JPH10273365A - セラミックス粉末の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 常温で硬化する樹脂であると、混合中にスラ
リーが増粘してしまうという問題が、エマルジョンから
成る樹脂であると、樹脂の一部が凝集してその凝集物が
成形体中に残留するという問題があった。 【解決手段】 セラミックス粉末に溶媒、分散剤及び結
合剤を添加し、混合して調製したスラリーを、溶媒を吸
収しない材質から成る成形型に注入した後、硬化させる
セラミックス粉末の成形方法において、該溶媒が水から
成り、該結合剤が水溶性の熱硬化性樹脂から成ることと
したセラミックス粉末の成形方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス粉末
の成形方法に関し、特に溶媒を成形型に吸収させないで
そのまま硬化させるセラミックス粉末の成形方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】複雑な形状をしたセラミックスの成形方
法として、セラミックス粉末に水、結合剤などを添加、
混合して調製したスラリーを、石膏製等の水を吸収する
成形型内に注入し、その型が水を吸収することにより着
肉硬化することを利用して成形体を得る鋳込み成形法が
利用されている。この鋳込み成形法は、型に着肉して硬
化するため、成形体の中心部と表面部の密度に差が生じ
て密度ムラを生じ、その結果、乾燥や、焼成時にクラッ
クを生じるという問題があった。また、型内での成形体
の収縮に伴い、その成形体の凹部に亀裂が生じるという
問題もあった。

【０００３】そのため、溶媒に水ではなく有機溶剤を用
い、結合剤に自ら硬化する結合剤を用いて調製したスラ
リーを、溶媒を吸収しない材質から成る成形型に注入
し、そのスラリーを常温（例えば特開平６−１１６００
５）、加熱（例えば特開平７−１５７３６６）または冷
却（例えば特開平５−１７８６５２）することにより、
硬化させる成形方法が提案されている。この方法は、溶
媒を型に吸収させないため、鋳込み法でみられる溶媒の
移動に起因して生ずる密度ムラや型内収縮に伴う亀裂を
抑えることができるので、上記の問題を解決することが
できる方法となっている。

【０００４】しかし、この方法も、溶媒として有機溶剤
を使用するため、環境安全上及び健康上の配慮を必要と
し、また、有機溶剤の回収装置を必要とするなどの問題
があった。そのため、この問題をさらに解決するために
溶媒に水を用いた方法が、例えば特開昭６３−２９９９
０７、特開平１−２１５７５０、特開平６−１９１９２
５などで提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭６３−２９９９０７及び特開平１−２１５７５０で
は、結合剤に常温で硬化する樹脂を使用しているため、
全ての原料を混合した段階から硬化反応が始まり、混合
中に増粘してしまい、スラリーのポットライフ（可使時
間）の時間内にスラリーを型内に注入しなければならな
いことから、混合や型内への注入が不十分になるという
問題があった。また、上記特開平６−１９１９２５で
は、結合剤に加熱すると硬化する熱硬化性樹脂を用いて
いるので、前述の問題はないものの、その樹脂がエマル
ジョンから成る樹脂であるため、樹脂の一部が凝集して
成形体中に残留し、最終的に焼結体中に欠陥として残存
して密度の高い緻密な焼結体が得られないという問題が
あった。

【０００６】本発明は、上述したセラミックス粉末の成
形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、溶媒として水を使用することができ、常温で安
定なスラリーを調製することができ、さらに成形体中に
樹脂の凝集物が残ることのない成形体を得ることのでき
るセラミックス粉末の成形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、結合剤に水溶性の熱
硬化性樹脂を用いれば、溶媒に水を使用することがで
き、常温で低粘度の安定なスラリーを調製することがで
き、しかも成形体中に樹脂の凝集物が残ることのない成
形体を得ることができるとの知見を得て本発明を完成し
た。

【０００８】即ち本発明は、（１）セラミックス粉末に
溶媒、分散剤及び結合剤を添加し、混合して作製したス
ラリーを、溶媒を吸収しない材質から成る成形型に注入
した後、硬化させるセラミックス粉末の成形方法におい
て、該溶媒が水から成り、該結合剤が水溶性の熱硬化性
樹脂から成ることを特徴とするセラミックス粉末の成形
方法（請求項１）とし、また、（２）熱硬化性樹脂の添
加量が、１〜３０体積％であることを特徴とする請求項
１記載のセラミックス粉末の成形方法（請求項２）と
し、さらに、（３）熱硬化性樹脂が、オリゴマーより重
合度の低い樹脂であることを特徴とする請求項１または
２記載のセラミックス粉末の成形方法（請求項３）と
し、さらにまた、（４）熱硬化性樹脂が、フェノール樹
脂、アクリル樹脂、ユリア樹脂、ユリア・メラミン樹
脂、エポキシ樹脂もしくはこれらの変性樹脂よりなる群
から選ばれた少なくとも１以上のものであることを特徴
とする請求項１、２または３記載のセラミックス粉末の
成形方法（請求項４）とすることを要旨とする。以下さ
らに詳細に説明する。

【０００９】上記で述べたように、使用する結合剤は、
水溶性の熱硬化性樹脂とした（請求項１）。この樹脂を
用いることにより、水溶性であることから、溶媒として
水を使用することができ、また、エマルジョンのように
凝集物を生じることがなく、さらに、常温では硬化しな
いことから、型への注入が終了するまで低粘度の安定し
たスラリーを調製することができる。

【００１０】この熱硬化性樹脂の添加量としては、１〜
３０体積％が好ましく（請求項２）、より好ましくは３
〜２０体積％である。添加量が１体積％より少ないと、
硬化し難く、保形性が保てないので好ましくない。３０
体積％を越えると、スラリーの粘度が高く、場合によっ
てはスラリーが調製できなくなること、また、肉厚品で
は、成形できても成形体の脱脂が困難となり、脱脂後の
成形体にクラックを生じたり、緻密化が阻害されたりす
るなどのことがあるので好ましくない。

【００１１】この熱硬化性樹脂の重合度としては、熱硬
化性を示す樹脂であれば特に限定するものではないが、
できるだけ粘度の低いスラリーとなる樹脂が望ましいの
で、粘度の低いスラリーを得ることのできる樹脂とし
て、オリゴマーより重合度の低い樹脂とした（請求項
３）。この樹脂を使うことにより、成形性により優れた
低粘度のスラリーを調製することができる。

【００１２】また、この熱硬化性樹脂の種類としては、
これも熱硬化性を示す樹脂であれば特に限定するもので
はないが、常温で比較的安定な挙動を示し、また、あま
り高くない温度、即ち１００℃以下の温度で重合反応に
より３次元架橋構造を形成する樹脂が好ましく、その樹
脂として、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ユリア樹
脂、ユリア・メラミン樹脂、エポキシ樹脂もしくはこれ
らの変性樹脂よりなる群から選ばれた少なくとも１以上
のものとした（請求項４）。これらは、２種類以上の樹
脂を混合して用いても差し支えない。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の成形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、サイアロン、炭化珪
素等の非酸化物も使用することができ、これら粉末を用
意する。これら粉末に適宜適切な焼結助剤を添加するこ
とは差し支えない。

【００１４】用意した粉末に、水、分散剤を加え、それ
に結合剤として水溶性の熱硬化性樹脂を所定量加えて混
合し、スラリーを調製する。そのスラリーを真空脱泡し
た後、溶媒を吸収しない型に注入する。その型を型ごと
樹脂が硬化する温度以上に加熱してスラリーを硬化させ
る。硬化した成形体を乾燥、脱脂し、慣用の方法で所定
の雰囲気中で所定の温度、焼成時間で焼結する。

【００１５】以上述べた方法でセラミックス粉末を成形
すれば、溶媒に水を使用することができ、常温で低粘度
の安定なスラリーを調製することができ、しかも成形体
中に樹脂の凝集物が残ることのない成形体を形成するこ
とができる。

【００１６】

【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。

【００１７】（実施例１〜５） （１）セラミックス粉末の成形 原料として表１に示すセラミックス粉末に、水、結合
剤、分散剤を表１に示す割合で添加して配合し、２５℃
で１６時間ポットミルで混合した後、真空脱泡してスラ
リーを調製した。得られたスラリーを直径１００ｍｍ、
厚さ４０ｍｍの成形体が得られる金属型に注入した後、
型ごと８０℃で３時間加熱しスラリーを硬化させた。得
られた成形体を３０℃−９０％ＲＨの雰囲気で乾燥し
た。

【００１８】（２）評価 調製したスラリーの粘度を簡易粘度計（ＲＩＯＮ社製、
型式ＶＴ−０４）で測定し、粘度が２．０Ｐａ・ｓ以下
を良（○）とした。また、得られた成形体を実施例１、
２では大気雰囲気中で、実施例３、４では窒素雰囲気中
で、実施例５では真空中で表１に示す温度で３時間焼結
し、得られた焼結体の嵩密度をアルキメデス法で求め、
さらに、得られた焼結体を切断し、その切断面を電子顕
微鏡観察を行い、大きさが３０μｍ以上の気孔を欠陥と
なる気孔とし、その気孔が認められない焼結体を良
（○）とし、認められる焼結体を不良（×）とした。そ
れらの結果を表１に示す。

【００１９】（比較例１、２）比較のために、比較例１
では、結合剤を除いたセラミックス粉末と水、分散剤を
実施例１と同様に混合し、真空脱泡した後、得られたス
ラリーを攪拌しながら結合剤として常温で硬化するフェ
ノール樹脂を添加し、１５分間攪拌してさらに混合し
た。得られたスラリーを実施例１と同様に型に注入して
硬化させ、成形体を作製し、評価した。また、比較例２
では、結合剤にアクリル樹脂エマルジョンを使用した以
外は実施例２と同様に成形体を作製し、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、実施例において
は、スラリーの粘度がいずれも２．０Ｐａ・ｓ以下の低
粘度のスラリーであり、そのスラリーから得られた焼結
体はいずれも高比重で、欠陥となる気孔も認められなか
った。このことは、溶媒に水を使用しても、常温で低粘
度の安定なスラリーを調製することができ、しかも成形
体中に樹脂の凝集物が残ることのない成形体を形成する
ことができることを示している。

【００２２】これに対して比較例１では、結合剤に常温
で硬化する樹脂を用いているため、実施例１と同様にス
ラリーを調製すると、混合中に増粘し、スラリーの粘度
が２．０Ｐａ・ｓより大きくなり、スラリーを調製でき
なかった。そのため、前記した方法でスラリーを調製し
たが、それでもスラリーは低粘度であるものの、嵩比重
が大幅に低下し、しかも切断面には大きな気孔が無数に
認められた。これは、結合剤を添加した後の混合時間を
長くすることができないことから、十分に分散できなか
った樹脂が成形体中に残留したためと思われる。また、
比較例２では、エマルジョン樹脂を用いているため、ス
ラリーの粘度は良好であるものの、焼結体の嵩比重が実
施例２よりかなり低く、しかも欠陥となる気孔がいくつ
か認められた。これは、樹脂の凝集物が成形体中に残留
したためと思われる。

【００２３】

【発明の効果】以上の通り、本発明にかかる成形方法に
よれば、結合剤に水溶性の熱硬化性樹脂を用いているの
で、溶媒に水を使用することができ、常温で低粘度の安
定なスラリーを調製することができ、しかも成形体中に
樹脂の凝集物が残ることのない成形体を形成することが
できるようになった。このことにより、環境安全上及び
健康上の配慮を必要としないで成形できる、また、緻密
で欠陥のない焼結体が得られるセラミックス粉末の成形
方法を提供できるようになった。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス粉末に溶媒、分散剤及び結
   合剤を添加し、混合して調製したスラリーを、溶媒を吸
   収しない材質から成る成形型に注入した後、硬化させる
   セラミックス粉末の成形方法において、該溶媒が水から
   成り、該結合剤が水溶性の熱硬化性樹脂から成ることを
   特徴とするセラミックス粉末の成形方法。
2. 【請求項２】 熱硬化性樹脂の添加量が、１〜３０体積
   ％であることを特徴とする請求項１記載のセラミックス
   粉末の成形方法。
3. 【請求項３】 熱硬化性樹脂が、オリゴマーより重合度
   の低い樹脂であることを特徴とする請求項１または２記
   載のセラミックス粉末の成形方法。
4. 【請求項４】 熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂、アク
   リル樹脂、ユリア樹脂、ユリア・メラミン樹脂、エポキ
   シ樹脂もしくはこれらの変性樹脂よりなる群から選ばれ
   た少なくとも１以上のものであることを特徴とする請求
   項１、２または３記載のセラミックス粉末の成形方法。