JPH03121813A - セラミックス管の静水圧加圧成形用成形型 - 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管の静水圧加圧成形用成形型に係
り、更に詳しくは、例えばナトリウム硫黄電池用に用い
られるベータアルミナ管等のセラミックス管を静水圧加
圧成形するに最適の成形型に関する。

［従来の技術］ 従来、例えばセラミックス管を用いる一例としてのナト
リウム−硫黄電池は、一方に陰極活物質である溶融金属
ナトリウム、他方には陽極活物質である溶融硫黄を配し
、両者をナトリウムイオンに対して選択的な透過性を有
するベータアルミナ固体電解質で隔離し、３００〜３５
０°Ｃで作動させる高温二次電池である。

このようなナトリウム−硫黄電池の構成は、例えば第３
図に示すように、陽極活物質である溶融硫黄Ｓを含浸し
たカーボンフェルト等の陽極用導電材１を収容する円筒
状の陽極容器２と、該陽極容器２の上端部と例えばアル
ファアルミナ製の絶縁体リング３を介して連結され、且
つ溶融金属ナトリウムＮａを貯留する陰極容器４と、前
記絶縁体リング３の内周部に接合され、且つセラミック
ス管であってナトリウムイオンＮａ＋を選択的に透過さ
せる機能を有する有底円筒状のベータアルミナ管５とか
らなっている。また、前記陰極容器４の上蓋６の中央部
には、陰極容器４を通して下方向にベータアルミナ管５
の底部付近まで延びた陰極管７が貫通支持されている。

以上のような構成を有するナトリウム−硫黄電池におい
て、放電時には溶融金属ナトリウムは電子を放出してナ
トリウムイオンとなり、これかセラミックス管であるベ
ータアルミナ固体電解質中を透過して陽極側に移動し、
陽極の硫黄と外部回路を通ってきた電子と反応して多硫
化ナトリウムを生成し、２ｖ程度の電圧を発生する。充
電時には放電とは逆にナトリウム及び硫黄の生成反応が
起こる。

このように、ナトリウム−硫黄電池の性能は、セラミッ
クス管であるベータアルミナ固体電解質管中におけるナ
トリウムイオンの透過能、いわゆるイオン伝導性（電気
伝導度）に依存するものである。

ここて、ベータアルミナはその理論組成Ｎａ２Ｏ・５．
５ＡＩ□０．Ｊかられかる通りＮａ２Ｏを含み、これか
ベータアルミナの結晶格子中てＮａ＋どなっており、イ
オン伝導性に寄与している。従ってベータアルミナ管が
雰囲気に露出された場合、Ｎａ＋か雰囲気中のヒドロニ
ウムイオン１１３０″″と容易にイオン交換することに
より、極めて短期間にベータアルミナの表面か変質する
。しかも、イオン交換したＮａ・が雰囲気中の６０２及
び１１″″と反応し、ベータアルミナ管表面においてＮ
ａＨＣＯ，やＮａ２ＣＯ：ｌが析出し、ベータアルミナ
管の機械的強度か著しく低下する。このことは、例えば
、５ｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｉｏｎｉｃ　９　＆　１０
　（１９８３）　２３］−２３６頁、およびＭａｔｅｒ
ｉａｌｓ　５ｃｉｅｎｃｅ、　Ｖｏｌ、ＸＩ　Ｎｏ、２
　（１９８５）５７−６２頁などに記載されている。

また、ナトリウム−硫黄電池の内部抵抗のうち、ベータ
アルミナ管の抵抗か占める割合は約５０％と高く、水分
の吸着、イオン交換によるベータアルミナ管の高抵抗化
は直接電池性能に影響する。

このようなセラミックス管としてのベータアルミナ管の
製造方法としては、従来より一般に、微粉砕原料の成形
性の悪さを補うために原料粉末をスラリー状とし、スプ
レードライヤー等を用いて造粒操作を施し造粒物を得て
いる。そしてその造粒物を、ゴム型を用いて静水圧加圧
成形（コールドアイソスタティックブレス：ＣＩＰ、又
ラバープレスとも呼ばれる。）により所定形状に成形し
、次いてこれを焼成することによりセラミックス管であ
るベータアルミナ管を製造している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来、」二記のようなセラミックスのラ
バーブレス（アイソスタティックプレス）成形に用いる
ゴム型としては全体か単一層て単一の硬度を有するゴム
材質て構成される成形型を使用しており、これによれば
、ゴム質の成形型の硬度を小さく、即ち軟らかくすれば
ゴム質の成形型表面に接する造粒粉体の層が充分に潰れ
ずに造粒粒子の形骸が残り、得られるベータアルミナ管
成形体表面が平滑化しない虞れがある。このようにベー
タアルミナ管成形体表面が平滑化しないと、表面の水分
吸着性か上昇し、前記したようにベータアルミナ管は高
抵抗化するばか機械的強度か低下し、さらに電池の寿命
も低下する。

一方、ゴム質の成形型の硬度を大きく、即ち硬くすれば
ベータアルミナ管成形体が破壊され易くなり成形歩留か
低下するという問題がある。

［課題を解決するための手段］ そこで、本発明者は、上記の問題に鑑みて種々検討を行
なったところ、セラミックス管の静水圧加圧成形用成形
型として硬度の異なる二種以上のゴム材の複層材料によ
り作製したゴム成形型を用いることにより前記従来の問
題点を解決できることを見出し本発明に到達したもので
ある。

すなわち、本発明によれば、セラミックス管を静水圧加
圧成形するに際して用いる成形型てあって、硬度の異な
る二種類以上の複層のゴム材からなり、成形面側（加圧
面側）のゴム材を被圧縮面側（マンドレル側）のゴム材
より大きな硬度としたことを特徴とする静水圧加圧成形
用成形型、が提供される。

［作用］ 本発明においては、セラミックス管を静水圧加圧成形す
るに際し、硬度の異なる二種類以上の複層のゴム材から
なり成形面側のゴム材を被圧縮面側のゴム材より大きな
硬度とした成形型を用いることを特徴とする。

このような複層のゴム材から成り、加圧面側のゴム硬度
をマンドレル側のゴム硬度より大きな硬度のゴム質の成
形型を使用してセラミックス管を静水圧加圧成形するた
め、高い成形歩留を維持しつつセラミックス管成形体の
外表面を乎滑化することか可能となる。

本発明の成形型は硬度の異なる二種類以上の複層のゴム
材からなるもので、通常、第１図に示すような二層構造
、あるいは第２図に示すような三層構造のものが適用さ
れる。

成形型の成形面側（加圧面側）のゴム層１０としては、
好ましくはそのショア硬度か７０〜９０、さらに好まし
くは８０〜９０″であり、厚さか１〜４■程度のゴム硬
度のものか用いられる。

被圧縮面側（マンドレル側）のゴム層１１としては、二
層構造の成形型の場合、好ましくはショア硬度が３０〜
６５″、更に好ましくは４０〜５５０で、厚さは任意の
ものか用いられる。

また、三層構造の成形型の場合、成形面側ゴム層１０と
被圧縮面側ゴム層１１との間に中間層のゴム層１２が挿
入された態様となっており、この場合、中間層のゴム層
１２は成形面側ゴム層１０と被圧縮面側ゴム層１１の中
間の硬度を有し、通常５０〜７０６程度のショア硬度で
、任意の厚さを有する。

ゴム材の材質としては、特にその種類は限定されず、例
えば天然ゴム、ネオブレン、ウレタン等が用いられる。

なお、本発明の静水圧加圧成形用成形型は、セラミック
ス管のラバープレス成形、例えばナトリウム−硫黄電池
に用いられるベータアルミナ管を静水圧加圧成形するの
に特に適したものであるが、これに限られず、その他ア
ルミナ、ジルコニア、窒化珪素（シリコンナイトライド
）等の静水圧加圧成形の分野にも適用できるものである
。

［実施例］ 次に、本発明を実施例に基き更に詳しく説明するか、本
発明はこれらの実施例に限られるものではない。

（実施例） 原料粉末をスラリー状とし、スプレードライヤー等を用
いて造粒操作を施した後得られた造粒物を、 ■外径５２ＩＩＩｌφ、内径３５１ｍφて、成形面側ゴ
ム層の厚さが２．５ｍｍ、ショア硬度か９０’　、被圧
縮面側ゴム層の厚さか６．０ｍｍ、ショア硬度か５０°
の二重構造の静水圧加圧成形用成形型（二重ゴム型）、 ■外径１２０１１１φ、内径３５ｍｍφで、成形面側ゴ
ム層の厚さが３ｍｍ、ショア硬度が８０°、中間層ゴム
層の厚さが５■、ショア硬度か６５６、被圧縮面側ゴム
層の厚さが３４．５＋ａｍ、ショア硬度か５０°の三重
構造の静水圧加圧成形用成形型（三重ゴム型）、 を用いて、最高加圧圧力２０００ｋｇｆ／ｃｍ２で静水
圧加圧成形を行ない、外径３０ｍｍφ、長さ２００■の
有底円筒状のベータアルミナ管成形体を得た。

なお、比較のため、静水圧加圧成形用成形型として、硬
度が８０°の単一層のゴム材からなる成形型、および硬
度が５０°の単一層のゴム材からなる成形型を用い、」
二重と同様にしてベータアルミナ管成形体を得た。

得られたベータアルミナ管成形体の表面粗さ及び成形体
破損の有無を、下記の表に示す。

（注）Ｒａ：表面平均粗さ（ルｍ） Ｒｍａｘ　＋最大粗さ（ＩＬｍ） 表から明らかなように、二重ゴム型および三重ゴム型を
用いて静水圧加圧成形を行なった場合に　０ は、単一ゴム型を用いた場合に比べて、得られる成形体
の表面粗さが小さくなり、しかも成形体の破損がなく成
形歩留がよいことがわかる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、硬度の異なる　
種類以上の複層のゴム材からなり成形面側、即ち加圧面
側のゴム材硬度を被圧縮面側、即ちマンドレル側のゴム
材硬度より大きな硬度としたゴム質の成形型を用いてい
るので、高い成形歩留を維持しつつセラミックス管成形
体の外表面を平滑化することか可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の二層構造の成形型の一例を示す断面図
、第２図は本発明の三層構造の成形型の一例を示す断面
図、第３図はナトリウム−硫黄電池の断面構成図である
。 １０・・・成形面側ゴム層、１１・・・被圧縮面側ゴム
層、１１・・・中間層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス管を静水圧加圧成形するに際して用
   いる成形型であって、硬度の異なる二種類以上の複層の
   ゴム材からなり、成形面側のゴム材を被圧縮面側のゴム
   材より大きな硬度としたことを特徴とする静水圧加圧成
   形用成形型。