JPH042704A - 金属粉末用湿式成形用型 - 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］ 本発明は金属粉末用湿式成形用型に関し、特に微細な気
孔による吸水性、長寿命、高強度、良離型性を有する型
に関するものである。

〔従来の技術］ 湿式成形は、粉末の成形技術の１種で、スリップキャス
ティング、湿式プレス成形、ろ（ろ成形、押出成形、射
出成形、などがあり、特にセラミックス分野で応用され
、古来は衛生陶器、陶磁器などに利用されたが、近年は
金属粉末にも応用されつつあり、工業用部品の成形技術
として期待されている。

湿式成形型としては、最も古くから知られている石膏型
が一般的である。優れた吸水性、離型性、寸法精度と、
安価で大型の複雑な形状までできろことなどがその要因
である。

しかしながら、反面、耐水性、耐圧強度、耐摩耗性に弱
く、かつ石膏中のＣａ２＋イオンが溶出し素地に混入す
るなどの欠点も有している。また石膏型には、型毎に気
孔率、気孔径分布が異なり吸水性がばらつき、一定の成
形条件ではないという問題点もある。更に生産性を向上
するための加圧成形では強度不足であり、型を大量に並
行使用しなければならないという欠点もある。

このような背景から、石膏型の欠点を克服する目的で、
他材質の鋳型が種々開発されている。主な材質としては
、樹脂、樹脂−セラミックス、金属−セラミックス、金
属などである。

しかしながら、これらの型は次のような欠点を有してい
る。

（１）　型と素地の離型性が悪く、気体通過などによる
強制脱型する必要があり、成形物が損傷し易い。また離
型性を向上せしめるために、型表面にＣａ２＋のような
イオン交換し易い多価陽イオンを含有すると、これが素
地内に混入してしまう。

（２）　型の加工が容易ではないため、面精度を出した
り、極薄肉や極細部を有するような複雑形状を寸法精度
良（仕上げるには加工コストが高くなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は前述の石膏型およびそれ以外の鋳型の問題点を
解決することを目的としており、下記に示す特性を有す
る金属粉末用湿式成形用型を提供することにある。

■　多数回使用しても型表面が変質、摩耗しない耐水性
、耐有機溶媒性、耐圧強度に優れる長寿命型であること
。

■　常圧成形のみならず、加圧成形も可能である高強度
型であること。

■　更に素地と濡れにくい良離型性型であること。

本発明における湿式成形とは、金属粉末のスラリー（泥
漿）を成形型に流込むスリップキャスティング（鋳込成
形）、湿式プレス成形、粘土状の坏土などを成形する塑
性成形の一種であるろくろ成形、押出成形、射出成形と
いった成形法であり、本発明における湿式成形用型はこ
れらの成形法に好適に用いられる。

〔課題を解決するための手段］ 本発明者らは粉末の主要な成形方法の１つである湿式成
形用型として種々の材料を比較、検討したところ、窒化
硼素と他のセラミックス成分とからなる複合焼結体を用
いて、従来にない、非常に優れた特性を有する金属粉末
の湿式成形用型が得られることを見出し、本発明を完成
した。

本発明は、窒化硼素（ＢＮ）と、１種または２種以上の
他のセラミックス成分とから構成され、かつ通気性を有
する金属粉末の湿式成形用型で、ＢＮと他のセラミック
ス成分の合計重量に対するＢＮの重量比率が１０〜５０
％、平均気孔径が０．５〜５μｍ、かつ気孔率が１０〜
５０％であるものが好ましい。

［作用］ 以下、本発明の詳細な説明する。

本発明者らはまず型の材質を検討した。耐摩性、耐圧強
度という点でセラミックスの中で選定することにした。

素地と濡れにくく、易加工性という点よりＢＮをベース
に考えた。ＢＮはしかしながら、難焼結で、通常、ＨＰ
法により焼結することと、耐摩耗性が低いことが問題で
ある。

そこで、本発明者らは、ＢＮと、常圧または雰囲気加圧
焼成で緻密に焼結し、耐摩耗性、耐圧強度に優れる他の
セラミックス成分とを組み合わせることを考えた。その
意図するところは、（１）　　他セラミックスの焼結を
ＢＮが阻害し、その際、気孔が生成する。

（２）　　ＢＮのメリットを生かしつつ、耐摩耗性を補
う。

という複合効果である。

なお、型の十分な吸水性を確保するためには、上記気孔
は型の内外面を結ぶ連続気孔でなければならず、型は通
気性を有する必要がある。

次に、本発明をＢＮと他のセラミックスとしてＳｉ３Ｎ
４を用いた具体的実験に基づき説明する。

Ｓｉ３Ｎ４は平均粒径０．８ｇｍ、ａ相半９３％の粉末
を出発原料とし、ＢＮは平均粒径０．２ｇｍ、純度９７
％の粉末を出発原料とした。

この２種の粉末（Ｓｉ３Ｎ’４の焼結助剤を含む）をエ
タノールを用いてボールミルにより混合し、乾燥後、ス
リップキャスティングにより、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ
、厚さ１０ｍｍのテストピースを成形し、該成形物をＮ
２中９ａｔｍで１８００″Ｃにて焼結せしめた。Ｓｉ３
Ｎ４とＢＮの重量比率はＳｉ３Ｎ＋／ＢＮ＝１００１０
．９０／１０．８０／２０．７０／３０、６０／４０．
５０１５０．４０／６０とした。

該焼結体の諸物性を評価した。第１図、第２図、第３図
はそれぞれ常温での、３点曲げ強度（σｂ３）、ショア
硬度、気孔率のＢＮ含有量依存性を示す。第４図は、（
ａ）はＢＮ含有量２０重量％、（ｂ）は５０重量％の焼
結体についての気孔径分布を示す。

第１図〜第４図の結果より、ＢＮ含有量が増すと、強度
、硬度は低下するが、気孔率は増す。また気孔径はＢＮ
含有量にかかわらず、平均気孔径約０．２μｍで分布域
は非常にシャープであることが分かる。このことより、
ＢＮはＳ　ｉ　３　Ｎ　４の焼結を阻害し、ＢＮ含有量
が増すと、その阻害程度が増すものと思われる。また耐
圧強度も石膏型の強度１０〜５０　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒ
ｎ’に比べれば十分に高強度であり、常圧下のみならず
加圧下でも成形可能である。

さらに気孔径が非常に微細で分布もシャープであること
から、型の吸水性も十分でまた均一であることが判断さ
れる。気孔径が小さくできるのは出発原料が微粒のため
と思われる。

以十のように本発明の型を用いることにより、脱型性が
良好で、かなりの高圧成形が可能で量産性を向上するこ
とができる。また耐摩耗性に優れるので、成形物の面精
度も一定にできる。これにより、例えば自動車部品のよ
うな品質要求の厳しい製品にも対処が可能となる。

ＢＮと複合させる他のセラミックス成分は、Ｓｉ３Ｎ４
のほかにも、例えばＳｉＣ，５ＩＡＬＯＮ、ＺｒＯ２、
Ａｌ２２０３、Ａｊ２Ｎ、ムライトなどのように耐摩耗
特性の優れた材料が使用可能で、ＢＮとの複合効果はＳ
ｉ３Ｎ４と同様であった。またＡｌ２２０３−Ｚｒ０２
などのように目的に応じて２種以上を複合した場合も同
様である。

更に、気孔径、気孔率については、出発原料の粒度、含
有量により任意にコントロールできるので、成型する材
料の粒度、含有量を調製すればよい。ＢＮ含有量はＢＮ
が多いほど、離型性、加工性は良好となるが、耐圧強度
、硬度は低下するので、成形する材料に応して任意にコ
ントロールすればよい。

ここで、本発明をスリップキャスティングの具体的実験
例に基づき説明する。

本発明者らは、出発原料として平均粒径９．０μｍの５
ＵＳ３０４を１００重量部と、本３３重量部とを混合し
、バインダとしてポリカルボン酸アンモニウムを１重量
部を加え、ボールミルで２０時間混合し、約１４００ｃ
ｐｓのスリップを得た。

これらスリップを、前述と同様にして焼結した５ｉ３Ｎ
４−ＢＮ鋳型（内径４０ｍｍ、深さ１００ｍｍ、肉厚４
０ｍｍの有底円筒形）を用いて常圧（Ｐ＝Ｏｋｇ／ｃｒ
ｒＩ２）下および加圧（Ｐ＝ＩＯ１２０ｋｇ／ｃｒｎ”
）下でのスリップキャスティングにより成形し、着肉速
度等の成形性について評価した。種々の試験結果を第１
表に示す。

型摩耗は５０回のテストの後の摩耗量である。

また、Ｓｉ３Ｎ４／ＢＮ重量比率を７０／３０とし、Ｂ
Ｎの粒径を変化させた本発明の鋳型についても同様に試
験し、その結果を第２表に示す。

この結果より、加圧による量産性向上も顕著で、離型性
、耐摩耗性は最適なりＮ含有量を選定すればよいことが
分かった。更に加圧すれば量産性も向上する。ＢＮ含有
量が高いほど気孔率が増すので量産性は向上する。

なお、ＢＮの重量比率は１０％未満となると離型しに（
くなり、５０％を越えると耐摩耗性が劣って（る。

また、平均気孔径が０．５μｍ未満だと成形速度が過小
となり、５μｍを越えると耐摩耗性が劣ってくる。さら
に、気孔率が１０％未満だと成形速度が過小になり、５
０％を越えると鋳型の強度が不十分となる。

なお、ここではスリップキャスティングを例にとり説明
したが、この効果は他の湿式成形、例えば湿式プレス成
形、押出成形、射出成形、などにおいても同様であった
。したがってこれらの成形法においても、上記と同様の
考え方で、型の特性を適当にコントロールすればよい。

［実施例１ 以下に本発明の実施例をスリップキャスティングについ
て説明する。

本発明による鋳型として、それぞれＢＮを重量比率で３
０％含有する５ｉＣ−ＢＮ、Ｚｒ０２−ＢＮ、Ａｌ２２
０３−ＢＮ、ムライト−ＢＮ、５ＩＡＬＯＮ−ＢＮ、Ａ
ｌ２２０３−Ｚｒ０２−ＢＮ（Ａｆｆ２０３／Ｚｒ０２
＝重量比率８０／２０）の組成のものを準備し、比較例
として石膏型、エポキシ樹脂型を準備した。鋳型の形状
は前述と同・様である。

スリップキャスティングは平均粒径９．０μｍの５ＵＳ
３０４のスリップを用いて、常圧下および１０．２０ｋ
ｇ／ｃｒ１１１の加圧下にて行った。試験は５０回繰返
し、その結果を第３表に示す。

第３表の結果より明らかなように、本発明の鋳型はすべ
ての項目について良好であった。それに対してエポキシ
樹脂型では離型性が悪く、型の変形量が大きい、また石
膏型は成形圧力１０ｋｇ／Ｃｔｒｌ”が限度で量産性は
低（、摩耗が速い。

なお、ここでは、スリップキャスティングを例にとって
説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、ろ
くろ成形、湿式プレス成形、押出成形、射出成形等の湿
式成形全搬への適用が可能である。

〔発明の効果Ｊ 本発明によれば、窒化硼素とその他のセラミックス成分
とから構成される型を用いることにより、従来の石膏型
、樹脂型に比べて格段に優れた金属粉末の湿式成形用型
を得ることができ、また、それを用いて金属粉末の湿式
成形することにより、高い生産性で、離型性良く金属粉
末の成形が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の５ｉ３Ｎ４−ＢＮ系複合焼結体の常温
での３点曲げ強度のＢＮ含有量依存性を示す線図、第２
図は上記焼結体のショア硬度のＢＮ含有量依存性を示す
線図、第３図は同じく上記焼結体の気孔率のＢＮ含有量
依存性を示す線図、第４図の（ａ）、（ｂ）は、それぞ
れＢＮ含有量２０および５０重量％の５ｉ３Ｎ４−ＢＮ
系複合焼結体の気孔径分布を示す線図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　窒化硼素と、１種または２種以上の他のセラミック
   ス成分とからなり、窒化硼素と前記他のセラミックス成
   分の合計重量に対する窒化硼素の重量比率が５〜５０％
   、平均気孔径が０．５〜５μｍ、気孔率が１０〜５０％
   であり、かつ通気性を有することを特徴とする金属粉末
   用湿式成形用型。