JPH0344405A - 粉体の鋳込み成形方法 - 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〕 この発明は、金属粉またはセラミック粉を液状分散媒に
分散させてスラリーとし、このスラリーを鋳型に鋳込む
成形方法に関する。

〔従来の技術］ 金属粉、セラミック粉、セラミックスと金属との混合粉
を成形する方法として鋳込み成形性がある。

本発明者らは、先に特開昭６２−１９２５０２号公報に
おいて、金属粉あるいはセラミック粉を、液体または超
臨界の二酸化炭素によって抽出可能であってかつ融点が
ｏ−１ｏｏ℃の物質を主要成分とする分散媒に分散せし
めてスラリーとなし、このスラリーを非吸液性の鋳型に
鋳込む金属粉あるいはセラミック粉の成形方法を開示し
た。この方法においては、鋳込んだスラリーを冷却して
凍結固化させて成形棒としてから脱型し、ついで、液体
または超臨界の二酸化炭素により成形体中の分散媒の主
要部分を抽出除去している。このようにして得られた成
形棒を加熱して、残留分散媒を熱分解によって除去する
。ついで焼結工程で緻密化をはかり焼結体とする上記の
工程の概要を第７図に示す。

このような焼結体は必要があれば機械加工を加えて、切
削工具、機械構造部品等として使用される。

本発明者らはまた前記の改良法として、超臨界流体また
は液化ガスによって抽出可能な液体を少なくとも分散媒
の１０重量％含む分散媒に金属粉またはセラミック粉を
分散させたスラリーを多孔質鋳型に鋳込み、このスラリ
ーを多孔質鋳型に入れたまま分散媒の融点以上の温度に
保持し、分散媒の少なくとも１０重量％を超臨界流体ま
たは液化ガスにより抽出して被処理物に保形性を付与す
る方法も開発した（特願昭６３−２１８３００号明細書
）。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の金属粉およびセラミック粉の鋳込み成形法には次
に示すような問題点がある。すなわち、スラリーを鋳込
み後冷却して凝固させるが、凝固に伴い分散媒に体積変
化が生ずる。例えば、分散媒としてパラフィンワックス
を使用すると約２５％もの体積収縮が生ずる。凝固は鋳
型と接する部分からはじまり凝固部分が収縮することに
より被処理物内部に歪が生じる。この結果、凝固が完了
し保形性を得た被処理物、すなわち、成形棒は程度の差
はあれ、必ず変形する。このため脱型が困難になったり
、脱型時に型離れが悪く成形棒が破損することすらある
。変形の程度は調製したスラリーの温度、鋳込み圧力、
鋳型の冷媒温度、保圧時間に著しく左右される。従って
適正な鋳込み条件を見出す必要があるが、これには長時
間の試行錯誤を要する。また、成形特の内部歪は後工程
の超比界流体または液化ガスによる抽出、熱分解、焼結
の時に解放されて変形が進行する。そして、焼結体の寸
法精度を不十分なものにする大型異形品になれば、この
問題点はさらに顕著になる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はかかる問題点を解決するべくなされたものであ
り、少なくとも３０重景％のシラザンオイルを含む分散
媒に金属粉またはセラミック粉を分散させてスラリーと
し、これを型に鋳込んだ後、１００℃以上２００℃以下
の温度に加熱することによって分散媒を硬化させ、その
後脱型することによって保形性のある成形棒に転化しう
ることを見出してなされたものである。

本発明の方法で成形される粉体は２％Ｎｉ　−９８％Ｆ
ｅ混合粉、５ＵＳ３１６粉、高速度鋼粉等の金属粉、ア
ルミナ粉、ジルコニア粉、窒化ケイ素粉、炭化ケイ素粉
等のセラミック粉、炭化タングステン−コバルト混合粉
、炭化チタン−ニッケル混合粉等の金属とセラミックス
の混合粉である。これらの粉体の粒径は０．２〜１００
−程度である。

この発明の成形方法に用いられるシラザンオイルは、Ｈ
２Ｓ１Ｃ１ｚ、Ｈ，５ｉＣ１、（ＣＨ３）　ｚｓｉｃ１
□、ＣＩ、５ｉＨＣ１□等のＲｘ５ｉＣ１４−ｘ　（ｘ
　＝Ｌ　２、Ｒ＝Ｈ，ＣＨ，、ｃｚＩＩｓ、　Ｃ６１１
５）で表現される物質とＮＨ，との反応生成物であって
例えば（Ｈ２ＳｉＮＨ）　Ｘ　（（ＨｚＳｉ）＋、ｓＮ
）　Ｖ。

（Ｃ）Ｉ３（ＣＨＪＨ）Ｓｉ（ＣＩＩＪ））Ｘ（ＣＨｚ
Ｓｉ（ＣＨＪ）＋、ｓ）　）’１（ＣＩ１３ＳｉｌｌＮ
Ｈ）　ａ　（ＣＨ３ＳｉｔｌＮＣＨ＋）　ｂ　（Ｃｌｌ
＋５ｉＮ）　ｃの構造を有し、生成条件の選択によって
常温で液体を得ることができる。

分散媒を硬化させるためにはシラザンオイルが少なくと
も分散媒の３０重量％を占めるようにしなければならな
い。さもないと全く硬化しないかあるいはゼリー状を示
すにとどまり、保形性が不十分となる。

分散媒はシラザンオイルのみで構成しても構わないが、
粘度、粉の分散性等の特性を調製するために他の分散媒
を混合してもよい。このような分散媒としては、例えば
メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコ
ール、ブチルアルコール等のアルコール類、ヘキサン、
ベンゼン等の炭化水素、流動パラフィン等多数ある。

オレイン酸等の分散剤、ポリビニルアルコール、ポリビ
ニルブチラール、メチルセルロース、カルボキシメチル
セルロース、エチルセルロース、パラフィンワックス、
フェノール樹脂等の増粘剤等を加えて、流動性を調節す
ることもできる。

スラリーは鋳込みに必要な流動性を確保できる範囲にお
いてできうる限り金属粉またはセラミック粉の濃度の高
いものがよい。その濃度は４５容積％以上８５容積％以
下とすることが望ましい。４５容積％未満では焼結工程
で緻密化が難かしく、また８５容積％を越えると、粉の
粒度分布、分散剤等を工夫しても鋳込みに必要な流動性
を得るのは困難となる。適正な流動性の目安としてはス
ラリーの粘度が５０−１０’ボイズの範囲にあるこ・と
である。

鋳型はスラリーの鋳込み時の保圧に耐える強度を有する
必要があるが、スラリーの鋳込み圧力は１０　ｋｇ　／
ｃ　ｍ　”未満、好ましくは１〜５ｋｇ／Ｃ−と低いの
で、きわめて多種の材料が適用できる。この目的に合う
材料としては、石膏、セラミック粉に有機バインダーを
加えたもの、アルミナ等の多孔質焼結セラミックス、ス
テンレス等の多孔質焼結金属、発泡有機材料等の多孔質
材料、金属、ゴム等の無孔質材料のいずれも使用できる
。セラミック粉に有機バインダーを加えたものの例とし
ては、ケイ砂、アルミナあるいは被処理物と同質のセラ
ミック粉に、エチルシリケートの加水分解液、ポリビニ
ルアルコール、ポリビニルブチラール、メチルセルロー
ス、カルボキシメチルセルロース、エチルセルロース、
パラフィンワックス、フェノール樹脂あるいはエポキシ
樹脂を加えたものがあり、発泡有機材料の例としては発
泡スチレン、発泡ウレタン等がある。無孔質金属材料の
例としてはアルミニウム、ステンレス鋼を挙げることが
でき、ゴム材料の例としてはウレタンゴム、シリコーン
ゴム等を挙げることができる。無孔質材料の場合には必
要に応じて鋳型内の空気除去のためにベントホール等を
設ける。

多孔質鋳型の構造例を第２図に示す。これは割り型とな
っており、繰り返し使用が可能である。

これと同一のキャビティを有する従来の方法のための鋳
型を第３図に示す。この場合、スラリーを冷却するため
に鋳型は冷媒配管ｌを内蔵させる必要がある。効率の良
い冷却のために鋳型は可能な限り高い熱伝導率を必要と
し、このためには＋イ質をアルミニウム等の金属とする
必要がある。結果的に高価な材料を使用して複雑な構造
とすることは避けられない。

多孔質鋳型の別の構造例を第４図に示す。これはいわゆ
るシェル鋳型である。すなわち、ワックス、尿素樹脂等
の樹脂等で鋳型のキャビティ形状に相当するパターンを
作成し、このパターン表面にセラ【ツク粉を有機バイン
ダーにより被覆し、所定の厚みとしたのち、水蒸気処理
、熱分解、水洗等により内部のワックス、樹脂等を除去
する。

こうして多孔質のシェル鋳型を得る。この型は毎回使い
捨てになるが、複雑な形状に対処できる利点がある。こ
のシェル鋳型形成に熱分解して消失する有機バインダー
を使用し、シェル鋳型に被処理物を入れたまま加熱して
、有機バインダーを被処理物中の分散媒とともに熱分解
除去させることによってシェル鋳型を強度低下させて後
続の脱型を容易にするか、または自己崩壊させることに
より脱型工程を省くこともできる。このような目的には
シェル鋳型の有機バインダーとしてポリビニルアルコー
ル、ポリビニルブチラール、メチルセルロース、カルボ
キシメチルセルロース、エチルセルロース等が適用でき
る。これらバインダーを熱分解させるためには４００℃
以上１２００℃以下が適している。

金属粉またはセラミック粉をシラザンオイルを含む分散
媒と混合して混練して作ったスラリーを鋳型に鋳込む。

鋳型ごと硬化炉に入れ、１００〜２００℃の間の温度ま
で加熱し保持し、スラリーを硬化させる。硬化終了後、
鋳型を除去して成形体を得る。

成形体を焼結する場合にはまず脱脂炉に入れる。

ここで４００〜６００℃の間のある温度まで加熱し、分
散媒を熱分解させる。この間すでに硬化したシラザンオ
イルはケイ素の窒化物もしくは炭化物又は金属ケイ素を
残留する。脱脂の雰囲気ガスに酸素、水が含まれればシ
リカが残留し、窒素雰囲気であれば金属ケイ素を窒化物
とすることもできる。１１□５ｉＣ１ｚ誘導シラザンオ
イルの場合窒化ケイ素残留物、（Ｃ１１３）ＳｉｌｌＣ
１，抗導シラザンオイルの場合窒化ケイ素と炭化ケイ素
の両方を残留させることができる。この成形体を焼結炉
で焼結し、緻密化を図り焼結体を得る。

熱分解と焼結は同一の炉で連続的に実施してもよい。

焼結体はシラザンオイル由来の窒化ケイ素あるいは炭化
ケイ素を含むことを特徴とする第１図に示すように硬化
、熱分解ののち脱型してもよい。

（作用〕 シラザンオイルを１００〜２００℃に加熱することによ
り縮重合して硬化し、液体から固体に変わる。

例えば、１１□５ｉＣ１ｚ誘導シラザンオイルは常温で
は液状を保持するが、ｉｏｏ’ｃでは１２時間、１３０
’Ｃでは５時間で硬化する。１５０℃を越えるとわずか
に減量が生じ、２００℃を越えるとそれはかなり多くな
る。

一般に１００℃未満では硬化に時間がかかりすぎ、２０
０℃を越えると発生ガスの排気が必要となる。

る。

シラザンオイルの硬化が分散媒の硬化をもたらし、スラ
リーに保形性を付与し、成形体が得られる。前述のよう
に３０重四方以上のシラザンオイルが配合されていれば
、成形体は鋳型を除去しても形状を保持できる強度を有
する。

〔実施例〕

実施例１ 窒化ケイ素のボルトを作製した。まず、平均粒径０．７
５−の５ｉＪ４９２．０重量部、焼結助剤として平均粒
径０．５−のソｚ（ｈ　６．０重量部、平均粒径１．２
０ａｍの＾Ｉｔｓ３２．ｏ重量部に、流動パラフィン１
９．３重量部、オレイン酸３．０重量部及びＨｚＳｉＣ
１□誘導シラザンオイル１０．３重量部を加えて２４時
間混練した。得られたスラリーを真空雰囲気に晒して脱
泡した。

一方、第５図と第６図に示すボルトに対応するキャビテ
ィ形状のシェル鋳型を平均粒径１．２０μｍのＡ１ｚ０
３粉末１００重量部にポリビニルブチラール５重量部を
バインダーとして加えて作製した。このシェル鋳型に上
記スラリーを２２℃１鋳込み圧力３Ｋｇ／ｃｍ”で鋳込
んだ。鋳込み開始によって鋳込み圧力は一時的に低下し
たが３　Ｋｇ／ｃｍ”まで回復したことを確認後、ただ
ちに鋳型をスラリーを充填したまま取り外した。これを
硬化炉に装入して、窒素ガス雰囲気中で１５０℃で１０
時間加熱後放冷した。鋳型を崩して除去したところ健全
な成形体が得られた。

この成形体を脱脂炉に装入し、窒素ガスを流通させなか
ら５００℃まで１時間３℃の昇温速度で昇温した。５０
０℃に到達後２時間そのまま保持してから放冷し、大気
圧に戻した。これを５ｉ３Ｎａ　５０重量％、５ｉ（ｈ
　５ＯＮｉ量％の詰め粉に埋めて焼結炉に装入し、真空
中で１２００℃まで賓温し３０分間保持した。続いて、
窒素ガスをガス圧９．５Ｋｇ／ｃｍ２で流通させながら
、さらに１８００℃まで昇温し２時間保持した。ガス圧
を９．５Ｋｇ／ｃｍ”に保持しつつ１０００℃まで冷却
し、さらに常圧に戻して放冷した。

この結果、理論密度比で９８．６％の焼結体が得られた
。このボルト形状の焼結体の各部Ａ、Ｂ、Ｃ１Ｄの収縮
率を測定した。結果を第１表に示すが、ばらつきは０．
１％で極めてわずかであった。

第１表 比較例１ 実施例１と同一形状、同一寸法のボルト金型を使って窒
化ケイ素のボルトを作成した。まず、実施例１と同一の
配合の原料粉１００重量部に対して融点４２℃のパラフ
ィン２７．６重量部、オレイン酸３．０重量部を加えて
９０℃で２４時間混練した。得られたスラリーを真空雰
囲気に晒して脱泡した。このスラリーを９０℃１鋳込み
圧力３　Ｋｇ／ｃｍ２で１０℃の冷却水を通した金型に
鋳込み、鋳込圧力３ｋｇ／ｃｍ２まで回復した後スラリ
ーの凝固終了のために５分間保持してから脱型した。次
いで成形体を抽出装置に装入し、２００Ｋｇ／ｃｍ”　
、６０℃の超臨界二酸化炭素を流通させながら４時間接
触させた。この間に抽出されたパラフィンとオレイン酸
の混合物は成形体中の分散媒の６２重量％に相当した。

引き続き、加圧脱脂炉に装入した。雰囲気は窒素としガ
ス圧６ｋｇ／ｃ１ｍ”で流通させながら１００”Ｃ／Ｈ
ｒの昇温速度で昇温した。５００℃に到達後、■時間そ
のまま保持してから放冷し、大気圧に戻した。こうして
分散媒を熱分解により完全に除去できた。実施例１と同
一条件で焼結を実施したところ、理論密度比９８．４％
の焼結体が得られた。各部の収縮率を前記の第１表に示
すが、ばらつきは０．６％であり、明らかに実施例１よ
り寸法精度において劣っていた。

〔発明の効果〕

従来の方法では凝固によりかなりの収縮が起こり成形体
内部に歪みが生じるのに対して、本発明の方法のシラザ
ンオイルの熱硬化では体積変化がほとんど生じないので
、成形棒の内部に歪み、変形が生じにくい。この結果、
きわめて寸法精度の高い焼結体が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の一態様を示す工程系統図である
。第２図は本発明の方法に使用される鋳型の１例の断面
図であり、第３図は従来の方法で使用されていた鋳型の
１例の断面図である。第４図は本発明の方法に使用され
る鋳型の別の例の断面図である。第５図は成形棒の１例
の平面図であり、第６図は正面図である。第７図は従来
の方法の工程系統図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　少なくとも３０重量％のシラザンオイルを含む分散媒
   に金属粉またはセラミック粉を分散させてスラリーとし
   、これを型に鋳込んだ後、１００℃以上２００℃以下の
   温度に加熱することによって分散媒を硬化させ、その後
   脱型することを特徴とする金属粉またはセラミック粉の
   成形方法