JP2001146482A - Method for producing spherical ceramic sintered compact - Google Patents

Method for producing spherical ceramic sintered compact

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JP2001146482A
JP2001146482A JP32444299A JP32444299A JP2001146482A JP 2001146482 A JP2001146482 A JP 2001146482A JP 32444299 A JP32444299 A JP 32444299A JP 32444299 A JP32444299 A JP 32444299A JP 2001146482 A JP2001146482 A JP 2001146482A
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JP
Japan
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powder
spherical
molding
ceramic
sintered body
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JP32444299A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomonori Niwa
倫規 丹羽
Tetsuji Yogo
哲爾 余語
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Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a spherical ceramic sintered compact having few defects, producible in a high efficiency and to provide a method for producing the spherical ceramic sintered compact. SOLUTION: Ground powder 10k for formation is solidified into a spherical state in a granulation container 132 by a rolling granulation method to give a spherical formed body. The formed body is sintered to give a spherical ceramic sintered compact. In the rolling granulation formation process, the maximum load applied to the spherical formed body in the middle of the formation is >=500 g/cm2. Consequently deformation by ununiform shrinkage of the sintered compact and incidence of defective sintered compact by crack and chip can be reduced. When an inner volume of the granulation container 132 is V0 and the total volume of the ground powder 10k for formation and the spherical formed body in the middle of the formation is V1, preferably the formula (V1/V0)×100(%) is 5-40%.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータのハ
ードディスク用ベアリングや半導体装置用等の特殊環境
仕様のベアリング、あるいはその他の用途のベアリン
グ、さらにはボールペンのペン先用ボールやデンタドリ
ル、その他研磨加工が必要な球状物等に用いられる球状
セラミック焼結体及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bearing for a hard disk of a computer, a bearing for a special environment such as a semiconductor device, or a bearing for other uses, a ball for a pen point of a ball-point pen, a dental drill, and other polishing processes. The present invention relates to a spherical ceramic sintered body used for a necessary spherical object and the like and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、工作機械用のベアリングを中心と
する一部の用途に、耐久性向上のため窒化珪素製のセラ
ミックベアリングボールが使用されるようになってきて
いる。しかしながら、セラミックベアリングボールは高
価であり、ベアリングを大量に使用するコンピュータの
ハードディスクや、あるいは半導体装置等における特殊
環境仕様が要求される用途には、コストや信頼性確保の
問題から未だ普及するには至っていない。
2. Description of the Related Art In recent years, ceramic bearing balls made of silicon nitride have been used for some applications, mainly bearings for machine tools, in order to improve durability. However, ceramic bearing balls are expensive, and for applications requiring special environmental specifications, such as hard disks of computers or semiconductor devices, which use a large amount of bearings, are still not widely used due to cost and reliability issues. Not reached.

【0003】上記のような用途におけるセラミックベア
リングボールの普及を阻んでいる理由の一つには、この
ような用途に適した球状体への成形方法が未だ十分に確
立されていないことが挙げられる。すなわち、一般の金
型成形法は、ある程度の径以上の球であれば、比較的均
一で欠陥の少ない球状成形体を得ることができるが、成
形体の製造能率が極端に低いため、ベアリングのように
膨大な量のボールを使用する分野には不向きである。ま
た、コンピュータのハードディスクや半導体装置等で
は、直径が4mm以下の小型のセラミック球に対する需
要が高いが、金型成形法で球状成形体を作るのは能率が
悪く製造コストの高騰化が避けがたい。また、ダイプレ
ス法により球状成形体を製造する場合、先端面に半球状
の凹部を有したプレスパンチを使用することになるが、
加圧力不足を避けるためパンチ凹部の外周縁部を平坦化
することが行われている。このような平坦化部をプレス
パンチに形成すると、これに対応して成形体には必然的
に鍔状(あるいは帯状)の不要部分が形成されてしま
う。この不要部分は、焼成前後に研磨等により除去する
こととなるが、その除去工程が必要となる分だけセラミ
ック球の製造能率が悪化する問題がある。
[0003] One of the reasons for preventing the widespread use of ceramic bearing balls in such applications is that a method of forming a spherical body suitable for such applications has not yet been sufficiently established. . That is, a general molding method can provide a relatively uniform and less defective spherical molded body if the sphere has a certain diameter or more, but the production efficiency of the molded body is extremely low. Thus, it is not suitable for the field using a huge amount of balls. In computer hard disks and semiconductor devices, there is a high demand for small ceramic spheres having a diameter of 4 mm or less. However, it is inefficient to produce a spherical molded body by a die molding method, and it is unavoidable to increase production costs. . In addition, when manufacturing a spherical molded body by a die press method, a press punch having a hemispherical concave portion on the tip end surface will be used,
In order to avoid insufficient pressurizing force, flattening the outer peripheral edge of the punch concave portion is performed. When such a flattened portion is formed in the press punch, an unnecessary portion in the form of a flange (or a band) is inevitably formed in the molded body correspondingly. The unnecessary portion is removed by polishing or the like before and after firing, but there is a problem that the production efficiency of the ceramic sphere is deteriorated by the amount of the removal step required.

【0004】そこで、小径の球状成形体を製造する上で
より能率の高い方法として、造粒成形法が知られてい
る。例えば、特開平11−62975号公報は、造粒成
形した後に加圧焼結してセラミックス球を製造する方法
を開示しており、そのような造粒成形の一例として、振
動を加えて粉体を運動させながら雪だるま方式に粒径を
大きくする転動造粒法が挙げられている。また、転動造
粒法によれは、金型成形による一軸プレスと異なり、成
形体の密度及び強度を向上できる旨も謳われている。
Therefore, a granulation molding method is known as a more efficient method for producing a small-diameter spherical molded body. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-62975 discloses a method for producing ceramic spheres by granulation molding and then pressure sintering. As an example of such granulation molding, vibration is applied to powder. The rolling granulation method in which the particle size is increased by a snowman method while moving a sphere is described. In addition, it is also stated that the rolling granulation method can improve the density and strength of a molded body, unlike uniaxial pressing by die molding.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
公報では肝心の造粒成形法、特にコンピュータのハード
ディスクや半導体装置など、小型で高性能かつ高精度が
要求されるベアリングボール等への適用を前提とした、
造粒成形法の具体的な実施態様については何一つ開示さ
れていない。そして、本発明者らの検討によると、上記
公報に開示された技術の範囲では、高精度のベアリング
ボール等を製造することは到底不可能であり、種々の改
良を必要とすることが新たに判明したのである。
However, the above-mentioned gazette presupposes that the granulation molding method is essential, especially to application to bearing balls and the like, which are required to be small, high-performance and high-precision, such as computer hard disks and semiconductor devices. And
No specific embodiment of the granulation method is disclosed. According to the study of the present inventors, it is impossible to manufacture a high-precision bearing ball or the like at all within the scope of the technology disclosed in the above publication, and it is newly added that various improvements are required. It turned out.

【0006】本発明の課題は、欠陥が少なくしかも高能
率で製造することができ、結果としてこれまでセラミッ
ク化が立ち遅れていたコンピュータハードディスクや半
導体装置などのベアリング等への大量適用も一挙に可能
とする球状セラミック焼結体と、その製造方法とを提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to make it possible to manufacture a semiconductor hard disk with a small number of defects and at a high efficiency. And a method of manufacturing the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記の課
題を解決するために、本発明の球状セラミック焼結体の
製造方法は、ラミック原料となる無機材料粉末(以下、
単にセラミック粉末という)を用いて成形用素地粉末を
調製する原料粉末調製工程と、造粒容器内に成形用素地
粉末を投入し、造粒容器内にて成形用素地粉末を球状に
凝集させて球状成形体を得る転動造粒成形工程と、その
成形体を焼結することにより球状セラミック焼結体を得
る焼結工程とを含み、転動造粒成形工程において、成形
途中の球状成形体に加わる最大荷重が500g/cm
以上とされることを特徴とする。
Means for Solving the Problems and Actions / Effects In order to solve the above-mentioned problems, a method for producing a spherical ceramic sintered body of the present invention uses an inorganic material powder (hereinafter, referred to as a lamic material).
A raw material powder preparation step of preparing a molding base powder using a ceramic powder) and charging the molding base powder into a granulation container, and agglomerating the molding base powder into a spherical shape in the granulation container. A rolling granulation forming step of obtaining a spherical formed body, and a sintering step of obtaining a spherical ceramic sintered body by sintering the formed body; The maximum load applied to the body is 500 g / cm 2
It is characterized by the above.

【0008】球状セラミック焼結体、特にベアリングボ
ール等の高性能かつ高精度が要求される球状セラミック
焼結体の場合、焼結体の表層部にポアやクラック等の欠
陥が残留していると性能や寿命が大きな影響を受ける。
このような欠陥が少なく緻密な焼結体組織を得るために
は、焼結前の状態で、なるべく高密度で欠陥の少ない成
形体となっている必要がある。そして、本発明者らは、
成形体を転動造粒法にて製造する場合、成形途中の球状
成形体に加わる最大荷重が500g/cm以上となる
ように設定することが、欠陥の少ない成形体を得る上で
特に有効であることを見い出し、本発明を完成させるに
至ったのである。
In the case of a spherical ceramic sintered body, particularly a spherical ceramic sintered body such as a bearing ball, which requires high performance and high accuracy, if defects such as pores and cracks remain in the surface layer of the sintered body. Performance and life are greatly affected.
In order to obtain a dense sintered body structure with few such defects, it is necessary that the formed body be as dense as possible with few defects before sintering. And we have:
When the compact is manufactured by the rolling granulation method, it is particularly effective to set the maximum load applied to the spherical compact during molding to be 500 g / cm 2 or more in order to obtain a compact having few defects. Thus, the present invention was completed.

【0009】転動造粒成形工程において、球状成形体に
加わる最大荷重が500g/cm未満になると、粉末
の偏り等による密度不均一や不連続境界部などの欠陥が
生じやすくなり、焼結体の不均一収縮による変形や、割
れあるいは欠けによる不良発生率が増加することにつな
がる。該最大荷重は、望ましくは1000g/cm
上とするのがよい。他方、最大荷重は、球状成形体に加
わる荷重が逆に過剰となって、欠けや割れといった不具
合が却って発生しないように、その上限が定められるこ
ととなる。該上限値は使用する粉末の性状ひいては得ら
れる成形体(グリーン)の強度に応じて異なるが、概ね
50000g/cm程度が限界である。
If the maximum load applied to the spherical compact in the rolling granulation step is less than 500 g / cm 2 , defects such as uneven density and discontinuous boundaries due to unevenness of powder are likely to occur, and sintering occurs. Deformation due to uneven shrinkage of the body, and an increase in the incidence of defects due to cracking or chipping. The maximum load is desirably 1000 g / cm 2 or more. On the other hand, the upper limit of the maximum load is determined so that the load applied to the spherical molded body does not become excessively excessive and a problem such as chipping or cracking does not occur. The upper limit varies depending on the properties of the powder to be used and the strength of the obtained molded product (green), but the limit is approximately 50,000 g / cm 2 .

【0010】また、転動造粒成形工程において、造粒容
器の内容積をV0、成形用素地粉末と成形途中の球状成
形体との合計体積をV1としたときに、(V1/V0)×
100(%)が5〜40%となっているのがよい。(V
1/V0)×100の値が5%未満では、転動造粒による
成形の進行が不十分となり、結果として得られる成形体
に欠陥が生じやすくなり、焼結体の不均一収縮による変
形や、割れあるいは欠けによる不良発生率が増加するこ
とにつながる場合がある。他方、40%を超えると、造
粒容器内の内容物が多くなりすぎて成形物の転動ないし
流動に支障をきたし、不良発生率が増加してしまう不具
合を招く。(V1/V0)×100の値は、望ましくは1
5〜40%とするのがよい。
In the rolling granulation molding step, when the internal volume of the granulation container is V0 and the total volume of the green body powder for molding and the spherical molded body in the course of molding is V1, (V1 / V0) ×
Preferably, 100 (%) is 5 to 40%. (V
When the value of (1 / V0) × 100 is less than 5%, the progress of forming by rolling granulation becomes insufficient, and the resulting formed body is liable to have defects. This may lead to an increase in the defect occurrence rate due to cracking or chipping. On the other hand, if it exceeds 40%, the content in the granulation container becomes too large, which hinders the rolling or flowing of the molded product, and causes a problem of increasing the defect occurrence rate. The value of (V1 / V0) × 100 is desirably 1
The content is preferably set to 5 to 40%.

【0011】次に、転動造粒成形工程において、造粒容
器内に成形用素地粉末と成形核体とを投入し、回転する
造粒容器内にて成形核体を転がしながら、該成形核体の
周囲に成形用素地粉末を球状に付着・凝集させて球状成
形体を得るようにすることが望ましい。この場合、その
球状成形体を焼成して得られる球状セラミック焼結体
は、略中心を通る断面において、その中心部に、外層部
と識別可能な核部が形成されたものとなる。ここでいう
「識別可能」とは、単に視覚的に識別可能であることの
みを意味するものではなく、核部と外層部との間に差異
を生じている特定の物性値(例えば密度や硬さなど)の
測定により、識別可能となっている場合をも含む。
Next, in the rolling granulation molding step, the green body powder for molding and the molding nucleus are put into a granulation container, and the molding nucleus is rolled in a rotating granulation container while the molding nucleus is being rolled. It is desirable that the green body powder for molding is adhered and aggregated in a spherical shape around the body to obtain a spherical molded body. In this case, the spherical ceramic sintered body obtained by sintering the spherical molded body has a nucleus portion that can be distinguished from the outer layer portion at the center in a cross section substantially passing through the center. The term “identifiable” as used herein does not only mean that it is visually identifiable, but also a specific physical property value (for example, density or hardness) that causes a difference between the core and the outer layer. , Etc.) also includes cases where identification is possible.

【0012】回転する造粒容器内にて、例えば成形用素
地粉末層の上で成形核体を転がしながら、該成形核体の
周囲に成形用素地粉末を球状に付着・凝集させて球状成
形体を得るようにすることで、成形核体の周囲に成長す
る成形用素地粉末の凝集層の密度を格段に高めることが
できる上、形成される凝集層には粉末粒子のブリッジン
グ等によるポアや、クラックといった欠陥も一層少なく
なる。
In a rotating granulating container, for example, while rolling a molding core on a molding powder layer, the molding powder is adhered and aggregated in a spherical shape around the molding core to form a spherical compact. By obtaining, the density of the agglomeration layer of the molding base powder that grows around the molding core can be significantly increased, and the formed agglomeration layer has pores due to bridging of powder particles and the like. Also, defects such as cracks are further reduced.

【0013】そして、このような球状成形体を焼成すれ
ば、得られる球状セラミック焼結体は、例えば略中心を
通る断面を研磨してこれを拡大観察したときに、その中
心部に、成形核体に由来する核部が、高密度で欠陥の少
ない凝集層に由来する外層部との間で識別可能に形成さ
れることとなる。研磨面にこうし領域の現われる焼結体
構造とすることで、ベアリング等の性能向上の鍵を握る
表層部の欠陥形成割合が小さく、高密度で強度の高い球
状セラミック焼結体が実現される。
[0013] When such a spherical molded body is fired, the obtained spherical ceramic sintered body has, for example, a cross section substantially passing through the center polished, and when this is magnified and observed, a molding nucleus is formed at the center thereof. The core part derived from the body is formed so as to be distinguishable from the outer layer part derived from the aggregate layer having high density and few defects. By adopting a sintered body structure in which such a region appears on the polished surface, a high density and high strength spherical ceramic sintered body can be realized with a small defect formation rate in the surface layer, which is the key to improving the performance of bearings etc. .

【0014】上記の転動造粒法により得られる成形体の
寸法は、例えば0.2〜8mm程度であるが、特に、従
来のプレス成形では球形度の高い成形体を得るのが困難
であった、直径が5mm以下の小径の成形体も容易に製
造することができる点が、転動造粒法の大きな特徴の一
つである。そして、直径が5mm以下の成形体を焼結す
れば、直径4.5mm以下の球状セラミック焼結体(例
えば球状窒化珪素質焼結体)を容易に得ることができる
ようになる。これにより、コンピュータのハードディス
クや半導体装置等のベアリング用として使用される、直
径が4.5mm以下、あるいは4mm以下の小径の球状
セラミック焼結体を高品質にて極めて能率的に製造する
ことが可能となる。また、転動造粒法では、上記よりも
大径の球状セラミック焼結体の製造にも当然に適用可能
であって、例えば、直径が8mm程度までの成形体(焼
結体では直径7mm程度)を極めて能率的に製造するこ
とができ、例えばプレス法と比較して製造コストを格段
に低減することができる。
The size of the compact obtained by the above-mentioned rolling granulation method is, for example, about 0.2 to 8 mm. In particular, it is difficult to obtain a compact having high sphericity by conventional press molding. Another feature of the rolling granulation method is that a compact having a small diameter of 5 mm or less can be easily produced. Then, when a compact having a diameter of 5 mm or less is sintered, a spherical ceramic sintered body having a diameter of 4.5 mm or less (for example, a spherical silicon nitride sintered body) can be easily obtained. This makes it possible to produce high-quality, highly efficient spherical ceramic sintered bodies with a diameter of 4.5 mm or less, or 4 mm or less, used for bearings in computer hard disks and semiconductor devices. Becomes In addition, the rolling granulation method can naturally be applied to the production of a spherical ceramic sintered body having a diameter larger than that described above. For example, a formed body having a diameter of up to about 8 mm (a sintered body having a diameter of about 7 mm) ) Can be manufactured extremely efficiently, and the manufacturing cost can be significantly reduced as compared with, for example, the press method.

【0015】なお、セラミック原料となる無機材料粉末
は、焼成後のセラミックと同じセラミック成分を主体と
するものであってもよいし、焼成により該セラミック成
分に化学的に転化可能な無機化合物粉末であってもよい
(あるいは両者の混合物)。後者の例としては、例えば
酸化物セラミックを主体とする焼結体を得たい場合に、
その酸化物とカチオンが共通する塩(例えば炭酸塩な
ど)を使用することができる。また、本発明の適用対象
となるセラミックの具体的な材質は、高強度で耐摩耗性
に優れている窒化珪素質セラミックをはじめ、アルミナ
(酸化アルミニウム)質、ジルコニア(酸化ジルコニウ
ム)質あるいは炭化珪素等が採用可能である。また、ア
ルミナ質あるいはジルコニア質セラミックに、金属カチ
オン成分がTi、Zr、Nb、Ta及びWの少なくとも
いずれかである導電性無機化合物相を含有させた複合セ
ラミック材料とすることができる。このような複合セラ
ミック材料は、アルミナ質セラミックあるいはジルコニ
ア質セラミックの原料粉末に、導電性無機化合物相の形
成源(例えば、窒化チタン、炭化チタン、硼化チタン、
炭化タングステン、窒化ジルコニウム、炭窒化チタン及
び炭化ニオブ等の粉末)となる粉末を配合して、上記の
同様の転動造粒法により成形し、焼成することにより得
ることができる。導電性無機化合物相を含有させること
により、アルミナ質あるいはジルコニア質セラミック材
料に導電性を付与することができ、ひいては該セラミッ
ク材料にワイヤーカット等の放電加工を施すことが可能
となる。導電性無機化合物は、Ti、Zr、Nb、Ta
の少なくともいずれかを金属カチオン成分とする金属窒
化物、金属炭化物、金属硼化物、金属炭窒化物、及び炭
化タングステンの少なくともいずれかとすることがで
き、具体的には、窒化チタン、炭化チタン、硼化チタ
ン、炭化タングステン、窒化ジルコニウム、炭窒化チタ
ン及び炭化ニオブ等を例示できる。なお、導電性無機化
合物相の含有量は、複合セラミック材料の強度及び破壊
靭性値を確保しつつ十分な導電性向上を図るため、20
〜60体積%とするのがよい。また、アルミナ質セラミ
ックにさらに強靭性を付与するために、ジルコニア質セ
ラミックを配合した複合セラミック材料とすることもで
きる。このような複合セラミック材料は、最も含有率の
高いセラミック成分がアルミナ及びジルコニアの一方で
あり、二番目に含有率の高いセラミック成分がアルミナ
及びジルコニアの他方であるセラミック粉末を用いて、
上記の同様の転動造粒法により成形し、焼成することに
より得ることができる。なお、アルミナ質セラミックに
対するジルコニア質セラミックの配合量は、5〜60体
積%とするのがよい。
The inorganic material powder serving as the ceramic raw material may be a powder mainly composed of the same ceramic component as the fired ceramic, or may be an inorganic compound powder that can be chemically converted into the ceramic component by firing. (Or a mixture of both). As an example of the latter, for example, if you want to obtain a sintered body mainly composed of oxide ceramic,
A salt having a common cation with the oxide (eg, carbonate) can be used. Specific materials of the ceramic to which the present invention is applied include silicon nitride ceramics having high strength and excellent wear resistance, alumina (aluminum oxide), zirconia (zirconium oxide), and silicon carbide. Etc. can be adopted. Further, a composite ceramic material can be obtained in which a conductive inorganic compound phase in which a metal cation component is at least one of Ti, Zr, Nb, Ta and W is added to an alumina or zirconia ceramic. Such a composite ceramic material is prepared by adding a source of a conductive inorganic compound phase (for example, titanium nitride, titanium carbide, titanium boride, or the like) to a raw material powder of an alumina ceramic or a zirconia ceramic.
Powder such as tungsten carbide, zirconium nitride, titanium carbonitride, and niobium carbide), and then molded by the same rolling granulation method as described above, followed by firing. By containing the conductive inorganic compound phase, conductivity can be imparted to the alumina or zirconia ceramic material, and the ceramic material can be subjected to electric discharge machining such as wire cutting. The conductive inorganic compounds include Ti, Zr, Nb, and Ta.
Can be at least one of a metal nitride, a metal carbide, a metal boride, a metal carbonitride, and a tungsten carbide having at least any one of the metal cation components, and specifically, titanium nitride, titanium carbide, boron carbide, and the like. Examples thereof include titanium oxide, tungsten carbide, zirconium nitride, titanium carbonitride, and niobium carbide. Note that the content of the conductive inorganic compound phase is 20% in order to sufficiently improve the conductivity while securing the strength and the fracture toughness value of the composite ceramic material.
It is preferable to set to 60% by volume. Further, in order to further impart toughness to the alumina ceramic, a composite ceramic material containing zirconia ceramic may be used. Such a composite ceramic material uses a ceramic powder in which the highest content ceramic component is one of alumina and zirconia, and the second highest content ceramic component is the other of alumina and zirconia.
It can be obtained by molding and firing by the same rolling granulation method as described above. The amount of the zirconia ceramic mixed with the alumina ceramic is preferably 5 to 60% by volume.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。ここでは、窒化珪素質の球状セラミ
ック焼結体を製造する場合を例にとるが、材質はこれに
限られるものではない。窒化珪素質セラミックは、窒化
珪素を主体とするものであるが、その残余の成分として
は焼結助剤成分があり、周期律表の3A、4A、5A、
3B(例えばAl(アルミナなど))及び4B(例えば
Si(シリカなど))の各族の元素群及びMgから選ば
れる少なくとも1種を、酸化物換算で1〜10重量%含
有させることができる。これらは焼結体中では主に酸化
物等の化合物状態にて存在するほか、一部が窒化物(例
えばTiNなど)や酸窒化物、あるいは炭化物(例えば
TaCなど)として存在することもある。こうした存在
状態は、例えば、X線回折やX線光電子分光、あるいは
EPMA等により確認可能である。焼結助剤成分が1重
量%未満では緻密な焼結体が得にくくなり、10重量%
を超えると強度や靭性あるいは耐熱性の不足を招くほ
か、摺動部品の場合には耐摩耗性の低下にもつながる。
焼結助剤成分の含有量は、望ましくは2〜8重量%とす
るのがよい。なお、本発明において、「主成分」(「主
体」あるいは「主に」等も同義)とは、特に断りがない
限り、着目している物質において含有率が50重量%以
上であることを意味する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, a case where a silicon nitride-based spherical ceramic sintered body is manufactured is taken as an example, but the material is not limited to this. The silicon nitride-based ceramic is mainly composed of silicon nitride, and the remaining component is a sintering aid component, and 3A, 4A, 5A,
At least one element selected from the group consisting of 3B (for example, Al (alumina)) and 4B (for example, Si (silica)) and Mg can be contained in an amount of 1 to 10% by weight in terms of oxide. These exist in the sintered body mainly in the form of a compound such as an oxide, and may partially exist as a nitride (for example, TiN), an oxynitride, or a carbide (for example, TaC). Such an existing state can be confirmed by, for example, X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, EPMA, or the like. If the sintering aid component is less than 1% by weight, it becomes difficult to obtain a dense sintered body, and 10% by weight
Exceeding the strength results in insufficient strength, toughness or heat resistance, and in the case of sliding parts, lowers abrasion resistance.
The content of the sintering aid component is desirably 2 to 8% by weight. In the present invention, “main component” (also synonymous with “main component” or “mainly”) means that the content of the substance of interest is 50% by weight or more, unless otherwise specified. I do.

【0017】なお、3A族の焼結助剤成分としては、S
c、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、
Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luが一般的に
用いられる。これらの元素Rの含有量は、CeのみRO
、他はR型酸化物にて換算する。これらのうち
でもY、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Ybの各重希
土類元素の酸化物は、窒化珪素質焼結体の強度、靭性及
び耐摩耗性を向上させる効果があるので好適に使用され
る。また、このほかに、マグネシアスピネル、ジルコニ
ア等も焼結助剤として使用が可能である。
The sintering aid component of Group 3A includes S
c, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd,
Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu are generally used. The content of these elements R is RO only for Ce.
2 and others are calculated using R 3 O 3 type oxide. Of these, oxides of heavy rare earth elements of Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Yb are preferably used because they have the effect of improving the strength, toughness, and wear resistance of the silicon nitride sintered body. used. In addition, magnesia spinel, zirconia and the like can also be used as a sintering aid.

【0018】また、窒化珪素質焼結部材の組織は、窒化
珪素を主成分とする主相結晶粒子が、ガラス質及び/又
は結晶質の結合相にて結合した形態のものとなる。な
お、主相は、α化率が70体積%以上(望ましくは90
体積%以上)のSi相を主体とするものであるの
がよい。この場合、Si相は、SiあるいはNの
一部が、Alあるいは酸素で置換されたもの、さらに
は、相中にLi、Ca、Mg、Y等の金属原子が固溶し
たものであってもよい。例えば、次の一般式にて表され
るサイアロンを例示することができる; β−サイアロン:Si6−zAl8−z(z=
0〜4.2) α−サイアロン:M(Si,Al)12(O,N)
16(x=0〜2) M:Li,Mg,Ca,Y,R(RはLa,Ceを除く
希土類元素)。
The structure of the silicon nitride-based sintered member has a form in which main phase crystal grains containing silicon nitride as a main component are bonded by a vitreous and / or crystalline binder phase. The main phase has an α conversion of 70% by volume or more (preferably 90% by volume).
(% By volume or more) of Si 3 N 4 phase. In this case, the Si 3 N 4 phase is a phase in which a part of Si or N is substituted by Al or oxygen, and a phase in which metal atoms such as Li, Ca, Mg, and Y are solid-dissolved. There may be. For example, it can be exemplified Sialon which is expressed by the following general formula; beta-sialon: Si 6-z Al z O z N 8-z (z =
0-4.2) α-sialon: M x (Si, Al) 12 (O, N)
16 (x = 0 to 2) M: Li, Mg, Ca, Y, R (R is a rare earth element excluding La and Ce).

【0019】また、前記した焼結助剤成分は、主に結合
相を構成するが、一部が主相中に取り込まれることもあ
りえる。なお、結合相中には、焼結助剤として意図的に
添加した成分のほか、不可避不純物、例えば窒化珪素原
料粉末に含有されている酸化珪素などが含有されること
がある。
The above-mentioned sintering aid component mainly constitutes a binder phase, but a part thereof may be taken into the main phase. The binder phase may contain unavoidable impurities, for example, silicon oxide contained in the silicon nitride raw material powder, in addition to components intentionally added as a sintering aid.

【0020】原料となる窒化珪素粉末はα化率(全窒化
珪素中に占めるα窒化珪素の比率)が70%以上のもの
を使用することが望ましく、これに焼結助剤として、希
土類元素、3A、4A、5A、3Bおよび4B族の元素
群から選ばれる少なくとも1種を酸化物換算で1〜10
重量%、好ましくは2〜8重量%の割合で混合する。な
お、原料配合時においては、これらの元素の酸化物のほ
か、焼結により酸化物に転化しうる化合物、例えば炭酸
塩や水酸化物等の形で配合してもよい。
It is desirable that the silicon nitride powder used as the raw material has an α-rate (a ratio of α-silicon nitride in the total silicon nitride) of 70% or more. At least one element selected from the group consisting of elements of groups 3A, 4A, 5A, 3B and 4B is 1 to 10 in terms of oxide.
% By weight, preferably 2 to 8% by weight. In addition, at the time of compounding the raw materials, in addition to oxides of these elements, compounds which can be converted into oxides by sintering, for example, carbonates and hydroxides may be added.

【0021】本発明においては、図1に示すように、上
記窒化珪素粉末及び焼結助剤粉末からなるセラミック粉
末を用いて調製された成形用素地粉末10を、筒型の造
粒容器132内に投入し、図2に示すように、その造粒
容器132を水平線に対して所定角度θだけ傾いた軸線
Oの周りに回転させる。これにより、造粒容器132内
には傾斜した成形用素地粉末層10kが形成される。そ
して、容器132の回転に伴い、図5(a)及び(b)
に示すように、成形用素地粉末10が球状に付着・凝集
して球状成形体80となる(転動造粒工程)。この成形
体を焼結することにより、図6に示すように、球状セラ
ミック焼結体90が得られる。なお、造粒容器は円筒形
状のものが望ましいが、容器の回転あるいは振動に伴い
成形体80の転動が可能となる形状のものであれば、こ
れに限られるものではない。
In the present invention, as shown in FIG. 1, a molding base powder 10 prepared using a ceramic powder composed of the above-mentioned silicon nitride powder and sintering aid powder is placed in a cylindrical granulation container 132. Then, as shown in FIG. 2, the granulation container 132 is rotated around an axis O inclined at a predetermined angle θ with respect to a horizontal line. As a result, an inclined molding base powder layer 10k is formed in the granulation container 132. Then, with the rotation of the container 132, FIGS.
As shown in (1), the molding base powder 10 adheres and agglomerates in a spherical shape to form a spherical molded body 80 (rolling granulation step). By sintering the compact, a spherical ceramic sintered body 90 is obtained as shown in FIG. The granulation container preferably has a cylindrical shape. However, the granulation container is not limited to this as long as it can roll the molded body 80 with rotation or vibration of the container.

【0022】転動造粒を行うに際しては、成形体成長を
促すため、図1に示すように、成形核体50を造粒容器
132内に投入しておくことが望ましい。こうすれば、
図5(a)に示すように、成形核体50が原料粉末層1
0k上を転がりながら、同図(b)に示すように、該成
形核体50の周囲に原料粉末10が球状に付着・凝集し
て球状成形体80となる(転動造粒工程)。
At the time of tumbling granulation, it is desirable to put the molding core 50 into a granulation container 132 as shown in FIG. This way,
As shown in FIG. 5 (a), the molded core 50 is the raw material powder layer 1
While rolling on 0k, the raw material powder 10 adheres and aggregates in a spherical shape around the molding core 50 as shown in FIG.

【0023】成形核体50は、図3(a)に示す成形核
体50aのように、セラミック粉末を主体に構成するこ
と、例えば成形用素地粉末10と類似の組成の材質にて
構成すること(ただし、成形用素地粉末の主体をなすセ
ラミック粉末(無機材料粉末)とは別材質のセラミック
粉末を用いてもよい)が、最終的に得られる球状セラミ
ック焼結体90に対し核体が不純物源として作用しにく
いので望ましい。しかしながら、核体成分の拡散が得ら
れる球状セラミック焼結体90の表層部にまで及ぶ懸念
のない場合は、核体を、図3に示すように金属核体50
d、あるいはガラス核体50e等とすることも可能であ
る。また、焼成時に熱分解あるいは蒸発により消滅する
材質、例えばワックスや樹脂等の高分子材料にて核体を
形成することも可能である。
As shown in FIG. 3A, the molding core 50 is mainly composed of ceramic powder, for example, a material having a composition similar to that of the molding base powder 10. (However, ceramic powder different from the ceramic powder (inorganic material powder) constituting the main body of the molding base powder may be used). It is desirable because it hardly acts as a source. However, when there is no concern that the diffusion of the core component extends to the surface layer of the spherical ceramic sintered body 90, the core is replaced with the metal core 50 as shown in FIG.
It is also possible to use d or the glass core 50e. It is also possible to form the nucleus with a material that disappears by thermal decomposition or evaporation during firing, for example, a polymer material such as wax or resin.

【0024】成形核体は、例えば図3(b)あるいは
(c)に示すように球状以外の形状としてもよいが、
(a)に示すように、球状のものを使用することが、得
られる成形体の球形度を高める上で望ましいことはいう
までもない。
The molding core may have a shape other than a spherical shape as shown in FIG. 3 (b) or (c), for example.
As shown in (a), it is needless to say that it is desirable to use a spherical one in order to increase the sphericity of the obtained molded body.

【0025】成形核体の製造方法は特に限定されない
が、セラミック粉末を主体に構成する場合は、例えば図
4に示すような種々の方式を例示できる。まず、(a)
に示す方法では、セラミック粉末60を、ダイ51a及
びプレスパンチ51b,51b(もちろん、他の圧縮方
法でもよい)により圧縮成形して核体を得る方法であ
る。また、(b)では、原料粉末を溶融した熱可塑性バ
インダーに分散させて溶融コンパウンド63とし、これ
を噴霧凝固させて球状の核体50を得る。図示の例で
は、例えば、同軸的に配置された内ノズル61と外ノズ
ル62からなる噴霧ノズルに対し、内ノズル61内に溶
融コンパウンド63を供給し、先端側の開口部から流出
させながら、両ノズル61,62間の隙間65を経て不
活性ガスあるいは水等の噴霧媒体を開口部から噴射する
ことにより、溶融コンパウンド63を噴霧・凝固させる
ようにしている。また、(c)は、溶融コンパウンド6
3を射出金型の球状のキャビティ70に射出して、球状
の核体を成形する方法を示している。さらに、(e)で
は、溶融コンパウンド63をノズルから自由落下させて
表面張力により球状とし、空気中で冷却・固化させるこ
とにより核体50を得る。また、原料粉末とモノマー
(あるいはプレポリマー)及び分散溶媒からなるスラリ
ーを、該スラリー混和しない液体中に液滴として分散さ
せ、その状態でモノマーあるいはプレポリマーを重合さ
せることにより球状成形体を得る方法もある。なお形態
は球状ではなく不定形となるが、簡便な方法として、プ
レス等による粉末成形体72を破砕して、その破片を核
体50として用いることも可能である。一方、図1にお
いて成形用素地粉末10のみを造粒容器132内に投入
して、成形体成長時よりも低速にて容器を回転させるこ
とにより粉末の凝集体を生成させ、十分な量及び大きさ
の凝集体が生じたら、その後容器132の回転速度を上
げて、その凝集体を核体50として利用する形で成形体
80の成長を行ってもよい。この場合は、上記のように
別工程にて製造した核体を、敢えて成形用素地粉末10
とともに容器132に内に投入する必要はなくなる。
Although there is no particular limitation on the method for producing the molded core, various methods such as those shown in FIG. 4 can be exemplified when the core is mainly composed of ceramic powder. First, (a)
In the method shown in (1), a core is obtained by compression-molding the ceramic powder 60 with a die 51a and press punches 51b, 51b (of course, other compression methods may be used). In (b), the raw material powder is dispersed in a molten thermoplastic binder to form a molten compound 63, which is spray-solidified to obtain a spherical core 50. In the illustrated example, for example, for a spray nozzle composed of an inner nozzle 61 and an outer nozzle 62 that are coaxially arranged, a molten compound 63 is supplied into the inner nozzle 61, and the molten compound 63 is discharged from an opening on the tip side. By spraying a spray medium such as an inert gas or water from an opening through a gap 65 between the nozzles 61 and 62, the molten compound 63 is sprayed and solidified. (C) shows the melting compound 6
3 shows a method of injecting the injection mold 3 into a spherical cavity 70 of an injection mold to form a spherical core. Further, in (e), the molten compound 63 is dropped freely from the nozzle into a spherical shape by surface tension, and is cooled and solidified in air to obtain the core 50. Further, a method of obtaining a spherical molded body by dispersing a slurry comprising a raw material powder, a monomer (or a prepolymer), and a dispersion solvent as droplets in a liquid that is immiscible with the slurry, and polymerizing the monomer or the prepolymer in that state. There is also. Although the form is not spherical but indefinite, as a simple method, it is also possible to crush the powder compact 72 by pressing or the like and use the fragment as the core 50. On the other hand, in FIG. 1, only the green body powder for molding 10 is charged into the granulation container 132, and the container is rotated at a lower speed than at the time of growth of the molded body to generate an aggregate of the powder. After the aggregates are formed, the rotational speed of the container 132 may be increased, and the molded body 80 may be grown by using the aggregates as the core 50. In this case, the core body manufactured in a separate process as described above is intentionally
At the same time, it is not necessary to put the material into the container 132.

【0026】上記のようにして得られる成形核体50
は、多少の外力が作用しても崩壊せずに安定して形状を
保つことができる。その結果、図5(a)に示すように
成形用素地粉末層10k上で転がった際にも、自重によ
る反作用を確実に受けとめることができる。また、図5
(e)に示すように、転がった時に巻き込んだ粉末粒子
を表面にしっかりと押しつけることができるので、粉末
が適度に圧縮されて密度の高い凝集層10aを成長でき
るものと考えられる。これに対し、図5(d)に示すよ
うに、核体を使用しない場合は、核体に相当する凝集体
100は偶発的な要因でしか発生せず、しかも凝集度が
低く軟弱なため、成形用素地粉末層10k上で転がった
ときに変形したり、最悪の場合は解砕されたりして、粉
末の付着・凝集を起こさせるのに十分な力を発生させる
ことができないことが多い。その結果、成形体の成長に
時間がかかるうえ、仮に成長したとしてもクラックや粉
末粒子のブリッジングによる空隙など、欠陥の多いもの
しか得られなくなってしまう場合がある。
The molded core body 50 obtained as described above
Can stably maintain its shape without collapse even when some external force acts. As a result, as shown in FIG. 5A, even when rolling on the green body powder layer for molding 10k, a reaction due to its own weight can be reliably received. FIG.
As shown in (e), it is considered that the powder particles rolled up when rolled can be pressed firmly against the surface, so that the powder is appropriately compressed and a dense layer 10a can be grown. On the other hand, as shown in FIG. 5D, when the nucleus is not used, the aggregate 100 corresponding to the nucleus is generated only by an accidental factor, and the agglomeration degree is low and weak. In many cases, the powder is deformed when it rolls on the molding base powder layer 10k, or is crushed in the worst case, and cannot generate a sufficient force to cause the powder to adhere and aggregate. As a result, it takes a long time to grow the compact, and even if it grows, only the one having many defects such as cracks and voids due to bridging of the powder particles may be obtained.

【0027】なお、核体50の寸法は最小限40μm程
度(望ましくは80μm程度)確保されているのがよ
い。核体50があまりに小さすぎると、凝集層10aの
成長が不完全となる場合がある。また、核体が大きすぎ
ると、形成される凝集層の厚さが不足し、焼結体に欠陥
等が生じやすくなる場合があるので、その寸法を例えば
1mm以下に設定するのがよい。
The size of the core 50 is preferably at least about 40 μm (preferably about 80 μm). If the core 50 is too small, the growth of the aggregated layer 10a may be incomplete. Further, if the core is too large, the thickness of the formed cohesive layer may be insufficient, and the sintered body may be liable to have a defect or the like. Therefore, the size is preferably set to, for example, 1 mm or less.

【0028】成形核体はセラミック粉末を、成形用素地
粉末のかさ密度(例えば、JIS−Z2504(197
9)に規定された見かけ密度)よりは高密度に凝集させ
た凝集体を使用することが、粉末粒子の押しつけ力を確
実に受けとめて、凝集層10aの成長を促す上で望まし
い。具体的には、成形用素地粉末のかさ密度の1.5倍
以上に凝集させたものを使用するのがよい。この場合、
成形用素地粉末層10k上での転がり衝撃により崩壊し
ない程度に凝集していれば十分である。
The molding core is made of a ceramic powder and a bulk density (for example, JIS-Z2504 (197)
It is desirable to use an aggregate agglomerated at a higher density than the apparent density specified in 9) in order to reliably receive the pressing force of the powder particles and promote the growth of the aggregate layer 10a. Specifically, it is preferable to use a material that has been agglomerated to 1.5 times or more the bulk density of the molding base powder. in this case,
It is sufficient that the particles are agglomerated to such an extent that they do not collapse due to rolling impact on the molding base powder layer 10k.

【0029】なお、より安定した成形体の成長を行うた
めには、核体50の寸法は得るべき成形体の寸法に応じ
て次のように設定することが望ましい。すなわち、図5
(b)に示すように、成形核体50の寸法を、これと同
体積の球体の直径dcにて表す一方、(もちろん、核体
50が球状である場合には、その直径がここでいう寸法
そのものに相当する)、最終的に得られる球状成形体の
直径をdgとして、dcが、dc/dgが1/100〜1/
2を満足するように設定する。dc/dgが1/100未
満では、核体が小さすぎて凝集層10aの成長が不完全
となったり、欠陥の多いものしか得られなくなったりす
る懸念が生ずる。他方、1/2を超えると、例えば核体
50の密度がそれほど高くない場合には、得られる焼結
体の強度が不足する場合がある。なお、dc/dgは、望
ましくは1/50〜1/5、より望ましくは1/20〜
1/10の範囲にて調整するのがよい。また、成形核体
の寸法dcは、成形用素地粉末の平均粒径を尺度として
見た場合は、その平均粒径の20〜200倍に設定する
のがよい。また、該寸法dcの絶対値は、例えば50〜
500μmに調整するのがよい。
In order to achieve more stable growth of the compact, it is desirable to set the size of the core body 50 as follows according to the size of the compact to be obtained. That is, FIG.
As shown in (b), the size of the molded core 50 is represented by the diameter dc of a sphere having the same volume, while (of course, when the core 50 is spherical, the diameter is referred to here). Dc, and dc / dg is 1/100 to 1 /
Set to satisfy 2. If dc / dg is less than 1/100, there is a concern that the nucleus is too small and the growth of the cohesive layer 10a is incomplete, or that only a large number of defects can be obtained. On the other hand, if it exceeds 1 /, for example, if the density of the core body 50 is not so high, the strength of the obtained sintered body may be insufficient. Note that dc / dg is preferably 1/50 to 1/5, more preferably 1/20 to 1/50.
It is preferable to adjust in the range of 1/10. The size dc of the molding core is preferably set to 20 to 200 times the average particle size when the average particle size of the molding base powder is viewed as a scale. The absolute value of the dimension dc is, for example, 50 to
It is good to adjust to 500 μm.

【0030】成形用素地粉末層10kの投入量は、造粒
容器132の内容積をV0、成形用素地粉末10kの投
入体積をV1’としたときに、(V1 ’/V0)×100
(%)は5〜40%とされる。その後、造粒成形の進行
に伴い、成形用素地粉末層10kの一部は、球状成形体
となるが、このとき生じている成形途中の球状成形体の
体積と、残余の成形用素地粉末層10kとの合計体積V
1は、圧縮により成形体となる際に、見かけ体積の減少
が若干生ずるものの大幅には変化しないから、(V1/
V0)×100(%)の値も5〜40%にほぼ維持され
る。
The input amount of the molding base powder layer 10k is (V1 '/ V0) .times.100 when the internal volume of the granulation container 132 is V0 and the input volume of the molding base powder 10k is V1'.
(%) Is 5 to 40%. Thereafter, with the progress of the granulation molding, a part of the molding base powder layer 10k becomes a spherical molded body. The volume of the spherical forming body that is being formed at this time and the remaining molding base powder layer are formed. Total volume V with 10k
The value of (V1 / (1)
The value of (V0) .times.100 (%) is also substantially maintained at 5 to 40%.

【0031】そして、転動造粒装置130の運転条件
は、得られる成形体80の径が0.2〜8mm(特に、
コンピュータハードディスク用ベアリングボール等の用
途では、0.2〜5mm)となり、相対密度が61%以
上となるように調整される。造粒容器132は、その状
態で一定の周速にて回転駆動されることとなる。そし
て、その成形途中の球状成形体に加わる最大荷重が50
0g/cm以上(望ましくは500g/cm以上)
となるように、該回転周速及び軸線Oの傾斜角度θが調
整される。なお、該最大荷重は、例えば、造粒容器13
2の内面に、荷重センサを取り付けることにより測定す
るが可能である。より簡便な方法としては、付加された
圧力レベルに応じて色の変化を生ずる感圧試験紙を造粒
容器132の内面に貼着して、造粒装置の運転を行い、
その感圧試験紙の着色レベルから最大荷重を読みとるこ
とができる。
The operating conditions of the rolling granulator 130 are such that the diameter of the obtained compact 80 is 0.2 to 8 mm (particularly,
In applications such as bearing balls for computer hard disks, the diameter is adjusted to 0.2 to 5 mm) and the relative density is adjusted to 61% or more. In this state, the granulation container 132 is driven to rotate at a constant peripheral speed. The maximum load applied to the spherical molded body during the molding is 50
0 g / cm 2 or more (preferably 500 g / cm 2 or more)
The rotational peripheral speed and the inclination angle θ of the axis O are adjusted so that Note that the maximum load is, for example,
2 can be measured by attaching a load sensor to the inner surface. As a simpler method, a pressure-sensitive test paper that changes color according to the applied pressure level is attached to the inner surface of the granulation container 132, and the granulator is operated.
The maximum load can be read from the coloring level of the pressure-sensitive test paper.

【0032】特に高密度の成形体を得るには、図2に示
すように、液状成形媒体を主体とする液体Wを供給しつ
つ、これに成形素地粉末10を付着させることにより球
状成形体を得るようにする手法を採用することが有効で
ある。ここでは、造粒容器132内に配置された液供給
管51から、液状成形媒体Wを供給するようにしてい
る。液状成形媒体Wは、具体的には水あるいは水に適宜
添加物を配合した水溶液などの、水系溶媒を使用するこ
とができるが、これに限られるものではなく、例えば有
機溶媒を使用してもよい。該方法によれば、図5(e)
に示すように、成形体の表面に存在する凹凸部分に液状
成形媒体Wと粉末粒子とが付着したときに、その液状成
形媒体Wの浸透圧によって粉末粒子が密に再配列しなが
ら付着するので、成形体の密度を上昇させることができ
ると考えられる。なお、このような効果を高めるには、
成形体に液状成形媒体Wを直接吹きかけることが望まし
い。また、液状成形媒体を吹きかける工程は、成形工程
(例えば転動造粒工程)の全期間にわたって行うように
してもよいし、成形工程の一部期間(例えば最終段階の
み)にのみ行うようにしてもよい。また、液状成形媒体
は連続的に供給しても断続的に供給してもいずれでもよ
い。
In particular, in order to obtain a high-density compact, as shown in FIG. 2, while supplying a liquid W mainly composed of a liquid compacting medium, the compact green powder 10 is adhered thereto to form a spherical compact. It is effective to adopt a method for obtaining the information. Here, the liquid forming medium W is supplied from the liquid supply pipe 51 disposed in the granulation container 132. The liquid molding medium W may be, for example, an aqueous solvent such as water or an aqueous solution in which an additive is appropriately added to water, but is not limited thereto, and for example, an organic solvent may be used. Good. According to the method, FIG.
As shown in the figure, when the liquid molding medium W and the powder particles adhere to the uneven portion existing on the surface of the molded body, the powder particles adhere while densely rearranging due to the osmotic pressure of the liquid molding medium W. It is considered that the density of the molded body can be increased. To enhance these effects,
It is desirable to spray the liquid forming medium W directly on the formed body. Further, the step of spraying the liquid forming medium may be performed over the entire period of the forming step (for example, the rolling granulation step), or may be performed only during a part of the forming step (for example, only the final stage). Is also good. The liquid forming medium may be supplied continuously or intermittently.

【0033】球状成形体は、上記本発明の採用により、
具体的にはその相対密度が61%以上となるように高密
度化することが可能となる。窒化珪素系の粉末の場合、
密度の絶対値として2.0〜2.5g/cmを確保で
きるようになる。このように成形体を高密度化できるこ
とによって、例えばHIP法のような高コストの工程で
はなく、例えばガス圧焼結あるいは常圧焼結によって
も、焼結による緻密化自体を十分に進行させることがで
き、ひいては耐摩耗性も十分に確保できる最適の表面硬
さレベルを達成できる。また、HIP法とは異なり、表
層部の異常硬化が進まないので、例えばベアリングボー
ル等に本発明の球状セラミック焼結体を使用する場合
に、高精度の研磨加工を容易に行うことができるように
なり、真球度や直径不同の値も確保しやすくなる。例え
ば、液状成形媒体Wとして水を使用する場合、その供給
量は、最終的に得られる成形体中の含水率が、例えば1
0〜20重量%となるように調整される。含水率が10
重量%未満になると、成形体の密度を61重量%以上と
することが困難になる場合がある。他方、含水率が20
重量%を超えると、成形体の強度が不足し、ハンドリン
グ等に支障を来す場合がある。
By adopting the above-mentioned present invention, the spherical molded body is
Specifically, it is possible to increase the density so that the relative density becomes 61% or more. In the case of silicon nitride powder,
2.0 to 2.5 g / cm 3 can be secured as the absolute value of the density. Since the compact can be densified in this way, the densification itself by sintering can be sufficiently advanced even by, for example, gas pressure sintering or normal pressure sintering, instead of a costly process such as the HIP method. Thus, an optimum surface hardness level that can sufficiently secure wear resistance can be achieved. Also, unlike the HIP method, abnormal hardening of the surface layer does not proceed, so that, for example, when the spherical ceramic sintered body of the present invention is used for a bearing ball or the like, high-precision polishing can be easily performed. And it becomes easy to secure values of sphericity and unequal diameter. For example, when water is used as the liquid molding medium W, the supply amount is such that the water content in the finally obtained molded body is, for example, 1%.
It is adjusted to be 0 to 20% by weight. Water content is 10
When the content is less than the weight%, it may be difficult to make the density of the molded body 61% by weight or more. On the other hand, when the water content is 20
If the amount is more than 10% by weight, the strength of the molded product may be insufficient, which may hinder handling and the like.

【0034】転動造粒法では、使用する成形用素地粉末
の流動性がある程度良好であることが要求される。しか
しながら、高性能の窒化珪素焼結体を製造するための成
形用素地粉末は通常微粉であり、そのままでは流動性が
不十分であるので、これを予め適度な粒径に造粒するこ
とが不可欠である。ここで、一般には粉末泥漿を容器等
に入れて乾燥後、これを粉砕する簡易な造粒方法が用い
られているが、この方法では粉砕時に微粉に戻ってしま
う比率が高いため、流動性改善の効果がそれほど見込め
ない難点がある。
In the tumbling granulation method, it is required that the base powder for molding used has a certain degree of fluidity. However, the base powder for molding for producing a high-performance silicon nitride sintered body is usually a fine powder, and as it is has insufficient fluidity, it is indispensable to granulate it into an appropriate particle size in advance. It is. Here, in general, a simple granulation method is used in which powdered slurry is put into a container or the like, dried, and then crushed. However, this method has a high ratio of returning to fine powder at the time of crushing. There is a drawback that the effect of can not be expected so much.

【0035】他方、スプレードライ法により造粒する方
法もあるが、スプレードライ法にて得られる造粒粉末は
一般に、その造粒二次粒子の平均粒子径が50〜100
μmと、かなり大きくなってしまうことが知られてい
る。このような平均粒子径の大きい造粒粉末を使用して
前記した転動造粒法等により球状成形物を製造した場
合、成形時に密度不均一や不連続境界部などの欠陥が生
じやすい難点がある。このような欠陥は、当然のことな
がら焼結体の不均一収縮による変形や欠陥孔、割れある
いは欠けといった不良をもたらすので、信頼性が要求さ
れるコンピュータハードディスクや半導体装置等の特殊
環境で使用されるベアリングボールには使用することが
できない。従って、このような転動造粒法等により製造
されるセラミック球は、信頼性が要求されない分野、例
えばセラミック粉末、塗料あるいは薬品等の粉砕ないし
混合用のメディアとして使用されていたに過ぎない。
On the other hand, there is also a method of granulating by a spray drying method, but the granulated powder obtained by the spray drying method generally has an average particle diameter of the granulated secondary particles of 50 to 100.
It is known that the size becomes as large as μm. When a spherical molded product is manufactured by the above-described tumbling granulation method or the like using the granulated powder having a large average particle diameter, defects such as uneven density and discontinuous boundary portions are likely to occur during molding. is there. Such defects naturally cause defects such as deformation due to uneven shrinkage of the sintered body, defective holes, cracks or chips, and are used in special environments such as computer hard disks and semiconductor devices that require reliability. Can not be used for bearing balls. Therefore, ceramic spheres produced by such a rolling granulation method have only been used in fields where reliability is not required, for example, as a medium for grinding or mixing ceramic powder, paint or chemicals.

【0036】成形用素地粉末調製工程においては、例え
ば成形用素地粉末粒子の平均粒径と、累積粒度分布と、
BET比表面積値とを所定の範囲に調整される。この場
合、原料粉末調整工程において、少なくとも無機材料粉
末と焼結助剤粉末とを均一に混合し、平均粒子径が0.
1〜2μm、同じく90%粒子径が0.4〜3.5μ
m、さらにBET比表面積値が5〜20m/gとなる
ように調整する。例えば、その調整のためのより具体的
な工程として、少なくとも無機材料粉末と焼結助剤粉末
と溶媒とを均一に混合してスラリーとなし、そのスラリ
ーをスプレー乾燥して、その乾燥物をさらに解砕する工
程を採用できる。
In the step of preparing the molding base powder, for example, the average particle size of the molding base powder particles, the cumulative particle size distribution,
The BET specific surface area value is adjusted within a predetermined range. In this case, in the raw material powder adjusting step, at least the inorganic material powder and the sintering aid powder are uniformly mixed, and the average particle diameter is set to 0.1.
1 to 2 μm, and the same 90% particle size is 0.4 to 3.5 μm.
m, and the BET specific surface area value is adjusted to 5 to 20 m 2 / g. For example, as a more specific process for the adjustment, at least an inorganic material powder, a sintering aid powder and a solvent are uniformly mixed to form a slurry, the slurry is spray-dried, and the dried product is further dried. A crushing step can be adopted.

【0037】そして、その粒径測定法をも特定した成形
用素地粉末のより具体的な態様として、セラミック粉末
と所定量の焼結助剤粉末とを主体に構成され、かつレー
ザー回折式粒度計にて測定された平均粒子径が0.1〜
2μm、同じく90%粒子径が0.4〜3.5μm、さ
らにBET比表面積値が5〜20m/gとされるもの
を例示できる。本発明者らは、レーザー回折式粒度計に
て測定した平均粒子径及び90%粒子径が上記の範囲に
属し、かつBET比表面積値が上記範囲となる成形用素
地粉末を使用することにより、例えば金型プレス法より
も成形能率が高い先述の各種造粒法を用いてこれを球状
成形体に成形した場合でも、粉末の偏り等による密度不
均一や不連続境界部などの欠陥が生じにくく、結果とし
て焼結体の不均一収縮による変形や、割れあるいは欠け
による不良発生率が劇的に減少することを見い出して本
発明を完成するに至ったのである。これにより、信頼性
が要求されるコンピュータハードディスクや半導体装置
等における特殊環境仕様が要求される用途におけるベア
リングボールのセラミック化を一挙に促進することが可
能となる。
As a more specific embodiment of the green body powder for which the particle size measurement method is specified, a laser diffraction type particle sizer mainly composed of a ceramic powder and a predetermined amount of a sintering aid powder is used. The average particle diameter measured in 0.1 ~
2 μm, also having a 90% particle diameter of 0.4 to 3.5 μm and a BET specific surface area of 5 to 20 m 2 / g. The present inventors have found that the average particle diameter and 90% particle diameter measured by a laser diffraction type particle sizer belong to the above range, and that the BET specific surface area value falls within the above range, by using a molding base powder having the above range, For example, even when this is molded into a spherical molded body using the above-described various granulation methods having a higher molding efficiency than the mold pressing method, defects such as uneven density and discontinuous boundary due to powder bias are less likely to occur. As a result, the present inventors have found that the deformation rate due to uneven shrinkage of the sintered body and the occurrence rate of defects due to cracking or chipping are drastically reduced, thereby completing the present invention. As a result, it is possible to promote the use of ceramics in bearing balls at once, in applications requiring special environmental specifications, such as computer hard disks and semiconductor devices that require reliability.

【0038】なお、本発明では、粒子の小粒径側からの
相対累積度数を、図11に示すように、評価対象となる
粒子を粒径の大小順に配列し、その配列上にて小粒径側
から粒子の度数を計数したときに、着目している粒径ま
での累積度数をNc、評価対象となる粒子の総度数をN0
としたときに、nrc=(Nc/N0)×100 (%)に
て表される相対度数nrcをいう。そして、X%粒子径と
は、前記した配列においてnrc=X(%)に対応する粒
径をいう。すなわち、90%粒子径とは、nrc=90
(%)に対応する粒径をいう。
In the present invention, as shown in FIG. 11, the relative cumulative frequencies of the particles from the small particle size side are arranged in the order of the size of the particles to be evaluated as shown in FIG. When counting the frequency of particles from the diameter side, the cumulative frequency up to the particle size of interest is Nc, and the total frequency of the particles to be evaluated is N0
Where nrc = (Nc / N0) .times.100 (%). The X% particle size refers to a particle size corresponding to nrc = X (%) in the above-described arrangement. That is, the 90% particle size is defined as nrc = 90
(%).

【0039】本発明の方法においては、レーザー回折式
粒度計にて測定した成形用素地粉末の平均粒子径及び9
0%粒子径と、成形用素地粉末のBET比表面積値とを
前記した数値範囲に調整する点に特徴がある。レーザー
回折式粒度計の測定原理は公知であるが、簡単に説明す
れば、試料粉末に対しレーザ光を照射し、粉末粒子によ
る回折光をフォトディテクタにより検出するとともに、
その検出情報から求められる回折光の散乱角度と強度と
から粒径を知ることができる。
In the method of the present invention, the average particle size of the molding base powder measured by a laser diffraction type
It is characterized in that the 0% particle diameter and the BET specific surface area value of the green body powder for molding are adjusted to the above numerical ranges. The principle of measurement of a laser diffraction type particle sizer is known, but in brief, while irradiating a sample powder with a laser beam and detecting the diffracted light by the powder particles with a photodetector,
The particle size can be known from the scattering angle and intensity of the diffracted light obtained from the detection information.

【0040】ここで、窒化珪素粉末と焼結助剤粉末とを
主体とする成形用素地粉末は、図10に模式的に示すよ
うに、添加された有機結合材の働きや静電気力の作用な
ど種々の要因により、複数の一次粒子が凝集して二次粒
子を形成していることが多い。この場合、レーザー回折
式粒度計による測定では、入射レーザー光の凝集粒子に
よる回折挙動と孤立した一次粒子による回折挙動とで大
きな差異を生じないため、測定された粒径が、一次粒子
単体で存在するものの粒径なのか、あるいはこれが凝集
した二次粒子の粒径なのかが互いに区別されない。すな
わち、該方法で測定した粒子径は、図10における二次
粒子径Dを反映した値となる(この場合、凝集を起こし
ていない孤立した一次粒子も広義の二次粒子とみな
す)。また、これに基づいて算出される平均粒子径ある
いは90%粒子径とは、いずれも二次粒子の平均粒子径
あるいは90%粒子径の値を反映したものとなる。
Here, as shown schematically in FIG. 10, the molding base powder mainly composed of a silicon nitride powder and a sintering aid powder has a function of an added organic binder and a function of an electrostatic force. Due to various factors, a plurality of primary particles are often aggregated to form secondary particles. In this case, the measurement by the laser diffraction particle sizer does not cause a large difference between the diffraction behavior of the incident laser light by the aggregated particles and the diffraction behavior by the isolated primary particles. It cannot be distinguished from each other whether it is the particle size of the particles or the particle size of the aggregated secondary particles. That is, the particle diameter measured by the method is a value reflecting the secondary particle diameter D in FIG. 10 (in this case, isolated primary particles that do not cause aggregation are also regarded as secondary particles in a broad sense). In addition, the average particle diameter or 90% particle diameter calculated based on this reflects the average particle diameter or 90% particle diameter of the secondary particles.

【0041】他方、成形用素地粉末の比表面積値は吸着
法により測定され、具体的には、粉末表面に吸着するガ
スの吸着量から比表面積値を求めることができる。一般
には、測定ガスの圧力と吸着量との関係を示す吸着曲線
を測定し、多分子吸着に関する公知のBET式(発案者
であるBrunauer、Emett、Tellerの頭文字を集めたも
の)をこれに適用して、単分子層が完成されたときの吸
着量vmを求め、その吸着量vmから算出されるBET比
表面積値が用いられる。ただし、近似的に略同等の結果
が得られる場合は、BET式を使用しない簡便な方法、
例えば吸着曲線から単分子層吸着量vmを直読する方法
を採用してもよい。例えば、ガス圧に吸着量が略比例す
る区間が吸着曲線に現われる場合は、その区間の低圧側
の端点に対応する吸着量をvmとして読み取る方法があ
る(The Journal of American Chemical Society、57
巻(1935年)1754頁に掲載の、BrunauerとEmet
tの論文を参照)。いずれにしろ、吸着法による比表面
積値測定においては、吸着する気体分子は二次粒子中に
も浸透して、これを構成する個々の一次粒子の表面を覆
うので、結果として比表面積値は、一次粒子の比表面
積、ひいては図11の一次粒子径dの平均値を反映した
ものとなる。
On the other hand, the specific surface area of the green body powder for molding is measured by an adsorption method. Specifically, the specific surface area can be determined from the amount of gas adsorbed on the powder surface. In general, an adsorption curve showing the relationship between the pressure of a measurement gas and the amount of adsorption is measured, and a known BET formula (collection of the inventors, Brunauer, Emmett, Teller) for multi-molecule adsorption is obtained. By applying, the adsorption amount vm when the monomolecular layer is completed is obtained, and the BET specific surface area value calculated from the adsorption amount vm is used. However, when approximately equivalent results are obtained, a simple method that does not use the BET equation,
For example, a method of directly reading the adsorption amount vm of the monolayer from the adsorption curve may be adopted. For example, when a section where the adsorption amount is substantially proportional to the gas pressure appears in the adsorption curve, there is a method of reading the adsorption amount corresponding to the end point on the low pressure side of that section as vm (The Journal of American Chemical Society, 57
Volume (1935), p. 1754, Brunauer and Emet
t). In any case, in the specific surface area value measurement by the adsorption method, the gas molecules to be adsorbed also penetrate into the secondary particles and cover the surface of the individual primary particles constituting the secondary particles, and as a result, the specific surface area value is This reflects the specific surface area of the primary particles, and thus the average value of the primary particle diameter d in FIG.

【0042】そして、上記の方法において成形用素地粉
末は、セラミック焼結体の緻密化が十分に促進され、か
つ欠陥が少なく十分な強度の焼結体が得られるよう、一
次粒子径を反映したBET比表面積値を5〜20m
gとある程度小さく設定している。そして、重要な点
は、二次粒子径を反映したレーザー回折式粒度計による
平均粒子径あるいは90%粒子径が、それぞれ、0.1
〜2μmあるいは0.4〜3.5μmと、スプレードラ
イ法により得られる従来の成形用素地粉末と比較して、
1/10程度以下の小さな値に設定していることであ
る。これは、成形用素地粉末における二次粒子としての
凝集状態ひいては局所的な粒子充填の粗密をなるべく解
消することを意味し、このような粒子径の範囲を採用に
より、最終的に得られる成形体に粉末の偏り等が生じに
くなるのである。
In the above-mentioned method, the green body powder for molding reflects the primary particle diameter so that the densification of the ceramic sintered body is sufficiently promoted and the sintered body having few defects and sufficient strength is obtained. BET specific surface area value of 5 to 20 m 2 /
g is set to a certain small value. The important point is that the average particle diameter or the 90% particle diameter by the laser diffraction type particle size analyzer reflecting the secondary particle diameter is 0.1%, respectively.
22 μm or 0.4-3.5 μm, compared with the conventional molding base powder obtained by the spray drying method,
That is, it is set to a small value of about 1/10 or less. This means that the agglomeration state as secondary particles in the green body powder for molding, and thus the local coarseness of the particle filling is eliminated as much as possible, and by adopting such a range of the particle diameter, the molded article finally obtained is obtained. This makes it difficult for the powder to be biased.

【0043】なお、成形用素地粉末の上記平均粒子径が
2μmを超えるか、あるいは90%粒子径が3.5μm
を超えると、成形体に粉末の偏り等が生じやすくなり、
不均一収縮による焼結体の変形や、割れあるいは欠けと
いった不良が発生しやすくなる。他方、上記平均粒子径
が0.1μm未満、もしくは90%粒子径が0.4μm
未満の微粉末は、調製(例えば粉砕時間)に相当の長時
間を要するので、製造能力低下によるコスト高を招く。
なお、成形用素地粉末の平均粒子径は、望ましくは0.
3〜2μm、より望ましくは0.3〜1μmとするのが
よく、90%粒子径は、望ましくは0.7〜2μmとす
るのがよい。
The above-mentioned average particle diameter of the base powder for molding exceeds 2 μm, or the 90% particle diameter is 3.5 μm.
If it exceeds, the powder tends to be biased in the molded body,
Failure such as deformation, cracking or chipping of the sintered body due to uneven shrinkage is likely to occur. On the other hand, the average particle diameter is less than 0.1 μm, or the 90% particle diameter is 0.4 μm.
Fine powders of less than a considerable amount of time are required for preparation (for example, pulverization time), which leads to an increase in cost due to a reduction in production capacity.
The average particle diameter of the green body powder for molding is preferably 0.1.
The particle size is preferably 3 to 2 μm, more preferably 0.3 to 1 μm, and the 90% particle size is preferably 0.7 to 2 μm.

【0044】一方、成形用素地粉末のBET比表面積値
が5m/g未満になると、一次粒子径が粗大化し過ぎ
て焼結の均一性が損なわれ、得られる球状焼結体に欠陥
が発生して強度が低下する。一方、BET比表面積値が
20m/gを超える成形用素地粉末は、調製(例えば
粉砕時間)に相当の長時間を要するので、製造能力低下
によるコスト高を招く。なお、成形用素地粉末のBET
比表面積値は、望ましくは5〜13m/g、さらに望
ましくは5〜10m/gとするのがよい。
On the other hand, when the BET specific surface area value of the green body powder for molding is less than 5 m 2 / g, the primary particle diameter becomes too large, the uniformity of sintering is impaired, and defects occur in the obtained spherical sintered body. The strength decreases. On the other hand, a molding base powder having a BET specific surface area value of more than 20 m 2 / g requires a considerably long time for preparation (for example, pulverization time), which leads to an increase in cost due to a reduction in production capacity. In addition, the BET of the base powder for molding
The specific surface area is preferably 5 to 13 m 2 / g, and more preferably 5 to 10 m 2 / g.

【0045】上記製造方法において、成形用素地粉末調
製工程は、具体的には、セラミック粉末と焼結助剤粉末
とを溶媒(例えば、水)とともに混合して泥奬を調製す
る泥奬調製工程と、熱風流通路の中間に、セラミック又
は金属にて粒状又は塊状に形成された乾燥メディアの集
積体を、予め定められた空間範囲内にて流動あるいは振
動可能な状態で配置し、その乾燥メディア集積体に対し
熱風を通じてこれを空間範囲内で流動ないし振動させ、
その流動ないし振動する乾燥メディア集積体に対して泥
奬を供給することにより、該泥奬を乾燥メディアと混合
しつつ溶媒を蒸発させる乾燥工程と、その乾燥により得
られる成形用素地粉末を熱風とともに乾燥メディア集積
体の下流側に導いてこれを回収する回収工程とを含むも
のとすることができる。
In the above manufacturing method, the step of preparing a green body powder for molding is, specifically, a step of preparing a powder by mixing a ceramic powder and a sintering aid powder together with a solvent (eg, water) to prepare a powder. In the middle of the hot air flow passage, an aggregate of a drying medium formed of ceramic or metal in the form of granules or lump is arranged in a predetermined space range so as to be able to flow or vibrate, and the drying medium This flows or vibrates in the space area through hot air to the aggregate,
By supplying a slurry to the flowing or vibrating drying media assembly, a drying step of evaporating the solvent while mixing the slurry with the drying medium, and a molding base powder obtained by the drying together with hot air And a collecting step of collecting the dried media collected downstream.

【0046】上記方法では、乾燥メディアの集積体に泥
漿が供給され、該泥奬が熱風により乾燥されて粉末とな
りメディアの表面に付着して粉末凝集層を形成する。そ
して、熱風の流通により粉末凝集層が形成された乾燥メ
ディアは振動ないし流動して、相互にぶつかり合い、あ
るいは擦れ合いにを起こす。このとき、メディア表面に
付着した粉末凝集層は解砕され、凝集状態が緩和されつ
つ吹き飛ばされて回収される。これにより、前記した粒
子径範囲の成形用素地粉末を容易にかつ高能率で得るこ
とができる。なお、乾燥メディアとしては、なるべく摩
耗しにくいセラミックメディアを使用するのがよく、例
えばアルミナ、ジルコニア、及びそれらの混合セラミッ
クのいずれかを主体とするものを使用すれば、仮に摩耗
して成形用素地粉末中に混入しても、焼結助剤成分とし
て機能することから混入の影響を小さくすることができ
る。
In the above method, the slurry is supplied to the stack of dry media, and the slurry is dried by hot air to become powder and adhere to the surface of the media to form a powder aggregate layer. Then, the dried media on which the powder agglomeration layer is formed by the flow of the hot air vibrate or flow, and collide with each other or cause friction. At this time, the powder agglomeration layer adhering to the media surface is crushed, and is blown away and collected while alleviating the aggregation state. Thereby, the base powder for molding having the above-mentioned particle size range can be obtained easily and with high efficiency. As the drying medium, it is preferable to use a ceramic medium that is hard to wear as much as possible. For example, if a medium mainly composed of alumina, zirconia, or a mixed ceramic thereof is used, the medium is temporarily worn and the molding base material is used. Even if it is mixed in the powder, since it functions as a sintering aid component, the influence of the mixing can be reduced.

【0047】上記成形用素地粉末調製工程における乾燥
工程では、熱風流通路は縦に配置された熱風ダクトを含
んで形成することができ、その熱風ダクトの中間に熱風
の通過を許容し、乾燥メディアの通過は許容しない網等
の気体流通体で構成されたメディア保持部を形成するこ
とができる。この場合、メディア保持部上に保持された
乾燥メディア集積体に対し、泥奬を上方から落下供給す
ることができる。また、熱風は熱風ダクト内において該
乾燥メディア集積体の下側から乾燥メディアを躍動させ
つつ上側に抜けるように流通させることができ、乾燥後
の粉末は該熱風とともに該熱風ダクトを通って下流側に
配置された回収部に回収することができる。
In the drying step in the step of preparing the green body powder for molding, the hot air flow path can be formed to include a vertically arranged hot air duct. Can be formed as a media holding portion composed of a gas circulating body such as a net that does not allow the passage of the medium. In this case, the slurry can be supplied from above to the dry media aggregate held on the media holding unit. Further, the hot air can be circulated in the hot air duct so as to move the drying medium upward from the lower side of the drying media assembly while moving the drying medium upward, and the powder after drying passes through the hot air duct together with the hot air to the downstream side. Can be collected by the collection unit arranged in the storage area.

【0048】この方式によると、下側から吹き上げられ
る熱風により乾燥メディアが吹き上げられて躍動し、さ
らに集積体上に落下させられるというサイクルが繰り返
されるので、乾燥メディア上の粉末凝集層に衝撃を効率
的かつ比較的均一に加えることができる。また、解砕さ
れた凝集粒子のうち粗大なものは熱風により吹き飛ばさ
れず、再び乾燥メディア集積体上に戻されて引き続き解
砕を受けるので、その後の成形工程で粉末偏り等の原因
となる粗大な二次粒子の発生を一層生じにくくすること
ができる。
According to this method, the cycle in which the dry medium is blown up by the hot air blown from below, moves up, and is dropped on the integrated body is repeated. And can be added relatively uniformly. In addition, coarse particles among the crushed aggregated particles are not blown off by the hot air, but are returned to the dry media aggregate again and continuously crushed, so that coarse particles that cause powder unevenness or the like in the subsequent molding process are obtained. The generation of secondary particles can be further reduced.

【0049】以上のような工程により調製された成形用
素地粉末は、成形工程により球状に成形される。この場
合、成形方法としては、転動造粒法を特に好適に使用す
ることができる。転動造粒法は球状成形物を得る上での
製造能率が高く、加えて前記した粒子径範囲あるいはB
ET比表面積値を有する成形用素地粉末を使用した場合
に、粉末偏り等の欠陥が発生しにくい利点がある。
The green body powder for molding prepared by the above steps is formed into a spherical shape by the molding step. In this case, a rolling granulation method can be particularly preferably used as a molding method. The rolling granulation method has a high production efficiency in obtaining a spherical molded product, and additionally has the above-mentioned particle size range or B
When a molding base powder having an ET specific surface area value is used, there is an advantage that defects such as powder imbalance do not easily occur.

【0050】図7は、上記の成形用素地粉末調製工程に
使用される装置の一実施例である。該装置において、熱
風流通路1は縦に配置された熱風ダクト4を含んで形成
され、その熱風ダクト4の中間には、熱風の通過を許容
し乾燥メディア2の通過は許容しない気体流通体、例え
ば網や穴空き板等の構成されたメディア保持部5が形成
されている。そして、そのメディア保持部5上には、ア
ルミナ、ジルコニア、及びそれらの混合セラミックのい
ずれかを主体とするセラミック球からなる乾燥メディア
2が集積され、層状の乾燥メディア集積体3が形成され
ている。
FIG. 7 shows an embodiment of an apparatus used in the step of preparing the green body powder for molding. In the apparatus, the hot air flow passage 1 is formed to include a vertically arranged hot air duct 4, and a gas flow member that allows hot air to pass therethrough and does not allow the drying medium 2 to pass therethrough, in the middle of the hot air duct 4. For example, a media holding unit 5 formed of a net or a perforated plate is formed. Then, on the medium holding portion 5, the dry media 2 composed of ceramic spheres mainly composed of any one of alumina, zirconia, and their mixed ceramics are accumulated, and a layered dry media aggregate 3 is formed. .

【0051】他方、原料は、窒化珪素粉末100重量部
に対し、焼結助剤粉末(例えばアルミナとイットリアと
の混合物)を1〜10重量部配合し、例えば純水を溶媒
としてボールミルやアトライターにより湿式混合(ある
いは湿式混合・粉砕)して得られる泥奬の形で準備され
る。この場合、その一次粒子の大きさは、BET比表面
積値が5〜20m/gとなるように調整される。
On the other hand, as a raw material, 1 to 10 parts by weight of a sintering aid powder (for example, a mixture of alumina and yttria) is mixed with 100 parts by weight of silicon nitride powder, and, for example, a ball mill or an attritor using pure water as a solvent. It is prepared in the form of a plasma obtained by wet mixing (or wet mixing / crushing). In this case, the size of the primary particles is adjusted so that the BET specific surface area value is 5 to 20 m 2 / g.

【0052】図8に示すように、乾燥メディア集積体3
に対し、熱風が熱風ダクト4内においてメディア保持部
5の下側から乾燥メディア2を躍動させつつ上側に抜け
るように流通される。他方、図7に示すように、泥漿6
は泥奬タンク20からポンプPにより汲み上げられ、該
乾燥メディア集積体3に対して上方から落下供給され
る。これにより、図9に示すように、泥奬が熱風により
乾燥されて乾燥メディア2の表面に粉末凝集層PLの形
で付着する。
As shown in FIG. 8, the dry media assembly 3
On the other hand, the hot air is circulated in the hot air duct 4 so as to move upward from the lower side of the medium holding portion 5 while moving the drying medium 2 up. On the other hand, as shown in FIG.
Is pumped up from the plasma tank 20 by the pump P, and is dropped and supplied to the dry media assembly 3 from above. Thereby, as shown in FIG. 9, the plasma is dried by hot air and adheres to the surface of the drying medium 2 in the form of the powder aggregation layer PL.

【0053】そして、熱風の流通により、乾燥メディア
2は躍動・落下を繰り返して相互に打撃を加え合い、さ
らにその打撃による擦れ合いにより、粉末凝集層PLは
成形用素地粉末粒子Pに粉砕される。この解砕された成
形用素地粉末粒子Pは、孤立した一次粒子形態のものも
含んでいるが、多くは一次粒子が凝集した二次粒子とな
っている。該成形用素地粉末粒子Pは、一定以下の粒径
のものが熱風とともに下流側に流れていく(図7)。他
方、ある程度以上に大きい解砕粒子は、熱風で飛ばされ
ずに再び乾燥メディア集積体3に落下して、メディア間
でさらに粉砕される。
Then, due to the circulation of hot air, the dry medium 2 repeatedly vibrates and falls and strikes each other, and the powder agglomeration layer PL is pulverized into the base powder particles P for molding by the friction caused by the strike. . The crushed base powder particles for molding P include those in the form of isolated primary particles, but are mostly secondary particles in which the primary particles are aggregated. The molding base powder particles P having a particle size of a certain size or less flow downstream along with the hot air (FIG. 7). On the other hand, the crushed particles larger than a certain size are not blown off by the hot air but fall again to the dry media assembly 3 and are further crushed between the media.

【0054】こうして、熱風とともに下流側に流された
成形用素地粉末粒子Pは、サイクロンSを経て回収部2
1に成形用素地粉末10として回収されている。回収さ
れる成形用素地粉末10は、レーザー回折式粒度計にて
測定された平均粒子径が0.1〜2μm、同じく90%
粒子径が0.4〜3.5μm、さらにBET比表面積値
が5〜20m/gのものとされる。
Thus, the molding base powder particles P that have flowed downstream together with the hot air pass through the cyclone S to the collecting section 2.
1 is collected as a molding base powder 10. The recovered molding base powder 10 has an average particle diameter of 0.1 to 2 μm measured by a laser diffraction particle sizer, and 90%
The particle diameter is 0.4 to 3.5 μm, and the BET specific surface area is 5 to 20 m 2 / g.

【0055】図7において、乾燥メディア2の直径は、
熱風ダクト4の流通断面積に応じて適宜設定する。該直
径が不足すると、メディア上に形成される粉末凝集層へ
の打撃力が不足し、所期の範囲の粒子径の成形用素地粉
末が得られない場合がある。他方、直径が大きくなり過
ぎると、熱風を流通しても乾燥メディア2の躍動が起こ
りにくくなるので同様に打撃力が不足し、所期の範囲の
粒子径の成形用素地粉末が得られない場合がある。な
お、乾燥メディア2は、なるべく大きさの揃ったものを
使用することが、メディア間に適度な隙間を形成して、
熱風流通時のメディアの運動を促進する上で望ましい。
In FIG. 7, the diameter of the drying medium 2 is
It is set appropriately according to the flow cross-sectional area of the hot air duct 4. If the diameter is insufficient, the impact force on the powder agglomeration layer formed on the medium is insufficient, and a base powder for molding having a particle diameter within an intended range may not be obtained. On the other hand, if the diameter is too large, the driving force of the dry medium 2 is unlikely to occur even when hot air is circulated, so that the impact force is also insufficient, and a molding base powder having a particle diameter within the intended range cannot be obtained. There is. It should be noted that it is preferable to use the same size as the drying medium 2 by forming an appropriate gap between the media,
This is desirable in promoting the movement of the media during hot air circulation.

【0056】また、乾燥メディア集積体3における乾燥
メディア2の充填深さt1は、熱風の流速に応じて、メ
ディア2の流動が過不足なく生ずる範囲にて適宜設定さ
れる。充填深さt1が大きくなり過ぎると、乾燥メディ
ア2の流動が困難となり、打撃力が不足して所期の範囲
の粒子径の成形用素地粉末が得られない場合がある。ま
た、充填深さt1が小さくなり過ぎると、乾燥メディア
2が少なすぎて打撃頻度が低下し、処理能率低下につな
がる。
The filling depth t1 of the drying medium 2 in the drying medium assembly 3 is appropriately set in accordance with the flow velocity of the hot air and within a range where the flow of the medium 2 occurs without excess or deficiency. If the filling depth t1 is too large, the flow of the drying medium 2 becomes difficult, and the impact force is insufficient, so that there is a case where a molding base powder having a particle diameter within a desired range cannot be obtained. On the other hand, if the filling depth t1 is too small, the amount of the dry medium 2 is too small, and the frequency of impact is reduced, leading to a reduction in processing efficiency.

【0057】次に、熱風の温度は、泥漿の乾燥が十分に
進み、かつ粉末に熱変質等の不具合が生じない範囲にて
適宜設定される。例えば泥漿の溶媒が水を主体とするも
のである場合、熱風温度が100℃未満になると、供給
される泥漿の乾燥が十分進まず、得られる成形用素地粉
末の水分含有量が高くなり過ぎて凝集を起こしやすくな
り、所期の粒子径の粉末が得られなくなる場合がある。
Next, the temperature of the hot air is appropriately set within a range in which the drying of the slurry proceeds sufficiently and no problems such as thermal deterioration occur in the powder. For example, when the solvent of the slurry is mainly water, when the hot air temperature is lower than 100 ° C., the supplied slurry does not sufficiently dry, and the moisture content of the obtained molding base powder becomes too high. Agglomeration is likely to occur, and a powder having an intended particle size may not be obtained.

【0058】さらに、熱風の流速は、乾燥メディア3を
回収部へ飛ばさない範囲にて適宜設定する。流速が小さ
くなり過ぎると、乾燥メディア2の流動が困難となり、
打撃力が不足して所期の範囲の粒子径の成形用素地粉末
が得られない場合がある。また、流速が大きくなり過ぎ
ると、乾燥メディア2が高く舞い上がり過ぎて却って衝
突頻度が低下し、処理能率の低下につながる。
Further, the flow velocity of the hot air is appropriately set within a range in which the drying medium 3 is not blown to the collecting section. If the flow velocity is too low, the flow of the drying medium 2 becomes difficult,
In some cases, the impact power is insufficient, and a base powder for molding having a particle diameter within an intended range cannot be obtained. On the other hand, if the flow velocity is too high, the drying medium 2 rises too high and the collision frequency is rather reduced, leading to a reduction in processing efficiency.

【0059】以上のような装置により球状に成形された
成形体は、常圧焼結、ガス圧焼結又は熱間静水圧プレス
(HIP)により焼結されて球状セラミック焼結体とな
る。例えば窒化珪素質セラミックの場合のガス圧焼成
は、本明細書では1atmを超え、200atm以下の
少なくとも窒素を含有する雰囲気下で焼成を行うことを
いい、常圧焼成とは1atm以下の少なくとも窒素を含
有する雰囲気下で焼成を行うことをいう。また、HIP
は、200atmを超える焼成を総称するものとする。
The compact formed into a sphere by the above-described apparatus is sintered by normal pressure sintering, gas pressure sintering or hot isostatic pressing (HIP) to form a spherical ceramic sintered body. For example, gas pressure firing in the case of a silicon nitride ceramic refers to firing in an atmosphere containing at least nitrogen of 1 atm or more and 200 atm or less in this specification, and normal pressure firing refers to firing of at least nitrogen of 1 atm or less. Baking is performed in a contained atmosphere. Also, HIP
Is a general term for firing exceeding 200 atm.

【0060】例えば、焼成を、1atmを超え、200
atm以下の少なくとも窒素を含有する雰囲気下で焼成
を行うガス圧焼成か、1atm以下の少なくとも窒素を
含有する雰囲気下で焼成を行う常圧焼成により行うこと
ができる。この場合、焼成温度は例えば1600〜19
50℃の範囲で設定するのがよい。焼成温度が1600
℃未満では、ポア等の欠陥を消滅させることができず強
度が低下する一方、この温度が1950℃を越える場合
には、粒成長によって焼結体の強度が低下するため好ま
しくない。なお、焼成は、得られる焼結体の相対密度が
95%以上、望ましくは99%以上となるように行うの
がよい。この焼成は、一次焼成及び二次焼成の2段階焼
成によって行うこともできる。例えば、一次焼成は、窒
素を含む10気圧以下の常圧又はガス圧により、非酸化
性雰囲気下にて1900℃以下で行い、一次焼成後の焼
結体相対密度を78%以上、好ましくは90%以上とな
るように行うことが望ましい。一次焼成後の焼結体相対
密度が78%未満では、二次焼成後にポア等の欠陥が多
く残る傾向があるため、好ましくない。また、二次焼成
は、窒素を含む200気圧以下の常圧又はガス圧によ
り、非酸化性雰囲気にて、1600から1950℃で行
うことができる。焼成の圧力が200気圧を超えると、
得られる焼結体素球の表面硬さが上昇して研磨等の加工
が困難となり、製品ボールの寸法精度を確保する上で不
利となる場合もある。
For example, if the baking exceeds 1 atm,
The firing can be performed by gas pressure firing in which the firing is performed in an atmosphere containing at least nitrogen of atm or less, or normal pressure firing in which the firing is performed in an atmosphere containing at least nitrogen of 1 atm or less. In this case, the firing temperature is, for example, 1600 to 19
It is preferable to set the temperature within a range of 50 ° C. Firing temperature 1600
If the temperature is lower than 0 ° C, defects such as pores cannot be eliminated and the strength decreases. On the other hand, if the temperature is higher than 1950 ° C, the strength of the sintered body decreases due to grain growth, which is not preferable. The sintering is preferably performed so that the relative density of the obtained sintered body is 95% or more, preferably 99% or more. This firing can also be performed by two-stage firing of primary firing and secondary firing. For example, the primary firing is performed at 1900 ° C. or less in a non-oxidizing atmosphere at a normal pressure or gas pressure of 10 atmospheres or less containing nitrogen, and the relative density of the sintered body after the primary firing is 78% or more, preferably 90% or more. % Is desirable. If the relative density of the sintered body after the primary firing is less than 78%, many defects such as pores tend to remain after the secondary firing, which is not preferable. Further, the secondary firing can be performed at 1600 to 1950 ° C. in a non-oxidizing atmosphere at a normal pressure or a gas pressure of 200 atm or less containing nitrogen. When the firing pressure exceeds 200 atm,
The surface hardness of the obtained sintered elementary ball increases, making it difficult to perform processing such as polishing, which may be disadvantageous in securing the dimensional accuracy of the product ball.

【0061】転動造粒法により得られた球状成形体80
を焼成すれば、得られる球状セラミック焼結体は、図6
に示すように、略中心を通る断面を研磨してこれを拡大
観察したときに、その中心部に、成形核体に由来する核
部91が、凝集層に由来する高密度で欠陥の少ない外層
部92との間で識別可能に形成されることとなる。研磨
された断面において、この核部91は、外側部との間に
明るさ及び色調の少なくともいずれかにおいて目視識別
可能なコントラストを呈することが多い。これは、外層
部92を構成するセラミックの密度ρeが、核部91を
構成するセラミックの密度ρcと異なるためであると推
測される。例えば、成形核体50(図5)が凝集層10
aよりも低密度の場合は、外層部92を構成するセラミ
ックの密度ρeが、核部91を構成するセラミックの密
度ρcよりも高密度となることが多く、外層部92は核
部91よりも明るい色調で表れる。なお、外層部92の
相対密度は、セラミックの強度や耐久性確保の観点か
ら、95%以上、望ましくは99%以上となっているの
がよい。いずれにせよ、研磨断面に上記のような組織の
現われる焼結体構造とすることで、ベアリング等の性能
向上の鍵を握る外層部92の欠陥形成割合が小さく(例
えば、ポアが確認されない程度)、高密度で強度の高い
球状セラミック焼結体が実現される。ただし、焼結体
は、焼成が均一に進行した場合には、表層部から中心部
半径方向において、ほぼ一様な密度を呈するものとなる
場合もある。また、核部と外層部との間に色調や明度の
差異が生じていても、密度の上ではほとんど差を生じて
いない、といったこともあり得る。
The spherical compact 80 obtained by the tumbling granulation method
Is fired, the resulting spherical ceramic sintered body is obtained as shown in FIG.
As shown in the figure, when a cross-section passing through the approximate center is polished and the cross-section is enlarged and observed, a core portion 91 derived from the molded nucleus is formed at the center portion thereof with a high density and few defects in the outer layer derived from the aggregated layer. It is formed so as to be identifiable with the portion 92. In the polished cross section, the nucleus portion 91 often exhibits a visually recognizable contrast with the outer portion in at least one of brightness and color. It is presumed that this is because the density ρe of the ceramic constituting the outer layer portion 92 is different from the density ρc of the ceramic constituting the core portion 91. For example, the molded core 50 (FIG. 5)
When the density is lower than a, the density ρe of the ceramic forming the outer layer portion 92 is often higher than the density ρc of the ceramic forming the core portion 91, and the outer layer portion 92 is higher than the core portion 91. Appears in bright tones. The relative density of the outer layer portion 92 is preferably 95% or more, and more preferably 99% or more, from the viewpoint of securing the strength and durability of the ceramic. In any case, by forming a sintered body structure in which the above structure appears in the polished cross section, the defect formation ratio of the outer layer portion 92 which is the key to the performance improvement of the bearing and the like is small (for example, to the extent that pores are not confirmed). A high-density and high-strength spherical ceramic sintered body is realized. However, when the firing proceeds uniformly, the sintered body may have a substantially uniform density in the radial direction from the surface layer to the center. Further, even if there is a difference in color tone or brightness between the core portion and the outer layer portion, there may be little difference in density.

【0062】なお、図5(b)に示すように、成形核体
50の直径dcが球状成形体の直径をdgとして、dc/
dgが1/100〜1/2(望ましくは1/50〜1/
5、より望ましくは1/20〜1/10)の範囲にて調
整される場合、図6において焼結体90の断面は、核部
91の寸法をこれと同面積の円の直径Dcにて表す一
方、セラミック焼結体の直径をDgとしたときに、Dc/
Dgが1/100〜1/2(望ましくは1/50〜1/
5、より望ましくは1/20〜1/10)を満足する組
織を呈するようになる。Dc/Dgが1/50未満では、
外層部92のもととなる凝集層10a(図5)に欠陥が
生じやすくなり、強度不足等につながる場合がある。他
方、1/5を超えると、例えば核体50の密度がそれほ
ど高くない場合には、焼結体の強度が不足する場合があ
る。なお、Dc/Dgは、より望ましくは1/20〜1/
10の範囲にて調整するのがよい。
As shown in FIG. 5 (b), the diameter dc of the molding core 50 is defined as dc / dc, where dg is the diameter of the spherical molding.
dg is 1/100 to 1/2 (preferably 1/50 to 1 /
5, more preferably in the range of 1/20 to 1/10), the cross section of the sintered body 90 in FIG. On the other hand, when the diameter of the ceramic sintered body is Dg, Dc /
Dg is 1/100 to 1/2 (preferably 1/50 to 1 /
5, more preferably 1/20 to 1/10). When Dc / Dg is less than 1/50,
Defects are likely to occur in the cohesive layer 10a (FIG. 5) that is the basis of the outer layer portion 92, which may lead to insufficient strength and the like. On the other hand, if it exceeds 1/5, the strength of the sintered body may be insufficient if the density of the core body 50 is not so high, for example. Dc / Dg is more preferably 1/20 to 1 /
It is better to adjust in the range of 10.

【0063】焼結体90において核部91と外層部92
との間に目視識別可能なコントラストが生ずる状態とし
て、例えば、明るさあるいは色調の差異が球の半径方向
に形成され、周方向には形成されていない状態を例示で
きる。具体的な態様として、研磨された断面において外
側部に、核部91を取り囲む層状パターンが同心円的に
形成されている場合がある。これは、本発明の転動造粒
法を採用した場合に見られる特徴的な組織であるが、形
成原因は以下のように推測できる。すなわち、図5
(a)に示すように成形体80は、成形用素地粉末層1
0k上を転がりながら凝集層10aを成長させてゆく
が、転動造粒の継続中において、成形体80は常に成形
用素地粉末層10k上に存在するのではない。すなわ
ち、造粒容器の回転に伴う粉末の雪崩的な流動により、
成形用素地粉末層10kの下側までくると成形用素地粉
末層10k内に潜り込み、造粒容器の壁面に連れ上げら
れて成形用素地粉末層10kの上側へ運ばれ、再び成形
用素地粉末層10k上で転がり落ちる。成形用素地粉末
層10k内へ潜り込んだときは、周囲を粉末にて押さえ
込まれ、転がり落下による衝撃が比較的加わりにくくな
って、粉末粒子は比較的ゆるく付着する。これに対し、
成形用素地粉末層10k上で転がる際には、転がり落下
による衝撃が加わるほか、水分等の液状噴霧媒体Wの噴
霧も受けやすく、粉末は堅く締まり易くなる。そして、
成形用素地粉末層10k上で転がりと、成形用素地粉末
層10k内への潜り込みとが周期的に繰り返されること
により粉末の付着形態も周期的に変化するので、付着す
る粒子による凝集層10aには半径方向の疏密が生じ、
これが焼成後にも微妙な密度等の差となって表れる結
果、層状パターンが形成されるものと考えられる(疏密
の差異が非常に小さい場合は、実際に粗密が生じている
ことを、通常の密度測定の精度レベルでは確認できない
こともあり得る)。例えば、上記の層状パターンは、同
心円弧状部分と、それよりも高密度の残余部分とが半径
方向に交互に積層することにより形成されたものになる
と考えられる。
In the sintered body 90, a core portion 91 and an outer layer portion 92
For example, a state in which a difference in brightness or color tone is formed in the radial direction of the sphere and not formed in the circumferential direction of the sphere can be exemplified as a state in which visually distinguishable contrast occurs between the sphere and the sphere. As a specific mode, a layered pattern surrounding the core portion 91 may be formed concentrically on the outer portion of the polished cross section. This is a characteristic structure observed when the tumbling granulation method of the present invention is employed. The cause of the formation can be estimated as follows. That is, FIG.
As shown in (a), the molded body 80 is made of the green body powder layer 1 for molding.
While the agglomeration layer 10a grows while rolling on 0k, the compact 80 does not always exist on the green compact powder layer 10k during the continuation of the tumbling granulation. In other words, due to the avalanche flow of the powder accompanying the rotation of the granulation container,
When it comes to the lower side of the forming base powder layer 10k, it sneaks into the forming base powder layer 10k, is taken up by the wall surface of the granulation container, is carried to the upper side of the forming base powder layer 10k, and is again formed. Roll down on 10k. When sunk into the molding base powder layer 10k, the surroundings are pressed down by the powder, and the impact due to rolling and falling is relatively unlikely to be applied, and the powder particles adhere relatively loosely. In contrast,
When rolling on the molding base powder layer 10k, an impact due to rolling and falling is applied, and the liquid spray medium W such as moisture is easily sprayed, so that the powder is easily tightened. And
Since the rolling on the molding base powder layer 10k and the sneaking into the molding base powder layer 10k are repeated periodically, the form of adhesion of the powder also changes periodically. Has radial occlusion,
This appears as a delicate difference in density or the like even after firing, and it is considered that a layered pattern is formed. It may not be possible to confirm with the accuracy level of the density measurement.) For example, it is considered that the above-mentioned layered pattern is formed by alternately laminating concentric arc-shaped portions and remaining portions having higher densities in the radial direction.

【0064】以上のようにして得られた焼結体90は、
研磨加工を施すことにより、直径、真球度あるいは表面
粗さ等が調整され、直径4mm以下のセラミックボール
となる(例えば直径5mm以下の成形体を使用した場
合)。なお、球状の成形体をバラ積み状態で焼成した場
合、溶着等によるバリが発生することがあるが、このバ
リは該研磨工程において除去される。
The sintered body 90 obtained as described above is
By performing the polishing process, the diameter, sphericity, surface roughness, and the like are adjusted, and a ceramic ball having a diameter of 4 mm or less is obtained (for example, when a molded body having a diameter of 5 mm or less is used). When the spherical molded bodies are fired in a bulk state, burrs may be generated due to welding or the like, and the burrs are removed in the polishing step.

【0065】[0065]

【実施例】(実施例1)以下、本発明の効果を確認する
ために、下記の実験を行った。まず、成形用素地粉末の
泥漿を、窒化珪素粉末(平均粒子径0.6μm、BET
比表面積値13m/g)94重量部、焼結助剤として
のアルミナ粉末(平均粒子径0.4μm、BET比表面
積値10m/g)3重量部及びイットリア粉末(平均
粒子径1.5μm、BET比表面積値10m/g)3
重量部に対し、溶媒としての純水を50重量部配合し、
混合して調製した。なお、平均粒子径及び後述の90%
粒子径はレーザー回折式粒度計(堀場製作所(株)製、
型番:LA−500)を用いて測定し、BET比表面積
値はBET比表面積測定装置(ユアサアイオニクス
(株)社製、マルチソープ12)を用いて測定した。
EXAMPLES (Example 1) The following experiments were conducted to confirm the effects of the present invention. First, the slurry of the green body powder for molding was mixed with silicon nitride powder (average particle diameter 0.6 μm, BET
94 parts by weight of specific surface area value 13 m 2 / g) 3 parts by weight of alumina powder (average particle diameter 0.4 μm, BET specific surface area value 10 m 2 / g) as sintering aid and yttria powder (average particle diameter 1.5 μm) , BET specific surface area 10 m 2 / g) 3
50 parts by weight of pure water as a solvent is blended with respect to parts by weight,
It was prepared by mixing. In addition, the average particle diameter and 90%
The particle size is measured using a laser diffraction particle sizer (Horiba Seisakusho Co., Ltd.)
(Model number: LA-500), and the BET specific surface area value was measured using a BET specific surface area measuring device (Multisoap 12, manufactured by Yuasa Ionics Inc.).

【0066】次いで、上記各種泥漿を用い、図1に示す
装置により成形用素地粉末Pを製造した。具体的には乾
燥メディアとしては直径2mmのアルミナ球を用い、そ
の他の条件を以下の通り設定した: ・乾燥メディア保持部5が形成されている熱風ダクト4
の内径R2:約200mm; ・乾燥メディア2の充填深さt1:約150mm; ・熱風の温度:160℃ ・熱風の流速:3m/s。
Next, using the above-mentioned various kinds of slurry, a green body powder P for molding was produced by the apparatus shown in FIG. Specifically, alumina spheres having a diameter of 2 mm were used as the drying medium, and other conditions were set as follows: A hot air duct 4 in which the drying medium holding portion 5 was formed.
Inner diameter R2: about 200 mm; filling depth t1 of the drying medium 2: about 150 mm; temperature of hot air: 160 ° C .; flow rate of hot air: 3 m / s.

【0067】こうして得られた各成形用素地粉末は、上
記と同様にして、平均粒子計及び90%粒子径とBET
比表面積値とを測定した。その結果、平均粒子径は0.
6μm、90%粒子径が1.1μm、比表面積値は13
/gとなっていることがわかった。
Each of the green body powders for molding thus obtained was subjected to an average particle measurement, a 90% particle diameter and a BET
The specific surface area value was measured. As a result, the average particle size was 0.1.
6 μm, 90% particle size 1.1 μm, specific surface area 13
m 2 / g.

【0068】次に、上記の成形用素地粉末を図1に示す
転動造粒装置により球状に成形した。なお、転動造粒の
条件は以下の通りである(個別の条件は、表1に示して
いる): ・造粒容器132の内径×内法長さ:700mm×70
0mm(内容積V0:約27リットル); ・回転軸線Oの傾斜角度θ:40゜; ・回転速度:10〜50rpm; ・水分供給により、最終的に得られる成形体中の含水
率:9〜15wt%; ・成形用素地粉末の投入体積V1’と造粒容器132の
内容積V0との比:3〜45%。 なお、各条件において、成形体に付加される荷重の最大
値を、感圧試験紙(富士写真フィルム(株)製、商品
名:富士プレスケール)を用いて測定した。この感圧試
験紙は、常時は白色であるが、圧力付加された部分は赤
色に着色する。その発色濃度が付加荷重にほぼ比例する
ため、定められた荷重毎の着色見本と比較することによ
り、荷重レベルを読みとることができる。このような、
感圧試験紙を寸法20×50mmの大きさに裁断し、造
粒容器132の内面にこれを4枚、内容物の転動面に対
応する位置にて、その周方向に略90°間隔の位置関係
にて貼着し、造粒試験後の各感圧試験紙の着色レベルか
ら、最大荷重を読みとった。また、得られた各成形体の
相対密度は、以下のようにして測定した。まず、予め成
形体の重量Mを測定しておき、次いで成形体を容器中に
入れて常圧にて水銀を注ぐ。そして、成形体を水銀から
取り出したときの水銀液面の高さ変化から成形体定績V
を求め、M/Vにより成形体の密度を求め、これを真密
度値で除することにより求めた。なお、水銀は常圧下に
ては成形体中にほとんど浸透しないことを確認してい
る。
Next, the above-mentioned molding base powder was formed into a spherical shape by a rolling granulator shown in FIG. The conditions of the tumbling granulation are as follows (individual conditions are shown in Table 1): ・ Inner diameter of granulation container 132 × internal method length: 700 mm × 70
0 mm (internal volume V0: about 27 liters);-Inclination angle θ of rotation axis O: 40 °;-Rotation speed: 10 to 50 rpm;-Moisture content: 9 to 10 15 wt%; ratio of the input volume V 1 ′ of the green body powder for molding to the internal volume V 0 of the granulation container 132: 3 to 45%. In each condition, the maximum value of the load applied to the molded body was measured using a pressure-sensitive test paper (manufactured by Fuji Photo Film Co., Ltd., trade name: Fuji Prescale). The pressure-sensitive test paper is always white, but the portion to which pressure is applied is colored red. Since the color density is almost proportional to the added load, the load level can be read by comparing the color density with the coloring sample for each determined load. like this,
The pressure-sensitive test paper was cut into a size of 20 × 50 mm, and four of them were placed on the inner surface of the granulation container 132 at a position corresponding to the rolling surface of the contents at intervals of approximately 90 ° in the circumferential direction. The maximum load was read from the coloring level of each pressure-sensitive test paper after the granulation test. Moreover, the relative density of each obtained molded body was measured as follows. First, the weight M of the molded body is measured in advance, and then the molded body is put in a container and mercury is poured under normal pressure. Then, from the change in the height of the mercury liquid level when the molded body is taken out of mercury, the molded body grade V
, The density of the compact was determined by M / V, and this was divided by the true density value. It has been confirmed that mercury hardly penetrates into the molded body under normal pressure.

【0069】その成形体をガス圧焼結(圧力:75at
m、温度:1750℃、雰囲気ガス:窒素)、熱間静水
圧プレス焼結(HIP、圧力:1000atm、温度:
1750℃、雰囲気ガス:窒素)により焼結して、球状
窒化珪素焼結体を得た。この球状窒化珪素焼結体の断面
を光学顕微鏡により観察し、そこで、断面に欠陥が発見
されなかったものを良()、断面に欠陥が発見されたも
のを否(×)として、各焼結体について良否判定を行っ
た。以上の結果を表1に示す。
The compact was sintered by gas pressure (pressure: 75 at
m, temperature: 1750 ° C., atmosphere gas: nitrogen), hot isostatic press sintering (HIP, pressure: 1000 atm, temperature:
Sintering was performed at 1750 ° C. under an atmosphere gas of nitrogen to obtain a spherical silicon nitride sintered body. The cross section of the spherical silicon nitride sintered body was observed with an optical microscope. The sintered body having no defects found in the section was evaluated as good (), and the one in which a defect was found in the cross section was evaluated as poor (x). The body was judged good or bad. Table 1 shows the above results.

【0070】[0070]

【表1】 [Table 1]

【0071】この結果によれば、成形体に付加される最
大荷重が500g/cm以上のときに、欠陥の少ない
良好な成形体、ひいては焼結体が得られていることがわ
かる。また、成形用素地粉末の投入体積V1’と造粒容
器132の内容積V0との比(体積比率)に対しては、
これが5〜40%のときに良好な結果が得られており、
また、該体積比率の値が高くなるほど成形体に付加され
る最大荷重が大きくなり、成形体の相対密度も向上して
いることがわかる。他方、該体積比率が45%を超える
と、成形体を含む内容物の流動が全体として悪化し、集
積した成形体の一部に転動ないし流動せずに、いわば淀
んだような部位が発生して運転困難となった。
According to the results, when the maximum load applied to the compact was 500 g / cm 2 or more, a good compact with few defects, and finally a sintered compact were obtained. In addition, the ratio (volume ratio) between the input volume V1 ′ of the molding base powder and the internal volume V0 of the granulation container 132 is as follows:
Good results have been obtained when this is 5 to 40%,
In addition, it can be seen that the higher the value of the volume ratio, the larger the maximum load applied to the compact, and the higher the relative density of the compact. On the other hand, when the volume ratio exceeds 45%, the flow of the contents including the molded body is deteriorated as a whole, and a part that is not tumbled or flows in a part of the accumulated molded body, so to speak, is generated. Driving became difficult.

【0072】(実施例2)成形用素地粉末の泥漿とし
て、以下のものを用意した。 アルミナ粉末(平均粒子径0.2μm、BET比表面
積値7m/g)99重量部、焼結助剤としてのガラス
粉末1重量部に対し、溶媒としての水を配合し、混合し
て調製したもの。 ジルコニア粉末(平均粒子径60μm、BET比表面
積値10m/g)95重量部、焼結助剤としてのイッ
トリア粉末(平均粒子径10m/g)5重量部に対
し、溶媒としての水を配合し、混合して調製したもの。 アルミナ粉末(平均粒子径1μm、BET比表面積値
10m/g)85重量部、ジルコニア粉末(平均粒子
径60μm、BET比表面積値10m/g)15重量
部に対し、溶媒としての水を配合し、混合して調製した
もの。
Example 2 The following were prepared as the slurry of the green body powder for molding. Water as a solvent was mixed and mixed with 99 parts by weight of alumina powder (average particle diameter 0.2 μm, BET specific surface area value 7 m 2 / g) and 1 part by weight of glass powder as a sintering aid. thing. Zirconia powder (average particle size 60 [mu] m, BET specific surface area 10m 2 / g) 95 parts by weight, relative to yttria powder (average particle size 10m 2 / g) 5 parts by weight of a sintering aid, blending water as a solvent And prepared by mixing. Alumina powder (average particle size 1 [mu] m, BET specific surface area 10m 2 / g) 85 parts by weight of zirconia powder with respect to (the average particle diameter of 60 [mu] m, BET specific surface area 10m 2 / g) 15 parts by weight, blending water as a solvent And prepared by mixing.

【0073】次いで、上記各種泥漿を用い、実施例1と
同様の条件にて成形用素地粉末Pを製造した。得られた
各成形用素地粉末は、実施例1と同様にして、平均粒子
計及び90%粒子径とBET比表面積値とを測定した。
その結果、の泥漿を用いたものは、平均粒子径が0.
2μm、90%粒子径が0.4μm、比表面積値が11
/g、の泥漿を用いたものは、平均粒子径が0.
9μm、90%粒子径が1.2μm、比表面積値が11
/g、の泥漿を用いたものは、平均粒子径が1.
5μm、90%粒子径が3μm、比表面積値が9m
gとなっていることがわかった。
Next, using the above various kinds of slurry, a green body powder P for molding was produced under the same conditions as in Example 1. In the same manner as in Example 1, each of the obtained molding base powders was measured for an average particle size, a 90% particle diameter, and a BET specific surface area.
As a result, those using the slurry had an average particle diameter of 0.1.
2 μm, 90% particle size 0.4 μm, specific surface area value 11
In the case of using m 2 / g of the slurry, the average particle size was 0.1 μm.
9 μm, 90% particle diameter 1.2 μm, specific surface area value 11
In the case of using m 2 / g, the average particle diameter was 1.
5 μm, 90% particle diameter 3 μm, specific surface area 9 m 2 /
g.

【0074】次に、上記の成形用素地粉末を図1に示す
転動造粒装置により球状に成形した。なお、転動造粒の
条件は実施例1と同じであり、各条件において、成形体
に付加される荷重の最大値と、得られた各成形体の相対
密度とを実施例1と同様にして測定した。
Next, the above-mentioned molding base powder was formed into a spherical shape by a rolling granulator shown in FIG. In addition, the conditions of the rolling granulation are the same as those of the first embodiment. Under each condition, the maximum value of the load applied to the compact and the relative density of each compact obtained are the same as in the first embodiment. Measured.

【0075】その成形体を、の泥漿を用いたものは大
気中にて1400〜1700℃で、の泥漿を用いたも
のは大気中にて1500〜1600℃で、の泥漿を用
いたものは大気中にて1500〜1700℃で、それぞ
れ焼結して、球状セラミック焼結体を得た。この球状セ
ラミック焼結体の断面を光学顕微鏡により観察し、実施
例1と同様に良否判定を行った。以上の結果を表2に示
す。
The molded product using the slurry was 1400 to 1700 ° C. in the air, the one using the slurry was 1500 to 1600 ° C. in the air, and the one using the slurry was the air. Each was sintered at 1500 to 1700 ° C. in the inside to obtain a spherical ceramic sintered body. The cross section of the spherical ceramic sintered body was observed with an optical microscope, and the quality was determined in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the above results.

【0076】[0076]

【表2】 [Table 2]

【0077】この結果においても、成形体に付加される
最大荷重が500g/cm以上のときに、欠陥の少な
い良好な成形体、ひいては焼結体が得られていることが
わかる。
[0077] It can also be seen from the results that when the maximum load applied to the compact was 500 g / cm 2 or more, a good compact with few defects, and finally a sintered compact was obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の球状セラミック焼結体の製造方法を示
す工程説明図。
FIG. 1 is a process explanatory view showing a method for producing a spherical ceramic sintered body of the present invention.

【図2】図1に続く工程説明図。FIG. 2 is a process explanatory view following FIG. 1;

【図3】図2において使用する成形核体をいくつか例示
して示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating some of the molded cores used in FIG. 2;

【図4】成形核体の製造方法をいくつか例示して示す説
明図。
FIG. 4 is an explanatory view illustrating some examples of a method for producing a molded core.

【図5】転動造粒成形工程の進行過程を説明する図。FIG. 5 is a view for explaining the progress of a rolling granulation forming step.

【図6】転動造粒法により製造された球状セラミック焼
結体の断面構造を示す模式図。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a spherical ceramic sintered body manufactured by a rolling granulation method.

【図7】成形用素地粉末の製造装置を概念的に示す縦断
面図。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view conceptually showing an apparatus for producing a molding base powder.

【図8】図7の装置の作用説明図FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the device of FIG. 7;

【図9】図8に続く作用説明図。FIG. 9 is an operation explanatory view following FIG. 8;

【図10】原料粉末の粒子径を示す説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram showing the particle diameter of a raw material powder.

【図11】累積相対度数の概念を示す説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram showing the concept of a cumulative relative frequency.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 熱風流通路 2 乾燥メディア 3 乾燥メディア集積体 4 熱風ダクト 5 乾燥メディア保持部 6 泥奬 10 成形用素地粉末 10a 凝集層 10k 成形用素地粉末層 32,132 造粒容器 50 成形核体 80 球状成形体 90 球状セラミック焼結体 91 核部 92 外層部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hot-air flow path 2 Dry-media 3 Dry-media assembly 4 Hot-air duct 5 Dry-media holding | maintenance part 6 Plasma 10 Molding base powder 10a Agglomeration layer 10k Molding base powder layer 32,132 Granulation container 50 Molding core 80 Spherical molding Body 90 Spherical ceramic sintered body 91 Core part 92 Outer layer part

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミック原料となる無機材料粉末(以
下、単にセラミック粉末という)を用いて成形用素地粉
末を調製する原料粉末調製工程と、 造粒容器内に前記成形用素地粉末を投入し、前記造粒容
器内にて前記成形用素地粉末を球状に凝集させて球状成
形体を得る転動造粒成形工程と、 その成形体を焼結して球状セラミック焼結体を得る焼結
工程とを含み、 前記転動造粒成形工程において、成形途中の球状成形体
に加わる最大荷重が500g/cm以上とされること
を特徴とする球状セラミック焼結体の製造方法。
1. A raw material powder preparation step of preparing a green body powder for molding using an inorganic material powder (hereinafter, simply referred to as ceramic powder) as a ceramic raw material, and charging the green body powder for molding into a granulation container; A rolling granulation molding step of agglomerating the green body powder in the granulation container into a spherical shape to obtain a spherical molded body; and a sintering step of sintering the molded body to obtain a spherical ceramic sintered body. The method of manufacturing a spherical ceramic sintered body, wherein the maximum load applied to the spherical molded body during molding in the rolling granulation forming step is 500 g / cm 2 or more.
【請求項2】 前記転動造粒成形工程において、前記造
粒容器の内容積をV0、前記成形用素地粉末と成形途中
の前記球状成形体との合計体積をV1としたときに、
(V1/V0)×100(%)が5〜40%である請求項
1記載の球状セラミック焼結体の製造方法。
2. In the rolling granulation molding step, when the internal volume of the granulation container is V0, and the total volume of the molding base powder and the spherical molded body in the course of molding is V1,
The method for producing a spherical ceramic sintered body according to claim 1, wherein (V1 / V0) x 100 (%) is 5 to 40%.
【請求項3】 前記転動造粒成形工程において、造粒容
器内に前記成形用素地粉末と成形核体とを投入し、回転
する前記造粒容器内にて前記成形核体を転がしながら、
該成形核体の周囲に前記成形用素地粉末を球状に付着・
凝集させて球状成形体を得る請求項1又は2に記載の球
状セラミック焼結体の製造方法。
3. In the rolling granulation molding step, the molding powder and the molding nucleus are put into a granulation container, and the molding nucleus is rolled in the rotating granulation container.
Attaching the molding base powder in a spherical shape around the molding core
The method for producing a spherical ceramic sintered body according to claim 1 or 2, wherein a spherical molded body is obtained by agglomeration.
【請求項4】 前記転動造粒成形工程において、前記原
料粉末は、前記球状成形体の相対密度が61%以上とな
るように成形される請求項1ないし3のいずれかに記載
の球状セラミック焼結体の製造方法。
4. The spherical ceramic according to claim 1, wherein in the rolling granulation step, the raw material powder is molded so that the relative density of the spherical molded body is 61% or more. A method for manufacturing a sintered body.
【請求項5】 前記転動造粒成形工程において、前記成
形核体に液状成形媒体を供給しつつ、これに前記成形用
素地粉末を付着させることにより前記球状成形体を得る
請求項1ないし4のいずれかに記載の球状セラミック焼
結体の製造方法。
5. In the rolling granulation forming step, the spherical molding is obtained by supplying the molding powder to the molding core while supplying a liquid molding medium to the molding core. The method for producing a spherical ceramic sintered body according to any one of the above.
【請求項6】 前記成形用素地粉末は前記セラミック粉
末と所定量の焼結助剤粉末とを主体に構成され、かつレ
ーザー回折式粒度計にて測定された平均粒子径が0.1
〜2μm、同じく90%粒子径が0.4〜3.5μm、
さらにBET比表面積値が5〜20m/gとされる請
求項1ないし5のいずれかに記載の球状セラミック焼結
体の製造方法。
6. The molding base powder is mainly composed of the ceramic powder and a predetermined amount of a sintering aid powder, and has an average particle diameter of 0.1% as measured by a laser diffraction particle sizer.
22 μm, the same 90% particle diameter of 0.4-3.5 μm,
The method for producing a spherical ceramic sintered body according to any one of claims 1 to 5, further comprising a BET specific surface area value of 5 to 20 m2 / g.
【請求項7】 前記球状成形体の直径が8mm以下であ
り、これを焼結して直径7mm以下の球状セラミック焼
結体を得る請求項1ないし6のいずれかに記載の球状セ
ラミック焼結体の製造方法。
7. The spherical ceramic sintered body according to claim 1, wherein said spherical molded body has a diameter of 8 mm or less, and is sintered to obtain a spherical ceramic sintered body having a diameter of 7 mm or less. Manufacturing method.
【請求項8】 前記セラミック粉末は窒化珪素粉末であ
り、前記球状セラミック焼結体は球状窒化珪素質焼結体
である請求項1ないし7のいずれかに記載の球状セラミ
ック焼結体の製造方法。
8. The method for producing a spherical ceramic sintered body according to claim 1, wherein said ceramic powder is a silicon nitride powder, and said spherical ceramic sintered body is a spherical silicon nitride-based sintered body. .
【請求項9】 前記セラミック粉末は、最も含有量の高
いセラミック成分が、アルミナ、ジルコニア及び炭化珪
素のいずれかである請求項1ないし8のいずれかに記載
の球状セラミック焼結体の製造方法。
9. The method for producing a spherical ceramic sintered body according to claim 1, wherein the ceramic component having the highest content of the ceramic powder is one of alumina, zirconia, and silicon carbide.
【請求項10】 前記セラミック粉末は、アルミナ質セ
ラミックあるいはジルコニア質セラミックの原料粉末
に、導電性無機化合物相の形成源となる粉末を配合した
ものが使用される請求項9記載の球状セラミック焼結体
の製造方法。
10. The spherical ceramic sintered body according to claim 9, wherein the ceramic powder is obtained by blending a raw material powder of an alumina ceramic or a zirconia ceramic with a powder serving as a source for forming a conductive inorganic compound phase. How to make the body.
【請求項11】 前記セラミック粉末は、最も含有率の
高いセラミック成分がアルミナ及びジルコニアの一方で
あり、二番目に含有率の高いセラミック成分がアルミナ
及びジルコニアの他方である請求項1ないし8のいずれ
かに記載の球状セラミック焼結体の製造方法。
11. The ceramic powder according to claim 1, wherein the ceramic component having the highest content is one of alumina and zirconia, and the ceramic component having the second highest content is the other of alumina and zirconia. The method for producing a spherical ceramic sintered body according to any one of the above.
【請求項12】 前記球状成形体を焼結後、その外面に
研磨加工を施してセラミックベアリングボールとなす請
求項1ないし11のいずれかに記載の球状セラミック焼
結体の製造方法。
12. The method for producing a spherical ceramic sintered body according to claim 1, wherein after the spherical molded body is sintered, an outer surface thereof is polished to form a ceramic bearing ball.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004269348A (en) * 2003-02-17 2004-09-30 Toray Ind Inc Ceramic spherical body and method of manufacturing the same
JP6450425B1 (en) * 2017-07-28 2019-01-09 國家中山科學研究院 Method for producing spherical aluminum oxynitride powder
US11236904B2 (en) 2018-01-19 2022-02-01 Itochu Ceratech Corporation Bed medium for fluidized bed

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