JPS62202703A

JPS62202703A - セラミツクス成形方法

Info

Publication number: JPS62202703A
Application number: JP19968886A
Authority: JP
Inventors: 博篠原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-11-18
Filing date: 1986-08-26
Publication date: 1987-09-07

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、高密度のセラミックス成形体の製造方法に関
する。

［従来の技術］セラミックス製品（セラミックス焼成体）の強度を向上
する事が、近時、益々要求されている。

このセラミックス焼成体の高強度化を図るためには、セ
ラミックス焼成体の高密度化が要求される。

そのためには、セラミックス予備成形体（セラミックス
を一定形状に成形したもので、焼成前のものをいう。以
下同じ）の密度を高める事が有用である。

従来、上記高密度化を達成する方法として１」ＩＰ処理
（Ｈｏｔ　　［５ｏｓｔａｔｉｃ　　ＰｒｅｓＳ）やＣ
ＩＰ処理（Ｃｏｌｄ　　１ｓｏｓｔａｔｉｃ　　Ｐｒｅ
ｓｓ）が知られている。しかし、ＨＩＰ処理やＣＩＰ処
理は、これを実施するための待別の装置が必要であり、
工程が複雑となり、かつ高価となる傾向がある。

また、従来、セラミックス予備成形体の成形方法として
、スリップキャスティング成形法が知られている。これ
はセラミックス原料粉末を溶媒中に分散させた泥漿を石
こうなどの吸収性のある型に注入して溶媒を吸収さき、
所定の形状物を得る方法である。この方法は、装置及び
型に、あまり費用がかからないものであるが、セラミッ
クス予備成形体の高密度化の達成という見地からは、十
分なものではなかった。

し発明が解決しようとする間開１本発明は、−Ｆ記事情に鑑みて完成されたものであって
、スリップキャスティング成形法において、セラミック
ス予備成形体の密度を高める方法を提供することにより
、高強度のセラミックス焼成体を（りることを目的とす
るものである。

し問題点を解決するための手段］本発明に係るセラミックス成形方法は、型面部に陽電極
が形成され、該型面で囲まれる中心空間に陰電極が配置
された吸水性の鋳型に、セラミックス粉末を含む泥漿を
注入し、直流電圧を印加しながらスリップキャスティン
グ成形することを特徴とする。

以下、構成要素を説明する。

鋳型は、吸水性のある材料で形成される。例えば、セラ
ミックス製品の形状に応じた形状の型面部を有し、液体
吸収性のある石こうなど、従来用いられているものを使
用する。

鋳型の型面部に形成する陽電極は、アルミニウム（Ａ　
Ｉ　＞　、銀（Ａｎ、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎ　ｉ
　）　、鉛（Ｐｂ）　、金＜ＡＬＪ）、白金（Ｐｔ）等
の導電材料を単独で又は組合せて用い、該材料のペース
トの塗布、銀鏡法、真空ｆｆｉ肴法等により、網状、格
子状あるいは多孔質状に形成する。

「型面部に形成する」とは、型面の表面に形成する場合
ばかりでなく、型面の表面から所定深さの位置に埋設す
る場合も含む概念である。

鋳型に注入する泥漿は、従来より行われているスリップ
キャスティング法と同様に、セラミックス粉末を分散媒
に分散させたものを用いる。なおセラミックス粉末とし
ては通常用いられる酸化物系、窒化物系、炭化物系等の
セラミックス粉末を用いることができる。例えば窒化珪
素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（Ｓ　ｉ　Ｃ）　、酸化チ
’ｌ＞（Ｔｉ０２）、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、ア
ルミナ（Ａ交２０３）、マグネシア＜ＭＱＯ）、シリカ
＜　Ｓ　ｉ　Ｏｔ　）等を用いることができる。また、
セラミックス粉末の平均粒径としては、０．０５μｍ〜
５０μｍ程度でよい。

セラミックス粉末を泥漿化するための分散媒としては、
従来と同様のものを用いる事ができ、一般には、水が使
用されるが、無水アルコール、グリセリン等を用いても
よい。

焼結助剤としても、従来と同様にアルミナ（Ａ又ｚＯ３
）、マグネシア　（ｆｖｌｏ）　、イツトリア（Ｙ２Ｏ
２）、シリカ（ＳｉＯ２）、酸化ランタン（１−ａｚｏ
３＞、二酸化ヒリウム（Ｃｅｎｚ）、酸化カルシウム（
Ｃａｂ）　、ボロン（Ｂ）等を用いることができる。

なお必要に応じて、かせいソーダ、しゅう酸アンモノ、
炭酸リチウム、ジエチルアミン、モノアミルアミン、ピ
リジン、エチルアミン等の解膠剤あるいはポリビニルア
ルコール、グルコース、デキストリン、エチル廿ルロー
ス、流動パラフィン等の結合剤を泥漿に添加する。

尚、泥漿の注入に際して加圧し、鋳型による液体吸収を
促進させてもよい。また、必要に応じて、カチオン系界
面活性剤等を添加してもよい。

［実施例］以下、本発明を具体的実施例に基づいて説明する。

（第１実施例）本実施例は、ガスタービンのロータを製作する場合であ
る。

粒径０．３μｍ〜３μｍの針状結晶の窒化珪素粉末（Ｓ
　Ｉ　３Ｎ４　）１００（Ｊ、焼結助剤として酸化イツ
トリウム（Ｙ２Ｏ２）２９、粒径ｏ、ｉμｍ〜５μｍの
アルミナ（Ａ又２０３）２Ｑ、解膠剤としてしゅう酸ア
ンモニウム（（ＮＨ４）ｚＣ２０４）、結合剤として３
ｇのポリビニルアルコールを水１９．に入れ分散させて
泥漿１を調製した。

第１図は本実施例に用いる鋳型の模式的な縦断面図であ
る。第１図に示すように、石こうで作った多孔質鋳型２
の型面部６には、鋳型２による吸水を妨げないようにし
て、銀電極３が陽極として形成されている。

又、鋳型２の内側空間の中心部には、カーボンで製造さ
れた、棒状のｌ！８？Ｉ極４が吊設されている。

今、前記泥漿を鋳型２に流し込みつつ、陽極３、陰極４
にバッテリー電源５によって３５Ｖの直流電圧を印加し
た。この時、泥漿の水分は型に吸収されて着肉が進行す
る。このため、型に吸収されて液面が下がった分だ番プ
泥漿を補充する。

セラミックス粒子は、電界の向きによって密に充填され
るため形成されるセラミックｌｌ！１６の空隙は小さく
なる。

かかるセラミックス層６が所定の厚みになったとき、陰
極４を引き抜き、排泥して、離型した。

離型は、具体的には、鋳型２の脱着可能な上部２ａをと
りはずし、天地を逆にして、適当な振動又は、セラミッ
クス層６の自重によって行なう。離型俊、乾燥さＶ１解
膠剤、結合剤を除去し、１５００℃窒素ガス雰囲気で３
時間加熱して焼成した。

（試験及び評価）上記第１実施例と同様の方法及び材料によって試験片△
を製作した。試験片Ａの大きさは、厚み３Ｉ１ｍ１長さ
４Ｑｎ＋ｗ＋、幅４ｍｓとした。そしてこの試験片Ａの
３点曲げ強度を調べた。３点曲げ強度は、具体的にはＪ
　ｌ５−Ｒ−１６０１ｒファインセラミックスの曲げ強
さ試験方法」によって行なった。

試験の結果、３点曲げ強度は１２０ｋＱ／ｌｌａ＋２で
あった。

製造に際して電界を印加しない伯は、第１実施例と同様
の製造方法及び材料によって試験片Ａと同じ形状の試験
片Ｂを製作した。試験片Ｂについて試験片Ａと同じ試験
を行なった所、３点曲げ強度は８０　ｋ　ｇ　／Ｉ１ｍ
’であり、明らかに、試験片Ａの方が強度が高かった。

次に、製造に際して電界を印加しない他は、第１実旅例
と同様の方法及び材料で製造した従来のセラミックス焼
成体の密度をアルキメデス法によって測定した。複数個
のセラミックス焼成体を測定したところ、本実施例によ
って製造したセラミックス焼成体の密度は、理論密度の
９９％以上であったのに対し、従来の方法によって製造
したセラミックス焼成体の密度は９５％〜９８％であっ
た。

即ち、本実施例によって製造した製品に見られる強度の
向上は、電界によって結晶粒が密に充填されるため、セ
ラミックス予備成形体の密度が高くなるからであると考
えられる。

（第２実施例）本実施例では、タービンシュラウドを製作した。

セラミックス原料として粒径０，２〜３μｍの炭化硅素
を１００ｇ、焼結助剤としてボロンを３Ｑ１解膠剤とし
てジエチルアミンを（ｊ、５０、結合剤としてエチルセ
ルロース１を３ｇ、を水１又に分散させて泥漿１０を調
製した。

第２図は、本実施例に用いる鋳型２０の模式的な縦断面
図である。鋳型２０は、ニッケル線を用いて、目的とす
る焼結体の形状より若干大きい篩状の陽極３０を製作し
、該陽極３ｏを石膏製の鋳型２０の型面部６０に５〜１
ｏＩ１ｍ程度の深さに埋設して造形した。鋳型の内部空
間の中心部には、第１実施例と同様に棒状炭素電極を陰
極４０として吊設した。

次に、陽極３０．陰極４０の間にバッテリー電源５０に
よって５０Ｖの直流電圧を印加しつつ、該泥漿１０を鋳
型２０に流し込み、着肉を進行させた。セラミックス層
が肉厚７〜１０ＩＩＩＩｌｌ程度になった時、陰極４０
を引き複き、排泥後、第１実施例と同様に離型した。そ
の後、得られたセラミックス成形体を乾燥させ、解膠剤
、結合剤を除去し、１８００℃窒素ガス雰囲気で４時間
加熱焼成した。

（試験及び評価）上記第２実施例と同様の方法及び材料で試験片Ｃを、ま
た電圧を印加しない他は、第２実施例と同様の方法及び
材料で試験片りを、それぞれ製作した。試験片の大きさ
は厚さ３　ｎｖ、長さ４０ＩＩｌｌＩ１１幅４ＩＩＩｌ
とした。試験片Ｃ及びＤについて、前記第試験片りの強
度は５０ｋＯｆ／ｍｍ２であり、明らかに試験片Ｃの方
が優れた強度を有していることが認められた。

［発明の効果］本発明は、鋳型の型面部に形成された電極と鋳型の中心
空間に設置された電極によって直流電圧を印加しながら
、セラミックス成形体を鋳込成形するものである。

このようにして成形されたセラミックス成形体は、成形
過程において、セラミックス粒が電界の方向に配列され
るため、セラミックスの結晶粒は、電界の向きに配向性
を有する。従って、空隙は小さくなり、高密度となる。

このために、焼成時のセラミックス結晶粒の成長方向が
制御されるものと考えられ、高密度、＾硬度のセラミッ
クス焼結体を得る事ができる。

具体的にいえば、本発明によって製造したセラミックス
焼結体の密度は、理論密度の９９％以上であり、従来の
製造方法によるセラミックス焼結体の密度、９５％〜９
８％に比し高い。

又、実施例にのべた３点曲げ強度かられかるように、本
発明に係るセラミックス焼結体の強度は著しく高い。さ
らに、ＨＩＰ処理やＣＩＰ処理等従来の技術による場合
に比し、設備等が簡単であり、極めて低コストに高密度
のセラミックス成形体を製造できる。

又、直流電圧の印加により、セラミックス原料中に存在
するｌ：６　ｔ　＋、Ｃａ２　＋、Ｚ（１２＋等の不純
物金鳳イオンが陰極に引きよせられ成形体中に残らない
という利点も認められる。

以上のように、本発明の製造方法によると、複雑な形状
を有するものでも、肉厚が均一で強度の優れたセラミッ
クス成形体を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例に係る鋳型の模式的な縦
断面図である。第２図は、本発明の第２実施例に係る鋳型の模式的な縦
断面図である。特許出願人　　トヨタ自動車株式会社代理人　　　弁理士　　大川　宏同　　　　弁理士　　丸山明夫第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）型面部に陽電極が形成され、該型面で囲まれる中
心空間に陰電極が配置された吸水性の鋳型に、セラミッ
クス粉末を含む泥漿を注入し、直流電圧を印加しながら
スリップキャスティング成形するセラミックス成形方法
。
（２）前記鋳型は石こう型である特許請求の範囲第１項
記載のセラミックス成形方法。
（３）印加する前記直流電圧は、３Ｖ〜３５０Ｖであり
、前記直流電圧の印加時間は、１分〜３０分間である特
許請求の範囲第１項記載のセラミックス成形方法。
（４）前記陽電極は、網状の金属電極である特許請求の
範囲第１項記載のセラミックス成形方法。
（５）前記陽電極は、格子状の金属電極である特許請求
の範囲第１項記載のセラミックス成形方法。
（６）前記陽電極は、多孔質状の金属電極である特許請
求の範囲第１項記載のセラミックス成形方法。