JPH10306981A - 金属粉末焼結炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多くの射出成形金属粉末成形体を一度に
焼結する際に、成形体に含まれる炭素成分に起因して成
形体に浸炭が生じるのを防止する。 【解決手段】 炉体１内部に構成部材としてのカーボン
材２、３を含む金属粉末焼結炉において、炉体１内に配
置される金属粉末成形体４を覆って金属粉末成形体４と
カーボン材２、３とを隔離するセラミックス製カバー７
を設けた。 【効果】 セラミックス製カバーによって、成形体
とカーボン材が遮断され、カーボン材との反応によって
生じる浸炭ガスと成形体との接触が防止される。これに
より多くの成形体を一度に焼結できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属粉末成形品の
焼結に用いられる焼結炉に関するものであり、特に金属
粉末射出成形品の焼結に適した焼結炉に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】金属粉末焼結体の製造方法の一つとして
射出成形を用いた方法がある。この方法では、所望の成
分、粒径に調製した金属粉末に有機バインダを混合し、
これを射出成形して得られた成形体を脱脂した後、真空
あるいは雰囲気ガス中で焼結して、高密度の金属粉末焼
結製品を製造する。上記焼結では、図６に示すように、
一般に、炉体１内に配置したヒータ２と断熱材３で構成
された雰囲気焼結炉が用いられており、成形体４は、図
５に示すように複数個をアルミナ製の載置台５上に載
せ、さらに、これを数段に重ねて炉体１内に配置する。
なお、載置台５…５の周囲には、輻射熱用にタイトボッ
クス６を配置する。この状態で炉体１内を所望の雰囲気
に調整し、ヒータ２によって炉体１内を所定の温度に加
熱して成形体を焼結する。なお、前記した焼結炉では、
炉体内部が数百℃から１０００℃を越える高温に加熱さ
れるため、断熱材やタイトボックスにはこの高温に耐え
られる材料が使用されており、具体的にはコスト的に有
利なカーボン材が多く採用されている。また、ヒータに
も高温でも安定した特性を有するカーボンヒータが多く
採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記金属粉
末成形体は、有機バインダを混合して射出成形されるた
め、成形後にも相当程度の有機物成分が含まれており、
この有機物成分は、脱脂及び焼結時に蒸散させて除去す
る。また蒸散物を雰囲気中から積極的に排除する意味か
らも上記成形体の焼結では減圧雰囲気下で行うことが多
い。しかし、従来の焼結炉では、真空排気しながら焼結
したとしても、蒸散した炭素成分と炉体内部のカーボン
材との間で以下の［１］〜［４］の反応を経て浸炭反応
が起こり、製品の炭素含有量に大幅な変動が生じて製品
品質に大きなばらつきが生じるという問題がある。この
問題は、焼結炉内で処理する成形体の数が多くなる程、
顕著になるため、従来は一度に処理する成形体の数を抑
えて処理することにより上記問題の回避を図っている。

【０００４】（浸炭に至る反応） （１）有機バインダの残留炭素と金属粉末酸化物との反
応（還元、脱炭反応） ＭＯ（ｓ）＋Ｃ（ｓ） → Ｍ（ｓ）＋ＣＯ（ｇ） ［１］ （２）［１］での発生ガスと金属粉末酸化物との反応
（還元反応） ＭＯ（ｓ）＋ＣＯ（ｇ） → Ｍ（ｓ）＋ＣＯ₂（ｇ） ［２］ （３）［２］の発生ガスと炉体（カーボン）との反応 ＣＯ₂（ｇ）＋Ｃ（ｓ） → ２ＣＯ（ｇ） ［３］ （４）［３］発生ガスと金属焼結品との反応（浸炭反
応） Ｍ（ｓ）＋２ＣＯ（ｇ） → （Ｍ、Ｃ）＋ＣＯ₂（ｇ） ［４］ 但し、Ｍ：金属粉末 ｓ：固体 ｇ：気体

【０００５】本発明は、上記事情を背景としてなされた
ものであり、焼結時の製品の浸炭反応を有効に防止し、
よって低炭素で高品質の焼結品を効率よく得られる金属
粉末焼結炉を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の金属粉末焼結炉のうち第１の発明は、炉体内部
に構成部材としてのカーボン材を含む金属粉末焼結炉に
おいて、前記炉体内に配置される金属粉末成形体を覆っ
て該金属粉末成形体と前記カーボン材とを隔離するセラ
ミックス製カバーを有することを特徴とする。

【０００７】また、第２の発明の金属粉末焼結炉は、第
１の発明において、セラミックス製カバーが、焼結体を
載置して積層する複数の載置台と該載置台の周囲端に形
成され、積層された載置台間に位置して周囲を囲む隔離
壁とによって構成されていることを特徴とする。

【０００８】なお、本発明の焼結炉は前記した目的に明
らかなように、射出成形により得られた成形体の焼結に
好適であるが、これに限定されるものではなく、成形体
に炭素成分を含み、焼結時に炭素成分の蒸散が生じる成
形体であれば同様に適用して浸炭を防止することができ
る。なお、成形体の成分、形状、用途は特に限定される
ものではなく、金属成分のみで構成されるものの他、非
金属のセラミックス成分等を混合したものであってもよ
い。

【０００９】次に、本発明の焼結炉は、炉体の内部に構
成部材としてカーボン材を含むものであり、一部にでも
カーボン材が含まれるものであれば適用可能である。ま
た、カーボン材が含まれる部材が特定のものに限定され
るものではなく、その部材も一つでも二つ以上でもよ
い。

【００１０】上記カーボン材と、炉体内に配置される金
属粉末成形体とは、セラミックス製カバーによって隔離
される。セラミックス製カバーは、金属粉末成形体を覆
うことにより上記隔離がなされる。したがって、セラミ
ックス製カバーは、できるだけ漏れなく成形体を覆うの
が望ましいが、その一方で、カバー内を完全に密閉して
しまうと、焼結の進行に従ってカバー内のカーボンポテ
ンシャルが高くなり、処理成形体が多いような場合に
は、特にカーボンポテンシャルが高くなるカバー内部の
上部側で一部的に浸炭反応を起こすおそれがある。この
ため、カバーには成形体から蒸散したガスがカバー外に
移動できる小隙間を確保するのが望ましい。特に、炉体
内部を減圧雰囲気とする場合には、圧力差によって上記
小隙間から容易にガスが排出されるとともに、カバー外
からのガスの侵入が阻止されるので小隙間が有効に機能
する。

【００１１】しかるに第２の発明におけるカバーは、載
置台同士の重ねあわせ部分で比較的小隙間が形成されや
すく、上記ガスの排出が円滑になされるという利点を有
している。また、第２の発明のカバーは、載置台の積み
重ねによってカバーが構築されるので、カバーを配置す
るための手間が不要であり、カバーを配置したり移動し
たりするスペースも節約できる。

【００１２】なお、本発明のカバーには、一酸化炭素や
炭酸ガスと反応しにくく、化学的にも熱的にも安定した
セラミックス製のものが用いられる。例えば、アルミ
ナ、ジルコニア、マグネシア等を用いることができる。
なお、これらセラミックス製カバーとしては多孔性のも
のを用いることも可能であり、これにより上記した小隙
間としての機能を得ることも可能である。

【００１３】すなわち、本発明によれば、焼結時に成形
体から発生した炭素成分ガスが炉体内のカーボン材と反
応すること、および斯かる反応の結果生じた炭素成分ガ
スがさらに成形体と反応して浸炭現象を生じることを確
実に防止する。この結果、焼結品の品質が向上するとと
もに品質のばらつきも小さくなり、さらに、より多くの
成形体を一度に焼結処理することが可能になり、製造効
率が大幅に向上する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態を図
１、２に基づいて説明する。炉体１は、排気口１ａを除
いて密閉構造からなり、上記排気口１ａに図示しない真
空引き装置が接続されている。一方、炉体１内には、カ
ーボン製の断熱ボックス３が配置されており、該断熱ボ
ックス３内に、同じくカーボン製のヒータ２とカーボン
製の輻射用タイトボックス６が配置されている。さら
に、該タイトボックス６内には、積層した複数の載置台
５…５と、これに載置された金属粉末射出成形体４が配
置されており、図２に示すように、この載置台５を覆う
ようにセラミックス製（材質：アルミナ）カバー７が配
置されている。

【００１５】上記焼結炉を用いて焼結を行うと、金属粉
末成形体４…４は、従来と同様に、ヒータ２によって加
熱され、焼結が進行する。この際に発生した炭素成分ガ
スは、炉体１内のカーボン材との接触が極力防止され、
成形体４が浸炭されるのを防止する。なお、この際にカ
バー７に小隙間を確保しておけば、炉体１内が減圧雰囲
気に調整されていることからカバー７内で発生した炭素
成分ガスが積極的にカバー７外に排出され、しかも、カ
バー７内外での圧力差によって炭素成分ガスが再度カバ
ー７内に侵入するのが防止される。上記のように成形体
の浸炭が防止されることにより、得られる焼結品の品質
が向上し、品質のばらつきも小さくなる。また、炭素成
分ガスの悪影響が大幅に減じられることから、一度の焼
結で処理できる成形体の数が増え、生産効率が向上す
る。

【００１６】次に、他の実施形態を図３、４に基づき説
明する。この実施形態では、成形体載置台１０をセラミ
ックス製とし、さらに載置台１０の四周に隔離壁として
同材料で立上がり壁１０ａを形成したものであり、載置
台１０、１０同士を積み重ねた際に、立上がり壁１０ａ
で上方の載置台１０が支持されるとともに、立上がり壁
１０ａ内の空間が、立上がり壁１０ａと上方の載置台１
０の底面とによりほぼ塞がれる。ただし、立上がり壁１
０ａと上方載置台１０の下面とは完全には密着しておら
ず、僅かな隙間が確保されている。

【００１７】上記載置台１０は、それぞれに複数の成形
体４…４を載置し、互いに積層して焼結炉内に配置され
る。そして、最上段の載置台１０の開口部には、載置台
１０と同材質のセラミックス製の蓋１１を被せる。な
お、本実施形態の焼結炉は、セラミックス製カバーが上
記立上がり壁付き載置台で兼用されている点を除いて
は、上記実施形態の焼結炉と同一構造を有しており、セ
ラミックス製カバーでいえば、前記実施形態が一体型、
本実施形態が分割型といえる。この焼結炉内で成形体の
焼結を行えば、前記実施形態と同様に、成形体の浸炭が
防止され、良好に焼結がなされる。なお、この実施形態
においてもカバー（立上がり壁付き載置台）には小隙間
が確保されており、成形体周辺でカーボンポテンシャル
が上昇するのを防止する。

【００１８】

【実施例】従来の焼結炉と実施形態に示した一体型カバ
ーと分割型カバー（いずれもアルミナ）とを有する焼結
炉とを使用して、載置台の積層段数を変えて焼結実験を
行った。なお、射出成形体としては、ＳＵＳ３０４Ｌ材
を使用し、焼結では、徐々に昇温しつつ１２００℃まで
を真空雰囲気、それ以降をアルゴン雰囲気として、１３
５０℃で昇温を止めて同温度に所定時間維持した後、冷
却した。上記焼結により得られた焼結品のカ−ボン含有
量を測定し、その結果を表１に示した。表１から明らか
なように、従来の焼結炉では、炭素含有量が段数を増や
すに連れて明らかに高くなっており、５段目以降では溶
融の不具合も生じている。一方、本発明では、いずれも
炭素含有量は小さく、浸炭が有効に防止されている。な
お、一体型カバーにおいて７段目において炭素含有量が
増量しているが、これは、カバー内部のカーボンポテン
シャルが高くなり、その結果、若干の浸炭現象が生じた
ものと考えられる。これに対し、分割型では、段数の増
加に拘わらず炭素含有量の増量はなく、小隙間により、
上記ポテンシャルが高くなるのを有効に防止している。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の焼結炉に
よれば、炉体内部に構成部材としてのカーボン材を含む
金属粉末焼結炉において、前記炉体内に配置される金属
粉末成形体を覆って該金属粉末成形体と前記カーボン材
とを隔離するセラミックス製カバーを設けたので、焼結
時に成形体から発生する炭素成分ガスに起因して成形体
が浸炭されるのを防止して、品質が良好な焼結品を効率
よく製造することができる。

【００２１】また、セラミックス製カバーを、焼結体を
載置して積層する複数の載置台と該載置台の周囲端に形
成され、積層された載置台間に位置して周囲を囲む隔離
壁とによって構成すれば、上記効果が得られるととも
に、載置台の積層によってカバー機能を得ることがで
き、作業が簡略化されるという効果がある。また、載置
台による重ね合わせ面が多くなるので、小隙間が容易に
確保され、成形体周辺でカーボンポテンシャルが高くな
るのを防止する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態を示す正面一部断面図で
ある。

【図２】 同じく載置台にカバーを覆う状態を示す斜視
図である。

【図３】 他の実施形態に使用される載置台の斜視図で
ある。

【図４】 同じく焼結炉の正面一部断面図である。

【図５】 焼結に用いられる載置台および積層状態の斜
視図である。

【図６】 従来の焼結炉を示す正面一部断面図である。

【符号の説明】

１ 焼結炉 ２ ヒータ ３ 断熱材 ４ 射出成形体 ５ 成形体載置台 １０ 成形体載置台 １０ａ 立上がり壁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉体内部に構成部材としてのカーボン材
   を含む金属粉末焼結炉において、前記炉体内に配置され
   る金属粉末成形体を覆って該金属粉末成形体と前記カー
   ボン材とを隔離するセラミックス製カバーを有すること
   を特徴とする金属粉末焼結炉
2. 【請求項２】 セラミックス製カバーは、焼結体を載置
   して積層する複数の載置台と該載置台の周囲端に形成さ
   れ、積層された載置台間に位置して周囲を囲む隔離壁と
   によって構成されていることを特徴とする請求項１記載
   の金属粉末焼結炉