JPH058208A - 粉末成形体の分散媒除去方法 - Google Patents

粉末成形体の分散媒除去方法

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JPH058208A
JPH058208A JP16443891A JP16443891A JPH058208A JP H058208 A JPH058208 A JP H058208A JP 16443891 A JP16443891 A JP 16443891A JP 16443891 A JP16443891 A JP 16443891A JP H058208 A JPH058208 A JP H058208A
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JP
Japan
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dispersion medium
powder
molded body
liquid
metal
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JP16443891A
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English (en)
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Akira Kato
加藤  明
Michitaka Satou
道貴 佐藤
Hiroaki Nishio
浩明 西尾
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JFE Engineering Corp
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NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】鋳込み成形によって得た金属、セラミックス等
の粉末の成形体を、それに含まれている該粉末の分散媒
を吸収しうる高分子粒子もしくはこの高分子粒子を含む
液状物または圧密しても多孔質性を保持しうる物質で被
包して外部より圧力1〜5000kg/cm2にて加圧することを
特徴とする金属、セラミックス等の粉末成形体の分散媒
除去方法。 【効果】この発明によれば成形体の再圧密と脱溶媒が同
時に行えることで、乾燥時間の短縮と成形体の密度の均
一化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は金属、セラミックス等
の粉末の成形体の乾燥時間短縮及び乾燥後の密度の均一
性の向上を図る方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】金属粉、セラミック粉、セラミックと金
属の混合粉を成形する方法として、鋳込み成形がある。
この鋳込み成形は金属粉、セラミック粉、セラミックと
金属の混合粉を水または有機物に分散させたスラリーを
作製し、このスラリーを非吸液性または多孔質性の鋳型
の中に鋳込む方法である。非吸液性の型の中に鋳込む場
合には、スラリーのチクソトロピー性を利用してスラリ
ーに保形性を与えており、多孔質性の鋳型の中に鋳込む
場合には、スラリー中の分散媒を多孔質性の鋳型に吸収
させることにより除去し鋳型内面に粉体の着肉層を形成
させている。その際、成形時間や乾燥時間の短縮を図る
ために鋳込むスラリーを加圧して鋳込む場合もある。こ
のような操作を行うことは成形体の均一化にとっても有
効である。また、さらに均一性を向上させるために、得
られた成形体に冷間静水圧処理を施す方法も知られてい
る。成形が終了した成形体からスラリー中の分散媒は乾
燥工程および脱脂工程で乾燥または熱分解によって除去
される。肉厚が50mmを超える大型成形体では、乾燥工程
において雰囲気の温度や湿度を管理し、非常に長い時間
かけてゆっくりと分散媒を除去する。また、脱脂工程で
は先の乾燥工程後残留している少量の分散媒と成形時に
添加するバインダー成分を除去する。一般に、鋳込み成
形において添加するバインダーの量は射出成形に較べ少
なく、脱脂工程は乾燥工程に較べ短時間ですむ。そのた
め、時には脱脂工程を省き、焼結工程でこの脱脂工程を
かねる場合もある。脱脂工程において、乾燥および熱分
解によって分散媒が除去された成形体は、焼結工程で緻
密化を図り焼結体とする。さらに、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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来、泥漿を用いて成
形する金属、セラミックス等の粉末の鋳込み成形では特
に大型品を成形する場合、乾燥に長時間かかる、雰囲気
の温度および湿度を管理して乾燥しなければ成らないな
どの問題がある。また、このようにして得た成形体も内
部に密度の低い部分が発生する問題もある。そのため、
成形時に泥漿を加圧して鋳込む方法が知られているが、
成形に用いる型に高価な金型、BN型を用いなければな
らない。加圧が鋳込み口から行われるため密度に不均一
を生じやすい等の問題がある。特開平1−230482は、脱
脂後の成形体の表面に弾性皮膜をコーティングした後、
冷間静水圧プレス処理を施し、内部欠陥の除去、成形体
の密度向上を行う方法について記述しているが、一度発
生した内部欠陥を除去するのは困難である。
【0004】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので乾燥時間の短縮、得られた乾燥
体の密度の不均一性を低減することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成した金属、セラミックス等の粉末成形体の分散媒除去
方法を提供するものであり、鋳込み成形によって得た金
属、セラミックス等の粉末の成形体を、それに含まれて
いる該粉末の分散媒を吸収しうる高分子粒子もしくはこ
の高分子粒子を含む液状物または圧密しても多孔質性を
保持しうる物質で被包して外部より圧力1〜5000kg/cm2
にて加圧することを特徴としている。
【0006】本発明の方法で成形される粉体は、2%N
i−98%Fe混合物、SUS316粉、高速度鋼等の金属
粉、窒化珪素、炭化珪素等のセラミック粉、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0.1〜100μm程度である。
【0007】金属またはセラミックス粉を分散させる分
散媒は、粉末に流動性を付与する役割を担う。また、分
散媒は常温で液体でも固体でも良いが、固体の場合、で
きれば150℃以下の融点を持つか他の分散媒に溶解でき
るものであることが望ましい。150℃を超える温度での
セラミック粉の分散あるいは加圧操作には大がかりな装
置を必要とするからである。これらの目的に適合する分
散媒としては、水、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などのアルコール類、アセトン
などのケトン類、オレイン酸、ステアリン酸などのカル
ボン酸類、ヘキサン、ベンゼン、パラフィンなどの炭化
水素類等が挙げられる。スラリーに適正な流動性を与え
るために、これらの少なくとも1種類に市販品の各種分
散剤や滑剤あるいは増粘剤としての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、エチル
セルロース、フェノール類、アミン類、流動パラフィン
等を組み合わせて流動性を粘性を調整することができ
る。適正な流動性の目安としては、スラリーの粘度が50
〜104センチポイズの範囲にあることである。
【0008】スラリーは鋳込み成形ができる流動性を有
するものであれば良い。その濃度は20体積%以上、85体
積%以下であることが必要である。望ましくは45体積%
以上、75体積%以下である。20体積%に満たないと流動
性には優れるが、加圧によって分散媒を多孔質鋳型に吸
収させて外に排出する過程でスラリーの収縮率が著しく
大きくなり、成形体の寸法精度が低下する。また、85体
積%を超えると粉の粒度分布、分散剤等を工夫しても成
形に必要な流動性を与えるのは困難になる。
【0009】本発明の方法を適用する成形体の製法はい
かなる鋳込み成形方法であってもよい。すなわち、鋳型
は多孔質の鋳型と非孔質の鋳型のいずれであってもよ
い、また分散媒除去手段も蒸発、超臨界流体または液化
ガス等による抽出、凍結乾燥などいかなる公知手段であ
ってもよい。
【0010】本発明の方法においては、鋳込み成形によ
って得た上記の成形体を高分子粒子または多孔質体で被
包する。
【0011】高分子粒子は、成形体に含まれる有機物の
うち液体又は加熱もしくは加圧によって液状化した少な
くとも1種類の成分を吸収しうるものである。この吸液
性高分子としては、親水性のものと親油性のもののどち
らを使用することもでき、吸収しようとする有機物の種
類等に応じて適宜選択される。親水性のものとしては、
セルロースグラフト重合体、澱粉グラフト重合体、アク
リル酸ビニルアルコール共重合体、アクリル酸ソーダ重
合体、変成ポリビニルアルコールのような合成ポリマー
がある。親油性のものとしてはアクリル系吸油ポリマ
ー、アルキルスチレン重合体、アルキルメタクリレート
重合体がある。吸液ポリマーの吸液能力は、高い方が使
用量を減らすことができるため好ましい。この吸液性高
分子粒子の粒径は10μm〜10mm程度が適当であり1mm程
度が好ましい。吸液性高分子粒子は、2種類以上併用す
ることができ、親水性のものと親油性のものを組合せる
こともできる。
【0012】上記の吸液性高分子粒子は、粉体のまま被
包材として使用してもよく、液状物に懸濁して使用する
こともできる。液状物に懸濁させる場合には、分散媒と
して水、流動パラフィン、メタノール、エタノール等を
使用することができ、濃度は60重量程度が適当である。
【0013】多孔質体は圧密しても多孔質性を保持しう
るものであり、紙、布、多孔質樹脂、多孔質セラミック
ス、多孔質金属等を使用できる。多孔質樹脂、多孔質セ
ラミックス及び多孔質金属は粒径の細かいものがよく、
例えば0.1〜100μm程度のものが好ましい。
【0014】上記の吸液材のなかで吸液能力及び成形体
に傷を付ける危険性が少ない点で紙、布及び吸液性高分
子粒子が好ましく、吸液性高分子粒子が特に好ましい。
一方、2種以上の吸液材を併用することもできる。
【0015】吸液材で成形体を被包する方法としては、
例えば弾性袋に成形体と吸液材の両方を入れて成形体の
周囲を吸液材で取囲ませればよい。紙、布等は成形体の
周囲に巻きつけてもよい。吸液材の使用量としては、加
圧工程で成形体中の液状物の10wt%を吸収できる程度あ
ればよい。
【0016】加圧する圧力については1kg/cm2と低い圧
力でも効果は確認できたが、圧力は高いほうが処理時間
の短縮、密度の均一性の向上のためには好ましい。しか
し、吸液性高分子を粒子状態で使用すると、加圧する圧
力が高い場合には成形体表面に粒子の凹凸が転写されて
しまうため、加圧圧力を適度に調整する必要がある。こ
の吸液性高分子は、吸液する能力を大きく阻害しない程
度に吸液させることで可塑性のある膨潤状態とすること
ができ、これを吸液材として使用すれば加圧圧力は、吸
収させる成分の吸液性高分子への浸透力まで高めること
ができ、5000kg/cm2と非常に高い圧力まで効果は確認で
きた。好ましい圧力は、3〜3000kg/cm2程度である。
【0017】加圧後、必要により加熱することにより吸
液速度をはやめることができる。分散媒が常温で固体の
場合には加熱は必須であり、加熱温度は分散媒の溶融温
度以上である必要がある。また、吸液材が分散媒の吸収
能力を失わない温度以下である必要がある。具体的には
吸液材に高分子性の物質を用いる場合は分解、蒸発等の
開始する温度以下である必要がある。そのため、〜200
℃の温度が適当であり、R.T.〜150℃の温度が好まし
い。
【0018】吸液材を周囲に配置した成形体の加圧方法
は、各種採用しうる。例えば、静水圧で加圧する場合に
は、図1に示すように薄ゴム袋1に吸液材2が成形体3
を被うようにして入れる。あるいは、例えば図2に示す
ようにゴム容器4に吸液材2を入れ、これへ成形体3を
埋入しゴム蓋5を取り付ける。これらの外部より加圧す
ればよい。この時の加圧媒体は液体であっても気体であ
ってもよい。また、一軸で加圧する場合には、図3に示
すようにダイス6に吸液材2を入れ、これを成形体3を
埋入しパンチ7を配設する。そして、一軸プレスにより
パンチ7を加圧する方法もある。
【0019】加圧処理時間としては、分散媒が吸液材に
吸収される時間以上であればよく吸液材によって大きく
変化する。多孔質性を有する物質を用いる場合では1分
から効果が表われ、また吸液性の高分子を用いる場合は
吸収に2時間以上かかる場合もあった。
【0020】成形体は、鋳込み成形による成形体と他の
成形法によって成形した成形体を組み合わせたものでも
よい。また、この発明の処理を施すことによって成形体
を一体化することができる。
【0021】本発明の方法を適用した成形体は、乾燥と
バインダーを含んでいる場合にはさらに脱脂を行なう。
これらは公知の方法に従って行なえばよく、加熱によっ
て行なう方法、溶媒抽出法(特開平3−69566号公
報)、超臨界流体抽出法(特公平3−9064号公報、特開
平2−70007号公報)、凍結乾燥法等を利用できる。
【0022】脱脂後は、通常は常法に従い焼結して焼結
体とする。
【0023】
【作用】鋳込み成形では成形する粉体に大量の溶媒と混
合して成形に用いる泥漿を製造する。この溶媒を成形時
に型へ吸液させることによって形状を付与し、又はチキ
ソトロピー性を利用し形状を付与し、その後、乾燥させ
ることで脱溶媒を行う。肉厚が50mmと厚くなれば、成形
時に内部まで十分に脱溶媒できず密度の低い部分が発生
したり、蒸発する経路が長く狭いために、内部の溶媒が
蒸発する時に欠陥を発生する。本発明では金属、セラミ
ックス等の粉末の成形体を成形時に添加した溶媒を吸収
する吸液材によって被い、加圧することで溶媒を吸液材
へ吸収させ、成形後に残存する溶媒の量を減少させると
共に内部の低密度な部分を圧密する。このような成形体
の成形後処理を行うことで、乾燥時間の短縮と密度の均
一化が達成でき、上記課題を解決することができる。
【0024】
【実施例】
実施例1 鋳込み成形によって、分散媒として水を25wt%含む10枚
羽根のターボチャージャーローターの成形体(尾部外形
60mm、組成窒化珪素93wt%、イットリア5wt%、アルミ
ナ2wt%)を得た。図1に示すように、このターボチャ
ージャーローターの成形体3をパラフィンを吸収する吸
油ポリマー2をまぶして薄いゴム袋1に真空にて封入し
た。これを冷間静水圧プレスに入れ、5000kg/cm2に加圧
したところ健全な乾燥体を得た。この乾燥体を30時間か
けて脱脂後、窒化珪素の焼成に適した条件で焼成したと
ころ、焼成体の内部に小さなクラックはみられなかっ
た。従来、この分散媒除去処理を施さない場合では、乾
燥に1週間かかり焼成体内部には小さなクラックがみら
れた。
【0025】実施例2 実施例1と同様にして得たターボチャージャーローター
の成形体3を図3に示すダイス6の中に吸液させ、膨潤
したパラフィンを吸収する吸油ポリマー2に埋入した。
パンチ7を面圧300kg/cm2にて押し1時間保持した。除
荷後、内容物を取りだしたところ、成形体には吸液ポリ
マーがゼラチン状になって張り付いていた。これを48時
間の加熱パターンによる脱脂を行ない、健全な脱脂体を
得た。この脱脂体を焼成したところ、実施例1と同様に
焼成体の内部に小さなクラックはみられなかった。
【0026】実施例3 実施例1と同様にして得たターボチャージャーローター
の成形体3を平均粒径0.05mmのアルミナ粉末とともに図
2に示すウレタンゴム容器4に入れた。これを冷間等方
圧プレスによって100kg/cm2に加圧し1時間保持した
後、除荷し内容物を取りだした。成形体にはアルミナ粉
末が張り付いていた。これを手で払い落とし、健全な成
形体を得た。これを48時間の加熱パターンによる脱脂を
行なって健全な脱脂体を得た。この脱脂体を焼成したと
ころ、実施例1と同様に焼成体の内部に小さなクラック
はみられなかった。
【0027】実施例4 実施例1と同様にして得たターボチャージャーローター
の成形体に紙を成形体表面に5回重ねて貼り、図1に示
すように薄いゴム袋1に真空で封入した。これを冷間等
方圧プレスによって10kg/cm2に加圧して1時間保持し、
除荷後内容物を取りだした。成形体には表面に紙が張り
付いていた。これを48時間の加熱パターンによる脱脂を
行ったところ、表面に張り付いていた紙はすべて燃焼し
て健全な脱脂体が得られた。この脱脂体を焼成して得ら
れた焼成体の内部には小さなクラックはみられなかっ
た。
【0028】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば成形体
の再圧密と脱溶媒が同時に行えることで、乾燥時間の短
縮と成形体の密度の均一化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1、実施例4で分散媒除去処理
を行っている状態を示す断面図である。
【図2】本発明の実施例3で分散媒除去処理を行ってい
る状態を示す断面図である。
【図3】本発明の実施例2で分散媒除去処理を行ってい
る状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1…薄ゴム袋 2…吸液材 3…鋳込み成形体 4…ゴム容器 5…ゴム蓋 6…ダイス 7…パンチ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋳込み成形によって得た金属、セラミッ
    クス等の粉末の成形体を、それに含まれている該粉末の
    分散媒を吸収しうる高分子粒子でまたはこの高分子粒子
    を含む液状物で被包して外部より圧力1〜5000kg/cm2に
    て加圧することを特徴とする金属、セラミックス等の粉
    末成形体の分散媒除去方法
  2. 【請求項2】 鋳込み成形によって得た金属、セラミッ
    クス等の粉末の成形体を、圧密しても多孔質性を保持し
    うる物質によって成形体表面を被包して外面より圧力1
    〜5000kg/cm2にて加圧することを特徴とする金属、セラ
    ミックス等の粉末成形体の分散媒除去方法
JP16443891A 1991-07-04 1991-07-04 粉末成形体の分散媒除去方法 Pending JPH058208A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8519212B2 (en) 2000-08-03 2013-08-27 Nippon Shokubai Co., Ltd. Water-absorbent resin, hydropolymer, process for producing them, and uses of them

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8519212B2 (en) 2000-08-03 2013-08-27 Nippon Shokubai Co., Ltd. Water-absorbent resin, hydropolymer, process for producing them, and uses of them

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