JPH05320711A - 焼結体の製造方法 - Google Patents

焼結体の製造方法

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JPH05320711A
JPH05320711A JP15307392A JP15307392A JPH05320711A JP H05320711 A JPH05320711 A JP H05320711A JP 15307392 A JP15307392 A JP 15307392A JP 15307392 A JP15307392 A JP 15307392A JP H05320711 A JPH05320711 A JP H05320711A
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JP
Japan
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jig
sintered body
sintering
sintered
powder
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JP15307392A
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English (en)
Inventor
Takuya Sasaki
卓也 佐々木
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溝あるいは穴を有する粉末成形体を焼結する
際に発生する、不均一収縮や変形を防止し、寸法精度の
優れた粉末冶金製品を提供する。 【構成】 セラミックス治具を粉末成形体の溝または穴
に装入して焼結体に焼結する。焼結温度における治具の
寸法dc′を焼結温度における焼結体の寸法ds′に対
して−0.5%〜+0.8%の範囲で一致させる。焼結
温度では、焼結体の粒子は拡散性、易動性が大きく、治
具に沿って収縮が起こるため、圧がかかり、治具の形状
・寸法が焼結体に転写される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、粉末冶金製品の焼結体
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】粉末材料を成形する方法としては、金型
プレス成形法、ラバープレス成形法、射出成形法等が知
られている。プレス成形法は、金型ないしゴム型に粉末
を充填し、昇温加圧して成形体を得る。バインダーを用
いずに粉末成形が可能で、工程が簡素であることから広
範に行われている一方、複雑な形状の成形が困難で、寸
法精度は±1%程度である。また、粉末の充填や型の着
脱等、作業効率の改善がむずかしい工程が含まれている
ため、大量生産する際には、粉末射出成形法が適してい
る。
【0003】粉末射出成形法はバインダーを混入して成
形する方法で、複雑形状の成形品を大量生産することが
できる。粉末材料に熱可塑性樹脂、ワックス等のバイン
ダーを30〜60vol%混和して熱可塑性を付与す
る。これを射出して成形体を得る。添加されたバインダ
ーは、焼結する前に除去する必要があり、加熱、抽出、
超臨界抽出等の種々の方法で脱脂が行われる。
【0004】各種の成形法で作製された成形体は、焼結
され、用途や目的に応じてさらに熱処理が施され、粉末
冶金製品となる。成形体は焼結時に寸法収縮を生じるの
で、収縮率を考慮に入れて寸法・形状が設計されてい
る。成形密度のムラは不均質収縮や変形の原因となるた
め、粉末成形体を作製する際、密度ムラを抑えて寸法安
定性を図ることが重要である。溝あるいは穴を有する形
状に成形する場合、成形時に中子や芯棒を用いて中空の
部分を形成する。
【0005】焼結時の寸法収縮は10〜20%に及ぶた
め、焼結後にサイジングが必要となることがある。サイ
ジングは金型や治具を用いて焼結体の形状を整え、寸法
を合わせる方法である。機械加工で、余剰の箇所を切削
あるいは研削する方法もある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように、粉末材料
を用いて高精度の粉末冶金製品が製造されている。しか
し、粉末成形体を焼結する際に生じる10〜20%の寸
法収縮が高精度化を阻む主因となっている。特に、射出
成形法等の、成形体の脱脂、焼結を必要とする工程で
は、バインダーにより不均一収縮や変形を生じやすい。
従来の粉末冶金製品の製造工程では、安定した寸法精度
が得られていない。
【0007】問題となる不均一収縮や変形は、成形体の
溝あるいは穴で発生しやすい。変形を防ぐために、成形
時と同様に、焼結時等にも成形体の溝あるいは穴に中子
を入れておいても、治具寸法が不適当であれば焼結収縮
が阻害されて焼結体が損壊してしまう。不均一収縮や変
形の著しい溝あるいは穴を有する焼結体の寸法精度を向
上させる有効な手段は見出されていない。
【0008】粉末材料から歯車、嵌合部を有するような
高精度の部品を作製するには、焼結後の寸法調整が不可
欠となっている。そのため、製造工程の作業能率が低
く、コストの上昇を招いている。サイジングは高い寸法
精度が得られるが、適用される形状が限定されるうえ
に、金型や治具の耐久性不足によるコスト高、処理の安
定度が問題となっている。機械加工の場合、多大な加工
時間を必要とする。高硬度の焼結体の研削加工では、ダ
イヤモンド砥石などの器具を必要とし、加工に時間がか
かる上、複雑な形状を得ることは困難である。
【0009】本発明は、溝あるいは穴を有する形状の成
形体を焼結する際に発生する不均一収縮や変形を防止
し、寸法精度の安定した焼結方法を得て、高精度の部品
を構成できる粉末冶金製品を提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、セラミックス治具を粉末成形体の溝
あるいは穴に装入して焼結を行う。セラミックスは熱的
安定性に優れており、高温下でも軟化せず金属粉末材料
とほとんど反応することがないので、治具に適した材料
である。セラミックスの中でもアルミナは、熱的安定性
を十分満たし、好ましい材料であるが、窒化珪素、炭化
珪素、サイアロン、ジルコニア等の他のセラミックスを
用いることもできる。また、セラミックスに限らずカー
ボンや金属材料であっても、熱的安定性および耐反応性
を満たせば利用できる。
【0011】本発明の焼結体の製造方法について図面で
説明する。図1にあるように、棚板3の上に溝あるいは
穴を有する形状の粉末成形体2を設置し、溝あるいは穴
にセラミックス治具1を装入する。図にある通り、焼結
前の成形体と治具の間には間隙があり、成形体が収縮す
る分を考慮にいれ、焼結後の溝あるいは穴に一致する治
具を成形体の中心に装入している。
【0012】装入する治具が大きすぎる場合、焼結時に
成形体の収縮を阻害して破損を引き起こし、治具が小さ
すぎれば、変形を防止して寸法精度を改善する効果が得
られないので、治具には最終製品の溝または穴の形状・
寸法にきわめて近い大きさのものを用いる。成形体およ
び治具の熱膨張と収縮を十分に考慮すると、焼結温度に
おける治具の寸法dc′を焼結温度における焼結体の寸
法ds′に対して−0.5%〜+0.8%の範囲とする
ことにより寸法精度の優れた焼結体が得られる。
【0013】治具の寸法の算出方法について詳細に説明
する。文中の記号は、焼結収縮率x(%)、焼結温度T
(℃)、常温での成形体の寸法dg、常温での焼結体の
寸法ds、焼結温度での焼結体の寸法ds′、常温での治
具の寸法dc、焼結温度での治具の寸法dc′、常温から
T℃までの焼結体の熱膨張率α、変態による焼結体の寸
法変化率β、常温からT℃までの治具の熱膨張率γであ
る。
【0014】焼結による焼結体の収縮率、x(%)はx
=100×(dg−ds)/dgである。
【0015】焼結体を製造する場合、製品寸法に対して
x%の収縮を考慮にいれて成形体を作製し、焼結温度T
℃で焼結する。このとき、成形ムラ、炉の温度ムラ、棚
板との摩擦等で収縮が不均一となり、セラミックス焼結
体の溝あるいは穴の部分で大きく寸法に狂いが生じる。
【0016】そこで治具を焼結体の溝あるいは穴に使用
して、寸法精度を向上させる。焼結温度T℃での焼結体
の溝ないし穴の寸法、ds′=ds(1+αT+β)、焼
結温度T℃での治具の寸法、dc′=dc(1+γT)、
とする。ただし、オーステナイト鋼はβ=0である。
【0017】ここでds′=dc′として、焼結体の溝あ
るいは穴と治具の寸法を一致させることにより、焼結体
の溝あるいは穴の寸法精度を向上させる。実際は、成形
体寸法や収縮率自体に多少の変動があるので、0.99
5ds′≦dc′≦1.008ds′の範囲が許容され
る。
【0018】治具の大きさdc′がds′≦dc′≦1.
008ds′の範囲の場合、治具による破損の恐れな
く、焼結収縮による変形を抑制することができる。治具
の大きさdc′が0.995ds′≦dc′≦ds′の範
囲では、治具の形状が焼結体に忠実に転写されるため、
焼結体の溝あるいは穴の精度を高める。
【0019】焼結温度では、焼結体の粒子は拡散性、易
動性が大きく、治具に沿って収縮が起こるため、治具の
形状・寸法が焼結体に転写される。使用する治具は寸法
精度が優れていて表面状態が良好であることが重要であ
る。
【0020】本発明の焼結体の製造方法は、従来のいず
れの粉末成形法で作製された成形体であっても、適用で
きる。バインダーを混入する場合は、脱脂後に成形体が
脆くなるので、脱脂工程から治具を装入しておくと、破
損・変形の防止にさらに有効である。また治具にカーボ
ン、窒化ほう素等適宜材質を選択すると、セラミック
ス、ガラス、超硬合金やサーメットの製造方法に応用す
ることが出来る。
【0021】本発明の焼結体の製造方法で製造される焼
結体の形状の一例について図2〜図8に示す。本発明の
焼結体の製造方法は、溝あるいは穴を有する形状の焼結
体に適用することが出来る。図2、図3のように円筒形
の中央に円筒形の溝あるいは穴を有する形状は勿論、図
4のように溝あるいは穴が円筒形でない形状や、図5、
図6のように外側に段や足を有するもの、多角形状の溝
あるいは穴を有する図7や図8に示したような焼結体も
治具を用いて作製することが出来る。
【0022】
【実施例】本発明の実施例を以下に説明する。Fe−8
%Ni合金粉末を粉末射出成形法にて成形体を得た。成
形体の内径は11.737mm、長さ20mmの粉末成
形体に対してアルミナ円筒治具を図1に示すように設置
し、焼結を行った。焼結体の見込み寸法は内径10m
m、長さ17mmである。焼結温度下での比較で、アル
ミナ円筒治具の寸法dc′が、焼結体の寸法ds′に対し
て0.995ds′≦dc′≦1.008ds′の範囲内
のものから3体を用いて焼結したものをそれぞれ実施例
1、実施例2、実施例3とする。
【0023】比較例としてアルミナ円筒治具を使用せず
に焼結したものを比較例1、寸法比がdc′<0.99
5ds′の治具を使用して焼結したものを比較例2、
c′>1.008ds′の治具を使用して焼結したもの
を比較例3として、焼結体を測定した。焼結条件は12
00℃、真空で1時間の処理とした。また収縮率x=1
4.8%、常温からT℃までの焼結体の熱膨張率α=1
2×10-6、変態による焼結体の寸法変化率β=−0.
014、常温からT℃までの治具の熱膨張率γ=8×1
-6である。測定結果を以下の表に示す。
【0024】
【表1】
【0025】表1に示された、治具を使用せずに焼結し
た比較例1を元に考察する。比較例1の焼結体内径の標
準偏差が0.021であるのに対して、実施例1〜実施
例3は、標準偏差の値が小さく、内径のばらつきが少な
い。
【0026】比較例1の真円度を示す標準偏差が8であ
るのに対して実施例1〜実施例3は3ないし4とばらつ
きが小さく、真円度の高い焼結体が得られたことがわか
る。一方、比較例2の場合は、内径、真円度とも標準偏
差が比較例1のものと大差がない。治具の寸法がdc
<0.995ds′と小さいため、効果が得られなかっ
たものと考えられる。
【0027】他方、比較例3の場合は、焼結体が破損し
てしまった。使用した治具の寸法がdc′>1.008
s′と、焼結による収縮と比べて大きすぎたものと考
えられる。
【0028】さらに実施例1〜3を比較すると、実施例
2および3は真円度、内径ともに良好である。実施例1
に用いたアルミナ円筒治具は、他者に比べやや小さいも
のである。本実施例で焼結した成形体の大きさには、実
施例2ないし3の大きさの治具が適切であるといえる。
【0029】
【発明の効果】上記のように本発明の焼結体の製造方法
によれば、治具を用いることにより寸法精度の優れた焼
結体を得ることが出来る。特に焼結体の穴ないし溝の部
分の変形を防ぎ、真円度の高い焼結体を作製することが
出来る。焼結体の寸法精度を改善することが出来るた
め、焼結後のサイジングや機械加工などの調整工程が不
要となり、製造の手間とコストを低減することが出来
る。粉末冶金製品で高精度の部品を得ることが出来る等
の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の焼結体の製造方法について説明する図
面である。
【図2】本発明の焼結体の製造方法で製造される焼結体
の形状の一例を示す図面である。
【図3】本発明の焼結体の製造方法で製造される焼結体
の形状の一例を示す図面である。
【図4】本発明の焼結体の製造方法で製造される焼結体
の形状の一例を示す図面である。
【図5】本発明の焼結体の製造方法で製造される焼結体
の形状の一例を示す図面である。
【図6】本発明の焼結体の製造方法で製造される焼結体
の形状の一例を示す図面である。
【図7】本発明の焼結体の製造方法で製造される焼結体
の形状の一例を示す図面である。
【図8】本発明の焼結体の製造方法で製造される焼結体
の形状の一例を示す図面である。
【符号の説明】
1 セラミックス治具 2 粉末成形体 3 棚板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 孔部ないしは凹部を有する形状の粉末成
    形・焼結体の製造方法において、最終製品における孔部
    ないし凹部の寸法に近い形状を有するセラミックス製治
    具を挿入して焼結処理することを特徴とする焼結体の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 焼結温度における前記セラミックス製治
    具の寸法が、前記最終製品の焼結温度における孔部ない
    し凹部の寸法の−0.5%〜+0.8%の範囲であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の焼結体の製造方法。
JP15307392A 1992-05-21 1992-05-21 焼結体の製造方法 Pending JPH05320711A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6770114B2 (en) 2001-12-19 2004-08-03 Honeywell International Inc. Densified sintered powder and method
US6838046B2 (en) 2001-05-14 2005-01-04 Honeywell International Inc. Sintering process and tools for use in metal injection molding of large parts

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6838046B2 (en) 2001-05-14 2005-01-04 Honeywell International Inc. Sintering process and tools for use in metal injection molding of large parts
US6770114B2 (en) 2001-12-19 2004-08-03 Honeywell International Inc. Densified sintered powder and method

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