JPH02279553A - セラミックス成形物およびその製造方法 - Google Patents

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） 本発明はセラミックスの泥漿を用いて成形されたセラミ
ックス成形物、およびその製造方法に関する。

（従来技術） 近年、ファインセラミックスの粉体を原料とするセラミ
ックス成形体においては金属材料、有機材料からなる成
形物に比して優れた機械的、化学的、熱的特性が注目さ
れ、各種の分野でその用途開発がなされている。

しかして、セラミックス成形物において機械的、熱的特
性を向上させるには：均質かつ緻密で微細な結晶構造を
持つ焼結体であることが要求され、これに対処するには
セラミックス原料が均質かつ微細であることが必要であ
り、これに伴いセラミックスの原料のより一層の微粉末
化が要求される。

一方、伝統的なセラミックスの成形法の一つとして泥漿
鋳込成形法を代表例とする泥漿を用いた泥漿成形法があ
り、当該成形法は大型の構造、複雑な構造のセラミック
ス成形物の成形に適し、その重要性が再認識されている
。

（発明が解決しようとする課題） このように、セラミックス成形物の機械的、熱的特性を
向上させるにはセラミックス原料の微粉末化が必要であ
るが、セラミックス成形物を成形する面からすれば原料
が微粉であるほどその成形が難しい、特に、泥漿成形法
においては、セラミックス原料が微粉であるほど下記の
理由により内部欠陥の少ない比較的均一な成形体を得る
ことが難しい。

（ａ＞一般に、泥漿鋳込成形法においては、セラミック
ス粉末に有機結合剤（解膠剤、結合剤）および水を加え
て泥漿化し、この泥漿を石膏、樹脂等からなる鋳込用型
に鋳込んで成形するものであり、鋳込みに先立って成形
体中に気孔等による内部欠陥の発生を防止するために、
泥漿は脱気等の前処理に付される。しかしながら、かか
る方法により成形された成形体を乾燥、焼成しても高密
度、強度等の特性が十分に発現されない、特に、プレス
成形にて得られた焼結体と比較した場合には強度特性が
劣り、鋳込成形にて得られた焼結体では５〜２０％の特
性劣化が認められる。この特性低下の原因は、鋳込成形
時泥漿中の水分が鋳込型に吸収されて成形体として固化
する際、および乾燥工程において原料粒子間に存在する
水分が飛散した際に、成形体内部に微細な気孔が内部欠
陥として残存するためと推定される。

（ｂ）泥漿鋳込成形法においては、離型時、乾燥時成形
体は収縮等により切れ、クラック等の損傷を発生させや
すい、特に複雑かつ肉厚差の大きい大型の成形体になる
ほど成形体の密度は不均一になりやすく、密度差に起因
して成形体の固化、乾燥時の収縮率が異なり切れ、クラ
ック等の損傷が発生しやすい。

（ｅ）鋳込成形体は有機結合剤を多く使用した場合には
仮焼されることが多いが、この場合添加した有機結合剤
の燃焼によるガス発生時に成形体に切れ、クラック等の
損傷が発生しやすい、特に、セラミックス原料が微粉に
なるほどその傾向が強い。

以上の事項は鋳込成形以外の泥漿成形、例えばドクター
ブレード、コーティング等の成形法においてもほぼ該当
するものである。

従って、本発明の目的はたとえ大型、複雑な構造であっ
ても機械的、熱的特性の優れた実質的に無孔質のセラミ
ックス成形物を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明はセラミックス成形物およびその製造方法に関し
、本発明に係るセラミックス成形物は、セラミックスの
微粉体を凝集して形成されかつ泥漿用媒体に対する親和
性物質を含有する造粒体を原料とする泥漿を用いて成形
しかつ焼成してなるセラミックス成形物であり、当該成
形物は実質的に無孔質で均一な緻密構造を有している。

また、本発明に係るセラミックス成形物の製造方法は、
セラミックスの微粉体を凝集して形成された造粒体を原
料とする泥漿を用いて成形しかつ焼成してなるセラミッ
クス成形物の製造方法であり、その第１の方法は前記造
粒体として泥漿用媒体に対する親和性物質を含有する造
粒体を採用し、成形後乾燥された成形体を焼成に先立っ
てアイソスタティックプレスに付すことを特徴とし、そ
の第２の方法は上記第１の方法において、乾燥された成
形体を焼成またはアイソスタティックプレスに先立って
仮焼することを特徴とするものである。

（解決手段の説明） 泥漿用媒体は一般に水またはアルコールであり、従って
親和性物質としては一般に親水性物質であって、具体的
には以下の親水性基を持つ有機化合物、Ｙ２Ｏ９等の希
土類金属化合物、ＭｇＯ，ＣａＯ等の土類金属化合物、
水ガラス、本節粘土等親水性無機物質を挙げることがで
きる。

−ＣＯＯＨ、−００Ｈ、−Ｃ３ＯＨ、−５０１１、−Ｃ
９ＳＨ、−ＳＯ，Ｈ，−５Ｏ２Ｈ、−Ｓｏｉｌ−ＣＯＯ
Ｍ　ｔｌ、　−００Ｍ”　、　−ＣＯ−０−ＣＯ−、−
ＣＯＯＲ本２、−ＣＯＸわ、　−ＯＸ　。

−ＣＯＮＸ２．−０ＮＨ２，−Ｃｏ−ＮＨＮＨ２，−Ｃ
ＯＮ）ＩｃＯ，−Ｃ（ＮＨ）ＮＨ，、−Ｃ＝Ｎ、　−Ｎ
Ｃ、−０ＣＮ　、−ＮＣＯ，−５ＣＮ　、−ＮＣＳ、−
ＣＩＯ，−０１（、−Ｃ）Ｉｓ、　−Ｓ）！　。

００Ｈ，−ＮＨ２，＝ＮＨ、−ＮＨ４、−ＮＨＮＨ２，
−ＯＲ京２．−０２Ｈ本２　（イ旦し、傘ｌニド金属、
傘２：Ｒ＝アルキル基、零３：ｘ：ハロゲン、シアン、
アジド） 本発明における造粒体はｚ「０２、Ａｌ２Ｏ３、その他
のセラミックスの微粉体を親和性物質とともに凝集して
造粒したもので、造粒法としては下記の公知の方法を採
用することができる。すなわち、（１）加湿した粉体に
転動作用を付与して球形粒子に凝集させる転勤式造粒法
、（２）原料粉体の一定量を一定の大きさ、形状に圧縮
成形して粒状物を作る圧縮造粒法、（３）粉体を流動化
させてこれにスプレーノズルから液を噴霧し粒子表面を
液コーティングして造粒する流動層造粒法、（４）スラ
リーを加圧型ノズルまたは２流体ノズルを用いて微粉化
し造粒塔内で空冷固化して球状造粒物を得る噴射造粒法
、（５）原料粉体をスラリー化して噴霧乾燥すると同時
に造粒する噴霧乾燥造粒法等を採用し得る。

これらの造粒法においては噴霧乾燥造粒法、流動層造粒
法が好丈しい、また、造粒体の形状は特に限定されるも
のではないが球状が好ましく、かつ平均粒子径はｌＯ〜
１０００μ墓特に２０〜１００μ鋤のものが好ましい、
平均粒子径が１０μｍ未満の場合には鋳込成形時の着肉
時間が長くなり、かつ内部の固化が遅くて均一な成形体
が得られない、また、乾燥時、仮焼時の水分の飛散や発
生ガスの飛散が不充分となる。一方、平均粒子径が１０
００μ層を越える場合には泥漿の調整が難しく、成形が
行えなくなる。

本発明の泥漿はかかる造粒体を原料とし、一般には有機
結合剤を添加して調製され、泥漿成形に供される。泥漿
成形された成形体は乾燥され、乾燥された成形体をアイ
ソスタティックプレスまたは焼成に先立って仮焼に付さ
れ、かかる製造方法により実質的に無孔質で均一な緻密
構造を有するセラミックス成形物が得られる。

（発明の作用・効果） 造粒体は粒径が大きくて沈澱し易いことがら、常法にて
造粒した造粒体を用いて泥漿成形に適した安定な泥漿を
得ることは難しいが、本発明の造粒体はその内部または
内外両部に媒体に対する親和性物質を有しているため、
同親和性物質が媒体を吸着して造粒体の表面に媒体の層
を形成させる。

従って、本発明に係る造粒体は媒体中での分散性に優れ
、同造粒体により泥漿成形に適した安定な泥漿を得るこ
とができる。

従って、粒径が大きい造粒体を原料としかつ極めて安定
な泥漿を用いる泥漿成形においては、成形体の可塑性が
増大し複雑かつ肉厚差のある成形体であっても未着内部
の発生や離型時の切れ等の損傷の発生が少ない、また、
成形体内での粒子間の間隙が比較的大きいために、乾燥
時成形体内の水分が蒸発飛散され易く、水分の蒸発飛散
に伴う収縮量が少ないため、乾燥時の成形体の切れ、り
うツク等の損傷が少ない、仮焼を必要とする成形体にお
いても、成形体内での粒子間の間隙が比較的大きいこと
から有機結合剤の燃焼により発生するガスが飛散し易く
、ガス発生に起因する切れ、クラック等の損傷の発生も
少ない。

従って、かかる成形体は内部欠陥の皆無または極めて少
ないものとなり、かかる成形体をアイソスタティックプ
レスに付すことにより、同成形体は同プレス工程にて全
面から等軸加圧されて造粒体相互の粒子間隙を消失して
強固に結合され、これを焼成して得られるセラミックス
成形物は機械的、熱的特性にすぐれたものとなる。

（実施例） 本実施例においては各種の泥漿を調製し、各種の泥漿の
成形性および各種の成形体を焼成してなる成形物の熱処
理前後の強度を測定した。

（１）泥漿用原料（造粒体：平均粒子径５０μｍ）原料
粉体：平均粒子径０．４μｍ） ａｔ：３ｍｏ１％のＹ２Ｏ，を含有するＺｒ０２ａ　２
：Ａ１２０３ ａｓ：ＺｒＯ２ 添加物質： ｂ１＝ポリカルボン酸Ｎ）ｌ、　（親水性）、添加量（
添加物ｗｔ／原料粉体Ｗし・以下同じ）・１／１００ｂ
２：本節粘土（親水性）、添加量・２／９８ｂ　Ｓ：Ｙ
２Ｏ３（親水性）、添加量−ａ　５（２ｒＯ２）に対し
てのみ添加、添加量は３／９７（ｍｏ１％）ｂ　４：Ｍ
ｇ０（親水性）、添加量・０．１／１００ｂ　５：Ｃａ
０（親水性）、添加量＝０．５／１００ｂ６：ポリビニ
ルアルコール（熱処理・・・非親水性）、添加量・１／
１００ ｂ７；ワックス（エマルジョンタイプ・・・非親水性）
添加量・１／＋００ 造粒方法 ｃｌ：噴霧乾燥造粒法　ｃｌ：流動層造粒法ｃ、：未造
粒 （２）泥漿の調製 各種の造粒体（平均造粒径５０μｍ）と水を用い、解膠
剤（ポリカルボン酸ＮＨ４，１ｗｔ％）、保形剤（メチ
ルセルロースｌｖｔ％）、消泡剤（０，０５ｗｔ％）を
添加して真空混線機にて泥漿を調製した。泥漿濃度は６
５ｗｔ％である。

（３）鋳込成形 各種の泥漿を原料として第１図に示す上下両型１．２か
らなる鋳込用テスト型を用いて５　ｋｇ／ｃｍ”の圧力
にて加圧鋳込成形を行った。

（４）成形後の処理 成形体を温度６０℃以下、湿度６０％以上の恒温恒温の
条件下で乾燥を開始し、漸次温度を下げて乾燥した。乾
燥後各成形体に対してｄｌまたはｄ２の処理を施した。

ｄ、ニアイソスタティックプレス→焼成ｄ２：焼成 なお、アイソスタティックプレスを施す際には成形体に
ラテックスを塗布して乾燥し成形体の全面をゴム膜にて
被覆し、次いで１２００ｋｇ／ｃ＋＋＋２の圧力にてプ
レスする。その後成形体を酸化雰囲気（ｚ「０２）、還
元雰囲気（Ａｌ□０．）にて１４００℃で焼成した。

（５）試験 ａ、、ｄ、処理にて得られた第２図に示す形状の成形物
ｅについて大きさの中心部ｅ１と外周部ｅ２のサンプル
を切出し、同サンプルの熱処理前後の曲げ強度をＪＩＳ
Ｒ１６０１の４点曲げ試験法にて測定した。この結果を
第１表に示すとともに、判定基準としてプレス成形法に
て得たサンプルの曲げ強度の値を示す、なお、熱処理は
オートクレーブ内で２５０℃飽和水蒸気圧中で行い、熱
処理時間はＡｌ２Ｏ，については５００時間、ＺｒＯ２
については２５０時間である。

＜６）結果 第１表から明らかなように、親水性物質を含む造粒体を
泥漿用原料としかつ泥漿中に解膠剤を添加して鋳込成形
してなる成形体を焼成に先立ってアイソスタティックプ
レスしたものについては、熱処理前、熱処理後の強度共
にプレス成形物と同等のものが得られる。これに対して
親水性物質を含まない造粒体を泥漿用原料とした場合（
試験Ｎ。

５、Ｎｏ６．Ｎｏ１３．Ｎｏ２７．Ｎｏ２８．Ｎｏ３４
）、鋳込成形により成形体を形成することができない。

なお、親水性物質を含む造粒体を泥漿用原料とした場合
においても泥漿中に解膠剤を添加しない場合には、親水
性物質の種類によっては鋳込成形が不可能な場合がある
（試験Ｎｏ９．Ｎｏ１０．Ｎｏ３１．Ｎｏ３２．Ｎｏ４
９）、また、泥漿用原料として未造粒の粉体を用いた場
合（試験Ｎｏ２０．Ｎｏ２１．Ｎｏ４０．Ｎｏ４１．Ｎ
ｏ５１．Ｎｏ５２）、熱処理前、熱処理後の強度共に低
く、特に熱処理後は崩壊するものが多い。

（以下余白） （実施例２） 実施例１における原料である平均粒子径０．４μｒｍ　
、０．８μｍのものを採用するとともに造粒体の平均粒
子径を５０μ−１１００μｍとし、実施例１と同様にし
てセラミックス成形物を得た。但し、仮焼を施した場合
の仮焼条件は酸化雰囲気で５００℃である。得られた成
形物の熱処理前、熱処理後の強度を第２表に示す。

第２表から明らかなように、造粒体の造粒径を５０μｍ
から１００μ騰に変更しても焼結体の強度に大きな影響
はなく、またアイソスタティックプレスに先立って仮焼
した場合には強度が若干低下することが認められる。仮
焼により強度が低下する理由は添加剤の焼失により成形
体中の粒子間の潤滑性が低下し、アイソスタティックプ
レスによる粒子の充填が若干不充分となり、微小な欠陥
が発生するためと推定される。

焼結体の強度は原料の粒子径が小さい程、大き（、Ｚｒ
ｏｚ（ａｔ）の粒子径が０．８μＩと大きくなると熱安
定性のみが悪くなる（Ｎｏ７０〜Ｎｏ？４．Ｎｏ８０　
〜Ｎｏ８４．Ｎｏ１０２〜Ｎｏ１０４．Ｎｏ１０８　〜
Ｎｏ１ｌＯ）、ＡＩｚＯｓ（匂）を原料とする場合はＺ
ｒｏｚ（ａｌ）に比較してその強度が約５０％であるが
、逆に熱安定性には優れていて原料の粒子径が０，８μ
ｍと大きな場合（Ｎｏ７５〜Ｎ。

７９、Ｎｏ８５〜Ｎｏ８９．Ｎｏ１０５〜Ｎｏ１０７）
においても、熱処理後の崩壊は認められない、なお、そ
の他の結果については実施例１と同様である。

（以下余白）

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に用いた鋳込み型の縦断面、２図は成形
物側面図である。 第 符 号 の 説 明 ■ 上型、 下型、 成形物。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックスの微粉体を凝集して形成されかつ泥
   漿用媒体に対する親和性物質を含有する造粒体を原料と
   する泥漿を用いて成形しかつ焼成してなるセラミックス
   成形物であり、当該成形物は実質的に無孔質で均一な緻
   密構造を有していることを特徴とするセラミックス成形
   物。
2. （２）セラミックスの微粉体を凝集して形成された造粒
   体を原料とする泥漿を用いて成形しかつ焼成してなるセ
   ラミックス成形物の製造方法であり、前記造粒体として
   泥漿用媒体に対する親和性物質を含有する造粒体を採用
   し、かつ成形後乾燥された成形物を焼成に先立ってアイ
   ソスタティックプレスに付すことを特徴とするセラミッ
   クス成形物の製造方法。
3. （３）第２項に記載の製造方法において、乾燥された成
   形物を焼成またはアイソスタティックプレスに先立って
   仮焼することを特徴とするセラミックス成形物の製造方
   法。