WO2004035281A1 - セラミック成形体の製造方法 - Google Patents

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WO2004035281A1
WO2004035281A1 PCT/JP2003/013163 JP0313163W WO2004035281A1 WO 2004035281 A1 WO2004035281 A1 WO 2004035281A1 JP 0313163 W JP0313163 W JP 0313163W WO 2004035281 A1 WO2004035281 A1 WO 2004035281A1
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hollow
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ceramic molded
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Sugio Miyazawa
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Ngk Insulators, Ltd.
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    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/94Products characterised by their shape

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a ceramic molded body. Background technology
  • a ceramic slurry containing a ceramic powder, a dispersion medium and a gel agent is molded in a molding die, and the molded body is released from the molding die to form a ceramic.
  • the manufacturing method of this method is a so-called gel casting method.
  • the method of manufacturing a ceramic molded body proposed in each of the above-mentioned patent documents is a gel cast method using a special ceramic slurry as a ceramic slurry for molding, and a ceramic having a complicated shape and structure. It is adopted as a material suitable for forming a molded body with high dimensional accuracy.
  • a ceramic molded body of this method it is possible to form a ceramic molded body having a complicated shape and structure with high dimensional accuracy.
  • the presence of slight damage, such as cracks, is not allowed. Even if there is a slight damage to the ceramic compact, this slight damage will adversely affect the mechanical and thermal strength of the ceramic compact.
  • the ceramic molded body is fired to be a product as a sintered body, slight damage is a major cause of damage during firing, and the ceramic molded body is a sintered body. It may not be possible to manufacture a product.
  • an outer mold made of a non-soluble material and a soluble mold that is housed in the outer mold and forms a predetermined cavity inside the outer mold are used as a molding die.
  • a mold having a core made of a material is employed. In the mold, a molded body is produced with the core built-in. For this reason, when releasing the molded article, the molded article must be released from both the outer mold and the core.
  • a wax core that is easy to melt at a low temperature is used as the core.
  • Means are employed for thermally melting the core in the body and discharging the molten state from the molded body. In this mold release means, the thermal expansion force of the core at the time of thermal melting acts on the molded body, and there is a fear that the molded body may be damaged such as cracks. Disclosure of the invention
  • an object of the present invention is to prevent a molded article from being slightly damaged, such as a crack, in the method for producing each ceramic article employing the production method of the method. Furthermore, a main object of the present invention is to provide a molded article that has a small shrinkage during molding and does not cause damage such as cracks due to shrinkage during molding, and that is difficult to release from a mold. Another object of the present invention is to prevent the occurrence of damage to a molded article during mold release by smoothly releasing the mold from the molding die without any resistance.
  • a first method for producing a ceramic molded body according to the present invention is a method for producing a solid ceramic molded body, comprising forming a ceramic slurry containing ceramic powder, a dispersion medium and a gel agent in a molding die. And a method for producing a ceramic molded body by releasing the molded solid molded body from the molding die to obtain a ceramic molded body.
  • the solid molded body in the mold is heated to melt the solid contained in the molded body.
  • the agent is extracted to the outside of the molded article, and thereafter, the solid molded article is released from the mold.
  • a second method for producing a ceramic molded body according to the present invention is a method for producing a hollow ceramic molded body having a cavity therein, and comprises a ceramic powder, a dispersion medium, and a gelling agent. This is a method for producing a ceramic molded body in which a rally is molded in a mold, and the molded hollow molded body is released from the mold to obtain a hollow ceramic molded body.
  • an outer die made of a non-soluble material, and a predetermined cavity housed in the outer die together with the outer die are provided.
  • a mold having a core made of a soluble material to be formed is employed, and the ceramic slurry is injected into the cavity in the mold to form a hollow molded body having a cavity therein.
  • the hollow molded body in the outer mold is heated, and the solvent contained in the hollow molded body is discharged to the outside of the hollow molded body. Extracting, and then releasing the hollow molded body from the outer mold.
  • a core made of a heat-fusible material can be adopted as a core constituting the molding die.
  • the core of the hollow molded body from the outer die is used.
  • the hollow molded body in the mold is heated to extract the solvent contained in the hollow molded body to the outside of the hollow molded body, and the solvent existing in the hollow molded body is extracted.
  • the melt is melted and discharged from the hollow molded body. Thereafter, the hollow molded body is released from the outer mold.
  • the ceramic slurry used for molding the ceramic molded body may be a ceramic slurry having a body shrinkage of 5% or less in the molding die. Is preferably selected.
  • the molded body in the molded mold is heated when the molded body is released from the mold.
  • the solvent existing in the pores of the molded body expands and is extracted to the outside of the molded body, and the extracted solvent is formed between the outer peripheral surface of the molded body and the inner peripheral surface of the molding die.
  • a solvent film forms between them.
  • the molded body has no resistance due to the action of the solvent film.
  • the mold can be released from the mold, and it is possible to prevent the molded body from being damaged due to resistance from the mold at the time of release.
  • the mold release means in the first manufacturing method according to the present invention is a mold release method for a solid molded body which has no shrinkage in the mold or is extremely small and does not generate any damage such as slight cracks. Mold release. This makes it possible to produce a ceramic molded body having high mechanical strength and thermal strength without causing damage such as cracks due to shrinkage in the mold.
  • the mold release means in the second production method according to the present invention is also the most suitable means for releasing the hollow ceramic molded body from the outer mold for the same reason as described above.
  • means for releasing the hollow molded body from the core by discharging the core existing in the hollow molded body from the molded body in a molten state can be employed.
  • the release means is performed in a state where the molded body is in the outer mold.
  • the core thermally expands during the heating and melting, and the thermal expansion force acts in the hollow of the hollow molded body.
  • the hollow molded body is released from the outer mold, the hollow molded body is likely to be damaged by the acting force.
  • the core is heated and melted and discharged in a molten state while the hollow molded body is in the outer mold, the working force due to thermal expansion is reduced. As a result, it is possible to prevent the hollow molded body from being damaged due to the acting force.
  • the contained solvent forms not only the outer peripheral surface side of the hollow molded body but also a cavity.
  • the solvent film is also formed between the inner peripheral surface of the hollow molded body and the outer peripheral surface of the core by extracting on the inner peripheral surface side. This solvent film regulates the intrusion of a molten substance such as a molten box into the pores in the hollow molded body when the core is melted.
  • the body shrinkage is preferably 5% or less. It is necessary to mold the compact.
  • the molded body can be molded by selecting a ceramic slurry for molding. And, as a solvent contained in the ceramic slurry, its body expansion coefficient is
  • FIG. 1 is a process diagram showing a general manufacturing process for manufacturing a hollow ceramic molded article according to the present invention and a light emitting container using the same as a precursor.
  • FIG. 2 is a process chart showing a general manufacturing process for manufacturing a solid ceramic molded body according to the present invention and a container using the same as a precursor.
  • FIGS. 3A to 3C are schematic diagrams (a) to (c) schematically showing each manufacturing process in a manufacturing experiment using the method for manufacturing a hollow ceramic molded body according to the present invention.
  • Fig. 4 is a schematic diagram (a) schematically showing the step of discharging the plastic molded body in a molten state in the same production experiment, and (b) a schematic diagram showing the outline of the hollow ceramic molded body released from the mold. .
  • a first method of manufacturing a ceramic molded body according to the present invention comprises molding a ceramic slurry containing a ceramic powder, a dispersion medium, and a gelling agent in a molding die, and molding the molded solid molded body into the same molding die.
  • This is a method for producing a ceramic molded body that is released from a mold to obtain a solid ceramic molded body.
  • the solid molded body in the molded mold is heated to extract the solvent contained in the solid molded body to the outside of the molded body. Thereafter, means for releasing the solid molded body from the molding die is adopted.
  • a second method for producing a ceramic molded body according to the present invention includes: A method for producing a ceramic molded body in which a ceramic slurry containing a dispersion medium and a gelling agent is molded in a molding die, and the molded hollow molded body is released from the molding die to obtain a hollow ceramic molded body. It is.
  • As the mold an outer mold made of an insoluble material and a mold having a core made of a soluble material housed in the outer mold and forming a predetermined cavity with the outer mold are employed.
  • a ceramic slurry is injected into a cavity in a mold to obtain a hollow ceramic molded body having a cavity therein.
  • the hollow molded body in the outer mold of the molded mold is heated to extract the solvent contained in the hollow molded body to the outside of the hollow molded body. Thereafter, means for releasing the hollow molded body from the outer mold is adopted.
  • the manufacturing method based on the manufacturing process shown in FIG. 1 is employed in the manufacturing method of the hollow ceramic molded body.
  • a manufacturing method based on the manufacturing process shown in FIG. 2 is employed.
  • a ceramic slurry that is a molding slurry and has a body shrinkage of 5% or less in the molding die during molding is selected, and the molding die of the molded body is formed during molding.
  • the purpose of the present invention is to produce a ceramic molded body that does not cause damage such as cracks due to shrinkage in the inside.
  • the molded body has a large resistance to the mold at the time of release from the mold, and is easily damaged.
  • the mold release means that can be released and does not cause damage to the molded body is adopted.
  • the second manufacturing method according to the present invention for manufacturing a hollow ceramic molded body it is very difficult to release the hollow ceramic molded body from the core, and the hollow ceramic molded body is released without being damaged. Is not easy. For this reason, in order to facilitate mold release, a core made of wax that melts at a low temperature is used as the molding material, and the core built in the hollow ceramic molded body is heated and melted, and the hollow ceramic is melted. Means for discharging from the molded body are adopted.
  • the hollow ceramic molded body in the outer mold is heated to remove the solvent contained in the hollow ceramic molded body from the hollow ceramic molded body. It is extracted to the outside of the molded body, and then the core of the hollow ceramic molded body is heated and melted and discharged from the hollow ceramic molded body in a molten state. Next, the hollow ceramic molded body is released from the outer mold.
  • the preferred ceramic slurry employed in each of the production methods according to the present invention comprises a ceramic powder as a raw material powder, a dispersion medium and a gelling agent as main constituent components. It is preferable to select a ceramic slurry that has a body shrinkage of 5% or less in the mold. To cope with this, it is necessary to select the solvent that will be included with each component when preparing the ceramic slurry.
  • the solvent the body expansion coefficient, 0. 5 0 X 1 0- 3 ZK ⁇ 2. 0 X 1 CT 3 / K, preferably 1. 0 0 X 1 0- 3 ! ⁇ ⁇ 1.
  • the dispersion medium and the gelling agent contain an organic compound having a reactive functional group, and these organic compounds can react with each other.
  • the curing efficiency is high in ceramic rallies, and due to the high curing efficiency, desired curing characteristics can be obtained by adding a small amount of a gelling agent.
  • the ceramic slurry can be kept low in viscosity and high in fluidity.
  • the above-mentioned reactive functional group means an atomic group or a molecular group capable of chemically reacting with other components, such as a hydroxyl group, a carbonyl group, a carbonyl group, an amino group, a carbonyl group formed by an ester bond described later, A methoxy group and the like can be mentioned.
  • Organic compounds contained in the dispersion medium include, among organic compounds having a reactive functional group, esters such as low-viscosity liquid substances having a viscosity at 20 ° C. of 20 cps or less. preferable. Particularly, esters having a total carbon number of 20 or less are preferable. Further, the ester bond preferably has a CH 3 —O—CO— group. Esters are relatively stable, but by using a highly reactive gelling agent, the reactivity of the entire slurry can be increased.
  • the organic compound constituting the dispersion medium may have one reactive functional group.However, in order to exhibit a higher gelling ability and sufficiently cure the ceramic slurry, two or more reactive functional groups are required. Organic compounds having a group are preferred. Examples of the organic compound having two or more reactive functional groups include diols such as ethylene glycol; polyhydric alcohols such as triols such as glycerin; polybasic acids such as dicarboxylic acid; dimethyl dartrate; and malonic acid. Esters such as polybasic acid esters such as dimethyl, triacetin and the like, esters of polyhydric alcohols and the like can be mentioned.
  • the organic compound that constitutes the dispersion medium achieves a high reaction rate to sufficiently cure the ceramic slurry, and imparts high fluidity to the ceramic slurry before curing to form high-density and precise molded products.
  • Esters having two or more ester bonds such as polybasic acid esters such as dimethyl dallate, and acid esters of polyhydric alcohols such as triacetin are preferred.
  • the reactive functional groups in the molecule do not necessarily need to be the same kind of functional group, and may be different kinds of functional groups. However, for the reasons described above, it is preferable that the compound contains at least one ester bond. Further, the dispersion medium does not necessarily need to be composed only of an organic compound having a reactive functional group, and may contain a non-reactive component.
  • Acceptable non-reactive components include, for example, ethers, hydrocarbons, toluene, and the like. These non-reactive components may be selected according to chemical properties such as compatibility with an organic compound having a reactive functional group constituting a dispersion medium and a dispersant described below. For example, when an ester is used as the organic compound having a reactive functional group constituting the dispersion medium, it is preferable to contain an ether from the viewpoint of compatibility and the like. Even when an organic compound is used as a non-reactive component, in order to ensure sufficient reaction efficiency with the gelling agent, an organic compound having a reactive functional group is required to be 60 mass% in the entire dispersion medium. % Is preferable. More preferably, It is at least 85% by mass.
  • the gelling agent forming the ceramic slurry contains an organic compound having a reactive functional group, which reacts with an organic compound having a reactive functional group which forms a dispersion medium to cure the ceramic slurry.
  • the organic compound constituting the gelling agent may be any organic compound having a reactive functional group which chemically reacts with the organic compound in the dispersion medium in the molecule. Examples of such an organic compound include monomers, oligomers, prepolymers that are three-dimensionally crosslinked by the presence of a crosslinking agent, such as polyvinyl alcohol, epoxy resin, and phenol resin.
  • the organic compound constituting the gelling agent is preferably one having a low viscosity from the viewpoint of ensuring the fluidity of the ceramic slurry, specifically, a liquid substance having a viscosity at 20 at 30 cps or less.
  • a low-viscosity organic compound a compound having a molecular weight smaller than that of a polymer or a prepolymer, specifically, a monomer or oligomer having an average molecular weight (by the GPC method) of 200 MW or less is preferable.
  • the viscosity means the viscosity of the organic compound having a reactive functional group constituting the gelling agent itself, and the viscosity of the organic compound diluted with a diluent such as an aqueous solution. Not something.
  • the gelling agent may be one in which such an organic compound having a reactive functional group is dispersed or dissolved in a diluent, but as described above, the organic compound contributing to the reaction itself has a low viscosity. Since the reaction efficiency can be increased, dilution with a diluent is not necessary, and when a diluent is used, it is preferable to use the diluent only to a minimum amount necessary for obtaining a predetermined viscosity.
  • the organic compound constituting the gelling agent it is preferable to select an organic compound having a suitable reactive functional group in consideration of the reactivity with the organic compound in the dispersion medium.
  • isocyanates are generally reacted with diols and diamines, but dials are often highly viscous and diamines are highly reactive. Care should be taken because the slurry may harden before it is poured into the mold.
  • Chemical substances based on the chemical structure represented by the general formula (1) are 4, 4'-diphenyl methane diisocyanate isocyanate (resin)-MD I isocyanate
  • the chemical substance based on the chemical structure represented by the general formula (2) is a hexamethylene diisocyanate-based isocyanate (resin) -HD I-based isocyanate, and based on the chemical structure represented by the general formula (3)
  • the chemical substance is tolylene diisocyanate isocyanate (resin) to TDI isocyanate.
  • the chemical substance having the chemical structure represented by the general formula (4) is isophorone diisocyanate isocyanate.
  • (Resin) DI isocyanate, a chemical substance based on the chemical structure represented by the general formula (5) is isothiocyanate (resin).
  • HD I-based isocyanates (resins) based on the chemical structure represented by the general formula (2) are based on the chemical structures represented by the following general formulas (6) to (8). Dimer or trimer.
  • the organic compound constituting the gelling agent is preferably an MDI-based isocyanate (resin) or an HDI-based isocyanate (resin), more preferably an MDI-based isocyanate (resin).
  • these isocyanates (resins) are used as the gelling agent, they are formed.
  • the hardness of the molded body is improved, and the occurrence of cracks can be suppressed even if the molded body has a thin structure.
  • shrinkage of the formed compact during drying is reduced, it is possible to suppress the occurrence and deformation of cracks during drying of the compact.
  • the curing speed of the slurry during the formation of the molded body is improved, and the molding process can be sped up.
  • the gelling agent other functional groups can be introduced into each of the above basic chemical structures in consideration of chemical properties such as compatibility with a dispersion medium and the like.
  • compatibility with the ester is increased to improve the compatibility.
  • a reactive functional group other than an isocyanate group or an isothiocyanate group can be contained in the molecule of the organic compound constituting the gelling agent. In this case, an isocyanate group / isothiocyanate group may be mixed, and a large number of isocyanate group / isothiocyanate group may be present like a polyisocyanate group.
  • the gelling agent constituting the ceramic slurry greatly affects the shrinkage of the molded body in the mold, and the gelling agent having the structure represented by the above general formulas (1) and (2) is A ceramic slurry for a compact having a small body shrinkage is formed, and the gelling agent having the structure represented by the general formulas (3) to (5) is followed by the gelling agent having the structure represented by the general formulas (6) to (5).
  • the gelling agent having the structure shown in (8) constitutes a ceramic slurry for a compact having a relatively large body shrinkage.
  • the structure represented by the above general formulas (1) and (2) must be used. It is necessary to employ a gelling agent. It is preferable that the ceramic slurry does not harden when injected into the mold, but quickly hardens in the mold after the injection. Therefore, when preparing the ceramic slurry, the temperature of the slurry before injection, the type and content of the reactive dispersion medium, the type and content of the reactive gelling agent, and the presence or absence of a catalyst that contributes to the gelation reaction It is preferable to consider the type and content of the catalyst.
  • the raw material powder ceramic powder may be added to the dispersion medium and dispersed, and then the gelling agent may be added and dispersed.
  • the ceramic powder and the gelling agent may be simultaneously dispersed in the dispersion medium. It can also be added to and dispersed.
  • the slurry viscosity of the ceramic slurry at 20 ° C. is preferably 300 cps or less, more preferably, the slurry viscosity at 2 O: It is less than 200 cps.
  • the slurry viscosity in 25: is preferably 5 cps or less.
  • the slurry concentration (volume% of raw material powder with respect to the total volume of the slurry) is low. In the case of too small, the density of the slurry is 25% because the density of the formed ceramic body is reduced and the strength of the formed body is reduced, and cracks and deformation are apt to occur during drying and firing of the formed body. % By volume to 75% by volume, preferably from 35% by volume to 75% by volume. The viscosity of the slurry is adjusted by the concentration of the slurry, the viscosity of the reactive dispersant and the gelling agent, the type of the ceramic powder, and the amount of other additives added as necessary.
  • molding die In the method of manufacturing a solid ceramic molded body, an ordinary split-type metal molding die is used as the molding die used in the production of the ceramic molded body according to the present invention. In the molding die, the inner peripheral surface of each die forming the cavity is extremely smooth.
  • a mold having a split type outer mold and a core arranged in the outer mold and forming a cavity between the inner mold and an inner peripheral surface thereof is provided.
  • the inner peripheral surface forming the outer cavity is extremely smooth, and the outer peripheral surface forming the core cavity is extremely smooth.
  • the mold is, for example, one shown in FIGS.
  • FIG. 3 shows an embodiment for producing a hollow ceramic molded body according to the present invention, and FIG. 3 shows the separation of the hollow ceramic molded body with respect to a core employed in the embodiment. It shows a mold means.
  • the molding die 10 used in this embodiment is a split type outer die 11 composed of a pair of split dies 1 la and 11 b and a core 12, which constitutes the outer die 11.
  • Each of the split dies 11a and 11b is made of stainless steel, and the core 12 is composed of a wax molded body 12a and pins 12b.
  • the ceramic slurry was injected from the injection port 11 of the outer die 11 to the cavity 13 formed by the inner peripheral surface of the outer die 11 and the outer peripheral surface of the core 12.
  • the hollow ceramic molded body 20 is formed by gelling and hardening the ceramic slurry that has been injected and injected.
  • the molded hollow ceramic molded body 20 is released from the inside of each of the divided molds 11 a and 11 b of the outer mold 11 by dividing the outer mold 11.
  • the wax molded body 12 a constituting the core 12 is discharged from the hollow ceramic molded body 20 in a heated and molten state.
  • the core 12 constituting the mold 10 for the hollow molded body is integrated with the outer mold 11 It forms a hollow portion of a hollow ceramic molded body, and has a molded body 12 a and a pin 12 b corresponding to the shape of the hollow portion.
  • One form of the core 12 is formed by penetrating a pin 12b at the center of a wax molded body 12a.
  • the melting point is in the range of 30 ° (: to 8 O :), and the viscosity of the wax at the time of melting is 10 cps or less. It is preferable that the volume change rate due to the phase transition of the melt-solidification of the wax is 5% or less, etc.
  • the pin 12 b constituting the core 12 is A configuration in which the wax molded body 12a is penetrated and joined to the wax molded body 12a can be employed, but instead of such a configuration, the pin 12b is planted in the wax molded body 12a.
  • the pin 12b itself may be any of a solid pin and a tubular hollow pin.
  • the first production method according to the present invention is a method for producing a solid ceramic molded body
  • the second production method according to the present invention is a method for producing a hollow ceramic molded body.
  • Each of these manufacturing methods is a gel cast method in which each of the above-mentioned ceramic slurries and each of the molding dies are selected and used. In both of the production methods, a large method is particularly required for releasing the molded product from the molding die. It has features.
  • Fig. 1 is a flow chart showing each manufacturing process in a general manufacturing method of a hollow ceramic molded body
  • Fig. 2 is a flowchart showing each manufacturing process in a general manufacturing method of a solid ceramic molded body. is there.
  • a hollow ceramic molded article or a solid ceramic molded article is molded using a ceramic slurry, and the molded hollow ceramic molded article or solid ceramic molded article is formed. These are used as precursors and are fired to produce hollow ceramic parts or solid ceramic parts, which are products of sintered bodies.
  • hollow ceramic molded bodies In the production of hollow ceramic molded bodies, it is intended to form a hollow ceramic molded body and then sinter it to produce a light-emitting container (hollow ceramic part) as a sintered body.
  • the hollow ceramic component has a hollow ceramic molded body as a precursor.
  • a light-emitting container for a high-pressure discharge lamp In the production of a solid ceramic molded body, for example, a simple bowl-shaped solid ceramic molded body that opens upward is fired, and then sintered into various bowl-shaped solid ceramic parts. It is intended to be manufactured.
  • the solid ceramic component is a bowl-shaped container using a solid ceramic molded body as a precursor.
  • Figure 1 shows the manufacturing process from the preparation of a ceramic slurry, which is a molding slurry, to the production of a hollow ceramic molded body, and the production of a light emitting container using the hollow ceramic molded body as a precursor.
  • These manufacturing steps are general manufacturing steps in the manufacturing method according to the present invention, and include a step of preparing a molding slurry, a step of forming a hollow ceramic formed body, a step of releasing a hollow ceramic formed body, and a step of forming a hollow ceramic. It comprises a calcining and firing step of the molded body, and the luminous container is manufactured in the order of these steps.
  • the step of preparing the forming slurry is to prepare a ceramic slurry which is a forming slurry of the hollow ceramic formed body.
  • the ceramic powder, the dispersion medium, and the dispersant are mixed with each other to prepare a slurry, and the prepared slurry is disintegrated. Thereafter, a gelling agent, a reaction catalyst, etc. are added to make a final preparation of the slurry, and the slurry is defoamed before being poured into a mold.
  • Crushing in the preparation process of the molding slurry is performed by a pot mill, a pole mill, or the like, and is performed at a temperature of 15 ° C to 35 for 96 hours, preferably 120 hours or more using a Nihon boulder. .
  • the defoaming of the slurry is performed by stirring the slurry in a vacuum atmosphere, and a vacuum of -0.09 OMPa or less, preferably -0.095 MPa or less, and a stirring speed of 100 rpm to 5 rpm
  • the reaction is carried out at a speed of from 00 rpm, preferably from 250 rpm to 400 rpm, from 2 minutes to 30 minutes, preferably from 15 minutes to 25 minutes.
  • a two-part outer mold (main mold) made of metal, and a mold composed of a wax molded body and a core integrated with pins are used.
  • the core used is a plastic molded body having an external shape corresponding to the internal shape of the body of the hollow ceramic molded body, and a wax molded body having an external shape corresponding to the internal shape of the narrow tube portion of the hollow ceramic molded body. And a metal pin protruding from the wax molded body.
  • a gel casting method is adopted.
  • the prepared ceramic slurry is poured into the cavity formed by the outer mold and the core of the molding die, and the temperature is 5 ° (: a temperature of up to 50 °, Preferably, it is left for several hours at a temperature of 15 ° C. to 40 ° C.
  • the ceramic slurry in the mold is gelled and hardened to form a hollow ceramic molded body.
  • the step of releasing the hollow ceramic molded body includes releasing the hollow ceramic molded body in the molding die from the outer mold and the core.
  • the hollow ceramic molded body is housed in an oven together with the mold, with the pins constituting the core being pulled out of the wax molded body, and the temperature in the oven is reduced to the temperature of the wax molded body. Set the temperature below the melting temperature, for example, below 60 ° C, and leave it for 10 minutes or more.
  • the organic solvent present in the pores of the hollow ceramic molded body thermally expands and is extracted on the outer peripheral side and the inner peripheral side of the hollow ceramic molded body. Then, the extracted organic solvent forms a solvent film between the outer peripheral surface of the hollow ceramic molded body and the inner peripheral surface of the outer mold, and between the inner peripheral surface of the molded body and the outer peripheral surface of the core. I do.
  • the temperature in the oven is set to, for example, 65 to 120 ° C., preferably 80 to 100 ° C., and the wax molded body is left for 10 minutes or more to remove the wax molded body from the hollow ceramic molded body. Melts and discharges. Thereafter, the hollow ceramic molded body is taken out of the oven together with the outer mold, and the outer mold is divided to take out the hollow ceramic molded body.
  • the core wax molded body present in the hollow ceramic molded body is discharged from the hollow ceramic molded body in a molten state, and the hollow ceramic molded body is released from the core.
  • the discharge from the hollow ceramic molded body is performed while the hollow ceramic molded body is in the outer mold.
  • the core box molded body thermally expands when it melts, and its thermal expansion force largely acts in the cavity of the hollow ceramic molded body.
  • the core wax molded body is melted and discharged while the hollow ceramic molded body is in the outer mold.
  • the acting force is received by the outer mold via the hollow ceramic molded body, thereby preventing the hollow ceramic molded body from being damaged by the acting force.
  • a solvent film is interposed between the inner peripheral surface of the hollow ceramic molded body and the outer peripheral surface of the box molded body. I have. The solvent film prevents the molten resin from entering the pores of the hollow ceramic molded body when the wax molded body is melted. Thereby, when the hollow ceramic molded body is fired, it is possible to prevent damage such as breakage at the time of firing caused by invasion of the molten wax.
  • the hollow ceramic molded body is then released from the outer die.
  • a solvent film is interposed between the outer peripheral surface of the hollow ceramic molded body and the inner peripheral surface of the outer mold.
  • the hollow ceramic molded body can be released from the outer mold without any resistance due to the action of the solvent film, and the occurrence of damage due to the resistance from the outer mold at the time of release can be prevented. .
  • the release means enables the release of the hollow ceramic molded body from the outer mold without any or extremely small shrinkage in the mold and without causing any damage such as slight cracks. Thus, it is possible to prevent the occurrence of damage such as cracks due to shrinkage during molding of the hollow ceramic molded body.
  • the calcination and firing process of the hollow ceramic molded body is to convert the hollow ceramic molded body into a sintered body to produce a light emitting container.
  • a light-emitting container having high light-transmitting properties and excellent light-transmitting properties can be manufactured.
  • the light-emitting container does not have any slight damage such as a crack due to the use of the above-described special releasing means.
  • Figure 2 shows the manufacturing process from the preparation of a ceramic slurry, which is a molding slurry, to the production of a solid ceramic molded body, to the production of a container using the solid ceramic molded body as a precursor.
  • These manufacturing steps are general manufacturing steps in a manufacturing method according to another embodiment of the present invention, and include a step of preparing a molding slurry, a step of forming a solid ceramic, and a step of forming a solid ceramic molded body. It consists of a mold release step and a calcining and firing step of the solid ceramic molded body.
  • the container is manufactured in the order of these steps.
  • the method for manufacturing the solid ceramic molded body includes a method for manufacturing a hollow ceramic molded body, Is substantially the same except that the compact to be molded is solid or hollow. That is, in the production of the solid ceramic molded body, a split mold having no core is used as the slurry molding die, and the core wax is used in the mold release of the solid ceramic molded body. There is no need for a means for heating and melting the molded body and discharging it, and no such means has been adopted. However, even in the method for manufacturing a solid ceramic molded body, the heating of the solid ceramic molded body is indispensable when the solid ceramic molded body is released from the mold.
  • the solvent existing in the pores of the solid ceramic molded body is thermally expanded and extracted to the outer peripheral side of the molded body.
  • the solvent extracted on the outer peripheral side of the solid ceramic molded body forms a solvent film between the outer peripheral surface of the molded body and the inner peripheral surface of each split mold of the molding die. Therefore, the solid ceramic molded body can be released from each split mold without any resistance by the action of the solvent film when the mold is released from each split mold. Can be prevented from being caused by the resistance of the semiconductor device.
  • a ceramic slurry (slurry A) for molding a compact having a small body shrinkage of 5% or less in the mold and a body shrinkage rate in the mold were set as the molding slurry.
  • a ceramic rally (slurry B) for molding a large molded object of 5% or more an experiment was conducted to produce a hollow ceramic molded body based on each production process in Fig. 1. Tried.
  • FIGS. 3 (a) to 3 (c) schematically show the manufacturing process in this experiment
  • FIG. 4 (a) shows the process of discharging the core wax molded body in the hollow ceramic molded body in a molten state in this experiment
  • Fig. 4 (b) schematically shows the hollow ceramic molded body released from the outer mold in this experiment.
  • Table 1 shows the composition and properties of each of the ceramic slurries A and B. Molding slurry
  • AKP-20 is manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. (trade name)
  • Dispersion medium Chemrez 6080 is manufactured by Hodogaya Ashland Co., Ltd. (trade name)
  • Reaction catalyst: Kaoriza N025 is manufactured by Kao Corporation (trade name)
  • the hollow ceramic molded body manufactured in this experiment has the structure shown in Fig. 4 (b) and is a precursor of the luminous vessel of the high pressure discharge lamp.
  • the hollow ceramic molded body 20 is composed of a body 21 corresponding to the body of the light emitting container, and thin tubes 22 and 23 corresponding to the thin tubes of the light emitting container.
  • the luminous container is a hollow ceramic
  • the compact 20 is calcined at 1200 in the air atmosphere for 3 hours, and then calcined at 1850 ° C. for 3 hours in a hydrogen atmosphere.
  • the molding die 10 includes an outer die 11 and a core 12.
  • the outer mold 11 is a split type composed of a pair of split molds 1 la and 11 b made of stainless steel, and the inner peripheral shape of the outer mold 11 is the outer peripheral shape of the hollow ceramic molded body 20.
  • the core 12 is composed of a wax molded body 12a and a pin 12b, and the outer peripheral surface of the wax molded body 12a has a shape corresponding to the inner peripheral surface of the body 21 of the hollow ceramic molded body 20.
  • the outer peripheral surface shape of the pin 12b has a shape corresponding to the inner peripheral surface shape of each of the narrow tube portions 22, 23 of the hollow ceramic molded body 20.
  • the melting point of the wax molded body 12a is about 6 O :, and the pin 12b penetrates through the center of the wax molded body 12a, and is formed integrally with the wax molded body 12a at the time of molding. Is what it is.
  • the molding of the hollow ceramic molded body 20 is performed with the molding die 10 in a state where the core 12 is set in the outer die 11 as shown in FIG.
  • the molding slurry is injected into the cavity 13 through the slurry injection port 11c of the outer mold 11, and the cavity 13 is filled with the molding slurry as shown in FIG. If this state is left at room temperature for several hours, the filled molding slurry gels and hardens.
  • the hollow ceramic molded body 20 is molded in the cavity 13.
  • the molded hollow ceramic molded body 20 is released from the mold 20.
  • the hollow ceramic molded body 20 in the molding die 10 is heated to an appropriate temperature equal to or lower than the temperature at which the wax molded body 12 a of the core 12 is melted, for example, 5 O: Heat to Thereafter, the pins 12b constituting the core 12 are pulled out of the wax molded body 12a and removed from the outer mold 11.
  • the wax molded body 12a constituting the core 12 is heated to a temperature of 60 or more, which is the melting temperature.
  • the hollow ceramic molded body 20 is released from the core 12 and then the outer die 11 is divided and released from both the divided dies 11a and 11b.
  • the organic solvent present in the pores of the hollow ceramic molded body 20 is thermally expanded by the heating of the hollow ceramic molded body 20 and is extracted to the outside of the hollow ceramic molded body. Then, the extracted organic solvent flows between the outer peripheral surface of the hollow ceramic molded body 20 and the inner peripheral surface of the outer mold 11, and between the inner peripheral surface of the hollow ceramic molded body 20 and the outer periphery of the core 12.
  • a solvent film which is a film of an organic solvent, is formed between the film and the surface.
  • the solvent film located on the inner peripheral surface side of the outer mold 11 contributes to the release of the hollow ceramic molded body 20 from the outer mold 11 and forms the hollow ceramic molded body 20. Release without any resistance.
  • the hollow ceramic molded body 20 is free from damage such as breakage when being released from the outer mold 11, and has a small shrinkage in the mold 10, and is difficult to be released. Facilitates demolding of ceramic compacts without causing any damage.
  • the solvent film located on the outer peripheral surface side of the core 12 contributes when the box molded body 12a constituting the core 12 is discharged in a molten state.
  • the solvent film prevents the molten wax from entering the hollow ceramic molded body 20 when the wax molded body 12a is melted. As a result, when the hollow ceramic molded body 20 is fired, the occurrence of breakage due to the penetrated wax is prevented.
  • the wax molded body 12 a constituting the core 12 is discharged in a molten state while the hollow ceramic molded body 20 is in the outer mold 11. .
  • the wax molded body 12a thermally expands when heated and melted, and this thermal expansion force acts on the inner peripheral surface side of the hollow ceramic molded body 20.
  • the hollow ceramic molded body 20 is in the outer mold 11 and the thermal expansion force is hollow. It is received on the inner peripheral surface side of the outer mold 11 through the ceramic molded body 20.
  • a1 indicates that the method of extracting the solvent from the hollow ceramic molded body 20 is used
  • bl indicates that the method of extracting the solvent is not used
  • the core 12 indicates When the means for discharging the wax molded body 12a in the molten state is in the state where the hollow ceramic molded body 20 is in the outer mold 11, a2, and when the hollow ceramic molded body 20 is removed.
  • the case where the removal is performed from the mold 11 is indicated as b2, and the indication is adopted by combining these means.
  • the mold releasing means al-a 2 employs a means for extracting the solvent from the hollow ceramic molded body 20 and discharges the wax molded body 12 a in a molten state from the hollow ceramic molded body 2. This means that the operation is performed with 0 being inside the outer mold 1 1.
  • the mold releasing means al-b 2 employs a means for extracting a solvent from the hollow ceramic molded body 20, and discharges the wax molded body 12 a in a molten state. It means that the operation is performed with the outer mold taken out from the outer mold.
  • the mold releasing means bl-a 2 does not employ a means for extracting the solvent from the hollow ceramic molded body 20, and discharges the wax molded body 12 a in a molten state by the hollow ceramic molded body 2. This means that the operation is performed with 0 being inside the outer mold 1 1.
  • the mold release means bl _ b 2 does not employ a means for extracting the solvent from the hollow ceramic molded body 20, and discharges the wax molded body 12 a in a molten state by a hollow ceramic molded body. It means that the operation is performed with 20 being removed from the outer mold 11.
  • Table 2 Effect of slurry on damage
  • Damage rate indicates the ratio of the molded body and the fired body where damage has occurred per 100 manufactured and fired bodies.
  • Damage rate indicates the ratio of the molded body and the fired body where damage has occurred per 100 manufactured and fired bodies.

Abstract

ゲルキャスト法によりセラミック成形体を成形し、成形されたセラミック成形体を離型に際して加熱して、セラミック成形体が含有する溶剤を抽出する。抽出された溶剤は、セラミック成形体の外周面と成形型の内周面との間に溶剤皮膜を形成し、溶剤皮膜がセラミック成形体の成形型からの離型を助成して、離型時のセラミック成形体での損傷の発生を防止する。

Description

明 細 書 セラミック成形体の製造方法 技 術 分 野
本発明は、 セラミック成形体の製造方法に関する。 背 景 技 術
セラミック成形体の製造方法の一方式として、 セラミック粉体、 分散媒および ゲル剤を含有するセラミックスラリーを成形型内にて成形して、 成形された成形 体を同成形型から離型してセラミック成形体を得る方式のセラミック成形体の製 造方法がある。 当該方式の製造方法は、 所謂、 ゲルキャスト法と称されるもので ある。 従来、 当該方式の製造方法を採用して中実のセラミック成形体 (中実セラ ミック成形体) を製造する方法が提案されている (例えば、 特開平 1一 2 6 1 2 5 1号公報) 。 また、 当該方式の製造方法を採用して内部に空洞を有する中空の セラミック成形体 (中空セラミック成形体) を製造する方法も提案されている (例えば、 特開 2 0 0 2— 2 1 6 6 2 6号公報) 。
しかして、 上記した各特許文献にて提案されているセラミック成形体の製造方 法は、 成形用セラミックスラリーとして特殊なセラミックスラリーを採用したゲ ルキャスト法であって、 形状や構造が複雑なセラミック成形体を寸法精度よく成 形するのに適したものとして採用されるものである。
このように、 当該方式のセラミック成形体の製造方法によれば、 形状や構造が 複雑なセラミック成形体を寸法精度よく成形することが可能ではあるが、 このよ うに成形されたセラミック成形体においても、 亀裂等のわずかな損傷の存在も許 されない。 セラミック成形体にわずかな損傷が存在している場合であっても、 こ のわずかな損傷が当該セラミック成形体の機械的強度や熱的強度に悪影響を及ぼ す。 特に、 当該セラミック成形体を焼成して、 焼結体としての製品とするものに あっては、 わずかな損傷が焼成時の破損の大きな原因となって、 当該セラミック 成形体の焼結体である製品を製造することが不可能な場合がある。 セラミック成形体に亀裂等のわずかな損傷が発生する大きな原因の一つに、 セ ラミック成形体の成形時における収縮による損傷、 および、 成形されたセラミツ ク成形体の成形型からの離型時における無理な離型による損傷が挙げられる。 上 記した各特許文献にて提案されているセラミック成形体の各製造方法では、 この ような面での配慮は全くなされていない。
特に、 中空セラミック成形体の成形には、 成形型として、 非溶解性材料からな る外型と、 同外型内に収容されて同外型とともに、 その内部に所定のキヤビティ を形成する溶解性材料からなる中子を備えた成形型が採用され、 成形型内では、 成形体は中子を内蔵した状態で生成される。 このため、 成形された成形体の離型 に当たっては、 成形体を外型と中子の両者から離型しなければならない。
成形体の中子からの離型を容易にするためには、 中子として、 低い温度で溶融 し易いワックス製の中子が採用され、 成形体を中子から離型する際には、 成形体 内の中子を熱溶融して成形体内から溶融状態で排出する手段が採られる。 この離 型手段においては、 中子の熱溶融時の熱膨張力が成形体に作用して、 成形体に亀 裂等の損傷を発生させるおそれがある。 発 明 の 開 示
従って、 本発明の目的は、 当該方式の製造方法を採用する各セラミック成形体 の製造方法において、 成形される成形体に亀裂等のわずかな損傷の発生をも防止 することにある。 さらには、 本発明の主たる目的は、 成形時の収縮が少なくて成 形時の収縮に起因する亀裂等の損傷の発生がない成形体であって、 成形型からの 離型が難しい成形体を、 成形型から抵抗なく円滑に離型するようにして、 離型時 における成形体での損傷の発生を防止することにある。
本発明は、 セラミック成形体の製造方法に関するものである。 本発明に係るセ ラミック成形体の第 1の製造方法は、 中実セラミック成形体の製造方法であつて、 セラミック粉体、 分散媒ぉよびゲル剤を含有するセラミックスラリーを成形型内 にて成形して、 成形された中実成形体を同成形型から離型してセラミック成形体 を得るセラミック成形体の製造方法であり、 前記中実成形体の前記成形型からの 離型に際しては、 同成形型内の前記中実成形体を加熱して同成形体が含有する溶 剤を同成形体の外部へ抽出し、 その後、 前記中実成形体を前記成形型から離型す ることを特徴とするものである。
また、 本発明に係るセラミック成形体の第 2の製造方法は、 内部に空洞を有す る中空セラミック成形体の製造方法であって、 セラミック粉体、 分散媒およびゲ ル化剤を含有するセラミックスラリーを成形型内にて成形して、 成形された中空 成形体を同成形型から離型して中空セラミック成形体を得るセラミック成形体の 製造方法である。
しかして、 本発明に係る第 2の製造方法においては、 前記成形型として、 非溶 解性材料からなる外型と、 同外型内に収容されて同外型とともにその内部に所定 のキヤビティを形成する溶解性材料からなる中子を備えた成形型を採用し、 前記 セラミックスラリーを前記成形型内の前記キヤビティに注入して内部に空洞を有 する中空成形体を成形する。 そして、 前記中空成形体の前記外型からの離型に際 しては、 同外型内の前記中空成形体を加熱して、 同中空成形体が含有する溶剤を 同中空成形体の外部へ抽出し、 その後、 同中空成形体を前記外型から離型するこ とを特徴とするものである。
本発明に係る第 2の製造方法においては、 前記成形型を構成する中子として、 熱溶融性材料からなる中子を採用することができ、 この場合の前記中空成形体の 前記外型からの離型に際しては、 同成形型内の前記中空成形体を加熱して、 同中 空成形体が含有する溶剤を同中空成形体の外部へ抽出し、 かつ、 同中空成形体内 に存在する前記中子を溶融して同中空成形体から排出する。 その後、 同中空成形 体を前記外型から離型することを特徴とするものである。
本発明に係るこれらのセラミック成形体の製造方法においては、 前記セラミツ ク成形体の成形に採用するセラミックスラリーとしては、 前記成形型内での成形 体の体収縮率が 5 %以下となるセラミックスラリーを選定することが好ましい。 本発明に係る各セラミック成形体の製造方法においては、 成形体の成形型から の離型に際しては、 同成形型内の成形体を加熱するものである。 当該成形体を加 熱することにより、 成形体の気孔に存在する溶剤が膨張して成形体の外部に抽出 され、 抽出された溶剤は当該成形体の外周面と成形型の内周面との間に溶剤皮膜 を形成する。 このため、 当該成形体は溶剤皮膜の作用によって何等の抵抗もなく 成形型から離型することができ、 離型時の成形型からの抵抗に起因する当該成形 体での損傷の発生を防止することができる。
本発明に係る第 1の製造方法における離型手段は、 成形型内での収縮が皆無ま たは極めて小さくてわずかな亀裂等の損傷をも発生させることがない中実成形体 の成形型からの離型を可能とする。 これにより、 成形型内での収縮に起因する亀 裂等の損傷の発生が無くて、 機械的強度や熱的強度の高いセラミック成形体を製 造することができる。 また、 本発明に係る第 2の製造方法における離型手段も、 上記した理由と同様の理由で、 中空セラミック成形体の外型からの離型にとつて 最適な手段である。
本発明に係る第 2の製造方法においては、 中空成形体内に存在する中子を溶融 状態で成形体内から排出することにより、 中空成形体を中子から離型する手段を 採ることができる。 この場合には、 当該離型手段は、 成形体が外型内にある状態 で行うものである。 中子は、 その加熱溶融時には熱膨張し、 その熱膨張力が中空 成形体の空洞内に作用する。 中空成形体が外型から離型されている状態にある場 合には、 中空成形体は当該作用力を受けて損傷するおそれが大きい。
しかしながら、 本発明に係る第 2の製造方法では、 中空成形体が外型内にある 状態で中子を加熱溶融して溶融状態で排出させることから、 熱膨張に起因する作 用力は中空成形体を介して外型の内周面にて受承されることになつて、 当該作用 力による中空成形体での損傷の発生を防止することができる。
さらにまた、 本発明の第 2の製造方法における離型手段では、 中空成形体の成 形型内での加熱時には、 含有する溶剤は中空成形体の外周面側だけではなくて、 空洞を形成する内周面側にも抽出して、 中空成形体の内周面と中子の外周面との 間にも溶剤皮膜が形成される。 この溶剤皮膜は、 中子の溶融時における溶融ヮッ クス等の溶融物質の、 中空成形体内の気孔内への侵入を規制する。 これにより、 中空成形体を焼成する場合には、 溶融物質の侵入に起因する焼成時の破損等の損 傷を防止することができる。
本発明に係る各製造方法においては、 成形体の成形型内での収縮に起因する亀 裂等の損傷を防止することが好ましく、 これに対処するには、 体収縮率が 5 %以 下の成形体を成形することが必要である。 当該成形体は、 成形用のセラミックスラリーを選定することによって成形可能 である。 そして、 セラミックスラリーが含有する溶剤として、 その体膨張率が、
0. 50 X 1 0—3/K〜2. 0 X 10—3ZK、 好ましくは 1. 00 Χ 1 0—3Ζ :〜 1. 50 X 1 0"VK, さらに好ましくは 1. 2 0 X 1 0—3ZK〜 1. 4 5 X 1 0—3ZKのものを選定する。 溶剤の選定において、 その体膨張率が小さいと効果 が得られず、 また、 体膨張率が大きいと、 成形体と成形型の隙間の間に流入する 量が多く、 その部分から成形体にかかる圧力が高くなりすぎて、 成形体の破損に つながるおそれがある。 図 面 の 簡 単 な 説 明
図 1は、 本発明に係る中空セラミツク成形体およびこれを前駆体とする発光容 器を製造する一般的な製造工程を示す工程図である。
図 2は、 本発明に係る中実セラミック成形体およびこれを前駆体とする容器を 製造する一般的な製造工程を示す工程図である。
図 3は、 本発明に係る中空セラミック成形体の製造方法を採用した製造実験に おける各製造工程を概略に示す模式図 (a) 〜 (c) である。
図 4は、 同製造実験におけるヮックス成形体を溶融状態で排出する工程を概略 的に示す模式図 (a) 、 および、 離型された中空セラミック成形体の概略を示す 模式図 (b) である。 発明を実施するための最良の形態
本発明に係るセラミック成形体の第 1の製造方法は、 セラミック粉体、 分散媒 およびゲル化剤を含有するセラミックスラリーを成形型内にて成形し、 成形され た中実成形体を同成形型から離型して中実セラミック成形体を得るセラミック成 形体の製造方法である。 当該製造方法においては、 成形体の成形型からの離型に 際しては、 同成形型内の中実成形体を加熱して、 中実成形体が含有する溶剤を成 形体の外部へ抽出し、 その後、 中実成形体を成形型から離型する手段を採ること を特徴とするものである。
また、 本発明に係るセラミック成形体の第 2の製造方法は、 セラミック粉体、 分散媒およびゲル化剤を含有するセラミックスラリーを成形型内にて成形し、 成 形された中空成形体を同成形型から離型して中空セラミック成形体を得るセラミ ック成形体の製造方法である。 そして、 成形型として、 非溶解性材料からなる外 型と、 外型内に収容されて外型とともにその内部に所定のキヤビティを形成する 溶解性材料からなる中子を備えた成形型を採用して、 セラミックスラリーを成形 型内のキヤビティに注入して内部に空洞を有する中空セラミック成形体を得る製 造方法である。
当該製造方法においては、 中空成形体の成形型からの離型に際しては、 成形型 の外型内の中空成形体を加熱して、 中空成形体が含有する溶剤を中空成形体の外 部へ抽出し、 その後、 中空成形体を外型から離型する手段を採ることを特徴とす るものである。
本発明に係る各製造方法の実施の形態では、 中空セラミック成形体の製造方法 にあっては、 図 1に示す製造工程に基づく製造方法を採用している。 また、 中実 セラミック成形体の製造方法については、 図 2に示す製造工程に基づく製造方法 を採用している。
各製造方法においては、 成形用スラリーであるセラミックスラリーとして、 成 形時における成形型内での成形体の体収縮率が 5 %以下となるスラリーを選定し て、 成形時に、 成形体の成形型内での収縮に起因する亀裂等の損傷が発生するこ とがないセラミック成形体を製造するものである。
このように体収縮率の低い成形体においては、 そのままの状態では、 離型時の 成形型に対する抵抗が大きくて損傷が発生し易いことから、 各製造方法では、 成 形体を成形型から円滑に離型し得て、 成形体での損傷が発生することのない離型 手段を採っている。
また、 中空セラミック成形体を製造する本発明に係る第 2の製造方法では、 中 空セラミック成形体の中子に対する離型が非常に難しくて、 中空セラミック成形 体を損傷させずに離型することは容易でない。 このため、 離型を容易にするため、 低温で溶融するワックスを成形材料とする中子を採用して、 中空セラミック成形 体に内蔵されている中子を加熱溶融して、 溶融状態で中空セラミック成形体内か ら排出する手段を採っている。 本発明に係る第 2の製造方法においては、 中空セラミック成形体の外型からの 離型に際しては、 外型内の中空セラミック成形体を加熱して、 セラミック中空成 形体が含有する溶剤を中空セラミック成形体の外部へ抽出し、 その後、 中空セラ ミック成形体内の中子を加熱溶融して、 溶融状態で中空セラミック成形体内から 排出する。 次いで、 中空セラミック成形体を外型から離型するようにする。
(セラミックスラリー) :本発明に係る各製造方法で採用される好適なセラミ ックスラリーは、 原料粉体であるセラミック粉体、 分散媒およびゲル化剤を主要 構成成分とするものであり、 成形体の成形型内での体収縮率が 5 %以下となるセ ラミックスラリーを選定することが好ましい。 これに対処するには、 セラミック スラリ一の調製時に、 各組成成分に伴って含有することとなる溶剤を選定するこ とが必要である。 溶剤としては、 その体膨張率が、 0 . 5 0 X 1 0—3ZK〜2 . 0 X 1 CT3/K、 好ましくは 1 . 0 0 X 1 0—3 !^〜1 . 5 0 X l 0 " K, さら に好ましくは 1 . 2 0 X 1 O—s/K:〜 1 . 4 5 X 1 0— 3ZKのものを選定する。 セラミック粉体としては、 ガラス、 アルミナ、 窒化珪素、 炭化珪素、 窒化アル ミ、 ジルコニァ、 サイアロン等の粉体を挙げることができる。 これらの粉体は、 単独で、 または、 2種以上の粉体を適宜混合して使用することができる。 なお、 セラミツク粉体の粒径は、 スラリ一を調製することが可能であるかぎりにおいて は、 特に限定されるものではなく、 製造の目的とする成形体に応じて適宜選定さ れるものである。
分散媒およびゲル化剤は、 反応性官能基を有する有機化合物を含有するもので、 これらの有機化合物は互いに反応し得るものである。 これにより、 セラミックス ラリーでは硬化効率が高く、 高い硬化効率に起因して、 少量のゲル化剤の添加で 所望の硬化特性を得ることができる。 また、 ゲル化剤の少量の添加に起因して、 セラミックスラリーを低粘度で高流動性に保持することができる。 ' 上記した反応性官能基とは、 他の成分と化学反応し得る原子団または分子団を 意味し、 水酸基、 カルポニル基、 力ルポキシル基、 アミノ基、 後述するエステル 結合により形成されるカルボニル基、 メトキシ基等を挙げることができる。
分散媒が含有する有機化合物は、 反応性官能基を有する有機化合物の中でも、 2 0 °Cにおける粘度が 2 0 c p s以下の低粘度の液状物質であるエステル類等が 好ましい。 特に、 全体の炭素数が 2 0以下のエステル類が好ましい。 さらには、 エステル結合は、 C H3— O— C O—基を有するものが好ましい。 なお、 エステ ル類は比較的安定ではあるが、 反応性の高いゲル化剤を用いることにより、 スラ リ一全体としての反応性を高めることができる。
分散媒を構成する有機化合物は、 1個の反応性官能基を有するものでもよいが、 より高いゲル化能を発揮させてセラミックスラリーを十分に硬化するためには、 2個以上の反応性官能基を有する有機化合物が好ましい。 2個以上の反応性官能 基を有する有機化合物としては、 エチレングリコール等のジオール類ゃグリセリ ン等のトリオ一ル類等の多価アルコール、 ジカルボン酸等の多塩基酸、 ダルタル 酸ジメチル、 マロン酸ジメチル等の多塩基酸エステル、 トリァセチン等、 多価ァ ルコールのエステル等のエステル類を挙げることができる。
分散媒を構成する有機化合物においては、 高い反応率を達成してセラミックス ラリーを十分に硬化させるとともに、 硬化前のセラミックスラリーに高い流動性 を付与して高密度でかつ精密な成形体を形成するには、 ダル夕ル酸ジメチル等の 多塩基酸エステル、 トリァセチン等の多価アルコールの酸エステル等の 2個以上 のエステル結合を有するエステル類が好ましい。
分散媒を構成する有機化合物においては、 分子内の反応性官能基は必ずしも同 種の官能基である必要はなく、 異なる種類の官能基であってもよい。 但し、 上記 した理由から、 少なくとも 1個のエステル結合を含有していることが好ましい。 また、 分散媒は、 必ずしも、 反応性官能基を有する有機化合物のみによって構成 する必要はなく、 非反応性成分を含有していてもよい。
許容される非反応性成分としては、 例えば、 エーテル、 炭化水素、 トルエン等 を挙げることができる。 これらの非反応性成分は、 分散媒を構成する反応性官能 基を有する有機化合物および後述する分散剤との相溶性等の化学的性質に応じて 選択すればよい。 例えば、 分散媒を構成する反応性官能基を有する有機化合物と してエステル類を用いる場合には、 相溶性等の点からエーテル類を含有している ことが好ましい。 非反応性成分として有機化合物を採用する場合であっても、 ゲ ル化剤との十分な反応効率を確保するためには、 反応性官能基を有する有機化合 物を全分散媒中 6 0質量%以上含有していることが好ましい。 より好ましくは、 8 5質量%以上である。
セラミックスラリーを構成するゲル化剤は、 分散媒を構成する反応性官能基を 有する有機化合物と反応してセラミックスラリーを硬化させる、 反応性官能基を 有する有機化合物を含有する。 ゲル化剤を構成する有機化合物は、 分子内に、 分 散媒中の有機化合物と化学反応する反応性官能基を有するものであればよい。 こ のような有機化合物としては、 モノマ一、 オリゴマー、 架橋剤の介在により三次 元的に架橋するプレボリマー等、 例えば、 ポリビニルアルコール、 エポキシ樹脂、 フエノ一ル樹脂等を挙げることができる。
但し、 ゲル化剤を構成する有機化合物は、 セラミックスラリーの流動性を確保 する点から粘性が低いもの、 具体的には、 2 0でにおける粘度が 3 0 c p s以下 である液状物質が好ましい。 このような低粘性の有機化合物としては、 ポリマー やプレボリマ一より分子量が小さいもの、 具体的には、 平均分子量 (G P C法に よる) が 2 0 0 0 MW以下のモノマーまたはオリゴマーが好ましい。 なお、 ここ でいう粘度とは、 ゲル化剤を構成する反応性官能基を有する有機化合物自体の粘 度を意味し、 水溶液等、 当該有機化合物を希釈液で希釈した状態の粘度を意味す るものではない。
ゲル化剤は、 このような反応性官能基を有する有機化合物を希釈液で分散また は溶解したものでもよいが、 上記したように、 反応に寄与する有機化合物自体が 粘度の低いものである場合には、 反応効率を高くできるため希釈液による希釈は 不要であり、 また、 希釈液を使用する場合には、 その使用量は所定の粘度を得る に必要な最小量にとどめることが好ましい。
ゲル化剤を構成する有機化合物は、 分散媒中の有機化合物との反応性を考慮し て、 好適な反応性官能基を有するものを選定することが好ましい。 例えば、 分散 媒を構成する有機化合物として比較的反応性が低いエステル類を使用する場合に は、 ゲル化剤を構成する反応性官能基を有する有機化合物としては、 反応性が高 いイソシアナ一ト基 (一 N = C = 0) および Zまたはイソチオシアナート基 (一 N = C = S ) を有する有機化合物を選択することが好ましい。
但し、 イソシアナ一卜類は、 ジオール類ゃジァミン類と反応させることが一般 的であるが、 ジォ一ル類は高粘性のものが多く、 また、 ジァミン類は反応性が高 くてスラリーを成形型へ注入する前に硬化する場合があるために注意すべきであ る。 イソシアナート基 (― N = C = 0) および またはイソチオシアナート基 (-N-C = S) を有する有機化合物としては、 下記の一般式 (1) 〜一般式 (5) に示す化学構造を基本とする化学物質を挙げることができる。
0CN NC0 (1)
OCN- (CH2) 6-NC0 (2)
Figure imgf000012_0001
R_N=C=S (5) 一般式 (1) に示す化学構造を基本とする化学物質は、 4, 4'ージフエニル メタンジイソシアナ一ト系イソシアナ一ト (樹脂) 〜MD I系イソシアナ一ト、 一般式 (2) に示す化学構造を基本とする化学物質は、 へキサメチレンジイソシ アナート系イソシアナート (樹脂) 一HD I系イソシアナート、 一般式 (3) に 示す化学構造を基本とする化学物質は、 トリレンジイソシアナ一ト系イソシアナ ート (樹脂) 〜TD I系イソシアナ一ト、 一般式 (4) に示す化学構造を基本と する化学物質は、 イソホロンジイソシアナート系イソシアナ一ト (樹脂) D I系イソシアナ一ト、 一般式 (5) に示す化学構造を基本とする化学物質は、 イソチオシアナ一ト (樹脂) である。
また、 一般式 (2) に示す化学構造を基本とする HD I系イソシアナート (樹 脂) としては、 下記に示す一般式 (6) 〜一般式 (8) に示す化学構造を基本と する 2量体または 3量体を挙げる.こともできる <
Figure imgf000013_0001
0
0
OC (CH2) 6 N .— )7 fi6— CO (7)
Figure imgf000013_0002
Figure imgf000013_0003
0
ゲル化剤を構成する有機化合物は、 これらのうちでも、 MD I系イソシアナ一 ト (樹脂) または H D I系イソシアナ一ト (樹脂) が好ましく、 より好ましくは MD I系イソシアナ一ト (樹脂) である。 ゲル化剤として、 これらのイソシアナ —ト (樹脂) を採用する場合には、 形成される.成形体の硬度が向上し、 成形体が 薄肉構造であってもクラックの発生を抑制することができる。 また、 形成された 成形体の乾燥時の収縮が低減するため、 成形体の乾燥時におけるクラックの発生 および変形を抑制することができる。 また、 成形体の形成時におけるスラリーの 硬化速度が向上し、 成形工程を迅速化することができる。
ゲル化剤については、 分散媒等との相溶性等の化学特性を考慮して、 上記した 基本の各化学構造中に他の官能基を導入することができる。 例えば、 エステルを 主成分とする分散媒を対象とする場合には、 エステルとの相溶性を高めて混合時 の均一性を高めるためには、 親水性の官能基を基本の化学構造に導入することが 好ましい。 また、 ゲル化剤を構成する有機化合物の分子中にイソシアナ一ト基ま たはィソチオシアナ一ト基以外の反応性官能基を含有させることができる。 この 場合には、 イソシアナ一ト基ゃイソチオシアナート基が混在していてもよく、 ま た、 ポリイソシアナート基のごとく、 イソシアナ一ト基ゃイソチオシアナート基 が多数存在していてもよい。
セラミックスラリーを構成するゲル化剤は、 成形体の成形型内での収縮に大き く影響を¾ぼすものであり、 上記した一般式 (1 ) , (2 ) に示す構造のゲル化 剤は体収縮率の小さい成形体用のセラミックスラリーを構成し、 上記した一般式 ( 3 ) 〜一般式 (5 ) に示す構造のゲル化剤がこれにつぎ、 上記した一般式 ( 6 ) 〜一般式 (8 ) に示す構造のゲル化剤は体収縮率が比較的大きい成形体用 のセラミックスラリーを構成する。 従って、 成形体の成形型内での収縮に起因す る亀裂等のわずかな損傷をも発生しない成形体を確実に成形するには、 上記した 一般式 (1 ) , ( 2 ) に示す構造のゲル化剤を採用することが必要である。 セラミックスラリーは、 成形型への注入時には硬化せず、 注入後は成形型内で 迅速に硬化することが好ましい。 このため、 セラミックスラリーの調製に当たつ ては、 注入前のスラリーの温度、 反応性分散媒の種類や含有量、 反応性ゲル化剤 の種類や含有量、 ゲル化反応に寄与する触媒の有無、 触媒の種類や含有量等を考 慮することが好ましい。 セラミックスラリーの調製では、 原料粉体セラミック粉 体を分散媒に添加して分散させた後にゲル化剤を添加して分散させてもよく、 ま た、 セラミック粉体とゲル化剤を同時に分散媒に添加して分散するようにするこ ともできる。
セラミックスラリーは、 成形型への注入時の作業性を考慮すれば、 2 0 °Cにお けるスラリー粘度が 3 0 0 c p s以下であることが好ましく、 より好ましくは、 2 O :におけるスラリー粘度が 2 0 0 c p s以下である。 なお、 セラミックスラ リーを、 中空セラミック成形体を形成するために微細形状のキヤビティに無加圧 状態で注入する場合等には、 2 5 :におけるスラリー粘度は 5 c p s以下である ことが好ましい。
但し、 スラリー濃度 (スラリー全体の容量に対する原料粉体の容量%) が低す ぎる場合には、 成形されるセラミック成形体の密度が低下して成形体の強度が低 下し、 また、 成形体の乾燥、 焼成時にクラックや変形が発生し易いため、 スラリ 一濃度は 2 5容量%〜7 5容量%、 好ましくは 3 5容量%〜7 5容量%である。 なお、 スラリー粘度は、 スラリー濃度、 反応性分散剤やゲル化剤の粘度、 セラミ ック粉体の種類、 必要により添加されるその他の添加剤の量等によって調整され る。
(成形型) :本発明に係るセラミック成形体の製造で使用する成形型は、 中実 セラミック成形体を製造する方法にあっては、 通常の分割タイプの金属製の成形 型を採用する。 当該成形型においては、 キヤビティを形成する各型の内周面が極 めて円滑性に富むものである。
また、 中空セラミック成形体を製造する方法にあっては、 分割タイプの外型と、 外型内に配置されてその内周面との間にキヤビティを形成する中子を備えている 成形型を採用する。 外型のキヤビティを形成する内周面は極めて円滑性に富み、 かつ、 中子のキヤビティを形成する外周面は極めて円滑性に富むものである。 当 該成形型は、 例えば、 図 3および図 4に示すものである。
(中空成形体用成形型) :図 3は、 本発明に係る中空セラミック成形体を製造 する一実施例を示し、 図 3は、 当該実施例で採用する中子に対する中空セラミツ ク成形体の離型手段を示すものである。 当該実施例で使用している成形型 1 0は、 一対の分割型 1 l a , 1 1 bからなる分割タイプの外型 1 1と中子 1 2からなる もので、 外型 1 1を構成する各分割型 1 1 a , 1 1 bはステンレス製であり、 中 子 1 2はワックス成形体 1 2 aとピン 1 2 bとによって構成されている。
当該成形型 1 0においては、 セラミックスラリーを外型 1 1の注入口 1 1 じか ら、 外型 1 1の内周面と中子 1 2の外周面とで形成さているキヤビティ 1 3に注 入し、 注入したセラミックスラリーをゲル化して硬化することにより、 中空セラ ミック成形体 2 0が成形される。 成形された中空セラミック成形体 2 0は、 外型 1 1を分割することによって、 外型 1 1の各分割型 1 1 a, 1 1 b内から離型さ れるが、 この離型に際しては、 中子 1 2を構成するワックス成形体 1 2 aは加熱 溶融状態で中空セラミック成形体 2 0の内部から排出される。
(中子) :中空成形体用成形型 1 0を構成する中子 1 2は、 外型 1 1と一体で 中空セラミック成形体の空洞部を形成するもので、 同空洞部の形状に対応するヮ ックス成形体 1 2 aとピン 1 2 bがー体のものである。 当該中子 1 2の一形態は、 ワックス成形体 1 2 aの中央部にピン 1 2 bを貫通させて形成されているもので ある。
当該中子 1 2を構成するワックス成形体 1 2 aを形成するワックスについては、 その融点が 3 0 ° (:〜 8 O :の範囲にあること、 ワックスの溶融時における粘度が 1 0 c p s以下であること、 ワックスの溶融一固化の相転移による体積変化率が 5 %以下であること等が好ましい。 また、 当該中子 1 2を構成するピン 1 2 bに ついては、 図に示すように、 ワックス成形体 1 2 aを貫通した状態でワックス成 形体 1 2 aに接合されている構成とすることができるが、 かかる構成に替えて、 ピン 1 2 bをワックス成形体 1 2 aに植付けられた状態でワックス成形体 1 2 a に接合さている構成を採ることができる。 ピン 1 2 b自体については、 中実ピン および管状の中空ピンのいずれであってもよい。
(製造方法) :本発明に係る第 1の製造方法は中実セラミック成形体を製造す る方法であり、 本発明に係る第 2の製造方法は中空セラミック成形体を製造する 方法である。 これらの各製造方法では、 上記した各セラミックスラリーおよび各 成形型を選定して使用するゲルキャスト法であり、 両製造方法では、 特に、 成形 された成形体の成形型から離型する手段に大きな特徴を有するものである。 図 1 は、 中空セラミック成形体の一般的な製造方法における各製造工程を示すフロー チャートであり、 図 2は、 中実セラミック成形体の一般的な製造方法における各 製造工程を示すフローチヤ一トである。
図 1および図 2に示す各製造工程は、 セラミックスラリ一を使用して中空セラ ミック成形体または中実セラミック成形体を成形し、 かつ、 成形された中空セラ ミック成形体または中実セラミック成形体を前駆体とし、 これらを焼成して焼結 体の製品である中空セラミック部品または中実セラミック部品を製造するもので ある。
中空セラミック成形体の製造では、 中空セラミック成形体を形成し、 これを焼 成して、 焼結体である発光容器 (中空セラミック部品) を製造することを意図し ている。 当該中空セラミック部品は、 中空セラミック成形体を前駆体とするもの で、 例えば高圧放電灯用の発光容器である。 中実セラミック成形体の製造では、 例えば、 上方に開口する単純な椀形状の中実セラミック成形体を成形し、 これを 焼成して、 焼結体である各種の椀形状の中実セラミック部品を製造することを意 図している。 当該中実セラミック部品は、 中実セラミック成形体を前駆体とする もので、 各種の椀形状の容器である。
図 1は、 成形用スラリーであるセラミックスラリーの調製から、 中空セラミツ ク成形体の製造、 中空セラミック成形体を前駆体とする発光容器の製造に至るま での製造工程を示している。 これらの製造工程は、 本発明に係る製造方法におけ る一般的な製造工程であって、 成形用スラリーの調製工程、 中空セラミック成形 体の成形工程、 中空セラミック成形体の離型工程、 中空セラミック成形体の仮 焼 ·焼成工程からなり、 これらの工程の順序で発光容器が製造される。
成形用スラリ一の調製工程は、 中空セラミック成形体の成形用スラリーである セラミックスラリーを調製するものである。 そして、 成形用スラリーの調製工程 では、 セラミック粉体、 分散媒および分散剤を互いに混合してスラリーの調合を 行い、 調合されたスラリーを解砕する。 その後、 ゲル化剤および反応触媒等を添 加してスラリーの最終的な調合を行い、 これを成形型内に注入するに先だって脱 泡する。
成形用スラリーの調製工程での解砕はポットミルゃポールミル等で行い、 ナイ 口ン製の玉石を使用して温度 1 5 °C〜 3 5でで 9 6時間、 好ましくは 1 2 0時間 以上行う。 また、 スラリーの脱泡は、 スラリーを真空雰囲気で撹拌して行い、 真 空度— 0 . 0 9 O M P a以下、 好ましくは— 0 . 0 9 5 M P a以下、 撹拌速度 1 0 0 r p m〜 5 0 0 r p m、 好ましくは 2 5 0 r p m〜 4 0 0 r p m、 2分〜 3 0分、 好ましくは 1 5分〜 2 5分行う。
中空セラミツク成形体の成形に使用する成形型は、 金属製の 2分割タイプの外 型 (主成形型) と、 ワックス成形体およびピン一体の中子からなる成形型を採用 する。 採用する中子は、 中空セラミック成形体の胴部の内部形状に対応する外部 形状を有するヮックス成形体と、 中空セラミック成形体の細管部の内部形状に対 応する外部形状を有しワックス成形体に接合されて同ワックス成形体から突出す る金属製のピンとからなる中子である。 中空セラミック成形体の成形工程ではゲルキャスト法を採用するもので、 調製 されたセラミックスラリーを成形型の外型と中子とが形成するキヤビティに注入 し、 5 ° (:〜 5 0 の温度、 好ましくは 1 5 °C〜4 0 °Cの温度で数時間放置する。 これにより、 成形型内のセラミックスラリーは、 ゲル化して硬化することによつ て、 中空セラミック成形体となる。
中空セラミック成形体の離型工程は、 成形型内の中空セラミック成形体を外型 および中子から離型するものである。 中空セラミック成形体を離型するには、 中 子を構成するピンをワックス成形体から抜き出した状態で、 中空セラミック成形 体を成形型ごとオーブンに収容して、 オーブン内の温度をワックス成形体の溶融 温度以下、 たとえば 6 0 °C以下の温度に設定して 1 0分以上放置する。
これにより、 中空セラミック成形体の気孔内に存在する有機溶剤が熱膨張して、 中空セラミック成形体の外周面側および内周面側に抽出される。 そして、 抽出し た有機溶剤は、 中空セラミック成形体の外周面と外型の内周面との間、 および、 同成形体の内周面と中子の外周面との間に溶剤皮膜を形成する。
次いで、 オーブン内の温度を、 たとえば 6 5 〜 1 2 0 °C、 好ましくは 8 0 °C 〜 1 0 o :に設定して 1 0分以上放置して、 ワックス成形体を中空セラミック成 形体内で溶融して排出する。 その後、 中空セラミック成形体をオーブンから外型 ごと取出し、 外型を分割して中空セラミック成形体を取出す。
当該離型手段では、 先ず、 中空セラミック成形体内に存在する中子のワックス 成形体を溶融状態で中空セラミック成形体内から排出して、 中空セラミック成形 体を中子から離型するが、 ヮックス成形体の中空セラミック成形体内からの排出 は、 中空セラミック成形体が外型内にある状態で行うものである。 中子のヮック ス成形体は、 その溶融時には熱膨張し、 その熱膨張力が中空セラミック成形体の 空洞内に大きく作用する。 中空セラミック成形体が外型から離型されている状態 にある場合には、 同成形体は当該作用力を受けて損傷するおそれが大きい。 しか しながら、 本実施形態では、 中空セラミック成形体が外型内にある状態で中子の ワックス成形体を溶融して排出させる。 このため、 当該作用力は中空セラミック 成形体を介して外型にて受承されることになつて、 当該作用力による中空セラミ ック成形体の損傷の発生は防止される。 また、 中空セラミック成形体内に存在する中子のワックス成形体を溶融状態で 排出する際には、 中空セラミック成形体の内周面とヮックス成形体の外周面との 間に溶剤皮膜が介在している。 この溶剤皮膜は、 ワックス成形体の溶融時におけ る溶融ヮックスの中空セラミック成形体の気孔内への侵入を阻止する。 これによ り、 中空セラミック成形体を焼成する場合には、 溶融ワックスの侵入に起因する 焼成時の破損等の損傷を防止することができる。
当該離型では、 次いで、 中空セラミック成形体を外型から離型する。 この際に は、 中空セラミック成形体の外周面と外型の内周面との間に溶剤皮膜が介在して いる。 このため、 中空セラミック成形体は、 溶剤皮膜の作用によって何等の抵抗 もなく外型から離型することができ、 離型時の外型からの抵抗に起因する損傷の 発生を防止することができる。
当該離型手段は、 成形型内での収縮が皆無または極めて小さくてわずかな亀裂 等の損傷をも発生させることがない中空セラミック成形体の外型からの離型を可 能とする。 これによつて、 中空セラミック成形体での成形時の収縮に起因する亀 裂等の損傷の発生を防止することができる。
中空セラミック成形体の仮焼 ·焼成工程は、 中空セラミック成形体を焼結体に 変換して発光容器を製造するもので、 仮焼では大気の雰囲気下で昇温速度 2 0 O : h r以下、 最高温度 1 1 0 0 :〜 1 4 0 0 °Cで所定時間焼成する。 また、 焼成では、 水素雰囲気または真空雰囲気で、 最高温度 1 7 0 0 °C〜 1 9 0 0 で 所定時間焼成する。 これにより、 透光性が高く透光特性に優れた発光容器を製造 することができる。 また、 当該発光容器は、 上記した特殊の離型手段を採用した ことにより、 亀裂等のわずかな損傷も存在しないものとなる。
図 2は、 成形用スラリーであるセラミックスラリーの調製から、 中実セラミツ ク成形体の製造、 中実セラミック成形体を前駆体とする容器の製造に至るまでの 製造工程を示している。 これらの製造工程は、 本発明の他の一実施形態に係る製 造方法における一般的な製造工程であって、 成形用スラリーの調製工程、 中実セ ラミックの成形工程、 中実セラミック成形体の離型工程、 中実セラミック成形体 の仮焼 ·焼成工程からなり、 これらの工程の順序で容器が製造される。
当該中実セラミック成形体の製造方法は、 中空セラミック成形体の製造方法と は、 成形する成形体が中実か中空かの点を除き実質的に同じである。 すなわち、 当該中実セラミック成形体の製造では、 スラリー用の成形型として中子を有して いない分割タイプの成形型を採用し、 かつ、 中実セラミック成形体の離型では、 中子のワックス成形体を加熱溶融して排出する手段は不要であって、 かかる手段 を採ってはいない。 但し、 当該中実セラミック成形体の製造方法においても、 中 実セラミック成形体の成形型からの離型の際には、 中実セラミック成形体に対す る加熱は不可欠として行っている。
これにより、 中実セラミック成形体の気孔に存在する溶剤を熱膨張させて、 同 成形体の外周側へ抽出させている。 中実セラミック成形体の外周側に抽出した溶 剤は、 同成形体の外周面と成形型の各分割型の内周面との間に溶剤皮膜を形成す る。 従って、 当該中実セラミック成形体は、 成形型の各分割型からの離型時には、 溶剤皮膜の作用によって何等の抵抗もなく各分割型から離型することができ、 離 型時の成形型からの抵抗に起因する損傷の発生を防止することができる。
実施例:
本実施例では、 成形用スラリーとして、 成形型内での体収縮が小さくて 5 %以 下である成形体を成形するためのセラミックスラリー (スラリー A) と、 成形型 内での体収縮率が大きくて 5 %以上である成形体を成形するためのセラミックス ラリー (スラリー B ) の 2種類の成形用スラリーを使用して、 図 1の各製造工程 に基づいて中空セラミック成形体を製造する実験を試みた。
図 3 ( a ) 〜 (c ) は、 本実験における製造工程を模式的に示し、 図 4 ( a ) は、 本実験における中空セラミック成形体内の中子のワックス成形体を溶融状態 で排出する工程を模式的に示し、 図 4 ( b ) は、 本実験における外型から離型し た中空セラミック成形体を模式的に示している。 各セラミックスラリー A, Bの 組成および特性を表 1に示す。 成形用スラリー
Figure imgf000021_0001
(注) 粉体アルミナ: AKP-20は住友化学株式会社製 (商品名)
分散媒:ケムレツ 6080は保土ケ谷アシュランド株式会社製 (商品名) 反応触媒:カオライザ N025は花王株式会社製 (商品名)
分散剤:マリアム AKM- 0531は日本油脂株式会社製 (商品名)
(中空セラミック成形体) :本実験で製造した中空セラミック成形体は、 図 4 ( b ) に示す構造のもので、 高圧放電灯の発光容器の前駆体である。 当該中空セ ラミック成形体 2 0は、 発光容器の胴部に対応する胴部 2 1と、 発光容器の各細 管部に対応する細管部 2 2 , 2 3とによって構成されている。 中空セラミック成 形体 2 0においては、 胴部 2 1の内部形状は寸法精度が高くて円滑で、 亀裂等の 損傷が無くかつ面粗度がよいことが要求される。 当該発光容器は、 中空セラミツ ク成形体 20を、 大気雰囲気中 1200でで 3時間仮焼し、 その後、 水素雰囲気 中 1850°Cで 3時間焼成することによって製造される。
(成形型) :本実験では、 図 3に示す成形型 10を採用した。 成形型 10は、 外型 1 1と中子 12を備えている。 外型 1 1は、 ステンレス製の一対の分割型 1 l a, 1 1 bからなる分割タイプのものであり、 外型 1 1の内周面形状は、 中空 セラミック成形体 20の外周面形状を呈している。 また、 中子 12は、 ワックス 成形体 12 aとピン 12 bからなるもので、 ワックス成形体 12 aの外周面形状 は中空セラミック成形体 20の胴部 2 1の内周面形状に対応する形状を呈し、 か つ、 ピン 12 bの外周面形状は中空セラミック成形体 20の各細管部 22, 23 の内周面形状に対応する形状を呈している。 ワックス成形体 12 aの融点は約 6 O :であり、 ピン 12 bはワックス成形体 12 aの中央部を貫通しているもので、 ワックス成形体 12 aの成形時にこれと一体に成形されているものである。
(成形) :本実験での中空セラミック成形体の成形では、 図 3 (a) 〜 (b) に示す工程を経て中空セラミック成形体 20を成形する。 成形された中空セラミ ック成形体 20は、 図 4 (a) に示す手段で中子 12から離型され、 その後、 外 型 1 1の各分割型 1 1 a, l i bから離型される。
中空セラミック成形体 20の成形は、 外型 1 1内に中子 12が図 3 (a) に示 すようにセットされた状態の成形型 10で行われる。 成形用スラリーを、 外型 1 1のスラリー注入口 1 1 cを通してキヤビティ 13内に注入し、 同図 (b) に示 すように、 キヤビティ 13に成形用スラリーを充填する。 この状態を、 常温で数 時間放置すれば、 充填されている成形用スラリーはゲル化して硬化し、 同図
(c) に示すように、 キヤビティ 13内に中空セラミック成形体 20が成形され る。
(離型) :成形された中空セラミック成形体 20を、 成形型 20から離型する。 中空セラミック成形体 20の離型に際しては、 先ず、 成形型 10内の中空セラミ ック成形体 20を、 中子 12のワックス成形体 12 aが溶融する温度以下の適宜 の温度、 たとえば 5 O :に加熱する。 その後、 中子 12を構成するピン 12 bを ワックス成形体 12 aから引き抜いて、 外型 1 1から除去する。 この状態で、 中 子 12を構成するワックス成形体 12 aを、 溶融温度である 60 以上の温度た とえば 8 O t:に加熱して溶融し、 図 4 ( a ) に示すように、 外型 1 1内に位置す る中空セラミック成形体 2 0内から排出する。 これによつて、 中空セラミック成 形体 2 0は、 中子 1 2から離型され、 その後、 外型 1 1を分割して両分割型 1 1 a , 1 1 bから離型する。
当該離型手段においては、 中空セラミック成形体 2 0の加熱によって、 中空セ ラミック成形体 2 0の気孔内に存在する有機溶剤が熱膨張して中空セラミック成 形体の外側に抽出される。 そして、 抽出された有機溶剤は、 中空セラミック成形 体 2 0の外周面と外型 1 1の内周面との間、 および、 中空セラミック成形体 2 0 の内周面と中子 1 2の外周面との間に有機溶剤の皮膜である溶剤皮膜を形成する。 これらの溶剤皮膜のうち、 外型 1 1の内周面側に位置する溶剤皮膜は、 中空セ ラミック成形体 2 0の外型 1 1からの離型に寄与し、 中空セラミック成形体 2 0 を何等の抵抗もなく離型させる。 これにより、 中空セラミック成形体 2 0では、 外型 1 1からの離型時に破損等の損傷が発生することがなく、 かつ、 成形型 1 0 内での収縮が小さくて離型が困難な中空セラミック成形体の離型を、 何等損傷を 発生させることなく容易にする。
また、 中子 1 2の外周面側に位置する溶剤皮膜は、 中子 1 2を構成するヮック ス成形体 1 2 aの溶融状態での排出時に寄与する。 当該溶剤皮膜は、 ワックス成 形体 1 2 aの溶融時の溶融ワックスの中空セラミック成形体 2 0内への侵入を阻 止する。 これにより、 中空セラミック成形体 2 0の焼成時、 侵入したワックスに 起因する破損の発生が防止される。
また、 当該離型手段においては、 中子 1 2を構成するワックス成形体 1 2 aの 溶融状態での排出を、 中空セラミック成形体 2 0が外型 1 1内にある状態で行つ ている。 ワックス成形体 1 2 aは、 加熱溶融時には熱膨張して、 この熱膨張力を 中空セラミック成形体 2 0の内周面側に作用させる。 中空セラミック成形体は、 この熱膨張力を自由状態で受けると破損等の損傷を発生するおそれが大きいが、 中空セラミック成形体 2 0は外型 1 1内にあって、 当該熱膨張力は中空セラミツ ク成形体 2 0を通して外型 1 1の内周面側で受承される。 このため、 中空セラミ ック成形体 2 0での当該熱膨張力に起因する破損等の損傷の発生を防止すること ができる。 (結果) :本実験で製造した各中空セラミック成形体およびこれを前駆体とす る発光容器における亀裂等の損傷の発生状態を、 拡大鏡を使用して目視で観察し、 成形用スラリーの相違による損傷に及ぼす影響、 および、 離型手段の相違による 損傷に及ぼす影響を確認した。 得られた結果を、 前者については表 2に、 後者に ついて表 3に示す。
但し、 離型手段の表示においては、 中空セラミック成形体 2 0から溶剤を抽出 する手段を採っている場合を a 1、 溶剤を抽出する手段を採っていない場合を b l、 中子 1 2を構成するワックス成形体 1 2 aを溶融状態で排出する手段を中空セラ ミック成形体 2 0が外型 1 1内にある状態で行っている場合を a 2、 中空セラミ ック成形体 2 0を外型 1 1から取出されている状態で行っている場合を b 2 と表 示して、 これらの手段を組み合わせた状態で表示を採用している。
従って、 離型手段 a l— a 2 は、 中空セラミック成形体 2 0から溶剤を抽出す る手段を採り、 かつ、 ワックス成形体 1 2 aの溶融状態での排出を、 中空セラミ ック成形体 2 0が外型 1 1内にある状態で行っている場合を意味する。
また、 離型手段 a l— b 2 は、 中空セラミック成形体 2 0から溶剤を抽出する 手段を採り、 かつ、 ワックス成形体 1 2 aの溶融状態での排出を、 中空セラミツ ク成形体 2 0が外型 1 1から取出されている状態で行っている場合を意味する。 また、 離型手段 b l— a 2 は、 中空セラミック成形体 2 0から溶剤を抽出する 手段を採らず、 かつ、 ワックス成形体 1 2 aの溶融状態での排出を、 中空セラミ ック成形体 2 0が外型 1 1内にある状態で行っている場合を意味する。
また.、 離型手段 b l _ b 2 は、 中空セラミック成形体 2 0から溶剤を抽出する 手段を採らず、 かつ、 ワックス成形体 1 2 aの溶融状態での排出を、 中空セラミ ック成形体 2 0が外型 1 1から取出されている状態で行っている場合を意味する。 表 2 スラリーの損傷に及ぼす影響
Figure imgf000025_0001
(注) 損傷率 (%)は、 製造された成形体、 焼成体 1 0 0個当たり の損傷が発生している成形体、 焼成体の割合を示す。
表 3 離型手段の損傷に及ぼす影響
Figure imgf000025_0002
(注) 損傷率 (%)は、 製造された成形体、 焼成体 1 0 0個当たり の損傷が発生している成形体、 焼成体の割合を示す。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . セラミック粉体、 分散媒およびゲル化剤を含有するセラミックスラリーを成 形型内にて成形して、 成形された中実成形体を同成形型から離型して中実セラミ ック成形体を得るセラミック成形体の製造方法であり、 前記中実成形体の前記成 形型からの離型に際して、 同成形型内の前記中実成形体を加熱して同成形体が含 有する溶剤を同成形体の外部へ抽出し、 その後、 前記中実成形体を前記成形型か ら離型することを特徴とするセラミック成形体の製造方法。
2 . セラミック粉体、 分散媒およびゲル化剤を含有するセラミックスラリーを成 形型内にて成形して、 成形された成形体を同成形型から離型してセラミック成形 体を得るセラミック成形体の製造方法であって、 前記成形型として、 非溶解性材 料からなる外型と、 同外型内に収容されて同外型内に所定のキヤビティを形成す る溶解性材料からなる中子を備えた成形型を採用し、 前記セラミックスラリーを 前記成形型内の前記キヤビティに注入して内部に空洞を有する中空成形体を成形 するセラミック成形体の製造方法であり、 前記中空成形体の前記外型からの離型 に際して、 同外型内の前記中空成形体を加熱して、 前記中空成形体が含有する溶 剤を同中空成形体の外部へ抽出し、 その後、 前記中空成形体を前記外型から離型 することを特徴とするセラミック成形体の製造方法。
3 . 請求項 2に記載のセラミック成形体の製造方法において、 前記成形型を構成 する中子は熱溶融性材料からなる中子であつて、 前記中空成形体の前記外型から の離型に際しては、 同外型内の前記中空成形体を加熱して、 同中空成形体が含有 する溶剤を同中空成形体の外部へ抽出し、 かつ、 同中空成形体内に存在する前記 中子を溶融して同中空成形体から排出し、 その後、 同中空成形体を前記外型から 離型することを特徴とするセラミック成形体の製造方法。
4 . 請求項 1〜 3のいずれか一項に記載のセラミック成形体の製造方法において、 前記セラミック成形体の成形に採用するセラミックスラリーとして、 前記成形型 内での成形体の体収縮率が 5 %以下となるセラミックスラリ一を選定することを 特徴とするセラミック成形体の製造方法。
5 . 請求項 1または請求項 2に記載のセラミック成形体の製造方法において、 前 記セラミックスラリーが含有するセラミック粉体は、 ガラス、 アルミナ、 窒化珪 素、 炭化珪素、 窒化アルミ、 ジルコニァ、 サイアロンの群の中から選定される少 なくとも 1種類のセラミック粉体を含むことを特徴とするセラミック成形体の製 造方法。
6 . 請求項 1または請求項 2に記載のセラミック成形体の製造方法において、 前 記セラミックスラリーが含有する分散媒およびゲル化剤は、 水酸基、 カルボニル 基、 カルボキシル基、 アミノ基、 エステル結合により形成されるカ^/ボニル基、 メトキシ基、 イソシアナ一ト基、 イソチオシアナート基の群の中から選定される 少なくとも 1種類の反応性官能基を有する有機化合物から構成されることを特徴 とするセラミック成形体の製造方法。
7 . 請求項 6に記載のセラミック成形体の製造方法において、 前記分散媒を構成 する有機化合物は、 エチレングリコール、 グリセリン、 ジカルボン酸、 ダルタル 酸ジメチル、 マロン酸ジメチル、 トリァセチンの群の中から選定される少なくと も 1種類の有機化合物を含むことを特徴とするセラミック成形体の製造方法。
8 . 請求項 6に記載のセラミック成形体の製造方法において、 前記ゲル化剤を構 成する有機化合物は、 ポリビニルアルコール、 エポキシ樹脂、 フエノール樹脂、 4 , 4 ' ージフエニルメタンジイソシアナ一卜系イソシアナート、 へキサメチレ ンジイソシアナ一ト系イソシアナ一ト、 トリレンジイソシアナ一ト系イソシアナ ート、 イソホロンジイソシアナ一ト系イソシアナート、 イソチオシアナ一卜の群 の中から選定される少なくとも 1種類の有機化合物を含むことを特徴とするセラ ミック成形体の製造方法。
9 . 請求項 1または請求項 2に記載のセラミック成形体の製造方法において、 前 記溶剤は、 その体膨張率が 0 . 5 0 X 1 0— 3/K:〜 2 . 0 X 1 O— ^Kであるこ とを特徴とするセラミック成形体の製造方法。
1 0 . 請求項 1または請求項 2に記載のセラミック成形体の製造方法において、 前記溶剤は、 その体膨張率が 1 . 0 0 X 1 0 3ZK〜: I . 5 0 X 1 0— ^Kであ ることを特徴とするセラミック成形体の製造方法。
1 1 . 請求項 1または請求項 2に記載のセラミック成形体の製造方法において、 前記溶剤は、 その体膨張率が 1 . 2 0 X 1 0 "VK~ 1 . 4 5 X 1 0— 3ノ Kであ ることを特徴とするセラミック成形体の製造方法
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