JPH1136002A - 高品質の金属焼結体を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は金属およびその合金等の金属粉末の
原料から、高品質の金属焼結体を製造する方法に関する
ものである。 【解決手段】 工程１で金属粉末に水および添加剤の１
種または２種以上を加えて混合し、特定の粘度のスラリ
ーを形成し、工程２で前記スラリーを冷却した特定の圧
力で金型に注入して凍結成形体を形成し、工程３で前記
凍結成形体を真空、減圧または常圧にて昇温し、バイン
ダーを昇華し、工程４で前記成形体を焼結することを特
徴とする高品質の金属焼結体を形成する方法。 【効果】 金属粉末に水を主成分として各種の添加剤を
添加して混合したスラリーの粘度および型への射出圧力
の範囲を適正にコントロールして凍結成形体を形成する
ので、その後の焼結処理により製造した焼結晶の密度が
高く品質が極めて優れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属およびその合金
等の金属粉末の原料から、高品質の金属焼結体を製造す
る方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属およびその合金やセラミックス等の
無機粉末の原料と熱可塑性樹脂を中心とする有機バイン
ダーとを混合して、固形のコンパウンドを作り、このコ
ンパウンドを用いて射出成形した後、脱脂して有機バイ
ンダーを除去し、次いで焼結して無機焼結体を製造する
方法は、特公平３−４６５２２号公報に記載されている
ように射出成形法としてよく知られている。しかしなが
ら、従来の射出成形法では、大型の製品を製造しようと
試みても、成形や脱脂が困難なために、高々１００ｇ程
度の重量の製品を製造するのが限界であった。

【０００３】そこで、最近このような問題を解決する優
れた技術として、無機粉末の原料と有機溶剤と有機樹脂
よりなるバインダーとを混合してスラリーを作り、この
コンパウンドを成形・凍結した後、バインダーを昇華除
去し、次いで焼結して無機焼結体を製造する方法が開発
されてきた。（公表特許公報平２−５０３０１２、平２
−５０３０１３）この方法によれば、大型の無機焼結体
の製造が可能になってきたが、さらに、高品質の製品を
製造するには、製造方法を改良して行くことが重要であ
ることが判ってきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は金属粉末の原
料とバインダーとを混合してスラリーを作り、このスラ
リーを用いて成形・凍結した後、昇華してバインダーを
除去し、次いで焼結して金属焼結体を製造する方法にお
いて、原料の金属粉末を主成分とするスラリーの粘度や
射出成形の条件を定めることにより、従来法に比較して
格段に優れた高品質の製品を製造することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは特許請求の範囲に記載したように、以下の手段を順
次探るものである。すなわち、 （１） 工程−１金属粉末に水および添加剤の１種また
は２種以上を加えて混合し、特定の粘度のスラリーを形
成し、工程−２前記スラリーを冷却した特定の圧力で金
型に注入して凍結成形体を形成し、工程−３前記凍結成
形体を真空、減圧または常圧にて昇温し、バインダーを
昇華し、工程−４前記成形体を焼結することを特徴とす
る高品質の金属焼結体を製造する方法。

【０００６】（２） 前記工程−１において、添加剤が
分散剤と凍結防止剤から構成されていることを特徴とす
る（１）に記載の高品質の金属焼結体を製造する方法。 （３） 前記工程−１において、添加剤が分散剤、凍結
防止剤および消泡剤から構成されていることを特徴とす
る（１）に記載の高品質の金属焼結体を製造する方法。 （４） 前記工程−２において、スラリーを常温の金型
に注入し、その後冷却して凍結成形体を形成することを
特徴とする（１）に記載の高品質の金属焼結体を製造す
る方法。

【０００７】（５） 前記工程−３の後に仮焼結を行っ
て、残余バインダーを除去した後に工程−４の焼結を行
うことを特徴とする（１）、または（３）に記載の高品
質の金属焼結体を製造する方法。 （６） 前記工程−１において、金属粉末をカップリン
グ剤による処理を行うことを特徴とする（１）に記載の
高品質の金属焼結体を製造する方法。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。最初に、金属粉末に水および添加剤の１種または
２種以上を加えて混合し、金属粉末の粉末充填量が高い
スラリーを形成する。これらの混合にはミキサーを使用
する。

【０００９】ここで、本発明における金属粉末とは、
鉄、鉄合金（例えば、ステンレス鋼、珪素鋼、工具鋼、
構造用鋼、鉄−ニッケル合金、鉄−コバルト合金等）、
ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金、コバル
ト、コバルト合金、アルミニウム、アルミニウム合金、
銅、銅合金、モリブデン、モリブデン合金、タングステ
ン、タングステン合金等の金属や合金またはこれらの金
属や合金の混合物である。また金属粉末の粒径は通常約
０．１〜１００μｍのものを使用する。

【００１０】また、本発明における添加剤とは、分散剤
と凍結防止剤または分散剤、凍結防止剤に消泡剤を加え
たものを称する。さらに、前記の分散剤とは、アミンや
イミン、例えばジまたはトリアルキルアミン、（ジエチ
ルアミン、トリプロピルアミン等）、トリアルカノール
アミン（トリエタノールアミン等）、ポリエチレンイミ
ン等や、アクリル酸に基づくポリマーまたはコポリマー
で特にナトリニウムまたはアンモニウム基を含有するも
のや、他のものとして、ポリ燐酸ナトリウム、カリウ
ム、またはアンモニウム、あるいは水溶性シリケートの
１種または２種以上を適宜組み合せたものである。

【００１１】また、本発明において用いる凍結防止剤と
しては、ジメチルスルホキシド、メタノール、エタノー
ル、イソプロパノール、エチレングリコール、ポリエチ
レングリコール、グリセリン、１、２−プロパンジオー
ル、ポリビニルピロリドン、尿素、糖、アミノ酢酸、グ
リセロール、ポリビニールアルコール、メチルセルロー
ス、エチルセルロースの１種または２種以上を適宜組み
合わせたものである。

【００１２】また、本発明において用いる消泡剤は、市
販のもの（例えば、ナルコ２３０９）を使用すればよい
が、この消泡剤は場合により、必ずしも添加する必要は
ない。

【００１３】本発明において、さらに金属粉末の粉末充
填量が高いスラリーを形成し、高品質の金属焼結体を製
造するには金属粉末をカップリング剤による処理を行
う。ここで、本発明において使用するカップリング剤
は、チタネート系カップリング剤やアルミネート系カッ
プリング剤があり、場合によってはシラン系カップリン
グ剤を使用してもよいが、通常はチタネート系カップリ
ング剤が好ましい。これらのカップリング剤は、添加・
混合することにより金属粉末の表面に被膜を形成し、金
属粉末のぬれ性、分散性を改善する効果を有している。

【００１４】本発明において、金属粉末へのカップリン
グ剤の添加方法は、特に限定されるものではなく、金属
粉末の表面を改善する効果を付与する方法であればどの
ような方法でもよい。例えば、 金属粉末にカップリング剤を添加して混合したもの
に、水および添加剤の１種または２種以上を加えて全体
を混合する方法。 添加剤の１種または２種以上にカップリング剤を添加
して混合したものを、金属粉末に加えて混合し、さらに
水を加えて全体を混合する方法。 水または添加剤の１種または２種以上にカップリング
剤を添加して混合したものを、金属粉末に加えて全体を
混合する方法等がある。

【００１５】本発明を実施する際には、最初に、金属粉
末に水および添加剤の１種または２種以上を加えて全体
を混合して、金属粉末の粉末充填量が高いスラリーを形
成させる。この際のスラリーの粘度はその後の金型への
注入をスムースに行わせるために１０万ＣＰ以下が良
く、より好ましくは０．５〜８万ＣＰのものが良い。

【００１６】次に、形成されたスラリーを射出成形機を
使用して、予め０〜−１００℃に冷却した金型に注入し
凍結成形体を形成する。この際の射出圧力は１０００ｋ
ｇ／ｃｍ² 以下が良く、より好ましくは５０〜５００ｋ
ｇ／ｃｍ² の範囲が良い。また、スラリーを射出成形機
を使用して、常温で金型に注入し、その後冷却して凍結
成形体を成形してもよい。

【００１７】このスラリーを射出成形して凍結成形体を
形成するには、連続的に製造が可能な技術として特開平
７−１６６２０８号公報に開示のものを使用するのが好
ましい。次いで、この凍結成形体を真空、減圧または常
圧乾燥装置により室温まで昇温させてバインダーを昇華
させて除去する。ここでバインダーとは、添加した水を
含む凍結防止剤、分散剤、カップリング剤である。次い
で、これを焼結炉で真空、減圧、または不活性ガスある
いは水素などの還元性雰囲気中で焼結して製品を製造す
る。なお、この本焼結に先立って同様な雰囲気中で仮焼
結を行ってもよいし、また仮焼結と本焼結を連続して行
ってもよい。

【００１８】また、本発明の用途としては、これらに限
定するものではないが、次のような用途に適用できる。
一般産業機械部品（例えば小型発電機セパレター、歯
車）、精密機械関係部品、ＯＡ機器部品、事務機器部
品、電機機器部品、電子機器部品、音響機器部品、通信
機器部品、医療関係部品（例えば人工骨、インプラント
材）、電車等車両関係部品（例えば大型ベアリングケー
ス）、船舶関係部品、航空機関係部品、自動車、オート
バイ関係部品（例えばエンジン、バルブ、カムシャフ
ト）、時計部品、ミシン部品、自転車部品、スポーツ用
品または部品（例えばゴルフ用具）、家庭用品、レジャ
ー、娯楽関係用品または部品（例えば釣具）、オモチャ
関係部品、土木建築関係部品、銃砲関係部品、美術品、
工芸品、装飾品、電気・磁気関係部品、磁性材料部品等
その他である。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、金属粉末に水を主成分
として各種の添加剤を添加して混合したスラリーの粘度
および型への射出圧力の範囲を適正にコントロールして
凍結成形体を形成するので、その後の焼結処理により製
造した焼結品の密度が高く品質が極めて優れており、そ
の技術的効果、経済的効果は極めて大きい。

フロントページの続き (72)発明者 藪田 忠嗣 東京都千代田区大手町１−６−１ 大平洋 金属株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工程−１金属粉末に水および添加剤の１種
   または２種以上を加えて混合し、特定の粘度のスラリー
   を形成し、 工程−２前記スラリーを冷却した特定の圧力で金型に注
   入して凍結成形体を形成し、 工程−３前記凍結成形体を真空、減圧または常圧にて昇
   温し、バインダーを昇華し、 工程−４前記成形体を焼結することを特徴とする高品質
   の金属焼結体を製造する方法。
2. 【請求項２】前記工程−１において、添加剤が分散剤と
   凍結防止剤から構成されていることを特徴とする請求項
   １に記載の高品質の金属焼結体を形成する方法。
3. 【請求項３】前記工程−１において、添加剤が分散剤、
   凍結防止剤および消泡剤から構成されていることを特徴
   とする請求項１に記載の高品質の金属焼結体を製造する
   方法。
4. 【請求項４】前記工程−２において、スラリーを常温の
   金型に注入し、その後冷却して凍結成形体を形成するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の高品質の金属焼結体を
   製造する方法。
5. 【請求項５】前記工程−３の後に仮焼結を行って、残余
   バインダーを除去した後に工程−４の焼結を行うことを
   特徴とする請求項１または請求項３に記載の高品質の金
   属焼結体を製造する方法。
6. 【請求項６】前記工程−１において、金属粉末をカップ
   リング剤による処理を行うことを特徴とする請求項１に
   記載の高品質の金属焼結体を製造する方法。