JPH0459655A - セラミックス焼結体の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、成形工程に射出成形法を用いて能率的にセラ
ミックス焼結体を製造する方法に関する。

［従来の技術］ 通常、セラミックス焼結体は原料粉末をそのままもしく
は適宜なバインダー成分とともに混練した状態で成形し
、ついで焼結処理する工程によって製造されている。こ
の際、通用される成形手段には、プレスによる一軸加圧
成形、ＣＩＰ等による多軸加圧成形、鋳込成形、射出成
形など各種の方法があるが、成形品の形状自由度、組織
均質性、純度等の点で射出成形法が最も良好な結果を与
えるため、特にファインセラミ・ノクスの製造分野で注
目されている。ところが、射出成形法においては、成形
原料に好適な流動性を付与するのに２０〜６０％程度の
有機質バインダーあるいは可塑剤などを用いねばならず
、このため成形後にこれらの成分を加熱脱脂処理により
除去する工程が必要となる。

従来、脱脂処理には精密制御が可能な炉を用い、５℃程
度の極く緩徐な昇温速度により１０〜１２０時間をかけ
て徐々に脱脂することが重要な条件とされているため、
この脱脂工程が射出成形の長所である迅速成形化の要素
を打ち消してしまう問題点がある。

（発明が解決しようとする課題〕 近時、脱脂時間の短縮、脱脂処理の得率向上などを目的
として超臨界抽出による脱脂技術（第２１回高温材料技
術講習会予稿集、Ｐ８５「ネ、トシエイプ成形技術Ｊ）
が提案されているが、この場合には高圧ガスの取扱いや
専用設備を必要とするため簡便で能率的な方法とはいえ
ない。

本発明は、脱脂工程の能率化につき鋭意研究を重ねたと
ころ、原料粉末に分解温度の異なる２種類のバインダー
成分を混練したのち射出成形すると処理に温度、圧力等
の精密な制御条件を設定する必要なしに短時間内に正常
な脱脂をおこなうことができる事実を確認して開発に至
ったものである。

したがって、本発明の目的は、脱脂処理工程を著しく能
率改善した射出成形法によるセラミックス焼結体の製造
方法を提供することにある。

〔課題を解決するだめの手段］ 上記の目的を達成するための本発明によるセラミックス
焼結体の製造方法は、セラミックス粉末にフイプリル化
性のフッ素樹脂と低温分解性の有機質バインダーを加え
て混練し、混練物を射出成形したのち脱脂処理し、つい
で成形体を焼結する、ことを構成上の特徴とする。

本発明の焼結対象となるセラミックス材質は、例えばア
ルミナ（Ａｌ□０３）、ジルコニア（ＺｒＯｚ）、ムラ
イト（３Ａ１２０３　　・２ＳｉＯ□）、スピネル（Ｍ
ｇＡ］□０４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）　、炭化ホウ素
（Ｂ、Ｃ）　、窒化ケイ素（ＳｉＪ４）　、窒化ホウ素
（ＢＮ）といった酸化物系、非酸化物系に属するあらゆ
る種類のもので、微粉状の原料として使用に供される。

これらのセラミックス粉末には、フイプリル化性のフッ
素樹脂と低温分解性の有機質バインダーが配合される。

フイプリル化性のフッ素樹脂とは、混練または加圧のよ
うな剪断圧縮力を伴う処理によって繊維状に転化する種
類のフッ素系樹脂を指し、分解温度が４５０℃を越える
高耐熱性を示すものである。

この種のフッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチ
レン、ポリトリフルオロエチレン、ポリ弗化ビニリデン
等が該当する。

該フイプリル化性のフン素樹脂は補助バインダー成分と
して機能するもので、好ましくは０．５μｍ以下の微粉
状態でセラミックス粉末に対し１〜３重量％の範囲で配
合される。

低温分解性の有機質バインダーは、約３００　’Ｃ以下
、好適には１５０〜３００″Ｃの低温度域で容易に分解
する有機物質から選択される。この要件を満たす低温分
解性の有機質バインダーとしては、例えばジエチルフタ
レート、フタル酸ジメチル、フタル酸ジブチル、フタル
酸ジオクチル、ステアリン酸、液状ポリスチレン、パラ
フィンワックス、アタチノクポリプロピレン、スチレン
オリゴマーポリプロピレン等を挙げることができる。

これらの有機質バインダーはそのままもしくは適宜な溶
媒に溶解してセラミックス粉末に添加されるが、その添
加量はセラミックス粉末に対して３０〜７０容量％に設
定することが望ましい。添加量が３０容量％未満である
と円滑に射出成形ができず、７０容量％を越えると脱脂
に長時間を要することになる。

配合物の混練は、回転翼型ニーグー、プラストミル等の
ような剪断力がかかる混練装置を用いておこなわれる。

混練段階でフッ素樹脂は繊維状に転化するが、この繊維
化を完全に進行させるとともに絡合形態を進行させるた
め、射出成形前に混練物を予め熱ロール間に押し込んで
圧縮させる処理を施すこともできる。

射出成形の工程には特に制約ななく、常用の装置ならび
に条件を通用して所望の成形型内に射出する方法が採ら
れる。

ついで、成形体の組織内に残留する有機質バインダーお
よびフッ素樹脂成分を加熱除去するための脱脂処理がお
こなわれる。この脱脂処理には特に精密な温度、圧力等
の制御機能を備える装置は必要とせず、温度管理ができ
る通常の加熱炉を用いて毎時２５℃以上という従来技術
に比べ極めて速い昇温速度により実施することができる
。最適な脱脂処理の条件は、とくに分解温度が１５０〜
３００℃の有機質バインダーを用いた場合に、脱脂温度
を３５０℃および５５０℃の２段階温度域でおこない、
３５０“Ｃまでは毎時２５〜３５℃の昇温速度とし、３
５０〜５５０　’Ｃまでは毎時１５０〜２５０℃の昇温
速度に設定することである。

脱脂処理を施した成形体は、最終的に焼結工程を経て製
品を得る。焼結時の加熱温度は、原料として用いるセラ
ミックス粉末の種類によって好適な水準に設定される。

〔作　用］ 本発明の方法によれば、セラミックス粉末にフイプリル
化性のフッ素樹脂と低温分解性の有機質バインダーを配
合した組成を原料系とする。該原料系において、まずフ
ッ素樹脂成分が混練段階および必要に応しておこなわれ
る熱ロール処理を介して直径３〜２０μＩ、長さ１００
〜２００μ門程度の微細繊維に転化し混練物組織内に均
質に分散する。低温分解性の有機質バインダーは、引き
続く射出成形工程を円滑に進行させるためム二機能する
。これらの成分は脱脂工程に至ると、昇温段階の初期低
温域で有機質バインダーが分解してガス揮散し、同時に
繊維化したフ・ノ素樹脂が硬化する。ガス揮散に伴って
組織が膨潤したり破壊しようとする力が働くが、この現
象は繊維化したフン素樹脂の組織絡合作用によって効果
的に防止される。ついで昇温か進むとフン素樹脂成分が
分解して揮散除去される。

このような繊維化フン素樹脂の補助バインダー的な作用
により、２５℃以上のや激な昇温速度を適用しても組織
に欠陥現象を生しることなく、正常な成形組織のまま脱
脂処理が完了する。

特に分解温度が１５０〜３００″Ｃの有機質バインダー
を用いて脱脂処理を３５０℃と５５０℃の２段階でおこ
ない、３５０℃までの昇温速度を毎時２５〜３５℃とし
、３５０〜５５０℃までの昇温速度を毎時１５０〜２５
０℃に設定した場合には、極めて短時間内に組織欠陥の
ない脱脂成形体を得ることができる。

このような短時間内の脱脂処理は、迅速な射出成形と相
俟って全体の処理工程を極めて能率的に進行させること
が可能となる。

〔実施例］ 以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。

実施例１ 粒度２μｍ以下の炭化ケイ素（ＳｉＣ）粉末をセラミッ
クス原料とし、これに２重量％のフイプリル化性ポリテ
トラフルオロエチレン〔三片デュポンフロロケミカル■
製、６Ｃ−Ｊ）を配合してエタノール水溶液（５０％）
中で均一に攪拌混合し、濾過したのち８０　’Ｃの温度
で乾燥した。

この混合物に、バインダーとしてフタル酸ジブチル（分
解温度２００℃）をセラミックス原料に対し５５容量％
の割合で添加し、回転翼ニーダーに投入して温度１００
℃１回転速度５ｒｐｍ、時間１０分間の条件で混練した
。

混練物を、射出圧力４００ｋｇ７ｃｍ２、射出温度Ｊ０
０℃で射出成形して成形体を得た。ついで、成形体を加
熱炉に移し、毎時６０℃の昇温速度で連続的に５５０℃
までの温度まで上昇させて脱脂処理をおこなった。

脱脂処理した成形体を１８００℃の温度で加熱焼結して
セラミックス焼結体を製造した。

上記工程における脱脂時間、製品得率、焼結体の特性等
を対比して表１に示した。

実施例２ 平均粒度１μｍのアルミナ（ＡｈＯ３）粉末をセラミッ
クス原料とし、これに実施例１と同一のフイプリル化性
フッ素樹脂を２容量％配合しエタノール水溶液（５０％
）中で均一に撹拌混合し、？ＩＩ過、乾燥した。

この混合物に、パラフィンワックス〔中東油脂■製、Ｄ
−７４３、分解温度３００℃］をセラミックス粉末に対
し６２容量％添加して回転翼ニーダ−に入れ、１００　
℃の温度に保持しなから５ｒｐｍの回転速度で１０分間
混練したのち、更に１００℃の熱ロールを通過させた。

混練物を実施例１と同一条件で射出成形し、離型後、毎
時３０℃の昇温速度で３５０　’Ｃまで上昇し、引き続
き毎時２００℃の昇温速度で５５０℃まで上昇させて２
段階による脱脂処理をおこなった。

た。

脱脂処理後の成形体を１５５０　’Ｃの温度で焼結処理
してセラミックス焼結体を製造した。

上記工程における脱脂時間、製品得率、焼結体特性等を
対比して表１に併載した。

比較例１ 実施例２と同一のアルミナ粉末に対し実施例２と同一の
パラフィンワックスを４０容蓋％の副台で添加し、回転
翼ニーグーにより１００℃の温度で５ｒｐｍの回転速度
で混練した。混練物を実施例１と同一条件で射出成形し
たのち、毎時２０’Ｃの昇温速度で５５０℃まで上昇さ
せて脱脂処理を施した。

ついで、成形体を１５５０　’Ｃの温度で焼結してセラ
ミックス焼結体を製造した。

上記工程の脱脂時間、製品得率、焼結体特性等を対比し
て表１に併載した。

比較例２ 脱脂処理の昇温速度を従来技術において適性とされてい
る毎時５℃に設定したほかは、比較例１と同一の条件に
よりセラミックス焼結体を得た。

この場合の脱脂時間、製品得率、焼成体特性等を対比し
て表１に示した。

表　　１ 表１の結果から、実施例による場合にはバインダー量が
多いにも拘らず極めて短時間の脱脂処理により製品得率
よく高品質特性のセラミックス焼結体を製造することが
できる。これに対し従来技術の工程で脱脂時の昇温速度
を毎時２０℃にした比較例１では組織に亀裂・破損が多
発して製品得率が激減し、また従来技術の条件による緩
徐な昇温速度を通用した比較例２では高品質の製品は得
られるものの脱脂時間が極めて長くなる。

〔発明の効果］ 以上のとおり、本発明によれば工業的に有利な射出成形
法を用い短時間の簡易な脱脂処理によって高品位のセラ
ミックス焼結体を良好な製品得率で製造することができ
る。したがって、高熱や腐食性雰囲気下で使用される各
種構造部材に適用されるセラミックス材料の量産手段と
して有用性が期待される。

出願人　　東海カーボン株式会社 代理人　弁理士　高　畑　正　也

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．セラミックス粉末にフイプリル化性のフッ素樹脂と
   低温分解性の有機質バインダーを加えて混練し、混練物
   を射出成形したのち脱脂処理し、ついで成形体を焼結す
   ることを特徴とするセラミックス焼結体の製造方法。
2. ２．分解温度が１５０〜３００℃である低温分解性の有
   機質バインダーを用いる請求項１記載のセラミックス焼
   結体の製造方法。
3. ３．脱脂処理の条件を、３５０℃および５５０℃の２段
   階温度域でおこない、３５０℃までは毎時２５〜３５℃
   の昇温速度とし、３５０〜５５０℃までは毎時１５０〜
   ２５０℃の昇温速度に設定する請求項１又は請求項２記
   載のセラミックス焼結体の製造方法。