JPS59137366A - セラミツクスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）技術分野 この発明はセラミックスの製造方法に係り、詳しくのべ
ると、セラミックス粉末、導電性繊維および成形助剤よ
りなるセラミックス成形体において、該セラミックス成
形体中の繊維部を電気的に直接加熱したのち焼結するこ
とを特徴と覆るものである。

（口）技術背景 セラミックスはそのＪぐれた耐熱性、耐摩耗性、耐食性
、高硬度性などに加えて、卓越した電気特性を有してい
ることから様々な分野への応用がなされている。

そしてこのような応用に伴って立体的に複，雑な形状や
厳しい寸法精度が要求される。

一度焼結されたセラミックスは、その特性からも推測で
ぎるように難加工性材料であり、従って一般の金属月利
にて行なわれＣいる加工方法がそのままでは適用できな
い場合が多く、タイヤモンド凪石による研削加工や放電
加工等に頼らざるを得ない。

しかしながら、これらの加工に要する費用は一般の金属
切削に要する費用に比べてはるかに高価につくため、そ
の良好な特性は注目されながらも主に経済的な理由によ
り用途が限定される場合が少なくなかった。

このような問題点を解決して複雑な形状の部品をセラミ
ックスで製造する場合によく用いられる方法としては、
流し込み成形法、射出成形法、静圧成形法などが考えら
れる。

そしてこれらの中でも入門生産に適し、かつ用法精度の
高い材料を製造づるうえて最も有望と考えられているの
は射出成形法である。

タ 一方、セラミツシスや金属の成形体において、該成形体
から成形助剤を除去づる工程として脱バインダ一工程が
あることはよく知られている。

この工程はほとんど空隙のない成形体より成形助剤であ
る有機樹脂を熱分解によって除去しＪ：うどするもので
あり、まず第１に表面部の樹脂を加熱除去し、しかるの
ち次第に内部の樹脂を加熱分解して除去するものである
が、厚みの不均一な成形体中や複雑な形状の部品では脱
バインダーが不均一となり、表面層のノクレや剥れ、割
れの原因となり一唐すい。

このような状態を防ぐために通常脱バインダ一工程にお
いては、熱分解のための４偏速度を落して長い場合には
１００時間以上かけて脱バインダーすることがよく行な
われている。

くハ）発明の開示 本発明者らは上記のような弊害の多い脱バインダー］二
稈の条件を検問する過程でこの発明に至ったものである
。

即ち、この発明はセラミックス成形体の表面層をまず加
熱し、該成形体中の樹脂分を除去するための加熱方法を
提供するものであるが、さらに該成形体を通常の炉体中
に導入して成形体内部の樹脂分をも継続して除去づるこ
とも可能である。

この発明における脱バインダーの加熱方法としては、直
接通電加熱による方法または高周波誘導加熱などの方法
が使用可能であり、この脱バインダ一時の雰囲気は主原
料であるセラミックス粉末や誘電性繊維の性状によって
も異なってくるが、脱バインダ一本来の意味からすれば
、酸化性雰囲気において樹脂を酸化する方法が好ましい
。

しかし用いるセラミックス粉末や繊維によっては不活性
雰囲気や還元性雰囲気を利用できることは言うまでもな
い。

本発明者らは更に研究の結果、これらの方法をセラミッ
クス粉末、導電性繊維および有機樹脂バインダーの混合
体よりなる成形体に用いるならば、特にその効果が大き
いことを見出したのである。

即ち、導電性を有するセラミックス繊維や金属繊維を用
いることにＪ−り、繊維強化セラミックスの製造が可能
となり、かつ脱バインダーが容易にて・きるＪ：うに４
ｆつたのである。

詳しくのべると、セラミックス粉末、導電性繊維、成形
助剤としての有機樹脂バインダーの混合体よりなる成形
体の繊維部に直接通電加熱まＩＣは高周波誘導加熱を行
うと、繊維の周辺が加熱されるが、電流は一般に表面部
を流れやすいために、外周部が先行して加熱され、次第
に内部も加熱されて行く。

この時加熱される順序に従って表面部から樹脂が分解し
ていくたるに、樹脂は抜けやすく割れなどの問題も生じ
ないのである。

このようにして得られた成形体を適切な焼結温度と雰囲
気で焼結することにより好ましい焼結体を得ることがで
きるのである。

以上のようにこの発明は複雑な形状のセラミック部品を
射出成形法で得る場合の最も大きな問題の一つである脱
バインダー法に関するものであり、使用する繊維は導電
性を有することが必要であって、例えばＳｊＣ，Ｃ，Ｊ
　ｗなどの繊維が使用される。そしてその量は１０〜３
５ｖｏ　１％、繊維径は１００μまでが良好である。こ
れは繊維量が１０ｖｏ　１％より少ない場合は導電性と
しての効果がなく、また３５ｖｏ１％を超えると強度の
低下がａ３こるためであり、また繊維径は例えば細いほ
ど良好であるが、射出成形や混練時に折れることなく充
分な柔軟性を持たけるため１こは１００μ以下が好まし
い。　セラミック粉末材料としては、酸化アルミニウム
、炭化【プい素、窒化りい素、酸化ジルコン、窒化アル
ミニウム、チタン酸ジルコン酸鉛などの圧電セラミック
スあるいは炭化タングステン、サーメットを主流とする
いわゆる超硬合金などが用いられる。

しかし、この発明は脱バインダ一方法に関するものであ
るから、成形体の製造法には何ら限定されるものＣはな
い。

以下に窒化けい素を用いたタービンローターの製造法に
ついて詳細な説明するが、これは−例であって、このよ
うな方法は広くレラミックスの製造全般に利用できるこ
とは言うまでもない。

タービンローターは円板状のハブ部とその外周に設【ノ
た翼部とから構成され、通富は６ｏ、ｏｏｏｒｐｍ以上
の高速回転を行うためにその円周方向および半径方向へ
の引張力が加わり、特にハブ部においては大きな力が加
わるため、これに耐える強度が要求される。

一方、タービンローターのｎ部は使用時に１２００〜１
３００℃程度の高温に達し、かつ燃焼ガスにさらされる
ため、特に耐熱、耐食性が要求される。このような開時
性を満たずために、近年タービンローターは合金に代り
セラミックスで形成されるようになってきた。

そしてこのようなセラミックス粉末材料としては、窒化
けい素を主成分とし、これに焼結助剤と１１機樹脂バイ
ンダーを添加混合したものが用いられる。

焼結助剤どしては、例えば酸化イツトリウム、酸化セリ
ウムなどの希土類元素の酸化物や硼化物、窒化物、炭化
物、りい化物、さらにアルミニウム、マグネシウム、リ
チウム、けい素、ジルコニウム、ヂタンなどの酸化物、
ｉｌｌ化物、窒化物、炭化物、りい化物などが挙げられ
、これらのうちの１種または２種以上が混合しで用いら
れる。

また有機樹脂バインダーとしては、粉末に流動性と成形
性を与える作用をづ−るものとしてよく知られているポ
リスチロール、ポリプロピレン、ポリエチレン・、ワッ
クスなどが用いられる。

以下実施例により詳細に説明する。

実施例 セラミックス粉末として窒化【プい素（Ｓｊ３Ｎ＋）を
、導電性繊維として炭化１：ｌい素（ＳＬＣ）を用い、
第１表に示す配合とし、これに５％のＭｇＯを焼結助剤
として、またポリエチレンを有機樹脂バインダーとして
それぞれ加えた混合物を射出成形により所望の形状に成
型し、次いでアルゴンの非酸化性雰囲気中で第１表に示
す方法で脱バインダーを施したのち１７００℃で焼結を
行い、セラミックタービンローターを得た。

かくして得た焼結ローターの強度を２０　ｍｍスパンで
３点曲げ試験にて測定し１＝ところ第１表の結果を得た
。

第１表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１，１ｔラミックス粉末、導電性繊維（ｂよび成形助
   剤よりなるセラミックス成形体において、該成形体中の
   繊維部を電気的に直接加熱したのち焼結することを特徴
   どするセラミックスの製造方法。 ＋２１　１？ラミックス成形体の繊維部への電気的直接
   加熱が高周波誘導加熱であることを特徴とする特Ｈ！［
   請求の範囲第１項記載のセラミックスの製造方法。 （３）　　セラミックス成形体の繊維部への電気的直接
   加熱が直接通電加熱であることを特徴とする特Ｗ［請求
   の範囲第１　Ｉｎ記載のセラミックスの製造　方　ン去
   　。 （４）導電性繊■が炭素、モリブデン、タングステンあ
   るいは炭化けい素であることを特徴とする特許 製造方法。