JPH10259060A

JPH10259060A - セラミックスの製造方法

Info

Publication number: JPH10259060A
Application number: JP9083384A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tsuto; 宏之津戸; Tatsuya Shiogai; 達也塩貝; Hideto Yoshida; 秀人吉田
Original assignee: Nihon Cement Co Ltd
Current assignee: Nihon Cement Co Ltd
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1998-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＩＰ法におけるセラミックス粉末の成形で
は、成形体の強度がまだ不十分であるため、成形体を加
工するとその加工時にチッピングや欠けなどの損傷を成
形体に与えることがあった。【解決手段】セラミックス粉末にバインダー及び溶媒
を添加して混合し、その混合したスラリーを噴霧乾燥し
て顆粒と成し、その顆粒を冷間静水圧プレスして成形
し、得られた成形体を機械加工した後、焼結するセラミ
ックスの製造方法において、該バインダーが、５０重量
％以上のフェノール樹脂を含むバインダーであり、該バ
インダーの添加量が、セラミックス粉末に対し３〜３０
重量％であり、該成形体が、その成形体中に含まれてい
るフェノール樹脂が硬化する温度以上に加熱処理した成
形体であることとしたセラミックスの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックスの製
造方法に関し、特に冷間静水圧プレスで成形するセラミ
ックスの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、セラミックスの焼結体は、一旦焼
結されると機械加工が極めて困難になるため、焼結後の
加工を可能な限り少なくすべく、成形体を焼結体の形
状、寸法が製品に近似になるように加工することが非常
に重要な課題となっている。

【０００３】この課題に対し、鋳込み成形法や射出成形
法では、かなり複雑な形状でも焼結後の寸法が製品に近
い寸法となるので、加工することなくそのまま焼結する
目的で成形される。一方、比較的単純な形状しか成形で
きない金型プレス法では、一般に成形した成形体の強度
が均一でないことから非常に脆く壊れやすい部分が生
じ、加工することが難しいため、主に小物の同じ形状品
を多量生産する目的で成形され、加工しないでそのまま
焼結されている。

【０００４】それに比べて冷間静水圧成形法（ＣＩＰ
法）では、これも金型プレスと同様複雑な形状品を成形
することは難しいが、金型プレスや鋳込み成形、射出成
形などと違うところは量産することができないことにあ
り、それがために少量、多品種のより価値の高い複雑な
形状の製品を得る目的で成形されるもので、単純な形状
のブロックや円柱、円筒体を成形し、その成形体を加工
することで複雑な形状品を得ている。従ってこのＣＩＰ
法は、加工に適する成形体を得るためにセラミックス粉
末に結合力の強いバインダーと溶媒を加えて混合し、そ
の混合したスラリーを噴霧乾燥して顆粒と成し、その顆
粒を冷間静水圧で均一にプレスして成形している。その
成形方法に使用するバインダーには例えば特開平２−８
３２６３に見られるように、ポリブチルアクリレートま
たはポリブチルアクリレートと酢酸ビニルとの共重合
体、例えばポリビニルブチラールなどが用いられてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＣ
ＩＰ法の従来のバインダーでは、緻密な成形体を得るこ
とができ、しかもかなりの強度が発現できるものの、そ
の強度がまだ不十分であるため、その成形体を加工する
と加工時にチッピングや欠けなどの損傷を成形体に与え
ることがあり、この方法で成形する成形体の強度には必
ずしも満足できるものではなかった。

【０００６】本発明は、上述したＣＩＰ法で成形するセ
ラミックスの製造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、機械加工しても損傷を与えるこ
とのない従来より強度の高い成形体を得ることのできる
セラミックスの製造方法を提供することにある。

【０００７】

【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、バインダーにフェノ
ール樹脂を含むバインダーを用い、そのバインダーを用
いて成形された成形体をさらにフェノール樹脂が硬化す
る温度以上の温度で加熱処理すれば、成形体の強度が上
がり、機械加工しても損傷を与えることのない満足でき
る成形体が得られるとの知見を得、本発明を完成するに
至った。

【０００８】即ち本発明は、セラミックス粉末にバイン
ダー及び溶媒を添加して混合し、その混合したスラリー
を噴霧乾燥して顆粒と成し、その顆粒を冷間静水圧プレ
スして成形し、得られた成形体を機械加工した後、焼結
するセラミックスの製造方法において、該バインダー
が、５０重量％以上のフェノール樹脂を含むバインダー
であり、該バインダーの添加量が、セラミックス粉末に
対し３〜３０重量％であり、該成形体が、その成形体中
に含まれているフェノール樹脂が硬化する温度以上に加
熱処理した成形体であることを特徴とするセラミックス
の製造方法とすることを要旨とする。以下、さらに詳細
に説明する。

【０００９】バインダーに加熱して硬化するフェノール
樹脂を含むバインダーとしたのは、従来のバインダーで
は強度が低いので、加熱処理することでより高い強度を
与える樹脂を選び、それを加熱処理することでより高い
強度を付与することにしたものである。このように、多
少の手間はかかるが、成形された成形体は、従来よりは
るかに高い強度を有することとなるので、欠けや割れな
どの損傷を与えることなく、成形体を機械加工できるよ
うになる。

【００１０】このフェノール樹脂は、１００〜２００℃
に加熱することにより、図１の式で表される脱水縮合反
応により重合し、硬化するため、１００℃以下で噴霧乾
燥すれば、硬化することなしに噴霧乾燥することができ
る。また、この樹脂は、添加する溶媒に溶解するので、
エマルジョンで添加、混合するより、添加が容易でかつ
均一に混合できる。

【００１１】また、このフェノール樹脂の硬化を成形体
の段階で硬化させるので、原料粉末同士がＣＩＰ成形で
先ず互いに結合し、その成形体を硬化させることによ
り、成形体がさらに強固に結合する。これが顆粒の段階
で硬化させても顆粒の強度は上がるものの、その顆粒で
成した成形体は強度は上がらず、その焼結体の強度はむ
しろ低下する。そのフェノール樹脂のバインダー中の含
有量としては、５０重量％以上とした。５０重量％未満
では、硬化反応の進行が遅く、硬化が不十分となる恐れ
があるため好ましくない。また、そのフェノール樹脂を
含むバインダーの添加量としては、セラミックス粉末に
対し３〜３０重量％とした。３重量％未満では成形体の
強度が不十分で機械加工で成形体に損傷を与える恐れが
あり、３０重量％を超えると脱脂後の成形体の空隙が多
くなり、焼結体の密度が低下する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の製造方法をさらに詳しく
述べると、先ずセラミックス粉末としてアルミナ、ジル
コニア等の酸化物の他、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材料等を使用することがで
き、これら粉末を用意する。用意した粉末の細かさは、
焼結体の密度や品質を上げるためには、最大粒径で１μ
ｍ程度以下が好ましい。これら粉末に焼結助剤を添加す
る場合には、その助剤の種類を限定されるものではな
く、一般に知られているＭｇ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｓ
ｒ、Ｂ、Ｔａ等の酸化物、窒化物、炭化物等の焼結助剤
を用いることができ、使用する粉末に合わせて適宜選べ
ばよい。

【００１３】それら粉末にフェノール樹脂を５０重量％
以上含むバインダー、イソプロピルアルコール（ＩＰ
Ａ）などの溶媒、これに必要があれば分散剤等を加えて
混合する。混合したスラリーをスプレードライヤにより
１００℃以下で噴霧乾燥する。得られた顆粒をゴム型に
充填し所要の圧力でＣＩＰ成形する。得られた成形体を
空気中で１００〜２００℃の温度で加熱処理する。その
成形体を所要の形状と寸法に機械加工する。その加工し
た成形体を所定の温度で焼結することにより、最終の製
品に近い形状と寸法を有した焼結体を作製することがで
きる。

【００１４】以上述べた方法でセラミックスを製造すれ
ば、成形体の強度が上がり、機械加工しても損傷を与え
ることのない成形体が得られるので、製品に近い形状と
寸法を有する焼結体を得ることができる。

【００１５】

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

【００１６】（実施例１、２）（１）焼結体の作製原料として０．４μｍの平均粒径を有するアルミナ粉末
（昭和電工社製、ＡＬ−１６０ＳＧ−１）を用い、これ
に分散剤（第一工業製薬社製、ポリオキシエチレンアル
キルフェニルエーテル）をアルミナ粉末に対し１重量
％、イソプロピルアルコール（協和純薬工業社製）を２
００重量％加え、混合してスラリーとした。このスラリ
ーにさらにフェノール樹脂（昭和高分子社製、ＢＲＬ−
１０１）を７０重量％含む潤滑剤（日本油脂社製、ポリ
アルキレングリコール誘導体）をバインダーとしてアル
ミナ粉末に対し表１に示す量だけ添加し、混合した。

【００１７】得られたスラリーをスプレードライヤによ
り８０℃の温度で噴霧乾燥し、粒径が１００μｍ程度の
大きさの顆粒を得た。得られた顆粒をゴム型に充填し、
１５００Ｋｇ／ｃｍ²の圧力でＣＩＰ成形し、２００×
２００×２０ｍｍの大きさのブロックを作製した。得ら
れたブロックを空気中で１５０℃の温度で２ｈｒ加熱
し、フェノール樹脂を硬化させ成形体を作製した。得ら
れた成形体を空気中で４５０℃の温度で脱脂し、それを
空気中で１６００℃の温度で焼結した。

【００１８】（３）評価得られた成形体を切り出し、その強度を三点曲げ法で求
めた。また、得られた脱脂体を切り出し、その密度を寸
法、重量から算出し求めた。さらに、得られた焼結体の
密度をアルキメデス法で求めた。それらの結果を表１に
示す。

【００１９】（比較例１〜６）比較のために、比較例
１、２では、バインダー中のフェノール樹脂の含有量を
本発明の範囲外にした他は、また、比較例３、４では、
バインダーの添加量を本発明の範囲外にした他は、実施
例１、２と同様に成形体を成形し、焼結し、評価した。
さらに、比較例５では、成形体ではなく顆粒の状態で１
５０℃の温度で２ｈｒ加熱し、その顆粒を実施例１と同
様にＣＩＰ成形し、その成形体を同様に焼結し、評価し
た。さらにまた、比較例６では、フェノール樹脂の代わ
りに従来使われているポリビニルブチラールを添加し、
加熱処理しない他は、実施例１と同様に成形体を成形
し、焼結し、評価した。それらの結果も表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１から明らかなように、実施例１、２に
おいては、脱脂した成形体の密度が従来（比較例６）と
変わらないにも係わらず、成形体強度が従来（比較例
６）よりはるかに大きかった。そしてその焼結体の密度
も従来と変わりなかった。このことは、成形体の強度が
従来よりはるかに大きい、言い換えれば損傷を起こすこ
となく機械加工できる強度を有し、しかも従来並の密度
を有する焼結体が得られることを示している。

【００２２】これに対し比較例１、２では、フェノール
樹脂の含有量が本発明の範囲より少ないため、また、比
較例３では、バインダーの添加量が本発明より少ないた
め、成形体の強度がいずれも従来に近かった。さらに、
比較例４では、バインダーの添加量が本発明より多いた
め、成形体の強度は実施例より極めて大きいものの、脱
脂体の密度、焼結体の密度は逆に従来より低下してい
た。さらにまた、比較例５では、顆粒の状態で加熱して
いるので、成形体の強度は従来並の強度しか得られず、
しかも得られた脱脂体の密度、焼結体の密度は大きく低
下していた。

【００２３】

【発明の効果】以上の通り、本発明の方法でセラミック
スを製造することにより、機械加工しても損傷を与える
ことのない従来より強度の高い成形体を成形することが
でき、その結果、製品に近い形状と寸法を有する焼結体
を容易に得ることができるようになった。このことによ
り、焼結後の加工を少なくし、コストを安価にすること
のできるセラミックスの製造方法を提供できるようにな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】フェノール樹脂の脱水縮合反応式である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス粉末にバインダー及び溶媒
を添加して混合し、その混合したスラリーを噴霧乾燥し
て顆粒と成し、その顆粒を冷間静水圧プレスして成形
し、得られた成形体を機械加工した後、焼結するセラミ
ックスの製造方法において、該バインダーが、５０重量
％以上のフェノール樹脂を含むバインダーであり、該バ
インダーの添加量が、セラミックス粉末に対し３〜３０
重量％であり、該成形体が、その成形体中に含まれてい
るフェノール樹脂が硬化する温度以上に加熱処理した成
形体であることを特徴とするセラミックスの製造方法。