JP2003183079A

JP2003183079A - セラミックス顆粒の製造方法

Info

Publication number: JP2003183079A
Application number: JP2001380615A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Hamamura; 健一濱村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2003-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】真球状のセラミックス顆粒を得る製造方法を提
供する。【解決手段】セラミックス粉末を水溶液中に分散し、ス
ラリー状とした後、pH調製剤添加により該スラリーの水
素イオン濃度をｐＨ７．９以下、該スラリーの粘度を
０．１Pa・s未満に調製し、次いで該スラリーを噴霧乾
燥する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセラミックス顆粒の
製造方法に関し、更に詳細には流動性に優れ、高密度成
形品及び低ボイド焼結体を得ることが可能な真球状セラ
ミックス顆粒の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年IC基板等の電子材料用セラミックス
の技術進歩は著しく、その原料であるセラミックス粉末
に求められる品質も厳しいものになっている。

【０００３】特に焼結体としての組織の均一性や、生産
性、更には製品歩留まりが原料セラミック粉末に大きく
寄与しているとして種々の物性の改良が要求されてい
る。例えば、焼結体組織の均一性、緻密性の向上のため
にはセラミックスの粒子活性が均一、すなわち粒度分布
がシャープで粒子一個一個揃っていることが望ましく、
更に成形時金型等へのバラツキの少ない供給が可能な流
動性に優れたセラミックス粉末が要求されている。

【０００４】それ故、セラミックス粉末を分散剤、結合
剤等の他の成形用原料を水溶液中で混合、スラリー化し
てスプレードライヤー等で約20μｍ〜200μｍに造粒す
る方法が採用されている。この方法によれば、造粒前の
セラミックス粉末に比較し流動性が改良されたセラミッ
クス顆粒とはなるものの、顆粒表面の一部が陥没した非
真球状となりやすく、陥没球ゆえに流動性の改良が十分
ではなく、成形体にその陥没が原因で気孔が残り、磁器
の焼結密度が十分ではない等の欠点を有する。

【０００５】この解決策として、特公平７−１７４６０
号公報には、セラミックス粉末を水溶液中に分散し、ス
ラリー状とした後、該スラリー粘度を０．１〜３Pa・s
に調製し、次いで該スラリーを噴霧乾燥することを特徴
とするセラミックス顆粒の製造方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
７−１７４６０号公報に記載されたセラミックス顆粒の
製造方法は、スラリーに凝集剤を添加し粘度を０．１〜
３Pa・sに上げて噴霧乾燥する手法であり、この方法で
はスラリーの粘度が高すぎる為、噴霧乾燥機にスラリー
を搬送する際、スラリーが搬送ラインやフィルター、ポ
ンプ等で詰まり、製造出来ないという問題があった。ま
た、上記方法では噴霧乾燥により得られる顆粒に陥没が
生じるという問題があった。

【０００７】そこで本発明は陥没の無いセラミックス顆
粒を容易に製造し、かつスラリー粘度が高い場合に生じ
る前記問題を解決出来る製造方法を提供するもである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミックス顆
粒の製造方法は、セラミックス粉末を水溶液中に分散し
てスラリー状とした後、ｐH調製剤添加により前記スラ
リーの水素イオン濃度をｐＨ７．９以下、該スラリーの
粘度を０．１Pa・s未満に調製し、次いでこのスラリー
を噴霧乾燥することを特徴とする。

【０００９】また、前記スラリーに占める前記セラミッ
クス粉末の重量比が５２〜７０重量％であることを特徴
とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００１１】本発明のセラミックス顆粒の製造方法は、
セラミックス粉末を水溶液中に分散し、スラリー状とし
た後、ｐH調製剤添加により該スラリーの水素イオン濃
度をｐＨ７．９以下、該スラリーの粘度を０．１Pa・s
未満に調製し、次いで該スラリーを噴霧乾燥する事が重
要である。

【００１２】本発明に於いて用いられるセラミックス粉
末としては、アルミナ、ジルコニア、コージライト、フ
ォルステライト、シリカ等があり、本発明のセラミック
ス顆粒の製造方法を用いて、陥没のない顆粒を得るため
のセラミックスの材質としてはα−アルミナが好適であ
る。

【００１３】また、本発明に於いてセラミックス粉末は
水溶液中に分散、混合してスラリー状とする。該分散、
混合方法としては水溶液中にセラミックス粉末が均一に
混合し得る方法であればよく、例えば、ボールミル、ビ
ーズミル、振動ミル、撹拌機による機械撹拌等の湿式混
合等の方法が挙げられる。また、分散性の改善を目的と
して分散剤を添加しても何ら問題ない。

【００１４】本発明のセラミックス顆粒の製造方法にお
いて、ｐH調製前のスラリーの水素イオン濃度はｐＨが
８〜１１であり、該スラリー中には、セラミックス粉
末、焼結助剤、分散剤、結合材、消泡剤、可塑剤、水等
が含まれる。このスラリーの噴霧乾燥前にpH調製剤を添
加し、水素イオン濃度をｐＨ７．９以下に調製するが、
本発明において用いるｐH調製剤は、塩酸、硫酸、硝酸
等の無機酸、酢酸等の有機酸などがある。

【００１５】ここで、水素イオン濃度をｐＨ７．９以下
に調整するのは、セラミックス顆粒を真球状にするため
である。また、前記水素イオン濃度の下限はｐＨ６．０
が望ましく、その理由はｐＨ調整剤添加後の水素イオン
濃度がｐＨ６．０より小さいスラリ−を用いて噴霧乾燥
すると、得られる顆粒は真球状となり、流動性に優れた
顆粒が得られるものの、特に優れた流動性が得られない
場合があるからである。

【００１６】本発明のセラミックス顆粒の製造方法にお
いて、ｐＨ調整剤添加後のスラリー粘度は０．１Pa・s
未満であることが重要である。該スラリー濃度を０．１
Ｐａ・ｓ未満に調整するのは、該スラリー粘度が０．１
Pa・sより高いスラリーを噴霧乾燥すると、噴霧乾燥機
にスラリーを搬送する際、スラリーが搬送ラインやフィ
ルター、ポンプ等で詰まり、製造が困難であるからであ
る。望ましくはスラリー粘度が０．０６Pa・s以下であ
る。

【００１７】本発明のセラミックス顆粒の製造方法にお
いて、ｐＨ調整剤添加後のスラリー粘度を０．１Pa・s
未満に調整するには、スラリー１００重量部に対して
０．２〜３重量部のｐＨ調整剤を添加することにより可
能である。

【００１８】本発明のセラミックス顆粒の製造方法にお
いて、スラリーのｐＨおよび粘度を上述した範囲にする
ことにより、何故真球状で流動性に優れかつ易解砕性の
セラミックス顆粒が得られるのかその科学的根拠は明ら
かではないが、次のように考えられる。すなわち、ｐＨ
が７．９より大きく、粘度が０．１Ｐａ・ｓ以上のスラ
リー中にセラミックス粉末と分散剤を添加し、解膠状態
とした後噴霧乾燥すると、噴霧液滴は表面より急速に加
熱され、内部が未乾燥状態時に緻密な表皮層が形成され
るので、内部に存在する水分やガスが透過を妨げられ顆
粒は膨張状態を呈する。膨張顆粒は、続いて生じる冷却
時に内部水蒸気の凝結により著しい収縮が生じ顆粒表面
の弱い部分が内側に陥没すると考えられる。

【００１９】顆粒の陥没を抑制し、真球状とするために
は、本発明のようにｐＨが７．９以下、粘度を０．１Ｐ
ａ・ｓ未満にすることにより噴霧乾燥前にフロック化
（凝集）させることが可能となり、その結果、顆粒の表
皮層がポーラスな状態を形成し通気性を有するので顆粒
の内部ガスが発散しても膨張収縮の影響を受けにくく、
噴霧液滴の形骸が残るので真球状を留めるとともに、近
接するセラミック粒子が強固に結合せず解砕し易い状態
を呈するものと考えられる。

【００２０】また、本発明のセラミックス顆粒の製造方
法においては、前記スラリーに占める前記セラミックス
粉末の重量比を５２〜７０重量％とすることにより、噴
霧乾燥により得られる顆粒を特に真球状とすることがで
きる。その理由は、前記重量比とすることにより、噴霧
乾燥時に液滴の表面層がポーラスな状態を形成し易く、
顆粒表面に通気性を有し易く、さらには内部ガスが発生
しても顆粒の膨張収縮が起こりにくいためと考えられ
る。

【００２１】また、噴霧乾燥前のスラリー中のセラミッ
クス粉末の平均粒子径は２μｍ以下が好ましい。この理
由は、使用されるセラミックス粉末の平均粒子径が２μ
ｍを越える場合は高焼結密度の成形体が得難く、該成形
体を焼成して得られる焼結体に含まれるボイド径が大き
くなる為である。また、焼成温度の低下を目的として、
SiO₂、MgO、CaO等の焼結助剤を７重量％以下添加しても
よい。

【００２２】噴霧乾燥に使用される噴霧法としては、回
転ディスク法、加圧ノズル法、２液体ノズル法等いずれ
の方法を採用してもよいが、得られる粉末の粒度分布が
最もシャープな回転ディスク法の適用が好ましい。

【００２３】本発明のセラミックス顆粒の製造方法によ
り得られるセラミックス顆粒は、公知の方法により成
形、焼成した後、電子回路用基板、構造部材、切削用工
具として用いることができる。

【００２４】

【実施例】実施例１以下本発明の具体的実施例を説明する。

【００２５】ローソーダアルミナ（平均粒径１．０μ
ｍ）：９７．５重量％、焼結助剤（SiO₂、MgO）：２．
５重量％、水：粉体重量に対し７０重量％、分散剤（ア
クリル酸エステル共重合体）：粉体重量に対し０．１重
量％、消泡剤（ポリオキシアルキレン脂肪酸エステ
ル）：粉体重量に対し０．１重量％、バインダー（アク
リル酸アルキルエステル共重合体アンモニウム塩）：粉
体重量に対し７．０重量％、可塑剤（アミノメチルプロ
パノール）：粉体重量に対し０．５重量％、これらの原
料をビーズミルにて粉砕混合してスラリー化した。該ス
ラリーの水素イオン濃度はｐＨ９．５で、粘度は０．０
３Pa・s以下であった。

【００２６】次いで、前記スラリーに、ｐH調製剤とし
て、スラリー重量に対して０．４〜０．６重量％の酢酸
を添加し水素イオン濃度がｐH８．０、７．９、７．
５、７．３および６．０になるように調製した。この時
のスラリー粘度は全て０．０９Pa・s以下であった。

【００２７】このようにしてｐH調製したスラリーとｐH
未調製のスラリーをそれぞれ、回転ディスク型噴霧乾燥
機にて造粒した。この時の顆粒の平均粒径は概ね７０μ
ｍであった。このようにして得られた顆粒をそれぞれ走
査電子顕微鏡にて観察を行った。

【００２８】その結果、表１に示すようにｐH７．９、
７．５、７．３および６．０のスラリーを用いて噴霧乾
燥機により造粒した顆粒は全て真球状で有った。このう
ち、Ｎｏ．２のｐH７．３のスラリーを用いて作製した
顆粒の走査電子顕微鏡写真を図１に示す。

【００２９】これに対し、ｐHが９．５であるスラリー
ｐH未調整のスラリーおよびｐＨを８．０に調整したス
ラリーを用いて噴霧乾燥機により造粒した顆粒は陥没が
あり、真球状では無かった。Ｎｏ．６のｐHが９．５で
あるスラリーｐH未調整のスラリーを用いて噴霧乾燥し
た顆粒の走査電子顕微鏡写真を図２に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】実施例２次に、ローソーダアルミナ（平均粒径１．０μｍ）と焼
結助剤（SiO₂、MgO）との合計の重量比をスラリ−重量
に対して４０〜７５重量％に変化させて、水素イオン濃
度調整後のｐＨを７．３、スラリ−粘度を０．０５Ｐａ
・ｓとして実施例１と同様にスラリ−を作製し、噴霧乾
燥して顆粒を作製した。その結果、得られた顆粒は真球
状であり、前記重量比が５２〜７０％のスラリーを用い
て噴霧乾燥して得られた顆粒は特に真球状であった。

【００３２】得られた顆粒の流動性を次のように評価し
た。すなわち、下部を密栓した上部の直径が１００ｍ
ｍ、下部の直径が５ｍｍ、長さ１５０ｍｍからなるステ
ンレス製のロート内に顆粒を３００ｇ充填し、次に、下
部の栓を開栓後顆粒が排出されるまでの時間を測定し、
単位時間内にロートから排出された顆粒の重量を測定し
た。この結果を表２に示した。表２から明らかなよう
に、前記重量比を５２〜７０％として作製した顆粒試料
Ｎｏ．９、１０および１１は、単位時間内にロートから
排出された顆粒の重量が特に多く、流動性に優れてい
た。

【００３３】

【表２】

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、ｐＨ調整剤添加により
スラリーの水素イオン濃度および粘度を上述した範囲に
調整した後、該スラリーを噴霧乾燥することによって、
真球状で流動性に優れたセラミックス顆粒を得ることが
でき、得られたセラミックス顆粒の成形体の成形密度な
らびに焼結密度を高める事が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）は本発明のセラミックス顆粒の製
造方法により得られたセラミックス顆粒の走査電子顕微
鏡写真である。

【図２】（ａ）（ｂ）は従来の方法により得られたセラ
ミックス顆粒の走査電子顕微鏡写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス粉末を水溶液中に分散してス
ラリー状とした後、ｐＨ調製剤添加により前記スラリー
の水素イオン濃度をｐＨ７．９以下、粘度を０．１Pa・
s未満に調製し、次いでこのスラリーを噴霧乾燥するこ
とを特徴とするセラミックス顆粒の製造方法。
【請求項２】前記スラリー中に占める前記セラミックス
粉末の重量比が５２〜７０重量％であることを特徴とす
る請求項１記載のセラミックス顆粒の製造方法。