JP2009242903A - 焼結体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】焼結体の粗大気孔を減少させ、高密度で品質を効果的に向上させることができる焼結体の製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】粉末冶金の原料粉末と添加剤とを混合する混合工程１１と、混合工程終了後の原料粉末を金型に充填して加圧成形する加圧成形工程１２と、加圧成形工程終了後の原料粉末の成形体を焼結する焼結工程１３とを有する焼結体の製造方法において、混合工程１１と加圧成形工程１２の双方又はいずれか一方の工程を、不活性ガス又は還元性ガスでパージしながら、あるいは、真空下で行う。また、不活性ガスにはヘリウムガスを、還元性ガスには水素ガスを用いると好適である。
【選択図】図１
【解決手段】粉末冶金の原料粉末と添加剤とを混合する混合工程１１と、混合工程終了後の原料粉末を金型に充填して加圧成形する加圧成形工程１２と、加圧成形工程終了後の原料粉末の成形体を焼結する焼結工程１３とを有する焼結体の製造方法において、混合工程１１と加圧成形工程１２の双方又はいずれか一方の工程を、不活性ガス又は還元性ガスでパージしながら、あるいは、真空下で行う。また、不活性ガスにはヘリウムガスを、還元性ガスには水素ガスを用いると好適である。
【選択図】図１
Description
本発明は、焼結体の製造方法に関し、詳しくは、高密度で高品質の焼結体を製造する方法に関する。
一般に、焼結体の製造方法は、所定の粒度に粉砕した金属粉末やセラミック粉末等の原料粉末とバインダー等の添加剤とを混合する混合工程と、該混合工程終了後の原料粉末を金型に充填して加圧成形する加圧成形工程と、該加圧成形工程終了後の原料粉末の成形体を焼結する焼結工程とを有している。焼結体は、焼結体の高品質化を図るとともに、寸法変化率のバラツキを減少させるため、製品中の粗大気孔を低減させることが求められている。この粗大気孔は、成形体中の粉体粒子間の気孔が一部残存して発生したり、焼結工程の前にバインダーの脱脂熱処理を行う際にバインダーが脱気処理されることによって発生したりしていた。
このため、粉末冶金用の潤滑剤として、高級脂肪酸金属塩粉末にワックス潤滑剤を配合し、焼結時の寸法安定性を高めたものや（例えば、特許文献１参照。）、脱脂熱処理の途中で雰囲気を大気から窒素に切り替えるようにし、全体に組織が均一で緻密な焼結体を得るようにしたものがある（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１１−２２９００２号公報
特開平１１−１４７７６７号公報
上述のように、各工程で焼結体の品質を向上させるための改良や改善が検討されているものの、さらに改善が求められているのが実情である。
そこで本発明は、酸化物の生成を防止し、焼結体の粗大気孔を減少させ、高密度で高品質の焼結体を効果的に製造することができる焼結体の製造方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明の焼結体の製造方法は、原料粉末と添加剤とを混合する混合工程と、該混合工程終了後の原料粉末を金型に充填して加圧成形する加圧成形工程と、該加圧成形工程終了後の原料粉末の成形体を焼結する焼結工程とを有する焼結体の製造方法において、前記混合工程と前記加圧成形工程の双方又はいずれか一方の工程を、不活性ガス又は還元性ガスでパージしながら、あるいは、真空下で行うことを特徴としている。
また、前記不活性ガスがヘリウムガスであること、前記還元性ガスが水素ガスであることを特徴とし、前記原料粉末が金属粉末又は非酸化物系セラミック粉末であること、あるいは、前記原料粉末が酸化物系セラミック粉末であることを特徴としている。
本発明の焼結体の製造方法によれば、混合工程と加圧成形工程の双方又はいずれか一方の工程を、不活性ガス又は還元性ガスでパージしながら、あるいは、真空下で行うことにより、原料粉末の粒界に酸化物が生成することを防止し、粗大気孔の発生を低減させることができ、高密度の焼結体を得ることができる。
特に、原子・分子半径が小さく、拡散性の良いヘリウムガスや水素ガスでパージすることにより、ガス抜けが良好となり、より高密度の焼結体を得ることができる。さらに、原料粉末が金属粉末又は非酸化物系セラミック粉末の場合には、水素ガスを使用することにより、酸化物の生成をより確実に防止することができる。また、真空下で行うことにより、ガス抜け性が向上する。
図１は本発明の一形態例を示す焼結体の製造工程を示す説明図である。焼結体は、周知の加圧成形法にて製造されるもので、原料粉末と添加剤とを混合する混合工程１１と、該混合工程終了後の原料粉末を金型に充填して加圧成形する加圧成形工程１２と、該加圧成形工程終了後の原料粉末の成形体を焼結する焼結工程１３とを有するもので、該焼結工程１３には、バインダーの脱脂熱処理を行う脱脂工程が含まれている。
混合工程１１では、所定の粒度に粉砕した原料粉末となる金属粉末やセラミック粉末にワックス潤滑剤や有機バインダ等の添加剤を添加して混合する。
加圧成形工程１２は、周知の粉末成形装置を用いて行われ、例えば、鉛直方向に貫通するダイホールを有するダイと、ダイホール内に充填された混合工程終了後の原料粉末に加圧力を付与する下パンチと上パンチとを備えた金型を用いることができる。
加圧成形工程１２を終了した原料粉末の成形体は、焼結工程１３にて、潤滑剤や有機バインダー等を除去するための脱脂処理を経て、所定温度に加熱されて焼結され、さらに、焼結工程１３終了後に仕上げ加工が施されて製品焼結体となる。
このようにして焼結体を製造する際に、前記混合工程１１と前記加圧成形工程１２との双方又はいずれか一方の工程を、グローブボックス等の雰囲気制御が可能な場所で、不活性ガス又は還元性ガスでパージしながら、あるいは、真空下で行うことにより、原料粉末の粒界に酸化物が生成することを防止できるとともに、気孔を低減することができ、不良品の発生を抑えて高密度で高品質な焼結体を製造することができる。特に、加圧成形工程１２では、金型内に原料粉末を充填するときにパージあるいは真空引きを行うと効果的である。
不活性ガスとしては、窒素等を用いることもできるが、原子半径が小さいヘリウムを用いることにより、ガス抜け性が向上して気孔が低減するするので、より高密度な焼結体が得られる。なお、ヘリウムガスを用いる場合は、工業用ヘリウム又は窒素で希釈したヘリウムを使用することが望ましく、空気のように酸素を含むガスで希釈したヘリウムを使用することは避けるべきである。
さらに、還元性ガスとしても、一酸化炭素等を使用することもできるが、分子半径が小さい水素ガスを用いることにより、酸化物の生成をより確実に防止することができるとともに、ヘリウム同様に、ガス抜け性が向上してより高密度な焼結体が得られる。
また、混合工程や加圧成形工程を真空槽中にて真空下で行うことによっても、ガス抜け性の向上や、酸化物の生成防止を図ることができ、真空下で混合工程や加圧成形工程を行った後に真空槽を大気圧に戻すには、空気を真空槽内に導入してもよいが、上述したような不活性ガスや還元性ガスを導入することで、より高い効果が得られる。
特に、前記原料粉末が酸化されやすい金属粉末又は非酸化物系セラミック粉末の場合、例えば、炭化ケイ素等の炭化物系セラミック、窒化ケイ素等の窒化物系セラミックの場合には、酸化物の生成防止によって高品質の製品焼結体を得ることができる。
なお、混合工程１１と加圧成形工程１２のいずれか一方の工程で前記パージ等を行うことで十分な効果が期待できるが、双方の工程で前記パージ等を行うことにより、一層の効果向上が図れる。また、不活性ガス又は還元性ガスによるパージは、これらのガスを吹き付けながら行うこともでき、金型にこれらのガスを噴出する噴出口を設け、この噴出口からこれらのガスを噴出させるようにしてもよい。
１１…混合工程、１２…加圧成形工程、１３…焼結工程
Claims (5)
- 原料粉末と添加剤とを混合する混合工程と、該混合工程終了後の原料粉末を金型に充填して加圧成形する加圧成形工程と、該加圧成形工程終了後の原料粉末の成形体を焼結する焼結工程とを有する焼結体の製造方法において、前記混合工程と前記加圧成形工程の双方又はいずれか一方の工程を、不活性ガス又は還元性ガスでパージしながら、あるいは、真空下で行うことを特徴とする焼結体の製造方法。
- 前記不活性ガスがヘリウムガスであることを特徴とする請求項１記載の焼結体の製造方法。
- 前記還元性ガスが水素ガスであることを特徴とする請求項１記載の焼結体の製造方法。
- 前記原料粉末が金属粉末又は非酸化物系セラミック粉末であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の焼結体の製造方法。
- 前記原料粉末が酸化物系セラミック粉末であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の焼結体の製造方法。
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| JPS62270702A (ja) * | 1986-05-19 | 1987-11-25 | Jiyafuko Fuainansu Kk | 焼結合金製品の製造方法 |
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| JP2002144328A (ja) * | 2000-11-08 | 2002-05-21 | Seiko Epson Corp | 混練物の製造方法、混練物、成形体および焼結体 |
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