JP4811717B2 - マイクロ波加熱用鋳込み型及びセラミックス焼結体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波加熱を用いたセラミックス焼結体の製造方法に関するものであり、更に詳しくは、マイクロ波加熱用鋳込み型、及び同一の鋳込み型を用いて、セラミックス材料の成形、乾燥及び焼結処理を一貫して行うことを可能とするマイクロ波加熱を用いたセラミックス焼結体の製造方法に関するものである。

本発明は、マイクロ波を吸収しやすいセラミックス材料からなる特定のマイクロ波加熱用鋳込み型、及び該鋳込み型を使用して、鋳込み成形した成形体を離型することなく、乾燥から焼結までの一連の加熱工程を行うことを可能とする新しいマイクロ波加熱方式を利用したセラミックス焼結体の製造方法に係るものであり、通常のセラミックスの成形及び焼結過程にかかる時間を１／４程度の時間に短縮し、かつ、通常の電気炉焼成よりも低温度条件の１００℃以下の温度で、緻密なセラミックス焼結体を作製することを可能とするものである。本発明は、例えば、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、アルミナ等の酸化物セラミックス、及び窒化アルミ等の非酸化物セラミックスの焼結体の作製方法として好適に使用することが可能な、新しいマイクロ波加熱方式によるセラミックス焼結体の製造技術に関する新技術・新製品を提供するものである。

従来、セラミックスの成形及び焼結において、材料を湿式による泥漿鋳込み等を用いて成形体を作製し、その後、材料を型枠から外した後に乾燥を行い、焼成するという工程でセラミックス焼結体の製造が行われる場合がある。この種の方法では、スラリーの鋳込みによる成形後、乾燥、脱脂、及び焼成等の加熱工程を複数回経て行う必要があるために、非常に時間がかかっていた。特に、乾燥、脱脂過程では、試料全体の温度分布が等しいことが重要であり、そのために、通常、従来の電気炉やガス炉では、赤外領域の熱線による放射熱を利用して加熱が行われているが、試料は、熱伝導によって加熱されることから、均質性を保つために、ゆっくりとした温度上昇が必要となっていた。一方、セラミックスを焼結させるためには、１０００℃以上の高温が必要であり、省エネルギーの観点から、大きな空間を温める従来の抵抗加熱炉や、ガス炉に代わる新しい省エネルギー方式の加熱技術の開発が強く求められている。

近年、マイクロ波帯やミリ波帯の電磁波を試料に照射し、セラミックスを焼結する方法が行われて来ている。この焼結方法では、物質内部までマイクロ波が浸透し、材料の誘電損失によってエネルギーが吸収されて熱に変換されるため、通常の電気炉等の外部加熱型に比べて、均一加熱、急速加熱が可能となった。更に、マイクロ波焼結では、いくつかのセラミックスで、緻密化速度の促進効果が観察された。その結果、従来の加熱抵抗炉より、マイクロ波加熱炉の方が、低温でセラミックスを焼成し得ることから、この方法は、焼結体の機械的、電気的特性の改善に有益であると考えられている。

すなわち、マイクロ波やミリ波でセラミックスを焼結すると、通常の電気炉での焼成に比べて、短時間、かつ低温で処理でき、結晶粒の粗大化もあまり起こらず、緻密な焼結体が得られる。しかし、その原因については、色々な考えがあり、それらを列挙すると、１）内部加熱、２）選択加熱、３）拡散促進、４）表面活性化、５）粘性低下、及び、６）温度測定誤差、等が挙げられる。これらの内、上記３）や６）を除けば、いずれもセラミックスに与える効果として現れるものであるが、セラミックスの種類によっても、得られる結果の異なる場合が多々あり、大きな原因として確定されたものは未だない。

マイクロ波加熱の適用に関しては、乾燥工程、脱脂工程、焼成工程にそれぞれ単独でマイクロ波加熱を用いる、あるいは脱脂工程と焼成工程との間にまたがってマイクロ波加熱を適用して、時間短縮を図ることは行われている。先行技術として、例えば、セラミックスのマイクロ波乾燥方法、連続的マイクロ波乾燥装置が提案されている（特許文献１、２参照）。また、例えば、セラミックス射出成形体を脱脂するに当たり、マイクロ波加熱を用い、射出成形体の昇温速度を制御して脱脂することにより、複雑形状又は肉厚の大きい射出成形体において、内部、外部を均一に加熱でき、射出成形体内の膨張収縮を小さくでき、速い昇温速度でクラック無く脱脂することができる脱脂方法が提案されている（特許文献３参照）。

また、成形体の焼成にマイクロ波を用いる先行技術としては、例えば、マイクロ波加熱を誘導性耐火粒子群に導電性物質を所定量添加混合して成形し、マイクロ波加熱によって該耐火粒子の焼結温度まで昇温し、焼結することにより、従来のマイクロ波加熱においては困難であった高温加熱を可能とする、耐火物の焼結方法が提案されている（特許文献４参照）。また、他の先行技術として、例えば、平均粒径が３μｍ以下の圧電性セラミックス粉末を成形後、該成形体にマイクロ波を照射し、９００−１３００℃の温度で加熱焼結することにより、均一な加熱を行うことができ、大量の成形体や大型成形体を割れ等による不良品の発生がなく、また、強度及び圧電特性に優れた圧電セラミックスを製造する方法が提案されている（特許文献５参照）。

更に、例えば、基本粒子セラミック組成物を、オートクレーブ処理して、マイクロ波エネルギーの吸収が増加するような濃度まで該組成物の水素形態含有量を増加させる工程、所望の形状に形成された組成物にマイクロ波エネルギーを当てセラミックス組成物を内面的に加熱し、それによってセラミック組成物を乾燥して焼結することからなるセラミック製品の製造方法が提案されている（特許文献６参照）。

このように、従来、マイクロ波加熱を、セラミックスの乾燥や焼成工程に適用した事例は種々提案されているが、従来、成形体を成形型から離型することなく、マイクロ波加熱することにより、型内のセラミックス成形体を熱処理する技術や、成形、及び乾燥・焼成の工程において、同一の鋳込み型を用いてマイクロ波加熱を行うことはこれまで報告例がない。

特表２００３−５０４８２７号公報 特表２００３−５０４３００号公報 特開平０６−２７９１２７号公報 特公昭５８−２３３４９号公報 特開平１０−２７９３６６号公報 特表２０００−５１０４３４号公報

このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、セラミックス焼結体を製造するに際し、乾燥から焼成までの一連の加熱工程に対して、鋳込み型及びスラリーを工夫すれば、前述の従来技術の問題点を解決できるものと考え、鋭意検討及び研究を積み重ねた結果、鋳込み型に対して吸水性を良くしたマイクロ波吸収効率の高いセラミックスを用いることによって、所期の目的を達成し得ることを見出し、更に研究を重ねて、本発明を完成するに至った。

本発明は、マイクロ波加熱を用いて、緻密なセラミックス焼結体を効率良く作製することを可能とするセラミックス鋳込み型、及び該鋳込み型を使用したセラミックス焼成体の製造方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、マイクロ波を吸収しやすいセラミックス材料及び／又はマイクロ波を吸収しやすくする処理を施したセラミックス材料からなるマイクロ波加熱用鋳込み型、及び該鋳込み型を使用して、セラミックス成形体の乾燥から焼成に至る一連の加熱工程をマイクロ波加熱により行うことからなるセラミックス焼結体の製造方法、を提供することを目的とするものである。

更に、本発明は、セラミックス焼結体の製造方法において、セラミックスの焼成後の鋳込み型の材料を型材として再利用することが可能であり、セラミックス焼結体の機械的、電気的特性の改善を可能とし、省エネルギー、全工程時間の短縮を可能とする、新しいマイクロ波加熱方式によるセラミックス焼結体の製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）セラミックスのスラリーを鋳込み型に流して成形し、離型することなく、乾燥から焼結までの一連の加熱工程をマイクロ波加熱によって行うためのマイクロ波加熱用鋳込み型であって、該鋳込み型がマイクロ波を吸収しやすいマイクロ波吸収特性を有するセラミックス材料及び／又はセラミックス材料の配合割合を変えることによりマイクロ波の吸収特性を調整してマイクロ波を吸収しやすくする処理を施したセラミックス材料からなり、これらのセラミックス材料が、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、ムライト、スピネル、炭化ケイ素、及び窒化ケイ素から選ばれる一種以上を含む材料であることを特徴とするマイクロ波加熱用鋳込み型。
（２）上記鋳込み型の材料が、粒径３μｍ以上１００μｍ以下のセラミックス粒子を含有する、上記（１）に記載のマイクロ波加熱用鋳込み型。
（３）上記セラミックス材料が、セラミックス材料の一部として添加されたマイクロ波を吸収しやすいマイクロ波吸収特性を有するセラミックスを含有する、上記（１）に記載のマイクロ波加熱用鋳込み型。
（４）マイクロ波を吸収しやすいセラミックスの添加割合を調整することにより、鋳込み型の発熱特性が制御されている、上記（３）に記載のマイクロ波加熱用鋳込み型。
（５）上記（１）から（４）のいずれかに記載のマイクロ波加熱用鋳込み型を使用してセラミックス焼結体を製造する方法であって、セラミックスのスラリーを当該鋳込み型に流して成形し、離型することなく、乾燥から焼結までの一連の加熱工程をマイクロ波加熱によって行うことを特徴とするセラミックス焼結体の製造方法。
（６）上記セラミックスが、酸化物、窒化物、又は炭化物である、上記（５）に記載のセラミックス焼結体の製造方法。
（７）マイクロ波の周波数が、３００ＭＨｚ−３０ＧＨｚである、上記（５）に記載のセラミックス焼結体の製造方法。
（８）セラミックス焼結体を製造した後に、鋳込み型の材料を、型材として再利用する、上記（５）に記載のセラミックス焼結体の製造方法。

次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、セラミックス焼結体の製造方法において、セラミックスのスラリーを鋳込み型に流して成形し、離型することなく、乾燥から焼結までの一連の加熱工程をマイクロ波加熱によって行うためのマイクロ波加熱用の鋳込み型であって、該鋳込み型がマイクロ波を吸収しやすいセラミックス材料及び／又はマイクロ波を吸収しやすくする処理を施したセラミックス材料からなることを特徴とするものである。本発明において、マイクロ波を吸収しやすいセラミックス材料とは、被焼結セラミックス製品の材料と比較してマイクロ波吸収性能の高いセラミックス材料を意味し、また、マイクロ波を吸収しやすくする処理を施したセラミックス材料とは、マイクロ波吸収性能の高いセラミックス材料を添加配合してマイクロ波吸収性能を高める処理を施したセラミックス材料を意味する。

本発明は、例えば、無機セラミックス粉末と適宜の溶媒からなるセラミックスのスラリーを鋳込み型に流して成形し、離型することなく、乾燥から焼結までの一連の加熱工程を、好適には、例えば、スラリーを、周波数３００ＭＨｚ−３０ＧＨｚのマイクロ波で焼結を行う際に、鋳込み型としてマイクロ波を吸収しやすいセラミックス材料及び／又はマイクロ波を吸収しやすくする処理を施したセラミックス材料を用いることを特徴とするものであり、セラミックス焼結体の製造プロセスにおいて、省エネルギー・全工程時間の短縮を可能とする新しいセラミックス焼結体の生産技術の確立に大きく貢献するものである。

本発明において、上記セラミックスのスラリーを構成するセラミックスとしては、例えば、酸化物、窒化物、炭化物が例示され、具体的には、例えば、酸化亜鉛、アルミナ等の酸化物セラミックス、窒化ケイ素等の非酸化物セラミックス、その他適宜のセラミックスが例示される。本発明は、セラミックスの種類を問わず、すべてのセラミックスの成形、乾燥及び焼結に適用可能である。

本発明で用いるマイクロ波としては、好適には、例えば、周波数３００ＭＨｚ−３０ＧＨｚである。この周波数のマイクロ波加熱装置としては、例えば、家庭用電子レンジで代表される、安価で小規模な装置が例示される。従って、本発明は、簡便な装置を用いて容易にセラミックスのマイクロ波焼結が行えるという利点を有する。本発明では、セラミックスの成形から乾燥及び焼結を行う際に、その鋳込み型として、マイクロ波の吸収性の良い材料を用いて作製した鋳込み型を用いることにより、成形体を離型することなく、成形後の乾燥からから焼成までの加熱工程を、単一の鋳込み型とマイクロ波加熱装置を用いることによって短時間でセラミックス製品の焼成が可能となる。

本発明において、上記セラミックスの鋳込み型の材料としては、粒径が１００μｍ以下、好適には、３μｍ以上１００μｍ以下のセラミックス粒子、及び有機系のバインダーを含有する材料が用いられ、例えば、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、ムライト、スピネル、炭化ケイ素、窒化ケイ素等を使用し、また、有機系のバインダーを接着剤として使用し、所望する製品の鋳込み型として作製される。有機系のバインダーとしては、例えば、寒天、ゼラチン、でんぷん、スターチ、天然ゴム等が挙げられるが、これらに制限されるものではなく、これらと同等ないし類似のものであれば同様に使用することができる。これらの有機系バインダーの配合量は、例えば、寒天では、２．５−４ｗｔ％の範囲が好適であり、また、ゼラチンでは、５−１０ｗｔ％の範囲が好適である。

上記のセラミックス材料に対して、マイクロ波を吸収しやすい物質、例えば、炭化ケイ素、純度の低い（９７％程度を目安とする）アルミナ等を添加することによって、これらは、セラミックスをマイクロ波焼結する上で問題となる低温でのマイクロ波の吸収効率を向上させるサセプタとしての役割を果たすと同時に、焼成温度等を変化させることを可能とする。この場合、鋳込み型の材料には、マイクロ波を吸収しやすい物質として、炭化ケイ素を、０−５０ｗｔ％添加することが好適であり、０−３０ｗｔ％添加することが更に好適であり、それにより、マイクロ波を吸収しやすくする処理を施したセラミックス材料が調製される。本発明では、マイクロ波を吸収しやすい物質としては、被焼結セラミックス材料と同等ないしそれ以上のマイクロ波吸収能を有するものが用いられる。

また、本発明では、泥しょう鋳込み型の材料として用いるセラミックス材料には、セラミックス製品を製造する上で用いられる原料のセラミックスよりも粒径の大きな粒子、好適には、例えば、粒径３μｍ程度の粒子や、焼結性の低い粒子が用いられる。それにより、鋳込み型自体の焼結性が乏しくなり、そのため、焼成温度のような高温状態でも焼結が起こりにくいために、鋳込み型自体の強度があまりなく、内部のセラミックス製品が焼結時に収縮しても悪影響を及ぼさない。その結果、セラミックス製品の焼成後の鋳込み型は、簡単に崩壊し、原料の粉末と性質がほとんど変わらないままであり、もう一度、鋳込み型の材料として再利用することが可能となる。例えば、後記する実施例で作製した鋳込み型の場合、一度焼成した鋳型は、図１の写真に示すように、崩壊性が良好であり、焼成後に壊した鋳込み型の材料の平均粒径と粒度分布は、図２に示すように、原料粉末とほぼ同じであることが分かった。

本発明において、マイクロ波による加熱工程としては、例えば、原料セラミックスを成形した後の乾燥及び焼結工程が例示されるが、必要により、これ以外の任意の加熱工程をも含むことも可能である。各加熱工程における、加熱温度、昇温速度、加熱時間、加熱雰囲気等の加熱条件は、セラミックス材料の種類、成形体の形状・構造、目的とするセラミックス製品等に応じて適宜決定される。

本発明は、鋳込み型をマイクロ波を吸収しやすいセラミックス材料及び／又はマイクロ波を吸収しやすくする処理を施したセラミックス材料で構成することによって、原料セラミックスを成形した後、鋳込み型から成形体を離型しないで、成形体と一体のままでマイクロ波加熱による乾燥及び焼結の一連の加熱工程を行うことを可能とするものであり、それにより、セラミックス焼結体を効率良く製造することを実現するものである。この場合、鋳込み型自体が発熱体となり、鋳込み型内のセラミックス成形体に、乾燥、焼結等の一連の加熱処理が鋳込み成形体を移動することなく施される。本発明のマイクロ波加熱用鋳込み型の材料は、例えば、セラミックス材料として、マイクロ波を吸収しやすいセラミックス材料及び／又はマイクロ波を吸収しやすくする処理を施したセラミックス材料の混合物から構成されることから、その配合割合を変えることによりマイクロ波の吸収特性を適宜調整して、鋳込み型の発熱特性を任意に制御することが可能であり、それにより、目的とするセラミックス製品の、種類、構造・形状等に応じた好適な加熱条件を設定することが可能である。

また、本発明では、セラミックス材料の成形と、乾燥から焼成までの一連の加熱工程を同じ鋳込み形を用いて行うことができるため、加熱工程を含む全工程に要する時間を大幅に短縮し、効率的にセラミックス焼結体を製造することができる。また、本発明のマイクロ波焼結用鋳込み型を使用して製造されたセラミックス焼結体は、相対密度において、一軸プレス成形品と同等の密度を有するものである。また、本発明では、成形体を鋳込み型から離型して運搬する必要がないため、成形体の強度向上を目的とする結合剤の使用を省略できることから、脱脂工程は不要であり、脱脂不良による割れ、気孔のない焼結体の製造が可能である。

また、本発明では、本発明のマイクロ波加熱用鋳込み型の材料中に、焼結性の低いセラミックスを含有させること、又は成形体の原料セラミックスの平均粒径よりも大きい粒径を有するセラミックス粒子を含有させることにより、鋳込み型の焼結特性を制御して、鋳込み型の崩壊性を良くすることが可能であり、それにより、セラミックス焼結体を製造した後に、崩壊した鋳込み型の材料を型材として再利用することが可能となる。

従来、セラミックス焼結体の製造方法において、セラミックスの乾燥工程、脱脂工程、又は焼成工程でマイクロ波加熱を利用したり、あるいは、脱脂及び焼成処理をマイクロ波加熱で行うことは適宜実施されていた。しかし、それらは、いずれも、セラミックス原料のスラリーを鋳込み型に流して成形し、その後、セラミックス成形体を鋳込み型から離型し、これを乾燥工程、焼成工程に移して、マイクロ波加熱により加熱するものであった。これに対して、本発明は、セラミックス原料のスラリーを鋳込み型に流して成形し、次いで、成形体を鋳込み型から離型することなく、そのままの状態で、乾燥から焼結までの一連の加熱工程をマイクロ波加熱によって行うことを特徴とするものである。

本発明では、鋳込み型の材料の一部又は全部として、特に、マイクロ波を吸収しやすいセラミックス材料で、被焼結セラミックス材料よりも粒径が大きく、鋳込み型自体の焼結性が乏しいセラミックス粒子を用いることにより、セラミックス成形体を鋳込み型から離型することなく、鋳込み型の外部からマイクロ波照射を行うことでセラミックスの乾燥及び焼結を行い、一軸プレスにより製造した焼結体と同等の相対密度を有する高密度焼結体を製造することが可能である。本発明の鋳込み型は、鋳込み型自体の焼結が起こりにくく、型自体の強度が低いので、型内の成形体が乾燥及び焼結時の加熱工程で収縮しても成形体に悪影響を与えることを回避することが可能であり、また、セラミックスを焼結した後の鋳込み型は、簡単に崩壊して、原料粉末と性質がほとんど変わらない粉末状態になることから、鋳込み型の材料として再利用することが可能である。

本発明により、次のような効果が奏される。
（１）本発明により、緻密なセラミックス焼結体を効率よく作製することを可能とするマイクロ波加熱用鋳込み型、及び該鋳込み型を使用したセラミックス焼結体の製造方法を提供することができる。
（２）セラミックス材料を成形した後の成形体を、鋳込み型から離型することなく、乾燥から焼成に至る一連の加熱工程を同一の鋳込み型を用いて、マイクロ波加熱を行うことで、セラミックス焼結体を製造することができる。
（３）鋳込み型の材料に含まれる、マイクロ波を吸収しやすい材料の配合割合を調整することにより、鋳込み型の発熱特性を制御することができる。
（４）鋳込み型の材料として、低焼結性及び／又は粗粒状の材料を使用することにより、セラミックス焼結体を製造した後に、崩壊した鋳込み型の材料を型材として再利用することが可能となる。
（５）欠陥のない、機械的、電気的特性が改善されたセラミックス焼結体を製造することが可能で、省エネルギー、全工程時間の短縮を可能とするセラミックス焼結体の製造方法を提供することができる。
（６）セラミックス材料を成形した後の成形体を、鋳込み型から離型する必要がないため、成形体作製に結合剤を必要としない。そのため、乾燥から焼成までの加熱工程に結合剤の分解・除去を目的とする脱脂工程を必要としない。また、成形体内の脱脂不良による結合剤の残留に起因する欠陥（気孔、割れ等）も発生しない。

次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

（１）鋳型の作製
平均粒径５μｍ程度のアルミナ粒子（Ａ−１２、（株）住友化学製）と、そのアルミナ粒子に対して１．５−３０ｗｔ％になる割合でゼラチンを溶かした水溶液を混合してアルミナのスラリーを作製し、これをシリコンゴム型に流し込み、冷凍庫で冷やし固めることによって、直径２０ｍｍ、高さ１０ｍｍの成形体が得られる鋳込み型を作製した。
（２）焼結体の作製
この鋳型を恒温恒湿槽にて一度乾燥させた後、酸化亜鉛粉末（ＪＩＳ１種、（株）ハクスイテック製）の濃度が４０ｖｏｌ％のスラリーを流し込み、１０分間静置し、鋳型ごと、マイクロ波焼成炉（周波数２４５０ＭＨｚ）の中に入れ焼成を行った。焼成は、室温から８０℃まで毎分２℃で昇温し、８０℃で１０分間保持し、９００℃まで毎分１０℃で昇温し、９００℃で１０分間保持する条件で行った後、炉冷した。

（３）実施結果
型を作製する際のゼラチン量を変化させたときの型の状態と、それを使ってマイクロ波焼成して作製した焼結体の焼結密度及び焼結体の状態を表１に示す。ゼラチン量が、約６−１２ｗｔ％の範囲での型の状態が良好であり、また、この範囲で、高密度で状態の良好な焼結体が得られることが分かった。

（１）鋳型の作製
平均粒径５μｍ程度のアルミナ粒子（Ａ−１２、（株）住友化学製）と、そのアルミナ粒子に対して１−５ｗｔ％になる割合で寒天を溶かした水溶液を混合してアルミナのスラリーを作製し、これをシリコンゴム型に流し込み、冷蔵庫で冷やし固めることによって、直径２０ｍｍ、高さ１０ｍｍの成形体が得られる鋳込み型を作製した。
（２）焼結体の作製
この鋳型を恒温恒湿槽にて一度乾燥させた後、酸化亜鉛粉末（ＪＩＳ１種、（株）ハクスイテック製）の濃度が４０ｖｏｌ％のスラリーを流し込み、１０分間静置し、鋳型ごとマイクロ波焼成炉（周波数２４５０ＭＨｚ）の中に入れ焼成を行った。焼成は、室温から８０℃まで毎分２℃で昇温し、８０℃で１０分間保持し、９００℃まで毎分１０℃で昇温し、９００℃で１０分間保持する条件で行った後、炉冷した。

（３）実施結果
型を作製する際の寒天量を変化させたときの型の状態と、それを使ってマイクロ波焼成して作製した焼結体の焼結密度及び焼結体の状態を表２に示す。寒天量が、３−４ｗｔ％の範囲で型の状態が良好であり、また、この範囲で、高密度で状態の良好な焼結体が得られることが分かった。

（１）鋳型の作成
平均粒径５μｍ程度のアルミナ粒子（Ａ−１２、（株）住友化学製）と、そのアルミナ粒子に対して１．５−３０ｗｔ％になる割合でゼラチンを溶かした水溶液を混合してアルミナのスラリーを作製し、これをシリコンゴム型に流し込み、冷凍庫で冷やし固めることによって、直径２０ｍｍ、高さ１０ｍｍの成形体が得られる鋳込み型を作製した。
（２）焼結体の作製
この鋳型を恒温恒湿槽にて一度乾燥させた後、チタン酸バリウムの粉末（ＢＴＯ１、（株）堺化学製）の濃度が３０ｖｏｌ％、酸化亜鉛粉末（ＪＩＳ１種、（株）ハクスイテック製）、アルミナ粉末（Ａ−１２、（株）住友化学製）の濃度がそれぞれ４０ｖｏｌ％のスラリーを流し込み、１０分間静置し、鋳型ごとマイクロ波焼成炉（周波数２４５０ＭＨｚ）の中に入れ、焼成を行った。

焼成は、酸化亜鉛では、室温から８０℃まで毎分２℃で昇温し、８０℃で１０分間保持し、９００℃まで毎分１０℃の昇温し、９００℃で１０分間保持する条件で行った後、炉冷した。チタン酸バリウムでは、室温から８０℃まで毎分２℃で昇温し、８０℃で１０分間保持し、１２００℃まで毎分１０℃で昇温し、１２００℃で１０分間保持した後、炉冷した。アルミナでは、室温から８０℃まで毎分２℃で昇温し、８０℃で１０分間保持し、１３５０℃まで毎分１０℃で昇温し、１３５０℃で３０分間保持した後、炉冷した、

（３）実施結果
マイクロ波焼成した焼結体の相対密度を表３に示す。また、参照例として、一軸プレスで作製した試料を同条件で焼成した焼結体の相対密度を示す。この結果、両者の間に大きな差は認められず、各焼成体の相対密度は、どの試料でも一軸プレスの従来の試料と比較して遜色はなかった。

本実施例では、型材の再利用の可能性について検証を行った。平均粒径５μｍ程度のアルミナ粒子（Ａ−１２、（株）住友化学製）と、そのアルミナ粒子に対して６ｗｔ％になる割合でゼラチンを溶かした水溶液を混合してアルミナのスラリーを作製し、これをシリコンゴム型に流し込み、冷凍庫で冷やし固めることによって、直径２０ｍｍ、高さ１０ｍｍの成形体が得られる鋳込み型を作製した。

この鋳型を恒温恒湿槽にて一度乾燥させた後、アルミナ粉末（Ａ−１２、（株）住友化学製）の濃度が４０ｖｏｌ％のスラリーを流し込み、１０分間静置し、鋳型ごとマイクロ波焼成炉（周波数２４５０ＭＨｚ）の中に入れ、焼成を行った。焼成は、室温から８０℃まで毎分２℃で昇温し、８０℃で１０分間保持し、８００−１６００℃まで毎分１０℃で昇温し、各焼成温度で１０分間保持する条件で行った後、炉冷した。

図１は、左から順に、鋳込み後の状態、焼成直後の状態、型を手で崩した後の状態である。このことから、焼成後に、用いた試料型は、簡単に崩壊し、もとの原料として使用することが可能である。この壊した型材について、粒度分布測定を行った結果を図２に示す。その結果、原材料と焼成後の型材の平均粒径及び粒径分布はほぼ同じであり、型材は再利用可能であることが示された。

以上詳述したように、本発明は、マイクロ波加熱用鋳込み型及びセラミックスの乾燥・焼結体の製造方法に係るものであり、本発明は、セラミックス焼結体の製造方法においてセラミックス材料の成形後の乾燥から焼成までの一連の加熱工程を、マイクロ波加熱によって行うことを可能とするものであり、それによって、緻密なセラミックス焼結体を効率良く製造することを可能とするものである。

本発明は、マイクロ波加熱用鋳込み型自体の発熱を利用して、セラミックス成形体の成形、乾燥及び焼結工程を同一の鋳込み型を用いて、鋳込み型から成形体を離型しないで、これらを一体にした状態で加熱することを可能とするものである。それにより、本発明は、セラミックス焼結体の製造プロセスにおいて、省エネルギー、及び全工程の時間短縮を達成すると共に、従来の一軸プレス方式と同等の物性を有するセラミックス焼結体を製造できる新しいマイクロ波加熱方式によるセラミックス焼結体の製造技術を提供するものである。

鋳込み後、焼成後、及び焼成後の型を手で崩した後の試料と鋳型の写真を示す。 鋳型の原料粉末、８００−１６００℃の各温度で焼成した後に壊した型材の平均粒径と粒度分布を示す。

Claims (8)

1. セラミックスのスラリーを鋳込み型に流して成形し、離型することなく、乾燥から焼結までの一連の加熱工程をマイクロ波加熱によって行うためのマイクロ波加熱用鋳込み型であって、該鋳込み型がマイクロ波を吸収しやすいマイクロ波吸収特性を有するセラミックス材料及び／又はセラミックス材料の配合割合を変えることによりマイクロ波の吸収特性を調整してマイクロ波を吸収しやすくする処理を施したセラミックス材料からなり、これらのセラミックス材料が、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、ムライト、スピネル、炭化ケイ素、及び窒化ケイ素から選ばれる一種以上を含む材料であることを特徴とするマイクロ波加熱用鋳込み型。
2. 上記鋳込み型の材料が、粒径３μｍ以上１００μｍ以下のセラミックス粒子を含有する、請求項１に記載のマイクロ波加熱用鋳込み型。
3. 上記セラミックス材料が、セラミックス材料の一部として添加されたマイクロ波を吸収しやすいマイクロ波吸収特性を有するセラミックスを含有する、請求項１に記載のマイクロ波加熱用鋳込み型。
4. マイクロ波を吸収しやすいセラミックスの添加割合を調整することにより、鋳込み型の発熱特性が制御されている、請求項３に記載のマイクロ波加熱用鋳込み型。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のマイクロ波加熱用鋳込み型を使用してセラミックス焼結体を製造する方法であって、セラミックスのスラリーを当該鋳込み型に流して成形し、離型することなく、乾燥から焼結までの一連の加熱工程をマイクロ波加熱によって行うことを特徴とするセラミックス焼結体の製造方法。
6. 上記セラミックスが、酸化物、窒化物、又は炭化物である、請求項５に記載のセラミックス焼結体の製造方法。
7. マイクロ波の周波数が、３００ＭＨｚ−３０ＧＨｚである、請求項５に記載のセラミックス焼結体の製造方法。
8. セラミックス焼結体を製造した後に、鋳込み型の材料を、型材として再利用する、請求項５に記載のセラミックス焼結体の製造方法。