JPH05309252A - 真球度の高い球状粒子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】優れた強度、破壊靱性および耐摩耗性を有する
と同時に、真球度が高く且つ粒径が揃った球状粒子の製
造方法を提供することを主な目的とする。 【構成】無機粉末を非極性有機溶媒中に分散させた懸濁
液に、水性バインダーを添加・攪拌することにより無機
粉末からなる核造粒物を形成させ、さらに水性バインダ
ーおよび無機粉末を逐次交互に添加し、攪拌することに
より、該核造粒物に無機粉末を着肉させ、粒径０．０５
〜２０ｍｍの球状粒子を製造することを特徴とする真球
度の高い球状粒子の製造方法

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真球度の高い球状粒子
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】近年、ファインセラミックス
は、各種産業分野において構造材料、機能材料などに幅
広く利用されている。これらファインセラミックスは、
アルミナ、ジルコニアなどの原料粉末から製造されてい
るが、セラミックス製品の精密化に伴い、原料粉末の微
小化、均一化、高純度化などが要求されている。

【０００３】ところで、ファインセラミックスの原料粉
末の調製は、その殆どが粉砕によって行なわれている。
代表的な粉砕法としては、ボールミル法、媒体撹拌ミル
による方法などがある。これらの粉砕法では、ボールと
して金属製又はセラミックス製のボールが多く用いられ
る。しかし、これら従来のボールでは、ボールミルの稼
働中にボール同士の衝突・摩擦によってボール表面が摩
耗されたり、或いはボール自体が破壊されてしまうこと
がある。この場合、ボールの材質成分が原料粉末中に混
入すれば、セラミックス原料の純度の低下により、セラ
ミックス製品の性能に悪影響を及ぼすことになる。

【０００４】上記問題を解決するために、新しいボール
の製造方法として特開平２−５６２３１号公報に開示さ
れている方法がある。この方法は、液中造粒法によっ
て、一定の球状粒子を製造するものである。

【０００５】しかしながら、この方法によって得られる
ボールを用いて原料粉末の粉砕を行なっても、ボールの
摩耗或いは破壊による小片の混入を未だ十分に防ぐこと
はできない。しかも、上記方法では、ボールの粒径、粒
度分布などを自由に制御するのが困難であり、特に直径
５ｍｍ以上という比較的大きなボールの製造は事実上不
可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、優れた強
度、破壊靱性および耐摩耗性を有すると同時に、真球度
が高く且つ粒径が揃った球状粒子の製造方法を提供する
ことを主な目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記従来技
術における問題点に鑑み、ボールとなるセラミックス粒
子の強度、破壊靱性、耐摩耗性などと共に、その形状に
ついても検討した結果、粒子の真球度が予想以上に摩耗
或いは破壊に関与していることに着目した。そして、真
球度の高い粒子を製造する方法について鋭意研究を重ね
た結果、液中から粒子を調製する方法において、造粒を
一時に行なわず、一旦核造粒物を形成させ、次いでこの
核造粒物に無機粉末の着肉を逐次に行なう場合には、限
りなく真球に近く且つ粒径の揃った球状粒子が得られる
ことを見出し、本発明を完成した。

【０００８】すなわち、本発明は、無機粉末を非極性有
機溶媒中に分散させた懸濁液に、水性バインダーを添加
・攪拌することにより無機粉末からなる核造粒物を形成
させ、さらに水性バインダーおよび無機粉末を逐次交互
に添加し、攪拌することにより、該核造粒物に無機粉末
を着肉させ、粒径０．０５〜２０ｍｍの球状粒子を製造
することを特徴とする真球度の高い球状粒子の製造方
法、及びこれにより得られる球状粒子を焼成することを
特徴とする真球度の高い焼結球状粒子の製造方法に係る
ものである。

【０００９】以下、本発明について詳細に説明する。

【００１０】まず、粒子の材質となる無機粉末を非極性
有機溶媒中に分散させて懸濁液を調製する。本発明で用
いる無機粉末は特に限定されず、酸化物系、非酸化物系
のものなどのいずれの粉末でも良い。具体的には、例え
ばアルミナ粉末、ジルコニア粉末、チタニア粉末、炭化
ケイ素粉末、窒化ケイ素粉末、その他炭酸カルシウム、
フェライト類などが挙げられる。無機粉末の粒径は、通
常０．１〜２０μｍ程度のものを用いるのが好ましい。
無機粉末の添加は、そのままの形態で添加することもで
きるが、予め後記の非極性有機溶媒にホモジナイザーな
どで調製した分散液として加えても良い。また、上記非
極性有機溶媒（以下、単に「有機溶媒」という。）は、
公知のものをそのまま使用することができ、例えばケロ
シン、流動パラフィン、ｎ−ヘキサン、ベンゼン、トル
エン、キシレン等の飽和又は不飽和脂肪族炭化水素、芳
香族炭化水素等が例示できる。なお、有機溶媒中に分散
させる無機粉末の配合量は、通常０．２〜２０重量％程
度であることが好ましい。

【００１１】次に、上記懸濁液に水性バインダーを添加
して撹拌を行ない、核造粒物を形成させる。本発明では
水性バインダーとは水又は高分子物質水溶液を示す。高
分子物質は水可溶性のものであれば良く、例えばポリビ
ニルアルコール、カルボキシルメチルセルロース、ヒド
ロキシプロピルセルロースなどのセルロース誘導体、そ
の他公知の水溶性アクリル系高分子などを使用すること
ができる。水を用いる場合は精製水を使用することが好
ましい。水性バインダーの添加量は、通常無機粉末に対
し５〜２５重量％程度となるようにすれば良い。

【００１２】なお、水性バインダーはそのままの状態で
も添加できるが、予め上記有機溶媒に界面活性剤０．０
１〜２％程度を加えてＷ／Ｏ型の乳化状態とし、これを
添加する場合には、水性バインダーを均一に有機溶媒中
に分散させ、核造粒物に均等に付着させることが可能と
なる。この場合に使用できる界面活性剤としては、陽イ
オン系、陰イオン系、非イオン系などの汎用されている
界面活性剤を使用できる。

【００１３】上記の工程では、水性バインダーは極性溶
媒としての性質を有しているため、この添加により水性
バインダーと親水性である無機粉末とが互いに付着し、
凝集を起こし、その後の撹拌によって球状の核造粒物が
好適に形成される。このように本発明では、無機粉末を
凝集させて球状とすることが重要であるので、その撹拌
方法も円筒容器中で高速回転させる方法などを採用する
ことが望ましい。

【００１４】次いで、核造粒物を形成させた後、新たに
水性バインダーの添加および無機粉末の添加を前記と同
様に逐次交互に行なう。水性バインダーの添加量は通常
核造粒物に対して通常３〜２０重量％程度、また無機粉
末の添加量は通常核造粒物に対して通常２０〜１００重
量％程度とするのが好ましい。

【００１５】この工程において、まず水性バインダーの
添加により、親水性である無機粉末の表面が水性バイン
ダーに覆われて十分濡れた状態となり、無機粉末と付着
し易い状態となる。続いて、無機粉末の添加・攪拌によ
り、無機粉末が核造粒物の表面に容易に付着し、薄い粉
体層を形成する。そして再び水性バインダーの添加によ
り、この粉体層が濡れた状態となる。このように、水性
バインダーと無機粉末の添加を逐次繰り返すことによっ
て、核造粒物に無機粉末が次第に着肉されていく。そし
て、粒子が所望の粒径になった段階で、上記操作を中止
し、溶媒中より常法に従って取り出せば、所望の大きさ
を有する、真球度の高い球状粒子が得られる。

【００１６】また、得られた球状粒子は、常法に従って
焼成することにより、優れた強度、破壊靱性および耐摩
耗性を有する、真球度の高い焼結球状粒子が得られる。

【００１７】

【発明の効果】本発明の製造方法では、核造粒物を形成
させた後に逐次着肉を行なうので、比較的大きな粒径を
有する、真球度が高く且つ粒径の揃った球状粒子を得る
ことができる。また、その粒子の大きさも自由にコント
ロールできるので、およそ０．０５〜２０ｍｍ程度の範
囲内で各種用途に見合った大きさの粒子を好適に製造す
ることが可能である。

【００１８】また、本発明により得られる焼結球状粒子
は、優れた耐摩耗性、圧壊強度等を有し、ファインセラ
ミックス製品の原料粉末の粉砕、混合、分散等において
優れた効果を発揮することができる。

【００１９】

【実施例】以下に実施例及び比較例を示し、本発明の特
徴とするところをより一層明瞭にする。

【００２０】実施例１ ジルコニア微小粒子の製造 （ａ）造粒試験装置 図１に示すように、内径１１０ｍｍ、高さ１５０ｍｍの
円筒容器が３０℃の恒温槽中に設置され、スターラー
（回転数可変２４０〜３０００ｒｐｍ）に接続している
インペラーが当該容器に取り付けられている造粒試験装
置を使用した。なお、上記インペラーは図２（ａ）に示
すタービン型のものを２．５ｃｍ間隔で３枚を固定し
た。使用したインペラーは、直径７．５ｃｍ、刃の幅１
ｃｍであり、最下部のインペラーは底から３ｃｍの高さ
に設置した。

【００２１】（ｂ）原料粉末 原料粉末としては、３ｍｏｌ％イットリア固溶部分安定
化ジルコニア粉末（平均粒子径０．６３μｍ、比表面積
１０．１ｍ² ／ｇ）を使用した。

【００２２】（ｃ）水性バインダー 水性バインダーは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）
（重合度約５００、鹸化度約８８％）の２％水溶液を用
いた。また、その添加方法は、予めＰＶＡ水溶液を市販
灯油に２０容量％加え、ホモジナイザーを用いてＷ／Ｏ
エマルションの形としたＰＶＡ水溶液含有エマルション
を、攪拌された系内に添加した。原料粉末に対する水性
バインダーの量は８．３重量％とした。

【００２３】（１）核造粒物の形成 前記装置の円筒容器内に、有機溶媒として市販灯油１２
００ｍｌを投入し、インペラーの回転数７００ｒｐｍの
攪拌下、原料粉末１５ｇを添加して十分分散させた後、
上記ＰＶＡ水溶液含有エマルション６．２５ｍｌを容器
中央上部より静かに添加し、４５分間攪拌を行なった。
これにより平均粒径約０．１２ｍｍ程度のほぼ球状の粒
子を得た。得られた粒子をビデオハイスコープシステム
を用いて撮影した像より、その粒子の最長径（ａ）／最
短径（ｂ）を求めることにより真球度の測定を行なっ
た。その結果を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】得られた粒子は、外観上球状を呈している
が、表１からわかるようにその平均真球度は１．１３で
あり、未だ充分に満足できる値ではなかった。

【００２６】（２）逐次交互添加による造粒 上記で得られた核造粒物を含む系内で、さらに攪拌を続
けながらＰＶＡ水溶液含有エマルションを６．２５ｍｌ
添加して１０分間攪拌後、原料粉末１５ｇを徐々に加
え、４５分間さらに攪拌した。これにより、粒径約０．
１５ｍｍの大きさの球状粒子が得られた。得られた粒子
を前記（４）と同様の方法で真球度の測定を行なった。
その結果を表２に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２より、逐次交互添加による造粒によ
り、真球度の向上が認められた。

【００２９】さらに、上記の系に対して、ＰＶＡ水溶液
含有エマルション６．２５ｍｌおよび原料粉末１５ｇの
添加を交互に３回繰り返し、攪拌して造粒を行なった。
得られた粒子について上記と同様に真球度の測定を行な
った。この結果を表３に示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】上記で得られた粒子群の約半分量（総液量
１２００ｍｌ）を取り出し、上記と同様の逐次交互添加
操作をさらに６回繰り返した。なお、この場合、１回に
加えるＰＶＡ水溶液含有エマルション及び原料粉末の添
加量はそれぞれ１２．５ｍｌ及び３０ｇとした。得られ
た粒子について上記と同様に真球度の測定を行なった。
この結果を表４に示す。

【００３２】

【表４】

【００３３】さらに、上記で得られた粒子群の約７０％
（総液量１２００ｍｌ）を取り出し、上記と同様の逐次
交互添加をさらに６回繰り返した。なお、この場合、１
回に加えるＰＶＡ水溶液含有エマルション及び原料粉末
の添加量はそれぞれ２５ｍｌ及び６０ｇとした。得られ
た粒子について上記と同様に真球度の測定を行なった。
この結果を表５に示す。

【００３４】

【表５】

【００３５】表４及び表５の結果より、本発明方法の逐
次交互添加を行なうことによって非常に真球度の高い球
状粒子が得られることがわかる。また、逐次交互添加の
回数が増えるほど、その真球度は限りなく１．００に近
付くことも明らかである。

【００３６】（３）球状粒子の焼成 上記で得られた球状粒子を１５００℃で３時間焼成し
て、球状粒子の焼結体を得た。得られた焼結球状粒子の
特性について調べた結果を表６に示す。なお、からずり
摩耗率の測定は、容量４００ｍｌのポットミルに得られ
たボール２００ｇと水２００ｍｌとを仕込み、回転数２
００ｒｐｍで４８時間運転時の単位時間当たりの平均摩
耗率を求めることにより行なった。

【００３７】

【表６】

【００３８】この結果より、本発明により得られる球状
粒子は、充分な大きさの粒径を有し、且つ優れた真球
度、耐摩耗性及び圧壊強度を発揮していることが明らか
であり、ファインセラミックス用粉末の粉砕・混合、分
散のために使用するボールとして好適であることがわか
る。

【００３９】実施例２ アルミナ微小粒子の製造 （ａ）造粒試験装置 インペラーとして図２（ｂ）に示すファンタービン型
（７．５ｃｍ）を使用した以外は、実施例１と同様の造
粒試験装置を使用した。

【００４０】（ｂ）原料粉末 原料粉末としては、アルミナ粉末（平均粒子径０．５２
μｍ、比表面積４．４ｍ² ／ｇ）を使用した。

【００４１】（ｃ）水性バインダー 水性バインダーは精製水を用いた。また、その添加方法
は、予め精製水をｍ−キシレンに２０容量％加え、さら
に極少量のアニオン系界面活性剤（アルキルベンゼンス
ルホン酸カルシウム塩）を添加し、ホモジナイザーを用
いてＷ／Ｏエマルションの形とした精製水含有エマルシ
ョンを、攪拌された系内に添加した。

【００４２】（１）核造粒物の形成 前記装置の円筒容器内に、有機溶媒としてｍ−キシレン
１２００ｍｌを投入し、インペラーの回転数７００ｒｐ
ｍの攪拌下、原料粉末１５ｇを添加して十分分散させ
た。その後、上記精製水含有エマルション５．５ｍｌを
容器中央上部より静かに添加し、４０分間攪拌を行な
い、核造粒物を形成させた。

【００４３】（２）逐次交互添加による造粒 さらに、上記の系に対して、実施例１と同様の方法で精
製水含有エマルション５．５ｍｌを添加して１０分間攪
拌し、次に原料粉末１５ｇを添加して３０分間攪拌する
という操作を交互に１０回繰り返し、造粒を行なった。
得られた粒子について実施例１と同様に真球度の測定を
行なった。この結果を表７に示す。

【００４４】

【表７】

【００４５】表７の結果より、逐次交互添加を行なうこ
とによって非常に真球度の高い球状粒子が得られること
がわかる。

【００４６】（３）球状粒子の焼成 上記で得られた球状粒子を１７００℃で３時間焼成し
て、球状粒子の焼結体を得た。得られた焼結体の特性に
ついて調べた結果を表８に示す。

【００４７】

【表８】

【００４８】表８より、本発明の焼結球状粒子はファイ
ンセラミックス製品の原料粉末の粉砕、混合、分散等の
用途に適したものであることがわかる。

【００４９】実施例３ 炭化ケイ素微小粒子の製造 （ａ）造粒試験装置 実施例１と同様の造粒試験装置を使用した。

【００５０】（ｂ）原料粉末 原料粉末としては、炭化ケイ素粉末（平均粒子径０．３
２μｍ、比表面積１２．５ｍ² ／ｇ）を使用した。

【００５１】（ｃ）水性バインダー 水性バインダー及びその添加方法は実施例１と同様にし
た。

【００５２】（１）核造粒物の形成 前記装置の円筒容器内に、有機溶媒として試薬１級ケロ
シン１２００ｍｌを投入し、インペラーの回転数９００
ｒｐｍの攪拌下、原料粉末２０ｇを添加して十分分散さ
せた。その後、上記ＰＶＡ水溶液含有エマルション１０
ｍｌを容器中央上部より静かに添加し、６０分間攪拌を
行ない、核造粒物を形成させた。

【００５３】（２）逐次交互添加による造粒 さらに、上記の系に対して、実施例１と同様の方法でＰ
ＶＡ水溶液含有エマルション１０ｍｌを添加して１０分
間攪拌し、次に原料粉末２０ｇを添加して６０分間攪拌
するという操作を交互に１０回繰り返し、造粒を行なっ
た。得られた粒子について実施例１と同様に真球度の測
定を行なった。この結果を表９に示す。

【００５４】

【表９】

【００５５】（３）球状粒子の焼成 上記で得られた球状粒子をアルゴン雰囲気下２０００℃
で３時間焼成して、球状粒子の焼結体を得た。得られた
焼結体の特性について調べた結果を表１０に示す。

【００５６】

【表１０】

【００５７】表１０より、本発明の焼結球状粒子はファ
インセラミックス製品の原料粉末の粉砕、混合、分散等
の用途に適したものであることがわかる。

【００５８】比較例１ 実施例１と同様の造粒試験装置、原料粉末、水性バイン
ダー及び有機溶媒を用い、本発明の製造方法によらない
造粒を行なった。

【００５９】まず、円筒容器内に市販灯油１２００ｍｌ
を投入し、インペラーの回転数７００ｒｐｍの攪拌下、
原料粉末７５ｇを添加し、充分分散させた後、ＰＶＡ水
溶液含有エマルション３１．３５ｍｌを６．２５ｍｌず
つ５回に分け、攪拌下にこれを容器中央上部より徐々に
添加した。添加の時間間隔は３０分とし、全量を添加し
た後も４５分間攪拌を行なった。

【００６０】得られた造粒物は、約０．２４ｍｍ程度の
大きさであり、中には小さい粒子が複数個凝集したダン
ゴ状の粒子も数多く見られた。これら粒子の真球度を実
施例１と同様に方法で測定した結果を表１１に示す。

【００６１】

【表１１】

【００６２】表１１より、本発明の製造方法によらない
方法で造粒された粒子は、真球度が非常に低いことがわ
かる。

【００６３】次いで、この粒子を１５００℃で３時間焼
成した。得られた焼結体の特性について調べた結果を表
１２に示す。

【００６４】

【表１２】

【００６５】表１２より、本発明方法によらない粒子
は、真球度はもとより、耐摩耗性及び圧壊強度にも劣っ
ており、本発明方法による焼結球状粒子のほうが、より
優れた効果を発揮できることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で使用した造粒試験装置の概略図であ
る。

【図２】造粒試験装置で用いたインペラーの形状の概略
図である。

【符号の説明】

１…スターラー ２…回転計 ３…インペラー ４…恒温槽 ５…恒温循環器 ６…円筒容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加計 一郎 和歌山県那賀郡岩出町大字山980−２ ア ーバンコンフォート岩出409 (72)発明者 西川 康生 大阪府貝塚市石才530−８−402 (72)発明者 吉川 逸治 大阪府豊中市寺内１−５−12−403

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】無機粉末を非極性有機溶媒中に分散させた
   懸濁液に、水性バインダーを添加・攪拌することにより
   無機粉末からなる核造粒物を形成させ、さらに水性バイ
   ンダーおよび無機粉末を逐次交互に添加し、攪拌するこ
   とにより、該核造粒物に無機粉末を着肉させ、粒径０．
   ０５〜２０ｍｍの球状粒子を製造することを特徴とする
   真球度の高い球状粒子の製造方法。
2. 【請求項２】無機粉末を非極性有機溶媒中に分散させた
   懸濁液に、水性バインダーを添加・攪拌することにより
   無機粉末からなる核造粒物を形成させ、さらに水性バイ
   ンダーおよび無機粉末を逐次交互に添加し、攪拌するこ
   とにより、該核造粒物に無機粉末を着肉し、これにより
   得られる粒径０．０５〜２０ｍｍの球状粒子を焼成する
   ことを特徴とする真球度の高い焼結球状粒子の製造方
   法。