JPS62297255A - セラミツクスの加圧注入成形法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［ａ業上の利用分野］ 本発明はセラミックスの加圧注入成形法に係り、特にセ
ラミック粉体に有機系添加剤及び水を添加し混練して得
られた材料を、金型内に加圧注入成形する方法において
、保型性や離型性を改善し、焼成時の割れの問題のない
極めて良好な成形体を得ることができるセラミックスの
加圧注入成形法に関する。

［従来の技術］ 近年、金属材料、高分子材料（プラスチック）についで
、第３の素材としてセラミックスがン主目され始めてい
ることは周知の通りである。このセラミックスは、耐熱
性、耐摩耗性、耐食性等が著しく優れているところから
、新しいエンジニアリング・マテリアルとして、重要機
械部品に適用される可能性が極めて大きい。

しかし、セラミックスの実用化に当たっては、材料とし
ての信頼性向上の問題もさることながら、製造工程にか
かわる諸問題の解決が前提となる。特に、部品の形状、
寸法、精度はもちろんのこと、その健全性をも支配する
、成形工程に関連する多くの問題を改善、改良しておく
必要がある。

現在、セラミックスの成形法としては、機械プレス成形
法、静水圧成形法、鋳込成形法、押出成形法、射出成形
法、ローラー成形法等が提案されている。

これらのうち、射出成形法は、プラスチックの成形法と
しては、極めて普通に用いられる方法であり、セラミッ
クスに適当な有機バインダを添加して熱可盟性等を与え
て、これを高分子材料もしくはプラスチックの成形のた
めに一般的に用いられている射出成形法を用いて成形す
るものである。

射出成形法では、成形材料にいったん可塑性ないし流動
性、離型性を付与するために、水以外の添加剤を２０〜
５０重量部添加使用する。この添加剤は成形時のセラミ
ック粒子を接着させることを主目的とする成形バインダ
と焼成時にセラミック粒子を結合させるための焼成バイ
ンダとからなり、このうち成形バインダには各種の有機
物が使われている。これらの添加剤は、成形の後工程で
、脱脂もしくは脱バインダ、時にはデワックスイング（
ｄｅ−ｗａｘｔｎｇ）もしくはベーキング・（ｂａｋｉ
ｎｇ）されるときに、加熱（４００〜５００℃）により
、分解、揮散を経て除去される。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、従来のセラミックスの射出成形法では、有機
物系成形バインダの添加量が１０〜４０重量部にも及ぶ
ため、得られる成形体をそのまま焼成すると、有機物の
分解により成形体に割れや変形が生じる。このような損
傷を防止するためには、焼成工程の前段に脱脂工程を設
け、有機物の熱分解温度５００℃程度までは極めてゆる
やかな昇温速度例えば５℃／　ｈ　ｒ程度で脱脂を行な
わなければならず、この場合、脱脂には１００時間以上
もの時間を要する。しかも、焼成炉ではこのような温度
制御が難しいため、別途脱脂専用の炉を用いなければな
らない。このようなことから、従来の方法では、生産性
が著しく悪く、しかも、設備費が高くなるという欠点が
あった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記従来の問題点を解決するものであフて、 セラミック粉体に有機系添加剤及び水を添加し混練して
得られた材料を、金型内に加圧注入成形する方法におい
て、 セラミック粉体１００重量部に対し、有機系添加剤とし
て７重量部以下のセルロース結晶体、３重量部以下のパ
ラフィンワックス及び３重量部以下のバインダ、並びに
、水６〜３０重量部を添加すること（以下、「第１の発
明」という。）、金型を水の沸点以下の温度に加熱する
こと（以下、「第２の発明」という。）、 あるいは セラミック粉体１００重量部に対し、有機系添加剤とし
て７重量部以下のセルロース結晶体、３重量部以下のパ
ラフィンワックス及び３重量部以下のバオンダ、並びに
、水６〜３０重量部を添加して混練したものを材料とし
、かつ、金型を水の沸点以下の温度に加熱すること（以
下、「第３の発明」という。）、 を特徴とするものである。

以下に本発明の詳細な説明する。

まず、本発明における成形材料について説明する。

本発明の第１の発明及び第３の発明で用いる成形材料は
、セラミック粉体１００重量部に対し、有機系添加剤と
して７重量部以下のセルロース結晶体、３重量部以下の
パラフィンワックス及び３重量部以下のバインダ、並び
に、水６〜３０重量部を添加して混練したものである。

セラミック粉体のセラミックスとしては特に制限はなく
、ＡＩｌ、２０３　、Ｙ２０３、Ｚｒ２　ｏ３等の酸化
物、−Ｓ　ｉ　Ｃ等の炭化物、５ｉｚＮ４、Ａ　−Ｑ　
Ｎ等の窒化物等、すべてのセラミックに適用可能である
。これらのセラミック粉体の粒径は、一般に、３０μｍ
以下であることが好ましい。

また、有機系添加剤として添加するセルロース結晶体と
しては、粉体の粒径及びその分布によっても異なるが、
長さ約４μｍで０．１μｍ径程度の細繊状結晶体が好ま
しい。セルロース結晶体は、材料粒子に絡んだ状態で粒
子間に介在することにより、その結合力を増大させ、し
かもセルロース結晶体は金型面と絡むことはないため、
離型性を良好にする作用を有する。しかしながら、あま
りにＡ量の添加では、脱脂が困難となり、割れ発生の原
因となるため、本発明においては、セルロース結晶体の
添加量は７重量部以下、好ましくは約３重量部程度とす
る。

パラフィンワックス、即ちワックスエマルションもまた
、焼成峙つ割れ発生の防止の点から、３重量部以下の添
加量とする。パラフィンワックスの添加により、離型性
が改善される。

バインダはその適量を添加することによりセラミック粒
子の表面に付着して、粒子間の結合性を向上させる作用
を有する。しかしながら、あまりにＡ量の添加では焼結
性に問題を生じ、割れの発生等が起こることから、バイ
ンダの添加量は３重量部以下とする。バインダとしては
、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、カルボキシメチル
セルロース（ＣＭＣ）等の従来公知の有機系バインダを
用いることができる。

水は材料に流動性を付与し、金型への充填効率を向上さ
せる作用を有するが、あまりに過量の添加では成形体の
保型性を低下させるため好ましくない。従って、水は６
〜３０重量部とする。

次に、加熱金型にて射出成形を行なう方法について説明
する。

第１図〜第４図は本発明の実施に好適な射出成形装置を
用いて成形を行なう方法を説明する断面図である。

第１図の射出成形装置の金型は、上部金型１と下部金型
４とからなり、上部金型１は、弁２を有しており、エア
供給口８より供給されるエアが弁２と上部金型１のクリ
アランス２ａを経て、キャビティ内に供給可能に構成さ
れている。図中、３はプラグ、５はスリーブ、６はプラ
ンジャ、７は油圧シリンダである。しかして、本射出成
形装置には、上部金型１、下部金型４、スリーブ５に、
加熱ヒータ９が備えられ、金型を加熱保温するように構
成されている。

このような射出成形装置を用いて射出成形を行なうには
、まず、第１図に示す如く、上部金型１が上昇した状態
でスリーブ５の中へ材料１０を供給する。

次いで、第２図に示す如く、上部金型１を下降させ、型
締完了後、油圧シリンダ７によりプランジャ６を上昇さ
せて材料１０をキャビティ内に加圧注入する。

成形完了後、第３図に示す如く、上部金型を上昇させる
と同時にエア供給口８からのエアーを弁２のクリアラン
ス２ａより供給して、成形体１１と上部金型１とを離型
する。

更に、第４図に示す如く、プランジャ６を上昇させるこ
とにより、下部金型４より成形体１１を離型する。

本発明の第２の発明及び第３の発明においては、このよ
うな成形工程において、金型を水の沸点以下の温度に加
熱する。

金型を加熱することにより、有機系バインダの粘性を低
下させることができ、離型性を向上させることがで診る
。金型の加熱温度は通常、５０℃程度とするのが好まし
い。

なお、第１図〜第４図は本発明に好適な成形方式の一例
を示すものであって、本発明は何ら図示の装置及び方法
に限定されるものではない。

本発明において、成形材料として、第１の発明又は第３
の発明の成形材料、即ち、セラミック粉体にセルロース
結晶体７重量部以下、パラフィンワックス３重量部以下
、水６〜３０重量部、バインダ３重量部以下を添加して
混練して得られた枯土状のものを用いる場合には、第１
図ないし第２図に示す材料のキャビティ内への加圧注入
に際しては、その流動性、充填効率を高めるために、成
形面圧５００　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｎ”以上とするのが
好ましい。

また、得られた成形体の焼成工程においては、材料中の
有機系添加剤の量が１重量部以下では、通常の焼成用の
昇温スケジュールでも問題とはならないが、１重量部を
超える場合には、割れが発生し易くなるため、使用した
有機系添加剤の熱分解曲線をもとに分解量の多い温度の
手前で数時間の温度保持を行なって、分解速度を遅らせ
、割れを防ぐのが好ましい。

［作用］ 一般にセラミック粉体に水を添加するとセラミックの粒
子間に介在する水の状態により、粉体特性が様々に変化
する。本発明で用いる成形材料の如く、水を６〜３０重
量部添加した場合には、セラミック材料は、連続固相と
連続液相の間に、連続ないし不連続の気相が形成された
最適な混線状態が得られる。しかして、この状態におい
ては、セラミック粒子間の適度の粒子間摩擦が発生し、
良好な保形性が得られる。しかしながら、この粒子間摩
擦だけでは保型性が若干不十分であるため、粒子間の粘
着力を更に高める目的で有機性添加剤を添加する。

しかして、本発明の第１の発明及び第３の発明において
は、有機系添加剤として７重量部以下のセルロース結晶
体を添加するが、セルロース結晶体は、セラミック粒子
間に絡んでその結合力を増大させ、保型性を向上させる
と共に、セルロース結晶体は金型面とは絡まないため雌
型性を改善する作用を奏する。

このため、第１の発明及び第３の発明においては、雌型
性改善のためのパラフィンワックスや保型性改善のため
のバインダの必要量を低減することができ、これにより
全有機系添加剤量を低減することができる。

このため、脱脂が容易となり、従来のような、５景に添
加された有機系添加剤の脱脂のための脱脂炉や脱脂工程
が不要とされる。

一方、本発明の第２の発明及び第３の発明の如く、金型
を加熱することにより、成形中の成形材料に、金型へ向
けて上昇する温度勾配が発生する。バインダ等の有機系
添加剤は、一般に、温度が高い程その粘性が低いことか
ら、加熱金型内の成形体は金型面付近はバインダの粘性
低下により離型性が向上し、成形体中心部においてはバ
インダにより良好な保型性が保たれる。

このように金型を加熱することにより、雌型性、保型性
の良好なバランスが保たれるようになるため、これらの
性能改善のための有機系添加剤量を低減することが可能
となり、従来の脱脂の問題が解消される。

［実施例コ 以下、実施例について説明する。

実施例１ 第１表に示す割合の成形材料を調整し、第１図〜第４図
に示す方法にて金型温度５５℃にて射出成形を行ない、
成形体を得、各々、第１表に示す昇温スケジュール及び
焼成条件にて焼成を行なった。

このような実施例において、成形体の雌型性、保型性は
極めて良好で、また、焼成の温度制御も容易で焼成時間
も短く、得られた焼結体は割れの発生等もなく、極めて
高特性なものであ）た。

なお、上記実施例においては、セラミックとしてアルミ
ナを用いたが、本発明は他の酸化物系、窒化物系、炭化
物系セラミックにおいても同様に優れた効果を奏する。

［発明の効果コ 以上詳述した通り、本発明の方法によれば、水及び有機
系添加剤の必要添加量をそれぞれ最少限度に押え、優れ
た保型性、雌型性のもとに良好な成形体を得ることがで
きる。

このため、得られる成形体は、乾燥後、別途脱脂工程を
設けずに、焼成炉のわずかな温度制御で脱脂を行なって
、焼成することができるため、脱脂工程に要する処理時
間がなくなり、大幅な処理時間の短縮が図れ、しかも脱
脂炉が不要となることから、設備費の低減が図れる。

従って、本発明の方法によれば、低コストかつ高生産効
率で、良好なセラミックス成形体を製造することが可能
となる。

１・・・上部金型、　　　　２・・・弁、３・・・プラ
グ、　　　　　　４・・・下部金型、５・・・スリーブ
、　　　　　６・・・プランジャ、７・・・油圧シリン
ダー、　　８・・・エア供給口、９・・・加熱ヒータ、
　　　　１０・・・材料、１１・・・成形体。

代理人　　弁理士　　重　野　　剛 第１図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック粉体に有機系添加剤及び水を添加し混
   練して得られた材料を、金型内に加圧注入成形する方法
   において、セラミック粉体１００重量部に対し、有機系
   添加剤として７重量部以下のセルロース結晶体、３重量
   部以下のパラフィンワックス及び３重量部以下のバイン
   ダ、並びに、水６〜３０重量部を添加することを特徴と
   するセラミックスの加圧注入成形法。
2. （２）セラミック粉体に有機系添加剤及び水を添加し混
   練して得られた材料を、金型内に加圧注入する方法にお
   いて、金型を水の沸点以下の温度に加熱することを特徴
   とするセラミックスの加圧注入成形法。
3. （３）セラミック粉体に有機系添加剤及び水を添加し混
   練して得られた材料を、金型内に加圧注入成形する方法
   において、セラミック粉体１００重量部に対し、有機系
   添加剤として７重量部以下のセルロース結晶体、３重量
   部以下のパラフィンワックス及び３重量部以下のバイン
   ダ、並びに、水６〜３０重量部を添加して混練したもの
   を材料とし、かつ、金型を水の沸点以下の温度に加熱す
   ることを特徴とするセラミックスの加圧注入成形法。