JPH02290642A - セラミックス中子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセラミックス中子の製造方法に関する。さらに
くわしくは、シリカ質よりなる多孔質セラミックス中子
の５０ａ方法に関する。

【従来の技術］ 精密鋳造用セラミックス中子の特性として、ワックス模
型製造時の強度に耐え、かつ金属鋳造時の寸法精度およ
び耐熱性にすぐれていることが要求されており、現在非
品質シリカを主成分とするセラミックス焼結体が用いら
れている。このようなセラミックス中子は非品質シリカ
を主成分とし、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などをバイ
ンダーとして用い、射出成形法や圧縮成形法によってグ
リーン体を成形し、脱脂・焼結させることによって製造
されている。たとえば、特開昭６３−２４８７７５号公
報明細書に示されているように、パラフィンワックス、
ステアリン酸金属塩および脂肪酸よりなるバインダーと
非品質シリカおよびジルコンよりなるセラミックスを射
出成形してなるグリーン体を脱脂・焼結し、セラミック
ス中子を製造する方法が提案されている。

しかしながら、このような内部が緻密な中子を用いた場
合、金属を鋳造した後、中子を除去するためには苛性ソ
ーダ水溶液を用いる方法が一般的であった。苛性ソーダ
水溶液を用いた場合、スラヅジが発生したり、廃液の処
理などで問題があった。このようなことから、セラミッ
クス中子を除去する方法として、加熱後振動を加えるな
どの方法が提案されている（特開昭５２−　１５２８２
１号）が、中子が緻密なために充分な効果を期待するこ
とができなかった。

［発明が解決しようとする課題１ これらのことから、複雑な形状を有し、ワックス型製造
時の強度に耐え、金属鋳造後の中子の除去を加熱・振動
やショットブラストなどの機械的方法で容易に行うこと
が可能なセラミックス中子を得ることはいまだに解決さ
れていない。

以上のことから、本発明は、これらの欠点がなく、すな
わち複雑な形状を有し、かつ金属鋳造後の中子除去が加
熱・振動やショットブラストなどの機械的方法で除去す
ることができるセラミックス中子の製造方法を提案する
ことを目的とするものである。

［課題を解決するための手段および作用］本発明にした
がえば、これらの課題は、（Ａ）焼結性シリカ質、（Ｂ
）昇華温度が１５０℃以上である昇華性物質およびＦＣ
＋バインダーとからなる焼結性物質含有混合物を射出成
形させ、得られる成形体を脱脂・焼結させることによる
セラミックス中子の製造方法であり、該混合物中のバイ
ンダーの混合割合は５．０〜４０重１％であり、かつ焼
結性シリカ質および昇華性物質の合計量中に占める昇華
性物質の割合は１０〜７０重量％であるが、全混合物中
の焼結性シリカ質の混合割合は少な《とも５０重量％で
あることを特徴とするセラミックス中子の製造方法、に
よって解決することができる。以下、本発明を具体的に
説明する。

本発明における焼結性物質含有混合物は本質的に焼結性
シリカ質、昇華性物質およびバインダーからなる。

（Ａｌ焼結性シリカ質 本発明において使われる焼結性シリカ質は本質的にシリ
カよりなり、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコ
ン（ジルコニア・シリカ）などを一種または二種以上含
有するものである。該焼結性シリカ質中のシリカの含有
量はＳｉＯｚとして少な《とも６０重量％である。焼結
性シリカ質中のシリカの含有徹が６０重量％未満の場合
では、金属鋳造のさい、中子にクラックが発生し易いた
めに好ましくない。該焼結性シリカ質の平均粒径は０．
１〜５００４ｇ＋であり、０．１〜２００　μｍが好ま
しく、特にｏ．＋−ｉｏｏμＩが好適である。焼結性シ
リカ質の平均粒径が０．１ｕｍ未満の場合では、混合物
を製造するさいに混線時において分散が困難である。一
方、５００μｍを超えると、中子成形体を焼結するさい
に保形性がよくない。

（ロ）昇華性物質 また、本発明において用いられる昇華性物質の融点は１
５０℃以上であり、　１６０℃以上が望まし《、とりわ
け１７０℃以上が好適である。昇華温度が１５０℃未満
の胃華性物質を用いると、焼結性物質と混練したり、後
記の射出成形を行うさいに内部にボイドが発生するなど
の問題がある。また、昇償澗度の上限は一般には８［）
０℃である。昇華冫品度が８００℃を超えた昇華性物質
を用いると、焼結不能になるために好まし《ない。好適
な昇華性物質としては、メラミン、シアヌール酸、メラ
ミンシアヌレートなどをあげることができる。

該昇華性物質の平均粒径は、通常０．５〜１００μｍで
あり、０．５〜８０μｍが好ましい。平均粒径が０．５
ｕａ＋未満の昇華性物質を使用すると、混練が困難であ
る。一方、　１００μｍを超えた昇華性物質を使うと、
脱脂焼結時の保形性が低下すると共に焼結体の密度が低
下するために好まし《ない。

（Ｃ）　バインダー さらに、バインダーとして使用可能な樹脂としては、メ
チレン系重合体、スチレン系重合体、ブロビレン系重合
体、エチレンー酢酸ビニル共重合体、アルキル（一般に
は、炭素数　６個以下）メタアクリレートを主成分（５
（ｌ重量％以上）とする重合体（たとえば、ポリメチル
メタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリブチ
ルメタクリレート）およびアルキル（通常炭素数　６個
以下）アクリレートを主成分（５０重量％以上）とする
重合体（たとえば、ポリメチルアクリレート、ポリエチ
ルアクリレート、ポリブチルアクリレート）があげられ
る。以上において、“系重合体”とは該モノマーの単独
重合体および該モノマーを主成分（少なくとも５０重量
％）とし、他のモノマーの単独重合体を意味する。これ
らのバインダーの数平均分子量［蒸気圧浸透法（　ｖａ
ｐｏｒｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｏｓｍｏｍｅｔｅｒ法）によ
って測定］は通常２０００ないし５０万であり、４００
０以上のものが好ましい。これらのバンダーはセラミッ
クス材料と混合して焼結物質を製造する分野において広
く使われているものである。

（Ｄｌ混合割合 本発明の焼結性物質含有混合物において、焼結性シリカ
質と昇華性物質との合計量中に占める昇華性物質の混合
割合は１０〜７０重量％であり、１０〜６５重量％が望
ましく、とりわけ１０〜６０重量％が好適である。焼結
性シリカ質と昇華性物質との合計量中に占める昇華性物
質の混合割合がＩＯ重量％未満では、加熱・振動やショ
ッ１・ブラストで中子が破壊されない。一方、７０重量
％を超えるならば、焼結が困難になるとともに、ワック
ス型製作時に中子が破壊されてしまう。

また、焼結性物質含有混合物中に占めるバインダーの混
合割合は５〜４０重屑％であり、１０〜４０重晴％が望
ましく、とりわけ１０〜３０重量％が好適である。焼結
性物質含有混合物に占めるバインダの混合割合が５重量
％未満では、混合物の混線性、成形性および分散性が悪
いばかりでなく，均＝−な混合物を製造することが困難
であり、たとえ均一な混合物が得られたとしても、良好
なグリーン体を得ることができない。一方、４０市量部
を超えると，グリーン体物質（強度、保形性）はよいが
、脱バインダー後の密度が低く、さらに焼結しにくい。

該焼結性物質含有混合物中の焼結性シリカ獅質の混合割
合は少な《とも５０重量％であり、５５重π％以上が望
まし《、とりわけ６０重量％が好適である。該焼結性物
質含有混合物中の焼結性シリカ質閣の混合割合が５０重
量％未満では、焼結が困難になるとともに、脱脂・焼結
時に有害な変形が発生する。

ｆＥＩ　Ｕ合物の′ｌＡ造 本発明の焼結性物質含有混合物を製造するには、以上の
焼結性シリカ質、胃前性物質およびバインダーを均一に
混合すればよい。混合方法としては、全混合成分を同時
に混合してもよ《、また、混合成分のうちの一部をあら
かじめ混合して得られる混合物に残りの混合成分を混合
させてもよい（たとえば、焼結性シリカ質と昇華性物質
とを混合して得られる混合物にバインダーを混合する）
。

さらに、必要に応じて，脂肪酸アミド、脂肪酸またはそ
のエステル、脂肪族アルコール、フタル酸エステル、脂
肪族エーテル、バラフィンワックス、シラン系またはチ
タネート系カップリング剤などのハロゲンを含有しない
加工助剤を添加することができる。このさい、加工助剤
の添加量は焼結性シリカ質１００ｆｆｉｆｆｉ部に対し
て多くとも２０市量部であり、特に１０重川部以下が好
ましい。

混合方法としては熱可塑性樹脂の分野において［９に使
われているヘンシェルミキサーのごとき混合機を用いて
ドライブレンドさせても製造することができるし、バン
バリーミキサー、ニダー、ロールミルおよびスクリュー
式押出機のごとき混合機を使用して溶融混練させても得
ることができる。このさい、あらかじめドライブレンド
し、得られる混合物を溶融混練させることによって均一
状の混合物を得ることができる。この場合、一般には溶
融混練させた後ペレット状物に成形し、後記の射出成形
に供する。

ｆＦ）射出成形 このようにして得られる焼結性物質含有混合物は合成樹
脂の分野において通常実施されている射出成形法によっ
て各種の形状を有する中子用成形体に賦形される。なお
、前記の溶融混練する場合でも、成形する場合でも、使
用されるバインダーの軟化点以上の温度であるが、焼結
性シリカ質の界范温度よりも低い温度範囲で実施する必
要がある。これらのことから、溶融混練およびｑ＝ｔ出
成形は１００〜２５０℃の温度範囲で実施すればよい。

得られる中子用成形体の厚さは一般には０．２〜２００
　ｍｍであり、　０．　５　〜１５０ｎ＋ｍが好まし《
、特に１．０〜１５０　ｍｍが好適である。この成形体
の厚さが２００ｍｍを超えるならば、後記の脱脂、焼結
を行なった場合、成形体の表面にフクレが発生したり、
クラックが発生する。該成形体の形状は特に限定するも
のでないが、その代表例として扱状、棒状、箱状、バイ
ブ状、円筒状などがあり、その他の複雑な形状を有する
ものでもよい。

このようにして得られた中子用成形体は後記の脱脂およ
び焼結に供せられる。

ｆＧ］脱脂 得られた中子用成形体は室温より雰囲気の温度を上昇さ
せ、本質的にバインダーおよび昇華性物質がな《なるま
で脱脂を実施する。このさい、脱脂の最高温度は通常２
００”Ｃ以上である。一般に、中子用成形体の厚さが厚
い程、最高温度が高い温度まで脱脂する必要がある。ま
た、温度の上昇速度は通常１時ｕ■当りｌ−１ｆ１０℃
（好ましくは、１〜８０℃）である。上昇速度は成形体
の厚さが薄い場合では、速い速度で上昇させてもよいが
、厚い場合では、成形体にフクレなどの変形が発生する
。この脱脂工程は１気圧下で行なってもよ《、減圧下ま
たは加圧下で実施してもよい。さらに、アルミナのごと
く酸化物を焼結性物質として使用する場合、空気中で行
なってもよいが、窒化珪素、炭化珪素のごとき非酸化物
を用いる場合、窒素、アルゴンなどの不活性ガスの雰囲
気中で行なうことが好ましい。

この脱脂は成形体が比較的に薄い場合、成形体中に可成
りのバインダーおよび昇華性物質が残存してもよいが、
比較的に厚い場合では、成形体中にバインダーおよび昇
華性物質が本質的になくなるまで脱脂する必要がある。

前者の場合でも、成形体中に残存するバインダーおよび
昇華性物質の含有量は５重量％以下である。

（旧焼結 このようにして脱脂された中子用成形体は一般に行なわ
れている方法に従って焼結される。焼結はシリカ質に添
加されている他の焼結性物質の量と種類によって異なる
が、一般には９００〜１，４００℃の温度範囲で行なわ
れる。

［実施例および比較例］ 以下、実施例によって本発明をさらに《わし《説明する
。

なお、実施例および比較例において、気孔径は．ＪＩＳ
　Ｒ−２２０５にしたがって測定した。

脱脂は電気炉（内容ｆｌ　　２，０００　ｃｃ）を使っ
て窒素の雰囲気下で２０℃／時間で４５時間かけて５０
０℃まで昇濡させた。また、焼結は上記と同じ電気炉を
用い、大気圧下で９０℃／時間で昇温させた。

実施例および比較例において使用した焼結性シリカ質、
昇華性物質およびバインダーの種類および物性を下記に
示す。

［（Ａ）焼結性シリカ質］ 焼・粘性シリカ質として、平均粒径が１８μＩであり，
非晶質シリカ６５重量％、かつ平均粒径がｌμＩであり
、しかもアルミナ５重量％および平均粒径がｌロμｍで
あるジルコニア３０重１％よりなる混合物〔以下「シリ
カ質（ａ）」と云う１ならびに上記非晶性シリカ８０重
喰％および平均粒径が５μｍであるジルコン２０重量％
よりなる混合物［以下［シリカ質（ｂ）」と云う］を使
った。

［（Ｂ）昇華性物質〕 また、昇華性物質として、平均粒径が２．３ａｍであり
、かつ昇壱温度が３５０℃であるメラミンシアヌレート
（以下「化合物（ｌ）」と云う）および平均粒径が１．
８μｍであり、かつ昇＠温度が２２０℃であるメラミン
（以下「化合物（２）」と云う）を用いた。

［（Ｃ）バインダー］ さらに、バインダーとして、平均分子量が約２０万であ
るボリメタアクリル酸ブチルｌ００重量部に１５重量部
のジブチルフタレートおよび３０重遣部のステアリン酸
を添加したバインダー（以下「バインダー（Ａ）」と云
う）および該ボリメタアクリル酸ブチル５０重看部、平
均分子量が２万であるアモルファスボリブロビレン５０
重量部にジブチルフタレートＩＯ市量部およびステアリ
ン酸１５重量部を添加したバインダー（以下「バインダ
ー（Ｂ）」と云う）を使用した。

実施例１〜６、比較例１〜４ 第１表に種類および焼結性シリカ質とＷ’Ｊ性物質との
合計量中に占める配合割合が示されている焼結性シリカ
質ならびに第１表に種類が示されている昇華性物質なら
びに第１表に種類および焼結性シリカ質、昇華性物質お
よびバインダーとの合計量中に占める配合割合が示され
るバインダーをあらかじめヘンシェルミキサーを使って
それぞれ２分間ドライブレンドを行なった。得られた各
混合物をベント付二軸押出ＩＩ（径　３５ｍｍ）を用い
て１５０℃の温度において混練しながらペレットを製造
した。それぞれのペレットを射出成形機（樹脂温度　１
５０℃）を使用して両端部の外径が８ｍ＋＋＋、中央部
の外径が１５ｍｏ＋％内径が４ｍｍ、長さが５Ｏｎ＋ｍ
のバイブ状の中子を作成した。得られた各中子用成形体
を脱脂炉を使って前記の条件で脱脂・焼結を行ない、セ
ラミックス中子を製造した。得られた各多孔質中子の外
観および気孔率を第１表に示す。また、これらの中子を
用いて外径が４０＋ｍｎの耐熱鋼棒状体をワックス型で
製造し、鋳造した。得られた鋳造体に約１ｍｍのショッ
トを吹きつけ、中子の除去状態を観察した。全実施例で
得られた中子の外観はすべて良好であり、ショットブラ
スト後の中子の除去状態では、完全に除去することがで
きた。しかし、比較例ｌでは、中子にクラックが発生し
、鋳造テストを実施しなかった。また、比較例２では、
中子の外観は良好であったが、ショットブラスト後の中
子の除去が不完全であった。なお、比較例３では混線が
不可能であった。

さらに、比較例４では、脱脂時において中子用成形体が
変形した。

（以下余白） 〔発明の効果〕 本発明方法によって得られるセラミックス中子は、その
混合物および成形体の製造ならびに焼結後の特性を含め
て下記のごとき効果を発揮する。

ｆｉｌ　１練性がすぐれ、かつ二次凝集などの発生がな
い。

（２）流動特性が良好なために複雑な形状を有する中子
についても賦形が容易である。

（３）気孔率の制［卸が容易であり、ショットブラスト
による中子の破壊除去を制御することができる。

本発明方法によるセラミックス中子は以上のごとき効果
を発揮するために多方面にわたって利用することができ
る。代表的な用途を下記に示す。

（ｌ）自動車用部品 （２）家庭用電気ｍ器用部品 ｛３｝その他の各種工業用部品

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （Ａ）焼結性シリカ質、（Ｂ）昇華温度が１５０℃以上
   である昇華性物質および（Ｃ）バインダーとからなる焼
   結性物質含有混合物を射出成形させ、得られる成形体を
   脱脂・焼結させることによるセラミックス中子の製造方
   法であり、該混合物中のバインダーの混合割合は５．０
   〜４０重量％であり、かつ焼結性シリカ質および昇華性
   物質の合計量中に占める昇華性物質の割合は１０〜７０
   重量％であるが、全混合物中の焼結性シリカ質の混合割
   合は少なくとも５０重量％であることを特徴とするセラ
   ミックス中子の製造方法。