JPH0478681B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は金属多孔質体の製造法とりわけ活性化
焼結による金属多孔質体の製造法に関するもので
ある。 〔従来の技術とその問題点〕 プラスチック、ゴム、陶磁器などの成形のため
の型材は、一般に溶製材で作られたが、通気性や
通水性がない。これを改善するには、多孔質金属
焼結体で成形型を構成すれば好都合である。金属
多孔質体を得る場合、従来では一般に金属粉末に
潤滑材又は／及びバインダを添加混合し、この混
合物を金型に充填し高圧縮力を加えて圧粉体を作
り、この圧粉体を還元性雰囲気中で加熱焼結する
方法が採られていた。 しかし、この方法は、圧粉体の製造に雄雌の金
型と大容量のプレスなど設備を必要とするため、
製造コストが高価となり、また、金型製作上の制
約や流動性などの面から、複雑な形状や高さの大
きな金属多孔質体の製造が難しいという問題があ
つた。 この対策としては、成形法として圧粉成形でな
く、金属粉とバンイダをスラリー状にしてスリツ
プキヤステイングのような流し込み成形する手法
を採り、この成形体を焼結する方法が考えられ
る。 しかしながら、この場合には、無加圧成形であ
ることから、成形体の気孔率が約50％と圧粉体の
それに対し約２倍以上高く、そのためこの方式で
は焼結が容易に進行せず、型材として重要な機械
的強度ことに十分な圧縮強度を得がたいという問
題があつた。また、通気や吸水を均一に行う点か
ら、気孔ができるだけ細かくかつ型面に均一に分
散していることが望ましいが、従来ではこのよう
な特性のものが得られなかつた。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は前記のような問題点を解決するために
研究して創案されたもので、その目的とするとこ
ろは、各種通気性・通水性の型材類に適した気孔
が微細に散在した良好な強度の金属多孔質体を簡
単かつ安価に製造することができる方法を提供す
ることにある。 この目的を達成するため、本発明は、無加圧成
形の利点を生かしつつ同時にその難点である低焼
結性を予備酸化と還元行程の組合せにより回避し
て適切な活性化焼結を行うようにしたもので、す
なわち、金属多孔質体を得るにあたり、金属粉末
にバインダとして加水分解エチルシリケートない
しこれと同効の特性を持つ液状物質を添加混合し
てスラリー状試料を作り、これをスリツプキヤス
トにより成形して固化成形体を作り、この固化成
形体を乾燥後、金属粉末粒子を酸化膨張・酸化焼
結させて接触点を増加させる酸化処理を行い、つ
いで還元性雰囲気中で加熱焼結することを特徴と
するものである。 このような本発明によれば、成形行程において
プレスなどの大掛かりな加圧設備を必要とせず、
マスターモデル、製品サンプルあるいはせいぜい
雌型などを使用するだけで簡単に成形できる。ま
た、この成形体段階で気孔率が大であつても、予
備酸化処理により金属粒子が膨張して相互の接触
面積が大きくなり、基地が互いに連結されるた
め、次に還元性雰囲気で加熱することにより焼結
が著しく促進される。そして、前記予備酸化処理
での金属粒子の膨張・連結で金属粒子間の空孔が
埋められるとともに気孔の合体化が生ずるため気
孔が閉じられ、残存する気孔も還元時の収縮で絞
り出され、分散微細化する。これらにより高強度
な金属多孔質体が得られる。 以下本発明を詳細に説明する。 本発明による金属多孔質体の製造法は、下記の
基本工程からなつている。 金属粉末にバインダを添加し、混練してスラ
リー状試料を作り、これをスリツプキヤステン
グ法により成形し、無加圧成形体を得る工程 無加圧成形体を酸化処理する工程 酸化処理した無加圧成形体を還元焼結する工
程 詳述すると、まずの工程において、「金属粉
末」は酸化性のものたとえば鉄またはその合金
（Fe−Cu等）、Ni，Coの１種又は２種以上が効果
的に利用される。この金属粉末には、スリツプキ
ヤステイング時の成形性を確保し、乾燥クラツク
や焼結時のクラツクを防止するため、フアイバー
を適量添加してもよい。この目つぶれは後に研削
や研摩を行うことで除去され、多孔性を再生でき
る。 次にバインダは、金属粉末に流動性と成形性を
与えると共に気孔を形成するためのもので、金属
粉末と化学反応を起こさず、乾燥時まででほぼ成
形体中から揮散する成分を含む液体であり、その
代表例としては加水分解エチルシリケートすなわ
ちアルコール性シリカゾル（以下単にエチルシリ
ケートと称す）またはこれと同効の特性を有する
物質が挙げられる。ここで、加水分解エチルシリ
ケートは、正−けい酸エチルの低縮合体混合物
（有効シリカが約40〜42％）にアルコール系溶剤
（たとえばエタノール、イソプレパノール）と水、
さらに反応促進とゾルの安定化のための酸性物質
触媒（たとえば硝酸アンモニアなど）を加え、混
練して加水分解したものである。このバインダは
金属粉末に対し、通常10〜30％添加される。 上記原料は計量後混ぜ合わされ、攪拌あるいは
振動を加えることで混練され、スラリー状試料と
なる。このスラリー状試料は次いで真空脱泡など
により混入エアを除去した後、製造目的の形状寸
法、模様などを所望の型に流し込み、固化させ
る。これは、たとえば製造目的製品が通気性の型
であれば、型枠中にマスターモデルや製品サンプ
ルを配して行えばよいし、それ以外の機械部品な
どにあつては雌型のキヤビテイを利用すればよ
い。固化後は型から取り出し、要すれば、自然乾
燥、加熱あるいは冷凍などの強制乾燥を行うもの
で、これにより、無加圧成形体が得られる。バイ
ンダとして前記のようなものを利用した場合、流
し込みが終わると、スラリー状試料は急速にゲル
化し、均一で収縮が少ない成形体となり、しかも
アルコール分が内部から表面外に旺盛に抜けるた
め、気孔率の高い固化成形体となり、乾燥前でも
ハンドリングが可能となる。 次に本発明は、のように無加圧成形体を酸化
処理する。これは、具体的には、酸化性雰囲気中
で、かつ後述する還元焼結よりも低い温度で加熱
することである。酸化性雰囲気は最も簡便には大
気が使用されるが、要すれば酸素富化の雰囲気と
してもよい。 この酸化処理の温度と時間は、金属粉末の酸化
特性、製造する金属多孔質体の寸法諸元、および
に金属多孔質体に求められる気孔率と必要強度の
相関を考慮して適宜設定する。 金属粉末が鉄またはその合金の場合には、通
常、処理温度は300〜650℃、処理時間は１〜
360minの範囲から選択すればよい。一般に多孔
質体の強度は気孔率に指数関数的に依存してい
る。したがつて、強度より気孔率が要求される場
合たとえば通気性の型のような場合には、処理温
度と処理時間の少なくとも一方のパラメータを減
少側に制御すればよく、強度が重視される場合に
は、処理温度と処理時間の少なくとも一方のパラ
メータを増大側に制御すればよい。 温度条件については、処理温度があまり高温で
は酸化膜中の酸素の拡散が早く、酸化膜の成長速
度が早いため、成形体内部に酸素が供給されにく
くなり、内部は気孔率が高いまま酸化が進行しな
くなる。低温側では酸化膜の成長が緩やかである
ため、雰囲気中の酸素が内部まで移動し、中心部
まで酸化焼結が進み全体として強度上昇が図られ
る。この特性を利用することで内部と外部での気
孔率をコントロールすることができる。 次いで、のように酸化処理を終えた成形体を
還元焼結する。これは、具体的には還元性雰囲気
中で、焼結金属の融点Tmの0.5〜0.8倍の温度範
囲、たとえば純鉄の場合、Tm＝1535℃とすると
約770〜1230℃の範囲の温度条件で加熱すること
により行われるが、本発明の場合、後述のように
焼結性が良いため、比較的低温でまた短時間で実
施することができる。 還元性雰囲気は水素ガス、アンモニア分解ガス
などが使用されるが、鉄系粉末の場合、補助的に
メタンやプロパンなどの炭化水素系ガスあるいは
一酸化炭素などの添加雰囲気あるいは、黒鉛粉末
や黒鉛を添加したセラミツクス粉中にパツキング
して還元を促進あるいはさらに加炭をすることも
可能である。この還元焼結工程は前記酸化処理と
ともにバツチ式炉あるいはコンベア式、プツシヤ
ー式などの連続炉で行えばよい。 この還元焼結工程で目的とする金属多孔質体が
得られ、冷却後そのままあるいは機械加工を施す
ことで製品となる。また、要すれば、還元焼結時
または焼結後、成形体に異種金属を含浸あるいは
溶浸してもよく、これにより密度が向上し、強度
が増加する。 第１図は本発明による焼結挙動を模式的に示す
もので、たとえばバインダとしてエチルシリケー
トを使用し、スリツプキヤステイングし固化した
段階では、第１図ａのように成形体を構成する金
属粒子１，１はわずかに点状に接触するだけで、
金属粒子１，１の周りを粗大な空孔２，２が取り
巻いている。そのため、成形体はきわめてポーラ
スであり、これをそのまま還元焼結しても焼結は
容易に進行せず、高温かつ長時間を要する。 しかし、本発明のように、還元焼結の前段とし
て積極的に酸化処理を行えば、第１図ｂのように
金属粒子１，１は酸素との反応で金属酸化粒子
１′，１′に変化し、この酸化の際の体積膨張と金
属酸化粒子１′，１′の焼結により、連結基地３に
変容する。それと同時に、第１図ａにおける金属
粒子１，１間の空孔２，２が金属酸化粒子１′，
１′により埋められるとともに、空孔の合体化が
生ずるため閉空孔２′となる。 このような金属酸化粒子１′，１′の連結基地３
が得られた状態で次に還元が行われるため、還元
反応が著しく促進され、金属酸化粒子１′，１′は
金属に還元されながら基地金属の流動により収縮
し、これにより、第１図ｃ，ｄのごとく焼結の進
行とともに、空孔は絞られる形で分散微細化さ
れ、組織の緻密な多孔質体となるものである。 〔実施例〕 次に本発明の実施例を示す。 実施例 １ 下記第１表の粒度分布（％）の還元鉄粉を用
い、これにエチルシリケートを15％添加後、振
動混練することでスラリー化し、真空脱泡後、
雌型に流し込み、脱型後自然乾燥してφ10×20
mmの無加圧成形体を得た。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によるときには、金属多孔
質体を得るにあたり、金属粉末にバインダとして
加水分解エチルシリケートないしこれと同効の特
性を持つ液状物質を添加混合してスラリー状試料
を作り、これをスリツプキヤストにより成形して
固化成形体体を作り、この固化成形体を乾燥後、
金属粉末粒子を酸化膨張・酸化焼結させて接触点
を増加させる酸化処理を行い、ついで還元性雰囲
気中で加熱焼結するので、バインダの特性とあい
まつて酸化処理により、金属酸化粒子の連結基地
を作るとともに、金属粒子間の空孔を埋め、開空
孔率を低下させることができ、さらに、次の焼結
工程においては、金属酸化粒子の連結基地が還元
されるため、焼結反応が著しく促進され、金属酸
化粒子の連結基地は金属に還元されながら収縮
し、それによつて空孔が絞られて分散微細化す
る。このため、無加圧成形でありながら気孔が微
細に分散した緻密で圧縮強度の高い金属多孔質体
とすることができる。 しかも、スリツプキヤステイング法による無加
圧成形により大型、あるいは複雑形状のものを自
在に作ることができ、また、バインダ特性により
ハンドリングも容易であり、酸化処理により焼結
温度の低下や、焼結時間の短縮を図ることができ
るため、全体として、コストを安価にすることが
できるなどのすぐれた効果が得られる。 本発明はプラスチツクの真空成形、ゴム成形、
陶磁器成形などをはじめとする各種通気性・吸水
性の型材や、各種多孔質機械部品構造用部品等の
製造に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の活性化焼結による金属多孔質
体の製造法における成形体の焼結挙動を模式的に
示す説明図、第２図は酸化処理を行つた場合の圧
縮強度と気孔率の関係を示すグラフ、第３図は還
元焼結に及ぼす酸化処理の影響を示すグラフ、第
４図ａは本発明により得られた金属多孔質体のミ
クロ組織写真（×67）、第４図ｂは酸化処理を行
わない金属多孔質体のミクロ組織写真（×67）で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属多孔質体を得るにあたり、金属粉末にバ
   インダとして加水分解エチルシリケートないしこ
   れと同効の特性を持つ液状物質を添加混合してス
   ラリー状試料を作り、これをスリツプキヤストに
   より成形して固化成形体を作り、この固化成形体
   を乾燥後、金属粉末粒子を酸化膨張・酸化焼結さ
   せて接触点を増加させる酸化処理を行い、ついで
   還元性雰囲気中で加熱焼結することを特徴とする
   活性焼結による金属多孔質体の製造法。