JPH04224165A - セラミック焼結体の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミック焼結体の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、セラミックの成形方法としては多
量の高分子バインダー中にセラミック粉末を添加、混練
りしたコンパウンドを、高圧、高温にて射出成形する方
法が一般的であるが、このような方法では高粘度のため
金型の摩耗が激しく、又装置も高価なものとなる等の欠
点を有する。この改良法として、セラミック粉末をパラ
フィン系ワックスに混合し、低圧にて金型に射出し、冷
却固化して成形する成形方法が知られているが、この場
合においても多量のワックスを使用する必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらバインダー、ワ
ックス類はセラミック粉末相互を結合するものであり、
成形時において成形体の強度を向上させるといった有益
な役割を果たすが、セラミック本来の性質からは無用な
物であるため、分解、燃焼して除去する脱脂工程が必要
である。従来の方法では前記のようにバインダー、ワッ
クス類をセラミック粉末　１００重量部に対し１５〜２
５重量部と多量に使用するため脱脂時間が長くなる、あ
るいはそれらの分解に伴う発生ガスによりクラックが発
生する等の多くの欠点、問題を有する。

【０００４】また、高強度のセラミック焼結体を得るに
は、セラミック粉体を一次粒子化させ、かつ高濃度のセ
ラミックスラリーを調製するのが望ましい。しかるに、
従来の前記方法ではコンパウンドが高粘度であるため、
セラミック粉末の充分な分散が難しく、これを解決する
ため、溶媒存在下で粉末を分散させ、スプレードライ等
により一旦粒状化した後、バインダーあるいはワックス
と混合するという煩雑な工程を経なければならない。

【０００５】本発明の目的は係る現状に鑑み、前記問題
を解決しうるセラミック焼結体の製造方法を提供するも
のである。特に本発明の特徴としては有機溶媒系で前記
問題を解決しうる製造方法を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく鋭意研究の結果、本発明を完成するに到った
。

【０００７】即ち、本発明は、セラミック粉末、有機溶
剤、分散剤及び固化剤からなるセラミック粉末組成物を
、加温溶融スラリーの状態で金型に注入した後、冷却し
て固化させ、得られた成形体を脱脂、焼結することを特
徴とするセラミック焼結体の製造方法に係わるものであ
る。

【０００８】本発明において用いられる分散剤としては
、含窒素系分散剤が好ましく用いられる。含窒素系分散
剤としては、アミン系、イミン系及びアミド系の有機化
合物を挙げることができる。具体的には、例えばアミン
系の有機化合物としてアルキルアミン、（ポリ）アルキ
レンポリアミン等を挙げる事ができ、アルキルアミンと
してはステアリルアミン、オレイルアミン等のアルキル
モノアミンが、（ポリ）アルキレンポリアミンとしては
アルキルプロピレンジアミン、アルキルジプロピレント
リアミン等がある。イミン系の有機化合物としてはポリ
エチレンイミン、ポリプロピレンイミン、ポリブチレン
イミン等のポリアルキレンイミン及びそのポリアルキレ
ンオキシド付加物等を挙げることができる。アミド系の
有機化合物としては、上記（ポリ）アルキレンポリアミ
ン又はポリアルキレンイミンの脂肪酸部分アミド化物、
ポリビニルピロリドン、無水マレイン酸と炭素数２〜１
２のオレフィンとの共重合体とアンモニア又は炭素数１
〜２２のアルキルアミンとのアミド化物を挙げることが
できるが、特にポリビニルピロリドン及び無水マレイン
酸とオレフィンとの共重合体のアミド化物がアミド系化
合物としては好ましい。

【０００９】本発明に用いられる固化剤はセラミック粉
末組成物のスラリーを冷却することにより、有機溶剤を
含有したまま固化させて成形体となす作用を示すもので
ある。上記スラリーの固化温度は１００　℃以下が好ま
しく、更に８０℃以下、特に６０℃以下が好ましい。こ
のような固化剤としては、具体的には例えば、脂肪酸、
脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、高級アルコール、高級
アミン、鉱物油あるいはパラフィンワックスより選ばれ
た１種またはそれ以上を使用することができる。

【００１０】更に具体的には、例えば脂肪酸としては、
ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン
酸、１２−ヒドロキシステアリン酸等を挙げることがで
きる。脂肪酸エステルとしては硬化ひまし油等のヒドロ
キシ脂肪酸エステル、ソルビタンモノベヘネート、ソル
ビタンジベヘネートの如きソルビタンの長鎖脂肪酸モノ
エステルあるいはジエステル、ミリスチン酸ミリスチル
、ステアリン酸ステアリルの如き高級アルコールの脂肪
酸エステル類及びグリセリンの長鎖脂肪酸モノエステル
またはジエステル等を挙げることができる。脂肪酸アミ
ドとしてはラウリン酸アミド、ミリスチン酸アミド及び
ステアリン酸アミドの様な脂肪酸アミド、Ｎ−エチルラ
ウリン酸アミド、　Ｎ−オクチルミリスチン酸アミド、
　Ｎ−ラウリルラウリン酸アミド、　Ｎ，Ｎ−ジエチル
ステアリン酸アミドの如き　Ｎ−アルキルまたは　Ｎ，
Ｎ−ジアルキル脂肪酸アミド等を挙げることができる。 高級アルコールとしてはベヘニルアルコールなどの長鎖
飽和又は不飽和アルコールを挙げることができる。高級
アミンとしては、ミリスチルアミン、パルミチルアミン
、ステアリルアミン等を挙げることができる。鉱物油と
してはモンタンワックス、オゾケライト及びセレシン等
を挙げることができる。次にパラフィンワックスとして
は炭素数２０〜６０の直鎖または分岐状飽和炭化水素が
用いられ、このようなワックスとして通常のパラフィン
ワックス及びマイクロワックス等を挙げることができる
。

【００１１】本発明に用いられる有機溶剤としては特に
限定されるものではないが、例えばエタノール、プロパ
ノール、ブタノール、エチレングリコールなどのアルコ
ール類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブ
チルケトンなどのケトン類；ベンゼン、トルエン、キシ
レン、ヘキサン、ヘプタンなどの芳香族又は脂肪族炭化
水素類等が分散剤の効果の面、及び溶媒の揮発性の面等
より好ましい。特にアルコール類、ケトン類等の極性溶
剤が分散効果、毒性等の点で好ましい。一方、溶媒とし
て水を用いると、有機溶剤系に比べ揮発性が劣り、しか
も表面張力が高いため成形体の乾燥に時間がかかるとと
もに成形体に気孔が発生しやすく焼結体の物性が低下す
る場合が多い事、更にセラミック粉末の種類によっては
、窒化珪素の様に水と反応し、物性が低下する等、種々
の問題がある。

【００１２】本発明に用いられるセラミック粉末として
は、酸化物系、非酸化物系のいずれの物にも限定されず
、具体的には酸化物系としてはアルミナ、ジルコニア、
カオリナイト等の酸化物を挙げることができ、非酸化物
系としては炭化珪素、炭化チタン、窒化珪素、窒化アル
ミニウム等が例示される。又これらのセラミック粉末と
しては粒径１μｍ　以下のものが特に好ましい。更に、
酸化アルミナ、酸化マグネシウム、酸化イットリウム等
を焼結助剤としてセラミック原料　１００重量部に対し
　０．１〜２０重量部の割合で添加することが出来る。

【００１３】原料の配合割合としては、セラミック粉末
　１００重量部に対し、分散剤０．１　〜１０重量部、
固化剤　０．１〜１０重量部が好ましく、有機溶剤はセ
ラミック粉末組成物中のセラミック粉末濃度が６５重量
％以上、好ましくは７０重量％以上となるように配合さ
れる。セラミック粉末の配合割合が上記範囲未満である
と、得られる焼結体の密度が小さくなり、よって高強度
の焼結体を得る事が出来ない。

【００１４】更に、セラミック組成物の調製時において
、効果が損なわれない範囲でバインダー類を添加しても
良い。

【００１５】次に成形工程であるが、この工程は前記で
調製したセラミック粉末組成物を加温溶融スラリーの状
態で金型に注入した後、冷却して固化させて成形体を得
る工程である。金型に注入する方法としては低圧成形法
が適しており、特に低圧にて射出成形することが好まし
い。固化温度については作業性の面より１００℃以下、
好ましくは８０℃以下、特に好ましくは０〜６０℃の範
囲である。

【００１６】得られた成形体の脱脂工程は、金型より成
形体を取り出し乾燥により溶媒を除去した後、徐々に昇
温、加熱することにより分散剤、固化剤等を分解、燃焼
させて除去する工程である。かかる工程の温度としては
４００　〜６００　℃が好ましく、更に好ましくは４０
０　〜５００　℃である。

【００１７】脱脂後、一定の焼結温度に保持し焼結を行
ってセラミック焼結体が得られる。

【００１８】焼結温度は通常１６００〜１９００℃が好
ましい。

【００１９】

【発明の効果】本発明の製造方法においては、高濃度の
セラミックスラリーを、固化剤により有機溶媒を含有し
たまま成形することが出来る。その効果としては有機溶
媒の使用により成形体の乾燥時間が短く、しかも気孔の
発生を抑える事が出来る。又、有機溶媒以外の有機成分
を少なくすることができるという利点のため、脱脂時間
の短縮、及びそれらの分解に伴う発生ガスの量を少なく
できる事により、生産性の向上及び品質の向上を行うこ
とができる。更に、セラミックスラリーを高濃度化する
事により緻密な焼結体が得られると共に寸法精度の不良
も発生しにくい等の効果を示す。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。

【００２１】実施例１ セラミック粉末として窒化珪素（粒径０．２　μｍ　）
、焼結助剤として酸化イットリウム（粒径０．８　μｍ
　）、酸化アルミニウム（粒径０．９　μｍ　）の粉末
を重量％で９３：５：２の比率で配合したものを原料と
した。

【００２２】上記セラミック配合原料　５００ｇを、無
水マレイン酸−ジイソブチレン交互共重合体のオクチル
アミンのアミド化物（アミド化率　　８２％対無水マレ
イン酸、ＭＷ７０００）７．５　ｇ、メチルイソブチル
ケトン（ＭＩＢＫ）１１７．５　ｇとプレミックスした
後、ボールミルにより所定時間ミリングすることにより
スラリーを得た。このスラリーを６０℃に加熱し、固化
剤として１２−ヒドロキシステアリン酸（融点７６〜７
７℃）２０ｇを添加し密閉下、溶解するまで６０℃にて
撹拌を行った。窒化珪素濃度約７８重量％のスラリーが
調製出来た。この溶融スラリーの５０℃における粘度は
２０００ｃｐｓ（Ｂ型粘度計）であった。スラリーを少
量取り出し冷却すると約４０℃で固化することが分かっ
た。

【００２３】スラリーを６０℃に保ったまま、脱気後、
４０℃に保った金型に２気圧の圧力で射出し、金型にス
ラリーを鋳込んだ。その後、金型を２０℃まで冷却しス
ラリーを固化させた。得られた成形体を金型より脱型し
８０℃、１時間加熱により乾燥させた後、　５００℃で
４時間脱脂を行った。

【００２４】次に、窒素雰囲気下、１７５０℃、　９．
５ｋｇ／ｃｍ２　にて４時間加熱・加圧して焼結を行い
、窒化珪素焼結体を得た。

【００２５】得られた焼結体の性状を調べたところ、割
れ、クラック発生等の異常は全く見られなかった。

【００２６】実施例２ 実施例１と同じ配合比率のものをセラミック原料として
使用した。

【００２７】セラミック原料　５００ｇを、牛脂アルキ
ル（炭素数１２〜１８）ジプロピレントリアミン　７．
５ｇ、トルエン１７５　ｇとをプレミックスした後、ボ
ールミルにて所定時間ミリングすることによりスラリー
を得た。このスラリーを７０℃に加熱し、固化剤として
ステアリン酸アミド（融点１００　〜１０２　℃）４０
ｇを添加し密閉下、７０℃加熱撹拌により溶解した。窒
化珪素濃度約７０％のスラリーを調製できた。この溶融
スラリーの５０℃における粘度は２５００ｃｐｓ（Ｂ型
粘度計）であった。スラリーを少量取り出し冷却すると
約３０℃で固化した。

【００２８】スラリーを７０℃に保ったまま脱気後、４
０℃に保った金型に２気圧の圧力で射出しスラリーを鋳
込んだ。

【００２９】その後、金型を２０℃まで冷却しスラリー
を固化させた。得られた成形体を金型より脱型し６０℃
、２時間加熱により乾燥させた後、　５００℃で４時間
脱脂を行った。

【００３０】次に窒素雰囲気下、１７５０℃、９．５ｋ
ｇ　／ｃｍ２　にて４時間加熱・加圧して焼結を行い、
窒化珪素焼結体を得た。

【００３１】得られた焼結体の性状を調べたところ、割
れ、クラック発生等の異常は全くみられなかった。

【００３２】比較例 次に比較例として以下の実験を行った。

【００３３】実施例１と同じ配合比率のものをセラミッ
ク原料として使用した。

【００３４】セラミック原料５００ｇを、牛脂脂肪酸モ
ノグリセリド　７．５ｇ、メチルエチルケトン４００　
ｇとプレミックスした後、ボールミルにて所定時間ミリ
ングすることによりスラリーを得た。このスラリーの５
０℃における粘度は２万ｃｐｓ　以上（　Ｂ型粘度計）
であった。このスラリーをスプレードライすることによ
り乾燥させたのち、融点６０℃のパラフィンワックス　
１２５ｇと、８０℃で混合した。このスラリーを密閉下
、８０℃加熱に保ったまま、８０℃に保温した金型に４
気圧の圧力で鋳込んだ。その後、金型を２０℃まで冷却
しスラリーを固化させた。得られた成形体を金型より脱
型した後、５００　℃で所定時間脱脂を行った。次に窒
素雰囲気下、１７５０℃にて４時間　９．５ｋｇ／ｃｍ
２　加熱・加圧して焼結を行い、窒化珪素焼結体を得た
。

【００３５】得られた焼結体の性状に関して、割れ、ク
ラック等の発生が全くみられないためには、徐々に脱脂
する必要があり、そのため脱脂時間は４８時間を要した
。

【００３６】実施例１，　２及び比較例で得られた焼結
体をＪＩＳ　Ｒ　６０４１に定められた方法で室温での
４点曲げ強度を２０本測定した結果を表１に示す。表１
から明らかなように実施例の焼結体は１０００ＭＰａ以
上の強度が得られた。

【００３７】

【表１】

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　セラミック粉末、有機溶剤、分散剤及
   び固化剤からなるセラミック粉末組成物を、加温溶融ス
   ラリーの状態で金型に注入した後、冷却して固化させ、
   得られた成形体を脱脂、焼結することを特徴とするセラ
   ミック焼結体の製造方法。
2. 【請求項２】　　セラミック粉末組成物中のセラミック
   粉末濃度が６５重量％以上である請求項１記載の製造方
   法。
3. 【請求項３】　　分散剤がアミン系、イミン系及びアミ
   ド系有機化合物から選ばれる含窒素系分散剤である請求
   項１又は２記載の製造方法。
4. 【請求項４】　　セラミック粉末組成物の固化温度が１
   ００　℃以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載
   の製造方法。
5. 【請求項５】　　固化剤が脂肪酸、脂肪酸エステル、脂
   肪酸アミド、鉱物油、高級アルコールあるいは高級アミ
   ンである請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法
   。
6. 【請求項６】　　固化剤がパラフィンワックスである請
   求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
7. 【請求項７】金型内への注入が射出成形である請求項１
   〜６のいずれか一項に記載の製造方法。