JP3092860B2 - ジルコニアセラミックスの射出成形方法 - Google Patents

ジルコニアセラミックスの射出成形方法

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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、ジルコニアセラミック
スと有機バインダとを加熱混練して射出成形により成形
体とし、この成形体より焼結品を得る方法に関する。
【0002】
【従来の技術およびその問題点】近年、ジルコニアセラ
ミックスの成形方法として射出成形法が多く利用されて
いる。この射出成形法では粉体に流動性を付与するため
に、種々の有機化合物、熱可塑性樹脂を添加し、加熱混
練後、これを成形用原料として射出成形し、得られた成
形体を脱脂、焼結することにより、焼結体製品が得られ
る。一般に、ジルコニアセラミックス焼結体は原料粉末
の平均粒径が1μ以下を使用して製造すると、焼結体の
物性が向上することは良く知られている。しかし射出成
形法の場合、粉体の粒径が小さくなると、比表面積が大
きくなり、射出成形を行う際の加熱流動を安定して行う
ために必要とされる有機バインダの量が多くなり、例え
ば平均粒径1μ以下では体積比で50%以上の有機バイ
ンダ量となり、この有機バインダを熱分解で除去すると
き、成形体内部に圧力がかかり、割れ及び膨れが発生す
る。そのために従来は1μ以下の粒子の原料の使用が困
難であった。
【0003】平均粒径1μ以下の粉末を射出成形する方
法として、特開昭59−152260号公報の発明が提
案されているが、この方法では樹脂量が55体積%以上
になると、得られる焼結体は孔の多いものとなり、強度
面で問題が有り、樹脂量が55体積%以上を要するよう
な細かい原料粉末には適用できないという問題点があっ
た。
【0004】 本発明は、上記問題点を解決し、特定の
有機バインダを使用することにより樹脂量が55体積%
以上となるものでも平均粒径が1μ以下のジルコニアセ
ラミックス原料粉末を使用して射出成形を可能とし、脱
脂工程で割れ、膨れ等の欠陥の無い成形体を得、得られ
る焼結体は、平均粒径の小さい原料粉末を使用する効果
である低温劣化の改善、表面粗度の向上による耐久性の
向上、機械的強度の向上等を実現することができるとい
う射出成形の利点をも併せ持つジルコニアセラミックス
の射出成形方法を提供することを目的とするものであ
る。
【0005】
【問題点を解決するための手段】本発明は、ジルコニア
セラミックスと有機バインダを加熱混練し、これを原料
として射出成形を行い、得られた成形体を脱脂、焼結の
各工程を経て製品を得る方法において、上記ジルコニア
セラミックスは、酸化ジルコニウムと酸化イットリウ
ム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化セリウム
から選ばれた少なくとも1種の酸化物を0.5〜15モ
ル%含有し、その平均粒子径が1μ以下である粉体を射
出成形原料粉体として用い、有機バインダとして、アル
コールもしくはアルコールと水、脂肪族ケトン、芳香族
炭化水素の混合液に対して溶解するポリエチレングリコ
ール、グリコール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エ
ステル、ポリビニルブチラール、ポリビニルメチルエー
テル、ポリビニルエチルエーテル、プロピオン酸ビニル
を少なくとも1種以上含み、アルコールもしくはアルコ
ールと上記混合液に対して不溶である1種以上の熱可塑
性樹脂からなるものを用いて、射出成形を行った成形体
をアルコールもしくはアルコールと上記混合液に接触さ
せ、ポリエチレングリコールもしくはポリエチレングリ
コールと上記混合物の一部を抽出した後、酸化雰囲気の
加熱炉にて、残りの有機バインダを成形体中から除去す
ることにより、前記問題点を解決したものである。
【0006】本発明における原料粉体としては、酸化ジ
ルコニウムと酸化イットリウム、酸化マグネシウム、酸
化カルシウム、酸化セリウムから選ばれた少なくとも1
種の酸化物を0.5〜15モル%含有し、平均粒子径が
1μ以下である粉体を用いる。また、有機バインダとし
ては、アルコールもしくはアルコールと水、脂肪族ケト
ン、芳香族炭化水素の混合液に対して溶解するポリエチ
レングリコール、グリコール脂肪酸エステル、グリセリ
ン脂肪酸エステル、ポリビニルブチラール、ポリビニル
メチルエーテル、ポリビニルエチルエーテル、プロピオ
ン酸ビニルを少なくとも1種以上含み、アルコールもし
くはアルコールと上記混合液に対して不溶である1種以
上の熱可塑性樹脂からなるものを用いる。これら酸化ジ
ルコニウム及び酸化イットリウム、酸化マグネシウム、
酸化カルシウム、酸化セリウムから選ばれた少なくとも
1種の酸化物と有機バインダとを混練し、射出成形して
成形体を得、この成形体をアルコールもしくはアルコー
ルと上記混合液に接触させ、これに可溶である化合物の
一部を抽出した後、酸化雰囲気の加熱炉にて、残りの有
機バインダを成形体から除去する。以下、その方法の詳
細を説明する。
【0007】原料粉体に酸化ジルコニウムと酸化イット
リウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化セリ
ウムから選ばれた少なくとも1種の酸化物を含有し、上
記2種以上の化合物の粉体を出発原料とし、これを粉砕
し、平均粒径が1μ以下である粉体を射出成形原料粉体
として用いるジルコニアセラミックスと有機バインダと
して、アルコールもしくはアルコールと水、脂肪族ケト
ン、芳香族炭化水素の混合液に対して溶解するポリエチ
レングリコール、グリコール脂肪酸エステル、グリセリ
ン脂肪酸エステル、ポリビニルブチラール、ポリビニル
メチルエーテル、ポリビニルエチルエーテル、プロピオ
ン酸ビニルを少なくとも1種以上含み、アルコールもし
くはアルコールと上記混合液に対して不溶である1種以
上の熱可塑性樹脂からなるものを用いて加熱混練し、ペ
レットにした後、射出成形を行い成形体を得る。有機バ
インダの少なくとも1種は前記溶剤に対して常温で速や
かに溶解することから、射出成形体に対する前記溶剤を
用いた抽出工程及びその後の加熱脱脂工程においても何
等の問題もなく、割れ、膨れ等のない成形体を得ること
ができ、続く焼結工程において緻密な焼結体を得ること
ができる。
【0008】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、平均粒径
が小さく、比表面積が大きなジルコニアセラミックス
を、アルコールもしくはアルコールと水、脂肪族ケト
ン、芳香族炭化水素の混合液に対して溶解するポリエチ
レングリコール、グリコール脂肪酸エステル、グリセリ
ン脂肪酸エステル、ポリビニルブチラール、ポリビニル
メチルエーテル、ポリビニルエチルエーテル、プロピオ
ン酸ビニルを少なくとも1種以上含み、アルコールもし
くはアルコールと上記混合液に対して不溶である1種以
上の熱可塑性樹脂からなる有機バインダと混練した後射
出成形方法により成形した成形体を用い、これをアルコ
ールもしくはアルコールと水、脂肪族ケトン、芳香族炭
化水素の混合液に対して溶解するポリエチレングリコー
ル、グリコール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エス
テル、ポリビニルブチラール、ポリビニルメチルエーテ
ル、ポリビニルエチルエーテル、プロピオン酸ビニルを
少なくとも1種以上含む化合物を抽出した後、大気雰囲
気の加熱炉により残存する有機バインダを加熱除去し、
脱脂体を得るものであるため、従来では射出成形が困難
とされていた平均粒径が小さく、比表面積が大きなジル
コニアセラミックス粉末を使用することができ、低温劣
化の改善、表面粗度の向上のよる耐久性の向上、機械的
強度の向上等の効果を有し、且つ、射出成形法を適用で
きることから複雑形状のものが得られる、安定して量産
品が得られる、寸法精度の高い製品が得られる等の効果
を有する。
【0009】 以下に、本発明の実施例及び比較例を示
して本発明を具体的に説明する。
【実施例】 表1に示すジルコニアセラミックス粉体10
0重量部と表2に示す有機バインダとをニーダーを用い
て40分間160℃で加熱混練した。次に、粉砕機を用
いて混練物を粉砕し、ペレットにし、これを射出成形機
で表3に示す成形条件で長さ60mm、直径6mmの丸
棒状成形体を成形した。
【0010】
【表1】
【0011】
【表2】
【0012】
【表3】
【0013】この丸棒状成形体を表3に示す脱脂条件で
抽出脱脂し、その後の加熱脱脂は50〜420℃までを
大気中にて行った。次いで、表4に示す焼結条件で焼結
してジルコニアセラミックス製品とした。なお、溶媒2
00ccに対して製品を10個の割合で浸漬させた。各
脱脂体の外観検査結果及び外観に問題のなかった抽出脱
脂を行った焼結体の密度測定の結果も併せて表4に示
す。
【0014】
【表4】
【0015】比較例の成形体は加熱脱脂時間が実施例の
成形体よりも長いにもかかわらず、脱脂体において割れ
が生じていた。実施例の成形体は添加した有機バインダ
量によるが脱脂工程にかかる時間が比較例よりも短時間
であり、その焼結体の密度は用いたジルコニアセラミッ
クス原料の性状にかかわらず高密度で、割れ、膨れ等の
ない焼結体が得られた。
【0016】次に、表3の実施例1により射出成形され
た成形体をメタノール中に1〜12時間浸漬し、取り出
した後、30分間40℃で真空乾燥した。乾燥後の成形
体から浸漬時間に対する全有機バインダの抽出率(抽出
率=抽出した有機バインダ量÷全有機バインダ量)を計
算し、表5に示した。抽出温度は25℃とした。
【0017】
【表5】
【0018】さらに、乾燥後の成形体を大気炉に入れ、
昇温速度5、50、100℃/hrで420℃まで昇温
し、1時間保持した後、炉冷し脱脂体を得た。得られた
脱脂体の外観検査の結果も表5に示した。また、表3比
較例1〜4により射出成形されたコマ形成形体について
も上記と同じ加熱脱脂を行い、得られた脱脂肪体の外観
検査の結果も同じように表5に示した。
【0019】表5に示した結果から、本発明による実施
例では浸漬時間が1時間で加熱脱脂の昇温速度100℃
/hrにおいても割れ、膨れ等のない良好な脱脂体が得
られた。また、表3の比較例1〜4による脱脂体では昇
温速度5℃/hrにおいても良品が得られず、内部に割
れ、膨れが認められた。
【0020】本発明による実施例1〜10の脱脂体を大
気雰囲気で1550℃で2時間焼結した焼結体の密度を
測定したところ、用いたジルコニアセラミックス粉体の
性状、粉砕後の平均粒径、粉砕粉の比表面積の大小にか
かわらず、割れ、膨れのない緻密な焼結体が得られた。
また、今まで射出成形法では良好な焼結体が得ることが
困難であった比表面積30m2/gのジルコニアセラミ
ックス粉体においても、実施例6に示す結果の通り抽出
工程8時間加熱脱脂工程8時間の脱脂工程と、続く焼結
工程により焼結密度6.01g/cm3の割れ、膨れの
ない緻密な焼結体を得ることができた。また、3点曲げ
強度の測定値は各焼結体とも、無研磨ながら高い値を示
した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 敏久 大阪府泉南市信達市場893−3 サンハ イツ泉砂川1016 審査官 深草 祐一 (56)参考文献 特開 平5−70213(JP,A) 特開 平5−139816(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/42 - 35/51 B28B 1/00 - 1/54 C04B 35/00 - 35/22 C04B 35/64

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ジルコニアセラミックスと有機バインダ
    を加熱混練し、これを原料として射出成形を行い、得ら
    れた成形体を脱脂、焼結の各工程を経て製品を得る方法
    において、上記ジルコニアセラミックスは、酸化ジルコ
    ニウムと酸化イットリウム、酸化マグネシウム、酸化カ
    ルシウム、酸化セリウムから選ばれた少なくとも1種の
    酸化物を0.5〜15モル%含有し、その平均粒径が1
    μ以下である粉体を射出成形原料粉体として用い、有機
    バインダとして、アルコールもしくはアルコールと水、
    脂肪族ケトン、芳香族炭化水素の混合液に対して溶解す
    るポリエチレングリコール、グリコール脂肪酸エステ
    ル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリビニルブチラー
    ル、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルエチルエー
    テル、プロピオン酸ビニルを少なくとも1種以上含み、
    アルコールもしくはアルコールと上記混合液に対して不
    溶である1種以上の熱可塑性樹脂からなるものを用い
    て、射出成形を行った成形体をアルコールもしくはアル
    コールと上記混合液に接触させ、ポリエチレングリコー
    ルもしくはポリエチレングリコールと上記混合物の一部
    を抽出した後、酸化雰囲気の加熱炉にて、残りの有機バ
    インダを成形体中から除去することを特徴とするジルコ
    ニアセラミックスの射出成形方法。
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