JPH05319938A - 焼結体の製造方法 - Google Patents

焼結体の製造方法

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JPH05319938A
JPH05319938A JP4153077A JP15307792A JPH05319938A JP H05319938 A JPH05319938 A JP H05319938A JP 4153077 A JP4153077 A JP 4153077A JP 15307792 A JP15307792 A JP 15307792A JP H05319938 A JPH05319938 A JP H05319938A
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JP
Japan
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sintered body
jig
sintering
carbon
ceramics
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JP4153077A
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English (en)
Inventor
Takuya Sasaki
卓也 佐々木
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溝あるいは穴を有する形状の成形体を焼結す
る際に発生する、不均一収縮や変形を防止し、寸法精度
の優れた非酸化物セラミックス系焼結体を得る。 【構成】 カーボンおよび/または窒化ほう素製の成形
体治具を非酸化物セラミックス成形体の溝または穴に装
入して焼結体に焼結する。焼結温度における治具の寸法
dc′を焼結温度におけるセラミックス焼結体の寸法
ds′に対して−0.5%〜+0.8%の範囲で一致さ
せる。焼結温度では、治具に沿って収縮が起こるため、
治具の形状・寸法が焼結体に転写される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非酸化物系セラミック
スなどの焼結体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、セラミックスの成形方法として
は、従来、金型プレス成形法、ラバープレス成形法、押
出し成形法、射出成形法、鋳込み成形法等が知られてい
る。金型プレス成形法は、金属材料等の型にセラミック
ス原料を充填して加圧成形する方法である。ラバープレ
ス成形法はゴム型に原料を充填し、ゴムの弾性変形を利
用して静水圧加圧成形する方法である。鋳込み成形法
は、スラリー状に調整したセラミックス原料を鋳型に流
し込み、成形する方法である。押出し成形法は、バイン
ダーを混和したセラミックス材料を軸方向からの圧で型
を通過させて成形する方法である。
【0003】射出成形法は、バインダーを混和したセラ
ミックス原料を加圧して金型内に射出し、成形体を得る
方法である。押出し成形法や射出成形法等の場合に添加
されるバインダーは、焼結する前に除去する必要があ
り、加熱等の種々の方法で脱脂が行われる。各種の成形
法で作製した成形体は、脱脂、焼結され、セラミックス
製品となる。
【0004】セラミックスは、焼結時に収縮するため、
目的の形状と大きさを実現するには、収縮率の変動が小
さい成形方法と焼結方法が鍵である。寸法精度を向上さ
せ、機械的強度を大きくするためには、成形する際に、
均一な圧力を加えて成形ムラをなくし、収縮が安定し、
平均して起こるようにすることが重要である。焼結によ
り、緻密で均質なセラミックス製品となる。
【0005】焼結時に発生する10〜20%の収縮率を
考慮して、成形時の形状・寸法を決定している。溝ある
いは穴を有する形状の場合、成形時に中子や芯棒を用い
て中空の部分を形成する。必要により焼結体をダイヤモ
ンド砥石で研削加工をし、形状・寸法を整えている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、セラミックス
は焼結時に発生する10〜20%の収縮を安定させるこ
とが困難であるため、高い寸法精度は得られにくい。セ
ラミックス焼結体をそのまま部品として利用するために
は、寸法精度が不十分である。不均一収縮や変形が発生
しやすいため、寸法精度は±1%程度のものしか得られ
ない。
【0007】問題となる不均一収縮や変形は、成形体の
溝あるいは穴で発生しやすい。変形を防ぐために、成形
時と同様に、焼結時にも成形体の溝あるいは穴に中子を
入れておくと、治具により焼結収縮が阻害されて焼結体
の破壊を招いてしまう。不均一収縮や変形の著しい溝あ
るいは穴を有する焼結体の寸法精度を向上させる有効な
手段は見当たらない。また焼結体は硬度が高く、研削加
工で寸法を整えるにはダイヤモンド砥石を用いる必要が
あり、手間やコストが大きくかかるという問題がある。
【0008】本発明は、溝あるいは穴を有する形状の成
形体を焼結する際に発生する、不均一収縮や変形を防止
し、寸法精度の優れたセラミックス焼結体を得ることを
目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、カーボンまたは窒化ほう素(BN)の
成形体治具を非酸化物セラミックス成形体の溝または穴
に装入して焼結する。カーボン、窒化ほう素はともに高
温でも安定で、セラミックスとの反応はほとんどないた
め、治具として適当な材料である。また、カーボン表面
を窒化ほう素の粉末で覆ったり、コーティングしたもの
を用いてもよい。
【0010】本発明のセラミックス焼結体の製造方法に
ついて図面で説明する。図1にあるように、棚板3の上
に溝あるいは穴を有する形状のセラミックス成形体2を
設置し、溝あるいは穴にカーボンまたはBN成形体治具
1を装入する。図にある通り、焼結前の成形体と治具の
間には間隙があり、成形体が収縮する分を考慮にいれ、
焼結後の溝あるいは穴に一致する治具を、成形体の中心
に装入している。
【0011】装入する治具が大きすぎる場合、焼結時に
セラミックスの収縮を阻害して破損を引き起こし、治具
が小さすぎれば、変形を防止して寸法精度を改善する効
果が得られないので、治具には最終製品の溝または穴の
形状・寸法にきわめて近い大きさのものを用いる。セラ
ミックスおよび治具の熱膨張と収縮を十分に考慮する
と、焼結温度におけるカーボンまたはBN成形体治具の
寸法dc′を焼結温度におけるセラミックス焼結体の寸
法ds′に対して−0.5%〜+0.8%の範囲とする
ことにより寸法精度の優れた焼結体が得られる。
【0012】カーボンまたはBN成形体治具の寸法の算
出方法について詳細に説明する。文中の記号は、焼結収
縮率x(%)、焼結温度T(℃)、常温でのセラミック
ス成形体の寸法dg、常温でのセラミックス焼結体の寸
法ds、焼結温度でのセラミックス焼結体の寸法ds′、
常温でのカーボンまたはBN成形体治具の寸法dc、焼
結温度でのカーボンまたはBN成形体治具の寸法
dc′、常温からT℃までのセラミックスの熱膨張率
α、常温からT℃までのカーボンまたはBN成形体治具
の熱膨張率βである。
【0013】焼結によるセラミックスの収縮率x(%)
はx=100×(dg−ds)/dgである。
【0014】セラミックス焼結体を製造する場合、製品
寸法に対してx%の収縮を考慮にいれて成形体を作製
し、焼結温度T℃で焼結する。このとき、成形ムラ、炉
の温度ムラ、棚板との摩擦等で収縮が不均一となり、セ
ラミックス焼結体の溝あるいは穴の部分で寸法に大きな
狂いが生じる。
【0015】そこでカーボンまたはBN成形体治具をセ
ラミックス焼結体の溝あるいは穴に使用して、寸法精度
を向上させる。焼結温度T℃でのセラミックス焼結体の
溝ないし穴の寸法ds′=ds(1+αT)、焼結温度T
℃でのカーボンまたはBN治具の寸法dc′=dc(1+
βT)とする。
【0016】ここでds′=dc′として、セラミックス
焼結体の溝あるいは穴と治具の寸法を一致させることに
より、セラミックス焼結体の溝あるいは穴の寸法精度を
向上させる。実際は、成形体寸法や収縮率自体に多少の
変動があるので、0.995ds′≦dc′≦1.008
ds′の範囲が許容される。
【0017】カーボンまたはBN成形体治具の大きさd
c′がds′≦dc′≦1.008ds′の範囲の場合、治
具による破損の恐れなく、焼結収縮による変形を抑制す
ることができる。カーボンまたはBN成形体治具の大き
さdc′が0.995ds′≦dc′≦ds′の範囲では、
治具の形状が焼結体に忠実に転写されるため、焼結体の
溝あるいは穴の精度を高める。
【0018】焼結温度では、焼結体の粒子は拡散性、易
動性が大きく、治具に沿って収縮が起こるため、治具の
形状・寸法が焼結体に転写される。使用する治具は寸法
精度が優れていて表面状態が良好であることが重要であ
る。
【0019】本発明のセラミックス焼結体の製造方法
は、従来のいずれのセラミックス成形法で作製された成
形体であっても、適用できる。バインダーを用いる射出
成形法等、脱脂工程を必要とする場合は、脱脂工程から
カーボンまたはBN成形体治具を装入しておくと、変形
防止にさらに有効である。
【0020】本発明の非酸化物セラミックス焼結体の製
造方法で製造される焼結体の形状の一例についてについ
て図2〜図8に示す。本発明の焼結体の製造方法は、溝
あるいは穴を有する形状のセラミックス焼結体に適用す
ることが出来る。図2、図3のように円筒形の中央に円
筒形の溝あるいは穴を有する形状は勿論、図4のように
溝あるいは穴が円筒形でない形状や、図5、図6のよう
に外側に段や足を有するもの、多角形状の溝あるいは穴
を有する図7や図8に示したようなセラミックス焼結体
もカーボンまたはBN成形体治具を用いて作製すること
が出来る。
【0021】カーボンまたは窒化ほう素は、酸化雰囲気
中では酸化、あるいは分解されてしまう。本発明のセラ
ミックス焼結体の製造方法は、窒化珪素、窒化アルミニ
ウム、炭化珪素、サイアロン等のセラミックスの他、超
硬合金、サーメット等の非酸化物系の焼結体の製造方法
にも適用することが出来る。
【0022】
【実施例】本発明の実施例を以下に説明する。酸化イッ
トリウム5wt%、酸化アルミニウム2wt%を含有す
る窒化珪素を原料とする内径20mm、外径28mm、
長さ7mmのリング成形体に対してカーボンまたはBN
成形体治具を図1に示すように設置し、焼結を行って焼
結体の内計を測定した。焼結温度下での比較で、カーボ
ンまたはBN成形体治具の寸法dc′が、焼結体の寸法
ds′に対して0.995ds′≦dc′≦1.008
ds′の範囲内のものから3体を用いて焼結したものを
それぞれ実施例1(カーボン)、実施例2(カーボ
ン)、実施例3(BN)とする。
【0023】比較例としてカーボンまたはBN成形体治
具を使用せずに焼結したものを比較例1、寸法比が
dc′<0.995ds′のカーボン成形体を使用して焼
結したものを比較例2、dc′>1.008ds′のBN
成形体を使用して焼結したものを比較例3として、焼結
体を測定した。焼結条件は1800℃、窒素圧10at
mで1時間の処理とした。
【0024】また収縮率x=15.5%、常温からT℃
までのセラミックスの熱膨張率α=3×10-6、常温か
らT℃までのカーボンまたはBN成形体治具の熱膨張率
β=5×10-6である。測定結果を以下の表に示す。
【0025】
【表1】
【0026】表1に示された、治具を使用せずに焼結し
た比較例1を元に考察する。比較例1の焼結体内径の標
準偏差が0.062であるのに対して、実施例1〜実施
例3は、標準偏差の値が小さく、内径のばらつきが少な
い、真円度の高い焼結体が得られたことがわかる。一
方、比較例2の場合は、標準偏差が比較例1のものと大
差がない。BN成形体の寸法がdc′<0.995ds′
と小さいため、効果が得られなかったものと考えられ
る。
【0027】他方、比較例3の場合は、焼結体が破損し
てしまった。使用したBN成形体の寸法がdc′>1.
008ds′と、焼結による収縮と比べて大きすぎたも
のと考えられる。
【0028】
【発明の効果】以上のように本発明のセラミックス焼結
体の製造方法によれば、成形体治具を用いることにより
寸法精度の優れた焼結体を得ることができる。特に焼結
体の穴ないし溝の部分の変形を防ぐため、円形の穴ない
し溝を設けたい場合、真円度の高い焼結体を作製するこ
とができる。
【0029】セラミックス焼結体の寸法精度を改善する
ことができるため、焼結後に研削加工して寸法を合わせ
る工程が不要となり、製造の手間とコストを低減する等
の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセラミックス焼結体の製造方法につい
て説明する図面である。
【図2】本発明のセラミックス焼結体の製造方法で製造
される焼結体の形状の一例を示す図面である。
【図3】本発明のセラミックス焼結体の製造方法で製造
される焼結体の形状の一例を示す図面である。
【図4】本発明のセラミックス焼結体の製造方法で製造
される焼結体の形状の一例を示す図面である。
【図5】本発明のセラミックス焼結体の製造方法で製造
される焼結体の形状の一例を示す図面である。
【図6】本発明のセラミックス焼結体の製造方法で製造
される焼結体の形状の一例を示す図面である。
【図7】本発明のセラミックス焼結体の製造方法で製造
される焼結体の形状の一例を示す図面である。
【図8】本発明のセラミックス焼結体の製造方法で製造
される焼結体の形状の一例を示す図面である。
【符号の説明】
1 カーボンまたはBN成形体治具 2 セラミックス成形体 3 棚板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 孔部ないしは凹部を有する形状の非酸化
    物セラミックス、超硬合金およびサーメットなどの焼結
    体の製造方法において、最終製品における孔部ないし凹
    部の寸法に近い形状を有するカーボンおよび/または窒
    化ほう素からなる治具を挿入して焼結処理する手段を含
    むことを特徴とする焼結体の製造方法。
  2. 【請求項2】焼結温度における前記治具の寸法が、前記
    最終製品の焼結温度における孔部ないし凹部の寸法の−
    0.5%〜+0.8%の範囲であることを特徴とする請
    求項1記載の焼結体の製造方法。
JP4153077A 1992-05-21 1992-05-21 焼結体の製造方法 Pending JPH05319938A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6770114B2 (en) 2001-12-19 2004-08-03 Honeywell International Inc. Densified sintered powder and method
US6838046B2 (en) 2001-05-14 2005-01-04 Honeywell International Inc. Sintering process and tools for use in metal injection molding of large parts
JP2015102095A (ja) * 2013-11-25 2015-06-04 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ セラミック基複合材タービンバケットを製造するプロセス、セラミック基複合材タービンバケット用の挿入物、およびセラミック基複合材タービンバケット

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6770114B2 (en) 2001-12-19 2004-08-03 Honeywell International Inc. Densified sintered powder and method
JP2015102095A (ja) * 2013-11-25 2015-06-04 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ セラミック基複合材タービンバケットを製造するプロセス、セラミック基複合材タービンバケット用の挿入物、およびセラミック基複合材タービンバケット

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