JPH08188470A - 非酸化物系セラミックス原料を用いるセラミックスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非酸化物系原料を用いるセラミックスの製造
において、少量の結合剤添加により成形原料の粘度、着
肉速度を効果的に改善して高密度で高強度の成形体を良
好な成形性のもとに得る。 【構成】 成形原料に糖アルコールを添加する。 【効果】 糖アルコールは泥漿の粘度を低下させる効果
があり添加による非酸化物系セラミックス原料粉末の分
散性の低下は殆どない。少量の添加で成形体の強度を高
くすることができる。着肉速度が減少し、粒子の充填率
が向上し、成形体密度も向上する。泥漿のゲル化を抑制
して、粘度の経時変化を小さく抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非酸化物系セラミック
ス原料を用いるセラミックスの製造方法に関し、詳しく
は、非酸化物系セラミックス原料を成形してセラミック
スを製造するに当り、成形原料の粘度、着肉速度を改善
して高密度で高強度の成形体を良好な成形性のもとに得
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、非酸化物系のセラミックスは、炭
化珪素、窒化珪素、サイアロン、窒化ホウ素、窒化アル
ミニウム等の非酸化物系セラミックス原料に水と少量の
添加物を加えて混合した後、成形、乾燥、焼成すること
により製造されている。即ち、炭化珪素、窒化珪素等の
非可塑性原料に、少量の粘土や有機系可塑剤を加えて成
形するか、或いは、セラミックスの純度を上げるために
有機系可塑剤のみを添加して成形し、得られた成形体を
乾燥、焼成して製造されている。

【０００３】このように、セラミックスの製造は、粉末
原料の調製、成形及び焼成のプロセスからなり、これら
の各プロセスは相互に密接な関係を持っている。特に、
粉末原料とその調製において、原料と成形助剤の選定及
び泥漿物性の制御は、得られるセラミックスの特性に大
きな影響を与える。

【０００４】一方、セラミックスの成形法には、加圧、
押出し、鋳込み及び射出成形等があり、成形法は材料の
形状、使用目的などによって選定され、最終的にはセラ
ミックスの製造プロセスにおける歩留及び経済性の面か
ら決定される。

【０００５】これらの成形法の中でも、泥漿鋳込成形法
は、設備として、多孔質型材のみで、高価な設備機器を
必要とせず、しかも複雑な形状品の製造や多品種少量を
規模とするセラミックスの製造に適合する等の多くの利
点を有している。特に、近年、自動車用のセラミックタ
ーボチャージャーの開発と相まって、泥漿鋳込成形法は
より大きな注目を集めている。

【０００６】泥漿鋳込成形法の基本要件は、粉末原料と
成形助剤とを混合して泥漿を調製する過程で、如何にし
て凝集粒子（２次粒子）の形成を起こさせずに１次粒子
が解膠した状態の泥漿を得るかということである。更
に、鋳込用泥漿は、石膏型のような多孔質型材に吸収さ
れる水分量が際めて少ないことから、泥漿中の水分量を
減らして高濃度にすること、その粘度を低くすること、
適正な流動性をもたせることなどが不可欠である。

【０００７】そこで、近年、ポリカルボン酸型のアンモ
ニウム塩（アニオン系）が一般に原料粉末の分散剤とし
て用いられている。また泥漿中には、分散剤（又は解膠
剤）の他に、成形体に強度を付与させるための結合剤
（ポリビニルアルコール、セルローズ系、ワックス系エ
マルジョン、アクリル系エマルジョンなど）、可塑剤
（グリセリン、ポリエチレングリコールなど）、湿潤剤
（ｎ−ブタノール、イソプロパノールなど）及び消泡剤
等の有機系材料を成形助剤として添加する場合がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、泥漿の
調製に際して、解膠剤と結合剤とを併用添加すると、泥
漿の粘度は著しく高くなり、例えば、高濃度泥漿の場合
には鋳込成形が不能になるなど、解膠状態が低下すると
いう問題がある。

【０００９】ところで、ニューセラミックス又はファイ
ンセラミックスの成形工程においては、成形性を向上さ
せるために、上述の可塑剤、結合剤等の合成有機材料が
多量に使用されている。このため、焼成工程において別
途脱脂操作が必要となり、また、焼成時の収縮が陶磁器
品に比較して著しく大きく、得られる焼結体の形状歪も
大きい等の問題を生じている。

【００１０】このようなことから、非酸化物系セラミッ
クス原料を用いるセラミックス、とりわけニューセラミ
ックスやファインセラミックスの製造においては、少量
の添加で良好な成形性を得ることができる添加剤の開発
が望まれている。

【００１１】本発明は、上記従来の問題点を解決し、非
酸化物系原料を用いるセラミックスの製造において、少
量の結合剤添加により成形原料の粘度、着肉速度を効果
的に改善して高密度で高強度の成形体を良好な成形性の
もとに得る方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の非酸化物系セ
ラミックス原料を用いるセラミックスの製造方法は、非
酸化物系セラミックス原料を成形してセラミックスを製
造する方法において、成形原料に糖アルコールを添加す
ることを特徴とする。

【００１３】請求項２の非酸化物系セラミックス原料を
用いるセラミックスの製造方法は、請求項１の方法にお
いて、非酸化物系セラミックス原料がサイアロン、窒化
珪素、炭化珪素及び窒化ホウ素よりなる群から選ばれる
１種又は２種以上を含むものであることを特徴とする。

【００１４】以下に本発明を詳細に説明する。

【００１５】本発明は、非酸化物系セラミックス原料の
成形原料に糖アルコールを添加することにより、成形工
程に必要な高い可塑性を得るものである。

【００１６】本発明に用いられる糖アルコールとは、炭
水化物である糖類の還元基（アルデヒド基、ケトン基）
がアルコール性水酸基に置きかえられたものである。糖
アルコールは天然にも存在し、微生物によって産生され
る場合もあるが、工業的には、通常、還元性糖類を触媒
の存在下で水素により還元して製造される。

【００１７】本発明において、糖アルコールとしては、
殆どすべての糖アルコールを用いることができるが、原
料糖としては６炭糖を構成糖とする単糖類及び／又はオ
リゴ糖類で、その還元基がアルコール性水酸基に置き換
えられた単糖アルコール及び／又はオリゴ糖アルコール
が工業的に有利である。これらのうち、単糖アルコール
としてはソルビトール、マンニトールが好ましく、オリ
ゴ糖アルコールとしては、マルチトールやラクチトール
のような２糖アルコールから３糖アルコール以上、１０
糖アルコール位までのオリゴ糖アルコールを単独又は混
合して用いることができる。

【００１８】一方、本発明に用いられる非酸化物系セラ
ミックス原料としては、サイアロン、窒化珪素、窒化ホ
ウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素またはその混合物が
挙げられる。

【００１９】本発明において使用する非酸化物系セラミ
ックス原料の純度は好ましくは９０％以上、特に好まし
くは９９％以上であり、更に純度が９９．９％以上の高
純度非酸化物系セラミックス原料から高純度のセラミッ
クスを製造することができる。

【００２０】本発明に用いられる糖アルコールの量は、
重量比率で非酸化物系セラミックス原料に対して０．１
〜５％であることが好ましく、より好ましくは０．２〜
３％である。

【００２１】本発明に好適な成形原料配合は下記の通り
である。

【００２２】泥漿成形原料配合（重量部） 非酸化物系セラミックス原料粉末：１００ 糖アルコール：０．１〜５、特に０．２〜３ 分散剤：０．０１〜２ 水：２０〜６０練土成形原料配合（重量部） 非酸化物系セラミックス原料粉末：１００ 糖アルコール：０．１〜５、特に０．２〜３ 水：１０〜３０ なお、成形原料への糖アルコールの添加は、非酸化物系
セラミックス原料の粉末及び／又は水に予め添加する
か、或いは成形前の泥漿又は練土を調製する際に同時に
添加するなどの方法を採用できる。また、セラミックス
材料としての非酸化物系セラミックス原料を造粒する際
に、予め水及び／又は非酸化物系セラミックス原料粉
末、或いは、その他の添加剤に混合して用いることもで
きる。

【００２３】本発明において、成形方法としては、鋳込
成形、加圧成形或いはロクロを用いる成形等、水分を有
する状態での成形であれば、如何なる成形方法であって
も良く、常法に従って、成形を行うことができる。

【００２４】得られた成形体は、通常の場合、４０〜１
００℃で２４〜７２時間程度乾燥した後、１６００〜２
２００℃で１〜１０時間程度焼成して製品とされる。

【００２５】

【作用】糖アルコールの添加による成形性の改善の機構
は、糖アルコールは、非酸化物系原料の微粒粉体或いは
これを構成する結晶体が成形時に水を介して互いに接触
し、摩擦を起しながら滑り合う際に、これらの粉体ない
し結晶体の表面及び水に作用して、これら粉体ないし結
晶体の表面同志の滑りを良くしているものによるものと
考えられる。

【００２６】例えば、鋳型成形に用いられる泥漿にソル
ビトールを０．５％〜５％程度加えると、泥漿粘度が顕
著に低下する。この性質を利用して泥漿の水分を減少さ
せて密度の高い鋳込成形を行うことができる。この減水
効果はロクロ成形における坏土についても認められる。
即ち、この場合、非酸化物微粒子同志の滑り効果をもた
らすと考えられている水の作用を糖アルコールが更に高
めている。

【００２７】なお、糖アルコールの重合度による作用と
して、重合度が高くなると、セラミックス成形体の乾燥
強度の向上からバインダー作用も認められるようにな
る。

【００２８】更に、後掲の実施例に示す如く、本発明に
従って非酸化物系セラミックス原料の泥漿に糖アルコー
ルを添加すると、泥漿の粘度が低下し、流動性が上昇す
るので、泥漿の水分量を減らすことができる。

【００２９】また、糖アルコールは非イオン性であるた
めイオン性の他の添加物に悪影響を与えずにその特性を
発揮することができる。

【００３０】このように糖アルコールが非酸化物系セラ
ミックス原料の泥漿に与える好ましい作用が、セラミッ
クス泥漿として望ましい物性を泥漿に付与し、セラミッ
クスの成形過程により良い条件を提供する結果、乾燥体
の強度及びセラミックス焼結体の強度等の物性の向上に
寄与することとなる。

【００３１】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明を
より具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない
限り、以下の実施例に限定されるものでない。なお、以
下の例において「％」及び「部」は特記しない限り重量
基準である。

【００３２】実施例１ 下記配合の泥漿を常法に従って泥漿鋳込み成形した。泥
漿の粘度、ゼータ電位を表１に示す。また、成形時の着
肉速度定数、成形体密度、成形体強度、成形性を表１に
示す。

【００３３】また、糖アルコールの添加量が１％のもの
について、泥漿粘度の経時変化を調べ、結果を表２に示
した。

【００３４】なお、非酸化物系セラミックス原料として
はサイアロンを用い、また、糖アルコールとしてはオリ
ゴ糖アルコールを用いた。

【００３５】泥漿配合（部） 非酸化物系セラミックス原料：１００ 糖アルコール：表１に示す通り 分散剤（ポリカルボン酸アンモニウム塩：中京油脂「セ
ルナＤ−３０５」）：０．５ 水：３５ 比較例１ 糖アルコールの代りにアクリル系エマルジョンを用いた
こと以外は実施例１と同様にして各種物性を測定し、結
果を表１，２に示した。

【００３６】比較例２ 糖アルコールを添加しなかったこと以外は実施例１と同
様にして、泥漿を調製し、その泥漿特性を調べ、結果を
表１，表２に示した。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１より次のことが明らかである。

【００３９】即ち、糖アルコールは泥漿の粘度を低下さ
せる効果があり、また、糖アルコールの添加による非酸
化物系セラミックス原料粉末の分散性の低下は殆どな
い。

【００４０】しかして、糖アルコールであれば、アクリ
ル系エマルジョンに比べて少量の添加で成形体の強度を
高くすることができる。

【００４１】また、糖アルコールの添加量が増加するに
つれて、着肉速度が減少し、それにともなって粒子の充
填率が向上し、成形体密度の向上が図られる。つまり、
糖アルコールの添加量によって着肉速度及び成形体密度
を制御することが可能となる。一方、アクリル系エマル
ジョン等の他の結合剤は添加量の増大と共に成形体密度
の低下をもたらす。

【００４２】

【表２】

【００４３】表２より、糖アルコールであれば、泥漿の
ゲル化を抑制して、粘度の経時変化を小さく抑えること
ができることが明らかである。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の非酸化物系
セラミックス原料を用いるセラミックスの製造方法によ
れば、非酸化物系セラミックスの製造において、少量の
結合剤添加により成形原料の粘度、着肉速度を効果的に
改善して高密度で高強度の成形体を良好な成形性のもと
に得ることができる。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 35/632 35/599 Ｃ０４Ｂ 35/58 ３０２ Ｒ (72)発明者 佐々木 丈夫 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社セメント研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非酸化物系セラミックス原料を成形して
   セラミックスを製造する方法において、成形原料に糖ア
   ルコールを添加することを特徴とするセラミックスの製
   造方法。
2. 【請求項２】 非酸化物系セラミックス原料がサイアロ
   ン、窒化珪素、炭化珪素及び窒化ホウ素よりなる群から
   選ばれる１種又は２種以上を含むものである請求項１に
   記載の製造方法。