JPH03290374A - 焼結品の製造方法 - 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］ 本発明は金属またはセラミックス粉末と熱可塑性樹脂及
びワックスを主成分とするバインダーを混合して射出成
形法を利用して三次元的に複雑形状で高精度の焼結品を
量産的に製造する方法に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、射出成形を利用し、脱脂及び焼結工程を経て金
属またはセラミックスの焼結品を製造する方法において
、脱脂工程は常圧あるいは加圧した大気中または不活性
ガス雰囲気中で行われ、膨れ防止の観点から真空中では
行われなかった。

また、従来の射出成形用バインダーを使用した射出成形
体の脱脂は三次元的に複雑な形状を有し、高い寸法精度
が要求される場合には、脱脂時の変形や割れを防止する
ために射出成形体をセラミックス（例えばアルミナ）等
の不活性粉末中に埋めて脱脂していた。

［発明が解決しようとする課題］ 射出成形体の特徴は三次元的に複雑な形状の製品を高い
寸法精度で量産できることにある。

これまでの常圧あるいは加圧した大気中または不活性ガ
ス雰囲気中での脱脂では、バインダーの分解ガスが射出
成形体の周囲に停滞し、成形体中に残存しているバイン
ダー成分と反応して変形が生じるために成形体の間隔を
十分にあけなければならず、従って、炉の装入量が制限
された。また、速い昇温速度では変形や割れ、膨れなど
が生じるために１〜ｂ ならず、このため脱脂に長時間を要していた。

また、不活性粉末中に射出成形体を埋めて変形や割れな
どを防止する方法もあるが、脱脂後に射出成形体の表面
に付着した不活性粉末を除去する作業に長時間を要し、
工業的な方法ではなかった。

そこで、不活性粉末中に埋めずに脱脂炉に多量の射出成
形体を装入することが可能であり、できる限り速い昇温
速度で変形や割れを生じることなく脱脂できる脱脂方法
及びそれに適したバインダーの開発が望まれていた。

より速い速度で脱脂する方法として特開昭６４２８３０
３号公報には磁性合金粉末と熱可塑性樹脂を含有する射
出成形体を真空雰囲気で脱脂する方法が開示されている
。しかし、該公報に開示された真空脱脂法は昇温速度が
２〜ｂ 速く、金属粉末やセラミックス粉末と慣用のバインダー
からなる射出成形体の脱脂に適用すると、膨れや変形や
割れを生じて寸法精度の高い焼結品を量産することはで
きない。

従って、本発明の目的はこれらの課題を解決した焼結品
の製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 即ち、本発明は金属またはセラミックス粉末とバインダ
ーを混合して射出成形し、得られた射出成形体を脱脂し
、焼結することからなる焼結品の製造方法において、前
記バインダーがエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）
またはエチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ
）またはそれら両者を５〜４０重量％、ポリプロピレン
（ｐｐ＞またはアタクチックポリプロピレン（Ａ　Ｐ　
Ｐ　）またはそれら両者を５〜４０重量％、ポリスチレ
ン（ｐｓ）またはポリエチレン（ＰＥ）またはそれら両
者を５〜４０重量％、パラフィンワックスまたはカルナ
バワックスまたはそれら両者を２０〜７０重量％、及び
ジエチルフタレート（ＤＥＰ）、ジブチルフタレート（
ＤＢＰ）、ジオクチルフタレート（Ｄ　ＯＰ　＞からな
る群から選択された可塑剤、ステアリン酸、オレイン酸
からなる群から選択された滑剤またはそれら両者を１５
重量％未満配合してなり、脱脂工程が射出成形体を１ト
ール以下の真空中で、昇温速度５〜ｂ まで加熱してバインダー成分の４０〜９５重量％を脱脂
することからなり、且つ焼結が昇温を真空雰囲気で開始
し、昇温過程でＡｒガス雰囲気に置換することよりなる
ことを特徴とする焼結品の製造方法に係る。

［作　　用］ 本発明の第１の特徴である真空中ての脱脂には以下のよ
うな作用がある。

バインダー成分中で比較的融点の低い（４０〜１００℃
）ワックス系バインダーは融点以上の温度で液体状にな
り、減圧下において粉末粒子間を拡散して表面に浸み出
し、脱脂炉内に蒸発揮散し、真空ポンプにより炉外に排
出される。

また、比較的融点の高い樹脂系バインダーは成形体内部
で分解ガス化し、ワックス系バインダーが除去された空
隙を通って成形体外部に排出される。

以上のように、真空中での脱脂はバインダー成分を積極
的に成形体外部に排出する効果があるので、脱脂中の成
形体の軟化を抑制し、変形を生じることなく短時間で脱
脂でき、脱脂炉の装入量も真空ポンプの排気能力を増す
ことにより炉の有効容積−杯に射出成形体を装入するこ
とができる６本発明方法において、脱脂工程に使用する
ことが好適である真空脱脂の条件は、射出成形体を１ト
ール以下の真空中で、昇温速度５〜ｂ時間で２５０〜５
００℃まで加熱し、それによってバインダー成分の４０
〜９５重量％を脱脂することにある。

本発明における真空脱脂において、脱脂条件を上記のよ
うに限定した理由について、まず真空度が１トールを超
えると前記のような真空の効果が十分に得られず、成形
体に膨れや変形が発生する。

次に、昇温速度は５℃／時間未満では脱脂に長時間を要
し、工業的ではない。また、１００℃／時間を超えると
急激な成形体の軟化と急激なバインダーのガス分解のた
めに成形体に膨れや変形が発生する。

更に、脱脂率が４０重量％未満であると、後の焼結工程
で膨れや変形が発生することがあり、また、焼結炉の汚
染の問題もあり好ましくない。

方、脱脂率が９５重量％を超えると脱脂体の強度が不足
し、後の作業により脱脂体を破損する恐れがある。この
４０〜９５重量％の脱脂率を得るために本発明バインダ
ーを使用すると２５０〜５００℃の脱脂温度が必要であ
る。以上の理由により脱脂条件を限定した。

次に、本発明方法に使用するバインダーは本出願人が既
に出願（特開昭１−１３９２５４号）しているものであ
り、以下のような作用がある。

該バインダーには、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶ
Ａ）またはエチレン−エチルアクリレート共重合体（Ｅ
ＥＡ）またはそれら両者を５〜４０重量％添加配合する
。ＥＶＡ及びＥＥＡは熱可塑性樹脂であり、加熱流動性
が良いために原料粉末及びバインダーよりなる混合物を
成形する際に良好な成形性を付与することができる。ま
た、得られる成形体の強度を高め、熱安定性が高いため
に、真空脱脂中に他の成分が低温で分解して除去される
間に成形体の形状を保持する作用を有する。

ＥＶＡ及び／またはＥＥＡの添加配合量が５重量％未満
の場合には、効果が現れず、また、それらの添加配合量
が４０重量％を超えると脱脂中に多量の分解ガスを生じ
、成形体中に膨れや割れを生ずることがあり、焼結体中
にも残留して焼結体の特性を劣化させることがあるため
に好ましくない また、本発明方法に使用するバインダーには、ポリプロ
ピレン（ｐｐ）またはアタクチックポリプロピレン（Ａ
　Ｐ　Ｐ　）を５〜４０重量％添加配合する。

ＰＰ及びＡＰＰも上述のＥＶＡ及びＥＥＡと同様に熱可
塑性樹脂であり、同様の作用をもつが、ＥＶＡ及びＥＥ
Ａよりも粘着性が高く、成形体の強度を高めるほか、軟
化点も高いために、脱脂中に成形体の形状を保持するの
に特に効果的である。

ＰＰ及び／またはＡＰＰの添加配合量も５重量％未満の
場合には効果が現れず、また、それらの添加配合量が４
０重量％を超えると成形時の流動性が悪化し、流動性を
良くするために高い温度で成形すると、他の低い熱分解
温度のバインダー成分の蒸発を招くために好ましくない
。

更に、本発明方法に使用するバインダーには、ポリスチ
レン（ＰＳ）またはポリエチレン（ＰＥ）またはそれら
両者を５〜４０重量％添加配合する。

ＰＳ及びＰＥも熱可塑性樹脂であるか、軟化点がＥＶＡ
及びＥＥＡとｐｐ及びＡＰＰの間の温度であり、これら
との共存において脱脂時のバインダーの熱分解が徐々に
進行するために、バインターの急激な熱分解に起因する
成形体の変形や割れ、膨れを防止する。また、ＰＳは樹
脂系バインダーの中でも特に脱脂性が良く、成形体の軟
化による変形を生しることなく脱脂する効果を有する。

ＰＳ及び／またはＰＥの添加配合量も５重量％未満では
効果が現れず、また、それらの添加配合量が４０重量％
を超えるとＥ　Ｖ　ＡやＥＥＡと同様の結果を生じるた
めに好ましくない。また、ＰＳは粘着性が悪いために過
剰の添加は成形体の強度を低下させることがある。

また、本発明方法に使用するバインダーには、パラフィ
ンワックスまたはカルナバワックスまたはそれら両者を
２０〜７０重量％添加配合する。

パラフィンワックス及びカルナバワックスは成形時のコ
ンパウンドの流動性を高め、原料粉末とバインダーとの
濡れ性を向上させて成形体中に原料粉末を均一に分散さ
せる効果を有する。更に、これらの成分は脱脂時に成形
体中を拡散して表面に浸み出し、蒸発揮散するという樹
脂系バインダー成分と異なる脱脂機構を有し、樹脂系バ
インダー成分がガス分解して成形体外部に排出される抜
は道を形成するために成形体を破損することなく脱脂さ
れる。カルナバワックスはワックス系バインダーの中で
も低温での強度が高く、融点も高いために成形体の形状
を保持するのに効果的である。

パラフィンワックス及び／またはカルナバワックスの添
加配合量が２０重量％未満では効果が十分に得られず、
また、それらの配合量が７０重量％を超えると粘着性が
低いために成形性が悪化し、脱脂中の保形性が低下して
成形体に変形が生じることがあるために好ましくない。

本発明に使用するバインダーには、更に可塑剤または滑
剤またはそれら両者を１５重量％まで添加配合すること
ができる。

可塑剤としては例えばジエチルフタレート（ＤＥＰ）、
ジブチルフタレート（Ｄ　Ｂ　Ｐ　）またはジオクチル
フタレート（Ｄ　ＯＰ　）などを使用することができる
。可塑剤は上述の各底弁の相溶性を向上させてバインダ
ーの均質化に効果があり、成形時のコンパウンドの流動
性を向上させる作用を有する。

なお、上記可塑剤は単独で、または２種以上を併用して
使用することができる。

滑剤としては例えばステアリン酸、オレイン酸などを使
用することができる。滑剤は成形時の型離れが悪い場合
には、離型剤としても効果がある。

なお、上記滑剤は単独で、または２種以上を併用して使
用することもできる。

可塑剤及び／または滑剤の添加配合量が１５重量％以上
になると、成形体の強度が低下し、脱脂時に変形が生じ
ることがあるために好ましくない。

上記配合をもつバインダーは金属粉末例えばステンレス
鋼粉末、Ｆｅ−３ｉ、Ｆｅ−Ｎｉ等の合金粉末、Ｆｅ、
Ｃｕ等の純金属粉末及びセラミックス粉末例えばアルミ
ナ粉末、ジルコニア粉末等のような原料粉末から射出成
形法を用いて焼結晶を製造する際のバインダーとして好
適なものであり、本発明方法による焼結晶の製造に際し
、バインダーを脱脂する工程として使用される真空脱脂
において特に有効である。

即ち、該バインダーを真空脱脂に適用した場合、従来使
用されていた慣用のバインダーを真空脱脂に使用する場
合よりもはるかに有効であり、金属粉末やセラミックス
粉末の射出成形体から変形や割れなどのない三次元的に
複雑形状で寸法精度の高い焼結晶を量産するために最適
である。

更に、本発明方法では、真空脱脂を行った射出成形体を
焼結するに当たり、昇温を真空雰囲気中で開始し、昇温
過程でＡｒガス雰囲気に置換することからなる操作を使
用することが好ましい。なお、真空雰囲気中の焼結から
Ａｒガス雰囲気への置換は真空雰囲気で昇温しながら１
０５０〜１３００℃程度の範囲内で行うことができる。

なお、置換温度は得られる焼結晶の寸法精度や炭素含有
量等の条件によって適宜選定することができる。

この操作を使用することにより、真空脱脂済の射出成形
体を真空雰囲気中で昇温し、ＣＯガス反応を十分に進行
させて成形体中の炭素含有量を所望の量以下とした後、
Ａｒガス雰囲気に置換して前記成形体の構成成分の蒸発
を防止することができ、それによって得られる焼結晶の
寸法のバラツキを少なくすることができ、高精度焼結晶
を工業的規模で量産することができる。なお、この焼結
方法については、本出願人が既に特許出願している（特
願昭１−２１７４７２号）。

［実　施　例］ 以下に実施例を挙げて本発明方法を更に説明する。

実施例１ 原料粉末として平均粒径が８，５μｍの５ＵＳ３０４Ｌ
水アトマイズ粉末を用い、これに第１表のＮ０１１のバ
インダー組成であるＥＶＡ３０重量％、ＰＰ１５重量％
、ＰＥ１５重量％、パラフィンワックス２０重量％、カ
ルナバワックス２０重量％からなるバインダーを９．０
重量％添加して二軸式混練機を用いて１７０°Ｃの温度
で１時間混練して均質化した後にロールミルでシート化
し、粉砕して平均５１の射出成形用材料を製造した。

得られた射出成形用材料を射出成形機を用いて第１図に
正面図、第２図に断面図を示す薄板と円筒を組み合わせ
た形状に射出成形した。図中の寸法はｄ＋＝ｄ２＝１５
ｍｍ、ｄ、＝８１Ｂ、ｄ、＝　ｌｖ＋＋、ｈ、＝７．５
ｎｕａ、ｔｚ＝２ｍｍである。

得られた射出成形体を脱脂炉に装入し、炉内を真空排気
（約０．０１）−ル）しながら昇温速度５０℃／時で３
５０℃まで加熱して脱脂した。

次に、得られた脱脂成形体を焼結炉を用いて約１０−’
）−ルの真空中において、昇温速度２００℃／時で１２
００℃まで昇温し、次に、炉内をアルゴンガスに置換し
た後に更に２００℃／時で１３５０℃まで昇温しで１時
間保持することにより焼結晶を得た。

この方法により得られた焼結晶は割れや変形などは見ら
れず、理論密度の９５％以上の密度を有するものであっ
た。

実施例２ 本発明方法において、上記バインダーの真空脱脂による
効果を示すために、第１表に示すバインダー組成、添加
量の成形体を第１表に示す脱脂条件で３５０°Ｃまで加
熱して脱脂した。Ｎ０１１〜７が本発明方法によるもの
であり、Ｎｏ、８〜１４が比較例である。

なお、Ｎｏ、３及び９は本発明範囲外のバインダーの使
用例であり、Ｎｏ、１０はＮｏ、１のバインダーを用い
て本発明範囲外の昇温速度で脱脂した例で、Ｎｏ、１１
〜１４はＮｏ、１のバインダーを用いてＮ２雰囲気中で
脱脂炉への装入量と昇温速度を変えた例である。

得られたそれぞれの脱脂体について第２図のり、の寸法
を測定し、下記の式に基づいて脱脂体変形率を求めた結
果と良品率を第１表に併記する。

ｈｌ　：射出成形体寸法 ｈ′、：脱脂体寸法 その結果、本発明による脱脂方法では、いずれの例でも
脱脂体変形率は０．１％未満であり、はとんど変形がな
く、１００％良品が得られる。

比較例では、まず、Ｎｏ、８及び９においては脱脂体変
形率が大きく、良品は得られながった。

次に、Ｎｏ、１０の例では、急激なバインダー分解ガス
の発生のためにフクレが発生し、良品が得られなかった
。

また、Ｎｏ、１１〜１４のＮ２雰囲気中で脱脂した例で
は、昇温速度５℃／時において１００個の装入量では変
形はほとんどなく、１００％良品が得られたが（Ｎｏ、
１１）、装入量が５００個（Ｎ。

１２〉、１０００個（Ｎｏ、１３）と多くなるに従い変
形が発生し、良品率も低下した。また、昇温速度５０°
Ｃ／時（Ｎｏ、１４＞では変形が発生し、良品が得られ
なかった。

また、Ｎｏ、１〜７で得られた脱脂成形体を実施例１と
同様の方法により焼結したところ、寸法精度のよい焼結
晶が得られた６ ／ ［発明の効果］ 以上説明したように本発明方法を用いることにより割れ
や変形などを生じることなく、焼結品を製造することが
できる。また、脱脂工程では、それぞれの成形体の間隔
をつめて脱脂炉に装入しても変形が生じないために脱脂
炉の装入量が増加し、昇温速度も速くできるので脱脂に
要するコストが大幅に低減できる。

従って、三次元的に複雑形状で高い寸法精度が要求され
る焼結品を量産的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で説明した射出成形体の正面図であり、
第２図は第１図に示す射出成形体の断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．金属またはセラミックス粉末とバインダーを混合し
   て射出成形し、得られた射出成形体を脱脂し、焼結する
   ことからなる焼結品の製造方法において、前記バインダ
   ーがエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）またはエチ
   レン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）またはそ
   れら両者を５〜４０重量％、ポリプロピレン（ＰＰ）ま
   たはアタクチックポリプロピレン（ＡＰＰ）またはそれ
   ら両者を５〜４０重量％、ポリスチレン（ＰＳ）または
   ポリエチレン（ＰＥ）またはそれら両者を５〜４０重量
   ％、パラフィンワックスまたはカルナバワックスまたは
   それら両者を２０〜７０重量％、及びジエチルフタレー
   ト（ＤＥＰ）、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）、ジオク
   チルフタレート（ＤＯＰ）からなる群から選択された可
   塑剤、ステアリン酸、オレイン酸からなる群から選択さ
   れた滑剤またはそれら両者を１５重量％未満配合してな
   り、脱脂工程が射出成形体を１トール以下の真空中で、
   昇温速度５〜１００℃／時間で２５０〜５００℃まで加
   熱してバインダー成分の４０〜９５重量％を脱脂するこ
   とからなり、且つ焼結が昇温を真空雰囲気で開始し、昇
   温過程でＡｒガス雰囲気に置換することよりなることを
   特徴とする焼結品の製造方法。