JPH06321638A - 窒化ホウ素系複合セラミックスの鋳込み成形用泥漿の調製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 均質で、しかも低粘度な窒化ホウ素系複合セ
ラミックスの鋳込み成形用泥漿を調製する方法を提供す
ること。 【構成】 窒化ホウ素粉末の泥漿と、該窒化ホウ素粉末
に複合する他のセラミックス粉末との泥漿を、各々別々
に調製することとし、しかも水に濡れにくい上記窒化ホ
ウ素粉末の泥漿調製には、材料にせん断及び圧縮作用を
加えることのできる捏和機を用いて行い、これらの調製
された２種の泥漿を、その後任意の割合で混合すること
により窒化ホウ素系複合セラミックスの鋳込み成形用泥
漿を調製することとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、窒化ホウ素系複合セラ
ミックスの鋳込み成形用泥漿の調製方法に関し、特に均
質で低粘度な鋳込み成形用の泥漿を得るための、窒化ホ
ウ素系複合セラミックスの鋳込み成形用泥漿の調製方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化ホウ素は、潤滑性に優れ、溶融金属
に対して濡れにくく、耐触性、及び耐熱衝撃性が高く、
かつ乾式で容易に機械加工できる特徴を有する優れたセ
ラミックス材料であることから、近年、その市場を広げ
ている。

【０００３】しかし、一方で、窒化ホウ素は難焼結性で
あり、また、耐磨耗性に劣る等の欠点を有しているた
め、他のセラミックスとかかる窒化ホウ素とを複合さ
せ、上記の様な優れた特性のみを引き出した複合セラミ
ックスの開発が行われている。

【０００４】この複合セラミックスは、高温耐熱材料や
鋳造部品等への応用が図られ、これらの部品は、一般的
に大型で、しかも複雑な形状となっているものが多い。

【０００５】この大型で複雑形状の部品の成形方法とし
ては、安価で安全な水を分散媒とした泥漿鋳込みが一般
的であり、かかる泥漿鋳込みの成形方法は、特別の設備
が不要であることから設備費用が安く、また、成形歪が
小さく均一な製品を得られる点で優れている。

【０００６】但し、このセラミックスの鋳込み成形方法
は、低粘度で、経時変化の少ない安定な泥漿をいかに作
製するかが重要であり、使用するセラミックス原料粉末
の種類や表面積等の違いによって、解膠剤の添加量や泥
漿濃度等の解膠条件を厳選する必要がある。

【０００７】ここで、従来の窒化ホウ素系複合セラミッ
クスの鋳込み成形用泥漿を調製する方法は、窒化ホウ素
粉末と、該窒化ホウ素粉末に複合させる他のセラミック
ス粉末とに分散媒として水、更に解膠剤を適量添加し、
所定時間ボールミルで同時に混合するものであった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た泥漿の調製方法にあっては、同時混合されるセラミッ
クス粉末中、窒化ホウ素粉末は水に濡れにくく、他のセ
ラミックス粉末に比べて水に解膠する事が極めて困難で
あることから、ボールミルを用いた同時混合方法では、
たとえ数十時間に及ぶ長時間の混合においても十分な粒
子相互の分散性が得られず、また低粘度な泥漿を作製す
ることが困難なものであった。

【０００９】そのため、得られた窒化ホウ素系複合セラ
ミックスの泥漿は、流動性の悪い不均質なものとなり、
かかる泥漿で排泥鋳込み成形を行った場合、排泥不能と
なったり、たとえ排泥可能であっても成形体内面にダレ
等を生じ、水分の多い軟弱層を形成し、成形体が得にく
いものであった。また、得られた成形体においても、組
成に不均一が生じ、場合によっては成形体、或いはこの
成形体を焼成して得られた焼結体に亀裂や欠陥が生じ、
窒化ホウ素の特性を十分に発現させた窒化ホウ素系複合
セラミックスの作製は困難なものであった。

【００１０】本発明は、上述した従来技術が有する課題
に鑑みなされたものであって、その目的は、均質で、し
かも低粘度な窒化ホウ素系複合セラミックスの鋳込み成
形用泥漿を調製する方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、窒化ホウ素粉末の泥漿と、該窒化ホウ素粉
末に複合する他のセラミックス粉末との泥漿を、各々別
々に調製することとし、しかも水に濡れにくい上記窒化
ホウ素粉末の泥漿調製には、材料にせん断及び圧縮作用
を加えることのできる捏和機を用いて行い、これらの調
製された２種の泥漿を、その後任意の割合で混合するこ
とにより窒化ホウ素系複合セラミックスの泥漿を調製す
ることとした。

【００１２】上記した本発明にかかる窒化ホウ素系複合
セラミックスの鋳込み成形用泥漿の調製方法によれば、
窒化ホウ素粉末、解膠剤、及び水の混合に捏和機、例え
ばニーダーミキサー又は３本ロールミル、或いはその両
者を用いることにより、窒化ホウ素粉末表面に解膠剤を
均一に付着させた窒化ホウ素泥漿を十分程度の短時間で
調製でき、この窒化ホウ素の泥漿に他のセラミックスの
泥漿を任意の割合で混合し、例えばボールミルで十数時
間混合攪乱することにより、窒化ホウ素が均一に分散し
た複合セラミックスの鋳込み成形用泥漿が得られ、この
泥漿を用いて作製した鋳込み成形体及び焼結体は、亀裂
や欠陥が全くなく、成形体密度、焼結体密度及び強度等
の特性において優れたものとなる。

【００１３】また、本発明の方法によれば、窒化ホウ素
と他のセラミックスの複合比を変えたい場合には、窒化
ホウ素の泥漿と他のセラミックスの泥漿とを別途に調製
していることから、これら両泥漿の配合を任意に変える
だけで、容易に複合比の異なる複合セラミックスの鋳込
み成形用泥漿が得られ、ユーザーニーズに容易に対応で
きる鋳込み成形用泥漿の調製方法となる。

【００１４】ここで、ニーダーミキサー或いは３本ロー
ルミルのような捏和機を用いることで、均質かつ低粘度
な窒化ホウ素泥漿が短時間で調製できる理由は明らかで
はないが、捏和機の混合により、窒化ホウ素粉末と解膠
剤に圧縮及びせん断力を加えることができ、その結果、
解膠剤を窒化ホウ素粉末の間隙にまで入り込ませ、粉末
表面に均一に付着させることが可能となるためと考えら
れる。

【００１５】なお、本発明において用いる捏和機として
は、上記したようにニーダーミキサー、３本ロールミル
等を挙げることができるが、これ以外の捏和機、例えば
インターナルミキサー、ミューラーミキサー等であって
も、混合する材料に適度なせん断及び圧縮力を作用させ
ることのできる捏和機であれば、本発明において用いる
ことができ、また、これらの捏和機の１機種を窒化ホウ
素の泥漿調製に用いても良く、さらに混合効果を上げる
ために２機種以上を併用してもなんら差し支えなく、こ
れらも本発明に包含されるものである。

【００１６】ここで、本発明において用いることのでき
る上記３本ロールミルについて詳しく述べる。一般に、
３本ロールミルにおける各ロールは、フィードロール、
センターロール、エプロンロールと呼ばれ、フィードロ
ールとセンターロールの間に原料を供給し、ロールの回
転に伴う摩擦によって原料は移動し、エプロンロールに
スクレーパを当てると排出される。

【００１７】上記各ロールの回転速度は、フィードロー
ル、センターロール、エプロンロールと行くに従い速く
してあり、本発明に用いられる３本ロールミルでは、セ
ンターロールの回転速度はフィードロールの７倍以下
で、かつエプロンロールの回転速度はセンターロールの
２．５倍以下であることが好ましい。これは、センター
ロールの回転速度がフィードロールの７倍を越える場
合、或いはエプロンロールの回転速度がセンターロール
の２．５倍を越える場合には、せん断力に比べ圧縮力が
小さくなり、解膠剤が窒化ホウ素粉末間の間隙に十分入
り込まず、解膠作用が得にくくなるためである。

【００１８】また、本発明における窒化ホウ素粉末は、
その粒径等が特に限定されるものではないが、一次粒子
径が１０μｍ以下、特に１〜６μｍ程度のものが好まし
い。これは、一次粒子径が１０μｍより大きいものは、
鋳込み成形用泥漿中で沈降しやすく、十分な分散安定性
が得られない場合があるためである。

【００１９】また、窒化ホウ素泥漿中の固形分について
は、４０重量％以上であることが好ましい。これは、固
形分がこの値より小さいと、泥漿粘度が低くなり過ぎ、
ニーダーミキサー或いは３本ロールミルのような捏和機
で混合する際、増粘剤が必要になるといった不具合が生
じ、また、高い窒化ホウ素含有率を有する窒化ホウ素系
複合セラミックスの泥漿が得にくく、結果として成形体
及び焼結体の特性は、不十分なものとなるためである。

【００２０】さらに、本発明において上記調製した窒化
ホウ素泥漿と混合する他のセラミックスとしては、炭化
ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン、窒化アルミニウム等
のセラミックス粉末が使用でき、これらのセラミックス
粉末の泥漿調製は、従来と同様ボールミルによって行っ
ても良いが、他の混合機を使用して調製しても良い。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例及び比較例を示し、本
発明をさらに具体的に説明する。

【００２２】−実施例１− 六方晶窒化ホウ素粉末（粒径１．５μｍ、ＢＥＴ比表面
積４０ｍ² ／ｇ）６８４ｇに、水５７４ｇと、解膠剤と
してポリカルボン酸アンモニウム（中京油脂製、セルナ
Ｄ−７３５）を窒化ホウ素粉末に対して４重量％加え、
泥漿濃度が５０重量％になるように配合した。これを、
ニーダーミキサー（森山製作所製、ＤＳ−７．５ＧＨＨ
−Ｅ型）で３０分、回転速度比１：２：５の３本ロール
ミル（アシザワ製、ＨＲ−５００）で１０分間混合し、
窒化ホウ素泥漿を調製した。

【００２３】別に、ボールミルトポットに水１，８４５
ｇと、解膠剤としてポリカルボン酸アンモニウムをサイ
アロン粉末に対して０．２重量％加え、泥漿濃度が６８
重量％になるようにサイアロン粉末（一次粒径０．８μ
ｍ、ＢＥＴ比重面積１０ｍ²／ｇ）３，９００ｇ、及び
焼結助剤としてイットリア９４ｇを配合した。これを、
１６時間ボールミルで混合処理し、サイアロン泥漿を調
製した。

【００２４】次いで、上記調製した窒化ホウ素泥漿とサ
イアロン泥漿とを、重量比１：４と成るように混合し、
ボールミルで１６時間攪拌して、窒化ホウ素−サイアロ
ン系複合セラミックスの鋳込み成形用泥漿を調製した。
得られた泥漿の粘度は、０．４ｐｏｉｓｅであった。

【００２５】この泥漿を、φ１５０×１８７．５ｍｍの
石膏型を用いて排泥鋳込みにより成形し、成形体を得
た。この成形体を大気中において、４５０℃で６時間脱
脂した後、窒素雰囲気中において、１７８０℃で３時間
常圧焼成したところ、亀裂のない焼結体が得られ、この
焼結体の密度は、２．２３ｇ／ｃｍ³ であった。

【００２６】−実施例２− 上記実施例１において、窒化ホウ素粉末の泥漿調製にニ
ーダーミキサーを用いないこと以外、実施例１と同様に
して窒化ホウ素−サイアロン系複合セラミックスの鋳込
み成形用泥漿を調製し、この泥漿を用いて、上記実施例
１と同様の方法で焼結体を作製した。得られた泥漿の粘
度は、０．６ｐｏｉｓｅであり、焼結体は亀裂のないも
ので、密度２．２２ｇ／ｃｍ³ であった。

【００２７】−実施例３− 上記実施例２において、窒化ホウ素粉末の泥漿調製を、
回転速度比１：８：２０の３本ロールミルを用いたこと
の他は、実施例１と同様にして窒化ホウ素−サイアロン
系複合セラミックスの鋳込み成形用泥漿を調製し、この
泥漿を用いて、上記実施例１と同様の方法で焼結体を作
製した。得られた泥漿の粘度は、１．２ｐｏｉｓｅであ
り、焼結体は亀裂のないもので、密度２．１８ｇ／ｃｍ
³ であった。

【００２８】−比較例１− 上記実施例１において、窒化ホウ素粉末の泥漿調製を、
ニーダーミキサー、３本ロールミルの代わりにボールミ
ルを用いた他は、実施例１と同様にして窒化ホウ素−サ
イアロン系複合セラミックスの鋳込み成形用泥漿を調製
し、この泥漿を用いて、上記実施例１と同様の方法で焼
結体を作製した。得られた泥漿の粘度は、５．０ｐｏｉ
ｓｅもあり、作製した焼結体には亀裂が存在し、その密
度は、２．０８ｇ／ｃｍ³ であった。

【００２９】

【発明の効果】以上、説明した本発明にかかる窒化ホウ
素系複合セラミックスの鋳込み成形用泥漿の調製方法に
よれば、窒化ホウ素が均一に分散し、しかも低粘度な複
合セラミックスの鋳込み成形用泥漿が得られ、この泥漿
を用いて作製した鋳込み成形体及び焼結体は、亀裂や欠
陥が全くなく、成形体密度、焼結体密度及び強度等の特
性において優れたものとなる。

【００３０】また、本発明の方法によれば、別途調製し
た窒化ホウ素の泥漿と他のセラミックスの泥漿の配合を
任意に変えるだけで、容易に複合比の異なる複合セラミ
ックスの鋳込み成形用泥漿が得られ、ユーザーニーズに
容易に対応できる鋳込み成形用泥漿の調製方法となる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化ホウ素粉末に水、及び解膠剤を添加
   し、捏和機を用いて泥漿を調製した後、該窒化ホウ素の
   泥漿に、別に調製した他のセラミックスの泥漿を任意の
   割合で混合し、窒化ホウ素系複合セラミックスの泥漿を
   調製することを特徴とする、窒化ホウ素系複合セラミッ
   クスの鋳込み成形用泥漿の調製方法。