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JPH0677924B2 - 成形型およびそれを用いたセラミックスの成形方法 - Google Patents

成形型およびそれを用いたセラミックスの成形方法

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Publication number
JPH0677924B2
JPH0677924B2 JP62180584A JP18058487A JPH0677924B2 JP H0677924 B2 JPH0677924 B2 JP H0677924B2 JP 62180584 A JP62180584 A JP 62180584A JP 18058487 A JP18058487 A JP 18058487A JP H0677924 B2 JPH0677924 B2 JP H0677924B2
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mold
molding
permeable
water
ceramic
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JP62180584A
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忠彰 松久
裕行 岩崎
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
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Priority to US07/217,407 priority patent/US4976903A/en
Priority to EP88306426A priority patent/EP0300681B1/en
Priority to DE8888306426T priority patent/DE3865263D1/de
Publication of JPS6424707A publication Critical patent/JPS6424707A/ja
Publication of JPH0677924B2 publication Critical patent/JPH0677924B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は成形型およびそれを用いたセラミックスの成形
方法、更に詳しくは非透過性型の成形面の一部を水との
接触角が80度以上の材料から構成してなる成形型および
それを用いたセラミックスの成形方法に関する。
［従来の技術］ 従来より比較的複雑な形状を有するセラミック成形体の
製造方法として、射出成形法、加圧鋳込成形法と湿式加
圧成形法が知られている。
射出成形法は、セラミック粉末とポリエチレン、ポリス
チレン等の樹脂及びワックスから成る有機バインダーを
混合し、この混合原料を射出成形により成形し、得られ
た成形体を脱脂することによりセラミック成形体を得る
方法である。
加圧鋳込成形法は、セラミック粉末、水と解膠剤等の成
形助剤を混合して泥漿とし、この泥漿を鋳込型内に注入
し、泥漿を加圧して鋳込成形することによりセラミック
成形体を得る方法である。
湿式加圧成形法は、セラミック粉末、水とバインダー等
の成形助剤を混合混練し、真空土練をして坏土とし、こ
の坏土を型内に入れ坏土を加圧して加圧成形することに
よりセラミック成形体を得る方法である。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来の射出成形法にあっては、射出
成形で得られる射出成形体の脱脂工程に長時間を要する
という欠点がある。
また、加圧鋳込成形法、湿式加圧成形法では、成形後の
保形性が悪く、離型し難いという欠点があった。
従って本発明はこれら従来技術における欠点を解決した
新規な成形型とそれを用いたセラミックスの成形方法を
提供することを目的とする。
そして、その目的は本発明によれば、ゲル化可能な水溶
性バインダーを含む含水セラミック調合物を保有する容
器部が透過性型と非透過性型の組合せから成り、該非透
過性型の成形面の一部を水との接触角が80度以上の材料
から構成するとともに、加熱機構を有することを特徴と
する加圧鋳込成形用成形型、およびゲル化可能な水溶性
バインダーを含む含水セラミック調合物を保有する容器
部が非透過性型、または透過性型と非透過性型の組合せ
から成り、該非透過性型の成形面の一部を水との接触角
が80度以上の材料から構成すると共に加熱機構を有する
ことを特徴とする湿式加圧成形用成形型、さらに、焼結
助剤を含むセラミック粉末、成形助剤及び水から成る含
水セラミック調合物を加圧成形することによりセラミッ
クスを成形する方法において、成形助剤として少なくと
もゲル化可能な水溶性バインダーを用いて含水セラミッ
ク調合物を調製すると共に、加圧成形用の型として非透
過性型、または透過性型と非透過性型の組合せから成
り、該非透過性型の成形面の一部を水との接触角が80度
以上の材料から構成したものを用い、この成形型に含水
セラミック調合物を注入した後、含水セラミック調合物
を加圧するとともに加熱し、次いで離型することにより
成形体を得ることを特徴とするセラミックスの成形方
法、により達成される。
本発明の成形型においては、非透過性型の成形面の一部
を水との接触角が80度以上の材料から構成したことを特
徴としている。すなわち、非透過性型、または透過性型
と非透過性型の組合せから成る成形型において、非透過
性型の成形面の一部を例えば、ポリテトラフルオルエチ
レン等のフッ素樹脂など、水との接触角が80度以上、好
ましくは85度以上、より好ましくは90度以上の材料によ
って形成することにより成形体との離型性が良くなるこ
とを見出し、これに基ずき本発明を完成したものであ
る。
水との接触角が80度より小さいと、離型性が悪くなる。
特にセラミックタービンローターの如き複雑形状物を成
形する場合、水との接触角が90度以上の材料を用いるこ
とで離型による欠損がない点から好ましい。
非透過性型の成形面の一部を構成する、水との接触角が
80度以上の材料としては、ポリテトラフルオルエチレ
ン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリト
リフルオルクロルエチレン、テトラフルオルエチレン‐
パーフルオルアルキルビニールエーテル共重合体等のフ
ッ素樹脂のほか、ポリプロピレン、各種ワックス類、等
が挙げられる。
また、前記材料により非透過性型の成形面の一部を構成
する手段としては、この材料で非透過性型自体を作成し
てもよいが、経済性の面から非透過性型の成形表面に被
覆することにより行うことが好ましい。また、前記材料
としてフッ素樹脂等を用いれば、金属製の非透過性型に
も容易に直接被覆することができる。
本発明の成形型はセラミックタービンローターのように
翼部が複雑形状を有するものに対して有効に適用でき、
その場合には翼部を形成する型は非透過性型とすること
が好ましく、また、翼部を形成する前記非透過性型のシ
ュラウドライン部にはその一部に透過性型を設けること
が好ましい。シュラウドライン部は、着肉し難い部位で
あり、そこに透過性型を備え、吸引排水することにより
着肉が開始するため、翼部の成形体欠陥のない、より均
質な成形体となる。
本発明に用いる含水セラミック調合物は、焼結助剤を含
むセラミック粉末、成形助剤及び水から成るものであ
る。
セラミック粉末としては従来より知られた酸化物である
アルミナ、ジルコニア等のほか、いわゆるニューセラミ
ックスとして知られる窒化珪素等の窒化物、炭化珪素等
の炭化物、およびこれらの複合材料等を使用することが
できる。
焼結助剤としては特にこの種類を限定されるものでな
く、一般に知られているMg,Al、Ｙ、Ce,Zr、Sr、Ｂ、Ta
等の酸化物、窒化物、炭化物等の焼結助剤を用いること
ができ、使用するセラミック粉末により適宜選ばれる。
また、成形助剤としては、少なくともゲル化可能な水溶
性バインダーを用いる。例えばメチルセルロース、ヒド
ロキシプロピルメチルセルロース等が使用される。この
場合、ゲル化温度の異なる水溶性バインダーを組合せて
使用する場合は、成形に用いる原料、その他の成形助剤
によって適宜選択する必要がある。なお、この他、水に
可溶な高分子成分であるポリビニルアルコール、ポリエ
チレングリコール等の有機物を使用することができる。
また本発明で用いる透過性型としては、従来公知のもの
が使用できる。透過性型は、溶媒除去、乾燥高率を良く
するため、通気性が良く、一方型自体の強度を保障し得
るものであることが必要で、通常、平均孔径が0.1〜50
μｍのものが使用される。また、平均孔径が異なる型で
成形面層を0.1〜50μｍの孔径とし、下面層を50〜500μ
ｍ程度の粗い孔径とする組合せからなる二層構造の型も
使用することができる。透過性型の材質は限定されず、
吸水性のよい石膏の如き材質のほか、樹脂、セラミック
ス、金属およびそれらの複合材料等を用いることもでき
る。
また、本発明に使用する非透過性型としては従来一般に
使用されているものを用いることができ、例えば金型の
ほか合成樹脂型、ゴム型を用いることができる。
以上説明した本発明の成形型を用いることにより、離型
性の優れたセラミックスの成形を行うことができる。
以下、本発明の成形型を用いたセラミックスの成形方法
を説明する。
まず成形型は、加圧成形用の型として用いられる。加圧
成形としては、加圧鋳込成形および湿式加圧成形が挙げ
られ、加圧鋳込成形の場合には、含水セラミック調合物
として水分含有量の多い泥漿が用いられ、一方、湿式加
圧成形の場合には含水セラミック調合物として水分含有
量の少ない、いわゆる坏土が用いられる。
そして成形助剤として少なくともゲル化可能な水溶性バ
インダーを用い、焼結助剤を含むセラミック粉末および
水と共に含水セラミック調合物を調製する。
含水セラミック調合物の調合割合は、泥漿を用いる加圧
鋳込成形の場合には、セラミック粉末100重量部、水30
〜100重量部、ゲル化バインダー0.1〜10重量部、成形助
剤0.1〜15重量部、好ましくはセラミック粉末100重量
部、水35〜85重量部、ゲル化バインダー0.5〜７重量
部、成形助剤0.1〜10重量部である。水の配合割合が30
重量部より少ないと、泥漿の流動が悪く混合が不十分と
なり不均質となる。100重量部を超えると、泥漿の沈
降、成形時間が長くなる等の欠点がある。ゲル化バイン
ダーの配合割合が0.1重量部未満の場合には、成形体強
度が小さく保形性に劣り、一方10重量部を超えると、泥
漿状態とするのに水を多量に必要とすることになり脱水
時間が長くなく。
また、坏土を用いる湿式加圧成形の場合には、セラミッ
ク粉末100重量部、水15〜40重量部、ゲル化バインダー
0.1〜15重量部、成形助剤0.1〜15重量部、好ましくはセ
ラミック粉末100重量部、水20〜35重量部、ゲル化バイ
ンダー0.5〜10重量部、成形助剤0.1〜10重量部である。
水の配合割合が15重量部未満の場合は混練性が悪く、均
質な成形用坏土が得られず、40重量部を超えると得られ
る成形体の密度が低くなって焼成収縮が大きくなり、寸
法精度の高い製品を得にくくなる。またゲル化バインダ
ーが0.1重量部未満の場合には、成形体強度が低く保形
性に劣り、15重量部を超えると脱脂時間が長くなるとと
もに、脱脂時にクラックが発生しやすく好ましくない。
この含水セラミック調合物を、本発明の成形型に注入
し、その後該含水セラミック調合物を加圧し、あるいは
含水セラミック調合物を成形型に加圧注入し、次いで離
型することにより成形体を得るものである。
なお、含水セラミック調合物の加圧の際には、成形型を
水溶性バインダーのゲル化温度以上に加温することが好
ましい。この場合、成形体強度が増し、保形性が良好と
なりクラック等が発生し難くなる。従って、肉薄部分や
細い部分は離型時に成形体強度が必要なことから、肉薄
部分等を有する成形体に対しては前記加温操作は好まし
いことである。
一方、注入部における加圧圧力としては、好ましくは5k
g/Cm2以上、更に好ましくは10kg/cm2以上を用いる。圧
力が5kg/cm2より小さいと、成形時間が長くなり、また
成形体密度が低くなって変形を起こし易い。
又、加圧圧力としては、700kg/cm2を超える高圧を用い
ることも可能であるが、高圧になることにより、成形形
が大きく且つ重くなること、更に成形機が大型化するこ
と等から操作性が悪くなり、このため700kg/cm2以下で
行うことが好ましい。
次に、本発明の成形形を図面を用いて説明する。
第１図は本発明に係る成形型の一実施例であるセラミッ
クタービンローター用の加圧鋳込成形型を示す断面図で
あり、７は非透過型１及び非透過型スライドコア２でそ
の側部を囲まれた容器部で、容器部７の下側には透過性
型４が配置されており、該透過性型４の更に下方には排
出口８が設けられている。そして透過性型４および排出
口８は、ともに側部を非透過型３にて一体的に囲まれて
形成されている。また、非透過型１において、セラミッ
クタービンローターの翼部を成形するためのシュラウド
ライン部に、シュラウドライン部透過性型５が備えられ
ているとともに、その透過性型５からの排水のため、排
出口10が成形型の外部につながっている。
更に、成形型全体を取り囲んで加温用のバンドヒーター
９が取り付けられている。尚、６は含水セラミック調合
物の注入口である。
ここで、容器部７は、目的の成形物品に合せて適宜の形
状を有するものである。
又、非透過型１と非透過型３は、製作の容易性および作
業性の点から、それぞれ別体として形成されている。
［実施例］ 以下、実施例に基き本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明がこれらに限定されないことは明らかであろう。
（実施例１〜5,比較例１〜３） 焼結助剤を含むSi3N4粉末（平均粒径0.7μｍ）100重量
部に、水78重量部、メチルセルロース１重量部、トリエ
チルアミン（解膠剤）１重量部、ｎ・オクチルアルコー
ル（消泡剤）0.25重量部を混合し泥漿を得た。この泥漿
のpHは11.90、粘度は８ポイズであった。
次に、この泥漿中の気泡を除去するため、泥漿を攪拌し
ながら真空度75cmHgの雰囲気に５分間保持し真空脱気を
行った。
次に第１図に示すタービンローター用（翼径が85mm
（φ）、翼高30mm）の加圧鋳込成形型を用い、成形型温
度60度に加温し、前記調整された泥漿を注入口６より容
器部７に注入し、その後注入口６より加圧を行うととも
に排出口８より吸引排水を行い、第１表に示す条件で成
形をし実施例１の結果を得た。なお成形型には泥漿漏れ
のないように型の合せ面等に充分なシールが施してあ
る。さらに前記泥漿を用い、第１表に示す成形条件にて
非透過性スライドコア２の成形体面のテフロン（ポリテ
トラフルオルエチレン，接触角（θ）108度）コーテイ
ングの有無、成形型の加温の有無及び加圧力等条件を変
えて成形し、実施例１〜５及び比較例１〜３の結果を第
１表に示した。
第１表から明らかなように、本発明の成形型及び成形方
法で行うことにより、成形体の離型性が良く、外観クラ
ックおよび変形もなく良好な成形体を得たことがわか
る。また、シュラウドライン部透過性型５より吸引排水
することにより成形体の密度がさらに均質となり、より
良好な成形体となった。
（実施例６〜10,比較例４〜６） 焼結助剤を含むSiC粉末（平均粒径１μｍ）と、ゲル化
バインダー、成形助剤、水を第２表に示すように調合
し、加圧ニーダーを用いて混練し、その後真空土練機
（真空度73cmHg）にて60mm（φ）×70mm（長さ）の形状
をした坏土を揃々押出した。つぎに第２図に示す４枚の
翼形状〔翼径90mm（φ）、翼高40mm〕をした成形型の翼
部11の表面に接触角の異なった材料を固着させ、第２表
に示す成形条件で前記の如く調整された坏土13を用いて
500kg/cm2の圧力で加圧注入し、１分後に離型し第２表
に示す成形体を得た。なお、成形型は60℃に加熱した。
第２表から明らかなように、成形型表面に接触角（θ）
80度以上の材料を用いることにより良好な成形体が得ら
れることが判った。又、さらに複雑形状のタービンロー
タ等を成形する場合には、より離型が困難となるため、
僅かなカケも発生しない接触角（θ）90度以上の材料を
用いることが必要なことが明らかである。
つぎに成形体を恒温恒湿器を用いて５℃/Hrの昇温をし
て100℃で５時間、湿度は98％から徐々に低下させなが
ら乾燥をした。次に、熱風循環式電気炉を用い、500℃
で10時間脱脂し、その後氷のうに詰め、３トン／cm2の
圧力にてラバープレス成形をし、その後Ar雰囲気中で22
00℃にて１時間の焼結を行い、焼結体を得た。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の成形型及びこれを用いた
成形方法によれば、離型性が良く、外観にクラック、変
形がない良好な成形体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る成形型の一実施例であるセラミッ
クタービンローター用の加圧鋳込成形型を示す断面図、
第２図は成形型の他の実施例である。 １……非透過性型、２……非透過性型スライドコア、３
……非透過性型、４……透過性型、５……シュラウドラ
イン部透過性型、６……注入口、７……容器部、８……
排出口、９……バンドヒーター、10……排出口、11……
翼部、12……非透過性型、13……坏土。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ゲル化可能な水溶性バインダーを含む含水
    セラミック調合物を保有する容器部が透過性型と非透過
    性型の組合せから成り、該非透過性型の成形面の一部を
    水との接触角が80度以上の材料から構成するとともに、
    加熱機構を有することを特徴とする加圧鋳込成形用成形
    型。
  2. 【請求項２】ゲル化可能な水溶性バインダーを含む含水
    セラミック調合物を保有する容器部が非透過性型、また
    は透過性型と非透過性型の組合せから成り、該非透過性
    型の成形面の一部を水との接触角が80度以上の材料から
    構成すると共に加熱機構を有することを特徴とする湿式
    加圧成形用成形型。
  3. 【請求項３】前記材料が非透過性型の成形面に被覆され
    ている特許請求の範囲第１項または第２項記載の成形
    型。
  4. 【請求項４】前記材料がフッ素樹脂である特許請求の範
    囲第１項または第２項記載の成形型。
  5. 【請求項５】前記非透過性型の一部がセラミックタービ
    ンローターの翼部を形成するセラミックタービンロータ
    ー用のものである特許請求の範囲第１項または第２項記
    載の成形型。
  6. 【請求項６】前記翼部を形成する非透過性型のシュラウ
    ドライン部に透過性型を備えた特許請求の範囲第５項記
    載の成形型。
  7. 【請求項７】焼結助剤を含むセラミック粉末、成形助剤
    及び水から成る含水セラミック調合物を加圧成形するこ
    とによりセラミックスを成形する方法において、成形助
    剤として少なくともゲル化可能な水溶性バインダーを用
    いて含水セラミック調合物を調製すると共に、加圧成形
    用の型として非透過性型、または透過性型と非透過性型
    の組合せから成り、該非透過性型の成形面の一部を水と
    の接触角が80度以上の材料から構成したものを用い、こ
    の成形型に含水セラミック調合物を注入した後、含水セ
    ラミック調合物を加圧するとともに加熱し、次いで離型
    することにより成形体を得ることを特徴とするセラミッ
    クスの成形方法。
  8. 【請求項８】前記成形型がセラミックタービンローター
    用の型である特許請求の範囲第７項記載の成形方法。
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