JPH04294102A - 微細片の成形方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粉末、ウイスカ、繊維
の如き微細片の成形方法に係り、更に詳細には超臨界流
体を用いて微細片を成形する方法に係る。

【０００２】

【従来の技術】焼結によるセラミック部品や金属部品の
製造に於ては、従来より一般に、原料粉末とそれに流動
性を付与するバンイダの如き液体（狭義の液体又は流動
体）の溶媒とを混合し、その混合物を射出成形等により
成形し、成形体より溶媒を除去し、しかる後成形体を焼
成することが行われている。

【０００３】しかるに成形体よりバインダの如き溶媒を
除去する工程に於ては、成形体を高温度に長時間加熱す
る必要があるため長時間を要し、またこの工程が適正な
条件にて行われなければ成形体に割れや収縮の如き欠陥
が生じ易い。

【０００４】かかる問題に対処すべく、例えば特公平３
−９０６４号公報に記載されている如く、超臨界流体が
バインダに対する高い溶解抽出能力を有することを利用
して成形体中のバインダを超臨界流体により抽出除去す
る方法が既に知られている。この方法によれば成形体を
加熱することによりバインダを除去する場合に比して能
率よくバインダを除去することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記公報に記載
された方法に於ても、粉末の成形は液体のバインダを用
いて行われ、粉末の成形工程及びバインダの除去工程が
各々独立の工程として行われるため、焼結に供されるバ
インダを含まない粉末成形体を能率よく且低廉に製造す
ることには限界がある。

【０００６】本発明は、従来の粉末の成形方法に於ける
上述の如き問題に鑑み、超臨界流体をバインダ除去手段
としてではなく粉末の如き微細片に流動性を付与する溶
媒として使用することにより、バインダの除去工程を排
除し、微細片の成形及び溶媒の除去を同時に達成し、こ
れにより微細片の成形を能率よく且低廉に行うことがで
きるよう改善された微細片の成形方法を提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本発
明によれば、製品キャビティと該キャビティと連通する
導入口及び排出通路とを有する成形型を用意し、成形さ
れるべき微細片を超臨界流体と混合してスラリーを形成
し、前記導入口を経て前記キャビティ内へ前記スラリー
を導入しつつ前記スラリー中の超臨界流体を前記排出通
路より前記成形型外へ排出させる微細片の成形方法によ
って達成される。

【０００８】

【作用】本発明の方法によれば、成形されるべき微細片
が超臨界流体と混合されてスラリーが形成され、導入口
を経て製品キャビティ内へスラリーが導入されつつ超臨
界流体が排出通路より成形型外へ排出される。従ってキ
ャビティ内には導入口近傍に於ける超臨界圧力より排出
通路近傍に於ける大気圧に近い圧力まで圧力が漸次低下
する急峻な圧力勾配が生じ、この圧力勾配により微細片
が製品キャビティの排出通路近傍の部位の壁面に対し押
付けられつつ最終的には導入口まで漸次成形されてゆき
、この現象は迅速に進行するので、微細片の高密度且均
質な成形体が能率よく且低廉に形成される。

【０００９】またスラリーを構成する溶媒としての超臨
界流体は製品キャビティ内及び気体排出通路を通過する
過程に於て迅速に圧力が漸次低下することにより断熱膨
張によって通常のガスに迅速に変化し、これにより超臨
界流体は製品キャビティ内より排出通路を経て効率的に
大気中へ排出される。従って微細片の成形体が上述の如
く製品キャビティ内にて形成される過程に於て溶媒とし
ての超臨界流体が形成途上の成形体より能率よく除去さ
れ、これにより微細片の成形と溶媒の除去とが同時進行
的に行われるので、このことによっても微細片の成形体
が能率よく且低廉に形成される。

【００１０】以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実
施例について詳細に説明する。

【００１１】

【実施例】図１は本発明による微細片の成形方法の実施
に使用されるに適した成形装置の一つの実施例を示す概
略構成図である。

【００１２】図１に於て、１０は内部にＣＯ２　を貯容
するボンベを示している。ボンベ１０は導管１２により
ポンプ１４の吸入側に接続されている。ポンプ１４の吐
出側は導管１６により混合槽１８の混合室２０と連通接
続されている。導管１６の内部はその周りに配設された
ヒータ２２により所定の温度に加熱されるようになって
おり、混合室２０内の空間はヒータ２４により所定の温
度に加熱されるようになっている。また混合室２０内に
は該混合室に装入された成形されるべき微細片２６を撹
拌する撹拌器２８が設けられている。

【００１３】混合室２０は途中に開閉弁３０を有する導
管３２により成形型３４のスラリー導入口３６と連通接
続されている。図示の実施例に於ては、成形型３４は上
型３８及び下型４０よりなっており、互いに型合せされ
るとスラリー導入口３６と該導入口と連通する製品キャ
ビティ４２とを郭定するようになっている。製品キャビ
ティ４２は上型３８及び下型４０の見切り面の間の微小
な空隙として形成された微小な気体排出通路４４により
大気と連通している。

【００１４】上述の如く形成された成形装置を用いて本
発明に従って窒化ケイ素粉末よりなる粉末成形体を形成
した。

【００１５】まず９６重量部の窒化ケイ素粉末（平均粒
径０．４μｍ　）と２重量部の酸化イットリウム（平均
粒径０．２μｍ　）と２重量部のアルミナ粉末（平均粒
径０．１μｍ　）とよりなる原料粉末２６を混合槽１８
の混合室２０内へ装入した。

【００１６】次いで開閉弁３０を閉弁した状態にて混合
室２０内をヒータ２４によってＣＯ２　の臨界温度であ
る３１．１℃以上の３５℃に加熱保持した。次いでボン
ベ１０の図には示されていない開閉弁を開弁しポンプ１
４を作動させることによりＣＯ２　を増圧しながら混合
室２０内へ供給し、混合室内の圧力をＣＯ２　の臨界圧
力である７３ａｔｍ以上の４００ａｔｍまで増圧するこ
とによりＣＯ２　を超臨界状態にした。

【００１７】また撹拌器２８を作動させることにより原
料粉末と超臨界状態のＣＯ２　とを撹拌混合し、これに
より超臨界状態のＣＯ２　を溶媒とする原料粉末のスラ
リーを形成した。次いでポンプ１４より混合室２０内へ
高圧のＣＯ２　が供給される状態にて開閉弁３０を開弁
することによりスラリーを成形型３４の製品キャビティ
４２内へ導入した。キャビティ４２内に原料粉末が完全
に充填された段階に於て開閉弁３０を閉弁し、ヒータ２
２及び２４に対する通電を停止すると共にポンプ１４及
び撹拌器２８を停止し、しかる後ボンベ１０の開閉弁を
閉弁した。

【００１８】尚この場合視覚的に観察することはできな
かったが、製品キャビティ内へ導入された超臨界状態の
ＣＯ２　は該キャビティが気体排出通路４４によって大
気と連通されていることから超臨界状態より通常のガス
状となって大気中に放出されたものと推測される。また
製品キャビティ４２内に於ては、スラリー導入口３６の
近傍より気体排出通路へ向けて圧力が漸次低下する圧力
勾配が生じ、この圧力勾配により原料粉末が成形型の気
体排出通路に近い部位の内壁面に対し押付けられつつ漸
次成形されていったものと推測される。

【００１９】成形が完了した後成形型３４を分解し、図
２に示されている如く製品キャビティ４２内にて成形さ
れた粉末成形体４６の寸法及び形状を調査したところ、
この成形体は製品キャビティ４２の寸法及び形状に対応
する正確な寸法及び形状を有しており、収縮や割れの如
き欠陥は全く生じていないことが確認された。

【００２０】またこの成形体の組成、密度及び曲げ強さ
を調査した。その結果この成形体の組成は実質的にその
全体に亘り均一であると共に元の原料粉末の組成と実質
的に同一であり、水分の如き不純物は実質的に含まれて
いないことが認められた。また密度も成形体全体に亘り
実質的に一定であり、１．５０ｇｆ／ｃｍ３　（体積率
４８％）の比較的高い値であり、曲げ強さは８００ｇｆ
／ｃｍ　２　であった。

【００２１】以上に於ては本発明を特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定され
るものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例
が可能であることは当業者にとって明らかであろう。例
えば成形されるべき微細片は上述の実施例の如く粉末に
限定されるものではなく、ウイスカや短繊維の如き他の
形態のものであってもよい。また成形型より排出される
超臨界流体は通常のガスとして排出されることが好まし
いが、必要に応じて超臨界状態のまま排出されてもよい
。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明によれば、成形されるべき微細片を超臨界流体と混合
してスラリーを形成し、そのスラリーを成形型の導入口
を経て製品キャビティ内へ導入するだけで、上述の如く
高密度且均質な成形体が形成されると共に成形体より溶
媒としての超臨界流体が自動的に除去されるので、液体
の溶媒が使用され微細片の成形工程と溶媒の除去工程と
が独立の工程として行われる従来の成形法の場合に比し
て、高純度且高密度で均質な成形体を遥かに能率よく且
低廉に製造することができる。

【００２３】また超臨界流体は液体の如き他の流体に比
して粘性、表面張力が極めて低いので、焼結されるべき
微細片又は焼結されるべき微細片と焼結助剤との混合物
を超臨界流体中に均一に分散させることができると共に
、かくして原料の微細片が均一に分散されたスラリーを
容易に形成することができ、このことによっても微細片
の均質な成形体を能率よく且低廉に製造することができ
る。

【００２４】また溶媒としての超臨界流体は微細片の成
形と同時進行的に通常のガスに変化して成形型より流出
するので、液相より固相への相変化を伴なう液体の溶媒
が使用される従来の成形法に於ける凝固収縮に起因する
割れや形状変化を生じることがなく、これにより成形体
の肉厚、形状等により大きく制約されることなくネット
シェイプにて微細片を成形することができる。

【００２５】また超臨界流体を溶媒とするスラリーは液
体を溶媒とするスラリーに比して粘性が低く流動性が高
いので、成形型のスラリー導入口の断面積は小さくてよ
く、これにより成形型の製品キャビティの形状を所望の
部品形状に近い形状に設定することができ、このことに
よってもネットシェイプにて微細片を成形することがで
きる。

【００２６】また一般に超臨界流体は微細片に対し化学
的影響を及ぼすことがないので、セラミックや金属の如
き任意の物質よりなる微細片を成形することができる。 また温度及び圧力の制御によって超臨界流体の特性を容
易に変化させることができるので、微細片の成形の条件
を容易に制御することができる。また超臨界流体を構成
する物質は例えばＣＯ２　、空気、Ｎ２　の如き物質で
あってよく、これらは無害且安価であると共に比較的低
い温度及び圧力にて超臨界状態になるので、超臨界流体
流体を使用することによるコストアップも少なくて済む
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による微細片の成形方法の実施に使用さ
れるに適した成形装置の一つの実施例を示す概略構成図
である。

【図２】図１に示された成形装置を用いて本発明の方法
に従って形成された粉末成形体を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０…ボンベ １４…ポンプ １８…混合槽 ２６…原料粉末 ２８…撹拌器 ３４…成形型 ３６…スラリー導入口 ４２…製品キャビティ ４４…気体排出通路 ４６…粉末成形体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 製品キャビティと該キャビティと連通する導入口及び排
   出通路とを有する成形型を用意し、成形されるべき微細
   片を超臨界流体と混合してスラリーを形成し、前記導入
   口を経て前記キャビティ内へ前記スラリーを導入しつつ
   前記スラリー中の超臨界流体を前記排出通路より前記成
   形型外へ排出させる微細片の成形方法。