JPH06211560A - セラミックス成形体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、加工欠陥を生じることなく精
密切削加工が容易であり複雑形状を有するセラミックス
焼結体を高い歩留りで安価に量産することが可能なセラ
ミックス成形体およびその製造方法を提供することにあ
る。 【構成】本発明に係るセラミックス成形体は、セラミッ
クス原料粉末あるいはこれに焼結助剤や着色剤を加えた
無機成分に有機高分子バインダと可塑剤とを添加した原
料混合体を所定形状に成形したセラミックス成形体にお
いて、上記可塑剤の含有量を上記無機成分１００重量部
に対して０．５重量部以下に設定したことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミックス成形体およ
びその製造方法に係り、特に精密切削加工が容易であ
り、複雑形状を有するセラミックス焼結体を高い歩留り
で量産することが可能なセラミックス成形体およびその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＡｌＮ，ＳｉＣ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，Ａｌ₂ Ｏ
₃ ，ＺｒＯ₂ ，ムライトなど酸化物、窒化物、炭化物、
ほう化物、けい化物等のセラミックス原料粉末を所定形
状に成形してセラミックス成形体とした後に、得られた
セラミックス成形体を焼結したセラミックス焼結体は、
一般に硬度、電気絶縁性、耐摩耗性、耐熱性、耐腐食性
等の諸特性が従来の金属材と比較して優れているため、
電子機器、精密機械部品、半導体装置材料など広い分野
において使用されている。

【０００３】上記セラミックス焼結体から成る製品は、
一般に下記のような手順で製造される。すなわちセラミ
ックス原料粉末に焼結助剤、着色剤、バインダー、可塑
剤等の無機有機成分を添加した原料混合体を所定形状に
成形してセラミックス成形体とし、得られたセラミック
ス成形体を脱脂後、高温度で焼成して製造されている。
もとより焼成後のセラミックス焼結体は硬脆であり、加
工が極めて困難であるため、上記焼成終了時点での形状
が最終製品の寸法に合致するようにセラミックス成形体
を調製することが、製造コストを低減する上で極めて重
要になる。

【０００４】上記のように最終製品形状に近いセラミッ
クス成形体または焼結体を造形する技術としては、例え
ばグリーンシート積層法、射出成形法、粉末プレス法、
スリップキャスト法（泥漿鋳込み法）、静水圧プレス
法、生成形体加工法、マシナブルセラミックス造形法な
ど種々の造型法が普及している。

【０００５】グリーンシート積層法は、セラミックス原
料粉末にバインダー、溶剤を加えて調製した泥漿をベル
ト上へ流し出し、ドクターブレードで厚さを調整してシ
ート状（テープ状）のグリーンシートを形成し、乾燥
後、複数のグリーンシートを積層して熱圧着して所定形
状のセラミックス成形体を形成する方法である。

【０００６】射出成形法は、セラミックス原料粉末にバ
インダー、可塑剤、溶剤等を添加混練して調製した流動
性の良い原料混合体を成形金型内に加圧射出して所定形
状のセラミックス成形体を得る方法である。

【０００７】粉末プレス法は、セラミックス原料粉末に
バインダー等の添加剤を加えて調製した原料混合体を成
形金型に充填し、上下のパンチにより一軸加圧し圧着す
ることにより所定形状のセラミックス成形体を形成する
方法である。

【０００８】スリップキャスト法は、セラミックス原料
粉末にバインダー、可塑剤、溶剤等を加えて均一なスリ
ップ（泥漿）を調製し、このスリップを石膏などの吸水
性を有する型枠内に注入して溶剤を吸収させ、固体分の
みを残すことにより所定形状のセラミックス成形体を形
成する方法である。

【０００９】静水圧プレス成形法は、上記各種、成形法
にて成形したセラミックス生成形体を高圧ラバープレス
等によって等方圧縮成形し、さらに緻密な成形体とする
方法である。

【００１０】生成形加工法は、上記各種成形法によって
成形したセラミックス生成形体をさらに高精度に機械加
工した後に脱脂焼結して最終製品形状に近いセラミック
ス焼結体を形成する方法である。

【００１１】マシナブルセラミックス造形法は、添加物
や気孔率等の制御によって機械加工が容易（マシナブ
ル）なセラミックス焼結体を調製し、このセラミック焼
結体を精密に機械加工して所定の製品形状に加工する方
法である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記各種
セラミックス成形体または焼結体の造形方法のうち、グ
リーンシート積層法を単独で使用する場合においては、
厚さが一定な平板状のセラミックス成形体またはせいぜ
い段付形状を有するセラミックス成形体しか得られず、
複雑形状を有する製品には適用できない欠点があった。

【００１３】また射出成形法においては、バインダーの
添加量が大きくなるため、特に大型のセラミックス成形
体では脱脂が困難となる問題点があった。さらに粉末プ
レス成形法においては、一軸加圧で離型可能な比較的に
単純形状で肉薄製品用のセラミックス成形体しか製造で
きない欠点があった。またスリップキャスト法では、一
般に成形後の密度が低く、焼結時の収縮率が大となるた
め、寸法制御が困難となる問題点があった。さらに静水
圧プレス成形法では、セラミックス成形体の密度は大幅
に上昇する利点を有する一方、成形形状に制約があり、
単純な塊状の製品の他には適用が困難となる問題点があ
った。

【００１４】さらに上記の各種の造形方法を組み合せた
場合においても、機械加工に耐える充分な成形体強度を
有し、脱脂が容易で複雑形状にも対応できる造形技術は
未だ確立されていない現状である。一方、マシナブルセ
ラミックス造形法で使用されるマシナブルセラミックス
は本質的に緻密化しておらず、セラミックス焼結体とし
ての本来の特長が完全に発現されていない問題点があっ
た。

【００１５】前記の通り、セラミックス焼結体は一般に
極めて硬く脆性が高い材料であるため、切削等の機械加
工が困難であり、また切削加工時にバリやクラック（亀
裂）、チッピング等の加工欠陥が発生し易く製品歩留り
が低下してしまう欠点があった。特にＳｉＣやＺｒＯ₂
等のセラミックス焼結体は硬度および脆性が高いために
研削研摩加工が極めて困難であり、所定形状まで加工す
るには膨大な加工工数が必要とされていた。

【００１６】もとより、焼結体の切削加工工数および仕
上げ工数を低減するために可及的に最終製品形状に近似
した、いわゆるニアネットシェイプの焼結体を形成して
加工代を低減する工夫もなされているが、切削加工時に
焼結体に作用する機械的な衝撃力によって割れ、亀裂や
破損が生じ易く、製品歩留りが低下してしまう問題点が
あった。

【００１７】一方、生成形体加工法のように、焼結前の
軟質な生成形体の段階で切削加工することは容易である
が、被加工面が平滑にならず凹凸が形成されたり、切削
加工時に作用する衝撃力によって成形体が崩れたり変形
し易く、高い寸法精度を有する焼結体を形成することが
困難であり、いずれの場合においても製品歩留りが大幅
に低下し、焼結体製品の製造コストが大幅に上昇してし
まう問題点があった。

【００１８】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、加工欠陥を生じることなく精密切削
加工が容易であり複雑形状を有するセラミックス焼結体
を高い歩留りで安価に量産することが可能なセラミック
ス成形体およびその製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するため、各種のセラミックス成形体を調製し、そ
の機械的な強度および切削加工性を比較評価した。その
結果、成形機より排出した一次成形体を温度１２０〜４
８０℃、好ましくは２５０〜３５０℃の範囲で加熱処理
し、成形体中に含有される可塑剤の含有量を所定値以下
に設定したときに、切削加工に好適な靭性および硬度を
有するセラミックス成形体が得られた。そしてこのセラ
ミックス成形体を切削加工しても殆ど割れやクラックの
発生や変形がなく、複雑形状を有する高精度のセラミッ
クス成形体が得られ、この成形体を脱脂した後に焼結す
ることにより、高品質のセラミックス焼結体を量産する
ことができた。

【００２０】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のである。すなわち本発明に係るセラミックス成形体
は、セラミックス原料粉末等の無機成分に有機高分子バ
インダと可塑剤とを添加した原料混合体を所定形状に成
形したセラミックス成形体において、上記可塑剤の含有
量を無機成分１００重量部に対して０．５重量部以下に
設定したことを特徴とする。

【００２１】また有機高分子バインダの含有量を無機成
分１００重量部に対して３〜２５重量部に設定するとよ
い。

【００２２】さらに有機高分子バインダは熱可塑性樹脂
で構成するとよい。

【００２３】また本発明に係るセラミックス成形体の製
造方法は、セラミックス原料粉末等の無機成分１００重
量部に３〜２５重量部の有機高分子バインダおよび１〜
１０重量部の可塑剤を添加した原料混合体を成形して一
次成形体を形成し、得られた一次成形体を非酸化性雰囲
気あるいは真空中で温度１２０〜４８０℃の範囲好まし
くは２５０〜３５０℃の範囲で加熱硬化処理することを
特徴する。

【００２４】さらに一次成形体は、原料混合体に溶剤を
添加して調製したスラリーをグリーンシート状に成形
し、得られた複数のグリーンシートを積層圧着して一次
成形体を形成することもできる。

【００２５】ここで上記原料混合体を構成するセラミッ
クス原料粉末としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、
炭化けい素（ＳｉＣ）、窒化けい素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ），サ
イアロン、窒化ほう素（ＢＮ）等の非酸化物系の汎用セ
ラミックス原料やアルミナ、ジルコニア、チタニア、ム
ライト、ベリリア、コージェライト、ジルコニア、フェ
ライトなどの酸化物系の汎用セラミックス原料が１種ま
たは２種以上混合して使用される。さらに原料混合体に
は、酸化イットリウム、酸化セリウム、炭酸マグネシウ
ム、炭酸カルシウム、もしくは珪酸等の公知慣用の焼結
助剤や、Ｌｉ₂ Ｏ，ＢａＯ，Ｔａ₂ Ｏ₃ ，Ｐｔもしくは
Ｐｄ等の電気的性質を変化させるような各種の添加剤あ
るいは遷移金属酸化物のような着色剤を加えたものであ
る。

【００２６】有機高分子バインダはセラミックス原料粉
末同士を強固に接合し、成形体の形状を保持するために
セラミックス原料粉末に対して３〜２５重量部添加され
る。上記バインダの添加量が３重量部未満と過少の場合
は、原料混合体の流動性および接着性が低下して、成形
機における形状不良を生じ易く、一方添加量が２５重量
部を超える過多となる場合には脱脂工程ないしは焼成工
程においてクラックや収縮変形などのトラブルが生じ易
くなるため上記範囲に設定されるが、７〜１５重量％が
より好ましい。

【００２７】上記有機高分子バインダの具体例として
は、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ
系樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、熱硬
化型ウレタン樹脂または熱硬化型アクリル樹脂などの熱
硬化性樹脂を使用することもできる。

【００２８】しかしながら上記熱硬化性樹脂をバインダ
として添加した成形体を切削加工する際に発生する切削
片は、もはや再度溶剤によって溶解させることも困難な
ため、原料粉末として再利用することはできない。そこ
でバインダとして熱可塑性アクリル樹脂やポリビニルブ
チラール（ＰＶＢ）等の熱可塑性樹脂を使用することが
望ましい。特に熱可塑性アクリル樹脂が望ましい。この
熱可塑性樹脂をバインダとして使用することにより、切
削加工で生じた切削屑を再溶解することにより流動性を
回復させることが可能であり、原料粉末として再利用す
ることができる。したがってセラミックス原料粉末の利
用効率が高まり、特に原料粉末価格が高い場合において
製造原価を低減する上で有効である。

【００２９】可塑剤は成形時における原料混合体の可塑
性を確保するためにセラミックス原料粉末等の無機成分
１００重量部に対して１〜１０重量部添加される。添加
量が１重量部未満と過少の場合は、可塑性が不足し、成
形不良を生じ易く、一方添加量が１０重量％を超える場
合には、成形機から排出されたままの一次成形体が硬化
せず、変形し易く取扱い性が低下してしまうため上記範
囲に設定されるが、より好ましくは３〜８重量部の範囲
がよい。

【００３０】可塑剤の具体例としては、ジブチルフタレ
ート（ＤＢＰ）、ジエチルフタレート（ＤＥＰ）、ジオ
クチルフタレート、トリブチルフタレート（ＴＢＰ）、
脂肪酸エステル等があるが、その他の界面活性剤にて代
用することも可能である。

【００３１】本発明に係るセラミックス成形体は、上記
一次成形体をさらに加熱処理することによって可塑剤を
揮散させ、その含有量を０．５重量部以下に設定し、一
次成形体の硬度および靭性値を高めて製造される。上記
セラミックス成形体の可塑剤含有量（残存量）が０．５
重量部を超える過量である場合には、セラミックス成形
体に粘着性が残っており、切削加工が困難となる。すな
わち可塑剤残存量が高いセラミックス成形体を、例えば
ドリル加工すると穿孔部周縁にバリが発生すると共に穿
孔面が粗くなり、さらにドリルの衝撃により成形体が大
きく変形し、いずれにしろ高い寸法精度で複雑な切削加
工を実施することが困難となる。

【００３２】上記加熱処理は、上記一次成形体をＮ₂ ガ
スまたはＡｒガス等の非酸化性雰囲気または真空中にお
いて上記一次成形体を温度１２０〜４８０℃の範囲好ま
しくは２５０〜３５０℃の範囲で加熱して実施される。
加熱温度が１２０℃未満と低い場合は、セラミックス成
形体から可塑剤の揮散が不充分であり、切削加工に耐え
る充分な硬度、靭性および構造強度を有する成形体が形
成することが困難である。一方、加熱温度が４８０℃を
超え、バインダの分解温度を超える場合には、温度が高
いほどバインダが分解揮散したり炭素化が進行してバイ
ンダとしての機能が急激に喪失され、成形体の構造強度
が低下する。すなわち成形体は少量の炭素質残渣とセラ
ミックス粉末同士の絡み合いおよび粉末間作用力のみに
よって、かろうじて保形強度が維持される脱脂体に近い
状態となり、僅かな衝撃力が作用しても崩れてしまう。
したがって、この状態で成形体を切削加工しようとして
も被加工部が崩壊し易くなり、切削加工は困難となる。

【００３３】加熱処理における昇温速度は一次成形体に
割れを生じない程度に適度に調整される。加熱温度とそ
の保持時間はバインダーの種類によって実験的に設定さ
れる。例えばアクリル系バインダーの場合では毎時５０
０℃の昇温速度で３２０℃まで昇温し、その温度で３０
分間保持した後に炉冷する。また大型の一次成形体の場
合において、昇温速度が毎時５０℃と小さく設定する場
合には、保持時間は少なくてよい。すなわち３２０℃ま
で昇温した時点で即冷却操作に移行してもよい。また加
熱温度が低ければ保持時間は長くなる。

【００３４】上記一次成形体を上記のように１２０〜４
８０℃の範囲好ましくは２５０〜３５０℃の範囲におい
て加熱処理することによって、成形体中の溶剤は完全に
揮発し、可塑剤含有量は０．５重量部以下となる一方、
有機高分子バインダは完全には分解揮散せずにそのバイ
ンダ含有量がほぼそのまま保持される。その結果、切削
加工に充分耐え得る靭性および硬度を有するセラミック
ス成形体が得られる。

【００３５】一次成形体を加熱処理する雰囲気として
は、Ｎ₂ ガス、Ｈ₂ ガスまたはＡｒガス等の非酸化性雰
囲気または真空中が好適である。空気等の酸化性雰囲気
中で加熱処理すると温度がおよそ２００℃を超える時点
から有機高分子バインダが酸化変性し、セラミックス粉
末同士を結合する機能を喪失するからである。

【００３６】一次成形体は、セラミックス原料粉末に所
定量の有機高分子バインダおよび可塑剤および界面活性
剤を添加して調製した原料混合体を造粒し、得られた造
粒粉を金型プレスによって圧縮成形して調製することも
できる。

【００３７】しかしながら上記金型プレス成形法におい
ては、造粒粉を金型内に均一に充填することが比較的に
困難であり、成形体の密度が不均一になったり、角部が
成形されない場合が多い。そこで特に高い形状精度や密
度の均一性が要求される場合には、下記のように複数の
グリーンシートを積層し一体に圧着する方法を採用する
ことが望ましい。すなわち、原料混合体にさらに溶剤を
添加して調製したスラリーをドクターブレード法などの
シート成形法によってグリーンシート状に成形し、得ら
れた複数のグリーンシートを積層熱圧着あるいは静水圧
にて積層熱圧着して一次成形体を形成するとよい。この
方法によって形成された一次成形体は、密度が均一にな
り、また厚さの分布も均一になるため、特に高い寸法精
度を要求される製品には最適である。

【００３８】上記一次成形体を１２０〜４８０℃の温度
で加熱処理して、調製されたセラミックス成形体は、ド
リル、フライス加工、旋盤によるねじ切り加工等の切削
加工を受けた後に、例えば、空気中で４００〜５５０℃
または窒素中で６００〜８００℃で加熱されて脱脂さ
れ、引き続き焼成工程でセラミックス原料粉末の種類に
応じた焼結温度（１０００〜２０５０℃）にて所定時間
（１〜２４時間）焼結され、各種工業用セラミックス焼
結体、電子材料用セラミックス焼結体などの各種製品と
して仕上げられる。

【００３９】

【作用】上記構成に係るセラミックス成形体およびその
製造方法によれば、原料混合体を成形して形成した一次
成形体を所定温度にて加熱硬化処理することにより、切
削加工に耐える靭性および硬度を有するセラミックス成
形体としているため、割れやチッピングの発生が少な
く、高い寸法精度で複雑形状を有するセラミックス成形
体およびセラミックス焼結体が得られ、セラミックス製
品の製造歩留りを大幅に改善することが可能となる。

【００４０】また有機高分子バインダとして熱可塑性樹
脂を適量使用することにより、良好な切削性が得られる
と共に切削加工で生じた切削屑を再度溶解することによ
り、流動性を回復させることが可能であり、切削屑を原
料粉末として再利用することができ、原料コストを低減
することもできる。

【００４１】

【実施例】次に本発明の一実施例について比較例と共に
より具体的に説明する。

【００４２】実施例１〜５ 平均粒径１．５μｍの窒化アルミニウム原料粉末に対し
て焼結助剤として２重量％のＣａＣＯ₃ を添加した無機
成分１００重量部に対して有機高分子バインダとしての
熱可塑性アクリル樹脂を１０重量部と、可塑剤としての
ジブチルフタレート（ＤＢＰ）を５重量部とを添加し、
有機溶剤とともにボールミルにて混合し、減圧撹拌にて
粘度調整したスラリー状原料混合体を調製した。次に得
られた原料混合体をドクターブレード法を使用して成形
して、グリーンシートを調製し、得られたグリーンシー
トを８層ずつ積層した状態で温度１００℃、圧力１２０
kg／cm² でプレス加圧し積層したシートを相互に圧着し
て３０．２mm×３０．２mm×３．６mm^t の板状の一次成
形体を５００個用意した。

【００４３】次に用意した一次成形体を５群に分け、そ
れぞれ１００個の一次成形体を表１に示すように１５０
〜４５０℃の範囲の５種類の温度で１０分間、窒素ガス
雰囲気中で加熱処理を実施してそれぞれ実施例１〜５に
係るＡｌＮセラミックス成形体を１００個ずつ調製し
た。得られた実施例１〜５のセラミックス成形体の硬度
および靭性は、いずれもプラスチック素材に近似した値
であった。

【００４４】次に各実施例のセラミックス成形体につい
て図１に示すように、一方の表面をフライス研削盤の回
転切削工具９を使用して切削加工を行ない、キャビティ
２ａを形成したセラミックス成形体１２を形成した。そ
してセラミックス成形体の切削加工時に欠け、割れやチ
ッピング等の加工欠陥（不良）１１を生じたセラミック
ス成形体数を計数して表１に示す結果を得た。

【００４５】さらに切削加工した各セラミックス成形体
を窒素ガス雰囲気で温度７００℃で２時間脱脂して脱脂
体とした後に各脱脂体を温度１８５０℃で５時間焼結し
て、外径：２２mm×２２mm×３mm^t 、キャビティ２ａ部
の深さ：１mm、キャビティ２ａ周縁部の幅：３．５mm、
熱伝導率：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ）の窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）焼結体製の封止部材を調製した。そして各封止部
材について外観検査を行なって成形体の段階では発見さ
れなかった割れ等の欠陥の発生数を測定すると共に、キ
ャビティ２ａ部の寸法検査を行なって寸法不良の発生率
を求めた。さらに一次成形体調製数に対する最終製品数
を製品歩留りとして算出すると共に、焼結体製品１個当
りに要する加工工数を計算し、表１右欄に示す結果を得
た。

【００４６】比較例１ 一方、比較例１として加熱硬化処理温度を１００℃に設
定した以外は実施例１と同一条件でセラミックス成形体
を形成し、このセラミックス成形体の切削加工を実施し
たがセラミックス成形体中に残存する可塑剤が多く粘着
性が著しくドリル加工しても大きなバリが残ると共に成
形体の変形が大きくなるため、切削加工は事実上不可能
であった。

【００４７】比較例２ 比較例２として加熱硬化処理温度を５００℃に設定した
以外は実施例１と同一条件でセラミックス成形体を形成
し、この成形体を同様に切削加工し、さらに脱脂焼結し
て同一寸法の封止部材を調製し、各工程における不良、
欠陥発生率および製品歩留りを算出した。

【００４８】比較例３ 比較例３として実施例１で調製した一次成形体を加熱硬
化処理することなく、直接脱脂焼結し、焼結体の段階で
切削加工した同一寸法の封止部材を調製し、不良、欠陥
発生率および歩留りを測定して下記表１に示す結果を得
た。

【００４９】

【表１】

【００５０】表１に示す結果から明らかなように、一次
成形体を予め所定温度で加熱処理し硬化させた実施例１
〜５のセラミックス成形体を使用した場合には、切削加
工に耐え得る硬度および靭性を有する成形体に切削加工
を施しても割れ、チッピング、バリ等の欠陥が発生する
ことが少なく、また高い寸法精度を有する高品質のセラ
ミックス焼結体が極めて高い歩留りで得られた。

【００５１】一方、比較例２の試料では、加熱温度が高
過ぎるため、成形体中に含有されていた有機高分子バイ
ンダの一部が揮散したり、変質してしまったため、成形
体の保形強度が小さくなり、切削加工時において、割れ
の発生が増大し、寸法精度も低下してしまった。

【００５２】また比較例３のように加熱硬化処理を行な
わず、従来の製法によってセラミックス成形体を形成
し、焼結体の段階で切削加工を実施した場合には、寸法
不良は少ないが割れ等の加工欠陥の発生が多く加工工数
が増大するとともに、製品歩留りは約８０％程度であっ
た。

【００５３】特に実施例１〜５においては軟質な生成形
体の段階で切削加工を実施しているため、比較例３と比
較して切削速度を大きく設定することができる。したが
って原料調製から成形、切削加工、焼成までを含めた製
品１個当りの製造工数は、従来法（比較例３）を基準
（１００）として２０〜２３となり、従来法の１／４〜
１／５程度に低減され、量産性を大幅に改善することが
可能になった。また最終製品歩留りについても従来法で
は約８０％であったが、本実施例では９６〜１００％と
大幅に上昇し、セラミックス焼結体の製造コストを大幅
に低減することができた。

【００５４】実施例６〜１２および比較例４〜６ 窒化アルミニウム原料粉末に焼結助剤として２重量％の
ＣａＣＯ₃ を添加した無機成分１００重量部た対してバ
インダーとしての熱可塑性アクリル樹脂を１２重量部
と、可塑剤としてのＤＢＰを５重量部添加した混合体を
調製し、有機溶剤とともにボールミルにて混合し、減圧
撹拌にて粘度調整したスラリー状原料混合体を調製し
た、さらに得られた原料混合体をドクターブレード法に
てグリーンシート状に成形し、得られたグリーンシート
を多数積層し、温度１００℃、圧力１２０kg／cm² で熱
圧着してブロック状の一次成形体を多数製造した。

【００５５】次に得られた成形体を表２に示すように１
５０〜６９０℃の温度で１０分間、窒素ガス雰囲気中で
加熱処理してそれぞれ実施例６〜１２および比較例４〜
５に係るセラミックス成形体を得た。一方、加熱処理を
実施しない比較例６の成形体を調製した。次に得られた
各セラミックス成形体について研削盤加工および旋盤加
工を実施して図３に示す放熱フィン１３用の成形体を形
成した。そしてセラミックス成形体の研削および旋盤加
工時において、欠けや割れやチッピング等の加工欠陥を
生じた割合を測定して表２に示す結果を得た。

【００５６】さらに得られた成形体を実施例１〜５と同
一条件で脱脂焼結して焼結後における欠陥発生率を求め
るとともに、焼結体１個当りに要する加工工数を計算し
て表２右欄に示す結果を得た。なお加工工数は加熱処理
を実施せず焼結体を機械加工した比較例６を基準（１０
０）として相対的に表示した。

【００５７】

【表２】

【００５８】表２に示す結果から明らかなように実施例
６〜１２に係る成形体によれば予め加熱処理して可塑剤
を低減し硬化せしめた状態で機械加工しているため欠陥
が少なく、加工工数も減少した。特に加熱温度を２６０
〜３７０℃の範囲に設定することにより、成形体の切削
加工時の不良発生率および焼結後の欠陥発生率が共に少
なくなり、製造コストも大幅に低減できた。

【００５９】実施例１３〜１９および比較例７〜８ バインダーとしてポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を７
重量部添加し、加熱硬化処理温度を表３左欄に示すよう
に１４０〜５３０℃とした以外は実施例６〜１２と同一
条件で処理して実施例１３〜１９および比較例７〜８に
係る成形体を調製した。以下同様に成形体の切削加工時
の不良発生率、焼結後の欠陥発生率および加工工数を測
定し、下記表３に示す結果を得た。

【００６０】

【表３】

【００６１】表２、表３に結果から明らかなようにバイ
ンダーの種類が異なる場合には、成形体の加工性が良好
となる範囲も若干異なることが判明した。表３に示すよ
うにバインダーとしてＰＶＢを使用する場合に良好な加
工性を得るための加熱硬化処理温度は２２０〜３４５℃
の範囲であった。

【００６２】以上の実施例においては、集積回路パッケ
ージの封止部材（リッド）２に本発明に係るセラミック
ス成形体を適用した簡単な構造例で示しているが、本発
明に係るセラミックス成形体の用途は上記実施例に限定
されず、図２に示すセラミックス製ボルト１０等の機械
要素部品、図３に示すような、旋盤加工によって形成す
る溝やねじ穴７を設けた放熱フィン１３、図４に示すよ
うなセラミックス製組立式容器（箱体）１４などの容器
構造体にも適用することができる。特に図４に示す組立
式容器１４のように容器素材１５，１６にそれぞれほぞ
１７等の異形突起やほぞ穴（あり溝）１８などの異形孔
が形成されており、極めて複雑な形状を呈している。こ
のような複雑な異形突起や異形孔を有する素材用の成形
体は、従来の一軸加圧式のプレス成形機では形成するこ
とが不可能である。

【００６３】しかるに本願発明方法に従って、まず均一
な厚さを有する板状の一次成形体を形成し、この一次成
形体を所定温度で加熱硬化処理した成形体を使用するこ
とにより、上記のような複雑形状を有する異形突起や異
形孔を切削加工することも初めて可能になる。

【００６４】

【発明の効果】以上の通り、本発明に係るセラミックス
成形体およびその製造方法によれば、原料混合体を成形
して形成した一次成形体を所定温度にて加熱硬化処理す
ることにより、切削加工に耐える靭性および硬度を有す
るセラミックス成形体としているため、割れやチッピン
グの発生が少なく、高い寸法精度で複雑形状を有するセ
ラミックス成形体およびセラミックス焼結体が得られ、
セラミックス製品の製造歩留りを大幅に改善することが
可能となる。

【００６５】また有機高分子バインダとして熱可塑性樹
脂を使用することにより、切削加工で生じた切削屑を再
度加熱することにより、流動性を回復させることが可能
であり、切削屑を原料粉末として再利用することがで
き、原料コストを低減することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】セラミックス成形体または焼結体を切削加工し
ている状態を示す斜視図。

【図２】セラミックス焼結体で形成したボルトの形状例
を示す正面図。

【図３】セラミックス焼結体で形成した放熱フィンの形
状例を示す正面図。

【図４】セラミックス焼結体で形成した組立式容器の形
状例を示す部分斜視図。

【符号の説明】

２ 封止部材（リッド） ２ａ キャビティ ７ ねじ穴 ９ 回転切削工具 １０ ボルト １１ 加工欠陥 １２ セラミックス成形体 １３ 放熱フィン １４ 組立式容器（箱体） １５，１６ 容器素材 １７ ほぞ １８ ほぞ穴

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス原料粉末あるいはこれに焼
   結助剤や着色剤を加えた無機成分に有機高分子バインダ
   と可塑剤とを添加した原料混合体を所定形状に成形した
   セラミックス成形体において、上記可塑剤の含有量を上
   記無機成分１００重量部に対して０．５重量部以下に設
   定したことを特徴とするセラミックス成形体。
2. 【請求項２】 有機高分子バインダの含有量を無機成分
   １００重量部に対して３〜２５重量部に設定したことを
   特徴とする請求項１記載のセラミックス成形体。
3. 【請求項３】 有機高分子バインダは熱可塑性樹脂であ
   ることを特徴とする請求項１記載のセラミックス成形
   体。
4. 【請求項４】 セラミックス原料粉末あるいはこれに焼
   結助剤や着色剤を加えた無機成分１００重量部に対し
   て、３〜２５重量部の有機高分子バインダおよび１〜１
   ０重量部の可塑剤を添加した原料混合体を成形して一次
   成形体を形成し、得られた一次成形体を非酸化性雰囲気
   中あるいは真空中で温度１２０〜４８０℃の範囲で加熱
   処理することにより一次成形体中の可塑剤成分を低減し
   硬化させることを特徴するセラミックス成形体の製造方
   法。
5. 【請求項５】 有機高分子バインダとして熱可塑性樹脂
   を使用することを特徴とする請求項４記載のセラミック
   ス成形体の製造方法。
6. 【請求項６】 原料混合体に溶剤を添加して調製したス
   ラリーをグリーンシート状に成形し、得られた複数のグ
   リーンシートを積層圧着して一次成形体を形成すること
   を特徴とする請求項４記載のセラミックス成形体の製造
   方法。