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JP3193883B2 - ジルコニアセラミック成形体の脱脂方法 - Google Patents
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JP3193883B2 - ジルコニアセラミック成形体の脱脂方法 - Google Patents

ジルコニアセラミック成形体の脱脂方法

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JP3193883B2
JP3193883B2 JP06142297A JP6142297A JP3193883B2 JP 3193883 B2 JP3193883 B2 JP 3193883B2 JP 06142297 A JP06142297 A JP 06142297A JP 6142297 A JP6142297 A JP 6142297A JP 3193883 B2 JP3193883 B2 JP 3193883B2
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正弘 名和
利一 濱田
裕治 夏原
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CeO2 を含有す
るジルコニアセラミック成形体の脱脂方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】セラミックの部品を製造する方法とし
て、セラミック粉末と有機バインダーを混練した原料混
合物を射出成形法や押し出し成形法、鋳込み成形法など
を用いて成形し、得られたセラミック成形体を脱脂・焼
結する方法が一般的に行われている。
【0003】そして射出成形法によってセラミックの部
品を製造する場合には、まず、流動性を付与するパラフ
ィン等のワックス及び、保形強度を付与するエチレン樹
脂等の熱可塑性樹脂を主成分とする有機バインダーをセ
ラミック粉末に混合し、原料混合体を作製する。次に、
この原料混合体を加熱して流動性の良い状態で所定形状
の金型に圧入してセラミック成形体を作製する。さら
に、このセラミック成形体を脱脂工程で10℃/hr程
度の昇温プロファイルで加熱して、有機バインダーの有
機成分を融解または、熱分解により、除去した後に、焼
結を行なってセラミックの部品を得ることができるもの
である。
【0004】ここで、原料のセラミック粉末としてCe
2 (セリア)を含有するジルコニア粉末を用いる場
合、CeO2 は脱脂温度域(250℃〜400℃)で酸
化触媒作用を示し、著しい発熱を伴った熱可塑性樹脂の
燃焼を引き起こす。すなわち、図1(a)は、ワックス
とアクリル樹脂及びポリスチレンを有機バインダーとし
て用いて成形したCeO2 安定化正方晶ジルコニアセラ
ミック成形体をTG(熱重量分析)−DTA(示差熱分
析)分析した結果を示すものであり、また図1(b)は
同じ有機バインダーを用いて成形したY2 3 安定化正
方晶ジルコニアセラミック成形体TG−DTAを分析し
た結果を示すものである。図1(b)のようにY2 3
安定化正方晶ジルコニアセラミック成形体の場合は、熱
可塑性樹脂の分解温度領域でブロードな発熱ピークを示
すだけで、大きな減量も生じないが、CeO2 安定化正
方晶ジルコニアセラミック成形体の場合は、CeO2
触媒作用によって、図1(a)のようにアクリル樹脂と
ポリスチレンの燃焼温度で急激な発熱と大幅な減量がみ
られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように、CeO2
を含有するジルコニアセラミック成形体を脱脂するため
に加熱する際に、CeO2 の触媒作用によって熱可塑性
樹脂が急激に燃焼されると、セラミック成形体内で気化
した燃焼ガス成分が短時間で多量に膨張し、セラミック
成形体にクラック等の欠陥を生じるおそれがある。この
傾向はセラミック成形体肉厚が大きくなるほど顕著にな
り、従って脱脂を行なうことが困難になっているそこ
で、CeO2 の触媒作用を低減してクラックが発生する
ことを防止するために、CeO2 が触媒作用する温度範
囲で昇温速度を緩やかにして脱脂を行なうことが考えら
れる。
【0006】しかしこの場合には脱脂速度が遅くなって
脱脂時間が長くなり、特に厚肉のセラミック成形体や多
量の有機バインダーを含むセラミック成形体の場合に
は、脱脂時間が非常に長くなって生産性が低下するとい
う問題があった。本発明は上記の点に鑑みてなされたも
のであり、脱脂時間に長時間を要することなく、CeO
2 の酸化触媒作用を抑制して、クラック等の破損を生じ
させることなく確実に脱脂を行なうことができるジルコ
ニアセラミック成形体の脱脂方法を提供することを目的
とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係るジルコニア
セラミック成形体の脱脂方法は、CeO2を含有するジ
ルコニアセラミック粉末と有機バインダーとから成形し
たジルコニアセラミック成形体を脱脂するにあたって、
ジルコニアセラミック成形体を酸素濃度20vol%以
下の雰囲気で、CeO2が触媒作用を示す250℃〜4
00℃の範囲での昇温速度を6℃/hr以下に設定し
て、加熱して脱脂することを特徴とするものである。
【0008】また請求項2の発明は、上記の有機バイン
ダーとして、熱可塑性を示す樹脂を用いることを特徴と
するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。CeO2 はジルコニアセラミックの安定化剤とし
て配合されるものであり、CeO2 は原料のジルコニア
セラミック粉末に8〜12モル%の量で配合するのが好
ましい。
【0010】一方、有機バインダーはワックス及び熱可
塑性を示す樹脂からなるものであり、ワックスとしては
パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、
酸化ワックス、合成ワックス、カルナバルワックス、ポ
リエチレンワックス、みつろう、ステアリン酸等を挙げ
ることができる。また熱可塑性を示す樹脂としてはアク
リル樹脂、スチレン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合
体(EVA)、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹
脂、エチレン−アクリル酸エチル共重合体(EEA)、
ポリアセタール樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることが
できる。
【0011】そしてCeO2 を含有するジルコニアセラ
ミック粉末に有機バインダーを混合することによって原
料混合体を調製することができる。CeO2 を含有する
ジルコニアセラミック粉末に対する有機バインダーの混
合量は、有機バインダーの種類に応じて異なるが、Ce
2 を含有するジルコニアセラミック粉末100重量部
に対して有機バインダー15〜25重量部の範囲が一般
的である。この原料混合体を射出成形等して成形するこ
とによって、ジルコニアセラミック成形体を得ることが
できる。
【0012】次に、ジルコニアセラミック成形体を脱脂
工程の脱脂炉で加熱して有機バインダーを除去する脱脂
を行なう。そして本発明では、この脱脂を、脱脂雰囲気
中の酸素濃度を20vol%以下に制御した状態で行な
うものである。酸素濃度が20vol%以下の雰囲気で
加熱することによって、CeO2 の酸化触媒作用を抑え
て有機バインダーの熱可塑性樹脂が急激に燃焼されるこ
とを防ぎ、ジルコニアセラミック成形体にクラックが発
生することを抑制することができるものである。脱脂雰
囲気中の酸素濃度は低い程望ましいが、5vol%程度
より酸素濃度を低くしても、著しい効果の向上はみられ
ないので、実用上は酸素濃度5vol%を下限にするの
が好ましい。
【0013】脱脂雰囲気中の酸素濃度を下げる方法とし
ては、脱脂工程の脱脂炉に流入する空気に不活性ガスを
混合する方法が挙げられる。この場合の不活性ガスとし
ては、窒素やアルゴンなど、脱脂温度域でジルコニアセ
ラミック成形体、有機バインダー、分解ガスなどと反応
を起こさないものを用いるのが好ましい。また、脱脂の
ための加熱を行なうにあたって、CeO2 が触媒作用を
示す温度範囲での昇温速度が6℃/hr以下になるよう
に、加熱条件を設定するのが好ましい。昇温速度を6℃
/hr以下に設定することによって、CeO2 の触媒作
用を一層有効に抑えることができ、有機バインダーの熱
可塑性樹脂の急激な燃焼でジルコニアセラミック成形体
にクラックが発生することを一層確実に抑制することが
できるものである。CeO2 が触媒作用を示す温度範囲
は、250℃〜400℃である。CeO2 が触媒作用を
示す温度範囲での昇温速度を小さくする程、クラックの
低減の効果を高く得ることができるが、昇温速度を小さ
くするとこれに反比例して脱脂時間が長くなるので、昇
温速度の下限は2℃/hr程度に設定するのが好まし
い。
【0014】そして500〜700℃程度にまで昇温し
てジルコニアセラミック成形体を加熱することによっ
て、脱脂工程を完了することができるものであり、後
は、この脱脂を行なったジルコニアセラミック成形体を
常法に従って焼成することによって、ジルコニアセラミ
ック製品を製造することができるものである。
【0015】
【実施例】次に、本発明を実施例によって具体的に説明
する。 (実施例1〜4)ジルコニア粒子相全量に対してCeO
2 を12モル%含有する比表面積15m 2 /gのジルコ
ニア粉末を調製した。一方、ポリエチレン樹脂とアクリ
ル樹脂を1:1の重量比率で混合した熱可塑性樹脂に対
して、ステアリン酸を1:1の重量比率で混合すること
によってバインダー樹脂を調製した。そしてCeO2
含有するジルコニアセラミック粉末にバインダー樹脂を
18重量%の割合で配合して混合することによって、原
料混合体を調製し、この原料混合体を射出成形して、2
mm×40mm×20mmのジルコニアセラミック成形
体を得た。次にこのジルコニアセラミック成形体を、表
2に示す酸素濃度の雰囲気の脱脂炉で、表1に示す昇温
速度で600℃まで昇温させて加熱し、脱脂を行なっ
た。
【0016】
【表1】
【0017】(比較例1)ジルコニアセラミック成形体
の脱脂を大気の酸素濃度雰囲気中で加熱して行なうよう
にした他は、上記(実施例1〜4)と同様にした。 (比較例2)CeO2 を含有するジルコニアセラミック
粉末の代わりに、Y2 3 を3モル%含有する正方晶ジ
ルコニアセラミック粉末を用い、上記(実施例1〜4)
と同様にしてジルコニアセラミック成形体を得た。そし
てこれを比較例1と同様にして加熱して脱脂した。
【0018】上記のようにして実施例1〜4及び比較例
1,2で得られた脱脂済みのジルコニアセラミック成形
体について、外観検査を行なってクラック不良率を算出
した。結果を表2に示す。
【0019】
【表2】
【0020】比較例1は、実施例1における脱脂の雰囲
気の酸素濃度を大気濃度にしたものであり、脱脂炉内の
測温チャートをみると、320℃付近に急激な発熱ピー
クが観察された。従って、各実施例や各比較例において
用いた樹脂バインダーの分解燃焼温度は320℃付近で
あり、CeO2 の触媒作用が働いていることがわかる。
そして比較例1の脱脂済のジルコニアセラミック成形体
には表2にみられるように20%以上のものにクラック
が発生している。一方、比較例2はCeO2 が含まれて
いないために、触媒作用が働かず、クラック不良の発生
率は低い。そして実施例1〜4のものは、CeO2 が含
有されているにもかかわらず、クラック不良の発生率は
低く、脱脂の雰囲気の酸素濃度を20vol%以下に設
定することによって、CeO2 の触媒作用を抑制できる
ことが確認される。
【0021】(実施例5〜) 実施例1と同じジルコニアセラミック成形体を用い、酸
素濃度18vol%の雰囲気の脱脂炉で、表3に示す昇
温速度プロファイルで昇温させて加熱し、脱脂を行なっ
た。 (比較例3) 実施例1と同じジルコニアセラミック成形体を用い、酸
素濃度18vol%の雰囲気の脱脂炉で、表3に示す昇
温速度プロファイルで昇温させて加熱し、脱脂を行なっ
た。 (比較例) 比較例2と同じジルコニアセラミック成形体を用い、酸
素濃度18vol%の雰囲気の脱脂炉で、表3に示す昇
温速度プロファイルで昇温させて加熱し、脱脂を行なっ
た。
【0022】
【表3】
【0023】このようにして実施例5〜及び比較例3
〜4で得た脱脂済みのジルコニアセラミック成形体につ
いて、外観検査を行なってクラック不良率を算出した。
結果を表4に示す。
【0024】
【表4】
【0025】比較例3のように昇温速度を速くして脱脂
を行なうとクラック不良が増加することが確認される。
【0026】
【発明の効果】上記のように本発明は、CeO2 を含有
するジルコニアセラミック粉末と有機バインダーとから
成形したジルコニアセラミック成形体を脱脂するにあた
って、ジルコニアセラミック成形体を酸素濃度20vo
l%以下の雰囲気で加熱して脱脂を行なうようにしたの
で、CeO2 の触媒作用を抑えて有機バインダーの熱可
塑性樹脂が急激に燃焼されることを防ぐことができるも
のであり、昇温速度を低く設定する必要なく、ジルコニ
アセラミック成形体にクラックが発生することを抑制し
た脱脂を行なうことができるものである。
【0027】また、CeO2が触媒作用を示す250℃
〜400℃の範囲での昇温速度を6℃/hr以下に設定
して上記の加熱を行なうようにしたので、CeO2の触
媒作用を一層有効に抑えることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)はCeO2 を含有するジルコニアセラミ
ック成形体のTG−DTA分析の測定チャート、(b)
はY2 3 を含有するジルコニアセラミック成形体のT
G−DTA分析の測定チャートである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 夏原 裕治 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−234569(JP,A) 特開 平7−248432(JP,A) 特開 平6−144928(JP,A) C.Sunil Kumar,et al「Processing and Densification of C eria−Zirconia Cera mic through Extrus ion of Ceramic−Pol ymer Mixture」,CERA MICS INTERNATIONA L,(1994),第20巻,第3号,第183 −187頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/42 - 35/49 CA(STN) JICSTファイル(JOIS) REGISTRY(STN)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CeO2を含有するジルコニアセラミッ
    ク粉末と有機バインダーとから成形したジルコニアセラ
    ミック成形体を脱脂するにあたって、ジルコニアセラミ
    ック成形体を酸素濃度20vol%以下の雰囲気で、C
    eO2が触媒作用を示す250℃〜400℃の範囲での
    昇温速度を6℃/hr以下に設定して、加熱して脱脂す
    ることを特徴とするジルコニアセラミック成形体の脱脂
    方法。
  2. 【請求項2】 上記の有機バインダーとして、熱可塑性
    を示す樹脂を用いることを特徴とする請求項1に記載の
    ジルコニアセラミック成形体の脱脂方法。
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CN117362029B (zh) * 2023-10-16 2025-10-31 浙江工业大学 一种氧化锆陶瓷注射成型坯体全热脱脂方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.Sunil Kumar,et al「Processing and Densification of Ceria−Zirconia Ceramic through Extrusion of Ceramic−Polymer Mixture」,CERAMICS INTERNATIONAL,(1994),第20巻,第3号,第183−187頁

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