JPH04147804A - セラミックスの泥漿鋳込み成形方法 - 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の泥漿鋳込み成形方法に関し、更
に詳しくは、成形時の成形体の収縮を抑制し、大型で複
雑形状のセラミックス部材の成形でも、成形体に割れか
生じない泥漿鋳込み成形方法に関する。

〔従来の技術及び発明か解決しようとする課題〕セラミ
ックスの泥漿鋳込み成形方法は、セラミックス原料、バ
インダー成分及び水等の媒体からなる泥漿を石膏型など
の透水性成形型に注入し、泥漿の水分を成形型に吸収透
過させて所望の形状の成形体を得る方法である。上記で
得られた成形体は脱脂処理の後、焼成して最終セラミッ
クス部材とされる。

従来のセラミックスの泥漿鋳込み成形方法においては、
アクリル系樹脂やポリビニルアルコール等を主体とした
有機バインダー等を泥漿に添加し、セラミックス粉体間
の結合力を高めることにより、離型後の成形体の保形性
を向上することが行われていた。このように有機バイン
ダーを加えることにより、泥漿鋳込み成形で得られる成
形体（焼結前の成形体でいわゆるグリーン状態のもの）
に強度を与え、作業性を向上することかできる。また、
薄肉部を有する成形体では、自重を支えて形状を保つこ
とが難しくなるので、有機バインダーの添加による保形
性の向上は必要となる。

ところで、上述した有機バインダー等を用いた従来の泥
漿鋳込み方法では、鋳込み成形中に成形体が１％を超え
る収縮をしてしまう。これは、バインダーとして加えた
アクリル系樹脂やポリビニルアルコール等の有する伸縮
性により生じるものと思われる。

このように成形時に収縮が生じると、特に大型で複雑形
状の成形体では成形型によりその収縮が拘束されること
になり、型から受ける力により成形体に割れが生じるこ
とかある。また、たとえ割れか発生しなくても成形体に
は残留応力が発生しやすく、離型後の乾燥時や焼結時、
または焼結後に破壊する可能性がある。

上述した成形体の割れ等を防止するために、有機バイン
ダーの添加量を多くして、成形体内の粒子間の結合力を
向上することか考えられるか、そうするとバインダー成
分の除去に時間がかかり、脱脂割れを起こしやすい。ま
た、脱脂技術か難しくなることも予想される。

なお、成形体の割れを回避するために、有機バインダー
を使用せずに、有機、無機ファイバーを利用して成形体
を強化する方法も考えられる。たとえば、セラミックス
の焼結助剤等の成分をファイバー化し、これにより成形
体の保形性を向上する方法が考えられる（たとえば、窒
化珪素を主体とするセラミックス焼結体を製造する場合
、ｋ１２０、やＹ２Ｏ２、ＭｇＯ等の焼結助剤成分をフ
ァイバー化して用いる）。しかしながらファイバーをセ
ラミックス原料中に均一に分散させることは難しく、不
均一な成形体となれば、それから得られる焼結体の強度
は低下する。また、焼結時にファイバーの部位が欠陥部
となりやすい。たとえば、上述したように焼結助剤をフ
ァイバー化して用いる場合、焼結助剤成分は焼結時に溶
融してセラミックス粒子間の融着相となるが、このとき
溶融したファイバーの部分に気孔が発生しやすい。この
ように気孔かセラミックス焼結体内に形成されると、焼
結体の強度は低下し、高温での高強度か達成できない。

また、プレスやＣＩＰ等により成形体の強度を向上する
ことも考えられるが、製造コストが大幅にアップしてし
まい好ましくない。

従って本発明の目的は、成形時の収縮を抑制するととも
に成形体の強度を向上して割れを防止することかできる
泥漿鋳込み成形方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、セラミッ
クスの泥漿に特定の量のポリオレフィングリコールをバ
インダー成分として添加すれば、泥漿鋳込み成形時の成
形体の収縮を抑制し、割れを防止することができること
を発見し、本発明を完成した。

すなわち本発明のセラミックスの泥漿鋳込み成形方法は
、バインダー成分として、泥漿の固形分１００重量部に
対して１重量部以下のポリオレフィングリコールを添加
することを特徴とする。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明では、バインダー成分としてポリオレフィングリ
コールをセラミックス泥漿に加える。

ポリオレフィングリコールとしては、ポリエチレングリ
コール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリ
コール等を用いることができる。

その中では特にポリエチレングリコールを用いることが
好ましい。

ポリオレフィンクリコールの添加量は、泥漿の固形分１
００重量部に対して１重量部以下とする。

ポリオレフィンクリコールを１重量部を超える量添加す
ると、脱脂が難しくなる。好ましいポリオレフィングリ
コールの添加量は、０．２〜０．５重量部である。

バインダー成分としてポリエチレングリコールを用いる
場合、その分子量がｔｏｏｏ−ｉｏｏｏｏ　１好ましく
は、３０００〜５０００のものを使用する。分子量が１
０００未満であると、成形体の保形性が劣る。また、１
００００を超す分子量のポリエチレングリコールを用い
ると、均一な泥漿を調製しにくく、作業性に劣る。

本発明の方法は、種々のセラミックスの泥漿鋳込み成形
に適用できる。セラミックス原料としては、窒化物系、
酸化物系、硼化物系、炭化物系等のものが使用できる。

特に本発明の方法は、窒化物系のセラミックス、その中
でも窒化珪素系のセラミックスに対して有効である。

窒化珪素系のセラミックスの成形体の製造においては、
焼結助剤としてｋｌ＊０−　、ＹｚＯｓ、ＭｇＯ等を用
いることができるが、特にＹ、０２、又はＭ、０．とＹ
２Ｏ，の混合物を用いるのがよい。

焼結助剤としてＩｖ！！ｏ、とＹ、０３を用いて窒化珪
素系セラミックス焼結体を製造する場合、その配合は、
ｔｄｌ　！Ｏ−が０〜２重量％、Ｙ２Ｏ２か２．５〜５
重量％、残部実質的に窒化珪素とするのがよい。／ｕ２
２０、量が上記範囲を上回ると耐酸化性及び高温での強
度か低下する。また、Ｙ２Ｏ３量が上記範囲を上回ると
高温での耐酸化性が低下し、一方範囲を下回ると、焼結
体の緻密化が進行せず、耐酸化性及び高強度か得られな
い。なお、Ｙ２Ｏ，とＭ、０．との重量比ＹｓＯｉ／　
Ａｊ２　ｘｏｚは３〜１程度とするのがよい。

窒化珪素質焼結体の原料となる窒化珪素粉末は、焼結体
の高温強度を向上する目的では含育酸素量が１．５重量
％以下であることが好ましいが、余り酸素量が少なすぎ
ると焼結性が低い。

なお、窒化珪素粉末の比表面積は８〜１２ｍ”／ｇ径程
度あることが望ましい。さらに、金属不純物量は２００
ｐｐｍ以下であることが望ましい。

用いる窒化珪素粉末の平均粒径は０．３〜０．４−程度
、Ｍ、０．粉末の平均粒径は０．４〜０、Ｓｕｎ程度、
Ｙ、０．粉末の平均粒径は０．４〜２ｕｎ程度であるの
が好ましい。

泥漿中には、上記したセラミックス原料及び焼結助剤、
ポリオレフィングリコールからなるバインダー成分に加
えて、ポリビニルアルコールやアクリル系の従来の高分
子系バインダーを少量添加してもよい。また、分散剤と
してアルキル硫酸塩、アミノ酸、第四アンモニウム塩、
脂肪酸モノグリセリドなどの各種界面活性剤を適宜添加
してよい。

さらに、アンモニア水やポリカルボン酸塩、金属石鹸、
ポリエーテル等を添加することもできる。

次に、成形工程について述べる。

まず、上述した各成分を水を媒体として混合し、均一な
泥漿を調製する。

次に、吸水性のある成形型（通常石膏型を用いる）に１
〜２ｋｇ／ｃｍ’程度の加圧下で上記の泥漿を注入する
。

注入後、所定時間放置して成形体を離型する。

なお、離型後に、脱脂処理及び乾燥を行い、公知の方法
にて焼結して最終のセラミックス部材を得る。

〔作用〕

本発明では、泥漿に、バインダー成分として所定量のポ
リオレフィングリコールを加えるので、成形体の保形性
が向上するとともに、成形体の収縮が抑制され、割れが
防止される。

このような効果か得られる理由は必ずしも明らかではな
いが、本発明に用いるポリオレフィングリコールは泥漿
に用いる溶媒（水）に完全に溶解するため、泥漿中のセ
ラミックス粒子の表面に極めて一様に分散する。たとえ
ば、セラミックスとして窒化珪素を用いた場合、５ｉＪ
４表面に不可避的に存在するシラノール基とポリオレフ
ィングリコール中の水酸基とが静電力で結ばれ、セラミ
ックス粒子の周りに一様にポリオレフィンクリコールが
配置するものと思われる。このポリオレフィングリコー
ルはいわば架橋成分となり、セラミックス粒子はお互い
にポリオレフィングリコールにより極めて強固に結合さ
れる。この強固な結合により成形体の収縮が抑制される
ものと思われる。

また、ポリオレフィングリコールはセラミックス粒子間
にあっていわば潤滑剤の役目をもし、成形体の割れ等を
補助的に防ぐものと思われる。さらに、この潤滑性によ
り、成形型と成形体との間に癒着等が生ぜず、離型も容
易となり、成形体に残留応力が発生することを防ぐ。

〔実施例〕

本発明を以下の具体的実施例によりさらに詳細に説明す
る。

実施例１ 平均粒径０．４μｍのα−３Ｉ３Ｎ４と、平均粒径１μ
ｍのＹ２Ｏ，と、平均粒径０．３μｍの１７！２０２と
をそれぞれ９６重量％、３重量％及び１重量％含有する
セラミックス混合物１００重量部に、水４２重量部と、
バインダー成分としてポリエチレングリコール（ソルブ
ルＷＡＸ　１０−Ｓ、分子量３０００〜５０００　：信
相産業■製）０．２重量部と、分散剤（５Ｎ−ＥＸ７３
４７　、サンノブコ■製）０．１２重量部を添加し、樹
脂製ボールミルにより６４時間混合した。

この泥漿と石膏型を用い、泥漿鋳込み成形により成形体
を作成した。離型後、脱脂乾燥し、次に１８５０°Ｃで
４時間の条件でこれを焼成した。得られた焼結体を、Ｊ
ＩＳ　Ｒ１６０１の３点曲げ強度試験法により常温曲げ
試験を行った。

結果を第１表に示す。

比較例１ バインダー成分としてポリエチレングリコールを添加し
ない以外は、実施例１と同様にして成形体を作成し、さ
らに実施例１と同様に焼結してセラミックス焼結体を得
た。

この焼結体について、実施例１と同様に曲げ強度試験を
行った。

結果を第１表に合わせて示す。

第１表 注（１）：泥漿の固形分１００重量部に対するポリエチ
レングリコール量。

実施例２〜６ 第２表に示すバインダー成分以外は、実施例１と同様と
した泥漿を用い、第１図に示す形状のセラミックス成形
体を成形した。

各成形体について、外形の寸法を測定することにより成
形時の収縮率を求めた。結果を第２表に合わせて示す。

また、各実施例における成形性の良否を、歩留りて評価
した。この評価の基準は以下の通りとした。

歩留り ◎ニア０％以上 ○：５０％以上〜７０％未満 △：２０％以上〜５０％未満 ×：２０％未満 結果を第２表に合わせて示す。

比較例２．３ 比較として、第２表に示すバインダー成分を用い、他は
実施例１と同様とした泥漿を用い、実施例２と同様にし
て成形体を作成した。そしてその成形体の収縮率及び成
形性について実施例２と同様にして評価した。結果を第
２表に合わせて示す。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の方法によるセラミックス
成形体は、収縮率か小さく割れ等か生じない。また成形
性も良好であり、歩留りも向上される。

したかって、本発明の泥漿鋳込み成形方法によれば、大
型で複雑形状のセラミックス成形体を割れ等の欠陥なく
容易に製造することができる。また、得られる成形体中
に残留応力か発生することもなく、成形後の脱脂工程時
、乾燥時、及び焼成後に破壊することもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例２〜６及び比較例２．３において製造し
たセラミックス成形体の形状を示す概略断面図である。 １・・・セラミックス成形体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックスの泥漿鋳込み成形方法において、バ
   インダー成分として、泥漿中の固形分１００重量部に対
   して１重量部以下のポリオレフィングリコールを添加す
   ることを特徴とするセラミックスの泥漿鋳込み成形方法
   。
2. （２）請求項１に記載のセラミックスの泥漿鋳込み成形
   方法において、前記セラミックスが窒化珪素を主成分と
   するものであることを特徴とするセラミックスの泥漿鋳
   込み成形方法。
3. （３）請求項１又は２に記載のセラミックスの泥漿鋳込
   み成形方法において、前記ポリオレフィングリコールが
   ポリエチレングリコールであることを特徴とするセラミ
   ックスの泥漿鋳込み成形方法。