JP2009234852A - Method of manufacturing ceramic molded boy and method of manufacturing ceramic sintered compact - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of stably manufacturing a complicated shaped ceramic molded body by wet molding method. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the ceramic molded body includes: a step of defoaming bubbles in a mixture containing ceramic powder, curable resin, a solvent, a dispersant and a curing agent; a step of injecting the defoamed mixture into a mold; a step of curing the injected mixture to form a solvent-containing ceramic molded body; a step of removing the mold; and a step of drying the resultant solvent-containing ceramic formed body. The mixture contains two or more kinds of the curing agents. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、特に複雑形状の成形体を製造するためのセラミックス成形体の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic molded body, particularly for manufacturing a molded body having a complicated shape.

近年、複雑形状のセラミックス部品を要求されるようになり、射出成形、鋳込み成形、押出し成形等で検討がなされている。中でも複雑で大物形状の成形に適している鋳込み成形方法は、それに適する樹脂バインダーや添加剤の検討がなされ、様々な提案がされている(特許文献1、2、3、4)。   In recent years, ceramic parts having complicated shapes have been required, and studies have been made on injection molding, casting molding, extrusion molding, and the like. Among them, as for the casting molding method suitable for complex and large-size molding, resin binders and additives suitable for it have been studied, and various proposals have been made (Patent Documents 1, 2, 3, and 4).

しかしながら、いずれも湿式成形方法の問題である混合物中に存在する気泡が、硬化後のセラミックス成形体中に残ることがあり、このセラミックス成形体を焼結した焼結体に気泡が存在することで破壊の起点となり強度低下の問題を起こすことがある。しかるに、複雑な形状に対応し、安定した強度を保てる製造方法は見いだされていないのが現状である。
特公平7−22931号公報 特許第3692682号公報 特開2005−53716号公報 特開2007−136912号公報
However, in all cases, bubbles existing in the mixture, which is a problem of the wet forming method, may remain in the cured ceramic body, and there are bubbles in the sintered body obtained by sintering the ceramic body. It may become a starting point of destruction and cause a problem of strength reduction. However, at present, no manufacturing method has been found that can cope with complicated shapes and can maintain a stable strength.
Japanese Patent Publication No. 7-22931 Japanese Patent No. 3692682 JP 2005-53716 A JP 2007-136912 A

本発明の目的は、かかる従来技術の問題点に鑑み、気泡の残存を低減したセラミックス成形体を製造する方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for producing a ceramic molded body in which the remaining of bubbles is reduced in view of the problems of the prior art.

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成からなる。すなわち、セラミックス粉体、硬化性樹脂、溶媒、分散剤、及び硬化剤を含む混合物中の気泡を脱泡する工程、該脱泡後の混合物を成形型内に注入する工程、注入した該混合物を硬化させ、含溶媒セラミックス成形体とする工程、該成形型を取り除く工程、得られた含溶媒セラミックス成形体を乾燥させる工程を有するセラミックス成形体の製造方法において、該混合物が2種以上の硬化剤を含むことを特徴とするセラミックス成形体の製造方法である。   In order to achieve the above object, the present invention comprises the following arrangement. That is, a step of defoaming bubbles in a mixture containing ceramic powder, a curable resin, a solvent, a dispersant, and a curing agent, a step of injecting the mixture after defoaming into a mold, and the injected mixture In the method for producing a ceramic molded body comprising a step of curing to form a solvent-containing ceramic molded body, a step of removing the mold, and a step of drying the obtained solvent-containing ceramic molded body, the mixture comprises two or more curing agents It is a manufacturing method of the ceramic molded object characterized by including.

本発明によれば、気泡の残存を低減したセラミックス成形体を製造することができ、ま
た、焼結体としたときの物性に優れたセラミックス成形体の製造方法を提供できる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ceramic molded object which reduced the residual of a bubble can be manufactured, and the manufacturing method of the ceramic molded object excellent in the physical property when it is set as a sintered compact can be provided.

本発明において、まずセラミックス粉体、硬化性樹脂、溶媒、分散剤、及び硬化剤を含む混合物を調整し、混合物中の気泡を脱泡する。混合には、ボールミルやアトライターミル等を用いることができる。混合物中の気泡を脱泡する方法は特に限定されず、密閉容器内で減圧し脱泡する方法、遠心分離によって脱泡する方法等によることができる。中でも密閉容器内で減圧し脱泡する方法は、簡便に気泡を除去できるため好ましい。容器内の真空度は、5〜50kPaが好ましく、5〜30kPaがより好ましい。容器内の真空度が50kPaを越えるような場合は、脱泡が不十分な場合があり、5kPa未満のような場合では溶媒の粘度が上がる場合がある。減圧時間は、3〜60分が好ましく、5〜30分がより好ましい。減圧時間は、硬化による粘度の上昇が起こるまでに完了する必要があるため、使用する混合物の組成により適宜選定することができる。また、混合と同時に前記脱泡を行うこともできる。   In the present invention, first, a mixture containing ceramic powder, curable resin, solvent, dispersant, and curing agent is prepared, and bubbles in the mixture are degassed. For mixing, a ball mill or an attritor mill can be used. The method for defoaming bubbles in the mixture is not particularly limited, and may be a method of depressurizing and defoaming in a sealed container, a method of defoaming by centrifugation, or the like. Among them, the method of depressurizing and defoaming in an airtight container is preferable because air bubbles can be easily removed. The degree of vacuum in the container is preferably 5 to 50 kPa, and more preferably 5 to 30 kPa. When the degree of vacuum in the container exceeds 50 kPa, defoaming may be insufficient, and when it is less than 5 kPa, the viscosity of the solvent may increase. The decompression time is preferably 3 to 60 minutes, and more preferably 5 to 30 minutes. The decompression time needs to be completed before the viscosity increases due to curing, and can be appropriately selected depending on the composition of the mixture to be used. Further, the defoaming can be performed simultaneously with the mixing.

本発明において、セラミックス粉体とは、その種類を限定されるものではないが、例えば、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化チタン、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素もしくは、それらの混合物を用いることができる。また、酸化ジルコニウム粉末については、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化イットリウム、酸化セリウム等の安定化剤を含む正方晶系の部分安定化酸化ジルコニウム粉末を用いることができる。これらの安定化剤は2〜25モル%含むものが好ましく用いられ、酸化マグネシウムであれば8〜10モル%、酸化カルシウムであれば6〜12モル%、酸化イットリウムであれば2〜4モル%、酸化セリウムであれば12〜20モル%含まれることがより好ましい。特に好ましくは安定化剤として酸化イットリウムを2〜4モル%の範囲内で含む部分安定化酸化ジルコニウム粉末である。   In the present invention, the kind of ceramic powder is not limited, but for example, zirconium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, or a mixture thereof is used. be able to. As the zirconium oxide powder, a tetragonal partially stabilized zirconium oxide powder containing a stabilizer such as magnesium oxide, calcium oxide, yttrium oxide, cerium oxide or the like can be used. Those containing 2 to 25 mol% of these stabilizers are preferably used. 8 to 10 mol% for magnesium oxide, 6 to 12 mol% for calcium oxide, and 2 to 4 mol% for yttrium oxide. In the case of cerium oxide, 12 to 20 mol% is more preferable. Particularly preferred is a partially stabilized zirconium oxide powder containing yttrium oxide in the range of 2 to 4 mol% as a stabilizer.

前記混合物中には、かかるセラミックス粉体が30〜65体積%含まれていることが好ましく、35〜60体積%含まれていることがより好ましい。混合物中のセラミックス粉体が30体積%未満の場合では、緻密なセラミックス焼結体が得られないという場合がある。また、65体積%を超える場合では、混合物中の溶媒量が少な過ぎるため、成形可能な流動性を持つ混合物を得ることが困難となる場合がある。   The ceramic powder preferably contains 30 to 65% by volume of the ceramic powder, and more preferably 35 to 60% by volume. When the ceramic powder in the mixture is less than 30% by volume, a dense ceramic sintered body may not be obtained. Moreover, when it exceeds 65 volume%, since there are too few solvent amounts in a mixture, it may become difficult to obtain the mixture with the fluidity | liquidity which can be shape | molded.

本発明において用いる硬化性樹脂は重合反応により3次元網目構造を形成するものであればよいが混合物の流動性を高め、成形型への注入を良好にするという点から液状であることが望ましい。硬化性樹脂と溶媒の親和性についても、親和性が悪いと分離して成形体内部で偏析し、焼結時にポアなどの欠陥の原因となる恐れがあるので、溶媒との親和性のよい硬化性樹脂を選択することが望ましい。かかる硬化性樹脂としては、例えば、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等を挙げることができる。中でも成形体を高強度にするため、エポキシ樹脂を好適に用いることができる。エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールA型、ビスフェノールF型等のビスフェノール類のジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂等のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、メチルグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、シクロヘキセンオキサイド型エポキシ樹脂、ゴム変性エポキシ樹脂などが挙げられる。環境への影響から溶媒は水系が好ましく、そのため硬化性樹脂も水溶性が好ましく、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、メチルグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、シクロヘキセンオキサイド型エポキシ樹脂が好ましく、中でもグリシジルエーテル型エポキシ樹脂が室温でも円滑に硬化が起こるのでより好ましい。
エポキシ樹脂の平均分子量は20〜30000が好ましく、平均分子量50〜3000が粉体との混合が容易であり、かつ一定の強度が得られることから、より好ましい。さらに好ましくは50〜2500である。かかるエポキシ樹脂は単独で、または複数を組み合わせて用いることもできる。
The curable resin used in the present invention is not particularly limited as long as it forms a three-dimensional network structure by a polymerization reaction. However, it is desirable that the curable resin is liquid in terms of improving the fluidity of the mixture and improving the injection into the mold. As for the affinity between the curable resin and the solvent, if the affinity is poor, it separates and segregates inside the molded body, which may cause pores and other defects during sintering. It is desirable to select a functional resin. Examples of such curable resins include melamine resins, phenol resins, epoxy resins, acrylic resins, urethane resins, and the like. Among them, an epoxy resin can be preferably used in order to increase the strength of the molded body. Examples of the epoxy resin include diglycidyl ether type epoxy resins of bisphenols such as bisphenol A type and bisphenol F type, phenol novolac type epoxy resins, cresol novolac type epoxy resins, glycidyl amine type epoxy resins, aliphatic epoxy resins and the like. Examples include ether type epoxy resins, glycidyl ester type epoxy resins, methyl glycidyl ether type epoxy resins, cyclohexene oxide type epoxy resins, and rubber-modified epoxy resins. The solvent is preferably aqueous based on the influence on the environment. Therefore, the curable resin is preferably water-soluble, and glycidyl ether type epoxy resin, glycidyl ester type epoxy resin, methyl glycidyl ether type epoxy resin, and cyclohexene oxide type epoxy resin are preferable. An ether type epoxy resin is more preferable because it cures smoothly even at room temperature.
The average molecular weight of the epoxy resin is preferably 20 to 30000, and the average molecular weight of 50 to 3000 is more preferable because it can be easily mixed with the powder and a certain strength can be obtained. More preferably, it is 50-2500. Such epoxy resins can be used alone or in combination.

本発明の製造方法において、前記混合物中、硬化性樹脂は、5〜20体積%含まれるのが好ましく、5〜15体積%がより好ましく、8〜15体積%がさらに好ましい。硬化性樹脂の含有量が前記混合物中、5体積%未満であると成形体の強度が不十分な場合があり、20体積%を超えると緻密なセラミックス焼結体が得られないという場合がある。
本発明に用いられる分散剤とはその種類を限定されるものではなく、硬化性樹脂の硬化を妨げるものでなければその種類を限定されるものではないが、例えば、ポリカルボン酸型高分子等の高分子型分散剤、ヘキサメタリン酸ナトリウム等のリン酸塩等の無機型分散剤や、アニオン系、カチオン系、ノニオン系の有機の界面活性剤型分散剤等を用いることができる。中でもポリカルボン酸型は広範囲の粉体を分散できるという点で好ましい。
In the manufacturing method of this invention, it is preferable that 5-20 volume% of curable resin is contained in the said mixture, 5-15 volume% is more preferable, and 8-15 volume% is further more preferable. If the content of the curable resin is less than 5% by volume in the mixture, the strength of the molded body may be insufficient, and if it exceeds 20% by volume, a dense ceramic sintered body may not be obtained. .
The type of the dispersant used in the present invention is not limited, and the type of the dispersant is not limited as long as it does not hinder the curing of the curable resin. Polymer type dispersants, inorganic type dispersants such as phosphates such as sodium hexametaphosphate, anionic, cationic and nonionic organic surfactant type dispersants can be used. Of these, the polycarboxylic acid type is preferable in that a wide range of powders can be dispersed.

本発明の製造方法において、前記混合物中に2種以上の硬化剤を含むことが必要である。このように硬化剤を混合する場合、硬化性樹脂の官能基当量と硬化剤の活性基当量により、好ましい配合比は異なるが、例えば、硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を、硬化剤としてポリアミン系硬化剤を用いる場合には、エポキシ当量に対するアミン系硬化剤の活性水素当量の比が0.9〜1.5程度とすることが硬化性の点から好ましい。   In the production method of the present invention, it is necessary to contain two or more curing agents in the mixture. When the curing agent is mixed in this manner, the preferred compounding ratio varies depending on the functional group equivalent of the curable resin and the active group equivalent of the curing agent. For example, an epoxy resin is used as the curable resin, and a polyamine curing agent is used as the curing agent. Is preferably about 0.9 to 1.5 in terms of curability, the ratio of the active hydrogen equivalent of the amine curing agent to the epoxy equivalent is about 0.9 to 1.5.

硬化剤としては、例えばアミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、ポリアミド系硬化剤等を用いることができる。特にアミン系硬化剤は反応が迅速であるという点で好ましく、アミン系硬化剤としては、脂肪族アミン、脂環族アミン、芳香族アミン、ポリエーテルポリアミンなどが挙げられ、脂肪族アミンとしては、ポリアルキレンポリアミン(例えば、エチレンジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミン等)、ジエチルトリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジエチルアミノプロピルアミン等、脂環族アミンとしては、1−アミノ−3,3,5−トリメチル−5−アミノメチルシクロヘキサン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、ビス−(4−アミノシクロヘキシル)−メタン、ピペラジン類(ピペラジン、N−アミノエチルピペラジン、N−アミノプロピルピペラジン等)等、芳香族アミンとしては、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン等、ポリエーテルポリアミンとしては、ポリオキシプロピレンジアミン等を用いることができる。中でも脂環族アミンは、反応が迅速で保形性に優れることから少なくとも脂環族アミンを含むことが1種類以上混合することが好ましいく、脱泡操作を簡便に行うため保形性に優れ、硬化時間を広範囲に選択できることから少なくとも脂環族アミンおよびポリエーテルポリアミンを含むことがより好ましい。脂環族アミンは、例えば、硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を、硬化剤としてポリアミン系硬化剤を用いる場合には、エポキシ当量に対するアミン系硬化剤の活性水素当量の比が0.2〜0.8とすることが硬化性の点から好ましく、0.4〜0.8とすることがより好ましい。0.2未満の場合は、保形性が低下することから含溶媒セラミックス成形体が変形する場合があり、0.8を越えるような場合には、硬化の進行が早すぎるため減圧脱泡する時間が十分に得られないことから気泡が残存する場合がある。ポリエーテルポリアミンは、例えば、硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を、硬化剤としてポリアミン系硬化剤を用いる場合には、エポキシ当量に対するアミン系硬化剤の活性水素当量の比が0.2〜0.8とすることが硬化性の点から好ましく、0.4〜0.8とすることがより好ましい。0.2未満の場合は、保形性が低下することから含溶媒セラミックス成形体が変形する場合があり、0.8を越えるような場合には、硬化の進行が早すぎるため減圧脱泡する時間が十分に得られないことから気泡が残存する場合がある。   As the curing agent, for example, an amine curing agent, an acid anhydride curing agent, a polyamide curing agent, or the like can be used. In particular, amine-based curing agents are preferable in that the reaction is rapid. Examples of amine-based curing agents include aliphatic amines, alicyclic amines, aromatic amines, polyether polyamines, and the like. Examples of alicyclic amines such as polyalkylene polyamines (for example, ethylenediamine, 1,6-hexamethylenediamine), diethyltriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, diethylaminopropylamine, etc. include 1-amino-3,3, 5-trimethyl-5-aminomethylcyclohexane, 1,4-diaminocyclohexane, bis- (4-aminocyclohexyl) -methane, piperazines (piperazine, N-aminoethylpiperazine, N-aminopropylpiperazine, etc.), aromatic, etc. As the amine, metaphenylene diene Min, diaminodiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone and the like, as the polyether polyamine, can be used polyoxypropylene diamine. Among them, alicyclic amines are preferred to contain at least one alicyclic amine because of their rapid reaction and excellent shape retention. It is preferable to mix at least one alicyclic amine, and excellent shape retention because the defoaming operation can be easily performed. It is more preferable to include at least an alicyclic amine and a polyether polyamine because the curing time can be selected in a wide range. For example, when the epoxy resin is used as the curable resin and the polyamine curing agent is used as the curing agent, the ratio of the active hydrogen equivalent of the amine curing agent to the epoxy equivalent is 0.2 to 0.8. Is preferable from the viewpoint of curability, and more preferably 0.4 to 0.8. If it is less than 0.2, the solvent-containing ceramic molded body may be deformed because the shape retention is reduced. If it exceeds 0.8, the curing progresses too quickly and degassed under reduced pressure. Bubbles may remain because sufficient time cannot be obtained. Polyether polyamine, for example, when using an epoxy resin as the curable resin and a polyamine curing agent as the curing agent, the ratio of the active hydrogen equivalent of the amine curing agent to the epoxy equivalent is 0.2 to 0.8. It is preferable from the viewpoint of curability, and more preferably 0.4 to 0.8. If it is less than 0.2, the solvent-containing ceramic molded body may be deformed because the shape retention is reduced. If it exceeds 0.8, the curing progresses too quickly and degassed under reduced pressure. Bubbles may remain because sufficient time cannot be obtained.

本発明の製造方法において、溶媒は、前記混合物中に20〜60体積%含まれていることが好ましく、20〜55体積%含まれていることがより好ましく、25〜55体積%含まれていることがさらに好ましい。溶媒が20体積%未満の場合では、流動性が低く成形には適さない場合があり、60体積%を超える場合では、緻密なセラミックス焼結体が得られないという場合がある。混合物中の溶媒とは、その種類を限定されるものではないが、例えば、水、アルコール類、その他有機溶媒などを用いることが出来る。中でも水、アルコール類は、取り扱い性が良いという点から好ましい。これらの混合物中の溶媒は単独で使用しても良いし、適宜混合しても良い。環境への影響から水系であることが好ましい。   In the production method of the present invention, the solvent is preferably contained in the mixture in an amount of 20 to 60% by volume, more preferably 20 to 55% by volume, and more preferably 25 to 55% by volume. More preferably. When the solvent is less than 20% by volume, the fluidity is low and may not be suitable for molding. When it exceeds 60% by volume, a dense ceramic sintered body may not be obtained. Although the kind in the solvent in a mixture is not limited, For example, water, alcohol, other organic solvents, etc. can be used. Among these, water and alcohols are preferable from the viewpoint of easy handling. The solvent in these mixtures may be used independently and may be mixed suitably. It is preferable that it is a water system from the influence on an environment.

次に、脱泡した混合物を成形型内に注入した後、注入した混合物を硬化させて成形し、該成形型を取り除き、含溶媒セラミックス成形体を得ることができる。複雑形状の成形体を製造するためには、成形型は崩壊性の型である必要がある。成形型を取り除く脱型工程としてはロストワックス等を用いて加熱することによって溶融除去する方法、発泡性樹脂等の溶剤に可溶な型を用いて溶剤によって溶解除去する方法が挙げられる。   Next, after the defoamed mixture is injected into a mold, the injected mixture is cured and molded, and the mold is removed to obtain a solvent-containing ceramic molded body. In order to produce a molded body having a complicated shape, the mold must be a collapsible mold. Examples of the demolding step for removing the mold include a method of melting and removing by heating using lost wax or the like, and a method of dissolving and removing with a solvent using a mold soluble in a solvent such as foamable resin.

得られた含溶媒セラミックス成形体の乾燥には、大気中や熱風乾燥機中、恒温恒湿乾燥機中により乾燥することができる。   The obtained solvent-containing ceramic molded body can be dried in the air, in a hot air dryer, or in a constant temperature and humidity dryer.

乾燥したセラミックス成形体は、次いで焼結され、セラミックス焼結体とされる。焼結条件、すなわち、焼結温度や焼結時間は、得られるセラミックス焼結体の強度が低下して使用時に破損等の不都合が起こらないよう、密度が理論密度の少なくとも95%になるように選定する。好ましくは、少なくとも97%である。焼結条件は、用いているセラミックス粉末の種類によって異なる。たとえば、酸化ジルコニウム粉末を用いている場合には、1,300〜1,500℃、1〜5時間とするのが好ましい。また、酸化アルミニウム粉末を用いている場合には、1,500〜1,700℃、1〜5時間とするのが好ましい。焼結雰囲気は、当然のことながら、酸化ジルコニウム焼結体や酸化アルミニウム焼結体等の酸化物系セラミックス焼結体を得る場合には空気等の酸化性雰囲気とし、窒化珪素焼結体や炭化珪素焼結体等の非酸化物系セラミックス焼結体を得る場合には、減圧(真空)雰囲気か、窒素、アルゴン等の不活性(還元性)雰囲気とする。   The dried ceramic molded body is then sintered to form a ceramic sintered body. The sintering conditions, that is, the sintering temperature and the sintering time, are set so that the density is at least 95% of the theoretical density so that the strength of the ceramic sintered body to be obtained does not decrease and inconvenience such as breakage does not occur during use. Select. Preferably, it is at least 97%. Sintering conditions vary depending on the type of ceramic powder used. For example, when zirconium oxide powder is used, the temperature is preferably set to 1,300 to 1,500 ° C. for 1 to 5 hours. Moreover, when using aluminum oxide powder, it is preferable to set it as 1500-1700 degreeC and 1 to 5 hours. As a matter of course, when obtaining an oxide-based ceramic sintered body such as a zirconium oxide sintered body or an aluminum oxide sintered body, the sintering atmosphere should be an oxidizing atmosphere such as air, and the silicon nitride sintered body or carbonized body. When obtaining a non-oxide ceramic sintered body such as a silicon sintered body, a reduced pressure (vacuum) atmosphere or an inert (reducing) atmosphere such as nitrogen or argon is used.

また、本発明によれば、気泡の残存が低減されたセラミックス成形体を焼結し、セラミックス焼結体とすることから得られるセラミックス焼結体の平均曲げ強度が高いものとなる。例えば、酸化アルミニウム焼結体であれば、300MPa以上、より好ましくは、350MPa以上であり、安定化剤として酸化イットリウムを2〜4モル%含む部分安定化酸化ジルコニウム焼結体では、1000MPa以上、より好ましくは1100MPa以上という、高強度なものとなる。   In addition, according to the present invention, the ceramic product obtained by sintering the ceramic molded body in which the remaining bubbles are reduced to obtain a ceramic sintered body has a high average bending strength. For example, if it is an aluminum oxide sintered body, it is 300 MPa or more, more preferably 350 MPa or more, and in the partially stabilized zirconium oxide sintered body containing 2-4 mol% of yttrium oxide as a stabilizer, 1000 MPa or more, more The high strength is preferably 1100 MPa or more.

また、得られるセラミックス焼結体は、最低曲げ強度/平均曲げ強度が0.5以上、より好ましくは0.7以上であるという、安定した品質のものとなる。このように最低曲げ強度/平均曲げ強度が高いことから、使用中に破損することが極めて少なくなる。   The obtained ceramic sintered body has a stable quality with a minimum bending strength / average bending strength of 0.5 or more, more preferably 0.7 or more. As described above, since the minimum bending strength / average bending strength is high, damage during use is extremely reduced.

<含溶媒セラミックス成形体の弾性率の測定方法>
作成した含溶媒セラミックス成形体を3点曲げ試験し、変位量と曲げ荷重を連続的に測定し、式(1)により、曲げ応力7MPa時の弾性率を求めた。測定数n=10とし、平均値を含溶媒セラミックス成形体の弾性率とした。装置は米倉製作所製万能型試験機CATY2000を用いた。測定条件は以下のとおりである。含溶媒セラミックス成形体の測定において、成形型から脱型後すぐに測定した。
測定雰囲気:20±5℃、相対湿度40±10%
支点間距離:20mm
上部圧子の曲率半径:5mm
下部圧子の曲率半径:5mm
クロスヘッド速度:0.5mm/秒
試験片:直径9.5mm×長さ40mmの円柱
E=4×9.8×P×L/(3×π×D×Y) (1)
E:弾性率(MPa)
P:曲げ荷重(kg)
L:支点間距離(mm)
D:サンプル直径(mm)
Y:変位量(mm)。
<Measuring method of elastic modulus of solvent-containing ceramic compact>
The produced solvent-containing ceramic molded body was subjected to a three-point bending test, the displacement amount and the bending load were continuously measured, and the elastic modulus at a bending stress of 7 MPa was obtained from the equation (1). The number of measurements was n = 10, and the average value was the elastic modulus of the solvent-containing ceramic molded body. The apparatus used was a universal testing machine CATY2000 manufactured by Yonekura Seisakusho. The measurement conditions are as follows. In the measurement of the solvent-containing ceramic molded body, it was measured immediately after demolding from the mold.
Measurement atmosphere: 20 ± 5 ° C, relative humidity 40 ± 10%
Distance between fulcrums: 20mm
Upper indenter radius of curvature: 5mm
Lower indenter radius of curvature: 5mm
Crosshead speed: 0.5 mm / second Test piece: cylinder E = 4 × 9.8 × P × L 3 / (3 × π × D 4 × Y) (9.5 mm in diameter × 40 mm in length) (1)
E: Elastic modulus (MPa)
P: Bending load (kg)
L: Distance between fulcrums (mm)
D: Sample diameter (mm)
Y: Displacement amount (mm).

<セラミックス焼結体の平均曲げ強度及び最低曲げ強度/平均曲げ強度の測定方法>
セラミックス焼結体の曲げ強度は、JISR1601の方法に従い、4×3×40mmの大きさの試験片を10個切り出して、米倉製作所製万能試験機(型式CATY2000)により3点曲げ強度を測定した。平均曲げ強度は、10個の測定結果の単純平均値である。
<Measuring method of average bending strength and minimum bending strength / average bending strength of sintered ceramics>
As for the bending strength of the ceramic sintered body, ten test pieces having a size of 4 × 3 × 40 mm were cut out according to the method of JISR1601, and the three-point bending strength was measured with a universal testing machine manufactured by Yonekura Seisakusho (model CATY2000). The average bending strength is a simple average value of 10 measurement results.

また、最低曲げ強度は前記10個の3点曲げ強度のうち最低のものの強度である。   The lowest bending strength is the lowest of the ten three-point bending strengths.

<セラミックス焼結体の相対密度の測定方法>
セラミックス焼結体の焼結密度をアルキメデス法で測定した。また、理論密度は、よく知られているように、完全結晶格子から計算されるものであり、たとえば、正方晶系酸化ジルコニウムであれば6.1g/cm3、酸化アルミニウムであれば4.0g/m3、窒化珪素であれば3.2g/m3、炭化珪素であれば3.2g/m3である。異なる種類のセラミックスを含むものにあっては、各セラミックスの重量割合に応じて計算すればよい。たとえば、理論密度D1、D2のセラミックスがそれぞれ60重量%、40重量%である場合には、D1×(60/100)+D2×(40/100)として求めることができる。
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。
<Method for measuring relative density of ceramic sintered body>
The sintered density of the ceramic sintered body was measured by the Archimedes method. As is well known, the theoretical density is calculated from a perfect crystal lattice. For example, it is 6.1 g / cm 3 for tetragonal zirconium oxide and 4.0 g for aluminum oxide. / m 3, if silicon nitride 3.2 g / m 3, a long silicon carbide 3.2 g / m 3. For those containing different types of ceramics, calculation may be made according to the weight ratio of each ceramic. For example, when the ceramics of theoretical density D1 and D2 are 60% by weight and 40% by weight, respectively, it can be obtained as D1 × (60/100) + D2 × (40/100).
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

実施例1
混合物において、以下の原材料を用い、ボールミルで24時間混合し、混合後、硬化剤:
1−(2−アミノエチル)ピペラジン及びポリオキシプロピレンジアミンを混合し、さら
に0.5時間混合を行い混合物を得た。
セラミックス粉体:酸化アルミニウム粉末
硬化性樹脂:水溶性エポキシ樹脂(ナガセケムテックス製EX−313)
溶媒:イオン交換水
分散剤:ポリカルボン酸塩(中京油脂性D−305)
硬化剤1:1−(2−アミノエチル)ピペラジン
硬化剤2:ポリオキシプロピレンジアミン
次に、500mlの容器内に混合物を入れ、真空度30kPaで20分間脱泡した後、該混合物を長辺100mm×短辺60mm×高さ10mmのポリエチレン製の成形型および直径9.5mm×長さ40mmのシリコーンゴム製の成形型に充填し、20℃24時間放置することにより適度な保形性を有する含水酸化ジルコニウム成形体を得た。直径9.5mm×長さ40mmの含水酸化アルミニウム成形体サンプルで弾性率の測定を行った。次に、含水酸化アルミニウム成形体は温度30℃相対湿度90%で5日間加湿乾燥後、100℃で24時間熱風乾燥し、乾燥成形体を得、さらに空気中にて1600℃で2時間焼結し、酸化アルミニウム焼結体を得た。この酸化アルミニウム焼結体の諸元は、以下のとおりであった。
Example 1
In the mixture, the following raw materials were used, mixed for 24 hours by a ball mill, and after mixing, a curing agent:
1- (2-Aminoethyl) piperazine and polyoxypropylenediamine were mixed and further mixed for 0.5 hours to obtain a mixture.
Ceramic powder: Aluminum oxide powder Curable resin: Water-soluble epoxy resin (EX-313 manufactured by Nagase ChemteX)
Solvent: ion-exchange water dispersant: polycarboxylate (Chukyo oil-based D-305)
Curing Agent 1: 1- (2-Aminoethyl) piperazine Curing Agent 2: Polyoxypropylenediamine Next, the mixture was put into a 500 ml container, degassed for 20 minutes at a vacuum degree of 30 kPa, and then the mixture was washed with a long side of 100 mm. X Short side 60 mm x Height 10 mm polyethylene mold and 9.5 mm diameter x 40 mm length silicone rubber mold Dried and left at 20 ° C for 24 hours for water retention with moderate shape retention A zirconium oxide molded body was obtained. The elastic modulus was measured using a sample containing hydrous aluminum oxide having a diameter of 9.5 mm and a length of 40 mm. Next, the hydrous aluminum compact was humidified and dried at 30 ° C. and 90% relative humidity for 5 days, then dried with hot air at 100 ° C. for 24 hours to obtain a dry compact, and further sintered in air at 1600 ° C. for 2 hours As a result, an aluminum oxide sintered body was obtained. The specifications of this aluminum oxide sintered body were as follows.

平均曲げ強度 :400MPa
最低曲げ強度/平均曲げ強度 :0.85
密度 :3.9g/cm (理論密度の98%)。
Average bending strength: 400 MPa
Minimum bending strength / average bending strength: 0.85
Density: 3.9 g / cm 3 (98% of theoretical density).

実施例2
硬化剤2を無水フタル酸とし、表1に示す原材料の混合比率とした以外は、実施例1と
同様の方法で行った。得られた酸化アルミニウム焼結体の諸元は、以下のとおりであった。
Example 2
The same procedure as in Example 1 was performed except that the curing agent 2 was phthalic anhydride and the mixing ratio of raw materials shown in Table 1 was used. The specifications of the obtained aluminum oxide sintered body were as follows.

平均曲げ強度 :390MPa
最低曲げ強度/平均曲げ強度 :0.7
密度 :3.9g/cm (理論密度の98%)。
Average bending strength: 390 MPa
Minimum bending strength / average bending strength: 0.7
Density: 3.9 g / cm 3 (98% of theoretical density).

実施例3
硬化剤1をジエチレントリアミン、硬化剤2をポリオキシプロピレンジアミンとし、表1
に示す原材料の混合比率とした以外は、実施例1と同様の方法で行った。得られた酸化アルミニウム焼結体の諸元は、以下のとおりであった。
Example 3
The curing agent 1 is diethylenetriamine, the curing agent 2 is polyoxypropylenediamine, and Table 1
The same procedure as in Example 1 was performed except that the mixing ratio of the raw materials shown in FIG. The specifications of the obtained aluminum oxide sintered body were as follows.

平均曲げ強度 :390MPa
最低曲げ強度/平均曲げ強度 :0.8
密度 :3.9g/cm (理論密度の98%)。
Average bending strength: 390 MPa
Minimum bending strength / average bending strength: 0.8
Density: 3.9 g / cm 3 (98% of theoretical density).

実施例4
セラミックス粉末を酸化イットリウムを2.7モル%含む部分安定化酸化ジルコニウム
粉末とし、硬化性樹脂をウレタン樹脂(住友バイエルウレタン製:バイヒドロールA145)、硬化剤1をジエチレントリアミン、硬化剤2を住友バイエルウレタン製:バイヒジュール3100とし、表1に示す原材料の混合比率とした以外は、実施例1と同様の方法で行った。得られた酸化アルミニウム焼結体の諸元は、以下のとおりであった。
Example 4
Ceramic powder is partially stabilized zirconium oxide powder containing 2.7 mol% yttrium oxide, curable resin is urethane resin (manufactured by Sumitomo Bayer Urethane: Bihydrol A145), curing agent 1 is diethylenetriamine, and curing agent 2 is manufactured by Sumitomo Bayer Urethane. : Bihijoule 3100, except that the mixing ratio of raw materials shown in Table 1 was used. The specifications of the obtained aluminum oxide sintered body were as follows.

平均曲げ強度 :1250MPa
最低曲げ強度/平均曲げ強度 :0.8
密度 :6g/cm (理論密度の98%)。
Average bending strength: 1250 MPa
Minimum bending strength / average bending strength: 0.8
Density: 6 g / cm 3 (98% of theoretical density).

比較例1
硬化剤2を混合しなかった以外は、実施例1と同様の方法で行った。混合物を減圧脱泡したところ、脱泡中に流動性が悪化し成形型に充填できず所望の含水酸化アルミニウム成形体が得られなかった。
Comparative Example 1
The same procedure as in Example 1 was performed except that the curing agent 2 was not mixed. When the mixture was degassed under reduced pressure, the fluidity deteriorated during the defoaming, and the mold could not be filled, and the desired hydrous aluminum-containing molded product could not be obtained.

比較例2
硬化剤2を混合せず、真空時間を5分とした以外は、実施例1と同様の方法で行った。得られた酸化アルミニウム焼結体の諸元は、以下のとおりであった。
Comparative Example 2
The procedure was the same as in Example 1 except that the curing agent 2 was not mixed and the vacuum time was 5 minutes. The specifications of the obtained aluminum oxide sintered body were as follows.

平均曲げ強度 :370MPa
最低曲げ強度/平均曲げ強度 :0.4
密度 :3.9g/cm (理論密度の98%)。
Average bending strength: 370 MPa
Minimum bending strength / average bending strength: 0.4
Density: 3.9 g / cm 3 (98% of theoretical density).

結果を表1に示す。実施例1〜4ではセラミックス粉体、硬化性樹脂、溶媒、分散剤および2種以上の硬化剤を含む混合物としたために所望のセラミックス焼結体となり、比較例1,2では、2種以上の硬化剤を含まなかったために、所望のセラミックス焼結体が得られなかったことが判る。   The results are shown in Table 1. In Examples 1-4, since it was set as the mixture containing ceramic powder, curable resin, a solvent, a dispersing agent, and 2 or more types of hardening | curing agents, it became a desired ceramic sintered compact, and in Comparative Examples 1 and 2, 2 or more types were used. It can be seen that the desired ceramic sintered body could not be obtained because it did not contain a curing agent.

Figure 2009234852
Figure 2009234852

Claims (7)

セラミックス粉体、硬化性樹脂、溶媒、分散剤、及び硬化剤を含む混合物中の気泡を脱泡する工程、該脱泡後の混合物を成形型内に注入する工程、注入した該混合物を硬化させて含溶媒セラミックス成形体とする工程、該成形型を取り除く工程、得られた含溶媒セラミックス成形体を乾燥させる工程を有するセラミックス成形体の製造方法において、該混合物が2種以上の硬化剤を含むことを特徴とするセラミックス成形体の製造方法。 A step of defoaming bubbles in a mixture containing ceramic powder, a curable resin, a solvent, a dispersant, and a curing agent; a step of injecting the mixture after defoaming into a mold; and curing the injected mixture. In the method for producing a ceramic molded body, which includes a step of forming a solvent-containing ceramic molded body, a step of removing the mold, and a step of drying the obtained solvent-containing ceramic molded body, the mixture contains two or more curing agents. A method for producing a ceramic molded body, comprising: 前記硬化性樹脂が水溶性エポキシ樹脂である請求項1に記載のセラミックス成形体の製造方法。 The method for producing a ceramic molded body according to claim 1, wherein the curable resin is a water-soluble epoxy resin. 前記水溶性エポキシ樹脂がグリシジルエーテル型水溶性エポキシ樹脂である請求項2記載のセラミックス成形体の製造方法。 The method for producing a ceramic molded body according to claim 2, wherein the water-soluble epoxy resin is a glycidyl ether type water-soluble epoxy resin. 前記硬化剤が脂肪族アミン、脂環族アミン、芳香族アミンおよびポリエーテルポリアミンから選ばれた2種以上のものである請求項1〜3のいずれかに記載のセラミックス成形体の製造方法。 The method for producing a ceramic molded body according to any one of claims 1 to 3, wherein the curing agent is two or more selected from aliphatic amines, alicyclic amines, aromatic amines and polyether polyamines. 前記硬化剤が少なくとも脂環族アミンを含む請求項1〜4のいずれかに記載のセラミックス成形体の製造方法。 The manufacturing method of the ceramic molded body in any one of Claims 1-4 in which the said hardening | curing agent contains an alicyclic amine at least. 前記硬化剤が脂環族アミンおよびポリエーテルポリアミンを含む請求項5記載のセラミックス成形体の製造方法。 The method for producing a ceramic molded body according to claim 5, wherein the curing agent contains an alicyclic amine and a polyether polyamine. 請求項1〜6のいずれかに記載のセラミックス成形体の製造方法によって得られたセラミックス成形体を焼結することを特徴とするセラミックス焼結体の製造方法。 A method for manufacturing a ceramic sintered body, comprising sintering a ceramic molded body obtained by the method for manufacturing a ceramic molded body according to any one of claims 1 to 6.
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