JPH10217212A - セラミックス成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 セラミックスの鋳込み成形において、水
溶性バインダーの架橋により泥漿を硬化させることを特
徴とするセラミックス成形体の製造方法。 【効果】 成形型に充填して、反応硬化した後は、フロ
ーマークや収縮によるクラックなどの発生が見られず、
離型性も良好で、焼成後の焼結体にクラックや変形が発
生しない量産効果の優れたセラミックス成形方法であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス成形
体の製造方法に関する。

【０００２】本発明の鋳込み成形は、複雑形状または厚
肉形状の製品に好適に用いられ、ネットシェイプが可能
で、従来の鋳込み成形に比較して極めて短時間で成形体
が得られる方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】近年、耐熱性、耐久性を要する機械構造
用部品、装飾用部品および電子部品などに複雑形状のセ
ラミックス部品が要求されるようになっている。

【０００４】そして、これら部品は要求される高い機能
に応じて、複雑な形状をしていることが多い。セラミッ
クスは耐熱性、耐久性、耐食性、耐摩耗性に優れている
が、複雑な形状に成形したり、加工することが極めて難
しいという問題があった。

【０００５】このため、種々の成形方法が検討され、鋳
込み成形、射出成形、押出し成形、シート成形など、金
型プレスやラバープレス成形では作製できなかった複雑
形状がニアネットシェイプで簡単にできるようになって
いる。

【０００６】これらのうち、従来の鋳込み成形は泥漿を
吸水性の鋳型に流し込み、着肉層を形成させることによ
って成形体を得る方法であった。この方法はプレス成形
や塑性成形に比較して生産性に劣るものの、大型で複雑
な形状を成形することができ、成形のための設備費が安
価で少量生産に適した方法である。しかしながら、従来
の鋳込み成形法では、鋳型を繰り返し使用することによ
って摩滅したり、目詰まりが生じたりして、結果的に寸
法精度の低下や成形体の乾燥時にクラックを生じるなど
の欠点があった。そこで、セラミックス粉末に混合する
有機バインダーとして不飽和重合体とビニル基またはア
クリル基を含む架橋結合体を主成分とするバインダーを
用い、反応硬化させる鋳込み成形方法が特開平８−１３
３８４４号公報に提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の有機バインダーは水溶性ではなく、有機溶剤にしか可
溶でないため、飛散する有機溶剤の排気設備、人体への
影響が懸念され実用的課題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、基本的
には、下記の構成により達成できる。即ち、「セラミッ
クスの鋳込み成形において、架橋性水溶性バインダーを
用いることを特徴とするセラミックス成形体の製造方
法。」である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の内容を詳述する。

【００１０】本発明における架橋性水溶性バインダーと
しては、特に限定されるものではなく、架橋反応を起こ
してセラミックスの鋳込み成型用の泥漿を十分硬化させ
られる程度の硬度に架橋し、かつ実質的に水溶性を有す
るものならばよい。特に限定されるものではないが溶解
度（＝溶質重量／溶液重量）が１０％以上であることが
好ましく、３０％以上がより好ましい。単一の物質でも
混合物でもよいが、架橋性成分と架橋剤の混合物が好適
である。架橋性成分としては特に限定されるものではな
いが、水溶性のエポキシ系樹脂が例示でき、架橋剤とし
てはアミン系化合物が例示できる。即ち、好適な組み合
わせとしては、水溶性のエポキシ系樹脂とアミン系化合
物を含む架橋結合体を主成分とするバインダーであり、
このバインダーとセラミックス粉末との混合物を成形型
中に充填し、反応硬化させて成形体を形成すればよい。

【００１１】本発明の水溶性エポキシ樹脂は、最も一般
的なグリシジルエーテル、グリシジルエステル、メチル
グリシジルエーテル、シクロヘキセンオキサイド、エポ
キシ化ポリブタジエンなどの型があるが、グリシジルエ
ーテル型が室温でも円滑に硬化が起こるので、反応硬化
型樹脂として適している。

【００１２】これに分散剤として、市販のポリカルボン
酸系またはポリアクリル酸系の分散剤を用いるのが好ま
しい。

【００１３】エポキシ樹脂の硬化剤としては、アミノ
基、カルボキシル基乃至はヒドロキシル基を有する化合
物などがあり、とりわけアミン化合物がきわめて有効で
ある。アミン化合物には、アンモニアのＨが炭化水素に
１、２、３個置き換わった第１、第２、第３アミンがあ
る。また、１分子中のアミンの数によってモノアミン、
ジアミン、トリアミン、ポリアミンと称され、さらに炭
化水素の種類により、脂肪族、脂環族、芳香族アミンに
分類される。本発明ではいずれのアミン系化合物を用い
ることも可能である。

【００１４】アミン系硬化剤によるエポキシ樹脂の硬化
は、第１アミンの活性水素とエポキシ基が反応して第２
アミンが生成し、この第２アミンがエポキシ基と反応し
て硬化する。さらに生成した第３アミンがエポキシ基を
重合する。

【００１５】一般に硬化物が架橋高分子になるために
は、硬化剤は１分子内に活性水素が３個以上必要で、ア
ミノ基が２個以上必要である。そして、エポキシ樹脂に
対する硬化剤の配合量はエポキシ基と活性水素が当モル
のとき最適となり、実際には脂肪族、芳香族ポリアミン
ともに当モル配合の時に硬化物はガラス転移温度、耐熱
性などが最良となる。アミンによる硬化速度は、アミン
の種類、配合量、エポキシ樹脂の種類によって異なる。

【００１６】グリシジルエーテル型の樹脂であるエピク
ロルヒドリン縮合物では、脂肪族アミンにより室温でほ
ぼ硬化するが、芳香族アミンでは室温での硬化が遅く、
加熱硬化が必要である。また、配合量が化学当量よりも
極端に増減しないときは、アミン量が多いほど見かけの
硬化が速く、配合量が少なくなると遅くなる。実用上は
これを利用して硬化速度の調整を行うことができる。

【００１７】粉末は、あらゆるセラミックスへの適用が
可能であるが、これまで鋳込み成形が難しいとされたフ
ァインセラミックス原料、アルミナ、ジルコニア、ムラ
イト、窒化珪素、炭化珪素およびこれらの複合セラミッ
クスすべてに適用できる。ただし、あらかじめ原料粉末
はよく粉砕、分散されていることが望ましい。

【００１８】セラミックス粉末１００重量部に対し、純
水を１５〜７０重量部用いる。１５重量部未満では溶媒
が不足するためスラリー粘度が高くなり、鋳型の細部ま
で泥漿が行き渡らず、成形性が低下する。７０重量部で
は含水率が高くなりすぎて硬化後の離型が困難であり、
また乾燥時間も長くなる。純水は、より好ましくは２５
〜５０重量部用いると良好なスラリーが得られる。ま
た、セラミックス粉末１００重量部に対し、バインダー
量２〜１０重量部、分散剤０．１〜５重量部を用いるこ
とが好ましい。

【００１９】このように調製したスラリーをアトリショ
ンミル、ビーズミル、ボールミルなど一般的な粉砕機に
て十分粉砕混合する。好ましくは、これに以下の硬化剤
をバインダー１０重量部に対して、硬化剤１〜４重量部
となるように添加し、さらに数分から数十分間混合す
る。

【００２０】粉砕機の容器から別の容器にスラリーを取
り出し、鋳型に流し込みを行う前に、１０ｔｏｒｒ以下
の減圧下で５分〜６０分真空にて脱泡すると好ましい。
鋳込みの方式は従来の鋳込み成形と同じく減圧、加圧、
常圧のいずれかで行う。

【００２１】本発明の鋳込み成形において、成形体はか
なりの水分量を保水したまま固化させるので、従来の鋳
型のような石膏を用いると、スラリーから吸水されて成
形体の形が歪んだり、クラックが生じたりするので、吸
水性のない鋳込み型を用いることがきわめて重要な点で
ある。吸水性のない鋳型材には、各種プラスチックスま
たは金属を用いることが好ましい。

【００２２】あらかじめ、型の内面でスラリーと接触す
る面には、シリコン系またはフッ素系などの離型剤を塗
布しておくと、型抜きがきわめて容易であり好ましい。

【００２３】反応硬化は、硬化剤を注入してから、常温
にて２〜２０時間で固化するので、ある程度の保型性を
持ったところで型抜きを行う。目安としては、型を逆さ
まにしてもスラリーが垂れなくなったら型抜きが可能で
ある。

【００２４】型から取り出したセラミックス成形体を、
相対湿度３０％乃至７０％となるように加湿または調湿
しながら乾燥するのが好ましい。急激に脱水して、クラ
ックを発生させず、成形体の変形を防ぎ、効率よく乾燥
を行うためである。成形体内部は特に乾燥しにくいの
で、ある程度乾燥したら恒温器内で５０〜２００℃で乾
燥、または真空乾燥するか、電子レンジなどを用いてマ
イクロ波で保水している成形体の中心部を加熱し、保水
量０．５重量％以下にすることが望ましい。

【００２５】乾燥後のセラミックスの鋳込み成形体は、
セラミックスの種類によって１２００〜２２００℃で、
大気中、不活性または還元雰囲気中、または減圧下で焼
成する。必要に応じては加圧焼結することも必要となる
場合がある。

【００２６】

【実施例】以下に、本発明について、下記実施例を用い
て、具体的に説明する。ただし、本発明はこれに限定さ
れない。

【００２７】実施例１ （セラミックスラリーの組成） (1) 無機粉末 Ｙ₂Ｏ₃が２．７５モル％ＺrＯ_2ニ添加されたイットリア
部分安定化ジルコニアを平均粒径０．１２μｍに調製
し、これを原料粉末として用いた。上記粉末に焼結助剤
として、Ａl₂Ｏ₃を０．３７５重量％添加した。

【００２８】(2) バインダー ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルを用
い、粉末１００ｇに対し、５重量％用いた。

【００２９】(3) 分散剤 ポリアクリル酸界面活性剤を用い、粉末１００ｇに対し
１重量％用いた。

【００３０】(4) 溶媒 純水を用い、粉末１００ｇに対し４０重量％用いた。

【００３１】上記(1)〜(4)の原料をボールミルにて、８
０回転／分、２４時間混合した。

【００３２】（鋳込み成形体の作製方法）上記スラリー
に硬化剤として、１−（２−アミノエチル）ピペラジン
をバインダーに対し、重量比で５：１の割合となるよう
に添加し、さらにボールミルにて５分間混合攪拌した。

【００３３】攪拌したスラリーをガラス容器に移し、減
圧下で充分脱泡した後、型に流し込んで乾燥した。

【００３４】型材はポリプロピレン樹脂にて作製した非
吸水性の材料であり、乾燥は常温にて湿度７０％となる
ように調湿しながら行った。

【００３５】（乾燥、焼結方法）ある程度硬化したとこ
ろで成形体を型から取り出し乾燥した。乾燥は湿度７５
％となるように調湿された雰囲気で常温にて行った。こ
の乾燥によって、ケーク状の固まりは強固な成形体とな
った。

【００３６】成形体を電気炉にて大気中で焼成した。焼
成温度は１４００℃、２時間とした。

【００３７】（焼結体の評価）焼結体は走査型電子顕微
鏡によって組織観察し、結晶粒径は０．３μｍであるこ
とを確認した。また、Ｘ線回折により実質的に立方晶を
含まない正方晶系ジルコニアであり、アルキメデス法に
よる焼結体密度は６．０６グラム／立方センチメートル
であった。

【００３８】

【発明の効果】本発明により、調製時にゲル化せず、常
温でも流動性がきわめて良好で、鋳込み成形のみなら
ず、射出成形、シート成形、押出し成形などにも適用で
きる技術が提供される。成形型に充填して、反応硬化し
た後は、フローマークや収縮によるクラックなどの発生
が見られず、離型性も良好で、焼成後の焼結体にクラッ
クや変形が発生しない量産効果の優れたセラミックス成
形方法である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックスを鋳込み成形するに際し、
   架橋性水溶性バインダーを用いることを特徴とするセラ
   ミックス成形体の製造方法。
2. 【請求項２】 セラミックス粉末１００重量部に対し、
   水１５〜７０重量部を用いることを特徴とする請求項１
   記載のセラミックス成形体の製造方法。
3. 【請求項３】 セラミックスの鋳込み成形において、吸
   水性のない鋳込み型を用いることを特徴とする請求項１
   記載のセラミックス成形体の製造方法。
4. 【請求項４】 相対湿度４０％以上の雰囲気でセラミッ
   クスの鋳込み成形体を乾燥することを特徴とする請求項
   １記載のセラミックス成形体の製造方法。
5. 【請求項５】 セラミックスの鋳込み成形体を、加圧焼
   結することを特徴とする請求項１記載のセラミックス成
   形体の製造方法。
6. 【請求項６】 該架橋性水溶性バインダーが、エポキシ
   系樹脂とアミン系化合物を含む架橋結合体を主成分とす
   る請求項１記載のセラミックス成形体の製造方法。
7. 【請求項７】 セラミックス粉末１００重量部に対し
   て、０．１〜５重量％のポリアクリル酸系分散剤を含む
   ことを特徴とする請求項６記載のセラミックス成形体の
   製造方法。