JPH0723248B2

JPH0723248B2 - セラミックス成形体の製造方法

Info

Publication number: JPH0723248B2
Application number: JP5036065A
Authority: JP
Inventors: 智明石黒; 明松井; 一実加藤; 信夫高瀬
Original assignee: Toyama Prefecture
Current assignee: Toyama Prefecture
Priority date: 1993-02-01
Filing date: 1993-02-01
Publication date: 1995-03-15
Anticipated expiration: 2010-03-15
Also published as: JPH06227854A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、セラミックス粉末と
水を混合した泥漿を射出成形し、セラミックス成形体を
得るセラミックス成形体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より複雑かつ高精度なセラミックス
製品の成形方法として、射出成形法が知られている。こ
の射出成形法は、セラミックス粉末にポリエチレン、ポ
リスチレン等の樹脂およびワックスから構成される有機
バインダーを多量に混合し、混練して、この混練原料を
約２００℃に加熱し流動化させ、無吸水性の金型内に射
出し、冷却固化して成形体を作製するものである。そし
て、作製した成形体を脱脂し、焼成することでセラミッ
クス焼結体が得られるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の射出成形法
では、金型内での冷却に伴って流動性が急激に低下する
ため、ウエルドやフローマークといった成形欠陥が生じ
易い。しかも、成形体に膨れや亀裂を生じさせることな
く脱脂するには、昇温速度をゆっくりとし、脱脂完了ま
でに１００〜４００時間という長時間が必要であった。
これらの欠点を解決するための提案として、有機バイン
ダーを含まない泥漿を、泥漿の凝固温度以下に冷却され
た金型に注入し固化させ、成形体を得る方法があるが
（特開昭６０−２１７１０６号「無機粉末凍結成形
法」）、この方法では、水等の分散媒添加量が多くな
り、しかもその許容幅が狭いという欠点がある。さら
に、水等の分散媒添加量が多いので、成形体の強度が小
さく、焼成品の密度を低いなどの問題がある。また成形
品を焼成する前に、凍結乾燥工程が必要であり、工程及
び装置が複雑なものとなる欠点がある。

【０００４】この発明では、上記従来の射出成形法に存
在する脱脂、成形欠陥といった問題点を解決し、複雑か
つ高寸法精度が要求されるセラミックス製品のための成
形体を得ることができるセラミックス成形体の製造方法
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明のセラミックス
成形体の製造方法は、５０〜９７重量％、好ましくは、
７０〜９０重量％のセラミックス粉末と、３〜５０重量
％、好ましくは１０〜３０重量％のρアルミナ粉末から
なる無機質粉末１００重量部に、水１５〜５０重量部、
好ましくは１８〜３０重量部を混合して泥漿を形成し、
この泥漿を３０℃〜１００℃に加温した無吸水型に射出
成形するセラミックス成形体の製造方法である。

【０００６】さらに、ポリカルボン酸系、ポリリン酸
系、ナフタレンスルフォン酸系、アミン系、アリルスル
フォン酸系等の分散剤が０．０１〜３重量部添加された
泥漿を用いるものである。さらに必要に応じて、有機結
合剤として水溶性高分子、例えば、ポリビニルアルコー
ル、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸アミド、
アルギン酸ソーダ、ＣＭＣ等を０〜５重量部、また、消
泡剤、潤滑剤、保護剤、などを添加してもよい。ここで
用いるρアルミナ粉末の粒径は、０．１〜１０μｍ、好
ましくは０．５〜３μｍであり、成形用泥漿としては見
かけ粘度が１００００cps以下であれば成形可能である
が、脱泡性を加味すると１０００cps以下がより好まし
い。

【０００７】この泥漿は、３０〜１００℃好ましくは６
０〜８０℃に加温された金属、樹脂、木材等からなる無
吸水性の型に射出され、セラミックス成形体を得る。

【０００８】この後、得られたセラミックス成形体は、
引続き乾燥処理を施された後、焼成されてセラミックス
焼結体が製造される。なお、この成形体の乾燥時間は従
来法の脱脂時間と比べて１／２〜１／５ですむものであ
る。また、この発明に用いるセラミックスには、アルミ
ナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素等が挙げられ、セ
ラミックスの種類に限定されるものではなく、要求され
る製品特性等に応じて適宜選択して使用されるものであ
る。

【０００９】

【作用】この発明のセラミックス成形体の製造方法は、
ρアルミナをバインダーとして用いることにある。すな
わち、ρアルミナは、水和する時に周囲のρアルミナ粒
子と水を共用するために固化する性質のあることが知ら
れており、この発明ではこの現象をセラミックス成形体
の製造方法に積極的に応用し、セラミックス材料のバイ
ンダーあるいは硬化剤としてρアルミナを利用すること
で、従来法の問題点を解決するものである。

【００１０】一方、この発明のセラミックス成形体の製
造方法の条件外の成形方法において、セラミックス粉末
が９７重量％を越える場合、すなわち、ρアルミナ粉末
が３重量％未満からなる無機質粉末を用いた場合、バイ
ンダーとしてのρアルミナが少な過ぎ、成形体の強度が
小さく持ち運びに困難をきたす。また、セラミックス粉
末が５０重量％未満、すなわち、ρアルミナ粉末が５０
重量％越える無機質粉末を用いた場合は、ρアルミナが
多過ぎて粘度が高過ぎ、硬化が速く、硬化時の成形体内
の温度分布が不均一であることによる割れが生じ易い。
また、これを避けるために、型温を低く保ち硬化速度を
遅くしてやる必要があり、このため、かえって硬化時間
が長くなり生産性が悪くなるものである。

【００１１】さらに、添加する水が１５重量部未満では
流動しにくく成形困難となる。また、水が５０重量部を
越えると、成形体強度が低く、型から成形体を取り出す
時に割れ易く持ち運びも困難となり、硬化時間も長くな
り、生産性が落ちる。

【００１２】さらに、無吸水型の温度が３０℃未満で
は、泥漿の固化時間が非常に長くなり、１００℃を越え
ると、固化時に爆裂や固化した成形体を脱型する時の乾
燥割れが頻繁になり不適である。

【００１３】また、ρアルミナの粒径は、１０μｍ越え
ると、セラミックス焼成品中に気孔が多く発生し、密度
が上がらない。また、０．１μｍ未満では、泥漿作製に
水が多く必要になり、生産性が低下するものである。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）平均粒径０．４〜０．５μｍのアルミナ粉
末８０重量％と平均粒径２μｍのρアルミナ２０重量％
からなる無機質粉末１００重量部に純水２０重量部、お
よび、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム塩（商
品名ＳＮディスパーサント５４６８）を混合し、アルミ
ナ製ポットミルを用いて泥漿を調整した。ポリカルボン
酸アンモニウム塩の添加量と泥漿粘度を表１に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】これらの内、粘度の低い泥漿Ｎｏ３を用い
て、図１に示す棒をプランジャータイプ射出成形機を用
いて、射出圧力２０kgf/cm²、プランジャー温度２０
℃、金型温度６０℃で成形した。この成形体の曲げ強さ
は４０kgf/cm²であり、４０時間の乾燥後の曲げ強さは
１００kgf/cm²であった。これを、室温から１６００℃
まで４時間で昇温し、１６００℃で１時間保持しセラミ
ックス焼結体を得た。そして、炉冷の後この焼結体を取
り出しその表面を調べたところ、膨れや亀裂は認められ
なかった。

【００１７】（実施例２）平均粒径０．４〜０．５μｍ
のアルミナ粉末４０〜９８重量％と平均粒径２μｍのρ
アルミナ６０〜２重量％からなる無機質粉末１００重量
部に純水を２０〜４０重量部、および、分散剤としてポ
リカルボン酸アンモニウム塩（商品名ＳＮディスパーサ
ント５４６８）を０．４重量部混合し、アルミナ製ポッ
トミルを用いて泥漿を調整した。これを、プランジャー
タイプ射出成形機で射出圧２０kgf/cm²、金型温度６０
℃のもとで成形し、成形体の曲げ強さを測定した。その
結果を表２に示す。

【００１８】

【表２】

【００１９】ρアルミナが３重量％未満では、成形体が
硬化せず、ρアルミナの量が５０重量％を越えると、硬
化が速過ぎて、成形できないものであった。これより、
ρアルミナの添加量は、３〜５０重量％、好ましくは１
０〜３０重量％の範囲が適切であるといえる。

【００２０】（実施例３）平均粒径０．４〜０．５μｍ
のアルミナ粉末８０重量％と平均粒径２μｍのρアルミ
ナ２０重量％からなる無機質粉末１００重量部に純水６
０重量部、ポリカルボン酸アンモニウム塩（商品名ＳＮ
ディスパーサント５４６８）０．４重量部添加し、アル
ミナ製ポットミルを用いて泥漿を調整した。この泥漿
を、プランジャータイプ射出成形機を用いて、射出圧力
１０kgf/cm²、プランジャー温度２０℃、金型温度２５
℃で図１の形状の成形体を成形した。この泥漿は、１時
間型内で保持しても硬化せず、成形体は得られなかっ
た。これは、純水の量が多過ぎて、泥漿が硬化しなかっ
たためである。

【００２１】（実施例４）平均粒径０．５μｍのジルコ
ニア９０重量％と平均粒径２μｍのρアルミナ１０重量
％からなる無機質粉末１００重量部に、純水２０重量
部、ポリカルボン酸ナトリウム塩（商品名ノプコスパー
ス４４−Ｃ）１重量部を含む泥漿をアルミナ製ポットミ
ルで作製し、この泥漿を、プランジャータイプ射出成形
機を用いて、射出圧力２０kgf/cm²、プランジャー温度
２０℃、金型温度６０℃で、図１に示す形状品を成形し
た。この成形体の曲げ強さは２０kgf/cm²であり、これ
を乾燥後、室温から１６００℃まで４時間で昇温し、１
６００℃で１時間保持した。炉冷の後取り出し、焼成体
の表面を調べたところ、膨れや亀裂は認められず良好な
セラミックス焼結品が得られた。

【００２２】

【発明の効果】この発明の、ρアルミナを含んだ泥漿を
用いたセラミックス成形体の製造方法によれば、泥漿の
流動性が非常に良いので、ウエルド、フローマークなど
の成形欠陥は発生せず、有機バインダーが含まれていな
いので、脱脂工程は不要となり、製造工程が簡略化され
製造時間も大幅に短縮されるものである。さらに、流動
性の良好な泥漿を用いることで、低射出圧で成形可能で
あり、このため、射出成形機の小型化が可能であり、使
用する成形型もアルミニウムおよびその合金や樹脂ある
いは木材等の軽量な材料を使用することができる。

【００２３】そして、この発明のセラミックス成形体の
製造方法によれば、複雑で密度むらのない均質な成形体
を容易に作製可能であり、複雑な形状製品や肉厚製品を
寸法精度良く作製できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例で作製した棒の正面図（Ａ）
および側面図（Ｂ）である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス粉末５０〜９７重量％、ρ
アルミナ粉末５０〜３重量％からなる無機質粉末１００
重量部に、水１５〜５０重量部を混合して泥漿を形成
し、この泥漿を３０℃〜１００℃に加温した無吸水型に
射出成形することを特徴とするセラミックス成形体の製
造方法。
【請求項２】上記泥漿に、ポリカルボン酸系、ポリリ
ン酸系、ナフタレンスルフォン酸系、アミン系、又はア
リルスルフォン酸系の分散剤を添加したことを特徴とす
る請求項１記載のセラミックス成形体の製造方法。
【請求項３】上記ρアルミナの粒径が０．１〜１０μ
ｍであることを特徴とする請求項１記載のセラミックス
成形体の製造方法。