JP2003525828A - ジルコニアをベースとする構造材料の湿式法による射出成形 - Google Patents

ジルコニアをベースとする構造材料の湿式法による射出成形

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Abstract

(57)【要約】 約５０〜１００重量％のZrO2(Y2O3)と０〜約５０重量％のAl2O3より本質的に成る成形用コンパウンドを用いて、ネットシェープまたはネットシェープに近い形状の物品を形成する。平均粒径が１μｍ未満のセラミック粉末を含むこのコンパウンドは液体キャリアー、ゲル形成用バインダーおよび加工用添加剤と混合されるが、このコンパウンドは常用の射出成形機で比較的低圧で成形することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、粉末からセラミック成形物を成形する方法およびその方法で用いら
れる成形用組成物に関する。さらに詳しくは、本発明は、十分な密度および大き
い強度になるまで焼成することができる、ＺｒＯ2をベースとする構造材料の、
高品質で、ネットシェイプのおよびネットシェイプに近い形状の複雑な成形物を
作る成形法および成形用組成物に関する。
【０００２】 ２．従来技術の説明 ＺｒＯ2は、高い温度、通常は焼結温度から冷却すると、正方晶系結晶構造か
ら単斜晶系結晶構造へのマルテンサイト変態（martensitic transformation）を
起す。この変態は、体積変化と異方性形状変化をもたらす。制御された条件下で
は、正方晶系相は室温で維持され、亀裂が結晶粒（grain）を横切っている場合
にだけ変態が起こる。この続いて起きる変態は、亀裂に閉鎖力（closure force
）を与え、それによりその材料の亀裂抵抗性が増加する。Ｙ2Ｏ3のような安定剤
を少量添加すると、その正方晶系相の安定性に大きい効果を得ることができる。
例えば、純粋なイットリウムで安定化され正方晶系多結晶ジルコニア（Ｙ‐ＴＺ
Ｐ）材料は、Ｙ2Ｏ3の濃度、結晶粒の大きさ、および焼結処理方法（例えば、無
圧力焼結／熱間等静圧圧縮焼結；pressureless vs. HIP'ing）に依存して、大き
い強度もしくは破壊靭性にまで焼成することができる。Ｙ‐ＴＺＰ材料中の結晶
粒の大きさが微細であると、強度の大きい材料が得られるが、一方（Ｙ2Ｏ3の濃
度に依存して）正方晶系相が不安定になることが靭性を左右する。このような材
料は、米国特許第４，７４２，０３０号明細書でマサキ（Maaki）およびシンゴ
（Shingo）により、米国特許第４，８６６，０１４号明細書でキャシディー（Ca
ssidy）等により、また米国特許第５，３３６，２８２号明細書でゴーシド（Gho
shid）等により明らかにされている。Ｙ‐ＴＺＰ材料の主な欠点の一つは、それ
らが環境中で分解することである。特に、湿った環境に、特に１５０‐３００℃
の温度範囲で暴露されると、その正方晶系相は自然に単斜晶系相に変態し、強度
が劇的に低下する。この挙動についての、詳細な総説は、S.Lawsonが、J. Europ
. Ceram. Soc., Vol. 15, pp.485-502（1995）に、“ジルコニア・セラミックス
の環境中での分解”という標題で報告している。Ｙ‐ＴＺＰにアルミナの微粒子
を添加すると、Ｙ‐ＴＺＰ材料の強度と環境安定性が共に向上する。同様に、昇
温下での熱処理も環境安定性を改善する。
【０００３】 ＺｒＯ2をベースとするセラミックスは広範囲の用途に用いられており、その
用途として金属成形用工具、自動車用途、繊維製品用途、並びにナイフ、鋏、ゴ
ルフクラブ等のような消費者用用途が挙げられる。これらの用途の大半で用いら
れるセラミックス構成部材は、粉末加圧成形法とスリップ・キャスト（slip cas
t）成形法を用いて製造される。
【０００４】 いずれの成形法も、その一つの目的は、未焼成状態で、精密な寸法許容度（cl
ose dimensional tolerances）で再現性のある形状に焼結でき、且つ欠陥を含ま
ない、ある特定の密度と粒子充填を有する物品（以後“グリーン”成形物、成形
、密度などと呼ぶ）を製造することである。グリーン‐成形および焼結中に、粒
子の圧密化過程(consolidation processes) に関連する収縮に因り、亀裂、ゆが
み、その他の欠陥が発生する可能性がある。一般に、これらの欠陥生成過程は、
十分なグリーン強度を有する均質な圧粉体(green bodies)を調製することにより
軽減されると考えられている。
【０００５】 形状‐成形法のもう一つの目的は、ネットシェイプを有する物品を製造し、最
終の成形物寸法を得るための機械加工のような下流での操作の必要を無くするか
、もしくは最少限に抑えることである。乾式加圧成形法には、ダイ中での粉末の
圧縮成形が含まれる。様々な形状‐成形法の中で、乾式加圧成形法は、特に、複
雑で込み入った形状、非‐対称幾何学的フォーマットおよび精密な寸法許容度を
達成するためには、機械加工およびダイヤモンド研削方式による、下流での追加
加工を必要とする。スリップ・キャスティングでは、セラミック粉末の液体懸濁
物が、多孔性の型の中で“脱水”されて、その型によって指定される形状の粉末
ケーキが製造される。スリップ・キャスティングには、ネットシェイプ成形物を
生成させる特性があるが、この方法は、体積の大きい複雑な成形物を製造するに
は、速度が比較的遅いと考えられる。
【０００６】 射出成形法は、複雑な、セラミック成形物用の主要な成形法として認められて
いる。射出成形法は、他の成形法よりも、ネットシェイプの、体積の大きい複雑
な成形物を迅速に製造できるので、顕著な利点を提供する。本来、射出成形法は
、セラミックの粉末を様々な組成の分散剤および熱可塑性有機バインダーと混合
する工程を含んでなる。その融解粉末／バインダー混合物は、射出成形工程中に
加熱され、比較的冷たい金型中に射出された。固化後、その成形物はプラスチッ
ク成形物と同様の方式で取り出された。続いて、高温熱処理によってバインダー
が除去され、そしてその成形物が焼き絞められた。この方法には、粉末とバイン
ダーの初期混合、その混合物の金型への射出、および有機マトリックス材料の除
去を含めて、多くの基本的に重要な工程が存在する。この初期混合粉末射出成形
（ＰＩＭ）法の主要な不利な点の一つは、有機ビヒクルの除去である。現在、こ
のＰＩＭ法を用いる場合、微粒子の大きさでのその断面の限界は、０．５‐０．
７５インチである。粒径がこの限界を超えると、そのバインダの除去工程で、欠
陥、ピンホール、亀裂、膨れなどが生じる。バインダーの除去は、ゆっくりした
熱処理で行なわれ、数週間になることもある。昇温下での脱バインダー中にバイ
ンダーは液体になり、その毛細管力によりグリーン成形物が変形せしめられるこ
とがある。この初期ＰＩＭ法のもう一つ不利な点は、分子量が比較的大きい有機
物がその圧粉体全体にわたって分解し、内部もしくは外部欠陥を生じさせる傾向
があることである。その有機物の一部を有機液体あるいは超臨界液体を用いて除
去する溶媒抽出法を使用すると、欠陥の生成が最小限に抑えられることがある。
溶媒抽出法は、残留部分を昇温下で除去する必要が依然として存在するという困
難に遭遇する。しかし、この溶媒抽出法は、その成形物全体を多孔性にし、その
結果、残りの有機物の除去が促進される。特に粒径がより大きい場合、グリーン
密度／強度が十分大きくない場合には、バインダーの除去中に成形物の前曲がり
（slumping）の問題が起こる可能性がある。
【０００７】 それはそうとして、ＰＩＭは、ネットシェイプで、高度の寸法制御の複雑な成
形物の大量自動処理に対してある一定の利点を提供するが、成形物の寸法上の制
約と、バインダーの除去に非常に長い時間を要することが、環境への影響と相俟
って、この方法の利用を期待された程伸ばさなかった。
【０００８】 この初期ＰＩＭ法に対して、水をベースとするバインダー系の利用などの幾つ
かの改善がなされている。ヘンス（Hens）等は、水が滲出し得るバインダー系を
開発した（米国特許第５，３３２，５３７号）。予め設計した粒径分布（粘弾性
の制御のため）、ＰＶＡをベースとする多量成分バインダーおよびそのバインダ
ー粒子の各々の上の被覆物を採用して射出成形用供給原料が調製される。成形中
に、これらの被覆物がその成形物に剛さを与えるネック(necks) を形成する。射
出成形後に、水バインダーの除去（water de-bind）が数時間続く。残留したバ
インダーを紫外線もしくは化学的方法のいずれかで橋架けした後、その成形物は
バインダーを熱的に除去する処理を受けるが、ゴルフクラブのヘッドのような成
形物ではその処理に８‐１２時間かかる。他の水系バインダーは、ポリエチレン
グリコール、ＰＶＡ共重合体もしくはＣＯＯＨ‐含有重合体を含んでいる。ＢＡ
ＳＦ社は、ポリアセタールをベースとする系を開発したが、この系は適度の高温
で成形され、その後バインダーはガス状のギ酸または硝酸で熱処理することによ
り除去される。この低い温度は、液相の生成、従って粘性流動に因るグリーン成
形物の変形を排除する。このガス状触媒は重合体の内部に入り込まず、分解はそ
のガスとバインダーの境界面でだけ起こるので、内部欠陥の生成が防がれる。こ
れらの改良法は、成形物の大きさによっては、別のバインダー除去炉および時間
が必要なことで制限される。
【０００９】 正確な割合のセラミック粉末、並びに必要なバインダー、液体キャリアーおよ
び他の添加剤を市場で入手できる射出成形機にすぐ利用できる形で含んでいる、
そのまま成形できる供給原料用の粉末射出成形技術に対する需要が依然存在して
いる。
【００１０】 発明の要約 本発明は、水系の、ジルコニアをベースとする成形用コンパウンド、並びにそ
の構成成分材料を配合して、射出成形によりセラミックス物品を低コストで製造
するのに有用な均質な混合物および処方を提供するものである。本明細書で用い
られる“ジルコニアをベースとする”という用語は、焼成されたセラミックス中
に５０‐１００重量％の酸化ジルコニウムを含んでいる組成を意味する。本発明
の成形用コンパウンドは、（１）射出成形による形状‐形成性成形物（shape- forming parts）に不可欠であり、そして（ｉｉ）焼成後に、ジルコニアをベー
スとするセラミック材料を生成する成分を均質な混合物として含んでいるのが有
利である。一般的に言えば、本発明の方法によれば、セラミックの前駆体である
酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、アルミナを含んでなる、射出成形による
物品の製造に適した形を取っている成形用コンパウンドが提供される。
【００１１】 有利なことに、本発明のすぐ成形できるジルコニアをベースとするコンパウン
ドは、高い成形圧および特別のバインダー除去用炉を必要としない。本発明の成
形用コンパウンドは、液体キャリアーとして水を使用し、そして約１，０００ｐ
ｓｉより低い低成形機圧で成形できる。さらに、成形物は、焼結前に水を蒸発さ
せることにより乾燥され、そして重合体をベースとする成形系では普通である、
長くて、複雑なバインダー除去工程がない。焼成後、十分な密度と大きい強度を
有するＺｒＯ2材料が得られる。
【００１２】 本発明は、以下の本発明の推奨される態様の詳細な説明および添付図面を参照
すると、より完全に理解され、またさらなる利点が明らかになるであろう。 発明の詳しい説明 本発明の方法によれば、セラミック粉末が、初めに、ゲル形成用粉末およびそ
のゲル形成用材料の溶媒と混合される。ジルコニアセラミックは、標準的な実施
では、焼結温度から冷却するときに単結晶系の相転位の発生に起因する物品の突
発的破壊を防ぐために、安定化用添加剤を必要とする。本発明の方法では、ジル
コニア系セラミックの製造技術分野の当業者に知られる安定剤のいかなるものも
使用できる。普通の安定剤は元素Ｙ、Ｃｅ、ＣａおよびＭｇの酸化物、または高
温処理中にそれら元素の酸化物を生成させる炭酸塩、硝酸塩、オキシレート類等
のような化合物を含んで成る。安定剤の量は正方晶系相、立方晶系相若しくは単
結晶系相または相混合物を生成させるように選ぶことができる。イットリアが好
ましい安定剤である。アルミナの存在は環境安定性の改善のようなある種特定の
望ましい効果を生む。その材料を十分な密度まで緻密化して、高い強さを得る目
的には、平均粒径が１μｍ未満であるのがよい。平均粒径は約０．１〜０．９μ
ｍであるのが好ましく、約０．３〜０．５μｍがさらに好ましい。本明細書で用
いられる「粒径」なる用語は相当する球体の直径を意味する。
【００１３】 本発明は、主たる相より少ない量の他の金属無機化合物を含む主たる相として
の酸化ジルコニウム、水、（多糖類の群から選ばれる）バインダー、および得ら
れる成形用供給原料の加工性を改善する少量の他の添加剤より本質的に成るセラ
ミックの成形用コンパウンドを提供するものである。本発明は、さらに、構成成
分としてのセラミック粉末、バインダー、キャリアー、その他の加工助剤から直
ぐに成形できる供給原料を製造する方法を提供する。焼成セラミック体のセラミ
ック成分は、焼成後に存在する実際の相に関わらず、成分の金属酸化物化合物に
よって表されるのが通例である。この慣行を用いると、本明細書に開示される成
形用コンパウンドのセラミック成分は、式［ZrO2]a[Y2O3]b[Al2O3]c（式中、aは
約５０〜９５重量％の範囲であり、ｂは約４〜６重量％の範囲であり、そしてｃ
は約０〜４５重量％の範囲である）で表すことができる。本発明では、成分の金
属酸化物に関して１つの好ましい成形用コンパウンドは、ａ＝約８５．８重量％
、ｂ＝約４．３重量％およびｃ＝約１４．３％から構成される。出発セラミック
粉末に関して第二の好ましい成形用コンパウンドの１例は、約９５重量％の酸化
ジルコニウムおよび５重量％の酸化イットイウムを含んでいるものである。
【００１４】 その混合物中の粉末量は混合物の約５０〜約９５重量％である。粉末はその混
合物の約７５〜約９０重量％を構成しているのが好ましく、混合物の約８３〜約
８６重量％を構成しているのがさらに好ましい。これらの好ましい量および最も
好ましい量は、ネット状およびネット状に近い形状の射出成形物の製造に極めて
有用である。
【００１５】 本発明の成形用コンパウンドには、流動性材料を金型内で硬化させて、自立性
構造物として取り出すのを可能にする仕組みをもたらすバインダーが用いられる
。本発明では、この役割を、アガロイド（agaroids）として知られる多糖類の範
疇のものから誘導される化合物が務める。アガロイドは寒天に似ているガムと定
義されているが、寒天の特徴を全て満たしている訳ではない［ＮＹ州、ニューヨ
ーク市（New York）のアカデミック・プレス社（Academic Press）刊行（１９７
３年）の、Ｈ．Ｈ．セリバイ（H. H. Selby）等の著になる「寒天（Agar）」、
工業用ガム（Industrial Gums）、第二版、第３章、２９頁を参照されたい］。
しかし、本明細書で用いられるアガロイドなる用語は、寒天に似た任意のガムを
意味するだけでなく、寒天およびその誘導体、例えばアガロースのようなものも
意味する。アガロイドは、物品の製造速度を劇的に高め得る１つの要因である、
狭い温度範囲内で速やかにゲル化するという性質を示すために用いられる。好ま
しいゲル形成性物質は、水溶性のものであった、寒天、アガロースまたはカラゲ
ーニンから成り、そして最も好ましいゲル形成性物質は寒天、アガロースおよび
それらの混合物より成る。ゲル形成性物質は本発明の混合物中の固形分に基づい
て０．２〜約６重量％の量で存在する。約６重量％より多いゲル形成性物質を混
合物中で用いてもよい。より多い量が本発明の方法に何らかの悪影響を及ぼすと
は考えられないが、ただし量がそのように多くなると、本発明の新規な組成物に
よってもたらされる利点のあるものが減じ始めることがある。ゲル形成性物質は
混合物中の固形分の約１〜約４重量％を占めるのがさらに好ましい。
【００１６】 本発明の成形用コンパウンドでは、それを射出成形機のバレルに沿って金型ま
で輸送するのを容易にするために、液体キャリアーも用いられる。水がその成形
用コンパウンド中で最も好ましい液体キャリアーである。水は、ゲル形成性バイ
ンダーに対しては溶媒になり、また混合物中の個体性分に対しては液体キャリア
ーになるという二重の目的を果たすからである。さらに、水は、その低沸点の故
に、焼成前および／または焼成中に成形物から容易に除去される。水の量は、成
形用コンパウンドに、射出成形機における適正な挙動に対して必須の粘弾性特性
を与えるように選ばれる。水の適正な量は本発明混合物に対して約１０〜３０重
量％であり、約１５〜２０重量％の量が好ましい。
【００１７】 本発明の成形用コンパウンドは、いかなる数の有用な目的も果たし得る多種多
様な添加剤を含んでいることもできる。本発明の成形用コンパウンドで非常に有
用であることができるが見いだされている添加剤は、分散剤、ｐＨ調節剤、殺生
物剤およびゲル強度向上剤（例えば、硼酸カルシウム、硼酸マグネシウムおよび
硼酸亜鉛のような金属硼酸塩化合物）から成る。殺生物剤は、特に成形用コンパ
ウンドが長期間貯蔵されることになる場合に、それらコンパウンド中での細菌の
増殖を抑制するのにも使用することができる。
【００１８】 分散剤およびｐＨ調節剤の使用で、セラミック懸濁物の粘弾性と加工性が著し
く改善することができることは周知である。この場合、ポリアクリレート骨格お
よびポリメチルメタクリレート骨格の重合体に基づく分散剤が酸化アルミニウム
系組成物の加工性を改善する際に有用であることが見いだされ、この場合成形用
コンパウンド中の分散剤量はセラミック粉末に対して約０．２〜１重量％、好ま
しくは０．２〜０．８重量％である。同様に、水酸化テトラメチルアンモニウム
が本発明懸濁物のｐＨを調節するのに有用であることが見いだされ、この場合有
用なｐＨ範囲は約８．８〜１１、好ましくは９．５〜１０．５である。
【００１９】 本発明の成形用コンパウンドは、セラミック粉末、液体キャリアー、バインダ
ーおよび加工助剤を直ぐに成形できる形で組み合わせて成るものである。構成成
分化合物に関して１つの好ましい組成は、酸化ジルコニウム６６．９０重量％、
酸化イットリウム４重量％、酸化アルミニウム１１．７重量％、寒天２．５重量
％、分散剤０．３３重量％、水酸化テトラメチルアンモニウム０．５３重量％、
殺生物剤０．０２重量％および水１４重量％（分散剤が４０％水溶液として、ま
たTMAが２５％水溶液として加えられる場合）である。本発明は、また、この成
形用コンパウンドの各種成分を全て混合して、亀裂、その他の欠陥のない、焼成
可能な均質な成形体をもたらす均質な混合物にする方法を提供する。原料セラミ
ック粉末は高度の凝集していることが多く、従ってそれら粉末が亀裂、ゆがみ、
その他の欠陥のない有用なセラミック物品に製造できるようになる前に、その凝
集状態を解く必要がある。利用可能な色々な方法の内で、ボールミルによる磨砕
が本明細書に開示される水系成形用コンパウンドの製造に便利かつ有用であるこ
とが見いだされたが、その場合セラミック粉末はその水系媒体中で同時に解凝集
され、そして均質化される。セラミック粉末のボールミル磨砕に有用な濃度範囲
は５０〜８５重量％で、好ましい範囲は６５〜８０重量％である。
【００２０】 セラミック懸濁物とバインダーとの配合は、多くの効率のよいミキサーのいず
れで行ってもよく、例えばシグマ形ミキサーまたは遊星形ミキサー中で行うこと
ができる。殺生物剤は、本発明組成物に、本発明方法の配合段階で、または、望
むならば、ボールミルによる磨砕サイクルの終わり近くでブレンドすることがで
きる。配合中に、そのブレンドは７５〜９５℃、好ましくは８０〜９０℃の範囲
内の温度で約１５〜１２０分間、好ましくは３０〜６０分間加熱される。
【００２１】 成形用コンパウンドは、射出成形機に仕込むのに適した形をしていなければな
らない。本発明では、配合された均質な混合物はゲル形成剤のゲル化点（＜３７
℃）より低い温度まで冷却され、それからブレンダーから取り出される。次に、
その混合物は、食品の加工で一般的に用いられる回転カッター刃を用いて粒状形
態に細断される。この細断粒状物は、その材料を大気に曝露することにより、所
望とされる水分レベルが得られるまで蒸発させることによって乾燥させて、特定
の成形用固体にすることができる。成形用コンパウンド中の有用な固形分レベル
は７５〜８８重量％、好ましくは８３〜８６重量％の範囲である。
【００２２】 非常に広い範囲の成形圧が使用できる。成形圧は、一般的には、２０〜約３５
００ｐｓｉの範囲である。金型温度は、自立性成形体を製造するためには、勿論
、ゲル形成性物質のゲル化点より低くなければならない。適切な金型温度は、混
合物が金型に供給される前、供給中または供給後に達成することができる。金型
温度は、普通は、４０℃未満の温度に維持され、約１５〜約２５℃の温度が好ま
しい。
【００２３】 成形物が成形され、ゲル形成性物質のゲル化点より低い温度まで冷却された後
、その成形体は金型から取り出される。この未焼成成形体は、一般的には、充分
に自立性であって、金型から取り出す際に特別の取り扱いは必要とされない。成
形物は、金型から取り出された後、乾燥される。乾燥挙動を制御するために、ス
リップ−キャスト成形物の乾燥と同様の注意をする必要がある。成形物の大きさ
と複雑さに依存するが、乾燥が速いと亀裂が生ずる可能性がある。そのような場
合、成形物を制御された水分環境中で乾燥することができる。
【００２４】 成形物を乾燥した後、その成形体を昇温下で焼結して最終製品を生成させる。
焼結時間とその温度は成形物を形成するのに用いられて粉末材料に従って調整さ
れる。成形体を焼結する昇温された温度は少なくとも１２５０℃であるのが好ま
しく、１３００〜１５５０℃の範囲がさらに好ましく、１３５０〜１５００℃の
範が最も好ましい。最高温度における焼結時間は４時間未満が好ましく、１〜３
時間がさらに好ましく、１〜２時間が最も好ましい。
【００２５】 本発明は、かくして、卓越した強度的性質と環境安定性を有する、ジルコニア
をベースとする材料の複雑で厚いネットシェープまたはネットシェープに近い成
形体を形成するのに用いることができる。ＡＳ２８０と称されるアルミナを２０
容積％含有する１つの好ましい成形用コンパウンドからの緻密化されたセラミッ
クの物理的性質は、表１にまとめて示されるとおり、多種多様な構造用途に優れ
ていることが見いだされた。
【００２６】
【表１】
【００２７】 次の実施例は、本発明をさらに完全に理解できるようにするために与えられる
ものである。本発明の原理と実施を例証するために示される特定の技法、条件、
材料、割合および報告されるデーターは、例として与えられるものであって、本
発明の範囲を限定するものと解してはならない。
【００２８】 実施例１ ２３１４．２７ｇのジルコニア粉末・HSY-3および３８４．７４ｇのアルミナ
粉末・アルカン（Alcan）Ｃ−９０を、１．６ガロンのアッベタン（Abbethane）
・ボールミルジャーに秤取した。３／８”のジルコニア媒体（media）１０．６
ｋｇを加えた。８８９．２ｇの脱イオン水、１０．８ｇのダーバン（Darvan）８
２１Ａ・ポリアクリル酸アンモニウム［４０％溶液、バンダービルト・ラボラト
リーズ社（Vanderbilt Laboratories）］および１７．５ｇのTMA［２５重量％溶
液、アルファ・インオーガニックス社（Alfa Inorganics）］を秤取することに
より混合物を調製した。そのスリップをボールミルで２４時間磨砕し、その３２
００ｇを回収し、それをシグマ形ミキサーに移した。シグマ形ミキサー中での攪
拌中に、７２ｇの寒天［Ｓ−１００、フルタロム・メーア社（Frutarom Meer Co
rp.）］、０．６２ｇのメチル−ｐ−ヒドロキシベンゾエート［ペンタ・マニュ
ファクチャリング社（Penta Mfg）］および０．４５ｇのプロピル−ｐ−ヒドロ
キシベンゾエート（ペンタ・マニュファクチャリング社）を増量しながら加えた
。そのシグマ形ミキサーを１９０゜Ｆに４５分間加熱し、次いでその温度を１７
０゜Ｆまで下げ、そして混合をさらに４５分間続けた。その材料を室温まで冷却
した後、それを食品加工機［キッチン・エイド（Kitchen Aid）KSM90］を用いて
細断し、＃５篩を用いて篩い分けて大小の破片を取り除いた。
【００２９】 成形する前に、その細断供給原料を、ゆるい材料床を乾燥雰囲気に曝露するこ
とにより所望の固形分レベルまで乾燥した。充填固形分は水分秤量計（moisture
balance）［オーアウス社（Ohaus Corp.）］を用いて測定した。
【００３０】 ボーイ（Boy）１５ｓおよび同２２Ｍの両成形機でプレートを成形した。それ
らのプレートをベンチで数時間ゆっくり乾燥し、次いでそれらを真空オーブン中
で１００℃において乾燥した。乾燥後、それらプレートに１４５０℃で２時間緻
密化処理を施した。標準の３点および４点バーを切り取って［ミリタリー（Mili
tary）タイプB］その曲げ強さを測定すると、それぞれ０．９７ＧＰａおよび０
．８２ＧＰａであった。
【００３１】 実施例２ 成形用供給原料を実施例１におけるようにして調製し、それを用いて「３−ホ
ールセンサー（3-hole sensor）」のような色々な形状のものを成形した。その
焼成成形物は形状が円柱状で、長さが公称で０．８５”であり、その長さ方向に
直径が公称で０．１インチである３個のホールが並んでいた。各成形物は１つの
段差部でＯＤ０．４５”×長さ０．３５”の大直径肩部とＯＤ０．３５”×長さ
０．５”の小直径肩部とに分けられていた。成形は８５重量％の所で行われ、そ
の後にそれら成形物を周囲条件下で乾燥し、そして１４５０℃で２時間焼成した
。焼成後、その平均密度は５．５９±０．０１２ｇ／ｃｍ3であった。それらの
平均寸法は、上記の大直径については０．４０７”±０．００１”、小直径につ
いては０．３５８”±０．００１”、長さについては０．７４０４”±０．００
２”であった。それら３つの寸法についての平均収縮率は、それぞれ２１．６±
０．２％、２２．２±０．２％および１９．７±０．２％であった。
【００３２】 もう１つの成形物バッチを成形したが、これらは以後「半殻（half shell）」
成形物と称される。これらの成形物は形状が半円柱状であって、その平らな面に
幾つかの段差と溝を有していた。成形は８６重量％の所で行われ、その後にそれ
ら成形物を周囲条件下で乾燥し、そして１４５０℃で２時間焼成した。焼成後、
それら成形物の平均密度は５．６±０．０１ｇ／ｃｍ3であった。それら焼成物
の長さは公称０．９”で、幅は０．４”であった。８４個の未処理成形物の試料
内で、その平均長さは０．９４９±０．００５”であり、またその平均直径は０
．４９６±０．００３”であった。焼成後、平均収縮率は、その長さと直径につ
いて、それぞれ２１．１±０．５％および２１．４±０．５％であった。
【００３３】 実施例３ 本実施例は、実施例１で説明した成形用コンパウンドの調製のスケールアップ
に相当する。３８．４ｋｇのHSY-3・ジルコニア／イットリア、６．２４ｋｇの
酸化アルミニウム、１４．６２ｋｇのＤ.Ｉ.水、０．１７９ｋｇのポリアクリル
酸アンモニウムからスリップを調製し、そしてTMAでｐＨ１１に調整した。ボー
ルミルで磨砕した後、５５ｋのスリップを遊星形ブレンダーに移し、そのブレン
ダーでスリップを１．２４ｋｇの寒天、０．０１１ｋｇのメチル−ｐ−ヒドロキ
シベンゾエートおよび０．００７７ｋｇのプロピル−ｐ−ベンゾエートと、攪拌
および加熱しながら、（３つの別々の作業で）ブレンドした。ブレンダーが９５
℃の最終温度に達してから、混合を１時間続けた。その材料を細断して供給原料
形態にした。
【００３４】 かくして、本発明を相当に詳しく説明したが、了解されるだろうように、その
ような細部に厳密にとらわれる必要はなく、当業者であれば色々な変更および修
正を想到し得るであろう。これらも、全て、前記の特許請求の範囲で定義される
本発明の範囲に入るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の一つの態様の基本工程を示している模式図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年１２月８日（２０００．１２．８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ホエーレン，フィリップ・ジェイ アメリカ合衆国ニュージャージー州07871， スパータ，メレディス・ドライブ １ Ｆターム(参考） 4G030 AA12 AA17 AA36 GA01 GA03 GA04 GA10 GA14 GA16 GA18 GA19 GA21 4G031 AA08 AA12 AA29 GA01 GA04 GA05 GA06

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 約５０〜１００重量％のZrO2(Y2O3)と０〜約５０重量％のAl 2 O3より本質的に成るジルコニアをベースとする材料から、ネットシェープまた
    はネットシェープに近い形状の物品を形成するための成形用組成物。
  2. 【請求項２】 約９５重量％のZrO2と約５重量％のY2O3より本質的に成る、
    請求項１に記載の成形用組成物。
  3. 【請求項３】 Al2O3が約１４重量％であり、Y2O3が約４．３重量％であり
    、そして残りがZrO2であるこれら成分より本質的に成る、請求項１に記載の成形
    用組成物。
  4. 【請求項４】 ポリアクリレート骨格またはポリメチルメタクリレート骨格
    の重合体をベースとする分散剤約０．２〜１重量％をさらに含む、請求項１に記
    載の成形用組成物。
  5. 【請求項５】 分散剤、ｐＨ調節剤、殺生物剤、ゲル強度向上剤およびそれ
    らの混合物より成る群から選ばれる添加剤をさらに含む、請求項１に記載の成形
    用組成物。
  6. 【請求項６】 成形用コンパウンドの構成成分をブレンドして均質な混合物
    となす方法にして、次の： イ：式[ZrO2]a[Y2O3]b[Al2O3]c（式中、aは約５０〜９５重量％の範囲であり
    、ｂは約４〜６重量％の範囲であり、そしてｃは約０〜４５重量％の範囲である
    ）で本質的に定義される組成物を生成させる複数種のセラミック粉末を一緒に混
    合する工程；および ロ：該セラミック粉末を水系媒体の存在下においてボールミルで磨砕してセラ
    ミック懸濁物を調製する工程にして、該セラミック粉末が該媒体の約５０〜８５
    重量％を占める該工程 を含んで成る上記の方法。
  7. 【請求項７】 セラミック懸濁物をバインダー、および任意成分としての殺
    生物剤と配合して均質な配合混合物を調製する工程をさらに含む、請求項６に記
    載の方法。
  8. 【請求項８】 配合中に、懸濁物を約７５〜９５℃の範囲の温度に約１５〜
    １２０分の範囲の時間加熱する、請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 加熱温度が約８０〜９０℃の範囲であり、また加熱時間が約
    ３０〜６０分の範囲である、請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 混合物がゲル形成剤を含み、そして方法が該混合物を該ゲ
    ル形成剤のゲル化点より低い温度まで冷却し、そして該混合物をブレンダーから
    取り出す工程をさらに含む、請求項６に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 混合物を細断して粒状材料となす工程をさらに含む、請求
    項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 粒状材料を、それが７５〜８８重量％の範囲の固形分レベ
    ルを示すまで乾燥する工程をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 粒状材料を、それが約８４〜８６重量％の範囲の固形分レ
    ベルを示すまで乾燥する、請求項１２に記載の方法。
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