JPH1112043A

JPH1112043A - セラミックス粉末の成形方法

Info

Publication number: JPH1112043A
Application number: JP9211412A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Matsuo; 裕之松尾; Norikazu Sashita; 則和指田; Keizo Tsukamoto; 恵三塚本
Original assignee: Chichibu Onoda Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 1999-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】結合剤に単官能アクリル樹脂と多官能アクリ
ル樹脂の混合物を用いた場合、保水性や保形性には問題
ないものの、離形性に問題があった。【解決手段】セラミックス粉末に水、分散剤それに結
合剤として熱硬化性アクリル樹脂を添加し、混合して調
製したスラリーを、水を吸収しない材質から成る成形型
に注入した後、そのスラリーを加熱により硬化させるセ
ラミックス粉末の成形方法において、該アクリル樹脂
が、少なくとも１種類の水溶性単官能アクリル樹脂と、
少なくとも１種類の水溶性多官能アクリル樹脂の混合物
から成り、その混合物の混合比が９９．９：０．１〜９
６．０：４．０で添加量が１〜１３体積％、または混合
比が９６．０：４．０〜８０．０：２０．０で添加量が
１〜２５体積％であることとしたセラミックス粉末の成
形方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス粉末
の成形方法に関し、特に加熱により溶媒を含んだままス
ラリーを硬化させるセラミックス粉末の成形方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】複雑な形状をした成形体を得るセラミッ
クス粉末の成形方法として、セラミックス粉末に水、結
合剤などを添加、混合して調製したスラリーを、石膏製
等の成形型内に注入し、型が水を吸収することによって
スラリーが着肉硬化することを利用して成形体を得る鋳
込み成形法が利用されている。この鋳込み成形法では、
スラリー中の水が型に吸収されて着肉硬化するため、成
形体の中心部と表面部との間に密度ムラを生じ、その結
果、乾燥や、焼成時にクラックを生じ易いという問題が
あった。また、型内での成形体の収縮に伴い、その成形
体の凹部に亀裂が生じるという問題もあった。

【０００３】そこで、本発明者等は最近溶媒には水を用
い、結合剤には自ら硬化する結合剤を用いて調製したス
ラリーを、溶媒を吸収しない材質から成る成形型に注入
し、そのスラリーを加熱することにより硬化させる成形
方法を特願平９−９２８４３で提案した。この方法は、
溶媒を型に吸収させないため、鋳込み法でみられる溶媒
の移動に起因する密度ムラや型内収縮を抑えることがで
きるので、上記の問題を解決する方法となっており、し
かも結合剤にフェノール樹脂、アクリル樹脂、ユリア樹
脂などの水溶性の熱硬化性樹脂を用いているので、常温
で安定なスラリーを調製することができ、さらに成形体
中に樹脂の凝集物が残ることのない成形体を形成できる
セラミックス粉末の成形方法となっている。

【０００４】しかし、その結合剤にアクリル樹脂を用い
た場合、焼結性には問題ないものの、成形性に問題があ
った。それは、分子内にビニル基を１つもつ単官能アク
リル樹脂のみを用いると保形性が悪く、得られた成形体
は、形状によってはハンドリング可能な保形性を有する
のが難しいという問題があった。また、分子内にビニル
基を２つ以上もつ多官能アクリル樹脂のみを用いると保
水性が悪く、スラリーが加熱硬化する際に溶媒がスラリ
ーから分離し、形状によっては成形体の型内収縮により
凹部に亀裂が生じるという問題があった。

【０００５】そのため、本発明者等は最近さらに特願平
９−１３７４７７でこれらの問題を解決する成形方法を
提案した。この方法は、アクリル樹脂に水溶性で熱硬化
性を示す単官能アクリル樹脂と多官能アクリル樹脂の混
合物を用いることにより、溶媒の分離なしにスラリーを
加熱硬化でき、ハンドリング可能な保形性を有する成形
体を形成できるセラミックス粉末の成形方法を提供する
ものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この成
形方法では、保水性や保形性には問題ないものの、離型
性に問題があった。それは、成形した成形体と成形型と
が密着するため、離型剤を用いても成形体の離型性が悪
く、形状によっては脱型時に成形体が破損してしまう
か、あるいは成形型を壊さなければ成形体が取り出せな
いという問題があった。

【０００７】本発明は、上述したセラミックス粉末の成
形方法が有する課題に鑑みなされたものであって、その
目的は、離型性を改善することのできるセラミックス粉
末の成形方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するため鋭意研究した結果、用いる単官能アクリ
ル樹脂と多官能アクリル樹脂の混合比とその添加量を適
切なものにすれば、離型性を改善できるとの知見を得て
本発明を完成した。

【０００９】即ち本発明は、（１）セラミックス粉末に
水、分散剤それに結合剤として熱硬化性アクリル樹脂を
添加し、混合して調製したスラリーを、水を吸収しない
材質から成る成形型に注入した後、そのスラリーを加熱
により硬化させるセラミックス粉末の成形方法におい
て、該アクリル樹脂が、少なくとも１種類の水溶性単官
能アクリル樹脂と、少なくとも１種類の水溶性多官能ア
クリル樹脂の混合物から成り、その混合物の混合比が９
９．９：０．１〜９６．０：４．０で添加量が１〜１３
体積％、または混合比が９６．０：４．０〜８０．０：
２０．０で添加量が１〜２５体積％であることを特徴と
するセラミックス粉末の成形方法（請求項１）とし、ま
た、（２）アクリル樹脂が、オリゴマーより重合度の低
い樹脂であることを特徴とする請求項１記載のセラミッ
クス粉末の成形方法（請求項２）とすることを要旨とす
る。以下さらに詳細に説明する。

【００１０】上記で述べたように、本発明に使用する結
合剤としては、水溶性で熱硬化性を示す１種類以上の単
官能アクリル樹脂と１種類以上の多官能アクリル樹脂の
混合物とし、その混合物の混合比を９９．９：０．１〜
９６．０：４．０で、添加量を１〜１３体積％と、また
は混合比を９６．０：４．０〜８０．０：２０．０で、
添加量を１〜２５体積％とした。この単官能アクリル樹
脂と多官能アクリル樹脂をこの範囲の比率で混合し、そ
の混合した混合物をこの範囲で添加することにより、次
の理由で離型性を改善することができる。

【００１１】それは、この範囲では、成形体の表面が硬
化していない状態になっていて、しかもこの硬化しない
部分が離型剤として作用するため、成形体の離型性が良
くなるものと思われる。そして、その脱型した成形体
は、表面だけが硬化していないため、保水性が悪く、表
面性状が悪くても、その表面を水で洗浄すれば、硬化し
ない部分だけが洗い流され、平滑な表面を有する堅固に
硬化した成形体が得られるので、保水性、表面形状は勿
論、保形性にも問題はない。

【００１２】その単官能アクリル樹脂と多官能アクリル
樹脂の混合比と添加量としては、混合比が９９．９：
０．１〜８０．０：２０．０で、添加量が１〜２５体積
％であれば、一部の範囲以外は成形体の表面のみが硬化
していないので、保水性、表面性状、保形性に問題なく
離型性が改善される。その一部の範囲とは、混合比が９
９．９：０．１〜９６．０：４．０で、添加量が１３〜
２５体積％の範囲である。この範囲では、硬化する点に
おいては問題ないものの、成形体の表面に未硬化部分が
ないため、離型性に問題があることから、前記範囲を、
混合比が９９．９：０．１〜８０．０：２０．０、添加
量が１〜２５体積％の範囲から除いた範囲を本発明の混
合比と添加量の範囲としたものである。

【００１３】その単官能アクリル樹脂の比率が９９．９
より大きいと、単官能アクリル樹脂のみを用いた場合と
同様に、得られた成形体の強度が弱くて保形性が悪く、
脱型時に破損してしまうので、好ましくない。逆に８
０．０より小さいと、多官能アクリル樹脂のみを用いた
場合と同様に、スラリーを硬化させた際に溶媒の一部が
分離してしまい、成形体が型内収縮して凹部に亀裂が生
じるので好ましくない。

【００１４】一方、その添加量については、１体積％よ
り少ないと、スラリーが硬化せず成形体を形成できない
ので好ましくなく、２５体積％より多いと、スラリーの
粘度が高くなり、場合によってはスラリーが調製できな
くなり、また、肉厚品では成形体の脱脂が困難となり、
脱脂後の成形体にクラックを生じるので好ましくなく、
緻密な焼結体を得るためには、３〜２０体積％の範囲が
特に望ましい。

【００１５】そのアクリル樹脂の重合度としては、これ
も熱硬化性を示す樹脂であれば特に限定するものではな
いが、できるだけ粘度の低いスラリーとなる樹脂が望ま
しいので、粘度の低いスラリーを得ることのできる樹脂
として、オリゴマーより重合度の低い樹脂とした。この
樹脂を用いることにより、成形性のよい優れた低粘度の
スラリーを調製することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の成形方法をさらに詳しく
述べると、先ずセラミックス粉末としてアルミナ、ジル
コニア等の酸化物の他、窒化珪素、サイアロン、炭化珪
素等の非酸化物も使用することができ、これら粉末を用
意する。これら粉末に適宜適切な焼結助剤を添加するこ
とは差し支えない。

【００１７】用意した粉末に、水、分散剤を加え、それ
に結合剤としてアクリル酸などの単官能アクリル樹脂及
びアクリル酸エステルなどの多官能アクリル樹脂を混合
比が前記した範囲となるように混合し、その混合物を前
記した割合で加えて混合し、スラリーを調製する。その
スラリーを真空脱泡した後、溶媒を吸収しない型に注入
する。その型を型ごと樹脂が硬化する温度以上に加熱し
てスラリーを硬化し、硬化した成形体を乾燥、脱脂し、
慣用の方法で所定の雰囲気中で所定の温度、焼成時間で
焼結する。

【００１８】以上述べた方法でセラミックス粉末を成形
すれば、離型性に優れた成形体を形成することができ
る。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的
に挙げ、本発明をより詳細に説明する。

【００２０】（実施例１〜５）（１）セラミックス粉末の成形表１に示すセラミックス粉末に、水、結合剤、分散剤を
表１に示す割合で添加して配合し、２５℃で１６時間ポ
ットミルで混合した後、真空脱泡してスラリーを調製し
た。得られたスラリーを直径２０ｍｍ、厚さ１００ｍｍ
の成形体が得られるアクリル樹脂型に注入した後、型ご
と８０℃で３時間加熱しスラリーを硬化させた。得られ
た成形体を脱型し、表面を水で洗浄した後、３０℃−９
０％ＲＨの雰囲気で乾燥した。

【００２１】（２）評価得られた成形体を脱型する際に、成形体が密着すること
なく容易に脱型できるものを離型性良（○）とし、容易
でないものを離型性不良（×）とした。また、その成形
体を型から取り外し、その表面を水洗した後目視観察
し、平滑な表面が得られるものを表面性状良（○）と
し、平滑な表面が得られないものを表面性状不良（×）
とした。さらに、水洗した成形体を水平な場所に静置し
て目視観察し、自重により成形体の側面が崩れないもの
を保形性良（○）とし、徐々に崩れるものを保形性不良
（×）とした。さらにまた、得られた成形体を実施例
１、２では大気雰囲気中で、実施例３、４では窒素雰囲
気中で、実施例５では真空中で表１に示す温度で３時間
焼結し、得られた焼結体の嵩密度をアルキメデス法で測
定した。それらの結果を表１に示す。

【００２２】（比較例１〜３）比較のために、比較例１
では結合剤に単官能アクリル樹脂のみを使用し、比較例
２では結合剤に多官能アクリル樹脂のみを使用し、それ
以外は実施例１、２と同様にスラリーを調製し、成形体
を作製し、評価した。また、比較例３では、単官能アク
リル樹脂と多官能アクリル樹脂との混合比を本発明の範
囲外にした以外は、実施例３と同様にスラリーを調製
し、成形体を作製し、評価した。それらの結果を表１に
示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１から明らかなように、実施例において
は、いずれも離型性、表面性状、保形性とも不良はなく
満足できるものであった。また、得られた焼結体はいず
れも高比重で、欠陥のない緻密な焼結体を得ることがで
きた。このことは、表面性状、保形性に優れる上に離形
性にも優れる成形体を形成することができることを示し
ている。

【００２５】これに対して比較例１では、結合剤に単官
能アクリル樹脂のみを使っているので、離型性が悪い上
に成形体の強度が弱く、脱型時に破損してしまい、保形
性にも問題があった。また、比較例２では、結合剤に多
官能アクリル樹脂のみを使っているので、未硬化部分が
多すぎ、表面を洗浄しても平滑な面は得られるものの凹
凸があり、表面形状が悪かった。さらに、比較例３で
は、混合比が本発明の範囲外にあるため、成形体表面と
成形型が密着してしまい、離型性が悪かった。なお、得
られた焼結体は、実施例と同じくいずれも高比重で、欠
陥のない緻密な焼結体であった。このことは、単官能ア
クリル樹脂と多官能アクリル樹脂を混合して用いれば、
保水性や保形性などには問題ないものの、離形性には問
題がある得ることを示している。

【００２６】

【発明の効果】以上の通り、本発明にかかる成形方法に
よれば、成形体と成形型との間の離型性を改善すること
ができるようになった。このことにより、結合剤に水溶
性で熱硬化性を有するアクリル樹脂を用いれば、保水
性、保形性に、さらには離型性にも優れた成形体が得ら
れるセラミックス粉末の成形方法を提供できるようにな
った。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス粉末に水、分散剤それに結
合剤として熱硬化性アクリル樹脂を添加し、混合して調
製したスラリーを、水を吸収しない材質から成る成形型
に注入した後、そのスラリーを加熱により硬化させるセ
ラミックス粉末の成形方法において、該アクリル樹脂
が、少なくとも１種類の水溶性単官能アクリル樹脂と、
少なくとも１種類の水溶性多官能アクリル樹脂の混合物
から成り、その混合物の混合比が９９．９：０．１〜９
６．０：４．０で添加量が１〜１３体積％、または混合
比が９６．０：４．０〜８０．０：２０．０で添加量が
１〜２５体積％であることを特徴とするセラミックス粉
末の成形方法。
【請求項２】アクリル樹脂が、オリゴマーより重合度
の低い樹脂であることを特徴とする請求項１記載のセラ
ミックス粉末の成形方法。