JPH0782036A

JPH0782036A - セラミック顆粒の製造方法

Info

Publication number: JPH0782036A
Application number: JP5161275A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Hori; 雄一堀; Shinya Matsuno; 真也松野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 1995-03-28

Abstract

(57)【要約】【目的】界面活性剤や凝集剤等を使用せずとも、安定し
た懸濁液を調製でき、陥没した凹部がなく、流動性に優
れ、低い加圧力でセラミック粒子大近くまで潰れて効率
良く成形できる真球状のセラミック顆粒を得る。【構成】セラミック原料粉末に結合剤、可塑剤および媒
体を添加混合して調製したスラリー状の懸濁液のｐＨ
を、２．５〜５．５もしくは１０．５〜１２．５に調整
し、該懸濁液を噴霧乾燥してセラミック顆粒を造粒す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミック顆粒の製造方
法の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりセラミック成形体の成形方法と
して、乾式の加圧成形法が寸法精度に優れ、比較的簡便
に量産できる成形方法として広く採用されていた。

【０００３】しかしながら、近年、電子材料用セラミッ
クスの技術進歩は著しく、該電子材料用セラミックスに
要求される組織の均一性や緻密性の向上のため、使用す
るセラミック原料粉末は微細かつ粒度分布が広範囲に拡
がらず、その粒子が揃っていることを要求されるように
なってきた。

【０００４】その結果、セラミック原料粉末の流動性が
悪くなり成形型中に均一に充填して加圧成形することが
困難となり、セラミック成形体の嵩密度や加圧成形時の
圧力分布にバラツキを生じて成形歩留りが悪くなった
り、焼結体の組織の均一性や緻密性が損なわれるという
問題があった。

【０００５】そこで、セラミック原料粉末に流動性を付
与して前記問題を解消するために、セラミック原料粉末
をスラリー状の懸濁液とし、該懸濁液を噴霧乾燥機等で
直径が約２０μｍ〜２００μｍの顆粒に予め造粒するこ
とが行われている。

【０００６】ところが、前記噴霧乾燥機等による造粒方
法は、スラリー状の懸濁液を高温の容器内に噴霧して急
速に乾燥して造粒することから、造粒前のセラミック原
料粉末に比較して流動性が良好なセラミック顆粒を得る
ことができるものの、一般に懸濁液のｐＨは噴霧乾燥機
の耐久性等から７．５〜８．５程度に調整されて使用さ
れ、またセラミック原料粉末の分散性を良くするために
ノニオン系やアニオン系の各種界面活性剤が添加されて
いるが、乾燥時に急激な水の蒸発が起こり、そのために
図３に示すようにセラミック顆粒３の表面の一部が陥没
して凹部４を生じた非真球状となり易く、その上、顆粒
自体が硬くなって加圧しても顆粒が潰れ難く、図４に示
すように成形体表面５においても顆粒同士の境界６が残
留したり、前記凹部の跡７が残留し、それらに起因して
得られた焼結体の物性、特に機械的強度を著しく低下さ
せるという欠点を有していた。

【０００７】そこで係る欠点を解消するために、セラミ
ック原料粉末を水溶液中に分散し、凝集剤を使用してス
ラリー状の懸濁液の粘度を調節したり、噴霧乾燥時の乾
燥速度を遅くする手段を講じる等により陥没がほとんど
なく、潰れ易い真球状のセラミック顆粒を得んとする提
案がなされている（特開昭６３−２７４６４７号公報特
開平１−１６７２７１号公報参照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記懸
濁液を使用した噴霧乾燥法によるセラミック顆粒の製造
方法では、なるほど得られたセラミック顆粒自体は真球
状で流動性に優れてはいるものの、加圧成形にはなお１
〜３ｔ／ｃｍ²もの高い加圧力を加えなければ成形体表
面に顆粒の境界が認められ、均一かつ十分緻密な成形体
が得られず、低い加圧力で効率良く成形することが困難
であるという課題があった。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、前記課題を解決せんとしてな
されたもので、その目的は界面活性剤や凝集剤等を使用
せずとも、安定した懸濁液を調製でき、陥没した凹部が
なく、流動性に優れ、低い加圧力でセラミック粒子大近
くまで潰れて効率良く成形できる真球状の均一な特性を
有するセラミック顆粒が得られるセラミック顆粒の製造
方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミック顆粒
の製造方法は、セラミック原料粉末に結合剤、可塑剤お
よび媒体、更に酸または塩基性物質のｐＨ調整剤を加え
て混合し、ｐＨ２．５〜５．５もしくはｐＨ１０．５〜
１２．５のスラリー状の懸濁液を調製し、次いで該懸濁
液を噴霧乾燥することを特徴とするものである。

【００１１】前期ｐＨ調整剤として酸では酢酸、蟻酸、
塩酸、硫酸等が挙げられ、塩基性物質では水酸化カリウ
ム、水酸化ナトリウム、アンモニア水等が挙げられる
が、とりわけ塩酸、酢酸及びアンモニア水が好ましい。

【００１２】また、前記懸濁液のｐＨが５．５より高く
１０．５より低い場合には、前記懸濁液を噴霧乾燥して
造粒しても顆粒表面の一部が陥没して凹部を生じ、真球
状とならず、一方、ｐＨが２．５未満あるいは１２．５
を越えると、懸濁液の粘度が著しく増大し、噴霧乾燥し
難くなるため、前記懸濁液はｐＨ２．５〜５．５もしく
はｐＨ１０．５〜１２．５に特定され、ｐＨ２．８〜
５．３もしくはｐＨ１０．８〜１１．５がより望まし
い。

【００１３】

【作用】本発明のセラミック顆粒の製造方法では、スラ
リー状の懸濁液のｐＨを２．５〜５．５もしくは１０．
５〜１２．５の範囲に調整することから、該スラリー状
の懸濁液はニュートン流体から塑性流体に変化し、噴霧
時、即ち剪断力を加えた時には見掛け粘度が低く、乾燥
時の剪断力を加えない時には見掛け粘度が高くなって、
媒体の蒸発に伴ってセラミック原料粉末中の微粉が顆粒
表面に移行するのが抑制されて多孔質状態が維持され、
顆粒が通気性を有し、その結果、顆粒内部の圧力が変化
せずに乾燥が進むため、最終的に顆粒がその表面に陥没
した凹部を生成せず真球状となるように作用する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明のセラミック顆粒の製造方法を
実施例に基づき詳細に説明する。まづ、セラミック原料
粉末の主成分に、焼結助剤としてアルカリ土類金属元素
（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ等）の酸化物や炭酸塩、イットリア
（Ｙ₂Ｏ₃）、希土類元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、
Ｓｍ等）の酸化物等を添加し、媒体を水としてｐＨ調整
剤を所定量加え、ボールミルにて所定時間混合する。

【００１５】次いで、結合剤を所定量加えて更に混合攪
拌し、得られた懸濁液を噴霧乾燥機により顆粒状に造粒
して加圧成形用のセラミック顆粒とする。

【００１６】前記セラミック原料粉末は、主成分として
アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）等の
酸化物系セラミックスが適用でき、適宜、周知の前記焼
結助剤等を添加することも可能であり、それらセラミッ
ク原料粉末の平均粒子径は、通常６μｍ以下、望ましく
は０．５〜３μｍ程度が良い。

【００１７】また、前記スラリー状の懸濁液の濃度とし
ては、水等の媒体中のセラミック原料粉末の量が、容積
比で１０％より低いと噴霧乾燥する時間が長くなって不
経済であり、一方、５５％より高いと懸濁液の粘度が著
しく大きくなるため噴霧し難くなる。よって前記濃度は
容積比で１０〜５５％の範囲が好ましい。

【００１８】更に、前記懸濁液は、その降伏値が０．１
〜３Ｐａの範囲であることが望ましい。

【００１９】一方、セラミック原料粉末と結合剤及び媒
体との分散、混合は、媒体中にセラミック原料粉末が均
一に分散、混合し得る方法であればいずれの方法でも良
く、例えば撹拌機による機械撹拌、あるいはボールミル
やアトライター、ヘンシェルミキサー等による混合等が
挙げられる。

【００２０】また前記結合剤としては、セラミック原料
粉末から成るスラリー状の懸濁液を噴霧乾燥して造粒す
るのに使用される公知のものがいずれも適用できるが、
とりわけポリビニルアルコール、ポリアクリル酸エステ
ル、流動パラフィン、ポリエチレングリコール、ポリビ
ニルブチラール等が好適に使用できる。

【００２１】尚、本発明のセラミック顆粒の製造方法に
おいては、前記結合剤の配合量としてセラミック原料粉
末１００重量部に対して２〜８重量部であることがより
望ましい。

【００２２】前記噴霧乾燥法としては、回転ディスク
法、加圧ノズル法等があり、いずれの方法でも良いが、
造粒したセラミック顆粒の粒度分布が広範囲に拡がらず
顆粒が揃っているという観点からは、回転ディスク法を
採用することが望ましい。

【００２３】また、噴霧乾燥により造粒した顆粒の平均
粒径が２０μｍより小さいと流動性が著しく悪くなって
セラミック成形体の嵩密度や成形時の圧力分布にバラツ
キを生じやすく、一方、２５０μｍより大きいと小型の
複雑な形状の成形体を得ることが困難となったり、成形
時の加圧力を１ｔ／ｃｍ²以上に高くしないとセラミッ
ク顆粒が潰れ難いことから、その平均粒径は２０〜２５
０μｍの範囲内が望ましい。

【００２４】次に、本発明のセラミック顆粒の製造方法
を評価するにあたり、平均粒径が２．１μｍの高純度ア
ルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）粉末にシリカ（ＳｉＯ₂）、カル
シア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）等を主成分とす
る焼結助剤を添加混合した酸化物系セラミック原料粉末
１００重量部に水を７０重量部とアクリル系の可塑剤を
０．０１５重量部加え、その合計量に対して酸としては
塩酸または酢酸を、一方、塩基性物質としてはアンモニ
ア水をｐＨ調整剤として添加して種々のｐＨに設定し、
ボールミルにて１５時間攪拌混合してスラリー状の懸濁
液を得た後、該懸濁液に結合剤としてポリビニルアルコ
ールを６重量部添加して１時間攪拌混合した。

【００２５】かくして得られた乾燥噴霧前の懸濁液につ
いてｐＨを測定するとともに、その降伏値をＣａｓｓｏ
ｎｐｌｏｔ法により、またその粘度をＥ型粘度計で測
定した。以上の結果を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】次いで前記懸濁液を回転ディスク型噴霧乾
燥機に供給して噴霧乾燥し、セラミック顆粒を造粒し
た。そのセラミック顆粒をＪＩＳ規格の篩による篩別法
で測定したところ平均粒径は６０μｍであった。

【００２８】次いで、前記セラミック顆粒を走査型電子
顕微鏡により３００倍の倍率で写真撮影し、図１に示す
様なセラミック顆粒１の表面状態を調査して撮影した写
真内の顆粒１に陥没した凹部が全く観察されないもの、
該凹部が３個以下のもの、同じく４個以上のものの３段
階に分け、それぞれ○、△、×で評価した。

【００２９】その後、前記セラミック顆粒を用いて外径
２３ｍｍの円板成形用金型により種々の加圧力で円板状
成形体をプレス成形し、該円板状成形体の表面を走査型
電子顕微鏡により５００倍の倍率で写真撮影して図２に
示す様なセラミック成形体表面２におけるセラミック顆
粒の潰れ状態を調査し、顆粒同士の境界の有無で潰れや
すさを評価した。以上の評価結果を表２に示す。

【００３０】

【表２】

【００３１】尚、本発明は前記詳述した実施例に何ら限
定されるものではない。

【００３２】

【発明の効果】叙上の如く、本発明のセラミック顆粒の
製造方法は、セラミック原料粉末に結合剤、可塑剤およ
び媒体を添加混合して調製したスラリー状の懸濁液のｐ
Ｈを、２．５〜５．５もしくは１０．５〜１２．５に調
整し、該懸濁液を噴霧乾燥してセラミック顆粒を造粒す
ることから、流動性に優れ、低い加圧力でセラミック粒
子大近くまで潰れて均一かつ緻密な成形体を成形できる
陥没した凹部がほとんどない真球状のセラミック顆粒が
得られるため、焼成時の収縮率が小さく内部欠陥の少な
いセラミック焼結体を効率良く得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック顆粒の製造方法により得た
セラミック顆粒を３００倍に拡大した図である。

【図２】図１の本発明の製造方法により得たセラミック
顆粒を用いた成形体の表面を５００倍に拡大した図であ
る。

【図３】従来のセラミック顆粒の製造方法により得たセ
ラミック顆粒を３００倍に拡大した図である。

【図４】図３の従来の製造方法により得たセラミック顆
粒を用いた成形体の表面を５００倍に拡大した図であ
る。

【符号の説明】

１セラミック顆粒２セラミック成形体表面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック原料粉末に結合剤、可塑剤およ
び媒体を添加混合してスラリー状の懸濁液とした後、該
懸濁液を噴霧乾燥するセラミック顆粒の製造方法におい
て、前記懸濁液のｐＨを２．５〜５．５もしくは１０．
５〜１２．５に調整し、次いで該懸濁液を噴霧乾燥する
ことを特徴とするセラミック顆粒の製造方法。