JPH03253502A - 脱脂方法 - 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） 本発明は、金属、セラミックス、サーメット粉末などの
加圧成形体中に含有する熱可塑性バインダーを除去する
脱脂方法に関し、より詳しくは加圧成形体を低温プラズ
マ中にさらし、より効率よく脱脂する方法に関する。

（従来技術） 加圧成形性を付与するために、例えば金属粉末、セラミ
ックス粉末およびサーメット粉末のうちの１種または２
種以上が混合された粉末に添加されて混練される熱可塑
性バインダーの量は、少なくともその混練物の２５Ｖｏ
１％を上まわっている。一般に、加圧成形体中の熱可塑
性バインダーを除去する方法として常圧または減圧とす
る加熱分解系が汎用されている。しかし実際には、加圧
成形体自体の自重による変形、膨れ、またはクラックの
発生等を起こさせることなく、形状を健全に保持させな
がら加圧成形体から熱可塑性バインダーを除去する脱バ
インダ一方法が重要な技術課題となっている。

この意図にそって、特公昭６１−４８５６３号公報には
、加圧形成体に対し、不活性なガスを乱流状態で送風す
る脱バインダ一方法が開示されている。

また、特公昭６２−３３２８２号公報には、加圧成形体
の雰囲気圧力を熱可塑性バインダーの蒸気圧以上となる
加圧状態に保持する脱バインダ一方法が提案されている
。

（発明が解決しようとする課題） 前述の特公昭６１−４８５６３号公報に開示されている
技術では、送風されるガスの乱流によって脱バインダー
させる時に生ずる加圧成形体の膨れ、またはクラック発
生が防止でき、熱可塑性バインダーの気化を早める等の
効果が期待されるが、実際には脱バインダー炉の内部全
体を均一な乱流状態に保つことは困難である。その結果
、例え脱バインダー炉内の雰囲気温度が均一になってい
ても、加圧成形体の送風に面する側と背面側とでは脱バ
インダーの速度が異なり、１個の加圧成形体の中でも個
所によっては脱バインダーの程度が不均一となる。また
、脱バインダー炉内に複数個の加圧成形体を収容した場
合は前記の傾向は甚だしくなるとともに、各加圧成形体
間においても脱バインダーの進行に偏差が生ずる。した
がって、実際には自重による変形もなく、かつ膨れまた
はクラックの発生等がない健全な脱バインダー性を安定
して得ることは困難であるという問題がある。

また特公昭６２−３３２８２号公報により開示されてい
る技術のように、脱バインダー時の雰囲気圧力を終始加
圧状態におくことは、加圧成形体に含まれる熱可塑性バ
インダーの沸点が上昇することとなり、常圧雰囲気の場
合と比較してこの熱可塑性バインダーの融点と沸点との
差が大きくなることから、加圧成形体中の熱可塑性バイ
ンダーの沸騰気化を抑制し、膨れまたはクラックの発生
等の欠陥防止に関しては有効性が予測される。しかし、
この脱バインダー炉内を終始加圧雰囲気におくことは、
前述したとおり熱可塑性バインダーの沸点上昇を招くこ
とがらバインダーの気化を緩慢にする。すなわち、常圧
状態に対して脱バインダーの進行が高温側にシフトする
ことから、例えば、加圧成形体自体の自重による変形が
最も生し易い熱可塑性バインダーの融点近傍の温度領域
では脱バインダーが進行しない。したがって、加圧成形
体はその自重によって変形を生ずることが免れないとい
う問題点がある。さらに、脱バインダーを終了させるに
は、雰囲気の付加圧に相当する分だけ脱バインダーを終
了させる時の温度を、より高温にする必要が生じ、脱バ
インダー時間の長時間化、ひいては加熱エネルギーの増
加につながるという問題点がある。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、加圧成形体から
熱可塑性バインダーを除去するに際し、脱バインダーが
よりスムーズに、かつ短時間で得られるようにするとと
もに、加圧成形体自体の自重による変形、膨れまたはク
シツクの発生等を起さない健全な脱脂方法を提供するこ
とを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは上記の課題を解決するために種々検討した
結果、加圧成形体中の熱可塑性バインダーを除去する初
期の工程において、低温プラズマ雰囲気にさらすと、含
有されるバインダーの分解気化がより促進されることを
見出して本発明を充放させたものである。

本発明の脱脂方法は、 １、加圧成形性を付与する熱可塑性バインダーが含有さ
れている粉末の加圧成形体から熱可塑性バインダーを除
去する脱脂方法において、放電形成室内に電離性ガス体
から選ばれる１種または２種以上のガス体を導入し、か
つ、そのガス体の圧力をｌｏ−２〜１ＱＴｏｒｒ範囲の
減圧とし、１５０″Ｃ以下の温度に放電させた低温プラ
ズマ雰囲気中で加圧成形体を加熱して加圧成形体に含有
する熱可塑性バインダーを除去する工程を有するもので
ある。

２、粉末の加圧成形体中に含有される熱可塑性バインダ
ーを除去する脱脂方法が、 （１〉放電形成室内に電離性ガス体から選ばれる１種ま
たは２種以上のガス体を導入し、かつ、そのガス体の圧
力を１０−２〜１０Ｔ。

ｒｒ範囲の減圧とし、１５０℃以下の温度に放電生成さ
せた低温プラズマ雰囲気中で加圧成形体を加熱して加圧
成形体に含有する熱可塑性バインダーを除去する工程と
、（２）前記（１）のガス体とその減圧範囲で、熱可塑
性バインダーの大部分が気化により除去される温度に順
次放電生成させた中温プラズマ雰囲気中で加圧成形体を
加熱して、加圧成形体の内部に残留する熱可塑性バイン
ダーを除去する工程と、 を有するものである。

３、粉末の加圧成形体中に含有される熱可塑性バインダ
ーを除去する脱脂方法が、 （１）放電形成室内に電離性ガス体から選ばれる１種ま
たは２種以上のガス体を導入し、かつ、そのガス体の圧
力を１０−２〜１０Ｔ。

ｒｒ範囲の減圧とし、１５０　’Ｃ以下の温度に放電生
成させた低温プラズマ雰囲気中で加圧成形体を加熱して
加圧成形体に含有する熱可塑性バインダーを除去する工
程と、（２〉選択される粉末材料に通する不活性ガスを
用いて、加圧成形体の雰囲気ガス圧を１０−２Ｔｏｒｒ
から加圧状態とするとともに、加圧成形体の雰囲気温度
を加圧成形体の内部に残留する熱可塑性バインダーが気
化により除去される温度まで上昇させる工程と、を有す
るものである。

次に、本発明方法の構成について更に説明する。

本発明の構成で、放電形成室内に電離性ガス体から選ば
れる１種または２種以上のガス体を導入し、かつ、その
ガス体の圧力をｌｏ−２〜１０Ｔｏｒｒ範囲とするのは
、低温プラズマを発生させるための条件であって、１０
−３Ｔｏｒｒ以下に減圧するとプラズマの発生が好まし
くなく、脱脂効率がわるくなる。逆に、１０Ｔｏｒｒを
超えるとプラズマの温度が上昇し、安定した低温プラズ
マが得がたくなるためである。また、前記のような雰囲
気ガスの減圧条件は加圧成形体を低温プラズマにさらす
ことによって、含有する熱可塑性バインダーの分解気化
がより助長される効果を生む。導入させる電離性ガス体
の種類は陽イオンとして電離されやすいものであればよ
＜　、Ｎ２１　Ｈｚ＋　Ａｒ、　Ｈｅをベースとするの
が好ましい。

０□を含有させると、熱可塑性バインダーをより早く低
分子化させるので脱脂効率が向上する。

また、Ｎｅ、　Ｋｒ、　Ｘｅなども使用できることは勿
論である。

本発明の構成で、１５０℃以下の温度に放電させた低温
プラズマ雰囲気中でとするのは、１５０℃以下の温度の
プラズマ雰囲気中であれば、加圧成形体自体の自主によ
る変形がなく、加圧成形体、特にその表面層に含有され
る熱可塑性バインダーを急速に分解気化し、表面層部に
向って無数に粒間空隙を形成させることができるためで
ある。

（作　用） −ｇに、加圧成形体中の熱可塑性バインダーを除去する
方法として常圧または減圧とする加熱分解系が汎用され
ているが、常圧で温度を順次上昇させていくと、気化速
度が大きくなる成る温度領域で発生したガス体が発泡膨
脹して、加圧成形体が変形し、膨れ、クラックの発生な
どを起す。そのため、減圧とする加熱系によって、より
低温側で含有されるバインダーの沸点を上昇させて脱バ
インダーさせるが、例えば、１０−２Ｔｏｒｒに減圧し
、順次昇温させて急速にガス化する領域に入った場合、
容量の大きい拡散ポンプを備えていても、圧力を一定に
保持し制御することが困難となるため、安定した脱脂が
できない。

本発明方法は、陽イオンとして電離した気体の１０−”
〜１０　Ｔｏｒｒの減圧下で、１５０℃以下の温度に放
電生成させた低温プラズマ雰囲気中に加圧成形体をさら
して加熱するので、この状態で起る化学反応は上記に説
明した熱分解反応に比較すると、かなりちがった分解反
応となる。

プラズマ雰囲気中の気体の温度は低いが、その中の陽イ
オンの有するエネルギーはその周囲にある気体分子に比
べてかなり高温となっており、この気体の陽イオンで、
陰極の加圧成形体表層近傍に含有する熱可塑性バインダ
ーをアタック（叩く）するので高分子状のバインダーは
その直鎖や枝鎖が瞬時に切断されて低分子化し、低分子
化された物質は更に陽イオンでアタックされて、より低
分子量の物質に分解され、減圧下の雰囲気に気化してゆ
くことになる。

このため、加圧成形体中に含有される熱可塑性バインダ
ーは、通常の熱分解反応では得られない程、急速に分解
気化されるので、加圧成形体に変形を与えることなく、
加圧成形体の粒間に存在していたバインダーの大部分、
特に表面層部が脱脂率４０〜７０％範囲で脱脂される。

従って、加圧成形体の表面層部は、無数の連続した粒間
空隙が形成されることになる。このことは、加圧成形体
の内部に残留するバインダーの表面層部への移動速度が
早められることになるため、温度を更に上昇させたプラ
ズマ雰囲気またはプラズマ雰囲気のない減圧〜加圧状態
の昇温下で、残留するバインダーをより容易に脱脂させ
ることができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明方法は加圧成形体の自重に
よる変形が殆んどない１５０℃以下の低温プラズマ雰囲
気でバインダーの脱脂効率を高めるようにされているの
で、脱脂欠陥の発生がなく、更に脱脂時間が大巾に短縮
され、粉末加圧成形の製造コストの引下げに寄与できる
とともに、複雑な形状を有する製品に適用できる可能性
がある。

（実施例） 次に、本発明方法の一実施例につき図面を参照しつつ説
明する。

第１図に示されるように本発明における脱脂炉は炉殻中
にプラズマを放電生成させる陽極３および陰極４が設け
られて放電形成室１が形成されている。図中（２）はプ
ラズマ発生電源、（５）は陰極台、（６）は雰囲気ガス
導入管、（７）は加熱用ヒーター、（８）は圧力計（水
銀圧力計、差動型Ｕ字管圧力計、Ｂｏｕｒｄｏｎ型圧力
計など）、（９）は温度計、（１０）は流速計、（１１
）はバインダー捕集容器、（１２）は液体窒素または空
気、（１３）は真空ポンプ、（１４）はバルブ、（１５
）は円筒状加圧成形体誠料である。

実施例１− 先づ、平均紛擾９＋ｍｎのステンレス鉄ａ（太平洋金属
製５ＵＳ４３０Ｌ）４．５　ｋｇに対してアクリル：Ａ
ＰＰ（アタクテイツクポリプロピレン、以下同様）：パ
ラフィンワックスー＝　４　：　ｔ、ｓ：３．ｓの比率
で混合シタ熱可塑性バインダーを０．５　ｋｇ　（１０
ｗｔＸ）添加し、加圧ニーダで１４０″ＣＸ２時間混練
りした。得られた混練物を粉砕し、射出成形機に供給し
、ノズル温度１５０’Ｃ，成形圧１ｔｏｎ／ｃ１１Ｙの
成形条件で第３図に示されるような円筒状加圧成形体（
この加圧成形体からバインダを脱脂した後、焼結して焼
結体部品とする）を２０個作製した。

ここで、添加する熱可塑性バインダーの各成分における
常圧気化温度は、アクリル＝２７０〜３００℃、ＡＰＲ
＝２３０〜２５０″Ｃ，パラフィンワックス＝１９０〜
２２０″Ｃである。

次に、作製した円筒状加圧成形体誠料（１５）を放電形
成室（１）内の陰極台（５）上にのせて密閉し、バルブ
（１４Ａ）　、　（１４Ｂ）　、　（１４Ｄ）を開いて
２０％０□を含むＮ２ガスを雰囲気ガス導入管（６）か
らその雰囲気に充満するまで導入する。そして、バルブ
（１４Ａ）　、　（１４Ｂ）　、　（１４Ｄ）を閉じて
バルブ（１４Ｃ）を開いた後、陽極（３）と陰極（４）
間にプラズマ発生電源（２）から電圧を印加し、真空ポ
ンプ（Ｉ３）を作動して室（１）内の圧力を圧力計（８
）でＩＴ。

ｒｒに保持し、加熱用ヒータ（７）で室内温度を２℃／
ｗｉｎ、の昇温速度で徐々に上昇させて温度計（９）で
温度を監視し、１５０℃までの任意の各温度で加圧成形
体（１５）から分解気化するバインダーを液体窒素（１
２）で冷却した捕集容器（１１）に捕集し、そのｆｉｔ
から各温度における脱脂率（％）を求めた。更に、圧力
を１０−２Ｔｏｒｒとする以外は上記と同様にして各温
度における脱脂率（％）を求めた。

この状態で起る化学反応は、圧カ一定の場合、温度の上
昇に伴って分解気化が起る律速とすれば、Ｘ　＝Ａｅｘ
ｐ（−Ｑ／ＲＴ）、（Ｘ：脱脂率、Ｒ：気体恒数、Ｔ：
絶対温度、−Ｑ：活性化エネルギー、Ａ：作用恒数）に
近似するとして、縦軸にｉｏｇＸ、横軸に１／Ｔをとっ
て得られた値をプロットした結果を第２図に示す。

ｉｏｇＸと１／Ｔの関係は大体直線上にのる。直線の傾
き角の余角から活性化エネルギーが求まるが、結果から
低エネルギーで分解気化が得られ、直線の外挿から１５
０℃の加熱温度で、Ｉ　Ｔｏｒｒのプラズマ雰囲気では
脱脂率約５０％、ｉｏ−２Ｔｏｒｒの場合では脱脂率約
７０％で効果的な脱脂が得られることがわかる。この脱
脂によって加圧成形体の表面層部は無数に連続したね間
空隙が形成され、内部に残留するバインダーの表面層部
への移動速度が早められることになる。すなわち、加圧
成形体の初期の脱脂工程を低温プラズマ雰囲気にさらす
ことは、効果的といえる。

さらに、第４図に示されるような昇温パターンに従いつ
つ、真空度約０．　ＩＴｏｒｒでのプラズマ印加を昇温
段階中の１５０″Ｃまで加えた場合と加えない場合とを
比較した。プラズマを印加していないものは、自重によ
る変形は少ないが１５０℃以上の高い温度域に入るとバ
インダーの急激なガス化によるフクレまたはクラックが
多く発生した。１５０℃までプラズマを印加したものは
、１５０“Ｃまでにバインダーの４０％以上が脱脂され
多孔質化していることから１５０℃以上でのバインダー
の急激な脱脂によってもフクレまたはクラックを発生す
ることなく脱脂を完了しており、健全な脱脂を短時間で
行うことができた。

また、１５０℃までプラズマ印加のもとに昇温し、つい
で加圧状態、例えば５気圧とするとともに加圧成形体の
雰囲気温度を加圧成形体の内部に残留する熱可塑性バイ
ンダーが気化により除去される温度にまで上昇させるこ
とによっても健全な脱脂が得られた。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明方法の具体的な実施例を示すもので、第１
図は放電形成室の説明図、第２図は脱脂率の比較を示す
グラフ、第３図は脱脂テストに供せられた加圧成形体の
説明図、第４図は脱脂時の昇温パターンを例示する図で
ある。 ２．５ ’／Ｔ　（ＸＩσ’９％３） ３．０ 第２図 第１ 第３図 暗闇（ｈｒ） 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．加圧成形性を付与するために熱可塑性バインダーが
   含有されている粉末の加圧成形体から熱可塑性バインダ
   ーを除去する脱脂方法において、放電形成室内に電離性
   ガス体から選ばれる１種または２種以上のガス体を導入
   し、かつ、そのガス体の圧力を１０＾−＾２〜１０Ｔｏ
   ｒｒ範囲の減圧とし、１５０℃以下の温度に放電生成さ
   せた低温プラズマ雰囲気中で加圧成形体を加熱して加圧
   成形体に含有される熱可塑性バインダーを除去する工程
   を有することを特徴とする脱脂方法。 ２．粉末の加圧成形体中に含有される熱可塑性バインダ
   ーを除去する脱脂方法が、 （１）放電形成室内に電離性ガス体から選ばれる１種ま
   たは２種以上のガス体を導入し、 かつ、そのガス体の圧力を１０＾−＾２〜１０Ｔｏｒｒ
   範囲の減圧とし、１５０℃以下の温度に放電生成させた
   低温プラズマ雰囲気中で加 圧成形体を加熱して加圧成形体に含有する 熱可塑性バインダーを除去する工程と、 （２）前記（１）のガス体とその減圧範囲で、熱可塑性
   バインダーの大部分が気化により除 去される温度に順次放電生成させた中温プ ラズマ雰囲気中で加圧成形体を加熱して、 加圧成形体の内部に残留する熱可塑性バイ ンダーを除去する工程と、 を有することを特徴とする脱脂方法。 ３．粉末の加圧成形体中に含有される熱可塑性バインダ
   ーを除去する脱脂方法が、 （１）放電形成室内に電離性ガス体から選ばれる１種ま
   たは２種以上のガス体を導入し、 かつ、そのガス体の圧力を１０＾−＾２〜１０Ｔｏｒｒ
   範囲の減圧とし、１５０℃以下の温度に放電生成させた
   低温プラズマ雰囲気中で加 圧成形体を加熱して加圧成形体に含有され る熱可塑性バインダーを除去する工程と、 （２）選択される粉末材料に通する不活性ガスを用いて
   、加圧成形体の雰囲気ガス圧を １０＾−＾２Ｔｏｒｒから加圧状態とするとともに、加
   圧成形体の雰囲気温度を加圧成形体の内 部に残留する熱可塑性バインダーが気化に より除去される温度まで上昇させる工程と、を有するこ
   とを特徴とする脱脂方法。 ４．前記加圧成形体の粉末が、金属、セラミックスおよ
   びサーメットのうちの１種または２種以上が混合された
   粉末であることを特徴とする請求項１．２．３．のいず
   れかに記載の脱脂方法。 ５．前記電離性ガス体が、Ｏ＿２，Ｎ＿２，Ｈ＿２，Ａ
   ｒ，ＮＨ＿３，Ｈｅ，Ｎｅ，Ｋｒ，Ｘｅおよび陽イオン
   として電離され易いガス体であることを特徴とする請求
   項１．２．３．４．のいずれかに記載の脱脂方法。