セラミック粉の粒径とバインダ添加量の関係？

Question

こんにちは。
セラミック粉の粒径とバインダ添加量の関係についてのご質問です。
一般的に，粉の粒径が細かくなった場合,バインダ（樹脂）添加量は低減させるものでしょうか？
比表面積が大きくなった場合はどうでしょうか。
一般論が知りたいです。
以上，宜しくお願いします。

Accepted Answer

ファインセラミック焼結における成形工程でのバインダー添加という前提として回答します。粒子径が小さくなるほど比表面積が小さくなりバインダー量が多く必要になるように思われるかもしれませんが、実際はそのようなことはありません。CIPあるいは１軸成形の場合、バインダー無添加であっても、最小限の形を作ることは可能です（ものずごく脆いですが）。バインダー添加は成形時（特に減圧時の弾性回復）の成形体維持およびその後の機械加工やハンドリングで割れないようにするためのものですので、添加量を変えなくても特段の問題ありません。これは、粉末粒子とバインダー間の接着強度よりもバインダー間の接着強度が支配的になるためではないかと思います。

Answer

(2)に対して回答します。
バインダー量を増やすと、確かに成形体のハンドリング性（機械加工や手仕上げ時の容易さ）が向上します。
灰分を気にされているようですが、たとえばバインダー添加量を３％から６％に変えたところで、灰分が問題となるレベルにはならないと思います。もしそうであれば、バインダー量が多い射出成形や押出し成形が成立しません。
むしろバインダー添加を多くしたときの問題は、焼結時（脱バインダー時）の割れと、バインダーコストではないかと思います。
この質問に対する具体的な数値をいいますと、易焼結アルミナ（平均粒子径：１ミクロン以下）でも、上述のバインダー添加量で充分成形できます。またそのような市販の造粒品もあるはずです。
より粒子径の大きいセラミックスでも例えば平均粒子径が10倍大きいからといって、ハンドリングに問題ない添加量として、バインダー量を1/2や、ましてや1/10にすることはできません。

Answer

素人考えで申し訳ないのですが、粒径が細かくなると、バインダの割合はふえるのではないでしょうか？

まず、粒同士が絶対に接触する場合は粒径が大きくても小さくでも粒とバインダの比率は変わりません。
しかしながら、実際は
・粒と粒の間にバインダの層ができる（確実に接着させるためにも必要です）
・粒もバインダのすき間が粒が大きいとできやすい
ということがあり、両方とも粒が小さいとバインダが多くなる方向です。

また、比表面積が大きくなってもバインダがその役割を果たすためには表面を覆う必要があるため、その分、バインダの割合が大きくなると考えられます。

僕の考えでは「粒径が小さくなったり比表面積が大きくなると，バインダを増加させないといけないのが一般論だろう」ということです。
ただし、（２）（３）を回答された方のような経験上の生きた知識がない、机上の考えなので、実際にはバインダ割合に影響がほとんどない粒径・比表面積なのかもしれません。
言い訳がましくてすいません。

セラミック粉の粒径とバインダ添加量の関係について