JPH02101101A - 粉末の射出成形体からバインダーを除去する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、金属やセラミックス等の粉末を射出成形法に
よって成形し、これより焼結品を得るための方法に係わ
り、特に射出成形体の組成および脱脂方法に関する。

「従来技術とその課題」 従来、金属粉末やセラミックス粉末から焼結品を製造す
る方法として、上記粉末に有機バインダーを配合して混
練し、粉末に流動性を付与してこれを射出成形し、得ら
れた成形体を脱脂・焼結することによって焼結品を製造
する方法が知られている。この場合、脱脂の方法として
は、 （イ）射出形成体を加熱にするごとによって有機バイン
ダーを分解・蒸発させる方法、 （ロ）溶媒を用いて射出成形体から有機バインダーを溶
出する方法がある。

（イ）の方法においては、成形体を変形ざＵることなく
脱脂するには非常に長い時間を要するという問題がある
。すなわち射出成形法では、混練物が加熱されることに
よって軟化し、流動性を呈するという現象を利用するも
のであるため、成形体が加熱時に軟化して変形すること
が当然予想される。したがってこれを防ぐためには、変
形温度に達する前に混練物中に含まれる有機バインダー
の部を除去すれば良いと考えられるが、変形温度以下で
有機バインダーを分解しあるいは蒸発して除去するので
は長時間が必要となる。逆に、変形温度以下で有機バイ
ンダーが簡単に分解・蒸発するようであると、混練物の
射出成形時にお（）る射出成形時の流動性が不安定とな
り、加えて、射出成形後に生ずるランナ一部やスプル一
部などの再生が困難となる。

また、加熱時の軟化の程度を抑えることにより、脱脂時
の変形を抑える方法では、射出成形時の流動性が悪くな
り精密な成形が困難になる。一方、変形を防ぐために熱
硬化性樹脂を用いたり、昇華物質を加えたりする方法も
考えられるが、その場合には混練物の流動性が劣化した
り、ランナ一部やスプル一部の再生が不可能になるとい
った問題がある。またこの場合、脱脂初期の急激な有機
バインダーの分解・蒸発に起因して射出成形体にふくれ
や亀裂を生じるといった問題もある。

そこで、（ロ）の方法により、変形温度以下の低温にお
いて溶媒で、有機バインダーの一部を溶出除去すれば、
後の加熱によっても変形が起きず、除去された有機バイ
ンダーの部分が道となって、残りの有機バインダーの分
解・蒸発ガスが抜けやすくなり、ふくれや亀裂が生じに
くくなる。また、熱的に不安定な成分を入れる必要がｔ
ｌいことからランナ一部やスプル一部の再生も可能とな
る。

しかしながら、（ロ）の方法では、従来の粉末の射出成
形法に用いられている一般の有機バインダーを溶出する
には有機溶剤を用いる必要があるが、有機溶剤は高価で
あり、また有機溶剤の取り扱いによっては危険を伴うこ
とがある。

また、可塑剤、潤滑剤のみを溶出した後、加熱脱脂する
といった方法も考えられるが、その場合にも可塑剤や潤
滑剤の量を増やすと成形体の強度劣化や、射出成形時に
滲みだしなとがおこるため、添加量を増やせず、加熱脱
脂時の変形やふくれを防止するには未だ不十分である。

この発明はｊ二記事情に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、粉末の射出成形法の脱脂工程におい
て、変形やふくれ、亀裂を生じさせることなく短時間で
の脱脂を可能にすることにある。

「課題を解決するための手段」 この発明の方５法では、粉末と有機バインダーを混合し
、これを射出成形して射出成形体としりこ後、脱脂・焼
結の各処理を行って焼結体を製造するための方法におい
て、−］二二記機バインダーとして、少なくとも１種の
水溶性の熱可塑性有機ポリマーと、少なくとも１種の水
に不溶の熱可塑性有機ポリマーとを含む有機バインダー
を用い、」１記脱脂処理として、射出成形体と水とを接
触せしめて上記水溶性の熱可塑性有機ポリマーを溶出し
た後、加熱炉において残りの何機バインダーを加熱除去
することを上記課題の解決手段とした。

以下、この発明の詳細な説明する。

まず、粉末と有機バインダーを混合し、これを射出成形
して射出成形体とする、ここで粉末としては、金属粉末
、セラミックス粉末などが用いられる。また、有機バイ
ンダーとしては、少なくとも１種の水溶性の熱可塑性有
機ポリマーと、少なくとも１種の水に不溶の熱可塑性有
機ポリマーとを含む有機バインダーが用いられる。」１
記水溶性の熱可塑性有機ポリマーとしては、ポリエチレ
ンオキサイド、ポリエチレングリコール、メチルセルロ
ース、カルポギシルメチルセルロース、ポリアクリルア
ミド、ポリビニルエーテル、ポリアクリル酸、ポリメタ
クリル酸などが用いられ、中でもポリエチレンオキサイ
ドが好適に用いられる。

すなわちポリエチレンオキサイドは、射出成形性に優れ
、他の水溶性ポリマーとの相溶性か良好であるばかりで
なく、水に不溶の熱可塑性ポリマー例えばポリスチレン
、ポリエチレン、ポリメタクリル酸エステル、エチレン
酢酸ビニル共重合体などとの相溶性も良好であり、さら
には熱分解性ら良好であるからである。上記水に不溶の
熱可塑性有機ポリマーとしては、」二連したポリスチレ
ン、ポリエチレン、ポリメタクリル酸エステル、エチレ
ン酢酸ビニル共重合体なとの、通常の金属粉末やセラミ
ックス粉末の射出成形に使用される熱可塑性ポリマーが
用いられる。

次に、この射出成形体に脱脂処理を行って脱脂体とする
。脱脂処理としては、まず射出成形体を水（常温水およ
び加熱水を含む。以下同様）に接触せしめ、これにより
上記水溶性の熱可塑性有機ポリマーを溶出する。ここで
、射出成形体と水との接触方法としては、射出成形体を
水中に浸漬ことによって処理するのが、作業性等の点か
らもまた溶出時間の短縮といった点からも好適とされる
。

その後、加熱炉において加熱脱脂を施し、水に不溶の熱
可塑性有機ポリマーなどの残りの有機バインダーを除去
ケる。ここで、加熱脱脂を行うにあたっては、常圧で加
熱脱脂しても良いが、減圧下にて行うのがより有機バイ
ンダーの除去時間を短縮し得ることから好適とされ、特
に真空脱脂を行うのが望ましい。

その後、この脱脂体に加熱焼結処理を行い、金属、セラ
ミックスなどからなる焼結体を得る。

［作用−１ この発明の方法によれば、有機バインダーとして少なく
とも１種の水溶性の熱可塑性有機ポリマーと、少なくと
も１種の水に不溶の熱可塑性有機ポリマーとを含む有機
バインダーを用い、脱脂処理として射出成形体と水とを
接触せしめて上記水溶性の熱可塑性有機ポリマーを溶出
するので、溶出時の該熱可塑性有機ポリマーの膨潤など
に起因する成形体の割れなどの発生が防止される。また
、水溶性熱可塑性ポリマーを溶出・除去することによっ
て射出成形体中に含まれる有機バインダーが十分に減少
しているため、残りの有機バインダーの加熱除去時にお
ける成形体の軟化および変形が防止され、また溶出され
た有機ポリマーの道付けの効果に起因するふくれ、亀裂
の発生が防止される。

「実施例」 以下、実施例によりこの発明を具体的に説明する。

（実施例１　） Ｆｅ−８％Ｎｉ合金粉末（平均粒径８μｍ）１００重量
部に、水溶性熱可塑性樹脂としてポリエチレンオキサイ
ド５重量部、水に不溶性の熱可塑性樹脂としてポリエチ
レン３重量部、ステアリン酸１重量部を配合し、これを
混練機によって１５０℃で６０分間混練した。次に、得
られた混練物を粉砕し、スクリュウ式射出成形機でリン
グ状複雑形状部品（最大肉厚部約５Ｘ６ｍｍ）に成形し
た。この場合に射出温度は１７０℃、射出圧力は＋００
ＯＫｇ／ａｍ’とした。

次いで、得られた成形体を常温および５０℃の水中にそ
れぞれ１〜５時間浸漬し、取り出した後３０分間真空乾
燥した。このときのバインダーの溶出率と水中に浸漬し
ている時間との関係を調べ、その結果を第１図および第
１表に示した。ただし、第１図および第１表中の溶出率
は以下の式により算出した。

溶出率− （溶出したバインダー重量）÷（総バインダー重量）さ
らに、乾燥後の成形体を窒素雰囲気炉内に入れ、１００
°Ｃ／ｈｏｕｒの昇温速度で４５０℃まで昇温して１時
間保持し、脱脂体を得た。得られた脱脂体の状態を観察
してその結果を第１表に併記した。

また、比較例として、エヂレン酢酸ビニル共重合体−ワ
ックス−ポリメタクリル酸ブチル系バインダーを用い、
上記と同条件で処理を行なって脱脂体を得、これの状態
も観察してその結果を第１表に示した。

第１表 第１表に示したように、本発明の実施例のものでは、常
温（２５℃）水中で３時間以上保持したもの、あるいは
５０℃水中で２時間以上保持したものについてはふくれ
や亀裂・変形が全く見られず良好な脱脂体であることが
確認された。また、比較例のものでは内部に亀裂の発生
が認められた。

その後、上記脱脂体を水素雰囲気にて加熱炉で１３５０
℃で２時間焼結し、その焼結密度を測定したところ、７
．６２ｇ／ｃｍ３となり、高い焼結密度を有するもので
あることが確認された。

（実施例２　） ＳＵＳ−３１６Ｌ粉末（平均粒径的８μｍ）１００重量
部に、ポリエチレンオキサイド６重量部、ポリスチレン
３重量部、さらに可塑剤、潤滑剤２重量部を配合し、上
記実施例１と同様に混練・射出を行なって同形の成形体
を得た。

次に、得られた成形体を５０℃の水に４時間浸漬し、取
り出した後３０分間真空乾燥した。このときのバインダ
ーの溶出率を調べたところ、４７％であった。

次いで、この乾燥後の成形体を空気中にて１００℃／ｈ
ｏｕｒで３００℃まで昇温し、１時間保持して脱脂体を
得た。得られた脱脂体の状態を観察したところ、ふくれ
や亀裂の発生が見られず、９８％のバインダーの除去が
認められた。

その後、この脱脂体を真空中にて加熱炉で１３５０℃で
２時間焼結し、その焼結密度を測定したところ、７．８
７ｇ／ｃｍ”となり、高い焼結密度を有するものである
ことが確認された。

（実施例３　） 実施例２と同一の５ＵＳ−３１６Ｌ粉末１００重量部に
、ポリエチレンオキサイド５重量部、ポリエチレングリ
コール１重量部、ポリスチレン３゜５重量部、さらに可
塑剤、潤滑剤１．５重量部を配合し、上記実施例Ｉ、２
と同様に混練・射出を行い、寸法が７ｍｍＸ　７ｍｍＸ
　７０ｍｍの棒状部品に成形した。

次に、得られた成形体を室温の水に２〜ｌＯ時間浸し、
取り出した後１時間真空乾燥した。この乾燥後の成形体
を第２図に示すように支持台１１１上に配置し、空気中
にて１００℃／ｈｏｕｒで３００℃まで昇温し、さらに
１時間保持した後溶出率、変形量、欠陥の有無を調べた
。得られた結果を第２表に示す。ここで、第２図におい
て符号２は成形体であり、またｄ、の寸法は５０ｊ＋ｘ
、ｄ、の寸法は５ｍＲである。

第２表 第２表に示したように水浸時間が２時間では、脱脂中に
成形体２の中央部が重力によって下方向に垂れ下がり、
変形（ふくれ）が大となるのに対し、水浸時間が５時間
以」二では、配置した状態のままで脱脂されており、ま
た水浸時間１０時間では、溶出率が３７％で変形も欠陥
も生じることなく脱脂されていることが確認された。

（実施例４　） 実施例２と同一組成のもの配合し、これを実施例１．２
．３と同様に混練射出成形して実施例１．２と同形の成
形体を得た。

次に、この成形体を５０℃の水に４時間浸漬し、４７％
のバインダーを除去した、 次いで、この乾燥後の成形体を５００　ｍｍＨｇの減圧
雰囲気にて１５０°Ｃ／ｈｏｕｒで４００℃まで昇温し
、１時間保持したところ、ふくれ・亀裂等の発生の無い
良好な脱脂体が得られた。

（実施例５　） 平均粒子径０．６４μｍ、比表面積６．８０ｍ２／ｇの
Ｙ２０３３ｍｏ１％の部分安定化Ｚｒ０２１００重量部
に、水溶性熱可塑性樹脂のポリエチレンオキサ１１１０
重量部、ポリエチレン７重量部、ステアリン酸３重量部
を配合し、これを混練機によって１５０°Ｃで６０分間
混練した、次に、得られた混練物を粉砕し、スクリュー
式射出成形機により射出温度１６５℃、射出圧力１００
０　Ｋｇ／　ｃｍ’の成形条件下で７ｍｍＸ　７ｍｍＸ
　７０ｍｍの棒状部品を射出成形した。

次いで、得られた成形体を２５°Ｃおよび５０℃の水中
に１〜５時間浸漬し、取り出した後真空乾燥した。この
ときのバインダーの溶出率と水中に浸している時間との
関係を調べ、その結果を第３図に示した。

次いで、この乾燥後の成形体のうち溶出率が２０％　〔
溶出時間５時間〕のものを、大気雰囲気下にて常温から
１００℃まで１時間、１００８Ｃ〜４００℃まで６時間
で昇温し、４００℃で１時間保持した。得られた脱脂体
を調べたところ、脱脂率が９８％であり、無欠陥の脱脂
体が得られ、従来より短時間で脱脂することが判明した
。

さらに、得られた脱脂体を大気雰囲気下にて１４５０℃
で４時間焼結し、その焼結体密度を測定したところ、６
．０２ｇ／ａｍ３となり、ふくれ・亀裂等の無い無欠陥
の焼結体が得られた。

なお、比較例として」１記Ｚｒ０ｚにポリスチレン、ア
タクティックポリプロピレンを主成分とするバインダー
を添加して射出成形体を成形し、上記と同様の脱脂を行
ったところ、ふくれ・亀裂等の欠陥の発生が見られた。

「発明の効果」 以」二説明したように、本発明における請求項１に記載
した発明は、有機バインダーとして少なくとも１種の水
溶性の熱可塑性有機ポリマーと、少なくとも１種の水に
不溶の熱可塑性有機ポリマーとを含む有機バインダーを
用い、上記脱脂処理として射出成形体と水とを接触せし
めて上記水溶性の熱可塑性有機ポリマーを溶出した後、
加熱炉において残りの有機バインダーを加熱除去するも
のであるから、溶出時における熱可塑性ポリマーの膨潤
などに起因する成形体の割れなどの発生を防止すること
ができ、また水溶性熱可塑性ポリマーを溶出・除去する
ことによって射出成形体中に含まれる有機バインダーが
十分に減少しているため、残りの有機バインダーの常圧
下または減圧下での加熱除去時における成形体の軟化お
よび変形を防止することができる。さらに、溶出された
有機ポリマーの道付けの効果に起因するふくれ、亀裂の
発生が防止されているため、例えば急速加熱や減圧雰囲
気中での加熱等の方法を用いることによって短時間で脱
脂を行うことができる。

また、本発明の請求項２に記載した発明にあっては、水
溶性の熱可塑性有機ポリマーとしてポリエヂレンオキサ
イド等を用いるので、上記効果を十分に発揮するととも
に、射出成形性にも優れたものとなる。

本発明の請求項３に記載した発明にあっては、射出成形
体を水中に浸漬するようにしたので、処理に際しての作
業性を十分に向−ヒし得るとともに、水溶性熱可塑性何
機ポリマーの溶出を短時間にて確実に行うことができる
。

本発明の請求項４に記載した発明にあっては、脱脂処理
における打機バインダーの加熱除去を常圧下または減圧
下にて行うようにしたので、有機バインダーの除去時間
をより短縮することができる。

さらに、本発明の請求項５および６に記載した発明にあ
っては、いずれも請求項４に記載した発明の効果をより
一層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明の方法に係わる図であっ
て、第１図は実施例１における水浸時間とバインダーの
溶出率との関係を示すグラフ、第２図は水浸溶出処理後
の成形体の配置状態を示す側面図、第３図は実施例５に
おける水浸時間とバインダーの溶出率との関係を示すグ
ラフである。 ・支持台、 成形体。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）粉末と有機バインダーを混合し、これを射出成形
   して射出成形体とした後、脱脂・焼結の各処理を行って
   焼結体を製造する方法であって、上記有機バインダーと
   して、少なくとも１種の水溶性の熱可塑性有機ポリマー
   と、少なくとも１種の水に不溶の熱可塑性有機ポリマー
   とを含む有機バインダーを用い、 上記脱脂処理として、射出成形体と水とを接触せしめて
   上記水溶性の熱可塑性有機ポリマーを溶出した後、加熱
   炉において残りの有機バインダーを加熱除去することを
   特徴とする粉末の射出成形体からバインダーを除去する
   方法。
2. （２）請求項１に記載した方法において、水溶性の熱可
   塑性有機ポリマーとしてポリエチレンオキサイド、ポリ
   エチレングリコール、メチルセルロース、カルボキシル
   メチルセルロース、ポリアクリルアミド、ポリビニルエ
   ーテル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸の少なくと
   も１種を用いることを特徴とする粉末の射出成形体から
   バインダーを除去する方法。
3. （３）請求項１に記載した方法において、脱脂処理にお
   ける射出成形体と水との接触を、射出成形体を水中に浸
   漬することによって処理することを特徴とする粉末の射
   出成形体からバインダーを除去する方法。
4. （４）請求項１に記載した方法において、脱脂処理にお
   ける加熱炉での残りの有機バインダーの加熱除去を常圧
   下または減圧下にて行うことを特徴とする粉末の射出成
   形体からバインダーを除去する方法。
5. （５）請求項４に記載した方法において、水溶性の熱可
   塑性ポリマーとしてポリエチレンオキサイド、ポリエチ
   レングリコール、メチルセルロース、カルボキシルメチ
   ルセルロース、ポリアクリルアミド、ポリビニルエーテ
   ル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸の少なくとも１
   種を用いることを特徴とする粉末の射出成形体からバイ
   ンダーを除去する方法。
6. （６）請求項４に記載した方法において、脱脂処理にお
   ける射出成形体と水との接触を、射出成形体を水中に浸
   漬することによって処理することを特徴とする粉末の射
   出成形体からバインダーを除去する方法。