(57)【要約】【課題】  本発明は、セラミックスのスラリーを成形型内に、注入後にスラリー中に残存する気泡を効果的に除去できる脱泡方法及びその装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明では、セラミックススラリーが注入された成形型が載置された容器内を減圧してセラミックススラリー中の気泡を取り除く際に、容器内の雰囲気を常時スラリー中の溶媒の飽和蒸気圧に保つようにする脱泡工程を有することを特徴としたセラミックスの製造方法とし、好ましくは、容器外より溶媒蒸気を注入とした。【選択図】  図２
2007106008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックススラリーが注入された成形型が載置された容器内を減圧してセラミックススラリー中の気泡を取り除く際に、容器内の雰囲気を常時スラリー中の溶媒の飽和蒸気圧に保つようにする脱泡工程を有することを特徴としたセラミックスの製造方法。
【請求項２】
前記容器内に、容器外より溶媒蒸気を注入することを特徴とする請求項1記載の製造方法。
【請求項３】
前記成形型内のセラミックスラリーの容器内に臨む面に、スラリー中の溶媒を注入して溶媒層を減圧前に予め形成しておくことを特徴とする請求項１記載のセラミックスの製造方法。
【請求項４】
前記容器内にスラリー温度より高いスラリー中の溶媒の入った溶媒槽を減圧前に予め配置しておくことを特徴とする請求項１記載のセラミックスの製造方法。
【請求項５】
前記溶媒が水であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のセラミックスの製造方法。
【請求項６】
スラリーが注入された成形型を出し入れ自在の密閉容器と、前記密閉容器内を減圧するポンプと、前記密閉容器内の雰囲気を常時にスラリーの溶媒飽和蒸気圧に制御する溶媒蒸気供給手段とを備えることを特徴とするセラミックスの脱泡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的粘性の高いスラリーを用いたセラミックスの製造方法とその脱泡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粘性の高いスラリーを用いる例としては、例えば、セラミックス粒子を水、有機溶媒などの溶媒に分散させ、スラリー状にしたものを型内に注入して成形した成形体を凍結乾燥、焼成してセラミックス成形体を得る凍結成形方法があり、低圧で複雑形状を成形できることから、例えば、触媒担持用のハニカム構造体などで利用されている。
【０００３】
凍結成形方法でも、スラリーの調整過程では、成形体に気孔が形成されないように、十分な脱泡工程を行っているが、成形時、型内にスラリーを注入する際に、気泡が混入する場合があり、その対応として、スラリーが注入された型に振動を与えながら、真空脱泡することが、特開平８−１００２０４号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１００２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この方法は、型内のスラリー中に残存する気泡を除去できる点で優れているものの、真空排気しながら脱泡するために、型内のスラリー表面が乾燥し、スラリー表面に膜状の層を形成してしまい脱泡が完全に行われないという問題点を有していた。
そこで、本発明は、スラリー注入後にスラリー中に残存する気泡を効果的に除去できる脱泡方法とその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明では、セラミックススラリーが注入された成形型が載置された容器内を減圧してセラミックススラリー中の気泡を取り除く際に、容器内の雰囲気を常時スラリー中の溶媒の飽和蒸気圧に保つようにする脱泡工程を有することを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、容器内の雰囲気を常時スラリー中の溶媒の飽和蒸気圧に保っていることから、スラリーからの溶媒の蒸発はなく、スラリー表面は乾燥することなく、脱泡を行なうことができる。
特に、成形体密度を高めて、溶媒乾燥時の乾燥収縮により悪影響や焼成後に緻密体を得たいという要望からスラリー濃度を高めた場合により効果的な方法である。
【０００８】
また、本発明において、好ましくは、前記容器内に、容器外より溶媒蒸気を注入することを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、減圧排気時であっても常時容器内を強制的にスラリー中の溶媒の飽和蒸気圧にと保つことができる。
【００１０】
また、本発明において、好ましくは、前記成形型内のセラミックスラリーの容器内に臨む面に、スラリー中の溶媒を注入して溶媒層を減圧前に予め形成しておくことを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、型内にスラリーを注入した後に、更にスラリー中の溶媒と同じ溶媒を注入し、スラリー上に溶媒層を形成しておくことで、真空脱泡時には溶媒層からの蒸発が始まり、容器内を飽和蒸気圧状態にすることができる簡便な方法である。
【００１２】
また、本発明において、好ましくは、前記容器内にスラリー温度より高いスラリー中の溶媒の入った溶媒槽を減圧前に予め配置しておくことを特徴としている。
【００１３】
本発明によれば、容器内を飽和蒸気圧にするためには、溶媒を蒸気にすることになるが、温度の高い溶媒の方が蒸発し易く、その温度の高い溶媒で飽和蒸気圧状態にすることができる簡便な方法である。
【００１４】
また、本発明において、好ましくは、溶媒が水とすることで、溶媒蒸発が小さく、脱泡が確実に行える。
【００１５】
また、本発明は、スラリーが注入された成形型を出し入れ自在の密閉容器と、前記密閉容器内を減圧するポンプと、前記密閉容器内の雰囲気を常時にスラリーの溶媒飽和蒸気圧に制御する溶媒蒸気供給手段とを備えることを特徴とするセラミックスの脱泡装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、スラリー注入後にスラリー中に残存する気泡を効果的に除去できる脱泡方法及び装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面に基いて説明する。
図１は、本発明のセラミックスの成形方法を示すフロー図である。
第１工程は、セラミックス粒子と溶媒を調整してスラリーを作る工程である。ここで、セラミックス粒子は、例えば、ジルコニア、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素など種々のものが適用できるが、用途に応じて適宜選択すればよい。溶媒は、水、有機溶媒などをセラミックス粒子に応じて選択し、また、選択したセラミックスにあったｐH調整を行なう。なお、必要に応じて、分散剤、結合剤、消泡剤、結晶化抑制剤などの添加剤を加えても良い。これらの材料をボールミルなどの攪拌機にさせ、スラリーを調整する。
【００１８】
第２工程は、第１工程にて調整されたスラリーを減圧にできる容器内でスラリーを攪拌させながら脱泡する。
【００１９】
第３工程は、鋳込み工程である。吸湿性をもたない金属などの型に第２工程で調整したスラリーを型内のキャビティに注入する。
【００２０】
第４工程は、キャビティのスラリーからの脱泡工程である。型ごと容器内に載置し、容器内の空気を真空ポンプなどで排気しながら、減圧することによって脱泡する。本脱泡工程については、本発明の特徴であるので、更に、具体的な実施形態にて後述する。
【００２１】
第５工程は、成形体を凍結成形する工程である。型を容器から取り出し、スラリーの溶媒の凝固点以下とし、キャビティのスラリーを凍結固化させる。
【００２２】
第６工程は、脱型工程である。型は割型となっているので、キャビティを開放して凍結固化した成形体を取り出す。
【００２３】
第７工程は、成形体の乾燥工程である。凍結固化した成形体を真空乾燥機に入れて乾燥する。
【００２４】
第８工程は、焼成工程である。溶媒が除去された成形体を焼成炉にいれ、焼結させる。焼成炉の雰囲気は、大気、還元、真空など適宜選択し、焼成後、焼結体をさらにＨＩＰ処理しても良い。
【００２５】
図２は、本発明の実施形態を示す図であり、上記した第４工程である脱泡工程の手順を説明する装置の模式図である。
図２において、参照符号１は、容器であって、収納部１ａと蓋１ｂとからなっている。  収納部１ａには、溶媒蒸気供給管２が他端に溶媒槽３を連結させて気密に設けられている。この溶媒蒸気供給管２には、電磁弁２ａが設けられている。電磁弁２ａは、容器１内の圧力、湿度を検知し、その値の変動によって、制御装置４によって開閉できるようになっている。なお、溶媒槽３は加温できるように図示しないヒータが備え付けられている。
蓋１ｂには、大気開放管５と排気管６とが気密に設けられており、それぞれの管には、大気開放弁５ａと真空弁６ａが取り付けられている。また、排気管６は、図示しないコンプレッサーなどの真空ポンプに接続している。
参照符号７は、成形型であり、キャビティ７ａ内には、スラリー８が注入されている。
【００２６】
次に、脱泡手順について、説明する。
まず、成形型８内にスラリー９を注型した後容器１内にその成形型８を静置する。もしくは容器１内に成形型８を置いてその成形型８にスラリー９を注入する。この実施形態では、セラミックス原料としてジルコニアを用い、溶媒としては、水（２５℃飽和蒸気圧２４Torr）を用い調整した。スラリーの濃度は、５０体積％とした。
次に、容器１の蓋１ｂと収納部１ａとの合わせ面をシール材を介して気密に保ち、容器１内を密閉する。この際、大気開放弁５ａ、真空弁６ａは、「閉」とし、制御装置４にて、容器内の雰囲気を検知しながら、電磁弁２ａを「開」とし、溶媒蒸気を外部に設置された溶媒槽３より供給し、容器１内が飽和蒸気圧になった時点で、真空弁６ａを「開」にして、真空ポンプにて、容器１内の空気を排気する。この際、容器１内内圧が変化するが、その変化を検知しながら、制御装置４にて、容器１内が溶媒の飽和水蒸気圧なるように溶媒上記の供給量を溶媒蒸気供給管４に設けられた電磁弁４ａの開度にて調整しながら、真空ポンプにて減圧する。容器１内圧を、５０Torrまで減圧したら真空弁６ａを「閉」として、密閉空間にする。この際、容器１内が飽和蒸気圧となっており、内圧の変動はないことから、溶媒蒸気供給管２の電磁弁２ａも「閉」とする。容器１内のスラリー８容積、雰囲気に接している面積にもよるが、数分〜数時間静置する。脱泡完了は、スラリー表面をCCDカメラにて観察し、気泡の発生がなくなることで把握した。
脱泡が完了した後、大気開放弁５ａを「開」とし、容器１内を大気雰囲気にし、スラリー８の充填されている成形型７を取り出す。
【００２７】
図３に基づいて、他の実施形態を説明する。
上記実施形態と同じ部位は、同じ符号を用い、相違点のみ説明する。
本実施形態は、容器内を飽和蒸気圧に保つための蒸気を外部からではなく、キャビティ内のスラリーが容器内の雰囲気に面している上面に膜状に設けられた溶媒層を用いたものである。
図３において、参照符号９は、スラリー８上に設けられた溶媒層である。溶媒層９は、スラリー８供給後にキャビティ１ａ内に溶媒を静かに注入することで溶媒はスラリーと混合することなる溶媒層を形成する。
【００２８】
次に、脱泡手順について、説明する。
容器１内にスラリーが注入された成形型７を静置するまでは、上記実施形態と同様である。次に、スラリー８の容器内の雰囲気に面している部分に、少なくとも容器１内が飽和水蒸気圧になるために必要な量の溶媒を注入して、溶媒層９を形成する。例えば、容器１内容積5リットル、温度２５℃、溶媒水の場合、約0.1gの水の層が必要となる。次に、大気開放弁５ａを「閉」として状態で、容器１の蓋１ｂを気密に閉じ密閉する。その後、真空弁６ａを「開」とし、真空ポンプで減圧する。容器１内圧が、50Torrまで減圧したら真空弁６ａを「閉」とし、密閉空間にする。容器１内のスラリー容積、脱泡面積にもよるが、数分〜数時間静置する。脱泡完了は、上記実施例と同様に評価した。
脱泡が完了した後、大気開放弁５ａを「開」とし、容器１内を大気雰囲気にし、スラリー８の充填されている成形型７を取り出す。
【００２９】
図４に基いて、他の実施形態を説明する。
第一の実施形態と同じ部位は、同じ符号を用い、相違点のみ説明する。
本実施形態は、容器内を飽和蒸気圧に保つための蒸気を外部からではなく、容器１内に成形型７のほかに、溶媒槽１０を載置したものである。
【００３０】
次に、脱泡手順について、説明する。
容器１内にスラリーが注入された成形型８を静置するまでは、上記実施形態と同様である。次に、少なくとも容器１内が飽和水蒸気圧になるために必要な量の溶媒が入った溶媒溶媒槽１０を容器１内に載置する。なお、溶媒槽１０内の溶媒の温度は、スラリー温度より高い温度を持つように予め加温しておく。本実施形態では、スラリー温度プラス３５℃に設定した。スラリー温度は、この後凍結工程に入るので、極力低い温度の方が良い。
この後の工程は、第２の実施形態と同様である。
【００３１】
上記した３つの実施形態の脱泡工程を経た後、脱型後の成形体の表面及び破断面を工学顕微鏡で観察したところ気泡起因とするポアなどの欠陥は見られなかった。更に、焼結体は、何れも緻密なものであり、表面及び内部に残存する気泡は見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の製造工程を示すフロー図である。
【図２】本発明の脱泡工程を示す装置の実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明の脱泡工程を示す装置の他の実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明の脱泡工程を示す装置の他の実施形態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…容器
１ａ…収納部
１ｂ…蓋
２…溶媒蒸気供給管
２ａ…電磁弁
３…溶媒槽
４…制御装置
５…大気開放管
５ａ…大気開放弁
６…排気管
６ａ…真空弁
７…成形型
７ａ…キャビティ
８…スラリー
９…溶媒層
１０…溶媒槽
【図１】
2007106008.tif 000003
【図２】
2007106008.tif 000004
【図３】
2007106008.tif 000005
【図４】
2007106008.tif 000006