JP2010195648A - セラミックス成形型 - Google Patents

Abstract

【課題】成形体を収容した状態のまま焼成工程に使用することができ、焼成時のエネルギー損失を抑制することができ、セラミックス製品を効率的に製造することが可能なセラミックス成形型を提供することを目的とする。
の成形型を提供する。
【解決手段】ポロシティが５％〜３０％であり、全重量に対して５０ｗｔ％以上のチタン酸アルミニウムを含むセラミックス成形型。
【選択図】図２

Description

本発明は、セラミックス製の成形型に関する。

一般に用いられるセラミックス製品の製造方法の１つとして、以下の工程を経てセラミックス製品を製造する方法がある。
（Ａ）石膏型のような成形型に、セラミックス製品の原料となる粉末を含むスラリー（「泥しょう」とも言う）が注入される。成形型は、多数のポアを有する多孔質体で構成されており、いわゆる「吸水性」を有する。従って、スラリー中の水分は、（主として毛細管現象により）成形型に吸い込まれ、これにより、成形型内でスラリーを固化させことができる（例えば、特許文献１）。
（Ｂ）次に、得られた成形体が成形型から取り外される。さらにこの成形体は、次工程のため、他のセラミックス板またはセラミックス容器のような耐熱部材（いわゆる棚板または焼成用さや）の上に置載され、または収容される。
（Ｃ）次に、成形体は、耐熱部材とともに電気炉のような加熱装置内に配置され、耐熱部材とともに所定の温度で焼成される。以上の工程により、所望のセラミックス製品が提供される。

このような従来の製造方法では、（Ｂ）の工程から明らかなように、成形体が形成された後、成形型からこの成形体を取り出して耐熱部材上に置載する（あるいは耐熱部材の中に収容する）というハンドリング操作が必要となる。このようなハンドリング操作は、成形体の破損および成形体のコンタミネーションにつながるおそれがある。また、ハンドリング操作が介在するため、製造工程が煩雑となり、製造工程全体の効率化を図ることが難しくなるという問題がある。

そこで、このような問題に対処するため、耐熱性を有する成形型を使用し、この成形型に成形体を収容した状態のまま、両者を一体焼成する技術が提案されている（特許文献２）。

特開平６−１７０８２１号公報 特開２００７−２２３１３７号公報

しかしながら、前述の特許文献１に記載の方法では、成形型は、焼成後に簡単に崩壊してしまう。従って、この方法では、同じ成形型を何回も繰り返して使用することができず、効率的でないという問題がある。

また、従来の製造方法では、耐熱部材は、一般にアルミナ等の材料で構成される。しかしながら、このような材料では、（Ｃ）の焼成工程において、セラミックス製品の焼成の際の昇温速度および／または降温速度を十分に高めることは難しいという問題がある。これは、アルミナ等で構成された耐熱部材に急激な温度変化を加えると、熱衝撃によって、耐熱部材が破損してしまうためである。従って、従来の方法では、焼成の際の昇温速度および／または降温速度の制約により、セラミックス製品を効率的に製造することが難しい。なお、このような問題は、前述の特許文献１に記載の方法においても生じ得る。

さらに、従来の成形体の焼成方法、すなわち前述の（Ｃ）の工程は、いわゆる「外部加熱方式」で、成形体が焼成される。しかしながら、「外部加熱方式」では、投入した熱エネルギーの大部分は、成形体の加熱に使用されず、例えば焼成炉内に配置される断熱材等の部材の加熱に使用されたり、外部に逸散してしまう。このため、「外部加熱方式」は、エネルギー消費の点で、非効率的であるという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、本発明では、成形体を収容した状態のまま焼成工程に使用することができ、セラミックス製品を効率的に製造することができ、焼成時のエネルギー損失を抑制することが可能なセラミックス成形型を提供することを目的とする。

本発明では、ポロシティが５％〜３０％であり、全重量に対して５０ｗｔ％以上のチタン酸アルミニウムを含むセラミックス成形型が提供される。

ここで、本発明によるセラミックス成形型は、さらに、アルミナ粒子を含んでも良い。

また、前記アルミナ粒子は、当該セラミックス成形型に対して、最大３０ｗｔ％含まれていても良い。

また、本発明によるセラミックス成形型は、気孔径分布曲線において、少なくとも０．１μｍ〜１０μｍの気孔径範囲に、少なくとも一つの存在ピークを有しても良い。

本発明では、成形体を収容した状態のまま焼成工程に使用することができ、セラミックス製品を効率的に製造することができ、焼成時のエネルギー損失を抑制することが可能なセラミックス成形型を提供することが可能となる。

従来の典型的なセラミックス製品の製造プロセスの一例を模式的に示した図である。 本発明による成形型を用いた、セラミックス製品の製造プロセスの一例を模式的に示した図である。 実施例１に係る成形型の形状を模式的に示した図である。 実施例１に係る成形型の気孔径分布を示すグラフである。 本発明による成形型を用いて製作されたアルミナ製品の形状を模式的に示した図である。 実施例２に係る成形型の気孔径分布を示すグラフである。

以下、図面により本発明について、より詳しく説明する。

図１には、従来の典型的な耐熱セラミックス製品の製造プロセスの一例を模式的に示す。この図に示すように、従来の製造プロセス１は、（Ａ）成形体調製工程、（Ｂ）成形体の離型工程、および（Ｃ）成形体の焼成工程を含む。

（Ａ）の工程では、石膏型のような多孔質成形型１０に、セラミックス製品の原料となる粉末を含むスラリー２０が注入される。成形型１０は、多数のポアを有する多孔質体で構成されており、いわゆる「吸水性」を有する。従って、スラリー２０中の水分は、（主として毛細管現象により）成形型１０の方に吸い込まれ、これにより、成形型１０中でスラリー２０を脱水固化させことができる。これにより、成形体３０が得られる。

（Ｂ）の工程では、得られた成形体３０が成形型１０から取り外される。さらにこの成形体３０は、次の工程（Ｃ）のため、他のセラミックス板またはセラミックス容器のような耐熱部材４０の上に置載され、または内部に収容される。

（Ｃ）の工程では、成形体３０が耐熱部材４０とともに電気炉のような加熱装置５０内に配置され、耐熱部材４０とともに所定の温度（例えば１３００℃）で焼成され、これにより、所望の耐熱セラミックス製品６０が提供される。

しかしながら、このような製造方法では、（Ｂ）の工程において、成形型１０から成形体３０を取り出して、この成形体３０を耐熱部材４０上に置載する（あるいは耐熱部材４０の中に収容する）というハンドリング操作が必要となる。このようなハンドリング操作は、成形体３０の変形、破損、および成形体３０のコンタミネーションにつながるおそれがある。また、このようなハンドリング操作が含まれると、製造工程が煩雑となり、製造工程全体の効率化を図ることが難しくなるという問題がある。

また、この問題に対処するため、予め耐熱性を有するセラミックス製の成形型１０を使用し、このセラミックス製の成形型１０に成形体３０を収容した状態のまま、両者を一体焼成することが提案されている。しかしながら、この提案されている方法では、焼成後に成形型１０は、簡単に崩壊してしまう。従って、この方法では、同じ成形型１０を何回も繰り返して使用することができず、効率的でないという問題がある。

また、従来の製造プロセス１では、耐熱部材４０は、一般に、アルミナ等の材料で構成される。従って、従来の従来の製造プロセス１では、（Ｃ）の工程において、昇温速度および／または降温速度を十分に抑制する必要がある。これは、（Ｃ）の工程において、昇温速度および／または降温速度をあまりに大きくし過ぎると、熱衝撃により、耐熱部材４０が破損してしまうおそれがあるためである。しかしながら、このような制約の下では、製造プロセス１の自由度が狭まるとともに、製造プロセス１が非効率的になり、耐熱セラミックス製品６０を効率的に製造することが難しくなるという問題がある。なお、このような問題は、前述の特許文献１に記載のセラミックス製成形型を使用した際にも、同様に生じ得る。

さらに、従来の製造プロセス１において、（Ｃ）の工程では、成形体３０の周囲に熱源を配置する、いわゆる「外部加熱方式」で、成形体３０が焼成される。しかしながら、「外部加熱方式」では、投入した熱エネルギーの大部分は、成形体３０の加熱に使用されず、例えば焼成炉内に配される断熱材等の部材の加熱に使用されたり、外部に逸散してしまう。このため、「外部加熱方式」は、エネルギー消費の点で、非効率的であるという問題がある。

このような背景の下、本願発明者らは、成形型用の材料について鋭意研究を重ね、チタン酸アルミニウムという、これまであまり着目されていなかったセラミックス材料を成形型に使用することにより、前述のような問題に対処することができることを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明では、ポロシティが５％〜３０％であり、チタン酸アルミニウムを含むセラミックス成形型が提供される。

図２には、本発明によるセラミックス成形型を使用して、セラミックス製品を製作する方法の一例を模式的に示す。

この方法１００は、（Ａ）本発明によるセラミックス成形型を準備する工程、（Ｂ）成形体を調製する工程、および（Ｃ）成形体をセラミックス成形型に収容した状態のまま、「内部加熱方式」により焼成する工程を含む。

まず、（Ａ）の本発明によるセラミックス成形型を準備する工程では、「主要材料」として、チタン酸アルミニウムを含むセラミックス成形型１１０が準備される。

なお、本願において、「（セラミックス成形型の）主要材料」という用語は、その材料がセラミックス成形型の全重量に対して、５０ｗｔ％以上（例えば７０ｗｔ％以上）含まれていることを意味する。

次に、（Ｂ）の工程では、セラミックス成形型１１０に、セラミックス製品の原料となる粉末を含むスラリー１２０が注入される。後述するように、本発明によるセラミックス成形型１１０は、適正な「吸水性」を有するため、スラリーに含まれる水分は、セラミックス成形型に吸い込まれる。これにより、スラリーが脱水、固化され、セラミックス成形型１１０内に、成形体１３０が得られる。

ここで、本発明によるセラミックス成形型１１０は、気孔径が０．１μｍ〜１０μｍの範囲（例えば０．５μｍ〜５．０μｍの範囲）にある、多数の気孔を有するという特徴を有する。換言すれば、本発明によるセラミックス成形型１１０からサンプルを採取し、例えば水銀ポロシメータ法等により、このサンプルの気孔径分布を測定した場合、少なくとも、０．１μｍ〜１０μｍの気孔径範囲（例えば０．５μｍ〜５．０μｍの範囲）に、一つ以上の大きなピークが検出される。なお、この気孔径範囲に含まれる多数の気孔は、成形型の製造過程で生じたチタン酸アルミニウム粒子のマイクロクラックに起因するものであると考えられる。このような特徴により、本発明によるセラミックス成形型１１０は、良好な「吸水性」を発揮することができる。

次の（Ｃ）の工程では、セラミックス成形型１１０と成形体１３０とが、一体化状態で、加熱装置１５０に導入される。加熱装置１５０は、「内部加熱方式」の加熱装置であり、加熱装置１５０を用いた加熱により、成形体１３０が焼成される。

ここで、本発明によるセラミックス成形型１１０は、後述するように、良好な耐熱性およびマイクロ波加熱性を有する。従って、（Ｂ）の工程で得られた成形体１３０は、離型されることなく、セラミックス成形型１１０に収容された状態のまま、焼成処理が行われる。また、加熱装置１５０により、セラミックス成形型１１０がマイクロ加熱方式で所望の温度に加熱され、これと同時に、成形体１３０が加熱される。焼成温度は、例えば、１３００℃〜１６００℃の範囲である。

所定の焼成条件による焼成処理が完了後、セラミックス成形型１１０からセラミックス製品１６０が取り外される。その後、セラミックス成形型１１０は、別のセラミックス製品の製作に、再度利用される。

次に、このようなプロセスに使用することが可能な、本発明によるセラミックス成形型１１０の特徴について詳しく説明する。

（ハンドリング性について）
本発明によるセラミックス成形型１１０は、主要構成材料として、チタン酸アルミニウムを含む。

チタン酸アルミニウムは、融点が高く（約１８５０℃）、良好な耐熱性を有する材料である。従って、チタン酸アルミニウム製の成形型を使用した場合、前述のような成形体のハンドリング操作（成形型から成形体を取り出して、この成形体を耐熱部材上に置載する操作）が不要となり、セラミックス成形型を成形体とともに一体焼成することが可能となる。また、これにより、従来の製造プロセスのような、成形体３０の変形、破損、および成形体３０のコンタミネーションの問題が軽減されるとともに、製造工程全体の効率化を図ることが可能となる。

なお、係る効果を得るためには、セラミックス成形型は、適正な「吸水性」を有することが必要となる。この点に関し、本発明によるセラミックス成形型は、ポロシティが５％〜３０％の範囲にあり、このポロシティの範囲では、セラミックス成形型は、適正な「吸収性」を発揮することができる。

さらに、本発明によるセラミックス成形型は、主要材料として、良好な耐熱性を有するチタン酸アルミニウムを含む。このため、１回の使用後に、成形型が崩壊することはなく、本発明によるセラミックス成形型は、何回も使用することができる。

（昇温速度および／または降温速度について）
本発明によるセラミックス成形型１１０は、主要材料として、チタン酸アルミニウムを含む。チタン酸アルミニウムは、後述のように、良好な耐熱衝撃性を示す。従って、本発明では、従来のような熱衝撃に関する問題が軽減される。すなわち、本発明によるセラミックス成形型１１０は、成形体と一体焼成する際の昇温速度および／または降温速度を、従来に比べて有意に大きくすることができる。従って、本発明によるセラミックス成形型１１０を使用することにより、耐熱セラミックス製品の製造プロセスの設計自由度が広がるとともに、より効率的な製造プロセスを構築することが可能となる。

なお、チタン酸アルミニウムが良好な耐熱衝撃性を示すのは、チタン酸アルミニウムの結晶粒界に、前述のような（すなわち０．１μｍ〜１０μｍの気孔径範囲の）マイクロクラックが多数存在するためであると考えられる。

（効率的な加熱について）
前述の「外部加熱方式」に伴うエネルギー損失の問題に対処するためには、加熱方式を、例えばマイクロ波加熱のような、「内部加熱方式」とすることが有効であると考えられる。マイクロ波加熱方式とは、マイクロ波を使用して、これを物質の内部まで浸透させ、このマイクロ波のエネルギーを熱に変換することにより、前記物質およびその近傍の部材を加熱する方式である。ただし、このマイクロ波加熱方式は、全てのセラミックスに対して適用することができる訳ではなく、その適用は、誘電損率の大きな材料に限られる。

本発明のセラミックス成形型１１０は、主要構成材料として、チタン酸アルミニウムを含む。チタン酸アルミニウムは、誘電損率の大きな材料である。従って、本発明では、当該セラミックス成形型内でスラリーから成形体を形成した後、このセラミックス成形型を使用して、成形体をマイクロ波加熱方式で加熱することができる。このため、従来に比べて、焼成工程におけるエネルギー損失を有意に抑制することが可能となり、効率的な処理が可能となる。

なお、このようなマイクロ波加熱方式を可能にするため、本発明によるセラミックス成形型１１０は、セラミックス成形型１１０全体に対して、５０ｗｔ％以上のチタン酸アルミニウムを含むことが好ましく、７０ｗｔ％以上のチタン酸アルミニウムを含むことがより好ましい。チタン酸アルミニウムの含有量が５０ｗｔ％未満になると、マイクロ波加熱方式の適用が難しくなる。

以上のように、本発明によるセラミックス成形型１１０を使用してセラミックス製品を製作した場合、成形体１３０をセラミックス成形型１１０に収容した状態のまま、焼成処理を行うことができる。また、焼成時のエネルギー損失を抑制することができる。特に、成形体１３０を離型する必要がなくなるため、ハンドリングの難しい、薄肉セラミックス製品および大型セラミックス製品についても、容易に製作することが可能になる。

（本発明による成形型の製造方法）
次に、本発明によるセラミックス成形型を製造する方法の一例について、簡単に説明する。

ここで、本発明による成形型を製造する方法としては、大きく分けて、（１）原料にチタン酸アルミニウム粉末を用い、これを焼成して成形型を形成とする方法、および（２）アルミナ粉末とチタニア粉末を混合し、この混合粉末を高温処理することにより、チタン酸アルミニウムの合成と焼成を同時に行い、成形型を得る方法の２つがある。

以下の記載では、一例として、（１）の方法により、本発明による成形型を製造する方法について説明する。

（原料）
まず、成形型を構成するための原料粉末（チタン酸アルミニウム粉末）が調製される。チタン酸アルミニウム粉末の最大粒径は、２０μｍ以下が好適であるが、他の最大粒径の粉末を使用しても良い。

なお、この原料粉末は、チタン酸アルミニウム粉末の他、造孔剤および／または比較的粒径の大きなアルミナ粒子を含んでも良い。原料粉末中のチタン酸アルミニウムの濃度は、５０ｗｔ％以上であることが好ましく、７０ｗｔ％以上であることがより好ましい。

造孔剤の添加により、得られる成形型の気孔率を所望の範囲に制御することが可能となり、成形型に適正な吸水性を発現させることができる。造孔剤には、アクリル系、スチレン系、またはフェノール系など、焼成の際に消失するものが使用される。造孔剤の粒径は、例えば２０μｍ以下である。

比較的粒径の大きなアルミナ粒子は、成形型の使用（セラミックス製品の焼成処理）の際に、成形型が焼結して、寸法収縮することを抑制する効果を有する。一般に、セラミック粒子の焼結の速度は、粒子径の３乗に反比例するため、セラミックス成形型の収縮をより効果的に抑制するには、粒子径が１００μｍ以上のアルミナ粒子を加えることがより効果的である。

比較的粒径の大きなアルミナ粒子は、粒子全体の重量に対して、２０ｗｔ％以上、例えば３０ｗｔ％添加されることが好ましい。これにより、成形型の収縮をより効果的に抑制することが可能となる。

（元型準備）
次に、本発明のセラミックス成形型１１０を作製するため、元型が準備される。元型は、本発明のセラミックス成形型１１０を用いて製作されるセラミックス製品の寸法形状に適合するように、構成される。

（スラリーからの成形体の調製）
次に、本発明によるセラミックス成形型１１０の原料となるスラリーが調製される。スラリーは、原料粉末（すなわち、チタン酸アルミニウム粉末に、必要に応じて造孔剤およびアルミナ粒子を加えたもの）と、分散剤と、結合剤とを、水に添加することにより調製される。分散剤としては、例えばポリアクリル酸アンモニウム塩を、また結合剤としては、化学反応型硬化型のアクリル硬化剤を用いることができる。ただし、他の一般的な分散剤および結合剤の使用も可能である。

このスラリーを、前述の元型に流し込むことにより、セラミックス成形型１１０用の成形体が形成される。

（焼成）
次に、得られた成形体を元型から取り外し、乾燥させた後、焼成を行う。これにより、所定の寸法形状のセラミックス成形型１１０が提供される。焼成は、成型型が実際に使用される温度と同等またはそれ以上の温度で行われる。例えば、焼成は、１６００℃で２時間、大気炉中で実施される。

以上の工程により、本発明によるセラミックス成形型１１０が得られる。

次に、実施例について説明する。

（実施例１）
以下の方法により、実施例１に係る成形型を製作した。

原料粉末として、チタン酸アルミニウム粉末を準備した。この原料粉末の最大粒径は、１２μｍ、平均粒径は、６μｍであった。

この原料粉末１００に対し、分散剤としてのポリアクリル酸アンモニウム塩を１、結合剤としてのアクリル硬化剤を２、および水を２０を添加し（全て重量比）、成形型用のスラリーを調製した。

次に、以下の方法で、成形型作製用の元型を準備した。

まず、プラスチック製のボート状部材を準備し、このボート状部材を開口面が下向きになるように配置した状態で、ボート状部材の周囲に外枠を取り付け、元型を形成した。

この元型を使用して、元型の開口部分に前記スラリーを流し込んだ。この状態にしばらく保持することにより、スラリーが硬化し、成形体が得られた。次に、元型からこの成形体を取り外し、成形体を乾燥させた後、この成形体を電気炉に入れ、１６００℃で２時間焼成した。

これにより、図３に示すような直方体形状の実施例１に係る成形型３１０が得られた。成形型の全長Ｌ１、幅Ｗ１、および高さＤ１は、それぞれ、２００ｍｍ、１４０ｍｍ、および３５ｍｍである。また、実施例１に係る成形型３１０の成形部分（窪み部分）３１２において、開口部の全長Ｌ２および幅Ｗ２は、それぞれ、１６０ｍｍおよび１００ｍｍであり、成形部分３１２の底面の全長Ｌ３および幅Ｗ３は、それぞれ、１３０ｍｍおよび７０ｍｍであり、成形部分３１２の深さＤ２は、１５ｍｍであった。

実施例１に係る成形型のポロシティを、アルキメデス法により測定した。成形型のポロシティは、１１％であった。また、実施例１に係る成形型の気孔径分布を、水銀圧入法により測定した。

図４には、得られた結果を示す。この気孔径分布から、この成形型では、約０．８５μｍの気孔径位置に、一つの大きなピークを有することがわかった。

（評価）
実施例１に係る成形型３１０を用いて、耐熱衝撃性を測定した。耐熱衝撃性の測定は、以下のようにして実施した。

まず、成形型３１０から、幅８ｍｍ×厚さ６ｍｍ、全長約８０ｍｍの寸法の角棒状サンプルを６本採取する。次に、この角棒状サンプルを用いて、曲げ強度測定試験機（島津製作所製オートグラフ）により４点曲げ試験を行い、角棒状サンプルの強度を測定する。なお、測定には、上部スパン２０ｍｍ、下部スパン６０ｍｍの４点曲げ治具を用い、変位速度は、０．５ｍｍ／分とした。

次に、角形サンプルを所定の温度Ｔまで加熱した後、氷水中に投下して熱衝撃を与える。その後、再度４点曲げ試験を行い、角棒状サンプルの強度を測定する。このような試験を６本のサンプル全てについて実施する。

熱衝撃を与える前後の６本のサンプルの平均強度を比較し、熱衝撃を与えた後のサンプルの平均強度が、熱衝撃前のサンプルの平均強度の７０％以上に収まっている場合、そのサンプルは、前記温度Ｔにおいて、耐熱衝撃性を示すと判定した。

測定の結果、実施例１に係る成形型３１０から得たサンプルは、７００℃において、耐熱衝撃性を示した。

次に、実施例１に係る成形型３１０の耐焼結性（変形性）について評価した。

まず、実施例１に係る成形型３１０を、単独で１３００℃に１００時間保持し、降温した。高温保持前後の成形型３１０の成形部分３１２の全長Ｌ３（図３参照）の寸法変化から、成形型の寸法変化量を求めたところ、変化量は、０．６％であった。

次に、実施例１に係る成形型３１０を用いて、実際にアルミナ部品の製作を行った。

まず、成形型３１０中に、アルミナ粒子を主成分とする泥しょうを流し入れた。この状態で、成形型に水分を吸い込ませ、成形型３１０の内面に、セラミックスの成形体を形成させた。その後、余分な泥しょうを排出した。これにより、成形型３１０の内面に沿った形状の成形体が得られた。

この際、泥しょうを注ぎ入れてから、成形体が所定の厚み（２．５ｍｍ）に達するまでの時間を測定したところ、要した時間は５分であった。

次に、このようにして形成された成形体を含む成形型３１０を、マイクロ波加熱装置（ＭＷ−Ｈｅａｔｅｒ、美濃窯業株式会社製）に入れ、１４００℃で２時間焼成した。その後、成形型３１０からアルミナ製品を取り外した。

図５には、このような工程を経て得られたアルミナ製品の形状を示す。得られたアルミナ製品４６０は、全長Ｌ４が１２８ｍｍ、幅Ｗ４が８０ｍｍ、高さＤ４が１２ｍｍのボート状の形状であった。アルミナ製品４６０の窪み部分４６２の底面の寸法は、全長Ｌ５が１０４ｍｍであり、幅Ｗ５が５６ｍｍであった。得られたアルミナ製品４６０は、外観上均一かつ健全であり、クラック等の不具合は、認められなかった。

なお、従来の方法では、アルミナ製品の肉厚は、通常４ｍｍ程度となるが、本発明の成形型を使用することにより、アルミナ製品４６０は、２ｍｍの厚さまで薄肉化された。

成形後の成形型について観察したところ、目詰まり、変形等の不具合はなく、成形型は、再利用可能であった。

（実施例２）
以下の方法により、実施例２に係る成形型を製作した。

原料粉末には、実施例１で使用したチタン酸アルミニウム粉末に、さらに造孔剤およびアルミナ粒子を加えたものを使用した。

造孔剤には、最大直径２０μｍ、平均直径７μｍの球状のフェノール樹脂を使用した。アルミナ粒子には、粒度が粒度Ｆ９０（ＪＩＳ−Ｒ６００１）相当のものを使用した。

チタン酸アルミニウム粉末６５、フェノール樹脂１０、およびアルミナ２５を混合して、総量１００とし（全て重量比）、この混合物１００に対して、さらに、分散剤としてのポリアクリル酸アンモニウム塩を１、結合剤としてのアクリル硬化剤を２、および水を２５添加し、成形型用のスラリーを調製した（全て重量比）。

以降の手順は、実施例１と同じである。

これにより、図３に示すような直方体形状の成形型３１０が得られた。成形型の全長Ｌ１、幅Ｗ１、および高さＤ１は、それぞれ、２００ｍｍ、１４０ｍｍ、および３５ｍｍである。また、成形型３１０の成形部分（窪み部分）３１２において、開口部の全長Ｌ２および幅Ｗ２は、それぞれ、１６０ｍｍおよび１００ｍｍであり、成形部分３１２の底面の全長Ｌ３および幅Ｗ３は、それぞれ、１３０ｍｍおよび７０ｍｍであり、成形部分３１２の深さＤ２は、１５ｍｍであった。

実施例２に係る成形型のポロシティを、アルキメデス法により測定した。成形型のポロシティは、２６％であった。また、実施例２に係る成形型の気孔径分布を、水銀圧入法により測定した。

図６には、得られた結果を示す。この気孔径分布から、この成形型は、約１．１μｍおよび約９．８μｍの気孔径位置に、大きなピークを有することがわかった。前者のピークは、チタン酸アルミニウムのマイクロクラックに起因しており、後者のピークは、造孔剤の消失により生じた気孔に対応していると考えられる。

この成形型から採取したサンプルを用いて、耐熱衝撃性を測定したところ、サンプルは、６００℃において、耐熱衝撃性を示した。

この成形型３１０を、単独で１３００℃に１００時間保持した。保持前後の成形型３１０の成形部分３１２の全長Ｌ３（図３参照）の寸法変化から、成形型の寸法変化量を求めたところ、変化量は、０．８％であった。

次に、実施例２に係る成形型３１０を用いて、実際にアルミナ部品の製作を行った。アルミナ部品の製作方法は、前述の実施例１に示した方法と同じである。

実施例１の場合と同様、成形型に泥しょうを注ぎ入れてから、成形体が所定の厚み（２．５ｍｍ）に達するまでの時間を測定したところ、要した時間は３分であった。

図５には、得られたアルミナ製品の形状を示す。得られたアルミナ製品４６０は、全長Ｌ４が１２８ｍｍ、幅Ｗ４が８０ｍｍ、高さＤ４が１２ｍｍのボート状の形状であった。アルミナ製品４６０の窪み部分４６２の底面の寸法は、全長Ｌ５が１０４ｍｍであり、幅Ｗ５が５６ｍｍであった。得られたアルミナ製品４６０は、外観上均一かつ健全であり、クラック等の不具合は、認められなかった。

実施例２の成形型を用いた場合も、アルミナ製品４６０の肉厚は、２ｍｍの厚さまで薄肉化できた。

成形後の成形型について観察したところ、目詰まり、変形等の不具合はなく、成形型は、再利用可能であった。

（比較例１）
比較例１では、アルミナ製の成形型を製作した。

原料粉末となるアルミナ粉末は、ＪＩＳ−Ｒ６００１に規定されている、Ｆ１８０、Ｆ２４０、＃８００、＃３０００、および＃８０００の粒度の粉末を、表１に示す配合比で混合することにより、調製した。

さらに、このアルミナ混合粉末１００に対して、分散剤としてのポリアクリル酸アンモニウム塩を１、結合剤としてアクリル硬化剤を２、および水を１３を加え（全て重量比）、スラリーを調製した。

スラリーの成形以降の工程は、前述の実施例１の場合と同様である。

これにより、図３に示すような直方体形状の成形型が得られた。成形型の全長Ｌ１、幅Ｗ１、および高さＤ１（図３参照）は、それぞれ、２００ｍｍ、１４０ｍｍ、および３５ｍｍである。また、成形型の成形部分（窪み部分）において、開口部の全長Ｌ２および幅Ｗ２は、それぞれ、１６０ｍｍおよび１００ｍｍであり、成形部分の底面の全長Ｌ３および幅Ｗ３は、それぞれ、１３０ｍｍおよび７０ｍｍであり、成形部分の深さＤ２は、１５ｍｍであった（図３参照）。

成形型のポロシティは、アルキメデス法による測定の結果、２４％であった。また、水銀圧入法により、成形型の気孔径分布を測定した結果、この成形型は、約１．６μｍの気孔径位置に、大きなピークを有することがわかった。

この成形型から採取したサンプルを用いて、耐熱衝撃性を測定したところ、サンプルは、３００℃では、耐熱衝撃性を示したものの、３５０℃においては、耐熱衝撃性を示さなかった。

この比較例１に係る成形型を、単独で１３００℃に１００時間保持した。保持前後の成形型の成形部分の全長Ｌ３（図３参照）の寸法変化から、成形型の寸法変化量を求めたところ、変化量は、３．８％であった。

次に、比較例１に係る成形型を用いて、実際にアルミナ部品の製作を試みた。アルミナ部品の製作方法は、前述の実施例１に示した方法と同じである。

実施例１の場合と同様、成形型に泥しょうを注ぎ入れてから、成形体が所定の厚み（２．５ｍｍ）に達するまでの時間を測定したところ、要した時間は３分であった。

次に、成形体が収容された状態のまま、比較例１に係る成形型をマイクロ波加熱装置（ＭＷ−Ｈｅａｔｅｒ、美濃窯業株式会社製）に入れ、１４００℃で２時間の焼成処理を試みた。しかしながら、この場合、成形型および成形体は、十分に加熱されず、アルミナ製品を得ることはできなかった。

（比較例２）
実施例２と同様の方法により、比較例２に係るセラミックス成形型を製作した。

ただし、この比較例２では、チタン酸アルミニウム粉末５０、フェノール樹脂１０、およびアルミナ４０を混合して、総量１００とし（全て重量比）、この混合物１００に対して、さらに、分散剤としてのポリアクリル酸アンモニウム塩を１、結合剤としてのアクリル硬化剤を２、および水を２５添加し、成形型用のスラリーを調製した（全て重量比）。

以降の手順は、実施例２と同じである。

これにより、図３に示すような直方体形状の成形型３１０が得られた。成形型の全長Ｌ１、幅Ｗ１、および高さＤ１は、それぞれ、２００ｍｍ、１４０ｍｍ、および３５ｍｍである。また、成形型３１０の成形部分（窪み部分）３１２において、開口部の全長Ｌ２および幅Ｗ２は、それぞれ、１６０ｍｍおよび１００ｍｍであり、成形部分３１２の底面の全長Ｌ３および幅Ｗ３は、それぞれ、１３０ｍｍおよび７０ｍｍであり、成形部分３１２の深さＤ２は、１５ｍｍであった。

成形型のポロシティは、アルキメデス法による測定の結果、３５％であった。また、水銀圧入法により、成形型の気孔径分布を測定した結果、この成形型は、約１．１μｍおよび約２５μｍの気孔径位置に、大きなピークを有することがわかった。

次に、比較例２に係る成形型３１０を用いて、実際にアルミナ部品の製作を行った。アルミナ部品の製作方法は、前述の実施例１に示した方法と同じである。

実施例１の場合と同様、成形型に泥しょうを注ぎ入れてから、成形体が所定の厚み（２．５ｍｍ）に達するまでの時間を測定したところ、要した時間は、１０分であった。

試験後の成形型を外観観察したところ、成形型は、目詰まりを起こしており、再利用することが不可能であることがわかった。

本発明は、例えば、高温耐熱用のセラミックス製品の製造に利用することができる。

１ 従来のプロセス
１０ 成形型
２０ スラリー
３０ 成形体
４０ 耐熱部材
５０ 加熱装置
６０ セラミックス製品
１００ 本発明によるプロセス
１１０ セラミックス成形型
１２０ スラリー
１３０ 成形体
１５０ マイクロ波加熱炉
１６０ セラミックス製品
３１０ 成形型
３１２ 成形部分
４６０ アルミナ製品。

Claims (4)

1. ポロシティが５％〜３０％であり、
   全重量に対して５０ｗｔ％以上のチタン酸アルミニウムを含むセラミックス成形型。
2. さらに、アルミナ粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載のセラミックス成形型。
3. 前記アルミナ粒子は、当該セラミックス成形型に対して、最大３０ｗｔ％含まれていることを特徴とする請求項２に記載のセラミックス成形型。
4. 気孔径分布曲線において、少なくとも０．１μｍ〜１０μｍの気孔径範囲に、少なくとも一つの存在ピークを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のセラミックス成形型。

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