JPS63210056A - セラミツクス加工体の製造法 - 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 本発明は耐熱性および耐薬品性に優れ、しかも強度の大
なるセラミックス精密部品などのセラミックス加工体の
製造法に関する。

従来の技術およびその問題点 セラミックス製の精密部品を容易に製造する方法の一つ
としては、いわゆるマシナブルセラミックスの機械加工
が行われている。そしてこのマシナブルセラミックスと
しては、例えばマイカ含有結晶化ガラス、窒化アルミニ
ウムー窒化はう素あるいは大方晶窒化はう素などが知ら
れているが。

耐熱性、耐薬品性、強度１ｍ産性などのすべてを満足さ
せるものはなく、また配合がかぎられているのでその物
性も限定される。

他方において度化けい素粉末を炭素あるいはほう素と共
に焼結して得られる炭化けい素セラミックス、窒化けい
素あるいは部分安定化ジルコニアなどは耐熱性、耐薬品
性、強度などにおいては優れているが、これらは硬度が
極めて高く、一般の機械加工によって精密部品をつくる
ことは困難である。

問題点を解決するための手段 発明者らは、下記の諸点を見出して本発明を完成した。

（１）焼成によって高融点セラミックスとなる有機基結
合セラミックス前駆体（以下「前駆体」と略称する。）
を焼成すると、ｎｍレベルの大きさのセラミックスの超
微粒子となること。

（２）この前駆体を高融点セラミックスの微細粉末と混
合して焼成すれば、前駆体から生成するセラミックス超
微粒子が高融点セラミックスの微細粉末の周囲をとりか
こんで、それらの−粒子を結びつけてセラミックス焼結
体を与えること。

（３）このようにして得られるセラミックス焼結体は、
機械加工が可能であり、高融点セラミックス粉末と前駆
体との組み合せを選べば耐熱性。

耐薬品性、電気特性などを自由に！ｇ１ｆ！Ｉｉするこ
とが可能になること。

例えば炭化けい素微細粉末と有機けい素化合物との組み
合せでは１通常のマシナブルセラミックスに比して耐熱
性が著しく高く、そうして強度も大であって、且つ機械
加工性に優れ、量産にも適するセラミックス焼結体が得
られる。

すなわち本発明は、高融点セラミックスの微細粉末と、
焼成によって高融点セラミックスとなる有機基結合セラ
ミックス前駆体とを含有する混合物でつくられたセラミ
ックスグリーンを、該微細粉末がそれ自体で高密度の焼
結体となる温度以下の温度で焼成して得られるセラミッ
クス焼結体を機械加工することから成るセラミックス加
工体の製造法である。

ここにいう高密度の焼結体とは、焼結体中において固体
の部分の体積が該焼結体の体積のおよそ８０％以上を占
める焼結体である。

本発明において機械加工の材料となるセラミックス焼結
体においては、高融点セラミックスの微細粉末の間には
さまった前駆体からの超微粒子が該微細粉末のバインダ
ーとなり、あるいは該微細粉末の周囲にそれをとりかこ
んで結合している前駆体からの超微粒子同志が結合して
該微細粉末のバインダーとなって、多孔質の焼結体を形
成している。そして機械加工に際して高融点セラミック
スの微細粒子と前駆体からの超微粒子との結合。

あるいは超微粒子同志の結合が剥離するので、このセラ
ミックス焼結体ｉ±良好な機械加工性を有するのである
。

このセラミックス焼結体の構造を、実施例１における焼
結体を例にしてさらに詳しく記せば、実施例１の焼結体
は炭化けい素の微細粉末８０重量部と、ポリシラスチレ
ンからの炭化けい素の超微粒子のおよそ４ｆｆｉ量部と
から構成されており、電子顕微鏡写真によって炭化けい
素の微細粉末の周囲に配置された粒径数ｎｍから数１０
ｎｍのポリシラスチレンに由来する炭化けい素の超微粒
子が、炭化けい素の微細粉末を結びつけているのが観察
される。

このような構造を有する焼結体は、従来のマシナブルセ
ラミックスに比べておおむね強度が大であり、最高使用
温度も著しく高く、通常の金属材料とほぼ同様の機械加
工が可能である。

実施例１における炭化けい素焼結体を例にして１本発明
で使用するセラミックス焼結体および従来のマシナブル
セラミックスの強度と最高使用温度の比較を第１表に記
す。

なお、焼成温度を１６００℃以上に高めた場合には、ポ
リシラスチレンに由来する炭化けい素の超微粒子の一部
が融解して、およそｉｎｎから２ｎｍまでの巾の分子縞
模様になるのがｍ察されるが、この場合にも機械加工性
は損なわれない。

（高融点セラミックス） 本発明における高融点セラミックスとは、およそ１００
０℃の温度においても高密度に焼結することのないセラ
ミックスであって１例えば炭化けい素、窒化けい素、窒
化はう素、窒化アルミニウム、アルミナ、けい酸などが
あるが、これらのみに限られるものではなく、またこれ
らを自由に組み合せることも可能である。

これらの高融点セラミックスの微細粉末においては、粒
径１０ＩＬｍ以下の粒度の粒子が大部分を占めるものが
好ましく、さらに望ましいのは粒径ＩＪＬｍ以下の粒度
である。

（前　駆　体） 本発明における前駆体は１例えば焼成によって炭化けい
素となるポリシラン、ポリカルボシラン類などの有機け
い素化合物、焼成によって窒化けい素または窒化けい素
と炭化けい素とくなるシラザン類、焼成によって窒化は
う素となるボラジン類、あるいはアルミニウムまたはけ
い素のアルコキシドなどがあるが、これらのみに限られ
るものではなく、焼成によって粒径数ｎｍからａｌ　０
　ｎｍまでの高融点セラミックスの超微粒子となるもの
であればよい、これらの前駆体は、数種を混合して使用
することもできる。

高融点セラミックス微細粉末と前駆体とは種々の組み合
せで使用可能である０例えば炭化けい素の微細粉末は有
機けい素化合物との組み合せ以外に、例えばシラザン類
、ボラジン類などと組み合せることも可能であり、また
窒化けい素の微細粉末とシラザン類との組み合せはもち
ろん、窒化けい素と有機けい素化合物との組み合せも可
能である。

本発明において高融点セラミックスの微細粉末と前駆体
との割合は該微細粉末の種類、平均粒度、粒度分布、前
駆体の種類あるいは焼成条件（特に昇温速度）などによ
って異るため、一義的に決めることは不可能である。該
微細粉末の平均粒度が小なる場合、すなわち比表面績が
大なる場合には、前駆体の割合が大なることを要し、平
均粒度が大になれば前駆体の割合は減少するのである。

多くの場合、前駆体から生成する超微粒子の全体積が、
該微細粉末の全表面［１００ｍ″に対して０．０１ｍＪ
ＬからｌＯｍｊＬまで、好ましくは０．０５ｍＪｌから
１ｍＭまでになるように前駆体と該微細粉末の割合が選
ばれる。前駆体の割合が少ないと、微細粉末を結びつけ
る力が不足して焼結体の強度が低下し、多過ぎる場合に
は稠密な焼結体を得にくいため、この場合も強度が低下
する。

高融点セラミックスの微細粉末と前駆体とからセラミッ
クス焼結体をつくる方法は、特開昭５２−４０５０９号
公報において炭化けい素粉末と有機けい素化合物とを混
合して使用する方法が開示されている。その方法の改良
方法として、それら２種の原料にさらに例えば高級脂肪
酸のような付滑物質を添加して混合物に成形性を与える
セラミックスグリーンの生産性を高める方法が特開昭５
９−１７４５７５号公報に開示されている。この方法に
よって得られるセラミックス焼結体は、本発明に使用す
る材料として極めて適している。

（機械加工の意味） 本発明において機械加工とは、切断、切削、穿孔、やす
りがけ、研磨など、いわゆる工作機械で行われる加工、
ならびにそれを人力で行う行為をいうが、塑性加工は含
まない。

（セラミックス加工体の性質） 本発明によってつくられるセラミックス加工体は多孔質
であるが、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法あるいはＣＶＩ法によっ
て表面−に同質セラミックスの薄膜をコートして表面の
無孔化を行うこともできる。

実　　施　　例 この発明を理解しやすくするために、以下に実施例を記
載するが、この発明は下記の実施例のみに制限されるも
のではない。

実施例１ 炭化けい素微細粉末（平均粒径０　、３１Ｌｍ、比表面
績１７ゴ／ｇ）８０重量部、前駆体としてポリシラスチ
レン（平均分子量２０．０００、融点６０℃）１５重量
部、ステアリン酸６重量部およびキシレン６０重量部を
加温しながら混合して均一の混合物をつくり、キシレン
を揮散させて得られる細かい混和粉末を射出成形して３
ｍｍＸ４ｍｍＸ６０ｍｍの角棒型セラミックスグリーン
を作成した。これを燻中で徐々に加熱して脱脂し、さら
にアルゴン気流中で１５５０℃まで加熱して焼成して、
３ｍｍＸ４ｍｍＸ５６ｍｍのセラミックス焼結体を得た
。この焼結体の曲げ強度は２８Ｋｇ　／　ｍ　ｒｎ’で
あり、金のこで容易に切断することができた。

実施例２ 実施例１の炭化けい素微細粉末、ポリシラスチレン、ス
テアリン酸およびキシレンの混合物からキシレンを蒸発
させたのち、押出成形によって外径２３ｍｍ、内径１６
ｍｍのパイプを作成し、これを脱脂したのち、アルゴン
気流中で１５５０℃まで加熱焼成して、外径２２ｍｍ、
内径１５ｍｍのパイプをつくった。

このパイプを超硬バイ）Ｋ−１０を用いて施削したとこ
ろ。

送り速度：　　０．０５〜０．２ｍｍ／ｒｅｖ切削速度
＝　　　　２〜６０ｍ／ｍｉｎの条件で、切り込み深さ
が４〜０．０５ｍｍのねじ切りが可能であった。

実施例３ 炭化けい素の微細粉末（平均粒径０．３ＩＬｍ、比表面
Ｑ　１７　ｍ″／ｇ）８５重量部、ポリシラスチレン（
前記と同じ）１５ｍｍＭ、およびトルエン５重量部を加
温しながら均一に混合し、トルエンを揮散させて残る混
和粉末を２５ｍｍＸ２５ｍｍの金型に充填し、８０℃の
温度、１００Ｋｇ／ｃｒｎ’の圧力でプレス成形して、
厚さ３ｍｍの板状セラミックスグリーンをつくった。こ
れをアルゴン気流中で１６００℃にまで加熱して焼結し
て、炭化けい素の焼結体をつくった。この焼結体は曲げ
強度が２０　Ｋ　ｇ　／　ｍゴであり、フライス盤によ
って容易に切削することができ、またドリルによって穿
孔することができた。

実施＠４ 窒化けい素の微細粉末（平均粒子径ＩＢｍ、比表面積６
ｒｒ１″／ｇ）８０重量部、ポリシラスチレン（前記と
同じ）１５重量部、ステアリン酸５重量部およびトルエ
ン６０重量部を加温混合して均一の混合物をつくり、ト
ルエンを揮散させて残る混和粉末を実施例３と同様にプ
レス成形して、板状のセラミックスグリーンをつくった
。これを徐々に加熱して脱脂したのち、アルゴン気流中
で１５００℃にまで加熱して焼成して窒化けい素の板状
焼結体をつくった。この焼結体も実施例３の焼結体と同
様、容易に切削、穿孔が可能であった。

発明の効果 本発明によって耐熱性、耐薬品性、電気特性。

強度など種々の特性を広い範囲にわたって調整して組み
合わせたセラミックスを機械加工した加工体が得られる
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　高融点セラミックスの微細粉末と、焼成によって高融
   点セラミックスとなる有機基結合セラミックス前駆体と
   を含有する混合物でつくられたセラミックスグリーンを
   、該微細粉末がそれ自体で高密度の焼結体となる温度以
   下の温度で焼成して得られるセラミックス焼結体を、機
   械加工することから成るセラミックス加工体の製造法。