[发明专利]赛隆陶瓷烧结品的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用赛隆(一种硅铝氧氮陶瓷)粉末得到赛隆陶瓷烧结品的方法。更详细地说，涉及通过陶瓷粉末注射成形(CIM法)制造赛隆陶瓷烧结品的方法。

背景技术

近年来资源枯竭成为非常大的问题。尤其是铁矿石在地壳中的埋藏量为5％以下，今后的枯竭问题令人担忧。

因此，从有效利用资源的观点出发，有效利用了硅的陶瓷材料的普及被认定为当务之急。在1970年代后半期，精细陶瓷受到了追捧，所以考虑到了将采用了氮化硅、碳化硅及赛隆(SiAlON)的轻质且耐热性高的陶瓷使用于汽车发动机部件中。但是，这些陶瓷的合成方法花费成本，对最终制品的制造成本产生了影响。因此汽车部件中的应用受到了大大地限制。尤其是赛隆陶瓷与这些氮化硅以及碳化硅陶瓷比较，虽然具有高温耐腐蚀性优异，韧性优异的等性能，但利用反应烧结法使用氮化硅、氧化铝、以及氧化钇等稀土类氧化物作为初始原料制造制品时，难以得到组成稳定的赛隆陶瓷，难以得到物性稳定的烧结品。

另一方面，可通过使金属硅粉末和铝粉末直接燃烧进行燃烧合成而得到赛隆粉末。

专利文献1～3提到了利用燃烧合成进行的赛隆陶瓷粉末的制造方法。

如果使用预先制成赛隆组成的粉末作为初始原料，则与使用氮化硅、氧化铝、以及氧化钇等稀土类氧化物作为初始原料的反应烧结法比较，可以得到具有稳定的强度的赛隆陶瓷制品。

在专利文献3中记载有使用了添加有水的湿式混合物的轴承珠的制造方法。但是，该专利公开的制造方法中由于粘合剂为水，所以虽然能够得到像轴承珠这样的简单的球体形状、片材形状的制品，但是难以得到以涡轮(turbine wheel)、叶轮喷嘴(vane nozzle)部件为代表的汽车部件所需要的三维复杂形状的制品。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-182334

专利文献2：日本特开2005-194154

专利文献3：日本特开2008-162851

发明内容

发明要解决的技术问题

因此，本发明的目的为提供一种使用利用燃烧合成法制造而成的赛隆粉末，通过CIM法得到复杂三维形状的陶瓷的制造方法。

用于解决问题的方法

本发明人尝试着通过CIM法使用赛隆粉末制造陶瓷部件，其结果通过使用赛隆粉末的平均粒径、烧结助剂的种类和添加量、有机粘合剂的种类和添加量在特定的范围内的成形材料，成功地得到了良好的陶瓷部件的烧结品，有效地解决了上述问题。

为了解决上述问题，本发明的特征在于，其包括如下的工序：

制备如下的成形材料的工序，

对该成形材料进行注射成形得到成形体的工序，

对该成形体进行加热脱脂并烧结的工序，

所述成形材料含有赛隆粉末A、烧结助剂B、和有机粘合剂C，

所述赛隆粉末A为平均粒径0.01μm～3.0μm的粉末，

所述烧结助剂B为选自Y、Yb、Al及Zr组成的组中的元素的氧化物，且以在赛隆粉末A和烧结助剂B的总计量中所占的比例为0.5～15重量％的量含有，

所述有机粘合剂C以5～30体积％的量含有平均分子量150000以下的聚乙烯醇缩丁醛，且以35～80体积％的量含有平均分子量5000以下的聚乙二醇，且以在成形材料总量中所占的比例为30～70体积％的量含有该有机粘合剂C。

根据本发明，由于使用赛隆粉末作为初始原料，所以可以得到稳定的组成的赛隆陶瓷。另外，向赛隆粉末中，按上述的比例添加选自Y、Yb、Al及Zr组成的组中的至少一种的元素的氧化物作为烧结助剂，并按上述的比例添加有机粘合剂，进行混炼得到成形材料，通过使用该成形材料，即使是复杂形状的模具，也可利用注射成形将成形材料填充到其中，且可以在进行脱脂/烧结后，得到烧结密度(是指烧结体的相对密度。以下同样)为95％以上的良好的赛隆烧结品，因此可以尺寸精度良好地制造以往难以得到的复杂形状和高耐性的赛隆陶瓷部件。

另外，作为所述有机粘合剂C，使用以5～30体积％的量含有平均分子量15万以下的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、且以35～80体积％的量含有平均分子量5千以下的聚乙二醇(PEG)的有机粘合剂时，不论壁厚的大小，都可以得到烧结密度高的制品。