JPS6049564B2 - 物品のスリツプ成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、セラミック物品の電気泳動スリップ（ｓｌ
ｉｐ）成形に関する。

スリップ成形は中空セラミック物品を形成すべく一般
に使用される。

この過程においては、例えば粘土のようなセラミック物
質の水溶懸濁液・（“’スリップ（ｓｌｉｐ）’’とし
て公知）（この用語はセラミック物質混合物をも包含す
る）が、所望形状の石膏モールドに流し込まれる。孔の
多いモールドは、スリップから水を毛管現象作用により
除去する。粘土又は他の物質の成形品は、そのモールド
の表面上に徐々に形成される。この成形品が所望の厚さ
になつた時、余分のスリップはモールド外に流し出され
る。この成形品は部分的にモールド内で乾燥される。乾
燥中この成形品は石膏モールドに対して収縮し、モール
ドから除去される。更に最終セラミック物品を形成すべ
く乾燥され加熱（焼成）される。この成形過程はかなり
低速である。

またスリップの流動学的性質は、成形の失敗を引起す粘
度及び凝液性のわずかな変化と共に臨界的である。そこ
で電気泳動を用いて成形過程を補助することが提案され
てきた。一方がモールドに接触して、他方がモールドに
入れられたスリップ中に適当に設けられる２個の電極間
に直流電位差を供給することにより、モールド壁へのス
リップ浮遊固体粒子の移動が生じ、成形品が形成される
。しかしながら同時にこの電位差はスリップの水を電気
分解し、モールドに接触する電極で発生するガスが成形
品の表面を損傷する。しかしそれにもかかわらず電気泳
動スリップ成形は、成形を１皓以上スピードアップし得
、かつスリップの流動学的性質の厳密な制御のようなも
のを必要としないので好まれている。また石膏モールド
の代りにより堅一牢なかつ導電性のモールドを使用する
ことにより、そのモールドの寿命を充填回数７０回程度
以上に伸ばし得る。この値は従来のスリップ成形に対し
て使用される石膏モールドの典型的寿命である。本発明
は従来の電気泳動スリップ成形において使用されていた
石膏をベースとするモールドに換えて、加熱（焼成）、
硬化されたより堅牢で耐熱性を有するモールドを使用す
ることによつてモールドの耐久性を高め、成形行程間の
モールドの加ｊ熱乾燥を可能ならしめ、より生産性の高
いスリップ成形方法を提供するものである。

本発明はまた、モールドに導電性を与える部分てある炭
素粒子の粒径範囲を限定することによりモールドにより
良好な導電性、毛管作用及びガスっ透過性を与え、より
改善されたスリップ成形方法を提供するものてある。

本発明による物品のスリップ成形方法は、物品の所望表
面に一致する電気的伝導性有孔炭素質作用表面を有する
加熱、硬化されたモールド中にセラミック物質の水性懸
濁液を配置し、このモールド表面領域の炭素成分は、直
径が７０〜２００ｐｍの粒子（モールドの加熱、硬化前
で）であり、この物質により懸濁液中のセラミック物質
の持つ電荷に対してモールドの作用表面を反対に荷電し
、この物質がモールド内で所望厚さまで形成された後、
残余懸濁液を除去し、所望の物品の形状でその物質をモ
ールドから除去することからなる。

） この方法は通常、物品を堅牢にすべく、引き続き乾
燥と加熱とを行なうことからなる。またモールドは次の
工程の使用に対して１００℃以上に加熱して乾燥する。

モールドの作用表面は好ましくはほぼ凹形状で・あり、
この物品のその対応する所望表面はほぼ凸形状であり、
かつこの物品は通常中空であるが、平板状、あるいは凸
型表面を有する固体物品も成形し得る。

モールドの作用表面上の電荷は、懸濁液に対してそれを
通常陽極とする。

アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と他の酸化セラミックの懸濁液
とは酸性懸濁液（この懸濁液中で通常スリップ成形され
る）において正に荷電されるので、モールドの作用表面
上の電荷はこの場合負でなければならない。モールドは
炭素質成分を含む混合体から平衡ブレス、スリップ成形
（好ましくは本発明による）或いは可塑成形により形成
される。

この炭素質成分の粒子径は７０〜２００μｍであり、好
ましくはそのモールドが成形（Ｃａｓｔｉｎｇ）により
形成される際は、７０〜１５０μｍであり、またブレス
により成形される際、好ましくは、１００〜２００μｍ
である。このモールドは通常加熱（焼成）される。この
温度は好ましくは９００℃ないし１１００℃てある。加
熱、硬化された最終モールドの作用表面の細孔寸法は、
２〜４μｍで比較的均一であるとみなされる。この細孔
が不均一寸法であれば、その最大のものは（無視し得る
割合は別として）、２〜４μｍの径であり、即ちモール
ドの作用表面の細孔は実質的に４μｍを超える径を有し
ておらず、一方有為な数の細孔は、少なくともその径が
２μｍである。前述の如く、７０〜２００μｍの粒子径
の炭素質成分を有するモールド作用表面領域は、好まし
くは少なくとも５呼量％の炭素を含有する物質である。

この物質は、少なくとも３０％、好ましくは少なくとも
５０％、望ましくは少なくとも６０％の石墨を含有する
。炭素は、石墨の形であつても良く、非結晶質の炭素の
形であつても良い。炭素と別個にこの物質は球粘土（Ｂ
ａｌｌｃｌａｙ）、セメント、アルミニウム燐酸塩及び
砂を含有し得る。これらは、実質的に全てが直径１５μ
Ｃｍより小（好ましくは１０μｍより小）である粒子の
形である。これにより前記の好都合な細孔寸法が得られ
る。また本発明は、二重スリップ成形方法を提供すノる
。前記のように構成された２個のモールドは、作用表面
間で固体物品の所望形状を規定するように保持される。
この作用表面は互いに電気的に絶縁される。セラミック
物質の水性懸濁液は、作用表面間の間隙全体に配置され
る。これら表面は反対に荷電される。物質がその形状厚
まで形成される前に電荷は反転され、物質がその厚さに
形成されるまて保持される。所望形状の最終固体物品が
除去され、作用表面は必要ならば別個に除去される。好
ましくはその後乾燥、焼成される。この固体物品は、好
ましくはほぼ均一厚かつ皿形状てある。

一つの作用表面は、好ましくは凸形に規定されており、
他の作用表面は凹形に規定される。前者の電荷は、最初
懸濁液の物質の持つ電荷に対して反対であり、反転機同
じとなる。更に本発明は中空物品をその中でスリップ成
形で形成し得る加熱、硬化されたモールドを提供するも
のであり、このモールドは物品の所望表面に一致する作
用表面を有しており、この作用表面は電気的伝導性てあ
りかつ炭素質物質であり更に有孔てある。作用表面領域
の炭素質成分は、直径７０〜２００ｐｍの粒子（モール
ドの加熱、硬化前）であり、好ましくは最大孔が２〜４
μｍ径となるように選択したものである。作用表面は例
えば、洗面器、浴槽、洗面台又は洗面槽等の形状とし得
る。詳細な点に関しては、このモールドは前記の如きも
のでよい。前記のような二重スリップ成形方法に使用さ
れる二対のモールドからなるアセンブリであつてもよい
。

装置は水性懸濁液流し込み用手段、作用表面及び懸濁液
間電圧供給手段（必要ならば電圧反転手段）及び超過懸
濁液をモールド外に流去する手段と共にいくつかのモー
ルド或いは前記アセンブリを保持し得る。

また物品をモールドから除去する手段及び乾燥装置へ物
品を前進させる手段をも設定し得る。本発明はそのモー
ルドにおいて或いは前記のような装置の使用において、
本発明により形成される物品をも含む。

この物品は乾燥され、加熱され得る。当然、炭素質であ
るモールドの作用表面は導電性であり、かつ懸濁液に対
して（通常）陽極にする際、それ自体電極として作用す
る。

これは、その有孔性により電気泳動中形成されるガス泡
を透過し得る。この細孔はガスを保持し、且つモールド
表面で発生したガスの逃げ道となり、さらにはスリップ
から水を抜き取る作用を果す。細孔が極めて大きい際、
成形品がモールドから除去される前のモールド中での乾
燥において、水を十分に除去し得ない。

これにより成形品はモールドから収縮せず、またたとえ
このモールドから除去され得ても乾燥或いは加熱におい
て割れを生じさせる。これはこの成形品の高水分含有と
不均一水分分布のためである。一方細孔が極めて小さい
際、成形とモールドからの収縮は満足し得るが、発生ガ
スが成形品の表面を損傷する。

この成形品は石墨のみのモールドにおいて一部分汚損さ
れ得るが、加熱によりこの黒色部（炭素である）は簡単
に酸化除去され、なんらの悪影響を与えない。いずれに
してもより硬質な炭素質のモールドから炭素は付着しな
い。） 好ましくはモールドの全体が有孔炭素質物質で
構成されるが、電極として作用する有孔炭素質層である
作用表面を有するモールドとしても構成し得る。

この層は適切な支持体で裏打ちされる。この支持体は１
００゜Ｃまでの乾燥温度に耐え得る例え５ばプラスチッ
クのようなものであるが、全体が炭素質であるモールド
は、好ましくは１００℃で或いはそれ以上で乾燥される
。これは一連の成形動作問において、石膏モールドより
も極めて迅速な乾燥を提供する。炭素質層の構成成分と
して金属はθ好ましくない。これは電気分解的に浸蝕さ
れ得、かつ形成される物品が汚染されるためである。作
用表面を構成し得る炭素質物質の例としては次のような
ものである。百分率は重量％であり、寸法は最大粒子寸
法である。炭素質成分については７０ｐｍが最小粒子寸
法である。石墨（結晶性）（６０％、１００ｐｍ）十球
状粘土（Ｂａｌｌｃｌａｙ）（４０％）これらは平衡ブ
レス、スリップ成形、電気泳動成契約いは可塑成形で成
形され、所望の細孔寸法を与えられる。

石墨（６０％、２００ｐｍ）十衛生陶器材料（４０％）
石墨（７０％、２００ｐｍ）＋セメント（３０％、１０
μｍ）石墨（６０％、２００ｐｍ）＋セメント（１０−
２０％）十砂（残余、１０ｐｍ）石墨（８０−９０％、
１５０μｍ）＋アルミニウム燐酸塩（１０−２０％、１
０μｍ）石墨（６０−７０％、１５０μｍ）＋１７０ニ
Ｃ−２０００Ｃで加熱硬化性のプラスチック（２０−３
０％、１０μｍ）石墨（６０−７０％、１５０μｍ）＋
コールタールピッチ（２０−３０％）石墨（３０％）十
無定形（非結晶性）炭素（３０％）＋セメント（１０ｐ
ｍ）又は球状粘土（４０％）石墨（５０％、２００μｍ
）＋シリコンカーバイド（１０−２０％、１００μｍ）
＋セメント（１０μｍ）又は球状粘土（３０−４０％）
石墨（３０％）十石炭（２０％）＋シリコンカーバイド
（２０％）＋セメント（１０ｐｍ）又は球状粘土（３０
％）より堅牢なモールドが要求される場合は、物質の非
炭素質部が炭化硅素或いは他のセラミックであつてもよ
く、実際好ましくは本発明によるスリップ成形によりそ
れ自体を形成し得る。

あるい．は、例えば所望細孔寸法に達するまでその成分
を押し込むことによつても形成され得る。炭素石墨及び
シリコンカーバイドの混合体により良好な強度と耐磨剥
性とを備えたモールドを作製し得る。物質の非炭素質部
がセメント、アルミニウム燐酸！塩或いは加熱硬化性プ
ラスチックである場合は、このモールドは加熱熱（焼成
）を必要とせず、単に例えば室温から２００℃までの低
硬化温度でよい。これらの物質のモールドは、石膏モー
ルドと比較してかなり堅牢である。物質の水性懸濁液は
、陶器、耐火れんがその他単一或いは混合物として使用
され、焼成するとセラミック物品を形成する物質のもの
でよい。

このような懸濁液は、゜゛スリップ（Ｓｌｌｐ）゛とし
て一般に公知である。多くのセラミック粒子は懸濁液中
で負に荷電されており、そのモールド電極は通常そのシ
ステムで正電極（陽極）を構姓する。アルミナの如きあ
る種のセラミック懸濁液は正に荷電され得、状態にもよ
るがこの場合、モールド電極は負電極となる。成形品の
厚みは懸濁液濃縮度、適用電位勾配及び沈澱時間により
決定され、かつこれらは全く簡単に制御し得る。

モールド表面に発生するガスの除去は、有孔層に吸引力
を適用することによつて助成し得る。

同様にモールドからの成形品の取り外しは、モールドの
有孔層に圧縮空気を適用することにより促進し得る。陰
極は懸濁液に沈められているが、わずかな不規則性が電
流密度の局部的変化をもたらし、かつこれにより物品を
不良にするため、注意深く設計されなければならない。

この陰極は、中空物体の所望内部形状に近似した縮小寸
法で形成される金ｌ網であり得、かつ懸濁液に対して負
の電荷（モールドの作用表面に関して）を与えるべくそ
の形状の中心に設けられる。これに対して陰極は有孔炭
素質物質であり得、好都合にモールドの作用表面と同じ
となり得る。このような場合、形成されかつ電流密度に
影響を与えるガス泡を除去すべく、陰極内から吸引力を
適用することは有効である。前記二重スリップ成形方法
においては、固体成形品が２つのモールドの作用表面間
に形成されるのでこの問題は生じない。かつ内（凹）及
び外（凸）表面両方とも極めて品質がよい。それ程臨界
的ではないが、スリップの組成及び濃度を監視する。

好ましくはこれを連続的に行なう。本発明による方法を
使用する際、沈澱率はほぼ直線的に時間に比例しており
、かつスリップ濃度の関数である。壁厚１Ｃ７７１の物
品は４分で形成し得る。スリップの濃度を維持すべく、
それらの中に脱凝集体、例えば０．０踵量％のナトリウ
ムシリケートを含有するのが望ましい。

スリップの脱凝集により堅牢な中空物品をスリップ成形
し得るが、その一方では特に陰極が有効炭素質物質であ
る際には、その陰極に毛状沈澱物を生じさせる。これに
より超過スリップの除去（例えば傾瀉による）の前に陰
極を抜き取る時、中空物品の内側がこの毛状沈澱物によ
り損傷され得る。この特殊な問題は、もちろん二重スリ
ップ成形の場合には生じない。操作上、陽極／陰極間に
５０ないし８０ボルトの電位差を供給し得、中空物品の
形状が大きくなるに従つてより大なる電圧を適用し得る
。

数インチの寸法の物品においては、６０ボルトが有効な
電圧である。この電圧は不必要な加熱度を生じさせるよ
うな大きさでない。１１２アンペアないし５アンペアの
全電流が比較的小型の物体に対して望ましい。

この際、モールド表面での電流密度は６０ｎ１Ａ１ｄな
いし１８師Ａｌｄのオーダである。次の図面に基づいて
本発明の実施例を説明する。実施例高さＣｍｌ径１ｃｍ
（頂部）、４ｃｍ（底部）、壁厚５鯨の陶器るつぼは、
陶器用スリップから成形される。

このスリップは、約１ｋ９１ｐｉｎｔ（３冗小／Ｐｌｎ
ｔ）の固体濃度に加え脱凝集体として０．０踵量％のナ
トリウムシリケートを含有する。このるつぼは、６０％
の石墨及び４０％の粘土の組成を持つ有孔のモールドで
成形される。かつこのモールドはＯないし３ミクロンの
細孔と４Ｔ！Ｒｌｎの壁厚とを有する。亜鉛網電極と有
孔炭素モールドとの間に電気泳動を生じさせる。この亜
鉛網電極は、スリップに沈められる負電極（陰極）であ
る。一方この有孔炭素モールドは、正電極（陽極）であ
る。電位傾度は、２５ＶＩｃｍであり、２個の電極間の
間隙は、１．５ｃｍであり、この電圧は約４０ボルトで
ある。これにより約１．４アンペアの電流が与えられる
。約２分を要し、厚さ２７ｒ０ｎの沈澱後、超過スリッ
プを流出させ、この成形品を部分的に乾燥する。乾燥中
、自然に収縮しかつモールドから容易に外される。その
後、従来手段によつて加熱される前に更に乾燥される。
この間このモールドは次の使用に対して１００℃以上に
加熱されて乾燥される。典型的なモールドが、図面に図
式的に示される。第１図に有孔炭素モールドを示す。

第２図にプラスチック物質の外側部分３に支持される有
孔炭素モールド２を示す。この外側部分は真空室として
形成されており、この真空室は真空或いは正圧供給用の
連結部４を有する。成形沈澱物５及び負電極７に接触す
るスリップ６はモールド内側に示される。中央に位置設
定された負電極７は、形成される中空物品の所望内側形
状に近似して縮小された寸法を有する。沈澱中、電極を
形成するモールドに発生するガスを除去すべく、モール
ドとプラスチック外側ケーシングとの間が真空にされる
。

加えて超過スリップの流去及びモールドの部分的乾燥後
、圧縮空気がモールドと外側ケーシングとの間に供給さ
れる。これによりモールドからの成形品の迅速な除去が
助成される。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々、本発明に使用される典型的な
モールドの図式的説明図である。 １，２・・・モールド、３・・・ケーシング、４・・・
連結部、５・・・沈澱物、６・・・スリップ、７・・・
負電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物品の所望表面に一致する電気伝導性有孔炭素質作
   用表面を有し且つこの作用表面領域の炭素質成分が（モ
   ールドの加熱硬化前に）粒径７０〜２００μｍの粒子で
   ある加熱硬化モールド内にセラミック物質の水性懸濁液
   を配置し、モールドの作用表面を懸濁液中の前記セラミ
   ック物質が担う電荷に対して反対に荷電し、前記物質が
   モールド内で所望の厚さまで形成された後、残余懸濁液
   を除去し、所望の物品の形状の前記セラミック物質をモ
   ールドから離型することからなり、前記モールドは次の
   使用に対して１００℃以上に加熱されて乾燥されること
   を特徴とする物品のスリップ成形方法。 ２ モールド自体が特許請求の範囲第１項に記載のスリ
   ップ成形方法により形成されることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の方法。 ３ モールドが９００℃ないし１１００℃で加熱硬化さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
   の方法。 ４ モールドの作用表面領域が少なくとも５０重量％の
   炭素をを含有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項乃至第３項のいずれかに記載の方法。 ５ 特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに規定
   されるように構成されれた２個のモールドを、互いに電
   気的に絶縁されたその作用表面間に固体物品の所望形状
   を規定するように保持し、作用表面間の間隙を占有すべ
   くセラミック物質の水性懸濁液を配設し、前記作用表面
   を反対に荷重し、前記物質の前記形状厚が形成される前
   に電荷を反転して前記物質が前記厚みに形成されるまで
   保持し、所望形状の最終固体物品を除去し、必要に応じ
   て作用表面を移動して分離することを特徴とする物品の
   二重スリップ成形方法。