JPH0446064A - セラミック製品の製造方法及びセラミック製品製造用の酸処理装置 - 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） 本発明は射出成形などによって成形したセラミック成形
体を焼成するセラミック製品の製造方法と、この製造方
法の実施に用いる酸処理装置に関する。

（従来の技術） 最近では光ファイバーのコネクタに組み込むフェルール
やボンディングキャピラリ等の精密部品にセラミック製
品が利用されるようになってきている。斯かるセラミッ
ク製品の一般的な製造方法は、セラミック粉末を有機溶
媒及び有機バインダとともに混練してセラミックコンパ
ウンドとし、このセラミックコンパウンドを押出或いは
射出成形した後に焼成するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） 上述した光コネクタ用フェルール等の精密部品をセラミ
ックで製造する場合、金属や金属酸化物等の異物の混入
による性能、品質及び歩留りの低下がある。

即チ、極めて高純度のセラミック粉末を用いても、混線
機で溶媒やバインダとともに混練する時或いは成形機の
スクリューやシリンダとの接触により、混練機や成形機
を構成する金属が微量ではあるが異物としてセラミック
コンパウンド中に混入することとなる。そして、斯かる
異物は極めて小さく、またセラミックコンパウンド中に
ほぼ均一に混ざるため、除去することが困難である。

また、混練機や成形機を金属でなくセラミックで構成す
ることも考えられるが、コスト的に不利であり且つ全て
の部分をセラミックにすることはできないので、依然と
して課題は残る。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決すべく本発明に係るセラミック製品の製
造方法は、セラミックコンパウンドを用いて成形した成
形体を仮焼した後、成形体中に硝酸を含浸せしめて成形
体中の金属又は金属酸化物を溶出し、この後焼成するよ
うにした。

また、本発明に係るセラミック製品製造用の酸処理装置
は、仮焼後のセラミック成形体を収納する密閉容器に真
空源及び硝酸供給源を接続し、密閉容器内のセラミック
成形体及び硝酸を所定温度まで加熱装置で昇温させて生
じた硝酸蒸気をコンデンサで冷却して液体に戻して回収
容器に回収するようにした。

（作用） セラミック成形体を仮焼した状態ではセラミック成形体
の嵩密度は高くなっていない。そこで、仮焼後のセラミ
ック成形体に硝酸を接触させると、硝酸はセラミック成
形体の内部まで浸透してセラミック成形体内部に混入し
ている金属或いは金属酸化物が溶出する。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。

第１図は本発明方法を工程順に示したブロック図であり
、本発明にあっては先ずセラミック粉末として部分安定
化ジルコニア粉末を８２重量部、溶媒としてベンゼンを
１００重量部、有機バインダを１８重量部用意する。

次いで、上記部分安定化ジルコニア、ベンゼン及び有機
バインダをナイロン製のミルとボールを用いて混練した
後、加熱蒸留してベンゼンを除去する。そして、加熱し
ながらセラミック製ロールミルによる混線で剪断応力を
かけてバインダと部分安定化ジルコニア粉末とを均一化
し、更にセラミック製スタンプミルによる混線で粉砕し
てセラミックコンパウンドを律る。

ここで、混線を樹脂やセラミック等の非金属材料からな
るミル等で行なうニーとで、コンパウンド中への金属及
び金属酸化物の混入を避けることができるので好ましい
が、本発明によれば後述する酸処理により金属及び金属
酸化物をセラミックコンパウンドから溶出させるため、
金属製の混練機を用いてもよい。

以上の如くして調製したセラミックコンパウンドを材料
として、金属製のスクリュー及びシリンダを備えた射８
成形機を用いて例えば光コネクタ用フェルール等のセラ
ミック成形体を作製する。

次いで、上記セラミック成形体を窒素ガス雰囲気、８ａ
ｔｍ、４００℃まで７２時間昇温脱脂した後、大気中で
仮焼を行なう。仮焼の条件は後述する理由により６００
〜８００℃で１時間程度とする。

而る後、仮焼後のセラミック成形体を硝酸に接触せしめ
、セラミック成形体に混入している金属或いは金属酸化
物（主としてＦｅ或いはＦｅ５Ｏａ）を溶出する酸処理
を施す。ここで、酸処理に用いる酸としては塩酸や王水
も考えられるが、セラミックと反応せず、Ｆｅ等の金属
を主体とした異物またはその酸化物のみを選択的に溶出
する点では硝酸（ＨＮＯａ）が最も好ましい。つまり、
塩酸や王水はＣ１を含むため、セラミックコンバウンド
中にＣｒが混入していると高温でも安定なＣｒＣ１５を
生成するため硝酸が最も好ましい。

そして、酸処理によって金属或いは金属酸化物等の異物
を除去したセラミック成形体を空気中、１４５０℃まで
１２時間で昇温しで焼成し、更にこの後、Ａｒ等の不活
性ガス雰囲気、１４００℃、１０００ａ　ｔｍの条件で
ＨＩ　Ｐ　（Ｈｏｔ　ｌ５ｏｓｔａｔｉｃＰｒｅｓｓ）
処理を行ない、このＨＩＰ処理の後、図には示していな
いが大気中、１０００℃の条件でアニーリングして酸素
原子の不足を補い目的とする製品を得る。

次に、上記工程のうちの主要な工程について更に詳細に
述べる。

先ず、仮焼工程の後に酸処理工程を行なうようにしたの
は以下の理由による。即ち、成形後で仮焼工程の前にあ
っては第２図（Ａ）に示すようにセラミック粒子１・・
・中に混在する金属或いは金属酸化物等の異物２・・・
はその周囲を有機バインダ３で完全に包囲されているた
め硝酸と接触できず溶出せしめることができない。一方
、本焼後にあっでは第２図（Ｂ）に示すように、組織の
緻密化が既に完了し且つ異物２とセラミック１との間で
複合酸化物４を形成するため、酸による溶出は不可能と
なる。したがって酸処理するのは仮焼工程の後で本焼工
程の前となる。

しかしながら、仮焼の温度をあまり高くすると第２図（
Ｃ）に示すように、セラミック粒子１によって異物２を
包み込んでしまう所謂クローズドポアの状態となり異物
２を酸によって溶出することができない。つまり酸によ
って異物２を溶出するには第２図（Ｄ）に示すようにセ
ラミック粒子１・・・間の隙間を通って酸が異物２に到
達できるオーブンポアの状態でなければならず、このた
めにはセラミック成形体の嵩密度が７０％以下であるこ
とが必要となる。

そこで、セラミック成形体の嵩密度と仮焼温度との関係
を求めた結果を第３図のグラフに示す。

このグラフから、セラミック成形体の嵩密度を７０％以
下とするには仮焼温度を１１００℃以下（条件■）にす
る必要かある。

また、仮焼後のセラミック成形体は酸処理装置にセット
したりするため、最低限の強度具体的には７　ｋｇ／ｃ
ｍ２以上の強度か必要とされる。

そこで、セラミック成形体の強度と仮焼温度との関係を
求めた結果を第４図のグラフに示す、このグラフからセ
ラミック成形体の強度を７　ｋｇ／ａｍ”以上とするに
は仮焼温度を６００℃以上（条件■）にすべきといえる
。

また、第５図は異物の形態（ＦｅとＦｅ５０＜）毎の溶
出温度と溶出時間の関係を示すグラフであり、このグラ
フから異物は金属酸化物の形態よりも金属の形態の方が
酸に溶出しやすいことが分る。そこでセラミック成形体
中の異物の形態と仮焼温度との関係を求めた結果を第６
図のグラフに示す。

このグラフから、異物の形態を酸に溶出しやすい金属に
するには仮焼温度を８００℃以下（条件■）にすべきと
いえる。

以上の条件■〜■を全で満足するには仮焼温度を６００
℃乃至８００℃とする。

次に、第７図に基いて酸処理装置の一例を説明する。

酸処理装置は密閉容器１０内を真空ポンプ１１にバルブ
１２を備えた管１３にて接続し、また密閉容器１０の上
方には硝酸ＨＮＯ３（６１％）を満たしたタンク１４を
配置し、タンク１４内の硝酸ＨＮ　Ｏｘをバルブ１５を
備えた管１６にて密閉容器１０内に供給するようにして
いる。

また密閉容器１０はホットプレート１７上に載置され、
このホットプレート１７により密閉容器１０内の仮焼後
のセラミック成形体Ｗ及び硝酸を所定温度まで加熱し、
またＦｅイオンなどの金属イオンを含む硝酸蒸気をバル
ブ１８を備えた管１９で密閉容器１０外に取り出すよう
にしている。

そして、管１９の途中には冷却水が流通するコンデンサ
２０を設け、このコンデンサ２０で硝酸蒸気を硝酸水に
し、これを回収容器２１に貯溜し再び管２２によって前
記タンク１４に戻す。

以下に具体的な操作例を第７図に従って説明する。

先ず、仮焼後のセラミック成形体Ｗを密閉容器１０に入
れ、バルブ１２を開、バルブ１５．１８を閉として密閉
容器１０内を真空ポンプ１１によって１０”１Ｔｏｒｒ
程度まで減圧し、次いでバルブ１５を開として硝酸ＨＮ
Ｏ３を投入し更に減圧する。この後真空引きを停止し、
ホットプレート１７により密閉容器１０内の硝酸ＨＮ　
Ｏｓを加熱する。加熱温度と加熱時間については第８図
のグラフに基いて決定する。即ち第８図は５０個のセラ
ミックフェルールに対して６００℃の仮焼を行なった後
に酸処理した場合に、５０個のセラミックフェルールの
全てに異物の混入が認められなかったものをＧｏｏｄと
し、それ以外をＮＧとしてプロットしているので、Ｇｏ
Ｏｄの領域内の条件で溶出を行なう。

また上記加熱工程においては、バルブ１２．１５を閉じ
、バルブ１８を開としてセラミック成形体Ｗから溶出し
たＦｅイオン等を含む硝酸の蒸気をコンデンサ２０に導
き、このコンデンサ２０で液化して回収する。そして、
所定時間経過したら加熱を停止しセラミック成形体Ｗを
取り出して水で十分に洗浄する。

一方、前記タンク１４内を水に置き換えるか、水を満た
したタンクをタンク１４の代りに取り付けた別の密閉容
器を用意しておき、この密閉容器内に再び洗浄後のセラ
ミック成形体Ｗを入れ、密閉容器内を減圧し水を供給す
るとともに更に真空引きし、所定時間経過後に真空引き
を停止してセラミック成形体Ｗを取り出し、十分に洗浄
して硝酸を除去する。この後乾燥機で十分に加熱乾燥し
て後工程つまり本焼工程に送る。

（効果） 本発明の効果を検証すべく本発明方法によって試料■及
び■を作成し、従来方法によって試料■及び■を作成し
た。各試料の具体的な作成方法は以下の通りである。尚
、温度、時間等の細かな条件は前記した内容と同じであ
る。

試料■：仮焼後に酸処理によって異物を溶出し、本焼の
後ＨＩＰおよびアニーリング処理して製品とした。

試料■；仮焼後に酸処理によって異物を溶出し、本焼の
後ＨＩＰおよびアニーリング処理を行なわず製品とした
。

試料■；仮焼後に酸処理を行なわず、本焼の後ＨＩＰお
よびアニーリング処理して製品とした。

試料■；仮焼後に酸処理を行なわず、本焼の後もＨＩＰ
およびアニーリング処理を行なわず製品とした。

以上の各試料についてワイブル係数、平均強度及び最低
強度を測定した結果を以下の表に示す。

［表〕 二こで、光コネクタ用セラミックフェルールに要求され
る強度は、ワイブル係数が８．０以上、平均強度が８０
ＯＮ以上、最低強度が５０ＯＮ以上とされているが、［
表］から明らがなように本発明方法によって製造したセ
ラミック製品は、この条件を満足することが分る。そし
て、本発明方法によると強度が向上するのは、試料■■
と試料■■とを比較すれば明らかなように酸処理にょっ
て異物を除去したか否かに起因することが推察され、ま
たＨＩＰ処理することで組織内の空隙が減少するため更
に効果的であるといえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を工程順に示したブロック図、第２
図は（Ａ）乃至（Ｄ）はセラミック成形体の嵩密度と異
物との関係を表わした図、第３図は仮焼温度と嵩密度と
の関係を示すグラフ、第４図は仮焼温度と強度との関係
を示すグラフ、第５図は金属及び金属酸化物の存在割合
を温度との関係で示したグラフ、第６図は金属及び金属
酸化物の溶出温度と溶出時間との関係を示すグラフ、第
７図は酸処理装置の概略図、第８図は溶出温度と溶出時
間との関係を歩留りの面から示したグラフである。 尚、図面中１はセラミック粒子、２は異物、３は有機バ
インダ、１０は密閉容器、１１は真空ポンプ、２０はコ
ンデンサ、２１は回収容器である。 第８図 溶 出 時 ＩＳｉ′ｌ（ｈｏｕｒ） 高密度 ％ ダ℃ １（Ｘｌ○ ＋４００ ＋６ｃＸ） 度 （Ｃ） にｇ／ｃｍ 度 （°Ｃ） 第５図 に 溶 出 時 間 （ｈｏｕｒ） 第６図 ４（Ｘ） ８（Ｘｉ １哀 ｌ晶 度 （°Ｃ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック粉末を溶媒とバインダとともに混練し
   てセラミックコンパウンドを調整し、このセラミックコ
   ンパウンドを用いて成形体を作製し、次いでこの成形体
   を仮焼した後、成形体中に酸を含浸せしめて成形体中の
   金属又は金属酸化物を溶出し、この後焼成するようにし
   たことを特徴とするセラミック製品の製造方法。
2. （２）前記仮焼は６００℃乃至８００℃の条件で行なう
   ようにしたことを特徴とする請求項１に記載のセラミッ
   ク製品の製造方法。
3. （３）前記焼成を行なった後に、更に加熱・加圧処理（
   ＨＩＰ：Ｈｏｔ　Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓ）を
   施すようにしたことを特徴とする請求項１に記載のセラ
   ミック製品の製造方法。
4. （４）仮焼後のセラミック成形体を収納するとともに真
   空源及び硝酸供給源につながる密閉容器と、この密閉容
   器内の仮焼後のセラミック成形体及び硝酸を所定温度ま
   で昇温せしめる加熱装置と、密閉容器からの硝酸蒸気を
   冷却して硝酸に戻すコンデンサと、コンデンサからの硝
   酸を受け取る回収容器とを備えたセラミック製品製造用
   の酸処理装置。