JPH0768515A - セラミックスの成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 成形時間が短く、しかも離型性が良好で、外
観に亀裂、変形等のない成形体を得ることのできる、新
規なセラミックスの成形方法を提供すること。 【構成】 真空土練工程によりセラミックス粉末にバイ
ンダーとして非水溶剤型触水硬化性樹脂を配合したセラ
ミックス坏土を調製し、該セラミックス坏土を一旦坏土
保持部に保持させた後、該坏土保持部から含水させた多
孔質成形型中にセラミックス坏土を加圧注入し、セラミ
ックス成形体を作製するセラミックスの成形方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスの成形方
法に関し、特に、複雑な形状を呈したセラミックス成形
体の作製に適した、セラミックスの成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複雑な形状を呈したセラミックス
成形体の作製方法としては、射出成形法、泥漿鋳込み成
形法、及び湿式加圧成形法等が知られている。

【０００３】ここで、上記射出成形法とは、可塑成形の
一種で、セラミックス粉末に可塑性をあたえるため、ポ
リエチレン、ポリスチレン等の樹脂、及びワックスから
成る相当量の有機バインダーをセラミックス粉末に混合
し、得られた混合原料を射出プランジャー又はスクリュ
ーによって固く閉じた金型内に高圧で注入し、セラミッ
クス成形体を得る方法である。

【０００４】また、泥漿鋳込み成形法は、セラミックス
粉末に分散媒体として水、及び解膠剤等の成形助剤を混
合して均質な泥漿を作製し、該泥漿を石膏型等の吸水性
を有する型内に注入することにより、セラミックス成形
体を得る方法である。

【０００５】さらに、湿式加圧成形法とは、セラミック
ス粉末に水、バインダー等の成形助剤を添加混練してセ
ラミックス坏土を作製し、得られたセラミックス坏土を
吸水性を有する型、或いは吸引が可能の型内に充填し、
加圧することによりセラミックス成形体を作製する方法
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらここで、
先ず上述した射出成形法によりセラミックス成形体を得
る方法にあっては、その作製の際にセラミックス粉末に
相当量の有機バインダーを混合するため、成形体からこ
の有機バインダーを除去するための脱脂工程が長時間を
要するものとなると共に、成形体の内部と外部との脱脂
速度の差から、成形体に歪、或いは亀裂が発生し易いと
いう課題があった。

【０００７】また、泥漿鋳込み成形法によりセラミック
ス成形体を得る方法では、複雑な形状品の作製において
は、その乾燥収縮時に成形体に亀裂が生じ易く、また、
成形自体に長時間を要するという課題が存在した。

【０００８】さらに、上記した湿式加圧成形法において
は、セラミックス坏土を充填した型を高圧でプレスする
ため、得られた成形体は型と密着したものとなり、その
離型が困難なものとなると共に、離型時に成形体の割れ
が発生し易いという課題を有していた。

【０００９】本発明は、上述した従来のセラミックスの
成形方法が有する課題に鑑みなされたものであって、そ
の目的は、成形時間が短く、しかも離型性が良好で、外
観に亀裂、変形等のない成形体を得ることのできる、新
規なセラミックスの成形方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく鋭意研究を進めた結果、非水溶剤型触水硬
化性樹脂が、可塑性が高く、しかも水に触れると直ちに
硬化して形状を安定化させる性質を具えていることに着
目し、これをセラミックス坏土に対するバインダー（成
形助剤）として配合することを見出し、本発明を完成さ
せた。

【００１１】即ち、本発明は、セラミックス粉末にバイ
ンダーとして非水溶剤型触水硬化性樹脂を配合、混練し
て得られたセラミックス坏土を、含水させた多孔質成形
型中に加圧注入することを要旨とする（請求項１）、セ
ラミックスの成形方法である。

【００１２】上記した本発明にかかるセラミックスの成
形方法によれば、セラミックス坏土中に存在する上記非
水溶剤型触水硬化性樹脂が、上記含水させた多孔質成形
型中に加圧注入された直後に、該成形型からしみ出した
水分と接触し、成形体を変形させることなく硬化させ、
成形体に取扱いに十分な強度を直ちに持たせるため、短
時間で該成形体の脱型が可能となり、また、成形体と型
との離型性が良好なものとなる。

【００１３】また、本発明においては、上記非水溶剤型
触水硬化性樹脂を配合したセラミックス坏土の調製を、
真空土練工程により行うこととした（請求項２）。これ
により、セラミックス坏土の調製時に減圧状態となるた
め、該坏土中の有機溶剤の拡散が著しくなり、坏土の液
層膜の生成が速くなって均質な坏土が得られることとな
る。

【００１４】さらに、本発明では、上記非水溶剤型触水
硬化性樹脂を配合したセラミックス坏土の成形型中への
加圧注入を、一旦坏土保持部に該セラミックス坏土を保
持させた後に行うこととした（請求項３）。これによ
り、均質な坏土を準備することができ、また、加圧注入
スピード等の成形条件が成形体にあわせて容易に設定で
き、成形欠陥のない成形体を得ることができることとな
る。

【００１５】ここで、上記本発明において用いる非水溶
剤型触水硬化性樹脂としては、非水溶剤触水硬化型ポリ
ウレタン樹脂、或いはポリエステル誘導体等があり、こ
れらの公知の非水溶剤型触水硬化性樹脂を、坏土の硬さ
に応じてアセトン、キシレン等の有機溶剤と混合して使
用する。

【００１６】本発明に用いるセラミックス坏土は、セラ
ミックス粉末と、上記非水溶剤型触水硬化性樹脂等の成
形助剤、及び有機溶剤から成るものであり、また必要に
応じて焼結助剤を添加してもよい。セラミックス粉末と
しては、アルミナ、ジルコニア等の酸化物の他、窒化珪
素等の窒化物、炭化珪素等の炭化物、及びこれらの複合
材料を使用することができ、また、焼結助剤を添加する
場合には、その助剤は特にその種類を限定されるもので
はなく、一般に知られているＭｇ、Ａｌ、Ｙ、Ｃｅ、Ｚ
ｒ、Ｓｒ、Ｂ、Ｔａ等の酸化物、窒化物、炭化物等の焼
結助剤を用いることができる。

【００１７】上記した非水溶剤型触水硬化性樹脂、及び
有機溶剤等のセラミックス粉末への調合割合は、焼結助
剤を含むセラミックス粉末１００重量部に対し、有機溶
剤１０〜４５重量部、非水溶剤型触水硬化性樹脂、分散
剤等の成形助剤０．５〜３０重量部とすることが好まし
い。これは、有機溶剤の割合が１０重量部に満たない場
合には、混練性が悪く、均質な成形用坏土が得られない
ためであり、逆に４５重量部を超えると、得られる成形
体の密度が低くなって焼成収縮が大きくなり、寸法精度
の高い製品を得にくくなるためである。また非水溶剤型
触水硬化性樹脂、分散剤等の成形助剤が０．５重量部未
満であると、その効果がなく、３０重量部を超えると成
形助剤の除去に時間がかかると共に、製品にクラックが
発生し易くなるためである。

【００１８】なお、真空土練工程によって上記セラミッ
クス坏土を調製する場合には、真空土練機としては一般
に使用されているバックミルとオーガーマシンとを組合
せた装置を使用することができ、その真空土練工程にお
ける真空度は、減圧状態であればよいが、通常６０ｃｍ
Ｈｇ以上が好ましい。また、高強度が要求される製品の
作製においては、坏土中の気泡が破壊発生の原因となる
ため、真空土練工程における真空度は７０ｃｍＨｇ以上
とすることが好ましい。

【００１９】上記調製されたセラミックス坏土を加圧注
入する本発明で用いる上記多孔質成形型としては、通気
性が良く、しかも型自体の強度を保証し得るものであれ
ば、従来公知のものが使用でき、通常、平均気孔径が
０．１〜５０μｍの多孔質成形型が使用される。また、
平均気孔径がその成形面層と下面層とで異なる型であっ
て、成形面層を０．１〜５０μｍの気孔径とし、下面層
を５０〜５００μｍ程度の粗い気孔径とした二層構造の
型を使用することもできる。なお、この多孔質成形型の
材質は、特に限定されず、石膏、樹脂、セラミックス、
金属及びこれらの複合材料等を用いることができる。

【００２０】また、セラミックス坏土の上記多孔質成形
型への注入圧力としては、５ｋｇ／ｃｍ² 以上であるこ
とが好ましい。これは、この圧力が５ｋｇ／ｃｍ² より
小さいと、坏土が充填されなかったり、また成形体の密
度が低くなって変形を起こし易くなるためである。ま
た、注入圧力としては５００ｋｇ／ｃｍ² を超える高圧
を用いることも可能ではあるが、高圧になることにより
成形型が大きく且つ重くなること、更に成形機が大型化
すること等から操作性が悪くなるため、注入圧力は５０
０ｋｇ／ｃｍ² 以下で行うことが好ましい。

【００２１】なお、セラミックス坏土の上記成形型中へ
の加圧注入を、一旦坏土保持部に該セラミックス坏土を
保持させた後に行うこととした場合の坏土保持部として
は、具体的にはプランジャー式押出し機が好ましく、そ
の他通常のシリンダー等も用いることができる。また、
坏土保持部の上記成形型への注入口の大きさは、成形体
の形状・容積等によってそれぞれ設定する必要がある
が、坏土保持部と坏土の摩擦を小さくするため、注入口
の大きさは大きいほうが好ましい。

【００２２】

【実施例】以下、本発明にかかる実施例を比較例と共に
挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記する
実施例に限定されるものではない。

【００２３】焼結助剤を含む平均粒径０．７μｍの炭化
珪素粉末１００重量部に、キシレン２５重量部、分散剤
１重量部、そしてバインダーとして非水溶剤型触水硬化
性樹脂である非水溶剤触水硬化型ポリウレタン樹脂（商
品名：コロネート2014、日本ポリウレタン工業（株）社
製）を、各々表１に示す割合で調合し、加圧ニーダーに
て混練した。

【００２４】その後、上記各々の混練物の真空土練を行
い、直径２０ｍｍ、長さ１００ｍｍのセラミックス坏土
を真空土練機より押し出し、該セラミックス坏土を、タ
ービンローター（翼径８５ｍｍ、翼高３０ｍｍ）用の成
形装置の坏土保持部に注入し、該坏土保持部の加圧用ピ
ストンを降下させ、坏土保持部中の真空脱気を行った状
態で、該セラミックス坏土を一旦この坏土保持部に保持
させた。

【００２５】その後、上記坏土保持部に保持させたセラ
ミックス坏土を、表１に示す各々の圧力でタービンロー
ターを成形する含水させた多孔質成形型に加圧注入し、
２００秒後に該成形型に圧縮空気を導入することによ
り、型中の水分をしみ出させて成形体を硬化させ、成形
体を脱型した。

【００２６】上記操作により得られた成形体の各々の成
形結果（離型性、外観亀裂及び未充填部の有無）を、表
１に示す。また、得られた成形体を、恒温器を用いて１
０℃／ｈｒの昇温速度で４５０℃まで加熱し、成形体中
のバインダー等を脱脂して得られた各々の脱脂体の外観
亀裂の有無を、表１に示す。

【００２７】なお、比較のため、非水溶剤型触水硬化性
樹脂を用いず、代わりにエチルセルロースをバインダー
として用い、他は上記実施例と同様の条件、及び手段に
より成形体を作製した場合の成形結果（離型性、外観亀
裂及び未充填部の有無）、及び脱脂体の外観亀裂の有無
を、表１に併記する。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１から、本発明にかかる実施例品におい
ては、比較例品と異なりその全てが離型性が良好である
ことが判明する。但し、セラミックス坏土の成形型への
注入圧力が、５ｋｇ／ｃｍ² に満たない実施例品（実施
例３）にあっては、翼先端部に未充填部があり、また、
バインダーの添加量が、０．５ｗｔ％に満たない実施例
品（実施例４）では、成形体に亀裂が見られ、３０ｗｔ
％を超える量を添加した実施例品（実施例５）では、脱
脂体に亀裂が見られた。なお、比較例品においては、離
型性が悪いと共に、成形体及び脱脂体の両者に亀裂が見
られた。

【００３０】

【発明の効果】以上、説明した本発明にかかるセラミッ
クスの成形方法は、バインダーとして非水溶剤型触水硬
化性樹脂を配合、混練したセラミックス坏土を、含水さ
せた多孔質成形型中に加圧注入することに最大の特徴を
有するものであり、これによって、成形体の離型性を良
くする顕著な効果が生じ、成形時間が短く、さらに外観
に亀裂、変形のない良好な成形体を得ることができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス粉末にバインダーとして非
   水溶剤型触水硬化性樹脂を配合、混練してセラミックス
   坏土を調製し、該セラミックス坏土を含水させた多孔質
   成形型中に加圧注入することにより、セラミックス成形
   体を作製することを特徴とするセラミックスの成形方
   法。
2. 【請求項２】 上記セラミックス坏土の調製が、真空土
   練工程により成されていることを特徴とする、請求項１
   記載のセラミックスの成形方法。
3. 【請求項３】 上記セラミックス坏土の成形型中への加
   圧注入が、一旦坏土保持部に該セラミックス坏土を保持
   させた後に成されることを特徴とする、請求項１、又は
   ２記載のセラミックスの成形方法。