JP2016145386A - セラミックス成形体の製造方法及びセラミックス焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】密度分布を均一化できるセラミックス成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックス粉末を含有する原料粉末を圧縮成形するセラミックス成形体の製造方法であって、成形助剤として、２０℃での粘度が２．０ｍＰａ・ｓ以上５０００ｍＰａ・ｓ以下で、有機物の固体粒子がコロイド状に分散した少なくとも１種の液体を前記原料粉末に添加し、前記原料粉末を金型に充填してプレス成形する成形工程を備えるセラミックス成形体の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、セラミックス粉末を原料にしたセラミックス成形体の製造方法及びセラミックス焼結体の製造方法に関する。特に、密度分布を均一化できるセラミックス成形体の製造方法に関する。

刃先交換型切削チップなどの切削工具や歯車などの機械部品に、セラミックス粉末を焼結した焼結体（焼結合金）が利用されている。セラミックス焼結体としては、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）の粉末を主原料（主成分）とする超硬合金や、主としてチタン化合物（炭化チタン（ＴｉＣ）や窒化チタン（ＴｉＮ）など）の粉末を使用したサーメットなどがある。

一般に、セラミックス焼結体は、セラミックス粉末を含有する原料粉末を圧縮成形してセラミックス成形体（圧粉体）とし、これを焼結することで製造している。セラミックス成形体の製造時における粉末の圧縮成形方法としては、原料粉末を金型に充填し、上パンチと下パンチとで加圧し、圧縮して固めるプレス成形が挙げられる。プレス成形は、安価なプレス機を使用でき、また、生産性が高い利点がある。セラミックス成形体を製造する際、粉末の成形性及び金型への充填性を向上させるため、パラフィンなどのバインダを混合して造粒することが行われている（特許文献１、２を参照）。

特開平８−７３９０２号公報 特開２０１３−１８８８５７号公報

焼結後のセラミックス焼結体において、寸法や形状にばらつきが小さく、寸法精度が高いことが望まれる。セラミックス焼結体の寸法精度が高いことで、後工程で所定の寸法や形状に仕上げる形状修正加工を省略したり簡素化したりできる。

セラミックス焼結体の寸法や形状にばらつきが生じる原因の１つに、焼結前のセラミックス成形体における密度分布のばらつきが挙げられる。セラミックス焼結体の製造時、セラミックス成形体を焼結すると体積収縮が生じる。セラミックス成形体中の密度分布が不均一であると、密度の高い部位では焼結による収縮量が小さく、密度の低い部位では焼結による収縮量が大きくなることから、焼結時に部位によって収縮量が異なるため、セラミックス焼結体の寸法や形状にばらつきが生じ易い。つまり、密度分布が不均一な成形体は、焼結時に部位による収縮量の差（ばらつき）が大きく、焼結体の寸法精度の低下を招く。したがって、セラミックス焼結体の寸法精度を高めるためには、セラミックス成形体の密度分布を均一化することが重要である。

例えば、セラミックス焼結体（例、超硬合金）からなる切削チップにおいて、成形後、或いは焼結後に研削加工などにより寸法精度を調整しない場合、切削チップの中央部に設けられた取付孔に対して各コーナーにおける刃先位置にバラツキが生じることがある。そのため、１つの切削チップで被削材を切削加工する際に使用するコーナー（刃先）を変えて連続的に加工した場合、刃先位置のバラツキによって、コーナーの変更前後で均一な加工ができず、加工精度にバラツキが発生し易い。つまり、切削チップにおいて、寸法精度を高めることは、加工精度の向上につながる。

そこで、本発明の目的の一つは、密度分布を均一化できるセラミックス成形体の製造方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、寸法精度の高いセラミックス焼結体を得ることができるセラミックス焼結体の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様に係るセラミックス成形体の製造方法は、セラミックス粉末を含有する原料粉末を圧縮成形するセラミックス成形体の製造方法である。上記セラミックス成形体の製造方法は、成形助剤として、２０℃での粘度が２．０ｍＰａ・ｓ以上５０００ｍＰａ・ｓ以下で、有機物の固体粒子がコロイド状に分散した少なくとも１種の液体を前記原料粉末に添加し、前記原料粉末を金型に充填してプレス成形する成形工程を備える。

本発明の一態様に係るセラミックス焼結体の製造方法は、セラミックス粉末を含有する原料粉末を圧縮成形した成形体を焼結するセラミックス焼結体の製造方法である。上記セラミックス焼結体の製造方法は、上記本発明の一態様に係るセラミックス成形体の製造方法により製造されたセラミックス成形体を焼結する焼結工程を備える。

上記セラミックス成形体の製造方法は、セラミックス成形体における密度分布を均一化できる。上記セラミックス焼結体の製造方法は、寸法精度の高いセラミックス焼結体を得ることができる。

実施例１で製造した超硬合金切削チップの加工精度の評価方法を説明する模式図である。

［本発明の実施形態の説明］
本発明者らは、セラミックス成形体のプレス成形について鋭意研究した結果、次の知見を得た。従来の製造方法では、添加剤としてパラフィンなどのバインダを原料粉末に混合しているが、添加剤が固体であるため、プレス成形時に原料粉末が流動することが少ない。一般には、原料粉末に固体バインダを混合して造粒した造粒粉を金型に充填して加圧することで、造粒粉が潰れて、成形体が得られる。造粒粉が一度潰れてしまうと原料粉末が動き難くなり、流動し難くなるため、プレス成形時に成形体中の密度分布が不均一になり易い。そこで、本発明者らは、セラミックス成形体の密度分布を均一化するため、プレス成形時における原料粉末の流動性を改善することを考えた。そして、本発明者らは、原料粉末に特定の粘度の液体を添加することにより、プレス成形時の原料粉末の流動性を改善でき、成形体の密度分布を均一化できることを見出した。

更に、本発明者らが鋭意研究を重ねたところ、原料粉末に添加する上記液体に有機物の固体粒子がコロイド状に分散した液体を用いると、セラミックス成形体を焼結したセラミックス焼結体において、ポア（巣）の形成を抑制できることを見出した。これは、次のような理由が考えられる。液体を添加してプレス成形したセラミックス成形体の内部には液体が含まれており、この液体は成形後の脱脂処理や焼結した際に分解され、揮発して除去される。その際、液体が瞬間的に分解するため、焼結体中にポアが形成され易い。一方で、固体粒子が分散した液体の場合でも、プレス成形時に液体と共に固体粒子が成形体中に行き渡る。固体粒子は、脱脂処理や焼結した際に分解される温度や分解にかかる時間が液体と異なり、成形体中から徐々に除去される。そのため、液体が一定温度で瞬間的に分解・揮発することによるポアの形成を抑制でき、固体粒子が分散した液体を用いた場合、液体のみの場合に比べて、焼結体中にポアが形成され難い。ポアは、組織欠陥であり、強度低下などの原因となり得るため、焼結体工具（例、超硬工具）において品質上重要な指標の１つである。本発明は以上の知見に基づいてなされたものである。最初に、本発明の実施態様を列記して説明する。

（１）本発明の一態様に係るセラミックス成形体の製造方法は、セラミックス粉末を含有する原料粉末を圧縮成形するセラミックス成形体の製造方法である。上記セラミックス成形体の製造方法は、成形助剤として、２０℃での粘度が２．０ｍＰａ・ｓ以上５０００ｍＰａ・ｓ以下で、有機物の固体粒子がコロイド状に分散した少なくとも１種の液体を前記原料粉末に添加し、前記原料粉末を金型に充填してプレス成形する成形工程を備える。

上記セラミックス成形体の製造方法によれば、原料粉末に上記特定の粘度を有する液体を添加することで、プレス成形時に原料粉末が流動することにより、セラミックス成形体の密度分布を均一化できる。したがって、セラミックス成形体を焼結したセラミックス焼結体において、寸法精度を高めることができる。液体の粘度が２．０ｍＰａ・ｓ以上であることで、金型のクリアランスから液体が流出することを抑制でき、流動性の改善効果が発揮される。液体の粘度が５０００ｍＰａ・ｓ以下であることで、原料粉末が流動し易く、流動性の改善効果が得られ易い。更に、有機物の固体粒子がコロイド状に分散した液体を用いることで、プレス成形後、セラミックス成形体を脱脂処理や焼結した際に、液体が一定温度で瞬間的に分解・揮発することによるポアの形成を抑制できる。つまり、セラミックス成形体を焼結したセラミックス焼結体において、組織欠陥であるポアを低減できる。ここでいう「固体粒子がコロイド状に分散した液体」とは、微細な固体粒子が液体中に分散した液体のことであり、長時間放置しても固体粒子が沈降・分離することがなく、長時間に亘り分散状態が安定して維持されるものをいう。

（２）上記セラミックス成形体の製造方法の一形態として、上記液体を、上記原料粉末に対して１０体積％以上４０体積％以下の割合で添加することが挙げられる。

原料粉末に上記特定の割合で液体を添加することで、流動性の改善効果が十分に得られ易く、生産性に優れる。液体の添加量が１０体積％以上であることで、原料粉末が十分に流動でき、流動性の改善効果が十分に得られる。液体の添加量が４０体積％以下であることで、プレス成形時、或いは、例えばプレス成形後に脱脂処理する際など、成形体に亀裂が発生することを抑制できる。

（３）上記セラミックス成形体の製造方法の一形態として、上記セラミックス粉末がＷＣ粉末であることが挙げられる。

上記形態によれば、主原料としてＷＣ粉末を含有するセラミックス成形体を製造できる。この成形体を焼結することで、ＷＣ粉末を主成分とするセラミックス焼結体、例えば超硬合金を製造できる。

（４）上記セラミックス粉末がＷＣ粉末である上記セラミックス成形体の製造方法の一形態として、上記原料粉末として、周期表４，５，６族元素から選ばれる少なくとも１種の金属と、Ｃ，Ｎ，Ｏ及びＢから選ばれる少なくとも１種の元素との化合物の粉末、及び鉄族金属の粉末を含有することが挙げられる。

上記形態によれば、ＷＣ粉末の他、周期表４，５，６族元素から選ばれる少なくとも１種の金属と、Ｃ，Ｎ，Ｏ及びＢから選ばれる少なくとも１種の元素との化合物の粉末と、及び鉄族金属の粉末を含有するセラミックス成形体を製造できる。この成形体を焼結することで、ＷＣ粒子と、周期表４，５，６族元素から選ばれる少なくとも１種の金属と、Ｃ，Ｎ，Ｏ及びＢから選ばれる少なくとも１種の元素との化合物（但し、ＷＣを除く）と、鉄族金属を含有する結合相と、不可避的不純物を有する組成からなる超硬合金を製造できる。ＷＣの他、上記金属の化合物を添加することで、超硬合金の耐摩耗性や耐熱性を改善できる。ここでいう「化合物」とは、主として、上記金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、硼化物などであり、化合物には、これらの固溶体も含まれる。

（５）本発明の一態様に係るセラミックス焼結体の製造方法は、セラミックス粉末を含有する原料粉末を圧縮成形した成形体を焼結するセラミックス焼結体の製造方法である。上記セラミックス焼結体の製造方法は、上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の本発明の一態様に係るセラミックス成形体の製造方法により製造されたセラミックス成形体を焼結する焼結工程を備える。

上記セラミックス焼結体の製造方法によれば、上述のセラミックス成形体を焼結することで、寸法精度の高いセラミックス焼結体を得ることができる。また、内部にポアが少ない高品質なセラミックス焼結体を得ることができる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係るセラミックス成形体の製造方法及びセラミックス焼結体の製造方法の具体例を以下に説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

（原料粉末）
まず、用意する原料粉末について説明する。原料粉末は、セラミックス粉末を含有する。

（セラミックス粉末）
セラミックス粉末の種類は適宜選択できる。セラミックス粉末としては、例えば、ＷＣ粉末、ＴｉＣやＴｉＮなどのＴｉ化合物粉末、Ａｌ_２Ｏ_３粉末などが挙げられる。超硬合金の場合は、主原料としてＷＣ粉末を含有する。サーメットの場合は、主原料としてＴｉ化合物粉末を含有する。また、超硬合金の場合、ＷＣ粉末の他、周期表４，５，６族元素から選ばれる少なくとも１種の金属と、Ｃ，Ｎ，Ｏ及びＢから選ばれる少なくとも１種の元素との化合物（固溶体を含む）の粉末を添加してもよい。金属としては、Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ及びＣｒなどが挙げられ、具体的な化合物としては、ＴｉＣ，ＴａＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴａＮ，ＴａＣＮ，ＺｒＣ，ＺｒＮ，ＺｒＣＮ，ＮｂＣ，ＶＣ及びＣｒ_３Ｃ_２などが挙げられる。サーメットの場合、ＴｉＣ粉末やＴｉＮ粉末の他、例えば、ＴｉＣＮ，ＷＣ，Ｍｏ_２Ｃ，ＴａＣ，ＴａＮ，ＺｒＣ，ＺｒＮ，ＮｂＣ，ＶＣ及びＣｒ_３Ｃ_２から選択される少なくとも１種の化合物の粉末を添加してもよい。

（その他の原料）
原料粉末には、セラミックス粉末の他、焼結後に結合相となる金属粉末を含有してもよい。金属粉末としては、例えば、鉄族金属（ＣｏやＮｉ）の粉末などが挙げられる。

原料粉末の組成（各粉末の配合割合）は適宜選択できる。超硬合金やサーメットの場合、原料粉末中、主原料であるセラミックス粉末（例、超硬合金の場合のＷＣ粉末や、サーメットの場合のＴｉ化合物粉末）を５０質量％以上、例えば７０質量％以上含有することが挙げられる。セラミックス粉末の含有量は、好ましくは７５質量％以上、８０質量％以上、８５質量％以上である。セラミックス粉末の含有量の上限は、特に限定されないが、例えば９７質量％以下、９５質量％以下とすることが挙げられる。また、上記化合物の粉末を含有する場合、上記化合物粉末の含有量は、例えば１質量％以上１５質量％以下とすることが挙げられる。

また、原料粉末の粒径（各粉末の平均粒径）は、特に限定されないが、例えば０．２μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上１０μｍ以下とすることが挙げられる。ここでいう「粒径」とは、フィッシャーサブシーブサイザー（ＦＳＳＳ）法による平均粒径（ＦＳＳＳ径）のことである。超硬合金やサーメットの場合、原料粉末には公知のものを利用できる。

（添加剤）
原料粉末には、バインダや潤滑剤などの添加剤を適宜加えてもよい。バインダとしては、例えばパラフィン、ポリエチレングリコールなど、潤滑剤としては、例えばステアリン酸、シリコーンオイルなどが挙げられる。バインダや潤滑剤などの添加剤の含有量は適宜選択できる。バインダや潤滑剤のそれぞれの含有量は、例えば１質量％以上１０質量％以下とすることが挙げられる。バインダや潤滑剤の含有量は、５質量％以下とすることが可能である。

原料粉末に複数種の粉末を使用したり、原料粉末に上記添加剤を添加したりする場合は、適宜混合するとよい。混合は、例えばボールミルやアトライターなど、湿式、乾式を問わず、公知の混合装置を利用できる。混合後、原料粉末を造粒してもよい。通常、原料粉末を造粒すると、プレス成形の際に造粒粉が破壊されて流動性が低下する。後述するように、本発明の実施形態に係るセラミックス成形体の製造方法では、成形助剤となる液体を原料粉末に添加しており、プレス成形時において液体が存在することで原料粉末の流動性が助長される。そのため、造粒粉であっても、プレス成形時に十分な流動性が得られる。造粒は、例えばスプレードライ法など公知の造粒法を利用できる。

＜セラミックス成形体の製造方法＞
本発明の実施形態に係るセラミックス成形体の製造方法は、セラミックス粉末を含有する原料粉末を圧縮成形することで、セラミックス成形体を製造する。セラミックス成形体の製造方法は、成形助剤として、２０℃での粘度が２．０ｍＰａ・ｓ以上５０００ｍＰａ・ｓ以下で、有機物の固体粒子がコロイド状に分散した少なくとも１種の液体を原料粉末に添加し、原料粉末を金型に充填してプレス成形する成形工程を備える。実施形態に係るセラミックス成形体の製造方法は、原料粉末に上記特定の液体を添加することを特徴の１つとする。以下、成形工程について、詳しく説明する。

（液体）
成形助剤として原料粉末に添加する液体は、有機物の固体粒子がコロイド状に分散した液体であり、液体の分散媒中に、分散質として有機物の固体粒子が分散したものである。

（液体の粘度）
液体の粘度は、２０℃において、２．０ｍＰａ・ｓ以上５０００ｍＰａ・ｓ以下である。好ましい液体の粘度は、例えば、２０℃において、１０ｍＰａ・ｓ以上４０００ｍＰａ・ｓ以下、更に２０ｍＰａ・ｓ以上、特に５０ｍＰａ・ｓ以上２０００ｍＰａ・ｓ以下である。

（液体の添加量）
液体の添加量は、原料粉末に対して１０体積％以上４０体積％以下が好ましい。より好ましい液体の添加量は、例えば、原料粉末に対して１５体積％以上３０体積％以下である。

（有機物の固体粒子の種類）
有機物の固体粒子（分散質）は、脱脂処理や焼結する際にその温度で分解して揮発することで、残存して異物にならないものを選択するとよい。有機物の分解温度は、焼結温度以下、例えば１０００℃以下であることが挙げられる。有機物の分解温度が高いと、分解に時間がかかり、残存し易くなることから、有機物の分解温度は５００℃以下が好ましい。分散質の具体例としては、例えばパラフィンワックス（炭化水素）や、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィンなどの樹脂及びこれらの樹脂の変性樹脂、並びにこれらの樹脂及び変性樹脂のエマルションなどが挙げられる。

（有機物の固体粒子の添加量）
有機物の固体粒子（分散質）の添加量は、液体（分散媒）中に分散している状態で、液体が上記特定の粘度を満たす範囲とする。有機物の固体粒子の添加量が少な過ぎると、ポア形成抑制効果が得られ難いことから、有機物の固体粒子の添加量は、例えば、液体中に質量割合で１０％以上、更に４０％以上が好ましい。有機物の固体粒子の添加量は、液体中にコロイド状に分散でき、かつ、液体が上記特定の粘度を満たす範囲であればよく、上限は特に設けない。

（有機物の固体粒子のサイズ）
有機物の固体粒子（分散質）のサイズは、液体（分散媒）中にコロイド状に分散するサイズであり、例えば平均粒子径が１ｎｍ以上１μｍ以下程度であることが挙げられる。有機物の固体粒子の平均粒子径が１μｍを超え、サイズが大きくなり過ぎると、沈降して分散状態が維持され難いため、平均粒子径の上限は１μｍ以下が好ましい。ここでいう「有機物の固体粒子の平均粒子径」とは、レーザー回折粒径分布測定装置で測定したモード径のことである。

（分散媒の種類）
分散媒は、有機液体を用いることが好ましく、分散媒の具体例としては、例えばグリセリン、プロピレングリコール、エチレングリコール、プロパノール、ペンタエリトリトールなどが挙げられる。２０℃でのグリセリン（１００％）の粘度は約１５００ｍＰａ・ｓ、プロピレングリコールの粘度は５６ｍＰａ・ｓ、エチレングリコールの粘度は２３．５ｍＰａ・ｓである。その他、エタノールやエタノール水溶液を用いることもできる。２０℃でのエタノール（１００％）の粘度は１．２ｍＰａ・ｓであるが、有機物の固体粒子（分散質）を添加することで粘度を上げることが可能である。使用する分散媒は１種類でもよいし、２種類以上を併用してもよい。２種類以上の分散媒を併用することで、液体（分散媒）の粘度を調整することが可能である。分散媒は、有機物の固体粒子が分散している状態で、上記特定の粘度を満たすものを選択するとよい。

（液体の添加方法）
液体の添加方法は、特に問わない。例えば、原料粉末を金型に充填する前に、予め原料粉末に液体を加えて混合・混練しておいたり、原料粉末を金型に充填した後、液体を滴下などして金型へ注入したりすることなどが挙げられる。原料粉末に液体を滴下などして添加する方法であっても、原料粉末に液体が浸透し、またプレス成形時の圧力によって原料粉末全体に液体が行き渡ることから、原料粉末の流動性が改善される。

（プレス成形）
成形工程では、上述した原料粉末をプレス成形して、所定の形状の成形体（圧粉体）を得る。プレス成形は、金型を用いて行う。作製する成形体の形状は、特に問わない。プレス成形の条件は、適宜設定できる。プレス成形の成形圧力は、例えば９．８ＭＰａ（０．１ｔｏｎ／ｃｍ^２）以上９８０ＭＰａ（１０ｔｏｎ／ｃｍ^２）以下、好ましくは２９．４ＭＰａ（０．３ｔｏｎ／ｃｍ^２）以上４９０ＭＰａ（５ｔｏｎ／ｃｍ^２）以下とすることが挙げられる。プレス成形条件は、公知の条件を採用できる。

＜セラミックス焼結体の製造方法＞
本発明の実施形態に係るセラミックス焼結体の製造方法は、セラミックス粉末を含有する原料粉末を圧縮成形した成形体を焼結することで、セラミックス焼結体を製造する。セラミックス焼結体の製造方法は、上述した実施形態に係るセラミックス成形体の製造方法により製造されたセラミックス成形体を焼結する焼結工程を備える。以下、焼結工程について、詳しく説明する。

（焼結）
焼結の条件は、適宜設定できる。焼結温度は、例えば１３００℃以上１６００℃以下、好ましくは１３５０℃以上１５５０℃以下とすることが挙げられる。また、焼結時の雰囲気は、例えば不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気とすることが挙げられる。真空雰囲気の場合、真空度を例えば１０ｋＰａ以下とすることが挙げられる。不活性ガス雰囲気の場合、加圧雰囲気とすることが挙げられる。上述したセラミックス成形体は、成形助剤となる液体を添加した原料粉末をプレス成形したものであり、液体を余分に含有しているため、成形体の密度の絶対値が低くなる可能性があることから、不活性ガス雰囲気中で加圧焼結を行うことが好ましい場合があると考えられる。加圧雰囲気としては、例えば３．０ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下、好ましくは５．０ＭＰａ以上１２ＭＰａ以下とすることが挙げられる。不活性ガスとしては、例えばアルゴンや窒素などが挙げられる。

＜実施形態に係る発明の効果＞
実施形態に係るセラミックス成形体の製造方法は、原料粉末に特定の粘度を有する液体を添加することにより、プレス成形時の原料粉末の流動性を改善でき、成形体の密度分布を均一化できる。したがって、セラミックス成形体の密度分布を均一化でき、これを焼結することで、寸法精度の高いセラミックス焼結体を得ることができる。例えば、切削工具形状のセラミックス成形体を作製し、これを焼結してセラミックス焼結体からなる切削工具を製造すれば、加工精度に優れる焼結体工具が得られる。

更に、有機物の固体粒子がコロイド状に分散した液体を用いることで、セラミックス成形体を脱脂処理や焼結した際に、ポアの形成を抑制できる。よって、セラミックス成形体を焼結したセラミックス焼結体において、ポアを低減でき、内部にポアが少ない高品質なセラミックス焼結体を得ることができる。

［実施例１］
超硬合金の原料粉末を用意して、種々の条件で切削チップ形状のセラミックス成形体を作製した。そして、これを焼結してセラミックス焼結体（超硬合金）からなる切削チップを製造し、その評価を行った。

原料粉末として、ＷＣ粉末（平均粒径１６μｍ）、ＴｉＣＮ粉末（平均粒径６μｍ）、ＴａＣ粉末（平均粒径４μｍ）、ＮｂＣ粉末（平均粒径５μｍ）、ＺｒＣＮ粉末（平均粒径３μｍ）、及びＣｏ粉末（平均粒径３μｍ）を用意した。そして、組成が、８６．５質量％ＷＣ−２．０質量％ＴｉＣＮ−１．８質量％ＴａＣ−２．０質量％ＮｂＣ−１．２質量％ＺｒＣＮ−６．５質量％Ｃｏとなるように配合して、これを主原料粉末とした。

この主原料粉末に、造粒用バインダとしてパラフィンワックス１３５Ｆを２．０質量％の割合でエタノール（溶剤）と共に添加し、混合して、原料粉末を調整した。パラフィンの添加量は、原料粉末中のパラフィンの質量割合であり、主原料粉末とパラフィンとの合計質量に対するパラフィンの質量比で表している。この原料粉末を、エタノール溶媒中、アトライターを用いて１０時間混合して混合物を得た。混合後、混合物をスプレードライ乾燥して造粒した。

造粒した原料粉末に表１に示す成形助剤を添加し、９８ＭＰａの成形圧力でプレス成形して、型番ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ−ＧＵ（住友電工ハードメタル株式会社製）形状の成形体を作製した。成形助剤の種類及び添加量は、次のとおりである。

（成形助剤の種類・添加量）
表１に示す試料Ｎｏ．１−１〜１−４及び１−１７，１−１８では、成形助剤として、プロピレングリコールの分散媒に、分散質としてパラフィンワックスエマルションを実質的に均一に分散混合した液体を用いた。この液体は、プロピレングリコール中にパラフィンワックスの固体粒子がコロイド状に分散した液体である。そして、この混合液体を原料粉末に対して表１に示す体積割合で添加した。パラフィンワックスエマルションは、パラフィンワックスを乳化剤にて水に分散させたものである。この例では、パラフィンワックスエマルションには、主成分が固体のパラフィンワックス１４０Ｆで、不揮発分（［（炭化水素＋乳化剤）／水］で求められる）が［４３質量％／５７質量％］以上［４８質量％／５２質量％］以下の範囲のものを用いた。パラフィンワックスエマルションにおけるパラフィンワックスの平均粒子径は０．２５μｍであった。

試料Ｎｏ．１−５では、成形助剤として、グリセリンの分散媒に、分散質として試料Ｎｏ．１−１と同じ上記パラフィンワックスエマルションを混合した液体を用いた。この液体は、グリセリン中にパラフィンワックスの固体粒子がコロイド状に分散した液体である。そして、この混合液体を原料粉末に対して表１に示す体積割合で添加した。

試料Ｎｏ．１−１４では、成形助剤として、エタノール水溶液を原料粉末に対して表１に示す体積割合で添加した。エタノールと水との混合比は体積比で５：５とした。
試料Ｎｏ．１−１５では、成形助剤として、プロピレングリコールを原料粉末に対して表１に示す体積割合で添加した。
試料Ｎｏ．１−１６では、成形助剤として、グリセリンを原料粉末に対して表１に示す体積割合で添加した。

試料Ｎｏ．１−１９では、成形助剤として、エタノールの分散媒に、分散質として試料Ｎｏ．１−１と同じ上記パラフィンワックスエマルションを混合した液体を用いた。この液体は、エタノール中にパラフィンワックスの固体粒子がコロイド状に分散した液体である。そして、この混合液体を原料粉末に対して表１に示す体積割合で添加した。
試料Ｎｏ．１−２０では、成形助剤として、液体のエポキシレジンの分散媒に、分散質として試料Ｎｏ．１−１と同じ上記パラフィンワックスエマルションを混合した液体を用いた。この液体は、エポキシレジン中にパラフィンワックスの固体粒子がコロイド状に分散した液体である。そして、この混合液体を原料粉末に対して表１に示す体積割合で添加した。

以上の各試料において、成形助剤に用いた液体の粘度を回転粘度計で測定した。２０℃における各液体の粘度を表１に示す。また、上述の各試料において、液体の添加は、原料粉末を金型に充填後、原料粉末の上からシリンジを用いて注入した。

試料Ｎｏ．１−１１では、原料粉末に成形助剤を添加しなかった。

試料Ｎｏ．１−１２では、成形助剤として固体のパラフィンワックス１３５Ｆを原料粉末に対して表１に示す体積割合で添加した。
試料Ｎｏ．１−１３では、成形助剤としてステアリン酸とポリプロピレンとを原料粉末に対して表１に示す体積割合で添加した。ステアリン酸とポリプロピレンとの混合比は体積比で４：６とした。

成形助剤に固体を用いた試料Ｎｏ．１−１２及び１−１３では、原料粉末を金型に充填する前に、成形助剤として添加する固体を原料粉末に混合して添加した。

上述の各試料における成形助剤の添加量は、原料粉末の体積に対する成形助剤の体積割合であり、原料粉末の体積を１００とした場合の成形助剤の体積比で表している。例えば、成形助剤の添加量が２０体積％とは、原料粉末の体積を１００としたとき、添加した成形助剤の体積が２０であることを意味する。

作製した試料Ｎｏ．１−１〜１−５及び１−１１〜１−２０の成形体を焼結して、ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ−ＧＵ形状の焼結体（超硬合金）を製造した。焼結は、３００℃まで昇温後、その温度で２時間保持した後、１４００℃まで昇温し、真空雰囲気で３０分間保持した後、冷却して行った。製造した超硬合金の基材表面に、ＣＶＤ法を用いて、ＴｉＮ（厚さ０．２μｍ）、ＴｉＣＮ（厚さ４．５μｍ）、ＴｉＢＮ（厚さ０．２μｍ）、α−Ａｌ_２Ｏ_３（厚さ４．３μｍ）、ＴｉＮ（厚さ０．１μｍ）を超硬合金の基材側からこの順番で積層した被覆膜を形成した。

以上のようにして、試料Ｎｏ．１−１〜１−５及び１−１１〜１−２０の超硬合金製の切削チップを得た。製造した各試料の超硬合金について、以下の評価を行った。ただし、試料Ｎｏ．１−１８及び１−２０については、亀裂が発生したため、評価を行わなかった。

（加工精度の評価）
各試料の切削チップについて、加工精度を評価した。切削チップを型番ＰＣＬＮＲ３２３２Ｐ１２（住友電工ハードメタル株式会社製）のホルダに取り付け、以下に示す切削条件で旋削による切削試験を実施した。

〈切削条件〉
被削材：ＳＣＭ４１５丸棒（直径φ：５０ｍｍ、長さＬ：１００ｍ）
切削速度Ｖｃ：２００ｍ／ｍｉｎ
送り量ｆ：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切込量ａｐ：１．５ｍｍ
クーラント：湿式（ＷＥＴ）

加工精度の評価方法は、次のようにして行った（図１を参照）。まず、ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ−ＧＵ形状の切削チップ１は、菱形平板状であり、菱形をなす上面及び下面の鋭角の各コーナー１１にそれぞれ刃先が形成されている。つまり、１つの切削チップに、両面合わせて４つの鋭角のコーナー（刃先）を有する。また、切削チップ１には、中央部に取付孔１５が形成されている。そして、図１に示すように、被削材２を長手方向に略等間隔に４つ（つまり、約２５ｍｍ間隔）の領域Ａ〜Ｄに分け、各領域ごとに切削チップ１の使用するコーナー１１を変更しながら、被削材２の一端から他端に向かって切削チップ１で１パス旋削する試験を行った。コーナーの変更は、領域Ａに対して上面側の一方の鋭角のコーナー→領域Ｂに対して下面側の一方の鋭角のコーナー→領域Ｃに対して上面側の他方の鋭角のコーナー→領域Ｄに対して下面側の他方の鋭角のコーナーという順に行った。旋削後、被削材２の各領域における中央部の径をノギスで測定し、領域Ａの径を基準（ゼロ点）として、領域Ｂ〜Ｄのそれぞれでの領域Ａとの径の差（絶対値）を求めた。ここでは、各試料において同一の切削チップを３つ用意し、同様の試験を３回行い、その平均値とした。その結果を表２に示す。

（超硬合金中のポアの評価）
各試料の超硬合金について、ポア（巣）を評価した。ポアの具体的な評価は、超硬合金の任意の切断面を鏡面加工し、加工面を光学顕微鏡で観察して、超硬工具協会規格ＣＩＳ００６Ｃ−２００７「超硬質合金の有孔度分類標準」に基づいて評価した。その結果を表２に示す。

表２の結果から、成形助剤として、粘度が２．０〜５０００ｍＰａ・ｓの液体を１０〜４０体積％の割合で原料粉末に添加した試料Ｎｏ．１−１〜１−５の超硬合金製の切削チップは、旋削後の被削材の各領域における径の差の最大値が２５μｍ以下であり、加工精度が高いことが分かる。加工精度は、切削チップにおいて取付孔に対する各コーナーにおける刃先位置のバラツキを示すものであり、寸法精度の指標になる。つまり、試料Ｎｏ．１−１〜１−５の超硬合金は、加工後の被削材での径の差が小さく、寸法精度が高い。よって、焼結前の成形体において、プレス成形時における原料粉末の流動性が改善され、密度分布が均一化されていると考えられる。特に、液体の添加量を１５〜３０体積％とした試料Ｎｏ．１−２，１−３，１−５は、径の差の最大値が２０μｍ以下であり、加工精度に優れ、寸法精度がより高いことから、焼結前の成形体において、プレス成形時の流動性の改善効果が高く、密度分布がより均一であると考えられる。

また、有機物の固体粒子が分散した液体を用いた試料Ｎｏ．１−１〜１−５の超硬合金は、超硬工具協会規格ＣＩＳ００６Ｃ−２００７による有孔度分類がＡ０２以下、かつＢ０２以下であり、ポアが少なく、ポアのサイズも小さいことから、品質面でも優れる。

液体の添加量が少ない試料Ｎｏ．１−１７の超硬合金は、加工精度が低いことから、寸法精度が低い。これは、液体の添加量が少ないため、流動性の改善効果が十分に得られなかったことが原因と考えられる。一方、液体の添加量が多い試料Ｎｏ．１−１８の超硬合金は、亀裂が発生しており、液体の増加は成形性の悪化を招くと考えられる。

液体の粘度が低い試料Ｎｏ．１−１９の超硬合金は、加工精度が低いことから、寸法精度が低い。これは、液体の粘度が低いため、プレス成形時に金型のクリアランスから液体が流出したことから、流動性の改善効果が十分に得られなかったことが原因と考えられる。一方、液体の粘度が高い試料Ｎｏ．１−２０の超硬合金は、亀裂が発生しており、液体の粘度が高すぎると、プレス成形時に成形体中に十分に行き渡らず、成形性の悪化を招くと考えられる。

原料粉末に成形助剤を添加しなかった試料Ｎｏ．１−１１の超硬合金は、加工精度が低いことから、寸法精度が低い。そのため、焼結前の成形体において、密度分布が不均一であると考えられる。これは、プレス成形時に原料粉末が流動し難いことが原因と考えられる。また、試料Ｎｏ．１−１１の超硬合金は、有孔度分類がＡ０４、かつＢ０４であり、ポアが多く、ポアのサイズも大きいことから、品質面で劣る。

成形助剤に固体のみを用いた試料Ｎｏ．１−１２〜１−１３の超硬合金は、加工精度が低いことから、寸法精度が低い。そのため、焼結前の成形体において、プレス成形時の原料粉末の流動性が低く、密度分布が不均一であると考えられる。また、試料Ｎｏ．１−１２〜１−１３の超硬合金は、有孔度分類がＡ０４、かつＢ０６であり、粗大なポアが多く、品質面で劣る。この結果から、固体の成形助剤の添加量が多くなると、粗大なポアが多く発生すると考えられる。

成形助剤に液体のみを用いた試料Ｎｏ．１−１４〜１−１６の超硬合金は、加工精度が高いことから、寸法精度が高い。よって、焼結前の成形体において、流動性が改善され、密度分布が均一化されていると考えられる。しかしながら、試料Ｎｏ．１−１４〜１−１６の超硬合金は、有孔度分類がＡ０４、かつＢ０２であり、試料Ｎｏ．１−１〜１−５の超硬合金に比較してポアが多く、品質面で劣る。この結果から、有機物の固体粒子が分散した液体を用いることで、ポアの形成を効果的に抑制できることが分かる。

本発明のセラミックス成形体の製造方法及びセラミックス焼結体の製造方法は、セラミックス粉末を焼結した焼結体（焼結合金）の製造に好適に利用できる。

１ 切削チップ（超硬合金）
１１ コーナー（刃先） １５ 取付孔
２ 被削材

Claims (5)

1. セラミックス粉末を含有する原料粉末を圧縮成形するセラミックス成形体の製造方法であって、
   成形助剤として、２０℃での粘度が２．０ｍＰａ・ｓ以上５０００ｍＰａ・ｓ以下で、有機物の固体粒子がコロイド状に分散した少なくとも１種の液体を前記原料粉末に添加し、前記原料粉末を金型に充填してプレス成形する成形工程を備えるセラミックス成形体の製造方法。
2. 前記液体を、前記原料粉末に対して１０体積％以上４０体積％以下の割合で添加する請求項１に記載のセラミックス成形体の製造方法。
3. 前記セラミックス粉末がＷＣ粉末である請求項１又は請求項２に記載のセラミックス成形体の製造方法。
4. 前記原料粉末として、周期表４，５，６族元素から選ばれる少なくとも１種の金属と、Ｃ，Ｎ，Ｏ及びＢから選ばれる少なくとも１種の元素との化合物の粉末、及び鉄族金属の粉末を含有する請求項３に記載のセラミックス成形体の製造方法。
5. セラミックス粉末を含有する原料粉末を圧縮成形した成形体を焼結するセラミックス焼結体の製造方法であって、
   請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のセラミックス成形体の製造方法により製造されたセラミックス成形体を焼結する焼結工程を備えるセラミックス焼結体の製造方法。

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