JPH09249459A

JPH09249459A - セラミックと樹脂との複合材料の製造方法およびセラミック焼結体の製造方法

Info

Publication number: JPH09249459A
Application number: JP8057780A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Saito; 充浩斎藤; Shuya Nakao; 修也中尾; Takeshi Kitamura; 武嗣北村; Tsunehiro Honda; 常裕本多
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 1997-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】微細なセラミック粉末を用いてその粉末含有
率を高くしても、流動性が良好である混練物を作製する
ことが可能なセラミックと樹脂の複合材料の製造方法を
提供する。さらに、その混練物を用いて、欠陥のないセ
ラミック焼結体の製造方法を提供する。【解決手段】セラミック粉末を乾式粉砕し、前記セラ
ミック粉末を凝集させる工程と、前記凝集させたセラミ
ック粉末をバインダーと混練する工程とを備えているこ
とを特徴とするセラミックと樹脂の複合材料の製造方
法、およびその混練物を用いたセラミック焼結体の製造
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックと樹脂
との複合材料の製造方法およびセラミック焼結体の製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、複雑形状のセラミック焼結体
の製造方法としては、射出成形法、鋳込み成形法、ゲル
キャスティング法などが知られている。この中でも射出
成形法を用いた場合は、他の方法と比較して高寸法精度
の製品を得ることができる。

【０００３】この理由は、成形時の収縮、すなわち金型
寸法から室温の成形体寸法への収縮と、焼結時の収縮、
すなわち脱脂体寸法から焼結体寸法への収縮が小さいた
めである。

【０００４】これらの収縮率は成形体中のセラミック粉
末含有率に依存しており、従って、高寸法精度の製品を
得るためにはセラミック粉末含有率を増加させることに
より成形時および焼結時の収縮率を低下させる必要があ
る。

【０００５】特にバインダーとして例えばポリアセター
ル樹脂のような高結晶性高分子を用いる場合は、成形時
の収縮率が大きいため、セラミック粉末含有率を増加さ
せて成形収縮率を低下させる要求がさらに厳しくなる。

【０００６】また、緻密で均質なセラミック製品を得る
ためには、原料としてサブミクロン程度の微細な粒径を
持つセラミック粉末が必要であり、このような微細な粒
径を持つセラミック粉末を用いて、セラミック粉末含有
率の高い混練物を作製する要求が高まっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
混練物の製造方法やその混練物を用いたセラミック焼結
体の製造方法には次のような問題点があった。（１）セラミック粉末の含有率を増加させると混練物の
流動性が低下するため、射出成形あるいは押し出し成形
が困難となる。このため、従来の方法で作製した混練物
では、セラミック粉末の含有率を向上させることができ
ず、セラミック粉末含有率が高く、しかも流動性の良い
混練物を作製することが困難であった。

【０００８】（２）ボールミル等で混合粉砕を行う従来
の方法で作製したセラミック粉末を用いた場合には、粒
体粒径が微細になればなるほど混練物の流動性が低下し
てしまい、このため、サブミクロンオーダーの粒径をも
つ微細なセラミック粉末を用いて粉末含有率が高い混練
物を作製することは、ミクロンオーダーの粒径をもつセ
ラミック粉末を用いた場合と比較してさらに困難であっ
た。

【０００９】本発明の目的は、微細なセラミック粉末を
用いてその粉末含有率を高くしても、流動性が良好であ
る混練物を作製することが可能なセラミックと樹脂との
複合材料の製造方法を提供することにある。

【００１０】また、本発明の目的は、微細なセラミック
粉末を用いて粉末含有率を高くしても、流動性が良好で
ある混練物を用いて、欠陥のないセラミック焼結体の製
造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、上記のような
課題を解決するべく、セラミックと樹脂との複合材料の
製造方法およびセラミック焼結体の製造方法を完成する
に至った。本発明のセラミックと樹脂との複合材料の製
造方法は、（１）セラミック粉末を乾式粉砕し、前記セ
ラミック粉末を凝集させる工程と、（２）前記凝集させ
たセラミック粉末をバインダーと混練する工程とを備え
ていることに特徴がある。

【００１２】また、本発明のセラミックと樹脂との複合
材料の製造方法は、（１）セラミック粉末に予め表面改
質剤を添加して、前記セラミック粉末を乾式粉砕し前記
セラミック粉末を凝集させる工程、または、セラミック
粉末に表面改質剤を添加しながら乾式粉砕し、セラミッ
ク粉末を凝集させる工程と、（２）前記凝集させたセラ
ミック粉末をバインダーと混練する工程と、（３）前記
混練した組成物を射出成形あるいは押し出し成形する工
程とを備えていることに特徴がある。

【００１３】また、本発明のセラミックと樹脂との複合
材料の製造方法においては、前記表面改質剤は、アミン
類、アルコール類、脂肪酸類、またはそれらの混合物で
あれば特に限定されずに使用することが可能である。

【００１４】また、本発明のセラミック焼結体の製造方
法は、（１）セラミック粉末を乾式粉砕し、前記セラミ
ック粉末を凝集させる工程、セラミック粉末に予め表面
改質剤を添加して、前記セラミック粉末を乾式粉砕し前
記セラミック粉末を凝集させる工程、および、セラミッ
ク粉末に表面改質剤を添加しながらを乾式粉砕し、セラ
ミック粉末を凝集させる工程のうち、少なくとも１つの
工程と、（２）前記セラミック粉体を解砕する工程と、
（３）バインダーを混練する工程と、（４）前記混練し
た組成物を射出成形あるいは押し出し成形する工程と、
（５）前記射出成形あるいは押し出し成形した成形体を
加熱して、前記バインダーを除去する工程と、（６）前
記バインダーを除去した脱脂体を焼結する工程とを備え
ていることに特徴がある。

【００１５】また、本発明のセラミック焼結体の製造方
法においては、前記表面改質剤は、アミン類、アルコー
ル類、脂肪酸類、またはそれらの混合物であれば特に限
定されずに使用することが可能である。

【００１６】

【発明の実施の形態】まず、本発明のセラミックと樹脂
との複合材料の製造方法（発明Ｉとする。）の実施の形
態について説明する。本発明Ｉは、（１）セラミック粉
末を乾式粉砕し、前記セラミック粉末を凝集させる工程
と、（２）前記凝集させたセラミック粉末をバインダー
と混練する工程とを備えている。このような製造工程を
有することによって、微細なセラミック粉末を用いて粉
末含有率を高くしても、流動性が良好である混練物を作
製することが可能である。

【００１７】本発明Ｉの（１）の工程において用いられ
るセラミック粉末の組成は特に限定されるものではな
い。具体例としては、ジルコニア、チタン酸バリウム、
酸化チタン、アルミナ、酸化スズなどを含有するセラミ
ック粉末である。また、乾式粉砕はどのような粉砕機で
あっても乾式で粉砕できるものであれば特に限定されな
い。

【００１８】また、本発明Ｉの（２）の工程において用
いられる樹脂材料であるバインダーについても特に限定
されないが、具体例としては、ポリアセタール樹脂、ア
クリル系樹脂、ポリエチレン樹脂、エチレン酢酸ビニル
共重合体などが挙げられる。また、混練をする手段は、
バインダーの軟化点あるいは融点以上に加熱可能なもの
であればどのような混練機であっても構わない。

【００１９】さらに、本発明の他のセラミックと樹脂と
の複合材料の製造方法（発明ＩＩとする。）の実施の形
態について説明する。本発明ＩＩは、（１）セラミック
粉末に予め表面改質剤を添加して、前記セラミック粉末
を乾式粉砕し前記セラミック粉末を凝集させる工程、ま
たは、セラミック粉末に表面改質剤を添加しながらを乾
式粉砕し、セラミック粉末を凝集させる工程と、（２）
前記凝集させたセラミック粉末をバインダーと混練する
工程と、（３）前記混練した組成物を射出成形あるいは
押し出し成形する工程とを備えている。このような工程
を有することによって、微細なセラミック粉末を用いて
粉末含有率を高くしても、流動性が良好である混練物を
作製することが可能である。

【００２０】本発明ＩＩの（１）の工程において用いら
れる表面改質剤は、アミン類、アルコール類、脂肪酸
類、またはそれらの混合物を用いることが可能である。
アミン類の具体例としては、トリエタノールアミン、ア
ルコール類の具体例としては、メチルアルコール、エチ
ルアルコール、プロピルアルコール、エタノール＝エチ
ルアルコール、脂肪酸類としては、オイレン酸、ステア
リン酸などが挙げられる。特にアルコール類を用いるこ
とが望ましい。

【００２１】ここで、表面改質剤の添加量については、
セラミック粉末の表面を改質できるような添加量であれ
ばよく、従って必ずしも限定されないが、望ましくはセ
ラミック粉末１００重量部に対して０．１〜１０重量部
の範囲内である。添加量が０．１重量部未満の場合に
は、表面改質剤の効果が充分に得られず、連続操作を行
うことが困難であるため好ましくない。一方、１０重量
部を越える場合には、過剰の表面改質剤により装置内で
セラミック粉末が詰まってしまうため好ましくない。な
お、アルコール類を用いる場合には、添加量は０．１〜
３重量部の範囲内であることが好ましい。

【００２２】さらに、本発明ＩＩの（２）の工程におい
て用いられる樹脂材料であるバインダーについては、本
発明Ｉで用いたものと同様である。また、混練をする手
段についても、本発明Ｉで用いたものと同様である。

【００２３】ところで、本発明Ｉおよび本発明ＩＩにお
いて、バインダーとしてポリアセタール樹脂を用いた場
合には、上記（１）と（２）の工程の間に、セラミック
粉末とその表面処理が可能なコーティング樹脂とを混練
してセラミック粉末の表面をコーティングする工程を有
することが好ましい。例えば、セラミック粉末として活
性度の高いジルコニアなどを用いても、セラミック粉末
とバインダーとの反応を抑制することができるため、バ
インダーであるポリアセタール樹脂の分解を防止するこ
とができる。

【００２４】次に、本発明のセラミック焼結体の製造方
法（発明ＩＩＩとする。）の実施の形態について説明す
る。本発明ＩＩＩは、（１）セラミック粉末を乾式粉砕
し、前記セラミック粉末を凝集させる工程、セラミック
粉末に予め表面改質剤を添加して、前記セラミック粉末
を乾式粉砕し前記セラミック粉末を凝集させる工程、お
よび、セラミック粉末に表面改質剤を添加しながらを乾
式粉砕し、セラミック粉末を凝集させる工程のうち、少
なくとも１つの工程と、（２）前記セラミック粉体を解
砕する工程と、（３）バインダーを混練する工程と、
（４）前記混練した組成物を射出成形あるいは押し出し
成形する工程と、（５）前記射出成形あるいは押し出し
成形した成形体を加熱して、前記バインダーを除去する
工程と、（６）前記バインダーを除去した脱脂体を焼結
する工程とを備えている。このような工程を有すること
によって、微細なセラミック粉末を用いて粉末含有率を
高くしても、流動性が良好である混練物を用いて、欠陥
のないセラミック焼結体を作製することが可能である。

【００２５】ここで、本発明ＩＩＩの（１）の工程は、
セラミック粉末に対し、その表面を改質するための表面
改質剤を必ずしも添加する必要はないが、添加する場合
のタイミングは、乾式粉砕する前でもよいし、また、乾
式粉砕している途中でもよいということを示している。

【００２６】また、本発明ＩＩＩの（２）の工程におけ
る解砕という状態は、乾式粉砕で作製した微細なセラミ
ック粉末の凝集体をある程度ほぐした状態を意味してい
る。従って、（２）の工程では、セラミック粉末に対し
てそのような状態が得られればよく、それによって、脱
脂時の欠陥の発生を防止できることを確認している。

【００２７】なお、本発明ＩＩＩの（３）の工程で用い
られる樹脂材料であるバインダーおよび混練する手段に
おいては、上記本発明Ｉや本発明ＩＩの場合と同様であ
る。

【００２８】さらに、本発明ＩＩＩの（４）〜（６）の
工程については、本発明ＩＩＩにおいて特別複雑な工程
となるものではなく、通常の射出成形法あるいは押し出
し成形法に基づく工程であれば問題なく使用できる。

【００２９】次に、本発明を実施例に基づき、さらに具
体的に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定さ
れるものではない。

【００３０】

【実施例】表１に、実施例１と比較例１における、平均
粒径Ｄ₅₀（μｍ）、粉末含有率（ｖｏｌ％）、スパイラ
ルフロー長（ｃｍ）を示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】（実施例１）まず、ジルコニア、酸化ス
ズ、酸化チタンを所定量秤量した後、下部駆動型垂直軸
攪拌式の高速流動化混合機を用いて混合した。このセラ
ミック粉末を連続式アトリッションミルを用いて乾式粉
砕した。そして１５０ｇ／ｍｉｎでセラミック粉末を連
続供給するとともに、表面改質剤としてエタノールを
１．２ｇ／ｍｉｎで粉砕室中に連続供給した。続いて、
前記混合機を用い粉砕後のセラミック粉末を解砕した。
レーザー回折法によりセラミック粉末の粒径を測定した
ところ、５０％平均粒径（Ｄ₅₀）は０．７μｍであっ
た。本実施例の方法により微細なセラミック粉末を作製
することができた。解砕後のセラミック粉末４５００ｇ
とステアリン酸・アクリル系複合樹脂１６０ｇを混練槽
の温度を１２０℃に保持した混練機中に投入し、加圧下
で３０分間混合することによりセラミック粉末表面を樹
脂コーティングした。続いて、コーティング処理したセ
ラミック粉末３１００ｇに共重合型のポリアセタール５
００ｇを加え、１８０℃で３０分間、加圧下で混練し
た。以上の操作により、セラミック粉末／ステアリン酸
・アクリル系複合樹脂／ポリアセタールがそれぞれ５
５．０／１１．３／３３．７（容量％）の組成を持つ射
出成形用混練物を作製した。また、各成分の投入量を変
化させ、同様の操作を行うことにより、セラミック粉末
／アクリル系複合樹脂／ポリアセタールがそれぞれ６
３．０／９．３／２７．７（容量％）の組成を持つ混練
物も作製した。

【００３３】得られた２種類の混練物を顆粒状に加工
し、スパイラルフローテストにより混練物の流動性を評
価した。また、前記顆粒を用いて射出成形し、寸法が３
０×４０×１０ｍｍの成形体を作製した。

【００３４】セラミック粉末の含有率が５５容量％及び
６３容量％の両方について、ボイドやウェルドラインの
ような欠陥はなかった。

【００３５】スパイラルフロー測定用金型を用いて、こ
の混練物を射出成形し、成形体を作製した。そして成形
体のスパイラルフロー長を測定することにより混練物の
流動性を評価した。

【００３６】そして、この成形体を所定の温度で加熱し
て樹脂成分を除去し、この脱脂体を所定の温度で一定時
間焼結させてセラミック焼結体を作製した。

【００３７】（比較例１）実施例１のセラミックと同一
の組成となるように秤量したセラミック粉末と純水をボ
ールミル中に投入した後に粉砕した。粉砕後のスラリー
を攪拌しながら加熱することにより脱水して、セラミッ
ク粉末を作製した。得られたセラミック粉末を用い、実
施例１の方法と同一の手順によりポリアセタールとの混
練物を作製した。

【００３８】また、実施例１と同様に３０×４０×１０
ｍｍの成形体を射出成形法により作製した。粉末含有率
６３容量％のものは充填不足ではあったが、正常な形の
成形体を得ることができた。また、粉末含有率５５容量
％のものは成形体中にウェルドラインが発生し、実施例
１のような無欠陥の成形体を得ることができなかった。

【００３９】スパイラルフローテストを行った結果、表
１に示すように、実施例１の方法で作製したセラミック
粉末は比較例１の場合と比べて若干微細であるにもかか
わらず、流動性に優れていた。

【００４０】

【発明の効果】本発明のセラミックと樹脂との複合材料
の製造方法を用いれば、微細なセラミック粉末を用いて
その粉末含有率を高くしても、流動性が良好である混練
物を作製することが可能である。

【００４１】また、本発明のセラミック焼結体の製造方
法を用いれば、微細なセラミック粉末を用いてその粉末
含有率を高くしても、流動性が良好である混練物を用い
て、欠陥のないセラミック焼結体を製造することが可能
である。

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｃ０９Ｃ 3/08 ＰＢＵＣ０４Ｂ 35/00 Ｅ (72)発明者本多常裕京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）セラミック粉末を乾式粉砕し、前記
セラミック粉末を凝集させる工程と、（２）前記凝集さ
せたセラミック粉末をバインダーと混練する工程と、を
備えていることを特徴とするセラミックと樹脂との複合
材料の製造方法。
【請求項２】（１）セラミック粉末に予め表面改質剤を
添加して、前記セラミック粉末を乾式粉砕し前記セラミ
ック粉末を凝集させる工程、または、セラミック粉末に
表面改質剤を添加しながら乾式粉砕し、セラミック粉末
を凝集させる工程と、（２）前記凝集させたセラミック
粉末をバインダーと混練する工程と、（３）前記混練し
た組成物を射出成形あるいは押し出し成形する工程と、
を備えていることを特徴とするセラミックと樹脂との複
合材料の製造方法。
【請求項３】前記表面改質剤は、アミン類、アルコー
ル類、脂肪酸類、またはそれらの混合物であることを特
徴とする請求項２に記載のセラミックと樹脂との複合材
料の製造方法。
【請求項４】（１）セラミック粉末を乾式粉砕し、前記
セラミック粉末を凝集させる工程、セラミック粉末に予
め表面改質剤を添加して、前記セラミック粉末を乾式粉
砕し前記セラミック粉末を凝集させる工程、および、セ
ラミック粉末に表面改質剤を添加しながらを乾式粉砕
し、セラミック粉末を凝集させる工程のうち、少なくと
も１つの工程と、（２）前記セラミック粉体を解砕する
工程と、（３）バインダーを混練する工程と、（４）前
記混練した組成物を射出成形あるいは押し出し成形する
工程と、（５）前記射出成形あるいは押し出し成形した
成形体を加熱して、前記バインダーを除去する工程と、
（６）前記バインダーを除去した脱脂体を焼結する工程
と、を備えていることを特徴とするセラミック焼結体の
製造方法。
【請求項５】前記表面改質剤は、アミン類、アルコー
ル類、脂肪酸類、またはそれらの混合物であることを特
徴とする請求項４に記載のセラミック焼結体の製造方
法。