JP3619904B2 - ジルコニア微小成形球体の製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、液中造粒方法によるジルコニア微小球体の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、各種産業分野で原料粉末の微粉化への傾向が高まりつつあり、攪拌ミル等の粉砕機に使用されるジルコニア球体も粉砕効率を良くするために小粒径化傾向にあり、従来次の2方法によってジルコニア微小球体が製造されていた。
【0003】
すなわち、ジルコニア粉末を粒径10mm以下の小粒径球体に成形するには、もっぱら回転皿型造粒機を用いる転動造粒方法が採用されていた。しかし、この転動造粒方法で得られる成形体の最小粒径は400μm程度(焼結すると300μm程度となる)であり、粒径400μm以下の形状の良いジルコニア球体を、従来の転動造粒方法で成形するには高度の熟練が必要であり、しかも真球度のよい製品が要求される場合は生産性が非常に劣るので事実上工業的には採用不可能である。
【0004】
粒径100μm以下のジルコニア微小球体に成形するには、一般的に噴霧乾燥造粒方法で行われていた。しかしながら、この方法では、粒径100μm以下の球体顆粒は粒度分布が広いため目的とする粒径の球体収率が悪く、生産性が非常に劣る。
【0005】
上記のように、これら2方法では、粒径100〜400μmの範囲の形状の良い微小球体を成形することが困難である為、近年この範囲を埋める方法として、ファインセラミックスの粉末を有機液体中に懸濁させて撹拌して、粒径200〜600μmのセラミックス微小球体を製造する液中造粒法が提案されている(特開平2−239145号公報)。
【0006】
しかしながら、前記液中造粒方法は、有機液体中で造粒する方法であるため、有機液体の界面張力、水分量、誘電率、密度、粘性などの造粒時の造粒条件を厳しく管理する必要があり、操作が困難であるばかりでなく、労務費も高くなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ジルコニア微小成形球体の製造方法として、簡便な設備でより容易な操作でしかも真球度が高い粒径400μm以下のジルコニア微小成形球体及びジルコニア微小球体を得ることができる、水中での液中造粒方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、水中での液中造粒方法によってジルコニア粉末を成形してジルコニア微小成形球体を製造するにあたり、ジルコニア粉末スラリーのpHを8〜11に調整することによるジルコニア微小成形球体の製造方法を要旨とするものである。
【0009】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【0010】
本発明は、液中造粒方法によってジルコニア粉末を成形してジルコニア微小成形球体を製造するにあたり、ジルコニア粉末を水中に懸濁させたスラリーを攪拌し、該スラリーのpHを8〜11に調整することにより、10〜70μmの微小成形球体を製造することを特徴とするジルコニア微小成形球体の製造方法に関し、特に、10〜70μmの微小成形球体を製造した後、該生成微小球体スラリーのpHを8〜11に維持しながらジルコニア粉末スラリーを添加することにより、該生成微小成形球体を成長させ50〜400μmの微小成形球体を製造することを特徴とするジルコニア微小成形球体の製造方法に関する。
【0011】
又、本発明は、上記方法で得られたジルコニア微小成形球体を1300〜1500℃で焼結して得られ、粒径が7〜50μm又は35〜300μmであり、真球度が1.05以下であり、密度が5.90g/cm3以上であるジルコニア微小球体の製造方法も含む。
【0012】
本発明は、粒径が10〜400μm程度であるジルコニアの微小成形球体を得る場合に特に有効である。
【0013】
本発明の液中造粒に使用する設備は、スラリーを攪拌することのできる通常のパドル型攪拌羽根を備えた容器で特に限定されるものではない。
【0014】
液中造粒の操作は、まずジルコニア粉末のスラリーを調製するが、市販のジルコニア粉末を水中に懸濁させる方法で容易に得られる。
【0015】
また、中和法や加水分解法でジルコニア粉末を製造する際の工程で、ジルコニア仮焼粉末を平均粒子径で1.0μm程度に微粉砕して得られる、ジルコニアスラリーをそのまま使用することも可能である。
【0016】
つぎに、攪拌下のジルコニア粉末スラリーのpHは通常5.5〜7.5程度であるが、このジルコニア粉末スラリーにpH調整剤を添加して、pHを8〜11に調整することが必須である。
【0017】
pHが8〜11の範囲では、凝集強度の弱い小さな凝集物同士が、攪拌による衝突で圧密化されて微小球体に成形し、10〜70μm程度の微小成形球体が容易に得られる。一方、pHが8未満であれば、ジルコニア粉末の粒子同士が弱く凝集しているだけで球体の生成には至らず、逆に、pHが11を越える状態になると、球体として凝集しているジルコニア粉末の粒子同士が再分散し球体が崩壊する。
【0018】
以上のように、撹拌下のジルコニア粉末スラリーをpH調整することにより10〜70μmの微小成形球体が得られるが、更に大きい球体を得る場合には、最初に生成した10〜70μmの微小成形球体スラリーに、新たなジルコニア粉末スラリーを添加することにより、微小成形球体を成長させることができる。
【0019】
この成長操作を行う場合も、前記した理由によりジルコニア粉末スラリーを添加すると同時にpH調整剤も添加してスラリーpHを8〜11に維持する必要がある。
【0020】
又、当該微小成形球体の粒径は、pH調整を行うジルコニア粉末のスラリー濃度によっても変化する。これは、スラリー濃度によってそれぞれの凝集性や凝集物の衝突頻度が異なるためと考えられる。
【0021】
例えば、ジルコニア粉末のスラリー濃度が30wt%の場合は粒径10〜30μm程度の微小成形球体が生成する。また、スラリー濃度が45wt%の場合は粒径40〜70μm程度の微小球体が生成する。
【0022】
このように、スラリー濃度が高い程最初に生成する微小球体の粒径は大きくなるが、スラリー濃度が50wt%を越えると、pH調整の過程でスラリー粘度が非常に高くなり、スラリーの攪拌が不可能となる。
【0023】
このようなことから、スラリー濃度としては30〜50wt%にすることが好ましく、生成させた微小球体を引き続き成長させ50〜400μmの成形球体を得る場合には、大きい粒径の微小球体が得られるスラリー濃度40〜50wt%にするのが特に好ましい。
【0024】
使用するpH調整剤としては、アンモニア水等のアルカリ物質や塩化アンモニウム等の無機塩類やアルカリ性のアクリル共重合樹脂等のセラミックス用バインダーなどが上げられる。
【0025】
これらのpH調整剤を単独で使用してもよいが、生成した微小球体の後工程での取扱いを容易にするために球体強度を強くする目的で、例えばアルカリ物質と前記のセラミックス用バインダーを併用する等がより好ましい。
【0026】
このような成長操作により、粒径が400μm程度の大きさまで成長させることが可能であるが、粒径が400μm程度を越える大きさの球体は得られない。これは、粒径が400μm程度を越える大きさになると、球体のジルコニア粉末粒子同士の凝集力より、攪拌による剪断力や遠心力のほうが大きくなるため、球体の崩壊が起こるものと考えられる。
【0027】
以上の操作を行う上で、ジルコニア粉末スラリーの温度は常温でも可能であるが、スラリー温度は高い程ジルコニア粉末の凝集力が強くなり、得られる成形球体の機械的強度は強くなる。
【0028】
このようなことから、粒径が200μm程度を越える大きさの球体を得ようとする場合は、ジルコニア粉末スラリーの温度は50〜80℃が成形球体の強度の面から好ましい。
【0029】
以上のような操作で、10〜400μmの目的とする大きさの微小成形球体が得られ、この微小成形球体のスラリーをデカンテーションによって水洗した後、50〜110℃で乾燥すると乾燥微小成形球体が得られる。
【0030】
つぎに、得られた乾燥微小成形球体を1300〜1500℃で2時間焼結することにより、7〜300μm程度の、密度が5.90g/cm3以上であるジルコニア微小球体が得られる。この焼結球体の真球度(各球体における最大直径と最小直径との比)は、1.05以下である。
【0031】
【発明の効果】
本発明によれば、簡便な設備で容易に真球度の良いジルコニア微小成形球体及びこの微小成形球体を1300〜1500℃で焼結してジルコニア微小球体を製造することができ、ジルコニア微小球体の多量生産に好適である。
【0032】
粒径10〜400μm程度のジルコニアの微小成形球体を得るのに特に有効である。
【0033】
【実施例】
実施例1
市販の東ソー(株)製ジルコニア粉末TZ−3Yを水と混合した後、ジルコニア製ボールを使用した通常のボールミルで8時間分散させて、スラリー濃度が30wt%であるジルコニア粉末スラリーを調整した。このスラリーのpHは5.8であった。つぎに、当該30wt%のジルコニア粉末スラリー1000gを、市販の容量が1000cm3であるポリエチレン製のビーカーに入れ、通常の4枚羽根のパドル型攪拌機で攪拌した。
【0034】
つぎに、攪拌下のスラリーにNH3として0.29%のアンモニア水を少しづつ添加してスラリーのpH調整を行った。
【0035】
スラリーpHが8.5に達した時点でアンモニア水の添加を終了した。
【0036】
スラリー中には微小球体が生成しており、生成した微小成形球体の粒径は10〜30μmであった。
【0037】
つぎに、得られた微小成形球体のスラリーに、中央理化工業(株)製のセラミックス用バインダーSA−260をジルコニア粉末量に対して0.5wt%添加して成形操作を終了した。
【0038】
得られた微小成形球体のスラリーをデカンテーションにより水洗した後、微小成形球体を静定分離して80℃で乾燥した。
【0039】
得られた乾燥微小成形球体を1450℃で2時間焼結して、粒径7〜20μmのジルコニア微小球体を得た。
【0040】
得られたジルコニア微小球体の、顕微鏡で拡大した写真によって測定した約50個の真級度は、1.01〜1.05の範囲にあり、平均値1.02であった。また、ピクノメーター法によるジルコニア微小球体の密度は、6.03g/cm3であった。
【0041】
実施例2
実施例1のジルコニア粉末スラリーのスラリー濃度を45wt%とした以外は、実施例1と全く同様な操作を行った。
【0042】
得られた微小成形球体の大きさは、40〜70μmであった。
【0043】
得られた微小成形球体を、実施例1と同様に水洗、乾燥、焼結して、粒径25〜50μmのジルコニア微小球体を得た。
【0044】
得られたジルコニア微小球体を実施例1と同様に評価した結果、真級度は、1.01〜1.05の範囲にあり、平均値1.02で、密度は、6.03g/cm3であった。
【0045】
実施例3
実施例2で得られた粒径40〜70μmの微小成形球体のスラリー500gを、市販の容量が1000cm3であるポリエチレン製のビーカーに入れ、通常の4枚羽根のパドル型攪拌機で攪拌した。
【0046】
つぎに、撹拌下の微小成形球体のスラリーに、スラリー濃度45wt%のジルコニア粉末スラリー500gを1時間で連続的に添加した。
【0047】
この1時間のスラリー添加操作中は、微小成形球体スラリーのpHが8.5〜9.0を維持するするように、NH3として0.29%のアンモニア水を添加した。
【0048】
45wt%のジルコニア粉末スラリー500gの添加が終了した時点で、実施例1で使用したセラミックス用バインダーを、新たに添加したジルコニア粉末量に対して0.5wt%添加して成形操作を終了した。
【0049】
得られた微小成形球体の粒径は50〜100μmであった。
【0050】
成形操作終了後の操作は実施例1と全く同様な操作を行って、粒径が35〜70μmのジルコニア微小球体を得た。
【0051】
得られたジルコニア微小球体を実施例1と同様に評価した結果、真級度は、1.01〜1.05の範囲にあり、平均値1.03で、密度は、6.03g/cm3であった。
【0052】
実施例4
実施例3で得られた粒径50〜100μmの微小成形球体のスラリー500gを、採取して、以下実施例3と全く同様な操作を行った。
【0053】
得られた微小成形球体の粒径は70〜150μmであった。
【0054】
また、得られたジルコニア微小球体の粒径は50〜110μmであり、真級度は平均値で1.03で、密度は、6.03g/cm3であった。
【0055】
実施例5
実施例4で得られた粒径70〜150μmの微小成形球体のスラリー500gを、採取して、以下実施例3と全く同様な操作を行った。
【0056】
得られた微小成形球体の粒径は95〜200μmであった。
【0057】
また、得られたジルコニア微小球体の粒径は65〜150μmであり、真級度は平均値で1.04で、密度は、6.03g/cm3であった。
【0058】
実施例6
実施例5で得られた粒径95〜200μmの微小成形球体のスラリー500gを、採取してスラリー温度を60℃に昇温した。
【0059】
以下実施例3のスラリー温度を60℃とした以外は実施例3と全く同様な操作を行った。
【0060】
得られた微小成形球体の粒径は130〜270μmであった。
【0061】
また、得られたジルコニア微小球体の粒径は90〜200μmであり、真級度は平均値で1.04で、密度は、6.03g/cm3であった。
【0062】
実施例7
実施例6で得られた粒径130〜270μmの微小成形球体のスラリー500gを、採取してスラリー温度を60℃に昇温した。
【0063】
以下実施例6と全く同様な操作を行った。
【0064】
得られた微小成形球体の粒径は170〜350μmであった。
【0065】
また、得られたジルコニア微小球体の粒径は120〜250μmであり、真級度は平均値で1.05で、密度は、6.03g/cm3であった。
【0066】
比較例1
実施例2のスラリーpH調整を7.8とした以外は実施例2と全く同様な操作を行った。
【0067】
この場合は、スラリー粘度が上昇しただけで、微小成形球体は生成しなかった。
【0068】
比較例2
実施例2のスラリーpH調整を11.5とした以外は実施例2と全く同様な操作を行った。
【0069】
この場合のスラリーは、微小成形球体とフロック状の凝集物の混合物であり、生成した微小成形球体の大部分が崩壊した状態であった。
Claims (4)
- 液中造粒方法によってジルコニア粉末を成形してジルコニア微小成形球体を製造するにあたり、ジルコニア粉末を水中に懸濁させたスラリーを攪拌し、該スラリーのpHを8〜11に調整することにより、10〜70μmの微小成形球体を製造することを特徴とするジルコニア微小成形球体の製造方法。
- 請求項1に記載のジルコニア微小成形球体の製造方法において、10〜70μmの微小成形球体を製造した後、該生成微小球体スラリーのpHを8〜11に維持しながらジルコニア粉末スラリーを添加することにより、該生成微小成形球体を成長させ50〜400μmの微小成形球体を製造することを特徴とするジルコニア微小成形球体の製造方法。
- 請求項1に記載の微小成形球体を1300〜1500℃で焼結して、7〜50μmのジルコニア微小球体を製造することを特徴とするジルコニア微小球体の製造方法。
- 請求項2に記載の微小成形球体を1300〜1500℃で焼結して、35〜300μmのジルコニア微小球体を製造することを特徴とする真球度が1.05以下、密度が5.90g/cm 3 以上であるジルコニア微小球体の製造方法。
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JP15508494A JP3619904B2 (ja) | 1994-07-07 | 1994-07-07 | ジルコニア微小成形球体の製造方法 |
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