JPH01304902A

JPH01304902A - セラミックスの成形方法及び成形装置

Info

Publication number: JPH01304902A
Application number: JP13483388A
Authority: JP
Inventors: Tadaaki Matsuhisa; 松久　忠彰; Hiroyuki Iwasaki; 裕行岩崎
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1988-06-01
Filing date: 1988-06-01
Publication date: 1989-12-08
Also published as: JPH046521B2

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、真空土練工程により調製されたセラミックス
坏土を一旦坏土保持部に注入して保持した後、非透過性
型の成形面の一部を水との接触角が８０度以上の材料か
ら構成した成形型に加圧注入することによるセラミック
スの成形方法及び成形装置に関する。

［従来の技術］従来より比較的複雑な形状を有するセラミック成形体の
製造方法として、射出成形法、加圧鋳込成形法及び湿式
加圧成形法が知られている。

射出成形法は、セラミック粉末とポリエチレン、ポリス
チレン等の樹脂及びワックスから成る有機バインダーを
混合し、この混合原料を射出成形機により成形し、得ら
れた成形体を脱脂することによりセラミック成形体を得
る方法である。

加圧鋳込成形法は、セラミック粉末、水と解膠剤等の成
形助剤を混合して泥漿とし、この泥漿を鋳込型内に注入
し、泥漿を加圧して鋳込成形することによりセラミック
成形体を得る方法である。

また湿式加圧成形法は、セラミック粉末、水とバインダ
ー等の成形助剤を混合混練して坏土とし、この坏土を型
内に入れて加圧成形することによりセラミック成形体を
得る方法である。

［発明か解決しようとする課題］しかしながら、上記従来の射出成形法にあっては、射出
成形で得られる射出成形体の脱脂工程に長時間を要する
という欠点がある。

また、加圧鋳込成形法では、成形後の保形性が悪く、離
型し難いばかりでなく、複雑な形状品は型合わせの面よ
りスリップ漏れを起しやすく、成形時間に長時間を要す
る等の欠点がある。

さらに、湿式加圧成形法では離型し難く、クラックか発
生しやすいという問題がある。

［課題を解決するための手段コそこで本発明者は、上記の問題点に鑑み、鋭意検討を重
ねた結果、本発明に到達した。

即ち、本発明によれば、真空土練工程により調製された
セラミックス坏土を、一旦坏土保持部に注入して保持し
た後、該セラミックス坏土を、非透過性型、または透過
性型と非透過性型の組合せから成り、該非透過性型の成
形面の一部を水との接触角が８０度以上の材料から構成
した成形型に加圧注入することを特徴とするセラミック
スの成形方法、および、真空土練工程により調製された
セラミックス坏土を注入・保持するための注入・保持手
段と、該注入・保持手段からのセラミックス坏土を加圧
・注入するための成形型であって、非透過性型、または
透過性型と非透過性型の組合わせから成り、該非透過性
型の成形面の一部を水との接触角が８０度以上の材料か
ら構成した成形型とから成ることを特徴とするセラミッ
クスの成形装置、か提供される。

本発明において、セラミックス坏土を加圧注入する成形
型としては、非透過性型の成形面の一部を水との接触角
か８０度以上の材料から構成している。すなわち、非透
過性型、または透過性型と非透過性型の組合せから成る
成形型において、非透過性型の成形面の一部を例えば、
ポリテトラフルオルエチレン等のフッ素樹脂など、水と
の接触角が８０度以上、好ましくは８５度以上、より好
ましくは９０度以上の材料によって形成することにより
、成形体との離型性が良くなるのである。

水との接触角か８０度より小さいと、離型性が悪くなる
。特にセラミックタービンローターの如き複雑な形状物
を成形する場合、水との接触角が９０度以上の材料を用
いることは離型による欠損がない点から好ましい。

非透過性型の成形面の一部を構成する、水との接触角か
８０度以上の材料としては、ポリテトラフルオルエチレ
ン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリト
リフルオルクロルエチレン、テトラフルオルエチレン−
バーフルオルアルキルビニールエーテル共重合体等のフ
ッ素樹脂のほか、ポリプロピレン、各種ワックス類、等
が挙げられる。

また、前記材料により非透過性型の成形面の一部を構成
する手段としては、この材料で非透過性型自体を作成し
てもよいか、経済性の面から非透過性型の成形表面に被
覆することにより行うことが好ましい。また、前記材料
としてフッ素樹脂等を用いれば、金属製の非透過製型に
も容易に直接被覆することができる。

また本発明で用いる透過性型としては、従来公知のもの
が使用できる。透過性型は、空気の除去を良くするため
、通気性が良く、一方、型自体の強度を保障し得るもの
であることが必要で、通常、平均孔径が０．１〜５０Ｊ
Ｌｍのものが使用される。また、平均孔径か異なる型て
成形面層を０゜１〜５０ＪＬｍの孔径とし、下面層を５
０〜５００ｇｍ程度の粗い孔径とした組合せからなる二
層構造の型も使用することができる。透過性型の材質は
限定されず、吸水性のよい石膏の如き材質のほか、樹脂
、セラミックス、金属およびそれらの複合材料等を用い
ることもできる。

また、本発明に使用する非透過性型としては従来一般に
使用されているものを用いることができ、例えば金型の
ほか合成樹脂型、ゴム型を用いることができる。

本発明に用いるセラミックス坏土は、焼結助剤を含むセ
ラミック粉末、成形助剤及び水から成るものである。

セラミック粉末としては従来より知られているアルミナ
、ジルコニア等の酸化物のほか、いわゆるニューセラミ
ックスとして知られている窒化珪素等の窒化物、炭化珪
素等の炭化物、およびこれらの複合材料等を使用するこ
とができる。

焼結助剤としては特にその種類を限定されるものではな
く、一般に知られているＭｇ、Ａｎ、Ｙ、Ｃｅ、Ｚｒ、
Ｓｒ、Ｂ、Ｔａ等の酸化物、窒化物、炭化物等の焼結助
剤を用いることができ、使用するセラミック粉末により
適宜選ばれる。

セラミックス坏土の調合割合は、セラミック粉末１００
重量部、水１０〜４５重量部、成形助剤０．１〜３０重
量部、好ましくはセラミック粉末１００重量部、水１５
〜３５重量部、成形助剤０．６〜１５重量部である。ま
た、より好ましい水の配合割合は１０〜２５重量部であ
る。水の配合割合が１０重量部未満の場合は混線性が悪
く、均質な成形用坏土が得られず、４５重量部を超える
と得られる成形体の密度か低くなって焼成収縮が大きく
なり、寸法精度の高い製品を得にくくなる。

一方ハインダー、分散剤等の成形助剤が０．　１重量部
未満であるとその効果がなく、３０重量部を超えると成
形助剤の除去に時間かかかると共に製品にクラックが発
生しやすくなり好ましくない。

真空土練工程によってセラミックス坏土を調製する場合
、真空土練機は一般に使用されているバックミルとオー
ガーマシンとを組合わせた装置を使用することかでき、
均質で欠陥のない坏土を得るには、オーガースクリュー
、柱環、口金等の構造及び押出しスピード、坏土の温度
調整等を考慮する必要がある。

真空土練工程の真空度は減圧状態であればよいが、通常
６０　ｃｍＨｇ以上が好ましい。減圧状態になることに
よって水の拡散が著しくなり、坏土の水膜の生成が速く
なって均質な坏土か得られる。又、セラミックタービン
ホイールの如く高強度が要求される製品には、坏土中の
気泡が破壊発生の原因となるため、真空度は７０　ｃｍ
Ｈｇ以上であることか好ましい。

次に本発明においては、真空土練工程により所定に調製
されたセラミックス坏土を、一旦坏土保持部に注入して
保持させている。真空土練工程と成形工程を分けること
により、加圧圧力を高くする、加圧注入スピードを速く
する等の成形条件が成形体にあわせて容易に設定でき、
更に温度分布差のない均質な坏土な準備することができ
、成形欠陥のない成形体を得ることができる。また、坏
土保持部の坏土接触部に水との接触角が８０度以上の材
料を用いることにより、坏土保持部と坏土の摩擦が少な
くなり、圧力損失及び摩擦熱を小さくすることかでき好
ましい。

坏土保持部（即ち、注入・保持手段）としては具体的に
はプランジャー式押出機が好ましく用いられるが、その
他通常のシリンダー等も用いることかできる。

坏土保持部の成形型への注入口の大きさは、成形体の形
状・容積等によってそれぞれ設定する必要があり、坏土
保持部と坏土の摩擦を小さくするため、注入口の大きさ
は大きいほうが好ましい。

一方、セラミックス坏土の成形型への加圧圧力としては
、好ましくは５　ｋｇ／ｃ＋＊２以上、更に好ましくは
１０　ｋｇ／ｃｍ２以上を用いる。圧力か５　ｋｇ／ｃ
ｍ２より小さいと、坏土か充填されなかったり、また成
形体の密度か低くなって変形を起し易い。

又、加圧圧力としては、７００　ｋｇ／ｃ＊２を超える
高圧を用いることも可能であるが、高圧になることによ
り、成形型が大きく且つ重くなること、更に成形機が大
型化すること等から操作性か悪くなる。このため７００
　ｋｇ／ｃ墓２以下２以下うことか好ましい。

セラミックス坏土を成形型に注入する時の加圧注入スピ
ードは加圧注入スピード（ｃｍ’／５ｅｃ）と成形体表
面積（ｃ＋＋＋２）との比（加圧注入スピード／成形体
表面積）か０．７以上乃至１０以下であることが望まし
い。

上記の比か０．７未満では成形体の表面にクラツクやシ
ワ等の欠陥が発生しやすい。一方、上記の比か１０を超
えても成形は回走であるが、成形装置が大型化するため
操作性か悪く、また必要以上の経費を要し経済的でない
。

［実施例］以下、実施例に基き本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明かこれら実施例に限定されないことは明らかであ
ろう。

（実施例１）焼結助剤を含むＳｉＣ粉末（平均粒径０．７．ｐｍ）１
００重量部に、水２５重量部、成形助剤としてバインダ
ー５重量部、分散剤ｌｉ量部を調合し、加圧ニーダ−に
て混練した。その後表−１に示す真空度で真空土練を行
ない、６０■（φ）ｘ１００■（長さ）の坏土を揃々押
出した。次に第１図に示すタービンローター（翼径８５
ｍｍφ、翼高３０■）用の成形装置の坏土保持部５に坏
土保持部注入口１１より前記坏土９を注入後、加圧用ピ
ストン８を降下させ、坏土保持部注入口１１を密閉後、
排出ロアより坏土保持部５の真空脱気を行なった。

その後表−１に示す加圧力により、注入口６（１２ｍｍ
（φ）〕より加圧注入を行ない、２０秒後に離型し、表
−１に示すような成形体を得た。

なお、比較のため、真空土練を行なわず加圧ニーダ−に
て混練しただけの坏土の成形及び第１図に示す非透過性
型１．３及び非透過性スライドコア２の成形体面には、
テフロン（ポリテトラフルオルエチレン、接触角（θ）
１０８度）コーティングが施されていない場合の成形も
同時に行い、表−１に示すような成形体を得た。

次に、成形体を恒温恒湿器を用いて５°Ｃ／ｈｒの昇温
をしてｌＯＯ″Ｃで５時間、湿度は９８％から徐々に低
下させながら乾燥した。

表−１から明らかなように、本発明の成形方法及び成形
装置を用いることにより、成形体の離型性がよく、外観
クラックおよび乾燥後のクラックもない良好な成形体か
得られることがわかる。

（実施例２）焼結助剤を含むＳｉ、Ｎ、粉末（平均粒径ｌＪＬｍ）と
、成形助剤、水を表−２に示すように調合し、加圧ニー
ダ−を用いて混練し、その後真空土練機（真空度７５　
ｃｍＨｇ）にて６０■（φ）　ｘ　７０ｍｍ　（長さ）
の形状をした坏土を揃々押出した。次に第２図に示す４
枚の翼形状（翼径９０ｍｍ　（φ）、翼高４０■〕をし
た成形型の翼部１０の表面に接触角の異なった材料を固
着させ１表−２に示す成形条件で前記の如く調製された
坏±９を用いて５００　ｋｇ／Ｃ１１２の圧力で注入口
６（２４＋ｌ■（φ））より加圧注入し、１０秒後に離
型して表−２に示すような成形体を得た。

表−２から明らかなように、成形型表面に接触角（θ）
８０度以上の材料を用いることにより良好な成形体が得
られることが判った。又、さらに複雑形状のタービンロ
ータ等を成形する場合には、より離型が困難となるため
、僅かなカケも発生しない接触角（θ）９０度以上の材
料を用いることが必要なことが明らかである。

次に成形体を恒温恒湿器を用いて５°Ｃ／Ｈｒの昇温を
して１００℃で５時間、湿度は９８％から徐々に低下さ
せながら乾燥をした。次に、熱風循環式電気炉を用い、
ｓ　ｏ　ｏ　’ｃで１０時間脱脂し、その抜水のうに詰
め、３トン／ｃｍ２の圧力にてラバープレス成形をし、
その後Ｎ２雰囲気中で１７３０°Ｃにて１時間の焼結を
行ない、焼結体を得た。

（以下、余白）（実施例３）焼結助剤を含むＳｉ３Ｎ、粉末（平均粒径０．８ｇｍ）
１００重量部に水２４重量部、成形助剤と′してバイン
ダー３重量部、分散剤０．５重量部を調合し、加圧ニー
ダ−にて混練した。その後、真空土練（真空度７６　ｃ
ｍｌｌｇ）を行ない、６０■（φ）×：ｌＯＯ■（長さ
）の坏土を押出した。次に第３図に示すテストピース型
（６０ｍｍＸ　６０ｍｍ）　、第４図に示すピストンキ
ャビティー型（外径１０ｈａ（φ）×高さ２５ａｍ）及
びタービンローター型（翼径７５ｍｍ　（φ）、翼高３
５ｍｍ）をそれぞれ成形装置にセットし、前記調製され
た坏土な坏土保持部注入口１１より坏土保持部５に注入
後、加圧用ピストン８を降下させ、坏土保持部注入口１
１を密閉後、排出ロアより坏土保持部５の真空脱気を行
なった。その後、表−３に示す成形条件で注入口６より
加圧注入を行ない、１５秒後に離型し、表−３に示すよ
うな成形条件にて成形し、表−３に示す成形体を得た。

なお、非透過性型ｌ、３及び非透過性スライドコア２の
成形体面には、テフロン〔ポリテトラフルオルエチレン
、接触角（θ）９０度〕コーティングが施しである。

表−３から明らかなように、本発明の成形方法及び成形
装置を用いることにより、成形体の離型性がよく、外観
クラックのない良好な成形体か得られることがわかる。

また、成形型の空気の抜けが悪い部分には透過性型の設
置のみ、あるいは、透過性型から真空脱気することによ
り、外観上より良好な成形体か得られることがわかる。

さらに、加圧注入スピード／成形体表面積が０．７以上
において外観クラック、シワのない成形体が得られるこ
とがわかる。

（以下、余白）［発明の効果］以上説明したように、本発明のセラミックスの成形方法
及び成形装置によれば、成形時間が短く、成形時に漏れ
が生じず、さらに離型性が良く、外観にクラック、変形
がない良好な成形体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はそれぞれ本発明の実施例であるセラミ
ックスの成形装置を示す断面図である。ｌ・・・非透過性型、２・・・非透過性スライドコア、
３・・・非透過性型、４・・・透過性型、５・・・坏土
保持部、６・・・注入口、７・・・排出口、８・・・加
圧用ピストン、９・・・坏土、１０・・・翼部、１１・
・・坏土保持部注入０．１２・・・排出口。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空土練工程により調製されたセラミックス坏土
を、一旦坏土保持部に注入して保持した後、該セラミッ
クス坏土を、非透過性型、または透過性型と非透過性型
の組合せから成り、該非透過性型の成形面の一部を水と
の接触角が８０度以上の材料から構成した成形型に加圧
注入することを特徴とするセラミックスの成形方法。
（２）真空土練工程により調製されたセラミックス坏土
を注入・保持するための注入・保持手段と、該注入・保
持手段からのセラミックス坏土を加圧・注入するための
成形型であって、非透過性型、または透過性型と非透過
性型の組合わせから成り、該非透過性型の成形面の一部
を水との接触角が８０度以上の材料から構成した成形型
とから成ることを特徴とするセラミックスの成形装置。