JPH08277164A - 窒化珪素系セラミックス成形体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 曲げ強度の高い窒化珪素系セラミックス成形
体とその製造方法を提供する。 【構成】 窒化珪素粉末と有機バインダーを含有するセ
ラミックス成形体において、含まれる有機バインダー主
成分が（１）の化学構造を有するポリアクリル系ポリマ
ーであることを特徴とする高強度の窒化珪素セラミック
ス成形体、および窒化珪素粉末と水に有機バインダー主
成分として（１）の化学構造を有するポリアクリル系ポ
リマーを加えてスラリーを調製し、スプレードライヤー
で噴霧乾燥して造粒粉を作製した後、乾式加圧成形する
窒化珪素系セラミックス成形体の製造方法。 【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は窒化珪素系セラミックス
製品の製造に用いるセラミックス成形体およびその製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】窒化珪素は曲げ強度、破壊靭性、耐熱衝
撃性に優れており、構造用セラミックス材料として広く
応用されている。

【０００３】窒化珪素製品の製造に用いられるセラミッ
クス成形体の作製方法としては、乾式加圧成形法、射出
成形法、鋳込み成形法など幾つかの方法が知られてい
る。

【０００４】この内、乾式加圧成形法は、平均粒径０．
５〜２μｍ程度の原料粉に有機バインダー、可塑剤等を
混合した数１０〜数１００μｍの顆粒（造粒粉）を作製
し、これを金型、ラバー等に充填し、一軸プレス、ＣＩ
Ｐ（冷間静水圧プレス）を用いて通常１００〜２００Ｍ
Ｐａの圧力で加圧し、所定の形に造形する方法である。

【０００５】造粒粉は多くの場合、原料粉および有機バ
インダー、分散剤、可塑剤等に水を混合してスラリーを
調製し、このスラリーをスプレードライヤーを用いて噴
霧乾燥することにより得られる。

【０００６】このような方法で得られた成形体は必要に
より加工された後、脱脂、焼成、焼結体加工の各工程を
経て最終製品となる。

【０００７】乾式加圧成形法では、スプレードライヤー
で造粒された造粒粉を直接、成形して得られる成形体の
三点曲げ強度はバインダー量が１〜３ｗｔ％の場合、せ
いぜい約１〜１．５ＭＰａ程度である。

【０００８】しかしながら、大きさ数１０ｃｍ以上の大
型の成形体を取り扱う場合、この程度の強度では不十分
であり、成形体のハンドリングの際に破損が生じやす
い。

【０００９】特に、ＣＩＰ成形を行う場合、減圧時に割
れを発生し、歩留まりの低下を招きやすくなる。また、
成形体に加工を施す場合には、加工中にクラックが発生
しやすくなる。

【００１０】このような問題を解決するには、成形体の
強度をさらに向上させることが必要である。

【００１１】成形体の強度を高くするには有機バインダ
ーの量を増やすことが有効であるが、その場合、脱脂時
間が長くなったり、焼成後の製品の密度が低くなった
り、或いは焼成収縮が大きくなるため寸法制御が困難と
なる問題を生じる。

【００１２】また、造粒粉が硬くなり過ぎ、加圧成形時
に造粒粉が変形しにくく、成形体の密度が低くなり、逆
に強度の低下を招く場合もある。

【００１３】従って、脱脂、焼成工程を考えると、バイ
ンダーの量はできるだけ少ない方が望ましい。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、窒化珪素系
セラミックスの高強度の成形体を得ることを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では有機バインダーの化学構造と成形体の
強度との関係について鋭意検討した結果、ある特定の化
学構造を有するポリアクリル系ポリマーを有機バインダ
ーとして用いた場合に好ましい結果が得られることを見
いだし、本発明を完成させるに至ったのである。即ち、
本発明は以下の通りである。

【００１６】（１）窒化珪素粉末と有機バインダーを含
有するセラミックス成形体において、含まれる有機バイ
ンダー主成分が以下の式１の構造を有するポリアクリル
系ポリマーであることを特徴とする高強度の窒化珪素セ
ラミックス成形体。

【００１７】

【化２】

【００１８】（２）窒化珪素粉末と水に有機バインダー
主成分として式１を有するポリアクリル系ポリマーを加
えてスラリーを調製し、スプレードライヤーで噴霧乾燥
して造粒粉を作製した後、乾式加圧成形する（１）記載
の窒化珪素系セラミックス成形体の製造方法。

【００１９】

【作用】以上の発明によれば式１の特定の化学構造を有
するポリアクリル系バインダーを用いることにより、高
強度のセラミックス成形体が得られるため、ＣＩＰ成形
時や成形体運搬等のハンドリング時および成形体加工時
の破損を防ぐことができる。

【００２０】本発明において高強度の成形体が得られる
のは式１におけるエステル基Ｒをメチル基またはエチル
基としたことに関係している。

【００２１】本バインダーは窒化珪素粉末との濡れ性を
改善するとともに、粉体の潤滑性を向上させていると考
えられ、結果的に高強度の成形体が得られると推測され
る。

【００２２】本発明で用いるバインダーの量はセラミッ
クス原料粉に対し２〜７ｗｔ％程度が望ましい。

【００２３】バインダーの量が多すぎると造粒粉が硬く
なり過ぎ、成形体の密度や強度の低下を招いたり、脱バ
インダーの時間が長くなる問題を生じる。

【００２４】なお、本発明の適用範囲は原料粉が窒化珪
素を主成分とする場合に限定され、他のセラミックス原
料が主体となる場合には、必ずしも成形体の高強度化の
効果が大きくはない。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例とともにより
具体的に説明する。

【００２６】

【実施例１、２、比較例１〜４】平均粒径約１μｍの窒
化珪素原料粉末１００重量部に対し、分散剤を０．５重
量部添加し、水を加えて、粉体濃度５５％の窒化珪素ス
ラリーを作製した。

【００２７】さらに、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）
または式２〜式６の構造を有するポリアクリル系ポリマ
ーを各々固形分換算で５．０重量部加えた後、スプレー
ドライヤーを用いて造粒し、大きさ約６０μｍの球状の
造粒粉を得た。

【００２８】得られた造粒粉を１５０ＭＰａでＣＩＰ成
形し、三点曲げ強度測定用試料を作製した。

【００２９】試料の大きさは１０ｍｍ×１４ｍｍ×８０
ｍｍの直方体とし、スパン３０ｍｍ、クロスヘッド速度
０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で三点曲げ強度の測定を行っ
た。測定結果を実施例１、２、比較例１〜４として第１
表に示す。

【００３０】表から判るように本発明の実施例のバイン
ダーを用いた場合、他のバインダーを用いたものに比べ
て高強度の成形体を得ることができる。

【００３１】

【化３】

【００３２】

【化４】

【００３３】

【化５】

【００３４】

【化６】

【００３５】

【化７】

【００３６】

【表１】

【００３７】

【発明の効果】以上の通り、本発明を用いてセラミック
ス成形体を製造した場合、高強度の成形体が得られるた
め、ＣＩＰ成形の減圧時の割れ、成形体ハンドリング時
の破損、成形体加工時のクラックを防ぐことができ、セ
ラミックス製品の製造歩留を大幅に改善することが可能
となる。従って、本発明は各種セラミックス製品の製造
技術として非常に有用である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化珪素粉末と有機バインダーを含有す
   るセラミックス成形体において、含まれる有機バインダ
   ー主成分が以下の式１の構造を有するポリアクリル系ポ
   リマーであることを特徴とする高強度の窒化珪素セラミ
   ックス成形体。 【化１】
2. 【請求項２】 窒化珪素粉末と水に有機バインダー主成
   分として式１の構造を有するポリアクリル系ポリマーを
   加えてスラリーを調製し、スプレードライヤーで噴霧乾
   燥して造粒粉を作製した後、乾式加圧成形する請求項１
   記載の窒化珪素系セラミックス成形体の製造方法。