JPH059507A - 粉体の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】超臨界流体、液化ガスまたは有機溶媒によって
抽出できる成分を少なくとも１種類含む分散媒に、金属
またはセラミック粉を分散させたスラリーを鋳込み成形
により多孔質鋳造型に鋳込む工程、この多孔質鋳型を圧
媒粒子に埋め込み、スラリー中に添加した全ての分散媒
が液体状態を保てる温度にスラリー温度を保持した後、
外部から１kg/cm²以上10000kg/cm²以下の圧力で圧媒粒
子ごと加圧してスラリー中の分散媒の一部を多孔質鋳型
に吸収せしめて除去することにより、スラリーに保形性
を付与すると同時に粉体を圧密する工程、かかる処理を
施した成形体中に残存する分散媒中の抽出可能成分の少
なくとも一部を超臨界流体、液化ガスまたは有機溶媒に
よって抽出除去する工程。 【効果】本発明の方法により高密度、均一な密度分布を
持った成形体の作製が可能になった。さらに後工程の熱
分解工程の時間を大幅に短縮することができるようにな
った。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、金属またはセラミッ
ク粉を分散させたスラリーを鋳込み成形により多孔質鋳
型に鋳込む、粉体の成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属粉、セラミック粉、セラミックと金
属の混合粉を成形する方法として、鋳込み成形がある。
出願人は先に特開平２−70007号公報において、超臨界
流体または液化ガスによって抽出可能な液体を少なくと
も分散媒の10重量％含む分散媒に金属またはセラミック
粉を分散させたスラリーを、多孔質鋳型に入れたまま分
散媒の融点以上の温度に保持し、分散媒の少なくとも10
重量％を超臨界流体または液化ガスによって抽出して被
処理物に保形性を付与する金属またはセラミックの鋳込
み成形方法を開示した。この方法によれば、鋳込んだス
ラリー中の分散媒の融点以上で抽出処理を行うので、ス
ラリーを凝固させることなく分散媒だけを除去してスラ
リーに保形性を与えることができる。このようにして得
られた成形体は、残留分散媒を熱分解によって除去し、
次いで焼結工程で緻密化をはかり焼結体とする。この工
程の概要を図４に示す。さらに必要があれば機械加工を
加えて切削工具、機械構造部品として使用される。従っ
て、出願人が特開昭62−192502号公報に示した方法のよ
うに、鋳込んだスラリーを非吸液性の鋳型のなかでいっ
たん凝固させてから脱型して得た成形体にみられた問題
点を解決することが可能となった。すなわち、凝固に伴
う成形体の変形、体積収縮あるいは成形時の内部歪み等
の問題点が完全に回避できるようになったのである。し
かしながら、上記方法にも以下に示すような問題点があ
ることがわかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、鋳込んだス
ラリーは凝固されないので凝固収縮に伴うスラリーの固
形分濃度の上昇が期待できない。従って、作製された成
形体の密度はスラリーの濃度とほぼ同一であり、凝固収
縮をさせる場合に比べて低い。このため、後工程の熱分
解工程や焼成工程においてクラックや割れが生じ易い。
また、スラリーは多孔質鋳型に鋳込まれるが、特にスラ
リーの濃度が薄い場合、多孔質鋳型内面近傍のスラリー
中の分散媒が多孔質鋳型にしみ出し、スリップキャスト
と同じ効果により多孔質鋳型内面近傍の粉体濃度のみわ
ずかに上昇することになる。この結果、成形体表面と内
部の間に粉体密度の勾配が発生する。このように、一度
発生した密度の不均一性は、後工程の超臨界抽出やその
後の熱分解工程において改善することは困難であり、場
合によっては熱分解時や焼成時に表面剥離やクラックを
生じることになる。

【０００４】本発明は、スラリーの鋳込み成形技術にお
いて得られる成形体に不都合を与えることなく短時間に
分散媒の一部を除去し、同時に成形体密度の向上と均一
化を図ることを目的に、前記特開平２−70007号公報お
よび特開昭62−192502号公報にて開示した粉体の成形方
法をさらに改善し、前述のような粉体の鋳込み成形にお
ける問題点を解決するべくなされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明においては、超臨
界流体、液化ガスまたは有機溶媒によって抽出できる成
分を少なくとも１種類含む分散媒に、金属またはセラミ
ック粉を分散させたスラリーを鋳込み成形により多孔質
鋳造型に鋳込む工程、この多孔質鋳型を圧媒粒子に埋め
込み、スラリー中に添加した全ての分散媒が液体状態を
保てる温度にスラリー温度を保持した後、外部から１kg
/cm²以上10000kg/cm²以下の圧力で圧媒粒子ごと加圧し
てスラリー中の分散媒の一部を多孔質鋳型に吸収せしめ
て除去することにより、スラリーに保形性を付与すると
同時に粉体を圧密する工程、かかる処理を施した成形体
中に残存する分散媒中の抽出可能成分の少なくとも一部
を超臨界流体、液化ガスまたは有機溶媒によって抽出除
去する工程を経ることにより、前記の目的を達成したの
である。

【０００６】本発明の方法で成形される粉体は、２％Ｎ
i−98％Ｆe混合物、ＳＵＳ316粉、高速度鋼等の金属
粉、窒化珪素、炭化珪素等のセラミック粉、炭化タング
ステン−コバルト混合粉、炭化チタン−ニッケル混合粉
等の金属とセラミックスの混合粉である。これらの粉体
の粒径は0.1〜100μｍ程度である。

【０００７】金属またはセラミックス粉を分散させる分
散媒は、粉末に流動性を付与する役割を担うが、従来の
ように成形用バインダーとしての役割は不要である。本
発明では、分散媒は液体状態で外部からの加圧によって
その一部が多孔質鋳型に吸収・除去されることによりス
ラリーは流動性が消失し、さらに保形性を生じて成形体
となるからである。また、分散媒は常温で液体でも固体
でも良いが、固体の場合、できれば150℃以下の融点を
持つか他の分散媒に溶解できるものであることが望まし
い。150℃を超える温度でのセラミック粉の分散あるい
は加圧操作には大がかりな装置を必要とするからであ
る。さらに、分散媒は超臨界流体、液化ガスまたは有機
溶媒によって抽出除去できる成分を少なくとも１種類含
んでいる必要がある。前記、処理後の成形体からさらに
超臨界流体、液化ガスまたは有機溶媒によって分散媒を
抽出除去することができると、後工程の脱脂時間を大幅
に短縮することが可能になるからである。これらの目的
に適合する分散媒としては、メチルアルコール、エチル
アルコール、プロピルアルコールなどのアルコール類、
アセトンなどのケトン類、オレイン酸、ステアリン酸な
どのカルボン酸類、ヘキサン、ベンゼン、パラフィンな
どの炭化水素類等が挙げられる。スラリーに適正な流動
性を与えるために、これらの少なくとも１種類に市販品
の各種分散剤や滑剤あるいは増粘剤としてのポリビニル
アルコール、ポリビニルブチラール、メチルセルロー
ス、エチルセルロース、フェノール類、アミン類、流動
パラフィン等を組み合わせて流動性や粘性を調整するこ
とができる。適正な流動性の目安としては、スラリーの
粘度が50〜10⁴センチポイズの範囲にあることである。

【０００８】スラリーは鋳込み成形ができる流動性を有
するものであれば良い。その濃度は20体積％以上、85体
積％以下であることが必要である。望ましくは45体積％
以上、75体積％以下である。20体積％に満たないと流動
性には優れるが、加圧によって分散媒を多孔質鋳型に吸
収させて外に排出する過程でスラリーの収縮率が著しく
大きくなり、成形体の寸法精度が低下する。また、85体
積％を超えると粉の粒度分布、分散剤等を工夫しても成
形に必要な流動性を与えるのは困難になる。

【０００９】多孔質鋳型は、スラリーの鋳込み成形時の
保圧に耐える強度を有し、さらに鋳型の加圧時に分散媒
が外部に排出できる細孔を有していなければならない。
加えて鋳込み成形後、鋳型を圧媒粒子を介して等方的ま
たは疑似等方的に加圧する際、鋳型自身も等方的に圧縮
される強度である必要がある。また、鋳型の内面の形状
をスラリーに転写して肌の良好な成形体とするために
は、鋳型自身も良好な内面肌を有していなければならな
い。このような目的に合う鋳型を作製するためには精密
鋳造でいう、いわゆるシェル鋳型と同様な手法を用いる
ことができる。すなわち、鋳型のキャビティ形状に相当
するパターンをワックスや尿素等で作製し、このパター
ン表面にパターン除去のための開口部を除いて窒化珪素
粉、ＢＮ粉、シリカフラワー、ジルコンフラワー等のセ
ラミック粉をポリビニルアルコール、ポリビニルブチラ
ール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキ
シメチルセルロース、パラフィンワックス、フェノール
樹脂、エポキシ樹脂等の有機物系バインダーの１種また
は複数種と共に、水または炭化水素類やアルコール類な
どの有機溶剤中に分散させたスラリーを塗布してからケ
イ砂、ジルコン砂、アルミナ砂、ガラス粉等のセラミッ
ク粉をサンディングし、乾燥する。この操作を繰り返す
ことにより、所定の厚みと強度を有するシェル鋳型を作
ることができる。ここでサンディング用スラリーのバイ
ンダーは有機物系バインダーである方が望ましい。なぜ
ならエチルシリケートまたはその加水分解液、コロイダ
ルシリカなどの無機系バインダーを用いると、シェル鋳
型の強度を大幅に高めることができる反面、加圧によっ
て容易には変形せず、内部の成形体に型効果が表れるか
らである。すなわち、コーナー部などシェル鋳型が潰れ
にくいところでは成形体は変形する。有機物系バインダ
ーを使用することによって、加圧による変形も容易にな
ると共に、後工程の超臨界流体、液化ガスまたは有機溶
媒による抽出後残存する分散媒を熱分解除去する際、同
時に熱分解されてシェル鋳型は強度低下または自己崩壊
するので成形体からの除去も容易になる。これらバイン
ダーを熱分解させるためには、400℃以上1200℃以下が
適している。しかしながら、シェル鋳型の形状や有機バ
インダーの種類によっては、有機物系バインダーのみで
所定の強度が出せない場合もある。この場合は、無機系
バインダーを有機物系バインダーに混合して強度を調整
することも可能である。一方、鋳型自身が良好な内面肌
を持つためには通常、スラリー中の固形分濃度を調整し
たりバインダー量を適正化することによって凹凸や剥離
の無い健全な面を作製している。このような目的のため
には、最内層に塗布するセラミックスのスラリーの代わ
りに、多孔質のウレタン膜等の有機膜を形成させても良
い。このように、形成させた有機膜の上にスラリーの塗
布とサンディングを繰り返すことにより、シェル鋳型を
作製する。これにより、最内層は極めて平滑な皮膜が形
成でき、良好な転写性を実現し、また分散媒の熱分解の
段階で同時に、かつ完全に分解除去することも可能であ
る。こうしてできたシェル鋳型は水蒸気処理、熱分解、
水洗、有機溶剤による溶出等によって内部のワックス、
樹脂、尿素等を除去し、多孔質のシェル鋳型を得る。こ
の型は毎回使い捨てになるが、複雑な形状に対処できる
利点がある。

【００１０】このようにしてできた多孔質鋳型の開口部
からスラリーを鋳込み成形する。この時のスラリーの温
度はスラリーが適正な流動性を持てる範囲にあれば良
く、鋳込み圧力、時間は多孔質鋳型中にスラリーが完全
に充填されるように調整すれば良い。

【００１１】次いで、この多孔質鋳型を圧媒粒子に埋め
込み、スラリー中に添加した全ての分散媒が液体状態を
保てる温度にスラリー温度を保持後、外部から圧媒粒子
ごと等方的または疑似等方的に加圧する。圧媒粒子とし
ては、加圧処理中に変形できるものであれば粉体でも粉
体をワックスなどの可塑性を持つ材料中に分散したもの
でも良い。このような粉体の例としては、ジルコンフラ
ワー、シリカフラワー、ジルコンサンド、アルミナサン
ドなどの粒径が20〜1000μｍ程度の精密鋳造用材料、粉
末状ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、吸
水ポリマー、吸油ポリマーなどの粒径が100〜500μｍ程
度の有機高分子材料、アルミナ、窒化珪素などの粒径が
0.1〜５μｍ程度のセラミック粉などが挙げられる。こ
れらの粉末は、スラリーと同じ温度になるように前もっ
て加熱しておくと、多孔質鋳型の温度低下の防止に有効
である。ここで、圧媒粒子を使用するのは３つの目的が
ある。１つ目は、どんな複雑形状の多孔質鋳型であって
も圧媒粒子に埋込めば形状の制約がなくなり、シリンダ
ーに装入後一軸プレスを施したり、単純形状のゴム型等
に封入後、静水圧プレスが出来ることである。２つ目
は、圧媒粒子により多孔質鋳型に等方的または疑似等方
的な加圧がかけられることにより、分散媒は多孔質鋳型
あるいは多孔質鋳型と圧媒粒子層に均一に吸収されるた
め変形等がなく、寸法精度が良好な成形体が得られるこ
とである。そして３つ目は、圧媒粒子によって多孔質鋳
型を加圧する際、加圧と同時に圧媒粒子の多孔質の層が
開口部にも形成され、スラリーの飛び出しを防止すると
共に、スラリー中の分散媒の一部を吸収させることであ
る。この多孔質鋳型の鋳込み口部は、加圧工程に先だっ
て塞いでおいてもかまわない。この操作は、たとえばシ
ェル鋳型を作製した時と同じ操作を開口部にも前もって
施しておくことにより、または開口部の大きさに見合っ
た鉄やアルミニウムなどの金属や窒化珪素や炭化珪素な
どのセラミックスの緻密質材料、または多孔質アルミナ
石膏、ステンレス製多孔質板などの多孔質材料を開口部
に埋込むことにより達成できる。いずれにしても開口部
の面積は後工程の加圧で吸液が進行する全体の表面積に
比べて無視し得る程小さいので、開口部を塞ぐ材質はス
ラリーの飛び出しが防止できる限り緻密質でも多孔質で
もかまわない。

【００１２】スラリーの温度は、少なくとも加圧の初期
においてはスラリー中に添加した全ての分散媒が液体状
態を保てる温度である必要がある。なぜなら、添加した
分散媒の種類によらず分散媒が液状である限り多孔質鋳
型への吸収は毛細管現象により進行するからである。こ
れは、加圧によってさらに促進される。液状である条件
は以下のような条件で達成できる。すなわち、分散媒が
複数種類の混合物である場合、分散媒の温度がこれら混
合物の融点とみなせる温度（通常は添加した分散媒のう
ち最も高い融点）以上になっている場合や単独では固体
でしか存在出来ない温度でも同時に添加した別の分散媒
に相互溶解している場合などである。前者の場合、混合
物の粘度は融点近傍で著しく変化するので、分散媒の温
度はこの融点より高温側に設定する必要がある。この範
囲は５℃以上100℃以下とすべきである。５℃未満だと
ほとんどの場合粘度が著しく上がり、毛細管現象による
吸収効率が低下するためであり、また100℃を超えると
分散媒の蒸気圧が高くなり、これが成形体中の欠陥の原
因になるためである。この場合、設定温度が常温付近に
ある場合は問題なく加圧操作できるが、常温より高い場
合は多孔質鋳型を加熱炉中で所定の温度まで加熱した
後、加圧操作を行う。加圧にバッチ式の炉を用いる場
合、温度変化をゼロにするのは困難であるが、処理温度
に見合う温水中で行うことによりこれを最少限に抑える
ことができる。さらに抑える場合には、加熱装置付の加
圧炉を用いれば良い。

【００１３】また、加圧は実質的に等方加圧であるので
通常の方法のように、１方向から圧力を加える方法（鋳
込み成形、可塑成形）とは比較にならないような高圧の
適用も可能である。圧力は１kg/cm²以上10000kg/cm²以
下の範囲から選ばれる。この理由は、１kg/cm²以下の圧
力では加圧による分散媒の多孔質鋳型への吸収の効果は
ほとんど無いか、極めて長時間の処理が必要とされるた
めであり、10000kg/cm ²以上の圧力は分散媒の吸収には
過剰であり、装置も大型化するので実用的ではない。従
って５kg/cm²以上5000kg/cm²以下の圧力がより望まし
く、被処理物の大きさや厚さによって適宜選べば良い。
このような条件下ではきわめて短時間の加圧によっても
スラリー中の分散媒が多孔質鋳型あるいは多孔質鋳型と
圧媒粒子層に吸収・排出され、スラリーは流動性を失っ
て保形性を発現する。この効果は、いわゆるスリップキ
ャストと同様の現象と考えられるが、本発明では高濃度
のスラリーが使えるため、分散媒がわずかに排出するだ
けで保形性が発現できること、高圧の使用が可能なため
より短時間で成形体の中心部分まで分散媒の排出が終了
できるなどのメリットがある。また、加圧中はスラリー
中に存在する分散媒の可塑剤としての効果によって粒子
が再配列し、密度分布のない高密度化な成形体の作製が
可能となる。さらに、かかる操作は成形体中に存在する
分散媒の絶対量を減少させるので、後工程の分散媒の抽
出除去工程や熱分解工程に要する時間の短縮にも有効で
ある。

【００１４】加圧装置は特に限定されるものではない。
圧媒粒子に圧力を印加できるものであれば良く、一軸プ
レス装置、ＣＩＰ装置、ガスを圧力媒体とした通常の加
圧炉などが使用できる。また、鋳込み成形とこれに引き
続く加圧操作が同一装置でできるように、鋳込み成形装
置と加圧装置が組み合わさった装置を用いても良い。

【００１５】本発明の方法においては、鋳込み工程から
加圧工程までを可能な限り温度を変動させないことが望
ましい。温度変動は、スラリーの膨脹または収縮をひき
起こし、成形体の内部歪みの原因となるからである。従
って、この問題を回避するためには鋳込み温度と加圧時
の温度の差は40℃以下とし、室温から大きく離れること
がないよう０℃以上、150℃以下の温度範囲で両工程を
実施するのが望ましい。

【００１６】次に、加圧処理の終了した成形体に残存す
る分散媒の一部を超臨界流体、液化ガスまたは有機溶剤
によって抽出除去する。この際、成形体とこれら抽剤が
接し易いように前もってシェル鋳型を除去しておいた方
が望ましいが、除去が困難な場合はシェル鋳型に存在す
る気孔を通し、抽出処理を行えば良い。

【００１７】超臨界流体または液化ガスによって抽出除
去する場合は、成形体をシェル鋳型ごとあるいは鋳型を
除去した後、抽出装置に装入し、超臨界流体または液化
ガスを抽剤として供給し、これによりスラリーを表面を
直接またはシェル鋳型を浸透した抽剤によりスラリー表
面を等方加圧しつつ、成形体に残存する分散媒中の抽出
可能成分の少なくとも一部を抽出除去する。抽出率はで
きるだけ高い方が後工程の熱分解工程の時間を短縮する
ために有効であり、10％以上、特に50％以上が好まし
い。超臨界流体または液化ガスとしては２酸化炭素、エ
タン、プロパン、エチレン、ジクロロジフルオロメタ
ン、モノクロロトリフルオロメタン、アンモニア等臨界
温度が０℃以上150℃以下の物質が効率的な抽出の観点
より望ましい。抽出率または抽出速度を増すために、各
種エントレーナーを添加することも可能である。エント
レーナーは分散媒と超臨界ガスまたは液化ガスの組み合
わせにより、溶解度が高くなるように適宜選択される。
一般にはヘキサン、アセトン、トルエンなどの炭化水
素、エタノール、メタノールなどのアルコール類が好ま
しく用いられる。

【００１８】一方、有機溶媒によって抽出除去する場合
は、成形体をシェル鋳型ごとあるいは鋳型を除去した
後、有機溶媒に接触させ、これにより抽出できる分散媒
の少なくとも一部を除去する。有機溶媒は融点が150℃
以下のものから選ばれる。150℃を超える有機溶媒の使
用は実用的でない。また、有機溶媒の表面張力は35dyn/
cm以下とする。表面張力は、有機溶媒が成形体内部に浸
透するし易さを表す目安と考えられ、35dyn/cmを超える
溶媒は浸透の速度が遅く、短時間での抽出除去が難しい
ためである。このような目的に適合する有機溶媒として
はアセトン、シクロヘキサン、ヘキサン、ベンゼン、キ
シレン、トルエン、ヘプタン、ペンタンなどの炭化水
素、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール
などのアルコール類、ジクロロメタン、トリクロロエチ
レン、パークロロエチレン、1,1,1-トリクロロエタンな
どの塩素系溶剤、トリクロロフルオロエタン、テトラク
ロロフルオロエタン、トリクロロモノフルオロンメタ
ン、ジクロロフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタ
ンなどのフロン類、クロロホルムなどのカルボン酸類、
ジエチルエーテル、ジメチルエーテルなどのエーテル
類、ステアリン酸メチル、ステアリン酸エチルなどのエ
ステル類などが挙げられる。抽出処理は室温から大きく
離れないよう０℃以上150℃以下で行うのが望ましい。
抽出方法は特に制約はない。有機溶剤中に成形体を静置
するか、循環または攪拌された溶剤中で所定時間、抽出
処理を行う。抽出率はできるだけ高い方が後工程の熱分
解工程の時間を短縮するために有効であり、10％以上、
特に50％以上が好ましい。成形体中の分散媒の有機溶媒
への溶解度が大きく抽出速度が大きい場合でも、成形体
の密度は向上しているので破損することはない。

【００１９】このような加圧処理および抽出処理の終了
したシェル鋳型またはシェル鋳型を除去した成形体は、
熱分解工程にまわし、被処理物中の残留分散媒の分解と
共にシェル鋳型の強度低下もしくは自己崩壊させる。つ
いで、脱型工程を経て成形体を得る。

【００２０】成形体は焼結工程を経て緻密な焼結体とす
る。本発明の工程のフロー図を図１に示す。

【００２１】

【作用】本発明の粉体の鋳込み成形においては、従来の
分散媒を凝固させて成形体として取り出す方法やスラリ
ー中の分散媒を超臨界流体または液化ガスによって抽出
除去することによって保形性を与える方法と異なり、多
孔質鋳型に鋳込まれたスラリー中の分散媒を液状に保持
したまま外部から鋳型ごと強制的に加圧することによっ
て多孔質鋳型あるいは多孔質鋳型と圧媒粒子層に吸収せ
しめて除去し、スラリーに保形性を付与している。従っ
て、圧媒粒子層は加圧の前後を通じて多孔質層となって
いなければならず、しかも該多孔質層の空隙は毛管現象
で鋳型から滲み出してきた分散媒を吸引しうる程度にな
ることが好ましい。分散媒の排出と同時に粉体を圧密し
て高密度、均一な密度分布を持った成形体を作製してい
る。

【００２２】

【実施例】

実施例１ 窒化珪素製のターボチャージャーローターを作製した。
まず、平均粒径0.7μｍのＳi₃Ｎ₄ 93.0重量部、平均粒
径0.5μｍのＡl₂Ｏ₃ 2.0重量部、平均粒径0.5μｍのＹ₂
Ｏ₃ 5.0重量部に融点44℃のパラフィン10.5重量部、オ
レイン酸3.5重量部、市販エステル系分散剤2.0重量部を
加えて24hr真空下で混練した。一方、図２に示すターボ
チャージャーローターに対応するキャビティ形状のシェ
ル鋳型を同上のＳi₃Ｎ₄粉末100.0重量部にポリビニルア
ルコール５重量部を水に分散したスラリーとアルミナサ
ンドによって作製した。このシェル鋳型に上記スラリー
を60℃、鋳込み圧力３kg/cm²で鋳込んだ。鋳込み開始に
伴って、鋳込み圧力は一次的に低下したが３kg/cm²まで
回復してから10分間保持した後、直ちに前もって70℃に
保温しておいたシリカフラワーの中に埋没させた。これ
らを薄ゴム袋の中に入れ真空吸引後、すぐ70℃の温水の
入った厚ゴム型の中に沈め、しっかりと蓋を閉めた。ゴ
ム型をＣＩＰ装置の中に入れ、3000kg/cm²で５分保持し
てから取り出したところ、厚ゴム型の中の水温は58℃ま
で低下していたが、ゴム型から取り出したシェル鋳型は
等方的に圧縮されている様子がうかがわれた。また、シ
ェル鋳型の鋳込み口はシリカフラワーが圧密されてでき
た層で完全に塞がれていた。シリカフラワーの層を除去
した後、シェル鋳型を抽出装置に装入し200kg/cm²、60
℃の超臨界二酸化炭素を４hr接触させた。この間、パラ
フィンを主成分とする物質が抽出された。その量はスラ
リー中の分散媒の70重量％に相当した。次いで、鋳型ご
と抽出器より取り外し加圧脱脂炉に装入した。雰囲気は
窒素としガス圧５kg/cm²で流通させながら100℃/hrの昇
温速度で昇温した。500℃に到達後１hrそのまま保持し
てから放冷し、大気圧に戻した。この結果、鋳型は極め
て脆いものとなっていて容易に除去でき、健全な成形体
が得られた。鋳型寸法と得られた成形体各部Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄの寸法測定の結果を比較して表１に示す。どの位
置においても収縮率は4.6〜4.7％であり、成形体の高密
度化が達成されていると同時に、収縮の異方性も無いこ
とがわかる。これをＡｌＮ50重量％、ＢＮ50重量％の詰
粉に埋めて焼結炉に装入し、真空中で1350℃まで昇温
し、２hr保持した。続いて窒素ガスをガス圧9.5kg/cm²
で流通させながら、さらに1750℃まで昇温して５hr保持
した。ガス圧を保持しながら1200℃まで冷却し、さらに
常圧まで戻して放冷した。この結果、理論密度比で98.5
％の健全な焼結体が得られた。

【００２３】比較例１ 実施例１と同一形状、同一寸法のターボチャージャーロ
ーターを作製した。まず実施例１と同一配合の原料粉10
0重量部に融点44℃のパラフィン10.5重量部、オレイン
酸3.5重量部、市販エステル系分散剤2.0重量部を加えて
24hr真空下で混練し、スラリーとした。一方、実施例１
と同一のシェル鋳型を作製し、これに上記スラリーを60
℃、鋳込み圧力３kg/cm²で鋳込んだ。鋳込み開始に伴っ
て、鋳込み圧力は一次的に低下したが３kg/cm²まで回復
してから10分間保持した後、直ちにシェル鋳型を抽出装
置に装入し200kg/cm²、60℃の超臨界二酸化炭素を４hr
接触させた。この間、パラフィンを主成分とする物質が
抽出された。その量はスラリー中の分散媒の67重量％に
相当した。次いで、鋳型ごと抽出器より取り外し加圧脱
脂炉に装入した。雰囲気は窒素とし、ガス圧５kg/cm²で
流通させながら100℃/hrの昇温速度で昇温した。500℃
に到達後１hrそのまま保持してから放冷し、大気圧に戻
した。この結果、鋳型は極めて脆いものとなっていて容
易に除去できるが成形体の薄肉部は脆く、羽の一部は破
壊した。また、軸の付け根の平坦部分は一部表面剥離を
起こしていた。実施例１と同様に鋳型寸法と得られた成
形体各部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの寸法測定の結果を比較して表
１に示す。どの位置においても収縮率は０％であり、成
形体は全く収縮していないことがわかる。これをＡｌＮ
50重量％、ＢＮ50重量％の詰粉に埋めて焼結炉に装入
し、真空中で1350℃まで昇温し、２hr保持した。続いて
窒素ガスをガス圧9.5kg/cm²で流通させながら、さらに1
750℃まで昇温して５hr保持した。ガス圧を保持しなが
ら1200℃まで冷却し、さらに常圧まで戻して放冷した。
この結果、理論密度比は98.3％と高い焼結体が得られた
が、羽と本体の間に密度の差が原因とみられる亀裂が認
められた。

【００２４】

【表１】

【００２５】比較例２ 実施例１と全く同一の操作で鋳込み成形およびＣＩＰ処
理を行ないターボチャージャーローターの成形体を作製
した。これを超臨界抽出処理を行わずに加圧脱脂炉に装
入した。雰囲気は窒素とし、ガス圧５kg/cm²で流通させ
ながら実施例１と全く同一の条件である100℃/hrの昇温
速度で昇温した。500℃に到達後１hrそのまま保持して
から放冷し、大気圧に戻した。この結果、鋳型は極めて
脆いものとなっており、除去も容易であったが成形体自
身にも大きな亀裂が入っていた。そこで、さらに２個の
成形体を同一条件で作製し、成形体の健全性に及ぼす脱
脂時の昇温速度の影響を調べた。昇温速度は50℃/hrと1
0℃/hrの２水準を選んだ。この結果、昇温速度が50℃/h
rの場合には100℃/hrの場合と同様な亀裂が認められた
が、10℃/hrの場合には健全な成形体が得られた。従っ
て超臨界抽出を行うことは脱脂時間の短縮に大きな効果
があることがわかる。

【００２６】実施例２ 次に、超硬合金のボルトを作製した例を示す。平均粒径
1.5μｍのＷＣ90重量部、平均粒径1.3μｍのＣo 10重量
部にトルエン8.0重量部、ステアリルアルコール0.20重
量部を加えて超硬ボール、超硬ライニングの小型ボール
ミルで48hr混合した。得られたスラリーにエチルセルロ
ース0.5重量部、ステアリン酸0.5重量部、流動パラフィ
ン1.0重量部を加えて２hr攪拌混合し、室温に保持し
た。一方、図３に示すボルト形状のワックスパターンを
作製し、この表面に厚さ約50μｍの多孔質ウレタン膜を
形成させた。これとは別に、ジルコンフラワー100.0重
量部をイソプロピルアルコール30重量部、エチルシリケ
ートの加水分解液５重量部およびポリビニルブチラール
1.5重量部の混合溶液に分散したスラリーを作製した。
これをウレタン膜表面に塗布した後、粒径0.5mmのジル
コンサンドをサンディングする操作を繰り返して鋳型を
作製した。その後、鋳型中のワックスパターンを圧力６
kg/cm²の水蒸気で溶出させて、ボルト形状のキャビティ
を持つシェル鋳型を得た。次に、この鋳型中に400torr
で真空脱泡した超硬合金組成のスラリーを室温にて鋳込
み圧力６kg/cm²で鋳込んだ。鋳込み圧力が６kg/cm²まで
回復したことを確認後、さらに20分間保持してから取り
出したところ、鋳型内面近傍のスラリーは既に流動性を
失っていた。保圧中にスラリー中の分散媒の一部はシェ
ル鋳型に吸収されていることがわかる。次いで鋳込み口
を先のサンディングと同じ操作により塞いだ後、ジルコ
ンサンドに埋込んで円筒状の金型中に装入した。これを
常温で上下のパンチで200kg/cm²になるよう20分間、一
軸方向に加圧し取り出した。これを抽出装置に装入し10
0kg/cm²、35℃のジクロロジフルオロメタンの液化ガス
を流通させながら１時間接触させた。この間抽出された
分散媒の重量は最初に添加したスラリー中の分散媒の90
％であった。これを実施例１と同一の条件で脱脂処理を
行った後、鋳型を除去したところボルト形状の健全な成
形体が得られた。

【００２７】

【発明の効果】本発明の粉体の鋳込み成形においては、
多孔質鋳型に鋳込まれたスラリー中の分散媒が液体状態
を保てる温度以上にスラリー温度を保持した後、外部か
ら圧媒粒子にて等方的または疑似等方的に加圧し、スラ
リー中の分散媒の一部を多孔質鋳型に吸収せしめて除去
し、スラリーに保形性を付与すると同時に、粉体を圧密
するので高密度、均一な密度分布を持った成形体の作製
が可能になった。さらに成形体中に残存する分散媒中の
抽出可能成分の少なくとも１重量％を超臨界流体、液化
ガスまたは有機溶媒によって抽出除去することにより、
後工程の熱分解工程の時間を大幅に短縮することができ
るようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工程のフロー図である。

【図２】実施例で作製したターボチャージャーの形状を
示す側面図である。

【図３】実施例で作製したボルトの形状を示す図であ
る。

【図４】従来の工程のフロー図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】A)超臨界流体、液化ガスまたは有機溶媒に
   よって抽出できる成分を少なくとも１種類含む分散媒
   に、金属またはセラミック粉を分散させたスラリーを鋳
   込み成形により多孔質鋳型に鋳込む工程 B)該多孔質鋳型を圧媒粒子に埋め込み、前記スラリー中
   に添加した全ての分散媒が液体状態を保てる温度に保持
   した後、外部から１kg/cm²以上10000kg/cm²以下の圧力
   で圧媒粒子ごと加圧してスラリー中の分散媒の一部を多
   孔質鋳型あるいは多孔質鋳型と圧媒粒子に吸収せしめて
   除去することにより、スラリーに保形性を付与すると同
   時に粉体を圧密する工程 C)かかる処理を施した成形体中に残存する分散媒中の抽
   出可能成分の少なくとも一部を超臨界流体、液化ガスま
   たは有機溶媒によって抽出除去する工程 よりなることを特徴とする粉体の成形方法
2. 【請求項２】 スラリー中の固形分濃度が20体積％以
   上、85体積％以下であることを特徴とする請求項１に記
   載の粉体の成形方法
3. 【請求項３】 分散媒が有機溶媒によって抽出できる成
   分を含み、該成分の少なくとも一部を融点が150℃以下
   であって、かつ表面張力が35dyn/cm以下の有機溶媒で除
   去する請求項１に記載の粉体の成形方法