(57)【要約】【課題】固形物の発生やセラミックススラリーの均質性を悪化させることなく、脱泡効率を高め、脱泡時間を短縮する。【解決手段】湿式成形用セラミックススラリーの製造方法は、セラミックス粉末、溶媒およびバインダーを含有する混合物を減圧容器内で撹拌する工程と、減圧下での撹拌により、気泡の膨張により減圧容器内を遡上してきた混合物をセンサーで感知する工程と、感知があったとき、減圧容器上部より混合物に消泡剤を噴射し、膨張した気泡を破壊する工程と、を含む。これにより、固形物の発生やセラミックススラリーの均質性を悪化させることなく、脱泡効率を高め、脱泡時間を短縮することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス粉末、溶媒およびバインダーを含有する混合物を減圧容器内で撹拌する工程と、
前記減圧下での撹拌により、気泡の膨張により前記減圧容器内を遡上してきた前記混合物をセンサーで感知する工程と、
前記感知があったとき、前記減圧容器上部より前記混合物に消泡剤を噴射し、前記膨張した気泡を破壊する工程と、を含むことを特徴とする湿式成形用セラミックススラリーの製造方法。
【請求項２】
前記減圧容器内で撹拌する混合物は、粘度が２００ｍＰａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１記載の湿式成形用セラミックススラリーの製造方法。
【請求項３】
前記減圧容器内の真空度を０．０１ｋＰａ以上８．０ｋＰａ以下にして前記撹拌を行なうことを特徴とする請求項１または請求項２記載の湿式成形用セラミックススラリーの製造方法。
【請求項４】
前記噴射される消泡剤は、実質的にシリコーン系消泡剤および有機系消泡剤からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の湿式成形用セラミックススラリーの製造方法。
【請求項５】
セラミックス粉末、溶媒およびバインダーを含有する混合物を収容する減圧容器と、
前記混合物を撹拌する撹拌部と、
前記混合物の液面の上昇を感知するセンサー部と、
前記センサー部の感知により、前記混合物に消泡剤を噴射する噴射部と、を備えることを特徴とする湿式成形用セラミックススラリーの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グリーンシート成形や鋳込成形等の湿式成形に用いられる湿式成形用セラミックススラリーの製造方法およびその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スラリーは、液体中に固形分が分散している流動性のある懸濁液であり、セラミックススラリーは、セラミックス粉末と溶媒、バインダー等からなるスラリーである。溶媒は水もしくは有機溶剤からなり、溶媒に水を用いたセラミックススラリーは一般的に水系スラリーと呼ばれる。
【０００３】
このようなセラミックス粉末と溶媒、バインダー等の混合物のスラリーをボールミルやアトライター等の混合機により、混合、撹拌、混練等の工程により分散させることで、湿式成形に用いられる均一性の高いセラミックススラリーが得られる。
【０００４】
しかし、上記の工程時にはスラリーに空気が巻き込まれ、混合物のセラミックススラリー中に気泡が分散・混入する。また、成形速度の面から溶媒量を減らし高濃度なセラミックススラリーを作製することが多いため、粘度が増大し破泡性が悪くなり、気泡の混入量が増大する。
【０００５】
このため、たとえばセラミックススラリーに消泡剤を添加しておき、減圧容器内にセラミックススラリーを投入し撹拌機等で機械的に泡を破壊する脱泡工程が主に採られている（たとえば非特許文献１参照）。このような脱泡工程では、撹拌機により泡を集合、膨張させて破泡させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３１４５３９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】南川久人ら、「泡コントロールと消泡・脱泡事例集」、技術情報協会、２００７年１１月３０日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、このような方法ではセラミックススラリーの粘性が高い場合、気泡の除去が難しくなり、減圧下で膨張した気泡が減圧容器を遡上し、吸口部や接続した吸引チューブ内に吸い込まれ、吸引性を悪化させることにより真空度が低下して脱泡効率が低下してしまう。そのため脱泡状態を確認しながら真空度を徐々に上げて行く方策を採る場合がある。その場合には、脱泡時間も長くなり、減圧下にさらされたセラミックススラリーは乾燥が進み、一部成分が固形化する、セラミックススラリーの均質性が悪化する等の問題がある。
【０００９】
そこで、たとえば特許文献１記載の方法では、セラミックススラリーを減圧下で撹拌するとともに、そのセラミックススラリーに超音波振動を加えることで脱泡処理能力を高め、高粘度のセラミックススラリーでも脱泡時間を短縮している。
【００１０】
しかし、超音波振動を加える場合、超音波振動子が発熱するため、局所的にセラミックススラリーが暖められ、一部成分の固形化が生じる可能性や、セラミックススラリーの均質性が悪化する可能性がある。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、固形物の発生やセラミックススラリーの均質性を悪化させることなく、脱泡効率を高め、脱泡時間を短縮する湿式成形用セラミックススラリーの製造方法および製造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】
【００１２】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の湿式成形用セラミックススラリーの製造方法は、セラミックス粉末、溶媒およびバインダーを含有する混合物を減圧容器内で撹拌する工程と、前記減圧下での撹拌により、気泡の膨張により前記減圧容器内を遡上してきた前記混合物をセンサーで感知する工程と、前記感知があったとき、前記減圧容器上部より前記混合物に消泡剤を噴射し、前記膨張した気泡を破壊する工程と、を含むことを特徴としている。
【００１３】
このように、本発明のセラミックススラリーの製造方法では、減圧容器内を遡上してきた混合物を感知して消泡剤を噴射している。これにより、固形物の発生やセラミックススラリーの均質性を悪化させることなく、脱泡効率を高め、脱泡時間を短縮することができる。
【００１４】
（２）また、本発明の湿式成形用セラミックススラリーの製造方法は、前記減圧容器内で撹拌する混合物が、粘度が２００ｍＰａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下の混合物であることを特徴としている。これにより、破泡性を高め、気泡の混入を防止するとともに、湿式成形の成形時間を短縮できる。
【００１５】
（３）また、本発明の湿式成形用セラミックススラリーの製造方法は、前記減圧容器内の真空度を０．０１ｋＰａ以上８．０ｋＰａ以下にして前記撹拌を行なうことを特徴としている。これにより、効率よく混合物スラリーの気泡を排出することができる。
【００１６】
（４）また、本発明の湿式成形用セラミックススラリーの製造方法は、前記噴射される消泡剤が、実質的にシリコーン系消泡剤および有機系消泡剤からなることを特徴としている。これにより、消泡剤の噴射で効率的にスラリーの泡を破壊することができる。
【００１７】
（５）また、本発明の湿式成形用セラミックススラリーの製造装置は、セラミックス粉末、溶媒およびバインダーを含有する混合物を収容する減圧容器と、前記混合物を撹拌する撹拌部と、前記混合物の液面の上昇を感知するセンサー部と、前記センサー部の感知により、前記混合物に消泡剤を噴射する噴射部と、を備えることを特徴としている。これにより、固形物の発生やセラミックススラリーの均質性を悪化させることなく、脱泡効率を高め、脱泡時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高真空度で効率的に脱泡を行ない、脱泡工程時間を短縮するとともに均質性の高い湿式成形用セラミックススラリーを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の湿式成形用セラミックススラリーの製造装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】従来のセラミックススラリーの製造装置の構成を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の実施の形態について、以下に具体的に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２１】
本発明の湿式成形用セラミックススラリーの製造方法は、セラミックススラリーを減圧下で撹拌し気泡を破壊する脱泡工程時に、減圧により膨張し減圧容器内を遡上する気泡に消泡剤を噴射して破泡させる。その結果、脱泡工程に費やす時間を大幅に短縮し、長時間の脱泡によるセラミックススラリーの不均質化を抑制する。
【００２２】
（製造装置の構成）
図１は、湿式成形用セラミックススラリーの製造装置１００の構成を示す概略断面図である。セラミックススラリーの製造装置１００は、スラリータンク１０１（減圧容器）、撹拌棒１０２、撹拌機１０３、真空ユニット１０４、真空度調節ユニット１０５、液面センサー１０６（センサー部）、噴射制御部１０６ａ、ホッパー１０８および噴射ノズル１０７から構成される。
【００２３】
スラリータンク１０１は、セラミックス粉末、溶媒およびバインダーを含有する混合物として、未脱泡のセラミックススラリー１１０を収容して溜める。スラリータンク１０１は、減圧容器として密閉可能に構成されている。撹拌棒１０２は、混合物のセラミックススラリー１１０を撹拌する羽と棒からなる。撹拌機１０３は、接続された撹拌棒１０２に動力を伝え、セラミックススラリー１１０を撹拌する。撹拌棒１０２および撹拌機１０３は、混合物を減圧容器内で撹拌する撹拌部を構成する。
【００２４】
真空ユニット１０４は、真空ポンプと冷却トラップ（いずれも図示せず）からなり、真空ポンプは、真空度調節ユニット１０５に接続している。真空度調節ユニット１０５は、スラリータンク１０１内を真空にする真空度計と開放弁（いずれも図示せず）からなる。真空ユニット１０４および真空度調節ユニット１０５は、減圧部を構成する。
【００２５】
液面センサー１０６は、液面を感知することで、混合物のセラミックススラリー１１０に含有する気泡が脱泡時に膨張しスラリータンク１０１内を遡上したことを感知する。噴射制御部１０６ａは、液面の感知があったとき、スラリータンク１０１上部より混合物に消泡剤を噴射するように噴射ノズル１０７を制御する。噴射制御部１０６ａは、ＰＣであってもよいし、回路であってもよい。
【００２６】
噴射される消泡剤は、実質的にシリコーン系消泡剤と、エステル系、ポリエーテル系またはアルコール系の有機系消泡剤とからなることが好ましい。エステル系の有機系消泡剤には、ジエチレングリコールラウレートやポリオキシアルキレンソルビタンモノオレート等からなるものが挙げられる。ポリエーテル系の有機系消泡剤には、ポリアルキレングリコールやポリアルキレングリコールアルキルエーテル等からなるものが挙げられる。アルコール系の有機系消泡剤には、エタノールやイソプロピルアルコール、グリーコール類、オクチルアルコール、シクロヘキサノール、高級アルコール等からなるものが挙げられる。
【００２７】
噴射制御部１０６ａ、ホッパー１０８および噴射ノズル１０７は、噴射部を構成する。ホッパー１０８は、消泡剤１０９を保持している。噴射ノズル１０７は、ホッパー１０８内の消泡剤１０９をスプレー状に噴射する。
【００２８】
（製造方法）
次に、上記のように構成された装置を用いた湿式成形用セラミックススラリーの製造方法を説明する。まず、セラミックス粉末原料、溶媒と分散剤、消泡剤およびバインダー等の添加剤を、ミル等により均質に混合し、混合物として未脱泡セラミックススラリー１１０を作製する。そして、この未脱泡セラミックススラリー１１０をスラリータンク１０１に投入する。
【００２９】
その後、撹拌機１０３と撹拌棒１０２によりセラミックススラリー１１０を撹拌しながら、真空度調節ユニット１０５により開放弁を閉鎖し、真空ユニット１０４によりスラリータンク１０１内を減圧する。
【００３０】
スラリータンク１０１内の真空度が高まると未脱泡セラミックススラリー１１０に含有する気泡が膨張する。このとき撹拌棒１０２で機械的に破泡するが、破泡しきれずにスラリータンク１０１内を気泡が遡上する。そして、遡上した気泡を液面センサー１０６が感知するとスラリータンク１０１上部に取り付けたホッパー１０８内の消泡剤１０９を噴射ノズル１０７から噴射する。これにより、セラミックススラリー１１０の気泡を破泡させる。このような脱泡の終了後に真空度調節ユニット１０５の開放弁を開放し、撹拌機１０３と真空ユニット１０４を停止する。
【００３１】
なお、脱泡中には、スラリータンク１０１内の真空度を、真空度調節ユニット１０５を用いておよそ０．０１ｋＰａ以上８．０ｋＰａ以下にする。なお、０．１ｋＰａ以上１．０ｋＰａ以下に制御することが好ましい。これは、０．１０ｋＰａ以下では溶媒の蒸発が急速に進み、コンテント量や粘度が高くなってしまい、１．０ｋＰａ以上では気泡の膨張が小さく、脱泡時間が掛かってしまうためである。
【００３２】
また、スラリータンク１０１に投入するセラミックススラリーの粘度は、２００ｍＰａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下であればよいが、およそ１０００ｍＰａ・ｓ以上８０００ｍＰａ・ｓ以下であれば好ましく、１０００ｍＰａ・ｓ以上４０００ｍＰａ・ｓ以下であることがさらに好ましい。１０００ｍＰａ・ｓ以下では保形性が悪く、成形時に液漏れが発生する。一方、８０００ｍＰａ・ｓ以上では撹拌が困難であり、４０００ｍＰａ・ｓ以上では混合物中の気泡の含有量の増加や、脱泡性の低下で溶媒の蒸発量が増加するため、脱泡前後でセラミックススラリーの粘度が大きく変わってしまう。
【実施例１】
【００３３】
以下に、湿式成形用セラミックススラリーの製造方法の実施例を説明する。
【００３４】
チタン酸ジルコン酸鉛粉末１００質量部に対して、イオン交換水３５質量部と、ポリアクリル酸系バインダーを１５質量部とポリアクリル酸系の分散剤を３質量部、ポリエーテル系の消泡剤０．５質量部を秤量した。そして、それらをボールミル混合し、１５００ｍＰａ・ｓの粘度を持つ水系スラリーを作製した。
【００３５】
上記のように作製した未脱泡の水系スラリーを、図１に示す湿式成形用セラミックススラリーの製造装置を用いて脱泡処理した。なお、消泡剤としてエタノールを使用した。また、比較例として図２に示すセラミックススラリーの製造装置２００を用いてセラミックススラリーを製造した。セラミックススラリーの製造装置２００は、スラリータンク２０１、撹拌棒２０２、撹拌機２０３、真空ユニット２０４、真空度調節ユニット２０５から構成されている。装置内の真空度は０．１０〜１．０ｋＰａに制御した。
【００３６】
このようにしてセラミックススラリーの製造を行ない、それぞれの装置を使用した場合に要した脱泡時間と脱泡処理した後のセラミックススラリーの粘度を評価した。また、上記のように作製された各セラミックススラリーをシート成形し、得られたセラミックスグリーンシートの引張り強度を評価した。
【００３７】
表１は、実験結果を示す表である。比較例の脱泡処理時間が２．０ｈであるのに対し、実施例の脱泡処理時間は、０．５ｈであった。このように、脱泡時間を大幅に短縮することができた。また脱泡後のセラミックススラリーの粘度は、比較例では、脱泡前より５００ｍＰａ・ｓ高くなったが、実施例では、ほぼ粘度に変化がなく、水の蒸発量が少なかった。また、実施例のスラリーで成形した成形シートの引張り強度は、５．０ＭＰａ、比較例のスラリーで成形した成形シートの引張り強度は、３．５ＭＰａであり、実施例のものの強度が高かった。これはグリーンシートおよび使用したセラミックススラリーの均質性が高かったことを示している。
【表１】
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【００３８】
以上より、本発明によるセラミックススラリーの製造方法を実施した場合、脱泡処理にかかる時間を大幅に短縮でき、セラミックススラリーからの溶媒の蒸発量を減らし、一部成分の乾燥による固形化を抑制することで、均質性の高い湿式成形用セラミックススラリーを得られることが実証された。
【符号の説明】
【００３９】
１００  湿式成形用セラミックススラリーの製造装置
１０１  スラリータンク（減圧容器）
１０２  撹拌棒
１０３  撹拌機
１０４  真空ユニット
１０５  真空度調節ユニット
１０６  液面センサー
１０６ａ  噴射制御部
１０７  噴射ノズル
１０８  ホッパー
１０９  消泡剤
１１０  セラミックススラリー
【図１】
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【図２】
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