JPH01201063A - セラミツク前駆体組成物、それを用いてなるセラミツクグリーンシートおよびその製法 - Google Patents

セラミツク前駆体組成物、それを用いてなるセラミツクグリーンシートおよびその製法

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JPH01201063A
JPH01201063A JP63264044A JP26404488A JPH01201063A JP H01201063 A JPH01201063 A JP H01201063A JP 63264044 A JP63264044 A JP 63264044A JP 26404488 A JP26404488 A JP 26404488A JP H01201063 A JPH01201063 A JP H01201063A
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ceramic
alkyl
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大坂 重美
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和男 秦
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Masato Adachi
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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、セラミック前駆体組成物、セラミックグリー
ンシート、その製造方法、セラミックシートおよびその
用途に関するものである。詳しく方法および該セラミッ
クシートに関するものである。
〈従来の技術およびその問題点〉 ドクターブレード法はセラミック粉末を有機溶剤、分散
剤、可塑性、バインダー等と混合して調製したスラリー
をキアリアーフィルム上にドクターブレードで厚みを調
整してキャスティングし、乾燥してシート状のセラミッ
クグリーンシートに成形する方法である。かかる方法に
おいては、セラミック原料粉末の粒径や粒径分布等が調
整され、バインダーとしてはポリビニルブチラール等の
ブチラール系樹脂、エチルセルロース等のセルロース系
樹脂やポリビニルアルコールが用いられ工業化されてい
る。
しかしながら、これらのバインダーを用いた場合、シー
トの可撓性が劣るためグリーンシートに成形した後の乾
燥時あるいは打抜き等の取扱い時にグリーンシートが割
れたシ、ヒビが入ったシすることがある。そのため、フ
タル酸エステル等の可塑剤を使用しなければならず成形
後の貯蔵中に可塑剤の表面へのブリージングや揮発によ
シ成形品が脆くなる。また、これらのバインダーは熱分
解性が悪く脱バインダー後に残存するカーボン、Na分
等の灰分のために焼成工程におけるフクレ、ワレ、キレ
ツなどの変形の原因となIc基板、ICパッケージ、誘
電体等の電子部品として用いた場合には電気;aR性な
どの電気的特性が損なわれたυ、セラミックシートの反
シ、表面粗さ、低焼結密度等の原因となっている。特に
、本発明が意図する薄膜シートの製造においては、セラ
ミック原料粉末の粒子径が1ミクロン以下のサブミクロ
ン微粒子を用いることが望ましく、上記従来のバインダ
ーを用いた場合にはセラミック微粉末の凝集をおこしや
すくなると共にシート成形のために、多量のバインダー
を使用しなければならず、ますますシートの成形性が劣
るようになる。
したがって、本発明の目的は、新規なセラミック前駆体
組成物、セラミックグリーンシート、その製造方法、セ
ラミックシートおよびその用途を提供することにある。
本発明の他の目的は、ジルコニアおよびアルミナセラミ
ック前駆体組成物、該セラミックグリーンシート、その
製造方法、該セラミックシートおよびその用途を提供す
ることにある。
本発明のさらに他の目的は、充分な機械的強度ならびに
可撓性を有するとともに表面平滑性に優れ、膜厚が0.
5n以下、特に100ミクロン以下でかつ均一なグリー
ンシートを形成し得るセラミック前駆体組成物、該組成
物に基づくセラミックグリーンシート、その製造方法、
該グリーンシートを焼成して得られるセラミックシート
およびその用途を提供することにある。
〈問題点を解決するための手段〉 これらの諸目的は、開平均粒径がo、oi〜2ミル2ミ
クロンのジルコニアおよびアルミナよυなる群から選ば
れた少なくとも1種のセラミック微粉末100重量部お
よび(B)(a)炭素数が1〜lOのアルキル基または
炭素数4〜8のシクロアルキルアクリまたは炭素数4〜
8のシクロアルキル基を有するアルキルまたはシクロア
ルキルメタクリレート30〜80重fi%、(C)共重
合性不飽和カルボン酸1〜5重量係および(di炭素数
2〜10のヒドロキシアルキル基を有するヒドロキシア
ルキルアクリレート0〜59重量%(ただし、モノマー
全体の合計は1001f%である)を共重合して得られ
る数平均分子量が10,000〜100,000の範囲
でかつガラス転移温度が一40〜O℃の範囲である共重
合体10〜40重量部よシなるセラミック前駆体組成物
によシ達成される。
これらの諸目的はまた、開平均粒径が0.01〜ル 2ミクロンの範囲のジ4コニアおよびアルミナよυなる
群から選ばれた少なくとも1種のセラミック微粉末10
0重量部およびCB+(a)炭素数が1〜10のアルキ
ルまたは炭素数が4〜8のシクロアルキルを有するアル
キルまたはシクロアルキルアクリ2.0 レート10〜50重量% 、(b)炭素数1〜書のアル
キルまたは炭素数4〜8のシクロアルキル基ヲ有するア
ルキルまたはシクロアルキルメタクリレート30〜80
重ffi%、(C)共重合性不飽和カルボン酸1〜5重
量係および(d)炭素数2〜10のヒドロキシアルキル
基を有するヒドロキシアルキルアクリレート0〜59重
量%(ただし、七ツマー全体の合計は100重量係であ
る)を共重合して得られる数平均分子量がio、ooo
〜100,000の範囲でかつガラス転移温度が一40
〜0℃の範囲である共重合体10〜40重量部よ)なる
セラミック前駆体組成物の薄膜よυなるセラミックグリ
ーンシートによっても達成される。
これらの諸目的は、開平均粒径が0.01〜2ミクロン
の範囲のジルコニアおよびアルミナよシなる群から選ば
れた少なくとも1種のセラミック微粉末100重量部お
よびfB)前記共重合体10〜40重量部を含有してな
るセラミック前駆体組成物スラリーを基材の表面に薄膜
状にコーティングすることよシなるセラミックグリーン
シートの製造方法によっても達成される。
これらの諸口的は、前記セラミックグリーンシートを焼
成してなるセラミックシートによっても達成される。
本発明によれば、充分な機械的強度および可撓性を有す
るとともに表面平滑性に優れ、膜厚が1龍以下、好まし
くは0.5 mm以下、特に100ミクロン以下で均一
なグリーンシートが得られる。また、該グリーンシート
を焼成することによシ、膜厚が0.8 mm以下、好ま
しくは0.4 mm以下、特に100ミクロン以下の緻
密で表面平滑性に優れたセラミックシートが得られる。
本発明によるセラミックシートは、耐熱性、機械的強度
、電気絶縁性、化学的耐久性等の諸性能が優れているこ
とから、電子材料分野において各種電子回路基板、蒸着
膜、スパッタ膜等の薄膜用基板等に、また、断熱性、耐
蝕部材、絶縁材、摺動材等の機械材料分野において使用
できる。
また、電子材料分野においてエレクトロニクス機器の小
型化高性能化に伴ない用いられる回路素子の薄膜化が試
みられ、基板自体にも薄膜化が要求され、またセラミッ
クシートを薄型化することによシ新たに発現する可撓性
、透光性等の性質を応用した機材の開発が要求されてい
るので、本発明によるセラミックシートは、これらの諸
要求を満足させることができる。さらに、ジルコニアの
酸素イオン伝導性を利用したセンサーや固体電解質燃料
電池等においては、固体電解質の抵抗を下げるためガス
透過性の認められないジルコニア薄膜シートが求められ
ているが、本発明によるセラミックシートは、これらの
諸要求を完全に満たす。
本発明においては、使用するセラミック微粉末の吟味と
、これに最も適合するバインダーの選択とが極めて重要
である。本発明において使用するジルコニアおよびアル
ミナよ)なる群から選ばれた少なくとも1種のセラミッ
ク微粉末は、平均粒径が0.01〜2ミクロン、特に0
.03〜1ミクロンのサブミクロンの微粉末でかつ凝集
性が小さい高純度のジルコニアおよび/またはアルミナ
であることが必要であり、さらに焼結時の収縮率の局所
的な差異や異方性に起因する焼結シートの反応、ひずみ
、割れ等の欠陥の発生を抑え、寸法安定性を良くするた
めには、セラミック原料の粒子径が均一であることが望
ましく、加うるにその形状が等軸の球形であるととかさ
らに望ましい。
本出願人が開発した一連のセラミック微粉末の製造方法
によって製造された微粉末が上記要件を具備し、本発明
における原料微粉末として満足するという知見が得られ
、本発明に至った。このようなセラミック微粉末製造方
法を具体的に例示すれば、例えば特開昭61−4471
7号に開示されているように、炭酸ジルコニルアンモニ
ウム塩またはこれとイツトリウム、カルシウムおよびマ
グネシウムよシなる群から選ばれた少なくとも1種の金
属の化合物との混合物を含有してなる水溶液または懸濁
液を、過酸化水素またはオゾンで処理し、得られる固形
沈殿物を分離し、乾燥することよりなるジルコニア微粉
末の調製方法、特開昭61−286222号および特開
昭61−44718号に開示されているように、ジルコ
ニウム塩の水溶液またはジルコニウム塩とイツトリウム
、カルシウムおよびマグネシウムのうちの少なくとも1
種の金属を含む混合水溶液にアンモニア水を加えて沈殿
を形成させる際に、該沈殿生成反応を流通式反応方式で
反応特甲のPHを一定に保ちつつ連続的に行うことによ
り沈殿を形成させ、えられる該沈殿物を分離、乾燥、焼
成することよυなるジルコニア微粉末の製造方法、特開
昭62−153121号に開示されているように、炭酸
ジルコニウムアンモニウム水溶液にカルシウム塩および
/またはマグネシウム塩水溶液に過酸化水素を添加した
水溶液を混合して固形物を生成させ、該固形物を母液か
ら分離し、乾燥し、焼成することよシなるジルコニア微
粉末の製造方法、特開昭63−176308号に開示さ
れているように、ジルコニアまたはイツトリウム、セリ
ウム、カルシウムおよびマグネシウムよυなる群から選
ばれた少なくとも1種の元素の酸化物として50モル以
下含有してなるジルコニア系粉体とカップリング剤およ
び溶媒とを混合あるいは懸濁したのち、必要によシ有機
溶媒中に前記ジルコニア粉体を分散せしめて加熱蒸留を
行ない、脱水、乾燥し、続いて20〜300℃の温度で
加熱処理することよシなる表面処理されたジルコニア系
粒子の製造方法、 特開昭60−176921号に開示
されているように、炭酸ジルコニルアンモニウムの加熱
分解を有機物の共存布下での水溶液中で行ない、分解生
成物である固相部分を分離、乾燥、焼成することよりな
るジルコニア微粉末の製造方法、特開昭62−2122
25号に開示されているように、ジルコニウム塩または
ジルコニウム塩とイツトリウム、カルシウム、マグネシ
ウムの少なくとも1種の金属の塩とを含む水溶液と塩基
性物質とを混合することにより水酸化物の沈殿物を得、
該沈殿物を水洗濾過後有機溶媒中に分散せしめて加熱蒸
留を行ない脱水し、ついで加圧下で乾燥したのち焼成す
ることによるジルコニア含有微粉末の製造方法等がある
。そして、特に好ましくは特開昭61−44718号お
よび特開昭61−286222号に開示されている方法
で得られるジルコニア系微粉末である。
また、特開昭61−44718号に開示されているジル
コニアの製造方法と同様な方法によシ製造されるアルミ
ナ微粉末も、本発明で使用されるセラミック微粉末とし
ての必要要件を満すものである。さらに、特願昭63−
40839号に開示されているように、(a)金属酸化
物ゾルおよび(b)該金属酸化物ゾルに少なくとも1種
の他の元素の無機化合物、アルコキシドまたはゾルを混
合してなる混合ゾルよシなる群から選ばれた少なくとも
1釉の金属酸化物含有ゾルを、界面活性剤の存在下に水
不溶性ないし水難溶性の有機溶媒と混合してW10W’
/ルエマルジョンヲ形成サセ、M エフ /L/ジョン
を塩基性物質または電解質を混合して該エマルジョン中
の水層を形成するゾルをゲル化させて球状ゲルを得、つ
いで該球状ゲルを加熱して該球状ゲル中の水を該有機溶
媒との混合物として系外に除去することよシなる無機球
状微粒子の製造方法により製造されるジルコニア球状微
粒子やアルミナ球状微粒子は、本発明において使用され
るバインダーと凝集塊がなく、良好に均一混合すること
ができ、シート状物の成形性の向上が認められ、特に好
適に用いられる。
なお、得られたジルコニアおよびアルミナ球状微粒子の
粒子径の標準偏差値は1〜1.5、好ましくは1〜1.
3の範囲である。
本発明において用いられるバインダーは、モノマー(a
l 、(b) 、(C1および必要によυ(dlよシな
るモノマー混合物を共重合して得られる共重合体で1)
、数平均分子量が10,000〜100,000.好ま
しくは30,000〜75,000の範囲でかつガラス
転移温度が一40〜0°Cの範囲である。
七ツマ−(a)は、炭素数1〜10、好ましくは2〜8
のアルキルまたは炭素数4〜8、好ましくは5〜6のシ
クロアルキル基を有するアルキルまたはシクロアルキル
アクリレートであシ、好ましくはアルキルアクリレート
であシ、1種または2種以上が使用される。このような
アクリレートとして、メチルアクリレート、エチルアク
リレート、イソプロピルアクリレート、n−プロピルア
クリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアク
リレート、2−エチルへキシルアクリレート、ラウリル
アクリレート、シクロヘキシルアクリレート、シクロへ
ブチルアクリレート等がある。特にn−ブチルアクリレ
ートおよび2−エチルへキシルアクリレートが好適に用
いられる。該アクリレートは、全共重合性上ツマー10
0重量%中10〜50重量係、好ましくは20〜40重
量係の範囲の比率である。すなわち、10重量係未満で
は、バインダーとしての結合力が弱くなり、グリーンシ
ートとした場合の可撓性が劣るとともに反υ、クラック
割れが生じ易くなシ、シートへの成形性が劣るようにな
り、一方、50重fi%を越える比率では、熱分解性が
低下し、焼成工程でクラック割れ等が生じやすくなる。
モノマー(b)は、炭素数1〜20、好ましくは2〜8
のアルキルまたは炭素数4〜8、好ましくは5〜6のシ
クロアルキル基を有するアルキルまたはシクロアルキル
メタクリレートであり、i種tたは2種以上が使用され
る。このようなメタクリレートとしては、例えばメチル
メタクリレート、エチルメタクリレート、イソプロピル
メタクリレート、n−プロピルメタクリレート、n−ブ
チルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、5e
c−ブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート
、2−エチルへキシルメタクリレート、n−ドデシルメ
タクリレート、ラウリルメタクリレート、ステアリルメ
タクリレート、シクロへキシルメタクリレート、シクロ
へブチルメタクリレート等がちυ、特にブチルメタクリ
レート類、2−エチルへキシルメタクリレート、シクロ
ヘキシルメタクリレート等が好ましい。このようなメタ
クリレートは、全共重合性モノマー100重i%中30
〜80重量係、好ましくは50〜75重iik%の範囲
の比率である。すなわち30重j1%未満では、熱分解
性が低下するとともにグリーンシートの強度が劣るよう
になり、一方、80重−1f%を越えると、グリーンシ
ートの可撓性が劣るとともに硬くなり、クラック割れ等
が生じやすく、シート成形性が劣るようになる。
モノマー(C)は、共重合性不飽和カルボン酸であシ、
1種または2種以上が使用される。このような共重合性
不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸
、マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸、モノイソプ
ロピルマレエート等のマレイン酸エステル等のごとき1
分子中に少なくとも1個のカルボキシル基を有する不飽
和モノマーを用いることもでき、特にアクリル酸および
メタクリル酸が好適に用いられる。これらの共重合性不
飽和ツlルボン酸は全モノマー100重量%中1〜5重
量%、好ましくは1〜3重量係の範囲の比率である。す
なわち、1重量%未満ではジルコニアやアルミナ微粉末
への濡れや吸M社が低下してバインダーとしての結合力
が低下し、グリーンシートの強度が劣るようになる。ま
た、5重fC%を越えるとグリーンシートが硬くなυ、
可撓性が得られなくなる。
モノマー(d)は、炭素数2〜10、好ましくは2〜4
のヒドロキシアルキル基を有するヒドロキシアルキルア
クリレートであシ、1種または2種以上が使用される。
このようなヒドロキシアルキルアクリレートとしては、
例えば2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロ
キシプロピルアクリレート、3−ヒドロキシプロピルア
クリレート、2−ヒドロキシブチルアクリレート、グリ
セロールモノアクリレート、トリメチロールプロパンモ
ノアクリレート等があり、特に2−ヒドロキシエチルア
クリレートが好適に使用できる。このようなヒドロキシ
アルキルアクリレートは、バインダーとしての共重合体
のガラス転移温度の調整等のために必要に応じて用いら
れるもので、全共重合性モノマー中O〜59重祉係の比
率でちる。すなわち、59重重量%越えると、他の必須
の共重合性モノマーの比率が下限未満の範囲の比率とな
シ、前述のような不都合を生じることになる。
これらの七ツマ−を用いて共重合体(B)を得るための
重合方法は特に制限はなく、パーオキサイド、ハイドロ
パーオキサイド、アゾビスイソブチロニトリル等のラジ
カル重合開始剤の存在下に、懸濁重合、溶液重合、乳化
重合等の通常の重合方法によシ50〜100℃、好まし
くは70〜90℃の温度で行なわれる。得られた共重合
体の数平均分子量はio、ooo〜100,000、好
ましくは30,000〜75,000の範囲に調整され
る。すなわち、該分子量が10,000未満ではバイン
ダーとしての結合力が低下し、グリーンシートの強度お
よび成形性が劣シ、バインダーを多量に添加しなければ
ならない。一方、該分子量がioo、oooを越えると
、バインダーの粘度が高くなり、希釈のだめの溶媒量が
多くなってグリーンシートの成形性が劣るようになる。
さらに上記のようなモノマーの組成比は共重合体のガラ
ス転移温度が一40〜0℃の範囲、よシ好ましくは−3
0〜−10℃の範囲になるように最適に選択される。−
40℃よシ低温のガラス転移温度では粘着性が大きくグ
リーンシートが扱いにくくなる。また、0℃よシ高温の
ガラス転移温度では共重合体がいわゆる硬くシート成形
性が劣るとともに可塑剤を多く用いなければならず熱分
解性にも問題を有するようになる。
かくして得られたバインダーはジルコニアおよび/また
はアルミナ微粉末100重量部に対して10〜40重量
部の範囲で添加される。この添加量は一般に微粉末の粒
子径によって規定され、0.01〜1ミクロンの場合は
15〜40重量部、1〜2ミクロンの場合は10〜30
重量部の範囲で好適に添加される。バインダー添加量が
10重量部未満の場合はグリーンシートへの成形性、強
度、可撓性が不十分であシ、また、40重量部を越える
場合はグリーンシートの加工性が劣るとともに焼成後の
収縮が大きく寸法安定性が得られなくなる。
キャスティングのためのスラリーは公知の方法でジルコ
ニアおよび/またはアルミナ微粉末に溶媒、バインダー
をボールミル等で混練)して得られるが、必要に応じて
焼結助剤、分散剤、可塑剤、消泡剤等も加えられる。
溶媒にはアセトン、メチルエチルケトン、メタノーノベ
エタノール、インプロパツール、ブタノール類、変性ア
ルコール、酢酸エチル、トルエン、キシレン等の有機溶
剤を単独であるいは2種以上を混合して用いられる。
分散剤としてはグリセリン、ソルビタン等の多価アルコ
ールエステル系ホリエーテル(ホIJ 、t −ル)系
やアミン系などが用いられるが、特に好ましくはソルビ
タントリオールが用いられる。
また可塑剤はポリエチレングリコールの誘導体やフタル
酸エステル類で1、特にジブチルフタレート、ジオクチ
ルフタレートが好適に用いられる。
微粉末とバインダーとが均一に混合されたスラリーは、
次いで減圧脱泡されて粘度を20〜100ボイズの範囲
、よシ好ましくは40〜80ポイズの範囲で調整され、
一定の挟間を有するドクターブレードでキャリアフィル
ム上にシート状にキャスティングされ、続いて40〜1
50℃の温度、例えば50°C180℃、120℃のよ
うな一定温度であるいは順次連続的に加熱乾燥されてセ
ラミンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロビレ−
)。
ン、ポリアミド、ポリカーボネート等が好まし魚該セラ
ミックグリーンシートの厚みは0.01〜1龍程度が適
当であわ、好ましくは0.02〜0.5u1特に30〜
300ミクロンである。
本発明によれば、上記セラミックグリーンシートは、そ
のiま焼成して平坦なセラミックシートとすることがで
き、また該セラミックグリーンシートをトレー、シャー
レ、ロート、椀、ルツボ等に成形したのち焼成すれば、
これらの形状のセラミック成形体が得られる。また、こ
れらの形状に限定されるのではなく、グリーンシートを
機械的にあるいは手作業によって成形可能な形状であれ
ばいずれでもよい。なお、このような成形時のグリーン
シートの接合部の接着には、本発明でバインダーとして
使用される共重合体が好適に用いられるが、カルボキシ
メチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアル
コールやジブチルフタレート、ジオクチルフタレート等
のフタル酸エステル類等を用いることもできる。これら
をグリーンシートに塗布し、塗布面を重ね合わせて接合
する。
このようにして得られたグリーンシートは充分な強度と
可撓性を有するとともに均一な厚さを有し、表面滑性に
も優れたものである。これらのグリーンシートまたはそ
の成形体を、常法によシ焼成することによシ所望の形状
のシートないし成形体が得られる。例えば200〜50
0℃、好ましすることができる。脱脂炉および焼成炉の
雰囲気についても特に制限はなく、通常の大気雰囲気中
で行なうことができる。得られるセラミックシートは平
面平滑性が極めて優れているので、摺動部材として使用
することができる。
本発明を実施例によシ更に詳しく説明するが、本発明は
これらの実施例に限定されるものではない。なお、実施
例中の部は全て重量部を、俤は特にことわらない限シ全
て重i%を示すものとする。
なお、分子量は全て数平均分子量である。
実施例1 撹拌器、温度計、冷却管、窒素導入管、混合モノマー滴
下ロートおよび重合開始剤滴下ロートを備えたセパラブ
ルフラスコに、溶剤としてトルエン1208℃部を入れ
、窒素導入管よシ窒素を導入し、フラスコ内を窒素雰囲
気にした。次に混合モノマー滴下ロートへn−ブチルア
クリレート35牛虫%、n−ブチルメタクリレート45
%、アクリル酸2%、2−ヒドロキシエチルアクリレー
ト18%からなる混合モノマー100部を仕込み、重合
開始剤滴下ロートヘアゾビスイソブチロニトリル0.4
部を仕込んだ。60℃にフラスコの内温を調節しながら
混合モノマーおよび重合開始剤を撹拌しながら2時間か
けて滴下し、さらに60℃で2時間、次いで80℃で2
時間加熱後冷却し゛C1固形分濃度45係、分子量35
,000、ガラス転移温度−16℃のバインダーを得た
実施例2 実施例1と同様にエチルアクリレート40%、メチルメ
タクリレート1Ocl)、ラウリルメタクリレート43
%および2−ヒドロキシエチルアクリレート3%からな
る混合上ツマ−を用いて固形分濃度45%、分子量75
,000、ガラス転移温度=30℃のバインダーを得た
実施例3 実施例1と同様に、2−エチルへキシルアクリレート2
8%、n−ブチルアクリレート67%およびメタクリル
05%からなる混合モノマーを用いて固形分濃度40%
、分子u95,000、ガラス転移温度−7°Cのバイ
ンダーを得た。
実施例4 実施例1と同様に2−エチルへキシルアクリレ−ト23
.5%、2−エチルへキシルメタクリレート75係およ
びメタクリル酸1.5%からなる混合モノマーを用いて
、固形分濃度40係、分子量50.000、ガラス転移
温度−25℃のバインダーを得た。
実施例5 実施例1と同様に、n−ブチルアクリレート25係、イ
ソブチルアクリレート2o%、n−ブチルメ9 げクリレート30係、シクロへキシルメタクリレート2
4%およびアクリル酸1係からなる混合上ツマ−を用い
て固形分濃度40係、分子量30,000、ガラス転移
温度−2℃のバインダーを得た。
実施例6 101のトルエンにソルビタン脂肪酸エステルからなる
HLB8.6の界面活性剤230gを添加して溶解させ
、ホモジナイザーで激しく撹拌しながらイツトリアゾル
とジルコニアゾルの混合ゾルを61添加した。この混合
ゾルはYt OsがZr0t中に3モル係含有するよう
に調製され、ゾル濃度ばZrChとして3重i%であっ
た。該混合ゾルを添加後、さらに約1時間撹拌を行い、
W10型ゾルエマルションを調製した。次いで、このW
10型ゾルエマルションを撹拌しながら100%アンモ
ニアガスを流速200mt1分で約2時間吹き込みゾル
エマルションをゲル化させ、その後これを加熱共沸させ
ることにより水分を除去した。かくして得られる球状微
粉子を戸別した後メタノール11を用いて洗浄し150
°Cで30分間乾燥させ、次いで、800℃で2時間焼
成することによシ平均0.5ミクロンのY z Osが
3モル係含有の正方品の球状ジルコニア微粒子を得た。
なお、平均粒子径の標準偏差値は1.24であった。
実施例7 Yt0.として8モル係を含有するように塩化イツトリ
ウムおよびオキシ塩化ジルコニウムの混合水溶液を調製
した。液濃度はZr0hとして0.2モル/lとした。
撹拌器付種型反応器に水1.21を入れさらにアンモニ
ア水を加えてpHを8.5とした。これに上記混合水溶
液を減速毎分200eCの割合で、またアンモニア水(
28重f2%水溶液)を毎時200CCの割合で定量ポ
ンプを用いそれぞれ撹拌下注加した。反応器内の液量が
#1ぼ一定となるように別の定量ポンプで反応液を搬出
しながら中和共沈反応を連続的に行った。反応中pHが
8.5±0.2となるように該混合水溶液およびアンモ
ニア水の減速を微調整しながら中和共沈反応を行った。
搬出液中の水酸化物を濾過によシ母液よシ分離し、次い
で水洗いすることによシ塩化アンモニウムを除去した。
えられた水酸化物をn−ブタノール中に分散し、溶液温
度が105℃になるまで常圧蒸留を行うことにより脱水
を行い次いでこの脱水された酸化物を含むn−ブタノー
ル分散液を噴霧乾燥させ流動性のよい粉体をえた。この
粉体を950℃1時間焼成することによシ凝集塊の認め
られないイツトリア8モル係含有ジルコニア微粉末がえ
られた。
この微粉体の平均粒子径は0.05ミクロンであった。
実施例8 Y2O2として3モル係を含有するように塩化イツトリ
ウムおよびオキシ塩化ジルコニウムの混合水溶液を調製
した。液濃度はZrO2として0.2モル/lとした。
撹拌器付種型反応器に水1.21を入れさらにアンモニ
ウム水を加えてpHを8.5とした。これに上記混合水
溶液を減速毎分200CCの割合で、またアンモニウム
水(28重重量%溶液)を毎時200Ceの割合で定量
ポンプを用いそれぞれ撹拌下注加した。反応器内の液量
がほぼ一定となるように別の定量ポンプで反応液を搬出
しながら中和共沈反応を連続的に行った。反応中pHが
8,5±0.2となるように該混合水溶液およびアンモ
ニア水の減速を微調整しながら中和共沈反応を行った。
搬出液中の水酸化物を濾過によシ母液よシ分離し、次い
で水洗いすることによシ塩化アンモニウムを除去した。
該水酸化物をさらにアンモニアでpH9に調整した水溶
液中に撹拌下分散させ、該水酸化物中に残存する塩素を
除去し、ついで濾過によシ母液より分離する洗浄工程を
涙液中の塩素が1p−以下となるまで繰り返した。
ついで該洗浄済み水酸化物を1−プロパツール中に分散
し減圧加熱下、水酸化物中の水分を1−プロパノールと
の混合物として系外に除去して乾燥した後850℃で1
時間焼成した。
かくして得られた微粉末をついで樹脂製ボールミルを使
用し水に分散させ噴霧乾燥することにより凝集塊の認め
られないイツトリア3モル係含有ジルコニア微粉末がえ
られた。この微粉末の平均粒子径は0.03ミクロンで
あった。
実施例9 11のトルエンにソルビタン脂肪酸エステルからなる界
面活性剤10Fを添加し、溶解させ、ホモジナイザーで
激しく撹拌しながら8重量%のアルミナゾル0.81を
加え、さらに1時間撹拌を行いW10型ゾルエマルショ
ンを調製した。次いでこのW10型ゾルエマルションを
撹拌しながら100係アンモニアガスを流速20ゴ/分
で約2時間吹キ込みゾルエマルションをゲル化させ、そ
の後、これを加熱共沸させることによシ水分を除去した
かくして得られる球状微粒子を150℃で30分間乾燥
させ、次いで400℃で2時間焼成することによシ平均
1ミクロンのアルミナ球状微粒子を得た。なお、平均粒
子径の標準偏差は1.3であった。
実施例10 klkosとして0.3モル/lの濃度となるように硝
酸アルミニウム水溶液を調製した。撹拌器付種型反応器
に水1.21を入れさらにアンモニア水を加えてpHを
9とした。これに上記水溶液を減速毎分200eCの割
合で、またアンモニア水(28重重量%溶液)を毎時3
00CCの割合で定量ポンプを用いそれぞれ撹拌下注加
した。反応器内の液量がほぼ一定となるように別の定量
ポンプで反応液を搬出しながら中和反応を連続的に行っ
た。反応中pHが9±0.2となるように該水溶液およ
びアンモニア水の減速を微調整しながら中和反応を行っ
た。搬出液中の水酸化物を濾過により母液よシ分離し、
次いで水洗いすることによシ硝酸アンモニウムを除去し
た。
該水酸化物をさらにアンモニアでpH9に調整した水溶
液中に撹拌下分散させ該水酸化物中に残存する硝酸根を
除去し、ついで濾過によシ母液よυ分離する洗浄工程を
、ν液中の硝酸根が1四以下となるまで繰り返した。
ついで該洗浄済み水酸化物を1−プロパツール中に分散
し減圧加熱下水酸化物中の水分を1−プロパツールとの
混合物として系外に除去して乾燥した後1100’Cで
1時間焼成した。
かくして得られた微粉末を、ついでアルミナ製ボールミ
ルを使用し水に分散させ噴霧乾燥することにより凝集塊
の認められないアルミナ微粉末かえられた。この微粉末
の平均粒子径は0.1 ミクロンであった。
実施例11 実施例6で得られた平均粒子径が0.5ミクロンのイツ
トリア3モル係を含有する正方晶ジルコニア球状微粒子
100部とトルエン30部、酢酸エチル40部および分
散剤としてソルビタン酸エステル(ビオネット5−80
三洋化成工業■製)1.5部をボールミル中へ仕込み2
時間混練シした。
次いで実施例1で得られたバインダー25部、可塑剤と
してジオクチルフタレート1部を添加し、さらに22時
間混練りしてスラリーを得た。
このスラリーを200メツシユの金網を用いて濾過し4
Orplの速度で撹拌しながら熟成、次いで減圧脱泡し
て60ポイズの粘度に調整したのちドクターブレードを
用いてポリエチレンテレフタレートフィルム上にキャス
ティングし次いで50℃、80°C,120℃と順次加
熱して厚さ40ミクロンのジルコニアグリーンシートを
得た。
実施例12 実施例7で得られた1次粒子が0.05 ミクロンのイ
ツトリア8モル%を含有する立方晶ジルコニア微粉末1
00部と実施例2で得られたバインダー35部を用い、
可塑剤を添加しない他は実施例11と同様にして厚さ3
0ミクロンのジルコニアグリーンシートを得た。
実施例13 実施例6と同様にして得られた平均粒子径が2ミクロン
のイツトリアを3モル%含有する正方晶ジルコニア球状
微粒子100部を、実施例5で得られたバインダー15
部および可塑剤としてジブチルフタレート3部を用いた
以外は、実施例11と同様にして厚さ300ミクロンの
ジルコニアグリーンシートを得た。
実施例14 実施例8で得られた粒子径0.03ミクロンのイツトリ
ア3モル係を官有する正方晶ジルコニア微粉末と実施例
3で得られたバインダー40部を用いた他は実施例11
と同様にして厚さ20ミクロンのジルコニアグリーンシ
ートを得た。
実施例15 実施例9で得られた平均粒子径が1ミクロンのアルミナ
球状微粒子100部と実施例1で得られたバインダー1
5部を用いた以外は実施例11と同様にして厚さ80ミ
クロンのアルミナグリーンシートを得た。
実施例16 実施例10で得られた粒子径0.1ミクロンのアルミナ
微粉末100部に焼結助剤としてガラスフリット2部を
加えた粉体と、実施例2で得られたバインダー30部を
用いた以外は実施例11と同様にして厚さ50ミクロン
のアルミナグリーンシートを得た。
実施例17 実施例6で得られた平均粒子径が0.5ミクロンのイツ
トリアを3モル%含有する正方晶ジルコニア球状微粒子
97部を、実施例10で得られた粒子径0.1ミクロン
のアルミナ微粉末3部に、実施例4で得られたバインダ
ーを20部加えた以外は実施例1と同様にして厚さ75
ミクロンのジルコニア−アルミナグリーンシートを得た
比較例1 実施例6で得られた平均粒子径が0.5ミクロンのイツ
トリア3モル%を含有するジルコニア球状微粒子100
部とエチルアルコール35部、メチルエチルケトン35
部、分散剤としてグリセリルトリオレエート1.5部を
ボールミル中へ仕込み2時間混線シした。次いでポリビ
ニルブチラール(3000K 14気化学工業■製)3
0部オヨびジオクチルフタレート3部を添加し、さらに
22時間混線シしてスラリーを得た。
次いで実施例11と同様にして50ボイズの粘度に調整
しドクターブレードによるキャスティングによって厚さ
40ミクロンのジルコニアグリーンシートを得た。
実施例18 実施例11〜17および比較例1で得られたジルコニア
クリーンシート、アルミナグリーンシートおよびジルコ
ニア−アルミナグリーンシートの生密度とダンベル3号
機(JIS K 6301 )に打抜き引張シ速度1c
m/分で引張シ、破断時の伸びと強度を測定した。また
グリーンシートの可撓性、抗折性を10關φのガラス棒
への巻取シと折シ曲げたあとのシートの表面状態を、目
視によシ観察した。
これらの結果を第1表に示した。
次いで実施例11〜14および17および比較例1で得
られたジルコニアグリーンシートラ1,450℃で、実
施例15および16で得られたアルミナグリーンシート
を1,600℃で焼成してセラミックシートを得た。こ
れらのシートの密度、表面粗さおよび50X50+n+
a角の大きさに換算して凹曲面の最大深さ(ソリ量)を
測定し、表面状態を目視により観察した。
結果を第2表に示した。
実施例19 実施例6で得られた正方品ジルコニア微粒子100部、
トルエン30部、酢酸エチル40部および分散剤として
ソルビタン脂肪酸エステル(イオネット5−80、三洋
化成工業株式会社製)1.5部をボールミルに仕込み、
2時間混練した。ついで、実施例1で得られた共重合体
20部および可塑剤としてジオクチルフタレート1部を
添加し、さらに22時間混練してスラリーを調製した。
このスラリーを200メツシユの金網を用いて濾過し、
4Qrpmの速度で撹拌しながら熟成し、ついで減圧脱
泡して60ポイズの粘度に調整したのち、ドクタブレー
ドを用いて50℃、80°Cおよび120°Cと順次加
熱して厚さ200ミクロンと400ミクロンのジルコニ
アグリーンシートを得た。
この厚さ200ミクロンのジルコニアグリーンシートの
四隅を正方形に切断除去し、高さ5c!rL1長さ15
c7rL1幅15αの箱形成形体を手作業で得た。なお
、各片の接合部は、実施例1で得られた共重合体にトル
エンを添加して固形分濃度15%のバインダーとし、こ
れをハケで塗布して接合した。得られた箱形グリーンシ
ートをジルコニア微粉末を敷いたこう鉢中に置き、こう
鉢の上に蓋をして、脱脂炉にて250〜500℃まで今
昇温速度を0.5°C/分として500℃まで昇温せし
め、さらに500℃で2時間保持した。ついで、これを
電気炉にて1,000〜1,400’C1−1?昇温速
度1℃/分として1,400℃まで昇温せしめ、さらに
1.400℃で2時間保持して亀裂部や破損部が全くな
いジルコニア箱状物を得た。
実施例20 実施例19で得られた厚さ400ミクロンのジルコニア
グリーンシートを凸面と凹面とを有するプレスに挟持し
たのち、10 kg/crd −fの圧力、100℃の
温度で熱圧縮してトレー状グリーンシート成形体を得た
。これを実施例19と同様に脱脂、焼成して亀裂部や破
損部が全くないジルコニアトレーを得た。
実施例21 実施例19で得られた厚さ200ミクロンのジルコニア
グリーンシートを磁製ルツボの内面に沿って付着させ、
たわみ部分をメノウの乳棒で押しつけて均一にさせてグ
リーンシートのルツボ状成形体を得た。これを実施例1
9と同様に脱脂、焼成して亀裂部および破損部が全くな
いジルコニアルツボを得た。
比較例2 実施例19においてアクリル系共重合体20部の代シに
、ポリビニルブチラール樹脂20部を用いた以外は、実
施例19と同様にしてジルコニアグリーンシートを得た
。得られたグリーンシートを用いて実施例19と同様に
してジルコニア箱状体を製造したところ、折り曲げ部に
亀裂を生じた。

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.(A)平均粒径が0.01〜2ミクロンの範囲のジ
    ルコニアおよびアルミナよりなる群から選ばれた少なく
    とも1種のセラミック微粉末100重量部および (B)(a)炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数4
    〜8のシクロアルキル基を有するアルキルまたはシクロ
    アルキルアクリレート10〜50重量%、(b)炭素数
    1〜20のアルキルまたは炭素数4〜8のシクロアルキ
    ル基を有するアルキルまたはシクロアルキルメタクリレ
    ート30〜80重量%、(c)共重合性不飽和カルボン
    酸1〜5重量%、および (d)炭素数2〜10のヒドロキシアルキル基を有する
    ヒドロキシアルキルアクリレート0〜59重量%(ただ
    し、モノマー全体の合計は100重量%である) を共重合して得られる数平均分子量が10,000〜1
    00,000の範囲でかつガラス転移温度が−40〜0
    ℃の範囲である共重合体10〜40重量部よりなるセラ
    ミック前駆体組成物。
  2. 2.セラミック微粉末が球状微粒子である請求項1に記
    載の組成物。
  3. 3.アルキルまたはシクロアルキルアクリレート(a)
    のアルキル基が炭素数2〜8またはシクロアルキル基が
    炭素数5〜6を有し、アルキルまたはシクロアルキルメ
    タクリレート(b)のアルキル基が炭素数2〜8または
    シクロアルキル基が炭素数5〜6を有し、共重合性不飽
    和カルボン酸(c)がアクリル酸またはメタクリル酸で
    あり、かつヒドロキシアルキルアクリレート(d)が炭
    素数2〜4のヒドキシアルキル基を有するものである請
    求項1に記載の組成物。
  4. 4.共重合体(B)の数平均分子量が30,000〜7
    5,000であり、かつガラス転移温度が−30〜−1
    0℃である請求項3に記載の組成物。
  5. 5.セラミック微粉末の平均粒子径の標準偏差値が1〜
    1.5である請求項1に記載の組成物。
  6. 6.セラミック微粉末100重量部当り共重合体が15
    〜30重量部配合されてなる請求項1に記載の組成物。
  7. 7.(A)平均粒径が0.01〜2ミクロンの範囲のジ
    ルコニアおよびアルミナよりなる群から選ばれた少なく
    とも1種のセラミック微粉末100重量部および (B)(a)炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数4
    〜8のシクロアルキル基を有するアルキルまたはシクロ
    アルキルアクリレート10〜50重量%、(b)炭素数
    1〜20のアルキルまたは炭素数4〜8のシクロアルキ
    ル基を有するアルキルまたはシクロアルキルメタクリレ
    ート30〜80重量%、(c)共重合性不飽和カルボン
    酸1〜5重量%、および (d)炭素数2〜10のヒドロキシアルキル基を有する
    ヒドロキシアルキルアクリレート0〜59重量%(ただ
    し、モノマー全体の合計は100重量%である) を共重合して得られる数平均分子量が10,000〜1
    00,000の範囲でかつガラス転移温度が−40〜0
    ℃の範囲である共重合体10〜40重量部よりなるセラ
    ミック前駆体組成物の薄膜よりなるセラミックグリーン
    シート。
  8. 8.セラミック微粉末が球状微粒子である請求項7に記
    載のセラミックグリーンシート。
  9. 9.アルキルまたはシクロアルキルアクリレート(a)
    のアルキル基が炭素数2〜8またはシクロアルキル基が
    炭素数5〜6を有し、アルキルまたはシクロアルキルメ
    タクリレート(b)のアルキル基が炭素数2〜8または
    シクロアルキル基が炭素数5〜6を有し、共重合性不飽
    和カルボン酸(c)がアクリル酸またはメタクリル酸で
    あり、かつヒドロキシアルキルアクリレート(d)が炭
    素数2〜4のヒドロキシアルキル基を有するものである
    請求項7に記載のセラミックグリーンシート。
  10. 10.共重合体(B)の数平均分子量が30,000〜
    75,000であり、かつガラス転移温度が−30〜−
    10℃である請求項9に記載のセラミックグリーンシー
    ト。
  11. 11.セラミック微粉末の平均粒子径の標準偏差値が1
    〜1.5である請求項7に記載のセラミックグリーンシ
    ート。
  12. 12.セラミック微粉末100重量部当り共重合体が1
    5〜30重量部配合されてなる請求項7に記載のセラミ
    ックグリーンシート。
  13. 13.シートの厚みが0.01〜1mmである請求項7
    に記載のセラミックグリーンシート。
  14. 14.シートが基材の表面にコートされてなる請求項1
    3に記載のセラミックグリーンシート。
  15. 15.(A)平均粒径が0.01〜2ミクロンの範囲の
    ジルコニアおよびアルミナよりなる群から選ばれた少な
    くとも1種のセラミック微粉末100重量部および (B)(a)炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数4
    〜8のシクロアルキル基を有するアルキルまたはシクロ
    アルキルアクリレート10〜50重量%、(b)炭素数
    1〜20のアルキルまたは炭素数4〜8のシクロアルキ
    ル基を有するアルキルまたはシクロアルキルメタクリレ
    ート30〜80重量%、(c)共重合性不飽和カルボン
    酸1〜5重量%、および (d)炭素数2〜10のヒドロキシアルキル基を有する
    ヒドロキシアルキルアクリレート0〜59重量%(ただ
    し、モノマー全体の合計は100重量%である) を共重合して得られる数平均分子量が10,000〜1
    00,000の範囲でかつガラス転移温度が−40〜0
    ℃の範囲である共重合体10〜40重量部よりなるセラ
    ミック前駆体組成物スラリーを基材の表面に薄膜状にコ
    ーティングすることよりなるセラミックグリーンシート
    の製造方法。
  16. 16.セラミック微粉末が球状微粒子である請求項15
    に記載の方法。
  17. 17.アルキルまたはシクロアルキルアクリレート(a
    )のアルキル基が炭素数2〜8またはシクロアルキル基
    が炭素数5〜6を有し、アルキルまたはシクロアルキル
    メタクリレート(b)のアルキル基が炭素数2〜8また
    はシクロアルキル基が炭素数5〜6を有し、共重合性不
    飽和カルボン酸(c)がアクリル酸またはメタクリル酸
    であり、かつヒドロキシアルキルアクリレート(d)が
    炭素数2〜4のヒドロキシアルキル基を有するものであ
    る請求項15に記載の方法。
  18. 18.共重合体(B)の数平均分子量が30,000〜
    75,000であり、かつガラス転移温度が−30〜−
    10℃である請求項15に記載の方法。
  19. 19.セラミック微粉末の平均粒径の標準偏差値が1〜
    1.5である請求項15に記載の方法。
  20. 20.セラミック微粉末100重量部当り共重合体が1
    5〜30重量部配合されてなる請求項15に記載の方法
  21. 21.シートの厚みが0.01〜1mmである請求項1
    5に記載の方法。
  22. 22.基材が高分子基材である請求項15に記載の方法
  23. 23.スラリーが有機溶媒のスラリーである請求項15
    に記載の方法。
  24. 24.(A)平均粒径が0.01〜2ミクロンの範囲の
    ジルコニアおよびアルミナよりなる群から選ばれた少な
    くとも1種のセラミック微粉末100重量部および (B)(a)炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数4
    〜8のシクロアルキル基を有するアルキルまたはシクロ
    アルキルアクリレート10〜50重量%、(b)炭素数
    1〜20のアルキルまたは炭素数4〜8のシクロアルキ
    ル基を有するアルキルまたはシクロアルキルメタクリレ
    ート30〜80重量%、(c)共重合性不飽和カルボン
    酸1〜5重量%、および (d)炭素数2〜10のヒドロキシアルキル基を有する
    ヒドロキシアルキルアクリレート0〜59重量%(ただ
    し、モノマー全体の合計は100重量%である) を共重合して得られる数平均分子量が10,000〜1
    00,000の範囲でかつガラス転移温度が−40〜0
    ℃の範囲である共重合体10〜40重量部よりなるセラ
    ミックグリーンシートを焼成してなるセラミックシート
  25. 25.セラミツク微粉末が球状微粒子である請求項24
    に記載のセラミックシート。
  26. 26.アルキルまたはシクロアルキルアクリレート(a
    )のアルキル基が炭素数2〜8またはシクロアルキル基
    が炭素数5〜6を有し、アルキルまたはシクロアルキル
    メタクリレート(b)のアルキル基が炭素数2〜8また
    はシクロアルキル基が炭素数5〜6を有し、共重合性不
    飽和カルボン酸(c)がアクリル酸またはメタクリル酸
    であり、かつヒドロキシアルキルアクリレート(d)が
    炭素数2〜4のヒドロキシアルキル基を有するものであ
    る請求項24に記載のセラミックシート。
  27. 27.共重合体(B)の数平均分子量が30,000〜
    75,000であり、かつガラス転移温度が−30〜−
    10℃である請求項26に記載のセラミックシート。
  28. 28.セラミック微粉末の平均粒径の標準偏差値が1〜
    1.5である請求項24に記載のセラミックシート。
  29. 29.セラミック微粉末100重量部当り共重合体が1
    5〜30重量部配合されてなる請求項24に記載のセラ
    ミックシート。
  30. 30.シートの厚みが0.01〜1mmである請求項2
    4に記載のセラミックシート。
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