JPS61175004A - セラミツクスの成形加工方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複雑な形状をしたニ−−ラミックス製品の成形
加工方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、アルミナ、ジルコニア、シリカ、フェライト、炭
化珪素、窒化珪素、サイアロン等のいわゆるニー−セラ
ミックスが注目をあびている。ニー−セラミックスはそ
の優れた機械的強度、耐熱性、耐摩耗性等の故に、従来
の陶磁器では全く不可能であった工業的分野への応用が
期待されている。しかしながら現在のところでは必ずし
も期待とおりの応用がなされているとは言い難い。その
大きな原因の一つは成形加工方法の難しさにある。

従来の陶磁器においては鋳込成形等の各種成形法が確立
されており、複雑な形状の製品も容易に得ることかでき
るが、ニー−セラミックスにおいては、シート成形、押
出成形、圧縮成形等によらねばならず、複雑な形状のも
のを得ることは容易ではなかった。即ちこれらの方法で
は板状、パイプ状等の単純な形状のものしか得られなか
った。複雑な形状のものを得る方法としては、石こｌの
型にセラミックスの泥漿を流し込んで成形する鋳込成形
によって中間成形体を形成し、これを焼成する方法が考
えられるが、ニューセラミックスの場合には、鋳込成形
後に得られる中間成形体の強度が低（、型からの取り出
しや焼成の工程で破損してしまう為に鋳込成形をするこ
とができなかった。

本発明者らは先にセラミックス用素地土に樹脂エマルジ
ョンを添加して泥漿を調整し、これを鋳込成形したもの
は機械的強度が優れている事を見出し、これを特許出願
した（特願昭５９−２１５７６）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記方法によって板状、パイプ状以外にも種々の形状の
製品を得ることができるようになったが、更に一層複雑
な形状を有するものを得る方法が望まれていた。これら
のものを得る為には、例えば各部分の中間成形体を別々
に成形し、これらを接合して一つの中間成形体としてか
ら焼成する方法が考えられるが、適切な接合方法がなか
った。例えば、焼成前に二個以上の成形品を接着剤等で
接合する方法も考え得るが、この方法によると焼成時に
接着剤が分解し、接合面が剥離し、目的とした製品を得
ることができない。

この様な事情から焼成前に二個以上の成形品を接合し、
焼成した後目的とした製品を得る方法の開発が強（望ま
れてきた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、上述の課題を解決するために研究を重ね
た結果、セラミックス用素地土及び有機系結合剤からな
る組成物が成形品の接合に有効である事を見い出し本発
明を完成した。即ち本発明は、 んセラミックス用素地土に有機系結合剤を添加して泥漿
を調整する工程、 Ｂ、上記泥漿より２個以上の成形体を成形する工程、０
、上記成形体の少くとも一方の接合面にセラミックス用
素地土及び有機系結合剤からなる接合媒体を付着させる
工程、 Ｄ、　２個以上の成形体の接合面を接合し、一体とする
工程、 Ｅ、かくして得られた中間成形体を焼成する工程、より
なるセラミックスの成形加工方法である。

本発明において最も重東な工程はＣ工程である。

即ち人工程、Ｂ工程を経て成形された２個以上の成形体
はＣ工程において接合面に接合媒体が付着され、Ｄ工程
において接合され一体となるが、Ｃ工程において使用さ
れる接合媒体が本発明におけるものでない場合には焼成
後の接合部分の強度が不充分で、出来た製品を使用中に
接合部分の剥離が生じたりする。

本発明における接合媒体は、セラミックス用素地土と有
機結合剤よりなっている。

セラミックス用素地土とは、アルミナ、ジルコニア、シ
リカ、フェライト、炭化珪素、窒化珪素、サイアロンな
どのセラミック原料をいい、後述の人工程で泥漿を調整
する際に使用されるセラミックス用素地土と同じものが
好ましい。これらのセラミックス用素地土は、通常粒径
が約１００人という微細なものから、約５鴎の比較的大
きな塊のものまである。大きな塊の場合は所望の大きさ
までこれを粉砕して用いてもよい。また有機結合剤とし
ては、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース
、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒ
ドロキシプロピルセルロース、デキストリン、アルギン
酸、アラビアゴム等の天然高分子化合物若しくはその変
性物、ポ１１ビニルアルコール、ポリエチレングリコー
ル、フェノール樹脂、ポリビニルブチラール、アクリル
系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、エチレン共重合系樹脂、合
成ゴム系樹脂などの合成高分子化合物を意味する。

フェノール樹脂とはレゾール型、ノボラック型のいずれ
も使用できる。

アクリル系樹脂としては、（メタコアクリル酸および（
メタ〕アクリル酸エステルの単独重合体およヒコレらの
共重合体、又はこれ等のモノマーとラジカル重合可能な
他のビニルモノマーとの共重合体を含む。（メタ）アク
リル酸エステルとしては、例えばメチル（メタンアクリ
レート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ
ンアクリレート、ブチル（メタンアクリレート、２−エ
チルヘキシル（メタンアクリレート、２−ヒドロキシエ
チル（メタンアクリレート、２−ヒドロキシプロピルメ
タアクリレート、（メタ）アクリル酸グリシジル等があ
げられる。またラジカル重合可能な他のビニルモノマー
としてはスチレン、α−メチルスチレ／、ジビニルベン
ゼン、イタコン酸、クロトン酸、（無水〕マレイン酸、
フマール酸、（メタ）アクリロニトリル、（メタコアク
リルアミド、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド、
アルコキシアルキル（メタコアクリルアミド、塩化ビニ
ル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル、エチレン、フロピレ
ン、ブタジェン、クロロプレン等があげられる。

酢酸ビニル系樹脂とは、酢酸ビニル単独重合体および酢
酸ビニルとラジカル重合可能なビニルモノマー、例えば
（メタコアクリル酸、（メタ）アクリル酸エステルおよ
び前記した種々のビニルモノマーとの共重合体を含む。

エチレン共重合系樹脂とは、７エチレンとラジカル重合
可能なとニルモノマー、例えば（メタ）アクリル酸、（
メタノアクリル酸エステルおよび前記した種々のビニル
モノマーとエチレンモノマーとの共重合体を言う。

合成ゴム系樹脂とは、ブタジェンの単独重合体およびブ
タジェンとラジカル重合可能なビニルモノマー、例えば
（メタコアクリル酸、（メタ）アクリル酸エステルおよ
び前記した種々のビニルモノマーとの共重合体を言う。

これらの有機系結合剤の中で、アクリル系樹脂が特に好
ましい。また有機系結合剤は単独でも、又二種以上混合
しても用いられる。

接合媒体は上記セラミックス用素地土と有機結合剤を適
当な分散媒に分散または溶解させたものである。このよ
うな接合媒体を調整するには例えば有機結合剤を溶剤に
溶解し、これにセラミック用素地土を加え、必要であれ
ばポリカルボン酸塩等の分散剤を加えて混合すればよい
。また他の方法トしては、有機結合剤のエマルションと
セラミックス用素地土とを混合してもよい。また分散媒
としては水や有機結合剤を溶解する溶剤が用いられるが
、有機結合剤がエマルションであるときは水が好ましく
、また有機結合剤が溶液として用いられるときはこれと
同一の溶剤が好ましい。

セラミック用素地土に対する有機結合剤の添加量は、素
地上の種類、有機物の種類、製造されるセラミックス成
形物の種類などによって変動し、画一的に決められるも
のではないが、通常は乾燥素地±１００重量部に対して
固形分として０，１〜２０重量部くらいが妥当な量であ
る。

このようにして得られた接合媒体を人工程、Ｂ工程を経
て得られた成形体の接合さすべき接合面に付着させる。

このとき成形体の接合面は接合媒体の分散媒で濡らして
おくのが好ましい。接合面が分散媒体で濡れていない場
合には接合媒体の分散媒が成形体に移行し、結果として
焼成して得られた製品の接合強度が低下する。また接合
媒体は接合すべき成形体の両方の接合面に付着させても
よく、また一方の接合面のみでも差し支えない。

付着させる量は特に制限はないが、厚さとして通常０１
龍〜５簡程度で、接合面になるべく均一に付着させるの
が好ましい。付着させる方法としては、例えばコテ塗り
等の通常の方法でよい。

接合面に接合媒体が付着した成形体は、Ｄ工程で接合面
が接合され、次いでＥ工程でセラミックス素地土に応じ
た焼結が行なわれ、目的とするセラミックスの製品が得
られる。Ｅ工程の焼成条件としては通常、温度１０００
〜２５００℃、時間０．１〜２００時間で焼成雰囲気は
空気が通常であるが、窒素等の不活性ガスでも差し支え
ない。

Ｃ工程に供せられる２個以上の成形体は人工程、および
Ｂ工程を経て得られる。即ち、Ａ工程ではセラミックス
用素地土に有機系結合剤を添加して泥漿を形成する。こ
こで用いるセラミックス用素地土はアルミナ、ジルコニ
ア、シリカ、フェライト、炭化珪素、窒化珪素、サイア
ロンなどのセラミックス原料であり、通常粒径は１００
λ〜５鴎である。また有機系結合剤としては、０工程の
接合媒体に用いられる有機系結合剤とほぼ同一のものを
使用することができる。即ちメチルセルロース、カルボ
キシメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシ
エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、テ
キストリン、アルギン酸、アラビアゴム等の天然高分子
化合物若しくはそれらの変性物、およびポリビニルアル
コール、ボリエチレングリコール、フェノール樹脂、ポ
リビニルブチラール、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹
脂、エチレン共重合系樹脂、合成ゴム系樹脂などの合成
高分子化合物は全て使用することができる。

有機結合剤の量は、Ｃ工程の接合媒体の場合と同様画一
的に定めることはできないが、通常は乾燥素地±１００
重量部に対して有機結合剤０．５〜２０重量部が用いら
れる。セラミックス素地土と有機結合剤より泥漿を製造
する方法としては、例えばセラミックス用素地土に溶剤
に溶解した有機系結合剤を加えて混合するか、有機系結
合剤のエマルションを加えて混合する方法が一般的であ
る。

有機系結合剤のエマルションを使用する場合は、次のＢ
工程において鋳込成形方法により成形する事ができ、よ
り一層複雑な形状の製品を得る事ができ好ましい実施態
様の一つである。

このようにして得られた泥漿は、次いでＢ工程で２個以
上の成形体に成形させられる。成形方法としては、従来
公知の押出成形法、シート成形法だけでな（、上記のよ
うに鋳込成形法をも用いることができ、この場合更に複
雑な形状の成形体を得られるという利点もある。鋳込成
形法は有機結合剤のエマルションを使用した泥漿を使用
して、石こう等の鋳型にこれを流し込むことにより行わ
れる。

かくして得られた２個以上の成形体は前述のＣ工程以下
の工程に供せられ、目的とするセラミックス製品が得ら
れる。

〔実施例〕

以下に実施例で説明するが、本発明はこれによって限定
されるものではない。

またチ、部は全て重量％、重量部とする。

製造例１ アクリル樹脂エマルション〔人〕の製造：攪拌翼、温度
計、還流冷却器、滴下ロート及び窒素導入管を取りつけ
た五ロフラスコに、水５００部およびアニオン系乳化剤
４部を添加し、系内の温度を８０℃にして過硫酸カリウ
ム５部を添加し、溶解する迄攪拌する。

次にメタクリル酸メチル２００、アクリル酸エチル７４
０部、メタクリル酸ヒドロキシエチル２０部、アニオン
系乳化剤１部及び水５００部からなる混合液を滴下ロー
トより４時間かけて滴下する。滴下終了後さらに３時間
８０°Ｃの温度を保った後冷却する。内温か３０℃以下
になった段階でアンモニア水を添加し、ＰＨ９に調整し
た後加水して樹脂分４２チのアクリル樹脂エマルション
（Ａ）を得た。

製造例２ アクリル樹脂エマルションＣＢ〕の製造：モノマー組成
なスチレン５００部、アクリル酸２−エチルヘキシル５
００部にした以外は製造例１と同様にしてアクリル樹脂
エマルシ！／（Ｂ：１得た。

製造例６ 合成ゴム樹脂エマルション〔Ｃ〕の製造：攪拌翼、温度
計を取りつけたステンレス裂加圧重合釜に水１０００部
およびドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム１０部、
過硫酸カリウム７部、スチレン４８０部、メタクリル酸
メチル２００部、ブタジェン３００部、アクリル酸２０
部を入れ、１２時間７０℃の温度を保った後冷却する。

内温か３０℃以下になった段階でアンモニア水を添加し
、ｐＨ９に調整した後加水して樹脂分４２チの合成ゴム
樹脂エマルション〔Ｃ〕を得た。

実施例１ ＡＬＯＯＡ社製アルミナ粉体〔Ａ−１６８Ｇ〕５に９及
び日本軽金属（力型アルミナ粉体（Ａ−５２）５〜を計
りとり、アルミナ粉体混合物１０に９を得た。

これに分散剤〔中東油脂（株〕、商品名セルナーＤ−３
０５１６０，９及び水を加え混合し固形分８１．４％の
泥漿を得た。

この泥漿に対し有機結合剤としてアクリル樹脂系エマル
ション（Ａ〕を絶乾素地土に対し３チ添加し、混合攪拌
を行って均一な泥漿を得た。この泥漿を石膏型に流し込
み０．５時間放置して着肉させた後、脱型し次いで１１
０℃で１時間乾燥し２、強度のあるカップ部のグリーン
成形体を得り。

同様の方法で把手部のグリーン成形体を得た。

カップ部及び把手部の接合すべき部分を水で湿らせ、そ
の後速やかに前記泥漿をコテを用いて塗付し、双方を接
合した。次いで１１０℃で６０分乾燥し１７００℃で４
時間焼成を行なったところ、アルミナ質のコーヒーカッ
プが得られた。このコーヒーカップは把手部とカップ部
の接合強度も大きく、極めて大きい衝撃強度を示した。

比較例１ 分散剤及び有機結合剤が未添加の泥漿を用いる以外は実
施例１と同様にしてカップを得ようとしたが、接合部が
剥離し満足すべき焼成品は得られなかった。

実施例２ シリカ（中国産珪石〕に分散剤〔中京油脂（株）、商品
名セルナーＤ−３０５〕を素地上乾燥固形分に対し０．
６チ添加し、更に加水して混合し固形分６Ｂ、９％の泥
漿を得た。この泥漿に対し有機結合剤としてアクリル樹
脂エマルシ璽ン〔Ｂ〕ヲ絶乾素地土に対し３％添加し、
混合攪拌を行って均一な泥漿物を得た。次いで実施例１
と同様の操作で鋳込体を得、接合した後焼成したところ
、把手部とカップ部の接合強度が犬で極めて大きい衝撃
強度を示す満足すべきコーヒーカップが得られた。

実施例３ 有機結合剤として合成ゴム樹脂エマルション〔Ｃ〕を使
用した以外は実施例２と同様にしてコーヒーカップを得
た。このコーヒーカップは把手部とカップ部の接合強度
も太き（、極めて大きい衝撃強度を示した。

実施例４ ジルコニア（東洋ソーダ株式会社品、商品名ＴＺ−３Ｙ
）１０Ｊｃ９に分散剤〔中京油脂（株）、商品名セルナ
ーＤ−５ｏｓ〕を２００ｇ及び水を加え混合し、固形分
７１４％の泥漿を得た。この泥漿に対し有機結合剤とし
てアクリル樹脂エマルション（Ａ］を絶乾素地土に対し
３％添加し、混合攪拌を行って均一な泥漿物を得た。次
いで実施例１と同様の操作で鋳込体を得、接合した後１
５５０℃で３時間焼成したところ、把手部とカップ部の
接合強度が大で、極めて大きい衝撃強度を示すコーヒー
カップが得られた。

実施例５ Ｂ製炭化珪素粉末（イビデン株式会社品、商品名ベータ
ランダム■ウルトラファイン）１０００ｇにホウ素〔三
津和化学（株）品〕ｌｉｌ、分散剤〔ＡＲＣＯＵ慨Ａｃ
ａｆ　Ｏｒｍ７ｍｘｙ品、商品名５ＭＡ１４４０Ｈ。

スチレン−マレイン酸モノエステル共重合物のアンモニ
ウム塩〕３ｇ、７０％モノエチルアミン水溶液〔キシダ
化学（株）品〕１０ｇ及び水を加え混合し、固形分６５
チの泥漿を得た。

コノ泥漿に対しアクリル樹脂エマルション〔Ｂ〕を絶乾
素地土に対し３％、フェノール樹脂乳化液（ホルムアル
デヒド／フェノールのモル比２、固形分５０％）を１０
０９添加し、混合攪拌を行って均一な泥漿物を得た。次
いで実施例１と同様の操作で鋳込体を得、接合した後２
１５０℃で１５分間焼成したところ、把手部とカップ部
の接合強度が大で、極めて大きい衝撃強度を示すコーヒ
ーカップが得られた。

〔発明の効果〕

二ニーセラミックスは前記のように従来の陶磁器と異り
成形が難しい。

陶磁器用素地土は、蛙目粘土、木節粘土等の結合剤を含
有させることにより賦形性が良好となり、かつ焼成前の
成形体の強度も向上する。また焼成前に２個以上の成形
体を接合し、これを焼成しても特に接合面の強度が低い
ということもない。

これに対し本発明の対象とするニューセラミックスは、
適当な結合剤がない為に焼成前の成形体の強度が弱く、
まして２個以上の成形体を接合して焼成するということ
は、ニューセラミックスに要求される機械的強度を特徴
とする特性を考えるとほとんど不可能に近かったのであ
る。

成前の成形体の強度を向上させ、かつ２個以上の成形体
を特定の接合媒体を介して接合することにより、焼成後
の機械的強度を特徴とする特性を低下させずに複雑な形
状のニューセラミックス製品を得ることを可能にしたも
のである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ａ、セラミックス用素地土に有機系結合剤を添加して泥
   漿を調整する工程、 Ｂ、上記泥漿より２個以上の成形体を成形する工程、Ｃ
   、上記成形体の少なくとも一方の接合面にセラミックス
   用素地及び有機系結合剤からなる接合媒体を付着させる
   工程、 Ｄ、２個以上の成形体の接合面を接合し、一体とする工
   程、 Ｅ、かくして得られた中間成形体を焼成する工程、より
   なるセラミックスの成形加工方法。