JPH0764646B2 - 成形体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、高性能のセラミックス成
形体あるいは金属成形体の製造方法に関し、とくには射
出成形や押出成形といった可塑成形によって、セラミッ
クス成形体あるいは金属成形体などの成形体を製造する
ための方法に関する。

【０００２】

【発明の技術的背景ならびにその問題点】セラミックス
成形体あるいは金属成形体の製造方法に関する技術は、
従来より種々提案されている。とくに近年になり、複雑
形状の成形体を高精度で多量に生産することのできる射
出成形法が注目されている。

【０００３】セラミック粉末及び／叉は金属粉末を射出
成形法または押出成形法によって成形体に成形するに
は、一般に、まずセラミックス成形体あるいは金属成形
体などの成形体製造用原料を射出成形機または押出成形
機で所望形状に成形し、次に得られた成形体を加熱し
て、原料中のセラミック粉末あるいは金属粉末以外の成
分を分解揮発させ（脱脂）、さらに焼結していた。

【０００４】この際に使用される成形体製造用原料とし
ては、セラミック粉末及び／又は金属粉末に結合剤（以
下バインダーと略称）、必要に応じて滑剤等を混合した
ものが用いられてきた。このようなバインダーは、射出
成形あるいは押出成形によって得られた成形体に強度を
付与するものであり、一般的に水溶性バインダーと合成
樹脂バインダーとに分けられる。

【０００５】水溶性バインダー、すなわちポリビニルア
ルコール、ポリエチレングリコール、メチルセルロー
ス、カルボキシメチルセルロース、エチルセルロース、
ヒドロキシプロピルセルロース等は、合成樹脂バインダ
ーと比較して粘度が小さく、セラミック粉末粒子間ある
いは金属粉末粒子間によく浸透するが、滑性が劣るので
実際には水で希釈して滑性を付与している。しかし、水
溶性バインダーを使用したものを、射出成形あるいは押
出成形すると、成形体の強度は水分の蒸発によって徐々
に発揮されるが、成形直後の強度は非常に弱くて変形し
易いという問題がある。勿論希釈水の量を減らし、強度
の向上を計る手段も考えられるが、流動性が低下し、そ
の結果射出（押出）成形機の射出（押出）圧力が上昇し
たり、セラミックス粉末あるいは金属粉末による成形機
の摩耗やそれに伴う汚染の問題があり、現実には行われ
難い。

【０００６】一方合成樹脂バインダーを用いると、水溶
性バインダーよりも強度に優れた成形体が得られるので
射出成形などによく用いられている。しかし、この合成
樹脂バインダーにも、低温での分解揮発性及び脱脂後の
成形体の外観（脱脂性）に難点があった。

【０００７】すなわち、合成樹脂バインダーを用いた場
合には、バインダーを分解するため極めて高い温度まで
加熱しなければならず、しかも脱脂性を高めるために徐
々に昇温を行っており、脱脂工程に費やされる時間が１
００時間を越え、ときには３００時間にもなるという問
題点があった。

【０００８】そこで、本発明者らは迅速かつ比較的低温
で完全に分解揮発し、また酸化雰囲気及び非酸化雰囲気
でもその差がなく、更に脱脂性もよいバインダーを用い
た、射出成形体あるいは押出成形体の製造方法につき鋭
意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。

【０００９】

【発明の概要】すなわち本発明に係る射出成形体叉は押
出成形体の製造方法は、セラミック粉末及び／叉は金属
粉末にポリアルキレンカーボネートが配合されてなる成
形体製造用組成物を、射出成形機叉は押出成形機で所望
形状に成形し、次いで得られた成形体を加熱して、成形
体中に含まれるポリアルキレンカーボネートを分解揮発
させ、さらにセラミック粉末及び／叉は金属粉末を焼結
することを特徴としている。

【００１０】

【発明の具体的説明】本発明に係る射出成形体叉は押出
成形体の製造方法においては、セラミック粉末及び／叉
は金属粉末にポリアルキレンカーボネートが配合されて
なる成形体製造用組成物が用いられる。

【００１１】［ポリアルキレンカーボネート］本発明に
おいて用いられるポリアルキレンカーボネートはセラミ
ック粉末あるいは金属粉末の結合剤の役目をなすもので
ある。ポリアルキレンカーボネートの驚くべき特性とし
ては、まず第１にセラミック粉末あるいは金属粉末との
親和性に優れることが挙げられる。その結果セラミック
粉末あるいは金属粉末などを多量に混合しても混練性が
良好であり、また得られる成形体製造用組成物中に空気
等を巻き込んで空間が発生することもないので、脱脂中
に発泡したり、得られるセラミックス成形体あるいは金
属成形体の密度が小さくなったりすることもない。 本
発明において用いられるポリアルキレンカーボネートの
第２の特性としては、その優れた熱分解性が挙げられ
る。より具体的には酸化雰囲気下（たとえば空気中）及
び非酸化雰囲気下（たとえば窒素中）であっても、低温
領域で迅速に熱分解することである。そしてこの特性
は、セラミック粉末あるいは金属粉末との組成物となっ
ていても遺憾なく発揮される。これらの特性は、同じポ
リカーボネート類であっても、芳香族系ポリカーボネー
トには見られない特性である。

【００１２】本発明で用いられるポリアルキレンカーボ
ネートは、たとえばエチレンオキシド、プロピレンオキ
シド、ブテンオキシド、シクロヘキセンオキシドなどの
アルキレンオキシドの少なくとも１種の二酸化炭素（Ｃ
Ｏ2）とを有機亜鉛系触媒によって共重合することによ
って得られる。得られる共重合体は鎖状の高分子である
が、アルキレン基とカーボネート基とを交互に含んでい
るか、又はアルキレン基がエーテル結合によって連鎖を
構成している場合もある。

【００１３】また必要に応じ不飽和カルボン酸等で変性
処理されていてもよいことは、当業者にとって自明であ
ろう。本発明で用いられるポリアルキレンカーボネート
の分子量は通常Ｍｎで１万〜１０万、多くは２万〜５万
程度である。本発明においては、基本的にどんなポリア
ルキレンカーボネートでも用いることができるが、とく
にアルキレン基の炭素原子数が２〜６程度の低級のもの
が好ましく、具体的にはポリエチレンカーボネート、ポ
リプロピレンカーボネートが好適に用いられる。

【００１４】［セラミック粉末あるいは金属粉末］本発
明においては、セラミック粉末あるいは金属粉末として
は、公知の種々のものが使用でき、とくに制限されるも
のではないが、具体的には以下の如きものが例示され
る。 （１）金属粉末 具体的にはアルミニウム、シリコン、スカンジウム、イ
ットリウム、ランタニド、アクチニド、チタン、ジルコ
ニウム、ハフニウム、トリウム、バナジウム、ニオブ、
タンタル、クロム、モリブテン、タングステン、鉄、マ
ンガン、テクネチウム、レニウム、コバルト、ニッケ
ル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、
イリジウム、白金、銅、銀、金、亜鉛、カドミウム、タ
リウム、ゲルマニウム、スズ、鉛、ヒ素、アンチモン、
ビスマス、テルル、ポロニウム、あるいはこれらの合金
など、 （２）金属酸化物 具体的には上記の金属の酸化物あるいはそれ以外のもの
として、酸化ベリリウム、酸化マグネシウム、酸化カル
シウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化ラン
タン、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化セレンな
ど、さらには複数の金属元素を含む酸化物すなわちＮａ
ＮｂＯ₃ 、ＳｒＺｒＯ₃ 、ＰｂＺｒＯ₃ 、ＳｒＴｉＯ
₃ 、ＢａＺｒＯ₃ 、ＰｂＴｉＯ₃ 、ＡｇＴａＯ₃ 、Ｂａ
ＴｉＯ₃ 、ＬａＡＯ₃ などのペロブスカイト構造のも
の、ＭｇＡ₂ Ｏ₄ 、ＺｎＡ₂ Ｏ₄ 、ＣｏＡ₂ Ｏ₄ 、Ｎｉ
Ａ₂ Ｏ₄ 、ＮｉＣｒ₂ Ｏ₄、ＦｅＣｒ₂ Ｏ₄ 、ＭｇＦｅ₂
Ｏ₄ 、Ｆｅ₂ Ｏ₄ 、ＺｎＦｅ₂ Ｏ₄などのスピネル構造
のもの、ＭｇＴｉＯ₃ 、ＭｎＴｉＯ₃ 、ＦｅＴｉＯ₃ 、
ＣｏＴｉＯ₃ 、ＮｉＴｉＯ₃ 、ＬｉＮｂＯ₃ 、ＬｉＴａ
Ｏ₃ などのイルメナイト構造のもの、Ｇｄ3 ＧａＯ18、
Ｙ3 Ｆｅ5 Ｏ8 などのガーネット構造のものなど、 （３）金属炭化物 具体的には炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タンタル、炭
化クロム、炭化モリブテン、炭化ハフニウム、炭化ジル
コニウム、炭化ホウ素など、 （４）金属窒化物 具体的には窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ
素、窒化チタンなど、 （５）金属ホウ化物 具体的にはホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化
ランタンなど、 （６）上記（１）〜（５）の表面変性物 具体的にはカップリング剤、界面活性剤、重合性モノマ
ーなどで表面処理したもの、 （７）上記（１）〜（６）の混合物。

【００１５】本発明においては、用いられるセラミック
粉末あるいは金属粉末の粒径によらず効果が発揮される
が、１００μ以下の平均粒径を有する粉末を用いると特
に有効である。さらに、得られる成形体の均質性の面か
ら４０μ以下の平均粒径を有する粉末を用いるとなおさ
ら好ましい。

【００１６】本発明においては、成形体製造用組成物を
調製する際には、上記のようなポリアルキレンカーボネ
ートと、セラミック粉末及び／又は金属粉末とが用いら
れるが、このセラミック粉末及び／又は金属粉末と、ポ
リアルキレンカーボネートとは、セラミック粉末及び／
又は金属粉末１００重量部に対し、ポリアルキレンカー
ボネートは通常５〜４０重量部の量で、とくに１０〜３
０重量部の量で配合されることが好ましい。

【００１７】また本発明においては、その目的を損わな
い範囲で通常の成形体製造用組成物に配合される各種添
加剤、すなわち可塑剤、滑剤、湿潤剤、解こう剤、静電
気防止剤、キレート剤、発泡剤、界面活性剤等を配合し
てもよい。

【００１８】さらに本発明の重合体以外のバインダーを
併用してもよく、場合によっては水を併用してもかまわ
ない。かかる添加剤の例としては、ジエチルフタレー
ト、ジオクチルフタレートなどの可塑剤、ラウリン酸、
ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸などの脂肪
酸、あるいはこれらのエステル、金属塩、炭化水素系ワ
ックスなどの滑剤があり、 また併用可能なバインダー
としてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタン、
ポリ（メタ）アクリル酸メチル、ポリスチレン、エチレ
ン・酢酸ビニル共重合体あるいはこれらの低分子量体、
各種天然ワックスなどがある。

【００１９】とくに可塑剤及び／又は滑剤を併用すると
流動性が改良されるので好ましい。これらはセラミック
粉末及び／又は金属粉末１００重量部に対し、各５重量
部までの量で配合するのが好ましい。

【００２０】さらに他の合成樹脂バインダーを併用する
ときは、４０重量部までの量で、とくに３０重量部まで
の量で配合するのが好ましい。 ［射出成形体または押出成形体の製造］本発明において
は、セラミック粉末及び／叉は金属粉末と、ポリエチレ
ンカーボネートとに加えて、必要によりジオクチルフタ
レートなどの可塑剤及びステアリン酸などの滑剤等を加
えてなる成形体製造用組成物を、必要により加熱下に混
練する。このように混練する際には加圧式ニーダーを用
いることができる。ついで、得られた混練物を必要によ
り小片に粉砕してもよい。

【００２１】本発明においては、上記のような成形体製
造用組成物を、射出成形機叉は押出成形機を用いて所望
形状に成形する。次いで得られた成形体を加熱して、成
形体中に含まれるポリアルキレンカーボネートを分解揮
発（脱脂）させる。このように成形体中に含まれるポリ
アルキレンカーボネートを分解揮発（脱脂）させてな
る、未焼成の射出成形体および押出成形体（脱脂成形体
ともいう）には変形、クラック、あるいは膨れもない。

【００２２】本発明においては、ついでこのような脱脂
成形体を構成するセラミック粉末及び／叉は金属粉末を
常法に従って焼結する。このようにして、焼成された所
望の射出成形体叉は押出成形体が得られる。

【００２３】

【実施例】以下本発明の内容を好適な例でもって説明す
るが、本発明はとくに断わりのない限り何らこれらの例
に制限されるものではない。

【００２４】なお、以下の実施例および比較例において
は、特に未焼成の射出成形体あるいは押出成形体の製造
工程までを記載したが、未焼成の射出成形体あるいは押
出成形体をついで焼成する工程については、常法に準じ
て行なった。

【００２５】

【実施例１】セラミック粉末としてアルミナ粉末（平均
粒径0.6μ）１００重量部に対し、ポリエチレンカーボ
ネート（Mn：41000）２５重量部、ジオクチルフタレー
ト及びステアリン酸をそれぞれ２重量部を調合し混練し
た。混練は加圧式ニーダーを用い１４０℃、１時間行
い、得られた混練物を直径３〜５ｍｍの小片に粉砕し
た。 市販の射出成形機を用いて射出圧力１０００ｋｇ
／ｃｍ²、温度１５０℃、金型温度５０℃の条件で厚さ
５ｍｍ、巾１０ｍｍ、長さ５０ｍｍの板状試験片を得
た。

【００２６】この成形体を空気雰囲気中電気炉で室温〜
１００℃迄を昇温速度３０℃／時間で昇温させ、１００
〜３５０℃迄を５℃／時間で昇温させ、約５３時間で脱
脂した。

【００２７】脱脂後の成形体は変形を起さず、クラック
や膨れも認められなかった。

【００２８】

【実施例２】実施例１のアルミナ粉末１００重量部に対
し、ポリプロピレンカーボネート（Mn： 21500）２５重
量部、ジオクチルフタレート及びステアリン酸をそれぞ
れ２．５重量部を調合し混練した。混練は加圧式ニーダ
ーを用い、１５０℃、１時間行い、得られた混練物を直
径３〜５ｍｍの小片に粉砕した。

【００２９】板状試験片を成形する際の成形温度を１６
０℃とした以外は、実施例１と同様に行って、試験片を
得た。この成形体（試験片）を空気雰囲気中電気炉で室
温〜１１０℃迄を昇温速度３０℃／時間で昇温させ、１
１０〜３５０℃迄を５℃／時間で昇温させ、約５１時間
で脱脂した。

【００３０】脱脂後の成形体は、変形を起こさず、クラ
ックや膨れも認められなかった。

【００３１】

【実施例３】実施例１のアルミナ粉末１００重量部に対
し、ポリエチレンカーボネートとエチレン- 酢酸ビニル
共重合体をそれぞれ１２重量部、８重量部、さらにジオ
クチルフタレート及びステアリン酸をそれぞれ２重量部
を調合した他は、実施例１と同様に射出成形し試験片を
得た。

【００３２】この成形体（試験片）を空気雰囲気中、電
気炉で室温〜８０℃迄を昇温速度３０℃／時間で昇温さ
せ、８０〜４００℃迄を５℃／時間の条件で昇温させ、
約６６時間脱脂した。

【００３３】脱脂後の成形体にはクラックや膨れは認め
られなかった。

【００３４】

【実施例４】セラミック粉末として炭化珪素粉末（平均
粒径0.4μ）１００重量部に対し、ポリエチレンカーボ
ネート１５重量部及びポリスチレン１０重量部、さらに
ジオクチルフタレートとステアリン酸をそれぞれ２重量
部を調合し、混練した。

【００３５】この混練物を実施例１に準じて射出成形
し、脱脂を窒素雰囲気中、昇温パターンは実施例３と同
じ条件で行った。脱脂後の成形体は変形を起こさず、ク
ラックや膨れも認められなかった。

【００３６】

【実施例５】セラミック粉末として実施例１のアルミナ
粉末１００重量部に対し、ポリエチレンカーボネート２
５重量部を調合し加熱混練した。得られた混練物は押出
成形機を用い、１５０℃で直径８ｍｍ丸棒を成形した。

【００３７】この成形体を長さ１００ｍｍに切断し、実
施例１と同じ条件で脱脂した。脱脂後の成形体は、変形
を起こさず、クラックや膨れも認められなかった。

【００３８】

【比較例１】セラミック粉末として実施例１のアルミナ
粉末１００重量部にエチレン- 酢酸ビニル共重合体１６
重量部を加え、実施例１に準じて加熱混練した後、射出
成形して得た試験片を電気炉にて、空気雰囲気中、室温
〜８０℃迄を昇温速度３０℃／時間で昇温させ、８０〜
４００℃迄を２℃／時間の条件で昇温させ、約１６２時
間で脱脂した。

【００３９】実施例１に較べて脱脂時間を長くしたにも
拘らず、脱脂後の成形体にはクラックや膨れが認められ
た。

【００４０】

【比較例２】セラミック粉末として実施例１のアルミナ
粉末１００重量部にエチレン- 酢酸ビニル共重合体１６
重量部及びジオクチルフタレート、ステアリン酸をそれ
ぞれ２重量部を調合し、加熱混練した。そして比較例１
と同様に射出成形して得た試験片を脱脂したが成形体に
歪みが生じ、かつクラックや膨れが認められた。

【００４１】

【比較例３】セラミック粉末としてアルミナ粉末（平均
粒径０．６μ）１００重量部に対し、芳香族ポリカーボ
ネート２５重量部、ジオクチルフタレートおよびステア
リン酸をそれぞれ２重量部を調合し、混練した。混練は
加圧式ニーダーを用い、１５０℃、１時間行い、得られ
た混練物を直径３〜５ｍｍの小片に粉砕した。

【００４２】市販の射出成形機を用いて射出圧力１００
０ｋｇ／ｃｍ²、温度１５０℃、金型温度５０℃の条件
で厚さ５ｍｍ、巾１０ｍｍ、長さ５０ｍｍの板状試験片
を得た。

【００４３】この成形体（板状試験片）を空気雰囲気
中、電気炉で、室温〜１００℃までを昇温速度３０℃／
時間で昇温させ、１００〜５００℃までを５℃／時間で
昇温させ、約８３時間で脱脂した。

【００４４】脱脂後の成形体にはクラックや膨れが認め
られた。

【００４５】

【発明の効果】（１） 本発明で用いられる成形体製造
用組成物は、低い温度領域で、極めて迅速にポリアルキ
レンカーボネートが分解し、また分解ガス（主成分は、
炭酸ガスと水である）も無毒である。したがって、本発
明に係る成形体の製造法によれば、環境を汚染すること
がない。

【００４６】（２） また、成形体製造用組成物中のポ
リアルキレンカーボネートを熱分解させた後の、未焼成
のセラミックス成形体あるいは金属成形体などの未焼成
成形体には、表面の亀裂、膨れ、クラックの発生がな
く、この未焼成成形体を焼成すると、性能の優れた焼成
体が得られる。

【００４７】（３） また、用いられる成形体製造用組
成物は上記効果に加えて混練性が良好であり、射出成形
や押出成形などの可塑成形に利用すると脱脂工程に要す
る時間が短縮化され、生産性が向上する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｋ 3/08 ＫＫＨ 3/10 ＫＫＨ Ｃ０８Ｌ 69/00 ＬＰＵ Ｃ０４Ｂ 35/64 ３０１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック粉末及び／又は金属粉末にポ
   リアルキレンカーボネートが配合されてなる成形体製造
   用組成物を、 射出成形機又は押出成形機で所望形状に成形し、 次いで得られた成形体を加熱して、 成形体中に含まれるポリアルキレンカーボネートを分解
   揮発させ、さらにセラミック粉末及び／又は金属粉末を
   焼結することを特徴とする射出成形体又は押出成形体の
   製造方法。
2. 【請求項２】 セラミック粉末及び／又は金属粉末１０
   ０重量部に対し、ポリアルキレンカーボネートが５〜４
   ０重量部の量で配合されてなる成形体製造用組成物を用
   いることを特徴とする請求項１に記載の射出成形体又は
   押出成形体の製造方法。