JPH0891941A - Optical molding method for ceramic - Google Patents

Optical molding method for ceramic

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JPH0891941A
JPH0891941A JP6256190A JP25619094A JPH0891941A JP H0891941 A JPH0891941 A JP H0891941A JP 6256190 A JP6256190 A JP 6256190A JP 25619094 A JP25619094 A JP 25619094A JP H0891941 A JPH0891941 A JP H0891941A
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JP
Japan
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ceramic
slurry
molding
layer
hardened
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Application number
JP6256190A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Nakamura
好男 中村
Hideyasu Matsuo
秀逸 松尾
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Coorstek KK
Original Assignee
Toshiba Ceramics Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0891941A publication Critical patent/JPH0891941A/en
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide a method for molding ceramic capable of molding ceramic into a desired shape without requiring a fixed mold and minimizing post processing after molding. CONSTITUTION: This optical molding method for ceramic comprises (a) a process for preparing a slurry comprising ceramic powder, a binder having thermosetting properties and optionally a solvent, (b) a process for forming a ceramic slurry layer in fixed thickness by using the slurry, irradiating the slurry layer with infrared light in a fixed shape and hardening the slurry layer to form a ceramic hardened layer and (c) a process for continuously carrying out operations similar to those of the process (b) fixed times on or under the ceramic hardened layer obtained by the process (b) to successively laminate the ceramic hardened layers in the fixed shape and to mold a solid molded article of ceramic.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は耐熱性、耐薬品性、耐酸
化性等の優れた特性を示すセラミックスの成形方法に関
し、更に詳しくは、熱重合または熱架橋反応を行う熱硬
化性のセラミックス粉末スラリーを用いて, 赤外線照射
による熱硬化を活用して所定形状のセラミックス成形体
を得るセラミックスの光学的熱的成形方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for molding ceramics having excellent properties such as heat resistance, chemical resistance, and oxidation resistance. More specifically, thermosetting ceramics that undergo thermal polymerization or thermal crosslinking reaction. The present invention relates to an optical thermal molding method for ceramics, which uses a powder slurry to obtain a ceramics molded body having a predetermined shape by utilizing thermosetting by infrared irradiation.

【0002】[0002]

【従来の技術】セラミックスの製造工程には、焼結体の
特性に重要な影響を与えるセラミックス粉末の成形工程
が含まれている。従来、セラミックス粉末を用いる立体
的なセラミックス形状体の成形方法としては、所定形状
の成形型を用いて行う方法が一般的である。例えば、金
型を用いる乾燥粉末の乾式加圧成形、石膏型のような吸
水性の型を用いる粉末を含むスラリーのスリップキャス
ト成形、またゲル成形方法等反応性スラリーを特定の型
に充填し、重合、架橋、凝集等の反応により固化成形す
る方法等が知られている。
2. Description of the Related Art The manufacturing process of ceramics includes a molding process of ceramic powder which has an important influence on the characteristics of a sintered body. Conventionally, as a method of molding a three-dimensional ceramics-shaped body using ceramics powder, a method of using a molding die having a predetermined shape is generally used. For example, dry pressure molding of a dry powder using a mold, slip cast molding of a slurry containing a powder using a water-absorbing mold such as a gypsum mold, and also a gel molding method or the like is filled in a specific mold with a reactive slurry, A method of solidifying and molding by a reaction such as polymerization, crosslinking and aggregation is known.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記したように、従来の立体的セラミックス体の成形方法
は、いずれも特定型を用いるため成形し得る形状に、自
ずと限界があった。即ち、複雑な特別な形状を有する成
形体等は成形が難しい上、成形したとしても均質性に問
題があったり、ひび、割れ等の欠陥が生じ易いため成形
歩留りが低い等の問題点があった。また、一般に金型等
成形型は高価であり、また長期使用により摩耗するため
定期的な型交換が必要となる等のため、セラミックス製
品のコストアップの一因ともなっている。発明者らは、
上記従来法によるセラミックスの成形の問題に鑑み、高
価な成形型を用いることなく、立体的セラミックス成形
体、特に複雑形状または特殊形状の成形体が容易に歩留
りよく成形でき、得られる成形体が均質である成形方法
の提供を目的として、成形方法の全体的な再検討とセラ
ミックス成形材料等各種セラミックス技術、更に、異な
る技術分野での各種成形技術について鋭意検討した。特
に、成形技術での進展の著しいプラスチック分野につい
て再検討した。例えば、特開昭56−144478号公
報、特公昭63−40650号公報、特開平2−252
765号公報及び特開平3−104626号公報等があ
り、これらで提案されている技術は、いずれも光学的及
び熱的な反応性を有するプラスチック組成物を用いて光
造形により立体成形するものである。
However, as described above, in all of the conventional methods for forming a three-dimensional ceramic body, the shape that can be formed is limited because a specific mold is used. That is, a molded product having a complicated special shape is difficult to mold, and even if it is molded, there is a problem in homogeneity, and defects such as cracks and cracks are likely to occur, resulting in a low molding yield. It was Further, generally, a mold such as a metal mold is expensive, and it is worn out for a long period of time, so that it is necessary to periodically replace the mold, which is one of the causes of increasing the cost of the ceramic product. The inventors
In view of the problem of ceramics molding by the above-mentioned conventional method, a three-dimensional ceramics molded body, especially a molded body having a complicated shape or a special shape can be easily molded with a good yield without using an expensive molding die, and the obtained molded body is homogeneous. For the purpose of providing a molding method, the present invention thoroughly reviewed the molding method and various ceramic technologies such as ceramic molding materials, and further studied various molding technologies in different technical fields. In particular, we reexamined the plastics field, which has made remarkable progress in molding technology. For example, JP-A-56-144478, JP-B-63-40650, and JP-A-2-252.
There are Japanese Patent Laid-Open No. 765 and Japanese Patent Laid-Open No. 3-104626, and the techniques proposed therein are those in which three-dimensional molding is performed by stereolithography using a plastic composition having optical and thermal reactivity. is there.

【0004】しかし、これらはいずれもプラスチックの
成形に関するものであり、各種機械装置等の構造部材等
に使用可能な優れた機械的特性を有する実用的な成形体
を得ることはできない。また、特公昭63−40650
号公報等には改質用材料としてセラミックス粉末の混入
が開示されているが、セラミックス粉末を主成分として
光学的手法を用いるセラミックスの成形方法については
未だ検討もされていない。特に、セラミックス製品は最
終的には通常、約800℃以上の高温にて焼結するた
め、添加する光学的反応成分の影響等も未知である。そ
のため、発明者らは、更に上記プラスチック成形技術
を、セラミックス成形へ応用するために種々の検討をし
た結果、本発明を完成した。
However, these are all related to the molding of plastics, and it is not possible to obtain a practical molded product having excellent mechanical properties which can be used for structural members such as various mechanical devices. In addition, Japanese Examined Japanese Patent Publication Sho 63-40650
Although Japanese Patent Laid-Open Publications and the like disclose mixing of ceramic powder as a modifying material, a method of molding ceramics using a ceramic powder as a main component and an optical method has not been studied yet. In particular, since the ceramic product is normally sintered at a high temperature of about 800 ° C. or higher, the influence of the added optical reaction component is unknown. Therefore, the present inventors have completed various aspects of the present invention as a result of various studies to apply the above plastic molding technique to ceramics molding.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、(a)
セラミックス粉末及び熱硬化性を有する結合剤、更に要
すれば溶媒を含有してなるセラミックスラリーを調製す
る工程、(b)前記スラリーを用い所定厚さのセラミッ
クスラリー層を形成し、赤外線を所定形状に照射して、
該スラリー層を硬化させてセラミック硬化層とする工
程、及び、(c)前記(b)工程で得られたセラミック
硬化層上または下に前記(b)工程と同様の操作を連続
的に所定回数繰返して行う工程を有して構成され、前記
セラミック硬化層を所定形状に順次積層してセラミック
スの立体形状体を成形することを特徴とするセラミック
スの光学的成形方法が提供される。
According to the present invention, (a)
A step of preparing a ceramic slurry containing a ceramic powder, a thermosetting binder and, if necessary, a solvent, (b) forming a ceramic slurry layer of a predetermined thickness using the slurry, and forming infrared rays into a predetermined shape. Irradiate
The step of curing the slurry layer to form a ceramic hardened layer, and (c) the same operation as the step (b) above or below the ceramic hardened layer obtained in the step (b) are continuously performed a predetermined number of times. There is provided an optical molding method for ceramics, which is characterized by comprising repeated steps, wherein the hardened ceramic layers are sequentially laminated in a predetermined shape to form a three-dimensionally shaped ceramic body.

【0006】また、(1)セラミックス粉末及び熱硬化
性を有する結合剤、更に要すれば溶媒を含有してなるセ
ラミックスラリーを容器内に保持する工程、(2)前記
容器内に保持されるセラミックスラリー中に支持台をセ
ラミックスラリー表面から所定の深さの位置に設定する
工程、(3)前記容器内のセラミックスラリー表面に所
定形状に赤外線を照射し、該スラリー表面の一部を所定
の深さまで硬化させる工程、及び、(4)前記工程
(3)で形成されたセラミック硬化層を、該支持台を降
下させることによりセラミックスラリー表面から所定の
深さまで降下させて該硬化層表面上にセラミックスラリ
ーを導入する工程を有して構成され、前記工程(3)及
び(4)を繰り返して所定形状にセラミック硬化層を順
次積層してセラミックス立体形状体を成形することを特
徴とするセラミックスの光学的成形方法が提供される。
Further, (1) a step of holding a ceramic slurry containing a ceramic powder and a thermosetting binder, and optionally a solvent, in a container, (2) a ceramic held in the container A step of setting the support table at a predetermined depth from the surface of the ceramic slurry during the rally, (3) irradiating the surface of the ceramic slurry in the container with infrared rays in a predetermined shape, and making a part of the surface of the slurry at a predetermined depth. And (4) the ceramic hardened layer formed in the step (3) is lowered to a predetermined depth from the surface of the ceramic slurry by lowering the supporting base to form a ceramic on the hardened layer surface. And a ceramic hardened layer sequentially laminated in a predetermined shape by repeating the steps (3) and (4). Optical molding method of the ceramic, which comprises molding a three-dimensional shape is provided.

【0007】[0007]

【作用】本発明は上記のように構成され、セラミック粉
末に熱硬化性の結合剤を所定量、また要すれば溶媒を添
加して所定のセラミック粉末スラリーを調製し、そのセ
ラミックスラリーを用いることにより金型等の成形型を
用いることなく、セラミックスラリー層を所望形状に赤
外線照射してスラリー層を熱硬化させてセラミック硬化
層を形成することができる。また、赤外線熱硬化により
得られたセラミック硬化層の上または下に、再びセラミ
ックスラリー層の形成、赤外線照射、硬化及びセラミッ
ク硬化層の形成を繰返し順次セラミック硬化層を積層す
ることができ、成形型を用いることなく所望の立体形状
のセラミック成形体を得ることができる。従って、従来
の型を用いる成形法では成形不可能であった複雑形状等
の成形体の成形も可能となる。また、成形体が乾燥等に
おいて収縮する場合、従来法と異なり型による収縮障害
がなく自由に収縮できるため、クラックの発生等を抑え
ることができる。また、成形体全体が均質となると同時
に、予め設計した所望の成形体を得ることができ、ニア
ネット成形が可能である。
The present invention is constructed as described above, and a predetermined amount of a thermosetting binder and optionally a solvent are added to ceramic powder to prepare a predetermined ceramic powder slurry, and the ceramic slurry is used. Thus, it is possible to form a ceramic hardened layer by irradiating the ceramic slurry layer with infrared rays in a desired shape to heat-harden the slurry layer without using a molding die such as a mold. Further, it is possible to repeatedly form a ceramic slurry layer, infrared irradiation, curing and formation of a ceramic hardened layer again on or under the ceramic hardened layer obtained by infrared thermosetting to successively laminate the ceramic hardened layer. It is possible to obtain a desired three-dimensionally shaped ceramic molded body without using. Therefore, it is possible to mold a molded body having a complicated shape or the like, which cannot be molded by the conventional molding method using a mold. Further, when the molded product shrinks due to drying or the like, unlike the conventional method, it can be freely shrunk without a shrinkage failure due to the mold, so that the occurrence of cracks can be suppressed. Further, at the same time that the entire molded body becomes homogeneous, a desired molded body designed in advance can be obtained, and near net molding is possible.

【0008】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明で用いるセラミックス粉末は、アルミナ、ジルコニ
ア、シリカ、ムライト、コ−デイ エライト等の酸化物、
炭化ジルコニウム、炭化珪素、炭化チタン等の炭化物、
窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタン等の窒化物
など、またはこれらの混合物等の各種セラミックスを用
いることができる。また、上記セラミックス粉末は、ア
ルコキシシラ化合物、クロロシラン、シラザン等のシラ
ン化合物で表面処理して用いることもできる。シラン化
合物により表面処理したセラミックス粉末は、分散性が
高く好ましい。本発明のセラミックス粉末の粒径は、1
00μm以下、好ましくは50μm以下である。セラミ
ックスラリーの分散安定性のためである。
The present invention will be described in detail below. The ceramic powder used in the present invention includes oxides such as alumina, zirconia, silica, mullite and cordierite,
Carbides such as zirconium carbide, silicon carbide and titanium carbide,
Various ceramics such as nitrides such as aluminum nitride, silicon nitride and titanium nitride, or a mixture thereof can be used. The ceramic powder may be surface-treated with a silane compound such as an alkoxysila compound, chlorosilane, or silazane. Ceramic powder surface-treated with a silane compound is preferable because of its high dispersibility. The particle size of the ceramic powder of the present invention is 1
It is not more than 00 μm, preferably not more than 50 μm. This is because of the dispersion stability of the ceramic slurry.

【0009】本発明で用いる熱硬化性を有する結合剤と
しては、熱により重合又は架橋して硬化するいわゆる熱
硬化性成樹脂で、メラミン樹脂、フェノ−ル樹脂、エポ
キシ樹脂等である。一般に、これらの樹脂にセラミック
ス粉末を加えると、スラリ−の粘度が高くなり成形が困
難となるため、本発明においては、調製されるスラリー
が比較的流動性がよくなるような粘性の低い樹脂を適宜
選択することが好ましい。上記熱硬化性成樹脂は単独で
も赤外線の照射により硬化可能であるが、触媒を添加す
ることにより硬化速度を高めることができる。触媒とし
ては、酸、ルイス酸、塩基、光プロトン発生剤等であ
る。一般に、赤外線照射等光照射造形法では比較的長時
間の樹脂安定性が求められる場合が多いので、あまり活
性の高い触媒は好ましくない。熱硬化性結合剤の添加量
は、セラミックス100重量部に対して5〜100重量
部、好ましくは10〜60重量部である。結合剤の添加
量が5重量部より少ないと、硬化後、成形体の形態維持
力が弱く成形体が壊れ易い。一方、結合剤が60重量部
を超えて多いと、成形後の脱脂工程での時間が長くな
る。また、脱脂後、脱脂体における空隙の占める割合が
多くなり、結果として焼結時に収縮率が大きくなり緻密
化が困難となる、寸法設定が難しい等の問題が生じる。
本発明においては、赤外線熱硬化性結合剤のみでも成形
体の形態を維持するための強度は十分であるが、必要で
あれば通常のセラミックスの成形に用いられている結合
剤を添加併用することもできる。
The thermosetting binder used in the present invention is a so-called thermosetting synthetic resin which is polymerized or crosslinked and cured by heat, such as melamine resin, phenol resin and epoxy resin. Generally, when ceramic powder is added to these resins, the viscosity of the slurry becomes high and molding becomes difficult. Therefore, in the present invention, a resin having a low viscosity that makes the prepared slurry relatively flowable is appropriately used. It is preferable to select. The thermosetting synthetic resin can be cured by irradiation of infrared rays alone, but the curing rate can be increased by adding a catalyst. Examples of the catalyst include acids, Lewis acids, bases, photoproton generators and the like. Generally, in a light irradiation molding method such as infrared irradiation, a resin stability for a relatively long time is often required, and thus a catalyst having a very high activity is not preferable. The addition amount of the thermosetting binder is 5 to 100 parts by weight, preferably 10 to 60 parts by weight, based on 100 parts by weight of the ceramics. If the amount of the binder added is less than 5 parts by weight, the shape-maintaining force of the molded body is weak and the molded body is easily broken after curing. On the other hand, when the amount of the binder exceeds 60 parts by weight, the time required for the degreasing step after molding becomes long. Further, after degreasing, the proportion of voids in the degreased body increases, and as a result, the shrinkage rate increases during sintering, making it difficult to densify, and difficult to set dimensions.
In the present invention, the infrared thermosetting binder alone has sufficient strength for maintaining the shape of the molded body, but if necessary, the binder used in ordinary ceramics molding may be added and used in combination. You can also

【0010】上記熱硬化性成樹脂の粘度が高い場合等、
要すれば溶媒を添加してスラリーの粘度を調節すること
ができる。溶媒としては、他の構成成分及びセラミック
ス粒子と反応することなく、相溶性が高く、更に揮発性
が低く、且つ粘性の低い溶媒が好ましい。例えば、n−
ペンタノール、n−ヘキサノール等のアルコール類、シ
ュウ酸ジエチル, シュウ酸ジブチル, 酢酸2−(2−エ
トキシエトキシ)エチル等のエステル類である。また揮
発性が低く、且つ低粘性であれば重合性化合物、すなわ
ち重合性希釈剤も用いることができる。例えば、オクチ
レンオキサイド、ドデセンオキサイド、ブチルグリシジ
ルエーテル、フェニルグリシジルエ−テル、アルキレン
グリコ−ルジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコ
−ルジグリシジルエーテル等である。セラミックスラリ
ーにおける上記溶媒の含有量は、用いるセラミックス粒
子及び熱硬化性結合剤の特性により適宜選択することが
できる。即ち、結合剤の粘性が低く、かつ用いるセラミ
ックス粉末の粒径が比較的大きい場合には、スラリーの
粘性は比較的低いので、更に溶媒を添加する必要がな
い。しかしながら、上記したように一般に熱硬化性結合
剤の粘性は高いので、適宜溶媒を添加してスラリーの粘
性を低下させることは、光造形の作業性の点から好まし
い。通常、セラミックス粉末量に対し、5〜60重量%
添加する。
When the thermosetting synthetic resin has a high viscosity,
If necessary, a solvent can be added to adjust the viscosity of the slurry. As the solvent, a solvent having high compatibility, low volatility, and low viscosity without reacting with other constituent components and ceramic particles is preferable. For example, n-
Examples are alcohols such as pentanol and n-hexanol, and esters such as diethyl oxalate, dibutyl oxalate and 2- (2-ethoxyethoxy) ethyl acetate. A polymerizable compound, that is, a polymerizable diluent, can be used as long as it has low volatility and low viscosity. For example, octylene oxide, dodecene oxide, butyl glycidyl ether, phenyl glycidyl ether, alkylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether and the like. The content of the solvent in the ceramic slurry can be appropriately selected depending on the characteristics of the ceramic particles and the thermosetting binder used. That is, when the viscosity of the binder is low and the particle size of the ceramic powder used is relatively large, the viscosity of the slurry is relatively low, and it is not necessary to add a solvent. However, since the viscosity of the thermosetting binder is generally high as described above, it is preferable from the viewpoint of workability of stereolithography to appropriately add a solvent to reduce the viscosity of the slurry. Usually 5 to 60% by weight based on the amount of ceramic powder
Added.

【0011】本発明において、分散剤はセラミックスラ
リーで使用する結合剤の種類により添加の要否を選択す
ることができる。通常、スラリー中にセラミック粒子を
長時間安定的に分散させるため添加する。分散剤の種類
は、使用する結合剤との相溶性の良いもので、通常の分
散剤を用いることができる。例えば、界面活性剤等を用
いることができる。
In the present invention, the necessity of addition of the dispersant can be selected depending on the kind of the binder used in the ceramic slurry. Usually, it is added in order to stably disperse the ceramic particles in the slurry for a long time. The type of dispersant has good compatibility with the binder to be used, and ordinary dispersants can be used. For example, a surfactant or the like can be used.

【0012】本発明において、上記の各構成成分を撹拌
混合して調製した熱硬化性セラミックスラリーを用い
て、所定形状に赤外線照射してセラミック硬化層を形成
し、この硬化層を積層して、所望の立体形状のセラミッ
ク成形体を得ることができる。成形は、各赤外線照射操
作毎にスラリー層を形成して硬化して得たセラミック硬
化層を積層してもよいし、また、セラミックスラリーを
所定容器内に所定量保持して、適宜板状支持体上に所定
の厚さにスラリーを導入して所望形状に板状支持体上の
スラリーを赤外線照射して硬化してセラミック硬化層を
形成し、板状体を降下して順次スラリーをその上に導入
させ、照射する操作を繰り返してセラミック硬化層を積
層することもできる。また、逆に、第1のセラミック硬
化層を上方に固定し、同様に板状支持体を下降させ、セ
ラミック硬化層の下部に連続的に所定厚さでセラミック
硬化層を形成してもよい。上記熱硬化性セラミックスラ
リーの赤外線照射、スラリー硬化、セラミック硬化層の
積層形成と所定形状に成形する種々の手法は、それぞれ
の成形条件に応じて適宜選択することができる。
In the present invention, a thermosetting ceramic slurry prepared by stirring and mixing the above-mentioned components is irradiated with infrared rays in a predetermined shape to form a ceramic hardened layer, and the hardened layer is laminated, It is possible to obtain a ceramic molded body having a desired three-dimensional shape. Molding may be carried out by forming a slurry layer for each infrared irradiation operation and laminating a hardened ceramic layer obtained by hardening, or by holding a predetermined amount of the ceramic slurry in a predetermined container and appropriately supporting a plate. Introduce the slurry to a predetermined thickness on the body and irradiate the slurry on the plate-shaped support in a desired shape with infrared rays to cure the slurry to form a hardened ceramic layer. It is also possible to stack the ceramic hardened layer by repeating the operation of introducing into the above and irradiating. On the contrary, the first ceramic hardened layer may be fixed upward, the plate-like support may be similarly lowered, and the ceramic hardened layer may be continuously formed under the ceramic hardened layer with a predetermined thickness. Various methods of irradiating the thermosetting ceramic slurry with infrared rays, curing the slurry, forming a laminated ceramic hardened layer, and molding into a predetermined shape can be appropriately selected according to respective molding conditions.

【0013】本発明において、スラリーを熱的に硬化さ
せセラミック硬化層を形成するのため赤外線は赤外線ラ
ンプないし赤外線レ−ザ−を用いることができる。赤外
線ランプを用いた場合には所定形状のマスクを通して照
射する方法が好適に用いられ、また、赤外線レーザ光等
を用いる場合は所定のスラリー表面をX−Y軸制御等を
行いながらレーザ光走査する等の方法が適用できる。ま
た、照射光の強度や照射時間もしくは走査速度、走査間
隔はセラミックス粉末の種類、粒径分布、熱硬化性結合
剤の種類、触媒の種類と量、セラミックスラリーの濃
度、及び1回の照射で硬化形成するセラミック硬化層の
厚さ等により適宜選択することができる。
In the present invention, an infrared lamp or an infrared laser can be used for infrared rays in order to thermally harden the slurry to form a ceramic hardened layer. When an infrared lamp is used, a method of irradiating through a mask having a predetermined shape is preferably used, and when an infrared laser beam or the like is used, a predetermined slurry surface is scanned with a laser beam while performing XY axis control or the like. Etc. can be applied. In addition, the intensity of irradiation light, irradiation time or scanning speed, and scanning interval are determined by the type of ceramic powder, particle size distribution, type of thermosetting binder, type and amount of catalyst, concentration of ceramic slurry, and single irradiation. It can be appropriately selected depending on the thickness of the hardened ceramic layer to be hardened.

【0014】[0014]

【実施例】本発明の実施例を図面に基づき、更に詳細に
説明する。但し、本発明は、下記の実施例に制限される
ものでない。図1は、本発明のセラミックスラリーの硬
化積層によるセラミック成形のための一装置の概念的説
明図である。図1において、スラリー容器3に所定のセ
ラミックスラリー4を供給して保持し、赤外線レ−ザ−
を所定のビ−ム径にてセラミックスラリー4の表面にX
−Y制御等の方法により所定形状に照射する。セラミッ
クスラリー4内には予め支持台2を所定位置に設置し、
支持台2上に赤外線によりセラミックスラリーを硬化さ
せてセラミック硬化層5を形成させる。セラミックスラ
リー4の表面からの支持台2の上面までの深さは、前記
したように形成するセラミック硬化層厚さ、セラミック
スラリー4の硬化性と照射強度、時間叉は走査速度によ
り予め設定する。次いで、Z軸精密位置制御装置(図示
せず)を用い支持台2を降下させて、支持台2上に形成
されたセラミック硬化層5をセラミックスラリー4中を
所定距離降下させ、セラミック硬化層5の上に周囲のセ
ラミックスラリー4を導入する。図2は、2回目の赤外
線照射により第2のセラミック硬化層が第1のセラミッ
ク硬化層上に形成される状態を示した説明図である。即
ち、図2において第2のセラミック硬化層6が第1のセ
ラミック硬化層5上に形成される以外は図1と同様であ
る。上記のような操作を繰り返して行い、セラミックス
ラリー層を赤外線熱硬化して、セラミック硬化層を形成
積層し立体形状のセラミックス成形体を得ることができ
る。
Embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following examples. FIG. 1 is a conceptual explanatory view of an apparatus for forming a ceramic by hardening and laminating a ceramic slurry of the present invention. In FIG. 1, a predetermined ceramic slurry 4 is supplied to and held in a slurry container 3, and an infrared laser is provided.
X on the surface of the ceramic slurry 4 with a predetermined beam diameter.
Irradiation into a predetermined shape by a method such as Y control. The support base 2 is previously installed in a predetermined position in the ceramic slurry 4.
The ceramic slurry is hardened by infrared rays on the support base 2 to form a hardened ceramic layer 5. The depth from the surface of the ceramic slurry 4 to the upper surface of the support 2 is preset by the thickness of the hardened ceramic layer formed as described above, the curability and irradiation intensity of the ceramic slurry 4, the time or the scanning speed. Then, the Z-axis precision position control device (not shown) is used to lower the support base 2 to lower the ceramic hardened layer 5 formed on the support base 2 in the ceramic slurry 4 for a predetermined distance, and the ceramic hardened layer 5 The surrounding ceramic slurry 4 is introduced on top of. FIG. 2 is an explanatory view showing a state in which the second ceramic hardened layer is formed on the first ceramic hardened layer by the second infrared irradiation. That is, it is the same as FIG. 1 except that the second ceramic hardened layer 6 is formed on the first ceramic hardened layer 5 in FIG. The above-mentioned operation is repeated to infrared-cure the ceramic slurry layer to form a ceramic hardened layer and stack it to obtain a three-dimensional ceramic molded body.

【0015】実施例1 (熱硬化性結合剤を含む溶液の調製)オニウム塩型の熱
重合開始剤を含む市販のエポキシ系から成る熱硬化性結
合剤160gに分散剤としてポリオキシエチレンソルビ
タンモノステアレート6gを添加して混合した。
Example 1 (Preparation of Solution Containing Thermosetting Binder) 160 g of a commercially available epoxy type thermosetting binder containing an onium salt type thermopolymerization initiator was added to polyoxyethylene sorbitan monostea as a dispersant. A rate of 6 g was added and mixed.

【0016】(セラミックスラリーの調製)γ−グリシ
ドキシプロピルトリメトキシシランで処理した平均粒径
1.0μmの炭化珪素(SiC)粉末270g及び同様
に表面処理した酸化アルミニウム(Al23 )30g
を、上記のように調製した分散剤を含む熱硬化性結合剤
に添加し、ナイロン製ボール及び光遮蔽したポリエチレ
ン製ポットを用い室温下24時間撹拌混合した。得られ
たセラミックスラリーを容器に移し、減圧下脱泡した。
(Preparation of Ceramic Slurry) 270 g of silicon carbide (SiC) powder having an average particle size of 1.0 μm treated with γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane and 30 g of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) similarly surface-treated.
Was added to the thermosetting binder containing the dispersant prepared as described above, and the mixture was stirred and mixed at room temperature for 24 hours using a nylon ball and a light-shielded polyethylene pot. The obtained ceramic slurry was transferred to a container and defoamed under reduced pressure.

【0017】(セラミックスラリーの赤外線熱硬化積層
成形)図1に示したものと同様な装置のスラリー容器3
に、上記で得た脱泡後のセラミックスラリーを150g
加え、支持台2をセラミックスラリー表面下300μm
の位置にセットし、窒素雰囲気に保ちながら炭酸ガスレ
−ザ−(最大出力12W、波長10.6μm)を用い、
スラリー面より100mmの位置に設定し、X−Y制御
により幅10mm、長さ30mmの面に走査速度3mm
/秒、走査間隔0.2mmで照射した。照射後、Z軸精
密位置制御装置で支持台2を下げて、支持台2上に形成
されたセラミック硬化層5を400μm下げ、同時に硬
化層上にスラリーを導入し、同様に再び赤外線レ−ザ−
を同様に照射し、セラミック硬化層5上にセラミック硬
化層6を形成積層した。その後、更に、支持台2を同様
に400μm下げ、セラミック硬化層6を400μm下
げ、赤外線を同様に照射した。上記の操作を連続的に5
0回繰り返した。セラミックスラリーより板状の成形体
を取出し、得られた成形体をエタノールで洗浄し未硬化
のスラリーを除去した後、空気雰囲気下で乾燥し、厚さ
約10mm、幅約20mm長さ30mmの板状の炭化珪
素成形体を得た。得られた炭化珪素成形体の嵩密度を測
定した結果、1.8g/cm3 であった。
(Infrared Thermosetting Lamination Molding of Ceramic Slurry) Slurry container 3 of an apparatus similar to that shown in FIG.
To 150 g of the defoamed ceramic slurry obtained above.
In addition, the support base 2 is set to 300 μm below the surface of the ceramic slurry.
Position, and using a carbon dioxide gas laser (maximum output 12 W, wavelength 10.6 μm) while maintaining a nitrogen atmosphere,
The position is set to 100mm from the slurry surface, and the scanning speed is 3mm on the surface of width 10mm and length 30mm by XY control.
/ Sec, irradiation was performed at a scanning interval of 0.2 mm. After the irradiation, the support base 2 is lowered by the Z-axis precision position control device to lower the ceramic hardened layer 5 formed on the support base 2 by 400 μm, and at the same time, the slurry is introduced onto the hardened layer, and similarly the infrared laser is again used. −
Was similarly irradiated, and the ceramic hardened layer 6 was formed and laminated on the ceramic hardened layer 5. Thereafter, the support base 2 was further lowered by 400 μm, the ceramic hardened layer 6 was further lowered by 400 μm, and infrared rays were similarly irradiated. Repeat the above operation 5
Repeated 0 times. A plate-shaped molded body is taken out from the ceramic slurry, the molded body is washed with ethanol to remove the uncured slurry, and then dried in an air atmosphere to obtain a plate having a thickness of about 10 mm, a width of about 20 mm and a length of 30 mm. A silicon carbide compact having the shape of a circle was obtained. The bulk density of the obtained silicon carbide molded body was measured and found to be 1.8 g / cm 3 .

【0018】(焼結)上記のようにして得た炭化珪素成
形体を、窒素雰囲気下、600℃まで20時間を要して
昇温脱脂し、更にアルゴン雰囲気下1900℃にて焼結
した。得られた焼結体の嵩密度は3.0g/cm3 (相
対密度94%)であった。
(Sintering) The silicon carbide molded body obtained as described above was degreased by heating in a nitrogen atmosphere to 600 ° C. over 20 hours, and further sintered at 1900 ° C. in an argon atmosphere. The bulk density of the obtained sintered body was 3.0 g / cm 3 (relative density 94%).

【0019】実施例2 実施例1と同様にして得たスラリーを実施例1と同様な
装置を用い、同様な照射条件にて内寸法20×20m
m、外寸法26×26mm、高さ20mmの角柱を得
た。得た成形体を実施例1と同様に焼結して嵩密度3.
0g/cm3 (相対密度94%)の角柱状の炭化珪素焼
結体を得た。
Example 2 A slurry obtained in the same manner as in Example 1 was used in the same apparatus as in Example 1 under the same irradiation conditions to obtain internal dimensions of 20 × 20 m.
m, outer dimensions 26 × 26 mm, and height 20 mm were obtained. The obtained compact was sintered in the same manner as in Example 1 to obtain a bulk density of 3.
A prismatic silicon carbide sintered body of 0 g / cm 3 (relative density 94%) was obtained.

【0020】実施例3 実施例1と同様な市販のエポキシ系結合剤100gに分
散剤としてポリオキシエチレンソルビタンモノステアレ
ート6g及び希釈剤としてネオペンチルグリコールジグ
リシジルエーテル40gを加え結合剤を含む溶液を調製
した。この溶液に実施例1と同様に表面処理した平均粒
径1.5μmのアルミナ(Al23 粉末300gを加
え、実施例1と同様なポットミルを用いて24時間撹拌
しセラミックスラリーを調製した。このスラリーより1
50g採取し、実施例1と同様に赤外線を照射し、厚さ
約10mm、幅約20mm、長さ30mmの板状のアル
ミナ成形体を得た。得られたアルミナ成形体の嵩密度を
測定した結果、2.0g/cm3 であった。乾燥成形体
を空気雰囲気下、600℃まで20時間を要して昇温脱
脂し、以後毎時100℃の昇温速度で昇温し、1600
℃にて2時間保持して焼結した。得られた焼結体の嵩密
度を測定した結果3.4g/cm3 (相対密度85.8
%)であった。
Example 3 To 100 g of the same commercially available epoxy binder as in Example 1, 6 g of polyoxyethylene sorbitan monostearate as a dispersant and 40 g of neopentyl glycol diglycidyl ether as a diluent were added, and a solution containing the binder was added. Prepared. To this solution, 300 g of alumina (Al 2 O 3 powder having an average particle diameter of 1.5 μm, which was surface-treated in the same manner as in Example 1) was added, and stirred for 24 hours using the same pot mill as in Example 1 to prepare a ceramic slurry. 1 from this slurry
50 g was collected and irradiated with infrared rays in the same manner as in Example 1 to obtain a plate-shaped alumina molded body having a thickness of about 10 mm, a width of about 20 mm and a length of 30 mm. As a result of measuring the bulk density of the obtained alumina molded body, it was 2.0 g / cm 3 . The dried molded body was heated and degreased in an air atmosphere up to 600 ° C. over 20 hours, and thereafter heated at a temperature rising rate of 100 ° C./hour to 1600 ° C.
It hold | maintained at 0 degreeC for 2 hours, and sintered. As a result of measuring the bulk density of the obtained sintered body, 3.4 g / cm 3 (relative density 85.8) was obtained.
%)Met.

【0021】実施例4 実施例1と同様な市販のエポキシ系結合剤100gに分
散剤としてポリオキシエチレンソルビタンモノステアレ
ート6g及び希釈剤としてネオペンチルグリコールジグ
リシジルエーテル40gを加え結合剤を含む溶液を調製
した。この溶液に実施例1と同様に表面処理した平均粒
径1.0μmの炭化珪素(SiC)粉末300g及び炭
化ほう素1.2gを加え、実施例1と同様なポットミル
を用いて24時間撹拌しセラミックスラリーを調製し
た。このスラリーより150g採取し、実施例1と同様
装置及び照射条件にて赤外線を照射し、内寸法20×2
0mm、外寸法26×26mm、高さ20mmの角柱を
得た。得た成形体を窒素雰囲気下、600℃まで20時
間を要して昇温し樹脂を炭化した。この熱処理体をグラ
ファイト製の容器内に設置し、アルゴン雰囲気下、21
50℃にて焼結した。得られた焼結体の嵩密度を測定し
た結果3.0g/cm3 (相対密度94%)であった。
Example 4 To 100 g of a commercially available epoxy-based binder similar to that used in Example 1, 6 g of polyoxyethylene sorbitan monostearate as a dispersant and 40 g of neopentyl glycol diglycidyl ether as a diluent were added and a solution containing the binder was added. Prepared. To this solution, 300 g of silicon carbide (SiC) powder having an average particle size of 1.0 μm and 1.2 g of boron carbide which had been surface-treated in the same manner as in Example 1 were added, and the mixture was stirred for 24 hours using the same pot mill as in Example 1. A ceramic slurry was prepared. 150 g of this slurry was sampled and irradiated with infrared rays under the same apparatus and irradiation conditions as in Example 1 to obtain an internal size of 20 × 2.
A prism having a size of 0 mm, an outer dimension of 26 × 26 mm, and a height of 20 mm was obtained. The obtained molded body was heated to 600 ° C. in a nitrogen atmosphere for 20 hours to carbonize the resin. This heat-treated body was placed in a graphite container and placed under an argon atmosphere for 21
Sintered at 50 ° C. As a result of measuring the bulk density of the obtained sintered body, it was 3.0 g / cm 3 (relative density 94%).

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明は、セラミックス粉末及び熱硬化
性を有する結合剤、更に要すれば溶媒を含有するセラミ
ックスラリーを調製し、得られたセラミックスラリーの
特定表面に赤外線照射を行い、スラリーを硬化させセラ
ミック硬化層を形成する操作を連続的に行い、赤外線照
射により硬化した特定形状の断面を有する硬化層を積層
して連続体を形成させることにより所定の立体形状にセ
ラミックス粒子を成形する方法である。従って、研磨、
研削等の後加工が不要となり、作業上簡便化される。更
に、当然ながら型を必要としないため、特定の成形体毎
に型を作製する必要もないため、型作製に要する時間、
費用を軽減でき、工業上極めて有用である。本発明の効
果は、下記のようにまとめることができる。 (1)石膏型のような吸水、吸溶媒用の型を用いる必要
がないため、成形時において型の制約がなく自由に、容
易に複雑な形状の成形が可能である。 (2)予め設計通りの成形が可能であり、ニアネット成
形ができる。 (3)成形後の後加工の必要がないため、原料セラミッ
ク粉末等が低減できる。 (4)金型、石膏等の型を必要としないため、型作製時
間が不要となり、短時間での所定形状の成形が可能であ
り、型作製費用を軽減できる。その上、大型の金型、石
膏型等の取扱いにおける過度な作業を要しない。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention prepares a ceramic slurry containing a ceramic powder, a thermosetting binder, and optionally a solvent, and irradiates a specific surface of the obtained ceramic slurry with infrared rays to form a slurry. A method of forming ceramic particles into a predetermined three-dimensional shape by continuously performing an operation of forming a ceramic hardened layer by hardening and laminating a hardened layer having a cross section of a specific shape hardened by infrared irradiation to form a continuous body. Is. Therefore, polishing,
Post-processing such as grinding is not required, which simplifies work. Further, as a matter of course, since a mold is not required, it is not necessary to manufacture a mold for each specific molded body, so that
The cost can be reduced and it is extremely useful industrially. The effects of the present invention can be summarized as follows. (1) Since it is not necessary to use a mold for absorbing water and a solvent such as a plaster mold, there is no restriction on the mold at the time of molding, and it is possible to mold a complicated shape easily and easily. (2) Molding as designed in advance is possible, and near net molding is possible. (3) Since there is no need for post-processing after molding, the raw material ceramic powder and the like can be reduced. (4) Since molds such as molds and gypsum are not required, mold manufacturing time is not required, and a predetermined shape can be molded in a short time, and mold manufacturing cost can be reduced. Moreover, it does not require excessive work for handling large molds, plaster molds, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のセラミックスラリーの硬化積層による
セラミック成形のための一装置の概念的説明図である。
FIG. 1 is a conceptual explanatory view of an apparatus for forming a ceramic by hardening and laminating a ceramic slurry of the present invention.

【図2】第2のセラミック硬化層が第1のセラミック硬
化層上に形成される状態を示した説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view showing a state in which a second ceramic hardened layer is formed on the first ceramic hardened layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 赤外線レ−ザ− 2 支持台 3 スラリー容器 4 スラリー 5 セラミック硬化層(第1) 6 セラミック硬化層(第2) 1 Infrared Laser 2 Support 3 Slurry Container 4 Slurry 5 Ceramic Hardening Layer (First) 6 Ceramic Hardening Layer (Second)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a)セラミックス粉末及び熱硬化性を
有する結合剤、更に要すれば溶媒を含有してなるセラミ
ックスラリーを調製する工程、(b)前記スラリーを用
い所定厚さのセラミックスラリー層を形成し、赤外線を
所定形状に照射して、該スラリー層を硬化させてセラミ
ック硬化層とする工程、及び(c)前記(b)工程で得
られたセラミック硬化層上または下に、前記(b)工程
と同様の操作を連続的に所定回数繰返して行う工程を有
して構成され、前記セラミック硬化層を所定形状に順次
積層してセラミックスの立体形状体を成形することを特
徴とするセラミックスの光学的成形方法。
1. A step of preparing a ceramic slurry containing (a) a ceramic powder, a thermosetting binder, and optionally a solvent, and (b) a ceramic slurry layer having a predetermined thickness using the slurry. And irradiating infrared rays in a predetermined shape to cure the slurry layer into a ceramic hardened layer, and (c) above or below the ceramic hardened layer obtained in step (b) above. A ceramic having a step of continuously repeating the same operation as the step b) for a predetermined number of times, wherein the hardened ceramic layers are sequentially laminated in a predetermined shape to form a three-dimensional ceramic body. Optical molding method.
【請求項2】 (1)セラミックス粉末及び熱硬化性を
有する結合剤、更に要すれば溶媒を含有してなるセラミ
ックスラリーを容器内に保持する工程、(2)前記容器
内に保持されるセラミックスラリー中に支持台をセラミ
ックスラリー表面から所定の深さの位置に設定する工
程、(3)前記容器内のセラミックスラリー表面に所定
形状に赤外線を照射し、該スラリー表面の一部を所定の
深さまで硬化させる工程、及び(4)前記工程(3)で
形成されたセラミック硬化層を、該支持台を降下させる
ことによりセラミックスラリー表面から所定の深さまで
降下させて該硬化層表面上にセラミックスラリーを導入
する工程を有して構成され、前記工程(3)及び(4)
を繰り返して所定形状にセラミック硬化層を順次積層し
てセラミックス立体形状体を成形することを特徴とする
セラミックスの光学的成形方法。
2. (1) A step of holding a ceramic slurry containing a ceramic powder, a thermosetting binder, and optionally a solvent in a container, and (2) a ceramic held in the container. A step of setting the support table at a predetermined depth from the surface of the ceramic slurry during the rally, (3) irradiating the surface of the ceramic slurry in the container with infrared rays in a predetermined shape, and making a part of the surface of the slurry at a predetermined depth. And (4) the ceramic hardened layer formed in the step (3) is lowered to a predetermined depth from the surface of the ceramic slurry by lowering the supporting base to form a ceramic slurry on the surface of the hardened layer. And the steps (3) and (4).
An optical molding method for ceramics, characterized in that a ceramic three-dimensional body is molded by repeatedly laminating a hardened ceramic layer in a predetermined shape in sequence.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100766831B1 (en) * 2006-10-02 2007-10-17 김대인 Fermenter for baking a bread
JP2013241320A (en) * 2012-05-21 2013-12-05 National Taipei Univ Of Technology Method of manufacturing three-dimensional base product

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