JPS6321250A - セラミツク射出成形組成物製造方法 - 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〕 本発明はセラミック射出成形組成物の製造方法に係り、
特に、セラミック粉末と有機バインダの混合物の流動性
の改善に関する。

〔従来の技術〕

射出成形法で作られるセラミック製品は、一般に、セラ
ミック粉末と有機バインダを主成分とする混合物を、金
型のキャビティ内へ射出成形した後、成形体中の有機バ
インダを熱分解除去し、その後、焼成して得られる。こ
の場合、セラミック粉末と有機バインダの混合物の流動
性が後工程である成形工程と重要な関係をもつ。すなわ
ち、混合物の流動性が射出成形に不適であると、成形体
の表面肌や寸法精度が悪くなったり、成形体の表面及び
内部に割れが生じたり、あるいは、充填不良が生じたり
する。特に、成形体の形状が複雑であったり、成形体の
肉厚が薄かったり、肉厚部と薄肉部からなっている製品
を成形する場合、混合物の流動性の点について考慮され
ていない。

なお、この種の混合物の流動性に関する文献には例えば
、ファインセラミックスの射出成形（工業材料：　Ｖｏ
ｌ３３．Ｎｏ１４）　、セラミック成形用の有機材料（
セラミックス：　Ｖｏｌ　１８．　Ｎｏ　２゜１９８３
）が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術はセラミック粉末と有機バインダの混合物
の流動性の点について考慮されておらず、成形体の良品
歩留りが低いという問題があった。

本発明の目的は射出成形するときの成形体の良品歩留り
を向上させることができるセラミック射出成形組成物を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的はセラミック粉末と有機バインダの混合物の流
動性をコントロールすることにより、達成される。

〔作用〕

セラミック粉末と有機バインダの混合物の流動性はセラ
ミック粉末の粒子径、樹脂の種類、各種樹脂の組合せ及
びセラミック粉末とバインダの混合比によって異なる。

本発明の混合物の流動性を第２図に示す。すなわち、高
架式フローテスタで、温度＝１５０℃、ノズル形状：φ
１×２ｌ、加圧カニ　１〜２０　（ＭＰａ）の条件で、
混合物の流量を調べた場合、加圧力が１．５．１０　（
ＭＰａ）のとき、各々の流量が０．０２〜０．１，０．
１〜０．０５，０．３〜１．０（ｍＱ／ｓ）であるよう
な混合物である。換言すれば、流量−加圧力曲線を示す
第２図のＡ、Ｂ。

Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆの範囲で示される混合物である。

流量が曲線Ａ、Ｂ、Ｃ以上であると、混合物の降伏値が
小さく、射出成形時、成形機のノズルより流れ出てしま
うので、成形体を作ることが出来ない。また、仮に成形
が出来たとしても、ノズル内に空気を含む空隙部が生じ
るので、成形体に多くの気孔が含まれ、健全な成形体を
得ることが出来る。一方、曲線り、Ｅ、Ｆ以下であると
、ウェルドラインや内部割れが生じたりする。更に、流
動性が悪いと、充填不良となり健全な成形体を作ること
ができない。

また、セラミック粉末の粒子径は０．０５〜３０μｍで
なければならない。粒子径が０．０４μｍ以下であると
、第２図中のＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ。

Ｅ、Ｆで囲まれた範囲の流量を得るには有機バインダの
割合を多くする必要がある。バインダの割合が多いと、
成形体を成形温度から室温まで冷却したときの収縮量が
多くなり、冷却過程で残留応力が発生し、この応力で成
形体が割れ易くなり、健全な成形体を得ることは困難と
なる。また、バインダの割合が多いと、成形後の次工程
である脱脂工程で、脱脂に長時間を要し、全体の製造工
程が長くなるという欠点が生じる。また、粒子径が小さ
いと、バインダの熱分解除去が困難となり、脱脂工程で
割れやふくらみが生じ、健全なセラミック製品が得られ
ない。粒子径が３１μｍ以上であると、流動性が悪くな
り、第２図中のＡ、Ｂ。

Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆの範囲の流量を得ることが出来ない。ま
た、粒子径が３１μｍ以上であると、成形後の次次工程
である焼成工程で、常圧で焼結させることが困難である
ので、強度の大きいセラミック製品を作ることが出来な
い。

また、有機バインダの分子量は３３０〜２００．０００
でなければいけない。分子量が３２９以下であると、混
合物の流量が第２図中の曲線Ａ。

Ｂ、Ｃ以上となり、前述したように、射出成形時、混合
物が射出成形機のノズルより流れ出てしまい健全な成形
体を作ることが出来ない。また、分子量が２００，００
０以上であると、混合物の流量が第２図中の曲線り、Ｅ
、Ｆ以下となり、射出成形時。

射出圧力を大きくしても、混合物が容易に流動せず、充
填不良となったり、成形体が出来たとしてもウェルドラ
インが生じたり、成形体内部に静止面と流動面が生じ、
その結果、すり応力が発生し、内部割れが生じ、健全な
成形体を得ることができない。

セラミック粉末と有機バインダ混合物のバインダの割合
は２５〜４５Ｖｏｌ％である必要がある。

バインダの割合が２５Ｖｏｌ％以下では流量が第２図の
曲線り、Ｅ、Ｆ以下となり、充填不良、ウェルドライン
、内部割れが生じ、健全な成形体を作ることができない
。一方、樹脂の割合が４５％以上であると、流量が第２
図中の曲線Ａ、Ｂ、Ｃ以上となり、混合物の降伏値が小
さく、射出成形時、混合物が成形機のノズルより流れ出
てしまい、成形体を作ることが出来ない。また、出来た
としても、また、仮に形成体が出来たとしても、成形体
を成形温度から室温まで冷却したときの体積収縮が大き
くなり、冷却過程で残留応力が発生し、この応力で成形
体が割れ易くなり、健全な成形体を得ることが出来ない
。また、バインダ割合が４５Ｖｏｌ％以上であると、成
形後の次工程である脱脂工程で、長時間を要し、セラミ
ック製品を作る製造工程が長くなる。これを短かくする
と、成形体に割れやツクラミが発生し、健全なセラミッ
ク製品を得ることは出来ない。

有機バインダは分子量が３３０〜２，０００゜２．００
０〜１０，０００．１０，０００〜５０，０００．５０
，０００〜２００．０００の混合物から成り、各々の樹
脂の割合は１５〜６５．６５〜１５．１９〜１５，１〜
５ｗｔ％でなければならない。分子量が３３０〜２．０
００　の樹脂はセラミック粉末とよく濡れ、樹脂中への
分散が良く、均質な混合物が得られる。

しかし、この混合物は流量が第２図中の曲線Ａ。

Ｂ、Ｃ以上となり、射出成形時、成形機のノズルから混
合物が流れ出てしまい、成形体を作ることができない。

また、たとえ射出成形体が出来たとしても、成形体に気
泡が含まれ、健全な成形体が得られない。また、射出成
形時の射出圧力を大きくしたとき、セラミック粉末と樹
脂が分離し、混合物が流動しなくなり、成形体を射出成
形出来ない。

分子量が２，０００〜１０，０００の樹脂は分子量が３
３０〜２，０００　の樹脂と相溶性があり、分子量が３
３０〜２，０００と２，０００〜１０，０００を組合せ
た混合物の流量は第２図の流量−加工曲線のＡ、Ｂ、Ｃ
，Ｄ、Ｅ、Ｆの範囲に入り、優れた流動性を示すが、外
部潤滑性が悪く、複雑形状品を射出成形したとき、成形
体の表面肌が悪く、且つ、ウェルドラインが発生し易い
。一方、分子量が２．０００〜１０，０００の樹脂だけ
ではセラミック粉末と濡れに＜＜、樹脂中にセラミック
粉末を均一に分散できない。このため、混合物の流量−
加圧曲線をとると、流れが速続流とならず、第２図中の
曲線Ｄ−Ｅ−Ｆの下に飛び出したり、内側に入ったり一
定しない。このような混合物で射出成形すると、充填不
良が生じたり、成形体に密度差が生じこれが原因でクラ
ックが発生したり讐る欠点がある。分子量が１０，００
０〜５０，０００の樹脂は゛分子量が２，０００〜１０
，０００の樹脂と相溶性があり、分子量が３３０〜２．
ＯＯｏと２．ｏｏｏ〜１ｏ、ｏｏｏと１０．０００〜５
０，０００を組合せた樹脂とセラミック粉末の混合物の
流量は第２図中のＡ、’Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ。

Ｆの範囲に入り、優れた流動性を示すが、複雑形状品、
特に、肉厚部と肉薄部から成る成形体を作るとき、成形
体内部の肉厚部に静止面と流動面が（］Ｏ） 生じたとき、すり応力が発生し内部割れが起こる。

また、成形体に内部応力が残留するので、成形後の次工
程である脱脂工程で、成形体の内部にクラックが発生す
る。

分子量が５０，０００〜２００，０００の樹脂は分子量
が２．０００〜１０，０００の樹脂と相溶性があり、分
子量が３３０〜２，０００と２，０００〜１０，０００
と１０．０００〜５０，０００を組合せた樹脂とセラミ
ックスの混合物の流量は第２図中のＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ
。

Ｆの範囲に入り、優れた流動性を示し、特に５０．００
０〜２００，０００の樹脂がエラストマーであると、こ
れを含有した混合物を加熱流動させると混合物は粘弾性
体となり、成形品の形状が複雑で、且つ、肉厚部と肉薄
部から成っていても、射出成形時。

成形体肉厚内部にすり応力が発生せず、成形体に内部割
れが生じない。また、成形体に内部応力が残留しない。

分子量が３３０〜２，０００，２，０００〜１０，００
０．１０，０００〜５０，０００．５０，０００〜２０
０，０００の樹脂の混合割合は各々１５〜６５．６５〜
１５゜１９〜１５．１〜５　ｗ　ｔ％でなければならな
い。

分子量が３３０〜２，０００　の樹脂の割合が１５ｗｔ
％以下ではセラミックス粉を十分に濡らすことが出来ず
、樹脂中にセラミック粉末を均一に粒数することが出来
ない。一方、６５ｗｔ％以上であると、混合物の流量が
第２図中の曲線Ａ、Ｂ。

Ｃの上に位置し、射出成形時、混合物の降伏値が小さく
、成形体を作ることができない。分子量が２．０００〜
１０，０００の樹脂の割合が６５ｗｔ％以上では外部潤
滑性（混合物と金型の潤滑性が悪い）が悪く、成形体の
表面肌が悪く、健全な成形体が得られない。一方、１５
ｗｔ％以下ではセラミックス粉末と樹脂の混合物の流量
が第２図中の曲線Ａ、Ｂ、Ｃ以上となり、射出成形時、
混合物の降伏値が小さく、射出圧力を加えない状態でも
、成形機のノズルから混合物が流れ出てしまい、健全な
成形体を作ることは出来ない。分子量が１０，０００〜
５０，０００の樹脂の割合が１９　ｗ　ｔ％以上である
と、混合物の流量が第２図中の曲線り、Ｅ、Ｆ以下とな
り、特に、成形体の形状が複雑で、且つ、肉厚部と薄肉
部から成っていると、成形体肉厚内部にずり応力が生じ
、この応力で成形体内部にクラックが発生する。また、
仮に成形体が成形できたとしても、応力が残留し、成形
後の次工程である脱脂工程で、成形体内部に割れが発生
する。一方、１５　ｗ　ｔ％以下では混合物の外部潤滑
性が悪くなり、成形体の表面肌が悪く、健全な成形体が
得られない。

分子量が５０，０００〜２００．Ｇｏｏの樹脂の割合が
１ｗｔ％以下では混合物の粘弾性の効果が出す、成形体
内部にすり応力が発生し、成形体内部にグラツクが発生
し、健全な成形体が得られない、一方、５ｗｔ％以上で
あると、混合物の弾性効果が顕著に現われ、成形体の寸
法精度が悪くなり、高い寸法精度が要求された成形体を
得ることは出来ない。

分子量が３３０〜２，０００　の樹脂はセラミック粉末
とよく濡れるパラフィンワックスや、例えば、各種脂肪
酸をグリセリン等でエステル化した合成ワックス類であ
る１分子量が２，０００〜１０．０００の樹脂は分子量
が３３０〜２，０００　　と相溶性のあるポリエチレン
、ポリプロピレン、ポリスチレン等である。分子量が１
０，０００〜５０，０００の樹脂はポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリスチレン、エチレン酢酸ビニル等の樹
脂である。分子量がｓｏ、ｏｏｏ〜２００，０００の樹
脂は射出成形温度で弾性体であるポリオリフイン系樹脂
等である。

〔実施例〕

次に本発明の詳細な説明する。平均粒子径１μｍの金属
Ｓｉと１６μｍの炭化珪素を重量比で６０：４０にして
混合したセラミック粉末８６．８重量％、分子量が７０
０〜９００の合成ワックス４．６ｗｔ％、分子量が１，
８００〜２，２００　の合成ワックス４．６ｗｔ％、分
子量が３０，０００〜３５．０００のポリエチレン樹脂
３．４ｗｔ％、分子量が約１００，０００のエチレン−
α−オレフィン樹脂０．６ｗｔ％を１４０℃に加熱しな
がら加圧ニーダで混練した。

次に混線物を１３０℃に加熱しながら双ロールで３〜５
＋ｍ厚みの板状とし、これを冷却して５〜８−角に破砕
した。これを１４５℃、１０００ｋｇ／ｄで射出成形し
、第１図に示すターボチャージヤ用ロータを得た。射出
成形体の外観を目視により、翼外径寸法を万能投影機を
利用して、内部を微小点軟Ｘ線透過法により調べた結果
、高寸法精度の成形体が得られた。また、成形体にクラ
ック。

ボイド等の欠陥は見い出されず、良好な成形体が得られ
、成形体の良品歩留りは９９％以上であった。

次にこの成形体を脱脂後、１３５０℃で窒化処理した結
果、良好な焼結体を得た。

〔発明の効果〕

本発明によれば、射出成形体の良品歩留り、脱脂工程で
の良品歩留りがそれぞれ向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の組成物で射出成形し、成形
体の良品歩留りを確認するために使用したターボチャー
ジャ用ロータ正面図、第２図はセラミック射出成形組成
物の流量と加圧力の関係を呆１図 話２図 力ロ圧力　（Ｋ）矛ノ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミックス粉末、樹脂あるいはワックスなどの有
   機バインダの混合物を射出成形し、次いで、この成形体
   から前記有機バインダを熱分解除去する脱脂工程と焼成
   工程によりセラミック製品を製造する方法において、 前記混合物の流動性高架式フローテスタで、温度：１５
   ０℃、ノズル形状：φ１×２ｌ、加圧力：１〜２０（Ｍ
   Ｐａ）の試験条件で調べた場合、加圧力が１、５、１０
   （ＭＰａ）のときの流量が各々０．０２〜０．１、０．
   １〜０．５、０．３〜１．０（ｍｌ／ｓ）であることを
   特徴とするセラミック射出成形組成物製造方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記セラミック粉末の粒子径は０．１〜３０μｍである
   ことを特徴とするセラミック射出成形組成物製造方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、 前記有機バインダの分子量は３３０〜２００，０００で
   あることを特徴とするセラミック射出成形組成物製造方
   法。 ４、特許請求の範囲第１項において、 前記混合物はセラミック粉末が５５〜７０ Ｖｏｌ％で、有機バインダが４５〜３０Ｖｏｌ％から成
   り、且つこのバインダは分子量が３３０〜１，５００、
   １，５００〜１０，０００、１０，０００〜５０，００
   ０、５０，０００〜２００，０００の混合物から成り、
   各々の割合が１５〜６５、６５〜１５、１９〜１５、１
   〜５ｗｔ％であることを特徴とするセラミック射出成形
   組成物製造方法。 ５、特許請求の範囲第４項において、 分子量が３３０〜２，０００ではパラフィンワックス、
   マイクロクリスタリンワックス、各種の脂肪酸をグリセ
   リン等でエステル化した合成ワックス類であり、２，０
   ００〜１０，０００はポリエチレン、ポリスチレン等の
   合成ワックスであり、また、１０，０００〜５０，００
   ０はポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ア
   タクチツクポリプロピレン、ポリメタアクルレート等の
   樹脂であり、５０，０００〜２００，０００はポリオリ
   フイン系樹脂等であることを特徴とするセラミック射出
   成形組成物製造方法。