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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-24
(45)【発行日】2023-02-01
(54)【発明の名称】セラミック焼結体およびセラミック粉末
(51)【国際特許分類】
C04B 35/488 20060101AFI20230125BHJP
【ＦＩ】
C04B35/488 500
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2021505060
(86)(22)【出願日】2020-03-09
(86)【国際出願番号】 JP2020009982
(87)【国際公開番号】W WO2020184509
(87)【国際公開日】2020-09-17
【審査請求日】2021-09-01
(31)【優先権主張番号】P 2019044207
(32)【優先日】2019-03-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000006633
【氏名又は名称】京セラ株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000208662
【氏名又は名称】第一稀元素化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003029
【氏名又は名称】弁理士法人ブナ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】西原 孝典
(72)【発明者】
【氏名】木村 英夫
【審査官】山本 吾一
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－０６２９１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６２－２９７２６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１３１０８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】J. J. Roa et al.，Chemical segregation in a 12Ce-ZrO2/3Y-ZrO2 ceramic composite，Materials Characterization，Vol.132, ，2017年，p. 83-91
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０４Ｂ ３５／４２－３５／４４７
Ｃ０４Ｂ ３５／４６－３５／５１５
ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ジルコニアを７５～９５質量％、アルミナを５～２５質量％、ジルコニアとアルミナの総和を１００質量％とした際に、酸化亜鉛が０．２～０．４質量％含まれるジルコニア系複合酸化物からなり、ジルコニアが１．５～２．８モル％のＹ
２
Ｏ
３
を含む部分安定化ジルコニアと８～１２モル％のＣｅＯ
２
を含む部分安定化ジルコニアとを含み、ジルコニア総量に対するＹ
２
Ｏ
３
を含む部分安定化ジルコニアの比率が１５～５０％であることを特徴とするセラミック焼結体。
【請求項2】
複数の焼結体結晶と、該複数の焼結体結晶の間にある粒界部とを備え、
前記焼結体結晶の中央領域よりも、前記粒界部の方がＣｅの含有量が大きい、請求項１に記載のセラミック焼結体。
【請求項3】
前記焼結体結晶のＣｅの含有量は、前記焼結体結晶の中央領域よりも、前記粒界部に近い端部領域の方が大きいことを特徴とする請求項２に記載のセラミック焼結体。
【請求項4】
前記粒界部のＣｅの含有量は、前記焼結体結晶の前記端部に近づくにしたがって漸増する領域を有することを特徴とする請求項３に記載のセラミック焼結体。
【請求項5】
前記粒界部のＣｅの含有量は、８質量％以上１５質量％以下であることを特徴とする請求項２～４のいずれかに記載のセラミック焼結体。
【請求項6】
少なくとも１つの前記焼結体結晶は、アルミナのナノ粒子を内部に備えることを特徴とする請求項２～５のいずれかに記載のセラミック焼結体。
【請求項7】
１４５０℃常圧焼結時の焼結密度が理論密度に対する相対密度で９７．６％以上であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載のセラミック焼結体。
【請求項8】
破壊靱性値が、ＩＦ法で１２．０ＭＰａ・ｍ０．５以上、ＳＥＶＮＢ法で１０．０ＭＰａ・ｍ０．５以上であることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載のセラミック焼結体。
【請求項9】
ビッカース硬度ＨＶ５０が１１００以上である請求項１～８のいずれかに記載のセラミック焼結体。
【請求項10】
３点曲げ破壊時の抗折強度値が９８０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載のセラミック焼結体。
【請求項11】
請求項１～１０のいずれかに記載のセラミック焼結体を含有する刃体を備えた刃物。
【請求項12】
請求項１～１０のいずれかに記載のセラミック焼結体を含有する切削部または耐摩耗部を備えた治工具。
【請求項13】
ジルコニアを７５～９５質量％、アルミナを５～２５質量％、ジルコニアとアルミナの総和を１００質量％とした際に、酸化亜鉛が０．２～０．４質量％含まれるジルコニア系複合酸化物からなり、ジルコニアが１．５～２．８モル％のＹ２Ｏ３を含む部分安定化ジルコニアと８～１２モル％のＣｅＯ２を含む部分安定化ジルコニアとを含み、ジルコニア総量に対するＹ２Ｏ３を含む部分安定化ジルコニアの比率が１５～５０％であることを特徴とするセラミック粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ジルコニアを主成分として含むセラミック焼結体およびセラミック粉末に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、様々な技術分野において、比較的高い強度と比較的高い靭性とを両立するセラミック焼結体（セラミック粉末が成形、焼成されてなるもの）が求められている。このようなセラミック焼結体の一例として、下記特許文献１には、人工関節等に適するセラミック焼結体が挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００５－１３１０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば刃物等の用途において、セラミック焼結体にはさらに高い強度と靭性との両立が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示に係るセラミック焼結体は、ジルコニアを７５～９５質量％、アルミナを５～２５質量％、ジルコニアとアルミナの総和を１００質量％とした際に、酸化亜鉛が０．２～０．４質量％含まれるジルコニア系複合酸化物からなり、ジルコニアが１．５～２．８モル％のＹ
２
Ｏ
３
を含む部分安定化ジルコニアと８～１２モル％のＣｅＯ
２
を含む部分安定化ジルコニアとを含み、ジルコニア総量に対するＹ
２
Ｏ
３
を含む部分安定化ジルコニアの比率が１５～５０％である。
【0006】
本開示に係るセラミック焼結体およびセラミック粉末は、ジルコニアを７５～９５質量％、アルミナを５～２５質量％、ジルコニアおよびアルミナの総和を１００質量％とした際に、酸化亜鉛が０．２～０．４質量％含まれるジルコニア系複合酸化物からなり、ジルコニアが１．５～２．８モル％のＹ２Ｏ３（イットリア）を含む部分安定化ジルコニアと８～１２モル％のＣｅＯ２を含む部分安定化ジルコニアとを含み、ジルコニア総量に対するＹ２Ｏ３を含む部分安定化ジルコニアの比率が１５～５０％である。
【0007】
本開示に係る刃物は、上述のセラミック焼結体を含有する刃体を備える。さらに、本開示に係る治工具は、上述のセラミック焼結体を含有する切削部または耐摩耗部を備える。
【発明の効果】
【0008】
本開示のセラミック焼結体は、高い抗折強度と高い破壊靭性とを有する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本開示のセラミック焼結体の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本開示のセラミック焼結体の概略表面拡大図の一例である。図２は、本開示のセラミック焼結体の表面の透過型電子顕微鏡写真（ＴＥＭ写真）の一例である。図１の表面拡大図は、図２のＴＥＭ写真をベースにして描画したものである。
【0011】
図１および図２に示すセラミック焼結体１（以降、単に焼結体１と記載する場合がある）は、ジルコニアを主成分として含み、複数の焼結体結晶１０と、複数の焼結体結晶１０の間にある粒界部１２とを備えている。焼結体結晶１０は、ＣｅＯ２を少なくとも含み、焼結体結晶１０の中央領域Ａよりも、粒界部１２の方がＣｅの含有量が大きい。
【0012】
図３は、図１に示す焼結体結晶１０における、ジルコニア以外の成分の含有割合の一例を示すグラフである。すなわち、図３は、図１および２に示すａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅそれぞれの点において、エネルギー分散型Ｘ線分光器（Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製ＥＤＳアナライザ: ＮＳＳ３００Ｅ）を用いて測定した各元素の割合を示している。測定条件は加速電圧：２００ｋＶ、測定Ｌｉｖｅｔｉｍｅ：５０ｓｅｃとした。図１および２の点ａは中央領域Ａに含まれ、点ｅは粒界部１２に含まれている。その他の点ｂ、ｃおよびｄは、点ａと点ｅとを結ぶ直線上にこの順に設定した任意の測定点である。図１に示す端部領域Ｂおよび中央領域Ａと端部領域Ｂとの間の領域に、それぞれ点ｂ、ｃおよびｄのうち少なくとも１つの測定点を有するのが好ましい。
【0013】
具体的には、ジルコニア以外の成分の含有割合は、焼結体結晶１０の中央領域ＡのＣｅ含有量(１００質量％)に対して、粒界部１２のＣｅ含有量が１１０質量％以上、好ましくは１２０質量％以上であるのがよく、さらに１５０質量％以下、好ましくは１４０質量％以下であるのがよい。
【0014】
図３に示す結果より分かるように定量的に、粒界部１２ではジルコニアの安定化に必要なＣｅの含有量が多く、これに対して中央領域Ａではジルコニアの安定化に必要なＣｅの含有量が少ないことが確認される。この含有量の差は、焼結体結晶１０の内部で応力誘起変態に必要な臨界応力について、異なる領域が存在することを示し、各々で強度または靱性が上昇する効果を有する。
【0015】
すなわち、焼結体結晶１０の中央領域Ａよりも粒界部１２の方がＣｅの含有量が大きいことで、粒界部１２でジルコニアの安定化が進む。その結果、応力誘起変態に必要な臨界応力が高くなり、強度が上昇する効果をもたらす。一方で、中央領域Ａはジルコニアの安定化に必要なＣｅの含有量が少なくなる。そのため、応力誘起変態に必要な臨界応力が低くなり、靱性は高くなる。中央領域Ａとは、電子顕微鏡写真像における焼結体結晶１０の外接円の中心から、当該外接円の半径の５０％の半径を有する円の領域である。
【0016】
図３に示す結果からも明らかなように、本実施形態では、焼結体結晶１０のＣｅの含有量は、焼結体結晶１０の中央領域Ａよりも、粒界部１２に近い端部領域Ｂの方が大きい。端部領域Ｂとは、粒界部１２から中央領域Ａの中心を結ぶ線分の全長に対して、粒界部１２からの長さが１０％である領域である。粒界部１２のＣｅ含有量は、焼結体結晶１０の中央領域Ａから粒界部１２に向かって漸増する。
【0017】
これにより、焼結体結晶１０の粒界部１２から中央領域Ａにかけてジルコニアの安定化状態の変化が連続的に生じる。その結果、応力誘起変態に必要な臨界応力が高い部分と低い部分とが調和を保ち共存して、セラミック焼結体全体の強度と靱性とを両立させる効果がある。
【0018】
図１において、点ａが中央領域Ａに含まれ、点ｃおよび点ｄが端部領域Ｂに含まれる。点ｃ～点ｅにかけてＣｅの含有量は漸増している。これにより、本実施形態の焼結体結晶１０においては、ジルコニアの安定化状態が連続的に変化した応力誘起変態に寄与する相が、端部領域Ｂを挟み他の結晶相間に形成される。その結果、結晶粒内および結晶粒界起点の破壊に対する抵抗を高め、セラミック焼結体の強度と靱性値とを向上させる効果を有する。
【0019】
粒界部１２のＣｅの含有量は８質量％以上１５質量％以下である。粒界部１２のＣｅの含有量がこのような範囲である場合、強度と靭性とが比較的高い焼結体が得られる。
【0020】
図４は、図１とは異なる部分の焼結体１の透過型電子顕微鏡写真の一例である。本実施形態の焼結体１は、少なくとも１つの焼結体結晶１０が、アルミナのナノ粒子１４を内部に備える。これにより、焼結体結晶１０のジルコニア内にナノレベルの粒界部を形成し、上述の強度および靱性の強化機構をジルコニア内でも発生させる効果がある。その結果、セラミック焼結体全体の強度と靱性とが向上する。
【0021】
アルミナのナノ粒子１４は、粒径が０．８μｍ以下であるのがよく、０．５μｍ以下であるのがより望ましく、０．０１μｍ以上であるのがよい。ジルコニア内に存在するナノレベルのアルミナの粒子径が０．８μｍ以下の場合、他のアルミナの結晶粒子径と異なる粒子径である。そのため、本開示の特徴であるジルコニア内でのＣｅの濃化機構の複雑化に、より関与しやすくなり、セラミック焼結体の強度と靱性との向上に、より寄与する。
【0022】
本実施形態の焼結体１は、ジルコニアを７５～９５質量％、アルミナを５～２５質量％、ジルコニアとアルミナとの総和を１００質量％とした際に酸化亜鉛が０．２～０．４質量％含まれるジルコニア系複合酸化物からなる。ジルコニアは、１．５～２．８モル％のＹ２Ｏ３を含む部分安定化ジルコニアと８～１２モル％のＣｅＯ２を含む部分安定化ジルコニアとの混合相からなり、Ｙ２Ｏ３を含む部分安定化ジルコニアの比率が、ジルコニア総量、すなわち部分安定化ジルコニアの混合相全体の１５～５０％である。
【0023】
このような組成を有する焼結体１は、主組成であるジルコニアとアルミナとが各々の濃度で存在することにより、セラミック焼結体全体で分散強化機構が効果的に発生する。さらに、酸化亜鉛が上記の適切な濃度で存在することにより、焼結時にアルミナまたはジルコニア粒界部において焼結助剤としての効果をもたらし、焼結密度が上昇する効果がある。ジルコニアが上記した所定のＹ２Ｏ３濃度およびＣｅＯ２濃度を含有する部分安定化ジルコニアの混合相であることで、セラミック焼結体全体のジルコニアに巨視的な範囲で、応力誘起変態強化機構に必要な臨界応力の異なるＹ２Ｏ３部分安定化ジルコニアとＣｅＯ２部分安定化ジルコニアとが分散して存在する。その結果、外部応力からの破壊抵抗に対するジルコニアの抵抗応答性を高める効果を与える。酸化亜鉛は焼結過程で焼結助剤としての働きを示すだけでなく、アルミナとＣｅＯ２との化合物を形成する。部分安定化ジルコニアの安定化剤Ｙ２Ｏ３とＣｅＯ２とは、焼結時にジルコニア相間で相互に拡散して濃度分布が平衡する作用を受ける。しかし、酸化亜鉛が焼結過程においてジルコニアの粒界部で液相を形成する際に、上記アルミナとＣｅＯ２との化合物を生成する方向に化学平衡が生じることで、結果として焼結後のジルコニアの粒界部分にＣｅ濃度が濃化した領域を形成する効果も有する。
【0024】
焼結体１は、ジルコニア系複合酸化物（ジルコニア－アルミナ複合酸化物）と焼結助剤としての酸化亜鉛とからなり、１４５０℃常圧焼結時の焼結密度が理論密度に対する相対密度で９７．６％以上である。このような焼結体１は、焼結後の焼結密度が高く、空隙等によるセラミック焼結体内の構造欠陥が小さくなり、破壊源が減少する効果がある。その結果、このような焼結体１は、強度面で信頼性の高いセラミック焼結体としての利用が期待できる。
【0025】
焼結体１は、破壊靱性値がＩＦ法で１２．０ＭＰａ・ｍ０．５以上、ＳＥＶＮＢ法で１０．０ＭＰａ・ｍ０．５以上であるのがよい。このような焼結体１は、破壊時の内部き裂の進展に対して高い抵抗を示す効果があり、これまでのセラミック焼結体に比べて金属に近い挙動を示す。そのため、これまでのセラミック焼結体では破壊靱性値が不足していたために使用できなかったような金属代替分野に応用が可能である。
【0026】
焼結体１は、ビッカース硬度ＨＶ５０が１１００以上である。このような焼結体１は、一般的な金属材料よりも硬く、耐摩耗性に優れる効果がある。そのため、上記のような金属代替分野で、金属よりも耐摩耗性が求められるような分野に応用できる。焼結体１は、３点曲げ破壊時の抗折強度値が９８０ＭＰａ以上である。このような焼結体１は、これまでに記載した各種強化機構の効果により、各組成と複合化して焼結した後も、ジルコニア系セラミック焼結体が元来有する特徴である、他のセラミック焼結体と比較して高い強度値を維持することを示す。そのため、このような焼結体１は、セラミック焼結体の構造体への応用に適している。
【0027】
このように、焼結体１は高い破壊靭性値と高い抗折強度値とを有しているので、刃物等に用いた際、鋭い切れ味が比較的長続きし、かつ割れ難いという効果がある。本開示の一実施態様である、焼結体１を含有する刃体を備えた刃物は、鋭い切れ味が比較的長続きし、かつ割れ難い。
【0028】
本開示の他の実施形態である、焼結体１を含有する切削部または耐摩耗部を備えた治工具は、切削、回転、摺動、摩擦等を伴う治工具、例えば各種加工装置の摺動部品、産業用カッター等の機能に関して信頼性向上に有効である。
【0029】
ジルコニア中のＣｅＯ２部分安定化ジルコニアに含まれるＣｅＯ２の含有量は、このジルコニアを正方晶として安定化させ、単斜晶および立方晶の析出を抑制させるために、８～１２モル％が望ましい。ジルコニア中のＹ２Ｏ３部分安定化ジルコニアに含まれるＹ２Ｏ３の含有量も、上記と同様の理由から、１．５～２．８モル％であることが望ましい。
【0030】
本開示におけるジルコニア系複合酸化物の主成分であるジルコニア中のＣｅＯ２部分安定化ジルコニアに含まれるＣｅＯ２の含有量が８モル％よりも少ない場合には、準安定相である単斜晶が析出しやすくなる。そのため、焼結工程前後の体積膨張により、セラミック焼結体が破壊する原因になるおそれがある。一方、ＣｅＯ２の含有量が１２モル％よりも多い場合には、立方晶が増加して本焼結体の特徴であるジルコニアの応力誘起変態機構が発揮されない傾向がある。そのため、抗折強度、靭性および硬度が低下するおそれがある。ジルコニア中のＣｅＯ２部分安定化ジルコニアに含まれるＣｅＯ２の含有量は、９モル％以上１１モル％以下であってもよい。
【0031】
一方、ジルコニア中のＹ２Ｏ３部分安定化ジルコニアに含まれるＹ２Ｏ３の含有量が１．５モル％よりも少ない場合には、ＣｅＯ２と同様、準安定相である単斜晶が析出しやすくなる。そのため、焼結工程前後の体積膨張により、セラミック焼結体が破壊する原因になるおそれがある。一方、Ｙ２Ｏ３の含有量が２．８モル％よりも多い場合には、立方晶が増加し、この場合も本焼結体の特徴であるジルコニアの応力誘起変態機構の発生が損なわれる傾向がある。そのため、抗折強度、靭性、硬度が低下するおそれがある。ジルコニア中のＹ２Ｏ３部分安定化ジルコニアに含まれるＹ２Ｏ３の含有量は、１．７モル％以上２．６モル％以下であってもよい。
【0032】
本開示におけるジルコニア系複合酸化物を構成するジルコニアの割合が７５質量％よりも少なく、アルミナの割合が２５質量％よりも多い場合には、機械的特性のうち特に靭性が低下するおそれがある。一方、ジルコニアの割合が９５質量％よりも多く、アルミナの割合が５質量％よりも少ない場合には、アルミナの減少により、本セラミック焼結体の特徴であるＣｅの濃度の濃化機構が相対的に減少して、機械的特性のうち特に抗折強度およびビッカース硬度が低下するおそれがある。
【0033】
本開示におけるジルコニア系複合酸化物では、アルミナがＣｅの濃化機構に関与する点で、アルミナはジルコニアの粒界に存在していてもよい。さらに、焼結工程において一定の割合で生じるジルコニア内に生じるナノレベルのアルミナ粒子は、ジルコニア内でのＣｅの濃化機構に関与して応力誘起変態の臨界応力の異なる領域を複雑化する効果を奏するので、存在していてもよい。
【0034】
本開示におけるジルコニア系複合酸化物において、酸化亜鉛の含有量は、ジルコニアとアルミナとの総和を１００質量％としたとき、０．２～０．４重量％の範囲が望ましい。酸化亜鉛の含有量が０．２重量％よりも少ない場合には、焼結助剤としての効果が失われ、セラミック焼結体中の残留気孔が増加して焼結密度が低下する傾向がある。そのため、強度面で信頼性が低くなるおそれがある。一方、酸化亜鉛の含有量が０．４質量％よりも多い場合は、酸化亜鉛がアルミナとＣｅＯ２との化合物生成を促進してセラミック焼結体内で針状結晶を多量に生成する傾向がある。その結果、ジルコニアとアルミナとの存在状態が不均質化して、本焼結体の特徴である強度と靱性との向上が損なわれるおそれがある。
【0035】
そして、本開示におけるジルコニアおよびアルミナは、ともに平均粒径が１μｍ以下であってもよく、抗折強度および靭性を高めるという点で平均粒径は０．３～０．８μｍがより望ましい。
【0036】
ジルコニアおよびアルミナの平均粒径が１μｍ以下の場合には、ジルコニア結晶が正方晶系から単斜晶系に変化しにくく、靭性が低下しにくくなる傾向がある。複合セラミック中に、ときに大きな結晶が存在することにより、耐摩耗性試験時にジルコニアもしくはアルミナの粒子の欠落が発生しやすく耐摩耗性が低下する傾向がある。このため、ジルコニアおよびアルミナの最大結晶径が２μｍ以下、特に、１．５μｍ以下であることが望ましい。
【0037】
次に、本開示の焼結体の製法について説明する。
【0038】
本開示では、まず、セラミック粉末を調製し、この粉末を所望の形状に成形する。セラミック粉末はＣｅＯ２を８～１２モル％含む第１ジルコニア粉末と、Ｙ２Ｏ３を１．５～２．８モル％含む第２ジルコニア粉末と、アルミナ粉末と、亜鉛化合物とを混合したジルコニア系混合粉末を含む。第１および第２ジルコニア粉末ならびにアルミナ粉末の平均粒径はともに１μｍ以下であることが好ましく、特に、０．８μｍ以下であることが望ましい。第１および第２ジルコニア粉末の配合量は、第１ジルコニア粉末５０～８５質量％および第２ジルコニア粉末１５～５０質量％の割合で混合して用いる。特に、焼成して得られる複合セラミックの靭性および機械的強度を高めるという理由から、第１ジルコニア粉末を５０～７５質量％、第２ジルコニア粉末を２５～５０質量％含有させるとよい。
【0039】
さらに、本開示では、上記第１ジルコニア粉末および第２ジルコニア粉末を含むジルコニア粉末７５～９５質量％およびアルミナ粉末を５～２５質量％の割合で混合して用いる。アルミナ粉末の割合がこれを超えると、焼成後の複合セラミックの破壊靱性値が低下し、強度値も低下するためである。一方でアルミナ粉末の割合がこれを下回ると、アルミナの複合強化機構が失われる傾向がある。
【0040】
この場合、第１および第２ジルコニア粉末ならびにアルミナ粉末の平均粒径は、１μｍ以下のものを用いるのがよい。平均粒径が１μｍ以下のものを用いた場合には、焼結後の複合セラミックを構成するジルコニアおよびアルミナの平均粒径が大きくなりにくい。好ましくは各粉末を、または各粉末を混合する際に、粉末粒子を湿式粉砕等の手段で微細化して、第１および第２ジルコニア粉末ならびにアルミナ粉末の平均粒径をともに、適正な平均粒径の範囲である０．１～０．６μｍにするとよい。
【0041】
本開示に用いる第１および第２ジルコニア粉末などのジルコニア粉末およびアルミナ粉末の純度は、９９．９％以上であるのが望ましい。
【0042】
さらに、本開示ではジルコニアとアルミナとの混合時に、０．２～０．４質量％の酸化亜鉛換算で亜鉛化合物を添加することが望ましい。亜鉛化合物は炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、または有機化合物などの形態で添加してもよい。例えば、焼結時にセラミック焼結体に気孔が発生しないような、強熱減量が少ない酸化亜鉛を添加することが望ましい。
【0043】
この場合、亜鉛化合物の粒径は０．１～１．０μｍ、好ましくは０．１～０．５μｍであることが望ましい。亜鉛化合物の粒径が０．１～１．０μｍの場合、焼結時に酸化亜鉛がジルコニアまたはアルミナの粒界部に塊として残存しにくくなり、焼結助剤としての効果が損なわれにくくなる。本開示に用いる亜鉛化合物の純度は９９．９％以上が望ましい。
【0044】
本開示ではこのようにして得た成形体を焼結してセラミック焼結体が得られる。熱間静水圧焼結を必要とせず、１４５０℃以下の大気雰囲気中で焼結することができる。これは、酸化亜鉛が適切な添加量で存在することで焼結助剤として働くためであり、１３５０～１４５０℃で焼結することが望ましい。１４５０℃以下の温度で焼成を行うと、ジルコニアおよびアルミナの粒成長がより穏やかになり、平均結晶径が必要以上に大きくなりにくい。その結果、ジルコニアが正方晶から単斜晶に転移しにくくなり、靭性および耐摩耗性がより低下しにくくなる。焼成温度の下限としては、酸化亜鉛が焼結助剤として焼結性を高める温度範囲である１３００℃以上、さらに好ましくは１３５０℃以上がよい。
【0045】
本開示では、セラミック粉末の調整に用いるジルコニア粉末は、ＣｅＯ２とＹ２Ｏ３とジルコニア粉末とを粉末混合した後に仮焼して得られたもの、あるいは、Ｃｅ、Ｙおよびジルコニアの金属塩またはアルコキシドをｐＨ調整した水溶液中で混合する方法（以下、加水分解法と記載する場合がある）で得られたもののいずれでもよい。均一な粒子径を有し、かつ、より安定化したジルコニアが得られるという点で、加水分解法により合成した粉末が好ましい。
【実施例】
【0046】
以下、実施例を挙げて本開示のセラミック焼結体を詳細に説明するが、本開示は以下の実施例に限定されるものではない。
【0047】
まず、加水分解法により調製したＣｅＯ２を１０モル％含む部分安定化ジルコニア粉末（純度９９．９％、粒径０．５μｍ）およびＹ２Ｏ３を２．０モル％含む部分安定化ジルコニア粉末（純度９９．９％、粒径０．５μｍ）を表１に示す所定の比率になるように混合したジルコニア粉末と、アルミナ粉末（純度９９．９％、粒径０．５μｍ）と、酸化亜鉛（純度９９．９％、粒径０．２μｍ）とを、表１に示す組成になるように配合した。混合は、高純度耐摩耗アルミナボールとポリエチレン容器とを用い、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を溶媒として２４時間湿式ボールミルを用いて行った。その後、乾燥して得られたセラミック粉末をプレス成形し、大気中、１３５０～１４５０℃で２時間焼成してセラミック焼結体（試料Ｎｏ．１～１０)を作製した。
【0048】
得られたセラミック焼結体の結晶組織観察は透過型電子顕微鏡を用いて行った。具体的にはセラミック焼結体を、透過型電子顕微鏡試料室内に設置可能であり、電子線の透過観察に適した厚さのサイズに切断して、試料Ｎｏ．１を作製した。この試料を透過型電子顕微鏡試料室内に設置し、透過電子線による結像を観察した。その結果を図２に示す。
【0049】
次に、得られたセラミック焼結体を研削加工して、４×３×３５ｍｍの試料を作製した。焼結体の密度はアルキメデス法で測定した。抗折強度はＪＩＳ－Ｒ１６０１による室温における３点曲げ強度で評価した。
【0050】
セラミック焼結体のビッカース硬度はＪＩＳ－Ｒ１６１０のビッカース硬さ試験方法、破壊靱性値はＪＩＳ－Ｒ１６０７のＩＦ法により評価した。本開示における焼結体は高い強度、靱性を有するので、各試験の圧子圧入圧は５０ｋｇｆ（４９０Ｎ）とした。それらの結果を表１に示す。
【0051】
【表1】
【0052】
表１から、本開示のセラミック焼結体は、高い抗折強度と高い破壊靭性とを有することがわかる。
【0053】
試料Ｎｏ．１～１０のセラミック焼結体について、セラミック焼結体上の結晶粒界部と中央領域部の組成濃度の測定は走査型透過電子顕微鏡のエネルギー分散型Ｘ線分析を用いて行った。測定には、Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製ＥＤＳアナライザ: ＮＳＳ３００Ｅを用い、測定条件は加速電圧：２００ｋＶ、測定Ｌｉｖｅｔｉｍｅ：５０ｓｅｃとした。
【0054】
図３に試料Ｎｏ．１の各元素の含有割合を示す。表２に、各試料について焼結体結晶の中央領域のＣｅ含有量と、粒界部のＣｅ含有量とを示す。
【0055】
【表2】
【0056】
表１および表２の数値から、Ｃｅの含有量が焼結体結晶の中央領域よりも、粒界部の方が大きいセラミック焼結体は、高い抗折強度と高い破壊靭性とを有することがわかる。
【符号の説明】
【0057】
１ セラミック焼結体
１０ 焼結体結晶
１２ 粒界部
１４ アルミナのナノ粒子
Ａ 中央領域
Ｂ 端部領域
１０ 焼結体結晶
１２ 粒界部
１４ アルミナのナノ粒子
Ａ 中央領域
Ｂ 端部領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
