JPH03257101A

JPH03257101A - 粉末成形体の脱脂方法

Info

Publication number: JPH03257101A
Application number: JP2057364A
Authority: JP
Inventors: Sadakimi Kiyota; 禎公清田; Hiroshi Otsubo; 宏大坪
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1990-03-08
Filing date: 1990-03-08
Publication date: 1991-11-15
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: JP2643002B2

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、金属またはセラミック等の粉末の焼結材料の
製造方法に関するものであり、詳しくは、粉末成形体の
脱脂方法に関するものである。

〈従来の技術〉小型で複雑な形状をした金属、セラミックスあるいはサ
ーメット等の部品の製造方法のなかで、粉末と成形助剤
との混合物を射出成形あるいは押し比し成形し、成形体
から成形助剤を除去する脱脂工程後、成形体の焼結を行
う方法が製品特性および経済性の観点から有望視され、
工業化されている。

これらの製造方法において１品質および製造コストを太
き（左右する工程は脱脂工程である。　そのため、品質
向上、製造コスト削減を月差して、種々の技術改善が行
われてきた。

例えば、特公昭６１−４８５６３号公報においては、成
形体を多孔質の吸収材上に静置し、ガスを勢いよく送風
することで、脱脂時間を短縮している。　しかし、この
方法では、最終製品の表面性状や形状に問題が残る。

一方、本発明者らは、真空あるいは減圧を利用して成形
助剤の一部を低温で除去することで、高寸法精度を確保
することに成功した。

また、こうしである一定量の成形助剤を除去した後は、
急速に成形助剤を除去しても欠陥を生じないため、脱脂
処理時間の短縮、すなわち、製造コスト削減にも有効な
手段であることを知り、特許出願した（特願平１−１２
７２４）。

しかし、従来の脱脂方法においては、いずれも、特に厚
物を脱脂する際には、脱脂後に残留するＣ量が０．５ｗ
ｔ％以上と高く十分に低減することができないため焼結
に時間がかかるという問題があった。　すなわち、焼結
に当ってはＣを除去する必要があるので、Ｃ量が高いと
それだけ余分に時間がかかるのである。　また、場合に
よっては焼結時にＣ量が低減できないと材料特性例えば
耐食性、磁気特性等が劣化するおそれもある。

〈発明が解決しようとする課題〉本発明は、上述した従来技術の問題点を解消し、脱脂時
に成形体からＣ量を十分に例えば、０．３ｗｔ％程度以
下に低減可能な粉末成形体の脱脂方法を提供することを
目的とする。

く課題を解決するための手段〉脱脂後のＣ量を十分に低減するために、本発明は、原料
粉末に対する成形助剤の体積比率が０．５〜１．５の範
囲にある粉末成形体から成形助剤を除去する粉末成形体
の脱脂方法であって、該粉末成形体の脱脂を２５０〜８
００℃の温度領域を通過する過程において、その雰囲気
の一部または全部を水素含有ガス雰囲気にて行なうこと
を特徴とする粉末成形体の脱脂方法を提供する。

また、粉末成形体の形状保持および脱脂時間短縮のため
、脱脂前に、粉末成形体を予め予備処理により成形助剤
の一部を除去するのが好ましい。　予備処理の方法とし
ては、減圧下の加熱が好ましい。

以下に本発明をさらに詳細に説明する。

本発明は、原料粉末に対する成形助剤の体積比率が、好
ましくは、０．５〜１．５の範囲にある粉末成形体から
成形助剤を除去する場合に適用される。　この体積比率
が０．５未満の場合は、他の脱脂方法によっても十分に
低いＣ量となる。　また、体積比率が１．５を超えると
成形体の形状を崩すことなく脱脂することは不可能とな
る。　したがって、脱脂の対象となる成形体の原料粉末
に対する成形助剤の体積比率は、０．５〜１．５の範囲
にあることが好ましい。

本発明の脱脂においては、粉末成形体が２５０〜８００
℃の温度域を通過する過程において、その雰囲気の一部
または全部を水素含有ガス雰囲気とすることが必要であ
る。

成形助剤を加熱すると、その一部は、溶解後の流出、蒸
発または分解後の蒸発によって除去される。　ところが
、成形助剤の一部は、除去される前に、分子構造が環化
、芳香族化、重縮合し、その結果、もはや除去しがたい
分子構造となる。　脱脂後の残留Ｃ量を低減する一つの
方法は、環化、芳香族化、重縮合反応を抑制することで
ある。

これらの反応は、水素、メタンおよび低分子有機物のい
ずれかを生成せする反応である。

したがって、水素、メタンおよび低分子有機物のいずれ
かを加熱時に供給することで、環化、芳香族化、重縮合
反応を抑制できる。　しかし、メタンおよび低分子有機
物の添加は、分解反応をも抑制する場合があるため好ま
しくない。　一方、水素は、分解反応を阻害せず、むし
ろ、メタン生成反応により分解を促進する。

したがって、脱脂時の雰囲気は、水素含有ガスであるこ
とが必要である。　また、この水素含有ガスの使用によ
る効果は、２５０℃未満では殆ど期待できない。　また
、水素含有ガスを使用することなく、８００℃を超えて
昇温した場合、もはや成形助剤の環化、芳香族化、重縮
合反応は完了しているため、この後に２５０〜８００℃
の温度範囲で水素含有ガスで成形体を処理したとしても
炭素を低減することはできない。　したがって、脱脂時
に粉末成形体が２５０〜８００℃の温度域を通過する過
程で水素含有ガスを使用することが必要である。　特に
、水素含有ガスを使用しなかった場合に成形助剤の環化
、芳香族化、重縮合反応が最も活発に進行する温度域で
ある２５０℃〜７００℃で水素含有ガスを使用するのが
好ましく、２５０〜４５０℃の全域で水素含有ガスを使
用するのがさらに好ましい。

また、形状保持および脱脂時間短縮の観点より、あらか
じめ、予備処理により成形助剤の一部を除去するのが好
ましい。　脱脂時において、形状欠陥のおそれがあるの
は、成形助剤の一部を除去するまでの過程のみである。

　この過程においては、おおよそ、２５０℃未満の低温
度に長時間保持する必要があり、この温度域では、水素
含有ガスは炭素低減に寄与しないため、別の方法による
方が経済上の観点等から好ましい。

特に、予備処理の方法としては、減圧下の加熱が粉末成
形体の形状上の観点から最も好ましい。　この減圧化で
の加熱による方法は、本発明者等が既に開示したもので
あり（特願平１−１２７２４）、本発明と組み合せるこ
とで脱脂方法の最良の姿とすることができる。　また、
予備処理方法は、減圧下の加熱に限定されることなく、
有機溶媒中での抽出および超臨界ガス中での抽出等の公
知の方法が利用できる。

まず、本発明に使用する粉末は、金属、セラミックおよ
びサーメット類の粉末のいずれでもよ（、例えば、アト
マイズ法、還元法、カルボニル法、粉砕法によって得ら
れる合金あるいは単体金属粉末、およびセラミック粉末
、サーメット類の粉末であり、必要に応じて、これらの
粉末を分級、混合することによって用意できる。　ただ
し、還元法、カルボニル法、粉砕法によって製造しうる
粉末組成はがなり限定されるため、アトマイズ法が応用
範囲が広い。　また、金属粉末が好ましい。

また、これら粉末の平均粒径は２０μｍ以下のものが使
用でき、７〜１４μｍ程度のものが、密度が高いこと等
、優れた焼結体特性が得られる利点があるため好ましい
。

適用できる組成系は、ステンレス、純鉄、Ｆｅ−Ｎｉ、
Ｆｅ−３ｉ、Ｆｅ−Ｃｏ等の金属系、および、５ｉ−Ｃ
，５ｉ−Ｎ、５Ｌ−０゜Ｔｉ−Ｃなどのセラミック系の
構造材料あるいは磁性材料用などの広範囲にわたって適
用できる。

粉末成形体を例えば耐圧成形にて作製するには、好まし
くは平均粒径が２０ＡＬｍ以下の、射出成形用粉末を、
まず、形成助剤としてのバインダと混合・混練し、射出
成形用コンパウンドを調整する。

適用可能なバインダは、熱可塑性樹脂類、ワックス類、
可塑剤あるいはその混合物を主体とする公知のバインダ
はいずれも適用可能であり、また必要に応じて潤滑剤、
脱脂促進剤等を添加しても良い。

熱可塑性樹脂としては、アクリル系、ポリエチレン系、
ポリプロピレン系およびポリスチレン系等の一種、ある
いは二種以上を混合および／または共重合して用いるこ
とができる。

ワックス類としては密ろう、木ろう、モンタンワックス
等の天然ろう、低分子ポリエチレン系／ンロクリスタリ
ンワックス、パラフィンワックス等の合成ろう等の一種
あるいは二種以上を混合して用いることができる。

可塑剤は、バインダの主成分により適宜選択すればよく
、フタル酸ジー２−エチルヘキシル（ＤｏＰ）、フタル
酸ジェチ）ｌ／　（Ｄ　Ｅ　Ｐ）　、　’７タル酸ジー
ｎ−ブチル（ＤＢＰ）等が例示できる。　また、ワック
ス類を可塑剤として兼用できる。

潤滑剤としては、高級脂肪酸、脂肪酸アミド、脂肪酸エ
ステル等が適用可能であり、場合によってはワックス類
を潤滑剤として兼用してもよい。

また、必要に応じ、脱脂促進剤として樟脳等の昇華性物
質を添加してもよい。

なお、このようなバインダと原料粉末との混合比は、通
常５０　：　５０〜４０　：　６０ｖｏＩ２．％程度で
ある。

原料粉末とバインダとの混練方法は特に制限はなく、加
圧ニーダ、バンバリーミキサ−１２軸押出し機等の各種
のニーダ等によればよい。

このようにして調製した射出成形用コンパウンドは、必
要に応じペレタイザー、粉砕器等を用いて造粒を行ない
、ベレットとしてもよい。

次いで、得られた射出成形用コンパウンドを射出成形し
て成形体を作製する。

射出成形は、通常のプラスチック用耐圧成形機、あるい
は最近市販されるようになったセラミック用、金属粉末
用射出成形機等、通常の射出成形に用いられる射８成形
機を用いて行えばよい。

この際において、射出圧力は通常５００〜２５００ｋｇ
ｆ／ｃｍ”程度、温度は１００〜１８０℃程度である。

最後に、得られた成形体の脱脂処理を本発明の脱脂工程
により行う。

本発明の脱脂工程を構成する脱脂予備処理、および、そ
れに引き続（加熱脱脂処理の方法は、前述の通りである
。

本発明においては、このように射出成形にて得られた脱
脂済みの成形体を焼結して金属あるいはセラミックなど
の結晶体を製造する。

前記脱脂後、前記原料粉末がステンレスの場合には、１
０−２〜１０−’Ｔｏｒｒ中、１０５０〜１３００℃、
０．５〜４時間保持した後、アルゴン、窒素等の不活性
ガスを導入し、１２００〜１３７０℃、０．５〜２時間
保持して焼結するとよい。　また他のＦｅ、Ｆｅ−Ｎｉ
系、Ｆｅ−Ｃｏ系などの酸化性の低い金属のみを用いた
場合には、水素ガス等の還元性ガス中８００〜１３００
℃、０．５〜４時間保持して焼結するのがよい。

Ｆｅ−３ｉ等の酸化性の高い金属を焼結する場合は、ス
テンレスと同様の方法で焼結する。

これらの工程を経ることによって本発明では優れた金属
焼結体およびセラミック焼結体などを得ることができる
。

また、粉末成形体は上記射出成形に限らず、押出し成形
など他の方法によって成形してもよい。

〈実施例〉以下、本発明を実施例にしたがい具体的に説明する。

（実施例１）平均粒径８．５μｍの５ＵＳ３１６組成の原料粉末と１
０．５ｗｔ％の成形助剤より成る粉末射出成形体を用意
した。　このときの原料粉末に対する成形助剤の体積比
率は０．８であった。　また、この原料粉末のＣの分析
値は、０．０４ｗｔ％であった。　ここで使用した成形
助剤は、アクリル樹脂１０ｗｔ％、エチレン酢酸ビニル
共重合体１５ｗｔ％、ポリエチレン２５ｗｔ％、パラフ
ィンワックス２５ｗｔ％、フタル酸エステル１５ｗｔ％
、ステアリン酸亜鉛１０ｗｔ％により構成されるもので
ある。　射出成形機を用いて粉末成形体を、幅１３Ｘ長
さ６５×厚さ５．５ｍｍの直方体形状に成形した。　真
空乾燥機中に粉末射出成形体を置き、０．１Ｔｏｒｒの
減圧下、８０℃で４時間保持、１３０℃で３時間保持、
さらに１８０℃で２時間保持することで、成形体より成
形助剤を２４％除去し、脱脂予備処理体を作製した。　
脱脂予備処理体を、種々の雰囲気中、第１表に示した条
件で昇温、保持、冷却して本脱脂を行った。

第表特に説明の無いものは、常温より使用ガスは同一、昇温
速度はいずれも１２０℃／ｈ第１表より、明らかなように、水素中、比較的低い温度
域で処理することによって、脱脂体Ｃ量を低減できる（
本発明１〜５）。

一方、窒素のような不活性ガス雰囲気中（従来法１〜３
、比較例１〜２）では、高い残留Ｃが避けられず、たと
え、長時間を費やそうとも（従来法２）、高温度としよ
うとも（従来法３）、Ｃ量を低減することはできない。

水素含有ガスは、広い範囲のものが使用でき、高露点の
ガス（本発明６）および水素の含有率の低いガス（本発
明７．８）も使用できる。

水素含有ガスを使用する温度域については、２００℃以
下では十分にＣ量を低減できず（比較例２）　　３００
℃では、Ｃ量を低減できる（本発明１）。　また、２５
０〜８００℃の温度範囲のいずれにおいても水素含有ガ
スを使用せず、８５０℃まで昇温した場合（従来法３）
、その後、水素含有ガス中で加熱しても、Ｃ量を低減す
ることはできない（比較例１）。

ところが、水素含有ガス以外の雰囲気を使用する温度が
常温から６００℃である場合（従来法１）、その後、水
素含有ガス中で加熱すればＣ量を低減することができる
（本発明９）。

したがって、２５０〜８００℃の温度領域を通過する過
程において、水素含有ガスを使用する必要性が明確にな
った。

なお、第１表に示した脱脂後の粉末成形体を焼結したと
き、焼結に用した時間について比較すると、本発明によ
り得た粉末成形体の焼結時間は従来法の３〜４割減であ
った。

さらに、本発明により得られた脱脂体の焼結後の形状精
度は従来法により得た脱脂体の焼結後の形状精度に比し
高精度であるというメリットもあった。

（実施例２）カルボニル鉄粉、還元Ｃｏ粉およびＦｅ−５０％■粉の
混合によるＦｅ−４９％Ｃｏ−２％■組成の平均径６．
５μｍの原料粉末を用意した。　原料粉末のＣ量は０．
４３％であった。　実施例１と同一の成形助剤を原料粉
末に対して、１２．５ｗｔ％添加した。　このとき原料
粉末に対する成形助剤の体積比率は１．０であった。　
また、この成形原料によりなる、実施例１と同一形状の
粉末射出成形体″を用意した。　実施例１と同一の方法
により、脱脂予備処理体を作製した。　これを、１００
％水素（ＤＰニー３０℃）中、常温より５２５℃まで１
２０℃／ｍｉｎの速度で昇温の後、１時間保持して本脱
脂を行った。　そのＣ量は０．０５％と原料粉末よりも
低い値となった。

比較のため、予備脱脂体を、１００％窒素中、常温より
５２５℃まで１２０℃／ｍｉｎの速度で昇温の後、１時
間保持して本脱脂を行った。　そのＣ量は０４９％と著
しく高いものであった。　さらに、比較のため、粉末射
出成形体を、予備処理を行うことなく、１００％水素中
および１００％窒素中で各々、常温から１５０℃までを
７℃／ｈ、１５０℃から２５０℃までを１０℃／ｈ、２
５０℃から４５０℃までを３０℃／ｈ、さらに４５０℃
から６００℃までを１００℃／ｍｉｎで昇温した後、２
時間保持して脱脂した。　この予備処理を行わない場合
、窒素中で脱脂したものは１．１５％のＣが残留してい
たのに対して、水素中で脱脂したものには０，０５％の
Ｃしか残留していなかった。

このように、Ｆｅ−４９％Ｃ０−２％■のように、窒素
中での脱脂では異常に高いＣを残留させる組成に対して
も、本発明の脱脂方法は非常に効果的であることが判っ
た。　また、脱脂予備処理をしない場合にも、本発明は
低Ｃとする方法として適用できる。

以上、本発明の好ましい例のみを示したが、これは本発
明の範囲を制約するものではなく、特に、あらゆる組成
の原料粉末と成形助剤の組合せに対して適用できる。　
また、本実施例では粉末射出成形体の脱脂について例示
したがこれに限定されるものではなく、押し出し粉末成
形体等にも適用できるものである。

〈発明の効果〉本発明では、原料粉末に対する成形助剤の体積比率が０
．５〜１，５の範囲にある粉末成形体から成形助剤を除
去する（脱脂）にあたり、成形体が２５０〜８００℃の
温度領域を通過する過程において、その雰囲気ガスの一
部または全部を水素含有ガス雰囲気とすることにより脱
脂体のＣ量を０．３ｗｔ％程度以下まで低減でき焼結時
間を短くすることができた。　特に、粉末成形体をあら
かじめ予備処理、好ましくは減圧下の加熱により形成助
剤の一部を除去することにより、脱脂後のＣ量を更に低
減できるための脱脂後の焼結時間を短（することができ
、経済性に優れる優秀な脱脂体を得ることができるとい
うメリットの他に形状精度にも優れる脱脂体を得られる
メリットがある。

手続ネ甫正書（自発）平成０３年０４月０２日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）原料粉末に対する成形助剤の体積比率が０．５〜
１．５の範囲にある粉末成形体から成形助剤を除去する
粉末成形体の脱脂方法であって、該粉末成形体の脱脂を
２５０〜８００℃の温度領域を通過する過程において、
その雰囲気の一部または全部を水素含有ガス雰囲気にて
行なうことを特徴とする粉末成形体の脱脂方法。
（２）前記脱脂に先立ち、予備処理により成形助剤の一
部を除去する請求項１に記載の粉末成形体の脱脂方法。
（３）前記予備処理を、減圧下の加熱によって行う請求
項２に記載の粉末成形体の脱脂方法。