JPH07247170A

JPH07247170A - セラミックス成形体の脱脂方法

Info

Publication number: JPH07247170A
Application number: JP6042703A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Matsuda; 弘人松田; Kimiya Kato; 仁也加藤
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1994-03-14
Filing date: 1994-03-14
Publication date: 1995-09-26

Abstract

(57)【要約】【構成】セラミックス粉末と有機バインダーとを含ん
だ成形体の全体又は大部分を、無機粉末に覆って、次い
で、加熱して、当該成形体中の当該有機バインダーを実
質的に除去するとき、当該無機粉末の７５重量％以上が
コーディエライト粉末であるセラミックス成形体の脱脂
方法。無機粉末の比表面積が５０ｍ²／ｇ以下である脱
脂方法。【効果】コーディエライトを主成分とする無機粉末を
脱脂に用いると、成形体にクラックが発生し難くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス成形体の
脱脂方法に関する。特に、セラミックス粉末と有機バイ
ンダーとの混合物を射出成形で成形した成形体につい
て、本発明の脱脂方法を好適に用いることができる。

【０００２】

【従来の技術】セラミックス成形体は、プレス成形、鋳
込み成形、射出成形、コールドアイソスタティック成形
等の成形方法を用いて成形される。セラミックス粉末か
らこれらの成形をするとき、成形時にセラミック粉末が
流動するようにするため、また、成形体が形状を保持す
るようにするため、セラミックス粉末に有機バインダー
を添加する。特に射出成形等では、バインダーの添加量
が多くなり、セラミックス粉末に対して例えば１０〜３
０重量％のバインダーを添加する。射出成形は、熱可塑
性樹脂のように可塑性に富む材料を成形することに適し
ていて、一方、セラミックス粉末は、可塑性がないから
である。バインダーとしては、熱可塑性樹脂やワックス
などの有機バインダーを用いる。

【０００３】近年、射出成形では形状が複雑な成形体が
得られるため、自動車エンジンに用いるターボチャージ
ャー、ガスタービンのタービン翼などの複雑な形状であ
る部材をセラミックスで製造するとき、射出成形が行わ
れる。射出成形を用いてセラミックスを製造するとき、
成形体を加熱して有機バインダーを除去する脱脂工程を
経て、最後に、成形体を焼結する。バインダーを含有す
る成形体を焼結すると、焼結体は相対密度や機械強度が
劣るからである。

【０００４】脱脂工程では、有機バインダーが熱分解し
たりして、ガスとなって除去される。この脱脂工程で、
成形体が体積を減少するため、また、成形体内部からガ
スが発生するため、成形体にクラックが生じたり、成形
体が変形したりすることがある。特に成形体が厚いとき
に脱脂が困難になる。

【０００５】特開昭５９−１４１４６２号公報には、有
機バインダーに起因する分解ガスを吸着するため、細孔
を有する無機物質に埋め込んで脱脂する方法が開示され
る。この無機物質の典型例としてはゼオライトが挙げら
れ、更に、シリカゲル、活性アルミナ、活性白土が挙げ
られる。

【０００６】また、特開平２−１３７７７３号公報に
は、パラフィンワックスを主成分とする有機バインダー
を含有するセラミックス成形体をアルミナ粉末中に埋め
込み、この成形体が収縮を開始する直前の温度まで加熱
し、次いで、その温度で保持し、成形体の表面と内部と
で温度差を小さくして脱脂する方法が開示される。この
脱脂方法では、成形体の表面からパラフィンワックスが
滲み出し、アルミナ粉末に吸着される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭５９−
１４１４６２号公報の脱脂方法では、無機物質の比表面
積が大きいため、湿度が高い梅雨の季節などでは、無機
物質が水を吸収して、脱脂の歩留まりが悪くなるときが
あった。また、成形体を粉末中に詰めたり、出したりす
る際に、成形体を破損することがあった。特に、タービ
ンローターの翼は肉薄であるので、翼が破損し易かっ
た。そこで、本発明者は、脱脂に用いる無機粉末を種々
検討した結果、コーディエライトを主成分とすると、成
形体にクラックが発生し難くなり、脱脂歩留まりが向上
することを見いだして、本発明が完成した。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、セラミ
ックス粉末と有機バインダーとを含んだ成形体の全体又
は大部分を、無機粉末で覆って、次いで、加熱して、成
形体中の有機バインダーを実質的に除去するセラミック
ス成形体の脱脂方法において、無機粉末の７５重量％以
上がコーディエライト粉末であることを特徴とするセラ
ミックス成形体の脱脂方法が提供される。また、本発明
によれば、セラミックス粉末と有機バインダーとを含ん
だ混合物を射出成形で成形体とし、成形体の全体又は大
部分を、無機粉末で覆い、成形体及び無機粉末を加熱し
て、成形体中の有機バインダーを実質的に除去し、次い
で、焼成するセラミックス体の製造方法において、無機
粉末の７５重量％以上がコーディエライト粉末であるこ
とを特徴とするセラミックス体の製造方法が提供され
る。

【０００９】

【作用】本発明では、脱脂工程で、無機粉末の７５重量
％以上がコーディエライト粉末である。また、無機粉末
の８０重量％以上がコーディエライト粉末であることが
好ましい。このようにコーディエライトが主成分の無機
粉末では、脱脂工程で成形体を粉末中に詰めたり、出し
たりする際に、コーディエライト粉末のカサ比重が１ｇ
／ｃｃ程度と小さいため、成形体の破損を防ぐことがで
きる。特に、タービンローターのように、肉薄である部
分を有する成形体において、破損を防止できる。また、
コーディエライトを主成分とすることで、粉末の比表面
積を比較的に小さくすることが可能となり、水分の吸着
が原因である脱脂歩留まりの低下という問題を解決する
ことができた。更に、コーディエライトは、一般的に安
価であり、工業的に有利なものである。

【００１０】コーディエライトの理論組成は、２ＭｇＯ
・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂である。しかし、市販される
コーディエライトの化学組成は、ＳｉＯ₂が４８〜５６
重量％、Ａｌ₂Ｏ₃が３０〜３６重量％、ＭｇＯが１０〜
１４重量％であって、更に不純物として、Ｆｅ₂Ｏ₃が３
重量％以下、ＣａＯが１重量％以下、Ｋ₂Ｏが１重量％
以下、Ｎａ₂Ｏが１重量％以下、ＴｉＯ₂が０．２重量％
以下、含有することがある。本発明に用いるコーディエ
ライトは、このような化学組成を持つものが好ましい
が、これに限定されるものではない。コーディエライト
は、カオリン、マグネサイト、粘土などの天然原料、又
は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素な
どの人工原料を調合して、１３００〜１４００℃で焼成
して得られる。

【００１１】本発明では、無機粉末の比表面積が５０ｍ
²／ｇ以下であることが好ましい。無機粉末は、セラミ
ックス粉末が好ましい。また、無機粉末中のコーディエ
ライト粉末の比表面積は、１０ｍ²／ｇ以下であること
が好ましい。無機粉末の比表面積が５０ｍ²／ｇより大
きいと、脱脂工程で１００℃以下のとき、水分が吸着
し、その水分が気化熱を奪うため、無機粉末中の実際の
温度が目的とする温度より、数℃低くなることが分かっ
たからである。特に梅雨時などでは、この傾向が顕著と
なり、脱脂歩留まりが低下する原因となり易い。なお、
無機粉末の粒径は、操作の容易性、成形体へのダメージ
を考慮して、５〜５００μｍであることが好ましく、１
０〜２００μｍであることが更に好ましい。また、セラ
ミックスは、特に制限はなく、窒化珪素、ジルコニア、
部分安定化ジルコニア等が例として挙げられる。

【００１２】成形体の肉厚が１０ｍｍ以上であるときな
どでは、無機粉末の比表面積を５０ｍ²／ｇ以下に維持
し、コーディエライト粉末に、活性アルミナ、シリカゲ
ル等の細孔性粉末を２５重量％以下の範囲で添加するこ
とが好ましい。このような無機粉末では、肉厚な成形体
から発生する分解ガスを効率より吸着除去できるからで
ある。また、脱脂工程で１００℃以下のときにおける水
分吸着も問題とならなくなるので、前述のような脱脂歩
留まりの低下とならないからである。また、脱脂工程
で、成形体中の有機バインダーを除去する場合、微量の
有機バインダー又はその分解物が成形体に残存するとき
があるが、このようなときも本発明の範囲である。な
お、脱脂工程で成形体の内部まで均一に加熱するため、
特願平５−７１６５２号で開示するように、マイクロ波
又は誘電加熱で成形体及び無機粉末を加熱してもよい。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。

【００１４】（実施例１〜３、比較例１〜３）平均粒径
が１．０μｍの窒化珪素粉末を１００重量部、ＳｒＣＯ
₃を２重量部、ＭｇＯを３重量部、ＣｅＯ₂を３重量部を
調合した。この調合粉末１００重量部に対して、２０重
量部の有機バインダーを添加した。有機バインダーは、
融点が６２℃であって、パラフィンワックスが主成分で
あった。この混合物を用いて、射出成形で、翼径が６５
ｍｍのターボチャージャーロータを成形した。図２にタ
ーボチャージャーロータの横断面を示す。なお、ロータ
なので、軸と垂直方向の断面は、ほぼ円となる。この成
形体を、ステンレス製パット中であって、表１に示す無
機粉末に完全に埋没させた。無機粉末は何れも予め乾燥
させ、水分の含有量は、１重量％以下とした。実施例１
〜３並びに比較例１〜３の実験条件は、この無機粉末以
外は、同一である。

【００１５】

【表１】

【００１６】実施例１〜３及び比較例１で、コーディエ
ライトの比表面積は、５ｍ²／ｇであり、平均粒径は、
５μｍであった。コーディエライトの化学組成は、Ｓｉ
Ｏ₂が５０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃が３５重量％、ＭｇＯが１
３．５重量％、Ｆｅ₂Ｏ₃が０．６重量％、ＣａＯが０．
０５重量％、Ｋ₂Ｏが０．０５重量％、Ｎａ₂Ｏが０．１
重量％、ＴｉＯ₂が０．２重量％である。活性アルミナ
は市販のγ−アルミナを用いた。次いで、この埋没した
成形体を脱脂した。図１に示すように、脱脂工程の加熱
スケジュールは、まず、室温から６０℃まで、１時間当
たり１℃で昇温し、６０℃で３０時間保持した。次い
で、６０℃から１８０℃まで１時間当たり２℃で昇温
し、１８０℃で２０時間、保持した。最後に、１８０℃
から４５０℃まで１時間当たり３℃で昇温し、４５０℃
で１０時間保持し、次いで、４５０℃から室温まで、炉
冷した。

【００１７】成形体を取り出し、目視して、成形体にク
ラックの有無、変形を検査した。脱脂歩留まりをパーセ
ントで表して、表１に示す。目視検査に合格した脱脂体
を窒素雰囲気中で、１７００℃に１時間保持し、焼結し
た。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、コーディエライトを主
成分とする無機粉末を脱脂に用いると、成形体の脱脂歩
留まりが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】成形体を脱脂する工程における加熱スケジュー
ルを示すグラフである。

【図２】ターボチャージャーロータの横断面を示す概要
説明図である。

【符号の説明】

１・・・ターボチャージャーロータ、２・・・ボス部、３・・・
ハブ部４・・・翼部、５・・・軸部、６・・・ボス部センター孔、７・・・
軸部センター孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス粉末と有機バインダーとを
含んだ成形体の全体又は大部分を、無機粉末で覆って、
次いで、加熱して、当該成形体中の当該有機バインダー
を実質的に除去するセラミックス成形体の脱脂方法にお
いて、当該無機粉末の７５重量％以上がコーディエライト粉末
であることを特徴とするセラミックス成形体の脱脂方
法。
【請求項２】当該無機粉末の比表面積が５０ｍ²／ｇ
以下であることを特徴とする請求項１に記載のセラミッ
クス成形体の脱脂方法。
【請求項３】当該コーディエライト粉末の比表面積が
１０ｍ²／ｇ以下であることを特徴とする請求項１又は
２に記載のセラミックス成形体の脱脂方法。
【請求項４】セラミックス粉末と有機バインダーとを
含んだ混合物を射出成形で成形体とし、当該成形体の全体又は大部分を、無機粉末で覆い、当該成形体及び当該無機粉末を加熱して、当該成形体中
の当該有機バインダーを実質的に除去し、次いで、焼成するセラミックス体の製造方法において、当該無機粉末の７５重量％以上がコーディエライト粉末
であることを特徴とするセラミックス体の製造方法。