JPH01111774A

JPH01111774A - 非酸化物系セラミックスの粉体処理方法

Info

Publication number: JPH01111774A
Application number: JP62268328A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Nakatani; 雅彦中谷; Shigemi Sato; 繁美佐藤; Toyoyuki Tono; 東野　豊之; Hide Nomura; 埜村　秀; Ryusuke Adachi; 隆介安達
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 1987-10-26
Filing date: 1987-10-26
Publication date: 1989-04-28
Anticipated expiration: 2011-10-09
Also published as: JP2542641B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は窒化ケイ素などの非酸化物系セラミックスの成
形性を改善するための粉体処理方法に関する。

〔従来の技術〕

一般的に、窒化ケイ素などの非酸化物系セラミックスの
粉体は、酸化物系セラミックスであるアルミナ、ジルコ
ニアなどの粉体と比較して、その成形性が極端に劣ると
いう欠点がある。これは、非酸化物系セラミックスの粉
体は、成形性を付与する有機材料及びその溶剤とのぬれ
性が悪いことに起因している。

そこで、非酸化物系セラミックス粉体の成形性を改善す
るために、多量の有機材料及びその溶剤を添加すること
が行なわれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、非醜化物系セラミックスの粉体に多量の
有機材料及びその溶剤を添加して成形すると、以下のよ
うな問題点が生じていた。

■、多量の有機材料を含むために成形体密度が上がらな
い。

■　成形後の焼結収縮が大きく、形状予測が困難である
。

本発明は、上記問題点を解決し、非酸化物系セラミック
ス粉体を用いても、グリーン密度が高く、成形後の収縮
が小さい焼結体を得ることができる粉体処理方法を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の非酸化物系セラミックスの粉体処理方法は、非
酸化物系セラミックスの粉体に親水性を有するカップリ
ング剤で処理することを特徴とするものである。

本発明方法は、第１図の粉体処理工程に対応すものであ
る０本発明において、非酸化物系セラミックスとしては
、窒化ケイ素、炭化ケイ素、サイアロン、窒化アルミニ
ウム等が挙げられる。また、カップリング剤としては、
シランカップリング剤、アルミ系カップリング剤、チタ
ン系カップリング剤等が挙げられる。これらカップリン
グ剤は、良好な親水性を示すように、分子構造中に＋Ｃ
Ｈ２ＣＨ２Ｏ元　を有し、末端基として−ＯＣＨ３、−
ＧＯＯＣＨｚ、　−ＣＨ２０（：Ｈｚ　、−ＣＯＯＨｌ
−ＮＨ、、−ＣＭ、　−ＯＨ又は−ＮＨＣＯＮＨ２等の
親木性官能基を有するものが望ましい。

第１図に示すように、非酸化物系セラミックスの粉体を
用意し、カップリング剤と混合することにより、粉体表
面に処理層を生成させる。好ましくはカップリング剤を
加熱処理等により活性化し、両者を混合して反応させた
方が表面処理効果が著しい、この結果、非酸化物系セラ
ミックスの粉体表面にカップリング層が形成される。な
お。

非酸化物系セラミックスに焼結助剤を添加しておいても
よい。

カップリング剤としてシランカップリング剤を活性化処
理して用いた場合について、第２図を参照してより詳細
に説明する。まず、シランカップリング剤を水（少量の
酢酸又は塩酸を含む）等の溶剤に溶解する。この溶液を
１００℃以下に加熱して加水分解することにより活性化
し、シリコン原子に水酸基が結合した状態とする。この
溶液中に処理しようとする粉体を入れて攪拌すると、活
性化したシランカップリング剤と粉体表面に存在する水
酸基等とが反応し、粉体表面に反応層が形成される。更
に、粉体を処理液から分離し、乾燥した後、１５０℃以
下に加熱処理することにより、反応層に残存している水
酸基どうしが反応して架橋する。

この反応の温度１時間を制御することにより、反応層中
の水酸基の量を変化させて親木性を調整できる。また、
粉体表面に親水性の■ＣＨ２０Ｈ、Ｏｑを有するカップ
リング層が形成され、ｎ数を調整することにより親木性
を調整できる。

〔発明の効果〕

本発明方法によれば、非酸化物系セラミックスの粉体表
面に、親木性を有するカップリング層を形成することに
より、水及び有機材料に対するぬれ性が向上し、添加す
る水及び有機材料の量を従来よりも低減することができ
る。しかも、カップリング層自体に可塑性を有する官能
基を導入することができる。この結果、グリーン成形体
密度及び焼結体密度を従来よりも向上することができ。

それに伴って焼結体強度も向上した。

なお、このような表面処理を行なっても、粉体特性であ
る比表面積や粒度分布を大きく変化させることはない。

また、非酸化物系セラミックスの粉体の親木性は、カッ
プリング剤の分子構造によって調整することができる０
例えば、シランカップリング剤を一般的に［ＲＯ■ＣＨ２ＧＨｚＯ）ｎ　　　■ＣＨ２）１］Ｌｓ
ｉ（ＯＲ’）ｍ（ただし、ｆＬ：　　１〜３．ｍ：　　
１〜３．ｎ≧ｌ、ｋ≧１　、ｕ＋ｍ＝４）で表わすと、
ｎ及び立の数を増すにつれて親木性が大きくなる。また
、Ｒ及びＲ゛の官ｆ距基によっても更に親木性を調整す
ることができる０例えば、Ｒ゛については、メチル基の
方がエチル基よりも親木性が大きくなる。

更に、カップリング剤としてアルミ系のものを用いた場
合には、上記の効果のほかに、窒化ケイ素等の焼結助剤
としての作用も付与することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明する。

実施例１シランカップリング剤としてＣＨ，０ＣＣＨ２ＣＨ２０）ｎ　ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｓ
ｉ（ＯＭｅ）３（ｎζ８）を用い、これを少量の酢酸を
含む水に溶解して２％水溶液とした。この水溶液を８０
℃に加熱し、カップリング剤を加水分解して活性化した
。

この水溶液に窒化ケイ素粉体（焼結助剤を含む）を入れ
て、攪拌した。この結果、窒化ケイ素粉体表面にカップ
リング剤の反応層が形成された。その後、処理液から窒
化ケイ素粉体をろ過して乾燥した。

実施例２シランカップリング剤としてＣＨ３０■ＣＨ２ＣＨ２０）１１　ＣＨ２０８２ＣＨ２
５ｉ（ＯＥｔ）３（ｎ’＋８）を用いた以外は、実施例
１と全く同様にして窒化ケイ素粉体の表面処理を行なっ
た。

実施例３シランカップリング剤として［ＣＨ３０（ＣＩ２　ＣＨ２０）ｎ　ＣＨ２０Ｈｔ　Ｃ
Ｈ２］　２　Ｓｉ（ＯＭｅ）２（１％−，８）を用いた
以外は、実施例１と全く同様にして窒化ケイ素粉体の表
面処理を行なった。

実施例４シランカップリング剤として［ＣＨ３０（ＧＨｚ　ＣＨ２０）ｎ　ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ
２］　３　Ｓｉ（ＯＭｅ）（ｎ’、８）を用いた以外は
、実施例１と全く同様にして窒化ケイ素粉体の表面処理
を行なった。

実施例５アルミ系カップリング剤としてＣＨ３０■ＣＨ２ＣＨ２０）ｎ　ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ａ
ｌ（０−ｉＰｒ）２（ｎζ８）を用い、これを少量の酢
酸を含む水に溶解して２％水溶液とした。この水溶液を
４０℃に加熱し、カップリング剤を加水分解して活性化
した。

この水溶液に窒化ケイ素粉体（焼結助剤を含む）を入れ
て、攪拌した。この結果、窒化ケイ素粉体表面にカップ
リング剤の反応層が形成された。その後、処理液から窒
化ケイ素粉体をろ過して乾燥した。更に、１４０℃で加
熱処理して反応層を架橋させた。

上記実施例１で表面処理された窒化ケイ素粉体の表面の
フーリエ変換赤外線スペクトルを測定したとど′ろ、ご
く微量のカップリング層が形成されていることが確認さ
れた。

最初に、上記実施例１で表面処理された窒化ケイ素粉体
と、表面処理されていない窒化ケイ素粉体とについて、
それぞれの粉体単独に水を徐々に添加していった場合に
キャピラリー状態（水が毛管現象により粉体間に充填さ
れた状態）となる時点を肉眼観察で調べた。その結果、
表面処理した粉体では、表面処理していない粉体と比較
して、キャピラリー状態となるのに必要な水の量が５０
％以上低減できた。このことから、表面処理した窒化ケ
イ素粉体では水に対するぬれ性が向上していることがわ
かる。

成形例１上記実施例１で表面処理された窒化ケイ素粉体を原料と
して、以下のようにしてコイルばねを製造した。まず、
第１表に示す原料を同表に示す配合比で配合し、混練し
た後、押出成形して線材を得た。この線材のグリーン密
度は１．８８ｇ／ｃ膳３であった０次いで、この線材を
芯棒にコイリングし、１７５０℃、Ｎ２雰囲気で焼結し
てコイルばねを製造した。このコイルばねについて、密
度及びせん断強度（室温）を測定した。その結果、焼結
体密度は３．２３ｇ　／　Ｃ１ｌ”、せん断強度は５３
．０　ｋｇｆ／■腸２（平均値）であった。

一方、表面処理されていない窒化ケイ素粉“体を原料と
した以外は、上記と同様に第１表と同一の配合比で原料
を配合し、混練した後、押出成形して線材を得て、これ
を芯棒にコイリングしたところ、線切れが発生した。そ
こで、表面処理されていない窒化ケイ素粉体を用いた場
合に、線切れしない配合比を第２表に示す、第２表の配
合比で上記と同様に、押出成形による線材を得た後、コ
イリングし、更に焼結してコイルばねを製造した。

この場合、グリーン密度は１．ＥｌＯｇ／ｃ層３、焼結
体密度は３．２１ｇ／ｃｍ’、せん断強度は４７．４　
ｋｇｆ／履１１２　（平均値）であった。

以上のように、本発明に係る表面処理を行なうことによ
り、従来よりも成形性を付与するために添加する有機材
料及びその溶剤を１５％低減でき、グリーン密度は５．
０％、焼結体密度は０．８％、せん断強度は１１．８％
向上した。

第　　１　　表第２表成形例２上記実施例１で表面処理された窒化ケイ素粉体を原料と
して、以下のようにして板状の焼結体を製造した。まず
、第３表に示す原料を同表に示す配合比で配合し、スラ
リーを調整した後、スプレードライヤーにより、金型プ
レスに最適な造粒粉を作製した。この造粒粉を金型プレ
スで成形して板状の成形体を得た。この成形体のグリー
ン密度は１．７５　ｇ　／　ｃｍ　’であった０次いで
、この成形体を１７５０℃、Ｎ２雰囲気で焼結して板状
の焼結体を製造した。この焼結体について、密度及び３
点曲げ試験（室温）による強度を測定した。その結果、
焼結体密度は３．２４ｇ／ａｍ”、焼結体強度は１２８
．１ｋｇｆ／鳳層２（平均値）であった。

一方、表面処理されていない窒化ケイ素粉体を用いた場
合に、第３表の混練物と同一のグリーン強度（曲げ強度
）を得るのに必要な配合比を第４表に示す、第４表の配
合比で上記と同様に、スラリーを調整し、造粒した後、
金型プレスにより板状の成形体を作製し、１７５０℃、
Ｎ２雰囲気で焼結して焼結体を製造した。この場合、グ
リーン密度は１．７２　ｇ　／　ｃｙｒ　”、焼結体密
度は３．２２　ｇ　／’　ｃｔａ　３、焼結体強度は１
１８．７ｋｇｆ／ｍ■２（平均値）であった。

以上のように、本発明に係る表面処理を行なうことによ
り、従来よりも有機材料の添加量を１９％低減でき、グ
リーン密度は１．７％、焼結体密度は０．６％、焼結体
強度は９．８％向上した。

第　　３　　表第　　４　　表

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を示すブロック図、第２図は本発明
方法を化学反応式で示す図である。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非酸化物系セラミックス粉体に親水性を有するカ
ップリング剤で処理することを特徴とする非酸化物系セ
ラミックスの粉体処理方法。
（２）カップリング剤が、分子構造中に ■ＣＨ＿２ＣＨ＿２Ｏ■＿ｎを有することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の非酸化物系セラミックスの
粉体処理方法。
（３）カップリング剤が、末端基として−ＯＣＨ＿３、
−ＣＯＯＣＨ＿３、−ＣＨ＿２ＯＣＨ＿３、−ＣＯＯＨ
、−ＮＨ＿２、−ＣＮ、−ＯＨ又は−ＮＨＣＯＮＨ＿２
を有することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
非酸化物系セラミックスの粉体処理方法。