JPH061652A

JPH061652A - セラミック成形用組成物

Info

Publication number: JPH061652A
Application number: JP4159629A
Authority: JP
Inventors: Kiyohiro Sakasegawa; 清浩逆瀬川; Katsuya Toyoda; 克也豊田; Koichi Nagata; 公一永田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1992-06-18
Filing date: 1992-06-18
Publication date: 1994-01-11

Abstract

(57)【要約】【目的】脱脂工程での成形体の歪みや割れ等の発生を防
止しつつ、脱脂が極めて容易かつ均一に短時間で完了
し、かつ離型性が良く、内部に微小な割れを生じない高
強度の成形体が量産できる信頼性の高いセラミック成形
用組成物を得る。【構成】セラミック原料粉末とバインダーとを加熱混練
して流動性を持たせ、低い圧力で成形型中に注入してセ
ラミック成形体を得るべく、バインダーが水酸基を有す
る昇華性有機物を５〜９５重量％の割合で含有し、全バ
インダーの含有率が１０〜５０重量％となるように調製
したセラミック成形用組成物。

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成形体を低圧
成形するためのセラミック成形用組成物に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種の化学産業装置等の構成部材
や内燃機関の機構部品、更には時計やアクセサリー等の
装飾部品にも、その特性からセラミック部材が多用され
るようになってきた。

【０００３】しかしながら、前記化学産業用構成部材や
内燃機関用機構部品、更には装飾部品等は複雑な三次元
構造をした形状のものが多く、セラミック材料は金属材
料に比べて耐熱性、耐食性、耐摩耗性に優れ、高強度で
かつ比重が小さいという優れた特性を有するにもかかわ
らず、切削や研削等の加工性に難点があり、複雑な三次
元構造をした形状品を量産することが困難であることか
ら、製品コストが著しく高価なものとなり、セラミック
製各種部品の実用化を困難ならしめていた。

【０００４】そこで、前述のような複雑な形状のセラミ
ック製各種部品を得る成形法として、従来よりセラミッ
ク原料粉末と水溶性バインダーを添加混合して調製した
セラミック泥漿を石膏から成る成形型中に注入し、成形
型の吸水やセラミック原料の着肉を利用してセラミック
成形体を成形する泥漿鋳込み成形法が行われていたが、
成形型として一般に石膏を使用するために成形型自体の
寸法精度に限界があり、またセラミック泥漿の注入から
セラミック成形体を成形型より取り出すまでに時間を要
することから、欠陥のない寸法精度の高いセラミック成
形体を量産するのには不適切であった。

【０００５】一方、複雑な形状のセラミック製各種部品
を精度良く量産できる成形法として、セラミック原料粉
末とワックスや各種有機樹脂に代表される熱可塑性物質
等から成るバインダーを加熱しながら混練して流動性を
付与し、該可塑化物を金型に高い圧力で加圧注入してセ
ラミック成形体を成形する射出成形法が実用化されてい
る。

【０００６】しかしながら、前記射出成形法ではセラミ
ック原料粉末に有機物系バインダーを大量に添加しない
と圧入可能な流動性が得られず、従って焼成に先立ち、
成形体中の有機物系バインダーを熱分解させ、気化反応
により除去する脱脂工程に長時間を要するという問題が
あった。

【０００７】また、成形体を加熱して前記有機物系バイ
ンダーを分解除去する脱脂工程では、成形体内外で温度
差を生じて脱脂進行速度が均一とならなかったり、ある
いは熱分解による気化反応が一気に進んだりして、成形
体に歪みや割れ等を発生する他、加熱により含有する有
機物系バインダーが溶融して成形体が大きく変形したり
するという問題があった。

【０００８】そこでかかる問題を解消し、脱脂工程での
成形体の歪みや割れ等の発生を防止しつつ脱脂時間をで
きるだけ短縮できるように、バインダーとしてショウノ
ウやナフタリン等の昇華性有機物を使用することが提案
されている（特開平１−６５０６５号公報参照）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ようにバインダーとして昇華性有機物を使用して射出成
形した場合、該昇華性有機物を含む可塑化物を金型等の
成形型中に射出注入すると、前記昇華性有機物が非常に
強い結合力を有することから、セラミック成形体中のセ
ラミック原料粉末が金型の壁面に強固に張り付き、その
結果、セラミック成形体を成形型より取り出す際に、い
わゆる離型性が悪くセラミック成形体表面が剥離した
り、セラミック成形体の肉厚が薄い部分や肉厚が急激に
変化する部分に欠けを生じて成形歩留りが極めて悪い
他、セラミック成形体内部に微小な割れを発生させ、焼
成すると焼成体表面にまで至る等、信頼性の高い成形体
を量産できないという課題があった。

【００１０】

【発明の目的】本発明は上記課題を解消せんとしてなさ
れたもので、その目的は脱脂工程での成形体の歪みや割
れ等の発生を防止しつつ脱脂が極めて容易であることは
勿論、セラミック成形体の離型性が良く、該成形体内部
に微小な割れを生じることがないセラミック成形用組成
物を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミック成形
用組成物は、加熱して流動化したセラミック粉末とバイ
ンダーとの混合物を成形型中に加圧注入し、冷却固化し
て成形体を得るのに用いられるセラミック成形用組成物
であって、バインダーがサリチルアルコールまたはナフ
トール等に代表される水酸基を有する昇華性有機物を５
〜９５重量％の割合で含有し、前記セラミック成形用組
成物は１０〜５０重量％のバインダーを含有したもので
あることを特徴とするものである。

【００１２】前記セラミック成形用組成物において、水
酸基を有する昇華性有機物は融点より５℃低い温度にお
ける昇華圧が１５０ｍｍＨｇ以上の有機物であり、サリ
チルアルコールまたはα型、β型のいずれのナフトール
も好適に用いられる。

【００１３】また、前記バインダー中の昇華性有機物の
含有率が５重量％未満では、セラミック原料粉末とバイ
ンダーとを混練したセラミック成形用組成物の流動性が
悪く、得られたセラミック成形体の強度が低くなって破
損し易くなり、一方、前記含有率が９５重量％を越える
とセラミック原料粉末とバインダーとの混練物の粘度が
高くなり過ぎて成形型へ注入することが困難となり、成
形体に割れを発生し易くなる。よって前記含有率は５〜
９５重量％、より望ましくは３０〜９０重量％に特定さ
れる。

【００１４】更に、前記バインダーの含有率がセラミッ
ク成形用組成物の１０重量％未満では流動性の良いセラ
ミック成形用組成物が得られず、また、前記含有率が５
０重量％を越えると緻密な成形体が得られず、かつ焼成
時の収縮率が大きくなって寸法精度が悪くなるため、前
記含有率は１０〜５０重量％、より望ましくは１２〜３
０重量％に特定される。

【００１５】

【作用】本発明のセラミック成形用組成物は、バインダ
ー中に水酸基を有する昇華性有機物を５〜４０重量％の
割合で含有することから、バインダー量がセラミック成
形用組成物の１０〜５０重量％を占めても、融点以下の
低い温度で気化反応により極めて容易に除去できるとと
もに、含有する昇華性有機物が水酸基を有することか
ら、離型性が容易となるように作用する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明のセラミック成形用組成物を実
施例に基づき説明する。本発明に係るセラミック成形用
組成物は、セラミック原料粉末とバインダーとを加熱混
練して流動性を持たせ、低い圧力で成形型中に注入して
セラミック成形体を得るべく、バインダーが水酸基を有
する昇華性有機物を５〜４０重量％の割合で含有し、全
バインダーの含有率が１０〜５０重量％となるように調
製したものである。

【００１７】なお、本発明のセラミック成形用組成物
は、セラミック原料粉末としてアルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）等の酸化物系セラミ
ックスをはじめ、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、炭化珪素
（ＳｉＣ）等の非酸化物系セラミックスのいずれにも適
用することができ、焼結助剤として他の添加物を含有さ
せることもできる。

【００１８】また、前記セラミック原料粉末とバインダ
ーとの混練物には、必要ならば成形助剤としてのステア
リン酸等の滑剤やパラフィンワックス等の有機溶媒、あ
るいはバインダー量を低減し、成形体を高密度化するた
めに界面活性剤等の分散剤等を含有させても良い。

【００１９】以下、本発明のセラミック成形用組成物を
セラミックラジアル型ローターの成形を通して具体的に
詳述する。

【００２０】（実施例１）アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）９７
重量％に焼結助剤としてシリカ（ＳｉＯ₂）、カルシア
（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）をそれぞれ１重量％
加えて湿式混合した後、得られた泥漿を乾燥してセラミ
ック原料粉末を調製し、該セラミック原料粉末に対して
昇華性有機物及び分散剤をそれぞれ表１に示す所定の含
有量となるように秤量し、残部を有機溶媒としてバイン
ダーの融点より１０℃高い温度に加熱しながら混合し
た。

【００２１】次いで、前記セラミック成形用組成物が流
動性を失わないように前記温度で保温しながら、１２０
℃に温度調節した最大径５０ｍｍのラジアル型ローター
の成形型中に、前記セラミック成形用組成物を加圧空気
で注入し、注入完了後、１分間に５℃の割合で成形型を
冷却して前記セラミック成形用組成物を完全に固化させ
てから成形体を成形型より取り出した。

【００２２】得られたラジアル型ローターの成形体を、
ＪＩＳＲ５２０１に規定された方法に準じて針を該成形
体の底面と側面にそれぞれ５ヵ所差し込み、針が侵入し
た深さ（ｍｍ）を測定し、平均値を求めて成形体の硬さ
として評価した。

【００２３】一方、前記成形体の含有するバインダーが
溶融して該成形体が変形したりしない融点以下の温度
で、また成形体の内外で割れを発生せずに均一な脱脂を
行うため、昇華速度、即ち気圧を調整し、例えば４０℃
に加熱しながら真空減圧装置により１０Ｔｏｒｒに真空
減圧し２４時間保持して脱脂した後、該脱脂体を燃焼法
により残留する炭素をＣＯ₂として赤外吸収法にて定量
し、炭素含有量を算出した。

【００２４】更に、前記脱脂体を大気中で１４００℃の
温度で焼成し、得られたラジアル型ローターの焼結体を
目視検査と蛍光浸透探傷法により割れの有無を調査し
た。

【００２５】以上の結果を表２に示す。なお、試料番号
３５は昇華性有機物としてショウノウを用いた従来例で
ある。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】表２の結果より明らかなように、昇華性有
機物としてショウノウを使用した従来例では脱脂体の炭
素含有量は少なく脱脂効率は良いものの、成形体の硬さ
が不十分であり変形し易く、離型性が悪くセラミック成
形体表面が剥離し易いのに対して、本発明のセラミック
成形用組成物を使用した例では、いずれも離型性が良く
十分な成形体の硬さを有し、脱脂効率も良好であった。

【００２９】（実施例２）窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）９４
重量％に、焼結助剤としてイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）およ
びアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）をそれぞれ３重量％添加して
湿式混合した後、得られた泥漿を乾燥してセラミック原
料粉末を調製し、該セラミック原料粉末に対して昇華性
有機物及び分散剤をそれぞれ実施例１と同様に表１に示
す所定の含有量となるように秤量し、残部を有機溶媒と
してバインダーの融点より１０℃高い温度に加熱しなが
ら混合した。

【００３０】次いで、実施例１と同様にして成形し、脱
脂した後、窒素雰囲気中、１４００℃で焼成して窒化珪
素質焼結体から成るラジアル型ローターの焼結体を作製
し、実施例１と同様に成形体の硬さ、脱脂体の炭素含有
率及び焼結体の割れの有無を評価し、その結果を表３に
示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】表３の結果より明らかなように、昇華性有
機物としてショウノウを使用した従来例では脱脂体の炭
素含有量は少なく脱脂効率は良いものの、成形体の硬さ
が不十分であり変形し易く、また離型性が悪くセラミッ
ク成形体表面が剥離し易いのに対して、本発明のセラミ
ック成形用組成物を使用した例では、いずれも離型性が
良く十分な成形体の硬さを有しており、脱脂効率も極め
て良好であった。

【００３３】

【発明の効果】本発明のセラミック成形用組成物は、バ
インダーが水酸基を有する昇華性有機物を含有すること
から、脱脂工程での成形体の歪みや割れ等の発生を防止
しつつ、脱脂が極めて容易かつ均一に短時間で完了する
ことは勿論、離型性が良く、内部に微小な割れを生じる
ことがない高強度の成形体を量産できる信頼性の高いセ
ラミック成形用組成物が提供できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱して流動化したセラミック粉末とバイ
ンダーとの混合物を成形型中に加圧注入し、冷却固化し
て成形体を得るのに用いられるセラミック成形用組成物
であって、バインダーが水酸基を有する昇華性有機物を
含有することを特徴とするセラミック成形用組成物。
【請求項２】前記昇華性有機物がサリチルアルコールま
たはナフトールであることを特徴とする請求項１記載の
セラミック成形用組成物。
【請求項３】前記昇華性有機物の含有率が全バインダー
量の５〜９５重量％であることを特徴とする請求項１記
載のセラミック成形用組成物。
【請求項４】前記バインダーの含有率がセラミック成形
用組成物の１０〜５０重量％であることを特徴とする請
求項１記載のセラミック成形用組成物。