JPH04368806A - 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、更に詳細には成形時に
液体より気体へ相変化する溶媒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
る必要があるため例えば十数時間の如き長時間を要し、
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、加圧された液体状態の溶媒と成
形されるべき微細片とが混合されたスラリーを形成し、
該スラリーを成形する過程に於て溶媒を気体として除去
することにより、微細片の成形及び溶媒の除去を同時に
達成して独立の溶媒除去工程を排除し、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、沸点が
常温よりも低い物質よりなり実質的に１０ｋｇ／ｃｍ２
　以上の圧力に加圧された液体状態の溶媒と成形される
べき微細片とが混合されたスラリーを形成し、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
前記スラリー中の溶媒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、沸点が常温よりも低い
物質よりなり実質的に１０ｋｇ／ｃｍ２　以上の圧力に
加圧された液体状態の溶媒と成形されるべき微細片とが
混合された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溶媒が排出通路より
成形型外へ排出される。従ってキャビティ内には導入口
近傍に於ける実質的に１０ｋｇ／ｃｍ２　以上の圧力よ
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液体状態の溶媒は
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
て気体に迅速に変化し、これにより溶媒は製品キャビテ
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】

【課題を解決するための手段の補足説明】本発明の方法
に於ける溶媒は、沸点が常温よりも低く実質的に１０ｋ
ｇ／ｃｍ２　以上の圧力に加圧されると液体状態になる
任意の物質であってよいが、価格、安全性、取扱いの容
易性等の点から例えばＣＯ２　、空気、Ｎ２　等である
ことが好ましい。

【００１１】またスラリーを構成する溶媒がそれに対す
る加圧圧力が１０ｋｇ／ｃｍ２　以下であっても液体状
態になる物質である場合にも、溶媒の圧力が低いときに
は成形型の製品キャビィティ内に微細片の成形に必要な
急峻な圧力勾配を形成することができず、そのため高密
度の成形体を能率よく形成することができない。従って
本発明の方法に於ては、スラリーを構成する溶媒の圧力
は１０ｋｇ／ｃｍ２　以上に設定される。

【００１２】本発明の方法に於ては、成形体の保形性や
取扱い性を向上させるべく、例えば乾燥により固化する
バインダがスラリーに添加されてもよい。

【００１３】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。

【００１４】

【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。

【００１５】図１に於て、１０は混合槽を示しており、
該混合槽の混合室１２は導管１４により図には示されて
いないが内部にＣＯ２　を貯容するボンベに連通接続さ
れている。また混合室１２はヒータ１６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１２内には該
混合室に装入された成形されるべき微細片１８を撹拌す
る撹拌器２０が設けられている。

【００１６】混合室１２は途中に開閉弁２２及びポンプ
２４を有する導管２６により成形型２８のスラリー導入
口３０と連通接続されている。図示の実施例に於ては、
成形型２８は上型３２及び下型３４よりなっており、互
いに型合せされるとスラリー導入口３０と該導入口と連
通する製品キャビティ３６とを郭定するようになってい
る。製品キャビティ３６は上型３２及び下型３４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３８により大気と連通している。

【００１７】上述の如く形成された成形装置を用いて本
発明に従って主として窒化ケイ素粉末よりなる粉末成形
体を形成した。

【００１８】まず１０ｋｇの窒化ケイ素粉末（平均粒径
０．５μｍ　）と５００ｇの酸化イットリウム（平均粒
径０．１μｍ　）と５００ｇのアルミナ粉末（平均粒径
０．２μｍ　）とよりなる原料粉末を混合槽１０の混合
室１２内へ装入した。次いで開閉弁２２を閉弁した状態
にて導管１４より混合室１２内へＣＯ２　１５を増圧し
ながら供給すると共にＣＯ２　を温度２３℃にて１００
ｋｇ／ｃｍ２　に加圧し、ＣＯ２　を液体状態にした。 尚混合室１２の容積は２０リットルであり、混合室内に
充填されたＣＯ２　は７．５ｋｇであった。

【００１９】次いで撹拌器２０を２００ｒｐｍにて３時
間回転させることにより原料粉末と液体状態のＣＯ２　
とを撹拌混合し、これにより液体状態のＣＯ２　を溶媒
とする原料粉末のスラリーを形成した。次いで開閉弁２
２を開弁しポンプ２４を作動させることにより、混合室
２０内のスラリーの一部を２００ｋｇ／ｃｍ２　に加圧
して成形型２８の製品キャビティ３６内へ注入した。注
入開始後約５分が経過しキャビティ３６内に原料粉末が
完全に充填された段階に於て開閉弁２２を閉弁し、ポン
プ２４及び撹拌器２０を停止した。

【００２０】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３６内へ導入されたスラリー
中の高圧の液体状態のＣＯ２　は該キャビティが気体排
出通路３８によって大気と連通されていることからキャ
ビティ内にてその圧力を漸次低下し、液体状態より通常
の気体状態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３６内に於ては、スラリー導入
口３０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。

【００２１】成形が完了した後成形型２８を分解し、図
２に示されている如く製品キャビティ３６内にて成形さ
れた粉末成形体４０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３６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。

【００２２】また成形体の比重を測定したところ、この
成形体の比重は１．３７であり、またその成形体を大気
中に放置しても重量の減少は生じなかったことから成形
体中には液体状態又は固体状態のＣＯ２　は全く残存し
ていないことが確認された。

【００２３】更に上述の如く形成された成形体をＮ２　
雰囲気中にて１７５０℃に４時間加熱する焼成を行った
ところ、高密度の焼成体が得られた。また焼成された成
形体よりＪＩＳ規格Ｒ１６０１に基き４０本の抗折試験
片を形成し、各試験片について４点曲げ抗折試験を行っ
た。その結果各試験片の平均強度は１２１０ＭＰａであ
り、ワイブル係数は１４であった。

【００２４】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
溶媒はその全てが気体として排出されることが好ましい
が、その一部が液体状態のまま排出されてもよい。

【００２５】

【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、沸点が常温よりも低い物質よりなり実質的
に１０ｋｇ／ｃｍ２　以上の圧力に加圧された液体状態
の溶媒と成形されるべき微細片とが混合されたスラリー
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が自動的に
除去されるので、常温及び常圧下に於て液体である溶媒
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。

【００２６】また溶媒は微細片の成形と同時進行的に気
体に変化して成形型より流出するので、成形時に液相よ
り固相へ相変化する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。

【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…混合槽 １８…原料粉末 ２０…撹拌器 ２８…成形型 ３０…スラリー導入口 ３６…製品キャビティ ３８…気体排出通路 ４０…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、沸点が常温よりも低
   い物質よりなり実質的に１０ｋｇ／ｃｍ２以上の圧力に
   加圧された液体状態の溶媒と成形されるべき微細片とが
   混合されたスラリーを形成し、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
   の溶媒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。