JPH08277167A - セラミックス成形体およびその製造方法 - Google Patents

セラミックス成形体およびその製造方法

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JPH08277167A
JPH08277167A JP7103188A JP10318895A JPH08277167A JP H08277167 A JPH08277167 A JP H08277167A JP 7103188 A JP7103188 A JP 7103188A JP 10318895 A JP10318895 A JP 10318895A JP H08277167 A JPH08277167 A JP H08277167A
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JP
Japan
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weight
parts
ceramic
molded body
granulated powder
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JP7103188A
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Shinya Naruki
紳也 成木
Hidehiro Endo
英宏 遠藤
Koji Watanabe
宏二 渡辺
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高強度のセラミックス成形体とその製造方法
を提供する。 【構成】 セラミックス原料粉末100重量部に対し有
機バインダーとしてPVAを固形分換算で2〜7重量部
添加し、所定形状に成形されたセラミックス成形体にお
いて、含有する水分の量が成形体100重量部に対し
0.4〜1.0重量部とすることにより、室温での三点
曲げ強度を2MPa以上とするセラミックス成形体とそ
の製造方法。また、有機バインダーとしてポリアクリル
系ポリマーを固形分換算で2〜7重量部添加し、所定形
状に成形されたセラミックス成形体において、含有する
水分の量が成形体100重量部に対し0〜0.6重量部
とすることにより、室温での三点曲げ強度が2MPa以
上とするセラミックス成形体とその製造方法。

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】構造用セラミックス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。
【0003】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。
【0004】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。
【0005】加えられる有機バインダーとしてはポリビ
ニルアルコール(PVA)、ポリアクリル系樹脂、セル
ロース系樹脂等が一般的であり、原料粉100重量部に
対し、通常1〜10重量部添加される。得られた成形体
は必要により加工された後、脱脂、焼成、加工の各工程
を経て最終製品となる。
【0006】有機バインダーとしてPVAを用いた場
合、スプレードライヤーで造粒したバインダー1〜3w
t%含む造粒粉を成形して得られる成形体の三点曲げ強
度は、成形直後では約1〜1.5MPa程度である。
【0007】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。
【0008】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。
【0009】このような問題を解決するには、成形体の
強度を少なくとも2MPa以上に改善することが必要で
ある。
【0010】成形体の強度を高くするにはバインダーの
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。
【0011】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。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。
【0012】また、成形体強度を向上させる方法とし
て、最近の報告によれば、バインダーとしてPVAを含
む造粒粉の水分量を様々に変化させて成形体を作製した
後、一定の環境下(温度、湿度)に放置し、成形体内の
水分量を一定にしてから強度を比較した場合、造粒粉の
水分が多くなるほど成形体の強度が高くなることが知ら
れている(日本化学会誌,1994(4),p.381
(1994).、および日本セラミックス協会学術論文
誌102(11),p.1075(1994).)。
【0013】このような造粒粉の水分調整は主として、
成形性の向上、即ち、造粒粉の加圧時の変形を容易に
し、造粒粉の変形が不十分であった事に基づく成形体内
の欠陥を除去する目的で行われており、例えば、特公平
6―8201においては造粒を40〜90℃に加熱しつ
つ行い、水分量を造粒粉100重量部に対し1.5〜7
重量部に制御することが有効であることを述べている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明は高強度(三点
曲げ強度2MPa以上)のセラミックス成形体を得るこ
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、スプレードライ法で得られる造粒粉
を用いた場合、セラミックス成形体の強度が低くなる原
因を検討したところ、 1)造粒粉が硬く成形性が悪い 2)成形後の造粒粉粒子間の結合強度が低い の、2つが主原因であることを突き止め、これらを改善
するには造粒粉の水分量をある特定の値に制御すること
が有効であることを見い出し、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)セラミックス原料粉末100重量部
に対し有機バインダーとしてポリビニルアルコール(P
VA)を固形分換算で2〜7重量部添加し、所定形状に
成形されたセラミックス成形体において、含有する水分
の量が成形体100重量部に対し0.4〜1.0重量部
であり、室温での三点曲げ強度が2MPa以上であるこ
とを特徴とするセラミックス成形体。
【0017】(2)セラミックス原料粉末100重量部
に対しポリビニルアルコール(PVA)を2〜7重量部
含むセラミックス造粒粉をスプレードライヤーを用いて
作製し、造粒粉に含まれる水分の量を造粒粉100重量
部に対し0.4〜1.0重量部になるように制御した
後、100MPa以上の圧力で加圧成形を施すことによ
り室温での三点曲げ強度が2MPa以上の成形体を得る
セラミックス成形体の製造方法。
【0018】(3)セラミックス原料粉末100重量部
に対し有機バインダーとしてポリアクリル系ポリマーを
固形分換算で2〜7重量部添加し、所定形状に成形され
たセラミックス成形体において、含有する水分の量が成
形体100重量部に対し0〜0.6重量部であり、室温
での三点曲げ強度が2MPa以上であることを特徴とす
るセラミックス成形体。
【0019】(4)セラミックス原料粉末100重量部
に対しポリアクリル系ポリマーを2〜7重量部含むセラ
ミックス造粒粉を作製し、100MPa以上の圧力で加
圧成形を施すセラミックス成形体の製造方法において、
成形前の造粒粉の水分量を造粒粉100重量部に対し0
〜0.6重量部とすることにより室温での三点曲げ強度
が2MPa以上の成形体を得るセラミックス成形体の製
造方法。
【0020】
【作用】以上の発明によれば造粒粉の水分調整により、
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。
【0021】本発明の第1は有機バインダーとしてPV
Aを用いる場合で有り、請求項1および請求項2がこれ
に該当する。
【0022】本発明の請求項1および請求項2におい
て、水分量を成形体または造粒粉100重量部に対し
0.4〜1.0重量部の範囲に限定したのは、水分量を
0.4重量部よりも少なくした場合、強度が低く、ま
た、水分量を1.0重量部よりも多くした場合には離型
性が悪くなったり、強度が低下するためである。水分量
は好ましくは0.5〜0.7重量部にするのが良い。
【0023】通常、スプレードライヤーにより得られる
造粒粉の水分量は0.1〜0.2重量部程度であるた
め、本発明の実施には水分量を増やす必要がある。
【0024】この手段としては、造粒粉に適量の水を加
えV字ミキサー等で混合する方法等が水分を均一に加え
る方法として有効である。
【0025】なお、前に述べたように、水溶性バインダ
ーを含む造粒粉の水分調整は、成形時に造粒粉の変形が
不十分であった事に基づく成形体内の欠陥を除去する目
的で行われるが、その水分範囲は特公平6―8201に
記載されている1.5〜7wt%程度であり、本発明の
水分量の範囲はこれに比べて非常に少ない。
【0026】また、造粒粉の水分が多くなるほど成形体
の強度が高くなるという報告が最近なされているが(日
本化学会誌,1994(4),p.381(199
4).、および日本セラミックス協会学術論文誌102
(11),p.1075(1994).)、これらの報
告では種々の水分量を有する成形体を一定の環境下(温
度、湿度)に放置し、成形体内の水分量を一定にしてか
ら強度を比較している。
【0027】しかしながら、製造現場において、CIP
減圧時の割れ等が問題となる場合においては、成形時点
での強度が重要であるにもかかわらず、その点を明らか
にした報告は今までなかった。
【0028】本発明では成形直後の成形体の曲げ強度を
検討することにより、成形体強度を向上させるのに有効
な造粒粉の水分量は0.4〜1.0wt%の限られた範
囲であり、これ以上の水分の添加はかえって強度の低下
を招くことを見いだしている。
【0029】なお、本発明の請求項1および2の適用範
囲は有機バインダーとしてPVAを用いる場合に限定さ
れ、後に述べるアクリル系樹脂など他のバインダー等を
用いた場合には適用できない。
【0030】発明者らはこの理由が、PVAが水分子と
化学結合し、バインダーとしての特性を向上させるため
であることを見い出している。
【0031】アクリル系樹脂等においては、水分の添加
により成形性は向上するものの、成形体強度は低下して
しまう。
【0032】なお、PVAをセラミックス原料粉末10
0重量部に対し3〜5重量部添加したセラミックス造粒
粉において、含まれる水分の量を造粒粉100重量部に
対し0.5〜0.6重量部になるよう制御し、200M
Pa以上の圧力で加圧成形した場合、室温での三点曲げ
強度が3MPa以上の高強度の成形体を得ることも可能
である。
【0033】本発明の第2は有機バインダーとしてポリ
アクリル系ポリマーを用いる場合であり、請求項3およ
び請求項4がこれに該当する。
【0034】バインダーとしてポリアクリル系ポリマー
を用いた場合、従来のPVAの場合と同じように水分量
を増やしていくとかえって強度が低下することを見いだ
し、水分量の適正範囲を定めた。
【0035】すなわち、本発明の請求項3および4にお
いて水分量を成形体または造粒粉100重量部に対し
0.6重量部以下の範囲に限定したのは、水分量を0.
6重量部よりも多くした場合、強度が低下するためであ
る。
【0036】本発明で用いるPVAおよびポリアクリル
系ポリマーの量はセラミックス原料粉末100重量部に
対し固形分換算で2〜7重量部、より好ましくは3〜5
重量部とすることが望ましい。
【0037】バインダー量が少ないと成形体強度が低く
なり、逆にバインダー量が多くなると、前述のように脱
脂工程の長時間化、焼成密度の低下の問題が発生する。
【0038】また、成形圧力は一般的な条件である10
0〜200MPa程度で良いが、勿論この圧力以上でも
構わない。
【0039】
【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。なお、実施例1〜5は有機バインダ
ーとしてPVAを用いた例であり、実施例6〜11は有
機バインダーとしてポリアクリル系ポリマーを用いた例
である。
【0040】
【実施例1〜5】平均粒径約1μmのアルミナ原料粉末
100重量部に対し、PVAを固形分換算で1.5〜6
重量部、分散剤を0.5重量部添加し、水を加えて、ア
ルミナスラリーを作製した。
【0041】これをスプレードライヤーを用いて造粒
し、大きさ50〜70μmの球状の造粒粉を得た。造粒
粉の水分量を造粒粉100重量部に対し0.2〜2.1
重量部になるよう調整した。
【0042】得られた造粒粉を80〜200MPaでC
IP成形し、三点曲げ強度測定用試料を作製した。
【0043】試料の大きさは20mm×20mm×80
mmの直方体とし、スパン50mm、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1〜5、比較例1〜6として第1
表に示す。
【0044】表から明らかなように、本発明の条件の範
囲内で成形体を製造した場合(実施例1〜5)、強度が
非常に優れた成形体を得ることができる。
【0045】なお、比較例1および実施例1、2で使用
した造粒粉を用い、直径330mm、高さ20mmの円
柱状の成形体をCIPで作製したところ、比較例1の造
粒粉を用いた場合には成形体に割れが発生したが、本発
明の実施例1、2の造粒粉を用いた場合には割れの無い
健全な成形体を得ることができた。
【0046】
【実施例6〜11】平均粒径約1μmのアルミナ原料粉
末100重量部に対し、バインダーとしてポリアクリル
系ポリマーを固形分換算で1.5〜6重量部、分散剤を
0.5重量部添加し、水を加えて、アルミナスラリーを
作製した。
【0047】これをスプレードライヤーを用いて造粒
し、大きさ50〜70μmの球状の造粒粉を得た。造粒
粉の水分量を造粒粉100重量部に対し0.2〜2.1
重量部になるよう調整した。
【0048】得られた造粒粉を80〜200MPaでC
IP成形し、三点曲げ強度測定用試料を作製し、実施例
1〜5と同様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6〜11、比較例7〜12として第2表
に示す。
【0049】表から明らかなように、本発明の条件の範
囲内で成形体を製造した場合(実施例6〜11)、強度
が非常に優れた成形体を得ることができる。
【0050】
【表1】
【0051】
【表2】
【0052】
【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、造粒粉の水分量を特定の値に
より制御するだけで高強度の成形体が得られるため、C
IP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。
【0053】従って、本発明は各種セラミックス製品の
製造、特に大型の構造用セラミックス製品の製造におい
て非常に有用である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックス原料粉末100重量部に対
    し有機バインダーとしてポリビニルアルコール(PV
    A)を固形分換算で2〜7重量部添加し、所定形状に成
    形されたセラミックス成形体において、含有する水分の
    量が成形体100重量部に対し0.4〜1.0重量部で
    あり、室温での三点曲げ強度が2MPa以上であること
    を特徴とするセラミックス成形体。
  2. 【請求項2】 セラミックス原料粉末100重量部に対
    しポリビニルアルコール(PVA)を2〜7重量部含む
    セラミックス造粒粉をスプレードライヤーを用いて作製
    し、造粒粉に含まれる水分の量を造粒粉100重量部に
    対し0.4〜1.0重量部になるように制御した後、1
    00MPa以上の圧力で加圧成形を施すことにより室温
    での三点曲げ強度が2MPa以上の成形体を得るセラミ
    ックス成形体の製造方法。
  3. 【請求項3】 セラミックス原料粉末100重量部に対
    し有機バインダーとしてポリアクリル系ポリマーを固形
    分換算で2〜7重量部添加し、所定形状に成形されたセ
    ラミックス成形体において、含有する水分の量が成形体
    100重量部に対し0〜0.6重量部であり、室温での
    三点曲げ強度が2MPa以上であることを特徴とするセ
    ラミックス成形体。
  4. 【請求項4】 セラミックス原料粉末100重量部に対
    しポリアクリル系ポリマーを2〜7重量部含むセラミッ
    クス造粒粉を作製し、100MPa以上の圧力で加圧成
    形を施すセラミックス成形体の製造方法において、成形
    前の造粒粉の水分量を造粒粉100重量部に対し0〜
    0.6重量部とすることにより室温での三点曲げ強度が
    2MPa以上の成形体を得るセラミックス成形体の製造
    方法。
JP7103188A 1995-04-05 1995-04-05 セラミックス成形体およびその製造方法 Withdrawn JPH08277167A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006027914A (ja) * 2004-07-12 2006-02-02 Toray Ind Inc プレス成形用セラミックス顆粒

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006027914A (ja) * 2004-07-12 2006-02-02 Toray Ind Inc プレス成形用セラミックス顆粒

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