JPH11165309A - バインダー凝固を用いるセラミックの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、複雑な形状のセラミックを成形する場
合、焼成後のセラミックを機械加工するか、または射出
成形、スリップ・キャストや直接凝固キャスト法によっ
てきた。しかし、焼成後のセラミック成形品に対する機
械加工の困難性、多額の設備投資と装置の損耗、あるい
は長い成形時間や有毒原料の使用など、量産するにはそ
れぞれ難点があった。 【解決手段】 セラミック粉末のスラリーに、選択され
たバインダーと作用時間の適切な化学的開始剤を加え、
目的形状に近い型穴を有する型にキャスト後、この型を
６０℃までの温度に加熱することにより、制御された条
件でスラリーをゲル化させて、最終形状に近く、しかも
未焼成での強度が高く、そのまま生地に対して機械加工
の可能なセラミックキャスト品を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は有機物含有量が少な
く、良好な生地強度を有し、且つ、複雑な形状にキャス
ト可能なセラミックの製造方法に関する。

【０００２】セラミック材料は高強度で成形性を有し、
多量に使用され、且つ、切削工具のごとく高負荷作業を
行う工具や種々の物品に有用である。

【０００３】

【従来の技術】複雑な形状のセラミック部品を製造する
のに好適な技術的手法は多い。しかしながらセラミック
材料は、本質的に硬度が大であり、焼成後に機械加工法
によって成型するのは困難であると共に費用もかかる。
それ故、セラミック部品は、最終焼成部品に対する必要
機械加工量が最小となるよう成型するのが望ましい。複
雑な形状を得るのに２種類の方法が用いられる。生地機
械加工法と、最終目的近似形状を成型する方法である。
生地機械加工とは、通常の機械加工法を用いて未焼成の
セラミック部品を成型するものである。最終目的近似形
状の成型は、セラミック粉末を含むスラリーもしくはペ
ーストの、目的の形状へのキャストを含む。最終目的近
似形状の成型法の例としてはスリップ・キャスト法、射
出成型法及びゲル化をベースとするキャスト法がある。

【０００４】セラミック部品の射出成型は、合成樹脂の
射出成型と同様の方法で行われる。セラミック粉末を熱
可塑性樹脂有機バインダーシステム中に分散させてなる
粒状前駆物質を、軟化するまで加熱し、型穴に高圧、例
えば３０ＭＰａもしくはより高い圧力下に押し込む。そ
の後有機バインダーは除去され、固結した粉末を焼成す
る。この工程は容易に自動化できるものの、いくつかの
欠点がある。熱可塑性バインダーの収縮は、キャストし
た部品に内部欠陥を生ずる可能性がある。バインダーの
除去は時間がかかり、数日に及ぶこともある。バインダ
ー除去は最終製品に変形もしくは亀裂をもたらす場合が
ある。高圧と研磨性の粒子は装置の急速な摩耗をもたら
す。

【０００５】スリップ・キャスト法では、スラリーから
液体を除去するのに多孔質の型を用いる。液体が除去さ
れるにつれ、懸濁していたセラミック粒子は型の表面か
ら凝固していく。液体は、スラリーから前記凝固層を通
して型に移動するため、バインダー分子のごとき可溶性
物質は移行を起こす傾向があり、その結果バインダーの
不均一な分布や、粒子の充填密度の傾斜を生じさせる。
スリップ・キャスト法は相当時間のかかる工程であり、
且つ労働集約的である。

【０００６】ゲル化ベース・キャスト法は、ひとたびス
ラリーが型に注入された後の、液状スラリーから半硬質
の固体への制御可能な転移によっている。ゲル化ベース
・キャスト法の利点は、低粘度のスラリーが容易に型の
形状に添うこと、バインダー含有量が低く、且つ、熱分
解により容易に除去できること、多様な型材料が使用で
きること、ゲル化が液体の除去無しに生じるためバイン
ダーの移行が起こらないこと、さらに、特別な設備を必
要としないため投資コストが低いことである。

【０００７】これまでに二つのゲル化ベース・キャスト
法が報告されている。ゲル・キャスティング（Ｇｅｌ
Ｃａｓｔｉｎｇ）はスラリー中のモノマーとダイマーが
その場で重合し、強固なゲル構造を形成する。したがっ
て、米国特許第４，８９４，１９４号においては、アク
リルアミド・モノマーをセラミック・スラリーに混入す
る。ゲル化はモノマーを重合させる開始剤が添加された
ときに起こる。この方法は種々の粉末に対して成功裡に
用いられてきた。本方法の主な欠点は、重合前には神経
毒であるアクリルアミドを使用することである。他の欠
点は、ある種の型材料はゲル化プロセスを阻害すると報
告されていることである。

【０００８】直接凝固キャスト法（ＤＣＣ）は、スラリ
ー中に静電気的に分散させた粒子の凝固に関する。この
凝固は、系のｐＨを変えるか、あるいはイオン強度を酵
素・触媒反応を利用して変えることにより、静電気的な
安定化機構を崩壊させることにより行われる。本方法の
主な欠点は、有機バインダーを使用しないため、未焼成
キャスト品の強度が低いことである。部品の取り扱いに
困難を伴うと共に、生地の機械加工ができない。

【０００９】直接凝固キャスト法（ＤＣＣ）は最初にス
イス連邦工科大学（Ｓｗｉｓｓ Ｆｅｄｅｒａｌ Ｉｎ
ｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）のグラ
ウル（Ｇｒａｕｌｅ）、バーダー（Ｂａａｄｅｒ）及び
ガウクラー（Ｇａｕｃｋｌｅｒ）によって提示され、
「直接凝固キャスト法（ＤＣＣ）−新しい生地成形技術
の原理」（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ Ｃ
ａｓｔｉｎｇ （ＤＣＣ）−Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏ
ｆ ａ Ｎｅｗ Ｇｒｅｅｎ ＳｈａｐｉｎｇＴｅｃｈ
ｎｉｑｕｅ）、セラミック材料及びエンジン用部品に関
する第５回国際シンポジウム（Ｆｉｆｔｈ Ｉｎｔｅｒ
ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎ Ｃｅｒａ
ｍｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｎｅ
ｎｔｓｆｏｒ Ｅｎｇｉｎｅｓ）、頁６２６−３１、デ
ィー・エス・ヤン（Ｄ．Ｓ．Ｙａｎ）、エックス・アー
ル・フー（Ｘ．Ｒ．Ｆｕ）およびエス・エックス・シー
（Ｓ．Ｘ．Ｓｈｉ）編集、ワールド・サイエンティフィ
ック（Ｗｏｒｌｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）、ニュー・
ジャージー（Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）、１９９４年にお
いてティー・ジェイ・グラウル（Ｔ．Ｊ．Ｇｒａｕｌ
ｅ）、エフ・エッチ・バーダー（Ｆ．Ｈ．Ｂａａｄｅ
ｒ）及びエル・ジェイ・ガウクラー（Ｌ．Ｊ．Ｇａｕｃ
ｋｌｅｒ）により初めて発表された。この方法において
は、静電気的に安定化された粒子の懸濁液は、ｐＨの変
化あるいは粒子間の静電気反発力を弱める塩の濃度増大
によって凝固を起こす。凝固は、系のｐＨかイオン強度
を徐々に変化させる開始剤の添加によって促進される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来複雑な形状のセラ
ミック製品を製造するには焼成後のセラミックを（１）
機械加工したり、（２）セラミック粒子のスラリーを用
い射出成型したり、（３）スリップ・キャスト成型した
り、（４）直接凝固キャスト法を用いる等の方法が用い
られてきた。しかしこれらの方法は、それぞれ（１）硬
く機械加工が困難で費用がかかる。（２）多額の設備投
資を要し、しかも装置の損耗が早い、成型品のバインダ
ーを取り除くのに長時間を要すると共に成型品に内部欠
陥を生じるおそれがある。（３）成型に長時間を要し、
しかも成型品の内部構成が不均質になりやすい。（４）
有毒な原料を使用し、得られた成型品の未焼成強度が低
いため取り扱いが困難であると共に、生地の状態では機
械加工ができない等固有の難点があった。そこで本発明
では、セラミック粉末のスラリーに、選択されたバイン
ダーと作用時間の適切な化学的開始剤を加え、目的形状
に近い型穴を有する型にキャスト後、この型を６０℃程
度までの温度に加熱することにより、制御された条件下
にスラリーをゲル化させることにより、最終形状に近
く、しかも未焼成での強度が高く、そのまま機械加工の
可能なセラミック成型品の製造法を提供するものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】バインダー凝固キャスト
法（ＢＣＣ）はセラミック製造用の新規な最終目的物の
近似形状成型法である。ポリカルボン酸のような高分子
電解質解膠剤や高分子量バインダーを含むセラミックの
水性スラリーを、化学的開始剤の作用および／またはス
ラリーの昇温によって制御できる状態下でゲル化させ
る。ゲル化開始のメカニズムは、分散セラミック粒子の
高分子量バインダー分子による吸着レベルでの凝集と、
系のｐＨ変化によるポリマー分子の立体配座の変化によ
るものである。

【００１２】アルミナ、ジルコニアおよびこれら２種の
粉末の混合物は、ＢＣＣプロセスによって成功裡にキャ
ストできた。ムライトはカオリンまたはアルミナを添加
することによりキャストできる。シリカのように溶液か
ら十分な量のポリアクリル酸を吸着しない酸化物は、Ｂ
ＣＣプロセスに適さないことが見いだされた。非酸化物
粉末も同様である。

【００１３】ＢＣＣプロセスを用いて調製した試料の全
有機物含有量は１％未満で、生地の強度は良好である。
試料は非常に複雑な形状にキャスト可能で、且つ、種々
の型材料が使用できる。乾燥させたキャスト品は未焼結
で機械加工が可能である。乾燥させたキャスト品は良好
な焼結特性を示し、アルミナおよびジルコニア・セラミ
ックの場合、理論最高密度の９９％を超える焼成後密度
が得られた。

【００１４】本方法は、 １）水、解膠剤及び１種類またはそれ以上のセラミック
粉末からなる懸濁液を調整するステップと、 ２）粉末がよく分散するようスラリー（懸濁液）を撹拌
するステップと、 ３）バインダーを添加しながら撹拌を続けるステップ
と、 ４）化学的開始剤を添加し、スラリー（懸濁液）を撹拌
しつつ型に注入し、室温から６０℃の間の温度に加熱す
るステップとを含む方法である。

【００１５】

【発明の実施の形態】バインダー凝固キャスト法（ＢＣ
Ｃ）システムは、水中に高配合量の１種類以上のセラミ
ック粉末とポリマー添加剤を加えた、制御された条件下
でゲル化できる懸濁液またはスラリーよりなる。通常中
和塩の溶液の形で添加する低分子量ポリカルボン酸が、
解膠剤として粒子を分散させスラリー粘度を低下させ
る。高分子量ポリカルボン酸のようなバインダーを、乾
燥粉末で約０．１重量％レベルで添加する。スラリー
を、１０から６０分の時間帯で、すなわちスラリーを脱
気し、ゲル化が始まるまでに型に注入するのに十分な時
間をもって系のｐＨを変化させる化学的開始剤を添加す
るか、あるいはゲル化プロセスを加速するために型とス
ラリーを加熱する方法のいずれかによって、制御された
条件下でゲル化させる。好ましい実施形態においては、
加熱と化学的開始剤添加の双方を用いる。

【００１６】他の最終目的物の近似形状成形方法、例え
ば射出成型法や他のゲル・キャスト法等に対するＢＣＣ
システムの利点を挙げると、ＢＣＣシステムでは無毒性
の物質を使用すること、バインダー含有量が非常に少な
いこと、一旦乾燥させたキャスト品が高い生地強度（未
焼成強度）を有すること、したがってキャスト品が生地
状態で機械加工可能なことである。

【００１７】プロセスの最初のステップは、水、解膠剤
および１種類以上のセラミック粉末からなる懸濁液を作
ることである。さらにスラリーにｐＨ調整剤、界面活性
剤、脱泡剤、可塑剤等の他の成分を加えてもよい。

【００１８】セラミック・スラリーの調製において、ま
ず水、解膠剤、ｐＨ調整剤および他の水溶性成分からな
る溶液を調製し、それから、この溶液にセラミック粉末
を加えるのが、従来技術における一般的な方法である。

【００１９】低分子量のポリカルボン酸塩のような高分
子電解質は、セラミック・スラリーの解膠剤として広く
用いられている。低分子量解膠剤は、初期の粉末の分散
に必要な量より過剰に必要であることが判った。さもな
いとスラリーは高分子量バインダーの添加後直ちにゲル
化してしまう。ｐＨが下がると、より多くの解膠剤が粉
末に吸着され、そのため解膠剤による遮蔽効果が減少
し、凝集したバインダー分子が引き起こす粒子の架橋に
よりゲル化が始まる。熱的、化学的ゲル化の効果は、バ
インダー分子がもたらす隣接粒子間の相互作用と、キャ
スト品が形状を維持するのに必要な連続したポリマー−
粉末ネットワークの形成を促進する。解膠剤は好ましく
はポリアクリル酸であるが、ポリメタクリル酸、ポリカ
ルボン酸等でもよい。実用的な分子量の範囲は２０００
〜１５０００である。

【００２０】前記セラミック粉末はアルミナ、ジルコニ
ア、ムライト（Ａｌ₆Ｓｉ₂Ｏ₁₃）およびコージェライト
（Ｍｇ₂Ａｌ₄Ｓｉ₅Ｏ₁₈）、あるいはこれらの混合物か
らなるが限定されるものではない群から選択される。懸
濁液中のセラミック粒子の量は容積比基準で約２５％か
ら６５％である。ｐＨ調整剤は、有機または無機の酸あ
るいは塩基で、好ましくはスラリーのｐＨを７．５から
７．８に維持できるものである。氷酢酸は好ましいｐＨ
調整剤で、通常乾燥粉末１０００ｇ当たり０．２５から
０．５０ｍｌを添加する。

【００２１】第２ステップにおいてはスラリーを、粉末
の良好な分散が得られるよう混合する。従来技術におい
て混合に用いられる多くの方法、例えばボールミル混
合、円板ミル混合、超音波混合等が使用できる。

【００２２】第３ステップは、高分子量バインダーの添
加と混合の継続である。前記バインダーは、ポリアクリ
ル酸、ポリメタクリル酸、ポリカルボン酸等で、好まし
くは分子量３０，０００から４５０，０００のものから
なる群から選択される。前記バインダーがスラリー全体
に均等に分散するのを促進するため、バインダーは水溶
液の形で添加するのが望ましい。前記バインダーは通常
１０から５５％水溶液の形で添加する。しかしながら、
前記バインダーは、もし混合に十分な時間、例えば乾燥
バインダー０．２ｇ添加後に１２時間の混合時間がとれ
るならば、粉末状で添加してもよい。

【００２３】初期のスラリーが極めて流動性に富み、良
好な分散を可能にしていても、バインダー溶液の添加に
より粘度は増大する。十分な量の解膠剤を使用しなかっ
た場合、スラリーはバインダー添加によってゲル化して
しまう。スラリーの粘度は固形分配合量と解膠剤のレベ
ルによって決まる。バインダーの添加量も粘度に影響す
るが、その程度は低い。粘度は良好な脱気を行うため
に、十分低くなければならない。実用的な粘度は通常２
０００ＭＰａ・Ｓ未満である。

【００２４】第４ステップではスラリーに化学的開始剤
を添加し、これを撹拌する。

【００２５】６８５．８から７１１．２ｍｍＨｇ（２７
から２８ｉｎ．）の真空を２から３分保つ等の方法は、
スラリーから混入空気や溶存ガスを除去するのに有用で
ある。混入空気は気泡を形成し、最終キャスト品の気孔
の原因となる。溶存ガスはスラリーが加熱されたときに
泡を形成し、焼成した部品に亀裂を生じさせる。もし、
ゲル化開始後にさらにガスが放出されると、いっそう亀
裂が発生する。混入空気の除去を始める際に、消泡剤を
添加すると有効である。

【００２６】ゲル化プロセスは、開始剤によって制御さ
れるｐＨの変化によって誘起される。温度の上昇はｐＨ
の変化を促進する。二次的な熱的ゲル化機構も存在する
と思われる。開始剤を添加すると、スラリーのｐＨは１
ｐＨ単位ほど急速に下がり、スラリー粘度も同様に低下
する。この粘度低下は混合と脱気を助けることになる。
さらにｐＨが下がると、粘度が増大すると共にゲル化が
起こる。

【００２７】いかなる化合物または化合物の組み合わせ
による開始剤であっても、時間に応じて確実にスラリー
のｐＨを下げるものであれば使用することができる。よ
りｐＨを確実に時間に応じて下げ、ゲル化開始に用いる
ことができる反応の化学機構には二つのタイプがある。
加水分解反応と酵素触媒反応である。好ましい開始剤は
グルコノラクトンである。

【００２８】用いる消泡剤は一般に不混合性の液体で、
泡の液体／気体界面を不安定にする。有用な消泡剤の例
は、ポリプロピレン・グリコール、石油誘導体類等であ
る。

【００２９】代表的なキャストの手順は次の通りであ
る。

【００３０】１．１００ｍｌのビーカーに８０ｇのスラ
リーを秤取する ２．消泡剤を３滴添加する ３．開始剤０．７５ｇを添加し、スパチュラでスラリー
を簡単に撹拌する ４．磁気撹拌棒をビーカーに入れ、スラリーを真空デシ
ケーターに入れる。撹拌しながら７１１．２ｍｍＨｇ
（２８ｉｎ．）の真空を２〜３分保つ ５．スラリーを型に注入する。スラリーの露出した表面
は不混合性液体で覆って乾燥を防ぐ。平らなカバーガラ
スを不混合性液体の上に載せる ６．スラリーを入れた型を２１℃から６０℃のオーブン
に入れるか、他の方法で１０から６０分間加熱する ７．型をオーブンから取り出し、１０から３０分間放冷
する ８．型を開け、キャスト品が固まって型から容易に取り
出せるようになるまで空気中で乾燥する。

【００３１】型とスラリーを６０℃のオーブンに入れた
後は、それらの温度は時間と共に上昇する。到達する最
高温度はオーブン中に置く時間によって決まる。温度は
低い方が望ましい。なぜならスラリーの液相中に溶解し
ていた（あるいは粉末の表面に吸着されていたかもしれ
ない）何らかのガスの放出は、高温ほど起こりやすいか
らである。

【００３２】オーブンから型とスラリーを取り出した後
も、ゲルの強度は増大し続ける。これは冷却の初期段階
において、型とキャスト品の余熱によって追加される加
熱時間により凝固構造の構築がさらに進行するか、また
は温度低下の結果によるものと思われる。スラリーの配
合によるが、オーブンに入れた後２０分も経つと型を開
けることができる。キャスト品の硬さは、使用した材
料、スラリー中の固形分配合量、解膠剤のレベル、キャ
スト時間と温度に依存する。バインダーと開始剤の添加
量、スラリーの経時状況もまたキャスト品の硬さに影響
する。

【００３３】キャスト品は型を開けた後、ほとんど直ち
に型から取り出すことができるが、キャスト品は幾分柔
らかい。キャスト品を型で支持したまま空気中で乾燥す
れば変形は少ない。場合によってはキャスト品を、乾燥
中支持する受け台に入れておくのが望ましい。

【００３４】本発明の分散液に、ｐＨ調整剤、界面活性
剤、消泡剤および可塑剤を含む追加の材料を添加しても
よい。

【００３５】本発明の新規性は下記の実施例１と比較例
１および添付の表によって最もよく理解できるであろ
う。

【００３６】

【実施例】実施例１ 本発明の実施例は複雑な形状を、アルミナ、ジルコニ
ア、ジルコニア−アルミナ複合体、ムライトおよびコー
ジェライトを含む選択されたセラミックおよびセラミッ
ク複合体系を用いて、バインダー凝固キャスト法により
成形することを第一の目的とする。本発明で用いた材料
の例のいくつかを以下に述べる。

【００３７】使用材料 １．有機添加剤 ＢＣＣシステム開発の初期の段階では分子量６０００の
アンモニウム・ポリアクリレート解膠剤と、分子量４５
０，０００のポリアクリル酸バインダーを用いた。その
後の研究においては、多数の高分子電解質解膠剤および
ポリカルボン酸類からのバインダーを評価してよい結果
を得た。試験した解膠剤を表１に示す。バインダーは表
２に示す。

【００３８】２．セラミック粉末 当初ＢＣＣプロセスはアルミナ（アルコア（Ａｌｃｏ
ａ） Ａ３９−ＳＧ）を用いて開発した。広範囲の粉末
および粉末の組み合わせを試験した。使用した粉末を表
３に示す。特定の粉末の組み合わせについては後に述べ
る。

【００３９】３．開始剤 全ての実験で用いた開始剤はグルコノラクトン（アルド
リッチ ケミカル カンパニー）、ＣＡＳ番号は９０−
８０−２である。この化学物質はまたδ−グルコノラク
トンまたはＤ−グルコン酸δ−ラクトンとして知られて
いる。

【００４０】４．型 試料は種々の材料で、様々な形状に作られた型にキャス
トした。型の説明を表４に示す。型は、好ましくはアル
ミニウム、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエチレ
ンおよびテフロン（商標）からなる群から選択される材
料から製作される。型はキャスト品が型表面に付着する
のを防ぐために被覆されていた。被覆剤として有効であ
ったのは軽質鉱油（３・イン・ワン オイル・スプレ
ー、ボイル・ミッドウェイ（３−Ｉｎ−Ｏｎｅ Ｏｉｌ
Ｓｐｒａｙ，Ｂｏｙｌｅ−Ｍｉｄｗａｙ））、リチウ
ム・グリース（ルブリマチック、ウィトコ（Ｌｕｂｒｉ
ｍａｔｉｃ，Ｗｉｔｃｏ））およびオレイン酸であっ
た。キャスト中にスラリーの露出した表面が乾燥するの
を防止するため、この表面はポリプロピレン・グリコー
ル（ポリグリコール Ｐ−１２００、ダウ（Ｐｏｌｙｇ
ｌｙｃｏｌ Ｐ−１２００，Ｄｏｗ））またはシリコー
ン・オイル（粘度５Ｐａ・Ｓ（５００ｃｐｓ）、ブルッ
クフィールド エンジニアリング ラボラトリーズ（Ｂ
ｒｏｏｋｆｉｅｌｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌａｂ
ｏｒａｔｏｒｉｅｓ））で覆った。

【００４１】

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】 ５．実験の詳細 ＢＣＣプロセスは、アルミナとジルコニア、およびこの
両粉末の混合物に対し好適であった。好ましい結果は９
６％のアルミナと、２％ずつのタルクとカオリンを含む
スラリー、および追加の１０％のアルミナまたはカオリ
ンを含むムライトのスラリーにおいても得られた。ただ
し、これらの系ではゲル化特性を最適化するのに追加の
作業が必要であった。一般に、非酸化物系の場合、ＢＣ
Ｃプロセスではゲル化しなかった。シリカ、ムライトお
よびコージェライトは、各々を系内で単独で用いた場合
にはゲル化しなかった。しかし、ムライトをアルミナま
たはカオリンを添加して用いた場合は好ましい結果が得
られた。異なったタイプのポリカルボン酸と塩を、バイ
ンダーおよび解膠剤として用いた試験では、殆どの場合
良好なゲル化を示した。

【００４２】Ａ．アルミナ・システム−処理条件の最適
化 ボックス−ベンキン（Ｂｏｘ−Ｂｅｈｎｋｉｎ）設計の
実験計画による試験を、アルミナ系のシステムにおい
て、スラリーの３因子がキャスト特性に与える影響を決
定するために行った。すなわち固形分配合量、解膠剤の
レベルとバインダー濃度である。必要とされる性質は次
の通りである。スラリーが低粘度であることが、型への
充填の容易さと効果的な脱気のためには望ましい。高い
ゲル強度が丈夫なキャスト品を形成するのに必要であ
る。キャスト品は型から取り出すには、硬く、且つ、十
分強くなければならない。生地強度は、取り扱いと、も
し必要なら生地の機械加工が行えるよう、十分高くなけ
ればならない。焼成後の密度は高く、総収縮は低くなけ
ればならない。焼成後の試料は亀裂が無く、形状が安定
している必要がある。調製された１５種類の配合を表５
に示す。各配合に対して少量の酢酸（０．２５ｍｌ）
を、粉末を投入する前にスラリーのｐＨを７．５から
７．８に調節するために添加した。各スラリーは表示の
順に調製したが、この順番はランダム化してある。測定
の標準偏差を求めるため、各配合につきそれぞれ同じス
ラリー３つを調製した。試料は、スラリー８０ｇ当たり
グルコノラクトン開始剤０．５ｇを用い、大きな煉瓦型
にキャストした。キャスト品は６０℃のオーブン中で６
０分間ゲル化させた。

【００４３】

【表５】 １．スラリー粘度 解膠剤のレベルがスラリーのレオロジーに影響すること
が観察された。各解膠剤のレベルごとに、それぞれ異な
る固形分配合量とバインダー濃度のデータをプロットし
た。最低の解膠剤レベル（１．０％）では、スラリーは
ＰＡＡバインダー添加後直ちにゲル化し、使用不能であ
った。これらゲル化したスラリーの粘度測定は不可能で
あり、解膠剤１．０％の位置にはデータ・ポイントはプ
ロットされていないため、適当な高い値に近づくよう破
線を引いた。粘度は解膠剤レベルが中間のところで最も
低く、高レベルでは若干高くなる。

【００４４】スラリー粘度は固形分配合量の増大と共に
上昇する。各固形分配合量のスラリーごとに、異なる解
膠剤およびバインダーレベルの点をプロットした。バイ
ンダー濃度には、凝固前のスラリー粘度に対して統計的
に有意な影響は認められなかった。

【００４５】２．ゲル粘度 「Ｔ字形」スピンドルを用いるブルックフィールド（Ｂ
ｒｏｏｋｆｉｅｌｄ）粘度計を、ゲル強度、より正確に
はゲル化したスラリーの見掛け粘度、の評価に用いた。
Ｔ字形スピンドルは妨げられることなく試料中を切り進
み、ゲル強度の指標を与える。ゲル粘度は固形分配合量
と解膠剤レベルに影響されることが見いだされた。バイ
ンダー濃度は、試験した範囲では影響が認められなかっ
た。より固形分配合量の多いスラリーでは、ゲル粘度と
ゲル強度が高く、また高解膠剤レベルではゲル粘度は低
下した。この現象は試料をキャストする際にも定性的に
認められた。低固形分配合量、または高解膠剤レベルの
スラリーでは、型を開いたとき変形しスランプするよう
な、さらに柔らかいキャスト品を形成するようであっ
た。

【００４６】３．乾燥収縮 ２％から８％の範囲の乾燥収縮は、固形分配合量を増す
につれ減少した。この収縮は、キャスト品中の粒子間で
凝固したバインダーが、水の除去につれて収縮すること
によって生じる。ゲル化中のキャスト品の僅かな収縮
（線収縮率で１％未満）も観察されたが定量化はできな
かった。これは固形分配合量を増すと減少するようであ
る。

【００４７】４．生地密度と焼成収縮 試料は表６に示すスケジュールにしたがって空気中１６
００℃で焼成した。生地密度、焼成後密度および焼成収
縮は質量保存の法則に関連するようである。下に関係式
を示す。

【００４８】

【数１】 ここにＤ₁（生地密度）とＤ₂（焼成後密度）はｇ／ｃｍ
³単位での密度である。この挙動からの乖離は焼成中も
閉じることのない大きな気孔の存在を示す。この一連の
実験中に調製した試料の一部は生地密度の正確な測定が
困難なところまで変形し、これらについては生地密度の
近似値を計算した。生地密度の測定が可能だった試料
は、上記式（１）によく一致する結果を示した。

【００４９】

【表６】 予想されたごとく、生地密度は固形分配合量と共に増大
した。生地密度はスラリー固形分配合量のほぼ１．０５
倍であり、生地収縮測定値と一致する。生地密度はま
た、より高レベルの解膠剤を含有するスラリーで若干高
くなる。この理由は明らかでない。焼成収縮は、固形分
配合量と解膠剤レベルの高い試料において低く、上記式
（１）に従う。収縮率は固形分５５容積％のスラリーか
らキャストした試料の１５％から、固形分３５容積％の
スラリーでの試料の１９．５％の範囲となった。

【００５０】焼成後密度は、スラリー配合要素のいずれ
からの影響も受けなかった。焼成した試料の平均密度
は、理論値の９９．４％で、標準偏差は０．１％であっ
た。これはＢＣＣプロセスが、大きな気孔のない非常に
均一な微小構造をもたらすことを示している。

【００５１】これらの結果は、最適なゲル・キャスト・
システムは、ゲル強度を最大にすると共に収縮を最小に
する高い固形分配合量、およびスラリー粘度を低く保ち
ながら、高いゲル強度が得られる範囲で、可能な限り低
い解膠剤レベルであるべきことを示唆している。

【００５２】５．焼成後強度 焼成後の３つの試料（ＧＳ＃８、ＧＳ＃１１およびＧＳ
＃１２、これらは同一組成である）を用い、ミル規格
（ＭＩＬ ＳＴＤ）１９４２、「４点曲げ試験規格」
（４−Ｐｔ． Ｆｌｅｘｕｒａｌ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｓ
ｔａｎｄａｒｄ）、軍材料技術研究所、ウォータータウ
ン、マサチューセッツ、１９７９（ＡｒｍｙＭａｔｅｒ
ｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌａｂ，Ｗａｔｅｒｔ
ｏｗｎ，ＭＡ，１９７９）に適合する寸法、３×４３×
４５ｍｍの試験片に加工し、４点曲げ試験法により曲げ
強度を測定した。平均強度は４０４．１ＭＰａ、標準偏
差は５９．４ＭＰａであった。この強度は同一のアルミ
ナを用い、最適粉末充填法により調製したアルミナ試料
に較べ僅かに低いだけである。測定に用いた試料数はワ
イブル弾性率（Ｗｅｉｂｕｌｌ Ｍｏｄｕｌｕｓ）を正
確に求めるには不十分であった。１０個の試料から推定
したワイブル弾性率は、信頼区間９０％において８±４
であった。

【００５３】Ｂ．アルミナ・システム ＢＣＣプロセスにおいて、それぞれ異なる解膠剤とポリ
カルボン酸類のバインダーを評価するため、二組のスラ
リーを調製した。表７に異なる塩基で中性化したポリア
クリル酸解膠剤を用いた３種のスラリー配合を示す。表
８に異なる解膠剤と異なるバインダーを用いた４種の配
合を示す。

【００５４】第一の組（表７）による各スラリーを、ス
ラリー８０ｇ当たり開始剤０．５ｇを用いる標準の方法
にしたがって大きな長方形の煉瓦型にキャストした。型
は６０℃のオーブンに６０分間入れた。全てのスラリー
はゲル化して硬いキャスト品を形成した。この事実はカ
チオンまたは塩基を用いて中性化した低分子量ＰＡＡ分
散剤は、ＢＣＣプロセスに対して大きな要因ではないこ
とを示すものである。

【００５５】第二の組（表８）による各スラリーを、ス
ラリー８０ｇ当たり開始剤０．５ｇを用いてキャストし
た。これらは小型の煉瓦型にキャストし、６０℃のオー
ブンで３０分間加熱した。ＢＣＣ＃３４を除く他の全て
はうまくゲル化し、良好なキャスト品を形成した。ＢＣ
Ｃ＃３４は柔らかいゲルを形成し、型を開いたとき崩壊
した。これらの結果はＢＣＣプロセスが、広い範囲のポ
リカルボン酸ポリマーを用いて使用できることを示して
いる。使用した解膠剤の範囲は、分子量で１０００から
１５，０００にわたる。バインダーの範囲は、分子量で
９０，０００から４５０，０００である。ポリマーには
ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸および他の所定の組
成を持つ市販ポリカルボン酸を含む。

【００５６】Ｃ．アルミナ・システム−キャスト時間 ゲル化に対するキャスト時間の影響を、ＭＥＡで中性化
したＰＡＡ−２０００を解膠剤に使用したアルミナ・ス
ラリー（ＢＣＣ＃１５）を用いて測定した。開始剤はス
ラリー８０ｇ当たり０．５ｇレベルで添加した。スラリ
ーはアルミニウム製の型（短いブロック形状）に注入
し、６０℃のオーブンに異なった時間装入した。型の温
度は、アルミニウム型にドリルであけた孔に挿入した熱
電対によって測定した。この温度と、スラリー中に直接
挿入した熱電対で測定した温度との比較から、アルミニ
ウム型とスラリーは同じ速度で加熱されることが見いだ
された。型とスラリーの温度はオーブン中での時間と共
に変化する。

【００５７】室温からの加熱時間は０から６０分までと
した。６０分で最高キャスト品温度の５７℃となる。型
は開く前に１５分放冷した。室温キャスト品はゲル化し
なかった。オーブン挿入５分後（最高温度３３℃）で良
好なキャスト品が得られたが、型を開けたときゲルは柔
らかかった。これより長い加熱時間の場合は全て、優れ
たゲル強度を持つ良好なキャスト品が得られた。他の実
験ではキャスト時間が長いほど、より短い冷却時間で型
を開くことができることが示された。この配合では、最
短合計キャスト時間（加熱と冷却の合計）は２０分のよ
うである。

【００５８】

【表７】

【表８】 二回目のキャスト時間実験は解膠剤としてＰＡＡ（ダー
バン Ｄｅｒｖａｎ８２１Ａ）を使用したアルミナ・ス
ラリーを用いて実施した。よいキャスト品を得るには、
より長いキャスト時間が必要であり、１５分間の加熱
（最高温度４２℃）と１５分間の冷却となった。１０分
間の冷却後に型を開けたところ、キャスト品は完全には
ゲル化していなかった。従って、時間と温度の両方がゲ
ル化プロセスに影響を与えると結論づけることができ
る。

【００５９】キャスト品は、キャスト温度が高いほど内
部に亀裂を生じる傾向が見いだされた。一般的な欠陥の
一つは層間亀裂であった。亀裂の起点は小さな気孔であ
った。スラリーが加熱されると、水に対するガスの溶解
度は温度が高いほど小さいため、不完全に脱気されたス
ラリー中の溶存ガスが放出されて気泡を形成する。ゲル
化開始後は、さらなるガスの放出はゲルの破断を生じ
る。このさらなるガスの放出による層間剥離の開裂によ
って、ゲル化中のキャスト品は実際に型の上面から盛り
上がる。より短いキャスト時間、言い換えればより低い
キャスト温度は、より長い脱気時間を意味するが故に、
このような層間剥離形成の傾向を減少させる。

【００６０】Ｄ．９６％アルミナ 少量のタルクとカオリンを含む代表的な９６％アルミナ
組成物について二つのスラリー配合を調製した。タルク
とカオリンは焼成時にガラス相を形成し、アルミナ粒子
を接合する。バッチ配合を表９に示す。二つのスラリー
配合の間には二つの相違−固形分配合量と解膠剤レベル
−がある。固形分５０容積％の最初のスラリーＢＣＣ＃
２３は、スラリー８０ｇ当たり開始剤０．５０ｇを用い
てキャストした。６０℃オーブン中３０分後では、スラ
リーはゲル化しなかった。５０分後に柔らかいゲルを形
成した。次に開始剤０．７５ｇを用いてキャストした。
今回はオーブン中で３０経過後に柔らかいゲルを形成し
た。ＢＣＣ＃２３スラリーは粘度が非常に低かったの
で、第二の配合、ＢＣＣ＃２７はより高い固形分量（５
５容積％）で調製した。解膠剤レベルは、ゲル強度を増
大させるために下げた。スラリーはＢＣＣ＃２３による
結果を改善するため、開始剤０．５および０．７５ｇを
用いてキャストした。開始剤０．７５ｇを使用した場
合、６０℃のオーブン中３０分で硬いキャスト品が得ら
れた。スラリー粘度は依然低く、固形分配合量はさらに
増やすことができる。９６％アルミナ配合のキャスト品
は、ゲル化中のスラリーに形成された泡のため、内部に
層構造を生じた。これらの欠陥を説明できる二つの可能
性がある。カオリンは非常に大きな表面積を有するの
で、カオリン表面に吸着されていたガスの放出により泡
が形成されることがある。あるいは、スラリーがさらに
酸性になるにつれ、粉末のうちいずれかのものの表面相
のなにかが分解した結果泡が発生するのである。

【００６１】

【表９】 Ｅ．完全安定化ジルコニア 完全に安定化された正方晶系ジルコニアの多結晶（ＴＺ
Ｐ）スラリーを表１０の配合を用いて調製した。この粉
末は粒径が非常に小さく、且つ、比表面積が大きいた
め、固形分配合量４２容積％が機能的な最大値のようで
ある。セラミックの体積に対し、吸着されるポリマーの
相対体積は、粒径が小さくなるほど増大する。スラリー
は良好な流動性を示した。試料は大きな煉瓦型に、スラ
リー８０ｇ当たり開始剤０．７５ｇを用いてキャストし
た。型は６０℃のオーブン中で３０分加熱した。キャス
ト品は優れたゲル強度を有していた。５個の試料をキャ
ストし、表１１の焼成スケジュールに従って、酸素気流
（０．８ＬＰＭ）中で１５００℃で焼成した。平均焼成
密度は６．０６３ｇ／ｃｍ³、または理論値６．０８９
ｇ／ｃｍ³の９９．６％であった。スラリー中の初期固
形分配合量が少なかったため、収縮率は２７％であっ
た。

【００６２】

【表１０】

【表１１】 焼成後強度 ５個の煉瓦をキャストして焼成し、機械加工により曲げ
強度試験用に、寸法３×４×４３ｍｍの試験用バー計２
０個を作成した。焼成後の煉瓦では明瞭でなかったが、
加工したバーのうち４個に目視可能な亀裂があった。亀
裂の入ったバーを含めた組の平均強度は７７４．５ＭＰ
ａ、標準偏差は１７５．３ＭＰａであった。組全数での
ワイブル弾性率は４．５であった。亀裂のある試料を計
算から除外した場合の平均強度は７７４．５ＭＰａ、標
準偏差は１００．６ＭＰａであり、ワイブル弾性率は
９．８であった。

【００６３】１２個のジルコニア試料を、機械加工した
試験用バーとほぼ同じ寸法にキャストし、４点曲げで試
験した。この組の平均強度は４３３．９ＭＰａで、標準
偏差は８６．６ＭＰａであった。機械加工した試料の強
度が高かったのは、おそらくより良好な表面仕上げによ
るものか、あるいは機械加工そのものの結果によるもの
であろう。

【００６４】Ｆ．部分安定化ジルコニア ＭｇＯで安定化したジルコニアを用いて、二つの部分安
定化ジルコニア（ＰＳＺ）スラリーを調製した。配合を
表１２に示す。粒径が小さいため、固形分配合量は少な
く、二つのスラリーで３３および３８容積％である。Ｂ
ＣＣ＃２８を、スラリー８０ｇ当たり開始剤０．７５ｇ
を用いてキャストした。キャスト品は良好なゲル強度を
示したが、粘度が高く脱気が困難であるため若干の気孔
を含んでいた。ＢＣＣ＃２９は固形分がより多く、粘度
が高いためキャストしなかった。スラリーの粘度は時間
の経過と共に上昇し、使用不能となった。

【００６５】

【表１２】 Ｇ．ジルコニア強化アルミナ 二種類のジルコニア強化アルミナ（ＺＴＡ）組成物につ
き、ＢＣＣプロセスを用いて試験した。配合を表１３に
示す。１０％ジルコニア・スラリーは、その平均粒径が
より大きいため、３０％ジルコニア・スラリーより若干
流動性がよい。試料はスラリー８０ｇ当たり開始剤０．
５ｇを用いてキャストし、６０℃のオーブンで３０分間
加熱した。双方の配合共ゲル化し、硬いキャスト品を形
成した。

【００６６】

【表１３】 本試料はアルミナ試料（表６）に用いた焼成スケジュー
ルを用いて１６００℃で焼成した。１０％ジルコニア試
料の焼成後密度は４．０７ｇ／ｃｍ³で、これはアルミ
ナとジルコニアの密度値から計算した理論値４．１２ｇ
／ｃｍ³の９８．８％である。３０％ジルコニアの焼成
後密度は４．３８ｇ／ｃｍ³で、これは計算値４．４４
ｇ／ｃｍ³の９８．７％である。

【００６７】Ｈ．ムライトとコージェライト ムライト（Ａｌ₆Ｓｉ₂Ｏ₁₃または３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ
₂）およびコージェライト（Ｍｇ₂Ａｌ₄Ｓｉ₅Ｏ₁₈または
２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）は耐火物に用いら
れるもので、これらについてもＢＣＣプロセスで試験し
た。配合を表１４に示す。これらのスラリーは全て低粘
度で固形分配合量を増やすことができる。ムライト・ス
ラリーはスラリー８０ｇ当たり開始剤０．７５ｇを用い
てキャストしたが、６０℃のオーブン中３０分間ではゲ
ル化しなかった。コージェライト・スラリーも開始剤
０．７５ｇを用いてキャストしたが、これも６０℃のオ
ーブン中３０分間ではゲル化しなかった。ムライト・ス
ラリーの配合を、カオリンまたはアルミナのいずれかを
加えることで修正した。カオリンを添加した場合のスラ
リーは、スラリー８０ｇ当たり開始剤０．５ｇを用いて
キャストし、６０℃のオーブン中３０分後に柔らかいゲ
ルを形成した。ゲル強度は、型をオーブン中に５０分間
入れておくと増大したが、依然、型を開けたときキャス
ト品が千切れるのを防止するには不十分であった。アル
ミナ添加物を含有するスラリーも、同じ作業条件では、
カオリン含有スラリーと同様の挙動を示し、柔らかいキ
ャスト品となり、型を開けたときに千切れた。しかしな
がら、第二の粉末を添加すると若干のゲル化は生じるの
で、これらの系は無欠点のキャスト品が得られるよう最
適化できる余地がある。

【００６８】

【表１４】 ムライト・スラリーの場合、固形分配合量は少なく、ム
ライトの粒径は大きい（６．４μｍ）。粒径が粗い場
合、表面積は小さい。ＢＣＣプロセスは、バインダー−
粒子間の相互作用に依存することを示してきた。アルミ
ナとジルコニアの粉末は、ここで用いたムライトより相
当大きな比表面積を有するものの、成功裡にキャストで
きた。粒径は小さいほど、前記の粒子／バインダー相互
作用に寄与する、より大きな表面積を与える。高固形分
配合量は粒子間の間隙を狭め、隣接する粒子間により多
数の接触をもたらし、ゲルの水分含有量を減少させる。
より小さな粒径と、より多い固形分配合量は、共にゲル
強度を増大させ得る。第二粉末としてカオリン又はアル
ミナの添加は、より大きなムライト粒子を支えるゲル・
ネットワークを形成に作用する。

【００６９】コージェライト・スラリーは、粒径が小さ
く固形分配合量は少ない。この系のゲル化失敗はおそら
く粉末表面と有機ポリマーの間に、ほとんど若しくは全
く相互作用が無かったことを示している。アルミナまた
はカオリンの添加により、ムライトの場合に起こったよ
うなゲル形成が得られるかも知れない。

【００７０】複雑な形状 ゲルキャスト法は、いわば複雑な形状を最小限の機械加
工しか使用せず、直接成形する最終目的物の近似形状成
型法である。直角のブロック形状に加え、さらに複雑な
形状の型二個につき試験した。最初の型は糸巻き形であ
る。二番目の複雑な形はねじ切りしたボルトである。使
用したウレタン・エラストマーの型は容易に製作でき
た。

【００７１】アルミナとジルコニアのスラリーが、この
二つの複雑な形状を有する型に成功裡にキャストでき
た。糸巻き形のキャスト品は小断面積部に亀裂を生じる
傾向があった。これは恐らくゲル化中に非常に軽度の収
縮が起こり、小断面積部に引張りが生じたことによるも
のであろう。亀裂は棒状中子（ｃｏｒｅ ｒｏｄ）を引
き抜く際に悪化したものであろう。過度の収縮が起こる
前にキャスト品を型から取り出して支持できるよう石膏
の受け台を製作した。

【００７２】ねじ切りボルトキャスト品は、柔軟なウレ
タン型から容易に取り出すことができた。様々な形状、
材質の型がＢＣＣプロセスで使用できるであろう。

【００７３】生地の機械加工 ＢＣＣによる試料の生地機械加工性を、二種の簡単な試
験により評価した。まず標準のドリルビットを使用し、
試料を回転するビットに押しつけることにより孔をあけ
た。アルミナおよびジルコニア試料双方に対する試験に
おいて、いずれにも欠けを生じた。水分含有量がより多
い（＜５重量％）キャスト品では若干の改善が見られ
た。元の配合に対し、バインダー用可塑剤としてのＰＥ
Ｇ−２００（ユニオン・カーバイド・コーポレーション
Ｕｎｉｏｎｎ ＣａｒｂｉｄｅＣｏｒｐｏｒａｔｉｏ
ｎ）の添加は、欠けの大幅な減少をもたらした。ＰＥＧ
−２００はスラリー８０ｇ当たり４ｇのレベルで添加し
た。コバルト・ドリルビットおよびタングステン・カー
バイド工具による加工もまた欠けを減少させた。コバル
ト・ビットは耐久性があり、タングステン・カーバイド
切削工具も通常の炭素鋼ビットより長時間鋭利さを保つ
ためであろう。切刃の鋭利さも機械加工プロセスでは重
要な役割を担うのである。ＢＣＣ試料において、ダイヤ
モンドまたはボロゾン（商標）ビットによる機械加工
も、優れた、滑らかな、欠点のない加工面をもたらし
た。

【００７４】比較例１ 本発明における比較例は、バインダー凝固キャスト法
の、シリカ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素および窒化
ケイ素を含む他の酸化物または非酸化物セラミック系へ
の適用の可能性を調べるよう計画された。

【００７５】ａ）シリカ シリカによるスラリーは、ＢＣＣプロセスに対する表面
化学の影響を決定するよう調製した。ＰＡＡはアルミナ
の表面に吸着されることは知られているが、シリカには
殆どあるいは全く吸着されないことが予想される。シリ
カの表面はｐＨ＞２において負に荷電しており、それ
故、シリカ表面と、これも負に荷電しているイオン化し
たポリマーとの間に静電反発力を生じる。シリカ・スラ
リーの配合を表１５に示す。

【００７６】

【表１５】 シリカ・スラリーは、非常に流動性であるが剪断抵抗性
を有する。開始剤はスラリー８０ｇ当たり０．５ｇのレ
ベルで添加した。６０℃オーブン中４５分でもゲル化は
起こらなかった。それ故、ＢＣＣプロセスにおいては表
面化学が主要な役割を果たすものと考えられる。解膠剤
とバインダーは表面に吸着されねばならない。吸着され
ていないポリマーのいかなる化学的若しくは熱的ゲル化
も、粒子−ポリマー間の相互作用を欠いた状況では、凝
固を支えるには十分でない。

【００７７】ｂ）窒化アルミニウム 耐水性窒化アルミニウムから調製したスラリーは、標準
ＢＣＣシステムを用いた場合ゲル化しなかった。これは
プロセスに重要な、粉末とポリマー間の表面相互作用が
起こらなかったためである。ＡｌＮスラリーの粘度は、
ＢＣＣプロセスで観察された挙動とは反対に、ｐＨが下
がると実際に低下した。

【００７８】スラリーは、燐酸塩エステル界面活性剤
（エムフォス ＣＳ−１３６１、ウィトコ、Ｅｍｐｈｏ
ｓ ＣＳ−１３６１，Ｗｉｔｃｏ）を、疎水性の粉末に
対する湿潤剤および分散剤として用いて調製した。さら
に通常のＢＣＣ用分散剤と解膠剤も添加した。このスラ
リーはゲル化しなかった。アクリル・エトキシレート界
面活性剤（トリトン Ｘ−１００、ユニオン・カーバイ
ド、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００，Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂ
ｉｄｅ）を、界面活性剤／バインダー相互作用がゲル化
を助けるはずなので、燐酸塩エステルと置換して使用し
た。これもゲル化は起こらず、表面が酸化し始めるのを
抑える燐酸塩エステルを欠くため、粉末は約２４時間後
に分解した。少量のマグネシウム・アセテートを化学的
ゲル化を促進させるため添加したが、同様に成功しなか
った。

【００７９】ｃ）窒化珪素および炭化珪素 窒化珪素を、有機添加剤を用いるＢＣＣシステムでキャ
ストしたところ、柔らかくゲル強度の低いキャスト品が
得られた。窒化珪素はＳｉ−ＯＨ、Ｓｉ−ＮＨおよびＳ
ｉ−ＮＨ₂基からなる表面を有している。酸性水酸基と
塩基性アミノ基間の吸引力が固形分配合量を制限する。
静電機構のため流動性スラリーを得るには高いｐＨ（〜
１０）が必要である。解膠剤の添加はこの粘度のｐＨ依
存性に明確な変化を与えなかった。開始剤を添加したと
きに見られるゲル化は、ｐＨ変化により粒子の分散の静
電気的な安定化が阻害されるのが主原因であると思われ
る。バインダーと解膠剤は恐らくゲル化には顕著な効果
を及ぼさず、したがって、これによってＢＣＣプロセス
を用いてキャスト法を成功させ得るとは考えられない。

【００８０】炭化珪素粉末を用いた場合も同様の結果と
なった。高いｐＨが流動性スラリーを得るのに必要であ
り、ゲル化は開始剤の作用によってｐＨが下がったとき
に起こった。ここでも、バインダーが顕著な作用を及ぼ
すとは信じられない。

【００８１】以上、本発明を好ましい実施形態を数例提
示することにより詳細に説明してきたが、本発明の趣旨
と範囲を逸脱することなく変更および修正を加えること
ができるものである。

【００８２】

【発明の効果】本発明によるＢＣＣプロセスを用いて調
製した試料の全有機物含有量は１％未満で、しかも毒性
を有する材料を含まず、得られる生地の強度は良好であ
る。試料は複雑な形状にキャスト可能で、最終形状に近
い製品が成形でき、さらに、種々の型材料が使用でき
る。乾燥させたキャスト品は硬く生地のままで機械加工
が可能であり、これにより最終仕上げのための、硬質の
焼成セラミックに対する機械加工を大幅に減少させるこ
とができる。又、得られたキャスト品は良好な焼結特性
を示し、アルミナおよびジルコニア・セラミックの場
合、理論最高密度の９９％以上の焼成後密度が得られ
た。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ エス リード アメリカ合衆国 ニューヨーク州 アルフ レッド テラス ストリート 15 (72)発明者 ウィリアム ジェイ ウォーカー ジュニ ア アメリカ合衆国 ニューヨーク州 アルフ レッド ウェスト ユニバーシティ スト リート 56 (72)発明者 ディリップ エイチ ドシ アメリカ合衆国 オレゴン州 ヒルスボロ ノースウェスト オーバールック ドラ イブ 2512 アパートメント 325

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａ）水、解膠剤およびセラミック粉末か
   らなる懸濁液を調製するステップと、 Ｂ）粉末を分散させるため懸濁液を混合するステップ
   と、 Ｃ）バインダーを添加しながら混合を続けるステップ
   と、 Ｄ）化学的開始剤を添加し、撹拌しながら懸濁液を型に
   移すステップと、を含むセラミックの製造方法。