JPH042542B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は粉末材料からなる目的物を、その粉末
材料から予かじめ形成された物体をアイソスタテ
イツク（isostatic）なプレスにかけることにより
製造する方法に関する。

予かじめ形成された粉末物体を、焼結生成物に
希望の密度を与えるため焼結温度でアイソスタテ
イツクプレスにかける時、その物体を、プレス中
にそれに関して用いられた圧力媒体、通常ガスが
粉末物体中の浸入しないようにできるケース中に
包む。そのケース及びその内容物は、通常密封す
る前の或る処理段階中望ましくないガスが除去さ
れる。ケースを形成する種々の方法が知らてい
る。既知の一つの方法によれば、予かじめ成形し
たガラスのカプセルをケースとして用いる。他の
既知の方法によれば、予かじめ形成した粉末物体
をガラス粒子懸濁物中に浸漬するか他の方法でそ
のようなガラス粒子の層で取り巻き、次いで真空
中該粒子が該物体の周りに緻密なケースを形成す
るような温度に加熱することによりその場でケー
スを製造する。恐らく異なつた溶融点をもつ二種
類のそのようなガラス層が用いられる。特願昭54
−162870号には、ガラス溶融物の形に緻密なケー
スを製造する方法が記載されており、それによれ
ばガラス粒子配合物中に埋込んだ予かじめ形成し
た粉末物体を耐熱性容器中に入れ、その配合物を
溶融物へ変え、アイソスタテイツクプレスを行う
のに必要な圧力をガスによつて溶融物に加える
時、その表面下に前記予かじめ形成した物体が位
置するようにする。

上述の特願昭54−162870号には、窒化珪素の予
かじめ形成した物体のためのケースを得るために
適した材料として酸化硼素含有ガラスが言及され
ている。なぜならそのようなガラスを用いると、
溶融ガラスが窒化珪素の予かじめ形成した物体中
に浸入するのを防ぐことができることが見出され
ているからである。硼素含有ガラスが窒化珪素物
体中に浸透しないということの確からしい説明と
して、ガラスが低粘度溶融物を形成する前にガラ
スと窒化珪素との間に界面に硼素窒素化合物、恐
らく窒化硼素が形成されること、そしてこの硼素
窒素化合物が、粉末物体の気孔中へガラスが浸入
するのを妨げるのであろうということが言及され
ている。ガラス中のB₂O₃を含有量は、２重量％
〜70重量％の量になると述べられている。

アイソスタテイツクプレスを行なつた後、最終
目的物は、冷却された後その時固化したガラスの
使用済みケース中に埋め込まれている。ケースは
通常、それを除去する前に目的物が損傷を受けな
いようにブラスト（blast）することによつて除
去されなければならない。或る場合には、ガラス
が充分薄い流体となつて流れ落ち、ブラストによ
つて除去される薄い膜しか残さなくなるような温
度へケースを加熱することによつてケースの主要
部分を除くことができる。亦酸洗いを用いてもよ
い。ケースの除去は時間のかかる極めて面倒な操
作であり、特に複雑な形をした目的物の場合には
そうである。

本発明によれば、アイソスタテイツクプレスで
製造された目的物から、今迄用いられてきたケー
スで可能であつた方法よりもかなり簡単な手段に
よつて除去することのできるケースを与えること
が可能であることが判明した。特に本発明は水又
は水蒸気を用いてケースを除去することが可能で
あり、ケースを溶融してそれを流れ落すことによ
り部分的に除去できるような場合には、ケースを
含造可能であつた温度よりかなり低い温度で除去
することができ、そのことがこの方法を用いるこ
とができる可能性を高くしている。

本発明は、粉末材料から予かじめ形成された物
体を圧力媒体でアイソスタテイツクにプレスする
ことにより粉末材料からなる目的物を製造する方
法であつて、少なくとと表面層が窒化物の形のセ
ラミツク材料からなつている予かじめ形成され物
体に、アイソスタテイツクプレスを、同時に粉末
を焼結させながら行う前に、圧力媒体に対し不透
過性に作られている酸化硼素含有ケースが与えら
れる製造方法において、ケースの材料として、酸
化硼素、又は酸化硼素含有ガラス又は加熱中にガ
ラスを形成する酸化硼素含有材料が用いられ、然
もそれら材料中の酸化硼素含有量が、ガラス（又
は加熱中に形成されるガラス）が水で除去できる
ようになるので充分な高さになつており、更にケ
ースで取り巻かれた予かじめ形成された物体を、
アイソスタテイツクプレスを行う前に、該予かじ
め形成された物体の表面層中の窒化物とケース中
の酸化硼素との間の反応によつて前記予かじめ形
成された物体の表面に窒化硼素を形成させるため
の熱処理にかけ、そして酸化硼素又は酸化硼素含
有ガラスのケースの、少なくとも仕上つた目的物
に最も近く位置している部分を、水又は水蒸気で
除去することを特徴とする製造方法に関する。

ケースのための材料は純粋な酸化硼素からなつ
ていてもよい。もしそれが酸化硼素含有ガラス又
は加熱中にガラスを形成する材料からなるなら
ば、酸化硼素含有量は好ましくは少なくとも30重
量％、更に好ましくは少なくとも50重量％であ
る。

ガラス又はガラス形成材料の例として、B₂O₃
と他の酸化物、例えばアルカリ金属酸化物、アル
カリ土類金属酸化物及び希土類金属酸化物（ラン
タニド酸化物類）、SiO₂、GeO₂、Y₂O₃及びAl₂O₃
の如きものとの混合物を挙げることができる。ガ
ラス又は加熱で形成されたガラスの粘度は、約
1000℃の温度でせいぜい10⁴ポアズ迄になるのが
適切である。なぜならそのことは、ガラスを溶融
してそれを仕上り目的物から流れ落すことにより
部分的にケースを除去するのを容易にするからで
ある。

予かじめ形成した物体の表面層中のセラミツク
材料の窒化物と、ケース中の酸化硼素との反応に
よつてその予かじめ形成した物体の表面に窒化硼
素を確実に形成させるための熱処理は、少なくと
も900℃、好ましくは1100℃の温度で行われる。

粉末材料はセラミツク材料又は金属材料からな
るのが好ましい。本発明を適用できるセラミツク
材料の例として、窒化珪素、珪素アルミニウム酸
化物窒化物、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒
化ジリコニウムの如き窒化物、酸化アルミニウ
ム、酸化ジルコニウム（両方共完全に又は或る程
度安定化されている）、酸化マグネシウムの如き
金属酸化物、炭化珪素、炭化チタンの如き炭化
物、硼素チタン、硼素ジルコニウムの如き硼化
物、及びそのような材料の混合物を挙げることが
できる。

金属材料の例として、就中、鋼、鉄基合金、例
えば0.33％Ｃ、0.30％Si、0.40％Mn、0.01％Ｐ、
0.01％Ｓ、2.8％Cr、0.6％Mo、残余のFeを含む
３％Cr−Mo鋼、或は0.18％Ｃ、0.25％Si、0.60％
Mn、0.01％Ｐ、0.01％Ｓ、11.5％Cr、0.5％Ni、
0.5％Mo、0.30％Ｖ、0.25％Nb、残余のFeを含む
12％Cr−Mo−Ｖ−Nb鋼、或は1.27％Ｃ、0.3％
Si、0.3％Mn、6.4％Ｗ、5.0％Mo、3.1％Ｖ、4.2
％Cr、残余のFeを含む合金、或はニツケル基合
金、例えば0.03％Ｃ、15％Cr、17％Co、５％
Mo、3.5％Ti、4.4％Al、0.03％Ｂ、残余Niの合
金、或は0.06％Ｃ、12％Cr、17％Co、３％Mo、
0.06％Zr、4.7％Ti、5.3％Al、0.014％Ｂ、1.0％
Ｖ、残余のNiを含む合金を挙げることができる。
このパラグラフ及び次の記載中で％は重量％のこ
とである。

本発明は少なくとも或る部分が粉末出発材料か
ら作られている複合製品に対しても適用できる。

予かじめ形成された物体が製造される粉末材料
が金属材料又は窒化物以外のセラミツク材料から
なるならば、本発明により、例えば窒化珪素、窒
化クロム又は窒化アルミニウムのような窒化物の
表面層が材料に形成される。之は、窒化珪素又は
他の窒化物をできれば結合剤と共にアルコール中
に入れた懸濁物、例えば100ｇ／のブチルアク
リレートを入れたイソプロパノール中に入れた懸
濁物中に予かじめ形成した物体を浸漬するか又は
それに噴霧することによつて達成することができ
る。

本発明の好ましい具体例によれば、粉末材料の
目的物の製造は次のようなやり方で行われる。即
ち、予かじめ形成した物体を、酸化硼素又は酸化
硼素を含むガラスの包囲ケースと共に、粉末材料
の焼結が行われる温度に対し耐久性のある開口容
器中に入れる。ケースは、容器の壁によつて表面
が限定された溶融物へそのケースを移行させるこ
とにより圧力媒体に対し不透過性にされ、アイソ
スタテイツクプレスのために必要な圧力をその溶
融物に圧力媒体により加えた時、該表面の下に予
かじめ形成された物体が位置するようにする。粉
末物体の表面に硼素窒素化合物を形成させ、それ
によつて粉末物体へケースが浸入しないようにす
るため、アイソスタテイツクプレスのための必要
な圧力を溶融物へ適用する前に、少なくとも900
℃、好ましくは少なくとも1100℃の温度に加熱す
る。圧力媒体は好ましくはガスである。この具体
例によれば、溶融物には任意に低い粘度が与えら
れ、アイソスタテイツクプレス中、予かじめ形成
された物体に損傷を与える危険（もしその物体が
薄くて弱に部分をもつならば特に大きくなる危
険）を犯すことなく高い圧力を使用することがで
きる。

アイソスタテイツクプレス及びセラミツク又は
金属材料を焼結するための圧力及び温度は、勿論
その材料の種類に依存する。しかし通常、圧力は
少なくとも100MPa、温度は少なくとも1000℃に
なるべきである。

本発明を付図を参照して一具体を記載すること
により、一層詳細に記述する。

5μｍより小さな粉末粒径をもち、約0.5重量％
の遊離珪素と約１重量％の酸化イツトリウムを含
む窒化珪素粉末を、例えば可塑化ポリ塩化ビニル
のようなプラスチツク或はゴムからなるカプセル
で、製造される予かじめ形成された粉末物体とほ
ぼ同じ形を有するカプセルの中へ入れ、然る後そ
のカプセルを密封し、600MPaの圧力で５分間圧
搾する。圧搾完了後、カプセルを取り出し、この
ようにして作られた予かじめ形成された粉末物体
を機械加工して希望の形にした。その粉末物体は
理論密度の約60％の密度をもつていた。

第１図及び第２図に示されている予かじめ形成
された粉末物体１０は、ハブ（hub）１１、ウエ
ブ１２、縁１３及び羽根１４を有するタービン車
からなる。

第３図から明らかになるように、粉末物体は用
いられる焼結温度に耐えられる上が開いた容器１
５中に入れ、純粋な酸化硼素の粉末１６中に埋め
る。この例の場合には、容器は黒鉛からなり、内
側に窒化硼素の剥離層１７がつけられている。も
し容器の底が気密でないならば、気密な黒鉛又は
気密な窒化硼素の板或はモリブデンの箔を、剥離
層１７を適用する前にその底に適用する。予かじ
め形成した物体の周りのケースをその場合にはこ
のようにして酸化硼素の粒子で形成してある。

一つ以上の容器１５を導管のついた既知の型の
高圧炉中に置く。その導管を通してガスを引いて
容器とその内容物を脱ガスしてもよく、又適切な
ガスとしてアルゴン、ヘリウム又は窒素のような
ガスをアイソスタテイツクプレスを行うのに必要
な圧を生じさせるため供給してもよく、その炉に
は炉を加熱するための手段が配備されている。高
圧炉中で、予かじめ形成された物体１０をそれを
取り巻く酸化硼素の粉末１６と共に約２時間最初
に脱ガスする。真空に引きながら温度を約600℃
に上昇させる。温度上昇はその時間のどの時点で
も圧力が0.1トールを越えないようにゆつくりと
行う。約600℃で温度を約１時間一定に保ち、そ
れによつて最終脱ガスが行われ、酸化硼素粉末は
粉末物体１０を完全に取り巻く低粘度の溶融物を
形成する。この後、アルゴン又はヘリウム又は窒
素ガスを供給し、圧力を0.1MPaになるようにし、
温度を1150℃に上昇させ、その温度に１時間保持
する。この処理で窒化硼素の表面層が予かじめ形
成された物体上に形成される。次に同じ温度でア
ルゴン又はヘリウム又は窒素ガスをその最終温度
で200〜300MPaの圧力を与える圧力水準迄供給
する。その温度を次に1700〜1800℃、即ち窒化珪
素にとつて適切な焼結温度へ１時間上昇させる。
その時圧力も同時に上昇する。上述の条件で焼結
するのに適した時間は少なくとも２時間である。
その工程が完了した後、炉を適当な取り出し温度
迄冷却させる。容器１５はその時黒色の一つのた
だの塊り（blank cake）を含み、その中に粉末
物体が固化した透明な酸化硼素を通して見える。
粉末物体は酸化硼素中に完全に埋つており、従つ
てプレス中溶融物の表面下に全体が位置してい
た。溶融物が低粘度である時にプレスに必要な高
圧を適用することが出来たということにより、傷
のない目的物が良好な再現性をもつて製造するこ
とができる。剥離層１７の存在により、塊りは容
器から容易に剥れる。酸化硼素のケースを、でき
ればNaOH又は他のアルカリ性化合物を添加し
た熱水によつて浸出するか又は水蒸気を噴霧する
ことにより除去することができる。別法として水
による浸出を上昇させた温度でオートクレーブ中
で行なつてもよい。別法としてケースは、約600
℃迄ケースを加熱し、酸化硼素の一部を仕上り目
的物から流れ落し、その酸化硼素の膜を残すよう
にすることにより部分的に除去してもよい。その
膜は上述の如く水又は水蒸気によつて目的物から
除去することができる。酸化硼素の一部は別法と
して溶融物が未だ充分な低粘度をもつ間に最終目
的物から冷却中に除去してもよい。

別の具体例として、90重量％のB₂O₃、５重量
％のSiO₂、４重量％のMgO及び１重量％の
Al₂O₃を含むガラスを使用する。このガラスは上
述の例のガラスより高い融点をもつので、最終脱
ガスは900℃で行われる。その他の点では上記例
の場合と同じ条件が用いられる。

窒化珪素のタービン車を製造するために上述し
たのと同じ手順が、修正した形で炭化珪素のター
ビン車を製造するために用いられる。この場合に
は予かじめ形成した物体を、それを容器１５に入
れる前に、窒化珪素の表面層１８で被覆する。そ
の表面層を適用するため、薄がゆ（gruel）状の
粘性をもつ、100ｇ／のブチルアクリレートを
含むイソプロパノール中に5μｍより小さな粒径
をもつ窒化珪素を入れた懸濁物を用いてもよい。
乾燥後、被覆は約0.2mmの厚さをもつている。窒
化珪素層は効果的に予かじめ形成された物体に固
定されており、アイソスタテイツクプレス前に容
器１５中で予かじめ形成された物体にかける熱処
理中、酸化硼素と接触する表面の所に窒化硼素を
形成する。アイソスタテイツクプレスは1900〜
2000℃の温度で行われる。その他の点では窒化珪
素について上述したのと同じ条件を用いることが
できる。

炭化珪素のタービン車の製造について上述した
のと同じ方法を、12％Cr−Mo−Ｖ−NB鋼のタ
ービン車を製造するため修正した形で用いる。そ
の鋼は、0.18％Ｃ、0.25％Si、0.60％Mn、0.01％
Ｐ、0.01％Ｓ、11.5％Cr、0.5％Ni、0.5％Mo、
0.35％Ｖ、0.25％Nb、残余のFeを含み、800μｍ
より小さな粒形を有する。予かじめ形成された物
体に、炭化珪素のタービン車について記載したの
と同じやり方で、窒化クロムの表面層が形成され
る。この場合、窒化硼素を形成するための熱処理
は1000℃で１時間行われ、1200℃の温度でアイソ
スタテイツクプレスが行われる。その他の点では
炭化珪素について上述したのと同じ条件を用いる
ことができる。

炭化珪素のタービン車の製造について上述した
のと同じ方法を、次の組成の鉄基合金の粉末のカ
ツターを製造するために修正した形で用いる： 1.27％Ｃ、0.3％Si、0.3％Mn、6.4％Ｗ、5.0％
Mo、3.1％Ｖ、4.2％Cr、残余Fe、粒径600μｍよ
り小。予かじめ形成した物体に、炭化珪素のター
ビン車について記述したのと同じやり方で、窒化
アルミニウムの表面層を形成する。この場合、窒
化硼素形成のための熱処理とアイソスタテイツク
プレスの両方を、1150℃の温度で行なう。その他
の点では炭化珪素について上述したのと同じ条件
を用いることができる。

窒化珪素のタービン車の製造のために上述した
のと同じ方法を、セラミツク絶縁体をもつ電気用
套管を製造するために修正した形で用いる。28％
Mo、５％Fe、残余Niの組成をもつニツケル基合
金の円筒状電極を、セラミツク粉末の同心ケース
を冷間アイソスタテイツクプレスを行う間、芯と
して用いる。その粉末は0.4％の酸化イツトリウ
ムを含む酸化ジルコニウムからなり、5μｍより
小さな粒径をもつている。プレスされた物体を形
成し、電極の両端を機械加工によりセラミツク材
料から切り離した。複合体に、炭化珪素のタービ
ン車について記述したのと同じやり方で、窒化珪
素の表面層を形成する。この場合、窒化硼素形成
のための熱処理とアイソスタテイツクプレスの両
方を、1200℃の温度で行う。他の点では炭化水素
について上述したのと同じ条件を用いることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ガスタービンのためのタービン車の
形に粉末材料から予かじめ形成した物体を示す。
第２図は第１図の物体の軸を通る断面を示す。第
３図は、耐熱性容器に入れ、圧力媒体に対し不透
明性のケースを形成するための材料粒子配合物中
に埋め込まれた物体を示す。 １０……粉末物体、１１……ハブ、１２……ウ
エブ、１３……縁、１４……羽根、１５……容
器、１６……粉末、１７……剥離層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 粉末材料から予かじめ形成した物体１０を圧
   力媒体でアイソスタテイツクプレスにかけること
   により粉末材料からなる目的物を製造する方法で
   あつて、少なくとも表面層が窒化物の形のセラミ
   ツク材料からなる予かじめ形成された物体が、そ
   の粉末を焼結しながらアイソスタテイツクプレス
   を行う前に、圧力媒体に対し不透過性にされる酸
   化硼素を含むケース１６によつて取り囲まれてい
   る製造方法において、ケース中の材料として酸化
   硼素、又は酸化硼素含有ガラス、又は加熱でガラ
   スを形成する酸化硼素含有材料で、酸化硼素の含
   有量が、ガラス又は加熱で形成されるガラスが水
   により除去できるように充分高いものが用いら
   れ、ケース１６によつて取り囲まれた予かじめ形
   成された物体１０を、アイソスタテイツクプレス
   を行う前に、該予かじめ形成された物体の表面層
   中の窒化物とケース中の酸化硼素との間の反応に
   よつて前記予かじめ形成された物体の表面に窒化
   硼素を形成させるため熱処理にかけ、そして製造
   された目的物の最も近くに位置する少なくとも該
   ケースの部分を水又は水蒸気によつて除去するこ
   とを特徴とするセラミツク物体の製造方法。 ２ ガラス又は加熱でガラスを形成する材料中の
   酸化硼素含有量が少なくとも30重量％、好ましく
   は少なくとも50重量％であることを特徴とする前
   記第１項に記載の方法。 ３ 予かじめ形成された物体の表面に窒化硼素を
   形成するための熱処理が、少なくとも900℃の温
   度で行われることを特徴とする前記第１項又は第
   ２項に記載の方法。 ４ ケース中の材料が1000℃の温度でせいぜい
   10⁴ポアズの粘度を有することを特徴とする前記
   第１項〜第３項のいずれか１項に記載の方法。 ５ 予かじめ形成された物体１０が窒化珪素又は
   主成分として窒化珪素を含むものからなる材料か
   らなることを特徴とする前記第１項〜第４項に記
   載の方法。 ６ 予かじめ形成された物体１０が、窒化物の形
   の被覆１８を備えた金属材料又はセラミツクから
   なることを特徴とする前記第１項〜第４項のいず
   れか１項に記載の方法。 ７ 予かじめ形成された物体１０とケース１６
   を、そのケースが圧力媒体に対し不透過性にされ
   る時、粉末材料の焼結が行われる温度に耐えられ
   る開口容器１５中に入れ、該ケース１６を該容器
   の壁によつて表面が限定されている溶融物へ変
   え、アイソスタテイツクプレスを行う時、その表
   面下に予かじめ形成された物体が位置しているよ
   うにすることを特徴とする前記第１項〜第６項の
   いずれかに記載の方法。