JPH02205602A

JPH02205602A - 軽量不連続多孔金属焼成体用組成物及び同焼成体の製造方法

Info

Publication number: JPH02205602A
Application number: JP2395689A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Aoki; 和雄青木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-02-03
Filing date: 1989-02-03
Publication date: 1990-08-15

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】〔産業上の利用分野〕本発明は各種の金属多孔体がその空孔特性を生かした特
殊機能材料として使用されるのに対し、金属としての強
靭な本質を備えながら、大型コンピューター等重量機器
類を設置する台座のように軽量、吸音（消音）効果が求
められているところや壁面レリーフに代表されるインテ
リア、エフステリア分野での軽量に加えて意匠性が求め
られているところ等汎用性の高い分野で用いる軽量不連
続多孔金属焼成体及びその組成物に関するものである。

〔従来の技術〕

金属粉末と可塑剤と水とを混合し、結論性のある粘土状
金属粉混練物を製造する方法やその組成については特開
昭６３−４０３号公報に記載されている。

同公報には工芸品製造のための組成及び混合法等が開示
されているものの、焼成後の密度は使用した金属の理論
密度の９０％以上もあり、軽量という感触を持つには到
らない。また、外観上は孔（穴）の存在すら分らないこ
とから意匠性の点からも、ものたりなさがある。

一方、従来から機械部品を対象に粉末冶金法による焼成
体を製造する方法は広（知られているが、寸法精度が厳
密で、プレス等で充填密度を高くして作られており、緻
密な孔を内包しているものの軽量、意匠性という観点か
らは前記同様の問題点がある。

更に、発泡金属と称されるものについては従来より電気
めっき法、鋳造法、粉体焼結法の方法で、孔径が１００
人〜５市位、多孔率を６〜９８％位（当該金属の理論密
度の９４〜２％位）となっているものが種々製造されて
いる−　（例えば、材料大事典、産業調査会発行昭和５
９年２月Ｐ２８５〜入しかし、これらは軽量ではあるが
、いずれも連続した気孔をもつ金属体であり、製造コス
トが極めて高く連通気孔特性を生かした気体、液体の濾
過・分離、触媒や含油等の特異な機能と特徴を生かした
特殊用途にのみにしか利用されていない。これは、前述
した単に軽量であるとか意匠性を求められる一般的用途
には空孔特性や機能が過剰な仕様となっており、更に、
製造可能寸法の制約もあって広く普及するには到らない
ものになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上述した欠点を解消し、軽量で吸音（消音）効
果もあり、景観材料としてまた、工芸品としてユニーク
な意匠性を発現することのできる低コスト汎用軽量不連
続多孔金属焼成体及びその組成物を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するためになされたもので、焼
結可能な金属粉末と可塑剤と水から成る粘土状混合物７
０〜４５容量％に、平均直径１ｍｌｌ１超の粒状又は塊
状の低温可燃性物３０〜５５容量％を分散混練して成る
軽量不連続多孔金属焼成体用組成物及び該組成物を任意
の形状に成形した後焼成して軽量不連続多孔金属焼成体
を得るものである。

〔作　用〕

以下、本発明を実験結果に基づいて具体的に説明する。

まず、本発明の金属焼成体用組成物について説明する。

本発明に用いる粘土状混合物は次の組成からなる。

金属粉末は鉄・銅・ステンレスの１種又は２種以上を混
合したもので、その粉末の寸法は微粉末と呼ばれる４５
ｊＨＩｌ以下のものは扱いにくいうえ高価であることか
らガス噴霧や粉砕で容易に得られる５０Ｊ−以上ｌ　ｍ
ｍ以下のもの（粉末と称される）が好ましい。

また、可塑剤はＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）
やＰＶＡ　（、ポリビニールアルコール）が−殻内で扱
い易く、その量は多く入れると焼成工程で割れ発生原因
になるので、金属粉末１００ｇに対し、２〜３ｇが適量
である。更に、均一な結論性をもつ混合物を得るために
少量のステアリン酸亜鉛等の分散剤を添加することも効
果的である。

一方、水分量は練り易さに影響し、加える程柔らかくな
るが、多過ぎるとドロドロになり成形に支障を来たすこ
とから金属粉末１００ｇに対し、２０〜２５ｇが適量で
ある。

次に低温可燃性物について述べる。ここで言う低温とは
金属粉末が焼結する温度の半分以下、即ち、５００〜６
００℃を指し、該温度で燃焼・消滅するエチレン、スチ
レン、ウレタン系樹脂チップや木材の大鋸屑、米粒など
の穀類等の有機物が安く、しかも扱い易い。

低温可燃性物の燃焼・消滅する温度が５００〜６００℃
であることは極めて重要で、これ以上になると燃焼ガス
のガス圧が高くなるうえ、焼成体内からガスが抜けきら
ず割れ・破裂の原因となる。

ここで、上記可燃性物の容量を、粘土状混合物７０〜４
５容量％に対し３０〜５５容量％と限定したのは、第１
に軽量という感覚を実体として認識する為には使用する
金属粉末の理論密度に対して５０％以下であることが一
般的に妥当な値と認識したことにある。該可燃性物が３
０％未満の容量では金属粉末が焼成時に凝集し、体積収
縮を伴うため、焼成体の密度が理論密度の５０％以下に
ならないからである。

なお、焼成体の密度は、焼成体表面の孔をパラフィンで
封孔し、水中に没した時の水量の変化体積分で焼成体重
量を割り算して求めるので、大きな体積収縮を伴うケー
スでは理論密度の８０〜９０％になる。

また、前記可燃性物を５５容量％超混練すると焼結体の
密度は理論密度の２５％程度になるものの割れが多発し
、強靭な焼成体が得られないことから３０〜５５容量％
としたものである。

また、前記可燃性物の平均直径をｌ　ｍｍ超としたのは
第１に吸音効果を発現させるため、第２に意匠性の観点
から３Ｍ離れた所からも孔（穴）として認識できる最小
の寸法として定めたものである。

最大の平均直径は用途等から金属焼成体の強度を考慮し
て適宜きめればよいので特に規定しない。

一般に、この低温可燃性物の形状は、焼成体の用途に応
じて選択すると良く、台座や壁面レリーフ等には粒のそ
ろったもの、また、茶托のように日本古来のわびとかさ
びを表現するには粒径や長さの不揃なものあるいは塊状
のものと組合せて用いると独特の味が出せる。

次に、本発明の焼成体の製造方法について説明する。

平均粒径５０−〜１市の範囲の金属粉１種又は２種以上
を準備する。この場合、異った平均粒径の金属粉を混合
してもよく、又、特に鉄粉表面に薄い（２〜３−）酸化
皮膜が形成されたものでもよい。前記金属粉に可塑剤を
添加してミキサー中で混合し、更に水を添加、混練して
粘土状混合物を生成する。次に、該粘土状混合物に、用
途に応じて同−形状或は寸法の異なる形状の低温可燃性
物を３０〜５５容量％の範囲で均−又は不均一状態で分
散するよう、混練する。この場合、上記添加範囲内で混
練成形後に低温可燃性物を挿入してもよい。このように
して金属焼成体用の組成物を生成する。

次に、前記組成物を所望の形状に成形し、該成形組成物
を酸素分圧０の非酸化性雰囲気で先づ、３００℃で１時
間保持し、水、可塑剤及び油性分等を放出する。次いで
熱歪が生じないようゆっくり（１００〜ｂ度で１時間保持して焼結処理する。昇温の過程で、低温
可燃性物は６００℃近傍の温度で燃焼消失し、焼成前の
組成物から十分に燃焼ガスが排出される。

このようにして、前記組成物の焼結処理により、均−又
は不均一に分散した不連続孔が多数形成された軽量の金
属焼成体を得ることができる。

このようにして得られた金属焼成体は強度と軽量の両特
性を有している。

ちなみに、鉄をベースとして、可燃性物を５５容量％混
合し、均一分散した平均直径１．５ｍｍの不連続孔を多
数有する焼成体と、平均直径１．５ｍ＋１１の連通孔を
多数有する鉄ベースの材料とをインテリア（壁面飾り）
という視点から、外表面的に略同−数の孔をもつ同一厚
さのもので、押し曲げ試験（変形特性を評価）をしたと
ころ、不連続孔を有する焼成体は連続孔を有する材料よ
り曲がり角度にして約７倍の変形能があった。

また、鉄をベースとして可燃性物を３５容量％混合し、
均一分散した平均直径３．　Ｏｍｍの不連続孔を多数有
する焼成体と、従来の一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４１級
）とを台座（重量機器類のベット）という視点から圧縮
試験（簡便に試片寸法５ｃｍＸ５ｃｍＸ１５ｍｍ厚さ、
荷重５０トンでテスト）をしたところ圧延鋼材が略１５
ｍｌ１１厚さのままに対し、焼成体は約１４．２＋ｎｍ
厚さとなった。

この程度の変形は実用上問題はなく、むしろ重量が圧延
材の４３％程度になって運搬が楽になった。

なお、前記組成物を成形する一例として、壁面レリーフ
等を連続して製造する方法を第３図により説明する。

第３図において、板状の組成物１０表面に、該組成物ｌ
に接触する面にレリーフのモチーフをめす型に転写、形
成したウレタンゴムシート２を載置し、上記両者間に剥
離材４を散布しながら、ロール３で圧着する。矢印Ａは
前記組成物１とウレタンゴムシート２の移動方向を示す
。両者を圧着後、ウレタンゴムシート２を組成物１より
剥離し、所望形状の組成物を得る。か＼る組成物を焼結
処理して最終製品とする。

このようにして、工芸品としての価値を持つ多孔壁面レ
リーフが製造される。か＼るレリーフは消音効果を有し
、装飾材として利用できる。

〔実施例〕

水アトマイズ法で作った炭素含有量が３．３重量％の平
均粒径１５０μの鉄粉と該方法で作った粉末をさらに水
中で破砕して平均粒径６０−の鉄粉を得た。これらを更
に還元、脱炭して表面に２．７７−厚の酸化皮膜を有す
る炭素含有量０．１５重量％の鉄粉とした。この１５０
−と６０μの鉄粉を６０対４０の割合で混合し、更にメ
チルセルロースおよびカルボキシメチルセルロースから
なるバインダー３重量％を配合したものをミキサー中で
混合し分間混練した後、平均粒径１．５　ａｍの米粒３
０容量％を加えて均等に混ざる迄、混練し、１５時間放
置した。

その後、厚さ１５ｍｍ、幅４００ｍｍ、長さ１０００ｍ
ｍの板状に加工した。

混合物Ｂは、ミキサー中に２５重量％の水を添加し５分
間混練した後、平均粒径２〜４　ｍｍの発泡スチロール
粒を２５％不均一に混ぜて混練し、その後、概略茶托状
に成形し、且つ、該成形物中に平均直径（変形体の為長
辺＋短辺÷２で算出）５〜１０ｍｍ、長さ２５ｍｍ程度
の塊状の発泡スチロールを任意に差し込み１５時間放置
した−　（発泡スチロールの総合量は約５５容量％とな
っている）。

次に、上記加工成形物を酸素分圧がδの非酸化露囲気を
有するマツフル炉中で脱水、脱可塑剤処理後１１５０℃
で１時間保持して焼結処理を施し、不連続の孔を多数備
えた焼成体を得た。

第１図は混合物Ａをこのような製法により造った軽量多
孔金属焼成鋼板の立面図を示したもので、内部にも孔を
有する見掛けの比重（重量／容積）が３．４と、普通の
圧延で造られた鋼板（比重７．８位）と比べ極めて軽い
鋼板となった。

また、第２図は混合物Ｂを前記製法により造った焼成鋼
茶托の立面図を示したもので従来、高価なロストワック
ス法によってのみ製造し得ない意匠性あるものが極とて
安価で且つ容易に製造することができたく理論密度の２
０％位）。

尚、それぞれはリン酸塩処理により防錆能を高めである
が用途に応じて、クリアー処理或は塗装等を施しても良
い。

〔発明の効果〕

本発明による金属焼成体は、部分的に焼成体の表裏に通
じる貫通孔ができるものの、焼成体全体か＼る焼成体を
極めて安価かつ容易に作ることができる。

また、不定形な穴形状のものは意匠性を高め、泥漿状態
で任意形状に成形し、焼き固められた金属焼成体は工芸
品としても景観材料としても勝れた価値を生み出すもの
である。

このように本発明は金属体を構造物としての用途に用い
る他に、アメニティ−（心地良さ）と言う概念から景観
材料として造形状の自由度や手造りの良さが引出せる金
属体を提供するものであって、金属体の用途を著各しく
、拡大せしめる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す軽量不連続多孔金属焼
成鋼板の斜視図、第２図は他の実施例を示す焼成鋼茶托
の斜視図、第３図は壁面レリーフ等を連続して製造する
方法を示す概念側面図である。 ■・・・混合物、　　　　２・・・ウレタンゴムシート
、３・・・ロール、　　　４・・・剥離材。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）焼結可能な金属粉末と可塑剤と水から成る粘土状
混合物７０〜４５容量％内に、平均直径１ｍｍ超の粒状
又は塊状の低温可燃性物３０〜５５容量％が分散して成
ることを特徴とする軽量不連続多孔金属焼成体用組成物
。
（２）前記金属粉末が平均直径５０μｍ以上１ｍｍ以下
の鉄、銅、ステンレスの１種又は２種以上である請求項
（１）記載の組成物。
（３）前記低温可燃性物が固体状有機物である請求項（
１）記載の組成物。
（４）前記固体状有機物がエチレン、スチレン、ウレタ
ン系樹脂、大鋸屑、穀類である請求項（３）記載の組成
物。
（５）焼成可能な金属粉末と可塑剤と水から成る粘土状
混合物７０〜４５容量％に、平均直径１ｍｍ超の粒状又
は塊状の低温可燃性物３０〜５５容量％を分散混練して
金属焼成体用組成物を生成し、次いで該組成物を任意の
形状に成形した後、前記成形組成物を焼結して金属焼成
体に不連続の孔を多数具備せしめたことを特徴とする軽
量不連続多孔金属焼成体の製造方法。
（６）前記金属粉末が平均直径５０μｍ〜１ｍｍの鉄、
銅及びステンレスの１種又は２種以上である請求項（５
）記載の製造方法。
（７）前記低温可燃性物が６００℃以下で燃焼する可燃
性物である請求項（５）記載の製造方法。
（８）前記低温可燃性物が固体状有機物である請求項（
７）記載の製造方法。
（９）前記固体状有機物がエチレン、スチレン、ウレタ
ン系樹脂、大鋸屑、穀類である請求項（８）記載の製造
方法。
（１０）前記粘土状混合物に低温可燃性物を均一に分散
混練する、請求項（５）記載の製造方法。
（１１）前記粘土状混合物に、低温可燃性物を不均一に
分散混練する請求項（５）記載の製造方法。
（１２）前記粘土状混合物に寸法の異なる形状の低温可
燃性物を分散混練する請求項（１０）又は（１１）記載
の製造方法。
（１３）前記組成物を任意の形状に成形した後、更に前
記分散混練した低温可燃性物より大きい低温可燃性物を
上記成形物に挿入する請求項（１０）又は（１１）記載
の製造方法。
（１４）前記成形組成物を非酸化性雰囲気で３００℃の
温度で１時間保持後、１００〜１５０℃／時で昇温し、
１１００〜１３００℃の温度で１時間保持して焼結処理
する請求項（５）記載の製造方法。