JPH02236205A - 成形体の接合方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、金属（合金を含む：以下同じ）焼結成形体、
セラミックス分散強化型複合成形体あるいは金属成形体
等を対象として、これらを比較的簡単な操作で強固に接
合することのできる方法を提供するものであり、この方
法によればたとえば上部側は耐摩耗性に優れ、下部側は
高靭性を示すといった様に、物性の異なる素材の複合さ
れた成形体を容易に得ることができ、得られる複合成形
体は、切削工具、刃物、冷間もしくは熱開成形用金型、
耐衝撃性部品、耐摩耗性部品等の素材として有用である
． ［従来の技術］ たとえば切削工具として使用される素材においては、切
削刃側には高耐摩耗性と硬度が要求される一方、切削刃
の付根側は衝撃力等に耐える高靭性が要求されるが、こ
の様に異なる要求特性を同時に満足させる目的で、異な
る物性を持った素材を接合一体化して両素材の特徴を有
効に発揮させる様にした複合成形体は様々の分野に活用
されている． こうした複合成形体のうち、たとえば金属焼結成形体や
、セラミックス分散強化型複合金属成形体あるいは金属
成形体等を接合一体化して複合成形体を製造する方法と
して現在汎用されているのは、ＨＩＰやホットプレス等
による拡散接合法、或は溶接やろう付け等である。

［発明が解決しようとする課題コ 上記方法のうち溶接やろう付けは、金属同士の接合には
有効であるが、高融点の超硬金属焼結成形体やセラミッ
クス分散強化型複合成形体を対象とする接合においては
、信顆性のある接合力は得られ難い。またＨＩＰやホッ
トプレス法を実施するには高温・高圧が必要であって多
大な設備コス及び運転コストが必要であるが、生産性に
ついてはそれらのコストに見合うほどのものが得られず
、またＨＩＰの場合は加圧成形用のカプセルが必須であ
って作業が煩雑であり、またホットプレスは一軸方向の
接合にしか利用できない。

本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって
、その課題は、たとえば兆硬金属の焼結体やセラミック
ス分散強化型複合金属の如くろう付け等による接合の困
難な成形体であっても、比較的簡車な操作で頑強に接合
し得る様な方法を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決することのできた本発明の構成は、後
記焼結工程に際して液相を発生する粉末材料、高分子バ
インダー、水及び／又は有機溶剤を混合して得られるス
ラリーを介して前記成形体を接合し、接合部を乾燥した
後、加熱して前記粉末材料を焼結させることにより、前
記成形体と一体化した焼結接合部を形成するところに要
旨を有するものである． ［作用］ 本発明は、たとえば後記実施例にも示す如く、超硬買の
金属焼結体あるいはセラミックス分敗強化型複合金属材
同士、若しくはこれらに高靭性の金属材を接合し、たと
えば切削もしくは研磨側は耐摩耗性に優れ、一方支持側
は高靭性を示すといった様に、異なる物性の複合された
複合成形体を得るための方法として開発されたものであ
り、以下においてはこの様な成形体の接合を主体にして
説明する。しかし本発明によって接合される成形体の種
類はもとより上記の組合せに限られる訳ではなく、金属
焼結体同士、セラミックス分散強化型複合成形体同士あ
るいは金属成形体同士の接合に利用したり、更にはセラ
ミックス焼結成形体を含めた任意の組合せで接合一体化
する場合にも同様に活用することができる。

本発明では、後述する焼結工程で液相を発生する粉末材
料と高分子バインダー並びに水及び／又は有機溶剤を混
合して得られるスラリーを接合剤として使用し、まずこ
の接合剤によって成形体を接着した後、接着部を乾燥し
て水及び／又は有機溶剤を揮発除去する。この時点で成
形体同士は、接着層に残った高分子バインダーにより接
着される。その後この接合体を加熱して前記粉末材料の
焼結温度まで昇温すると、高分子バインダーは熱分解し
て消失し接合力を失うが、同時に粉末材料より液相が発
生し、この液相が成形体に拡敗したり、あるいは接合界
面同士を融着した状態で焼結され、成形体と一体になっ
て強固な焼結接合部を形成する。

この様に本発明は、成形体を前記スラリーにより接着し
、乾燥後焼結させるだけであるから接合操作が極めて簡
単であり、しかも接合部は上述の如く接合界面で焼結一
体化して頑強な接合状態を得ることができる． 尚本発明で使用される粉末材料における「焼結工程で液
相を発生する成分」として最も一般的なのは金属または
合金であり、粉末材料は金属及び／又は合金のみからな
るものであってもよく、あるいはセラミックスと金属の
混合粉末であってもよい．但しここで使用される金属及
び／又は合金の選択に当っては、接合すべき成形体の素
材に応じてこれらと親和性を有し、且つ液相発生温度が
当該成形体の軟化温度と近似し且つ若干低いものを選ぶ
ことが望まれる。なぜならば本発明では、乾燥後の焼結
工程で粉末材料より液相を発生せしめ、成形体の接合界
面で成形体成分と融合焼結させたときに最も優れた接合
強度が得られるからである。この様なところから、金属
焼結成形体を接合対象とする場合は、粉末材料中の液相
発生成分として当該焼結成形体と同種の金属を使用する
のがよく、またセラミックス分散強化型複合金属成形体
を接合対象とするときは、マトリックスを構成する金属
を液相発生成分とする粉末材料を使用するのがよく、こ
うした考え方は金属成形体同士、金属焼結体とセラミッ
クス分散強化型複合金属成形体、金属焼結体と金属成形
体、セラミックス分散強化型複合金属成形体と金属成形
体を接合する場合についても同様である。しかし両金属
成分は必ずしも同一でなければならない訳ではなく、液
相発生温度が近似しており且つ相互に親和性が良く、焼
結条件下で融合して焼結一体化し得るものであればよい
ことは先に述べた。またたとえば金属焼結体やセラミッ
クス分散強化型複合金属成形体の如く、細孔を無数に有
する成形体を接合対象とする場合は、焼結工程で発生し
た液相が上記細孔内へ侵入して硬化し、アンカー効果に
よって強固な接合状態を得ることができるので、成形体
構成素材に対して液相発生温度の低い金属を使用した場
合でも本発明の目的は十分に達成される． 上記粉末材料と配合して使用される高分子バインダーは
、前述の説明からも容易に理解される様に焼結までの段
階で成形体を接着保持するための機能を果たすと共に、
粉末材料のビヒクル成分として当該粉末材料を接合界面
に万遍なく行き渡らせる機能を果たすものであり、たと
えば殿粉ゼラチン，寒天，アラビアゴム，アルギン酸の
如き天然の高分子物質、あるいはポリビニルアルコール
系，ポリアクリルアミド系，ポリ酢酸ビニル系，メチル
セルロース系１カルボキシメチルセルロース系，ポリビ
ニルエーテル系の如き合成高分子物質等が挙げられ、こ
れらは接合部を焼結させる為の加熱によって分解し消失
する。この他の好ましい高分子バインダーとして、たと
えばポリアルキルシラン（例えば新日曹化工社製のポリ
シラスチレン等）の様に分子中にセラミックス生成元素
（ＳＬ等）を含む高分子バインダーを挙げることができ
、このバインダーは焼結時に熱分解してセラミックス（
酸化性雰囲気ではＳｉ０２が、また窒素もしくはアンモ
ニアガス雰囲気ではＳｉ，Ｎ４等）を生成し、それ自身
が焼結接合層にセラミックス分散強化作用をもたらすの
で好ましい。

また水及び／又は有機溶剤は、高分子バインダーに粘着
性を与えると共に接合面に粉末材料を均一に付着させる
為の流動化剤として作用するものであり、高分子バイン
ダーが水溶性である場合は水が使用され、また高分子バ
インダーが水に不溶乃至難溶性である場合はこれを溶解
し得る有機溶剤（混合溶剤も含む）が適宜選択して使用
される。尚水及び／又は有機溶剤は流動化剤として作用
するほか、成形体接着後の乾燥工程で揮発して接着層に
無数の空孔を形成し、焼結工程で高分子バインダーの熱
分解によって生成するガスが放出されるのを容易にする
という効果も発揮する。

尚接着用スラリーを調製する際における粉末材料（＾）
、高分子材料（Ｂ）、水及び／又は有機溶剤（Ｃ）の配
合比率は、接合面への塗装性や厚さ等に応じて適宜調整
すればよいが、標準的な配合率範囲として示すならば、
粉末材料（Ａ）：４５〜９０重量％、より好ましくは６
０〜８５重量％、高分子バインダー（Ｂ）：２〜１５重
量％、より好ましくは５〜１０重量％、水及び／又は有
機溶剤１０〜４０重量％、より好ましくは１２〜３０重
量％である。また塗装厚さも特に限定されないが、確実
な接合状態を得るためには粉末材料換算の厚さで５０μ
ｍ以上、より好まし《は１００μｍ以上とするのがよく
、一方上限は特に存在しないが、作業性や経済性を考慮
すると５００μｍ程度以下に抑えることが望まれる。乾
燥後の焼結温度は、粉末材料の種類（特に液相発生温度
）に応じて適当に決めるべきであるが、通常は１１００
〜１５００℃程度、より好ましくは１２００〜１４００
℃の範囲から選定される。

［実施例］ 実施例１ ６．５％ＶＣ−１０％ＴｉＮ−ＳＫＨ５７Ｊ：ｌ）なる
複合焼結成形体同士を、下記成分組成のスラリーを介し
て接着し、乾燥後１２９０℃で２時間真空焼結した。そ
の結果両者の接合は完全であり、成形体と接合層の成分
組成が同一であるため、断面から接合界面を特定するこ
とさえ困難であった。

（スラリー組成） 粉末材料：６．５％ｖｃ−ｉ０％ＴｉＮ−ＳＫＨ５７（
液相発生成分はＳＫＨ５７） よりなる混合粉＝７９重量％ 高分子スラリー：セランダ−［ユケン工業社製メチルセ
ルロース系バインダー］ ：７重量％ 流動化剤：　水　：１５重量％ 実施例２ ６．５％ＶＣ−１０％ＴｉＮ−ＳＫＨ５７よりなる複合
焼結成形体とＳＫＨ５７成形体とを、下記成分組成のス
ラリーを介して接着し、乾燥後１２５０℃で２時間真空
焼結した。その結果両者の接合は完全であり、断面観察
によると接合界面ではＳＫＨ５７が相互に拡散して接合
一体化していることが確認ざれた。

（スラリー組成） 粉末材料：　８．５　％ＶＣ−　１　０％ＴｉＮ−ＳＫ
Ｈ５７（液相発生成分はＳＫＨ５７） ：７９重量％ 高分子バインダー；バインドセラムＳＡ−５４５（三井
東圧社製アクリル系バ インダー：７重量部 流動化剤：　　水　：１５重量部 ［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、金屈焼結成形体、
セラミックス分散強化型複合焼結成形体、金属成形体等
を対象として、これらを簡単な操作で強固に接合一体化
することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）成形体を接合する方法であって、後記焼結工程に
   際して液相を発生する粉末材料に、高分子バインダーと
   、水及び／又は有機溶剤を混合して得られるスラリーを
   介して前記成形体を接合し、接合部を乾燥した後、加熱
   して前記粉末材料を焼結させることにより前記成形体と
   一体化した焼結接合部を形成することを特徴とする成形
   体の接合方法。