JP2002317207A - チタン粉末焼結体 - Google Patents
チタン粉末焼結体Info
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Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 フィルタや分散板等に使用されるチタン粉末
からなる多孔質のチタン粉末焼結体に、優れた曲げ加工
性を付与する。 【解決手段】 球状ガスアトマイズチタン粉末１１を焼
結して、板状の多孔質体を形成する。多孔質体の板厚Ｔ
を５００μｍ以下とする。球状ガスアトマイズチタン粉
末１１の平均粒径を１５０μｍ以下とする。多孔質体の
空隙率として３５〜５５％が得られる。この多孔質体を
曲げ加工することにより、円筒状フィルタが形成され
る。
からなる多孔質のチタン粉末焼結体に、優れた曲げ加工
性を付与する。 【解決手段】 球状ガスアトマイズチタン粉末１１を焼
結して、板状の多孔質体を形成する。多孔質体の板厚Ｔ
を５００μｍ以下とする。球状ガスアトマイズチタン粉
末１１の平均粒径を１５０μｍ以下とする。多孔質体の
空隙率として３５〜５５％が得られる。この多孔質体を
曲げ加工することにより、円筒状フィルタが形成され
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フィルタや分散板
等に使用されるチタン粉末からなる多孔質のチタン粉末
焼結体に関する。
等に使用されるチタン粉末からなる多孔質のチタン粉末
焼結体に関する。
【０００２】
【従来の技術】化学工業、高分子工業、薬品工業等で使
用されるフィルタの一つとして金属粉末焼結フィルタが
ある。ここにおける金属としては、黄銅系、ステンレス
鋼系が一般的であり、最近ではチタン系も用いられてい
る。
用されるフィルタの一つとして金属粉末焼結フィルタが
ある。ここにおける金属としては、黄銅系、ステンレス
鋼系が一般的であり、最近ではチタン系も用いられてい
る。
【０００３】チタンは、ステンレス鋼に比べ、耐食性及
び耐酸性等に著しく優れるが、その反面、成形性が極端
に悪い。このため、チタン系の焼結フィルタは、比較的
成形性が良好とされる水素化脱水素チタン粉末を金型プ
レスで成形し、その後焼結するのが一般的な製法とされ
ており、水素化脱水素チタン粉末と同様に成形性が比較
的良好なスポンジチタンの粉末を使用する製法も特開平
７−２３８３０２号公報に記載されている。
び耐酸性等に著しく優れるが、その反面、成形性が極端
に悪い。このため、チタン系の焼結フィルタは、比較的
成形性が良好とされる水素化脱水素チタン粉末を金型プ
レスで成形し、その後焼結するのが一般的な製法とされ
ており、水素化脱水素チタン粉末と同様に成形性が比較
的良好なスポンジチタンの粉末を使用する製法も特開平
７−２３８３０２号公報に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水素化
脱水素チタン粉末やスポンジチタン粉末を使用したチタ
ン焼結フィルタは、非常に硬くて脆く、弾性を有しない
ため、薄いと割れやすく、大面積のものを製作すること
が困難である。また、室温での曲げ加工が困難であるた
め、曲げ加工による製品形成ができず、平板以外の製品
については製作コストが嵩む問題がある。
脱水素チタン粉末やスポンジチタン粉末を使用したチタ
ン焼結フィルタは、非常に硬くて脆く、弾性を有しない
ため、薄いと割れやすく、大面積のものを製作すること
が困難である。また、室温での曲げ加工が困難であるた
め、曲げ加工による製品形成ができず、平板以外の製品
については製作コストが嵩む問題がある。
【０００５】例えば、チタン焼結フィルタとして直径４
０ｍｍ（曲率半径２０ｍｍ）程度の円筒形状のものが要
求されることがあるが、平板状のチタン焼結体を室温で
円筒状に曲げ加工することが不可能であるため、特許第
２７９１７３７号公報に記載のように、ＣＩＰと呼ばれ
る冷間静水圧プレスによる成形が必要となり、製造コス
トが嵩むのを避け得ない。
０ｍｍ（曲率半径２０ｍｍ）程度の円筒形状のものが要
求されることがあるが、平板状のチタン焼結体を室温で
円筒状に曲げ加工することが不可能であるため、特許第
２７９１７３７号公報に記載のように、ＣＩＰと呼ばれ
る冷間静水圧プレスによる成形が必要となり、製造コス
トが嵩むのを避け得ない。
【０００６】本発明の目的は、曲げ加工性に優れたチタ
ン粉末焼結体を提供することにある。
ン粉末焼結体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従来のチタン粉末焼結フ
ィルタでは、そのチタン粉末として水素化脱水素チタン
粉末やスポンジチタン粉末が使用されている。これは、
粉末を構成する粒子が不定形であるため、プレス成形性
に優れることが主な理由である。また、粒子が不定形の
場合、成形型に粉末を充填しただけでは気孔径がばらつ
くため、プレス成形により気孔径を均一化する必要があ
り、この点からもプレス成形が不可欠となる。
ィルタでは、そのチタン粉末として水素化脱水素チタン
粉末やスポンジチタン粉末が使用されている。これは、
粉末を構成する粒子が不定形であるため、プレス成形性
に優れることが主な理由である。また、粒子が不定形の
場合、成形型に粉末を充填しただけでは気孔径がばらつ
くため、プレス成形により気孔径を均一化する必要があ
り、この点からもプレス成形が不可欠となる。
【０００８】しかし、このようなチタン粉末焼結体は、
曲げ加工性が甚だ劣ることは前述したとおりである。
曲げ加工性が甚だ劣ることは前述したとおりである。
【０００９】この問題を解消するために、本発明者らは
球状ガスアトマイズチタン粉末に着目した。球状ガスア
トマイズチタン粉末とは、ガスアトマイズ法により製造
されたチタン又はチタン合金の粉末であり、個々の粒子
は、チタン又はチタン合金の溶融飛沫が飛散中に凝固し
てできたものであるから、表面が滑らかな球形をしてい
る。また、粒径は例えば平均で１００μｍ以下と非常に
微細にでき、篩分けにより粒度による区分も容易であ
る。
球状ガスアトマイズチタン粉末に着目した。球状ガスア
トマイズチタン粉末とは、ガスアトマイズ法により製造
されたチタン又はチタン合金の粉末であり、個々の粒子
は、チタン又はチタン合金の溶融飛沫が飛散中に凝固し
てできたものであるから、表面が滑らかな球形をしてい
る。また、粒径は例えば平均で１００μｍ以下と非常に
微細にでき、篩分けにより粒度による区分も容易であ
る。
【００１０】このような球状ガスアトマイズチタン粉末
は、流動性に非常に優れており、粒子同士の接触性が良
いため、焼結容器に充填することより、加圧なしで均一
かつ十分な充填密度が得られる。そして、これを焼結す
ることにより、プレス成形なしで機械的強度の高い多孔
質体が製造され、しかも、製造された多孔質体では、隣
接する球状粒子同士が点状に融合し、その融合点が均一
に分布することから、多孔質体の板厚が比較的薄い場合
には、優れた曲げ特性が得られることが判明した。ま
た、多孔質体の空隙率としてはフィルタに適した３５〜
５５％が無加圧で得られる。
は、流動性に非常に優れており、粒子同士の接触性が良
いため、焼結容器に充填することより、加圧なしで均一
かつ十分な充填密度が得られる。そして、これを焼結す
ることにより、プレス成形なしで機械的強度の高い多孔
質体が製造され、しかも、製造された多孔質体では、隣
接する球状粒子同士が点状に融合し、その融合点が均一
に分布することから、多孔質体の板厚が比較的薄い場合
には、優れた曲げ特性が得られることが判明した。ま
た、多孔質体の空隙率としてはフィルタに適した３５〜
５５％が無加圧で得られる。
【００１１】本発明のチタン粉末焼結体は、かかる知見
に基づいて完成されたもので、球状ガスアトマイズチタ
ン粉末を焼結して形成された板状の多孔質体からなり、
該多孔質体の板厚が５００μｍ以下であるものである。
に基づいて完成されたもので、球状ガスアトマイズチタ
ン粉末を焼結して形成された板状の多孔質体からなり、
該多孔質体の板厚が５００μｍ以下であるものである。
【００１２】前記多孔質体の板厚が５００μｍを超える
場合は、室温での曲げ加工ができない。また、球状ガス
アトマイズチタン粉末を使用せず、水素化脱水素チタン
粉末やスポンジチタン粉末等の不定形粉末を使用した場
合は、仮に板厚が５００μｍ以下であっても、無加圧成
形では気孔径の均一化が図れない。更に、粒子同士の融
合点が不均一に分散するため、部分的に強度が不足し、
室温での曲げ加工が不可能となる。
場合は、室温での曲げ加工ができない。また、球状ガス
アトマイズチタン粉末を使用せず、水素化脱水素チタン
粉末やスポンジチタン粉末等の不定形粉末を使用した場
合は、仮に板厚が５００μｍ以下であっても、無加圧成
形では気孔径の均一化が図れない。更に、粒子同士の融
合点が不均一に分散するため、部分的に強度が不足し、
室温での曲げ加工が不可能となる。
【００１３】球状ガスアトマイズチタン粉末としては、
例えば粒径範囲によって区分された次の３種類が市販さ
れている。即ち、４５μｍ以下の細粒、４５〜１５０μ
ｍの粗粒、更に粗い１５０μｍ以上の３種類であり、平
均粒径は細粒で約２５μｍ、粗粒で約８０μｍである。
例えば粒径範囲によって区分された次の３種類が市販さ
れている。即ち、４５μｍ以下の細粒、４５〜１５０μ
ｍの粗粒、更に粗い１５０μｍ以上の３種類であり、平
均粒径は細粒で約２５μｍ、粗粒で約８０μｍである。
【００１４】球状ガスアトマイズチタン粉末の平均粒径
としては１５０μｍ以下の範囲内で選択するのが好まし
い。この平均粒径が１５０μｍを超える場合には、粒子
同士の融合点の間隔が広くなりすぎるため、曲げ加工時
に割れる可能性が高くなる。また、例えば板厚が５００
μｍ近傍のチタン粉末焼結体を成形した際の空隙率が、
金属粉末焼結フィルタとして好ましい３５〜５５％の範
囲より大きくなる。板厚と粒子同士の融合点の関係は、
板厚範囲内に２点以上が望ましい。平均粒径の下限につ
いては、粒径が小さくなるほど加工性が向上する傾向が
あるので、その下限は特に規定しない。
としては１５０μｍ以下の範囲内で選択するのが好まし
い。この平均粒径が１５０μｍを超える場合には、粒子
同士の融合点の間隔が広くなりすぎるため、曲げ加工時
に割れる可能性が高くなる。また、例えば板厚が５００
μｍ近傍のチタン粉末焼結体を成形した際の空隙率が、
金属粉末焼結フィルタとして好ましい３５〜５５％の範
囲より大きくなる。板厚と粒子同士の融合点の関係は、
板厚範囲内に２点以上が望ましい。平均粒径の下限につ
いては、粒径が小さくなるほど加工性が向上する傾向が
あるので、その下限は特に規定しない。
【００１５】多孔質体の板厚、即ち本発明のチタン粉末
焼結体の厚みは前述したとおり５００μｍ以下であり、
室温での曲げ加工性の観点からは１００μｍ以下が特に
好ましい。板厚の下限については、室温での曲げ加工性
の観点からは薄いほど好ましいが、例えば粒子一層では
金属粉末焼結フィルタとして好ましい３５〜５５％の範
囲より空隙率が大きくなる。板厚は使用する粉末の平均
粒径の３倍以上が好ましい。
焼結体の厚みは前述したとおり５００μｍ以下であり、
室温での曲げ加工性の観点からは１００μｍ以下が特に
好ましい。板厚の下限については、室温での曲げ加工性
の観点からは薄いほど好ましいが、例えば粒子一層では
金属粉末焼結フィルタとして好ましい３５〜５５％の範
囲より空隙率が大きくなる。板厚は使用する粉末の平均
粒径の３倍以上が好ましい。
【００１６】チタン粉末焼結体の形状は平板を基本とす
るが、これ以外の例えば湾曲板等に成形してもよく、ま
た平板に形成されたものを半円形状やＵ字状、波形等に
曲げ加工して使用したり、円筒形状に湾曲させて使用す
ることも当然可能であり、成形段階や使用段階における
形状を限定するものではない。
るが、これ以外の例えば湾曲板等に成形してもよく、ま
た平板に形成されたものを半円形状やＵ字状、波形等に
曲げ加工して使用したり、円筒形状に湾曲させて使用す
ることも当然可能であり、成形段階や使用段階における
形状を限定するものではない。
【００１７】空隙率については、球状ガスアトマイズチ
タン粉末として市販品を使用し、かつ充填時や焼結時に
加圧を行わずとも、３５〜５５％の空隙率が得られる。
本発明者らによる調査によれば、この空隙率は金属粉末
焼結フィルタとして好ましい値である。
タン粉末として市販品を使用し、かつ充填時や焼結時に
加圧を行わずとも、３５〜５５％の空隙率が得られる。
本発明者らによる調査によれば、この空隙率は金属粉末
焼結フィルタとして好ましい値である。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１は本発明の１実施形態を示すチ
タン粉末焼結体の模式断面図である。
施形態を説明する。図１は本発明の１実施形態を示すチ
タン粉末焼結体の模式断面図である。
【００１９】所定の平均粒径をもつ球状ガスアトマイズ
チタン粉末１１を、高密度アルミナからなる皿状の焼結
容器内に無加圧で充填した後、その球状ガスアトマイズ
チタン粉末１１を無加圧で真空焼結することにより、薄
板状の多孔質焼結体１０を製造する。
チタン粉末１１を、高密度アルミナからなる皿状の焼結
容器内に無加圧で充填した後、その球状ガスアトマイズ
チタン粉末１１を無加圧で真空焼結することにより、薄
板状の多孔質焼結体１０を製造する。
【００２０】ここで、焼結体１０の板厚Ｔは、５００μ
ｍ以下である。隣接する球状粒子同士は点状に接触して
融合しており、板厚が５００μｍ以下の条件下で優れた
曲げ特性を発揮する。即ち、球状ガスアトマイズ粉末を
使用したチタン粉末焼結体は、隣接する球状粒子同士が
点状に接触して融合した箇所が、焼結体全体に均一に分
布することにより、曲げ応力の局部的な集中がなく、曲
げ特性に優れる。
ｍ以下である。隣接する球状粒子同士は点状に接触して
融合しており、板厚が５００μｍ以下の条件下で優れた
曲げ特性を発揮する。即ち、球状ガスアトマイズ粉末を
使用したチタン粉末焼結体は、隣接する球状粒子同士が
点状に接触して融合した箇所が、焼結体全体に均一に分
布することにより、曲げ応力の局部的な集中がなく、曲
げ特性に優れる。
【００２１】焼結温度は、チタンの融点よりはるかに低
温の８５０〜１２００℃の範囲内で選択するのが好まし
い。焼結温度が８５０℃より低い場合は、十分な焼結が
行われない。１２００℃を超えると、無加圧の場合でも
焼結部分が個々の粒子同士の接触部にとどまらず、粒子
同士が溶け合うため、適正な空隙率及び気孔径を確保で
きなくなる危険がある。この温度範囲内で焼結温度を変
更することにより、空隙率及び気孔径が制御される。ま
た、曲げ特性も制御される。
温の８５０〜１２００℃の範囲内で選択するのが好まし
い。焼結温度が８５０℃より低い場合は、十分な焼結が
行われない。１２００℃を超えると、無加圧の場合でも
焼結部分が個々の粒子同士の接触部にとどまらず、粒子
同士が溶け合うため、適正な空隙率及び気孔径を確保で
きなくなる危険がある。この温度範囲内で焼結温度を変
更することにより、空隙率及び気孔径が制御される。ま
た、曲げ特性も制御される。
【００２２】本発明の実施例及び比較例として、前述し
た球状ガスアトマイズチタン粉末の市販品、即ち粒径範
囲が４５μｍ以下の細粒（平均粒径２５μｍ）と、４５
〜１５０μｍの粗粒（平均粒径８０μｍ）とを使用し
て、１５０ｍｍ角で各種板厚の薄板状チタン粉末焼結体
を製造した。
た球状ガスアトマイズチタン粉末の市販品、即ち粒径範
囲が４５μｍ以下の細粒（平均粒径２５μｍ）と、４５
〜１５０μｍの粗粒（平均粒径８０μｍ）とを使用し
て、１５０ｍｍ角で各種板厚の薄板状チタン粉末焼結体
を製造した。
【００２３】また、従来例として、水素化脱水素チタン
粉末の市販品（平均粒径２５μｍ）を使用し、成形にプ
レスを用いて、同様寸法の薄板状チタン粉末焼結体を製
造した。
粉末の市販品（平均粒径２５μｍ）を使用し、成形にプ
レスを用いて、同様寸法の薄板状チタン粉末焼結体を製
造した。
【００２４】製造された薄板状チタン粉末焼結体を外径
４０ｍｍ（曲率半径２０ｍｍ）の円柱体に巻き付けたと
きの焼結体の破損状況を調査することにより、曲げ特性
の比較を行った。結果を表１に示す。
４０ｍｍ（曲率半径２０ｍｍ）の円柱体に巻き付けたと
きの焼結体の破損状況を調査することにより、曲げ特性
の比較を行った。結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】表１から分かるように、チタン粉末として
球状ガスアトマイズチタン粉末を使用し、且つ板厚が５
００μｍ以下の場合、粒径に関係なく（細粒の場合も粗
粒の場合も）優れた曲げ特性が得られる。
球状ガスアトマイズチタン粉末を使用し、且つ板厚が５
００μｍ以下の場合、粒径に関係なく（細粒の場合も粗
粒の場合も）優れた曲げ特性が得られる。
【００２７】
【発明の効果】以上に説明したとおり、本発明のチタン
粉末焼結体は、球状ガスアトマイズチタン粉末を使用
し、板厚を５００μｍ以下に制限することにより、高い
曲げ特性を付与することができるので、例えば円筒形状
や波形といった立体形状のフィルタエレメント、分散エ
レメント等を、ＣＩＰを用いずに非常に安価に製作する
ことができる。
粉末焼結体は、球状ガスアトマイズチタン粉末を使用
し、板厚を５００μｍ以下に制限することにより、高い
曲げ特性を付与することができるので、例えば円筒形状
や波形といった立体形状のフィルタエレメント、分散エ
レメント等を、ＣＩＰを用いずに非常に安価に製作する
ことができる。
【図１】本発明のチタン粉末焼結体の構造を示すイメー
ジ図である。
ジ図である。
１０ チタン粉末焼結体 １１ 球状ガスアトマイズチタン粉末
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２２Ｆ 3/24 Ｂ２２Ｆ 3/24 Ｆ // Ｂ２２Ｆ 9/08 9/08 Ａ (72)発明者 渡辺 宗敏 兵庫県尼崎市東浜町１番地 株式会社住友 シチックス尼崎内 (72)発明者 加藤 雅通 兵庫県尼崎市東浜町１番地 株式会社住友 シチックス尼崎内 Ｆターム(参考） 4D019 AA01 AA03 BA02 BB06 BC12 CA03 CB06 4K017 AA03 BA10 CA01 DA09 EB00 4K018 AA06 BA03 BB03 BB04 CA11 DA11
Claims (4)
- 【請求項１】 球状ガスアトマイズチタン粉末を焼結し
て形成された板状の多孔質体からなり、該多孔質体の板
厚が５００μｍ以下であることを特徴とするチタン粉末
焼結体。 - 【請求項２】 前記球状ガスアトマイズチタン粉末の平
均粒径が１５０μｍ以下である請求項１記載のチタン粉
末焼結体。 - 【請求項３】 前記多孔質体の空隙率が３５〜５５％で
ある請求項１又は２記載のチタン粉末焼結体。 - 【請求項４】 請求項１、２又は３記載のチタン粉末焼
結体を曲げ加工することにより形成された円筒状フィル
タ。
Priority Applications (20)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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