JPH07157366A - セラミック成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精密鋳造用中子などの製造に好適なセラミッ
ク成形体の製造方法に関する。 【構成】 セラミック原料粉末にレゾール及びレゾール
より気化温度の低いアルコールを配合し、混練してスラ
リ化し、得られたスラリに酸触媒を添加したのち型内に
流し込んで成形し、硬化後に型内から成形体を取り出
し、乾燥、焼成することを特徴とするセラミック成形体
の製造方法。 【効果】 流し込み成形法でありながら成形時間の短縮
が可能で、石膏型を必要とせず、大型あるいは厚肉製品
の成形が容易である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は石膏型を必要とせず、短
時間で成形可能なセラミック成形体の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】セラミックの成形（形状の付与）方法と
しては、金型プレス法、泥漿鋳込み法（スリップキャス
ト法）、冷間静水圧加圧プラス機械加工法、射出成形
法、ドクターブレード法（極薄板の成形法）等があり、
製品形状、生産量及び要求機能等によって各種の成形方
法が採用されている。中でも石膏型中に流し込んで、石
膏型に水あるいはアルコール等の溶媒を吸収させて着肉
成形する泥漿鋳込み法は、比較的複雑形状品の成形が
可能である、型の製作が容易で安価である、特別に
大型、高価な設備を必要としない、等の利点があり、多
くの製品の製造に採用されている。しかし一方で、石
膏型に溶媒を吸収させて硬化、成形するために、肉厚の
製品になると成形に長時間を要する、多量の型が必要
であり、多量産には不適である、乾燥中に製品に割れ
が発生し易く、特に厚肉製品では割れが顕著に発生す
る、石膏型の寿命が短く、寸法精度上問題になる場合
がある、等の欠点も併せ持っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】セラミックスラリを石
膏型中に流し込む泥漿鋳込み法（スリップキャスト法）
は、比較的簡便に複雑形状品の成形、製造が可能である
反面、前記のような技術的課題を有している。本発明は
流し込み成形法でありながら成形時間の短縮が可能で、
石膏型を必要とせず、大型あるいは厚肉製品の成形が容
易なセラミックの成形法を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明はセラミック原料
粉末にレゾール及びレゾールより気化温度の低いアルコ
ールを配合、混練してスラリ化し、得られたスラリに酸
触媒を添加したのち型内に流し込んで成形し、硬化後に
型内から成形体を取り出し、乾燥、焼成することを特徴
とするセラミック成形体の製造方法である。ここで、ア
ルコールの使用量はレゾール１００重量部に対し６０重
量部以下とし、酸触媒としてはレゾール１００重量部当
たり２０〜４０重量部の有機酸エステルを使用するのが
好ましい。また、さらにレゾール、アルコール及び有機
酸エステルの合計量１００重量部に対し５重量部以下の
アゾジカーボンアミドを添加することにより、アルコー
ルの作用と相まって乾燥時の割れを防止することができ
る。

【０００５】本発明の方法においては、セラミックをス
ラリ化する溶媒とバインダを兼ねてレゾール（アルカリ
フェノール）及びレゾールより気化温度の低いアルコー
ルを使用する点に最大の特徴がある。レゾールに酸触媒
を配合すると化学反応により短時間で硬化（ゲル化）す
るので容易に型から取り出すことができる。レゾールに
有機酸エステル等の酸触媒を添加すると縮合反応により
硬化（ゲル化）することは公知であり、鋳造用鋳型のバ
インダとして使用されている。ただし、鋳造用鋳型の場
合には鋳物砂をスラリ化する必要はなく、バインダの添
加量は鋳物砂に対し数％以下という少量であり、本発明
の方法のように原料粉末がスラリ化する程度に多量のレ
ゾールを配合した例はない。

【０００６】次に本発明の方法をその工程順に従って説
明する。先ずセラミックの原料粉末にレゾール及びレゾ
ールより気化温度の低いアルコールを配合、混練してス
ラリ化する。ここで使用するレゾールは下記一般式（化
１）で表される構造を有するもので酸触媒を添加すると
縮合反応により約１０分程度の短時間で硬化（ゲル化）
するものである。レゾールと共に添加するアルコールと
してはレゾールより気化温度の低いものであれば特に限
定されないが、全体の気化温度のバランスから沸点が２
００℃以下、特に１００℃いかのものが好ましい。好ま
しいアルコールの例としては性状、取扱の容易さなどか
らメタノール、エタノールあるいはプロパノールなどが
挙げられる。

【０００７】

【化１】

【０００８】セラミック原料粉末に対するレゾール及び
アルコールの配合量は、流し込み時のスラリの流動性に
よって決まり、得られるスラリが型に流し込める程度の
流動性を有するような量とすればよい。この量はセラミ
ック原料粉末の種類や密度、形状等の物性及び製品の形
状、肉厚等によって異なるものであり、それぞれの条件
に応じて適宜定めればよいが、後述の実施例に示すよう
に溶融シリカとジルコンの混合セラミックスの例では、
セラミックス１００重量部に対しレゾール、アルコール
及び酸触媒の合計量で３０〜４５重量部程度である。こ
の量が３０重量部未満ではスラリの粘度が大きく流し込
み成形が困難となり、また４５重量部を超えると、流し
込みは容易であるが、乾燥時及びバインダ除去時に成形
体に割れあるいは変形が発生しやすくなる。

【０００９】アルコールの配合量はレゾール１００重量
部に対し６０重量部以下とする。アルコールの配合量が
６０重量部を超えると硬化時間が長くなり、かつ得られ
る成形体の強度も低下するので好ましくない。

【００１０】得られたスラリにレゾール１００重量部に
対し２０〜４０重量部の酸触媒を添加し混合したのち、
型内に流し込んで硬化させる。使用する酸触媒としては
各種有機カルボン酸エステル、有機スルホン酸エステル
などの有機酸エステル類が好ましい。酸触媒の使用量が
２０重量部未満では硬化時間が長くなり過ぎ、また硬化
後の成形体の強度が小さくなる。一方、酸触媒の量が４
０重量％を超えるとレゾールの絶対量が不足するため、
成形後のグリーン強度が小さくなるので好ましくない。
成形用の型としては金型が一般的であるが、鋳込み用の
型としては特に限定されるものではなく、必要に応じプ
ラスチック型、木型等を使用してもよい。

【００１１】型内に流し込んだスラリは短時間（通常約
１０分程度）で硬化するので、型から取り出し、乾燥し
たのち加熱してバインダの除去及び焼成を行いセラミッ
ク成形体を得ることができる。レゾール、酸触媒として
の有機酸エステル及び後述のアゾジカーボンアミドは４
００〜６００℃で分解、気化するので、焼成時にこれら
のバインダ類は完全に除去され、焼成後にセラミック成
形体内に残留してセラミックの特性を阻害することはな
い。

【００１２】本発明の方法においては溶媒としてレゾー
ルに加えて、レゾールより気化温度の低いアルコールを
配合しているので、溶媒及びバインダの気化温度範囲を
広くすることができ、一時的に多量のガスが発生するの
を防ぐことができ、成形体の割れ防止に効果がある。な
お、スラリ中にアゾジカーボンアミド等の発泡剤を添加
することにより成形体中の通気度が増大し、乾燥時のバ
インダの気化によって発生したガスが容易に成形体外に
出るため、特に厚肉製品では乾燥時の成形体内における
割れの発生を防止することができる。発泡剤としてアゾ
ジカーボンアミドを使用する場合には、レゾールと有機
酸エステルの合計量１００重量部に対し５重量部以下の
量のアゾジカーボンアミドを添加することにより、アゾ
ジカーボンアミドが加熱乾燥時に約１３０〜１４０℃付
近で発泡し、前記のような効果を発揮する。アゾジカー
ボンアミドの添加量が５重量部を超えると、発泡量が多
くなり、逆に割れが発生するようになるので好ましくな
い。

【００１３】本発明の方法は石膏型を必要とせず、しか
も短時間でセラミックの成形が可能な方法であり、固体
燃料電池部品、ボイラ弁、タービンロータ、セラミック
フィルターなどの各種セラミック成形品、精密鋳造用の
セラミック中子などの成形、特に大型あるいは厚肉のセ
ラミック成形体の製造に有効な方法である。

【００１４】

【実施例】以下実施例により本発明の方法をさらに具体
的に説明する。 （実施例１）平均粒径が１２μｍの溶融石英に粒径４４
μｍ以下のジルコン粉末を表１に示すような割合で配合
したセラミック原料粉末１００重量部に、レゾール
（（化１）においてｍが約２、ｎが約１に相当するも
の）を２０重量部とエチルアルコール１０重量部を配合
して混練し、次いでエチレングリコールジアセテート
６．０重量部及びアゾジカーボンアミド１．１重量部を
添加し約３０秒混練したのち、４０×４０×１００ｍｍ
の形状を有する金型内へ流し込み成形した。２０分後に
金型から成形体を取り出し、室内で２４時間自然乾燥
後、さらに図１に示した温度条件で加熱乾燥し、次いで
図２の条件でバインダの除去及び焼成を実施した。焼成
後のセラミック成形体には割れは認められず、常温での
３点曲げ強度は表１に示す通りであった。いずれの試料
についても精密鋳造用中子として一般的に要求される強
度である１００ｋｇｆ／ｃｍ² を満足しており、精密鋳
造用中子として十分に使用できるものであった。

【００１５】

【表１】

【００１６】（実施例２）実施例１の試料Ｎｏ．１及び
５で使用したのと同じセラミック原料粉末１００重量部
に対し、レゾールを２０重量部とメチルアルコール１０
重量部を配合して混練し、次いでエチレングリコールジ
アセテート６．０重量部及びアゾジカーボンアミド１．
１重量部を添加し約３０秒混練したのち、４０×４０×
１００ｍｍの形状を有する金型内へ流し込み成形した。
以下実施例１と同様の条件で乾燥及び焼成した。得られ
たセラミック成形体には割れは認められず、常温での３
点曲げ強度も表１に示すとおりであり、実施例１とほぼ
同様の結果が得られた。

【００１７】

【表２】

【００１８】

【発明の効果】本発明の方法によれば、次のような効果
がある。先ず、約２０分程度の短時間でセラミックスラ
リ（ゾル）が硬化（ゲル化）するので、短時間での成形
が可能である。そのため、流し込み用の型が少数です
み、多量生産が可能である。また、石膏型を必要としな
いので型の繰り返し使用が可能であり、型の乾燥等に手
入れが不要である。さらに、溶媒の一部としてレゾール
より気化温度の低いアルコールを使用し、アゾジカーボ
ンアミドを微量添加することによって乾燥時の割れが防
止でき、大型厚肉製品の高能率製造が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における乾燥温度条件を示すグラフであ
る。

【図２】実施例における乾燥、脱バインダ及び焼成の温
度条件を示すグラフである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック原料粉末にレゾール及びレゾ
   ールより気化温度の低いアルコールを配合、混練してス
   ラリ化し、得られたスラリに酸触媒を添加したのち型内
   に流し込んで成形し、硬化後に型内から成形体を取り出
   し、乾燥、焼成することを特徴とするセラミック成形体
   の製造方法。
2. 【請求項２】 セラミック原料粉末にレゾール及びレゾ
   ール１００重量部に対し６０重量部以下のレゾールより
   気化温度の低いアルコールを配合、混練してスラリ化
   し、得られたスラリにレゾール１００重量部当たり２０
   〜４０重量部の有機酸エステルを添加したのち型内に流
   し込んで成形し、硬化後に型内から成形体を取り出し、
   乾燥、焼成することを特徴とするセラミック成形体の製
   造方法。
3. 【請求項３】 セラミック原料粉末にレゾール及びレゾ
   ール１００重量部に対し６０重量部以下のレゾールより
   気化温度の低いアルコールを配合、混練してスラリ化
   し、得られたスラリにレゾール１００重量部当たり２０
   〜４０重量部の有機酸エステル並びにレゾール、アルコ
   ール及び有機酸エステルの合計量１００重量部に対し５
   重量部以下のアゾジカーボンアミドを添加したのち型内
   に流し込んで成形し、硬化後に型内から成形体を取り出
   し、乾燥、焼成することを特徴とするセラミック成形体
   の製造方法。
4. 【請求項４】 レゾールより気化温度の低いアルコール
   がメチルアルコール又はエチルアルコールである請求項
   １ないし３のいずれかに記載のセラミック成形体の製造
   方法。