JPS6321105A - ２層構造のセラミツクス成形用多孔質成形型の製造方法 - 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２層構造のセラミックス成形用多孔質成形型の
製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来より、セラミックス成形用成形型として、石こう甲
が知られている。この石こう型は、石こう粉末を乾燥し
て無水状態にした後、水を加えてスラリーとし、スラリ
ーを型内に充填して成形したものである。この石こう型
は、毛細管現象により脱水機能をもつので、スリップキ
ャスティング法等のセラミックス成形の際に広く利用さ
れている。

一方、脱水性をもつ成形型として近時、特公昭５６−１
４４５１号公報に係る成形型が提供されている。この成
形型は、無機化合物からなる骨剤を樹脂からなる結合剤
で固めて成形したものであり、成形型の主体をなす多孔
質型本体と、多孔質型本体のキャビティを形成する空間
の内表面に被覆された多孔質表皮層とからなる２層構造
である。

ここで、多孔質型本体には、５０〜２００μ程度の粗い
連続粗化が分散して形成されている。又、多孔質表皮層
には、１０μ以下の連続細孔が分散して形成されている
。ここで、多孔質型本体の連続粗化の大きさを５０〜２
００μに設定したのは、主に、多孔質型本体の強度を確
保しつつ脱水性および通気性を確保するためである。又
、多孔質表皮層の連続細孔の大きさを１０μ以下とした
のは、セラミックス原料が成形型内に浸入することを抑
え連続細孔が目詰まりすることを防止するためである。

ところで、上記した特公昭５６−１４４５１号公報に係
る成形型の製造方法は、比較的粗い粒子状の骨剤と樹脂
製の結合剤との混合物で多孔質型本体を形成し、一方、
微細な粒子状の骨剤と樹脂製の結合剤との混合物で多孔
質表皮層を形成している。ここで、多孔質型本体におい
ては、結合剤で結合した分剤の粒子間が連続粗化とされ
、多孔質表皮層においては、結合剤で結合した骨剤の粒
子間が連続細孔とされている。

［発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、上記した石こう型、特公昭５６−１４４５１
号公報に係る成形型と同様に、脱水性をもつセラミック
ス成形用多孔質成形型を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段〕 本発明に係る２層構造のセラミックス成形用多孔質成形
型の製造方法は、母型のキャビティに入れ子を配置した
状態で、Ｓａ化合物系骨骨剤樹脂からなる結合剤と粗粒
子状の発泡剤とを主要配合剤とした混合物を、該Ｅｉ型
のキャビティ型面と該入れ子との間の空間に流し込み、
該空間内で該混合物を発泡成形することにより、連続粗
化が分散した発泡型を該母型で形成する第１工程と、該
発泡型から該入れ子を除去し、該入れ子を除去して形成
した該発泡型の空間の内表面に、連続細孔が分散した多
孔質表皮層を被覆する第２工桿とを順に実施することを
特徴とするものである。

第１工程で用いる母型は、成形型を成形するための型で
あり、その構成材料は、セラミックス、金属、石こうの
いずれでもよい。第１工程で用いる混合物を形成する骨
剤は、無機化合物系であり、ケイ石、長石、アルミナ、
シリカ、ジルコニア、タルク、カオリンなどの少なくと
も１種を用いることができる。骨剤は、繊維状であって
もよく、粒子状であってもよい。樹脂からなる結合剤と
しては、骨剤を結合できるものであればよく、例えば、
スチレン樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、ナイロ
ン樹脂を用いることができる。第１工程で用いる混合物
に配合される発泡剤は粗粒子状であり、その平均粒径は
０．１〜１０μ程度のものを用いることができる。発泡
剤の粒径は１１ｉ１度、種類、処理温度により、粗くし
たり、細かくして、型材中に生成する気孔径をｖＡ整す
る必要がある。

Ｒ１剤としては、炭酸アンモニウム＜（ＮＨ４）２　Ｃ
Ｏ３）　、重炭酸ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）を用いる
ことができる。入れ子の形状は適宜設定する。即ち、多
孔質成形型で成形するセラミックス成形体が例えばター
ビンシュラウドである場合には、入れ子の形状は、ター
ビンシュラウドにほぼ相応する形状である。

第１工程では、母型のキャピテイ型面と入れ子との間の
空間に、上記した混合物を流し込み、その空間内で混合
物中の発泡剤を発泡成形させる。

発泡成形により、母型内に流しこまれた混合物は、膨張
し、母型のキャピテイ型面や入れ子の外面に密接し、よ
って、連続粗化が分散したｒ＋泡型が母型で形成される
。この連続粗化の大きさは、発泡剤の粒子の形状、粒子
の大きさ、発泡温度によって決定されるが、その大きさ
は２０〜３００μ、特には５０〜２００μ程度であるこ
とが好ましい。

この場合、発泡剤の粒径は通常、２０〜５０μ程度であ
る。なお、連続粗化の大ぎさを人にしようとする場合に
は、発泡剤の粒子の大きさを大にし、発泡温度を高（す
る。

第１工程では、必要に応じて、上記混合物に、塩化ナト
リウムなどの水溶性化合物からなる水溶剤を配合してい
てもよい。この場合にはＲ泡成形後に発泡型を水に接触
させて水溶剤を水に溶かし、水溶剤の跡を発泡剤の跡と
ともに連続粗化とする。

第２工程では、発泡型から入れ子を除去した状態で、入
れ子で形成される発泡型の空間の内表面に、多孔質表皮
層を形成する。孔質表皮層の厚みは０．２〜１０■程度
が好ましく待には０．３〜５１程度が好ましい。第２工
程は、上記した骨剤と結合剤と発泡剤とを主要配合剤と
した表皮形成用混合物を、入れ子を除去して形成した発
泡型の空間の内表面に塗布して被１ｉｉｑを形成し、そ
の被覆層を発泡固化することにより形成することができ
る。ここで、表皮形成用混合物では、発泡剤の粒子の大
きさを、発泡型を形成する際に第１工程で用いた混合物
に配合した発泡剤の粒子の径よりも微粒子状にする必要
がある。一般には、表皮形成用の混合物においては発泡
剤の粒子の大ぎざは０．０１〜１μと微粒子状である。

又、第２工程では骨剤と昇華性物質からなる揮発剤とを
主要配合剤とした表皮形成用混合物を、入れ子を除去し
て形成した空間の内表面に被覆し、それを加熱して昇華
性物質を蒸散させることにより形成することもできる。

昇華性物質としては、ナフタリン、アントラセン、アン
トラキノン、しょうのうなどの１種又は２種以上を用い
ることができる。

又、第２工程では、特公昭５６−１４４５１号公報にか
かる成形型と同様に、樹脂からなる結合剤と微細な無機
化合物粉末とを混合した混合物を、入れ子を除去して形
成した空間の内表面に塗布し、これを加熱して樹脂で結
合した微細な無機化合物粉末間を連続細孔としてもよい
。この場合においても微細な無機化合物粉末を使用して
いるので、多孔質表皮層に形成された連続細孔の大きさ
は１０μ以下と微細にできる。

［発明の効果］ 本発明に係る製造方法によれば、連続粗化が分散した発
泡型と、連続細孔が分散した多孔質表皮層とからなるセ
ラミックス成形用多孔質成形型を形成することができる
。本発明にかかる製造方法で製造したセラミックス成形
用多孔質成形型のキャビティにセラミックススラリーを
鋳込んでスリップキャスティング成形すれば、スラリー
に含まれている水分を多孔質表皮層の連続細孔および発
泡型の連続相孔を介して型外に通水することができるの
で、セラミックスの鋳込み成形を容易になすことができ
る。

ところで、特公昭５６−１４４５１号公報にかかる成形
型では、この公報に記載のように、鋳こんだスラリーの
セラミックス粒子を団粒化し、成形型とセラミックス成
形体との型放れ性を確保すべく、多孔質表皮層には、水
に溶解して２価イオンを発生する陽イオン無機化合物が
含有されている。したがって、特公昭５６−１４４５１
号公報にかかる成形型では、型放れ性は良好であるもの
の、団粒化のため多孔質表皮層に目づまりが発生しやす
かった。この点、本発明にかかる製造方法で％Ｊ造した
多孔質成形型では、特公昭５６−１４４５１号公報に係
る成形型とは異なり、多孔質表皮層に前記２１ｉｌｌｉ
の金属イＡンを含んでいないため、多孔質表皮層の連続
細孔の目詰まりの問題を改善することができる。

又、本発明に係る製造方法で製造した多孔質或彫型で成
形したセラミックス成形体は、その表面精度がよい。そ
の理由は、多孔質表皮層の孔は微細な連続細孔だからで
ある。

〔実施例１ 本発明に係る１実施例を第１図〜第５図に示す。

第３図は、自動車のタービンシュラウド焼結体５の断面
図である。タービンシュラウド焼結体５は、第３図に示
すように直状＠５０と、直状＠５０に連続する環状筒５
１と、環状筒５１に連続する直状筒５２とを具備する。

第５図は本実施例に係るセラミックス成形用多孔質成形
型６の断面図であり、第２図はその要部の拡大断面図で
ある。この多孔質成形型６でのキトビティ６０は、第３
図に示すタービシシュラウド焼結体５の焼結時の収縮率
を考慮して、若干大きめに設定されている。即ち、第３
図に示すタービンシュラウド焼結体５よりも０．２〜１
０１Ｉｌ１１特には０．３〜５１１１１の大きい寸法と
されている。

まず、第１工程では、第４図にしめず鉄製、…蒸製、木
製の母型１のキャビティ１０にワックス製、ゴム製又は
紙製の入れ子２（タービンシュラウド焼結体５に近似し
た形状）を配置し、その状態で、Ｓ機化合物系骨剤と樹
脂からなる結合剤と粗粒子状の発泡剤とを主要配合剤と
した混合物を、母型１の注入口１１から母型１のキャビ
ティ型面１００と入れ子２との間の空間に流し込む。そ
して、その空間内で混合物を発泡成形させる。この混合
物は、結合剤としてフェノール樹脂４００重分部、ウレ
タン樹脂４００重鎖部と、骨剤としての長石を２００重
聞重邑加し、ざらに発泡剤としての炭酸アンモニウム（
（ＮＨ４）ｔ　ＣＯ３）を１００重量部添加し、これら
をミキサーで６０分間よく混練した混合物を用いている
。ここで、発泡剤の粒径は２０〜５０μ程度である。上
記のように発泡成形させれば、混合物は、キャビティ１
０内で膨張し、キャビティ型面１００１入れ子２の外面
に密接し、よって母型１により、連続粗化３０が分散し
た発泡型３が形成される。この連続粗化３０の大きさは
５０〜２００μ程度である。

第２工程では、発泡型３から入れ子２を加熱溶剤溶解又
は燃焼により除去し、入れ子２を除去して形成された発
泡型３の空間の内表面の全体に表皮形成用混合物を塗布
した。このときの厚みは、０．２〜１０ｍｍ、望ましく
は０．３〜５１１ｆｆｉ程度である。この表皮形成用混
合物は、上記した第１工程で用いた混合物と基本的には
同じである。但し表皮形成用混合物では、発泡剤の粒径
が０．０１〜１μ程度の微粒子である点が異なる。この
ように表皮形成用混合物を塗布した後、１００〜２５０
°Ｃに加熱しこれを発泡、固化させる。この結果、発泡
型３の空間の内表面には、Ｊダみが０，２〜１０１１１
ｍ程度の多孔質表皮層４が形成される。この多孔質表皮
１響４にｊ、ｔｏ、０１〜５μ程度の微細な連続細孔４
０が分散されている。

上記したような製造方法によれば、第５図に示すように
、連続粗化３０が分散した発泡／８！３と、連続細孔４
０が分散した多孔質表皮層４とからなるセラミックス成
形用多孔質成形型を製造することができる。

このようにして製造したセラミックス成形用多孔質成形
型６のキャビティ６０内に、セラミックススラリーを流
入し、所定時間放置するかあるいは、該セラミックスス
ラリーを加圧し、これにより毛Ｉｌｌ管現象または加圧
による濾過現象を利用してセラミックススラリー中の水
分を、発泡型３の連続粗化３０、多孔質表皮層４の連続
細孔４０を介して型外に排出した。

そしてこのように成形したタービンシュラウドと近似し
た形状をもつセラミックス成形体８を、多孔質成形型６
から揺動により離型し、乾燥し、さらに１７００℃にお
いて４時間程度、窒素雰囲気中で焼成し、これにより第
３図にしめすタービンシュラウド焼結体５をｑた。なお
、前記セラミックススラリーとしては、平均粒径０．５
〜１゜０μｍ穆度の窒化珪素粉末１００重量部および酸
化イツトリウム２ｍ聞部をエタノール２００型組部に分
散したものを使用した。

このようにして形成したタービンシュラウド焼結体５に
おいては、その表面粗さは良好であった。

その主たる理由は、成形する際に用いた多孔質成彫型６
の多孔質表皮層４の連続側孔４０の孔の大ぎざが微細な
ためであると考えられる。また、多孔質表皮層４の連続
細孔４０には目詰まりも生じなかった。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の１実施例を示し、第１図は、本実施例に
係る製造方法で製造した多孔質成形型でタービンシュラ
ウド成形体を成形している断面図であり、第２図は、そ
の要部の拡大断面図であり、第３図はタービンシュラウ
ド焼結体Ｐ断面図である。第４図は発泡型を製造してい
る状態の断面図であり、第５図は多孔質成形型自体の断
面図である。 図中、１は母型、２は入れ子、３は発泡型、３０は連続
粗化、４は多孔質表皮層、４０は連続細孔をそれぞれ示
す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）母型のキャビティに入れ子を配置した状態で、無
   機化合物系骨剤と樹脂からなる結合剤と粒子状の発泡剤
   とを主要配合剤とした混合物を、該母型のキャビティ型
   面と該入れ子との間の空間に流し込み、該空間内で該混
   合物を発泡成形することにより、連続粗化が分散した発
   泡型を該母型で形成する第１工程と、 該発泡型から該入れ子を除去し、該入れ子を除去して形
   成した該発泡型の空間の内表面に、連続細孔が分散した
   多孔質表皮層を被覆する第２工程とを順に実施すること
   を特徴とする２層構造のセラミックス成形用多孔質成形
   型の製造方法。
2. （２）粗粒子状の発泡剤の大きさは２０〜３００μであ
   り、発泡型の連続粗化の大きさは５０〜５００μであり
   、多孔質表皮層の連続細孔の大きさは１０μ以下である
   特許請求の範囲第１項記載の２層構造のセラミックス成
   形用多孔質成形型の製造方法。
3. （３）骨剤はケイ石、長石、アルミナ、タルク、カオリ
   ン、ジルコニアの少なくとも１種で形成されており、 結合剤はフェノール樹脂及びウレタン樹脂の１種で形成
   されており、発泡剤は炭酸アンモニウム（（ＮＨ＿４）
   ＿２ＣＯ＿３）、重炭酸ナトリウム（ＮａＨＣＯ＿３）
   の少なくとも１種で形成されている特許請求の範囲第１
   項記載の２層構造のセラミックス成形用多孔質成形型の
   製造方法。
4. （４）第２工程は、無機化合物系骨剤と樹脂からなる結
   合剤と微粒子状の発泡剤とを主要配合剤とした混合物を
   、発泡型の空間の内表面に被覆し、これを発泡固化させ
   ることにより行なわれる特許請求の範囲第１項記載の２
   層構造のセラミックス成形用多孔質成形型の製造方法。
5. （５）微粒子状の発泡剤の大きさは、０．１〜１０μで
   ある特許請求の範囲第４項記載の２層構造のセラミック
   ス成形用多孔質成形型の製造方法。