JPH1136003A - 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から成る金属
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で金属粉末に有機溶剤、および有
機樹脂の１種または２種以上を加えて混合して特定の粘
度のスラリーを形成し、工程２で前記スラリーを特定の
圧力で冷却した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、減圧または常圧して昇温
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製造する方
法。 【効果】 金属粉末に有機溶剤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
等から成る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主成分とするバインダ
ーとを混合して、射出成形によりグリーンボディを形成
した後、脱脂して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例えば、特公平３−４６５
２２号公報に記載されているように射出成形法として一
般に行われている。しかしながら、これらの従来の射出
成形法では、大型の成形体を製造しようとしても、正確
な成形や脱脂が困難なために、せいぜい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
スラリーを成形・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
製造が可能になったが、さらに、製造方法を改良するこ
とにより、高品質の製品の製造が可能になることがわか
った。

【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とし、このスラリ
ーを成形・凍結した後、バインダーを昇華して除去し、
次いで焼結して金属焼結体を製造する方法において、原
料の金属粉末を含むスラリーの粘度や射出成形の条件を
定めることにより、従来法に比べ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ものである。

【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金属粉末に有機溶剤、および有機樹脂
の１種または２種以上を加えて混合して特定の粘度のス
ラリーを形成し、工程−２前記スラリーを特定の圧力で
冷却した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（１）において、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の焼結を行う方法。 （３） 前記（１）において、工程２の代わりにスラリ
ーを常温の金型に注入し、その後冷却して凍結成形体を
形成する方法。 （４） 前記工程１において、金属粉末をカップリング
剤により処理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】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。まず、金属粉末、有機溶剤、および有機樹脂から
構成される焼結体原料の１種または２種以上の混合物を
混合して金属粉末の粉末充填量が高いスラリーを作る。
これらの混合にはミキサーを使用する。

【０００８】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。なお、金属粉末の粒径は、
０．１〜１００ミクロンのものが良く、整粒または混粒
のいずれでも適宜使用することができる。

【０００９】ここで、本発明において用いる有機溶剤と
しては、ベンゼン、トルエン、プロバナール、メチルエ
チルケトン、シクロヘキサノン、メタノール、エタノー
ル、プロパノール、グリセロール、ネオベンチルアルコ
ール、ギ酸、ホルムアミド、ピリジン、ジオキサン、メ
タン（クラスレイト化合物を含む）、エタン、ブタン、
イソブタン、ヘキサン、シクロヘキサン、アセトニトリ
ル、アセトアミド、ε−カプロラクタム、クロトン酸、
ナフタレン、フェノールおよびこれらの混合物から選択
したものである。

【００１０】また、本発明において用いる有機樹脂と
は、アクリル酸をベースとするポリマーの高分子電解
質、酸化トリグリセリド、ソルビタンエステル、リン酸
エーテル、コハク酸ジエステル、アミンオキシド、アル
キルベタイン、珪素化合物の単独またはこれらの混合物
から選択したものである。また、一層金属粉末の粉末充
填量が高いスラリーをつくるためには、金属粉末をカッ
プリング剤による処理を行う。

【００１１】さらに、カップリング剤としては、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。

【００１２】本発明において、金属粉末、有機溶剤、お
よび有機樹脂から構成される金属焼結体原料へのカップ
リング剤の添加方法は、特に限定されるものではなく、
これらの金属焼結体原料の１種または２種以上の混合物
に適宜添加し、その後全体を混合してスラリーを形成さ
せればよい。

【００１３】例えば、一方で、有機溶剤とカップリン
グ剤を混合したものを、他方で金属粉末と有機樹脂を混
合したものに加えて両者を混合する方法。 一方で、金属粉末にカップリング剤を添加して混合し
たものに、他方で有機溶剤と有機樹脂を混合したものの
両者を混合する方法。 金属粉末、有機溶剤、および有機樹脂の混合物にカッ
プリング剤を添加して混合する方法等がある。

【００１４】また、他方では、金属粉末と、有機樹脂と
を混合した混合物をつくる。次に、これら両者の混合物
を一緒にして更に混合してスラリーを形成させる。この
方法によれば、均一で安定したスラリーを形成すること
ができる。

【００１５】次に、前記の工程−１の処理によって形成
されたスラリーの粘度は、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０．１〜８万ＣＰのものが良い。次いで、このス
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。

【００１６】この際のスラリーを射出圧力は１０００ｋ
ｇ／ｃｍ² 以下が良く、より好ましくは７０〜５００ｋ
ｇ／ｃｍ² の範囲が良い。また、スラリーは射出成形機
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。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特開
平７−１６６２０８号公報に開示の技術を使用するのが
好ましい。

【００１７】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
有機溶剤、有機樹脂、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。なお、本発明で製造する製品の大きさは約２ｋ
ｇもの大型の製品が可能である。

【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、金属粉末に有機溶剤を
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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工程−１金属粉末に有機溶剤、および有機
   樹脂の１種または２種以上を加えて混合して特定の粘度
   のスラリーを形成し、 工程−２前記スラリーを特定の圧力で冷却した金型に注
   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】請求項１において、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
   行う方法。
3. 【請求項３】請求項１において、工程２の代わりにスラ
   リーを常温の金型に注入し、その後冷却して凍結成形体
   を形成する方法。
4. 【請求項４】前記工程１において、金属粉末をカップリ
   ング剤により処理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。