JP2902934B2 - セラミックス多孔質体の製造に係る脱脂法 - Google Patents

セラミックス多孔質体の製造に係る脱脂法

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JP2902934B2 JP6035381A JP3538194A JP2902934B2 JP 2902934 B2 JP2902934 B2 JP 2902934B2 JP 6035381 A JP6035381 A JP 6035381A JP 3538194 A JP3538194 A JP 3538194A JP 2902934 B2 JP2902934 B2 JP 2902934B2
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    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス多孔質体
の製造に係る脱脂法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にセラミックス焼成体は、セラミッ
クス原料粉末に有機バインダーを添加する事により成形
体を作り、その成形体を高温で焼成することによって得
られる。その際、有機バインダーは、昇温過程で焼却除
去される。そしてこの有機物を焼却除去することを特に
脱脂と呼ぶ。
【0003】この脱脂は、セラミックス骨格を傷めない
ように徐々に有機物を除去することが肝要である。従っ
て、その昇温はできる限りゆっくり(具体的には5℃/
時間〜30℃/時間の昇温速度)行うのが一般的であ
る。
【0004】一方、有機物を気孔形成材として使用し、
セラミックス多孔質体を製造することが行われている。
この場合の有機物を焼却除去することも脱脂と呼ぶが、
通常のセラミックス焼成体の製造に比べ多量の有機物を
焼却除去する必要があるため、より慎重に行う必要があ
る。特に気孔形成材として熱溶融型樹脂ビーズを使用す
る場合、高気孔率のセラミックス多孔質体の製造に有利
であるが、上記のような一般的な脱脂法ではその製造が
困難である。これは熱溶融型樹脂ビーズの溶融温度付近
で長時間曝されるため高粘度の樹脂がセラミックス骨格
中に流れ出し、その骨格を傷めるためだと推測される。
その結果、最終製品の強度は著しく低下すると考えられ
る。従って、熱溶融型樹脂ビーズを気孔形成材として使
用したセラミックス多孔質体の製造に係る脱脂法の確立
が望まれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は上記問題点
に鑑み鋭意研究を続けた結果、本発明を完成させたもの
であって、その目的とするところは、熱溶融型樹脂ビー
ズをセラミックス多孔体の製造方法に係る脱脂法におい
て、セラミックス骨格を傷めることなく、気孔形成用の
熱溶融型樹脂ビーズを速やかに除去できる脱脂法を提供
することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の目的は、熱溶融型
樹脂ビーズを気孔形成材として使用するセラミックス多
孔質体の製造に係る脱脂法において、熱溶融型樹脂ビー
ズの分解開始温度以上まで、70℃/時間以上の昇温速
度で昇温することを特徴とするセラミックス多孔質体の
製造に係る脱脂法により達成される。
【0007】本発明において重要な点は、熱溶融型樹脂
ビーズの分解開始温度以上まで通常実施されている昇温
速度より早い速度で昇温することにより、熱溶融型樹脂
ビーズを、セラミックス骨格部を傷めることなく、速や
かに分解除去したところにある。尚、以下本発明におい
て熱溶融型樹脂ビーズの分解開始温度とは、熱重量分析
(特にTG,Thermogravimetry)にお
いて分解が開始する(僅かでも樹脂の重量減少が観測さ
れる)温度を指す。又、脱脂に際し昇温すべき温度を単
に脱脂温度と記載する。つまり、本発明の脱脂温度は、
熱溶融型樹脂ビーズの分解開始温度以上である。
【0008】本発明の熱溶融型樹脂ビーズは、セラミッ
クス多孔質体の製造に係り気孔形成材として働く。そし
て脱脂時に分解除去される。
【0009】本発明の脱脂法の脱脂温度は、熱溶融型樹
脂ビーズの分解開始温度以上、好ましくは分解開始温度
+10℃以上であり、好ましくは熱溶融型樹脂ビーズの
分解終了温度以下の範囲内である。尚、ここで熱溶融型
樹脂ビーズの分解終了温度とは、熱重量分析において重
量減少が完了する温度を指す。分解開始温度以上で熱溶
融型樹脂ビーズは、低粘度の溶融状態にある。そして、
低粘度溶融状態であるためセラミックス骨格を傷めな
い。又、分解気化した熱溶融型樹脂ビーズの効果的な除
去に役立つ通気孔が容易にでき、その通気孔を通り分解
ガスは速やかに系外に排除される。脱脂温度が熱溶融型
樹脂ビーズの分解開始温度より低い場合、熱溶融型樹脂
ビーズは高粘度の溶融状態にあるため、多孔質セラミッ
クス成形体内部に高い応力を加えながら流れ出す。その
結果、セラミックス骨格を傷め、最終製品の著しい強度
低下をもたらす。一方、脱脂温度が高過ぎる場合、多量
の分解ガスが一度に発生するので、そのガス圧によりセ
ラミックス骨格を傷める可能性があるので避けるのが好
ましい。
【0010】本発明の脱脂法の昇温速度は、30℃/時
間以上、好ましくは70℃〜500℃/時間、更に好ま
しくは100℃〜300℃/時間の昇温速度で昇温する
ことにより実施される。昇温速度を通常の脱脂速度より
速くしているので、セラミックス骨格を傷めることなく
熱溶融型樹脂ビーズを分解除去できる。昇温速度が30
℃/時間未満の場合、熱溶融型樹脂ビーズは、高粘度の
溶融状態にあるため、多孔質セラミックス成形体内部に
高い応力を加えながら流れ出し、セラミックス骨格を傷
め、最終製品の著しい強度低下をもたらす。一方、昇温
速度が著しく大きい場合、多量の分解ガスが一度に発生
するので、そのガス圧によりセラミックス骨格を傷める
可能性があるので避けるのが好ましい。又、その臭気除
去、又、装置或いは治具の傷み等が懸念されるので避け
るのが好ましい。
【0011】脱脂温度は、使用する熱溶融型樹脂ビーズ
により異なるが、概ね300〜400℃である。脱脂温
度まで昇温させた後は、熱溶融型樹脂ビーズが完全に除
去されるまで脱脂温度で保持、若しくは、昇温速度を3
0℃/時間未満に緩めるのが好ましい。脱脂時の雰囲気
は、熱溶融型樹脂ビーズの分解ガスが効果的に除去され
るよう大気中若しくは酸素を送り込みながら実施するの
が好ましい。
【0012】熱溶融型樹脂ビーズの素材として、ポリア
クリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリス
チレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニ
ル、ナイロン、ポリエステル等の樹脂ビーズ若しくはこ
れらの複数からなる共重合樹脂ビーズを挙げることがで
きる。尚、該ビーズは緻密質粒子であっても多孔質状、
例えば中空状の粒子であってもよい。又、これらは単
独、混合物いずれにおいても使用できる。熱不融型樹脂
ビーズ、例えばエポキシ、フェノール、尿素、メラミン
等の樹脂ビーズの使用は、昇温時に熱膨張し、セラミッ
クス骨格に微細な亀裂を招く傾向があり、好ましくな
い。熱溶融型樹脂ビーズの粒径は、特に限定されない
が、20〜5000μmのものが容易に入手できる。
【0013】本発明に適用されるセラミックス素材は、
アルミナ、ジルコニア、部分安定化ジルコニア、安定化
ジルコニア、ジルコン、シリカ、マグネシア、カルシ
ア、ムライト、スピネル、コージェライト、チタン酸バ
リウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ジルコン酸鉛な
どの酸化物およびこれらの混合物、更に、窒化珪素、炭
化珪素、窒化硼素、窒化アルミニウム、硼化ジルコニウ
ムおよびサイアロン等の非酸化物およびこれらの混合物
等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0014】脱脂に用いられる装置としては、熱風循環
式脱脂炉、電気炉、ガス炉等が挙げられる。これらのう
ち熱風循環式脱脂炉及びガス炉は、対流式に熱が伝わる
ので、分解したガスを効果的に拡散除去できるので好ま
しい。
【0015】本発明の脱脂法は、比較的気孔率の高い、
換言すれば多量の熱溶融型樹脂ビーズを気孔形成材とし
て使用するセラミックス多孔質体の製造において特に有
利である。すなわち、焼成前の段階で熱溶融型樹脂ビー
ズの占める体積割合が90%以内の範囲内であれば本発
明の脱脂法により良好に脱脂できる。そして、焼成後の
気孔率が約80%までのセラミックス多孔質体の製造を
可能にする。
【0016】本発明の適用されるセラミックス多孔体の
製造方法として、例えば以下のようなものが挙げられ
る。セラミックス粉体に少量の水、ポリビニルアルコー
ル、湿潤剤、可塑剤を加えた粘土状物に熱溶融型樹脂ビ
ーズを混合混練し、押し出し成形法にてセラミックス多
孔質体前駆体を得、次いで、水分を完全に除去した後、
脱脂し、焼成する等の方法がある。
【0017】
【実施例】
実施例1 0.5重量%のマグネシアを含むアルミナ粉体と、少量
の水、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ポリ
エチレングリコール、湿潤剤を加えた粘土状物を用意し
た。次いで、用意した粘土状物30体積%と、粒子径7
50μmのアクリル樹脂ビーズ70体積%を加え、混合
混練し、押し出し成形法にて板状のセラミックス多孔質
体前駆体を得た。尚、使用したアクリル樹脂ビーズの分
解開始温度及び分解終了温度をTGによって測定したと
ころ、それぞれ250℃、420℃であった。
【0018】次いで、この前駆体を充分乾燥した後、熱
風式電気炉で表1に示すスケジュールに従って脱脂し、
次いで150℃/時間の昇温速度で1600℃まで昇温
し、1600℃で2時間保持し、次いで炉冷により室温
まで冷却した。。焼成したセラミックス多孔質体の亀裂
の有無及び強度を以下の方法に従って評価した。結果を
表1に示す。
【0019】[亀裂の有無]セラミックス多孔質体の骨
格を光学顕微鏡にて観察したところ A:全く亀裂は発生していない。 B:小さな亀裂が少量ある。 C:小さな亀裂が存在する。 D:大きな亀裂が存在する。 [強度]焼成体を80×20×5mmに加工し、スパン
60mm、クロスヘッドスピード0.5mm/minの
条件で3点曲げテストを実施したところ、曲げ強度が A:100kg/cm2 以上 B:60〜100kg/cm2 C:30〜60g/cm2 D:30kg/cm2 未満
【表1】 ※印は比較例 RTは室温
【0020】実施例2 気孔形成材として粒子径130μmのスチレンビーズを
使用する以外は実施例1と同様にセラミックス多孔質体
前駆体を作製した。尚、使用したスチレンビーズの分解
開始温度及び分解終了温度をTGによって測定したとこ
ろ、それぞれ240℃、430℃であった。
【0021】次いで、この前駆体を充分乾燥した後、ガ
ス炉で、先ず、昇温速度200℃/時間で300℃まで
昇温し、次いで昇温速度30℃/時間で500℃まで昇
温し、次いで昇温速度150℃/時間で1600℃まで
昇温し、1600℃で3時間保持した後、炉冷した。得
られたセラミックス多孔質体の骨格観察及び強度を測定
したところ、どちらの評価もA判定であった。
【0022】実施例3 スチレンビーズ混合の体積%を40、60、80、90
と変化させる以外は実施例2と同様にセラミックス多孔
質体前駆体を作製し、次いで、脱脂、焼成した。その結
果、何れの混合割合においてもセラミックス骨格を傷め
ることなく良好な、セラミックス多孔質体を得ることが
できた。
【0023】比較例1 スチレンビーズに変えてフェノール樹脂ビーズを気孔形
成材として使用する以外は実施例2と同様にセラミック
ス多孔質体前駆体を作製し、次いで、脱脂、焼成した。
その結果、得られたセラミックス多孔質体の強度は小さ
く、又、その骨格を光学顕微鏡にて観察したところ多数
の亀裂が存在していた。本発明の脱脂法は、熱溶融型樹
脂ビーズに対してのみ有効であった。
【0024】
【発明の効果】本発明の脱脂法により、熱溶融型樹脂ビ
ーズを、セラミックス骨格部を傷めることなく、速やか
に分解除去できた。そして、本発明は、高気孔率のセラ
ミックス多孔質体の製造を容易にする。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱溶融型樹脂ビーズを気孔形成材として
    使用するセラミックス多孔質体の製造に係る脱脂法にお
    いて、熱溶融型樹脂ビーズの分解開始温度以上まで、7
    0℃/時間以上の昇温速度で昇温することを特徴とする
    セラミックス多孔質体の製造に係る脱脂法。
JP6035381A 1994-02-07 1994-02-07 セラミックス多孔質体の製造に係る脱脂法 Expired - Lifetime JP2902934B2 (ja)

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