JPH06142486A

JPH06142486A - セラミックス顆粒の製造方法

Info

Publication number: JPH06142486A
Application number: JP4295803A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Ito; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1992-11-05
Filing date: 1992-11-05
Publication date: 1994-05-24
Anticipated expiration: 2017-08-12
Also published as: JP3313427B2

Abstract

(57)【要約】【目的】成形性に優れたセラミックス顆粒を安全にか
つ容易に製造する。【構成】セラミックス粉末１と非水溶性の結合剤３と
水溶性の有機溶剤とを添加してスラリー状の懸濁液を作
製する。スラリー状の懸濁液を水４の中に噴霧してセラ
ミックス粉末１を凝固させる。その後、セラミックス粉
末１と結合剤３とからなる凝固物５を加熱・真空条件下
にて乾燥させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス粉末の顆
粒製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりセラミックス粉末の顆粒製造と
しては、転動、押出し、圧縮、解砕、攪拌、流動層、噴
霧乾燥、溶解凝固などの方法が知られている。

【０００３】乾式加圧成形に用いることができる顆粒の
条件としては、流動性がよく、加圧によって潰れ易く、
成形後の密度が高くなることが必要である。このような
条件に対応するセラミックス粉末の顆粒製造法として
は、上記各方法のうち転動、噴霧乾燥が挙げられる。ま
た、特にその方法が容易である点から、一般に噴霧乾燥
法が多く行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記噴霧乾燥法による
顆粒化法は、スラリー状の懸濁液を高温状態に維持した
容器内へ噴霧し、極めて急速に乾燥させながら顆粒化す
る方法である。このため、セラミックス粉末が水との反
応性に富むものであると、溶媒として有機溶剤を使用し
なくてはならず危険である。かかる事情から、通常は高
温容器内の酸素濃度もしくは溶剤濃度を爆発限界未満に
管理することが危険回避のための対策として行われてい
る。

【０００５】例えば、高温容器内の酸素濃度を所定値以
下にするためには、一般に系全体を閉鎖系とし、系内に
窒素を供給することが行われる。この場合、系外からの
酸素の侵入を防ぐためには系全体を正圧にする必要があ
る。しかし、系内を正圧にするためには高度の技術や設
備を要するという問題があった。

【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、成形性に優れたセラミックス顆粒
を極めて安全にかつ容易に得ることができるセラミック
ス顆粒の製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】本発明では、
セラミックス粉末に非水溶性の結合剤と水溶性の有機溶
剤とを添加してスラリー状の懸濁液を作製し、そのスラ
リー状の懸濁液を水中に噴霧してセラミックス粉末を凝
固させた後、凝固物を乾燥させている。

【０００８】この場合、セラミックス粉末に対する結合
剤の添加量は、０．５容積部〜６０容積部であることが
望ましい。また、凝固物は、真空乾燥、空気中での加熱
乾燥または真空乾燥と加熱乾燥とを同時に行う乾燥によ
って乾燥されることが良い。スラリー状の懸濁液に占め
る前記セラミックス粉末の比率は、５重量％〜７０重量
％の範囲内であることが良い。

【０００９】以下に、本発明のセラミックス顆粒の製造
方法を詳細に説明する。スラリー状の懸濁液は、セラミ
ックス粉末、結合剤、有機溶剤および分散剤から構成さ
れる。

【００１０】使用可能なセラミックス粉末としては、水
との反応性に富むＡｌＮ，Ｓｉ₃Ｎ ₄，ＭｇＯなどの他
に、耐水性を有するＡｌ₂Ｏ₃などが挙げられる。セラ
ミックス粉末の平均粒径は１０μｍ以下であることが望
ましい。平均粒径が１０μｍを越える粉末を用いると、
結合剤による接着力が低下し、顆粒を得ることが困難と
なるからである。

【００１１】スラリー状の懸濁液に占めるセラミックス
粉末の比率は、５重量％〜７０重量％の範囲内であるこ
とが望ましい。この比率が５重量％未満であると、溶剤
が多量になり経済的でないからである。一方、この比率
が７０重量％より高いと、噴霧可能な粘度を越え、均一
な粒径の顆粒を得られないからである。

【００１２】結合剤は、水に極めて難溶のものである必
要がある。結合剤が水に可溶なものであると、結合剤が
水に溶けることによって粉末が分散し、凝固物が得られ
ないからである。水に極めて難溶な結合剤としては、例
えばメタクリル酸の重合体、アクリル酸とメタクリル酸
との共重合体などが挙げられる。

【００１３】加えて、この方法によると、水との反応性
に富むセラミックス粉末が結合剤によりコーティングさ
れるため、セラミックス粉末に耐水性が付加される。こ
のため、結合剤はセラミックス粉末に対して０．５容積
部〜６０容積部添加されることが必要である。

【００１４】この添加量が０．５容積部未満であると、
上記コーティングが不完全となり所望の耐水性が得られ
ない。一方、この添加量が６０容積部より多いと、結合
剤分が過剰になるため、加圧成形後に成形金型から成形
体を離型し難くなる。

【００１５】分散剤には顆粒のかさ密度を上昇させる効
果及び懸濁液粘度を低下させる効果があるため、前記懸
濁液に少量添加することが好ましい。本発明において使
用される有機溶剤は、水に対して可溶であることが必要
である。その理由は、有機溶剤が水に難溶である場合、
懸濁液に部分的に溶剤が高濃度で存在することになり、
結合剤が凝固せず顆粒とならないからである。その反
面、水に可溶の溶剤であると、懸濁液中の結合剤が速や
かに凝固して、均一な顆粒が得られるからである。上記
のような有機溶剤としては水に任意の比で溶解するもの
が好ましく、かかる条件を満たすものとしては、例えば
メタノール、エタノール、プロパノール、アセトンなど
が挙げられる。

【００１６】噴霧装置及びスラリー状の懸濁液が噴霧さ
れる水は、共に窒素などの非酸化性気体により被われて
いる。スラリー状の懸濁液を噴霧している間、水は液中
における溶剤濃度の上昇を防ぐ役割を果たす。従って、
懸濁液に対して多量の水があること、または溶剤を含ま
ない新水を加えることが必要である。その理由は、水中
の溶剤濃度が上昇すると結合剤が凝固しなくなり、所望
の顆粒が得られなくなるからである。

【００１７】懸濁液を噴霧する場合、液滴径を５０μｍ
〜３００μｍにすることが望ましい。５０μｍ未満の液
滴では、得られる顆粒が小さく流動性に乏しいため、使
用が困難となる。３００μｍを越える液滴では、凝固時
における結合剤の収縮によって大きな顆粒ができるた
め、顆粒にクラックが発生してしまう。

【００１８】また、噴霧する懸濁液の粘度は、２０ｃｐ
〜３０００ｃｐであることが望ましい。２０ｃｐ未満の
粘度を有する懸濁液を使用した場合は、水中において液
滴が分離し、不定形の顆粒となる。粘度が３０００ｃｐ
を越えると、噴霧装置への送液が困難となり使用できな
い。なお、好適な噴霧装置としては、例えば構造が簡略
な加圧ノズル等がある。

【００１９】懸濁液が噴霧される水（新水を加えない場
合）の分量は、噴霧懸濁液の溶剤分全量に対し、容積比
で２０倍以上であることが好ましい。水が２０倍未満で
あると、水中の溶剤濃度が上昇し、結合剤の凝固が十分
に行われず、顆粒が得られないからである。また、新水
を加えて水中の溶剤濃度を制御する場合においても、溶
剤の濃度を５容量％以下にすることが好ましい。

【００２０】前記凝固物は、水中から取り出された後に
真空乾燥、空気中での加熱乾燥または真空乾燥と加熱乾
燥とを同時に行う乾燥によって乾燥される。また、なか
でも真空乾燥と加熱乾燥とを同時に行う乾燥が最も効果
的である。その理由は、両者を同時に行うことによりキ
ャピラリー水を確実に除去することができるからであ
る。なお、水中から取り出した顆粒には溶剤が殆ど含ま
れておらず、空気中でも十分安全に加熱を行うことが可
能である。

【００２１】このような乾燥を行う場合、乾燥温度は６
０℃〜１２０℃であることが望ましい。６０℃未満で
は、乾燥速度が遅く乾燥効率が悪くなることに加え、乾
燥が不十分となり流動性に乏しい顆粒となる。１２０℃
を越えた温度での乾燥では、結合剤が変質する可能性が
生じる。そして、結合剤が変質した場合、加圧成形時に
おいて成形体に多くの欠陥が生じ易くなる。

【００２２】また、真空度は１０Torr以下であることが
望ましい。これより高い圧力の下では、十分に細孔から
水を取り除くことが困難になる。さて、次に図１〜図３
に基づき、上記のスラリー状の懸濁液を水に噴霧した場
合における懸濁液中のセラミックス粉末の物理的変化に
ついて説明する。噴霧前において結合剤３は溶剤２中に
溶解している。そして、そのような溶剤２によってセラ
ミックス粉末１が全体的に満たされた状態にある（図１
参照）。ここで、噴霧によって多量の水４に懸濁液が接
すると、溶剤２が水４に溶解すると共に、結合剤３がセ
ラミックス粉末１を被覆した状態で凝固する（図２参
照）。この状態の凝固物５を水から取り出した後に乾燥
させると、図３のような完全なセラミックス顆粒とな
る。上述したように、本発明のセラミックス顆粒の製造
方法によると、成形性に優れたセラミックス顆粒を極め
て安全にかつ容易に得ることが可能となる。また、本発
明の方法によると、セラミックス粉末が結合剤によって
被覆された状態となるため、顆粒の耐水性も向上する。

【００２３】

【実施例】次に本発明を具体化した実施例と、それに対
する比較例１〜３を記載する。〔実施例〕ＡｌＮ粉末（比表面積３．３ｍ²／ｇ，平
均粒径１．１μｍ）を１００重量部、結合剤（ポリア
ルキルメタクリレート）を５重量部（１７容積部）、分
散剤を０．５重量部、溶剤（エタノール）を５０重量部
配合し、ボールミル（５リットル，テフロンボールφ２
５７５個）にて２０時間混合した。このスラリーを用
い、加圧ノズル（３ｋｇ／ｃｍ²）により、液滴を生成
させ水中に噴霧した。水容器中のエタノール濃度は、新
水を加えることにより、３容積％以下に制御した。ま
た、加圧ノズルおよび水容器は、窒素により環境酸素濃
度を３容積％未満にした。顆粒の乾燥は、加熱・真空条
件下（８０℃，５Torr）で１０時間行った。

【００２４】このようにして得られたＡｌＮ顆粒の顆粒
特性、即ち粒径（μｍ）、形状、かさ密度（ｇ／cc）、
含溶剤率（％）及び流動性を調査した。その結果、表１
に示すように、顆粒の形状は球形で、粒径は１１０μｍ
であった。また、かさ密度は０．９ｇ／cc、含溶剤率は
０．１％未満であり、流動性も良好であった。

【００２５】以上の結果から、実施例の製造方法によれ
ば総合的に特性の優れたＡｌＮ顆粒が得られることが判
明した。〔比較例１〕ＡｌＮ粉末（比表面積３．３ｍ²／ｇ，
平均粒径１．１μｍ）を１００重量部、結合剤（ポリ
アルキルメタクリレート）を０．０５重量部（０．１７
容積部）、分散剤を０．５重量部、溶剤（エタノール）
を５０重量部配合し、ボールミル（５リットル，テフロ
ンボールφ２５７５個）を用いて２０時間混合した。
このスラリーを用い、加圧ノズル（３ｋｇ／ｃｍ²）に
より、液滴を生成させ水中に噴霧した。水容器中のエタ
ノール濃度は、新水を加えることにより、３容積％以下
に制御した。また、加圧ノズルおよび水容器は、窒素に
より環境酸素濃度を３容積％未満にした。顆粒の乾燥
は、加熱・真空条件下（８０℃，５Torr）で１０時間行
った。

【００２６】実施例と同じく顆粒特性の調査を行った結
果、表１に示すようにかさ密度は０．７ｇ／ccで、含溶
剤率は０．１％未満であった。しかし、顆粒の形状は不
定形となり、かつ粒径も４５μｍと前記実施例よりも小
さかった。また、顆粒の流動性は前記実施例のように良
好ではなかった。〔比較例２〕ＡｌＮ粉末（比表面積３．３ｍ²／ｇ，
平均粒径１．１μｍ）を１００重量部、結合剤（ポリ
アルキルメタクリレート）を２０重量部（６８容積
部）、分散剤を０．５重量部、溶剤（エタノール）を５
０重量部配合し、ボールミル（５リットル，テフロンボ
ールφ２５７５個）を用いて２０時間混合した。この
スラリーを用い、加圧ノズル（３ｋｇ／ｃｍ²）によ
り、液滴を生成させ水中に噴霧した。水容器中のエタノ
ール濃度は、新水を加えることにより、３容積％以下に
制御した。また、加圧ノズルおよび水容器は、窒素によ
り環境酸素濃度を３容積％未満にした。顆粒の乾燥は、
加熱・真空条件下（８０℃，５Torr）で１０時間行っ
た。

【００２７】得られたＡｌＮ顆粒の顆粒特性を調査した
ところ、表１に示すように粒径は１２０μｍであった。
また、かさ密度、含溶剤率及び流動性については、前記
比較例１と同じ結果が得られた。〔比較例３〕ＡｌＮ粉末（比表面積３．３ｍ²／ｇ，
平均粒径１．１μｍ）を１００重量部、結合剤（ポリ
アルキルメタクリレート）を５重量部（１７容積部）、
分散剤を０．５重量部、溶剤（エタノール）を５０重量
部配合し、ボールミル（５リットル，テフロンボールφ
２５７５個）を用いて２０時間混合した。このスラリ
ーを用い、スプレードライヤーにて顆粒を製造した。

【００２８】スプレードライヤーの設定は、入口温度：
１２０℃、出口温度：９０℃ ディスク（φ６５）回転
数：２００００ｒｐｍ、送液量：１２０ｇ／分（懸濁
液）とした。また、この装置においては、窒素を導入し
て系内酸素濃度を２容積％未満に制御した。

【００２９】得られたＡｌＮ顆粒の顆粒特性を調査した
結果、表１に示すように顆粒の形状は球形であり、かつ
顆粒は流動性に優れていることがわかった。また、かさ
密度は０．７ｇ／ccであった。しかし、粒径は８０μｍ
と前記実施例よりも小さかった。また、含溶剤率は０．
２％となり、実施例よりも比率が高くなった。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明のセラミックス顆
粒の製造方法によれば、成形性に優れたセラミックス顆
粒を極めて安全に、かつ装置等に格段の改良を施すこと
なく容易に得ることができるという優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】噴霧前におけるスラリー状の懸濁物の状態を示
す模式図である。

【図２】スラリー状の懸濁液を水中に噴霧したときの状
態を示す模式図である。

【図３】凝固物を水中から取り出して乾燥させた状態を
示す模式図である。

【符号の説明】

１セラミック粉末、２有機溶媒、３結合剤、４
水、５凝固物。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス粉末（１）に非水溶性の結合
剤（３）と水溶性の有機溶剤（２）とを添加してスラリ
ー状の懸濁液を作製し、そのスラリー状の懸濁液を水
（４）中に噴霧してセラミックス粉末（１）を凝固させ
た後、凝固物（５）を乾燥させることを特徴とするセラ
ミックス顆粒の製造方法。
【請求項２】前記セラミックス粉末（１）に対する前記
結合剤（３）の添加量は、０．５容積部〜６０容積部で
あることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス顆
粒の製造方法。
【請求項３】前記凝固物（５）は、真空乾燥、空気中で
の加熱乾燥または真空乾燥と加熱乾燥とを同時に行う乾
燥によって乾燥されることを特徴とする請求項１または
２に記載のセラミックス顆粒の製造方法。
【請求項４】前記スラリー状の懸濁液に占める前記セラ
ミックス粉末（１）の比率は、５重量％〜７０重量％の
範囲内であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
か一項に記載のセラミックス顆粒の製造方法。