JPH02277703A - 貫通気泡型の鉄系多孔体およびその製造方法 - 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］ 本発明は貫通気泡型の鉄系多孔体とその製造方法に関す
る。本発明の貫通気泡型の鉄系多孔体は、軽量な構造材
料や断熱材料や防音材料や耐衝撃材料として好ましい。

［従来の技術］ 特開昭５５−１２５２０２号は、貫通気泡型のＮｉ系多
孔体に関する。この方法では金属Ｎｉの粉末を有機結合
剤と混練し、高分子樹脂芯体骨格例えばウレタンフオー
ムの骨格に塗着し、脱脂、焼結工程を経て貫通気泡型の
Ｎｉ系多孔体とする。しかしこの多孔体は金属Ｎｉの粉
末が高価であり、また混線物の塗着厚さが不均一となり
易く、貫通気泡の大きさや密度も不揃いで、材質の均一
性が不十分である。

［発明が解決しようとする課題］ 貫通気泡型の金属の多孔体が安価に製造できると、利用
分野の一層の拡大が可能となる。また材質の均一な貫通
気泡型の金属の多孔体が製造できると、強度や性能の精
度が高くなり、設計や使用が簡易となる。

本発明は安価でかつ材質の均一な貫通気泡型の金属の多
孔体とその製造方法を提供するものである。

［課題を解決するための手段および作用コ請求項（１）
の発明を先ず説明する。第１図は本発明の鉄系多孔体の
例を示す図である。

本発明は多数の気泡を有する鉄系の焼結体で、各気泡は
揃った大きさでかつ隣接する他の気泡と相互に貫通して
いる。第１図で１は気泡で、鉄系焼結の骨格２が多数の
気泡１を結合して、多孔質の鉄系の焼結体を形成してい
る。各気泡１は例えば直径が略等しい揃った大きさで、
かつ隣接する他の気泡１とは貫通孔３によって貫通して
いる。

本発明の鉄系多孔体は鉄系粉末を用いて製造するが、鉄
系粉末は後で述べる如く金属Ｎｉの粉末よりも安価であ
るため、本発明は安価に製造できる金属の多孔体である
。

本発明で気泡１は揃った大きさで、また気泡１や鉄系焼
結の骨格２は、幾何学的に整然と配されている。従って
本発明の多孔体は、強度や気泡密度等の性能が均一であ
る。

本発明で鉄系の焼結体とは、合金元素を含有しない鉄の
焼結体と、後で述べる合金元素を含有する鉄の焼結体を
総称する。

また各気泡が揃った大きさとは１例えば第１図の如く全
ての気泡が同じ直径を有する場合や、例えば第２図の如
く、直径が異なる２種あるいは２種以上の気泡１−１及
び１−２が、幾何学的に整然と組み合わされて配された
場合を総称する。

次に本発明の鉄系多孔体の製造方法を説明する。

本発明では平均粒径が５０μ以下の鉄系粉末を使用する
。平均粒径が５０μ以上では結介液と混練した際スラリ
ー状にならず、型枠内に密着して充填した有機高分子球
体の隙間に、均等に流し込む事が困難となる。また混線
物を圧力をかけて無理に流し込んでも鉄系粒子の間隔が
大きいため、通常の高圧プレス型の粉末焼結法とは異な
り、焼結後の鉄系粒子の結合力が弱く、鉄系の焼結体を
形成し難い。

第３図は、鉄系粉末の炭素含有量（以下［Ｃ］と略記す
る）と酸素含有量（以下［○］と略記する）が、鉄系焼
結の骨格の性質に及ぼす影響を説明する図である。

炭素を２．１重量％以上含有する銑鉄や、更にＮｉ、Ｃ
ｒ。

Ｃｕ、Ａ　Ｑ　、Ｐ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ等の合金元素を含
有する銑鉄は。

レデブライト、セメンタイトが機械粉砕時の核となり、
容易に粉砕できる。特に溶銑を急冷するとか、　Ｃｒ、
Ｖ、Ｓ等の含有量を高めて白銑化した銑鉄は、数μまで
の微粉が機械粉砕で容易に製造できる。

従って鉄系粉末は金属Ｎｉの粉末よりも安価である。

また炭素を２．１重量％以上含有する鉄は粉砕しやすい
ため、アトマイズ鉄粉等に比較して鉄系粉末の製造が容
易である。更に［Ｃ］が２．１％以上の鉄系粉末は、焼
結に際して低融点レデブライト共晶量が多く液相化し易
いため、粒子間の結合が強固な鉄系焼結の骨格が得られ
る。

第３図の領域１０で示した、［Ｃ，］が２．１％以上で
かつ［Ｏ］が４／３（ＣＣココ−）〜４／３　（［Ｃコ
＋７）の鉄系粉末は、焼結に際して鉄系粉末中の炭素が
自己脱炭されて、靭性のよい鉄系焼結の骨格が得られる
。

第３図の領域２０で示した、［Ｏ］が４／３（［Ｃツー
２）未満の鉄系粉末では、自己脱炭が不十分で、高炭素
の鉄系焼結の骨格となるが、靭性が不十分で熱歪みワレ
等が発生し易い。

第３図の領域３０で示した、［○］が４／３（［Ｃコ＋
７）超の鉄系粉末では、未還元の酸化物を含有する鉄系
焼結の骨格となるが、鉄系の焼結体は強度が低くまたこ
われ易い。

この［Ｃ］と［Ｏ］の調整は、銑鉄あるいは合金元素を
含有する銑鉄を、湿式粉砕して粉砕中に粉末の表面を酸
化して行う事もできるし、また例えば乾式粉砕した後水
中で煮沸し粉末の表面を酸化して行う事もできる。

［Ｃ］と［○］の調整はまた、鉄粉１表面を酸化した鉄
粉、鉱石粉から選ばれるｌまたは２以上と炭素粉末とを
調合する事によっても行うことができる。

鉄系粉末として、Ｓｉ＜１％、Ｍｎ（２％、Ｎｉ＜１０
％、Ｃｒ〈２５％、Ｍｏ（３％、Ｃｕ＜３％、ＡＱ＜５
％から選ばれる１または２以上の合金成分を含有する鉄
系粉末を用いると、合金成分を含有した鉄系焼結の骨格
で形成された鉄条孔体が得られるが、合金成分は通常の
合金鋼におけると同様に、鉄系多孔体の強度や靭性や耐
熱性や耐食性等を改善する。合金成分を含有させる方法
としては、例えば合金成分を含有する銑鉄を製造して粉
砕してもよいが、例えばＮｉやＴｉやＣｕやＳｉ等は黒
鉛化を促進して白銑化しづらく、機械的粉砕が困難な場
合が生ずる。このような場合は合金金属や合金鉄を別途
に５０μ以下の粒度に粉砕して混合する。

本発明では、鉄系粉末と結合液とを混練して混練液とす
る。結合液としては、例えばＣＭＣやポリアクリル酸等
の有機性バインダーをあるいはリン酸ボンドや水ガラス
等の無機質バインダーを水に溶解して用いる。

本発明では、内部に多数の有機高分子球体を互いに密着
して充填した型枠を準備する。本発明では、鉄系焼結体
の気泡を形成するために有機高分子球体を用いるが、有
機高分子球体は、後で述べる熱処理に際して、熱分解し
消失して脱脂され気泡を形成する。有機高分子球体は従
って、熱処理に際して、ガスの発生量が少なく容易に熱
分解して消失するものが望ましい。有機高分子球体とし
て比重の大きいものを使用すると熱処理に際してガスの
発生量が多く、例えば鉄系焼結の骨格２が薄肉の場合は
このガスの圧力によって鉄系焼結の骨格２には割れや変
形や脱落が発生するに至る。

例えばスチレン膨張発泡体（積木化成■製）やエクスパ
ンセルプラスチック微小中空球体（ジャパンフェライト
■製）やエポキシバルーン（エマーソンカミング社製）
等は、使用に先立って発泡処理（蒸気、熱水等１こよる
加熱処理）する事によって、見掛比重が０．３０以下の
中空のあるいは多数の微細な空孔を有する有機高分子球
体となる。これ等の発泡処理をして見掛比重を０．３０
以下とした有機高分子球体を用いると、熱処理に際して
ガスの発生量が少ないために、鉄系焼結の骨格２には割
れや変形や脱落が発生することはない。

有機高分子球体を互いに密着して充填する方法としては
、第４＠に示す如く１例えば多数の有機高分子球体４を
型枠５内に装入し、加圧すると、有機高分子球体４は相
互に密着する。また第５図に示す如く、例えば有機高分
子球体４の相互の接点を接着剤６で接着すると、有機高
分子球体４は相互に密着する。

本発明では、多数の有機高分子球体を互いに密着して充
填した型枠内に、鉄系粉末と結合液とを混練したスラリ
ー状の混練液を流し込み、有機高分子球体の相互の隙間
に混練液を配する。

混練液を流し込んだ型枠は、乾燥し熱処理する。

熱処理に際して、有機高分子球体は１００〜４００℃で
１５〜３０分で熱分解して消失する。また７００〜１０
００℃で自己還元反応が起り、１０００〜１２００℃で
鉄系粉末の焼結が完了する。

本発明では、有機高分子球体が消失した空隙が気泡とな
り、型枠に充填した際に混練液が配された有機高分子球
体の相互の間隙が鉄系焼結の骨格となる。

本発明で、例えば管状や凹凸を有する複雑な形状の鉄系
多孔体の製品を製造する際には、型枠も製品の形状に見
合った複雑な形状の型枠となるが、この際の有機高分子
球体の充填や混練液の流し込みは下記の要領で行うこと
ができる。例えばこの型枠に設けた装入口から有機高分
子球体の粒状物を型枠内に装入する。次に型枠内の有機
高分子球体の粒状物を圧迫して加圧する。この加圧によ
って有機高分子球体は、第４図で述べた如く相互に密着
して充填される。その後混練液を型枠内に流し込む。

本発明では、揃った大きさの有機高分子球体を幾何学的
に整然と型枠内に充填するため、鉄系多孔体における各
気泡は何れも揃った大きさで、また鉄系焼結の骨格２も
揃った寸法で、幾何学的に整然と配されている。従って
本発明の鉄系多孔体は、強度や気泡密度等の性能が高い
精度で均一である。本発明では有機高分子球体の相互の
密着部が貫通孔となるが１貫通孔の寸法等も高い精度で
均一である。更に本発明では、使用する有機高分子球体
の大きさを変更する事によって、強度や気泡密度等の性
質が異なる各種の鉄系多孔体を容易に製造することがで
きる。

［実施例］ 溶銑を急冷した後、湿式ボールミルにて粉砕し、平均粒
径が５μの銑鉄粉を製造したが、その成分はＣ：３．５
％、　Ｓ　ｉ：ｏ、０１％、　Ｍｎ：１０％、　Ｃｒ：
０．５％。

Ｐ　：０．０２％、　Ｓ：０．０１％、酸素二６％であ
った。

この銑鉄粉を、水ガラスと水とでスラリー状に混練して
混練液とした。直径が１０ｍｍのスチレン発泡球体を２
００＋＋＋ｍ　Ｘ　５０ｍｍ　Ｘ　５０＋ｎ１１＋の型
枠内に充填し、各球体の接点を接着した。型枠内のスチ
レン発泡球体の疎開に混練液を流し込み、乾燥し、１５
０℃で脱脂し、　１２００℃の窒素雰囲気炉で還元焼結
せしめたが、第１図に示した貫通気泡型の鉄系多孔体が
得られた。この鉄系多孔体は曲げ強度が約１００ｋｇ／
ｃｍ”で強靭な材質であった。

［発明の効果］ 本発明の多孔体は、安価に製造でき、強度や気泡密度等
が高い精度で均一である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の鉄系多孔体の例を示す図、第２図は本
発明の鉄系多孔体の他の例を示す図、第３図は鉄系粉末
の［Ｃ］と［Ｏ］が鉄系焼結の骨格の性質に及ぼす影響
の説明図、 第４図は有機高分子球体を相互に密着させる方法の説明
図、 第５図は有機高分子球体を相互に密着させる他の方法の
説明図、 である。 １．１−１．１−２　：気泡、２：鉄系焼結の骨格、３
：連通孔、４：有機高分子球体、５：型枠、６：接着剤
。 第１図 第２図 特許呂願人　　新日本製鐵株式会社

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数の気泡を有する鉄系の焼結体で、各気泡は揃
   った大きさでかつ隣接する他の気泡と相互に貫通してい
   ることを特徴とする、貫通気泡型の鉄系多孔体。
2. （２）平均粒径が５０μ以下の鉄系粉末と結合液との混
   練液を、内部に多数の有機高分子球体を互いに密着して
   充填した型枠内に流し込み、乾燥し、熱処理して有機高
   分子球体を脱脂し、鉄系粉末を焼結する、貫通気泡型の
   鉄系多孔体を製造する方法。
3. （３）鉄系粉末が下記［１］式を満足する量の酸素と炭
   素とを含有する鉄系粉末である、請求項（２）に記載の
   、貫通気泡型の鉄系多孔体を製造する方法。 ［Ｃ］＞２．１％、４／３（［Ｃ］−２）＜［Ｏ］＜４
   ／３（［Ｃ］＋７）・・・［１］但し［Ｏ］：鉄系粉末
   の酸素含有量（重量％）［Ｃ］：鉄系粉末の炭素含有量
   （重量％）
4. （４）鉄系粉末が、銑鉄あるいは合金元素を含有する銑
   鉄を、湿式粉砕して粉砕中に粉末の表面を酸化し、ある
   いは粉砕後に粉末の表面を酸化した、酸素と炭素とを含
   有する鉄系粉末である、請求項（３）に記載の、貫通気
   泡型の鉄系多孔体を製造する方法。
5. （５）鉄系粉末が、鉄粉、表面を酸化した鉄粉、鉱石粉
   から選ばれる１または２以上と炭素粉末とを調合した、
   酸素と炭素とを含有する鉄系粉末である、請求項（３）
   に記載の、貫通気泡型の鉄系多孔体を製造する方法。
6. （６）鉄系の焼結体が、Ｓｉ＜１％、Ｍｎ＜２％、Ｎｉ
   ＜１０％、Ｃｒ＜２５％、Ｍｏ＜３％、Ｃｕ＜３％、Ａ
   ｌ＜５％から選ばれる１または２以上の合金成分を含有
   する鉄系焼結の骨格で形成された鉄系の焼結体である、
   請求項（１）に記載の貫通気泡型の鉄系多孔体。
7. （７）鉄系粉末が、Ｓｉ＜１％、Ｍｎ＜２％、Ｎｉ＜１
   ０％、Ｃｒ＜２５％、Ｍｏ＜３％、Ｃｕ＜３％、Ａｌ＜
   ５％から選ばれる１または２以上の合金成分を含有する
   鉄系粉末である、請求項（２）または（３）または（４
   ）または（５）に記載の、貫通気泡型の鉄系多孔体を製
   造する方法。
8. （８）有機高分子球体が、発泡処理して見掛比重を０．
   ３０以下とした有機高分子球体である、請求項（２）ま
   たは（３）または（４）または（５）または（７）に記
   載の貫通気泡型の鉄系多孔体を製造する方法。