JPH06191924A - セラミック成形用組成物 - Google Patents

セラミック成形用組成物

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JPH06191924A
JPH06191924A JP5066934A JP6693493A JPH06191924A JP H06191924 A JPH06191924 A JP H06191924A JP 5066934 A JP5066934 A JP 5066934A JP 6693493 A JP6693493 A JP 6693493A JP H06191924 A JPH06191924 A JP H06191924A
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JP
Japan
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ceramic
viscosity
molding composition
binder
plasticized
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Application number
JP5066934A
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Inventor
Katsuya Toyoda
克也 豊田
Kenichi Yoneyama
健一 米山
Kiyohiro Sakasegawa
清浩 逆瀬川
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】セラミック成形体内部に残留応力や歪みを生じ
ることがなく、脱脂や焼成後のセラミック体に割れや変
形等が発生するのを防止でき、かつ成形型内の細部にま
で充填可能で、脱型時に欠け等の不具合を生じることが
無く、量産効果に優れたセラミック成形用組成物を提供
する。 【構成】セラミック原料粉末とバインダーを該バインダ
ーの融点以上に加熱して流動化した可塑化物を、その粘
度測定開始時の粘度に対する、該粘度と定常状態の粘度
との変化量の比率が10%以内であり、前記可塑化物中
の含水率が0.5重量%以下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用組成物
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、各種化学産業装置等の構成部品や
内燃機関の機構部品、さら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、耐磨耗性に優れ、高強度でか
つ比重が小さいと言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成らしめていた。
【0004】そこで、前述のような複雑形状のセラミッ
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
形体を得る泥漿鋳込み成形法が行われていた。
【0005】しかしながら、成形型の材料として一般に
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、セラミック泥漿を成形型に注入してからセラ
ミック成形体を取り出すまでに時間を要するため、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には
不適当であった。
【0006】一方、複雑な形状のセラミック製各種部品
を精度よ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系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、該可塑化物を金型中に高い圧力で注入してセ
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。
【0007】前記射出成形法は、セラミック原料粉末に
有機物系バインダーを多量に添加した混練材料を高圧で
注入するため、例えばターボローターの成形で翼部先端
等、肉厚の薄い部分への充填は問題ないが、ハブ部等で
肉厚が厚くなると、冷却固化する際、成形体の表面部と
内部の冷却速度の差により残留応力が発生し、成形体内
部に歪みや割れ等を発生し、脱脂及び焼成後に変形した
り割れたりする等、セラミック焼結体の特性を悪化さ
せ、歩留り低下の一因となっている。
【0008】そこで係る問題を解消するために、セラミ
ック原料粉末とバインダーの可塑化混合物を、該可塑化
混合物の固化温度以上に加熱保持した非吸水性の成形型
中に注入し、その後、前記成形型を可塑化混合物の固化
温度以下に冷却して成形体を得る鋳込み成形方法が提案
されている(特公平3−71935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
ように成形型温度の加熱及び冷却をサイクル化して成形
した場合、ターボローター等に代表される複雑な三次元
構造のセラミック成形体は、可塑化混合物を成形型中に
注入する際、成形型の表面部近傍と成形型の空隙中心部
で可塑化混合物自体の特性から剪断応力の違いを生じ、
セラミック成形体内部に残留応力が発生し、脱脂や焼成
後にセラミック体が割れたり変形したりする他、成形型
から脱型する際、翼部に欠け及び充填不良等の問題が発
生することから、信頼性の高いセラミック成形体を歩留
まり良く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成さ
れたもので、その目的は成形工程でセラミック成形体内
部に残留応力や歪みを生じることがなく、脱脂や焼成後
のセラミック体に割れや変形等が発生するのを防止で
き、かつ成形型内の細部にまで充填可能で、脱型時に欠
け等の不具合を生じることが無く、量産効果に優れたセ
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、セラミック原料粉末とバインダーを該バイ
ンダーの融点以上に加熱して流動化した可塑化物を、成
形型中に加圧注入した後、冷却固化して成形体を得るた
めに用いるものであって、前記可塑化物の粘度測定開始
時の粘度に対する、該粘度と定常状態の粘度との変化量
の比率が10%以内であり、前記可塑化物中の含水率が
0.5重量%以下であることを特徴とするものである。
【0012】更に、前記バインダーは、溶媒が炭素数9
〜16の炭化水素系有機物であり、有機性分散剤が少な
くとも一種以上の非イオン系界面活性剤、あるいはメト
キシ基もしくはエトキシ基を一つ以上有するシラン化合
物、または、イソプロピル基を有するチタネート化合物
のいずれか一種より成り、固化剤が脂肪酸、脂肪酸エス
テル、ポリアルキレンオキシド誘導体あるいは脂肪酸ア
ミドのいずれか一種より成る混合物であることを特徴と
するものである。
【0013】前記可塑化物の測定開始時の粘度に対す
る、該粘度と定常状態の粘度との変化量の比率が10%
を越えると、該可塑化物を成形型内に注入する際に成形
型の表面部近傍と成形型の空隙中心部で可塑化物自体の
特性から剪断応力の違いを生じ、セラミック成形体内部
に残留応力が発生し、脱脂や焼成後にセラミック体が割
れたり変形したりするため、前記変化率は10%以下で
あることが好ましい。
【0014】また、前記可塑化物のセラミック原料粉体
中の含水率が0.5重量%を越えると、該可塑化物を成
形型内に注入した際に成形型の細部において、可塑化物
の粘度特性から充填が不十分となるため、前記含水率は
0.5重量%以下であることが好ましい。
【0015】一方、前記セラミック成形用組成物の溶媒
は、直鎖または分岐状飽和炭化水素が好ましく、炭素数
が9未満の場合、成形作業中に溶媒が揮発して固形分の
濃度が変化し易くなり、また炭素数が16を越えると、
前記粘度変化率がやや大きくなり内部欠陥のない成形体
を効率よく成形することが困難となる。
【0016】よって炭素数は9〜13(C9 〜C13)の
ノルマル炭化水素が好ましく、例えば9、10、12
(C9 、C10、C12)のn−パラフィン及び10〜16
(C10〜C16)のn−パラフィン混合物等が挙げられ
る。
【0017】更に、前記有機性分散剤は、非イオン系界
面活性剤またはシランもしくはチタネート化合物が好ま
しい。
【0018】即ち、非イオン系界面活性剤としては、ア
ミン系、イミン系及びアミド系の有機化合物から成る含
窒素系分散剤及び脂肪酸エステル系分散剤が好ましい。
【0019】例えばアミン系にはアルキルアミン、(ポ
リ)アルキレンポリアミン等が、イミン系には、ポリエ
チレンイミン、ポリプロピレンイミン、ポリブチレンイ
ミン等のポリアルキレンイミン及びそのポリアルキレン
オキシド付加物等が、アミド系には前記(ポリ)アルキ
レンポリアミン又はポリアルキレンイミンの脂肪酸部分
アミド化物、ポリビニルピロリドン、無水マレイン酸と
炭素数2〜12のオレフィンとの共重合体とアンモニア
又は炭素数1〜22のアルキルアミンとのアミド化物
が、脂肪酸エステル系にはソルビタン脂肪酸エステルが
挙げられる。
【0020】また、前記シラン化合物としては、メトキ
シ基もしくはエトキシ基を一つ以上有するものが好まし
く、例えば、ジエトキシジメチルシラン、トリエトキシ
メチルシラン、ジメトキシジメチルシランやトリメトキ
シメチルシラン等が挙げられる。
【0021】前記チタネート化合物としては、イソプロ
ピル基を有するものが好ましく、例えば、イソプロピル
トリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリ
(N−アミノエチル−アミノエチル)チタネートやイソ
プロピルトリアミノエチルチタネート等が挙げられる。
【0022】一方、本発明に用いられる固化剤は、前記
セラミック成形用組成物の可塑化物を冷却することによ
り、溶媒を含有したまま固化させて成形体となす作用を
示すものであり、前記可塑化物が固化する温度は作業性
の観点から100℃以下が好ましく、そのための前記固
化剤としては、例えば、12−ヒドロキシステアリン酸
に代表される脂肪酸叉はその脂肪酸エステル、脂肪酸メ
チルエステル、脂肪酸アミド、高級アルコール、高級ア
ミン、鉱物油あるいはパラフィンワックス等が挙げられ
る。
【0023】尚、本発明に係るセラミック成形用組成物
では、セラミック原料粉末としてアルミナ(Al
2 3 )、ジルコニア(ZrO2 )等の酸化物系セラミ
ックス及び窒化珪素(Si3 4 )、炭化珪素(Si
C)等の非酸化物系セラミックスのいずれにも適用で
き、前記セラミック原料粉末には各種焼結助剤を所望量
添加させることもできる。また、これらセラミック原料
粉末の粒径は、数ミクロン乃至サブミクロンのものが好
適に用いられる。
【0024】
【作用】本発明のセラミック成形用組成物は、その可塑
化物の粘度測定開始時の粘度に対する、該粘度と定常状
態の粘度との変化量の比率が10%以内とし、前記セラ
ミック成形用組成物の混合物中の含水率を0.5重量%
以下としたことから、この可塑化物を使用して成形する
と、成形体表面部と内部の剪断応力差を小さくし、セラ
ミック成形体内部の残留応力を低減できるとともに、成
形型の細部まで充填が可能となる。
【0025】
【実施例】以下、本発明のセラミック成形用組成物を実
施例に基づき詳細に説明する。窒化珪素(Si3 4
に焼結助剤としてイットリア(Y2 3 )、アルミナ
(Al2 3 )を添加混合したものと、αーアルミナ
(Al2 3 )にシリカ(SiO2 )、カルシア(Ca
O)、マグネシア(MgO)等を主成分とする焼結助剤
を添加混合したものをそれぞれ非酸化物系、酸化物系の
セラミック原料粉末とし、バインダーとして溶媒、有機
性分散剤及び固化剤をそれぞれ表1及び表2に示す割合
で添加混合して評価用のセラミック成形用組成物を調製
した。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】前記セラミック成形用組成物を評価するに
際し、先ずセラミック原料粉末とバインダーを加熱混合
して可塑化状態とした後、バインダーの固化温度より1
0℃高い温度に保持して、E型粘度計で剪断速度200
-1の条件で5分間粘度測定し、粘度測定開始時の粘度
と定常状態の粘度から、粘度変化率を算出した。
【0029】次いで、前記可塑化物を冷却固化して粉砕
した後、該粉砕原料をメタノール等の溶媒に分散させ、
カールフィッシャー試薬で滴定して水分量を求めるカー
ルフィッシャー法により含水率を算出した。
【0030】一方、前記可塑化物を所定温度に加熱保持
した状態で、真空装置等で脱泡処理した後、バインダー
の固化温度より10℃高い温度に加熱保持したラジアル
型ターボローターの成形型に、1.5気圧の圧力で加圧
注入した後、前記成形型を20℃まで冷却して固化させ
た。
【0031】固化後の成形体は、成形型より取り出して
ラジアル型ターボローター成形体の翼部先端の充填性を
目視検査し、成形性の良否を判断した。
【0032】その後、前記ラジアル型ターボローター成
形体を所定温度に保持しながら乾燥し、500℃の温度
で4時間、脱バインダーを行ってから、窒素ガス雰囲気
中または大気中で焼成してラジアル型ターボローターの
焼結体を得た。
【0033】かくして得られたラジアル型ターボロータ
ーの焼結体を、厚さ約5mmの円板状に輪切りし、合計
10枚の円板の平面部を双眼顕微鏡で検査し、亀裂の有
無を確認した。以上の結果を表3及び表4に示す。
【0034】
【表3】
【0035】
【表4】
【0036】尚、本発明のセラミック成形用組成物は、
前記実施例に限定されるものではない。
【0037】
【発明の効果】叙上の如く、本発明に係るセラミック成
形用組成物によれば、セラミック成形時の可塑化物の粘
度変化率及び含水率が小さいことから、冷却固化時の成
形体表面部と内部の剪断応力差を小さくしてセラミック
成形体内部の残留応力を低減することができ、かつ前記
可塑化物を成形体細部にまで充填でき、成形体の肉厚に
関わらず複雑な三次元構造をした形状品であっても内部
欠陥の無い、寸法精度の高い均質な信頼性の高いセラミ
ック成形体を得ることが可能となる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミック粉体とバインダーの混合物を、
    該バインダーの融点以上に加熱して流動化し、該可塑化
    物を成形型中に加圧注入した後、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、
    前記可塑化物の粘度測定開始時の粘度に対する、該粘度
    と定常状態の粘度との変化量の比率が10%以内であ
    り、前記可塑化物中の含水率が0.5重量%以下である
    ことを特徴とするセラミック成形用組成物。
  2. 【請求項2】前記バインダーが、溶媒、有機性分散剤及
    び固化剤から成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。
  3. 【請求項3】前記溶媒は、炭素数が9〜16の炭化水素
    系有機物であることを特徴とする請求項1または2記載
    のセラミック成形用組成物。
  4. 【請求項4】前記有機性分散剤が少なくとも一種以上の
    非イオン系界面活性剤、あるいはメトキシ基もしくはエ
    トキシ基を一つ以上有するシラン化合物またはイソプロ
    ピル基を有するチタネート化合物のいずれか一種である
    ことを特徴とする請求項1または2記載のセラミック成
    形用組成物。
  5. 【請求項5】前記固化剤が脂肪酸、脂肪酸エステル、ポ
    リアルキレンオキシド誘導体あるいは脂肪酸アミドのい
    ずれか一種であることを特徴とする請求項1または2記
    載のセラミック成形用組成物。
JP5066934A 1992-10-30 1993-03-25 セラミック成形用組成物 Pending JPH06191924A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014122145A (ja) * 2012-12-21 2014-07-03 Tdk Corp 焼結体の製造方法
CN113896528A (zh) * 2021-11-15 2022-01-07 重庆文理学院 一种dlp-3d打印制备高性能氧化锆陶瓷材料的方法
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