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ジルコニア

酸化ジルコニウム(ZrO2)を主成分とするジルコニアセラミックスは、2700℃と高い融点を持つ物質です。物質の特性としては、低熱伝導率(他のセラミックと比較して熱伝導率は1/10以下)、耐熱性、耐食性に優れ、常温のセラミックの中では、最も高い強度と靱性を持つとされています。しかし、純粋なジルコニアは、温度変化によって結晶構造が変化することで体積変化が生じ、劣化しやすいために、安定化剤として希土類の酸化物を添加し、正方晶、立方晶で安定する安定化ジルコニアというものが生成されています。安定化剤を少なくし、完全には安定させず、部分的に不安定な結晶を配置することによって、粘りのある強い靭性を示す部分安定化ジルコニアというものもあります。これらの希土類の酸化物を添加した安定物質は、酸素空孔が形成され、電圧がかかると酸素イオンが移動し電流が流れます。 この性質があるためにジルコニアは酸素センサーなどに利用されています。また、低酸素濃度環境下で用いると、酸素が出て、ジルコニウム(金属)が多くなり、物性に変化が表れ、結果として電気抵抗が低くなり、導電性を帯びた状態となります。(高温、低酸素環境下)また、強度と靱性が高いことから、刃物やノズル、スペーサーとしても使用され、インプラントとしても使用されています。

最高使用温度約1200℃、耐熱衝撃性はΔ400℃と高い耐熱性、耐熱衝撃性などの特性から、エンジンなどの熱環境下で金属と組み合わせて使用される事があります。耐熱性、耐衝撃性に関して見ると他のセラミックも選択されると考えられますが、エンジン等の部品によく用いられる鉄は熱膨張率が高く、他のセラミックでは割れる可能性があります。その点、同じくらいの値をジルコニアはエンジン部品などに適した素材と言え、セラミックスの中ではよく使用されます。

ジルコニアの材料の物性情報
ジルコニア
主成分 ZrO2+NbC ZrO2+NbC ZrO2+WC ZrO2 ZrO2 ZrO2
主要取扱メーカー 日本特殊陶業(株) 日本タングステン(株) 日本タングステン(株) 新日鐵(株) 三井鉱山マテリアル(株) 大光炉材(株)
品名 単位 KGS-40 NPZ-2 NPZ-28 ZB504 MZR-E TECZ
HV硬度 N/mm2 1400 1450 1700 1470 1200 1700
破壊靭性値 MPa・1/2 12.0 7.5 8.5 8.6 7.5
抗折力 MPa 1700 1700 2000 1470 520 700
ヤング率 GPa 280 240 330 280 200 230
嵩密度 g/cm3 5.8 6.5 10.7 5.8 5.5 5.4
熱膨張係数 ×10-6/K 10.0 9.4 8.4 9.5 8.6
熱伝導率(λ) W/mK 8 4 6.2 3
融点(θ) 2700 2173 3110
λθ W/m×105/K 0.2
比抵抗 μΩ・cm 3000 3000 1000 200

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