JP2019181930A - Ceramic powder, ceramic powder production method and production method of ceramic structure using ceramic powder - Google Patents

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Abstract

To provide a ceramic powder for obtaining a high-definition ceramic structure in a short time in the production of a ceramic structure using an additive manufacturing method in which modeling is performed by irradiating a raw material powder with laser light.SOLUTION: A ceramic powder used in an additive manufacturing method in which modeling is performed by irradiating a raw material powder with laser light, including a first particle group which consists of particles of a first inorganic compound, and whose average particle size is 10 μm or greater and 100 μm or less and a second particle group which consists of a second inorganic compound having an absorption band at the wavelength of the laser beam and having an average particle size smaller than the first particle group, and the particle included in the second particle group is disposed on a surface of the particle included in the first particle group.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、レーザー光の照射による原料粉体の熔融および凝固(原料粉体の焼結を含む)を利用した三次元造形によってセラミックス造形物を製造する際に用いる当該原料粉体、および、それを用いたセラミックス造形方法に関する。   The present invention relates to a raw material powder used when manufacturing a ceramic model by three-dimensional modeling using melting and solidification (including sintering of the raw material powder) of the raw material powder by laser light irradiation, and The present invention relates to a method for forming ceramics.

近年、レーザー光を用いた付加製造法(Additive Manufacturing、または三次元造形技術とも言う)が発展し、その技術水準が高まっている。特に金属分野では、粉末床熔融結合法(粉末積層法)の一種である選択的レーザー焼結法(Selective Laser Sintering: SLS)あるいは選択的レーザー熔融法(Selective Laser Melting: SLM)により、緻密で多様性のある造形物の製造が実現している。これらの方法はレーザー描画により原料の金属粉体を所望の形状で熔融させて結着させる、あるいは焼結させるものである。描画用レーザーとしては、YAGレーザーやファイバーレーザーなど、小型で高出力かつ低価格な近赤外領域のレーザーが専ら用いられている。   In recent years, an additive manufacturing method using laser light (also referred to as additive manufacturing or three-dimensional modeling technology) has been developed, and the technical level thereof is increasing. In particular, in the metal field, a selective laser sintering method (Selective Laser Sintering: SLS) or a selective laser melting method (Selective Laser Melting: SLM), which is a kind of powder bed fusion bonding method (powder laminating method), is dense and diverse. The production of a characteristic shaped article has been realized. In these methods, a raw metal powder is melted and bonded in a desired shape by laser drawing or sintered. As a drawing laser, a small, high-power, low-cost near-infrared laser such as a YAG laser or a fiber laser is exclusively used.

SLSあるいはSLMは、原理的にはセラミックス粉体へも適用可能である。しかしながら、一般的な絶縁性セラミックスは可視から赤外領域の光に対して透過性の高いものが多い。すなわち、原料となるセラミックス粒子はこの波長領域にあるレーザー光をほとんど吸収しない。そのため、SLSまたはSLM装置を用いてセラミックスの付加製造を行う場合には、加工部分の材料の熔融に必要な熱エネルギーと比較して過剰なパワーのレーザー光を照射する必要がある。また、その場合、照射されたレーザー光の大部分はセラミックス粒子を透過拡散するので、レーザー光のビーム径よりも大きな領域が熔融してしまい、明確な境界部の形成が困難となる。このため、従来は、SLSやSLMで高精細なセラミックス造形を行うことが困難であった。   SLS or SLM can be applied to ceramic powder in principle. However, many common insulating ceramics are highly permeable to light in the visible to infrared region. That is, the ceramic particles as a raw material hardly absorbs laser light in this wavelength region. For this reason, when ceramics are additionally manufactured using an SLS or SLM apparatus, it is necessary to irradiate laser light having an excessive power as compared with the thermal energy necessary for melting the material of the processed part. In this case, most of the irradiated laser light is transmitted and diffused through the ceramic particles, so that a region larger than the beam diameter of the laser light is melted, and it becomes difficult to form a clear boundary. For this reason, conventionally, it has been difficult to perform high-definition ceramic modeling with SLS and SLM.

このような問題に対し、例えば非特許文献1では、共晶系酸化物セラミックスのレーザー光照射による付加製造が提案されている。具体的には、Al−ZrO共晶系を用いることで造形用粉体の融点を低下させ、熔融に必要なレーザー光のパワーを低下させるというものである。この方法では、凝固の際に共晶系特有の微細構造が形成されることにより、高い機械強度を有するセラミックス構造物を造形することができるという利点もある。この方法により、ある程度の精細さの向上は見られたが、依然として表面突起物が多数発生するなど、造形精度はまだ十分なものではない。加えて、レーザー光によるセラミックス構造物の造形は、金属と比較して伝熱速度や反応速度が遅いために、時間がかかるという問題もある。 For such a problem, for example, Non-Patent Document 1 proposes an additive manufacturing of eutectic oxide ceramics by laser light irradiation. Specifically, the Al 2 O 3 —ZrO 2 eutectic system is used to lower the melting point of the molding powder and to reduce the power of laser light necessary for melting. This method also has an advantage that a ceramic structure having high mechanical strength can be formed by forming a fine structure peculiar to a eutectic system during solidification. Although this method has improved the fineness to some extent, the modeling accuracy is still not sufficient, such as a large number of surface protrusions. In addition, the modeling of the ceramic structure by the laser beam has a problem that it takes time because the heat transfer rate and the reaction rate are slower than those of the metal.

Physics Procedia 5 (2010) 587−594Physics Procedia 5 (2010) 587-594

本発明はこのような課題を解決するものであり、SLSおよびSLM装置によるセラミックス構造物の付加製造において、高精細なセラミックス構造物を短時間で得るためのセラミックス原料粉体を提供する。また、そのような原料粉体の製造方法およびそのような原料粉体を使用して高精細なセラミックス構造物を得るための方法を提供する。   This invention solves such a subject, and provides the ceramic raw material powder for obtaining a high-definition ceramic structure in a short time in the addition manufacture of the ceramic structure by an SLS and an SLM apparatus. Moreover, the manufacturing method of such raw material powder and the method for obtaining a high-definition ceramic structure using such raw material powder are provided.

本発明の第1の局面によれば、レーザー光を原料粉体に照射して造形を行う付加造形法に用いられるセラミックス粉体であって、第一の無機化合物の粒子からなり平均粒子径が10μm以上100μm以下である第一の粒子群と、前記レーザー光の波長に吸収帯を有する第二の無機化合物の粒子からなり平均粒子径が前記第一の粒子群より小さい第二の粒子群とを含み、前記第二の粒子群に含まれる粒子は、第一の粒子群に含まれる粒子の表面に配置されている、セラミックス粉体が提供される。   According to the first aspect of the present invention, there is provided a ceramic powder used in an additive molding method in which modeling is performed by irradiating a raw material powder with a laser beam, and the average particle diameter is made of particles of a first inorganic compound. A first particle group of 10 μm or more and 100 μm or less, and a second particle group comprising particles of a second inorganic compound having an absorption band at the wavelength of the laser beam, and an average particle diameter smaller than the first particle group; A ceramic powder is provided in which the particles contained in the second particle group are disposed on the surfaces of the particles contained in the first particle group.

本発明の第2の局面によれば、上に述べたセラミックス粉体の製造方法であって、前記第一の粒子群に含まれる粒子の表面を、前記第二の粒子群の前駆体となる金属成分含有液で覆う工程と、該金属成分含有液で覆われた前記第一の粒子群に含まれる粒子を加熱して、該粒子の表面部に前記第二の粒子群に含まれる粒子を配置する工程とを、少なくとも有する、セラミックス粉体の製造方法が提供される。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for producing a ceramic powder as described above, wherein the surface of the particles contained in the first particle group becomes a precursor of the second particle group. A step of covering with a metal component-containing liquid, and heating the particles contained in the first particle group covered with the metal component-containing liquid, whereby the particles contained in the second particle group are formed on the surface of the particles. There is provided a method for producing ceramic powder having at least a step of arranging.

本発明の第3の局面によれば、レーザー光を原料粉体に照射して造形を行う付加造形法を用いたセラミックス構造物の製造方法であって、(i)上に述べたセラミックス粉体をレーザー照射部に配置する工程と、(ii)該レーザー照射部に配置されたセラミックス粉体に選択的にレーザー光を照射することにより、該セラミックス粉体の該レーザー光が照射された部位を熔融させた後に凝固させる工程とを有し、前記工程(i)および(ii)を繰り返すことによりセラミックス構造物を製造する、セラミックス構造物の製造方法が提供される。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a ceramic structure using an additive modeling method in which modeling is performed by irradiating a raw material powder with laser light, wherein (i) the ceramic powder described above And (ii) selectively irradiating the ceramic powder disposed in the laser irradiation portion with laser light to thereby irradiate the portion of the ceramic powder irradiated with the laser light. There is provided a method for producing a ceramic structure, which comprises a step of solidifying after melting and producing a ceramic structure by repeating the steps (i) and (ii).

本発明のセラミックス粉体にレーザー光を照射するための装置の一例を示す断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the apparatus for irradiating the ceramic powder of this invention with a laser beam. 本発明のセラミックス粉体にレーザー光を照射するための図1とは別の方式の装置の一例を示す断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the apparatus of the system different from FIG. 1 for irradiating the ceramic powder of this invention with a laser beam. 本発明および比較用のセラミックス粉体の一部を拡大して示す模式図であって、図3(a)は第二の粒子群が相対的に小さい場合、図3(b)は第二の粒子群が相対的に大きい場合を示す。FIG. 3A is an enlarged schematic diagram showing a part of the present invention and a ceramic powder for comparison. FIG. 3A shows a case where the second particle group is relatively small, and FIG. The case where a particle group is relatively large is shown. 本発明のセラミックス粉体の実施例の一部(一粒)を拡大して観察した電子顕微鏡観察像を示す写真である。It is a photograph which shows the electron microscope observation image which expanded and observed a part (one grain) of the Example of the ceramic powder of this invention.

以下、本発明を実施するための形態について説明する。
本発明は、レーザー光を用いた付加製造技術によってセラミックス構造物(造形物)を得るための原料粉体として好適に用いられる、セラミックス粉体に関する。本発明のセラミックス粉体は、セラミックス構造物の骨材となる第一の無機化合物の粒子からなる第一の粒子群と、レーザー光の吸収体である第二の無機化合物の粒子からなり平均粒子径が第一の粒子群よりも小さい第二の粒子群とを含んでいる。そして、第二の粒子群に含まれる粒子は、第一の粒子群に含まれる粒子の表面部に(通常は複数個)配置されている。このようなセラミックス粉体は、第二の粒子群によってレーザー光を吸収して昇温し、その熱を効率よく第一の粒子群に伝えることができる。その結果、レーザー光を高速で走査して熔融することが可能となり、結果として造形速度が高まる。
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
The present invention relates to a ceramic powder that is suitably used as a raw material powder for obtaining a ceramic structure (shaped object) by an additive manufacturing technique using laser light. The ceramic powder of the present invention comprises an average particle composed of a first particle group composed of particles of a first inorganic compound serving as an aggregate of a ceramic structure, and particles of a second inorganic compound serving as a laser beam absorber. And a second particle group having a diameter smaller than that of the first particle group. And the particle | grains contained in the 2nd particle group are arrange | positioned in the surface part of the particle | grains contained in the 1st particle group (normally plural). Such ceramic powder absorbs laser light by the second particle group and raises the temperature, and can efficiently transfer the heat to the first particle group. As a result, the laser beam can be scanned and melted at a high speed, and as a result, the modeling speed is increased.

本発明のセラミックス粉体は、以下の特徴を有する。
(1)レーザー光の照射により熔融および凝固が生ずる。これにより、セラミック構造物を構成することができる。
(2)第一の無機化合物の粒子からなり平均粒子径が10μm以上100μm以下である第一の粒子群を含んでいる。
(3)第二の無機化合物の粒子からなり平均粒子径が第一の粒子群より小さい第二の粒子群を含んでいる。
(4)第二の粒子群に含まれる粒子は、第一の粒子群に含まれる粒子の表面に配置され、第二の無機化合物は、レーザー光の波長に吸収帯を有する吸収体である。
以下、それぞれの特徴について詳述する。
The ceramic powder of the present invention has the following characteristics.
(1) Melting and solidification occur by irradiation with laser light. Thereby, a ceramic structure can be constituted.
(2) A first particle group composed of particles of the first inorganic compound and having an average particle diameter of 10 μm or more and 100 μm or less is included.
(3) A second particle group comprising particles of the second inorganic compound and having an average particle diameter smaller than that of the first particle group is included.
(4) The particles contained in the second particle group are disposed on the surface of the particles contained in the first particle group, and the second inorganic compound is an absorber having an absorption band at the wavelength of the laser beam.
Hereinafter, each feature will be described in detail.

(特徴1)
本発明のセラミックス粉体はセラミック構造物を得るための原料であり、セラミックスを主成分として含む。また、レーザー光を照射すると照射された部位の粉体が熔融し、レーザー光の照射を止めると凝固する特性がある。なお、本発明において「熔融し凝固する」といった場合には、完全に液体(粘性流体)状になってから凝固する場合のみならず、当該粉体を構成する各粒子(の表面)が軟化して互いに結着する場合(所謂焼結する場合)をも包含する。この特性は、当該粉体が後述する特徴2、特徴3、特徴4を有することで好ましく発現される。
(Feature 1)
The ceramic powder of the present invention is a raw material for obtaining a ceramic structure, and contains ceramic as a main component. In addition, when irradiated with laser light, the powder at the irradiated part melts and solidifies when laser light irradiation is stopped. In the present invention, in the case of “melting and solidifying”, not only the case of solidifying after being completely liquid (viscous fluid), but also each particle (surface) of the powder is softened. In other words, the case of binding to each other (so-called sintering) is also included. This characteristic is preferably manifested when the powder has features 2, 3, and 4 described later.

使用するレーザーの種類に制限はないが、金属の三次元造形装置に用いられているレーザーが、そのまま使用可能である。例えば、SLS装置やSLM装置で用いられている、小型高出力で比較的安価なファイバーレーザーやYAGレーザーなどの固体レーザーを用いることができる。一般的な固体レーザーの発振波長は800nmから1200nmであり、これは所謂近赤外領域(0.75〜2.5μm)に含まれる。レーザーの発振方式は、連続発振でもパルス発振でも良い。   Although there is no restriction | limiting in the kind of laser to use, The laser used for the metal three-dimensional modeling apparatus can be used as it is. For example, it is possible to use a solid laser such as a small-sized, high-output, relatively inexpensive fiber laser or YAG laser used in an SLS apparatus or an SLM apparatus. The oscillation wavelength of a general solid-state laser is 800 nm to 1200 nm, and this is included in the so-called near infrared region (0.75 to 2.5 μm). The laser oscillation method may be continuous oscillation or pulse oscillation.

高精細なセラミックス構造物(造形物)を得ようとする場合には、レーザー光の照射径は10μm以上200μm以下であることが好ましい。一方、造形速度を重視して短時間で大きな造形物を得ようとする場合には、レーザー光の照射径は200μm以上2000μm以下であることが好ましい。   In order to obtain a high-definition ceramic structure (modeled object), the laser beam irradiation diameter is preferably 10 μm or more and 200 μm or less. On the other hand, when an attempt is made to obtain a large shaped article in a short time with an emphasis on the shaping speed, the irradiation diameter of the laser light is preferably 200 μm or more and 2000 μm or less.

図1は、本発明のセラミックス粉体にレーザー光を照射するための装置の一例を示す概略断面図である。図1は、粉末床熔融結合法の一種である選択的レーザー焼結法(SLS)の場合の装置構成である。この方式は、粉末ベッド直接造形方式とも呼ばれる。図1の装置は、粉末升11、造形ステージ部12、リコーター部13、スキャナ部14、レーザー15から構成される。粉末升11に本発明のセラミックス粉体を充填する。粉末升11と造形ステージ部12は上下方向に移動する機構があり、リコーター部13によって粉末升11から造形ステージ部12にセラミックス粉体を移送することができる。造形ステージ部12においては、目的とするセラミックス造形物の最大水平断面より広い領域にセラミックス粉体を敷き詰めるようにする。   FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an apparatus for irradiating a ceramic powder of the present invention with laser light. FIG. 1 shows an apparatus configuration in the case of selective laser sintering (SLS), which is a kind of powder bed fusion bonding method. This method is also called a powder bed direct modeling method. The apparatus shown in FIG. 1 includes a powder basket 11, a modeling stage unit 12, a recoater unit 13, a scanner unit 14, and a laser 15. The powder basket 11 is filled with the ceramic powder of the present invention. The powder basket 11 and the modeling stage unit 12 have a mechanism that moves in the vertical direction, and the recoater unit 13 can transfer the ceramic powder from the powder basket 11 to the modeling stage unit 12. In the modeling stage unit 12, the ceramic powder is spread over an area wider than the maximum horizontal section of the target ceramic model.

続いて、レーザー15とスキャナ部14によって、造形ステージ部12にあるセラミックス粉体(最上の1層分)のうち凝固させたい箇所にレーザー光を照射して描画を施す。レーザー光が照射された部分のセラミックス粉体は、第二の粒子群がレーザー光を吸収してエネルギーを熱に換え、第二の粒子群が熔融するとともに、その熱が伝わって第一の粒子群が熔融する。レーザー光の照射部が別の箇所に移ると、熔融部は冷却されて凝固する。このプロセスにより、1層の造形物が得られる。熔融しなかった部分のセラミックス粉体は同じ層に残存する。この層の上に新たに1層分のセラミックス粉体を敷き詰めてレーザー光を照射し、任意の箇所の粉体を熔融および凝固させることで、先に造形した造形物と一体となった造形物が形成される。このような工程を繰り返すことで任意の立体形状を有するセラミックス構造物(造形物)を製造することができる。   Subsequently, the laser 15 and the scanner unit 14 perform drawing by irradiating a portion of the ceramic powder (for the uppermost layer) on the modeling stage unit 12 to be solidified with laser light. The ceramic powder in the portion irradiated with the laser light has the second particle group that absorbs the laser light and changes its energy to heat, and the second particle group melts and the heat is transmitted to the first particle. The group melts. When the laser beam irradiation part moves to another location, the melted part is cooled and solidified. By this process, a one-layer shaped object is obtained. The portion of the ceramic powder that was not melted remains in the same layer. One layer of ceramic powder is laid on this layer and irradiated with laser light to melt and solidify the powder at any location, so that it is integrated with the previously modeled object. Is formed. By repeating such steps, a ceramic structure (modeled object) having an arbitrary three-dimensional shape can be manufactured.

図2は、本発明のセラミックス粉体にレーザー光を照射するための別の方式の装置の一例を示す断面概略図である。図2は、指向エネルギー堆積法、または、クラッディング方式と呼ばれる造形方式を説明する図である。クラッディングノズル21は、複数の粉体供給孔22を有しており、この粉体供給孔22から本発明のセラミックス粉体を所望の流量で噴出させる機能を有する。この噴出されたセラミックス粉体のビームが焦点を結ぶ領域にレーザー23を照射して、基体20の所望の箇所にセラミックス造形物を付加的に設けることができる。すなわち、この場合には、セラミックス粉体はクラッディングノズル21からレーザー照射部に噴出(配置)され、上記(焦点を結ぶ)領域において選択的にレーザー光の照射を受けることになる。この方式では、粉末積層法とは異なり、曲面の上に造形できるという利点がある。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of another type of apparatus for irradiating the ceramic powder of the present invention with laser light. FIG. 2 is a diagram for explaining a modeling method called a directed energy deposition method or a cladding method. The cladding nozzle 21 has a plurality of powder supply holes 22 and has a function of ejecting the ceramic powder of the present invention from the powder supply holes 22 at a desired flow rate. A laser molded object can be additionally provided at a desired location of the substrate 20 by irradiating the laser 23 to a region where the ejected ceramic powder beam is focused. That is, in this case, the ceramic powder is ejected (arranged) from the cladding nozzle 21 to the laser irradiation unit and selectively irradiated with the laser beam in the above-described (focused) region. This method has an advantage that it can be shaped on a curved surface, unlike the powder lamination method.

(特徴2)
本発明のセラミックス粉体は、平均粒子径が10μm以上100μm以下である第一の粒子群を含んでいる。セラミックス造形物の骨材となる第一の粒子群の大きさを平均で10μm以上100μm以下とすることで、造形時のリコーター部やクラッディングノズルによる粉体移送に求められる流動性(例えば40秒/50g以下)を満たし、かつ、造形物に十分な強度を持たせることができる。同じ観点において、より好ましい第一の粒子群の平均粒子径は、15μm以上40μm以下である。第一の粒子群に含まれる各粒子は、流動性の観点で球形であることが好ましいが、不定形、あるいは板状、針状等の異方性のある形状であっても良い。平均粒子径は、粉体の顕微鏡写真から投影像の円相当径として算出することができる。例えば、粉体を構成する100個以上の第一の粒子群に含まれる粒子をランダムに選定し、表面部に配置された第二の粒子群に含まれる粒子を除いた円相当径の値を各粒子について求めて平均化することで、平均粒子径を得ることができる。各粒子の大きさにばらつきある場合は、観察倍率の異なる顕微鏡写真を組み合わせても良いが、各々の第一の粒子の円相当径の分散が小さく、99個数%以上の粒子の粒子径(円相当径)が10μm以上100μm以下であるとより好ましい。
(Feature 2)
The ceramic powder of the present invention includes a first particle group having an average particle diameter of 10 μm or more and 100 μm or less. By setting the average size of the first particle group to be an aggregate of the ceramic shaped article to 10 μm or more and 100 μm or less on average, the fluidity required for powder transfer by the recoater unit or the cladding nozzle during shaping (for example, 40 seconds) / 50 g or less), and the molded article can have sufficient strength. From the same viewpoint, the more preferable average particle diameter of the first particle group is 15 μm or more and 40 μm or less. Each particle included in the first particle group is preferably spherical from the viewpoint of fluidity, but may be indeterminate or an anisotropic shape such as a plate shape or a needle shape. The average particle diameter can be calculated as a circle-equivalent diameter of the projected image from a micrograph of the powder. For example, particles included in 100 or more first particle groups constituting the powder are selected at random, and the value of the equivalent circle diameter excluding the particles included in the second particle group arranged on the surface portion is determined. The average particle diameter can be obtained by obtaining and averaging for each particle. When there is variation in the size of each particle, micrographs having different observation magnifications may be combined. However, the dispersion of the equivalent circle diameter of each first particle is small, and the particle diameter (circle) of 99% by number or more is small. The equivalent diameter) is more preferably 10 μm or more and 100 μm or less.

本発明において粉体とは、孤立した粒と認識できる粒子の集合体を指す。また、粒子群は、所定の条件を満たす粒子の集合体をいう。第一の粒子群は、上記所定の平均粒子径を有していれば、単一組成の粒子から構成されていなくてもよく、互いに組成が異なる複数種類の粒子が混合されていてもよい。   In the present invention, the powder refers to an aggregate of particles that can be recognized as isolated particles. The particle group refers to an aggregate of particles that satisfy a predetermined condition. As long as the first particle group has the predetermined average particle diameter, the first particle group may not be composed of particles having a single composition, and a plurality of types of particles having different compositions may be mixed.

本発明において、無機化合物とは、水素を除く周期表1族から14族までの元素に、アンチモンおよびビスマスを加えた元素群のうち、1種類以上の元素を含有する酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、あるいはホウ化物を指す。また、無機化合物からなる粒子は1種類の無機化合物により構成されてもよく、2種類以上の無機化合物が複合化したものでもよい。無機化合物粒子を造形用粉体の主体とすることで、レーザー光を照射したときの熔融、凝固反応の結果物をセラミックス状とすることができる。   In the present invention, the term “inorganic compound” refers to an oxide, nitride, or acid containing one or more elements in an element group in which antimony and bismuth are added to elements in groups 1 to 14 of the periodic table excluding hydrogen. Refers to nitride, carbide, or boride. Moreover, the particle | grains which consist of an inorganic compound may be comprised by 1 type of inorganic compounds, and the thing which 2 or more types of inorganic compounds compounded. By using inorganic compound particles as the main constituent of the powder for modeling, the result of melting and solidification reaction when irradiated with laser light can be made into a ceramic form.

第一の粒子群に含まれる第一の無機化合物の粒子は、金属酸化物を主成分とするものからなることが望ましい。セラミックス粉体が金属酸化物を主成分とすることで、高強度の造形物を得ることができる。ここで金属酸化物とは上記元素群からホウ素、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、並びに13族(窒素族)および14族(酸素族)の元素を除いた元素群のうち、1種類以上の元素を含有する酸化物を指す。第一の粒子群に含まれる粒子は、金属酸化物の中でも、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、または酸化ジルコニウムを主成分とすることが好ましい。酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、または酸化ジルコニウムが、造形物の主成分であり、骨材となることで、機械強度、耐熱性、電気絶縁性、環境適合性に優れた造形物を作製することができる。   The particles of the first inorganic compound contained in the first particle group are preferably made of a metal oxide as a main component. When ceramic powder has a metal oxide as a main component, a high-strength shaped article can be obtained. Here, the metal oxide contains one or more kinds of elements in the element group excluding boron, carbon, silicon, germanium, and group 13 (nitrogen group) and group 14 (oxygen group) elements from the above element group. Refers to oxide. The particles contained in the first particle group are preferably composed mainly of aluminum oxide, silicon dioxide, or zirconium oxide among metal oxides. Aluminum oxide, silicon dioxide, or zirconium oxide is the main component of the modeled object, and by forming an aggregate, it is possible to manufacture a modeled article with excellent mechanical strength, heat resistance, electrical insulation, and environmental compatibility. .

第一の粒子群に含まれる粒子は、一種類の金属酸化物で構成しても良いが、他の物質と複合的に用いることで新たな機能を発現し、さらに望ましくなる場合がある。例えば、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムの組み合わせ、あるいは、酸化アルミニウムと酸化ガドリニウムや酸化イットリウムなどの希土類金属酸化物の組み合わせが挙げられる。第一の粒子群に含まれる粒子がこれらの金属酸化物の組合せで構成されていると、加温時に共晶が形成されるために一種類の金属酸化物からなる場合よりも熔融温度が低下し、レーザー光照射による熔融および凝固反応が比較的容易になる。そればかりでなく、熔融後に凝固した造形物中には共晶組織が発現し、一種類の金属酸化物からなる場合よりも機械強度が高くなることがある。その観点で、第一の粒子群に含まれる粒子は酸化アルミニウムと酸化ガドリニウムを含有していることが望ましい。また、第一の粒子群の粒子は、上記金属酸化物と窒化アルミニウムや窒化ホウ素とを含んでいてもよく、これらの組成を組み合わせて第一の粒子群として用いることで、酸化物のみで用いるよりも軽量化かつ高強度化が実現されることがある。   The particles contained in the first particle group may be composed of a single type of metal oxide, but may be more desirable if they are used in combination with other substances to develop a new function. For example, a combination of aluminum oxide and zirconium oxide, or a combination of aluminum oxide and rare earth metal oxide such as gadolinium oxide or yttrium oxide can be given. When the particles included in the first particle group are composed of a combination of these metal oxides, the eutectic is formed during heating, so that the melting temperature is lower than that of a single metal oxide. However, the melting and solidification reaction by laser light irradiation becomes relatively easy. In addition, a eutectic structure is expressed in the solidified product after melting, and the mechanical strength may be higher than that of a single metal oxide. From this viewpoint, it is desirable that the particles included in the first particle group contain aluminum oxide and gadolinium oxide. Further, the particles of the first particle group may contain the metal oxide and aluminum nitride or boron nitride, and these oxides are used only as an oxide by combining these compositions. In some cases, lighter weight and higher strength may be realized.

(特徴3)
本発明のセラミックス粉体は、第一の無機化合物の粒子からなる第一の粒子群に加えて、第二の無機化合物の粒子からなり第一の粒子群よりも平均粒子径が小さい第二の粒子群を含む。第二の無機化合物は、付加造形法に用いられる波長のレーザー光に対して光吸収能を有する。そして、第二の粒子群に含まれる粒子は、第一の粒子群に含まれる粒子の表面部に配置されている。すなわち、第一の無機化合物からなる第一の粒子群と、第二の無機化合物からなる第二の粒子群とは、互いに化学組成が異なっているが、いずれも本発明のセラミックス粉体の主成分となる。
(Feature 3)
The ceramic powder according to the present invention includes, in addition to the first particle group consisting of particles of the first inorganic compound, a second particle having an average particle diameter smaller than that of the first particle group consisting of particles of the second inorganic compound. Includes particles. The second inorganic compound has a light absorbing ability with respect to laser light having a wavelength used in the additive molding method. And the particle | grains contained in a 2nd particle group are arrange | positioned at the surface part of the particle | grains contained in a 1st particle group. That is, the first particle group made of the first inorganic compound and the second particle group made of the second inorganic compound have different chemical compositions, but both are the main components of the ceramic powder of the present invention. Become an ingredient.

第一の粒子群に含まれる粒子の表面部には、平均粒子径が第一の粒子群より小さい第二の粒子群に含まれる粒子が通常は複数個配置されている。図3(a)(b)は、本発明のセラミックス粉体を構成する、第一の粒子群に含まれる1つの粒子1と、その表面に配置された複数の第二の粒子群に含まれる粒子2または3を拡大して示す模式図である。本発明のセラミックス粉体は、図3(a)(b)のような形態の粒子が多数集まった集合体である。   In the surface portion of the particles included in the first particle group, a plurality of particles included in the second particle group whose average particle diameter is smaller than the first particle group are usually arranged. 3 (a) and 3 (b) are included in one particle 1 included in the first particle group and a plurality of second particle groups arranged on the surface thereof, which constitute the ceramic powder of the present invention. It is a schematic diagram which expands and shows the particle | grains 2 or 3. FIG. The ceramic powder of the present invention is an aggregate in which a large number of particles having a form as shown in FIGS.

図3(a)(b)において、粒子1は略球形となっているが、本発明の効果を得るための形状は特に限定されない。粒子1の表面には、多数の粒子2または3が存在しており、これら粒子2、粒子3が第二の粒子群に含まれる粒子である。本発明の効果発現に強く関わる第二の粒子群に含まれる粒子の粒子径は、平均粒子径としては第一の粒子群に含まれる粒子より小さいが、セラミックス粉体の中に、第一の粒子群に含まれる粒子と同等以上の第二の粒子群に含まれる粒子が少量混在していても構わない。その場合、必ずしも第一の粒子群に含まれる粒子の表面部に第二の粒子群に含まれる粒子が配置されているとはいえないような複合粒子が、セラミック粉体の中に少量含まれることになるが、それでも本発明の効果発現を阻害しない程度であれば問題ない。粒子径は、粉体の顕微鏡写真から投影像の円相当径として算出することができる。下記特徴4で詳細に説明するように、第二の粒子群はレーザー光を吸収して発熱する機能がある。第二の粒子群の平均粒子径が0.05μm以上2μm以下であると、粒子1への伝熱速度がさらに大きくなるため、より好ましい。   3A and 3B, the particles 1 are substantially spherical, but the shape for obtaining the effects of the present invention is not particularly limited. A large number of particles 2 or 3 are present on the surface of the particle 1, and these particles 2 and 3 are particles included in the second particle group. The particle diameter of the particles contained in the second particle group strongly related to the effect expression of the present invention is smaller than the particles contained in the first particle group as an average particle diameter. A small amount of particles contained in the second particle group equivalent to or more than the particles contained in the particle group may be present. In that case, the ceramic powder contains a small amount of composite particles that cannot necessarily be said to contain the particles contained in the second particle group on the surface of the particles contained in the first particle group. However, there is no problem as long as the effect of the present invention is not inhibited. The particle diameter can be calculated as a circle-equivalent diameter of the projected image from a micrograph of the powder. As will be described in detail in the feature 4 below, the second particle group has a function of absorbing laser light and generating heat. When the average particle diameter of the second particle group is 0.05 μm or more and 2 μm or less, the heat transfer rate to the particles 1 is further increased, which is more preferable.

図3(a)は、粒子1の表面に平均粒子径が0.05μm以上2μm以下の粒子2が配置されたときの様子を示している。粒子2の平均粒子径が0.05μm以上であると、レーザー光を照射したときの粒子2によるエネルギーの吸収効率が高くなる。他方、粒子2の平均粒子径が2μm以下であると、粒子1と粒子2の接触面積が大きくなり、粒子2から粒子1への伝熱速度が大きくなる。さらに好ましい粒子2の平均粒子径は0.05μm以上1μm未満である。   FIG. 3A shows a state in which particles 2 having an average particle diameter of 0.05 μm or more and 2 μm or less are arranged on the surface of the particles 1. When the average particle diameter of the particles 2 is 0.05 μm or more, the energy absorption efficiency by the particles 2 when irradiated with laser light is increased. On the other hand, when the average particle diameter of the particles 2 is 2 μm or less, the contact area between the particles 1 and the particles 2 increases, and the heat transfer rate from the particles 2 to the particles 1 increases. Further, the average particle diameter of the particles 2 is preferably 0.05 μm or more and less than 1 μm.

図3(b)は、本発明のセラミックス粉体を構成する第一の粒子群に含まれる1つの粒子1と、その表面に配置された複数の第二の粒子群に含まれる粒子3を示す模式図で、粒子3は図3(a)の粒子2よりも相対的に大きく、粒子3は2μmより大きい(ただし10μm未満)の粒子径を有している。図3(a)と図3(b)では、粒子2と粒子3の粒子径のみが異なり、化学組成や結晶構造は同等であるとしている。さらに、粒子1は同じものを用い、粒子1に対する粒子2または粒子3の付着量も同等の質量とする。このとき、図3(a)と図3(b)のセラミックス粉体に同じ条件でレーザー光を照射すると、それぞれのセラミックス粉末において粒子2、粒子3それぞれが発生する熱量は、ほぼ同等である。   FIG. 3B shows one particle 1 included in the first particle group constituting the ceramic powder of the present invention, and particles 3 included in the plurality of second particle groups arranged on the surface thereof. In the schematic diagram, the particle 3 is relatively larger than the particle 2 of FIG. 3A, and the particle 3 has a particle diameter larger than 2 μm (but less than 10 μm). In FIG. 3A and FIG. 3B, only the particle diameters of the particles 2 and the particles 3 are different, and the chemical composition and the crystal structure are the same. Furthermore, the same particle 1 is used, and the adhesion amount of the particle 2 or the particle 3 to the particle 1 is also set to an equal mass. At this time, when the ceramic powders in FIGS. 3A and 3B are irradiated with laser light under the same conditions, the amount of heat generated by each of the particles 2 and 3 in each ceramic powder is substantially equal.

しかしながら、図3(a)のセラミックス粉体では、粒子2と粒子1との接触面積の合計が大きいため、粒子2が発生した熱は迅速に粒子1に伝わり、高速かつ高効率に粒子1の熔融が始まる。他方、図3(b)のセラミックス粉体では、粒子3と粒子1の接触面積が相対的に小さいため、伝熱速度が遅く、周辺環境に拡散して失われる熱が多い。その結果として熔融が遅くなり、図3(a)の場合と比べると造形速度が遅くなる。   However, in the ceramic powder of FIG. 3 (a), since the total contact area between the particles 2 and the particles 1 is large, the heat generated by the particles 2 is quickly transferred to the particles 1 and the particles 1 are rapidly and efficiently processed. Melting begins. On the other hand, in the ceramic powder of FIG. 3B, since the contact area between the particles 3 and the particles 1 is relatively small, the heat transfer rate is slow and much heat is lost by diffusing to the surrounding environment. As a result, the melting is slowed down, and the molding speed is slow compared to the case of FIG.

ただし、この図3(a)と図3(b)を用いた伝熱速度の比較は、本発明の造形用粉末の範囲の中での比較であって、図3(b)の構成であっても従来の造形用粉末より短時間で造形が可能である。   However, the comparison of the heat transfer rates using FIG. 3 (a) and FIG. 3 (b) is a comparison within the range of the molding powder of the present invention, and the configuration of FIG. 3 (b). However, modeling is possible in a shorter time than conventional molding powder.

粒子2および粒子3は、粒子1の表面に接していれば本発明の効果を得られるので、吸着の強度や方式は問わない。また、粒子1と粒子2または粒子3が化学的に結合することで、粒子1の内部に粒子2または粒子3が一部滲入していても良い。   Since the effects of the present invention can be obtained if the particles 2 and 3 are in contact with the surface of the particles 1, the strength and method of adsorption are not limited. Further, the particles 1 and the particles 2 or the particles 3 may be chemically bonded to each other, so that the particles 2 or the particles 3 may partially penetrate into the particles 1.

これらの粒子2、粒子3を粒子1の表面に配置する際、粒子1に対してできるだけ高い被覆率で付着させることが望ましい。例えば、粒子1を顕微鏡で2次元的に観察した際に、粒子2または粒子3の被覆率は10面積%以上であることが望ましい。理想的な被覆率は100面積%である。   When these particles 2 and 3 are arranged on the surface of the particle 1, it is desirable to adhere to the particle 1 with as high a coverage as possible. For example, when the particle 1 is observed two-dimensionally with a microscope, the coverage of the particle 2 or the particle 3 is desirably 10 area% or more. The ideal coverage is 100 area%.

粒子1の表面には、平均粒子径が0.05μm以上2μm以下の粒子2だけでなく、粒子2と一緒に平均粒子径が2μmを超える粒子3が配置されていても良いが、粒子2による被覆面積が粒子3による被覆面積を上回っていることが好ましい。   On the surface of the particles 1, not only the particles 2 having an average particle diameter of 0.05 μm to 2 μm but also particles 3 having an average particle diameter exceeding 2 μm may be disposed together with the particles 2. It is preferable that the covering area exceeds the covering area by the particles 3.

セラミックス粉体に含まれる第一の粒子群と第二の粒子群の質量比は制限されないが、例えば、第一の粒子群に対して第二の粒子群の質量が2%以上20%以下であると、造形速度、造形精度、造形物の強度がいずれも良好となるため好ましい。以降は、粒子2と粒子3を区別せずにまとめて粒子2と記述する。   Although the mass ratio of the first particle group and the second particle group contained in the ceramic powder is not limited, for example, the mass of the second particle group is 2% or more and 20% or less with respect to the first particle group. It is preferable because the modeling speed, the modeling accuracy, and the strength of the model are all good. Hereinafter, particle 2 and particle 3 are collectively referred to as particle 2 without being distinguished from each other.

なお、本発明のセラミックス粉体は、セラミックス粉体自体、あるいはそれから形成されたセラミックス構造物の特性を改善する目的で、第一の粒子群と第二の粒子群以外の粒子群を含んでいても良い。ただし、本発明の効果を十分に得るためには、本発明のセラミックス粉体において第一の粒子群と第二の粒子群の占める割合は、合計で80質量%以上、より好ましくは90質量%以上であることが望ましい。また、本発明のセラミックス粉体において第一の粒子群のみが占める割合は、70質量%以上であることが望ましい。   The ceramic powder of the present invention contains a particle group other than the first particle group and the second particle group for the purpose of improving the characteristics of the ceramic powder itself or the ceramic structure formed therefrom. Also good. However, in order to sufficiently obtain the effects of the present invention, the ratio of the first particle group and the second particle group in the ceramic powder of the present invention is 80% by mass or more, more preferably 90% by mass. The above is desirable. In addition, the ratio of only the first particle group in the ceramic powder of the present invention is desirably 70% by mass or more.

(特徴4)
第二の粒子群は、レーザー光の波長に吸収帯を有する吸収体である第二の無機化合物の粒子で構成されている。第二の粒子群に適する吸収体は、レーザー光を効率よく吸収して、そのものの高温化を生じ、その周囲に存在する吸収能を有さない組成物にも波及して温度上昇をもたらすものである。これによりレーザー光の照射範囲における局所加熱が実現し、照射領域と非照射領域の界面部を形成し、精度の良い造形が可能となる。
(Feature 4)
The second particle group is composed of particles of a second inorganic compound that is an absorber having an absorption band at the wavelength of the laser beam. Absorbers suitable for the second group of particles are those that absorb laser light efficiently, raise the temperature of the particles themselves, and spread to the non-absorbing composition present in the surrounding area, resulting in an increase in temperature. It is. This realizes local heating in the laser light irradiation range, forms an interface between the irradiated region and the non-irradiated region, and enables accurate modeling.

第二の粒子群に含まれる第二の無機化合物の粒子は、レーザー光照射によって組成物変化が生じ、凝固後の造形物中においてそのレーザー光の吸収率がレーザー光照射前より低くなる特性を有することが好ましい。レーザー光を照射して造形プロセスが完了した後の領域において、レーザー光の吸収率が低くなっていると、その後に隣接領域にレーザー光を照射した際に造形済みの領域のセラミックスが変質することを抑えられる。   The particles of the second inorganic compound included in the second particle group undergo a composition change due to laser light irradiation, and have a characteristic that the absorption rate of the laser light is lower than that before laser light irradiation in the molded object after solidification. It is preferable to have. If the absorption rate of the laser beam is low in the area after the laser beam is irradiated and the modeling process is completed, the ceramic in the molded area will change when the laser beam is irradiated to the adjacent area after that. Can be suppressed.

第二の粒子群に含まれる第二の無機化合物の粒子は金属酸化物からなり、レーザー光の吸収率の変化は金属元素の価数の変化に起因するものであることが好ましい。価数の変化によってレーザー光の吸収率が変わると体積の変化が伴わない。それに対して、吸収体である粒子からの揮発物の放出等により吸収率が変わる場合は、体積変化の影響が大きい。レーザー光の照射によって価数が変化し、レーザー光の吸収率が低下または消失する金属酸化物の例としては、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、In、Sn、Bi、Ce、Pr、Sm、Eu、Tb、Ybの酸化物が挙げられる。これらの金属酸化物からなる粒子を複数種組み合わせて第二の粒子群として使用しても良い。   The particles of the second inorganic compound contained in the second particle group are preferably made of a metal oxide, and the change in the laser light absorptance is preferably caused by the change in the valence of the metal element. When the absorption rate of the laser beam changes due to the change in valence, the volume does not change. On the other hand, when the absorptance changes due to the release of volatiles from the particles as the absorber, the effect of volume change is large. Examples of metal oxides whose valence changes with laser light irradiation and the absorption rate of laser light decreases or disappears include Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, and Nb. , Mo, Hf, Ta, W, In, Sn, Bi, Ce, Pr, Sm, Eu, Tb, and Yb oxides. A combination of a plurality of these metal oxide particles may be used as the second particle group.

セラミックス造形に用いるレーザー光としては、入手容易性や照射エネルギーの制御性の観点で、Nd:YAGレーザー、Ybファイバーレーザー等の波長が1000nm近傍のレーザーが好ましい。そして、この範囲の波長においてレーザー光の吸収率が高く、かつ、吸収率低下を起こす材料としては、4価のテルビウムを含む酸化テルビウム(Tb)、または、4価のプラセオジムを含む酸化プラセオジム(Pr11)が好ましく用いられる。本発明の第二の粒子群が4価のテルビウムを含む酸化テルビウム、または、4価のプラセオジムを含む酸化プラセオジムを主成分とすると、レーザー光吸収により効果的に発熱したのちに、価数の減少変化によって吸収能を失う。 As a laser beam used for ceramic modeling, a laser having a wavelength of about 1000 nm, such as an Nd: YAG laser and a Yb fiber laser, is preferable from the viewpoint of availability and controllability of irradiation energy. As a material having a high absorption rate of laser light at a wavelength in this range and causing a decrease in the absorption rate, terbium oxide containing tetravalent terbium (Tb 4 O 7 ) or oxidation containing tetravalent praseodymium is used. Praseodymium (Pr 6 O 11 ) is preferably used. When the second particle group of the present invention is composed mainly of terbium oxide containing tetravalent terbium or praseodymium oxide containing tetravalent praseodymium, the valence is reduced after effectively generating heat by laser light absorption. Loss of absorption by change.

テルビウム酸化物およびプラセオジム酸化物は、金属部の価数が多様な状態を取る。テルビウム酸化物を例にとると、代表的にはTbと言う状態とTbと言う状態がある。前者の状態は、分子式ではTbという表記であるが、金属と酸素の比率は厳密ではなく、4:7近傍の組成を含む。前者の状態におけるTbの金属部はTb4+とTb3+がおおよそ半数ずつで構成されるのに対し、後者の状態におけるTbの金属部はTb3+のみからなる。 Terbium oxide and praseodymium oxide have various states of metal part valence. Taking terbium oxide as an example, there are typically a state called Tb 4 O 7 and a state called Tb 2 O 3 . The former state is expressed as Tb 4 O 7 in the molecular formula, but the ratio of metal to oxygen is not exact and includes a composition in the vicinity of 4: 7. The metal part of Tb 4 O 7 in the former state is composed of approximately half of Tb 4+ and Tb 3+ , whereas the metal part of Tb 2 O 3 in the latter state consists of only Tb 3+ .

Tbは波長1000nm付近に高い赤外吸収率を有し、その吸収率は60%を超え70%に達する場合もある。一方で、Tb4+の分率が減少していくと吸収率は低下していき、Tb3+のみで構成されるTbでは吸収率が7%程度となる。よって、吸収体が4価のテルビウムを含む酸化テルビウム(Tb)は本発明を実現する無機化合物粒子Bの主成分として好適である。同様に吸収体が4価のプラセオジムを含む酸化プラセオジム(Pr11)も本発明を実現する無機化合物粒子Bの主成分として好適である。 Tb 4 O 7 has a high infrared absorptance in the vicinity of a wavelength of 1000 nm, and the absorptance sometimes exceeds 60% and reaches 70%. On the other hand, as the fraction of Tb 4+ decreases, the absorptance decreases, and in Tb 2 O 3 composed only of Tb 3+ , the absorptance is about 7%. Accordingly, terbium oxide (Tb 4 O 7 ) containing tetravalent terbium as an absorber is suitable as the main component of the inorganic compound particles B that realize the present invention. Similarly, praseodymium oxide (Pr 6 O 11 ) in which the absorber contains tetravalent praseodymium is also suitable as the main component of the inorganic compound particles B that realize the present invention.

価数を評価する手法としては、X線吸収微細構造解析(X−ray Absorption FineStructure:XAFS)を適用することができる。吸収端の立ち上がりエネルギーが価数毎に異なるという特性を利用して、そのプロファイルから価数を評価可能である。   As a method for evaluating the valence, X-ray absorption fine structure analysis (XAFS) can be applied. The valence can be evaluated from the profile using the characteristic that the rising energy at the absorption edge differs for each valence.

(製造方法)
上記特徴を有するセラミックス粉体の製造方法は特に限定されるものではないが、以下に好ましい製造方法を説明する。本発明のセラミックス粉体の製造方法は以下の特徴を有する。
(5)第一の粒子群に含まれる粒子の表面を、第二の粒子群に含まれる粒子の前駆体となる金属成分含有液で覆う工程を有する。
(6)前記工程により金属成分含有液で覆われた第一の粒子群に含まれる粒子を加熱して、第一の粒子群に含まれる粒子の表面に第二の粒子群に含まれる粒子を配置する工程を有する。
(Production method)
Although the manufacturing method of the ceramic powder which has the said characteristic is not specifically limited, A preferable manufacturing method is demonstrated below. The method for producing a ceramic powder of the present invention has the following characteristics.
(5) It has the process of covering the surface of the particle | grains contained in a 1st particle group with the metal component containing liquid used as the precursor of the particle | grains contained in a 2nd particle group.
(6) The particles contained in the first particle group covered with the metal component-containing liquid by the above step are heated, and the particles contained in the second particle group are formed on the surface of the particles contained in the first particle group. A step of arranging.

(特徴5)
本発明のセラミックス粉体を製造するのに好適な製造方法では、第一の粒子群に含まれる粒子1の表面を、第二の粒子群に含まれる粒子2の前駆体となる金属成分含有液で覆う工程を有する。
(Feature 5)
In a production method suitable for producing the ceramic powder of the present invention, the surface of the particles 1 contained in the first particle group is used as a precursor for the particles 2 contained in the second particle group. The process of covering with.

粒子1として好適な素材は前述のとおりであり、例えば市販の金属酸化物粒子を用いることもできる。粒子1の表面の濡れ性および接着性を改善する目的で、粒子1の表面改質を実施しても良い。表面改質の方法としては、エネルギー線、例えば紫外線の照射、シランカップリング剤やホスホン酸誘導体などの表面改質剤の塗布または浸漬処理が挙げられる。   Suitable materials for the particles 1 are as described above. For example, commercially available metal oxide particles can also be used. For the purpose of improving the wettability and adhesiveness of the surface of the particle 1, surface modification of the particle 1 may be performed. Examples of the surface modification method include irradiation with energy rays such as ultraviolet rays, and application or immersion treatment of a surface modifier such as a silane coupling agent or a phosphonic acid derivative.

粒子2の前駆体となる金属酸化物含有液とは、加熱によって粒子2となりうる組成物の溶液または分散液のことである。前記組成物の例として、加水分解性または熱分解性の有機金属化合物が挙げられる。より具体的には、上記金属の金属アルコキシド、有機酸塩、β−ジケトン錯体などの金属錯体を用いることができる。金属錯体の別の例としては、アミン錯体を利用可能である。β−ジケトンについては、アセチルアセトン(=2,4−ペンタンジオン)、ヘプタフルオロブタノイルピバロイルメタン、ジピバロイルメタン、トリフルオロアセチルアセトン、ベンゾイルアセトンなどが例示できる。β−ジケトン錯体、酸素元素で金属に配位していることから金属アルコキシドの一形態とも言える。   The metal oxide-containing liquid that becomes the precursor of the particle 2 is a solution or dispersion of a composition that can be converted into the particle 2 by heating. Examples of the composition include hydrolyzable or thermally decomposable organometallic compounds. More specifically, metal complexes such as metal alkoxides, organic acid salts, and β-diketone complexes of the above metals can be used. As another example of the metal complex, an amine complex can be used. Examples of the β-diketone include acetylacetone (= 2,4-pentanedione), heptafluorobutanoylpivaloylmethane, dipivaloylmethane, trifluoroacetylacetone, and benzoylacetone. Since it is coordinated to a metal by a β-diketone complex and an oxygen element, it can be said to be one form of a metal alkoxide.

例えば、粒子2の主成分を酸化テルビウムとする場合には、前駆体の金属成分含有液にテルビウムのアルコキシドを含ませるという手法がある。テルビウムのアルコキシドの例としては、テルビウム−n−ブトキシド、テルビウム−t−ブトキシド、テルビウム−メトキシプロポキシド、テルビウム−2,4−ペンタンジオネート、テルビウム−メトキシエトキシド、テルビウム−2,4−ペンタンジオネート、テルビウム−2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオネートなどが挙げられる。   For example, when the main component of the particles 2 is terbium oxide, there is a technique of including terbium alkoxide in the precursor metal component-containing liquid. Examples of terbium alkoxides include terbium-n-butoxide, terbium-t-butoxide, terbium-methoxypropoxide, terbium-2,4-pentandionate, terbium-methoxyethoxide, terbium-2,4-pentanedio And terbium-2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate.

また、プラセオジムのアルコキシドの例としては、プラセオジム−n−ブトキシド、プラセオジム−t−ブトキシド、プラセオジム−メトキシプロポキシド、プラセオジム−ヘキサフルオロペンタンジオネート、プラセオジム−2,4−ペンタンジオネート、プラセオジム−2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオネート、プラセオジム(III)−6,6,7,7,8,8,8−ヘプタフルオロ−2,2−ジメチル−3,5−オクタンジオネートなどが挙げられる。その他の金属種のアルコキシドも同様である。   Examples of praseodymium alkoxides include praseodymium-n-butoxide, praseodymium-t-butoxide, praseodymium-methoxypropoxide, praseodymium-hexafluoropentanedionate, praseodymium-2,4-pentanedionate, praseodymium-2, 2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate, praseodymium (III) -6,6,7,7,8,8,8-heptafluoro-2,2-dimethyl-3,5-octane Dionate etc. are mentioned. The same applies to alkoxides of other metal species.

金属アルコキシドおよびその溶液は、市販のものを用いても良いし、特開平9−157272号公報の請求項および[0003]に記載のような方法で合成することも可能である。各成分金属を含有する前記組成物は、適当な溶剤に溶解または分散させることで、金属成分含有液として調製できる。溶剤は、分散性、塗布性を考慮して公知の各種溶剤から適宜選択される。   As the metal alkoxide and its solution, commercially available ones may be used, or the metal alkoxide and the solution thereof may be synthesized by the method described in the claims and [0003] of JP-A-9-157272. The composition containing each component metal can be prepared as a metal component-containing liquid by dissolving or dispersing in an appropriate solvent. The solvent is appropriately selected from known various solvents in consideration of dispersibility and coatability.

金属成分含有液の調製に用いる溶剤としては、メタノール、エタノール、n−ブタノール、n−プロパノール、イソプロパノール等のアルコール系溶剤、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル系溶剤、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ等のセロソルブ系、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン系などのアミド系溶剤、アセトニトリル等のニトリル系溶剤が挙げられる。金属成分として金属アルコキシドを用いる場合にはアルコール系溶剤を用いるのが好ましい。   Solvents used for preparing the metal component-containing liquid include alcohol solvents such as methanol, ethanol, n-butanol, n-propanol, and isopropanol, ether solvents such as tetrahydrofuran and 1,4-dioxane, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, and the like. Cellosolve-based, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, amide-based solvents such as N-methylpyrrolidone, and nitrile-based solvents such as acetonitrile. When a metal alkoxide is used as the metal component, an alcohol solvent is preferably used.

金属成分含有液の調製に用いられる溶剤の量は特に制限されないが、金属固形分濃度が5質量%から20質量%程度となるように溶剤量を調整すると、粒子1の表面を被覆するのに好適となる。   The amount of the solvent used for the preparation of the metal component-containing liquid is not particularly limited, but when the amount of the solvent is adjusted so that the metal solid content concentration is about 5% by mass to 20% by mass, the surface of the particles 1 is covered. Preferred.

粒子1の表面を、前記金属成分含有液で覆う方法は、特に制限されないが、液中に粒子1を浸漬する方法、粒子1に液を加える方法、粒子1にスプレーで液を吹き付ける方法などがある。   The method of covering the surface of the particle 1 with the metal component-containing liquid is not particularly limited, but there are a method of immersing the particle 1 in the liquid, a method of adding the liquid to the particle 1, a method of spraying the liquid on the particle 1 and the like. is there.

(特徴6)
前記工程の後に、粒子1およびその表面に付着した金属成分含有液を同時に加熱することで、粒子1の表面に粒子2を形成する工程を実施する。
(Feature 6)
After the said process, the process of forming the particle | grain 2 on the surface of the particle | grain 1 is implemented by heating the particle | grains 1 and the metal component containing liquid adhering to the surface simultaneously.

この加熱により、金属成分含有液における溶剤が揮発し、さらに金属成分が酸化および粒子化して、粒子2が粒子1の表面に析出する。前駆体の組成物が加水分解性である場合は、加水分解反応が進んで金属と酸素の結合が形成されるので、粒子径1μm未満の微細な金属酸化物粒子が形成される。また、化学反応によって粒子2が形成されるので、基台である粒子1との結合は強固であり、かつ、接触面積は多くなる。よって、レーザー光の照射時に粒子2から粒子1への伝熱速度が高くなる。   By this heating, the solvent in the metal component-containing liquid is volatilized, the metal component is further oxidized and granulated, and the particles 2 are deposited on the surfaces of the particles 1. When the composition of the precursor is hydrolyzable, the hydrolysis reaction proceeds and a bond between metal and oxygen is formed, so that fine metal oxide particles having a particle diameter of less than 1 μm are formed. In addition, since the particles 2 are formed by a chemical reaction, the bond with the particles 1 as a base is strong and the contact area increases. Therefore, the heat transfer rate from the particle 2 to the particle 1 is increased when the laser beam is irradiated.

加熱温度は、材料種によって最適な温度を選択するが、例えば、溶剤を揮発させるために150℃から300℃程度で加熱し、その後に550℃から750℃程度の加熱で粒子を形成するような段階的な加熱をすることが好ましい。   As the heating temperature, an optimum temperature is selected depending on the type of material. For example, in order to volatilize the solvent, heating is performed at about 150 ° C. to 300 ° C., and then particles are formed by heating at about 550 ° C. to 750 ° C. It is preferable to perform stepwise heating.

加熱手段は限定されず、乾燥機、ホットプレート、電気炉、雰囲気炉等を使用できる。加熱の後に、得られた粉体を再度砕いて微粉化する処理や、粉体を篩にかけて粒子径をそろえる処理を実施しても良い。   The heating means is not limited, and a dryer, a hot plate, an electric furnace, an atmospheric furnace, or the like can be used. After heating, the obtained powder may be crushed again to make fine powder, or the powder may be sieved to make the particle diameter uniform.

(使用方法)
本発明のセラミックス造形用粉体を原料として使用し、これに対してレーザー照射を行うことでセラミック構造物(造形物)を製造する方法は以下の特徴を有する。
(7)本発明のセラミックス造形用粉体をレーザー照射部に配置する工程(i)を有する。
(8)レーザー照射部に配置されたセラミックス造形用粉体に選択的にレーザー光を照射することにより、セラミックス造形用粉体を焼結又は熔融させた後に凝固させる(焼結させる場合を含む)工程(ii)を有する。
(9)前記工程(i)および工程(ii)を繰り返すことによりセラミック構造物(造形物)を製造する工程(iii)を有する。
(how to use)
The method for producing a ceramic structure (modeled object) by using the ceramic modeling powder of the present invention as a raw material and performing laser irradiation on the material has the following characteristics.
(7) It has the process (i) which arrange | positions the powder for ceramic modeling of this invention to a laser irradiation part.
(8) By selectively irradiating a laser beam to the ceramic molding powder arranged in the laser irradiation section, the ceramic molding powder is sintered or melted and then solidified (including the case of sintering). Step (ii) is included.
(9) It has the process (iii) which manufactures a ceramic structure (molded article) by repeating the said process (i) and process (ii).

(特徴7)
本発明のセラミックス造形用粉体をレーザー照射部に配置する手法については、特徴1で述べた通りである。例えば、図1のような装置では、粉末升11に充填した本発明のセラミックス造形用粉体をリコーター部13により、造形ステージ部12に配置することが可能である。また、図2を用いて特徴1で説明したように、セラミックス造形用粉体を所定の箇所に噴出させて、その箇所にレーザー光を照射すると、曲面基台上に造形物を形成することが可能となる。
(Feature 7)
The technique for arranging the ceramic molding powder of the present invention in the laser irradiation part is as described in the feature 1. For example, in the apparatus as shown in FIG. 1, the ceramic molding powder of the present invention filled in the powder basket 11 can be arranged on the modeling stage unit 12 by the recoater unit 13. In addition, as described in the feature 1 with reference to FIG. 2, when a ceramic modeling powder is ejected to a predetermined location and laser light is irradiated to the location, a modeled object can be formed on the curved base. It becomes possible.

(特徴8)
前記セラミックス造形用粉体を熔融させた後に凝固させるためのレーザー光の選定方法は特徴1で述べた通りである。上に述べたように、本発明では、焼結することも熔融させた後に凝固させる操作の一形態とする。厳密には、焼結とは粉体を(熔融させることなく)固相のまま結着させて粒成長させる反応を指し、熔融とは粉体が液相となる反応を指すが、これらの中間的な固相と液相が混在している状態も含む。工程(ii)に先だって、レーザー照射部に配置されたセラミックス造形用粉体を敷きならしておき、その後にレーザー光を照射させると、より密度の高い造形物を得られるため好ましい。
(Feature 8)
The method of selecting the laser beam for solidifying after melting the ceramic molding powder is as described in the feature 1. As described above, in the present invention, sintering is one form of operation for melting and then solidifying. Strictly speaking, sintering refers to a reaction in which a powder is bound in a solid phase (without melting) and grows, and melting refers to a reaction in which the powder becomes a liquid phase. Including a state in which a solid phase and a liquid phase are mixed. Prior to the step (ii), it is preferable to spread the ceramic modeling powder arranged in the laser irradiation unit and then irradiate the laser beam thereafter, because a model with higher density can be obtained.

(特徴9)
前記工程(i)と工程(ii)を1回ずつ実施するとパターニングされた1層のセラミックス造形物が得られる。この上に新たなセラミックス造形用粉体を敷き詰めて、異なるパターンで工程(i)と工程(ii)を繰り返すことで、所望の立体形状を有するセラミックス造形物を製造することができる。
(Feature 9)
When the step (i) and the step (ii) are performed once, a patterned one-layer ceramic shaped article is obtained. A ceramic shaped article having a desired three-dimensional shape can be manufactured by spreading a new powder for ceramic shaping on this and repeating steps (i) and (ii) with different patterns.

造形後に、造形物の密度上昇や強度向上、再酸化を目的として、加熱処理を実施してもよい。その際に、釉薬として有機化合物や無機化合物を塗布、含浸させることも可能である。加熱手段に制限はなく、抵抗加熱方式、誘導加熱方式、赤外線ランプ方式、レーザー方式、電子線方式など目的に応じて利用することが可能である。   After the modeling, heat treatment may be performed for the purpose of increasing the density of the modeled object, improving the strength, and reoxidizing. At that time, it is also possible to apply and impregnate an organic compound or an inorganic compound as a glaze. There is no limitation on the heating means, and it can be used according to purposes such as a resistance heating method, an induction heating method, an infrared lamp method, a laser method, and an electron beam method.

[実施例]
以下に実施例を挙げて本発明のセラミックス粉体、その製造方法、使用方法をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例により限定されるものではない。
[Example]
The ceramic powder of the present invention, its production method, and use method will be described more specifically with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
本発明のセラミックス粉体を、以下の手順で製造した。
第一の粒子群としては、工業品として市販されているAl粉(純度99%以上、平均粒子径20μm)とGd粉(純度99%以上、平均粒子径20μm)を質量比で1:1となるように混合したものを使用した。
Example 1
The ceramic powder of the present invention was produced by the following procedure.
As the first particle group, mass-produced Al 2 O 3 powder (purity 99% or more, average particle diameter 20 μm) and Gd 2 O 3 powder (purity 99% or more, average particle diameter 20 μm) commercially available as industrial products. What was mixed so that it might become 1: 1 by ratio was used.

第二の粒子群を構成する粒子の前駆体となる金属成分含有液としては、加水分解性の有機金属化合物であるテルビウムの金属アルコキシド溶液を調製した。具体的には、一般試薬として市販されているテルビウム−2,4−ペンタンジオネートを溶剤としての1−メトキシ−2−プロパノールに溶解させて、金属酸化物(Tb)の換算濃度が10質量%となるように調製した。 As the metal component-containing liquid serving as the precursor of the particles constituting the second particle group, a terbium metal alkoxide solution, which is a hydrolyzable organometallic compound, was prepared. Specifically, terbium-2,4-pentandionate, which is commercially available as a general reagent, is dissolved in 1-methoxy-2-propanol as a solvent, and the converted concentration of metal oxide (Tb 4 O 7 ) It prepared so that it might become 10 mass%.

高純度のアルミナ製容器のなかに第一の粒子群を97g測り取って設置し、前記金属成分含有液を25g加えて、よく撹拌した。   In a high-purity alumina container, 97 g of the first particle group was measured and placed, and 25 g of the metal component-containing liquid was added and stirred well.

この容器を大気雰囲気の電気炉の中に設置して、最高温度600℃を3時間保持するプログラムを実行することで加熱処理をした。電気炉が室温まで冷却されたのちに、アルミナ製容器から、内容物を取出し、解砕処理をすることで本発明のセラミックス粉体を得た。   The container was placed in an electric furnace in an air atmosphere, and heat treatment was performed by executing a program that maintained a maximum temperature of 600 ° C. for 3 hours. After the electric furnace was cooled to room temperature, the contents were taken out from the alumina container and pulverized to obtain the ceramic powder of the present invention.

製造した粉体の一部を電子顕微鏡で拡大観察した像を図4に示す。図4は、実施例1のセラミックス粉体のうち典型的な構造が分かるように5000倍で観察した像であるが、同粉体を構成する他の粒子も同様の構造をしていた。図4において観察視野の大半を占める直径が約20μmの球形粒子は、SEM−EDX分析およびX線回折測定によると酸化アルミニウムであり、第一の粒子群に含まれる粒子1であることが分かった。粒子1の表面部に付着している微細な粒子群は、SEM−EDX分析およびX線回折測定によると酸化テルビウム(Tb)であり、第二の粒子群であることが分かった。観察像を画像処理して求めた第二の粒子群の平均粒子径は、大きく見積もっても0.3μmであった。画像処理で認識できないくらい微細な粒子も第二の粒子群には含まれているため、実際の平粒子径はさらに小さいと考えられる。観察画像から計算した第二粒子群に含まれる粒子2による粒子1の被覆率は約14面積%であった。また、図4の観察像には写っていないが、この粒子の近傍には酸化ガドリニウムを粒子1とする集合体もあり、同様に微細な粒子2が付着していた。 An image obtained by magnifying and observing a part of the produced powder with an electron microscope is shown in FIG. FIG. 4 is an image observed at a magnification of 5000 so that a typical structure of the ceramic powder of Example 1 can be seen, but the other particles constituting the powder also had the same structure. In FIG. 4, the spherical particles having a diameter of about 20 μm that occupy most of the observation field are aluminum oxide according to SEM-EDX analysis and X-ray diffraction measurement, and are found to be particles 1 included in the first particle group. . According to SEM-EDX analysis and X-ray diffraction measurement, the fine particle group adhering to the surface portion of the particle 1 is terbium oxide (Tb 4 O 7 ), and it was found to be the second particle group. The average particle diameter of the second particle group obtained by image processing of the observed image was 0.3 μm even if estimated to be large. Since the second particle group includes particles that are too fine to be recognized by image processing, the actual flat particle size is considered to be even smaller. The coverage of the particles 1 with the particles 2 included in the second particle group calculated from the observed image was about 14 area%. Further, although not shown in the observed image of FIG. 4, there is also an aggregate in which gadolinium oxide is the particle 1 in the vicinity of the particle, and the fine particle 2 is similarly attached.

実施例1のセラミックス粉体を希硫酸で加温溶解し、ICP発光分光分析法で組成分析を実施したところ、AlとGdとTbの占める質量は、46.6対50.3対2.46であった。それ以外の成分の含有量はセラミックス粉体に対して、0.1質量%未満であった。AlとGdが第一の粒子群にあたり、合計で96.9質量%を占めていた。 When the ceramic powder of Example 1 was heated and dissolved with dilute sulfuric acid and composition analysis was performed by ICP emission spectroscopy, the mass occupied by Al 2 O 3 , Gd 2 O 3 and Tb 4 O 7 was 46. 6 to 50.3 to 2.46. The content of other components was less than 0.1% by mass with respect to the ceramic powder. Al 2 O 3 and Gd 2 O 3 corresponded to the first particle group and accounted for 96.9% by mass in total.

(実施例2および実施例3)
原料種と配合比を表1に従って変化させたこと以外は、実施例1と同様にして本発明のセラミックス粉体を製造した。
第一の粒子群である酸化ジルコニウムとしては、工業品として市販されているZrO粉(純度99%以上、平均粒子径15μm)を使用した。プラセオジムの金属アルコキシドとしては、一般試薬として市販されているプラセオジム−2,4−ペンタンジオネートを用いた。
第一の粒子群に対する第二の粒子群の前駆体となる金属成分含有液の添加量は適宜変化させた。
(Example 2 and Example 3)
A ceramic powder of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that the raw material species and the mixing ratio were changed according to Table 1.
As the zirconium oxide as the first particle group, ZrO 2 powder (purity 99% or more, average particle size 15 μm) marketed as an industrial product was used. As the metal alkoxide of praseodymium, praseodymium-2,4-pentandionate commercially available as a general reagent was used.
The addition amount of the metal component-containing liquid serving as the precursor of the second particle group with respect to the first particle group was appropriately changed.

(実施例4および実施例5)
原料種と配合比を表1に従って変化させたこと以外は、実施例1〜実施例3と同様にして本発明のセラミックス粉体を製造した。
ただし、第二粒子群には金属アルコキシド溶液由来のものを用いずに、市販のTb粉(平均粒子径3μm)とPr11粉(平均粒子径4μm)を用いた。
(Example 4 and Example 5)
A ceramic powder of the present invention was produced in the same manner as in Examples 1 to 3 except that the raw material species and the mixing ratio were changed according to Table 1.
However, the commercially available Tb 4 O 7 powder (average particle diameter 3 μm) and Pr 6 O 11 powder (average particle diameter 4 μm) were used for the second particle group without using those derived from the metal alkoxide solution.

(比較例1から3)
表1に示した配合比に従って、実施例1と同様にして比較用のセラミックス粉体を製造した。ただし、比較例1においては、第二の粒子群を加えずに第一の粒子群のみでセラミックス粉体を構成した。比較例2においては、第二の粒子群の前駆体となる金属成分含有液を用いずに、市販のTb粉を700℃の電気炉で仮焼して作成した平均粒子径40μmの粉とPr11粉(平均粒子径50μm)を混合することでセラミックス造形用粉体を構成した。
(Comparative Examples 1 to 3)
According to the blending ratio shown in Table 1, a comparative ceramic powder was produced in the same manner as in Example 1. However, in Comparative Example 1, the ceramic powder was composed of only the first particle group without adding the second particle group. In Comparative Example 2, an average particle diameter of 40 μm was prepared by calcining a commercially available Tb 4 O 7 powder in an electric furnace at 700 ° C. without using a metal component-containing liquid serving as a precursor of the second particle group. and constituting the ceramic shaping powder by mixing powder and Pr 6 O 11 powder (average particle size 50 [mu] m).

表1

Figure 2019181930
Table 1
Figure 2019181930

(セラミックス造形用粉体の使用)
各実施例および各比較例のセラミックス粉体の造形速度に関する違いを明確にするために、各粉体を平板状で十分な面積を有するアルミナ基材上に約50μm厚になるよう敷き均してから、その表面にレーザー照射を行った。レーザーの焦点サイズは100μmとし、出力は30Wとした。レーザー光は、長さ4.5mmを走査させ、50μmピッチで2本の線を描くように照射した。走査の速度は、100mm/秒、250mm/秒、500mm/秒、1000mm/秒の各条件で実施して、熔融の状態を比較した。
レーザー光照射部の粉体が、レーザー光照射後に凝固してセラミックス状に造形できているか否かについて、顕微鏡を用いて観察した、観察結果を表2に示す。
(Use of ceramic molding powder)
In order to clarify the difference in the molding speed of the ceramic powders of the examples and comparative examples, the powders were spread on a flat plate-like alumina substrate so as to have a thickness of about 50 μm. Then, laser irradiation was performed on the surface. The laser focal spot size was 100 μm, and the output was 30 W. The laser beam was irradiated so that a length of 4.5 mm was scanned and two lines were drawn at a pitch of 50 μm. The scanning speed was 100 mm / second, 250 mm / second, 500 mm / second, and 1000 mm / second, and the melting states were compared.
Table 2 shows the observation results of observation using a microscope as to whether or not the powder in the laser light irradiation part is solidified after laser light irradiation and can be formed into a ceramic shape.

実施例1、2、3のセラミックス粉体に対してレーザー光を照射した場合は、いずれの走査速度であっても、セラミックス状の造形物を得ることができた。特に、250〜1000mm/秒の走査速度の場合は、レーザー照射領域と未照射領域の境界部の幅が15μm以下であり、造形精度も高い結果となった。このように、造形精度に非常に優れたセラミックス造形物を得られた場合は、表2において「a」を記録した。他方、100mm/秒の走査速度の場合は、セラミックス造形物の境界部のラインに揺らぎがあり、その幅が40μm程度とやや大きかった。このように、セラミックス造形物を得るには十分な条件ではあるが、造形精度に少し難がある場合は、表2において「b」を記録した。   When the ceramic powders of Examples 1, 2, and 3 were irradiated with laser light, ceramic shaped objects could be obtained at any scanning speed. In particular, in the case of a scanning speed of 250 to 1000 mm / sec, the width of the boundary between the laser irradiation region and the non-irradiation region was 15 μm or less, and the modeling accuracy was high. In this way, when a ceramic model with very excellent modeling accuracy was obtained, “a” was recorded in Table 2. On the other hand, in the case of a scanning speed of 100 mm / second, there was a fluctuation in the line at the boundary of the ceramic shaped object, and the width was slightly large, about 40 μm. As described above, “b” is recorded in Table 2 when there is a little difficulty in modeling accuracy although it is a sufficient condition for obtaining a ceramic model.

このように本発明の要件を満たすセラミックス造形用粉体は、大きな走査速度でもセラミックス造形が可能であり、所望の造形物を得るのに必要な時間をこれまでの2倍以上に短縮することができる。   As described above, the ceramic modeling powder that satisfies the requirements of the present invention can perform ceramic modeling even at a high scanning speed, and can reduce the time required to obtain a desired model to more than twice as much as before. it can.

比較例1のセラミックス粉体に対してレーザー光を照射した場合、走査速度が100mm/秒の時はセラミックス造形物を得られたが、その境界部は不定形で、熔融が進んでいない部分も一部にあった。更に、走査速度が250mm/秒以上になると、熔融が進まずに粉体から造形物への転化が見られなかった。このように、十分な精度でセラミックス造形物が得られなかった場合は、表2において「c」を記録した。   When the ceramic powder of Comparative Example 1 was irradiated with laser light, a ceramic model was obtained when the scanning speed was 100 mm / sec. However, the boundary part was indefinite and some parts were not melted. There were some. Furthermore, when the scanning speed was 250 mm / second or more, melting did not proceed and conversion from powder to a model was not observed. In this way, when a ceramic molded article could not be obtained with sufficient accuracy, “c” was recorded in Table 2.

比較例2および比較例3のセラミックス粉体に対して、レーザー光を照射した場合は、100〜250mm/秒の走査速度では造形精度に優れた造形物が得られた。しかし走査速度が500mm/秒となると、粉体部分が少量含まれる造形物となり、1000mm/秒では熔融が進まずに粉体から造形物への転化が見られなかった。   When the ceramic powders of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 were irradiated with laser light, a molded article with excellent modeling accuracy was obtained at a scanning speed of 100 to 250 mm / sec. However, when the scanning speed was 500 mm / second, the molded product contained a small amount of powder, and at 1000 mm / second, melting did not proceed and conversion from powder to molded product was not observed.

Figure 2019181930
Figure 2019181930

(実施例4)
実施例1から3のセラミックス造形用粉体を図1に示すSLS装置に投入して、レーザー光の走査速度を1000mm/秒として積層造形工程を複数回繰り返すことで、所望の形状の三次元セラミックス造形物を得た。
(産業上の利用可能性)
Example 4
The ceramic modeling powders of Examples 1 to 3 are put into the SLS apparatus shown in FIG. 1, and the layered modeling process is repeated a plurality of times with a laser beam scanning speed of 1000 mm / second, thereby obtaining a desired shape of the three-dimensional ceramics. A model was obtained.
(Industrial applicability)

本発明のセラミックス造形用粉体を用いれば、精細なセラミックス造形物を三次元造形によって得ることができ、複雑形状を必要とするセラミックス部品分野において利用可能である。   If the ceramic molding powder of the present invention is used, a fine ceramic model can be obtained by three-dimensional modeling, and can be used in the field of ceramic parts that require complex shapes.

1 第一の粒子群に含まれる粒子
2、3 第二の粒子群に含まれる粒子
11 粉末升
12 造形ステージ部
13 リコーター部
14 スキャナ部
15 レーザー
20 基体
21 クラッディングノズル
22 粉体供給孔
23 レーザー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Particle 2 contained in 1st particle group, 3 Particle contained in 2nd particle group 11 Powder basket 12 Modeling stage part 13 Recoater part 14 Scanner part 15 Laser 20 Base | substrate 21 Cladding nozzle 22 Powder supply hole 23 Laser

Claims (11)

レーザー光を原料粉体に照射して造形を行う付加造形法に用いられるセラミックス粉体であって、
第一の無機化合物の粒子からなり平均粒子径が10μm以上100μm以下である第一の粒子群と、
前記レーザー光の波長に吸収帯を有する第二の無機化合物の粒子からなり平均粒子径が前記第一の粒子群より小さい第二の粒子群とを含み、
前記第二の粒子群に含まれる粒子
は、第一の粒子群に含まれる粒子の表面に配置されていることを特徴とする、セラミックス粉体。
A ceramic powder used in an additive molding method in which a raw material powder is irradiated with laser light to perform modeling,
A first particle group consisting of particles of a first inorganic compound and having an average particle size of 10 μm or more and 100 μm or less;
A second particle group consisting of particles of a second inorganic compound having an absorption band at the wavelength of the laser light, and an average particle size smaller than the first particle group,
Ceramic particles, wherein the particles contained in the second particle group are arranged on the surface of the particles contained in the first particle group.
前記第二の粒子群の平均粒子径が0.05μm以上2μm以下であることを特徴とする、請求項1に記載のセラミックス粉体。   2. The ceramic powder according to claim 1, wherein the second particle group has an average particle diameter of 0.05 μm to 2 μm. 前記第二の粒子群の平均粒子径が0.05μm以上1μm未満であることを特徴とする、請求項1に記載のセラミックス粉体。   2. The ceramic powder according to claim 1, wherein an average particle diameter of the second particle group is 0.05 μm or more and less than 1 μm. 前記第二の粒子群は、前記レーザー光の照射によって熔融および凝固して組成物変化をおこしてレーザー光の吸収率が低下する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のセラミックス粉体。   The ceramic powder according to any one of claims 1 to 3, wherein the second particle group is melted and solidified by irradiation with the laser beam to cause a composition change to reduce the absorption rate of the laser beam. . 前記第二の粒子群は、金属酸化物からなり、前記吸収率の低下が金属元素の価数の変化による、請求項4に記載のセラミックス粉体。   5. The ceramic powder according to claim 4, wherein the second particle group is made of a metal oxide, and the decrease in the absorption rate is due to a change in the valence of the metal element. 前記第二の粒子群は、4価のテルビウムを含む酸化テルビウム、または、4価のプラセオジムを含む酸化プラセオジムを主成分とすることを特徴とする、請求項5に記載のセラミックス粉体。   6. The ceramic powder according to claim 5, wherein the second particle group includes terbium oxide containing tetravalent terbium or praseodymium oxide containing tetravalent praseodymium as a main component. 前記第一の粒子群は、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムのいずれかを主成分とすることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のセラミックス粉体。   The ceramic powder according to any one of claims 1 to 6, wherein the first particle group is mainly composed of either aluminum oxide or zirconium oxide. 請求項1に記載のセラミックス粉体の製造方法であって、
前記第一の粒子群に含まれる粒子の表面を、前記第二の粒子群の前駆体となる金属成分含有液で覆う工程と、
該金属成分含有液で覆われた前記第一の粒子群に含まれる粒子を加熱して、該粒子の表面部に前記第二の粒子群に含まれる粒子を配置する工程とを、
少なくとも有することを特徴とする、セラミックス粉体の製造方法。
It is a manufacturing method of the ceramic powder according to claim 1,
Covering the surface of the particles contained in the first particle group with a metal component-containing liquid that is a precursor of the second particle group;
Heating the particles contained in the first particle group covered with the metal component-containing liquid, and arranging the particles contained in the second particle group on the surface of the particle;
A method for producing a ceramic powder, comprising:
レーザー光を原料粉体に照射して造形を行う付加製造法を用いたセラミックス構造物の製造方法であって、
(i)請求項1に記載のセラミックス粉体をレーザー照射部に配置する工程、
(ii)該レーザー照射部に配置されたセラミックス粉体に選択的にレーザー光を照射することにより、該セラミックス粉体の該レーザー光が照射された部位を熔融させた後に凝固させる工程を有し、
前記工程(i)および(ii)を繰り返すことによりセラミックス構造物を製造することを特徴とする、セラミックス構造物の製造方法。
A method of manufacturing a ceramic structure using an additive manufacturing method in which a raw material powder is irradiated with a laser beam to perform modeling,
(I) a step of arranging the ceramic powder according to claim 1 in a laser irradiation part;
(Ii) a step of selectively irradiating the ceramic powder disposed in the laser irradiation unit with laser light to melt and then solidify the portion of the ceramic powder irradiated with the laser light; ,
A method for producing a ceramic structure, comprising producing a ceramic structure by repeating the steps (i) and (ii).
前記工程(i)および(ii)が、前記セラミックス粉体を敷き均した後に前記レーザー光を照射することを含むことを特徴とする、請求項9に記載のセラミックス構造物の製造方法。   The method of manufacturing a ceramic structure according to claim 9, wherein the steps (i) and (ii) include irradiating the laser beam after the ceramic powder is spread and leveled. 前記工程(i)および(ii)が、前記セラミックス粉体を所定の箇所に噴出させ、前記レーザー光を該所定の箇所に照射することを含むことを特徴とする、請求項9に記載のセラミックス構造物の製造方法。   The ceramic according to claim 9, wherein the steps (i) and (ii) include ejecting the ceramic powder to a predetermined location and irradiating the predetermined location with the laser beam. Manufacturing method of structure.
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