JPH05345660A

JPH05345660A - 射出成形用セラミックス組成物

Info

Publication number: JPH05345660A
Application number: JP4180351A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yoshinari; 誠吉成; Motoharu Matsushita; 元治松下
Original assignee: Sony Chemicals Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1992-06-15
Publication date: 1993-12-27

Abstract

(57)【要約】【目的】セラミックス組成物の流動性をバインダーを
多量に添加することなく向上させ、セラミックス組成物
の流動性、保形性、脱脂性の全てを調和よく改善する。【構成】セラミックス粉末と有機バインダーとの混練
物からなる射出成形用セラミックス組成物において、セ
ラミック粉末として、その粒度分布が次式｜Ｄｍｅｄ−Ｄｍｏｄ｜／Ｄｍｅｄ＜０．１（式中、Ｄｍｅｄはセラミック粉末粒子のメジアン径を
表し、Ｄｍｏｄはセラミック粉末粒子のモード径を表
す）を満足するものを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、セラミックス焼結体
を得るための射出成形用セラミックス組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックス焼結体の製造方法の１つ
に、セラミックス粉末と有機バインダーとの混練物から
なる射出成形用セラミックス組成物を射出成形して焼結
する方法が知られている。この方法においては、まず射
出成形用セラミックス組成物を加熱することにより流動
化させ、それを所望の形状の金型に射出充填してグリー
ン成形品を得る。そして得られたグリーン成形品に対し
て有機バインダーを分解除去するために脱脂を行い、そ
の後焼結することによりセラミックス焼結体を製造す
る。

【０００３】したがって、この方法においては、金型に
射出成形用セラミックス組成物を容易に射出充填できる
ように、射出成形用セラミックス組成物に適度な流動性
を付与することが重要となる。また、金型からグリーン
成形品を脱型するときにそのグリーン成形品が十分な強
度を有し、良好な保形性を有するようにすることも重要
となる。

【０００４】従来、射出成形用セラミックス組成物に流
動性を付与し、かつ脱脂性、保形性も付与するために有
機バインダーが使用されているが、そのような有機バイ
ンダーとしてとしては、一般に、（イ）パラフィン類等
の炭化水素系ワックス、（ロ）ステアリン酸等の滑剤、
（ハ）フタル酸エステル系のジオクチルフタレート、ジ
ブチルフタレート、ジエチルフタレート、アジピン酸エ
ステル系のジオクチルアジペート、ジブチルアジペート
等の可塑剤、（ニ）脂肪族アミン等の解膠剤、（ホ）カ
チオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、非イオン
系界面活性剤などの分散剤、（ヘ）鉱油、椰子油などの
油、（ト）高級脂肪酸、高級脂肪酸エステル、高級アル
コール等の低分子量化合物、（チ）ポリアクリル、ポリ
スチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブチラ
ール、ポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の
熱可塑性樹脂などが使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような種々の有機バインダ−を使用して射出成形用セラ
ミックス組成物を製造しても、流動性、保形性、脱脂性
を良好に調和させることは非常に困難であった。すなわ
ち、保形性を良好にすると流動性や脱脂性が劣り、流動
性を良好にすると保形性や脱脂性が劣るという問題があ
った。

【０００６】また、セラミックス粉末の粒径や流動分布
が変わると、有機バインダ−の適合組成が大幅に変化す
るという問題もあった。

【０００７】この発明は以上のような従来技術の問題点
を解決しようとするものであり、射出成形用セラミック
ス組成物について、その流動性、保形性、脱脂性の全て
を良好に調和させて改善することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明は、セラミックス粉末と有機バインダーと
の混練物からなる射出成形用セラミックス組成物におい
て、セラミック粉末の粒度分布が次式｜Ｄｍｅｄ−Ｄｍｏｄ｜／Ｄｍｅｄ＜０．１（式中、Ｄｍｅｄはセラミック粉末粒子のメジアン径を
表し、Ｄｍｏｄはセラミック粉末粒子のモード径を表
す）を満足することを特徴とする射出成形用セラミック
ス組成物を提供する。

【０００９】この発明は、この発明者らがセラミック粉
末の粒子形状に関して次のような知見を得たことに基づ
いている。

【００１０】すなわち、セラミック粉末の粒子形状とし
ては、角張った粒子が多いと混練機内部の磨耗損傷が増
加し、混練物中の不純物が増加することになり、さらに
角張った粒子同志の絡み合い磨耗も増加して粉末の流動
性が低下することから、球状が望ましい。また、焼結性
を向上させる点から、その粒子径は小さい方が望まし
い。しかし、セラミック粉末の粒子径を十分に小さくす
ると、セラミックス組成物の流動性が低下するので、有
機バインダーを相当多く添加することが必要となり、そ
のために脱脂に長時間が必要になるという問題が生じ、
また脱脂、焼結後の体積収縮率が大きくなって寸法精度
が低下するという問題も生じる。

【００１１】そこで、セラミック粉末の粒子径を十分に
小さくした場合に、有機バインダーの添加量を多くする
ことなくセラミックス組成物の流動性を低下させないよ
うにすることについて鋭意研究した結果、セラミック粉
末の粒度分布が相当狭い場合には有機バインダーの添加
量が少なくても非常にセラミックス組成物の流動性、保
形性が良いことを見出した。そして、これにより有機バ
インダーの添加量を少なくできることからセラミックス
組成物の脱脂性も良好になることを見出した。さらに、
この場合のセラミック粉末の粒度分布の指標としては、
一般的な粒度分布測定装置により得られるメジアン径
（Ｄｍｅｄ）とモード径（Ｄｍｏｄ）の関数として次式｜Ｄｍｅｄ−Ｄｍｏｄ｜／Ｄｍｅｄを採用し、この式の値が０．１未満となるようにすれば
良いこと、好ましくはこの式がより０に近い値を有する
ようにすること、すなわちＤｍｅｄ＝Ｄｍｏｄとなるよ
うにすることがもっとも好ましいことを見出した。ここ
で、メジアン径（Ｄｍｅｄ）は、積算分布曲線の５０％
に相当する粒子径であり、モード径（Ｄｍｏｄ）は粒度
分布曲線の最大値、すなわち粉末中に最も多く含まれる
粒子径である。

【００１２】市販のセラミック粉末の粒度分布は上記の
ような範囲を大きく超えるので、そのままではこの発明
のセラミックス組成物を構成するセラミック粉末として
は使用することができない。市販のセラミック粉末の粒
度分布を上記のような範囲に狭くするためには、例えば
市販のセラミック粉末をボールミルを使用して微細粒子
化する。

【００１３】この発明のセラミックス組成物において、
有機バインダーとしては、従来のセラミックス組成物と
同様に、（イ）パラフィン類等の炭化水素系ワックス、
（ロ）ステアリン酸等の滑剤、（ハ）フタル酸エステル
系のジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ジエ
チルフタレート、アジピン酸エステル系のジオクチルア
ジペート、ジブチルアジペート等の可塑剤、（ニ）脂肪
族アミン等の解膠剤、（ホ）カチオン系界面活性剤、ア
ニオン系界面活性剤、非イオン系界面活性剤などの分散
剤、（ヘ）鉱油、椰子油などの油、（ト）高級脂肪酸、
高級脂肪酸エステル、高級アルコール等の低分子量化合
物、（チ）ポリアクリル、ポリスチレン、ポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ポリブチラール、ポリアミド、エチ
レン−酢酸ビニル共重合体等の熱可塑性樹脂等を使用す
ることができ、特にポリアクリル系バインダー、ポリア
ミド系バインダー、ワックス系バインダー、ポリオレフ
ィン系バインダー、エチレン−酢酸ビニル系バインダー
を好ましく使用することができる。

【００１４】有機バインダーの配合量としては、一般
に、有機バインダーがセラミック粉末１００重量部に対
して５〜３０重量部含まれるようにすることが好まし
く、より好ましくは１０〜２０重量部含まれるようにす
る。

【００１５】セラミックス粉末と有機バインダーの混練
方法は常法によることができるが、加圧ニーダーを使用
して９０〜１８０℃で１５分〜５時間、負荷電流値が一
定になるまで混練することが好ましい。

【００１６】なお、この発明のセラミックス組成物に
は、必要に応じて種々の添加剤、例えばシランカップリ
ング剤、チタネートカップリング剤等のカップリング
剤、クレー、シリカ、アルミナ等の焼結助剤、遷移金属
化合物、希土類金属化合物等の着色成分等を配合するこ
とができる。

【００１７】この発明のセラミックス組成物の使用方法
としては、常法により射出成形し、脱脂、焼結してセラ
ミックス焼結体を形成することができる。

【００１８】すなわち、射出成形には公知の射出成形機
と公知の金型を使用することができる。また、射出成形
条件は、射出成形物の形状や使用する射出成形機の能力
に応じて異なるが、一般には射出圧力１００〜２５００
Ｋｇ／ｃｍ^２、射出速度０．１〜２０ｃｍ／ｓｅｃ、金
型温度１０〜７０℃、シリンダー温度１００〜５０℃と
することができる。

【００１９】脱脂方法としては、グリーン成形体を昇温
速度１〜１００℃／ｈｒで室温から６００℃まで加熱し
て有機バインダーを分解除去する方法を採用することが
できる。この場合、脱脂時間は有機バインダーの性質に
もよるが、通常は５〜１２０時間、より好ましくは１０
〜５０時間である。脱脂の雰囲気は通常は大気雰囲気で
あるが、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性雰囲気で
もよい。また、このような雰囲気ガスの加圧雰囲気でも
よく減圧雰囲気でもよい。

【００２０】焼結は、１０００〜１７００℃で０．２〜
２０時間、より好ましくは１〜５時間で行うことができ
る。焼結の雰囲気は大気雰囲気とすることもできるし、
また窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性雰囲気でもよ
く、さらに水素等の還元雰囲気でもよいい。また、この
ような雰囲気ガスの減圧雰囲気でもよい。

【００２１】

【作用】この発明の射出成形用セラミックス組成物は、
セラミックス粉末の粒度分布が次式｜Ｄｍｅｄ−Ｄｍｏｄ｜／Ｄｍｅｄ＜０．１（式中、Ｄｍｅｄはセラミック粉末粒子のメジアン径を
表し、Ｄｍｏｄはセラミック粉末粒子のモード径を表
す）を満足し、粒度分布が狭くなっているので、セラミ
ック粉末の粒子径を十分に小さくした場合でも非常に流
動性が高いものとなる。したがって、著しく複雑な形状
のグリーン成形体でも容易に得ること可能となる。

【００２２】また、このような高い流動性を、有機バイ
ンダーの添加量を少なくしても得られることから、グリ
ーン成形体を脱脂、焼結して焼結体を得る際の焼成収縮
率を小さくすることが可能となる。したがって、製品の
金型設計が容易となり、製品の寸法精度も向上する。さ
らに、従来は脱脂工程に長時間をすることがセラミック
ス焼結体を射出成形して製造する場合の重大な問題点と
なっていたのに対し、この発明によれば有機バインダー
の添加量を少なくできるので脱脂時間を短縮することが
可能となる。したがって、製造コストを低減することも
可能となる。

【００２３】また、グリーン成形体を脱脂、焼結して得
られた焼結体は、有機バインダーの含有量が少ないので
組織が緻密で焼結密度が高くなる。したがって、製品に
理論強度に近い強度を実現することが可能となる。

【００２４】

【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて具体的に
説明する。

【００２５】実施例１市販のフェライト粉末１００重量部を湿式ボールミルで
１００時間粉砕し、乾燥した。得られたフェライト粉末
をレーザー回折式粒度分布測定装置（島津製作所製、Ｓ
ＡＬＤ−２０００）で測定したところ、メジアン径（Ｄ
ｍｅｄ）は２．１２３μｍ、モード径（Ｄｍｏｄ）は
２．２０３μｍであり、｜Ｄｍｅｄ−Ｄｍｏｄ｜／Ｄｍ
ｅｄ＝０．０４であった。

【００２６】一方、低分子量プロピレン（三洋化成
（株）製、ビスコール５５０ｐ）に市販の可塑剤（ＤＯ
Ｐ）２３ＰＨＲと滑剤（ステアリン酸）１９．５ＰＨＲ
を添加し、調合して熱可塑性樹脂バインダーを得た。そ
してこの熱可塑性樹脂バインダー１３．８重量部と前述
の粉砕したフェライト粉末とを加圧ニーダーに入れ、１
５０℃で４０分間混練し、射出成形用組成物を得た。

【００２７】得られた射出成形用組成物をペレタイザー
によりペレット化して射出成形用コンパウンドを得た。
このコンパウンドの流動性を検討するために、以下の条
件でスパイラルフロー成形を試みた。

【００２８】スパイラルフロー成形条件住友堅型射出成形機（Ｖ１２／１５Ｖ）射出圧力８８０Ｋｇ／ｃｍ^２射出速度０．８ｃｍ／秒金型温度５０℃ シリンダー温度１８０℃ その結果、スパイラルフローの長さは２１．６ｃｍであ
り、流動性が大きいことが確認できた。

【００２９】また、脱脂焼結性を検討するために、以下
の条件でコイン形状製品（３０ｍｍφ、厚さ２ｍｍ）の
成形を試みた。

【００３０】コイン形状成形条件住友堅型射出成形機（Ｖ１２／１５Ｖ）射出圧力８８０Ｋｇ／ｃｍ^２射出速度０．８ｃｍ／秒金型温度５０℃ シリンダー温度１８０℃ 脱脂条件温度２０〜４００℃ 昇温速度１０〜２０℃／時間脱脂時間３０時間焼成条件大気雰囲気焼成温度１０００℃ 焼成時間３時間その結果、得られたグリーン成形体および焼結体の外観
および表面平滑性は非常に良好であり、焼結体密度は
５．１２ｇ／ｃｍ^３と高く、焼成線収縮率は１６％とい
う低い値であった。

【００３１】実施例２市販のフェライト粉末１００重量部を湿式ボールミルで
８０時間粉砕、乾燥し、得られたフェライト粉末に対し
て実施例１と同様に粒度分布を測定したところ、メジア
ン径（Ｄｍｅｄ）は２．２３０μｍ、モード径（Ｄｍｏ
ｄ）は２．４４４μｍであり、｜Ｄｍｅｄ−Ｄｍｏｄ｜
／Ｄｍｅｄ＝０．０９６であった。

【００３２】このフェライト粉末を使用して実施例１と
同様に射出成形用組成物を得、得られた射出成形用組成
物をペレタイザーによりペレット化して射出成形用コン
パウンドを得た。そして、実施例１と同様にこのコンパ
ウンドに対して流動性を検討するためにスパイラルフロ
ー成形を試みた。その結果、スパイラルフローの長さは
２０．２ｃｍであり、流動性が大きいことが確認でき
た。

【００３３】また、実施例１と同様に脱脂焼結性を検討
するために、コイン形状製品（３０ｍｍφ、厚さ２ｍ
ｍ）の成形を試みた。その結果、得られたグリーン成形
体および焼結体の外観および表面平滑性は非常に良好で
あり、焼結体密度は５．１０ｇ／ｃｍ^３と高く、焼成線
収縮率は１６％という低い数値であった。

【００３４】比較例１市販のフェライト粉末１００重量部を湿式ボールミルで
４０時間粉砕、乾燥し、得られたフェライト粉末に対し
て実施例１と同様に粒度分布を測定したところ、メジア
ン径（Ｄｍｅｄ）は１．９６２μｍ、モード径（Ｄｍｏ
ｄ）は０．７３５μｍであり、｜Ｄｍｅｄ−Ｄｍｏｄ｜
／Ｄｍｅｄ＝０．６３であった。

【００３５】このフェライト粉末を使用して実施例１と
同様に射出成形用組成物を得、得られた射出成形用組成
物をペレタイザーによりペレット化して射出成形用コン
パウンドを得た。そして、実施例１と同様にこのコンパ
ウンドに対して流動性を検討するためにスパイラルフロ
ー成形を試みた。その結果、スパイラルフローの長さは
１０．０ｃｍであり、流動性が小さいことが確認でき
た。

【００３６】また、脱脂焼結性を検討するために、実施
例１と同様にコイン形状製品（３０ｍｍφ、厚さ２ｍ
ｍ）の成形を試みた。その結果、実施例と同様の有機バ
インダーを使用したにもかかわらずコンパウンドの流動
性が非常に劣っており、グリーン成形体はショートし、
満足できるものを得ることができなかった。そこで、シ
リンダー温度を２００℃に上昇させてコンパウンドの粘
度を低下させたところ、一応グリーン成形体を成形する
ことができた。

【００３７】こうして得られたグリーン成形体に対して
実施例１と同様に脱脂、焼成を行った。その結果、脱脂
時にヒビやワレが認められ、そのために良好な焼結製品
を得ることができず、また、その焼結体密度は５．０７
ｇ／ｃｍ^３と低いものであった。なお、バインダー添加
量に依存する焼成線収縮率は１６％であった。

【００３８】比較例２市販のフェライト粉末１００重量部を湿式ボールミルで
４０時間粉砕、乾燥し、得られたフェライト粉末に対し
て実施例１と同様に粒度分布を測定したところ、メジア
ン径（Ｄｍｅｄ）は１．９６２μｍ、モード径（Ｄｍｏ
ｄ）は０．７３５μｍであり、｜Ｄｍｅｄ−Ｄｍｏｄ｜
／Ｄｍｅｄ＝０．６３であった。

【００３９】このフェライト粉末に対して実施例と同様
の熱可塑性樹脂バインダー１６．３重量部を使用して射
出成形用組成物を得、得られた射出成形用組成物をペレ
タイザーによりペレット化して射出成形用コンパウンド
を得た。そして、実施例１と同様にこのコンパウンドに
対して流動性を検討するためにスパイラルフロー成形を
試みた。その結果、スパイラルフローの長さは１９．２
ｃｍであり、熱可塑性樹脂バインダーを多く配合した分
だけ流動性が増加していた。

【００４０】また、脱脂焼結性を検討するために、実施
例１と同様にコイン形状製品（３０ｍｍφ、厚さ２ｍ
ｍ）の成形を試みた。その結果、熱可塑性樹脂バインダ
ーを多く配合したことにより流動性が増加していたた
め、良好なグリーン成形体を成形することができた。し
かし、得られたグリーン成形体に対して実施例１と同様
に脱脂、焼成を行うと、脱脂時にヒビやワレが認めら
れ、そのために良好な焼結製品を得ることができず、ま
た、その焼結体密度は５．０３ｇ／ｃｍ^３と相当に低い
ものであった。更に、バインダー添加量に依存する焼成
線収縮率は１８％と高く、実用上好ましい値ではなかっ
た。

【００４１】

【発明の効果】この発明の射出成形用セラミックス組成
物によれば、使用するセラミック粉末の粒度分布を特定
の範囲よりも狭くしているので、セラミックス組成物の
流動性が著しく良好となり、その結果非常に複雑な形状
の成形品も容易に得ることが可能となる。また、脱脂時
にヒビやワレが生じることはなく、焼結品の外観や表面
平滑性が著しく向上する。さらに、焼結体密度も高くな
り、焼成線収縮率は小さくなるので寸法精度も向上す
る。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年７月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】すなわち、射出成形には公知の射出成形機
と公知の金型を使用することができる。また、射出成形
条件は、射出成形物の形状や使用する射出成形機の能力
に応じて異なるが、一般には射出圧力１００〜２５００
Ｋｇ／ｃｍ^２、射出速度０．１〜２０ｃｍ／ｓｅｃ、金
型温度１０〜７０℃、シリンダー温度１００〜２５０℃
とすることができる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】焼結は、１０００〜１７００℃で０．２〜
２０時間、より好ましくは１〜５時間で行うことができ
る。焼結の雰囲気は大気雰囲気とすることもできるし、
酸素雰囲気とすることもできる。また、窒素、ヘリウ
ム、アルゴン等の不活性雰囲気でもよく、さらに水素等
の還元雰囲気でもよい。また、このような雰囲気ガスの
減圧雰囲気でもよい。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス粉末と有機バインダーとの
混練物からなる射出成形用セラミックス組成物におい
て、セラミック粉末の粒度分布が次式｜Ｄｍｅｄ−Ｄｍｏｄ｜／Ｄｍｅｄ＜０．１（式中、Ｄｍｅｄはセラミック粉末粒子のメジアン径を
表し、Ｄｍｏｄはセラミック粉末粒子のモード径を表
す）を満足することを特徴とする射出成形用セラミック
ス組成物。
【請求項２】有機バインダーが、セラミック粉末１０
０重量部に対して５〜３０重量部含まれる請求項１記載
の射出成形用セラミックス組成物。
【請求項３】セラミックス粉末と有機バインダーとを
混練して射出成形用セラミックス組成物を製造する方法
において、セラミック粉末として、その粒度分布が次式｜Ｄｍｅｄ−Ｄｍｏｄ｜／Ｄｍｅｄ＜０．１（式中、Ｄｍｅｄはセラミック粉末粒子のメジアン径を
表し、Ｄｍｏｄはセラミック粉末粒子のモード径を表
す）を満足する粉末を使用することを特徴とする射出成
形用セラミックス組成物の製造方法。