JPH0488101A - セラミックス粉末または金属粉末の射出成形方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セラミックス粉末または金属粉末を原料とし
て所定の成形品を得る射出成形方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、セラミックスや金属の粉末を原料とした機能部品
を射出成形方法にて成形した後、焼結して高精度の部品
加工を行う技術が開発されている。

この成形方法は従来からのプラスチックスの射出成形方
法を応用したもので、セラミックスや金属の粉末に結合
剤または通称バインダーと称する有機性高分子であるプ
ラスチックス及び可塑剤、プラスチックスとセラミック
スや金属の粉末との混合性を向上させる目的の界面活性
剤や拡散剤、流動性を向上させる目的のワックス類を添
加して加熱混練した後、造粒し、射出成形している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記射出成形方法によると、次のような問題が
あった。

すなわち、粉末材料にバインダー物質を加えたものを成
形する場合、金型に離型剤を塗布しなければならず、し
かも、離型剤の種類によっては、製品の品質に悪影響を
及ぼすことである。

また、上記射出成形によって得られた成形品は、焼結加
工する前に、セラミックスや金属の粉末以外に添加され
ているバインダー物質等を除去するための脱脂工程を必
要とする。この脱脂工程は専用の設備の中で長時間を必
要とし、概ね数日間を要している。また、脱脂工程でバ
インダー物質等を完全に除去してしまうと、焼結炉へ移
す時に変形したり破損するので、一部バインダー物質等
を残留させる必要がある。しかし、この一部残留させた
バインダー物質等は焼結後の製品の品質を低下させる事
があった。

そこで、上記の射出成形方法に代わって凍結射出成形方
法が開発されている。この方法はセラミックスや金属の
粉末にバインダー物質等の代わりに水を加え、泥状にし
たセラミックスや金属を射出成形し、そのままでは形状
を保持しえないので、凍結固化してから金型より取り出
すことを特徴としており、バインダー等の物質を添加し
ていないことから、脱脂工程を必要としない利点がある
が、凍結固化といった特殊な工程を必要とするため、製
造コストが増大する問題があった。

本発明は、以上のような問題を解消することを目的とし
てなされたものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の第１請求項に係るセラミックス粉末または金属
粉末の射出成形方法は、セラミックスまたは金属の粉末
材料に磁気処理水と寒天粉末を加え、混練して粘土状可
塑性物質とし、寒天粉末を成形機の加熱機構部分で加熱
溶解しながら、所定の金型内に上記粘土状可塑性物質を
充填して成形することを特徴とするものである。

また、本発明の第２請求項に係るセラミックス粉末また
は金属粉末の射出成形方法は、セラミックスまたは金属
の粉末材料に磁気処理水と寒天粉末を加え、混練して粘
土状可塑性物質とし、この可塑性物質を加熱して上記寒
天粉末を溶解しゾル状態としてから、このゾル状物質を
成形機の保温可能なホッパーに投入し、所定の金型内に
充填して成形することを特徴とするものである。

〔作　用〕

海草からの抽出物質である寒天は水の存在下、９５〜１
００°Ｃでゾル状の粘性液となり、３５〜４０℃でゲル
化して弾性のある固体化物質となる。このような性質を
有する寒天粉末を従来の成形方法で使用されているバイ
ンダー物質等の代わりにセラミックスや金属の粉末と混
合し、磁気処理水を加えて粘土状の可塑性を有する状態
まで混練する。

その後９５〜１００°Ｃで加熱保温すると寒天はゾル化
し、流動性を増して２００〜３００Ｋｇ／ｃ＋ｏ２の低
圧で均一に成形できる。従来のバインダー物質等の場合
は１６０〜１８０℃の高温度で加熱溶融しないと流動性
を有せず、７００〜８００　Ｋｇ／ｃｒｎ２以上の高圧
で押し出さなければ成形できないことに比較すると、き
わめて有利である。

また、寒天は３５〜４０°Ｃに冷却するとゲル化し弾性
のある固体化物質となり、離型性に富むので、金型に離
型剤を塗布しなくてもよい。ゲル化した寒天は常温の通
風下でも極めて離水しやすいため、簡単に乾燥し、成形
した形をかなりの強度で保持できる。乾燥した後は、脱
脂工程等を経ることな（、直ちに焼結工程へ移行させる
ことができる。ここで、成形品中に含有する上記寒天は
９５０〜９８０°Ｃで完全に灰化し、灰化する温度まで
急激に昇温しでも成形品の内部に分解ガスが滞留するこ
とはない。

ところで、永久磁石等の磁力線を発している装置の中で
、その磁力線と直交するように流れた水は磁気の影響を
受け、湿潤性及び凝結性に富んだ磁気処理水となる（特
開平２−１２２８８９号公報参照）。

例えば、２７００〜３０００ガウスの磁力を有するバリ
ウムフェライト磁石１０個を磁石間にスペーサーを介し
て、層状に積み重ねた常磁性体の円筒状金属容器の中へ
水を渦巻状に秒速２〜３ｍの速さて磁力線を直交させる
ように通過させると、この水は磁力線による次のような
作用を受け、励磁される。

（１）水分子間の水素イオン結合の結合力を弱める。ま
たは、水素イオン結合が一部で切れる。

（２）イオンドリフトによりイオン相互間距離の減少に
よる陽イオンと陰イオンの相互作用の増大をもたらす。

（３）水分子中の水素原子核スピンの配向が磁気モーメ
ントにより変化する。

このため、上記磁気処理水は、磁気処理されていない通
常の水に比べて、次のような特性を有する。

（１）高結晶性 （２）高湿潤性 （３）高浸透性 （４）高凝結性 本発明方法では、セラミックス粉末または金属粉末の混
練に際して、この磁気処理水を用いるものである。すな
わち、ミクロン単位またはサブミクロン単位まで微細化
したセラミックスや金属の粉末はその表面活性度が高く
なり、上記の磁気処理水と混練すると、磁気処理しない
水に比べて均質な乳状物質になりやすく粘性も向上する
。従来のバインダー物質等を使用する場合は、セラミッ
クスまたは金属の粉末とバインダー物質との均質性を高
めるために界面活性剤または拡散剤等を使用しなければ
ならない。磁気処理水を使用すると界面活性剤または拡
散剤を必要としないか、使用しても極めて微量でよい。

また、寒天をこの磁気処理水で加熱溶解した後、冷却し
てゲル化するとそのゲル強度は通常の水を使用した場合
よりも高（なる。即ち、同じ強度のゲルを得る場合には
使用する寒天の濃度を低くできる。なお、寒天はその製
造工程で使用する薬品や原料に由来するイオンを含有し
ており、このイオンは焼結後の製品の品質に悪影響を及
ぼすおそれがあるので、寒天の使用量は少ない方が望ま
しい。

セラミックスや金属の粉末に寒天を混合し、混練水とし
て磁気処理水を使用すると、セラミックスや金属の粉末
と水との湿潤性が良く、容易に均質になり、粒子間の凝
結性が向上し成形品の強度を高くすることができる。

従来の方法ではバインダー等の物質が体積比で４０〜５
０％を６給、セラミックスや金属の粒子から遊離してい
るバインダー等の物質がかなり存在しているため、高圧
で金型に充填する場合、流れの速度の不均一によりバイ
ンダー等の物質が先に流れ、セラミックスや金属の粒子
が不均一に分布しやすい。しかし、セラミックスや金属
の粉末に寒天と磁気処理水を使用する場合は、寒天と水
とのゾル溶液の大部分は粉末粒子の間隙と粒子の表面に
極めて薄い膜状で存在し、粒子から遊離している量は少
ないため、流れの速度の不均一による粒子の不均一性の
発生は少ない。

〔実　施　例〕

次に、本発明の実施例について説明すると、材料配分は
、たとえばセラックスの粉末材料としてのアルミナ粉末
を重量比で７７、２３％、寒天粉末を同０９９％、磁気
処理水を同２１．７８％の割合とする。

まずアルミナ粉末と寒天粉末を所定量計量し、これをコ
ロイドミルで均質になるまで混合する。

アルミナ粉末と寒天粉末が均質に混合されたら、コロイ
ドミルからミキサーへ移し、更に磁気処理水を加え、均
質な粘土状の可塑性を有する状態まで混練する。この可
塑性物質を射出成形機の原料ホッパーへ投入する。

次に、射出成形機の加熱機構部の温度を９５〜１００°
Ｃに設定し、２０〜２５分間保持し、上記ホッパーから
の未加熱の可塑性物質を加熱してゾル状に加熱溶解する
。一方、金型の中へ４０〜５０℃の温水を流し、金型を
保温しておく。押し出し圧力２００〜３００Ｋｇ／ｃｍ
”で金型へ上記可塑性物質を填入し、填入終了後直ちに
金型内に１０〜１５°Ｃの冷水を流し、冷却した後、金
型を開放して成形品を取り出す。

また、他の方法としては、まずアルミナ粉末と寒天粉末
を所定量計量し、コロイドミルで均質に混合した後、こ
の混合粉末をコロイドミルから加熱装置の付いたミキサ
ーへ移し、更に磁気処理水を加え混練する。その後、９
５〜１００°Ｃで３０〜４０分間均質な粘土状の可塑性
を有する状態まで加熱混練しゾル状にする。このゾル状
物質を射出成形機の保温装置の付いた原料ホッパーに投
入し、保温温度を６０〜７０℃に保持しながら、上記の
未加熱原料の場合と同様に成形を行う。

そして、以上の方法による工程で得られた射出成形品を
焼結炉の棚に並べ、炉内の温度を４０〜５０℃に保ち１
時間乾燥させたら、昇温させ、１５０〜２００℃で３０
分間保持して、成形品中に含有する寒天成分を褐変化し
た後、１０００℃まで昇温させ、１時間その温度を保持
し寒天成分を完全に灰化する。その後は通常の方法で１
６００〜１７００℃で１〜４時間保ち完全に焼結する。

〔発明の効果〕

以上詳述したとおり、本発明方法によると、従来のバイ
ンダー物質等添加剤に代えて、寒天を用いたため、材料
の流動性が向上して低圧で容易に射出成形可能であり、
また、凍結同化といった特殊な工程や、焼結加工前の脱
脂工程等が不要であり、さらには、金型内面への離型剤
の塗布も不要となるので、この離型剤、あるいは成形品
中に部残留したバインダー物質等による品質低下のおそ
れも解消できるものである。

しかも、粉末材料の混線に磁気処理水を用いることから
、材料を容易に均質にでき、均質性を向上させるための
界面活性剤や拡散剤の添加を不要またはきわめて微量に
できるとともに、材料粉末粒子間の凝結性が向上して成
形品の強度を増大できるといった優れた効果を奏する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミックスまたは金属の粉末材料に磁気処理水と
   寒天粉末を加え、混練して粘土状可塑性物質とし、寒天
   粉末を成形機の加熱機構部分で加熱溶解しながら、所定
   の金型内に上記粘土状可塑性物質を充填して成形するこ
   とを特徴とするセラミックス粉末または金属粉末の射出
   成形方法。 ２、セラミックスまたは金属の粉末材料に磁気処理水と
   寒天粉末を加え、混練して粘土状可塑性物質とし、この
   可塑性物質を加熱して上記寒天粉末を溶解しゾル状態と
   してから、このゾル状物質を成形機の保温可能なホッパ
   ーに投入し、所定の金型内に充填して成形することを特
   徴とするセラミックス粉末または金属粉末の射出成形方
   法。