JPH08276410A - セラミックスの鋳込成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自硬性の樹脂を用いるスラリーにおいて、該
スラリーの粘度を従来より低くすることにより、そのス
ラリーをより複雑な形状の型内に隅々まで行き渡らせる
ことができる、セラミックスの鋳込成形方法を提供する
こと。 【構成】 セラミックス粉末と溶媒、水溶性アミノ系樹
脂０．５〜１０重量％（セラミックス粉末に対する割
合）及び樹脂硬化剤を混合したスラリーを非吸水性型に
注入し、そのスラリーを加熱して水溶性アミノ系樹脂を
硬化させることによりスラリーを固化させることとした
セラミックスの鋳込成形方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスの鋳込成
形方法に関し、特にスラリーの自硬硬化による鋳込成形
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】複雑な形状のセラミックス製品を成形す
る技術としては、鋳込成形法や射出成形法がある。しか
し、これらの方法はそれぞれ次の様な欠点を持ってい
る。 （鋳込成形法） 寸法精度が悪い。また、型への吸水に
よりスラリーが固化するため、水分の移動に伴い成形体
密度の不均一が起きる。 （射出成形法） 結合剤として多量のワックスを使用す
るため、脱脂工程が非常に長時間となる。また、大型製
品の場合、脱脂が困難となるため、製品を作製すること
は極めて難しい。

【０００３】このうち鋳込成形法の問題点を解決するた
め、例えば特開昭６３−２９９９０７には結合剤として
エポキシ樹脂を用いる方法が、特開平１−２１５７５０
には結合剤としてフェノール樹脂を用いる方法が示され
ている。これらは双方ともセラミックス粉末、水、分散
剤、前述の結合剤及び樹脂硬化剤を混合したスラリーを
非吸水性の型内に注入し、それぞれの樹脂の硬化、言い
換えれば自硬硬化によりスラリーを固化させて成形体を
得る方法である。これらの方法は、吸水によらない成形
であるため、均一な成形体を得ることが出来る利点があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の結合剤を用いたスラリーは、粘度が比較的高く、その
ため、より複雑な形状品の成形を行った場合には、型内
の隅々までスラリーが行き渡り難くなるという問題があ
った。また、粘度が高いため、スラリーを脱泡する工程
において気泡の残留が起きやすくなるという問題もあっ
た。このスラリーの流動性を増すために水の添加量を増
加させればよいが、それはセラミックス粉末の体積分率
が減少し、緻密な焼結体を得難くなってしまう。

【０００５】本発明は、上述した従来のセラミックスの
鋳込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、自硬性の樹脂を用いるスラリーにおい
て、該スラリーの粘度を従来より低くすることにより、
そのスラリーをより複雑な形状の型内に、隅々まで行き
渡らせることができるセラミックスの鋳込成形方法を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するため鋭意研究した結果、添加する結合剤を水
溶性アミノ系樹脂とすればスラリーの粘度を下げられる
との知見を得て本発明を完成した。

【０００７】この水溶性アミノ系樹脂は、他の自硬性樹
脂と同様、セラミックス粉末と溶媒、樹脂硬化剤と共に
混合してスラリーとし、そのスラリーを非吸水性型に注
入して加熱することにより、樹脂の重合反応によって水
を含んだままスラリーを固化させるものである。そのた
め、水分の移動がないので、均一で寸法精度の良い成形
体とすることができるとことに加えて、スラリーの粘度
が低いので、スラリーを型内の隅々まで行き渡らせるこ
とができる。スラリーの加熱は、樹脂の重合反応が促進
され、より短い時間で脱型が可能となるので、スラリー
を型に注入した後、直ちに４０〜８０℃の温度で加熱す
るのがよい。

【０００８】使用する水溶性アミノ系樹脂の添加量とし
ては、セラミックス粉末に対し０．５〜１０重量％とし
た（請求項１）。この範囲の量であれば、スラリーの粘
度を５Ｐａ・ｓ以下の低い粘度とすることができ、ま
た、充分な強度を持つ成形体とすることができる。さら
に、添加量もそれほど多くないので、脱脂を行わなくて
も焼結が可能である。０．５重量％より少ないとスラリ
ーが固化しなくなったり、成形体の強度が充分でなくな
る。１０重量％より多いと粘度が高くなったり、有機成
分量が多くなるので、緻密な焼結体が得難くなったり、
焼結体に反り、割れといった欠陥が生じる等の弊害が出
てくる。好ましくは２〜６重量％である。

【０００９】また、この水溶性アミノ系樹脂の内、より
好ましい樹脂としては、メラミン樹脂又はユリア−メラ
ミン共重合樹脂とした（請求項２）。樹脂がスラリー中
でどのような挙動を示しているかは明かではないが、水
中の樹脂が重合反応して硬化する際に三次元網目を構成
し、網目の隙間にセラミックス粉末及び溶媒を取り込み
成形体に保形性を持たせるものと考えられ、これらの樹
脂がその効果を最も発揮するものと思われる。

【００１０】樹脂を硬化するための硬化剤は必ず必要で
あるが、その種類としては、塩酸、塩化アンモニウム、
硫酸アルミニウム、塩化アニリン等が用いられ、その量
としては、樹脂に対し０．１〜５重量部必要であり、
０．５〜３重量％が好ましい。０．１重量％より少ない
とスラリーが固化し難くなり、５重量％より多くても特
に支障はないが、固化強度が高くなるなどの利点はみら
れない。

【００１１】その他のセラミックス粉末としては、溶媒
と反応しないものであれば酸化物、窒化物、炭化物等の
いずれも用いることができる。使用する溶媒としては、
水が最も好ましいが、アルコール等の有機溶媒を併用す
ることも可能である。その量はセラミックス粉末に対し
て１０〜３５重量％が好ましく、１５〜３０重量％がさ
らに好ましい。１０重量％より少ないとスラリーの粘度
が非常に高くなり成形し難くなる。また、気泡が残留し
やすくなる問題も生じる。３５重量％より多いとセラミ
ックス粉末の割合が小さくなり緻密な成形体を得難くな
る。

【００１２】この他にセラミックス粉末の分散をよくす
るために分散剤を使用することが望ましい。その種類は
セラミックス粉末の種類、粒度分布等によって種々使い
得るが、例えばポリカルボン酸やポリアクリル酸のアン
モニウム塩が好ましい。その量としては、セラミックス
粉末対し０．２〜１０重量％が好ましい。０．２重量％
より少ないと分散がうまくいかない場合があり、１０重
量％より多いとスラリーの増粘が著しい。

【００１３】成形に用いる型としては、吸水性の無い型
であればよく、金型、樹脂型、目止めした石膏型や木型
などが用いることができる。石膏型や多孔性樹脂型で
は、型への吸水が起きるため用いられない。型への注入
はスラリーの粘度が低粘度であるため、圧力をかけない
で注入できる。より特別に複雑な形状品でスラリーの行
き渡りが心配される場合でも、必要があれば数ｋｇｆ／
ｃｍ²以下の低い圧力をかければ充分隅々まで注入する
ことができる。

【００１４】本発明のセラミックスの鋳込成形方法をさ
らに詳細に述べると、用いる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粉末の他、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
体などの非酸化物粉末を使用する。

【００１５】これらセラミックス粉末に、溶媒、分散剤
等を加えて混合した後、水溶性アミノ系樹脂及び樹脂硬
化剤を添加してさらに混合してスラリーを作製する。そ
のスラリーを真空脱泡した後、吸水性のない型に圧力を
かけないで、あるいは必要があれば数ｋｇｆ／ｃｍ²以
下の圧力をかけて注入する。スラリーを充填した型を４
０〜８０℃に加熱して固化させた後、その成形体を慣用
の方法によって所定の雰囲気、焼成温度、焼成時間で焼
結する。

【００１６】以上、結合剤として水溶性アミノ系樹脂を
用いれば、低粘度のスラリーを作製することができ、そ
のスラリーを鋳込んで固化して焼結すればより複雑な形
状品でも問題なく焼結体を作製することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明をより詳細に説明する。

【００１８】（実施例１〜１０） （１）スラリーの作製 平均粒径が０．５μｍのアルミナ粉末１００重量％に対
し、イオン交換水、ポリカルボン酸系分散剤を表１に示
す割合で配合し、ボールミルで２４時間混合した。この
混合物にさらにメラミン樹脂又はユリア−メラミン共重
合樹脂と硬化剤として硫酸アルミニウムをアルミナ粉末
の体積分率がスラリーの５０％となるよう表１に示す割
合で添加し、ボールミルで混合してスラリーを作製し
た。

【００１９】（２）焼結体の作製 作製したスラリーを、アクリル樹脂の型に常圧で注入し
た後、型ごとを４０℃の恒温室に静置してスラリーを固
化した。得られた成形体を４０℃で一晩、１００℃で２
時間乾燥した後、大気中で１６００℃の温度で３時間保
持して焼結した。

【００２０】（３）評価 スラリーの軟らかさをみるため、粘度計（ＶＴ−０４、
リオン社製）で粘度を測定した。また、成形体の欠陥を
みるため、成形体を型から取り出し目視で観察して欠陥
の有無を調べた。焼結体の出来上がりをみるため、アル
キメデス法により焼結体の嵩密度を測定した。それらの
結果を表１に示す。

【００２１】（比較例１〜８）比較のために、比較例
１、２では、従来のフェノール樹脂を、比較例３、４で
は、エポキシ樹脂を用いる他は実施例と同じ原材料を用
い、表１に示す配合割合でもってスラリーを作製し、こ
のスラリーを実施例と同じ方法で焼結体を作製した後、
実施例と同様に評価した。また、比較例５〜８では、実
施例と同じ原材料を用い、表１の配合割合でもってスラ
リーを作製し、実施例と同様に焼結体を作製、評価し
た。それらの結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１から明らかなように、実施例１〜３、
６〜８においては、スラリーの粘度が０．５Ｐａ・ｓ以
下と極めて低粘度であり、硬化性樹脂を１０重量部加え
た実施例５、１０においてもスラリーの粘度が４Ｐａ・
ｓ以下と鋳込するに差し支えない粘度であった。また、
このスラリーから作製した成形体の欠陥も認められなか
った。さらに、この成形体を焼結した焼結体の嵩密度
は、いずれも３．９以上あり、高密度な焼結体が得られ
た。

【００２４】これに対して比較例１、３においては、ス
ラリーの粘度は鋳込するには差し支えない粘度ではある
ものの、硬化性樹脂の添加量が同じ実施例１、６よりス
ラリーの粘度が大幅に高くなっている。また、比較例
２、４においては、実施例３、８に比べてさらに大幅に
高くなっており、成形体において充填不足、あるいは坏
土化を起こして鋳込みできなくなっている。これによ
り、本発明の硬化性樹脂を用いた方がスラリーの行き渡
りがより完全となることが分かる。なお、これらの樹脂
を使って作製した比較例１〜４の焼結体の嵩密度は、有
機分は多くないにもかかわらず、アルミナ粉末あるいは
水に対する樹脂の親和性がアミノ系樹脂のそれに比べて
劣り混合状態が悪くなるためかいずれも実施例より低い
結果となっている。

【００２５】次に比較例５〜８においては、硬化性樹脂
の添加量が本発明の範囲外にあるので、スラリーが固化
しないか、あるいはスラリーの粘度が高くなりすぎて充
填不足を起こしてしまっていた。また、焼結体の嵩密度
も有機成分が多いため、実施例よりも低い値となってい
る。

【００２６】

【発明の効果】以上の通り、本発明にかかる鋳込成形方
法によれば、スラリーを極めて低粘度にすることができ
るので、より複雑な形状の型であっても、注入したスラ
リーが無加圧でも隅々まで完全に行き渡せることが可能
となった。このことにより、密度が均一で寸法精度がよ
く、取扱い時に損傷を生じない充分な強度を持ち、さら
に、脱脂工程を必要としないより複雑な形状を持つ成形
体が問題なく得られ、その成形体を焼結することによ
り、反りや割れが生じなく、嵩密度の高い焼結体が得ら
れるようになった。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス粉末と溶媒、水溶性アミノ
   系樹脂０．５〜１０重量％（セラミックス粉末に対する
   割合）及び樹脂硬化剤を混合したスラリーを非吸水性型
   に注入し、そのスラリーを加熱して水溶性アミノ系樹脂
   を硬化させることにより、スラリーを固化させることを
   特徴とするセラミックスの鋳込成形方法。
2. 【請求項２】 水溶性アミノ系樹脂が、メラミン樹脂又
   はユリア−メラミン共重合樹脂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鋳込成形方法。