JPH0847907A - ファインセラミックスの遠心蝋型成形法 - Google Patents

ファインセラミックスの遠心蝋型成形法

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JPH0847907A
JPH0847907A JP18316994A JP18316994A JPH0847907A JP H0847907 A JPH0847907 A JP H0847907A JP 18316994 A JP18316994 A JP 18316994A JP 18316994 A JP18316994 A JP 18316994A JP H0847907 A JPH0847907 A JP H0847907A
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JP
Japan
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wax
mold
molding method
centrifugal
molding
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JP18316994A
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English (en)
Inventor
Hidenori Kuroki
英憲 黒木
Shunzo Tajima
俊造 田島
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Hiroshima University NUC
Original Assignee
Hiroshima University NUC
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Publication date
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  • Preparation Of Clay, And Manufacture Of Mixtures Containing Clay Or Cement (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はセラミックスの超微粉末を蝋型を用
いて高速遠心成形するファインセラミックスの遠心蝋型
成形法に関し、複雑な形状の成形品を確実、容易に成形
する方法を提供するにある。本発明は特に高純度アルミ
ナの超微粉末の成形法として、成形体を蝋の浸入なしに
取り出すことができ、金型で成形したと同等のものが得
られ、かつ、複雑な形状の成形品を確実、容易に高精度
に成形することができ、大量生産及び多種小量生産のど
ちらにも適合できるファインセラミックスの遠心蝋型成
形法を提供するにある。 【構成】 本発明はセラミックスの超微粉末のスリップ
あるいはコロイド状の泥漿を重力の1〜2万倍の加速度
による高速遠心成形法で沈降成形するに当り、型として
蝋型を用い、成形後型を溶融除去して、複雑な形状の精
密な成形体を取り出すことを特徴とするファインセラミ
ックスの遠心蝋型成形法にある。

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の超微粉末
を蝋型を用いて高速遠心成形するファインセラミックス
の遠心蝋型成形法に関し、複雑な形状の成形品を確実、
容易に成形する方法を提供するにある。本発明は特に高
純度アルミナの超微粉末の成形法として、成形体を蝋の
浸入なしに取り出すことができ、金型で成形したと同等
のものが得られ、かつ、複雑な形状の成形品を確実、容
易に高精度に成形することができ、大量生産及び多種小
量生産のどちらにも適合できるファインセラミックスの
遠心蝋型成形法を提供するにある。
【0002】
【従来の技術】従来はセラミックスの超微粉末は成形が
難しく、一般に、石膏型を使い重力で鋳込むものであ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】然しながら、従来の石
膏型を使いセラミック泥漿を重力で鋳込むので成形の精
度が悪く、材料が汚染し、気泡が残留する欠点がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の従来の鋳
込法の欠点を解決するために考えられたもので、蝋型を
使い高速遠心成形法で成形することにより、精度良く材
料を清浄に高密度に成形できることを知見した。
【0005】本発明は、セラミックスの超微粉末のスリ
ップあるいはコロイド状の泥漿を重力の1〜2万倍の加
速度による高速遠心成形法で沈降成形するに当り、型と
して蝋型を用い、成形後型を溶融除去して、複雑な形状
の精密な成形体を取り出すことを特徴とするファインセ
ラミックスの遠心蝋型成形法であって、高強度、高融点
のセラミックス機械部品を精度良く清浄緻密に製作で
き、大量生産、多種少量生産のどちらにも適合できるフ
ァインセラミックスの遠心蝋型成形法を提供するにあ
る。
【0006】本発明は予め製作した蝋型を遠心分離機の
沈降管に設置し、この沈降管中にセラミックスの超微粉
末の泥漿を入れ、重力の1〜2万倍の加速度による高速
遠心成形法で沈降させて成形後、蝋型を溶融除去し、成
形体を乾燥して製品を得るのである。本発明の適用範囲
はセラミック製小型機械部品全般である。
【0007】
【実施例】以下本発明の実施の一例態様について詳述す
る。 1. 実験の目的;- 高速遠心成形法(加速度:重力の1〜2万倍)では遠心
力の働く方向と関係なく均質に粉末粒子が充填される。
すなわち、形状に制約のない型が供給されればあらゆる
形状に対応できる。高速遠心成形用の型は10〜20kGの
遠心力に耐えられなければならないが、耐熱性は必要な
い。そこで、精密鋳造用の型として蝋型が使用できれ
ば、脱型時に型を簡単に壊せるので、金型で必要な割面
が不要で形状の自由度が大きく、かつ割面からの泥漿漏
出を防止できる。密度が1g/cm3程度と小さく遠心機
の重量制限に対して有利かつ、型が安価で多品種小量生
産に適するなど多くの特徴が予想できる。しかし、金型
に比べて精度や再現性のばらつきなどの点で信頼性に不
安がある。そこで、蝋型の遠心成形法への適用性を蝋型
及び成形体の特性及び精度などを調査して検討した。
【0008】2. 実験方法;- 高速遠心成形法は、図1に示す成形法で、金型1に泥漿
2(スリップあるいはコロイドとも呼ぶ)を装填後、泥
漿2に重力の1〜2万倍の遠心力(10〜20kG)を作用
させて、セラミックス粉末を金型底部に沈降させ溶媒の
上澄3と分離し成形体4を得る方法である。この成形法
は成形速度が速く(泥漿鋳込み法の数10倍)で均質かつ
高充填度の清浄な成形体が得られ、泥漿性状の影響が少
ないなど多くの特徴を有する。
【0009】3.−1 使用材料;- 表1,2に、本実験で使用したアルミナ粉末(大明化学
工業製,タイミクロンTM−DAR)の化学組成及び粉
体の特性を示す。これは、α−アルミナ粉末を二次凝集
粒子の少ない単粒子に粉砕したもので、非常に微細かつ
高純度である。
【0010】
【表1】
【0011】
【表2】 3.−2 泥漿の調製;- アルミナ製ポット(日本化学陶業製,A−5型,容量:
2000ml)にアルミナ粉末700 gとアルミナボール1000
g(φ10mm)及び所定量の溶媒と分散剤を加えて、ボー
ルミルで16時間の分散処理を行った後、所定量の結合剤
を添加し、再び4〜32時間処理を行って泥漿とした。
【0012】表3に泥漿の特性を示す。溶媒にはイオン
交換水を用い、遠心成形法では泥漿濃度の影響がほとん
どないので水分量は25質量%一定とした。分散剤にはポ
リカルボン酸アンモニウム(東亜合成化学製、アロンA
−6114)を用い0.6 質量%とした。結合剤にはアクリル
ポリマー(東亜合成化学製、AS−7503)を用い、その
添加量は0.1 質量%とした。これは通常の1/3以下で
あるが成形体の強度は充分であった。泥漿の粘度は、ず
り速度19.2s-1において400 〜600 mPa・sであっ
た。
【0013】
【表3】
【0014】3.−3 蝋型の作製;- 図2に蝋型作製用金型の形状を示す。図中の網掛け部が
蝋に相当する。蝋は高強度の蝋(日本石油加工製,PO
WAX H−10)と高靱性の蝋(日本石油精製製,マイ
クロワックス180 ゜)を重量比1:1で混合したもので
融点は約60℃である。
【0015】図3に蝋型の作製手順を示す。図3におい
て、金型7に離型剤を塗布して金型7は模型8を型組み
し、金型7内に溶けた蝋9を流し込み、凝固後、模型8
を抜き取り蝋型を作製した。作製後、この蝋型を用いて
アルミナ泥漿を高速で重力の1〜2万倍の遠心成形し、
約φ12×18 mm Hの成形体を作製した。なお、成形体10
の蝋型からの取り出しは、蝋を溶かすことにより容易に
行うことができる。
【0016】 3.−4 蝋型及び成形体、焼成体の評価;- (a)蝋型;- 蝋型は寸法により評価した。本実験では
蝋型に石膏(日東石膏製,C−100 P)を流し込み、石
膏体の径をレーザマイクロメータで測定し、石膏の凝結
膨張率(0.07%)を考慮して蝋型の寸法を求めた。な
お、図4に示すように試片の底面から2,9及び16mmの
高さ(以下、それぞれを試片の底面から順に下部、中部
及び上部と呼ぶ)で各任意4方向から径を測定した。蝋
型の寸法精度は、φ12mmの模型に対する石膏体試片の寸
法変化率で表した。
【0017】さらに、成形体の蝋型に対する寸法変化率
及び、蝋型、成形体、焼成体の真円度を求めて、蝋型を
用いて高速遠心成形した成形体と焼成体の寸法精度を調
べた。寸法は前項の石膏体と同一高さの部分で、成形体
及び焼成体の外径をレーザマイクロメータで測定した。
【0018】(b)成形体及び焼成体;- 測定した特性
を以下に示す。 水分量:成形脱型時の成形体含水量を乾燥法により
測定した。 1g.loss:800 ℃−1時間焼成時の灼熱減量
を求めた。 粒子充填率:800 ℃仮焼成体を用いて水中重量法に
より求めた。仮焼成体を用いたのは乾燥体では水中測定
が困難なためである。 焼成体かさ(相対)密度:1250℃で焼成した焼成体
を用いて水中重量法により求めた。アルミナの真密度は
3.99g/cm3 とした。 寸法変化率:成形体及び1250℃で焼成した焼成体の
径及び高さ方法の寸法を電子式マイクロメータで測定し
て求めた。 SEMによる観察:800 ℃で仮焼成体とし、1250℃
で焼成した焼成体の破面、及び1250℃焼成体の鏡面仕上
げ熱腐食面(1200℃−1時間熱腐食)をSEMにより観
察した。曲げ強度:1220℃で2時間焼成した焼成体に
ついて3点曲げ試験法(JIS R1601)により支持間
隔30mm、クロスヘッド速度毎分0.5 mmで測定した。な
お、曲げ強度試験片(成形体寸法:断面約8mm角、高さ
50mm)の成形は、現時点では、蝋型を使用すると高さ方
向に多少の無理があった。そこでAl合金製の金型を用
いて成形した。
【0019】4.結果;- 4.−1 蝋型の評価;- 図5及び図6に蝋型に対する成形体の寸法変化率及び、
模型,蝋型,成形体,焼成体の真円度を示す。全体に寸
法及び真円度の精度が高い。さらに、標準偏差の値も非
常に小さく、蝋型は再現性に優れている。
【0020】次項の表4で示すように成形体及び焼成体
の諸特性は、従来の金型による高速遠心成形法と同程度
であり蝋の影響もない。本成形法は型を忠実に再現する
のが特徴のため、蝋型の状態がそのまま成形体に反映さ
れる。そこで、高精度の構造部品を作製するには、それ
に対応する精度の高い蝋型が必要であるが、それにはロ
ストワックス(精密)鋳造法で培われた高度な蝋型の成
形加工技術が有効である。
【0021】4.−2 成形体及び焼成体の評価;- 表4に諸特性値及びそれぞれの標準偏差(試料数:20
個)を示す。金型を使用して成形した場合と大差なく、
粒子充填率がセラミックス成形体の理想的な充填率とさ
れる60%以上であり、1250℃の低温焼成で高密度の焼成
体が得られた。また、1g.lossは分散剤や結合材
の添加量とほほぼ同等であり、蝋の成形体への影響はほ
とんどない。
【0022】
【表4】
【0023】図7に焼成による寸法変化及びそれぞれの
標準偏差(試料数:50個)を示す。焼成により15.4〜1
5.6%収縮するが高さ方向に収縮率の差はなくばらつき
も小さい。ここには示さないが、SEMによる観察では
焼成体の破面の各部分の破壊の状況の差は観察されず、
破壊が主に粒内で進展しているのが認められた。鏡面仕
上げ熱腐食面では平均粒子径約0.7 μmの微細で均質な
組織が観察され、良好な焼成体が得られた。また、焼成
体の中心部分と表面付近の差は観察されず、蝋の影響は
認められなかった。
【0024】また、1220℃−2時間焼成体の3点曲げ強
度は1160Mpaであった。これは、従来のHIPによる
値より数10%高い値であり、大気焼成としては特に高強
度である。
【0025】本発明では高速遠心成形法の複雑形状への
適用を目的として、遠心力と直角の方向及び逆向きの方
向への粉末粒子の充填状態(ここでは省略)を明らかに
し、蝋型を用いてその適用性について検討した。明らか
になったことを以下にまとめる。
【0026】1. 遠心力と直角の方向及び逆向きの方向
にも均一に成形可能である。 2. 1250℃の低温焼成で、成形体の形状に関係なく均質
かつ緻密な焼成体を得ることができる。(1220〜1250
℃) 3. 蝋型は20kGの遠心力で変形せず、成形体の寸法精
度及び再現性が高い。 4. 蝋の成形体及び焼成体に対する影響はない。 5. 型に対する焼成体の寸法変化率の標準偏差が蝋型で
0.60%と再現性が高い。 6. 製品は80%以上の歩留まりが可能である。 7. 本成形法によるアルミナ(平均粒子径:0.22μm、
純度99.99 %)の1220℃−2時間焼成体の3点曲げ強度
は1160Mpaであり、HIPやホットプレスによる焼成
体より数10%以上高い値である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A),(B),(C),(D)は本発明
の遠心成形法の順序工程を示した型の各断面図である。
【図2】図2は本発明に使用する蝋型作製用金型の断面
図である。
【図3】図3(A),(B),(C),(D)は本発明
の蝋型の作製の順序工程を示す型の各断面図である。
【図4】図4は本発明の実施例における寸法測定位置を
示す説明図である。
【図5】図5は本発明における蝋型に対する成形体の寸
法変化率を示す図である。
【図6】図6は本発明に使用する蝋型と、模型、成形体
及び焼成体の真円度を比較して示した特性図である。
【図7】図7は本発明の成形体の焼成時(1250℃,2時
間)の寸法変化率(収縮)を示す図面である。
【符号の説明】
1 金型 2 泥漿 3 上澄 4 沈降成形体 5 除水 6 脱型 7 金枠 8,8A 模型 9 蝋 10 成形体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックスの超微粉末のスリップある
    いはコロイド状の泥漿を重力の1〜2万倍の加速度によ
    る高速遠心成形法で沈降成形するに当り、型として蝋型
    を用い、成形後型を溶融除去して、複雑な形状の精密な
    成形体を取り出すことを特徴とするファインセラミック
    スの遠心蝋型成形法。
JP18316994A 1994-08-04 1994-08-04 ファインセラミックスの遠心蝋型成形法 Pending JPH0847907A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010265154A (ja) * 2009-05-18 2010-11-25 Hitachi Chem Co Ltd 炭化硼素焼結体及びこの炭化硼素焼結体の製造方法

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