(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の：
（ａ）セラミックおよび／または金属の粉末（一種または複数種）、アガロイドとして知られるクラスの多糖類から選ばれるゲル形成材料、ゲル形成材料用溶媒、ならびにホウ酸カルシウム、ホウ酸マグネシウム、ホウ酸亜鉛、ホウ酸アンモニウム、ホウ酸テトラエチルアンモニウム  ホウ酸テトラメチルアンモニウムおよびホウ酸より成る群から選ばれるホウ酸塩化合物の形を有するゲル増強剤を含んでなる混合物を、該混合物にせん断作用を加えるブレンダー中で、該ブレンダーを加熱して該混合物の温度を７０〜１００℃に上げることにより調製する工程；
（ｂ）該混合物を金型に供給する工程；および
（ｃ）該混合物を自立性構造物をもたらす温度と圧力の条件下で成形する工程
を含んでなる、セラミックおよび金属の粉末から成形品を製造する方法。
【請求項２】
前記ブレンダーを、前記混合物の温度を８０〜９５℃に上げるように加熱する、請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項３】
次の：
（ｃ）セラミックおよび／または金属の粉末（一種または複数種）、アガロイドとして知られるクラスの多糖類から選ばれるゲル形成材料、ゲル形成材料用溶媒、ならびにホウ酸カルシウム、ホウ酸マグネシウム、ホウ酸亜鉛、ホウ酸アンモニウム、ホウ酸テトラエチルアンモニウム、ホウ酸テトラメチルアンモニウムおよびホウ酸より成る群から選ばれるホウ酸塩化合物の形を有するゲル増強剤を含んでなる混合物を、該混合物にせん断作用を加えるブレンダー中で、該ブレンダーを加熱して該混合物の温度を７０〜１００℃に上げることにより調製する工程：
（ｄ）該混合物を該ゲル−形成材料のゲル化点より高い温度で金型に射出する工程；
（ｅ）該金型中の混合物を該ゲル−形成材料のゲル化点より低い温度まで冷却して自立性構造物を製造する工程；および
（ｆ）該金型から該構造物を取り出す工程
を含んでなる、セラミックおよび金属の粉末から成形品を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、粉末から金属およびセラミックの成形品を成形する方法および成形用組成物、さらに詳しくは卓越したグリーン強度を示し、そして焼結製品に関連して普通見られる亀裂、ゆがみおよび収縮の問題に遭遇すること無く、容易に焼成することができる、高品質の複雑な成形品を成形するための成形法および組成物に関する。
２．従来技術の説明
一般に、セラミック物体を成形する数種の成形法が実用化されている。良く用いられている一つの成形法、即ちスリップキャスティング（slip casting）では、セラミック粉末の液体懸濁物が多孔性の金型の中で“脱水”されて、その金型によって指示された形状の粉末ケーキが製造される。乾式加圧成形とは、金型の中での粉末の圧縮成形（compaction）を意味する。この粉末は、普通、その圧粉体（green compact）用の可塑剤および／または結合剤として役立つ加工用助剤を含んでいる。
いずれの成形法も、その一つの目標は、欠陥を含まない、精密な寸法許容度（close dimensional tolerances）で再現性のある形状に焼結できる圧粉体成形品を製造することである。圧粉体の成形および焼結中に、粒子の圧密化過程に関連する収縮に因り、亀裂、変形および他の欠陥が発生する可能性がある。一般に、これらの欠陥生成過程は、その成形品が焼成される前に流動性を失なったり、変形したり、或いは亀裂を生成する傾向の小さい、グリーン強度の大きい圧粉体を調製することにより軽減されると考えられている。
形状−成形法のもう一つの目標は、正味の形状（net-shape）を有する物品を製造し、最終の成形品寸法を得るための機械加工（切削）のような下流での操作の必要を無くするか、もしくは最少にすることである。乾式加圧成形法は、特に、複雑で込み入った形状、非対称幾何学的フォーマットおよび精密な寸法許容度を達成するためには、切削およびダイヤモンド研磨方式の、下流での追加加工を必要とすることが多い。
射出成形法は、セラミックおよび金属の粉末の主たる正味形状成形法として認められている。射出成形用組成物に用いられるべき結合剤の基本的に重要な属性は、成形された成形品が、支持構造体（金型）から取出された後でのゆがみ（warping）および歪みを防ぐのに十分な圧粉体強度（グリーン強度）を与える能力である。射出成形法用結合剤としての多糖類の使用が米国特許第４，７３４，２３７号明細書に開示されている。セラミックおよび／または金属の粉末からの成形品がうまく作製できるかどうかは、その金型から取り出されたままの湿った状態にある、成形されたままの成形品（as-molded part）の強度に決定的に依存する。成形されままの強度が大きいことは、隣接する厚い部分と薄い部分から成る複雑な成形品の場合、亀裂、流動性の消失、ゆがみおよび寸法制御の失敗を防ぐのに特に重要である。これらの場合には、その材料の強度を、添加剤の利用により、多糖類結合剤によって与えられる強度以上に高めることが望まれる。
ホウ酸のアルカリ塩と、グアガムおよび他の天然ガムおよびポリ（ビニルアルコール）のような長鎖のポリヒドロキシル化合物（ポリオール類）との錯体生成および橋架けはよく知られている［R. E. Sachachat、L. Z. Raymondの“Adv. Chem. Ser.”、２５、１１（１９６０）］。例えば、少量のホウ酸ナトリウム（ボラックス）の存在下ではポリ（ビニルアルコール）の粘度が際立って増大することは、普通に知られている、実験室的に証明されている事実である［E. Z. Casassa、A. M. SarquisおよびC. H. Van Dykeの“J. Chem. Educ.”、６３、５７（１９８６）］。
ホウ酸類は高分子水溶性結合剤を含む射出成形用組成物で用いられている。金属粉末から成形品を作製するための、メチルセルロース結合剤をベースとする水系射出成形用組成物の中で少量のホウ酸を使用することが、米国特許第４，１１３，４８０号明細書に開示されている。明確には説明されないが、このホウ酸の機能は、成形されたままの成形品のゲル強度を増大させることであると推測される。
寒天を含む水系射出成形組成物の中で少量のホウ酸ナトリウムを使用することが、米国特許第５，２５８，１５５号明細書に記載されている。このホウ酸ナトリウムの目的は、成形されたままの物品の結合強度を増大させることである。この特許の著者は、磁気処理した水の中で２重量％の寒天から調製したゲルの強度は、０．３重量％のホウ酸ナトリウムが存在すると８倍増大すると述べている。この著者は、さらに、この寒天／ホウ酸ナトリウム溶液に熱を加えて練ると、常用のプラスチック結合剤と同等もしくはそれ以上の粘度を生じると述べている。
ホウ酸塩による橋架け反応の機構は多くの討論の主題であったが、圧倒的な証拠から、この橋架けの機構は、ポリヒドロキシル鎖に配位しているナトリウム対イオンと強く相互作用しているイオン性モノジオール−ホウ酸塩錯体に因ると示唆されている。M. Shibayama、M. Sato、Y. Kimura、H. FujiwaraおよびS. Nomuraの“Polymer”、２９、３３６（１９８８）により、この機構が説明され、そしてその錯体生成の性質が図式的に示された。
この提案された機構に合致して、錯化剤としてホウ酸を使用した場合には、その橋架け反応は有意に弱くなることが明らかに認められる。この説明は、橋架け反応におけるナトリウムイオンの極めて重要な役割を指摘している。事実、ホウ酸塩／ポリヒドロキシル化合物錯体生成／橋架け現象に関する文献の多くは、ホウ酸およびそのナトリウム塩を取り扱っている。
特定の用途では、ナトリウムは、焼成したセラミック物品で問題になる最終的な性質に有害な場合がある。例えば、構造体セラミックスでは、顆粒境界相がその高温における強度と変形挙動に強い影響を及ぼすことがある。この顆粒境界相は、しばしば、そのセラミックの主体の形態構造と組成とは別のガラス状の構成成分である。ナトリウムおよびカリウムのようなアルカリ土類金属イオンは、これらのガラス状組成物の軟化点と粘度を下げることが知られている。それ故、ナトリウムの存在は、高温における強度の低下とクリープ速度の増大によって、その上限使用温度を低下させることがある。
もう一つの例では、絶縁耐力が、点火プラグ用に用いられる絶縁材料のようなセラミック絶縁体の重要な実用性能評価基準である。絶縁耐力が不十分であると、セラミック材料の用途が限定されることがある。ナトリウムのようなアルカリ土類金属イオンは、絶縁耐力を低下させることによりセラミック材料の絶縁体性能に有害な影響を及ぼす。
発明の概要
本発明は、セラミックおよび／または金属物品を製造する際に有用な水系成形用組成物および方法を提供するものである。さらに具体的には、本発明によれば、セラミックおよび／または金属の粉末（一種または複数種）、アガロイドとして知られるクラスの多糖類から選ばれるゲル形成材料、ゲル形成材料用溶媒、ならびにホウ酸カルシウム、ホウ酸マグネシウム、ホウ酸亜鉛、ホウ酸アンモニウム、ホウ酸テトラメチルアンモニウムおよびホウ酸より成る群から選ばれるホウ酸塩化合物の形を有するゲル増強剤を含んでなる混合物を、その混合物にせん断作用を加えるブレンダー中で、そのブレンダーを加熱してその混合物の温度を約７０〜１００℃、好ましくは約８０〜９５℃に上げることにより調製する工程、その混合物を金型に供給する工程、およびその混合物を自立性構造物を生成させる温度および圧力の条件下でその混合物を成形する工程を含んでなる、セラミックおよび金属の粉末から成形品を成形する方法が提供される。
本発明は、また、セラミックおよび／または金属の粉末（一種または複数種）、アガロイドとして知られるクラスの多糖類から選ばれるゲル形成材料、ゲル形成材料用溶媒、ならびにホウ酸カルシウム、ホウ酸マグネシウム、ホウ酸亜鉛、ホウ酸アンモニウム、ホウ酸テトラエチルアンモニウム、ホウ酸テトラメチルアンモニウムおよびホウ酸より成る群から選ばれるホウ酸塩化合物の形を有するゲル増強用添加剤を含んでなる混合物を、その混合物にせん断作用を加えるブレンダー中で、そのブレンダーを加熱してその混合物の温度を約７０〜１００℃、好ましくは約８０〜９５℃に上げることにより調製する工程、その混合物をそのゲル−形成材料のゲル化点より高い温度で金型に射出する工程、この金型中の混合物をそのゲル−形成材料のゲル化点より低い温度まで冷却して自立性構造物を調製する工程、およびその構造物を金型から取り出す工程を含んでなる射出成形法にも関する。
橋架けの機構において、アルカリ金属イオンが果す極めて重要な役割を基にして考えると、本発明者達が低濃度でゲル強度を充分に向上させる特定の代替ホウ酸塩化合物、特にカルシウム、マグネシウム、亜鉛およびアンモニウムのホウ酸塩化合物を見いだすことができたことは驚くべきことである。表１にまとめられるゲル強度のデータに注目すると明らかになるように、重要なことであるが、様々なカチオン種の間で有効性に差があることが認められる。認められるように、アンモニウムは二価の金属カチオンより効果が小さく、また対イオンがテトラメチルアンモニウム単独である場合、向上効果は観測されない。
【図面の簡単な説明】
本発明は、以下の詳細な説明と添付した図面を参照するとき、より完全に理解され、そしてさらなる利点が明らかになるであろう。添付図面において、図１は、本発明の方法の、一つの態様の基本工程を模式的に示したものである。
発明の詳細な説明
金属粉末、セラミック粉末およびそれらの混合物から選ばれる粉末化材料から、本発明の方法に従ってセラミック、金属および金属／セラミック複合体の各成形品が製造される。本明細書で用いられる金属粉末という用語には、純粋な金属、合金、金属間化合物およびそれらの混合物の粉末が含まれる。本明細書で用いられるセラミック粉末という用語には、限定する訳ではないが、金属、非金属あるいはそれらの混合物の酸化物、ホウ化物、窒化物、ケイ化物および炭化物、ならびにそのような材料の混合物の粉末が含まれるものとする。
本発明の方法によれば、この金属および／またはセラミックの粉末は、先ず、ゲル−形成材料およびこのゲル−形成材料用の溶媒と混合される。この混合物を、多様な方法の内の任意の方法、特に射出成形法によりダイに容易に供給できるようになすべく十分に流動性とする担体と配合する。一般に、この混合物中の粉末の量は上記混合物の約３５〜６０容量％である。好ましくは、粉末は混合物の約４０〜約５８容量％を構成し、そして最も好ましくは混合物の約４５〜５５容量％を構成する。これらの好ましい量および最も好ましい量は、正味のおよび正味に近い形状の射出成形品の製造に特に適している。
この混合物中で用いられるゲル−形成材料はアガロイドからなる。アガロイドは寒天に似ているが、その特性の全ては満たしていないガムと定義されている（H. H. Selby等の“寒天（Agar）”、Industrial Gums、Academic Press社、New York、NY、第２版、１９７３年，第３章、２９頁）。しかし、本明細書で用いられるアガロイドとは、寒天に似ている任意のガムだけでなく、寒天およびアガロースのような寒天誘導体をも意味する。アガロイドが用いられるのは、それが狭い温度範囲で迅速にゲル化し、それにより物品の生産速度を劇的に上げることができるようになるからである。推奨されるゲル−形成材料は寒天、アガロースもしくはカラギーナンを含んでなる水溶性の材料であり、そして最も好ましいゲル−形成材料は寒天、アガロースおよびそれらの混合物からなるものである。
本発明では、ゲル−形成材料は、限定される訳けではないが、カルシウム、マグネシウム、亜鉛およびアンモニウムを含んでなるクラスのホウ酸塩化合物から選ばれるゲル増強用添加剤と混合される。
本発明の範囲内で有利に用いることができるこのクラスのホウ酸塩化合物の範囲は、非常に広いことを理解すべきである。アガロイドをベースとする射出成形用組成物中で使用可能なゲル増強剤で、ホウ酸ナトリウム以外のホウ酸塩化合物は、“Encyclopedia of Chemical Technology”、Kirk-Othmer、第４版、第４巻、第３６５−４１３頁、John Wiley社、１９９２年および“Powder Diffraction File”、Alphabetical Index、Sets-43、International Centre for Diffraction Data、１９９３年などの総説の中に“ホウ素化合物”として列挙されているようなものである。これら文献から抜粋された潜在的に有用なホウ酸塩化合物の例は次の通りである：アンモニウム、アルミニウム、バリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、セリウム、セシウム、クロム、コバルト、銅、ジスプロシウム、エルビウム、ユウロピウム、ガドリニウム、ゲルマニウム、鉄、ランタン、鉛、リチウム、ルテチウム、マグネシウム、マンガン、水銀、ネオジム、ニッケル、ルビジウム、銀、ストロンチウム、テトラエチルアンモニウム、、テトラメチルアンモニウム、タリウム、トリウム、チタン、バナジウム、イッテルビウム、イットリウムおよび亜鉛のホウ酸塩化合物。このクラスのホウ酸塩には、これら化合物の水和物および水酸化物、さらには混合カチオン種、例えばホウ酸カルシウム・マグネシウムホウ酸塩水和物などが含まれる。
このようなゲル−形成材料をゲル増強用添加剤と組み合わせて使用すると、自立性物品を製作するのに必要な結合剤の量が実質的に低下する。かくして、アガロイドを特定の群のホウ酸塩化合物から選ばれたゲル増強用添加剤との組み合わせで含むゲル−形成材料を用いて製造される物品は、正味の形状および正味に近い形状の目的物の生成を有意に高めることができる。さらに、ゲル増強用ホウ酸塩化合物を含むアガロイド含有混合物からの複雑な物品の生産性が、成形される目的物の強度と変形抵抗性より大きいことの結果として、劇的に改善される。
本発明の利点は、２重量％の水系寒天ゲルの強度が特定のホウ酸塩化合物類の存在下で比較されている表１を参照すれば理解されるであろう。
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次に、表１に示したゲルの調製およびゲル強度の測定に用いられる方法を説明する。
表１に示したゲルを電子オーブン中で９５℃まで昇温、加熱してその寒天を溶かし、次いで２５℃の水浴中に１時間入れ、その後ゲル強度を測定した。ゲルの調製に脱イオン水を用いた。水のｐＨを、必要により、テトラメチルアンモニウム・ヒドロキシドを用いて６．５〜８．０に維持した。強度の測定は、ATS（Applied Test Systems社）機械試験機を用いて行なわれた。アルミニウムロッドの一端にねじを切り、ロードセルに取り付け、他の端を平らに研削し、そして１ｃｍ2の面積に相当する直径に機械加工した。試験の開始時に、そのゲルを含んでいるビーカーをロードセルのクロスヘッド上に置き、そのゲルの表面を上記アルミニウムロッドの平らな端面に接触させた。そのクロスヘッドを０．１”／分の定速で動かし始め、そしてその圧縮荷重を記録した。貫入破壊（荷重の急速な低下が目安となる）前に記録された最大荷重を、その材料のゲル強度とした。各ゲルについて三回貫入試験を行い、平均値を強度とした。
次に、射出成形組成物のゲル強度を測定する方法を説明する。
射出成形用コンパウンドの成形されたままのゲル強度を測定する目的で、測定寸法：外径４．８４ｃｍ×内径３．７０ｃｍ×厚み０．９９ｃｍの環状リングを射出成形した。
成形されたこのリングを、トリプル・ビームバランスの一つのパンを支持する装置に取り付けられた、特別に機械加工された割り型リング上に取り付けた。空の容器が置かれているパンの反対側のパンの上に水の貯蔵容器が支えられている。このバランスは最初０に調整されていた。水がこの貯蔵容器から空の容器に計量送液されると、その割り型リングが成形試験リングにそのリングが破壊されるまで張力を及ぼした。次いで、この水の質量を測定し、そしてその成形されたままのゲル強度（単位面積当たりの質量）を計算した。
ゲル−形成材料は、前記混合物中の固形分を基に約０．５〜６重量％の量で用いられる。約６重量％を越えるゲル−形成材料をこの混合物中で用いることもできる。より多い量を使用してもこの方法に何等かの悪影響があるとは考えられないが、このような量は本発明者達の新規な組成物によって生じる利点の一部、特に正味のおよび正味に近い形状の物体の製造に関しての利点を減らし始める可能性がある。ゲル−形成材料は混合物の固形分に対して約１〜約３重量％を占めるのが最も好ましい。
ホウ酸塩化合物は、前記混合物中の水の量を基に約０．１〜１重量％、好ましくは０．２〜０．７重量％、最も好ましくは０．２〜０．５重量％の量で添加される。
前記混合物はさらにゲル−形成材料用溶媒を含む。この溶媒はそのゲル−形成材料を溶解するのに十分な量で添加される。ゲル−形成材料の組成に依存して多様な溶媒がいずれも用い得るが、アガロイド含有ゲル−形成材料に特に有用な溶媒は、水酸基を多く含む（polyhedric）液体、特に水もしくはアルコールのような極性溶媒である。しかし、この混合物の担体であり、それにより混合物を金型に容易に供給できるようにするという二重の機能を果たすこともできる溶媒を使用ことが最も好ましい。本発明者達は、水が上で指摘した二重の目的に役立つのに特に適していることを見いだした。
希望する成形法により成形されやすい混合物を調製するのに必要な粘度を持つ均質な混合物を製造するために、液体担体が普通その混合物に加えられる。通常、この液体担体は、均質な混合物をもたらし、その混合物に適正な流動性を確保するのに必要な量で添加される。一般に、液体担体の量は、希望の粘度に依存してそのゲル−形成材料を溶解するために用いられる溶媒量より少ない、その混合物の約４０〜約６０容量％の量である。アガロイド含有混合物用の溶媒と担体の両方の機能を果たす水の場合、その量は、単に、混合物の約４０〜６０容量％であり、約４５〜約５５容量％の量が好ましい。さらに、水は、その沸点が低いために、焼成前および／または焼成中に自立性物体から容易に除去される。
この混合物は、任意の数の有用な目的に役立ち得る多様な添加剤も含んでいることができる。例えば、より均質な混合物を確保するために分散剤を用いることができる。その成形用組成物、特に、それが長期間保存されなければならない場合、バクテリアの生長を阻害するために殺菌剤を用いることができる。
本発明の成形用調合物の成分は、それにせん断作用を与える加熱されたブレンダー中で混練されて、高粘度の均質な混合物を造る。せん断作用は、次の射出成形に非常に適した、分散された均一な状態で、固形分負荷量の多い組成物を製造するのに役立つ。固形分負荷量の多い均一な組成物を調製する能力は、射出成形品の製造において切望されるものである。固形分濃度の高い組成物を使用すると、その成形品が乾燥され、そして焼成される時の収縮がより小さくなり、その結果寸法制御が容易になり、そして焼きしまり工程（densification process）中に亀裂が生成する傾向が減少する。この方法によりもたらされる利益には、許容できる製品の収率が高くなること、およびスクラップの割合が低くなるということがある。これは、総工程のコストに有意の効果を与えることができるし、また特定成分での他の製造法に比べて、射出成形がより低コストであることを確認させる可能性がある。
本発明で実施されるように、セラミックおよび／または金属の粉末（一種または複数種）、水、分散剤、他の添加物（使用される場合）およびアガロイドという各成分を含む混合組成物は、このアガロイドのゲル化点より低い温度に冷却後、ブレンダーから取り出され、そしてさらに微粒子流動性（particulate consistency）を有する材料を調製するために粉砕された。これは、常用の射出成形装置で成形するのに便利な形の材料を調製する場合に、そして後日の成形のためにこの材料を貯蔵できるので、特に有用であった。これとは別に、材料は、ブレンドした後で、冷却前に、例えばこの材料を直接押出成形機に進め、通過させ、そして押出物をそれがダイを出るとき切断することによっても粒状化させることができる。
この混合物は、そのゲル−形成材料のゲル化点（温度）より高い温度で金型に移される。通常、ゲル−形成材料のゲル化点は約１０〜約６０℃であり、最も好ましくは約３０〜約４５℃である。
この混合物は、重力供給系、および空気圧によるもしくは機械的な射出系を含めて周知の色々な方法の中の任意の方法によって金型に供給される。射出成形法が、この混合物の流動性と低い加工温度から考えて、最も好ましい方法である。この後者の特徴、即ち低い加工温度は、射出装置の金型が曝される熱サイクルの減少（即ち、金型寿命の延長）という意味で特に魅力的である。
広い範囲の成形圧を用いることができる。一般に、成形圧（水圧系）は約１００〜約２００ｐｓｉであるが、使用される成形法に依存してそれより高いあるいは低い圧力も用いることができる。成形圧は約１５０〜約８００ｐｓｉの範囲であるのが最も好ましい。
成形温度は、言うまでもなく、自立性物体を製造するために、そのゲル−形成材料のゲル化点もしくはそれより低くなければならない。適切な金型温度は、混合物が金型に供給される前、供給中あるいは供給後に達成させることができる。通常、この金型温度は約４０℃以下に維持され、そして好ましくは約１５〜約２５℃である。かくして、例えば、好ましいゲル−形成材料（約３０〜約４５℃のゲル化点を示す）が混合物を調製するのに用いられ、そしてその混合物が１００℃未満で、約２５℃以下に維持された金型に射出される場合、射出成形法で最適の製造速度が達成されるであろうと予想される。
成形品が成形され、そしてゲル−形成材料のゲル化点より低い温度に冷却された後、その圧粉体（green body）が金型から外される。次いで、この圧粉体は乾燥され、そして焼成のために直接炉に入れられる。
炉の中でその物体は焼成され、最終製品をもたらす。焼成時間と温度（焼成スケジュール）は、成形品を製造するのに用いられる粉末化材料に応じて調整される。焼成スケジュールは、多くの材料についてこの技術分野で良く知られており、従ってここでは述べる必要はないだろう。本発明の新規な成形組成物を使用すれば、その性質の故に、焼成中に支持材料は必要とされない。普通、ワックスをベースとする系では、そのワックスを成形品から取り除くのを助けるために、そして製品の意図された形状が焼成中に保持されるようにその成形品を支持するのを助けるために、粉末を支持する吸収体が用いられる。本発明はこのような材料に対する必要を無くする。
本発明により製造される焼成製品は非常に緻密であり、正味もしくは正味に近い形状の製品になる。
以下の実施例は、本発明のより完全な理解を与えるために提示されるものである。本発明を例示するために説明される特定の方法、条件、材料および報告されたデータは例示のためのものであって、本発明の範囲を限定するものと解すべきではない。
実施例
アルミナ組成物
比較例１−バッチ３０
成形用コンパウンドの調製：次のセラミック粉末：１８００．２ｇの酸化アルミニウム、２８．２ｇのドロマイト、１２４．８ｇのカオリンおよび４６．８ｇのタルクをボールミル中で、０．２２重量％のディスペックス（Dispex）Ａ−４０分散剤を含む６５重量％の固形分含有量で、２４時間ミリング（mill）した。ミリング後、このスラリーをシグマ・ブレンダーに入れ、８５℃で３０−４０分間混合し、その間にこの混合物に寒天５６ｇを加えた。
このバッチを放冷した後、それをブレンダーから取り出し、粉砕し、水を蒸発させて固形分含有量を７７．８重量％に調節し、次いで１５トンのボイ（Boy）射出成金型機で成形した。外径４．８４ｃｍ×内径３．７０ｃｍ×厚み０．９９ｃｍの成形されたままの５個の環状リングについて強度を測定した。その平均強度は５４０±２０ｇ／ｃｍ2であった。
寸法０．６３５ｃｍ×４．８２６ｃｍ×６．３５ｃｍのプレートを成形し、乾燥し、そして１５１５℃／２時間焼成した。７枚のプレートの平均密度は３．６９２±０．０１８ｇ／ｃｍ3であった。
実施例１−バッチ１２
３．８ｇのホウ酸亜鉛（Alfa Aesar社、CAS＃１２５３６−６５−１）をブレンダーに追加したことを除いて、比較例１の方法を実施した。このバッチは、固形分含有量７５重量％で成形された。成形されたままの１６個の環状リングの強度は９４８±６３ｇ／ｃｍ2であった。１５１０℃で２時間焼成された４枚のプレートの密度は３．６７２±０．００３ｇ／ｃｍ3であった。
実施例２−バッチ２８
２．７ｇのホウ酸カルシウム（Pfaltz & Bauer社、CAS＃１２００７−５６−６）を使用したことを除いて、比較例１の方法を実施した。このバッチは固形分含有量７５．８重量％で成形された。成形されたままの９個の環状リングの強度は８７９±５６ｇ／ｃｍ2であった。１５１０℃で２時間焼成された６枚のプレートの密度は３．６９６±０．０１０ｇ／ｃｍ3であった。
窒化ケイ素組成物
次の実施例は、窒化ケイ素調合物で得られるゲル強度の向上を例証するものである。
比較例２−バッチＴ３
１８７０ｇの窒化ケイ素粉末、７０ｇのアルミン酸マグネシウム、７０ｇの酸化イットリウム、８５７ｇの脱イオン水および３．６４ｇのダーバン（Darvan：登録商標）８２１Ａを含むボールミルで、窒化ケイ素スリップを調製した。このスリップのｐＨをＴＭＡを用いて９．５に調整し、そしてそのスリップを５時間ミリングした。アルミン酸マグネシウムは、そのジャー・ミルに添加される前に、は１２８２℃で仮焼された。このミリングされたスリップを４２．８５ｇの寒天を含む加熱されたシグマブレンダーに添加し、その混合物を３０分間混合した。冷却後、そのバッチをブレンダーから取り出し、粉砕した。この粉砕されたバッチから水を蒸発させることにより、希望される最終固形分含有量に調整した。このバッチは固形分含有量７４．５重量％で成形された。成形されたままの２個の環状リングの強度は５２０±１０６ｇ／ｃｍ2であった。
比較例３−バッチＴ１
１８７０ｇの窒化ケイ素粉末、７０ｇのアルミン酸マグネシウム、７０ｇの酸化イットリウム、８５７ｇの脱イオン水および３．６４ｇのダーバン８２１Ａを用いてジャー・ミルを製した。このスリップのｐＨをＴＭＡを用いて１０．２に調整し、そのスリップを５時間ミリングした。アルミン酸マグネシウムは、そのジャー・ミルに添加される前に、１２８２℃で仮焼され、また酸化イットリウムは同様に１３５０℃で仮焼された。このミリングされたスリップを６８．５６ｇの寒天を含む加熱されたシグマブレンダーに添加し、その混合物を３０分間ブレンドした。冷却後、そのバッチをブレンダーから取り出し、粉砕した。この粉砕されたバッチから水を蒸発させることにより、希望される最終固形分含有量に調整した。このバッチは固形分含有量７４．５重量％で成形された。成形されたままの６個の環状リングの強度は５５０±１０７ｇ／ｃｍ2であった。
実施例３および４では、ホウ酸マグネシウムが用いられた。
実施例３−バッチＴ２
１８７０ｇの窒化ケイ素粉末、７０ｇのアルミン酸マグネシウム、７０ｇの酸化イットリウム、８５７ｇの脱イオン水および１．８２ｇのダーバン８２１Ａをジャー・ミルに添加した。このスリップのｐＨをＴＭＡを用いて１０．２に調整し、そのスリップを１４時間ミリングした。アルミン酸マグネシウムは、そのジャー・ミルに添加される前に、１２８２℃で仮焼され、また酸化イットリウムは同様に１３５０℃で仮焼された。このミリングされたスリップを４２．８５ｇの寒天、３．４２のホウ酸マグネシウム（Pfaltz & Bauer社、CAS＃１３７０３−８２−７）を含む加熱されたシグマブレンダーに添加し、その混合物を３０分間ブレンドした。冷却後、そのバッチをブレンダーから取り出し、粉砕した。この粉砕されたバッチから水を蒸発させることにより、希望される最終固形分含有量に調整した。このバッチは固形分含有量７４．５重量％で成形された。成形されたままの６個の環状リングの強度は１０５３±９７ｇ／ｃｍ2であった。
実施例４−バッチＴ７
１８７０ｇの窒化ケイ素粉末、７０ｇのアルミン酸マグネシウム、７０ｇの酸化イットリウム、８５７ｇの脱イオン水および３．６４ｇのダーバン８２１Ａを用いてジャー・ミルを調製した。このスリップのｐＨをＴＭＡを用いて１０．２に調整し、次いでそのスリップを１４時間ミリングした。アルミン酸マグネシウムは、そのジャー・ミルに添加される前に、１２８２℃で仮焼された。このミリングされたスリップを６８．５６ｇの寒天、３．４２のホウ酸マグネシウムを含む加熱されたシグマブレンダーに添加し、その混合物を３０分間ブレンドした。冷却後、このバッチをブレンダーから取り出し、そして粉砕した。この粉砕されたバッチから水を蒸発させることにより、希望される最終固形分含有量に調整した。このバッチは固形分含有量７４．５重量％で成形された。成形されたままの６個の環状リングの強度は１３１３±７９ｇ／ｃｍ2であった。
以上、本発明をかなり十分に詳しく説明したが、この技術分野の習熟者なら様々な変更と修正を思い付くことができ、それらも全て付記される請求の範囲で規定される本発明の範囲に含まれることは理解できるであろう。
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