JPS63206363A - セラミツク焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、セラミック焼結体の製造方法に関し、更に詳
しくは細かなセラミック原料粉末を良好に調整して、複
雑な形状、例えばターボチ中−ジャ・ロータ若しくはデ
ィーゼルエンジン渦流室等のセラミック部品を得るに好
適なセラミック焼結体の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 従来、複雑な形状のセラミック焼結体の製造方法として
は、その量産性に優れた特徴から、セラミック原料粉末
に焼結助剤と流動性付与剤を添加し、射出成形したのち
脱脂し、加熱して焼結する方法が、特に、工業的におい
て採用されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この射出成形法を含むセラミック焼結体
の製造方法は、成形性を重視すると、多量の流動性付与
剤を使用する必要があり、このため脱脂時に発生するガ
スが滞留し易く、クラックまたはふくれ（膨張）などの
欠陥が発生し易いという欠点があった。

この欠点を解決するため、特開昭５９−３０７６０号公
報明細書では、セラミック原料粉末を顆粒状に造粒した
後、成形助剤と混練する方法が提案されているが、この
場合には顆粒状に造粒された粒子のみを使用するため、
成形助剤と混練した射出成形原料が、加圧されると流動
性が悪くなるというグイラタンティック（ｄｉｌａｔａ
ｎｔｉｃ）な性質を有し、成形性を低下させるという欠
点がある。さらに造粒物の内部に空孔等の空隙が残留し
ている場合には、成形助剤がこれら空隙中に浸透してし
まうため、成形助剤の消費量を減少することができなく
、しかも成形助剤を比較的多く使用するため脱脂性もほ
とんど改善されていないという問題点がある。

この他に、特開昭６０−５１６５５号公報明細書には、
幅広い粒度分布を有するセラミック原料粉末を使用して
有機バインダを添加し射出成形する方法が提案されてい
るが、この方法ではセラミック原料粉末の粒子径が主に
１μ−以上の粗いものを用いており、このようなセラミ
ック原料粉末でセラミック焼結体を得たとしても、得ら
れたセラミック焼結体の曲げ強度等の特性が低くなると
いう問題点がある。

本発明の目的は、上記欠点および問題点を生じさせるこ
となく、複雑な形状のセラミック焼結体を製造する方法
を提供せんとするにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明のセラミック焼結体の製造方法は、セラミック原
料粉末に有機結合材を添加混合した後に静水圧プレスを
行って、セラミック原料粉末を一旦凝集させ、その凝集
物を解砕することによって、セラミック原料粉末の１次
粒子と、凝集粒子が混在する混合物とした後、流動性付
与剤と混練し、射出成形し、次いで脱脂し、焼結するこ
とを特徴とするものである。

（作　用） 本発明のセラミック焼結体の製造方法は、セラミック原
料粉末を静水圧プレスにて一旦凝集させた後、凝集物を
解砕して、セラミック原料粉末の１次粒子と凝集粒子と
の混合物とすることにより、凝集粒子中に混在する１次
粒子が、簿激な応力が加わった場合に、凝集粒子が加工
硬化するのを防止させることができ、これがため成形性
を良好なものとし、しかも凝集粒子は、静水圧プレスを
施しているので１次粒子間の空隙を埋めるように有機結
合剤が入り込み、内部に空孔を含まないため、流動性付
与剤が凝集粒子に吸収されるのを防止して、流動性付与
剤を節約し、脱脂性を向上することができる。さらに例
えば、セラミック原料粉末に平均粒子径が１μｍ以下の
微細な粉末を使用した場合には、流動性付与剤の吸収が
有効に防止されるだけでなく、これによって得られるセ
ラミック焼結体の曲げ強度等の特性が高いものとなる。

（実施例） このセラミック焼結体の製造方法に使用されるセラミッ
ク原料粉末としては、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミ
ニウム、サイアロン、ジルコニア、アルミナ等の平均粒
子径が１μ−以下の粉末を使用し、これに添加される有
機結合剤として、ポリビニルアルコール、ポリエチレン
グリコール、ポリウレタン等を単独あるいは、２つ以上
を組み合わせて使用でき、これら有機結合剤は、後で述
べる脱脂工程でクランクおよびふくれ等の欠陥を発生し
難（するため、流動性付与剤よりも耐熱温度が高いこと
が好ましい。ここで、耐熱温度とは、加熱によって分解
・燃焼し始める温度のことであり、有機結合剤の耐熱温
度が流動性付与剤の耐熱温度よりも高いものを用いると
、脱脂時に先に流動性付与剤が燃焼除去され、次に有機
結合剤が燃焼除去され、これがため脱脂性が向上する。

この有機結合剤をセラミック原料粉末に混合する方法は
、有機結合剤を溶媒にて溶解した後に混合するか、乳濁
液の形で湿式に混合するのが好適である。さらにこの混
合物の乾燥のため、通常の乾燥器を用いるか、この他に
スプレードライヤ、真空乾燥、凍結乾燥等の方法にて乾
燥する。

このように、有機結合剤と混合し、乾燥したセラミック
原料を、次に、１．Ｏｔｏｎ／Ｃｌ１Ｉ以上の圧力で湿
式或いは乾式の静水圧プレスを施して一旦凝集物とする
。ここにおける静水圧プレスの下限を定めた理由は、１
．Ｏｔｏｎ／Ｃ４より低いと凝集粒子が十分緻密化せず
流動性付与剤が凝集粒子に吸収されやすくなり、静水圧
プレスの効果が得られなくなるからである。上限につい
ては、特に限定しないが、凝集物の解砕が困難になるた
め５ｔｏｎ／ｃｉよりも低い方が好ましい。また、この
セラミック原料に予め水分を均一に添加した後に、静水
圧プレスすると、加圧効果を高くすることができる。

次に、上記凝集物を解砕し、−次粒子と凝集粒子とが均
一に混在する混合物にする。この解砕方法は、ロールク
ラッシャー、ショークラッシャー、ピンミル、ジェット
ミル等が考えられ、またこれら方法は必要に応じて組み
合わせて行うことができる。

ここで、１次粒子成分と凝集粒子成分との混在する割合
は、１：９〜７：３の範囲が良好であり、好ましくは２
：８〜６：４の範囲とするのが良い。

この割合を上記範囲とした理由は、１次粒子成分が１０
％以下になると、形成原料がグイラタンテイックな流動
性を有し、このため成形が困難となり、他方では１次粒
子成分が７０％以上となると、凝集粒子の良好な脱脂性
等の効果がなくなるからである。また、同様な理由で凝
集粒子成分の平均粒子径を５〜１００μｍの範囲とする
のが好ましい。

次に、上記のように調製されたセラミック原料は、流動
性付与剤が添加され、混練される。この場合の流動性付
与剤は、主に熱可塑性樹脂、例えば、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ワックス等を主成分とし、これに可塑剤
、潤滑剤等を添加したものを用いる。前述したように有
機結合剤より耐熱性を低くするために、ワックスを主成
分としたものを選択するのが特に好適である。

次に、このセラミック成形原料を用いて射出成形する。

この成形条件は、用いる流動性付与剤に応じて設定する
。

次に脱脂を行う、脱脂は添加された有機結合剤および流
動性付与剤を加熱し、それを燃焼除去する工程であり、
熱風乾燥機等の乾燥装置を用いて、５００〜６００°Ｃ
まで連続的若しくは段階的に温度上昇させる。加熱スケ
ジュールは、用いる有機結合剤、流動性付与剤の性質に
合わせて設定する。

実施■土 平均粒径０．６μｍの窒化珪素粉末に焼結助剤（ＳｒＯ
，ＭｇＯ，Ｃｅｎｔ　）を添加し湿式混合したスラリー
に、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールを
Ｓｔ３Ｎｇ粉末に対してそれぞれ１．５重量％添加し混
合し、スプレードライヤーを用いて顆粒を調製した。次
に、この顆粒をさらに２．５ｔｏｎ／ｃｄで静水圧プレ
スを行って塊状とした後、ロールクラッシャーおよびビ
ンミルで解砕し、セラミック原料の１次粒子と凝集粒子
が約５０　：　５０で混ざり合ったバイモーダル（ｂｉ
ｍｏｄａｌ）な粒度分布を有するセラミック原料を調製
した。

このセラミック調製原料を、パラフィンワックスを８８
％含有する流動性付与剤と、セラミック調製原料５５体
積％、流動性付与剤４５体積％の割合で混練し、射出成
形原料とし、ターボチャージャロータを材料温度６８°
Ｃ１成形圧力４００ｋｇ／−の条件で射出成形し、熱風
乾燥機を用いて昇温速度２℃／時間で５００℃まで昇温
し、この温度に１０時間保持して脱脂した。この脱脂成
形体を窒素ガス中で１７５０°Ｃ１１時間焼成した。こ
の結果、できた製品に欠陥の発生は認められず、良好な
製品が得られた。

１星１ 上記セラミック調製原料を用いて整粒することによって
、１次粒子成分と凝集粒子成分の割合が異なる６種類の
原料を調整し、成形形状１辺が２０閣のブロックを射出
成形し、脱脂テストを行った。

この結果を表１に示す。

ｌ−よ °実施せず 評価　混練：〇−良好、Δ−流動性悪い、×−成形でき
ず脱脂：〇−艮好、Δ−微小欠陥有、×−クラック多発
ここで、１次粒子成分および凝集粒子成分の割合の決定
方法について説明する。ここにおける１次粒子成分割合
は、セラミック原料粉末の平均粒子径（５０％径）にお
ける凝集解砕したセラミック原料の（積算）重量割合の
２倍の量と定義し、他方、凝集粒子成分割合は１００％
から１次粒子成分割合を差し引いた量としている。

表１から明らかなように、１次粒子成分と、凝集粒子成
分との割合が１：９〜７：３であると、混練・成形およ
び脱脂の際に、成形不良およびクラックの発生がなく、
特に上記割合が２二８〜６：４であるのが好ましく、こ
の場合に、成形性をさらに良好なものとする。

（発明の効果） 以上の説明から理解されるように、本発明の方法により
、セラミック原料粉末の１次粒子と、その凝集粒子とが
混在する成形原料とすることによって、流動性を付与す
るとともに空孔の量を減少し、このため流動性付与剤の
添加量を減少することができ、またクラックやふくれ等
の欠陥を発生することなく、セラミック原料を射出成形
、および脱脂することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミック原料粉末に有機結合剤を添加し、混合し
   た後に、前記セラミック原料粉末に静水圧プレスを施し
   て、前記セラミック原料粉末を凝集させ、該セラミック
   原料粉末の凝集物を解砕して、前記セラミック原料粉末
   の１次粒子と凝集粒子との混合物と成し、次いで流動性
   付与剤と混練し、射出成形し、脱脂した後焼結すること
   を特徴とするセラミック焼結体の製造方法。 ２、前記セラミック原料粉末は平均粒子径が１μｍ以下
   である特許請求の範囲第１項記載のセラミック焼結体の
   製造方法。 ３、前記有機結合剤は耐熱温度が流動性付与剤より高い
   ものである特許請求の範囲第１項記載のセラミック焼結
   体の製造方法。