(57)【要約】【課題】鋳込み成形に適合したスラリー、その製造方法、該スラリーを使用して作製した高密度粉末成形体、及び高密度低収縮焼結体を提供する。【解決手段】原料粉末と溶媒を混合してスラリーを作製する方法として、粉砕媒体を用いない湿式ジェットミル処理を採用することにより、低粘度・低チクソトロピー性を有する原料スラリーを作製し、このスラリーを泥しょう鋳込み成形することにより、均質で高密度な粉末成形体を作製する方法、及びこの成形体を焼結して、焼結時の収縮が少ない高密度低収縮焼結体を作製する方法、及びそれらの製品。【効果】本発明により、相対密度９８％以上、焼結時の収縮率が１３％以下の高密度低収縮焼結体を製造し、提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低粘性・低チクソトロピー性スラリーであって、粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下で、粘度の単位時間あたりの変化量が１０ｍＰａ・ｓ／ｈ以下であることを特徴とするスラリー。
【請求項２】
スラリー中の原料粉末の濃度が、１０〜６０ｖｏｌ％の範囲である請求項１に記載のスラリー。
【請求項３】
スラリー中の粉末が、分散前の表面状態が壊れることなく、元の結晶性及び表面構造を保持している請求項１に記載のスラリー。
【請求項４】
一次粒子に解砕された粉末であって、（１）表面状態が壊れることなく、元の結晶性及び表面構造を保持していること、（２）該粉末を、溶媒中に分散したスラリーの粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下で、粘度の単位時間あたりの変化量が１０ｍＰａ・ｓ／ｈ以下であることを特徴とする粉体。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載のスラリーの鋳込み成形高密度成形体であって、相対密度が６５〜７５％であることを特徴とする高密度成形体。
【請求項６】
請求項５に記載の成形体の焼結体であって、線収縮率が１３％以下で、相対密度が９８％以上であることを特徴とする高密度低収縮焼結体。
【請求項７】
粘度４０ｍＰａ・ｓ以下で、粘度の単位時間変化量が１０ｍＰａ・ｓ／ｈ以下であるスラリーを製造する方法であって、湿式ジェットミル処理による混合、解砕する工程を有することを特徴とするスラリーの製造方法。
【請求項８】
湿式ジェットミル処理が、原料粉末と溶媒をスラリー状となし、耐圧容器内に密封状態で配置されたノズルへ該スラリーを高圧で圧送して、スラリーの対向流を相互に衝突・合流させることにより、スラリー中の原料粉末を、混合、分散、解砕する湿式ジェットミル処理である請求項７に記載のスラリーの製造方法。
【請求項９】
原料粉末と溶媒の総量に対して、原料粉末が１０〜６０ｖｏｌ％の範囲にある請求項７に記載のスラリーの製造方法。
【請求項１０】
湿式ジェットミル処理が、１０ＭＰａ以上の処理圧力下で行われる請求項７に記載のスラリーの製造方法。
【請求項１１】
請求項１から３のいずれかに記載のスラリーを、成形型に鋳込むことにより高密度成形体を作製することを特徴とする高密度成形体の製造方法。
【請求項１２】
成形体の相対密度が、６５〜７５％である請求項１１に記載の高密度成形体の製造方法。
【請求項１３】
請求項１から３のいずれかに記載のスラリーを、成形型に鋳込み、固化して高密度成形体を作製し、該成形体を、焼結することにより焼結体を作製することを特徴とする高密度低収縮焼結体の製造方法。
【請求項１４】
線収縮率が１３％以下で、相対密度が９８％以上である請求項１３に記載の高密度低収縮焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳込み成形に適合したスラリー、その製造方法、該スラリーを使用した高密度成形体及びその焼結体に関するものであり、更に詳しくは、湿式ジェットミルプロセスにより製造された低粘性・低チクソトロピー性を有するスラリー、これを鋳込み成形することにより製造された高密度成形体、及びこれを焼結することにより得られた高密度低収縮焼結体に関するものである。本発明は、近年の産業技術の発展にともない、例えば、建築、自動車、電子機器等分野において、製品の高機能・高性能化が求められている中で、複雑な形状のセラミック部品類等を、高密度化、高精度化することによりニアネットシェイプ化を行うことを実現するために開発されたものである。本発明は、ファインセラミックス製品等の技術分野において、歩留まりよく、高い寸法精度で、高密度化、高精度化した焼結部品類を提供することを可能とするものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋳込み成形による粉末成形体及び焼結体の製造において、原料粉末を所定の形状に成形し、その粉末成形体を焼結して製品とする粉末焼結プロセスは、複雑形状の製品を高効率、安価に行えるといったメリットを有することから、諸産業分野において広く用いられている。粉末焼結プロセスにおいては、焼結前の粉末成形体により、得られる製品の品質、形状、及び精度は大きく影響を受ける。例えば、成形体密度が低い場合には、焼結時の試料の収縮が大きくなり、製品の形状や精度を制御することが困難となる。また、成形体中の空隙が残存することにより製品の品質を著しく低下させることもある。粉末成形体の密度にムラがある場合には、場所による収縮率に違いが生じ、焼結時に不均一に収縮し、亀裂が生じるといった問題を生じる。そのため、良好な製品を得るためには、高密度で均一な密度分布を有する粉末成形体の作製が極めて重要である。
【０００３】
粉末成形体の成形方法は数多くあり、大別すると、乾式プロセスと湿式プロセスの二つの方式がある。乾式プロセスとしては、原料粉末に高温・高圧を印加して成形するプレス、押出し、及び圧延等がある。これらの方法は、高温や高圧を必要とすることから装置が大型化し、コストが高くなってしまう。更に、近年の産業技術の発展に伴う材料、部材への要求の高機能化・高性能化により、原料粉末の微細化が進んでいるが、乾式プロセスでは、原料粉末の微細化により作業性の低下、危険性の増大、及び作業環境の悪化等の問題が生じる。一方、湿式プロセスとしては、原料粉末を溶媒と混合してスラリーを作製し、多孔質型に鋳込む泥しょう鋳込みプロセス、金型に高圧で射出する射出プロセス等がある。射出プロセスは、高圧を必要とするため、乾式プロセスと同様にコストが高くなってしまうのに対し、泥しょう鋳込みプロセスは、特別高価な装置を必要としない。更に、泥しょう鋳込みプロセスは、比較的大型の複雑形状品の成形体を高密度に作製することができ、複雑形状の多品種少量生産に適した方法である。
【０００４】
しかし、近年、より複雑な部品をより高精度に製造するというネットシェイプ化への期待は高まるばかりであり、泥しょう鋳込み成形体の更なる高密度化が求められている。鋳込み成形体の更なる高密度化を図る方法として、成形プロセスに起因する方法と、成形に用いるスラリーに起因する方法とがある。成形プロセスに起因する方法としては、成形時に外力を印加する加圧鋳込み成形（特許文献１参照）や遠心力を加える遠心鋳込み成形、振動を加える振動鋳込み成形（特許文献２参照）等がある。しかしながら、加圧鋳込み、遠心鋳込み、振動鋳込み等の各プロセスは、加圧装置、遠心装置、振動装置を必要とするため、装置が大型化し、また、型や装置等の消耗が激しくなるといった問題を有する。更に、それほど高密度化が達成されていない。
【０００５】
成形に用いるスラリーに起因する方法としては、原料粉末の粒度分布幅を大きくする方法（例えば、特許文献３参照）や、スラリーの溶媒、ｐＨ、及び分散剤等を調整する方法（例えば、特許文献４参照）等がある。原料粉末の粒度分布を大きくとることにより、成形体密度を高くすることは可能となるが、大きい粒子が小さい粒子を吸収する形で焼結が進むため、焼結時の異常粒成長を生じ焼結体の品質低下を招く。一方、スラリーの溶媒及びｐＨ等を調整する方法では、若干の密度上昇効果が得られる程度である。これは、スラリー作製工程での粘性増加・粒子の再凝集が一因である。原料粉末と溶媒を混合してスラリーを作製する方法として、メディアと呼ばれる粉砕媒体を用いたボールミルを使用することが多い。しかし、ボールミルを用いた場合、大きな質量を有するメディアの衝突により、原料粉末の結晶及び表面構造が損傷を受け、表面エネルギーの増大により原料粉末の再凝集が生じる。このような原料粉末の再凝集は、スラリー粘度の増加、チクソトロピー性の増加を引き起すことが知られている。高粘性・高チクソトロピー性及び／又は凝集粒子を含むスラリーは、泥しょう鋳込みにおいて成形体の高密度化及び均質化を阻害する。このような低密度、不均質な成形体を焼結又は脱脂、焼結すると、低密度で不均質な焼結体しか得られず、しかも焼結時に変形や亀裂が生じる等の不都合が生じる。
【０００６】
更に、メディア同士の衝突等により、メディアの摩耗粉が不純物として材料中に混入する。混入量は多ければ１ｗｔ％にもなり、この様な不純物は焼結の妨げとなり、また、得られる製品の特性低下の原因となる。従来のスラリー作製方法は、主にこの粉砕媒体型が用いられるが、この他にも、撹拌型、摩粉型、及び超音波型等の作製方法がある。しかしながら、いずれの方法も、過剰なエネルギーによる原料粉末表面の損傷や再凝集等は避けられない問題であり、また、少なからず不純物の混入は発生するものであった。更に、従来のスラリー作製方法はどれも、その処理に数時間から数日を必要とする等、経済的、環境的な面においても問題を有している。
【０００７】
一方、本発明において採用している湿式ジェットミルプロセスに関しては、これまでに幾つかの報告があるが、その適用分野は主に食品関係である（例えば、特許文献５参照）。また、セラミックス粉末や金属粉末等に適用した例もあるが（例えば、特許文献６参照）、どれも原料粉末を微細化することに主眼を置いたものであり、当技術分野では、本発明で提供する湿式ジェットミルにより作製したスラリーを用いた成形方法、その成形体、及び焼結体には何らの考慮も払われていないのが実情である。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−９９３０６号公報
【特許文献２】特開平２−１４１４５５号公報
【特許文献３】特開２０００−１２８６２５号公報
【特許文献４】特開平３−１６９５０６号公報
【特許文献５】特開平１１−１１３５４４号公報
【特許文献６】特開平１１−１４７７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記従来技術の諸問題を解決し得るとともに、例えば、ファインセラミックス材料の製造において、複雑な形状の部品を、高密度、高精度な焼結体として製造することにより、その高機能化、ニアネットシェイプ化を行うことを可能とする新しい技術を開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、湿式ジェットミルにより製造された低粘性・低チクソトロピー性のスラリーを使用することにより所期の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明は、各種部材の高信頼性、高機能化及びニアネットシェイプ化を可能とする高密度粉末成形体及び高密度低収縮粉末焼結体及びそれらの製造プロセスを提供することを目的とするものである。また、本発明は、それらの製品を製造するために使用される低粘性・低チクソトロピー性を有するスラリーを提供することを目的とするものである。また、本発明は、高密度粉末成形体及び高密度低収縮粉末焼結体を得ることができる低粘性・低チクソトロピー性スラリーを、湿式ジェットミルプロセスにより製造する方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、原料粉末の結晶構造及び表面構造が、損傷を受けないで、表面エネルギーが増加していない、一次粒子にまで解砕された微粉末の製造方法を提供することを目的とするものである。更に、本発明は、例えば、ファインセラミクス部品を製造するために有用な新しい鋳込み成形技術を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）低粘性・低チクソトロピー性スラリーであって、粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下で、粘度の単位時間あたりの変化量が１０ｍＰａ・ｓ／ｈ以下であることを特徴とするスラリー。
（２）スラリー中の原料粉末の濃度が、１０〜６０ｖｏｌ％の範囲である上記（１）に記載のスラリー。
（３）スラリー中の粉末が、分散前の表面状態が壊れることなく、元の結晶性及び表面構造を保持している上記（１）に記載のスラリー。
（４）一次粒子に解砕された粉末であって、（１）表面状態が壊れることなく、元の結晶性及び表面構造を保持していること、（２）該粉末を、溶媒中に分散したスラリーの粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下で、粘度の単位時間あたりの変化量が１０ｍＰａ・ｓ／ｈ以下であることを特徴とする粉体。
（５）上記（１）から（３）のいずれかに記載のスラリーの鋳込み成形高密度成形体であって、相対密度が６５〜７５％であることを特徴とする高密度成形体。
（６）上記（５）に記載の成形体の焼結体であって、線収縮率が１３％以下で、相対密度が９８％以上であることを特徴とする高密度低収縮焼結体。
（７）粘度４０ｍＰａ・ｓ以下で、粘度の単位時間変化量が１０ｍＰａ・ｓ／ｈ以下であるスラリーを製造する方法であって、湿式ジェットミル処理による混合、解砕する工程を有することを特徴とするスラリーの製造方法。
（８）湿式ジェットミル処理が、原料粉末と溶媒をスラリー状となし、耐圧容器内に密封状態で配置されたノズルへ該スラリーを高圧で圧送して、スラリーの対向流を相互に衝突・合流させることにより、スラリー中の原料粉末を、混合、分散、解砕する湿式ジェットミル処理である上記（７）に記載のスラリーの製造方法。
（９）原料粉末と溶媒の総量に対して、原料粉末が１０〜６０ｖｏｌ％の範囲にある上記（７）に記載のスラリーの製造方法。
（１０）湿式ジェットミル処理が、１０ＭＰａ以上の処理圧力下で行われる上記（７）に記載のスラリーの製造方法。
（１１）上記（１）から（３）のいずれかに記載のスラリーを、成形型に鋳込むことにより高密度成形体を作製することを特徴とする高密度成形体の製造方法。
（１２）成形体の相対密度が、６５〜７５％である上記（１１）に記載の高密度成形体の製造方法。
（１３）上記（１）から（３）のいずれかに記載のスラリーを、成形型に鋳込み、固化して高密度成形体を作製し、該成形体を、焼結することにより焼結体を作製することを特徴とする高密度低収縮焼結体の製造方法。
（１４）線収縮率が１３％以下で、相対密度が９８％以上である上記（１３）に記載の高密度低収縮焼結体の製造方法。
【００１２】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下及び／又は粘度の単位時間当たりの変化量が１０ｍＰａ・ｓ／ｈ以下であるスラリー、このスラリーを鋳込み成形することにより得られる相対密度が６５％〜７５％の範囲にある高密度粉末成形体（以下、成形体ともいう。）、及び該成形体を焼結することにより得られる相対密度９８％以上で、線収縮率１３％以下である高密度低収縮粉末焼結体に特徴を有するものである。また、本発明は、湿式ジェットミルによる混合、解砕工程を経て製造された、表面構造の損傷が無く、一次粒子にまで解砕された粉末に特徴を有し、更に、本発明は、湿式ジェットミルによる混合、解砕工程を有する上記スラリーの作製方法であり、好適には、前記湿式ジェットミル処理工程として、耐圧容器内に密封状態で配置されたノズルへスラリーを高圧で圧送し、当該スラリーの対向流を相互に衝突・合流させる工程を採用してスラリーを製造する方法に特徴を有するものである。
【００１３】
上記のように、本発明は、メディア等の粉砕媒体を用いないスラリー作製方法を採用することにより、一次粒子径もしくは一次粒子径近くまで解砕された粉末を含有し、且つ低粘性・低チクソトロピー性を有するスラリーを製造するものである。本発明のスラリー中には、ほぼ一次粒子に解砕され、分散前の表面状態が壊れることなく、元の結晶性及び表面構造を保有する粉体が含有されている。これらの特性に基づいて、粘性が低く、チクソトロピー性を示さない、鋳込み成形に適したスラリーが形成される。また、本発明は、このスラリーを、鋳込み成形により高密度粉末成形体とし、これを焼結することにより、焼結時の線収縮率が１３％以下であり、焼成後の相対密度が９８％以上である高密度焼結体を作製するものである。
【００１４】
本発明のスラリーは、粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下で、粘度の単位時間あたりの変化量が１０ｍＰａ・ｓ／ｈ以下である。スラリーの粘度が、４０ｍＰａ・ｓ以上になると、鋳込み時の粒子の再配列を阻害し、成形体の相対密度の低下を招くので好ましくない。また、粘度の単位時間あたりの変化量が１０ｍＰａ・ｓ／ｈ以上となると、再凝集性が高くなり、成形体の相対密度の低下を引き起こすので好ましくない。本発明のスラリーの粘度の変化については、例えば、図１に示すように、３時間後にも、製造直後の粘度とほぼ同一の値を示し、粘度の増加がほとんど認められない。本発明のスラリーは、好適には、湿式ジェットミル処理によって製造される。そのスラリー中では、粉末がほぼ一次粒子に解砕されて、分散前の表面状態が壊れることなく、元の結晶性及び表面状態が保存されているため、このような粘性特性を示す。一方、メディア等の粉砕媒体を用いるスラリーの製造方法、例えば、ボールミルによる粉砕・分散処理で製造されたスラリーは、図５に示すように、製造直後から、急激に粘度が上昇する。こうした粘度の上昇は、大きな重量を有するメディアの衝突により、原料粉末の結晶性及び表面構造が損傷を受け、表面エネルギーが増大したことにより粉末の再凝集が生じることに起因するものである。
【００１５】
原料粉末としては、金属粉末、金属間化合物粉末、酸化物、炭化物、及び窒化物等のセラミックス粉末、あるいはこれらの混合粉末等が使用され、泥しょう鋳込み成形可能なものであれば、特に制限はないが、好適には、酸化アルミニウム、ＴｉＡｌ金属間化合物、酸化ジルコニウム、チタン酸バリウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等が使用される。これらの原料粉末の粒度については、スラリーとしたときに、その粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下で、粘度の単位時間あたりの変化量が、１０ｍＰａ・ｓ／ｈ以下である条件を満たすものであれば、特に制限はないが、好適には、平均粒径５０〜１０００ｎｍのものが使用される。
【００１６】
また、溶媒についても、水、アルコール類、ケトン類、油類、及びアミン類等のように従来から使用されているものが、本発明においてもそのまま使用することができ、特に制限はないが、好適には、環境負荷の観点から、水（蒸留水、イオン交換水、水道水、工業用水等）が使用される。
【００１７】
スラリー中に含まれる原料粉末の好適な濃度は、１０〜６０ｖｏｌ％の範囲である。１０ｖｏｌ％以下では、高密度な成形体が得られず、また、６０ｖｏｌ％以上では、湿式ジェットミル処理が可能な流動性を有したスラリーの作製が行えず、どちらも好ましくない。好適には、原料粉末を、２０〜５０ｖｏｌ％の範囲で含有するスラリーが用いられる。また、本発明の効果を損なわない限り、原料粉末の他に、得られる成形体又は焼結体の特性改善等のために、公知の添加剤、例えば、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリカルボン酸アンモニウム塩、ポリエチレンイミン等の高分子添加剤をスラリー中に配合することは差し支えない。
【００１８】
本発明のスラリー中に含有される粉末は、処理前の表面状態が壊れることなく、元の結晶性及び表面構造を保持していること、一次粒子に解砕されていること、溶媒中に１０〜６０ｖｏｌ％の範囲で分散したスラリーの粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下で、粘度の単位時間あたりの変化量が１０ｍＰａ・ｓ／ｈ以下を示すこと、の各特性を有する新規な粉末である。
【００１９】
本発明の粉体の表面状態については、本発明の実施例１、２、及び比較例３で製造した３種類のアルミナ粉体と、原料アルミナ粉体の粒子表面を、赤外分光分析した結果を対比すると、本発明のアルミナ粉体は、原料アルミナ粉末と同じ表面状態を示す。一方、比較例３のボールミルにより作製されたアルミナ粉末は、その表面状態が変化していることが、赤外分光分析の結果から分かる（図５参照）。また、粉末の粒径については、本発明が、５８２ｎｍ、比較例が、５７０ｎｍの平均粒径値をそれぞれ示し、原料アルミナの５００ｎｍとほぼ同程度であることから、両粉体は、ほぼ一次粒子にまで解砕されていることが分かる。本発明の粉末は、処理前の原料粉末の表面状態が壊れることなく、元の結晶性及び表面構造を保持した、ほぼ一次粒子に解砕された粉末である。
【００２０】
本発明のスラリーを製造するには、原料粉末と溶媒の混合物を作製し、これを湿式ジェットミル処理にて混合、解砕することが重要であり、これにより上記の低粘性・低チクソトロピー性のスラリーが製造される。また、本発明では、湿式ジェットミル処理前の粉末の表面状態が、該処理により壊れることなく、元の結晶性及び表面構造を保持して一次粒子に解砕されている粉末が得られる。
【００２１】
本発明の粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下で、粘度の単位時間あたりの変化量が１０ｍＰａ・ｓ／ｈ以下であるスラリーを製造するには、湿式ジェットミルが使用される。湿式ジェットミルとしては、粉砕媒体を用いず、任意の方法で処理溶液を高速流とし、処理液同士及び／又は処理液と流路壁との衝突並びに高速流によって生じる乱流、剪断流、及びキャビテーション効果を有効に活用し、処理溶液中の被処理物を、混合、分散、及び解砕するタイプのものが好適に用いられる。こうした湿式ジェットミルによる混合、分散、及び解砕の効果をより効果的に発揮させる上で好ましい処理圧力は、１０ＭＰａ程度以上、より好ましくは５０ＭＰａ程度以上、更に好ましくは１００ＭＰａ程度以上である。この湿式ジェットミル工程において、処理回数は特に制限されるものではなく、所望の特性を有するスラリーが得られるまで何回も処理を繰り返すことができるが、通常は、１〜１０回の処理が行われる。
【００２２】
次に、湿式ジェットミルについて説明すると、本発明で用いられる湿式ジェットミルとは、任意の方法で高速流を発生させ、液体同士又は液体と流路壁との衝突を起こさせると共に、高速流によって生じる乱流、剪断及びキャビテーション効果等を有効に活用し、被処理物を微粒化して、乳化、分散、及び混合を促進する機能を備えた装置を総称するものであり、この様な湿式ジェットミルとしては、高圧ホモジナイザーがあり、具体的にはプランジャーポンプやロータリーポンプ等によって被処理液をノズルから噴射させ、固定板に高速で衝突させる方式と、噴射される被処理液同士を衝突させる方式がある。そして、被処理液が流路内を高速で通過し、あるいは衝突しながら通過する際に、乱流・剪断を受け、被処理流体中に含まれる分散質は、解砕されると共に、衝突直後に減圧解放されるときにキャビテーション効果が生じ、急激な放圧による衝撃を受けて被処理液中の分散質は著しく微粒化される。
【００２３】
この様な湿式ジェットミルとしては、例えば、「高圧ホモジナイザー」として市販されている、バルププレートによる高速噴射を利用したタイプ、スリット状に形成した流路内で高速衝突させるタイプ、９０°位相させて連通せしめた夫々一文字の流路内で高速衝突を起こさせるタイプ、同一ノズル内で流体同士の衝突回数を複数回発生させるタイプ、対向するオリフィスから非球面構造の部屋へ噴出させて衝突させるタイプ、あるいは液相ジェット流を高速で衝突させるタイプ等が挙げられる。
【００２４】
これらの湿式ジェットミルは、それぞれ装置タイプの特性により、混合、分散、及び解砕効果に多少の差を生じるが、前述したような従来のメディア媒体型分散機をはじめとする分散装置を用いた場合に比べると、飛躍的に高い効率で安定なスラリーを得ることができる。従って、本発明で使用する湿式ジェットミルのタイプは、特に制限されないが、望ましくは高速の被処理スラリー同士を正面から衝突させる方式が最も好ましい。
【００２５】
泥しょう鋳込み成形用型としては、例えば、石膏型、樹脂型等の吸水性のあるものであれば使用可能であり、特に限定されるものではなく、公知の多孔質型から適宜採用できる。また、鋳込み方法についても、例えば、排泥鋳込み、固形鋳込み、振動鋳込み、加圧鋳込み、減圧鋳込み、及び遠心鋳込み等の公知の鋳込み方法が採用でき、鋳込み方法に特に制限はない。
【００２６】
本発明のスラリーを使用して鋳込み成形して作製した粉末成形体は、相対密度が６５〜７５％で、均質な組織を持った成形体である。この成形体は、次いで焼結工程に付され、焼結され、焼結体が製造される。本発明において、焼成方法は、特に限定されず、原料粉末に応じて、各種焼結炉、焼結雰囲気及び焼結温度・時間等を選択できる。以上の方法により、粘度が４０ｍＰａ・ｓ以下で、粘度の単位時間変化量が１０ｍＰａ・ｓ／ｈ以下であるスラリーが作製され、高密度粉末成形体、及び高密度低収縮粉末焼結体が製造される。
【００２７】
以上説明したように、本発明のスラリーを、鋳込み成形、遠心成形等に代表される、湿式成形プロセスで成形すると、相対密度が、６５〜７５％の高密度粉末成形体を形成することが可能であり、また、図３に示すように、この成形体は、粉末の均質な充填状態を形成する。この均質で、高密度の粉末成形体を焼結することにより、相対密度９８％以上の焼結体を製造することができる。また、この粉末成形体を、高温で加熱して焼結体を製造する工程では、焼結体の線収縮率を１３％以下に抑えることが可能である。このように、本発明は、製品の形状や精度を正確に制御することができるため、ネットシェイプ化を実現することが可能であり、製品の品質を著しく向上させることができる。本発明の焼結体の焼結時の線収縮率が少ないことは、図４に示す本発明の実施例と、比較例における焼結体の収縮状態を対比することより明らかである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、（１）高密度で、均質な焼結体を製造することが可能な低粘性・低チクソトロピー性のスラリーが得られる、（２）湿式ジェットミルを適用して、低粘性・低チクソトロピー性の、鋳込み成形に適合したスラリーを製造する方法を提供できる、（３）鋳込み成形により、高密度粉末成形体を作製し、その焼結により、高密度で、高精度の焼結体を製造することができる、（４）焼結時の収縮の小さな焼結体を製造できるので、金属、金属間化合物、セラミックスやそれらの複合材料部材、製品の高性能化、ニアネットシェイプ化を行うことができる、（５）スラリーの作製、鋳込み両面において、従来プロセスに比較して、短時間及び／又は省エネルギーで行うことができる、（６）低粘性・低チクソトロピー性を有するスラリーは、鋳込み成形プロセス以外の湿式プロセス、例えば、インクジェット法への適用が期待される、という効果が奏される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例によって何ら限定されるものではない。以下の実施例では、原料粉末を溶媒と混合し、これを湿式ジェットミル処理することによりスラリーを作製した。このスラリーを使用して、石膏型を用いた排泥鋳込みを行い、成形体を作製した。この成形体を常温で乾燥後、所定の温度、雰囲気、及び時間にて焼結を行い焼結体とした。
【実施例１】
【００３０】
原料粉末として酸化アルミニウム粉末（アルミナ粉末：平均一次粒子径約５００ｎｍ）を、溶媒として蒸留水を用い、アルミナ濃度が３０ｖｏｌ％となるように秤量、混合し、これを２００ＭＰａ・１回の条件で湿式ジェットミル処理を行い、スラリーを作製した。このスラリーを用いて鋳込み成形を行い、成形体を得た。その後、大気中にて１６００℃で焼結することにより焼結体とした。
【００３１】
湿式ジェットミル処理後のスラリーの粘度の経時変化を、粘度計を用いて測定したところ、６．１ｍＰａ・ｓであり、３時間の測定の間、粘度は全く変化しなかった（図１参照）。湿式ジェットミル処理後のアルミナ粒子の平均粒径は、５８２ｎｍとほぼ一次粒子にまで解砕され、また、その表面状態は原料粉末とほぼ同じであった（図２参照）。すなわち、粉体粒子の表面状態が壊れない粉末でスラリーを製造でき、更に、その表面エネルギーは小さいため、再凝集性、すなわちチクソトロピー性は低い。成形体の相対密度は６７．０％で、均質な充填状態が得られた（図３参照）。焼結体の相対密度は９８．５％であり、線収縮率は１１．５％であった（図４ａ参照）。
【実施例２】
【００３２】
実施例１と同じ混合比で、アルミナ粉末と蒸留水を秤量、混合し、２００ＭＰａ・５回の条件で湿式ジェットミル処理を行い、スラリーとした。その後、実施例１と同様の方法で鋳込み、焼結を行った。処理後のスラリー粘度は６．３ｍＰａ・ｓであり、粘度の経時変化は見られなかった（図１参照）。湿式ジェットミル処理後の平均粒径は５５８ｎｍであり、その表面状態は、実施例１と同様に、原料粉末とほぼ同じ状態を保っていた（図２参照）。成形体の相対密度及び焼結体の相対密度は、それぞれ６７．６％、及び９８．６％であり、線収縮率は１１．７％（図４ｂ参照）であった。
【実施例３】
【００３３】
実施例１と同じ混合比で、アルミナ粉末と蒸留水を秤量、混合したものを、１００ＭＰａ・１回の条件で湿式ジェットミル処理を行い、スラリーとした。その後、実施例１と同様の方法で鋳込み、焼結を行った。処理後のスラリー粘度は６．８ｍＰａ・ｓであり、粘度の経時変化は見られなかった。成形体の相対密度及び焼結体の相対密度は、それぞれ６５．７％、及び９９．１％であり、線収縮率は１２．５％であった。
【実施例４】
【００３４】
アルミナ濃度が５０ｖｏｌ％となるようにアルミナ粉末と蒸留水を秤量、混合し、実施例１と同条件で、湿式ジェットミル処理、鋳込み、及び焼結を行った。処理後のスラリー粘度は３８．４ｍＰａ・ｓで一定であった。成形体及び焼結体の相対密度は、それぞれ７２．８％、及び９９．５％、線収縮率は９．９％であった。
【実施例５】
【００３５】
溶媒としてエタノールを用い、実施例１と同様の方法で、湿式ジェットミル処理、鋳込み、及び焼結を行った。スラリーの粘度は７．２ｍＰａ・ｓで一定であった。成形体の相対密度及び焼結体の相対密度は、それぞれ６６．８％、及び９８．９％、線収縮率は１２．０％であった。
【実施例６】
【００３６】
原料粉末としてＴｉＡｌ金属間化合物粉末を使用し、実施例１と同条件で、湿式ジェットミル、鋳込み成形を行った後、真空中、１４００℃で焼結を行った。スラリー粘度は８．２ｍＰａ・ｓで一定であり、成形体の相対密度及び焼結体の相対密度は、それぞれ６８．１％、及び９９．３％、線収縮率は１１．６％であった。
【００３７】
比較例１
実施例１と同じ割合で、アルミナ粉末と蒸留水を混合したものを、５ＭＰａ・１回の条件で湿式ジェットミル処理を行い、スラリーを作製した。その後、実施例１と同条件で鋳込み、焼結を行った。湿式ジェットミル処理後のスラリーの粘度は７．２ｍＰａ・ｓで一定であった。ジェットミル処理圧が低く、十分な混合、分散及び解砕の効果が得られないため、成形体の相対密度は６１．２％と低い値を示した。焼結体の相対密度は９８．１％と良好な値を示したが、成形体の相対密度が低いため、線収縮率は１４．６％と高い値であった。
【００３８】
比較例２
アルミナ粉末の濃度が５ｖｏｌ％となるように秤量、混合し、実施例１と同様の方法で、湿式ジェットミル処理、鋳込み、及び焼結を行った。スラリー濃度が低いため、粘度は２．３ｍＰａ・ｓと低い値で一定であったが、成形体の相対密度は６３．１％と低かった。焼結体の相対密度は９８．４％、線収縮率は１３．５％であった。
【００３９】
比較例３
アルミナ粉末濃度が７０ｖｏｌ％となるように秤量、混合したところ、混合物は、流動性を有せず、湿式ジェットミル処理を行うことができなかった。
【００４０】
比較例４
実施例１と同様に、アルミナ粉末濃度が３０ｖｏｌ％になるように調製したものを、従来行われているボールミルにて、２４時間処理して、スラリーを作製した。その後、実施例１と同条件で鋳込み、焼結を行った。ボールミル処理による過剰なエネルギー付与のため、アルミナ粉末の再凝集が生じ、処理直後のスラリー粘度は２９．７ｍＰａ・ｓと、やや高い値を示し、その後１時間で約１２０ｍＰａ・ｓの粘度上昇を示した（図５参照）。ボールミル処理後のアルミナ粒子の平均粒径は、５７０ｎｍであり、ほぼ一次粒子にまで解砕されていた。また、ボールミルによる過剰なエネルギーにより、表面が損傷を受けたためと思われる表面の水酸基の増加が観察された（図２中の矢印参照）。このように、スラリーが高粘度・高チクソトロピー性、すなわち再凝集性を有しているため、成形体の相対密度は５７．４％と低い値を示した。焼結体の相対密度は９９．０％と良好な値を示したが、成形体の相対密度が低いため、線収縮率は１６．８％と高くなった（図４ｃ参照）。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上詳述したように、本発明は、鋳込み成形に適合したスラリー、その製造方法、該スラリーを使用して作製した高密度粉末成形体、及び高密度低収縮粉末焼結体に係るものであり、本発明により、湿式ジェットミルプロセスにより製造された低粘性・低チクソトロピー性を有するスラリー、このスラリーを鋳込み成形することにより製造された高密度粉末成形体、及びこれを焼結することにより得られた高密度低収縮粉末焼結体を提供することができる。本発明では、焼結体の、焼結時の線収縮率を１３％以下にすることができるため、各種部材の高信頼性・高性能化・ニアネットシェイプに大きく貢献することができる。また、本発明では、成形体の相対密度を高くすることができるため、焼結温度の低減や焼結時間の短縮を行うことができ、粉末焼結プロセスの環境負荷低減及び低コスト化が期待される。更に、本発明の低粘性・低チクソトロピー性を有するスラリーは、鋳込み成形以外のプロセス、例えば、インクジェットへの適用も期待される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】湿式ジェットミル処理後のアルミナスラリーの粘度を示す。実線は実施例１、点線は実施例２のスラリーの粘度である。
【図２】アルミナ粉末の赤外分光分析結果を示す。ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ原料粉末、比較例４、実施例１及び実施例２の結果である。
【図３】実施例１の成形体の破面を示す。ａ、ｂ、ｃは、それぞれ成形体の上部、中央部、下部に対応する。
【図４】焼結後の試料の外観を示す。点線は焼結前の試料サイズを示す。ａ、ｂ、ｃは、それぞれ、実施例１、２、及び比較例４の試料である。
【図５】ボールミル処理後（比較例４）のアルミナスラリーの粘度を示す。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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