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JPH0529626B2 - - Google Patents
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JPH0529626B2 - - Google Patents

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JPH0529626B2
JPH0529626B2 JP1338778A JP33877889A JPH0529626B2 JP H0529626 B2 JPH0529626 B2 JP H0529626B2 JP 1338778 A JP1338778 A JP 1338778A JP 33877889 A JP33877889 A JP 33877889A JP H0529626 B2 JPH0529626 B2 JP H0529626B2
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JP
Japan
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molded product
water
zirconium
sol
crystallization
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Chihiro Sakurai
Masahiko Okuyama
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COLLOID RESEARCH
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COLLOID RESEARCH
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固体電解質センサー等の機能性セラ
ミツクスのみならず、断熱材、耐火材等の構造用
セラミツクス等にも多くの応用分野のあるジルコ
ニア成形物の製造に関するもので、特に、ジルコ
ニウムアルコキシドをジルコニアの安定化剤であ
るイツトリウム、カルシウム、マグネシウム、セ
リウム等より選ばれる1種または2種以上の塩の
結晶水で加水分解することで製造する安定化ある
いは部分安定化及び正方晶ジルコニア成形物の製
造方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention is directed to zirconia, which has many applications not only in functional ceramics such as solid electrolyte sensors, but also in structural ceramics such as heat insulating materials and fireproof materials. It is related to the production of molded products, and in particular, it is produced by hydrolyzing zirconium alkoxide with crystallization water of one or more salts selected from zirconia stabilizers such as yttrium, calcium, magnesium, cerium, etc. The present invention relates to stabilization or partial stabilization and a method for producing a tetragonal zirconia molded product.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、高品質のセラミツクスを得るための方法
として、金属アルコキシドの加水分解による合成
法が盛んに研究されている。金属アルコキシドを
用いるいわゆるゾル−ゲル法は、一般に行われて
いる金属酸化物微粉末を混合し、仮焼を行う方法
に比較して、 1 高純度のものが得られる。
In recent years, synthetic methods using hydrolysis of metal alkoxides have been actively researched as a method for obtaining high-quality ceramics. The so-called sol-gel method using a metal alkoxide yields a product of higher purity than the commonly used method of mixing metal oxide fine powder and calcining the mixture.

2 均質性の高いものが得られる。2. Highly homogeneous products can be obtained.

3 低温製造プロセスが可能である。3. Low-temperature manufacturing process is possible.

4 形状付与の自由性がある。4. There is freedom in giving shapes.

など多くの利点を有することから高機能性セラミ
ツクスの開発が期待されている。
There are high expectations for the development of highly functional ceramics due to their many advantages.

この方法により、粒子、繊維、ガラス塊状物、
膜などの形態をもつたセラミツクス製品を得るこ
とができる。
With this method, particles, fibers, glass lumps,
Ceramic products in the form of films or the like can be obtained.

ジルコニウムアルコキシドを用いるジルコニア
の製造方法においては、ジルコニウムアルコキシ
ドをベンゼン、エタノール、イソプロパノール等
の有機溶媒に溶解させ、加水分解の水の量、PH、
熟成の温度、時間を変えることにより、加水分解
速度及び重縮合反応を厳密に制御することで、塊
状ゲルや繊維、コーテイングの製造が行われてい
る。
In the method for producing zirconia using zirconium alkoxide, zirconium alkoxide is dissolved in an organic solvent such as benzene, ethanol, isopropanol, etc., and the amount of water for hydrolysis, pH,
Bulk gels, fibers, and coatings are produced by strictly controlling the hydrolysis rate and polycondensation reaction by varying the aging temperature and time.

例えば、斉藤ら、(「日本化学会誌」1988、No.
9、P1571〜1577)はジルコニウムアルコキシド
の加水分解を、加水分解の量、PH、熟成温度、時
間を変えることにより反応速度を制御し、PH=2
の系では塊状物が、PH=10の系では塊状のものが
得られることを報告している。
For example, Saito et al. (Journal of the Chemical Society of Japan 1988, No.
9, P1571-1577), the hydrolysis of zirconium alkoxide was controlled by changing the amount of hydrolysis, pH, aging temperature, and time, and the reaction rate was adjusted to PH = 2.
It has been reported that in the system with PH = 10, lumps are obtained.

また、横尾ら(「フアインセラミツクス」
Vol.9、P163〜175(1988))は、Zr(0−nC3H74
溶液に酸を加えて撹拌混合し、80℃でエージング
し、生成する粘稠溶解を紡糸してゲル繊維を得て
いる。
In addition, Yokoo et al.
Vol.9, P163-175 (1988)) is Zr ( 0- nC3H7 ) 4
Acid is added to the solution, mixed with stirring, aged at 80°C, and the resulting viscous solution is spun to obtain gel fibers.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、これらの方法では、操作が煩雑
で作業の大部分を空気が触れないように、例え
ば、グローブボツクスのような中で操作をしなけ
ればならなかつたり、水をゆつくりと白沈が起こ
らないように加えるなどの必要がある。操作が煩
雑なため工業化がなかなか難しい面がある。
However, with these methods, the operations are complicated, most of the work must be done in a glove box to prevent air contact, and white precipitation may occur if the water is slowly soaked. It is necessary to add it so that it is not present. It is difficult to industrialize because the operation is complicated.

本発明は、上記の欠点を解消するもので製法が
容易で、かつ高品質の超高純度、安定化あるいは
部分安定化及び正方晶ジルコニウム成形物を提供
することを目的とする。
The object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks, to provide an ultra-high purity, stabilized or partially stabilized, tetragonal zirconium molded product that is easy to manufacture and of high quality.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は、ジルコニウムアルコキシドの溶液に
結晶水を有する金属塩を添加し、該結晶水で加水
分解をしてゾルを製造し、該ゾルからゲル状成形
物を形成し、該ゲル状成形物を焼成することを特
徴とする安定化あるいは部分安定化及び正方晶ジ
ルコニア成形物の製造方法であり、これにより上
記課題を解決することができる。
The present invention involves adding a metal salt having water of crystallization to a solution of zirconium alkoxide, hydrolyzing it with the water of crystallization to produce a sol, forming a gel-like molded product from the sol, and producing a gel-like molded product from the sol. This is a method for producing a stabilized or partially stabilized and tetragonal zirconia molded product characterized by firing, and thereby the above-mentioned problems can be solved.

又、本発明において該結晶水を有する金属塩
が、イツトリウム、カルシウム、マグネシウム、
又はセリウムの塩化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸
塩、しゆう酸塩、又は酢酸塩からなる群から1種
以上選択されることが好ましい。
Further, in the present invention, the metal salt having water of crystallization may be yttrium, calcium, magnesium,
Alternatively, it is preferable that at least one type is selected from the group consisting of cerium chloride, nitrate, sulfate, carbonate, oxalate, or acetate.

本発明において、ゾルから形成されるゲル状成
形物及びこの焼成成形物の成形物とは、粒子、繊
維、塊状物、膜、シート等の形を有するものを指
し、プレス加工などによる加圧成形品に限るもの
ではない。即ち、その形状は特に限定されるもの
ではなく任意のものを包含する。
In the present invention, the gel-like molded product formed from a sol and the molded product of the fired molded product refer to those having the shape of particles, fibers, lumps, membranes, sheets, etc., and are pressure-molded by press processing etc. It is not limited to products. That is, the shape is not particularly limited and includes any shape.

本発明において用いるジルコニウムアルコキシ
ドとしては、ジルコニウムメトキシド、ジルコニ
ウムエトキシド、ジルコニウムイソプロポキシ
ド、ジルコニウムノルマルプロポキシド、ジルコ
ニウムノルマルブトキシド等が挙げられる。この
上記アルコキシドの中には常温で固体のもの、液
体のものがあるが、両者とも有機溶媒に溶かして
溶液として使用する。ジルコニウムアルコキシド
を溶かすための有機溶媒としては、メチルアルコ
ール、エチルアルコールなどのアルコール、ベン
ゼン、トルエン、キシレン等、もしくはこれらの
混合物を使用することができる。
Examples of the zirconium alkoxide used in the present invention include zirconium methoxide, zirconium ethoxide, zirconium isopropoxide, zirconium normal propoxide, and zirconium normal butoxide. Among these alkoxides, there are those that are solid and those that are liquid at room temperature, and both are used as a solution by dissolving them in an organic solvent. As the organic solvent for dissolving the zirconium alkoxide, alcohols such as methyl alcohol and ethyl alcohol, benzene, toluene, xylene, etc., or mixtures thereof can be used.

ジルコニウムアルコキシドは、加水分解が早
く、水を添加すると容易に白色の沈澱を生じてし
まう。そこで本発明では、結晶水ついた、ジルコ
ニアの安定化剤として機能するイツトリウム、カ
ルシウム、マグネシウム、セリウム等より選ばれ
る1種または2種以上の塩の結晶水で緩慢に加水
分解することにより容易に空気中の操作でモノリ
シツクゲルが作製できる。
Zirconium alkoxide is rapidly hydrolyzed and easily forms a white precipitate when water is added. Therefore, in the present invention, one or more salts selected from yttrium, calcium, magnesium, cerium, etc., which function as a stabilizer for zirconia, are slowly hydrolyzed with crystallization water. Monolithic gel can be produced by operation in air.

また、本発明によつて用いる結晶水の塩はジル
コニウムアルコキシドを溶解するために用いた有
機溶媒に溶けなくてはならない。上記の塩として
は、YCl3・6H2O,Y2(SO43・8H2O,Y
(NO33・6H2O,Y2(CO33・3H2O,Y(CH3
COO)3・4H2O,Y2(C2O43・9H2O,CaCl2
H2O,Ca(ClO)2・3H2O,CaSO4・2H2O,Ca
(NO32・4H2O,Ca(C2O4)・H2O,Ca(CH3
COO)2・H2O,MgCL2・6H2O,Mg(ClO4)・
6H2O,MgSO4・H2O,MgSO4・7H2O,Mg
(NO32・6H2O,Mg(CH3COO)2・4H2O,Mg
(C2O4)・2H2O,Ce(ClO43・6H2O,Ce(OH)
・H2O,Ce(SO43・8H2O,Ce(NO33・8H2
O等が挙げられれ、これらのの中から1種または
2種以上を適宜選択して用いることができる。
Also, the crystal water salt used in accordance with the present invention must be soluble in the organic solvent used to dissolve the zirconium alkoxide. The above salts include YCl 3・6H 2 O, Y 2 (SO 4 ) 3・8H 2 O, Y
(NO 3 ) 3・6H 2 O, Y 2 (CO 3 ) 3・3H 2 O, Y (CH 3
COO) 3・4H 2 O, Y 2 (C 2 O 4 ) 3・9H 2 O, CaCl 2
H 2 O, Ca (ClO) 2・3H 2 O, CaSO 4・2H 2 O, Ca
(NO 3 ) 2・4H 2 O, Ca (C 2 O 4 )・H 2 O, Ca (CH 3
COO) 2・H 2 O, MgCL 2・6H 2 O, Mg(ClO 4 )・
6H 2 O, MgSO 4・H 2 O, MgSO 4・7H 2 O, Mg
(NO 3 ) 2・6H 2 O, Mg (CH 3 COO) 2・4H 2 O, Mg
(C 2 O 4 )・2H 2 O, Ce (ClO 4 ) 3・6H 2 O, Ce (OH)
4・H 2 O, Ce (SO 4 ) 3・8H 2 O, Ce (NO 3 ) 3・8H 2
O, etc., and one or more types can be appropriately selected and used from these.

ゲル状成形物は、ジルコニウムのアルコキシド
の溶液に以上の塩の1種又は2種以上を適量加
え、容器を密閉して攪拌をして、塩が完全に溶け
きつた後、加水分解により生成したゾルを常温あ
るいは適当な温度でエージングをすることにより
合成される。
The gel-like molded product is produced by adding an appropriate amount of one or more of the above salts to a solution of zirconium alkoxide, sealing the container and stirring, and after the salt has completely dissolved, hydrolysis is performed. It is synthesized by aging a sol at room temperature or an appropriate temperature.

結晶水を有する塩の添加量は、ジルコニウムア
ルコキシド1モルに対し、結晶水のH2Oが4モ
ル倍以下、好ましくは、0.01〜1モルになるよう
に調整することが望ましい。
It is desirable to adjust the amount of the salt having crystallization water so that the amount of H 2 O in the crystallization water is 4 times or less, preferably 0.01 to 1 mole, per mole of zirconium alkoxide.

又、該エージングは、ゾルを温度20℃〜80℃、
常圧=1atm下で1〜180日間置くことにより実施
される。
In addition, the aging process is performed by keeping the sol at a temperature of 20°C to 80°C.
It is carried out by leaving it under normal pressure = 1 atm for 1 to 180 days.

生成したゲル状成形物は400℃〜1800℃の適当
な温度で焼成され、安定化あるいは部分安定化及
び正方晶ジルコニア成形物が製造される。このジ
ルコニア成形物の安定化あるいは部分安定化と
は、前者は、立法晶ジルコニアの状態を、後者は
正方晶ジルコニアが立法晶ジルコニアに分散した
状態を意味する。
The resulting gel-like molded product is fired at a suitable temperature of 400°C to 1800°C to produce a stabilized or partially stabilized and tetragonal zirconia molded product. The stabilization or partial stabilization of the zirconia molded product means the state of cubic zirconia in the former case, and the state in which tetragonal zirconia is dispersed in cubic zirconia in the latter case.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の具体的実施例を説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

(実施例 1) ジルコニウムイソプロポキシド0.1モルを200ml
のエタノールに溶解した。溶解した溶液に
YCl3・6H2O0.01モルを加え密栓をして攪拌をし、
完全に溶解した後、ポリプロピレン製容器に移し
密閉した。80℃の乾燥機に1カ月置いてゲル状物
を成形し、それを1350℃、2時間保持で焼成する
ことにより正方晶のジルコニアバルク体が作成で
きた。
(Example 1) 200 ml of 0.1 mol of zirconium isopropoxide
was dissolved in ethanol. dissolved in solution
Add 0.01 mol of YCl 3 6H 2 O, close the cap tightly and stir.
After completely dissolving, it was transferred to a polypropylene container and sealed. A gel-like material was formed by placing it in a dryer at 80°C for one month, and then firing it at 1350°C for 2 hours to create a tetragonal zirconia bulk body.

(実施例 2) ジルコニウムブトキシドブタノール溶液
(90wt%溶液)111gにMgCl2・6H2Oを5.9g加
え完全に溶解した後、ポリプロピレン製容器に移
し密閉し、80℃の乾燥機に入れ1週間後そのゲル
を取り出し、1700℃、2時間保持で焼成したとこ
ろ正方晶のジルコニアバルク体が作成できた。
(Example 2) Add 5.9 g of MgCl 2 6H 2 O to 111 g of zirconium butoxide butanol solution (90 wt% solution) and dissolve completely, then transfer to a polypropylene container, seal it, and put it in a dryer at 80 ° C. After 1 week When the gel was taken out and fired at 1700°C for 2 hours, a tetragonal zirconia bulk body was created.

(実施例 3) ジルコニウムブトキシドブタノール溶液
(90wt%溶液)のジルコニウムブトキシドが0.1モ
ルとなるように分取し、YCl3・6H2O0.01モルを
加え溶解させた後、ポリエチレン容器に移して密
閉した。1日後、粘性のゾルとなつていた。それ
をテフロン棒を浸せきする手法で紡糸を行つた。
そのフアイバーを1200℃、2時間保持で焼成した
ところ立方晶の安定化ジルコニアフアイバーが作
成できた。
(Example 3) Zirconium butoxide butanol solution (90wt% solution) was separated so that zirconium butoxide was 0.1 mole, 0.01 mole of YCl 3 6H 2 O was added and dissolved, and then transferred to a polyethylene container and sealed. did. One day later, it had become a viscous sol. They spun it by dipping a Teflon rod into it.
When the fiber was fired at 1200°C for 2 hours, a cubic stabilized zirconia fiber was created.

(実施例 4) ジルコニウムイソプロポキシド0.1モルを200ml
のエタノールに溶解した。溶解した溶液に
YCl3・6H2O0.022モルを加え密栓をして攪拌を
し、完全に溶解した後、ポリプロピレン製容器に
移し密閉した。80℃の乾燥機に1カ月置いてゲル
状物を成形し、それを1700℃、2時間保持で焼成
し、その後、1300℃、2時間保持でアニールを
し、部分安定化ジルコニアバルク体を作成した。
(Example 4) 200 ml of 0.1 mol of zirconium isopropoxide
was dissolved in ethanol. dissolved in solution
0.022 mol of YCl 3 .6H 2 O was added, the mixture was tightly capped and stirred to completely dissolve, and then transferred to a polypropylene container and sealed. Place it in a dryer at 80°C for one month to form a gel-like material, then bake it at 1700°C for 2 hours, then anneal it at 1300°C for 2 hours to create a partially stabilized zirconia bulk body. did.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は、ジルコニウムアルコキシドの加水分
解を塩の結晶水を用いて行うので操作が簡単でか
つ品質が良好なゲル成形物およびそのセラミツク
スを安定して提供することができる。更に、該結
晶水を用いているので加水分解が徐々にかつ均一
に進行してゾルを形成するので、例えば、そのゾ
ルを所望形状の容器に入れてエージングすること
により一体化したゲル成形物およびセラミツクス
を極めて容易に得ることができるので種々の形状
の用途に使用でき、省力性および経済性の改善に
寄与する所は多大である。
In the present invention, since the hydrolysis of zirconium alkoxide is carried out using salt crystallization water, it is possible to stably provide gel molded products and ceramics thereof that are easy to operate and of good quality. Furthermore, since the crystal water is used, hydrolysis progresses gradually and uniformly to form a sol, so for example, by putting the sol in a container of a desired shape and aging it, an integrated gel molded product and Since ceramics can be obtained extremely easily, they can be used in a variety of shapes and contribute greatly to improvements in labor saving and economic efficiency.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ジルコニウムアルコキシドの溶液に結晶水を
有する金属塩を添加し、該結晶水で加水分解をし
てゾルを製造し、該ゾルからゲル状成形物を形成
し、該ゲル状成形物を焼成することを特徴とする
安定化あるいは部分安定化及び正方晶ジルコニア
成形物の製造方法。 2 該結晶水を有する金属塩が、イツトリウム、
カルシウム、マグネシウム、又はセリウムの塩化
物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、しゆう酸塩、又は
酢酸塩からなる群から1種以上選択されることを
特徴とする請求項1記載の安定化あるいは部分安
定化及び正方晶ジルコニア成形物の製造方法。
[Claims] 1. Adding a metal salt having water of crystallization to a solution of zirconium alkoxide, hydrolyzing with the water of crystallization to produce a sol, forming a gel-like molded product from the sol, A method for producing a stabilized or partially stabilized and tetragonal zirconia molded product, which comprises firing the molded product. 2 The metal salt having water of crystallization is ythtrium,
The stabilizer or moiety according to claim 1, characterized in that the stabilizer or moiety is selected from the group consisting of chloride, nitrate, sulfate, carbonate, oxalate, or acetate of calcium, magnesium, or cerium. A method for stabilizing and producing a tetragonal zirconia molded article.
JP1338778A 1989-12-28 1989-12-28 Production of stabilized or partially stabilized and tetragonal zirconia molding Granted JPH03199163A (en)

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