JPH09174523A - ポリビニルアルコール溶液を用いたセラミックスの凍結成形法 - Google Patents

ポリビニルアルコール溶液を用いたセラミックスの凍結成形法

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JPH09174523A
JPH09174523A JP7334737A JP33473795A JPH09174523A JP H09174523 A JPH09174523 A JP H09174523A JP 7334737 A JP7334737 A JP 7334737A JP 33473795 A JP33473795 A JP 33473795A JP H09174523 A JPH09174523 A JP H09174523A
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Sadaaki Hirai
貞昭 平井
Shinzo Hayashi
伸三 林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 凍結成形体の離型が容易で、離型の際の凍結
成形体の変形や破壊などが起こりにくいセラミックスの
凍結成形法を提供する。 【解決手段】 セラミック粉末と分散媒との混合物を成
形型内に充填し、これを凍結・硬化させた後、凍結成形
体を離型するセラミックスの凍結成形法において、前記
分散媒としてケン化度85モル%以上のポリビニルアル
コールを使用して作製したポリビニルアルコール溶液を
用い、前記混合物を成形型内で凍結・硬化させた後、凍
結成形体の表面の温度を上昇させて、凍結成形体の表層
部を粘着性ゲルに転化させてから離型する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックスの凍
結成形法に係り、更に詳しくは、成形体の離型が容易に
実施でき、離型時に成形体の変形や表面状態の悪化など
が起こりにくいセラミックスの凍結成形法に関する。
【0002】
【従来の技術】セラミックスの成形法として、従来、プ
レス成形、射出成形、鋳込成形など各種方法が知られて
いるが、このような成形法の1つとして、近年、凍結成
形法と呼ばれる成形法が注目されている。セラミックス
の凍結成形法は、セラミック粉末を水等の分散媒と混合
し、得られた混合物(原料スラリー)を成形型に充填し
て、これを凍結・硬化させることにより、所望の形状の
凍結成形体を得る成形法であり、複雑形状の付与が可能
であること、成形型材の自由度が大きいこと等の利点が
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
凍結成形法においては、成形型として金属型、樹脂型等
を用いた場合、セラミック粉末と分散媒との混合物が凍
結した際に、凍結成形体表面が成形型内面に固着して、
凍結成形体の離型が困難となるという問題があった。そ
して、このように凍結成形体表面が成形型内面に固着し
た状態で、無理に離型を実施しようとすると、凍結成形
体が変形あるいは破壊するおそれがあった。
【0004】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、凍結成形体の
離型が容易で、離型の際の凍結成形体の変形や破壊など
が起こりにくいセラミックスの凍結成形法を提供するこ
とにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、セラミ
ック粉末と分散媒との混合物を成形型内に充填し、これ
を凍結・硬化させた後、凍結成形体を離型するセラミッ
クスの凍結成形法において、前記分散媒としてケン化度
85モル%以上のポリビニルアルコールを使用して作製
したポリビニルアルコール溶液を用い、前記混合物を成
形型内で凍結・硬化させた後、凍結成形体の表面の温度
を上昇させて、凍結成形体の表層部を粘着性ゲルに転化
させてから離型することを特徴とするセラミックスの凍
結成形法、が提供される。
【0006】
【発明の実施の形態】ポリビニルアルコール(PVA)
溶液は、一旦凍結した後、解凍することにより、粘着性
ゲルに転化する性質があることが知られている。本発明
の凍結成形法は、PVA溶液のこのような性質を利用し
たものであり、原料スラリー(セラミック粉末と分散媒
との混合物)の分散媒としてPVA溶液を用いること、
及び凍結成形体の離型を実施する前に、凍結成形体の表
面の温度を上昇させることを主な特徴とする。
【0007】PVA溶液を用いて作製した原料スラリー
を凍結・硬化させた後の凍結成形体は、その表面の温度
を融解温度以上にしても、凍結成形体表層部が溶融する
ことはなく、粘着性ゲルへと転化するため、凍結成形時
の形状を保ったままの状態で離型が可能となり、離型時
の表面状態の悪化も起こらない。また、凍結成形体の表
面の温度を上昇させることによって、凍結成形体表面と
成形型内面との凍結による固着状態が解消され、凍結成
形体に無理な力を加えなくても離型できるので、離型時
の破壊や変形などが抑制される。離型後の凍結成形体
は、凝固点以下に冷却して再度凍結することにより、型
から分離されたままの良好な形状及び表面状態を維持す
ることができ、その後の工程(乾燥、焼成等)に供され
る。
【0008】以下、本発明を詳しく説明する。本発明で
使用されるセラミック粉末としては、特にその種類を限
定するものではなく、例えばアルミナ、窒化珪素、炭化
珪素、ジルコニア、サイアロン等の粉末が使用できる。
また、これらの焼結体特性等を改良するために、種々の
助剤を加えたものも使用できる。
【0009】また、原料スラリーの作製に用いるPVA
溶液には、ケン化度が85モル%以上、好ましくは95
モル%以上のPVAを使用する。PVAのケン化度が8
5モル%未満では、凍結成形体の表面温度を上昇させた
ときに表層部が溶融して形状が保てなくなり、表面状態
も悪くなる。
【0010】PVA溶液の溶媒としては、水系、非水系
のいずれの溶媒も使用することができるが、当然にPV
Aが溶解するものに限定される。したがって、例えば、
メタノールやエタノールは使用できない。ただし、メタ
ノールやエタノールと水との混合溶媒は使用可能であ
る。また、必要に応じ、分散剤、結合剤、消泡剤、界面
活性剤等の添加物を加えたものも使用できる。
【0011】なお、原料スラリーの分散媒にPVA溶液
以外のものを用いた場合には、凍結成形体の表面の温度
を上昇させても、表層部の粘着性ゲルへの転化は起こら
ず、通常は表層部が溶融する。このため、離型は容易に
なるものの、凍結成形時の形状が保てず、凍結成形体の
表面状態の悪化も避けられない。したがって、この場合
には、形状や表面状態を修正するための後工程、すなわ
ち成形体又は焼結体の段階での機械加工が必須となる。
【0012】セラミック粉末とPVA溶液との比率とし
ては、混合物中のセラミック粉末の体積濃度が60%以
下であることが好ましい。また、原料スラリー中のPV
Aの量は、好ましくは0.05〜20重量%、更に好ま
しくは1〜5重量%とする。
【0013】本発明において、原料スラリーの凍結・硬
化後に凍結成形体の表面温度を上昇させる手段として
は、成形型を加熱してもよいが、原料スラリーの凍結・
硬化後、大気中に放置して、凍結成形体の表層部がゲル
転化する温度まで上昇するのを待つようにしてもよい。
このように表面温度を上昇させることによって粘着性ゲ
ルに転化させる凍結成形体表層部の厚みは、できるだけ
薄くすることが好ましく、厚くてもせいぜい2mm程度
までとすることが好ましい。あまり深層部までゲル転化
させると変形が生じるおそれがある。
【0014】なお、離型後の凍結成形体は、通常、焼成
を行う前に乾燥する必要がある。一般に、セラミック凍
結成形体の乾燥は、凍結成形体を凍結状態のまま真空下
に保持し、分散媒を昇華させる凍結乾燥法により行われ
る。したがって、離型後の表層部がゲル化した凍結成形
体は、再び凝固点以下の温度に冷却して、離型時の形状
を保ったままの状態で再度凍結し、その後凍結乾燥を行
うようにする。凍結乾燥法以外の乾燥法、例えば調湿乾
燥や自然乾燥により凍結成形体の乾燥を行う場合には、
必ずしも凍結成形体を再度凍結してから乾燥を行わなく
てもよいが、この場合にも乾燥後の成形体の均質性等を
考慮すると、乾燥前に再度凍結しておくことが好まし
い。
【0015】本発明の凍結成形法により得られた凍結成
形体は、上記凍結乾燥法などによって乾燥した後、一般
的なセラミックスの焼成工程により、焼結体とすること
ができる。本発明により得られた成形体は、離型の際に
無理な力が加わっていないので、離型時の変形が小さ
く、また表面状態も良好なので、最終的に得られるセラ
ミック焼結体も形状精度や表面状態が優れたものとな
る。
【0016】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。
【0017】〔実施例〕水にケン化度99モル%のPV
Aと分散剤(ポリカルボン酸アンモニウム塩)を添加し
て分散媒とし、これにセラミック粉末として窒化珪素粉
末を混合し、−70cmHgで3分間真空脱泡して、窒化珪
素粉末の体積濃度が35容積%、PVA量が2重量%の
原料スラリーを作製した。この原料スラリーを使用し
て、寸法50×50×15mmの角板を凍結成形法により
成形した。成形方法としては、上記寸法の成形部を有す
るアルミ合金製成形型(分割型)に、原料スラリーを
0.5kg/cm2の圧力で充填し、成形型を約−70℃に冷
却して、原料スラリーを凍結させた。
【0018】その後、アルミ合金製成形型の温度が5℃
になるまで大気中に放置し、凍結成形体の表面温度を融
解温度以上としてから、凍結成形体の離型を実施した。
凍結成形体は、型割りを実施するだけで容易に離型でき
た。また、離型時に凍結成形体の表面温度を融解温度以
上にしても、成形体表層部が溶融せず、ゲル化したた
め、凍結成形時の形状を保ったまま離型でき、成形体の
表面状態も良好であった。
【0019】離型後、得られた凍結成形体を、そのまま
の状態で再度凍結してから、約0.1Torrで−20℃×
40時間の凍結乾燥を実施した。乾燥後の成形体につい
てその表面の平面度を測定したところ、結果は表1に示
すとおり0.11mmと小さく、成形型内面の形状を充
分に保ったまま、離型及び乾燥が実施されていることが
確認された。
【0020】〔比較例1〕分散媒にPVAが添加されて
いない以外は、実施例と同様にして凍結成形を実施し
た。その後、アルミ合金製成形型の温度が5℃になるま
で大気中に放置し、凍結成形体の表面温度を融解温度以
上としてから、凍結成形体の離型を実施したところ、成
形体表層部が溶融して、表面状態が悪化した。また、離
型後、得られた凍結成形体をそのままの状態で再度凍結
してから、実施例と同様に凍結乾燥を行い、乾燥後の成
形体表面の平面度を測定したところ、結果は表1に示す
とおり0.92mmと大きく、成形型内面の形状が全く
保たれていないことが確認された。
【0021】〔比較例2〕ケン化度75モル%のPVA
を用いた以外は、実施例と同様にして凍結成形を実施し
た。その後、アルミ合金製成形型の温度が5℃になるま
で大気中に放置し、凍結成形体の表面温度を融解温度以
上としてから、凍結成形体の離型を実施したところ、成
形体表層部が溶融して、表面状態が悪化した。また、離
型後、得られた凍結成形体をそのままの状態で再度凍結
してから、実施例と同様に凍結乾燥を行い、乾燥後の成
形体表面の平面度を測定したところ、結果は表1に示す
とおり0.84mmと大きく、成形型内面の形状が全く
保たれていないことが確認された。
【0022】
【表1】
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
凍結成形体の表面の温度を上昇させることによって、凍
結成形体表面と成形型内面との凍結による固着状態が解
消され、凍結成形体に無理な力を加えなくても容易に離
型できるので、離型時の破壊や変形などが抑制される。
また、原料スラリーの分散媒としてPVA溶液を用いた
ことにより、凍結成形体は、その表面温度を上昇せさて
も表層部が溶融せずに、粘着性ゲルへと転化するため、
凍結成形時の形状を保ったままの状態で離型でき、表面
状態の悪化も起こらない。このように本発明により得ら
れた凍結成形体は形状精度や表面状態が良好なものなの
で、表面状態や形状を修正するための後工程(成形体又
は焼結体の段階での機械加工)を必ずしも必要とせず、
工程削減及び製造コストの低減が可能となる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック粉末と分散媒との混合物を成
    形型内に充填し、これを凍結・硬化させた後、凍結成形
    体を離型するセラミックスの凍結成形法において、前記
    分散媒としてケン化度85モル%以上のポリビニルアル
    コールを使用して作製したポリビニルアルコール溶液を
    用い、前記混合物を成形型内で凍結・硬化させた後、凍
    結成形体の表面の温度を上昇させて、凍結成形体の表層
    部を粘着性ゲルに転化させてから離型することを特徴と
    するセラミックスの凍結成形法。
  2. 【請求項2】 更に離型後の凍結成形体を、その形状を
    保ったままの状態で再度凍結する請求項1記載のセラミ
    ックスの凍結成形法。
JP7334737A 1995-03-29 1995-12-22 ポリビニルアルコール溶液を用いたセラミックスの凍結成形法 Expired - Lifetime JP2968939B2 (ja)

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US08/622,406 US5861115A (en) 1995-03-29 1996-03-27 Method for freeze molding
DE19612386A DE19612386A1 (de) 1995-03-29 1996-03-28 Verfahren zum Gefrierformen

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2004035281A1 (ja) * 2002-10-16 2006-02-09 日本碍子株式会社 セラミック成形体の製造方法
US7517490B2 (en) 2002-10-16 2009-04-14 Ngk Insulators, Ltd. Method of manufacturing ceramic green body
JP2010083082A (ja) * 2008-10-01 2010-04-15 Ngk Insulators Ltd セラミック成形体の製造方法、及びセラミック部材の製造方法
JP2010241129A (ja) * 2009-03-19 2010-10-28 Ngk Insulators Ltd 粉体成形体の製造方法

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