JPH0477352A - セラミックス成形用バインダー組成物 - 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、セラミックス粉末より成形体を形成する際に
使用されるバインダー組成物に関する。

［従来の技術］ 従来、複雑形状のセラミックス製品を成形する場合は、
セラミックス粉末に高分子またはワックスなどの熱可塑
性物質および溶媒をバインダーとして混合して型内に注
入する方法があり実用化されている。ところで、この型
内で成形され脱型された成形体は溶媒を含んでおり乾燥
により除去される。この乾燥脱脂時の加熱により有機バ
インダーは熱可塑性であるので熱で軟化して結合力が低
下しやすい。このため成形体は結合力が不十分で脆くな
り、溶媒の除去、脱脂の際に成形体が変形したり、割れ
が発生したりする。また成形体の結合力が不十分である
と脱型時に型面にセラミックス粉末が張付いて、かけヤ
剥離がおきやすくなる。

そこで、成形体の結合力を増すために、添加する結合剤
の量を多くすることが考えられるが、この方法ではスラ
リーの粘度が上昇し型内への注入が困難となる。さらに
成形体中のセラミックス粉末の体積率が減少し、加熱に
より結合剤が軟化して変形したり、脱脂に時間がかかる
ことになり生産性が低下して好ましくない。

これらの点を解消するバインダーとして特開昭５５−２
７８８７号公報には、高級アルコール類にひまし油を添
加したバインダーでセラミックス粉末を成形する旨の開
示がある。また、特開昭５７−８２１７０号公報には、
デキストリンもしくは可溶性澱粉、メチルセルロースま
たはヒドロキシセルロースからなるバインダーの開示が
ある。

しかしこれらのバインダーはまだ結合力などが不十分で
乾燥、脱脂時に成形体が変形したり、割れ、かけが発生
したりする問題を有している。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、型内で形
成され溶媒を含んだ成形体が脱型後の乾燥時にバインダ
ーが軟化して成形体が変形するのを防ぐことが可能なセ
ラミックス成形用バインダを提供することを目的とする
。

［課題を解決するための手段］ 本発明のセラミックス成形用バインダー組成物は、セラ
ミックス粉末に混合され型内に注入後固化して成形体の
形状を保持するバインダー組成物であって、溶媒と、有
機バインダーと、澱粉粒とからなることを特徴とする。

この溶媒としては、澱粉粒を分散し有機バインダーを溶
解ないしは分散できるものであれば利用可能である。た
とえば水、ケトン類、エステル類、アミド類、アルコー
ル類などの溶媒が利用できる。

またこの溶媒は２種以上混合して用いることもできる。

有機バインダーとしては、セルロースアセテト、ポリア
クリレート、ポリメタクリレート、ポリビニルアルコー
ル、ポリビニルブチラール、デキストリン、メチルセル
ロース、ヒドロキシエチルセルロース、ＣＭＣ、ゼラチ
ン、硬化油などが使用できる。これらは２種以上混合し
て用いることができる。

澱粉粒としては、ジャガイモ、さつまいも、とうもろこ
し、穀類などから採取され、表面にアミロペクチンの皮
膜を有し水に不溶のものである。

そして所定の温度以上に加熱することにより澱粉粒より
アミロースが溶出してアミロペクチンと共に糊状となり
結合力を示す。一方可溶性澱粉は、澱粉粒を処理して低
分子量に分解して溶解性を付与したものである。したが
って、分子量が小さく結合力が小さく成形体形状を保持
することが困難である。また可溶性であるのでこれが添
加されるとスラリー中で溶解して、粘度の高いスラリー
となり取扱が困難となる。一方この澱粉粒は、皮膜で覆
われておりスラリーは低粘度液であり、所定の温度以上
に加熱することにより始めて、アミロスを溶出させてス
ラリーの粘度を上昇させ糊化するものである。したがっ
て、この澱粉粒と有機バインダーと共にセラミックス粉
末を固化させて成形体形状を形成することができる。

この澱粉粒はそのまま添加してスラリーとするか、溶媒
に分散して添加してもよい。

この成形法に使用できるセラミックス粉末としては、通
常セラミックス粉末の成形体として成形に使用されてい
るものであればいずれも適用でき、さらに焼結助剤など
を含んでいてもよい。

このセラミックス粉末とバインダー組成物との混合物に
は、必要とあれば他の成形用の添加物を配合することも
できる。

バインダー組成物中の澱粉粒の含有量は、１０〜４０容
量％とするのが好ましい。澱粉粒の量が１０容量％未満
であると添加効果が認められず乾燥時の成形体の変形を
抑制することが困難となり好ましくない。また添加量が
４０＠１％を超えるとセラミックス粉末との混合物のス
ラリー粘度か高くなりすぎ、低圧で型への注入か困難と
なるので好ましくない。

このバインダー組成物は、全配合系（バインダ十セラミ
ックス粉末）に対して４０〜５５容量％の範囲で配合す
るのが好ましい。パンダー組成物の配合量が４０容量％
未満ではセラミックス粉末をスラリー化して成形するこ
とができず好ましくない。また配合量が５５容量％を超
えると成形体からの脱脂除去に時間がかかるので好まし
くない。

このバインダー組成物は、澱粉粒中のアミロスか溶出し
ない温度でセラミックス粉末に混合されてスラリーを形
成する。このスラリーの調整は、たとえば、５０’Ｃ以
下の温度でおこなうのが好ましい。またスラリー形成時
の機械的混合により澱粉粒中のアミロースか溶出しない
ようにすることが必要で、たとえばプロペラ式の攪拌が
好ましい。

形成されたスラリーは、型内に注入されアミロペクチン
よりアミロースが溶出する温度、たとえば、６０℃以上
に加熱されるとアミロースが溶出してアミロペクチと共
に溶液の粘度が上昇してゲル化する。そして有機バイン
ダーと共にセラミックス粉末を強固に結合して成形体形
状に固化する。

固化した成形体形状物は脱型されて成形体となる。

この脱型時にバインダーの澱粉が糊化して強い結合力を
有するで、セラミックス粉末が型に付着ないし張付いて
いることによる割れ、がけなどの発生を防ぐことができ
る。

次いで、成形体は乾燥により水などの媒体が除去される
。この時澱粉粒か糊化してセラミックス粉末を強固に結
合しているので、溶媒の除去の際に成形体が変形するこ
とはない。

ざらに乾燥された成形体は、脱脂のために加熱されるが
、この際にも熱硬化性の澱粉粒の糊がセラミックス粉末
を強固に結合しているので熱により成形体が変形したり
破損することがない。このため、焼結後も所定の形状を
保持した焼結体とすることができる。

したがって、従来の有機バインダーのように乾燥、脱脂
工程での加熱によりバインダーが軟化して結合力が低下
して成形体が変形したり、割れたりすることがない。

［作用］ 本発明のバインダー組成物は、溶媒と澱粉粒および有機
バインダーとからなる。このバインダー組成物とセラミ
ックス粉末とで形成されたスラリは、流動性をもち容易
に型内への注入が可能である。このスラリーは型内に注
入されて澱粉粒よりアミロースが溶出する温度以上に加
熱される。

するとこのスラリーは、澱粉粒のアミロースとアミロペ
クチンにより糊化して有機バインダーと溶媒と共にゲル
化して成形体形状を保持した固化物が形成される。

この固化した成形体は脱型されて、乾燥、脱脂される。

この時澱粉が糊化して熱硬化性の強い結合力で成形体を
維持しており、有機バインダーの結合力を補って成形体
の形状を保持することができる。したがってこの成形体
は変形、割れ、かけなどの発生が抑制できる。

また脱型された成形体は、溶媒が存在しても澱粉が糊化
して結合されているので取扱いが容易にである。ざらに
セラミックス粉末か強固に結合しているので型面よりの
脱型も容易にできる。

［実施例］ 以下、実施例により具体的に説明する。

（実施例） 窒化珪素粉末に焼結助剤のイツトリアとアルミナとをそ
れぞれ４重量％添加して湿式混合法で充分混合した後、
乾燥してセラミックス粉末とした。

このセラミックス粉末６０容量％を第１図に示す混合槽
１に入れ、溶媒の水２０容量％、有機バインダーとして
、パラフィンワックス１０．容量％、ステアリン酸５容
量％、澱粉粒としてはジャガイモから採取した澱粉粒５
容量％を加え５０℃の温度に混合槽１を保ち攪拌機５で
攪拌混合してスラリーを作成した。

このスラリーを混合槽１の底部のバルブ６を開き、金型
２のキャビティー３の周囲を熱媒体を導入口８より導入
循環させて７０℃に保持されたタービンホイール形状の
キャビティー３内に注入した。金型２をこの状態で１０
分間保持して澱粉粒の皮膜を破りアミロースを溶出させ
た。その後、媒体の温度を下げ２０℃まで金型を冷却さ
せた。

固化した成形体を脱型し、真空乾燥機で７０℃１００Ｔ
ｏｒｒの真空度で１０時間乾燥して溶媒を除去した。

乾燥後１０℃／Ｈｒの昇温速度で５００℃まで昇温ざぜ
脱脂をおこなった。次に窒素雰囲気中で１８００℃まで
加熱して焼結した。得られた焼結体はクラックや変形の
ない良好なものであった。

（比較例１） 比較例では澱粉粒を使用せず、溶媒の水の量を２５容量
％とし、他は実施例と同様の方法でスラリーを作成した
。このスラリーを用いて実施例と同様の方法で型内で冷
却固化させ成形体を形成した。しかしこの成形体は脆く
脱型の際に割れが発生した。

（比較例２） 実施例の方法において、スラリーの作成温度を５５℃以
上でおこなったところ澱粉粒よりアミローズが溶出して
スラリーの粘度が高くなる。そのため実施例の方法では
型内に注入が困難であった。

（比較例３） 澱粉粒を可溶性澱粉に変えてスラリーを実施例と同様の
方法で作成した。しかしこのスラリーは粘度が高く低圧
での型内への注入が困難であった。

圧を高めて注入し型内で固化さぜ成形体を形成した。こ
の成形体は結合力が小さく乾燥、脱脂時に割れや、かけ
が発生した。

［効果コ 本発明のバインダー組成物は、構成成分の１つに澱粉粒
が含まれている。この澱粉粒を含むバインダーを用いて
形成したスラリーは、型内で加熱されるとアミロペクチ
ンの内部に存在するアミロースが澱粉粒外に溶出してゾ
ル化し、冷却によりゲル化して同化する。そのためこの
固化した成形体は脆さが解消される。そのため脱型の際
に型面にセラミックス粉末が張付いて成形体が割れたり
、かけが発生するのが抑制できる。また成形体の乾燥、
脱脂時の加熱に対しては、澱粉粒のアミロースとアミロ
ペクチンとで成形体を結合しているので、有機バインダ
ーが軟化してセラミックス成形体が変形したり破損した
りするのが抑制できる。

さらに澱粉粒は可溶澱粉と異なり高分子量であり、乾燥
、脱脂において有機バインダーと共に結合力を発揮する
ので成形体の変形が防止でき不良の発生を抑制できる。

したがって、複雑な形状のセラミックス成形体の成形を
効率良くおこなうことができ生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で用いた成形機の概略説明図である。 １・・・混合槽　　　　２・・・金型 ３・・・ターどンホイール形状のキャビティ特許出願人
　　トヨタ自動車株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス粉末に混合され型内に注入後固化し
   て成形体の形状を保持するバインダー組成物であつて、
   溶媒と、有機バインダーと、澱粉粒とからなることを特
   徴とするセラミックス成形用バインダー組成物。