JPS63225571A - 押出成形用セラミックス原料の調整方法 - 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〉 本発明は押出成形用セラミックス原料の調整方法に関す
るものである。

〈従来の技術〉 セラミックスの押出成形において従来より結合剤として
ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、メチルセルロース（
ＭＣ）　、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰ
ＭＣ）やカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の合
成結合剤の他、澱粉、アラビアゴム等の天然結合剤が使
用されている。

押出成形用の結合剤としては水溶性に優れ押出、性の良
好なものが望まれるが実際にはＭＣ・ＨＰＭＣ或はＣＭ
Ｃ等が使用される場合が多い・しかしこれらの結合剤は
溶解時にママコを生じたり、水に膨潤するためセラミッ
クス原料粉末と均一に混合し難いという欠点がある。

また、ファインセラミックスの押出成形に使用されるセ
ラミックス質原料粉末は通常３μｍ以下、好ましくは３
μｍ以下と粒径が小さく粉体粒子間の分散や粉体と結合
剤の均一な混合が難しい。

それ故、従来よりセラミックス質原料粉末に結合剤とし
てＭＣ−？）ＣＭＣやＨＰＭＣを結合剤として適用する
場合には、予じめこれらを乾式混合し、その汲水等の溶
媒を添加、混合して押出しに供するか、結合剤を数％の
希薄液としてセラミック質原料粉末に添加混合し押出成
形に供する等の方法が採択されていた。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながらこれらの方法ではセラミ・７クス原料粉末
と結合剤を均一に混合するためには極めて長時間の混合
を要し経済的でないばかりが得られる製品への不純物の
混入、或は結合剤等の原料の有する物性低下が生じ結果
として得られる製品の物性も低下するので好ましくなく
、他方、通常の混合操作に於いては、結合剤をセラミッ
クス粉末中に均一に分散混合できないので該混合物を押
出成形し焼成焼結する場合には得られる焼結体中に数μ
ｍ〜数百μｍの穴が残存し、焼結体の強度等が著しく低
下するとの致命的欠点を有する。

かかる事情下に鑑み、本発明者らは押出成形方法を用い
て得られた焼結体の気孔率が小さくかつその焼結体中に
有する最大欠陥が小さい機械的強度の優れた焼結体を得
る方法を見出すべく鋭意検討した結果、セラミックス原
料粉末の押出成形に際し予じめセラミックス原料粉末、
結合剤、分散剤及び水を泥漿状態で混合乾燥した後これ
を押出成形用原料粉末として用いる場合には、得られた
焼結体中に気孔の生成及び粒子の凝集に寄因する欠陥の
ない押出成形体が得られることを見出し本発明を完成す
るに至った。

く問題点を解決するための手段〉 本発明はセラミックス原料粉末に結合剤、分散剤及び水
を泥漿状態となる如く配合し、混合機にて十分混合した
後乾燥する事を特徴とする押出成形用セラミックス原料
の調整方法を提供するにある。

以下、本発明方法を更に詳細に説明する。

本発明に於いてセラミックス原料粉末とは通常押出成形
方法により成形されているセラミックス原料粉末であれ
ば特に制限されるものではなく、例えばアルミナ、シリ
カ、チタニア、ムライト、ジルコニア、炭化ケイ素、窒
化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミ、チタン酸バリウム、
サイアロン等が挙げられる。

これは各々単独或は混合物の形で使用され、セラミック
ス原料粉末の平均粒径は通常約３μｍ以下好ましくは約
１μｍ以下のものが適用される。

このような微粒セラミックス粉末は、寸法精度が要求さ
れると同時に工業的規模で効率よい生産が要求される例
えばエレクトロニクス部材、耐摩耗部材、耐熱構造部材
等の分野に適用されるものである。

原料粉末の平均粒径が大きいもの程セラミック粉末と結
合材の分散性は容易になる。

結合材としてはセラミックス押出成形分野で公知のセル
ロース系結合剤、例えばメチルセルロース、ヒドロキシ
プロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロー
ス等が使用される。

結合剤の使用量は、結合剤の種類、セラミックス原料粉
末の種類、目的とする成形体の用途等により最適値は変
るので一義的ではないが通常セラミックス原料粉末１０
０重量部に対し、約０．５重１部〜約１０重量部、好ま
しくは約１重量部〜約６重量部である。

結合剤の量が約０．５重量部未満の場合には結合剤の効
果が期待できなくなり、他方約１０重量部を越える場合
には焼結時の収縮率が大きくなるという欠点がある。

本発明に用いる分散剤は押出成形分野に於いて既に公知
の物であれば特に制限されないが、通常ソルビタンエス
テル、ポリカルボン酸ナトリウム塩、ポリカルボン酸ア
ンモニウム塩、ポリエチレングライコールのエステル型
及びエーテル型、縮合ナフタリンスルホン酸アンモニウ
ム塩等が使用される。

分散剤の使用量は対象となるセラミックス原料粉末の種
類、分散剤の種類等により一義的でないが、通常セラミ
ックス原料粉末１００！を置部に対し約０．０１重量部
〜約５重量部、好ましくは約０．１重量部〜約２重量部
の範囲で用いられる。

分散剤の量が約０．０１重量部未満の場合には分散効果
が不十分であり他方５重量部を越える場合には泥漿が再
凝集を起すようになる。

本発明方法の実施に際してはセラミックス原料粉末と結
合剤と分散剤と水を泥漿状態、となる如く配合し、混合
機にて十分混合した後乾燥し、押出成形用セラミックス
原料粉末を得る。

泥漿状態にての混合はセラミックス原料の凝集粒子の分
離、及び該粉末と結合剤の分散性向上を目的とするもの
で、固形分濃度４ｏ容量％以下、より好ましくは３５容
量％以下、泥漿粘度１０００ｃｐ以下、より好ましくは
５００ｃｐ以下が上述の目的達成及び作業性より用いら
れる。

混合はセラミックス粉末、結合剤及び分散剤を同時に添
加し混合した後、所望の泥漿状態となる如く水を添加し
、混合してもよいし、セラミックス粉末と分散剤、結合
剤と分散剤を別個に混合した後、所望の泥漿状態となる
如く、水を添加し混合してもよいし、或はすべてを同時
に添加混合してもよいが、結合剤の分散効果はセラミッ
クス粉末と分散剤と水、結合剤と分散剤と水を別個に混
合した後、これを合わせ、泥漿状態となる如く混合する
方法が最も優れている。

勿論、泥漿状態を形成する為の水の添加はセラミックス
粉末と分散剤、或は結合剤と分散剤を混合する時点で多
量に添加−し、混合してもよいし、最初を少量とし、二
種の泥漿を混合後、残部としての水を加え混合してもよ
いし、水も純水或いは分散剤の水溶液等形態は問わない
。

セラミックス粉末、混合剤、分散剤及び水の混合は通常
公知の湿式混合機が用いられる。

混合時間は使用する混合機の種類、混合容量、泥漿状態
により異なるので一義的ではないが、通常約１時間〜４
８時間の範囲で実施される。

混合後の泥漿は次いで乾燥する。

乾燥方法は通常公知の方法であればよく噴霧乾燥や検温
した後湿潤ケーキを乾燥し、必要に応じて解砕機で乾燥
物を解砕する方法等が採用される。

乾燥後の粉末の粒径は特に制限されないが、通常的１０
μｍ〜約５００μｍの平均粒子径のものが後工程での取
扱い上好ましい。

以上の方法により得たセラミックス原料は押出成形用セ
ラミックス原料粉末として通常の押出成形方法と同様に
成形に供すればよい。

勿論、結合剤は既に粉末中に均一に分散されているので
、水、可塑剤、或は必要に応じて押出成形に用いる物質
を添加混合し、混練した後、所望の形状に押出成形すれ
ばよい。

結合剤は通常、先のセラミックス造粒粉末時に全量添加
し、分散しておくが、物性を損なわない範囲で押出成形
時に分割添加する事も可能である。

また可塑剤や他の押出成形に用いる物質を予じめセラミ
ックス原料の調製時、即ち、泥漿中に混合する事も可能
である。

例えば、本発明方法により得られた押出成形用セラミッ
クス原料の一適用例として、該調整して得たセラミック
粉末に水等を添加し混合機中で混練し適当な可塑性を付
与した後、押出成形し、所望の長さに切断した後乾燥、
焼成し表面を研磨処理することによりシャフト等を形成
するとか、さらには、押出成形品が可塑性を有する時期
にマルメライザー等の整粒機等で処理し真球状成形品と
した後乾燥、焼成することによりボール等を形成するこ
とが出来る。このようにして得られた焼結体は気孔率約
１％以下、普通には約０．５％以下で最大欠陥（気孔や
亀裂等）が約２０μｍ以下、普通には約１０μｍ以下の
焼結物性を有し緻密で欠陥が著しく少ないので耐衝撃性
や抗折力等の機械的強度の要求されるモーターシャフト
やペンボール等の用途に極めて適している。

（発明の効果〉 以上詳述した本発明方法によれば、粉末中に結合剤が均
一に混合し得るので押出し成形後、焼成、焼結して得ら
れる焼結体中に大きい欠陥がなく、気孔率が小さいので
、機械的強度に優れた焼結体が得られる。

〈実施例〉 以下、本発明方法を実施例により更に詳細に説明するが
本発明方法はかかる実施例により制限されるものではな
い。

尚、実施例中の気孔率はＪＩＳ−Ｃ２１４１、最大欠陥
は焼結体切断面を鏡面研磨し顕微鏡にて観察した。

実施例１ 平均粒子径約０．３μｍのＺｒＯ□粉末１゜Ｏｇに分散
剤としてＳＮ−ディスパーザント■（サン・少プコ社製
）の１０％水溶液０．２５ｇと水６０ｇを混合機で十分
に混合後、結合剤としてメチルセルロースの２％溶液１
００ｇと分散剤としてソルビタンモノラウレート２ｇ及
び水４０ｇを添加し、混合機で十分に混合後、この二種
の溶液を合わせ固形分濃度７．７容量％、粘度１００Ｃ
ｐ以下の泥漿状態で約１時間混合した。

次いでこの泥漿物を噴霧乾燥して平均粒径約Ｉ００μｍ
のＺｒＯ□造粒粉末を得た。

この様にして得られたＺｒＯ２原料粉末１゜０重量部に
水１３．５重量部を混合機で十分混合した後、混練機で
混練し押出機にて５０ｍｍＸ５ｍｍの薄板形状に押出し
°得られた成形体を１５５０℃、２時間焼結した。

このようにして得られた焼結体の気孔率は０゜５％、最
大欠陥が１０μｍで、抗折力（３点曲げ強度、ＪＩＳ−
Ｒ１６０１法にて測定。）は１４０　ｋ　ｇ／ｍｍ”で
あツタ。

顕微鏡で観察した表面組織写真を第１図として示す。

尚、比較のため予備成形せず、平均粒子径約０．３ｐｍ
のＺｒ０１粉末１００ｇに分散剤とてＳＮ−ディスパー
ザントｅ（サン・ノプコ社製）の１０％水溶液０．２５
ｇを混合機で十分に混合後、結合剤としてメチ１ルセル
ロース２ｇと分散剤としてソルビタンモノラウレート２
ｇを添加し、混合して得られたＺｒＯ，原料粉末１００
０重量部に２水１３．５重量部を混合機で十分混合し、
た後、混練機で混練し押出機で押出し得られた成形品を
１５５０℃、２時間で焼結し、物性を測定した。

得られた焼結体の気孔率２．５％、最大欠陥が５０μｍ
で、抗折力は８０ｋｇ／ｍｍ”であり、表面組織状態は
第２図のようであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法により得られたＺｒＯ。 焼結体の表面組織写真、第２図は従来方法により得られ
たＺｒＯ□焼結体の表面組織写真を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス原料粉末に結合剤、分散剤及び水を
   泥漿状態となる如く配合し、十分混合した後乾燥する事
   を特徴とする押出成形用セラミックス原料の調整方法。
2. （２）結合剤がメチルセルロース、ヒドロキシプロピル
   メチルセルロース及びカルボキシメチルセルロースの少
   くとも１種以上であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の押出成形用セラミックス原料の調整方法。
3. （３）セラミックス原料粉末の平均粒子径が１μｍ以下
   である事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の押出
   成形用セラミックス原料の調整方法。
4. （４）泥漿状態が固形分濃度、４０容量％以下である事
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の押出成形用セ
   ラミックス原料の調整方法。
5. （５）泥漿状態が粘度１０００センチポイズ以下である
   事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の押出成形用
   セラミックス原料粉末の調整方法。
6. （６）セラミックス原料粉末と結合剤、分散剤及び水と
   の混合が、セラミックス原料粉末と分散剤と水、結合剤
   と分散剤と水を別個に混合した後、これを合わせ泥漿状
   態となる如く混合することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の押出成形用セラミックス原料の調整方法。