JP2885691B2

JP2885691B2 - セラミック成形用坏土及びその製造方法

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Publication number: JP2885691B2
Application number: JP8078472A
Authority: JP
Inventors: ▲真▼ 久米; 敦大谷
Original assignee: ISORAITO KOGYO KK
Current assignee: ISORAITO KOGYO KK
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 1999-04-26
Anticipated expiration: 2016-04-01
Also published as: JPH09268073A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、良好なセラミック
焼結体が得られる焼結性の高いセラミック成形用坏土の
製造方法に関する。更には、セラミック強化金属複合体
の製造に用いるセラミック繊維又はウイスカーからなる
高強度のプリフォームの成形に適した坏土の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般的なセラミック焼結体の製造
においては、セラミック粉末に成形用の有機バインダー
と、焼結を促進させるためアルミナやマグネシア等の焼
結助剤を添加混合し、これをスリップキャスティング法
あるいは射出成形法等により成形して、焼結する方法が
取られている。

【０００３】しかし、この方法においては、セラミック
ス粉末を成形するための成形用バインダーとして有機高
分子化合物を使用していたので、その有機バインダーの
脱脂工程に長時間を要するという問題があった。また、
セラミック粉末に焼結を促進させるための焼結助剤が凝
集して偏在しやすいため、その部分が焼結後に欠陥とな
りやすいという問題があった。

【０００４】セラミック成形体の製造においては、その
成形時におけるセラミック粒子や繊維等の成形用バイン
ダーとして寒天を用い、冷却固化させて成形する方法が
知られている（例えば、特開平４−５９６７５号公
報）。この寒天をバインダーとする方法では、焼成前の
成形品の強度が高く、通常のパラフィン系バインダー等
と比較すると使用量が極少量で充分なため、従来長時間
を要していた脱脂工程が簡単になるという利点がある。

【０００５】また、均一に焼結助剤を分散させるため、
セラミック粒子の表面に焼結助剤を被覆する方法が特開
平４−２６０６５４号公報に提案されている。しかし、
この方法は、焼結助剤を構成する金属元素の金属アルコ
キシドを含む親水性高分子でセラミック粒子を被覆して
親水性高分子層を形成する被覆工程と、親水性高分子層
に含まれる金属アルコキシドを親水性高分子層中で加水
分解する加水分解工程と、加水分解された金属化合物を
含む親水性高分子層を乾燥させて複合セラミック粉末と
する乾燥工程からなるため、複数の工程を経なければな
らない極めて面倒な方法であった。

【０００６】一方、セラミック強化金属複合体の製造方
法の１つとして、円筒形等の特定の形状に成形したセラ
ミックのプリフォームを作製し、このプリフォームにア
ルミニウム又はマグネシウム等の金属を含浸させる等の
方法で複合化する方法が知られている。このプリフォー
ムは、通常は、セラミック繊維等を水に分散させ、これ
に成形用の有機バインダーと、焼成により焼結を促進し
てセラミック粒子や繊維等を相互に結合させる酸化物
（結合剤）とを添加して溶解し、得られた懸濁液を吸引
その他の手段で成形した後、その成形体を焼成する方法
によって製造されている。

【０００７】しかし、このようなプリフォームの成形に
おいては、各１回の成形操作毎にセラミック粒子や繊
維、酸化物結合剤及び有機バインダーを計量し、予め決
められた一定の時間経過で成形操作を行う必要がある。
これは、懸濁液中でのセラミック繊維等の凝集度は時間
の関数であり、凝集度によってプリフォームの密度が決
定されるからである。従って、１回の成形毎に上記一連
の操作を繰り返すため、成形に要する時間が長くなると
いう欠点があった。この欠点は、成形用バインダーとし
て上記寒天を用いた場合でも同様である。

【０００８】更に、アルミニウム合金用のプリフォーム
の場合、アルミナとマグネシアを同時に含む酸化物結合
剤が提案されている（特公平５−８７５７６号公報）。
このようにマブネシウムを含む結合剤は、アルミニウム
合金中のマグネシウムが上記プリフォーム中のＳｉＯ₂
成分やＢ₂Ｏ３成分と反応して、強度を劣化させること
を防止するのに有効であるとされている。

【０００９】また、アルミナやシリカ、あるいはマグネ
シア等の酸化物結合剤に代えて、焼成工程によりセラミ
ック粒子等を結合する酸化物を生成する水可溶性の金属
塩、例えば塩化アルミニウム、塩化マグネシウム、硫酸
マグネシウム等を、結合剤として懸濁液に添加すること
も知られている。この焼成により結合酸化物となる可溶
性金属塩を使用すると、アルミナゾル等の酸化物を懸濁
液に直接添加した場合よりも、焼成後に高い強度のプリ
フォームを得ることができる。

【００１０】ところが、焼成時の結合剤として可溶性金
属塩を使用した場合には、水に溶解した金属塩が成形時
に水等と共に流れ去りやすいため、成形体中に残すこと
が困難であった。しかしまた、アルミナゾル、アルミナ
粉末、マグネシアあるいは水酸化マグネシウムなどの水
に不溶な化合物を用いると、可溶性金属塩を用いた場合
に比べて高強度の成形体が得られないという欠点があっ
た。

【００１１】しかも、可溶性金属塩を焼成時の結合剤と
し、且つ寒天を未焼成時の成形用バインダーとして、共
にセラミック懸濁液に添加する場合、可溶性金属塩と寒
天が懸濁液中で反応するため、成形時に懸濁液を冷却し
ても固化による十分な強度が得られなかったり、また場
合によっては上記懸濁液が冷却前にゲル化して高粘度と
なり、成形型への鋳込ができなくなるという欠点があっ
た。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、従来の
セラミック焼結体ないしプリフォームの製造方法におい
ては、脱脂工程を含め成形に時間がかかり、しかも成形
体中に焼成時の結合剤を十分な量で均一に分散させるこ
とが難しく、特に成形用バインダーとしての寒天と結合
剤としての可溶性金属塩を同時に使用することは不可能
であった。従って、従来の方法では、迅速簡単な方法で
高い強度の焼結体ないしプリフォームを得ることができ
なかった。

【００１３】本発明は、かかる従来の事情に鑑み、成形
用バインダーの脱脂工程を簡略化し且つ短時間で迅速な
成形を可能にすると共に、成形体中に焼結時にセラミッ
ク粒子等の焼結を促進して結合させる十分な量の結合剤
を均一に分散させることのでき、もって高強度のセラミ
ック焼結体ないしプリフォームを製造することを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、セラミック粒子と、成形用バインダーで
ある寒天と、焼成によりセラミック粒子の結合酸化物と
なる可溶性金属塩の金属元素とが、互いに結合したゲル
状物からなり、吸水性の形成型に供給してそのまま固化
脱型できることを特徴とする、セラミック成形用坏土を
提供するものである。

【００１５】また、本発明のセラミック成形用坏土の製
造方法は、セラミック粒子が分散され且つ成形用バイン
ダーである寒天を溶解した水性懸濁液に、焼成によりセ
ラミック粒子の結合酸化物となる可溶性金属塩を添加す
ることによって、セラミック粒子を含むゲル状物を沈降
せしめた後、上澄液を除去することを特徴とする。

【００１６】尚、本発明において、セラミック粒子と
は、プリフォーム等の成形用原料としてのセラミック粒
子であって、球状又はこれに近似した形状のもののほ
か、いわゆるセラミック繊維及びウイスカーを含む概念
を意味する。特に、セラミック粒子としてセラミック繊
維及びウイスカーが好ましく、また上記の可溶性金属塩
としては、アルミニウム及び／又はマグネシウムの可溶
性金属塩が好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明においては、成形用バイン
ダーとして寒天を及び焼成時の結合剤として可溶性金属
塩を同時に使用する。しかしながら、これらを添加溶解
したセラミック粒の水性懸濁液を、そのまま成形に使用
するのではなく、寒天と可溶性金属塩をゲル状物として
沈降させ、このゲル状物を成形に用いるのである。勿
論、セラミック粒子はゲル状物中に含まれて共に沈降す
る。

【００１８】ゲル状物の形成については、懸濁液中にお
いて可溶性金属塩の金属元素が陽イオンとなってマイナ
スに帯電している寒天と結合し、次にプラスに帯電して
いるセラミック粒子と寒天が結合して、最終的には寒天
の凝固温度以上の温度であってもセラミック粒子、金属
イオン及び寒天を含むゲル微粒子が形成されるものと考
えられる。

【００１９】上記の作用によりゲル状物を形成させるた
めには、可溶性金属塩が金属イオンとして存在している
ことが必要であり、このためには水性懸濁液のｐＨが低
いこと望ましく、好ましくはｐＨ６以下に調整する。例
えば、可溶性金属塩として塩化アルミニウム等のアルミ
ニウム塩を用いる場合には、懸濁液のｐＨを１〜４程度
に調整することが好ましい。

【００２０】上記のゲル微粒子の形成は急速に起こり、
且つ重力あるいは遠心力の作用によって速やかに沈降し
て、沈降層が形成される。この時の上澄液中には、セラ
ミック粒子は勿論のこと、寒天及び金属イオンも殆ど残
存していない。上澄液を除去して得られるゲル状物の沈
降層は、冷却してももはや固化することはなく、しかも
数週間放置しても沈降層の特性は安定している。

【００２１】このようにして得られたゲル状物の沈降層
は、鋳込成形に適した坏土としての特性を有しているこ
とが分かった。即ち、ゲル状物の沈降層として得られた
坏土は、吸水性の成形型に流し込むことができ、短時間
で固化して脱型することが可能になる。脱型した成形体
は十分な強度を有しており、その後焼成することにより
高強度の成形体ないしはプリフォームとすることができ
る。

【００２２】しかも、この坏土は安定性に優れているの
で、貯蔵槽に数週間にわたり貯蔵することができ、貯蔵
槽から一定量づつを取り出して成形型に供給することが
可能である。特にプリフォームの場合には、従来のよう
に一回の成形毎に原料の計量、撹拌、混合などの操作を
行う必要がなくなるため、成形工程が高効率で行えるよ
うになる。

【００２３】また、結合剤として可溶性金属塩を用いる
ので、その金属イオンが焼成時に酸化して酸化物にな
る。このように、焼成中に酸素との反応により徐々に生
成した酸化物は微粒子であるため、セラミック粒子を強
固に結合することができる。これに対して、焼成前に結
合剤として金属酸化物又は水酸化物の粉末を加える場合
では、焼結性が低いため、焼成中の酸化反応で生成した
酸化物の場合に比べて、同じ焼成温度では得られるプリ
フォームの強度が低くなる。

【００２４】このように本発明は、従来のように寒天の
冷却固化効果を利用して成形を行うのではなく、寒天の
セラミック粒子を凝集させる効果と同時に金属イオンを
吸着させる効果を利用したものである。更に、他の有機
バインダーと比較して、寒天は上述のように極めて少量
で良く、低粘性で滑らかな、且つセラミック粒子濃度の
高い坏土を得ることができる。尚、水性懸濁液中のセラ
ミック粒子の濃度は、良好な分散性を得るため通常は５
０重量％以下が適当である。

【００２５】本発明方法において、懸濁液に添加する寒
天の量は、セラミック粒子に対して０.５〜３重量％程
度が好ましい。寒天の量が０.５重量％未満では、流動
性の良い坏土が得られず、また乾燥後の成形体やプリフ
ォームの強度が低くなり、３重量％を越えると乾燥後の
収縮が大きくなるため、成形体やプリフォームにクラッ
クが生じやすいからである。

【００２６】また、焼成時の結合剤である可溶性金属塩
としては、従来から使用されていたもので良く、例えば
塩化アルミニウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウ
ム等を使用できる。これら可溶性金属塩の量は、セラミ
ック粒子に対して２〜２０重量％の範囲が好ましい。こ
の量が２重量％未満では焼結後のプリフォームの強度が
低下し、２０重量％を越えると寒天との吸着による結合
が飽和するので、これ以上の添加は意味がないからであ
る。

【００２７】更に、本発明において、セラミック強化金
属複合体用のプリフォームを製造する場合には、セラミ
ック粒子としてセラミック繊維及び／又はウイスカーを
使用し、可溶性金属塩を構成する金属としてアルミニウ
ム及び／又はアルカリ土類金属が好ましい。

【００２８】

【実施例】水２００重量部に寒天２重量部を加え、加熱
して溶解させた後、塩酸を加えてＰＨを約２に調整し
た。次に、この寒天の水溶液に、ホウ酸アルミニウムウ
イスカー（２Ｂ₂Ｏ₃・Ａｌ₂Ｏ₃；四国化成（株）製、商
品名アルボレックス、平均直径１μｍ×平均長さ１２μ
ｍ）の１００重量部を撹拌しながら投入して、水性懸濁
液とした。

【００２９】別途、硫酸アルミニウム１０重量部と塩化
マグネシウム（無水）１４重量部を水２００重量部に溶
解し、この水溶液を上記の懸濁液に加えて撹拌した。そ
の後、この懸濁液を２４時間放置したところ、ゲル状物
が沈降した。しかる後、上澄液を傾しゃ法（デカンテー
ション）により除去し、ゲル状物を回収した。

【００３０】このようにして得られたゲル状物からなる
坏土を、多孔質セラミック質の底面を有し且つ側面がプ
ラスチック質の円筒状成形型（直径８ｃｍ×高さ１０ｃ
ｍ）に鋳込み、５分後に脱型した。得られた成形体は、
そのまま取り扱うことができる十分な強度を有してい
た。

【００３１】次に、この成形体を１００℃で１６時間乾
燥した後、１０００℃で２時間電気炉中で焼成した。こ
のようにして得られたプリフォームの特性は、ウイスカ
ーの容積率が２５％であり、圧縮強度が１０Ｍｐａであ
った。また、この坏土を常温で２週間保存した後、上記
と同様の操作により成形と焼成を行った結果、得られた
プリフォームの特性は上記の場合と全く変わらなかっ
た。

【００３２】これに対して、アルミナゾル及び水酸化マ
グネシウムを用いて従来法で作成した成形体では、上記
と同じく１０００℃で２時間の焼成により得られたプリ
フォームの圧縮強度が僅かに２Ｍｐａであった。また、
同じ成形体を１１００℃で２時間焼成した場合に、その
圧縮強度は６ＭＰａとなった。

【００３３】

【発明の効果】本発明のセラミック成形用の坏土を用い
て成形したセラミック成形体は、特別の脱脂工程が不要
であり、従来よりも低温度の焼成で焼結可能であって、
高強度の焼結体ないしプリフォームを得ることができ
る。しかも、このセラミック成形用坏土は、長期間保存
しても特性が変化せず、そのまま使用して連続成形が可
能であるため、生産効率が飛躍的に高くなる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック粒子と、成形用バインダーで
ある寒天と、焼成によりセラミック粒子の結合酸化物と
なる可溶性金属塩の金属元素とが、互いに結合したゲル
状物からなり、吸水性の形成型に供給してそのまま固化
脱型できることを特徴とするセラミック成形用坏土。
【請求項２】セラミック粒子が分散され且つ成形用バ
インダーである寒天を溶解した水性懸濁液に、焼成によ
りセラミック粒子の結合酸化物となる可溶性金属塩を添
加することによって、セラミック粒子を含むゲル状物を
沈降せしめた後、上澄液を除去することを特徴とするセ
ラミック成形用坏土の製造方法。
【請求項３】上記水性懸濁液のｐＨを６以下に調整
し、この水性懸濁液に可溶性金属塩を添加することを特
徴とする、請求項２に記載のセラミック成形用坏土の製
造方法。
【請求項４】上記可溶性金属塩が、アルミニウム及び
／又はマグネシウムの可溶性金属塩であることを特徴と
する、請求項２又は３に記載のセラミック成形用坏土の
製造方法。
【請求項５】上記セラミック粒子が、セラミック繊維
及び／又はウイスカーであることを特徴とする、請求項
２〜４のいずれかに記載のセラミック成形用坏土の製造
方法。