above the top surface of the measurement sample 1 in the transparent PVC pipe 5. The iron bar 7 was then removed, allowing the steel ball 4 to free-fall. The steel ball 4 was allowed to free-fall so as not to come into contact with the inner wall of the transparent PVC pipe 5 during its fall. To prevent the steel ball 4 from bouncing off or falling again and contacting the measurement sample 1 after its free fall, a hole 10 was drilled in the transparent PVC pipe 5 approximately 5 cm above the top surface of the measurement sample 1, through which an iron bar 9 (Φ5 mm, 4 cm) could be inserted. When the rebounded steel ball 4 reached a height of 5 cm or more, the iron bar 9 was inserted into the hole 10, and the free fall of the re-dropped steel ball 4 was stopped by the iron bar 9.

落球試験によって破壊が確認されなかった場合、落球試験を繰り返した。落球試験の繰返しは、25gの鋼球を3回、50gの鋼球を3回、及び、95gの鋼球を3回の順で行った。 If no fracture was confirmed by the ball drop test, the test was repeated. The test was repeated three times with a 25g steel ball, three times with a 50g steel ball, and three times with a 95g steel ball.

実施例1
3mol%イットリア安定化ジルコニア(TZ-3YS、東ソー株式会社製)と、酸化ニオブ粉末(富士フィルム和光純薬社製)、アルミナ(AKP-30、住友化学製)及び亜鉛、コバルト、鉄を含むスピネル型の酸化物顔料を表1の組成となるように混合し、混合粉末を得た。得られた混合粉末に対して純水を添加し混合スラリーとした。該混合スラリーをD10、D90が表1の値となるよう、直径10mmのジルコニア製ボールを粉砕媒体としたボールミルで粉砕し、粉砕スラリーを得た。得られた粉砕スラリーを大気雰囲気、110℃で乾燥後、篩分けにより凝集径180μmを超える粗大粒を取り除くことで、本実施例の粉末を得た。
Example 1
3 mol% yttria-stabilized zirconia (TZ-3YS, manufactured by Tosoh Corporation), niobium oxide powder (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), alumina (AKP-30, manufactured by Sumitomo Chemical), and a spinel-type oxide pigment containing zinc, cobalt, and iron were mixed to obtain the composition shown in Table 1 to obtain a mixed powder. Pure water was added to the obtained mixed powder to obtain a mixed slurry. The mixed slurry was pulverized in a ball mill using 10 mm diameter zirconia balls as the milling medium so that the D10 and D90 values were as shown in Table 1 to obtain a pulverized slurry. The obtained pulverized slurry was dried at 110°C in an air atmosphere and then sieved to remove coarse particles with an aggregate diameter exceeding 180 μm, thereby obtaining the powder of this example.

実施例2及び3
表1の組成となるような混合粉末を使用したこと以外は、実施例1と同様な方法で、実施例2及び3に係る粉末を得た。
Examples 2 and 3
Powders according to Examples 2 and 3 were obtained in the same manner as in Example 1, except that mixed powders having the compositions shown in Table 1 were used.

実施例4乃至7
表1の組成となるような混合粉末を使用したこと、および、表1に記載の粒度となるよう直径2mmのジルコニア製ボールを粉砕媒体としたボールミルで粉砕を実施したこと以外は、実施例1と同様な方法で、実施例4乃至7に係る粉末を得た。
Examples 4 to 7
The powders of Examples 4 to 7 were obtained in the same manner as in Example 1, except that mixed powders having the compositions shown in Table 1 were used and that pulverization was carried out in a ball mill using zirconia balls with a diameter of 2 mm as pulverization media to obtain the particle sizes shown in Table 1.

実施例8
オキシ塩化ジルコニウム水溶液を加水分解反応して水和ジルコニアゾルを得た。イットリウム濃度が2.5mol%となるように塩化イットリウムを、水和ジルコニウムに添加及び混合後、大気雰囲気、1150℃で2時間仮焼して、イットリウム安定化ジルコニア仮焼粉末を得た。
Example 8
A hydrated zirconia sol was obtained by hydrolysis of an aqueous solution of zirconium oxychloride. Yttrium chloride was added to and mixed with hydrated zirconium so that the yttrium concentration was 2.5 mol %, and the mixture was calcined in air at 1150°C for 2 hours to obtain a calcined yttrium-stabilized zirconia powder.

得られたイットリウム安定化ジルコニア仮焼粉末と、酸化ニオブ粉末(富士フィルム和光純薬社製)、アルミナ(AKP-30、住友化学製)、酸化亜鉛(キシダ化学製)、コバルトと鉄からなるスピネル型の酸化物顔料を混合し、混合粉末を得た。得られた混合粉末に対して純水を添加し混合スラリーとした。該混合スラリーを、D10及びD90が表1に記載の値となるよう、直径2mmのジルコニア製ボールを粉砕媒体としたボールミルで粉砕し、粉砕スラリーを得た。得られた粉砕スラリーを大気雰囲気、110℃で乾燥後、篩分けにより凝集径180μmを超える粗大粒を取り除くことで、本実施例の粉末を得た。 The resulting yttrium-stabilized zirconia calcined powder was mixed with niobium oxide powder (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), alumina (AKP-30, Sumitomo Chemical), zinc oxide (Kishida Chemical), and a spinel-type oxide pigment composed of cobalt and iron to obtain a mixed powder. Pure water was added to the resulting mixed powder to form a mixed slurry. This mixed slurry was then pulverized in a ball mill using 2 mm diameter zirconia balls as the milling medium to obtain a pulverized slurry, so that the D10 and D90 values were as shown in Table 1. The resulting pulverized slurry was dried in an air atmosphere at 110°C and then sieved to remove coarse particles with an agglomerate diameter exceeding 180 μm, yielding the powder of this example.

比較例1
酸化ニオブを添加しなかったこと以外は、実施例1と同様の方法で、本比較例の粉末を得た。
Comparative Example 1
The powder of this comparative example was obtained in the same manner as in Example 1, except that niobium oxide was not added.

比較例2
3mol%イットリア安定化ジルコニアとしてTZ-3YS(東ソー株式会社製)ではなく、TZ-3Y(東ソー株式会社製)を用いたこと以外は、実施例4と同様の方法で、本比較例の粉末を得た。これらの実施例・比較例の粉末の組成及び物性を表1に示す。
Comparative Example 2
The powder of this comparative example was obtained in the same manner as in Example 4, except that TZ-3Y (manufactured by Tosoh Corporation) was used as the 3 mol% yttria-stabilized zirconia instead of TZ-3YS (manufactured by Tosoh Corporation). The compositions and physical properties of the powders of these examples and comparative examples are shown in Table 1.

(焼結体の作製)
実施例9
実施例1の粉末を、圧力50MPaの金型プレス、及び圧力196MPaの冷間静水圧プレス(CIP)処理し、成形体とした。得られた成形体を1400℃で常圧焼結をすることで、ニオブ量が2.0質量%、鉄量が0.5質量%、コバルト量が0.25質量%、亜鉛量が0.11質量%、アルミナ量が0.14質量%、及びイットリウム量が3.0mol%である本実施例の焼結体を得た。焼結条件は下記の通りである。
(Production of sintered body)
Example 9
The powder of Example 1 was subjected to a mold press at a pressure of 50 MPa and a cold isostatic press (CIP) at a pressure of 196 MPa to form a compact. The resulting compact was then pressurelessly sintered at 1400°C to obtain a sintered body of this example containing 2.0% by mass of niobium, 0.5% by mass of iron, 0.25% by mass of cobalt, 0.11% by mass of zinc, 0.14% by mass of alumina, and 3.0 mol% of yttrium. The sintering conditions were as follows:

昇温速度:100℃/h
焼結温度:1400℃
焼結温度保持時間:1時間
降温速度:200℃/h
実施例10乃至実施例17、並びに、比較例3及び比較例4
表2に示す粉末および焼結温度に変更したこと以外は実施例9と同様の方法で、各実施例又は比較例の焼結体を得た。
Temperature increase rate: 100°C/h
Sintering temperature: 1400°C
Sintering temperature holding time: 1 hour Temperature cooling rate: 200℃/h
Examples 10 to 17, and Comparative Examples 3 and 4
Sintered bodies of each example or comparative example were obtained in the same manner as in Example 9, except that the powders and sintering temperatures were changed as shown in Table 2.

本実施例・比較例の焼結体はいずれも濃灰色、もしくは黒色の焼結体が得られた。 The sintered bodies obtained in both this example and the comparative example were dark gray or black in color.

表3に実施例9乃至17、並びに、比較例3及び4の色調を示す Table 3 shows the color tones of Examples 9 to 17 and Comparative Examples 3 and 4.

いずれの実施例、比較例においても、XRDパターンより焼結体中にスピネル型の金属酸化物の形成が確認された。 In all examples and comparative examples, the formation of spinel-type metal oxides in the sintered bodies was confirmed from the XRD patterns.

表3において、落球試験において破壊が生じなかった場合は、“〇”と表記し、破壊が生じたサンプルは“×”と表記した上で、破壊が生じた際の鋼球を落とした回数を括弧書きで記載している。 In Table 3, samples that did not break during the ball drop test are marked with an "O", samples that broke are marked with an "X", and the number of times the steel ball was dropped before the break occurred is noted in parentheses.

ニオブを含まない比較例1の粉末を用いて作製した比較例4の焼結体は、(―2θ差が1.55°未満であり、落球試験において、25gの鋼球を1回落とすと割れが生じており、耐衝撃性が不足していることが確認された。 The sintered body of Comparative Example 4, which was produced using the powder of Comparative Example 1, which did not contain niobium, had a -2θ difference of less than 1.55°, and in a ball drop test, cracks occurred when a 25g steel ball was dropped on it once, confirming that it had insufficient impact resistance.

また、BET比表面積が17m/g以上、かつ、D90が1.3μm以上である比較例2の粉末を用いて作製した比較例5の焼結体は、結晶子径Dtが25nm未満、かつ、2θ差が1.54°未満であることが確認された。 In addition, the sintered body of Comparative Example 5, which was produced using the powder of Comparative Example 2 having a BET specific surface area of 17 m 2 /g or more and a D90 of 1.3 μm or more, was confirmed to have a crystallite diameter Dt of less than 25 nm and a 2θ difference of less than 1.54°.

そして、比較例5の焼結体は、落球試験において25gの鋼球を1回落とすと割れが生じ、耐衝撃性が不足していることが確認された。 Furthermore, the sintered body of Comparative Example 5 cracked when a 25g steel ball was dropped on it once in a ball drop test, confirming that it had insufficient impact resistance.

一方で、安定化元素、ニオブ、アルミナ、鉄、コバルト及び亜鉛を含み、BET比表面積が5.0m/g以上17m/g以下、かつ、D90が1.3μm以下である実施例1乃至8のジルコニア粉末からは、安定化元素、ニオブ、アルミナ、鉄、コバルト及び亜鉛を含み、結晶子径Dtが25nm以上100nm以下である実施例9乃至実施例17のジルコニア焼結体が得られた。当該焼結体は、25g乃至50gの鋼球を3回落下させた場合でも破壊が生じず、高い耐衝撃性を有することが確認された。また、0.5mm厚における透過率はいずれも0%と高い遮蔽率を示すことも確認された。 On the other hand, the zirconia powders of Examples 1 to 8 containing stabilizing elements, niobium, alumina, iron, cobalt, and zinc, having a BET specific surface area of 5.0 m 2 /g or more and 17 m 2 /g or less, and a D90 of 1.3 μm or less, were used to obtain zirconia sintered bodies of Examples 9 to 17 containing stabilizing elements, niobium, alumina, iron, cobalt, and zinc, and having a crystallite diameter Dt of 25 nm or more and 100 nm or less. It was confirmed that the sintered bodies had high impact resistance, with no breakage even when a 25 g to 50 g steel ball was dropped three times. It was also confirmed that the transmittance at a thickness of 0.5 mm was 0%, showing a high shielding factor.

また、酸化ニオブを含有していない比較例4の焼結体(使用粉末:比較例1)は、酸化ニオブを2.0質量%含有している実施例9の焼結体(使用粉末:実施例1)とは異なり、透過率が0.2%と高くなっていった。 Furthermore, the sintered body of Comparative Example 4, which did not contain niobium oxide (powder used: Comparative Example 1), had a high transmittance of 0.2%, unlike the sintered body of Example 9 (powder used: Example 1), which contained 2.0 mass% niobium oxide.

市販のLEDライト(800-LED028 サンワサプライ株式会社製)を光源として、直径1cmの穴の開いた遮蔽板の上に、0.5mm厚の比較例4の焼結体並びに実施例9の焼結体を設置した場合の外観写真を図4A及び図4B、並びに図5にそれぞれ示す。 Figures 4A, 4B, and 5 show photographs of the appearance of the sintered body of Comparative Example 4 and the sintered body of Example 9, each 0.5 mm thick, placed on a shielding plate with a 1 cm diameter hole, using a commercially available LED light (800-LED028, manufactured by Sanwa Supply Co., Ltd.) as the light source.

透過率が0.2%である比較例4の焼結体は図4A及び図4Bに示す通り、焼結体の上面から、遮蔽板の穴が透けて視認できた。一方で、透過率が0%である実施例9の焼結体は、図5の通り、焼結体の上面から遮蔽板の穴は視認できず、高い遮蔽性を示していた。 As shown in Figures 4A and 4B, the sintered body of Comparative Example 4, which had a transmittance of 0.2%, had holes in the shielding plate that could be seen through the top surface of the sintered body. On the other hand, as shown in Figure 5, the sintered body of Example 9, which had a transmittance of 0%, had holes in the shielding plate that could not be seen from the top surface of the sintered body, demonstrating high shielding properties.

1…測定試料
2…メンディングテープ
3…超硬プレート
4…鋼球
5…透明塩ビパイプ
6…クランプ
7…鉄棒
8…穴
1... Measurement sample 2... Mending tape 3... Carbide plate 4... Steel ball 5... Transparent PVC pipe 6... Clamp 7... Iron bar 8... Hole

Claims (14)

安定化元素、ニオブ、アルミナ、並びに、顔料成分として鉄、コバルト及び亜鉛を含むジルコニア焼結体であって、正方晶ジルコニアの(111)面に帰属するXRDのピークから算出される結晶子径が25nm以上100nm以下であるジルコニア焼結体。 A zirconia sintered body containing a stabilizing element, niobium, alumina, and iron, cobalt, and zinc as pigment components, wherein the crystallite diameter calculated from the XRD peak belonging to the (111) plane of tetragonal zirconia is 25 nm or more and 100 nm or less. 前記顔料成分の少なくとも一部がスピネル型の金属酸化物を形成している請求項1に記載のジルコニア焼結体。 The zirconia sintered body according to claim 1, wherein at least a portion of the pigment component forms a spinel-type metal oxide. 安定化元素がカルシウム、イットリウム、ランタン、ネオジム、ガドリニウム、エルビウム及びイッテルビウムの群より選ばれる1以上を含み、前記安定化元素の含有量が2.0mol%以上5.5mol%以下である請求項1又は2に記載のジルコニア焼結体。 3. The zirconia sintered body according to claim 1 or 2, wherein the stabilizing element comprises one or more selected from the group consisting of calcium, yttrium, lanthanum, neodymium, gadolinium, erbium, and ytterbium, and the content of the stabilizing element is 2.0 mol% or more and 5.5 mol% or less. ニオブの含有量が0.1質量%以上3.0質量%以下である請求項1又は2に記載のジルコニア焼結体。 The zirconia sintered body according to claim 1 or 2, wherein the niobium content is 0.1% by mass or more and 3.0% by mass or less. 酸化物換算で鉄含有量が0.1質量%以上5%以下、コバルト含有量が0.1質量%以上3%以下、亜鉛含有量が0.05質量%以上1質量%以下である請求項1又は2に記載のジルコニア焼結体。 3. The zirconia sintered body according to claim 1 or 2, wherein the iron content is 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, the cobalt content is 0.1% by mass or more and 3% by mass or less, and the zinc content is 0.05% by mass or more and 1% by mass or less, calculated as oxides. アルミナの含有量が0質量%超30質量%以下である請求項1又は2に記載のジルコニア焼結体。 The zirconia sintered body according to claim 1 or 2, wherein the alumina content is greater than 0% by mass and less than or equal to 30% by mass. 正方晶ジルコニアの(400)面に帰属されるピークトップの2θからの、正方晶ジルコニアの(004)面に帰属されるピークトップの2θの差が1.54°以上である請求項1又は2に記載のジルコニア焼結体。 The zirconia sintered body according to claim 1 or 2, wherein the difference in 2θ of the peak top attributable to the (004) plane of tetragonal zirconia from the 2θ of the peak top attributable to the (400) plane of tetragonal zirconia is 1.54° or more. 明度Lが40以上65以下である請求項1又は2に記載のジルコニア焼結体。 The zirconia sintered body according to claim 1 or 2, wherein the lightness L * is 40 or more and 65 or less. 厚み0.5mmにおける全光線透過率が0.1%以下である、請求項1又は2に記載のジルコニア焼結体。 The zirconia sintered body according to claim 1 or 2, having a total light transmittance of 0.1% or less at a thickness of 0.5 mm. 安定化元素、ニオブ、アルミナ、並びに、顔料成分として鉄、コバルト及び亜鉛を含むジルコニア粉末であって、前記安定化元素の含有量が2.0mol%以上5.5mol%以下であり、ニオブの含有量が0.1質量%以上3.0質量%以下、アルミナの含有量が0質量%超30質量%以下であり、なおかつ、BET比表面積が5.0m/g以上17m/g以下であるジルコニア粉末。 A zirconia powder containing a stabilizing element, niobium, alumina, and iron, cobalt, and zinc as pigment components, wherein the zirconia powder has a stabilizing element content of 2.0 mol% or more and 5.5 mol% or less, a niobium content of 0.1 mass% or more and 3.0 mass% or less, and an alumina content of more than 0 mass% and 30 mass% or less, and a BET specific surface area of 5.0 m2 /g or more and 17 m2 /g or less. 前記顔料成分が、鉄とコバルトと亜鉛とを含むスピネル型の金属酸化物、として含まれる請求項10に記載のジルコニア粉末。 The zirconia powder according to claim 10, wherein the pigment component is contained as a spinel-type metal oxide containing iron, cobalt, and zinc. 酸化物換算で鉄含有量が0.1質量%以上5%以下、コバルト含有量が0.1質量%以上3%以下、亜鉛含有量が0.05質量%以上1質量%以下である請求項10又は11に記載のジルコニア粉末。 The zirconia powder according to claim 10 or 11, having an iron content of 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, a cobalt content of 0.1% by mass or more and 3% by mass or less, and a zinc content of 0.05% by mass or more and 1% by mass or less, calculated as oxides. 粉末の累積粒度分布にける10%粒子径D10が0.15μm以上0.5μm以下、かつ、90%粒子径D90が0.5μm以上1.3μm以下である請求項10又は11に記載のジルコニア粉末。 12. The zirconia powder according to claim 10, wherein the 10% particle diameter D10 in the cumulative particle size distribution of the powder is 0.15 μm or more and 0.5 μm or less, and the 90% particle diameter D90 in the cumulative particle size distribution of the powder is 0.5 μm or more and 1.3 μm or less. 請求項1又は2に記載のジルコニア焼結体を含む部材。 A component comprising the zirconia sintered body according to claim 1 or 2.
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