JPH06329465A - 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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JPH06329465A
JPH06329465A JP5118489A JP11848993A JPH06329465A JP H06329465 A JPH06329465 A JP H06329465A JP 5118489 A JP5118489 A JP 5118489A JP 11848993 A JP11848993 A JP 11848993A JP H06329465 A JPH06329465 A JP H06329465A
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JP
Japan
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ceramic
solidifying agent
plasticized
molded body
binder
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JP5118489A
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English (en)
Inventor
Katsuya Toyoda
克也 豊田
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】脱型時にセラミック成形体に欠け等の不具合を
生じることが無く、内部にも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
填可能な、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溶媒、有機性分散剤及び
固化剤から成る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が、固化剤として脂肪酸ト
リグリセライドを含有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、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て成形体内
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し、成形型内におけ
る冷却固化時の冷却速度差による成形体内部の応力およ
び歪みをできるだけ緩衝するために、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低圧注
入し、可塑化混合物を完全に成形型中に充填するまでは
型温度をスラリー固化温度以上に保持し、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
体を得る成形方法が提案されている(特公平3−719
35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、成形型の空隙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、成形体の肉厚が急激に変化するハ
ブ部から1mm未満の肉厚を有する翼部にかけて、ある
いは翼部自体が、該翼部の強度不足により切損するとい
う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
ることは勿論、脱型時に成形体の肉厚の薄い部分もしく
はその近傍に割れや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溶媒、有機性分散剤
及び固化剤から成る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、前記固化剤が脂肪酸トリグリセライドである
ことを特徴とするものである。
【0012】更に、前記溶媒が炭素数9〜13の炭化水
素系有機物であり、有機性分散剤が非イオン系界面活性
剤より成ることを特徴とするものである。
【0013】本発明において、前記固化剤は、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して成形体を形成させるものであ
り、前記可塑化物が固化する温度は作業性の観点から1
00℃以下が好ましく、成形体強度の観点からは、とり
わけ12−ヒドロキシステアリン酸のトリグリセライド
が好ましい。
【0014】また、前記固化剤の添加量は、2〜12重
量%が望ましく、2重量%未満では成形体強度がやや低
く、12重量%を越えると成形収縮が大となり、成形体
の構造によっては脱型困難となる恐れがある。
【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。また、前記溶媒の添加量は、3〜15重量%の範囲
が望ましい。
【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使用
でき、とりわけ非イオン系界面活性剤が好ましい。
【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く、
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。
【0019】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。
【0020】一方、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。尚、前記有機分散剤の添加量は、0.1重量%を越
えることが望ましい。
【0021】また、前記可塑化物の固化温度より10℃
高い温度で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は、セラミック成形体内部
の残留応力の防止や、脱脂または焼成後にセラミック体
が割れたり、変形したりしないためには、10%以下で
あることが望ましい。
【0022】更に、前記可塑化物のセラミック原料粉体
中の含水率も成形型の細部にまで十分に充填させるため
には、0.5重量%以下であることが好ましい。
【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、バインダ
ー中の固化剤を脂肪酸トリグリセライドとしたことか
ら、セラミック成形体の強度が向上して脱型に耐えるも
のとなり、肉厚が極めて薄い成形体や、肉厚が急激に変
化する成形体においても欠損がなく、しかも可塑化物の
粘度の経時変化が少なく、低粘度であり、成形時の成形
体表面部と内部の剪断応力差が小さくなり、セラミック
成形体内部の残留応力が低減した均質な製品を成形する
ことができるように作用する。
【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種々の割合で添加混合し
て評価用のセラミック成形用組成物を調製した。
【0026】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前記組成のバインダー
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10℃高い温度に保持して、E型粘度計で剪断
速度20s-1の条件で粘度を測定した。
【0027】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、セラミックターボローターを成形した。
【0028】かくして得られた評価用のターボローター
成形体を成形型から取り出し、該成形体の欠損の有無お
よび充填性を目視検査したところ、いずれも成形体に欠
損が無く翼部先端まで完全に充填していた。
【0029】次いで、成形体から長さ50mm、幅10
mm、厚さ8mmの曲げ試験用試験片を切り出し、3点
曲げにて抗折試験を行い、成形体の強度として評価し
た。
【0030】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
中または大気中でそれぞれ焼成してラジアル型ターボロ
ーターの焼結体を得た。
【0031】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
無を確認したが、いずれも亀裂は認められなかった。以
上の結果を表1乃至表4に示す。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】
【表3】
【0035】
【表4】
【0036】また、本発明のセラミック成形用組成物を
可塑化状態とした後、バインダーの固化温度より10℃
高い温度に保持して、E型粘度計で剪断速度200s-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、粘度変化率を求めたところ、いずれ
も10%以内であり、また、冷却固化した前記可塑化物
を粉砕した後、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測定
したところ、いずれも0.5重量%以内であった。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、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が無く、寸法精度も高い高強
度で、かつセラミック成形時の可塑化物の粘度変化率及
び含水率が小さく、低粘度化が実現でき、冷却固化時の
成形体表面部と内部の剪断応力差が小さく、内部の残留
応力が低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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミック粉体と溶媒、有機性分散剤及び
    固化剤から成る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可塑化し、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、前記固化剤が脂
    肪酸トリグリセライド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】前記溶媒は、炭素数が9〜13の炭化水素
    系有機物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。
  3. 【請求項3】前記有機性分散剤が非イオン系界面活性剤
    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。
JP5118489A 1993-05-20 1993-05-20 セラミック成形用組成物 Pending JPH06329465A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8747729B2 (en) 2001-10-10 2014-06-10 Denso Corporation Product method for ceramic structure and production method for ceramic honeycomb structure

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8747729B2 (en) 2001-10-10 2014-06-10 Denso Corporation Product method for ceramic structure and production method for ceramic honeycomb structure

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