JPH05104508A - 無機物粉末成形体の製造方法 - Google Patents

無機物粉末成形体の製造方法

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JPH05104508A
JPH05104508A JP27288391A JP27288391A JPH05104508A JP H05104508 A JPH05104508 A JP H05104508A JP 27288391 A JP27288391 A JP 27288391A JP 27288391 A JP27288391 A JP 27288391A JP H05104508 A JPH05104508 A JP H05104508A
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JP
Japan
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slurry
pressure
inorganic powder
cavity
gas pressure
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Pending
Application number
JP27288391A
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English (en)
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Nobuo Kobayashi
信夫 小林
Kokichi Doi
孝吉 土井
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 バリの発生を防止して無機物粉末成形体を得
る。 【構成】 無機物粉末、結合剤及び溶媒を混合加熱して
ゾル化し、得られたスラリーをキャビティ1aに注入す
る。キャビティ1aに保圧を加えつつ、スラリーをゲル
化して賦形体を得る。この賦形工程は、設定保圧圧力:
h 、スラリー流動圧:Pf 、キャビティ内ガス圧:P
c 、圧力降下率:α(α≦1)としたとき、注入時に、
h −Pc >Pf 、保圧時に、Ph ×α−Pc ≦Pf
満たす条件範囲で成形型1外よりバリの発生する見切り
部12aに対して、ガス圧を加えながら、スラリーの注
入及び保圧を行う。脱型した賦形体を乾燥して無機物粉
末成形体を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、焼結体を形成するセラ
ミックスなどの無機物粉末成形体を製造する方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば複雑形状のセラミックス製
品を製造する場合には、セラミックス粉末に、高分子化
合物又はワックスなどの熱可塑性物質等からなる結合
剤、及び溶媒を混合し、加熱下でゾル化してスラリー状
とし、これを型内に注入するとともに型内でゲル化して
賦形体を成形し、脱型した賦形体を徐々に加熱して脱脂
し、その後高温で焼結する方法が実用化されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法にお
いて成形原料であるスラリーが低粘度であり、流動性に
富む。また図4に示すように、成形型80の見切り部8
1には間隙82があり、この間隙82を無くして成形型
80を製作するのは精度上不可能であるとともに、間隙
82はスラリーの注入充填時にキャビティ内の空気を逃
がすために必要不可欠なものである。さらに、スラリー
83を成形型80のキャビティに充填するのに必要な圧
力以上に、ヒケ防止のための保圧をかけなければいなら
ない。
【0004】これらを要因として、成形型80の見切り
部81にバリ84が発生する。特にターボチャージャロ
ータなどのような複雑形状部品には多くの見切り部が存
在するので、多くのバリが発生する。これらのバリ、特
に強度を要する部位に発生するバリは極めて有害であ
る。このため、成形体を形成した後に上記バリを除去す
る工程を余分に行う必要があり、また成形型の見切り部
に残存するバリは次ショットの成形に悪影響を及ぼすの
で毎ショット後にばり掃除を行う必要があり、コスト的
にも能率的にも不利である。
【0005】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、バリの発生を防止することのできる無機物粉末成
形体の製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の無機物粉末成形
体の製造方法は、無機物粉末、結合剤及び溶媒からなる
混合物を加熱してスラリーを得る混練工程と、該スラリ
ーを見切り部を有する成形型のキャビティに注入して賦
形体を形成する賦形工程と、該賦形体を脱型して乾燥す
る乾燥工程とからなる無機物粉末成形体の製造方法であ
って、前記賦形工程において、設定保圧圧力:Ph 、ス
ラリー流動圧:Pf 、キャビティ内ガス圧:Pc 、圧力
降下率:α(α≦1)としたとき、 注入時に、Ph −Pc >Pf 保圧時に、Ph ×α−Pc ≦Pf を満たす条件範囲で前記成形型外よりバリの発生する見
切り部に対して、ガス圧を加えながら、前記スラリーの
注入及び保圧を行うことを特徴とする。
【0007】本発明の無機物粉末成形体の製造方法は、
混練工程と、賦形工程と、乾燥工程とからなる。混練工
程では、無機物粉末に結合剤と溶媒とを混合加熱してゾ
ル化し、流動性のあるスラリーを形成する。無機物粉末
としては、通常の酸化物、窒化物、炭化物等のセラミッ
クスや、金属粉末などが使用できるが、粉末の種類は、
特に問わない。
【0008】溶媒として使用できるものは、室温である
程度の揮発性をもつもので、例えば、ミネラルスピリッ
トなどの炭化水素系のものや、ジエチルエーテル、ジプ
ロピルエーテル、ジブチルエーテル、メチルプロピルエ
ーテルなどのエーテル類や、メチルエチルケトン、メチ
ルプロピルケトン、メチルブチルケトンなどのケトン類
や、炭素数が4以上のブタノール、ペンタノール、ヘキ
サノールなどのアルコールを用いることができる。また
この溶媒は2種以上を混合して用いることもできる。
【0009】使用される溶媒の量は、スラリー中に20
〜50容量%用いることができる。溶媒量が20容量%
未満であるとスラリーの粘度が高くなり取扱が困難とな
るので好ましくない。また50容量%を超えると結合剤
の濃度が低くなりゲル化が不充分となるので好ましくな
い。結合剤としては、リシノレイン酸などを主成分とす
る脂肪酸の誘導体で、例えばひまし硬化脂肪酸及びその
エステルなどの誘導体、マイクロクリスタリンワックス
などのワックス類、その他軟質樹脂、水溶性樹脂などが
利用できる。この結合剤は溶媒に溶解してゾル化し冷却
によりゲル化するので、賦形体が形成できる。これらの
結合剤を含むスラリーは加熱により流動性が付与され低
圧で型内に注入可能な状態にすることができる。
【0010】この結合剤は、スラリー中に溶媒100重
量部に対して5〜100重量部の範囲で配合されている
のが好ましい。結合剤の添加量が5重量部未満では無機
物粉末をスラリー化して成形することができないので好
ましくない。また結合剤の添加量が100重量部を超え
ると乾燥後の気孔率が小さく、脱脂に時間がかかるし、
また成形時の収縮が大きくなり好ましくない。スラリー
の調整は、たとえば、結合剤の融点より高い温度でおこ
なうことにより取扱の容易な流動性が付与でき、型への
注入が容易となる。
【0011】この無機物粉末と結合剤との混合物には、
必要とあれば他の成形用の添加物、例えば、高分子界面
活性剤などの分散剤を配合してもよい。賦形工程では、
成形型外よりバリの発生する見切り部に対してガス圧を
加えながら、スラリーを成形型の所定の形状をもつキャ
ビティに注入充填し、キャビティに保圧を加えつつ賦形
体を形成する。
【0012】このとき、本発明方法では、設定保圧圧
力:Ph 、スラリー流動圧:Pf 、キャビティ内ガス
圧:Pc 、圧力降下率:α(α≦1)としたとき、 注入時に、Ph −Pc >Pf 保圧時に、Ph ×α−Pc ≦Pf を満たす条件範囲で前記成形型外よりバリの発生する見
切り部に対して、ガス圧:P1 を加える。注入時に上記
式を満たさない条件でガス圧:P1 が加えられると、ガ
ス圧印加によりスラリーの流動が妨げられ、スラリーの
充填が十分に行われない。なお、この注入時とは、スラ
リーの流動時のことで充填完了直前までのことである。
また、保圧時に上記式を満たさない条件でガス圧:P1
が加えられると、スラリーが成形型の見切り部の間隙内
に入り込み、バリが発生する。
【0013】上記設定保圧圧力:Ph は厚肉部のヒケ防
止等の条件により一義的に決定される値であり、スラリ
ー流動圧:Pf もスラリーの粘性等により一義的に決定
される値である。また、キャビティ内ガス圧:Pc は、
成形型の見切り部の間隙内で成形形状を有する実質的な
キャビティとの境界付近のガス圧のことである。このキ
ャビティ内ガス圧:Pcは、注入開始前では、成形型外
より見切り部に対して加えられたガス圧:P1 と等し
く、注入開始と同時にキャビティ内が圧縮されることに
より上昇し、スラリー充填完了時に最大値となる。上記
成形型外よりバリの発生する見切り部に対して加えるガ
ス圧:P1 は、保圧終了とともに、又は保圧途中でバリ
の発生する心配のなくなった時点で零とすることができ
る。なお、このガス圧:P1 は、必ずしも一定である必
要はなく、注入時と保圧時とで変えたり、徐々に変化さ
せることもできる。そしてこのガス圧:P1は、注入時
に、Ph −Pc >Pf を、保圧時に、Ph ×α−Pc
f を満たすように実験的に求めることができる。また
保圧時には、スラリーは徐々にゲル化してスラリー先端
部のスラリー圧力は、実際の設定保圧圧力:Ph から降
下しており、このときの圧力の降下する割合を圧力降下
率:α(α≦1)とする。
【0014】乾燥工程では、脱型した賦形体を乾燥して
無機物粉末成形体を得る。得られた無機物粉末成形体
は、常法により脱脂・焼結されて所定の焼結体が形成さ
れる。
【0015】
【作用】本発明方法の賦形工程では、成形型外よりバリ
の発生する見切り部に対して、スラリーの流動充填が可
能なように、つまりPh −Pc >Pf を満たすようにガ
ス圧:P1 を加えながら、スラリーの注入充填を行う。
図3に示すように、キャビティ内にスラリー注入開始前
に成形型外よりバリの発生する見切り部に対して、ガス
圧:P1 が加えられており、キャビティ内ガス圧:Pc
はP1 と等しくなっている。このため、スラリー加圧
力:Ps が(Pf +P1 )より大きくなると、スラリー
は流動し始め充填が開始される。そして、スラリー加圧
力:Ps は、充填完了とともに設定保圧圧力:Ph まで
上昇し、設定保圧圧力:Ph で所定時間保圧される。
【0016】上記保圧時において、スラリーは徐々にゲ
ル化し、見切り部側のスラリー先端部でのスラリー圧力
はPh ×αに降下している。このスラリー先端部には、
h ×α−Pc ≦Pf を満たすキャビティ内ガス圧:P
c が作用しているので、スラリーは流動して見切り部の
間隙に入り込むことがなく、バリの発生を防止すること
ができる。
【0017】
【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。 (混練工程)粒径0.5μmの窒化珪素粉末に、焼結助
剤として粒径0.5μmのイットリアとアルミナとをそ
れぞれ4重量%添加し、湿式混合法で充分混合した後、
乾燥してセラミックス粉末とした。
【0018】このセラミックス粉末50容量%、溶媒と
して工業用ガソリンを25容量%、高分子分散剤として
ポリオキシアルキル基と酸無水物の共重合体を10容量
%、及び結合剤として12ヒドロキシステアリン酸を1
5容量%を混合して80℃で72時間ボールミルで混練
してゾル化し、流動性のあるスラリーとした。なお、こ
のスラリーの粘度は約10,000cpであり、スラリ
ー流動圧:Pf は0.5kg/cm2 程度である。 (賦形工程)図1の断面図に概略構成を示す成形型1を
用意した。この成形型1は、可動型11、スライドコア
型12及び固定型13から構成されている。スライドコ
ア型12に製品(タービンホイール)形状のキャビティ
1aが設けらている。また、可動型11には、図示しな
い加圧エア供給機から加圧エアが供給され、スライドコ
ア型12の見切り部12a(図2の拡大断面図参照)に
通じる加圧エア供給路1cが設けられている。さらに、
固定型13にキャビティ1aに接続するスリーブ1bが
設けられている。これらの可動型11、スライドコア型
12及び固定型13には、それぞれ温調用の管路(図示
せず)が設けられている。
【0019】温調用の管路に加熱流体を供給して成形型
1の温度を50℃に調整し、加圧エア供給機から加圧エ
ア供給路1cに0.3kg/cm2 のガス圧:P1 を供
給した状態で、成形型1のキャビティ1aに、スリーブ
1bから図示しないプランジャにより上記スラリーを注
入した。そして、設定保圧圧力:Ph が2kg/c
2 、保圧時間(注入開始後、保圧を切るまでの時間)
が3分、型内冷却が2分の成形条件でスラリーをゲル化
して賦形体を得た。なお、注入開始後1分経過した時点
で、上記加圧エアの供給を停止した。また、上記ガス
圧:P1 は、注入時に、Ph −Pc >Pf を、保圧初期
時に、Ph ×α−Pc ≦Pf (α=0.95)を満たす
ように実験的に求められたものである。 (乾燥工程)得られた賦形体を脱型し、常温で12時間
放置して乾燥して、本実施例の無機物粉末成形体を得
た。得られた無機物粉末成形体は、バリの発生が全く認
められなかった。
【0020】乾燥後、成形体を10℃/Hrで500℃
まで昇温させて脱脂をおこなった。次いで窒素雰囲気中
で1800℃で焼結してセラミックス焼結体とした。 (比較例)上記賦形工程で、加圧エアを供給しなかった
もの(比較例1)、設定保圧圧力:Ph を1.7kg/
cm2 としたもの(比較例2)、設定保圧圧力:Ph
最初の1分間は1.7kg/cm2 としその後の2分間
は2kg/cm2 としたもの(比較例3)について、バ
リの発生状況等を調べた。
【0021】比較例1では、バリが発生し、またバリ根
本部に凹部が形成された。比較例2は、バリの発生は認
められなかったが、ハブ中央部の肉厚部にヒケが発生し
た。比較例3では、バリの発生は認められなかったが、
初期冷却後スラリー圧力が上昇するため射出側に亀裂が
発生した。これは、固まりかけたものにされに圧力が加
わるためである。
【0022】
【発明の効果】以上詳述したように本発明方法では、ス
ラリーの充填完了時にキャビティのバリの発生する見切
り部に対して加えられるガス圧が、見切り部の間隙を介
してスラリーの流動先端に作用するので、バリの発生を
防ぐことができる。このように、バリの発生に制限され
ることがないので成形条件範囲を大幅に広げることがで
き、最適成形が容易となる。また、成形型の見切り部に
バリ付着するこがないので、型掃除が不要となり、コス
ト面及び能率面で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に用いる成形型を簡略的に示す断面図
である。
【図2】図1のA−A線拡大断面図である。
【図3】本実施例の賦形工程における圧力変化を示す線
図である。
【図4】従来方法でバリが発生した状態を示す断面図で
ある。
【符号の説明】
1は成形型、キャビティ1a、12aは見切り部であ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無機物粉末、結合剤及び溶媒からなる混
    合物を加熱してスラリーを得る混練工程と、 該スラリーを見切り部を有する成形型のキャビティに注
    入して賦形体を形成する賦形工程と、 該賦形体を脱型して乾燥する乾燥工程とからなる無機物
    粉末成形体の製造方法であって、 前記賦形工程において、設定保圧圧力:Ph 、スラリー
    流動圧:Pf 、キャビティ内ガス圧:Pc 、圧力降下
    率:α(α≦1)としたとき、 注入時に、Ph −Pc >Pf 保圧時に、Ph ×α−Pc ≦Pf を満たす条件範囲で前記成形型外よりバリの発生する見
    切り部に対して、ガス圧を加えながら、前記スラリーの
    注入及び保圧を行うことを特徴とする無機物粉末成形体
    の製造方法。
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