JP2001335810A

JP2001335810A - 金属繊維焼結体の製造方法

Info

Publication number: JP2001335810A
Application number: JP2000160398A
Authority: JP
Inventors: Susumu Nishikawa; 進西川; Toshihiko Hama; 敏彦濱; Yukinori Echigo; 幸憲越後; Seiji Okada; 成司岡田
Original assignee: Kogi Corp
Current assignee: Kogi Corp
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】加圧成形して形状が維持できないような金属
繊維であっても、熱間加圧成型法を用いずに多孔質の金
属繊維焼結体を製造でき、製造量を増加させる。【解決手段】加圧力を与えて金属繊維集合体を所望形
態に圧縮し、その加圧力を与えた圧縮状態に拘束し、そ
の拘束した状態で金属繊維を常圧焼結する。前記金属繊
維を圧縮するとき、金属繊維自体と反応しないスペーサ
ーを介して複数層に積層すると共に加圧力を厚さ方向に
与えて所望形態とする。スペーサーの材質は、ステンレ
ス系金属材料、黒鉛、耐熱性酸化物、耐熱性窒化物のな
かから選択された１又は複数のものからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属繊維を焼結し
て得られる多孔質焼結体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属繊維を用いて焼結体を作製する場
合、非常に高い圧力を加えれば、金属繊維が塑性変形す
るため、所望形状の成形体を作製でき、これを焼結する
ことにより略所望形態の焼結体を得ることができる。し
かし、この製法では気孔率５０％以上の多孔質な焼結体
を製造することは難しい。すなわち、圧縮して所望の形
状とするときに確実に所望の形状に塑性変形するまで圧
縮する必要があるため、その圧縮によって得られるもの
は、気孔率が５０％よりも小さくなってしまうからであ
る。逆に、気孔率５０％以上に加圧成形しようとして
も、焼結する金属繊維の加圧時における変形の相当部分
が弾性変形している状態であり、この状態では圧力を除
去すると嵩高となるから、加圧成形しても所望形状に成
形できないのである。

【０００３】このようなことから、気孔率５０％以上の
多孔質焼結体は、圧力１００ｇ／ｃｍ^２程度までの重し
により加圧し、その後真空炉で焼結する（以下重し焼結
と記す）か、又は加熱中に油圧プレスにより気孔率が５
０％以上になるように圧縮して焼結する熱間加圧焼結法
により得られる。これら方法では、圧縮前の金属繊維の
嵩が高いために、真空炉、熱間加圧真空炉の炉内有効寸
法に制約されて、一回の焼結で作製できる量が少なく、
コスト低減のための同時多量焼結ができない。この間題
点解決のためには、連続炉による製造が考えられるが、
金属材料の焼結は、焼結時の雰囲気を真空あるいは不活
性雰囲気で行う必要があるため、雰囲気を保つための構
造面での間題から工程に時間がかかり、著しい製造量の
増加を見込めず、連続炉自体も大がかりなものになる問
題がある。

【０００４】前記の問題点に加え、焼結自体が困難なＡ
ｌ含有金属繊維を例に挙げると、Ａｌを含有する金属
は、常温からその表面に緻密な酸化アルミニウム皮膜を
形成して優れた耐酸化性を示すが、この金属繊維を焼結
しようとすると、逆にこの表面の酸化アルミニウム皮膜
が金属繊維同士の焼結を非常に困難にする。一般にこう
いったＡｌ含有金属の金属繊維を焼結するには、重し焼
結では圧力が不足し、このため真空、あるいは不活性雰
囲気焼結炉内で、加圧により金属繊維同士を強く押しつ
け、金属繊維間の接触面積を増やすことのできる熱間加
圧焼結法が用いられる。その結果、上述したと同じ生産
性の問題に直面することになる。生産量増加のため、真
空あるいは不活性雰囲気式のトンネル式連続炉や直接通
電式抵抗加熱による連続炉による金属繊維焼結体の製造
方法が提案されているが、これも上述した理由から、著
しい生産量の増加は見込めない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記の間題点、つまり金属繊維の長さや材質により加圧成
形して形状が維持できないような金属繊維で、さらにＡ
ｌ含有金属繊維のように焼結が難しく、強い加圧が必要
な場合でも、重し焼結や熱間加圧焼結法を用いずに多孔
質の金属繊維焼結体を製造し、また、製造量を適切に増
加させることで、製造コスト面の間題を解決することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の手段は、加圧力
を与えて金属繊維集合体を所望形態に圧縮し、その加圧
力を与えた圧縮状態に拘束し、その拘束した状態で前記
金属繊維を常圧焼結することを特徴とする（請求項
１）。

【０００７】加圧力を与えて金属繊維集合体を所望形態
に圧縮し、その加圧力を与えた圧縮状態に拘束したまま
の状態は、例えば、製造困難であった気孔率が５０％以
上の状態であっても、繊維同士の接触圧が維持されてお
り、このまま常圧焼結しても繊維の接触面間で焼結が進
行する。その焼結は焼結前の所望形態のままで完了す
る。従って、従来製造困難であった気孔率が５０％以上
の多孔質焼結体を製造できる。つまり、この方法は、金
属繊維を圧縮状態のまま焼結することを可能にし、加圧
成形を行っても成形できないために所望の形状を維持す
るのが困難な金属繊維でも、焼結を行うことができるの
である。そして、加圧、拘束の段階で焼結後の多孔質金
属繊維焼結体の体積まで金属繊維が圧縮されるため、焼
結炉内の有効容積を最大まで活用できるようになり、製
造量を大幅に増加させることができる。

【０００８】前記手段において、前記金属繊維を、金属
繊維自体と反応しないスペーサーを介して複数層に積層
した後に、前記加圧力を厚さ方向に与えて所望形態とす
るのがよい（請求項２）。この方法は、製造する金属繊
維焼結体がシート又は板状である場合に適用し、複数枚
分の金属繊維を重ねて所望形態にまで圧縮した状態で焼
結できるから、炉内空間を有効に使用して一度の焼結で
多数枚の焼結体を得ることが可能となる。すなわち、こ
の方法では、例えば、圧縮状態のまま拘束のできる型を
作製し、その型内に金属繊維とスペーサを交互に介在さ
せながら充填し、加圧後、加圧したまま拘束し、型と共
に焼結する。充填の際に、金属繊維の目付量、加圧時の
圧力、スペーサーの種類および材質を調整することで、
金属繊維焼結体の厚みを調整することが可能である。

【０００９】前記スペーサーの材質は、ステンレス系金
属材料、黒鉛、耐熱性酸化物、耐熱性窒化物のなかから
選択された１又は複数からなるものとするのがよい。
（請求項３）。金属繊維焼結体の製造量を増やすために
は、充填する金属繊維間に金属繊維と反応しないスペー
サーを用いて金属繊維を積層することで金属繊維焼結体
の作製量を増加でき、特にステンレス金属箔、アルミナ
シート、カーボンクロス等の厚みの薄いスペーサーを選
択すると作製量を大幅に増やすことが可能である。加
圧、拘束の段階で焼結後の多孔質金属繊維焼結体の厚さ
まで金属繊維が圧縮されるため、焼結炉内の有効容積を
最大に活用できるようになり、生産量が大幅に増加す
る。なお、比較的厚さの厚いスペーサーとしては、ステ
ンレス、黒鉛、アルミナ、窒化珪素等の板が用いられ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図１
（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図１（ａ）は金型を
構成する上型１と下型２との間に金属繊維（ウエッブの
状態）３とスペーサ４を交互に配置した積層状態を示
し、図１（ｂ）は上型１と下型２とを加圧力を与えて接
近させ、金属繊維３を目的の多孔質焼結体の厚さまで圧
縮し、その圧縮したままの状態に上型１と下型２とを適
当数のボルト５及びナット６で固定した状態である。こ
の場合必要に応じて上型１と下型２との間隔を規制する
スペーサを設ける。この図１（ｂ）の状態で、つまり金
属繊維集合体に加圧力を与えて多孔質焼結体としての所
望形態に圧縮し、その加圧力を与えた圧縮状態に拘束し
たままで、焼結炉に収容して焼結するのである。

【００１１】

【実施例】実施例ｌ本発明の実施例で生産量が大幅に増大した例を示す。金
属繊維材料に耐熱性ステンレス鋼のＳＵＳ４３０Ｍｏお
よび耐熱ステンレス鋼であるＡｌ含有ステンレス鋼のウ
エブ状金属繊維を用いた。前述した金型１、２と同様な
金型内に、厚さ５０μｍのＡｌ含有ステンレス鋼製の箔
とアルミナシートをスペーサに用いて、目付量２５０ｇ
／ｍ^２のＳＵＳ４３０ＭｏおよびＡｌ含有ステンレス鋼
金属繊維を別々に積層した。ブレス機で１ＭＰａから４
０ＭＰａの範囲で所望の厚さまでブレス機により加圧
し、金属繊維を圧縮したまま、ボルト５及びナット６に
より金型１，２間を拘束後、プレス機による加圧力を除
去した。積層した金属繊維を加圧、圧縮した状態で拘束
した図ｌ（ｂ）に示す状態は、金属繊維の嵩を非常に小
さくできている。加圧、拘束した型をバッチ式の真空熱
処理炉内に型ごと装填し、焼結温度８００〜１２００
℃、焼結時間０．５〜３ｈｒの条件で熱処埋を行い、Ｓ
ＵＳ４３０ＭｏおよびＡ１含有ステンレス鋼の金属繊維
焼結体を得た。図２にグラフで示すように材質により異
なるが、拘束時に加えている圧力を変化させることで得
られる金属繊維焼結体の厚みの調整が可能であった。図
２における曲線ＡはＳＵＳ４３０Ｍｏ、曲線ＢはＡ１含
有ステンレス鋼である。

【００１２】比較例１として、Ａｌ含有ステンレス鋼箔
をスペーサーに用い、同目付量のＳＵＳ４３０Ｍｏ金属
繊維を積層して、重しにより１００ｇ／ｃｍ^２まで加圧
し、本発明の方法と同じバッチ式真空熱処理炉で金属繊
維焼結体を製造した場合を、また比較例２として、Ａｌ
含有ステンレス鋼箔、アルミナシートをスペーサに用
い、炉内有効高さがバッチ式真空処理炉と同等の有効高
さを持つ熱間加圧焼結真空炉で金属繊維焼結体を製造し
た場合と本発明の製法との生産量の違いを表ｌに示す。
１バッチ当りの焼結時間は同等で、得られた金属繊維焼
結体の厚みは重し焼結、熱間加圧焼結法と同等で生産数
量は２０倍になった。また、重し焼結では圧力が不足
し、Ａｌ含有ステンレス鋼金属繊維焼結体の製作ができ
なかった。本発明によれば、Ａｌ含有ステンレス鋼のよ
うな焼結の困難な金属繊維でも焼結が可能である。

【００１３】

【表１】

【００１４】実施例２本発明の製法で金属繊維の目付量、拘束時の圧力、スペ
ーサーの種類、および材質等の条件の調整により、厚み
の異なる金属繊維焼結体を作製した。金属繊維として実
施例ｌと同様に、ステンレス鋼のＳＵＳ４３０Ｍｏおよ
び耐熱ステンレス鋼のＡｌ含有ステンレス鋼のウエブ状
金属繊維を用いた。金属繊維の目付量を２５０ｇ／ｍ^２
から１００００ｇ／ｍ^２、拘束時の圧力を１ＭＰａから
２００ＭＰａの範囲で決定した。目標とする厚さが０．
５ｍｍ以下のものはスペーサーにＡｌ含有ステンレス鋼
箔、アルミナシート、又はカーボンクロスを用い、それ
以上の厚さのものは、ストッパー付の板状の、黒鉛、ア
ルミナ、又は窒化珪素を用いた。前記ストッパーはスペ
ーサ-の縁に突出させたもので、重ね合わせたときに目
的の焼結体の厚みに相当する空間が形成されるようにし
たものである。実施例１と同様に、型内に充填し、ブレ
ス機で加圧し、圧縮状態で拘束し、プレス機から取り出
し、型ごと炉内に収容し、焼結した。焼結体の厚み、気
孔率（空隙率）、目付量、拘束時の圧力、スペーサーの
材質、形状を表２示す。表２に見られるように、厚み
０．０５ｍｍ〜３９．７ｍｍの金属繊維焼結体が得ら
れ、最適な条件の選択により、用途に応じた全属繊維焼
結体の作製が可能である。

【００１５】

【表２】

【００１６】実施例３金属繊維に純銅のウエブ状金属繊維を用い、金属繊維の
目付量、拘束時の圧力、スペーサーの材質、形状の条件
の調整により、厚みの異なる金属繊維焼結体を作製し
た。金属繊維の目付量を２５０ｇ／ｍ^２から１２５０ｇ
／ｍ^２、拘束時の圧力を１ＭＰａとした。スペーサーに
は板状黒鉛を用いた。金属繊維を型内に充填し、加圧し
て圧縮した状態で拘東し、型ごとバッチ式の真空熱処理
炉を用いて焼結した。焼結温度９００〜１０５０℃、保
持時間０．５〜３ｈｒの条件で焼結した。表３に作製結
果を示すように純銅のような焼結のし易い材質において
も、本発明の製法が適用可能であった。

【００１７】

【表３】

【００１８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明は、加圧、拘束の
段階で焼結後の多孔質金属繊維焼結体の体積まで金属繊
維が圧縮されるため、焼結炉内の有効容積を最大まで活
用できるようになり、製造量を大幅に増加させることが
できる効果を奏し、しかも、従来製造困難であった気孔
率が５０％以上の多孔質焼結体を製造できる効果を奏す
る。請求項２、及び請求項３に記載の発明は、炉内空間
を有効に使用して一度の焼結で多数枚の焼結体を得るこ
とが可能となるから、特別な設備によらないで生産量を
格段と向上させることができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法に用いる金型の１実施の形態を示
し、（ａ）は圧縮前の状態を示す正面図、（ｂ）は圧縮
後に拘束した状態を示す正面図である。

【図２】拘束時の圧力と得られた金属繊維焼結体の厚み
の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１上金型２下金型３金属繊維４スペーサー５ボルト６ナット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者越後幸憲兵庫県姫路市大津区勘兵衛町３丁目12番地虹技株式会社姫路東工場内 (72)発明者岡田成司兵庫県姫路市大津区勘兵衛町３丁目12番地虹技株式会社姫路東工場内Ｆターム(参考） 4K018 AA33 CA19 CA50 DA38 GA07 KA22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加圧力を与えて金属繊維集合体を所望形
態に圧縮し、その加圧力を与えた圧縮状態に拘束し、そ
の拘束した状態で前記金属繊維を常圧焼結することを特
徴とする金属繊維焼結体の製造方法。
【請求項２】請求項１に記載の金属繊維焼結体の製造
方法において、前記金属繊維を、金属繊維自体と反応し
ないスペーサーを介して複数層に積層すると共に前記加
圧力を厚さ方向に与えて所望形態とすることを特徴とす
る金属繊維焼結体の製造方法。
【請求項３】請求項２に記載の金属繊維焼結体の製造
方法において、前記スペーサーの材質が、ステンレス系
金属材料、黒鉛、耐熱性酸化物、耐熱性窒化物のなかか
ら選択された１又は複数のものからなることを特徴とす
る金属繊維焼結体の製造方法。