JPH02194105A

JPH02194105A - 射出成形体の脱脂方法

Info

Publication number: JPH02194105A
Application number: JP1012724A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Matsushita; 松下　正和; Sadakimi Kiyota; 禎公清田; Hiroshi Otsubo; 宏大坪; Junichi Ota; 純一太田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1989-01-20
Filing date: 1989-01-20
Publication date: 1990-07-31
Anticipated expiration: 2009-06-22
Also published as: EP0379777A1; US5380476A; DE68916778T2; EP0379777B1; KR900011533A; AU4006389A; AU612280B2; KR930002522B1; JPH0647684B2; DE68916778D1; CA1323178C

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、焼結材料の製造方法に関し、詳しくは、金属
およびセラミック等の粉末射出成形体の脱脂方法に関す
るものである。

〈従来の技術〉射出成形を利用した焼結材料の製造方法は、複雑な形状
をした金属、セラミックおよびサーメット類の部品の製
造方法としてよく知られている。　その製造工程におい
て、成形体からの脱脂方法に関しては、多くの先行技術
がある。

例えば、特公昭６１−４８５６３号公報では複数のバイ
ンダ成分を伴う成形体をバインダ吸収剤上に置き、バイ
ンダ成分のうち低融点の成分から順に、加熱により液状
流出させるとともに、不活性ガスを成形体およびバイン
ダ吸収剤に送風することによって、流出したバインダの
揮発を促進するという脱脂方法が開示されている。

〈発明が解決しようとする課題〉前述の特公昭６１−４８５８３号に開示された方法では
、基本的にバインダの液状流出を利用しているため、バ
インダ吸収剤との接触面において脱脂体に表面欠陥が生
じる。　また、ワックスの流出が十分に速くない場合は
、成形体の強度が融溶した未流出のワックスによって低
下するため、ダレ等の脱脂欠陥が発生する危険も大きい
。　この脱脂過程での欠陥発生の問題は、他の先行技術
においても十分に解決されていない。

そこで本発明は、上記従来の技術における脱脂欠陥の問
題を解決し、寸法精度の良好な脱脂体を得る方法を提供
することを目的とするものである。

く課題を解決するための手段〉本発明者らは、射出成形などによる微粉末を原料とする
焼結材料の製造に関して、脱脂欠陥の発生機構に関して
詳細な実験を行うことによって本発明を為すに至った。

すなわち、本発明は、原料粉末と有機バインダとを体積
比にして５０　：　５０〜６０　：　４０の比率で加熱
混練して成形用原料を得る工程、前記成形用原料を射出
成形して成形体を得る工程、前記成形体から有機バインダの一部または全部を除去し
て脱脂体を得る工程、前記脱脂体を加熱雰囲気中で焼結して焼結体を得る工程
より構成される焼結材料の製造方法であって、前記脱脂体を得る工程を、１０Ｔｏｒｒ以下の減圧雰囲
気中で前記有機バインダの成分のうち最高の蒸気圧を持
つ成分の蒸気圧が雰囲気圧力より小さい温度下で成形体
を加熱することにより、有機バインダの１８ｗｔ％以上
を除去する脱脂予備処理と、引き続いて十分に加熱脱指
を行う加熱脱脂処理により構成したことを特徴とする射
出成形体の脱脂方法を提供するものである。

また、前記脱脂予備処理の加熱温度は、有機バインダ成
分のうち最高の蒸気圧を持つ成分の蒸気圧と雰囲気圧力
が等しい温度より１０℃以上低い温度であるのが好まし
い。

以下に、本発明をさらに詳細に説明する。

脱脂時の成形体の変形（ダレ）は、成形体の粘度に支配
され、粘度が高いほど、変形は防止できる。　成形体の
粘度は、温度およびバインダの除去率に依存し、温度が
低いほど、除去率が高いほど、高い、　実際の脱脂工程
においては、昇温するにしたがって、温度上昇に起因す
る粘度低下と、バインダ除去に起因する粘度上昇とが同
時に起こる。　脱脂時において変形（ダレ）を防止する
ためには、粘度の高い低温においてバインダを除去し、
後の昇温による粘度低下が引き起こされても十分に高い
粘度を維持できるようにする必要がある。

以上の要求を満足する方法として、本発明においては、
減圧によるバインダの可塑剤成分の沸点降下を利用する
ものである。

本発明の射出成形体の脱脂方法において、最も特徴とす
°るところは、原料粉末と有機バインダからなる成形原
料を加熱混練後、射出成形して得た成形体から、前記有
機バインダの一部または全部を除去して脱脂体を得る工
程、すなわち脱脂工程にあり、この脱脂工程が、脱脂予
備処理と、これに引き続いて行われる加熱脱脂処理とか
らなることである。

まず、本発明の脱脂予備処理においては、減圧中、バイ
ンダ成分のうち、最高の蒸気圧を持つ成分の蒸気圧が雰
囲気圧力より小さい温度で加熱する必要がある。　この
条件を満たさない場合、成形体内部においてもバインダ
が蒸発するため、成形体がバインダ蒸気により脹れてし
まう。

こうすることにより、初めて、脱脂時に変形しない予備
脱脂体を得ることができる。

さらに、本発明の脱脂予備処理における雰囲気圧力は減
圧によるバインダの可塑剤成分の沸点降下が十分であれ
ば、特に制限はなし）が、１０Ｔｏｒｒ以下が好ましく
、さらに好ましくは、ＩＴｏｒｒ以下である。　例えば
、典型的なバインダの可塑剤成分であるフタル酸エステ
ル、パラフィンワックスの沸点は大気圧中では各々、概
略、２５０〜３５０℃、３５０〜４５０℃の範囲内であ
るが、１０Ｔｏｒｒ以下にすることで、各々、概略、１
３０〜１８０℃、１８０〜２５０℃の範囲内まで低下さ
せることができ、ＩＴｏｒｒ以下にすることで、各々、
概略、１３０℃以下、１８０℃以下まで低下させること
ができる。　これらの減圧による沸点降下なくしては、
効果的な低温でのバインダの可塑剤成分の蒸発除去は達
成できない。

さらに、本発明の脱脂予備処理においては、上記の雰囲
気圧力下における最低の沸点をもつバインダの可塑剤成
分の沸点よりも１０℃以上低い温度で行うのがよい。　
この条件を満たさない場合、バインダと金属粉末の界面
においてバインダの可塑剤成分の沸騰が起こり、成形体
が星れる場合があるため、本発明の脱脂予備処理温度を
、バインダの可塑剤成分の最低沸点よりも１０℃以上低
い温度に限定する。

また、本発明の脱脂予備処理温度は、３００℃以下が効果的である。　３００℃を超えると、
バインダに含まれる熱可塑性樹脂の分解が開始する。　
樹脂の分解によって生成する千ツマー成分は、その沸点
が分解反応温度よりも十分に低いため、生成と同時−に
ガス化する。

換言すると、ガス圧力は分解反応速度に支配される。　
さらに、分解反応速度は温度や未分解結合数等に依存す
るため、ガス圧力を雰囲気圧力よりも小さく保つことが
困難になる。　すなわち、３００℃超において雰囲気を
減圧にすることで、脱脂欠陥の危険性が高まる。　従っ
て、脱脂予備処理温度の上限値を３００℃にするのがよ
い。　好ましい脱脂予備処理温度は最高温度で１００〜
２００℃程度、また、保持時間は０〜６時間程度である
。

可塑剤成分が２成分以上含まれているバインダの場合に
おいても、簡単な試行実験により、容易に適切な脱脂予
備処理温度を見つけることかできる。

次に、本発明の脱脂予備処理では、全バインダ量の１８
ｗｔ％以上を除去するのがよい。

予備処理におけるバインダ除去量が１８ｗｔ％に満たな
い場合、成形体内部の原料粉末同士の接触に起因する粘
度上昇が効果的でなく、さらに昇温した際に、粘度が低
下してしまい、成形体に変形を生じる。　従って、本発
明の予備処理における最低のバインダ除去量を全バイン
ダ量の１８ｗｔ％以上に限定する。

以上のように条件を設定することで、脱脂時に変形しな
い予備脱脂体を得ることができる。

本発明の脱脂予備処理に引き続き、公知の脱脂方法によ
る加熱脱脂処理を行って、変形のない高精度の脱脂体が
得られる。　予備処理に続く加熱脱脂処理は、公知の脱
脂方法によって行われるものでよいが、好ましくは、非
酸化性雰囲気中、より好ましくは窒素雰囲気、アルゴン
雰囲気、または、これらの混合雰囲気中にて行われる。

　処理温度は、最高温度が４５０〜６５０℃程度、また
保持時間は、０〜６時間程度である。　なお、この時の
昇温速度を速くしすぎると、得られた成形体に割れや脹
れが生じる場合があるので５℃／ｈ〜３００℃／ｈ程度
の昇温速度から選択する。

本発明の脱脂方法を用いた焼結材料の製造に関し、脱脂
工程前後の工程は通常の公知方法が利用できる。

まず、本発明に使用する粉末は、金属、セラミックおよ
びサーメット類の粉末のいずれでもよく、例えば、アト
マイズ法、還元法、カルボニル法、粉砕法によって得ら
れる合金あるいは単体金属粉末、およびセラミック粉末
、サーメット類の粉末であり、必要に応じて、これらの
粉末を分級、混合することによって用意できる。　ただ
し、還元法、カルボニル法、粉砕法によって製造しつる
粉末組成はかなり限定されるため、アトマイズ法が応用
範囲が広い、　また、金属粉末が好ましい。

また、これら粉末の平均粒径は２０ｕｍ以下のものが使
用でき、７〜１４μｍ程度のものが、密度が高いこと等
、優れた焼結体特性が得られる利点があるため好ましい
。

通用できる組成系は、ステンレス、純鉄、Ｆｅ−Ｎ　ｔ
、Ｆｅ−５ｔ、Ｆｅ−Ｃｏ等の金属系、および、５ｉ−
Ｃ，５ｉ−Ｎ、Ｓｔ　−０゜Ｔｉ−Ｃなどのセラミック
系の構造材料あるいは磁性材料用などの広範囲にわたっ
て適用できる。

成形体を射出成形にて作製するには、好ましくは平均粒
径が２０μｍ以下の、本発明の射出成形用粉末を、まず
成形助剤としてのバインダと混合・混練し、射出成形用
コンパウンドを調整する。

適用可能なバインダは、熱可塑性樹脂類、ワックス類、
可塑剤あるいはその混合物を主体とする公知のバインダ
はいずれも適用可能であり、また必要に応じて潤滑剤、
脱脂促進剤等を添加してもよい。

熱可塑性樹脂としては、アクリル系、ポリエチレン系、
ポリプロピレン系およびポリスチレン系等の一種、ある
いは二種以上を混合して用いることができる。

ワックス類としては密ろう、木ろう、モンタンワックス
等の天然ろう、低分子ポリエチレン、ミクロクリスタリ
ンワックス、パラフィンワックス等の合成ろう等の一種
あるいは二種以上を混合して用いることができる。

可塑剤は、バインダの主成分により適宜選択すればよく
、フタル酸ジー２−エチルヘキシル（ＤＯＰ）、フタル
酸ジエチル（ＤＥＰ）、フタル酸ジ−ｎ−ブチル（ＤＢ
Ｐ）等が例示できる。　また、ワックス類を可塑剤とし
て兼用できる。

潤滑剤としては、高級脂肪酸、脂肪酸アミド、脂肪酸エ
ステル等が適用可能であり、場合によってはワックス類
を潤滑剤として兼用してもよい。

また、必要に応じ、脱脂促進剤として樟脳等の昇華性物
質を添加してもよい。

なお、このようなバインダと原料粉末との混合比は、通
常５０　：　５０〜４０　：　６０ｖｏｌ１％程度であ
る。

原料粉末とバインダとの混練方法は特に制限はなく、加
圧ニーダ、バンバリーミキサ−２＠押出し機等の各種の
ニーダ等によればよい。

このようにして調製した射出成形用コンパウンドは、必
要に応じベレダイザー　粉砕器等を用いて造粒な行ない
、ベレットとしてもよい。

次いで、得られた射出成形用コンパウンドを射出成形し
て成形体を作製する。

射出成形は、通常のプラスチック用射出成形機、あるい
は最近市販されるようになったセラミック用、金属粉末
用射出成形機等、通常の射出成形に用いられる射出成形
機を用いて行えばよい。

この際において、射出圧力は通常５００〜２５００　ｋ
ｇｆ／ｃｍ”程度、温度は１００〜１８０℃程度である
。

最後に、得られた成形体の脱脂処理を本発明の脱脂工程
により行う。

本発明の脱脂工程を構成する脱脂予備処理、および、そ
れに引き続く加熱脱脂処理の方法は、前述の通りである
。

本発明においては、このように射出成形にて得られた脱
脂済みの成形体を焼結して金属あるいはセラミックなど
の焼結体を製造する。

前記脱脂後、前記原料粉末がステンレスの場合には、１
０−２〜１０−’Ｔｏ　ｒ　ｒ中、１０５０〜１３００
℃、０．５〜４時間保持した後、アルゴン、窒素等の不
活性ガスを導入し、１２００〜１３７０℃、０．５〜２
時間保持して焼結するとよい。　また、他のＦｅ、Ｆｅ
−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｃ０系などの酸化性の低い金属のみを
用いた場合には、水素ガス等の還元性ガス中８００〜１
３００℃、０．５〜４時間保持して焼結するのがよい。

Ｆｅ−３ｔ等の酸化性の高い金属を焼結する場合は、ス
テンレスと同様の方法で焼結する。

これらの工程を経ることによって、本発明では優れた金
属焼結体およびセラミック焼結体などを得ることができ
る。

〈実施例〉以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

（実施例１）原料粉末としての平均粒径１ｏμｍの５ＵＳ３１６Ｌ粉末に、フタル酸エステル２２ｗｔ％、
パラフィンワックス１８ｗｔ％、メタクリル酸エステル
・酢酸ビニル共重合体６゜ｗｔ％からなるバインダを原
料粉末に対して９．８ｗｔ％添加し、加圧ニーダによっ
て混練した後、粉砕して、射出成形用コンパウンドを準
備した。　上記コンパウンドを用いて、射出成形により
、２０ｘ５ｘ５ｍｍの直方体試験片を成形した。　成形
体は、２０Ｘ５ｍｍの面を下にステンレス板上に並べて
炉内に載置し、下記（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）および（ｄ
）の処理を行フだ、　　（ａ）および（ｂ）は本発明例
、（Ｃ）　および（ｄ）は比較例である。

（ａ）ＩＴｏｒｒの減圧雰囲気中、１５０ｔ／ｈの速度
で７０ｔ’まで昇温し、８時間保持して、脱脂予備処理
を行った。　この時のバインダ除去率は２２．０ｗｔ％
であった。

（ｂ）ＩＴｏｒｒの減圧雰囲気中、１５０ｔ／ｈの速度
で７０℃まで昇温し、８時間保持した後、１５０℃／ｈ
の速度で１５０℃まで昇温後１時間保持して、脱脂予備
処理を行った。　この時のバインダ除去率は３２．４ｗ
ｔ％であった。　引き続いて、１気圧の窒素雰囲気中、
５℃／ｈの速度で６５０℃まで昇温の後３０分保持して
加熱脱脂処理を行った。

（Ｃ）１気圧の窒素雰囲気中、５℃／ｈの速度で６５０
℃まで昇温の後３０分保持して脱脂処理を行った。

（ｄ）！気圧の窒素雰囲気中、２０℃／ｈの速度で６５
０℃まで昇温の後３０分保持して脱脂処理を行った。

上記処理後の焼結は、Ｏ，０ＯＩＴＯｒｒ中１１５０℃
で９０分保持した後、１気圧のアルゴンガスを導入して
１３５０℃で２時間保持して行った。

こうして得られた脱脂体の外観目視結果と高さ方向の寸
法変化率および焼結体特性を第１表に示す。

なお、本実施例で用いられるバインダの可塑剤成分のう
ち、ＩＴｏｒｒの減圧雰囲気下で、フタル酸エステルの
沸点は約１１５℃、パラフィンワックスの沸点は約１６
５℃であり、脱脂予備処理温度（ａ）の条件では、いず
れの蒸気圧もｔ”ｒｏｒｒより小さい。

また、脱脂予備処理（ａ）の条件では、フタル腫エステ
ルは完全に除去（添加量と除去率が等しい）できている
ため、脱脂予備処理（ｂ）のように、それに弓１きつづ
いて１５０℃まで昇温した場合においても、バインダ成
分の蒸気圧は常に７囲気圧力よりも低く保持できている
。

なお、表中の結果に関し、脱脂体の寸法変化が−０，３
％以上のものは、脱脂だれを生じたものと考えてよい。

また、本実施例の健全な焼結体の高さ寸法の収縮率は、
１６，５％であり、従って高さ寸法は４．１７５ｍｍと
なるべきである。　従って４．１７５ｍｍの±０．３％
以内、すなわち、４．１６３ｍｍ〜４．１８９ｍｍを良
好な寸法とみなす。

（実施例２）実施例１と同じ成形体を準備し、第２表に示すように条
件を変えて脱脂予備処理を行った。

引き続いて実施例１　（ａ）と同じ条件で加熱脱脂処理
および焼結を行った。　予備脱脂体および脱脂体の外観
目視観察結果、および脱脂体、および焼結体の高さ方向
の寸法特性を第２表中に付記した。

第１表に記載した結果より明らかなように、比較例であ
る（ｃ）、（ｄ）の通常の脱脂方法では、昇温速度が小
さいと脱脂だれか生じており、昇温速度が大きいと脹れ
が生じている。

上記方法以外にも昇温パターンを変えて通常の脱脂処理
を行ったが、通常の脱脂処理のみでは、すべて脱脂欠陥
が生じた。　一方、本発明例では、脱脂欠陥が生じず外
観も良好で、寸法特性もよく、焼結体特性もすべて健全
なものであった。

第２表に記載した結果より明らかなように、本発明例で
は、予備脱脂体の外観が良好で、脱脂体に欠陥がなく、
外観も良好で、寸法特性もよく、従って、焼結体寸法精
度も良好であることが確認できる。　これに対し、比較
例は、いずれも、脱脂欠陥が生じるか、あるいは例え、
予備脱脂体および脱脂体の外観は良好でも、脱脂体の寸
法特性が悪く、従って、焼結体寸法精度が不良であった
。

〈発明の効果〉以上詳述したように、本発明によれば、脱脂体を得るた
めに、有機バインダを減圧下で沸騰させないようにして
蒸発除去する脱脂予備処理を行った後に、通常の脱脂処
理を行うよう構成することにより、脱脂工程での欠陥発
生を抑制し、外観および寸法精度の良好な脱脂体、ひい
ては、寸法精度の良好な焼結体の製造が可能である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）原料粉末と有機バインダとを体積比にして５０：
５０〜６０：４０の比率で加熱混練して成形用原料を得
る工程、前記成形用原料を射出成形して成形体を得る工程、前記成形体から有機バインダの一部または全部を除去し
て脱脂体を得る工程、前記脱脂体を加熱雰囲気中で焼結して焼結体を得る工程
より構成される焼結材料の製造方法であって、前記脱脂体を得る工程を、１０Ｔｏｒｒ以下の減圧雰囲
気中で前記有機バインダの成分のうち最高の蒸気圧を持
つ成分の蒸気圧が雰囲気圧力より小さい温度下で成形体
を加熱することにより、有機バインダの１８ｗｔ％以上
を除去する脱脂予備処理と、引き続いて十分に加熱脱脂
を行う加熱脱脂処理により構成したことを特徴とする射
出成形体の脱脂方法。
（２）前記脱脂予備処理の加熱温度は、有機バインダ成
分のうち最高の蒸気圧を持つ成分の蒸気圧と雰囲気圧力
が等しい温度より１０℃以上低い温度である請求項１に
記載の射出成形体の脱脂方法。