JPH0623041B2 - Method for producing high-purity stabilized zirconia powder - Google Patents
Method for producing high-purity stabilized zirconia powderInfo
- Publication number
- JPH0623041B2 JPH0623041B2 JP16122585A JP16122585A JPH0623041B2 JP H0623041 B2 JPH0623041 B2 JP H0623041B2 JP 16122585 A JP16122585 A JP 16122585A JP 16122585 A JP16122585 A JP 16122585A JP H0623041 B2 JPH0623041 B2 JP H0623041B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon
- powder
- zircon
- sio
- containing material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ジルコン粉末から高純度の安定化ジルコニア
(酸化ジルコニウム:ZrO2)粉末を製造する方法にかか
り、この明細書で述べる技術内容は、ジルコン粉末と炭
素含有物と安定化剤とを混合し、減圧脱珪熱処理を施す
ことにより、ジルコン粉末中のシリカ成分を気相中に揮
散除去させて高純度の安定化ジルコニア粉末を多量に製
造する有利な方法について提案するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a highly purified stabilized zirconia (zirconium oxide: ZrO 2 ) powder from zircon powder, and the technical contents described in this specification are as follows. By mixing the zircon powder, the carbon-containing material, and the stabilizer, and subjecting them to vacuum desiliconization heat treatment, the silica component in the zircon powder is volatilized and removed into the gas phase, and a large amount of high-purity stabilized zirconia powder is obtained. It proposes an advantageous method of manufacturing.
かかるジルコニア(ZrO2)は高融点(2700 ℃以上)を有す
る酸化物で、各種耐火材料として汎用されている。さら
に、近年では固体電解質として酸素センサーや研磨材、
電子セラミックス用等の分野における原料としての用途
に供されている。さらには、最近、部分的に安定化した
ジルコニアの場合高強度、高靭性機能を有するのでエン
ジニアリングセラミックスとしての用途も注目されてい
る。Such zirconia (ZrO 2 ) is an oxide having a high melting point (2700 ° C. or higher) and is widely used as various refractory materials. Furthermore, in recent years, oxygen sensors and abrasives as solid electrolytes,
It is used as a raw material in fields such as electronic ceramics. Furthermore, recently, partially stabilized zirconia has a high strength and a high toughness function, and therefore, its use as an engineering ceramics has been attracting attention.
(従来技術) 一般的なジルコニア粉末製造技術として現在知られてい
る主なものには、炭素脱珪アーク炉溶融法、 アルカリ溶融法がある。(Prior Art) The main techniques currently known as general zirconia powder production technology are the carbon desiliconization arc furnace melting method and the alkali melting method.
上記の製造法は、ジルコンサンドにコークスや、CaO
などの安定化剤、さらには鉄くずを添加してアーク炉中
で加熱して還元溶融することにより、ジルコン中のSiO2
分を気相中へ揮散させ、あるいは鉄と反応させてフェロ
シリコンとすることによりZrO2成分と分離し、同時にCa
O などの安定化剤をZrO2に固溶させて安定化ジルコニア
を得る方法である。この方法は、安価なジルコニアが得
られ、大規模な製造には向いているが、高純度のジルコ
ニア粉末を得ることができないという問題点があった。
さらに、アーク炉中で溶融させるために相当の高温を必
要として時間がかかり、また、得られたジルコニアブロ
ックを粉砕するためにもエネルギーが必要となり、省エ
ネルギーの観点からも問題点が残っていた。The above manufacturing method is based on zircon sand with coke and CaO.
By adding a stabilizer such as iron scrap and heating and reducing and melting in an arc furnace, SiO 2 in zircon
It is separated from the ZrO 2 component by volatilizing it into the gas phase or reacting with iron to form ferrosilicon, and at the same time Ca
In this method, a stabilizing agent such as O is dissolved in ZrO 2 to obtain a stabilized zirconia. Although this method can obtain inexpensive zirconia and is suitable for large-scale production, it has a problem that high-purity zirconia powder cannot be obtained.
Further, melting in an arc furnace requires a considerably high temperature and it takes time, and energy is required for crushing the obtained zirconia block, and there remains a problem from the viewpoint of energy saving.
上記の製造法は、ジルコンサンドとアルカリを溶融反
応させてジルコン中のSiO2分をアルカリけい酸塩として
洗浄除去し、一方ZrO2成分はジルコン酸ソーダとした
後、酸処理などのプロセスを経て、オキシ塩化ジルコニ
ウム(ZrOCl2)にする。そしてこのオキシ塩化ジルコニウ
ムは水に可溶であるから、pH調整を行って水酸化ジルコ
ニウムとし、熱処理してジルコニアを得る方法である。
この方法は上記の製造法と比べて純度99%以上の高純
度のジルコニアが得られるが、欠点は製造プロセスが複
雑であるために生産性が悪く、コストが非常に高くつく
ことである。The above-mentioned manufacturing method involves melting and reacting zircon sand with an alkali to wash and remove SiO 2 content in zircon as an alkali silicate, while ZrO 2 component is sodium zirconate, and then undergoes a process such as acid treatment. , Zirconium oxychloride (ZrOCl 2 ). Since this zirconium oxychloride is soluble in water, the pH is adjusted to obtain zirconium hydroxide, which is then heat treated to obtain zirconia.
This method can obtain high-purity zirconia having a purity of 99% or more as compared with the above-mentioned manufacturing method, but its disadvantages are that the manufacturing process is complicated and thus the productivity is poor and the cost is very high.
その他のジルコニア粉末の製造技術としては、特開昭58
−15021 号公報として開示されたものがある。この技術
は、ジルコンサンドと炭素粉末、の混合物に対し、さら
にCaO,MgO およびY2O3などの安定化剤をもを混合して造
粒し、該粒状物の周囲に炭素粒状物を付着させて非酸化
性雰囲気中で加熱することにより、SiO2分を気相中に出
すと同時に炭素粒状物と反応させてジルコニアとSiC を
同時に製造するという技術に関するものである。しか
し、このジルコニア粉末を製造する既知技術も、ZrO2中
にSiO2成分がかなり残留したり、SiC がZrO2中に混入し
たりするおそれがあり、また、反応させるのに高温度、
長時間を必要とし、純度、生産性の面で問題点があっ
た。Other techniques for producing zirconia powder are disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-58
-15021 has been disclosed. In this technique, a mixture of zircon sand and carbon powder is further mixed with stabilizers such as CaO, MgO and Y 2 O 3 for granulation, and carbon particles are attached to the periphery of the particles. The present invention relates to a technique of simultaneously producing zirconia and SiC by heating SiO 2 in a non-oxidizing atmosphere to bring out SiO 2 in the gas phase and reacting with carbon particulates. However, known techniques for producing the zirconia powder is also or residual SiO 2 component is considerably during ZrO 2, there is a risk that SiC is or mixed in the ZrO 2, also high temperature to react,
It took a long time, and there were problems in terms of purity and productivity.
(発明が解決しようとする問題点) 本発明の目的は、ジルコン粉末から安定化ジルコニア粉
末を製造する方法に関しての従来技術のもつ上述のよう
な問題点、すなわち高純度の安定化ジルコニアが安価に
かつ効率良く製造できないという問題点を解決すること
にある。(Problems to be Solved by the Invention) An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art regarding a method for producing a stabilized zirconia powder from zircon powder, that is, to provide a highly purified stabilized zirconia at low cost. And it is to solve the problem that it cannot be manufactured efficiently.
本発明者らの研究によると、ジルコン粉末からのジルコ
ニア粉末の製造に関する従来の炭素脱珪法について鋭意
検討を行った結果、ジルコン粉末の脱珪時にいかに効率
良くシリカ成分からのSiO 蒸気を除去するかが製造上非
常に重要であることを見出し、そのために本発明者らは
先に特開昭60-210530 号公報あるいは特開昭60-239325
号公報、特開昭60-239326 号公報において提案したよう
に、減圧下で炭素脱珪するという新規技術に想到した。
要するに減圧下で炭素脱珪すれば、従来の炭素脱珪法に
よりも低温、短時間の熱処理で効率良くジルコニア粉末
が製造できるが、製造条件(多量製造規模)によっては
SiO2が残留し、 高純度なジルコニア粉末が得られないこともあった。According to the research conducted by the present inventors, as a result of earnestly studying a conventional carbon desiliconizing method for producing zirconia powder from zircon powder, it was found that SiO vapor from a silica component is efficiently removed during desiliconizing of zircon powder. Has been found to be very important in manufacturing, and for this reason, the inventors of the present invention have previously disclosed Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-210530 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-239325.
As proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-239326, a new technique of desiliconizing carbon under reduced pressure was conceived.
In short, if carbon desiliconization is performed under reduced pressure, zirconia powder can be efficiently produced by heat treatment at low temperature for a short time even by the conventional carbon desiliconization method, but depending on the production conditions (mass production scale)
In some cases, SiO 2 remained and high-purity zirconia powder could not be obtained.
(問題点を解決するための手段) そこで本発明者らは、大量処理の場合であっても常に高
純度な安定化ジルコニア粉末を安定して製造する方法に
ついて研究した。(Means for Solving Problems) Therefore, the present inventors have studied a method for stably producing a highly pure stabilized zirconia powder even in the case of large-scale treatment.
ジルコン粉末と炭素含有物の混合物を減圧下で熱処理し
て脱珪し、ジルコニアを製造する場合においては、得ら
れるジルコニアの純度に及ぼす製造上の主な因子とし
て、ジルコン粉末と炭素含有物の配合割合、圧力、熱処
理温度あるいは熱処理時間等が挙げられる。こうした因
子に関して本発明者らは種々検討を加えたところ、高純
度な多量の安定化ジルコニア粉末を安定して製造するた
めには、ジルコン粉末、炭素含有物および各種安定化剤
の配合に関してそれらの配合割合の調整だけでなく、適
切な温度条件を選択して熱処理することが有効であると
いう事実に到達した。In the case of producing zirconia by heat treating a mixture of zircon powder and carbon-containing material under reduced pressure, in the case of producing zirconia, as a main factor affecting the purity of the obtained zirconia, the combination of zircon powder and carbon-containing material The ratio, pressure, heat treatment temperature, heat treatment time and the like can be mentioned. The present inventors have made various investigations regarding these factors, and in order to stably produce a large amount of stabilized zirconia powder with high purity, in order to stably produce high-purity stabilized zirconia powder, the zircon powder, the carbon-containing material, and various stabilizers have been blended. We have reached the fact that it is effective not only to adjust the blending ratio, but also to select an appropriate temperature condition and perform heat treatment.
そこで本発明は、上記課題解決のために、ジルコン粉末
と炭素含有物の混合物を熱処理することにより脱珪して
ジルコニアを製造する際に、 ジルコン粉末中のSiO2と炭素含有物中のCとのモル比
(C/SiO2)が0.4 〜2.0 の範囲内となるような配合割
合に調整したかかるジルコン粉末および炭素含有物に対
し、そのジルコン粉末中のZrO2成分に対して0.5 〜20モ
ル%に当たる量のMgO,CaO,Y2O3およびCeO2の各酸化物ま
たは加熱によりかかる酸化物となる化合物のうちから選
ばれる1種以上の安定化剤を加えてジルコン粉末、炭素
含有物、安定化剤からなる混合物あるいはその混合物の
成形体を得、かかる混合物もしくはその成形体を0.6 気
圧以下の減圧下において、まず1200〜1550℃の温度に加
熱保持し、次いで1550超〜2000℃の温度に加熱保持する
という、2段階に分けて焼成するという方法を採ること
により、高純なジルコニア粉末を安定して多量に製造で
きるようにするとともに、必要に応じて更に酸化処理し
てより高い純度のものを得ることとした。Therefore, in order to solve the above problems, the present invention, when producing a zirconia by desiliconizing by heating a mixture of zircon powder and a carbon-containing material, SiO 2 in the zircon powder and C in the carbon-containing material With respect to the zircon powder and the carbon-containing material adjusted to have a mixing ratio such that the molar ratio (C / SiO 2 ) of the zircon powder is within the range of 0.4 to 2.0, 0.5 to 20 mol of the ZrO 2 component in the zircon powder. % Of each of MgO, CaO, Y 2 O 3 and CeO 2 oxide or one or more stabilizers selected from compounds that become such oxides by heating, and zircon powder, carbon-containing material, A mixture of stabilizers or a molded product of the mixture is obtained, and the mixture or the molded product is first heated and maintained at a temperature of 1200 to 1550 ° C under a reduced pressure of 0.6 atm or less, and then a temperature of more than 1550 to 2000 ° C. Keep it heated to By adopting a method of firing in stages, it was made possible to stably produce a large amount of highly pure zirconia powder, and if necessary, further oxidize to obtain a higher purity product. .
(作用) 本発明方法で使用するジルコン粉末は、純度の高いジル
コニア粉末製造のためには当然高純度原料の使用が不可
欠であり、ZrO2とSiO2以外の不純物成分はなるべく少な
い方が良く、例えばジルコンサンドを粉砕したものでよ
い。ただ炭素との反応を速やかに進行させるためには細
かい方が望ましい。具体的な数値で示すと、ZrO2+SiO2
が98.5%以上で44μm以下の粒度のジルコン粉末が適切
である。(Operation) Zircon powder used in the method of the present invention, of course, the use of high-purity raw material is indispensable for producing high-purity zirconia powder, and it is better that the impurity components other than ZrO 2 and SiO 2 are as small as possible, For example, crushed zircon sand may be used. However, the finer one is desirable in order to promptly proceed the reaction with carbon. In concrete terms, ZrO 2 + SiO 2
Zircon powder with a particle size of 98.5% or more and a particle size of 44 μm or less is suitable.
次に本発明においてジルコン粉末と混合する炭素含有物
については、得られるジルコニア粉末の純度を高く保つ
ためには、灰分はなるべく少ない方が望ましい。例えば
本発明において好適に使用される炭素含有物としては、
灰分の少ない石油コークスや石油あるいは、石炭ピッ
チ,カーボンブラックなどが挙げられるが、さらに、フ
ェノール樹脂、ポリエチレンなどの加熱により炭素を生
成する有機樹脂なども使用することができる。Next, regarding the carbon-containing material mixed with the zircon powder in the present invention, it is desirable that the ash content is as small as possible in order to keep the purity of the obtained zirconia powder high. For example, as the carbon-containing material preferably used in the present invention,
Examples include petroleum coke and petroleum having a low ash content, coal pitch, carbon black, and the like. Further, organic resins such as phenol resin and polyethylene that generate carbon by heating can also be used.
次に本発明にあっては、ジルコン粉末中のシリカと炭素
含有物の炭素とのモル比(C/SiO2)が0.4 〜2.0 とな
るようにジルコン粉末と炭素含有物とを配合するが、こ
の範囲内に限定される理由は、次のとおりである。すな
わち、ジルコンと炭素含有物との比(モル比C/SiO2)
が0.4 より小さいとジルコンを完全に脱珪(SiO2をSiO
蒸気として揮酸) するのに炭素が不足して脱珪処理後も
ジルコンが残留する。逆にC/SiO2(モル比)が2より大
きいと、ジルコン中のSiO2を還元してSiO 蒸気として除
去するのに十分な炭素量ではあるが、炭素が多いために
還元性となり過ぎ、ZrSi,Zr5Si3といったジルコニウム
の珪化物が生成し、Si残留量が増加し、最終的(酸化処
理後)に得られるZrO2中のSiO2量が増加して純度を悪く
するので良くない。従って、ジルコニアの純度を良好に
保つためには、ジルコン粉末中のシリカと炭素含有物中
の炭素量をC/SiO2(モル比)で表して0.4 〜2.0 の範囲
内に限定する必要がある。本発明において用いられる炭
素含有物中の炭素とは1000℃以下で揮発する成分を除去
した高温で脱珪反応に関与する固定炭素である。Next, in the present invention, the zircon powder and the carbon-containing material are blended so that the molar ratio (C / SiO 2 ) of silica in the zircon powder and carbon of the carbon-containing material is 0.4 to 2.0. The reason for being limited within this range is as follows. That is, the ratio of zircon to carbon-containing material (molar ratio C / SiO 2 ).
Is less than 0.4, the zircon is completely desiliconized (SiO 2
Although it is vaporized as steam, carbon is insufficient, and zircon remains after desiliconization. On the other hand, if C / SiO 2 (molar ratio) is larger than 2 , the amount of carbon is sufficient to reduce SiO 2 in zircon to remove it as SiO vapor, but it is too reductive because of the large amount of carbon. Zirconium silicides such as ZrSi and Zr 5 Si 3 are generated, the amount of residual Si increases, and the amount of SiO 2 in ZrO 2 finally obtained (after oxidation treatment) increases, which deteriorates the purity. . Therefore, in order to keep the purity of zirconia in good condition, it is necessary to limit the amount of silica in the zircon powder and the amount of carbon in the carbon-containing material within the range of 0.4 to 2.0 in terms of C / SiO 2 (molar ratio). . The carbon in the carbon-containing material used in the present invention is fixed carbon that participates in the desiliconization reaction at high temperature from which components that volatilize at 1000 ° C. or less are removed.
次に本発明においてはジルコン粉末と炭素含有物の混合
物、あるいはその成形体を0.6 気圧以下で脱珪熱処理を
施すが、0.6 気圧以下に限定する理由は0.6 気圧よりも
圧力が大きいとSiO 蒸気を効果的に揮散除去できず、得
られたジルコニア中にSiO2が残留して高純度のジルコニ
ア粉末が得られないからである。Next, in the present invention, the mixture of zircon powder and carbon-containing material, or a compact thereof, is subjected to desiliconization heat treatment at a pressure of 0.6 atm or less. This is because the zirconia cannot be effectively volatilized and removed, and SiO 2 remains in the obtained zirconia so that a high-purity zirconia powder cannot be obtained.
また、本発明の実施の際に用いられる減圧雰囲気として
は、炭素含有物の酸化による焼損を避けるために、N2,
Ar,CO などの非酸化性ガス雰囲気が好適である。The reduced pressure atmosphere used in the practice of the present invention is N 2 , N 2
A non-oxidizing gas atmosphere such as Ar or CO is suitable.
さて上述した説明では、単にジルコンサンドと炭素との
混合物を減圧下で脱珪する本発明方法について説明した
が、この脱珪処理により高純度のジルコニア粉末が製造
される。しかしながらこうして得られたジルコニア粉末
は、未安定化ジルコニアとも呼ばれるもので、この粉末
の主たる用途は、圧電素子、セラミックコンテンサーな
どの電子材料、光学ガラスなどの製造のための原料粉末
などである。In the above description, the method of the present invention in which a mixture of zircon sand and carbon is simply desiliconized under reduced pressure has been described, but this desiliconization treatment produces high-purity zirconia powder. However, the zirconia powder obtained in this way is also called unstabilized zirconia, and the main uses of this powder are electronic materials such as piezoelectric elements and ceramic contents, raw material powders for producing optical glass and the like.
かかる未安定ジルコニアは、単斜晶型の結晶に属し、11
00℃前後で正方晶型の結晶に転移し、この時の大きな体
積変化が起きる。この体積変化のために、未安定化ジル
コニア粉末単味をそのまま成形焼結して焼結体を得ても
常温で必要な強度のあるものが得られない。そこで本発
明はこの未安定化ジルコニアの単斜結型←→正方晶型転
移に伴う体積変化をなくすために、ジルコン粉末・炭素
含有物の他に、さらに、ジルコニアの構造中に固溶して
安定化させる酸化物成分をも添加した混合物につき、減
圧下の熱処理を行い、炭素還元による脱珪を促進し、同
時に安定化ジルコニアを製造することとした。Such unstable zirconia belongs to the monoclinic type crystal, 11
It transforms to a tetragonal crystal at around 00 ° C, and a large volume change occurs at this time. Due to this volume change, even if the unstabilized zirconia powder alone is compacted and sintered as it is to obtain a sintered body, it is not possible to obtain one having the required strength at room temperature. Therefore, in the present invention, in order to eliminate the volume change due to the monoclinic type ← → tetragonal type transition of the unstabilized zirconia, in addition to the zircon powder and the carbon-containing material, the unstabilized zirconia further forms a solid solution in the structure of zirconia. The mixture to which the stabilizing oxide component was also added was subjected to heat treatment under reduced pressure to promote desiliconization by carbon reduction, and at the same time to produce stabilized zirconia.
上記、安定化成分として本発明は、MgO,CaO,Y2O3および
CeO2またはMgCO3,Ca(OH)2,CaCO3,YCl3・6H2O,Ce(NO3)3
・6H2Oのように加熱によりこれらの酸化物となる化合物
のうちから選ばれる1種または、2種以上をジルコン粉
末中のZrO2成分に対して酸化物換算で0.5 〜20モル%、
上記ジルコン粉末と炭素含有物とに加え、かかる混合粉
末、あるいはその成形体に上述の減圧下における炭素還
元による脱珪処理を施すことにより、ジルコニアの安定
化を図る。As described above, the present invention as a stabilizing component includes MgO, CaO, Y 2 O 3 and
CeO 2 or MgCO 3, Ca (OH) 2 , CaCO 3, YCl 3 · 6H 2 O, Ce (NO 3) 3
0.5 to 20 mol% in terms of oxide, based on the ZrO 2 component in the zircon powder, of one or two or more selected from compounds such as 6H 2 O that become oxides when heated.
In addition to the zircon powder and the carbon-containing material, the mixed powder or a molded body thereof is subjected to the above-mentioned desiliconization treatment by carbon reduction under reduced pressure to stabilize zirconia.
安定化剤の添加量を酸化物としてジルコニア粉末中のZr
O 成分に対して0.5 〜20モル%の範囲に限定する理由
は、0.5 モル%よりも少ないとZrO2を安定させるのに量
的に不足し、逆に20モル%よりも多いとジルコニア単一
相ばかりでなく、第2相例えば、CaZr4O9,Zr3Y4O12とい
った結晶相が析出し、結晶体の強度を低下させるからで
ある。Zr in zirconia powder with the amount of stabilizer added as oxide
The reason for limiting the range of 0.5 to 20 mol% relative to the O component is that the amount is insufficient to stabilize ZrO 2 if the amount is less than 0.5 mol%, and conversely if the amount is more than 20 mol%, the zirconia is single. This is because not only the phase but also the second phase, for example, a crystal phase such as CaZr 4 O 9 or Zr 3 Y 4 O 12 is precipitated, and the strength of the crystal body is reduced.
純度の高いジルコニア粉末は、上述したような原料の選
択および適切なそれらの配合によって得られる混合物あ
るいはその成形体を、適当に脱珪熱処理することによっ
ても製造できる。しかし、それも従来のように100g以下
の少量生産の場合に限られ例えば本発明のように、多量
生産となると様子は異なる。即ち、多量になると、ジル
コン粉末と炭素含有物の混合物の場所によっては、ジル
コンが残留したりして高純度(>98%)なジルコニア粉
末が安定的に得られないという問題が残る。こうした問
題点を解決するために、本発明者らは減圧脱熱処理条件
についてさらに検討したところ、1200〜1550℃の温度範
囲と1550超〜2000℃の温度範囲との2段焼成を行うこと
により、1kg 以上の多量でも99%以上の高純度のジルコ
ニア粉末が得られることを知見したのである。The high-purity zirconia powder can also be produced by appropriately subjecting a mixture obtained by selecting the above-mentioned raw materials and appropriately blending them or a molded body thereof to heat treatment for desiliconization. However, it is limited to the case of a small amount production of 100 g or less as in the conventional case, and the situation is different when the mass production is performed as in the present invention. That is, when the amount becomes large, depending on the location of the mixture of the zircon powder and the carbon-containing material, zircon may remain and a high-purity (> 98%) zirconia powder cannot be stably obtained. In order to solve these problems, the present inventors further studied the reduced pressure heat treatment conditions, and by performing two-stage firing of a temperature range of 1200 to 1550 ° C. and a temperature range of over 1550 to 2000 ° C., They have found that a high-purity zirconia powder of 99% or more can be obtained even in a large amount of 1 kg or more.
本発明の減圧脱珪熱処理特有の上記2段焼成に関しての
本発明者らの知見は次のとおりである。すなわち、最初
から1550℃を超えるような高温度にした場合、ジルコン
のZrO2とSiO2への急速な解離が起こると共にMgO,CaO,Y2
O3およびCeO2といった安定化剤がSiO2と反応し、その反
応生成物がSiO 蒸気の発生を妨げる。そこで高純度化の
ためには、まず第1段階の焼成として1200〜1550℃の温
度で徐々に脱珪することが必要である。この温度域でほ
ぼ脱珪を完了してから、さらに第2段階の焼成として15
50超〜2000℃まで温度を上げると、残っているSiO2成分
がSiO 蒸気として完全に揮散され、さらに安定化剤のZr
O2の拡散速度の増大により固溶促進が起こるのである。The findings of the present inventors regarding the above-mentioned two-step firing peculiar to the vacuum desiliconization heat treatment of the present invention are as follows. That is, when a high temperature of more than 1550 ° C is applied from the beginning, a rapid dissociation of zircon into ZrO 2 and SiO 2 occurs and MgO, CaO, Y 2
Stabilizers such as O 3 and CeO 2 react with SiO 2 and the reaction products prevent the evolution of SiO 2 vapor. Therefore, in order to achieve high purity, it is first necessary to gradually remove silicon at a temperature of 1200 to 1550 ° C. as the first stage firing. After desiliconization is almost completed in this temperature range, the second stage of firing is 15
When the temperature is raised from more than 50 to 2000 ° C, the remaining SiO 2 component is completely volatilized as SiO vapor, and the stabilizer Zr
The increase in the diffusion rate of O 2 promotes solid solution.
なお、蒸気熱処理温度の上限・下限については、1200℃
よりも低いと脱珪に長時間を要して生産性が悪くなるか
らであり、また2000℃よりも高いと熱処理のためへエネ
ルギーコストが高くなるから、上述の如き範囲とする。The upper and lower limits of steam heat treatment temperature are 1200 ° C.
If it is lower than 2000 ° C., it takes a long time to desiliconize and the productivity is deteriorated. If it is higher than 2000 ° C., the energy cost is increased due to the heat treatment.
本発明では、減圧熱処理によって生成する結晶はほとん
どがZrO2で、ジルコンと炭素の混合割合によっては第2
表に示すように一部ZrO,ZrC などが生成する。そうした
場合、脱珪のための熱処理後において酸化処理を行いZr
O,ZrC などをZrO2にして、さらに、高純度化が達成され
る。In the present invention, most of the crystals produced by the reduced pressure heat treatment are ZrO 2 , and depending on the mixing ratio of zircon and carbon the second
As shown in the table, some ZrO and ZrC are generated. In such a case, after the heat treatment for desiliconization, oxidation treatment is performed and Zr
O, ZrC, etc. are changed to ZrO 2 , and further high purification is achieved.
本発明においては、ジルコン中のシリカ粉末を完全に脱
珪させるために、ジルコン中のシリカに相当するモル比
よりも炭素量が若干過剰になるように炭素含有物を配合
する場合もある。そうした場合、脱珪の熱処理条件によ
っては、ZrO,ZrC さらにはこれらの固溶体が生成する。
要するに本発明における酸化処理とは、ZrO やZrC を酸
化してZrO2にするために行う処理である。同時に熱処理
後残留している炭素があれば、それも酸化して気相中に
揮散させて除去する。酸化処理時の温度は、600 〜900
℃の範囲が適当である。In the present invention, in order to completely desiliconize the silica powder in the zircon, the carbon-containing material may be blended so that the carbon content may be slightly in excess of the molar ratio corresponding to the silica in the zircon. In such a case, ZrO, ZrC, and further a solid solution of these may be formed depending on the heat treatment conditions for desiliconization.
In short, the oxidation treatment in the present invention is a treatment performed to oxidize ZrO or ZrC to ZrO 2 . At the same time, if any carbon remains after the heat treatment, it is also oxidized and volatilized in the gas phase to be removed. The temperature during the oxidation treatment is 600-900
A range of ° C is suitable.
(実施例) ZrO2とSiO2の合計含有量が99.0%になる平均粒径1.5 μ
mのジルコン粉末と平均粒径560 Åのカーボンブラック
(固定炭素99%、灰分0.1 %)とを、ジルコン粉末中の
SiO2とカーボンブラック中の固定炭素とのモル比(C/SiO
2)が1.2 となるように多量に配合し、さらに第1表中に
示すような安定化剤を混合し、十分に混合した後に金型
成形機を用いて10mmφ×20mm Hの同筒状の試料を多数成
形した。これらの成形体を用いて第1表に示す熱処理条
件で減圧脱珪処理を行った。1回当りの処理量はジルコ
ン粉末とカーボンブラックとの混合物量にして5kgとし
た。(Example) Average particle size of 1.5 μ at which the total content of ZrO 2 and SiO 2 becomes 99.0%
m zircon powder and carbon black with an average particle size of 560Å (fixed carbon 99%, ash content 0.1%)
The molar ratio of SiO 2 and fixed carbon in carbon black (C / SiO
2 ) was mixed in a large amount so as to be 1.2, and then a stabilizer as shown in Table 1 was mixed and mixed well, and then a 10 mmφ × 20 mm H cylindrical tube was prepared using a mold molding machine. Many samples were molded. Using these compacts, vacuum desiliconization treatment was performed under the heat treatment conditions shown in Table 1. The amount of treatment per treatment was 5 kg in terms of the mixture amount of zircon powder and carbon black.
熱処理後、粉末X線回析で存在結晶相の同定を行い、さ
らに、800 ℃の酸化処理後については、SiO2残留量、Zr
O2純度分析を行った。その結果を同じく第1表に示す。After the heat treatment, powder X-ray diffraction was used to identify the existing crystal phases, and after the oxidation treatment at 800 ° C, the residual amount of SiO 2 and Zr
O 2 purity analysis was performed. The results are also shown in Table 1.
第1表から明らかなように、1550℃以下の低温度の焼成
と1550℃よりも高温度での焼成という2段にわたる減圧
脱珪熱処理を採用することによって、SiO2残留量の少な
い高純度な安定化ジルコニア粉末が量産規模でも製造可
能となった。しかも、酸化処理をしたものでは、99%以
上の高純度のものが得られた。As is clear from Table 1, by employing the vacuum degassing珪熱process over two stages of calcination at higher temperatures than 1550 ° C. or lower temperature firing and 1550 ° C., the high-purity low SiO 2 remaining amount Stabilized zirconia powder can now be manufactured on a mass production scale. Moreover, with the oxidation treatment, a high purity of 99% or more was obtained.
(発明の効果) 以上述べたように本発明によれば、安価で高純度な安定
化状態のジルコニア粉末が量産規模であっても的確に効
率良く製造できる。 (Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, it is possible to accurately and efficiently manufacture inexpensive, highly pure, stabilized zirconia powder in a mass production scale.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小口 征男 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masao Oguchi 1 Kawasaki-cho, Chiba-shi, Chiba Kawasaki Steel Co., Ltd. Technical Research Division
Claims (2)
の時間熱処理することにより脱珪してジルコニア粉末を
製造する際に、 ジルコン粉末中のSiO2と炭素含有物中のCとのモル比(C
/SiO2)が0.4 〜2.0 の範囲内となるような配合割合にか
かる該ジルコン粉末および炭素含有物に対し、そのジル
コン粉末中のZrO2成分に対して0.5 〜20モル%に当たる
量のMgO,CaO,Y2O3およびCeO2の各酸化物または加熱によ
りかかる酸化物となる化合物のうちから選ばれる1種以
上の安定化剤を加えて調整した混合物あるいはその混合
物の成形体を得、かかる混合物もしくはその成形体を0.
6 気圧以下の減圧下において、まず1200〜1550℃の温度
に加熱保持し、次いで1550超〜2000℃の温度に加熱保持
する熱処理を行うことを特徴とする高純度安定化ジルコ
ニア粉末の製造方法。1. When producing a zirconia powder by desiliconizing a mixture of zircon powder and carbon-containing material by heat treatment for a predetermined time, the molar ratio of SiO 2 in the zircon powder and C in the carbon-containing material. (C
/ SiO 2 ), with respect to the zircon powder and the carbon-containing material having a compounding ratio of 0.4 to 2.0, the amount of MgO corresponding to 0.5 to 20 mol% with respect to the ZrO 2 component in the zircon powder, A mixture prepared by adding one or more stabilizers selected from the oxides of CaO, Y 2 O 3 and CeO 2 or compounds that become such oxides by heating, or a molded product of the mixture, 0.
A method for producing a high-purity stabilized zirconia powder, which comprises performing a heat treatment in which the temperature is maintained at 1200 to 1550 ° C under a reduced pressure of 6 atm or less, and then the temperature is maintained above 1550 to 2000 ° C.
の時間熱処理することにより脱珪してジルコニア粉末を
製造する際に、 ジルコン粉末中のSiO2と炭素含有物中のCとのモル比(C
/SiO2)が0.4 〜2.0 の範囲内となるような配合割合にか
かる該ジルコン粉末および炭素含有物に対し、そのジル
コン粉末中のZrO2成分に対して0.5 〜20モル%に当たる
量のMgO,CaO,Y2O3およびCeO2の各酸化物または加熱によ
りかかる酸化物となる化合物のうちから選ばれる1種以
上の安定化剤を加えて調整した混合物あるいはその混合
物の成形体を得、かかる混合物もしくはその成形体を0.
6 気圧以下の減圧下において、まず1200〜1550℃の温度
に加熱保持し、次いで1550超〜2000℃の温度に加熱保持
する熱処理を行い、引き続いて酸化処理を施すことを特
徴とする高純度安定化ジルコニア粉末の製造方法。2. When producing a zirconia powder by desiliconizing a mixture of zircon powder and carbon-containing material for a predetermined time, the molar ratio of SiO 2 in the zircon powder and C in the carbon-containing material. (C
/ SiO 2 ), with respect to the zircon powder and the carbon-containing material having a compounding ratio of 0.4 to 2.0, the amount of MgO corresponding to 0.5 to 20 mol% with respect to the ZrO 2 component in the zircon powder, A mixture prepared by adding one or more stabilizers selected from the oxides of CaO, Y 2 O 3 and CeO 2 or compounds that become such oxides by heating, or a molded product of the mixture, 0.
High-purity stability characterized by performing heat treatment by first heating and holding at a temperature of 1200 to 1550 ° C and then holding at a temperature of more than 1550 to 2000 ° C under a reduced pressure of 6 atm or less, and subsequently performing an oxidation treatment. Method for producing powdered zirconia powder.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16122585A JPH0623041B2 (en) | 1985-07-23 | 1985-07-23 | Method for producing high-purity stabilized zirconia powder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16122585A JPH0623041B2 (en) | 1985-07-23 | 1985-07-23 | Method for producing high-purity stabilized zirconia powder |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6221714A JPS6221714A (en) | 1987-01-30 |
| JPH0623041B2 true JPH0623041B2 (en) | 1994-03-30 |
Family
ID=15731004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16122585A Expired - Lifetime JPH0623041B2 (en) | 1985-07-23 | 1985-07-23 | Method for producing high-purity stabilized zirconia powder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0623041B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01226669A (en) * | 1988-03-01 | 1989-09-11 | Toray Du Pont Kk | Elastic thread bobbin body |
| US6086004A (en) * | 1995-05-24 | 2000-07-11 | Dupont-Torav Company, Ltd. | Process for making a spandex supply package |
| CN111204801B (en) * | 2020-01-21 | 2022-04-01 | 绵竹市金坤化工有限公司 | Phosphoric acid method production process of zirconia powder of high-silicon zirconium-containing waste |
-
1985
- 1985-07-23 JP JP16122585A patent/JPH0623041B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6221714A (en) | 1987-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0623041B2 (en) | Method for producing high-purity stabilized zirconia powder | |
| US4755365A (en) | Method of producing high purity zirconia powder from zircon powder | |
| JPH0621040B2 (en) | Method for producing high-purity zirconia powder | |
| EP0157366B1 (en) | Method of producing high purity zirconia powder from zircon powder | |
| De Souza et al. | Production of stabilized and non-stabilized ZrO2 by carbothermic reduction of ZrSiO4 | |
| JPH01215719A (en) | Production of high-purity zirconia powder | |
| JPH025689B2 (en) | ||
| JPH032807B2 (en) | ||
| JPS6278113A (en) | Production of stabilized zirconia powder | |
| JP3912580B2 (en) | Method for producing titanium carbonitride | |
| JPS6350320A (en) | Production of powdery zirconia | |
| KR900004490B1 (en) | Process for production of high purity zirconia powder from zircon powder | |
| JPH032805B2 (en) | ||
| US3076716A (en) | Production of granular zirconia products | |
| JPS6278110A (en) | Production of stabilized zirconia fine powder | |
| JPS6278111A (en) | Productin of stabilized zirconia fine powder | |
| JPH032806B2 (en) | ||
| JP2835864B2 (en) | Method for producing boron-dissolved silicon carbide powder | |
| JPH025688B2 (en) | ||
| JPS62182154A (en) | Calcia sintered body and manufacture | |
| JPS6278115A (en) | Production of powdery raw material for sintered zirconia | |
| JPS6278114A (en) | Production of zirconia powder | |
| JPS6278112A (en) | Production of zirconia fine powder | |
| JP2604820B2 (en) | Refractory material | |
| Koehler | The structure and properties of refractory zirconia ceramics II. Applied investigations: A review of research works carried out in the USSR |