JPH0570803A - 射出成形用組成物並びにこれを用いた炭化物分散焼結品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炭化物粒子を内部に分散させた金属または合
金による精密機械部品を製造するに際し、製品内に炭化
物粒子を微細に、しかも、均一に分散せしめると共に、
射出成形品と製品との寸法差を極力縮減させるための射
出成形用組成物と、これを用いた炭化物焼結品の製造方
法を開示する。 【構成】 金属または合金よりなる原料粉末と、ポリシ
ランを含有させた有機バインダーとからなる組成物であ
る射出成形用組成物並びに原料粉末が重量％にて９２〜
９７％の銅粉末であり、有機バインダーが重量％にて１
〜３％のポリスチレン及び重量％にて１〜７％のポリシ
ランとで構成される組成物を用いて射出成形し、この成
形物を２００〜４００℃ にて脱バインダー処理し、さ
らに、９５０〜１０５０℃にて焼結処理をする炭化物分
散焼結品の製造方法 。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、射出成形法による焼結
品の製造に関し、その成形用組成物並びに焼結品を製造
する際の製造方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属または合金中に炭化物粒子を均一に
分散させた射出成形焼結製品は、単一金属または合金の
場合に比較して、その強度が増大する事が既に知られて
おり、かかる製品を入手する従来の方法としては、金属
粉末と炭化物粉末とをボールミルまたはＶブレンダー等
で混合し、この混合物にさらに有機バインダーを投入し
てのち撹拌して射出成形用組成物とし、この組成物を用
いて射出成形した成形品を焼結処理して精密機械部品と
する方法が採られていた。

【０００３】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記の手段による場合、目的とした炭化物粒子の分散につ
いては、その粒子分散の制御状態が満足出来る状態へと
容易に到達するものの、製品内に分散させた炭化物粒子
の粒子径までは制御出来ず、炭化物粒子の粒子径は原料
として供給される炭化物粉末が持ち合わせている性状に
大きく依存されるものとして、せいぜいサブミクロン程
度の粒子径を示すに止まり、サブミクロンを超えた微細
粒子を金属または合金中に分散させる事は不可能に近
く、為に、炭化物粒子を分散させた製品の強度も頭打ち
の状態になっていた。

【０００４】また、上記の如く、原料粉末と有機バイン
ダーとを混合撹拌して形成された射出成形用組成物を用
い、射出成形法により得た成形品をさらに焼結処理して
得た精密機械部品では、工程の都合上、使用する有機バ
インダーの添加量を少量に抑える事が出来にくく、熱可
塑性樹脂を５〜１０重量％添加しているのが実態であっ
て、結果的に脱バインダー処理を施した後の製品は、射
出成形した成形品に比較して収縮量が過大にならざるを
得ない上、最終工程としての焼結処理によって、さら
に、その寸法を縮減される様になるところから、最終的
に製品の仕上がり寸法を精密に制御する事は容易で無か
った。

【０００５】本発明は、上記の課題を解決し、炭化物粒
子を内部に分散させた金属または合金による精密機械部
品の製造に関し、原料粉末中に炭化物粉末を予め配合す
る従来法に代つて，有機バインダ−の一部もしくは大部
分をして炭化物であるＳiＣに転換せしめることにより
製品内に炭化物粒子を微細に、しかも、均一に分散せし
めると共に、射出成形品と製品との寸法差を極力縮減さ
せる射出成形用組成物並びにこれを用いた射出成形品の
焼結処理方法を開示する事を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の課
題を解決して目的を達成させる為に鋭意研究を重ねた結
果、射出成形法により製品を製作する場合に、バインダ
ーとしての機能を十分に保ちながら、脱バインダー処理
時の加熱操作によりその大部分が都合よく微細な炭化物
粒子に転換する性質を有するポリシラン樹脂を利用する
事により、上記の課題が解決される事を見出だし本発明
に至ったものであり、以下に発明の詳細を列記する。

【０００７】本発明は、射出成形法により製品を製作す
る場合に利用される組成物として、金属または合金より
なる原料粉末と、ポリシランを含有させた有機バインダ
ーとからなる組成物を開示する。

【０００８】また、本発明は、射出成形法により製品を
製作する場合に利用される組成物として、原料粉末が重
量％にて９２〜９７％の銅粉末と有機バインダ−が重量
％にて２〜８％のポリスチレンで，このポリスチレンの
一部もしくはその大部分をポリシランに置き換えた組成
物を開示する。

【０００９】さらに、本発明は、原料粉末として重量％
にて９２〜９７％の銅粉末と，有機バインダーとして重
量％にて１〜３％のポリスチレン及び重量％にて１〜７
％のポリシランとよりなる組成物を用い、この組成物を
射出成形し、その後、２００〜４００℃にて脱バインダ
ー処理し、さらに、９５０〜１０５０℃にて焼結処理を
する射出成形品としての炭化物分散焼結品の製造方法を
開示する。

【００１０】

【作用】本発明で、射出成形用組成物の一部を構成する
有機バインダーであるポリスチレンの一部もしくは大部
分をポリシランで置換した射出成形用組成物を提示した
のは、前記射出成形用組成物を用いて射出成形操作を行
う事により、射出成形用組成物を射出成形する場合の成
形精度や組成物の流動性には殆ど影響を与える事なく、
脱バインダー処理の実施に伴ない、射出成形品よりガス
体となって放散される有機バインダーが射出成形品に占
めていた領域の一部乃至はその大部分を、有機バインダ
ー中のポリシランが熱分解して生じたＳｉＣに置き換え
て製品中に分散残存させる事を可能にし、成形品の焼結
処理によって生じていた製品の寸法縮減を大幅に改善出
来る様にした為であると共に、さらに、この場合に、前
記の如くにして生じたＳｉＣの粒子径が極めて微細なも
のとなり、分散状態も良好である事から、製品の強度も
大幅に向上させる事を可能にした為である。

【００１１】また、本発明で、射出成形用組成物とし
て、原料粉が重量％にて９２〜９７％の金属粉または合
金粉と、有機バインダーを重量％にて１〜３％のポリス
チレンと、重量％にて１〜７％のポリシランとで構成さ
れる組成物を提示したのは、原料粉が９２重量％未満の
場合には所定の機械的部品強度が充分に得られず、逆
に、原料粉が９７重量％を超えた場合には、射出成形工
程にあって、射出成形用組成物の流動性が悪化すると共
に、製品の成形性も悪化してくる為である。

【００１２】さらに、本発明で、有機バインダー中のポ
リシラン置換量を重量％にて１〜７％と規定したのは、
有機バインダー中のポリシラン置換量が１重量％未満で
は、当初に期待した製品強度の向上が認められないばか
りか、製品精度も充分に向上しなくなる為であり、有機
バインダー中のポリシラン添加量が７重量％を超えた場
合にはバインダーの絶対量が高くなり、結果的に、当初
に期待した製品強度の向上が認められなくなる為であ
る。ポリシランはポリスチレン同様のバインダ−として
の機能と，脱バインダ−加熱時に，ＳiＣに転換する機
能を併せ備えたものである。

【００１３】本発明で、脱バインダー処理を実施する際
の処理温度を２００〜４００℃と規定したのは、脱バイ
ンダー処理を実施する際の処理温度が２００℃未満では
処理時間が必要以上に要する様になって実際的でなく、
また、逆に、脱バインダー処理を実施する際の処理温度
が４００℃を超える場合には、バインダーのガス化が盛
んになり、製品の表面に発泡痕を残したり、場合に因っ
ては、成形品の形状を全く残さなくなる事も出てくるの
で好ましくない為である。

【００１４】本発明で、射出成形品を９５０〜１０５０
℃にて焼結処理をする事を規定しているが、射出成形品
を９５０℃未満で焼結処理したのでは製品の強度が充分
に得られず、また、１０５０℃を超えて焼結処理したの
では成形品が溶融してしまい製品の形状を充分に保つ事
が出来にくくなる為である。

【００１５】

【実施例】

（実施例１）原料粉として平均粒径が１０ミクロンの銅
粉の９５重量％と、有機バインダーとしてポリスチレン
の４．０重量％と、ポリシランの１．０重量％とを充分
に混合した射出成形用組成物を９０℃にて、６００Ｋｇ
／ｃｍ²の射出圧力、３０ｍｍ／ｓｅｃの射出速度にて
金型に射出成形し、材料引っ張り試験用の成形体を製作
した。

【００１６】上記の成形体を窒素雰囲気中で３００℃に
３０分間加熱保持する事によって、先ず、成形体より有
機バインダーの発散部分を除去し、その後、Ａｒ気流中
にて半連続式の焼結炉を用いて、１０５０℃で１時間の
焼結処理を施し、ＪＳＰＭ標準２−６４に基づいた粉末
焼結体引っ張り試験片を得た後、（株）島津製作所製，
島津オートグラフＡＥ−５０００を用いて試験を行い、
試験片の引っ張り破断強度を測定したところ、引っ張り
強度は９０Ｋｇ／ｍｍ² であると共に、成形体に比し
て、焼結製品の収縮率は４．９％であり、さらに、４０
回の試験で示された試験片の長さ方向の各寸法の平均値
と標準偏差を算出し、この標準偏差を前記の平均値で徐
した数値により製品寸法のバラツキとした場合、成形体
と焼結製品の間のバラツキは０．００１でしかなかっ
た。

【００１７】また、上記の焼結製品より顕微鏡試料を切
り出し、顕微鏡にて１００００倍に拡大した視野で測定
したＳｉＣの粒径は０．０２μｍであり、その含有量は
０．７重量％であった。

【００１８】また、金型を交換する事によって射出成形
体の形状を変更して、長さ１５ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚さ
３ｍｍの形状をもった焼結品の電気伝導度を測定する試
験片を作成し、この試験片を用い、シグマテスターによ
り焼結品の電気伝導度を測定したところ、９８％の導電
率を示した。

【００１９】（実施例２）原料粉としての平均粒径１０
μｍの銅粉を９５重量％とし、この原料粉に有機バイン
ダーとして、ポリスチレンを２．１重量％と、ポリシラ
ンを２．９重量％と添加し、混合撹拌した射出成形用の
組成物を用いた他は実施例１と同様な処理を行ったとこ
ろ、製品の引っ張り強度は９１Ｋｇ／ｍｍ² であると共
に、成形体に比して、焼結製品の収縮率は４．８％であ
り、さらに、４０回の試験で示された試験片の長さ方向
の各寸法の平均値と標準偏差を算出し、この標準偏差を
前記の平均値で徐した数値により製品寸法のバラツキと
した場合、成形体と焼結製品の間のバラツキは０．００
１でしかなかった。

【００２０】また、上記の焼結製品より顕微鏡試料を切
り出し、顕微鏡にて１００００倍に拡大した視野で測定
したＳｉＣの粒径は０．０２μｍであり、その含有量は
２．０重量％であった。

【００２１】さらに、焼結品の電気伝導度を測定したと
ころ、９９％の導電率を示した。

【００２２】（実施例３）原料粉としての平均粒径１０
μｍの銅粉を９３重量％とし、この原料粉に有機バイン
ダーとして、ポリスチレンを１．２重量％と、ポリシラ
ンを５．８重量％と添加し、混合撹拌した射出成形用の
組成物を用いた他は実施例１と同様な処理を行ったとこ
ろ、製品の引っ張り強度は１６０Ｋｇ／ｍｍ² であると
共に、成形体に比して、焼結製品の収縮率は４．７％で
あり、さらに、４０回の試験で示された試験片の長さ方
向の各寸法の平均値と標準偏差を算出し、この標準偏差
を前記の平均値で徐した数値により製品寸法のバラツキ
とした場合、成形体と焼結製品の間のバラツキは０．０
０１でしかなかった。

【００２３】また、上記の焼結製品より顕微鏡試料を切
り出し、顕微鏡にて１００００倍に拡大した視野で測定
したＳｉＣの粒径は０．０２μｍであり、その含有量は
４．０重量％であった。

【００２４】さらに、焼結品の電気伝導度を測定したと
ころ、９６％の導電率を示した。

【００２５】（実施例４）原料粉としての平均粒径１０
μｍの銅粉を９１．９重量％とし、この原料粉に有機バ
インダーとして、ポリスチレンを２．１重量％と、ポリ
シランを７．０重量％と添加し、混合撹拌した射出成形
用の組成物を用いた他は実施例１と同様な処理を行った
ところ、製品の引っ張り強度は１６５Ｋｇ／ｍｍ² であ
ると共に、成形体に比して、焼結製品の収縮率は４．６
％であり、さらに、４０回の試験で示された試験片の長
さ方向の各寸法の平均値と標準偏差を算出し、この標準
偏差を前記の平均値で徐した数値により製品寸法のバラ
ツキとした場合、成形体と焼結製品の間のバラツキは
０．００１でしかなかった。

【００２６】また、上記の焼結製品より顕微鏡試料を切
り出し、顕微鏡にて１００００倍に拡大した視野で測定
したＳｉＣの粒径は０．０２μｍであり、その含有量は
４．９重量％であった。

【００２７】さらに、焼結品の電気伝導度を測定したと
ころ、９５％の導電率を示した。

【００２８】

【比較例】 （比較例１）原料粉としての平均粒径１０μｍの銅粉を
９０．０重量％とし、この原料粉に有機バインダーとし
て、ポリスチレンを４．０重量％と、ポリプロピレン
４．０重量％とを添加し、さらに、平均粒径０．４２μ
ｍのＳｉＣの微粉末を２．０重量％を添加して、混合撹
拌した射出成形用の組成物を用いた他は実施例１と同様
な処理を行ったところ、製品の引っ張り強度は４６Ｋｇ
／ｍｍ² であると共に、成形体に比して、焼結製品の収
縮率は１３．５％であり、さらに、４０回の試験で示さ
れた試験片の長さ方向の各寸法の平均値と標準偏差を算
出し、この標準偏差を前記の平均値で徐した数値により
製品寸法のバラツキとした場合、成形体と焼結製品の間
のバラツキは０．００６であった。

【００２９】さらに、焼結品の電気伝導度を測定したと
ころ、７６％の導電率を示した。

【００３０】以上の結果を実施例２と比較した場合、等
量のＳｉＣを含有しながら、比較例の特性値は実施例に
比較して著しく低級なものでしかなかった。

【００３１】（比較例２）原料粉としての平均粒径１０
μｍの銅粉を８６．０重量％とし、この原料粉に有機バ
インダーとして、ポリスチレンを５．０重量％と、ポリ
プロピレン５．０重量％とを添加し、さらに、平均粒径
０．４２μｍのＳｉＣ微粉末を４．０重量％を添加し
て、混合撹拌した射出成形用の組成物を用いた他は実施
例１と同様な処理を行ったところ、製品の引っ張り強度
は５１Ｋｇ／ｍｍ² であると共に、成形体に比して、焼
結製品の収縮率は１５．３％であり、さらに、４０回の
試験で示された試験片の長さ方向の各寸法の平均値と標
準偏差を算出し、この標準偏差を前記の平均値で徐した
数値により製品寸法のバラツキとした場合、成形体と焼
結製品の間のバラツキは０．００７であった。

【００３２】さらに、焼結品の電気伝導度を測定したと
ころ、６４％の導電率を示した。

【００３３】以上の結果を実施例３と比較した場合、等
量のＳｉＣを含有しながら、比較例の特性値は実施例に
比較して著しく低級なものでしかなかった。

【００３４】以上の測定結果を纏めて表１に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】以上の事態から、製品の機械的特性並びに
電気的特性の両面において、本発明の優れている事が充
分明らかにされた。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、機械的並びに電気的特
性に優れた精密機械部品を射出成形品として市場に供給
することが可能になり、斯る部品を利用している斯業界
に寄与するところ大なるものがある。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属または合金よりなる原料粉末と、ポ
   リシランを含有させた有機バインダーとからなる事を特
   徴とする射出成形用組成物。
2. 【請求項２】 原料粉末が銅粉末である事を特徴とする
   請求項１記載の射出成形用組成物。
3. 【請求項３】 原料粉末が重量％にて９２〜９７％の銅
   粉末，有機バインダ−が重量％にて２〜８％のポリスチ
   レンで，このポリスチレンの一部もしくはその大部分を
   ポリシランに置き換えた事を特徴とする請求項２記載の
   射出成形用組成物。
4. 【請求項４】 金属または合金よりなる原料粉末と、ポ
   リシランを含有させた有機バインダーとからなる組成物
   を射出成形し、その後、２００〜４００℃にて脱バイン
   ダー処理し、さらに、９５０〜１０５０℃にて焼結処理
   をする事を特徴とする射出成形用組成物を用いた炭化物
   分散焼結品の製造方法。
5. 【請求項５】 原料粉が重量％にて９２〜９７％の銅粉
   末，有機バインダーが重量％にて１〜３％のポリスチレ
   ン及び重量％にて１〜７％のポリシランとよりなる事を
   特徴とする請求項４記載の射出成形用組成物を用いた炭
   化物分散焼結品の製造方法。