ファインセラミックス高機能化に向けた成形プロセスの基礎と応用

ファインセラミックスは携帯電話、パソコン、サーバー、ファクシミリ等の通信情報分野、テレビ等の家電製品、人工骨、歯等の生体関連、工具や自動車関連の部品として広く使われている。その中でテープを用いた製品群はセラミックパッケージやモジュール回路基板、積層セラミックチップコンデンサー、圧電応用部品、サーマルヘッド基板等多くの分野に亘っている。高機能化、高性能化への要求がますます厳しくなる中、どのような製法が適しているのか、課題は何なのか、解決策はどこに求めればいいのか。など、研究や開発に携わる人は頭を悩ませていると思われる。特にノウハウの部分が多い成形プロセスに関しては、関連する学術分野は何なのか、何を参考にすればいいのか学ぶ機会が少ないと感じる。この講演では、現象を考察するために役立つ基礎技術をできるだけ紹介する。また具体的な質問へ回答し、課題解決の糸口になるようにしたい。 　ファインセラミックスの板、円柱、パイプ状等の単純形状や積層構造ならびに金属との複合構造体を作るプロセスは一つに限らない。従来のスタンダードなプロセスやその組み合わせ、または新規なプロセスを用いて作られている。プロセスを考えるのはまさに‘知的なホビー’と言える。セラミック成形プロセスの中で数、量共に多いテープ成形に焦点を当て、その前駆体であるサスペンジョンについての基礎的な要素技術を説明する。得られた知識はペーストや顆粒、坏土、コンパウンドの作製にも応用可能である。確かな基礎の上に応用はある。

1. ファインセラミックスの成形方法 (総説)
   1. サスペンジョンを用いた成形
      • テープ成形
      • 鋳込み成形
   2. 顆粒を用いた成形
      • 金型プレス成形
      • 静水圧プレス成形
      • 粉末圧延
   3. 坏土を用いた成形
      • 押出し成形
   4. コンパウンドを用いた成形
      • 射出成型
   5. その他の成形方法
2. テープ成形用サスペンジョンの3要素 (粉体、溶剤、バインダー) とその相互作用
   1. 分散に関する基礎概念
      • 立体安定化理論
      • レオロジー
      • 酸塩基概念
      • 溶解度パラメーター
      1. 要素の特性
      2. 粉体
         • 表面に関するもの
           • 化学的吸着水
           • 物理的吸着水
         • バルクに関するもの
           • イオン結合性
           • 流動性
           • 付着力
           • パッキング性
           • 軽装嵩密度
           • 重装嵩密度
           • 加圧嵩密度
      3. 溶剤
         • 溶解度パラメーター
         • 蒸発速度指数
      4. バインダー
         • 非水系、水系 (水溶性、エマルジョン) バインダーの種類と重合方法
         • 分子構造 (主鎖、側鎖) 、分子量、ガラス転移温度、熱分解性
      5. 要素間の相互作用
      6. 粉体/溶剤
         • ゼータ電位
         • 湿潤熱
         • 沈降速度
         • 沈降体積
      7. 粉体/バインダー
         • バインダーの吸着等温線
      8. 溶剤/バインダー
         • 良溶媒
         • 貧溶媒
      9. 粉体/溶剤/バインダー
         • バインダーの吸着挙動
         • レオロジー特性 (TI値、降伏値) とテープ特性
3. グリーンシート特性
   1. 生密度 (粉体充填度)
   2. 生収縮 (内部応力)
   3. 引っ張り特性
   4. ガラス転移温度
   5. 面接着力