JPS61213331A - 改良された成形用型の製作法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は吸引成形型、特に吸引成形または真空成形に有
用な多孔質通気構造を有する焼成体とその製作法に関す
る。さらに詳しくいえば、該成型体が、金属酸化物粉末
の分散した、ち密な硬化シェル層と内部の未焼成バッキ
ング層を有し、型全体が気孔率１〜５０％の多孔質構造
となっていることを特徴とする、耐久成形型の改良され
た製作法に関する。

発明の技術的背景および問題点 鉄系金属または鉄、ニッケル、アルミニウムから選ばれ
た一種又は二種以上の金属粉末とセラミック粉末を主た
る骨材とする複合焼成体を成型するにあたり、その骨材
混合物に硬化過程で蒸発する成分を含む粘結材を重ｌ比
で（１〜５）　：　（１〜５）＝１に混合してスラリー
状物とした後、型に流し込んで一次成型体とし、これを
自然乾燥又は／及び一次焼成した後、型から取り出して
３００℃以上の高温下で二次焼成する手法が提案されて
いる（特開昭６０−６２４１＠、特開昭６０−６２４２
号、及び特開昭６０−６２４３号）。この手法による場
合すぐれた多孔質通気構造焼成体が得られるが、焼成前
の固化成型物の強度、すなわちグリーン強度が必ずしも
充分ではなく、型から取り出す際に部分的に破損したり
、あるいは焼成時にひび割れが生ずることがあるなどの
欠点があり、これらを改良して歩留りの向上することが
考えられた。

また特に転写性をよくするためには、骨材の粒度は小さ
いほど良いことが分っているが、従来技術では上記欠点
のために５０μ程度が限界であり、この点も改良するこ
とが望まれた。

発明の目的 本発明の目的とする所は、改良されたグリーン強度を有
する一次成型体、特に骨材混合物と粘結材を配合してな
るスラリー状物を、型内で自然乾燥又は／及び一次焼成
したグリーン成型体の強度を改善して、取り扱い作業性
の向上を図り、更に高温下での二次焼成時のひび割れを
防止した、改良された製作法を提供する事にある。

発明の概要 本発明は、鉄系金属又は鉄、ニッケル、アルミニウムか
ら選ばれた一種又は二種以上の金属粉末（Ａ）とセラミ
ック粉末（Ｂ）を骨材とし、これに硬化過程で蒸発成分
を含む粘結材（Ｃ）および共役ジオレフィン低重合体又
は／及びその誘導体からなる添加物（Ｄ）を、Ａ：Ｂ：
Ｃ：［）が重量配合比で（１〜５）：　（１〜５）：１
：（０，０５〜０．５）に配合し、これに鋼繊維（、Ｅ
）を０〜５０容侭％混合したスラリー状物を流し込み成
型し、成型体を自然乾燥または／及び一次焼成したのち
、酸化性雰囲気中で焼成温度３００〜１３００℃で焼成
することを特徴とする、多孔質でかつ表面にち密な硬化
シェル層を有することにより、前記固化成型体のグリー
ン強度を高め、かつ二次焼成時のひび割れを防止するこ
とを特徴とする、多孔質複合成型体の製作法に関するも
のである。

さらに従来技術ではクラック等の発生のおそれがあるた
めに、使用に制限のあった５０μ以下の粒度の骨材を用
いて、優れた成型体、すなわち表面粗さが改善され、転
写性の良好な成型体を得ることができる。

さらに予期しなかった効果として、前記添加物（Ｄ）の
使用により、焼結後の複合成型体の強度の向上がみられ
たが、このことは当該複合成型体の用途範囲が拡がるこ
とを意味し、好ましい結果である。

これは特に前記添加物が、不飽和結合又は／及び他の適
当な極性基を有する誘導体である時に、著しく効果を発
揮することから推量して、おそらく顔料骨材である金属
粉末あるいはセラミック粉末の表面の濡れが改善された
ために、当該スラリー状物の粘性が改善された結果、充
填密度が向上したものと思われ、本発明の所期の目的で
ある、グリーン強度の改善の機作と密接に関連している
ものと考えられる。

本発明で用いる添加物（Ｄ）を構成する共役ジオレフィ
ン低重合体とは、ブタジェン、イソプレン、１．３−ペ
ンタジェン、シクロペンタジェン、１．３−オクタジエ
ンなどの、通常炭素数４〜８の共役ジオレフィン１種の
重合体、これら２種以上の共重合体及びこれら共役ジオ
レフィンの１種以上を主成分（４０ｗｔ％以上）として
、スチレン、ビニルトルエン、アクリル酸及びそのエス
テル類、アクリロニトリル、酢酸ビニル等のビニル単量
体、その他フェノール類、ロジン酸等との低共重合体を
いう。

該共役ジオレフィン低重合体の重合方法は特に限定され
ることはなく、それぞれの単量体又はそれらの組み合せ
に適した重合方法を採用してよく、アルカリ金属もしく
はその有機金属化合物を用いるアニオン重合、フリーデ
ルクラフッ触媒などを用いるカチオン重合、ニッケル等
の遷移金属触媒を用いる配位アニオン重合、ラジカル開
始剤を用いるテロメリゼーション法或いは熱重合法のい
ずれの方法も可能である。

本発明においては、これらの重合体の誘導体も好適に使
用出来る。誘導体としては、これら重合体中に、酸基、
エポキシ基、ヒトＯキシル基、アミン基、メルカプト基
等を導入したものが用いられる。これらの例としては、
重合体に無水マレイン酸を付加したもの、或いはその付
加物をアルコール類でエステル化したもの、重合体をエ
ポキシ化したもの、エポキシ化後さらにアミン、酸、メ
ルカプタン等を反応させたもの等である。

該添加物（Ｄ）を構成する共役ジオレフィン低重合体又
はその誘導体の分子量は、かなり広範囲に選ぶことが出
来るが、通常、数平均分子１１３００〜６０，０００．
好ましくは５００〜２０．０００である。分子量が低過
ぎると所望の強度が得られず、また、あまり高過ぎる場
合は、粘結材（Ｃ）との相溶性が悪くなり、或いはスラ
リー状物から溶出、分離してくるなどの不都合が生ずる
。

さらに本発明を円滑に実施するためには、適当な溶剤を
用いることが推奨されるが、その場合に重合体の分子量
が高過ぎると、溶液粘度が高くなって良好なスラリー状
物が得られず、或いは作業性に難点が生ずる その場合の溶媒は、該共役ジオレフィン低重合体或いは
その誘導体の良溶媒であれば特に限定されないが、ベン
ゼン、トルエン、キシレン等の芳香族溶媒、塩化メチレ
ン等の含ハロゲン溶媒、エタノール、イソプロピルアル
コール等のアルコール類、プチルセＯツル７等のセロソ
ルブ類等任意に選ぶことが出来る。特に好ましい溶媒は
、アルコール類及びセＯソルプ類である。

金属粉末（Ａ）の内、鉄系粉末としては、鋳鉄粉、電解
粉、純鉄粉等の鉄粉や銅粉等が用いられる。この内鋳鉄
粉は焼成時に遊離カーボンの燃焼により、気孔形成を促
進する利点がある。

セラミック粉末（８）としては、高温での変形率が小さ
く、金属粉末（Ａ）と接合し易いもの、例えばムライト
、焼成アルミナ、活性アルミナ、電融アルミナ、クロマ
イト、シリマナイト等で代表される中性系のもの、溶融
シリカ、ジルコニウム、溶融ジルコンで代表される酸性
系のものが一般に適当であるが、マグネシア質で代表さ
れる塩基性のものや滑石等も用いることが出来る。

硬化過程で蒸発する成分を含む粘結材（Ｃ）としては、
オルトメチルシリケート、エチルシリケート、オルトｎ
−ブチルシリケート、或いはそれらの縮合体等で代表さ
れるシリカゾルやコロイダルシリカ等が用いられる。ざ
らにこの場合、該粘結材と反応して硬化反応を促進する
、適当な触媒、例えば有機又は無機の酸或いは塩基を併
用することも可能である。

鋼繊Ｈ（Ｅ＞としては、一般にステンレス系のものが適
当といえる、快削鋼等も用いることが出来るが、例えば
ビビリ振動切削法等で生成したものが適当といえる。

前記鉄系粉末又は鉄、ニッケル、アルミニウムから選ば
れた一種又は二種以上の金属粉末（Ａ）とセラミック粉
末（Ｂ）と粘結材（Ｃ）との配合比は重量比で概ね（１
〜５）：　（１〜５）＝１が好ましく、この配合比によ
り強度、通気性、熱伝導性、表面性状等の緒特性をバラ
ンス良く得ることが出来る。ここで配合比の下限を規定
したのは、成形型として使用可能な最低限の強度を得る
のに必要だからであり、上限を規定したのは、骨材が多
過ぎると成型性の面から、粘結材の被覆能を低下させ、
強度の低下や型表面の安定性劣化を生じさせるからであ
る。金属粉末の上限を規定したのは、セラミック粉末と
粘結材の配合が迩切であっても、金属粉末が過剰となる
と十分な強度が得られず、かつまた必要以上の多孔質化
により表面性状が悪化し、転写性が損なわれるからであ
る。粘結材は骨材の接合に必要であると共に、通気性の
具現のために必要である。

本発明の添加物（Ｄ）は粘結材による骨材の接合を助け
て、より強固にすると共に、骨材（Ａ）、（Ｂ）と粘結
材（Ｃ）からなるスラリー状物の粘性を改善し、表面粗
さの改善された、かつグリーン強度の優れた成型体を得
るために用いられる。

その使用量は基本配合に対して（０，０５〜０゜５）が
適当である。添加物（Ｄ）の量が少ないと所望の強度が
得られず、また多過ぎるとスラリー状物の組成不均一を
きたして、かえって強度が低下し或いは再現生が悪くな
る。

鋼繊維を併用する場合、その添加量は特に制限はないが
、概ね０〜３０容量％、好ましくは０〜２０容量％で好
結果が得られる。鋼繊維の多過ぎる添加はファイバーボ
ールを生じやすく、成型性を低下させる場合がある。

金属粉末の粒径は、一般に最大寸法で５〜５００μ−が
セラミック粉末は同じく最大寸法で５〜３００μ■が望
ましい。本発明の添加物の使用により骨材の充填が密に
なり、転写性の向上に有効な、より小さい粒径の骨材の
使用が可能であるが、５μ−以下の骨材を用いるとクラ
ックの発生が避は難くなる。それぞれの上限を規定した
のは強度の点、および多孔質化が過剰となって、型面性
状を低下させるからである。

ｔｊ４ｔＪＡＮは型の大きさなどにより、例えば長さ１
〜３０μｍ１太さ２０〜４００μｍの範囲のものを適当
に選択すればよい。

前記のようにして選んだ各々の構成成分（Ａ）、（Ｂ）
、（Ｃ）、（Ｄ）および必要な場合は（Ｅ）を添加して
良く混合し、所定の型に流し込み、必要によってはバイ
ブレータ−等で振動を与えることにより充填を十分行な
い、通常約３０分静置した後脱型し、ついで自然乾燥又
は／及び一次焼成を行なう。これは次の二次焼成工程で
の亀裂の発生や歪発生の防止を図ると共に、粘結材およ
び添加物に含まれるアルコール分等を蒸発せしめること
により、多孔質化を図るためであり、前者の自然乾燥は
１〜４８時間のごとき範囲から選ぶ。後者の一次焼成は
、脱型後の成型体をトーチランプ等で、直接着火するこ
とにより行なえばよい。

この自然乾燥又は／及び一次焼成工程の終った成型体は
、全体に通気性を有しており、無加圧注型用などとして
、そのまま使用することが可能である。しかしなお機械
強度が低く、耐久性の低下は否めないため、本発明は、
自然乾燥又は／及び一次焼成の終った成型体を酸化性雰
囲気条件で二次焼成する。酸化性雰囲気は空気でもよい
し、酸素供給を配慮した酸素富化空気などでもよい。焼
成条件は各成分の配合比、型寸法、目的とする気孔率等
にもよるが、一般に焼成温度３００〜１３００℃、焼成
時８１時間以上が好ましい。

焼成温度の下限を３００℃、焼成時間の下限を１時間と
したのは、それ以下であると焼成が不十分となって、本
発明の特徴である、ち密な硬化シェル層が形成されず、
耐久型として必要な強度が得られないからである。焼成
温度の上限を１３００℃としたのは、硬化シェル層が形
成されるものの、表面が荒れて転写性が損なわれるから
である。

焼成時間は長いほど大きい強度が得られるが、硬化シェ
ル層は限度以上は成長せず、かえって表面の荒れや生産
性の低下をもたらす。型寸法等にもよるが、最長でも４
８時間を限度とするのが好ましい。

なお本発明において、通気性（気孔率）を調整するには
、金属粉末（Ａ）とセラミック粉末（Ｂ）の種類、粒径
配合比、流し込み成型の際の振動やスクイズ条件などを
、目的とする成型体の必要強度などを考慮して、任意に
設定すればよい。通常得られる気孔率は１〜５０％の範
囲であり、圧縮強度は約３００〜２０００ｋｏ／ｃｓ２
の特性を備えているが、２０００ｋＭｃｇ＋２以上の強
度を得ることも不可能ではない。

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明する。

止車［ 金属粉末（Ａ）として鋳鉄粉（粒度１００μアンダー）
、セラミック粉末（Ｂ）として合成ムライト粉（粒度１
００μアンダー）を用い、粘結材（Ｃ）としてエチルシ
リケートを用い、それ等の配合比（重層化）を２５：２
５：１０にとって均一に混合攪はんし、所定の型枠に流
し込み硬化させ、そのまま３０分放置後、型から取り出
し、長さ２０１１１１１１直径１０ｍｍ（以下２０ｍｍ
ｘ　１０ｍｍφと記す）の円柱形の成型体（ａ　＞を得
た。得られた成型体に直接着火して３０分一次焼成を行
ない、次いで電気炉に装入して大気条件にて、９００℃
×５時間焼成を行ない、複合成型体（ｂ　）を得た。

１１Ｌ 金属粉末（Ａ）として鋳鉄粉（粒度５０μアンダー）、
セラミック粉末（Ｂ）として合成ムライト粉（粒度５０
μアンダー）、粘結材（Ｃ）としてエチルシリケートを
用い、それ等の配合比、Ａ：Ｂ：Ｃが重量比で２５：２
５：１０になるように均一に混合攪はんしてスラリー状
混合物を作り、このスラリー状物を、しぼ模様を付した
マスターモデルに流し込み硬化させ、脱型模４８時間自
然乾燥後、酸素富化条件の焼成炉で９００℃×６時間処
理し、吸引成形型（Ｃ）を得た。また同様の操作で２０
ａ＋ｍｘ　１０ａ＋ｍφの円柱型のグリーン成型体（ｄ
）および焼成成型体（ｅ　’）の二種の試験片を作成し
た。

Ｌｉｉ上 ジシクロペンタジェン（ＤｑＰＤ）とアリルアルコール
共重合体のイソプロピルアルコール溶液（５０％）を、
比較例１に従って得たスラリー状物の６０ｇに対して２
ｇ添加して成型し、焼成前の試験片（ｆ　）　、９００
℃×５時ｌＩｌ焼成後の試験片１ｏ　）を得た。それぞ
れの試験片の圧縮強度を求め、比較例１の試験片、＜ａ
　＞、（ｂ　）の値と共に表１に示す。

表１から本発明の添加物を用いることによって、該成型
物のグリーン強度が向上していること、さらに焼成後の
強度の著しい改善がみられることが明らかである。

１１九り 分子１１８００の液状ポリブタジェン（ＬＰ８と略す）
を常法に従ってエポキシ化し、オキシラン酸素が６．５
％のエポキシ化ＬＰＢを得た。これにジメチルアミンを
付加させて、ＬＰＢ誘導体−Ａを得た。このＬＰＢＮ導
体−Ａのエチルセロソルブ溶液（５０％）を、比較例２
に従って得たスラリー状物６０ｏに対して２ｇ添加して
成型し、約３０分放置後脱型し、９００℃×６時間焼成
した。焼成前後の試験片の圧縮強度の値を比較例２で得
た結果とともに表２に示す。

表２からＬＰＢ誘導体−Ａの添加により、該成型物のグ
リーン強度、焼成後の強度共に向上していることが明ら
かである。

又一般に成型体の気孔率を高くするために粘結材の量を
増加させると得られた成型体の強度は低下するが、本発
明の添加物を併用することにより、高い気孔率でも充分
の強度が得られることも表２から明らかである。

衷ｍ 所定の方法で合成した各種低重合体及びそれらの誘導体
を添加物（Ｄ）として、実施例１の方法に準じて焼成前
ならびに焼成後の成型体を作成し、それぞれの圧縮強度
を測定すると共に、各々の表面状態を観察した。その結
果を表３に示す。

表３から本発明の添加物を用いることにより、該成型体
の表面粗さが改善されると共に、焼成前後の圧縮強度の
向上が著しい事が明らかである。

１ｍ 金属粉末（Ａ）としてニッケル粉末（１２５μアンダー
）、セラミック粉末（Ｂ）として活性アルミナ（１５０
μアンダー）を用い、粘結材（Ｃ）としてエチルシリケ
ートを、添加物（Ｄ）としてエポキシ化ＬＰＢ（Ｄ−１
）、フェノール付加しＰａ　（Ｄ−２＞を添加し、これ
にステンレスｉｉｍ（長さ１００μｍ１太さ２０μｍ）
を５％加えて混合し、得られたスラリー状物をしぼ模様
を付したマスターモデルに流し込み硬化させ成型体を得
た。同様にして２０１１１１Ｘ　１０１１φの試験片を
作成し、圧縮強度を測定し結果を表４に示す。

′ｍ″：液状ポリブタジエン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕鉄系金属又は鉄、ニッケル、アルミニウムから選
   ばれた一種又は二種以上の金属粉末（Ａ）とセラミック
   粉末（Ｂ）を骨材とし、これに硬化過程で蒸発成分を含
   む粘結材（Ｃ）および共役ジオレフィン低重合体又は／
   及びその誘導体からなる添加物（Ｄ）を、Ａ：Ｂ：Ｃ：
   Ｄが重量配合比で（１〜５）：（１〜５）：１：（０．
   ０５〜０．５）に配合し、これに鋼繊維（Ｅ）を０〜５
   ０容量％混合したスラリー状物を流し込み成型し、成型
   体を自然乾燥又は／及び一次焼成したのち、酸化性雰囲
   気中で焼成温度３００〜１３００℃で焼成することを特
   徴とする、多孔質でかつ表面に、ち密な硬化シェル層を
   有する、改良された複合成型体の製作法。 〔２〕共役ジオレフィン低重合体およびその誘導体の数
   平均分子量が３００〜６０，０００であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の複合成型体の製作法。 〔３〕該複合成型体が、金属酸化物粉末の分散した、ち
   密な硬化シェル層と、内部の未焼成バッキング層を有し
   、型全体が気孔率１〜５０％の多孔質構造となつている
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項および第２項
   記載の複合成型体の製作法。