JPH08108415A

JPH08108415A - セラミックスの成形方法

Info

Publication number: JPH08108415A
Application number: JP27170494A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tsuto; 宏之津戸; Atsushi Suzuki; 敦鈴木; Eiji Fukuda; 英二福田; Keizo Tsukamoto; 惠三塚本; Shigeru Takahashi; 繁高橋
Original assignee: Nihon Cement Co Ltd
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1994-10-11
Filing date: 1994-10-11
Publication date: 1996-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】セラミックス杯土の成形型中における流動性
を向上させ、均質な成形体を大掛かりな設備を使用する
ことなく作製することのできるセラミックスの成形方法
を提供すること。【構成】セラミックス粉末に溶媒、成形助剤を配合、
混練して得られたセラミックス坏土を、成形型中に加圧
注入した後、該成形型中のセラミックス杯土に、１０kg
/cm²以上の変動幅を有する成形圧力を加えながら成形す
ることとした。

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、及び加圧鋳込
み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該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、加圧鋳込み成形法とは、セラミック
ス粉末に水、解膠剤等の成形助剤を添加混練して泥漿と
し、この泥漿を吸水性を有する型、或いは吸引が可能の
型内に加圧注入することにより、セラミックス成形体を
作製する方法である。

【０００５】さらに、近年においては、真空土錬工程に
より調製されたセラミックス杯土を、杯土保持部に入れ
て一旦保持した後、該セラミックス杯土を成形型に加圧
注入し、セラミックス成形体を作製する方法（例えば特
開平1-304902）も開発されている。

【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、加圧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、上記した真空土錬工程により調製
されたセラミックス杯土を、杯土保持部に入れて一旦保
持した後、該セラミックス杯土を成形型に加圧注入する
方法においては、原料として用いるセラミックス杯土が
硬く、流動性が不十分で均質な成形体が得にくく、この
為このようなセラミックス杯土を成形するには、成形圧
力を２００〜３００kg/cm²と極めて大きくすることが必
要となり、この成形圧力に耐える材質の型が必要となる
と共に、設備的には大型化するという課題が存在した。

【０００９】本発明は、上述した従来のセラミックスの
成形方法が有する種々の課題に鑑みなされたものであっ
て、その目的は、セラミックス杯土の成形型中における
流動性を向上させ、均質な成形体を大掛かりな設備を使
用することなく作製することのできる、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、セラミックス杯土
の成形時にその成形圧力を変動させると、杯土の粒子間
の凝集構造が破壊され、型内における杯土が流動し易く
なることを見出し、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溶
媒、成形助剤を配合、混練して得られたセラミックス坏
土を、成形型中に加圧注入した後、該成形型中のセラミ
ックス杯土に、変動する成形圧力を加えながら成形する
ことを特徴とする、セラミックスの成形方法とした。

【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、成形型中に加圧注入されたセラミック
ス坏土に、変動する成形圧力を加えながら成形すること
としたため、成形助剤によって凝集した構造となってい
るセラミックス杯土に、その凝集構造を破壊させるスト
レス（機械的応力）が生じ、セラミックス坏土が型内に
おいて流動し易くなり、密度の均質な成形体を得ること
が可能となる。

【００１３】ここで、上記本発明において加える成形圧
力の変動値、即ち成形圧力の最大値と最小値との差は、
１０kg/cm²以上とすることが好ましい。これは、成形助
剤によって凝集した状態にあるセラミックス杯土の凝集
構造を破壊させる程のストレスを、該セラミックス杯土
に生じさせるには１０kg/cm²以上の成形圧力の変動が必
要であることが、試験により判明したためである。

【００１４】また、上記本発明において成形型中のセラ
ミックス杯土に加える成形圧力の変動速度は、０．１kg
/cm²・sec 以上とすることが好ましい。これは、例え１
０kg/cm²以上の変動する成形圧力をセラミックス杯土に
加えたとしても、その成形圧力の変動速度が０．１kg/c
m²・sec に満たない速度では、やはりセラミックス杯土
にその凝集構造を破壊させる程のストレスを生じさせる
こができないためである。また、上記本発明において成
形型中のセラミックス杯土に圧力を加える時間は、１０
〜１２０min とすることが好ましい。これは、時間が１
０min に満たない場合は、成形体密度が十分に上がら
ず、逆に１２０min を越える場合は、成形工程が長くな
り生産性の点で好ましくないためである。

【００１５】なお、上記した変動する成形圧力のセラミ
ックス杯土への加圧時間は、成形体の形状・容積等によ
って変わり、複雑な形状のもの程加圧時間を長くする。
また、成形圧力を変動させる方法は、特には限定され
ず、例えばプランジャー式成形機により加圧する装置に
おいては、圧力調節バルブ等により容易に変動させるこ
とができる。

【００１６】さらに、上記本発明において用いるセラミ
ックス坏土は、セラミックス粉末、成形助剤、及び溶媒
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、Ｚｒ、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、使用するセラミックス粉末により適宜選択する。

【００１７】上記セラミックス粉末の調合割合は、セラ
ミックス粉末１００重量部に対し、溶媒１０〜４５重量
部、成形助剤０．５〜３０重量部とすることが好まし
い。これは、溶媒の割合が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】また、本発明においては、上記セラミック
ス坏土の調製を、真空土練工程により行うことが好まし
い。これは、真空土練工程によれば、セラミックス坏土
の調製時に減圧状態となるため、該坏土中の溶媒の拡散
が著しくなり、坏土の液層膜の生成が速くなって均質な
坏土が得られるためである。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る。

【００１９】さらに、本発明では、上記セラミックス坏
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することが好
ましい。これは、セラミックス坏土を一旦坏土保持部に
保持させることにより、均質な坏土を準備することがで
き、また、成形圧力の変動幅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
とができるためである。

【００２０】なお、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場合の坏土保持部（即ち、注
入・保持手段）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方式等も用
いることができる。また、坏土保持部の成形型への注入
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。

【００２１】また、上記調製されたセラミックス坏土を
加圧注入する成形型としては、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、成形型の材質は特には限定されず、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。

【００２２】

【実施例】以下、上記した本発明にかかるセラミックス
の成形方法の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】−実施例− 平均粒径０．５μｍのアルミナ粉末１００重量部に、蒸
留水２５重量部、成形助剤としてメチルセルロースを表
１に示す割合で添加し、加圧ニーダーにて混練した。

【００２４】その後、混練した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複数本押し出し、該セラミッ
クス坏土を、プランジャー式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。

【００２５】次に、１００×１００×２０ｍｍの板を作
製するための成形型を上記プランジャー式成形装置に連
結し、該成形型に坏土保持部に保持させた上記セラミッ
クス坏土を加圧注入した後、該成形型中のセラミックス
杯土に、図１に示す成形圧力パターンで、表１に示す最
大値と最小値の間で表１に示す変動速度で変動する成形
圧力を３０min 加え、セラミックス坏土を成形した。

【００２６】上記操作により得られたセラミックス坏土
の成形体を、型より脱型し、乾燥させた後、その成形体
の亀裂の有無を観察した。また、得られた成形体を、恒
温器を用いて１０℃／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、得られた各々
の脱脂体の外観亀裂の有無を観察した。乾燥後、及び脱
脂後の各々の成形体の上記観察結果を、表１に記載す
る。

【００２７】−比較例− 比較のため、成形型中の上記セラミックス杯土に加える
成形圧力を、変動させずに３０kg/cm²の一定の圧力と
し、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、乾燥後、及び脱脂後の成形体の外
観亀裂の有無を観察し、その観察結果を表１に併記す
る。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１から、成形圧力の最大値と最小値との
差が１０kg/cm²以上、その成形圧力の変動速度が０．１
kg/cm²・sec 以上、かつ成形助剤の添加量が０．５〜３
０重量部の範囲内では、成形体及び脱脂体ともに亀裂は
生じていないことが判明する（実施例１〜３参照）。ま
た、成形圧力の最大値と最小値との差が１０kg/cm²以上
でも、その成形圧力の変動速度が０．１kg/cm²・sec に
満たない速度で有る場合には、成形体が不均一となり、
乾燥後に亀裂が生じていることが判明する（実施例４参
照）。さらに、成形圧力の最大値と最小値との差が１０
kg/cm²未満では、やはり成形体が不均一となり、乾燥後
に亀裂が生じていることが判明し（実施例５参照）、ま
た成形助剤の添加量が０．５重量部未満では成形体に亀
裂が生じ、３０重量部以上では脱脂体に亀裂が生じてい
ることが判明する（実施例６，７参照）。さらに、実施
例と比較例との比較から、成形圧力を変動させると均一
な成形体を低圧力でも作製できることが判明する。

【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、成形型中に加圧注入されたセラミッ
クス坏土に、変動する成形圧力を加えながら成形するこ
とに最大の特徴を有するものであり、これによって、成
形助剤によって凝集した構造となっているセラミックス
杯土に、その凝集構造を破壊させるストレス（機械的応
力）が生じ、セラミックス坏土が型内において流動し易
くなり、低圧力でも密度の均質な成形体を得ることがで
きる効果がある。また、本発明によれば、従来の一定の
高圧力を加える成形方法に比して、成形型の強度をさほ
ど必要とせず、また大掛かりな設備を用いること無く、
効果的に成形体の均一性を向上させることができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】成形型中のセラミックス杯土に加える成形圧力
パターンを示した図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス粉末に溶媒、成形助剤を配
合、混練して得られたセラミックス坏土を、成形型中に
加圧注入した後、該成形型中のセラミックス杯土に、変
動する成形圧力を加えながら成形することを特徴とす
る、セラミックスの成形方法。
【請求項２】上記成形型中のセラミックス杯土に加え
る成形圧力の最大値と最小値との差が、１０kg/cm²以上
であ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。
【請求項３】上記成形型中のセラミックス杯土に加え
る成形圧力の変動速度が０．１kg/cm²・sec 以上であ
り、かつ成形時間が１０〜１２０min であることを特徴
とする、請求項１、又は２記載のセラミックスの成形方
法。
【請求項４】上記セラミックス坏土の調合割合が、セ
ラミックス粉末１００重量部に対し、溶媒１０〜４５重
量部、成形助剤０．５〜３０重量部であることを特徴と
する、請求項１、２又は３記載のセラミックスの成形方
法。