JPH04124203A - 粉末冶金用バインダおよび成形体の脱脂方法 - 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］ 本発明は金属又はセラミックスの粉末と有機高分子を主
成分とするバインダとからなる射出成形体又は押出成形
体を脱脂、焼結して粉末冶金成形体を得る製造方法に関
し、特にバインダに含まれる成分を加熱による脱脂工程
で熱分解、揮散させることによる粉末冶金成形体の製造
方法に関する。

［従来の技術］ 金属またはセラミックスの粉末を原料として焼結製品を
得る工程において、焼結に供する成形体は原料粉末を圧
縮成形して製造するのが従来の一般的な方法である。こ
の方法で得られる成形体の形状は金型に充填した原料粉
末を上下方向よりパンチで加圧するという方法によって
いるため２円柱のような比較的単純なものに限定され、
より複雑な形状の製品を得るには焼結上がりの製品に研
削、研磨を施す必要がある。そしてこのことか焼結製品
のコスト低下、用途拡大を妨げる一因となっていた。

この問題の解決策として、原料粉末に有機高分子を主成
分とするバインダを加えることによって熱可塑性、ひい
ては流動性を付与し、射出成形。

押出成形により所要の形状とした後、脱胞、焼結を施し
て、製品を得る方法が実用化されつつある。

この方法は複雑な形状の成形体を高い寸法精度で、多量
に製造できるという特長がある。反面。

この方法では原料粉末に十分な流動性を付与するため、
バインダを体積比で４０％以上と多量に加える必要があ
ることから、焼結する前に脱脂を施す場合が多く、この
脱脂工程がコスト増もさることながら、技術的にも種々
問題を包含している。

即ち、この技術的な問題の一つとして脱胞後の成形体即
ち脱脂体の脆弱性に起因する取扱性の低さがある。この
脱脂体の脆弱さは前述の成形法では原料粉末に加わる圧
力が従来の圧縮成形法に比較して格段に低いため、粉末
粒子同士の結合強度か小さくなっていることによると考
えられる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前述した従来の技術１例えば。

前者の場合、金型に充填した原料粉末を上下方向からパ
ンチで加圧する方法のため、複雑な形状の成形体を得る
ことが困難であった。また、後者の場合は、原料粉末に
十分な流動性を付与する必要上バインダを体積比で４０
％以上と多量に加えるため、焼結工程の前工程として脱
脂工程を施す必要があり、工程がコスト高の原因となる
ばかりか。

この脱脂工程によって、成形体が脆弱し、成形体の取扱
い上問題があり１歩留りが悪化する場合があった。

そこで１本発明の第１の技術的課題は、複雑な形状の焼
結体を安価に且つ容易に製造することができる粉末冶金
におけバインダを提供することにある。

また１本発明の第２の技術課題は、前記組成物を用いて
射出成形、押出成形等により作製した成形体を、加熱温
度２８０度Ｃ以下で加熱し、バインダを熱分解、揮発さ
せるとともに、バインダの一部を成形体に残留させるこ
とによって１強度を確保し、取扱いの容易な脱脂体を製
造する成形体の脱脂方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、第１の有機高分子およびこれと異なる
第２の有機高分子からなり、前記第１の有機高分子は、
ポリエチレン、及びエチレン−酢酸ビニル共重合体のう
ち少なくとも一種からなり。

前記バインダ中に全重量の２０％以上含まれることを特
徴とする粉末冶金におけるバインダが得られる。

本発明によれば、前記バインダにおいて、前記第２の有
機高分子は天井温度が２５０度以下の高分子化合物より
なることを特徴とする粉末冶金におけるバインダが得ら
れる。

本発明によれは、金属又はセラミック粉末と前記したい
ずれかのバインダとを混合・混練し、射出成形押出成形
等によって成形し、得られた成形体を２８０℃以下の温
度で加熱して成形体中のバインダを熱分解・揮散させる
ことを特徴とする成形体の脱脂方法が得られる。

［作　用コ 本発明においては、バインダとして、ポリエチレン、エ
チレン−酢酸ビニル共重合体のうち少なくとも一方から
なる第１の有機高分子が、バインダの成形体の２０５重
量比以上の含有を成すようにし、さらに前記バインダに
含まれる第１の有機高分子以外の第２の有機高分子を天
井温度が２５０度以下の高分子化合物よりなるようにし
たバインダを金属またはセラミックの粉末と混合。

混練して得た混和物を射出成形、押出成形等の方法で成
形体に製造し、その後、加熱温度２８０℃以下で加熱し
、バインダを熱分解、揮発させて成形体にバインダを残
留させた状態の脱脂体が製造される。この脱脂体はその
後焼結され、焼結製品となる。

［実施例コ 以下１本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

一般に有機高分子化合物の熱分解特性はその化学的構造
によって相違し１分解反応速度は同一温度でも異なる。

第１図はを機高分子化合物の熱分解特性の一例を示す図
である。この図はポリメタクリル酸ブチルとエチレン−
酢酸ビニル共重合体の熱重量分析を行なった結果を示し
、１はポリメタクリル酸ブチル、２はエチレン−酢酸ビ
ニル共重合体のいわゆるＴＧ左カーブ示したものである
。

この測定条件は大気雰囲気で、昇温速度は５０”Ｃ／Ｈ
ｒである。図から明らかなように両者の間にはかなりの
差異があり、このような高分子を適当な比率で混合した
ものをバインダとして使用し。

脱脂条件を適切に設定すれば、脱脂体のバインダ残量を
制御し得ることが判明した。

ちなみに第１図の１と２で曲線の形状に差が認められる
が、高分子化合物を熱分解特性という観点から見ると、
おおよそ解重合型とランダム分解型に分類でき、ポリメ
タクリル酸ブチルは前者に。

エチレン−酢酸ビニル共重合体は後者に属することによ
る。即ち前者は定量的にモノマーを生成するのに対し、
後者はランダムな主鎖の切断の他の側鎖の脱離など温度
によって種々の反応を生起するためと考えられる。

また一般に有機高分子の熱的特性を考慮する上で１重要
となる因子の一つに天井温度がある。これは高分子化合
物がラジカル開裂する場合、生成したラジカルが再結合
するという反応が並行して起こるが、ある−窓以上の温
度ではラジカル開裂の反応速度が再結合の反応速度より
も大となり。

全体として分解反応が優先するという温度である。

第１図に示した例について言えば、ポリメタクリル酸ブ
チルでは約２００℃、エチレン−酢酸ビニル共重合体で
は約３５０℃である。

従って、このような観点に立脚して、金属またはセラミ
ック成形に使用されるノくインダ成分を選択する。

また、成形体からバインダーを加熱して熱分解・揮散さ
せるための脱脂温度について言及すると。

前記の理由からバインダに含まれる成分によって適宜設
定する必要があるが、なるべく低温で行なうことか、バ
インダ残量を精度良く制御する上で望ましい。

一方、バインダ成分について注目すると、エチレン−酢
酸ビニル共重合体はいわゆるホットメルト接着剤として
多用され、溶融粘度も低いことから金属やセラミックス
の原料粉末を射出成形、押出成形するためには非常に有
用な高分子化合物である。そして熱分解特性に注目して
もこの高分子は比較的高い熱分解温度を育している。

同様にポリエチレンも類似した性質を有している。また
この二種以外の高分子成分は二種の成分が残留する温度
で１分解揮散するのが望ましいので１ある程度以下の天
井温度を有する必要があるが、過度に低いと混線、成形
工程で分解してしまうことから、その天井温度は２５０
℃以下とするのが望ましい。具体的にはアクリル系ポリ
マーポリスチレンなどが１本発明の目的に適う類似の性
質を有している。

以上に説明したことから金属又はセラミック焼結体のバ
インダの成分としてはポリエチレン、エチレン−酢酸ビ
ニル共重合体の一方もしくは両方を含み、同時に天井温
度が２５０℃以下のものを含むようにすることが望まし
い。また、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合
体の一方もしくは両方を合わせた含有量は２０重量％以
上、脱脂温度を２８０℃以上としなければならないが。

その理由については以下、具体的に実施例に於いて説明
する。

平均粒径０，４μ厘のＮｉ、Ｚｎ−フェライトの仮焼粉
に対し、平均分子量：約２１万の高密度ポリエチレン、
酢酸ビニル含量が１４％であって平均分子量：約１２万
のエチレン−酢酸ビニル共重合体、平均分子量：約１４
万のポリメタクリル酸ブチル、平均分子量：約１４万の
ポリスチレン。

フタル酸ジブチルを第１表に示す比率に従って夫々秤量
し、加圧ニーダ−で１５０℃で３０分間混練した。この
混線物を回転刃を装備した押出成形機により、径：約４
ｍ■、長さ：約５　ｍｎのベレットとした。このベレッ
トを射出機により、６Ｃ１＋ｍＸ３０　ａｍ　Ｘ　５　
ｍｍなる形状の成形体とし、内容積：約２００ｇの加熱
脱脂炉に装入し、脱脂を行なった。

雰囲気は大気流とし、流量は５．Ｑ／ｗｉｎとした。

またこの時の昇温パターンは第２図に示した。これは室
温から脱脂温度までを４０℃／Ｈｒで昇温し。

脱脂温度を２４０℃、２６０℃、２８０℃。

３００℃、３２０としたことを示している。

これらの脱脂条件で脱脂した時の脱脂率と時間との関係
を組成１．２．３の原料の成形体について第３〜７図に
示したもので図中１組成１をＯ１組成２を△１組成３を
で表わした。

尚、脱脂率は成形体の重量変化より求めたものである。

これらの図から明らかなように、保持時間が１０時間を
超えると、バインダ残量は一定値に近づき、その数値は
保持温度が高くなる程小さくなる。第１表は、他のバイ
ンダ組成を組合せた成形体の組成率を示したものでこの
組成比率の成形体を加熱して１２時間保持した時のバイ
ンダ残量を第２表に示した。

そして　これら脱脂後成形体の曲げ強度の測定を行ない
、また、これらについて各１０個づつ１゜２００℃で２
時間焼成し１発生した割れ、ふくれなどの不良数を調べ
た。その結果を同様に第２表に示した。第８図、第９図
は第２表中の曲げ強度。

焼結体不良数を夫々バインダ残量についてプロットした
ものである。これによると曲げ強度はバインダ残ｊ１７
〜８ｗｔ％以下で急激に低下する。別途に調べた結果で
は曲げ強度１０ｋｇ／ｃ−以下では脱脂成形体は非常に
脆弱で搬送途次で破損したりすることが多く、取扱上問
題がある。従って成形体のバインダ残量は少くとも約５
ｖｔ％は必要である。

また焼成工程での不良発生数について見ると全熱不良の
発生しないバインダ残量の最大値は約８％である。

これらの結果から本発明の目的に適うバインダのエチレ
ンまたはエチレン−酢酸ビニル共重合体の含量は２０ｗ
ｔ％以上であり、脱脂温度は２８０℃以下であることが
分かる。

［発明の効果］ 以上に述べたように本発明によれば、射出成形押出成形
によって複雑形状の焼結製品を作製することのできる粉
末冶金におけるバインダを提供することかできる。

また６本発明によれば、前記熱可塑性混和物を用いて成
形することにより取扱性１焼結性に優れた脱脂体を製造
する成形体の脱脂方法を提供することができる。

更に１本発明によれば、前記脱脂体を焼結することによ
って、複雑形状の焼結製品を効率良く。

安価に製造することができる焼結体を提供することがで
きる。

これらによって工業上非常に有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、有機高分子化合物（ポリメタクリル酸ブチル
とエチレン−酢酸ビニル共重合体）の熱分解特性を示し
た図、第２図は、脱脂工程における脱脂温度までの上昇
パターンを示した図１第３図乃至第７図は、第１表に示
した成形体の組成１．２．３における脱脂率と時間の関
係を示した図であって、第３図は、脱脂温度（保持温度
）２４０度の場合を示した図１第４図は１脱脂温度（保
持温度）２６０度の場合を示した図、第５図は、脱脂温
度（保持温度）２８０度の場合を示した図第６図は、脱
脂温度（保持温度）３００度の場合を示した図、第７図
は、脱脂温度（保持温度）３２０度の場合を示した図、
第８図は、第２表の曲げ強度とバインダ残量との関係を
示した図、第９図は、第２表の焼結体の良数とバインダ
残量との関係を示した図である。 ＠間（？１） 莞３図 第４図 第５図 第６図 時間（１−１ｒ、） 第７図 時間（Ｈｒ、） 莞９図 バインダー残ｊ（ＷｔＺ） 手続補正書（自発） 平成３年２月フ３日

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．第１の有機高分子およびこれと異なる第２の有機高
   分子からなり，前記第１の有機高分子は，ポリエチレン
   ，及びエチレン−酢酸ビニル共重合体のうち少なくとも
   一種からなり，前記バインダ中に全重量の２０％以上含
   まれることを特徴とする粉末冶金におけるバインダ。
2. ２．第１請求項記載の粉末冶金におけるバインダにおい
   て，前記第２の有機高分子は天井温度が２５０度以下の
   高分子化合物よりなることを特徴とする粉末冶金におけ
   るバインダ。
3. ３．金属又はセラミック粉末と第１又は第２請求項記載
   のバインダとを混合・混練し，射出成形押出成形等によ
   って成形し，得られた成形体を２８０℃以下の温度で加
   熱して成形体中のバインダを熱分解・揮散させることを
   特徴とする成形体の脱脂方法。